JP3760887B2 - 車両用インバータ一体型モータ - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両用インバータ一体型モータに関し、特にそのインバータ一部の改良に関する。
【0002】
【従来の技術】
アイドルストップ時の空調維持などのために、コンプレッサ部を電動駆動する電動コンプレッサを用いた車両用冷凍サイクル装置が知られている。また、電動コンプレッサのモータ部を低圧冷媒ガスにより冷却することも公知となっている。
【0003】
更に、直流電源で交流電動機を駆動するインバータ部をこの電動コンプレッサに搭載した車両用インバータ一体型電動コンプレッサが提案されている。この従来の車両用インバータ一体型電動コンプレッサは、モータ部とコンプレッサ部とを軸方向に一体化し、モータ部のコンプレッサ部と反対側の端面に、インバータ部を固定する構成を採用している。このインバータ部は、直流電力を三相交流電力に変換してモータ部へ給電する三相インバータモジュール、この三相インバータモジュールの直流電流脈動を低減する平滑コンデンサ、三相インバータモジュールのスイッチング素子を断続制御するためのコントローラICや電源IC等を搭載するプリント基板、三相インバータ回路ICの底面に固定されたヒートシンクなどを有している。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の車両用インバータ一体型電動コンプレッサは、コンプレッサ部に対してモータ部及びインバータ部が軸方向に配列される構造を有するため、従来のベルト駆動のコンプレッサに対して軸方向長が格段に長くなり、単に従来のベルト駆動のコンプレッサを置換することができず、エンジンルーム内の各機器の位置取りすなわちスペース配分の大幅変更を要し、工程増加、コストアップとなる場合が多いという問題があった。
【0005】
また、エンジンルーム容積は年々、縮小傾向にあり、この車両用インバータ一体型電動コンプレッサも小型、軽量化を特に要求されている。
【0006】
更に、インバータ部の特に三相インバータモジュールは良好な冷却を必要とするものの、モータ部に軸方向に隣接するインバータ部の冷却は簡単ではなかった。すなわち、従来、モータ部は、ロータ固定の冷却ファンから吹き出されるで冷却風により空冷されたり、あるいは、導入される低温の低圧冷媒ガスにより冷却されたりするが、冷却ファンからの吹き出し冷却風や低圧冷媒ガスを軸方向に分流したり、曲げたりしてインバータ部に導入することは簡単ではなかった。
【0007】
この問題を解決する案として、インバータ部をハウジング、特にそのモータ部の周壁外周面に設けることが考えられる。しかし、この場合、三相インバータ回路を構成する電力スイッチング素子、平滑コンデンサ、制御回路及びそれらの間のパワー用及び制御用の多数の配線を周壁外周側に配置する必要があるため、周方向及び軸高校の面積が増大し、かつ、配線作業が複雑化し、配線長さの増大により配線インダクタンスや配線抵抗が増大してしまうという懸念が生じる。
【0008】
上記した問題は、インバータ一体型電動コンプレッサに限らず、車両用インバータ一体型モータ全般の問題であり、従来より車両用インバータ一体型モータにおけるインバータ部の小型化が要望されている。特に車両用のインバータ一体型モータでは、小型化とともに耐振動性も重要であり、車両衝突などが生じてもインバータ部の配線位置がずれて電気的短絡が生じないように配線間隔の確保が必要であり、インバータ部の小型化のために高密度に配線することには限界があった。
【0009】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、耐衝撃性を確保しつつ小型化が可能な車両用インバータ一体型モータを提供することをその目的としている。
【0010】
【課題を解決するための手段】
この発明の車両用インバータ一体型電動コンプレッサは、ハウジングと、前記ハウジングに収容されたモータ部と、前記ハウジングに固定されるとともに直流電力を三相交流電力に変換して前記モータ部へ給電するインバータ回路部とを備え、前記インバータ回路部が、三相インバータ回路の各アームを構成する電力スイッチング素子と、前記三相インバータ回路の一対の直流入力端子間に接続される平滑コンデンサと、前記電力スイッチング素子を制御する制御回路と、前記スイッチング素子、前記平滑コンデンサおよび前記制御回路を接続する配線部とを有する車両用インバータ一体型電動コンプレッサにおいて、
前記ハウジングは、前記ハウジングの周壁外周面に形成されて前記電力スイッチング素子が締結される平坦な台座面と円弧形状の内周面とにより規定される厚さが周方向に連続的に変化する台座部を有し、前記電力スイッチング素子を締結するための螺子孔は、前記台座部のうち肉厚が厚い部分に設けられており、前記電力スイッチング素子は、電極端子突出側の側面と反対側の側面に偏在して貫通孔を有し、各電力スイッチング素子の電極端子が互いに対向するように配置されるとともに、前記貫通孔に挿入された螺子を前記螺子孔に締結することで前記ハウジングに固定されていることを特徴としている。この発明によれば、車両用インバータ一体型電動コンプレッサの小型化が可能である。
好適な態様1において、前記配線部が、多数のバスバーを樹脂成形板部に相互に絶縁確保しつつ一体化して形成されるとともに前記樹脂成形板部を通じて前記ハウジングの前記周壁外周面に固定されるともに、前記各バスバーの端部が前記樹脂成形板部から突出して前記電力スイッチング素子の各電極端子、前記平滑コンデンサの端子および前記制御回路の所定の接続部に接続されるバスバー内蔵プレートを有し、前記バスバー内蔵プレートが、前記ハウジングの周壁外周面に直接又は放熱板を通じて固定された前記電力スイッチング素子の径方向外側に位置して前記電力スイッチング素子に対して径方向に所定間隙を隔てて重ねられつつ略接線方向に延設されている。
【0011】
すなわち、この態様では、ハウジングの周壁外周面に固定される電力スイッチング素子及び平滑コンデンサと、最終的にハウジングに固定されてたとえばプリント基板などに実装される制御回路と、さらには外部の直流電源、制御装置、モータ部との接続のための外部接続部(コネクタ部とも称する)に区分されるインバータ部の各構成要素は、配線部としてのバスバー内蔵プレートにより配線、接続をなされる。
【0012】
このバスバー内蔵プレートは、好適には配線交差のための2層構造を有して樹脂成形板部により相互間の又は外部との絶縁確保しつつ一体化される多数のバスバーを含み、樹脂成形板部を通じてハウジングの前記周壁外周面に固定される。
【0013】
このバスバー内蔵プレートは更に、ハウジングの周壁外周面に直接又は冷却部材(ヒートシンク板など)を通じて固定される電力スイッチング素子の上方(ハウジングの周壁外周面から離れる方向)に配置され、電力スイッチング素子を覆う。
【0014】
なお、電力スイッチング素子は、三相インバータ回路をそれぞれ構成する1個のスイッチング素子により構成されてもよく、複数又は全部のスイッチング素子をハイブリッドにパッケージするか又はモノリシックに集積したICモジュールとして構成することができる。なお、三相インバータ回路のフライホイルダイオードは2端子型スイッチング素子とみなすことができ、トランジスタは三端子型のスイッチング素子とみなすことができる。
【0015】
このような構成を採用したこの態様の車両用インバータ一体型電動コンプレッサのインバータ部は、次の作用効果を奏することができる。
【0016】
まず、インバータ部を構成する上記構成要素間の配線をバスバー内蔵プレートにより一つの部材に集約することができ、部品点数の削減、配線作業の簡素化とともに、高密度の大電流配線を一挙に実現することができる。特に、各バスバー間の電気絶縁を十分に確保しつつ車両振動によるバスバーの変形を無視することができるので各バスバー間の間隔を大幅に縮小することができることは大きなメリットである。
【0017】
また、バスバー内蔵プレートは、電力スイッチング素子の上に重ねて配置することができるので(二階建て構造とすることができるので)、配線距離の短縮による配線インピーダンスの低減を実現できるとともに、径方向と直角方向におけるインバータ部の必要面積を縮小してインバータ部の小型化を可能とする。
【0018】
更に、電力スイッチング素子の上方に敷設される直流電源バスバー(高位直流電源バスバー、接地電源バスバー)は、電力スイッチング素子から外部に放射される高周波スイッチングノイズを良好にシールドすることができる。
【0019】
更に、配線構造を変更することなくインバータ部の分解修理交換を行うことが容易となる。
【0020】
また更に、バスバー内蔵プレートは個々のバスバーに対して質量、剛性が大きくかつ多数の接続箇所により強固にハウジングに固定することができるので、インバータ部の配線部の耐車両振動性及び耐衝突衝撃安全性を格段に向上させることができる。特に、バスバー内蔵プレートの固有機械共振周波数は個々のバスバーのそれに対して格段に小さくなるので、車両振動さらにはモータ部が駆動する回転負荷機械(たとえばコンプレッサ)の振動に対して耐性を大幅に改善することができる。すなわち、個々のバスバーの接続部がこの機械共振現象によりゆるむのを良好に防止することができる。
【0021】
好適な態様2において、前記バスバー内蔵プレートは、前記ハウジングの周壁外周面に直接又は放熱板を通じて固定された前記電力スイッチング素子と、前記制御回路が実装されて前記電力スイッチング素子の径方向外側に位置して略接線方向に延在する前記プリント基板との間に位置して前記プリント基板と略平行に延設され、かつ、前記電力スイッチング素子および前記プリント基板に対して径方向にそれぞれ所定間隙を隔てて重ねられている。
【0022】
すなわち、この態様では、電流量としては非常に小さくかつマイコンなどの多数の回路素子により構成されて三相インバータ回路の各電力スイッチング素子を断続制御する制御回路を、大電流配線用のバスバー内蔵プレートとは別にプリント基板に実装し、このプリント基板をバスバー内蔵プレートの上方にバスバー内蔵プレートと略平行に設ける。このようにすれば、バスバー内蔵プレートが通信制御用の微小電流配線を負担する必要がないので全体としてバスバー内蔵プレートの小型、軽量化を実現することができるとともに、プリント基板、バスバー内蔵プレート、電力スイッチング素子を三階建て構造とするので、配線距離の短縮とインバータ部の径方向と直角な方向における必要面積の縮小も実現することができる。更に、中間のバスバー内蔵プレートのバスバーの外部突出端子部分は容易に直角に屈折してプリント基板の電気接続用の端子孔に挿入することができるので、電力スイッチング素子とプリント基板との配線の接続すなわち垂直配線をバスバー内蔵プレートのバスバーにより簡単に実現することができる。
【0023】
なお、この態様の変形態様として、プリント基板をバスバー内蔵プレートの電力スイッチング素子と反対側の主面に接着することもできる。この場合には、プリント基板の部品実装面と反対の面に突出する部品の端子は、バスバー内蔵プレートの樹脂成形板部にあらかじめ設けた穴に収容されることが好ましい。これにより、インバータ部の高さを縮小することができるので更にインバータ部の小型化を実現することができる。更に、プリント基板を省略してバスバー内蔵プレートの主面に制御回路を構成する回路部品を実装することもできる。この場合には、少なくともバスバー内蔵プレートの表面にエッチング銅箔パターンから構成される制御用の配線層を形成することが好ましい。
【0024】
好適な態様3において、前記バスバー内蔵プレートの前記樹脂成形板部は、前記ハウジングの前記周壁外周面に密着固定されて前記電力スイッチング素子および前記プリント基板を囲む外枠部と一体に樹脂成形されて前記外枠部の内側面から略接線方向に延設されている。
【0025】
これにより、バスバー内蔵プレートを簡単にハウジングに固定できるとともに、バスバー内蔵プレートの機械的剛性を向上することができるので、車両振動などによるバスバーの振動を低減することができ、バスバーのゆるみやその接合部の機械的劣化を防止することができる。
【0026】
また、この外枠部は、電力スイッチング素子及びプリント基板の全側面を囲んで保護することができるので、たとえばハウジングと一体に形成されたケースの金属製の外枠部を省略することができ、軽量化を実現することができる。
【0027】
好適な態様4において、前記プリント基板の外縁部は、前記枠部の頂面より所定深さだけ落ち込んだ位置にて前記外枠部に形成された段差面に締結され、前記外枠部の内部は、前記枠部の前記頂面に締結された蓋板により密閉されている。これにより、プリント基板の取り付けが非常に簡単となる上、プリント基板の端子孔とバスバー内蔵プレートから突出するバスバーの端子との位置合わせ精度を格段に向上することができる。
【0028】
好適な態様5において、前記樹脂成形板部又は前記外枠部と一体に樹脂成形されて前記プリント基板の中央部に接する中央支持柱部を有する。これにより、プリント基板の耐振性を向上することができる。なお、同様に、外枠部により外縁を支持されるバスバー内蔵プレートの中央部すなわち外枠部から離れた位置にハウジングの周壁外周面に向けて下設されて周壁外周面に当接する中央支持柱部を設けてよい。これによりバスバー内蔵プレートの機械的剛性を向上することができる。
【0029】
好適な態様6において、前記インバータ回路部の低位直流ラインを構成するとともに前記樹脂成形板部又は前記外枠部から突出して前記ハウジングの前記周壁外周面に固定されることにより冷却、接地、電磁シールド効果を奏する接地用バスバーを有する。これにより、インバータ部の接地ラインの配線インピーダンスを低減して損失、発熱を低減することができるとともに、この接地用バスバーをバスバー内蔵プレート内のアイドルスペースに広く配置することにより電力スイッチング素子が発生する電磁放射ノイズをシールドすることができ、更に電力スイッチング素子や平滑コンデンサの発熱をこの幅広の接地用バスバーを通じてハウジングに良好に放熱することができる。
【0030】
なお、インバータ回路部の高位直流ラインを構成するとともに前記樹脂成形板部又は前記外枠部から突出して前記ハウジングの前記周壁外周面に絶縁シートを介して固定されることにより冷却及び平滑コンデンサ容量増大効果を奏する電源バスバーを配置すれば、簡単に平滑コンデンサの必要容量を簡単な構成により低減できるとともに、電力スイッチング素子や平滑コンデンサの発熱をこの電源バスバーを通じてハウジングに良好に放熱することができる。
【0031】
好適な態様7において、前記インバータ回路部を構成する前記プリント基板上の接地用配線導体に接続されるとともに、前記樹脂成形板部又は前記外枠部から突出して前記ハウジングの前記周壁外周面に固定されることにより冷却、接地、電磁シールド効果を奏する接地用バスバーを有する。これにより、プリント基板を良好に冷却することができるので、プリント基板上に実装された制御回路のマイコンや電源ICなどの温度過昇を抑止するとともに、接地用バスバーの配線インピーダンス低減により外部からプリント基板側への又はプリント基板側から外部への電磁放射ノイズをシールドすることができ、損失、発熱も低減することができる。
【0032】
なお、この接地用バスバーは、プリント基板の回路に給電する電源ラインを被覆乃至電源ラインと平行に延設される電磁シールドラインに接続されることが好ましい。これにより、電磁放射ノイズのシールド及び電源ラインに重畳する高周波ノイズ電圧の低減に一層有効となる。更に、プリント基板上の上記接地用配線導体はできるだけ広くプリント基板上に形成されることが種々の点で特に好ましく、更に接地用バスバーとプリント基板上の接地用配線導体との接触面積も許される範囲内でできるだけ大きく設定されることが好適である。
【0033】
好適な態様8において、前記インバータ回路部の高位直流ラインとしての電源バスバーを構成する前記バスバーと一体に形成されるか又は接続されて外部の電源ケーブルに接続されている外部電源端子対と、前記外枠部と一体に形成されて前記外部電源端子対を囲む電源コネクタ部とを有する。すなわち、この態様では、バスバー内蔵プレート及び外枠部と一体にモータ部の外部電源端子対を囲む電源コネクタ部すなわち外部電源端子対を囲んで保護する外枠部を有しているので、部品点数の削減と良好な外部電源端子対保護とを実現することができる。
【0034】
好適な態様9において、前記制御回路と外部との通信伝送線を構成して外部通信ケーブルに接続されている外部通信端子と、前記外枠部と一体に形成されて前記外部通信端子を囲む通信コネクタ部とを有する。すなわち、この態様では、バスバー内蔵プレート及び外枠部と一体に外部との通信を行う外部通信端子を囲んで保護する枠部を有しているので、部品点数の削減と良好な外部通信端子保護とを実現することができる。
【0035】
なお、上記説明したバスバー内蔵プレートは、ICリードフレーム製造技術に類似の導電板のプレス成形によるバスバーパターンの成形と、その樹脂モールド又はインサート成形による一体化、その後のバスバー間を接続するタイバーの切断による各バスバーの相互分離により容易に製造することができる。
【0036】
他の好適な態様において、前記電力スイッチング素子及び前記平滑コンデンサが、前記ハウジングの周壁外周面に直接又は放熱板を通じて固定され、前記制御回路を構成する回路部品が、前記バスバーを挟んで前記電力スイッチング素子の径方向外側に配置されたプリント基板に実装され、前記電力スイッチング素子と前記プリント基板とを前記バスバーにより接続する構成が採用される。
【0037】
この態様は、上記した態様1において、バスバー内蔵プレートの樹脂成形板部を省略した形態を含むものに相当する。
【0038】
この態様によれば、強力な冷却を必要とする電力スイッチング素子及び平滑コンデンサをハウジングの周壁外周面に固定してハウジングの周壁をヒートシンクとして機能させ、その上に大電流のバスバーを二階建て構造に配置することによりバスバーの配線長さを短縮するとともに、電力スイッチング素子の上記電磁シールドを実現し、更にバスバー上に制御用のプリント基板を配置することによりインバータ回路部の必要面積を縮小する。この場合には、プリント基板と電力スイッチング素子との縦方向の立体配線が必要となるが、この問題は両者の中間のバスバーを利用してこれら両者を接続することにより簡単に形成することができる。
【0039】
他の好適な態様において、前記インバータ回路部が、前記ハウジングの周壁外周面に固定された外枠部と前記外枠部の頂面に密接する蓋板部と前記ハウジングの周壁外周面とにより区画形成される密閉空間に収容され、前記外枠部が、前記ハウジングの前記周壁を貫通して外部に突出する前記モータ部のターミナルを囲む構成が採用される。
【0040】
この態様によれば、ハウジングの周壁外周面と、このハウジングの周壁外周面に固定された外枠部と、この外枠部に固定された蓋板部とにより、インバータ部収容ケースを構成し、更に、モータ部の引き出し線をこの外枠内に突出させることにより、引き出し線とインバータ部との接続を簡単化するとともに、この接続部や引き出し線を保護することができる。なお、この密閉空間内に樹脂やゲルを充填すれば、配線などの電気絶縁性や耐湿性を一層良好とすることができる。
【0041】
他の好適な態様において、前記インバータ回路部が、前記ハウジングの周壁外周面に固定された外枠部と前記外枠部の頂面に密接する蓋板部と前記ハウジングの周壁外周面とにより区画形成され、樹脂が充填された密閉空間に収容されている構成が採用される。この態様によれば、ハウジングの周壁外周面と、このハウジングの周壁外周面に固定された外枠部と、この外枠部に固定された蓋板部とにより、インバータ部回路部を収容するケースを構成するので、接続部や配線の電気絶縁性、耐湿性、耐振性を向上することができる。樹脂としては、軟質のゲル状の形態のものや硬化させたものを使用することができる。
【0042】
【発明の実施の形態】
本発明を適用した車両用冷凍サイクル装置のインバータ一体型電動コンプレッサの好適な態様を図面を参照して説明する。なお、各図において、部材やラインの適宜省略を行っている。
【0043】
図1は、このインバータ一体型電動コンプレッサの分解斜視図である。
【0044】
図2は、図1のインバータ一体型電動コンプレッサのインバータ回路部における径方向断面図であるが、ハウジングとインバータ回路部だけが図示されている。図2において、インバータ一体型電動コンプレッサ以外の冷媒回路自体は周知であるので図示、説明を省略する。
【0045】
図3は、モータハウジング4の台座面41にパワーMOSトランジスタモジュール6を搭載する状態を示す分解斜視図である。
【0046】
図4は、モータハウジング4の台座面41にパワーMOSトランジスタモジュール6を搭載完了後の状態を示す平面図である。
【0047】
図5は、バスバー内蔵プレート中のバスバーの一部を示す斜視図である。
【0048】
図6は、プリント基板9を搭載した状態を示す装置の平面図である。
【0049】
(全体構成)
1は車両空調用の冷凍サイクル装置の一部をなすコンプレッサ部、2はコンプレッサ部1を駆動するモータ部であり、3はコンプレッサ部1の外郭をなす圧縮機ハウジング(本発明でいうハウジング)、4はモータ部2の外郭をなすモータハウジング(本発明でいうハウジング)、5は三相同期モータからなるモータ部2を駆動制御するインバータ部(本発明でいうインバータ回路部)である。
【0050】
両ハウジング3、4は図示しない回転軸の軸方向に隣接して図示しないスルーボルトにより同軸に連結され、モータ部2の回転軸がコンプレッサ部1の回転軸を駆動する構成となっており、全体として本発明で言う電動コンプレッサを構成している。モータハウジング4の周壁外周面には、図1、図2において上方に向けて突出する台座部40をもち、台座部40の頂面は図1、図2において水平方向に平坦な台座面41を有している。
【0051】
モータ部2は、エバポレータ(図示せず)から排出される又は導入される前の低圧冷媒ガスにより冷却されている。図6において、21はモータハウジング4に設けられた低圧冷媒ガス流入孔、22はモータハウジング4に設けられた低圧冷媒ガス流出孔である。モータハウジング4は、その内部を流れる低圧冷媒ガスにより良好に冷却されている。
【0052】
インバータ部5は、三相インバータ回路の各相の上アーム側スイッチング素子と下アーム側スイッチング素子とを構成する6つのパワーMOSトランジスタモジュール(電力スイッチング素子)6と、平滑コンデンサ7と、バスバー内蔵プレート兼外枠部(本発明でいうバスバー内蔵プレートおよび外枠部)8と、プリント基板9と、蓋板10とを有しており、図示しないバッテリから給電される直流電力を三相交流電力に変換してモータ部2のステータコイル(図示せず)に給電する。このため、各相の上アーム側スイッチング素子をなすパワーMOSトランジスタモジュール6と下アーム側スイッチング素子をなすパワーMOSトランジスタモジュール6との接続点はモータ部2の各相の引き出し線に接続され、上アーム側スイッチング素子をなす3つのパワーMOSトランジスタモジュール6の残る主電極端子は後述する電源端子に接続され、下アーム側スイッチング素子をなす3つのパワーMOSトランジスタモジュール6の残る主電極端子は後述する接地端子に接続されている。
【0053】
パワーMOSトランジスタモジュール6は、樹脂モールドにより厚板状形成され、図3に示すように、一側面から突出する主電極端子としてのドレイン電極端子61及びソース電極端子62と、制御電極端子としてのゲート電極端子63とを有している。また、パワーMOSトランジスタモジュール6の電極端子突出側の側面と反対側の側面側に偏在してパワーMOSトランジスタモジュール6をモータハウジング4に締結するための貫通孔64が形成されている。
【0054】
平滑コンデンサ7は、周知のように三相インバータ回路の電源端子と接地端子との間に接続されて三相インバータ回路のスイッチング電流の高周波成分を吸収する。
【0055】
バスバー内蔵プレート兼外枠部8は、三相インバータ回路の配線をなす多数のバスバーを有してモータコネクタ部14の周壁外周面に締結されている。各バスバーは、樹脂インサート成形により一体化されている。バスバー内蔵プレート兼外枠部8は、各パワーMOSトランジスタモジュール6間の接続、各パワーMOSトランジスタモジュール6とプリント基板9との接続、各パワーMOSトランジスタモジュール6と平滑コンデンサ7との接続、各パワーMOSトランジスタモジュール6と上記直流電源端子部及び接地端子、各パワーMOSトランジスタモジュール6と交流端子との接続に用いられている。
【0056】
プリント基板9には、制御回路が実装されている。この制御回路は、外部からの指令に基づいて各パワーMOSトランジスタモジュール6を断続制御する機能やモータ部2の駆動状態を外部に送信する機能を有しており、マイコンICなどの種々の回路素子をプリント配線で接続して構成されている。
【0057】
この種のインバータ部5の回路構成とその動作自体は周知であるので、それらの説明は省略し、この実施例の特徴部分をなすインバータ部5の特徴構成を以下に説明する。
(インバータ部5の配置)
各パワーMOSトランジスタモジュール6は、樹脂絶縁シート11を介してねじ12により台座部40の台座面41に固定されている。
【0058】
各パワーMOSトランジスタモジュール6は、図3、図4に示されるように、軸方向に3列、周方向に2行に隣接配置されており、各パワーMOSトランジスタモジュール6の電極端子突出側面は互いに対向している。
【0059】
周方向一方側のパワーMOSトランジスタモジュール6は上アーム側スイッチング素子を構成し、周方向他方側のパワーMOSトランジスタモジュール6は下アーム側スイッチング素子を構成している。軸方向一方側のパワーMOSトランジスタモジュール6はU相スイッチング素子を構成し、軸方向中央のパワーMOSトランジスタモジュール6はV相スイッチング素子を構成し、軸方向他方側のパワーMOSトランジスタモジュール6はW相スイッチング素子を構成している。上アーム側スイッチング素子をなす3つのパワーMOSトランジスタモジュール6と、下アーム側スイッチング素子をなす3つのパワーMOSトランジスタモジュール6との間に、周方向所定幅の配線領域Wが形成されている。同相の2つのパワーMOSトランジスタモジュール6のうち、上アーム側のパワーMOSトランジスタモジュール6のソース端子62と、下アーム側のパワーMOSトランジスタモジュール6のドレイン端子61とは軸方向同位置にセットされ、これによりこれら端子と交流出力端子部との接続を行うバスバーの長さを短縮することができる。
【0060】
モータハウジング4の周壁外周面に形成された台座部40の台座面41は、図2に示すように、パワーMOSトランジスタモジュール6に当接する領域に比較して配線領域Wにおいて径方向外側に所定厚さだけ突出している突出部42を有している。これにより、全体として最も肉厚が薄くなる配線領域Wにおける肉厚を増加してモータハウジング4の強度、剛性を向上することができる。この周壁の厚肉化は、パワーMOSトランジスタモジュール6の各電極端子がパワーMOSトランジスタモジュール6の底面から所定高さだけ高くなった位置にてパワーMOSトランジスタモジュール6の側面から突出しており、樹脂絶縁シート11が配線領域Wに面する部位を含む台座部40全体に敷設されて、モータハウジング4の周壁外周面とパワーMOSトランジスタモジュール6の各電極端子との間の距離が短縮されてもそれらの間の沿面放電を良好に防止できる点を利用している。
【0061】
パワーMOSトランジスタモジュール6の電極端子突出側の側面と反対側
の側面に偏在して形成された貫通孔64には螺子12が挿入され、螺子12は台座部40に締結されてパワーMOSトランジスタモジュール6を固定している。貫通孔64は配線領域Wから離れるように周方向一方側に偏設されているために、台座部40の上下方向における肉厚を格別に増大することなく螺子11締結用の雌螺子穴を台座部40に形成することができる。
【0062】
平滑コンデンサ7は、パワーMOSトランジスタモジュール6の周方向一方側に位置してモータハウジング4の周壁外周面に台座面41と直角に凹設されたコンデンサ収容穴13に収容され、平滑コンデンサ7の一対の端子は平滑コンデンサ7の上面から突出している。コンデンサ収容穴13の位置にて、モータハウジング4の上下方向の肉厚は更に厚く確保することができるので、コンデンサ収容穴の深さを十分に確保することができ、これにより、平滑コンデンサ7の一対の端子の上下方向高さを抑制し、インバータ部5の突出高さを低減することができる。
【0063】
パワーMOSトランジスタモジュール6の周方向他方側すなわち平滑コンデンサ7と反対側に位置してモータコネクタ部14が形成されている。
【0064】
このモータコネクタ部14は、図2に示すように、台座部40の周方向他方側に位置してモータハウジング4の周壁外周面から突出するコップ状のコネクタハウジング15と、上方に開口するこのコネクタハウジング15の開口を封鎖する樹脂製の蓋16と、蓋16の上方側に配置された樹脂製のコネクタカバー17と、蓋16に固定された交流端子18とを有している。図示していないが、3本の交流端子(1本のみ図示されている)18は、蓋16により密閉されたコネクタハウジング15内の引き出し線収容空間Sに突出しており、この引き出し線収容空間Sにてモータ部2のステータコイルから延設される3本の引き出し線に個別に接続されている。これらの引き出し線は、モータハウジング4の周壁に設けられた引き出し線孔19を通じてモータハウジング4の内部から引き出し線収容空間Sに引き出されている。
【0065】
バスバー内蔵プレート兼外枠部8は、バスバー内蔵プレート81と、外枠82とからなる。上記したコネクタカバー17は外枠部82の一部としてバスバー内蔵プレート兼外枠部8と一体に樹脂成形されている。
【0066】
外枠部82は、図1、図4、図6に示すように、角枠形状を有し、主として台座面41に着座しており、台座部40に締結されている。コネクタカバー17は、外枠部82の一外側面にコ字状に一体形成されて、交流端子18を囲んでいる。外枠部82の側面には、コネクタカバー17と反対側に位置して一対の電源コネクタ20及び通信コネクタ21が突設されている。
【0067】
バスバー内蔵プレート81は、外枠部82の内側面からパワーMOSトランジスタモジュール6の上方に位置して水平すなわち台座面41と平行に延設されている。バスバー内蔵プレート81は、パワーMOSトランジスタモジュール6、プリント基板9、交流端子17を接続する多数のバスバーを上下方向2層に配置してなり、各バスバーは樹脂成形板部83により一体に形成されている。バスバー内蔵プレート81から接地(ー)端子22、電源(+)端子23が電源コネクタ20内に突出し、電源コネクタ20に嵌合する図示しない直流電源ケーブルに接続されている。接地(ー)端子22はバスバー内蔵プレート81内の接地用バスバーの一端部により構成されており、この接地用バスバーは各下アーム側スイッチング素子をなすパワーMOSトランジスタモジュール6のソース電極端子62と平滑コンデンサ7の負極端子とプリント基板9の接地用配線パターンに接続されている。電源(+)端子23は各上アーム側スイッチング素子をなすパワーMOSトランジスタモジュール6のドレイン電極端子61と平滑コンデンサ7の正極端子とプリント基板9の電源用配線パターンに接続されている。
【0068】
バスバー内蔵プレート81から図示しない通信用端子が通信コネクタ21内に突出し、通信コネクタ21に嵌合する図示しない通信ケーブルに接続されている。バスバー内蔵プレート81から3相の交流端子24〜26が水平方向に突出し、交流端子24〜26はコネクタカバー17内においてモータ部2側の交流端子18に密着している。バスバー内蔵プレート81から外枠部82内に水平に突出する端子は下方向に屈曲されてパワーMOSトランジスタモジュール6の各電極端子に配線領域Wにて接合されている。Xはこの接合部を示す。同じく、バスバー内蔵プレート81から外枠部82内に上方に突出する端子はプリント基板9の貫通孔91に挿入され、この貫通孔にてはんだ付けされている。
【0069】
プリント基板9の外周縁は外枠部82の内側に設けられた段差面84に載置され、ねじにより固定されている。プリント基板9は、バスバー内蔵プレート81とは所定間隔を隔ててバスバー内蔵プレート81の上方にバスバー内蔵プレート81に対して平行に配置されている。バスバー内蔵プレート81の樹脂成形板部83は水平方向中央部にてプリント基板9の下面に当接する中央支持柱830を有して、プリント基板9の振動を規制している。プリント基板9に実装されるICなどの回路部品Cは、プリント基板9の下面に実装されている。このようにすれば、バスバー内蔵プレート81から突出してプリント基板9の貫通孔91を貫通するバスバーの端子は、プリント基板9の各回路部品と同時にプリント基板9の上面にてたとえば噴流はんだ法により同時にはんだ付けされることができる。
【0070】
外枠部82の頂面85には蓋板10が締結されており、外枠部82の内部にはゲルが充填されて内部の防湿性、耐振性を向上させている。また、枠状のコネクタハウジング17の内部には樹脂がモールドされて、バスバー内蔵プレート81からの交流端子24〜26とモータ部2からの交流端子18とを絶縁保護している。
【0071】
この実施例では、上記ゲルと上記モールド樹脂とは同時に加熱されるが別々に加熱してもよく、ゲルの代わりにモールド樹脂を用いてもよい。
【0072】
(組み付け順序)
次に、インバータ部5の組み付け順序を以下に説明する。
【0073】
まず、バスバー内蔵プレート兼外枠部8とプリント基板9とを半田付け及びねじにより一体化し、パワーMOSトランジスタモジュール6をモータハウジング4の台座部40に締結する。
【0074】
次に、このバスバー内蔵プレート兼外枠部8とプリント基板9との一体物をモータハウジング4に固定し、上方へ向けて開口する部分からツールを挿入して、パワーMOSトランジスタモジュール6の電極端子及び平滑コンデンサ7の端子とバスバー内蔵プレート兼外枠部8の端子とを接合し、バスバー内蔵プレート兼外枠部8の交流端子24〜26とモータ部2側の交流端子18とを接触させる。次に、外枠部82内にゲルを充填し、コネクタハウジング17内に液状樹脂を注入し、蓋板10を固定して、加熱処理を行い、液状樹脂を硬化させる。
(実施例効果)
上記説明したこの実施例の車両用インバータ一体型電動コンプレッサの種々の作用効果について以下に列挙する。
(1)低圧冷媒ガスにより冷却されるハウジングの周壁外周面にインバータ部のパワーMOSトランジスタモジュール6を個別に行列配置して直付けしている。これにより、インバータ部冷却構造の複雑化を抑止しつつインバータ部の良好な冷却を実現するとともに軸長短縮による車両搭載性を改善することが可能となる。更に、モータハウジング4の周壁をパワーMOSトランジスタモジュール6のヒートシンクとして使用することができるので、インバータ部5の小型軽量化及び放熱抵抗の低減を実現することができる。
(2)接線方向に延設される平坦な台座面と円弧形状の内周面により規定されるために周方向に厚さが連続的に変化する台座部40のうち肉厚が厚い部分にパワーMOSトランジスタモジュール6を締結するための螺子孔を設けているので、台座部の大型化、重量および伝熱抵抗の増大を防止しつつ、デスクリートトランジスタの台座部への締結が可能となる。
(3)パワーMOSトランジスタモジュール6の各電極端子を、接線方向に延設される平坦な台座面と円弧形状の内周面により規定されるために周方向に厚さが連続的に変化する台座部40のうち肉厚が薄くなる向きに突出させるので、台座部40の小型化を実現することができる。特に、二つのパワーMOSトランジスタモジュール6を周方向に向かい合わせて配置する場合にこれら二つのパワーMOSトランジスタモジュール6を搭載する台座部40の肉厚(径方向へのふくらみ)を縮小してインバータ一体型電動コンプレッサの体格縮小を実現することができる。また、各デスクリートトランジスタの電極端子の接合位置を同一平面化しやすくなる。
(4)各パワーMOSトランジスタモジュール6を同一平面をなす台座面41に固定するので、各パワーMOSトランジスタモジュール6の電極端子の接合位置を同一平面化しやすくなり、配線接続作業の作業性を向上することができ、自動化も容易となる。
(5)異なる相のパワーMOSトランジスタモジュール6を軸方向に隣接して配置し、同一相の一対のパワーMOSトランジスタモジュール6を電極端子が周方向に向き合う姿勢で周方向に隣接して配置し、互いに対向する同一相の一対のパワーMOSトランジスタモジュール6の間に電極端子が突出し、バスバーと接合される配線領域Wと設けているので、周方向に向かい合う二つのパワーMOSトランジスタモジュール6が両者の間の配線領域Wを共用することができ、インバータ部5の必要面積を縮小することができ、バスバーの配線長さも短縮することができる。
(6)配線領域Wの直下の(すなわち配線領域Wに径方向に隣接する)モータハウジング4の周壁外周面からなる台座面41を、パワーMOSトランジスタモジュール6の底面に接する台座面41よりも径方向外側へ突出させているので、インバータ部5の高さを抑えつつモータハウジング4の周壁のうち最も薄くなり、強度がていかするこの周壁部分の強度を改善することができる。
(7)モータハウジング4と周壁外周面と外枠部82と蓋板部15により区画形成されてパワーMOSトランジスタモジュール6、バスバー内蔵プレート81、プリント基板9、平滑コンデンサ7が収容される空間に、ゲル状の樹脂部材を充填するので、防湿性の向上及び配線の高密度化を実現できるとともにプリント基板9やバスバー内蔵プレート81の振動を良好に低減し、それによる弊害を防止することができる。
(8)配線領域Wに面するモータハウジング4の周壁外周面に樹脂絶縁シート11を敷設するので、各パワーMOSトランジスタモジュール6の電極端子やバスバーをモータハウジング4の周壁外周面に近接配置することができ、インバータ部5の高さを抑えることができる。
(9)パワーMOSトランジスタモジュール6の配線領域Wから離れる向きの周方向一方側に位置して台座面41に対して直角に凹設されたコンデンサ収容穴に平滑コンデンサ7を収容し、平滑コンデンサ7の上面に平滑コンデンサ7の端子を設ける。この部位において、台座面41と直角に計測する台座部40の肉厚は非常に大きくなるので、上記コンデンサ収容穴を十分に確保することができる。この結果、平滑コンデンサ7をモータハウジング4により良好に冷却できるとともに、平滑コンデンサ7の端子の高さをバスバー内蔵プレート81の高さと接近させることができるので、平滑コンデンサ7への配線長さを短縮でき、かつ、インバータ部5の高さを抑えることができる。つまり、平滑コンデンサ7がパワーMOSトランジスタモジュール群に対して周方向に隣接配置され、平滑コンデンサ7の端子が台座面41に対して直角かつモータハウジング4の周壁外周面から離れる向きに突出される。これにより、平滑コンデンサ7をこの台座面41に対して直角かつモータハウジング4へ向けて深く配置することができ、インバータ部を縮小することができる。また、直流電源端子部も平滑コンデンサ7と同方向に配置することにより、平滑コンデンサ7を三相インバータ回路と直流電源端子部との間に配置することができ、これらを結ぶ直流電源配線の全長を短縮してその配線インダクタンスの低減とそれによるスイッチングサージノイズ電圧の低減とを実現することができる。
(10)更に、パワーMOSトランジスタモジュール6を挟んで平滑コンデンサ7と反対側となるパワーMOSトランジスタモジュール6の周方向他方側にモータ部2の交流出力端子部を設けたので、平滑コンデンサ7に邪魔されることなく、交流出力端子部を十分な広さに設けることができ、かつ、平滑コンデンサ7の場合と同じ理由により交流出力端子部を囲むモータコネクタ部13の深さを十分に確保することができる。
(11)多数のバスバーを樹脂成形したバスバー内蔵プレート81をパワーMOSトランジスタモジュール6の上方すなわち径方向外側に設けているので、電動コンプレッサの振動や衝突によるバスバーの変形を考慮する必要なしにバスバーを高密度に配置することができ、インバータ部5を小型化することができる。また、各バスバーの位置合わせ作業は一回で済み、配線作業が簡単になる。更に、パワーMOSトランジスタモジュール6の上方に延設される直流バスバーによりパワーMOSトランジスタモジュール6が外部に放射する電磁スイッチングノイズをシールドすることもできる。
(12)バスバー内蔵プレート81の更に径方向外側にバスバー内蔵プレート81と平行にプリント基板9を設けているので、バスバー内蔵プレート81の配線量を減らしてその小型軽量化を図ることができ、プリント基板(小電流配線)、バスバー内蔵プレート(大電流配線)、パワーMOSトランジスタモジュール6を三階建て構造とするので、配線距離の短縮とインバータ部の小型化を実現することができる。なお、この三階建て構造では、プリント基板9とパワーMOSトランジスタモジュール6との垂直配線が必要となるが、これはバスバー内蔵プレート81のバスバーの一端部を上方に屈曲し、他方を下方に屈曲して実現することができ、配線構造の複雑化を防止することができる。バスバー内蔵プレート兼外枠部8の外枠部82は、直流電源端子部を囲む電源コネクタ部を構成するので、部品点数を減らすことができる。
(13)バスバー内蔵プレート81、パワーMOSトランジスタモジュール6、プリント基板9を囲む外枠部82をバスバー内蔵プレート81と一体樹脂成形により設け、バスバー内蔵プレート81の外縁をこの外枠部82の内側面に固定するので、外枠部82はプリント基板9及びバスバー内蔵プレート81の中空保持と、パワーMOSトランジスタモジュール6及びプリント基板9の機械的保護とを実現することができる。また、バスバー内蔵プレート81が外枠部82と一体化されているので、電動コンプレッサの振動や車両衝突時の加速度力に対してバスバー内蔵プレート81の耐振動性、機械的耐性を向上することができる。
(14)プリント基板9は外枠部82の段差面に締結され、蓋板が外枠部82の頂面に締結されているので、プリント基板9の取り付けが非常に簡単となる上、プリント基板9の端子孔とバスバー内蔵プレート81から突出するバスバーの端子との位置合わせ精度を格段に向上することができる。
(15)樹脂成形板部一体に樹脂成形されてプリント基板9の中央部に接する中央支持柱部を有するので、プリント基板の耐振性を更に向上することができる。
(16)バスバー内蔵プレート81の各バスバーのうち、三相インバータ回路の低位直流ラインをなす接地用バスバーはモータハウジング4の周壁外周面に固定されるので、パワーMOSトランジスタモジュール6の冷却と三相インバータ回路の接地配線長の短縮、パワーMOSトランジスタモジュール6に対する電磁シールド効果の向上を実現することができる。
(17)バスバー内蔵プレート81の各バスバーのうち、三相インバータ回路の高位直流ラインをなす電源バスバーは、樹脂絶縁シート11を介してモータハウジング4の周壁外周面に密着する。これにより、平滑コンデンサ7の必要容量を低減してそれを小型化することができる。また、バスバー内蔵プレート81の樹脂成形板部内にて接地用バスバーと電源バスバーとが所定間隙を隔てて厚さ方向に重ねて配置され、同様の効果を奏している。
(18)バスバー内蔵プレート兼外枠部8の外枠部82は、直流電源端子部を囲む電源コネクタ部を構成するので、部品点数を減らすことができる。
(19)バスバー内蔵プレート兼外枠部8の外枠部82は、通信バスバーをの先端部からなる通信端子を囲む通信コネクタ部を構成するので、部品点数を減らすことができる。
(20)バスバー内蔵プレート兼外枠部8の外枠部82は、交流出力端子部を囲むモータコネクタ部13を構成するので、部品点数を減らすことができる。
(21)外枠部82内に樹脂を充填するので、各接続部や配線の電気絶縁性、耐湿性、耐振性を向上することができる。樹脂としては、軟質のゲル状の形態のものや硬化させたものを使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 このインバータ一体型電動コンプレッサの分解斜視図である。
【図2】 図1のインバータ一体型電動コンプレッサのインバータ回路部における径方向断面図である。
【図3】 モータハウジングの台座面にパワーMOSトランジスタモジュールを搭載する状態を示す分解斜視図である。
【図4】 モータハウジングの台座面にパワーMOSトランジスタモジュール6を搭載完了後の状態を示す平面図である。
【図5】 バスバー内蔵プレート中のバスバーの一部を示す斜視図である。
【図6】 プリント基板を搭載した状態を示す装置の平面図である。
【符号の説明】
2 モータ部
4 モータハウジング
6 パワーMOSトランジスタモジュール(電力スイッチング素子)
7 平滑コンデンサ
8 バスバー内蔵プレート兼外枠部
81 バスバー内蔵プレート
82 外枠部
17 コネクタハウジング
9 プリント基板
10 蓋板
Claims (9)
- ハウジングと、前記ハウジングに収容されたモータ部と、前記ハウジングに固定されるとともに直流電力を三相交流電力に変換して前記モータ部へ給電するインバータ回路部と、を備え、
前記インバータ回路部は、三相インバータ回路の各アームを構成する複数の電力スイッチング素子と、前記三相インバータ回路の一対の直流入力端子間に接続される平滑コンデンサと、前記電力スイッチング素子を制御する制御回路と、前記スイッチング素子、前記平滑コンデンサおよび前記制御回路を接続する配線部と、を有する車両用インバータ一体型電動コンプレッサにおいて、
前記ハウジングは、前記ハウジングの周壁外周面に形成されて前記電力スイッチング素子が締結される平坦な台座面と円弧形状の内周面とにより規定される厚さが周方向に連続的に変化する台座部を有し、前記電力スイッチング素子を締結するための螺子孔は、前記台座部のうち肉厚が厚い部分に設けられており、
前記電力スイッチング素子は、電極端子突出側の側面と反対側の側面に偏在して貫通孔を有し、前記電極端子が前記台座部のうち肉厚が薄い側に配置されるとともに、前記貫通孔に挿入された螺子が前記螺子孔に締結することで前記ハウジングに固定されていることを特徴とする車両用インバータ一体型電動コンプレッサ。 - 請求項1記載の車両用インバータ一体型電動コンプレッサにおいて、
前記配線部は、
多数のバスバーを樹脂成形板部に相互に絶縁確保しつつ一体化して形成されるとともに前記樹脂成形板部を通じて前記ハウジングの前記周壁外周面に固定されるともに、前記各バスバーの端部が前記樹脂成形板部から突出して前記電力スイッチング素子の各電極端子、前記平滑コンデンサの端子および前記制御回路の所定の接続部に接続されるバスバー内蔵プレートを有し、
前記バスバー内蔵プレートは、
前記ハウジングの周壁外周面に直接又は放熱板を通じて固定された前記電力スイッチング素子の径方向外側に位置して前記電力スイッチング素子に対して径方向に所定間隙を隔てて重ねられつつ略接線方向に延設されており、
前記バスバー内蔵プレートは、
前記ハウジングの周壁外周面に直接又は放熱板を通じて固定された前記電力スイッチング素子と、前記制御回路が実装されて前記電力スイッチング素子の径方向外側に位置して略接線方向に延在する前記プリント基板との間に位置して前記プリント基板と略平行に延設され、かつ、前記電力スイッチング素子および前記プリント基板に対して径方向にそれぞれ所定間隙を隔てて重ねられていることを特徴とする車両用インバータ一体型電動コンプレッサ。 - 請求項2記載の車両用インバータ一体型電動コンプレッサにおいて、
前記バスバー内蔵プレートの前記樹脂成形板部は、
前記ハウジングの前記周壁外周面に密着固定されて前記電力スイッチング素子および前記プリント基板を囲む外枠部と一体に樹脂成形されて前記外枠部の内側面から略接線方向に延設されていることを特徴とする車両用インバータ一体型電動コンプレッサ。 - 請求項3記載の車両用インバータ一体型電動コンプレッサにおいて、
前記プリント基板の外縁部は、
前記枠部の頂面より所定深さだけ落ち込んだ位置にて前記外枠部に形成された段差面に締結され、
前記外枠部の内部は、前記枠部の前記頂面に締結された蓋板により密閉されていることを特徴とする車両用インバータ一体型電動コンプレッサ。 - 請求項4記載の車両用インバータ一体型電動コンプレッサにおいて、
前記樹脂成形板部又は前記外枠部と一体に樹脂成形されて前記プリント基板の中央部に接する中央支持柱部を有することを特徴とする車両用インバータ一体型電動コンプレッサ。 - 請求項4記載の車両用インバータ一体型電動コンプレッサにおいて、
前記インバータ回路部の低位直流ラインを構成するとともに、前記樹脂成形板部又は前記外枠部から突出して前記ハウジングの前記周壁外周面に固定されることにより冷却、接地、電磁シールド効果を奏する接地用バスバーを有することを特徴とする車両用インバータ一体型電動コンプレッサ。 - 請求項4記載の車両用インバータ一体型電動コンプレッサにおいて、
前記インバータ回路部を構成する前記プリント基板上と接地用配線導体に接続されるとともに、前記樹脂成形板部又は前記外枠部から突出して前記ハウジングの前記周壁外周面に固定されることにより冷却、接地、電磁シールド効果を奏する接地用バスバーを有することを特徴とする車両用インバータ一体型電動コンプレッサ。 - 請求項2記載の車両用インバータ一体型電動コンプレッサにおいて、
前記インバータ回路部の高位直流ラインとしての電源バスバーを構成する前記バスバーと一体に形成されるか又は接続されて外部の電源ケーブルに接続されている外部電源端子対と、前記外枠部と一体に形成されて前記外部電源端子対を囲む電源コネクタ部と、を有することを特徴とする車両用インバータ一体型電動コンプレッサ。 - 請求項2記載の車両用インバータ一体型電動コンプレッサにおいて、
前記制御回路と外部との通信伝送線を構成して外部通信ケーブルに接続されている外部通信端子と、
前記外枠部と一体に形成されて前記外部通信端子を囲む通信コネクタ部と、
を有することを特徴とする車両用インバータ一体型電動コンプレッサ。
Priority Applications (6)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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