JP2023080035A - インバータユニット - Google Patents

Abstract

【課題】沿面距離を増加させるための配置構成を備える車両用空調ユニットの圧縮機用インバータユニットを提供する。【解決手段】車両空調システムの電動圧縮機１０００において、インバータユニット１００は、インバータ１１０、インバータハウジング１２０及び絶縁部材を有する。インバータ１１０は、電動機２００を駆動するものであり、高電圧（ＨＶ）直流（ＤＣ）を、電動機２００を駆動する三相交流（ＡＣ）に変換する少なくとも１つのパワーモジュールを含む。インバータハウジング１２０はインバータ１１０を受容し、パワーモジュール１１２は、インバータハウジング１２０の端壁１２０ａに、ボルトによって取り付けられる。各ボルトに対応する絶縁部材は、対応するボルトの頭部とパワーモジュールとの間に配置されている。【選択図】図２

Description

本発明は、インバータユニットに関するものであり、より具体的には、本発明は、車両用空調ユニットの圧縮機用インバータユニットに関するものである。

一般に、車両の空調システム用の電動圧縮機は、冷媒を圧縮するための圧縮ユニットと、圧縮ユニットを駆動する電動機と、インバータユニットとを含む。この電動圧縮機はさらに、圧縮ユニットと電動機を収容する、圧縮機ハウジングとも呼ばれるメインハウジングと、インバータユニットを収容する別個のインバータハウジングとを含んでいる。この圧縮機ハウジングはアルミニウムなどの金属製であり、一般に接地されている。

インバータハウジングもアルミニウムなどの金属製であり、端壁と、端壁の外周から延びてプリント回路基板（ＰＣＢ）収容空間を画定する周壁と、取り外し可能なカバーによって閉鎖可能なインバータハウジングの開端とを含んでいる。
インバータハウジングは圧縮機ハウジングに接続され、直接または圧縮機ハウジングを介して接地されている。インバータユニットは、以下ＰＣＢと呼ぶプリント回路基板で構成されたインバータと、インバータハウジングの内部に受容されたパワーモジュールとを含む。ＰＣＢとパワーモジュールは、メインハウジングに受容された電動機と機能的に結合して、電動機を制御式に駆動する。具体的には、ＰＣＢ収容スペースは、インバータハウジングがメインハウジングに組み付けられたときにメインハウジングの電動機受容部に隣接して配置される。パワーモジュールは、その動作時に熱を発生する。この発熱は、パワーモジュールの重要な素子の溶断、パワーモジュールの重要な素子の機械的強度の低下によるパワーモジュールの破損又は故障を高温下で引き起こす可能性がある。このようなパワーモジュールの発熱に起因する問題を防止するために、パワーモジュールの破損や故障を防止し、パワーモジュールの効率的な性能を確保するために、パワーモジュールから熱を放散することが求められている。パワーモジュールは、インバータハウジングの端壁に圧接されて、メインハウジングの電動機収容空間に受容された冷媒が端壁に接触することにより、端壁から熱を奪ってパワーモジュールからの放熱が行われる。ＰＣＢは、電動機に制御式入力を与えることによって、インバータ動作と電動機制御を様々な態様で行うための複数の電子部品を含む。インバータハウジングのカバーも金属材料製である。

添付図面の図１を参照すると、インバータハウジングの内部に保持され、インバータハウジングの端壁４に取り付けられたパワーモジュール２が図示されている。パワーモジュール２は、パワーモジュール２のケーシングにモールドされた複数のスイッチング素子を含む。スイッチング素子は、ＤＣ高圧電力、低圧信号およびＡＣ出力がＰＣＢ内の対応する部分に供給され得るように、パワーモジュールのケーシングから突出してＰＣＢと接続されるリードフレーム３を含む。したがって、リードフレーム３の一部は高電圧部分であり得る。パワーモジュール２は、金属製ボルト６と金属製ワッシャ８によって、インバータハウジングの端壁４に取り付けられると共に圧接されている。ボルト６は、ねじ軸部６ａおよびボルト頭部６ｂを含むねじ付きボルトである。ボルト頭部６ｂは、ワッシャ８とともに、ねじ軸部６ａが端壁４に係合することにより、パワーモジュール２をインバータハウジングの端壁４に圧接する。より具体的には、ワッシャ８は、ねじ軸部６ａを内部に貫通させる孔８ａを含み、一方、ボルト頭部６ｂは、ワッシャ８上に載っている。パワーモジュール２のケーシングは、ねじ軸部６ａを内部に貫通させる貫通孔２ｂを含む。ボルト６のねじ軸部６ａは、ワッシャ８及びパワーモジュール２にそれぞれ形成された孔８ａ及び２ｂを貫通して、端壁４に形成された非貫通孔に係合する。ねじ軸部６ａが端壁４の非貫通孔に係合すると、ワッシャ８及びパワーモジュール２は、ボルト頭部６ｂと端壁４との間に配置される。その結果、パワーモジュール２は、ボルト６を締結することにより、インバータハウジングの端壁４に固定される。このような構成により、パワーモジュール２は、放熱性の向上のために、端壁４と十分に接触して維持される。特に、このような構成では、パワーモジュール２と端壁４との間の空隙に起因する絶縁の問題に対処することを意図して、パワーモジュール２は端壁４に押し付けられる。

ボルト頭部６ｂとパワーモジュール２との間にワッシャ８が配置され、ねじ軸部６ａが端壁４に係合した状態で、パワーモジュール２は、ボルト頭部６ｂによる引掻き／損傷を受けることなくボルト頭部６ｂによって端壁４に確実に圧接される。一般に、ワッシャ８は、端壁４へのボルト６のねじ込み中に、パワーモジュール２をボルト頭部６ｂによる損傷から保護するために使用される。さらに、例示したパワーモジュール２には、ケーシングに配設されて一部のリードフレームとスイッチング素子との導電接続を中継するダミーフレームが含まれる。ダミーフレームの端部の一部は、ケーシングの一側面から露出したままである。ダミーフレームの露出部２ａは、いずれの電気部品にも接続されず、高電圧部分としても機能する。高電圧部分２ａ，３と他の導電素子／接地素子との沿面距離が不足すると、短絡の原因となる。沿面距離とは、電流が導電素子／接地素子に到達するまでに辿る最短経路の長さのことである。パワーモジュール２を端壁４に取り付ける従来の取り付け方法の場合、インバータハウジングの端壁４が接地され、ボルト６が端壁４とねじ係合し、金属製ワッシャ８は金属製ボルト６のボルト頭部６ｂと接触している。したがって、ワッシャ８は、ボルト６を介してグランドへの導電接続もされる。このようなシナリオでは、ワッシャ８は、ワッシャ８と高電圧部分２ａ，３との間の沿面距離が十分でないため、ワッシャ８と高電圧部分２ａ，３との間で短絡を起こす可能性のある導電素子として作用する。図１は、高電圧素子２ａ，３とワッシャ８との間の沿面距離「ｄ」を描写している。沿面距離は、ワッシャ８の外周部と、最も近い高電圧部分２ａ，３とから測定される。沿面距離「ｄ」の要件は、空間距離の要件よりもはるかに短い。パワーモジュール２の高電圧素子２ａ，３とワッシャ８との間の沿面距離「ｄ」の不足による短絡の問題は、高電圧素子２ａ，３がパワーモジュール２の少なくとも片側から露出した状態である場合に悪化する。ワッシャ８がボルト頭部６ｂとパワーモジュール２との間に配置されていない場合、パワーモジュール２の高電圧（ＨＶ）素子２ａとボルト頭部６ｂとの間で短絡が発生するおそれがある。

従って、従来の配置では、パワーモジュール２の高電圧（ＨＶ）部分とワッシャ８および／またはボルト頭部６ｂとの間に十分な沿面距離「ｄ」を設けることができず、それにより、問題が生じる。より具体的には、従来の構成の場合には、パワーモジュール２の高電圧（ＨＶ）素子２ａとワッシャ８および／またはボルト頭部６ｂとの間の沿面距離「ｄ」は、パワーモジュール２の効率的で安全な動作のための標準的な安全要件を下回っている。

従って、パワーモジュールの高電圧素子と、パワーモジュールをインバータハウジングの端壁に取り付けるためのワッシャおよび／またはボルト頭部との間の沿面距離を増加させるための配置構成を備えて構成されるインバータユニットが必要とされている。

本発明の主要な目的は、従来のインバータユニットが抱えていた、インバータユニットの重要な素子間の不十分な沿面距離による問題を解消する配置構成で構成されたインバータユニットを提供することである。

本発明の他の目的は、パワーモジュールがインバータハウジングの端壁の上に取り付けられ、その端壁に圧接されるインバータユニットを提供して、パワーモジュールからの、端壁に接触しているメインハウジングの冷媒による効率的な放熱を達成することである。

本発明のさらに別の目的は、組み立てるのが便利なインバータユニットを提供することである。

本明細書において、いくつかの素子またはパラメータは、例えば、第１の素子および第２の素子等、指数化されることがある。この場合、特に断らない限り、この指数化は、類似しているが同一ではない素子を区別して名付けることのみを意図している。これらの用語は、本発明に背くことなく転換され得るため、このような指数化から優先順位の想念を推測するべきではない。さらに、この指数化は、本発明の素子の取り付けや使用における如何なる順序をも意味するものではない。

本発明の一実施形態に係るインバータユニットを開示する。前記インバータユニットは、インバータと、インバータハウジングと、絶縁部材とを含む。前記インバータは電動機を駆動し、高電圧（ＨＶ）直流（ＤＣ）を、前記電動機を駆動する三相交流（ＡＣ）に変換する少なくとも１つのパワーモジュールを含む。前記インバータハウジングは前記インバータを受容する。前記パワーモジュールは、ボルトによって前記インバータハウジングの端壁に取り付けられている。各ボルトに対応する絶縁部材は、前記ボルトの頭部と前記パワーモジュールの間に配置される。

一般に、前記端壁は、前記対応するボルトとのねじ係合を構成する孔が形成されたインバータハウジングの閉端を画定する。

好ましくは、前記絶縁部材はベース部分を含む。前記パワーモジュールは、前記ボルトによって前記ベース部分と前記インバータハウジングの前記端壁に確実に取り付けられる。前記ボルトのねじ軸部は、前記ベース部分に形成された孔と、前記パワーモジュールに設けられた挿通部とを軸方向に貫通して前記端壁と係合する。前記ボルトの頭部は、前記ベース部分が前記ボルトの頭部と前記パワーモジュールの間に配置されて、前記ボルトの頭部と前記パワーモジュールを分離するように、前記ベース部分の上方に留まる。

具体的には、前記絶縁部材の前記ベース部分は、前記ボルトの前記頭部の半径寸法より大きい半径寸法を有して、間に環状空間を画定する。

一般に、前記孔は、前記ベース部分に対して中央に配置されている。

さらに、前記絶縁部材は、前記ベース部分から軸方向に、且つ前記パワーモジュールから離れる方向に延びて前記ボルトの頭部と前記パワーモジュールの高電圧素子との間の沿面距離を増加させる側壁を含む。

さらに、前記絶縁部材の側壁は、前記ボルトの前記頭部の高さの少なくとも２倍の高さを有する。

本発明の別の実施形態によれば、前記絶縁部材の少なくとも１つは、前記対応するボルトとオーバーモールドされて一体に形成される。

本発明の一実施形態によれば、側壁は、前記ベース部分の周縁部に沿って均一な高さである。

本発明の別の実施形態によれば、前記絶縁部材の側壁の少なくとも一部は、中心軸「Ｃ」に対して傾斜している。

さらに、側壁の内面及び外面のうち少なくとも一方は凹凸面である。

一般に、前記絶縁部材は、断面が円形の中空構成である。

さらに、前記インバータユニットの前記インバータは、プリント回路基板（ＰＣＢ）と、前記パワーモジュールと取り外し可能なカバーとの間に配置されたセパレータを含む。

一般に、前記ＰＣＢには複数の電子部品が搭載され、前記セパレータはその電子部品を分離する。

また、パワーモジュールは、前記ＰＣＢから突出するピンを介して前記ＰＣＢに接続される。

一般に、前記ＰＣＢ及び前記セパレータは、前記絶縁部材を内部に貫通させるための対応する第１の開口部及び第２の開口部を含む。

本発明の別の実施形態によれば、前記セパレータは、前記セパレータと一体に形成された前記絶縁部材を含む。

さらに、前記ボルトは、ドライバー、アレンキーを含む群から選択された展開ツールを使用して展開される。

また、本発明の一実施形態による電動圧縮機も開示される。前記電動圧縮機は、圧縮ユニットと、電動機と、インバータユニットとを含む。前記圧縮ユニットは流体を圧縮する。前記電動機は圧縮ユニットを駆動する。上記で開示したインバータユニットは前記電動機を駆動する。

本発明の他の特徴、詳細および利点は、以下の発明の説明から推測され得る。本発明と、その付随する利点のより完全な理解は、添付の図と関連して考慮した場合に、以下の詳細な説明を参照することによって、本発明がより良く理解されるようになるにつれて容易に得られるであろう。

パワーモジュールをインバータユニットのインバータハウジングの端壁に取り付けるためのボルト及びワッシャの従来の取付配置構成の概略図であり、また、ワッシャと、パワーモジュールの高電圧素子との間の沿面距離を示す拡大図である。 本発明の空調システム用の電動圧縮機の概略図である。 インバータユニットのパワーモジュール、ＰＣＢ、セパレータ、絶縁部材及びボルトアセンブリを示す、図２の電動圧縮機のインバータユニットの分解図である。 ボルトの１つを貫通する断面平面に沿ったインバータユニットの断面図であり、図３のパワーモジュール、絶縁部材及びボルトアセンブリの断面図である。 図３のパワーモジュールの、そこから突出するピンを伴う等角図である。 図３の絶縁部材の等角図である。 図３の絶縁部材の断面図である。 絶縁部材が、対応するボルトとオーバーモールドされて一体に形成されている、本発明の別の実施形態による絶縁部材の等角図である。 図３の絶縁部材で構成された、本発明のインバータユニットの取付配置構成の概略図であり、ボルトの頭部とパワーモジュールの高電圧素子との間の沿面距離を示す拡大図である。 図３のパワーモジュール、絶縁部材およびボルトアセンブリとインバータハウジングの端壁との組み立てを描写する分解図であり、端壁上に形成された平坦なプラットフォームを描写する拡大図である。 両ボルトを貫通する断面平面に沿った、図３のインバータユニットを描写する断面図である。 図３のインバータユニット用の、以下ＰＣＢと呼ぶプリント回路基板の等角図である。 図３のインバータユニット用のセパレータの等角図である。 パワーモジュールから突出するするピンがＰＣＢと係合している、図３のパワーモジュール、絶縁部材、およびボルトアセンブリの拡大図である。 その側壁が凸凹の内面を有する絶縁部材の断面図である。 セパレータが絶縁部材と一体に形成されており、沿面距離「Ｐ」も描写されている、図１０のインバータユニットの他の実施形態の断面図である。

図では、本発明が、実施できるほど十分に詳細に開示されており、前記図は、必要に応じて本発明をより良く定義するのに役立つことに留意されたい。しかし、本発明は、本明細書に開示された実施形態に限定されるべきではない。

本発明は、車両空調システム用電動圧縮機のインバータユニットを例として説明される。しかし、本発明は、車両および非車両アプリケーションに使用されるあらゆる電子システムにも適用可能である。

図２は、本発明の一実施形態による車両空調システムの電動圧縮機１０００の概略図である。電動圧縮機１０００は、インバータユニット１００と、電動機２００と、電動機２００によって駆動されて冷媒を圧縮する圧縮ユニット３００とを含む。電動圧縮機１０００はさらに、圧縮機ハウジング２１０とも呼ばれるメインハウジングと、別体のインバータハウジング１２０とを含む。メインハウジングまたは圧縮機ハウジング２１０は、電動機２００と圧縮ユニット３００とを収容する。インバータハウジング１２０はインバータ１１０を収容する。圧縮機ハウジング２１０は、アルミニウム等の金属製であり、一般に取付部（図示せず）を介して車両に接地される。

インバータハウジング１２０は、端壁１２０ａと、端壁１２０ａの周縁部から延びてＰＣＢ収容空間とインバータハウジング１２０の開端とを画定する周壁１２０ｂとを含む。インバータハウジング１２０は、メインハウジング２１０に接続されるとともに、圧縮機ハウジング２１０を介して接地されている。インバータハウジング１２０の開端は、着脱可能なカバー１２０ｃによって閉塞可能である。インバータ１１０は、メインハウジング２１０に受容された電動機２００と機能的に結合されて、電動機２００を制御式に駆動する。具体的には、インバータハウジング１２０がメインハウジング２１０に組み付けられ、インバータ１１０が端壁１２０ａを貫通して提供される電気接続インターフェース２２０によって電動機２００に機能的に接続されたときに、ＰＣＢ収容空間が、メインハウジング２１０の電動機受容部に隣接して配置される。ＰＣＢ収容空間とメインハウジング２１０の電動機受容部とを互いに隣接させて配置するこのような構成により、冷却流体、特に、電動機受容部に受容された冷媒も、端壁１２０ａを冷却するが、それは、インバータハウジング１２０の端壁１２０ａが、冷媒によって冷却されるメインハウジング２１０と接触しているためである。

添付図面の図３は、一実施形態のインバータユニット１００の分解図を示す。インバータユニット１００は、インバータハウジング１２０と、インバータハウジング１２０に収容されたインバータ１１０とで構成される。インバータ１１０は、少なくとも１つのパワーモジュール１１２と、上に配置した複数の電子部品を含むＰＣＢ１１６とを含む。さらに、インバータユニット１００は、高電圧（ＨＶ）コネクタ２３０及び低電圧（ＬＶ）コネクタ２４０を含み、両コネクタは、インバータハウジング１２０の端壁１２０ａに設けられ、車両システムからの高電圧電源及び制御信号を受信する。インバータ１１０は、電動機２００を駆動するものであり、高電圧（ＨＶ）直流（ＤＣ）を、電動機２００を駆動する三相交流電流（ＡＣ）に変換するパワーモジュール１１２を含む。

図４は、パワーモジュール１１２と絶縁部材１３０とボルト１１４の組立状態を描写した、ボルト１１４のうち１つを貫通する切断面に沿った断面図である。図４に描写するように、パワーモジュール１１２は、インバータハウジング１２０の端壁１２０ａに取り付けられている。インバータハウジング１２０の端壁１２０ａには、ボルト１１４の対応するねじ部１１４ｂを受容し、それとのねじ係合を構成するための孔１２２ａが形成されている。一実施形態では、孔１２２ａは、ねじが形成されていない非貫通孔であり、ボルト１１４は、ボルトが展開されるにつれ孔１１２ａにねじ山を形成するセルフタッピングボルトである。あるいは、孔１１２ａはねじ孔であり、ボルト１１４はねじ孔１１２ａにねじ込まれて、パワーモジュール１１２をインバータハウジング１２０の端壁１２０ａに圧接させることでパワーモジュール１１２と端壁１２０ａとの間の面接触を向上させて、パワーモジュール１１２からの放熱を促進する。ボルト１１４は、ドライバー、アレンキー、またはボルト頭部周囲の限られたスペースで作動することができる他の装置からなる群から選択される展開工具を使用して展開される。さらに、本発明において、絶縁部材１３０は、パワーモジュール１１２とボルト１１４のボルト頭部１１４ａとの間に配置されている。

図５は、一実施形態のパワーモジュール１１２の等角図である。パワーモジュール１１２は、直方体の形状を有するケーシング１１２ｄを含む。ケーシング１１２ｄは、樹脂などの非導電性材料製である。複数のスイッチング素子は、パワーモジュール１１２のケーシング１１２ｄの内部に、覆われて配置される。具体的には、スイッチング素子は樹脂製のケーシング１１２ｄにモールドされている。スイッチング素子を導通接続する複数のリードフレームまたはピン１１２ｂが、その矩形のケーシング１１２ｄの対向する両長辺からケーシング１１２ｄの外に延びている。リードフレームまたはピン１１２ｂは、銅などの導電性材料製である。図５に描写された一実施形態によれば、６本のリードフレーム１１２ｂがケーシング１１２ｄの第１の長辺から延び、２０本のリードフレームまたはピン１１２ｂがケーシング１１２ｄの第２の長辺から延び、第２の長辺は第１の長辺に対向している。リードフレームまたはピン１１２ｂは、ＰＣＢ１１６に接続され得るように直角に曲げられている。車載バッテリからの高電圧電力は、リードフレーム又はピン１１２ｂの一部を介してスイッチ素子に供給される。さらなる制御信号が、リードフレームまたはピン１１２ｂの他方を介して、スイッチング素子に供給され、従って、パワーモジュール１１２は、直流（ＤＣ）を交流（ＡＣ）に変換することができる。バッテリから高電圧の電力が供給されるリードフレーム又はピン１１２ｂは、高電圧部分であり得る。

再び図５を参照すると、パワーモジュール１１２のケーシング１１２ｄはさらに、その対向する両短辺に形成された、パワーモジュール１１２を端壁１２０ａに取り付けるためのボルト１１４を貫通させるための挿通部としての切り欠き１１２ｃを含む。一般に、切り欠き１１２ｃは、ケーシング１１２ｄの短辺の中央に配置される。別の例においては、挿通部は、パワーモジュールを貫通する孔によって形成することも可能である。さらに、本実施例では、リードフレームまたはピン１１２ｂの一部とスイッチング素子との間の導電接続を中継するために、ケーシング１１２ｄにダミーフレームが設けられている。ダミーフレームの端部の一部は、パワーモジュール１１２のケーシング１１２ｄの短辺から露出したままであり、高電圧部分１１２ａとして機能する。ダミーフレームの露出部分は、電気部品のいずれにも接続されていないが、それらも高電圧部分１１２ａであり得る。また、リードフレームやピン１１２ｂも高電圧素子と見なされ得る。

図６ａ及び図６ｂは、一実施形態の絶縁部材１３０を描写している。絶縁部材１３０は、均一な厚さ「ｔ１」を有するベース１３０ａを含む。ベース１３０ａの中心に孔１３２ａが形成されている。好ましくは、絶縁部材１３０は、１つの閉端と反対側の開端とを有する円筒形素子である。具体的には、絶縁部材１３０は、ベース１３０ａと、ベース１３０ａから延びる側壁１３０ｂとを含むカップの形態である。側壁１３０ｂは厚さ「ｔ２」を有する。絶縁部材１３０は、樹脂などの非導電性材料製である。

本発明の別の実施形態によれば、図７に示されるように、絶縁部材１３０の少なくとも１つは、対応するボルト１１４とオーバーモールドされて一体に形成されている。このような構成において、ボルト頭部１１４ａは、絶縁部材１３０のベース１３０ａの上方に留まり、それに対し、ボルト１１４のねじ軸部１１４ｂは絶縁部材１３０のベース１３０ａから垂下している。このような構成で、絶縁部材１３０は、ボルト１１４が展開されると、ボルト１１４とともに回転して、端壁１２０ａに形成された孔１２２ａに係合する。

上述したように、パワーモジュール１１２は、ボルト１１４によってインバータハウジング１２０の端壁１２０ａに取り付けられている。さらに、絶縁部材１３０は、パワーモジュール１１２を端壁１２０ａに取り付けてパワーモジュール１１２を端壁１２０ａに圧接するために、ボルト１１４が端壁１２０ａに係合する際にパワーモジュール１１２とボルト１１４のボルト頭部１１４ａとの間に配置される。特に、パワーモジュール１１２は、ベース１３０ａがパワーモジュール１１２の一側部にあり、インバータハウジング１２０の端壁１２０ａがパワーモジュール１１２の他方の側部にあるように、ボルト１１４によって端壁１２０ａに確実に取り付けられる。具体的には、ボルト１１４のねじ軸部１１４ｂが、ベース１３０ａの孔１３２ａと、パワーモジュール１１２に設けられた切り欠き１１２ｃとを軸方向に貫通して端壁１２０ａに係合するが、ボルト１１４の頭部１１４ａはベース１３０ａの上方に留まっている。ベース１３０ａがボルト１１４の頭部１１４ａとパワーモジュール１１２との間に配置されているため、ボルト１１４の頭部１１４ａとパワーモジュール１１２とは互いに接触しない。この例では、２本のボルト１１４は、パワーモジュール１１２の対向する両面をインバータハウジング１２０の端壁１２０ａに取り付けている。しかし、各ボルト１１４のボルト頭部１１４ａとパワーモジュール１１２との間に、対応する絶縁部材１３０が配置されている限り、本発明は、如何なる特定のボルトの個数や配置にも限定されない。

背景技術で述べたように、ボルト１１４は、接地されている端壁１２０ａに係合されている。仮に、ボルト頭部１１４ａとパワーモジュール１１２との間に配置される部品が従来構成のように金属製ワッシャ８であった場合、考慮すべき沿面距離は、パワーモジュールの高電圧部分と、ボルト１１４の頭部１１４ａに接触する金属製ワッシャの外周部との間の距離である。但し、絶縁素子で構成されたインバータユニット１００の取付構成の場合、パワーモジュール１１２の高電圧部分１１２ａとボルト頭部１１４ａとの間の沿面距離「Ｄ」は、絶縁素子１３０の特異なカップ形状構成のため大きくなる。

図８は、絶縁部材１３０を用いて構成されたインバータユニット１００の取付構成の模式図を示す。また、ボルト頭部１１４ａとパワーモジュール１１２の高電圧部分１１２ａとの間の沿面距離「Ｄ」を描いた拡大図も描写されている。描写されているように、沿面距離Ｄは、高電圧部分１１２ａとボルト頭部１１４ａとの間のすべての距離の合計として計算される。特に、沿面距離は、高電圧部分１１２ａからパワーモジュール１１２の外面に沿った絶縁部材１３０までの距離「ｘ」と、電流が、外側からパワーモジュール１１２へと出る点から、絶縁部材１３０の内面・外面に沿ってボルト頭部１１４ａまで辿る経路の長さとの和である。パワーモジュール１１２の外部からボルト頭部１１４ａに到達するために電流が辿る経路の長さは、ベース１３０ａとも称されるベース１３０ａの第１の厚さ「ｔ１」と、側壁１３０ｂの外面に沿った経路の部分の長さのうち、側壁１３０ｂの高さ「Ｈ」に等しい部分の長さと、側壁１３０ｂの第２の厚さ「ｔ２」と、こちらも側壁１３０ｂの高さ「Ｈ」に等しい、側壁１３０ｂの内面に沿った経路の部分の長さと、側壁１３０ｂの内面とボルト頭部１１４ａとの間の距離を含み、特に、沿面距離は、以下として測定される。
Ｄ＝ｘ＋ｔ１＋Ｈ＋ｔ２＋Ｈ＋ｙ
絶縁部材１３０を用いた本発明のインバータユニット１００の取付構成の場合の沿面距離Ｄは、絶縁部材を用いない従来のインバータユニットの取付構成の場合の沿面距離ｄよりも大きく、Ｄ＞＞ｄである。ベース１３０ａと側壁１３０ｂの界面にはフィレットが形成されている。

本発明のインバータユニット１００の場合で、ケーシング１１２ｄの短辺側の端部にダミーフレームが露出しているパワーモジュール１１２の場合、沿面距離「Ｄ」は、絶縁部材１３０の側壁１３０ｂに沿って高電圧部分１１２ａからボルト頭部１１４ａまでで計算される。図８に図示し、図８の説明で示した沿面距離「Ｄ」は、絶縁部材１３０の内面・外面に沿った電流流路の長さを含むものであり、図１に示した従来のインバータユニットの、パワーモジュールの高電圧部分とワッシャ８の外周部との沿面距離「ｄ」よりも大きい。

ボルト頭部と端壁との間にワッシャが配置された従来のインバータユニットの構成では、十分な沿面距離を確保することが困難であった。しかし、本発明では、ボルト１１４の頭部１１４ａとパワーモジュール１１２との間に配置された部品は絶縁部材１３０である。絶縁部材１３０は非導電性部品であるため、沿面距離は、高電圧部分１１２ａ、１１２ｂとパワーモジュール１１２の自由表面からの距離と、ボルト頭部１１４ａに到達するために絶縁部材１３０の表面に沿って電流が横断しなければならない距離である。

パワーモジュール１１２の高電圧部分１１２ａとボルト頭部１１４ａとの沿面距離「Ｄ」は、絶縁素子１３０を変更することによって増加させることができる。例えば、パワーモジュール１１２をインバータハウジング１２０の端壁１２０ａに取り付けるための対応するボルト１１４は、ボルト頭部１１４ａと、ねじ軸部１１４ｂを含む。ベース１３０ａの直径または、絶縁素子１３０の側壁１３０ｂによって画定される中空円筒の内径は、ボルト頭部１１４ａの直径よりも大きく、ボルト頭部１１４ａの周囲を取り囲んで間に環状空間を画定する。ボルト頭部１１４ａと、側壁１３０ｂによって画定される中空円筒の内径との間の環状空間は、沿面距離と直接に関係する。より具体的には、沿面距離は、ボルト頭部１１４ａと、側壁１３０ｂを画定する中空円筒の内径との間の環状の間隔とともに増加する。絶縁部材１３０の側壁１３０ｂの高さは、ボルト頭部１１４ａの高さの少なくとも２倍である。再び添付図面の図４を参照すると、仮に側壁１３０ｂの高さを「Ｈ」で表し、ボルト頭部１１４ａの高さを「ｈ」で表すと、Ｈ＝４ｈである。絶縁部材１３０の側壁１３０ｂとボルト１１４のボルト頭部１１４ａとの高さの差は、沿面距離と直接に関係する。より具体的には、沿面距離は、側壁１３０ｂとボルト頭部１１４ａとの高さの差の増加とともに増加する。側壁は、沿面距離を長くするために、異なる構成を有し得る。一実施形態によれば、側壁３０ｂは、ベース１３０ａの周縁部に沿って均一な高さである。別の実施形態によれば、絶縁部材１３０の側壁１３０ｂの少なくとも一部は中心軸「Ｃ」に対して傾斜しており、パワーモジュール１１２の高電圧部分１１２ａとボルト頭部１１４ａの間の沿面距離を増大させる。一実施形態では、側壁１３０ｂの内面及び外面は共に平滑面である。

図９及び図１０を参照すると、ボルト１１４及び対応する絶縁部材１３０により、パワーモジュール１１２を端壁１２０ａに取り付ける構成が描写されている。より具体的には、ボルト１１４のねじ軸部１１４ｂが、絶縁部材１３０のベース１３０ａに形成された孔１３２ａを軸方向に貫通して端壁１２０ａに形成された孔１２２ａに係合し、その一方でボルト頭部１１４ａはベース１３０ａの上方に留まる。ボルト１１４のねじ軸部１１４ｂは、パワーモジュール１１２に形成されたそれぞれの切り欠き１１２ｃを貫通して、端壁１２０ａに形成された対応する孔１２２ａに受容されて、パワーモジュール１１２を端壁１２０ａに取り付ける。より具体的には、インバータハウジング１２０の端壁１２０ａには、対応するボルト１１４を受容して、ねじ係合を構成するための孔１２２ａが形成されている。さらに、ボルト１１４を使用してインバータハウジングの端壁１２０ａの上にパワーモジュール１１２を取り付けるこのような構成は、パワーモジュール１１２を端壁１２０ａに圧接し、パワーモジュール１１２からの放熱性を向上させる結果となる。このような構成は、パワーモジュール１１２と端壁１２０ａとの間のあらゆる空隙に起因して生じる絶縁の問題に対処する。ベース１３０ａは、さらに、ボルト頭部１１４ａに対して十分な支持及び面接触を提供し、それによって、ボルト１１４の端壁１２０ａとのねじ係合を向上させる。

図９は、パワーモジュール１１２、絶縁部材１３０、およびボルト１１４の、インバータハウジング１２０の端壁１２０ａに沿った組み立てを示す分解斜視図である。パワーモジュール１１２間の面接触をさらに向上させてパワーモジュールからの放熱性を改善するために、端壁１２０ａは、その上に形成された平坦なプラットフォーム１２２ｂを含む。図９は、端壁１２０ａに形成された平坦なプラットフォーム１２２ｂを描写する拡大図も示す。ボルト１１４を受容して係合する孔１２２ａは、平坦なプラットフォーム１２２ｂの周縁に沿って、特に、その対向する両短辺に配置されている。平坦なプラットフォーム１２２ｂは、形状及びサイズがパワーモジュール１１２と相補的であって、端壁１２０ａのパワーモジュール１１２との面接触を増強している。一般に、パワーモジュール１１２と平坦なプラットフォーム１２２ｂとの間にギャップフィラー１２４が配置されて、パワーモジュール１１２と端壁１２０ａとの間の面接触をさらに改善するとともに、ボルト１１４を用いてパワーモジュール１１２が平坦なプラットフォーム１２２ｂの上に取り付けられたときのパワーモジュール１１２の放熱性を向上させる。特に、ギャップフィラー１２４は、例えば、パワーモジュール１１２および端壁１２０ａの粗さ及び幾何形状上の欠陥に起因するギャップなどの小さなギャップを埋める。さらに、ギャップフィラー１２４は、空気よりも熱伝導率が良いので、ギャップフィラー１２４は、パワーモジュール１１２と端壁１２０ａとの間の熱流を改善することを可能にする。図１０は、パワーモジュール１１２、絶縁部材１３０及びボルト１１４の組み立てを、両方のボルト１１４を貫通する断面平面に沿って描いた断面図である。また、端壁１２０ａに形成された平坦なプラットフォーム１２２ｂと、パワーモジュール１１２の下面との間に配置され、パワーモジュール１１２と端壁１２０ａとの間の面接触を増加させるギャップフィラー１２４が描写されている。このような構成により、パワーモジュール１１２が、端壁１２０ａに形成された平坦なプラットフォーム１２２ｂにボルト１１４によって圧接されるにつれ、パワーモジュール１１２からの放熱性の向上が達成される。このような構成により、パワーモジュール１１２と端壁１２０ａの間の面接触が改善し、それにより放熱性が増強される。より具体的には、パワーモジュール１１２で発生した熱を、端壁１２０ａの他方の側部にある冷媒に効率よく逃がすことができる。一実施形態によれば、孔１２２ａと、平坦なプラットフォーム１２２ｂの対応する短辺との間に溝１２２ｄが設けられて、パワーモジュール１１２がボルト１１４によって平坦なプラットフォーム１２２ｂに圧接されたときに外側に押し出される余分なギャップフィラーを収容する。

インバータ１１０はさらに、パワーモジュール１１２と取り外し可能なカバー１２０ｃとの間に配置されたセパレータ１１８を含む。図３は、絶縁部材１３０の、ＰＣＢ１１６及びセパレータ１１８と互いに組み立てられるときの、ＰＣＢ１１６及びセパレータ１１８に対する相対的な位置及び順序を示す。図１１は、インバータ１１０用のＰＣＢ１１６の等角図である。ＰＣＢ１１６は、取り付けられた複数の電子部品１１６ａ（図１１には図示せず）も含む。図１２に示すセパレータ１１８は、ＰＣＢ１１６に取り付けられたこれらの電子部品１１６ａを分離する。図１２は、インバータ１１０用のセパレータの等角図である。セパレータ１１８は、プラスチック材料であり、ＰＣＢ１１６に取り付けられた様々な電子部品１１６ａの間の絶縁を提供し、それによって、電子部品が互いに偶発的に接触することによって、または電子部品１１６ａ間の不十分な間隔によって短絡することを防止する。セパレータ１１８は、さらに、ＰＣＢ１１６をインバータハウジング１２０の内部に位置決めするための配置構成を含んでもよい。ＰＣＢ１１６とセパレータ１１８は、絶縁部材１３０を貫通させる為の対応する第１の開口部１１６ｂ及び第２の開口部１１８ａを含む。ＰＣＢ１１６上の第１の開口部１１６ｂの個数と配置は、ボルト１１４の個数とボルト１１４間の間隔に対応し、より具体的には、ボルト１１４に対応する絶縁部材１３０の個数と間隔に対応する。同様に、セパレータ１１８上の第２の開口部１１８ａの個数と配置は、ボルト１１４の個数とボルト１１４間の間隔に対応し、より具体的には、ボルト１１４に対応する絶縁部材１３０の個数と間隔に対応する。ＰＣＢ１１６上に形成された第１の開口部１１６ｂと、セパレータ１１８上に形成された第２の開口部１１８ａは、絶縁部材１３０が第１の開口部１１６ｂと第２の開口部１１８ａをそれぞれ貫通することができるように、互いに対して整列される。第１の開口部１１６ｂ及び第２の開口部１１８ａを貫通した後の絶縁部材１３０は、パワーモジュール１１２上に載り、ボルト１１４のねじ部１１４ｂが、絶縁部材１３０に形成された対応する孔１３２ａを貫通して端壁１２０ａに係合するにつれ、パワーモジュール１１２をインバータハウジング１２０の端壁１２０ａに圧接する。プラスチックカップの形態の絶縁部材１３０は、さらに、パワーモジュール１１２、セパレータ１１８およびＰＣＢ１１６の、インバータハウジング１２０の端壁１２０ａへの組み付けを容易にするためのポカヨケ機能として機能する。

図１３は、パワーモジュール１１２、絶縁部材１３０及びボルト１１４の、ＰＣＢ１１６との組み立ての拡大図を示している。さらに、図１２は、パワーモジュールとＰＣＢ１１６との間の、パワーモジュール１１２から突出するピン１１２ｂを介した接続を示している。図１３を参照すると、ボルト１１４のねじ軸部１１４ｂと、パワーモジュール１１２のケーシング１１２ｄ上に形成された対応する切り欠き１１２ｃの内壁との間に十分なクリアランスが設けられている。さらに、リードフレームの最端部は、ＰＣＢ１１６に形成された対応する孔に挿入される。このようなピン１１２ｂとＰＣＢ１１６との接続により、ボルト１１４のねじ軸部１１４ｂと、パワーモジュール１１２上に形成された切り欠き１１２ｃの内壁との間にクリアランスがあっても、ＰＣＢ１１６に対するパワーモジュール１１２の確実な位置決めと取り付けが達成される。このような構成は、ボルト１１４のねじ軸部１１４ｂが、パワーモジュール１１２の対応する切り欠き１１２ｃの内壁に接触することを防止し、それによって、接触部を介した沿面距離が短くなることを回避することができる。さらに、そのような構成により、パワーモジュール１１２が、ボルト１１４の展開の軸方向に移動して、パワーモジュール１１２をＰＣＢ１１６に対して軸方向の所望の位置に確実に取り付けることが可能になる。より具体的には、このような構成により、パワーモジュール１１２のＰＣＢ１１６に対する横方向への相対移動は阻止されるが、パワーモジュール１１２を端壁１２０ａに圧接するためにボルトが展開されるとき、ボルト１１４の運動の軸方向に沿った相対移動は許容される。

図１４に示される別の実施形態によれば、側壁１３０ｂの内面及び外面の少なくとも一方は凹凸面であり、特に、パワーモジュール１１２の高電圧部分１１２ａとボルト頭部１１４ａの間の沿面距離を長くするために、セレーション１３２ｂが設けられている。ただし、図１３ではセレーション１３２ｂは側壁１３０ｂの内面に描かれているが、セレーション１３２ｂは、側壁１３０ｂの外面にも構成され得る。

しかしながら、本発明は、絶縁部材の特定の形状、構成、個数、配置、側壁１３０ｂの構成、ボルトの側壁間の環状空間、ボルト頭部に対する側壁の高さ、ボルトが貫通するベース部分の孔の位置に限定されるものではない。

図１５に図示されているさらに別の実施形態によれば、セパレータ１１８は、セパレータ１１８と一体に形成された絶縁部材１１８ｂを含む。そのような構成において、絶縁部材１１８ｂは、第１の開口部１１６ｂを貫通し、セパレータ１１８はパワーモジュール１１２の上に載って、ボルト１１４のねじ部１１４ｂが絶縁部材１１８に形成されていた孔１１８ａを貫通して端壁１２０ａと係合するにつれ、パワーモジュール１１２をインバータハウジング１２０の端壁１２０ａに圧接する。より具体的には、セパレータ１１８は、パワーモジュール１１２と平行に延在するリップ部１１８ｃを含む。このような構成により、パワーモジュール１１２の高電圧部分１１２ａとボルト頭部１１４ａとの間の沿面距離がさらに長くなるが、それは、パワーモジュール１１２の高電圧部分１１２ａから発せられる電流が、セパレータ１１８およびセパレータ１１８と一体に形成された絶縁部材１１８ｂと表面に沿った沿面経路「Ｐ」を辿ってボルト頭部１１４ａに到達しなければならないからである。

また、本発明の実施形態に係る電動圧縮機１０００も開示する。再び図２を参照すると、電動圧縮機１０００は、圧縮ユニット３００と、電動機２００と、インバータユニット１００とを含む。圧縮ユニット３００は、流体、特に冷媒を、冷媒が空調ループのコンデンサに供給される前に圧縮する。電動機２００は圧縮ユニット３００を駆動する。上記で開示したインバータユニット１００は電動機２００を駆動する。

明らかに、本発明の多数の修正および変形が、上記の教示に照らして可能である。したがって、本発明は、本明細書に具体的に記載された以外の方法で実施され得ることを理解されたい。

いずれにせよ、他の実施形態が存在する可能性があるため、本発明は、本明細書に具体的に記載された実施形態に限定され得ず、また、限定されるべきでもない。本発明は、任意の等価手段および技術的に動作する手段の組み合わせに拡張するものである。

１００ インバータユニット
１１０ インバータ
１１２ パワーモジュール
１１２ｄ ケーシング
１１４ ボルト
１１４ｂ ねじ部
１１６ ＰＣＢ
１１６ｂ 第１の開口部
１１８ セパレータ
１１８ａ 第２の開口部
１１８ｃ リップ部
１２０ インバータハウジング
１２０ａ 端壁
１２２ａ、１３２ａ 孔
１３０ 絶縁部材
１３０ａ ベース
１３０ｂ 側壁
２３０ 高電圧（ＨＶ）コネクタ
２４０ 低電圧（ＬＶ）コネクタ
２００ 電動機

Claims (17)

1. インバータユニット（１００）であって、
   電動機（２００）を駆動するためのインバータ（１１０）であって、高電圧（ＨＶ）直流（ＤＣ）を、前記電動電動機（２００）を駆動する三相交流（ＡＣ）に変換するための少なくとも１つのパワーモジュール（１１２）を備えた、インバータ（１１０）と、
   前記インバータ（１１０）を受容するためのインバータハウジング（１２０）と、を備え、
   前記パワーモジュール（１１２）が、前記インバータハウジング（１２０）の端壁（１２０ａ）に、ボルト（１１４）により取り付けられるように適合され、前記ボルト（１１４）の頭部（１１４ａ）と前記パワーモジュール（１１２）との間に絶縁部材（１３０、１１８ｂ）が配置されていることを特徴とするインバータユニット（１００）。
2. 前記端壁（１２０ａ）は、孔（１２２ａ）が形成された前記インバータハウジング（１２０）の閉端を画定して、前記対応するボルト（１１４）とのねじ係合を構成する、請求項１に記載のインバータユニット（１００）。
3. 前記絶縁部材（１３０）は、ベース部分（１３０ａ）を備え、前記パワーモジュール（１１２）は、前記ボルト（１１４）によって前記ベース部分（１３０ａ）及び前記インバータハウジング（１２０）の前記端壁（１２０ａ）に確実に取り付けられ、前記ボルト（１１４）のねじ軸部（１１４ｂ）が、前記ベース部分（１３０ａ）に形成された孔（１３２ａ）および前記パワーモジュール（１１２）に設けられた挿通部（１１２ｃ）を軸方向に貫通して前記端壁（１２０ａ）に係合し、その一方で、前記ボルト（１１４）の前記頭部（１１４ａ）が前記ベース部分（１３０ａ）の上に留まり、前記ベース部分（１３０ａ）が、前記ボルト（１１４）の前記頭部（１１４ａ）と前記パワーモジュール（１１２）の間に配置されてそれらを分離するようになっている、請求項１又は２に記載のインバータユニット（１００）。
4. 前記絶縁部材（１３０）の前記ベース部分（１３０ａ）は、前記ボルト（１１４）前記頭部（１１４ａ）の半径寸法よりも大きい半径寸法を有して、間に環状空間を画定する、請求項３に記載のインバータユニット（１００）。
5. 前記孔（１３２ａ）は、前記ベース部分（１３０ａ）に対して中心に配置されている、請求項３に記載のインバータユニット（１００）。
6. 前記絶縁部材（１３０）はさらに、前記ベース部分（１３０ａ）から軸方向に、且つ前記パワーモジュールから離れる方向に延びる側壁（１３０ｂ）を備えている、請求項３に記載のインバータユニット（１００）。
7. 前記絶縁部材（１３０）の前記側壁（１３０ｂ）は、前記ボルト（１１４）の前記頭部（１１４ａ）の高さの少なくとも２倍の高さを有する、請求項６に記載のインバータユニット（１００）。
8. 前記側壁（１３０ｂ）は、前記ベース部分（１３０ａ）の周縁部に沿って均一な高さである、請求項６に記載のインバータユニット（１００）。
9. 前記絶縁部材（１３０）の前記側壁（１３０ｂ）の少なくとも一部は、中心軸「Ｃ」に対して傾斜している、請求項６に記載のインバータユニット（１００）。
10. 前記側壁（１３０ｂ）の内面および外面の少なくとも一方は凹凸面である、請求項６に記載のインバータユニット（１００）。
11. 前記絶縁部材（１３０）は、断面が円形の中空構成である、請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のインバータユニット（１００）。
12. 前記絶縁部材（１３０）のうち少なくとも１つは、前記対応するボルト（１１４）とオーバーモールドされて一体に形成されている、請求項１乃至１１のいずれか１項に記載のインバータユニット（１００）。
13. 前記インバータ（１００）がさらに、プリント回路基板（ＰＣＢ）（１１６）と、前記パワーモジュール（１１２）と取り外し可能なカバー（１２０ｃ）との間に配置されたセパレータ（１１８）とを備えている、請求項１乃至１２のいずれか１項に記載のインバータユニット（１００）。
14. 前記プリント基板（ＰＣＢ）（１１６）及び前記セパレータ（１１８）は、それぞれ前記絶縁部材（１３０）を貫通させるための対応する第１の開口部（１１６ｂ）及び第２の開口部（１１８ａ）を備えている、請求項１３に記載のインバータユニット（１００）。
15. 前記セパレータ（１１８）は、前記セパレータ（１１８）と一体に形成された前記絶縁部材（１１８ｂ）を備えている、請求項１乃至１４のいずれか１項に記載のインバータユニット（１００）。
16. 前記ボルト（１１４）は、ドライバー、アレンキーからなる群から選択される展開工具を使用して展開されるように適合されている、請求項１乃至１５のいずれか１項に記載のインバータユニット（１００）。
17. 電動圧縮機（１０００）であって、
    流体を圧縮するように適合された圧縮ユニット（３００）と、
    前記圧縮ユニット（３００）を駆動する電動機（２００）と、
    請求項１乃至１６のいずれか１項に記載のインバータユニット（１００）であって、
    前記電動機（２００）を駆動するように適合されたインバータユニット（１００）と、
    を備えた電動圧縮機（１０００）。

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