CN104782041B - 高电压电气装置以及电动压缩机 - Google Patents
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Abstract
本发明提供高电压电气装置以及电动压缩机。安装于冷却部(90)的高电压电气装置(40)具备：在高电压下使用并且体型不同的多个发热部件(45)、经由引线(49)而固定有多个发热部件的电路基板(44)、收容多个发热部件和电路基板的壳体(43)、以及在壳体的内部对多个发热部件和电路基板进行密封的绝缘构件(47、48)。当将绝缘构件中的被冷媒冷却的冷却部侧的最外周面设为基准面(40b)时，多个发热部件距基准面的最短距离彼此一致。电动压缩机具备：高电压电气装置、通过从高电压电气装置供给的电力而动作的电动马达(50)、以及被电动马达驱动并且应用于制冷循环系统中的压缩机构(60)。冷却部被吸入到压缩机构中的冷媒冷却。
Description
关联申请的相互参照
本发明以2012年11月12日申请的日本申请号为2012-248243号的申请为基础，在此引用其记载内容。
技术领域
本发明涉及高电压电气装置以及电动压缩机。
背景技术
以往，例如在专利文献1中提出了在电源基板上设置平滑用电容器的逆变器装置。具体而言，逆变器装置具有如下结构：在箱状的组件壳体中配置有电源基板，在组件壳体中从电源基板到覆盖至少平滑用电容器的位置填充有树脂模制层。由此，利用树脂模制层固定平滑用电容器，所以使平滑用电容器的耐振动性提高。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2010-74935号公报
然而，在上述现有技术中，由于将作为发热部件的平滑用电容器配置在树脂模制层的中心部，所以在平滑用电容器的冷却性方面存在问题。因此，为了提高平滑用电容器的冷却性而考虑使装置小型化。特别是在不仅具备平滑用电容器还具备体型不同的多个发热部件的结构中，装置会进一步大型化，所以为了提高冷却性而需要使装置更加小型化。
发明内容
本发明鉴于上述点而完成，其目的在于提供一种在具备体型不同的多个发热部件的结构中能够实现小型化的高电压电气装置以及电动压缩机。
为了达到上述目的，在本发明的第一方式中，具备：在高电压下使用并且体型不同的多个发热部件；经由引线而固定有多个发热部件的电路基板；收容多个发热部件和电路基板的壳体、以及在壳体的内部对多个发热部件和电路基板进行密封的绝缘构件。
而且，在将绝缘构件中的被冷媒冷却的冷却部侧的最外周面设为基准面时，多个发热部件距基准面的最短距离彼此一致。
由此，由于利用绝缘构件对体型不同的多个发热部件进行密封，所以能够确保多个发热部件的绝缘性，并且提高多个发热部件的布局的自由度。因此，能够在距作为冷却效果更高的位置的基准面固定的距离处配设多个发热部件，所以使多个发热部件的冷却性提高。因此，能够使多个发热部件小型化，进而能够使高电压电气装置小型化。
另外，由于多个发热部件的绝缘距离以及多个发热部件与电路基板的绝缘距离缩小，所以能够使高电压电气装置小型化。
在本发明的第二方式中，绝缘构件在多个发热部件的与电路基板相反的一侧具有与多个发热部件接触的散热绝缘板。
由此，能够通过散热绝缘板来提高多个发热部件的散热性。因此，能够进一步使多个发热部件小型化，进而能够使高电压电气装置小型化。
附图说明
通过参照附图并进行如下的详细描述，使关于本发明的上述目的以及其他目的、特征、优点变得更加明确。该附图为，
图1是第一实施方式所涉及的系统整体的电路图。
图2是第一实施方式所涉及的将逆变器装置一体化的电动压缩机的剖视图。
图3是第一实施方式所涉及的逆变器装置的剖视图。
图4是第二实施方式所涉及的逆变器装置以及冷却部的剖视图。
图5是第三实施方式所涉及的逆变器装置以及冷却部的剖视图。
图6是第四实施方式所涉及的逆变器装置以及冷却部的剖视图。
图7是第五实施方式所涉及的逆变器装置以及冷却部的剖视图。
图8是第六实施方式所涉及的逆变器装置以及冷却部的剖视图。
具体实施方式
以下，基于附图，对本发明的实施方式进行说明。需要说明的是，在以下的各实施方式彼此中，对彼此为相同或等同的部分在图中赋予相同的符号。
(第一实施方式)
以下，参照图1、2、3，对第一实施方式进行说明。如图1所示，本实施方式所涉及的包含电动压缩机的系统具备高电压电池10、高电压继电系统20、平滑电容器30、逆变器装置40、电动马达50、压缩机构60、以及连结机构70。
高电压电池10为用于驱动逆变器装置40的直流电源。高电压继电系统20具有用于在向逆变器装置40施加高电压时不使突入电流流到逆变器装置40中的功能。因此，高电压继电系统20具有与高电压电池10的正极连接的开关21、和与高电压电池10负极连接的开关22。另外，高电压继电系统20具有开关23以及电阻24。所述开关23以及电阻24的串联连接与开关21并联连接。例如在通过未图示的ECU(Electrical Control Unit：电控单元)检测到系统的异常状态的情况下，通过ECU切断各开关21～23。
平滑电容器30是在由高电压电池10施加的电压中的高电压范围内进行充电、并且在由高电压电池10施加的电压中的低压范围内进行放电的电容器。由此，平滑电容器30起到将施加给逆变器装置40的电压变得平滑的作用。
逆变器装置40是用于将高电压电池10的直流电压转换成交流电压的高电压电气装置。逆变器装置40具有滤波器电路41、开关电路42、以及驱动电路143。
滤波器电路41起到用于吸收由开关电路42的动作产生的噪音的作用。滤波器电路41构成为，具有电容器41a与电阻41b的串联连接、以及与该串联连接并联连接的电容器41c。电容器41a与电容器41c相比吸收频率特性稍微降低的噪音。电容器41c与电容器41a相比吸收更高频的噪音。
作为电容器41a，例如使用薄膜电容器。作为电容器41c，例如使用铝电解电容器。薄膜电容器在高温时存在绝缘电阻的降低、静电电容的变化、介电损耗角正切的变化成为问题的倾向。铝电解电容器在低温时存在ESR(等效串联电阻)增大而频率特性降低、由ESR引起的电压变化成为问题的倾向。另外，铝电解电容器与薄膜电容器相比内部电阻较大，铝电解电容器与薄膜电容器的内部电阻相差一个位数左右。
因此，电阻41b与作为薄膜电容器的电容器41a串联连接。而且，将各电阻值设定为，在常温时，将电容器41a的内部电阻的电阻值R1与电阻41b的电阻值R2相加而得到的值即R1+R2与电容器41c的内部电阻的电阻值R3一致。由此，电容器41a与电阻41b的串联连接的频率特性被调整为与电容器41c的频率特性成为同等程度。这里，当将作为薄膜电容器的电容器41a的静电电容设定为主要在低温时所需的静电电容程度时，作为滤波器电路41整体能够得到优良的频率特性。
开关电路42是产生U相、V相、W相这三相交流电压以及电流来驱动高电压的电动马达50的电路。开关电路42具备U相臂42a、V相臂42b、以及W相臂42c。所述各臂42a～42c在电源线与接地线之间并联连接。
各臂42a～42c由串联连接的两个开关元件42d构成，在各开关元件42d的集电极-发射极之间，分别连接有使电流从发射极侧向集电极侧流动的二极管元件42e。另外，各臂42a～42c的中间点与电动马达50的各相线圈的各相端连接。需要说明的是，各开关元件42d例如是IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor：绝缘栅双极晶体管)，各二极管元件42e是FWD(Free Wheeling Diode：续流二极管)。
驱动电路143是使开关电路42的各开关元件42d动作的电路。由此，驱动电路143以使电动马达50输出规定的转矩的方式对在电动马达50的各相中流动的电流进行控制。另外，驱动电路143执行驱动电动马达50所需的电压、电流的检测、开关信号的输出、以及各种控制运算等。
电动马达50是U相、V相、W相的三个线圈的一端共同与中点连接而构成的高电压用马达。电动马达50的U相线圈的另一端与开关电路42的U相臂42a的各开关元件42d的中间点连接。V相线圈以及W相线圈也相同。由此，电动马达50基于从逆变器装置40供给的三相电力而动作。
压缩机构60是通过被电动马达50驱动而压缩例如冷媒的机构。压缩机构60应用于例如制冷循环系统。另外，连结机构70是将电动马达50与压缩机构60连结的连结轴，是所谓的转轴。
在上述的系统中，如图2所示，压缩机构60、电动马达50、以及逆变器装置40被一体化。由连结机构70连结的压缩机构60与电动马达50通过收容在圆筒状的外壳80中而构成为电动式的压缩机。
外壳80具有用于将冷媒吸入至该外壳80中的吸入口81、以及用于将通过电动马达50和压缩机构60而被压缩的冷媒排出至外壳80外的排出口82。在外壳80的内部，电动马达50经由连结机构70向压缩机构60传递旋转驱动力。由此，压缩机构60以将冷媒从吸入口81吸入至外壳80的内部进行压缩、并将压缩后的冷媒从排出口82排出的方式动作。
这里，由于从吸入口81向外壳80内吸入冷媒，所以电动压缩机中的吸入口81侧成为被该冷媒冷却的冷却部90。即，吸入口81附近的外壳80的温度保持在低温，该部分作为冷却部90。而且，逆变器装置40固定于构成冷却部90的外壳80的外壁面。需要说明的是，在本实施方式中，逆变器装置40位于连结机构70的中心轴上。
如图3所示，逆变器装置40构成为具备壳体43、电路基板44、多个发热部件45、多个电子部件46、模制树脂47、以及散热绝缘板48。
壳体43是收容电路基板44、多个发热部件45、多个电子部件46、模制树脂47、以及散热绝缘板48的容器状的部件。在本实施方式中，壳体43具有将内部与外部相连的开口部43a。这样的壳体43通过对例如模铸件ADC12等金属材料进行冲压加工、切削而形成。模铸件ADC12等金属材料可以通过铸造加工和切削加工等形成。
电路基板44是具有一个面44a以及该一个面44a的相反侧的另一个面44b的板状的部件。电路基板44具备内置于该电路基板44的多个内置部件44c。作为内置部件44c，有电阻元件、布线等。作为电路基板44，例如采用玻璃环氧基板、陶瓷基板等。
多个发热部件45是在高电压中使用且发热量多的电子部件。各发热部件45经由引线49而与在电路基板44的一个面44a上形成的未图示的布线电连接并固定。另外，多个发热部件45是半导体功率器件45a、滤波用电容器41a、41c、以及与电容器41a串联连接的电阻41b。需要说明的是，图3中省略电容器41c。
半导体功率器件45a是利用树脂对形成有开关电路42的半导体芯片进行模制而得到的。电容器41a、41c是陶瓷电容器、上述的薄膜电容器等。电阻41b构成为分立部件。这样，各发热部件45是种类不同且各自体型不同的电子部件。
多个电子部件46是安装于电路基板44的另一个面44b上的部件。作为多个电子部件46，具有利用树脂对形成有驱动电路143的半导体芯片进行模制而得到的部件46a、表面安装型的部件46b。在本实施方式中，该部件46b经由引线49而与在电路基板44的另一个面44b上形成的未图示的布线电连接并固定。
模制树脂47是在壳体43的内部对多个发热部件45、多个电子部件46、电路基板44、以及散热绝缘板48进行密封的密封构件。模制树脂47例如由环氧树脂等形成。需要说明的是，“密封”不仅包括如多个发热部件45那样完全包覆的意思，还包括如散热绝缘板48那样固定一部分的意思。
散热绝缘板48是用于将多个发热部件45的热量放出到外部的散热板。散热绝缘板48位于多个发热部件45的与电路基板44相反的一侧，并且与多个发热部件45接触。另外，散热绝缘板48以与和多个发热部件45接触的接触面48a相反的一侧的相反面48b从模制树脂47露出的方式被模制树脂47密封。散热绝缘板48例如由氮化铝或氧化铝等陶瓷形成，以能够实现散热性和绝缘性。
作为逆变器装置40的制造方法，首先，将在电路基板44上安装多个发热部件45以及多个电子部件46而得到的构件与散热绝缘板48一起配置到壳体43之中。然后，将该壳体43配置于未图示的模具并使模制树脂47流入到模具内，由此在壳体43之中密封电路基板44、多个发热部件45、多个电子部件46、以及散热绝缘板48。通过这种方式完成逆变器装置40。通过设置于壳体43的未图示的凸缘部，将逆变器装置40例如螺纹紧固于外壳80。以上是本实施方式所涉及的包括电动压缩机的系统的整体结构。
在上述的逆变器装置40的结构中，壳体43的开口端面43b、从壳体43和散热绝缘板48露出的模制树脂47的露出面47a、以及散热绝缘板48的相反面48b位于同一平面上。该面是壳体43、模制树脂47、以及散热绝缘板48中的一部分与冷却部90直接接触且被冷却部90冷却的面。在将该面设为冷却面40a时，逆变器装置40的冷却面40a与冷却部90的外壳80接触。由此，各发热部件45的热经由散热绝缘板48以及冷却面40a传递至冷却部90。
另外，在将模制树脂47以及散热绝缘板48中的被冷媒冷却的冷却部90侧的最外周面设为基准面40b时，多个发热部件45距基准面40b的最短距离彼此一致。如上所述，由于多个发热部件45的体型不同，所以如图3所示那样，在将各发热部件45的散热绝缘板48侧的位置对齐时，各发热部件45与电路基板44的间隙的宽度各不相同。然而，由于模制树脂47进入到该间隙，所以能够保证各发热部件45与电路基板44之间的绝缘性。需要说明的是，当如上述那样定义基准面40b时，在本实施方式中，冷却面40a和基准面40b为同一面。
接着，对如上述那样在逆变器装置40中配置多个发热部件45带来的效果进行说明。首先，由于将多个发热部件45配置在冷却部90侧，所以使各发热部件45的冷却性提高。特别是，由于在与作为冷却效果更高的位置的基准面40b相距固定的距离处配置多个发热部件45，所以使多个发热部件45的冷却性提高。因此，能够使各发热部件45本身小型化，进而能够使逆变器装置40小型化。
另外，由于多个发热部件45和电路基板44被模制树脂47密封，所以能够缩小多个发热部件45的绝缘距离以及多个发热部件45与电路基板44之间的绝缘距离。即，能够大幅度地削减部件彼此的空间距离。因此，能够使逆变器装置40小型化。
这里，由于体型不同的多个发热部件45被模制树脂47密封，所以能够确保多个发热部件45的绝缘性，并且提高多个发热部件45的布局自由度。因此，即使考虑多个发热部件45的冷却性，以冷却面40a为基准而配设多个发热部件45，也能够将逆变器装置40设计得足够小型。
此外，在本实施方式中，逆变器装置40具备散热绝缘板48。通过该散热绝缘板48能够进一步提高多个发热部件45的冷却性。因此，能够进一步使多个发热部件45小型化，进而能够使高电压电气装置小型化。
需要说明的是，本实施方式的模制树脂47以及散热绝缘板48对应于“绝缘构件”。
(第二实施方式)
在本实施方式中，对与第一实施方式不同的部分进行说明。如图4所示，在本实施方式中，壳体43形成为中空状的容器。壳体43在中空部分收容有电路基板44、多个发热部件45、多个电子部件46、以及模制树脂47。在本实施方式中，逆变器装置40不具备散热绝缘板48。需要说明的是，图4中省略电阻41b。
模制树脂47对电路基板44、多个发热部件45、以及多个电子部件46进行密封，并且在壳体43内还设置在多个发热部件45与壳体43之间。由此，能够确保多个发热部件45与壳体43的绝缘性。需要说明的是，为了确保该绝缘性，也可以在多个发热部件45与壳体43之间设置油脂和树脂。
另外，以壳体43的内部的多个发热部件45位于冷却部90侧的方式将壳体43固定于冷却部90。即，壳体43中的与冷却部90直接接触的外壁面成为被冷却部90冷却的冷却面40a。这里，冷却部90并不局限于第一实施方式的电动压缩机。冷却部90只要是通过例如水冷、空气冷却等而被冷却的部件即可。
在本实施方式中，模制树脂47中的冷却部90侧的最外周面成为基准面40b。而且，多个发热部件45距该基准面40b的最短距离彼此一致。
如以上那样，通过成为利用壳体43覆盖模制树脂47的整体的结构，能够得到与现有构造之间的更换性/互换性优异的逆变器装置40。另外，由于逆变器装置40不具备散热绝缘板48，所以能够因部件个数的削减而小型化。需要说明的是，本实施方式的模制树脂47对应于“绝缘构件”。
(第三实施方式)
在本实施方式中，对与第二实施方式不同的部分进行说明。如图5所示，在壳体43的内壁面与多个发热部件45之间设置有散热绝缘板48。由此，能够提高多个发热部件45的冷却性。
另外，当将模制树脂47以及散热绝缘板48中的冷却部90侧的最外周面设为基准面40b时，在本实施方式中，基准面40b与散热绝缘板48的相反面48b是同一面。由于多个发热部件45分别与散热绝缘板48的接触面48a接触，所以各发热部件45距基准面40b的最短距离彼此一致。
需要说明的是，本实施方式的模制树脂47以及散热绝缘板48对应于“绝缘构件”。
(第四实施方式)
在本实施方式中，对与第一实施方式不同的部分进行说明。如图6所示，散热绝缘板48配置在模制树脂47的露出面47a之上。因此，散热绝缘板48从壳体43的开口端面43b以及模制树脂47的露出面47a突出。
冷却面40a由壳体43的开口端面43b、从壳体43和散热绝缘板48露出的模制树脂47的露出面47a、散热绝缘板48的相反面48b以及侧面48c构成。即，冷却面40a不是单一的平面，而成为包括散热绝缘板48的阶梯差的面。
另外，与第一实施方式相同，基准面40b是模制树脂47以及散热绝缘板48中的冷却部90侧的最外周面。即，在本实施方式中，基准面40b由模制树脂47的露出面47a、散热绝缘板48的相反而48b以及侧面48c构成，并且与冷却面40a相同地成为包括散热绝缘板48的阶梯差的面。即，冷却面40a与基准面40b成为相同的面。
另一方面，冷却部90在设置有逆变器装置40的面上具备凹部91。凹部91是配置逆变器装置40的散热绝缘板48的部分。凹部91形成为与散热绝缘板48相同的尺寸。
这样，通过使散热绝缘板48从模制树脂47的露出面47a突出并利用模制树脂47密封，能够将逆变器装置40的壳体43缩小与散热绝缘板48的厚度对应的量。而且，当将逆变器装置40装配于冷却部90时，散热绝缘板48被收纳到冷却部90的凹部91中，所以能够使逆变器装置40缩小与散热绝缘板48的厚度对应的量而小型化。
(第五实施方式)
在本实施方式中，对与第四实施方式不同的部分进行说明。如图7所示，在本实施方式中，在冷却部90的凹部91形成有将冷却部90的内部与外部相连的贯通孔92。因此，逆变器装置40的冷却面40a通过与冷却部90的冷媒直接接触而被冷却。由此，能够进一步提高多个发热部件45的冷却性，所以能够使多个发热部件45更加小型化。
需要说明的是，考虑散热绝缘板48的强度，可以将逆变器装置40设置于冷却部90中的不受到冷媒的力的部位或者该力比较小的部位。
(第六实施方式)
在本实施方式中，对与第三实施方式不同的部分进行说明。如图8所示，在逆变器装置40的壳体43的内壁面中的设置有散热绝缘板48的面上设置有阶梯差43c。另外，散热绝缘板48彼此分离地配置于阶梯差43c的上阶和下阶。两个散热绝缘板48的厚度相同。
在这种构造的情况下，模制树脂47以及散热绝缘板48中的冷却部90侧的最外周面、即基准面40b成为与壳体43的阶梯差43c对应的面。即，基准面40b不是单一的平面，而成为包括壳体43的阶梯差的面。即使这样定义基准面40b，在壳体43的阶梯差43c的上阶中从基准面40b到电容器41a为止的距离与在壳体43的阶梯差43c的下阶中从基准面40b到半导体功率器件45a为止的距离也相同。
如上所述，由于在壳体43的内壁面设有阶梯差43c，所以使多个发热部件45的配置的自由度提高。因此，能够使逆变器装置40小型化。需要说明的是，在本实施方式中，冷却面40a是壳体43中的与冷却部90接触的面，与基准面40b不是同一面。
对上述实施方式的变形例进行说明。上述各实施方式中示出的电动压缩机和逆变器装置40的结构是一例，并不局限于上述所示的结构，还能够为可实现本发明的其他结构。例如，图2所示的电动压缩机的结构是一例，也可以是其他结构。
另外，在上述各实施方式中，在电路基板44与多个发热部件45之间填充有模制树脂47，但也可以将多个发热部件45表面安装到电路基板44的一个面44a上。
此外，也可以适当地组合上述各实施方式。例如，能够将第五实施方式中示出的具有贯通孔92的冷却部90应用于第五实施方式以外的逆变器装置40。
依据实施例说明了本发明，但是要理解本发明并不局限于该实施例和构造。本发明也包含各种变形例和等同范围内的变形。此外，各种组合和方式以及向各种组合、方式中增加或减少仅一个要素的其他组合及方式也落入本发明的范畴和思想范围内。
Claims (6)
1.一种高电压电气装置(40)，其安装于冷却部(90)，
该高电压电气装置(40)的特征在于，具备：
在高电压下使用并且体型不同的多个发热部件(45)；
经由引线(49)而固定有所述多个发热部件(45)的电路基板(44)；
收容所述多个发热部件(45)和所述电路基板(44)的壳体(43)；以及
在所述壳体(43)的内部对所述多个发热部件(45)和所述电路基板(44)进行密封的绝缘构件(47、48)，
在将所述绝缘构件(47、48)中的、被冷媒冷却的冷却部(90)侧的最外周面设为基准面(40b)时，所述多个发热部件(45)距所述基准面(40b)的最短距离彼此一致。
2.根据权利要求1所述的高电压电气装置(40)，其特征在于，
所述绝缘构件(47、48)在所述多个发热部件(45)的与所述电路基板(44)相反的一侧具有与所述多个发热部件(45)接触的散热绝缘板(48)。
3.根据权利要求1或2所述的高电压电气装置(40)，其特征在于，
在将所述壳体(43)和所述绝缘构件(47、48)中的与所述冷却部(90)接触且被所述冷却部(90)冷却的面设为冷却面(40a)时，
所述冷却面(40a)通过与所述冷却部(90)的冷媒直接接触而被冷却。
4.根据权利要求1或2所述的高电压电气装置(40)，其特征在于，
所述多个发热部件(45)是半导体功率器件(45a)、滤波用电容器(41a、41c)、以及与该滤波用电容器(41a)串联连接的电阻(41b)。
5.根据权利要求1或2所述的高电压电气装置(40)，其特征在于，
所述冷却部(90)被吸入到压缩机构(60)中的冷媒冷却，该压缩机构(60)应用于制冷循环系统。
6.一种电动压缩机，其特征在于，具备：
权利要求1或2所述的高电压电气装置(40)；
通过从所述高电压电气装置(40)供给的电力而动作的电动马达(50)；以及
被所述电动马达(50)驱动并且应用于制冷循环系统中的压缩机构(60)，
所述冷却部(90)被吸入到所述压缩机构(60)中的冷媒冷却。
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