JP3827158B2

JP3827158B2 - シャント抵抗装備インバータ一体型電動コンプレッサ

Info

Publication number: JP3827158B2
Application number: JP2003012369A
Authority: JP
Inventors: 靖之大河内; 憲治舩橋
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2003-01-21
Filing date: 2003-01-21
Publication date: 2006-09-27
Anticipated expiration: 2023-01-21
Also published as: JP2004225580A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両用電動コンプレッサに関し、特にそのインバータ部の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
アイドルストップ時の車両冷房のために、車両空調用のコンプレッサと一体にそれを駆動するモータを設けた車両用電動コンプレッサでが提案されている。この種の車両用電動コンプレッサでは、空調負荷に応じてモータ回転数を細かく制御するために、同期モータ（ブラシレスＤＣモータ）が採用される。
【０００３】
車両搭載のバッテリによりこの同期モータを駆動するには、直流電力を三相交流電力に変換するインバータ回路、このインバータ回路をスイッチング制御するための制御回路、上記インバータ回路のスイッチングにより派生する高周波電流を低減する平滑コンデンサ、モータ電流などを検出する電流センサ、それらを接続する大小の配線などを含む複雑で大電力の高速スイッチングが必要なインバータ回路部が必要となる。
【０００４】
このインバータ回路部と、このインバータ回路部から三相ＰＷＭ制御電力が給電される電動コンプレッサとを接続する三相交流配線は、大きなスイッチングノイズを含んでいるためできるだけ短縮することが好ましく、このためインバータ回路部を電動コンプレッサと一体化したインバータ一体型電動コンプレッサが提案されている。
【０００５】
電流センサとして、低抵抗値の電流検出抵抗（以下、シャント抵抗ともいう）を検出するべき配線中に直列接続し、その電圧降下を用いて電流検出するシャント抵抗式電流検出技術が特許文献１などにおいて公知となっている。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−４８８２１号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記したインバータ一体型電動コンプレッサは、そのコンプレッサ機構の冷媒圧縮、膨張動作に起因して非常に強大な振動を有するため、検出するべき電流が流れる配線とシャント抵抗との接続は、通常の螺子締めなどの手法を採用することができない。この配線としては、大電流が流れるため通常はバスバーが用いられる。
【０００８】
このため、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実装するシャント抵抗をバスバーに電気的に接続するには、シャント抵抗の両端を配線の２端に溶接する必要があるが、シャント抵抗や配線（通常の質量に作用する上記振動の起振力が溶接部に伝達されてこの溶接部が疲労破壊しないように、振動に耐えうる接合強度を実現するべく、シャント抵抗の両端は全面的にバスバーの溶接端部に溶接して溶接面積を稼ぐ必要がある。
【０００９】
ところが、溶接部の抵抗値は、溶接時の肉盛の程度、シャント抵抗とバスバーとの形状のばらつきや接触の程度などにより電気抵抗値が変化してしまい、その結果、シャント抵抗の両端の電気抵抗値は溶接によりばらつくという問題があった。
【００１０】
また、上記したシャント抵抗やそれに接続されるバスバーに作用する振動の起振力が長期間にわたってこの溶接部に作用することにより溶接部が疲労してその電気抵抗値が変化したり、溶接部が発熱してシャント抵抗の電気抵抗値が変化したりする可能性も生じた。
【００１１】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、信頼性に優れ、かつ高精度の電流検出が可能なシャント抵抗を有するインバータ一体型電動コンプレッサを提供することをその目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載のシャント抵抗装備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るコンプレッサ及びこのコンプレッサを駆動するモータと、前記ハウジングに固定されるとともに直流電力を多相交流電力に変換して前記モータに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、検出するべき電流が流れる配線に直列接続される電流検出用低抵抗素子を有するシャント抵抗装備インバータ一体型電動コンプレッサにおいて、
前記電流検出用低抵抗素子の両端部は、一対の前記配線に個別に溶接される一対の溶接用端子と、前記一対の溶接用端子を含まない前記電流検出用低抵抗素子の主部の電圧降下を検出する一対の電圧降下検出用端子とを有し、前記一対の電圧降下検出用端子は、前記一対の溶接用端子から離れて配置されていることを特徴としている。
【００１３】
この発明によれば、次の作用効果を奏することができる。
【００１４】
まず、強大な振動を発生する電動コンプレッサに装備されるインバータ回路部に固定されるにもかかわらず、シャント抵抗はバスバーに溶接により接合されるために良好な接合信頼性をもつとともに、シャント抵抗の電圧降下検出用端子が溶接用端子及び溶接部の電圧降下のばらつきを含まないので、高精度の電流検出を実現することができる。
【００１５】
好適な態様において、前記インバータ回路部は、前記ハウジングに直接又は冷却用ベースプレートを介して固定される多相インバータ回路構成用の多数の電力スイッチング素子と、樹脂成形により互いに電気絶縁されつつ一体化されて前記電力スイッチング素子の上方に配置されるとともに前記インバータ回路部の大電流配線を構成するバスバーアセンブリと、前記電力スイッチング素子を制御するための制御回路部が実装されて前記バスバーアセンブリの上方に配置されるプリント回路基板とを有し、前記電流検出用低抵抗素子の前記一対の溶接用端子は、前記バスバーアセンブリの所定の一対のバスバーの主面上に搭載されて溶接され、前記電流検出用低抵抗素子の前記一対の電圧降下検出用端子は、上方へ突出して前記プリント回路基板の貫通孔を貫通して前記プリント回路基板の導体パターンにはんだ付けされていることを特徴としている。
【００１６】
すなわち、この態様によれば、電流検出用低抵抗素子（シャント抵抗）は、樹脂成形により大きな剛性をもつバスバーアセンブリから突出する一つのバスバーに両端部の下部が固定されるとともに、両端部の上部もプリント回路基板の孔にそれぞれ固定されるために、電動コンプレッサの振動による、シャント抵抗の主部の長手方向（水平方向）、それと直角方向（水平方向）、及び垂直方向の起振力のそれぞれに対して良好な耐振性を持つことができ、電動コンプレッサの振動がシャント抵抗の溶接部に与える疲労破壊を軽減することができ、溶接部を小型化することができる。
【００１７】
好適な態様において、前記電流検出用低抵抗素子の前記一対の溶接用端子は、前記電流検出用低抵抗素子の主板部の両端から前記主板部の主面方向に対して略直角かつ同じ向きに突出して前記バスバー上に搭載される。これにより、シャント抵抗を簡単にバスバー上に所定の姿勢で保持することができるので、シャント抵抗の溶接作業を簡単化することができる。また、シャント抵抗はバスバーからその主部の高さだけ立ち上がるので、電圧降下検出用端子の長さを短縮することができ、シャント抵抗の小型化、製造コストの低減を実現することができる。
【００１８】
好適な態様において、前記電流検出用低抵抗素子として前記配線の電流に比例する電圧降下を発生するシャント抵抗（ R1 ）と、前記シャント抵抗（ R1 ）に近接して前記ハウジングに形成された台座部（４０）からなるとともに冷熱源をなすヒートシンクとを備え、前記シャント抵抗（ R1 ）は、電気絶縁性と熱伝導性を有する第一の伝熱部材としての樹脂フィルム（４００）を少なくとも介して前記ヒートシンクとしての台座部（４０）の表面に密着する。
【００１９】
このようにすれば、大電流が流れるシャント抵抗の電気抵抗値がその発熱により変動するのを抑止して高精度の電流検出を簡単な構成により実現することができる。
【００２０】
好適な態様において、電気伝導性及び熱伝導性を有して前記シャント抵抗に電気的に接続される第二の伝熱部材としてのバスバー（４０１）を有し、前記第一の伝熱部材としての樹脂フィルム（４００）は、前記ヒートシンクとしての台座部（４０）の表面と前記第二の伝熱部材としてのバスバー（４０１）との間に介設される。
【００２１】
このようにすれば、シャント抵抗の発熱をヒートシンクに逃がすことができるので、シャント抵抗への冷却空気の接触性も改善することができ、シャント抵抗の温度を一層良好に低減することができる。
【００２２】
【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用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。
（実施例１）
このインバータ一体型電動コンプレッサの電気回路図を図１に示す。
【００２３】
１はバッテリ、２はインバータ回路部、３はコンプレッサ駆動用のモータである。インバータ回路部２は、三相インバータ回路２０を構成する６個のＭＯＳトランジスタ２１と、U相下アームのＭＯＳトランジスタ２１と低位直流ライン２２との間に介設されるシャント抵抗R１と、W相下アームのＭＯＳトランジスタ２１と低位直流ライン２２との間に介設されるシャント抵抗R２と、低位直流ライン２２の間に直列に介設されるシャント抵抗R３と、ＭＯＳトランジスタ２１を制御するインバータ制御回路（制御回路部）２３とを有している。
【００２４】
この種のインバータ回路部２の構成、動作自体、及び各シャント抵抗の機能自体は周知であるのでこれ以上の説明は省略される。
【００２５】
シャント抵抗R１、R２の両端は、下アームのＭＯＳトランジスタ２１の一主端子に接続されるバスバーと、低位直流ライン２２をなすバスバーとに個別に溶接され、シャント抵抗Ｒ３の両端は、低位直流ライン２２をなす二つのバスバーに個別に溶接されており、これらシャント抵抗の両端は電流検出ライン２４によりインバータ制御回路２３に電位を入力している。
【００２６】
シャント抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３の等価回路を図２に示す。Ｒａは一対の電流検出ライン２４間の電気抵抗値、Ｒｂは電流検出ライン２４から溶接部までの電気抵抗値、Ｒｃは溶接部の電気抵抗値、Ｒｅは溶接部からバスバーまでの電気抵抗値であり、各シャント抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３はそれぞれこれらの電気抵抗値を有している。
【００２７】
この実施例のインバータ一体型電動コンプレッサの全体形状を図３に、その分解斜視図を図４に示す。
【００２８】
４はアルミダイキャストにより形成されたハウジングであり、ハウジング４内にはモータ３とこのモータにより駆動されるコンプレッサが内蔵されている。ハウジング４の周壁上部には角形の台座部４０が形成され、台座部４０の上面にはモジュール形状の各ＭＯＳトランジスタ２１が絶縁フィルム４１を介して固定されており、ＭＯＳトランジスタ２１の各端子は上方へ突出して後述するバスバーアセンブリ５の各バスバーのうち自己が接続されるべきバスバーの先端部に溶接されている。
【００２９】
この台座部４０上には樹脂インサート成形により製造された角形ブロック形状のバスバーアセンブリ５がねじにより固定されており、バスバーアセンブリ５の内部空間にはインバータ回路部の各配線を構成する多数のバスバーが配線されている。バスバーアセンブリ５内の上部にはインバータ制御回路２３が実装されたプリント回路基板６がねじにより締結されており、バスバーアセンブリ５の上端開口には金属製の蓋板７が固定されて、バスバーアセンブリ５の内部の配線やプリント回路基板６やＭＯＳトランジスタ２１を密閉している。バスバーアセンブリ５の内部に突出するバスバーの先端部にはシャント抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３が固定されている。バスバーアセンブリ５の分解斜視図を図５に拡大図示する。Lはチョークコイル、Cは平滑コンデンサである。
【００３０】
シャント抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３は、図５に示すように、所定組成（たとえば銅ニッケル合金）の合金によりラダー形状に形成されており、その両端はラダー状の主部１００と、この主部の両端に主部と直角設けられた一対の溶接端子１０１と、ラダー状の主部の上端から互いに所定距離離れて上方へ突出する電圧降下検出用端子１０２とを有している。
【００３１】
板状の溶接端子１０１の下面は水平に延設され、板状の主部１００の突起を折り曲げて構成されている。一対の溶接端子１０１は、バスバーに溶接されている。一対の電圧降下検出用端子１０２は、溶接端子１０１よりも十分に内側に位置して主部１００の上部から上方へ突出し、プリント回路基板６の貫通孔（図示せず）を貫通し、この貫通孔の周りに銅箔（導電パターン）に半田付けされている。
【００３２】
（変形態様）
シャント抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３の変形態様を図６に示す。
【００３３】
この変形態様では、シャント抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３の溶接端子２０１と主部２００とは略平行に形成され、電圧降下検出用端子２０２は主部２００の側面から上方へ突出している。
【００３４】
（変形態様）
シャント抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３のその他の変形態様を図７に示す。
【００３５】
この変形態様では、シャント抵抗Ｒ１の溶接端子３０１と主部３００とは略直角に形成されているが、主部３００は板状とされ、ラダー形状に形成されていない。また、電圧降下検出用端子３０２は主部３００の両端部をプレス成形により細長く形成して、上方へ突出している。
【００３６】
このシャント抵抗Ｒ１とバスバー３０３、３０４との接続、及び、シャント抵抗Ｒ１とプリント回路基板６との接続を図８に示す。
【００３７】
バスバー３０３、３０４の溶接端にはプロジェクション３０５、３０６が設けられており、このプロジェクション３０５、３０６を覆うようにシャント抵抗Ｒ１の溶接端子３０１が載置され、このプロジェクション３０５、３０６の側から溶接がなされている。シャント抵抗Ｒ１の電圧降下検出用端子３０２はプリント回路基板６の孔６０に挿入される。
（実施例２）
実施例２のシャント抵抗Ｒ１を図９を参照して説明する。図９はシャント抵抗Ｒ１の断面図である。
【００３８】
台座部４０の上には、樹脂フィルム４００を介して一対の銅製のバスバー（伝熱部材）４０１（一個のみ図示）が台座部４０に対して電気絶縁可能に固定されており、バスバー（伝熱部材）４０１には図８に示すように、シャント抵抗Ｒ１の溶接端子が溶接されている。
【００３９】
このようにすれば、シャント抵抗Ｒ１で生じた熱を良好にハウジング４の台座部４０に放散することができ、シャント抵抗Ｒ１の温度上昇による電気抵抗値の変化を抑止することができる。
【００４０】
なお、この実施例では、シャント抵抗Ｒ１の熱をバスバー４０１及び樹脂フィルム４００を通じて台座部４０に放散したが、バスバー４０１の他に放熱専用の伝熱金属部材及び樹脂フィルムを通じて台座部４０に放散してもよい。また、シャント抵抗Ｒ１の主部を樹脂フィルムを通じて台座部４０やバスバーに直接密着させてもよい。
【００４１】
（実施例効果）
上記説明したこれら実施例によれば、強大な振動を発生する電動コンプレッサに装備されるインバータ回路部に固定されるにもかかわらず、シャント抵抗はバスバーに溶接により接合されるために良好な接合信頼性をもつとともに、シャント抵抗の電圧降下検出用端子が溶接用端子及び溶接部の電圧降下のばらつきを含まないので、高精度の電流検出を実現することができる。
【００４２】
また、電流検出用低抵抗素子（シャント抵抗）は、樹脂成形により大きな剛性をもつバスバーアセンブリから突出する一つのバスバーに両端部の下部が固定されるとともに、両端部の上部もプリント回路基板の孔にそれぞれ固定されるために、電動コンプレッサの振動による、シャント抵抗の主部にその長手方向（水平方向）、それと直角方向（水平方向）、垂直方向の起振力のそれぞれに対して良好な耐振性を持つことができ、電動コンプレッサの振動がシャント抵抗の溶接部に与える疲労破壊を軽減することができ、溶接部を小型化することができる。
【００４３】
また、シャント抵抗を簡単にバスバー上に所定の姿勢で保持するので、シャント抵抗の溶接作業を簡単化することができ、シャント抵抗はバスバーからその主部の高さだけ立ち上がるので、電圧降下検出用端子の長さを短縮することができ、シャント抵抗の小型化、製造コストの低減を実現することができる。
【００４４】
更に、配線に直列接続されて前記配線の電流に比例する電圧降下を発生するシャント抵抗と、前記シャント抵抗に近接して冷熱源をなすヒートシンクとを備え、前記シャント抵抗は、電気絶縁性と熱伝導性を有する伝熱部材を介して前記ヒートシンクの表面に密着するので、大電流が流れるシャント抵抗の電気抵抗値がその発熱により変動するのを抑止して高精度の電流検出を簡単な構成により実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１のインバータ一体型電動コンプレッサの電気回路図である。
【図２】シャント抵抗の等価回路である。
【図３】図１のインバータ一体型電動コンプレッサの全体形状を示す斜視図である。
【図４】図３に示す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５】バスバーアセンブリを示す分解斜視図である。
【図６】シャント抵抗の変形態様を示す分解斜視図である。
【図７】シャント抵抗の変形態様を示す分解斜視図である。
【図８】シャント抵抗の変形態様を示す斜視図である。
【図９】シャント抵抗の放熱を示す断面図である。
【符号の説明】
１バッテリ
２インバータ回路部
３コンプレッサ駆動用のモータ
４ハウジング
５バスバーアセンブリ
６プリント回路基板
２０三相インバータ回路
２１ＭＯＳトランジスタ（電力スイッチング素子）
２２低位直流ライン（バスバー）
２３インバータ制御回路
４０台座部（ヒートシンク）
４１絶縁フィルム（第一の伝熱部材）
１００シャント抵抗の主部
１０１溶接端子（溶接用端子）
１０２電圧降下検出用端子
２００主部
２０１溶接端子（溶接用端子）
２０２電圧降下検出用端子
３００主部
３０１溶接端子（溶接用端子）
３０２電圧降下検出用端子
４００樹脂フィルム（第一の伝熱部材）
４０１バスバー（第二の伝熱部材）
R１、R２、R３シャント抵抗（電流検出用低抵抗素子）

Claims

ハウジングと、前記ハウジングに収容されるコンプレッサ及びこのコンプレッサを駆動するモータと、前記ハウジングに固定されるとともに直流電力を多相交流電力に変換して前記モータに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、検出するべき電流が流れる配線に直列接続される電流検出用低抵抗素子を有するシャント抵抗装備インバータ一体型電動コンプレッサにおいて、
前記電流検出用低抵抗素子の両端部は、
一対の前記配線に個別に溶接される一対の溶接用端子と、
前記一対の溶接用端子を含まない前記電流検出用低抵抗素子の主部の電圧降下を検出する一対の電圧降下検出用端子とを有し、
前記一対の電圧降下検出用端子は、前記一対の溶接用端子から離れて配置されていることを特徴とするシャント抵抗装備インバータ一体型電動コンプレッサ。
請求項１記載のシャント抵抗装備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は、
前記ハウジングに直接又は冷却用ベースプレートを介して固定される多相インバータ回路構成用の多数の電力スイッチング素子と、
樹脂成形により互いに電気絶縁されつつ一体化されて前記電力スイッチング素子の上方に配置されるとともに前記インバータ回路部の大電流配線を構成するバスバーアセンブリと、
前記電力スイッチング素子を制御するための制御回路部が実装されて前記バスバーアセンブリの上方に配置されるプリント回路基板と、
を有し、
前記電流検出用低抵抗素子の前記一対の溶接用端子は、前記バスバーアセンブリの所定の一対のバスバーの主面上に搭載されて溶接され、
前記電流検出用低抵抗素子の前記一対の電圧降下検出用端子は、上方へ突出して前記プリント回路基板の貫通孔を貫通して前記プリント回路基板の導体パターンにはんだ付けされていることを特徴とするシャント抵抗装備インバータ一体型電動コンプレッサ。
請求項２記載のシャント抵抗装備インバータ一体型電動コンプレッサにおいて、
前記電流検出用低抵抗素子の前記一対の溶接用端子は、前記電流検出用低抵抗素子の主板部の両端から前記主板部の主面方向に対して略直角かつ同じ向きに突出して前記バスバー上に搭載されることを特徴とするシャント抵抗装備インバータ一体型電動コンプレッサ。
請求項２記載のシャント抵抗装備インバータ一体型電動コンプレッサにおいて、
前記電流検出用低抵抗素子として前記配線の電流に比例する電圧降下を発生するシャント抵抗（ R1 ）と、
前記シャント抵抗（ R1 ）に近接して前記ハウジングに形成された台座部（４０）からなるとともに冷熱源をなすヒートシンクと、
を備え、
前記シャント抵抗（ R1 ）は、電気絶縁性と熱伝導性を有する第一の伝熱部材としての樹脂フィルム（４００）を少なくとも介して前記ヒートシンクとしての台座部（４０）の表面に密着することを特徴とするシャント抵抗装備インバータ一体型電動コンプレッサ。
請求項４記載のシャント抵抗装備インバータ一体型電動コンプレッサにおいて、
電気伝導性及び熱伝導性を有して前記シャント抵抗に電気的に接続される第二の伝熱部材としてのバスバー（４０１）を有し、
前記第一の伝熱部材としての樹脂フィルム（４００）は、前記ヒートシンクとしての台座部（４０）の表面と前記第二の伝熱部材としてのバスバー（４０１）との間に介設されることを特徴とするシャント抵抗装備インバータ一体型電動コンプレッサ。