CN108377665A - 逆变器一体式电动压缩机、电路基板以及电路基板的制造方法 - Google Patents

逆变器一体式电动压缩机、电路基板以及电路基板的制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明旨在运转前后的温度变化大的电动压缩机运转后，使流经电动压缩机的电流的检测精度提高。一种逆变器一体式电动压缩机，在逆变器壳体中一体地嵌入有包含安装有逆变器电路的电路基板的逆变器装置(2)，对吸入制冷剂进行压缩并排出，电路基板具备：电流检测电路(30)，具有与逆变器电路(40)串联连接并检测电流的分流电阻(32)以及对作为分流电阻(32)中的电压降出现的电压进行放大并输出的第一放大器(31)，并检测流经逆变器电路(40)的输入电流；以及偏移校正电路(20)，具有进行第一放大器(31)的偏移校正的第二放大器(21)，第一放大器(31)和第二放大器(21)集成于一个集成电路。

Description

逆变器一体式电动压缩机、电路基板以及电路基板的制造 方法
技术领域
本发明涉及一种逆变器一体式电动压缩机、电路基板以及电路基板的制造方法。
背景技术
对用于车辆用空调设备的电动压缩机进行驱动的电动压缩机用逆变器具备输入电流检测电路，该输入电流检测电路通过运算放大器电路将由输入电流流经分流电阻而产生的分流电阻两端的电压放大后，由CPU(Central Processing Unit：中央处理单元)进行A/D(模拟/数字)转换并检测逆变器的输入电流。通过由输入电流检测电路检测出的输入电流与输入电压之积得到电动压缩机的消耗功率。
近年来，在汽车行业希望实现低油耗的运转，为了准确地检测实现低油耗运转的电动压缩机的消耗功率，对逆变器的输入电流的检测精度的要求也变得严格。
在下述专利文献1中公开了一种电机马达控制装置，具备：对分流电阻两端的电位差进行差动放大并输出至CPU的第一运算放大器、以及检测偏移电压的第二运算放大器，对基于随着时间经过而变化的第一运算放大器的输出而运算出的马达负荷电流值进行校正。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开第2004/062079号
发明内容
发明要解决的问题
再者，输入电流检测电路中所使用的运算放大器电路根据温度变化会使输出信号产生误差，该误差会导致输入电流的精度降低，因此，需要降低误差并使输入电流的精度提高。特别是，例如车辆的空调设备中所使用的电动压缩机在启动前因发动机的幅射热等而为高温，而在启动运转后通过流动的制冷剂(吸入制冷剂)进行逆变器的冷却，因此，控制逆变器的基板侧也间接被冷却。因此，由于车辆的空调设备用的电动压缩机运转前后的温度变化大，因此，存在输入电流的检测误差大这种问题。
然而，上述专利文献1并没有给出将其用于像车辆的空调设备用的电动压缩机这样运转前后的温度变化大的装置的启示，无法解决电动压缩机的运转后的输入电流的检测误差大这种问题。
本发明是鉴于这样的情况而完成的，其目的在于提供一种在运转前后的温度变化大的电动压缩机运转后，能使流经电动压缩机的电流的检测精度提高的逆变器一体式电动压缩机、电路基板以及电路基板的制造方法。
技术方案
本发明的第一方案是一种逆变器一体式电动压缩机，在逆变器容纳部一体地嵌入有包含安装有逆变器电路的电路基板的逆变器装置，对所吸入的制冷剂进行压缩并排出，所述电路基板具备：电流检测电路，具有与所述逆变器电路串联连接并检测电流的电流检测电阻以及对作为所述电流检测电阻中的电压降出现的电压进行放大并输出的第一放大器，并检测流经所述逆变器电路的输入电流；以及偏移校正电路，具有进行所述第一放大器的偏移校正的第二放大器，所述第一放大器和所述第二放大器集成于一个集成电路。
根据本发明的第一方案，第一放大器以及进行第一放大器的偏移校正的偏移校正电路的第二放大器集成于一个集成电路的电路基板嵌入于逆变器一体式电动压缩机，所述第一放大器对作为电流检测电阻中的电压降出现的电压进行放大并输出，所述电流检测电阻设于检测流经逆变器电路的输入电流的电流检测电路，与逆变器电路串联连接，并检测电流。
由此，与启动前相比，在启动运转后，逆变器一体式电动压缩机因吸入制冷剂的影响而温度变化大，但由于集成于同一集成电路的第一放大器和第二放大器的温度大致相同，因此，即使产生温度漂移也能使第一放大器与第二放大器的偏移值相等，能尽可能地减小流经逆变器电路的输入电流的检测误差。
上述逆变器一体式电动压缩机的所述电流检测电路可以具备用于调整所述第一放大器的值的第一外围零件，所述偏移校正电路可以具备用于调整所述第二放大器的值的第二外围零件，所述电流检测电路的所述第一外围零件中所包含的电阻以及所述偏移校正电路的所述第二外围零件中所包含的电阻可以使用制造阶段的同一批次的电阻。
各外围零件的电阻使用同一批次的电阻，由此，电流检测电路以及偏移校正电路的温度特性、精度不均的个体差异等变小，能减小输入电流的检测误差。
上述逆变器一体式电动压缩机的所述电流检测电路以及所述偏移校正电路的所述第一放大器、所述第二放大器、所述第一外围零件中所包含的电阻以及所述第二外围零件中所包含的电阻可以安装于所述电路基板的同一表面，并且可以设于同一接地面。
所述电流检测电路以及所述偏移校正电路的放大器以及电阻安装于电路基板的同一表面，并且设于同一接地面上，由此，所述电流检测电路和所述偏移校正电路的温度不均变小。由此，能进一步减小流经逆变器电路的输入电流的检测误差。
本发明的第二方案是一种电路基板，该电路基板安装有逆变器电路，并作为逆变器装置一体地嵌入于对所吸入的制冷剂进行压缩并排出的逆变器一体式电动压缩机的逆变器容纳部，所述电路基板具备：电流检测电路，具有与所述逆变器电路串联连接并检测电流的电流检测电阻以及对作为所述电流检测电阻中的电压降出现的电压进行放大并输出的第一放大器，并检测流经所述逆变器电路的输入电流；以及偏移校正电路，具有进行所述第一放大器的偏移校正的第二放大器，将所述第一放大器和所述第二放大器集成于一个集成电路。
本发明的第三方案是一种电路基板的制造方法，所述电路基板安装有逆变器电路，将电流检测电路的第一放大器和偏移校正电路的第二放大器集成于一个集成电路，并作为逆变器装置一体地嵌入于对所吸入的制冷剂进行压缩并排出的逆变器一体式电动压缩机的逆变器容纳部，其中，所述电流检测电路对作为与所述逆变器电路串联连接并检测电流的电流检测电阻中的电压降出现的电压进行放大并输出，所述偏移校正电路进行所述第一放大器的偏移校正，所述电流检测电路具备用于调整所述第一放大器的值的第一外围零件，所述偏移校正电路具备用于调整所述第二放大器的值的第二外围零件，所述电流检测电路的所述第一外围零件中所包含的电阻以及所述偏移校正电路的所述第二外围零件中所包含的电阻使用制造阶段的同一批次的电阻。
有益效果
本发明实现以下效果：在运转前后的温度变化大的电动压缩机运转后，能使流经电动压缩机的电流的检测精度提高。
附图说明
图1是说明本发明的逆变器一体式电动压缩机的概略构成的纵剖面图。
图2是本发明的逆变器一体式电动压缩机的逆变器装置的电路概略图。
图3是本发明的逆变器一体式电动压缩机的逆变器装置的电路基板的概略图。
图4是示出本发明的逆变器一体式电动压缩机的逆变器装置的电路基板的表面的概略图。
图5是示出本发明的逆变器一体式电动压缩机的逆变器装置的电路基板的剖面的概略图。
具体实施方式
以下参照附图，对本发明的逆变器一体式电动压缩机、电路基板以及电路基板的制造方法的实施方式进行说明。
举出用于车辆用的空调装置的情况为例，对本实施方式中说明的逆变器一体式电动压缩机进行说明。
在图1中示出了本发明的一实施方式的逆变器一体式电动压缩机的主要部分的纵剖面图。
逆变器一体式电动压缩机1具备构成外壳的铝合金制的壳体8。壳体8采用以下构成：将用于内置电动马达3的电动马达壳体5、内置涡旋式压缩机构(以下称为“压缩机构”)4的压缩机壳体7以及处于它们之间的轴承座(bearing housing)6结合为一体。
在逆变器一体式电动压缩机1中，内置于壳体8内的电动马达3和压缩机构4经由主轴(旋转轴)10连结，电动马达3经由后述的逆变器装置2旋转驱动，由此驱动压缩机构4。
在电动马达壳体5内嵌入有构成电动马达3的定子11以及转子12。压缩机构4和电动马达3构成为：经由主轴10连结，通过使电动马达3旋转来驱动压缩机构4。主轴10由保持于轴承座6的主轴承14和保持于电动马达壳体5的端部的副轴承15旋转自如地轴支承。
此外，在电动马达壳体5的端部设有未图示的制冷剂吸入口，在该制冷剂吸入口连接有制冷循环的吸入配管，低压的制冷剂气体被吸入至电动马达壳体5内。构成为：制冷剂气体在电动马达壳体5内流通并在将电动马达3冷却后被吸入压缩机构4，在此被压缩为高温高压的制冷剂气体，并从设于压缩机壳体7的端部的未图示的排出口排出至制冷循环的排出配管。
电动马达3经由逆变器装置2驱动，并根据空调负荷来可变控制转速。在本实施方式中，逆变器装置2采用的构成为：在一体形成于壳体8的外周部、例如壳体8的纸面左侧的逆变器壳体(逆变器容纳部)9的内部收纳设置有电路基板60(参照图3、图4、图5)，该逆变器装置2与逆变器一体式电动压缩机1呈一体化。逆变器壳体9采用的构成为：在嵌入逆变器装置2后，通过装配逆变器罩13来进行密封。
需要说明的是，设于壳体8内的电动马达3、压缩机构4可以是众所周知的构造，因此省略其说明。
逆变器装置2经由未图示的汇流条、玻璃绝缘端子、马达端子、导线等与电动马达3电连接。
在图2中示出了逆变器装置2中所包含的电路的概略图。如图2所示，逆变器装置2具备：逆变器电路40、电流检测电路30、偏移抵消(offset cancel)电路(偏移校正电路)20、噪声去除电路45以及控制部41。
如图3所示，在本实施方式中，逆变器装置2包含：后述的许多具有发热性的电气零件(开关元件S)以及CPU80、电流检测电路30等在低电压下工作的元件。包含开关元件S的逆变器电路40、电流检测电路30以及偏移抵消电路20设于电路基板60。
逆变器电路40具备：与各相对应地设置的上侧臂的开关元件S1u、S1v、S1w和下侧臂的开关元件S2u、S2v、S2w(开关元件S)。这些开关元件S基于来自上位控制装置的控制信号，由栅极驱动器(省略图示)驱动，由此，逆变器电路40将从搭载于车辆的电源单元供给的直流电转换为三相交流电并从UWV端子输出，供给至电动马达3。开关元件S为例如IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor：绝缘栅双极型晶体管)等功率半导体元件。
此外，逆变器电路40构成为：作为具有发热性的电气零件(发热元件)的功率半导体元件通过制冷剂进行冷却。需要说明的是，逆变器电路40具备安装有开关电路及其控制电路的控制基板、平滑电容、电感线圈等高电压系零件，由于这些是公知的构造，因此，省略此处的说明。
电流检测电路30具备第一放大器31和分流电阻(电流检测电阻)32。此外，电流检测电路30还具备为了调整从第一放大器31输出的值而设置的、包含外围电阻R1、R2、R3、R4的第一外围零件35。
分流电阻32夹插于逆变器电路40与地线之间并与逆变器电路40串联连接，检测流过的电流。
第一放大器31的两端连接于分流电阻32的两端，对作为分流电阻32中的电压降出现的电压进行放大并输出至控制部41。
偏移抵消电路20具有检测第一放大器31的偏移电压的第二放大器21。具体而言，偏移抵消电路20的第二放大器21的两端连接于接地电位，始终检测0[V]的值并输出至控制部41。此外，偏移抵消电路20还具备为了调整从第二放大器21输出的值而设置的、包含外围电阻R1'、R2'、R3'、R4'的第二外围零件25。
需要说明的是，如图2所示，电流检测电路30与偏移抵消电路20相比的不同之处在于设置分流电阻32这一点。作为放大电路，电流检测电路30和偏移抵消电路20构成为第一外围零件35与第二外围零件25相同，与电流检测电路30的偏移相等的值从偏移抵消电路20输出至控制部41。
噪声去除电路45具备电阻、电容，去除从电流检测电路30输出的信号的噪声。
噪声去除电路45'具备电阻、电容，去除从偏移抵消电路20输出的信号的噪声。
控制部41例如包括CPU(中央运算装置)80、未图示的RAM(Random Access Memory：随机存取存储器)以及计算机可读记录介质等。用于实现后述各种功能的一系列的处理过程以程序的形式记录于记录介质等，CPU80将该程序读出至RAM等，执行信息的加工/运算处理，由此实现后述各种功能。
具体而言，在逆变器一体式电动压缩机1启动前，控制部41对从电流检测电路30取得的第一放大器31的偏移电压进行计测，使存储部(省略图示)对偏移电压进行存储，通过校正所存储的偏移电压的量来校正第一放大器31的零电压，对校正后的第一放大器31的输出值进行A/D转换，进一步转换为电流值来检测逆变器电路40的输入电流。
此外，在逆变器一体式电动压缩机1启动后(运转中)，控制部41通过第二放大器21的输出值(0[V])依次校正第一放大器31的电压输出值，由此校正第一放大器31的偏移电压。控制部41对校正后的第一放大器31的电压输出值进行A/D转换，进一步转换为电流值来检测逆变器电路40的输入电流。即，控制部41如以下算式(1)那样地计算出将偏移电压抵消后的检测电压值。
(检测电压值)＝(第一放大器的输出值)-(第二放大器的输出值)(1)
如此，能通过在运转中依次进行校正来抵消因运转后的温度变化而产生的偏移电压。
以下，对本实施方式中的逆变器一体式电动压缩机的逆变器装置的电路基板进行说明。
在图4以及图5中示出了逆变器装置2内的电路基板60的各零件的配置的一例。图4表示电路基板60的基板表面的概略图，图5表示电路基板60的纵剖面图。
图4的符号X表示集成电路。集成电路X通过对上述电流检测电路30的第一放大器31和偏移抵消电路20的第二放大器21进行集成而构成。第一放大器31和第二放大器21集成于一个集成电路X，由此，即使在产生了电路基板60的温度变化的情况下，第一放大器31和第二放大器21的元件的温度差小，作为半导体的特性也变得相近。
如此，由于将第一放大器31和第二放大器21集成于一个集成电路X，因此，能准确地检测温度漂移，并能尽可能地减小由第一放大器31和第二放大器21的偏移值因温度漂移的影响而不同而产生的偏移误差。
如图4所示，包含第一放大器31以及第二放大器21的集成电路X，包含外围电阻R1～R4的第一外围零件35以及包含外围电阻R1'～R4'的第二外围零件25全部安装于电路基板60的同一表面，并配置于同一接地面(ground plane)50上。通过将电流检测电路30以及偏移抵消电路20安装于同一表面且同一接地面50上，能减小两电路的温度不均。
如图4所示，接地面50配置于电路基板60的内层。
本实施方式的电流检测电路30和偏移抵消电路20中所使用的零件分别优选使用制造阶段的同一批次的零件。具体而言，将电流检测电路30的外围电阻R1～R4和偏移抵消电路20的外围电阻R1'～R4'分别设为制造阶段的同一批次的电阻。电流检测电路30和偏移抵消电路20中所使用的零件使用制造阶段的同一批次的零件，由此，温度特性、初始精度误差的个体差异变小。
以下，对本实施方式的逆变器一体式电动压缩机1的作用进行说明。
逆变器一体式电动压缩机1在启动前，受车辆的发动机的幅射热等的影响，温度会上升，因此，逆变器装置2的电路基板60的温度也会随之上升。在逆变器一体式电动压缩机1启动前，使用存储于存储部的电流检测电路30的第一放大器31的偏移电压的计量值来校正第一放大器31的零电压，对校正后的第一放大器31的输出值进行A/D转换，进一步转换为电流值，由此，检测逆变器电路40的输入电流。
当逆变器一体式电动压缩机1工作时，在制冷循环中循环后的低压制冷剂气体从未图示的制冷剂吸入口被吸入至电动马达壳体5内，在电动马达壳体5内流通并被吸入至压缩机构4。由压缩机构4压缩而成为高温高压的制冷剂气体从设于压缩机壳体7的端部的未图示的排出口，经由排出配管而循环至制冷循环。其间，在电动马达壳体5内流通的低温的低压制冷剂气体隔着电动马达壳体5的壳体外壁部等，对逆变器壳体9内由逆变器装置2所产生的工作热进行吸热作用来冷却开关元件S等发热元件。这样一来，电路基板60间接地被冷却。
在逆变器一体式电动压缩机1运转中，作为与逆变器电路40串联连接的分流电阻32的电压降出现的电压由第一放大器31放大并输出至控制部41。与此同时，通过由两端连接于接地电位的第二放大器21所检测的零电压，依次对第一放大器31的输出进行偏移校正。基于如此偏移校正后的第一放大器31的输出，检测逆变器电路40的输入电流。
通过由第二放大器21所检测的零电压，依次对第一放大器31的输出进行偏移校正，由此，在逆变器一体式电动压缩机1运转后，即使在电路基板60产生温度变化，也能抑制偏移误差，能谋求电流检测电路30的输入电流检测的精度提高。在车辆的空调设备用的逆变器一体式电动压缩机1运转中，与启动前相比较，温度变化因吸入制冷剂的影响而变大，但在本实施方式中，通过依次进行抵消偏移的运算，能始终校正由制冷剂冷却而产生的温度变化。此外，由于第一放大器31和第二放大器21集成于一个集成电路X，因此，即使如逆变器一体式电动压缩机1启动前与启动后那样温度变化大，第一放大器31和第二放大器21的温度差也会被抑制，能进一步抑制偏移误差。
如此，通过构成具备电流检测电路30、偏移抵消电路20、逆变器电路40的电路基板60，能消除由电动马达3运转后的温度变化而产生的第一放大器31以及第二放大器21的偏移误差，能谋求由电流检测电路检测的逆变器电路40的输入电流的精度提高。
如以上说明的那样，根据本实施方式的逆变器一体式电动压缩机1、电路基板60以及电路基板60的制造方法，电路基板60嵌入于逆变器一体式电动压缩机1，所述电路基板60将检测流经逆变器电路40的输入电流的第一放大器31和检测第一放大器31的偏移电压的第二放大器21集成于一个集成电路。
由此，对于车辆的空调设备用的逆变器一体式电动压缩机1而言，与启动前相比，在启动运转后，电路基板60的温度变化因吸入制冷剂的影响而变大，但由于集成于同一集成电路的第一放大器31和第二放大器21的温度大致相同，因此，能使第一放大器31和第二放大器21的偏移值相等，能尽可能地减小流经逆变器电路40的输入电流的检测误差。
此外，电流检测电路30和偏移抵消电路20所具备的各零件使用制造阶段的同一批次的零件，由此，电流检测电路30以及偏移抵消电路20的温度特性、精度不均的个体差异等变小，能减小输入电流的检测误差。
此外，在电路基板60的同一表面且同一接地面50上设有电流检测电路30以及偏移抵消电路20，由此，电流检测电路30以及偏移抵消电路20的温度不均变小。由此，能进一步减小流经逆变器电路40的输入电流的检测误差。
本发明并不限定于上述实施方式，可以在本发明的范围内进行适当变更。
符号说明
1 逆变器一体式电动压缩机
2 逆变器装置
3 电动马达
4 涡旋式压缩机构
20 偏移抵消电路(偏移校正电路)
25 偏移抵消电路的第二外围零件
30 电流检测电路
32 分流电阻(电流检测电阻)
35 电流检测电路的第一外围零件
50 接地面
60 电路基板

Claims (5)

1.一种逆变器一体式电动压缩机，在逆变器容纳部一体地嵌入有包含安装有逆变器电路的电路基板的逆变器装置，对所吸入的制冷剂进行压缩并排出，
所述电路基板具备：
电流检测电路，具有与所述逆变器电路串联连接并检测电流的电流检测电阻以及对作为所述电流检测电阻中的电压降出现的电压进行放大并输出的第一放大器，并检测流经所述逆变器电路的输入电流；以及
偏移校正电路，具有进行所述第一放大器的偏移校正的第二放大器，
所述第一放大器和所述第二放大器集成于一个集成电路。
2.根据权利要求1所述的逆变器一体式电动压缩机，其中，
所述电流检测电路具备用于调整所述第一放大器的值的第一外围零件，
所述偏移校正电路具备用于调整所述第二放大器的值的第二外围零件，
所述电流检测电路的所述第一外围零件中所包含的电阻以及所述偏移校正电路的所述第二外围零件中所包含的电阻使用制造阶段的同一批次的电阻。
3.根据权利要求2所述的逆变器一体式电动压缩机，其中，
所述电流检测电路以及所述偏移校正电路的所述第一放大器、所述第二放大器、所述第一外围零件中所包含的电阻以及所述第二外围零件中所包含的电阻安装于所述电路基板的同一表面，并且设于同一接地面。
4.一种电路基板，安装有逆变器电路，并作为逆变器装置一体地嵌入于对所吸入的制冷剂进行压缩并排出的逆变器一体式电动压缩机的逆变器容纳部，
所述电路基板具备：电流检测电路，具有与所述逆变器电路串联连接并检测电流的电流检测电阻以及对作为所述电流检测电阻中的电压降出现的电压进行放大并输出的第一放大器，并检测流经所述逆变器电路的输入电流；以及
偏移校正电路，具有进行所述第一放大器的偏移校正的第二放大器，
将所述第一放大器和所述第二放大器集成于一个集成电路。
5.一种电路基板的制造方法，所述电路基板安装有逆变器电路，将电流检测电路的第一放大器和偏移校正电路的第二放大器集成于一个集成电路，并作为逆变器装置一体地嵌入于对所吸入的制冷剂进行压缩并排出的逆变器一体式电动压缩机的逆变器容纳部，所述电流检测电路对作为与所述逆变器电路串联连接并检测电流的电流检测电阻中的电压降出现的电压进行放大并输出，所述偏移校正电路进行所述第一放大器的偏移校正，
所述电流检测电路具备用于调整所述第一放大器的值的第一外围零件，所述偏移校正电路具备用于调整所述第二放大器的值的第二外围零件，所述电流检测电路的所述第一外围零件中所包含的电阻以及所述偏移校正电路的所述第二外围零件中所包含的电阻使用制造阶段的同一批次的电阻。
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