JP2003139069A

JP2003139069A - 電動圧縮機

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Publication number: JP2003139069A
Application number: JP2001338126A
Authority: JP
Inventors: Makoto Shibuya; 誠渋谷
Original assignee: Sanden Corp
Current assignee: Sanden Corp
Priority date: 2001-11-02
Filing date: 2001-11-02
Publication date: 2003-05-14
Anticipated expiration: 2021-11-02
Also published as: JP4112841B2

Abstract

(57)【要約】【課題】モータ駆動回路の温度が上昇した場合でも、
モータを停止させることなくモータ駆動回路の温度を速
やかに低下させることのできる電動圧縮機を提供する。【解決手段】モータ駆動回路４１によってモータ３０
が回転すると、吸入側ハウジング１１内に流入した低温
冷媒とモータ駆動回路４１とが仕切壁１１ｂ及び伝熱フ
ィン１１ｅを介して熱交換され、モータ駆動回路４１が
冷却される。その際、モータ駆動回路４１が第１の基準
温度Ｔ1 以上になると、モータ３０の作動状態に拘わら
ず、モータ３０の回転数を上昇させるようにしたので、
冷媒吸入量の増加によりモータ駆動回路４１の温度を速
やかに低下させることができる。従って、モータ駆動回
路４１の温度が上昇した場合でも冷媒の循環が停止する
ことがなく、冷房運転を継続的に行うことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、車両用空気調和装
置等の冷媒圧縮用に用いられる電動圧縮機に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の電動圧縮機としては、冷
媒を吸入及び吐出する圧縮機本体と、圧縮機本体内に吸
入された冷媒を圧縮する、いわゆるスクロール型の圧縮
部と、圧縮部を駆動するモータと、モータを駆動制御す
るインバータ装置とを備えたものが知られている。

【０００３】前記インバータ装置は、モータ内のロータ
の回転位置によって電流の流れるコイルを切換えるモー
タ駆動回路と、モータ駆動回路を制御する制御部とから
構成されたものがあるが、モータ駆動回路の半導体スイ
ッチング素子の発熱により、モータ駆動回路が高温にな
る場合がある。このような場合、高温によりインバータ
内部の半導体素子の電流制御値が減少し、制御値以上の
電流を流すと半導体素子が破損する場合がある。また、
電動圧縮機を車両用空気調和装置に用いる場合、電動圧
縮機はエンジンルーム内に配置されるため、エンジンの
発熱によってモータ駆動回路が高温になる場合もある。

【０００４】そこで、モータ駆動回路の過熱を防止する
ために、例えば特開２０００−２９１５５７公報に記載
されているように、モータ駆動回路を吸入冷媒の流路の
近傍に配置し、吸入側の低温冷媒との熱交換により、モ
ータ駆動回路を冷却するようにしたものが知られてい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記電
動圧縮機は空気調和装置等の制御部によって制御される
ため、その制御により圧縮機が停止しているときは、モ
ータ駆動回路の近傍に低温冷媒が流通せず、モータ駆動
回路が冷媒によって冷却されないため、その間にエンジ
ンルーム内の熱等によってモータ駆動回路が高温になる
おそれがある。

【０００６】従来では、モータ駆動回路が所定温度以上
になった場合には、モータ駆動回路の温度が十分低下す
るまで圧縮機を停止することにより、モータ駆動回路を
保護するようにしている。しかし、前述したように圧縮
機停止中は低温冷媒によるモータ駆動回路の冷却は行わ
れず自然冷却となるため、モータ駆動回路の温度降下に
長時間を要し、その間は冷媒が循環しないため、冷房運
転を行うことができないという問題点があった。

【０００７】本発明は前記問題点に鑑みてなされたもの
であり、その目的とするところは、モータ駆動回路の温
度が上昇した場合でも、モータを停止させることなくモ
ータ駆動回路の温度を速やかに低下させることのできる
電動圧縮機を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は前記目的を達成
するために、請求項１では、冷媒を吸入及び吐出する圧
縮機本体と、圧縮機本体内に吸入された冷媒を圧縮する
圧縮部と、圧縮部を駆動するモータと、モータを駆動す
るモータ駆動回路とを備え、モータ駆動回路の少なくと
も発熱性部品を吸入側の冷媒と熱交換可能な位置に配置
した電動圧縮機において、前記発熱性部品の温度を検出
する温度検出手段と、温度検出手段の検出温度が所定温
度以上になるとモータの作動状態に拘わらずモータの回
転数を所定の回転数まで上昇させる制御手段とを備えて
いる。

【０００９】これにより、モータ駆動回路の発熱性部品
が所定温度以上になると、モータの回転数が上昇し、発
熱性部品を冷却するための低温冷媒の吸入量が増加する
ことから、モータを停止させることなくモータ駆動回路
の発熱性部品の温度を低下させることができる。

【００１０】また、請求項２では、請求項１記載の電動
圧縮機において、前記温度検出手段の検出温度が前記所
定温度よりも高い他の所定温度以上になるとモータを停
止する制御手段を備えている。

【００１１】これにより、請求項１の作用に加え、モー
タ駆動回路の温度が前記所定温度よりも高い他の所定温
度以上になった場合にはモータが停止することから、冷
媒の冷却によって前記発熱性部品の温度を低下させるこ
とができない場合であっても、発熱性部品自体の発熱に
よるモータ駆動回路の過熱が防止される。

【００１２】また、請求項３では、請求項１または２記
載の電動圧縮機において、前記モータの回転数を所定の
回転数ずつ段階的に上昇させる制御手段を備えている。

【００１３】これにより、請求項１または２の作用に加
え、モータ駆動回路の発熱性部品の温度が前記所定温度
以上になると、モータの回転数が所定回転数ずつ段階的
に上昇することから、モータの回転数が必要以上に上が
ることはない。

【００１４】また、請求項４では、請求項１、２または
３記載の電動圧縮機において、前記モータの回転数を上
昇させる際、モータ駆動回路の電流値が所定の電流値以
下になるようにモータの回転数を制御する制御手段を備
えている。

【００１５】これにより、請求項１、２または３の作用
に加え、モータの回転数を上昇させる際、モータ駆動回
路の電流値が所定の電流値を超えることがないので、モ
ータ駆動回路に過大な電流が流れることがない。

【００１６】また、請求項５では、請求項１、２、３ま
たは４記載の電動圧縮機において、前記圧縮機本体内に
おける吸入側冷媒の流路にモータ駆動回路の発熱性部品
と熱伝達可能な伝熱フィンを設けている。

【００１７】これにより、請求項１、２、３または４の
作用に加え、伝熱フィンによって冷媒と発熱性部品とが
効率よく熱交換される。

【００１８】

【発明の実施の形態】図１乃至図４は本発明の一実施形
態を示すもので、図１は電動圧縮機の側面断面図、図２
は図１のＡ−Ａ線矢視方向断面図、図３は制御系を示す
回路構成図、図４は制御部の動作を示すフローチャート
である。

【００１９】この電動圧縮機は、冷媒を吸入及び吐出す
る圧縮機本体１０と、圧縮機本体１０内に吸入された冷
媒を圧縮する圧縮部２０と、圧縮部２０を駆動するモー
タ３０と、モータ３０を駆動制御するインバータ装置４
０とを備えている。

【００２０】圧縮機本体１０は円筒状に形成され、吸入
側ハウジング１１、中間ハウジング１２及び吐出側ハウ
ジング１３からなる。吸入側ハウジング１１は中間ハウ
ジング１２の一端にボルト１４によって連結され、その
側面には冷媒の吸入口１１ａが設けられている。吸入側
ハウジング１１内は仕切壁１１ｂによって一端側と他端
側に仕切られており、その一端側にはインバータ装置４
０を収容する回路収容部１１ｃが形成され、その他端側
には吸入口１１ａが連通している。回路収容部１１ｃの
一端は閉鎖板１５によって閉鎖され、閉鎖板１５はボル
ト１６によって吸入側ハウジング１１に固定されてい
る。また、仕切壁１１ｂの中央にはモータ３０の一端側
を支持する軸受け１１ｄが設けられ、仕切壁１１ｂの一
部には複数の伝熱フィン１１ｅが設けられている。中間
ハウジング１２は、その他端を吐出側ハウジング１３の
一端にボルト１７によって連結され、その内部にはモー
タ３０の他端側を支持する軸受け１２ａが設けられてい
る。吐出側ハウジング１３は中間ハウジング１２内を介
して吸入側ハウジング１１内に連通しており、その他端
面には冷媒の吐出口１３ａが設けられている。

【００２１】圧縮部２０は、吐出側ハウジング１３内の
他端側に配置された固定スクロール部材２１と、固定ス
クロール部材２１の一端側に配置された可動スクロール
部材２２とからなり、固定スクロール部材２１はボルト
２３によって吐出側ハウジング１３に固定されている。
固定スクロール部材２１の一端面には渦巻体２１ａが設
けられ、固定スクロール部材２１のほぼ中央には吐出側
ハウジング１３の吐出口１３ａに連通する貫通孔２１ｂ
が設けられている。可動スクロール部材２２の一端面に
は渦巻体２２ａが設けられ、その他端面にはモータ３０
側に延びるボス部２２ｂが設けられている。また、可動
スクロール部材２２と中間ハウジング１２との間には回
転阻止機構２４が設けられ、回転阻止機構２４により、
可動スクロール部材２２が自転を阻止された所定の旋回
運動を行うようになっている。

【００２２】モータ３０は、吸入側ハウジング１１及び
中間ハウジング１２の内周面に固定されたステータ３１
と、ステータ３１内を回転する永久磁石からなるロータ
３２と、ロータ３２を軸方向に貫通するに回転軸３３と
からなり、ステータ３１の周方向複数箇所には励磁用の
コイル３４が巻回されている。即ち、モータ３０は三相
交流のブラシレスモータからなる。回転軸３３の一端は
ローラベアリング３５を介して吐出側ハウジング１３の
軸受け１１ｄに回動自在に支持され、その他端はボール
ベアリング３６を介して中間ハウジング１２の軸受け１
２ａに回動自在に支持されている。回転軸３３の他端面
には回転軸３３に対して偏心した偏心ピン３３ａが突設
され、偏心ピン３３ａは偏心ブシュ３７に挿入されてい
る。また、偏心ブシュ３７はローラベアリング３８を介
して可動スクロール部材２２のボス部２２ｂに回動自在
に支持されている。

【００２３】インバータ装置４０は、モータ３０内のロ
ータ３２の回転位置によって電流を流すコイル３４を切
換えるモータ駆動回路４１と、モータ駆動回路４１を制
御するマイクロコンピュータ構成の制御部４２とからな
り、吸入側ハウジング１１の回路収容部１１ｃ内に配置
されている。この場合、モータ駆動回路４１側の基板４
０ａと制御部４２側の基板４０ｂは互いに間隔をおいて
設けられている。モータ駆動回路４１側の基板４０ａは
仕切壁１１ｂに密着するように取付けられ、仕切壁１１
ｂの伝熱フィン１１ｅに対応するように位置している。
また、基板４０ａには温度センサ４３が設けられてい
る。

【００２４】モータ駆動回路４１は、図３に示すように
半導体スイッチング素子としての計６つのトランジスタ
４１ａからなり、プラス側の各トランジスタ４１ａ（図
中上側）によって上アームを構成し、マイナス側のトラ
ンジスタ４１ａ（図中下側）によって下アームを構成し
ている。また、各トランジスタ４１ａにはモータ３０か
ら発生する逆起電流を直流電源に還流させるための還流
ダイオード４１ｂがそれぞれ接続されている。尚、各ト
ランジスタ４１ａは、モータ駆動回路４１における発熱
性部品である。各トランジスタ４１ａのベース側は制御
部４２に接続され、前記上アームのコレクタ側と下アー
ムのエミッタ側は、吸入側ハウジング１１の側面に設け
られたコネクタ４４を介して外部の直流電源５０に接続
され、この直流電源５０の両極間には平滑用コンデンサ
４５が設けられている。また、上アームにおける各トラ
ンジスタ４１ａのエミッタ側（下アームにおける各トラ
ンジスタ４１ａのコレクタ側）は、吸入側ハウジング１
１の仕切壁１１ｂを貫通する複数の端子４６を介してモ
ータ３０の計３つのコイル３４にそれぞれ接続されてい
る。尚、半導体スイッチング素子にはトランジスタの他
にＦＥＴ等が使用されることは周知であるが、ここでは
トランジスタを用いた場合についてのみ説明する。

【００２５】制御部４２は、各トランジスタ４１ａのス
イッチング動作を制御することにより、モータ３０の駆
動制御信号を発生する。通常は、外部の主制御部５１の
制御信号に基づいてモータ３０の回転数制御を行うが、
後述する場合には、モータ３０の作動状態、即ち主制御
部５１による回転数制御に拘わらず、温度センサ４３の
検出温度に基づいてモータ３０の回転数を制御する。

【００２６】以上のように構成された電動圧縮機におい
ては、インバータ装置４０によってモータ３０が回転す
ると、圧縮部２０の可動スクロール部材２２が偏心ブシ
ュ３７の回転によって所定の旋回運動を行う。これによ
り、圧縮機本体１０の吸入口１１ａから吸入側ハウジン
グ１１内に流入した冷媒がモータ３０の隙間（ステータ
３１とロータ３２の間など）を流通し、可動スクロール
部材２２の渦巻体２２ａと固定スクロール部材２１の渦
巻体２１ａとの間に吸入され、各渦巻体２１ａ，２２ａ
間で圧縮されて圧縮機本体１０の吐出口１３ａから吐出
する。尚、本実施形態のスクロール型圧縮機における各
渦巻体２１ａ，２２ａの圧縮動作については、周知の構
造のものと同様であるため、詳細な説明は省略する。

【００２７】また、吸入側ハウジング１１内に流入した
冷媒は仕切壁１１ｂに沿って流通するが、仕切壁１１ｂ
の反対側の面にはインバータ装置４０のモータ駆動回路
４１が密着して取付けられているため、モータ駆動回路
４１は低温の吸入冷媒と仕切壁１１ｂを介して熱交換さ
れ、冷媒によってモータ駆動回路４１が冷却される。そ
の際、伝熱フィン１１ｅによって効率よく熱交換され
る。

【００２８】次に、図４のフローチャートを参照し、制
御部４２の動作について説明する。同図において、Ｔは
温度センサ４３によって検出されるモータ駆動回路４１
の温度、Ｔ1 は第１の基準温度、Ｔ2 は第２の基準温度
（Ｔ1 ＜Ｔ2 ）、Ｎはモータ３０の回転数、Ｎt は目標
回転数、Ｎmax は最大回転数である。

【００２９】まず、温度センサ４３の検出温度Ｔが第１
の基準温度Ｔ1 以上でない場合には（Ｓ１）、モータ３
０の回転数を主制御部５１で設定された目標回転数Ｎt
になるように制御する（Ｓ２，Ｓ３）。ここで、前述し
たようにモータ駆動回路４１は吸入冷媒によって冷却さ
れるが、モータ駆動回路４１の発熱が過大であったり、
或いは外部からの熱影響（例えば、自動車のエンジンル
ーム内の熱）等により、モータ駆動回路４１の温度が上
昇し、前記ステップＳ１において検出温度Ｔが第１の基
準温度Ｔ1 以上になった場合は、モータ駆動回路４１の
電流値が半導体素子（トランジスタ４１ａ）の電流限界
値に達しておらず（Ｓ４）、且つモータ３０の回転数が
最大回転数Ｎmax に達していなければ（Ｓ５）、主制御
部５１の制御に拘わらず、モータ３０の回転数を所定の
回転数だけ上げる（Ｓ６）。これにより、冷媒の吸入量
が増加し、冷媒によるモータ駆動回路４１の冷却が促進
される。そして、検出温度Ｔが第２の基準温度Ｔ2 以上
でなければ（Ｓ７）、前記ステップＳ１に戻って前記動
作を繰り返し、最終的にはモータ３０の回転数を最大回
転数Ｎmax まで上げる。そして、モータ３０の回転数が
最大回転数Ｎmax まで達した後、または最大回転数Ｎma
x に達する前に、前記ステップＳ１において検出温度Ｔ
が第１の基準温度Ｔ1 よりも低下した場合には、主制御
部５１の制御信号に基づく回転数制御に戻る（Ｓ２，Ｓ
３）。

【００３０】一方、前述のようにモータ３０の回転数を
上げて冷媒の吸入量を増加させたにも拘わらず、モータ
駆動回路４１の温度が上昇し、前記ステップＳ７におい
て検出温度Ｔが第２の基準温度Ｔ2 以上になった場合に
は、モータ３０を停止する（Ｓ８）。この後、検出温度
Ｔが第１の基準温度Ｔ1 よりも低下したならば（Ｓ
９）、前記ステップＳ１に戻る。尚、前記ステップＳ４
においてモータ駆動回路４１の電流値が限界値に達して
いたならば、モータ３０の回転数を下げて（Ｓ１０）、
モータ駆動回路４１の電流値が限界値を超えないように
する。

【００３１】このように、本実施形態の電動圧縮機によ
れば、モータ駆動回路４１が第１の基準温度Ｔ1 以上に
なると、主制御部５１の制御に拘わらず、モータ３０の
回転数を上昇させるようにしたので、冷媒吸入量の増加
によりモータ駆動回路４１の温度を速やかに低下させる
ことができる。従って、モータ駆動回路４１の温度が上
昇した場合でも冷媒の循環が停止することがなく、冷房
運転を継続的に行うことができる。

【００３２】また、モータ駆動回路４１が第１の基準温
度Ｔ1 よりも高い第２の基準温度Ｔ2 以上になった場合
にはモータ３０を停止するようにしたので、冷媒の冷却
によってモータ駆動回路４１の温度を低下させることが
できない場合であっても、半導体素子の発熱によるモー
タ駆動回路４１の過熱を防止することができ、モータ駆
動回路４１を確実に保護することができる。この場合、
モータ駆動回路４１の温度が第１の基準温度Ｔ1 よりも
低下した後、モータ３０を作動可能な状態に復帰させる
ようにしたが、その基準温度を第１の基準温度Ｔ1 より
も高く第２の基準温度Ｔ2 よりも低い他の所定温度に設
定するようにしてもよい。

【００３３】更に、モータ駆動回路４０が第１の基準温
度Ｔ1 以上になると、モータ３０の回転数を所定回転数
ずつ段階的に上昇させ、モータ３０の回転数が最大回転
数Ｎmax に達する前にモータ駆動回路４０の温度Ｔが第
１の基準温度Ｔ1 よりも低下した場合には、主制御部５
１の制御信号に基づく回転数制御に戻るようにしたの
で、モータ３０の回転数を必要以上に上げることがな
く、通常の冷房運転への影響を少なくすることができ
る。

【００３４】また、モータ３０の回転数を上げる際、モ
ータ駆動回路４１の電流値が半導体素子の電流限界値を
超えないようにしたので、半導体素子に過大な電流が流
れることがなく、モータ駆動回路４１の破損を確実に防
止することができる。

【００３５】また、吸入冷媒の流路にモータ駆動回路４
１と熱伝達可能な伝熱フィン１１ｅを設けたので、伝熱
フィン１１ｅによって冷媒とモータ駆動回路４１とを効
率よく熱交換させることができ、モータ駆動回路４１を
より効果的に冷却することができる。

【００３６】尚、前記実施形態では、モータ３０の回転
数を段階的に上昇させるようにしたものを示したが、モ
ータ駆動回路４１が第１の基準温度Ｔ1 以上になった時
点で直ちに最大回転数まで上昇させるようにしてもよ
い。また、前記実施形態ではスクロール型の電動圧縮機
を示したが、本発明は他の圧縮形式の電動圧縮機にも適
用することができる。

【００３７】また、前記実施形態では、インバータ装置
４０のモータ駆動回路４１及び制御部４２を圧縮機本体
１０内に収容したものを示したが、本発明はモータ駆動
回路または半導体素子等の発熱性部品のみを圧縮機本体
内に収容し、外部の制御手段によって制御されるものに
も適用することができる。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１の電動圧
縮機によれば、モータ駆動回路の温度が上昇した場合で
も、モータを停止させることなくモータ駆動回路の温度
を速やかに低下させることができるので、冷媒の循環が
停止することがなく、例えば空気調和装置の冷房運転を
継続的に行うことができる。

【００３９】また、請求項２の電動圧縮機によれば、請
求項１の効果に加え、冷媒の冷却によってモータ駆動回
路の温度を低下させることができない場合であっても、
モータ駆動回路の過熱を防止することができるので、モ
ータ駆動回路を確実に保護することができる。

【００４０】また、請求項３の電動圧縮機によれば、請
求項１または２の効果に加え、モータの回転数を必要以
上に上げることがないので、例えば空気調和装置に用い
た場合、通常の冷房運転等への影響を少なくすることが
できる。

【００４１】また、請求項４の電動圧縮機によれば、請
求項１、２または３の効果に加え、モータの回転数を上
昇させる際、モータ駆動回路に過大な電流が流れること
がないので、モータ駆動回路の破損を確実に防止するこ
とができ、例えば半導体素子を用いたモータ駆動回路の
場合に極めて有利である。

【００４２】また、請求項５の電動圧縮機によれば、請
求項１、２、３または４の効果に加え、冷媒とモータ駆
動回路とを効率よく熱交換させることができるので、モ
ータ駆動回路をより効果的に冷却することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明の一実施形態を示す電動圧縮機の
側面断面図

【図２】図１のＡ−Ａ線矢視方向断面図

【図３】制御系を示す回路構成図

【図４】制御部の動作を示すフローチャート

【符号の説明】

１０…圧縮機本体、１１ｅ…伝熱フィン、２０…圧縮
部、３０…モータ、４０…インバータ装置、４１…モー
タ駆動回路、４２…制御部。

フロントページの続きＦターム(参考） 3H003 AA05 AB05 AC03 BE09 3H029 AA02 AA15 AB03 BB12 CC07 CC24 CC27 3H039 AA02 AA12 BB13 CC11 CC28 CC32 CC47 3H045 AA05 AA09 AA12 AA27 BA43 CA21 CA24 CA29 DA07 DA47 EA16 EA20 EA26 EA38

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】冷媒を吸入及び吐出する圧縮機本体と、
圧縮機本体内に吸入された冷媒を圧縮する圧縮部と、圧
縮部を駆動するモータと、モータを駆動するモータ駆動
回路とを備え、モータ駆動回路の少なくとも発熱性部品
を吸入側の冷媒と熱交換可能な位置に配置した電動圧縮
機において、前記発熱性部品の温度を検出する温度検出手段と、温度検出手段の検出温度が所定温度以上になるとモータ
の作動状態に拘わらずモータの回転数を所定の回転数ま
で上昇させる制御手段とを備えたことを特徴とする電動
圧縮機。
【請求項２】前記温度検出手段の検出温度が前記所定
温度よりも高い他の所定温度以上になるとモータを停止
する制御手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の
電動圧縮機。
【請求項３】前記モータの回転数を所定の回転数ずつ
段階的に上昇させる制御手段を備えたことを特徴とする
請求項１または２記載の電動圧縮機。
【請求項４】前記モータの回転数を上昇させる際、モ
ータ駆動回路の電流値が所定の電流値以下になるように
モータの回転数を制御する制御手段を備えたことを特徴
とする請求項１、２または３記載の電動圧縮機。
【請求項５】前記圧縮機本体内における吸入側冷媒の
流路にモータ駆動回路の発熱性部品と熱伝達可能な伝熱
フィンを設けたことを特徴とする請求項１、２、３また
は４記載の電動圧縮機。