JP2006002755A5 - - Google Patents
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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、インバータ装置のプリント配線基板とはんだにより電気接続するものである。
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。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。
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、プリント配線基板を備え金属製筐体の外部に設けられモータへ給電するインバータ装置と、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、インバータ装置のプリント配線基板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。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。
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。
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。
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。
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。
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
9 はんだ
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15 ステンレス棒
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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 (7)
- 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、プリント配線基板を備え前記金属製筐体の外部に設けられ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のプリント配線基板と、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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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を適用した車両用空調装置。
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