JP4981483B2 - 一体型電動圧縮機 - Google Patents

Description

車載用の空気調和機を構成する一体型電動圧縮機に関する。

車載用空気調和機には、車両のエンジンルーム内に各機器を収容するため、省スペース性が要求されている。このため、近年、車載用空気調和機を構成する圧縮機と、圧縮機を駆動するためのモータと、モータを駆動するための駆動基板とがハウジング内に一体に収められた一体型電動圧縮機が提供されている。

このような一体型電動圧縮機においては、図６に示すように、モータ５とハウジングとの間に浮遊容量Ｃｆが存在するため、駆動基板１のスイッチング素子４におけるスイッチング作用によってモータ５に供給される電源電圧が変動すると、モータ５からハウジングへと漏れ電流が発生する。この漏れ電流によってラジオノイズが発生するため、駆動基板１にコモンモードコンデンサ２やコモンモードコイル３を備えることで、スイッチング素子４のスイッチング作用によるモータ５への供給電圧の変動が生じた場合に、漏れ電流によって生じるループを小さくし、ラジオノイズの影響を小さくしようとする提案がなされている。

特開２００６−２７３１５号公報

しかしながら、コモンモードコンデンサ２やコモンモードコイル３は部品サイズが大きい。一体型電動圧縮機をはじめとする車載部品には常に小型化の要求がなされており、この観点からするとさらなる改善が望まれる。また、部品サイズが大きいことは、ハウジング内におけるこれらの部品の配置も制限を受けることになり、これも小型化の妨げとなっている。
また、ラジオノイズ低減という観点からしても、一層の改善が要求されている。図７に示すように、コモンモードコンデンサ２やコモンモードコイル３を用いる場合、駆動基板１との間の配線はリード線（電線）７を用いることになるが、リード線７が長いほど、駆動基板１のスイッチング作用による電源電圧変動が大きくなり、ラジオノイズへの影響が大きくなる。また、モータ５からハウジングへの漏れ電流は、特に電流をＯＦＦにするときに発生するサージによって高周波成分を発生し、このときのラジオノイズ改善が特に望まれている。
本発明は、このような技術的課題に基づいてなされたもので、一体型電動圧縮機の小型化を図るとともにラジオノイズを有効に低減することのできる一体型電動圧縮機を提供することを目的とする。

かかる目的のもとになされた本発明の一体型電動圧縮機は、空気調和機を構成する圧縮機と、圧縮機を駆動するためのモータと、モータの作動を制御する制御基板と、圧縮機、モータ、および制御基板を収容するハウジングと、を備える。そして、制御基板は、モータを回転駆動させるため、電源からモータへの電圧の印加をコントロールするスイッチング素子と、スイッチング素子の動作を制御する制御回路と、電源とスイッチング素子との間にラジオノイズ低減のために設けられ、抵抗とコンデンサとから構成されるスナバ回路と、を備えることを特徴とする。
ここで、スナバ回路を構成する抵抗とコンデンサは、第一の基板上に表面実装するのが好ましい。
また、制御回路は、第一の基板に対して間隔を隔てて対向するよう配置された第二の基板上に実装し、スナバ回路は、第一の基板において、第二の基板に対向する側とは反対側の面に実装するのが好ましい。
さらに、第一の基板に対して電源から電圧を印加するための電源配線を、バスバーにより形成するのが好ましい。

本発明によれば、一体型電動圧縮機のモータを駆動するための回路にスナバ回路を設けることで、ラジオノイズを低減することができる。スナバ回路は表面実装部品とすることができるので、これにより漏れ電流の低減、漏れ電流による閉ループの小型化を図り、ラジオノイズ低減に特に有効である。また、スナバ回路を表面実装部品とすることで、一体型電動圧縮機の小型化を図ることが可能となる。

以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
図１は、本実施の形態における電動圧縮機（一体型電動圧縮機）１０の構成を示すための図である。
この図１に示すように、電動圧縮機１０は、ハウジング１１の下部収容室１１ａにモータ（図示無し）およびスクロール式のコンプレッサ（図示無し）が収容され、上方に開口したハウジング１１の上部収容室１１ｂに、インバータ基板（制御基板）１２が収容され、上部収容室１１ｂの上方への開口は、カバー１７によって覆われている。

インバータ基板１２は、インバータ基板１２に入力される直流電圧の平滑化を図るためのコンデンサ１３およびインダクタ１４と、モータへの高圧交流電流の印加を制御するためのコントロール回路基板（制御回路、第二の基板）１５と、高圧電源から供給される直流電流を交流電流に変換してモータに印加し、モータを回転駆動させるパワー基板（第一の基板）１６と、から構成される。

図２は、パワー基板１６の回路構成を示す図である。この図２に示すように、パワー基板１６には、外部の高電圧電源（図示無し）から例えば３００Ｖといった高電圧が供給されるようになっている。パワー基板１６上には、複数のＩＧＢＴによって構成されるスイッチング素子１８が実装されている。コントロール回路基板１５には、このスイッチング素子１８の動作を制御するためのマイコンおよびゲート回路（いずれも図示無し）が設けられている。マイコンの制御によってゲート回路が駆動され、その駆動信号がコントロール回路基板１５からパワー基板１６に伝達されてスイッチング素子１８に入力されると、スイッチング素子１８が動作する。これによって、高電圧電源から供給される高電圧が３相交流となって電動圧縮機１０のモータ１９に印加され、モータ１９を回転駆動させる。

このようなパワー基板１６の回路には、電源の入出力端子２０とスイッチング素子１８との間に、抵抗ＲとコンデンサＣとからなるスナバ回路２１が設けられている。
スナバ回路２１は、そもそもは過電圧からスイッチング素子１８を保護するものであり、電源オフ時に、コントロール回路基板１５からスイッチング素子１８に入力される駆動信号の周波数が高くなるにともなって生じるサージを消費させる。
このようにして、スナバ回路２１において、サージ時の電流を消費させることで、結果的に、コントロール回路基板１５からスイッチング素子１８に入力される駆動信号に高周波成分が載らないようにすることができる。その結果、モータ１９とハウジング１１との間に生じる漏れ電流を抑えることができ、ラジオノイズを低減できる。

図３に示すように、スナバ回路２１は、パワー基板１６上に、抵抗Ｒを構成する抵抗素子２１ｒと、コンデンサＣを構成するコンデンサ素子２１ｃとが表面実装されることで構成されている。スナバ回路２１においては、コンデンサ素子２１ｃのコンデンサ容量を小さくできるため、スナバ回路２１を表面実装型とすることが現実的なものとなる。
そして、抵抗素子２１ｒとコンデンサ素子２１ｃをパワー基板１６上に表面実装することで、従来のコモンモードコンデンサやコモンモードコイルを用いていた場合に比較して、実質的にコモンモードコンデンサやコモンモードコイルを設けるためのスペースが不要となり、電動圧縮機１０の小型化を図ることが可能となる。

また、従来のコモンモードコンデンサやコモンモードコイルを用いた場合には、そのサイズの大きさからこれらを基板外に配置せざるを得ないためにリード線を用いてコモンモードコンデンサやコモンモードコイルに接続していた。これに対し、スナバ回路２１を構成する抵抗素子２１ｒとコンデンサ素子２１ｃをパワー基板１６上に表面実装すると、当然ながら抵抗素子２１ｒやコンデンサ素子２１ｃにはリード線は不要であり、浮遊インダクタンスを小さくすることができる。これにより、ラジオノイズの低減効果はさらに高まる。
また、スナバ回路２１を構成する抵抗素子２１ｒとコンデンサ素子２１ｃをパワー基板１６上に表面実装すると、モータ１９とハウジング１１との間の浮遊容量Ｃｆ’に起因して生じる漏れ電流によって形成される電流の閉ループは、パワー基板１６上の抵抗素子２１ｒおよびコンデンサ素子２１ｃを流れる。つまり、漏れ電流による閉ループは、パワー基板１６から外部にまで延びることなく、パワー基板１６とハウジング１１との間で完結する。このようにして漏れ電流による閉ループ自体を小さくできることも、ラジオノイズの低減に大きく貢献する。
つまり、漏れ電流を抑える効果を有するスナバ回路２１を備えることで漏れ電流を抑えてラジオノイズを低減し、さらにこのスナバ回路２１をパワー基板１６上に表面実装することでラジオノイズの低減効果は一層顕著なものとなる。

ところで、図１に示すように、コントロール回路基板１５と、パワー基板１６とは、互いに間隔を隔てた状態で対向するように設けられている。また、図３に示すように、パワー基板１６には、スイッチング素子１８の放熱のための放熱板３０が設けられている。
このとき、図４に示すように、スナバ回路２１を構成する抵抗素子２１ｒおよびコンデンサ素子２１ｃ、スイッチング素子１８は、パワー基板１６に対し、コントロール回路基板１５が配置されている側とは反対側の面に表面実装するのが好ましい。
このようにすると、パワー基板１６内に設けた電源フレーム、ＧＮＤフレーム、ＧＮＤ層等、導電性材料からなりインピーダンスの低い面（層）２２により、スイッチング素子１８等で生じるノイズに対するシールド効果が発揮され、コントロール回路基板１５への影響が抑制される。コントロール回路基板１５には、低電圧で駆動されるマイコン等のデジタル回路が存在するため、スイッチング素子１８からのノイズを抑制することで、マイコン等の誤動作を防止することが可能となる。

また、パワー基板１６に対する高圧電源からの電源供給は、入出力端子２０を介して行われるが、図５に示すように、この入出力端子２０は、パワー基板１６上に実装されたピン状のＰＮ端子２０ａ、２０ｂによって構成される。これらＰＮ端子２０ａ、２０ｂに対しては、高圧電源側からバスバー２３、２４が接続されることで、電気的導通がなされている。
このようにして、パワー基板１６に対して電源電圧を印加するための電源配線にバスバー２３、２４による接続を用いることで、リード線を用いた場合に比較して電源配線のインピーダンスを大幅に低減することができる。その結果、電源電圧の変動を抑えることが可能となり、ラジオノイズの低減に寄与することができる。特に従来のコモンモードコンデンサやコモンモードコイルを用いる場合にはリード線が長ければ長いほど電源配線のインピーダンスが増大する。したがって、従来の構造においてコモンモードコンデンサやコモンモードコイルのサイズが大きいためにその配置が制限され、結果的に電源配線のためのリード線の長さが長くなってしまう場合に比較すると、本実施の形態におけるバスバー２３、２４を用いる構造のメリットは顕著なものとなる。

上述したようにして、本発明によれば、モータ１９からの漏れ電流を抑えてラジオノイズを低減し、さらに電動圧縮機１０の小型化を可能としている。

なお、上記実施の形態では、電動圧縮機１０の各部の形状や構造、インバータ基板１２の構成等について説明したが、本発明の主旨に関わる以外について、上記で説明した構成に限定する意図はない。
これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更することが可能である。

本実施の形態における電動圧縮機の全体構成を示す図である。 パワー基板の回路構成を示す図である。 パワー基板上にスナバ回路を構成する抵抗素子とコンデンサ素子とを表面実装した状態を示す図である。 コントロール回路基板に対するスナバ回路の配置を示す図である。 パワー基板に対し、電源からの電源供給をバスバーにより行う構成を示す図である。 従来のモータ駆動回路の回路構成を示す図である。 コモンモードコンデンサやコモンモードコイルを用いた場合の配置の例を示す図である。

符号の説明

１０…電動圧縮機（一体型電動圧縮機）、１１…ハウジング、１２…インバータ基板（制御基板）、１３…コンデンサ、１４…インダクタ、１５…コントロール回路基板（制御回路、第二の基板）、１６…パワー基板（第一の基板）、１８…スイッチング素子、１９…モータ、２０…入出力端子、２１…スナバ回路、２１ｃ…コンデンサ素子、２１ｒ…抵抗素子、２３、２４…バスバー

Claims (4)

1. 空気調和機を構成する圧縮機と、
   前記圧縮機を駆動するためのモータと、
   前記モータの作動を制御する制御基板と、
   前記圧縮機、前記モータ、および前記制御基板を収容するハウジングと、を備えた一体型電動圧縮機であって、
   前記制御基板は、前記モータを回転駆動させるため、電源から前記モータへの電圧の印加をコントロールするスイッチング素子と、
   前記スイッチング素子の動作を制御する制御回路と、
   前記電源と前記スイッチング素子との間にラジオノイズ低減のために設けられ、抵抗とコンデンサとから構成されるスナバ回路と、を備えることを特徴とする一体型電動圧縮機。
2. 前記スナバ回路を構成する前記抵抗と前記コンデンサは、第一の基板上に表面実装されていることを特徴とする請求項１に記載の一体型電動圧縮機。
3. 前記制御回路は、前記第一の基板に対して間隔を隔てて対向するよう配置された第二の基板上に実装され、
   前記スナバ回路は、前記第一の基板において、前記第二の基板に対向する側とは反対側の面に実装されていることを特徴とする請求項２に記載の一体型電動圧縮機。
4. 前記第一の基板に対して前記電源から電圧を印加するための電源配線を、バスバーにより形成することを特徴とする請求項２または３に記載の一体型電動圧縮機。

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