(57)【要約】【課題】絶縁カプラの体格の大型化を抑制する。【解決手段】絶縁カプラ２１において、電磁コイル４０、およびホールＩＣ４１から構成され、電気的に絶縁するように構成されている。このため、フォトカプラを用いる場合に比べて、高温環境に強くなる。また、電磁コイル４０および高透磁率部材６０は、絶縁基板５０に内蔵されているので、体格の大型化を抑制することができる。電磁コイル４０からホールＩＣ４１に向かう磁界の経路中に、高透磁率部材６０を配置しているので、ホールＩＣ４１を通過する磁束密度を大きくすることができる。このため、ホールＩＣ４１による磁束の検出を良好に行うことができる。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁材料からなる絶縁基板（５０）と、
入力電流により磁界を発生する磁界発生導体（４０）と、
前記絶縁基板に実装されて、前記磁界発生導体から発生する磁界を検出して検出信号を出力する磁気センサ（４１）と、を備え、
前記磁気センサおよび前記磁界発生導体の間を電気的に絶縁するように構成される絶縁カプラであって、
前記磁界発生導体は、前記絶縁基板に内蔵されていることを特徴とする絶縁カプラ。
【請求項２】
前記絶縁基板の絶縁材料よりも高い透磁率を有する材料からなる高透磁部材（６０）を備え、
前記高透磁部材は、前記絶縁基板内に配置され、前記磁界発生導体からの磁界の経路に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の絶縁カプラ。
【請求項３】
前記高透磁部材は、前記磁界発生導体から前記磁気センサに向かう磁界の経路に配置されていることを特徴とする請求項２に記載の絶縁カプラ。
【請求項４】
前記絶縁基板は、多層基板により構成されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の絶縁カプラ。
【請求項５】
前記磁界発生導体は、コイル状に形成されているコイル状導体であり、
前記磁気センサは、前記コイル状導体内に配置されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の絶縁カプラ。
【請求項６】
前記磁気センサは、ホール素子を有して構成されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の絶縁カプラ。
【請求項７】
電動モータ（３０）と、この電動モータにより駆動されるコンプレッサ（１１）を備える電動コンプレッサ（１０）と、
前記電動コンプレッサに搭載され、電源回路（ＶＨ）から加えられる電圧を前記電動モータに与えて前記電動モータを駆動する駆動回路（１５）と、
請求項１ないし５のいずれか１つに記載の絶縁カプラ（２１、２２）と、を備え、
前記絶縁カプラは、前記駆動回路のうち前記電源回路からの電圧に応じて作動する第１の回路部（１５ａ）と、この回路部以外の第２の回路部（１５ｂ）との間を、電気的に絶縁するように配置されていることを特徴とする自動車用の駆動回路搭載型電動コンプレッサ。
【請求項８】
前記駆動回路は、前記外部回路（４０）との間で通信し、この通信に基づいて前記電動モータを駆動するようになっており、
前記第２の回路部には、前記駆動回路および前記外部回路との間の通信信号を伝えるための配線が設けられていることを特徴とする請求項８に記載の自動車用の駆動回路搭載型電動コンプレッサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気的に絶縁するための絶縁カプラ、およびこれを用いた自動車用の駆動回路搭載型電動コンプレッサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、自動車内の電装部品において高電圧のモータ駆動系と低電圧の制御系とが混在するような場合、高電圧系統のサージから低電圧系統を保護するために、高電圧モータ駆動系と低電圧制御系とを基準電圧を共有しないように電気的に絶縁して設けて、フォトカプラ等の絶縁カプラを介して、低電圧制御系から高電圧モータ駆動系に制御信号の伝達を行わせるようにしている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００１−９４１７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明者は、上述の電装部品として、電動コンプレッサの電動モータを駆動する駆動回路に適用することを検討したところ、次のような問題点が分かった。
【０００４】
すなわち、駆動回路は、高電圧電源からの高電圧に基づいて電動モータに出力する三相電圧を出力する際に多くの熱が発生し、また駆動回路自体がエンジンルーム内に搭載されると、走行用エンジン等から熱の影響を受ける。
【０００５】
しかし、絶縁カプラとしてフォトカプラを用いる場合、このフォトカプラは、高温環境に対する耐性が低く不具合が生じ、ひいては、駆動回路として正常に作動しなくなる可能性がある。
【０００６】
本発明は、上記点に鑑み、高温環境に強く、体格の大型化を抑制するようにした絶縁カプラおよび自動車用の駆動回路搭載型電動コンプレッサ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】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明では、絶縁基板（５０）と、磁界発生導体（４０）と、磁気センサ（４１）と、を備え、磁気センサおよび磁界発生導体の間を電気的に絶縁するように構成される絶縁カプラであって、磁界発生導体は、絶縁基板に内蔵されていることを第１の特徴とする。
これによって、磁界発生導体は、絶縁基板に内蔵されているので、体格の大型化を抑制することができる。
【０００８】
ここで、一般的に磁気センサは、フォトカプラに比べると高温環境に強いデバイスである。このため、本発明はフォトカプラを用いた場合に比べて、高温環境に強くすることができる。
【０００９】
本発明は、絶縁基板の絶縁材料よりも高い透磁率を有する材料からなる高透磁部材（６０）を備え、高透磁部材は、絶縁基板内に配置され、磁界発生導体からの磁界の経路に配置されていることを第２の特徴とする。
【００１０】
これにより、高透磁部材を用いない場合に比べて、磁気抵抗を小さくすることができるので、磁気センサに向かう磁束密度を増やすことができる。
【００１１】
なお、特許請求の範囲およびこの欄で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１に、本発明に係る自動車用の駆動回路搭載型電動コンプレッサ１０の一実施形態を示す。
【００１３】
本実施形態の駆動回路搭載型電動コンプレッサ（以下、単に電動コンプレッサ１０という）は、車両用空調ユニットの冷凍サイクル装置に適用され、エンジンルーム内に搭載される。
【００１４】
具体的には、電動コンプレッサ１０は、スクロールコンプレッサ１１、三相モータ１２、ハウジング１３、駆動回路１４、およびカバー１５を備えている。スクロールコンプレッサ１１は、三相モータ１２により回転駆動され、冷媒の吸入、圧縮、吐出する。
【００１５】
三相モータ１２は、駆動回路１４から付与される三相電圧により回転する。ハウジング１３は、金属等の材料からなり、スクロールコンプレッサ１１および三相モータ１２を収納するもので、エバポレータから冷媒を吸入する冷媒吸入孔１３ａ、および凝縮器に向けて吐出する冷媒吐出孔１３ｂを備える。
【００１６】
駆動回路１４は、ハウジング１３およびカバー１５の間に狭持されて、ハウジング１３の外壁に装着される。カバー１５は、金属等の材料からなり、ハウジング１３に対して固定される。
【００１７】
次に、本実施形態の駆動回路１４の電気回路構成について用いて説明する。図２は、駆動回路１４の電気回路構成を示す電気回路図である。
【００１８】
駆動回路１４は、マイクロコンピュータ（図中マイコンと記す）２０、絶縁カプラ２１、２２、ゲート駆動回路２３、インバータ回路２４、検出抵抗素子２５、増幅回路２６、ロータ位置検出回路２７、および定電圧電源回路Ｖ５、Ｖ１５を備える。
【００１９】
マイクロコンピュータ２０は、エアコンＥＣＵ４０との間で絶縁カプラ２１、２２を介して通信するとともに、この通信に基づいて三相モータ１２の回転数を制御するための演算処理をしてこの演算処理に基づく制御信号をゲート駆動回路２３に出力する。なお、絶縁カプラ２１、２２の具体的回路構成については後述する。
【００２０】
ゲート駆動回路２３は、マイクロコンピュータ２０からの制御信号に基づいて出力信号をインバータ回路２４に出力する。インバータ回路２４は、スイッチング素子（例えば、ＩＧＢＴ）およびダイオードから構成され、高圧電源回路Ｖｈからの高圧電圧（３００Ｖ）に基づいて三相電圧を出力する周知のブリッジ回路である。三相モータ１２は、三相電圧を出力する周知のブリッジ回路である。
【００２１】
検出抵抗素子２５は、インバータ回路２４に流れる電流値を検出するために用いられる。増幅回路２６は、検出抵抗素子２５の端子間電圧を増幅してマイクロコンピュータ２０に出力する。増幅回路２６の出力は、インバータ回路２４の故障診断等に用いられる。
【００２２】
ロータ位置検出回路２７は、インバータ回路２４の三相出力を波形整形して、マイクロコンピュータ２０に出力する。ロータ位置検出回路２７の出力は、三相モータ１２の回転子（すなわち、ロータ）の回転位置を検出するために用いられる。
【００２３】
ここで、定電圧電源回路Ｖ５は、高圧電源回路Ｖｈからの高圧電圧に基づいて一定電圧（５Ｖ）を出力する。定電圧電源回路Ｖ５の出力電圧は、マイクロコンピュータ２０等に出力される。定電圧電源回路Ｖ１５は、高圧電源回路Ｖｈからの高圧電圧に基づいて一定電圧（１５Ｖ）を出力する。定電圧電源回路Ｖ１５の出力電圧は、ゲート駆動回路２３等に出力される。
【００２４】
以上により、駆動回路１４のうち、マイクロコンピュータ２０、インバータ回路２４、およびゲート駆動回路２３には高圧電源回路Ｖｈからの高圧電圧に応じた電圧が与えられることになる。なお、以下、駆動回路１４のうち高圧電源回路Ｖｈからの高圧電圧に応じた電圧が与えられる回路部を高圧側回路部１５ａという。
【００２５】
次に、絶縁カプラ２１、２２の回路構成について図３、図４を参照して説明する。
【００２６】
図３は絶縁カプラ２１の回路構成を示す。絶縁カプラ２１は、下り通信信号用通信配線Ｌ１に用いられる。下り通信信号用通信配線Ｌ１は、エアコンＥＣＵ４０から下り通信信号をマイクロコンピュータ２０に伝搬するのに用いられる配線である。
【００２７】
絶縁カプラ２１は、電磁コイル４０およびホールＩＣ４１を備える。電磁コイル４０は、通信配線Ｌ１の端部およびグランドの間に接続され、エアコンＥＣＵ４０からの通信信号に基づいて、磁界を発生する。ホールＩＣ４１は、電磁コイル４０に対して電気的に絶縁して配置され、電磁コイル４０からの磁界を検出して電圧を発生するホール素子と、ホール素子の出力電圧を波形整形してマイクロコンピュータ２０に出力するコンパレータ等を備える。ホールＩＣ４１は、定電圧電源回路Ｖ５からの出力電圧に基づいて作動する。
【００２８】
図４は絶縁カプラ２２の回路構成を示す。絶縁カプラ２２は、上り通信信号用通信配線Ｌ２に用いられる。上り通信信号用通信配線Ｌ２は、マイクロコンピュータ２０から上り通信信号をエアコンＥＣＵ４０に伝搬するのに用いられる配線である。
【００２９】
絶縁カプラ２２は、電磁コイル４２およびホールＩＣ４３を備える。電磁コイル４２は、通信配線Ｌ２の端部およびグランドの間に接続され、マイクロコンピュータ２０からの通信信号に基づいて、磁界を発生する。ホールＩＣ４３は、電磁コイル４２に対して電気的に絶縁して配置され、電磁コイル４２からの磁界を検出して電圧を発生するホール素子と、ホール素子の出力電圧を波形整形してエアコンＥＣＵ４０に出力するコンパレータ等を備える。
【００３０】
ここで、ホールＩＣ４３は、定電圧電源回路ＶＬからの出力電圧に基づいて作動する。また、定電圧電源回路ＶＬは、高圧電源回路Ｖｈ、定電圧電源回路Ｖ５、Ｖ１５に対して電気的に絶縁して配置され、一定電圧（５Ｖ）を発生するものである。また、エアコンＥＣＵ４０は、定電圧電源回路ＶＬからの電力により作動する。
【００３１】
以上により、絶縁カプラ２１、２２は、駆動回路１４のうち高圧側回路部１５ａおよび低電圧側回路部１５ｂの間を電気的に絶縁する。低電圧側回路部１５ｂは、高圧電源回路Ｖｈから電力供給される回路部を除いた回路部分である。すなわち、低電圧側回路部１５ｂは、エアコンＥＣＵ４０に対して電気的に接続される通信配線Ｌ２、Ｌ１、絶縁カプラ２１の電磁コイル４０、および絶縁カプラ２１のホールＩＣ４３を含む回路部である。
【００３２】
ここで、絶縁カプラ２１、２２は、実質的に同一構成であるため、次に、代表例として絶縁カプラ２１の具体的な実装構造について説明する。
【００３３】
ホールＩＣ４１は、図５に示すように、絶縁基板５０の表面上に搭載されており、電磁コイル４０は、絶縁基板５０に内蔵されている。電磁コイル４０は、その軸線がホールＩＣ４１を貫通するように配置されている。
【００３４】
また、電磁コイル４０の内側には、高透磁率部材６０が配置されている。高透磁率部材６０は、電磁コイル４０からホールＩＣ４１に向かう磁界の経路に配置されている。高透磁率部材６０は、絶縁基板５０の絶縁材料よりも高い透磁率の材料（具体的には、フェライト）からなる部材である。高透磁率部材６０は、電磁コイル４０からの磁界がホールＩＣ４１に通り易くするためのものである。
【００３５】
ここで、絶縁基板５０は、高性能多層プリント基板（PALAP (Patterned Prepreg Lay Up Process)からなるもので、複数層の熱可塑性樹脂基材（すなわち、複数の絶縁層）を一括プレス加工して構成されている。
【００３６】
具体的には、絶縁基板５０は、図６に示すように、熱可塑性樹脂からなる４つの絶縁層５１、５２、５３、５４から構成されている。絶縁層５１の表面側にはパターン端子５１ａが形成されており、絶縁層５１にはその表裏を貫通するスルーホール５１ｂが形成されている。スルーホール５１ｂはその一端部がパターン端子５１ａに接続されている。
【００３７】
絶縁層５２の表面側には、Ｃ状パターン５２ａが形成されている。絶縁層５２のうちＣ状パターン５２ａの内側には、貫通孔５２ｂが形成されている。絶縁層５２には、その表裏を貫通するスルーホール５２ｃが形成されている。スルーホール５２ｃはその一端部がＣ状パターン５２ａに接続されている。
【００３８】
絶縁層５３の表面側には、Ｃ状パターン５３ａが形成されている。絶縁層５３のうちＣ状パターン５３ａの内側には、貫通孔５３ｂが形成されている。絶縁層５３には、その表裏を貫通するスルーホール５３ｃが形成されている。スルーホール５３ｃはその一端部がＣ状パターン５３ａに接続されている。
【００３９】
ここで、貫通孔５２ｂ、５３ｂは、互いに重なるように形成されて、高透磁率部材６０を収納する。
【００４０】
絶縁層５４の表面側には、Ｃ状パターン５４ａが形成されている。絶縁層５４の裏面側には、パターン端子５４ｂが形成されている。絶縁層５４には、その表裏を貫通するスルーホール５４ｃが形成されている。スルーホール５４ｃは、Ｃ状パターン５４ａおよびパターン端子５４ｂの間を接続する。
【００４１】
ここで、パターン端子５１ａ、５４ｂ、Ｃ状パターン５２ａ、５３ａ、５４ａ、およびスルーホール５１ｂ、５２ｃ、５３ｃは、電磁コイル４０を構成するもので、電気的導通部材からなるものである。このことにより、電磁コイル４０が絶縁基板５０内に形成されることになる。なお、パターン端子５１ａ、５４ｂは、電磁コイル４０の端子の役割を果たす。
【００４２】
次に、本実施形態の絶縁カプラ２２の実装方法について図７〜図９を参照して説明する。
【００４３】
まず、パターン端子５１ａ、５４ｂ、Ｃ状パターン５２ａ、５３ａ、５４ａ、スルーホール５１ｂ、５２ｃ、５３ｃなどが形成されている絶縁層５１、５２、５３、５４をそれぞれ用意する。
【００４４】
次に、絶縁層５２、５３、５４を、それぞれ、図７に示すように、積み重ねて、その後、図８に示すように、貫通孔５２ｂ、５３ｂ内に、高透磁率部材６０を収納する。
【００４５】
次いで、図９に示すように、絶縁層５２、５３、５４の上側に、絶縁層５１を載せて、絶縁層５１、５２、５３、５４に対して熱を加えて、基板厚み方向にプレスする。
【００４６】
これにより、絶縁層５１、５２、５３、５４がそれぞれ溶融して、その後、冷却され。この場合、絶縁層５１〜５４のうち、溶融した樹脂により各部品間が接着される。このため、電磁コイル４０を内蔵する絶縁基板５０の成形が完了することになる。その後、絶縁基板５０に対してホールＩＣ４１（図示省略）を実装する。
【００４７】
以上説明した本実施形態によれば、電磁コイル４０（４２）、およびホールＩＣ４１（４３）から構成される絶縁カプラ２１（２２）を用いて電気的に絶縁するように構成されている。このため、フォトカプラを用いる場合に比べて、高温環境に強くなる。また、電磁コイル４０（４２）および高透磁率部材６０は、絶縁基板５０に内蔵されているので、体格の大型化を抑制することができる。
【００４８】
本実施形態では、電磁コイル４０（４２）からホールＩＣ４１（４３）に向かう磁界の経路中に、高透磁率部材６０を配置しているので、ホールＩＣ４１（４３）を通過する磁束密度を大きくすることができる。すなわち、磁気抵抗を小さくすることができる。このため、ホールＩＣ４１（４３）による磁束の検出を良好に行うことができる。
【００４９】
（第２実施形態）
上述の第１実施形態では、ホールＩＣ４１を通過する磁束密度を大きくするために、高透磁率部材６０を用いた例について説明したが、これに代えて、本発明は、高透磁率部材６０を用いなく、図１０に示すように、ホールＩＣ４１を絶縁基板５０内において、電磁コイル４０内に配置するようにしてもよい。
【００５０】
これにより、ホールＩＣ４１を電磁コイル４０内に配置するため、絶縁基板５０による磁気抵抗の増加を抑制できる。したがって、高透磁率部材６０を用いなくても、ホールＩＣ４１による磁束の検出を良好に行うことができる。
【００５１】
（第３実施形態）
上述の第１実施形態では、電磁コイル４０および高透磁率部材６０だけを絶縁基板５０内に配置した例について説明したが、これに加えて、図１１に示すように、本発明はホールＩＣ４１を絶縁基板５０内に配置してもよい。
【００５２】
（他の実施形態）
上述の第１の実施形態では、絶縁基板５０としては、高性能多層プリント基板からなるものを用いたが、これに限らず、本発明は、電磁コイル４０等の電子デバイスを内蔵して構成される絶縁基板ならば、各種の基板を用いても良い。
【００５３】
上述の第１の実施形態では、高圧側回路部１５ａおよび低電圧側回路部１５ｂの間を電気的に絶縁するために絶縁カプラ２１、（２２）をマイクロコンピュータ２０およびエアコンＥＣＵ４０の間に配置するようにした例について説明したが、これ限らず、本発明は、マイクロコンピュータ２０およびゲート駆動回路２３の間に絶縁カプラ２１、（２２）を配置しても良い。さらに、インバー回路２４およびゲート駆動回路２３の間に、絶縁カプラ２１、（２２）を配置しても良い。
【００５４】
上述の第１の実施形態では、電磁コイル４０（４２）からホールＩＣ４１（４３）に向かう磁界の経路中に、高透磁率部材６０を配置した例について説明したが、これに限らず、本発明は、電磁コイル４０（４２）から発生する磁界のループ状経路中内であれば、いずれの箇所に高透磁率部材６０を配置してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明に係る自動車用の電動コンプレッサの第１の実施形態の概略構成を示す図である。
【図２】図１の駆動回路の電気的構成を示す電気回路図である。
【図３】図１の絶縁カプラの電気的構成を示す電気回路図である。
【図４】図１の絶縁カプラの電気的構成を示す電気回路図である。
【図５】図１の絶縁カプラの実装構造を示す電気回路図である。
【図６】図５の絶縁基板の構造を示す断面図である。
【図７】図５の絶縁基板の製造工程を示す図である。
【図８】図５の絶縁基板の製造工程を示す図である。
【図９】図５の絶縁基板の製造工程を示す図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態の絶縁カプラの構造を示す図である。
【図１１】本発明の第３の実施形態の絶縁カプラの構造を示す図である。
【符号の説明】
【００５６】
２１…絶縁カプラ、４０…電磁コイル、４１…ホールＩＣ、５０…絶縁基板、  ６０…高透磁率部材。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【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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