JP5010516B2 - インバータ一体型電動圧縮機およびそのインバータ装置 - Google Patents

Description

本発明は、電動モータと圧縮機構とが内蔵されているハウジングの外周にインバータ装置が一体に組み込まれて構成される車載空調装置用のインバータ一体型電動圧縮機およびそのインバータ装置に関するものである。

近年、車両に搭載される空調装置用圧縮機として、インバータ装置が一体に組み込まれることにより構成されるインバータ一体型電動圧縮機が種々提案されている。このインバータ一体型電動圧縮機は、電動モータと圧縮機構とが内蔵されるハウジングの外周にインバータ収容部（インバータボックス）が設けられ、その内部に高電圧電源から供給される直流電力を三相交流電力に変換し、ガラス密封端子を介して電動モータに給電するインバータ装置を組み込むことにより、空調負荷に応じて圧縮機回転数が可変制御される構成とされている。

インバータ装置は、特許文献１，２に示されるように、直流電力を三相交流電力に変換する複数個の電力用半導体スイッチング素子（ＩＧＢＴ等）が実装されているパワー系基板（台座部、ユニットベースを含む）と、ＣＰＵ等の低電圧で動作する素子を有する制御通信回路が実装されているＣＰＵ基板（プリント基板）とが上下２段に配設され、これがインバータケースあるいは外枠部内に収容されることにより、圧縮機ハウジングの外周部に組み込まれている。

特開平８−３２２２６４号公報 特開２００４−１６２６１８号公報

車載空調装置用圧縮機は、搭載車両におけるエンジンルーム内の高密度化に伴い、搭載性を確保するために、一層の小型コンパクト化が求められており、インバータ装置を一体に組み込んだインバータ一体型電動圧縮機にあっても、インバータ装置を含めたインバータ収容部に対する小型化の要求が極めて高い。この要求を満たすべくインバータ装置およびインバータ収容部の小型コンパクト化ならびに組み立て性向上の一環として、インバータ装置のモジュール化が進められている。

この場合、電力用半導体スイッチング素子等がベアの状態で実装されているパワー系金属基板と、複数の端子類、バスバー等が一体にインサート成形された樹脂製ケースとを一体化してインバータモジュールを構成し、このインバータモジュールにおけるパワー系金属基板の上方にＣＰＵ基板（プリント基板）を配設することによってインバータ装置を構成している。

しかしながら、上記構成のインバータ装置において、ＣＰＵ基板がインバータモジュールの樹脂製ケースよりもやや大きくされ、樹脂製ケースの上面に配設されることがある。この場合、運搬時や組み立て時にインバータ装置をハンドリングする際、ＣＰＵ基板に素手で直接触れたり、あるいはＣＰＵ基板を把持してインバータ装置を持ち上げたりするおそれがある。これによって、ＣＰＵ基板を破損したり、静電気が発生してＣＰＵ基板が損傷されたりする等のリスクがあった。

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、ＣＰＵ基板に触れたり、ＣＰＵ基板を把持したりすることなく、インバータ装置をハンドリングすることが可能なインバータ一体型電動圧縮機およびそのインバータ装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のインバータ一体型電動圧縮機およびそのインバータ装置は、以下の手段を採用する。
すなわち、本発明にかかるインバータ一体型電動圧縮機は、電動モータおよび圧縮機構が内蔵されているハウジングの外周にインバータ収容部が設けられ、その内部に高電圧電源からの直流電力を三相交流電力に変換して前記電動モータに給電するインバータ装置が設けられているインバータ一体型電動圧縮機において、前記インバータ装置は、電力用半導体スイッチング素子等が実装されているパワー系金属基板と、複数の端子類等が一体にインサート成形された樹脂製ケースとが一体化されたインバータモジュールを備え、該インバータモジュールの上面にＣＰＵ等の低電圧で動作する制御通信回路が実装されているＣＰＵ基板が設けられた構成とされ、前記樹脂製ケースには、その周囲の上方端縁に水平方向に伸長する把持部が一体成形されていることを特徴とする。

本発明によれば、インバータ装置のパワー系金属基板と樹脂製ケースとが一体化されたインバータモジュールの上面にＣＰＵ基板が設けられるが、樹脂製ケースの周囲の上方端縁に水平方向に伸長する把持部が一体成形されているため、運搬時や組み立て時にインバータ装置を扱う際、樹脂製ケースから伸長されている把持部を人手やロボットにより掴んでハンドリングすることができる。これにより、ＣＰＵ基板に素手で直接触れたり、あるいはＣＰＵ基板を把持してインバータ装置を持ち上げたりすることなく、インバータ装置をハンドリングすることが可能となる。従って、ＣＰＵ基板を把持することによる破損や静電気の発生による損傷等を防止することができる。また、把持部を設けることにより樹脂製ケースの強度を増大できるため、インバータ装置の耐振性を向上することができる。

さらに、本発明のインバータ一体型電動圧縮機は、上記のインバータ一体型電動圧縮機において、前記樹脂製ケースは、ほぼ矩形形状とされ、その一側面に前記電動モータに三相交流電力を給電するＵ−Ｖ−Ｗ端子が突出されており、当該一側面と対向する他側面の上方端縁に前記把持部が設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、矩形形状とされた樹脂製ケースのＵ−Ｖ−Ｗ端子が突出されている一側面と対向する他側面の上方端縁に把持部が設けられているため、樹脂製ケースの一側面側はＵ−Ｖ−Ｗ端子、他側面側は把持部をそれぞれ掴んでインバータ装置をハンドリングすることができる。従って、ＣＰＵ基板を直接把持することなく、インバータ装置をハンドリングすることが可能となり、ＣＰＵ基板の損傷等を防ぐことができる。

さらに、本発明のインバータ一体型電動圧縮機は、上述のいずれかのインバータ一体型電動圧縮機において、前記把持部は、前記他側面の上方端縁のほぼ全幅にわたり設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、把持部が他側面の上方端縁のほぼ全幅にわたり設けられているため、全幅に設けられている把持部の一部を掴むことによりインバータ装置をハンドリングすることができる。従って、樹脂製ケースの他側面を把持する際、掴む範囲を広げてハンドリングを容易化することができる。

さらに、本発明のインバータ一体型電動圧縮機は、上述のいずれかのインバータ一体型電動圧縮機において、前記把持部の水平方向への伸長長さは、前記ＣＰＵ基板の端面とほぼ同等とされていることを特徴とする。

本発明によれば、把持部の水平方向への伸長長さがＣＰＵ基板の端面とほぼ同等とされているため、樹脂製ケースの周囲の上方端縁に水平方向に伸長する把持部を設けても、樹脂製ケースの大きさがＣＰＵ基板の大きさよりも大きくなることはない。従って、インバータ装置のコンパクト性が些かなりとも損なわれることはなく、インバータ収容部に対する収容性を維持することができる。

さらに、本発明にかかるインバータ装置は、インバータ一体型電動圧縮機に一体に組み込まれるモジュール化されたインバータ装置であって、前記インバータ装置は、電力用半導体スイッチング素子等が実装されているパワー系金属基板と、複数の端子類等が一体にインサート成形された樹脂製ケースとが一体化されたインバータモジュールを備え、該インバータモジュールの上面にＣＰＵ等の低電圧で動作する制御通信回路が実装されているＣＰＵ基板が設けられた構成とされ、前記樹脂製ケースには、その周囲の上方端縁に水平方向に伸長する把持部が一体成形されていることを特徴とする。

本発明によれば、パワー系金属基板と樹脂製ケースとが一体化されたインバータモジュールの上面にＣＰＵ基板が設けられるが、樹脂製ケースの周囲の上方端縁に水平方向に伸長する把持部が一体に成形されているため、運搬時や組み立て時にインバータ装置を扱う際、樹脂製ケースから伸長されている把持部を人手やロボットにより掴んでハンドリングすることができる。これにより、ＣＰＵ基板に素手で直接触れたり、あるいはＣＰＵ基板を把持してインバータ装置を持ち上げたりすることなく、インバータ装置をハンドリングすることが可能となる。従って、ＣＰＵ基板を把持することによる破損や静電気の発生による損傷等を防止することができる。また、把持部を設けることにより樹脂製ケースの強度を増大できるため、インバータ装置の耐振性を向上することができる。

本発明のインバータ一体型電動圧縮機およびインバータ装置によると、運搬時や組み立て時にインバータ装置を扱う際、樹脂製ケースから伸長されている把持部を人手やロボットにより掴んでハンドリングすることにより、ＣＰＵ基板に素手で直接触れたり、あるいはＣＰＵ基板を把持してインバータ装置を持ち上げたりすることなく、インバータ装置をハンドリングすることができるため、ＣＰＵ基板を把持することによる破損事故や静電気の発生による損傷等を防止することができる。また、把持部を設けることにより樹脂製ケースの強度を増大できるため、インバータ装置の耐振性を向上することができる。

以下に、本発明にかかる一実施形態について、図１ないし図４を参照して説明する。
図１には、本発明の一実施形態に係るインバータ一体型電動圧縮機１の外観側面図が示されている。インバータ一体型電動圧縮機１は、その外殻を構成するハウジング２を備えている。このハウジング２は、図示省略の電動モータが収容されているモータハウジング３と、図示省略の圧縮機構が収容されている圧縮機ハウジング４とがボルト５で一体に締め付け結合されることにより構成されている。モータハウジング３および圧縮機ハウジング４は、耐圧容器であり、アルミダイカスト製とされている。

ハウジング２の内部に収容されている図示省略の電動モータおよび圧縮機構は、モータ軸を介して連結され、電動モータの回転によって圧縮機構が駆動されるように構成されている。モータハウジング３の一端側（図１の右側）には、冷媒吸入ポート６が設けられており、この冷媒吸入ポート６からモータハウジング３内に吸い込まれた低温低圧の冷媒ガスは、電動モータの周囲をモータ軸線Ｌ方向に沿って流通後、圧縮機構に吸い込まれて圧縮される。圧縮機構により圧縮された高温高圧の冷媒ガスは、圧縮機ハウジング４内に吐き出された後、圧縮機ハウジング４の一端側（図１の左側）に設けられている吐出ポート７から外部へと送出されるように構成されている。

ハウジング２には、例えば、モータハウジング３の一端側（図１の右側）の下部および圧縮機ハウジング４の一端側（図１の左側）の下部の２箇所と、圧縮機ハウジング４の上部側１箇所との計３箇所に、取り付け脚８Ａ，８Ｂ，８Ｃが設けられている。インバータ一体型電動圧縮機１は、この取り付け脚８Ａ，８Ｂ，８Ｃが車両のエンジンルーム内に設置されている走行用原動機の側壁等にブラケットおよびボルトを介して固定設置されることにより車両側に搭載される。

モータハウジング３の外周部には、その上部にボックス形状のインバータ収容部９が一体に成形されている。このインバータ収容部９は、上面が開放された所定高さの周囲壁により囲われたボックス形状とされており、側面には、２つのケーブル取り出し口１０が設けられている。また、インバータ収容部９の上面は、蓋部材１１がネジ止め固定されることにより閉鎖されるようになっている。

インバータ収容部９の内部には、車両に搭載されている図示省略の高電圧電源ユニットあるいはバッテリー等から高電圧ケーブルを介して供給される直流電力を三相交流電力に変換し、モータハウジング３の内部に収容されている電動モータに供給するインバータ装置２０が収容設置されている。図２には、このインバータ装置２０の斜視図が示され、図３および図４には、それぞれ図２におけるＡ−Ａ断面相当図およびＢ−Ｂ断面相当図が示されている。

インバータ装置２０は、ＩＧＢＴ等からなる複数個の半導体スイッチング素子がベアの状態で実装されているとともに、スナバコンデンサ、放電抵抗等が実装されているアルミ製板材からなるパワー系金属基板２１と、樹脂製ケース２２とがインサート成形により一体化されたインバータモジュール２３を備えている。樹脂製ケース２２には、パワー系金属基板２１のほか、高電圧電源と接続されるＰ−Ｎ端子２４、電動モータに三相交流電力を給電するＵ−Ｖ−Ｗ端子２５、アース２６およびアース端子２７、パワー系金属基板２１と後述のＣＰＵ基板３０との間を接続する多数の接続端子２８等が一体にインサート成形されている。

樹脂製ケース２２は、矩形形状とされており、インバータ収容部９のケーブル取り出し口１０が設けられている側面に沿う一辺にＰ−Ｎ端子２４が突出され、これに隣接する圧縮機ハウジング４側に近い一辺にＵ−Ｖ−Ｗ端子２５が突出されている。また、樹脂製ケース２２のコーナー部には、インバータ収容部９の底面にボルトを介して締め付け固定される固定脚部２９が一体に成形されている。この固定脚部２９にボルトが貫通可能なアース端子２７が設けられており、ボルトを介して樹脂製ケース２２をインバータ収容部９の底面に固定することによって、パワー系金属基板２１および後述のＣＰＵ基板３０のグランドが筐体接地されるように構成されている。

インバータモジュール２３を構成する樹脂製ケース２２の上面には、樹脂製ケース２２よりもやや大きくされたＣＰＵ基板（プリント基板）３０が、多数の制御端子２８およびアース２６と接続されて配設されている。ＣＰＵ基板３０には、ＣＰＵ等の低電圧で動作する素子を有する制御通信回路が実装されており、パワー系金属基板２１に実装されているパワー系回路を制御するように構成されている。

インバータ装置２０は、インバータモジュール２３の上面にＣＰＵ基板３０が設けられた構成とされており、この状態で運搬され、インバータ収容部９内に収容されて組み立てられるが、ＣＰＵ基板３０が樹脂製ケース２２の上面に設けられていることから、運搬時あるいは組み立て時、ＣＰＵ基板３０に直接触れたり、あるいはＣＰＵ基板３０を把持したりするおそれがある。これを回避するため、本実施形態では、樹脂製ケース２２の周囲の上方端縁に水平方向に伸長する把持部３１が一体に成形され、この把持部３１を掴んでハンドリングできるように構成されている。

把持部３１は、樹脂製ケース２２のＵ−Ｖ−Ｗ端子２５が突出されている一側面と対向する他側面において、その上方端縁のほぼ全幅にわたり設けられている。また、この把持部３１は、図２、図３から明らかなように、樹脂製ケース２２の上面に配設されるＣＰＵ基板３０の端面とほぼ同等位置まで伸長されている。

以上に説明の構成により、本実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
車両に搭載の高電圧電源ユニットから高電圧ケーブルを経て電動圧縮機１のインバータ装置２０に供給された直流電力は、Ｐ−Ｎ端子２４を経てパワー系金属基板２１のパワー回路に入力され、ＣＰＵ基板３０の制御回路により制御される半導体スイッチング素子のスイッチング動作により制御指令周波数の三相交流電力に変換された後、Ｕ−Ｖ−Ｗ端子２５からガラス密封端子を経てモータハウジング３内の電動モータに給電される。

これにより、電動モータが制御指令周波数で回転駆動され、圧縮機構が動作される。圧縮機構の動作により、冷媒吸入ポート６から低温低圧の冷媒ガスがモータハウジング３内に吸い込まれる。この冷媒は、電動モータの周囲をモータ軸線Ｌ方向に圧縮機ハウジング４側へと流動されて圧縮機構に吸入され、高温高圧状態に圧縮された後、吐出ポート７を経て電動圧縮機１の外部へと送出される。

この間、冷媒吸入ポート６からモータハウジング３内に吸い込まれ、モータ軸線Ｌ方向に流動される低温低圧の冷媒ガスは、モータハウジング３のハウジング壁を介してインバータ収納部９の底面に密着されて設置されているインバータ装置２０のパワー系金属基板２１を冷却する。これによりパワー系金属基板２１に実装されている半導体スイッチング素子等の発熱部品が強制冷却され、それぞれ耐熱性能が確保されるようになっている。

一方、インバータ装置２０は、運搬あるいは組み立て時に、人手やロボットによりハンドリングされるが、この際、一方の側面側についてはＵ−Ｖ−Ｗ端子２５を把持してハンドリングし、他方の側面側については樹脂製ケース２２の上方端縁に設けられている把持部３１を把持することによりハンドリングすることができる。このため、樹脂製ケース２２の上面に配設されているＣＰＵ基板３０に素手で触れたり、ＣＰＵ基板３０を把持して持ち上げたりすることなく、インバータ装置２０をハンドリングすることが可能となる。

従って、ＣＰＵ基板３０を把持することによる破損や静電気の発生による損傷等を防止することができる。また、把持部３１を設けることにより樹脂製ケース２２の強度を増大できるため、インバータ装置２０の耐振性を向上することができる。加えて、把持部３１は、樹脂製ケース２２の一側面、すなわちＵ−Ｖ−Ｗ端子２５が設けられている側面と対向する一側面に設けるだけでよく、その機能を十分に果たすことができる。

さらに、把持部３１は、樹脂製ケース２２の一側面の上方端縁にほぼ全幅にわたり設けられているため、その幅方向の一部を掴むことによりインバータ装置をハンドリングすることができる。従って、樹脂製ケース２２の他側面を把持する際、掴む範囲を広げてハンドリングを容易化することができる。また、把持部３１の水平方向への伸長長さがＣＰＵ基板３０の端面とほぼ同等とされている。このため、樹脂製ケース２２の周囲の上方端縁に水平方向に伸長する把持部３１を設けても、樹脂製ケース２２の大きさがＣＰＵ基板３０の大きさよりも大きくなることはない。従って、インバータ装置２０のコンパクト性が損なわれることはなく、インバータ収容部９に対する収容性を維持することができる。

なお、本発明は、上記実施形態にかかる発明に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、適宜変形が可能である。例えば、上記実施形態では、インバータ収容部９をモータハウジング３と一体成形した例について説明したが、必ずしも一体に成形する必要はなく、別体をなすインバータ収容部を一体に組み付けた構成としてもよい。また、圧縮機構については、特に制限されるものではなく、如何なる形式の圧縮機構を用いてもよい。

さらに、上記実施形態では、ＣＰＵ基板３０が樹脂製ケース２２よりもやや大きくされている例について説明したが、ＣＰＵ基板３０が樹脂製ケース２２と同等もしくは小さくされているインバータ装置２０でも、同様に適用できることはもちろんである。また、把持部３１は、樹脂製ケース２２のＵ−Ｖ−Ｗ端子２５が設けられている側面と対向する一側面のみに設けているが、本発明は、その他の側面に把持部３１を設けることを否定するものではなく、必要に応じて他の側面に把持部３１を設けてもよい。

本発明の一実施形態に係るインバータ一体型電動圧縮機の外観側面図である。 図１に示すインバータ一体型電動圧縮機に組み込まれるインバータ装置の斜視図である。 図２に示すインバータ装置のＡ−Ａ縦断面相当図である。 図２に示すインバータ装置のＣＰＵ基板を除いた状態のＢ−Ｂ縦断面相当図である。

符号の説明

１ インバータ一体型電動圧縮機
２ ハウジング
９ インバータ収容部
２０ インバータ装置
２１ パワー系金属基板
２２ 樹脂製ケース
２３ インバータモジュール
２４ Ｐ−Ｎ端子
２５ Ｕ−Ｖ−Ｗ端子
２８ 接続端子
３０ ＣＰＵ基板
３１ 把持部

Claims (5)

1. 電動モータおよび圧縮機構が内蔵されているハウジングの外周にインバータ収容部が設けられ、その内部に高電圧電源からの直流電力を三相交流電力に変換して前記電動モータに給電するインバータ装置が設けられているインバータ一体型電動圧縮機において、
   前記インバータ装置は、電力用半導体スイッチング素子等が実装されているパワー系金属基板と、複数の端子類等が一体にインサート成形された樹脂製ケースとが一体化されたインバータモジュールを備え、該インバータモジュールの上面にＣＰＵ等の低電圧で動作する制御通信回路が実装されているＣＰＵ基板が設けられた構成とされ、
   前記樹脂製ケースには、その周囲の上方端縁に水平方向に伸長する把持部が一体成形されていることを特徴とするインバータ一体型電動圧縮機。
2. 前記樹脂製ケースは、ほぼ矩形形状とされ、その一側面に前記電動モータに三相交流電力を給電するＵ−Ｖ−Ｗ端子が突出されており、当該一側面と対向する他側面の上方端縁に前記把持部が設けられてい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。
3. 前記把持部は、前記他側面の上方端縁のほぼ全幅にわたり設けら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。
4. 前記把持部の水平方向への伸長長さは、前記ＣＰＵ基板の端面とほぼ同等とされていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のインバータ一体型電動圧縮機。
5. インバータ一体型電動圧縮機に一体に組み込まれるモジュール化されたインバータ装置であって、
   前記インバータ装置は、電力用半導体スイッチング素子等が実装されているパワー系金属基板と、複数の端子類等が一体にインサート成形された樹脂製ケースとが一体化されたインバータモジュールを備え、該インバータモジュールの上面にＣＰＵ等の低電圧で動作する制御通信回路が実装されているＣＰＵ基板が設けられた構成とされ、
   前記樹脂製ケースには、その周囲の上方端縁に水平方向に伸長する把持部が一体成形されていることを特徴とするインバータ装置。
   

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