JP2019195262A - インバータの電子モジュール及びその装着方法 - Google Patents
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Abstract
Description
モジュール式インバータが圧縮機の機械部分に装着されると、キャリア又は基板は、圧縮機の金属製ハウジングと熱的に密接に接触するようになる。電力スイッチの熱は、基板からハウジングを通って冷たい吸引ガスに向かって拡散される。
非モジュール式インバータ方式は、間接的な熱伝達の欠点及び熱伝導性材料の2つの中間挿入物を必要とするという欠点を回避することができる。また、多くの場合は密封部も省略し得る。
しかしながら、インバータは圧縮機の製造工程上で、コンピュータ制御ライン上で組み立てなければならない。しかし上記の状況は、クリーンルームの条件が欠けているために、はんだ付けエラーが発生する危険性がある。
更に、ボード上の汚れは、電気的エラーを引き起こす可能性がある。加えて、機械式圧縮機部分やインバータも、それらの機能について事前に別々に試験することができないので、その結果、不合格品の検出が遅くなるたにコストが高くなる。更に、非モジュラインバータはほとんど分解できないため、修理方法も制限される。
前記外部支持構造部(2a)は、前記回路基板(3)を支持し、固定要素を用いてベース平面(15)に置かれている電子モジュール(1)を前記支持構造物(2)の接触面に沿って圧縮機ハウジング(20)に強固に設置するために必要な固定装置を備え、
前記外部支持構造部(2a)により取り囲まれた前記内部支持構造部(2b)は、弾力的に形成されているか又は前記外部支持構造部(2a)と弾力的に連結され、1つ又は複数の前記パワー半導体(4)を支持し、前記固定要素を用いて前記外部支持構造部(2a)及び前記回路基板(3)の固定と関係なく前記圧縮機ハウジング(20)で前記内部支持構造部(2b)の固定を可能にする前記固定装置を備え、
前記パワー半導体(4)により、前記圧縮機ハウジング(20)に前記内部支持構造部(2b)を固定させるための前記接触面が少なくとも部分的に形成され、
前記接触面は、固定されない状態では前記ベース平面(15)から外部に突出し、前記接触面が前記内部支持構造部(2b)の弾力的な形成によって、前記ベース平面(15)を基準に法線の方向に前記外部支持構造部(2a)との連結部から押し出され得て、弾性効果の付勢により必要な接触圧力が前記パワー半導体(4)と前記圧縮機ハウジング(20)との間に直接提供できることを特徴とする。
前記1つ以上の前記中間回路キャパシタ(17)及び前記EMC−フィルターコイル(16)が、前記外部支持構造部(2a)内部に設置されていることを特徴とする。
前記パワー半導体(4)、前記バスバー(12)、前記EMC−フィルターコイル(16)及び前記1つ以上の中間回路キャパシタ(17)が、前記回路基板(3)に選択的にハンダ付けされていることを特徴とする。
前記内部支持構造部(2b)が、合成材料で製造されていることを特徴とする。
前記固定装置を用いて前記電子モジュール(1)を圧縮機ハウジング(20)に堅固に設置するために必要な外部支持構造部(2a)の前記固定装置が、金属スリーブ(11)であることを特徴とする。
前記回路基板(3)は、前記外部支持構造部(2a)の前記金属スリーブ(11)上に載置されていることを特徴とする。
前記外部支持構造部(2a)と前記回路基板(3)との固定と関係なく、前記固定要素(9b)を用いて前記圧縮機ハウジング(20)において前記内部支持構造部(2b)の固定を可能にする前記内部支持構造部(2b)の前記固定装置が、前記回路基板(3)を貫通して突出する前記金属スリーブであることを特徴とする。
また本発明の電子モジュールを装着する方法は、a)EMC−フィルターコイル(16)及び1つ以上の中間回路キャパシタ(17)を、この目的のために外部支持構造部(2a)上に形成された収容部(18)内に挿入又は/及び接着する段階と、b)ロッキング連結又はクランビング連結を通じて前記外部支持構造部(2a)に回路基板(3)を臨時に固定させる段階と、c)この目的のために支持構造物(2)の内部支持構造部(2b)内部に提供された収容部(19)内に、パワー半導体(4)及びバスバー(12)を挿入する段階と、d)前記パワー半導体(4)、前記バスバー(12)、前記EMC−フィルターコイル(16)、及び1つ以上の前記中間回路キャパシタ(17)を前記回路基板(3)に選択的にハンダ付けする段階と、を含むことを特徴とする。
外部支持構造部(2a)及び内部支持構造部(2b)がベース平面(15)に向かって加圧される間に、選択ハンダ付けが実行されることを特徴とする。
本発明の電子モジュールを圧縮機ハウジング(20)に設置する方法は、a)電気端子(21)を圧縮機ハウジング(20)に装着する段階と、b)組み立てられた電子モジュール(1)を圧縮機ハウジング(20)に圧着する段階と、c)回路基板(3)内の開口(7a)及び前記開口と合同である外部支持構造部(2a)の固定装置の開口内に固定要素(9a)を挿入し、前記固定要素(9a)を用いて前記電子モジュール(1)を前記圧縮機ハウジング(20)に固定させる段階と、d)内部支持構造部(2b)の前記固定装置の開口を通じて前記固定要素を挿入し、前記固定要素(9b)を用いて前記内部支持構造部(2b)を前記圧縮機ハウジング(20)に固定させる段階と、を含むことを特徴とする。
本発明は、今まで公知となったインバータアセンブリーに対して明確に改善されたパワー半導体の冷却を提供する。
更に、インバータ組立体は、圧縮機ラインとは別に、クリーンルーム条件下で実施可能である。インバータモジュールは、それ自体で事前に自体機能に対してテストできる。また、インバータアセンブリーの軸方向の全体高さも従来技術に比べて顕著に減らすことができる。
本発明の好ましい実施形態によれば、少なくとも1つの中間回路コンデンサ及びEMCフィルターコイルは、外部支持構造部に設置されている。好ましくは、回路基板の平面はベース平面に対して平行に向けられている。1つまたは複数のパワー半導体、バスバー、少なくとも1つの中間回路コンデンサ及びEMCフィルターコイルを意味する構成要素は、回路基板に選択的にはんだ付けされる。
内部支持構造部とパワー半導体の間には線接触があるのが好ましい。
a)EMC−フィルターコイル及び1つ以上の中間回路キャパシタを、この目的で外部支持構造部上に形成された収容部内に挿入及び/又は接着する段階と、
b)ロッキング連結又はクランビング連結を通じて外部支持構造部に回路基板を臨時に固定させる段階と、
c)この目的で内部支持構造部の内部に提供された収容部内にパワー半導体及びバスバーを挿入する段階と、
d)パワー半導体、バスバー、EMC−フィルターコイル及び1つ以上の中間回路キャパシタを回路基板に選択的にハンダ付けする段階と、
を含むことが好ましい。
a)電気端子を圧縮機ハウジングに装着する段階と、
b)組み立てられた電子モジュールを圧縮機ハウジングに加圧する段階と、
c)回路基板内の開口及び上記開口と合同である外部支持構造部の固定装置の開口内に固定要素を挿入し、上記固定要素を用いて電子モジュールを圧縮機ハウジングに固定させる段階と、
d)内部支持構造部の固定装置の開口を通じて固定要素を挿入し、上記固定要素を用いて内部支持構造部を圧縮機ハウジングに固定させる段階と、
を含むことが好ましい。
図1の(a)〜(c)は、支持構造物2、回路基板3(PCB)、パワー半導体4、例えば絶縁されたゲートを有するバイポーラトランジスター(IGBT)、EMC−フィルターコイル12、及び中間回路キャパシタ17(図1a〜図1cでは見えない)を含む、電気圧縮機用インバータの電子モジュール1の基本的な構造を概略的に示す。場合によって、上記電子モジュール1は、更に熱伝導パッド(Gap Pad)を含む。
すべての部品は選択的にはんだ付けされる。回路基板3は、回路基板3の縁部6とのラッチ接続またはクランプ接続に入る固定手段として、多数のフック5を介して支持構造体2に仮固定されている。
図1(a)に示すように、回路基板3は複数の開口7a、7bを備え、開口部7a、7bのそれぞれのグループの位置は、回路基板3の位置に関して、原則として互いに異なる。第1のグループは全部で6つの開口7aを含み、それは全部で4つの開口7bのうちの第2のグループと比較して、回路基板3の縁部6に近くかつ支持構造2の外縁部8に近いところに配置される。
図1(a)及び図1(b)に示すように、第1グループの開口7aは、第2グループの開口7bより小さな直径を有する。この理由は、第1グループの開口部7aが穴あき回路基板3へのボルトの形の固定要素9aの挿入を意図しており、これらの開口部7aが当接部及び/又は押し付け領域として働くボルト頭より大きくならないためである。
対照的に第2グループの開口7bを通して、固定装置として、すなわち固定要素を案内して留めるために設けられたスリーブ10を突出させる。図1Aによれば、固定要素はボルト9bであり、そのボルト頭は開口部7bよりも小さく、回路基板3上ではなくスリーブ10の特定の上部前面に押し付けられている。
図1(c)に示すように、支持構造物2を下から見た図面を示し、この場合は、パワー半導体4が装着された状態が確認できる。第1グループの開口7aと対応して6つの追加スリーブ11が配列されており、これらのスリーブも同様に、ボルトのガイドのために、そして同時に回路基板の支持のために提供された固定装置である。更に内部に配列された4つのスリーブ10は、パワー半導体4及びバスバー12が装着された支持構造物2の領域に位置決めされている。
支持構造物2はプラスチック基板として開発されている。図2に示すように、支持構造物2は、第1の外部支持構造部2aと、この外部支持構造部2aに囲まれた内部支持構造部2bと、を備える。この場合、外部支持構造部2aと内部支持構造部2bとは、内部支持構造部2bに隣接するスロット13によって互いに分離されている。
内部支持構造部2bと外部支持構造部2aとの接続は、ラグ14の形態の弾性要素を介していくつかの場所で行われる。図示の実施形態では、ラグ14は実質的に長方形であり、それぞれの両側に固定されている。内部支持構造部2は長方形、外部支持構造部2aは矩形である。外部支持構造部2aは、回路基板3、EMCフィルターコイル16、及び中間回路コンデンサのキャリアとして機能する。内部支持構造部2bは、IGBT及びバスバーのキャリアとして設けられている。
図2(b)に示すように、ハウジングへの取り付け前を意味する支持構造2の初期状態では、内部支持構造部2bは外部支持構造部2aから突出している。より正確に述べると、内部支持構造部2bは支持構造2のベース平面15から突出しており、このベース平面15は支持構造2が圧縮機ハウジング上に設置される平面に対応する。
付加的な支持構造部として、そしてその一方ではベース面15及び外部支持構造部2aから突き出ている位置、及び他方では外部支持構造部2a上へのその弾性配置によって、内部支持構造部2bは、内部に配列されているパワー半導体と圧縮機ハウジングとの間に必要な接触圧力を提供する。
外部支持構造部2aと内部支持構造部2bとの弾力的な設置と関連された内部支持構造部2bの位置は、支持構造部2を圧縮機ハウジングに設置するためにベース平面15を基準に法線の方向に適用されなければならない少ない力が必要であるという事実を誘導する。これで、追加支持構造部としての内部支持構造部2bは、一方では、ベース平面15及び外部支持構造部2aから外部に突出する位置自体により、そして他方では、外部支持構造部2aでの自分の弾力的な設置によって、内部支持構造部2b内部に配列されているパワー半導体と圧縮機ハウジングの間に必要な接触圧力を提供する。
図3(a)に示すように、外部支持構造部2aの固定要素としてのボルト9aは、最終的に縮機ハウジング20と外部支持構造部2a及び回路基板3を連結する。
ボルト9aが外部支持構造部2aの金属スリーブ11を通って供給され、金属スリーブ11の断面図に関連して示されるように、その上部前面が回路基板3に載っている。それらの反対側の前面がベース面15上にある。
図5に示すように、装着方法の第2段階、即ち、外部支持構造部2aの外部エッジ8に配列されているフック5内にスナップ留めすることにより、外部支持構造部2a内に回路基板3を臨時に固定させ得る。
図6に示すように、電子モジュールの装着方法の第3段階では、パワー半導体4、例えば、IGBT及びバスバー12がこの目的のために内部支持構造部2b内部に提供されたポケット形態の収容部19内に挿入される。この場合、ポケット形態の収容部19は外部支持構造部2aの上部面に対して後面に配置される。
図7に示すように、パワー半導体4(この場合はIGBT)、及びバスバー12、を有する内部支持構造部2bは、外部支持構造部2aの底面から突出していることに留意されたい。第4の工程では、パワー半導体4、バスバー、EMC−フィルターコイル及び中間回路コンデンサが回路基板3に選択的にハンダ付けされる。選択的はんだ付けは、外部支持構造部2a及び内部支持構造部2bがベース平面15に向かって加圧される状態で選択ハンダ付けが実行される。このような方法は、電子モジュール1が、例えば圧縮機の圧縮機ハウジングに装着される場合は、はんだ点で応力が全然発生しないように保障する。
第4段階では、パワー半導体4、バスバー12、EMC−フィルターコイル16及び中間回路キャパシタ17が回路基板3に選択的にハンダ付けされる。外部支持構造部2a及び内部支持構造部2bがベース平面15に向かって加圧される間、選択ハンダ付けが実行される。このような方法は、電子モジュール1が例えば圧縮機の圧縮機ハウジング20に装着される場合は応力が全然発生しないように保障する。ハンダ付けされた電子モジュール1は、図8に概略的に図示している。
図9に示すように、全体的に示される6本のボルト9aである固定要素は、外側の金属スリーブ11の開口部と一致する回路基板3の開口部の上から挿入される。回路基板3が載置される第1外部支持構造部2a、それによってボルト9aの、回路基板3および第1外部支持構造部2aを通る圧縮機ハウジング20への通路が提供され、電子モジュール1は圧縮機ハウジング20上に固定される。
図10に示すように、第2段階である図10では、組み立てられた電子モジュール1が圧縮機ハウジング20上に圧着される。
図11に示すように、第3段階である図11では、固定要素である6本のボルト9aは、外側の金属スリーブ11の開口部と一致する回路基板3の開口部の上から挿入される。即ち、固定要素が挿入され、これにより回路基板3を貫通する通路及び外部支持構造部2aが圧縮機ハウジング20に提供され、電子モジュール1がボルト9aにより圧縮機ハウジング20に固定される。
図12に示すように、第4段階では、上から計4つのボルト9b形態の固定要素が内部支持構造部2bの開口、好ましくは上記と同様に圧縮機ハウジング20への通路を提供する回路基板3を貫通するスリーブ10の開口を通過して圧縮機ハウジング20の内部に挿入されて締め付けられ、これで電子モジュール1の内部支持構造部2bは上記固定要素により圧縮機ハウジング20に固定される。
図13に示すように、第5段階である図13では、ケーブルシュー22及び2つのボルト9cによって回路基板3に対するハイボルト−バスラインの固定が行われる。クリック連結を通じて、回路基板3のロジック部が接続プラグと連結される。
図14に示された第6段階は、電子モジュール1のカバー24のための密封部23を提供する工程、及びカバー24を固定させる工程を含む。実質的にカバー24の下部エッジの形状に相応する密封部23は、密封部23が既に固定された電子モジュール1の外部支持構造部2aを取り囲むように金属ハウジング上に載せられている。弾性材料で製造された密封部23は、全体密封部23にかけて分布しており、密封部23の弾性材料からなる複数のアイレット25(eyelet)を備え、これらアイレットを通じてそれぞれ1つの固定要素、図示した例では1つのボルト9dが金属圧縮機ハウジング20内部に挿入できる。カバー24は同様に金属圧縮機ハウジング20上に、より正確に言うと、下部エッジにより密封部23上に載せられ、この場合カバー24は複数の連続するボーア26を備え、これらボーアは密封部23のアイレット25と重なる位置に移動される。ボーア26及び合同であるアイレット25を通じて、固定要素としてのボルト9dが金属圧縮機ハウジング20内部に挿入されて引き締められる。
図15に示すように、金属圧縮機ハウジング20及びこの圧縮機ハウジングに固定されてカバー24によりカバーリングされており、密封部23により密封された電子モジュールの完全な組立状態を示す。
2 支持構造物
2a 第1外部支持構造部
2b 第2内部支持構造部
3 回路基板
4 パワー半導体
5 フック
6 (回路基板の)エッジ
7a、7b 回路基板内の開口
8 (支持構造物の)外部エッジ
9a、9b、9c、9d ボルト
10、11 内部支持構造部の金属スリーブ
12 バスバー
13 スロット
14 ラグ
15 ベース平面
16 EMC−フィルターコイル
17 中間回路キャパシタ
18、19 収容部
20 圧縮機ハウジング
21 電気端子
22 ケーブルシュー
23 密封部
24 カバー
25 アイレット
26 カバー内のボーア
Claims (12)
- 空調システムの電気圧縮機用インバータの電子モジュール(1)であって、
回路基板(3)、1つ又は複数のパワー半導体(4)、バスバー(12)、1つ以上の中間回路キャパシタ(17)、EMC−フィルターコイル(16)、並びに外部支持構造部(2a)及び内部支持構造部(2b)を有する支持構造物(2)を含み、
前記外部支持構造部(2a)は、前記回路基板(3)を支持し固定要素を用いてベース平面(15)に置かれている前記支持構造物(2)の接触面に沿って電子モジュール(1)を圧縮機ハウジング(20)に強固に設置するために必要な固定装置を備え、
前記外部支持構造部(2a)により取り囲まれた前記内部支持構造部(2b)は、弾力的に形成されているか、又は前記外部支持構造部(2a)と弾力的に連結され、1つ又は複数の前記パワー半導体(4)を支持し、前記固定要素を用いて前記外部支持構造部(2a)及び前記回路基板(3)の固定と関係なく前記圧縮機ハウジング(20)で前記内部支持構造部(2b)の固定を可能にする前記固定装置を備え、
前記圧縮機ハウジング(20)に前記内部支持構造部(2b)を固定させるための前記接触面が少なくとも部分的に前記パワー半導体(4)により形成され、
前記接触面は固定されない状態では前記ベース平面(15)から外部に突出し、前記接触面が前記内部支持構造部(2b)の弾力的な形成によって、前記ベース平面(15)を基準に法線の方向に前記外部支持構造部(2a)との連結部から押し出され得て、弾性効果の付勢により必要な接触圧力が前記パワー半導体(4)と前記圧縮機ハウジング(20)との間に直接提供できることを特徴とする空調システムの電気圧縮機用インバータの電子モジュール。 - 前記1つ以上の前記中間回路キャパシタ(17)及び前記EMC−フィルターコイル(16)が前記外部支持構造部(2a)内部に設置されていることを特徴とする請求項1に記載の電子モジュール(1)。
- 前記パワー半導体(4)、前記バスバー(12)、前記EMC−フィルターコイル(16)及び前記1つ以上の中間回路キャパシタ(17)が前記回路基板(3)に選択的にハンダ付けされていることを特徴とする請求項1又は2に記載の電子モジュール(1)。
- 前記内部支持構造部(2b)が合成材料で製造されていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の電子モジュール。
- 前記固定装置を用いて前記電子モジュール(1)を圧縮機ハウジング(20)に堅固に設置するために必要な外部支持構造部(2a)の前記固定装置が金属スリーブ(11)であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の電子モジュール。
- 前記回路基板(3)は、前記外部支持構造部(2a)の前記金属スリーブ(11)上に載置されていることを特徴とする請求項5に記載の電子モジュール。
- 前記外部支持構造部(2a)が前記回路基板(3)のエッジ(6)とのロッキング連結又はクランビング連結を形成するための要素を備えることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の電子モジュール。
- 前記外部支持構造部(2a)と前記回路基板(3)との固定と関係なく、前記固定要素(9b)を用いて前記圧縮機ハウジング(20)で前記内部支持構造部(2b)の固定を可能にする前記内部支持構造部(2b)の前記固定装置が前記回路基板(3)を貫通して突出する前記金属スリーブであることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の電子モジュール(1)。
- 前記内部支持構造部(2b)と前記パワー半導体(4)の間にライン接触部が存在することを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項に記載の電子モジュール(1)。
- 請求項1乃至9のいずれか1項に記載の電子モジュールを装着するための方法であって、以下のような処理段階、
a)EMC−フィルターコイル(16)及び1つ以上の中間回路キャパシタ(17)を、この目的のために外部支持構造部(2a)上に形成された収容部(18)内に挿入又は/及び接着する段階と、
b)ロッキング連結又はクランビング連結を通じて前記外部支持構造部(2a)に回路基板(3)を臨時に固定させる段階と、
c)この目的のために支持構造物(2)の内部支持構造部(2b)内部に提供された収容部(19)内に、パワー半導体(4)及びバスバー(12)を挿入する段階と、
d)前記パワー半導体(4)、前記バスバー(12)、前記EMC−フィルターコイル(16)、及び1つ以上の前記中間回路キャパシタ(17)を前記回路基板(3)に選択的にハンダ付けする段階と、
を含むことを特徴とする電子モジュールを装着するための方法。 - 外部支持構造部(2a)及び内部支持構造部(2b)がベース平面(15)に向かって加圧される間に選択ハンダ付けが実行されることを特徴とする請求項10に記載の電子モジュールを装着するための方法。
- 第1項乃至第9項のうち何れかの一項に記載の電子モジュールを圧縮機ハウジング(20)に設置する方法であって、以下のような処理段階、即ち、
a)電気端子(21)を圧縮機ハウジング(20)に装着する段階と、
b)組み立てられた電子モジュール(1)を圧縮機ハウジング(20)に圧着する段階と、
c)回路基板(3)内の開口(7a)及び前記開口と合同である外部支持構造部(2a)の固定装置の開口内に固定要素(9a)を挿入し、前記固定要素(9a)を用いて前記電子モジュール(1)を前記圧縮機ハウジング(20)に固定させる段階と、
d)内部支持構造部(2b)の前記固定装置の開口を通じて前記固定要素を挿入し、前記固定要素(9b)を用いて前記内部支持構造部(2b)を前記圧縮機ハウジング(20)に固定させる段階と、
を含むことを特徴とする電子モジュールを圧縮機ハウジング(20)に設置する方法。
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