JP4727348B2

JP4727348B2 - 電動圧縮機

Info

Publication number: JP4727348B2
Application number: JP2005241156A
Authority: JP
Inventors: 誠服部; 雅彦浅井; 浩児中野
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2005-08-23
Filing date: 2005-08-23
Publication date: 2011-07-20
Anticipated expiration: 2025-08-23
Also published as: JP2007056724A

Description

本発明は、電動圧縮機に関するものであり、さらに詳しくは、車載用空気調和装置等に用いられる電動圧縮機の電動機回転数等を制御する制御装置が筐体に一体となって搭載される電動圧縮機に関する。

車載空気調和装置の冷媒を圧縮循環させる動力源として電動圧縮機が用いられることがある。電動圧縮機は、スクロール形や斜板形等の圧縮機を作動させるための電動機を筐体内部に有するものである。当該電動機は、空気調和装置からの命令に応じて所望の回転数で回転させる必要があるから、制御装置が別途必要である。当該制御装置は、電気回路や電子回路で構成される。具体的には、中央演算装置やメモリ−をはじめ、いわゆるインバータ回路を構成するための平滑コンデンサや、スイッチング回路等で構成される。

ところで、最近の自動車では、エンジンや車両駆動用電動機を配置する空間に配置する装置や部品に対する省スペース化の要請が強い。そのため、当該制御装置も、電動圧縮機の筐体と一体にして、省スペース化を図ったものがある。制御装置が筐体と一体になっても、近傍にエンジンや車両駆動用大型電動機がある場合は、その熱から当該制御装置を保護する必要がある。また、外部から飛来する電磁波や、制御装置自身のいわゆるパワーエレクトロニクス部品やスイッチング回路からの電磁波からも内部回路を保護する必要もある。これに対しては、冷却装置への固定を兼ねて金属板やアルミブロックを介して素子または基板を配設する等の工夫がされていた（たとえば、特許文献１）。

特開２００４−１９０５２５号公報

しかしながら、上記のように制御装置が一体となった電動圧縮機は、制御基板に比べて筐体がそれほど大きいものではなく、車載という性質ゆえにさらなる小型化の要請が強い。そのため、制御装置を構成する回路基板を２枚に分割して積み重ね、筐体への収納面積を小さくする試みもなされているが、電動機の滑らかな制御には大電流を扱うスイッチング素子が必要不可欠で、小型化すればする程、制御回路の筐体中で主に当該スイッチング素子が原因となるノイズによる回路誤作動や当該素子から発生する熱が他の素子に与える影響が問題となる。

そこで、本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、制御装置を小型化、濃密化する際の効率的な冷却と、スイッチング素子等からのノイズによる誤作動防止が可能となる電動圧縮機を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る電動圧縮機は、内部の電動機を制御する制御装置が筐体に一体となって搭載される電動圧縮機において、前記制御装置を構成する基板の必要部位が、導電性および熱伝導性を備えた材料を、高熱伝導性を備えた絶縁材料で挟んで成るシート状防磁手段によって覆われ、当該シート状防磁手段の一部分であって前記導電性および熱伝導性を備えた材料が露わになる部分が前記筐体または前記筐体に熱伝達できる部位に接しており、前記基板は、複数枚の基板であり、前記筐体に熱伝達できる部位は、当該基板を相対的な上下方向に配置するための金属製支柱であるようにしたものである。

電気回路または電子回路が実装される基板は、１枚で構成される場合もあるが、多段で構成される場合がある。その際、各段は、剛性を考慮して金属製の支柱で支えられることが多い。この発明では、シート状防磁手段の導電性と熱伝導性が露わになる部分、または高熱伝導絶縁材料が、当該支柱に接するので、基板に実装された素子から出る熱や、周りの熱を効率的に支柱に逃がすことができる。

また、本発明に係る電動圧縮機は、前記電動圧縮機において、前記シート状防磁手段の前記導電性および熱伝導性材料が露わになる部分、または前記高熱伝導絶縁材が、前記金属製支柱と筐体との双方に接触するようにしたものである。

シート状防磁手段は、大きさや形状を自由そして容易に決められるので、金属製支柱に接すると共に、延長した部分で導電性および伝熱性材料が露わになる部分または高熱伝導絶縁材が直接筐体に接するようにできる。このようにすると、支柱へ熱を逃がす作用と共に筐体へも熱を逃がすことができ、ノイズ保護機能を損なわずに冷却性能が向上する。

また、本発明に係る電動圧縮機は、前記電動圧縮機において、前記シート状防磁手段は、金属箔を合成樹脂で挟んで成るようにしたものである。

制御装置一体形の電動圧縮機では、制御装置の小型化の要請が強い。回路基板を小型化すると、高電圧部品やスイッチング素子の近くに電磁波に対してデリケートな中央演算装置等の論理回路を配置せざるを得ない。この場合に、高電圧部品やスイッチング素子からのノイズが問題となる。回路基板の面積を抑えるためにパワーエレクトロニクス素子が実装される基板と、それ以外の基板とを分割して、二段重ねや三段重ねにしても、ノイズが縦方向に伝播して問題となる。また、熱対策も必要となる。

この発明では、上記のように高電圧部品やスイッチング素子が実装される部位、あるいは中央演算装置が実装される部位といった必要部位が、導電性材料の箔等を用いたシート状防磁手段でフレキシブルに覆われる。これにより、覆われた部位はノイズから保護される。また、当該シート状防磁手段は、表面が絶縁材料となるので、素子に近づけても素子同士の短絡を心配する必要もない。さらに、当該シート状防磁手段は、熱伝導性を有する材料を有するので、素子から出る熱を伝導し、相対的に低温である電動圧縮機の筐体に熱を逃がすことができる。

また、本発明に係る電動圧縮機は、前記電動圧縮機において、前記シート状防磁手段が、金属箔を高熱伝導絶縁材料で挟んで成り、当該シート状防磁手段の当該高熱伝導絶縁材も、前記筐体または前記筐体に熱伝達できる部位に接しているようにしたものである。

この発明では、絶縁材料の中でも、高熱伝導シリコーンゴム、酸化珪素、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム等を練り込んだセラミックスのように、高い熱伝導が可能となる材料で金属箔を挟み、シート状防磁手段を構成する。そして、当該高熱伝導絶縁材も、筐体または筐体に熱伝達できる部位に接するようにするから、素子から発生する熱をより伝導し、相対的に低温である電動圧縮機の筐体に熱をより逃がすことができる。

本発明にかかる電動圧縮機は、制御装置の効率的な冷却と、スイッチング素子等からのノイズを主な原因とする回路の誤作動防止が可能となる。特に制御装置を構成する基板の実装密度、収容密度を大きくしなくてはならない場合でも冷却効果を向上させ、かつ必要部位のノイズ対策となるので効果的である。

以下に、本発明にかかる電動圧縮機の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。

図１は、制御装置が筐体に一体となった電動圧縮機を示す外観図である。電動圧縮機１の筐体２は、制御装置を構成する基板３を収納できる箱状部分４を有する。基板３はこの部分に収められる。基板３へは、電動圧縮機１の外部から電源、温度検出器等からの電気信号、空気調和装置の主制御装置からの電気信号等が入力される。基板３の出力は、電動機への電流（電圧）であり、筐体２の内部に設けられる電動機の入力となる。

図２は、この発明で用いるシート状防磁手段を示す断面図である。シート状防磁手段５は、三層構造を有する。中間層である導電・熱伝導層６は、導電性および熱伝導性を備えた材料で構成される。具体的な材料としては、金、銀、アルミ、銅、鋼等の金属箔を用いることができる。この導電・熱伝導層６の両側は、絶縁材料で構成される絶縁層７、８である。具体的には、ポリエチレン、ポリプロピレン、フッ素樹脂、ＡＢＳ樹脂等、絶縁性を有するあらゆる種類の合成樹脂を当該絶縁層７、８に用いることができる。強度を増したい場合には、合成樹脂をガラス繊維で強化したものを利用するとよい。

また、絶縁材料として、高熱伝導シリコーンゴムや、窒化珪素、酸化珪素、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム等を練り込んで焼結させたセラミックス等、いわゆる高熱伝導絶縁材料も当該絶縁層７、８に用いてもよい。両側の絶縁層７、８は、導電・熱伝導層６に接着して製造してもよいし、上記合成樹脂や上記シリコーンゴム等で導電・熱伝導層６をコーティングして密着させるようにしてもよい。導電・熱伝導層６や絶縁層７、８の厚みは、曲げ剛性を考慮して決定される。たとえば、立体的にかなり複雑な形状にしなくてはならない場合、曲げ剛性をあまり大きくせず、各層の合計で０．５ｍｍ程度にする。特に導電・熱伝導層６は相対的に曲げ剛性の大きい金属が用いられることから、設計上、この導電・熱伝導層６の厚みで、曲げ剛性を調整すると便利である。

図３は、シート状防磁手段の制御基板への適用状態を示す断面図である。制御装置を構成する基板１０は、電動圧縮機の筐体であって図１の箱状部分４の底部１１にねじ１２等で固定されるのが一般的である。基板１０には大電流が流れるスイッチング素子１３と中央演算装置１４が実装されるか、または基板１０の下の底部１１にスイッチング素子１３が固定される。このスイッチング素子１３からでる電磁波ノイズは、中央演算装置１４の誤作動を招くおそれがある。そこで、中央演算装置１４の周りにシート状防磁手段１５を覆わせる。図４では、中央演算装置１４等、電磁波ノイズにデリケートな部品の周りにシート状防磁手段１５を帯状にして覆わせる状態を示している。

図５は、基板の裏側を示す外観図である。帯状に基板１０を覆ったシート状防磁手段１５は、その裏側において、絶縁材料を剥いで、導電・熱伝導材料を露わにする。その露わにした箇所１６は図３の筐体１１に接するようにしておく。このようにすると、シート状防磁手段１５で覆われた基板１０の中央演算装置１４周辺の部位はノイズから保護される。筐体を接地（グランド）しておけば、ノイズ保護作用がより確実となる。また、シート状防磁手段１５は、表面が絶縁材料となるので、素子に近づけても素子同士の短絡を心配する必要もない。さらに、シート状防磁手段１５は、熱伝導性を有する金属箔からなる導電・熱伝導層を有するので、素子から出る熱や外部からの熱を伝導し、相対的に低温である電動圧縮機の筐体に熱を逃がすことができる。なお、導電性材料の箔等を用いたシート状防磁手段１５は、基本的に薄くすればするほど、フレキシブルとなるので、帯状にしてもよいし、必要部位に貼り付けるようにしてもよい。

また、絶縁層に高熱伝導シリコーンゴム、酸化珪素、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム等を練り込んだセラミックスのように、高い熱伝導が可能となる絶縁材料を用いて、金属箔を挟み、シート状防磁手段を構成してもよい。当該絶縁層を筐体や筐体に熱伝導できる箇所に接するようにしておけば、導電・熱伝導層による熱伝導に加え、絶縁層からも熱が筐体等に逃げ、基板上の素子の冷却がより一層促進される。なお、ここで、高熱伝導とは、熱伝導率が約３．０（Ｗ／ｍＫ）以上であるものをいう。

図６は、上下二段形式の基板を筐体に固定する場合の実施例を示す断面図である。制御装置を構成する基板の面積を小さくする場合、大電流を扱ういわゆるパワー素子が実装される基板と、それ以外の素子が実装される基板を上下二段にすることがある。同図では、下段にＩＧＢＴやＦＥＴといったスイッチング素子２５を実装する基板２２、上段に中央演算装置２２等を実装する基板２３とした例を示している。なお、ＩＧＢＴ等のスイッチング素子２５は、同図に示すように、筐体２６に絶縁処理を施して実装し、端子を下段の基板２２に接続することもある。上段の基板２３は、筐体２６または下段の基板２２に立設される金属製の支柱２７によって支持される。

この発明に係るシート状防磁手段２８は、下段の基板２２からの電磁波ノイズが上段の基板２３に実装された素子に影響しないように、上段の基板２３の裏側全体を覆うように設けられる。そして、当該シート状防磁手段２８の端部は金属支柱２７に結合される。図７は、金属支柱２７の付近のシート状防磁手段を示す外観図である。シート状防磁手段２８は、金属支柱２７と基板２３とを挟み込むようにねじ止めされる。そして、シート状防磁手段２８の下側にあたる絶縁層２９は、金属支柱２７付近で剥がされ、金属支柱２７には、導電・熱伝導層３０が露わになって接するようにしておく。

このようにすると、シート状防磁手段２８で覆われた部位の基板はノイズから保護される。筐体を接地（グランド）しておけば、ノイズ保護作用がより確実となって好ましい。また、当該シート状防磁手段２８は、表面が絶縁材料となるので、素子に近づけても素子同士の短絡を心配する必要もない。電動機筐体を小型化する際には、基板同士をいかに近づけさせることができるかが設計上のポイントとなるので、そういったケースでも、この発明の絶縁効果は有用となる。

また、絶縁材料に高熱伝導絶縁材を用いれば、上記シート状防磁手段２８の上面からも、熱伝導させることができ、当該上面から金属支柱２７を介して、筐体に熱が逃げる。また、シート状防磁手段２８の下面の絶縁層２９は、図７の金属支柱２７付近で剥がなくても、金属支柱２７を通すときに、その通し孔の切り口に必然的に導電・熱伝導層が露出するので、熱伝導に支障はない。支障がないどころか、絶縁材料に高熱伝導絶縁材を用いれば、上記シート状防磁手段２８の両側面の絶縁層からも、金属支柱２７に熱伝導させることができ冷却効率が向上する。さらに、車載空気調和装置に用いられる電動圧縮機は、車両からの振動にも耐えなくてはならないが、この発明によるシート状防磁手段はフレキシブルなので、振動にも耐えることができ、有用である。

図８は、図６の場合の変形例を示す断面図である。この例は、上段の基板３２全体をシート状防磁手段３１で覆う場合を示している。この場合、上段の基板３２のノイズ対策がより強化される。この場合でも、シート状防磁手段３１は、導電・熱伝導性材料が露わになる部分が支柱３３に接するので、基板に実装された素子から出る熱や、シート状防磁手段周りの熱を効率的に支柱に逃がすことができる。なお、シート状防磁手段３１の支柱３３に接する部分は、孔が穿たれるので、必然的に導電・熱伝導材料が露わになるし、意図的に裏側または表側と裏側の双方を部分的に剥いで、導電・熱伝導材料が露わになるようにして支柱３３に接するようにしてもよい。なお、基板３２上の素子を外部から確認できるようにするには、シート状防磁手段３１の一部においてノイズ保護作用が損なわれない大きさを限度として導電・熱伝導材料を省くようにしてもよい。

図９は、図８の場合の変形例を示す断面図である。この例は、シート状防磁手段３４の導電・熱伝導性材料が露わになる部分、または高熱伝導絶縁材が、支柱３５および筐体３６の双方に接触する場合を示している。シート状防磁手段３４は、大きさや形状を自由に設計できるので、支柱３５に接すると共に、延長した部分３７で導電・伝熱性材料が露わになる部分、または高熱伝導絶縁材部分を直接筐体３６に接するようにできる。このようにすると、支柱へ熱を逃がす作用と共に筐体へも熱を逃がすことができ、冷却性能が向上する。

本発明にかかる電動圧縮機は、車載用空気調和装置等に用いられる電動圧縮機の電動機回転数等を制御する制御装置が筐体に一体となって搭載される電動圧縮機の生産、使用に適している。

制御装置が筐体に一体となった電動圧縮機を示す外観図である。この発明で用いるシート状防磁手段を示す断面図である。シート状防磁手段の制御基板への適用状態を示す断面図である。シート状防磁手段の適用形式を示す説明図である。基板の裏側を示す外観図である。上下二段形式の基板を筐体に固定する場合の実施例を示す断面図である。支柱付近のシート状防磁手段を示す外観図である。図６の場合の変形例を示す断面図である。図８の場合の変形例を示す断面図である。

符号の説明

１電動圧縮機
２、２６、３６筐体
３、１０、２１、２２、２３、３２基板
４箱状部分
５、１５、２８、３１、３４シート状防磁手段
６、３０導電・熱伝導層
７、８、２９絶縁層
１３、２０、２５スイッチング素子
１４、２２中央演算装置
２７、３３、３５支柱

Claims

内部の電動機を制御する制御装置が筐体に一体となって搭載される電動圧縮機において、
前記制御装置を構成する基板の必要部位が、導電性および熱伝導性を備えた材料を、高熱伝導性を備えた絶縁材料で挟んで成るシート状防磁手段によって覆われ、当該シート状防磁手段の一部分であって前記導電性および熱伝導性を備えた材料が露わになる部分が前記筐体または前記筐体に熱伝達できる部位に接しており、
前記基板は、複数枚の基板であり、前記筐体に熱伝達できる部位は、当該基板を相対的な上下方向に配置するための金属製支柱であることを特徴とする電動圧縮機。
前記シート状防磁手段の前記導電性および熱伝導性材料が露わになる部分、または前記高熱伝導絶縁材は、前記金属製支柱と筐体との双方に接触することを特徴とする請求項１に記載の電動圧縮機。
前記シート状防磁手段は、金属箔を絶縁性合成樹脂で挟んで成ることを特徴とする請求項１に記載の電動圧縮機。
前記シート状防磁手段は、金属箔を高熱伝導絶縁材料で挟んで成り、当該シート状防磁手段の当該高熱伝導絶縁材も、前記筐体または前記筐体に熱伝達できる部位に接していることを特徴とする請求項１に記載の電動圧縮機。