WO2014091815A1

WO2014091815A1 - インバータ一体型電動圧縮機

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Publication number: WO2014091815A1
Application number: PCT/JP2013/077237
Authority: WO
Inventors: 服部　誠; 浅井　雅彦; 洋行上谷
Original assignee: 三菱重工オートモーティブサーマルシステムズ株式会社
Priority date: 2012-12-11
Filing date: 2013-10-07
Publication date: 2014-06-19
Also published as: CN104769283A; DE112013005919B4; US20150295467A1; CN104769283B; DE112013005919T5; JP6021623B2; JP2014114780A; US9735644B2

Abstract

　基板上のＰ－Ｎ端子に電源側ケーブルのコネクタを直接接続する構成として直流電力の入力系統を簡素化し、その場合でも基板にかかる応力を軽減して、基板や実装部品の損傷を防止でき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。インバータ一体型電動圧縮機において、インバータ装置（７）のメイン基板（２０）上に高電圧の直流電力を入力するＰ－Ｎ端子（２４）を設け、該Ｐ－Ｎ端子（２０）にその一端に設けられているコネクタを差し込むことにより電源側ケーブルが接続可能とされているとともに、メイン基板（２０）を挟んでＰ－Ｎ端子（２４）の反対側に、インバータ装置（７）を構成する電装部品（１８）を配設し、該電装部品（１８）によりコネクタの差し込み時にメイン基板（２０）にかかる応力を受ける構成とした。

Description

インバータ一体型電動圧縮機

　本発明は、電動圧縮機のハウジングに、インバータ装置が一体に組み込まれているインバータ一体型電動圧縮機に関するものである。

　電気自動車やハイブリッド車等に搭載される空調装置の圧縮機には、インバータ装置が一体に組み込まれたインバータ一体型電動圧縮機が用いられている。このインバータ一体型電動圧縮機は、車両に搭載された電源ユニットから供給される高電圧の直流電力をインバータ装置で所要周波数の三相交流電力に変換し、それを電動モータに印加することにより駆動されるように構成されている。

　インバータ装置は、例えば、電源からの高電圧ラインに設けられるノイズ除去用フィルタ回路を構成するインダクタコイルや平滑コンデンサ等の高電圧系部品と、直流電力を三相交流電力に変換するＩＧＢＴ等の複数のスイッチング素子（パワー素子）により構成されるスイッチング回路が実装されたサブ基板と、ＣＰＵ等の低電圧で動作する制御回路が実装されたメイン基板（プリント基板）と、これら高電圧系部品、サブ基板およびメイン基板間を接続するバスバー等から構成され、Ｐ－Ｎ端子を介して入力された直流電力を三相交流電力に変換し、ＵＷＶ端子から出力する構成とされている。

　このインバータ装置に電源からの直流電力を供給する電源側ケーブルは、例えば特許文献１に示されるように、インバータ収容部側に設けられているコネクタ接続部に電源側ケーブルのコネクタが接続され、そこからの直流電力ラインに端子台やバスバーを介してインダクタコイルや平滑コンデンサ等を接続することによりフィルタ回路を構成し、基板側に設けられているＰ－Ｎ端子と接続される構成とされている。

　また、特許文献２には、フィルタ用コイルやコンデンサを実装した回路基板が設置されているインバータ収容空間を密閉する金属製のインバータカバーに、電源入力ポート形成部を形成し、このポート形成部に金属端子を樹脂インサート成形することにより樹脂製電源コネクタを一体的に設け、該電源コネクタに電源側ケーブルを接続するとともに、インバータカバーのハウジングへの固定により、樹脂製電源コネクタの金属端子と回路基板とを接続するようにしたものが開示されている。

特開２００９－２７５６０６号公報特開２０１２－１９３６６０号公報

　しかしながら、上記特許文献１に示すものは、電源側ケーブルからの直流電力の入力系統に端子台やバスバーを設けて、コイルやコンデンサ等のフィルタ回路構成用の高電圧系部品を接続する必要がある。このため、インバータ装置の部品数が多くなって、構成が複雑化し、高コスト化、大型化するとともに、バスバーによる接続部が増えることから、その信頼性の確保が大変になる等の課題があった。

　一方、特許文献２に示すものは、基板にコイルやコンデンサを実装するとともに、インバータカバーに電源側ケーブルを接続する樹脂製電源コネクタを一体化して設け、そのコネクタの金属端子をインバータカバーの取付け時に回路基板に接続するだけでよく、直流電力の入力系統の構成を簡素化することができる。しかし、金属端子を回路基板に接続する際の端子差し込み時に、回路基板に過大な押し込み力が加わる場合があり、その応力で回路基板が破損あるいは実装部品が損傷する虞がある等の課題があった。

　本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、メイン基板上のＰ－Ｎ端子に電源側ケーブルのコネクタを直接接続する構成として直流電力の入力系統を簡素化するとともに、その場合でも基板にかかる応力を軽減し、基板や実装部品の損傷を防止することができ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。

　上記した課題を解決するために、本発明のインバータ一体型電動圧縮機は、以下の手段を採用する。
　すなわち、本発明の一態様にかかるインバータ一体型電動圧縮機は、ハウジングの外周に設けられたインバータ収容部に、インバータ装置が組み込まれて一体化されているインバータ一体型電動圧縮機において、インバータ装置のメイン基板上に高電圧の直流電力を入力するＰ－Ｎ端子を設け、該Ｐ－Ｎ端子にその一端に設けられているコネクタを差し込むことにより電源側ケーブルが接続可能とされているとともに、前記メイン基板を挟んで前記Ｐ－Ｎ端子の反対側に、前記インバータ装置を構成する電装部品を配設し、該電装部品により前記コネクタの差し込み時に前記メイン基板にかかる応力を受ける構成とされている。

　本発明によれば、インバータ装置のメイン基板上に高電圧の直流電力を入力するＰ－Ｎ端子を設け、該Ｐ－Ｎ端子にその一端に設けられているコネクタを差し込むことにより電源側ケーブルが接続可能とされているとともに、メイン基板を挟んでＰ－Ｎ端子の反対側に、インバータ装置を構成する電装部品を配設し、該電装部品によりコネクタの差し込み時にメイン基板にかかる応力を受ける構成とされているため、メイン基板上に設けられたＰ－Ｎ端子に対して、電源側ケーブルの一端に設けられているコネクタを差し込んで、直接電源側ケーブルを接続する構成とした場合でも、コネクタの差し込み時にメイン基板に付加される応力を、メイン基板を挟んでＰ－Ｎ端子の反対側に配設されている電装部品で受けることにより軽減することができる。従って、メイン基板やその実装部品が、コネクタの差し込み時の過大な押し込み力による応力で破損する事態を確実に解消することができる。また、直流電力の入力系統に設けられていた端子台やバスバーを省き、インバータ装置の部品数を削減することにより、構成の簡素化、コスト低減および小型軽量化を図ることができるとともに、バスバーによる接続部を減らすことにより、工数の低減と信頼性の向上を図ることができる。

　さらに、上記のインバータ一体型電動圧縮機において、前記電源側ケーブルの一端に設けられている前記コネクタは、前記インバータ収容部を密閉する蓋体側の前記Ｐ－Ｎ端子と対応する位置に設けられ、前記蓋体の取付け時、前記Ｐ－Ｎ端子に差し込み可能な構成とされている。

　本発明によれば、電源側ケーブルの一端に設けられているコネクタが、インバータ収容部を密閉する蓋体側のＰ－Ｎ端子と対応する位置に設けられ、該蓋体の取付け時、Ｐ－Ｎ端子に差し込み可能な構成とされているため、インバータ装置を収容設置した後、蓋体を取付けてインバータ収容部を密閉する際、同時に蓋体の内面に設置されているコネクタをＰ－Ｎ端子に差し込むことにより、電源側ケーブルをインバータ装置のＰ－Ｎ端子に接続することができる。従って、電源側ケーブルの接続構造をシンプル化し、その接続工程を簡略化することができるとともに、蓋体を多少過大な力で押し込んでコネクタを嵌合させたとしても、メイン基板に過大に応力が加わることがなく、コネクタを確実にＰ－Ｎ端子に差し込むことができる。

　さらに、上述のいずれかのインバータ一体型電動圧縮機において、前記電装部品は、前記メイン基板との対向面側に該メイン基板を受ける支持部を備え、前記Ｐ－Ｎ端子が設置されている位置に対応して前記メイン基板の裏面側に配設されている。

　本発明によれば、電装部品が、メイン基板との対向面側に該メイン基板を受ける支持部を備え、Ｐ－Ｎ端子が設置されている位置に対応してメイン基板の裏面側に配設されているため、Ｐ－Ｎ端子に対するコネクタの差し込み時に、メイン基板にかかる応力を、その裏面側に配設されている電装部品の対向する支持部によって支持することができる。従って、メイン基板にかかる応力を大幅に緩和し、メイン基板の破損や実装部品の損傷を確実に防止することができる。

　さらに、上述のいずれかのインバータ一体型電動圧縮機において、前記電装部品は、前記インバータ装置の高電圧の直流電力ラインに設けられるノイズ除去用のフィルタ回路を構成する平滑コンデンサとされている。

　本発明によれば、電装部品が、インバータ装置の高電圧の直流電力ラインに設けられるノイズ除去用のフィルタ回路を構成する平滑コンデンサとされているため、ケース内に収容され、外形が角型形状とされている平滑コンデンサを、メイン基板を挟んでＰ－Ｎ端子の反対側に配設することによって、そのままメイン基板にかかる応力を受ける電装部品として活用することができる。従って、既存の電装部品を有効利用し、その配置を工夫してメイン基板にかかる応力の受け材とすることにより、メイン基板上のＰ－Ｎ端子に対して電源側ケーブルを直接接続する構成を採用することを可能とし、インバータ装置の部品数の削減、コスト低減、小型軽量化を図ることができる。

　本発明によると、メイン基板上に設けられたＰ－Ｎ端子に対して、電源側ケーブルの一端に設けられているコネクタを差し込んで、直接電源側ケーブルを接続する構成とした場合でも、コネクタの差し込み時にメイン基板に付加される応力を、メイン基板を挟んでＰ－Ｎ端子の反対側に配設されている電装部品で受けることにより軽減することができる。このため、メイン基板やその実装部品が、コネクタの差し込み時の過大な押し込み力による応力で破損する事態を確実に解消することができる。また、直流電力の入力系統に設けられていた端子台やバスバーを省き、インバータ装置の部品数を削減かることにより、構成の簡素化、コスト低減および小型軽量化を図ることができる。また、バスバーによる接続部を減らすことにより、工数の低減と信頼性の向上を図ることができる。

本発明の一実施形態に係るインバータ一体型電動圧縮機の主要部の構成を示す斜視図である。図１中のａ－ａ縦断面相当図である。図１に示すインバータ一体型電動圧縮機のインバータ収容部を密閉する蓋体の裏面側斜視図である。図３に示す蓋体に接続される電源ケーブル単体の斜視図である。

　以下に、本発明にかかる一実施形態について、図１ないし図４を参照して説明する。
　図１には、本発明の一実施形態の係るインバータ一体型電動圧縮機の主要部の斜視図が示されている。図２には、そのａ－ａ縦断面相当図が示されている。図３には、インバータ収容部を密閉する蓋体の裏面側斜視図が示されている。図４には、電源ケーブル単体の斜視図が示されている。
　インバータ一体型電動圧縮機１は、外殻を構成する円筒形状とされたハウジング２を備えている。ハウジング２は、電動モータ（図示省略）を内蔵するためのモータハウジング３と、圧縮機構（図示省略）を内蔵するための圧縮機ハウジング（図示省略）とを一体に結合した構成とされている。

　インバータ一体型電動圧縮機１は、ハウジング２内に内蔵されている電動モータと圧縮機構とが回転軸を介して連結されており、電動モータが後述するインバータ装置７を介して回転駆動されることにより圧縮機構が駆動され、モータハウジング３の後端側側面に設けられている吸入ポート４を介してその内部に吸込まれた低圧の冷媒ガスを、電動モータの周囲を経て吸込み、圧縮機構で高圧に圧縮して圧縮機ハウジング内に吐出した後、外部に送出する構成とされている。

　モータハウジング３には、内周面側に軸線方向に沿って冷媒を流通させるための複数の冷媒流通路５が形成され、その外周部には、インバータ一体型電動圧縮機１の据え付け用脚部６が複数箇所に設けられている。また、ハウジング２（モータハウジング３側）の外周部には、インバータ装置７を一体的に組み込むためのインバータ収容部８が一体に成形されている。このインバータ収容部８は、平面視が略正方形状とされており、底面がモータハウジング３の壁面により形成された部分的に略フラットな台座面９とされ、周囲にフランジ部１０が立ち上げられた構成とされている。

　インバータ収容部８は、インバータ装置７が組み込まれた後、図３に示される蓋体１１がフランジ部１０に取り付けられることによって密閉される構成とされている。この蓋体１１の内面側には、高電圧ケーブル（電源側ケーブル）１２が設けられている。高電圧ケーブル１２は、一端側にコネクタ１３が設けられるとともに、他端側に電源側のケーブルと接続されるコネクタ端子１４が設けられたものである。一端のコネクタ１３が、後述するメイン基板２０上に設けられるＰ－Ｎ端子２４と対応する位置において、蓋体１１の内面にネジ１５により固定設置されている。他端のコネクタ端子１４が、端子部分を蓋体１１の外表面側に突出させた状態で外面側から複数のネジ１６によって固定設置されている。

　この高電圧ケーブル１２は、電源側ケーブルの一部をなすものであある。高電圧ケーブル１２は、電源側ケーブルを介して車両に搭載されている電源ユニットに接続され、その一端に設けられているコネクタ１３が、インバータ装置７のメイン基板２０上に設けられているＰ－Ｎ端子２４に接続されることにより、電源ユニットから給電される高電圧の直流電力をインバータ装置７に印加するためのものである。

　インバータ装置７は、車両に搭載されている電源ユニットから給電される高電圧の直流電力を、所要周波数の三相交流電力に変換して電動モータに印加し、該電動モータを駆動するものである。このインバータ装置７は、図１および図２に示されるように、インバータ収容部８に対して一体化されて組み込まれるものであり、フィルタ回路を構成するケース付きコイル１７および平滑コンデンサ１８等の複数の高電圧系部品、サブ基板１９、メイン基板２０等から構成されている。

　インバータ装置７自体は、公知のものであってよいが、ここでは一体化するため、メイン基板２０に対してフィルタ回路を構成するケース付きコイル１７および平滑コンデンサ１８等の複数の高電圧系部品を半田付けして接続したものを用いている。平滑コンデンサ１８は、一般にケースに収容された構成とされており、図２に示されるように、外形が角型形状（直方体形状）とされ、上面がフラットな平面形状とされたものである。この平滑コンデンサ１８およびケース付きコイル１７（例えば、コモンモードコイル、ノーマルモードコイル等）の高電圧系部品は、メイン基板２０の高電圧ラインに接続され、ノイズ除去用の公知のフィルタ回路を構成している。

　サブ基板１９は、直流電力を三相交流電力に変換する、例えばＩＧＢＴ等の複数個（６個）のスイッチング素子（パワー素子）等からなるスイッチング回路２１が実装されているものである。サブ基板１９は、発熱部品であるパワー素子を冷却するため、インバータ収容部８の底面であるモータハウジング３の壁面に形成されている台座面９に接して設置され、パワー素子が台座面９をヒートシンクとして冷却される構成とされている。

　メイン基板２０は、ＣＰＵ等の低電圧で動作する制御回路２２が実装されており、車両側に搭載されているＥＣＵからの制御信号によりインバータ装置７の動作を制御するためのものである。このメイン基板２０には、その上面に、高電圧ケーブル１２からコネクタ１３を介して高電圧の直流電力を入力するためのＰ－Ｎ端子２４と、直流電力から返還された所要周波数の三相交流電力を出力するＵＶＷ端子２５が設けられている。

　ＵＶＷ端子２５は、インバータ収容部８にモータハウジング３を貫通して設置されているガラス密封端子２６に接続されており、このガラス密封端子２６を介してモータハウジング３内に設置されている電動モータに三相交流電力を印加する構成とされている。
　また、Ｐ－Ｎ端子２４には、該Ｐ－Ｎ端子２４と対応して蓋体１１側に設けられているコネクタ１３が差し込まれることにより、高電圧ラインが接続される。コネクタ１３を差し込む際には一定以上の押し込み力が必要であり、その応力がメイン基板２０にかかることになる。

　本実施形態では、このメイン基板２０にかかる応力を受けるため、Ｐ－Ｎ端子２４が設置されている位置に対応してメイン基板２０の裏面側に、高電圧系部品の１つである角型形状（直方体形状）を有する平滑コンデンサ１８を配設することにより、その対向面である上面（支持部）でメイン基板２０にかかる上記の応力を受ける構成としている。平滑コンデンサ１８は、メイン基板２０に電気的、機械的に接続され、接着剤を介して固定された状態でインバータ収容部８の底面により支持されており、上記応力を十分支持できるものである。

　このように、メイン基板２０上に設けられているＰ－Ｎ端子２４に対して、メイン基板２０を挟んでその反対側位置に、インバータ装置７を構成する電装部品の１つである平滑コンデンサ１８を配設することにより、Ｐ－Ｎ端子２４に対してコネクタ１３を差し込む際に、メイン基板２０に過大な押し付け力のよる応力が付加されたとしても、その応力を既存の電装部品を利用して受けることが可能な構成としている。

　斯くして、本実施形態によれば、インバータ装置７のメイン基板２０上に高電圧の直流電力を入力するＰ－Ｎ端子２４を設け、このＰ－Ｎ端子２４にその一端に設けられているコネクタ１３を差し込むことにより電源側ケーブル（高電圧ケーブル１２）が接続可能とされている。また、メイン基板２０を挟んでＰ－Ｎ端子２４の反対側に、インバータ装置７を構成する電装部品の１つである平滑コンデンサ１８を配設し、その平滑コンデンサ１８によりコネクタ１３の差し込み時にメイン基板２０にかかる応力を受ける構成としている。

　このため、メイン基板２０上に設けたＰ－Ｎ端子２４に対して、電源側ケーブル（高電圧ケーブル１２）の一端に設けられているコネクタ１３を差し込んで、直接電源側ケーブルを接続する構成とした場合であっても、コネクタ１３の差し込み時にメイン基板２０に付加される応力を、メイン基板２０を挟んでＰ－Ｎ端子２４の反対側に配設されている電装部品の１つである平滑コンデンサ１８で受けることによって軽減することができる。

　従って、メイン基板２０やその実装部品が、コネクタ１３の差し込み時の過大な押し込み力による応力で破損する事態を確実に解消することができる。また、直流電力の入力系統に設けられていた端子台やバスバーを省き、インバータ装置７の部品数を削減することにより、構成の簡素化、コスト低減および小型軽量化を図ることができる。さらに、バスバーによる接続部を減らすことにより、工数の低減と信頼性の向上を図ることができる。

　また、電源側ケーブル、すなわち高電圧ケーブル１２の一端に設けられているコネクタ１３が、インバータ収容部８を密閉する蓋体１１側のＰ－Ｎ端子２４と対応する位置に設けられ、蓋体１１の取付け時、Ｐ－Ｎ端子２４に差し込み可能な構成とされている。このため、インバータ装置７を収容設置した後、蓋体１１を取付けてインバータ収容部８を密閉する際、同時に蓋体１１の内面に設置されているコネクタ１３をＰ－Ｎ端子２４に差し込むことにより、電源側の高電圧ケーブル１２をインバータ装置７のＰ－Ｎ端子２４に接続することができる。

　これによって、電源側ケーブル（高電圧ケーブル１２）の接続構造をシンプル化し、その接続工程を簡略化することができる。また、蓋体１１を多少過大な力で押し込んでコネクタ１３を嵌合させたとしても、メイン基板２０に過大に応力が加わることがなく、コネクタ１３を確実にＰ－Ｎ端子２４に差し込むことができる。

　また、本実施形態では、Ｐ－Ｎ端子２４に対してメイン基板２０を挟んで反対側に設けられる電装部品（平滑コンデンサ１８）の１つが、メイン基板２０と対向する上面が支持部とされ、Ｐ－Ｎ端子２４が設置されている位置に対応してメイン基板２０の裏面側に配設された構成とされている。このため、Ｐ－Ｎ端子２４に対するコネクタ１３の差し込み時に、メイン基板２０にかかる応力を、その裏面側に配設されている電装部品（平滑コンデンサ１８）の対向する上面で分散して受けることができる。これにより、メイン基板２０にかかる応力を大幅に緩和し、メイン基板２０の破損や実装部品の損傷を確実に防止することができる。

　さらに、上記の電装部品として、インバータ装置７の高電圧の直流電力ラインに設けられるノイズ除去用のフィルタ回路を構成する平滑コンデンサ１８を用いている。この平滑コンデンサ１８は、一般にケース内に収容され、外形が角型形状とされているため、これをそのままメイン基板２０を挟んでＰ－Ｎ端子２４の反対側に配設することにより、直にメイン基板２０にかかる応力を受ける電装部品として活用することができる。従って、既存の電装部品を利用し、その配置を工夫してメイン基板２０にかかる応力の受け材とすることにより、メイン基板２０上のＰ－Ｎ端子２４に対して電源側ケーブルを直接接続する構成を採ることを可能とし、インバータ装置７の部品数の削減、コスト低減、小型軽量化を図ることができる。

　本発明は、上記実施形態にかかる発明に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、適宜変形が可能である。例えば、上記実施形態においては、メイン基板２０を挟んでＰ－Ｎ端子２４の反対側に配設する電装部品を、平滑コンデンサ１８とした例について説明したが、これに限らず、ケースに収容されたタイプのコモンモードコイル、ノーマルモードコイル等のケース付きコイル１７等の高電圧系部品やその他の電装部品あるいはケース等としてもよい。

　また、電源側ケーブルについても、蓋体１１内に高電圧ケーブル１２を設置し、それに電源側のケーブルを接続するようにしたものについて説明したが、１本のケーブルで構成してもよいことはもちろんである。さらに、インバータ装置７としては、メイン基板２０上にＰ－Ｎ端子２４を設けて電源側ケーブルを接続するように構成したものであれば、如何なる構成のものであってもよい。例えば、インバータ装置７を、樹脂構造体を介して一体にユニット化し、インバータ収容部８に組み込む構成としたものとしてもよい。

１　インバータ一体型電動圧縮機
２　ハウジング
３　モータハウジング
７　インバータ装置
８　インバータ収容部
１１　蓋体
１２　高電圧ケーブル（電源側ケーブル）
１３　コネクタ
１８　平滑コンデンサ（電装部品）
２０　メイン基板
２４　Ｐ－Ｎ端子

Claims

　ハウジングの外周に設けられたインバータ収容部に、インバータ装置が組み込まれて一体化されているインバータ一体型電動圧縮機において、
　インバータ装置のメイン基板上に高電圧の直流電力を入力するＰ－Ｎ端子を設け、該Ｐ－Ｎ端子にその一端に設けられているコネクタを差し込むことにより電源側ケーブルが接続可能とされているとともに、
　前記メイン基板を挟んで前記Ｐ－Ｎ端子の反対側に、前記インバータ装置を構成する電装部品を配設し、該電装部品により前記コネクタの差し込み時に前記メイン基板にかかる応力を受ける構成とされているインバータ一体型電動圧縮機。
　前記電源側ケーブルの一端に設けられている前記コネクタは、前記インバータ収容部を密閉する蓋体側の前記Ｐ－Ｎ端子と対応する位置に設けられ、前記蓋体の取付け時、前記Ｐ－Ｎ端子に差し込み可能な構成とされている請求項１に記載のインバータ一体型電動圧縮機。
　前記電装部品は、前記メイン基板との対向面側に該メイン基板を受ける支持部を備え、前記Ｐ－Ｎ端子が設置されている位置に対応して前記メイン基板の裏面側に配設されている請求項１または２に記載のインバータ一体型電動圧縮機。
　前記電装部品は、前記インバータ装置の高電圧の直流電力ラインに設けられるノイズ除去用のフィルタ回路を構成する平滑コンデンサとされている請求項１ないし３のいずれかに記載のインバータ一体型電動圧縮機。