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Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektrischen Kompressor mit integriertem Wechselrichter, wobei eine Wechselrichtervorrichtung integral in das Gehäuse des elektrischen Kompressors integriert ist.
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Elektrische Kompressoren mit integriertem Wechselrichter, die Wechselrichtervorrichtungen integral enthalten, werden als Klimakompressoren verwendet, die in Elektrofahrzeugen, Hybridfahrzeugen und dergleichen eingebaut sind. Dieser elektrische Kompressor mit integriertem Wechselrichter ist so konfiguriert, dass Hochspannungsgleichstrom aus einer Stromversorgungseinheit, die in einem Fahrzeug eingebaut ist, in dreiphasigen Wechselstrom einer bestimmten Frequenz umgewandelt wird, der dann an den Elektromotor angelegt wird, so dass der Elektromotor betrieben wird.
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Eine Wechselrichtervorrichtung besteht zum Beispiel aus Hochspannungssystemkomponenten, wie Induktionsspulen, Glättungskondensatoren und dergleichen, die an einer Hochspannungsleitung von einer Stromquelle bereitgestellt sind, die Hochfrequenzrauschen, Stromwelligkeiten und dergleichen reduzieren, einer Stromsystemplatine, auf der ein Schaltkreis angebracht ist, der aus mehreren Schaltelementen (elektrischen Elementen), wie IGBT, aufgebaut ist, die Gleichstrom in dreiphasigen Wechselstrom umwandeln; einer Steuersystemplatine (gedruckten Leiterplatte), auf der ein Steuerkreis angebracht ist, der bei einer niedrigen Spannung arbeitet, wie einer CPU, einer Stromsammelschiene, die diese Hochspannungssystemkomponenten, die Stromsystemplatine und die Steuersystemplatine miteinander verbindet, und dergleichen. Die Wechselrichtervorrichtung ist so konfiguriert, dass sie den Gleichstrom, der über das P-N-Anschlusselement eingeht, in dreiphasigen Wechselstrom umwandelt, der dann von einem UWV-Anschlusselement ausgegeben wird.
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Eine Vielfalt von Montagestrukturen wurde für das Gehäuse dieser Wechselrichtervorrichtung bereitgestellt. Die
JP 2003-322 082 A offenbart einen elektrischen Kompressor mit integriertem Wechselrichter, wobei eine Einheit, die eine gedruckte Leiterplatte und eine mit Harz umspritzte Stromsammelschiene aufweist, die auch als darin integrierter externer Rahmen dient, auf einer Aufsitzfläche eines Gehäuses befestigt ist, worauf eine Mehrzahl von Hochspannungskomponenten, wie Schaltelemente, Kondensatoren und dergleichen, angebracht ist, die Anschlusselemente der verschiedenen elektrischen Komponenten über die Stromsammelschiene miteinander verbunden sind, der Innenraum des externen Rahmens mit Gelmaterial gefüllt ist und eine Abdeckplatte darauf angebracht ist.
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Außerdem offenbart die
JP 2010-209 685 A einen elektrischen Kompressor mit integriertem Wechselrichter, wobei ein Wechselrichter-Gehäuseabschnitt, der am Außenumfang eines Gehäuses bereitgestellt ist, eine Hochspannungssystemkomponente aufweist, wie einen Glättungskondensator, und eine Spule, eine metallene Stromsystemplatine und eine Steuersystemplatine, die mithilfe eines Harzgehäuses integral darin gebildet ist, ein mit Gelmaterial gefülltes Wechselrichtermodul im Wechselrichter-Gehäuseabschnitt montiert ist und elektrisch über die Stromsammelschiene verbunden ist.
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Außerdem offenbart die
JP 2009-275 606 A einen elektrischen Kompressor mit integriertem Wechselrichter, wobei ein Wechselrichtermodul, in dem eine metallene Stromsystemplatine und eine Steuersystemplatine integriert sind, in einem Wechselrichter-Gehäuseabschnitt eines Gehäuses montiert ist, eine Hochspannungssystemkomponente und dergleichen in einer anderen Gehäusehülle vormontiert sind und die Unterbaugruppe im Gehäuse montiert und über eine Stromsammelschiene elektrisch verbunden ist.
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Aus der
US 2003/0200761 Al, der
US 2011/0236235 A1 und der
US 2009/0161320 A1 sind weitere Beispiele von elektrischen Kompressoren mit integriertem Wechselrichter bekannt, bei denen eine Wechselrichtervorrichtung in einem Wechselrichter-Gehäuseabschnitt eines Gehäuses des Kompressors montiert ist.
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Jedoch sind die elektrischen Kompressoren mit integriertem Wechselrichter, die in der
JP 2003-322 082 A , der
JP 2010-209 685 A und der
JP 2009-275 606 A beschrieben sind, so konfiguriert, dass eine Mehrzahl von Hochspannungssystemkomponenten, eine Stromsystemplatine, eine Steuersystemplatine und eine Stromsammelschiene, eine Mehrzahl von Hochspannungssystemkomponenten, die einen Teil einer Stromsammelschienenanordnung und dergleichen bilden, eine Stromsystemplatine und eine Steuersystemplatine, oder eine Stromsammelschienenanordnung, die auch als ein externer Rahmen dient, eine Steuersystemplatine und dergleichen, die eine Wechselrichtervorrichtung bilden, integriert oder modularisiert sind, um in einem Gehäuse eingebaut zu werden. Deshalb bestehen insofern Probleme, als ein komplexer Schweiß- oder Lötvorgang zum Verbinden der Anschlusselemente verschiedener elektrischer Komponenten auf einer Montagestraße für elektrische Kompressoren durchgeführt werden muss, was zu einem Anstieg der Herstellungskosten, einer Reduzierung der Produktivität und dergleichen aufgrund einer Zunahme der Anzahl von Montagevorgängen und der Komplexität führt.
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Außerdem wird Gelmaterial eingefüllt, um die Vibrationsbeständigkeit einer Steuersystemplatine sicherzustellen, und eine metallische Stromsystemplatine wird verwendet, Harzverkapselung wird eingesetzt oder Ähnliches, um die Kühlbarkeit und Vibrationsbeständigkeit von wärmeerzeugenden Komponenten, wie elektrischen Elementen, sicherzustellen, was zu einer Zunahme von Kosten, Gewicht und dergleichen führt. Außerdem muss zusätzlicher Montageraum zum einzelnen Montieren der Bestandteilkomponenten und elektrischen Komponenten der Wechselrichtervorrichtung sichergestellt werden, was zu einem Anstieg der Größen der Wechselrichtervorrichtung selbst und des Wechselrichter-Gehäuseabschnitts und wiederum zu einem Anstieg der Größe des elektrischen Kompressors mit integriertem Wechselrichter führt.
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Angesichts dieser Umstände ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung das Bereitstellen eines elektrischen Kompressors mit integriertem Wechselrichter, der eine Verbesserung der Montierbarkeit einer Wechselrichtervorrichtung in Bezug auf ein Gehäuse, eine Verbesserung der Produktivität und eine Reduzierung der Herstellungskosten ermöglicht und der es ermöglicht, dass die Wechselrichtervorrichtung und somit der elektrische Kompressor selbst kompakter und leichter gemacht werden können.
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Um die vorstehenden Probleme zu lösen, weist der elektrische Kompressor mit integriertem Wechselrichter gemäß der vorliegenden Erfindung die Merkmale des Patentanspruches 1 auf.
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Insbesondere weist der elektrische Kompressor mit integriertem Wechselrichter gemäß der vorliegenden Erfindung eine Wechselrichtervorrichtung auf, die integral in einem Wechselrichter-Gehäuseabschnitt eingebaut ist, der am Außenumfang eines Gehäuses angeordnet ist. Die Wechselrichtervorrichtung hat eine Harzstruktur mit einem Gehäuseabschnitt für eine Hochspannungssystemkomponente und einen integral darin gebildeten Platinenmontageabschnitt, eine Hochspannungskomponente, die im Gehäuseabschnitt der Harzstruktur untergebracht und eingebaut ist und einen Kondensator und eine Spule umfasst; eine Stromsystemplatine, die auf der unteren Oberfläche des Montageabschnitts der Harzstruktur montiert ist und auf der ein elektrisches Element angebracht ist, eine Steuersystemplatine, die auf der oberen Oberfläche des Montageabschnitts der Harzstruktur montiert ist und auf der ein Steuersystemschaltkreis angebracht ist, und eine Stromsammelschiene, die zwischen der Stromsystemplatine und der Steuersystemplatine angeordnet ist und die für elektrische Verkabelung in der Wechselrichtervorrichtung verwendet wird. Eine derartige Wechselrichtervorrichtung ist in einer Einheit (34) integriert ist, indem die Hochspannungssystemkomponente, die Stromsystemplatine, die Steuersystemplatine und die Stromsammelschiene in der Harzstruktur montiert sind, und die Einheit ist im Wechselrichter-Gehäuseabschnitt eingebaut und integriert.
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Da eine Hochspannungskomponente, Stromsystemplatine, Steuersystemplatine und Stromsammelschiene, die eine Wechselrichtervorrichtung bilden, in einer Harzstruktur montiert sind, die einen Gehäuseabschnitt für die Hochspannungskomponente und einen integral darin gebildeten Platinenmontageabschnitt aufweisen und die Wechselrichtervorrichtung so konfiguriert ist, dass sie mithilfe der Harzstruktur in einer modularen Form im Wechselrichter-Gehäuseabschnitt eingebaut ist, sind erfindungsgemäß alle Bestandteile der Wechselrichtervorrichtung vom Eingangsanschlusselement bis zum Ausgangsanschlusselement als Einheit vormontiert, und die Einheit wird auf der Fertigungsstraße für den elektrischen Kompressor in den Wechselrichter-Gehäuseabschnitt, der in einem Gehäuse bereitgestellt ist, montiert, so dass der elektrische Kompressor mit integriertem Wechselrichter montiert werden kann. Somit kann ein Schweiß- oder Lötvorgang oder Ähnliches zum Verbinden der Mehrzahl von elektrischen Komponenten, die die Wechselrichtervorrichtung bilden, auf der Montagestraße für den elektrischen Kompressor beseitigt werden, wobei eine Einfachheit der Montage und eine Reduzierung der Anzahl von Vorgängen und eine Reduzierung der Herstellungskosten dadurch erleichtert werden können und die Produktivität verbessert werden kann. Außerdem kann die Wechselrichtervorrichtung durch Anordnen der Stromsammelschiene und dergleichen zwischen einer oberen und einer unteren Platine, um alle Bestandteile der Wechselrichtervorrichtung zu modularisieren, kompakter gestaltet werden, was es wiederum ermöglicht, dass der elektrische Kompressor mit integriertem Wechselrichter kompakter und leichter gestaltet werden kann.
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Bei dem elektrischen Kompressor mit integriertem Wechselrichter ist vorzugsweise die Stromsystemplatine eine Harzplatine, die mit einem Wärmeleitbauteil aus wärmeleitfähigem Material, das dem Montageabschnitt des elektrischen Elements entspricht, versehen ist, und das Wärmeleitbauteil ist so konfiguriert, dass es mit der Wandoberfläche des Gehäuses, die die Bodenoberfläche des Wechselrichter-Gehäuseabschnitts bildet, in Kontakt kommt, wenn die Einheit im Wechselrichter-Gehäuseabschnitt montiert wird.
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Da die Stromsystemplatine eine Harzplatine ist, die mit dem Wärmeleitbauteil aus wärmeleitfähigem Material versehen ist, das dem Montageabschnitt des elektrischen Elements entspricht, und das Wärmeleitbauteil so konfiguriert ist, dass es mit der Wandoberfläche des Gehäuses, die die Bodenoberfläche des Wechselrichter-Gehäuseabschnitts bildet, in Kontakt kommt, wenn die Einheit im Wechselrichter-Gehäuseabschnitt montiert wird, wird erfindungsgemäß Wärme, die vom elektrischen Element erzeugt wird, das eine wärmeerzeugende Komponente ist, zur Wandoberfläche des Gehäuses, die die Bodenoberfläche des Wechselrichter-Gehäuseabschnitts bildet, über das Wärmeleitbauteil aus wärmeleitfähigem Material, wie Kupfer, das auf der Harz-Stromsystemplatine bereitgestellt ist, abgeleitet, wodurch das elektrische Element mithilfe der Wandoberfläche als Wärmesenke gekühlt werden kann. Somit kann, sogar wenn die Stromsystemplatine eine Harzplatine ist, ausreichend Kühlleistung in Bezug auf das elektrische Element sichergestellt werden, was reduzierte Kosten und geringeres Gewicht ermöglicht.
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Bei dem elektrischen Kompressor mit integriertem Wechselrichter ist vorzugsweise die Stromsammelschiene in einem Freiraum zwischen der Stromsystemplatine und der Steuersystemplatine angeordnet, die den Montageabschnitt der Harzstruktur von oben und unten einschließen.
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Da die Stromsammelschiene in dem Freiraum zwischen der Stromsystemplatine und der Steuersystemplatine angeordnet ist, die den Montageabschnitt der Harzstruktur von oben und unten einschließen, ist erfindungsgemäß die Stromsammelschiene, die für elektrische Verkabelung in der Wechselrichtervorrichtung verwendet wird, unter Verwendung des Freiraums zwischen der Stromsystemplatine und der Steuersystemplatine, die den Montageabschnitt der Harzstruktur von oben und unten einschließen, angeordnet, wobei eine Mehrzahl von elektrischen Komponenten in der Wechselrichtervorrichtung über die Stromsammelschiene elektrisch miteinander verbunden werden können. Somit ist es nicht notwendig, zusätzlichen Raum zum Anordnen der Stromsammelschiene zu gewährleisten; es ist deshalb möglich, die Wechselrichtervorrichtung insgesamt kompakter und somit den elektrischen Kompressor mit integriertem Wechselrichter kleiner zu gestalten.
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Bei dem elektrischen Kompressor mit integriertem Wechselrichter weist der Montageabschnitt der Harzstruktur vorzugsweise eine integral darin gebildete Stütze auf, und die Stütze stützt einen Innenabschnitt (Nichtumfangsabschnitt) der Steuersystemplatine von unten.
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Da der Montageabschnitt der Harzstruktur eine Stütze aufweist, die den Innenabschnitt (Nichtumfangsabschnitt) der integral darin gebildeten Steuersystemplatine von unten stützt, wird erfindungsgemäß nicht nur der Umfangsabschnitt der Steuersystemplatine gestützt, sondern der Innenabschnitt (Nichtumfangsabschnitt) davon kann auch von der Stütze, die in der Harzstruktur bereitgestellt ist, gestützt werden. Somit kann die Vibrationsbeständigkeit der Steuersystemplatine verbessert werden, und der Bedarf an vibrationsbeständigem Gelmaterial und dergleichen wird beseitigt, wodurch der Aufbau einfacher, leichter, kostengünstiger und dergleichen gestaltet werden kann. Der Innenabschnitt (Nichtumfangsabschnitt), der von der Stütze gestützt werden soll, umfasst zusätzlich zu dem Mittelabschnitt der Platine einen Abschnitt, in dem eine große Komponente montiert ist, und dergleichen.
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Bei dem elektrischen Kompressor mit integriertem Wechselrichter ist die Wechselrichtervorrichtung vorzugsweise so eingebaut, dass sie frei befestigt und abgenommen werden kann, indem die modularisierende Harzstruktur innerhalb des Wechselrichter-Gehäuseabschnitts mit Schrauben sicher befestigt wird.
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Da die Wechselrichtervorrichtung so eingebaut ist, dass sie frei befestigt und abgenommen werden kann, indem die modularisierende Harzstruktur innerhalb des Wechselrichter-Gehäuseabschnitts mit Schrauben befestigt wird, kann erfindungsgemäß die Wechselrichtervorrichtung, die über die Harzstruktur modularisiert wurde, sicher eingebaut werden, indem die Harzstruktur mit Schrauben innerhalb des Wechselrichter-Gehäuseabschnitts befestigt wird, und kann als eine Einheit durch Entfernen der Schrauben entfernt werden. Folglich können Montage, Wartung und dergleichen der Wechselrichtervorrichtung vereinfacht und erleichtert werden.
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Erfindungsgemäß kann ein elektrischer Kompressor mit integriertem Wechselrichter montiert werden, indem alle Bestandteile einer Wechselrichtervorrichtung vom Eingangsanschlusselement zum Ausgangsanschlusselement vormontiert werden, so dass sie eine Einheit bilden, und die Einheit zu ergeben, und die Einheit auf einer Montagestraße für einen elektrischen Kompressor in einen Wechselrichter-Gehäuseabschnitt eingebaut wird, der in einem Gehäuse bereitgestellt ist. Deshalb können ein Schweiß- oder Lötvorgang oder Ähnliches zum Verbinden der Mehrzahl von elektrischen Komponenten, die die Wechselrichtervorrichtung bilden, auf der Montagestraße für den elektrischen Kompressor weggelassen werden. Somit können dadurch eine Vereinfachung der Vorrichtung und eine Reduzierung der Anzahl an Vorgängen und eine Senkung der Herstellungskosten erleichtert werden, und die Produktivität kann verbessert werden. Außerdem kann die Wechselrichtervorrichtung durch Anordnen einer Stromsammelschiene und dergleichen zwischen einer oberen und einer unteren Platine, um alle Bestandteile der Wechselrichtervorrichtung zu modularisieren, kompakter gestaltet werden, was es wiederum ermöglicht, dass der elektrische Kompressor mit integriertem Wechselrichter kompakter und leichter gestaltet werden kann.
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- 1 ist eine perspektivische Ansicht des Hauptteils eines elektrischen Kompressors mit integriertem Wechselrichter gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
- 2 ist eine Längsschnittansicht entlang der Achse eines Motorgehäuses des in 1 dargestellten elektrischen Kompressors mit integriertem Wechselrichter.
- 3 ist eine perspektivische Explosionsansicht einer Wechselrichtervorrichtung, die in den in 1 dargestellten elektrischen Kompressor mit integriertem Wechselrichter eingebaut ist.
- 4 ist eine perspektivische Ansicht der in 3 dargestellten Wechselrichtervorrichtung im montierten Zustand.
- 5 ist eine Draufsicht einer Stromsystemplatine in der in 3 dargestellten Wechselrichtervorrichtung.
- 6 ist eine Längsschnittansicht entlang der Linie a-a in 5.
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Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachstehend bezugnehmend auf 1 bis 6 beschrieben. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht des Hauptteils eines elektrischen Kompressors mit integriertem Wechselrichter gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 2 zeigt eine Längsschnittansicht entlang der Achse eines Motorgehäuses. 3 zeigt eine perspektivische Explosionsansicht einer Wechselrichtervorrichtung. 4 zeigt eine perspektivische Ansicht der Wechselrichtervorrichtung im montierten Zustand. Der elektrische Kompressor 1 mit integriertem Wechselrichter ist mit einem zylinderförmigen Gehäuse 2 bereitgestellt, das eine Außenschale bildet. Das Gehäuse 2 besteht aus einem Motorgehäuse 3, in das ein Elektromotor (nicht dargestellt) eingebaut ist, und einem Kompressorgehäuse (nicht dargestellt), in das ein Kompressionsmechanismus (nicht dargestellt) eingebaut ist, die integral miteinander verbunden sind.
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Der elektrische Kompressor 1 mit integriertem Wechselrichter ist so konfiguriert, dass der Elektromotor und der Kompressionsmechanismus, die in das Gehäuse 2 eingebaut sind, über eine Drehwelle miteinander verbunden sind, und der Kompressionsmechanismus wird von dem Elektromotor angetrieben, der durch Rotation über eine nachstehend beschriebene Wechselrichtervorrichtung 7 angetrieben wird, wodurch ein Niederdruck-Kühlgas, das über einen Einlassanschluss 4, der in der Seitenwand an der hinteren Endseite des Motorgehäuses 3 angeordnet ist, in den Innenraum des Motorgehäuses 3 gezogen wird, über den Umfang des Elektromotors gezogen, vom Kompressionsmechanismus auf einen hohen Druck komprimiert und innerhalb des Kompressorgehäuses abgegeben und dann nach außen geleitet wird.
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Das Motorgehäuse 3 weist eine Mehrzahl von darin gebildeten Kühlmittel-Strömungswegen 5, damit Kühlmittel in der Axialrichtung entlang der Innenumfangsoberfläche davon fließen kann, und eine Mehrzahl von Bügeln 6 zum Montieren eines elektrischen Kompressors 1 auf, die am Außenumfang davon bereitgestellt ist. Ein Wechselrichter-Gehäuseabschnitt 8 ist ebenfalls integral am Außenumfang des Gehäuses 2 (auf der Seite des Motorgehäuses 3) gebildet, um die Wechselrichtervorrichtung 7 integral einzubauen. Dieser Wechselrichter-Gehäuseabschnitt 8 hat in der Draufsicht eine etwa quadratische Form und ist so konfiguriert, dass die Bodenoberfläche davon eine teilweise und ungefähr flache Aufsitzfläche 9 ist, die von der Wandoberfläche des Motorgehäuses 3 gebildet wird, und ein Flanschabschnitt 10 am Umfang davon nach oben verläuft.
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Der Wechselrichter-Gehäuseabschnitt 8 ist auch so konfiguriert, dass er hermetisch abgeschlossen wird, indem eine Abdeckung 11 am Flanschabschnitt 10 angebracht wird, wie in 2 dargestellt, nachdem die Wechselrichtervorrichtung 7 eingebaut wurde. Wie allgemein bekannt, ist ein Hochspannungskabel von einer Stromversorgungseinheit, die in einem Fahrzeug eingebaut ist, mit dieser Abdeckung 11 über ein Verbindungsstück (nicht dargestellt) verbunden, so dass durch Anschließen des Verbindungsstücks an ein P-N-Anschlusselement 31 (siehe 1), das an der Platinenseite der Wechselrichtervorrichtung 7 angeordnet ist, Hochspannungsgleichstrom an die Wechselrichtervorrichtung 7 angelegt wird.
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Wie allgemein bekannt, wandelt die Wechselrichtervorrichtung 7 Hochspannungsgleichstrom, der über das Hochspannungskabel von der Stromversorgungseinheit, die im Fahrzeug eingebaut ist, in dreiphasigen Wechselstrom einer bestimmten Frequenz um und legt dann den dreiphasigen Wechselstrom an den Elektromotor an, was den Elektromotor antreibt. Die Wechselrichtervorrichtung 7 besteht aus einer Harzstruktur 12, einer Mehrzahl von Hochspannungssystemkomponenten 13, die in dieser Harzstruktur untergebracht und eingebaut sind, einer Stromsystemplatine 14, die auf der unteren Oberfläche der Harzstruktur 12 montiert ist, einer Steuersystemplatine 15, die auf der oberen Oberfläche der Harzstruktur 12 montiert ist, und einer Stromsammelschiene 16, die zwischen der oberen und der unteren Stromsystemplatine 14 bzw. Steuersystemplatine 15 montiert ist, wie in 3 dargestellt.
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Die Harzstruktur 12 dient zum Modularisieren der Wechselrichtervorrichtung 7. Die Harzstruktur 12 ist eine Struktur, bei der ein Gehäuseabschnitt 17 mit einer Unterseite und einem Volumen, das zum Unterbringen und Einbauen der Mehrzahl von Hochspannungssystemkomponenten 13 erforderlich ist, und ein rahmenartiger Montageabschnitt 18 zum Montieren der Stromsystemplatine 14 und der Steuersystemplatine 15 integral mit Harz umspritzt sind. Der Gehäuseabschnitt 17 ist auf einer Seite des Montageabschnitts 18 gebildet, d. h. entsprechend der Oberfläche an der Außenumfangsseite des Motorgehäuses 3, an der der Einlassanschluss 4 angeordnet ist. Eine Mehrzahl von Bügeln 20 ist integral um den Gehäuseabschnitt 17 und den Montageabschnitt 18 gebildet, um die modularisierte Wechselrichtervorrichtung 7 sicher mit Schrauben 19 zu befestigen (siehe 1), nachdem die Wechselrichtervorrichtung 7 in dem Wechselrichter-Gehäuseabschnitt 8 untergebracht wurde.
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Der Gehäuseabschnitt 17 ist so konfiguriert, dass er die Mehrzahl von Hochspannungssystemkomponenten 13 aufnimmt und einbaut, wie eine Gleichtaktspule (Spule) 21, eine Normaltaktspule (Spule) 22 und einen Glättungskondensator (Kondensator) 23, die mit einer Hochspannungsleitung verbunden sind und einen Schaltkreis zum Reduzieren, wie allgemein bekannt, von Hochfrequenzrauschen und Stromwelligkeiten bilden. Dieser Gehäuseabschnitt 17 hat eine Form mit einem Gehäuse-Freiraum entsprechend der äußeren Form der Mehrzahl von kreisförmigen Spulen 21, 22 und eines quadratischen Kondensators 23 und ist so konfiguriert, dass die Mehrzahl von Hochspannungssystemkomponenten 13 darin mithilfe von Klebstoff oder Ähnlichem befestigt und eingebaut sind.
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Der Montageabschnitt 18 ist integral auf einer Seite des Gehäuseabschnitts 17 gebildet und bildet einen rahmenartigen Montagekörper mit einer Höhenabmessung, um den bestimmten Abstand zwischen der oberen und unteren Stromsystemplatine bzw. Steuersystemplatine sicherzustellen. Mehrere Montagesockel 24 sind am Innenumfang dieses Montageabschnitts 18 zum Montieren der Stromsystemplatine 14 und der Steuersystemplatine 15 bereitgestellt, mit einem Freiraum 25 im Mittelabschnitt. Außerdem ist eine Stütze 26 für die Steuersystemplatine 15 integral im Montageabschnitt 18 gebildet und verläuft von einer Ecke des Montageabschnitts 18 in L-Form zum Mittelabschnitt des Freiraums 25.
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Die Stromsystemplatine 14 ist eine Platine, auf der ein Schaltkreis 28 oder Ähnliches angebracht ist, der von einer Mehrzahl (6) von Schaltelementen (elektrischen Elementen), wie IGBT, gebildet ist, die Gleichstrom in dreiphasigen Wechselstrom umwandeln. Die Stromsystemplatine 14 ist auf der unteren Oberflächenseite des Montageabschnitts 18 der Harzstruktur 12 montiert, indem sie mit Schrauben oder Ähnlichem sicher an den Montagesockeln 24 befestigt ist. Diese Stromsystemplatine 14 ist eine Platine aus Harz. Wie in 5 und 6 dargestellt, ist die Stromsystemplatine 14 eine sogenannte Kupferinlayplatine, die Wärme von der Vorderseite zur Rückseite einer Harzplatine leiten kann, wobei ein Wärmeleitbauteil 29 aus wärmeleitfähigem Material, wie Kupfer, entsprechend der Position bereitgestellt ist, an der ein elektrisches Element 27, das eine wärmeerzeugende Komponente ist, angebracht ist.
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Das Wärmeleitbauteil 29 in der Stromsystemplatine 14 ist so konfiguriert, dass, wenn die modularisierte Wechselrichtervorrichtung 7 im Wechselrichter-Gehäuseabschnitt 8 untergebracht und eingebaut ist, wie in 2 dargestellt, die untere Oberfläche der Wechselrichtervorrichtung 7 in Kontakt mit der ungefähr flachen Aufsitzfläche 9 des Motorgehäuses 3 kommt, die die Bodenoberfläche des Wechselrichter-Gehäuseabschnitts 8 bildet, und vom elektrischen Element 27 erzeugte Wärme wird über das Wärmeleitbauteil 29 an die Aufsitzfläche 9 des Motorgehäuses 3 abgeleitet, wodurch das elektrische Element 27 mit der Aufsitzfläche 9 als Wärmesenke gekühlt wird. Die Aufsitzfläche 9 des Motorgehäuses 3 kann ausreichend als Wärmesenke dienen, wie vorstehend beschrieben, da die Aufsitzfläche 9 mit Niederdruck-Kühlgas gekühlt wird, das vom Einlassanschluss 4 eingesogen wurde und durch die Kühlmittel-Strömungswege 5 fließt.
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Ein Steuersystemschaltkreis 30, der bei niedriger Spannung arbeitet, wie eine CPU, ist auf der Steuersystemplatine 15 angebracht, die den Betrieb der Wechselrichtervorrichtung 7 anhand eines Steuersignals von einer in das Fahrzeug eingebauten ECU steuern soll. Diese Steuersystemplatine 15 ist auf der oberen Oberfläche des Montageabschnitts 18 der Harzstruktur 12 montiert, indem sie mit Schrauben oder Ähnlichem sicher an den Montagesockeln 24 befestigt ist. Der Mittelabschnitt der Steuersystemplatine 15 wird von unten von der Stütze 26 gestützt, die integral im Montageabschnitt 18 gebildet ist, wodurch eine verbesserte Vibrationsbeständigkeit ermöglicht wird. Die Steuersystemplatine 15 kann auch an die Stütze 26 geschraubt werden. Das vorstehend beschriebene P-N-Anschlusselement 31 verläuft von der Steuersystemplatine 15 nach oben.
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Die Stromsammelschiene wird für elektrische Verkabelung zwischen den elektrischen Komponenten in der Wechselrichtervorrichtung 7 verwendet. Die Stromsammelschiene 16 ist so konfiguriert, dass sie unter Verwendung des Freiraums 25 zwischen der Stromsystemplatine 14 und der Steuersystemplatine 15 angeordnet ist, die den Montageabschnitt 18 der Harzstruktur 12 von oben und unten einschließen, wie in 2 dargestellt. Eine UVW-Stromsammelschiene 16, die Wechselstromausgabe einer bestimmten Frequenz, die von der Wechselrichtervorrichtung 7 umgewandelt wurde, an den Elektromotor ausgibt, ist hier als die Stromsammelschiene 16 dargestellt. Diese UVW-Stromsammelschiene 16 ist so konfiguriert, dass sie mit einem mit Glas verschlossenen Anschlusselement 32 verbunden ist, das das Motorgehäuse 3 durchdringend eingebaut ist, und dass sie mit dem Elektromotor über einen Clusterblock 33 verbunden ist, der mit diesem mit Glas verschlossenen Anschlusselement 32 verbunden ist.
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Somit wird die Wechselrichtervorrichtung 7 in eine Wechselrichtereinheit (Einheit) 34 integriert, wie in 4 dargestellt, indem die Mehrzahl von Hochspannungssystemkomponenten 13, Stromsystemplatine 14, Steuersystemplatine 15, Stromsammelschiene 16 und dergleichen, die die Wechselrichtervorrichtung 7 bilden, in die Harzstruktur 12, die als ein Basiselement dient, vormontiert werden. Diese Einheit 34 wird dann in dem Wechselrichter-Gehäuseabschnitt 8 untergebracht, der am Motorgehäuse 3 bereitgestellt ist, die Bügel 20 werden sicher mit den Schrauben 19 befestigt, und dann wird die Abdeckung 11 für hermetische Verschließung angebracht. Dementsprechend ist die Wechselrichtereinheit 34 so konfiguriert, dass sie frei im Wechselrichter-Gehäuseabschnitt 8 befestigt und davon gelöst werden kann.
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Somit wird, gemäß der vorliegenden Ausführungsform, die Mehrzahl der Hochspannungssystemkomponenten 13, wie die Mehrzahl der Spulen 21, 22 und der Kondensator 23, die Stromsystemplatine 14, die Steuersystemplatine 15 und die Stromsammelschiene 16, die die Wechselrichtervorrichtung 7 bilden, auf der Harzstruktur 12 montiert, in der der Gehäuseabschnitt 17 für die Hochspannungssystemkomponenten 13 und der Montageabschnitt 18 für die Stromsystemplatine 14 und die Steuersystemplatine 15 integral gebildet sind, um vormontiert zu werden; danach wird die Unterbaugruppe in der Form der Einheit 34, die mithilfe der Harzstruktur 12 integriert ist, in den Wechselrichter-Gehäuseabschnitt 8 eingebaut, der im Gehäuse 2 bereitgestellt ist, um in den elektrischen Kompressor 1 integriert zu werden.
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Deshalb werden alle Bestandteile der Wechselrichtervorrichtung 7 vom Eingangsanschlusselement zum Ausgangsanschlusselement vormontiert, so dass sie die Einheit 34 ergeben; dann wird die Einheit 34 auf einer Montagestraße für den elektrischen Kompressor 1 im Wechselrichter-Gehäuseabschnitt 8, das im Gehäuse 2 bereitgestellt ist, montiert, so dass der elektrische Kompressor 1 mit integriertem Wechselrichter montiert werden kann. Somit kann ein Schweiß- oder Lötvorgang oder Ähnliches zum Verbinden der Mehrzahl der elektrischen Komponenten, die die Wechselrichtervorrichtung 7 bilden, auf der Montagestraße für den elektrischen Kompressor 1 vermieden werden, wobei eine Vereinfachung der Montage und eine Reduzierung der Anzahl von Vorgängen und eine Senkung der Herstellungskosten dadurch erleichtert werden können und die Produktivität verbessert werden kann.
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Außerdem kann durch Anordnen der Stromsammelschiene 16 und dergleichen in dem Freiraum 25 zwischen der oberen und unteren Stromsystemplatine 14 bzw. Steuersystemplatine 15, um alle Bestandteile der Wechselrichtervorrichtung 7 in der Einheit 34 zu modularisieren, die Wechselrichtervorrichtung 7 kompakter gestaltet werden, was es wiederum ermöglicht, den elektrischen Kompressor 1 mit integriertem Wechselrichter kompakter und leichter zu gestalten.
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Außerdem ist die Stromsystemplatine 14 eine Harzplatine, die mit dem Wärmeleitbauteil 29 aus wärmeleitfähigem Material, wie Kupfer, bereitgestellt ist, wobei das Wärmeleitbauteil 29 dem Montageabschnitt des elektrischen Elements 27 entspricht, wobei das Wärmeleitbauteil 29 so konfiguriert ist, dass es mit der Aufsitzfläche 9 des Gehäuses 2 (Motorgehäuse 3), das die Bodenoberfläche des Wechselrichter-Gehäuseabschnitts 8 bildet, in Kontakt kommt, wenn die Wechselrichtereinheit 34 im Wechselrichter-Gehäuseabschnitt 8 montiert wird.
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Deshalb wird Wärme, die vom elektrischen Element 27, das eine wärmeerzeugende Komponente ist, erzeugt wird, an die Wandoberfläche des Gehäuses 2, die die Bodenoberfläche des Wechselrichter-Gehäuseabschnitts 8 bildet, über das Wärmeleitbauteil 29, das in der Harz-Stromsystemplatine 14 bereitgestellt ist, abgeleitet, wodurch das elektrische Element 27, das eine wärmeerzeugende Komponente ist, mithilfe der Wandoberfläche (Aufsitzfläche 9) als Wärmesenke gekühlt werden kann. Dementsprechend kann, sogar wenn die Stromsystemplatine 14 eine Harzplatine ist, ausreichend Kühlleistung in Bezug auf das elektrische Element 27 sichergestellt werden, was reduzierte Kosten und ein geringeres Gewicht ermöglicht.
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Außerdem ist in der vorliegenden Ausführungsform eine Stromsammelschiene, wie die UVW-Stromsammelschiene 16, im Freiraum 25 zwischen der Stromsystemplatine 14 und der Steuersystemplatine 15 angeordnet, die den Montageabschnitt 18 der Harzstruktur 12 von oben und unten einschließen. Deshalb ist die Stromsammelschiene 16, die für die elektrische Verkabelung zwischen den elektrischen Komponenten in der Wechselrichtervorrichtung 7 verwendet wird, unter Verwendung des Freiraums 25 zwischen der Stromsystemplatine 14 und der Steuersystemplatine 15 angeordnet, die den Montageabschnitt 18 der Harzstruktur 12 von oben und unten einschließen, wobei die verschiedenen elektrischen Komponenten der Wechselrichtervorrichtung 7 über die Stromsammelschiene 16 elektrisch miteinander verbunden sein können. Somit ist kein zusätzlicher Raum zum Anordnen der Stromsammelschiene notwendig; deshalb ist es möglich, die Wechselrichtervorrichtung 7 insgesamt kompakter und somit den elektrischen Kompressor 1 mit integriertem Wechselrichter kleiner zu gestalten.
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Außerdem ist die Stütze 26 integral im Montageabschnitt 18 der Harzstruktur 12 bereitgestellt, die einen Innenabschnitt (Nichtumfangsabschnitt) der Steuersystemplatine 15 von unten stützt, so dass der Innenabschnitt der Steuersystemplatine 15 von der Stütze 26 von unten gestützt wird. Deshalb wird nicht nur der Umfangsabschnitt der Steuersystemplatine 15 gestützt, sondern der Innenabschnitt (Nichtumfangsabschnitt) kann auch von der Stütze 26 gestützt werden. Somit kann die Vibrationsbeständigkeit der Steuersystemplatine 15 verbessert werden, und der Bedarf an vibrationsbeständigem Gelmaterial entfällt, wodurch der Aufbau einfacher, leichter, kostengünstiger und dergleichen gestaltet werden kann. Der Innenabschnitt (Nichtumfangsabschnitt), der von der Stütze 26 gestützt werden soll, umfasst zusätzlich zu dem Mittelabschnitt der Steuersystemplatine 15 einen Abschnitt, in dem eine große Komponente montiert ist, und dergleichen.
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Außerdem ist die Wechselrichtervorrichtung 7 in der vorliegenden Ausführungsform so eingebaut, dass sie frei befestigt und gelöst werden kann, indem die modularisierende Harzstruktur 12 innerhalb des Wechselrichter-Gehäuseabschnitts 8 mit den Schrauben 19 befestigt ist. Die Wechselrichtervorrichtung 7, die mithilfe der Harzstruktur 12 modularisiert wurde, kann sicher eingebaut werden, indem die Harzstruktur 12 mit Schrauben 19 innerhalb des Wechselrichter-Gehäuseabschnitts 8 befestigt wird, und kann als eine Einheit 34 entfernt werden, indem die Schrauben 19 gelöst werden. Folglich können Montage, Wartung und dergleichen der Wechselrichtervorrichtung 7 vereinfacht und erleichtert werden.
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Es ist zu beachten, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die Erfindung gemäß der Ausführungsform wie vorstehend beschrieben beschränkt ist und Änderungen wie angemessen vorgenommen werden können, ohne vom Geist und Umfang davon abzuweichen. Zum Beispiel weist die vorstehende Ausführungsform die Konfiguration auf, worin der Gehäuseabschnitt 17, der die Mehrzahl von Hochspannungssystemkomponenten 13 in der Harzstruktur 12 aufnimmt, zur Seitenoberfläche auf der Seite des Einlassanschlusses 4 weisend angeordnet ist, jedoch kann diese Konfiguration und Anordnung mit einem gewissen Freiheitsgrad angemessen modifiziert werden; z. B. eine Konfiguration, worin der Gehäuseabschnitt 17 zur hinteren Endoberfläche des Motorgehäuses 3 weisend angeordnet ist.
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Außerdem ist die vorstehende Ausführungsform so konfiguriert, dass das Hochspannungskabel von einer Stromquelle mit dem Verbindungsstück verbunden ist, das auf der Seite der Abdeckung 11 bereitgestellt ist, von der Hochspannung in die Wechselrichtervorrichtung 7 eingeht, sie kann jedoch auch so konfiguriert sein, dass Hochspannung von der Seitenoberfläche des Wechselrichter-Gehäuseabschnitts 8 eingeht, oder Ähnliches.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Elektrischer Kompressor mit integriertem Wechselrichter
- 2
- Gehäuse
- 3
- Motorgehäuse
- 7
- Wechselrichtervorrichtung
- 8
- Wechselrichter-Gehäuseabschnitt
- 9
- Motorgehäuse-Wandoberfläche (Aufsitzfläche)
- 12
- Harzstruktur
- 13
- Hochspannungssystemkomponente
- 14
- Stromsystemplatine
- 15
- Steuersystemplatine
- 16
- Stromsammelschiene (UVW-Stromsammelschiene)
- 17
- Gehäuseabschnitt
- 18
- Montageabschnitt
- 19
- Schraube
- 21
- Gleichtaktspule (Spule)
- 22
- Normaltaktspule (Spule)
- 23
- Glättungskondensator (Kondensator)
- 25
- Freiraum
- 26
- Stütze
- 27
- Elektrisches Element
- 29
- Wärmeleitbauteil
- 30
- Steuersystemschaltkreis
- 34
- Wechselrichtereinheit (Einheit)
