JP2009250123A - 電動コンプレッサ - Google Patents

Abstract

【課題】液冷媒の寝込みに起因する漏電、ショート等の不具合を極力防止できる電動コンプレッサを提供する。
【解決手段】ハウジング内に液相の冷媒が実際に溜まっていたり、液相の冷媒が溜まっている可能性有りと判断した場合には、電動モータを低電圧で駆動し、ハウジング内に液相の冷媒が排出されたと判断した場合に、電動モータを通常の高電圧駆動に切り換える。
【選択図】図３

Description

本発明は、冷媒を圧縮する圧縮機構部と圧縮機構部を駆動する電動モータとが内蔵された電動コンプレッサに関する。

この種の従来の電動コンプレッサは、冷媒を圧縮する圧縮機構部と、圧縮機構部を駆動する電動モータと、電動モータを駆動制御するモータ制御回路部を備えている。電動モータは圧縮機構部と共に少なくともハウジングの密閉空間に内蔵されるため、電動モータ自体、電動モータ用の配線、コネクタ等が冷媒で満たされた環境下に配置される。

又、電動コンプレッサが停止すると、ハウジング内のみならずエバポレータ等より流入する冷媒が液相に変化し、液相に変化した冷媒がハウジング内に溜まる、いわゆる液寝込み状態が発生する。そして、このような液寝込み状態で再起動される場合がある。

ここで、電動モータはＰＷＭ制御されており、最大電圧として数百ボルトの電圧が印加される。又、冷媒は液相の場合には気相の場合と比べて体積抵抗率が低いため、図５に示すように、冷媒が液相の場合には絶縁空間距離が数ミリメートル程度となる。従って、電動モータ、配線、コネクタには液相の冷媒が満たされた状態で高電圧が印加されるため、被覆欠損等によって絶縁状態が完全でない箇所があると、漏電、ショートを引き起こす可能性がある。

ここで、電動コンプレッサに液寝込み発生防止手段を備えたものが特許文献１に提案されている。特許文献１では、ハウジング内に液寝込みが発生していると判断した場合には、電動モータを微速回転させて圧縮機構部を液冷媒の排出ポンプとして機能させて液冷媒をハウジング内より排出し、これによって液冷媒圧縮を防止するものである。
特許公報第２９５２８３９号

しかしながら、従来の電動コンプレッサでは、液圧縮を防止することができるものの、電圧モータに印加される電圧レベル自体は駆動開始時点から高電圧である。つまり、電動モータ等には液相の冷媒が満たされた状態で高電圧が印加されるため、被覆欠損等によって絶縁状態が完全でない箇所があると、漏電、ショートを引き起こす可能性がある。

そこで、本発明は、液冷媒の寝込みに起因する漏電、ショート等の不具合を極力防止できる電動コンプレッサを提供することを目的とする。

上記目的を達成する請求項１の発明は、冷媒を圧縮する圧縮機構部と、圧縮機構部を駆動する電動モータとがハウジング内に内蔵された電動コンプレッサであって、駆動指令があると電動モータを低電圧で駆動し、その後に、電動モータを通常の高電圧駆動に切り換えることを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１記載の電動コンプレッサであって、低電圧から高電圧駆動への切り換えは、ハウジング内に液相の冷媒が実際に溜まっていないと判断した場合に行うことを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１又は請求項２記載の電動コンプレッサであって、低電圧での駆動開始は、ハウジング内に液相の冷媒が実際に溜まっていると判断した場合に行うことを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項１又は請求項２記載の電動コンプレッサであって、低電圧での駆動開始は、ハウジング内に液相の冷媒が溜まっている可能性があると判断した場合に行うことを特徴とする。

請求項５の発明は、請求項４記載の電動コンプレッサであって、ハウジング内に液相の冷媒が溜まっているか否かの可能性は、前回の駆動停止時点からの時間と、外気温度の少なくともいずれか一方を基準に判断することを特徴とする。

請求項１の発明によれば、電動コンプレッサの起動時には、電動モータには低電圧が印加されるため、ハウジング内に液冷媒の寝込みが発生し、電動モータ等が液相の冷媒に満たされた状況にあっても、絶縁空間距離を長く、低電圧駆動によってハウジング内の液相の冷媒が排出された後に通常の高電圧駆動に切り換えられる。従って、液冷媒の寝込みに起因する漏電、ショート等の不具合を極力防止できる。

請求項２の発明によれば、請求項１の発明の効果に加え、ハウジング内に液冷媒の寝込みがないと判断された後に高電圧駆動が行われるため、液冷媒の寝込みに起因する漏電、ショート等の不具合を確実に防止できる。

請求項３の発明によれば、請求項１又は請求項２の発明の効果に加え、起動時に液冷媒の寝込みが実際にない場合には、最初から通常の高電圧駆動を行うことができる。

請求項４の発明によれば、請求項１又は請求項２の発明の効果に加え、起動時に液冷媒の寝込みの可能性がないと判断した場合には、最初から通常の高電圧駆動を行うことができる。

請求項５の発明によれば、請求項４の発明と同様の効果が得られる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１〜図４は本発明の一実施形態を示し、図１は電動コンプレッサの断面図、図２は電動モータの駆動回路ブロック図、図３は電動モータの制御フローチャート、図４（ａ）は電動モータへの電流波形図、図４（ｂ）は高電圧駆動時の電動モータへの電圧波形図、図４（ｃ）は低電圧駆動時の電動モータへの電圧波形図である。

図１に示すように、電動コンプレッサ１は、ハウジング２を有する。このハウジング２は、ほぼ筒状のコンプレッサハウジング部材３と、このコンプレッサハウジング部材３の一方の開口側面に配置されたフロントハウジング部材４と、コンプレッサハウジング部材３の他方の開口側面に配置されたモータハウジング部材５とから構成されている。コンプレッサハウジング部材３、フロントハウジング部材４及びモータハウジング部材５は、共にアルミ合金製である。

圧縮機構部１０は、コンプレッサハウジング部材３内に収容されている。圧縮機構部１０は、シリンダブロック１１と、このシリンダブロック１１の両側面にそれぞれ配置されたフロントサイドブロック１２及びリアサイドブロック１３とを備えている。これらブロック１１，１２，１３間は、ボルト（図示せず）によって固定されていると共に、これらブロック１１，１２，１３内にシリンダ室１４が形成されている。シリンダブロック１１、両側のサイドブロック１２，１３は、各ハウジング部材３，４，５と同様にアルミ合金製である。

シリンダ室１４内にはロータ１５が収容されている。このロータ１５の中心には回転軸１６が貫通され、ロータ１５と回転軸１６は固定されている。この回転軸１６は、フロントサイドブロック１２とリアサイドブロック１３に回転自在に支持されている。回転軸１６のリア側は、リアサイドブロック１３より外部に突出されている。

ロータ１５の外周側の等間隔位置には、外周面に開口するベーン溝１７が形成されている。この各ベーン溝１７に突出自在にベーン１８がそれぞれ配置されている。ベーン溝１７の底部には、高圧冷媒供給路（図示せず）が開口されている。各ベーン１８は、高圧冷媒の背圧によって突出方向に付勢されるよう構成されている。各ベーン１８は、回転軸１６の回転時には、上記した突出方向の付勢力によってシリンダ室１４の内壁に当接しつつ移動する。この隣り合うベーン１８間によって、シリンダ室１４内には複数の圧縮室が形成される。各圧縮室は、ロータ１５の回転に応じてその容積を拡大し、冷媒を吸入する吸入行程と、容積を縮小し、吸入した冷媒を圧縮し、且つ、吐出する圧縮行程を繰り返す。

冷媒吸入経路２０は、吸入ポート（図示せず）とシリンダ室１４に開口するシリンダ吸入口（図示せず）を連通する。この冷媒吸入経路２０を通って冷媒がシリンダ室１４に供給される。

冷媒吐出経路２１は、シリンダ室１４に開口するシリンダ吐出口（図示せず）と吐出ポート２１ａを連通する。この冷媒吐出経路２１を通って圧縮されたシリンダ室１４の冷媒が排出される。冷媒吐出経路２１は、下記する電動モータ６のモータ収容室５ａを通っている。

電動モータ６は、モータハウジング部材５のモータ収容室５ａに収容されている。電動モータ６は、回転軸２２に固定されたモータロータ２３と、モータハウジング部材５の内周面に固定されたステータ２４とを備えている。回転軸２２の両端部は、ボールベアリング部材２５ａ，２５ｂを介してモータハウジング部材５とリアサイドブロック１３にそれぞれ回転自在に支持されている。回転軸２２の一端側は圧縮機構部１０の回転軸１６に連結されている。モータロータ２３の外周にはＳ極とＮ極が円周方向に交互に着磁されている。ステータ２４は、コア（図示せず）とこれに巻装されたコイル（図示せず）とから成る。このコイルは、電線（図示せず）を介してコネクタ３０に電気的に接続されている。コネクタ３０にはハーメチック端子３１が装着されている。このハーメチック端子３１はモータ制御室３２に収容されたモータ制御回路３３（図２に示す）が接続されている。

モータ制御回路３３は、図２に示すように、インバータ回路３４と変圧回路３５と電圧制御部３６とインバータ制御部３８とを有する。変圧回路３５は、電池３７とインバータ回路３４の間に介在され、電圧制御部３６の制御指令に基づき変圧回路３５の変圧電力を可変する。具体的には、変圧回路３５は、電池３７からの電圧を変圧することなく通常の高電圧（例えば３００Ｖ）として出力したり、これよりも低い低電圧（例えば１００Ｖ）に変更して出力する。

インバータ制御部３８は、温度設定等を行うエアコンアンプ３９からのコンプレッサオン・オフ指令、回転数指令等に基づき、電動モータ６を運転するようインバータ回路３４を制御する。

インバータ回路３４は、変圧回路３５と電動モータ６の間に介在され、インバータ制御部３８の制御指令に基づき、変圧回路３５からの直流を三相の交流（Ｕ，Ｖ，Ｗ）に変換する。具体的には、変圧回路３５から低電圧（例えば１００Ｖ）が供給されると、図４（ｃ）に示すＰＷＭ制御された低電圧で、図４（ａ）に示す電流に変換して電動モータ６に出力する。又、変圧回路３５から高電圧（例えば３００Ｖ）が供給されると、図４（ｂ）に示すＰＷＭ制御された高電圧で図４（ａ）に示す電流に変換して電動モータ６に出力する。

電圧制御部３６にはフロートセンサ４０の検知出力が供給されており、電圧制御部３６は図３のフローチャートを実行する。このフローチャートの内容については、動作の箇所で説明する。

フロートセンサ４０は、冷媒吐出経路２１を構成するモータ収容室５ａ内に配置されている。モータ収容室５ａは、液相の冷媒が溜まるスペースであり、フロートセンサ４０は液冷媒の液面高さを検知する。

次に、電動コンプレッサ１の動作を説明する。図３に示すように、電動コンプレッサ１の駆動開始指令があると（ステップＳ１）、フロートセンサ４０の検知出力を読み込み、ハウジング２内に液冷媒が溜まっているか否かを判断する（ステップＳ２）。液冷媒の寝込みがあれば、変圧回路３５に低電圧変圧指令を出す。これにより、電動モータ６には、図４（ｃ）に示す低電圧で図４（ａ）に示す電流が供給され、電動モータ６が低電圧駆動される（ステップＳ３）。電動モータ６が低電圧駆動すると、回転軸２２の回転と一体になって圧縮機構部１０の回転軸１６が回転し、これによって冷媒の圧縮が始まる。この低電圧駆動過程では、フロートセンサ４０の検知出力が常時チェックされる。液冷媒の寝込みが解消、つまり、ハウジング２内より液相の冷媒が排出されれば（ステップＳ４）、変圧回路３５に高電圧変圧指令を出す。これによって、電動モータ６には、図４（ｂ）に示す高電圧で図４（ａ）に示す電流が供給され、電動モータ６が高電圧駆動に切り変わる（ステップＳ５）。

また、電動コンプレッサ１の駆動開始指令時に、フロートセンサ４０の検知出力よりハウジング２内に液冷媒が溜まっていないと判断した場合には、最初から高電圧駆動で駆動される（ステップＳ５）。

電動コンプレッサ１の駆動停止指令があると（ステップＳ６）、電動コンプレッサ１の駆動が停止される（ステップＳ７）。

以上、この実施形態では、駆動指令があると電動モータ６を低電圧で駆動し、その後に、電動モータ６を通常の高電圧駆動に切り換えるよう構成した。従って、起動時には電動モータ６には低電圧が印加されるため、ハウジング２内に液冷媒の寝込みが発生し、電動モータ６等が液相の冷媒に満たされた状況にあっても、絶縁空間距離を長くでき（図５参照）、低電圧駆動によってハウジング２内の液相の冷媒が排出された後に通常の高電圧駆動に切り換えられる。従って、液冷媒の寝込みに起因する漏電、ショート等の不具合を極力防止できる。又、潤滑油や冷媒として体積抵抗率の低いものを使用できる。

この実施形態では、低電圧から高電圧駆動への切り換えは、ハウジング２内に液相の冷媒が実際に溜まっていないと判断した場合に行うよう構成した。従って、ハウジング２内に液冷媒の寝込みがないと判断された後に高電圧駆動が行われるため、液冷媒の寝込みに起因する漏電、ショート等の不具合を確実に防止できる。

この実施形態では、電動コンプレッサ１の起動時における低電圧での駆動は、ハウジング２内に液相の冷媒が実際に溜まっていると判断した場合に行う。従って、この実施形態のように、起動時に液冷媒の寝込みが実際にない場合には、最初から通常の高電圧駆動を行うことができる。

（変形例）
前記実施形態では、電動コンプレッサ１の起動時において、液冷媒の寝込みが実際に発生しているか否かをチェックしたが、液冷媒の寝込みの可能性の有無を判断し、可能性があれば低電圧駆動を行い、可能性が無ければ高電圧駆動を行うように構成しても良い。このようにすれば、フロートセンサ４０が必要ないという利点がある。

液冷媒の寝込みの可能性の有無は、前回の駆動停止時点からの時間と、外気温度の少なくともいずれか一方を基準に判断する。例えば、前回の駆動停止時点から２４時間以上経過していれば、液冷媒が溜まっていると判断し、２４時間未満であれば液冷媒が溜まっていないと判断する。外気温度が所定温度以下であれば、液冷媒が溜まっていると判断し、所定温度を超えていれば液冷媒が溜まっていないと判断する。停止時間と外気温度の双方より液冷媒が溜まっているか否かを判断しても良い。

前記実施形態では、低電圧駆動から高電圧駆動への切り換えをフロートセンサ４０の検知出力に基づいて行うよう構成したが、液冷媒の寝込み判断をインバータ回路３４の出力値より判断するよう構成しても良い。

前記実施形態では、インバータ回路３４の入力電圧を変圧するように構成したが、インバータ回路３４の出力電圧を変圧することによって電動モータ６への印加電圧レベルを調整するよう構成しても良い。例えば、インバータ回路と電動モータとの間に変圧回路を介在すると共に変圧回路を制御する電圧制御部を設ける。そして、インバータ回路の交流出力を変圧回路で変圧し、その変圧電圧のレベルを電圧制御部で制御する。

本発明の一実施形態を示し、電動コンプレッサの断面図である。 本発明の一実施形態を示し、電動モータの駆動回路ブロック図である。 本発明の一実施形態を示し、電動モータの制御フローチャートである。 本発明の一実施形態を示し、（ａ）は電動モータへの電流波形図、（ｂ）は高電圧駆動時の電動モータへの電圧波形図、（ｃ）は低電圧駆動時の電動モータへの電圧波形図である。 電圧と絶縁空間距離の特性線図である。

符号の説明

１ 電動コンプレッサ
２ ハウジング
６ 電動モータ
１０ 圧縮機構部

Claims (5)

1. 冷媒を圧縮する圧縮機構部（１０）と、前記圧縮機構部（１０）を駆動する電動モータ（６）とがハウジング（２）内に内蔵された電動コンプレッサ（１）であって、
   駆動指令があると前記電動モータ（６）を低電圧で駆動し、その後に、前記電動モータ（６）を通常の高電圧駆動に切り換えることを特徴とする電動コンプレッサ（１）。
2. 請求項１記載の電動コンプレッサ（１）であって、
   低電圧から高電圧駆動への切り換えは、前記ハウジング（２）内に液相の冷媒が実際に溜まっていないと判断した場合に行うことを特徴とする電動コンプレッサ（１）。
3. 請求項１又は請求項２記載の電動コンプレッサ（１）であって、
   前記低電圧での駆動開始は、前記ハウジング（２）内に液相の冷媒が実際に溜まっていると判断した場合に行うことを特徴とする電動コンプレッサ（１）。
4. 請求項１又は請求項２記載の電動コンプレッサ（１）であって、
   前記低電圧での駆動開始は、前記ハウジング（２）内に液相の冷媒が溜まっている可能性があると判断した場合に行うことを特徴とする電動コンプレッサ（２）。
5. 請求項４記載の電動コンプレッサ（２）であって、
   前記ハウジング（２）内に液相の冷媒が溜まっているか否かの可能性は、前回の駆動停止時点からの時間と、外気温度の少なくともいずれか一方を基準に判断することを特徴とする電動コンプレッサ（２）。

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