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公開番号2023080035
公報種別公開特許公報(A)
公開日2023-06-08
出願番号2022187912
出願日2022-11-25
発明の名称インバータユニット
出願人株式会社ヴァレオジャパン
代理人
主分類H02M 7/48 20070101AFI20230601BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】沿面距離を増加させるための配置構成を備える車両用空調ユニットの圧縮機用インバータユニットを提供する。
【解決手段】車両空調システムの電動圧縮機1000において、インバータユニット100は、インバータ110、インバータハウジング120及び絶縁部材を有する。インバータ110は、電動機200を駆動するものであり、高電圧(HV)直流(DC)を、電動機200を駆動する三相交流(AC)に変換する少なくとも1つのパワーモジュールを含む。インバータハウジング120はインバータ110を受容し、パワーモジュール112は、インバータハウジング120の端壁120aに、ボルトによって取り付けられる。各ボルトに対応する絶縁部材は、対応するボルトの頭部とパワーモジュールとの間に配置されている。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項1】
インバータユニット(100)であって、
電動機(200)を駆動するためのインバータ(110)であって、高電圧(HV)直流(DC)を、前記電動電動機(200)を駆動する三相交流(AC)に変換するための少なくとも1つのパワーモジュール(112)を備えた、インバータ(110)と、
前記インバータ(110)を受容するためのインバータハウジング(120)と、を備え、
前記パワーモジュール(112)が、前記インバータハウジング(120)の端壁(120a)に、ボルト(114)により取り付けられるように適合され、前記ボルト(114)の頭部(114a)と前記パワーモジュール(112)との間に絶縁部材(130、118b)が配置されていることを特徴とするインバータユニット(100)。
続きを表示(約 1,100 文字)【請求項2】
前記端壁(120a)は、孔(122a)が形成された前記インバータハウジング(120)の閉端を画定して、前記対応するボルト(114)とのねじ係合を構成する、請求項1に記載のインバータユニット(100)。
【請求項3】
前記絶縁部材(130)は、ベース部分(130a)を備え、前記パワーモジュール(112)は、前記ボルト(114)によって前記ベース部分(130a)及び前記インバータハウジング(120)の前記端壁(120a)に確実に取り付けられ、前記ボルト(114)のねじ軸部(114b)が、前記ベース部分(130a)に形成された孔(132a)および前記パワーモジュール(112)に設けられた挿通部(112c)を軸方向に貫通して前記端壁(120a)に係合し、その一方で、前記ボルト(114)の前記頭部(114a)が前記ベース部分(130a)の上に留まり、前記ベース部分(130a)が、前記ボルト(114)の前記頭部(114a)と前記パワーモジュール(112)の間に配置されてそれらを分離するようになっている、請求項1又は2に記載のインバータユニット(100)。
【請求項4】
前記絶縁部材(130)の前記ベース部分(130a)は、前記ボルト(114)前記頭部(114a)の半径寸法よりも大きい半径寸法を有して、間に環状空間を画定する、請求項3に記載のインバータユニット(100)。
【請求項5】
前記孔(132a)は、前記ベース部分(130a)に対して中心に配置されている、請求項3に記載のインバータユニット(100)。
【請求項6】
前記絶縁部材(130)はさらに、前記ベース部分(130a)から軸方向に、且つ前記パワーモジュールから離れる方向に延びる側壁(130b)を備えている、請求項3に記載のインバータユニット(100)。
【請求項7】
前記絶縁部材(130)の前記側壁(130b)は、前記ボルト(114)の前記頭部(114a)の高さの少なくとも2倍の高さを有する、請求項6に記載のインバータユニット(100)。
【請求項8】
前記側壁(130b)は、前記ベース部分(130a)の周縁部に沿って均一な高さである、請求項6に記載のインバータユニット(100)。
【請求項9】
前記絶縁部材(130)の前記側壁(130b)の少なくとも一部は、中心軸「C」に対して傾斜している、請求項6に記載のインバータユニット(100)。
【請求項10】
前記側壁(130b)の内面および外面の少なくとも一方は凹凸面である、請求項6に記載のインバータユニット(100)。
(【請求項11】以降は省略されています)

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、インバータユニットに関するものであり、より具体的には、本発明は、車両用空調ユニットの圧縮機用インバータユニットに関するものである。
続きを表示(約 3,400 文字)【背景技術】
【0002】
一般に、車両の空調システム用の電動圧縮機は、冷媒を圧縮するための圧縮ユニットと、圧縮ユニットを駆動する電動機と、インバータユニットとを含む。この電動圧縮機はさらに、圧縮ユニットと電動機を収容する、圧縮機ハウジングとも呼ばれるメインハウジングと、インバータユニットを収容する別個のインバータハウジングとを含んでいる。この圧縮機ハウジングはアルミニウムなどの金属製であり、一般に接地されている。
【0003】
インバータハウジングもアルミニウムなどの金属製であり、端壁と、端壁の外周から延びてプリント回路基板(PCB)収容空間を画定する周壁と、取り外し可能なカバーによって閉鎖可能なインバータハウジングの開端とを含んでいる。
インバータハウジングは圧縮機ハウジングに接続され、直接または圧縮機ハウジングを介して接地されている。インバータユニットは、以下PCBと呼ぶプリント回路基板で構成されたインバータと、インバータハウジングの内部に受容されたパワーモジュールとを含む。PCBとパワーモジュールは、メインハウジングに受容された電動機と機能的に結合して、電動機を制御式に駆動する。具体的には、PCB収容スペースは、インバータハウジングがメインハウジングに組み付けられたときにメインハウジングの電動機受容部に隣接して配置される。パワーモジュールは、その動作時に熱を発生する。この発熱は、パワーモジュールの重要な素子の溶断、パワーモジュールの重要な素子の機械的強度の低下によるパワーモジュールの破損又は故障を高温下で引き起こす可能性がある。このようなパワーモジュールの発熱に起因する問題を防止するために、パワーモジュールの破損や故障を防止し、パワーモジュールの効率的な性能を確保するために、パワーモジュールから熱を放散することが求められている。パワーモジュールは、インバータハウジングの端壁に圧接されて、メインハウジングの電動機収容空間に受容された冷媒が端壁に接触することにより、端壁から熱を奪ってパワーモジュールからの放熱が行われる。PCBは、電動機に制御式入力を与えることによって、インバータ動作と電動機制御を様々な態様で行うための複数の電子部品を含む。インバータハウジングのカバーも金属材料製である。
【0004】
添付図面の図1を参照すると、インバータハウジングの内部に保持され、インバータハウジングの端壁4に取り付けられたパワーモジュール2が図示されている。パワーモジュール2は、パワーモジュール2のケーシングにモールドされた複数のスイッチング素子を含む。スイッチング素子は、DC高圧電力、低圧信号およびAC出力がPCB内の対応する部分に供給され得るように、パワーモジュールのケーシングから突出してPCBと接続されるリードフレーム3を含む。したがって、リードフレーム3の一部は高電圧部分であり得る。パワーモジュール2は、金属製ボルト6と金属製ワッシャ8によって、インバータハウジングの端壁4に取り付けられると共に圧接されている。ボルト6は、ねじ軸部6aおよびボルト頭部6bを含むねじ付きボルトである。ボルト頭部6bは、ワッシャ8とともに、ねじ軸部6aが端壁4に係合することにより、パワーモジュール2をインバータハウジングの端壁4に圧接する。より具体的には、ワッシャ8は、ねじ軸部6aを内部に貫通させる孔8aを含み、一方、ボルト頭部6bは、ワッシャ8上に載っている。パワーモジュール2のケーシングは、ねじ軸部6aを内部に貫通させる貫通孔2bを含む。ボルト6のねじ軸部6aは、ワッシャ8及びパワーモジュール2にそれぞれ形成された孔8a及び2bを貫通して、端壁4に形成された非貫通孔に係合する。ねじ軸部6aが端壁4の非貫通孔に係合すると、ワッシャ8及びパワーモジュール2は、ボルト頭部6bと端壁4との間に配置される。その結果、パワーモジュール2は、ボルト6を締結することにより、インバータハウジングの端壁4に固定される。このような構成により、パワーモジュール2は、放熱性の向上のために、端壁4と十分に接触して維持される。特に、このような構成では、パワーモジュール2と端壁4との間の空隙に起因する絶縁の問題に対処することを意図して、パワーモジュール2は端壁4に押し付けられる。
【0005】
ボルト頭部6bとパワーモジュール2との間にワッシャ8が配置され、ねじ軸部6aが端壁4に係合した状態で、パワーモジュール2は、ボルト頭部6bによる引掻き/損傷を受けることなくボルト頭部6bによって端壁4に確実に圧接される。一般に、ワッシャ8は、端壁4へのボルト6のねじ込み中に、パワーモジュール2をボルト頭部6bによる損傷から保護するために使用される。さらに、例示したパワーモジュール2には、ケーシングに配設されて一部のリードフレームとスイッチング素子との導電接続を中継するダミーフレームが含まれる。ダミーフレームの端部の一部は、ケーシングの一側面から露出したままである。ダミーフレームの露出部2aは、いずれの電気部品にも接続されず、高電圧部分としても機能する。高電圧部分2a,3と他の導電素子/接地素子との沿面距離が不足すると、短絡の原因となる。沿面距離とは、電流が導電素子/接地素子に到達するまでに辿る最短経路の長さのことである。パワーモジュール2を端壁4に取り付ける従来の取り付け方法の場合、インバータハウジングの端壁4が接地され、ボルト6が端壁4とねじ係合し、金属製ワッシャ8は金属製ボルト6のボルト頭部6bと接触している。したがって、ワッシャ8は、ボルト6を介してグランドへの導電接続もされる。このようなシナリオでは、ワッシャ8は、ワッシャ8と高電圧部分2a,3との間の沿面距離が十分でないため、ワッシャ8と高電圧部分2a,3との間で短絡を起こす可能性のある導電素子として作用する。図1は、高電圧素子2a,3とワッシャ8との間の沿面距離「d」を描写している。沿面距離は、ワッシャ8の外周部と、最も近い高電圧部分2a,3とから測定される。沿面距離「d」の要件は、空間距離の要件よりもはるかに短い。パワーモジュール2の高電圧素子2a,3とワッシャ8との間の沿面距離「d」の不足による短絡の問題は、高電圧素子2a,3がパワーモジュール2の少なくとも片側から露出した状態である場合に悪化する。ワッシャ8がボルト頭部6bとパワーモジュール2との間に配置されていない場合、パワーモジュール2の高電圧(HV)素子2aとボルト頭部6bとの間で短絡が発生するおそれがある。
【0006】
従って、従来の配置では、パワーモジュール2の高電圧(HV)部分とワッシャ8および/またはボルト頭部6bとの間に十分な沿面距離「d」を設けることができず、それにより、問題が生じる。より具体的には、従来の構成の場合には、パワーモジュール2の高電圧(HV)素子2aとワッシャ8および/またはボルト頭部6bとの間の沿面距離「d」は、パワーモジュール2の効率的で安全な動作のための標準的な安全要件を下回っている。
【0007】
従って、パワーモジュールの高電圧素子と、パワーモジュールをインバータハウジングの端壁に取り付けるためのワッシャおよび/またはボルト頭部との間の沿面距離を増加させるための配置構成を備えて構成されるインバータユニットが必要とされている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
本発明の主要な目的は、従来のインバータユニットが抱えていた、インバータユニットの重要な素子間の不十分な沿面距離による問題を解消する配置構成で構成されたインバータユニットを提供することである。
【0009】
本発明の他の目的は、パワーモジュールがインバータハウジングの端壁の上に取り付けられ、その端壁に圧接されるインバータユニットを提供して、パワーモジュールからの、端壁に接触しているメインハウジングの冷媒による効率的な放熱を達成することである。
【0010】
本発明のさらに別の目的は、組み立てるのが便利なインバータユニットを提供することである。
(【0011】以降は省略されています)

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