DE112020001979T5

DE112020001979T5 - Fahrzeugmontierter elektrischer Kompressor

Info

Publication number: DE112020001979T5
Application number: DE112020001979.9T
Authority: DE
Inventors: Masato Ito; Hiroto Higuchi; Kyohei Watanabe; Sachiko Nakao; Koji Nakano
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Thermal Systems Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Thermal Systems Ltd
Priority date: 2019-04-18
Filing date: 2020-04-16
Publication date: 2022-01-27
Also published as: JP7267826B2; WO2020213692A1; CN113692492A; JP2020178450A; US12015330B2; CN113692492B; US20220181948A1

Abstract

Dieser fahrzeugmontierte elektrische Kompressor ist mit einem Kompressorkörper, der einen Motor zum Komprimieren eines Kältemittels enthält, und einem Wechselrichter, der ein Leistungselement zum Versorgen des Motors mit elektrischem Strom enthält, versehen. Das Leistungselement ist versehen mit: einem Metallsubstrat mit einer elektrisch leitfähigen Schicht in einem Teilbereich der Oberfläche davon; einem wärmeerzeugenden Element mit einer Metallschicht, die an der elektrisch leitfähigen Schicht durch Löten befestigt ist; und einem Harzsubstrat, das parallel zu dem Metallsubstrat in einer Plattendickenrichtung des Metallsubstrats angeordnet ist und auf der Oberfläche davon ein Metallmuster gedruckt ist, wobei das Metallmuster eine darauf montierte elektronische Komponente aufweist. Die elektronische Komponente und ein Anschluss des wärmeerzeugenden Elements sind mittels das Metallmuster miteinander verbunden.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft einen fahrzeugmontierten elektrischen Kompressor.
Priorität wird für am 18. April 2019 eingereichte japanische Patentanmeldung Nr. 2019-079332 beansprucht, deren Inhalt hier durch Bezugnahme aufgenommen wird.
Stand der Technik
Ein elektrischer Kompressor (fahrzeugmontierter elektrischer Kompressor) wird in ein Fahrzeug eingebaut, das wie ein Elektrofahrzeug oder ein Brennstoffzellenfahrzeug mittels elektrischer Energie fährt. Der elektrische Kompressor wird für eine Autoklimaanlage und dergleichen verwendet. In letzten Jahren ist mit zunehmender Fahrzeuggröße eine Nachfrage nach einem elektrischen Kompressor mit einer hohen Kühlleistung zum Kühlen einer Batterie entstanden.
Der elektrische Kompressor enthält einen Elektromotor und einen Wechselrichter, der dem Motor einen elektrischen Strom zuführt. Der Wechselrichter enthält ein wärmeerzeugendes Element, das hauptsächlich aus einem Halbleiter besteht und in einem Innenraum eines Gehäuses des elektrischen Kompressors vorgesehen ist. PTL 1 offenbart beispielsweise einen elektrischen Kompressor, bei dem ein Substrat, auf dem ein wärmeerzeugendes Element angeordnet ist, an einer Haltefläche eines Gehäuses mittels eines Pressstücks aus Metall oder Harz befestigt ist. In dem Fall des in PTL 1 offenbarten elektrischen Kompressors steht das Substrat in Kontakt mit der Haltefläche des Gehäuses, die als eine Kühlfläche dient, so dass die Kühlleistung verbessert wird.
Zitatliste
Patentliteratur
[PTL 1] Japanische ungeprüfte Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2011-67064
Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
In dem Fall des in PTL 1 offenbarten elektrischen Kompressors, wie oben beschrieben, ist es jedoch erforderlich, ein wärmeerzeugendes Element mit einer geringen Dickentoleranz zu verwenden, um das Substrat mittels des Pressstücks auf die Haltefläche des Gehäuses zu pressen. Daher kann kein kostengünstiges wärmeerzeugendes Element verwendet werden und somit sind die Kosten des elektrischen Kompressors hoch.
Als ein Verfahren zum Aufnehmen des Substrats in das Gehäuse auf eine andere Weise als ein Verfahren zum Befestigen des Substrats auf der Haltefläche des Gehäuses mit dem Pressstück unterscheidet, wurde ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem ein Metallsubstrat 61 auf einer Haltefläche 52 eines Gehäuses 50 mit einem dazwischen eingefügten Wärmestrahlungsmaterial 56 angeordnet wird und wärmeerzeugende Elemente 70 auf dem Metallsubstrat 61 angeordnet werden, wie in 7 gezeigt. Eine Isolierschicht 65 ist auf einer dem Element zugewandten Oberfläche 62 des Metallsubstrats 61 vorgesehen. Elektrisch leitfähige Schichten 68 sind auf Elementinstallationsbereichen 67 einer dem Element zugewandten Oberfläche 66 der Isolationsschicht 65 vorgesehen. Die wärmeerzeugenden Elemente 70 enthalten Metallschichten 72 und die Metallschichten 72 sind in Kontakt mit den elektrisch leitfähigen Schichten 68.
In der oben beschriebenen Konfiguration sind die elektrisch leitfähigen Schichten 68 nur auf der dem Element zugewandten Oberfläche 66 vorgesehen. Daher gibt es eine Grenze bei dem Erhöhen der Dichte der wärmeerzeugenden Elemente 70 und der Kühlleistung eines Wechselrichters. Daher ist bei dem in 7 gezeigten Wechselrichter ein Harzsubstrat 82 vorgesehen, das ungefähr parallel zu dem Metallsubstrat 61 ist, um von dem Metallsubstrat 61 in einer Plattendickenrichtung Dt des Metallsubstrats 61 getrennt zu sein. Ein Metallmuster 92 wird auf einen vorbestimmten Bereich einer Elementanordnungsoberfläche 83 des Harzsubstrats 82 gedruckt. Eine elektronische Komponente 94 ist auf dem Harzsubstrat 82 vorgesehen, wobei das Metallmuster 92 dazwischen eingefügt ist. Das Metallsubstrat 61 und das Harzsubstrat 82 sind durch Zwischensubstratanschlüsse 90 miteinander verbunden, die sich entlang der Plattendickenrichtung Dt erstrecken und die elektrisch leitfähig sind. Die elektrisch leitfähigen Schichten 68 und die Zwischensubstratanschlüsse 90 sind miteinander verbunden, und die Zwischensubstratanschlüsse 90 und das Metallmuster 92 sind an Positionen miteinander verbunden, die sich von dem in 7 gezeigten Querschnitt unterscheiden.
Im Fall der in 7 gezeigten Konfiguration erfordert das Installieren der Zwischensubstratanschlüsse 90 jedoch Zeit und Kosten und Auslegen der elektrisch leitfähigen Schicht 68 oder der Signalleitungen wird in Übereinstimmung mit den Installationspositionen der Elementinstallationsbereiche 67 oder der Zwischensubstratanschlüsse 90 kompliziert und erfordert Zeit und Kosten. Das heißt, es besteht ein Problem darin, dass der elektrische Kompressor mit der in 7 gezeigten Konfiguration schwierig herzustellen ist.
Die vorliegende Erfindung sieht einen fahrzeugmontierten elektrischen Kompressor mit ausgezeichneter Kühlleistung und einfacher Herstellung vor.
Lösung für das Problem
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein fahrzeugmontierter elektrischer Kompressor vorgesehen, der einen Kompressorkörper enthält, der einen Motor, der ein Kältemittel komprimiert, und einen Wechselrichter, der ein Leistungselement enthält, das dem Motor einen elektrischen Strom zuführt, enthält. Das Leistungselement enthält ein Metallsubstrat, das eine elektrisch leitfähige Schicht enthält, die auf einem Teilbereich einer Oberfläche des Metallsubstrats vorgesehen ist, ein wärmeerzeugendes Element, das eine Metallschicht enthält, die auf die elektrisch leitfähige Schicht gelötet ist, und ein Harzsubstrat, das so angeordnet ist, dass das Harzsubstrat und das Metallsubstrat in einer Plattendickenrichtung des Metallsubstrats angeordnet sind, und das ein Metallmuster, das auf einer Oberfläche des Harzsubstrats gedruckt ist, und ein elektronisches Bauteil aufweist, das auf dem Metallmuster montiert ist. Die elektronische Komponente und ein Anschluss des wärmeerzeugenden Elements sind via das Metallmuster miteinander verbunden.
In dem oben beschriebenen Aspekt kann ein Temperatursensor, der eine wärmeerzeugende Temperatur des wärmeerzeugenden Elements detektiert, vorgesehen werden.
In der oben beschriebenen Ausführungsform kann das Leistungselement ferner einen Abstandshalter enthalten, der das Metallsubstrat und das Harzsubstrat aneinander fixiert.
Vorteilhafte Effekte der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein fahrzeugmontierter elektrischer Kompressor, der eine hohe Kühlleistung aufweist und einfach herzustellen ist, vorgesehen.
Figurenliste

1 ist eine schematische Querschnittsansicht, die die Konfiguration eines elektrischen Kompressors gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
2 ist eine schematische Querschnittsansicht, die die Konfiguration eines Wechselrichter in dem in 1 gezeigten elektrischen Kompressor zeigt.
3 ist eine Draufsicht auf ein Metallsubstrat eines Leistungselements des in 2 gezeigten Wechselrichters.
4 ist eine Draufsicht auf ein wärmeerzeugendes Element des Leistungselements des in 2 gezeigten Wechselrichters.
5 ist eine schematische Querschnittsansicht, die die Konfiguration eines Hauptteils eines Wechselrichters in einem elektrischen Kompressor in dem Stand der Technik zeigt.
6 ist eine schematische Querschnittsansicht, die die Konfiguration eines Hauptteils des Leistungselements zeigt, gesehen aus einer Richtung X, die in 2 und 3 gezeigt ist.
7 ist eine schematische Querschnittsansicht, die die Konfiguration eines Hauptteils eines Wechselrichters in einem elektrischen Kompressor in dem Stand der Technik zeigt. Beschreibung von Ausführungsformen

Nachstehend wird eine Ausführungsform eines elektrischen Kompressors gemäß der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
1 ist eine schematische Querschnittsansicht, die die Konfiguration eines elektrischen Kompressors (fahrzeugmontierter elektrischer Kompressor) 1 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Der elektrische Kompressor 1 ist ein relativ kleiner elektrischer Kompressor, der für eine Autoklimaanlage eines Fahrzeugs wie beispielsweise eines Automobils verwendet wird.
Wie in 1 gezeigt, enthält der elektrische Kompressor 1 mindestens einen Kompressorkörper 45, einen Wechselrichter 33 und einen Temperatursensor 103. Der Kompressorkörper 45 enthält ein Gehäuse 2, das eine Außenhülle bildet, einen Elektromotor (Motor) 7, der in einem Innenraum des Gehäuses 2 vorgesehen ist, und einen Kompressor 22, der in dem Innenraum des Gehäuses 2 vorgesehen ist. Der Temperatursensor 103 ist nicht in 1 gezeigt und ist in 2 gezeigt.
Der elektrische Kompressor 1 ist mit einem Kältemittelkreislauf (nicht gezeigt) verbunden. Das heißt, der elektrische Kompressor 1 ist in den Kältemittelkreislauf, der einen Kondensator, ein Expansionsventil, einen Verdampfer und dergleichen enthält, eingebaut, und ist eine Maschine, die ein Kältemittel (nicht gezeigt), das in Rohren des Kältemittelkreislaufs strömt, komprimiert.
In der folgenden Beschreibung wird eine Richtung, in der sich eine Achse A einer Drehwelle 8 des Elektromotors 7 erstreckt, als eine Axialrichtung D1 bezeichnet. Darüber hinaus wird eine Richtung senkrecht zu der Achse A als eine Radialrichtung D2 bezeichnet, eine von der Achse A in der Radialrichtung D2 entfernte Seite wird als eine radiale Außenseite bezeichnet und eine Seite nahe der Achse A in der Radialrichtung D2 wird als eine radiale Innenseite bezeichnet. Darüber hinaus wird eine Seite nahe dem Kompressor 22 in der Axialrichtung D1 als eine erste Seite D1-1 in der Axialrichtung bezeichnet und eine Seite nahe dem Elektromotor 7 wird als eine zweite Seite D1-2 in der Axialrichtung bezeichnet.
Der Wechselrichter 33 wandelt einen von einer Speicherbatterie an der Außenseite des elektrischen Kompressors 1 zugeführten Gleichstrom in einen dreiphasigen Wechselstrom (elektrischen Strom) um und liefert den dreiphasigen Wechselstrom an den Elektromotor 7. Darüber hinaus steuert der Wechselrichter 33 den Betrieb des Elektromotors 7 durch Steuern der Zufuhr des elektrischen Stroms zu dem Elektromotor 7.
Das Gehäuse 2 ist aus einem Metall wie einer Aluminiumlegierung gebildet, die hauptsächlich aus Aluminium (Al) besteht. Das Gehäuse 2 enthält ein Hauptgehäuse 3, ein erstes Endabschnittsgehäuse 4 und ein zweites Endabschnittsgehäuse 5. Das Hauptgehäuse 3 erstreckt sich in der Axialrichtung D1 und ist ungefähr in einer zylindrischen Form gebildet. Das erste Endabschnittsgehäuse 4 ist in der Axialrichtung des Hauptgehäuses 3 an die erste Seite D1-1 gekoppelt. Das zweite Endabschnittsgehäuse 5 ist in der Axialrichtung des Hauptgehäuses 3 an die zweite Seite D1-2 gekoppelt. Das erste Endabschnittsgehäuse 4 und das zweite Endabschnittsgehäuse 5 sind mittels Schrauben 6 an dem Hauptgehäuse 3 befestigt.
Ein Kältemitteleinlass 40, der ein Kältemitteleinführungseinlass ist, und ein Kältemittelauslass 41, der ein Kältemittelabgabeanschluss ist, sind in dem Gehäuse 2 gebildet. Der Kältemitteleinlass 40 ist in der Nähe eines Endabschnitts des Gehäuses 2 vorgesehen, der sich in der Axialrichtung auf der zweiten Seite D1-2 befindet. Der Kältemitteleinlass 40 ist so gebildet, dass ein Kältemittel von der zweiten Seite D1-2 in der Axialrichtung des Elektromotors 7 eingeführt wird. Der Kältemittelauslass 41 ist in der Nähe eines Endabschnitts des Gehäuses 2 vorgesehen, der sich in der Axialrichtung auf der ersten Seite D1-1 befindet.
Der Elektromotor 7 enthält einen Stator 9 und einen Rotor 27. Der Rotor 27 ist in einer zylindrischen Form gebildet und ist drehbar innerhalb des Stators 9 angeordnet, wobei ein vorbestimmter Abstand dazwischen vorgesehen ist. Der Stator 9 ist in einer zylindrischen Form gebildet und ein vorbestimmter Spalt ist zwischen dem Stator 9 und einer Innenumfangsfläche 3a des Hauptgehäuses 3 vorgesehen.
Der Elektromotor 7 empfängt elektrische Leistung (elektrischen Strom) von dem Wechselrichter 33, um eine Drehkraft zu erzeugen. Der Elektromotor 7 ist mit einer umlaufenden Schnecke 24 des Kompressors 22 durch die Drehwelle 8 verbunden und die umlaufende Schnecke 24 wird durch die erzeugte Drehkraft um die Achse A drehend angetrieben. Der Kompressor 22 enthält eine feste Schnecke 23 und die umlaufende Schnecke 24.
Die Drehwelle 8 ist in dem Gehäuse 2 via Lager 34a und 34b drehbar gelagert. Ein Endabschnitt der Drehwelle 8, der sich in der Axialrichtung auf der ersten Seite D1-1 befindet, ist mit einem Schaft 25 der umlaufenden Schnecke 24 des Kompressors 22 gekoppelt und treibt die umlaufende Schnecke 24 drehend an. Der Kompressor 22 komprimiert das von dem Kältemitteleinlass 40 angesaugte Kältemittel, wobei sich die feste Schnecke 23 und die umlaufende Schnecke 24 in einem zueinander exzentrischen Zustand drehen.
Der Stator 9 enthält einen Statorkern 10, einen ersten Spulenendkörper 15, einen zweiten Spulenendkörper 16 und eine Spule 13. Der Statorkern 10 ist in einer ringförmigen Form gebildet.
Der erste Spulenendkörper 15 ist auf der ersten Seite D1-1 in der Axialrichtung des Statorkerns 10 angeordnet. Der zweite Spulenendkörper 16 ist auf der zweiten Seite D1-2 in der Axialrichtung des Statorkerns 10 angeordnet. Die Spule 13 ist um Zähne des Statorkerns 10 und des ersten Spulenendkörpers 15 und des zweiten Spulenendkörpers 16 gewickelt.
Der Rotor 27 enthält einen Rotorkern 28 mit einer zylindrischen Form, der durch Laminieren einer erforderlichen Anzahl von dünnen elektromagnetischen Stahlplatten (dünnen Stahlplatten), die durch Stanzen gebildet sind, konfiguriert ist.
Der Statorkern 10 ist ein Laminat, das durch Laminieren einer erforderlichen Anzahl von elektromagnetischen Stahlplatten, die durch Stanzen in einer ringförmigen Form gebildet sind, konfiguriert ist. Der Statorkern 10 enthält einen Statorkernkörper 11. Der Statorkern 10 ist mit großen ausgesparten Abschnitten 35 und kleinen ausgesparten Abschnitten (nicht gezeigt) gebildet. Der Statorkernkörper 11 ist in einer zylindrischen Form gebildet. Mehrere der großen ausgesparten Abschnitte 35 sind an einer Außenumfangsfläche 11a des Statorkernkörpers 11 gebildet, um sich in der Axialrichtung D1 zu erstrecken, und sind Kältemittelströmungswege. Mehrere der kleinen ausgesparten Abschnitte sind an der Außenfläche der großen ausgesparten Abschnitte 35 und der Außenumfangsfläche 11a des Statorkernkörpers 11 gebildet.
Der erste Spulenendkörper 15 enthält einen Ringabschnitt 17 mit einer zylindrischen Form und mehreren Hakenabschnitten 18. Die Hakenabschnitte 18 sind an einer Innenumfangsseite des Ringabschnitts 17 in ungefähr gleichen Abständen in einer Umfangsrichtung vorgesehen.
Ein Außendurchmesser des ersten Spulenendkörpers 15 ist etwas kleiner als ein Außendurchmesser des Statorkerns 10. Ein Innendurchmesser des ersten Spulenendkörpers 15 ist etwas größer als ein Innendurchmesser des Statorkerns 10. Der erste Spulenendkörper 15 ist aus einem Isoliermaterial wie beispielsweise Polybutylenterephthalatharz gebildet.
Jeder der Hakenabschnitte 18 weist eine Plattenform auf und enthält einen Hakenkörperabschnitt 19 und einen Spulenhalteabschnitt 20. Der Hakenkörperabschnitt 19 steht in der Radialrichtung von einem Endabschnitt des Ringabschnitts 17, der sich in der Axialrichtung auf der zweiten Seite D1-2 befindet, zu einer Innenumfangsseite hin vor. Der Spulenhalteabschnitt 20 steht so vor, dass er in der Axialrichtung näher an der ersten Seite D1-1 ist als ein Endabschnitt des Hakenkörperabschnitts 19, der sich an einer Innenseite in der Radialrichtung befindet.
Mehrere Durchgangsnuten 37, die den Ringabschnitt 17 in der Radialrichtung D2 durchdringen, sind in dem Ringabschnitt 17 gebildet. Der zweite Spulenendkörper 16 ist in derselben Form wie der erste Spulenendkörper 15 gebildet, außer dass darin keine Durchgangsnut 37 gebildet ist.
In der oben beschriebenen Konfiguration erreicht ein durch den Kältemitteleinlass 40 angesaugtes Kältemittel während der Kühlung des Elektromotors 7 den Kompressor 22, und wird durch den Kältemittelauslass 41 abgegeben, nachdem es durch den Kompressor 22 komprimiert wurde. Das heißt, der Elektromotor 7 komprimiert das Kältemittel mittels der Drehkraft davon. Ein großer Teil des Kältemittels strömt durch die großen ausgesparten Abschnitte 35, wenn es durch den Elektromotor 7 strömt. Da die mehreren kleinen ausgesparten Abschnitte vorgesehen sind, wird die Wärmeübertragungsfläche des Statorkerns 10 vergrößert und Effizienz des Kühlens des Stators 9, das mittels des Kältemittels durchgeführt wird, wird verbessert. Dementsprechend wird ein Temperaturanstieg des Stators 9 unterdrückt.
Der Wechselrichter 33 ist in einem ausgesparten Aufnahmeabschnitt 14 des Gehäuses 2 untergebracht. Der ausgesparte Aufnahmeabschnitt 14 ist mit einer Wechselrichterabdeckung 101 bedeckt und ist vor Staub von außen und dergleichen geschützt. Es ist zu beachten, dass in 1 die Form des Wechselrichters 33 nicht gezeigt ist.
2 ist eine schematische Querschnittsansicht, die die Konfiguration eines Hauptteils des Wechselrichters 33 in dem in 1 gezeigten elektrischen Kompressor 1 zeigt. Der Wechselrichter 33 enthält ein Leistungselement 44, das die oben beschriebene elektrische Leistung (elektrischen Strom) an den Elektromotor 7 liefert. Wie in 2 gezeigt, enthält das Leistungselement 44 ein Metallsubstrat 61, wärmeerzeugende Elemente 70, ein Harzsubstrat 82 und Abstandshalter 120.
Das Metallsubstrat 61 wird via ein Wärmestrahlungsmaterial 56, wie etwa Wärmeleitpaste, auf einer Haltefläche 52 gehalten, wobei sich die Haltefläche 52 auf der ersten Seite D1-1 in der Axialrichtung in dem ausgesparten Aufnahmeabschnitt 14 befindet. Eine dem Element zugewandte Oberfläche 62 ist auf einer Oberfläche des Metallsubstrats 61 vorgesehen, die sich auf einer Seite gegenüber einer Oberfläche befindet, die mit dem Wärmestrahlungsmaterial 56 in Kontakt steht, das heißt auf der zweiten Seite D1-2 in der Axialrichtung. Eine Isolierschicht 65 ist auf der dem Element zugewandten Oberfläche 62 vorgesehen.
3 ist eine Draufsicht des Metallsubstrats 61 und ist eine Ansicht, die die erste Seite D1-1 in der Axialrichtung zeigt, gesehen von der zweiten Seite D1-2 in der Axialrichtung entlang der Axialrichtung D1. Wie in 3 gezeigt, sind elektrisch leitfähige Schichten 68 auf Elementinstallationsbereichen (Bereichen) 67 einer dem Element zugewandten Oberfläche (Oberfläche) 66 der Isolierschicht 65 vorgesehen. Die Elementinstallationsbereiche 67 und die elektrisch leitfähige Schichten 68 weisen in einer Draufsicht ungefähr die gleiche Form wie Metallschichten 72 (die später beschrieben werden). In einer Ebene senkrecht zu der Axialrichtung D1 und einer Plattendickenrichtung Dt ist ein Spalt G zwischen dem Elementinstallationsbereich 67 und der elektrisch leitfähigen Schicht 68 ungefähr gleich der Kriechstrecke zwischen den elektrisch leitfähigen Schichten 68. Durchgangslöcher 122, die das Metallsubstrat 61 in der Axialrichtung D1 und der Plattendickenrichtung Dt durchdringen, sind an den Ecken des Metallsubstrats 61 gebildet.
Das Metallsubstrat 61 ist beispielsweise aus Aluminium (Al) oder Kupfer (Cu) gebildet. Die Isolierschicht 65 ist beispielsweise aus einer beliebigen Art von Isolierharz gebildet. Die Metallschicht 72 ist beispielsweise aus Kupfer (Cu) gebildet.
Die wärmeerzeugenden Elemente 70 sind Halbleiter vom diskreten Typ und sind beispielsweise Schaltelemente wie Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren (MOS-FETs) oder Bipolartransistoren mit isoliertem Gate (IGBTs). Wie oben beschrieben, wandeln die wärmeerzeugenden Elemente 70 Gleichstromleistungseingang von der externen Speicherbatterie in elektrischen Strom einer beliebigen Phase von dreiphasigem Wechselstrom um. Die wärmeerzeugenden Elemente 70 erzeugen Wärme mittels durch sie hindurchfließender elektrischer Ströme.
In der vorliegenden Ausführungsform wird angenommen, dass die wärmeerzeugenden Elemente 70 MOS-FETs sind. 4 ist eine Draufsicht des wärmeerzeugenden Elements 70 und ist eine Ansicht, die die erste Seite D1-1 in der Axialrichtung zeigt, gesehen von der zweiten Seite D1-2 in der Axialrichtung entlang der Axialrichtung D1. Das wärmeerzeugende Element 70 enthält drei Anschlüsse 75, 76 und 77. Der Anschluss 75 ist ein Gate-Anschluss im MOS-FET. Der Anschluss 76 ist ein Drain-Anschluss im MOS-FET. Der Anschluss 77 ist ein Source-Anschluss im MOS-FET. Jeder der Anschlüsse 75, 76 und 77 ist zu dem Harzsubstrat 82 hin entlang der Plattendickenrichtung Dt an einem Zwischenabschnitt in einer Längsrichtung davon gebogen. Es ist zu beachten, dass in 2 die Anschlüsse 75 und 76 nicht gezeigt sind.
Jedes wärmeerzeugende Element 70 enthält die Metallschicht 72. Die Metallschicht 72 ist auf einer Oberfläche des wärmeerzeugenden Elements 70 vorgesehen, die dem Metallsubstrat 61 zugewandt ist und als ein Wärmestrahlungsabschnitt des wärmeerzeugenden Elements 70 dient. Die Form der Metallschicht 72 wird entsprechend der Form des gesamten wärmeerzeugenden Elements 70 geeignet bestimmt. Wie in 2 gezeigt, stehen die Metallschichten 72 mit den elektrisch leitfähigen Schichten 68 in Kontakt und sind an die elektrisch leitfähigen Schichten 68 gelötet.
Das Harzsubstrat 82 ist so angeordnet, dass das Harzsubstrat 82 und das Metallsubstrat 61 in der Plattendickenrichtung Dt mit einem vorbestimmten Abstand, der zwischen dem Harzsubstrat 82 und dem Metallsubstrat 61, vorgesehen ist, angeordnet sind. Ein Metallmuster 92 wird auf eine Elementanordnungsoberfläche 83 des Harzsubstrats 82 gedruckt. Durchgangslöcher (nicht gezeigt), die das Harzsubstrat 82 in der Axialrichtung D1 und der Plattendickenrichtung Dt durchdringen, sind an Ecken des Harzsubstrats 82 gebildet, wie in einer Draufsicht zu sehen ist.
Das Harzsubstrat 82 ist eine sogenannte gedruckte Leiterplatte. Harz, das das Harzsubstrat 82 bildet, ist dasselbe wie Harz, das eine bekannte gedruckte Leiterplatte bildet. Das Metallmuster 92 ist aus einem Metall gebildet, das ein Metallmuster bildet, das auf einer bekannten Leiterplatte ausgelegt ist, und ist beispielsweise aus Kupfer gebildet.
Jede elektronische Komponente 94 ist auf dem Metallmuster 92 montiert. Die elektronische Komponente 94 ist eine andere elektronische Komponente als die wärmeerzeugenden Elemente 70, die zum Antreiben des Wechselrichters 33 und zur elektrischen Steuerung des Metallsubstrats 61 und des Harzsubstrats 82 erforderlich ist.
Die elektronische Komponente 94 und jeder der Anschlüsse 75, 76 und 77 sind via das Metallmuster 92 physisch oder elektrisch miteinander verbunden. In der vorliegenden Ausführungsform sind, wie oben beschrieben, die Anschlüsse 75, 76 und 77, die sich in der Radialrichtung D2 von den wärmeerzeugenden Elementen 70 erstrecken, entlang der Plattendickenrichtung Dt zu dem Harzsubstrat 82 hin gebogen, und die Anschlüsse 75, 76 und 77 durchdringen das Harzsubstrat 82 von der ersten Seite D1-1 in der Axialrichtung zu der zweiten Seite D1-2 in der Axialrichtung entlang der Axialrichtung D1, nachdem es gebogen wurde. Spitzen der Anschlüsse 75, 76 und 77 sind mit dem Metallmuster 92 an Positionen verbunden, die sich von dem in 2 gezeigten Querschnitt unterscheiden.
Der Temperatursensor 103 ist an einer beliebigen Position auf dem Harzsubstrat 82 montiert, sodass der Temperatursensor 103 Temperaturen der wärmeerzeugenden Elemente 70 detektieren kann. Das heißt, jede Position wie oben beschrieben bedeutet eine Position auf dem Harzsubstrat 82, wo die Temperaturen der wärmeerzeugenden Elemente 70 detektiert werden können. In 2 ist der Temperatursensor 103 auf der Elementanordnungsoberfläche 83 vorgesehen. Der Temperatursensor 103 kann jedoch auf einer dem wärmeerzeugenden Element zugewandten Oberfläche 85 vorgesehen sein, die sich auf einer Seite gegenüber der Elementanordnungsoberfläche 83 des Harzsubstrats 82 befindet. Es ist zu beachten, dass, obwohl in 2 nur ein Temperatursensor 103 gezeigt ist, mehrere der Temperatursensoren 103 gemäß der Anzahl von wärmeerzeugenden Elementen 70 und der Positionen davon relativ zu den wärmeerzeugenden Elementen 70 vorgesehen werden können. Beispielsweise kann die gleiche Anzahl von Temperatursensoren 103 wie die wärmeerzeugenden Elemente 70 vorgesehen werden.
Die Abstandshalter 120 sind säulenförmige Elemente, die beispielsweise aus Aluminium (Al) oder Kupfer (Cu) gebildet sind. Die Abstandshalter 120 erstrecken sich entlang der Axialrichtung D1. Beide Endabschnitte jedes Abstandshalters 120 werden in Durchgangslöcher 122 und Durchgangslöcher eingeführt, die in dem Harzsubstrat 82 gebildet sind, die sich einander überlappen, wenn die erste Seite D1-1 von der zweiten Seite D1-2 entlang der Axialrichtung D1 gesehen wird. Dementsprechend sind das Metallsubstrat 61 und das Harzsubstrat 82 via die Abstandshalter 120 miteinander verbunden.
Der elektrische Kompressor 1 der oben beschriebenen vorliegenden Ausführungsform enthält den Kompressorkörper 45 und den Wechselrichter 33. Das Leistungselement 44 des Wechselrichters 33 enthält das Metallsubstrat 61, das elektrisch leitfähige Schichten 68 auf den Elementinstallationsbereichen 67 auf einem Abschnitt der dem Element zugewandten Oberfläche 66 enthält, wobei die wärmeerzeugenden Elemente 70, die Metallschichten 72 enthalten, die auf die elektrisch leitfähige Schichten 68 gelötet sind, und das Harzsubstrat 82, das so angeordnet ist, dass das Harzsubstrat 82 und das Metallsubstrat 61 in der Plattendickenrichtung Dt angeordnet sind und das Metallmuster 92 aufweist, das auf der Elementanordnungsoberfläche 83 und der elektronischen Komponente 94, das auf dem Metallmuster 92 montiert ist, gedruckt ist. Die elektronische Komponente 94 und die Anschlüsse 77 des wärmeerzeugenden Elements 70 sind via das Metallmuster 92 miteinander verbunden. Gemäß dem elektrischen Kompressor 1, der wie oben beschrieben konfiguriert ist, sind im Gegensatz zu einem elektrischen Kompressor (siehe 7) in dem Stand der Technik keine Zeit und Kosten erforderlich, um Zwischensubstratanschlüsse 90 zu installieren, und keine Zeit und Kosten sind erforderlich, um die elektrisch leitfähigen Schichten 68 oder Signalleitungen entsprechend den Installationspositionen der Elementinstallationsbereiche 67 oder den Zwischensubstratanschlüssen 90 auf eine komplizierte Weise auszulegen. Daher ist es möglich, den elektrischen Kompressor 1 leicht herzustellen. Da die wärmeerzeugenden Elemente 70 in den Elementinstallationsbereichen 67 mit einer hohen Dichte mit den dazwischen vorgesehenen Zwischenräumen G angeordnet sind und die andere elektronische Komponente 94 als die wärmeerzeugenden Elemente 70 auf dem Metallmuster 92 des Harzsubstrats 82 angeordnet ist, ist es darüber hinaus möglich, die Kühlleistung des Wechselrichters 33 zu verbessern oder eine hohe Kühlleistung beizubehalten.
Darüber hinaus kann in dem elektrischen Kompressor 1 der vorliegenden Ausführungsform das Metallsubstrat 61, auf dem die mehreren Elementinstallationsbereiche 67 und die mehreren elektrisch leitfähigen Schichten 68 mit den Lücken G gebildet sind, die ungefähr das gleiche Muster wie die Kriechstrecke zwischen den elektrisch leitfähigen Schichten 68 in einer Ebene senkrecht zu der Axialrichtung D1 und der Plattendickenrichtung Dt sind, verwendet werden. 5 ist beispielsweise eine schematische Querschnittsansicht, die die Konfiguration eines Hauptteils eines Wechselrichters in einem elektrischen Kompressor in dem Stand der Technik zeigt. In dem Stand der Technik wird, wie in 5 gezeigt, ein wärmeerzeugendes Element 160, das mehrere Rückseitenelektroden 150 in eine Haltefläche 52 eines Gehäuses 50 enthält, in einigen Fällen via eine Isolierfolie 152 geschraubt. Bei einer solchen Konfiguration in dem Stand der Technik kann jedoch ein kürzester Abstand L zwischen einem Schaft 156 einer Metallschraube 155 und der Rückseitenelektrode 150 in der Radialrichtung D2 gleich oder kleiner als eine Kriechstrecke sein, der für die Rückseitenelektroden 150 erforderlich ist. Dementsprechend kann Fehlfunktion eines Leistungselements oder des Wechselrichters auftreten.
6 ist eine schematische Querschnittsansicht, die die Konfiguration eines Hauptteils des Leistungselements 44 zeigt, gesehen aus einer Richtung X, die in 2 und 3 gezeigt ist. Gemäß dem elektrischen Kompressor 1 der vorliegenden Ausführungsform wird, wie in 6 gezeigt, sichergestellt, dass ein Intervall G ungefähr gleich der Kriechstrecke zwischen den elektrisch leitfähigen Schichten 68 ist. Wenn die wärmeerzeugenden Elemente 70 so angeordnet sind, dass die Metallschichten 72 mit den elektrisch leitfähigen Schichten 68 in Kontakt kommen, kann daher Fehlfunktion des Leistungselements 44 oder des Wechselrichters 33 verhindert werden.
Im Fall eines Verfahrens, in dem ein Substrat mittels eines Pressstücks, wie in PTL 1 offenbart, an einer Haltefläche eines Gehäuses befestigt wird, oder bei einem Verfahren, bei dem ein Substrat wie oben beschrieben eingeschraubt wird, kann die Befestigungsstärke von dem Pressstück oder einer Schraube aufgrund von Langzeitschwingungen oder dergleichen, die darauf ausgeübt werden, verringert werden und das Leistungselement kann beschädigt werden. Da gemäß dem elektrischen Kompressor 1 der vorliegenden Ausführungsform die Metallschichten 72 auf die elektrisch leitfähigen Schichten 68 gelötet sind, sind jedoch die wärmeerzeugenden Elemente 70 fest an dem Metallsubstrat 61 befestigt und Beschädigung des Leistungselements 44 kann verhindert werden.
Darüber hinaus ist es gemäß dem elektrischen Kompressor 1 der vorliegenden Ausführungsform, da der Temperatursensor 103, der wärmeerzeugende Temperaturen der wärmeerzeugenden Elemente 70 detektieren kann, weiterhin vorgesehen ist, möglich, die Temperaturen und Wärmedissipationseigenschaften der wärmeerzeugenden Elemente 70 basierend auf den wärmeerzeugenden Temperaturen der wärmeerzeugenden Elemente 70 zu messen und den Einfluss davon auf Löten, das die Metallschichten 72 und die elektrisch leitfähigen Schichten 68 befestigt, zu messen und zu bewältigen. Um den oben beschriebenen Einfluss zu bewältigen, kann das Harzsubstrat 82 mit einem Temperatursteuerelement versehen sein. Darüber hinaus ist es gemäß dem elektrischen Kompressor 1 der vorliegenden Ausführungsform möglich, die Temperaturen und die Wärmeableitungseigenschaften der wärmeerzeugenden Elemente 70 basierend auf den wärmeerzeugenden Temperaturen der wärmeerzeugenden Elemente 70 zu messen und Fehlfunktion oder dergleichen zu detektieren, bevor das Leistungselement 44 ausfällt.
Darüber hinaus ist es gemäß dem elektrischen Kompressor 1 der vorliegenden Ausführungsform, da das Leistungselement 44 ferner die Abstandshalter 120, die das Metallsubstrat 61 und das Harzsubstrat 82 aneinander fixieren, enthält, möglich, das Harzsubstrat 82 in Bezug auf das Metallsubstrat 61 stabil zu schützen, eine Last auf den Anschlüssen 77 zu reduzieren und Beschädigung der Anschlüsse 77 zu verhindern.
Obwohl eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung oben detailliert beschrieben wurde, ist die vorliegende Erfindung nicht auf die oben beschriebene Ausführungsform beschränkt. Bei der vorliegenden Erfindung können verschiedene Modifikationen innerhalb des Schutzumfangs des in den Ansprüchen beschriebenen Kerns der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden.
Bezugszeichenliste

33: Wechselrichter
44: Leistungselement
45: Kompressorkörper
61: Metallsubstrat
68: elektrisch leitfähige Schicht
72: Metallschicht
77: Anschluss
82: Harzsubstrat

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2019079332 [0002]

Claims

Fahrzeugmontierter elektrischer Kompressor, umfassend: einen Kompressorkörper, der einen Motor, der ein Kältemittel komprimiert, enthält; und einen Wechselrichter, der ein Leistungselement, das dem Motor einen elektrischen Strom zuführt, enthält, wobei das Leistungselement enthält ein Metallsubstrat, das eine elektrisch leitfähige Schicht, die auf einem Teilbereich einer Oberfläche des Metallsubstrats vorgesehen ist, enthält, ein wärmeerzeugendes Element, das eine Metallschicht, die auf die elektrisch leitfähige Schicht gelötet ist, enthält, und ein Harzsubstrat, das so angeordnet ist, dass das Harzsubstrat und das Metallsubstrat in einer Plattendickenrichtung des Metallsubstrats angeordnet sind und das ein Metallmuster, das auf eine Oberfläche des Harzsubstrats gedruckt ist, und eine elektronische Komponente, die auf dem Metallmuster montiert ist, aufweist, und die elektronische Komponente und ein Anschluss des wärmeerzeugenden Elements via das Metallmuster miteinander verbunden sind.
Fahrzeugmontierter elektrischer Kompressor nach Anspruch 1, ferner umfassend: einen Temperatursensor, der eine wärmeerzeugende Temperatur des wärmeerzeugenden Elements detektiert.
Fahrzeugmontierter elektrischer Kompressor nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Leistungselement ferner einen Abstandshalter enthält, der das Metallsubstrat und das Harzsubstrat aneinander fixiert.