DE102021109148A1

DE102021109148A1 - Motorbetriebener Kompressor

Info

Publication number: DE102021109148A1
Application number: DE102021109148.9A
Authority: DE
Inventors: Yoshifumi Tada; Satoshi Okada; Keiji Yashiro
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2020-04-15
Filing date: 2021-04-13
Publication date: 2021-10-21
Also published as: JP2021169788A; CN113530825A

Abstract

Ein Gehäuse eines motorbetriebenen Kompressors umfasst einen Motorraum, der einen Elektromotor aufnimmt, einen Wechselrichterraum, der eine Wechselrichtervorrichtung aufnimmt, und eine Trennwand, die den Motorraum und den Wechselrichterraum voneinander trennt. Schaltelemente des oberen Zweigs und Schaltelemente des unteren Zweigs sind in geraden Linien auf einer Leiterplatte angeordnet. Die Trennwand weist einen ersten Vorsprung und einen zweiten Vorsprung auf, die in Richtung der Leiterplatte ragen. Der erste Vorsprung und der zweite Vorsprung erstrecken sich entlang der Schaltelemente des oberen Zweigs und der Schaltelemente des unteren Zweigs. Die Trennwand umfasst eine Nut zwischen dem ersten Vorsprung und dem zweiten Vorsprung. Die Leiterplatte ist im Wechselrichterraum so angeordnet, dass der erste Vorsprung thermisch mit den Schaltelementen des oberen Zweigs und der zweite Vorsprung thermisch mit den Schaltelementen des unteren Zweigs gekoppelt ist.

Description

HINTERGRUND
1. Gebiet
Die folgende Beschreibung bezieht sich auf einen motorbetriebenen Kompressor.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Ein motorbetriebener Kompressor umfasst einen Elektromotor, eine Motorsteuerung, die den Elektromotor ansteuert, und ein Gehäuse, das die Motorsteuerung aufnimmt. Die japanische Patentveröffentlichung Nr. 2019-173656 offenbart einen motorbetriebenen Kompressor mit einer Hochspannungsplatine, die beispielsweise als Leistungsplatine dient, auf der ein Schaltelement montiert ist, und einer Niederspannungsplatine, die beispielsweise als Steuerplatine dient, auf der eine Steuerschaltung montiert ist, um Schaltvorgänge des Schaltelements zu steuern. Die Hochspannungsplatine ist so angeordnet, dass sie einen Wärmeaustausch mit einem Gehäuse ermöglicht, das ein Beispiel für das Gehäuse ist.
Die fortschreitende Elektrifizierung von Fahrzeugen hat zu einer Nachfrage nach motorbetriebenen Kompressoren geführt, die mit erhöhter Leistung betrieben werden. Wenn die Betriebsleistung eines motorbetriebenen Kompressors steigt, erzeugen die Elemente auf der Leistungsplatine mehr Wärme. Diese Wärme kann sich negativ auf die Betriebsstabilität auswirken. Die fortschreitende Elektrifizierung von Fahrzeugen hat auch zu einer Nachfrage nach motorbetriebenen Kompressoren geführt, die noch leiser sind.
ZUSAMMENFASSUNG
Es ist ein Ziel der vorliegenden Offenbarung, einen motorbetriebenen Kompressor mit überlegener Laufruhe und Betriebsstabilität bereitzustellen.
Diese Zusammenfassung dient dazu, eine Auswahl von Konzepten in vereinfachter Form vorzustellen, die weiter unten in der ausführlichen Beschreibung beschrieben werden. Diese Zusammenfassung ist nicht dazu gedacht, Schlüsselmerkmale oder wesentliche Merkmale des beanspruchten Gegenstands zu identifizieren, noch soll sie als Hilfe bei der Bestimmung des Umfangs des beanspruchten Gegenstands dienen.
In einem allgemeinen Aspekt umfasst ein motorbetriebener Kompressor einen Elektromotor, der eine Drehwelle dreht, eine Kompressionseinheit, die von der Drehwelle angetrieben wird, um ein Fluid zu komprimieren, eine Wechselrichtervorrichtung, die den Elektromotor antreibt und eine Leiterplatte umfasst, und ein Gehäuse. Das Gehäuse umfasst einen Motorraum, in dem der Elektromotor untergebracht ist, einen Wechselrichterraum, in dem die Wechselrichtervorrichtung untergebracht ist und der in axialer Richtung der Drehwelle neben dem Motorraum angeordnet ist, und eine Trennwand, die den Motorraum und den Wechselrichterraum voneinander trennt. Schaltelemente des oberen Zweigs sind in einer geraden Linie auf der Leiterplatte angeordnet. Schaltelemente des unteren Zweigs sind in einer geraden Linie auf der Leiterplatte angeordnet. Die Trennwand umfasst einen ersten Vorsprung und einen zweiten Vorsprung, die in Richtung der Leiterplatte vorstehen. Der erste Vorsprung erstreckt sich entlang der Schaltelemente des oberen Zweigs. Der zweite Vorsprung erstreckt sich entlang der Schaltelemente des unteren Zweigs. Die Trennwand umfasst eine Nut zwischen dem ersten Vorsprung und dem zweiten Vorsprung. Die Leiterplatte ist im Wechselrichterraum so angeordnet, dass der erste Vorsprung thermisch mit den Schaltelementen des oberen Zweigs und der zweite Vorsprung thermisch mit den Schaltelementen des unteren Zweigs gekoppelt ist.
Weitere Merkmale und Aspekte werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung, den Zeichnungen und den Ansprüchen ersichtlich.
Figurenliste

1 ist eine Querschnittsansicht, die einen motorbetriebenen Kompressor gemäß einem Ausführungsbeispiel zeigt.
2 ist ein Schaltplan, der die elektrische Konfiguration des motorbetriebenen Kompressors in 1 zeigt.
3 ist eine schematische Darstellung einer Leistungsplatine aus 2.
4A ist eine schematische Darstellung, die einen Teil einer ersten Fläche der Leistungsplatine in 3 zeigt.
4B ist eine schematische Querschnittsansicht entlang der Linie 4-4 in 3.

In den Zeichnungen und der detaillierten Beschreibung beziehen sich die gleichen Bezugszeichen auf die gleichen Elemente. Die Zeichnungen sind möglicherweise nicht maßstabsgetreu, und die relative Größe, die Proportionen und die Darstellung der Elemente in den Zeichnungen können aus Gründen der Klarheit, der Veranschaulichung und der Bequemlichkeit übertrieben sein.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Diese Beschreibung vermittelt ein umfassendes Verständnis der beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und/oder Systeme. Modifikationen und Äquivalente der beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und/oder Systeme sind für einen Fachmann offensichtlich. Die Abfolge der Vorgänge ist beispielhaft und kann von einem Fachmann geändert werden, mit Ausnahme von Vorgängen, die notwendigerweise in einer bestimmten Reihenfolge ablaufen. Beschreibungen von Funktionen und Konstruktionen, die dem Fachmann bekannt sind, können weggelassen werden.
Exemplarische Ausführungsbeispiele können unterschiedliche Formen aufweisen und sind nicht auf die beschriebenen Beispiele beschränkt. Die beschriebenen Beispiele sind jedoch gründlich und vollständig und vermitteln einem Fachmann den vollen Umfang der Offenbarung.
Ein motorbetriebener Kompressor gemäß einem Ausführungsbeispiel wird nun mit Bezug auf die 1 bis 4B beschrieben. Ein motorbetriebener Kompressor 10 des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist zur Verwendung mit einer Fahrzeugklimaanlage vorgesehen.
Wie in 1 gezeigt, umfasst der motorbetriebene Kompressor 10 ein Gehäuse 11, in dem eine Kompressionseinheit 12 und ein Elektromotor 13 untergebracht sind. Die Kompressionseinheit 12 verdichtet bzw. komprimiert Kältemittel, das ein Fluid ist, und der Elektromotor 13 treibt die Kompressionseinheit 12 an. Die Kompressionseinheit 12 ist z.B. vom Typ Spirale mit einer stationären Spirale (nicht dargestellt), die am Gehäuse 11 befestigt ist, und einer umlaufenden Spirale (nicht dargestellt), die mit der stationären Spirale verschachtelt ist. Die Kompressionseinheit 12 muss nicht zwangsläufig vom Spiraltyp sein, sondern kann auch vom Kolbentyp oder vom Flügelradtyp sein.
Das Gehäuse 11 umfasst eine Ansauganschluss 11a und eine Ausstoßanschluss 11b. Das Gehäuse 11 nimmt eine Drehwelle 14 auf. Die Drehwelle 14 ist drehbar im Gehäuse 11 gelagert. Die Kompressionseinheit 12 wird von der Drehwelle 14 angetrieben.
Der Elektromotor 13 treibt die Drehwelle 14 an. Der Elektromotor 13 umfasst einen Rotor 13a, der an der Drehwelle 14 befestigt ist und sich einstückig mit der Drehwelle 14 dreht, und einen Stator 13b, der an der inneren Umfangsfläche des Gehäuses 11 befestigt ist und den Rotor 13a umgibt. Die Motorspulen 15 sind um die Zähne des Stators 13b gewickelt. Wenn die Motorspulen 15 mit Strom versorgt werden, werden der Rotor 13a und die Drehwelle 14 gedreht.
Der Ansauganschluss 11a ist mit einem Ende eines externen Kältemittelkreislaufs 16 verbunden. Der Ausstoßanschluss 11b ist mit dem anderen Ende des externen Kältemittelkreislaufs 16 verbunden. Durch den Ansauganschluss 11a wird Kältemittel aus dem externen Kältemittelkreislauf 16 in das Gehäuse 11 gesaugt, und das in das Gehäuse 11 gesaugte Kältemittel wird durch die Kompressionseinheit 12 verdichtet bzw. komprimiert. Das von der Kompressionseinheit 12 komprimierte Kältemittel wird über den Ausstoßanschluss 11b in den externen Kältemittelkreislauf 16 abgegeben und zu einem Wärmetauscher und einem Expansionsventil im externen Kältemittelkreislauf 16 geleitet, bevor es über die Ansauganschluss 11a in das Gehäuse 11 zurückkehrt. Der motorbetriebene Kompressor 10 und der externe Kältemittelkreislauf 16 bilden eine Fahrzeugklimaanlage 17.
Das Gehäuse 11 umfasst einen Motorraum 18, in dem der Elektromotor 13 untergebracht ist, einen Wechselrichterraum 20, in dem eine Wechselrichtervorrichtung bzw. Invertereinrichtung 19 untergebracht ist, und eine Trennwand 21, die den Motorraum 18 und den Wechselrichterraum 20 voneinander trennt. Der Wechselrichterraum 20 und der Motorraum 18 sind in axialer Richtung der Drehwelle 14 nebeneinander angeordnet. Die Kompressionseinheit 12, der Elektromotor 13 und die Wechselrichtervorrichtung 19 sind in dieser Reihenfolge in axialer Richtung der Drehwelle 14 angeordnet.
Das Gehäuse 11 umfasst einen rohrförmigen Deckel 22 mit einem geschlossenen Ende. Der rohrförmige Deckel 22 ist an der Trennwand 21 befestigt. Die Trennwand 21 und der Deckel 22 bilden den Wechselrichterraum 20. Eine an der Trennwand 21 und dem Deckel 22 angeordnete Verbindungseinrichtung 23 ist elektrisch mit der Wechselrichtervorrichtung 19 verbunden. Die Wechselrichtervorrichtung 19 wird über die Verbindungseinrichtung 23 mit Gleichstrom versorgt. Zwischen der Trennwand 21 und dem Deckel 22 ist eine Dichtung 24 angeordnet.
Die Trennwand 21 umfasst ein leitendes Element 26, das den Elektromotor 13 und die Wechselrichtervorrichtung 19 elektrisch verbindet. Das leitende Element 26 wird von einer Trägerplatte 27 in der Trennwand 21 getragen. Das leitende Element 26 erstreckt sich durch die Trennwand 21 und ragt in das Gehäuse 11, insbesondere in den Motorraum 18. Das leitende Element 26 ist über einen im Gehäuse 11 angeordneten Clusterblock 28 elektrisch mit einer Motorleitung 13c verbunden. Die Motorleitung 13c erstreckt sich vom Elektromotor 13.
Die Wechselrichtervorrichtung 19 umfasst eine Leistungsplatine 30 und eine Steuerplatine 31 und treibt den Elektromotor 13 an. Die Leistungsplatine 30 ist ein Beispiel für eine Leiterplatte. Die Wechselrichtervorrichtung 19 umfasst eine Wechselrichterschaltung 32, die in der Leistungsplatine 30 eingebaut ist, und eine Steuerschaltung 33, die in der Steuerplatine 31 eingebaut ist. Das heißt, die Komponenten der Wechselrichterschaltung 32 sind auf der Leistungsplatine 30 montiert, und die Komponenten der Steuerschaltung 33 sind auf der Steuerplatine 31 montiert. Die Leistungsplatine 30 erzeugt Wärme Q, die über die Trennwand 21 in den Motorraum 18 übertragen wird, um Wärme mit dem Kältemittel auszutauschen.
Wie in 2 gezeigt, bilden die Motorspulen 15 des Elektromotors 13 eine dreiphasige Konstruktion mit einer U-Phasen-Spule 15u, einer V-Phasen-Spule 15v und einer W-Phasen-Spule 15w. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die U-Phasen-Spule 15u, die V-Phasen-Spule 15v und die W-Phasen-Spule 15w in einer Y-Verbindung angeschlossen.
Die Wechselrichterschaltung 32 umfasst Schaltelemente 41 bis 52, die in jeder Phase einen oberen und einen unteren Zweig bilden. Jedes der Schaltelemente 41 bis 52 wird durch einen MOS-Transistor gebildet und umfasst eine dazu parallel geschaltete parasitäre Diode 54. Die Schaltelemente 41 bis 52 führen Schaltvorgänge aus, um den Elektromotor 13 anzutreiben.
Die Schaltelemente 41 bis 52 sind auf der Leistungsplatine 30 so montiert, dass die Zweige jeder Phase jeweils Schaltelemente enthalten, die elektrisch parallel zueinander geschaltet sind. Insbesondere sind das erste Schaltelement 42 im oberen Zweig der U-Phase und das erste Schaltelement 48 im unteren Zweig der U-Phase in Reihe zwischen einem positiven Bus Lp und einem negativen Bus Ln der Wechselrichterschaltung 32 geschaltet. Das zweite Schaltelement 41 ist parallel zu dem ersten Schaltelement 42 geschaltet. Das zweite Schaltelement 47 ist parallel zu dem ersten Schaltelement 48 geschaltet.
Das erste Schaltelement 44 im oberen Zweig der V-Phase und das erste Schaltelement 50 im unteren Zweig der V-Phase sind in Reihe zwischen dem positiven Bus Lp und dem negativen Bus Ln geschaltet. Das zweite Schaltelement 43 ist parallel zum ersten Schaltelement 44 geschaltet. Das zweite Schaltelement 49 ist parallel zu dem ersten Schaltelement 50 geschaltet.
Das erste Schaltelement 46 im oberen Zweig der W-Phase und das erste Schaltelement 52 im unteren Zweig der W-Phase sind in Reihe zwischen dem positiven Bus Lp und dem negativen Bus Ln geschaltet. Das zweite Schaltelement 45 ist parallel zum ersten Schaltelement 46 geschaltet. Das zweite Schaltelement 51 ist parallel zu dem ersten Schaltelement 52 geschaltet.
Die Schaltelemente 41 bis 52 umfassen die zweiten Schaltelemente 41, 43, 45, 47, 49, 51, die parallel zu den ersten Schaltelementen 42, 44, 46, 48, 50, 52, die die Zweige bilden, geschaltet sind. Das erste Schaltelement 42 und das zweite Schaltelement 41 werden synchron ein- und ausgeschaltet. In gleicher Weise werden die ersten Schaltelemente 44, 44, 46, 48, 50, 52 und die entsprechenden zweiten Schaltelemente 43, 45, 47, 49, 51 synchron ein- und ausgeschaltet.
Die Gates der Schaltelemente 41 bis 52 sind jeweils elektrisch mit der Steuerschaltung 33 verbunden. Die Drains der Schaltelemente 41 bis 46 sind jeweils elektrisch mit der positiven Elektrode einer externen Spannungsversorgung 56 verbunden. Die Sources der Schaltelemente 47 bis 52 sind jeweils elektrisch mit der negativen Elektrode der externen Spannungsversorgung 56 verbunden.
Die Leistungsplatine 30 umfasst eine Filterschaltung 58 und eine Snubber-Schaltung bzw. Dämpfungsschaltung 59. Am negativen Bus Ln ist ein Shunt-Widerstand bzw. Nebenschlusswiderstand 60 angeordnet. Die Spannung zwischen den Enden des Shunt-Widerstands 60 wird als ein dem fließenden Strom i entsprechender Wert an die Steuerschaltung 33 gesendet und auf die von der Steuerschaltung 33 verwendete Steuerung reflektiert.
Die Filterschaltung 58 ist zwischen den Schaltelementen 41 bis 52 und der externen Spannungsversorgung 56 angeordnet. Die Filterschaltung 58 umfasst einen ersten Kondensator 61 und eine Spule 62. Die Spule 62 umfasst eine Normalmodus-Spule. Die Snubber-Schaltung 59 umfasst einen Widerstand 63, eine Diode 64 und einen zweiten Kondensator 65. Der erste Kondensator 61 umfasst einen Elektrolytkondensator und der zweite Kondensator 65 umfasst einen Keramikkondensator.
Die Steuerschaltung 33 führt mit den Schaltelementen 41 bis 52 Schaltvorgänge aus, um Gleichstrom in Wechselstrom umzuwandeln und den Elektromotor 13 mit Wechselstrom zu versorgen. Insbesondere führt die Steuerschaltung 33 eine Pulsweitenmodulation durch, um die Antriebsspannung des Elektromotors 13 zu steuern. Die Steuerschaltung 33 erzeugt ein PWM-Signal aus einem hochfrequenten Dreieckssignal, das als Trägersignal bezeichnet wird, und einem Spannungsanweisungssignal, das zur Einstellung der Spannung verwendet wird. Die Steuerschaltung 33 verwendet das erzeugte PWN-Signal, um jedes der Schaltelemente 41 bis 52 ein- und auszuschalten. Dadurch wird die von der externen Spannungsversorgung 56 gelieferte Gleichspannung in eine Wechselspannung umgewandelt. Die umgewandelte Wechselspannung wird als Antriebsspannung an den Elektromotor 13 angelegt, um den Elektromotor 13 zu steuern und anzutreiben.
Weiterhin steuert die Steuerschaltung 33 das PWN-Signal, um das EIN-AUS-Tastverhältnis der Schaltelemente 41 bis 52 variabel zu steuern. Dadurch wird die Drehzahl des Elektromotors 13 gesteuert. Die Steuerschaltung 33 ist elektrisch mit einer Klimaanlagen-ECU 67 verbunden. Die Steuerschaltung 33 empfängt Informationen bezüglich einer Soll-Drehzahl von der Klimaanlagen-ECU 67 und betätigt den Elektromotor 13 in Übereinstimmung mit der Soll-Drehzahl.
Wie in 3 gezeigt, sind die Schaltelemente 41 bis 52 auf einer ersten Fläche 30a, die die Fläche einer Seite der Leistungsplatine 30 ist, in Reihen voneinander beabstandet und bilden eine erste Schaltgruppe 71 und eine zweite Schaltgruppe 72.
Die erste Schaltgruppe 71 umfasst die Schaltelemente 41 bis 46, die als Schaltelemente des oberen Zweigs dienen. Das heißt, die erste Schaltgruppe 71 umfasst die ersten Schaltelemente 42, 44, 46 und die zweiten Schaltelemente 41, 43, 45, die die oberen Zweige der Phasen bilden.
Die zweite Schaltgruppe 72 umfasst die Schaltelemente 47 bis 52, die als Schaltelemente des unteren Zweigs dienen. Das heißt, die zweite Schaltgruppe 72 umfasst die ersten Schaltelemente 48, 50, 52 und die zweiten Schaltelemente 47, 49, 51, die die unteren Zweige der Phasen bilden.
Die Schaltelemente 41 bis 46 der ersten Schaltgruppe 71 sind in einer Reihe angeordnet und auf der ersten Fläche 30a der Leistungsplatine 30 montiert. Die Schaltelemente 47 bis 52 der zweiten Schaltgruppe 72 sind in einer Reihe angeordnet und auf der ersten Fläche 30a der Leistungsplatine 30 montiert. Somit sind die Schaltelemente des oberen Zweigs und die Schaltelemente des unteren Zweigs in geraden Linien auf der Leistungsplatine 30 angeordnet.
Der Widerstand 63, die Diode 64 und der zweite Kondensator 65, die Komponenten der Snubber-Schaltung 59 in der Wechselrichterschaltung 32 sind, sind zusammen mit dem Shunt-Widerstand 60 auf einer zweiten Fläche 30b der Leistungsplatine 30 montiert. Der Widerstand 63, die Diode 64 und der zweite Kondensator 65 sind Beispiele für elektrische Elemente der Snubber-Schaltung 59. Die zweite Fläche 30b ist die der ersten Fläche 30a gegenüberliegende Fläche.
Die zweite Fläche 30b der Leistungsplatine 30 umfasst einen ersten Wärmeableitungsabschnitt 74 und einen zweiten Wärmeableitungsabschnitt 75, die an Stellen angeordnet sind, die den Bereichen entsprechen, in denen die Schaltelemente 41 bis 52 angeordnet sind. Der erste Wärmeableitungsabschnitt 74 entspricht der ersten Schaltgruppe 71, und der zweite Wärmeableitungsabschnitt 75 entspricht der zweiten Schaltgruppe 72.
Als Leistungsplatine 30 wird eine mehrschichtige Platine verwendet. Der erste Wärmeableitungsabschnitt 74 und der zweite Wärmeableitungsabschnitt 75 sind in der zweiten Fläche 30b der Leistungsplatine 30, die Metallschichten und Harzschichten umfasst, durch Öffnungen in der äußersten Harzschicht (Resistschicht) der zweiten Fläche 30b gebildet. Somit wird eine Metallschicht von der zweiten Fläche 30b an dem ersten Wärmeableitungsabschnitt 74 und dem zweiten Wärmeableitungsabschnitt 75 freigelegt.
Der Widerstand 63, der zweite Kondensator 65, die Diode 64 und der Shunt-Widerstand 60 sind zwischen dem ersten Wärmeableitungsteil 74 und dem zweiten Wärmeableitungsteil 75 montiert. Die Leistungsplatine 30 umfasst Durchgangslöcher 77.
Die Durchgangslöcher 77 im ersten Wärmeableitungsabschnitt 74 verbinden die Schaltelemente 41 bis 46 der ersten Schaltgruppe 71 thermisch mit dem ersten Wärmeableitungsabschnitt 74, um die von den Schaltelementen 41 bis 46 erzeugte Wärme an den ersten Wärmeableitungsabschnitt 74 abzuleiten. Die Durchgangslöcher 77 im zweiten Wärmeableitungsabschnitt 75 verbinden die Schaltelemente 47 bis 52 der zweiten Schaltgruppe 72 thermisch mit dem zweiten Wärmeableitungsabschnitt 75, um die von den Schaltelementen 47 bis 52 erzeugte Wärme an den zweiten Wärmeableitungsabschnitt 75 abzuleiten.
Wie in 4A und 4B gezeigt, umfasst die Trennwand 21 einen ersten Vorsprung 79 und einen zweiten Vorsprung 80, die in Richtung der Leistungsplatine 30 vorstehen. Der erste Vorsprung 79 steht in thermischem Kontakt mit dem ersten Wärmeableitungsabschnitt 74, der als Wärmeableitungspfad dient. Der zweite Vorsprung 80 steht in thermischem Kontakt mit dem zweiten Wärmeableitungsabschnitt 75, der als Wärmeableitungspfad dient. Die Trennwand 21 umfasst eine Nut 81 zwischen dem ersten Vorsprung 79 und dem zweiten Vorsprung 80. Der erste Vorsprung 79, der zweite Vorsprung 80 und die Nut 81 erstrecken sich geradlinig.
Der motorbetriebene Kompressor 10 umfasst ein weiches Wärmeableitungselement, das sich zwischen dem ersten und zweiten Vorsprung 79, 80 und der Wechselrichterschaltung 32 befindet. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel umfasst der motorbetriebene Kompressor 10 als Beispiele für das Wärmeableitungselement ein erstes Wärmeableitungselement 83 und ein zweites Wärmeableitungselement 84. Das erste Wärmeableitungselement 83 befindet sich zwischen dem ersten Vorsprung 79 und der Leistungsplatine 30. Das zweite Wärmeableitungselement 84 befindet sich zwischen dem zweiten Vorsprung 80 und der Leistungsplatine 30. Das erste Wärmeableitungselement 83 und das zweite Wärmeableitungselement 84 können die Form von Platten haben.
Der erste Vorsprung 79 und der zweite Vorsprung 80 sind in der Nähe von Abschnitten der zweiten Fläche 30b der Leistungsplatine 30 angeordnet, die den Bereichen entsprechen, in denen die Schaltelemente 41 bis 52 angeordnet sind. Der erste Vorsprung 79 und der zweite Vorsprung 80 ragen aus dem Boden der Nut 81 heraus.
Der erste Vorsprung 79 erstreckt sich geradlinig entlang der ersten Schaltgruppe 71, die durch die Schaltelemente 41 bis 46 gebildet wird. Der erste Wärmeableitungsabschnitt 74 befindet sich an der Rückseite des Bereichs, in dem die Schaltelemente 41 bis 46 angeordnet sind. Der erste Vorsprung 79 umfasst eine erste distale Endfläche 79a, die sich zwischen dem ersten Wärmeableitungsabschnitt 74 und dem Boden der Nut 81 an einer Position befindet, die näher an dem ersten Wärmeableitungsabschnitt 74 liegt als der Boden der Nut 81. Der erste Vorsprung 79 ist über das erste Wärmeableitungselement 83 thermisch mit den Schaltelementen 41 bis 46 gekoppelt. Mit anderen Worten, die Leistungsplatine 30 ist in dem Wechselrichterraum 20 so angeordnet, dass der erste Vorsprung 79 thermisch mit den Schaltelementen 41 bis 46 gekoppelt ist.
Der zweite Vorsprung 80 erstreckt sich geradlinig entlang der zweiten Schaltgruppe 72, die durch die Schaltelemente 47 bis 52 gebildet wird. Der zweite Wärmeableitungsabschnitt 75 befindet sich an der Rückseite des Bereichs, in dem die Schaltelemente 47 bis 52 angeordnet sind. Der zweite Vorsprung 80 umfasst eine zweite distale Endfläche 80a, die sich zwischen dem zweiten Wärmeableitungsabschnitt 75 und dem Boden der Nut 81 an einer Position befindet, die näher an dem zweiten Wärmeableitungsabschnitt 75 liegt als der Boden der Nut 81. Der zweite Vorsprung 80 ist über das zweite Wärmeableitungselement 84 thermisch mit den Schaltelementen 47 bis 52 gekoppelt. Mit anderen Worten, die Leistungsplatine 30 ist im Wechselrichterraum 20 so angeordnet, dass der zweite Vorsprung 80 thermisch mit den Schaltelementen 47 bis 52 gekoppelt ist.
Die Nut 81 ist von der ersten distalen Endfläche 79a des ersten Vorsprungs 79 und der zweiten distalen Endfläche 80a des zweiten Vorsprungs 80 zurückgesetzt, so dass die Nut 81 von der Leistungsplatine 30 beabstandet ist. Die Nut 81 ist in der Trennwand 21 an einem Abschnitt ausgebildet, der dem Abschnitt zwischen der ersten Schaltgruppe 71 und der zweiten Schaltgruppe 72 entspricht. Der Widerstand 63, die Diode 64 und der zweite Kondensator 65, die die Komponenten der Snubber-Schaltung 59 sind, sind zusammen mit dem Shunt-Widerstand 60 in der Nut 81 untergebracht.
Die Funktionsweise des vorliegenden Ausführungsbeispiels wird nun beschrieben.
Die von der ersten Schaltgruppe 71 erzeugte Wärme wird über die Durchgangslöcher 77, den ersten Wärmeableitungsabschnitt 74 und das erste Wärmeableitungselement 83 an den ersten Vorsprung 79 übertragen und abgeleitet. Die von der zweiten Schaltgruppe 72 erzeugte Wärme wird über die Durchgangslöcher 77, den zweiten Wärmeableitungsabschnitt 75 und das zweite Wärmeableitungselement 84 an den zweiten Vorsprung 80 übertragen und abgeleitet.
Die Vorteile des vorliegenden Ausführungsbeispiels werden nun beschrieben.

(1) Der motorbetriebene Kompressor 10 umfasst den Elektromotor 13, die Kompressionseinheit 12, die Wechselrichtervorrichtung 19 und das Gehäuse 11. Der Elektromotor 13 treibt die Drehwelle 14 an. Die Kompressionseinheit 12 wird von der Drehwelle 14 angetrieben, um Flüssigkeit zu verdichten. Die Wechselrichtervorrichtung 19 treibt den Elektromotor 13 an und umfasst die Leistungsplatine 30. Das Gehäuse 11 umfasst den Motorraum 18, der den Elektromotor 13 aufnimmt, den Wechselrichterraum 20, der in axialer Richtung der Drehwelle 14 neben dem Motorraum 18 angeordnet ist und die Wechselrichtervorrichtung 19 aufnimmt, und die Trennwand 21, die den Motorraum 18 und den Wechselrichterraum 20 voneinander trennt. Die Schaltelemente 41 bis 46 der oberen Zweige und die Schaltelemente 47 bis 52 der unteren Zweige sind in geraden Linien auf der Leistungsplatine 30 angeordnet. Die Trennwand 21 umfasst den ersten Vorsprung 79 und den zweiten Vorsprung 80, die in Richtung der Leistungsplatine 30 vorstehen. Der erste Vorsprung 79 erstreckt sich entlang der Schaltelemente 41 bis 46 der oberen Zweige. Der zweite Vorsprung 80 erstreckt sich entlang der Schaltelemente 47 bis 52 der unteren Zweige. Die Trennwand 21 umfasst die Nut 81 zwischen dem ersten Vorsprung 79 und dem zweiten Vorsprung 80. Die Leistungsplatine 30 ist im Wechselrichterraum 20 so angeordnet, dass der erste Vorsprung 79 thermisch mit den Schaltelementen 41 bis 46 der oberen Zweige und der zweite Vorsprung 80 thermisch mit den Schaltelementen 47 bis 52 der unteren Zweige gekoppelt ist. So wird die von den Schaltelementen 41 bis 46 der oberen Zweige und den Schaltelementen 47 bis 52 der unteren Zweige erzeugte Wärme über den ersten Vorsprung 79 und den zweiten Vorsprung 80 an das Gehäuse 11 und den Motorraum 18 übertragen, in den Kältemittel angesaugt wird. Dadurch hat der motorbetriebene Kompressor 10 eine hohe Betriebsstabilität. Die Nut 81 zwischen dem ersten Vorsprung 79 und dem zweiten Vorsprung 80 erhöht die Wärmeabfuhr. Der erste Vorsprung 79 und der zweite Vorsprung 80, die in der Trennwand 21 angeordnet sind, wirken als Rippen, die die Steifigkeit des Gehäuses 11 erhöhen. Dies wiederum verbessert die Laufruhe des motorbetriebenen Kompressors 10.
(2) Der Widerstand 63, die Diode 64 und der zweite Kondensator 65, die die Komponenten der Snubber-Schaltung 59 sind, sind zusammen mit dem Shunt-Widerstand 60 in der Nut 81 untergebracht. Somit sind der Widerstand 63, die Diode 64, der zweite Kondensator 65 und der Shunt-Widerstand 60 in dem Bereich untergebracht, in dem die Schaltelemente 41 bis 46 der oberen Zweige und die Schaltelemente 47 bis 52 der unteren Zweige montiert sind. Dadurch kann eine Vergrößerung der Leistungsplatine 30 vermieden werden.
(3) Die Zweige der Phasen umfassen die Schaltelemente 41 bis 52, die elektrisch parallel zueinander geschaltet sind. Im Vergleich dazu, dass der Zweig jeder Phase durch ein einzelnes Schaltelement gebildet wird, umfasst jeder Zweig eine erhöhte Anzahl von Schaltelementen. In Übereinstimmung mit den Bereichen, in denen die Schaltelemente 41 bis 52 aneinandergereiht sind, sind der erste Vorsprung 79 und der zweite Vorsprung 80 verlängert. Durch den verlängerten ersten Vorsprung 79 und zweiten Vorsprung 80 wird die Steifigkeit des Gehäuses 11 erhöht und die Laufruhe des motorbetriebenen Kompressors 10 weiter verbessert.
(4) Die von der ersten Schaltgruppe 71 erzeugte Wärme wird durch das erste Wärmeableitungselement 83 und den ersten Vorsprung 79 abgeleitet. Die von der zweiten Schaltgruppe 72 erzeugte Wärme wird über das zweite Wärmeableitungselement 84 und den zweiten Vorsprung 80 abgeführt. Dadurch wird die Temperaturdifferenz zwischen den Schaltelementen des oberen Zweigs 41 bis 46 und zwischen den Schaltelementen des unteren Zweigs 47 bis 52 reduziert.
(5) Die Schaltelemente 41 bis 52 umfassen die zweiten Schaltelemente 41, 43, 45, 47, 49, 51, die parallel zu den ersten Schaltelementen 42, 44, 46, 48, 50, 52 geschaltet sind. Die zweiten Schaltelemente 41, 43, 45, 47, 49, 51 reduzieren den Strom, der durch die ersten Schaltelemente 42, 44, 46, 48, 50, 52 fließt.

Das vorliegende Ausführungsbeispiel kann wie unten beschrieben modifiziert werden. Das vorliegende Ausführungsbeispiel und die folgenden Modifikationen können kombiniert werden, solange die kombinierten Modifikationen nicht im Widerspruch zueinanderstehen.
Mindestens einer von dem ersten Wärmeableitungsabschnitt 74 und dem zweiten Wärmeableitungsabschnitt 75 kann auf der Leistungsplatine 30 weggelassen werden. Das erste Wärmeableitungselement 83 und das zweite Wärmeableitungselement 84 können in Kontakt mit einer Harzschicht der Leistungsplatine 30 sein.
Mindestens eines von dem ersten Wärmeableitungselement 83 und dem zweiten Wärmeableitungselement 84 kann bei dem motorbetriebenen Kompressor 10 weggelassen werden. Beispielsweise kann Fett zwischen dem ersten Wärmeableitungsabschnitt 74 und dem ersten Vorsprung 79 aufgebracht werden, um das erste Wärmeableitungselement 83 zu ersetzen. Alternativ kann Fett zwischen dem zweiten Wärmeableitungsteil 75 und dem zweiten Vorsprung 80 aufgebracht werden, um das zweite Wärmeableitungselement 84 zu ersetzen. Als weitere Option können das erste Wärmeableitungselement 83 und das zweite Wärmeableitungselement 84 ein einziges durchgehendes Wärmeableitungselement sein.
Mindestens eines der zweiten Schaltelemente 41, 43, 45, 47, 49, 51 kann in der Wechselrichterschaltung 32 weggelassen werden.
Die Nut 81 kann den Widerstand 63, die Diode 64 und den zweiten Kondensator 65 aufnehmen, die die Komponenten der Snubber-Schaltung 59 sind, und den Shunt-Widerstand 60 nicht aufnehmen. Alternativ kann die Nut 81 den Shunt-Widerstand 60 aufnehmen und die Komponenten der Snubber-Schaltung 59 nicht aufnehmen. Das heißt, die Nut 81 kann nur den Shunt-Widerstand 60 und die Komponenten der Snubber-Schaltung 59 aufnehmen.
Der erste Vorsprung 79 und der zweite Vorsprung 80 können ein einziger durchgehender Vorsprung sein. Außerdem kann der Vorsprung die Nut 81 umgeben.
Der erste Kondensator 61 und der zweite Kondensator 65 müssen nicht zwingend Elektrolytkondensatoren sein und können auch Folienkondensatoren sein.
In dem Ausführungsbeispiel wird der motorbetriebene Kompressor 10 mit der Fahrzeugklimaanlage 17 verwendet. Stattdessen kann der motorbetriebene Kompressor 10 in ein Brennstoffzellenfahrzeug eingebaut werden, und die Kompressionseinheit 12 kann Luft komprimieren, die das einer Brennstoffzelle zugeführte Fluid ist.
An den obigen Beispielen können verschiedene Änderungen in Form und Details vorgenommen werden, ohne vom Geist und Umfang der Ansprüche und ihrer Entsprechungen abzuweichen. Die Beispiele dienen nur der Beschreibung und nicht der Einschränkung. Beschreibungen von Merkmalen in jedem Beispiel sind als auf ähnliche Merkmale oder Aspekte in anderen Beispielen anwendbar zu betrachten. Geeignete Ergebnisse können erzielt werden, wenn Abläufe in einer anderen Reihenfolge ausgeführt werden und/oder wenn Komponenten in einem beschriebenen System, einer Architektur, einem Gerät oder einer Schaltung anders kombiniert und/oder durch andere Komponenten oder deren Äquivalente ersetzt oder ergänzt werden. Der Umfang der Offenbarung wird nicht durch die detaillierte Beschreibung, sondern durch die Ansprüche und deren Äquivalente definiert. Alle Variationen innerhalb des Umfangs der Ansprüche und deren Äquivalente sind in der Offenbarung enthalten.
Ein Gehäuse eines motorbetriebenen Kompressors umfasst einen Motorraum, der einen Elektromotor aufnimmt, einen Wechselrichterraum, der eine Wechselrichtervorrichtung aufnimmt, und eine Trennwand, die den Motorraum und den Wechselrichterraum voneinander trennt. Schaltelemente des oberen Zweigs und Schaltelemente des unteren Zweigs sind in geraden Linien auf einer Leiterplatte angeordnet. Die Trennwand weist einen ersten Vorsprung und einen zweiten Vorsprung auf, die in Richtung der Leiterplatte ragen. Der erste Vorsprung und der zweite Vorsprung erstrecken sich entlang der Schaltelemente des oberen Zweigs und der Schaltelemente des unteren Zweigs. Die Trennwand umfasst eine Nut zwischen dem ersten Vorsprung und dem zweiten Vorsprung. Die Leiterplatte ist im Wechselrichterraum so angeordnet, dass der erste Vorsprung thermisch mit den Schaltelementen des oberen Zweigs und der zweite Vorsprung thermisch mit den Schaltelementen des unteren Zweigs gekoppelt ist.

Claims

Motorbetriebener Kompressor (10), mit: einem Elektromotor (13), der eine Drehwelle (14) dreht; einer Kompressionseinheit (12), die von der Drehwelle (14) angetrieben wird, um Fluid zu komprimieren; einer Wechselrichtervorrichtung (19), die den Elektromotor (13) antreibt und eine Leiterplatte (30) umfasst; und einem Gehäuse (11), das einen den Elektromotor (13) aufnehmenden Motorraum (18), einen in axialer Richtung der Drehwelle (14) neben dem Motorraum (18) angeordneten, die Wechselrichtervorrichtung (19) aufnehmenden Wechselrichterraum (20) und eine den Motorraum (18) und den Wechselrichterraum (20) voneinander abtrennende Trennwand (21) aufweist, wobei Schaltelemente des oberen Zweigs (41, 42, 43, 44, 45, 46) in einer geraden Linie auf der Leiterplatte (30) angeordnet sind, Schaltelemente des unteren Zweigs (47, 48, 49, 50, 51, 52) in einer geraden Linie auf der Leiterplatte (30) angeordnet sind, die Trennwand (21) einen ersten Vorsprung (79) und einen zweiten Vorsprung (80) aufweist, die in Richtung der Leiterplatte (30) vorstehen, der erste Vorsprung (79) sich entlang der Schaltelemente des oberen Zweigs (41, 42, 43, 44, 45, 46) erstreckt, der zweite Vorsprung (80) sich entlang der Schaltelemente des unteren Zweigs (47, 48, 49, 50, 51, 52) erstreckt, die Trennwand (21) eine Nut (81) zwischen dem ersten Vorsprung (79) und dem zweiten Vorsprung (80) aufweist, und die Leiterplatte (30) in dem Wechselrichterraum (20) so angeordnet ist, dass der erste Vorsprung (79) mit den Schaltelementen des oberen Zweigs (41, 42, 43, 44, 45, 46) und der zweite Vorsprung (80) mit den Schaltelementen des unteren Zweigs (47, 48, 49, 50, 51, 52) thermisch gekoppelt ist.
Motorbetriebener Kompressor (10) gemäß Anspruch 1, wobei mindestens einer von einem Shunt-Widerstand (60) und einem elektrischen Element (63, 64, 65), das eine Snubber-Schaltung (59) bildet, auf der Leiterplatte (30) montiert ist, und die Nut (81) den mindestens einen von dem Shunt-Widerstand (60) und dem elektrischen Element (63, 64, 65) aufnimmt.
Motorbetriebener Kompressor (10) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der Elektromotor (13) Phasen (U, V, W) umfasst, die Schaltelemente des oberen Zweigs (41, 42, 43, 44, 45, 46) Schaltelemente des oberen Zweigs (41, 42, 43, 44, 45, 46) umfassen, die in jeder der Phasen (U, V, W) elektrisch parallel zueinander geschaltet sind, und die Schaltelemente des unteren Zweigs (47, 48, 49, 50, 51, 52) Schaltelemente des unteren Zweigs (47, 48, 49, 50, 51, 52) umfassen, die in jeder der Phasen (U, V, W) elektrisch parallel zueinander geschaltet sind.
Motorbetriebener Kompressor (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, weiterhin mit einem weichen Wärmeableitungselement (83, 84), das zwischen dem ersten Vorsprung (79) und der Leiterplatte (30) und zwischen dem zweiten Vorsprung (80) und der Leiterplatte (30) angeordnet ist.
Motorbetriebener Kompressor (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Leiterplatte (30) eine erste Fläche (30a) und eine zweite Fläche (30b) an einer Seite, die der ersten Fläche (30a) gegenüberliegt, aufweist, die Schaltelemente des oberen Zweigs (41, 42, 43, 44, 45, 46) und die Schaltelemente des unteren Zweigs (47, 48, 49, 50, 51, 52) auf der ersten Fläche (30a) der Leiterplatte (30) angeordnet sind, die Trennwand (21) der zweiten Fläche (30b) der Leiterplatte (30) gegenüberliegt, und der erste Vorsprung (79) und der zweite Vorsprung (80) in Richtung der zweiten Fläche (30b) der Leiterplatte (30) ragen.