(57)【要約】【課題】電磁波ノイズに対する良好なシールド及び耐衝撃性を確保しつつ装置体格の低減及び軸長低減が可能な車両用電動コンプレッサを提供すること。【解決手段】電力スイッチング素子６はハウジング４の外周面に固定される。インバータ回路部をなす電力スイッチング素子６、バスバーアセンブリ８及びプリント基板９を囲んでハウジング４の外周面から枠部４１が立設され、枠部４１の頂面に金属製の蓋板１０が固定される。これにより、電磁波シールド機能に優れ、小型のインバータ一体型電動コンプレッサを実現することができる。【選択図】図１
2004190525.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジングと、前記ハウジングに収容される電動コンプレッサと、前記ハウジングに固定されるとともに直流電力を多相交流電力に変換して前記電動コンプレッサへ給電するインバータ回路部とを備え、
前記インバータ回路部は、多相インバータ回路の各アームを構成する電力スイッチング素子と、前記多相インバータ回路の一対の直流入力端子間に接続される平滑コンデンサと、前記電力スイッチング素子を制御する制御回路と、前記スイッチング素子、前記平滑コンデンサおよび前記制御回路を接続する配線部とを有する車両用電動コンプレッサにおいて、
前記インバータ回路部を囲んで前記ハウジングの外周面から突設される金属製の枠部と、前記枠部の頂面に密着する蓋部と、前記ハウジングの周壁とにより構成されるインバータケースを有し、
前記電力スイッチング素子及び前記平滑コンデンサは、
前記枠部内の前記ハウジングの外周面に前記電力スイッチング素子又は前記平滑コンデンサの外形に合わせて形成された座面に密着固定され、
前記配線部は、
多数のバスバーと、前記各バスバーとともに一体成形されて前記各バスバーを支持する樹脂成形板部とからなるとともに、前記樹脂成形板部を通じて前記ハウジングの前記外周面又は前記枠部に固定されて前記電力スイッチング素子の径方向外側に位置して略接線方向に延設されるバスバーアセンブリと、
前記バスバーアセンブリと前記蓋部との間に位置して前記バスバーアセンブリと略平行に延設されて前記制御回路が実装されるプリント基板と、
を有することを特徴とする車両用電動コンプレッサ。
【請求項２】
請求項１記載の車両用電動コンプレッサにおいて、
前記バスバーアセンブリは、
前記枠部又は前記蓋部に設けた開口から外部に突出する通信用及び電力供給用のコネクタを有し、
前記コネクタは、
前記バスバーアセンブリの前記樹脂成形板部と一体に樹脂成形されて前記開口から外部に突出するコネクタ基部と、
前記バスバーと一体に形成されて前記コネクタ基部に支持されるコネクタ端子と、
を有することを特徴とする車両用電動コンプレッサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両用電動コンプレッサに関し、特にそのインバータ部の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
アイドルストップ時の車両冷房のために、車両空調用のコンプレッサと一体にそれを駆動するモータを設けた車両用電動コンプレッサでが提案されている。この種の車両用電動コンプレッサでは、空調負荷に応じてモータ回転数を細かく制御するために、通常、同期モータ（ブラシレスＤＣモータ）が採用される。
【０００３】
車両登載のバッテリによりこの同期モータを駆動するには、直流電力を三相交流電力に変換するインバータ回路、このインバータ回路をスイッチング制御するための制御回路、上記インバータ回路のスイッチングにより派生する高周波電流からインバータ回路のスイッチング素子を保護する平滑コンデンサ、それらを接続する大小の配線などを含む複雑で大電力の高速スイッチングが必要なインバータ回路部が必要となる。
【０００４】
このインバータ回路部と、このインバータ回路部から三相ＰＷＭ制御電力が給電される電動コンプレッサとを接続する三相交流配線は、大きなスイッチングノイズを含んでいるためできるだけ短縮することが好ましく、このためインバータ回路部を電動コンプレッサと一体化したインバータ一体型電動コンプレッサが提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
インバータ回路部を電動コンプレッサに固定した上記インバータ一体型電動コンプレッサにおいて、インバータ回路部は、電動コンプレッサのハウジングの外端面に固定してもよく、電動コンプレッサのハウジングの外周面に固定してもよい。しかし、インバータ回路部を電動コンプレッサのハウジングの外端面に固定すると、従来のベルト駆動コンプレッサに比べてただでさえモータの分だけ長くなっている電動コンプレッサの軸長が更に一層長くなってしまい、従来のベルト駆動コンプレッサのためにエンジンルーム内に確保されたコンプレッサ収容スペースにとても収まらず、エンジンルーム内の設計を最初からやりなおすという大きな問題が生じた。
【０００６】
更に、インバータ回路部を電動コンプレッサのハウジングの外周面及び外端面のどちらに固定するにせよ、インバータ回路部は、電力スイッチング素子や平滑コンデンサを放熱性良く配置した状態で更に多数の大電流配線及び制御電流配線を複雑に引き回す必要があるため、どうしても大型となるため、装置体格が増大してしまう。
【０００７】
特に、この問題は、インバータ回路部が上記スイッチングにより大きな電磁波ノイズを発生するためにあるいは衝突安全性の確保のためにインバータ回路部全体を密閉する金属ケースが必要であり、この金属ケースの分だけインバータ回路部の実質体積が増大することにより、一層深刻となる。
【０００８】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、電磁波ノイズに対する良好なシールド及び耐衝撃性を確保しつつ装置体格の低減及び軸長低減が可能な車両用電動コンプレッサを提供することをその目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の車両用電動コンプレッサは、ハウジングと、前記ハウジングに収容される電動コンプレッサと、前記ハウジングに固定されるとともに直流電力を多相交流電力に変換して前記電動コンプレッサへ給電するインバータ回路部とを備え、前記インバータ回路部は、多相インバータ回路の各アームを構成する電力スイッチング素子と、前記多相インバータ回路の一対の直流入力端子間に接続される平滑コンデンサと、前記電力スイッチング素子を制御する制御回路と、前記スイッチング素子、前記平滑コンデンサおよび前記制御回路を接続する配線部とを有する車両用電動コンプレッサにおいて、
前記インバータ回路部を囲んで前記ハウジングの外周面から突設される金属製の枠部と、前記枠部の頂面に密着する蓋部と、前記ハウジングの周壁とにより構成されるインバータケースを有し、前記電力スイッチング素子及び前記平滑コンデンサは、前記枠部内の前記ハウジングの外周面に前記電力スイッチング素子又は前記平滑コンデンサの外形に合わせて形成された座面に密着固定され、前記配線部は、多数のバスバーと、前記各バスバーとともに一体成形されて前記各バスバーを支持する樹脂成形板部とからなるとともに、前記樹脂成形板部を通じて前記ハウジングの前記外周面又は前記枠部に固定されて前記電力スイッチング素子の径方向外側に位置して略接線方向に延設されるバスバーアセンブリと、前記バスバーアセンブリと前記蓋部との間に位置して前記バスバーアセンブリと略平行に延設されて前記制御回路が実装されるプリント基板とを有することを特徴としている。
【００１０】
すなわち、この発明では、電力スイッチング素子及び平滑コンデンサはハウジングの周壁外周面に形成された座面に固定される。これら座面は、電力スイッチング素子及び平滑コンデンサの座面と密接する外表面の形状に密着する形状を有しており、これにより、電力スイッチング素子及び平滑コンデンサの熱は電動コンプレッサのハウジングに良好に放散される。
【００１１】
インバータ回路部の配線は、大電流配線と、小電流制御用の制御電流とに区分され、大電流配線は、樹脂インサート成形により樹脂成形板部と一体化された多数のバスバーにより構成されるバスバーアセンブリにより実現される。各バスバーの両端は樹脂成形板部から所定位置で突出して、電力スイッチング素子の端子、平滑コンデンサの端子、プリント基板の接続孔に接触あるいは挿入される。制御電流配線はプリント基板に形成され、プリント基板上には制御用の各種電子回路素子が実装されている。バスバーアセンブリは電力スイッチング素子上に延設され、プリント基板はバスバーアセンブリ上に延設される。これにより、部品点数を最小としつつ、電力スイッチング素子とバスバーアセンブリとの間の距離を短縮して配線電力損失を低減することができる。
【００１２】
インバータ回路部を収容するインバータケースは、電動コンプレッサのハウジングの外周面と、この外周面から立設された枠部と、枠部に固定される蓋部とから構成されているので、部品点数の増大やインバータ回路部の必要体積を縮小しつつ、良好にインバータ回路部が外部に放射する電磁波ノイズ及び外部からインバータ回路部に入射する電磁波ノイズを良好に低減することができる。この場合、インバータ回路部は、インバータケース内に、電力スイッチング素子、バスバーアセンブリ、プリント基板の順に取り付ける必要があるが、上記したように、配線が２つの部材に集約されているため、インバータケース内への取り付け作業が複雑化することがない。
【００１３】
上記のように、配線構成を簡素化でき、かつ、電力スイッチング素子をハウジングの外周面に直接固定するために、インバータ回路部並びにそれを電磁シールド可能に収容するインバータケースの径方向突出高さを減らすことができ、装置を小型化することができる。
【００１４】
また、バスバーアセンブリを採用することにより、既に電動コンプレッサと一体に形成されているそのハウジングの外周面の上かつ枠部の内部への困難な配線作業を、バスバーアセンブリの樹脂成形板部を枠部又はハウジングの外周面に締結するのみで実施することができる。更に、樹脂成形板部の内部における各バスバー間のギャップを短縮しても電気絶縁が劣化することもない。
【００１５】
更に、最も大きい電磁波ノイズを発生する電力スイッチング素子を、その上のバスバーアセンブリにより遮蔽することにより電磁波ノイズの上方への放射を遮蔽する効果も生じる。これは、バスバーアセンブリに直流電位配線が多く配置されるためである。なお、バスバーアセンブリの直流ライン用のバスバーは、他のバスバーの邪魔にならない限りできるだけ広い面積をもつように打ち抜くことが好ましい。これは上記した電磁波シールド性の向上と、バスバーの抵抗電力損失及びインダクタンスの低減に有効である。なお、直流ライン用のバスバーのインダクタンスの低減は、スイッチングノイズ電圧の低減により電磁波ノイズの低減に有効である。
【００１６】
好適な態様において、前記バスバーアセンブリは、前記枠部又は前記蓋部に設けた開口から外部に突出する通信用及び電力供給用のコネクタを有し、前記コネクタは、前記バスバーアセンブリの前記樹脂成形板部と一体に樹脂成形されて前記開口から外部に突出するコネクタ基部と、前記バスバーと一体に形成されて前記コネクタ基部に支持されるコネクタ端子とを有する。
【００１７】
このようにすれば、バスバーアセンブリの樹脂成形板部にコネクタ基部があらかじめ取り付けられているので、電力端子の外部への取り出しが容易となる。また、通信用又は制御用のコネクタもバスバーアセンブリの樹脂成形板部に固定されるので、部品点数を減らし、接続作業を簡素化することができる。なお、通信制御用コネクタと電力用コネクタとは同一のコネクタ基部を用いることができる。プリント基板は樹脂成形板部に固定することが好ましい。
【００１８】
なお、上記説明したバスバーアセンブリは、ＩＣリードフレーム製造技術に類似の導電板のプレス成形によるバスバーパターンの成形と、その樹脂モールド又はインサート成形による一体化、その後のバスバー間を接続するタイバーの切断による各バスバーの相互分離により容易に製造することができる。
【００１９】
また、電力スイッチング素子は、三相インバータ回路をそれぞれ構成する１個のスイッチング素子により構成されてもよく、複数又は全部のスイッチング素子をハイブリッドにパッケージするか又はモノリシックに集積したＩＣモジュールとして構成することができる他、ベアチップ構成としてもよい。三相インバータ回路のフライホイルダイオードは２端子型の電力スイッチング素子とみなすことができ、トランジスタは三端子型の電力スイッチング素子とみなすことができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明を適用した車両用冷凍サイクル装置のインバータ一体型電動コンプレッサの好適な態様を図面を参照して説明する。なお、各図において、部材やラインの適宜省略を行っている。図１は、このインバータ一体型電動コンプレッサの分解斜視図である。図２はバスバーアセンブリの斜視図である。図３はバスバーアセンブリに収容されるバスバーのみを取り出して示す斜視図である。図４は、バスバーアセンブリと電力スイッチング素子との組み付けを示す分解斜視図である。図５は、蓋板をはずしたインバータ一体型電動コンプレッサの平面図である。
【００２１】
（全体構成）
１は車両空調用の冷凍サイクル装置の一部をなすコンプレッサ部、２はコンプレッサ部１を駆動するモータ部であり、３はコンプレッサ部１の外郭をなす圧縮機ハウジング（本発明でいうハウジング）、４はモータ部２の外郭をなすモータハウジング（本発明でいうハウジング）、４１はインバータ部の外郭をなすモータハウジング４と一体となった枠部である。これら圧縮機ハウジング３、モータハウジング４、枠部４１は、一体に成形されている。５は三相同期モータからなるモータ部２を駆動制御するインバータ回路部であり、モータ部２の回転軸がコンプレッサ部１の回転軸に直結され、全体として本発明でいう電動コンプレッサを構成している。
【００２２】
モータ部２は、エバポレータ（図示せず）から排出される又は導入される前の低圧冷媒ガスにより冷却されている。２１はモータハウジング４に設けられた低圧冷媒ガス流入孔、図５に示す２２はコンプレッサハウジング３に設けられた低圧冷媒ガス流出孔である。
【００２３】
モータハウジング４は、その内部を流れる低圧冷媒ガスにより良好に冷却されている。モータハウジング４の周壁外周面は、本発明で言うインバータケースの底面部４２が枠部４１に囲まれて平坦に形成され、底面部４２には電力スイッチング素子が固定される平坦な座面４３が形成されている。
【００２４】
インバータ部回路５は、三相インバータ回路の各相の上アーム側スイッチング素子と下アーム側スイッチング素子を構成する６個のＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ    Ｇａｔｅ    Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｉｔｅｒ    Ｍｏｄｕｌｅ、本発明で言う電力スイッチング素子）６と、ＩＧＢＴ６とモータハウジングの座面４３との間を絶縁する良熱伝導性の熱伝導シート７と、平滑コンデンサ１２と、バスバーアセンブリ８と、制御回路を実装したプリント基板９と、蓋板１０とを有しており、図示しないバッテリから給電される直流電力を三相交流電力に変換してモータ部２のステータコイル（図示せず）に給電する。蓋板１０、枠部４１及び底面部４２は、インバータ回路部を内蔵するインバータケースを構成している。
【００２５】
このため、各相の上アーム側スイッチング素子をなすＩＧＢＴ６と下アーム側スイッチング素子をなすＩＧＢＴ６との接続点はモータ部２の各相の引き出し線に接続され、上アーム側スイッチング素子をなす３つのＩＧＢＴ６の残る主電極端子は電源コネクタ８２中の電源端子に導かれ、下アーム側スイッチング素子をなす３つのＩＧＢＴ６の残る主電極端子は電源コネクタ８２中の接地端子に接続されている。
【００２６】
ＩＧＢＴ６は、樹脂モールドにより厚板状形成され、図３に示すように、一側面から突出する主電極端子としてのドレイン電極端子、ソース電極端子及びゲート電極端子を有している。また、ＩＧＢＴ６の電極端子突出側の側面と反対側の側面側に偏在してＩＧＢＴ６をモータハウジング４にねじ６０により締結するための貫通孔が形成されている。
【００２７】
各ＩＧＢＴすなわち電力スイッチング素子６は、軸方向に３列、周方向に２行に隣接配置されており、各ＩＧＢＴ６の電極端子突出側面は接線方向において互いに対向している。
【００２８】
周方向一方側のＩＧＢＴ６は上アーム側スイッチング素子を構成し、周方向他方側のＩＧＢＴ６は下アーム側スイッチング素子を構成している。軸方向一方側のＩＧＢＴ６はＵ相スイッチング素子を構成し、軸方向中央のＩＧＢＴ６はＶ相スイッチング素子を構成し、軸方向他方側のＩＧＢＴ６はＷ相スイッチング素子を構成している。
【００２９】
平滑コンデンサ７は、周知のように三相インバータ回路の電源端子と接地端子との間に接続されて三相インバータ回路のスイッチング電流の高周波成分を吸収する。平滑コンデンサ７は、ＩＧＢＴ６の周方向一方側に位置してモータハウジング４の周壁外周面に密着している。
【００３０】
バスバーアセンブリ８は、三相インバータ回路の配線をなす多数のバスバー８３を有して底面部４２に締結されている。バスバーアセンブリ８は、各ＩＧＢＴ６間の接続、各ＩＧＢＴ６と平滑コンデンサ１２との接続、各ＩＧＢＴ６とプリント基板９の所定の接続部分との接続、各ＩＧＢＴ６と電源端子、各交流端子、設置端子との接続、プリント基板と外部通信コネクタ８１の通信端子との間の仲介を行う。バスバーアセンブリ８は、樹脂により形成された樹脂成形板部に多数のバスバー８３をインサート成形して構成されている。バスバーアセンブリ８の一端には、電源コネクタ８２、及び、外部との通信のための通信コネクタ８１が蓋板１０の開口を貫通して突設されている。  バスバーアセンブリ８は、ＩＧＢＴ６の上方に位置して水平に延設されている。
【００３１】
プリント基板９は、制御回路を有している。この制御回路は、外部からの指令に基づいて各ＩＧＢＴ６を断続制御する機能やモータ部２の駆動状態を外部に送信する機能を有しており、マイコンＩＣなどの種々の回路素子をプリント配線で接続して構成されている。プリント基板９はバスバーアセンブリ８から径方向へ所定距離離れて水平方向に延設されている。蓋板１０は、ねじ１１により枠部４１に締結されている。
【００３２】
この種のインバータ回路部５の回路構成とその動作自体は周知であるので、それらの説明は省略する。
【００３３】
（組み付け順序）
次に、インバータ回路部５の組み付け順序を以下に説明する。
【００３４】
まず、絶縁シート７を座面４３に敷いた状態で、電力スイッチング素子６を螺子６０によりモータハウジング４に締結し、バスバーアセンブリ８を枠部４１内に収容する。その後、電力スイッチング素子６の端子をバスバーアセンブリ８のバスバー先端に溶接する。その後、プリント基板９をバスバーアセンブリ８の樹脂成形板部に締結し、蓋板１０を枠部４１に締結乃至接着固定する。
【図面の簡単な説明】
【図１】このインバータ一体型電動コンプレッサの分解斜視図である。
【図２】バスバーアセンブリの斜視図である。
【図３】バスバーアセンブリに収容されるバスバーのみを取り出して示す斜視図である。
【図４】バスバーアセンブリと電力スイッチング素子との組み付けを示す分解斜視図である。
【図５】蓋板をはずしたインバータ一体型電動コンプレッサの平面図である。
【符号の説明】
１  コンプレッサ部
２  モータ部
３  コンプレッサハウジング（ハウジング）
４  モータハウジング（ハウジング）
６  ＩＧＢＴ（電力スイッチング素子）
７  平滑コンデンサ
８  バスバーアセンブリ
９  プリント基板
１０  蓋板
４１  枠部
８１  通信コネクタ
８２  電源コネクタ
【図１】
2004190525.tif 000003
【図２】
2004190525.tif 000004
【図３】
2004190525.tif 000005
【図４】
2004190525.tif 000006
【図５】
2004190525.tif 000007