JP2006204027A - 自動車用空調装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、部品、組立工数が少なく、電気ノイズ放射を充分に防止できる自動車用空調装置の提供を目的とする。
【解決手段】インバータ装置７から電動コンプレッサ８への電流出力用の接続線９Ｕ，９Ｖ，９Ｗは、個別にシールドされることなく３相分まとめてシールド部１０によりシールドされ、シールド部１０は、インバータ装置７、電動コンプレッサ８のそれぞれの金属製筐体に接続される。
【選択図】図１

Description

本発明は、電動コンプレッサーと、バッテリー等の直流電源で電動コンプレッサーを駆動するインバータ装置とを備えた自動車用空調装置に関する。

直流電力で空調用の電動コンプレッサーを駆動するインバータ装置を備えた自動車用空調装置においては、空調用の電動コンプレッサーを駆動するインバータ装置は電動コンプレッサーに大電流を供給するために、電気ノイズが大きく車載ラジオなどに妨害を与えてしまう。

そのため、図７の従来の自動車用空調装置の模式図に示すごとく、インバータ装置７と電動コンプレッサ８のケースは金属とされて、インバータ装置７と電動コンプレッサ８との接続線９ｕ、９ｖ、９ｗは、各線個別にシールド線とされている。このシールド部１０ｕ、１０ｖ、１０ｗは、アース線１１ｕ、１１ｖ、１１ｗによりインバータ装置７の金属ケースに、アース線１２ｕ、１２ｖ、１２ｗにより電動コンプレッサ８の金属ケースに、それぞれ接続されている。

また、直流電源であるバッテリー１とインバータ装置７との接続線１５Ｐ、１５ｍも各線個別にシールド線とされ、シールド部１６ｐ、１６ｍは、アース線１７ｐ、１７ｍによりインバータ装置７の金属ケースに接続されている。

そして、シールド性を高めるため、インバータ装置７と電動コンプレッサ８の金属ケースは、それぞれアース線１３、アース線１４により、車体に接続されている（例えば、特許文献１参照）。
特開平１０−１９３９５６号公報（第４頁第１図、第６頁第７図）

上記従来の場合、インバータ装置と電動コンプレッサとの接続は、各線個別にシールド線とされるため、３本のシールド線が必要となる。また、バッテリーとインバータ装置との接続も各線個別にシールド線とされるため、２本のシールド線が必要となる。そのため、これらシールド部のインバータ装置と電動コンプレッサへのアース線による接続が数多くなり、部品、組立工数の増加を招いている。

一方、インバータ装置から電動コンプレッサーへは大電流を供給するために電気ノイズが大きい。そのため、インバータ装置と電動コンプレッサとを接続、およびバッテリー１とインバータ装置とを接続するそれぞれのシールド線には、高いシールド性能が必要である。

従って、本発明は、部品、組立工数が少なく、電気ノイズ放射を充分に防止できる自動車用空調装置の提供を目的とするものである。

本発明は、インバータ装置から電動コンプレッサへの電流出力用の接続線を、個別にシールドされることなく３相分まとめてシールド部によりシールドし、このシールド部を、インバータ装置、電動コンプレッサのそれぞれの金属製筐体に接続する。

インバータ装置から電動コンプレッサ方向への電流と、電動コンプレッサからインバータ装置方向への電流とは、その値が等しい。そのため、それぞれの電流により発生する電磁波である電気ノイズは互いにキャンセルされるように作用する。即ち、３相分まとめてシールドするべき電気ノイズは小さく、漏れ出る電気ノイズも小さくなる。

シールド線、シールド部のインバータ装置へのアース線、シールド部の電動コンプレッサへのアース線はそれぞれ１本であり、インバータ装置から電動コンプレッサへの電流出力用の接続線を、個別にシールドする場合のそれぞれ３本に比べて１／３となる。

本発明の自動車用空調装置は、部品、組立工数が少なく、電気ノイズ放射を充分に防止できる。

第１の発明は、直流電圧発生手段と、金属製筐体を備えたインバータ装置と、金属製筐体を備えた電動コンプレッサとを備え、インバータ装置は、直流電圧発生手段の直流電圧をスイッチングすることにより交流電流を電動コンプレッサへ出力する自動車用空調装置において、電流出力用の接続線は、個別にシールドされることなく３相分まとめてシールド部によりシールドされ、このシールド部は、インバータ装置、電動コンプレッサのそれぞれの金属製筐体に接続されるものである。

これにより、インバータ装置と電動コンプレッサ間の電流により発生する電気ノイズはキャンセルされ、漏れ出る電気ノイズは小さくなる。また、シールド線、シールド部のインバータ装置へのアース線、シールド部の電動コンプレッサへのアース線はそれぞれ１本のみで良い。

従って、部品、組立工数が少なく、電気ノイズ放射を充分に防止できる自動車用空調装置が得られる。

第２の発明は、第１の発明において、交流電流を正弦波とするものである。

正弦波電流を出力する場合、１２０度通電などに比べて電気ノイズ源となるスイッチングによる電流の増減が多いため、本発明は有用である。

第３の発明は、第１と第２の発明において、スイッチングを３相変調とするものである。正弦波電流を出力する場合において、３相変調は２相変調に比べ更にスイッチングによる電流の増減が多いため、本発明は有用である。

第４の発明は、第１から第３のいずれかの発明において、直流電圧発生手段とインバータ装置との接続線においても、個別にシールドされることなくプラス側とマイナス側とをまとめてシールド部によりシールドされ、このシールド部はインバータ装置の金属製筐体に接続されるものである。これにより、電源電流に含まれるスイッチングによる電流の増減成分も、プラス側とマイナス側とでキャンセルされる方向に作用する。従って、更に電気ノイズ放射を減少させることができる。

第５の発明は、第１から第４のいずれかの発明において、インバータ装置、電動コンプレッサのそれぞれの金属製筐体は自動車の車体に接続されるものである。これにより、車体とインバータ装置、電動コンプレッサ間、また、車体と各接続線間に誘起する電気ノイズ放射を防止することができる。従って、更に電気ノイズ放射を減少させることができる。

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、この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に本発明の実施の形態１における自動車用空調装置の模式図を示す。図７との同一部分は同一符号を用いている。

図１において、図７との違いはインバータ装置７と電動コンプレッサ８との接続であり、インバータ装置７と電動コンプレッサ８との接続線９ｕ、９ｖ、９ｗは、個別にシールドされることなく３相分まとめて、シールド部１０によりシールドされている。このシールド部１０は、アース線１１によりインバータ装置７の金属ケースに、アース線１２により電動コンプレッサ８の金属ケースに、それぞれ接続されている。

シールド部１０、シールド部１０のインバータ装置７へのアース線１１、シールド部１０の電動コンプレッサ８へのアース線１２はそれぞれ１本である。一方、図７の従来の方法における、インバータ装置７から電動コンプレッサ８への電流出力用の接続線９ｕ、９ｖ、９ｗを個別にシールドする場合、シールド部１０ｕ、１０ｖ、１０ｗ、インバータ装置７へのアース線１１ｕ、１１ｖ、１１ｗ、電動コンプレッサ８へのアース線１２ｕ、１２ｖ、１２ｗは、それぞれ３本である。これから明らかなように、それぞれの線数において、図１は図７に比べて１／３となる。

次に、図１の如く、インバータ装置７と電動コンプレッサ８との接続線９ｕ、９ｖ、９ｗを、個別にシールドすることなく、３相分まとめてシールド部１０によりシールドする場合の電気ノイズに対する効果を説明する。

図２は、本発明の実施の形態１における自動車用空調装置の電気回路図で、インバータ装置７、電動コンプレッサ８とその周辺の電気回路を示す。インバータ装置７の制御回路（図示せず）は、、センサレスＤＣブラシレスモータ（以降モータと称す）を構成する磁石回転子５による固定子巻線４の誘起電圧を演算し、磁石回転子５の位置検出を行う。そして、回転数指令信号（図示せず）等に基づき、インバータ回路を構成するスイッチング素子２（ＩＧＢＴ等が用いられる）を制御し、バッテリー１からの直流電圧をＰＷＭ変調でスイッチングすることにより、正弦波状の交流電流をモータ１１の固定子巻線４へ出力する。このとき、バッテリー１からスイッチング素子２へ供給される電流をコンデンサ６で平滑する。

インバータ回路を構成するダイオード３は、固定子巻線４に流れる電流の還流ルートとなる。スイッチング素子２について、上アームスイッチング素子をＵ、Ｖ、Ｗ、下アームスイッチング素子をＸ、Ｙ、Ｚと定義し、また、各スイッチング素子Ｕ、Ｖ、Ｗ、Ｘ、Ｙ、Ｚに対応するダイオードを、３Ｕ、３Ｖ、３Ｗ、３Ｘ、３Ｙ、３Ｚと定義する。

図３は、インバータ装置７より出力される３相正弦波交流電流の特性図で、縦軸を電流に、横軸を時間にして示す。

Ｕ相の電流１８、Ｖ相の電流１９、Ｗ相の電流２０いずれにおいても、縦軸のプラス側の電流は、インバータ装置７から電動コンプレッサ８へ流れる電流とし、マイナス側の電流は、電動コンプレッサ８からインバータ装置７へ流れる電流とする。任意の時間において、Ｕ相の電流１８、Ｖ相の電流１９、Ｗ相の電流２０の総和は０になる。

キルヒホッフの法則により、固定子巻線４の中性点において、流れ込む電流と流れ出す
電流は等しい。固定子巻線４の中性点に流れ込む電流は、インバータ装置７から電動コンプレッサ８へ流れる電流に等しく、固定子巻線４の中性点から流れ出す電流は、電動コンプレッサ８からインバータ装置７へ流れる電流に等しい。これにより、インバータ装置７から電動コンプレッサ８へ流れる電流と、電動コンプレッサ８からインバータ装置７へ流れる電流は等しい。

従って、図３において、インバータ装置７から電動コンプレッサ８へ流れるプラス側の電流と、電動コンプレッサ８からインバータ装置７へ流れるマイナス側の電流とは等しい。即ち、Ｕ相の電流１８、Ｖ相の電流１９、Ｗ相の電流２０の総和は０になる。

また、θを時間に比例して変化する位相とすれば、Ｕ相の電流１８はｓｉｎθ、Ｖ相の電流１９はｓｉｎ（θ−１２０）、Ｗ相の電流２０はｓｉｎ（θ−２４０）で表すことができる。加法定理を用いると、Ｕ相の電流１８、Ｖ相の電流１９、Ｗ相の電流２０の総和は、
ｓｉｎθ＋ｓｉｎ（θ−１２０）＋ｓｉｎ（θ−２４０）
＝ｓｉｎθ＋ｓｉｎθｃｏｓ１２０−ｃｏｓθｓｉｎ１２０
＋ｓｉｎθｃｏｓ２４０−ｃｏｓθｓｉｎ２４０
＝ｓｉｎθ−１／２ｓｉｎθ−√３／２ｃｏｓθ
−１／２ｓｉｎθ＋√３／２ｃｏｓθ
＝０
となる。

このため、インバータ装置７と電動コンプレッサ８との接続線９ｕ、９ｖ、９ｗを、個別にシールドすることなく３相分まとめることにより、Ｕ相の電流１８、Ｖ相の電流１９、Ｗ相の電流２０それぞれが作り出す電磁界は、キャンセルされるように作用する。

図４に、ＰＷＭより生成される電流の電流波形図を概念的に示す。縦軸の上側に電流を、下側にＰＷＭによるパルス電圧を示し、横軸に時間を示している。パルス電圧のキャリア周期内でのデューティが徐々に小さくなることで電流上昇が緩やかになり、正弦波状の電流が生成されている。

パルス電圧をｖ、電流をｉ、時間をｔ、固定子巻線のインダクタンス値をＬとすると、ｖ＝Ｌｄｉ／ｄｔが成立する。ｖは直流の一定値であるため、電流の時間変化は一定、即ち直線的に増加する。

パルス電圧が印加されている時の電流上昇は直線的であり、キャリア周期毎に直線的電流上昇が発生する。直線的に上昇する電流には高周波成分が含まれ、また、キャリア周波数の高調波も発生するので、これらが電気ノイズとなって放射される。電流が減少する場合も同様である。

然しながら、インバータ装置７と電動コンプレッサ８との接続線９ｕ、９ｖ、９ｗを、個別にシールドすることなく３相分まとめることにより、ＰＷＭにより生成されるＵ相の電流１８、Ｖ相の電流１９、Ｗ相の電流２０それぞれが作り出す電磁界はキャンセルされるように作用する。

図５により、説明する。固定子巻線４にＰＷＭによるパルス電圧が印加されるのは、図５（ａ）に示すように、１相のみ（この例ではＵ相）にプラスが印加され、他の２相（この例ではＶ相、Ｗ相）がマイナスに接続される場合と、図５（ｂ）に示すように、２相（この例ではＵ相、Ｖ相）にプラスが印加され、残りの１相（この例ではＷ相）がマイナスに接続される場合との２通りである。

図５（ａ）においては、固定子巻線４の中性点に流れ込むＵ相の電流は、２分されてＶ相、Ｗ相から流れ出している。その結果、中性点に流れ込む電流と中性点から流れ出る電流は等しい。すなわち、固定子巻線４の中性点に流れ込む電流は、インバータ装置７から電動コンプレッサ８へ流れる電流に等しく、固定子巻線４の中性点から流れ出す電流は、電動コンプレッサ８からインバータ装置７へ流れる電流に等しい。これにより、インバータ装置７から電動コンプレッサ８へ流れる電流と、電動コンプレッサ８からインバータ装置７へ流れる電流は等しい。従って、ＰＷＭにより生成されるＵ相の電流１８、Ｖ相の電流１９、Ｗ相の電流２０それぞれが作り出す電磁界はキャンセルされるように作用する。

図５（ｂ）においては、固定子巻線４の中性点に流れ込むＵ相、Ｖ相の電流は等しく、合流してＷ相から流れ出している。従って、図５（ａ）の場合と同様に、ＰＷＭにより生成されるＵ相の電流１８、Ｖ相の電流１９、Ｗ相の電流２０それぞれが作り出す電磁界はキャンセルされるように作用する。

従って、部品、組立工数が少なく、電気ノイズ放射を充分に防止できる自動車用空調装置が可能となる。

上記実施の形態におけるＰＷＭにおいて、３相変調は２相変調に比べスイッチング回数が多く、更にスイッチングによる電流の増減が多いため、３相変調とする場合、本発明は更に有用である。

（実施の形態２）
図６に本発明の実施の形態２における自動車用空調装置の模式図を示す。図１に比較し、バッテリー１とインバータ装置７との接続線１５ｐ、１５ｍにおいて、個別にシールドされることなくプラス側１５ｐ、マイナス側１５ｍまとめてシールド部１６によりシールドされ、シールド部１６はインバータ装置７の金属製筐体に接続されている。

バッテリー１とインバータ装置７との接続線１５ｐ、１５ｍに流れる電流値は同じであり、向きが逆方向である。そのため、接続線１５ｐに流れる電流、接続線１５ｍに流れる電流それぞれが作り出す電磁界はお互いキャンセルするように作用する。

従って、実施の形態１より更に、部品、組立工数が少なく、電気ノイズ放射を充分に防止できる自動車用空調装置が可能となる。

尚、上記各実施の形態において、シールドは、インバータ装置、電動コンプレッサのそれぞれの金属製筐体に接続される例を示したが、電気ノイズ放射を防止できれば、インバータ装置側のみ、電動コンプレッサ側のみ、３本中１本のみ、３本中２本のみなど一部の接続を削減しても良い。また、金属製筐体を備えたインバータ装置を示したが、これに限らず、導電性樹脂筐体なども適用可能である。

また、正弦波電流を出力する場合について説明したが、１２０度通電などに関しても、固定子巻線の中性点における電流の入出力の総和は０となり、電気ノイズがキャンセルされることは同じである。

本発明は、自動車用インバータ装置、電動圧縮機の例を用いて説明したが、これに限らず、自動車用、電動圧縮機以外の、ルームエアコン、他の移動体用空調装置、モータ駆動装置などにも適用可能である。

本発明の実施の形態１における自動車用空調装置の模式図 同自動車用空調装置の電気回路図 同自動車用空調装置の３相正弦波交流電流波形の特性図 同自動車用空調装置のＰＷＭより生成される電流の電流波形の特性図 （ａ）固定子巻線のＵ相のみプラス通電時の電流変化説明図（ｂ）固定子巻線のＵ，Ｖ相にプラス通電時の電流変化説明図 本発明の実施の形態２における自動車用空調装置の模式図 従来の自動車用空調装置の模式図

符号の説明

１ バッテリ
７ インバータ装置
８ 電動コンプレッサ
９ｕ インバータ装置電動コンプレッサ間Ｕ相接続線
９ｖ インバータ装置電動コンプレッサ間Ｖ相接続線
９ｗ インバータ装置電動コンプレッサ間Ｗ相接続線
１０ インバータ装置電動コンプレッサ間接続線シールド部
１１ インバータ装置側アース線
１２ 電動コンプレッサ側アース線
１３ インバータ装置側車体アース線
１４ 電動圧縮機側車体アース線
１５ｐ バッテリインバータ装置間プラス側接続線
１５ｍ バッテリインバータ装置間マイナス側接続線
１６ バッテリインバータ装置間接続線シールド部
１７ バッテリ側アース線

Claims (5)

1. 直流電圧発生手段と、金属製筐体を備えたインバータ装置と、金属製筐体を備えた電動コンプレッサとを備え、前記インバータ装置は、前記直流電圧発生手段の直流電圧をスイッチングすることにより交流電流を前記電動コンプレッサへ出力する自動車用空調装置において、前記交流電流を前記電動コンプレッサへ出力するための接続線は、個別にシールドされることなく３相分まとめてシールド部によりシールドされ、前記シールド部は、前記インバータ装置及び前記電動コンプレッサのそれぞれの金属製筐体に接続されることを特徴とする自動車用空調装置。
2. 交流電流を正弦波とした請求項１記載の自動車用空調装置。
3. スイッチングを３相変調とした請求項1又は請求項２記載の自動車用空調装置。
4. 直流電圧発生手段とインバータ装置との接続線は、個別にシールドされることなくプラス側とマイナス側とをまとめてシールド部によりシールドされ、前記シールド部は、前記インバータ装置の金属製筐体に接続される請求項１から請求項３のいずれかに記載の自動車用空調装置。
5. インバータ装置及び電動コンプレッサのそれぞれの金属製筐体は自動車の車体に接続される請求項１から請求項４のいずれかに記載の自動車用空調装置。
   
   

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