CN107567678A - 电力转换用电路基板及电动压缩机 - Google Patents

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上谷洋行
樋口博人
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Abstract

电力转换用电路基板(1)是搭载有将直流转换为交流的电力转换用电路的基板，且被施加低电压的低电压电路和被施加高电压的高电压电路彼此分开而分别配置于同一基板表面的不同区域。并且，高电压电路(10a)的一部分的配线形成于基板表面，且其他的配线由汇流条构成，该汇流条设置为从基板表面空开规定距离。

Description

电力转换用电路基板及电动压缩机
技术领域
本发明涉及一种电力转换用电路基板及一种电动压缩机。
本申请主张2015年3月24日在日本申请的专利申请第2015-060840号为优先权，并在此引用其内容。
背景技术
由于例如在车辆内的有限空间收容各种结构设备的必要性，车载用空调机被要求高的省空间性。因此近年来，以提高省空间性为目的，提供一种一体型电动压缩机(例如，参照专利文献1、2)，该一体型电动压缩机是由构成车载用空调机的压缩机、用于驱动压缩机的电动机及用于控制压缩机的电路基板一体地构成。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开第2008-099480号公报
专利文献2：日本特开第2011-229397号公报
以往，车载用电动压缩机以数百伏特的电压为电源，在设计上并未要求最大超过1000V。但是近年来，基于以新的技术开发为基础的环境的变化，有要求1000V以上的输入作为电压电源的可能性。另一方面，关于由电动压缩机产生得到的电磁噪声对外部设备的影响，希望进一步降低。
发明内容
本发明是鉴于上述课题的完成的，其目的在于提供一种能够降低电磁噪声对外部设备的影响并能够进一步实现高耐压化的电力转换用电路基板及电动压缩机。
本发明的一方式是如下的电力转换用电路基板：搭载有将直流转换为交流的电力转换用电路的基板，被施加低电压的低电压电路和被施加高电压的高电压电路彼此分开而分别配置于同一基板表面的不同区域，所述高电压电路具有串联电容器组，该串联电容器组由在电源配线与接地配线之间串联连接的多个电容元件构成。
由此，施加到每一个电容元件的电压被分压而降低，因此能够提高作为高电压电路10a的耐压性能。并且，能够选择所期望的构成串联电容器组的各电容元件，由此，能够配合产品固有的电磁噪声来控制串联电容器组整体的电阻特性。因此，能够降低电磁噪声对外部设备的影响，并进一步实现高耐压化。
并且，根据本发明的一方式，构成所述串联电容器组的各电容元件具有不同的电阻特性，该不同的电阻特性能够与电磁噪声为规定值以上的多个频率对应来分别降低该多个频率中的电磁噪声。
并且，根据本发明的一方式，所述串联电容器组分别安装于基板的表面侧及背面侧中的同一位置，安装于所述表面侧及所述背面侧中的同一位置的两组所述串联电容器组以多个所述电容元件的配置图案彼此相同的方式安装。
由此，能够使表面侧及背面侧的串联电容器组所具有的容量值相同化，也使与其配置图案对应的浮游容量相同化。
并且，本发明的一方式是一种具备上述的电力转换用电路基板和基于从所述电力转换用电路基板供给的交流电力而动作的电动机的电动压缩机。
发明的效果
根据上述的电力转换用电路基板及电动压缩机，能够降低电磁噪声对外部设备的影响，并能够进一步实现高耐压化。
附图说明
图1是第一实施方式所涉及的电力转换用电路基板的立体图。
图2是第一实施方式所涉及的电力转换用电路基板的俯视图。
图3是第一实施方式所涉及的电力转换用电路基板的仰视图。
图4是第一实施方式所涉及的电力转换用电路基板的侧视图。
图5是第一实施方式所涉及的电力转换用电路基板的主视图。
图6A是对第一实施方式所涉及的串联电容器组的特性进行说明的第一图。
图6B是对第一实施方式所涉及的串联电容器组的特性进行说明的第二图。
图7是对基于第一实施方式所涉及的高电压电路的结构的作用效果进行说明的图。
符号说明
1 电力转换用电路基板
10 基板主体部
10a 高电压电路
10a1 高电压输入端子
10a2 RC电路
10a3 串联电容器组
10b 低电压电路
11 固定孔
20 汇流条支承部件
20a 汇流条连接端子
20b 高电压输出端子
SW 开关元件
C 电容器
L 电感器
具体实施方式
<第一实施方式>
以下，参照图1～图7对第一实施方式所涉及的电力转换用电路基板进行说明。
(整体结构)
图1是第一实施方式所涉及的电力转换用电路基板的立体图。
另外，图2是第一实施方式所涉及的电力转换用电路基板的俯视图。
另外，图3是第一实施方式所涉及的电力转换用电路基板的仰视图。
另外，图4是第一实施方式所涉及的电力转换用电路基板的侧视图。
另外，图5是第一实施方式所涉及的电力转换用电路基板的主视图。
第一实施方式所涉及的电力转换用电路基板1是构成逆变器的电路基板，该逆变器将通过输入端子(后述)而从外部供给的直流电力转换为三相交流电力。在此，第一实施方式所涉及的电力转换用电路基板1与交流电动机一体地搭载于电动压缩机，该交流电动机基于该电力转换用电路基板1输出的三相交流电力而动作。
该电动压缩机被利用在例如搭载于车辆的空调机(汽车空调)。在该情况下，电动压缩机(电力转换用电路基板1)从搭载于车辆的电池等接收直流电力的输入。
如图1～图5所示，电力转换用电路基板1具备基板主体部10和汇流条支承部件20。
基板主体部10是安装有各种电路元件的电路基板，该各种电路元件用于构成将直流转换为交流的电力转换用电路(逆变器)。如图1等所示，在基板主体部10的基板表面(包含+Z方向侧的面及-Z方向侧的面双方)，被施加高电压的高电压电路10a的一部分和被施加低电压的低电压电路10b彼此分开而分别配置在不同的区域。
高电压电路10a是为了驱动未图示的交流电动机而被施加必需的高电压的大电力系统的电路。具体而言，在高电压电路10a中，被施加有从搭载于车辆的电池等输入的直流高电压。输入的直流高电压经由开关元件SW而被转换为用于驱动交流电动机的三相交流电力。
各开关元件SW基于来自低电压电路10b(后述)的驱动信号(门输入)而切换为ON状态、OFF状态，ON状态允许电流流动，OFF状态将电流隔断。与形成三相交流的各U相、V相、W相对应，每一相分别设有两个开关元件SW。因此，在基板主体部10的基板表面合计安装有六个开关元件SW。通过各开关元件SW在规定的时刻重复ON/OFF而将三相(U相、V相、W相)的交流电力供给到交流电动机。
另外，作为开关元件SW，例如代表性的有IGBT(绝缘栅双极型晶体管)，但其他的如双极型晶体管、MOSFET(金属氧化物半导体场效晶体管)等也可以。
另一方面，低电压电路10b是与高电压电路10a相比在低电压下动作的小信号系统的电路。具体而言，在低电压电路10b安装有微型计算机等的控制用芯片、电流传感器等的各种传感器并通过被施加直流低电压而动作。安装于低电压电路10b的微型计算机例如对各开关元件SW输出与各种传感器的检测结果对应的规定的驱动信号，从而将其控制为产生符合状况的所期望的三相交流电力。
另外，第一实施方式所涉及的基板主体部10形成为由多个层层叠而成的多层配线基板。在基板主体部10中的安装有高电压电路10a的区域至少层叠有电源图案层和GND(接地)图案层，电源图案层供被施加上述高电压的电源配线形成图案，GND(接地)图案层供接地的接地配线形成图案。
(高电压电路的结构)
接着，参照图1～图5对高电压电路10a的结构进行详细说明。
如图1～图5所示，高电压电路10a由高电压输入端子10a1、RC电路10a2、开关元件SW、汇流条支承部件20、电容器C及电感器L电连接而形成。
另外，在以下的说明中，主要参照从底面侧(-Z方向侧)看电力转换用电路基板1的图3来进行说明。在此，将图3中的+X方向侧记作左侧(左端侧)，将-X方向侧记作右侧(右端侧)等，并且，将+Y方向侧记作上侧(上端侧)，将-Y方向侧记作下侧(下端侧)等。
高电压输入端子10a1安装于基板主体部10的背面侧(-Z方向侧)的基板表面且基板主体部10的左端侧(+X方向侧)(参照图3)。高电压输入端子10a1与另外搭载的电池电连接并且从该电池被施加直流高电压。另外，在安装有高电压输入端子10a1的面的相反侧(+Z方向侧)的基板表面，安装有高电压用的电容器C和电感器L(参照图2)。通过高电压用的电容器C和电感器L来实现来自电池的直流高电压的稳定化。
从高电压输入端子10a1输入的直流高电压经由配置于高电压电路10a的右端侧(-X方向侧)的RC电路10a2，输入到同样安装于右端侧的六个开关元件SW。
RC电路10a2是电阻元件与电容元件电连接而成的电路，发挥作为除去高频成分的低通滤波器的功能。RC电路10a2安装于基板主体部10的基板表面，并且RC电路10a2的至少一部分安装于后述的汇流条支承部件20与基板主体部10之间的空间(参照图3等)。
六个开关元件SW在基板主体部10中安装于RC电路10a2的下侧(-Y方向侧)。
汇流条支承部件20配置于基板主体部10的背面侧(-Z方向侧)的基板表面，并且以与安装有六个开关元件SW的区域的左侧(+X方向侧)相邻的方式配置。
汇流条支承部件20配置于从基板主体部10的背面侧的基板表面空开规定距离的间隔的位置(参照图4)。在汇流条支承部件20的内部，安装有与各U相、V相、W相对应的三根汇流条。
安装于汇流条支承部件20的内部的三根汇流条与基板主体部10的基板表面保持一定距离，并从位于汇流条支承部件20的下端侧(-Y方向侧)的汇流条连接端子20a延伸到位于汇流条支承部件20的上端侧(+Y方向侧)的高电压输出端子20b。此时，上述三根汇流条被配置为横穿以从基板主体部10的基板表面的左端侧到右端侧的方式安装的高电压电路10a的上方。
安装于汇流条支承部件20的内部的三根汇流条在汇流条连接端子20a中与安装于基板主体部10的基板表面的配线电连接。由开关元件SW的ON/OFF驱动而产生的各相的交流电力经由汇流条连接端子20a而被输入到对应的各汇流条。与各U相、V相、W相对应的交流电力经由从位于汇流条支承部件20的下端侧的汇流条连接端子20a延伸到上端侧的汇流条，而从各相的高电压输出端子20b输出。
如此，在从底面侧看该电力转换用电路基板1的情况下，安装于电力转换用电路基板1的高电压电路10a配置为如下：高电压电路10a中的从高电压输入端子10a1到开关元件SW的配线与从开关元件SW到高电压输出端子20b的配线相互交叉。
并且，第一实施方式所涉及的基板主体部10具有多个串联电容器组10a3，该多个串联电容器组10a3是以降低电磁噪声为目的而设置的电容元件，且连接于高电压电路10a中的被施加高电压的电源配线与接地的接地配线之间。串联电容器组10a3由多个(例如五个)电容元件(每一个元件例如为数千pF级)串联连接而成(参照图2、图3)。各电容元件例如可以是一般的陶瓷电容器等。
如图2、图3等所示，在本实施方式中，串联电容器组10a3分别安装于基板主体部10的表面侧(+Z方向侧的面)及基板主体部10的背面侧(-Z方向侧的面)上的同一位置(从+Z方向侧或-Z方向侧看彼此重合的位置)。并且，安装于表面侧及背面侧的同一位置的两组串联电容器组10a3以多个电容元件的配置图案彼此相同的方式安装。
并且，在第一实施方式所涉及的基板主体部10中，设置有用于安装到未图示的电动压缩机的框体的固定孔11。电力转换用电路基板1通过固定孔11而被螺纹紧固到电动压缩机的框体。
除了在基板主体部10的四角各设置一个固定孔11，也在基板主体部10的中央附近设置多个固定孔11(参照图2、图3)。在固定孔11的边缘设置有与接地配线连接的接地用的连接盘。由此，固定孔11被螺纹紧固，从而电力转换用电路基板1通过设于该固定孔11的边缘的接地用的连接盘而接地。
并且，上述的串联电容器组10a3与各固定孔11对应地安装于该固定孔11的附近(参照图2、图3)。
(串联电容器组的特性)
图6A是对第一实施方式所涉及的串联电容器组的特性进行说明的第一图。
图6B是对第一实施方式所涉及的串联电容器组的特性进行说明的第二图。
图6A所示的曲线图表示由电力转换用电路基板1产生的电磁噪声的频率特性的例子(纵轴为噪声强度“dB”，横轴为频率“Hz”)。并且，图6B所示的曲线图表示构成串联电容器组10a3的各电容元件的电阻的频率特性的例子(纵轴为电阻“Ω”，横轴为频率“Hz”)。
在此，从电力转换用电路基板1放射的电磁噪声具有由安装的元件的特性、其电路图案、施加的电压、动作频率等引起的产品固有的频率特性。例如，如图6A所示，电力转换用电路基板1的电磁噪声在不同的多个频率f1、f2中表示高于既定值TH的强度。
在该情况下，构成串联电容器组10a3的五个电容元件以如下方式选择：与电磁噪声变为规定值TH以上的多个频率f1、f2对应，而能够分别降低该多个频率f1、f2处的电磁噪声。
具体而言，电容元件的电阻(Ω)具有图6B所示的频率特性。即，依据共振特性，存在电阻局部变小的频率带。
这样的电容元件的电阻的频率特性根据选择的电容元件的种类等而各不相同。因此，将构成串联电容器组的各电容元件的电阻与电磁噪声强的频率f1、f2对应，将各不相同的电阻的频率特性进行组合，从而能够有效地降低所期望的频率(频率f1、f2等)的电磁噪声。
(作用效果)
图7是对基于第一实施方式所涉及的高电压电路的结构的作用效果进行说明的图。
如图7所示，根据第一实施方式所涉及的电力转换用电路基板1，其特征在于，被施加低电压的低电压电路10b和被施加高电压的高电压电路10a彼此分开而逐个地配置在同一基板表面的不同区域。
由此，由于高电压电路10a和低电压电路10b分开而配置，因此能够降低从高电压电路10a放射的电磁噪声对低电压电路10b的干涉程度。并且，由于高电压电路10a和低电压电路10b配置在同一基板表面，因此能够实现省空间化。
基于以上内容，根据电力转换用电路基板1，既能够维持省空间性又能够降低电磁噪声的影响。
并且，如图7所示，根据第一实施方式所涉及的电力转换用电路基板1，在高电压电路10a中，从高电压输入端子10a1到开关元件SW的配线(供直流电流Id流动的配线)形成于基板主体部10的基板表面，并且从开关元件SW到高电压输出端子20b的配线(供交流电流Ia流动的配线)由汇流条构成，该汇流条设置为从基板表面空开规定距离。
由此，由开关元件SW的驱动产生的电磁噪声(振铃噪声等)除了被RC电路10a2吸收之外，也在形成于基板主体部10的基板表面的配线与从基板表面空开规定距离而设置的汇流条之间被吸收，能够抑制电磁噪声放射到外部。
并且，根据第一实施方式所涉及的电力转换用电路基板1，从高电压输入端子10a1到开关元件SW的配线与从开关元件SW到高电压输出端子20b的配线以交叉的方式配置。换言之，高电压电路10a中的供直流电流Id流动的配线(安装于基板主体部10a的基板表面的配线)和高电压电路10a中的供交流电流Id流动的配线(支承于汇流条支承部件20的汇流条)立体地交叉。
由此，由开关元件SW的驱动产生的电磁噪声被配线彼此交叉的部分有效地吸收，因此能够进一步抑制电磁噪声放射到外部。
并且，通过上述立体地交叉的结构，能够将电力转换用电路基板1中的高电压电路10a所占的区域紧凑地集中到一起。因此，能够使电力转换用电路基板1整体进一步小型化(省空间化)。
并且，根据第一实施方式所涉及的电力转换用电路基板1，在从高电压输入端子10a1到开关元件SW的配线与从开关元件SW到高电压输出端子的配线之间设置的空间中，设置有RC电路10a2的至少一部分。
由此，基于RC电路10a2的作为低通滤波器的功能，能够得到电磁噪声的除去效果。并且，在确保安装RC电路10a2所需的空间的基础上，能够有效地活用设于从高电压输入端子10a1到开关元件SW的配线与从开关元件SW到高电压输出端子的配线之间的空间。因此，能够实现电力转换用电路基板1的进一步的省空间化。
并且，根据第一实施方式所涉及的电力转换用电路基板1，其特征在于，高电压电路10a具有串联电容器组10a3，该串联电容器组10a3由在电源配线与接地配线之间串联连接的多个电容元件构成。
由此，施加到每一个电容元件的电压被分压而降低，因此能够提高作为高电压电路10a的耐压性能。并且，假设即使在任一电容元件被破坏而短路的情况下，也能够通过串联连接的其他电容元件来防止电源配线与接地配线短路。
进一步由此，能够选择所期望的构成串联电容器组的各电容元件，因此能够配合产品固有的电磁噪声而适当地控制串联电容器组10a3整体的电阻特性。
基于以上内容，能够降低电磁噪声对外部设备的影响，并能够进一步实现高耐压化。
并且，根据第一实施方式所涉及的电力转换用电路基板1，构成串联电容器组10a3的各电容元件具有各不相同的电阻特性(电阻的频率特性)，该各不相同的电阻特性能够与电磁噪声变为规定值TH(图6A)以上的多个频率对应来分别降低该多个频率中的电磁噪声。
由此，能够与电磁噪声强的频率(图6A的频率f1、f2)对应来组合各不相同的电阻的频率特性，从而有效地降低所期望的频率的电磁噪声。
并且，根据第一实施方式所涉及的电力转换用电路基板1，串联电容器组10a3分别安装于基板主体部10的表面侧及背面侧中的同一位置。
并且，安装于基板主体部10的表面侧及背面侧中的同一位置的两组串联电容器组10a3以多个电容元件的配置图案彼此相同的方式安装。
在电容元件之间，假定形成有与各电容元件的位置关系对应的浮游容量。因此，通过使配置图案相同，能够使表面侧及背面侧的串联电容器组10a3所具有的容量值相同，也使与其配置图案对应的浮游容量相同。
<第一实施方式的变形例>
以上，对第一实施方式所涉及的电力转换用电路基板1进行了详细说明，但电力转换用电路基板1的具体方式不限定于上述的实施方式，在不脱离其主旨的范围内能够加上各种设计变更。
例如，在第一实施方式中，对如下电力转换用电路基板1进行了说明：从高电压输入端子10a1到开关元件SW的配线与从开关元件SW到高电压输出端子20b的配线以交叉的方式配置，但在其他实施方式中不限定于此。
即，其他实施方式所涉及的电力转换用电路基板1可以是如下的方式：从高电压输入端子10a1到开关元件SW的配线与从开关元件SW到高电压输出端子20b的配线并不一定要交叉，例如也可以是两者的至少一部分重合并延伸。
并且，在第一实施方式中，对如下电力转换用电路基板1进行了说明：以降低与开关元件SW的驱动对应的电磁噪声为目的而连接有RC电路10a2，但在其他实施方式中不限定于该方式。
即，其他实施方式所涉及的电力转换用电路基板1也可以是不具备RC电路10a2的方式。并且，在该情况下，该其他实施方式所涉及的电力转换用电路基板1也可以是仅形成有能够安装RC电路10a2的连接盘的方式。
如此，仅预先设置用于安装RC电路10a2的区域，从而能够根据顾客的要求(应当降低的电磁噪声的程度)来选择RC电路10a2的搭载/不搭载。
以上，对本发明的几个实施方式进行了说明，但这些实施方式是作为例子进行提示的实施方式，并不是要对发明的范围进行限定。这些实施方式也能够以其他的各种方式实施，并能够在不脱离发明的主旨的范围内进行各种省略、替换、变更。这些实施方式、其变形包含于发明的范围、主旨并同样地包含于技术方案所记载的发明和与其等同的范围内。
产业上的利用可能性
根据上述的电力转换用电路基板及电动压缩机，能够降低电磁噪声对外部设备的影响，并能够进一步实现高耐压化。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.(修改后)一种电力转换用电路基板，是搭载有将直流转换为交流的电力转换用电路的基板，其特征在于，
被施加低电压的低电压电路和被施加高电压的高电压电路彼此分开而分别配置于同一基板表面的不同区域，
所述高电压电路具有串联电容器组，该串联电容器组由在电源配线与接地配线之间串联连接的多个电容元件构成，
所述串联电容器群分别安装于基板的表面侧及背面侧中的同一位置，
安装于所述表面侧及所述背面侧中的同一位置的两组所述串联电容器组按照如下配置图案安装：全部多个所述电容元件在所述表面侧及所述背面侧中处于彼此对应的相同的位置。
2.根据权利要求1所述的电力转换用电路基板，其特征在于，
构成所述串联电容器组的各电容元件具有不同的电阻特性，该不同的电阻特性能够与电磁噪声为规定值以上的多个频率对应来分别降低该多个频率中的电磁噪声。
3.(删除)
4.(修改后)一种电动压缩机，其特征在于，具备：
权利要求1或2所述的电力转换用电路基板；以及
电动机，该电动机基于从所述电力转换用电路基板供给的交流电力而动作。
说明或声明(按照条约第19条的修改)
修改说明：
一、权利要求书
在权利要求1中追加“所述串联电容器群分别安装于基板的表面侧及背面侧中的同一位置，安装于所述表面侧及所述背面侧中的同一位置的两组所述串联电容器组按照如下配置图案安装：全部多个所述电容元件在所述表面侧及所述背面侧中处于彼此对应的相同的位置”。
权利要求1的修改以原权利要求3、说明书段落【0008】、【0025】、【0026】、【0037】及附图2～5为依据，因此并未超出说明书范围。
权利要求4的修改是伴随原权利要求3的消除而对引用关系进行修改。
二、提交权利要求书的修改替换页1份，共1页。

Claims (4)

1.一种电力转换用电路基板，是搭载有将直流转换为交流的电力转换用电路的基板，其特征在于，
被施加低电压的低电压电路和被施加高电压的高电压电路彼此分开而分别配置于同一基板表面的不同区域，
所述高电压电路具有串联电容器组，该串联电容器组由在电源配线与接地配线之间串联连接的多个电容元件构成。
2.根据权利要求1所述的电力转换用电路基板，其特征在于，
构成所述串联电容器组的各电容元件具有不同的电阻特性，该不同的电阻特性能够与电磁噪声为规定值以上的多个频率对应来分别降低该多个频率中的电磁噪声。
3.根据权利要求1或2所述的电力转换用电路基板，其特征在于，
所述串联电容器组分别安装于基板的表面侧及背面侧中的同一位置，
安装于所述表面侧及所述背面侧中的同一位置的两组所述串联电容器组以多个所述电容元件的配置图案彼此相同的方式安装。
4.一种电动压缩机，其特征在于，具备：
权利要求1到权利要求3的任一项所述的电力转换用电路基板；以及
电动机，该电动机基于从所述电力转换用电路基板供给的交流电力而动作。
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