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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Energieumwandlungs-Platine und einen elektrischen Kompressor. Diese Anmeldung beansprucht Priorität basierend auf der
japanischen Patentanmeldung Nr. 2015-086292 , eingereicht in Japan am 20. April 2015, deren Inhalt durch Bezugnahme hierin übernommen wird.
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Stand der Technik
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Eine in einem Fahrzeug eingebaute Klimaanlage muss aufgrund der Notwendigkeit der Unterbringung verschiedener struktureller Vorrichtungen auf begrenztem Raum, z. B. in einem Fahrzeug, einen großen Raum einsparen. So wurde zum Zweck der Einsparung von viel Raum in den letzten Jahren ein integrierter elektrischer Kompressor bereitgestellt (siehe zum Beispiel PatentdokumEnerente 1 und 2). Im integrierten elektrischen Kompressor sind ein Kompressor, der eine im Fahrzeug eingebaute Klimaanlage bildet, ein Motor für den Antrieb des Kompressors und eine Platine für die Steuerung des Kompressors einstückig ausgebildet.
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Liste der Entgegenhaltungen
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Patentdokument
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- Patentdokument 1: JP-A-2008-099480
- Patentdokument 2: JP-A-2011-229397
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Zusammenfassung der Erfindung
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Technische Probleme
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Der vorstehend beschriebene fahrzeugseitige elektrische Kompressor umfasst den Kompressor, den Motor und die Platine in engem Kontakt zueinander. Dementsprechend erhöht sich ein Ausmaß an zur Platine übertragenen Vibrationen während des Betriebs. Die Platine muss daher bei fortlaufender Platzeinsparung eine höhere Vibrationsfestigkeit aufweisen. Unterdessen ist es wünschenswert, dass ein Einfluss des elektromagnetischen Rauschens, das durch den elektrischen Kompressor erzeugt werden kann, auf eine externe Vorrichtung weiter reduziert wird.
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Die vorliegende Erfindung erfolgte in Hinblick auf die vorstehend genannten Probleme, und ein Gegenstand ist die Bereitstellung einer Energieumwandlungs-Platine und eines elektrischen Kompressors, die einen Einfluss des elektromagnetischen Rauschens auf eine externe Vorrichtung reduzieren und die Vibrationsfestigkeit weiter verbessern können.
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Lösung der Probleme
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Ein Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ist eine Energieumwandlungs-Platine, die eine Platine ist, auf der eine Energieumwandlungs-Platine angebracht ist, die konfiguriert ist, um einen Gleichstrom in Wechselstrom umzuwandeln. Eine Niederspannungs-Schaltung, die mit einer niedrigen Spannung beaufschlagt ist, und eine Hochspannungs-Schaltung, die mit einer hohen Spannung beaufschlagt ist, sind in verschiedenen Bereichen auf der gleichen Platinenoberfläche angeordnet. Befestigungsbohrungen sind in mindestens vier Ecken der Platinenoberfläche und in einem anderen Bereich als den vier Ecken ausgebildet, und ein Masseanschluss ist an einem Rand von jeder Befestigungsbohrung ausgebildet. Auf diese Weise gibt es eine erhöhte Anzahl an Positionen für eine (geschraubte) Befestigung am anderen Teil. Dies verbessert die Befestigungscharakteristik der Energieumwandlungs-Platine an einem Gehäuse des anderen Teils. Ein Massepotenzial des Masseanschlusses wird weiter stabilisiert, da die über den Masseanschluss geerdeten Positionen auf der gesamten Platinenoberfläche verteilt sind. Daher kann ein Einfluss des elektromagnetischen Rauschens auf ein externes Gerät reduziert werden, und die Vibrationsfestigkeit kann weiter gesteigert werden.
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Gemäß einem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung umfasst die Hochspannungsschaltung Reihenkondensator-Gruppen, die jeweils aus einer Mehrzahl von in Reihenschaltung verbundenen Kondensatorelementen zwischen dem Stromquellenanschluss und dem Masseanschluss gebildet sind. Auf diese Weise wird eine an einem Kondensatorelement beaufschlagte Spannung geteilt und reduziert, sodass die Hochspannungsschaltung eine höhere Stehspannungscharakteristik aufweisen kann.
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Gemäß einem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung sind die Reihenkondensator-Gruppen in der Nähe der Befestigungsbohrungen angebracht. Auf diese Weise ist eine Position, die über den an dem Rand der Befestigungsbohrung bereitgestellten Anschluss geerdet ist, nahe an einer mit der Reihenkondensator-Gruppe in der Hochspannungsschaltung am Masseanschluss verbundenen Position. Dies kann das Massepotenzial des gesamten Masseanschlusses der Hochspannungsschaltung weiter stabilisieren, und somit kann ein Einfluss des elektromagnetischen Rauschens auf die externe Vorrichtung weiter unterdrückt werden.
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Gemäß einem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung sind die Reihenkondensator-Gruppen an den gleichen Positionen an jeweils einer Vorderseite und einer Rückseite der Platine angebracht. Zwei Gruppen der an den gleichen Positionen auf der Vorderseite und der Rückseite angebrachten Reihenkondensator-Gruppen sind so montiert, dass die Mehrzahl von Kondensatorelementen das gleiche Anordnungsmuster aufweist. Auf diese Weise können Reihenkondensator-Gruppen auf der Vorderseite und auf der Rückseite den gleichen Kapazitätswert haben, wobei dies auch die Floating-Kapazität entsprechend dem Anordnungsmuster einschließt.
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Nach einem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ist bei der oben beschriebenen Energieumwandlungs-Platine die Verdrahtung der Hochspannungsschaltung von Hochspannungs-Eingangsanschlüssen zu Schaltelementen auf der Platinenoberfläche ausgebildet, während die Verdrahtung der Hochspannungsschaltung von den Schaltelementen zu Hochspannungs-Ausgangsanschlüssen aus einer Sammelschiene besteht, die in einem vorbestimmten Abstand von der Platinenoberfläche bereitgestellt ist. Bei einer derartigen Konfiguration wird das durch die Betätigung der Schaltelemente erzeugte elektromagnetische Rauschen zwischen der auf der Platinenoberfläche ausgebildeten Verdrahtung und der im vorgegebenen Abstand von der Platinenoberfläche bereitgestellten Sammelschiene absorbiert. Dies kann das nach außen emittierte elektromagnetische Rauschen unterdrücken.
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Nach einem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung sind auf der weiter oben beschriebenen Energieumwandlungs-Platine die Verdrahtung von den Hochspannungs-Eingangsanschlüssen zu den Schaltelementen und die Verdrahtung von den Schaltelementen zu den Hochspannungs-Ausgangsanschlüssen einander überkreuzend angeordnet. Bei einer derartigen Konfiguration wird das durch den Betrieb der Schaltelemente erzeugte elektromagnetische Rauschen durch einen Abschnitt effektiv absorbiert, in dem sich die Verdrahtungen gegenseitig überkreuzen. Dies kann das nach außen zu emittierende elektromagnetische Rauschen weiter unterdrücken. Die Region, in der sich die Verdrahtungen gegenseitig überlappen, ermöglicht es, dass die von der Hochspannungsschaltung belegte Region der Energieumwandlungs-Platine kompakt und einteilig integriert ist. Daher kann die gesamte Energieumwandlungs-Platine weiteren Platz einsparen.
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Ein Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ist ein elektrischer Kompressor, der Folgendes einschließt:
die vorstehend beschriebene Energieumwandlungs-Platine; und einen Motor, konfiguriert zum Betrieb auf der Basis eines von der Energieumwandlungs-Platine eingespeisten AC-Stroms.
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Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
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Die vorstehend beschriebene Energieumwandlungs-Platine und der elektrische Kompressor können einen Einfluss des elektromagnetischen Rauschens auf die externe Vorrichtung reduzieren und die Vibrationsfestigkeit weiter verbessern.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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1 ist eine perspektivische Ansicht einer Energieumwandlungs-Platine gemäß einer ersten Ausführungsform.
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2 ist eine Draufsicht einer Energieumwandlungs-Platine gemäß der ersten Ausführungsform.
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3 ist eine untere Ansicht einer Energieumwandlungs-Platine gemäß der ersten Ausführungsform.
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4 ist eine Seitenansicht einer Energieumwandlungs-Platine gemäß der ersten Ausführungsform.
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5 ist eine Vorderansicht einer Energieumwandlungs-Platine gemäß der ersten Ausführungsform.
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6A ist eine erste Zeichnung zur Erläuterung der Merkmale einer Reihenkondensator-Gruppe gemäß der ersten Ausführungsform.
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6B ist eine zweite Zeichnung zur Erläuterung der Merkmale der Reihenkondensator-Gruppe gemäß der ersten Ausführungsform.
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7 ist eine Zeichnung zur Erläuterung der betrieblichen Auswirkungen basierend auf einer Struktur einer Hochspannungsschaltung gemäß der ersten Ausführungsform.
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Beschreibung von Ausführungsformen
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Erste Ausführungsform
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Eine Energieumwandlungs-Platine gemäß einer ersten Ausführungsform ist im Folgenden mit Bezug auf 1 bis 7 beschrieben.
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Gesamtstruktur
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1 ist eine perspektivische Ansicht der Energieumwandlungs-Platine gemäß der ersten Ausführungsform. 2 ist eine Draufsicht einer Energieumwandlungs-Platine gemäß der ersten Ausführungsform. 3 ist eine untere Ansicht einer Energieumwandlungs-Platine gemäß der ersten Ausführungsform. 4 ist eine Seitenansicht einer Energieumwandlungs-Platine gemäß der ersten Ausführungsform. 5 ist eine Vorderansicht einer Energieumwandlungs-Platine gemäß der ersten Ausführungsform. Eine Energieumwandlungs-Platine 1 gemäß der ersten Ausführungsform ist eine Platine, die einen Inverter zum Umwandeln eines durch einen Eingangsanschluss (weiter unten beschrieben) von außen zugeführten DC-Stroms in einen Dreiphasen-Wechselstrom bildet. Hierbei ist die Energieumwandlungs-Platine 1 gemäß der ersten Ausführungsform einstückig montiert auf einem elektrischen Kompressor mit einem AC-Motor, der auf der Basis des Dreiphasen-Wechselstromausgangs durch die Energieumwandlungs-Platine 1 betrieben wird. Der elektrische Kompressor wird beispielsweise in einer in einem Fahrzeug eingebauten Klimaanlage (Kfz-Klimaanlage) verwendet. In diesem Fall empfängt der elektrische Kompressor (die Energieumwandlungs-Platine 1) eine Eingabe des DC-Stroms von beispielsweise einer im Fahrzeug eingebauten Batterie.
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Entsprechend der Darstellung in 1 bis 5 schließt die Energieumwandlungs-Platine 1 einen Platinen-Hauptabschnitt 10 und ein Sammelschienen-Stützelement 20 ein.
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Der Platinen-Hauptabschnitt 10 ist eine Leiterplatte, auf der verschiedene Schaltelemente angebracht sind. Die Schaltelemente bilden eine Energieumwandlungsschaltung (Inverter), die einen Gleichstrom in einen Wechselstrom umwandelt. Entsprechend der Darstellung beispielsweise in 1 sind ein Teil einer Hochspannungsschaltung 10a, die mit einer Hochspannung beaufschlagt wird, und eine Niederspannungsschaltung 10b, die mit einer Niederspannung beaufschlagt wird, separat in unterschiedlichen Bereichen auf einer Platinenoberfläche des Platinen-Hauptabschnitts 10 angeordnet (einschließlich sowohl einer Oberfläche auf einer Seite in +Z-Richtung als auch einer Oberfläche auf einer Seite in –Z-Richtung).
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Die Hochspannungsschaltung 10a ist eine Starkstromschaltung, die mit einer zum Antrieb des nicht dargestellten AC-Motors benötigten Hochspannung beaufschlagt wird. Insbesondere wird die Hochspannungsschaltung 10a mit einer DC-Hochspannungseingabe, beispielsweise von der im Fahrzeug eingebauten Batterie, beaufschlagt. Die eingegebene DC-Hochspannung wird durch Schaltelemente SW in einen Dreiphasen-Wechselstrom zum Antrieb des AC-Motors umgewandelt. Jedes der Schaltelemente SW schaltet zwischen einem ON-Zustand, der einen Stromfluss ermöglicht, und einem OFF-Zustand, der den Strom sperrt, auf der Basis eines Steuersignals (Gate-Eingang) von der Niederspannungs-Schaltung 10b (weiter unten beschrieben). Zwei Schaltelemente SW sind jeweils bereitgestellt für eine U-Phase, eine V-Phase und eine W-Phase, die einen Dreiphasen-Wechselstrom bilden. Dementsprechend sind insgesamt sechs Schaltelemente SW auf der Platinenoberfläche des Platinen-Hauptabschnitts 10 angebracht. Jedes der Schaltelemente SW wiederholt ON und OFF mit vorgegebenem Timing zur Versorgung des AC-Motors mit Dreiphasen-Wechselstrom (U-Phase, V-Phase und W-Phase). Man beachte, dass das Schaltelement SW beispielsweise durch einen Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode (IGBT) veranschaulicht werden kann, wobei es jedoch beispielsweise ein Bipolartransistor oder ein Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET) sein kann.
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Andererseits ist die Niederspannungsschaltung 10b eine Kleinsignalschaltung, die mit einer Spannung arbeitet, die niedriger ist als die der Hochspannungsschaltung 10a. Insbesondere sind ein Steuerchip, wie beispielsweise ein Mikrocomputer, und verschiedene Sensoren, wie beispielsweise ein Stromsensor, an der Niederspannungsschaltung 10b angebracht, und die Niederspannungsschaltung 10b arbeitet durch das Anlegen einer DC-Niederspannung. Beispielsweise gibt der auf der Niederspannungsschaltung 10b angebrachte Mikrocomputer als Reaktion auf die Detektionsergebnisse der verschiedenen Sensoren ein vorgegebenes Ansteuerungssignal an jedes der Schaltelemente SW aus, um das Schaltelement SW so zu steuern, dass den Situationen entsprechend ein gewünschter Dreiphasen-Wechselstrom erzeugt wird.
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Man beachte, dass der Platinen-Hauptabschnitt 10 gemäß der ersten Ausführungsform eine Platine mit mehrschichtiger Verdrahtung ist, die eine Mehrzahl von gelagerten Schichten einschließt. Im Bereich des Platinen-Hauptabschnitts 10, in dem die Hochspannungsschaltung 10a angebracht ist, sind mindestens eine Stromquellen-Musterschicht und eine Erdungs-(GND)-Musterschicht angeordnet. Die Stromquellen-Musterschicht ist mit Stromquellenverdrahtung strukturiert, die mit der weiter oben beschriebenen Hochspannung beaufschlagt wird. Die GND-Musterschicht ist mit geerdeter Masseverdrahtung strukturiert.
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Struktur der Hochspannungsschaltung
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Im Folgenden wird eine Struktur der Hochspannungsschaltung 10a mit Bezug auf 1 bis 5 detaillierter beschrieben. Entsprechend der Darstellung in 1 bis 5 ist die Hochspannungsschaltung 10a gebildet aus Hochspannungs-Eingangsanschlüssen 10a1, einer RC-Schaltung 10a2, den Schaltelementen SW, dem Sammelschienen-Stützelement 20, einem Kondensator C und einem Induktor L, die miteinander elektrisch verbunden sind. Bei der folgenden Beschreibung wird hauptsächlich Bezug genommen auf 3, wobei die Energieumwandlungs-Platine 1 von einer Bodenoberflächenseite aus betrachtet wird (–Z-Richtung). Hierbei ist eine +X-Richtung in 3 als linke Seite angegeben (Seite am linken Rand), und eine –X-Richtung ist dabei als rechte Seite angegeben (Seite am rechten Rand). Weiter ist eine +Y-Richtung in 3 als obere Seite angegeben (Seite am oberen Rand), und eine –Y-Richtung ist dabei als untere Seite angegeben (Seite am unteren Rand).
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Die Hochspannungs-Eingangsanschlüsse 10a1 sind auf der Platinenoberfläche auf einer rückseitigen Fläche (–Z-Richtung) des Platinen-Hauptabschnitts 10 und am linken Ende (+X-Richtung) des Platinen-Hauptabschnitts 10 (siehe 3) angebracht. Die Hochspannungs-Eingangsanschlüsse 10a1 sind elektrisch mit einer separat montierten Batterie verbunden, und eine DC-Hochspannung wird durch die Batterie an die Hochspannungs-Eingangsanschlüsse 10a1 angelegt. Man beachte, dass der Kondensator C und der Induktor L für Hochspannung auf der Platinenoberfläche auf der Seite (+Z-Richtung) gegenüber der Oberfläche angeordnet sind, auf der die Hochspannungs-Eingangsanschlüsse 10a1 montiert sind (siehe 2). Der Kondensator C und der Induktor L für Hochspannung können die DC-Hochspannung von der Batterie stabilisieren. Die DC-Hochspannungseingabe von den Hochspannungs-Eingangsanschlüssen 10a1 wird über die RC-Schaltung 10a2, die am rechten Ende (–X-Richtung) der Hochspannungsschaltung 10a angeordnet ist, zu den sechs Schaltelementen SW eingegeben, die am gleichen rechten Ende angebracht sind.
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Die RC-Schaltung 10a2 ist eine Schaltung, die ein Widerstandselement und ein Kondensatorelement einschließt, die miteinander elektrisch verbunden sind, und sie wirkt als Filter. Die RC-Schaltung 10a2 ist auf der Platinenoberfläche des Platinen-Hauptabschnitts 10, angebracht, und zumindest ein Teil der RC-Schaltung 10a2 ist in einem Raum zwischen dem Sammelschienen-Stützelement 20, das im Folgenden beschrieben wird, und dem Platinen-Hauptabschnitt 10 (siehe beispielsweise 3) angebracht.
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Die sechs Schaltelemente SW sind auf der Unterseite (–Y-Richtung) der RC-Schaltung 10a2 auf dem Platinen-Hauptabschnitt 10 angebracht.
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Das Sammelschienen-Stützelement 20 ist auf der Platinenoberfläche auf der Rückseite (–Z-Richtung) des Platinen-Hauptabschnitts 10 so angeordnet, dass es neben der linken Seite (+X-Richtung) des Bereichs liegt, auf dem die sechs Schaltelemente SW montiert sind. Das Sammelschienen-Stützelement 20 ist in einer Position in einem vorbestimmten Abstand von der Platinenoberfläche auf der Rückseite des Platinen-Hauptabschnitts 10 angeordnet (siehe 4). Am Sammelschienen-Stützelement 20 sind drei Sammelschienen angebracht, die der U-Phase, der V-Phase bzw. der W-Phase entsprechen. Die drei am Sammelschienen-Stützelement 20 angebrachten Sammelschienen verlaufen von Sammelschienen-Verbindungsanschlüssen 20a, die auf der unteren Seite (–Y-Richtung) des Sammelschienen-Stützelements 20 angeordnet sind, zu Hochspannungs-Ausgangsanschlüssen 20b, die auf der oberen Seite (+Y-Richtung) des Sammelschienen-Stützelements 20 angeordnet sind, während ein konstanter Abstand von der Platinenoberfläche des Platinen-Hauptabschnitts 10 aufrechterhalten bleibt. Die drei vorstehend beschriebenen Sammelschienen sind jetzt so angeordnet, dass sie die Hochspannungsschaltung 10a überqueren, die von der linken Seite zur rechten Seite der Platinenoberfläche des Platinen-Hauptabschnitts 10 angeordnet ist.
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Die drei Sammelschienen, die am Sammelschienen-Stützelement 20 angebracht sind, sind elektrisch mit einer Verdrahtung verbunden, die auf der Platinenoberfläche des Platinen-Hauptabschnitts 10 an den Sammelschienen-Verbindungsanschlüssen 20a angebracht ist. Der AC-Strom jeder Phase, der erzeugt wird durch Ansteuern der Schaltelemente SW zum Einschalten oder Ausschalten, wird über den Sammelschienen-Verbindungsanschluss 20a zu jeder dazugehörigen Sammelschiene eingegeben. Der AC-Strom, der jeder der U-Phase, der V-Phase und der W-Phase entspricht, wird vom Hochspannungs-Ausgangsanschluss 20b jeder Phase durch die Sammelschiene ausgegeben, die vom Sammelschienen-Verbindungsanschluss 20a, der auf der unteren Seite des Sammelschienen-Stützelements 20 angeordnet ist, zu dessen oberer Seite verläuft. Auf diese Weise sind, wenn man die Energieumwandlungs-Platine 1 von der Bodenoberfläche betrachtet, die Verdrahtung der Hochspannungsschaltung 10a von den Hochspannungs-Eingangsanschlüssen 10a1 zu den Schaltelementen SW und ihre Verdrahtung von den Schaltelementen SW zu den Hochspannungs-Ausgangsanschlüssen 20b so angeordnet, dass sie einander in der Hochspannungsschaltung 10a überkreuzen, die auf der Energieumwandlungs-Platine 1 angebracht ist.
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Der Platinen-Hauptabschnitt 10 schließt eine Mehrzahl von Reihenkondensator-Gruppen 10a3 ein, von denen jede ein Kondensatorelement ist, das zum Zweck der Reduzierung elektromagnetischen Rauschens bereitgestellt ist und das zwischen der Stromquellenverdrahtung, die mit einer Hochspannung in der Hochspannungsschaltung 10a beaufschlagt wird, und der Masseverdrahtung, die geerdet ist, angeschlossen ist. Die Reihenkondensator-Gruppe 10a3 ist gebildet aus einer Mehrzahl von (beispielsweise fünf) Kondensatorelementen (beispielsweise in der Größenordnung von mehreren tausend pF pro Element), die in Reihe angeschlossen sind (siehe 2 und 3). Jedes der Kondensatorelemente kann z. B. ein allgemeiner Keramikkondensator sein.
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Entsprechend der Darstellung beispielsweise in 2 und 3 sind bei der vorliegenden Ausführungsform die Reihenkondensator-Gruppen 10a3 an den gleichen Positionen (einander überlappende Positionen, bei Betrachtung von der Seite der +Z-Richtung oder der –Z-Richtung) auf der vorderen Seite (Oberfläche der Seite der +Z-Richtung) des Platinen-Hauptabschnitts 10 sowie auf der hinteren Seite (Oberfläche der Seite der +Z-Richtung) des Platinen-Hauptabschnitts 10 angebracht. Zwei Gruppen der Reihenkondensator-Gruppen 10a3, die an den gleichen Positionen auf der vorderen Seite sowie auf der hinteren Seite angeordnet sind, sind so angebracht, dass die Mehrzahl von Kondensatorelementen das gleiche Anordnungsmuster aufweist.
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Der Platinen-Hauptabschnitt 10 gemäß der ersten Ausführungsform ist mit Befestigungsbohrungen 11 zum Anbringen des Platinen-Hauptabschnitts 10 an einem Gehäuse des elektrischen Kompressors (nicht dargestellt) bereitgestellt. Die Energieumwandlungs-Platine 1 ist durch die Befestigungsbohrungen 11 mit dem Gehäuse des elektrischen Kompressors verschraubt. Eine Befestigungsbohrung 11 ist in jeder der vier Ecken des Platinen-Hauptabschnitts 10 bereitgestellt, und die Mehrzahl von Befestigungsbohrungen 11 ist auch nahe dem Zentrum des Platinen-Hauptabschnitts 10 bereitgestellt (siehe 2 und 3). Ein mit der Masseverdrahtung verbundener Erdungsanschluss ist am Rand der Befestigungsbohrung 11 bereitgestellt. Somit ist die Energieumwandlungs-Platine 1 mittels des Verschraubens durch die Befestigungsbohrungen 11 durch den Erdungsanschluss geerdet, der am Rand der Befestigungsbohrung 11 bereitgestellt ist. Weiter ist die oben beschriebene Reihenkondensator-Gruppe 10a3 in der Nähe der Befestigungsbohrung 11 angebracht, die jeder der Befestigungsbohrungen 11 entspricht (siehe 2 und 3).
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Merkmale von Reihenkondensator-Gruppen
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6A ist eine erste Zeichnung zur Erläuterung der Merkmale einer Reihenkondensator-Gruppe gemäß der ersten Ausführungsform. 6B ist eine zweite Zeichnung zur Erläuterung der Merkmale der Reihenkondensator-Gruppe gemäß der ersten Ausführungsform. Ein in 6A wiedergegebenes Schaubild zeigt ein Beispiel von Frequenzeigenschaften elektromagnetischen Rauschens, das durch die Energieumwandlungs-Platine 1 erzeugt wird (die vertikale Achse zeigt die Rauschintensität [dB], und die horizontale Achse gibt die Frequenz [Hz] wieder). Ein in 6B wiedergegebenes Schaubild zeigt ein Beispiel von Frequenzeigenschaften der Impedanz von jedem der Kondensatorelemente, die die Reihenkondensator-Gruppe 10a3 bilden (die vertikale Achse zeigt die Impedanz [Ω], und die horizontale Achse gibt die Frequenz [Hz] wieder).
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Das von der hierin erörterten Energieumwandlungs-Platine 1 emittierte elektromagnetische Rauschen hat besondere Frequenzeigenschaften wegen eines Produkts, beispielsweise aufgrund von Eigenschaften montierter Elemente, ihrer Schaltungsmuster, der beaufschlagten Spannung und Betriebsfrequenz. Entsprechend der Darstellung in 6A weist das elektromagnetische Rauschen der Energieumwandlungs-Platine 1 beispielsweise eine höhere Intensität auf als ein vorgeschriebener Wert TH bei einer Mehrzahl unterschiedlicher Frequenzen f1, f2. In diesem Fall werden die fünf Kondensatorelemente, die die Reihenkondensator-Gruppe 10a3 bilden, so gewählt, dass das elektromagnetische Rauschen bei der Mehrzahl von Frequenzen f1, f2 reduziert wird, bei denen das elektromagnetische Rauschen größer als der oder gleich dem vorgeschriebene(n) Wert TH ist, der der Mehrzahl von Frequenzen f1, f2 entspricht.
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Insbesondere hat die Impedanz (Ω) des Kondensatorelements Frequenzeigenschaften entsprechend der Darstellung in 6B. Anders ausgedrückt, nimmt die Impedanz lokal aufgrund von Resonanzeigenschaften in einem Frequenzband ab. Die Frequenzeigenschaften der Impedanz des Kondensatorelements unterscheiden sich voneinander in Abhängigkeit von einem Typ eines ausgewählten Kondensatorelements. Somit werden die Frequenzeigenschaften der unterschiedlichen Impedanz von jedem der Kondensatorelemente, die die Reihenkondensator-Gruppe bilden, entsprechend den Frequenzen f1, f2, bei denen das elektromagnetische Rauschen intensiv ist, kombiniert. Dies kann das elektromagnetische Rauschen bei einer gewünschten Frequenz (wie z. B. den Frequenzen f1, f2) effektiv reduzieren.
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Betriebliche Effekte
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7 ist eine Zeichnung zur Erläuterung der betrieblichen Auswirkungen basierend auf einer Struktur einer Hochspannungsschaltung gemäß der ersten Ausführungsform. Entsprechend der Darstellung in 7 ist die Energieumwandlungs-Platine 1 gemäß der ersten Ausführungsform dadurch gekennzeichnet, dass die Niederspannungsschaltung 10b, die mit Niederspannung beaufschlagt wird, und die Hochspannungsschaltung 10a, die mit Hochspannung beaufschlagt wird, in den unterschiedlichen Bereichen auf der gleichen Platinenoberfläche separat angeordnet sind. Auf diese Weise sind die Hochspannungsschaltung 10a und die Niederspannungsschaltung 10b separat angeordnet. Dies kann einen Interferenzgrad des von der Hochspannungsschaltung 10a emittierten elektromagnetischen Rauschens mit der Niederspannungsschaltung 10b reduzieren. Weiter sind die Hochspannungsschaltung 10a und die Niederspannungsschaltung 10b auf der gleichen Platinenoberfläche angeordnet, was somit Platz einsparen kann. Entsprechend der vorstehenden Beschreibung kann die Energieumwandlungs-Platine 1 einen Einfluss des elektromagnetischen Rauschens bei gleichzeitiger Platzeinsparung reduzieren.
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Bei der Energieumwandlungs-Platine 1 gemäß der ersten Ausführungsform entsprechend der Darstellung in 7 ist die Verdrahtung der Hochspannungsschaltung 10a von den Hochspannungs-Eingangsanschlüssen 10a1 zu den Schaltelementen SW (Verdrahtung, durch die ein Gleichstrom Id fließt) auf der Platinenoberfläche des Platinen-Hauptabschnitts 10 ausgebildet, während die Verdrahtung von den Schaltelementen SW zu den Hochspannungs-Ausgangsanschlüssen 20b (Verdrahtung, durch die ein Wechselstrom Ia fließt) durch die im vorbestimmten Abstand von der Platinenoberfläche bereitgestellte Sammelschiene gebildet wird. Auf diese Weise wird das durch die Ansteuerung der Schaltelemente SW erzeugte elektromagnetische Rauschen (wie z. B. Klingelrauschen) zwischen der auf der Platinenoberfläche des Platinen-Hauptabschnitts 10 ausgebildeten Verdrahtung und der im vorbestimmten Abstand von der Platinenoberfläche zusätzlich zur RC-Schaltung 10a2 bereitgestellten Sammelschiene absorbiert. Dies kann das nach außen emittierte elektromagnetische Rauschen unterdrücken.
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Bei der Energieumwandlungs-Platine 1 gemäß der ersten Ausführungsform sind die Verdrahtung von den Hochspannungs-Eingangsanschlüssen 10a1 zu den Schaltelementen SW und die Verdrahtung von den Schaltelementen SW zu den Hochspannungs-Ausgangsanschlüssen 20b so angeordnet, dass sie sich jeweils überkreuzen. Dies bedeutet, dass sich die Verdrahtung der Hochspannungsschaltung 10a, durch die der Gleichstrom-Id fließt (auf der Platinenoberfläche des Platinen-Hauptabschnitts 10a angebrachte Verdrahtung), und die Verdrahtung der Hochspannungsschaltung 10a, durch die der Wechselstrom Id fließt (durch das Sammelschienen-Stützelement 20 getragene Sammelschiene), in der Struktur jeweils dreidimensional überkreuzen. Auf diese Weise wird das durch die Ansteuerung der Schaltelemente SW erzeugte elektromagnetische Rauschen durch einen Abschnitt effektiv absorbiert, in dem sich die Verdrahtungen gegenseitig überkreuzen. Dies kann das nach außen zu emittierende elektromagnetische Rauschen weiter unterdrücken. Die vorstehend beschriebene Struktur, in der sich die Verdrahtungen gegenseitig überkreuzen, ermöglicht es, dass die von der Hochspannungsschaltung 10a belegte Region der Energieumwandlungs-Platine 1 kompakt und einteilig integriert ist. Daher kann die gesamte Energieumwandlungs-Platine 1 weiter in der Größe reduziert werden (und weiteren Platz einsparen).
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Bei der Energieumwandlungs-Platine 1 gemäß der ersten Ausführungsform ist mindestens ein Teil der RC-Schaltung 10a2 in einem Raum zwischen der Verdrahtung von den Hochspannungs-Eingangsanschlüssen 10a1 zu den Schaltelementen SW und der Verdrahtung von den Schaltelementen SW zu den Hochspannungs-Ausgangsanschlüssen bereitgestellt. Auf diese Weise kann der Effekt der Eliminierung des elektromagnetischen Rauschens auf der Basis der Funktion der RC-Schaltung 10a2 als Tiefpass-Filter erzielt werden. Weiter kann der bereitgestellte Raum zwischen der Verdrahtung von den Hochspannungs-Eingangsanschlüssen 10a1 zu den Schaltelementen SW und der Verdrahtung von den Schaltelementen SW zu den Hochspannungs-Ausgangsanschlüssen effektiv eingesetzt werden, um benötigten Raum für die Anbringung der RC-Schaltung 10a2 zu sichern. Daher kann die Energieumwandlungs-Platine 1 weiteren Platz einsparen.
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Die Energieumwandlungs-Platine 1 gemäß der ersten Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass die Hochspannungsschaltung 10a die Reihenkondensator-Gruppen 10a3 einschließt, die jeweils aus der Mehrzahl von zwischen der Stromquellenverdrahtung und der Masseverdrahtung in Reihe verbundenen Kondensatorelementen gebildet sind. Auf diese Weise wird die an einem Kondensatorelement beaufschlagte Spannung geteilt und reduziert, sodass die Hochspannungsschaltung 10a eine besser Stehspannungscharakteristik aufweisen kann. Selbst wenn eines der Kondensatorelemente zerstört und kurzgeschlossen ist, können die anderen, in Reihe verbundenen Kondensatorelemente einen Kurzschluss zwischen der Stromquellenverdrahtung und der Masseverdrahtung verhindern. Somit kann weiter jedes der Kondensatorelemente, die die Reihenkondensator-Gruppe 10a3 bilden, nach Bedarf ausgewählt werden, sodass die Impedanzcharakteristik der gesamten Reihenkondensator-Gruppe 10a3 gemäß dem für ein Produkt besonderen elektromagnetischen Rauschen in geeigneter Weise geregelt werden kann. Entsprechend der Beschreibung weiter oben kann ein Einfluss des elektromagnetischen Rauschens auf die externe Vorrichtung reduziert werden, und die Stehspannungscharakteristik lässt sich weiter verbessern.
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Bei der Energieumwandlungs-Platine 1 gemäß der ersten Ausführungsform weist jedes der Kondensatorelemente, die die Reihenkondensator-Gruppe 10a3 bilden, eine unterschiedliche Impedanzcharakteristik auf (Frequenzcharakteristik der Impedanz), die das elektromagnetische Rauschen bei der Mehrzahl von Frequenzen reduzieren kann, bei denen das elektromagnetische Rauschen größer als der oder gleich dem vorgeschriebene(n) Wert TH (6A) entsprechend der Mehrzahl von Frequenzen ist. Somit werden die Frequenzeigenschaften der unterschiedlichen Impedanz entsprechend den Frequenzen kombiniert, bei denen das elektromagnetische Rauschen intensiv ist (Frequenzen f1, f2 in 6A). Dies kann das elektromagnetische Rauschen bei einer gewünschten Frequenz effektiv reduzieren.
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Bei der Energieumwandlungs-Platine 1 gemäß der ersten Ausführungsform sind die Reihenkondensator-Gruppen 10a3 an den gleichen Positionen sowohl auf der vorderen Oberflächenseite als auch auf der hinteren Oberflächenseite des Platinen-Hauptabschnitts 10 angebracht. Zwei Gruppen der Reihenkondensator-Gruppen 10a3, die an den gleichen Positionen auf der vorderen Seite sowie auf der hinteren Seite des Platinen-Hauptabschnitts 10 angeordnet sind, sind so angebracht, dass die Mehrzahl von Kondensatorelementen das gleiche Anordnungsmuster aufweist. Es wird angenommen, dass zwischen den Kondensatorelementen eine Schwebelastkapazität entsprechend der jeweiligen Positionsbeziehungen gebildet wird. Daher können die Reihenkondensator-Gruppen 10a3 auf der vorderen Oberflächenseite und der hinteren Oberflächenseite bei dem gleichen Anordnungsmuster den gleichen Kapazitätswert aufweisen, der auch die Schwebelastkapazität entsprechend dem Anordnungsmuster einschließt.
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Bei der Energieumwandlungs-Platine 1 gemäß der ersten Ausführungsform sind die Befestigungsbohrungen 11 in mindestens vier Ecken der Platinenoberfläche und in dem anderen Bereich als den vier Ecken (nahe am Zentrum) ausgebildet, und der am Rand der Befestigungsbohrung 11 bereitgestellte Erdungsanschluss ist ausgebildet. Somit sind mehr Positionen zum Verschrauben vorhanden. Dies verbessert nicht nur die Befestigungsmerkmale der Energieumwandlungs-Platine 1 am Gehäuse des elektrischen Kompressors, sondern stabilisiert auch weiter ein Massepotenzial der Masseverdrahtung, da die durch den Erdungsanschluss geerdeten Positionen auf der gesamten Platinenoberfläche verteilt sind. Daher kann ein Einfluss des elektromagnetischen Rauschens auf die externe Vorrichtung reduziert werden, und die Vibrationsfestigkeit lässt sich weiter verbessern.
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Bei der Energieumwandlungs-Platine 1 gemäß der ersten Ausführungsform ist die Mehrzahl von Reihenkondensator-Gruppen 10a3 in der Nähe der Befestigungsbohrungen 11 angebracht. Somit ist eine durch den am Rand der Befestigungsbohrung 11 bereitgestellten Anschluss geerdete Position nahe an einer mit der Reihenkondensator-Gruppe 10a3 verbundenen Position an der Masseverdrahtung in der Hochspannungsschaltung 10a. Dies stabilisiert weiter das Massepotenzial der gesamten Masseverdrahtung der Hochspannungsschaltung 10a, und somit kann ein Einfluss des elektromagnetischen Rauschens auf die externe Vorrichtung weiter unterdrückt werden.
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Abänderung der ersten Ausführungsform
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Bislang wurden vorstehend Details der Energieumwandlungs-Platine 1 gemäß der ersten Ausführungsform beschrieben, jedoch sollten die spezifischen Aspekte der Energieumwandlungs-Platine 1 nicht als diesbezüglich eingeschränkt ausgelegt werden, und zahlreiche Abänderungen des Konzepts können vorgenommen werden, ohne vom Grundprinzip abzuweichen.
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Beispielsweise wurde bei der ersten Ausführungsform beschrieben, dass die Verdrahtung von den Hochspannungs-Eingangsanschlüssen 10a1 zu den Schaltelementen SW und die Verdrahtung von den Schaltelementen SW zu den Hochspannungs-Ausgangsanschlüssen 20b so angeordnet sind, dass sie sich auf der Energieumwandlungs-Platine 1 jeweils überkreuzen; eine Konfiguration ist bei den anderen Ausführungsformen jedoch nicht auf eine derartige Konfiguration beschränkt. Anders ausgedrückt, brauchen sich die Verdrahtung von den Hochspannungs-Eingangsanschlüssen 10a1 zu den Schaltelementen SW und die Verdrahtung von den Schaltelementen SW zu den Hochspannungs-Ausgangsanschlüssen 20b nicht notwendigerweise auf der Energieumwandlungs-Platine 1 gemäß den anderen Ausführungsformen gegenseitig zu überkreuzen. Beispielsweise können sich mindestens Teile beider Verdrahtungen gegenseitig überlappen und erweitern.
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Weiter wurde bei der ersten Ausführungsform beschrieben, dass die RC-Schaltung 10a2 zum Reduzieren elektromagnetischen Rauschens als Reaktion auf die Ansteuerung der Schaltelemente SW auf der Energieumwandlungs-Platine 1 angeschlossen ist, jedoch ist eine Konfiguration bei anderen Ausführungsformen nicht auf diesen Gesichtspunkt eingeschränkt. Anders ausgedrückt, kann die Energieumwandlungs-Platine 1 gemäß den anderen Ausführungsformen die RC-Schaltung 10a2 nicht einschließen. Auch in diesem Fall kann die Energieumwandlungs-Platine 1 gemäß den anderen Ausführungsformen nur einen Anschluss einschließen, an dem die RC-Schaltung 10a2 angebracht werden kann. Somit ermöglicht das Bereitstellen nur einer Region zum Anschluss der RC-Schaltung 10a2 die Auswahl, ob die RC-Schaltung 10a2 gemäß dem Kundenbedarf (Grad des elektromagnetischen Rauschens, das reduziert werden soll) angebracht werden soll oder nicht.
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Während bestimmte Ausführungsformen beschrieben wurden, wurden diese Ausführungsformen lediglich als Beispiel aufgeführt und sollen den Schutzumfang der Erfindung nicht einschränken. Die hier beschriebenen Ausführungsformen können in einer Mehrzahl von anderen Formen ausgeführt sein, und darüber hinaus können verschiedene Auslassungen, Ersetzungen und Änderungen vorgenommen werden, ohne dabei vom Grundgedanken der Erfindung abzuweichen. Die beigefügten Patentansprüche und deren Äquivalente sollen derartige Ausführungsformen oder Abänderungen abdecken, die unter den Schutzumfang und Grundgedanken der Erfindung fallen.
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Industrielle Anwendbarkeit
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Die vorstehend beschriebene Energieumwandlungs-Platine und der elektrische Kompressor können einen Einfluss des elektromagnetischen Rauschens reduzieren, während Platz eingespart wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Energieumwandlungs-Platine
- 10
- Platinen-Hauptabschnitt
- 10a
- Hochspannungsschaltung
- 10a1
- Hochspannungs-Eingangsanschluss
- 10a2
- RC-Schaltung
- 10a3
- Reihenkondensator-Gruppe
- 10b
- Niederspannungsschaltung
- 11
- Befestigungsbohrung
- 20
- Sammelschienen-Stützelement
- 20a
- Sammelschienen-Verbindungsanschluss
- 20b
- Hochspannungs-Ausgangsanschluss
- SW
- Schaltelement
- C
- Kondensator
- L
- Induktor
