CN103222176B

CN103222176B - 逆变器模块和逆变器一体型电动压缩机

Info

Publication number: CN103222176B
Application number: CN201180026316.2A
Authority: CN
Inventors: 服部诚; 浅井雅彦; 丹羽和喜
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2010-10-15
Filing date: 2011-10-06
Publication date: 2017-03-15
Anticipated expiration: 2031-10-06
Also published as: JP5733945B2; CN103222176A; US9293969B2; JP2012087630A; EP2629412A1; WO2012050050A1; EP2629412B1; US20130069494A1; EP2629412A4

Abstract

本发明提供一种逆变器模块和逆变器一体型电动压缩机，能可靠地抑制控制基板上的噪声干扰，能容易充填树脂制凝胶材料。逆变器模块中，动力***基板和控制基板(30)通过树脂外壳而被一体化，在与形成于控制基板(30)的高电压***相连的框架接地部(42)和与其相邻的低电压电路(46)之间的区域设有绝缘用贯通孔(47)。

Description

逆变器模块和逆变器一体型电动压缩机

技术领域

本发明涉及一种逆变器装置一体地装入电动压缩机的外壳内的适于车辆用空调装置的较佳的逆变器模块和逆变器一体型电动压缩机。

背景技术

作为混合动力汽车或电动汽车等所搭载的空调装置用的压缩机，已知有一种一体地装入有逆变器装置的逆变器一体型电动压缩机。该逆变器一体型电动压缩机，做成这样的结构：在内置有电动机和压缩机构的壳体的外周设有逆变器收容部(逆变器箱)，在其内部装入有将由电源供给的直流电转换成交流电、通过玻璃密封端子而施加于电动机的逆变器装置。

逆变器装置一般具有：将直流电转换成交流电的动力***基板，该动力***基板安装有具有IGBT(绝缘栅双极晶体管：Insulated Gate Bipolar Transistor)等多个半导体开关元件的开关电路；以及控制基板，该控制基板安装有具有以CPU等在低电压下进行动作的元件的控制通信电路，两基板做成被配设为上下二层的结构，其被收容设置在逆变器外壳或外框部内，由此被一体地装入在压缩机壳体的外周部。

在上述的逆变器一体型电动压缩机中，在逆变器装置内混入有高电压***和低电压***，由于必须切断电磁噪声来提高控制电路的稳定性，并且在严格的温度条件和振动条件下使用，故在逆变器装置中要求较高的耐振性、防湿性和绝缘性。因此，提出了这些技术方案等：在装入有逆变器装置的逆变器收容部内充填树脂制凝胶材料，并设置成在该树脂制凝胶材料中使控制基板上浮；或者，在低电压控制基板与电机驱动用高压电路之间设置屏蔽板，并在它们之间充填树脂制凝胶材料等(例如参照专利文献1、2)。

专利文献1：日本特开2007－315269号公报

专利文献2：日本特开2010－112261号公报

发明所要解决的课题

在上述专利文献1的技术方案中，由于可对动力***基板和控制基板分别提高防湿性、绝缘性和耐振性，并且在控制基板上设有贯通孔，故可提高树脂制凝胶材料的充填性。但是，仅在这种结构中，无法切断控制基板上的噪声干扰，即无法切断从与高电压***相连的框架接地部至低电压电路侧的电磁噪声的传播，作为噪声对策来说非常不利。

另外，在专利文献2的技术方案中，在低电压控制基板与电机驱动用高电压电路之间设有屏蔽板，做成了在该屏蔽板上设有兼进行放气的凝胶材料充填用孔的结构，从而使树脂制凝胶材料的充填容易化，并且防止低电压控制基板与电动机驱动用高电压电路之间的噪声干扰，但是，无法切断低电压控制基板上的噪声干扰、即从与高电压***相连的框架接地部至低电压电路侧的电磁噪声的传播，作为噪声对策来说难以说是万无一失的。

发明内容

本发明是鉴于这种情况而做成的，其目的在于提供一种逆变器模块和逆变器一体型电动压缩机，能可靠地抑制控制基板上的噪声干扰，并能将树脂制凝胶材料的充填容易化。

用于解决课题的手段

为了实现上述目的，本发明的逆变器模块和逆变器一体型电动压缩机采用如下技术方案。

即，本发明的逆变器模块，通过树脂外壳而使将由电源供给的直流电转换成交流电并施加于电动机的动力***基板、以及对施加于所述电动机的交流电进行控制的控制基板一体化，该逆变器模块中，在所述控制基板上，在与形成于所述控制基板的高电压***相连的框架接地部、和与该框架接地部相邻的低电压电路之间的区域设有绝缘用贯通孔，所述绝缘用贯通孔加长所述框架接地部和所述低电压电路之间的绝缘距离。

采用本发明，由于逆变器模块中动力***基板和控制基板通过树脂外壳而被一体化，在与形成于控制基板的高电压***相连的框架接地部和与其相邻的低电压电路之间的区域设有绝缘用贯通孔，因此，通过设在框架接地部和低电压电路之间的区域的绝缘用贯通孔而可加长控制基板上的框架接地部和低电压电路之间的绝缘距离，能切断、抑制从框架接地部至低电压电路侧的电磁噪声的传播。因此，利用仅设置贯通孔的简单结构就可提高控制基板上的框架接地部附近的绝缘性能，能防止电磁噪声传播到低电压电路侧所引起的逆变器装置的误动作等。

本发明第一实施方式的逆变器模块，在所述树脂外壳的下部设有所述动力***基板，在该树脂外壳的上部设有所述控制基板，所述动力***基板利用充填至覆盖其上表面的位置的热固化性树脂而被树脂封入在所述树脂外壳内，从该热固化性树脂的树脂封入面至覆盖所述控制基板的至少一部分的位置充填有树脂制凝胶材料，该树脂制凝胶材料借助所述绝缘用贯通孔进行充填。

采用本发明第一实施方式的逆变器模块，在树脂外壳的下部设有动力***基板，并在其上部设有控制基板，动力***基板利用充填至覆盖其上表面的位置的热固化性树脂而被树脂封入在树脂外壳内，从该热固化性树脂的树脂封入面至覆盖所述控制基板的至少一部分的位置充填树脂制凝胶材料，借助所述绝缘用贯通孔就可充填该树脂制凝胶材料。因此，通过用热固化性树脂将动力***基板予以树脂封入、固定，不仅能确保绝缘性和防湿性，而且还能确保对于热冲击和振动等的耐振强度。另外，通过将树脂制凝胶材料充填至覆盖一部分控制基板的位置，从而也能确保控制基板的耐振性和绝缘性，能可靠地防止控制基板上的元件的振动所引起的破损等。此外，由于可借助绝缘用贯通孔将树脂制凝胶材料充填至控制基板的背面侧，故可提高树脂制凝胶材料的充填性，可将树脂制凝胶材料容易地充填至覆盖一部分控制基板的高度位置。

在本发明第一实施方式的逆变器模块中，也可做成这样的结构：所述绝缘用贯通孔，切断所述控制基板上的所述框架接地部和与该框架接地部相邻的所述低电压电路之间的区域，该绝缘用贯通孔由所述树脂制凝胶材料覆盖。

采用这种结构的逆变器模块，由于绝缘用贯通孔切断所述控制基板上的所述框架接地部和与其相邻的所述低电压电路之间的区域，且由所述树脂制凝胶材料覆盖，因此，可由绝缘用贯通孔将框架接地部和低电压电路之间切断，可加长控制基板上的框架接地部和低电压电路之间的绝缘距离。另外，通过用树脂制凝胶材料覆盖绝缘用贯通孔，从而可进一步提高它们之间的绝缘性。因此，能可靠地对从框架接地部至低电压电路侧的电磁噪声的传播予以切断、控制，可防止逆变器装置的误动作而提高可靠性。

此外，本发明的逆变器一体型电动压缩机，在内置有电动机和压缩机构的壳体的外周设有逆变器收容部，在该逆变器收容部的内部一体地装入有将直流电转换成交流电并施加于所述电动机的逆变器装置，该逆变器一体型电动压缩机中，在所述逆变器收容部内一体地装入有包含上述中任一项所述的逆变器模块在内的逆变器装置。

采用本发明的逆变器一体型电动压缩机，由于在设于壳体的外周的逆变器收容部的内部一体地装入有将直流电转换成交流电并施加于电动机的逆变器装置中，在逆变器收容部内一体地装入有包含上述中任一所述的逆变器模块在内的逆变器装置，因此，可对构成逆变器装置的控制基板上的从框架接地部至低电压电路侧的电磁噪声的传播予以切断、控制。所以，可提高控制基板上的框架接地部附近的绝缘性能，可防止因电磁噪声传播至低电压电路侧而引起的逆变器装置的误动作等，可提高逆变器装置、甚至逆变器一体型电动压缩机的可靠性。

发明效果：

采用本发明的逆变器模块，通过设在框架接地部和低电压电路之间的区域的绝缘用贯通孔，能够加长控制基板上的框架接地部和低电压电路之间的绝缘距离，可对从框架接地部至低电压电路侧的电磁噪声的传播予以切断、控制，故能利用仅设置贯通孔的简单结构来提高控制基板上的框架接地部附近的绝缘性能，能防止因电磁噪声传播至低电压电路侧而引起的逆变器装置的误动作等。

采用本发明的逆变器一体型电动压缩机，由于能对构成逆变器装置的控制基板上的从框架接地部至低电压电路侧的电磁噪声的传播予以切断、控制，故能提高控制基板上的框架接地部附近的绝缘性能，能防止因电磁噪声传播至低电压电路侧而引起的逆变器装置的误动作等，可提高逆变器装置、甚至逆变器一体型电动压缩机的可靠性。

附图说明

图1是本发明一实施方式的逆变器一体型电动压缩机的侧视图。

图2是装入图1所示的逆变器一体型电动压缩机内的逆变器模块的立体图。

图3是图2所示的逆变器模块的相对于纵截面的图。

图4是构成图2所示的逆变器模块的控制基板的平面配置图。

图5是图4中的A部放大俯视图。

符号说明：

1 逆变器一体型电动压缩机

2 壳体

9 逆变器收容部

20 逆变器装置

21 逆变器模块

22 树脂外壳

23 动力***基板

30 控制基板

40 热固化性树脂

41 树脂制凝胶材料

42 框架接地部

46 低电压电路

47 绝缘用贯通孔

具体实施方式

下面，参照图1至图5来说明本发明的一实施方式。

图1表示本发明一实施方式的逆变器一体型电动压缩机的侧视图。逆变器一体型电动压缩机1具有构成外壳的壳体2。壳体2是通过用螺栓5将收容有图示省略的电动机的电机壳体3、以及收容有图示省略的压缩机构的压缩机壳体4予以一体紧固结合而构成的。电机壳体3和压缩机壳体4是耐压容器，为铝压铸件。

收容于壳体2内部的图示省略的电动机和压缩机构通过电机轴而连接，构成为利用电动机的旋转来驱动压缩机构。在电机壳体3的一端侧(图1的逆变器一体型电动压缩机1的右侧)设有制冷剂吸入口6，从该制冷剂吸入口6吸入电机壳体3内的低温低压制冷剂气体沿电机轴线L方向在电动机的周围流通后，被吸入到压缩机构而被压缩。由压缩机构压缩的高温高压的制冷剂气体，在排出到压缩机壳体4内后，从设于压缩机壳体4的一端侧(图1的逆变器一体型电动压缩机1的左侧)的排出口7送出到外部。

在壳体2上，在例如电机壳体3的一端侧(图1的逆变器一体型电动压缩机1的右侧)的下部和压缩机壳体4的一端侧(图1的逆变器一体型电动压缩机1的左侧)的下部的两个部位、以及压缩机壳体4的上部侧的一个部位这共计三个部位上，设有安装脚8A、8B、8C。该安装脚8A、8B、8C借助托架和螺栓固定设置在设置于车辆发动机室内的行驶用动力机的侧壁等上，由此使逆变器一体型电动压缩机1搭载在车辆侧。

在电机壳体3的外周部，其上部一体地成形有具有规定容积的逆变器收容部9。该逆变器收容部9做成上表面开放的由规定高度的周壁所围起的箱形，在侧表面设有二个电源缆线取出口10。另外，逆变器收容部9的上表面，通过螺纹紧固固定罩盖部件11而被封住。

在逆变器收容部9的内部，收容设置有逆变器装置20，该逆变器装置20将从搭载在车辆上的图示省略的电源单元或蓄电池通过电源缆线供给的直流电转换成交流电，并施加于收容在电机壳体3内部的电动机。逆变器装置20包括：如下详述的逆变器模块21、图示省略的平滑电容器(主电容器(日文：ヘッドキャパシタ))、以及感应线圈等电气元件。图2表示逆变器模块21的立体图，图3表示图2所示的逆变器模块21的相对于纵截面的图。

逆变器模块21具有矩形的树脂外壳22，该树脂外壳22利用嵌入成形而与由铝合金制板材等构成的动力***基板23(参照图3)的底部一体化。在动力***基板23上安装有由多个半导体转换元件等构成的开关电路，该半导体转换元件电路由IGBT等组成。另外，在树脂外壳22上，除了动力***基板23外，利用母线对连接有高电压电源线的P－N端子24、向电动机供给三相交流电的U－V－W端子25、接地26及接地端子27、将动力***基板23与后述的控制基板30之间连接起来的多个连接端子28等予以连接，并嵌入成形为一体。

树脂外壳22做成如上所述的矩形，P－N端子24在逆变器收容部9的沿着设有电源缆线取出口10的侧面的一条边上突出，U－V－W端子25在与其相邻的接近压缩机壳体4侧的一条边上突出。另外，在树脂外壳22的四个角部一体地成形有利用螺栓而紧固固定在逆变器收容部9的底面上的固定脚部29。在该固定脚部29上设有贯通有螺栓的所述接地端子27，利用螺栓将树脂外壳22固定在逆变器收容部9的底面上，从而动力***基板23和控制基板30的后述的框架接地部42(图5表示其连接突片)就与壳体2框体接地。

在树脂外壳22内的上部，与动力***基板23之间保证规定间隙地配设有控制基板(CPU基板)30，该控制基板30由多个连接端子28和接地26支撑。在控制基板30上安装有由CPU等在低电压下进行动作的元件等所构成的控制通信电路，其使安装在动力***基板23上的开关电路动作，对施加于电动机的交流电进行控制。

在该控制基板30上，除了构成控制通信电路的变压器31、电解电容器32等大型电气元件以外，如图4所示，还配设有多个CPU33、EEPROM34、振荡电路35、复位IC电路36、栅极IC电路37等电气元件和电路。另外，在控制基板30上，借助集线器39而连接有贯通逆变器收容部9的多根控制通信用电线和通信线38。

在具有上述结构的逆变器模块21中，为了确保动力***基板23和控制基板30的耐振性、防湿性和绝缘性，在树脂外壳22内充填环氧系树脂等热固化性树脂40以覆盖动力***基板23的上表面，将动力***基板23予以树脂封入。这是为了：利用热固化性树脂40使由被线接合的IGBT等半导体开关元件构成的开关电路予以牢固地固定，确保绝缘性和防湿性，并且对于高度的热力循环、热冲击、振动等也会确保可靠性较高的耐振强度。热固化性树脂40如图3所示，被充填至比树脂外壳22的高度方向上的中间部稍高的位置。

在热固化性树脂40的树脂封入面上充填有硅胶等的树脂制凝胶材料41。该树脂制凝胶材料41在热固化性树脂40的封入面与控制基板30之间(参照图3)充满。该树脂制凝胶材料41主要吸收控制基板30的振动，确保其耐振性，并且确保绝缘性，根据情况，也可充填至比控制基板30的表面高几毫米的位置，由此，至少覆盖安装在控制基板30上表面上的CPU等的微机构成元件和振荡电路等的一部分。由此，也可提高对于安装在控制基板30上表面上的CPU等微机构成元件和振荡电路等电气元件的防湿效果。

另外，如图4及图5所示，在控制基板30上，形成有借助接地26和接地端子27而与壳体2框体接地的框架接地部42，并与该框架接地部42的连接突片相邻地配设有针对半导体开关元件的信号发送用弱电端子(通孔)43、栅极驱动用的弱电端子(通孔)44和电阻45等的低电压电路46。在与高电压***相连的框架接地部42的连接突片和针对半导体开关元件的信号发送用弱电端子43等的低电压电路46之间的区域，设有用于切断电磁噪声的绝缘用贯通孔47，切断该区域。

所述绝缘用贯通孔47，只要是能将框架接地部42的连接突片与低电压电路46之间的绝缘距离尽量做长的孔即可，不限于本例子那样的圆孔，也可做成长孔、方孔或各种形状的变形孔。另外，绝缘用贯通孔47不限于一个，也可在其他的框架接地部42的突片与低电压电路之间进行设置、设置多个。此外，该绝缘用贯通孔47构成为，兼用作用来将树脂制凝胶材料41充满在热固化性树脂40的树脂封入面与控制基板30之间的充填孔。

这样，采用本实施方式，获得如下的作用效果。

从搭载在车辆上的电源单元通过电源缆线而供电到设置于逆变器收容部9内的逆变器装置20的直流电，其经逆变器模块21的P－N端子24而被输入到动力***基板23上的开关电路，在利用由控制基板30控制的半导体开关元件等所构成的开关电路的动作而转换成指定频率的三相交流电后，通过U－V－W端子25而施加在电机壳体3内的电动机上。

由此，电动机在控制指令频率下被旋转驱动，压缩机构进行动作。来自制冷剂吸入口6的低温低压的制冷剂气体利用压缩机构的动作而被吸入到电机壳体3内。该制冷剂在电动机的周围沿电机轴线L方向流动到压缩机壳体4侧并被吸入到压缩机构。利用压缩机构而被压缩成高温高压状态的制冷剂，在被排出到压缩机壳体4内后，经排出口7而被送出到电动压缩机1的外部。

该期间，从制冷剂吸入口6被吸入到电机壳体3内、沿电机轴线L方向流动的低温低压的制冷剂气体，其通过电机壳体3的壳体壁从与逆变器收容部9底面紧密接触地设置的逆变器模块21的动力***基板23吸热，对安装在动力***基板23上的半导体开关元件等发热元件进行强制冷却。由此，确保逆变器装置20的耐热性能。

另一方面，搭载有电动压缩机1的车辆的行驶振动和其驱动源的振动、或电动压缩机1自身的旋转振动等，被直接输入给装在电动压缩机1的逆变器装置20。因此，对于构成逆变器装置20的逆变器模块21、动力***基板23、控制基板31、甚至设置在两基板23、31上的电气元件和电路等，其振动也被传播。

然而，动力***基板23与树脂外壳22一体地模块化，固定脚部29用螺栓而被牢固地紧固固定在逆变器收容部9的底面上。另外，安装在动力***基板23表面上的半导体开关元件等的元件和电路由具有绝缘性和防湿性的环氧系的热固化性树脂40进行树脂封入，得到牢固的保护。因此，对于动力***基板21，能充分确保绝缘性和防湿性，并且，能提高对于高度的热力循环、热冲击和振动等的耐振强度，确保耐振性。

另外，配设在动力***基板23上部上的控制基板30由树脂制凝胶材料41弹性支承，该树脂制凝胶材料41充满在控制基板30的下表面与热固化性树脂40的树脂封入面之间、并充填至覆盖一部分控制基板31的位置。因此，可由树脂制凝胶材料41吸收施加于控制基板30的振动，所以，能充分减少传播至控制基板30的振动，能防止控制基板30因受振动而引起的元件的破损、脱落等。

此外，配设在树脂外壳22的下部和上部的动力***基板23和控制基板30，其之间形成有热固化性树脂40和树脂制凝胶材料41等的树脂层，并且，因为确保充分的绝缘距离，故可防止两基板间的噪声干扰，并且，利用在与形成于控制基板30的高电压***相连的框架接地部42和与其相邻的低电压电路46之间的区域所设置的绝缘用贯通孔47，能够加长控制基板30上的框架接地部42和低电压电路46之间的绝缘距离，能切断、抑制从框架接地部42至低电压电路46侧的电磁噪声的传播。

尤其，能有效地切断、抑制对于与易受电磁噪声所产生的影响的IGBT等半导体开关元件对应的信号发送用弱电端子(通孔)43的电磁噪声的传播。因此，利用只是控制基板30上的特定的位置设置贯通孔47的简单结构，就可提高控制基板30上的框架接地部42附近的绝缘性能，可防止因电磁噪声传播至低电压电路46侧所引起的逆变器装置20的误动作等。

另外，由于将上述绝缘用贯通孔47兼用成用于将树脂制凝胶材料41充填在热固化性树脂40的树脂封入面和控制基板30之间的充填孔，故通过该绝缘用贯通孔47而能可靠地将树脂制凝胶材料41充满至控制基板30的背面侧，因此，可提高树脂制凝胶材料41的充填性，可容易地将树脂制凝胶材料41充填至覆盖一部分控制基板30的高度位置。

此外，绝缘用贯通孔47由于被设置成将控制基板30上的框架接地部42和低电压电路46之间的区域切断，并由树脂制凝胶材料41覆盖，因此，利用将框架接地部42和低电压电路46之间切断的绝缘用贯通孔47能够增加框架接地部42和低电压电路46之间的绝缘距离，并且，由树脂制凝胶材料41覆盖绝缘用贯通孔47，由此进一步提高其之间的绝缘性。所以，能可靠地切断、抑制从框架接地部42至低电压电路46侧的噪声传播，能防止逆变器装置20的误动作等，提高其可靠性。

另外，作为一种通过一体地装入包含上述的逆变器模块21在内的逆变器装置20、而在苛刻的电磁噪声条件下、温度条件和振动条件下使用的车载用的逆变器一体型电动压缩机1，其能抑制最易受使用环境的影响的逆变器装置20中的噪声干扰，并且，能提高耐振强度、防湿性和绝缘性，因此，能提高逆变器一体型电动压缩机1的可靠性和搭载性。

另外，本发明不限定于上述实施方式的发明，在不脱离其主旨的范围内，可作适当变形。例如，在上述的实施方式中，对逆变器收容部9与电机壳体3一体成形的例子作了说明，但不一定要一体成形，也可做成将分别成形的逆变器收容外壳组装成一体的结构。另外，对于压缩机构，不特别限制，也可使用任何形式的压缩机构。

此外，对于逆变器模块21的结构也可作各种变形，尤其在上述实施方式中，对在包含与易受电磁噪声的影响的半导体开关元件对应的信号发送用弱电端子(通孔)43在内的低电压电路46和框架接地部42之间的区域设有绝缘用贯通孔47的例子作了说明，但当根据需要而与框架接地部42相邻地配设有CPU33、EEPROM34、振荡电路35、复位IC电路36、栅极IC电路37等的低电压电路时，也可在它们之间设置绝缘用贯通孔47。

Claims

1.一种逆变器模块，通过树脂外壳而使将由电源供给的直流电转换成交流电并施加于电动机的动力***基板、以及对施加于所述电动机的交流电进行控制的控制基板一体化，该逆变器模块的特征在于，

在所述控制基板上，在与形成于所述控制基板的高电压***相连的框架接地部、和与该框架接地部相邻的低电压电路之间的区域设有绝缘用贯通孔，所述绝缘用贯通孔加长所述框架接地部和所述低电压电路之间的绝缘距离。

2.如权利要求1所述的逆变器模块，其特征在于，在所述树脂外壳的下部设有所述动力***基板，在该树脂外壳的上部设有所述控制基板，

所述动力***基板利用充填至覆盖其上表面的位置的热固化性树脂而被树脂封入在所述树脂外壳内，从该热固化性树脂的树脂封入面至覆盖所述控制基板的至少一部分的位置充填有树脂制凝胶材料，该树脂制凝胶材料借助所述绝缘用贯通孔进行充填。

3.如权利要求2所述的逆变器模块，其特征在于，所述绝缘用贯通孔，切断所述控制基板上的所述框架接地部和与该框架接地部相邻的所述低电压电路之间的区域，该绝缘用贯通孔由所述树脂制凝胶材料覆盖。

4.一种逆变器一体型电动压缩机，在内置有电动机和压缩机构的壳体的外周设有逆变器收容部，在该逆变器收容部的内部一体地装入有将直流电转换成交流电并施加于所述电动机的逆变器装置，该逆变器一体型电动压缩机的特征在于，

在所述逆变器收容部内一体地装入有包含权利要求1至3中任一项所述的逆变器模块在内的逆变器装置。