JP6341131B2 - 電動コンプレッサ用インバータ - Google Patents

Description

本発明は、電動コンプレッサ用インバータに関するものである。

コンプレッサに内蔵したモータを制御するインバータの構成として、ハウジングの外殻に筐体が取り付けられ、筐体内に回路基板、電力制御用半導体素子等を収納する技術が知られている（例えば特許文献１）。

特開２００３−１５３５５２号公報

ところで、電動コンプレッサ用インバータには、例えば、図８（ａ），（ｂ）に示すようにＩＰＭ（Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｐｏｗｅｒ Ｍｏｄｕｌｅ）１００が用いられ、モールド樹脂１０１から接続端子１０２，１０３が延びているとともにモールド樹脂１０１にネジ止め用貫通孔１０４，１０５が設けられている。

そして、図９に示すように、ＩＰＭ１００をベース部材１２０にネジ１３０，１３１で組み付けた後に基板１１０を組み付けて半田付けする。
基板１１０を組み付ける作業は、ＩＰＭ１００の接続端子１０２，１０３の本数が多く、各々の接続端子１０２，１０３の位置寸法関係も公差内でばらつくため、接続端子１０２，１０３を基板１１０のスルーホール１１１，１１２に通す際に、気遣いが要求される。さらに、組み付けを人でなくロボットで行う場合には、組み付けミスが多発するリスクがある。

本発明の目的は、スルーホール挿入型電子部品の組み付け性を向上することができる電動コンプレッサ用インバータを提供することにある。

請求項１に記載の発明では、ベース部材と、板状の接続端子を有し、前記ベース部材に熱的に結合されるスルーホール挿入型電子部品と、前記ベース部材に固定され、スルーホールに前記スルーホール挿入型電子部品の接続端子が挿入される基板と、を備える電動コンプレッサ用インバータであって、前記接続端子は、幅方向に直交する厚み方向に屈曲形成され、前記基板におけるスルーホールは、長孔状をなし、当該長孔状のスルーホールは、前記スルーホール挿入型電子部品の板状の接続端子における前記厚み方向に延びていることを要旨とする。

請求項１に記載の発明によれば、基板におけるスルーホールは、長孔状をなし、スルーホール挿入型電子部品の板状の接続端子における厚み方向に延びているので、スルーホール挿入型電子部品と基板との位置関係について、板状の接続端子における厚み方向に位置ずれが発生しても接続端子とスルーホールとの位置関係のばらつきを吸収して厚み方向に屈曲形成された接続端子を基板のスルーホールに挿入しやすくでき、スルーホール挿入型電子部品の組み付け性を向上することができる。

請求項２に記載のように、請求項１に記載の電動コンプレッサ用インバータにおいて、前記スルーホール挿入型電子部品の板状の接続端子は、板状の接続端子における幅方向において先端ほど幅狭となるように斜状に形成されているとよい。

請求項２に記載の発明によれば、スルーホール挿入型電子部品の板状の接続端子は、板状の接続端子における幅方向において先端ほど幅狭となるように斜状に形成されているので、スルーホール挿入型電子部品と基板との位置関係について、板状の接続端子における幅方向に位置ずれが発生しても接続端子とスルーホールとの位置関係のばらつきを吸収して接続端子を基板のスルーホールに挿入しやすくできる。

請求項３に記載のように、請求項１または２に記載の電動コンプレッサ用インバータにおいて、前記長孔状のスルーホールは、長円形または楕円形または長方形をなすとよい。

本発明によれば、スルーホール挿入型電子部品の組み付け性を向上することができる。

電動コンプレッサの一部を破断して示す側面図。 電動コンプレッサ用インバータを示す分解斜視図。 電動コンプレッサ用インバータの一部を示す分解斜視図。 （ａ）はＩＰＭの平面図、（ｂ）はＩＰＭの正面図、（ｃ）はＩＰＭの側面図。 （ａ）はＩＰＭを組み付けた状態での平面図、（ｂ）はＩＰＭを組み付けた状態での正面図、（ｃ）はＩＰＭを組み付けた状態での側面図。 電動コンプレッサ用インバータの電気的構成を示す回路図。 （ａ）は別例を説明するための基板の一部平面図、（ｂ）は別例を説明するための基板の一部平面図。 （ａ）は課題を説明するためのＩＰＭの平面図、（ｂ）は課題を説明するためのＩＰＭの側面図。 （ａ）は課題を説明するためのＩＰＭを組み付けた状態での平面図、（ｂ）は課題を説明するためのＩＰＭを組み付けた状態での正面図、（ｃ）は課題を説明するためのＩＰＭを組み付けた状態での側面図。

以下、本発明を車載用の電動コンプレッサ用インバータに具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１に示すように、電動コンプレッサ１０は、ハウジング１１を有している。ハウジング１１は、有底円筒状の第１ハウジング１２と、第１ハウジング１２の開口部に設けられる有蓋円筒状の第２ハウジング１３とを有している。ハウジング１１は、第１ハウジング１２と第２ハウジング１３とを連結することで構成されている。第１ハウジング１２には、第１ハウジング１２内に冷媒を流入させる流入口１４が第１ハウジング１２の径方向に貫通して設けられている。第１ハウジング１２には、冷媒を圧縮する圧縮部１５と、圧縮部１５を駆動するモータ１６とが収容されている。第１ハウジング１２の軸方向の外面１７（第１ハウジング１２の軸方向の端面）には、モータ１６を駆動させる電動コンプレッサ用インバータとしてのインバータ１８が設けられている。インバータ１８は、第１ハウジング１２の外面１７に設けられたカバー１９に覆われている。

図６を用いてインバータ１８の電気的構成を説明する。
図６に示すように、インバータ（三相インバータ）１８は、インバータ回路２０を備えている。インバータ回路２０は、６つのスイッチング素子２１〜２６と６つのダイオード２７〜３２を有する。スイッチング素子２１〜２６としてＩＧＢＴを用いている。正極母線Ｌｐと負極母線Ｌｎとの間に、Ｕ相上アームを構成するスイッチング素子２１と、Ｕ相下アームを構成するスイッチング素子２２が直列接続されている。正極母線Ｌｐと負極母線Ｌｎとの間に、Ｖ相上アームを構成するスイッチング素子２３と、Ｖ相下アームを構成するスイッチング素子２４が直列接続されている。正極母線Ｌｐと負極母線Ｌｎとの間に、Ｗ相上アームを構成するスイッチング素子２５と、Ｗ相下アームを構成するスイッチング素子２６が直列接続されている。スイッチング素子２１〜２６にはダイオード２７〜３２が逆並列接続されている。正極母線Ｌｐ、負極母線Ｌｎは直流電源としての車載バッテリ３３が接続される。車載バッテリ３３の出力電圧は４５０Ｖである。

スイッチング素子２１とスイッチング素子２２の間がモータ１６のＵ相端子に接続される。スイッチング素子２３とスイッチング素子２４の間がモータ１６のＶ相端子に接続される。スイッチング素子２５とスイッチング素子２６の間がモータ１６のＷ相端子に接続される。

各スイッチング素子２１〜２６のゲート端子にはドライブ回路３４が接続されている。ドライブ回路３４はコントローラ３５からの制御信号に基づいてインバータ回路２０のスイッチング素子２１〜２６をスイッチング動作させる。このスイッチング素子２１〜２６のスイッング動作により車載バッテリ３３から供給される直流を適宜の周波数の３相交流に変換して負荷としてのモータ１６の各相の巻線に供給する。即ち、スイッチング素子２１〜２６のスイッチング動作により３相交流モータ１６の各相の巻線が通電されて３相交流モータ１６を駆動することができる。

さらに、インバータ１８は、母線Ｌｐ，Ｌｎにおけるインバータ回路２０に対する直流の入力側において、ＬＣフィルタ３６と、ブリーダ抵抗３７と、定電圧発生回路３８を備えている。

ＬＣフィルタ３６は、正極母線Ｌｐに挿入されたコイル３９と、正極母線Ｌｐと負極母線Ｌｎとの間に接続されたコンデンサ４０とにより構成されている。ＬＣフィルタ３６により、車両側からのリップル電流の流入が抑制される。

ブリーダ抵抗３７にツェナーダイオード４１が直列に接続され、この直列回路が正極母線Ｌｐと負極母線Ｌｎとの間に接続されている。ツェナーダイオード４１は、ブリーダ抵抗３７と負極母線Ｌｎの間においてカソードがブリーダ抵抗３７側、アノードが負極母線Ｌｎ側となっている。

定電圧発生回路３８は、トランス４２と、スイッチング素子４３と、分圧抵抗４４，４５と、コントローラ４６を備えている。トランス４２の一次コイルとスイッチング素子４３が直列に接続され、この直列回路が正極母線Ｌｐと負極母線Ｌｎとの間に接続されている。正極母線Ｌｐと負極母線Ｌｎとの間に接続された分圧抵抗４４，４５によりトランス４２の一次側電圧が検出される。コントローラ４６は、分圧抵抗４４，４５によるトランス４２の一次側電圧をモニタしつつスイッチング素子４３をスイッチング動作させてトランス４２の二次側電圧として５Ｖを取り出すようになっている。この５Ｖ電圧はコントローラ３５の駆動のために使用される。

図２および図３に示すように、インバータ１８は、平板状のアルミベース５０と、基板（回路基板）５１と、コイル５２と、ＩＰＭ（Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｐｏｗｅｒ Ｍｏｄｕｌｅ）５３と、コンデンサ５４を備えている。ベース部材としてのアルミベース５０はアルミダイカスト成型されている。アルミベース５０には、コイル５２、ＩＰＭ５３、４本のコンデンサ５４、基板５１などが載置（固定）され、基板５１とその他の部品とが電気的に接続される。図３におけるコイル５２は、図６のコイル３９に相当する。図３における４本のコンデンサ５４は、図６のコンデンサ４０に相当する。また、図２のＩＰＭ５３は、図６のインバータ回路２０とドライブ回路３４を含み、これら部品をモジュール化したものである。

スルーホール挿入型電子部品としてのＩＰＭ５３を図４（ａ），（ｂ），（ｃ）を用いて説明する。
ＩＰＭ５３は、スイッチング素子を構成するチップがリードフレームに搭載され、チップおよびリードフレームの一部が樹脂５５で封止（モールド）されている。より詳しくは、図６においてＵ，Ｖ，Ｗの各上アーム・下アーム用のスイッチング素子が２つ並列に用いられ、合計１２個の素子がモジュール化されている。樹脂５５は、図４（ａ）に示す平面視において長方形をなし、長辺と短辺を有し、図４（ｂ）に示す正面視において所定の厚みを有する。図４（ａ）に示すごとく樹脂５５の短辺の中央部において、厚み方向に延びるネジ止め用貫通孔６０，６１が形成されている。そして、ネジ止め用貫通孔６０，６１を貫通するネジＳｃ１（図５参照）をアルミベース５０に螺入することによりＩＰＭ５３がアルミベース５０に固定される。これにより、ＩＰＭ５３は、アルミベース５０に熱的に結合される。

図４（ａ）に示すごとくモールド樹脂５５の一対の長辺のうちの一方の長辺での側面からリードフレームの端部が接続端子５６として多数本突設されているとともに、モールド樹脂５５の一対の長辺のうちの他方の長辺での側面からリードフレームの端部が接続端子５７として多数本突設されている。接続端子５６，５７は板状の接続端子である。このようにして、スルーホール挿入型電子部品としてのＩＰＭ５３は、板状の接続端子５６，５７を有し、長方形のモールド樹脂５５の対向する側面から接続端子５６および接続端子５７が突出している。板状の接続端子５６，５７は、幅方向Ｘに直交する厚み方向Ｙに屈曲形成されている。即ち、板状の接続端子５６，５７は、モールド樹脂５５の側面から水平方向に突出するとともに水平方向から基板５１のある上方に向かって略９０度屈曲形成されている。これは、リードフレームの曲げ加工により形成される。

図２に示すように、基板５１は、アルミベース５０に固定される。基板５１には、ＩＰＭ５３の接続端子５６に対応する位置にスルーホール５８が形成されているとともに、ＩＰＭ５３の接続端子５７に対応する位置にスルーホール５９が形成されている。基板５１のスルーホール５８にＩＰＭ５３の接続端子５６が挿入されるとともに、基板５１のスルーホール５９にＩＰＭ５３の接続端子５７が挿入される。

図５に示すように、基板５１におけるスルーホール５８，５９は、長孔状をなしている。詳しくは、長孔状のスルーホール５８，５９は、長円形（角丸長方形）をなしている。長孔状のスルーホール５８，５９は、ＩＰＭ５３の板状の接続端子５６，５７における幅方向Ｘでの長さに比べて厚み方向Ｙの長さが長い形状をなす。即ち、長孔状のスルーホール５８，５９は、ＩＰＭ５３の板状の接続端子５６，５７における厚み方向Ｙに延びている。このように、接続端子（リード）５６，５７の曲げ方向にスルーホール５８，５９が長くなっている。

図４に示すように、ＩＰＭ５３の板状の接続端子５６，５７は、先端面における幅方向Ｘの中央が頂点となるように三角形に切り欠かれており、斜状面６２を有する。つまり、板状の接続端子５６，５７における幅方向Ｘにおいて先端ほど幅狭となるように斜状に形成されている。この接続端子５６，５７の先端（リード先端）のテーパ加工は、リードフレーム打ち抜き時に行われる。

図２，３に示すように、アルミベース５０は、全体形状として板状をなしている。アルミベース５０の厚み方向の一方の面にはＩＰＭ５３等の部品が載置される。また、アルミベース５０の厚み方向の面のうち、ＩＰＭ５３等の部品が配置される面とは反対側の面は、平坦面６３（図５（ｂ），（ｃ）参照）となっている。

図３に示すように、コイル５２は、二本の接続端子（リード）６４，６５を有している。コイル５２は、接続端子６４，６５の延びる方向が基板５１側を向くように配置されている。コイル５２は、ケース６６によって覆われている。そして、コイルケース６６に設けられた取付部６６ａ，６６ｂを貫通するネジＳｃ２をアルミベース５０に螺入することによりコイル５２がアルミベース５０に固定されている。

図３に示すように、各コンデンサ５４は、二本のリード５４ａを有している。各コンデンサ５４は、リード５４ａの延びる方向が基板５１側を向くように配置されている。４本のコンデンサ５４は、ケース６７によって覆われている。そして、ケース６７を貫通するネジＳｃ３をアルミベース５０に螺入することによりコンデンサ５４がアルミベース５０に固定されている。なお、アルミベース５０におけるコンデンサ５４の配置位置にはコンデンサ５４の外形形状に合わせた凹部５０ａが形成されている。

図２に示すように、アルミベース５０の厚み方向の面のうち基板５１等の配置面の周縁には、基板５１をアルミベース５０に固定するためのネジＳｃ４が螺合される円筒状の第１のボス６８が設けられている。また、アルミベース５０の第１のボス６８が設けられた面と同一面上には、円筒状の第２のボス６９が設けられている。第１のボス６８と第２のボス６９は、アルミベース５０と一体成形されている。第２のボス６９には、図１に示すように、アルミベース５０をハウジング１１に固定するためのネジＳｃ５が挿通される。

上記したインバータ１８は、カバー１９および第２のボス６９を挿通したネジＳｃ５が第１ハウジング１２に螺入されることでハウジング１１に固定されている。アルミベース５０は、平坦面６３が第１ハウジング１２の外面１７と対向している。従って、アルミベース５０の平坦面６３がハウジング１１の外面１７と面接触している。

アルミベース５０にコイル５２、ＩＰＭ５３、コンデンサ５４、基板５１がネジ固定されている。アルミベース５０は、これら部品のヒートシンクとして機能するとともに、これら部品の固定台として機能する。

図１に示すように、カバー１９にはコネクタ７０が一体的に形成され、コネクタ７０のピン７０ａが基板５１に接続されている。
次に、本実施形態のインバータ１８の作用について説明する。

組み立ての手順は、コイル５２、ＩＰＭ５３、コンデンサ５４をアルミベース５０に固定し、基板５１を組み付ける。このとき、ＩＰＭ５３の接続端子５６，５７を基板５１のスルーホール５８，５９に挿入する。そして、コネクタ付きのカバー１９を取り付けて、その後、ＩＰＭ５３の接続端子５６，５７を含めて一括半田付けする。その後、カバー１９をハウジング１１に取り付ける。

ここで、基板５１におけるスルーホール５８，５９は、長孔状をなし、この長孔状のスルーホール５８，５９は、ＩＰＭ５３の板状の接続端子５６，５７における厚み方向Ｙに延びている。即ち、基板のスルーホールは円形状が一般的であるが、本実施形態では基板５１のスルーホール５８，５９は長孔状としている。

よって、ＩＰＭ５３と基板５１との位置関係について、板状の接続端子５６，５７における厚み方向Ｙに公差ばらつきがあり、位置ずれが発生しても、公差ばらつきを吸収して厚み方向Ｙに屈曲形成された接続端子５６，５７を基板５１のスルーホール５８，５９に挿入しやすくできる。具体的には、厚み方向Ｙに屈曲形成されている接続端子５６，５７における曲げ精度が良くなくても、基板５１のスルーホール５８，５９は長孔状をなしているのでスルーホール５８，５９に接続端子５６，５７を挿入しやすい。

一般的に、基板を組み付ける作業は、ＩＰＭの接続端子（リード）の本数が多く、各々の接続端子の位置寸法関係も公差内でばらつくため、ＩＰＭの接続端子を基板のスルーホールに通す際に気遣いが要求される。さらに、組み付けを人でなくロボットで行う場合には、組み付けミスが多発するリスクがある。

本実施形態では、できるだけ作業性を上げるべく、基板５１のスルーホール５８，５９は長孔状としており、板状の接続端子５６，５７における厚み方向Ｙに接続端子５６，５７の位置がばらついても、スルーホール５８，５９を通しやすい。即ち、ＩＰＭ５３の板状の接続端子５６，５７における厚み方向Ｙの位置寸法ばらつきを基板５１のスルーホール５８，５９の形状の変更で吸収することができる。

また、本実施形態ではＩＰＭ５３の接続端子５６，５７の先端がテーパ加工されており、板状の接続端子５６，５７における幅方向Ｘの位置関係のばらつきを吸収してＩＰＭ５３の接続端子５６，５７をスルーホール５８，５９に通しやすい。

このようにして、板状の接続端子５６，５７における幅方向Ｘおよび厚み方向Ｙに位置ずれが発生しても（公差ばらつきがあっても）、スルーホール５８，５９に接続端子５６，５７を挿入することができ、ＩＰＭ５３の組み付け性を向上することができる。

よって、基板５１とＩＰＭ５３の組み付け工程での気遣い作業の削減につながる。また、自動化ラインでロボットの組み付けミスによる製品の不都合の発生を防ぐことができる。

上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）電動コンプレッサ用インバータ１８の構成として、アルミベース５０と、板状の接続端子５６，５７を有し、アルミベース５０に熱的に結合されるスルーホール挿入型電子部品としてのＩＰＭ５３と、アルミベース５０に固定され、スルーホール５８，５９にＩＰＭ５３の接続端子５６，５７が挿入される基板５１と、を備える。接続端子５６，５７は、幅方向Ｘに直交する厚み方向Ｙに屈曲形成され、基板５１におけるスルーホール５８，５９は、長孔状をなし、当該長孔状のスルーホール５８，５９は、ＩＰＭ５３の板状の接続端子５６，５７における厚み方向Ｙに延びている。

よって、ＩＰＭ５３と基板５１との位置関係について、板状の接続端子５６，５７における厚み方向Ｙに位置ずれが発生しても接続端子５６，５７とスルーホール５８，５９との位置関係のばらつきを吸収して厚み方向Ｙに屈曲形成された接続端子５６，５７を基板５１のスルーホール５８，５９に挿入しやすくできる。これにより、スルーホール挿入型電子部品としてのＩＰＭ５３の組み付け性を向上することができる。

（２）ＩＰＭ５３の板状の接続端子５６，５７は、板状の接続端子５６，５７における幅方向Ｘにおいて先端ほど幅狭となるように斜状に形成されている。よって、ＩＰＭ５３と基板５１との位置関係について、板状の接続端子５６，５７における幅方向Ｘに位置ずれが発生しても接続端子５６，５７とスルーホール５８，５９との位置関係のばらつきを吸収して接続端子５６，５７を基板５１のスルーホール５８，５９に挿入しやすくできる。

（３）長孔状のスルーホール５８，５９は、長円形をなすので、実用的である。
実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
・厚み方向に屈曲形成された板状の接続端子を有するスルーホール挿入型電子部品としてＩＰＭ５３に適用したがこれに限らず、ＩＧＢＴ、ＭＯＳＦＥＴ、その他リード部品、例えば、コンデンサ５４等でもよい。ＩＧＢＴやＭＯＳＦＥＴの場合には３本の接続端子（リード）を有する。

・長孔状のスルーホールは、長円形（角丸長方形）ではなく楕円形または長方形をなしていてもよい。つまり、基板のスルーホール５８，５９は、長円形（角丸長方形）であったが、これに代わり、図７（ａ）に示すように、楕円形でもよい。他にも、図７（ｂ）に示すように、長方形でもよい。要は、スルーホールは長孔状をなしていればよい。

・車載用の電動コンプレッサ用インバータに適用したが、車載電動コンプレッサ用以外でもよい。

１８…電動コンプレッサ用インバータ、５０…アルミベース、５１…基板、５３…ＩＰＭ、５６，５７…接続端子、５８，５９…スルーホール、Ｘ…幅方向、Ｙ…厚み方向。

Claims (3)

1. ベース部材と、
   板状の接続端子を有し、前記ベース部材に熱的に結合されるスルーホール挿入型電子部品と、
   前記ベース部材に固定され、スルーホールに前記スルーホール挿入型電子部品の接続端子が挿入される基板と、
   を備える電動コンプレッサ用インバータであって、
   前記接続端子は、幅方向に直交する厚み方向に屈曲形成され、
   前記基板におけるスルーホールは、長孔状をなし、当該長孔状のスルーホールは、前記スルーホール挿入型電子部品の板状の接続端子における前記厚み方向に延びていることを特徴とする電動コンプレッサ用インバータ。
2. 前記スルーホール挿入型電子部品の板状の接続端子は、板状の接続端子における幅方向において先端ほど幅狭となるように斜状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の電動コンプレッサ用インバータ。
3. 前記長孔状のスルーホールは、長円形または楕円形または長方形をなすことを特徴とする請求項１または２に記載の電動コンプレッサ用インバータ。