インバータ一体型電動圧縮機
【課題】半導体スイッチング素子がベアの状態で実装されたパワー系金属基板からの電磁ノイズ干渉を抑制し、インバータ装置の誤動作を防止することができる信頼性の高いインバータ一体型電動圧縮機を提供することを目的とする。
【解決手段】インバータ収容部９にインバータ装置１９を収容設置したインバータ一体型電動圧縮機１において、インバータ装置１９は、少なくとも半導体スイッチング素子２５がベア状態で実装されたパワー系金属基板２２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たＣＰＵ基板２３とを樹脂製ケース２１を介してモジュール化したインバータモジュール２０を備え、該インバータモジュール２０は、パワー系金属基板２２とＣＰＵ基板２３との間に、樹脂製ケース２１に支持されて介在される金属製シールド板４０を有し、該金属製シールド板４０は、前記パワー系金属基板２２よりも大きくされている。
【解決手段】インバータ収容部９にインバータ装置１９を収容設置したインバータ一体型電動圧縮機１において、インバータ装置１９は、少なくとも半導体スイッチング素子２５がベア状態で実装されたパワー系金属基板２２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たＣＰＵ基板２３とを樹脂製ケース２１を介してモジュール化したインバータモジュール２０を備え、該インバータモジュール２０は、パワー系金属基板２２とＣＰＵ基板２３との間に、樹脂製ケース２１に支持されて介在される金属製シールド板４０を有し、該金属製シールド板４０は、前記パワー系金属基板２２よりも大きくされている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、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を設け、その内部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に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、車両に搭載される空調装置用の圧縮機として、インバータ装置を一体に組み込んだインバータ一体型の電動圧縮機が種々提案されている。この車載空調装置用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）を設け、その内部に高電圧電源ユニット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、空調負荷に応じて電動圧縮機の回転数を可変できるように構成されている。
【０００３】
上記のようなインバータ一体型電動圧縮機の一例として、特許文献１に示すものが知られている。この電動圧縮機のインバータ装置は、高電圧の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）と、ＣＰＵ等の低電圧で動作する素子が組み込まれる制御通信回路が実装されたＣＰＵ基板（プリント基板）と、高電圧系ラインに接続されるヘッドキャパシタ（平滑コンデンサ）、インダクタコイル等の高電圧部品と、これらの間の電気配線をなすバスバーアセンブリ等々を備えており、これらがインバータ収容部（インバータボックスあるいは外枠部）内にコンパクトに収容設置された構成とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−１９０５２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかして、車載空調装置用の圧縮機については、搭載車両におけるエンジンルーム内のますますの高密度化に伴い、搭載性を確保するために、より一層の小型コンパクト化が求められており、このため、インバータ装置を一体に組み込んで構成される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の一環として、半導体スイッチング素子が実装されたパワー系回路基板と制御通信回路が実装されたＣＰＵ基板（プリント基板）とを一体化したインバータ装置のモジュール化が進められている。
【０００６】
この場合、電力用半導体スイッチング素子は、パッケージ品を用いてインバータ収容部の底面に直接設置する構成から、ベアの状態で金属基板上に実装する構成とされる場合が多く、このパワー系金属基板とＣＰＵ基板（ＣＰＵ基板）とを樹脂製ケース等を介して一体化することにより、インバータモジュールが構成されることになる。
【０００７】
しかしながら、かかる構成では、高電圧系の電源により駆動されるパワー系金属基板にベアの状態で実装されている半導体スイッチング素子（パワー素子）側から、リップルやサージ電圧が原因となる電磁ノイズが発生され易く、この電磁ノイズが制御通信を司る低電圧系のＣＰＵ基板に向けて照射され、通信線等を介してハウジング側に侵入し、パワー系金属基板からパワー部に伝搬される電磁ノイズと共に制御通信回路に伝搬することにより電磁ノイズ干渉を起こすことがある。そして、この電磁ノイズ干渉がインバータ装置の正常動作を妨げ、誤動作発生の原因となるおそれがあった。
【０００８】
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、半導体スイッチング素子がベアの状態で実装されたパワー系金属基板からの電磁ノイズ干渉を抑制し、インバータ装置の誤動作を防止することができる信頼性の高いインバータ一体型電動圧縮機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
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を設け、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て前記電動モータに給電するインバータ装置を収容設置してな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、少なくとも半導体スイッチング素子がベア状態で実装されたパワー系金属基板と、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たＣＰＵ基板とを樹脂製ケースを介してモジュール化し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は、前記パワー系金属基板と前記ＣＰＵ基板との間に、前記樹脂製ケースに支持されて介在される金属製シールド板を有し、該金属製シールド板は、前記パワー系金属基板よりも大きいことを特徴とする。
【００１０】
本発明によれば、インバータモジュールの半導体スイッチング素子がベア状態で実装されたパワー系金属基板と、低電圧で動作する制御通信回路が実装されたＣＰＵ基板との間に、樹脂製ケースに支持されて介在される金属製シールド板が設けられ、該金属製シールド板がパワー系金属基板よりも大きくされているため、高電圧系の電源により駆動されるパワー系金属基板にベア状態で実装されている半導体スイッチング素子（パワー素子）から発生され、制御通信を司る低電圧系のＣＰＵ基板に向けて照射される電磁ノイズを、パワー系金属基板とＣＰＵ基板との間に介在されているパワー系金属基板よりも大きい金属製シールド板によって確実に遮蔽することができる。また、通信線等を介してハウジング側に侵入し、パワー系金属基板からパワー部分に伝搬され、さらにＣＰＵ基板の低電圧系制御通信回路に伝搬しようとする電磁ノイズを、上記金属製シールド板によってノイズ道筋から回避することができる。これによって、パワー系金属基板とＣＰＵ基板との間の電磁ノイズ干渉を抑制し、制御通信回路の誤動作を防止してインバータ装置を正常に動作させることができ、製品の信頼性を向上させることができる。
【００１１】
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、前記金属製シールド板は、その全周が前記樹脂製ケースにより支持されていることを特徴とする。
【００１２】
本発明によれば、金属製シールド板の全周が前記樹脂製ケースにより支持されているため、高電圧系のパワー系金属基板からＣＰＵ基板に向って照射される電磁ノイズを、その全周が樹脂製ケースにより支持されている金属製シールド板によって、確実に遮蔽することができる。従って、パワー系金属基板とＣＰＵ基板との間のノイズ干渉を抑制し、インバータ装置をその誤動作を防止して正常に動作させることができる。
【００１３】
さらに、本発明のインバータ一体型電動圧縮機は、上述のいずれかに記載のインバータ一体型電動圧縮機において、前記ＣＰＵ基板および前記金属製シールド板は、グランド線および前記パワー系金属基板を介して前記ハウジングに筐体接地されていることを特徴とする。
【００１４】
本発明によれば、金属製シールド板がＣＰＵ基板と共にグランド線およびパワー系金属基板を介してハウジングに筐体接地されているため、金属製シールド板による電磁ノイズのシールド効果およびアース効果を高めることができる。これによって、電磁ノイズ干渉を抑制し、インバータ装置の誤動作を防止することができる。
【００１５】
さらに、本発明のインバータ一体型電動圧縮機は、上述のいずれかに記載のインバータ一体型電動圧縮機において、前記金属製シールド板には、前記樹脂製ケースに支持されている端部に、該樹脂製ケース内に埋め込まれ、その底部まで延長されて前記ハウジングに筐体接地される延長部が一体に設けられていることを特徴とする。
【００１６】
本発明によれば、金属製シールド板の樹脂製ケースに支持されている端部に、該樹脂製ケース内に埋め込まれ、その底部まで延長されてハウジングに筐体接地される延長部が一体に設けられているため、金属製シールド板による電磁ノイズのシールド効果およびアース効果を一段と向上させることができる。これにより、電磁ノイズ干渉を抑制し、インバータ装置の誤動作を確実に防止することができる。また、樹脂製ケース内に埋め込まれている延長部を補強材として、樹脂製ケースの剛性および強度アップを図ることができるため、インバータモジュールの耐振性を高めることができる。
【００１７】
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、前記延長部は、前記樹脂製ケース内に埋め込まれて該樹脂製ケース底部の取り付け脚部まで曲げ延長され、前記樹脂製ケースを固定設置するビスを介して前記ハウジングに筐体接地されていることを特徴とする。
【００１８】
本発明によれば、金属製シールド板と一体となす延長部が樹脂製ケースの取り付け脚部まで曲げ延長され、樹脂製ケースを固定設置するビスを介してハウジングに筐体接地されているため、金属製シールド板のハウジングに対するアース効果を高めることができる。これによって、金属製シールド板による電磁ノイズのシールド効果およびアース効果をさらに向上させることができる。
【００１９】
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、前記金属製シールド板は、銅板、アルミ板、鉄板等の伝熱、電導材により構成されていることを特徴とする。
【００２０】
本発明によれば、金属製シールド板が銅板、アルミ板、鉄板等の伝熱、電導材により構成されているため、ＣＰＵ基板に向けて照射される電磁ノイズを遮蔽できると同時に、良好な伝熱、伝導性を有する銅板、アルミ板、鉄板等を介してハウジング側にアースおよび伝熱することができる。これにより、電磁ノイズ干渉を抑制し、インバータ装置の誤動作を確実に防止することができる。
【００２１】
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、前記樹脂製ケース内には、少なくともパワー系金属基板の上面を被う位置まで絶縁用樹脂材が充填されていることを特徴とする。
【００２２】
本発明によれば、樹脂製ケース内に少なくともパワー系金属基板の上面を被う位置まで絶縁用樹脂材が充填されているため、絶縁用樹脂材を介して半導体スイッチング素子がベア状態で実装されたパワー系金属基板の絶縁性を確保することができるとともに、パワー系金属基板を防振、防湿することができる。これによって、半導体スイッチング素子がベア状態で実装されたパワー系金属基板の動作、性能に対する信頼性を向上させることができる。
【００２３】
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、前記絶縁用樹脂材は、前記金属製シールド板の上面を被う位置まで充填されていることを特徴とする。
【００２４】
本発明によれば、絶縁用樹脂材が金属製シールド板の上面を被う位置まで充填されているため、筐体接地されている金属製シールド板を介して絶縁用樹脂材を冷却することができる。これにより、絶縁用樹脂材を介してベア状態で実装されている半導体スイッチング素子の冷却効果を高め、その耐熱性能を一段と向上させることができる。
【００２５】
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、前記パワー系金属基板は、その底面側がヒートシンク部とされ、前記インバータ収容部が設けられた前記ハウジングの外表面に接触設置されていることを特徴とする。
【００２６】
本発明によれば、パワー系金属基板の底面側がヒートシンク部とされ、インバータ収容部が設けられたハウジングの外表面に接触設置されているため、半導体スイッチング素子が実装されたパワー系金属基板全体を、ハウジング壁を介してその内部を流通する冷媒により強制冷却することができる。これによって、高発熱部品である半導体スイッチング素子の冷却経路を確立し、インバータモジュールの耐熱信頼性を確保することができる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によると、高電圧系の電源により駆動されるパワー系金属基板にベア状態で実装されている半導体スイッチング素子（パワー素子）から発生され、制御通信を司る低電圧系のＣＰＵ基板に向けて照射される電磁ノイズを、パワー系金属基板よりも大きくされている金属製シールド板によって確実に遮蔽することができるとともに、通信線等を介してハウジング側に侵入し、パワー系金属基板からパワー部分に伝搬され、さらにＣＰＵ基板の低電圧系制御通信回路に伝搬しようとする電磁ノイズを上記金属製シールド板によってノイズ道筋から回避することができるため、パワー系金属基板とＣＰＵ基板との間の電磁ノイズ干渉を抑制し、制御通信回路の誤動作を防止してインバータ装置を正常に動作させることができる。従って、製品の信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の第１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２】図１に示すインバータ一体型電動圧縮機のインバータ装置を構成するインバータモジュールの平面図（Ａ）とその下側側面図（Ｂ）、左側側面図（Ｃ）、および底面図（Ｄ）である。
【図３】図２に示すインバータモジュールの縦断面図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係るインバータ一体型電動圧縮機のインバータ装置を構成するインバータモジュールの縦断面図である。
【図５】本発明の第３実施形態に係るインバータ一体型電動圧縮機のインバータ装置を構成するインバータモジュールの縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下に、本発明にかかる実施形態について、図面を参照して説明する。
［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態について、図１ないし図３を用いて説明する。
図１には、本発明の第１実施形態にかかるインバータ一体型電動圧縮機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。ハウジング２は、電動モータが収容され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る圧縮機ハウジング４とをボルト５で一体に締め付け固定することによって構成されている。このモータハウジング３および圧縮機ハウジング４は、耐圧容器であり、アルミ合金を用いたアルミダイカスト製とされている。
【００３０】
上記ハウジング２の内部に内蔵され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内に吸入さ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。
【００３１】
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搭載される。このインバータ一体型電動圧縮機１は、一般に固定ブラケットを介してそのモータ軸線Ｌ方向を車両の前後方向または左右方向に向け、上下３点で片持ち支持されるのが通常である。
【００３２】
また、モータ側ハウジング３の外周面には、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。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構造を有しており、その側面には、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。このインバータ収容部９内には、高電圧電源ユニット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て電動モータに供給する三相インバータ装置１９が収容設置されている。
【００３３】
インバータ装置１９は、インバータ装置１９の中核をなすインバータモジュール２０の他に、図示省略の高電圧ケーブルが接続されるＰ−Ｎ端子、高電圧ラインに接続されるヘッドキャパシタおよびインダクタコイル等の高電圧部品、インバータ装置１９内のＰ−Ｎ端子と高電圧部品およびインバータモジュール２０との間の電気配線をなす複数のバスバーを絶縁用樹脂材でインサート成形して一体化したバスバーアセンブリ、インバータ装置１９で変換した三相交流電力を電動モータに給電するガラス密封端子等々の電装部品によって構成される。
【００３４】
インバータモジュール２０は、図２に示されるように、インバータ収容部９に収容されるボックス形状の樹脂製ケース２１を有しており、この樹脂製ケース２１内にインバータ装置１９を構成するパワー系金属基板２２およびＣＰＵ基板（プリント基板）２３を設けることによりモジュール化したものである。パワー系金属基板２２には、ＩＧＢＴ等からなる複数個の半導体スイッチング素子２５（図３参照）がベア（ベアチップ）の状態で実装されており、また、ＣＰＵ基板２３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等が実装されている。
【００３５】
半導体スイッチング素子２５が実装されているパワー系金属基板２２の底面は、樹脂製ケース２１の底部から露出され、発熱部品である半導体スイッチング素子２５等を冷却するためのヒートシンク部２２Ａを構成している。このヒートシンク部２２Ａがインバータ収容部９の底面をなすモータハウジング３のハウジング壁に密着設置され、モータハウジング３内を流通する低温冷媒ガスの冷熱で冷却されることにより、パワー系金属基板２２上に実装されている半導体スイッチング素子２５等発熱部品の冷却経路を形成している。
【００３６】
また、樹脂製ケース２１には、パワー系金属基板２２と高電圧ラインおよび電動モータとの間を電気的に接続する端子３０がインサート成形により一体に設けられている。この端子３０には、樹脂製ケース２１の一側面に設けられる高電圧ライン用の２本の端子３０Ａ，３０Ｂと、樹脂製ケース２１の他側面に設けられる電動モータ用の３本のＵ−Ｖ−Ｗ端子３０Ｃ，３０Ｄ，３０Ｅが含まれる。これらの端子３０Ａないし３０Ｅは、黄銅製の板を曲げ加工したもので、一端にはパワー系金属基板２２側の回路とボンディングワイヤを介して接続される錫メッキ等が施された溶接面が設けられ、他端には電動モータおよび高電圧ラインに繋がる端子もしくはバスバー等が接続されるニッケルメッキ等が施された溶接面が設けられており、それぞれ溶接される相手方部材に適合する異なる溶接メッキが施されている。
【００３７】
さらに、樹脂製ケース２１には、図３に示されるように、パワー系金属基板２２にベア状態で実装されている半導体スイッチング素子２５等が高電圧電力により駆動される際に発生し、低電圧系のＣＰＵ基板２３に向けて照射される電磁ノイズや、通信線等を介してハウジング側に侵入し、パワー系金属基板２２からパワー部分に伝搬され、さらにＣＰＵ基板２３の低電圧系制御通信回路に伝搬しようとする電磁ノイズを遮蔽するための金属製シールド板４０が、パワー系金属基板２２とＣＰＵ基板２３との間に介在されて設けられている。この金属製シールド板４０は、図示の通り、パワー系金属基板２２よりも大きくされており、銅板、アルミ板、鉄板等の伝熱、電導材により構成され、図２から明らかな通り、その端部の全周が樹脂製ケース２１に差し込まれて設置され、支持されることによってパワー系金属基板２２の上面を覆っている。
【００３８】
金属製シールド板４０は、ＣＰＵ基板２３と共にグランド線（ＦＧ線）４１およびその下端に接続されるワイヤーボンダー４３を介してパワー系金属基板２２上の銅箔パターン２４のランドに繋がれ、パワー系金属基板２２を介してモータハウジング３に筐体接地されている。グランド線（ＦＧ線）４１は、その一部が樹脂製ケース２１内に埋設されるように一体にインジェクション成形されている。また、これらパワー系金属基板２２、ＣＰＵ基板２３および金属製シールド板４０が設けられている樹脂製ケース２１内には、金属製シールド板４０の上面を被う位置までエポキシ樹脂等の絶縁用樹脂材４２が充填されている。なお、絶縁用樹脂材４２の充填は、必ずしも金属製シールド板４０の上面を被う位置までとする必要はなく、少なくともパワー系金属基板２２の上部を被う位置まで充填されておればよい。
また、樹脂製ケース２１は、図示省略のビスを介してインバータ収容部９の底面に固定設置されるようになっている。
【００３９】
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１９のＰ−Ｎ端子に供給された直流電力は、ヘッドキャパシタ、インダクタコイル等の高電圧部品により調整され、端子３０Ａ，３０Ｂを介してインバータモジュール２０に入力される。この直流電力は、インバータモジュール２０のパワー系金属基板２２に実装されている複数個の半導体スイッチング素子２５のスイッチング動作により、図示省略の上位制御装置から指令された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３０Ｃ，３０Ｄ，３０Ｅ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。
【００４０】
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、圧縮機ハウジング４内に吐き出される。この高温高圧冷媒は、吐出ポート７から電動圧縮機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その壁面に密着設置されているヒートシンク部２２Ａを冷却し、パワー系金属基板２２を冷却する。これでパワー系金属基板２２に実装されている半導体スイッチング素子２５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。
【００４１】
一方、パワー系金属基板２２に高電圧の直流電力が供給され、半導体スイッチング素子２５がスイッチング動作を行うと、電磁ノイズが発生される。このパワー系金属基板２２側で発生した電磁ノイズは、ＣＰＵ基板２３の低電圧系制御通信回路に向って照射されるが、パワー系金属基板２２とＣＰＵ基板２３との間に、パワー系金属基板２２よりも大きい金属製シールド板４０が樹脂製ケース２１によりその全周が支持されて設けられているため、この金属製シールド板４０によって電磁ノイズを漏れがないように確実に遮蔽することができる。
【００４２】
また、外部制御装置から通信線等を経てハウジング側に侵入した電磁ノイズは、接続されている基板からパワー部分への信号ライン等に伝搬、輻射され、または、パワー系金属基板２２からパワー部分に伝搬され、さらにＣＰＵ基板２３の低電圧系制御通信回路に伝搬、輻射しようとするが、この電磁ノイズもパワー系金属基板２２とＣＰＵ基板２３との間に設けた金属製シールド板（銅板）４０によりノイズ道筋から回避することができる。
このため、信号系へのノイズ伝搬、輻射あるいは高電圧系から電磁ノイズがＣＰＵ基板２３の制御通信回路に伝搬、輻射されることによる電磁ノイズ干渉を抑制し、それが原因となる制御通信回路の誤動作を防止することができる。よって、インバータ装置１９を正常に動作させることができ、製品信頼性を向上させることができる。
【００４３】
また、金属製シールド板（銅板）４０がＣＰＵ基板２３と共にグランド線４１、ワイヤーボンダー４３およびパワー系金属基板２２を介してモータハウジング３に筐体接地されているため、金属製シールド板４０による電磁ノイズのシールド効果およびアース効果を高めることができる。従って、電磁ノイズ干渉によるインバータ装置１９の誤動作を確実に防止し、信頼性を高めることができる。
【００４４】
また、本実施形態では、樹脂製ケース２１内に金属製シールド板４０の上面を被う位置まで絶縁用樹脂材４２を充填しているため、この絶縁用樹脂材４２により半導体スイッチング素子２５が実装されたパワー系金属基板２２の絶縁性を確保するとともに、パワー系金属基板２２を防振、防湿することができる。従って、半導体スイッチング素子２５がベアの状態で実装されたパワー系金属基板２２の動作、性能に対する信頼性を向上させることができる。同時に、筐体接地されている金属製シールド板４０を介して絶縁用樹脂材４２を冷却し、この絶縁用樹脂材４２を介して半導体スイッチング素子２５を冷却することができるため、半導体スイッチング素子２５の冷却効果を高め、その耐熱性能を一段と向上させることができる。
【００４５】
さらに、半導体スイッチング素子２５が実装されているパワー系金属基板２２の底面側をヒートシンク部２２Ａとし、それをインバータ収容部９が設けられたモータハウジング３の外表面に密着設置しているため、半導体スイッチング素子２５が実装されたパワー系金属基板２２全体を、モータハウジング３の壁面を介してその内部を流通する冷媒により強制冷却することができる。これによって、高発熱部品である半導体スイッチング素子２５の冷却経路を確立し、インバータモジュールの耐熱信頼性を確保することができる。
【００４６】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について、図４を用いて説明する。
本実施形態は、上記した第１実施形態に対して、金属製シールド板４０の構造および筐体接地構成が異なっている。その他の点については、第１実施形態と同様であるので説明は省略する。
本実施形態では、樹脂製ケース２１に差し込まれている金属製シールド板（銅板）４０の端部に、この樹脂製ケース２１内に埋め込まれ、その底部まで延長されてモータハウジング３に筐体接地される延長部４０Ａを一体に設けた構成としている。
【００４７】
上記のように、金属製シールド板４０の樹脂製ケース２１に支持されている端部に、樹脂製ケース２１内に埋め込まれ、その底部まで延長されてハウジング３に筐体接地される延長部４０Ａを一体に設けることによって、金属製シールド板４０による電磁ノイズのシールド効果およびアース効果を一段と向上させることができる。このため、パワー系金属基板２２とＣＰＵ基板２３間の電磁ノイズ干渉を抑制し、インバータ装置１９の誤動作を確実に防止することができる。また、樹脂製ケース２１内に埋め込まれる延長部４０Ａが補強材となり、樹脂製ケース２１の剛性、強度をアップすることができるため、インバータモジュール２０の耐振性を高めることができる。
【００４８】
なお、本実施形態では、絶縁用樹脂材４２の充填をパワー系金属基板２２の上面を被う位置までとし、金属製シールド板４０が絶縁用樹脂材４２の上面から露出されるようにしているが、かかる構成としてもパワー系金属基板２２に対する絶縁、防振、防湿機能は損なわれることはなく、特に問題はない。
【００４９】
［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態について、図５を用いて説明する。
本実施形態は、上記した第１および第２実施形態に対して、金属製シールド板４０の筐体接地構成が異なっている。その他の点については、第１および第２実施形態と同様であるので説明は省略する。
本実施形態では、金属製シールド板４０の延長部４０Ａに、樹脂製ケース２１内に埋め込まれ、樹脂製ケース２１底部の取り付け脚部２１Ａまで延長される折り曲げ部４０Ｂを設け、この折り曲げ部４０Ｂを、樹脂製ケース２１を固定設置する図示省略のビスを介してモータハウジング３に筐体接地する構成としている。
【００５０】
このように、金属製シールド板４０と一体となす延長部４０Ａに折り曲げ部４０Ｂを設け、この折り曲げ部４０Ｂを樹脂製ケース２１の取り付け脚部２１Ａまで延長し、樹脂製ケース２１を固定設置するビスを介してモータハウジング３に筐体接地しているため、金属製シールド板４０のモータハウジング３に対するアース効果を一段と高めることができる。従って、金属製シールド板４０による電磁ノイズのシールド効果およびアース効果をさらに向上させることができる。
【００５１】
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、別体のインバータ収容部を一体に組み付けてもよい。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、金属製シールド板４０については、必ずしも剛性を有する板厚の厚い板材である必要はなく、薄いシート材あるいは箔材であってもよく、本発明の金属製シールド板は、これらシート材あるいは箔材を包含する意味で用いられているものとする。
【符号の説明】
【００５２】
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
１９ インバータ装置
２０ インバータモジュール
２１ 樹脂製ケース
２１Ａ 取り付け脚部
２２ パワー系金属基板
２２Ａ ヒートシンク部
２３ ＣＰＵ基板
２５ 半導体スイッチング素子（ベアチップ）
４０ 金属製シールド板
４０Ａ 延長部
４０Ｂ 折り曲げ部
４１ グランド線（ＦＧ線）
４２ 絶縁用樹脂材
【技術分野】
【０００１】
本発明は、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を設け、その内部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に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、車両に搭載される空調装置用の圧縮機として、インバータ装置を一体に組み込んだインバータ一体型の電動圧縮機が種々提案されている。この車載空調装置用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）を設け、その内部に高電圧電源ユニット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、空調負荷に応じて電動圧縮機の回転数を可変できるように構成されている。
【０００３】
上記のようなインバータ一体型電動圧縮機の一例として、特許文献１に示すものが知られている。この電動圧縮機のインバータ装置は、高電圧の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）と、ＣＰＵ等の低電圧で動作する素子が組み込まれる制御通信回路が実装されたＣＰＵ基板（プリント基板）と、高電圧系ラインに接続されるヘッドキャパシタ（平滑コンデンサ）、インダクタコイル等の高電圧部品と、これらの間の電気配線をなすバスバーアセンブリ等々を備えており、これらがインバータ収容部（インバータボックスあるいは外枠部）内にコンパクトに収容設置された構成とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−１９０５２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかして、車載空調装置用の圧縮機については、搭載車両におけるエンジンルーム内のますますの高密度化に伴い、搭載性を確保するために、より一層の小型コンパクト化が求められており、このため、インバータ装置を一体に組み込んで構成される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の一環として、半導体スイッチング素子が実装されたパワー系回路基板と制御通信回路が実装されたＣＰＵ基板（プリント基板）とを一体化したインバータ装置のモジュール化が進められている。
【０００６】
この場合、電力用半導体スイッチング素子は、パッケージ品を用いてインバータ収容部の底面に直接設置する構成から、ベアの状態で金属基板上に実装する構成とされる場合が多く、このパワー系金属基板とＣＰＵ基板（ＣＰＵ基板）とを樹脂製ケース等を介して一体化することにより、インバータモジュールが構成されることになる。
【０００７】
しかしながら、かかる構成では、高電圧系の電源により駆動されるパワー系金属基板にベアの状態で実装されている半導体スイッチング素子（パワー素子）側から、リップルやサージ電圧が原因となる電磁ノイズが発生され易く、この電磁ノイズが制御通信を司る低電圧系のＣＰＵ基板に向けて照射され、通信線等を介してハウジング側に侵入し、パワー系金属基板からパワー部に伝搬される電磁ノイズと共に制御通信回路に伝搬することにより電磁ノイズ干渉を起こすことがある。そして、この電磁ノイズ干渉がインバータ装置の正常動作を妨げ、誤動作発生の原因となるおそれがあった。
【０００８】
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、半導体スイッチング素子がベアの状態で実装されたパワー系金属基板からの電磁ノイズ干渉を抑制し、インバータ装置の誤動作を防止することができる信頼性の高いインバータ一体型電動圧縮機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
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を設け、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て前記電動モータに給電するインバータ装置を収容設置してな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、少なくとも半導体スイッチング素子がベア状態で実装されたパワー系金属基板と、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たＣＰＵ基板とを樹脂製ケースを介してモジュール化し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は、前記パワー系金属基板と前記ＣＰＵ基板との間に、前記樹脂製ケースに支持されて介在される金属製シールド板を有し、該金属製シールド板は、前記パワー系金属基板よりも大きいことを特徴とする。
【００１０】
本発明によれば、インバータモジュールの半導体スイッチング素子がベア状態で実装されたパワー系金属基板と、低電圧で動作する制御通信回路が実装されたＣＰＵ基板との間に、樹脂製ケースに支持されて介在される金属製シールド板が設けられ、該金属製シールド板がパワー系金属基板よりも大きくされているため、高電圧系の電源により駆動されるパワー系金属基板にベア状態で実装されている半導体スイッチング素子（パワー素子）から発生され、制御通信を司る低電圧系のＣＰＵ基板に向けて照射される電磁ノイズを、パワー系金属基板とＣＰＵ基板との間に介在されているパワー系金属基板よりも大きい金属製シールド板によって確実に遮蔽することができる。また、通信線等を介してハウジング側に侵入し、パワー系金属基板からパワー部分に伝搬され、さらにＣＰＵ基板の低電圧系制御通信回路に伝搬しようとする電磁ノイズを、上記金属製シールド板によってノイズ道筋から回避することができる。これによって、パワー系金属基板とＣＰＵ基板との間の電磁ノイズ干渉を抑制し、制御通信回路の誤動作を防止してインバータ装置を正常に動作させることができ、製品の信頼性を向上させることができる。
【００１１】
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、前記金属製シールド板は、その全周が前記樹脂製ケースにより支持されていることを特徴とする。
【００１２】
本発明によれば、金属製シールド板の全周が前記樹脂製ケースにより支持されているため、高電圧系のパワー系金属基板からＣＰＵ基板に向って照射される電磁ノイズを、その全周が樹脂製ケースにより支持されている金属製シールド板によって、確実に遮蔽することができる。従って、パワー系金属基板とＣＰＵ基板との間のノイズ干渉を抑制し、インバータ装置をその誤動作を防止して正常に動作させることができる。
【００１３】
さらに、本発明のインバータ一体型電動圧縮機は、上述のいずれかに記載のインバータ一体型電動圧縮機において、前記ＣＰＵ基板および前記金属製シールド板は、グランド線および前記パワー系金属基板を介して前記ハウジングに筐体接地されていることを特徴とする。
【００１４】
本発明によれば、金属製シールド板がＣＰＵ基板と共にグランド線およびパワー系金属基板を介してハウジングに筐体接地されているため、金属製シールド板による電磁ノイズのシールド効果およびアース効果を高めることができる。これによって、電磁ノイズ干渉を抑制し、インバータ装置の誤動作を防止することができる。
【００１５】
さらに、本発明のインバータ一体型電動圧縮機は、上述のいずれかに記載のインバータ一体型電動圧縮機において、前記金属製シールド板には、前記樹脂製ケースに支持されている端部に、該樹脂製ケース内に埋め込まれ、その底部まで延長されて前記ハウジングに筐体接地される延長部が一体に設けられていることを特徴とする。
【００１６】
本発明によれば、金属製シールド板の樹脂製ケースに支持されている端部に、該樹脂製ケース内に埋め込まれ、その底部まで延長されてハウジングに筐体接地される延長部が一体に設けられているため、金属製シールド板による電磁ノイズのシールド効果およびアース効果を一段と向上させることができる。これにより、電磁ノイズ干渉を抑制し、インバータ装置の誤動作を確実に防止することができる。また、樹脂製ケース内に埋め込まれている延長部を補強材として、樹脂製ケースの剛性および強度アップを図ることができるため、インバータモジュールの耐振性を高めることができる。
【００１７】
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、前記延長部は、前記樹脂製ケース内に埋め込まれて該樹脂製ケース底部の取り付け脚部まで曲げ延長され、前記樹脂製ケースを固定設置するビスを介して前記ハウジングに筐体接地されていることを特徴とする。
【００１８】
本発明によれば、金属製シールド板と一体となす延長部が樹脂製ケースの取り付け脚部まで曲げ延長され、樹脂製ケースを固定設置するビスを介してハウジングに筐体接地されているため、金属製シールド板のハウジングに対するアース効果を高めることができる。これによって、金属製シールド板による電磁ノイズのシールド効果およびアース効果をさらに向上させることができる。
【００１９】
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、前記金属製シールド板は、銅板、アルミ板、鉄板等の伝熱、電導材により構成されていることを特徴とする。
【００２０】
本発明によれば、金属製シールド板が銅板、アルミ板、鉄板等の伝熱、電導材により構成されているため、ＣＰＵ基板に向けて照射される電磁ノイズを遮蔽できると同時に、良好な伝熱、伝導性を有する銅板、アルミ板、鉄板等を介してハウジング側にアースおよび伝熱することができる。これにより、電磁ノイズ干渉を抑制し、インバータ装置の誤動作を確実に防止することができる。
【００２１】
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、前記樹脂製ケース内には、少なくともパワー系金属基板の上面を被う位置まで絶縁用樹脂材が充填されていることを特徴とする。
【００２２】
本発明によれば、樹脂製ケース内に少なくともパワー系金属基板の上面を被う位置まで絶縁用樹脂材が充填されているため、絶縁用樹脂材を介して半導体スイッチング素子がベア状態で実装されたパワー系金属基板の絶縁性を確保することができるとともに、パワー系金属基板を防振、防湿することができる。これによって、半導体スイッチング素子がベア状態で実装されたパワー系金属基板の動作、性能に対する信頼性を向上させることができる。
【００２３】
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、前記絶縁用樹脂材は、前記金属製シールド板の上面を被う位置まで充填されていることを特徴とする。
【００２４】
本発明によれば、絶縁用樹脂材が金属製シールド板の上面を被う位置まで充填されているため、筐体接地されている金属製シールド板を介して絶縁用樹脂材を冷却することができる。これにより、絶縁用樹脂材を介してベア状態で実装されている半導体スイッチング素子の冷却効果を高め、その耐熱性能を一段と向上させることができる。
【００２５】
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、前記パワー系金属基板は、その底面側がヒートシンク部とされ、前記インバータ収容部が設けられた前記ハウジングの外表面に接触設置されていることを特徴とする。
【００２６】
本発明によれば、パワー系金属基板の底面側がヒートシンク部とされ、インバータ収容部が設けられたハウジングの外表面に接触設置されているため、半導体スイッチング素子が実装されたパワー系金属基板全体を、ハウジング壁を介してその内部を流通する冷媒により強制冷却することができる。これによって、高発熱部品である半導体スイッチング素子の冷却経路を確立し、インバータモジュールの耐熱信頼性を確保することができる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によると、高電圧系の電源により駆動されるパワー系金属基板にベア状態で実装されている半導体スイッチング素子（パワー素子）から発生され、制御通信を司る低電圧系のＣＰＵ基板に向けて照射される電磁ノイズを、パワー系金属基板よりも大きくされている金属製シールド板によって確実に遮蔽することができるとともに、通信線等を介してハウジング側に侵入し、パワー系金属基板からパワー部分に伝搬され、さらにＣＰＵ基板の低電圧系制御通信回路に伝搬しようとする電磁ノイズを上記金属製シールド板によってノイズ道筋から回避することができるため、パワー系金属基板とＣＰＵ基板との間の電磁ノイズ干渉を抑制し、制御通信回路の誤動作を防止してインバータ装置を正常に動作させることができる。従って、製品の信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の第１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２】図１に示すインバータ一体型電動圧縮機のインバータ装置を構成するインバータモジュールの平面図（Ａ）とその下側側面図（Ｂ）、左側側面図（Ｃ）、および底面図（Ｄ）である。
【図３】図２に示すインバータモジュールの縦断面図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係るインバータ一体型電動圧縮機のインバータ装置を構成するインバータモジュールの縦断面図である。
【図５】本発明の第３実施形態に係るインバータ一体型電動圧縮機のインバータ装置を構成するインバータモジュールの縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下に、本発明にかかる実施形態について、図面を参照して説明する。
［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態について、図１ないし図３を用いて説明する。
図１には、本発明の第１実施形態にかかるインバータ一体型電動圧縮機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。ハウジング２は、電動モータが収容され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る圧縮機ハウジング４とをボルト５で一体に締め付け固定することによって構成されている。このモータハウジング３および圧縮機ハウジング４は、耐圧容器であり、アルミ合金を用いたアルミダイカスト製とされている。
【００３０】
上記ハウジング２の内部に内蔵され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内に吸入さ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。
【００３１】
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搭載される。このインバータ一体型電動圧縮機１は、一般に固定ブラケットを介してそのモータ軸線Ｌ方向を車両の前後方向または左右方向に向け、上下３点で片持ち支持されるのが通常である。
【００３２】
また、モータ側ハウジング３の外周面には、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。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構造を有しており、その側面には、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。このインバータ収容部９内には、高電圧電源ユニット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て電動モータに供給する三相インバータ装置１９が収容設置されている。
【００３３】
インバータ装置１９は、インバータ装置１９の中核をなすインバータモジュール２０の他に、図示省略の高電圧ケーブルが接続されるＰ−Ｎ端子、高電圧ラインに接続されるヘッドキャパシタおよびインダクタコイル等の高電圧部品、インバータ装置１９内のＰ−Ｎ端子と高電圧部品およびインバータモジュール２０との間の電気配線をなす複数のバスバーを絶縁用樹脂材でインサート成形して一体化したバスバーアセンブリ、インバータ装置１９で変換した三相交流電力を電動モータに給電するガラス密封端子等々の電装部品によって構成される。
【００３４】
インバータモジュール２０は、図２に示されるように、インバータ収容部９に収容されるボックス形状の樹脂製ケース２１を有しており、この樹脂製ケース２１内にインバータ装置１９を構成するパワー系金属基板２２およびＣＰＵ基板（プリント基板）２３を設けることによりモジュール化したものである。パワー系金属基板２２には、ＩＧＢＴ等からなる複数個の半導体スイッチング素子２５（図３参照）がベア（ベアチップ）の状態で実装されており、また、ＣＰＵ基板２３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等が実装されている。
【００３５】
半導体スイッチング素子２５が実装されているパワー系金属基板２２の底面は、樹脂製ケース２１の底部から露出され、発熱部品である半導体スイッチング素子２５等を冷却するためのヒートシンク部２２Ａを構成している。このヒートシンク部２２Ａがインバータ収容部９の底面をなすモータハウジング３のハウジング壁に密着設置され、モータハウジング３内を流通する低温冷媒ガスの冷熱で冷却されることにより、パワー系金属基板２２上に実装されている半導体スイッチング素子２５等発熱部品の冷却経路を形成している。
【００３６】
また、樹脂製ケース２１には、パワー系金属基板２２と高電圧ラインおよび電動モータとの間を電気的に接続する端子３０がインサート成形により一体に設けられている。この端子３０には、樹脂製ケース２１の一側面に設けられる高電圧ライン用の２本の端子３０Ａ，３０Ｂと、樹脂製ケース２１の他側面に設けられる電動モータ用の３本のＵ−Ｖ−Ｗ端子３０Ｃ，３０Ｄ，３０Ｅが含まれる。これらの端子３０Ａないし３０Ｅは、黄銅製の板を曲げ加工したもので、一端にはパワー系金属基板２２側の回路とボンディングワイヤを介して接続される錫メッキ等が施された溶接面が設けられ、他端には電動モータおよび高電圧ラインに繋がる端子もしくはバスバー等が接続されるニッケルメッキ等が施された溶接面が設けられており、それぞれ溶接される相手方部材に適合する異なる溶接メッキが施されている。
【００３７】
さらに、樹脂製ケース２１には、図３に示されるように、パワー系金属基板２２にベア状態で実装されている半導体スイッチング素子２５等が高電圧電力により駆動される際に発生し、低電圧系のＣＰＵ基板２３に向けて照射される電磁ノイズや、通信線等を介してハウジング側に侵入し、パワー系金属基板２２からパワー部分に伝搬され、さらにＣＰＵ基板２３の低電圧系制御通信回路に伝搬しようとする電磁ノイズを遮蔽するための金属製シールド板４０が、パワー系金属基板２２とＣＰＵ基板２３との間に介在されて設けられている。この金属製シールド板４０は、図示の通り、パワー系金属基板２２よりも大きくされており、銅板、アルミ板、鉄板等の伝熱、電導材により構成され、図２から明らかな通り、その端部の全周が樹脂製ケース２１に差し込まれて設置され、支持されることによってパワー系金属基板２２の上面を覆っている。
【００３８】
金属製シールド板４０は、ＣＰＵ基板２３と共にグランド線（ＦＧ線）４１およびその下端に接続されるワイヤーボンダー４３を介してパワー系金属基板２２上の銅箔パターン２４のランドに繋がれ、パワー系金属基板２２を介してモータハウジング３に筐体接地されている。グランド線（ＦＧ線）４１は、その一部が樹脂製ケース２１内に埋設されるように一体にインジェクション成形されている。また、これらパワー系金属基板２２、ＣＰＵ基板２３および金属製シールド板４０が設けられている樹脂製ケース２１内には、金属製シールド板４０の上面を被う位置までエポキシ樹脂等の絶縁用樹脂材４２が充填されている。なお、絶縁用樹脂材４２の充填は、必ずしも金属製シールド板４０の上面を被う位置までとする必要はなく、少なくともパワー系金属基板２２の上部を被う位置まで充填されておればよい。
また、樹脂製ケース２１は、図示省略のビスを介してインバータ収容部９の底面に固定設置されるようになっている。
【００３９】
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１９のＰ−Ｎ端子に供給された直流電力は、ヘッドキャパシタ、インダクタコイル等の高電圧部品により調整され、端子３０Ａ，３０Ｂを介してインバータモジュール２０に入力される。この直流電力は、インバータモジュール２０のパワー系金属基板２２に実装されている複数個の半導体スイッチング素子２５のスイッチング動作により、図示省略の上位制御装置から指令された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３０Ｃ，３０Ｄ，３０Ｅ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。
【００４０】
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、圧縮機ハウジング４内に吐き出される。この高温高圧冷媒は、吐出ポート７から電動圧縮機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その壁面に密着設置されているヒートシンク部２２Ａを冷却し、パワー系金属基板２２を冷却する。これでパワー系金属基板２２に実装されている半導体スイッチング素子２５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。
【００４１】
一方、パワー系金属基板２２に高電圧の直流電力が供給され、半導体スイッチング素子２５がスイッチング動作を行うと、電磁ノイズが発生される。このパワー系金属基板２２側で発生した電磁ノイズは、ＣＰＵ基板２３の低電圧系制御通信回路に向って照射されるが、パワー系金属基板２２とＣＰＵ基板２３との間に、パワー系金属基板２２よりも大きい金属製シールド板４０が樹脂製ケース２１によりその全周が支持されて設けられているため、この金属製シールド板４０によって電磁ノイズを漏れがないように確実に遮蔽することができる。
【００４２】
また、外部制御装置から通信線等を経てハウジング側に侵入した電磁ノイズは、接続されている基板からパワー部分への信号ライン等に伝搬、輻射され、または、パワー系金属基板２２からパワー部分に伝搬され、さらにＣＰＵ基板２３の低電圧系制御通信回路に伝搬、輻射しようとするが、この電磁ノイズもパワー系金属基板２２とＣＰＵ基板２３との間に設けた金属製シールド板（銅板）４０によりノイズ道筋から回避することができる。
このため、信号系へのノイズ伝搬、輻射あるいは高電圧系から電磁ノイズがＣＰＵ基板２３の制御通信回路に伝搬、輻射されることによる電磁ノイズ干渉を抑制し、それが原因となる制御通信回路の誤動作を防止することができる。よって、インバータ装置１９を正常に動作させることができ、製品信頼性を向上させることができる。
【００４３】
また、金属製シールド板（銅板）４０がＣＰＵ基板２３と共にグランド線４１、ワイヤーボンダー４３およびパワー系金属基板２２を介してモータハウジング３に筐体接地されているため、金属製シールド板４０による電磁ノイズのシールド効果およびアース効果を高めることができる。従って、電磁ノイズ干渉によるインバータ装置１９の誤動作を確実に防止し、信頼性を高めることができる。
【００４４】
また、本実施形態では、樹脂製ケース２１内に金属製シールド板４０の上面を被う位置まで絶縁用樹脂材４２を充填しているため、この絶縁用樹脂材４２により半導体スイッチング素子２５が実装されたパワー系金属基板２２の絶縁性を確保するとともに、パワー系金属基板２２を防振、防湿することができる。従って、半導体スイッチング素子２５がベアの状態で実装されたパワー系金属基板２２の動作、性能に対する信頼性を向上させることができる。同時に、筐体接地されている金属製シールド板４０を介して絶縁用樹脂材４２を冷却し、この絶縁用樹脂材４２を介して半導体スイッチング素子２５を冷却することができるため、半導体スイッチング素子２５の冷却効果を高め、その耐熱性能を一段と向上させることができる。
【００４５】
さらに、半導体スイッチング素子２５が実装されているパワー系金属基板２２の底面側をヒートシンク部２２Ａとし、それをインバータ収容部９が設けられたモータハウジング３の外表面に密着設置しているため、半導体スイッチング素子２５が実装されたパワー系金属基板２２全体を、モータハウジング３の壁面を介してその内部を流通する冷媒により強制冷却することができる。これによって、高発熱部品である半導体スイッチング素子２５の冷却経路を確立し、インバータモジュールの耐熱信頼性を確保することができる。
【００４６】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について、図４を用いて説明する。
本実施形態は、上記した第１実施形態に対して、金属製シールド板４０の構造および筐体接地構成が異なっている。その他の点については、第１実施形態と同様であるので説明は省略する。
本実施形態では、樹脂製ケース２１に差し込まれている金属製シールド板（銅板）４０の端部に、この樹脂製ケース２１内に埋め込まれ、その底部まで延長されてモータハウジング３に筐体接地される延長部４０Ａを一体に設けた構成としている。
【００４７】
上記のように、金属製シールド板４０の樹脂製ケース２１に支持されている端部に、樹脂製ケース２１内に埋め込まれ、その底部まで延長されてハウジング３に筐体接地される延長部４０Ａを一体に設けることによって、金属製シールド板４０による電磁ノイズのシールド効果およびアース効果を一段と向上させることができる。このため、パワー系金属基板２２とＣＰＵ基板２３間の電磁ノイズ干渉を抑制し、インバータ装置１９の誤動作を確実に防止することができる。また、樹脂製ケース２１内に埋め込まれる延長部４０Ａが補強材となり、樹脂製ケース２１の剛性、強度をアップすることができるため、インバータモジュール２０の耐振性を高めることができる。
【００４８】
なお、本実施形態では、絶縁用樹脂材４２の充填をパワー系金属基板２２の上面を被う位置までとし、金属製シールド板４０が絶縁用樹脂材４２の上面から露出されるようにしているが、かかる構成としてもパワー系金属基板２２に対する絶縁、防振、防湿機能は損なわれることはなく、特に問題はない。
【００４９】
［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態について、図５を用いて説明する。
本実施形態は、上記した第１および第２実施形態に対して、金属製シールド板４０の筐体接地構成が異なっている。その他の点については、第１および第２実施形態と同様であるので説明は省略する。
本実施形態では、金属製シールド板４０の延長部４０Ａに、樹脂製ケース２１内に埋め込まれ、樹脂製ケース２１底部の取り付け脚部２１Ａまで延長される折り曲げ部４０Ｂを設け、この折り曲げ部４０Ｂを、樹脂製ケース２１を固定設置する図示省略のビスを介してモータハウジング３に筐体接地する構成としている。
【００５０】
このように、金属製シールド板４０と一体となす延長部４０Ａに折り曲げ部４０Ｂを設け、この折り曲げ部４０Ｂを樹脂製ケース２１の取り付け脚部２１Ａまで延長し、樹脂製ケース２１を固定設置するビスを介してモータハウジング３に筐体接地しているため、金属製シールド板４０のモータハウジング３に対するアース効果を一段と高めることができる。従って、金属製シールド板４０による電磁ノイズのシールド効果およびアース効果をさらに向上させることができる。
【００５１】
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、別体のインバータ収容部を一体に組み付けてもよい。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、金属製シールド板４０については、必ずしも剛性を有する板厚の厚い板材である必要はなく、薄いシート材あるいは箔材であってもよく、本発明の金属製シールド板は、これらシート材あるいは箔材を包含する意味で用いられているものとする。
【符号の説明】
【００５２】
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
１９ インバータ装置
２０ インバータモジュール
２１ 樹脂製ケース
２１Ａ 取り付け脚部
２２ パワー系金属基板
２２Ａ ヒートシンク部
２３ ＣＰＵ基板
２５ 半導体スイッチング素子（ベアチップ）
４０ 金属製シールド板
４０Ａ 延長部
４０Ｂ 折り曲げ部
４１ グランド線（ＦＧ線）
４２ 絶縁用樹脂材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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を設け、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て前記電動モータに給電するインバータ装置を収容設置してな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、少なくとも半導体スイッチング素子がベア状態で実装されたパワー系金属基板と、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たＣＰＵ基板とを樹脂製ケースを介してモジュール化し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は、前記パワー系金属基板と前記ＣＰＵ基板との間に、前記樹脂製ケースに支持されて介在される金属製シールド板を有し、
該金属製シールド板は、前記パワー系金属基板よりも大きいことを特徴とするインバータ一体型電動圧縮機。
【請求項２】
前記金属製シールド板は、その全周が前記樹脂製ケースにより支持さ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。
【請求項３】
前記ＣＰＵ基板および前記金属製シールド板は、グランド線および前記パワー系金属基板を介して前記ハウジングに筐体接地さ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。
【請求項４】
前記金属製シールド板には、前記樹脂製ケースに支持されている端部に、該樹脂製ケース内に埋め込まれ、その底部まで延長されて前記ハウジングに筐体接地される延長部が一体に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。
【請求項５】
前記延長部は、前記樹脂製ケース内に埋め込まれて該樹脂製ケース底部の取り付け脚部まで曲げ延長され、前記樹脂製ケースを固定設置するビスを介して前記ハウジングに筐体接地されていることを特徴とする請求項４に記載のインバータ一体型電動圧縮機。
【請求項６】
前記金属製シールド板は、銅板、アルミ板、鉄板等の伝熱、電導材により構成されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載のインバータ一体型電動圧縮機。
【請求項７】
前記樹脂製ケース内には、少なくともパワー系金属基板の上面を被う位置まで絶縁用樹脂材が充填されていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載のインバータ一体型電動圧縮機。
【請求項８】
前記絶縁用樹脂材は、前記金属製シールド板の上面を被う位置まで充填されていることを特徴とする請求項７に記載のインバータ一体型電動圧縮機。
【請求項９】
前記パワー系金属基板は、その底面側がヒートシンク部とされ、前記インバータ収容部が設けられた前記ハウジングの外表面に接触設置されていることを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載のインバータ一体型電動圧縮機。
【請求項１】
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を設け、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て前記電動モータに給電するインバータ装置を収容設置してな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、少なくとも半導体スイッチング素子がベア状態で実装されたパワー系金属基板と、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たＣＰＵ基板とを樹脂製ケースを介してモジュール化し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は、前記パワー系金属基板と前記ＣＰＵ基板との間に、前記樹脂製ケースに支持されて介在される金属製シールド板を有し、
該金属製シールド板は、前記パワー系金属基板よりも大きいことを特徴とするインバータ一体型電動圧縮機。
【請求項２】
前記金属製シールド板は、その全周が前記樹脂製ケースにより支持さ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。
【請求項３】
前記ＣＰＵ基板および前記金属製シールド板は、グランド線および前記パワー系金属基板を介して前記ハウジングに筐体接地さ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。
【請求項４】
前記金属製シールド板には、前記樹脂製ケースに支持されている端部に、該樹脂製ケース内に埋め込まれ、その底部まで延長されて前記ハウジングに筐体接地される延長部が一体に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。
【請求項５】
前記延長部は、前記樹脂製ケース内に埋め込まれて該樹脂製ケース底部の取り付け脚部まで曲げ延長され、前記樹脂製ケースを固定設置するビスを介して前記ハウジングに筐体接地されていることを特徴とする請求項４に記載のインバータ一体型電動圧縮機。
【請求項６】
前記金属製シールド板は、銅板、アルミ板、鉄板等の伝熱、電導材により構成されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載のインバータ一体型電動圧縮機。
【請求項７】
前記樹脂製ケース内には、少なくともパワー系金属基板の上面を被う位置まで絶縁用樹脂材が充填されていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載のインバータ一体型電動圧縮機。
【請求項８】
前記絶縁用樹脂材は、前記金属製シールド板の上面を被う位置まで充填されていることを特徴とする請求項７に記載のインバータ一体型電動圧縮機。
【請求項９】
前記パワー系金属基板は、その底面側がヒートシンク部とされ、前記インバータ収容部が設けられた前記ハウジングの外表面に接触設置されていることを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載のインバータ一体型電動圧縮機。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１３−２１９１８（Ｐ２０１３−２１９１８Ａ）
【公開日】平成２５年１月３１日（２０１３．１．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−２３０８９６（Ｐ２０１２−２３０８９６）
【出願日】平成２４年１０月１８日（２０１２．１０．１８）
【分割の表示】特願２００７−３３７１１３（Ｐ２００７−３３７１１３）の分割
【原出願日】平成１９年１２月２７日（２００７．１２．２７）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月３１日（２０１３．１．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年１０月１８日（２０１２．１０．１８）
【分割の表示】特願２００７−３３７１１３（Ｐ２００７−３３７１１３）の分割
【原出願日】平成１９年１２月２７日（２００７．１２．２７）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
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