JP2015171282A - 電動圧縮機 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】電動圧縮機10は、直流電源16から出力される電圧を昇圧する昇圧コンバータ18と、昇圧コンバータ18によって昇圧された電力を交流電力に変換するインバータ20と、インバータ20から出力される交流電力によって電動圧縮機10を回転させるモータ14と、を備える。そして、昇圧コンバータ18及びインバータ20は、同一の基板に設けられ、かつ同一のインバータケースに収容されて電動圧縮機10に流入する冷媒によって冷却される。
【選択図】図1
Description
この直流電圧の範囲は、車種により様々であるが、上記EV車等では、一般的に高電圧である300V系(150V〜450V)のものが多い。この300V系の直流電圧の電流容量は、一般的に多くても30A程度である。このため、通電される部材も電流と温度の関係から大きくならず、電動圧縮機は、比較的コンパクトに設計可能である。
しかし、エンジン車に搭載されているバッテリは、主に制御装置を駆動させることを目的としており、12Vや24Vの低電圧である。なお、搭載される電装品が増えることにより50V程度までバッテリの電圧が高くなる可能性はあるが、EV車等のように300V系まで高電圧化される車種は少ないと考えられる。
また、昇圧コンバータ及びインバータは、同一の筐体に収容されて圧縮機に流入する冷媒によって冷却される。これにより、昇圧コンバータを冷却するためのフィン等を新たに設ける必要がない。また、同一の筐体に収容することで、昇圧コンバータを設けることによる電磁ノイズ対策を同一の筐体内で可能となる。
なお、直流電源16は、電源装置12へ電力を供給するのみならず、車両の各種機器にも電力を供給する。
モータ14は、例えば、永久磁石型同期モータである。
なお、マイコン22は、昇圧コンバータ18及びインバータ20に対して、PWM制御を行う。
インダクタL1は、直流電源16の正極側に接続される。
ダイオードD1は、インダクタL1とアノードが接続され、インバータ20とカソードが接続されている。
パワートランジスタU7は、一端がインダクタL1とダイオードD1との接続点に接続され、他端が直流電源16の負極側及びインバータ20に接続され、インダクタL1の出力端を断続的に短絡させるスイッチング素子である。
パワートランジスタU1,U2は、直列接続されると共に、パワートランジスタU1のエミッタとパワートランジスタU2のコレクタがモータ14に接続され、モータ14にモータ電流Iuを流す。パワートランジスタU3,U4は、直列接続されると共に、パワートランジスタU3のエミッタとパワートランジスタU4のコレクタがモータ14に接続され、モータ14にモータ電流Ivを流す。パワートランジスタU5,U6は、直列接続されると共に、パワートランジスタU5のエミッタとパワートランジスタU6のコレクタがモータ14に接続され、モータ14にモータ電流Iwを流す。
そして、パワートランジスタU1〜U7としてワイドギャップ半導体が用いられることによるスイッチング速度の高速化に伴い、従来のSi系のパワートランジスタよりも高周波動作が可能となる。このため、昇圧コンバータ18とインバータ20のPWM周波数を高くすることで、インダクタL1と平滑コンデンサC1,C2の容量を下げることができ、装置の小型化が可能となる。
また、昇圧コンバータ18とインバータ20の高周波動作が可能となることにより、人の聴感周波数以上での昇圧コンバータ18とインバータ20の動作が可能となる。このため、昇圧コンバータ18とインバータ20のPWM周波数成分の音による人の不快感が抑制される。
一方、本実施形態のように、昇圧コンバータ18を備えることで、低電圧系の直流電源16からの低電圧を高電圧に昇圧できるため、電源系統を一つにすることができる。さらに、昇圧コンバータ18及びインバータ20を同一の基板56に設けることで、昇圧コンバータ18とインバータ20とを異なる基板とした場合に比べて、コネクタ類や通信部品等の付属部品を少なくできる。これにより、昇圧コンバータ18を新たに設けることによる装置構成の大型化を抑制できる。
従って、本実施形態に係る電動圧縮機10は、直流電源16からの低電圧を昇圧する昇圧コンバータ18を設置しても装置の大型化を抑制できる。
マイコン22は、CPU(Central Processing Unit)、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)等のコンピュータ読み取り可能な記録媒体等から構成される。そして、各種機能を実現するための一連の処理は、一例として、プログラムの形式で記録媒体等に記録されており、このプログラムをCPUがRAM等に読み出して、情報の加工・演算処理を実行することにより、各種機能が実現される。なお、プログラムは、ROMやその他の記憶媒体に予めインストールしておく形態や、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体に記憶された状態で提供される形態、有線又は無線による通信手段を介して配信される形態等が適用されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、CD−ROM、DVD−ROM、半導体メモリ等である。
マイコン22は、インバータ用制御演算部46及びコンバータ用制御演算部48を備える。
インバータ用制御演算部46によって生成された制御信号は、インバータ制御部32へ出力される。
コンバータ用制御演算部48によって生成された制御信号は、昇圧コンバータ制御部30へ出力される。
従って、電動圧縮機10の負荷変動や車両側からのモータ回転数指令の変更に応じた昇圧コンバータ18及びインバータ20の制御が迅速に行えるため、安定して効率的なモータ制御が可能となる。また、マイコン22は、温度検出部40によって検出された温度によっても制御信号を調整可能とし、パワートランジスタU1〜U7やダイオードD1の温度に基づくディレーティングを考慮した温度保護動作を行ってもよい。
この理由は、負荷であるモータ14側のインバータ20よりも昇圧コンバータ18のPWM周波数を高くすることで、インバータ20からの電力変動の要求に昇圧コンバータ18が応じることができるためである。その結果、負荷変動に対する追従性をより高くすることができる。
このため、従来では、感電防止のために300V系統と12V系統とを絶縁させる必要があり、インバータ102において絶縁型トランスやアイソレータ等の絶縁デバイス110を用いて、300V系統と12V系統とのグランドラインを分けていた。
一方、本実施形態に係る電動圧縮機10では、高電圧系統が電動圧縮機10の内部のみであるため、従来のように絶縁を行う必要がなく、絶縁に要する部品点数の削減及び回路構成の簡略化が可能となる。
図4に示されるように、インバータケース50は、モータ14を収容したモータケース52の側面、すなわちモータ14の軸方向と並行に配置される。
モータケース52には、圧縮機54に流入する冷媒が流れる冷媒流路が備えられており、図4の例では、冷媒がモータケース52の右側から吸入され、左側に流れる。そして、昇圧コンバータ18及びインバータ20は、インバータケース50を介して冷媒によって冷却される。
放熱ブロックを介してモータケース52に取り付けられる場合は、パワートランジスタU1〜U7及びダイオードD1の接触面とモータケース52又は放熱ブロックとの間には、絶縁性放熱シートや放熱グリス等の熱伝導性を高める構成が適宜設けられることで、パワートランジスタU1〜U7及びダイオードD1の放熱性が高められる。
インバータ20が備えるパワートランジスタU1〜U6の数は、昇圧コンバータ18が備えるパワートランジスタU7及びダイオードD1の数に比べて多い。このため、インバータ20は、昇圧コンバータ18に比べて熱損失が大きく、より発熱量が大きい。そこで、インバータ20を冷媒流れの上流側である冷媒吸入側に配置することで、インバータ20に対する冷却効果がより高められる。
図5の例では、インバータケース50は、モータケース52の底面、すなわちモータ14の軸方向に交差するように配置される。
図5の例では、インバータ20は冷媒吸入側に近い図の右下側に配置され、昇圧コンバータ18はその上側に配置される。
また、図6に示される配置は、冷媒流れに沿った配置と一致し、冷媒による冷却に対しても効果的である。
従って、電動圧縮機10は、直流電源16からの低電圧を昇圧する昇圧コンバータ18を設置しても装置の大型化を抑制できる。
14 モータ
18 昇圧コンバータ
20 インバータ
50 インバータケース
54 圧縮機
56 基板
Claims (5)
- 直流電源から出力される電圧を昇圧する昇圧コンバータと、
前記昇圧コンバータによって昇圧された電力を交流電力に変換するインバータと、
前記インバータから出力される交流電力によって圧縮機を回転させるモータと、
を備え、
前記昇圧コンバータ及び前記インバータは同一の基板に設けられ、かつ同一の筐体に収容されて前記圧縮機に流入する冷媒によって冷却される電動圧縮機。 - 前記インバータは、前記昇圧コンバータに対して前記圧縮機の冷媒流れの上流側に配置される請求項1記載の電動圧縮機。
- 前記昇圧コンバータ及び前記インバータは、ワイドギャップ半導体で形成される半導体素子が用いられる請求項1又は請求項2記載の電動圧縮機。
- 同一のマイクロコンピュータによって、前記昇圧コンバータ及び前記インバータに対する各々の制御信号が生成される請求項1から請求項3の何れか1項記載の電動圧縮機。
- 前記昇圧コンバータ及び前記インバータは、PWM制御が行われ、前記昇圧コンバータのPWM周波数は、前記インバータのPWM周波数よりも高い請求項1から請求項4の何れか1項記載の電動圧縮機。
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