JP2019068650A - 電動圧縮機用インバータモジュール - Google Patents

Abstract

【課題】部品点数を削減すること。【解決手段】電動圧縮機用インバータモジュール４０は、基板４１と、基板４１に設けられたインバータ回路４２と、樹脂ケース１０１と、出力コネクタ９１，９２，９３と、を備える。インバータ回路４２は、負極用端子６４と、正極用端子６５と、出力バスバー７１、７６，８１と、を備える。出力バスバー７１の出力部７５には、出力コネクタ９１が一体に形成されている。出力バスバー７６の出力部８０には、出力コネクタ９２が一体に形成されている。出力バスバー８１の出力部８５には、出力コネクタ９３が一体に形成されている。【選択図】図２

Description

本発明は、電動圧縮機用インバータモジュールに関する。

モータによって駆動する電動圧縮機には、電動圧縮機用インバータモジュールが搭載されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の電動圧縮機用インバータモジュールは、交流電力が出力される出力バスバーと、出力バスバーに接合された出力コネクタと、を備える。出力コネクタには、モータに設けられた気密端子が電気的に接続される。気密端子を介して、モータに交流電力が供給されることで、モータは駆動する。

特開２０１４−８６２５３号公報

ところで、電動圧縮機用インバータモジュールの部品点数を削減することが望まれている。
本発明の目的は、部品点数を削減することができる電動圧縮機用インバータモジュールを提供することにある。

上記課題を解決する電動圧縮機用インバータモジュールは、モータによって駆動する電動圧縮機に搭載される電動圧縮機用インバータモジュールであって、基板と、前記基板に設けられたインバータ回路と、前記モータに設けられた気密端子に電気的に接続される出力コネクタと、を備え、前記インバータ回路は、交流電力を出力するための出力バスバーを備え、前記出力コネクタと、前記出力バスバーとが一体に形成されている。

これによれば、出力バスバーと、出力コネクタとが一体に形成されることで、これらは単一の部品となる。出力バスバーと、出力コネクタとを別体とする場合に比べると、部品点数を削減することができる。

上記電動圧縮機用インバータモジュールについて、前記出力コネクタは、前記出力バスバーに連設された平板部と、前記気密端子が挿入される筒状部と、を備えていてもよい。
これによれば、筒状部に気密端子を挿入することで、出力コネクタと気密端子とを電気的に接続することができる。

上記電動圧縮機用インバータモジュールについて、前記インバータ回路を囲むように設けられた樹脂ケースを備え、前記平板部は、前記樹脂ケースに埋め込まれていてもよい。
これによれば、平板部に板厚方向に向けた力が加わっても、平板部が変形しにくい。

上記電動圧縮機用インバータモジュールについて、前記出力バスバーは、前記インバータ回路を構成する半導体素子及び導体パターンに直接接合されていてもよい。
これによれば、半導体素子及び導体パターンと、出力バスバーとをワイヤを介して接続する場合に比べて、部品点数の削減が図られる。

本発明によれば、部品点数を削減することができる。

電動圧縮機用インバータモジュールが搭載される電動圧縮機の概要図。 電動圧縮機用インバータモジュールの平面図。 樹脂ケースを省略した状態の電動圧縮機用インバータモジュールを示す斜視図。 出力バスバーと出力コネクタを拡大して示す図２の４−４線断面図。 出力バスバーと出力コネクタを拡大して示す断面図。 比較例の電動圧縮機用インバータモジュールを示す断面図。 変形例の電動圧縮機用インバータモジュールを示す断面図。

以下、電動圧縮機用インバータモジュールの一実施形態について説明する。
図１に示すように、電動圧縮機１０は、シャフト１１と、シャフト１１の回転により駆動する圧縮機構（例えば、スクロール圧縮機構）１２と、シャフト１１を回転させるモータ２０と、モータ２０に設けられた気密端子２５と、ハウジング３０と、カバー３５と、を備える。

ハウジング３０は、有底筒状の第１ハウジング３１と、第１ハウジング３１の開口部に設けられる有蓋円筒状の第２ハウジング３２と、を備える。第１ハウジング３１は、第１ハウジング３１内に冷媒を流入させる流入口３３を備える。第１ハウジング３１の底部は、第１ハウジング３１の軸線方向に貫通する孔３４を備える。

圧縮機構１２、及び、モータ２０は、第１ハウジング３１に収容されている。カバー３５は、ハウジング３０の外面に取り付けられることで、ハウジング３０の外面とカバー３５に囲まれる領域に収容領域Ｓを区画している。本実施形態において、カバー３５は第１ハウジング３１の底部に取り付けられている。孔３４は、第１ハウジング３１内と、収容領域Ｓとを連通させている。

モータ２０は、三相交流モータである。モータ２０は、シャフト１１に固定されたロータ２１と、ロータ２１の外側に配置されるものであって第１ハウジング３１の内面に固定されたステータ２２と、を備える。ステータ２２は、円筒形状のステータコア２３と、ステータコア２３に捲回されたコイル２４と、を備える。コイル２４には、気密端子２５が接続されている。気密端子２５を介してコイル２４に電流が流れることによって、ロータ２１とシャフト１１とが一体的に回転する。

気密端子２５は、第１ハウジング３１の気密性を保ちつつ、第１ハウジング３１の外部に延びている。気密端子２５は、３相（Ｕ相、Ｖ相、及び、Ｗ相）のコイル２４に対応して３つの導電部材２６（図１では１つのみ図示）を備える。各導電部材２６は、円柱状の金属端子である。各導電部材２６は、孔３４に挿通されている。これにより、各導電部材２６の一部は、孔３４から収容領域Ｓ内に突出している。

気密端子２５は、各導電部材２６を支持する支持プレート２７を備える。各導電部材２６は、支持プレート２７を貫通している。各導電部材２６と支持プレート２７との間には、図示しない絶縁部材が介在されている。支持プレート２７は、収容領域Ｓ内に配置されている。

電動圧縮機１０には、モータ２０のコイル２４に交流電力を供給するための電動圧縮機用インバータモジュール（以下、インバータモジュールと称する）４０が搭載されている。インバータモジュール４０は、バッテリから供給される直流電力を交流電力に変換して出力する。インバータモジュール４０から出力された交流電力は、気密端子２５を介してコイル２４に供給され、これにより電動圧縮機１０が駆動する。以下、インバータモジュール４０について詳細に説明する。

図２、及び、図３に示すように、インバータモジュール４０は、基板４１と、基板４１に設けられたインバータ回路４２と、樹脂ケース１０１と、出力コネクタ９１，９２，９３と、を備える。本実施形態の基板４１は、扇状である。

樹脂ケース１０１は、枠部１０２と、枠部１０２の外面から突出する突出部１０３と、を備える。枠部１０２は、インバータ回路４２を囲むように基板４１に設置されている。図示は省略するが、枠部１０２の内側には、封止樹脂（ポッティング樹脂）が設けられている。突出部１０３は、３相（Ｕ相、Ｖ相、及び、Ｗ相）に対応して３つ設けられている。各突出部１０３は、貫通孔１０４を備える。貫通孔１０４は、基板４１の板厚方向に貫通している。

インバータ回路４２は、６つのスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６と、６つのダイオードＤ１〜Ｄ６と、基板４１に設けられた導体パターン４３〜５４と、配線用電極６１〜６３と、シャント抵抗Ｒｓ１〜Ｒｓ３と、を備える。本実施形態において、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６、及び、ダイオードＤ１〜Ｄ６が半導体素子となる。

本実施形態では、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６としてＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）を用いている。スイッチング素子Ｑ１，Ｑ３，Ｑ５は、上アーム用のスイッチング素子であり、スイッチング素子Ｑ２，Ｑ４，Ｑ６の下アーム用スイッチング素子である。

複数の導体パターン４３〜５４は、例えば、銅などの金属によって形成されている。スイッチング素子Ｑ１と、ダイオードＤ１とは、導体パターン４３に接合されている。スイッチング素子Ｑ２と、ダイオードＤ２とは、導体パターン４３に隣り合う導体パターン４４に接合されている。

スイッチング素子Ｑ３と、ダイオードＤ３とは、導体パターン４５に接合されている。スイッチング素子Ｑ４と、ダイオードＤ４とは、導体パターン４５に隣り合う導体パターン４６に接合されている。

スイッチング素子Ｑ５と、ダイオードＤ５とは、導体パターン４７に接合されている。スイッチング素子Ｑ６と、ダイオードＤ６とは、導体パターン４７に隣り合う導体パターン４８に接合されている。なお、各導体パターン４３〜４８には、各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のコレクタ電極、及び、ダイオードＤ１〜Ｄ６のカソードが接続されている。

２つの導体パターン４９，５０には、シャント抵抗（チップ抵抗器）Ｒｓ１が接合されている。２つの導体パターン５１，５２にはシャント抵抗（チップ抵抗器）Ｒｓ２が接合されている。２つの導体パターン５３、５４にはシャント抵抗（チップ抵抗器）Ｒｓ３が接合されている。

配線用電極６１は、スイッチング素子Ｑ２、ダイオードＤ２、及び、導体パターン５０に直接接合されている。配線用電極６２は、スイッチング素子Ｑ４、ダイオードＤ４、及び、導体パターン５２に直接接合されている。配線用電極６３は、スイッチング素子Ｑ６、ダイオードＤ６、及び、導体パターン５４に直接接合されている。各配線用電極６１〜６３は、スイッチング素子Ｑ２，Ｑ４，Ｑ６のエミッタ電極、及び、ダイオードＤ２，Ｄ４，Ｄ６のアノードに接続されている。

インバータ回路４２は、６つの制御端子５６を備える。制御端子５６は、それぞれ、各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のゲート電極に電気的に接続される。そして、制御端子５６に接続される制御装置により、各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６はオン／オフ制御される。

インバータ回路４２は、負極用端子６４と、正極用端子６５と、出力バスバー７１、７６，８１と、を備える。負極用端子６４は導体パターン４９，５１，５３に接合されている。正極用端子６５は、導体パターン４３，４５，４７に接合されている。負極用端子６４には、バッテリの負極が接続され、正極用端子６５にはバッテリの正極が接続される。

出力バスバー７１は、スイッチング素子Ｑ１に直接接合される第１接続部７２と、ダイオードＤ２に直接接合される第２接続部７３と、導体パターン４４に直接接合される第３接続部７４と、出力部７５と、を備える。出力バスバー７６は、スイッチング素子Ｑ３に直接接合される第１接続部７７と、ダイオードＤ３に直接接合される第２接続部７８と、導体パターン４６に直接接合される第３接続部７９と、出力部８０と、を備える。出力バスバー８１は、スイッチング素子Ｑ５に直接接合される第１接続部８２と、ダイオードＤ５に直接接合される第２接続部８３と、導体パターン４８に直接接合される第３接続部８４と、出力部８５と、を備える。出力バスバー７１，７６，８１は、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ３，Ｑ５、ダイオードＤ１，Ｄ３，Ｄ５、及び、導体パターン４４，４６，４８に直接接合されており、所謂、ＤＬＢ（ダイレクト・リード・ボンディング）によって接合されているといえる。なお、出力バスバー７１，７６，８１は、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ３，Ｑ５のエミッタ電極、及び、ダイオードＤ１，Ｄ３，Ｄ５のアノードに接続されている。

各出力バスバー７１，７６，８１の出力部７５，８０，８５は、それぞれ、基板４１の面に沿って、基板４１の外縁よりも外側に突出している。
出力バスバー７１の出力部７５には、出力コネクタ９１が一体に形成されている。出力バスバー７６の出力部８０には、出力コネクタ９２が一体に形成されている。出力バスバー８１の出力部８５には、出力コネクタ９３が一体に形成されている。

なお、「一体」とは、出力バスバーと出力コネクタとを溶接などで接合することで一体化したものを示すものではなく、出力バスバー７１，７６，８１と出力コネクタ９１，９２，９３とが継目無く繋がっていることを示す。インバータモジュール４０は、出力バスバー７１，７６，８１と出力コネクタ９１，９２，９３とを含む接続部材Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３を備えているといえる。この接続部材Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３の一部が出力バスバー７１，７６，８１であり、接続部材Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３の一部が出力コネクタ９１，９２，９３となる。

図３、及び、図４に示すように、出力コネクタ９１は、出力バスバー７１に連設された平板部９４と、平板部９４の板厚方向に延びる筒状部９５と、を備える。同様に、出力コネクタ９２は、平板部９６と、筒状部９７と、を備える。出力コネクタ９３は、平板部９８と、筒状部９９と、を備える。本実施形態の筒状部９５，９７，９９は、円筒状である。筒状部９５，９７，９９の内周面に囲まれる孔は、平板部９４，９６，９８の板厚方向に貫通している。筒状部９５，９７，９９は、平板部９４，９６，９８に対して、導電部材２６が挿入される側とは反対側に突出するように形成されている。出力コネクタ９１，９２，９３は、出力バスバー７１，７６，８１にバーリング加工を施すことで形成することができる。

出力バスバー７１の一部、及び、出力コネクタ９１の一部は、樹脂ケース１０１に埋め込まれている。具体的にいえば、出力バスバー７１の出力部７５は、枠部１０２及び突出部１０３に埋め込まれている。出力コネクタ９１の平板部９４の周縁部は突出部１０３に埋め込まれている。一方で、出力コネクタ９１の筒状部９５は、貫通孔１０４内に位置しており、樹脂ケース１０１に埋め込まれていない。筒状部９５の軸線方向と、貫通孔１０４の軸線方向とは一致している。接続部材（出力バスバー７１及び出力コネクタ９１）Ｌ１は、樹脂ケース１０１の製造に際して、インサート成型を行うことで樹脂ケース１０１に埋め込まれる。出力バスバー７６，８１の出力部８０，８５についても、出力バスバー７１と同様の態様で樹脂ケース１０１に埋め込まれている。出力コネクタ９２，９３の平板部９６，９８についても、出力コネクタ９１と同様の態様で樹脂ケース１０１に埋め込まれている。

図５に示すように、出力コネクタ９１の筒状部９５には気密端子２５の導電部材２６が挿入される。筒状部９５の内面と、導電部材２６の外面とが接触することで、出力コネクタ９１と気密端子２５とは電気的に接続される。同様に、出力コネクタ９２，９３の筒状部９７，９９にも気密端子２５の導電部材２６が挿入され、出力コネクタ９２，９３と気密端子２５とが電気的に接続される。これにより、インバータモジュール４０と、モータ２０のコイル２４とは電気的に接続され、出力バスバー７１から出力される交流電力がコイル２４に供給可能となる。

次に、本実施形態のインバータモジュール４０の作用について説明する。まず、比較例の電動圧縮機用インバータモジュールについて説明する。
図６に示すように、比較例の電動圧縮機用インバータモジュール２００は、出力バスバー２０１と、出力コネクタ２０２とを備える。出力コネクタ２０２は、円筒状の筒状部２０３と、筒状部２０３の軸線方向の一端に設けられた蓋２０４と、を備える。蓋２０４は、有底円筒状である。筒状部２０３は、蓋２０４に圧入されている。これにより、筒状部２０３と蓋２０４とは一体化されている。出力バスバー２０１は、基板２０５から蓋２０４と向かい合う位置にまで延びている。出力バスバー２０１と、出力コネクタ２０２とは溶接されることで一体化されている。

出力バスバー２０１と、出力コネクタ２０２とを溶接する際には、出力バスバー２０１と、出力コネクタ２０２とを個別に樹脂ケース２０６にインサート成型する。そして、インサート成型により樹脂ケース２０６に埋め込まれた出力バスバー２０１と、出力コネクタ２０２とを溶接する。

これに対して、本実施形態のインバータモジュール４０は、出力バスバー７１、７６，８１と出力コネクタ９１，９２，９３とが一体であるため、溶接を行うことで出力バスバー７１、７６，８１と出力コネクタ９１，９２，９３とを一体化する必要がない。

したがって、上記実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。
（１）気密端子２５が電気的に接続される出力コネクタ９１，９２，９３と、出力バスバー７１，７６，８１とは一体に形成されており、単一の部品（接続部材Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３）である。出力コネクタ９１，９２，９３と、出力バスバー７１，７６，８１とを別体とする場合に比べて部品点数を削減することができる。

（２）仮に、出力コネクタと、出力バスバーとが別体の場合、溶接などにより両者を接合する必要があり、製造工程が増加する。出力コネクタ９１，９２，９３と出力バスバー７１，７６，８１とを一体とすることで、出力コネクタ９１，９２，９３と出力バスバー７１，７６，８１を接合する必要がなく、インバータモジュール４０の製造工程を少なくすることができる。したがって、インバータモジュール４０の製造コストの削減が図られる。

（３）出力コネクタと、出力バスバーとを接合する場合、出力コネクタの品質管理、出力バスバーの品質管理に加えて、接合箇所の品質管理を行う必要がある。即ち、個別の部品の品質管理に加えて、接合箇所の品質管理を行う必要があり、品質管理が煩雑になる。これに対し、出力バスバー７１，７６，８１と出力コネクタ９１，９２，９３とが一体に形成されている場合、接合箇所の品質管理を行う必要がなく、接続部材Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３の品質管理を行えばよい。このため、品質管理が容易になる。

（４）出力コネクタ９１，９２，９３は、平板部９４，９６，９８と、筒状部９５，９７，９９と、を備える。筒状部９５，９７，９９には、気密端子２５が挿入可能であり、気密端子２５を筒状部９５，９７，９９に挿入することで出力コネクタ９１，９２，９３と、気密端子２５とを接続することができる。また、気密端子２５が挿入される部分を筒状部９５，９７，９９とすることで、気密端子２５と出力コネクタ９１，９２，９３との接触面積を確保しやすい。

（５）平板部９４，９６，９８は、樹脂ケース１０１の突出部１０３に埋め込まれている。このため、平板部９４，９６，９８に板厚方向への力が加わった場合でも、平板部９４，９６，９８が変形しにくい。このため、筒状部９５，９７，９９に気密端子２５を挿入する際に、挿入を行いやすい。

（６）出力バスバー７１，７６，８１は、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ３，Ｑ５、ダイオードＤ１，Ｄ３，Ｄ４、及び、導体パターン４４，４６，４８に直接接合されている。スイッチング素子Ｑ１，Ｑ３，Ｑ５、ダイオードＤ１，Ｄ３，Ｄ４、及び、導体パターン４４，４６，４８に接合されたワイヤを出力バスバーに接合する場合に比べると、部品点数を削減することができる。また、ワイヤを用いる場合に比べて、品質管理が容易になる。

（７）出力バスバー７１，７６，８１と、出力コネクタ９１，９２，９３とを一体とすることで、出力バスバーと出力コネクタとを接合する場合に比べて、接続部材Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３の抵抗値を低減させることができる。

なお、実施形態は以下のように変更してもよい。
○図７に示すように、出力バスバー１２０は、ワイヤ１１０を介してスイッチング素子Ｑ１，Ｑ３，Ｑ５、ダイオードＤ１，Ｄ３，Ｄ４、及び、導体パターン４４，４６，４８に接合されていてもよい。この場合、出力バスバー１２０は、出力部１２１を備える。そして、出力部１２１には、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ３，Ｑ５、ダイオードＤ１，Ｄ３，Ｄ４、及び、導体パターン４４，４６，４８のそれぞれに接続されたワイヤ１１０が接合される。この場合であっても、出力バスバー１２０と出力コネクタ９１とを一体に形成することで、部品点数の削減が図られる。

○出力コネクタ９１，９２，９３は、樹脂ケース１０１に埋め込まれていなくてもよい。この場合、突出部１０３には、出力バスバー７１，７６，８１のみが埋め込まれることになる。

○出力コネクタ９１，９２，９３の形状は、気密端子２５と電気的に接続可能な形状であればよい。例えば、出力コネクタ９１，９２，９３は、平板部９４，９６．９８に気密端子２５が挿入される孔を設けた形状でもよく、筒状部９５，９７，９９を備えていなくてもよい。

○筒状部９５，９７，９９は、筒状であればよく、多角筒状であってもよい。この場合、導電部材２６の形状を筒状部９５，９７，９９の形状に合わせて変更してもよい。
○圧縮機構としては、遠心圧縮機構（インペラ）など、モータ２０によって駆動されるものであればよい。

○樹脂ケース１０１は、突出部１０３を備えていなくてもよい。
○スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６としては、ＭＯＳＦＥＴなどを用いてもよい。

Ｄ１〜Ｄ６…ダイオード（半導体素子）、Ｑ１〜Ｑ６…スイッチング素子（半導体素子）、１０…電動圧縮機、２０…モータ、２５…気密端子、４０…電動圧縮機用インバータモジュール、４１…基板、４２…インバータ回路、４３〜５４…導体パターン、７１，７６，８１…出力バスバー、９１，９２，９３…出力コネクタ、９４，９６，９８…平板部、９５，９７，９９…筒状部、１０１…樹脂ケース。

Claims (4)

1. モータによって駆動する電動圧縮機に搭載される電動圧縮機用インバータモジュールであって、
   基板と、
   前記基板に設けられたインバータ回路と、
   前記モータに設けられた気密端子に電気的に接続される出力コネクタと、を備え、
   前記インバータ回路は、交流電力を出力するための出力バスバーを備え、
   前記出力コネクタと、前記出力バスバーとが一体に形成されている電動圧縮機用インバータモジュール。
2. 前記出力コネクタは、
   前記出力バスバーに連設された平板部と、
   前記気密端子が挿入される筒状部と、を備える請求項１に記載の電動圧縮機用インバータモジュール。
3. 前記インバータ回路を囲むように設けられた樹脂ケースを備え、
   前記平板部は、前記樹脂ケースに埋め込まれている請求項２に記載の電動圧縮機用インバータモジュール。
4. 前記出力バスバーは、前記インバータ回路を構成する半導体素子及び導体パターンに直接接合されている請求項１〜請求項３のうちいずれか一項に記載の電動圧縮機用インバータモジュール。