DE112016001308T5

DE112016001308T5 - Elektrischer kompressor, steuerungsverfahren und überwachungsverfahren

Info

Publication number: DE112016001308T5
Application number: DE112016001308.6T
Authority: DE
Inventors: Takashi Nakagami; Takayuki Takashige
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Automotive Thermal Systems Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Thermal Systems Ltd
Priority date: 2015-03-20
Filing date: 2016-02-16
Publication date: 2017-12-28
Anticipated expiration: 2036-02-17
Also published as: CN107429687A; CN107429687B; WO2016152320A1; JP6653122B2; US10662946B2; US20180058454A1; JP2016176433A; DE112016001308B4

Abstract

Dieser elektrische Kompressor umfasst einen Kompressor, welcher sich um eine Achse dreht, um ein Fluid zu komprimieren; einen Motor, welcher den Kompressor um die Achse drehend antreibt; und eine Steuerungseinheit, die eine erste Komponente und eine zweite Komponente aufweist und eine Stromzufuhr zu dem Motor während eines Antreibens unter Verwendung der ersten Komponente und der zweiten Komponente steuert. Ein zulässiger Strom, wenn die erste Komponente und die zweite Komponente derselben Temperatur ausgesetzt sind, ist eingestellt, um in der zweiten Komponente kleiner als in der ersten Komponente zu sein. Die zweite Komponente ist an einem Ort angeordnet, an welchem eine Kühlfähigkeit größer als die der ersten Komponente ist, sodass eine zulässige Energie der zweiten Komponente bei einem Nenngebrauch eingestellt ist, um größer zu sein, als eine zulässige Energie der ersten Komponente. Dieser elektrische Kompressor umfasst einen Temperatursensor, welcher die Temperatur der ersten Komponente erfasst, und eine Berechnungseinheit, welche ein Alarmsignal ausgibt, wenn die durch den Temperatursensor erfasste Temperatur und ein in der ersten Komponente fließender Strom eine vorbestimmte Bedingung erfüllen.

Description

Technisches Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen elektrischen Kompressor, eine Steuerungsvorrichtung und ein Überwachungsverfahren.
Die Priorität der am 20. März 2015 eingereichten japanischen Patentanmeldung Nr. 2015-058366 wird beansprucht, deren Inhalt hier unter Bezugnahme enthalten ist.
Hintergrund der Erfindung
In einem elektrischen Kompressor werden Komponenten, wie etwa Umschaltvorrichtungen verwendet, die thermisch beschädigt werden können. Es sind Technologien zum Schützen solcher Komponenten vor einer thermischen Beschädigung vorgeschlagen worden.
Beispielsweise wird in einem in Patentschrift 1 offenbarten elektrischen Kompressor zum Schützen einer Komponente vor einer thermischen Beschädigung ein zulässiger Stromwert der Komponente auf Basis einer durch einen Temperaturdetektor erfassten Temperatur erhalten, und der elektrische Kompressor wird gestoppt, wenn ein in der Komponente fließender Strom den zulässigen Wert übersteigt.
Patentschrift 1:

Japanisches Patent Nr. 5039515

Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
Da eine Verkleinerung von elektrischen Kompressoren voranschreitet, wenn ein Kondensator in der Umgebung einer Umschaltvorrichtung angeordnet ist, besteht die Möglichkeit, dass der Kondensator aufgrund einer durch die Umschaltvorrichtung erzeugten Wärme thermisch beschädigt wird, und es ist erforderlich, sowohl die Umschaltvorrichtung als auch den Kondensator vor der thermischen Beschädigung zu schützen. In einem solchen Fall kann vorzugsweise eine Vielzahl von Komponenten vor einer thermischen Beschädigung mit einer einfachen Hardwarekonfiguration und einer einfachen Verarbeitung geschützt werden.
Die vorliegende Erfindung sieht einen elektrischen Kompressor, eine Steuerungsvorrichtung und ein Überwachungsverfahren vor, die zulassen, dass eine Vielzahl von Komponenten vor einer thermischen Beschädigung mit einer einfachen Hardwarekonfiguration und einer einfachen Verarbeitung geschützt werden.
Lösung des Problems
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein elektrischer Kompressor einen Kompressor, welcher sich um eine Achse dreht, um ein Fluid zu komprimieren; einen Motor, welcher den Kompressor um die Achse drehend antreibt; und eine Steuerungseinheit, die eine erste Komponente und eine zweite Komponente aufweist und eine Stromzufuhr zu dem Motor während eines Antreibens unter Verwendung der ersten Komponente und der zweiten Komponente steuert. Ein zulässiger Strom, wenn die erste Komponente und die zweite Komponente derselben Temperatur ausgesetzt sind, ist eingestellt, um in der zweiten Komponente kleiner als in der ersten Komponente zu sein. Die zweite Komponente ist an einem Ort angeordnet, an welchem eine Kühlfähigkeit größer als die der ersten Komponente ist, sodass eine zulässige Energie der zweiten Komponente bei einem Nenngebrauch eingestellt ist, um größer als eine zulässige Energie der ersten Komponente zu sein. Dieser elektrische Kompressor umfasst einen Temperatursensor, welcher eine Temperatur der ersten Komponente erfasst, und eine Berechnungseinheit, welche ein Alarmsignal ausgibt, wenn die durch den Temperatursensor erfasste Temperatur und ein in der ersten Komponente fließender Strom eine vorbestimme Bedingung erfüllen.
Die zweite Komponente kann stromaufwärts von der ersten Komponente auf einem Kühlmittelströmungspfad vorgesehen sein.
Ein Gehäuse kann sowohl zwischen der ersten Komponente und dem Kühlmittelströmungspfad als auch zwischen der zweiten Komponente und dem Kühlmittelströmungspfad vorgesehen sein. Eine Dicke des Gehäuses zwischen der zweiten Komponente und dem Kühlmittelströmungspfad kann kleiner als eine Dicke des Gehäuses zwischen der ersten Komponente und dem Kühlmittelströmungspfad sein, sodass ein thermischer Widerstand des Gehäuses zwischen der zweiten Komponente und dem Kühlmittelströmungspfad kleiner als ein thermischer Widerstand des Gehäuses zwischen der ersten Komponente und dem Kühlmittelströmungspfad ist.
Ein Wärmeleitelement, welches eine Wärme zu zumindest einem Teil der zweiten Komponente leiten kann, kann vorgesehen sein, und das Wärmeleitelement kann in Kontakt zu einem Element stehen, das eine Temperatur aufweist, die niedriger als die der zweiten Komponente ist.
Die erste Komponente und die zweite Komponente können auf unterschiedlichen Substraten getrennt vorgesehen sein, und ein Wärmeisolationsabschnitt, welcher einen Strom leiten kann, kann zwischen einem Substrat, auf welchem die erste Komponente vorgesehen ist, und einem Substrat, auf welchem die zweite Komponente vorgesehen ist, vorgesehen sein.
Die zweite Komponente kann eine Wärmeableitungslamelle umfassen.
Ein Wärmerohr, welches eine Wärme mit der zweiten Komponente austauschen kann, kann vorgesehen sein, und das Wärmerohr kann in Kontakt zu einem Element stehen, das eine Temperatur aufweist, die niedriger als die der zweiten Komponente ist.
Eine Peltier-Vorrichtung, welche Wärme von der zweiten Komponente absorbiert, kann vorgesehen sein.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst eine Steuerungsvorrichtung eine erste Komponente und eine zweite Komponente, und steuert eine Stromzufuhr zu einem Motor während eines Antreibens unter Verwendung der ersten Komponente und der zweiten Komponente. Ein zulässiger Strom, wenn die erste Komponente und die zweite Komponente derselben Temperatur ausgesetzt sind, ist eingestellt, um in der zweiten Komponente kleiner als in der ersten Komponente zu sein. Die zweite Komponente ist an einem Ort angeordnet, an welchem eine Kühlfähigkeit größer als die der ersten Komponente ist, sodass eine zulässige Energie der zweiten Komponente bei einem Nenngebrauch eingestellt ist, um größer als eine zulässige Energie der ersten Komponente zu sein. Die Steuerungsvorrichtung umfasst ferner einen Temperatursensor, welcher eine Temperatur der ersten Komponente erfasst, und eine Berechnungseinheit, welche ein Alarmsignal ausgibt, wenn die durch den Temperatursensor erfasste Temperatur und ein in der ersten Komponente fließender Strom eine vorbestimmte Bedingung erfüllen.
Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Überwachen ein Verfahren zum Überwachen eines elektrischen Kompressors, und der elektrische Kompressor umfasst einen Kompressor, welcher sich um eine Achse dreht, um ein Fluid zu komprimieren; einen Motor, welcher den Kompressor um die Achse drehend antreibt; und eine Steuerungseinheit, die eine erste Komponente und eine zweite Komponente aufweist und eine Stromzufuhr zu dem Motor während eines Antreibens unter Verwendung der ersten Komponente und der zweiten Komponente steuert. Ein zulässiger Strom, wenn die erste Komponente und die zweite Komponente derselben Temperatur ausgesetzt sind, ist eingestellt, um in der zweiten Komponente kleiner als in der ersten Komponente zu sein. Die zweite Komponente ist an einem Ort angeordnet, an welchem eine Kühlfähigkeit größer als die der ersten Komponente ist, sodass ein zulässiger Strom der zweiten Komponente bei einem Nenngebrauch eingestellt ist, um größer als ein zulässiger Strom der ersten Komponente zu sein. Das Verfahren zum Überwachen umfasst einen Temperaturerfassungsschritt zum Erfassen einer Temperatur der ersten Komponente und einen Alarmausgabeschritt zum Ausgeben eines Alarmsignals, wenn die in dem Temperaturerfassungsschritt erfasste Temperatur und ein in der ersten Komponente fließender Strom eine vorbestimmte Bedingung erfüllen.
Vorteilhafte Effekte der Erfindung
Gemäß dem vorstehend beschriebenen elektrischen Kompressor, der Steuerungsvorrichtung und dem Überwachungsverfahren können alle der Vielzahl von Komponenten vor einer thermischen Beschädigung geschützt werden, ohne dass eine Vielzahl von Temperatursensoren vorgesehen sein muss.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine schematische Querschnittsansicht, die eine Konfiguration eines elektrischen Kompressors gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
2 ist eine schematische Querschnittsansicht, die eine Konfiguration eines Inverters bzw. Wechselrichters gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
3 ist ein schematisches Blockdiagramm, das eine funktionelle Konfiguration einer Überwachungsvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt.
4 ist ein Diagramm, das ein Beispiel einer Korrelation zwischen einer Temperatur eines Leistungshalbleiters und einer Temperatur eines Kondensators gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt.
5 ist eine schematische Querschnittsansicht, die eine Konfiguration eines Inverters bzw. Wechselrichters gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
6 ist eine schematische Querschnittsansicht, die eine Konfiguration eines Inverters bzw. Wechselrichters gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
7 ist eine Ansicht, die ein erstes modifiziertes Beispiel des Kondensators gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel zeigt.
8 ist eine Ansicht, die ein zweites modifiziertes Beispiel des Kondensators gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel zeigt.
9 ist eine Ansicht, die ein drittes modifiziertes Beispiel des Kondensators gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel zeigt.
Beschreibung von Ausführungsbeispielen
Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beschrieben, aber der Umfang der vorliegenden Erfindung ist auf die folgenden Ausführungsbeispiele nicht beschränkt. Außerdem sind alle in den Ausführungsbeispielen beschriebenen Kombinationen von Merkmalen zum Lösen von Mitteln der Erfindung nicht notwendigerweise wesentlich.
1 ist eine schematische Querschnittsansicht, die eine Konfiguration eines elektrischen Kompressors gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt. Mit Bezug auf 1 umfasst ein elektrischer Kompressor 1 einen Inverter bzw. Wechselrichter 100, einen Motor 200 und einen Kompressor 300. Der Inverter bzw. Wechselrichter 100, der Motor 200 und der Kompressor 300 sind in einem Gehäuse 11 des elektrischen Kompressors vorgesehen.
Außerdem ist ein Kühlmitteleinlass 400 in dem elektrischen Kompressor 1 vorgesehen.
Der elektrische Kompressor 1 ist ein Scrolltyp-Kompressor. Der elektrische Kompressor 1 komprimiert das von dem Kühlmitteleinlass 400 durch den Kompressor 300 angesaugte Kühlmittel und gibt das komprimierte Kühlmittel aus. Außerdem wird, wie nachstehend beschrieben, das von dem Kühlmitteleinlass 400 des elektrischen Kompressors 1 angesaugte Kühlmittel auch zum Kühlen des Inverters bzw. Wechselrichters 100 verwendet. Außerdem korrespondiert das Kühlmittel hier zu einem Beispiel eines durch den Kompressor komprimierten Fluids.
Der Inverter bzw. Wechselrichter 100 wandelt einen von einer Speicherbatterie außerhalb des elektrischen Kompressors 1 zugeführten Gleichstrom (DC: ”Direct Current”) in einen Dreiphasen-Wechselstrom (AC: ”Alternating Current”) um und führt ihn dem Motor 200 zu. Der Inverter bzw. Wechselrichter 100 korrespondiert zu einem Beispiel einer Steuerungseinheit und einem Beispiel einer Steuerungsvorrichtung, und steuert eine Stromzufuhr zu dem Motor 200, um einen Betrieb des Motors 200 zu steuern.
Der Motor 200 empfängt eine elektrische Energie von dem Inverter bzw. Wechselrichter 100 und erzeugt eine Drehkraft. Außerdem ist der Motor 200 mit einem bewegbaren Zahnkranz des Kompressors 300 über eine Drehwelle verbunden und treibt den bewegbaren Zahnkranz um eine Achse durch die erzeugte Drehkraft drehend an.
Der Kompressor 300 saugt und komprimiert ein Kühlmittel, indem der bewegbare Zahnkranz um die Achse durch die Drehkraft von dem Motor 200 gedreht wird.
[Erstes Ausführungsbeispiel]
2 ist eine schematische Querschnittsansicht, die eine Konfiguration des Inverters bzw. Wechselrichters 100 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt. Der Inverter bzw. Wechselrichter 100 ist in dem Gehäuse 11 vorgesehen. Der Inverter bzw. Wechselrichter 100 umfasst eine Inverter- bzw. Wechselrichterabdeckung 101, ein Substrat 102, einen Temperatursensor 103, einen Stromsensor 104, eine Energieumwandlungsschaltung 111, die drei Leistungshalbleiter 112 umfasst, eine Wärmeableitungsplatte 113, und einen Kondensator 121.
In 2 sind ein Beispiel eines Kühlmittelströmungspfads 12 und ein Beispiel einer Installationsposition einer Überwachungsvorrichtung 190 gezeigt. Das von dem in 1 gezeigten Kühlmitteleinlass 400 eingeführte Kühlmittel kommt mit dem Gehäuse 11, in welchem der Inverter bzw. Wechselrichter 100 wie in 2 gezeigt vorgesehen ist, in Kontakt, um Komponenten des Inverters bzw. Wechselrichters 100 zu kühlen, und erreicht dann den Kompressor 300, um komprimiert zu werden.
Die Inverter- bzw. Wechselrichterabdeckung 101 ist in dem Gehäuse 11 vorgesehen, um den Inverter bzw. Wechselrichter 100 abzudecken. Die Inverter- bzw. Wechselrichterabdeckung 101 schützt den Inverter bzw. Wechselrichter 100 vor Staub oder dergleichen.
Das Substrat 102 umfasst ein gedrucktes Muster, um Strom zu den auf dem Substrat 102 vorgesehenen Komponenten zu leiten. Insbesondere leitet das Substrat 102 einen Strom zu den Leistungshalbleitern 112 und dem Kondensator 121.
Der Temperatursensor 103 ist in Kontakt zu den Leistungshalbleitern 112 oder in der Umgebung der Leistungshalbleiter 112 installiert, um die Temperatur der Leistungshalbleiter 112 zu erfassen. Wenn eine Vielzahl von Leistungshalbleitern 112 wie in 2 gezeigt vorgesehen ist, dann ist der Temperatursensor 103 an einer Position zum Erfassen der Temperatur eines Leistungshalbleiters 112, der die höchste Temperatur aufweisen soll, wie etwa z. B. der Leistungshalbleiter 112 in der Mitte, angeordnet.
Der Stromsensor 104 erfasst den Stromwert des Leistungshalbleiters 112 (einen Stromwert des durch den Leistungshalbleiter 112 fließenden Stroms). Der durch den Stromsensor 104 erfasste Stromwert kann ein Stromwert sein, durch welchen bestimmt werden kann, ob der Stromwert des Leistungshalbleiters 112 größer als ein zulässiger Stromwert ist oder nicht. Wenn beispielsweise ein momentaner maximal zulässiger Stromwert für jede Temperatur des Leistungshalbleiters 112 bereits bekannt ist, dann kann der Stromsensor 104 den momentanen maximal zulässigen Stromwert des Leistungshalbleiters 112 erfassen.
Die Energieumwandlungsschaltung 111 wandelt einen von einer Speicherbatterie außerhalb des elektrischen Kompressors 1 zugeführten Gleichstrom in einen Dreiphasen-Wechselstrom um. Die Energieumwandlungsschaltung 111 stellt einen Betrag des erhältlichen Dreiphasen-Wechselstroms ein.
Jeder der Leistungshalbleiter 112 ist eine Umschaltvorrichtung, wie etwa ein Isolierschicht-Bipolartransistor (IGBT: ”Insulated gate bipolar transistor”) oder ein Metalloxidhalbleiter-Feldeffekttransistor (MOS-FET: ”Metal oxide semiconductor field effect transistor”). Der Leistungshalbleiter 112 wandelt Gleichstrom von der Speicherbatterie in Strom von einer Phase eines Dreiphasen-Wechselstroms um.
Außerdem stellt der Leistungshalbleiter 112 einen Betrag der durch Umwandlung erhältlichen Energie ein, indem eine Umschaltzeit eingestellt wird.
Außerdem korrespondiert der Leistungshalbleiter 112 zu einem Beispiel einer ersten Komponente. Der Leistungshalbleiter 112 erzeugt eine Wärme aufgrund des dort durchfließenden Stroms. Da außerdem der Leistungshalbleiter 112 thermisch beschädigt werden kann, wird z. B. die absolute Nenntemperatur auf 150 bis 175 Grad (°C) eingestellt.
Die Wärmeableitungsplatte 113 ist zwischen dem Leistungshalbleiter 112 und dem Gehäuse 11 vorgesehen. Die Wärmeableitungsplatte 113 leitet Wärme des Leistungshalbleiters 112 zu dem Gehäuse 11.
Der Kondensator 121 verringert ein Rauschen, das in dem durch die Energieumwandlungsschaltung 111 erhaltenen Dreiphasen-Wechselstrom umfasst ist.
Der Kondensator 121 korrespondiert zu einem Beispiel einer zweiten Komponente. Da der Kondensator 121 thermisch beschädigt werden kann, wird z. B. die absolute Nenntemperatur auf 80 bis 125 Grad eingestellt.
Als der Kondensator 121 können verschiedene Kondensatoren, wie etwa ein Filmkondensator oder ein elektrolytischer Kondensator verwendet werden.
Wenn die absolute Nenntemperatur des Leistungshalbleiters 112 mit einer absoluten Nenntemperatur des Kondensators 121 verglichen wird, dann ist die absolute Nenntemperatur des Kondensators 121 niedriger. Deshalb ist, wenn der Leistungshalbleiter 112 und der Kondensator 121 derselben Temperatur ausgesetzt sind, ein zulässiger Strom kleiner als der des Leistungshalbleiters 112.
3 ist ein schematisches Blockdiagramm, das eine funktionelle Konfiguration der Überwachungsvorrichtung 190 zeigt. Die Überwachungsvorrichtung 190 umfasst eine Temperaturinformationsakquirierungseinheit 191, eine Strominformationsakquirierungseinheit 192 und eine Berechnungseinheit 193.
Die Temperaturinformationsakquirierungseinheit 191 akquiriert ein Sensorsignal von dem Temperatursensor 103. Dadurch akquiriert die Temperaturinformationsakquirierungseinheit 191 Temperaturinformationen, die eine durch den Temperatursensor 103 erfasste Temperatur des Leistungshalbleiters 112 anzeigen.
Die Strominformationsakquirierungseinheit 192 akquiriert ein Sensorsignal von dem Stromsensor 104. Dadurch akquiriert die Strominformationsakquirierungseinheit 192 Strominformationen, die den durch den Stromsensor 104 erfassten Stromwert des Leistungshalbleiters 112 (den Stromwert des durch den Leistungshalbleiter 112 fließenden Stroms) anzeigen.
Die Berechnungseinheit 193 gibt ein Alarmsignal aus, wenn die durch den Temperatursensor 103 erfasste Temperatur des Leistungshalbleiters 112 und der durch den Stromsensor 104 erfasste Stromwert des Leistungshalbleiters 112 eine vorbestimmte Bedingung erfüllen. Insbesondere wird die Korrelation zwischen einer Temperatur des Leistungshalbleiters 112 und dem zulässigen Strom in der Berechnungseinheit 193 vorgespeichert. Außerdem erhält die Berechnungseinheit 193 den zulässigen Stromwert des Leistungshalbleiters 112 für die Temperatur auf Basis der durch den Temperatursensor 103 erfassten Temperatur des Leistungshalbleiters 112. Außerdem bestimmt die Berechnungseinheit 193, ob der durch den Stromsensor 104 erfasste Stromwert des Leistungshalbleiters 112 größer als der zulässige Strom des Leistungshalbleiters 112 ist. Wenn bestimmt ist, dass der Stromwert des Leistungshalbleiters 112 größer als der zulässige Stromwert ist, dann gibt die Berechnungseinheit 193 ein Alarmsignal aus.
Außerdem ist eine Installationsposition der Überwachungsvorrichtung 190 auf die in 2 gezeigte Position nicht begrenzt. Die Überwachungsvorrichtung 190 kann an einer anderen Position in dem Inverter bzw. Wechselrichter 100 angeordnet sein, oder kann außerhalb des Inverters bzw. Wechselrichters 100 angeordnet sein.
Hier wird eine Korrelation zwischen der Temperatur und der zulässigen Temperatur des Leistungshalbleiters 112 und zwischen einer Temperatur und einer zulässigen Temperatur des Kondensators 121 mit Bezug auf Ausdrücke beschrieben.
Die Korrelation zwischen der Temperatur des Leistungshalbleiters 112 und der Temperatur des Gehäuses 11 wird durch Ausdruck (1) dargestellt.
[Math. 1]

T₃ = T₁ – (R_1-3 × P₁) (2)

Hier zeigt T₁ die Temperatur des Leistungshalbleiters 112 an. T₃ zeigt die Temperatur des Gehäuses 11 an.
R_1-3 zeigt einen thermischen Widerstand zwischen dem Leistungshalbleiter 112 und dem Gehäuse 11 an. P₁ zeigt eine Komponente an, welche zu dem Gehäuse 11 unter einer Wärmeerzeugung aufgrund eines Energieverlustes in dem Leistungshalbleiter 112 thermisch geleitet wird.
Ausdruck (1) wird transformiert, um Ausdruck (2) zu erhalten.
[Math. 2]

T₁ – T₂ = R_1-2 × P₃ (3)

Außerdem wird eine Korrelation zwischen einer Temperatur des Leistungshalbleiters 112 und einer Temperatur des Kondensators 121 durch Ausdruck (3) dargestellt.
[Math. 3]

P₃ = (T₁ – T₂)/R_1-2 (4)

Hier zeigt T₂ eine Temperatur des Kondensators 121 an. R_1-2 zeigt einen thermischen Widerstand zwischen den Leistungshalbleitern 112 und dem Kondensator 121 an. P₃ zeigt eine Komponente an, welche zu dem Kondensator 121 unter der Wärmeerzeugung aufgrund des Energieverlustes in dem Leistungshalbleiter 112 thermisch geleitet wird.
Ausdruck (3) wird transformiert, um Ausdruck (4) zu erhalten.
[Math. 4]

P₃ = (T_1-2)/R_1-2 (4)

Außerdem wird eine Korrelation zwischen der Temperatur des Kondensators 121 und der Temperatur des Gehäuses durch Ausdruck (5) dargestellt.
[Math. 5]

T₂ – T₃ = R_2-3 × (P₂ + P₃) (5)

Hier zeigt R_2-3 einen thermischen Widerstand zwischen dem Kondensator 121 und dem Gehäuse 11 an. P₂ zeigt eine Wärmeerzeugung aufgrund eines Energieverlustes in dem Kondensator 121 an.
Ausdruck (6) wird durch Transformieren von Ausdruck (5) und Substituieren von Ausdrücken (2) und (4) erhalten.
[Math. 6]

T₂ = R_2-3 × P₂ + R_2-3/R_1-2 × (T₁ – T₂) + (T₁ – R_1-3 × P₁) (6)

Ausdruck (6) wird ferner transformiert, um Ausdruck (7) zu erhalten.
[Math. 7]

(1 + R_2-3/R_1-2) × T₂ = (1 + R_2-3/R_1-2) × T₁ – R_1-3 × P₁ + R_2-3 × P₂ (7)

Ausdruck (7) wird ferner transformiert, um Ausdruck (8) zu erhalten. [Math. 8]
Hier wird eine Temperaturbegrenzung (zulässige Temperatur) des Leistungshalbleiters 112 als T_limit1 eingestellt, und eine Temperaturbegrenzung (zulässige Temperatur) des Kondensators 121 wird als T_limit2 eingestellt. Außerdem wird, wie durch Ausdruck (9) ausgedrückt, die zulässige Temperatur des Leistungshalbleiters 112 eingestellt, um größer als die zulässige Temperatur des Kondensators 121 zu sein.
[Math. 9]

T_limit1 > T_limit2 (9)

Gemäß Ausdruck (9) wird ein zulässiger Strom, wenn der Leistungshalbleiter 112 und der Kondensator 121 derselben Temperatur ausgesetzt sind, eingestellt, um in dem Kondensator 121 kleiner als in dem Leistungshalbleiter 112 zu sein.
Für den Fall, in welchem Ausdruck (10) erfüllt ist, wenn die Temperatur des Leistungshalbleiters 112 gleich oder kleiner als die zulässige Temperatur ist, dann ist die Temperatur des Kondensators 121 auch gleich oder kleiner als die zulässige Temperatur.
[Math. 10]

T_limit2 – T₂ > T_limit1 – T₁ (10)

Ausdruck (10) wird transformiert, um Ausdruck (11) zu erhalten.
[Math. 11]

T₁ – T₂ > T_limit1 – T_limit2 (11)

Ausdruck (12) wird aus Ausdrücken (11) und (8) erhalten. [Math. 12]
Ausdruck (13) wird aus Ausdruck (12) erhalten. [Math. 13]
Für den Fall, in welchem Ausdruck (13) erfüllt ist, wenn die Temperatur des Leistungshalbleiters 112 gleich oder kleiner als die zulässige Temperatur ist, dann ist die Temperatur des Kondensators 122 auch gleich oder kleiner als die zulässige Temperatur. Deshalb können sowohl der Leistungshalbleiter 112 als auch der Kondensator 121 vor einer thermischen Beschädigung geschützt werden, indem die Temperatur des Leistungshalbleiters 112 überwacht wird.
Da eine Wärmeerzeugung P₂ des Kondensators 121 ausreichend kleiner als eine Wärmeerzeugung P₁ des Leistungshalbleiters 112 ist, kann durch Einstellen eines thermischen Widerstands zwischen dem Gehäuse 11, dem Leistungshalbleiter 112 und dem Kondensator 121 gemäß Ausdruck (13), Ausdruck (13) erfüllt werden.
Insbesondere kann durch Anordnen des Kondensators 121 an einem Ort, an welchem die Kühlfähigkeit größer als die des Leistungshalbleiters 112 ist, wenn die Temperatur des Leistungshalbleiters 112 gleich oder kleiner als die zulässige Temperatur ist, die Temperatur des Kondensators 121 auch gleich oder kleiner als die zulässige Temperatur werden. Beispielsweise ist der Kondensator 121 an einem Ort angeordnet, an welchem die Kühlfähigkeit groß ist, um den thermischen Widerstand zwischen dem Kondensator 121 und dem Gehäuse 11 zu verringern.
Deshalb ist in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, wie in 2 gezeigt, der Kondensator 121 stromaufwärts von dem Leistungshalbleiter 112 auf dem Kühlmittelströmungspfad 12 angeordnet.
Da die Temperatur aufgrund eines Kühlens der Komponenten oder dergleichen ansteigt, nimmt die Kühlfähigkeit hier ab. Deshalb ist die Kühlfähigkeit des Kühlmittels an der stromaufwärtigen Seite des Kühlmittelströmungspfads 12 höher als die an der stromabwärtigen Seite. Da der Kondensator 121 stromaufwärts von dem Leistungshalbleiter 112 auf dem Kühlmittelströmungspfad 12 angeordnet ist, ist somit der Kondensator 121 an einem Ort angeordnet, an welchem die Kühlfähigkeit größer als die des Leistungshalbleiters 112 ist.
Außerdem ist in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, wie in 2 gezeigt, das Gehäuse 11 sowohl zwischen dem Leistungshalbleiter 112 und dem Kühlmittelströmungspfad 12 als auch zwischen dem Kondensator 121 und dem Kühlmittelströmungspfad 12 vorgesehen.
Außerdem ist eine Dicke D12 des Gehäuses 11 zwischen dem Kondensator 121 und dem Kühlmittelströmungspfad 12 kleiner als eine Dicke D11 des Gehäuses 11 zwischen dem Leistungshalbleiter 112 und dem Kühlmittelströmungspfad 12.
Deshalb ist ein thermischer Widerstand zwischen dem Kondensator 121 und dem Kühlmittelströmungspfad 12 kleiner als ein thermischer Widerstand zwischen dem Leistungshalbleiter 112 und dem Kühlmittelströmungspfad 12. Demgemäß wird der Kondensator 121 durch das Kühlmittel leichter gekühlt als der Leistungshalbleiter 112. Wie vorstehend beschrieben, ist der Kondensator 121 an einem Ort angeordnet, an welchem die Kühlfähigkeit größer als die des Leistungshalbleiters 112 ist.
Wie vorstehend beschrieben, da der Kondensator 121 an einem Ort angeordnet ist, an welchem die Kühlfähigkeit größer als die des Leistungshalbleiters 112 ist, wird eine zulässige Energie des Kondensators 121 bei einem Nenngebrauch eingestellt, um größer als eine zulässige Energie des Leistungshalbleiters 112 zu sein.
Wenn die durch den Temperatursensor 103 erfasste Temperatur des Leistungshalbleiters 112 und der in dem Leistungshalbleiter 112 fließende Strom eine vorbestimmte Bedingung erfüllen, dann gibt die Berechnungseinheit 193 ein Alarmsignal aus. Insbesondere gibt die Berechnungseinheit 193 ein Alarmsignal aus, wenn der Strom des Leistungshalbleiters 112 größer als der zulässige Strom ist.
Demgemäß können, da der Strom des Kondensators 121 auch gleich oder kleiner als der zulässige Strom ist, wenn der Strom des Leistungshalbleiters 112 gleich oder kleiner als der zulässige Strom ist, durch Erfassen der Temperatur und des Stroms des Leistungshalbleiters 112 sowohl der Leistungshalbleiter 112 als auch der Kondensator 121 vor einer thermischen Beschädigung geschützt werden, ohne dass eine Erfassung der Temperatur des Kondensators 121 erforderlich ist.
Hier kann, als ein Verfahren zum Schützen sowohl des Leistungshalbleiters 112 als auch des Kondensators 121 vor einer thermischen Beschädigung, ein Verfahren zum Messen von Temperaturen sowohl des Leistungshalbleiters 112 als auch des Kondensators 121 und zum Erhalten jeweiliger zulässiger Stromwerte betrachtet werden. In diesem Fall wird, wenn ein Strom den zulässigen Wert entweder in dem Leistungshalbleiter 112 oder in dem Kondensator 121 übersteigt, der elektrische Kompressor gestoppt.
Allerdings erfordert dieses Verfahren, dass die Temperaturen sowohl des Leistungshalbleiters 112 als auch des Kondensators 121 gemessen werden, wodurch die Größe und die Kosten des elektrischen Kompressors 1 vergrößert werden. Außerdem wird, da die Steuerung des elektrischen Kompressors auf Basis der Temperaturen sowohl des Leistungshalbleiters 112 als auch des Kondensators 121 durchgeführt wird, die Steuerung kompliziert, und Kosten zum Entwickeln einer Steuerungssoftware können ansteigen.
Andererseits können gemäß der vorliegenden Erfindung sowohl der Leistungshalbleiter 112 als auch der Kondensator 121 vor einer thermischen Beschädigung geschützt werden, indem die Temperatur und der Strom des Leistungshalbleiters 112 erfasst werden, ohne dass die Temperatur des Kondensators 121 erfasst werden muss. In dieser Hinsicht kann eine Erhöhung sowohl der Größe als auch der Kosten des elektrischen Kompressors 1 vermieden werden, und es kann die Erhöhung der Kosten einer Entwicklungssteuerungssoftware vermieden werden.
Außerdem kann, da der Kondensator 121 stromaufwärts von dem Leistungshalbleiter 112 auf dem Kühlmittelströmungspfad 12 vorgesehen ist, der Kondensator 121 an einem Ort angeordnet sein, an welchem die Kühlfähigkeit größer als die des Leistungshalbleiters 112 ist. Auf diese Weise können, da die zulässige Energie des Kondensators 121 bei einem Nenngebrauch eingestellt ist, um größer als die zulässige Energie des Leistungshalbleiters 112 wie vorstehend beschrieben zu sein, sowohl der Leistungshalbleiter 112 als auch der Kondensator 121 vor einer thermischen Beschädigung geschützt werden, ohne dass die Temperatur des Kondensators 121 erfasst werden muss.
Außerdem kann, da die Dicke D12 des Gehäuses 11 zwischen dem Kondensator 121 und dem Kühlmittelströmungspfad 12 kleiner als die Dicke D11 des Gehäuses 11 zwischen dem Leistungshalbleiter 112 und dem Kühlmittelströmungspfad 12 ist, der Kondensator 121 an einem Ort angeordnet sein, an welchem die Kühlfähigkeit größer als die des Leistungshalbleiters 112 ist. Auf diese Weise können, da die zulässige Energie des Kondensators 121 bei einem Nenngebrauch eingestellt ist, um größer als die zulässige Energie des Leistungshalbleiters 112 wie vorstehend beschrieben zu sein, sowohl der Leistungshalbleiter 112 als auch der Kondensator 121 vor einer thermischen Beschädigung geschützt werden, ohne dass die Temperatur des Kondensators 121 erfasst werden muss.
Wie vorstehend beschrieben, kann eine der Konfiguration zum Anordnen des Kondensators 121 stromaufwärts von dem Leistungshalbleiter 112 auf dem Kühlmittelströmungspfad 12 und der Konfiguration zum Einstellen der Dicke D12 des Gehäuses 11 zwischen dem Kondensator 121 und dem Kühlmittelströmungspfad 12, um kleiner als die Dicke D11 des Gehäuses 11 zwischen dem Leistungshalbleiter 112 und dem Kühlmittelströmungspfad 12 zu sein, implementiert werden, oder es können beide implementiert werden. Außerdem kann irgendeine in Kombination mit einem anderen Ausführungsbeispiel implementiert werden, oder es können beide in Kombination mit einem anderen Ausführungsbeispiel implementiert werden.
4 ist ein Diagramm, das ein Beispiel einer Korrelation zwischen der Temperatur des Leistungshalbleiters 112 und der Temperatur des Kondensators 121 zeigt. In 4 stellt die horizontale Achse eine Drehgeschwindigkeit des Kompressors 300 dar, und die vertikale Achse stellt eine Temperatur dar.
Außerdem zeigt eine Linie L11 die Temperatur des Leistungshalbleiters 112. Eine Linie L12 zeigt die Temperatur des Kondensators 121, wenn ein Kühlen unzureichend ist. Eine Linie L13 zeigt die Temperatur der Inverter- bzw. Wechselrichterabdeckung 101, wenn ein Kühlen unzureichend ist. Eine Linie L14 zeigt die Temperatur des Kondensators 121, wenn ein Kühlen ausreichend ist.
Eine Linie L15 zeigt die Temperatur der Inverter- bzw. Wechselrichterabdeckung 101, wenn ein Kühlen ausreichend ist. Eine Linie L16 zeigt die Temperatur des Kühlmittels.
In dem Beispiel von 4 beträgt die zulässige Temperatur des Leistungshalbleiters 112 175 Grad (°C), und die zulässige Temperatur des Kondensators 121 beträgt 125 Grad.
Während die Temperatur des Leistungshalbleiters 112 (Linie L11) innerhalb der zulässigen Temperatur von 175 Grad liegt, überschreitet die Temperatur des Kondensators 121 (Linie L12), wenn ein Kühlen unzureichend ist, die zulässige Temperatur von 125 Grad. Deshalb kann, wenn das Kühlen unzureichend ist, sogar falls überwacht wird, ob die Temperatur des Leistungshalbleiters 112 die zulässige Temperatur nicht übersteigt, ein Fall vorliegen, in welchem der Kondensator 121 vor einer thermischen Beschädigung nicht geschützt werden kann.
Andererseits liegt die Temperatur des Kondensators 121 (Linie L15), wenn das Kühlen ausreichend ist, innerhalb der zulässigen Temperatur von 125 Grad. Falls der Kondensator 121 ausreichend gekühlt ist, wenn die Temperatur des Leistungshalbleiters 112 innerhalb der zulässigen Temperatur liegt, dann kann die Temperatur des Kondensators 121 auch innerhalb der zulässigen Temperatur liegen.
In diesem Fall können, indem überwacht wird, ob die Temperatur des Leistungshalbleiters 112 die zulässige Temperatur nicht übersteigt, sowohl der Leistungshalbleiter 112 als auch der Kondensator 121 vor einer thermischen Beschädigung geschützt werden.
[Zweites Ausführungsbeispiel]
5 ist eine schematische Querschnittsansicht, die eine Konfiguration eines Inverters bzw. Wechselrichters 100 eines zweiten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zeigt. Der Inverter bzw. Wechselrichter 100 ist in einem Gehäuse 11 vorgesehen. Der Inverter bzw. Wechselrichter 100 umfasst eine Inverter- bzw. Wechselrichterabdeckung 101, ein Substrat 102, einen Temperatursensor 103, einen Stromsensor 104, eine Energieumwandlungsschaltung 111, die drei Leistungshalbleiter 112 umfasst, eine Wärmeableitungsplatte 113, einen Kondensator 121, ein Wärmeleitelement 122 und eine Gehäusewand 123.
In 5 sind dieselben funktionellen Abschnitte korrespondierend zu den jeweiligen Abschnitten von 2 mit denselben Bezugszeichen (100, 101, 102, 103, 104, 111, 112, 113 und 121) bezeichnet, und auf eine Beschreibung derselben wird verzichtet.
Das Wärmeleitelement 122 ist in Kontakt zu zumindest einem Teil des Kondensators 121 vorgesehen, und kann Wärme mit zumindest einem Teil des Kondensators 121 leiten. Als das Wärmeleitelement 122 kann z. B. ein Harz, wie etwa ein thermisch hoch leitfähiges Kunststoffharz oder ein thermisch hoch leitfähiges Nylonharz verwendet werden, aber die vorliegende Erfindung ist darauf nicht begrenzt. Beispielsweise kann ein pastenartiges Element als das Wärmeleitelement 122 verwendet werden.
Die Gehäusewand 123 ist eine Wandoberfläche, die in Kontakt zu dem Gehäuse 11 vorgesehen ist. Die Gehäusewand 123 weist eine niedrigere Temperatur als der Kondensator 121 auf, weil sie in Kontakt zu dem Gehäuse 11 steht, um Wärme zu leiten, und korrespondiert zu einem Beispiel eines Elements mit einer niedrigeren Temperatur als der Kondensator 121.
Außerdem korrespondiert die Inverter – bzw. Wechselrichterabdeckung 101 in Kontakt zu dem Wärmeleitelement 122 auch zu einem Beispiel des Elements mit einer niedrigeren Temperatur als der Kondensator 121.
Da auf diese Weise Wärme von dem Kondensator 121 abgeleitet wird, indem das Wärmeleitelement 122 und die Gehäusewand 123 vorgesehen sind, ist der Kondensator 121 an einem Ort vorgesehen, an welchem eine Kühlfähigkeit größer als die des Leistungshalbleiters 112 ist.
Wie vorstehend beschrieben, da das Wärmeleitelement 122 Wärme mit zumindest einem Teil des Kondensators 121 leiten kann, und das Wärmeleitelement 122 in Kontakt zu einem Element steht, das eine niedrigere Temperatur als der Kondensator 121 aufweist, kann der Kondensator 121 an einem Ort angeordnet sein, an welchem eine Kühlfähigkeit größer als die des Leistungshalbleiters 112 ist. Auf diese Weise können, da die zulässige Energie des Kondensators 121 bei einem Nenngebrauch eingestellt ist, um größer als die zulässige Energie des Leistungshalbleiters 112 wie in dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben zu sein, sowohl der Leistungshalbleiter 112, als auch der Kondensator 121 vor einer thermischen Beschädigung geschützt werden, ohne dass die Temperatur des Kondensators 121 erfasst werden muss.
[Drittes Ausführungsbeispiel]
6 ist eine schematische Querschnittsansicht, die eine Konfiguration eines Inverters bzw. Wechselrichters 100 eines dritten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zeigt. Mit Bezug auf 6 ist der Inverter bzw. Wechselrichter 100 in dem Gehäuse 11 vorgesehen und umfasst eine Inverter- bzw. Wechselrichterabdeckung 101, Substrate 102a und 102b, einen Temperatursensor 103, einen Stromsensor 104, eine Energieumwandlungsschaltung 111, die drei Leistungshalbleiter 112 umfasst, eine Wärmeableitungsplatte 113, einen Kondensator 121 und ein leitfähiges Element 105.
In 6 werden dieselben funktionellen Abschnitte korrespondierend zu den jeweiligen Abschnitten von 2 mit denselben Bezugszeichen (100, 101, 102, 103, 104, 111, 112, 113 und 121) bezeichnet, und auf eine Beschreibung derselben wird verzichtet.
Die Energieumwandlungsschaltung 111 ist auf dem Substrat 102a vorgesehen. Außerdem ist der Kondensator 121 auf dem Substrat 102b vorgesehen. Auf diese Weise wird gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ein Substrat in zwei aufgeteilt.
Das leitfähige Element 105 leitet einen Strom zwischen dem Substrat 102a und dem Substrat 102b. Somit ist auch in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel dieselbe elektrische Verbindungsbeziehung wie in dem ersten Ausführungsbeispiel vorgesehen, welches das integrierte Substrat 102 aufweist. Andererseits korrespondiert das leitfähige Element 105 zu einem Beispiel eines Wärmeisolationsabschnitts, und es kann Wärme nicht leicht leiten. Deshalb kann durch den Leistungshalbleiter 112 erzeugte Wärme nicht leicht zu dem Kondensator 121 geleitet werden. In dieser Hinsicht ist der Kondensator 121 an einem Ort angeordnet, an welchem die Kühlfähigkeit größer als die des Leistungshalbleiters 112 ist.
Als das leitfähige Element 105 können verschiedene Elemente verwendet werden, die elektrisch leitfähig sind aber nur schlecht Wärme leiten. Beispielsweise kann als das leitfähige Element 105 ein Leiter verwendet werden, dessen Querschnittsgebiet signifikant kleiner ist als das des Substrats, wie etwa ein Schaltdraht oder eine Stromschiene bzw. ein Sammelleiter, sodass Wärme nicht leicht geleitet werden kann.
Wie vorstehend beschrieben, sind der Leistungshalbleiter 112 und der Kondensator 121 auf unterschiedlichen Substraten getrennt vorgesehen, und das leitfähige Element 105, welches einen Strom leiten kann, aber nicht leicht Wärme leiten kann, ist zwischen dem Substrat 102a, auf welchem der Leistungshalbleiter 112 vorgesehen ist, und dem Substrat 102b, auf welchem der Kondensator 121 vorgesehen ist, vorgesehen.
Demzufolge kann durch den Leistungshalbleiter 112 erzeugte Wärme nicht leicht zu dem Kondensator 121 geleitet werden, und in dieser Hinsicht kann der Kondensator 121 an einem Ort angeordnet sein, an welchem eine Kühlfähigkeit größer als die des Leistungshalbleiters 112 ist. Auf diese Weise können, da die zulässige Energie des Kondensators 121 bei einem Nenngebrauch eingestellt ist, um größer als die zulässige Energie des Leistungshalbleiters 112 wie in dem ersten Ausführungsbeispiel zu sein, sowohl der Leistungshalbleiter 112 als auch der Kondensator 121 vor einer thermischen Beschädigung geschützt werden, ohne dass die Temperatur des Kondensators 121 erfasst werden muss.
Im Folgenden werden modifizierte Beispiele des vorliegenden Ausführungsbeispiels mit Bezug auf 7 bis 9 beschrieben. Die nachstehend beschriebenen modifizierten Beispiele sind nicht auf ein drittes Ausführungsbeispiel begrenzt und können auf irgendeines des ersten Ausführungsbeispiels und des zweiten Ausführungsbeispiels angewendet werden.
7 ist eine Ansicht, die ein erstes modifiziertes Beispiel des Kondensators 121 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel zeigt. Mit Bezug auf 7 umfasst der Kondensator 121 Wärmeableitungslamellen 124. Dadurch kann der Kondensator 121 eine Wärme nach außen über die Wärmeableitungslamellen 124 ableiten, und in dieser Hinsicht kann der Kondensator 121 an einem Ort angeordnet sein, an welchem eine Kühlfähigkeit größer als die des Leistungshalbleiters 112 ist. Auf diese Weise können, da die zulässige Energie des Kondensators 121 bei einem Nenngebrauch eingestellt ist, um größer als die zulässige Energie des Leistungshalbleiters 112 wie in dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben zu sein, sowohl der Leistungshalbleiter 112 als auch der Kondensator 121 vor einer thermischen Beschädigung geschützt werden, ohne dass die Temperatur des Kondensators 121 erfasst werden muss.
8 ist eine Ansicht, die ein zweites modifiziertes Beispiel des Kondensators 121 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel zeigt. Mit Bezug auf 8 ist ein Wärmerohr 125 vorgesehen, das Wärme mit dem Kondensator 121 austauschen kann. Das Wärmerohr 125 steht in Kontakt zu einem Element, das eine Temperatur aufweist, die niedriger als die des Kondensators 121 ist, wie etwa z. B. das Gehäuse 11. Dadurch kann der Kondensator 121 Wärme nach außen über das Wärmerohr 125 ableiten, und in dieser Hinsicht kann der Kondensator 121 an einem Ort angeordnet sein, an welchem eine Kühlfähigkeit größer als die des Leistungshalbleiters 112 ist. Auf diese Weise können, da die zulässige Energie des Kondensators 121 bei einem Nenngebrauch eingestellt ist, um größer als die zulässige Energie des Leistungshalbleiters 112 wie in dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben zu sein, sowohl der Leistungshalbleiter 112 als auch der Kondensator 121 vor einer thermischen Beschädigung geschützt werden, ohne dass die Temperatur des Kondensators 121 erfasst werden muss.
9 ist eine Ansicht, die ein drittes modifiziertes Beispiel des Kondensators 121 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel zeigt. Mit Bezug auf 9 ist eine Peltier-Vorrichtung 126 vorgesehen, welche Wärme von dem Kondensator 121 absorbiert. Eine Energiezufuhr für die Peltier-Vorrichtung 126 kann z. B. aus dem Substrat 102 entnommen werden.
Auf diese Weise kann, da die Peltier-Vorrichtung 126 Wärme von dem Kondensator 121 absorbiert, der Kondensator 121 an einem Ort angeordnet sein, an welchem eine Kühlfähigkeit größer als die des Leistungshalbleiters 112 ist. Auf diese Weise können, da die zulässige Energie des Kondensators 121 bei einem Nenngebrauch eingestellt ist, um größer als die zulässige Energie des Leistungshalbleiters 112 wie in dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben zu sein, sowohl der Leistungshalbleiter 112 als auch der Kondensator 121 vor einer thermischen Beschädigung geschützt werden, ohne dass die Temperatur des Kondensators 121 erfasst werden muss.
Unter dem vorstehend beschriebenen ersten bis dritten Ausführungsbeispiel kann lediglich eines implementiert werden, oder es können zwei oder mehr dieser Ausführungsbeispiele in Kombination implementiert werden.
In irgendeinem des ersten bis dritten Ausführungsbeispiels ist eine Kombination der ersten Komponente und der zweiten Komponente auf eine Kombination eines Leistungshalbleiters und eines Kondensators nicht begrenzt, und außerdem können Ausführungsbeispiele mit drei oder mehreren Komponenten implementiert werden.
Beispielsweise können die erste Komponente, die zweite Komponente und die dritte Komponente jeweils ein Leistungshalbleiter, eine Spule, und ein Kondensator sein. In diesem Fall sind sie konfiguriert, um eine Wärmeerzeugung der ersten Komponente > Wärmeerzeugung der zweiten Komponente > Wärmeerzeugung der dritten Komponente aufzuweisen, und unter denselben Temperaturbedingungen sind sie konfiguriert, um einen zulässigen Strom der ersten Komponente > einen zulässigen Strom der zweiten Komponente > einen zulässigen Strom der dritten Komponente aufzuweisen. Deshalb können, wenn die zweite und dritte Komponente mehr als die erste Komponente ausreichend gekühlt sind, alle der ersten Komponente, der zweiten Komponente und der dritten Komponente vor einer thermischen Beschädigung geschützt werden, indem überwacht wird, ob der Strom der ersten Komponente den zulässigen Strom nicht übersteigt.
Außerdem können, wenn die dritte Komponente mehr als die zweite Komponente ausreichend gekühlt ist, sowohl die zweite Komponente als auch die dritte Komponente vor einer thermischen Beschädigung geschützt werden, indem überwacht wird, ob der Strom der zweiten Komponente den zulässigen Strom nicht übersteigt.
Alternativ können die erste Komponente, die zweite Komponente und die dritte Komponente jeweils als ein Leistungshalbleiter, ein Kondensator und ein Kondensator konfiguriert sein. Der Kondensator als Beispiel der dritten Komponente weist eine niedrigere Last, Verlust und zulässigen Temperaturwert als der Kondensator als Beispiel der zweiten Komponente auf. Als das Beispiel der dritten Komponente kann z. B. ein Filmkondensator oder ein keramischer Kondensator verwendet werden.
Alternativ können die erste Komponente, die zweite Komponente und die dritte Komponente jeweils als ein Leistungshalbleiter, ein Kondensator und eine steuerungsintegrierte Schaltung (IC: ”Integrated Circuit”) konfiguriert sein. Als die Steuerungs-IC können z. B. eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU: ”Central Processing Unit”), ein Gate-Antreiber und ein Kommunikationsfotokoppler verwendet werden. Obwohl diese Steuerungs-ICs eine geringe Wärme erzeugen, besteht die Möglichkeit, dass die zulässige Temperatur aufgrund eines Einflusses von Wärme, die durch einen Leistungshalbleiter oder dergleichen erzeugt ist, überschritten wird.
Während Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung vorstehend mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen detailliert beschrieben worden sind, sind die spezifischen Konfigurationen auf die Ausführungsbeispiele nicht begrenzt, sondern können Ausgestaltungsänderungen umfassen, ohne von dem Geiste der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Industrielle Anwendbarkeit
Gemäß dem vorstehend beschriebenen elektrischen Kompressor, der Steuerungsvorrichtung und dem Überwachungsverfahren können alle der Vielzahl von Komponenten vor einer thermischen Beschädigung geschützt werden, ohne dass eine Vielzahl von Temperatursensoren vorgesehen sein muss.
Bezugszeichenliste

1: Elektrischer Kompressor
11: Gehäuse
100: Inverter bzw. Wechselrichter
101: Inverter- bzw. Wechselrichterabdeckung
102, 102a, 102b: Substrat
103: Temperatursensor
104: Stromsensor
105: leitfähiges Element
111: Energieumwandlungsschaltung
112: Leistungshalbleiter
113: Wärmeableitungsplatte
121: Kondensator
122: Wärmeleitelement
123: Gehäusewand
124: Wärmeableitungslamelle
125: Wärmerohr
126: Peltier-Vorrichtung
200: Motor
300: Kompressor

Claims

Elektrischer Kompressor, aufweisend: einen Kompressor, welcher sich um eine Achse dreht, um ein Fluid zu komprimieren; einen Motor, welcher den Kompressor um die Achse drehend antreibt; und eine Steuerungseinheit, die eine erste Komponente und eine zweite Komponente umfasst, und eine Stromzufuhr zu dem Motor während eines Antreibens unter Verwendung der ersten Komponente und der zweiten Komponente steuert, wobei ein zulässiger Strom, wenn die erste Komponente und die zweite Komponente derselben Temperatur ausgesetzt sind, eingestellt ist, um in der zweiten Komponente kleiner als in der ersten Komponente zu sein, die zweite Komponente an einem Ort angeordnet ist, an welchem eine Kühlfähigkeit größer als die der ersten Komponente ist, sodass eine zulässige Energie der zweiten Komponente bei einem Nenngebrauch eingestellt ist, um größer als eine zulässige Energie der ersten Komponente zu sein, und der elektrische Kompressor ferner aufweist: einen Temperatursensor, welcher eine Temperatur der ersten Komponente erfasst; und eine Berechnungseinheit, welche ein Alarmsignal ausgibt, wenn die durch den Temperatursensor erfasste Temperatur und ein in der ersten Komponente fließender Strom eine vorbestimmte Bedingung erfüllen.
Elektrischer Kompressor nach Anspruch 1, wobei die zweite Komponente stromaufwärts von der ersten Komponente auf einem Kühlmittelströmungspfad vorgesehen ist.
Elektrischer Kompressor nach Anspruch 1 oder 2, wobei: ein Gehäuse sowohl zwischen der ersten Komponente und dem Kühlmittelströmungspfad als auch zwischen der zweiten Komponente und dem Kühlmittelströmungspfad vorgesehen ist, und eine Dicke des Gehäuses zwischen der zweiten Komponente und dem Kühlmittelströmungspfad kleiner als eine Dicke des Gehäuses zwischen der ersten Komponente und dem Kühlmittelströmungspfad ist, sodass ein thermischer Widerstand des Gehäuses zwischen der zweiten Komponente und dem Kühlmittelströmungspfad kleiner als ein thermischer Widerstand des Gehäuses zwischen der ersten Komponente und dem Kühlmittelströmungspfad ist.
Elektrischer Kompressor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit einem Wärmeleitelement, welches in der Lage ist, zu zumindest einem Teil der zweiten Komponente eine Wärme zu leiten, wobei das Wärmeleitelement mit einem Element in Kontakt steht, das eine Temperatur aufweist, die niedriger als die der zweiten Komponente ist.
Elektrischer Kompressor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die erste Komponente und die zweite Komponente auf unterschiedlichen Substraten getrennt vorgesehen sind, und ein Wärmeisolationsabschnitt, welcher in der Lage ist, einen Strom zu leiten, zwischen einem Substrat, auf welchem die erste Komponente vorgesehen ist, und einem Substrat, auf welchem die zweite Komponente vorgesehen ist, vorgesehen ist.
Elektrischer Kompressor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die zweite Komponente eine Wärmeableitungslamelle umfasst.
Elektrischer Kompressor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, mit einem Wärmerohr, welches in der Lage ist, Wärme mit der zweiten Komponente auszutauschen, wobei das Wärmerohr mit einem Element in Kontakt steht, das eine Temperatur aufweist, die niedriger als die der zweiten Komponente ist.
Elektrischer Kompressor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, mit einer Peltier-Vorrichtung, welche Wärme von der zweiten Komponente absorbiert.
Steuerungsvorrichtung, die eine erste Komponente und eine zweite Komponente aufweist, und eine Stromzufuhr zu einem Motor während eines Antreibens unter Verwendung der ersten Komponente und der zweiten Komponente steuert, wobei ein zulässiger Strom, wenn die erste Komponente und die zweite Komponente derselben Temperatur ausgesetzt sind, eingestellt ist, um in der zweiten Komponente kleiner zu sein als in der ersten Komponente, die zweite Komponente an einem Ort angeordnet ist, an welchem eine Kühlfähigkeit größer als die der ersten Komponente ist, sodass eine zulässige Energie der zweiten Komponente bei einem Nenngebrauch eingestellt ist, um größer zu sein als eine zulässige Energie der ersten Komponente, und die Steuerungsvorrichtung ferner aufweist: einen Temperatursensor, welcher eine Temperatur der ersten Komponente erfasst; und eine Berechnungseinheit, welche ein Alarmsignal ausgibt, wenn die durch den Temperatursensor erfasste Temperatur und ein in der ersten Komponente fließender Strom eine vorbestimmte Bedingung erfüllen.
Verfahren zum Überwachen eines elektrischen Kompressors, wobei der elektrische Kompressor umfasst: einen Kompressor, welcher sich um eine Achse dreht, um ein Fluid zu komprimieren; einen Motor, welcher den Kompressor um die Achse drehend antreibt; und eine Steuerungseinheit, die eine erste Komponente und eine zweite Komponente aufweist, und eine Stromzufuhr zu dem Motor während eines Antreibens unter Verwendung der ersten Komponente und der zweiten Komponente steuert, wobei ein zulässiger Strom, wenn die erste Komponente und die zweite Komponente derselben Temperatur ausgesetzt sind, eingestellt ist, um in der zweiten Komponente kleiner als in der ersten Komponente zu sein, und die zweite Komponente an einem Ort angeordnet ist, an welchem eine Kühlfähigkeit größer als die der ersten Komponente ist, sodass eine zulässige Energie der zweiten Komponente bei einem Nenngebrauch eingestellt ist, um größer zu sein, als eine zulässige Energie der ersten Komponente, das Verfahren zum Überwachen aufweist: einen Temperaturerfassungsschritt zum Erfassen einer Temperatur der ersten Komponente; und einen Alarmausgabeschritt zum Ausgeben eines Alarmsignals, wenn die in dem Temperaturerfassungsschritt erfasste Temperatur und ein in der ersten Komponente fließender Strom eine vorbestimmte Bedingung erfüllen.