CN104769282A - 逆变器一体式电动压缩机 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种逆变器一体式电动压缩机，可以在改善逆变器装置相对于外壳的组装性能、提高生产效率、降低制造成本的同时，实现逆变器装置乃至电动压缩机自身的小型化、轻量化。在逆变器一体式电动压缩机(1)中，逆变器装置(7)具备由高压类部件收容部与基板组装部一体成型的树脂结构体(12)，通过将构成逆变器装置(7)的多个高压类部件、电力系统基板、控制系统基板(15)以及汇流条等安装在该树脂结构体(12)上，使得逆变器装置(7)为单元(34)化，将该单元(34)组装在逆变器收容部(8)内，并与之形成一体。

Description

逆变器一体式电动压缩机

技术领域

本发明涉及一种逆变器一体式电动压缩机，其中逆变器装置组装在电动压缩机的外壳内，并形成一体。

背景技术

电动汽车及混合动力车等的车载空调装置的压缩机通常采用一体组装了逆变器装置的逆变器一体式电动压缩机。该逆变器一体式电动压缩机的构造为，通过逆变器装置将车载电源单元提供的高压直流电转换为逆变器装置所需频率的三相交流电，并将其施加于电动机上，从而获得驱动。

逆变器装置的结构包括，例如设在自电源引出的高压线路上、用于降低高频噪声及电流纹波的电感线圈及滤波电容器等高压类部件、由多个将直流电转换为三相交流电的IGBT等开关元件(功率元件)所构成的开关电路所封装在内的电力系统基板、在CPU等低压下工作的控制电路封装在内的控制系统基板(印刷基板)以及连接这些高压类部件、电力系统基板及控制系统基板的汇流条等，其构造为，将通过P-N端子输入的直流电转换为三相交流电，再从UWV端子输出。

迄今为止，该逆变器装置相对于外壳的安装结构是多种多样的。如专利文献1中所示，将印刷基板与树脂嵌入成型的汇流条组件兼外框架部结为一个整体后，紧固于设有多个开关元件及电容器等高压类部件的外壳的基座面上，通过汇流条连接起各个电气器件的端子，同时在外框架部内填充凝胶材料，并安装盖板。

此外，如专利文献2所示，在设置于外壳外侧的逆变器收容部内，通过树脂壳体将滤波电容器及线圈等高压类部件，以及电力系统金属基板和控制系统基板组合为一体并组装内部填充凝胶材料的逆变器模块，通过汇流条进行电连接。

此外，如专利文献3所示，将电力系统金属基板与控制系统基板一体化后形成的逆变器模块组装在外壳上的逆变器收容部内，再使用其他的收纳壳体将高压类部件等进行子装配(sub-assembly)后组装在外壳上，并通过汇流条进行电连接。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开2003-322082号公报

专利文献2：日本专利特开2010-209685号公报

专利文献3：日本专利特开2009-275606号公报

发明内容

发明要解决的课题

然而，按照上述专利文献1-3中所示构造为，在构成逆变器装置的多个高压类部件、电力系统基板、控制系统基板、汇流条以及汇流条组件等一部分的多个高压类部件、电力系统基板和控制系统基板或者汇流条组件兼外框架部与控制系统基板等进行模块化后再组装于外壳内。因此，在电动压缩机的组装生产线上，必须进行复杂的焊接和钎焊作业来连接各个电气器件的端子，这将造成组装部件数量增加、由复杂化引起的制造成本上涨、生产效率低下等问题。

此外，为了确保控制系统基板的抗振性，还需填充凝胶材料，为了确保功率元件等发热元件的冷却性能和抗振性，还需使用金属制成的电力系统基板或填封树脂材料，这亦将引起成本上涨及重量增加。此外，如果将逆变器装置的构成部件及电气部件分别进行单独组装，则必须确保充足的组装空间，这将导致逆变器装置自身或逆变器收容部的体积增大，从而导致逆变器一体式电动压缩机的体积增大。

鉴于以上事宜，本发明目的在于提供一种逆变器一体式电动压缩机，其改善了逆变器装置相对于外壳的组装性能，提高了生产效率，降低了生产成本，同时，还实现了逆变器装置乃至电动压缩机自身体积的小型化、轻量化。

解决课题的手段

为解决上述课题，本发明中的逆变器一体式电动压缩机采用了以下方法。

即，本发明的一实施方式中所涉及的逆变器一体式电动压缩机，在设置于外壳外侧的逆变器收容部内，组装有逆变器装置并形成一体化，所述逆变器装置具备由高压类部件收容部与基板组装部一体成型的树脂结构体，并由如下构成：所述树脂结构体的所述收容部内容置的包括电容器及线圈等在内的高压类部件；封装有组装于所述树脂结构体的所述组装部的下侧的功率元件的电力系统基板；封装有组装于所述树脂结构体的所述组装部的上侧的控制系统电路的控制系统基板；设置在所述电力系统基板及所述控制系统基板之间、用于所述逆变器装置的电气布线的汇流条，该逆变器装置，通过将所述高压类部件、所述电力系统基板、所述控制系统基板及所述汇流条组装在所述树脂结构体中而形成一个单元，再将该单元组装在所述逆变器收容部内从而形成一体。

根据本发明，构成逆变器装置的高压类部件、电力系统基板、控制系统基板以及汇流条均安装在由高压类部件收容部及基板组装部一体成型的树脂结构体上，通过该树脂结构体形成一个单元后组装在逆变器收容部内，因此，通过将逆变器装置的输入端至输出端的一整套设备预先进行子装配，形成一个单元后再在所述电动压缩机的组装生产线上将其安装设于外壳上的逆变器收容部内，由此即可组装成逆变器一体式电动压缩机。因此，无需在电动压缩机的组装生产线上通过焊接及钎焊作业对构成逆变器装置的多个电气器件进行连接，可实现简化组装工序、减少部件数量从而降低制造成本、提高生产效率的目的。此外，通过在上下2块基板间设置汇流条等实现逆变器装置整体的单元化，从而可以实现逆变器装置的小型化乃至逆变器一体式电动压缩机的小型化、轻量化。

在上述逆变器一体式电动压缩机中，所述电力系统基板为在所述功率元件的封装部位的相应位置上设有由热传导材料构成的热贯通部的树脂基板，当把所述单元安装在所述逆变器收容部内时，所述热贯通部与构成所述逆变器收容部的底面的所述外壳壁面相接触。

根据本发明，电力系统基板为在所述功率元件的封装部位的相应位置上设有由热传导材料构成的热贯通部的树脂基板，当把单元安装在逆变器收容部内时，该热贯通部与构成逆变器收容部底面的外壳壁面相接触，因此，功率元件这一发热元件产生的热量，将通过设在树脂制成的电力系统基板上、由例如铜等热传导材料构成的热贯通部，向构成逆变器收容部底面的外壳壁面发散，将该壁面作为散热器，可冷却功率元件。如此一来，即便使用树脂基板作为电力系统基板，仍可确保对其功率元件的冷却性能，同时实现降低成本和减少重量的目的。

在上述任意逆变器一体式电动压缩机中，所述汇流条设置在所述电力系统基板及所述控制系统基板上下夹住所述树脂结构体的所述组装部的空间内。

根据本发明，由于汇流条设置在上下夹住树脂结构体的组装部的电力系统基板及控制系统基板之间的空间内，因此可以将用于逆变器装置的电气布线的汇流条设置在上下夹住树脂结构体的组装部的电力系统基板及控制系统基板之间形成的空间内，通过该汇流条对逆变器装置的多个电气器件进行电连接。因此，无需为设置汇流条留出多余的空间，从而可以实现逆变器装置整体的小型化乃至逆变器一体式电动压缩机的小型化。

在上述逆变器一体式电动压缩机中，在所述树脂结构体的所述组装部上设有一个与其成一体的支撑部，该支撑部从下方对所述控制系统基板的周边部以外的内部进行支撑。

根据本发明，由于在树脂结构体的组装部上设有一个与其成一体的支撑部，从下方对控制系统基板的周边部以外的内部进行支撑，因此，不仅支撑控制系统基板的周边部，还通过设在树脂结构体上的支撑部对周边部以外的内部进行支撑。如此一来，可以提高控制系统基板的抗振性，而无需使用抗振的凝胶材料等，从而实现结构的简化、轻量化和低成本化等。除基板的中央位置外，还可以考虑封装了大型部件的位置设置等作为支撑部支撑周边部以外的内部。

在上述逆变器一体式电动压缩机中，使用螺栓将用于单元化的所述树脂结构体紧固在所述逆变器收容部内，从而可使所述逆变器装置实现自由装卸。

根据本发明，使用螺栓将用于单元化的树脂结构体紧固在逆变器收容部内，从而可使逆变器装置实现自由装卸，因此，可以通过用螺栓将树脂结构体紧固在逆变器收容部内，对树脂结构体实现单元化的逆变器装置进行固定而设置，同时，取下螺栓即可拆卸整个单元。如此一来，可以实现逆变器装置的组装或维护工序等的简易化。

发明效果

通过本发明，对逆变器装置的输入端至输出端的整套设备预先进行子装备，使之形成一个单元，再通过电动压缩机的组装生产线将其安装在外壳上的逆变器收容部内，从而组装成逆变器一体式电动压缩机。因此，无需在电动压缩机的组装生产线上通过焊接及钎焊作业对构成逆变器装置的多个电气器件进行连接。如此一来，可以简化组装工序、减少部件数量从而降低制造成本、提高生产效率。此外，还可通过在上下2块基板间设置汇流条等，实现逆变器装置整体的单元化，从而实现逆变器装置的小型化乃至逆变器一体式电动压缩机的小型化、轻量化。

附图说明

图1是本发明实施方式中所涉及的逆变器一体式电动压缩机的主要部分的透视图。

图2是图1所示的逆变器一体式电动压缩机的沿电机外壳轴线方向的纵截面图。

图3是图1所示的逆变器一体式电动压缩机中安装的逆变器装置的分解透视图。

图4是图3所示的逆变器装置的装配状态的透视图。

图5是图3所示的逆变器装置的电力系统基板的平面图。

图6是沿图5a-a方向的纵截面图。

具体实施方式

接下来参照图1至图6对本发明的一实施方式进行说明。

图1中所示为本发明的一实施方式所涉及的逆变器一体式电动压缩机的主要部分的透视图。图2所示为沿电机外壳轴线方向的纵截面图。图3所示为逆变器装置的分解透视图。图4所示为其装配状态的透视图。

逆变器一体式电动压缩机1中设有构成外壳的圆筒形状的外壳2。外壳2是将用于收纳电动机(图中省略)的电机外壳3与用于收纳压缩机构(图中省略)的压缩机外壳(图中省略)整合而成的。

逆变器一体式电动压缩机1采用的结构为，内置在外壳2内的电动机与压缩机构通过旋转轴相连接，电动机由下述逆变器装置7进行旋转驱动并驱动压缩机构，通过设在电机外壳3的后端侧面上的吸入口4，将吸入于其中的低压制冷剂气体经电动机周围吸入，再通过压缩机构进行高压压缩并释放到压缩机外壳内，之后排放到外部。

在电机外壳3的内侧表面上，沿轴线方向设有多个用于制冷剂流通的制冷剂通路5，在其外侧设有多个用于固定电动压缩机1的脚6。此外，在外壳2(电机外壳3一侧)的外周部设有与其一体成型的逆变器收容部8，用于对逆变器装置7进行一体组装。该逆变器收容部8在平面视图中呈近正方形，其底面为由电机外壳3的壁面形成的部分略为平面的基座面9，其周围竖立有凸缘部10。

此外，如图2所示，逆变器装置7完成组装后，通过在凸缘部10上安装盖体11，使逆变器收容部8变成密闭状态。该盖体11，众所周知，通过图中未显示的连接器与车载电源单元引出的高压电缆相连接，再通过连接该连接器与设在逆变器装置7的基板一侧的P-N端子31(参见图1)，将直流高压电输送至逆变器装置7。

逆变器装置7，众所周知，将车载电源单元引出的高压电缆提供的高压直流电转换为所需频率的三相交流电并输送给上述电动机，从而驱动该电动机。逆变器装置7的结构，如图3所示，包括树脂结构体12与该树脂结构体12中内置的多个高压类部件13、安装在树脂结构体12下侧的电力系统基板14、安装在树脂结构体12上侧的控制系统基板15、以及安装在上下2块电力系统基板14及控制系统基板15之间的汇流条16。

树脂结构体12用于将逆变器装置7整合为一个单元。树脂结构体12是由有底的收容部17和框架形状的组装部18通过树脂一体成型形成的，其中收容部17具有收纳多个高压类部件13所需的容积，组装部18用于安装电力系统基板14及控制系统基板15。收容部17与组装部18的一侧，即与电机外壳3的吸入口4所在的外周侧面测对应而成形的。在该收容部17及组装部18的周围多个位置上设有一体成型的脚20，用于将单元化后的逆变器装置7收纳在逆变器收容部8内并通过螺栓19(参见图1)进行紧固定。

收容部17形成为可收纳连接高压线、众所周知的用于构成降低高频噪声及电流纹波的电路的共模线圈(线圈)21、普通模式线圈(线圈)22、滤波电容器(电容器)23等多个高压类部件13。该收容部17具有与多个圆形的线圈21、22和方形的电容器23的外形相匹配的收纳空间，多个高压类部件13通过粘着剂等固定设置于收容部17内。

组装部18位于收容部17的一侧一体成型，是一个具有一定高度尺寸的框架形状组装体，用来确保上下2块电力系统基板14及控制系统基板15之间具有必要的间隔。该组装部18的内表面上设有多个组装凸台24，用于安装电力系统基板14及控制系统基板15，其中央位置为空间25。此外，组装部18上设有一体成型的支撑部26，支撑部26用于支撑控制系统基板15，从组装部18的一角向空间25的中央部位呈L字形延伸。

电力系统基板14上封装有用于将直流电转换为三相交流电的IGBT等多个(6个)开关元件(功率元件)27构成的开关电路28等。电力系统基板在树脂结构体12的组装部18的下侧14通过螺栓等紧固于组装凸台24上。该电力系统基板14为树脂制成的基板。电力系统基板14是所谓的铜基板，如图5及图6所示，在功率元件27等发热元件的安装部位的上设有例如铜等热传导材料构成的热贯通部29，可将热量从树脂基板的外表面一侧传递至内表面一侧。

电力系统基板14的热贯通部29采用的结构为，当把单元化后的逆变器装置7组装在逆变器收容部8内时，如图2所示，其下表面与构成逆变器收容部8的底面的电机外壳3的略平整基座面9相接触，通过热贯通部29将功率元件27发出的热量散发至电机外壳3的基座面9上，从而使基座面9作为散热器，对功率元件27进行冷却。由吸入口4吸入的低压制冷剂气体在制冷剂通路5内流通，从而对电机外壳3的基座面9进行冷却，因此，基座面9可如上所述充分发挥其作为散热器的功能。

控制系统基板15上封装有在CPU等的低电压下工作的控制系统电路30，其用于根据车载ECU发出的控制信号控制逆变器装置7的操作。该控制系统基板15通过螺栓等紧固于组装凸台24上来封装在树脂结构体12的组装部18的上面。控制系统基板15的中央位置通过与组装部18一体成型的支撑部26获得向上的支撑，从而提高了抗振性。控制系统基板15还可通过螺栓固定在支撑部26上。此外，上述P-N端子31延伸至控制系统基板15上方。

汇流条16用于逆变器装置7内的电气器件间的电气布线。汇流条16，如图2所示，利用从上下夹住树脂结构体12的组装部18的电力系统基板14及控制系统基板15之间的空间25而设。此处的汇流条16为图中所示的UVW汇流条16，用于将通过逆变器装置7转换为所需频率的交流电输出至电动机。该UVW汇流条16与贯穿电机外壳3设置的玻璃密封端子32相连接，并通过与该玻璃密封端子32相连接的簇块(Cluster Block)33与电动机相连接。

如上所述，逆变器装置7将树脂结构体12作为基材，通过将构成逆变器装置7的多个高压类部件13、电力系统基板14、控制系统基板15以及汇流条16等安装在该树脂结构体12上进行子装配，如图4所示，从而形成一个一体化的逆变器单元(单元)34。然后，将该单元34收纳在设于电机外壳3上的逆变器收容部8内，通过螺栓19将脚20紧固后，安装盖体11进行密封。如此一来，可以将逆变器单元34安装在逆变器收容部8中并实现自由装卸。

如此一来，根据本实施方式，将构成逆变器装置7的多个线圈21、22以及电容器23等多个高压类部件13、电力系统基板14、控制系统基板15以及汇流条16安装在由高压类部件13的收容部17及2块电力系统基板14及控制系统基板15的组装部18一体成型形成的树脂结构体12上，进行子装配，在通过树脂结构体12形成一个单元34的状态下组装在设在外壳2上的逆变器收容部8内，使其与电动压缩机形成一体。

因此，通过将逆变器装置7的输入端至输出端的整套设备预先进行子装配，使之形成一个单元34后，再在电动压缩机1的组装生产线上将其安装在设在外壳2上的逆变器收容部8内，从而可组装成逆变器一体式电动压缩机1。如此一来，无需在电动压缩机1的组装生产线上通过焊接及钎焊作业对构成逆变器装置7的多个电气器件进行连接，可以实现简化组装工序、减少部件数量从而降低制造成本、提高生产效率的目的。

此外，通过在上下2块电力系统基板14及控制系统基板15之间的空间25内设置汇流条16等，将逆变器装置7的整套部件组成一个单元34，可以实现逆变器装置7的小型化、进而实现逆变器一体式电动压缩机1的小型化、轻量化。

此外，电力系统基板14为在功率元件27的安装部位的对应位置上设有由铜等热传导材料构成的热贯通部29的树脂基板，当逆变器单元34安装在逆变器收容部8内时，该热贯通部29与构成逆变器收容部8的底面的外壳2(电机外壳3)的基座面9相接触。

因此，功率元件27这一发热元件发出的热量，将通过设在树脂制成的电力系统基板14上的热贯通部29，散发至构成逆变器收容部8的底面的外壳2的壁面，将该壁面(基座面9)作为散热器，对功率元件27这一发热元件进行冷却。如此一来，即便使用树脂基板作为电力系统基板14，也可充分确保对功率元件27的冷却性能，达到降低成本和减轻重量的目的。

此外，本实施方式中，UVW汇流条16等汇流条类部件设置在上下夹住树脂结构体12的组装部18的电力系统基板14及控制系统基板15之间的空间25内。因此，可以将用于逆变器装置7内电气器件间电气布线的汇流条16，设置在上下夹住树脂结构体12的组装部18的电力系统基板14及控制系统基板15之间形成的空间25内，使用该汇流条16对逆变器装置7的各个电气器件进行电连接。因此，无需为设置汇流条留出多余的空间，可以将逆变器装置7整体的体积进行压缩，进而实现逆变器一体式电动压缩机1的小型化。

此外，树脂结构体12的组装部18上还设有从下方对控制系统基板15的周边部以外的内部进行支撑的支撑部26，支撑部26与组装部18为一个整体，可以从下方对控制系统基板15的内部进行支撑。因此，不仅支撑控制系统基板15的周边部位，还可通过支撑部26对周边部位以外的内部进行支撑。因此，可以提高控制系统基板15的抗振性，而无需使用抗振的凝胶材料等，从而实现结构简化、轻量化、低成本化等。除基板15的中央位置外，还可以选择在安装了大型部件的位置等设置支撑部26支撑周边部以外的内部。

此外，在本实施方式中，使用螺栓19将用于单元化的树脂结构体12紧固在逆变器收容部8内，从而可以实现逆变器装置7的自由装卸，通过用螺栓19将该树脂结构体12紧固于逆变器收容部8内，可以对通过树脂结构体12实现单元化的逆变器装置7进行固定，同时，取下螺栓19即可卸除单元34。因此，可以实现逆变器装置7的组装或维护等的简易化。

本发明不局限于上述实施方式中的发明，在不脱离其主旨的范围内，可进行适当的变形。例如，虽然在上述实施方式中，其结构为将树脂结构体12的用于收纳多个高压类部件13的收容部17设置在面向吸入口4的侧面的位置上，但还可将其设置在面向电机外壳3的后端面的位置上等，其设置结构具有一定的自由度，可以进行适当变更。

此外，虽然在上述实施方式中，自电源引出的高压电缆与设在盖体11附近的连接器相连接并从此向逆变器装置7输入高压电，但还可采用从逆变器收容部8的侧面等处输入高压电的结构。

符号说明

1 逆变器一体式电动压缩机

2 外壳

3 电机外壳

7 逆变器装置

8 逆变器收容部

9 电机外壳的壁面(基座面)

12 树脂结构体

13 高压类部件

14 电力系统基板

15 控制系统基板

16 汇流条(UVW汇流条)

17 收容部

18 组装部

19 螺栓

21 共模线圈(线圈)

22 普通模式线圈(线圈)

23 滤波电容器(电容器)

25 空间

26 支撑部

27 功率元件

29 热贯通部

30 控制系统电路

34 逆变器单元(单元)。

Claims (5)

1.一种逆变器一体式电动压缩机，逆变器装置组装在外壳外周上设置的逆变器收容部内且与之形成一体，其中，

所述逆变器装置具备由高压类部件收容部与基板组装部一体成形的树脂结构体，

且包括：

容置在所述树脂结构体的所述收容部中的包括电容器及线圈等在内的高压类部件，

封装有组装在所述树脂结构体的所述组装部的下侧的功率元件的电力系统基板，

封装有组装在所述树脂结构体的所述组装部的上侧的控制系统电路的控制系统基板，

设置在所述电力系统基板及所述控制系统基板之间、用于所述逆变器装置中的电气布线的汇流条；

该逆变器装置，通过将所述高压类部件、所述电力系统基板、所述控制系统基板以及所述汇流条组装在所述树脂结构体上形成单元化，将该单元组装在所述逆变器收容部内从而形成一体。

2.根据权利要求1中所述的逆变器一体式电动压缩机，其结构为，

所述电力系统基板为与所述功率元件的封装部位相对应设有由热传导材料构成的热贯通部的树腊基板，

当所述单元组装在所述逆变器收容部内时，所述热贯通部与构成所述逆变器收容部的底面的所述外壳的壁面相接触。

3.根据权利要求1及权利要求2中所述的逆变器一体式电动压缩机，所述汇流条设置在上下夹住所述树脂结构体的所述组装部的所述电力系统基板以及所述控制系统基板之间的空间内。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的逆变器一体式电动压缩机，所述树脂结构体的所述组装部上设有形成一体的支撑部，从下方对所述控制系统基板的周边部位以外的内部进行支撑。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的逆变器一体式电动压缩机，使用螺栓将用于单元化的所述树脂结构体紧固于所述逆变器收容部内，从而可将所述逆变器装置装卸自如地设置。