JP4142227B2 - 車両用電動圧縮機のモータ駆動用インバータ装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両用電動圧縮機のモータ駆動用インバータ装置に関し、特に放熱性に優れた小型のインバータ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、車両等の空調装置においては、バッテリ等の直流電源からインバータ装置を介して電動圧縮機のモータに電力を供給している。
【０００３】
このインバータ装置は、複数の高電流容量の半導体スイッチング素子を含む電子回路が形成されたプリント配線基板を備え、これらの半導体スイッチング素子のオンオフ状態を切り替えることによって三相交流電流を生成している。また、ＣＰＵを主体として集積回路化されたマイクロコントローラ素子を用いて、半導体スイッチング素子のオンオフ状態の切替え制御を行っている。
【０００４】
また、モータへの通電量が多いため半導体スイッチング素子から多量の発熱が生じるので、発熱部品には個別に放熱器を取り付けたり、ファンを設けている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述のように発熱部品に対して個別に放熱器を取り付けたり、ファンを設けると、電子回路を形成するプリント配線基板の形状及び装置全体の形状が大きくなると共に、製造コストの増大を招いていた。
【０００６】
さらに、車両の場合、電気的なノイズの発生源が多く存在する。このため、インバータ装置には、外部ノイズの影響を除去するため及びインバータから発生するノイズによって他の電子機器に影響を与えないために金属製の外箱を備え、この外箱内部に電子回路が形成されたプリント配線基板を配置している。しかし、インバータ装置においても、前述した半導体スイッチング素子には高電流が流れるためノイズが発生する。このノイズによってマイクロコントローラが誤動作を起こすことがあるので、電磁気的な遮蔽板を設ける必要があり、これによっても装置全体の形状が大きくなると共に、製造コストの増大を招いていた。
【０００７】
本発明の目的は上記の問題点に鑑み、小型にして高い放熱効果が得られる車両用電動圧縮機のモータ駆動用インバータ装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記の目的を達成するために請求項１では、金属部材からなる外箱と、電子回路が形成されると共に内層に高熱伝導率を有する金属板からなる熱伝導板が設けられたプリント配線基板とを備え、直流電流を交流電流に変換して駆動対象となるモータに出力する車両用電動圧縮機のモータ駆動用インバータ装置において、前記プリント配線基板は、前記熱伝導板と前記外箱の内壁に当接された高熱伝導率を有する支持部材によって支持され、前記熱伝導板を境にして、前記プリント配線基板の一方の主面に電磁ノイズによる影響を受けやすいマイクロコントローラを有する電子回路が配置されるとともに、他方の主面側に電磁ノイズを発生しやすい他の電子回路が配置され、他方の主面に対向する外箱の内壁に半導体スイッチング素子が配置されている車両用電動圧縮機のモータ駆動用インバータ装置を提案する。
【０００９】
該モータ駆動用インバータ装置によれば、プリント配線基板の内層に設けられている熱伝導板は高熱伝導率を有する支持部材によって前記外箱の内壁に固定されている。これにより、前記電子回路から発生した熱は前記熱伝導板に伝達され、さらに熱伝導板から前記外箱に伝達されて外部に放熱される。また、電磁ノイズを発生しやすい他の電子回路が前記プリント配線基板の他方の主面側に配置されるので、該電子回路から発生した電磁ノイズは前記熱伝導板によって遮蔽され、前記プリント基板の一方の主面に配置されている電磁ノイズの影響を受けやすいマイクロコントローラへの前記他の電子回路から発生した電磁ノイズの影響が低減される。さらに、電磁ノイズを発生しやすい半導体スイッチング素子がプリント配線基板の他方の主面に対向する外箱の内壁に配置されるので、半導体スイッチング素子から発生した電磁ノイズは前記熱伝導板によって遮蔽され、前記プリント基板の一方の主面に配置されている電磁ノイズの影響を受けやすいマイクロコントローラへの半導体スイッチング素子から発生した電磁ノイズの影響が低減される。
【００１０】
また、請求項２では、金属部材からなる外箱と、電子回路が形成されると共に内層に高熱伝導率を有する金属板からなる熱伝導板が設けられたプリント配線基板とを備え、直流電流を交流電流に変換して駆動対象となるモータに出力する車両用電動圧縮機のモータ駆動用インバータ装置において、前記外箱として、内壁の一部が放熱器の所定面によって形成されている外箱を備えると共に、前記プリント配線基板は、前記熱伝導板と前記放熱器に当接された高熱伝導率を有する支持部材によって支持され、前記熱伝導板を境にして、前記プリント配線基板の一方の主面に電磁ノイズによる影響を受けやすいマイクロコントローラを有する電子回路が配置されるとともに、他方の主面側に電磁ノイズを発生しやすい他の電子回路が配置され、他方の主面に対向する外箱の内壁に半導体スイッチング素子が配置されている車両用電動圧縮機のモータ駆動用インバータ装置を提案する。
【００１１】
該モータ駆動用インバータ装置では、プリント配線基板の内層に設けられている熱伝導板は高熱伝導率を有する支持部材によって前記放熱器に固定されている。これにより、前記電子回路から発生した熱は前記熱伝導板に伝達され、さらに熱伝導板から前記放熱器に伝達されて外部に放熱される。また、電磁ノイズを発生しやすい他の電子回路が前記プリント配線基板の他方の主面側に配置されるので、該電子回路から発生した電磁ノイズは前記熱伝導板によって遮蔽され、前記プリント基板の一方の主面に配置されている電磁ノイズの影響を受けやすいマイクロコントローラへの前記他の電子回路から発生した電磁ノイズの影響が低減される。さらに、電磁ノイズを発生しやすい半導体スイッチング素子がプリント配線基板の他方の主面に対向する外箱の内壁に配置されるので、半導体スイッチング素子から発生した電磁ノイズは前記熱伝導板によって遮蔽され、前記プリント基板の一方の主面に配置されている電磁ノイズの影響を受けやすいマイクロコントローラへの半導体スイッチング素子から発生した電磁ノイズの影響が低減される。
【００１２】
また、請求項３では、請求項１又は請求項２記載の車両用電動圧縮機のモータ駆動用インバータ装置において、前記支持部材がアルミニウムからなる車両用電動圧縮機のモータ駆動用インバータ装置を提案する。
【００１３】
該モータ駆動用インバータ装置では、高熱伝導率を有するアルミニウムからなる支持部材を用いているので、前記支持部材によって前記熱伝導板から外箱への高い熱伝導効率が得られ、放熱効果が高められる。
【００１４】
また、請求項４では、請求項１、２又は３記載の車両用電動圧縮機のモータ駆動用インバータ装置において、前記電子回路は集積回路素子を備えている車両用電動圧縮機のモータ駆動用インバータ装置を提案する。
【００１５】
該モータ駆動用インバータ装置では、前記電子回路から発生した熱が前記熱伝導板を介して外箱に伝達され、外箱から外部に放熱されるので、前記集積回路素子周辺の温度上昇が低減される。
【００１６】
また、請求項５では、請求項１、２、３又は４記載の車両用電動圧縮機のモータ駆動用インバータ装置において、前記半導体スイッチング素子が外箱の内壁を介して放熱するように設けられている車両用電動圧縮機のモータ駆動用インバータ装置を提案する。
【００１７】
該モータ駆動用インバータ装置では、半導体スイッチング素子から発生した熱は外箱の内壁に伝達され、外箱から外部に放熱される。
【００１８】
また、請求項６では、請求項１、２、３、４又は５記載の車両用電動圧縮機のモータ駆動用インバータ装置において、前記プリント配線基板の他方の主面に設けられた前記半導体スイッチング素子を備えている車両用電動圧縮機のモータ駆動用インバータ装置を提案する。
【００１９】
該モータ駆動用インバータ装置によれば、電磁ノイズを発生しやすい半導体スイッチング素子がプリント配線基板の他方の主面に設けられているので、半導体スイッチング素子から発生した電磁ノイズは前記熱伝導板によって遮蔽され、前記プリント基板の一方の主面に配置されている電磁ノイズの影響を受けやすいマイクロコントローラへの半導体スイッチング素子から発生した電磁ノイズの影響が低減される。また、半導体スイッチング素子から発生した熱はプリント配線基板の熱伝導板に伝達され、外箱から外部に放熱される。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて、本発明の一実施形態を説明する。
【００２１】
図１は、本発明の第１の実施形態におけるインバータ装置の電気系回路を示すブロック図、図２は装置の外観斜視図、図３は装置の要部構成を示す側断面図である。
【００２２】
図１において、１はインバータ装置で、バッテリー等の直流電源２から入力した直流電流を三相交流電流に変換して電動圧縮機３のモータ３ｂに供給する。これにより電動圧縮機３では、モータ３ｂによって圧縮機３ａが駆動される。また、直流電源２に対して平滑用のコンデンサ４が並列接続されている。
【００２３】
インバータ装置１は、複数のスイッチング半導体素子、例えば６個のスイッチング用パワートランジスタ１１ａ〜１１ｆ、電源コネクタ１２、電源回路１３、ドライブ回路１４、駆動制御回路１５、及び出力コネクタ１６等から構成されている。
【００２４】
パワートランジスタ１１ａ〜１１ｆは、２個１組としてコレクタ−エミッタ間が直列接続され、各組の一端のコレクタが電源コネクタ１２の正極に接続され、他端のエミッタが電源コネクタ１２の負極に接続されている。
【００２５】
また、各組みのトランジスタの接続点、即ち一方のトランジスタのエミッタと他方のトランジスタのコレクタとの接続点は、出力コネクタ１６を介してモータ１２の３つの端子のそれぞれに接続されている。さらに、各パワートランジスタ１１ａ〜１１ｆのベースには、ドライブ回路１４からそれぞれのトランジスタに個別に対応して出力される制御信号が入力されている。
【００２６】
電源回路１３は、電源コネクタ１２を介して直流電源２から電力の供給を受け、電圧レベルの変換を行った後、ドライブ回路１４及び駆動制御回路１５に電力を供給する。
【００２７】
ドライブ回路１４は、駆動制御回路１５から入力したタイミング制御信号に基づいて、各パワートランジスタ１１ａ〜１１ｆのオンオフ状態を切り替える制御信号を生成して、各パワートランジスタ１１ａ〜１１ｆのベースに出力する。
【００２８】
駆動制御回路１５は、ＣＰＵ、メモリ等が集積化されたマイクロコントローラ素子を備え、メモリに記憶されたプログラムに従って動作し、モータ３ｂの回転数を制御するためのタイミング制御信号をドライブ回路１４に出力する。
【００２９】
図２及び図３において、１はインバータ装置で、金属部材からなる直方体形状の外箱２０を備え、この外箱２０の内部に前述の電子回路が形成されたプリント配線基板３０，４０が配置されている。
【００３０】
また、外箱２０の一つの面は放熱器２１によって形成され、放熱器２１の平面が外箱２０の一内面となり、放熱器２１のフィンが外部に露出している。さらに、外箱２０の他の面には、電源コネクタ１２及び出力コネクタ１６が配置されている。
【００３１】
プリント配線基板３０は両面配線基板で、ガラスエポキシ等の絶縁性部材によって形成された第１及び第２配線板３１，３２と、内層に設けられたアルミニウム等の金属板からなる熱伝導板３３とから構成され、双方の配線板３１，３２の表面には配線導体が形成されて電子部品が実装されている。
【００３２】
即ち、第１配線板３１は、その一方の主面３１ａのみに配線導体３１ｂが形成され、トランジスタ５１や他の電子部品５２及びマイクロコントローラ５３が実装されて駆動制御回路１５が形成されている。また、第２配線板３２は、その一方の主面３２ａのみに配線導体３２ｂが形成され、電子部品５４，５５が実装されて電源回路１３が形成されている。
【００３３】
また、第１配線板３１の他方の主面３１ｃは、熱伝導板３３の一方の主面３３ａに接着され、第２配線板３２の他方の主面３２ｃは熱伝導板３３の他方の主面３３ｂに接着されている。これらは、熱伝導性に優れた接着剤、例えばシリコン接着剤などによって接着されている。
【００３４】
プリント配線基板４０は、ガラスエポキシ等の絶縁性部材によって形成され他配線板４１と、アルミニウム等の金属板からなる熱伝導板４２とから構成され、配線板４１の表面には配線導体４１ｂが形成され、パワートランジスタ１１（１１ａ〜１１ｆ）、ドライブ回路１４を形成する素子５６及びその他の電子部品５７が実装され、フェイスボンディングタイプの素子は基板に接着され、リードワイヤ５７によって配線導体４１ｂに導電接続されている。
【００３５】
また、配線板４１の他方の主面４１ｃは、熱伝導板４２の一方の主面４２ａに接着されている。これらは、熱伝導性に優れた接着剤、例えばシリコン接着剤などによって接着されている。
【００３６】
これらのプリント基板３０，４０は、熱伝導板３３，４２の熱を逃がすように外箱２０或いは放熱器２１に固定されている。
【００３７】
即ち、第１及び第２配線板３１，３２が接着された熱伝導板３３は、第２配線板３２の部品実装面が放熱器２１の平面に対してほぼ平行に対向するようにＬ字型の支持部材６１及びネジ６２によって外箱２０の内壁に固定されている。
【００３８】
また、熱伝導板３３は、少なくともその一部が配線板３１，３２の間から突出する形状をなし、この突出部分４１ｄに支持部材６１の一端部が当接されてネジ６２によって固定されている。支持部材６１は、アルミニウム等の熱伝導率の高い部材からなり、その他端部はネジ６２によって外箱２０の内壁に固定されている。
【００３９】
また、プリント配線基板４０の熱伝導板４２は、配線板４１の部品実装面が第２配線板３２の部品実装面に対向するように、他方の主面４２ｂを放熱器２１の平面に当接させて、ネジ６２によって放熱器２１に固定されている。
【００４０】
一方、各プリント配線基板３０，４０に形成されている電子回路間は、リード線５８によって接続されている。
【００４１】
即ち、第１及び第２配線板３１，３２の所要箇所にスルーホール３１ｄ、３２ｄが形成されると共に、このスルーホール３１ｄ、３２ｄに対応して熱伝導板３３に貫通孔３３ｃが形成されている。これらのスルーホール３１ｄ，３２ｄ及び貫通孔３３ｃにリード線５８が挿通され、このリード線５８が所定の配線導体に半田付けされている。また、リード線５８と熱伝導板３３との間は電気的に絶縁されている。
【００４２】
前述の構成よりなるインバータ装置１によれば、プリント配線基板３０に形成されている電子回路から発生した熱は、熱伝導板３３に伝達され、さらに熱伝導板３３から支持部材６１を介して外箱２０に伝達されて外部に放熱される。これにより、電子回路から発生した熱を効率よく外部に放熱することができる。
【００４３】
また、プリント配線基板４０に形成されている電子回路から発生した熱は、熱伝導板４２に伝達され、さらに熱伝導板４２から放熱器２１に伝達されて外部に放熱される。これにより、電子回路から発生した熱を効率よく外部に放熱することができる。
【００４４】
また、空冷用のファンを設けたりせずに、また発熱性の電子部品毎に放熱器を設けることなく十分な放熱効果を得ることができる。
【００４５】
さらに、ファンや電子部品毎の放熱器が不要になることから、装置形状の小型化を図ることができると共に製造コストの低減を図ることができる。
【００４６】
また、外箱２０の一内壁面を放熱器２１の平面によって形成し、この放熱器２１の面に熱伝導板４２の主面を当接させて固定したので、発熱量の多いパワートランジスタ１１ａ〜１１ｆを実装したプリント配線基板４０から外部への放熱効果を高めることができる。
【００４７】
また、プリント配線基板４０上のスイッチング用パワートランジスタ１１（１１ａ〜１１ｆ）を有する電子回路から発生した電気的なノイズは、金属板からなる熱伝導板３３によって遮蔽されるので、マイクロコントローラ５３を有する駆動制御回路１５へのノイズの影響を低減することができ、駆動制御回路１５の誤動作を防止することができる。さらに、マイクロコントローラ５３等の集積回路素子周辺の温度上昇を低減することができるので、温度上昇によって生じる集積回路素子の誤動作を防止することができる。
【００４８】
次に、本発明の第２の実施形態を説明する。
【００４９】
図４は、第２の実施形態のインバータ装置における要部構成を示す側断面図である。図において、前述した第１の実施形態と同一構成部分は同一符号をもって表しその説明を省略する。また、第２の実施形態と第１の実施形態との相違点は、プリント配線基板３０の熱伝導板３３を支持部材６４によって放熱器２１に固定したことである。
【００５０】
支持部材６４は、前述同様に高い熱伝導率を有するアルミニウム等の金属からなり、その一端部がネジ６２によって熱伝導板３３に固定され、他端部がネジ６２によって放熱器２１に固定されている。これにより、熱伝導板３３の放熱効果をさらに高めることができる。
【００５１】
尚、第１及び第２の実施形態では、放熱器２１を備えた外箱２０を用いたが、放熱器２１を備えない外箱２０を形成し、熱伝導板３３，４２を外箱２０に固定するようにしても同様の効果を得ることができる。このとき熱伝導板４２の他方の主面４２ｂを外箱２０の内壁面に当接させて固定してもよいし、また熱伝導板３３と同様に熱伝導性の支持部材を用いて固定しても良い。
【００５２】
また、プリント配線基板３０の一方の主面（第１配線板３１）に電磁ノイズの影響を受けやすい駆動制御回路１５及び電源回路１３を形成し、他方の主面（第２配線板３２）に電磁ノイズを発生しやすいスイッチング用パワートランジスタ１１（１１ａ〜１１ｆ）を実装すると共にドライブ回路１４を形成しても良い。これにより、第１及び第２の実施形態と同様の効果を得ることができると共にプリント配線基板４０を除去することができる。
【００５３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の請求項１のモータ駆動用インバータ装置によれば、電子回路から発生した熱が熱伝導板に伝達され、さらに熱伝導板から外箱に伝達されて外部に放熱されるので、前記電子回路から発生した熱を効率よく外部に放熱することができる。さらに、空冷用のファンを設けなくとも十分な放熱効果が得られると共に、発熱性の電子部品毎に放熱器を設けることなく十分な放熱効果を得ることができる。また、これらから、装置形状の小型化を図ることができると共に製造コストの低減を図ることができる。さらに、電子回路から発生した電気的なノイズが金属板からなる熱伝導板によって遮蔽されるので、マイクロコントローラを有する電子回路へのノイズの影響を低減することができるとともに、プリント配線基板の他方の主面に対向する外箱の内壁に配置された半導体スイッチング素子から発生した電磁ノイズの影響が低減されるので、電子回路の誤動作を防止することができる。
【００５４】
また、請求項２によれば、電子回路から発生した熱が熱伝導板に伝達され、さらに熱伝導板から放熱器に伝達されて外部に放熱されるので、前記電子回路から発生した熱を効率よく外部に放熱することができる。さらに、空冷用のファンを設けなくとも十分な放熱効果が得られると共に、発熱性の電子部品毎に放熱器を設けることなく十分な放熱効果を得ることができる。また、これらから、装置形状の小型化を図ることができると共に製造コストの低減を図ることができる。さらに、電子回路から発生した電気的なノイズが、金属板からなる熱伝導板によって遮蔽されるので、マイクロコントローラを有する電子回路へのノイズの影響を低減することができるとともに、プリント配線基板の他方の主面に対向する外箱の内壁に配置された半導体スイッチング素子から発生した電磁ノイズの影響が低減されるので、電子回路の誤動作を防止することができる。
【００５５】
また、請求項３によれば、請求項１又は２の効果に加えて、熱伝導率の高いアルミニウムからなる支持部材を用いているため、前記支持部材によって前記熱伝導板から外箱への高い熱伝導効率が得られ、放熱効果が高められる。
【００５６】
また、請求項４によれば、請求項１、２又は３の効果に加えて、電子回路から発生した熱を熱伝導板及び外箱を介して外部に放熱することができるので、集積回路素子周辺の温度上昇を低減することができ、温度上昇によって生じる集積回路素子の誤動作を防止することができる。
【００５７】
また、請求項５によれば、請求項１、２、３又は４の効果に加えて、半導体スイッチング素子から発生した熱が外箱から外部に放熱されるので、半導体スイッチング素子から発生した熱を効率よく外部に放熱することができる。
【００５８】
また、請求項６によれば、請求項１、２、３、４又は５の効果に加えて、プリント配線基板の他方の主面に設けられた半導体スイッチング素子から発生した電磁ノイズの影響が低減されるので、電子回路の誤動作を防止することができる。さらに、半導体スイッチング素子から発生した熱が外箱から外部に放熱されるので、半導体スイッチング素子から発生した熱を効率よく外部に放熱することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施形態におけるインバータ装置の電気系回路を示すブロック図
【図２】 本発明の第１の実施形態におけるインバータ装置の外観斜視図
【図３】 本発明の第１の実施形態におけるインバータ装置の要部構成を示す側断面図
【図４】 本発明の第２の実施形態におけるインバータ装置の要部構成を示す側断面図
【符号の説明】
１…インバータ装置、２…直流電源、３…電動圧縮機、３ａ…圧縮機、３ｂ…モータ、４…平滑用コンデンサ、１１，１１ａ〜１１ｆ…スイッチング用パワートランジスタ、１２…電源コネクタ、１３…電源回路、１４…ドライブ回路、１５…駆動制御回路、１６…出力コネクタ、２０…外箱、２１…放熱器、３０…プリント配線基板、３１ａ，３１ｃ，３２ａ，３２ｃ…主面、３１ｂ，３２ｂ…配線導体、３１ｄ，３２ｄ…スルーホール、３３…熱伝導板、４０…プリント配線基板、４１ａ，４１ｃ…主面、４１ｂ…配線導体、４１ｃ…貫通孔、４２…熱伝導板、５１…トランジスタ、５２，５３，５４…電子部品、５３…マイクロコントローラ、５７…リードワイヤ、５８…リード線、６１…支持部材、６２…ネジ、６３…支持部材。
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両用電動圧縮機のモータ駆動用インバータ装置に関し、特に放熱性に優れた小型のインバータ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、車両等の空調装置においては、バッテリ等の直流電源からインバータ装置を介して電動圧縮機のモータに電力を供給している。
【０００３】
このインバータ装置は、複数の高電流容量の半導体スイッチング素子を含む電子回路が形成されたプリント配線基板を備え、これらの半導体スイッチング素子のオンオフ状態を切り替えることによって三相交流電流を生成している。また、ＣＰＵを主体として集積回路化されたマイクロコントローラ素子を用いて、半導体スイッチング素子のオンオフ状態の切替え制御を行っている。
【０００４】
また、モータへの通電量が多いため半導体スイッチング素子から多量の発熱が生じるので、発熱部品には個別に放熱器を取り付けたり、ファンを設けている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述のように発熱部品に対して個別に放熱器を取り付けたり、ファンを設けると、電子回路を形成するプリント配線基板の形状及び装置全体の形状が大きくなると共に、製造コストの増大を招いていた。
【０００６】
さらに、車両の場合、電気的なノイズの発生源が多く存在する。このため、インバータ装置には、外部ノイズの影響を除去するため及びインバータから発生するノイズによって他の電子機器に影響を与えないために金属製の外箱を備え、この外箱内部に電子回路が形成されたプリント配線基板を配置している。しかし、インバータ装置においても、前述した半導体スイッチング素子には高電流が流れるためノイズが発生する。このノイズによってマイクロコントローラが誤動作を起こすことがあるので、電磁気的な遮蔽板を設ける必要があり、これによっても装置全体の形状が大きくなると共に、製造コストの増大を招いていた。
【０００７】
本発明の目的は上記の問題点に鑑み、小型にして高い放熱効果が得られる車両用電動圧縮機のモータ駆動用インバータ装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記の目的を達成するために請求項１では、金属部材からなる外箱と、電子回路が形成されると共に内層に高熱伝導率を有する金属板からなる熱伝導板が設けられたプリント配線基板とを備え、直流電流を交流電流に変換して駆動対象となるモータに出力する車両用電動圧縮機のモータ駆動用インバータ装置において、前記プリント配線基板は、前記熱伝導板と前記外箱の内壁に当接された高熱伝導率を有する支持部材によって支持され、前記熱伝導板を境にして、前記プリント配線基板の一方の主面に電磁ノイズによる影響を受けやすいマイクロコントローラを有する電子回路が配置されるとともに、他方の主面側に電磁ノイズを発生しやすい他の電子回路が配置され、他方の主面に対向する外箱の内壁に半導体スイッチング素子が配置されている車両用電動圧縮機のモータ駆動用インバータ装置を提案する。
【０００９】
該モータ駆動用インバータ装置によれば、プリント配線基板の内層に設けられている熱伝導板は高熱伝導率を有する支持部材によって前記外箱の内壁に固定されている。これにより、前記電子回路から発生した熱は前記熱伝導板に伝達され、さらに熱伝導板から前記外箱に伝達されて外部に放熱される。また、電磁ノイズを発生しやすい他の電子回路が前記プリント配線基板の他方の主面側に配置されるので、該電子回路から発生した電磁ノイズは前記熱伝導板によって遮蔽され、前記プリント基板の一方の主面に配置されている電磁ノイズの影響を受けやすいマイクロコントローラへの前記他の電子回路から発生した電磁ノイズの影響が低減される。さらに、電磁ノイズを発生しやすい半導体スイッチング素子がプリント配線基板の他方の主面に対向する外箱の内壁に配置されるので、半導体スイッチング素子から発生した電磁ノイズは前記熱伝導板によって遮蔽され、前記プリント基板の一方の主面に配置されている電磁ノイズの影響を受けやすいマイクロコントローラへの半導体スイッチング素子から発生した電磁ノイズの影響が低減される。
【００１０】
また、請求項２では、金属部材からなる外箱と、電子回路が形成されると共に内層に高熱伝導率を有する金属板からなる熱伝導板が設けられたプリント配線基板とを備え、直流電流を交流電流に変換して駆動対象となるモータに出力する車両用電動圧縮機のモータ駆動用インバータ装置において、前記外箱として、内壁の一部が放熱器の所定面によって形成されている外箱を備えると共に、前記プリント配線基板は、前記熱伝導板と前記放熱器に当接された高熱伝導率を有する支持部材によって支持され、前記熱伝導板を境にして、前記プリント配線基板の一方の主面に電磁ノイズによる影響を受けやすいマイクロコントローラを有する電子回路が配置されるとともに、他方の主面側に電磁ノイズを発生しやすい他の電子回路が配置され、他方の主面に対向する外箱の内壁に半導体スイッチング素子が配置されている車両用電動圧縮機のモータ駆動用インバータ装置を提案する。
【００１１】
該モータ駆動用インバータ装置では、プリント配線基板の内層に設けられている熱伝導板は高熱伝導率を有する支持部材によって前記放熱器に固定されている。これにより、前記電子回路から発生した熱は前記熱伝導板に伝達され、さらに熱伝導板から前記放熱器に伝達されて外部に放熱される。また、電磁ノイズを発生しやすい他の電子回路が前記プリント配線基板の他方の主面側に配置されるので、該電子回路から発生した電磁ノイズは前記熱伝導板によって遮蔽され、前記プリント基板の一方の主面に配置されている電磁ノイズの影響を受けやすいマイクロコントローラへの前記他の電子回路から発生した電磁ノイズの影響が低減される。さらに、電磁ノイズを発生しやすい半導体スイッチング素子がプリント配線基板の他方の主面に対向する外箱の内壁に配置されるので、半導体スイッチング素子から発生した電磁ノイズは前記熱伝導板によって遮蔽され、前記プリント基板の一方の主面に配置されている電磁ノイズの影響を受けやすいマイクロコントローラへの半導体スイッチング素子から発生した電磁ノイズの影響が低減される。
【００１２】
また、請求項３では、請求項１又は請求項２記載の車両用電動圧縮機のモータ駆動用インバータ装置において、前記支持部材がアルミニウムからなる車両用電動圧縮機のモータ駆動用インバータ装置を提案する。
【００１３】
該モータ駆動用インバータ装置では、高熱伝導率を有するアルミニウムからなる支持部材を用いているので、前記支持部材によって前記熱伝導板から外箱への高い熱伝導効率が得られ、放熱効果が高められる。
【００１４】
また、請求項４では、請求項１、２又は３記載の車両用電動圧縮機のモータ駆動用インバータ装置において、前記電子回路は集積回路素子を備えている車両用電動圧縮機のモータ駆動用インバータ装置を提案する。
【００１５】
該モータ駆動用インバータ装置では、前記電子回路から発生した熱が前記熱伝導板を介して外箱に伝達され、外箱から外部に放熱されるので、前記集積回路素子周辺の温度上昇が低減される。
【００１６】
また、請求項５では、請求項１、２、３又は４記載の車両用電動圧縮機のモータ駆動用インバータ装置において、前記半導体スイッチング素子が外箱の内壁を介して放熱するように設けられている車両用電動圧縮機のモータ駆動用インバータ装置を提案する。
【００１７】
該モータ駆動用インバータ装置では、半導体スイッチング素子から発生した熱は外箱の内壁に伝達され、外箱から外部に放熱される。
【００１８】
また、請求項６では、請求項１、２、３、４又は５記載の車両用電動圧縮機のモータ駆動用インバータ装置において、前記プリント配線基板の他方の主面に設けられた前記半導体スイッチング素子を備えている車両用電動圧縮機のモータ駆動用インバータ装置を提案する。
【００１９】
該モータ駆動用インバータ装置によれば、電磁ノイズを発生しやすい半導体スイッチング素子がプリント配線基板の他方の主面に設けられているので、半導体スイッチング素子から発生した電磁ノイズは前記熱伝導板によって遮蔽され、前記プリント基板の一方の主面に配置されている電磁ノイズの影響を受けやすいマイクロコントローラへの半導体スイッチング素子から発生した電磁ノイズの影響が低減される。また、半導体スイッチング素子から発生した熱はプリント配線基板の熱伝導板に伝達され、外箱から外部に放熱される。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて、本発明の一実施形態を説明する。
【００２１】
図１は、本発明の第１の実施形態におけるインバータ装置の電気系回路を示すブロック図、図２は装置の外観斜視図、図３は装置の要部構成を示す側断面図である。
【００２２】
図１において、１はインバータ装置で、バッテリー等の直流電源２から入力した直流電流を三相交流電流に変換して電動圧縮機３のモータ３ｂに供給する。これにより電動圧縮機３では、モータ３ｂによって圧縮機３ａが駆動される。また、直流電源２に対して平滑用のコンデンサ４が並列接続されている。
【００２３】
インバータ装置１は、複数のスイッチング半導体素子、例えば６個のスイッチング用パワートランジスタ１１ａ〜１１ｆ、電源コネクタ１２、電源回路１３、ドライブ回路１４、駆動制御回路１５、及び出力コネクタ１６等から構成されている。
【００２４】
パワートランジスタ１１ａ〜１１ｆは、２個１組としてコレクタ−エミッタ間が直列接続され、各組の一端のコレクタが電源コネクタ１２の正極に接続され、他端のエミッタが電源コネクタ１２の負極に接続されている。
【００２５】
また、各組みのトランジスタの接続点、即ち一方のトランジスタのエミッタと他方のトランジスタのコレクタとの接続点は、出力コネクタ１６を介してモータ１２の３つの端子のそれぞれに接続されている。さらに、各パワートランジスタ１１ａ〜１１ｆのベースには、ドライブ回路１４からそれぞれのトランジスタに個別に対応して出力される制御信号が入力されている。
【００２６】
電源回路１３は、電源コネクタ１２を介して直流電源２から電力の供給を受け、電圧レベルの変換を行った後、ドライブ回路１４及び駆動制御回路１５に電力を供給する。
【００２７】
ドライブ回路１４は、駆動制御回路１５から入力したタイミング制御信号に基づいて、各パワートランジスタ１１ａ〜１１ｆのオンオフ状態を切り替える制御信号を生成して、各パワートランジスタ１１ａ〜１１ｆのベースに出力する。
【００２８】
駆動制御回路１５は、ＣＰＵ、メモリ等が集積化されたマイクロコントローラ素子を備え、メモリに記憶されたプログラムに従って動作し、モータ３ｂの回転数を制御するためのタイミング制御信号をドライブ回路１４に出力する。
【００２９】
図２及び図３において、１はインバータ装置で、金属部材からなる直方体形状の外箱２０を備え、この外箱２０の内部に前述の電子回路が形成されたプリント配線基板３０，４０が配置されている。
【００３０】
また、外箱２０の一つの面は放熱器２１によって形成され、放熱器２１の平面が外箱２０の一内面となり、放熱器２１のフィンが外部に露出している。さらに、外箱２０の他の面には、電源コネクタ１２及び出力コネクタ１６が配置されている。
【００３１】
プリント配線基板３０は両面配線基板で、ガラスエポキシ等の絶縁性部材によって形成された第１及び第２配線板３１，３２と、内層に設けられたアルミニウム等の金属板からなる熱伝導板３３とから構成され、双方の配線板３１，３２の表面には配線導体が形成されて電子部品が実装されている。
【００３２】
即ち、第１配線板３１は、その一方の主面３１ａのみに配線導体３１ｂが形成され、トランジスタ５１や他の電子部品５２及びマイクロコントローラ５３が実装されて駆動制御回路１５が形成されている。また、第２配線板３２は、その一方の主面３２ａのみに配線導体３２ｂが形成され、電子部品５４，５５が実装されて電源回路１３が形成されている。
【００３３】
また、第１配線板３１の他方の主面３１ｃは、熱伝導板３３の一方の主面３３ａに接着され、第２配線板３２の他方の主面３２ｃは熱伝導板３３の他方の主面３３ｂに接着されている。これらは、熱伝導性に優れた接着剤、例えばシリコン接着剤などによって接着されている。
【００３４】
プリント配線基板４０は、ガラスエポキシ等の絶縁性部材によって形成され他配線板４１と、アルミニウム等の金属板からなる熱伝導板４２とから構成され、配線板４１の表面には配線導体４１ｂが形成され、パワートランジスタ１１（１１ａ〜１１ｆ）、ドライブ回路１４を形成する素子５６及びその他の電子部品５７が実装され、フェイスボンディングタイプの素子は基板に接着され、リードワイヤ５７によって配線導体４１ｂに導電接続されている。
【００３５】
また、配線板４１の他方の主面４１ｃは、熱伝導板４２の一方の主面４２ａに接着されている。これらは、熱伝導性に優れた接着剤、例えばシリコン接着剤などによって接着されている。
【００３６】
これらのプリント基板３０，４０は、熱伝導板３３，４２の熱を逃がすように外箱２０或いは放熱器２１に固定されている。
【００３７】
即ち、第１及び第２配線板３１，３２が接着された熱伝導板３３は、第２配線板３２の部品実装面が放熱器２１の平面に対してほぼ平行に対向するようにＬ字型の支持部材６１及びネジ６２によって外箱２０の内壁に固定されている。
【００３８】
また、熱伝導板３３は、少なくともその一部が配線板３１，３２の間から突出する形状をなし、この突出部分４１ｄに支持部材６１の一端部が当接されてネジ６２によって固定されている。支持部材６１は、アルミニウム等の熱伝導率の高い部材からなり、その他端部はネジ６２によって外箱２０の内壁に固定されている。
【００３９】
また、プリント配線基板４０の熱伝導板４２は、配線板４１の部品実装面が第２配線板３２の部品実装面に対向するように、他方の主面４２ｂを放熱器２１の平面に当接させて、ネジ６２によって放熱器２１に固定されている。
【００４０】
一方、各プリント配線基板３０，４０に形成されている電子回路間は、リード線５８によって接続されている。
【００４１】
即ち、第１及び第２配線板３１，３２の所要箇所にスルーホール３１ｄ、３２ｄが形成されると共に、このスルーホール３１ｄ、３２ｄに対応して熱伝導板３３に貫通孔３３ｃが形成されている。これらのスルーホール３１ｄ，３２ｄ及び貫通孔３３ｃにリード線５８が挿通され、このリード線５８が所定の配線導体に半田付けされている。また、リード線５８と熱伝導板３３との間は電気的に絶縁されている。
【００４２】
前述の構成よりなるインバータ装置１によれば、プリント配線基板３０に形成されている電子回路から発生した熱は、熱伝導板３３に伝達され、さらに熱伝導板３３から支持部材６１を介して外箱２０に伝達されて外部に放熱される。これにより、電子回路から発生した熱を効率よく外部に放熱することができる。
【００４３】
また、プリント配線基板４０に形成されている電子回路から発生した熱は、熱伝導板４２に伝達され、さらに熱伝導板４２から放熱器２１に伝達されて外部に放熱される。これにより、電子回路から発生した熱を効率よく外部に放熱することができる。
【００４４】
また、空冷用のファンを設けたりせずに、また発熱性の電子部品毎に放熱器を設けることなく十分な放熱効果を得ることができる。
【００４５】
さらに、ファンや電子部品毎の放熱器が不要になることから、装置形状の小型化を図ることができると共に製造コストの低減を図ることができる。
【００４６】
また、外箱２０の一内壁面を放熱器２１の平面によって形成し、この放熱器２１の面に熱伝導板４２の主面を当接させて固定したので、発熱量の多いパワートランジスタ１１ａ〜１１ｆを実装したプリント配線基板４０から外部への放熱効果を高めることができる。
【００４７】
また、プリント配線基板４０上のスイッチング用パワートランジスタ１１（１１ａ〜１１ｆ）を有する電子回路から発生した電気的なノイズは、金属板からなる熱伝導板３３によって遮蔽されるので、マイクロコントローラ５３を有する駆動制御回路１５へのノイズの影響を低減することができ、駆動制御回路１５の誤動作を防止することができる。さらに、マイクロコントローラ５３等の集積回路素子周辺の温度上昇を低減することができるので、温度上昇によって生じる集積回路素子の誤動作を防止することができる。
【００４８】
次に、本発明の第２の実施形態を説明する。
【００４９】
図４は、第２の実施形態のインバータ装置における要部構成を示す側断面図である。図において、前述した第１の実施形態と同一構成部分は同一符号をもって表しその説明を省略する。また、第２の実施形態と第１の実施形態との相違点は、プリント配線基板３０の熱伝導板３３を支持部材６４によって放熱器２１に固定したことである。
【００５０】
支持部材６４は、前述同様に高い熱伝導率を有するアルミニウム等の金属からなり、その一端部がネジ６２によって熱伝導板３３に固定され、他端部がネジ６２によって放熱器２１に固定されている。これにより、熱伝導板３３の放熱効果をさらに高めることができる。
【００５１】
尚、第１及び第２の実施形態では、放熱器２１を備えた外箱２０を用いたが、放熱器２１を備えない外箱２０を形成し、熱伝導板３３，４２を外箱２０に固定するようにしても同様の効果を得ることができる。このとき熱伝導板４２の他方の主面４２ｂを外箱２０の内壁面に当接させて固定してもよいし、また熱伝導板３３と同様に熱伝導性の支持部材を用いて固定しても良い。
【００５２】
また、プリント配線基板３０の一方の主面（第１配線板３１）に電磁ノイズの影響を受けやすい駆動制御回路１５及び電源回路１３を形成し、他方の主面（第２配線板３２）に電磁ノイズを発生しやすいスイッチング用パワートランジスタ１１（１１ａ〜１１ｆ）を実装すると共にドライブ回路１４を形成しても良い。これにより、第１及び第２の実施形態と同様の効果を得ることができると共にプリント配線基板４０を除去することができる。
【００５３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の請求項１のモータ駆動用インバータ装置によれば、電子回路から発生した熱が熱伝導板に伝達され、さらに熱伝導板から外箱に伝達されて外部に放熱されるので、前記電子回路から発生した熱を効率よく外部に放熱することができる。さらに、空冷用のファンを設けなくとも十分な放熱効果が得られると共に、発熱性の電子部品毎に放熱器を設けることなく十分な放熱効果を得ることができる。また、これらから、装置形状の小型化を図ることができると共に製造コストの低減を図ることができる。さらに、電子回路から発生した電気的なノイズが金属板からなる熱伝導板によって遮蔽されるので、マイクロコントローラを有する電子回路へのノイズの影響を低減することができるとともに、プリント配線基板の他方の主面に対向する外箱の内壁に配置された半導体スイッチング素子から発生した電磁ノイズの影響が低減されるので、電子回路の誤動作を防止することができる。
【００５４】
また、請求項２によれば、電子回路から発生した熱が熱伝導板に伝達され、さらに熱伝導板から放熱器に伝達されて外部に放熱されるので、前記電子回路から発生した熱を効率よく外部に放熱することができる。さらに、空冷用のファンを設けなくとも十分な放熱効果が得られると共に、発熱性の電子部品毎に放熱器を設けることなく十分な放熱効果を得ることができる。また、これらから、装置形状の小型化を図ることができると共に製造コストの低減を図ることができる。さらに、電子回路から発生した電気的なノイズが、金属板からなる熱伝導板によって遮蔽されるので、マイクロコントローラを有する電子回路へのノイズの影響を低減することができるとともに、プリント配線基板の他方の主面に対向する外箱の内壁に配置された半導体スイッチング素子から発生した電磁ノイズの影響が低減されるので、電子回路の誤動作を防止することができる。
【００５５】
また、請求項３によれば、請求項１又は２の効果に加えて、熱伝導率の高いアルミニウムからなる支持部材を用いているため、前記支持部材によって前記熱伝導板から外箱への高い熱伝導効率が得られ、放熱効果が高められる。
【００５６】
また、請求項４によれば、請求項１、２又は３の効果に加えて、電子回路から発生した熱を熱伝導板及び外箱を介して外部に放熱することができるので、集積回路素子周辺の温度上昇を低減することができ、温度上昇によって生じる集積回路素子の誤動作を防止することができる。
【００５７】
また、請求項５によれば、請求項１、２、３又は４の効果に加えて、半導体スイッチング素子から発生した熱が外箱から外部に放熱されるので、半導体スイッチング素子から発生した熱を効率よく外部に放熱することができる。
【００５８】
また、請求項６によれば、請求項１、２、３、４又は５の効果に加えて、プリント配線基板の他方の主面に設けられた半導体スイッチング素子から発生した電磁ノイズの影響が低減されるので、電子回路の誤動作を防止することができる。さらに、半導体スイッチング素子から発生した熱が外箱から外部に放熱されるので、半導体スイッチング素子から発生した熱を効率よく外部に放熱することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施形態におけるインバータ装置の電気系回路を示すブロック図
【図２】 本発明の第１の実施形態におけるインバータ装置の外観斜視図
【図３】 本発明の第１の実施形態におけるインバータ装置の要部構成を示す側断面図
【図４】 本発明の第２の実施形態におけるインバータ装置の要部構成を示す側断面図
【符号の説明】
１…インバータ装置、２…直流電源、３…電動圧縮機、３ａ…圧縮機、３ｂ…モータ、４…平滑用コンデンサ、１１，１１ａ〜１１ｆ…スイッチング用パワートランジスタ、１２…電源コネクタ、１３…電源回路、１４…ドライブ回路、１５…駆動制御回路、１６…出力コネクタ、２０…外箱、２１…放熱器、３０…プリント配線基板、３１ａ，３１ｃ，３２ａ，３２ｃ…主面、３１ｂ，３２ｂ…配線導体、３１ｄ，３２ｄ…スルーホール、３３…熱伝導板、４０…プリント配線基板、４１ａ，４１ｃ…主面、４１ｂ…配線導体、４１ｃ…貫通孔、４２…熱伝導板、５１…トランジスタ、５２，５３，５４…電子部品、５３…マイクロコントローラ、５７…リードワイヤ、５８…リード線、６１…支持部材、６２…ネジ、６３…支持部材。
Claims (6)
- 金属部材からなる外箱と、電子回路が形成されると共に内層に高熱伝導率を有する金属板からなる熱伝導板が設けられたプリント配線基板とを備え、直流電流を交流電流に変換して駆動対象となるモータに出力する車両用電動圧縮機のモータ駆動用インバータ装置において、
前記プリント配線基板は、前記熱伝導板と前記外箱の内壁に当接された高熱伝導率を有する支持部材によって支持され、
前記熱伝導板を境にして、前記プリント配線基板の一方の主面に電磁ノイズによる影響を受けやすいマイクロコントローラを有する電子回路が配置されるとともに、
他方の主面側に電磁ノイズを発生しやすい他の電子回路が配置され、
他方の主面に対向する外箱の内壁に半導体スイッチング素子が配置されている
ことを特徴とする車両用電動圧縮機のモータ駆動用インバータ装置。 - 金属部材からなる外箱と、電子回路が形成されると共に内層に高熱伝導率を有する金属板からなる熱伝導板が設けられたプリント配線基板とを備え、直流電流を交流電流に変換して駆動対象となるモータに出力する車両用電動圧縮機のモータ駆動用インバータ装置において、
前記外箱として、内壁の一部が放熱器の所定面によって形成されている外箱を備えると共に、
前記プリント配線基板は、前記熱伝導板と前記放熱器に当接された高熱伝導率を有する支持部材によって支持され、
前記熱伝導板を境にして、前記プリント配線基板の一方の主面に電磁ノイズによる影響を受けやすいマイクロコントローラを有する電子回路が配置されるとともに、
他方の主面側に電磁ノイズを発生しやすい他の電子回路が配置され、
他方の主面に対向する外箱の内壁に半導体スイッチング素子が配置されている
ことを特徴とする車両用電動圧縮機のモータ駆動用インバータ装置。 - 前記支持部材がアルミニウムからなる
ことを特徴とする請求項１又は２記載の車両用電動圧縮機のモータ駆動用インバータ装置。 - 前記電子回路は集積回路素子を備えている
ことを特徴とする請求項１、２又は３記載のモータ駆動用インバータ装置。 - 前記半導体スイッチング素子が外箱の内壁を介して放熱するように設けられている
ことを特徴とする請求項１、２、３又は４記載の車両用電動圧縮機のモータ駆動用インバータ装置。 - 前記プリント配線基板の他方の主面に設けられた前記半導体スイッチング素子を備えている
ことを特徴とする請求項１、２、３、４又は５記載の車両用電動圧縮機のモータ駆動用インバータ装置。
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| JP2000019594A JP4142227B2 (ja) | 2000-01-28 | 2000-01-28 | 車両用電動圧縮機のモータ駆動用インバータ装置 |
| US09/769,345 US6501662B2 (en) | 2000-01-28 | 2001-01-26 | Motor driving inverter |
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