CN101589541B - 一体型电动压缩机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种一体型电动压缩机，其具有能够抑制电流的脉动并谋求小型化的电路结构。在电动压缩机的倒相器中，通过在电源和倒相器基板(12)之间配备电容器(13)及电抗器(14)，可以抑制驱动电压的脉动，实现电动机的高效驱动，并且可以使外壳小型化。此外，通过使用母线(23)将电容器(13)及电抗器(14)与电源板(16)连接，从而可以进一步提高电压的脉动的抑制效果，并且，利用母线(23)将电容器(13)及电抗器(14)一体地构成一个单元，可提高电源板(16)的组装作业性。

Description

一体型电动压缩机

技术领域

本发明涉及构成车载用空调机的一体型电动压缩机。

背景技术

在构成车载用空调机的压缩机中，如图7所示，为了谋求从直流电源(蓄电池)向电动机5供给的电压的平滑化，在驱动电动机5的驱动基板1和直流电源之间设置有电容器9(例如，参照专利文献1)。

专利文献1：(日本)特开2005-218247号公报

这样的电容器为了充分地得到电压平滑化效果而使用大容量的电容器。但是，大容量的电容器在设置方面需要大的空间。

近年来，提供有如下的一体型电动压缩机，其将构成车载用空调机的压缩机、用于驱动压缩机的电动机和用于驱动电动机的驱动基板一体收纳于外壳内。对以电动压缩机为首的车载部件而言，一直要求小型化，从该观点来看，优选为，用于谋求供给电压的平滑化的电容器9也采用小型电容器。

但是，如果只是为了降低空间而仅采用容量小的电容器9，则会导致从蓄电池供给的电压的脉动增大。

发明内容

本发明是基于这样的技术课题而作出的，其目的在于提供一种具有能够抑制电压的脉动并且谋求小型化的电路结构的一体型电动压缩机。

基于上述目的而作出的本发明的一体型电动压缩机具备：构成空调机的压缩机；用于驱动压缩机的电动机；控制电动机的工作的控制基板；收纳压缩机、电动机及控制基板的外壳。而且，该一体型电动压缩机的特征在于，具备脉动降低电路，该脉动降低电路设置于向电动机施加电压的电源和控制基板之间，且由降低从电源供给的电压的脉动的电容器及电抗器构成，脉动降低电路相对于电源侧及控制基板通过母线连接。

这样的脉动降低电路可以通过组合电容器和电抗器来实现，从而可以抑制电压的脉动并谋求小型化。

另外，通过母线将脉动降低电路与电源侧及控制基板侧连接，由此，母线自身可具有电抗，可以作为脉动降低电路的一部分起作用。

另外，通过母线连接，也可以将电容器及电抗器与母线构成一体的单元，从而提高组装时的作业性。

在此，脉动降低电路优选设定电容器及电抗器的容量以避免与电动机的旋转周期产生共振。

另外，脉动降低电路优选设定电容器及电抗器的容量以避免与用于驱动电动机的倒相器的转换频率产生共振。

另外，在一体型电动压缩机中，如图8所示，由于电动机5和外壳之间存在寄生电容Cf，因此，当通过驱动基板1的转换作用导致向电动机5供给的电源电压产生变动时，产生从电动机5向外壳泄漏的漏电流。由于因该漏电流而产生无线电噪声，因此提案有如下的措施，即，通过在驱动基板1配备共模电容器2及共模线圈3，当因开关元件4的转换作用而导致向电动机5供给的电压产生了变动时，可减小因漏电流而产生的环路，减小无线电噪声。

但是，共模电容器2及共模线圈3的部件尺寸大。对以一体型电动压缩机为首的车载部件而言，一直要求小型化，从该观点来看，期待进一步改善。另外，若部件尺寸大，这将导致外壳内这些部件的配置也会受到限制，这也构成小型化的障碍。

另外，从降低无线电噪音这个观点来看，也要求进一步改善。如图9所示，使用共模电容器2及共模线圈3时，与驱动基板1之间的配线使用导线(电线)7，但导线7越长，因驱动基板1的转换作用而导致的电源电压变动就越大，给无线电噪声带来的影响也越大。另外，从电动机5向外壳泄漏的漏电流，尤其因将电流OFF(断开)时发生的电涌而导致产生高频成分，从而特别期望改善此时的无线电噪声。

因此，优选在控制基板上具备：为驱动电动机旋转而控制从电源向电动机施加电压的开关元件；控制开关元件的动作的控制电路；以及为了降低无线电噪声而设置于电源和开关元件之间且由电阻和电容器构成的缓冲电路。

另外，优选设置有控制电路的控制电路基板、和设置有开关元件及缓冲电路的基板，在相互隔开间隔的状态下相对设置，构成缓冲电路的电阻的元件及电容器的元件，表面安装于基板的、配置有控制电路基板一侧的相反侧。

另外，这样的一体型电动压缩机适合作为车载用。

根据本发明，通过配备电压脉动降低电路，可以抑制驱动电压的脉动，实现电动机的高效驱动。如果将构成电压脉动降低电路的电容器及电抗器与使用大容量的平滑电容器的情况进行比较，由于能够使其更小型，因此，也可以实现外壳的小型化。

此外，通过使用母线连接电压脉动降低电路，由此，电压脉动的抑制效果进一步提高，并且可将通过母线构成电压脉动降低电路的电容器及电抗器一体地构成一个单元，因此，组装作业性也提高。

此外，通过在用于驱动一体型电动压缩机的电动机的电路设置缓冲电路，从而可以降低无线电噪声。缓冲电路可以设为表面安装部件，因此可以谋求漏电流的降低、因漏电流而产生的闭合环路的小型化，对降低无线电噪声特别有效。另外，通过将缓冲电路设为表面安装部件，由此可以谋求电动压缩机的小型化。

附图说明

图1是表示本实施方式的电动压缩机的整体构成的图；

图2是表示构成电源板的电路结构的图；

图3表示通过母线从电源向电源板进行电源供给的构成的图；

图4表示由电容器及电抗器与母线组成的单元的图；

图5表示将构成缓冲电路的电阻元件和电容器元件表面安装于电源板上的状态的图；

图6表示缓冲电路相对于控制电路基板的配置的图；

图7表示现有的电压脉动降低电路结构的图；

图8表示现有的电动机驱动电路的电路结构的图；

图9表示使用共模电容器及共模线圈时的配置例的图。

附图标记说明

10电动压缩机(一体型电动压缩机)、11外壳、12倒相器基板(控制基板)、13电容器、13a、13b端子、14电抗器、14a、14b端子、15控制电路基板(控制电路)、16电源板(基板)、18开关元件、19电动机、19a、19b、19c端子、20输入输出端子、20a、20bPN端子、21缓冲电路、21c电容器元件、21r电阻元件、23母线、23a、23b电源侧端子部、23c、23d基板侧端子部、23e电容器侧端子部、23f电抗器侧端子部、23g接合部、24树脂体、24a支撑部

具体实施方式

下面，基于附图所示的实施方式对本发明进行详细说明。

图1是用于表示本实施方式的电动压缩机(一体型电动压缩机)10的构成的图。

如该图1所示，电动压缩机10在外壳11的下部收纳室11a内收纳有电动机(未图示)及螺旋式压缩器(未图示)，在向上方开口的外壳11的上部收纳室11b内收纳有倒相器基板(控制基板)12。朝向外壳11的上部收纳室11b上方的开口被罩17覆盖。

倒相器基板12由如下部件构成：用于谋求输入倒相器基板12的直流电压的平滑化的电容器13及电抗器14；用于控制向电动机施加高压交流电流的控制电路基板(控制电路)15；将从高压电源供给的直流电流转换为交流电流并施加到电动机而驱动电动机旋转的电源板(基板)16。

如图2所示，电容器13和电抗器14被设置为介于外部直流电源(蓄电池)和倒相器基板12之间，作为电压脉动降低电路，将从直流电源供给的电压的脉动降低并使其平滑化。在此，所使用的电容器13设为小容量的电容器。与其相应地，通过组合电抗器14，降低直流电压的脉动。由此，可以将电容器13小型化，从而有助于收纳电容器13的外壳11的小型化。

在此，在外壳11的上部收纳室11b内形成有用于收纳电容器13及电抗器14的空间11c。

在此，电容器13和电抗器14各自的容量优选按照如下方式来设定，即降低为驱动电动机19而供给的驱动电压的脉动，并且防止与电动机19产生共振。电动机19根据其极数、绕组的匝数(相数)、向电动机19供给的电流的频率(运转频率)等，在电动机19旋转时，在倒相器输入电流(直流电流)产生具有电动机旋转频率成分的脉动电流。当该电动机19旋转时的电动机旋转频率、和由电容器13和电抗器14确定的共振点重合时，产生共振。其结果是，倒相器输入电流的脉动成分增大，最差是给车辆内连接的高电压类的设备带来不良影响。因此，为了将倒相器输入电流的脉动成分抑制在最小限度，优选设定电容器13、电抗器14的容量以使为驱动电动机19而供给的驱动电流的频率不与电动机19旋转时的固有振动频率重合。

另外，电容器13和电抗器14各自的容量优选按照如下方式来设定，即降低为驱动电动机19而供给的驱动电压的脉动，并且防止与用于驱动电动机19的三相驱动电流的载流子频率(倒相器的转换频率)产生共振。

在此，对上述电容器13、电抗器14的容量设定进行研究。

如上所述，电容器13和电抗器14的共振点Flc在与电动机19的旋转产生的直流电流变动频率Fm或载流子频率Fpwm重合时发生共振，直流总线的脉动电流增大，因此，为了避开共振点，需要选定电容器13、电抗器14的电容C、电感L。

在将电抗器14的电感设为L(H)、电容器13的电容设为C(F)时，电容器13和电抗器14的共振点Flc用下式表示。

Flc＝1/(2×π×(L×C)^1/2)...(1)

电动机19的旋转引起的直流电流变动频率Fm由电动机19和倒相器基板12的规格来确定。电动机19的规格为，极对数是N、转速是R(rps)且倒相器基板12的相数(电动机19的相数)是X时，直流电流变动频率Fm(Hz)用下式表示。

Fm＝N×R×X×2...(2)

载流子频率Fpwm是指控制倒相器基板12的输出(电流、电压)开关元件18的控制周期，例如，使用5kHz、10kHz之类的频率。

电抗器14和电容器13的共振点Flc由于需要避免与直流电流变动频率Fm和载流子频率Fpwm产生共振，所以需要按照下述方式选择电感L和电容C的值，即，

Fm(最大值)＜Flc＜Fpwm...(3)

或者

Flc＞Fpwm...(4)。

在此，举出具体例，例如考虑电动机19的极对数为3、电动机19的转速为0～100rps、倒相器基板12的相数为3、载流子频率Fpwm为5kHz的情况。

该情况下电动机19的旋转周期Fm为

Fm＝0Hz～1800Hz。

根据式(3)

1.8kHz＜Flc＜5kHz，

从而可以在1.0×10^-9＜L×C＜7.8×10^-9的范围内选择电感L和电容C的值。

根据式(4)

Flc＞5kHz，

从而可以在L×C＜1.0×10^-9的范围内选择电感L和电容C的值。

实际上，根据成本、大小、环境等情况而采用式(3)和式(4)的计算结果中的任一个。由于制造偏差或容许差大，因此考虑到这些情况，实际的电抗器14的电感L、电容器13的电容C的值被选定在上述范围内。

虽然根据式(4)，可认为电感L和电容C无论多小都可以，但是，实际上搭载于车辆上的高压蓄电池和倒相器基板12之间连接有用于高电压的电源电缆。该电源电缆中也有电感成分，并根据长度进行变化。因此，需要按照不被电源电缆的电感成分支配的方式来选定电感L。此外，电容C也变小时，开关元件18两端的电涌电压增大，最差的是有可能超过开关元件18的耐电压而使其破损，因此，优选考虑电涌电压来选择电容C的值。因此，更优选为在通过式(3)求得的范围内选定电容器13、电抗器14的电容C、电感L。

这样，通过利用选定了电感L和电容C的值的电容器13及电抗器14来抑制从直流电压供给的电压的脉动，从而不仅能够进行电动机19的稳定的驱动，还能够抑制不必要的发热，抑制电容器13和电抗器14的温度上升。其结果是，即使在温度条件严酷的环境下，也能够保证倒相器基板12的正常工作。

图2是表示电源板16的电路结构的图。如该图2所示，从外部的高压电源(未图示)向电源板16供给例如300V的高电压。在电源板16上安装有由多个IGBT构成的开关元件18。在控制电路基板15上设置有用于控制该开关元件18的动作的微机及栅极电路(都未图示)。通过微机的控制，栅极电路被驱动，其驱动信号从控制电路基板15向电源板16传递并输入开关元件18时，开关元件18进行动作。由此，从高压电源供给的高电压成为三相交流，并向电动压缩机10的电动机19施加，从而驱动电动机19旋转。

在这样的电源板16的电路中，在电源的输入输出端子20和开关元件18之间设置有由电阻R和电容器C构成的缓冲电路21。

缓冲电路21原本就是保护开关元件18不受过电压影响的电路，电源断开时，使伴随从控制电路基板15向开关元件18输入的驱动信号的频率增高而产生的电涌消耗。

这样，在缓冲电路21中，通过消耗产生电涌时的电流，结果是，可以不在从控制电路15向开关元件18输入的驱动信号中载置高频成分。其结果是，可以抑制在电动机19和外壳11之间产生的漏电流，可以降低无线电噪声。

在如上所述的电路结构中，自高压电源向电源板16的电源供给，经由输入输出端子20进行，如图3所示，该输入输出端子20由安装于电源板16上的针形PN端子20a、20b构成。

相对于该PN端子20a、20b，从高压电源侧连接母线23，由此进行电导通。

在此，如图3及图4所示，在该母线23上，上述电容器13及电抗器14一体地构成一个单元。即，母线23具有与高压电源侧连接的电源侧端子部23a及23b、与PN端子20a、20b连接的基板侧端子部23c、23d、与电容器13的端子13b连接的电容器侧端子部23e、与电抗器14的端子14a连接的电抗器侧端子部23f、以及与电容器13的端子13a及电抗器14的端子14b连接的接合部23g，电容器13及电抗器14通过母线23以构成如图2所示的电路结构的方式进行连接。母线23例如可以设为截面尺寸为5mm×1mm左右的铜(Cu)制母线。在该母线23上预先焊接有电容器13及电抗器14。

此外，母线23除端子部分外，其余部分被树脂体24覆盖。树脂体24不仅作为用于防止母线23彼此之间短路的绝缘材料起作用，还作为母线23的加固件起作用。由此，可以将母线23与电容器13及电抗器14作为一体的单元进行处理。

另外，在树脂体24上，在电抗器14的端子14a、14b与母线23的电抗器侧端子部23f及接合部23g的连接部，以加固该连接部的方式形成有大致T字形的支撑部24a。

这样，通过利用母线23将电容器13及电抗器14与电源板16连接，由此，与导线相比，具有更大截面且电阻值也低的母线23，具有极小的电抗L，从而进一步提高电抗器14的效果，并发挥电压脉动的抑制效果。

另外，与组装各个部件的情况相比，通过使母线23与电容器13及电抗器14一体地构成一个单元，由此，组装倒相器基板12时的作业性提高。

另外，与使用导线的情况相比，通过在用于向电源板16施加电源电压的电源配线使用由母线23进行的连接，从而可以大幅降低电源配线的阻抗。其结果是，可以抑制电源电压的变动，可以有助于无线电噪声的降低。尤其是在使用现有的共模电容器及共模线圈的情况下，导线越长，电源配线的阻抗越增大。因此，在现有的构造中，由于共模电容器及共模线圈的尺寸大，因此其配置被限制，结果是，与导致用于电源配线的导线长度增长的情况相比，使用本实施方式的母线23的构造的优点变得显著。

如图5所示，缓冲电路21通过将构成电阻R的电阻元件21r和构成电容器C的电容器元件21c表面安装于电源板16上而构成。由于在缓冲电路21中，能够减小电容器元件21c的电容器容量，故而将缓冲电路21设为表面安装型成为现实。

而且，与使用现有的共模电容器及共模线圈的情况相比，通过将电阻元件21r和电容器元件21c表面安装于电源板16上，实质上不需要用于设置共模电容器及共模线圈的空间，从而可以实现电动压缩机10的小型化。

另外，在使用现有的共模电容器及共模线圈的情况下，因其尺寸大而不得不将其配置于基板外，因此使用导线与共模电容器及共模线圈连接。与之相对，将构成缓冲电路21的电阻元件21r和电容器元件21c表面安装于电源板16上时，自然而然在电阻元件21r及电容器元件21c上不需要导线，可以减小寄生电感。由此，无线电噪声的降低效果进一步提高。

另外，将构成缓冲电路21的电阻元件21r和电容器元件21c表面安装于电源板16上时，因漏电流而形成的电流的闭合环路在电源板16上的电阻元件21及电容器元件21c流动，该漏电流因电动机19和外壳11之间的寄生电容Cf′而生成。即，因漏电流而产生的闭合环路不会自电源板16延长至外部，而在电源板16和外壳11之间结束。这样，可以减小因漏电流而产生的闭合环路自身，这也将极大地有助于无线电噪声的降低。

即，通过配备具有抑制漏电流效果的缓冲电路21，从而抑制漏电流并降低无线电噪声，进一步通过将该缓冲电路12表面安装于电源板16上，由此，无线电噪声的降低效果变得更加显著。

但是，如图1所示，控制电路基板15和电源板16设置成以彼此隔开间隔的状态相对置。另外，如图5所示，在电源板16上设置有用于开关元件18散热的散热板30。

这时，如图6所示，构成缓冲电路21的电阻元件21r及电容器元件21c、开关元件18优选为，相对于电源板16，表面安装于配置有控制电路基板15一侧的相反侧的面上。

由此，设置于电源板16内的电源构架、GND构架、GND层等，通过由导电性材料构成且阻抗低的面(层)22，发挥对开关元件18等产生的噪声进行屏蔽的屏蔽作用，从而抑制对控制电路基板15的影响。由于在控制电路基板15存在以低电压驱动的微机等的数字电路，因此，通过抑制来自开关元件18的噪声，可以防止微机等的误动作。

另外，如图3所示，在电源板16上设置有用于连接开关元件18和电动机19的PWM端子25a、25b、25c，这些PWM端子25a、25b、25c也与电动机19侧的端子19a、19b、19c母线连接。

如上所述，根据本发明，通过配备电容器13和电抗器14，可以抑制驱动电压的脉动，实现电动机19的高效驱动，另外，由于可以使电容器13和电抗器14小型化，因此，也可以实现外壳11的小型化。

此外，通过使用母线23将电容器13和电抗器14与电源板16连接，由此，电压脉动的抑制效果进一步提高，并且，由于通过母线23将电容器13和电抗器14一体地构成一个单元，因此，电源板16的组装作业性也提高。

此外，通过配备缓冲电路21，可以抑制来自电动机19的漏电流并降低无线电噪声，进而使电动压缩机10小型化。

另外，上述实施方式中，对电动压缩机10的各部分的形状及构造、倒相器基板12的构成等进行了说明，但是关于本发明主旨以外的情况，并没有将其限定于上述说明的构成的意图。

除此之外，只要不脱离本发明的主旨，可以对上述实施方式中列举的构成进行取舍选择，或适当变更为其他构成。

Claims (6)

1.一种车载用的一体型电动压缩机，其具备：

构成车载用的空调机的压缩机；

用于驱动所述压缩机的电动机；

控制所述电动机的工作的控制基板；以及

收纳所述压缩机、所述电动机及所述控制基板的外壳，

该一体型电动压缩机的特征在于，

具备脉动降低电路，该脉动降低电路设置于作为向所述电动机施加电压的直流电源的蓄电池和所述控制基板之间，由降低自所述蓄电池供给的直流电压的脉动的电容器及电抗器构成，

并且，所述脉动降低电路设定所述电容器及所述电抗器的容量以避免与所述电动机的旋转周期产生共振、以及避免与用于驱动所述电动机的倒相器的转换频率产生共振，

在将所述电抗器的电感设为L(H)、所述电容器的电容设为C(F)时，所述电抗器和所述电容器的共振点Flc用下式(1)表示，

关于所述共振点Flc，按照满足下式(3)的方式选择所述电感(L)和所述电容(C)的值，

Flc＝1/(2×π×(L×C)^1/2)...(1)

直流电流变动频率Fm的最大值＜Flc＜载流子频率Fpwm  ...(3)。

2.如权利要求1所述的一体型电动压缩机，其特征在于，所述脉动降低电路相对于所述电源及所述控制基板通过母线连接。

3.如权利要求2所述的一体型电动压缩机，其特征在于，

所述电容器及所述电抗器与所述母线构成一体。

4.如权利要求1所述的一体型电动压缩机，其特征在于，

所述控制基板具备：

开关元件，为驱动所述电动机旋转，其控制从所述电源向所述电动机施加电压；

控制电路，其控制所述开关元件的动作；

缓冲电路，为降低无线电噪声而设置于所述电源和所述开关元件之间，且由电阻和电容器构成。 

5.如权利要求4所述的一体型电动压缩机，其特征在于，

构成所述缓冲电路的所述电阻和所述电容器表面安装于基板上。

6.如权利要求5所述的一体型电动压缩机，其特征在于，

设置有所述控制电路的控制电路基板、和设置有所述开关元件及所述缓冲电路的所述基板，在相互隔开间隔的状态下相对设置，构成所述缓冲电路的所述电阻的元件及所述电容器的元件，表面安装于所述基板的、配置有所述控制电路基板一侧的相反侧。 

Images