JP2015038355A - インバータ一体型電動圧縮機およびこれを備えた車両用空調装置 - Google Patents

インバータ一体型電動圧縮機およびこれを備えた車両用空調装置 Download PDF

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明紀 吉岡
Akinori Yoshioka
明紀 吉岡
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Abstract

【課題】簡素かつ安価な構造により、信頼性の高い電動圧縮機および空調装置の保護制御を行うことができるインバータ一体型電動圧縮機およびこれを備えた車両用空調装置を提供する。【解決手段】本発明に係るインバータ一体型電動圧縮機は、ハウジング3内に、冷媒を圧縮する圧縮機構5と、該圧縮機構5を駆動する電動機4と、該電動機4を制御するインバータ6とが収容されてなるインバータ一体型電動圧縮機において、冷媒の状態を検出する冷媒センサ21,22をハウジング3に設けたことを特徴とする。冷媒センサ21,22の設置位置は冷媒吸入部18または冷媒吐出部17の近傍であることが好ましい。【選択図】図1

Description

本発明は、ハウジング内に、圧縮機構と、該圧縮機構を駆動する電動機と、該電動機を制御するインバータとが収容されてなる、特に車両用空調装置に用いて好適なインバータ一体型電動圧縮機およびこれを備えた車両用空調装置に関するものである。
近年、内燃機関の動力で走行する自動車以外に、電気自動車やハイブリッド自動車、あるいは燃料電池自動車のように、電動機の動力で走行する電動車両の開発および市場への投入が急速に進んでいる。このような電動車両用の空調装置の多くは、冷媒を圧縮して送出する圧縮機についても、駆動源として電動機を動力とする電動圧縮機が用いられる。
また、内燃機関の動力で走行する自動車の空調装置においても、走行用の内燃機関により電磁クラッチを介して駆動される圧縮機に替え、電磁クラッチの断続に伴うドライバビリティーの低下を改善するため、電動圧縮機が使用されるものがある。
こうした電動圧縮機としては、圧縮機構および電動機をハウジング内に同軸的に内蔵した密閉型電動圧縮機が採用され、さらには、電源から入力される電力を、インバータを介して電動機に供給するようにし、空調負荷に応じて圧縮機構の回転数を可変制御できるようにしたものが多く採用されている。
このようにインバータを介して制御される電動圧縮機において、特許文献1,2に開示されているように、インバータを構成する制御回路基板等を、電動圧縮機のハウジング外周に一体成形されたインバータボックス内に収納設置してインバータを電動圧縮機と一体化したものがある。
一方、自動車の車体側には空調用ECU(空調制御ユニット)が搭載されている。この空調用ECUは、自動車の乗員による空調装置の操作と、空調装置の回路中に配置された複数の冷媒センサ、即ち圧力センサや温度センサ等からの入力と、運転中の諸条件とに基づいてインバータに指令を出し、電動機を制御するコントローラである。
また、空調用ECUには保護制御回路が組み込まれている。この保護制御回路は、温度センサや圧力センサ等の冷媒センサからの入力値が、予め設定された制限値を越えた場合に、電動圧縮機および空調装置の保護制御を行う回路である。即ち、例えば冷媒圧力が過大または過少になった時や、冷媒温度が上限許容温度を超えた時などに、電動機を緊急停止させたり、圧縮機構の焼き付きが起こらぬように低速運転させたりする制御を行う。
そして、従来では、温度センサや圧力センサ等の冷媒センサが、空調装置を構成する配管部材やレシーバ・ドライヤ等に設置され、これらの冷媒センサから延びる配線部材が車体側の空調用ECUに結線されていた。
このように、電動圧縮機の保護制御を行う保護制御回路が車体側の空調用ECUに組み込まれていたり、各冷媒センサが空調装置を構成する配管部材やレシーバ・ドライヤ等に設けられていたりする理由は、従来の内燃機関で走行する自動車に用いられていた空調装置をそのまま電動車両の空調装置として使用するようになったことに由来している。
特開2005−271696号公報 特開2005−274104号公報
しかしながら、上記のように、冷媒の温度や圧力等を検知する冷媒センサが、空調装置を構成する配管部材やレシーバ・ドライヤ等に設置されていたため、配管部材およびレシーバ・ドライヤ等に専用のセンサ取付部を設ける必要があり、これらの部品は車種によって形状が異なるため、部品の種類が増えて空調装置の製造コストが嵩む一因となっていた。
また、冷媒の温度や圧力等を検知する冷媒センサが、冷媒の異常時に迅速に保護したい圧縮機から離れた位置に配設されていたため、各冷媒センサが検知する冷媒の温度や圧力が、必ずしも圧縮機の近傍における冷媒のものではなく、このため電動圧縮機や空調装置の保護制御の開始が遅れる懸念があった。
さらに、保護制御回路が自動車の車体側に搭載された空調用ECU(空調制御ユニット)に組み込まれていたので、この空調用ECUと、電動圧縮機側に設けられたインバータとの間における相互通信が煩雑となり、配線等が複雑化かつ長大化して、空調装置の信頼性を低下させる原因となっていた。また、空調用ECUに保護制御回路が組み込まれることにより、空調用ECUが複雑で高価なものにならざるを得なかった。
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、簡素かつ安価な構造により、信頼性の高い電動圧縮機および空調装置の保護制御を行うことができるインバータ一体型電動圧縮機およびこれを備えた車両用空調装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を提供する。
即ち、本発明の第1の態様に係るインバータ一体型電動圧縮機は、ハウジング内に、冷媒を圧縮する圧縮機構と、該圧縮機構を駆動する電動機と、該電動機を制御するインバータとが収容されてなるインバータ一体型電動圧縮機において、前記冷媒の状態を検出する冷媒センサを前記ハウジングに設けたことを特徴とする。
本発明によれば、冷媒センサがハウジングに設けられたことから、従来のように車両用空調装置を構成する配管部材やレシーバ・ドライヤ等に冷媒センサを設置する必要がなくなるため、これらの構成部品を簡素かつ安価に構成することができる。しかも、冷媒センサが圧縮機構に近い位置に設けられるため、圧縮機構の近傍における冷媒の状態を正確かつ早期に検知することができ、電動圧縮機および車両用空調装置の保護制御の開始を早めて信頼性の高い保護制御を行うことができる。
また、本発明の第2の態様に係るインバータ一体型電動圧縮機は、前記第1の態様において、前記冷媒センサからの入力値が制限値を越えた場合に、前記インバータ一体型電動圧縮機および前記車両用空調装置の保護制御を行う保護制御回路を、前記インバータ自体に設けたことを特徴とする。
このように、電動圧縮機の保護制御を行う保護制御回路がインバータ自体に設けられたことから、保護制御をインバータの内部にて全て執り行うことができ、車体側に設けられた空調用ECUとは相互通信しなくて済むため、空調用ECUとの通信データが簡素になり、配線部材等を簡略化することができて信頼性も向上する。しかも、空調用ECUから保護制御回路を省略することができるため、空調用ECUを簡素で安価なものにすることができる。
また、本発明の第3の態様に係るインバータ一体型電動圧縮機は、前記第1の態様において、前記冷媒センサを前記ハウジングの冷媒吸入部または冷媒吐出部の少なくとも一方に設けたことを特徴とする。
本発明によれば、最も圧縮機構に近い部位に冷媒センサが設置されるため、より信頼性の高い保護制御を行うことができる。
また、本発明に係る車両用空調装置は、前記第1〜第3のいずれかの態様のインバータ一体型電動圧縮機を備えたことを特徴とする。これにより、簡素かつ安価な構造により、信頼性の高い車両用空調装置を構築することができる。
このように、本発明に係るインバータ一体型電動圧縮機およびこれを備えた車両用空調装置によれば、冷媒センサを電動圧縮機のハウジングに設けたことから、車両用空調装置の構成部材を簡素かつ安価に構成するとともに、圧縮機構の近傍における冷媒の状態を正確かつ早期に検知可能にして信頼性の高い保護制御を行うことができる。また、電動圧縮機および車両用空調装置の保護制御を行う保護制御回路をインバータ自体に設けたことから、保護制御をインバータの内部で行うことができ、簡素かつ安価な構造により、信頼性の高い保護制御を行うことができる。
本発明の第1実施形態に係る車両用空調装置の全体構成図である。 本発明の第1実施形態に係るインバータ一体型電動圧縮機の側面図である。 同第1実施形態に係るインバータ一体型電動圧縮機の前面図である。 同第1実施形態に係るインバータ一体型電動圧縮機の後面図である。 同第1実施形態に係る制御処理をフローチャートで示した図である。 本発明の第2実施形態に係る車両用空調装置の全体構成図である。
以下に、本発明に係るインバータ一体型電動圧縮機の複数の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
〔第1実施形態〕
以下、本発明の第1実施形態について、図1〜図5を参照して説明する。図1は、本発明の第1実施形態に係る車両用空調装置の車両用空調装置の全体構成図である。
この車両用空調装置1は、冷媒を吸入、圧縮、吐出する電動圧縮機2を備えている。電動圧縮機2は、図2〜図4にも示すように、ハウジング3内に、電動機4と、電動機4により駆動される圧縮機構5とが同軸的に収容され、さらに電動機4を制御するインバータ6が収容されてなるインバータ一体型の電動圧縮機である。
圧縮機構5は、例えば公知のスクロール型であり、電動機4の主軸7が圧縮機構5側に延びて圧縮機構5の図示しない旋回スクロールを駆動し、圧縮機構5は電動機4の回転数に応じて冷媒の吐出容量を0〜100%の範囲で連続的に変化させることができる。
車両用空調装置1において電動圧縮機2の下流側にはコンデンサ11(放熱凝縮器)と、レシーバ・ドライヤ12と、圧力制御弁13と、エバポレータ14(冷媒気化器)とが順に接続され、車両用空調装置1が閉ループ回路状に構成されている。なお、電動圧縮機2は図示しない自動車のエンジンルーム内等に配置される。
電動圧縮機2の冷媒吐出部17から吐出された高温、高圧の冷媒はコンデンサ11に流入し、ここで図示しない送風ファンから送られる外気と熱交換して冷却、凝縮される。凝縮された冷媒は、レシーバ・ドライヤ12に流入して気液を分離されると共に水分を除去され、車両用空調装置1内の余剰な冷媒(液冷媒)がレシーバ・ドライヤ12内に貯留される。
レシーバ・ドライヤ12から流出した液状冷媒は、圧力制御弁13により減圧されて低圧の気液二相状態となってエバポレータ14に送られ、ここを通過しながら完全に気化して熱を奪い、エバポレータ14を冷却する。エバポレータ14は車両用空調装置の図示しない空調ユニット内に収容されており、この空調ユニットから車内に送風される空気がエバポレータ14と直交するようになっている。このため、車内への送風空気がエバポレータ14により冷却されて車内冷房が実施される。
エバポレータ14の出口は電動圧縮機2の冷媒吸入部18に接続されており、エバポレータ14で気化した冷媒が電動圧縮機2により再び圧縮されてコンデンサ11に圧送され、以降、上記の循環サイクルが繰り返される。
この車両用空調装置1中には、冷媒の圧力を検出する圧力センサ21や、冷媒の温度を検出する温度センサ22といった、複数の冷媒センサが配置されている。これらの冷媒センサ21,22は、電動圧縮機2を含む車両用空調装置1中の何処にでも配置することができるが、本実施形態では、これらの冷媒センサ21,22が電動圧縮機2のハウジング3に直接設けられている。
図2〜図4に示すように、電動圧縮機2の外殻をなすアルミニウム合金製のハウジング3は、電動機4が収容される電動機側ハウジング3Aと、圧縮機構5が収容される圧縮機構側ハウジング3Bとが複数のボルト24で締結固定され、電動機側ハウジング3Aの上部に、インバータ6が収容されるインバータボックス3Cが一体に形成された構成である。
冷媒吐出部17は、圧縮機構側ハウジング3Bの先端部付近の側面に設けられた接続フランジ17aと、この接続フランジ17aに開設された接続孔17bと、この接続孔17bに隣接して植設されたスタッドボルト17cと、例えば接続フランジ17aの直下部に一体に形成されたセンサ締結台座17dとを備えて構成されている。コンデンサ11に繋がる図示しない金属配管部材は、その先端がOリングを介して接続孔17bに挿入され、先端付近に固着された固定用フランジ(非図示)がナットでスタッドボルト17cに締結される。
センサ締結台座17dには、例えば圧力センサ21が締結されている。この圧力センサ21は、その図示しない先端検知部が接続孔17bの内部に連通しており、接続孔17bを通過する高圧側の冷媒の圧力を検知可能である。
また、冷媒吸入部18は、電動機側ハウジング3Aの後部側面付近に設けられた接続フランジ18aと、接続孔18bと、スタッドボルト18cと、接続フランジ18aの近傍に位置するように例えば電動機側ハウジング3Aの後面に一体に形成されたセンサ締結台座18dとを備えて構成されている。この冷媒吸入部18に繋がる金属配管部材の接続方法は冷媒吐出部17側の場合と同様である。
センサ締結台座18dには、例えば温度センサ22が締結されている。この温度センサ22も、その図示しない先端検知部が接続孔18bの内部に連通しており、接続孔18bを通過する低圧側の冷媒の温度を検知可能である。
一方、車両用空調装置1には空調用ECU27(空調制御ユニット)が設けられている。この空調用ECU27は、一般に自動車の車体側に搭載されており、配線部材28によって電動圧縮機2のインバータ6に電気的に接続されている。また、例えば圧力制御弁13等の周辺機器が配線部材29によって空調用ECU27に接続されている。
さらに、インバータ6自体に保護制御回路31が設けられており、この保護制御回路31に圧力センサ21と温度センサ22が、それぞれ配線32,33によって電気的に接続されている。配線部材32,33は、ハウジング3の外部に配設しても、内部に配設してもよい。
保護制御回路31は、圧力センサ21および温度センサ22からの入力値が制限値を越えた場合に、電動圧縮機2および車両用空調装置1の保護制御を行う。例えば、冷媒圧力が過大または過少になった時や、冷媒温度が上限許容温度を超えた時に、インバータ6に指令を出して電動機4を緊急停止させたり、圧縮機構5の焼き付きが起こらぬように低速運転させたりする。
図5は、保護制御回路31による制御の流れを示すフローチャートである。まず、電動圧縮機2が作動して車両用空調装置1の制御がスタートすると、ステップS101で、車両用空調装置1中を流れる冷媒の圧力や温度等のデータが、圧力センサ21や温度センサ22等の冷媒センサからの出力を基に検出される。
次に、ステップS102で、各冷媒センサ21,22からの出力値が制限値範囲内か否かが判断され、この判断結果がYESであればステップS103に移行して電動機4の通常制御が続行されて、制御はリターンする。
ステップS102の判断結果がNOであればステップS104に移行して電動機4の保護制御が開始され、例えば電動機4を緊急停止させる、あるいは電動機4の回転速度を低下させた後に停止させるといった制御がなされる。
ステップS104の後、非常事態であることを自動車の運転者に知らしめるべく、ステップS105にて空調用ECU27にダイアグノーシス出力が行われ、例えば空調用ECU27は計器盤等に警告表示を行い、制御が終了する。
以上のように構成された車両用空調装置1および電動圧縮機2によれば、圧力センサ21や温度センサ22等の冷媒センサを電動圧縮機2のハウジング3に設けたため、従来のように車両用空調装置1を構成する配管部材やレシーバ・ドライヤ12等に冷媒センサ21,22を設置する必要がない。このため、これらの構成部品を簡素かつ安価に構成することができる。しかも、冷媒センサ21,22が圧縮機構5に近い位置に設けられるため、圧縮機構5の近傍における冷媒の状態を正確かつ早期に検知することができ、電動圧縮機2および車両用空調装置1全体の保護制御の開始を早めて信頼性の高い保護制御を行うことができる。
さらに、圧力センサ21や温度センサ22等の冷媒センサをハウジング3の冷媒吸入部18および冷媒吐出部17に設けたため、最も圧縮機構5に近い部位に冷媒センサ21,22を設置することができ、より信頼性の高い保護制御を行うことができる。
また、電動圧縮機2の保護制御を行う保護制御回路31がインバータ6自体に設けられたことから、保護制御をインバータ6の内部にて全て執り行うことができ、車体側に設けられた空調用ECU27とは相互通信しなくて済むため、空調用ECU27との通信データが簡素になり、配線部材等を簡略化することができて信頼性も向上する。その上、空調用ECU27から保護制御回路31を省略することができるため、空調用ECU27を簡素で安価なものにすることができる。
〔第2実施形態〕
次に、本発明の第2実施形態について、図6を参照して説明する。この第2実施形態に示す車両用空調装置40は、保護制御回路31が従来のように空調用ECU27に組み込まれている点除き、図1に示す第1実施形態における車両用空調装置1と同様である。つまり、圧力センサ21と温度センサ22は電動圧縮機2のハウジング3に設けられており、圧力センサ21は配線部材32で、温度センサ22は配線部材33で、それぞれ保護制御回路31に接続されている。
このように、圧力センサ21と温度センサ22を電動圧縮機2のハウジング3に設けておけば、保護制御回路31が従来のように空調用ECU27に組み込まれていても、第1実施形態の効果の一部、即ち、車両用空調装置40を構成する配管部材やレシーバ・ドライヤ12等を簡素かつ安価に構成するとともに、最も圧縮機構5に近い部位における冷媒の状態を正確に検知して電動圧縮機2および車両用空調装置40全体の保護制御の開始を早め、信頼性の高い保護制御を行う、という効果を得ることができる。
なお、上記第1実施形態および第2実施形態においては、冷媒センサとして圧力センサ21と温度センサ22を1基ずつ設置しているが、冷媒センサの種類および個数は限定されない。要するに、圧力センサ21や温度センサ22等の冷媒センサが、電動圧縮機2のハウジング3に設置されていればよい。
1 車両用空調装置
2 電動圧縮機
3 ハウジング
4 電動機
5 圧縮機構
6 インバータ
11 コンデンサ
12 レシーバ・ドライヤ
13 圧力制御弁
14 エバポレータ
17 冷媒吐出部
18 冷媒吸入部
21 圧力センサ(冷媒センサ)
22 温度センサ(冷媒センサ)
27 空調用ECU
31 保護制御回路
上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を提供する。
即ち、本発明の第1の態様に係るインバータ一体型電動圧縮機は、車両用空調装置に備えられ、ハウジング内に、冷媒を圧縮する圧縮機構と、該圧縮機構を駆動する電動機と、該電動機を制御するインバータとが収容されてなるインバータ一体型電動圧縮機において、前記ハウジングの内部を通過する前記冷媒の圧力直接検出する圧力センサと、前記ハウジングの内部を通過する前記冷媒の温度を直接検出する温度センサと、を前記ハウジングに設けるとともに、前記圧力センサおよび前記温度センサからの入力値が制限値を越えた場合に、前記インバータ一体型電動圧縮機および前記車両用空調装置の保護制御を行う保護制御回路を、車体側に搭載されている空調用ECUとは別に前記インバータ自体に設けたことを特徴とする。
本発明によれば、圧力センサおよび温度センサがハウジングに設けられたことから、従来のように車両用空調装置を構成する配管部材やレシーバ・ドライヤ等に冷媒センサを設置する必要がなくなるため、これらの構成部品を簡素かつ安価に構成することができる。
しかも、圧力センサおよび温度センサが圧縮機構に近い位置に設けられるため、圧縮機構の近傍における冷媒の圧力および温度を正確かつ早期に検知することができ、電動圧縮機および車両用空調装置の保護制御の開始を早めて信頼性の高い保護制御を行うことができる。
さらに、電動圧縮機の保護制御を行う保護制御回路がインバータ自体に設けられたことから、保護制御をインバータの内部にて全て執り行うことができ、車体側に設けられた空調用ECUとは相互通信しなくて済む。このため、空調用ECUとの通信データが簡素になり、配線部材等を簡略化することができて信頼性も向上する。しかも、空調用ECUから保護制御回路を省略することができるため、空調用ECUを簡素で安価なものにすることができる。
また、本発明の第の態様に係るインバータ一体型電動圧縮機は、前記第1の態様において、前記圧力センサおよび前記温度センサの少なくとも一方前記ハウジングの冷媒吸入部または冷媒吐出部の少なくとも一方に設けたことを特徴とする。
本発明によれば、最も圧縮機構に近い部位に圧力センサおよび温度センサの少なくとも一方が設置されるため、より信頼性の高い保護制御を行うことができる。
また、本発明に係る車両用空調装置は、前記第1または第2の態様のインバータ一体型電動圧縮機を備えたことを特徴とする。これにより、簡素かつ安価な構造により、信頼性の高い車両用空調装置を構築することができる。
このように、本発明に係るインバータ一体型電動圧縮機およびこれを備えた車両用空調装置によれば、圧力センサおよび温度センサを電動圧縮機のハウジングに設けたことから、車両用空調装置の構成部材を簡素かつ安価に構成するとともに、圧縮機構の近傍における圧力および温度を正確かつ早期に検知可能にして信頼性の高い保護制御を行うことができる。
また、電動圧縮機および車両用空調装置の保護制御を行う保護制御回路をインバータ自体に設けたことから、保護制御をインバータの内部で行うことができ、簡素かつ安価な構造により、信頼性の高い保護制御を行うことができる。
本発明の第1実施形態に係る車両用空調装置の全体構成図である。 本発明の第1実施形態に係るインバータ一体型電動圧縮機の側面図である。 同第1実施形態に係るインバータ一体型電動圧縮機の前面図である。 同第1実施形態に係るインバータ一体型電動圧縮機の後面図である。 同第1実施形態に係る制御処理をフローチャートで示した図である。 本発明の参考実施形態に係る車両用空調装置の全体構成図である。
この車両用空調装置1中には、冷媒の圧力を検出する圧力センサ21や、冷媒の温度を検出する温度センサ22といった、複数の冷媒センサが配置されている。これらの冷媒センサ21,22は、電動圧縮機2のハウジング3に直接設けられている。
参考実施形態〕
次に、本発明の参考実施形態について、図6を参照して説明する。この参考実施形態に示す車両用空調装置40は、保護制御回路31が従来のように空調用ECU27に組み込まれている点除き、図1に示す第1実施形態における車両用空調装置1と同様である。つまり、圧力センサ21と温度センサ22は電動圧縮機2のハウジング3に設けられており、圧力センサ21は配線部材32で、温度センサ22は配線部材33で、それぞれ保護制御回路31に接続されている。
なお、上記第1実施形態および参考実施形態においては、冷媒センサとして圧力センサ21と温度センサ22を1基ずつ設置しているが、冷媒センサ21,22の個数は限定されない。要するに、圧力センサ21温度センサ22が、電動圧縮機2のハウジング3に設置されていればよい。
1 車両用空調装置
2 電動圧縮機
3 ハウジング
4 電動機
5 圧縮機構
12 レシーバ・ドライヤ
13 圧力制御弁
14 エバポレータ
17 冷媒吐出部
18 冷媒吸入部
21 圧力セン
22 温度セン
27 空調用ECU
31 保護制御回路

Claims (4)

  1. ハウジング内に、冷媒を圧縮する圧縮機構と、該圧縮機構を駆動する電動機と、該電動機を制御するインバータとが収容されてなるインバータ一体型電動圧縮機において、前記冷媒の状態を検出する冷媒センサを前記ハウジングに設けたことを特徴とするインバータ一体型電動圧縮機。
  2. 前記冷媒センサからの入力値が制限値を越えた場合に、前記インバータ一体型電動圧縮機および前記車両用空調装置の保護制御を行う保護制御回路を、前記インバータ自体に設けたことを特徴とする請求項1に記載のインバータ一体型電動圧縮機。
  3. 前記冷媒センサを前記ハウジングの冷媒吸入部または冷媒吐出部の少なくとも一方に設けたことを特徴とする請求項1に記載のインバータ一体型電動圧縮機。
  4. 請求項1〜3のいずれかに記載のインバータ一体型電動圧縮機を備えたことを特徴とする車両用空調装置。
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