JP2004293554A - インバータ装置一体型電動圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】効率が高く、インバータ装置に結露が発生しないインバータ装置一体型電動圧縮機の提供を目的としたものである。
【解決手段】吸入冷媒の通過する吸入通路３８の下方にインバータ装置４０の発熱源であるインバータ回路３７を配置することにより、インバータ回路３７自身のほか、下降冷気によりインバータ回路３７以外の部品も冷却されるとともに、対流冷気によりインバータ装置４０内を効率的に冷却して温度差を低減することにより、結露を防止できる。また、吸入冷媒が圧縮機により直接加熱されることを防止でき、その結果、電動圧縮機、特に高圧型電動圧縮機においてより高い効率を確保できる。
【選択図】図２

Description

本発明は、電動圧縮機を駆動するインバータ装置を搭載したインバータ装置一体型電動圧縮機に関するものである。

駆動源をセンサレスＤＣブラシレスモータとした従来の電動圧縮機を搭載し、バッテリ等の直流電源を備えた空調装置を車両用を例にして説明する。

図４は、従来の電動圧縮機を搭載した車両用空調装置の構成図である。図４において、１０１は送風ダクトであり、室内送風ファン１０２の作用により空気導入口１０３から空気を吸い込み、室内熱交換器１０４で熱交換した空気を空気吹き出し口１０５から車室内に吹き出す。

室内熱交換器１０４は、センサレスＤＣブラシレスモータを駆動源とする電動圧縮機１０６、冷媒の流れを切替えて冷房と暖房を選択するための四方切替弁１０７、絞り装置１０８および室外ファン１０９（モータ）の作用で車室外空気と熱交換する室外熱交換器１１０とともに冷凍サイクルを構成している。

１１１は前記電動圧縮機１０６の駆動源であるセンサレスＤＣブラシレスモータを運転するインバータ装置であり、室内送風ファン１０２、四方切替弁１０７、および室外送風ファン１０９とともに、エアコンコントローラ１１２により動作が制御される。

前記エアコンコントローラ１１２は、室内送風のＯＮ／ＯＦＦ及び強弱を設定する室内送風ファンスイッチ１１３、冷房又は暖房又はＯＦＦを選択するエアコンスイッチ１１４、温度調節スイッチ１１５および車両コントローラとの通信を行うための通信装置１１６と接続されている。

図５は、従来の電動圧縮機の部分断面図で、一例として、センサレスＤＣブラシレスモータを備えた電動圧縮機を示す。図５において、電動圧縮機１０６は、金属製筐体３２の中に圧縮機構部２８、モータ３１等が設置されている。

冷媒は、吸入口３３から吸入され、圧縮機構部２８（この例ではスクロール式）がモータ３１で駆動されることにより圧縮される。この圧縮された冷媒は、金属製筐体３２内においてモータ３１の近傍を通過し、その際にモータ３１の冷却を行い、吐出口３４より吐出される。内部でモータ３１の巻き線に接続されているターミナル３９は、図４に示すインバータ装置１１１に接続されている。

このように、圧縮された高圧冷媒によりモータ３１が冷却される高圧型の電動圧縮機においては、低圧（吸入）冷媒は効率良く圧縮される。一方、低圧冷媒によりモータ３１が冷却される低圧型の電動圧縮機においては、低圧（吸入）冷媒がモータ３１の熱によって加熱されてしまい、圧縮機の効率が若干低下する。

次に、インバータ装置１１１の冷却について説明する。インバータ装置１１１には、直流電圧をスイッチングすることにより、交流電流をモータ３１へ出力するインバータ回路が備えられており、このインバータ回路から発生する高熱を放熱する手段が、電子部品の保護のため、また、制御回路及び電流センサなどの誤作動防止のために必要になる。

そのためには、空冷及び水冷の放熱手段が用いられる（例えば、特許文献１参照）。これにおいて、発熱する駆動出力部はプリント基板の下に配置され、更にその下にあるヒートシンクに密着して、その電力消費による熱はヒートシンクに放熱するもので、ヒートシンクが軸流ファン付強制空冷装置により冷却されているもの、及び、ヒートシンクが冷却水により冷却されているもの、などが示されている。

また、圧縮機に吸入される低圧冷媒により冷却する方法も考えられている（例えば、特許文献２参照）。これにおいて、インバーターの放熱部が圧縮機に接続する冷媒吸入管に冷却可能に接触するように、インバーター、圧縮機及び冷媒吸入管を配置している。冷媒吸入管は内部を流れる冷媒により低温となっているため、この配置により冷却ユニットを用いずにインバーターを冷却することができるもので、冷媒吸入管の形状に合わせた溝をインバーターの放熱部に形成し、この溝に冷媒吸入管を通しているものである。
特開平８−２１６６７３号公報 特開２０００−２５５２５２号公報

インバータ装置を冷却する手段として、従来の空冷においては、軸流ファンや大きな空冷ヒートシンクが必要となり、サイズ、重量ともに大幅アップしてしまう。また、水冷においては、水を循環させる装置、水から放熱させる熱交換器などが必要となり、空調装置全体として、サイズ、重量ともに大幅アップしてしまう。

一方、低圧冷媒により冷却する方法においては、上記のようなサイズ、重量の大幅アップは生じないが、次の問題がある。高圧型の電動圧縮機の場合、インバータ装置を冷却するための低圧冷媒配管が、圧縮機の金属製筐体の直上にあるため、低圧冷媒が温度の高い高圧部により直接加熱されてしまう。これが、圧縮機の効率低下の要因となる。また、インバータ回路は下から冷却されるため、インバータ回路の上側空気は、冷却され難い。そのため、インバータ回路と空気との温度差により、結露が発生しやすくなる。

本発明はこのような従来の課題を解決するものであり、効率が高く、結露が発生しない、インバータ装置一体型電動圧縮機を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明は、圧縮機構部と、前記圧縮機構部の動力源となるモータと、前記圧縮機構部と前記モータとを収容する金属製筐体と、前記モータへ交流電流を出力するインバータ装置とを備え、前記インバータ装置は前記金属製筐体に搭載され、前記インバータ装置の交流電流出力部を構成するインバータ回路は、前記吸入冷媒の通過する吸入通路の下方に設置されるインバータ装置一体型電動圧縮機である。

上記構成によって、吸入冷媒の通過する吸入通路をインバータ回路の上に配置することで、下降冷気によりインバータ回路以外の部品も冷却するとともに、対流冷気によりインバータ装置内を効率的に冷却するものである。また、吸入冷媒が金属製筐体により直接加熱されることを防止するものである。

本発明のインバータ装置一体型電動圧縮機は、効率が高く、インバータ回路への結露発生を抑制する効果を奏する。

第１の発明は、圧縮機構部と、前記圧縮機構部の動力源となるモータと、前記圧縮機構
部と前記モータとを収容する金属製筐体と、前記モータへ交流電流を出力するインバータ装置とを備え、前記インバータ装置は前記金属製筐体に搭載され、前記インバータ装置の交流電流出力部を構成するインバータ回路は、前記吸入冷媒の通過する吸入通路の下方に設置されるインバータ装置一体型電動圧縮機である。

吸入冷媒の通過する吸入通路の下方に発熱源であるインバータ回路を配置することにより、インバータ回路自身のほか、下降冷気によりインバータ回路以外の部品も冷却されるとともに、対流冷気によりインバータ装置内を効率的に冷却し温度差が抑制される。その結果、結露を防止できる。また、吸入冷媒が圧縮機の金属製筐体により直接加熱されることを防止でき、その結果、電動圧縮機、特に高圧型電動圧縮機においてより高い効率を確保できる。

第２の発明は、第１の発明において、インバータ回路と金属製筐体との間に断熱材もしくは断熱空間を設けることにより、圧縮機からの熱を防止するもので、インバータ回路の冷却を確保するとともに、吸入冷媒が金属製筐体により加熱されることを防止し高圧型電動圧縮機の高い効率を確保することができる。

第３の発明は、第１乃至第２の発明において、車両用に適用するものである。車両においては、走行性能確保のため省エネが求められる。よって、本発明のインバータ装置一体型電動圧縮機は、効率が高く車両用として好適であり、特に電気自動車においては省エネ性を向上することができる。

以下本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、本実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、実施の形態１による電気回路図である。図１において、１はバッテリであり、２はバッテリー１に接続されたインバータ動作用スイッチング素子であり、３はインバータ動作用ダイオードである。また、４はモータの固定子巻線を示し、５はそのモータの磁石回転子を示す。さらに、７は電流検出手段としての電流センサ６からの信号に基づいてスイッチング素子を制御する制御回路である。３７はインバータ回路、２０はインバータ装置、３１はモータである。

前記電流センサ６の検出電流値は、制御回路７へ送られ、消費電力算出やスイッチング素子２等保護のための判断に用いられ、更に磁石回転子５の位置検出に用いられる。そして、回転数指令信号（図示せず）等にも基づいてスイッチング素子２を制御する。電流センサ６としては、ホール素子を用いたセンサ、シャント抵抗等が使用できる。

空調装置の構成に関しては、図４において、インバータ装置１１１、電動圧縮機１０６が、本発明のインバータ装置一体型電動圧縮機に置きかわるのみで基本的に同じである。

図２は、実施の形態１によるインバータ装置一体型電動圧縮機の部分断面図であり、インバータ装置２０を電動圧縮機４０の右側に設置し、金属製筐体３２の中に圧縮機構部２８、モータ３１等が設置されている。

冷媒は、吸入口３３から吸入され、圧縮機構部２８（この例ではスクロール式）がモータ３１で駆動されることにより、圧縮される。この圧縮された冷媒は金属製筐体３２の中に吐出され、モータ３１の近傍を通過する際にモータ３１を冷却し、更に吐出口３４より冷凍サイクルへ吐出される。内部でモータ３１の巻線に接続されているターミナル３９は、インバータ装置２０に接続される。

インバータ装置２０はケース３０に収納され、電動圧縮機４０に取り付けられている。発熱源となるインバータ回路部３７は吸入管３８の下部に接触するように配設され、吸入冷媒によって冷却される。このように、インバータ装置２０のインバータ回路部３７は吸入管３８の下方に配置することにより、インバータ装置２０の周囲温度も下げて温度差が小さくなるようにして、結露することを防止している。

図３は、実施の形態１による他のインバータ装置一体型電動圧縮機の部分断面図であり、インバータ装置２０を電動圧縮機４０と吸入管３８の間に設置した場合の構成を示す。この場合、インバータ回路部３７は吸入管３８によって冷却される。

図２および図３に示す上記２例においては、次のようなメリットがある。

すなわち、吸入管３８は圧縮機４０に加熱されないので圧縮機４０の効率は低下しない。また、インバータ装置２０（インバータ回路部３７）の結露は少ない。吸入管３８による冷気が、ケース３０内で下降対流するのでケース３０内を効率的に冷却できる。また、冷気が下降するので、インバータ回路部３７以外の電流センサ６、制御部７なども冷却され、インバータ装置２０の信頼性を確保できる。

また、インバータ回路と圧縮機の金属製筐体との間には断熱材もしくは断熱空間を設けている。これは、圧縮機からの熱を防止するもので、インバータ回路の冷却を確保するとともに、吸入冷媒が金属製筐体により加熱されることを防止して高圧型電動圧縮機の高い効率を確保することができる。

尚、配管は通常の円筒形のほか、扁平など形は問わない。

上記実施の形態において、直流電源をバッテリーとしたが、これに限るものではなく、商用交流電源を整流した直流電源を用い、産業用の圧縮機、ルームエアコン用圧縮機などにも適用可能である。

特に電気自動車においては、走行性能確保のため省エネが求められており、本発明のインバータ装置一体型電動圧縮機は効率が高く、これらの車両用空調装置に搭載するものとして好適である。

以上のように、本発明にかかるインバータ装置一体型電動圧縮機は、効率が高く、インバータ装置用の冷却装置を別途準備する必要はないので、船舶、航空機等の用途にも適用できる。

本発明の実施の形態１による電気回路図 同インバータ装置一体型電動圧縮機の部分断面図 同他のインバータ装置一体型電動圧縮機の部分断面図 従来の電動圧縮機を搭載した車両用空調装置の構成図 従来の電動圧縮機の部分断面図

符号の説明

１ バッテリ
２ スイッチング素子
２０ インバータ装置
２８ 圧縮機構部
３１ モータ部
３２ 金属製筐体
３７ インバータ回路
３８ 吸入管
４０ 電動圧縮機

Claims (3)

1. 圧縮機構部と、前記圧縮機構部の動力源となるモータと、前記圧縮機構部と前記モータとを収容する金属製筐体と、前記モータへ交流電流を出力するインバータ装置とを備え、前記インバータ装置は前記金属製筐体に搭載され、前記インバータ装置の交流電流出力部を構成するインバータ回路は、前記吸入冷媒の通過する吸入通路の下方に設置されるインバータ装置一体型電動圧縮機。
2. インバータ回路と金属製筐体との間に断熱材もしくは断熱空間が設けられる請求項１記載のインバータ装置一体型電動圧縮機。
3. 請求項１乃至２に記載のインバータ装置一体型電動圧縮機を用いた車両用空調装置。

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