JP2000179955A

JP2000179955A - 車両用空調装置

Info

Publication number: JP2000179955A
Application number: JP10351743A
Authority: JP
Inventors: Masato Ono; 正人大野; Toshio Ohashi; 利男大橋; Koichi Ueki; 浩一植木; Shigenori Kinoshita; 繁則木下
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd; Calsonic Kansei Corp
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd; Marelli Corp
Priority date: 1998-12-10
Filing date: 1998-12-10
Publication date: 2000-06-30

Abstract

(57)【要約】【課題】コンプレッサの駆動部の温度上昇が小さくて
信頼性の高い車両用空調装置を提供する。【解決手段】コンプレッサ１を駆動するインバータ８
およびコンバータ９を冷却する放熱器９ａは、冷凍サイ
クル１００の冷媒配管１０１ａに取付けられており、冷
媒圧力が圧力センサ１３によって検出され、コントロー
ラ１１のＣＰＵ１１ａに入力される。ＣＰＵ１１ａは、
メモリ１１ｂに記憶された冷媒圧力の閾値Ｐｔｈと検出
値との比較を行い、検出値が高い場合、冷却能力が低い
と判断してコンバータ９の出力電流を制限する。従っ
て、ＭＯＳＦＥＴ等の内部の回路素子の温度上昇を抑制
され信頼性が向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、車両用空調装置に
係り、特に冷凍サイクルの冷媒を圧縮するコンプレッサ
の駆動部の温度上昇を抑える制御に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、車両用空調装置では、コンプレ
ッサ、コンデンサ、リキッドタンク、エキスパンション
バルブ及びエバポレータが冷媒配管により連結され、閉
回路が構成される。この閉回路では、コンプレッサで加
圧され高温高圧となった冷媒が、コンデンサで冷却され
液化された後にエキスパンションバルブで膨張され、低
温低圧の冷媒となってエバポレータに導かれ、エバポレ
ータで空気との熱交換が行われ、当該空気を冷却するこ
とによりガス状冷媒となり、コンプレッサに戻されると
いう冷媒循環による、いわゆる冷凍サイクルが形成され
ている。

【０００３】この冷凍サイクルにおいて、コンプレッサ
は、内蔵するモータの運動をピストン運動に変換して冷
媒圧縮を行う。このモータはインバータによって駆動さ
れ、インバータはバッテリから電力供給を受ける。バッ
テリ電圧よりも高電圧の安定化された電源が必要な場合
は、バッテリとインバータとの間にＤＣ／ＤＣコンバー
タが設置される。そして、インバータやＤＣ／ＤＣコン
バータは空冷や水冷の冷却装置で冷却されて適温に維持
されていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、従来の
車両用空調装置では、インバータやＤＣ／ＤＣコンバー
タから構成されるコンプレッサの駆動部は、空冷や水冷
の冷却装置で冷却されて適温に維持されていた。

【０００５】しかし、この冷却方法では、通常は駆動部
の放熱器などに取付けられた温度センサにより、駆動部
の温度制御が行われたが、冷却能力に影響を及す周囲温
度の変化などにより温度制御を的確に行えないことか
ら、駆動部を適正な温度に保つには、駆動部内部の回路
素子の温度マージンを考慮して冷却装置を大型としなけ
ればならなかった。

【０００６】そこで、本発明は、上記従来の課題を解決
すべくなされたものであり、コンプレッサの駆動部の温
度上昇が小さくて信頼性の高い車両用空調装置を提供す
ることを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の車両用空調装置は、冷凍サイクルの冷媒を
圧縮するコンプレッサと、このコンプレッサと前記冷凍
サイクルのエバポレータとを接続する冷媒配管に設けら
れ、前記コンプレッサを駆動する駆動部を冷却する冷却
手段と、前記冷凍サイクルの冷媒の圧力又は温度を検出
する検出手段と、この検出手段により検出された値に基
づいて前記コンプレッサの駆動部の出力を制限する出力
制限手段と、を備えたことを特徴とする。

【０００８】この発明では、冷凍サイクルのエバポレー
タとコンプレッサとを接続する低温の冷媒配管には、コ
ンプレッサを駆動する駆動部を冷却する冷却手段が設け
られており、検出手段が冷凍サイクルの冷媒の圧力又は
温度を検出し、出力制限手段は検出された値に基づいて
コンプレッサの駆動部の出力を制限するので、車両用空
調装置の始動直後の冷却手段の冷却能力が低いときには
駆動部の出力が制限される。

【０００９】また、この発明の車両用空調装置は、前記
検出手段は、前記冷凍サイクルのエバポレータと前記コ
ンプレッサとを接続する冷媒配管内部の冷媒の圧力又は
温度を検出し、前記出力制御手段は、検出された値が所
定の値以上のときは、前記駆動部の出力を制限すること
を特徴とする。

【００１０】この発明では、検出手段は、冷却手段が設
けられた冷凍サイクルのエバポレータとコンプレッサと
を接続する冷媒配管内部の冷媒の圧力又は温度を検出
し、出力制御手段は、検出された値が所定の値以上のと
きは冷媒温度が高く冷却能力が不十分と判定して、駆動
部の出力を制限するので駆動部の温度上昇が確実に回避
できる。

【００１１】また、この発明の車両用空調装置は、前記
検出手段は、前記コンプレッサの排出側の冷媒配管内部
の圧力又は温度を検出し、前記出力制御手段は、検出さ
れた値が所定の値以上のときは、前記駆動部の出力を制
限することをを特徴とする。

【００１２】

【発明の効果】この発明によれば、冷凍サイクルのエバ
ポレータとコンプレッサとを接続する低温の冷媒配管に
は、コンプレッサを駆動する駆動部を冷却する冷却手段
が設けられており、さらに冷凍サイクルの冷媒の圧力又
は温度を検出する検出手段および検出された値に基づい
てコンプレッサの駆動部の出力を制限する出力制限手段
とを設けたことにより、車両用空調装置の始動直後の冷
却手段の冷却能力が低いときには駆動部の出力が制限さ
れて、その内部の回路素子の温度上昇が抑制され、その
結果回路素子等を耐熱性の高い高価かつ大型なものから
安価かつ小型なものを使用でき、空調装置として低コス
ト・小型化が図れる。

【００１３】また、冷却手段が設けられた冷凍サイクル
のエバポレータとコンプレッサとを接続する冷媒配管内
部の冷媒の圧力又は温度を検出し、検出された値が所定
の値以上のときは冷媒温度が高く冷却能力が不十分と判
定して、コンプレッサの駆動部の温度上昇が確実に回避
できる。

【００１４】また、コンプレッサの吸入側の冷媒と排出
側の冷媒はその圧力および温度の上昇、下降に相関があ
る為、所定の値以上のときにコンプレッサの駆動部の出
力を制限すれば、同様に駆動部の温度上昇を抑制でき、
しかも従来からコンプレッサの排出側に備えられている
異常圧力検出用の圧力センサを共用することができて経
済的にも有利である。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、この発明による車両用空調
装置の実施の形態を、図１ないし図４を参照して詳述す
る。

【００１６】図１は、この発明による車両用空調装置の
第１の実施の形態の構成図であり、冷凍サイクル１００
の構成要素は以下の通りである。

【００１７】コンプレッサ１は、低温低圧の冷媒を圧縮
するものであり、３相モータとピストン機構（共に図示
せず）を備えている。コンデンサ２は、コンプレッサ１
から流入した高温の気化された冷媒を冷却ファンモータ
６により冷却し液化するものである。リキッドタンク３
は液化した冷媒を貯蔵するものであり、減圧手段４は、
膨張弁であり、液冷媒を低温の霧状液とするものであ
る。エバポレータ５は、ブロアモータ７により車室外或
は車室内から吸入した暖気を冷媒の気化潜熱で冷却する
ものである。この空気は矢印ａで示すように冷却風とな
り、送風ダクト１２を通り車室内に送られる。尚、冷凍
サイクル１００のこれら各構成要素は、冷媒配管１０１
（１０１ａ、１０１ｂを含む）で接続される。

【００１８】インバータ８はコンプレッサ１に３相のパ
ルス電力を供給する駆動装置である。コンバータ９はバ
ッテリ１０を昇圧してインバータ８に直流電力を供給す
るＤＣ／ＤＣコンバータ（安定化電源）である。これら
は、コンプレッサ１とエバポレータ５とを接続する部分
の冷媒配管１０１ａに放熱器９ａを介して取付けられ
て、その内部の低温冷媒により冷却される。尚、従来か
らの空冷あるいは水冷の冷却装置は取除かれている。

【００１９】圧力センサ１３は、冷媒配管１０１ａ内部
の冷媒圧力を検出するセンサである。そして、コントロ
ーラ１１は、コンバータ９の出力、即ち出力電流とイン
バータの回転数出力を制御するものであり、プログラム
設定可能なＣＰＵ１１ａ、およびメモリ１１ｂから構成
される。ＣＰＵ１１ａの入力ポートには、圧力センサ１
３からの検出信号が入力されている。ＣＰＵ１１ａの出
力ポートはコンバータ９とインバータ８に接続されてい
る。コントローラ１１は、通常は、図示しないエアコン
アンプ、あるいはインバータ、コンバータのいづれかに
設けられるが、説明のために分離して図示した。

【００２０】上記構成の空調装置を始動すると、コンバ
ータ９はバッテリ１０の電圧を昇圧安定化してインバー
タ８に給電し、インバータ８はコンプレッサ１を作動
し、冷凍サイクル１００の冷媒が循環する。この動作に
伴い冷媒配管１０１ａは冷却されていく。

【００２１】冷媒配管１０１ａの温度が定常状態（低温
状態）となるまでの間は、インバータ８は最大出力をコ
ンプレッサ１に供給しようとするので、コンバータ９か
らインバータ８への出力電流も最大となる。この期間に
おいては、コンバータ９の内部でスイッチング動作する
ＭＯＳＦＥＴのジャンクション温度が急激に上昇してい
るにも関わらず、冷却能力が不十分という状態となる。
特に真夏の炎天下に放置された自動車においては、冷凍
サイクル１００は、過熱されて高温となっているので、
この傾向が顕著である。

【００２２】図２は車両用空調装置における一般的な諸
特性を示す図であり、同図（ａ）は、冷媒配管内部の温
度と圧力との相関図である。同図（ｂ）は、ＭＯＳＦＥ
Ｔのジャンクション温度とオン抵抗値との相関図であ
り、また同図（ｃ）はＭＯＳＦＥＴのジャンクション温
度と発熱量との相関図である。

【００２３】図２（ａ）に示すように、冷媒配管内部で
は冷媒温度の上昇（下降）に伴い冷媒圧力も上昇（下
降）する。この特性は、冷媒配管のどの部分でも同じで
ある。また図２（ｂ）に示すように、ＭＯＳＦＥＴは、
ジャンクション温度が高くなるとオン抵抗が高くなるの
で、これに伴い図２（ｃ）に示すように発熱量が増加す
る。

【００２４】従って、ＭＯＳＦＥＴを使用するインバー
タ８やコンバータ９においては、この内部発熱が装置の
効率を下げてしまう。効率を維持するには、オン抵抗の
低い高価な素子を使用することとなりコストの上昇に繋
がる。

【００２５】さらに、多大な発熱により、インバータ８
やコンバータ９に使用される電解コンデンサやコイルの
寿命が短くなり、信頼性も低下する。

【００２６】この実施の形態では、図２（ａ）に示した
冷媒温度と冷媒圧力との関係から、冷媒圧力が高いとき
には冷却能力が低いと瞬時に判定して、コンバータ９の
出力を制限する。

【００２７】即ち、冷媒配管１０１ａ内部の冷媒圧力の
範囲を区分して、コンバータ９の出力に制限をかけない
通常モードと、制限をかける制限モードの２種の動作モ
ードが切替可能となっている。これら動作モードは、Ｃ
ＰＵ１１ａに設定されたプログラムによって切替えられ
る。

【００２８】動作に先だって、メモリ１１ｂには通常モ
ードと制限モードとを区分する冷媒圧力の閾値Ｐｔｈが
予め設定される。

【００２９】図３は、ＣＰＵ１１ａによるモード切替の
制御フローチャートである。

【００３０】装置が始動すると、まず圧力センサ１３に
より冷媒配管１０１ａ内部の冷媒圧力の検出を行う（Ｓ
１）。次に、メモリ１１ｂから閾値Ｐｔｈを読込む（Ｓ
２）。そして、冷媒圧力の検出値と閾値Ｐｔｈとの比較
判定を行う（Ｓ３）。ここで、検出値が閾値Ｐｔｈより
低い（ＹＥＳ）と判定されると、通常モードとする（Ｓ
４）。一方ステップＳ３で検出値が閾値Ｐｔｈ以上と判
定されたときは（ＮＯ）、制限モードとする（Ｓ５）。
ステップＳ４およびＳ５終了後は、ステップＳ１に制御
を移し、これら一連の動作が繰返し行われる。

【００３１】図４は、この実施の形態における各部状態
を表すタイミングチャートである。同図（ａ）は、比較
の為に示すものであり上記出力制御をしない場合を表
し、同図（ｂ）は、上記出力制御をした場合を表すもの
である。また、図４（ａ）、（ｂ）それぞれにおいて、
は冷媒配管１０１ａ内部の冷媒圧力を、はその冷媒
の冷却能力（即ち温度）を、はコンバータ９の出力電
流を、そしてはコンバータ９内部に使用されるスイッ
チング用ＭＯＳＦＥＴのジャンクション温度をそれぞれ
示すものである。

【００３２】空調装置が稼働していない状態では、冷凍
サイクル１００の温度は、周囲温度と同じであり、冷媒
配管１０１ａ内部の圧力も高い状態にある。

【００３３】コンバータ９の出力制御をしない場合は、
図４（ａ）に示すように、時刻ｔ＝０における起動直後
から、コンバータ９の出力電流は最大となって空調装
置がフル稼働するため、冷媒圧力が急激に降下すると
同時に、冷却能力も上昇する。

【００３４】しかし、コンバータ９の出力電流は最大
であるため、ジャンクション温度は、急激に上昇し、
場合によっては動作温度範囲を越えてしまう。即ち、図
示した温度上昇ΔＴ１は非常に大きいものとなる。

【００３５】これに対して、コンバータ９の出力制限を
行った場合は、起動直後の冷媒圧力が比較的高い間は
制限モードとなるので、コンバータ９の出力電流は低
い値となる。よって、ジャンクション温度は、緩やか
に上昇して、その温度上昇ΔＴ２は、ΔＴ１よりも小さ
くなる。そして、冷媒圧力が閾値Ｐｔｈに達すると、
通常モードとなって出力制限が解除され、コンバータ９
の出力電流は最大となり空調装置がフル稼働する。

【００３６】このように、冷媒配管内部の冷媒圧力を検
知することで、放熱器等の温度を検出するよりも、冷媒
温度即ち冷却能力の検知応答性を向上させることがで
る。

【００３７】そして、冷却能力が低いときにはコンバー
タ９の出力を制限することで、コンバータ内部のＭＯＳ
ＦＥＴのジャンクション温度の上昇を抑制でき、ＭＯＳ
ＦＥＴの他コイル等の発熱を伴う回路部品も適切な動作
温度範囲に保つことができる。従って、これら部品が長
寿命となり空調装置の信頼性が向上するという効果が得
られる。また、コンバータ９の出力が制限されることに
より、インバータ８での発熱も抑制され、その内部の回
路素子の温度上昇をも回避することができる。

【００３８】従って、インバータやコンバータの信頼性
が向上し、また、回路素子を電流定格の小さい小型品と
し、或は放熱器を小さくして空調装置の小型化を図るこ
ともできる。

【００３９】尚、始動時だけでなく、空調装置が何らか
の原因で停止した後の再始動の場合にも同様の効果を得
ることができる。

【００４０】ところで、上記第１の実施の形態では、コ
ンプレッサ１の吸入側の冷媒圧力を検出し、この検出値
に基づいてコンバータ９の出力が制限されたが、コンプ
レッサ１の吸入側の冷媒圧力の下降に伴い、排出側の冷
媒圧力（図１の冷媒配管１０１ｂ内部の冷媒圧力）も同
様に下降するので、この排出側の冷媒圧力を検出して、
同様の制御を行うことも可能である。

【００４１】この場合、冷媒圧力の検出値が閾値Ｐｔｈ
以上のときは制限モードとし、閾値Ｐｔｈより低いとき
は通常モードとすればよい。

【００４２】従って、コンプレッサの排出側の冷媒圧力
の検出値によっても第１の実施の形態と同様の制御が可
能であり、しかも従来から車両用空調装置に備えられて
いる異常圧力検知用の圧力センサを共用することができ
るので、経済的にも有利である。

【００４３】尚、冷凍サイクル内部の冷媒の温度は圧力
に伴って上昇下降するので、冷媒圧力を検出する代り
に、その温度を検出して冷却能力と判断しても同様の効
果が得られる。

【００４４】また、上記第１の実施の形態は、コンバー
タの出力を制御することにより、コンバータおよびイン
バータを構成するＭＯＳＦＥＴ等の回路素子の温度上昇
を防ぐものであったが、ＣＰＵの出力ポートをインバー
タに接続してインバータの出力を制限すれば、コンバー
タの出力も結果的に減少することになり、コンバータお
よびインバータ双方において、その内部の回路素子の温
度上昇抑制が可能となる。

【００４５】また、ソフトウェアによる制御の代りに、
ハードウェアを用いた制御も可能である。

【００４６】この場合、ＣＰＵ１１ａに代えて、コンパ
レータによって冷媒圧力の閾値と検出信号との比較を行
い、この出力を増幅してコンバータやインバータに入力
し、最大出力を制限させればよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による車両用空調装置の第１の実施の形
態における回路構成図である。

【図２】図１に示す装置の一般的な諸特性図であり、図
２（ａ）は、冷媒温度と冷媒圧力の相関図であり、同図
（ｂ）は、ＭＯＳＦＥＴのジャンクション温度とオン抵
抗値との相関図であり、同図（ｃ）はＭＯＳＦＥＴのジ
ャンクション温度と発熱量との相関図である。

【図３】図１に示す装置のモード切替の制御フローチャ
ートである。

【図４】図１に示す装置のタイミングチャートであり、
図４（ａ）は、比較のために示した出力制御をしない場
合、同図（ｂ）は、出力制御をした場合のものである。

【符号の説明】

１コンプレッサ２コンデンサ３リキッドタンク４減圧手段５エバポレータ６冷却ファンモータ７ブロアモータ８インバータ９コンバータ９ａ放熱器１０バッテリ１１コントローラ１１ａＣＰＵ１１ｂメモリ１２送風ダクト１３圧力センサ１００冷凍サイクル１０１、１０１ａ、１０１ｂ冷媒配管

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者大橋利男東京都中野区南台５丁目24番15号カルソニック株式会社内 (72)発明者植木浩一神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号富士電機株式会社内 (72)発明者木下繁則神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号富士電機株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】冷凍サイクル（１００）の冷媒を圧縮す
るコンプレッサ（１）と、このコンプレッサ（１）と前記冷凍サイクル（１００）
のエバポレータ（５）とを接続する冷媒配管（１０１
ａ）に設けられ、前記コンプレッサ（１）を駆動する駆
動部（８、９）を冷却する冷却手段（９ａ）と、前記冷凍サイクル（１００）の冷媒の圧力又は温度を検
出する検出手段（１３）と、この検出手段（１３）により検出された値に基づいて前
記コンプレッサ（１）の駆動部（８、９）の出力を制限
する出力制限手段（１１）と、を備えたことを特徴とする車両用空調装置。
【請求項２】前記検出手段（１３）は、前記冷凍サイ
クル（１００）のエバポレータ（５）と前記コンプレッ
サ（１）とを接続する冷媒配管（１０１ａ）内部の冷媒
の圧力又は温度を検出し、前記出力制御手段（１１）
は、検出された値が所定の値以上のときは、前記駆動部
（８、９）の出力を制限することを特徴とする請求項１
記載の車両用空調装置。
【請求項３】前記検出手段（１３）は、前記コンプレ
ッサ（１）の排出側の冷媒配管（１０１ｂ）内部の圧力
又は温度を検出し、前記出力制御手段（１１）は、検出
された値が所定の値以上のときは、前記駆動部（８、
９）の出力を制限することを特徴とする請求項１記載の
車両用空調装置。