CN109854478A - 车载用电动压缩机 - Google Patents

Abstract

一种车载用电动压缩机，控制计算机在判定为纹波电流的流出量没有超过在车辆侧电气设备中预先设定的容许量时，将逆变器装置的载波频率切换为比LC滤波器的衰减频带低的频率。这样一来，尽管在纹波电流的产生量比较小的运转条件下车载用电动压缩机驱动，但不会在将载波频率设定为将谐振频率高频化了的LC滤波器的衰减频带所包括的频率的状态下驱动逆变器装置。

Description

车载用电动压缩机

技术领域

本发明涉及车载用电动压缩机。

背景技术

例如，像日本特开2005-201108号公报所公开的那样，车载用电动压缩机具备对流体进行压缩的压缩部、使压缩部驱动的电动马达、以及使电动马达驱动的逆变器(inverter)装置。

通常，采用脉冲宽度调制控制(PWM控制)作为电动马达的控制方式。逆变器装置通过对脉冲宽度进行调制来控制电动马达的驱动电压。具体而言，逆变器装置根据被称为载波信号的高频的三角波信号和用于指示电压的电压指令信号，生成PWM信号。然后，逆变器装置基于PWM信号进行开关元件的开关动作，由此将来自电源的直流电压变换为交流电压。通过向电动马达施加将该交流电压，从而控制电动马达的驱动。

在车辆搭载有作为对使车辆行驶的行驶用马达的驱动进行控制的车辆侧逆变器装置的车辆侧电气设备。另外，从与车辆侧电气设备共同的电源向车载用电动压缩机的逆变器装置供给电力。因此，存在以开关元件的开关动作为起因的纹波(ripple)电流(纹波噪声)从逆变器装置向车辆侧电气设备流出的情况。因此，逆变器装置具有使从逆变器装置向车辆侧电气设备流出的纹波电流衰减的LC滤波器。LC滤波器使纹波电流衰减，以使得纹波电流的流出量不会超过在车辆侧电气设备中预先设定的纹波电流的容许量。

然而，为了实现LC滤波器的小型化，考虑将LC滤波器的谐振频率高频化。在此，当逆变器装置的载波频率从LC滤波器的衰减频带接近谐振频率时，从逆变器装置向车辆侧电气设备流出的纹波电流的流出量增大而有可能超过容许量。由此，为了使LC滤波器的谐振频率高频化并且纹波电流的流出量不超过容许量，而将逆变器装置的载波频率设定为LC滤波器的衰减频带所包括的频率。这样一来，即使在因开关元件的开关动作造成的纹波电流的产生量为最大的条件下驱动车载用电动压缩机，由于通过LC滤波器使纹波电流衰减，从而纹波电流的流出量也不会超过容许量。

然而，若以使逆变器装置的载波频率成为将谐振频率高频化了的LC滤波器的衰减频带所包括的频率的方式将逆变器装置的载波频率设定得高，则开关元件的开关动作的频度变高。因此，因开关元件的开关动作而产生的发热量变多，开关元件的温度上升。其结果，开关损失变大，逆变器效率恶化。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种即使在将LC滤波器等低通滤波器的谐振频率高频化了的逆变器装置中也能够提高逆变器效率的车载用电动压缩机。

为了解决上述问题，根据本发明的第一技术方案，提供一种车载用电动压缩机，该车载用电动压缩机具备：压缩部，该压缩部对流体进行压缩；电动马达，该电动马达使所述压缩部驱动；以及逆变器装置，从与车辆侧电气设备共同的电源向该逆变器装置供给电力并且该逆变器装置使所述电动马达驱动，所述逆变器装置具有：开关元件，该开关元件进行开关动作以使所述电动马达驱动；和低通滤波器，该低通滤波器根据所述开关元件的开关动作使从所述逆变器装置向所述车辆侧电气设备流出的纹波电流衰减。车载用电动压缩机具备：判定部，该判定部构成为对所述纹波电流的流出量是否超过容许量进行判定；和载波频率切换部，该载波频率切换部构成为，在由所述判定部判定为所述纹波电流的流出量没有超过所述容许量时，将所述逆变器装置的载波频率切换成比所述低通滤波器的衰减频带低的频率。所述载波频率切换部构成为，在所述载波频率低于所述衰减频带的频率的状态下，在由所述判定部判定为所述纹波电流的流出量超过所述容许量时，将所述载波频率切换为所述衰减频带所包括的频率。

附图说明

图1是示出实施方式的车载用电动压缩机的剖视图。

图2是示出车载用电动压缩机的电气构成的电路图。

图3是示出调制率与纹波电流的产生量的关系的图。

图4A是示出第1驱动模式时的LC滤波器的衰减特性的图。

图4B是示出纹波电流的产生量的图。

图4C是示出纹波电流的流出量的图。

图5A是示出第2驱动模式时的LC滤波器的衰减特性的图。

图5B是示出纹波电流的产生量的图。

图5C是示出纹波电流的流出量的图。

图6是示出另一实施方式的车载用电动压缩机的电气构成的电路图。

图7A是示出另一实施方式的LC滤波器的衰减特性的图。

图7B是示出纹波电流的产生量的图。

图7C是示出纹波电流的流出量的图。

具体实施方式

以下，参照图1～图5C对将车载用电动压缩机具体化了的一实施方式进行说明。本实施方式的车载用电动压缩机例如用于车辆空调装置。

如图1所示，车载用电动压缩机10具备：对作为流体的制冷剂进行压缩的压缩部12；使压缩部12驱动的电动马达13；以及收纳压缩部12和电动马达13的壳体11。压缩部12例如是由固定于壳体11内的未图示的固定涡旋件和与固定涡旋件相对配置的未图示的可动涡旋件构成的涡旋式压缩部。压缩部12不限于涡旋式，也可以是活塞式、叶片式等。

壳体11具有吸入口11a和排出口11b。在壳体11内收纳有旋转轴14。旋转轴14被支承为能够相对于壳体11旋转。电动马达13由转子13a和定子13b构成。转子13a固定于旋转轴14，并与旋转轴14一体地旋转。定子13b固定于壳体11的内周面，并形成为将转子13a包围。定子13b具有供线圈15卷绕的齿。当向线圈15供给电力时，转子13a和旋转轴14旋转。

外部制冷剂回路17具有与吸入口11a连接的一端和与排出口11b连接的另一端。制冷剂从外部制冷剂回路17经由吸入口11a被吸入壳体11内。制冷剂在被壳体11内的压缩部12压缩之后经由排出口11b向外部制冷剂回路17排出。制冷剂经过外部制冷剂回路17的热交换部和/或膨胀阀，并经由吸入口11a向壳体11内回流。车载用电动压缩机10和外部制冷剂回路17构成车辆空调装置18。

逆变器罩19安装于壳体11的底壁11c。逆变器罩19和壳体11的底壁11c形成收纳使电动马达13驱动的逆变器装置20的空间。压缩部12、电动马达13、以及逆变器装置20依次配置于旋转轴14的轴线方向。

如图2所示，电动马达13具备包括u相线圈15u、v相线圈15v以及w相线圈15w的三相构造的线圈15。u相线圈15u、v相线圈15v以及w相线圈15w为Y形(星形)接线。

逆变器装置20具有多个开关元件Qu1、Qu2、Qv1、Qv2、Qw1、Qw2和作为低通滤波器的LC滤波器30。多个开关元件Qu1、Qu2、Qv1、Qv2、Qw1、Qw2进行开关动作以使电动马达13驱动。多个开关元件Qu1、Qu2、Qv1、Qv2、Qw1、Qw2是IGBT(功率开关元件)。多个开关元件Qu1、Qu2、Qv1、Qv2、Qw1、Qw2与二极管Du1、Du2、Dv1、Dv2、Dw1、Dw2分别连接。

各开关元件Qu1、Qu2、各开关元件Qv1、Qv2、以及各开关元件Qw1、Qw2分别串联连接。各开关元件Qu1、Qu2、Qv1、Qv2、Qw1、Qw2的栅极电连接于控制计算机40。各开关元件Qu1、Qv1、Qw1的集电极经由LC滤波器30电连接于电源41的正极。各开关元件Qu2、Qv2、Qw2的发射极经由LC滤波器30电连接于电源41的负极。将开关元件Qu1的发射极与开关元件Qu2的集电极串联连接的连接线的中间点与u相线圈15u连接。将开关元件Qv1的发射极与开关元件Qv2的集电极串联连接的连接线的中间点与v相线圈15v连接。将开关元件Qw1的发射极与开关元件Qw2的集电极串联连接的连接线的中间点与w相线圈15w连接。

控制计算机40对脉冲宽度进行调制，由此控制电动马达13的驱动电压。具体而言，控制计算机40根据被称为载波信号的高频的三角波信号和用于指示电压的电压指令信号，生成PWM信号。另外，控制计算机40使用PWM信号来进行各开关元件Qu1、Qu2、Qv1、Qv2、Qw1、Qw2的导通断开控制，由此将来自电源41的直流电压变换成交流电压。通过向电动马达13施加变换后的交流电压，从而控制电动马达13的驱动。

另外，控制计算机40控制PWM信号，可变地控制各开关元件Qu1、Qu2、Qv1、Qv2、Qw1、Qw2的导通断开的占空比，由此控制电动马达13的转速。控制计算机40与空调ECU42电连接。控制计算机40按从空调ECU42接收到的电动马达13的目标转速使电动马达13旋转。

而且，控制计算机40通过控制PWM信号，来控制作为电源41的电压与从逆变器装置20输出的交流电压的振幅的比率的调制率。控制计算机40掌握电源41的电压和电动马达13的驱动所需的要求电流，并控制调制率以得到用于使逆变器装置20的输出电流成为要求电流的输出电压。

在车辆搭载有作为对使车辆行驶的行驶用马达的驱动进行控制的车辆侧逆变器装置的车辆侧电气设备50。车辆侧电气设备50与电源41电连接。因此，从电源41也向车辆侧电气设备50供给电力。也就是说，车辆侧电气设备50和逆变器装置20相对于电源41并联连接。由此，从与车辆侧电气设备50共同的电源41向逆变器装置20供给电力。

LC滤波器30设置于多个开关元件Qu1、Qu2、Qv1、Qv2、Qw1、Qw2与电源41之间。LC滤波器30具有常模线圈(normal mode coil)31和与常模线圈31电连接的电容器32。电容器32例如是膜电容器和/或电解电容器。

LC滤波器30根据多个开关元件Qu1、Qu2、Qv1、Qv2、Qw1、Qw2的开关动作使从逆变器装置20向车辆侧电气设备50流出的纹波电流(纹波噪声)衰减。在车辆侧电气设备50中，预先设定了能够容许从逆变器装置20流出的纹波电流的纹波电流的容许量。LC滤波器30也使从电源41流入的常模噪声衰减。

如图3所示，由逆变器装置20产生的纹波电流的产生量取决于逆变器装置20的输出电流和调制率。逆变器装置20的输出电流与电动马达13的驱动所要求的要求电流相等。另外，调制率随着电动马达13的转速和输出电流变大而变大。调制率主要由电动马达13的转速支配。

图3所示的特性线L1示出了电动马达13的驱动所要求的要求电流为最大时的调制率与纹波电流的产生量的关系。图3所示的特性线L2示出了电动马达13的驱动所要求的要求电流小于最大的要求电流时的调制率与纹波电流的产生量的关系。图3所示的特性线L3示出了要求电流小于最大的要求电流且比特性线L2所示的要求电流大时的调制率与纹波电流的产生量。

如各特性线L1、L2、L3所示，纹波电流的产生量在电动马达13的驱动所要求的要求电流为最大时且调制率为0.5时最大。如各特性线L1、L2、L3所示，在调制率小于0.5的区域，具有随着调制率增大而纹波电流的产生量增大的倾向，在调制率大于0.5的区域，具有随着调制率增大而纹波电流的产生量减少的倾向。在控制计算机40预先存储有表示上述那样的调制率与纹波电流的产生量的关系的映射。

如图4A和图5A所示，本实施方式的LC滤波器30的谐振频率f0为20kHz。由此，频率大于20kHz的区域为LC滤波器30的衰减频带A1。图4A及图5A所示的LC滤波器30的衰减特性(频率特性)预先存储于控制计算机40。

如图4B和图4C所示，控制计算机40能够切换为第1驱动模式，在所述第1驱动模式中，将载波信号的频率即逆变器装置20的载波频率设定为频率比LC滤波器30的衰减频带A1低的10kHz。另外，如图5B和图5C所示，控制计算机40能够切换为第2驱动模式，在所述第2驱动模式中，将载波频率设定为作为LC滤波器30的衰减频带A1所包括的频率的40kHz。

如图4B和图5B所示，分别在第1驱动模式和第2驱动模式中产生的纹波电流的噪声成分不仅包括与各驱动模式下的载波频率相同频率的噪声成分，还包括该频率的高次谐波成分。因此，纹波电流的产生量是与载波频率相同的频率的噪声成分和该频率的高次谐波成分的叠加量。

如图4B所示，在第1驱动模式时，因多个开关元件Qu1、Qu2、Qv1、Qv2、Qw1、Qw2的开关动作而由逆变器装置20产生的纹波电流的高次谐波成分的一部分具有与LC滤波器30的谐振频率f0相同的频率。由此，在第1驱动模式时产生的纹波电流包括跨过LC滤波器30的谐振频率f0的频率的噪声成分。

如图5B所示，在第2驱动模式时，因多个开关元件Qu1、Qu2、Qv1、Qv2、Qw1、Qw2的开关动作而由逆变器装置20产生的纹波电流的高次谐波成分的全部具有LC滤波器30的衰减频带A1所包括的频率。

控制计算机40基于从空调ECU42接收的电动马达13的目标转速，而切换成第1驱动模式和第2驱动模式中的任一方。具体而言，控制计算机40根据从空调ECU42接收的电动马达13的目标转速和逆变器输出电流，使用预先存储的表示调制率与纹波电流的产生量的关系的映射，来算出纹波电流的产生量。另外，控制计算机40使用所算出的纹波电流的产生量和LC滤波器30的衰减特性来求出纹波电流的流出量。然后，控制计算机40对纹波电流的流出量是否超过在车辆侧电气设备50中预先设定的纹波电流的容许量进行判定。也就是说，控制计算机40是判定纹波电流的流出量是否超过容许量的判定部。

控制计算机40在判定为纹波电流的流出量没有超过容许量时，切换成第1驱动模式。也就是说，控制计算机40也是，在判定为纹波电流的流出量没有超过容许量时，将逆变器装置20的载波频率切换成比LC滤波器30的衰减频带A1低的频率的载波频率切换部。

另外，控制计算机40在第1驱动模式时判定为纹波电流的流出量超过容许量的情况下，切换成第2驱动模式。也就是说，控制计算机40，在逆变器装置20的载波频率为比LC滤波器30的衰减频带A1低的频率的状态下，当判定为纹波电流的流出量超过容许量时，将逆变器装置20的载波频率切换成LC滤波器30的衰减频带A1所包括的频率。

接着，对本实施方式的作用进行说明。

例如，在电动马达13的轻负荷时，电动马达13的目标转速比较小，电动马达13的驱动所要求的要求电流比较小。另外，因多个开关元件Qu1、Qu2、Qv1、Qv2、Qw1、Qw2的开关动作而产生的纹波电流的产生量比较小。在这样的情况下，控制计算机40在判定为纹波电流的流出量没有超过容许量时，切换为第1驱动模式。这样一来，尽管在纹波电流的产生量比较小的运转条件下车载用电动压缩机10驱动，但不会在将载波频率设定成LC滤波器30的衰减频带A1所包括的频率的状态下驱动逆变器装置20。

另外，例如，在调制率为0.5的电动马达13的目标转速且电动马达13的驱动所要求的要求电流为最大时，因多个开关元件Qu1、Qu2、Qv1、Qv2、Qw1、Qw2的开关动作而产生的纹波电流的产生量变为最大。控制计算机40，在第1驱动模式的状态下，在判定为纹波电流的产生量变得比较大而纹波电流的流出量超过容许量时，切换成第2驱动模式。这样一来，在纹波电流的产生量比较大的运转状态条件下驱动车载用电动压缩机10时，能够通过LC滤波器30使纹波电流衰减，以使得纹波电流的流出量不会超过容许量。

在上述实施方式中，能够得到以下的效果。

(1)为了实现LC滤波器30的小型化，考虑将LC滤波器30的谐振频率f0高频化。在此，当逆变器装置20的载波频率从LC滤波器30的衰减频带A1接近谐振频率f0时，从逆变器装置20向车辆侧电气设备50流出的纹波电流的流出量增大，纹波电流的流出量有可能超过容许量。由此，为了使LC滤波器30的谐振频率f0高频化并且使纹波电流的流出量不会超过在车辆侧电气设备50中预先设定了的纹波电流的容许量，而将逆变器装置20的载波频率设定为LC滤波器30的衰减频带A1所包括的频率。这样一来，即使在纹波电流的产生量为最大的运转条件下驱动车载用电动压缩机10，也能够通过LC滤波器30使纹波电流衰减，以使得纹波电流的流出量不会超过容许量。

然而，若以使逆变器装置20的载波频率成为将谐振频率f0高频化了的LC滤波器30的衰减频带A1所包括的频率的方式将逆变器装置20的载波频率设定得高，则多个开关元件Qu1、Qu2、Qv1、Qv2、Qw1、Qw2的开关动作的频度变高。于是，因多个开关元件Qu1、Qu2、Qv1、Qv2、Qw1、Qw2的开关动作而产生的发热量变多，多个开关元件Qu1、Qu2、Qv1、Qv2、Qw1、Qw2的温度上升。其结果，开关损失变大，逆变器效率恶化。

因此，控制计算机40在判定为纹波电流的流出量没有超过容许量时，将逆变器装置20的载波频率切换为比LC滤波器30的衰减频带A1低的频率。这样一来，尽管在纹波电流的产生量比较小的运转条件下车载用电动压缩机10驱动，但不会在将载波频率设定为将谐振频率f0高频化了的LC滤波器30的衰减频带A1所包括的频率的状态下驱动逆变器装置20。其结果，在将LC滤波器30的谐振频率f0高频化了的逆变器装置20中也能够提高逆变器效率。

(2)控制计算机40，在逆变器装置20的载波频率为比LC滤波器30的衰减频带A1低的频率的状态下，在判定为纹波电流的流出量超过容许量时，将逆变器装置20的载波频率切换成LC滤波器30的衰减频带A1所包括的频率。这样一来，在纹波电流的产生量比较大的运转条件下驱动车载用电动压缩机10时，能够通过LC滤波器30使纹波电流衰减，以使得纹波电流的流出量不会超过容许量。

上述实施方式能够像以下那样进行变更。

如图6所示，LC滤波器30也可以具有抑制LC滤波器30的谐振的阻尼电阻33。

在图7A中，用双电划线示出了没有阻尼电阻33的LC滤波器30的衰减特性。在图7A中用双点划线所示的LC滤波器30的衰减特性与图4A及图5A所示的LC滤波器30的衰减特性相同。在图7A中，用实线示出了具有阻尼电阻33的LC滤波器30的衰减特性。对图7A的实线和双点划线进行比较可知，通过LC滤波器30具有阻尼电阻33，从而抑制了LC滤波器30的谐振。

如图7B所示，在第1驱动模式时，因多个开关元件Qu1、Qu2、Qv1、Qv2、Qw1、Qw2的开关动作而由逆变器装置20产生的纹波电流的高次谐波成分的一部分为与LC滤波器30的谐振频率f0相同的频率。由此，在第1驱动模式时产生的纹波电流包括跨过LC滤波器30的谐振频率f0的频率的噪声成分。在该情况下，也通过阻尼电阻33抑制LC滤波器30的谐振，抑制了作为纹波电流的噪声成分的高次谐波成分的增幅。其结果，如图7C所示，纹波电流的流出量比使用了图4C所示那样的没有阻尼电阻33的LC滤波器30的情况小。

另外，由于通过阻尼电阻33抑制了LC滤波器30的谐振，从而即使载波频率被设定为接近LC滤波器30的谐振频率f0的频率，也能够通过LC滤波器30容易地使纹波电流衰减。

也可以代替常模线圈31，而使用具有常模电感(normal mode inductance)的共模线圈(common mode coil)，所述常模电感在金属制的框体上覆盖该金属制的框体的至少一部分。在该情况下，由共模线圈产生的漏磁经过金属的壳体而产生涡电流，从而抑制LC滤波器30的谐振。由此，即使载波频率被设定为接近LC滤波器30的谐振频率的频率，也能够通过LC滤波器30容易地使纹波电流衰减。另外，伴随纹波电流的衰减而金属框体产生热，通过使该金属框体与壳体11的底壁11c热接触，从而能够通过吸入制冷剂间接地进行冷却。

第1驱动模式下的载波频率除了10kHz以外，例如也可以是15kHz。第1驱动模式下的载波频率比LC滤波器30的衰减频带A1的频率低即可。

第2驱动模式下的载波频率除了40kHz以外，例如也可以是30kHz。第2驱动模式下的载波频率为LC滤波器30的衰减频带A1所包括的频率即可。

控制计算机40基于从空调ECU42接收的电动马达13的目标转速，将载波频率切换成10kHz和40kHz中的任一方，也可以连续地切换载波频率。

LC滤波器30的谐振频率f0除了20kHz以外，例如也可以是30kHz。为了实现LC滤波器30的小型化，优选将LC滤波器30的谐振频率f0高频化。

逆变器装置20也可以相对于壳体11配置于旋转轴14的径向外侧。压缩部12、电动马达13以及逆变器装置20也可以不按此顺序配置于旋转轴14的轴线方向。

低通滤波器为LC滤波器30，但也可以是RC滤波器等其他电路构成。

车载用电动压缩机10构成车辆空调装置18。作为代替，车载用电动压缩机10也可以是搭载于燃料电池车且具备压缩向燃料电池供给的空气的压缩部12的压缩机。

Claims (3)

1.一种车载用电动压缩机，具备：

压缩部，该压缩部对流体进行压缩；

电动马达，该电动马达使所述压缩部驱动；以及

逆变器装置，从与车辆侧电气设备共同的电源向该逆变器装置供给电力并且该逆变器装置使所述电动马达驱动，

所述逆变器装置具有：

开关元件，该开关元件进行开关动作以使所述电动马达驱动；和

低通滤波器，该低通滤波器根据所述开关元件的开关动作而使从所述逆变器装置向所述车辆侧电气设备流出的纹波电流衰减，

所述车载用电动压缩机具备：

判定部，该判定部构成为对所述纹波电流的流出量是否超过容许量进行判定；和

载波频率切换部，该载波频率切换部构成为，在由所述判定部判定为所述纹波电流的流出量没有超过所述容许量时，将所述逆变器装置的载波频率切换成比所述低通滤波器的衰减频带低的频率，

所述载波频率切换部构成为，在所述载波频率低于所述衰减频带的频率的状态下，在由所述判定部判定为所述纹波电流的流出量超过所述容许量时，将所述载波频率切换为所述衰减频带所包括的频率。

2.根据权利要求1所述的车载用电动压缩机，

所述低通滤波器是由线圈和电容器构成的LC滤波器，

所述线圈是具有常模电感的共模线圈，所述常模电感在金属制的框体上覆盖该金属制的框体的至少一部分。

3.根据权利要求1所述的车载用电动压缩机，

所述低通滤波器具有抑制所述低通滤波器的谐振的阻尼电阻。