JP5591089B2 - インバータ一体型電動圧縮機 - Google Patents
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Description
これらの車両には、従来の空調装置とは異なり、電気を動力とするモータによって駆動される電動圧縮機を備えた空調装置が搭載される。また、この電動圧縮機としては、圧縮機構と電動モータをハウジング内に内蔵した密閉型の電動圧縮機であって、インバータ装置を介して電源からの直流電力を三相交流電力に変換して電動モータに給電し、空調負荷に応じて圧縮機の回転数を可変制御できる電動圧縮機が採用される。このインバータ装置と電動モータは三相交流配線により接続されているが、大きなスイッチングノイズを含んでいる。したがって、この配線の長さをできるだけ短くすることが好ましく、そのためにインバータ装置を電動圧縮機と一体化したインバータ一体型電動圧縮機が使用され、また提案されている。
特許文献1には、アッパーハウジングに電気素子が固定されることで、電気素子が振動するのが防止され、耐振性が向上すること、電気素子がアッパーハウジングの金属の部分に固定されることで、電気素子が発熱しても、その熱がこの金属の部分に伝達され放熱されること、が述べられている。
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、耐振性をさらに向上することのできるインバータ装置を備えるインバータ一体型電動圧縮機を提供することを目的とする。
これまで自動車用空調装置のインバータに使用されていたバスバーは、電気的な接続を行う部分を除いて樹脂からなる絶縁被覆層を有するものであり、帯状の導体部分と実質的に同程度の表面積しか有していなかった。これに対して本発明では、導体部分よりもはるかに大きい表面積を有する板状樹脂の中に導電部分を配置した、いうなればバスバー・ボードを採用し、このバスバー・ボードに典型的にはコイル及びコンデンサを固定する。そして、このバスバー・ボードを、ハウジングに接着剤を介して固定することとした。
インバータ装置は、本体ハウジングに向けて開口するインバータ・ハウジングを備える。
このインバータ・ハウジングは、本体ハウジングとの間に収容室が形成される。
収容室の内部には、フィルタ部及びバスバー・ボードが配置される。フィルタ部は、インバータ装置のノイズを抑制するものであって、コンデンサ及びコイルの少なくとも一方を含む。
バスバー・ボードは、少なくともフィルタ部と電気的に接続されるバスバーを含む。バスバー・ボードは、フィルタ部が固定される固定面と、固定面の裏面である接合面とを有している板状の部材である。
以上の構成を有する本発明のインバータ一体型電動圧縮機は、インバータ・ハウジングとバスバー・ボードの接合面との間に介在する樹脂製の接着剤層により、バスバー・ボードがインバータ・ハウジングに固定されることを特徴とする。
このインバータ一体型電動圧縮機によると、パワー部及び制御部とフィルタ部とが高さ方向に配列される。したがって、フィルタ部がパワー部及び制御部の側方に置かれるインバータ装置に比べて、電動圧縮機の長さを短くできる利点がある。
電力用半導体スイッチング素子は、インバータ装置を設置することにより生ずる力を受けて、本体ハウジングへ押し付けられることが好ましい。本体ハウジングへの密着性を高くすることで、冷却効率を向上することができる。
したがって、収容室内において、パワー部及び制御部を本体ハウジングに固定することができる。また、収容室内において、パワー部及び制御部をインバータ・ハウジングに固定することもできる。
本発明は、フィルタ部をバスバー・ボードに固定するのに加えて、通路を介して接着剤層と接合することで、インバータ・ハウジングに対するフィルタ部の接合強度を高めることができる。
図1には、本発明が適用されるインバータ一体型電動圧縮機1の一例が示されている。
インバータ一体型電動圧縮機1は、その外殻を構成する本体ハウジング2を有している。
本体ハウジング2は、電動モータが収容されるモータ保持部3と、電動モータで駆動される圧縮機が収容される圧縮機保持部4とがボルトを介して一体に締め付け固定されることにより構成される。このモータ保持部3及び圧縮機保持部4は、アルミニウム合金をダイカストすることにより作製される。なお、電動モータ及び圧縮機の図示は省略している。
<インバータ・ハウジング20>
インバータ・ハウジング20は、インバータ収容部8の周囲壁の頂面8fに載せられることで、インバータ収容部8の開口を塞ぐように形成されている箱状の部材であり、屋根21を備えている。インバータ・ハウジング20もまたアルミニウム合金をダイカストすることにより作製される。
インバータ・ハウジング20は、開口側が下向きになって周囲壁の頂面8fに載せられる。そうするとインバータ・ハウジング20には、インバータ収容部8とともに、収容室(図1では図示されず)が形成される。この収容室内には、以下説明する、バスバー・ボード30、制御基板40(制御部)、パワー系ユニット45(パワー部)が収容される。
バスバー・ボード30は、導電体であるバスバー(図1では図示されず)と、バスバーが内部に配設される樹脂性の板状のボード本体33と、から構成されるものであり、インサート樹脂成形によって一体化し、一部品としたものである。
ボード本体33はインバータ・ハウジング20の屋根21より少しだけ小さい表面積を有しており、インバータ・ハウジング20の収容室22内に収容可能である。
バスバー・ボード30において、バスバーは、コイル35及びコンデンサ36と、制御基板40、パワー系ユニット45等とを電気的に接続する。バスバーはこの接続のために、ボード本体33から突出する接続部(図1では図示されず)を備えることができる。
コイル35及びコンデンサ36は、ノイズを制御するためのフィルタ部を構成するものであり、インバータ一体型電動圧縮機1の中で相対的に大きな部材である。このコイル35及びコンデンサ36は、各々のリード35L、36Lがボード本体33に半田付けされることで、バスバー・ボード30に固定されている。この固定方法については後述する。各々のリード35L、36Lは、ボード本体33の内部においてバスバー31に電気的に接続されることで、制御基板40と接続される。
制御基板40は、CPU(Central Processing Unit)などの低電圧で動作する素子を有する回路が実装されており、電動モータに印加される交流電力を制御するものである。制御基板40は、後述するように、本体ハウジング2又はインバータ・ハウジング20のいずれかに固定することができる。
制御基板40の裏面には、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)を含むパワー系ユニット(図1では図示されず)が設置される。パワー系ユニットは、直流電力を三相交流電力に変換して電動モータに印加するものである。パワー系ユニットは、発熱の要因であるIGBTが放熱板48に接触するように配置されている。パワー系ユニットはそのリードにより制御基板40に固定されている。
放熱板48は、アルミニウム合金、銅合金などの熱伝導性の優れた金属材料で構成される。放熱板48は、本体ハウジング2の設置面9と接触し、設置面9(本体ハウジング2)との間で熱交換される。つまり、本体ハウジング2に流通する低温の冷媒ガスにより設置面9を介して放熱板48が冷却されることで、放熱板48がヒートシンクとなり、パワー系ユニットで生じた熱が放熱される。
また、放熱板48を設けることなく、IGBTなどの発熱要素を本体ハウジング2(設置面9)に直接接触させることもできる。以下、これらのことを採用したインバータ装置10におけるバスバー・ボード30、コイル35、コンデンサ36及び制御基板40の配置について図2〜図7に基づいて説明する。
インバータ装置10は、本体ハウジング2に形成された平坦な設置面9にボルトBで固定されている。
したがってこのインバータ装置10は、収容室22が設置面9とインバータ・ハウジング20で区画される領域により構成される。そして、このインバータ装置10は、収容室22内に設置面9から、つまり下方からパワー系ユニット45、制御基板40、コイル35及びコンデンサ36、バスバー・ボード30がこの順で収容されている。
リード45Lで制御基板40に固定されているパワー系ユニット45は、本体ハウジング2に背面が直接接触している。このパワー系ユニット45は、設置面9に押し付けられることで、設置面9との密着性の向上が図られている。パワー系ユニット45を設置面9に押し付けるために、制御基板40から設置面9までの寸法(設置時の寸法)よりも制御基板40からパワー系ユニット45の背面までの寸法を少し長くしている。
制御基板40は、ボルトBを介して本体ハウジング2の設置面9に固定されている。制御基板40と設置面9との間にはパワー系ユニット45を配置するだけの隙間が確保される。
バスバー・ボード30は、ボード本体33の図中の上側が接合面33aをなし、下側が固定面33bをなしている。
バスバー・ボード30は、接合面33aとインバータ・ハウジング20の屋根21との間に介在する接着剤層23により、インバータ・ハウジング20に固定される。接着剤層23を構成する接着剤の種類は限定されるものではなく、コイル35及びコンデンサ36が固定されたバスバー・ボード30を振動に耐えて本体ハウジング2に固定できる公知の接着剤を広く適用することができる。
バスバー・ボード30は、ボード本体33の接合面33aから下向きに突出する接続部32が形成されており、内部に配設されているバスバー31(図4参照)を介して、制御基板40とコイル35及びコンデンサ36を電気的に接続する。
コイル35及びコンデンサ36は、固定面33b側に固定されており、制御基板40とバスバー・ボード30の間の隙間に配置される。コイル35及びコンデンサ36は、ボード本体33を通って接合面33aまで貫通するリード35L、36Lを半田付けすることにより、ボード本体33に固定される。
以下、インバータ装置10を本体ハウジング2に組み付ける手順を図3〜図6に基づいて説明する。
〔インバータ・ハウジング20側〕
図3(a)に示すように、バスバー・ボード30にコイル35及びコンデンサ36を半田付けする。つまり、ボード本体33に接合面33a及び固定面33bに開口する保持孔34にコイル35のリード35L及びコンデンサ36のリード36Lを挿入して貫通させた後に、接合面33aから突出するリード35L及びリード36Lを半田付け(図中、Sで示す)することにより固定する。リード35L及びリード36Lは、保持孔34の中でバスバー31と電気的に接続される。なお、半田付けはコイル35及びコンデンサ36の固定方法の一例であり、溶接、その他の固定方法を採用できる。
一方、図3(b)に示すように、インバータ・ハウジング20の収容室22の内部に接着剤層23を構成する接着剤(図中、符号23で示す)を投入する。接着剤は屋根21の背面(図3(b)の上面)から所定の高さまで投入される。
ここで、図4(b)は、接合面33a側から見たバスバー・ボード30の構成例を示している。バスバー・ボード30は、コイル35及びコンデンサ36を接続するバスバー31と、バスバー31が内部に配設されているボード本体33と、を備えている。バスバー31は、コイル35のリード35L、コンデンサ36のリード36Lと接続されるように、ボード本体33内に配設される。
一方で、パワー系ユニット45が固定された制御基板40を本体ハウジング2に固定する。図5(a)に示すように、制御基板40とパワー系ユニット45は、制御基板40の図中の下面からボルトBの段差部Lまでの寸法よりも制御基板40の下面からパワー系ユニット45の背面までの寸法を少し長くなるように組み付けられている。図5(b)に示すように、制御基板40を本体ハウジング2の設置面9に固定すること、つまりインバータ装置を設置することにより、パワー系ユニット45が設置面9に向けて押し付けられので、設置面9に対するパワー系ユニット45の密着性が向上する。また、制御基板40の耐振強度の向上も期待できる。
以上の用意が整ったならば、図6に示すように、インバータ・ハウジング20をその開口部が本体ハウジング2の設置面9に対向する向きにして、本体ハウジング2に載せる。そして、ボルトBによりインバータ・ハウジング20を本体ハウジング2に固定することで、インバータ装置10が構成される。
以上説明した実施形態によると、コイル35及びコンデンサ36(フィルタ部)が固定されるバスバー・ボード30がインバータ・ハウジングに20樹脂製の接着剤層23で固定されている。インバータ・ハウジング20とコイル35及びコンデンサ36の間に介在する接着剤層23及びバスバー・ボード30が緩衝材となり、インバータ・ハウジング20からコイル35及びコンデンサ36への振動の伝播、あるいは、その逆の伝播が抑制されるので、インバータ一体型電動圧縮機1は、高い耐震性を備える。この効果については、接着剤層23を設けることによるインバータ・ハウジング20の剛性向上も寄与する。
また、インバータ一体型電動圧縮機1は、インバータ・ハウジング20の屋根21の内側に接着剤層23を設けられているが、この接着剤層23は断熱層となる。ハイブリッド自動車のように内燃機関としてのエンジンを備えている場合には、エンジンからの熱がインバータ・ハウジング20内に伝達されるのをこの接着剤層23が抑制する。したがって、コイル35及びコンデンサ36、さらにはIGBT等の電気素子が外部から伝達される熱により破損するのを阻止できる。この効果は、インバータ・ハウジング20を金属ではなく樹脂で形成する場合により顕著となる。
つまり、図7に示すように、バスバー・ボード30のボード本体33に表裏を貫通する貫通路37を形成する。貫通路37は、コンデンサ36の投影面内に形成される。接着剤層23はこの貫通路37を通ってコンデンサ36に達すると、コンデンサ36はこの接着剤層23によってもボード本体33に接合されることになる。
なお、ここでは、コンデンサ36のみについて説明したが、コイル35についても適用できることは言うまでもない。
本発明によるインバータ一体型電動圧縮機1は、図8(a)に示すように、パワー系ユニット45が固定される制御基板40を、インバータ・ハウジング20に固定することができる。この場合、インバータ・ハウジング20だけでモジュール化されたインバータ装置10を構成することになる。したがって、本体ハウジング2へのインバータ装置10の取付け作業、あるいは修理時の取外し作業が容易になる利点がある。
なお、本発明によるインバータ一体型電動圧縮機1は、図8(b)に示すように、接着剤層23を収容室22の全体に充填することもできる。この場合、インバータ・ハウジング20の高剛性化がさらに図られる。
また、本発明のインバータ一体型電動圧縮機1において、図9に示すように、コイル35、コンデンサ36に対応する形状の収容ポット38、39を形成し、そこにコイル35、コンデンサ36を収容することができる。そうすると、インバータ・ハウジング20は、その断面二次モーメントが大きくなり、剛性が向上する。また、インバータ・ハウジング20の不要な肉部分を削減できるので、インバータ・ハウジング20の重量低減に寄与する。
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、あるいは他の構成に適宜変更することが可能である。
8…インバータ収容部、9…設置面、10…インバータ装置
20…インバータ・ハウジング、22…収容室、23…接着剤層
30…バスバー・ボード、31…バスバー、32…接続部、33…ボード本体、33a…接合面
33b…固定面、34…保持孔、35…コイル、36…コンデンサ、35L,36L…リード
37…貫通路、38,39…収容ポット
40…制御基板、45…パワー系ユニット、45L…リード、48…放熱板
Claims (8)
- 電動モータ及び電動モータで駆動される圧縮機構が収容される本体ハウジングの外周に、直流電力を交流電力に変換して電動モータに供給するインバータ装置が設置されるインバータ一体型電動圧縮機であって、
前記インバータ装置は、
前記本体ハウジングに向けて開口し、前記本体ハウジングとの間に収容室が形成されるインバータ・ハウジングと、
前記収容室の内部に収容される、フィルタ部と、バスバー・ボードと、を備え、
前記フィルタ部は、前記インバータ装置のノイズを抑制するものであって、コンデンサ及びコイルの少なくとも一方を含み、
前記バスバー・ボードは、前記フィルタ部と電気的に接続されるバスバーを含み、前記フィルタ部が固定される固定面と、前記固定面の裏面である接合面とを有している板状の部材であり、
前記インバータ・ハウジングと前記バスバー・ボードの前記接合面との間に介在する樹脂製の接着剤層により、前記バスバー・ボードが前記インバータ・ハウジングに固定される、
ことを特徴とするインバータ一体型電動圧縮機。 - 前記インバータ装置は、
直流電力を交流電力に変換して前記電動モータに印加するパワー部と、前記電動モータに印加される交流電力を制御する制御部と、を備え
前記パワー部及び前記制御部は、
前記フィルタ部が固定されている前記バスバー・ボードと前記本体ハウジングとの間に配置される、
請求項1に記載のインバータ一体型電動圧縮機。 - 前記パワー部が備える電力用半導体スイッチング素子は、前記本体ハウジングに接触している、
請求項1又は2に記載のインバータ一体型電動圧縮機。 - 前記電力用半導体スイッチング素子は、前記インバータ装置を設置することにより生ずる力を受けて、前記本体ハウジングへ押し付けられる、
請求項3に記載のインバータ一体型電動圧縮機。 - 前記収容室内において、前記パワー部及び前記制御部は、前記本体ハウジングに固定される、
請求項1〜4のいずれか一項に記載のインバータ一体型電動圧縮機。 - 前記収容室内において、前記パワー部及び前記制御部は、前記インバータ・ハウジングに固定される、
請求項1〜4のいずれか一項に記載のインバータ一体型電動圧縮機。 - 前記インバータ・ハウジングに形成される収容ポットに前記フィルタ部を収容する、
請求項1〜6のいずれか一項に記載のインバータ一体型電動圧縮機。 - 前記バスバー・ボードは、前記接合面と前記固定面を貫通する通路を備え、
前記フィルタ部は、前記通路を通過する前記接着剤層が達して接合される、
請求項1〜7のいずれか一項に記載のインバータ一体型電動圧縮機。
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