JP5144945B2 - 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。

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（例えば、特許文献１参照。）。

特許第３０８６８１９号公報

このような一体型電動圧縮機に限ることではないが、車載部品においては、熱や振動による条件が他の分野の機器類に比較して遙かに厳しい。一体型電動圧縮機においては、圧縮機やモータとともに、電気・電子部品を搭載した駆動基板がハウジング内に収容されるため、特に駆動基板における信頼性の向上が要求されている。
電気・電子部品の基板への取り付け・実装には半田付けやネジが多用されているのは周知のとおりである。しかし、半田付けやネジは、振動や熱変化の繰り返しにより、半田にクラックが生じたり、ネジが緩んだりするという問題がある。半田のクラックやネジの緩みが生じると、電気的な導通が損なわれ、所定の機能を発揮できなくなる可能性が生じる。
また、半田付けやネジの締め付けは、作業者によってバラつきが生じる可能性があり、ここに信頼性向上の余地がある。
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、信頼性を向上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多相モータと、電源から多相モータの各相に供給される電流を制御することで多相モータを作動させる制御基板と、圧縮機、多相モータ、および制御基板を収容するハウジングと、を備える。ここで、多相モータの相数については積極的に限定する意図はないが、一般には３相モータが多用されている。このような一体型電動圧縮機において、制御基板と多相モータとの間に設けられ、制御基板から多相モータの各相に電流を供給するためのそれぞれの配線が、モータ用バスバーによって形成される。このようにして、制御基板と多相モータとの電気的な接続にバスバーを用いることで、バスバーと多相モータ側の端子とを、抵抗溶接等によって接合することが可能となる。抵抗溶接は、溶接電流値等を管理すれば溶接条件を一定に保ちやすく、安定した品質でバスバーと端子との接合を行うことができる。
そして、多相モータの相数に対応した数のモータ用バスバーは、モータ用絶縁体によって一体化される。このように、多相モータの相数に対応した数のモータ用バスバーをモータ用絶縁体によって一体化することで、これらをユニットとして取り扱うことが可能となり、組み立て作業性が向上する。
また、電源から制御基板に電圧を印加するための配線についても、バスバー（電源用バスバー）により形成される。
そして、電源と制御基板との間に、電源から供給される電圧を安定させるためのコンデンサおよびリアクタが設けられ、コンデンサおよびリアクタは、電源側および制御基板に対し電源用バスバーにより接続される。これにより、コンデンサおよびリアクタとバスバーをユニット化できるので、これも組立作業性の向上につながる。
以上を踏まえ、本発明の一体型電動圧縮機は、電源から制御基板に電圧を印加するとともに、電源側および制御基板に対してコンデンサおよびリアクタを接続する電源用バスバー、および電源用絶縁体を有する電源用バスバーユニットと、モータ用バスバーおよびモータ用絶縁体を有するモータ用バスバーユニットと、をさらに備える。
そして、モータ用バスバーは、電源用バスバーに接続される入手力端子を有し、モータ用絶縁体は、制御基板に対する位置決め手段を有する。
上記のように、絶縁体が制御基板に対する位置決め手段を有することで、その組立作業性はさらに向上する。ここで、位置決め手段としては、ピンや突起等を用いることができる。

モータ用バスバーは断面が矩形状である場合、多相モータ側の端子の先端部には、平板状の接合プレートを設け、接合プレートとバスバーとを接合するのが好ましい。これにより、モータ用バスバーと端子の溶接による接合が確実かつ容易に行える。

本発明によれば、制御基板とモータ側との電気的な接続にバスバー接続を用い、さらにバスバーの接続には溶接を用いることで、端子同士の接合の信頼性を高めることができる。
また、その溶接に抵抗溶接を用いることで、作業者によるバラつきも生じにくく、安定した品質で端子同士を接合す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およびリアクタ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（多相モータ）１９に印加され、モータ１９を回転駆動させる。

上記のような回路構成において、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１、図３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（制御基板に電圧を印加するための配線）２３が接続されることで、電気的導通がなされている。

ここで、図３および図４に示すように、このバスバー２３には、前記のコンデンサ１３およびリアクタ１４が一体にユニット化されている。すなわち、バスバー２３は、高圧電源側に接続される電源側端子部２３ａおよび２３ｂと、ＰＮ端子２０ａ、２０ｂに接続される基板側端子部２３ｃ、２３ｄと、コンデンサ１３の端子１３ｂに接続されるコンデンサ側端子部２３ｅ、リアクタ１４の端子１４ａに接続されるリアクタ側端子部２３ｆ、コンデンサ１３の端子１３ａおよびリアクタ１４の端子１４ｂを接続するジョイント部２３ｇとを有し、コンデンサ１３およびリアクタ１４がバスバー２３によって図２に示したような回路構成となるように接続する。バスバー２３は、例えば断面寸法が５ｍｍ×１ｍｍ程度の銅製とすることができる。

バスバー２３は端子部分を除いて樹脂体２４によって被覆されている。樹脂体２４には、リアクタ１４の端子１４ａ、１４ｂとバスバー２３のリアクタ側端子部２３ｆおよびジョイント部２３ｇとの接続部において、この接続部を補強するように略Ｔ字状のサポート部２４ａが形成されている。
樹脂体２４は、バスバー２３同士の短絡を防ぐための絶縁材として機能するだけでなく、バスバー２３の補強材としても機能するようになっている。これによって、バスバー２３とコンデンサ１３およびリアクタ１４とが一体化されたバスバーユニット３０として取り扱うことが可能となっている。

このバスバー２３のコンデンサ側端子部２３ｅ、リアクタ側端子部２３ｆ、ジョイント部２３ｇには、コンデンサ１３およびリアクタ１４が予め溶接されている。そして、バスバー２３の基板側端子部２３ｃ、２３ｄとＰＮ端子２０ａ、２０ｂは、インバータ基板１２の組み立て時に溶接される。
ここで、バスバー２３の基板側端子部２３ｃ、２３ｄとＰＮ端子２０ａ、２０ｂとの溶接、コンデンサ側端子部２３ｅ、リアクタ側端子部２３ｆ、ジョイント部２３ｇとコンデンサ１３およびリアクタ１４との溶接は、例えば抵抗溶接によって溶接される。抵抗溶接以外にも、例えばスポット溶接を用いることもできる。スポット溶接時を用いる場合、スポット溶接時に火花の影響が周囲に及ばないよう、周囲の基板上はカバー等で覆っておくのが好ましい。

また、パワー基板１６において、前記のＰＮ端子２０ａ、２０ｂは、バスバーによって形成されている。パワー基板１６には、スイッチング素子１８とモータ１９とを接続するためのＵＶＷ端子（多相モータの各相に電流を供給するための配線）２５ａ、２５ｂ、２５ｃとが設けられており、これらＵＶＷ端子２５ａ、２５ｂ、２５ｃもバスバーによって形成されている。そして、図５に示すように、これらＰＮ端子２０ａ、２０ｂ、ＵＶＷ端子２５ａ、２５ｂ、２５ｃは、樹脂体（絶縁体）２６によって互いに絶縁しつつ一体化されて、バスバーユニット４０が形成されている。

樹脂体２６は、パワー基板１６に対し、バスバー２３が位置する側とは反対側の面に設けられている。樹脂体２６に基端部が保持されたＰＮ端子２０ａ、２０ｂは、図３に示したように、パワー基板１６に形成された開口部を通してバスバー２３が位置された側に先端部が突出するように設けられている。
また、樹脂体２６には、ＵＶＷ端子２５ａ、２５ｂ、２５ｃの近傍に突起（位置決め手段）２７ａ、２７ｂが形成されている。パワー基板１６には、これら突起２７ａ、２７ｂに対応した位置に孔が形成されており、突起２７ａ、２７ｂはこれらの孔に挿入されるようになっている。これらの突起２７ａ、２７ｂによって、バスバーユニット４０のパワー基板１６に対する位置決めが容易かつ確実にできるようになっている。

図６および図７に示すように、ハウジング１１側には、ＵＶＷ端子２５ａ、２５ｂ、２５ｃに接続されるハウジング側端子（多相モータ側の端子）２８ａ、２８ｂ、２８ｃが設けられている。図８に示すように、これらハウジング側端子２８ａ、２８ｂ、２８ｃは、その一端側にＵＶＷ端子２５ａ、２５ｂ、２５ｃが接続され、他端側には接続端子２９ａ、２９ｂ、２９ｃが設けられて、これら接続端子２９ａ、２９ｂ、２９ｃにモータ１９の接続端子１９ａ、１９ｂ、１９ｃが嵌め合わされるようになっている。
これらハウジング側端子２８ａ、２８ｂ、２８ｃは、ガラス系材料等の絶縁体からなる基台２８ｄによって一体化されており、この基台２８ｄがハウジング１１にネジ等によって固定されるようになっている。

ここで、ハウジング側端子２８ａ、２８ｂ、２８ｃはピン状であり、ＵＶＷ端子２５ａ、２５ｂ、２５ｃが接続される一端側には、平板状の接合プレート３１ａ、３１ｂ、３１ｃが溶接等により一体に設けられている。そして、接合プレート３１ａ、３１ｂ、３１ｃと、ＵＶＷ端子２５ａ、２５ｂ、２５ｃとは、抵抗溶接等により接合されるようになっている。

このようにして、パワー基板１６と電源側、パワー基板１６とモータ１９側との電気的な接続にバスバー接続を用い、バスバー２３とコンデンサ１３およびリアクタ１４、バスバー２３の基板側端子部２３ｃ、２３ｄとＰＮ端子２０ａ、２０ｂ、ＵＶＷ端子２５ａ、２５ｂ、２５ｃとハウジング側端子２８ａ、２８ｂ、２８ｃは、それぞれ溶接によって接合するようにした。溶接は半田付けやネジ留めに比較してクラック等も生じにくく、これにより、端子同士の接合の信頼性を高めることができる。
また、その溶接に抵抗溶接やスポット溶接を用いることで、溶接電流値等を管理することによって作業者によるバラつきも生じにくく、安定した品質で端子同士を接合することができる。

さらに、ハウジング側端子２８ａ、２８ｂ、２８ｃの一端側には、平板状の接合プレート３１ａ、３１ｂ、３１ｃを設け、ここにＵＶＷ端子２５ａ、２５ｂ、２５ｃを溶接するようにしたので、平面同士の溶接により、この部分においても確実な端子同士の接合を実現できる。

また、パワー基板１６に対して接続される端子群を、バスバーユニット３０、４０によってユニット化したため、インバータ基板１２の組立作業性も向上する。バスバーユニット４０においては、樹脂体２６に突起２７ａ、２７ｂを設け、これによってパワー基板１６に対する位置決めを行うようにしたので、この点においても組立作業性が向上する。

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。 コンデンサおよびリアクタとバスバーとからなるユニットを示す図である。 スイッチング素子とモータとを接続するためのＵＶＷ端子をバスバーで構成した例を示す図である。 パワー基板側のＵＶＷ端子とハウジング側端子の関係を示す斜視図である。 パワー基板側のＵＶＷ端子とハウジング側端子の接合状態を示す図である。 図７の断面図である。

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…リアクタ、１５…コントロール回路基板、１６…パワー基板、１８…スイッチング素子、１９…モータ（多相モータ）、１９ａ、１９ｂ、１９ｃ…接続端子、２０…入出力端子、２０ａ、２０ｂ…ＰＮ端子、２３…バスバー（制御基板に電圧を印加するための配線）、２３ａ、２３ｂ…電源側端子部、２３ｃ、２３ｄ…基板側端子部、２３ｅ…コンデンサ側端子部、２３ｆ…リアクタ側端子部、２３ｇ…ジョイント部、２４…樹脂体、２５ａ、２５ｂ、２５ｃ…ＵＶＷ端子（多相モータの各相に電流を供給するための配線）、２６…樹脂体（絶縁体）、２７ａ、２７ｂ…突起（位置決め手段）、２８ａ、２８ｂ、２８ｃ…ハウジング側端子（多相モータ側の端子）、２８ｄ…基台、３０、４０…バスバーユニット、３１ａ、３１ｂ、３１ｃ…接合プレート

Claims (3)

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多相モータと、
   電源から前記多相モータの各相に供給される電流を制御することで前記多相モータを作動させる制御基板と、
   前記圧縮機、前記多相モータ、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、
   前記制御基板と前記多相モータとの間に設けられ、前記制御基板から前記多相モータの各相に電流を供給するためのそれぞれの配線をモータ用バスバーによって形成するとともに、前記多相モータの相数に対応した数の前記モータ用バスバーがモータ用絶縁体によって一体化され、
   前記電源から前記制御基板に電圧を印加するための配線が、電源用バスバーにより形成され、
   前記電源と前記制御基板との間に、前記電源から供給される電圧を安定させるためのコンデンサおよびリアクタが設けられ、前記コンデンサおよび前記リアクタは、前記電源側および前記制御基板に対して前記電源用バスバーにより接続され、
   前記電源用バスバーおよび電源用絶縁体を有する電源用バスバーユニットと、
   前記モータ用バスバーおよび前記モータ用絶縁体を有するモータ用バスバーユニットと、をさらに備え、
   前記モータ用バスバーは、前記電源用バスバーに接続される入手力端子を有し、
   前記モータ用絶縁体は、前記制御基板に対する位置決め手段を有することを特徴とする一体型電動圧縮機。
2. 前記モータ用バスバーと前記多相モータ側の端子とが、抵抗溶接によって接合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. 前記モータ用バスバーは断面が矩形状であり、
   前記多相モータ側の前記端子の先端部には、平板状の接合プレートが設けられ、前記接合プレートと前記モータ用バスバーとが接合されていることを特徴とする請求項１または２に記載の一体型電動圧縮機。

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