CN101896724A - 一体型电动压缩机 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种能够形成考虑到部件的散热的布置且使控制基板小型化的一体型电动压缩机。将与U相、V相、W相的各相对应的二极管(43)、IGBT(42)按各相串联排列，二极管(43)、IGBT(42)分别使用呈矩形形状的芯片。由此，使动力基板(16)大幅度地小型化，将作为发热部件的二极管(43)、IGBT(42)、P端子电极图案(40)、N端子电极图案(41)、分流电阻(44)、输出端子图案(48U、48V、48W)、供电图案(50)收纳配置于与壳体的外表面相接的范围内。

Description

一体型电动压缩机

技术领域

本发明涉及构成车载用的空气调节器的一体型电动压缩机。

背景技术

由于在车辆的发动机室内收容各种机器，因此要求车载用空气调节器具有省空间性。因此，近几年提出一种在壳体内一体地收纳有构成车载用空气调节器的压缩机、用于驱动压缩机的电动机及用于驱动电动机的驱动基板的一体型电动压缩机。

在这样的一体型电动压缩机中，为了向电动机供给三相交流，在用于控制电动机的动作的基板设置有由多个IGBT(Insulated Gate BipolarTransistor：绝缘栅双极型晶体管)构成的开关元件。从外部的高电压电源(未图示)向该开关元件供给例如300V的高电压(例如，参照专利文献1)。

专利文献1：日本特许第3760887号公报

以往，上述那样的开关元件使用市场出售的IGBT的封装件。IGBT的封装件是将构成开关元件的IGBT和二极管模块化的芯片。

这样的芯片用于使电动机动作而生成三相电流。因此。在芯片设置有与U相、V相、W相相当的三组IGBT和二极管。

但是，机动车用的各种附属品类始终要求小型化。这也与电动压缩机相同，在研究电动压缩机的小型化时，需要使用于驱动电动机的控制基板小型化。

但是，如以往所述，在开关元件使用封装件时，封装件具有一定程度的尺寸。因此，若如上述那样将开关元件设置成三组，则安装开关元件的基板变大。于是，存在基板在电动压缩机的侧方突出的情况。在此，也考虑通过将基板分成多层，以免使基板在电动压缩机的侧方突出。但是，由于控制基板的实质厚度变大，因此对于小型化的观点来说，这不能称为充分的解决方法。

另外，控制基板存在以IGBT为首的发热的部件。由于上述部件发热，因此优选的是，上述部件沿着能够通过在电动压缩机的壳体内流动的制冷剂进行冷却的、在内部流动有制冷剂的部分的壳体配置。但是，部件的配置会受到限制，故在这一点上也很难实现控制基板的小型化。

发明内容

本发明鉴于这样的技术性课题而提出，其目的在于提供一种能够形成考虑到部件的散热的布置且使控制基板小型化的一体型电动压缩机。

基于这样的目的而提出的本发明的一体型电动压缩机具有：构成空气调节器的压缩机；用于驱动压缩机的电动机；对电动机的动作进行控制的控制基板；收容压缩机、电动机及控制基板的壳体。所述一体型电动压缩机的特征在于，控制基板具有：开关元件，其安装在第一基板上，并对从电源向电动机施加电压的施加时序进行控制，以利用三相交流驱动电动机旋转；控制电路，其安装在相对于第一基板以隔着间隔对置的方式配置的第二基板上，并对开关元件的动作进行控制。并且，构成开关元件的(IGBTInsulated Gate Bipolar Transistor：绝缘栅双极型晶体管)与二极管被裸芯片安装(ベアチツプ実装)。

通过将IGBT与二极管裸芯片安装于第一基板，能够实现第一基板的小型化。

优选为生成驱动电动机的三相交流电流，在与电动机的轴向正交的方向上排列设有与U相、V相、W相分别对应的三组开关元件，并且在各组开关元件中，IGBT与二极管沿着电动机的轴向排列。

IGBT与二极管配置在沿着被在壳体内流动的制冷剂冷却的壳体的表面的区域内。通过将IGBT与二极管裸芯片安装，能够缩小设有IGBT与二极管的区域，能够将上述元件设置在沿着通过壳体内的制冷剂流动而被冷却的壳体的表面的区域。

在第一基板上，在电源与开关元件之间设有用于降低无线电噪声的由电阻和电容器构成的浪涌电压保护电路，在这种情况下，优选电阻及电容器配置在沿着通过壳体内的制冷剂流动而被冷却的壳体的表面的区域外。其原因在于，由于电阻及电容器发热小，因此也可以不考虑这样发热小的部件由在壳体内流动的制冷剂进行冷却(散热)。

另外，壳体能够分割成收容电动机的电动机收容部和收容压缩机的压缩机收容部。在该情况下，优选在第一基板上，用于将由开关元件生成的三相交流供给电动机的U相、V相、W相的端子配置在电动机收容部的与压缩机收容部的配合面侧。这是由于若U相、V相、W相的端子配置在电动机的收容部的与压缩机收容部的佩合面侧，则在装配时，在经由引线连接电动机的U相、V相、W相的定子和第一基板的U相、V相、W相的端子时，作业者可以从电动机收容部的靠压缩机收容部侧的开口部伸入手指进行该连接作业。

在第一基板上，优选电压施加配线图案及输出配线图案与信号线图案夹着构成开关元件的IGBT及二极管而对置配置，其中电压施加配线图案用于向开关元件供给电压，输出配线图案用于从开关元件向电动机施加电压，信号线图案用于供给驱动开关元件用的控制信号。

电压施加配线图案及输出配线图案为例如300V等的高电压流动的高电压系，信号线图案为例如5V等的低电压流动的低电压系。通过将上述高电压系与低电压系夹着开关元件而对置配置，能够防止高电压系引起的电磁噪声对低电压系的信号带来影响。

另外，在具有用于检测IGBT的工作温度的温度传感器时，优选温度传感器配置在排列有IGBT及二极管的区域内。

根据本发明，通过将IGBT与二极管裸芯片安装于第一基板，能够实现第一基板的小型化。由此，能够缩小设有IGBT和二极管的区域，能够将上述元件配置在沿着通过壳体内的制冷剂流动而被冷却的壳体的表面的区域。其结果，能够形成考虑到部件的散热的布置且使控制基板小型化。

附图说明

图1是表示本实施方式的一体型电动压缩机的外观的立体图。

图2是一体型电动压缩机的沿着电动机的轴向的剖面图。

图3(a)是电动机外壳的俯视图，(b)是侧剖面图。

图4是逆变器单元的立体图。

图5是表示动力基板的电路结构的图。

图6(a)是表示动力基板的安装布置的一个例子的图，(b)是表示(a)所示的安装布置的变形例的图。

图7(a)是电动机外壳的主视图，(b)是装配时的电动机外壳的主视图。

[符号说明]

10 电动压缩机(一体型电动压缩机)

11 壳体

12 逆变器单元

13 电容器

14 感应器

15 控制电路基板(第二基板)

16 动力基板(第一基板)

16a 边

16b 侧边

16c 边

18 开关元件群

20 电动机

21 压缩机

30P 端子

31N 端子

32U 端子

33V 端子

34W 端子

40P 端子电极图案

41N 端子电极图案

42 IGBT

43 二极管

44 分流电阻

45 温度传感器

46电容器

47电阻

48U、48V、48W输出端子图案(输出配线图案)

50供电图案(电压施加配线图案)

52IGBT门信号线(信号线图案)

53接地图案

60电动机外壳(电动机收容部)

61压缩机外壳(压缩机收容部)

具体实施方式

以下，基于附图所示的实施方式对本发明进行详细地说明。

图1、图2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的结构的图。

如该图1、图2所示，电动压缩机10在壳体11的下部收容室11a收容有电动机20及涡旋式压缩机21。在上方开口的壳体11的上部收容室11b收容有逆变器单元12。上部收容室11b的向上方的开口由罩17覆盖。

如图1所示，从制冷剂导入口P1向壳体11内导入制冷剂，其中该制冷剂导入口P1形成在下部收容室11a的设有电动机20的一侧的端部，从制冷剂喷出口P2将由压缩机21压缩后的制冷剂喷出，其中该制冷剂喷出口P2形成在设有压缩机21的一侧的端部。通过该制冷剂冷却壳体11。

如图3、4所示，逆变器单元12包括：用于实现向逆变器单元12输入的直流电压的平滑化的电容器13及感应器14；用于控制向电动机20的高压交流电流的施加的控制电路基板(第二基板)15；将从高压电源供给的直流电流变换成交流电流并向电动机20施加，而驱动使电动机20旋转的动力基板(第一基板)16。

在此，上部收容室11b具有比下部收容室11a的直径尺寸大的宽度。由此，上部收容室11b形成为从下部收容室11a向侧方突出。由此，如图3所示，上部收容室11b在壳体11中，与收容有电动机20的部分对应的区域A由通过壳体11内的制冷剂冷却，比该区域A更向侧方突出的区域基于制冷剂的冷却效果小。

并且，在上部收容室11b中收容的逆变器单元12中的电容器13及感应器14配置在比区域A更向侧方突出的位置。

在控制电路基板15安装有将由车辆的蓄电池供给的规定电压(例如12V)变换成控制用的低电压(例如5V)的变压器、用于与车辆的上位CPU之间进行通信的通信电路、担当电动压缩机10的动作控制的CPU等。

如图4所示，动力基板16通过P端子30、N端子31接受从外部的高电压电源(未图示)供给的例如300V的高电压。并且，动力基板16从U端子32、V端子33、W端子34向外部供给三相交流，而驱动使电动机20旋转。

图5所示的图是动力基板16的电路结构图。如该图5所示，在动力基板16上具有：设有P端子30、N端子31的P端子电极图案40及N端子电极图案41；由多组IGBT42和多组二极管43构成的开关元件群18；用于检测U相、V相、W相中分别流动的电流的分流电阻44；用于检测IGBT42的工作中的温度的温度传感器45；构成浪涌电压保护电路的电容器46及电阻47；设有U端子32、V端子33、W端子34的输出端子图案(输出配线图案)48U、48V、48W。

由电容器46及电阻47构成的浪涌电压保护电路设置在P端子电极图案40、N端子电极图案41与开关元件群18之间。浪涌电压保护电路最初为避免过电压而对IGBT42、二极管43进行保护的电路，在电源断开时，消耗伴随从控制电路基板15向开关元件群18输入的驱动信号的频率变高而产生的电涌。

这样，在浪涌电压保护电路中，通过消耗电涌时的电流，其结果是，使从控制电路基板15向开关元件群18输入的驱动信号中没有载入高频成分。其结果是，能够抑制电动机20与壳体11之间产生的漏泄电流，能够降低无线电噪声。

在控制电路基板15中，通过由控制电路基板15的CPU执行的控制对未图示的门电路进行控制，其驱动信号从控制电路基板15向动力基板16的IGBT门信号线(信号线图案)52传递而输入开关元件群18。通过开关元件群18的动作对从高电压电源经由P端子电极图案40、N端子电极图案41供给的高电压的供给时序进行控制。由此，从输出端子图案48U、48V、48W经过U端子32、V端子33、W端子34向电动机20施加三相交流电流，而驱动使电动机20旋转。

图6是表示上述P端子电极图案40、N端子电极图案41、IGBT42、二极管43、分流电阻44、IGBT门信号线52、温度传感器45、电容器46及电阻47在动力基板16上的安装布置的例子的图。

如该图6(a)所示，动力基板16整体呈矩形形状，沿着其一边16a配置有输出端子图案48U、48V、48W。

并且，从输出端子图案48U、48V、48W沿着与边16a正交的方向串联排列有与U相、V相、W相的各相对应的三组二极管43、IGBT42。在各相中分别将上述二极管43、IGBT42每两个并列设置。在此，二极管43、IGBT42分别为呈矩形形状的芯片，且经由金属制的散热板(未图示)安装在动力基板16上。在该图6(a)所示的布置例中，IGBT42为长方形形状，将其短边方向设置为与二极管43、IGBT42的排列方向一致。

共计六个的二极管43与输出端子图案48U、48V、48W平行地排列。并且，在上述二极管43与输出端子图案48U、48V、48W之间形成有用于向输出端子图案48U、48V、48W供电的供电图案(电压施加配线图案)50。在该供电图案50中，在沿着与动力基板16的边16a正交的侧边16b的位置形成有P端子电极图案40。

在动力基板16中，分流电阻44的取出线51、用于输送驱动IGBT42用的门信号的IGBT门信号线52沿着与边16a平行的边16c与U相、V相、W相的各相对应而排列。上述取出线51、IGBT门信号线52经由未图示的连接器与在动力基板16上平行配置的控制电路基板15连接。

在上述取出线51、IGBT门信号线52与上述的共计六个的IGBT42之间形成有接地图案53，在该接地图案53中，在沿着动力基板16的侧边16b的位置形成有N端子电极图案41。

另外，在接地图案53的间隙配置有与U相、V相、W相的各相对应的分流电阻44。

并且，在接地图案53的面对IGBT42的一侧，在IGBT42的附近设置有温度传感器45。

将构成浪涌电压保护电路的电容器46及电阻47配置成，在沿着设置有U端子32、V端子33、W端子34的输出端子图案48U、48V、48W与动力基板16的侧边16b的位置，而介装在P端子电极图案40与N端子电极图案41之间。

图6(b)所示的图是图6(a)所示的安装布置的变形例。

在该图6(b)所示的动力基板16的布置例中，基本的布置与图6(a)所示的布置例相同。不动点在于，首先是将长方形上的IGBT42设置成其长边方向与二极管43、IGBT42的排列方向一致这一点。

由此，与图6(a)所示的布置例相比，能够抑制与二极管43、IGBT42串联排列的方向相正交的方向、即各相的二极管43、IGBT42并列方向上的动力基板16的宽度。

另外，将温度传感器45配置在排列有多个二极管43、IGBT42的群中这一点也与图6(a)的例子不同。如此，通过将温度传感器45配置在排列有发热大的二极管43、IGBT42的群中，与图6(a)的例子比较，能够更高精度且良好地对作为温度检测对象的IGBT42的温度进行检测。

如图2所示，在收容电动机20的电动机外壳(电动机收容部)60与收容压缩机21的压缩机外壳(压缩机收容部)61在配合面G将互相的开口部彼此配合的状态下，壳体11的下部收容室11a通过螺栓62而连结成一体。

在此，如图7(a)所示，电动机20的U相、V相、W相经由引线64U、64V、64W与固定于上述的U端子32、V端子33、W端子34的玻璃端子63U、63V、63W连结。

如图7(b)所示，在装配电动压缩机10时，将引线64U、64V、64W安装于电动机20的定子20S。然后，将该电动机20收容于电动机外壳60中，并且在位于电动机外壳60的上表面的上部收容室11b收容逆变器单元12。此时，在未安装压缩机外壳61的状态下，引线64U、64V、64W从电动机外壳60的开口部60a露出。因此，在该状态下，作业者在开口部60a伸入手指，如图7(a)所示，将引线64U、64V、64W的端子与玻璃端子63U、63V、63W嵌合。

根据上述装配作业上的理由，如图2所示，将逆变器单元12的动力基板16设置成U端子32、V端子33、W端子34位于电动机外壳60的开口部60a侧。即，在动力基板16中，以连结边16a与边16c的方向与电动机20的轴向一致的方式配置动力基板16。

在这样的结构中，与U相、V相、W相的各相对应的二极管43、IGBT42按各相串联排列，二极管43、IGBT42分别使用呈矩形形状的芯片。由此，与以往那样IGBT使用封装件的情况比较，能够使动力基板16大幅度地小型化，尤其能够抑制与二极管43、IGBT42串联排列的方向正交的方向、即各相的二极管43、IGBT42并列方向上的宽度。其结果是，能够将作为发热部件的二极管43、IGBT42、P端子电极图案40、N端子电极图案41、分流电阻44、输出端子图案48U、48V、48W、供电图案50收纳配置于与利用制冷剂通过内部而进行冷却的壳体11的外表面的区域A对应的范围内。此时，也可以将不需要特别冷却的电容器46及电阻47配置在从壳体11向侧方突出的位置(图3(a)中，由双点划线B表示的范围)。这样，在确保逆变器单元12的结构部件的冷却功能的同时能够实现小型化，有助于电动压缩机10的小型化。

如图6(b)所示，上述的效果通过将长方形上的IGBT42设置成其长边方向与二极管43、IGBT42的排列方向一致而变得更加显著。

另外，在动力基板16中，成为高电压的P端子电极图案40、输出端子图案48U、48V、48W、供电图案50与成为低电压的N端子电极图案41、分流电阻44、取出线51、IGBT门信号线52、接地图案53以中间夹着二极管43、IGBT42对置的方式配置。如此，通过将高电压系与低电压系夹着开关元件群18而对置配置，能够防止高电压系引起的电磁噪声对低电压系的信号带来影响。

并且，如图6(b)所示，通过将温度传感器45配置在排列有多个二极管43、IGBT42的群中，能够高精度地检测作为温度检测对象的IGBT42的温度。这样的温度传感器45的配置正是因为通过上述的动力基板16上的二极管43、IGBT42的布置实现动力基板16的小型化，将发热部件收纳配置于与壳体11的外表面相接的范围内才得以实现。

此外，在上述实施方式中，以动力基板16的布置为中心对电动压缩机10的结构进行了说明，但是，对于其它的部分也可以适当采用其它的结构。另外，对于动力基板16来说，只要能够实现小型化、部件的冷却这样的本发明的主旨，也可以适当采用上述以外的结构。

除此以外，只要不脱离本发明的主旨，可以选择取舍上述实施方式中列举的结构，或适当变更为其它的结构。

Claims (7)

1.一种一体型电动压缩机，其具有：

构成空气调节器的压缩机；

用于驱动所述压缩机的电动机；

对所述电动机的动作进行控制的控制基板；

收容所述压缩机、所述电动机及所述控制基板的壳体，

所述一体型电动压缩机的特征在于，

所述控制基板具有：

开关元件，其安装在第一基板上，并对从电源向所述电动机施加电压的施加时序进行控制，以利用三相交流驱动所述电动机旋转；

控制电路，其安装在隔着间隔与所述第一基板对置配置的第二基板上，并对所述开关元件的动作进行控制，

其中，构成所述开关元件的IGBT与二极管被裸芯片安装，其中所述IGBT为绝缘栅双极型晶体管。

2.根据权利要求1所述的一体型电动压缩机，其特征在于，

为生成驱动所述电动机的三相交流电流，在与所述电动机的轴向正交的方向上排列设有与U相、V相、W相分别对应的三组所述开关元件，

在各组所述开关元件中，所述IGBT与所述二极管沿着所述电动机的轴向排列。

3.根据权利要求1所述的一体型电动压缩机，其特征在于，

所述IGBT与所述二极管配置在沿着被在所述壳体内流动的制冷剂冷却的所述壳体的表面的区域内。

4.根据权利要求3所述的一体型电动压缩机，其特征在于，

在所述第一基板上，在所述电源与所述开关元件之间设有用于降低无线电噪声的由电阻和电容器构成的浪涌电压保护电路，

所述电阻及所述电容器配置在沿着通过所述壳体内的制冷剂流动而被冷却的所述壳体的表面的区域外。

5.根据权利要求1所述的一体型电动压缩机，其特征在于，

所述壳体能够分割成收容所述电动机的电动机收容部和收容所述压缩机的压缩机收容部，

在所述第一基板上，用于将由所述开关元件生成的三相交流电流供给所述电动机的U相、V相、W相的端子配置在所述电动机收容部的与所述压缩机收容部的配合面侧。

6.根据权利要求1所述的一体型电动压缩机，其特征在于，

在所述第一基板中，电压施加配线图案及输出配线图案与信号线图案夹着构成所述开关元件的所述IGBT及所述二极管而对置配置，

其中所述电压施加配线图案用于向所述开关元件供给电压，所述输出配线图案用于从所述开关元件向所述电动机施加电压，所述信号线图案用于供给驱动所述开关元件用的控制信号。

7.根据权利要求1所述的一体型电动压缩机，其特征在于，

用于检测所述IGBT的工作温度的温度传感器配置在排列有所述IGBT及所述二极管的区域内。

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