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Hintergrund der Erfindung
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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen elektrischen Kompressor mit
integriertem Gleichstrom-Wechselstrom-Konverter für eine
in einem Kraftfahrzeug angeordnete Klimaanlage, wobei der Kompressor
durch die Integration eines Gleichstrom-Wechselstrom-Konverters
mit dem äußeren Umfang eines Gehäuses,
das einen elektrischen Motor und einen Kompressor aufnimmt, ausgebildet
ist.
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Diese
Anmeldung basiert auf der
japanischen
Patentanmeldung Nr. 2008-88598 , deren gesamter Inhalt durch
Bezugnahme zum Gegenstand der vorliegenden Offenbarung gemacht wird.
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Beschreibung des Stands der
Technik
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Bisher
wurden verschiedene elektrische Kompressoren für in Kraftfahrzeugen
angeordnete Klimaanlagen vorgeschlagen, die integrierte Gleichstrom-Wechselstrom-Konverter
aufweisen. Diese elektrischen Kompressoren mit integrierten Gleichstrom-Wechselstrom-Konverter
weisen einen Gleichstrom-Wechselstrom-Konverterbehälter
(Konverterbox) am äußeren Umfang eines Gehäuses
auf, das einen elektrischen Motor und einen Kompressor aufnimmt,
sowie eine Konverter-Vorrichtung, die innerhalb des Konverter-Behälters
vorgesehen ist und welche einen von einer Hochspannungs-Energiequelle
zugeführte Gleichstrom-Energie in eine Dreiphasenwechselstrom-Energie
umwandelt und diese über einen mit Glas versiegelten Anschluss
zu einem elektrischen Motor zuführt. Auf diese Weise wird
die Rotationsgeschwindigkeit des Kompressors variabel gemäß der
Klimaanlagenlast geregelt. Wie in der ungeprüften
japanischen Patentanmeldung mit
der Veröffentlichungsnummer 2004-162618 beschrieben, wird
der Gleichstrom-Wechselstrom-Konverter mit dem äußeren
Umfangsabschnitt des Kompressorgehäuses dadurch integriert,
dass ein energiebezogenes Substrat (inklusive Ständer und
Basiseinheit) und ein auf die Steuerung bezogenes Substrat (Leiterplatine)
in zwei vertikalen Schichten vorgesehen sind. Das energiebezogene
Substrat weist eine Vielzahl von Energiehalbleiter-Schaltvorrichtungen
(IGBT) zur Umwandlung von Gleichstromenergie in eine Dreiphasen-Wechselstromenergie
auf. Das steuerungsbezogene Substrat weist einen Steuerungs- und
Kommunikationsschaltkreis mit einer Vorrichtung wie einem CPU auf,
welches bei niedriger Spannung betrieben wird. Die Substrate werden
an dem äußeren Umfangsabschnitt des Kompressorgehäuses durch
deren Aufnahme innerhalb eines Konverterbehälters oder
eines externen Rahmens befestigt.
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Die
ungeprüfte
japanische
Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer HEI-7-304327 beschreibt
eine Klimaanlage für elektrische Kraftfahrzeuge, die in
der Lage ist, die elektromagnetische Welleninterferenz durch Verwendung
geschirmter Leitungen als Energiezufuhrleitungen zu eliminieren, welche
die Gleichstromenergie zu einer Antriebsvorrichtung für
den elektrischen Kompressor (Konvertervorrichtung) zuführen,
und Dreiphasenleitungen, welche die elektrische Dreiphasenenergie
von der Antriebseinheit für den elektrischen Kompressor
zum Motor zuführen, und durch Erden der Abschirmung mit
einem metallischen Behälter für die Komponenten
inklusive der Antriebsvorrichtung für den elektrischen
Kompressor, über einen Kondensator.
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Bei
einem elektrischen Kompressor mit integrierten Gleichstrom-Wechselstrom-Konverter,
bei dem die Konvertervorrichtung, die ein auf die Energie bezogenes
Substrat und ein auf die Steuerung bezogenes Substrat beinhaltet,
mit einem Gehäuse integriert ist, wie dies in der ungeprüften
japanischen Patentanmeldung mit
der Veröffentlichungsnummer 2004-162618 beschrieben
ist, werden beide Substrate separat voneinander über den
Rahmen geerdet.
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Daher
ist die Erdungsstruktur kompliziert und es bestehen Probleme bei
der Reduzierung der Größe der Konvertervorrichtung
dahingehend, wie das Stromrauschen wie etwa ein elektromagnetisches Rauschen,
das aufgrund des Schaltbetriebs des IGBT am auf die Energie bezogenen
Substrat erzeugt wird, und ein elektromagnetisches Rauschen, das
von außen über eine Kommunikationsleitung zum
auf die Steuerung bezogenen Substrat übermittelt wird,
am Gehäuse des elektrischen Kompressorrahmens geerdet werden
kann, um eine Rauschinterferenz und einen Rauschaustritt nach außen
zu reduzieren. In anderen Worten ist dann, wenn die Größe der
Gleichstrom-Wechselstrom-Konvertervorrichtung reduziert wird, ein
Problem das, die Erdungsstruktur vom auf die Energie bezogenen Substrat
und vom auf die Steuerung bezogenen Substrat zum elektrischen Kompressorgehäuse
zu vereinfachen. Ein anderes Problem ist, wie das auf die Energie
bezogene Substrat und das auf die Steuerung bezogene Substrat am
elektrischen Kompressorgehäuse geerdet werden soll.
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Obwohl
die ungeprüfte
japanische
Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer HEI-7-304327 ein
metallisches Gehäuse für die Komponenten inklusive
einer elektrischen Kompressorantriebsvorrichtung beschreibt, beschreibt
dieses Dokument eine spezielle Erdungsstruktur.
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Kurze Zusammenfassung der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die oben beschriebenen
Umstände gemacht und ein Ziel der Erfindung ist es, einen
elektrischen Kompressor mit integriertem Gleichstrom-Wechselstrom-Konverter
zur Verfügung zu stellen, dessen Erdungseffekt und Erdungszuverlässigkeit
durch eine zuverlässige Erdung einer Konvertervorrichtung
am Gehäuse zu verbessern. Zusätzlich sollten die
Größe und die Kosten der Konvertervorrichtung
durch Vereinfachung der Erdungsstruktur reduziert werden.
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Um
das oben beschriebene Ziel zu erreichen, stellt ein elektrischer
Kompressor mit integriertem Gleichstrom- Wechselstrom-Konverter gemäß der
vorliegenden Erfindung die folgenden Lösungen zur Verfügung.
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Insbesondere
weist der elektrische Kompressor mit integriertem Gleichstrom-Wechselstrom-Konverter
gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung
einen Konverterbehälter am äußeren Umfang
eines Gehäuses auf, das einen elektrischen Motor sowie
einen Kompressionsmechanismus aufnimmt, sowie eine Konvertervorrichtung,
die innerhalb des Konverterbehälters angeordnet ist, zum
Zuführen von elektrischer Energie zu einem elektrischen
Motor durch Umwandlung von Gleichstromenergie aus einer Hochspannungs-Energiequelle
in eine Dreiphasenwechselstromenergie, wobei die Konvertervorrichtung
ein Konvertermodul beinhaltet, das ein metallisches, energiebezogenes
Substrat integriert, an dem eine Halbleiterumschaltvorrichtung mit
einem Harzgehäuse befestigt ist, in dem einem Vielzahl
von Anschlüssen integral eingeformt (insert-molded) sind,
und mit einem auf die Steuerung bezogenen Substrat versehen ist,
an dem ein Steuerungs- und Kommunikationsschaltkreis vorgesehen ist,
welcher eine Vorrichtung aufweist, die bei niedriger Spannung betrieben
wird, wie etwa ein CPU, welches an der oberen Oberfläche
des Konvertermoduls befestigt ist, wobei das Harzgehäuse
mit Befestigungsabschnitten integriert ist, die am Konverterbehälter
mit Schreiben einer Vielzahl von Orten am Umfang des Harzgehäuses
abgesichert sind, und wobei die Befestigungsabschnitte elektrisch
an dem metallischen, energiebezogenen Substrat und dem steuerungsbezogenen
Substrat geerdet ist, und die Erdungsanschlüsse, welche
an dem metallischen energiebezogenen Substrat und dem steuerungsbezogenen
Substrat am Gehäuserahmen (Gehäusemasse) geerdet
sind, auf eine solche Weise eingeformt (insert-molded) sind, dass
die Erdungsanschlüsse mit den Schrauben am Konverterbehälter
absicherbar sind.
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Gemäß diesem
Aspekt kann, da das metallische energiebezogene Substrat und das
steuerungsbezogene Substrat am Gehäuse des elektrischen Kompressors
durch Einformen (insert-molding) der Erdungsanschlüsse,
welche elektrisch am metallischen energiebezogenen Substrat und
dem steuerungsbezogenen Substrat mit den Befestigungsabschnitten
des Harzgehäuses, welche das Konvertermodul darstellen
und die Erdungsanschlüsse an den Konverterbehälter
mit Schrauben absichern, elektrisch geerdet sind, die Konvertervorrichtung
am Konverterbehälter mit Schrauben abgesichert sein und
gleichzeitig können die Erdungsanschlüsse am Gehäuse
des elektrischen Kompressors über die Schrauben geerdet
werden. Daher werden das metallische energiebezogene Substrat und
das steuerungsbezogene Substrat zuverlässig am Rahmen befestigt,
wodurch der Erdungseffekt verbessert wird; Stromrauschen wie ein
elektromagnetisches Rauschen, das an den Substraten aufgrund des
Schaltbetriebs der Halbleiterschaltvorrichtungen erzeugt wird, sowie
ein elektromagnetisches Rauschen, das von außen durch die
Signalleitungen übermittel wird, werden zuverlässig
geerdet; und Fehlfunktionen aufgrund von Rauschinterferenz sowie
einem Austritts von Rauschen nach außen können
reduziert werden. Darüber hinaus kann, da das energiebezogene
metallische Substrat und das steuerungsbezogene Substrat gleichzeitig über
gemeinsame Erdungsanschlüsse geerdet werden können,
die Erdungsstruktur vereinfacht und die Größe
und die Kosten der Konvertervorrichtung reduziert werden.
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Darüber
hinaus kann der elektrische Kompressor mit integriertem Gleichstrom-Wechselstrom-Konverter
gemäß dem oben beschriebnen Aspekt so aufgebaut
sein, dass die Erdungsanschlüsse elektrisch an einer Hochspannungs-Erdungsstruktur an
dem metallischen energiebezogenen Substrat und an einer Niederspannungs-Erdungsstruktur
am steuerungsbezogenen Substrat über jeweilige Kondensatoren
elektrisch geerdet.
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Gemäß dem
oben beschriebenen Aufbau können, da die Hochspannungs-Erdungsstruktur
am metallischen energiebezogenen Substrat und die Niederspannungs-Erdungsstruktur
am steuerungsbezogenen Substrat elektrisch mit den Erdungsanschlüssen über
jeweilige Kondensatoren verbunden sind, Hochfrequenz-Stromrauschen
(elektromagnetisches Rauschen) am Gehäuse des elektrischen Kompressors über
die Erdungsanschlussrahmen geerdet werden. Daher können
eine Rauschinterferenz zwischen den Substraten und ein Austritt
von Rauschen in das Kraftfahrzeug zuverlässig reduziert
werden.
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Darüber
hinaus können die Erdungsanschlüsse bei jedem
der oben beschriebenen elektrischen Kompressoren mit integriertem
Gleichstrom-Wechselstrom-Konverter Durchgangslöcher aufweisen,
durch die die Schrauben hindurch treten, und können mit
dem Harzgehäuse so integral eingeformt (insert-molded)
sein, dass die Erdungsanschlüsse an den Befestigungslöchern
in den Befestigungsabschnitt hervortreten.
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Gemäß dem
oben beschriebenen Aufbau können, da die Erdungsanschlüsse
Durchgangslöcher aufweisen, durch die die Schrauben hindurch geführt
werden, und welche integral mit dem Harzgehäuse so eingeformt
(insert-molded) sind, dass die Erdungsanschlüsse an den
Befestigungslöchern in den Befestigungsabschnitten vortreten,
die Schrauben durch die Durchgangslöcher der Erdungsanschlüsse
hindurchgeführt werden, um die Erdungsanschlüsse
am Konverterbehälter befestigen. Auf diese Weise können
die Erdungsanschlüsse ebenso am Gehäuse des elektrischen
Kompressors über die Schrauben geerdet werden. Daher können,
da die Erdungsanschlüsse immer in Kontakt mit dem Gehäuse
stehen und zuverlässig am Rahmen geerdet sind, die Erdungseffekte
und die Zuverlässigkeit der Erdung erhöht werden.
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Darüber
hinaus können bei jedem der oben beschriebenen elektrischen
Kompressoren mit integriertem Gleichstrom-Wechselstrom-Konverter
die Erdungsanschlüsse jeweils in einen ersten Anschlussteil
und einem zweiten Anschlussteil verzweigen, wobei der erste Anschlussteil
elektrisch mit dem metallischen energiebezogenen Substrat und der zweite
Anschlussteil elektrisch mit dem steuerungsbezogenen Substrat geerdet
ist.
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Gemäß dem
oben beschriebenen Aufbau strömen, da die Erdungsanschlüsse
jeweils in einem ersten Anschlussteil und einem zweiten Anschlussteil
verzweigen, wobei der ersten Anschlussteil elektrisch mit dem metallischen
energiebezogenen Substrat und der zweite Anschlussteil elektrisch
mit dem Steuerungsbezogenen Substrat geerdet ist, Stromrauschen
(elektromagnetisches Rauschen) vom metallischen energiebezogenen
Substrat und dem Steuerungsbezogenen Substrat nicht von einer Verzweigung
des Erdungsanschlusses zur anderen Verzweigung, und das am ersten
Anschlussteil und dem zweiten Anschlussteil geerdete Stromrauschen
kann zuverlässig am Gehäuse des elektrischen Kompressors über
eine der Verzweigungen der Erdungsanschlüsse am Rahmen
geerdet werden. Daher können der Erdungseffekt und die
Zuverlässigkeit der Erdung erhöht werden.
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Darüber
hinaus kann bei einem der oben beschriebenen elektrischen Kompressoren
mit integriertem Gleichstrom-Wechselstrom-Konverter der zweite Anschlussteil
direkt mit einer Erdungsstruktur an dem steuerungsbezogenen Substrat über
ein Durchgangsloch verbunden sein.
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Da
der zweite Anschlussteil direkt mit einer Erdungsstruktur am steuerungsbezogenen
Substrat über ein Durchgangsloch verbunden ist, kann das steuerungsbezogene
Substrat durch diesen zweiten Anschlussteil gestützt werden.
Daher kann der Vibrationswiderstand des steuerungsbezogenen Substrats
verbessert werden.
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Darüber
hinaus sind bei einem der oben beschriebenen elektrischen Kompressoren
mit integriertem Gleichstrom-Wechselstrom-Konverter die Befestigungsabschnitte
an vier Eckabschnitten des rechteckigen Harzgehäuses vorgesehen
und die Erdungsanschlüsse sind an zumindest zwei der Eckabschnitte
der Befestigungsabschnitte, die die P-N-Anschlüsse umgeben
und die im Harzgehäuse eingeformt (insert-molded) sind,
vorgesehen.
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Gemäß dem
oben beschriebenen Aufbau können, da der Erdungsanschluss
an zumindest zwei der Eckabschnitte der Befestigungsabschnitt, die
die P-N-Anschlüsse umgeben, vorgesehen ist, welche mit
dem Harzgehäuse eingeformt (insert- molded) sind, Stromrauschen
(elektromagnetisches Rauschen) vom metallischen energiebezogenen
Substrat und dem steuerungsbezogenen Substrat über einen
der Anschlüsse, welcher immer näher liegt, am Rahmen
geerdet werden.
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Daher
können der Erdungseffekt die Zuverlässigkeit der
Erdung verbessert werden.
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Gemäß der
vorliegenden Erfindung können, da die Konvertervorrichtung
am Konverterbehälter mit Schrauben befestigt werden kann
und die Erdungsanschlüsse am Gehäuse des elektrischen Kompressors
geerdet werden kann, das metallische energiebezogene Substrat und
das steuerungsbezogene Substrat zuverlässig rahmengeerdet
werden, um den Erdungseffekt zu erhöhen und vom Stromrauschen
wie ein elektromagnetisches Rauschen, das von den Substraten erzeugt
wird, zuverlässig zu erden, und um Fehlfunktionen aufgrund
von Rauschinterferenzen und nach außen austretendem Rauschen
zu reduzieren. Darüber hinaus kann, da das metallische
energiebezogene Substrat und das steuerungsbezogene Substrat zusammen über
gemeinsame Erdungsanschlüsse geerdet werden können,
die Erdungsstruktur vereinfacht werden und die Größe
und die Kosten der Konvertervorrichtung können reduziert
werden.
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Kurze Beschreibung der verschiedenen
Ansichten der Zeichnungen
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1 ist
eine Seitenansicht von außen auf einen elektrischen Kompressor
mit integriertem Gleichstrom-Wechselstrom-Konverter gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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2 ist
eine perspektivische Ansicht einer Konvertervorrichtung, die in
dem elektrischen Kompressor mit integriertem Gleichstrom-Wechselstrom-Konverter,
wie er in 1 gezeigt ist, integriert ist.
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3 ist
eine Querschnittsansicht der Konvertervorrichtung entlang der Linie
A-A aus 2.
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4 ist
eine Querschnittsansicht der Konvertervorrichtung ohne das steuerungsbezogene Substrat
entlang der Linie B-B aus 2.
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5 ist
eine Perspektivansicht einer Ecke des Konvertermoduls der in 2 gezeigten
Konvertervorrichtung mit entferntem Harzgehäuse.
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6 ist
eine Teilansicht von oben auf ein metallisches energiebezogenes
Substrat der in 2 gezeigten Konvertervorrichtung.
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Detaillierte Beschreibung
der Erfindung
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Eine
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden
unter Bezugnahme auf die 1 bis 6 beschrieben.
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1 illustriert
eine Seitenansicht von außen auf einen elektrischen Kompressor 1 mit
integriertem Gleichstrom-Wechselstrom-Konverter gemäß einer
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der elektrische
Kompressor 1 mit integriertem Gleichstrom-Wechselstrom-Konverter
beinhaltet ein Gehäuse 2. Das Gehäuse 2 wird
durch integrale Befestigung eines Motorgehäuses 3 zur
Aufnahme eines elektrischen Motors, in der Zeichnung nicht gezeigt,
sowie eines Kompressorgehäuses 4 zur Aufnahme
eines Kompressionsmechanismus, in der Zeichnung nicht gezeigt, durch
Anzugbolzen 5 aufgebaut. Das Motorgehäuse 3 sowie
das Kompressorgehäuse 4 sind druckresistente Behälter,
die durch Aluminiumdruckguss ausgebildet wurden.
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Der
elektrische Motor sowie der Kompressionsmechanismus, die in der
Zeichnung nicht gezeigt sind, und welche innerhalb des Gehäuses 2 aufgenommen
sind, werden über eine Motorwelle miteinander verbunden,
und der Kompressionsmechanismus wird als Ergebnis der Drehung des
elektrischen Motors angetrieben. Ein Kühlmittelansauganschluss 6 ist
an einer Seite (einer rechten Seite der 1) des Motorgehäuses 3 vorgesehen,
so dass ein Niedertemperatur- und Niederdruck-Kühlgas,
das von diesem Kühlmittelansauganschluss 6 in
das Motorgehäuse 3 hinein angesaugt wurde, um
den elektrischen Motor in L-Richtung der Motorwelle strömt
und in den Kompressionsmechanismus eingesaugt wird, in dem das Kühlmittelgas
komprimiert wird. Als Ergebnis der Kompression durch den Kompressionsmechanismus
wird ein Hochtemperatur- und Hochdruck-Kühlgas in das Kompressorgehäuse 4 hinein ausgegeben
und über einen Ausgabeanschluss 7, der am anderen
Ende (einer linken Seite der 1) des Kompressorgehäuses 4 vorgesehen
ist, ausgestoßen.
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Das
Gehäuse 2 weist drei Befestigungsanschlüsse 8a, 8b und 8c auf;
beispielsweise ist ein Anschluss ein unterer Teil an einer Seite
(an der rechten Seite der 1) des Motorgehäuses 3 ein
Abschnitt ist ein unterer Teil am anderen Ende (an der linken Seite
der 1) des Kompressorgehäuses 4,
und ein Abschnitt ist ein oberer Teil des Kompressorgehäuses 4.
Der elektrische Kompressor 1 mit integriertem Gleichstrom-Wechselstrom-Konverter
wird diese Befestigungsanschlüsse 8a, 8b und 8c durch
Fixierung derselben mit einem Auflager und Bolzen an einer Seitenwand
usw. eines Motors zum Antrieb, der innerhalb des Motorraums des
Kraftfahrzeugs vorgesehen ist, befestigt.
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Ein
kastenförmiger Konverterbehälter 9 ist integral
am oberen Teil des äußeren Umfangsteils des Motorgehäuses 3 ausgebildet.
Der Konverterbehälter 9 ist wie ein Kasten geformt,
der eine offene Oberseite aufweist und aus Umgebungswänden
mit einer festgelegten Höhe zusammengesetzt ist. Zwei Energiekabel-Auslässe 10 sind
an einer Seitenoberfläche des Konverterbehälters 9 vorgesehen.
Die Oberseite des Konverterbehälters 9 ist mit
einem Deckel 11 abgedeckt, welcher über Schrauben
befestigt wird.
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Eine
Konvertervorrichtung 20, die eine Gleichstromenergie, welche über
ein Hochspannungskabel von einem im Kraftfahrzeug angeordneten Hochspannungs-Energiezufuhreinheit
(in der Zeichnung nicht dargestellt), einer Batterie oder dergleichen
zugeführt wurde, in eine Dreiphasen-Wechselstromenergie umwandelt
und diese zum innerhalb des Motorgehäuses 3 aufgenommen
elektrischen Motor zuführt, ist innerhalb des Konverterbehälters 9 aufgenommen. 2 ist
eine Perspektivansicht der Konvertervorrichtung 20. Die 3 und 4 sind Querschnittsansichten
entlang der Linien A-A bzw. B-B aus 2. 5 ist
eine Perspektivansicht einer Ecke des Konvertermoduls mit entferntem
Harzgehäuse. 6 ist eine teilweise Ansicht
von oben auf ein metallisches energiebezogenes Substrat an der Ecke.
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Wie
in 6 gezeigt, sind eine Vielzahl (6, von
denen in 6 nur eine gezeigt ist) von
Halbleiterschaltvorrichtungen 33 die jeweils aus einem
IGBT 31 und einer Diode 32 ausgebildet sind, als
bare chips befestigt und die Konvertervorrichtung 20 beinhaltet
ein Konvertermodul 23, das durch Einsatzformen (insert-molding)
eines metallischen energiebezogenen Substrats 21, welches
aus einem Aluminiumblech gefertigt ist, integral ausgebildet ist,
an dem die Beschaltung, die einem Überspannungs-Kondensator 34 usw.
beinhaltet mit einem Harzgehäuse 22 befestigt
sind. Zusätzlich zu dem metallischen energiebezogenen Substrat 21 ist
das Harzgehäuse 22 durch Einsatzformen (insert-molding)
von P-N-Anschlüssen 24a und 24b, die
mit der Hochspannungs-Energiezufuhr verbunden sind, und U-V-W-Anschlüssen 25a, 25b und 25c,
die dreiphasige Wechselstromenergie zum Elektromotor zuführen,
einer Vielzahl von Verbindungsanschlüssen 28, die
die Erdungsanschlüsse 27 so wie im Folgenden beschrieben
???, dem metallischen energiebezogenen Substrat 21 und
einem steuerungsbezogenen Substrat 30, welches im Folgenden
beschrieben wird, usw. integral ausgebildet.
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Das
Harzgehäuse 22, das rechteckig geformt ist, weist
P-N-Anschlüsse 24a und 24b auf, die von
einer Seite entlang der Seitenoberflächen des Konverterbehälters 9 vorstehen,
wo die Energiekabel-Auslässe 10 vorgesehen sind,
und weisen U-V-W-Anschlüsse 25a, 25b und 25c auf,
die von einer benachbarten Seite nahe dem Kompressorgehäuse 4 hervorstehen.
Die Eckabschnitte des Harzgehäuses 22 sind durch
die Integration von Befestigungsabschnitten 29 aufgebaut,
welche jeweils an der unteren Oberfläche des Konverterbehälters 9 mit einer
Schraube 26 (siehe 5) befestigt
sind.
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Das
steuerungsbezogene Substrat (Leiterplatine) 30, leicht
größer als das Harzgehäuse 22 ist, ist
an der oberen Oberfläche des Harzgehäuses 22, das
das Konvertermodul 23 ausbildet, angeordnet und mit einer
Vielzahl von Verbindungsanschlüssen 28 und Erdungsanschlüssen 27 verbunden.
Ein Steuerung- und Kommunikationsschaltkreis mit einer Vorrichtung,
welche bei niedriger Spannung betrieben wird, wie etwa einer CPU,
ist an dem steuerungsbezogenen Substrat 30 so befestigt,
dass ein energiebezogener Schaltkreis inklusive der Halbleiterschaltvorrichtungen 33,
die an dem metallischen energiebezogenen Substrat 21 befestigt
sind, aufgrund der Steuerungs- und Kommunikationssignale von einer
Steuerungsvorrichtung mit höherem Rand gesteuert wird.
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Wie
in 2 gezeigt, ist die Konvertervorrichtung 20 durch
Bereitstellung des steuerungsbezogenen Substrats 30 an
der oberen Oberfläche des Konvertermoduls 23 ausgebildet.
In diesem Zustand ist die Konvertervorrichtung 20 innerhalb
des Konverterbehälters 9 genommen und die Befestigungsabschnitte 29 des
Harzgehäuses 22, die das Konvertermodul 23 ausbilden,
sind an der unteren Oberfläche des Konverterbehälters 9 mit
Schrauben 26 befestigt. Auf diese Weise ist die Konvertervorrichtung 20 am äußeren
Umfang des Gehäuses 2 (Motorgehäuse 3) befestigt.
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Jeder
der Befestigungsabschnitt 29 wird integral durch Einsatzformen
(insert-molding) eines Erdungsanschlusses 27, welche ein
Durchgangsloch 27a aufweist, durch das die Schraube 26 hindurchtritt,
mit dem Harzgehäuse 22 auf eine solche Weise ausgebildet,
das der Erdungsanschluss 27 an einem Befestigungsloch hervorsteht.
Wie in den 5 und 6 gezeigt,
verzweigen die Erdungsanschlüsse 27 jeweils in
einem ersten Anschlussteil 27b und einem zweiten Anschlussteil 27c.
Der erste Anschlussteil 27b erstreckt sich in das Harzgehäuse 22 an
der oberen Oberfläche des metallischen energiebezogenen
Substrats 21 hinein und der zweite Anschlussteil 27c wird
an einem Zwischenpunkt nach oben gebogen, verläuft durch
den oberen Abschnitt des Harzgehäuses 22 hindurch
und erstreckt sich auf das steuerungsbezogene Substrat 30 hin.
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Das
Ende des ersten Anschlussteils 27b ist durch einen Aderanschluss 38 an
einer Erdungsstruktur 37, die mit einer Hochspannungs-Erdungsstruktur 35 am
metallischen energiebezogenen Substrat 21 durch einen Kondensator 36 verbunden
ist, verbunden. Auf diese Weise sind Erdungsanschlüsse 27 und
die Hochspannungs-Erdungsstruktur 35 am metallischen energiebezogenen
Substrat 21 elektrisch geerdet. Das Ende des zweiten Anschlussteils 27c wird
durch ein Durchgangsloch 42 an einer Erdungsstruktur 41,
die mit einer Niederspannungs-Erdungsstruktur 39 an dem
steuerungsbezogenen Substrat 30 über einen Kondensator 40 verbunden ist,
angelötet. Auf diese Weise werden die Erdungsanschlüsse 27 und
die Niederspannungs-Erdungsstruktur 39 des steuerungsbezogenen
Substrats 30 elektrisch geerdet.
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Die
Erdungsanschlüsse 27 stehen in Kontakt mit der
unteren Oberfläche des Konverterbehälters 9, d.
h. das Gehäuse 2, mit den Schrauben 26 durch Befestigung
der Befestigungsabschnitte 29 des Hauptgehäuses 22 an
der unteren Oberfläche des Konverterbehälters 9 mit
den Schrauben 26 dann ausgebildet, wenn die Konvertervorrichtung 20 am Konverterbehälter 9 befestigt
ist.
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Auf
diese Weise werden das metallische energiebezogene Substrat 21 und
das steuerungsbezogene Substrat 30 am Gehäuse 2 des
elektrischen Kompressors 1 durch einen einzelnen Erdungsanschluss 27 rahmengeerdet.
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Darüber
hinaus können die Erdungsanschlüsse 27 mit
den Befestigungsanschlüsse 29 an allen vier Eckabschnitten
des Harzgehäuses 22 einsatzgeformt (insert-molded)
sein, um die Festigkeit des Harzgehäuses 22 zu
erhöhen. Die zwei in den Befestigungsabschnitten 29 an
den zwei Eckabschnitten, welche die P-N-Anschlüsse 24a und 24b umgeben,
vorgesehenen zwei Erdungsanschlüsse 27 sind jedoch
tatsächlich am metallischen energiebezogenen Substrat 21 und
dem steuerungsbezogenen Substrat 30 geerdet. In andern
Worten sind in dieser Ausführungsform das metallische energiebezogene
Substrat 21 und das steuerungsbezogene Substrat 30 am
Gehäuse 2 des elektrischen Kompressors 1 an
zwei Orten rahmengeerdet.
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Gemäß dem
oben beschriebenen Aufbau dieser Ausführungsform werden
die folgenden Vorteile erreicht.
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Eine
von in einem Kraftfahrzeug angeordneten Energiezufuhreinheiten zu
einer Konvertervorrichtung 20 des elektrischen Kompressors 1 durch ein
Hochspannungskabel zugeführte Gleichstromenergie wird in
den Schaltkreis des metallischen energiebezogenen Substrats 21 über
die P-N-Anschlüsse 24a und 24b eingegeben,
in Dreiphasen-Wechselstromenergie einer Steuerbefehlfrequenz durch
den Schaltbetrieb der Halbleiterschaltvorrichtungen 33, die
durch den Steuerungsschaltkreis des steuerungsbezogenen Substrats 30 gesteuert
werden, umgewandelt und anschließend zum elektrischen Motor
innerhalb des Motorgehäuses 3 über die U-V-W-Anschlüsse 25a, 25b und 25c und
den mit Glas abgeschirmten Anschluss zugeführt.
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Auf
diese Weise wird der elektrische Motor bei der Steuerungsbefehlfrequenz
drehbar angetrieben und der Kompressionsmechanismus wird betrieben.
Der Betrieb des Kompressionsmechanismus bewirkt, dass das Niedertemperatur-
und Niederdruck-Kühlgas in das Motorgehäuse 3 vom
Kühlmittelansauganschluss 6 eingesaugt wird. Das
Kühlmittel strömt von dem elektrischen Motor in
L-Richtung der Motorwelle herum auf das Kompressorgehäuse 4 hin
und wird in den Kompressionsmechanismus eingesogen, wo es in den
Hochtemperatur- und Hochdruckzustand komprimiert wird. Dann wird
das Kühlmittel nach außen des elektrischen Motors 1 durch den
Ausgabeanschluss 7 ausgegeben.
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Während
dieses Prozesses wird das Niedertemperatur- und Niederdruck-Kühlgas,
welche vom Kühlmittelsauganschluss 6 in das Motorgehäuse 3 eingesogen
wurde und in L-Richtung der Motorwelle strömt, das metallische
energiebezogene Substrat 21 der Konvertervorrichtung 20 welches
in engem Kontakt mit der unteren Oberfläche des Konverterbehälters 9 durch
die Gehäusewand des Motorgehäuses 3 angeordnet
ist. Auf diese Weise werden die Wärme erzeugenden Komponenten
wie die Halbleiterschaltvorrichtungen 33, die an dem metallischen energiebezogenen
Substrat 21 befestigt sind, abgekühlt und deren
Wärmewiderstand wird aufrechterhalten.
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In
der Konvertervorrichtung 20 können eine Rauschinterferenz
und ein Rauschen, das nach außen austritt, durch das elektromagnetische
Rauschen bewirkt werden, welches an dem metallischen energiebezogenen
Substrat 21 durch den Schaltbetrieb der Halbleiterschaltvorrichtungen 33 erzeugt wird,
und durch elektromagnetisches Rauschen von einer externen Steuerungsvorrichtung,
welches zu dem steuerungsbezogenen Substrat 30 durch Signalleitungen
und dergleichen übermittelt wurde. Somit wird ein derartiges
elektromagnetisches Rauschen (Stromrauschen von Hochfrequenzkomponenten)
zum Erdungsanschluss 27 von der Hochspannungs-Erdungsstruktur 35 an
dem metallischen energiebezogenen Substrat 21, und der
Niederspannungs-Erdungsstruktur 39 des steuerungsbezogenen
Substrats 30 durch Kondensatoren 36 bzw. 40, ausgegeben
und das elektromagnetische Rauschen wird am Gehäuse 2 des
elektrischen Kompressors 1 rahmengeerdet. In dieser Ausführungsform
sind jedoch die Erdungsanschlüsse 27, die am metallischen energiebezogenen
Substrat 21 und dem steuerungsbezogenen Substrats 30 durch
die Abzweigung eines ersten Anschlussteils 27b und des
zweiten Anschlussteils 27c geerdet sind, mit den Befestigungsabschnitten 29 des
Harzgehäuses 22, welches das Konvertermodul 23 ausbildet,
einsatzgeformt (insert-molded). Die Erdungsanschlüsse 27 können
am Gehäuse 2 des elektrischen Kompressors 1 durch Befestigung
der Erdungsanschlüsse 27 zusammen mit den Befestigungsabschnitten 29 an
der unteren Oberfläche des Konverterbehälters 9 mit
den Schrauben 26 dann befestigt werden, wenn die Befestigungsanschlüsse 27 am
Konverterbehälter 9 der Konvertervorrichtung 20 befestigt
werden. Daher können das metallische energiebezogene Substrat 21 und
das steuerungsbezogene Substrat 30 zuverlässig
am Gehäuse 2 des elektrischen Kompressors 1 mit
den die verzweigte Struktur aufweisenden Erdungsanschlüssen 27 rahmengeerdet
werden.
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Dementsprechend
kann der Erdungseffekt durch eine zuverlässige Rahmenerdung
des metallischen energiebezogenen Substrats 21 und des
steuerungsbezogenen Substrats 30 erhöht werden; Stromrauschen
wie ein elektromagnetisches Rauschen, das durch den Schaltbetrieb
der Halbleiterschaltvorrichtung 31 an den Substraten 21 und 30 erzeugt
wird, sowie ein elektromagnetisches Rauschen, das von außen
durch die Signalleitungen übermittelt wird, können
zuverlässig geerdet werden; und Fehlfunktionen aufgrund
einer Interferenz des elektromagnetischen Rauschens sowie elektromagnetisches
Rauschen, das nach außen austritt, können reduziert
werden. Darüber hinaus kann, da das metallische energiebezogene
Substrat 21 und das steuerungsbezogene Substrat 30 zusammen über gemeinsame
Erdungsanschlüsse 27 geerdet werden können,
die Erdungsstruktur vereinfacht werden, die Größe
der Konvertervorrichtung 20 kann reduziert werden und die
Kosten können reduziert werden.
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Insbesondere
können, da die Erdungsanschlüsse 27 integral
mit dem Harzgehäuse 22 einsatzgeformt (insert-molded)
sind, und an den Befestigungslöchern der Befestigungsabschnitte 29 dann hervorstehen,
wenn die Konvertervorrichtung 20 befestigt wird, die Befestigungsabschnitte 29 an
der unteren Oberfläche des Konverterbehälters 9 durch Hindurchführen
der Schrauben 26 durch die Durchgangslöcher 27a der
Erdungsanschlüsse 27 befestigt werden und gleichzeitig
können die Erdungsanschlüsse 27 am Gehäuse 2 des
elektrischen Kompressors 1 über die Schrauben 26 geerdet
werden. Daher können, da die Erdungsanschlüsse 27 immer in
Kontakt mit dem Gehäuse 2 stehen und zuverlässig
rahmengeerdet sind, der Erdungseffekt und die Zuverlässigkeit
der Erdung erhöht werden.
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Da
die Erdungsanschlüsse 27 jeweils eine verzweigte
Struktur aufweisen, welche in einem ersten Anschlussteil 27b und
dem zweiten Anschlussteil 27c verzweigen, erfolgt keine Übertragung
von Stromrauschen (elektromagnetisches Rauschen) von dem metallischen
energiebezogenen Substrat 21 und dem steuerungsbezogenen
Substrat 30 von einem Verzweigungserdungsanschluss zum
anderen Erdungsanschluss und das am ersten Anschlussteil 27b und
dem zweiten Anschlussteil 27c des Stromrauschens kann zuverlässig
am Gehäuse 2 des elektrischen Kompressors 1 über
einen der verzweigten Erdungsanschlüsse 27 rahmengeerdet
werden. Daher können der Erdungseffekt und die Zuverlässigkeit der
Erdung erhöht werden.
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Darüber
hinaus kann, da der oben beschriebene zweite Erdungsanschluss 27c direkt
am Durchgangsloch 42 des steuerungsbezogenen Substrats 30 angelötet
ist, der zweite Erdungsanschluss 27c ebenso als Stützelement
des steuerungsbezogenen Substrats 30 verwendet werden.
Daher kann der Vibrationswiderstand des steuerungsbezogenen Substrats 30 verbessert
werden.
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Darüber
hinaus kann, da die Erdungsanschlüsse 27 an den
Befestigungsabschnitten 29 an beiden Eckabschnitten dort
vorgesehen sind, wo zumindest die P-N-Anschlüsse 24a und 24b des
Harzgehäuses 22 einsatzgeformt (insert-molded)
sind, von zumindest zwei der Orte geerdet sind, ein Stromrauschen
(elektromagnetisches Rauschen) von dem energiebezogen metallischen
Substrat 21 und des steuerungsbezogenen Substrats 30 durch
einen der näherliegenden Erdungsanschlüsse 27,
welcher immer näher liegt, rahmengeerdet werden. Daher
können der Erdungseffekt und die Zuverlässigkeit
der Erdung erhöht werden.
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Die
vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen
beschränkt und verschiedene Modifikationen können
innerhalb des Schutzbereichs der Erfindung ausgeführt werden.
Beispielsweise wurde die oben beschriebene Ausführungsform
im Hinblick auf ein Beispiel reduziert, in dem der Konverterbehälter 9 und
das Motorgehäuse 3 integral ausgebildet sind.
Diese müssen jedoch nicht notwendigerweise integral ausgebildet sein
und ein Konverterbehälter 9, der ein separates Element
sein kann, kann am Motorgehäuse 3 befestigt sein.
Darüber hinaus ist der Kompressionsmechanismus nicht auf
eine bestimmte Ausführungsform beschränkt und
diese Art von Kompressionsmechanismus kann verwendet werden.
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Darüber
hinaus wurde die oben beschriebene Ausführungsform als
Beispiel beschrieben, in dem nur zwei der Erdungsanschlüsse 27 der
Erdungsanschlüsse 27 mit dem Befestigungsabschnitten 29,
die an den vier Eckabschnitten des Harzgehäuses 22 vorgesehen
sind, geerdet sind, einsatzgeformt (insert-molded) sind. Die Ausführungsform
ist hierauf jedoch nicht beschränkt und anstelle dessen
können auch 1, 3 oder mehr Erdungsanschlüsse 27 geerdet sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - JP 2008-88598 [0002]
- - JP 2004-162618 [0003, 0005]
- - JP 7-304327 [0004, 0007]