CN107710583B - 电力转换用电路基板和电动压缩机 - Google Patents

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Abstract

电力转换用电路基板(1)是一种搭载有将直流转换为交流的电力转换用电路的基板，在同一基板表面的不同区域，分别分开配置有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)。此外，高电压电路(10a)的一部分布线形成于基板表面，并且，其他布线由与基板表面隔开规定距离地设置的汇流条构成。

Description

电力转换用电路基板和电动压缩机
技术领域
本发明涉及一种电力转换用电路基板和电动压缩机。
本申请依据2015年4月20日向日本提出的日本专利申请2015-086292号主张优先权，并在此处援用其内容。
背景技术
车载用空气调节器例如，由于在车辆内有限的空间容纳各种构成设备的必要性，会被要求高度节省空间性。因此，近年来，以进一步节省空间为目的，提供了一种由构成车载用空气调节器的压缩机、用于驱动压缩机的马达以及用于控制压缩机的电路基板一体构成的一体式电动压缩机(例如，参照专利文献1、2)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2008-099480号公报
专利文献2：日本特开2011-229397号公报
发明内容
发明要解决的问题
在如上所述的车载用电动压缩机中，压缩机、马达以及电路基板分别呈相互紧密接触的状态。因此，运转时传递至电路基板的振动的程度变大。所以，随着节省空间化的发展，对电路基板要求更高的耐振动性。
此外，另一方面，理想的是：进一步降低会由电动压缩机产生的电磁噪声对外部设备的影响。
本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于提供一种能降低电磁噪声对外部设备的影响并且能进一步谋求耐振动性的提高的电力转换用电路基板以及电动压缩机。
技术方案
根据本发明的一方案，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，其中，在同一基板表面的不同区域，分别分开配置有被施加低电压的低电压电路以及被施加高电压的高电压电路，在所述基板表面的至少四角以及所述四角以外的位置，形成有固定孔以及设于所述固定孔的边缘的接地用连接盘。
由此，由于固定(螺纹固定)于其他零件的位置增加，因此，电力转换用电路基板相对于其他零件的壳体的固定性能提高。此外，由于通过接地用连接盘而接地的位置分布于整个基板表面，因此，接地布线中的接地电位进一步稳定化。因此，能降低电磁噪声对外部设备的影响并且能进一步谋求耐振动性的提高。
此外，根据本发明的一方案，所述高电压电路具有：串联电容器组，所述串联电容器组包含串联连接于电源布线与接地布线之间的多个电容器元件。
如此，施加于每个电容器元件的电压被分压而降低，因此能提高作为高电压电路的耐压性能。
此外，根据本发明的一方案，所述串联电容器组安装于所述固定孔的附近。
由此，在高电压电路中的接地布线上，通过设于固定孔的边缘的连接盘而接地的位置与连接有串联电容器组的位置接近。由此，高电压电路的整个接地布线的接地电位进一步稳定化，能进一步抑制电磁噪声对外部设备的影响。
此外，根据本发明的一方案，所述串联电容器组分别安装于基板的表面侧以及背面侧的同一位置，安装于所述表面侧以及所述背面侧的同一位置的两组所述串联电容器组安装为：多个所述电容器元件的配置图案彼此相同。
由此，能使表面侧以及背面侧的串联电容器组所具有的电容值还包含与所述配置图案相应的寄生电容进行相同化。
此外，根据本发明的一方案，在所述电力转换用电路基板中，所述高电压电路中的从高电压输入端子至开关元件的布线形成于所述基板表面，并且，从所述开关元件至高电压输出端子的布线由与所述基板表面隔开规定距离地设置的汇流条构成。
设为这样的构成，由此，由驱动开关元件而产生的电磁噪声在形成于基板表面的布线和与基板表面隔开规定距离地设置的汇流条之间被吸收，能抑制电磁噪声向外部放射。
此外，根据本发明的一方案，在所述电力转换用电路基板中，从所述高电压输入端子至所述开关元件的布线与从所述开关元件至高电压输出端子的布线以交叉的方式进行配置。
设为这样的构成，由此，由驱动开关元件而产生的电磁噪声分别在相互交叉的部分被有效地吸收，能进一步抑制电磁噪声向外部放射。此外，设置两者重合的区域，由此，能使电力转换用电路基板中的高电压电路所占的区域紧凑地集中。因此，能使整个电力转换用电路基板更加节省空间化。
此外，根据本发明的一方案的电动压缩机，具备：所述电力转换用电路基板；以及马达，基于从所述电力转换用电路基板供给的交流电来工作。
有益效果
根据所述电力转换用电路基板以及电动压缩机，能降低电磁噪声对外部设备的影响并且能进一步谋求耐振动性的提高。
附图说明
图1是第一实施方式的电力转换用电路基板的立体图。
图2是第一实施方式的电力转换用电路基板的俯视图。
图3是第一实施方式的电力转换用电路基板的仰视图。
图4是第一实施方式的电力转换用电路基板的侧视图。
图5是第一实施方式的电力转换用电路基板的主视图。
图6A是对第一实施方式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的高电压电路的结构的作用效果进行说明的图。
具体实施方式
<第一实施方式>
以下，一边参照图1～图7一边对第一实施方式的电力转换用电路基板进行说明。
(整体结构)
图1是第一实施方式的电力转换用电路基板的立体图。
此外，图2是第一实施方式的电力转换用电路基板的俯视图。
此外，图3是第一实施方式的电力转换用电路基板的仰视图。
此外，图4是第一实施方式的电力转换用电路基板的侧视图。
此外，图5是第一实施方式的电力转换用电路基板的主视图。
第一实施方式的电力转换用电路基板1是构成将通过输入端子(后述)从外部供给的直流电转换为三相交流电的逆变器的电路基板。在此，第一实施方式的电力转换用电路基板1与基于该电力转换用电路基板1所输出的三相交流电来工作的交流马达一起一体地搭载于电动压缩机。
该电动压缩机例如被利用于在车辆搭载的空气调节器(车辆空调)。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受直流电的输入。
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和汇流条支承构件20。
基板主体部10是安装有用于构成将直流转换为交流的电力转换用电路(逆变器)的各种电路元件的电路基板。如图1等所示，在基板主体部10的基板表面(包含+Z方向一侧的面以及-Z方向一侧的面这两方)，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分别分开配置于不同区域。
高电压电路10a是被施加用于使未图示的交流马达驱动所需的高电压的大电力系的电路。具体而言，在高电压电路10a施加有从搭载于车辆的电池等输入的直流高电压。所输入的直流高电压经过开关元件SW被转换为用于驱动交流马达的三相交流电。
各开关元件SW基于来自低电压电路10b(后述)的驱动信号(栅极输入)，切换为使电流流过的导通状态、切断电流的截止状态。开关元件SW与形成三相交流的各个U相、V相、W相对应地分别各设有两个。因此，在基板主体部10的基板表面安装有共计六个开关元件SW。各开关元件SW在规定的定时反复设为导通/截上，由此，将三相(U相、V相、W相)的交流电供给至交流马达。
需要说明的是，作为开关元件SW，例如，以IGBT(Insulated Gate BipolarTransistor，绝缘栅双极型晶体管)为代表，但除此之外，也可以是双极晶体管、MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field effect transistor，金属氧化物半导体场效应管)等。
另一方面，低电压电路10b是在比高电压电路10a低的电压下工作的小信号系的电路。具体而言，在低电压电路10b安装有微型计算机等控制用芯片、电流传感器等各种传感器，通过被施加直流低电压来工作。安装于低电压电路10b的微型计算机例如以如下的方式进行控制：向各开关元件SW输出与各种传感器的检测结果相应的规定的驱动信号，由此，生成符合状况的所希望的三相交流电。
需要说明的是，第一实施方式的基板主体部10为层叠有多层而成的多层布线基板。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，构图有被施加所述高电压的电源布线；以及GND(接地)图案层，构图有接地的接地布线。
(高电压电路的结构)
接着，一边参照图1～图5一边对高电压电路10a的结构进行更详细的说明。
如图1～图5所示，高电压电路10a电连接于高电压输入端子10a1、RC电路10a2、开关元件SW、汇流条支承构件20、电容器C以及电感器L。
需要说明的是，在以下的说明中，主要一边参照从底面一侧(-Z方向一侧)观察电力转换用电路基板1的图3一边进行说明。在此，将在图3的+X方向一侧标记为左侧(左端侧)，将-X方向一侧标记为右侧(右端侧)等，此外，将+Y方向一侧标记为上侧(上端侧)，将-Y方向一侧标记为下侧(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方向一侧)的基板表面并且安装于基板主体部10的左端侧(+X方向一侧)(参照图3)。在高电压输入端子10a1电连接有另行搭载的电池，并从该电池被施加直流高电压。需要说明的是，在安装有高电压输入端子10a1的面的相反侧(+Z方向一侧)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)。通过高电压用电容器C和电感器L谋求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过配置于高电压电路10a的右端侧(-X方向一侧)的RC电路10a2被输入至同样安装于右端侧的六个开关元件SW。
RC电路10a2是由电阻元件和电容器元件电连接而成的电路，作为滤波器来发挥作用。RC电路10a2安装于基板主体部10的基板表面，至少一部分安装于后述的汇流条支承构件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安装于RC电路10a2的下侧(-Y方向一侧)。
汇流条支承构件20配置于与基板主体部10的背面侧(-Z方向一侧)的基板表面，并且配置成与安装有六个开关元件SW的区域的左侧(+X方向一侧)邻接。
汇流条支承构件20配置于与基板主体部10的背面侧的基板表面隔开规定距离的间隔的位置(参照图4)。在汇流条支承构件20的内部安装有分别与U相、V相、W相的对应的三条汇流条。
安装于汇流条支承构件20的内部的三条汇流条与基板主体部10的基板表面保持固定距离的同时从位于汇流条支承构件20的下端侧(-Y方向一侧)的汇流条连接端子20a朝向位于汇流条支承构件20的上端侧(+Y方向一侧)的高电压输出端子20b延伸。此时，所述三条汇流条配置为：在从基板主体部10的基板表面的左端侧朝向右端侧安装的高电压电路10a的上空横穿。
安装于汇流条支承构件20的内部的三条汇流条在汇流条连接端子20a电连接于安装在基板主体部10的基板表面的布线。通过开关元件SW的导通/截止驱动而生成的各相交流电经由汇流条连接端子20a输入至对应的各汇流条。分别与U相、V相、W相对应的交流电经过从位于汇流条支承构件20的下端侧的汇流条连接端子20a朝向上端侧延伸的汇流条，从各相的高电压输出端子20b输出。
如此，安装于电力转换用电路基板1的高电压电路10a配置为：在从底面侧观察该电力转换用电路基板1的情况下，高电压电路10a中的从高电压输入端子10a1至开关元件SW的布线与从开关元件SW至高电压输出端子20b的布线相互交叉。
此外，第一实施方式的基板主体部10具有：作为以降低电磁噪声为目的而设置的电容器元件的多个串联电容器组10a3，其连接于高电压电路10a中的被施加高电压的电源布线与接地的接地布线之间。串联电容器组10a3由多个(例如五个)电容器元件(每个元件，例如数千pF量级)串联连接而成(参照图2、图3)。各电容器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方向一侧的面)以及基板主体部10的背面侧(-Z方向一侧的面)的同一位置(从+Z方向一侧或者-Z方向一侧观察相互重合的位置)。此外，安装于表面侧以及背面侧的同一位置的两组串联电容器组10a3安装为：多个电容器元件的配置图案彼此相同。
此外，在第一实施方式的基板主体部10设有用于装配于未图示的电动压缩机的壳体的固定孔11。电力转换用电路基板1通过固定孔11而螺纹固定于电动压缩机的壳体。
固定孔11除了在基板主体部10的四角的各处设有一个，还在靠近基板主体部10的中央的位置设有多个(参照图2、图3)。在固定孔11的边缘设有连接于接地布线的接地用连接盘。由此，通过固定孔11被螺纹固定，从而电力转换用电路基板1通过设于该固定孔11的边缘的接地用连接盘而接地。
此外，所述串联电容器组10a3与固定孔11的各孔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所示的曲线图示出了从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])。此外，图6B所示的曲线图示出了构成串联电容器组10a3的各电容器元件的阻抗的频率特性的例子(纵轴为阻抗[Ω]，横轴为频率[Hz])。
在此，由于所安装的元件的特性或其电路图案、所施加的电压或工作频率等，从电力转换用电路基板1放射的电磁噪声具有产品固有的频率特性。例如，如图6A所示，功率转换用电路基板1的电磁噪声表示的是多个不同的频率f1、f2中比既定值TH更高的强度。
该情况下，与电磁噪声为规定值TH以上的多个频率f1、f2对应地选择构成串联电容器组10a3的五个电容器元件，以便能分别降低该多个频率f1、f2下的电磁噪声。
具体而言，电容器元件的阻抗(Ω)具有如图6B所示的频率特性。即，存在阻抗因共振特性而局部变小的频带。
这样的电容器元件的阻抗的频率特性分别根据所选择的电容器元件的种类等而不同。所以，使构成串联电容器组的各电容器元件的阻抗与电磁噪声较强的频率f1、f2对应地，分别使不同的阻抗的频率特性组合，由此，能有效地降低所希望的频率(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的高电压电路的结构的作用效果进行说明的图。
根据第一实施方式的电力转换用电路基板1，如图7所示，其特征在于，在同一基板表面的不同区域，分别一个一个地分开配置有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。
如此，由于高电压电路10a和低电压电路10b被分开配置，因此能降低从高电压电路10a放射的电磁噪声对低电压电路10b的干扰程度。此外，由于高电压电路10a和低电压电路10b配置于同一基板表面，因此能谋求节省空间。
综上所述，根据电力转换用电路基板1，能在维持节省空间性的同时降低电磁噪声的影响。
此外，根据第一实施方式的电力转换用电路基板1，如图7所示，高电压电路10a中的从高电压输入端子10a1至开关元件SW的布线(直流电流Id流过的布线)形成于基板主体部10的基板表面，并且，从开关元件SW至高电压输出端子20b的布线(交流电流Ia流过的布线)由与基板表面隔开规定距离地设置的汇流条构成。
由此，通过驱动开关元件SW而产生的电磁噪声(振铃噪声等)施加于RC电路10a2，在形成于基板主体部10的基板表面的布线和与基板表面隔开规定距离地设置的汇流条之间被吸收，能抑制电磁噪声向外部放射。
此外，根据第一实施方式的电力转换用电路基板1，从高电压输入端子10a1至开关元件SW的布线与从开关元件SW至高电压输出端子20b的布线以交叉的方式进行配置。换言之，采用如下结构：高电压电路10a中的直流电流Id所流过的布线(安装于基板主体部10a的基板表面的布线)与高电压电路10a中的交流电流Id流过的布线(支承于汇流条支承构件20的汇流条)立体交叉。
如此，通过驱动开关元件SW而产生的电磁噪声分别在相互交叉的部分被有效地吸收，能进一步抑制电磁噪声向外部放射。
此外，通过采用所述的立体交叉的结构，能使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。因此，能使整个电力转换用电路基板1进一步小型化(节省空间)。
此外，根据第一实施方式的电力转换用电路基板1，在设于从高电压输入端子10a1至开关元件SW的布线与从开关元件SW至高电压输出端子的布线之间的空间，设有RC电路10a2的至少一部分。
由此，能基于作为RC电路10a2的低通滤波器的功能来得到去除电磁噪声的效果。此外，在确保用于安装RC电路10a2所需的空间的基础上，能有效地活用设于从高电压输入端子10a1至开关元件SW的布线与从开关元件SW至高电压输出端子的布线之间的空间。因此，能谋求电力转换用电路基板1的进一步的节省空间化。
此外，根据第一实施方式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，包含串联连接于电源布线与接地布线之间的多个电容器元件。
如此，由于施加于每个电容器元件的电压被分压而降低，因此能提高作为高电压电路10a的耐压性能。此外，假如即使在任一电容器元件破损并短路的情况下，也能通过串联连接的其他电容器元件来防止电源布线与接地布线短路。
而且，由此，由于能理想地选择构成串联电容器组10a3的各电容器元件，因此，能匹配产品固有的电磁噪声地对作为整个串联电容器组10a3的阻抗特性进行适当的控制。
综上所述，能降低电磁噪声对外部设备的影响并能进一步谋求高耐压化。
此外，根据第一实施方式的电力转换用电路基板1，构成串联电容器组10a3的各电容器元件具有能与电磁噪声为规定值TH(图6A)以上的多个频率对应地分别降低该多个频率中的电磁噪声的、各个不同的阻抗特性(阻抗的频率特性)。
如此，与电磁噪声较强的频率(图6A的频率f1、f2)对应地使各个不同的阻抗的频率特性组合，由此，能有效地降低所希望的频率的电磁噪声。
此外，根据第一实施方式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的表面侧以及背面侧的同一位置。
此外，然后，安装于基板主体部10的表面侧以及背面侧的同一位置的两组串联电容器组10a3安装为：多个电容器元件的配置图案彼此相同。
假定在电容器元件间形成有与各自的位置关系相应的寄生电容。因此，能通过使配置图案相同来使表面侧以及背面侧的串联电容器组10a3所具有的电容值还包含与此配置图案相应的寄生电容进行相同化。
此外，根据第一实施方式的电力转换用电路基板1，在基板表面的至少四角以及该四角以外的位置(中央附近)，形成有固定孔11以及设于该固定孔11的边缘的接地用连接盘。
由此，由于螺纹固定的位置增加，因此，不仅电力转换用电路基板1相对电动压缩机的壳体的固定性能提高，而且由于通过接地用连接盘而接地的位置分布于整个基板表面，因此接地布线中的接地电位也进一步稳定化。因此，能降低电磁噪声对外部设备的影响并能进一步谋求耐振动性的提高。
此外，根据第一实施方式的电力转换用电路基板1，多个串联电容器组10a3安装于固定孔11的附近。
如此，在高电压电路10a中的接地布线上，通过设于固定孔11的边缘的连接盘而接地的位置与连接有串联电容器组10a3的位置接近。由此，由于高电压电路10a的接地布线整体的接地电位更加稳定化，因此能进一步抑制电磁噪声对外部设备的影响。
<第一实施方式的改进例>
以上，对第一实施方式的电力转换用电路基板1进行了详细的说明，但是，电力转换用电路基板1的具体的方案并不限定于上述的内容，可以在不脱离主旨的范围内增加各种设计变更等。
例如，在第一实施方式中对以从高电压输入端子10a1至开关元件SW的布线与从开关元件SW至高电压输出端子20b的布线以交叉的方式配置的电力转换用电路基板1进行了说明，但在其他实施方式中并不限定于此。
即，其他实施方式的电力转换用电路基板1从高电压输入端子10a1至开关元件SW的布线与从开关元件SW至高电压输出端子20b的布线不一定交叉，例如，也可以是两者的至少一部分重合的同时延伸的方案。
此外，在第一实施方式中对以降低与驱动开关元件SW相应的电磁噪声为目而连接有RC电路10a2的电力转换用电路基板1进行了说明，但在其他实施方式中并不限定于该方案。
即，其他实施方式的电力转换用电路基板1也可以是不具备RC电路10a2的方案。此外，在该情况下，该其他实施方式的电力转换用电路基板1也可以是仅形成有可安装RC电路10a2的接线盘的方案。
如此，通过仅预先设置用于安装RC电路10a2的区域，就能根据客户的要求(应该降低的电磁噪声的程度)来选择搭载/不搭载RC电路10a2。
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示出的，并没有试图限定发明的范围。这些实施方式也可以通过其他的各种方案来实施，且能在不脱离发明的主旨的范围内进行各种省略、置换、变更。这些实施方式、其变形包含于发明的范围和主旨中，同样，包含于权利要求书所记载的发明和与其同等的范围内。
工业上的可利用性
根据所述的电力转换用电路基板以及电动压缩机，能在维持节省空间的同时降低电磁噪声的影响。
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 汇流条支承构件
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

Claims (5)

1.一种电力转换用电路基板，所述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，其中，
在同一基板表面的不同区域，分别分开配置有被施加低电压的低电压电路以及被施加高电压的高电压电路，
在所述基板表面的至少四角以及所述四角以外的位置，形成有固定孔以及设于所述固定孔的边缘的接地用连接盘，
所述高电压电路具有：串联电容器组，所述串联电容器组包含串联连接于电源布线与接地布线之间的多个电容器元件，
在所述高电压电路中的所述接地布线上，通过设于所述固定孔的边缘的接地用连接盘而接地的位置与连接有所述串联电容器组的位置接近。
2.根据权利要求1所述的电力转换用电路基板，其中，
所述串联电容器组分别安装于基板的表面侧以及背面侧的同一位置，
安装于所述表面侧以及所述背面侧的同一位置的两组所述串联电容器组安装为：多个所述电容器元件的配置图案彼此相同。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的电力转换用电路基板，其中，
所述高电压电路中的从高电压输入端子至开关元件的布线形成于所述基板表面，并且，从所述开关元件至高电压输出端子的布线由与所述基板表面隔开规定距离地设置的汇流条构成。
4.根据权利要求3所述的电力转换用电路基板，其中，
从所述高电压输入端子至所述开关元件的布线与从所述开关元件至高电压输出端子的布线以交叉的方式进行配置。
5.一种电动压缩机，具备：
权利要求1至权利要求4中任一项所述的电力转换用电路基板；以及
马达，基于从所述电力转换用电路基板供给的交流电来工作。
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