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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf eine elektrische Kompressionsvorrichtung, welche auf eine
Fahrzeug-Kälteerzeugungskreislaufvorrichtung,
wie ein Klimaanlagen-System,
anwendbar ist.
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Das japanische Patent Nr. 3086819
offenbart als konventionelle elektrische Kompressionsvorrichtung
eine elektrische Kompressionsvorrichtung, in welcher eine Verschalung
(ein Gehäuse)
einen Kompressorteilabschnitt und einen Motorteilabschnitt beinhaltet
bzw. aufnimmt. Ein Leistungs-Halbleitermodul
(ein Inverter) zum Antrieb eines Motors ist an eine Wand der Verschalung
angefügt,
um so einer Niedrigdruckseite innerhalb der Verschalung gegenüberzuliegen.
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Demgemäß kühlt ein Niedrigtemperatur-
und Niedrigdruckkältemittel
(das heißt
Kältemittel
mit niedriger Temperatur und , niedrigem Druck) das Leistungs-Halbleitermodul,
bevor das Kältemittel durch
den Kompressorteilabschnitt komprimiert wird. Deshalb ist es möglich, Kosten
zu reduzieren und die Größe des Antriebsschaltkreises
zu reduzieren, da eine zugeordnete Radiatorplatte, ein zugeordnetes Luftgebläse und dergleichen
nicht erforderlich sind.
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Wenn die elektrische Kompressionsvorrichtung
gestoppt wird, kühlt
jedoch das Kältemittel
das Leistungs-Halbleitermodul nicht (mehr) ab. Wenn die elektrische
Kompressionsvorrichtung unter hohen Temperaturzuständen verwendet
bzw. betrieben wird, wie in einem Motorabteil des Fahrzeugs, steigt die
Temperatur der Betriebsumgebung, und die durch Abstrahlung erhöhte Temperatur
bewirkt Zerstörung
bzw. Beschädigung
in dem Leistungs-Halbleitermodul. Um angepasste Wärmebeständigkeit
sicherzustellen, ist es denkbar, die Größe des Leistungs-Halbleitermoduls
zu vergrößern, oder
ein Leistungs-Halbleitermodul
mit höherer
Wärmebeständigkeit
zu verwenden. Jedoch sind diese Lösungsansätze mit einer Erhöhung der
Kosten verbunden.
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Mit Blick auf die zuvor genannten
Probleme ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine elektrische
Kompressionsvorrichtung bereitzustellen, in welcher ein Inverter
gekühlt
werden kann, ohne die Umgebungstemperatur zu beeinflussen (bzw.
ohne durch diese beeinflusst zu sein).
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Um die oben genannte Aufgabe zu erfüllen, wendet
die vorliegende Erfindung die folgenden technischen Mittel an. Gemäß einem
ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung weist eine elektrische
Kompressionsvorrichtung einen Motorabschnitt (110), der durch
Leistungsabgabe eines Inverters (140) angetrieben wird,
einen Kompressorteilabschnitt (120), der durch den Motorteilabschnitt
(110) zum Komprimieren von Kältemittel in einem Kälteerzeugungskreislaufsystem
betätigt
wird, eine Steuereinheit (102) zur Regulierung von abgegebener
Leistung des Inverters (140), um den Antrieb des Motorteilabschnitts
(110) zu steuern, ein Gehäuse (130) zur Aufnahme
des Motorteilabschnitts (110) und des Kompressorteilabschnitts
(120), wobei der Inverter (140) an eine äußere Oberfläche des
Gehäuses
(130) angefügt
ist, und eine Temperaturmesseinrichtung (103) zur Messung
einer Temperatur (Ti) des Inverters (140) auf. Wenn das
Kälteerzeugungskreislaufsystem
gestoppt wird, treibt die Steuereinheit (102) den Motorteilabschnitt
(110) an bzw. steuert die Steuereinheit (102)
den Motorteilabschnitt (110), wenn die Temperatur (Ti)
des Inverters (140), welche durch die Temperaturmesseinrichtung
(103) gemessen wird, eine vorbestimmte Temperatur (T1) übersteigt.
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Da der Motorteilabschnitt (110)
den Kompressorteilabschnitt (120) in Übereinstimmung mit der Temperatur
(Ti) des Inverters (140) betätigt, um den Inverter (140)
mit dem strömenden
Kältemittel
zu kühlen,
ist der Inverter (140) nicht durch Wärmebeschädigung bzw. -zerstörung beeinträchtigt,
welche durch eine Steigerung der Umgebungstemperatur bewirkt wird.
Es ist nicht nötig,
die Größe des Inverters
(140) groß zu
wählen,
oder einen Inverter (140) mit größerer bzw. höherer Wärmebeständigkeit
zu verwenden, wodurch es möglich
ist, Kosten zu reduzieren.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der
Erfindung ist das Gehäuse
(130) mit einem Temperatursensor (103a oder 103b)
zum Messen einer Temperatur des Motorteilabschnitts (110)
oder des Kompressorteilabschnitts (120) versehen. Die Steuereinheit
(102) wandelt die Temperatur, welche durch den Temperatursensor
(103a oder 103b) gemessen wird, in die Temperatur
(Ti) des Inverters (140) um, so dass der Temperatursensor
(103a oder 103b) als die Temperaturmesseinrichtung
(103) arbeitet bzw. deren Aufgabe übernimmt.
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Demgemäß ist es, da der (bereits)
bestehende Temperatursensor (103a oder 103b) als
die Temperaturmesseinrichtung (103) arbeitet bzw. deren Aufgabe übernimmt,
nicht erforderlich, eine Temperaturmesseinrichtung (103)
vorzusehen, die dem Inverter (140) eigens zugeordnet ist.
Deshalb ist es möglich,
des weiteren Kosten zu reduzieren.
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Konkreter wird gemäß einem
dritten Aspekt der Erfindung in passender Weise ein Motorschutztemperatursensor
(103a) zum Messen einer Temperatur eines wärmeerzeugenden
Abschnitts des Motorteilabschnitts (110), oder ein Abgabetemperatursensor (103b)
zum Messen einer Abgabetemperatur des Kältemittels von dem Kompressor
(120) (bzw. dem Kompressorteilabschnitt (120))
als der Temperatursensor (103a oder 103b) verwendet.
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Im Übrigen entsprechen die Bezugsziffern
in Klammern, welche die zuvor genannten individuellen Mittel bzw.
Einrichtungen begleiten, konkreten Einrichtungen, welche in den
später
zu beschreibenden Ausführungsformen
zu sehen sind.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine schematische Ansicht, welche die allgemeine Zusammensetzung
einer elektrischen Kompressionsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt,
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2 ist
eine Seitenansicht zu 1 in
der Richtung des Pfeils A in 1,
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3 ist
ein Steuerungsflussdiagramm, das Betriebssteuervorgänge eines
Motorteilabschnitts zeigt,
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4A ist
ein Zeitdiagramm, welches A/C-Bedarfssignale (A/C demand signals)
in 3 zeigt,
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4B ist
ein Zeitdiagramm, welches den Betrieb eines Motors und eines Kompressors
zeigt,
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4C ist
ein Zeitdiagramm, welches eine Motorbelastung zeigt,
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4D ist
ein Zeitdiagramm, welches die Invertertemperatur zeigt,
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5 ist
eine schematische Ansicht, welche die allgemeine Zusammensetzung
einer elektrischen Kompressionsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform
zeigt,
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6 ist
ein Graph, der die Korrelation zwischen der Gehäusetemperatur in der Umgebung
des Motors und der Invertertemperatur in der elektrischen Kompressionsvorrichtung
von 5 zeigt,
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7 ist
eine schematische Ansicht, welche die allgemeine Zusammensetzung
der elektrischen Kompressionsvorrichtung gemäß eines modifizierten Beispiels
der zweiten Ausführungsform
zeigt,
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8 ist
ein Graph, welcher die Korrelation zwischen der Gehäusetemperatur
in der Umgebung der Abgabekammer und der Invertertemperatur in der
elektrischen Kompressionsvorrichtung von 7 zeigt.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG VON BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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(Erste Ausführungsform)
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Eine erste Ausführungsform einer elektrischen
Kompressionsvorrichtung 100 gemäß der vorliegenden Erfindung
wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die 1 bis 4 beschrieben.
Die elektrische Kompressionseinrichtung 100, welche auf
bzw. für
eine Kälteerzeugungskreislauf-Vorrichtung
für ein Fahrzeug,
wie ein Automobil, angewendet wird, ist innerhalb eines Motorabteils
installiert bzw. vorgesehen, und beispielsweise auf einem Motor 10 befestigt.
Die elektrische Kompressionsvorrichtung 100 enthält, wie
in den 1 und 2 gezeigt ist, einen elektrischen
Kompressor 101 und eine Steuereinheit 102.
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Der elektrische Kompressor 101 weist
einen Motorteilabschnitt 110, einen Kompressorteilabschnitt 120,
ein Gehäuse 130 und
einen Inverter 140 auf. Das Gehäuse 130 enthält als eine
einschließende
Umhüllung,
die aus einem Motorgehäuse 131,
einem mittleren Gehäuse 132 und
einem hinteren Gehäuse 133 zusammengesetzt
ist, den Motorteilabschnitt 110 und den Kompressorteilabschnitt 120 bzw.
nimmt diese auf. Der Inverter 140 ist an die äußere Oberfläche des
Gehäuses 130 angefügt.
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Der Motorteilabschnitt 110 hat
einen Dreiphasen-Wechselstrommotor,
der in dem Motorgehäuse 131 aufgenommen
bzw. enthalten ist. Eine Drehwelle des Motors ist an den Kompressorteilabschnitt 120 angeschlossen.
Der Motorteilabschnitt 110 wird durch Leistung bzw. Energie,
wie elektrischer Strom, angetrieben, welcher von dem Inverter 140 abgegeben
wird.
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Der Kompressorteilabschnitt 120,
welcher in dem mittleren Gehäuse 132 aufgenommen
ist, wird in Verbindung mit dem Antrieb des Motorteilabschnitts 110 betätigt, um
das Kältemittel
in dem Kälteerzeugungskreislaufsystem
auf eine hohe Temperatur (Hochtemperatur) und einen hohen Druck
(Hochdruck) zu komprimieren. Das mittlere Gehäuse 132 ist mit einer
Saugöffnung 121 zum
Anziehen bzw. Ansaugen des Kältemittels
versehen. Das Niedrigtemperatur- und Niedrigdruckkältemittel
(das heißt
Kältemittel
mit niedriger Temperatur und niedrigem Druck), welches von der Saugöffnung 121 angezogen
wird, strömt
durch den Motorteilabschnitt 110 in das Motorgehäuse 131,
wobei es auf einem U-förmigen
Weg strömt.
Anschließend
wird das in einer Arbeitskammer komprimierte Kältemittel aus einer Abgabeöffnung (nicht
gezeigt) über
eine Abgabekammer abgegeben, die in dem hinteren Gehäuse 131 vorgesehen ist.
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Der Inverter 140, der eine
wohlbekannte Gleichstrom-zu-Wechselstrom-Invertervorrichtung ist,
invertiert (bzw. än dert)
Gleichstrom aus einer Batterie (nicht gezeigt) in Wechselstrom.
Der Inverter 140 variiert ebenfalls eine Abgabemenge von
Strom zu dem Motorteilabschnitt 110 in Übereinstimmung mit einem Schalten
einer Schaltvorrichtung, die in dem Inverter 140 selbst
vorgesehen ist. Der Eingang der Schaltvorrichtung ist an der Batterie
und der Steuereinheit 102 angeschlossen und der Ausgang derselben
ist an den Motorabschnitt 110 angeschlossen. Der Inverter 140 ist
auf einer äußeren Oberfläche des
Motorgehäuses 131 befestigt,
welche einem Bereich entspricht, in welchem das Kältemittel
auf dem U-förmigen Weg
strömt.
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Die Schaltvorrichtung des Inverters 140 oder eine
Basis der Schaltvorrichtung ist mit einem Temperatursensor 103 als
eine Temperaturmesseinrichtung versehen. Temperaturmesssignale von
dieser werden in die Steuereinheit 102 eingegeben bzw. dieser
zugeführt.
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A/C-Bedarfssignale, Umgebungszustandssignale
für das
Kühlen
und dergleichen werden in die Steuereinheit 102 eingegeben.
Die Steuereinheit 102 reguliert den Ausgangsstrom des Inverters 140 auf der
Grundlage dieser Signale, um den Antrieb bzw. den Betrieb des Motorteilabschnitts 110,
nämlich
den Betrieb des Kompressorteilabschnitts 120, zu steuern.
Als ein Merkmal der vorliegenden Erfindung wird der Antrieb des
Motorteilabschnitts 110 separat bzw. unabhängig von
dem Kälteerzeugungskreislaufsystem
auf der Grundlage der Temperatursignale des Temperatursensors 103 des
Inverters 140 gesteuert. Die Details dieser Steuerung werden
später
beschrieben.
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Der Betrieb der elektrischen Kompressionsvorrichtung 100 mit
dem vorstehend beschriebenen Aufbau wird nachfolgend beschrieben.
Auf den Empfang der A/C-Bedarfssignale hin berechnet die Steuereinheit 102 die
Wärmebelastung
des Kälteerzeugungskreislaufsystems
aus den Umgebungszustandssignalen für das Kühlen. Anschließend reguliert
die Steuereinheit 102 den Ausgangsstrom aus dem Inverter 140 auf
der Grundlage der Wärmebelastung,
um den Motorteilabschnitt 110 anzutreiben und um den Kompressorteilabschnitt 120 zu
betätigen.
Das Niedrigtemperatur- und Niedrigdruckkältemittel, das in das Gehäuse 130 durch
die Saugöffnung 121 strömt, strömt durch
das Motorgehäuse 131.
Da das Kältemittel
den Motorteilabschnitt 110 und den Inverter 140 kühlt, können sowohl
der Motorteilabschnitt 110 als auch der Inverter 140 Wärmeschäden gut
Wiederstehen.
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Wenn die A/C-Bedarfssignale ausgeschaltet sind,
stoppt der Motorteilabschnitt 110 andererseits den Betrieb
und das Kältemittel
stoppt das Strömen. Im
Allgemeinen wird ein Kühlzustand
bzw. ein Kühlstadium
in der Umgebung des Inverters 140 bei einem Kühlzustand
aufrechterhalten, welcher durch das Kältemittel gebracht wurde, welches
dort hindurchströmt,
wenn der Kompressorteilabschnitt 120 in Betrieb ist. Jedoch
erhöht
die von dem Motor 110 oder dem Motorabteil abgestrahlte
Wärme die
Temperatur des Inverters 140, wenn das Fahrzeug unter hoher
Belastung bzw. in hohen Belastungszuständen betrieben wird, wie dann,
wenn es bei niedriger Geschwindigkeit bergauf gefahren wird, in
einem Verkehrsstau steht oder dergleichen. Während dieser Zustände bzw.
Erfahrungen kann die Temperatur des Inverters eine zulässige Temperatur übersteigen.
In der elektrischen Kompressionseinrichtung 100 gemäß der vorliegenden
Erfindung wird die Temperatur gesteuert, um den Inverter 140 selbst
in einem solchen Fall zu schützen.
Details der Steuerung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf ein
Flussdiagramm, welches in 3 gezeigt
ist, sowie ein Zeitdiagramm, welches in 4 gezeigt
ist, gegeben.
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Bezugnehmend auf 3 wird in Schritt S100 das Vorliegen
oder Nicht-Vorliegen der A/C-Bedarfssignale erfasst. Wenn die A/C-Bedarfssignale vorliegen,
kehrt der Fluss zurück,
um die Steuerung des Kälteerzeugungskreislaufsystems
wie gewöhnlich zu
starten. Wenn die A/C-Bedarfssignale nicht vorliegen, wird in Schritt
S110 beurteilt, ob die Temperatur Ti des Inverters 140 höher als
eine erste vorbestimmte Temperatur T1 ist oder nicht. Die erste vorbestimmte
Temperatur T1, welche einer vorbestimmten Temperatur der vorliegenden
Erfindung entspricht, wird als eine zulässige obere Grenztemperatur
des Inverters 140 vorbestimmt.
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Wenn die Temperatur Ti kleiner als
die erste vorbestimmte Temperatur T1 in Schritt S110 ist, erleidet
der Inverter 140 keinen Wärmeschaden, so dass der Fluss
zu dem Start zurückkehrt.
Wenn die Temperatur Ti höher
als die erste vorbestimmte Temperatur T1 ist, wird andererseits
der Motorteilabschnitt 110 separat von dem Kälteerzeugungskreislaufsystem
angetrieben, um den Kompressorteilabschnitt 120 in Schritt
S120 (siehe 4B und 4D) zu betätigen.
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Anschließend wird in Schritt S130 festgestellt,
ob die Temperatur Ti des Inverters 140 niedriger als eine
zweite vorbestimmte Temperatur T2 wird, welche niedriger als die
erste vorbestimmte Temperatur T1 ist. Wenn die Temperatur Ti niedriger
als die zweite vorbestimmte Temperatur T2 wird, wird der Motor 110 in
Schritt S140 gestoppt, um den Kompressorteilabschnitt 120 zu
stoppen. Während
"Nein" in Schritt S130, beurteilt bzw. entschieden wird, wird der
Betrieb der elektrischen Kompressionsvorrichtung 100 in
Schritt S120 fortgesetzt. Wie oben beschrieben ist, betätigt der
Motorteilabschnitt 110 den Kompressorteilabschnitt 120 in Übereinstimmung
mit der Temperatur Ti des Inverters 140. Da das strömende Kältemittel
den Inverter 140 kühlt,
ist der Inverter 140 nicht durch Wärmeschäden bedroht, welche durch eine
Steigerung der Umgebungstemperatur bewirkt wird, selbst wenn der
Motor 110 unter hoher Belastung ist. Es ist nicht nötig, den
Inverter 140 groß auszuführen, oder
einen Inverter mit einer höheren Wärmewiderstandsfähigkeit
zu verwenden, so dass es möglich
ist, Kosten zu reduzieren.
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(Zweite Ausführungsform)
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Die 5 und 6 zeigen eine elektrische Kompressionsvorrichtung
gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. In der elektrischen Kompressionsvorrichtung
der zweiten Ausführungsform
ist der Temperatursensor gegenüber
bzw. im Vergleich mit der ersten Ausführungsform geändert.
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In der zweiten Ausführungsform
ist das Kälteerzeugungskreislaufsystem
mit einem Temperatursensor 103a zum Schutz eines Motors
(nachfolgend als Motortemperatursensor bezeichnet) versehen. Der
Motortemperatursensor 103a misst die Temperatur des Motorteilabschnitts 110.
Wenn die Temperatur des Motorteilabschnitts 110 eine vorbestimmte
zulässige
Temperatur überschreitet,
wird der Ausgang des Motorteilabschnitts 110 gesteuert
bzw. kontrolliert, um dadurch den Motorteilabschnitt 110 zu
schützen. Der
Motortemperatursensor 103a ist in dem Motorgehäuse 131 vorgesehen,
zu welchem der wärmeerzeugende
Abschnitt des Motorteilabschnitts 110 am nächsten liegt.
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In der Steuereinheit 102 ist
eine Steuerkennlinie (siehe 6)
gespeichert, welche eine Korrelation zwischen der durch den Motortemperatursensor 103a beim
bzw. während
des Stoppens des Kälteerzeugungskreislaufsystems,
nämlich
beim bzw. während
des Stoppens des Motorteilabschnitts 110 (das heißt die Gehäusetemperatur
in der Umgebung des Motors), und die Temperatur Ti des Inverters 140 gemessen.
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Somit ist es, wenn die durch den
Motortemperatursensor 103a gemessene Temperatur in die Temperatur
Ti des Inverters 140 umgewandelt wird, möglich, den
Motor 110 in einer Weise zu steuern, wie es bei der ersten
Ausführungsform
beschrieben ist. In diesem Fall wird der Motortemperatursensor 103a als
eine Temperaturmesseinrichtung verwendet, so dass es nicht erforderlich
ist, einen zugeordneten Temperatursensor 103 vorzusehen.
Demgemäß ist es
möglich,
die Kosten weiterhin zu reduzieren.
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In einem Fall, in welchem die elektrische Kompressionsvorrichtung 100 einen
Abgabetemperatursensor 103b zum Messen einer Abgabetemperatur
des Kältemittels
(das heißt
die Temperatur von abgegebenem Kältemittel)
aufweist, kann der Abgabetemperatursensor 103b ebenfalls
als der Temperatursensor verwendet werden, wie in 7 gezeigt ist. In diesem Fall wird die
Korrelation zwischen der Abgabetemperatur und der Temperatur Ti
des Inverters 140, die sowohl in 8 als auch in 6 gezeigt ist, zuvor bestimmt. Die Temperatur
Ti des Inverters 140 wird auf der Grundlage der Korrelation
erhalten. Der Abgabetemperatursensor 103b ist in dem hinteren Gehäuse 133 vorgesehen,
welches sich in der Umgebung der Abgabekammer befindet, um die Abgabetemperatur
des Kältemittels
zu messen. Wenn die Abgabetemperatur eine vorbestimmte zulässige Temperatur übersteigt,
wird der Ausgang des Motorteilabschnitts 110 so gesteuert,
dass ein Gummirohr bzw. Gummischlauch, durch welchen das Kältemittel strömt, vor
Verschlechterung bzw. Beschädigung durch
Hitze geschützt
wird.
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(Eine andere Ausführungsform)
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In den oben beschriebenen Ausführungsformen
ist die elektrische Kompressionsvorrichtung 100 in einem
Fahrzeugmotorabteil eingebaut, jedoch sind diese nicht hierauf beschränkt. Die
elektrische Kompressionsvorrichtung kann in einem Kälteerzeugungskreislaufsystem
eines elektrischen Eisenbahnzuges und dergleichen vorgesehen werden.
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Zusammenfassend umfasst eine elektrische Kompressionsvorrichtung
bspw. einen Motorteilabschnitt 110 und einen Kompressorteilabschnitt 120 in einem
Gehäuse 130,
einen Inverter 140, der an eine äußere Oberfläche des Gehäuses 130 angefügt ist, und
eine Temperaturmesseinrichtung 103 zum Messen einer Temperatur
des Inverters 140. In einem gestoppten Zustand des Kälteerzeugungskreislaufsystems
treibt die Steuereinheit 102 den Motorteilabschnitt 110 an,
wenn die Temperatur des Inverters 140, die durch die Temperaturmesseinrichtung 103 gemessen
wird, eine vorbestimmte Temperatur überschreitet.