CN113692492B - 车载用电动压缩机 - Google Patents

Abstract

本发明所涉及的车载用电动压缩机具备：压缩机主体，具有压缩制冷剂的马达；及逆变器，具有向所述马达供给电流的功率元件。所述功率元件具备：金属基板，在表面的一部分区域具有导电层；发热元件，具有焊接固定于所述导电层的金属层；及树脂基板，沿所述金属基板的板厚方向与所述金属基板排列配置，且在表面印刷有金属图案，在所述金属图案上安装有电子零件。所述电子零件与所述发热元件的端子通过所述金属图案连接。

Description

车载用电动压缩机

技术领域

本发明涉及一种车载用电动压缩机。

本申请主张基于2019年4月18日于日本申请的专利申请2019-079332号的优先权，并将其内容援用于此。

背景技术

在如电动汽车或燃料电池汽车那样利用电气动力而行驶的车辆中，搭载有电动压缩机(车载用电动压缩机)。电动压缩机使用于汽车空调等。近年来，为了进行车辆的大型化及伴随于此的电池的冷却，要求具有高冷却性能的电动压缩机。

电动压缩机具备电动马达及向马达供给电流的逆变器。逆变器具备主要由半导体构成的发热元件，并设置于电动压缩机的壳体的内部空间。例如，专利文献1中公开有一种电动压缩机，在该电动压缩机中，配置有发热元件的基板通过金属制或树脂制的压片固定于壳体的保持面。在专利文献1中所公开的电动压缩机中，基板与成为冷却面的壳体的保持面接触，由此可实现冷却性能的提高。

以往技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2011-67064号公报

发明内容

发明要解决的技术课题

然而，在上述专利文献1中所公开的电动压缩机中，通过压片向壳体的保持面按压基板，因此需要使用厚度公差小的发热元件，从而无法使用廉价的发热元件而会提高电动压缩机的成本。

作为以与通过压片将基板固定于壳体的保持面的方法不同的方法来将基板容纳于壳体的方法，提出有如图7所示在壳体50的保持面52上经由散热材料56配置金属基板61，并且在金属基板61上配置发热元件70的方法。在金属基板61的元件对置面62设置有绝缘层65。在绝缘层65的元件对置面66中的元件设置区域67设置有导电层68。发热元件70具有金属层72，金属层72与导电层68接触。

在上述结构中，导电层68仅设置于元件对置面66，因此发热元件70的高密度化及逆变器的冷却性能受到限制。因此，在图7所示的逆变器中设置有在金属基板61的板厚方向Dt上与金属基板61隔着间隔与金属基板61大致平行的树脂基板82。在树脂基板82的元件配置面83的规定的区域印刷有金属图案92。在树脂基板82上经由金属图案92设置有电子零件94。金属基板61与树脂基板82通过沿板厚方向Dt延伸且具有导电性的基板间端子90连接。在与图7所示的截面不同的位置上，导电层68与基板间端子90连接及基板间端子90与金属图案92连接。

然而，在图7所示的结构中，设置基板间端子90需要劳力、时间和成本，且根据元件设置区域67或基板间端子90的设置位置，导电层68或信号线的布局变得复杂，从而需要劳力、时间和成本。即，具备图7所示的结构的电动压缩机存在不易制造这一问题。

本发明提供一种冷却性能优异且容易制造的车载用电动压缩机。

用于解决技术课题的手段

根据本发明的第1方式，车载用电动压缩机具备：压缩机主体，具有压缩制冷剂的马达；及逆变器，具有向所述马达供给电流的功率元件。所述功率元件具备：金属基板，在表面的一部分区域具有导电层；发热元件，具有焊接固定于所述导电层的金属层；及树脂基板，沿所述金属基板的板厚方向与所述金属基板排列配置，且在表面印刷有金属图案，在所述金属图案上安装有电子零件。所述电子零件与所述发热元件的端子通过所述金属图案连接。

在上述方式中，还可以具备能够检测所述发热元件的发热温度的温度传感器。

在上述方式中，所述功率元件还可以具备固定所述金属基板与所述树脂基板的间隔件。

发明效果

根据本发明，提供一种既能够提高冷却性能又容易制造的车载用电动压缩机。

附图说明

图1是表示本发明的一实施方式中的电动压缩机的结构的概略剖视图。

图2是表示图1所示的电动压缩机中的逆变器的结构的概略剖视图。

图3是图2所示的逆变器的功率元件的金属基板的俯视图。

图4是图2所示的逆变器的功率元件的发热元件的俯视图。

图5是表示以往的电动压缩机中的逆变器的主要部分的结构的概略剖视图。

图6是表示从图2及图3所示的X方向观察的功率元件的主要部分的结构的概略剖视图。

图7是表示以往的电动压缩机中的逆变器的主要部分的结构的概略剖视图。

具体实施方式

以下，参考附图对本发明的电动压缩机的一实施方式进行说明。

图1是表示本发明所涉及的一实施方式的电动压缩机(车载用电动压缩机)1的结构的概略剖视图。电动压缩机1为汽车等车辆的汽车空调中所使用的相对小型的电动压缩机。

如图1所示，电动压缩机1至少具备压缩机主体45、逆变器33及温度传感器103。压缩机主体45具备形成外廓的壳体2、设置于壳体2的内部空间的电动机(马达)7及设置于壳体2的内部空间的压缩机22。另外，温度传感器103在图1中省略，并在图2中图示。

电动压缩机1与未图示的制冷剂回路连接。即，电动压缩机1组装于具有冷凝器、膨胀阀及蒸发器等的制冷剂回路，是压缩在制冷剂回路的配管内流动的制冷剂(省略图示)的机械。

在以下说明中，将电动机7的旋转轴8的轴线A延伸的方向设为轴线方向D1。并且，将与轴线A正交的方向设为径向D2，将在径向D2上远离轴线A的一侧称为径向外侧，将在径向D2上靠近轴线A的一侧称为径向内侧。并且，在轴线方向D1上，将靠近压缩机22的一侧称为轴线方向第1侧D1-1，将靠近电动机7的一侧称为轴线方向第2侧D1-2。

逆变器33将从电动压缩机1的外部的蓄电池供给的直流电流转换为三相交流电流(电流)并供给至电动机7。并且，逆变器33通过控制向电动机7的电流供给，控制电动机7的动作。

壳体2由以铝(Al)为主体的铝合金等金属形成。壳体2具有主壳体3、第1端部壳体4及第2端部壳体5。主壳体3沿轴线方向D1延伸且形成为大致圆筒形状。第1端部壳体4与主壳体3的轴线方向第1侧D1-1结合。第2端部壳体5与主壳体3的轴线方向第2侧D1-2结合。第1端部壳体4及第2端部壳体5通过螺栓6固定于主壳体3。

在壳体2中形成有制冷剂的导入口即制冷剂入口40及制冷剂的排出口即制冷剂出口41。制冷剂入口40设置于壳体2的轴线方向第2侧D1-2的端部附近。制冷剂入口40形成为通过电动机7的轴线方向第2侧D1-2导入制冷剂。制冷剂出口41设置于壳体2的轴线方向第1侧D1-1的端部附近。

电动机7具有定子9及转子27。转子27形成为圆筒状，且配置成在定子9的内部隔着规定的间隔旋转自如。定子9形成为圆筒状，且在与主壳体3的内周面3a之间具有规定的间隙。

电动机7接收来自逆变器33的电力(电流)而生成旋转力。电动机7通过旋转轴8与压缩机22的回旋涡旋盘24连接，并通过所生成的旋转力以轴线A为中心旋转驱动回旋涡旋盘24。压缩机22具有固定涡旋盘23及回旋涡旋盘24。

旋转轴8经由轴承34a、34b旋转自如地支承于壳体2。旋转轴8的轴线方向第1侧D1-1的端部与压缩机22的回旋涡旋盘24的轴部25结合，并旋转驱动回旋涡旋盘24。通过固定涡旋盘23及回旋涡旋盘24彼此偏心的同时进行公转运动，压缩机22压缩从制冷剂入口40吸入的制冷剂。

定子9具有定子铁芯10、第1线圈端部骨架15、第2线圈端部骨架16及线圈13。定子铁芯10形成为环状。

第1线圈端部骨架15配置于定子铁芯10的轴线方向第1侧D1-1。第2线圈端部骨架16配置于定子铁芯10的轴线方向第2侧D1-2。线圈13卷绕于定子铁芯10的齿和第1线圈端部骨架15及第2线圈端部骨架16。

转子27具有层叠所需片数的已冲压成型的薄的电磁钢板(薄钢板)而构成的圆筒状的转子铁芯28。

定子铁芯10为层叠所需片数的以环状冲压成型的电磁钢板而构成的层叠体。定子铁芯10具有定子铁芯主体11。在定子铁芯10中形成有大凹部35及小凹部(省略图示)。定子铁芯主体11形成为圆筒状。多个大凹部35在定子铁芯主体11的外周面11a形成为沿轴线方向D1延伸，是制冷剂的流路。多个小凹部形成于大凹部35的外表面及定子铁芯主体11的外周面11a。

第1线圈端部骨架15具有圆筒状的环状部17及多个钩部18。钩部18沿周向大致以等间隔设置于环状部17的内周侧。

第1线圈端部骨架15的外径略小于定子铁芯10的外径。第1线圈端部骨架15的内径略大于定子铁芯10的内径。第1线圈端部骨架15例如由聚对苯二甲酸丁二醇酯树脂等具有绝缘性的材料形成。

钩部18呈板状，且具有钩主体部19及线圈保持部20。钩主体部19从环状部17的轴线方向第2侧D1-2的端部向径向的内周侧突出。线圈保持部20比钩主体部19的径向内侧的端部更向轴线方向第1侧D1-1突出。

在环状部17形成有沿径向D2贯穿的多个贯穿槽37。第2线圈端部骨架16除了未形成贯穿槽37以外，以与第1线圈端部骨架15相同的形状形成。

在上述结构中，通过制冷剂入口40抽吸的制冷剂一边冷却电动机7一边到达压缩机22，并且由压缩机22压缩而从制冷剂出口41排出。即，电动机7通过本身的旋转力压缩制冷剂。另外，制冷剂的大部分在通过电动机7时，流过大凹部35。因多个小凹部而定子铁芯10的传热面积变大，从而提高基于制冷剂的定子9的冷却效率。由此，定子9的温度上升得到抑制。

逆变器33容纳于壳体2的容纳凹部14。容纳凹部14被逆变器罩101覆盖而从外部的尘埃等得到保护。另外，在图1中，省略了逆变器33的形状。

图2是表示图1所示的电动压缩机1中的逆变器33的主要部分的结构的概略剖视图。逆变器33具有向电动机7供给前述的电力(电流)的功率元件44。如图2所示，功率元件44具备金属基板61、发热元件70、树脂基板82及间隔件120。

金属基板61经由散热润滑脂等散热材料56保持于容纳凹部14的轴线方向第1侧D1-1的保持面52。在金属基板61中，在与接触于散热材料56的表面相反的一侧即轴线方向第2侧D1-2的表面设置有元件对置面62。在元件对置面62设置有绝缘层65。

图3是金属基板61的俯视图，是从轴线方向第2侧D1-2沿轴线方向D1观察了轴线方向第1侧D1-1时的图。如图3所示，在绝缘层65的元件对置面(表面)66中的元件设置区域(区域)67设置有导电层68。元件设置区域67及导电层68具有与后述的金属层72大致相同的俯视观察形状。在与轴线方向D1及板厚方向Dt正交的面内，元件设置区域67及导电层68彼此之间的间隔G与导电层68之间的沿面距离大致相同。在金属基板61的角部形成有沿轴线方向D1及板厚方向Dt贯穿金属基板61的贯穿孔122。

金属基板61例如由铝(Al)、铜(Cu)形成。绝缘层65例如由任意种类的绝缘树脂形成。金属层72例如由铜(Cu)形成。

发热元件70为离散型半导体，例如为MOS-FET(Metal Oxide Semiconduc torField Effect Transistor：金属氧化物半导体场效应晶体管)或IGBT(Insulated GateBipolar Transistor：绝缘栅双极型晶体管)等开关元件。如上所述，发热元件70将从外部的蓄电池输入的直流电力转换为三相交流中的任一相的电力。发热元件70通过流过自身的电流进行发热。

在本实施方式中，假设发热元件70为MOS-FET。图4是发热元件70的俯视图，是从轴线方向第2侧D1-2沿轴线方向D1观察了轴线方向第1侧D1-1时的图。发热元件70具有3个端子75、76、77。端子75为MOS-FET中的栅极用端子。端子76为MOS-FET中的漏极用端子。端子77为MOS-FET中的源极用端子。端子75、76、77在各长度方向上的中途沿板厚方向Dt朝向树脂基板82弯曲。另外，在图2中，省略了端子75、76。

发热元件70具有金属层72。金属层72在发热元件70中设置于与金属基板61对置的表面，且发挥作为发热元件70的散热部的作用。金属层72的形状根据发热元件70的整体形状适当确定。如图2所示，金属层72与导电层68接触，且焊接固定于导电层68。

树脂基板82在板厚方向Dt上与金属基板61隔着规定的间隔与金属基板61排列配置。在树脂基板82的元件配置面83印刷有金属图案92。在树脂基板82的俯视观察角部形成有沿轴线方向D1及板厚方向Dt贯穿树脂基板82的贯穿孔(省略图示)。

树脂基板82是所谓的印制基板。构成树脂基板82的树脂与构成公知的印制基板的树脂相同。金属图案92由构成公知的印制基板中所布局的金属图案的金属形成，例如由铜形成。

在金属图案92上安装有任意的电子零件94。电子零件94为除发热元件70以外的逆变器33的驱动或金属基板61及树脂基板82的电控制所需的电子零件等。

电子零件94与各端子75、76、77通过金属图案92而物理或电连接。在本实施方式中，如上所述，从发热元件70沿径向D2延伸的端子75、76、77沿板厚方向Dt朝向树脂基板82弯曲，弯曲后的端子75、76、77从轴线方向第1侧D1-1沿轴线方向D1向轴线方向第2侧D1-2贯穿树脂基板82。端子75、76、77的各前端在与图2所示的截面不同的位置上与金属图案92连接。

温度传感器103安装成能够在树脂基板82的任意位置上检测发热元件70的温度。即，前述的任意位置表示在树脂基板82中能够检测发热元件70的温度的位置。在图2中，温度传感器103设置于元件配置面83，但温度传感器103也可以设置于树脂基板82的与元件配置面83相反的一侧的发热元件对置面85。另外，在图2中仅图示了1个温度传感器103，但可以根据后述的发热元件70的数量或与发热元件70的相对位置设置多个温度传感器103，例如也可以设置与发热元件70相同数量的温度传感器103。

间隔件120例如为由铝(Al)、铜(Cu)形成的圆柱状的部件。间隔件120沿轴线方向D1延伸。当从第2侧D1-2沿轴线方向D1观察了第1侧D1-1时，间隔件120的两端部插入于彼此重叠的贯穿孔122及形成于树脂基板82的贯穿孔。由此，金属基板61与树脂基板82通过间隔件120连接。

以上说明的本实施方式的电动压缩机1具备压缩机主体45及逆变器33。逆变器33的功率元件44具备：金属基板61，在元件对置面66的一部分元件设置区域67具有导电层68；发热元件70，具有焊接固定于导电层68的金属层72；及树脂基板82，沿板厚方向Dt与金属基板61排列配置，且在元件配置面83印刷有金属图案92，在金属图案92上安装有电子零件94。电子零件94与发热元件70的端子77通过金属图案92连接。根据具备这种结构的电动压缩机1，无需如以往的电动压缩机(参考图7)那样花费设置基板间端子90的劳力、时间或成本，也无需花费根据元件设置区域67或基板间端子90的设置位置而复杂地布局导电层68或信号线的劳力、时间及成本，从而能够轻松地制造。并且，通过将发热元件70以间隔G高密度地配置于元件设置区域67内，并且除发热元件70以外的电子零件94配置于树脂基板82的金属图案92上，能够实现逆变器33的冷却性能的提高或高冷却性能的维持。

并且，在本实施方式的电动压缩机1中，能够使用金属基板61，其在与轴线方向D1及板厚方向Dt正交的面内以间隔G与导电层68之间的沿面距离大致相同的图案形成有多个元件设置区域67及多个导电层68。例如，图5是表示以往的电动压缩机中的逆变器的主要部分的结构的概略剖视图。以往，如图5所示，有时具有多个背面电极150的发热元件160经由绝缘片152螺固于壳体50的保持面52。然而，在这种以往结构中，径向D2上的金属制的螺丝155的轴部156与背面电极150之间的最短距离L可能会成为背面电极150中所需的沿面距离以下。由此，可能会导致功率元件或逆变器的动作不良。

图6是表示从图2及图3所示的X方向观察的功率元件44的主要部分的结构的概略剖视图。根据本实施方式的电动压缩机1，如图6所示，间隔G确保为与导电层68之间的沿面距离大致相同，因此只要以使金属层72与导电层68接触的方式配置发热元件70，则能够防止功率元件44或逆变器33的动作不良。

并且，在如前述的专利文献1中所公开的那样通过压片将基板固定于壳体的保持面的方法或如上所述那样进行螺固的方法中，可能会因施加长期性的振动等而压片或螺丝的紧固力松弛，从而导致功率元件破损。然而，根据本实施方式的电动压缩机1，金属层72焊接固定于导电层68，因此发热元件70牢固地固定于金属基板61，从而能够防止功率元件44的破损。

并且，根据本实施方式的电动压缩机1，还具备能够检测发热元件70的发热温度的温度传感器103，因此能够根据发热元件70的发热温度测量发热元件70的温度及散热特性，从而能够估计对固定金属层72与导电层68的焊锡造成的影响并进行应对。为了应对这种情况，也可以在树脂基板82中设置温度调节元件。并且，根据本实施方式的电动压缩机1，能够根据发热元件70的发热温度测量发热元件70的温度及散热特性，从而能够在功率元件44出现故障之前检测不良情况等。

并且，根据本实施方式的电动压缩机1，功率元件44还具备固定金属基板61与树脂基板82的间隔件120，因此能够相对于金属基板61稳定地支承树脂基板82，从而能够减少对端子77的负荷并且防止端子77的破损。

以上，对本发明的优选实施方式进行了详细说明，但本发明并不限定于上述实施方式。在本发明中，在权利要求书的范围内所记载的本发明的宗旨的范围内，能够进行各种变更。

符号说明

33-逆变器，44-功率元件，45-压缩机主体，61-金属基板，68-导电层，72-金属层，77-端子，82-树脂基板。

Claims (3)

1.一种车载用电动压缩机，其具备：

压缩机主体，具有压缩制冷剂的马达；及

逆变器，具有向所述马达供给电流的功率元件，

所述功率元件具备：

金属基板，在表面的一部分区域具有导电层；

发热元件，具有焊接固定于所述导电层的金属层；及

树脂基板，沿所述金属基板的板厚方向与所述金属基板排列配置，且在表面印刷有金属图案，在所述金属图案上安装有电子零件，

所述电子零件与所述发热元件的端子通过所述金属图案连接，

所述发热元件的端子与所述发热元件的主体直接连结，所述发热元件的端子从所述主体的侧面沿所述板厚方向延伸，且在长度方向上的中途沿所述板厚方向朝向所述树脂基板弯曲，

所述发热元件在所述板厚方向上的所述金属基板和所述树脂基板之间的空间露出，

当沿着所述板厚方向观察时，所述金属层与所述导电层重叠，并且所述金属层具有与所述导电层相同的俯视观察形状，

在与所述板厚方向正交的面内，所述导电层彼此之间的间隔与所述导电层之间的沿面距离相同，

所述板厚方向与所述马达的轴线方向一致。

2.根据权利要求1所述的车载用电动压缩机，其还具备：

温度传感器，能够检测所述发热元件的发热温度。

3.根据权利要求1或2所述的车载用电动压缩机，其中，

所述功率元件还具备：

间隔件，固定所述金属基板与所述树脂基板。

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