JP2010093202A - 電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】発熱するコイル、コンデンサの放熱性に優れた電子機器を提供する。
【解決手段】ハウジング１０は、冷媒通路１２を有する。カバー２０は、ハウジング１０に取り付けられ、ハウジング１０との間に部品収容空間Ｓ１が形成されている。部品収容空間Ｓ１においてアルミベース５０がカバー２０に固定されるとともにハウジング１０に当接している。部品収容空間Ｓ１においてコイルコンデンサモジュール６０がアルミベース５０上に設けられている。部品収容空間Ｓ１においてアルミベース５０上にパワー半導体モジュール７０が設けられるとともにアルミベース５０上に回路基板８０が設けられている。
【選択図】図２

Description

本発明は、電子機器に関するものである。

車載電動コンプレッサのハウジングに一体化されたインバータユニットが特許文献１に開示されている。このインバータユニットは、回路基板と電気素子とハウジング（アッパーケース、ロアーケース）とを備え、金属よりなるアッパーケースにコイル、コンデンサが固定され、放熱効果を高めた構成となっている。
特開２００７−３０９１２５号公報

しかし、特許文献１の構成では放熱性について十分ではない。
本発明は、このような背景の下になされたものであり、その目的は、発熱するコイル、コンデンサの放熱性に優れた電子機器を提供することにある。

請求項１に記載の発明では、冷媒通路を有するハウジングと、前記ハウジングに取り付けられ、前記ハウジングとの間に部品収容空間が形成されるカバーと、前記部品収容空間において前記カバーに固定されるとともに前記ハウジングに当接する熱伝導部材と、前記部品収容空間において前記熱伝導部材上に設けられたコイルと、前記部品収容空間において前記熱伝導部材上に設けられたコンデンサと、を備えたことを要旨とする。

請求項１に記載の発明によれば、コイルとコンデンサを熱伝導部材上に設けることにより、コイル、コンデンサから発せられる熱を、熱伝導部材を介してハウジングの冷媒通路に逃がすことができ、放熱性に優れている。

請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の電子機器において、前記部品収容空間において前記熱伝導部材上に設けられたパワースイッチング素子と、前記部品収容空間において前記熱伝導部材上に設けられ、前記パワースイッチング素子と電気的に接続された回路基板と、を更に備えている。よって、パワースイッチング素子を熱伝導部材上に設けることにより、パワースイッチング素子から発せられる熱を、熱伝導部材を介してハウジングの冷媒通路に逃がすことができ、放熱性に優れている。

請求項３に記載のように、請求項１または２に記載の電子機器において、前記コイルとコンデンサとはモジュール化されていると、コイルとコンデンサの管理、実装、交換が容易となる。

請求項４に記載のように、請求項１〜３のいずれか１項に記載の電子機器において、前記熱伝導部材はアルミよりなると、放熱性に優れている。

本発明によれば、発熱するコイル、コンデンサの放熱性に優れた電子機器を提供することができる。

以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。本実施形態では車両空調装置の冷凍サイクルを構成する電動コンプレッサに具体化している。
図１（ａ），（ｂ）に示すように、車載エンジン１に電動コンプレッサ２が取付部３，４により固定されている。詳しくは、取付部３，４は電動コンプレッサ２のハウジングと一体的に形成され、この取付部３，４を貫通するねじ（図示略）を車載エンジン１に螺入することにより固定されている。

電動コンプレッサ２のハウジングおよび取付部３，４はアルミのダイカスト鋳造によって製作されている。電動コンプレッサ２のハウジングは円筒状をなし、かつ、その両端面は塞がれており、当該ハウジング内には密閉空間が形成されている。この密閉空間には電動モータＭと圧縮機構Ｃが収容されている。電動モータＭにより回転軸が回転され、この回転軸の回転に伴い圧縮機構Ｃが冷媒ガスの圧縮を行う。つまり、圧縮機構Ｃの動作により外部の蒸発器からの低温低圧の冷媒ガスが圧縮機構Ｃに吸入されて圧縮機構Ｃの圧縮作用により高温高圧の冷媒ガスとなって外部の凝縮器へ送り出される。

車載電動コンプレッサ２にはインバータユニット５が取り付けられている。インバータユニット５には入力フィルタが備えられ、この入力フィルタはコンデンサとコイルにより構成されている。また、インバータユニット５は回路基板を用いて構成されており、回路基板には電子部品が実装されるとともに導体パターンにて結線されている。

インバータユニット５が円筒形をなす電動コンプレッサ２の上面中央部に配置されている。図２にはインバータユニット５の構造を示す。図３には、インバータユニット５の分解図を示す。

図２において、電動コンプレッサ２のハウジングと一体化されたハウジング１０は、下面が円弧状をなしている。この下面円弧面の中央部には冷媒通路形成用凹部１１が形成され、この凹部１１の内部が冷媒通路１２となっており、冷媒が通過する。冷媒として、具体的にはフロン代替品が使用される。

ハウジング１０の上面には凹部１３が形成されている。ハウジング１０の上にシール部材３０を介してカバー２０が取り付けられ、ハウジング１０の凹部１３の開口部がカバー２０で覆われている。カバー２０は断面コ字状をなしている。ハウジング１０とカバー２０との間に部品収容空間Ｓ１が形成されている。ハウジング１０およびカバー２０はアルミのダイカスト鋳造によって製作されている。

部品収容空間Ｓ１においてハウジング１０の凹部１３の底面にはアルミベース５０がその下面がハウジング１０に当接する状態で設けられている。アルミベース５０は、ダイカスト鋳造によって製作されている。アルミベース５０は、板状のプレート部５１と、プレート部５１から上方に突出した円筒部５２，５３，５４，５５とからなる。部品収容空間Ｓ１においてアルミベース５０のプレート部５１の下面がハウジング１０の凹部１３の底面と当接している。また、アルミベース５０のプレート部５１の上面には、コイルコンデンサモジュール（モジュール化したコイル・コンデンサ）６０とパワー半導体モジュール７０（モジュール化したパワースイッチング素子）とが設けられている。また、部品収容空間Ｓ１においてアルミベース５０の円筒部５４，５５上には回路基板８０が設けられている。回路基板８０にはマイコン等の制御用電子部品が実装されている。

コイルコンデンサモジュール６０は、パッケージ６１の内部にコイルとコンデンサが結線された状態で封止され、このコイルとコンデンサで入力フィルタが構成されている。また、パッケージ６１から多数のリードピン６２，６３が延びている。リードピン６２の先端が回路基板８０を貫通しており、かつ、リードピン６２と回路基板８０とは半田付けされている。これにより、コイルコンデンサモジュール６０が回路基板８０と電気的に接続されている。また、他のリードピン６３の先端が高圧入力端子４０と接続されている。コイルコンデンサモジュール６０のパッケージ６１の下面が放熱部となっており、パッケージ６１の下面がアルミベース５０のプレート部５１の上面と当接している（熱的に結合している）。

一方、パワー半導体モジュール７０は、パッケージ７１の内部に複数のパワースイッチング素子（チップ）が結線された状態で封止されている。また、パッケージ７１から多数のリードピン７２が延びている。リードピン７２の先端が回路基板８０を貫通しており、かつ、リードピン７２と回路基板８０とは半田付けされている。これにより、パワー半導体モジュール７０が回路基板８０と電気的に接続されている。パワー半導体モジュール７０のパッケージ７１の下面が放熱部となっており、パッケージ７１の下面がアルミベース５０のプレート部５１の上面と当接している（熱的に結合している）。

なお、パワー半導体モジュール７０におけるパワースイッチング素子としては、パワーＭＯＳやＩＧＢＴが用いられている。
高圧入力端子４０がカバー２０に設けられ、高圧入力端子４０から直流の高電圧が入力される。この高圧入力に対し入力フィルタ（コイル、コンデンサ）を通してパワースイッチング素子（パワーＭＯＳやＩＧＢＴ）がスイッチング動作して３相の交流に変換して電動モータのコイルに供給される。これにより電動モータが駆動される。

図３において、アルミベース５０のプレート部５１の上面には回路基板取付用円筒部５４，５５が立設されている。円筒部５４，５５の内周面にはねじが切られている（ねじ孔となっている）。そして、回路基板８０を貫通するねじＳｃ５，Ｓｃ６を回路基板取付用円筒部５４，５５に螺入することにより回路基板８０がアルミベース５０に固定されている。

アルミベース５０のプレート部５１の端部にはアルミベース取付用円筒部５２，５３が立設されている。そして、この円筒部５２，５３を貫通するねじＳｃ３，Ｓｃ４をカバー２０に設けたねじ孔に螺入することによりアルミベース５０がカバー２０に固定されている。

ハウジング１０の凹部１３における底面にはカバー取付用円筒部１４，１５が立設されている。円筒部１４，１５の内周面にはねじが切られている（ねじ孔となっている）。そして、カバー２０を貫通するねじＳｃ１，Ｓｃ２をカバー取付用円筒部１４，１５に螺入することによりカバー２０がハウジング１０に固定されている。

取り付けの際には、まず、アルミベース５０のプレート部５１の上面に、コイルコンデンサモジュール６０、パワー半導体モジュール７０を配置する。さらに、回路基板８０を、コイルコンデンサモジュール６０のリードピン６２が貫通するとともにパワー半導体モジュール７０のリードピン７２が貫通するように配置し、回路基板８０を貫通するねじＳｃ５，Ｓｃ６をアルミベース５０の円筒部５４，５５に螺入する。この状態で半田付けしてコイルコンデンサモジュール６０のリードピン６２およびパワー半導体モジュール７０のリードピン７２を回路基板８０に接合する。このようにして最後に半田付けすることにより残留応力が加わりにくくすることができる。

そして、アルミベース５０の円筒部５２，５３を貫通するねじＳｃ３，Ｓｃ４をカバー２０に螺入してアルミベース５０をカバー２０に取り付ける。
さらに、カバー２０を、シール部材３０を介して、カバー２０を貫通するねじＳｃ１，Ｓｃ２をハウジング１０の円筒部１４，１５に螺入することによりハウジング１０に取り付ける。

このようにしてインバータユニットが組み付けられる。
インバータユニット５の駆動に伴いコイルコンデンサモジュール６０およびパワー半導体モジュール７０が発熱する。コイルコンデンサモジュール６０、パワー半導体モジュール７０の冷却はハウジング１０内を流れる冷媒が利用される。詳しくは、冷媒通路１２の近くにアルミベース５０が配置され、アルミベース５０上にコイルコンデンサモジュール６０、パワー半導体モジュール７０が配置されている。これによりアルミベース５０を介して熱が逃がされ、放熱性に優れている（冷却性が高い）。

また、回路基板に、入力フィルタのコンデンサとコイルとが離れて実装されていると、基板上にコイルからコンデンサに向かう導体パターンを形成する必要があり、そのため、基板サイズの大型化を招く原因となる。また、基板上にコイル、コンデンサが実装されている場合には、車両側の電気系の変更によりフィルタ定数を変える必要があるときや、動作温度条件等に合わせるためコンデンサ、コイルの種類を変更しなければならないときには、基板全体を作り直す必要があり、バリエーション増加時の対応が困難である。

これに対し、本実施形態においては、コイルとコンデンサをモジュール化しているため、入力ラインパターンを基板上に形成する必要がないため、基板サイズを小さくできる。また、車両の電気系の変更によりフィルタ定数を変える必要があるときや、動作温度条件等に合わせるためコンデンサ、コイルの種類を変更しなければいけないときには、基板外のコイル、コンデンサのみの変更で対応できるため、バリエーション増加に対しフレキシブルに対応できる。さらに、堅牢なハウジング１０に当接するアルミベース５０上に、大型部品であるコイルコンデンサモジュール６０が当接しているため振動に対して強い構造となっている。

以上のごとく本実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）電子機器としてのインバータユニットの構成として、冷媒通路１２を有するハウジング１０と、ハウジング１０に取り付けられ、ハウジング１０との間に部品収容空間Ｓ１が形成されるカバー２０と、部品収容空間Ｓ１においてカバー２０に固定されるとともにハウジング１０に当接する熱伝導部材としてのアルミベース５０と、部品収容空間Ｓ１においてアルミベース５０上に設けられたコイルコンデンサモジュール６０と、を備えた。よって、コイルとコンデンサをアルミベース５０上に設けることにより、コイルコンデンサモジュール６０から発せられる熱を、アルミベース５０を介してハウジング１０の冷媒通路１２に逃がすことができ、発熱するコイル、コンデンサの放熱性に優れたインバータユニットを提供することができる。

（２）部品収容空間Ｓ１においてアルミベース５０上に設けられたパワー半導体モジュール７０と、部品収容空間Ｓ１においてアルミベース５０上に設けられ、パワー半導体モジュール７０と電気的に接続された回路基板８０と、を更に備えている。よって、パワー半導体モジュール７０をアルミベース５０上に設けることにより、パワー半導体モジュール７０から発せられる熱を、アルミベース５０を介してハウジング１０の冷媒通路１２に逃がすことができ、放熱性に優れている。

（３）コイルとコンデンサとはモジュール化されているので、コイルとコンデンサの管理、実装、交換が容易となる。
（４）熱伝導部材（５０）はアルミよりなるので、放熱性に優れている。

実施形態は上記に限定されることなく下記のように変更してもよい。
・コイルとコンデンサとはモジュール化せずに実施してもよい。要は、部品収容空間Ｓ１において熱伝導部材（アルミベース５０）上にコイルを設けるとともに同じく部品収容空間Ｓ１において熱伝導部材（アルミベース５０）上にコンデンサを設けた構成であればよい。

・パワースイッチング素子についてもモジュール化せずに実施してもよい。
・熱伝導部材はアルミ以外にも、他の材料、例えば銅製等であってもよい。
・図１では円筒状の電動コンプレッサにおける上面にインバータユニット５を設置したが、円筒状の電動コンプレッサにおける端面にインバータユニットを設置した場合に適用してもよい。

・電子機器としてインバータユニットに適用したが、他の電子機器であってもよい。

（ａ）は本実施形態における車載電動コンプレッサの側面図、（ｂ）は車載電動コンプレッサの正面図。 インバータユニットの断面図。 インバータユニットの分解図。

符号の説明

１０…ハウジング、１２…冷媒通路、２０…カバー、５０…アルミベース、６０…コイルコンデンサモジュール、７０…パワー半導体モジュール、８０…回路基板、Ｓ１…部品収容空間。

Claims (4)

1. 冷媒通路を有するハウジングと、
   前記ハウジングに取り付けられ、前記ハウジングとの間に部品収容空間が形成されるカバーと、
   前記部品収容空間において前記カバーに固定されるとともに前記ハウジングに当接する熱伝導部材と、
   前記部品収容空間において前記熱伝導部材上に設けられたコイルと、
   前記部品収容空間において前記熱伝導部材上に設けられたコンデンサと、
   を備えたことを特徴とする電子機器。
2. 前記部品収容空間において前記熱伝導部材上に設けられたパワースイッチング素子と、
   前記部品収容空間において前記熱伝導部材上に設けられ、前記パワースイッチング素子と電気的に接続された回路基板と、
   を更に備えたことを特徴とする請求項１に記載の電子機器。
3. 前記コイルとコンデンサとはモジュール化されていることを特徴とする請求項１または２に記載の電子機器。
4. 前記熱伝導部材はアルミよりなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の電子機器。

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