JP2006002755A - インバータ装置一体型電動圧縮機およびこれを適用した車両用空調装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小型軽量で組立が容易なインバータ装置一体型電動圧縮機の提供を目的としたものである。
【解決手段】電動圧縮機４０への電気接続用端子１０を、熱伝導性の低い金属（ステンレス）と、当該熱伝導性の低い金属にメッキされた熱伝導性の高い金属（銅メッキ）とから構成し、インバータ装置２０のプリント配線基板１１へはんだ９を用いて電気接続することにより、小型軽量で組立が容易なインバータ装置一体型電動圧縮機が得られる。
【選択図】図１

Description

本発明は、インバータ装置を搭載し一体としたインバータ装置一体型電動圧縮機に関するものである。

電動圧縮機の一例として、図７にセンサレスＤＣブラシレスモータを備えた電動圧縮機１０６を示す。

同図において、金属製筐体３２の中に圧縮機構部２８、モータ３１等が設置されている。冷媒は、吸入口３３から吸入され、圧縮機構部２８（この例ではスクロール機構）がモータ３１で駆動されることにより圧縮される。この圧縮された冷媒は、金属製筐体３２内においてモータ３１の近傍を通過し、その際にモータ３１の冷却を行い、吐出口３４より吐出される。ターミナル３９は金属製筐体３２を貫通して気密的に設けられ、内部でモータ３１の巻線に接続されて、外部でインバータ装置（図示せず）に接続される。

図８はターミナル３９の正面図、図９は同平面図である。ベース１２に電気絶縁性のあるピン端子保持部１３が取り付けられ、ピン端子保持部１３は、電気接続のためのピン端子４１を固定保持している。ピン端子４１には、タブ４２、および裏面にはタブ１４が溶接にて取り付けられている。タブ４２及びタブ１４へは、図１０に示す、接続線４３がかしめで固定されたファストン端子４４が接続される。よって、タブ１４はファストン端子４４を介し、金属製筐体３２の内部でモータ３１の巻線に接続され、タブ４２はファストン端子４４を介し、金属製筐体３２の外部でインバータ装置に接続される。

また、圧縮機とインバータ装置との接続を短くする方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

図１１は、従来の圧縮機とインバータとの接続を示す平面図である。これは、インバータ１３０の出力端子１３２と圧縮機１１０の入力端子１１４とをブスバー１３８により連結するもので、これにより、電力損失と電磁波の輻射を抑制する。
特開２０００−２５５２５２号公報

上記電動圧縮機とインバータ装置との接続方法の場合、電動圧縮機側に、ターミナルのタブ、ファストン端子、接続線が必要になる。また、インバータ装置側にも接続線の取付構造が必要となる。そして、接続線は、電磁波放射を防止するために、線径の大きいシールド線としなければならない。よって、部品点数が多く、配置スペースを必要とするため、小型軽量化する上での障害となる。また、組立作業工数が多くなる。

一方、はんだによる接続には、次の問題がある。ピン端子は機械的強度が必要であるため鉄合金等が使用される。然しながら、当該金属は熱容量が大きいため、はんだ付けの際、大容量の加熱装置が必要となる。また、接続部品、周辺部品が過熱されないように配慮が必要である。従来はこのような課題を有していた。

本発明はこのような従来の課題を解決するものであり、小型軽量で組立が容易なインバータ装置一体型電動圧縮機を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明は、インバータ装置一体型電動圧縮機の電気接続用端子を、熱伝導性の低い金属と、当該熱伝導性の低い金属にメッキされた熱伝導性の高い金属とから構成し、インバータ装置とはんだにより電気接続するものである。これによって、電気接続用端子と、接続先のリード線、バスバー、プリント配線基板などとが、はんだを介して接続される。

この際、溶融しているはんだを、なじませるために電気接続用端子を加熱する必要がある。上記構成の電気接続用端子を加熱する場合、こて等からの熱は、メッキ部分が熱伝導性の高い金属であるため即座に伝えられる。一方、中心部を構成する金属は、熱伝導性が低いため、伝熱されない。また、熱伝導性の高い金属部分は、メッキであるため少量である。よって、電気接続用端子への加熱量は、熱伝導性の高い金属への僅かの熱量で良い。従って、はんだによる接続を、即座に、容易に行うことができると共に、ターミナルのタブ、ファストン端子等を削減できるものである。

本発明のインバータ装置一体型電動圧縮機は、小型軽量で組立が容易という効果を奏する。

第１の発明は、圧縮機構部と、圧縮機構部の動力源となるモータと、圧縮機構部とモータとを収容する金属製筐体と、モータへ給電するインバータ装置と、金属製筐体に設けられた金属製筐体の内と外とを電気接続する電気接続用端子とを備えたインバータ装置一体型電動圧縮機において、電気接続用端子は、熱伝導性の低い金属と、当該熱伝導性の低い金属にメッキされた熱伝導性の高い金属とから構成され、インバータ装置とはんだにより電気接続する。これにより、はんだによる、電気接続用端子とインバータ装置との接続を、即座に、容易に行うことができる。

その結果、ターミナルのタブ、ファストン端子等を削減でき、インバータ装置一体型電動圧縮機を、小型軽量に、組立を容易にすることができる。

第２の発明は、第１の発明において、電気接続用端子を用いて、インバータ装置からモータへ給電するもので、インバータ装置とモータとの大電流経路の接続を、容易に行うことができる。

第３の発明は、第１又は２の発明において、金属製筐体内に温度検出器が設けられ、当該温度検出器が電気接続用端子により、インバータ装置に電気接続されるもので、インバータ装置と温度検出器との接続を、容易に行うことができる。

第４の発明は、第３の発明において、温度検出器はサーミスタであり、その両端が電気接続用端子により、インバータ装置に電気接続されるもので、異種金属間の接触電位差をキャンセルして、サーミスタ両端の電圧を正確に検出することができる。

第５の発明は、第１から第４のうちいずれかの発明において、熱伝導性の高い金属として銅を採用するもので、熱伝導性が高いことに加え、電気伝導性も高い電気接続用端子を実現することができる。

第６の発明は、第１から第５のうちいずれかの発明において、熱伝導性の低い金属としてステンレスを採用するもので、熱伝導性が低いことに加え、電気接続用端子としての構造上の強度を確保することができる。

第７の発明は、第１から第６のうちいずれかの発明において、電気接続用端子とインバータ装置を構成するプリント配線基板とがはんだにて接続されるもので、接続線、インバータ装置側の接続線取付構造も削減できる。もって、インバータ装置一体型電動圧縮機を、更に、小型軽量に、組立を容易にすることができる。また、加熱時間が短いため、プリント配線基板への熱ストレスを抑制でき、信頼性を確保できる。

第８の発明は、第１から第７のうちいずれかの発明のインバータ装置一体型電動圧縮機を、車両用空調装置に適用するものである。車両においては、走行性能確保、搭載性の面から、小型軽量が求められる。よって、本発明のインバータ装置一体型電動圧縮機は、車両用として好適である。

以下本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、本実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１におけるインバータ装置一体型電動圧縮機の断面図で、電動圧縮機４０の左側にインバータ装置２０を密着させて取り付けたインバータ装置一体型電動圧縮機の一例を示す。この構成は、金属製筐体３２の中に圧縮機構部２８、モータ３１等が設置されている。

冷媒は、吸入口３３から吸入され、圧縮機構部２８（この例ではスクロール）がモータ３１で駆動されることにより、圧縮される。この圧縮された冷媒は、モータ３１近傍を通過しながら巻線を冷却し、吐出口３４より吐出される。

インバータ装置２０は電動圧縮機４０に取り付けられるように、ケース３０を使用している。インバータ装置２０の主たる発熱源となるインバータ回路３７は、ケース３０を介して電動圧縮機４０の金属製筐体３２に熱を放散するようにしている。すなわち、インバータ回路３７は、金属製筐体３２を介して電動圧縮機４０内部の冷媒で冷却される。

インバータ装置２０からのリード線３６には、直流電源１（後述）への電源線とエアコンコントローラ（図示せず）への制御用信号線等がある。

ターミナル８のピン端子１０は、金属製筐体３２の内部で、モータ３１の巻線に、ファストン端子を用いて接続されている。一方、金属製筐体３２の外部でインバータ装置２０に接続される。ターミナル８のピン端子１０は、インバータ装置２０を構成するプリント配線基板１１に、はんだ９により接続される。プリント配線基板１１は、ピン端子１０とインバータ回路３７とを中継する。

図２は、本発明の実施の形態１における電気回路図である。インバータ装置２０は、インバータ回路３７、電流センサ６、制御回路７等から構成される。プリント配線基板１１には、電流センサ６、制御回路７等の回路が搭載され、インバータ回路３７が接続される。

同図において、制御回路７は、電流センサ６からの電流を演算して磁石回転子５の位置検出を行い、エアコンコントローラ（図示せず）からの回転数指令信号等に基づいてスイッチング素子２を制御する。そして、直流電源１からの直流電流を正弦波状の交流電流に変換し、インバータ回路３７より、固定子巻線４と磁石回転子５から成る（センサレスＤＣブラシレス）モータ３１へ出力する。ダイオード３は、固定子巻線４からの電流の還流ルートとなる。

ここで、インバータ装置２０の主たる発熱源は、直流電流を正弦波状の交流電流に変換し、モータ３１へ出力するスイッチング素子２及びダイオード３から構成されるインバータ回路３７である。

図３は、本発明の実施の形態１におけるターミナル８の正面図、図４は同平面図である。図において、ベース１２、電気絶縁性のあるピン端子保持部１３、タブ１４は、従来のターミナル３９と同一である。金属製のピン端子１０には、従来と異なり、ファストン端子４４を介してインバータ装置に接続するためのタブ４２は取り付けられていない。

図５に、ピン端子１０の要部断面図を示す。ステンレス棒１５が、ピン端子１０の構造体としての本体となり、その表面が銅メッキ１６で覆われている。メッキする方法は、電解メッキ等の一般的な方法で行えば良い。一例として、ステンレス棒１５の直径は、３ｍｍ、銅メッキ１６の厚さは３０μｍ程度で良い。

ピン端子１０をプリント配線基板１１にはんだ９により接続する際、溶融しているはんだ９をなじませるために、ピン端子１０を加熱する必要がある。この時、銅メッキ１６の部分は熱伝導性が高いため、こて等により即座に熱せられる。一方、中心部を構成するステンレス棒１５は熱伝導性が低いため、さほど伝熱されない。そのため、銅メッキ１６に伝えられた熱が、ステンレス棒１５へ逃げることが抑制される。また、熱伝導性の高い銅メッキ１６の部分は、厚さは３０μｍ程度と薄いため極めて少量である。

よって、ピン端子１０への加熱量は、僅かの熱量で良い。従って、はんだによる接続を、即座に、かつ容易に行うことができる。更に、こて等による加熱時間が短いため、プリント配線基板１１への熱ストレスを抑制でき、信頼性を確保できる。

ちなみに、ピン端子１０をすべて熱伝導性が高い金属で構成すると、ピン端子１０に加えられた熱はモータ３１側のファストン端子、接続線へと放熱されてしまい、はんだ９による接続が困難になる。逆に、ピン端子１０をすべて熱伝導性が低い金属で構成した場合もピン端子１０が加熱されにくく、はんだ９による接続が困難になる。

上記構成によって、インバータ装置２０側のターミナル８のタブ、ファストン端子、接続線、接続線取付構造等を削減できるものである。従って、インバータ装置一体型電動圧縮機を、小型軽量にすることができるとともに、組立を容易にすることができる。

また、ターミナル８のベース１２、ピン端子保持部１３、タブ１４は、従来のターミナル３９と共用できるため、部品の増加を抑制できる。そして、ターミナル８以外は従来の電動圧縮機１０６と同一の電動圧縮機４０の左側に、インバータ装置２０を密着させて取り付けるのみであるため、インバータ装置一体型電動圧縮機を容易に実現することができる。

更に、ケース３０を、電磁波を遮蔽する材質の材料で構成すれば、電磁波放射を防止することができる。

尚、上記実施の形態において、熱伝導性の低い金属の例としてステンレスを用いたが、鉄、他の鉄合金でも良い。また、熱伝導性の高い金属の例として銅を用いたが、金、銀でも良い。熱伝導性の低い金属と熱伝導性の高い金属の選定は、ピン端子の機械的強度、はんだ付けのし易さ、はんだ付けの際の、接続部品、周辺部品への熱の影響等を考慮して選定すれば良い。少なくとも、メッキ部分は、中心の棒部分より、熱伝導性を高くする必要がある。

また、はんだは、金属の接合に使用される融点が比較的低い金属合金を意味し、軟ろう(軟質はんだ)と硬ろう(硬質はんだ)の両者を含む。

また、ピン端子１０をプリント配線基板１１に直接はんだ９により接続したが、途中に短いリード線、バスバー等を介しても良い。

更に、電動圧縮機４０として、モータ収容部の冷媒が高圧となる高圧型電動圧縮機を示したが、モータ収容部の冷媒が低圧となる低圧型電動圧縮機でも良い。

（実施の形態２）
上記実施の形態１においては、インバータ装置２０からモータ３１への電気接続用端子１０について述べたが、モータ３１の巻線温度など電動圧縮機４０内部の温度を検出する温度センサを、電動圧縮機４０の金属製筐体内に設けて、電気接続用端子１０により、インバータ装置２０と温度センサとを電気接続する場合にも適用できる。

図６（ａ）は本発明の実施の形態２における電気回路図で、この場合の回路図例を示す。直流電源１９の５Ｖ程度の低電圧が、分圧抵抗１７、サーミスタ温度センサ１８により分圧される。サーミスタ温度センサ１８の両端は、電気接続用端子１０を介して電気接続されている。

電気接続用端子１０は、熱伝導性の高い金属及び熱伝導性の低い金属の異種金属で構成されるため、異種金属間接触電位差が生じる。この電圧は小さいが、温度センサによる検出電圧も小さいため無視できない。そのため、温度センサによる検出電圧に、この接触電位差が影響しないように配慮が必要である。

但し、図６（ａ）のようにサーミスタ温度センサ１８の両端をともに、電気接続用端子１０を介して電気接続すれば、異種金属間接触電位差はキャンセルされ正確な分圧電圧を検出できる。

つぎに、図６（ｂ）本発明の実施の形態２における電気回路図により説明する。
ここで、直流電源１９の電圧をＥと表示している。

電気接続用端子１０を用いない場合は、左側に示すように、電圧Ｅは、分圧抵抗１７の電圧２１、サーミスタ温度センサ１８の電圧２２に分圧され、分圧電圧αが出力され、インバータ装置２０に入力される。

電気接続用端子１０を用いる場合は、右側に示すように、サーミスタ温度センサ１８の電圧２２の上側と下側は、異種金属間接触電位差２３の分高い方へスライドする。このため、異種金属間接触電位差２３は、サーミスタ温度センサ１８の電圧２２の上側と下側とでキャンセルされる。

従って、分圧電圧βは分圧電圧αに等しくなり、正確な分圧電圧を検出できる。異種金属間接触電位差２３がマイナスになる逆電位の場合も同様である。

尚、電気接続用端子１０は、モータ３１接続用もしくはサーミスタ温度センサ１８接続用として限定する必要はなく、双方用ともにまた更に他の部品用等複数設けてもよい。即ち、図３、図４に限らず、電気接続用端子１０は５本、７本としてもよい。また、接続先によってその材質を変えてもよい。

（実施の形態３）
車両、特に電気自動車やハイブリッドカーにおいては、走行性能確保、搭載性の面から、車両用空調装置にも小型軽量が求められ、その中でも重量があり、しかも狭いエンジンルーム内やその他のスペースに取り付けられる圧縮機の小型軽量化は重要課題である。

本発明のインバータ装置一体型電動圧縮機は、実施の形態１に示す構成によって小型軽量化が可能である。従って、本発明のインバータ装置一体型電動圧縮機は、これらの車両に用いる空調装置用として大変好適である。

以上のように、本発明にかかるインバータ装置一体型電動圧縮機においては、接続線などの電気接続用端子へのはんだによる接続を、即座に、かつ容易に行うことができる。よって、電動圧縮機単体、電気接続用端子が備えられ、当該電気接続用端子へはんだによる接続が必要とされる分野での用途にも適用できる。

本発明の実施の形態１におけるインバータ装置一体型電動圧縮機の断面図 本発明の実施の形態１における電気回路図 同ターミナルの正面図 同ターミナルの平面図 同ターミナルのピン端子の要部断面図 （ａ）本発明の実施の形態２における電気回路図、（ｂ）同電圧説明図 従来の電動圧縮機の断面図 同ターミナルの正面図 同ターミナルの平面図 従来のファストン端子の斜視図 従来の圧縮機とインバータとの接続を示す平面図

符号の説明

８ ターミナル
９ はんだ
１０ ピン端子
１１ プリント配線基板
１２ ベース
１３ ピン端子保持部
１５ ステンレス棒
１６ 銅メッキ
１８ サーミスタ
２０ インバータ装置
２８ 圧縮機構部
３１ モータ
３２ 金属製筐体
４０ 電動圧縮機

Claims (8)

1. 圧縮機構部と、前記圧縮機構部の動力源となるモータと、前記圧縮機構部と前記モータとを収容する金属製筐体と、前記モータへ給電するインバータ装置と、前記金属製筐体に設けられた前記金属製筐体の内と外とを電気接続する電気接続用端子とを備えたインバータ装置一体型電動圧縮機において、前記電気接続用端子は、熱伝導性の低い金属と、当該熱伝導性の低い金属にメッキされた熱伝導性の高い金属とから構成され、前記インバータ装置と、はんだにより電気接続されるインバータ装置一体型電動圧縮機。
2. 前記電気接続用端子を用いて、前記インバータ装置から前記モータへ給電する請求項１に記載のインバータ装置一体型電動圧縮機。
3. 前記金属製筐体内に温度検出器が設けられ、前記電気接続用端子により、前記温度検出器が前記インバータ装置に電気接続される請求項１又は２に記載のインバータ装置一体型電動圧縮機。
4. 前記温度検出器はサーミスタであり、当該サーミスタの両端が前記電気接続用端子により、前記インバータ装置に電気接続される請求項３に記載のインバータ装置一体型電動圧縮機。
5. 前記熱伝導性の高い金属は銅である請求項１〜４のうちいずれか一項に記載のインバータ装置一体型電動圧縮機。
6. 前記熱伝導性の低い金属はステンレスである請求項１〜５のうちいずれか一項に記載のインバータ装置一体型電動圧縮機。
7. 前記電気接続用端子と、前記インバータ装置を構成するプリント配線基板とが、はんだにより接続される請求項１〜６のうちいずれか一項に記載のインバータ装置一体型電動圧縮機。
8. 請求項１〜７のうちいずれか一項に記載のインバータ装置一体型電動圧縮機を適用した車両用空調装置。