JP2012172611A - インバータ一体型電動圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】電磁放射ノイズを小さくできるとともに、外部に漏出する量、更にはアース線から外部に流れる量をも低減することができ、しかもノイズ低減用回路を小型軽量化、低コスト化することができるインバータ一体型電動圧縮機を提供することを目的とする。
【解決手段】圧縮機構と、該圧縮機構を駆動する電動モータ３とが内蔵されるハウジング２に、電動モータ３に印加される電力を制御するインバータ５が一体に組み込まれているインバータ一体型電動圧縮機１において、インバータ５および電動モータ３からの高調波電流が流れる筐体接地されているハウジング２と、電源からの電力をインバータ５に供給するＰＮライン７との間に、それぞれ同容量のインピーダンスＺが挿入接続されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、インバータが一体に組み込まれているインバータ一体型電動圧縮機に関するものである。

電気自動車（ＥＶ車）やハイブリッド車（ＨＥＶ車）等の車両用空調装置に適用される電動圧縮機は、圧縮機構と、該圧縮機構を駆動する電動モータとが内蔵されているハウジングに、電源ユニットから高電圧ライン（ＨＶライン）を介して供給される直流電力を三相交流電力に変換して電動モータに印加し、電動モータを駆動するインバータが一体に組み込まれた構成とされている。このようなインバータ一体型電動圧縮機において、インバータにより駆動される電動モータおよびインバータの電位は、ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御されるため、高調波を多く含んでいる。

上記電動圧縮機において、ハウジングとインバータおよび電動モータとの間には、浮遊容量が存在するため、発生した高調波電流は、導体であるハウジングに流れ、筐体接地されているハウジングのアース線を通して車両ボディーに流れる。また、車両ボディーと車両バッテリ（電源ユニット）との間にも浮遊容量が存在するため、車両ボディーに流れた高調波電流は、車両バッテリを通してインバータ一体型電動圧縮機のＨＶラインへと流れる電流ループを構成する。この高調波電流は、電磁放射ノイズとなるが、車両ボディーを通して高電圧ラインへと流れる電流ループは、面積的に大きくなることから放射ノイズも大きく、それがＡＭ放送周波数帯であった場合、ラジオノイズ源となる。

このＡＭ放送周波数帯域の高調波電流を遮断するため、一般にインバータ一体型電動圧縮機に対して高電圧を供給するＨＶライン上にコモンモードコイルを挿入し、高調波電流に対してハイインピーダンスとなるような対策を採っていた。しかしながら、コモンモードコイルは、ＨＶライン上に挿入するしかなく、ＨＶラインは数十Ａオーダーの大電流が流れることから、コモンモードコイルが必然的に大きくなり、大型化、高コスト化を招く等の問題を内包していた。

そこで、インバータ回路に流れるノイズ電流を低減するため、交流電源に接続される整流回路と、この整流回路の直流出力に平滑回路およびインバータ回路が接続されている電力変換装置において、整流回路の直流出力端子と、モータのアース線との間に、モータとアース端子との間の静電容量からの漏れ電流（高調波を含むノイズ電流）を、整流回路の直流出力端子（ＰＮライン）の双方にバイパスさせる、コンデンサＣとインピーダンス要素Ｌとの直列回路を接続したものが、特許文献１により提案されている。

特開２００３−２３５２６９号公報

しかしながら、上記特許文献１に示されたものは、モータからのアース線に流れたノイズ電流が、アース線からＬＣ直列回路を介して整流回路の直流出力端子（ＰＮライン）にバイパスされる構成とされている。このため、ノイズ電流が流れる電流ループは、アース線を含み面積的に大きくなることから、放射ノイズが大きくなることは避けられず、ノイズ低減効果に限界があった。特に、車両搭載機器では、電磁放射ノイズに対して、厳しい制限が課せられることから、更なる電磁放射ノイズの低減対策が求められていた。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、電磁放射ノイズを小さくできるとともに、外部に漏出する量、更にはアース線から外部に流れる量をも低減することができ、しかもノイズ低減用回路を小型軽量化、低コスト化することができるインバータ一体型電動圧縮機を提供することを目的とする。

上記した課題を解決するために、本発明のインバータ一体型電動圧縮機は、以下の手段を採用する。
すなわち、本発明にかかるインバータ一体型電動圧縮機は、圧縮機構と、該圧縮機構を駆動する電動モータとが内蔵されるハウジングに、前記電動モータに印加される電力を制御するインバータが一体に組み込まれているインバータ一体型電動圧縮機において、前記インバータおよび前記電動モータからの高調波電流が流れる筐体接地されている前記ハウジングと、電源からの電力を前記インバータに供給するＰＮラインとの間に、それぞれ同容量のインピーダンスが挿入接続されていることを特徴とする。

ハウジング内にインバータおよび電動モータが内蔵されているインバータ一体型電動圧縮機では、ハウジングとインバータおよび電動モータとの間に、それぞれ浮遊容量が存在することから、ハウジングに高調波電流が流れ、これが電磁放射ノイズとなる。本発明によれば、インバータがハウジングに一体に組み込まれているインバータ一体型電動圧縮機において、インバータおよび電動モータからの高調波電流が流れる筐体接地されているハウジングと、電源からの電力をインバータに供給するＰＮラインとの間に、それぞれ同容量のインピーダンスが挿入接続されているため、例えばラジオノイズ源等となる目的周波数帯域の上記高調波電流を、筐体接地されているハウジングとＰＮラインとの間に、それぞれ同容量のインピーダンスを挿入接続することにより、導体であるハウジングを介してインバータ一体型電動圧縮機内で完結される小さい電流ループにバイパスさせ、ノイズ電流の発生源に返すことができる。従って、発生する電磁放射ノイズを小さくすることができるとともに、導体であるハウジングで覆うことによって外部に漏出する量、更にはアース線から外部に流れる量をも低減することができる。また、数十Ａオーダーの大電流が流れる高電圧（ＨＶ）ラインにコモンモードコイルを挿入している従来方式に比べ、数ｍＡオーダーのノイズ成分のみをバイパスさせるだけでよく、大容量のコモンモードコイルを不要化して、小型軽量化、低コスト化することができる。特に、小型軽量化が求められる車載用インバータ一体型電動圧縮機では、大容量のコモンモードコイルの省略化は、小型軽量化する上で大きなメリットとなる。

さらに、本発明のインバータ一体型電動圧縮機は、上記のインバータ一体型電動圧縮機において、前記インピーダンスは、コンデンサＣとコイルＬとが直列に接続されたＬＣ直列回路とされていることを特徴とする。

本発明によれば、インピーダンスが、コンデンサＣとコイルＬとが直列に接続されたＬＣ直列回路とされているため、コンデンサＣとコイルＬとの直列回路でインピーダンスを構成し、その共振周波数を、例えばノイズ低減したい周波数付近とすることにより、低減させたいも目的周波数に対して低インピーダンスとすることができる。従って、目的の周波数に対して鋭くインピーダンスを低減させることができ、例えば問題となっているＡＭ放送周波数帯のラジオノイズを確実に低減させることができる。

さらに、本発明のインバータ一体型電動圧縮機は、上記のインバータ一体型電動圧縮機において、前記ＬＣ直列回路は、前記ハウジングと前記ＰＮラインとの間に、それぞれ並列に挿入接続されていることを特徴とする。

本発明によれば、ＬＣ直列回路が、ハウジングとＰＮラインとの間に、それぞれ並列に挿入接続されているため、ＰＮラインの双方、すなわちプラス極、マイナス極の双方に対して、それぞれ同容量のＬＣ直列回路を並列に接続することによって、インピーダンス特性をプラス極およびマイナス極の双方でバランスさせることができる。従って、目的周波数帯域のコモンモードノイズを、アンバランスが生じないようにして確実に低減させることができる。

さらに、本発明のインバータ一体型電動圧縮機は、上述のいずれかのインバータ一体型電動圧縮機において、前記ＬＣ直列回路は、前記ＰＮライン間に、同一容量の２個のコンデンサＣが直列接続された回路が接続され、その直列接続回路の中間点と前記ハウジングとの間にコイルＬが接続された回路構成とされていることを特徴とする。

本発明によれば、ＬＣ直列回路が、ＰＮライン間に、同一容量の２個のコンデンサＣが直列接続された回路が接続され、その直列接続回路の中間点とハウジングとの間にコイルＬが接続された回路構成とされているため、ハウジングとＰＮラインとの間に並列に接続される同容量のＬＣ直列回路を、２個のコンデンサＣと１個のコイルＬとで構成することができる。従って、単純にコンデンサＣとコイルＬとの直列回路を並列に接続したものに比べ、部品数を減らし、更なる構成の簡素化、低コスト化を図ることができる。

さらに、本発明のインバータ一体型電動圧縮機は、上述のいずれかのインバータ一体型電動圧縮機において、前記インピーダンスは、前記ハウジングに組み込まれるインバータ基板側のＰＮ端子と前記ハウジングに接続されるアース端子との間において、前記インバータ基板上に設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、インピーダンスが、ハウジングに組み込まれるインバータ基板側のＰＮ端子とハウジングに接続されるアース端子との間において、インバータ基板上に設けられているため、インピーダンス（ＬＣ直列回路）をインバータ基板上に組み込むことによって、ノイズ低減用回路をインバータに組み込み易くし、インバータ自体のハウジングに対する組み込みスペースを省スペース化することができる。従って、インバータ一体型電動圧縮機の組立て性を向上することができるとともに、その小型軽量化を実現し、車両等に対する搭載性を向上することができる。

本発明によると、例えばラジオノイズ源等となる目的周波数帯域の高調波電流を、筐体接地されているハウジングとＰＮラインとの間に、それぞれ同容量のインピーダンスを挿入接続することによって、導体であるハウジングを介してインバータ一体型電動圧縮機内で完結される小さい電流ループにバイパスさせ、ノイズ電流の発生源に返すことができるため、発生する電磁放射ノイズを小さくすることができるとともに、導体であるハウジングで覆うことによって外部に漏出する量、更にはアース線から外部に流れる量をも低減することができる。また、数十Ａオーダーの大電流が流れる高電圧（ＨＶ）ラインにコモンモードコイルを挿入している従来方式に比べ、数ｍＡオーダーのノイズ成分のみをバイパスさせるだけでよく、大容量のコモンモードコイルを不要化して、小型軽量化、低コスト化することができる。特に、小型軽量化が求められる車載用のインバータ一体型電動圧縮機では、大容量のコモンモードコイルの省略化は、小型軽量化する上で大きなメリットとなる。

本発明の第１実施形態に係るインバータ一体型電動圧縮機のモータ駆動系回路の模式図である。 図１に示すモータ駆動系回路の略式図である。 図１および図２に示すインピーダンス回路の異なる形態（Ａ），（Ｂ）の構成図である。 図１に示すモータ駆動系回路から外部に漏れる高調波電流の低減効果を示す説明図である。 図１および図２に示すインピーダンス回路により目的周波数に対して低インピーダンスとした回路特性の説明図である。 図１に示すインバータ一体型電動圧縮機の概略構成を示す模式図である。 本発明の第２実施形態に係るインバータ一体型電動圧縮機の概略構成を示す模式図である。

以下に、本発明にかかる実施形態について、図面を参照して説明する。
［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態について、図１ないし図６を用いて説明する。
図１には、本発明の第１実施形態に係るインバータ一体型電動圧縮機のモータ駆動系回路の模式図が示され、図２には、その略式図が示されている。また、図６には、インバータ一体型電動圧縮機の概略構成を示す模式図が示されている。
インバータ一体型電動圧縮機１は、アルミダイカスト製の導体からなるハウジング（筐体）２を備えており、そのハウジング２の内部に、圧縮機構（図示省略）と、それを駆動する電動モータ３が内蔵された構成とされている。

また、ハウジング２の外周には、インバータ収容部４（図６参照）が一体に成形されており、このインバータ収容部４内にインバータ５が収容設置されることによって、ハウジング２の外周にインバータ５が一体に組み込まれたインバータ一体型電動圧縮機１が構成されている。このインバータ一体型電動圧縮機１は、車載の電源ユニット６のバッテリから電源ケーブル（ＨＶライン）を介してインバータ５のＰＮライン７に供給された高電圧の直流電力が、インバータ５を介して指令周波数の三相交流電力に変換された後、ハウジング２内に内蔵されている電動モータ３に印加されることにより、電動モータ３が駆動されるように構成されている。

インバータ５としては、半導体スイッチング回路を備えており、制御回路を介してその電流流通率を変えて出力電圧を制御するＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御方式を採用し、電動モータ３の速度制御を行うものが一般的である。このように、ＰＷＭ制御されるインバータ５により駆動される電動モータ３およびインバータ５の電位は、高調波を多く含んだものとなる。なお、インバータ５自体は、公知のものであり、ここでの詳細説明は省略する。

車載用のインバータ一体型電動圧縮機１は、インバータ５、電動モータ３および圧縮機構を構成するメカ部分が、１つのハウジング（筐体）２内に収容設置されている。このハウジング２と電動モータ３およびインバータ５との間には、図１中に破線で示されているように、浮遊容量Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３が存在するため、電動モータ３およびインバータ５で発生した高調波電流はハウジング２側に流れることになる。ハウジング２は、通常、アース線８を介して車両ボディー９に筐体接地されていることから、ハウジング２側に流れた高調波電流は、アース線８を通して車両ボディー９に流れるようになっている。

さらに、車両ボディー９と車載用電源ユニット６との間にも、浮遊容量Ｑ４が存在していることから、車両ボディー９に流れた高調波電流は、車載用電源ユニット６から電源ケーブルを介してインバータ５のＰＮライン７に流れる大きな電流ループを構成することになる。このように、電動モータ３およびインバータ５で発生したノイズ成分である高調波電流により大きな電流ループが構成されると、それが大きな電磁放射ノイズとなり、その周波数帯域がＡＭ放送周波数帯であった場合、ラジオノイズ源となってしまう。

そこで、本実施形態では、上記したノイズ電流を低減するため、インバータ一体型電動圧縮機１のハウジング２と、インバータ５に高電圧を入力するＰＮライン７との間に、それぞれ同容量の小さいインピーダンスＺを挿入接続した構成を採用している。このインピーダンスＺは、図１および図３（Ａ）に示されるように、ＰＮライン７のプラス極およびマイナス極の双方と、筐体接地されているハウジング２との間に、コモンモード電流を流すコンデンサＣ１とコイルＬ１およびコンデンサＣ２とコイルＬ２を、それぞれ直列に接続したＬＣ直列回路（ＬＣフィルタ回路）１０，１１を並列に接続した回路構成とされている。

なお、上記ＬＣ直列回路１０，１１は、図３（Ｂ）に示されるように、ＰＮライン７のプラス極とマイナス極との間に、同一容量の２個のコンデンサＣ３，Ｃ４が直列に接続された回路を接続し、その直列接続回路の中間点Ｍと、筐体接地されているハウジング２との間に、コイルＬ３を接続した構成のＬＣ直列回路（ＬＣフィルタ回路）１２により代替してもよい。

また、上記インピーダンスＺ、すなわちＬＣ直列回路１０，１１は、具体的には、図６に示されるように、インバータ収容部４内に収容設置されているインバータ５の制御基板（インバータ基板）５Ａに設けられているＰＮ端子１３，１４と、筐体接地されているハウジング２との間に、互いに並列に接続された回路構成とされている。

このようにして、インバータ５および電動モータ３で発生するノイズ成分となる高調波電流を、筐体接地されているハウジング２からＬＣ直列回路１０，１１を経てＰＮライン７にバイパスさせ、インバータ一体型電動圧縮機１内で完結される小さな電流ループに流してノイズ電流の発生源に返すようにし、図２に示されるように、導体であるハウジング２でシールドした構成とすることによって、電磁放射ノイズが外部に漏出しないようにしている。

斯くして、本実施形態によると、以下の作用効果を奏する。
インバータ５がＰＷＭ制御されることにより発生した高調波電流は、浮遊容量Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３を経て筐体接地されているハウジング２に流れる。このノイズ成分となる高調波電流は、ハウジング２と、インバータ５のＰＮライン７のプラス極およびマイナス極の双方との間に、それぞれ並列に挿入接続されている低減目標の周波数に対して低インピーダンスとされたインピーダンスＺ、すなわちＬＣ直列回路（ＬＣフィルタ回路）１０，１１にバイパスされ、ノイズ電流の発生源に返されるようになっている。

このように、電動モータ３およびインバータ５で発生したノイズ成分となる高調波帯域のコモンモード電流は、インバータ一体型電動圧縮機１内の筐体接地されている導体のハウジング２から低インピーダンスのＬＣ直列回路１０，１１を経てインバータ５のＰＮライン７にバスパスする、インバータ一体型電動圧縮機１内で完結する小ループの電流ループを流れることになる。

つまり、ハウジング２とＰＮライン７との間には、同容量の小さいインピーダンスＺが並列に挿入接続され、それぞれがＬＣ直列回路１０，１１で構成されており、その共振周波数が、ノイズを低減させたい周波数付近とされ、目的周波数に対して低インピーダンスとされている。このため、図５に示されるように、目的周波数に対して鋭くインピーダンスを低減させることが可能となる。なお、図５に示されるものは、５００ｋＨｚ付近の周波数を低減させたい目的周波数としたものの回路特性図である。

従って、本実施形態によると、図４の示されるように、発生するノイズ電流（電磁放射ノイズ）を小さくすることができるとともに、それを導体であるハウジング２で覆うことによって外部に漏出する量、あるいはアース線７から外部に流れる量を低減することができる。また、ノイズ電流を低減するため、数十Ａオーダーの大電流が流れるＨＶラインにコモンモードコイルを挿入している従来方式に比べ、数ｍＡオーダーのノイズ成分のみをバイパスさせるだけでよく、大容量のコモンモードコイルを不要化し、小型軽量化、低コスト化することができる。特に、小型軽量化が求められる車載用インバータ一体型電動圧縮機１では、大容量のコモンモードコイルの省略化は、小型軽量化する上で大きなメリットとなる。

また、インピーダンスＺが、上記の如く、コンデンサＣ１，Ｃ２とコイルＬ１，Ｌ２とが直列に接続されたＬＣ直列回路１０，１１とされているため、ＬＣ直列回路１０，１１の共振周波数を、例えばノイズ低減したい周波数付近とし、低減させたい目的周波数に対して低インピーダンスとすることにより、目的の周波数に対して鋭くインピーダンスを低減させることができる。これによって、例えば問題となっているＡＭ放送周波数帯のラジオノイズを確実に低減させることができる。

また、ＬＣ直列回路１０，１１が、ハウジング２とＰＮライン７との間に、それぞれ並列に挿入接続され、ＰＮライン７の双方、すなわちプラス極およびマイナス極の双方に対して、それぞれ同容量のＬＣ直列回路１０，１１が並列に接続された構成とされることによって、インピーダンス特性をプラス極およびマイナス極の双方でバランスさせることができる。従って、目的周波数帯域のコモンモードノイズをアンバランスが生じないようにして、確実に低減することができる。

さらに、ハウジング２とＰＮライン７との間に挿入するインピーダンスＺを構成するＬＣ直列回路を、図３（Ｂ）に示されるように、ＰＮライン７間に、同一容量の２個のコンデンサＣ３，Ｃ４が直列接続された回路が接続され、その直列接続回路の中間点Ｍとハウジング２との間にコイルＬ３を接続した構成のＬＣ直列回路１２とすることにより、ＬＣ直列回路１２を、２個のコンデンサＣ３，Ｃ４と１個のコイルＬ３とで構成することができる。このため、コンデンサＣとコイルＬとの直列回路を並列に接続したものに比べ、部品数を減らし、更なる構成の簡素化、低コスト化を図ることができる。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について、図７を用いて説明する。
本実施形態は、上記した第１実施形態に対して、インピーダンスＺの挿入接続形態が異なっている。その他の点については、第１実施形態と同様であるので説明は省略する。
本実施形態においては、図７に示されるように、インバータ一体型電動圧縮機１のハウジング（筐体）２と、ＰＮラインとの間に挿入接続されるインピーダンスＺ、すなわちコンデンサＣとコイルＬとを直列に接続したＬＣ直列回路１０，１１（１２）を、インバータ５の制御基板（インバータ基板）５Ａに組み込んだ構成としている。

つまり、本実施形態では、ＬＣ直列回路１０，１１（１２）により構成されるインピーダンスＺは、ハウジング２のインバータ収容部４内に収容設置されるインバータ５の制御基板（インバータ基板）５Ａに設けられているＰＮ端子１３，１４と、ハウジング２に接続されるアース端子１５との間において、インバータ５の制御基板５Ａ上に組み込まれた構成とされている。

斯くして、本実施形態によれば、ＬＣ直列回路１０，１１（１２）により構成されるインピーダンスＺが、ハウジング２に組み込まれるインバータ５の制御基板５Ａ側のＰＮ端子１３，１４とハウジング２に接続されるアース端子１５との間において、制御基板５Ａ上に設けられている。このため、電磁放射ノイズ低減用回路をインバータ５に組み込み易くし、インバータ５自体のハウジング２に対する組み込みスペースを省スペース化することができる。従って、インバータ一体型電動圧縮機１の組立て性を向上することができるとともに、その小型軽量化を実現し、車両等に対する搭載性を向上することができる。

なお、本発明は、上記実施形態にかかる発明に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、適宜変形が可能である。例えば、電動圧縮機１のハウジング２に対するインバータ５の組み込み構成については、様々な様式が考えられ、その様式について特に制限されるものではない。また、ハウジング２とＰＮライン７との間に挿入されるインピーダンスＺについては、ＬＣ直列回路として例について説明したが、必ずしもコンデンサＣとコイルＬとの直列回路のみに限定されるものではなく、他の要素からなるフィルタ回路としてもよい。

１ インバータ一体型電動圧縮機
２ ハウジング（筐体）
３ 電動モータ
５ インバータ
５Ａ 制御基板（インバータ基板）
７ ＰＮライン
１０，１１，１２ ＬＣ直列回路
１３，１４ ＰＮ端子
１５ アース端子
Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４ コンデンサ
Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３ コイル
Ｚ インピーダンス

Claims (5)

1. 圧縮機構と、該圧縮機構を駆動する電動モータとが内蔵されるハウジングに、前記電動モータに印加される電力を制御するインバータが一体に組み込まれているインバータ一体型電動圧縮機において、
   前記インバータおよび前記電動モータからの高調波電流が流れる筐体接地されている前記ハウジングと、電源からの電力を前記インバータに供給するＰＮラインとの間に、それぞれ同容量のインピーダンスが挿入接続されていることを特徴とするインバータ一体型電動圧縮機。
2. 前記インピーダンスは、コンデンサＣとコイルＬとが直列に接続されたＬＣ直列回路とされていることを特徴とする請求項１に記載のインバータ一体型電動圧縮機。
3. 前記ＬＣ直列回路は、前記ハウジングと前記ＰＮラインとの間に、それぞれ並列に挿入接続されていることを特徴とする請求項２に記載のインバータ一体型電動圧縮機。
4. 前記ＬＣ直列回路は、前記ＰＮライン間に、同一容量の２個のコンデンサＣが直列接続された回路が接続され、その直列接続回路の中間点と前記ハウジングとの間にコイルＬが接続された回路構成とされていることを特徴とする請求項２または３に記載のインバータ一体型電動圧縮機。
5. 前記インピーダンスは、前記ハウジングに組み込まれるインバータ基板側のＰＮ端子と前記ハウジングに接続されるアース端子との間において、前記インバータ基板上に設けられていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のインバータ一体型電動圧縮機。
   

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