專利名稱：一體型電動壓縮機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及構(gòu)成車載用的空氣調(diào)節(jié)器的一體型電動壓縮機。
背景技術：
由于在車輛的發(fā)動機室內(nèi)收容各種機器，因此要求車載用空氣調(diào)節(jié)器具有省空間 性。因此，近幾年提出一種在殼體內(nèi)一體地收納有構(gòu)成車載用空氣調(diào)節(jié)器的壓縮機、用于驅(qū) 動壓縮機的電動機及用于驅(qū)動電動機的驅(qū)動基板的一體型電動壓縮機。在這樣的一體型電動壓縮機中，為了向電動機供給三相交流，在用于控制電動機 的動作的基板設置有由多個IGBTdnsulated Gate Bipolar Transistor 絕緣柵雙極型晶 體管)構(gòu)成的開關元件。從外部的高電壓電源(未圖示)向該開關元件供給例如300V的 高電壓(例如，參照專利文獻1)。專利文獻1 日本特許第3760887號公報以往，上述那樣的開關元件使用市場出售的IGBT的封裝件。IGBT的封裝件是將構(gòu) 成開關元件的IGBT和二極管模塊化的芯片。這樣的芯片用于使電動機動作而生成三相電流。因此。在芯片設置有與U相、V 相、W相相當?shù)娜MIGBT和二極管。但是，機動車用的各種附屬品類始終要求小型化。這也與電動壓縮機相同，在研究 電動壓縮機的小型化時，需要使用于驅(qū)動電動機的控制基板小型化。但是，如以往所述，在開關元件使用封裝件時，封裝件具有一定程度的尺寸。因此， 若如上述那樣將開關元件設置成三組，則安裝開關元件的基板變大。于是，存在基板在電動 壓縮機的側(cè)方突出的情況。在此，也考慮通過將基板分成多層，以免使基板在電動壓縮機的 側(cè)方突出。但是，由于控制基板的實質(zhì)厚度變大，因此對于小型化的觀點來說，這不能稱為 充分的解決方法。另外，控制基板存在以IGBT為首的發(fā)熱的部件。由于上述部件發(fā)熱，因此優(yōu)選的 是，上述部件沿著能夠通過在電動壓縮機的殼體內(nèi)流動的制冷劑進行冷卻的、在內(nèi)部流動 有制冷劑的部分的殼體配置。但是，部件的配置會受到限制，故在這一點上也很難實現(xiàn)控制 基板的小型化。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明鑒于這樣的技術性課題而提出，其目的在于提供一種能夠形成考慮到部件 的散熱的布置且使控制基板小型化的一體型電動壓縮機?；谶@樣的目的而提出的本發(fā)明的一體型電動壓縮機具有構(gòu)成空氣調(diào)節(jié)器的 壓縮機；用于驅(qū)動壓縮機的電動機；對電動機的動作進行控制的控制基板；收容壓縮機、電 動機及控制基板的殼體。所述一體型電動壓縮機的特征在于，控制基板具有開關元件， 其安裝在第一基板上，并對從電源向電動機施加電壓的施加時序進行控制，以利用三相交 流驅(qū)動電動機旋轉(zhuǎn)；控制電路，其安裝在相對于第一基板以隔著間隔對置的方式配置的第二基板上，并對開關元件的動作進行控制。并且，構(gòu)成開關元件的(IGBTInsulated Gate Bipolar Transistor 絕緣柵雙極型晶體管)與二極管被裸芯片安裝(《7 + ？ 実裝)。通過將IGBT與二極管裸芯片安裝于第一基板，能夠?qū)崿F(xiàn)第一基板的小型化。優(yōu)選為生成驅(qū)動電動機的三相交流電流，在與電動機的軸向正交的方向上排列設 有與U相、V相、W相分別對應的三組開關元件，并且在各組開關元件中，IGBT與二極管沿著 電動機的軸向排列。IGBT與二極管配置在沿著被在殼體內(nèi)流動的制冷劑冷卻的殼體的表面的區(qū)域內(nèi)。 通過將IGBT與二極管裸芯片安裝，能夠縮小設有IGBT與二極管的區(qū)域，能夠?qū)⑸鲜鲈O 置在沿著通過殼體內(nèi)的制冷劑流動而被冷卻的殼體的表面的區(qū)域。在第一基板上，在電源與開關元件之間設有用于降低無線電噪聲的由電阻和電容 器構(gòu)成的浪涌電壓保護電路，在這種情況下，優(yōu)選電阻及電容器配置在沿著通過殼體內(nèi)的 制冷劑流動而被冷卻的殼體的表面的區(qū)域外。其原因在于，由于電阻及電容器發(fā)熱小，因此 也可以不考慮這樣發(fā)熱小的部件由在殼體內(nèi)流動的制冷劑進行冷卻(散熱)。另外，殼體能夠分割成收容電動機的電動機收容部和收容壓縮機的壓縮機收容 部。在該情況下，優(yōu)選在第一基板上，用于將由開關元件生成的三相交流供給電動機的U 相、V相、W相的端子配置在電動機收容部的與壓縮機收容部的配合面?zhèn)?。這是由于若U相、 V相、W相的端子配置在電動機的收容部的與壓縮機收容部的佩合面?zhèn)?，則在裝配時，在經(jīng) 由弓丨線連接電動機的U相、V相、W相的定子和第一基板的U相、V相、W相的端子時，作業(yè)者 可以從電動機收容部的靠壓縮機收容部側(cè)的開口部伸入手指進行該連接作業(yè)。在第一基板上，優(yōu)選電壓施加配線圖案及輸出配線圖案與信號線圖案夾著構(gòu)成開 關元件的IGBT及二極管而對置配置，其中電壓施加配線圖案用于向開關元件供給電壓，輸 出配線圖案用于從開關元件向電動機施加電壓，信號線圖案用于供給驅(qū)動開關元件用的控 制信號。電壓施加配線圖案及輸出配線圖案為例如300V等的高電壓流動的高電壓系，信 號線圖案為例如5V等的低電壓流動的低電壓系。通過將上述高電壓系與低電壓系夾著開 關元件而對置配置，能夠防止高電壓系引起的電磁噪聲對低電壓系的信號帶來影響。另外，在具有用于檢測IGBT的工作溫度的溫度傳感器時，優(yōu)選溫度傳感器配置在 排列有IGBT及二極管的區(qū)域內(nèi)。根據(jù)本發(fā)明，通過將IGBT與二極管裸芯片安裝于第一基板，能夠?qū)崿F(xiàn)第一基板的 小型化。由此，能夠縮小設有IGBT和二極管的區(qū)域，能夠?qū)⑸鲜鲈渲迷谘刂ㄟ^殼體 內(nèi)的制冷劑流動而被冷卻的殼體的表面的區(qū)域。其結(jié)果，能夠形成考慮到部件的散熱的布 置且使控制基板小型化。
圖1是表示本實施方式的一體型電動壓縮機的外觀的立體圖。圖2是一體型電動壓縮機的沿著電動機的軸向的剖面圖。圖3(a)是電動機外殼的俯視圖，(b)是側(cè)剖面圖。圖4是逆變器單元的立體圖。圖5是表示動力基板的電路結(jié)構(gòu)的圖。
圖6(a)是表示動力基板的安裝布置的一個例子的圖，(b)是表示(a)所示的安裝 布置的變形例的圖。圖7(a)是電動機外殼的主視圖，(b)是裝配時的電動機外殼的主視圖。[符號說明]10電動壓縮機(一體型電動壓縮機)11 殼體12逆變器單元13電容器14感應器15控制電路基板(第二基板)16動力基板(第一基板)16a 邊16b 側(cè)邊16c 邊18開關元件群20電動機21壓縮機30P 端子3IN 端子32U 端子33V 端子34W 端子40P端子電極圖案4IN端子電極圖案42 IGBT43 二極管44分流電阻45溫度傳感器46電容器47 電阻48U、48V、48W輸出端子圖案(輸出配線圖案)50供電圖案(電壓施加配線圖案)52IGBT門信號線(信號線圖案)53接地圖案60電動機外殼(電動機收容部)61壓縮機外殼(壓縮機收容部)
具體實施例方式以下，基于附圖所示的實施方式對本發(fā)明進行詳細地說明。
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圖1、圖2是用于表示本實施方式的電動壓縮機(一體型電動壓縮機)10的結(jié)構(gòu)的 圖。如該圖1、圖2所示，電動壓縮機10在殼體11的下部收容室Ila收容有電動機20 及渦旋式壓縮機21。在上方開口的殼體11的上部收容室lib收容有逆變器單元12。上部 收容室lib的向上方的開口由罩17覆蓋。如圖1所示，從制冷劑導入口 Pl向殼體11內(nèi)導入制冷劑，其中該制冷劑導入口 Pl 形成在下部收容室Ila的設有電動機20的一側(cè)的端部，從制冷劑噴出口 P2將由壓縮機21 壓縮后的制冷劑噴出，其中該制冷劑噴出口 P2形成在設有壓縮機21的一側(cè)的端部。通過 該制冷劑冷卻殼體11。如圖3、4所示，逆變器單元12包括用于實現(xiàn)向逆變器單元12輸入的直流電壓的 平滑化的電容器13及感應器14 ；用于控制向電動機20的高壓交流電流的施加的控制電路 基板(第二基板)15 ；將從高壓電源供給的直流電流變換成交流電流并向電動機20施加， 而驅(qū)動使電動機20旋轉(zhuǎn)的動力基板(第一基板)16。在此，上部收容室lib具有比下部收容室Ila的直徑尺寸大的寬度。由此，上部收 容室lib形成為從下部收容室Ila向側(cè)方突出。由此，如圖3所示，上部收容室lib在殼體 11中，與收容有電動機20的部分對應的區(qū)域A由通過殼體11內(nèi)的制冷劑冷卻，比該區(qū)域A 更向側(cè)方突出的區(qū)域基于制冷劑的冷卻效果小。并且，在上部收容室lib中收容的逆變器單元12中的電容器13及感應器14配置 在比區(qū)域A更向側(cè)方突出的位置。在控制電路基板15安裝有將由車輛的蓄電池供給的規(guī)定電壓(例如12V)變換成 控制用的低電壓(例如5V)的變壓器、用于與車輛的上位CPU之間進行通信的通信電路、擔 當電動壓縮機10的動作控制的CPU等。如圖4所示，動力基板16通過P端子30、N端子31接受從外部的高電壓電源(未 圖示)供給的例如300V的高電壓。并且，動力基板16從U端子32、V端子33、W端子34向 外部供給三相交流，而驅(qū)動使電動機20旋轉(zhuǎn)。圖5所示的圖是動力基板16的電路結(jié)構(gòu)圖。如該圖5所示，在動力基板16上具 有設有P端子30、N端子31的P端子電極圖案40及N端子電極圖案41 ；由多組IGBT42 和多組二極管43構(gòu)成的開關元件群18 ；用于檢測U相、V相、W相中分別流動的電流的分 流電阻44 ；用于檢測IGBT42的工作中的溫度的溫度傳感器45 ；構(gòu)成浪涌電壓保護電路的 電容器46及電阻47 ；設有U端子32、V端子33、W端子34的輸出端子圖案(輸出配線圖 案)48U、48V、48W。由電容器46及電阻47構(gòu)成的浪涌電壓保護電路設置在P端子電極圖案40、N端 子電極圖案41與開關元件群18之間。浪涌電壓保護電路最初為避免過電壓而對IGBT42、 二極管43進行保護的電路，在電源斷開時，消耗伴隨從控制電路基板15向開關元件群18 輸入的驅(qū)動信號的頻率變高而產(chǎn)生的電涌。這樣，在浪涌電壓保護電路中，通過消耗電涌時的電流，其結(jié)果是，使從控制電路 基板15向開關元件群18輸入的驅(qū)動信號中沒有載入高頻成分。其結(jié)果是，能夠抑制電動 機20與殼體11之間產(chǎn)生的漏泄電流，能夠降低無線電噪聲。在控制電路基板15中，通過由控制電路基板15的CPU執(zhí)行的控制對未圖示的門電路進行控制，其驅(qū)動信號從控制電路基板15向動力基板16的IGBT門信號線(信號線圖 案)52傳遞而輸入開關元件群18。通過開關元件群18的動作對從高電壓電源經(jīng)由P端子 電極圖案40、N端子電極圖案41供給的高電壓的供給時序進行控制。由此，從輸出端子圖 案48U、48V、48W經(jīng)過U端子32、V端子33、W端子34向電動機20施加三相交流電流，而驅(qū) 動使電動機20旋轉(zhuǎn)。圖6是表示上述P端子電極圖案40、N端子電極圖案41、IGBT42、二極管43、分流 電阻44、IGBT門信號線52、溫度傳感器45、電容器46及電阻47在動力基板16上的安裝布 置的例子的圖。如該圖6 (a)所示，動力基板16整體呈矩形形狀，沿著其一邊16a配置有輸出端子 圖案 48U、48V、48W。并且，從輸出端子圖案48U、48V、48W沿著與邊16a正交的方向串聯(lián)排列有與U相、 V相、W相的各相對應的三組二極管43、IGBT42。在各相中分別將上述二極管43、IGBT42每 兩個并列設置。在此，二極管43、IGBT42分別為呈矩形形狀的芯片，且經(jīng)由金屬制的散熱板 (未圖示)安裝在動力基板16上。在該圖6(a)所示的布置例中，IGBT42為長方形形狀，將 其短邊方向設置為與二極管43、IGBT42的排列方向一致。共計六個的二極管43與輸出端子圖案48U、48V、48W平行地排列。并且，在上述二 極管43與輸出端子圖案48U、48V、48W之間形成有用于向輸出端子圖案48U、48V、48W供電 的供電圖案(電壓施加配線圖案)50。在該供電圖案50中，在沿著與動力基板16的邊16a 正交的側(cè)邊16b的位置形成有P端子電極圖案40。在動力基板16中，分流電阻44的取出線51、用于輸送驅(qū)動IGBT42用的門信號的 IGBT門信號線52沿著與邊16a平行的邊16c與U相、V相、W相的各相對應而排列。上述 取出線51、IGBT門信號線52經(jīng)由未圖示的連接器與在動力基板16上平行配置的控制電路 基板15連接。在上述取出線51、IGBT門信號線52與上述的共計六個的IGBT42之間形成有接地 圖案53，在該接地圖案53中，在沿著動力基板16的側(cè)邊16b的位置形成有N端子電極圖案 41。另外，在接地圖案53的間隙配置有與U相、V相、W相的各相對應的分流電阻44。并且，在接地圖案53的面對IGBT42的一側(cè)，在IGBT42的附近設置有溫度傳感器 45。將構(gòu)成浪涌電壓保護電路的電容器46及電阻47配置成，在沿著設置有U端子32、 V端子33、W端子34的輸出端子圖案48U、48V、48W與動力基板16的側(cè)邊16b的位置，而介 裝在P端子電極圖案40與N端子電極圖案41之間。圖6(b)所示的圖是圖6(a)所示的安裝布置的變形例。在該圖6(b)所示的動力基板16的布置例中，基本的布置與圖6(a)所示的布置例 相同。不動點在于，首先是將長方形上的IGBT42設置成其長邊方向與二極管43、IGBT42的 排列方向一致這一點。由此，與圖6 (a)所示的布置例相比，能夠抑制與二極管43、IGBT42串聯(lián)排列的方 向相正交的方向、即各相的二極管43、IGBT42并列方向上的動力基板16的寬度。另外，將溫度傳感器45配置在排列有多個二極管43、IGBT42的群中這一點也與圖6(a)的例子不同。如此，通過將溫度傳感器45配置在排列有發(fā)熱大的二極管43、IGBT42的 群中，與圖6 (a)的例子比較，能夠更高精度且良好地對作為溫度檢測對象的IGBT42的溫度 進行檢測。如圖2所示，在收容電動機20的電動機外殼(電動機收容部)60與收容壓縮機21 的壓縮機外殼(壓縮機收容部)61在配合面G將互相的開口部彼此配合的狀態(tài)下，殼體11 的下部收容室Ila通過螺栓62而連結(jié)成一體。在此，如圖7(a)所示，電動機20的U相、V相、W相經(jīng)由引線64U、64V、64W與固定 于上述的U端子32、V端子33、W端子34的玻璃端子63U、63V、63W連結(jié)。如圖7(b)所示，在裝配電動壓縮機10時，將引線64U、64V、64W安裝于電動機20 的定子20S。然后，將該電動機20收容于電動機外殼60中，并且在位于電動機外殼60的上 表面的上部收容室lib收容逆變器單元12。此時，在未安裝壓縮機外殼61的狀態(tài)下，引線 64U、64V、64W從電動機外殼60的開口部60a露出。因此，在該狀態(tài)下，作業(yè)者在開口部60a 伸入手指，如圖7(a)所示，將引線64U、64V、64W的端子與玻璃端子63U、63V、63W嵌合。根據(jù)上述裝配作業(yè)上的理由，如圖2所示，將逆變器單元12的動力基板16設置成 U端子32、V端子33、W端子34位于電動機外殼60的開口部60a側(cè)。即，在動力基板16中， 以連結(jié)邊16a與邊16c的方向與電動機20的軸向一致的方式配置動力基板16。在這樣的結(jié)構(gòu)中，與U相、V相、W相的各相對應的二極管43、IGBT42按各相串聯(lián) 排列，二極管43、IGBT42分別使用呈矩形形狀的芯片。由此，與以往那樣IGBT使用封裝件 的情況比較，能夠使動力基板16大幅度地小型化，尤其能夠抑制與二極管43、IGBT42串聯(lián) 排列的方向正交的方向、即各相的二極管43、IGBT42并列方向上的寬度。其結(jié)果是，能夠?qū)?作為發(fā)熱部件的二極管43、IGBT42、P端子電極圖案40、N端子電極圖案41、分流電阻44、 輸出端子圖案48U、48V、48W、供電圖案50收納配置于與利用制冷劑通過內(nèi)部而進行冷卻的 殼體11的外表面的區(qū)域A對應的范圍內(nèi)。此時，也可以將不需要特別冷卻的電容器46及 電阻47配置在從殼體11向側(cè)方突出的位置(圖3(a)中，由雙點劃線B表示的范圍)。這 樣，在確保逆變器單元12的結(jié)構(gòu)部件的冷卻功能的同時能夠?qū)崿F(xiàn)小型化，有助于電動壓縮 機10的小型化。如圖6(b)所示，上述的效果通過將長方形上的IGBT42設置成其長邊方向與二極 管43、IGBT42的排列方向一致而變得更加顯著。另外，在動力基板16中，成為高電壓的P端子電極圖案40、輸出端子圖案48U、 48V、48W、供電圖案50與成為低電壓的N端子電極圖案41、分流電阻44、取出線51、IGBT門 信號線52、接地圖案53以中間夾著二極管43、IGBT42對置的方式配置。如此，通過將高電 壓系與低電壓系夾著開關元件群18而對置配置，能夠防止高電壓系引起的電磁噪聲對低 電壓系的信號帶來影響。并且，如圖6(b)所示，通過將溫度傳感器45配置在排列有多個二極管43、IGBT42 的群中，能夠高精度地檢測作為溫度檢測對象的IGBT42的溫度。這樣的溫度傳感器45的 配置正是因為通過上述的動力基板16上的二極管43、IGBT42的布置實現(xiàn)動力基板16的小 型化，將發(fā)熱部件收納配置于與殼體11的外表面相接的范圍內(nèi)才得以實現(xiàn)。此外，在上述實施方式中，以動力基板16的布置為中心對電動壓縮機10的結(jié)構(gòu)進 行了說明，但是，對于其它的部分也可以適當采用其它的結(jié)構(gòu)。另外，對于動力基板16來說，只要能夠?qū)崿F(xiàn)小型化、部件的冷卻這樣的本發(fā)明的主旨，也可以適當采用上述以外的結(jié) 構(gòu)。 除此以外，只要不脫離本發(fā)明的主旨，可以選擇取舍上述實施方式中列舉的結(jié)構(gòu)， 或適當變更為其它的結(jié)構(gòu)。
權利要求
一種一體型電動壓縮機，其具有構(gòu)成空氣調(diào)節(jié)器的壓縮機；用于驅(qū)動所述壓縮機的電動機；對所述電動機的動作進行控制的控制基板；收容所述壓縮機、所述電動機及所述控制基板的殼體，所述一體型電動壓縮機的特征在于，所述控制基板具有開關元件，其安裝在第一基板上，并對從電源向所述電動機施加電壓的施加時序進行控制，以利用三相交流驅(qū)動所述電動機旋轉(zhuǎn)；控制電路，其安裝在隔著間隔與所述第一基板對置配置的第二基板上，并對所述開關元件的動作進行控制，其中，構(gòu)成所述開關元件的IGBT與二極管被裸芯片安裝，其中所述IGBT為絕緣柵雙極型晶體管。
2.根據(jù)權利要求1所述的一體型電動壓縮機，其特征在于，為生成驅(qū)動所述電動機的三相交流電流，在與所述電動機的軸向正交的方向上排列設 有與U相、V相、W相分別對應的三組所述開關元件，在各組所述開關元件中，所述IGBT與所述二極管沿著所述電動機的軸向排列。
3.根據(jù)權利要求1所述的一體型電動壓縮機，其特征在于，所述IGBT與所述二極管配置在沿著被在所述殼體內(nèi)流動的制冷劑冷卻的所述殼體的 表面的區(qū)域內(nèi)。
4.根據(jù)權利要求3所述的一體型電動壓縮機，其特征在于，在所述第一基板上，在所述電源與所述開關元件之間設有用于降低無線電噪聲的由電 阻和電容器構(gòu)成的浪涌電壓保護電路，所述電阻及所述電容器配置在沿著通過所述殼體內(nèi)的制冷劑流動而被冷卻的所述殼 體的表面的區(qū)域外。
5.根據(jù)權利要求1所述的一體型電動壓縮機，其特征在于，所述殼體能夠分割成收容所述電動機的電動機收容部和收容所述壓縮機的壓縮機收 容部，在所述第一基板上，用于將由所述開關元件生成的三相交流電流供給所述電動機的U 相、V相、W相的端子配置在所述電動機收容部的與所述壓縮機收容部的配合面?zhèn)取?br>
6.根據(jù)權利要求1所述的一體型電動壓縮機，其特征在于，在所述第一基板中，電壓施加配線圖案及輸出配線圖案與信號線圖案夾著構(gòu)成所述開 關元件的所述IGBT及所述二極管而對置配置，其中所述電壓施加配線圖案用于向所述開關元件供給電壓，所述輸出配線圖案用于從 所述開關元件向所述電動機施加電壓，所述信號線圖案用于供給驅(qū)動所述開關元件用的控 制信號。
7.根據(jù)權利要求1所述的一體型電動壓縮機，其特征在于，用于檢測所述IGBT的工作溫度的溫度傳感器配置在排列有所述IGBT及所述二極管的 區(qū)域內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于提供一種能夠形成考慮到部件的散熱的布置且使控制基板小型化的一體型電動壓縮機。將與U相、V相、W相的各相對應的二極管(43)、IGBT(42)按各相串聯(lián)排列，二極管(43)、IGBT(42)分別使用呈矩形形狀的芯片。由此，使動力基板(16)大幅度地小型化，將作為發(fā)熱部件的二極管(43)、IGBT(42)、P端子電極圖案(40)、N端子電極圖案(41)、分流電阻(44)、輸出端子圖案(48U、48V、48W)、供電圖案(50)收納配置于與殼體的外表面相接的范圍內(nèi)。
文檔編號H02K11/00GK101896724SQ20088011094
公開日2010年11月24日 申請日期2008年9月8日 優(yōu)先權日2008年2月28日
發(fā)明者中神孝志, 中野浩兒, 丹羽和喜, 服部誠, 淺井雅彥 申請人:三菱重工業(yè)株式會社