(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒の圧縮機構および該圧縮機構を駆動する電動機が内蔵されるハウジングの外面に設けられたインバータボックスと、
制御回路基板を有して前記インバータボックス内に収納設置されるインバータ装置と、
前記制御回路基板に搭載されて前記インバータ装置を構成する発熱電気部品と、を備え、
前記インバータボックスの内部に、前記ハウジングの外壁を構成する放熱用平面部が形成され、
前記発熱電気部品の熱を、前記放熱用平面部側に放熱させることによって冷却するように構成されたインバータ一体型電動圧縮機であって、
前記制御回路基板を熱伝導性基板とし、
該制御回路基板の一方の面に前記発熱電気部品を熱伝達可能に設置し、
該制御回路基板の他方の面を前記放熱用平面部に対し放熱空間を介して対向させ、
前記放熱空間内に柔軟で電気絶縁性および熱伝導性のある熱伝導充填部材を充填し、
前記制御回路基板は、
絶縁体からなる基板本体と、
前記基板本体の厚さ方向に貫通充填された良熱伝導体からなる熱伝導貫通部材と、を備えてなり、
前記熱伝導貫通部材の厚みは、前記基板本体の厚みよりも大きく設定され、
前記熱伝導貫通部材の一方の端面が前記発熱電気部品に熱伝達可能に接触し、
前記熱伝導貫通部材の他方の端面が前記基板本体から突出して前記熱伝導充填部材に接触し、
前記放熱空間の絶縁距離をｄとした場合、前記絶縁距離ｄは下記の式から求められることを特徴とするインバータ一体型電動圧縮機。
Ｖｍｉｎ／β＋ｄ１_ｍａｘ≦ｄ≦Ｒｍａｘ・α・Ｓ＋ｄ１_ｍｉｎ
但し、ｄ１は制御回路基板からの熱伝導貫通部材の突き出し量、Ｓは熱伝導貫通部材の放熱用平面部側への放熱面積、Ｒは熱伝導充填部材の熱抵抗、Ｖはインバータ装置に必要な熱伝導充填部材の絶縁電圧値、αは熱伝導充填部材の熱伝導率、βは熱伝導充填部材の絶縁破壊電圧。
【請求項２】
前記熱伝導充填部材は、当初は流動性があり、前記放熱空間内に充填された後に硬化して弾性体となる性質であることを特徴とする請求項１に記載のインバータ一体型電動圧縮機。
【請求項３】
前記制御回路基板に、前記放熱空間に連通する貫通孔が穿設されていることを特徴とする請求項１または２に記載のインバータ一体型電動圧縮機。
【請求項４】
前記放熱空間は、前記制御回路基板に前記発熱電気部品が搭載されている付近にのみ形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のインバータ一体型電動圧縮機。
【請求項５】
前記放熱用平面部と前記制御回路基板との間にスペーサ部材が介装され、前記制御回路基板に前記発熱電気部品が搭載されている部位では前記スペーサ部材が省略されることによって前記放熱空間が形成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のインバータ一体型電動圧縮機。
【請求項６】
前記放熱用平面部の、前記熱伝導貫通部材と対向する部位に、前記熱伝導貫通部材の端部形状に沿う凹部形状を形成したことを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のインバータ一体型電動圧縮機。
【請求項７】
前記熱伝導貫通部材の、前記放熱用平面部と対向する面に凹凸形状を設けたことを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載のインバータ一体型電動圧縮機。
【請求項８】
前記熱伝導充填部材は、柔軟なシート状であることを特徴とする請求項１，４，５，６，７のいずれかに記載のインバータ一体型電動圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハウジング外周に設けられるインバータボックスの内部にインバータ装置を設置して構成される、特に車両用空調装置に用いて好適なインバータ一体型電動圧縮機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、電気自動車やハイブリッド自動車、あるいは燃料電池自動車のように、電動機の動力で走行する電動車両の開発および市場への投入が急速に進んでいる。このような電動車両における空調装置の多くは、冷媒を圧縮して送出する圧縮機についても電動機を用いた電動圧縮機が用いられている。
【０００３】
また、内燃機関の動力で走行する自動車の空調装置においても、走行用の内燃機関により電磁クラッチを介して駆動される圧縮機に替え、電磁クラッチの断続に伴うドライバビリティーの低下を改善するため、電動圧縮機が使用されるものがある。
【０００４】
こうした電動圧縮機としては、圧縮機構および電動機をハウジング内に一体的に内蔵した密閉型電動圧縮機が採用され、さらには、電源から入力される電力を、インバータ装置を介して電動機に供給するようにし、空調負荷に応じて圧縮機の回転数を可変制御できるようにしたものが多く採用されている。
【０００５】
このようにインバータ装置を介して駆動される電動圧縮機において、インバータ装置を構成する制御回路基板等を、電動圧縮機のハウジング外周に一体成形されたインバータボックス内に収納設置してインバータ装置を電動圧縮機と一体化し、さらに電磁ノイズ抑える平滑コンデンサやコイル等の電気部品を上記インバータボックス内部に収容したものがある。
【０００６】
この場合、インバータ装置のスイッチング素子（IGBT，Insulated  Gate  Bipolar  Transistor：絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）のような発熱性の高い電気部品を冷却する必要がある。インバータボックスは完全な密閉構造であり、外部から冷却空気等を導入できないため、例えば特許文献１〜２に開示されているように、インバータボックスの内部にハウジングの外壁を構成する放熱用平面部（ヒートシンク）を形成し、ここに発熱電気部品を当接させて、ハウジング内部を流れる冷媒の冷熱により電気部品の熱を放熱および冷却している。
【０００７】
特許文献１に記載されているインバータ一体型電動圧縮機は、インバータボックスの底面に放熱用平面部が形成され、この放熱用平面部の上面にＩＧＢＴ等の発熱電気部品が設置され、その上方にスペースを介して制御回路基板が平行に設置され、発熱電気部品から上方に延びるピン端子が制御回路基板にハンダ付けされている。
【０００８】
また、特許文献２に記載されているインバータ一体型電動圧縮機は、インバータボックスの底面に形成された放熱用平面部の上に金属基板が固定され、この金属基板の上に発熱電気部品が搭載され、この発熱電気部品の上方にスペースを介して制御回路基板が平行に設置されており、発熱電気部品の熱が金属基板を経て放熱用平面部側に放熱されるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００８−１３１７９２号公報
【特許文献２】特開２００９−２０７３１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
このような従来のインバータ一体型電動圧縮機は、いずれも放熱用平面部側に熱を放熱するように設置された発熱電気部品と、制御回路基板との間にスペースが設けられており、このスペースによってインバータ装置の高さ寸法が大きくなり、ひいてはインバータ一体型電動圧縮機の大型化に繋がっていた。発熱電気部品と制御回路基板との間にスペースが設けられるのは、発熱電気部品から制御回路基板に向かって延びるピン端子を制御回路基板にハンダ付けし易くするためと、ピン端子に繰り返し加わる熱応力や振動等によってピン端子が金属疲労を起こさないように、ピン端子に所定の長さを付与するためである。
【００１１】
ところで、最近実用化がなされた銅インレイ基板と呼ばれる熱伝導性基板がある（例えば特開２０１１−１５９７２７号公報参照）。これは、絶縁体からなる板状の基板本体と、この基板本体の厚さ方向に貫通充填された、銅等の良熱伝導体からなる熱伝導貫通部材とを備えてなる基板である。この熱伝導性基板をインバータの制御回路基板として用いれば、制御回路基板の熱伝導貫通部材の一方の面にスペースを空けずに発熱電気部品を搭載できる。また、熱伝導貫通部材の他方の面をインバータボックス側の放熱用平面部に近接させて発熱電気部品の冷却性を向上させることができる。
【００１２】
この構成によれば、熱伝導性基板である制御回路基板が放熱用平面部の上に多大なスペースを介すことなく載置され、さらにこの制御回路基板の上に発熱電気部品がスペースを介さずに設置されるため、放熱用平面部と制御回路基板と発熱電気部品との間に無駄なスペースが存在せず、これによりインバータ装置の高さ方向の寸法を格段に小型化することができる。しかしながら、この熱伝導性基板をインバータ一体型電動圧縮機の制御回路基板として用いるには、以下の課題が残されている。
【００１３】
即ち、高電圧・高電流が流れるインバータ装置においては、制御回路基板と放熱用平面部と間の絶縁性確保の面から、両者の間に絶縁部材を介してある一定の絶縁距離を確保する必要がある。しかし、この絶縁距離を大きくし過ぎると、発熱電気部品の冷却性が損なわれてしまう。そこで、絶縁性と冷却性とを両立させることができる絶縁距離を算出する必要がある。
【００１４】
一方、熱伝導性基板は、その基板本体の両面から熱伝導貫通部材が僅かに突出しており、他部品との接触性の向上が図られているが、その製法上から熱伝導貫通部材の突出量がばらつく傾向がある。このように熱伝導貫通部材の突出量がばらつくと、上述の絶縁距離を算出することが困難になる。この熱伝導貫通部材の突出量のばらつきに左右されることなく、絶縁性と冷却性とを両立させることが課題となっている。
【００１５】
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、インバータ装置を構成する制御回路基板として熱伝導性基板を実用化し、制御回路基板に搭載される発熱電気部品の冷却性と絶縁性とを両立させ、且つインバータ装置の小型軽量化、低コスト化、組立ばらつきの低減、組立工数の低減を図ることの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。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
即ち、本発明に係るインバータ一体型電動圧縮機は、冷媒の圧縮機構および該圧縮機構を駆動する電動機が内蔵されるハウジングの外面に設けられたインバータボックスと、制御回路基板を有して前記インバータボックス内に収納設置されるインバータ装置と、前記制御回路基板に搭載されて前記インバータ装置を構成する発熱電気部品と、を備え、前記インバータボックスの内部に、前記ハウジングの外壁を構成する放熱用平面部が形成され、前記発熱電気部品の熱を、前記放熱用平面部側に放熱させることによって冷却するように構成されたインバータ一体型電動圧縮機であって、前記制御回路基板を熱伝導性基板とし、該制御回路基板の一方の面に前記発熱電気部品を熱伝達可能に設置し、該制御回路基板の他方の面を前記放熱用平面部に対し放熱空間を介して対向させ、前記放熱空間内に柔軟で電気絶縁性および熱伝導性のある熱伝導充填部材を充填し、前記制御回路基板は、絶縁体からなる基板本体と、前記基板本体の厚さ方向に貫通充填された良熱伝導体からなる熱伝導貫通部材と、を備えてなり、前記熱伝導貫通部材の厚みは、前記基板本体の厚みよりも大きく設定され、前記熱伝導貫通部材の一方の端面が前記発熱電気部品に熱伝達可能に接触し、前記熱伝導貫通部材の他方の端面が前記基板本体から突出して前記熱伝導充填部材に接触し、前記放熱空間の絶縁距離をｄとした場合、前記絶縁距離ｄは下記の式から求められることを特徴とする。
Ｖｍｉｎ／β＋ｄ１_ｍａｘ≦ｄ≦Ｒｍａｘ・α・Ｓ＋ｄ１_ｍｉｎ
但し、ｄ１は制御回路基板からの熱伝導貫通部材の突き出し量、Ｓは熱伝導貫通部材の放熱用平面部側への放熱面積、Ｒは熱伝導充填部材の熱抵抗、Ｖはインバータ装置に必要な熱伝導充填部材の絶縁電圧値、αは熱伝導充填部材の熱伝導率、βは熱伝導充填部材の絶縁破壊電圧。
【００１７】
上記構成によれば、熱伝導性基板である制御回路基板の一方の面に発熱電気部品が熱伝達可能に設置され、制御回路基板の他方の面が柔軟な熱伝導充填部材を介して放熱用平面部に対向する。柔軟な熱伝導充填部材は制御回路基板の他方の面と放熱用平面部に隙間無く密着するため、制御回路基板の一方の面に設置された発熱電気部品の熱が熱伝導充填部材を経て放熱用平面部側に良好に放熱される。このため、発熱電気部品の放熱性を高めることができる。しかも、熱伝導充填部材は電気絶縁性があるため、発熱電気部品と放熱用平面部との間の絶縁性を高めることができる。したがって、発熱電気部品の絶縁性と冷却性とを両立させることができる。
【００１８】
さらに、制御回路基板と放熱用平面部との間に形成した放熱空間に電気絶縁性のある熱伝導充填部材を充填することにより、放熱空間の絶縁距離、即ち制御回路基板と放熱用平面部との間隔を狭めることができる。このため、制御回路基板が収容されるインバータボックスの高さ方向の寸法を小さくすることができ、インバータ装置の小型軽量化を図ることができる。
【００２０】
しかも、熱伝導貫通部材と放熱用平面部との間に柔軟な熱伝導充填部材が介在するため、熱伝導貫通部材の基板本体からの突出量にばらつきがあっても、このばらつきが熱伝導充填部材の柔軟性により吸収される。このため、熱伝導貫通部材の突出量のばらつきに拘わらず、発熱電気部品の熱を放熱用平面部側に良好に放熱させることができる。したがって、基板本体に熱伝導貫通部材が設けられた構成の熱伝導性基板を、インバータ装置の制御回路基板として実用化することができる。
さらに、上記構成によれば、放熱空間の絶縁距離ｄが過大になって制御回路基板に搭載される発熱電気部品の冷却性が低下したり、逆に絶縁距離ｄが過小になって発熱電気部品の絶縁性が低下したりすることを防止でき、発熱電気部品の冷却性と絶縁性とを最適な状態で両立させることができる。
【００２１】
また、本発明に係るインバータ一体型電動圧縮機は、前記の態様において、前記熱伝導充填部材は、当初は流動性があり、前記放熱空間内に充填された後に硬化して弾性体となる性質であることを特徴とする。
【００２２】
上記構成によれば、熱伝導充填部材がその充填時には流動性を有するため、例えば制御回路基板を構成する熱伝導性基板の、基板本体の裏面から突出する複数の熱伝導貫通部材の突出量にばらつきがあっても、これら全ての熱伝導貫通部材と、基板本体と、放熱用平面部とに熱伝導充填部材が隙間無く接触した状態で充填される。その後、熱伝導充填部材が硬化することで、上記充填状態が維持される。このため、制御回路基板に搭載される発熱電気部品の冷却性と絶縁性を高い状態で維持することができる。
【００２３】
また、本発明に係るインバータ一体型電動圧縮機は、前記の態様において、前記制御回路基板に、前記放熱空間に連通する貫通孔が穿設されていることを特徴とする。
【００２４】
上記構成によれば、放熱用平面部に熱伝導充填部材を塗布した後、その上に制御回路基板を設置した際に、放熱空間内に残留する空気が、制御回路基板に形成された貫通孔から排出される。このため、制御回路基板の裏面に熱伝導充填部材が隙間無く接触することができ、これによって制御回路基板に搭載される発熱電気部品の冷却性を良好に保つことができる。さらに、貫通孔から余剰な熱伝導充填部材が出てくるのを組立作業者が目視して確認できるため、熱伝導充填部材の充填量が足りずに放熱空間内に隙間が発生することを効果的に防止することができ、確実な冷却性を得るとともに、組立のばらつきを排除することができる。
【００２５】
また、本発明に係るインバータ一体型電動圧縮機は、前記の態様において、前記放熱空間は、前記制御回路基板に前記発熱電気部品が搭載されている付近にのみ形成されていることを特徴とする。
【００２６】
上記構成によれば、熱伝導充填部材の充填量を必要最低量にできるため、インバータ装置の低コスト化に貢献することができる。
【００２７】
また、本発明に係るインバータ一体型電動圧縮機は、前記の態様において、前記放熱用平面部と前記制御回路基板との間にスペーサ部材が介装され、前記制御回路基板に前記発熱電気部品が搭載されている部位では前記スペーサ部材が省略されることによって前記放熱空間が形成されていることを特徴とする。
【００２８】
上記構成によれば、制御回路基板に発熱電気部品が搭載されている部位のみスペーサ部材を省略することによって放熱空間を形成し、熱伝導充填部材の充填量を必要最低量にするとともに、放熱用平面部の面形状を平坦にして切削加工を容易にし、インバータ装置およびインバータ一体型電動圧縮機の低コスト化を図ることができる。なお、スペーサ部材を板状に形成し、発熱電気部品が設けられる位置のみ穴を開ければ、簡単に形成することができる。
【００３１】
また、本発明に係るインバータ一体型電動圧縮機は、前記の態様において、前記放熱用平面部の、前記熱伝導貫通部材と対向する部位に、前記熱伝導貫通部材の端部形状に沿う凹部形状を形成したことを特徴とする。
【００３２】
上記構成によれば、熱伝導貫通部材から発せられる熱を、放熱用平面部に形成された凹部形状に広い面積で受熱させることができるため、制御回路基板に搭載された発熱電気部品の冷却性を向上させることができる。また、上記凹部形状の深さ寸法を大きくすることにより、熱伝導貫通部材と放熱用平面部との距離を広げて発熱電気部品の絶縁性を確保しつつ、放熱空間の絶縁距離を小さくしてインバータボックスの高さ方向の寸法を小さくし、インバータ装置の小型軽量化を図ることができる。
【００３３】
また、本発明に係るインバータ一体型電動圧縮機は、前記の態様において、前記熱伝導貫通部材の、前記放熱用平面部と対向する面に凹凸形状を設けたことを特徴とする。
【００３４】
上記構成によれば、熱伝導貫通部材の、放熱用平面部と対向する面の表面積が大きくなり、熱伝導充填部材と広い面積で接することができるため、熱伝導貫通部材の反対側に設置された発熱電気部品の放熱性、即ち冷却性を向上させることができる。
【００３５】
また、本発明に係るインバータ一体型電動圧縮機は、前記の態様において、前記熱伝導充填部材は、柔軟なシート状であることを特徴とする。
【００３６】
上記構成によれば、熱伝導充填部材を放熱空間に流し込むことなく設置することができるため、インバータ装置の組立工数の低減を図ることができ、インバータ一体型電動圧縮機の製造コストダウンにも貢献することができる。
【発明の効果】
【００３７】
以上のように、本発明に係るインバータ一体型電動圧縮機によれば、インバータ装置を構成する制御回路基板として熱伝導性基板を実用化し、制御回路基板に搭載される発熱電気部品の冷却性と絶縁性とを両立させ、且つインバータ装置の小型軽量化、低コスト化、組立ばらつきの低減、組立工数の低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の第１実施形態であるインバータ一体型電動圧縮機の概略構成を説明する縦断面図である。
【図２】図１のII部を拡大したインバータ装置の縦断面図である。
【図３】図２のIII−III線に沿うインバータ装置の縦断面により、本発明の第１実施形態を示す図である。
【図４】インバータ装置の斜視図である。
【図５】図３のＶ部を拡大した熱伝導貫通部材付近の縦断面図である。
【図６】本発明の第２実施形態を示すインバータ装置の縦断面図である。
【図７】本発明の第３実施形態を示すインバータ装置の縦断面図である。
【図８】本発明の第４実施形態を示すインバータ装置の縦断面図である。
【図９】本発明の第５実施形態を示す熱伝導貫通部材付近の縦断面図である。
【図１０】本発明の第６実施形態を示す熱伝導貫通部材付近の縦断面図である。
【図１１】本発明の第７実施形態を示すインバータ装置の縦断面図である。
【図１２】本発明の第８実施形態を示すインバータ一体型電動圧縮機の概略構成を説明する縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
以下に、本発明の複数の実施形態について、図１〜図１２を参照しながら説明する。
〔第１実施形態〕
図１〜図５は本発明の第１実施形態を示しており、図１は本発明の第１実施形態であるインバータ一体型電動圧縮機の概略構成を説明する縦断面図である。このインバータ一体型電動圧縮機１は、車両用空気調和機に用いられる圧縮機であって、インバータ装置により駆動回転数が制御されるものである。
【００４０】
インバータ一体型電動圧縮機１は、その外殻をなすアルミニウム合金製のハウジング２を有し、このハウジング２は、圧縮機側ハウジング３と電動機側ハウジング４とを、その間に軸受ハウジング５を挟んでボルト６により締め付け固定して構成されている。
【００４１】
圧縮機側ハウジング３内には、公知のスクロール圧縮機構８が組み込まれる。また、電動機側ハウジング４内には、電動機１０を構成するステータ１１およびロータ１２が組み込まれる。このスクロール圧縮機構８と電動機１０は、主軸１４を介して連結され、電動機１０を回転させることにより、スクロール圧縮機構８が駆動されるよう構成されている。主軸１４は、軸受ハウジング５に保持されたメインベアリング１５と、電動機側ハウジング４の端部に保持されたサブベアリング１６とによって回転自在に軸支されている。
【００４２】
また、電動機側ハウジング４の端部には、図示しない冷媒吸入口が設けられており、該冷媒吸入口には冷凍サイクルの吸入配管が接続され、低圧の冷媒ガスが電動機側ハウジング４内に吸入されるようになっている。この冷媒ガスは、電動機側ハウジング４内を流通して電動機１０を冷却した後にスクロール圧縮機構８に吸い込まれ、そこで圧縮されて高温高圧の冷媒ガスとなり、圧縮機側ハウジング３の端部に設けられている図示しない吐出口から冷凍サイクルの吐出配管へと吐出されるように構成されている。
【００４３】
電動機１０は、インバータ装置２１を介して駆動され、空調負荷に応じて回転数が可変制御されるものである。この第１実施形態において、インバータ装置２１は、ハウジング２の外周、例えばハウジング２の上面に一体形成された平面視で矩形のインバータボックス２３の内部に、例えば制御回路基板である下部基板２５と上部基板２６とが上下に重なるように収納設置されて構成されており、インバータ一体型電動圧縮機１と一体化されている。
【００４４】
インバータ装置２１は、バスバー２７、ガラス絶縁端子２８、モータ端子２９、リード線３０等を介して電動機１０に電気的に接続されている。なお、本実施形態においては、例えば下部基板２５が、後述する多数の発熱性のある電気部品（発熱素子）が搭載されたパワーモジュール基板とされ、上部基板２６は、図示しないＣＰＵ等の低電圧で動作する素子が搭載されたＣＰＵ基板とされている。
【００４５】
インバータボックス２３は、例えば電動機側ハウジング４の上部に周壁２３ａが一体に形成されて、その上部開口部が蓋部材２３ｂにより液密的に閉塞される構造である。インバータボックス２３の深さは、その内部に下部基板２５と上部基板２６とを上下に所定間隔を保って収納設置でき、さらに下部基板２５の上面に背の高い平滑コンデンサ３７等の電気部品を設置可能な深さとされている。
【００４６】
図２にも示すように、インバータボックス２３の底部は電動機側ハウジング４の外壁を構成しており、ここには下部基板２５と上部基板２６に対して平行な放熱用平面部３１（ヒートシンク）が形成されている。一方、下部基板２５は熱伝導性基板であり、その一方の面（ここでは上面）に、平滑コンデンサ３７と、コイル３８と、６個のスイッチング素子（ＩＧＢＴ）３９といった発熱電気部品が下部基板２５に対して熱伝達可能に搭載されている。平滑コンデンサ３７とコイル３８は電磁ノイズを抑制するものである。
【００４７】
また、下部基板２５の他方の面（ここでは下面）が、放熱用平面部３１に対して放熱空間３４を介して対向するように配置され、例えば複数のビス３５でインバータボックス２３内に固定されている（図３参照）。ビス３５が締結される締結ボス部３５ａの上面が放熱用平面部３１よりも寸法ｄだけ高くなっているため、下部基板２５の下面と放熱用平面部３１との間に寸法ｄの間隔が空く。この寸法ｄが放熱空間３４の高さ、即ち後述する絶縁距離ｄとなる。
【００４８】
放熱空間３４には、柔軟で電気絶縁性のある熱伝導充填部材３６が充填されている。熱伝導充填部材３６の材質としては、例えばシリコン系やエラストマー系等を用いることができる。このため、下部基板２５の下面が熱伝導充填部材３６を介して放熱用平面部３１に対し熱伝達可能となっている。熱伝導充填部材３６は、当初は流動性があり、放熱空間３４内に充填された後に硬化して弾性体となる性質である。
【００４９】
一方、上部基板２６は、例えば図示しないスペーサ部材を介して下部基板２５の上に所定の間隔を有して平行に設置され、ビス等で下部基板２５に固定されている。この上部基板２６は、下部基板２５の上面に搭載された背の高い平滑コンデンサ３７とコイル３８を避けて、背の低い６個のスイッチング素子３９の上部を覆うように設けられている。
【００５０】
熱伝導性基板である下部基板２５は、ガラスエポキシやフェノール樹脂等の絶縁体からなる基板本体４１と、この基板本体４１の厚さ方向に貫通充填された、例えば銅等の良熱伝導体からなる熱伝導貫通部材４２とを備えて構成されている。また、下部基板２５は、基板本体４１の内部に複数層の回路パターン４３が積層埋設された多層基板である。図３に示すように、これらの回路パターン４３が熱伝導貫通部材４２の貫通によって電気的に接続されている。なお、熱伝導貫通部材４２は回路パターン４３に対して絶縁されていてもよい。
【００５１】
熱伝導貫通部材４２は、平滑コンデンサ３７とコイル３８と６個のスイッチング素子３９の搭載位置に整合するように下部基板２５に位置付けられており、その一方の端面（上面）が各電気部品３７，３８，３９の下面に熱伝達可能に接触し、他方の端面（下面）が熱伝導性と弾力性とを備えた熱伝導充填部材３６を介して放熱用平面部３１に対して熱伝達可能に接している。
【００５２】
図３および図５に示すように、熱伝導貫通部材４２の厚みは、基板本体４１の厚みよりも若干大きく設定され、熱伝導貫通部材４２の放熱用平面部３１側（放熱空間３４側）の端面（下端面）が基板本体４１の下面から僅かに突出している。そして、放熱空間３４の高さ、即ち熱伝導充填部材３６の厚みが前述の絶縁距離ｄとなる。
【００５３】
以下に、絶縁距離ｄ〔ｍｍ〕の設定方法について説明する。
図５に示すように、絶縁距離をｄ、熱伝導貫通部材４２の下部基板２５（基板本体４１）からの突き出し量をｄ１〔ｍｍ〕、熱伝導貫通部材４２の先端から放熱用平面部３１までの距離をｄ２〔ｍｍ〕、熱伝導貫通部材４２の放熱用平面部３１側への放熱面積をＳ〔ｍｍ２〕、熱伝導充填部材３６の熱伝導率をα〔Ｗ／（ｍｍ・Ｋ）〕、熱伝導充填部材３６の熱抵抗をＲ〔Ｋ／Ｗ〕、熱伝導充填部材３６の絶縁破壊電圧をβ〔ｋＶ／ｍｍ〕、熱伝導充填部材３６の絶縁電圧をＶ〔ｋＶ〕とすると、下部基板２５と放熱用平面部３１との間の絶縁距離ｄにおける熱伝導充填部材３６の熱抵抗Ｒは次式で表わされる。
Ｒ＝ｄ２／（α・Ｓ）・・・式（１）
なお、ｄ＝ｄ１＋ｄ２となるが、ｄ１には製造上のばらつきがあるため、ｄ１の最小値をｄ１_ｍｉｎとしたときのｄ２をｄ２_ｍａｘ、ｄ１の最大値をｄ１_ｍａｘとしたときのｄ２をｄ２_ｍｉｎとする。
インバータ装置２１の放熱に必要な熱抵抗をＲｍａｘとすると、
Ｒ＝ｄ２_ｍａｘ／（α・Ｓ）≦Ｒｍａｘ・・・式（２）
式（１）と式（２）より、
ｄ≦Ｒｍａｘ・α・Ｓ＋ｄ１_ｍｉｎ・・・式（３）
【００５４】
次に、下部基板２５と放熱用平面部３１との間における絶縁可能な距離について検討する。熱伝導充填部材３６の絶縁破壊電圧βと絶縁電圧Ｖは次式で表わされる。
Ｖ＝β・ｄ２
インバータ装置２１に必要とされる絶縁電圧の最小値をＶｍｉｎとすると、
Ｖ＝β・ｄ２_ｍｉｎ≧Ｖｍｉｎ・・・式（４）
式（１）と式（４）より、
ｄ≧Ｖｍｉｎ／β＋ｄ１_ｍａｘ・・・式（５）
よって、式（３）と式（５）より、下部基板２５と放熱用平面部３１との間の絶縁距離ｄを次の式（６）の範囲内に設定することで、放熱性と電気絶縁性を両立させることができる。
Ｖｍｉｎ／β＋ｄ１_ｍａｘ≦ｄ≦Ｒｍａｘ・α・Ｓ＋ｄ１_ｍｉｎ・・・式（６）
【００５５】
このように絶縁距離ｄを算出することにより、絶縁距離ｄが過大になって下部基板２５に搭載される発熱電気部品３７，３８，３９の冷却性が低下したり、逆に絶縁距離ｄが過小になって発熱電気部品３７，３８，３９の放熱用平面部３１に対する絶縁性が低下したりすることを防止でき、発熱電気部品３７，３８，３９の冷却性と絶縁性とを最適な状態で両立させることができる。
【００５６】
このインバータ装置２１を組み立てる時は、最初に放熱用平面部３１の上に熱伝導充填部材３６を塗布し、次に下部基板２５をビス３５で締結ボス部３５ａに締結する。この時、余剰な熱伝導充填部材３６は、放熱用平面部３１の周囲を堀り下げるように形成された逃げ溝４５に膨出する。その後、熱伝導充填部材３６が放熱空間３４内で硬化する。なお、上部基板２６は、予め下部基板２５に取り付けられた状態で下部基板２５と共にインバータボックス２３内に組み込まれるか、あるいは下部基板２５の後から組み付けられる。
【００５７】
以上のように構成されたインバータ一体型電動圧縮機１が作動すると、冷凍サイクル中を循環した後の低圧冷媒ガスが、図示しない冷媒吸入口から電動機側ハウジング４内に吸入され、電動機側ハウジング４内を流通してスクロール圧縮機構８に吸い込まれる。スクロール圧縮機構８で圧縮され、高温高圧となった冷媒ガスは、圧縮機側ハウジング３の端部に設けられている図示しない吐出口から吐出配管を経て冷凍サイクルへと循環される。
【００５８】
この間、電動機側ハウジング４内を流通する低温な低圧冷媒ガスは、インバータボックス２３内で、インバータ装置２１から発せられる作動熱に対し、電動機側ハウジング４のハウジング外壁でもある放熱用平面部３１を介して吸熱作用を行う。これにより、パワー基板である下部基板２５を強制的に冷却することができる。
【００５９】
特に、下部基板２５に搭載される発熱電気部品である平滑コンデンサ３７、コイル３８、スイッチング素子３９は、その各々の下面が、熱伝導性基板である下部基板２５の厚さ方向に貫通充填された良熱伝導体である熱伝導貫通部材４２の上面に密着しており、この熱伝導貫通部材４２の下面が、柔軟で熱伝導性のある熱伝導充填部材３６を介して放熱用平面部３１に対し熱伝達可能に接しているため、各電機部品３７，３８，３９の熱が熱伝導貫通部材４２と熱伝導充填部材３６を経て速やかに放熱用平面部３１側に伝達され、効率良く冷却される。中でも６個のスイッチング素子３９は特に発熱量が多いため、その熱が熱伝導充填部材３６を経て速やかに放熱用平面部３１側に放熱されることにより、インバータ装置２１全体が効率良く冷却され、インバータボックス２３の内部温度上昇が防止される。また、熱伝導充填部材３６は電気絶縁性があるため、高電圧・高電流が印加されるパワーモジュール基板である下部基板２５を、放熱用平面部３１（ハウジング２）側に対して確実に絶縁することができる。
【００６０】
本実施形態の構成では、下部基板２５を熱伝導性基板とし、この下部基板２５の上面に発熱電気部品３７，３８，３９を熱伝達可能に設置し、下部基板２５の下面を放熱用平面部３１に対し放熱空間３４を介して対向させ、放熱空間３４内に柔軟で電気絶縁性および熱伝導性のある熱伝導充填部材３６を充填したため、柔軟な熱伝導充填部材３６が下部基板２５の下面と放熱用平面部３１とに隙間無く密着する。したがって、下部基板２５の上面に設置された発熱電気部品３７，３８，３９の熱が熱伝導充填部材３６を経て放熱用平面部３１側に良好に放熱され、発熱電気部品３７，３８，３９の冷却性を高めることができる。しかも、熱伝導充填部材３６は電気絶縁性があるため、発熱電気部品３７，３８，３９と放熱用平面部３１との間の絶縁性を高めることができる。したがって、発熱電気部品３７，３８，３９の絶縁性と冷却性とを両立させることができる。
【００６１】
さらに、下部基板２５と放熱用平面部３１との間に形成した放熱空間３４に電気絶縁性のある熱伝導充填部材３６を充填することにより、熱伝導充填部材３６を充填しない場合に比べて電気絶縁性を格段に高めることができるため、放熱空間３４の絶縁距離ｄ、即ち下部基板２５と放熱用平面部３１との間隔を狭めることができる。このため、下部基板２５が収容されるインバータボックス２３の高さ方向の寸法を小さくすることができ、インバータ装置２１の小型軽量化を図ることができる。
【００６２】
また、下部基板２５が、絶縁体からなる基板本体４１と、この基板本体４１の厚さ方向に貫通充填された良熱伝導体からなる熱伝導貫通部材４２とを備えてなる熱伝導性基板であり、熱伝導貫通部材４２の一方の端面が発熱電気部品３７，３８，３９に熱伝達可能に接触し、他方の端面が熱伝導充填部材３６に接触している。
【００６３】
このため、熱伝導貫通部材４２と放熱用平面部３１との間に柔軟な熱伝導充填部材３６が介在して、基板本体４１からの熱伝導貫通部材４２の突出量にばらつきがあっても、このばらつきが熱伝導充填部材３６の柔軟性により吸収される。したがって、熱伝導貫通部材４２の突出量のばらつきに拘わらず、発熱電気部品３７，３８，３９の熱を放熱用平面部３１側に良好に放熱させることができる。これにより、基板本体４１に熱伝導貫通部材４２が設けられた構成の熱伝導性基板を、インバータ装置２１の制御回路基板として実用化することができる。
【００６４】
さらに、熱伝導充填部材３６は、当初は流動性があり、放熱空間３４内に充填された後に硬化して弾性体となる性質があるため、例えば下部基板２５を構成する基板本体４１の裏面から突出する複数の熱伝導貫通部材４２の突出量にばらつきがあっても、これら全ての熱伝導貫通部材４２と、基板本体４１と、放熱用平面部３１とに熱伝導充填部材３６が隙間無く接触した状態で充填される。その後、熱伝導充填部材３６が硬化することで、上記の充填状態が維持される。このため、下部基板２５に搭載される発熱電気部品３７，３８，３９の冷却性と絶縁性を高い状態で維持することができる。
【００６５】
〔第２実施形態〕
図６は、本発明の第２実施形態を示すインバータ装置２１の縦断面図である。この実施形態においては、下部基板２５（基板本体４１）に、放熱空間３４に連通する複数の貫通孔５１が穿設されている点以外は、図３に示す第１実施形態と同一の構成であるため、各部に同一の符号を付して説明を省略する。貫通孔５１は、例えば複数のスイッチング素子３９が載置されている熱伝導貫通部材４２の間を通るように形成されている。平面視で各スイッチング素子３９を取り囲むように貫通孔５１を形成してもよい。
【００６６】
このような貫通孔５１を下部基板２５に形成した場合、下部基板２５の組み付け時において、放熱用平面部３１の上に熱伝導充填部材３６を塗布してから締結ボス部３５ａの上に下部基板２５を設置してビス３５で締結する時に、放熱空間３４内に残留する空気が貫通孔５１から排出される。さらに、余剰な熱伝導充填部材３６が貫通孔５１から押し出されて出てくる。このため、下部基板２５の裏面側に空気を残留させることなく、熱伝導充填部材３６が下部基板２５の裏面側に隙間無く接触することができ、これによって下部基板２５に搭載される発熱電気部品３７，３８，３９の冷却性を良好に保つことができる。
【００６７】
しかも、上記のように熱伝導充填部材３６の余剰分が貫通孔５１から出てくるため、これを組立作業者が目視で確認することができ、これによって熱伝導充填部材３６の充填量が不足することを防止し、確実な冷却性を得るとともに、組立のばらつきを排除することができる。
【００６８】
なお、放熱用平面部３１の周囲には、余剰な熱伝導充填部材３６を膨出させるための逃げ溝４５が形成されているが、この逃げ溝４５は省略してもよい。逃げ溝４５を省略することにより、放熱用平面部３１および放熱空間３４の形状をシンプルにしてインバータボックス２３（電動機側ハウジング４）の加工を容易にし、製造コストダウンを図ることができる。
【００６９】
〔第３実施形態〕
図７は、本発明の第３実施形態を示すインバータ装置２１の縦断面図である。この実施形態においては、下部基板２５に発熱電気部品であるスイッチング素子３９が搭載されている付近に対応した位置にのみ放熱空間３４が形成されている。即ち、下部基板２５がビス３５で締結される締結面５２の、スイッチング素子３９に整合する部分のみが下方に切削されて複数の放熱空間３４が凹設され、その各々の底面が放熱用平面部３１となっている。また、これら複数の放熱空間３４に連通するように、第２実施形態と同様に下部基板２５（基板本体４１）に複数の貫通孔５１が穿設され、放熱空間３４の内部には熱伝導充填部材３６が充填されている。
【００７０】
下部基板２５の組み付け時には、まず各放熱空間３４に熱伝導充填部材３６を充填する。この時には熱伝導充填部材３６が締結面５２よりもやや盛り上がるように充填する。そして、締結面５２の上に下部基板２５を設置してビス３５で締結する。この時に、第２実施形態の場合と同様に、放熱空間３４内に残留する空気が貫通孔５１から排出され、さらに、余剰な熱伝導充填部材３６が貫通孔５１から押し出される。このため、各放熱空間３４内に空気が残留することを防止してスイッチング素子３９の冷却性を良好に保つことができる。
【００７１】
上記の構造によれば、放熱空間３４の容積、即ち熱伝導充填部材３６の充填量を必要最低量にできるため、インバータ装置２１の低コスト化に貢献することができる。
【００７２】
〔第４実施形態〕
図８は、本発明の第４実施形態を示すインバータ装置２１の縦断面図である。この実施形態においては、放熱用平面部３１と下部基板２５との間に厚さ数ミリ程度の板状のスペーサ部材５４が介装されている。このスペーサ部材５４には、下部基板２５に搭載された発熱電気部品であるスイッチング素子３９の位置に整合する位置で省かれている。即ち、例えばスペーサ部材５４に整合する位置に穴５５が穿設されており、この穴５５の内側に放熱空間３４が形成されている。放熱空間３４の形状や容積は、第３実施形態と同様である。また、各放熱空間３４に連通するように下部基板２５に複数の貫通孔５１が穿設され、放熱空間３４の内部に熱伝導充填部材３６が充填される点も第３実施形態と同様である。
【００７３】
スペーサ部材５４の厚みは、第１実施形態で述べた絶縁距離ｄ〔ｍｍ〕を基準とし、仮に組み付け後にビス３５の締結力等に起因する潰れ等でスペーサ部材５４の厚みが薄くなるような材質をスペーサ部材５４に用いる場合には、その潰れ代量ｄ３〔ｍｍ〕を考慮して、スペーサ部材５４の厚みをｄ＋ｄ３〔ｍｍ〕とする。
【００７４】
下部基板２５の組み付け時には、放熱用平面部３１の上にスペーサ部材５４を載置し、仮押さえしながら穴５５の内側、即ち放熱空間３４内に熱伝導充填部材３６を充填する。この時には熱伝導充填部材３６がスペーサ部材５４の上面よりもやや盛り上がるように充填する。そして、スペーサ部材５４の上に下部基板２５を設置してビス３５で締結する。この時、第２、第３実施形態の場合と同様に、放熱空間３４内に残留する空気が貫通孔５１から排出され、さらに、余剰な熱伝導充填部材３６が貫通孔５１から押し出される。このため、各放熱空間３４内に空気が残留することを防止してスイッチング素子３９の冷却性を良好に保つことができる。
【００７５】
上記の構成によれば、下部基板２５にスイッチング素子３９が搭載されている部位のみスペーサ部材５４を省略することによって放熱空間３４を形成し、熱伝導充填部材３６の充填量を必要最低量にするとともに、放熱用平面部３１の面形状を平坦な形状にしてその切削加工を容易にし、インバータ装置２１およびインバータ一体型電動圧縮機１の低コスト化を図ることができる。スペーサ部材５４は、板状に形成されてスイッチング素子３９に整合する位置にのみ穴５５が開いた構成であるため、簡単に製造することができる。さらに、スペーサ部材５４の厚みを変更することにより、下部基板２５と放熱用平面部３１との間の間隔（絶縁距離）を自由に調整することができる。
【００７６】
〔第５実施形態〕
図９は、本発明の第５実施形態を示す熱伝導貫通部材４２付近の縦断面図である。この実施形態において、放熱用平面部３１には、下部基板２５から下方に突出する熱伝導貫通部材４２と対向する部位に、熱伝導貫通部材４２の端部形状に沿う凹部形状５８が形成されている。この凹部形状５８は、放熱用平面部３１から突出して熱伝導貫通部材４２の先端の周囲を取り巻く形状を有しており、その内面と熱伝導貫通部材４２の先端部との間には、熱伝導貫通部材４２の冷却性と絶縁性を両立できるように所定の絶縁距離ｄが設けられている。下部基板２５と放熱用平面部３１との間、および熱伝導貫通部材４２と凹部形状５８との間には熱伝導充填部材３６が充填される。
【００７７】
上記の構成によれば、熱伝導貫通部材４２から発せられる熱が、凹部形状５８によって広い面積で受熱され、放熱用平面部３１側に放熱される。このため、下部基板２５に搭載された図示しない発熱電気部品の冷却性を向上させることができる。
【００７８】
また、凹部形状５８の周壁部の高さ寸法を大きくすることにより、熱伝導貫通部材４２の絶縁性を確保しながら、熱伝導貫通部材４２の先端形状の全体に亘って放熱用平面部３１との距離、つまり絶縁距離ｄを小さくしてインバータ装置２１およびインバータボックス２３の高さを低くし、ひいてはインバータ一体型電動圧縮機１の小型、軽量化を図ることができる。
【００７９】
〔第６実施形態〕
図１０は、本発明の第６実施形態を示す熱伝導貫通部材４２付近の縦断面図である。この実施形態では、熱伝導貫通部材４２の、放熱用平面部３１と対向する面、即ち下端面に凹凸形状４２ａが設けられている。こうすれば、熱伝導貫通部材４２の下端面の表面積が大きくなり、熱伝導充填部材３６と広い面積で接することができるため、熱伝導貫通部材４２の反対側に設置された発熱電気部品の放熱性、即ち冷却性を向上させることができる。
【００８０】
〔第７実施形態〕
図１１は、本発明の第７実施形態を示すインバータ装置の縦断面図である。この実施形態においては、放熱空間３４に設けられている熱伝導充填部材６０が柔軟なシート状である点以外は、図３に示す第１実施形態と同一の構成であるため、各部に同一の符号を付して説明を省略する。熱伝導充填部材６０の自由時の厚みは、放熱空間３４の絶縁距離ｄよりも若干大きくするのが好ましい。こうすることにより、放熱用平面部３１に熱伝導充填部材６０を敷設し、その上から下部基板２５を載置してビス３５で締結する際に、ビス３５の締結力によって熱伝導充填部材６０が放熱用平面部３１と下部基板２５との間で圧迫され、熱伝導充填部材６０の上下両面が下部基板２５と放熱用平面部３１の両面に隙間なく密着する。このため、下部基板２５に搭載されたスイッチング素子３９等の発熱電気部品の熱が熱伝導充填部材６０を経て放熱用平面部３１側に良好に放熱され、発熱電気部品の冷却性が高められる。
【００８１】
熱伝導充填部材６０は柔軟なシート状であるため、第１実施形態の熱伝導充填部材３６のように放熱空間３４に流し込むことなく設置することができる。このため、インバータ装置の組立工数の低減を図ることができ、インバータ一体型電動圧縮機の製造コストダウンにも貢献することができる。
【００８２】
〔第８実施形態〕
図１２は本発明の第８実施形態を示すインバータ一体型電動圧縮機の縦断面図である。このインバータ一体型電動圧縮機６１において、インバータ装置６２周り以外の構成は、図１に示す第１実施形態のインバータ一体型電動圧縮機１と同様であるため、各部に同符号を付して説明を省略する。
【００８３】
このインバータ一体型電動圧縮機６１は、インバータ装置６２が収容されるインバータボックス６３が、ハウジング２（電動機側ハウジング４）の後端面に設けられているタイプである。このようにインバータボックス６３をハウジング２の後端面に設ける主な理由は、ハイブリッド車両や電動車両等のエンジンルーム内にインバータ一体型電動圧縮機６１を設置する場合に、略円柱形状であるハウジング２の外周面にインバータボックス６３が突出していないスリムな形状であった方がレイアウト的に搭載しやすいからである。
【００８４】
電動機側ハウジング４の外壁を構成する後端面には平坦な放熱用平面部６４が形成されており、この放熱用平面部６４を覆うようにして、金属または樹脂で形成されたカバー状のインバータボックス６３が気密的に被装され、放熱用平面部６４とインバータボックス６３との間の空間にインバータ装置６２が収容されている。インバータ装置６２の基本構成は、第１実施形態におけるインバータ装置２１と同様であるため、各部に同符号を付して説明を簡略する。
【００８５】
インバータ装置６２を構成する下部基板２５と上部基板２６の面方向は放熱用平面部６４の面方向に平行しており、第１実施形態におけるインバータ装置２１と同様に、基板本体４１と熱伝導貫通部材４２とを備えてなる熱伝導性基板である下部基板２５が、放熱用平面部６４との間に放熱空間３４を介して設置され、放熱空間３４の内部には熱伝導充填部材３６が充填されている。熱伝導充填部材３６の性質等は第１実施形態のものと同様である。
【００８６】
下部基板２５には、発熱電気部品である平滑コンデンサ３７やスイッチング素子３９等が下部基板２５に対して熱伝達可能に搭載されている。そして、これらの電気部品３７，３９の熱が下部基板２５の熱伝導貫通部材４２と熱伝導充填部材３６を経て放熱用平面部６４側に放熱され、電気部品３７，３９が冷却されるようになっている。
【００８７】
上記構成によれば、インバータ装置６２がインバータ一体型電動圧縮機６１の後端面に設けられている場合において、インバータ一体型電動圧縮機６１の長さ方向のコンパクト化と軽量化を図ることができる。
【００８８】
なお、本発明は上記の第１から第８実施形態の構成のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更や改良を加えることができ、このように変更や改良を加えた実施形態も本発明の権利範囲に含まれるものとする。例えば、第１から第８実施形態の構成を組み合わせる等してもよい。
【００８９】
また、上記の第１から第８実施形態に記載した基板の冷却構造は、インバータ一体型電動圧縮機への適用以外に、例えば温水ヒータ、車両走行用インバータ、車両・家庭・店舗・事務所等の空調用インバータおよび空調用ファンモータ制御装置、各種電気機器の電源装置等にも幅広く適用することができる。
【符号の説明】
【００９０】
１，６１  インバータ一体型電動圧縮機
２  ハウジング
８  圧縮機構
１０  電動機
２１  インバータ装置
２３  インバータボックス
２５  下部基板（制御回路基板）
３１  放熱用平面部
３４  放熱空間
３６，６０  熱伝導充填部材
３７  平滑コンデンサ（発熱電気部品）
３８  コイル（発熱電気部品）
３９  スイッチング素子（発熱電気部品）
４１  基板本体
４２  熱伝導貫通部材
４２ａ  凹凸形状
５１  貫通孔
５４  スペーサ部材
５８  凹部形状
ｄ  絶縁距離
ｄ１  制御回路基板からの熱伝導貫通部材の突き出し量
Ｒ  熱伝導充填部材の熱抵抗
Ｓ  熱伝導貫通部材の放熱用平面部側への放熱面積
Ｖ  熱伝導充填部材の絶縁電圧
【図１】
0005730176.tif 000002
【図２】
0005730176.tif 000003
【図３】
0005730176.tif 000004
【図４】
0005730176.tif 000005
【図５】
0005730176.tif 000006
【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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