JP2005036773A - 車両用インバータ一体型電動コンプレッサ - Google Patents

Abstract

【課題】ハウジング内にインバータ装置を収納し、その上にバスバーアセンブリ及びプリント基板を載置した場合でも、プリント基板の発熱を放熱できるインバータ一体型電動コンプレッサを提供することである。
【解決手段】車両用インバータ一体型電動コンプレッサは取付座１７を有するハウジング１０と、ハウジング内に収納されたコンプレッサ及びモータと、モータを駆動制御するインバータ装置２０とから成る。インバータ装置はスイッチング素子２２等と、制御回路が実装されたプリント基板４０と、バスバーアセンブリ３０とを有する。バスバーアセンブリは少なくとも大電流伝達用バスバー３１と、信号伝達用バスバー３２と、伝熱用バスバー３３等と、これらを絶縁しつつ保持する保持板３５とを含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両で使用され、コンプレッサがモータで駆動され、モータがインバータで制御されるインバータ一体型電動コンプレッサに関し、特にそのインバータの冷却に関する。

インバータ一体型電動コンプレッサは、例えばハイブリッド自動車でアイドルストップ時にも車内を空調するために使用される。アイドルストップ時はエンジンでエアコン用コンプレッサを作動させることはできない。そこで、直流電源の直流をインバータで変換した三相交流で交流モータを駆動し、この交流モータでコンプレッサを作動させている。

図７に示す従来例では、ハウジング１００の左半分１０１にコンプレッサ（不図示）が収納され、右半分１０２にモータ（不図示）が収納されている。所定回路を有するベースプレート１０４が当接プレート１０６を介してハウジング１００上に載置されている。ベースプレート１０４の回路搭載面１０５ａにインバータ装置１１０が載置され、その上に平滑コンデンサ１１１が載置され、両者がカバー１１３で覆われている。

インバータ装置１１０及び平滑コンデンサ１１１はベースプレート１０４の所定回路により制御されている。そして、インバータ装置１１０はベースプレート１０４を貫通するバスバー１１４によりモータに接続されている。

モータの作動時、ベースプレート１０４及びインバータ装置１１０で発生する熱は、長溝１９５ｂ内を流通する低圧ガス冷媒により冷却される。また、平滑コンデンサ１１１での発熱はカバー１１３を介してベースプレート１０４に放熱される。
特開２００２−１９１１５３号公報

近年、インバータ装置が小型化されている。そこで、ハウジングの上面にくぼみを形成し、インバータ装置及び平滑コンデンサをこのくぼみ内に横方向に並べて収納することがある。並置したインバータ装置及び平滑コンデンサの上方に、バスバーアセンブリ及びプリント基板を載置する。また、バスバーアセンブリは大電流配線及び信号配線をバスバーで構成したものである。

このようにすれば、電動コンプレッサの高さが抑制され、車両への搭載が容易になる。また、循環するガス冷媒がハウジングを冷却し、その冷熱によってインバータ装置等が冷却される。しかし、バスバーアセンブリの上に載置されるプリント基板は冷却が不十分となり易い。

電動コンプレッサが搭載されるエンジンルームは高温であるため、制御回路上の電子部品が自己発熱により耐熱限界をこえることがある。しかるに、プリント基板はハウジングから上方に離れており、両者間にはバスバーアセンブリが介在している。よって、ハウジングがガス冷媒で冷却されても、その冷却効果はプリント基板には及び難い。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、ハウジング内にインバータ装置を収納し、その上にバスバーアセンブリ及びプリント基板を載置した場合でも、プリント基板の発熱を抑制（放熱）できるインバータ一体型電動コンプレッサを提供することを目的とする。

本願の発明者は、プリント基板に特別の放熱手段を設けることはなく、ハウジングをプリント基板のヒートシンクとして利用する方策につき検討した。その結果、両者の間に位置するバスバーアセンブリを利用することを着想した。つまり、従来端子間の信号伝達手段としてのみ利用されていたバスバーアセンブリを、プリント基板からハウジングへの伝熱手段として利用するのである。

本発明によるインバータ一体型電動コンプレッサは、請求項１に記載したように、取付座を有するハウジングと、ハウジング内に収納されたコンプレッサと、ハウジング内にコンプレッサと軸方向に並んで収納されコンプレッサを駆動するモータと、ハウジングの取付座に取り付けられ直流電力を多相交流電力に変換してモータに供給するインバータ装置とから成る。

インバータ装置は取付座内に収納されモータを駆動するスイッチング素子と、スイッチング素子を制御する制御回路が実装されたプリント基板と、スイッチング素子とプリント基板との間に介装されたバスバーアセンブリとを有する。バスバーアセンブリは、直流電力をスイッチング素子及び平滑コンデンサに供給する大電流伝達用バスバーと、スイッチング素子と制御回路とを接続する複数の信号伝達用バスバーと、一端がプリント基板に接続され他端がハウジングに接続された少なくとも１つの伝熱用バスバーと、絶縁材から成り信号伝達用バスバー及び伝熱用バスバーを絶縁しつつ保持する保持板とを含む。

この電動コンプレッサにおいて、プリント基板の制御回路がスイッチング素子を制御し、直流電力を多相交流電力に変換する。モータがコンプレッサを駆動する。ハウジングはその内部を循環する冷媒により冷却されている。よって、スイッチング素子での発熱は直接ハウジングにより、プリント基板での発熱はバスバーアセンブリの伝熱用バスバーを介してハウジングにより放熱される。

請求項２の電動コンプレッサは、請求項１において、取付座に形成されたくぼみ内にスイッチング素子が収納され、くぼみの回りに枠部が形成されている。請求項３の電動コンプレッサは、請求項２において、伝熱用バスバーは信号伝達用バスバーアセンブリの周辺部に配置され、その一端が上面に他端が下面に露出している。

請求項４の電動コンプレッサは、請求項３において、伝熱用バスバーの他端は、保持板を前記取付座に接着する接着剤に接続されている。請求項５の電動コンプレッサは、請求項３において、バスバーアセンブリは保持板を支持する枠部材を含み、枠部材が枠部に載置されている。

本発明の車両用インバータ一体型電動コンプレッサによれば、プリント基板がハウジングから離れているにもかかわらず、三相インバータ回路を制御するプリント基板の発熱をハウジングに放熱することができる。

請求項２の電動コンプレッサによれば、寸法が小型化され、特に高さを抑えることができる。請求項３の電動コンプレッサによれば、伝熱用バスバーがアセンブリの周辺に配置されているので、大電流伝達用バスバー及び信号伝達用バスバーの配置が妨げられない。

請求項４の電動コンプレッサによれば、伝熱用バスバーとハウジングとの絶縁がバスバーアセンブリをハウジングに取り付ける接着剤で行えるので、特別の絶縁部材を設けることが不要となる。請求項５の電動コンプレッサによれば、保持板が枠部材で支持されているので、バスバーアセンブリの取付座への取付け、及びプリント基板のバスバーアセンブリへの取付けが容易になる。

＜ハウジング＞
ハウジングはコンプレッサ収納部、モータ収納部及び取付座を有する。更に冷媒の流入口及び流出口を有する。コンプレッサ収納部とモータ収納部とは軸方向に並置され、取付座はモータ収納部の上面に位置していることが望ましい。ハウジングはモータ収納部の上面にはくぼみが形成されることが望ましく、この場合くぼみの周囲に四角枠部が形成される。
＜インバータ装置＞
Ａ プリント基板
インバータ装置はスイッチング素子、平滑コンデンサ、バスバーアセンブリ及びプリント基板を含む。スイッチング素子はＩＧＢＴ等から成り、三相交流インバータ回路を構成する。バスバーアセンブリについては次述する。プリント基板は所定の回路パターンが形成され、スイッチング素子を制御し、モータに３相交流電力を供給する。
Ｂ バスバーアセンブリ
バスバーアセンブリは、少なくとも大電流伝達用バスバーと、信号伝達用バスバーと、伝熱用バスバーと、保持部材と、枠部材とを含むことができる。
（１）バスバー
大電流伝達用（電力供給用）バスバーは直流電力をスイッチング素子や平滑コンデンサに供給する。例えば、一端は直流入力端子、他端は平滑コンデンサに接続されているものがある。信号伝達用バスバーは三相インバータ回路の配線を成し、例えば、一端は通信用コネクタのターミナルを形成し、他端はプリント基板の制御回路に接続されているものがあり、これらの間で所定信号を伝達する。

１個又は数個の伝熱用バスバーは一端をプリント基板に、他端を取付座に接続され、プリント基板の熱をハウジングに伝達する。他端は保持板をハウジングに接着する接着剤に接続することが望ましい。伝熱用バスバーをバスバーアセンブリの周辺部に配置すれば、信号伝達用バスバーの配線が妨げられることがない。その本数はバスバーアセンブリやプリント基板の寸法、発熱量を考慮して決める。なお、真の伝熱用バスバー（常に伝熱用バスバーとして使用するもの）の他、ダミーの伝熱用バスバーを用意しておき、発熱量が多いときは必要に応じて伝熱用バスバーとすることもできる。
（２）保持板
保持板は樹脂等絶縁材料から成り、複数の信号伝達用バスバー及び伝熱用バスバーを所定関係で保持し、絶縁必要部分を覆い、端子部分を露出させる。

以下、本発明の実施例を添付図面を参照しつつ説明する。
（構成）
図１に示すように、インバータ一体型電動コンプレッサは、ハウジング１０と、ハウジング１０内に収納されたコンプレッサ及びモータ（共に不図示）と、ハウジング１０の取付座１７に載置されたインバータ装置２０とから成る。

ハウジング１０は全体的に両端が閉じた円筒形状を有し、左半分のコンプレッサ収納部１２にコンプレッサが、右半分のモータ収納部にモータが、軸方向に並んで配置されている。また、コンプレッサ収納部１２には低圧ガス冷媒の流出口１３が、モータ収納部１５には流入口１６が形成されている。流入口１６から流入した低圧ガス冷媒はコンプレッサ収納部１２内で圧縮された後、流出口から流出する。

モータ収納部１６の上面には軸方向及びこれと直交する方向に広がる取付座１７が形成され、その中央部に所定深さのくぼみ１８が形成されている。くぼみ１８の回りに四角枠部１９が形成されている。

インバータ装置２０はスイッチング素子を構成する６つのＩＧＢＴ２２等、２つの平滑コンデンサ（不図示）、バスバーアセンブリ３０及びプリント基板４０を含む。第１対のＩＧＢＴ２２がモータのＵ相制御用で、第２対ＩＧＢＴ２３がＶ相制御用で、第３対ＩＧＢＴ２４がＷ相制御用である。対を成すＩＧＢＴ２２等が取付座１７の縦方向で対向し、各相のＩＧＢＴ２２，２３及び２４が横方向で隣接している。

各ＩＧＢＴ２２等は絶縁シート２１を介してくぼみ１８内に載置され、三相インバータ回路を構成している。バッテリから供給される直流電力を三相交流電力に変換し、モータのステータコイルに供給する。平滑コンデンサはくぼみ１８内で、ＩＧＢＴ２２等の下方に収納され三相インバータ回路と並列に接続されている。インバータ回路からバッテリに印加される高周波スイッチング電圧を吸収する。

図２，図３及び図４に示すように、バスバーアセンブリー３０は複数の電力供給用バスバー（電力バスバー）３１及び複数の信号伝達用バスバー（信号ブスバー）３２等と、３つの伝熱バスバー（伝熱用バスバー）３３等と、これらを保持する樹脂製の保持板３５と、保持板３５を支持する外枠３８とを有し、扁平な矩形状を持つ。外枠３８は前記ハウジング１０の取付座１７に対応する四角形状を持ち、直流電源端子用コネクタ４１及び通信端子用コネクタ４２が突設されている。

図５に示すように、複数の電力バスバー３１は縦方向、横方向に延び高さ方向に屈曲し、端子を有する。スイッチング素子２２等と平滑コンデンサとを、またスイッチング素子２２等と直流電源端子とを接続している。縦方向、横方向に延び高さ方向に屈曲し端子を有する複数の信号バスバー３２は、通信コネクタ４２とプリント基板４０，スイッチング素子２２等とプリント基板４０とを接続している。

なお、周辺に２つの伝熱バスバー（高電圧正極配線３３、高電圧負極配線３４ａ及び３４ｂ）が配置され、その一端（上端）は図３に示すように次述するプリント基板４０の貫通孔から突出し、プリント基板４０に半田付けされている。他端は図４に示すように下面に露出している。伝熱バスバー３３，３４ａ及び３４ｂは電力バスバー３１及び信号バスバー３２と同じ材料から成るが、ＩＧＢＴ２２等には接続されず、信号を伝達しない。

電力バスバー３１、信号バスバー３２、伝熱バスバー３３等はインサート成形により樹脂製の保持板３５により互いに絶縁されつつ所定の位置関係に保持されている。保持板３５はバスバーの配置に対応して、縦方向、横方向及び高さ方向に延びる部分を持ち、電力バスバー３１、信号バスバー３２等の必要部分を覆い、端子を露出させている。

矩形薄板状のプリント基板４０はマイコンＩＣ等の回路素子をプリント配線で接続して成る。バスバーアセンブリ３０の枠部３８の段部に嵌合され、外部からの指令に基づき各スイッチング素子を断続制御したり、モータの駆動状態を外部に通信する。

図６に示すように、保持板３５は絶縁耐圧及び伝熱特性に優れたシリコン系接着剤４６によりその下面をハウジング１０の取付座１７に接着されている。プリント基板４０の上に蓋板４２が被せられている。
（作用）
モータがコンプレッサを回転させ、冷凍サイクルにおいて冷媒を循環させる。モータはガソリンエンジンが停止したアイドルストップ時も、インバータ装置から供給される三相交流により駆動制御され、この回転力により冷凍サイクルの一部をなすコンプレッサを回転させる。コンプレッサはコンデンサから送られてくる低圧ガス冷媒を圧縮して高圧ガス冷媒とした後、エバボレータへ吐出する。これによりアイドルストップ時のエアコンの作動が確保される。

なお、かかる電動コンプレッサの作用自体は公知であり、本発明と直接関係しないので、これ以上の詳しい説明は割愛する。
（効果）
（１）ＩＧＢＴ２２等の冷却
低圧ガス冷媒の循環時、ハウジング１０がガス冷媒により冷却される。この冷熱により、ハウジング１０のくぼみ１８内に収納されたスイッチ素子２２から２４及び平滑コンデンサが冷却される。換言すれば、ハウジング１０はスイッチ素子２２から２４等のヒートシンクを構成している。スイッチング素子２２から２４等はその底面側及び外周から冷却されるので、冷却効果が大きい。
（２）プリント基板４０の冷却
加えて、ハウジング１０から上方に離れたプリント基板４０上も確実に冷却される。プリント基板４０での発熱は、伝熱バスバー３３，３４ａ及び３４ｂを介して、冷却された取付座１７に伝達され、温度上昇が抑制される。

この実施例では、ハウジング１０の上にバスバーアセンブリ３０を載置し、その上にプリント基板４０を載置したので、プリント基板４０がハウジング１０から離れた。しかし、一部のバスバーを伝熱バスバー３４ａ及び３４ｂとするのみで、バスバーアセンブリ３０にプリント基板４０からハウジング１０への伝熱機能が付加された。つまり、ハウジング１０のプリント基板４０のヒートシンクとしての利用が可能となった。

しかも、伝熱バスバー３３，３４ａ及び３４ｂはバスバーアセンブリ３０の周辺に配置しているので、電力バスバー３１及び信号バスバー３２の配線を妨げることもない。

なお、伝達用バスバー３３，３４ａ及び３４ｂにも高い電圧の電位が加わっているので、ハウジング１０と絶縁する必要がある。シリコン系接着剤４６は伝熱特性の他絶縁耐圧に優れるので、伝達バスバー３，３４ａ及び３４ｂとハウジング１０との絶縁に好都合である。
（３）小型化（高さの抑制）
ハウジング１０のモータ収納部１５の上面に形成したくぼみ１８にスイッチング素子２２から２４及び平滑コンデンサを収納している。モータ収納部１５のモータの上方空間はデッドスペースになっていることに注目し、スイッチング素子２２等の配置に利用した。この状態でも、モータ収納部の高さはコンプレッサ収納部１２とほとんど同じである。その結果、従来例に比べて電動コンプレッサの高さが抑制された。

本発明の実施例を示す分解斜視図である。 上記実施例におけるバスバーアセンブリの上面側から見た斜視図である。 図２のバスバーアセンブリに、プリント基板を装着した状態を示す斜視図である。 バスバーアセンブリを下面側から見た斜視図である。 信号伝達用バスバー及び伝熱用バスバーのみを取り出して示す斜視図である。 バスバーアセンブリとハウジングの取付座への取付状態を示す断面図である。 従来技術を示す正面図（一部断面図）である。

符号の説明

１０：ハウジング １２：コンプレッサ収納部
１５：モータ収納部 １７：取付座
１８：くぼみ ２０：インバータ装置
２２：ＩＧＢＴ ３０：バスバーアセンブリ
３１：第電流供給ブスバー ３２：信号伝達用バスバー
３５：保持板 ３３、３４ａ、３４ｂ：伝熱用バスバー
３８：外枠 ４０：プリント基板

Claims (5)

1. 取付座を有するハウジングと、該ハウジング内に収納されたコンプレッサと、前記ハウジング内に前記コンプレッサと軸方向に並んで収納され該コンプレッサを駆動するモータと、前記取付座に取り付けられ直流電力を多相交流電力に変換して前記モータに供給するインバータ装置とから成る、車両用インバータ一体型電動コンプレッサにおいて、
   前記インバータ装置は前記取付座内に収納され前記モータを駆動するスイッチング素子と、該スイッチング素子を制御する制御回路が実装されたプリント基板と、該スイッチング素子と該プリント基板との間に介装されたバスバーアセンブリとを有し、
   前記バスバーアセンブリは、直流電力をスイッチング素子及び平滑コンデンサに供給する大電流伝達用バスバーと、前記スイッチング素子と前記制御回路とを接続する複数の信号伝達用バスバーと、一端が前記プリント基板に接続され他端が前記ハウジングに接続された少なくとも１つの伝熱用バスバーと、絶縁材から成り該信号伝達用バスバー及び該伝熱用バスバーを絶縁しつつ保持する保持板とを含むことを特徴とする、車両用インバータ一体型電動コンプレッサ。
2. 前記取付座に形成されたくぼみ内に前記スイッチング素子が収納され、該くぼみの回りに枠部が形成されている請求項１に記載の電動コンプレッサ。
3. 前記伝熱用バスバーは前記信号伝達用バスバーアセンブリの周辺部に配置され、その一端が上面に他端が下面に露出している請求項２に記載の電動コンプレッサ。
4. 前記伝熱用バスバーの他端は、前記保持板を前記取付座に接着する接着剤に接続されている請求項３に記載の電動コンプレッサ。
5. 前記バスバーアセンブリは前記保持板を支持する枠部材を含み、該枠部材が前記枠部に載置されている請求項３に記載の電動コンプレッサ。

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