JP2023172128A - 複合装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車両用空気調和装置等の小型化に資すると共に、直流電圧を交流電圧に変換するスイッチング素子の冷却（放熱）性能を確保することのできる複合装置を提供する。【解決手段】冷媒圧縮機能及び熱媒体加熱機能を有する複合装置１は、冷媒を圧縮する圧縮機構３と圧縮機構３を駆動する電動モータ４とを内部に直列に収容する第１ハウジング２Ａと、熱媒体を加熱する電気ヒータ５を内部に収容する第２ハウジング２Ｂと、モータ駆動回路２０及びヒータ制御回路３０を内部に収容する第３ハウジング２Ｃとを含む。第３ハウジング２Ｃ内において、モータ駆動回路２０の第１パワースイッチング素子Ｑ１～Ｑ６は、冷媒流入口８から第１ハウジング２Ａ内に流入した冷媒によって冷却され得ると共に、熱媒体流入口１０から第２ハウジング２Ｂ内に流入した熱媒体によっても冷却され得るように配置されている。【選択図】図７

Description

本発明は、冷媒圧縮機能と熱媒体加熱機能とを有する複合装置に関する。

特許文献１には、ハイブリッド自動車や電気自動車などの車両に適用可能な車両用空気調和装置が記載されている。特許文献１に記載された車両用空気調和装置は、冷媒を圧縮する電動圧縮機と、電動圧縮機から吐出された冷媒を放熱させて車室内に供給される空気を加熱する放熱器と、放熱された冷媒を減圧膨張させる膨張弁と、減圧膨張された冷媒と外気との間で熱交換を行わせる蒸発器に相当する熱交換器を含む冷媒回路を有している。また、特許文献１に記載された車両用空気調和装置は、放熱器による車室内の暖房を補助するため、熱媒体を加熱する熱媒体加熱電気ヒータと、加熱された熱媒体で車室内に供給される空気を加熱する熱媒体－空気熱交換器とを有している。

特開２０１４－２１３７６５号公報

特許文献１に記載された車両用空気調和装置は、放熱器による暖房能力の不足を補完することが可能である。しかし、特許文献１に記載された車両用空気調和装置では、電動圧縮機や熱媒体加熱電気ヒータなどが個別に設けられている。このため、装置全体が大型化し、設置スペースなどの面で改良の余地があった。

本発明は、車両用空気調和装置等の小型化に資すると共に、直流電圧を交流電圧に変換するスイッチング素子の冷却（放熱）性能を確保することのできる複合装置を提供することを目的とする。

本発明の一側面によると、冷媒圧縮機能及び熱媒体加熱機能を有する複合装置が提供される。この複合装置は、冷媒を圧縮する圧縮機構と、前記圧縮機構を駆動する電動モータと、前記圧縮機構と前記電動モータとを内部に直列に収容すると共に、前記圧縮機構で圧縮される冷媒を内部に流入させる冷媒流入口と前記圧縮機構で圧縮された冷媒を外部に流出させる冷媒流出口とを有する圧縮機ハウジングと、熱媒体を加熱する電気ヒータと、前記電気ヒータを内部に収容すると共に、前記電気ヒータで加熱される熱媒体を内部に流入させる熱媒体流入口と前記電気ヒータで加熱された熱媒体を外部に流出させる熱媒体流出口とを有するヒータハウジングと、前記電動モータを制御するモータ駆動回路と、前記電気ヒータを制御するヒータ制御回路と、前記モータ駆動回路及び前記ヒータ制御回路を内部に収容する回路ハウジングとを含み、前記圧縮機ハウジング、前記ヒータハウジング及び前記回路ハウジングが一体的に結合されている。前記モータ駆動回路は、直流電圧を交流電圧に変換するスイッチング素子を有し、前記回路ハウジング内において、前記モータ駆動回路の前記スイッチング素子は、前記圧縮機ハウジング内に流入した冷媒によって冷却され得ると共に、前記ヒータハウジング内に流入した熱媒体によっても冷却され得るように配置されている。

本発明によれば、車両用空気調和装置等の小型化に資すると共に、直流電圧を交流電圧に変換するスイッチング素子の冷却（放熱）性能を確保することのできる複合装置を提供することができる。

実施形態に係る複合装置の正面図である。 実施形態に係る複合装置の右側面図である。 実施形態に係る複合装置の上面図である。 実施形態に係る複合装置の部分概略断面図であり、図２のＡ－Ａ断面図に相当する図である。 実施形態に係る複合装置のモータ駆動回路の要部構成例を示す図である。 実施形態に係る複合装置のヒータ制御回路の要部構成例を示す図である。 実施形態に係る複合装置の部分概略断面図であり、図３のＢ－Ｂ断面図に相当する図である。 実施形態に係る複合装置の制御系の概略構成を示すブロック図である。 冷媒圧縮機能の動作制御の一例を示すフローチャートである。 冷媒圧縮機能の動作制御の一例を示すフローチャートである。 熱媒体加熱機能の動作制御の一例を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

図１～図４は、本発明の実施形態に係る複合装置１の概略構成を示している。図１は、実施形態に係る複合装置１の正面図であり、図２は、実施形態に係る複合装置１の右側面図であり、図３は、実施形態に係る複合装置１の上面図であり、図４は、実施形態に係る複合装置の部分概略断面図であり、図２のＡ－Ａ断面図に相当する図である。

実施形態に係る複合装置１は、冷媒を圧縮する冷媒圧縮機能と、冷媒とは別の熱媒体を加熱する熱媒体加熱機能とを有している。つまり、複合装置１は、冷媒圧縮機と熱媒体加熱装置とが一体化された構成を有する。

複合装置１は、上述したような車両用空気調和装置に適用され得る。すなわち、複合装置１は、冷媒が循環する冷媒回路と、ポンプ部によって熱媒体が循環する熱媒体回路とに組み込まれて使用され得る。ポンプ部は、主に電動ポンプで構成され得る。但し、これに限られるものではなく、ポンプ部は、前記熱媒体回路内で熱媒体を循環させることのできる構成を有するものであればよい。例えば、複合装置１の冷媒圧縮機能部は、前記冷媒回路に組み込まれ、膨張弁と、蒸発器（又はこれに相当する熱交換器）とを通過した冷媒を圧縮すると共に、圧縮された冷媒を、車室内に供給される空気を加熱する放熱器（冷媒－空気熱交換器）に供給するように構成され得る。また、複合装置１の熱媒体加熱機能部は、前記熱媒体回路に組み込まれ、車室内に供給される空気を加熱する熱媒体－空気熱交換器を通過した熱媒体を加熱すると共に、加熱された熱媒体を前記熱媒体－空気熱交換器に供給するように構成され得る。なお、冷媒及び熱媒体は、それぞれ任意に選択され得るが、例えば、冷媒としては気体冷媒が用いられ、熱媒体としては液体が用いられ得る。また、特に限定されないが、熱媒体には、通常、水（不凍液などが混入されたものを含む）が用いられる。したがって、熱媒体加熱機能は、水加熱機能ということもできる。

図１～図４を参照すると、複合装置１は、ハウジング２を有する。複合装置１のハウジング２は、第１ハウジング２Ａと、第２ハウジング２Ｂと、第３ハウジング２Ｃと、第１カバー２Ｄと、第２カバー２Ｅと、第３カバー２Ｆとを含み、これらが図示省略のボルトなどの締結部材によって一体的に結合（締結）されて構成されている。

第１ハウジング２Ａは、略円筒状に形成されている。第１ハウジング２Ａの内部には、冷媒を圧縮する圧縮機構３と、圧縮機構３を駆動する電動モータ４とが軸方向に直列に収容されている。特に限定されないが、圧縮機構３は、固定スクロールと可動（旋回）スクロールとを含むスクロール圧縮機構であり得る。また、電動モータ４の出力軸４ａは、圧縮機構３（例えば、前記可動（旋回）スクロール）に連結されている。

第１ハウジング２Ａの２つの開口端のうちの一方の開口端（図１、図２における下側のの開口端）、すなわち、第１ハウジング２Ａの圧縮機構３側の開口端は、第１カバー２Ｄによって閉塞されている。なお、圧縮機構３及びこれを駆動する電動モータ４を収容する第１ハウジング２Ａは、「圧縮機ハウジング」ということもできる。

第２ハウジング２Ｂは、第１ハウジング２Ａの側方に配置されている。第２ハウジング２Ｂは、略矩形筒状に形成されている。第２ハウジング２Ｂの内部には、熱媒体を加熱する電気ヒータ５が収容されている。

第２ハウジング２Ｂの２つの開口端のうちの一方の開口端（図１、図２における下側のの開口端）は、第２カバー２Ｅによって閉塞されている。なお、電気ヒータ５を収容する第２ハウジング２Ｂは、「ヒータハウジング」ということもできる。

第３ハウジング２Ｃは、上面が開放された箱型に形成されている。第３ハウジング２Ｃ内には、電動モータ４を制御するモータ駆動回路２０及び電気ヒータ５を制御するヒータ制御回路３０が収容されている。具体的には、モータ駆動回路２０及びヒータ制御回路３０が実装された回路基板６が第３ハウジング２Ｃの内部に収容されている。

第３ハウジング２Ｃの底壁７は、第１ハウジング２Ａの他方の開口端（図１、図２における上側の開口端）、すなわち、第１ハウジング２Ａの電動モータ４側の開口端と、第２ハウジング２Ｂの他方の開口端（図１、図２における上側の開口端）とを閉塞している。これにより、第１ハウジング２Ａの内部と第３ハウジング２Ｃの内部とが仕切られ、第２ハウジング２Ｂの内部と第３ハウジング２Ｃの内部とが仕切られている。つまり、第３ハウジング２Ｃの底壁７は、第１ハウジング２Ａの内部と第３ハウジング２Ｃの内部とを仕切る第１仕切部７１と、第２ハウジング２Ｂの内部と第３ハウジング２Ｃの内部とを仕切る第２仕切部７２を有する。また、第１仕切部７１と第２仕切部７２とは隣接している。

第３ハウジング２Ｃの上面（開口端）は、第３カバー２Ｆによって閉塞されている。なお、モータ駆動回路２０及びヒータ制御回路３０を収容する第３ハウジング２Ｃは、「回路ハウジング」ということもできる。

そして、複合装置１においては、主に圧縮機構３、電動モータ４及びモータ駆動回路２０によって冷媒圧縮機能（冷媒圧縮機）が実現され、主に電気ヒータ５及びヒータ制御回路３０によって熱媒体加熱機能（熱媒体加熱装置）が実現される。

第１ハウジング２Ａには、前記冷媒回路を循環する冷媒を内部に流入させるための冷媒流入口８が形成されている。流入させる冷媒は、例えば、膨張弁と蒸発器（またはこれに相当する熱交換器）とを通過した冷媒、すなわち、低温低圧の冷媒である。本実施形態において、冷媒流入口８は、第１ハウジング２Ａの第３ハウジング２Ｃ側の部位、つまり、第１ハウジング２Ａの内部と第３ハウジング２Ｃの内部とを仕切る第１仕切部７１の近傍に設けられている。好ましくは、冷媒流入口８は、冷媒の少なくとも一部が第１仕切部７１に沿って流れるように、前記冷媒回路を循環する冷媒を第１ハウジング２Ａ内に流入させるように構成されている。

冷媒流入口８を介して第１ハウジング２Ａの内部に流入した（低温低圧の）冷媒は、第１ハウジング２Ａの内部を流れて圧縮機構３に吸入される。圧縮機構３に吸入された冷媒は、圧縮機構３によって圧縮され、高温高圧の冷媒となって圧縮機構３から吐出される。吐出された（高温高圧の）冷媒は、第１ハウジング２Ａに形成された冷媒流出口９から流出し、例えば、上述の放熱器（冷媒－空気熱交換器）に供給される。

本実施形態において、冷媒流出口９は、第１ハウジング２Ａの第１カバー２Ｄ側の部位に、すなわち、冷媒流入口８から図１、図２における上下方向に離れた位置に設けられている。このため、本実施形態において、冷媒流入口８から第１ハウジング２Ａ内に流入した冷媒は、第１ハウジング２Ａ内を図１、図２における上側から下側に向かって流れる。

なお、第１仕切部７１は、冷媒流入口８を介して第１ハウジング２Ａ内に流入する（低温低圧の）冷媒によって冷却され得、電動モータ４は、第１ハウジング２Ａの内部を流れる冷媒によって冷却され得る。また、冷媒流入口８、第１ハウジング２Ａの内部及び冷媒流出口９は、前記冷媒回路の一部を構成する。

第２ハウジング２Ｂには、前記熱媒体回路を循環する熱媒体を内部に流入させるための熱媒体流入口１０が形成されている。流入させる熱媒体は、例えば、上述の熱媒体－空気熱交換器を通過した熱媒体、すなわち、低温の熱媒体である。本実施形態において、熱媒体流入口１０は、第２ハウジング２Ｂの第３ハウジング２Ｃ側の部位、つまり、第２ハウジング２Ｂの内部と第３ハウジング２Ｃの内部とを仕切る第２仕切部７２の近傍であって且つ図１における奥側（図２における右側）に設けられている。好ましくは、熱媒体流入口１０は、熱媒体の少なくとも一部が第２仕切部７２に沿って流れるように、前記熱媒体回路を循環する熱媒体を第２ハウジング２Ｂ内に流入させるように構成されている。

熱媒体流入口１０を介して第２ハウジング２Ｂの内部に流入した（低温の）熱媒体は、第２ハウジング２Ｂの内部を流れ、その際、電気ヒータ５によって加熱されて昇温する。加熱された熱媒体は、第２ハウジング２Ｂに形成された熱媒体流出口１１から流出し、例えば、上述の熱媒体－空気熱交換器に供給される。

本実施形態において、熱媒体流出口１１は、第２ハウジング２Ｂの内部と第３ハウジング２Ｃの内部とを仕切る第２仕切部７２の近傍であって且つ図１における手前側（図２における左側）に設けられている。このため、本実施形態において、熱媒体流入口１０から第２ハウジング２Ｂ内に流入した熱媒体は、第２ハウジング２Ｂ内を、第２仕切部７２に沿って、図２、図４における右側から左側に向かって流れる。

なお、第２仕切部７２は、熱媒体流入口１０を介して第２ハウジング２Ｂ内に流入する（低温の）熱媒体によって冷却され得る。また、熱媒体流入口１０、第２ハウジング２Ｂの内部及び熱媒体流出口１１は、前記熱媒体回路の一部を構成する。

ここで、図には示されていないが、モータ駆動回路２０から電動モータ４への給電線及びヒータ制御回路３０から電気ヒータ５への給電線は、それぞれ気密及び液密な状態で第３ハウジング２Ｃの底壁７を貫通して延びている。

次に、図５及び図６を参照して電動モータ４を制御（駆動）するモータ駆動回路２０及び電気ヒータ５を制御するヒータ制御回路３０について説明する。

図５は、モータ駆動回路２０の要部構成例を示す図である。本実施形態において、モータ駆動回路２０は、外部電源からの直流電圧を三相交流電圧に変換して電動モータ４に供給することで電動モータ４を制御（駆動）するように構成されている。モータ駆動回路２０は、平滑部２１と、第１パワーモジュール２２と、第１ドライバ回路２３とを有する。

平滑部２１は、外部電源の電源ラインと接地ラインとの間に接続されており、外部電源からの直流電圧を平滑化する。特に限定されないが、平滑部２１は、例えば、複数の電解コンデンサで構成され得る。

第１パワーモジュール２２は、６つのパワースイッチング素子（以下、第１パワースイッチング素子」という）Ｑ１～Ｑ６と、６つのダイオードＤ１～Ｄ６とを含む。特に限定されないが、第１パワースイッチング素子Ｑ１～Ｑ６は、ＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）であり得る。第１パワーモジュール２２は、第１パワースイッチング素子Ｑ１～Ｑ６がＰＭＷ制御されることにより、平滑部２１によって平滑化された、外部電源からの直流電圧を三相交流電圧に変換して電動モータ４に供給する。

具体的には、第１パワーモジュール２２は、外部電源の電源ラインと接地ラインとの間に、互いに並列に設けられたＵ相アーム、Ｖ相アーム及びＷ相アームを有する。

Ｕ相アームには、２つの第１パワースイッチング素子Ｑ１、Ｑ２が直列に接続され、各第１パワースイッチング素子Ｑ１、Ｑ２にはダイオードＤ１、Ｄ２がそれぞれ逆並列に接続されている。

Ｖ相アームには、２つの第１パワースイッチング素子Ｑ３、Ｑ４が直列に接続され、各第１パワースイッチング素子Ｑ３、Ｑ４にはダイオードＤ３、Ｄ４がそれぞれ逆並列に接続されている。

Ｗ相アームには、２つの第１パワースイッチング素子Ｑ５、Ｑ６が直列に接続され、各第１パワースイッチング素子Ｑ５、Ｑ６にはダイオードＤ５、Ｄ６がそれぞれ逆並列に接続されている。

また、Ｕ、Ｖ、Ｗ各相アームの中間点は、それぞれの一端においてスター結線された電動モータ４のＵ、Ｖ、Ｗ各相コイルの他端に接続されている。つまり、Ｕ相アームのパワースイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の中間点がＵ相コイルに接続され、Ｖ相アームのパワースイッチング素子Ｑ３、Ｑ４の中間点がＶ相コイルに接続され、及び、Ｗ相アームのパワースイッチング素子Ｑ５、Ｑ６の中間点がＷ相コイルに接続されている。

したがって、第１パワーモジュール２２は、各相アームの電源ライン側の第１パワースイッチング素子Ｑ１，Ｑ３，Ｑ５のＯＮ期間と接地ライン側の第１パワースイッチング素子Ｑ２，Ｑ４，Ｑ６のＯＮ期間との比率が制御される（ＰＷＭ制御される）ことにより、平滑部２１によって平滑化された、外部電源からの直流電圧を三相交流電圧に変換して電動モータ４に供給することができ、これにより、電動モータ４を駆動し、及び圧縮機構３を駆動することができる。

第１ドライバ回路２３は、後述する複合装置１の制御ユニット１５からの制御信号（ＰＷＭ信号）に基づき、第１パワースイッチング素子Ｑ１～Ｑ６をＯＮ／ＯＦＦ駆動（ＰＷＭ制御）する。

つまり、本実施形態において、モータ駆動回路２０（第１パワースイッチング素子Ｑ１～Ｑ６）の動作、ひいては、電動モータ４及び圧縮機構３（冷媒圧縮機能）の動作は、制御ユニット１５によって制御されるようになっている。

図６は、ヒータ制御回路３０の要部構成例を示す図である。本実施形態において、ヒータ制御回路３０は、高電圧電源の電圧を電気ヒータ５に印加するように構成されており、第２パワーモジュール３１と、第２ドライバ回路３２とを有する。

第２パワーモジュール３１は、電気ヒータ５への通電を制御する２つのパワースイッチング素子（以下、「第２パワースイッチング素子」という）Ｑ７、Ｑ８を含む。第２パワースイッチング素子Ｑ７、Ｑ８は、モータ駆動回路２０の第１パワースイッチング素子Ｑ１～Ｑ６と同様、ＩＧＢＴであり得る。本実施形態において、２つの第２パワースイッチング素子Ｑ７、Ｑ８のうちの一方の第２パワースイッチング素子Ｑ７は、電気ヒータ５よりも高電圧電源の出力側（電圧側）に設けられ、他方の第２パワースイッチング素子Ｑ８は、電気ヒータ５よりも高電圧電源の接地側に設けられている。

第２パワーモジュール３１は、第２パワースイッチング素子Ｑ７、Ｑ８が制御（ＰＭＷ制御）されることにより、電気ヒータ５への通電をＯＮ／ＯＦＦし、これによって、電気ヒータ５の温度、さらには、電気ヒータ５によって加熱される熱媒体の温度を制御することができる。

第２ドライバ回路３２は、後述する複合装置１の制御ユニット１５からの制御信号（ＰＷＭ信号）に基づき、第２パワースイッチング素子Ｑ７、Ｑ８をＯＮ／ＯＦＦ駆動（ＰＷＭ制御）する。

つまり、本実施形態において、ヒータ制御回路３０（第２パワースイッチング素子Ｑ７、Ｑ８）の動作、ひいては、電気ヒータ５（熱媒体加熱機能）の動作は、制御ユニット１５によって制御されるようになっている。

ここで、図７を参照して実施形態に係る複合装置１における、モータ駆動回路２０の第１パワースイッチング素子Ｑ１～Ｑ６及びヒータ制御回路３０の第２パワースイッチング素子Ｑ７、Ｑ８の配置構造について説明する。図７は、複合装置１の部分概略断面図（図３のＢ－Ｂ断面図に相当する図）である。

上述のように、モータ駆動回路２０及びヒータ制御回路３０は、回路基板６に実装されて第３ハウジング２Ｃの内部に収容されている。回路基板６は、図７に示されるように、第３ハウジング２Ｃの内部に設けられた複数の基板取付部１２に取り付けられ得る。本実施形態において、複数の基板取付部１２のそれぞれは、第３ハウジング２Ｃの底壁７から（第１ハウジング２Ａ及び第２ハウジング２Ｂから離れる方向）に突出するボス状に形成されており、複数の基板取付部１２の上面に回路基板６がねじ１３によって取り付けられている。

モータ駆動回路２０の第１パワースイッチング素子Ｑ１～Ｑ６及びヒータ制御回路３０の第２パワースイッチング素子Ｑ７、Ｑ８は、第３ハウジング２Ｃ内において、冷媒流入口８から第１ハウジング２Ａ内に流入した冷媒、及び、熱媒体流入口１０から第２ハウジング２Ｂ内に流入した熱媒体によって冷却され得る位置に配置されている。

具体的には、モータ駆動回路２０の第１パワースイッチング素子Ｑ１～Ｑ６は、基板取付部１２に取り付けられた回路基板６の第３ハウジング２Ｃの底壁７側の面に実装され、それぞれが第１仕切部７１の第２仕切部７２側の部位に、好ましくは、第１仕切部７１の第２仕切部７２に（境界を介して）隣接した部位に熱的に接触している。

また、ヒータ制御回路３０の第２パワースイッチング素子Ｑ７、Ｑ８は、基板取付部１２に取り付けられた回路基板６の第３ハウジング２Ｃの底壁７側の面に実装され、それぞれが第２仕切部７２の第１仕切部７１側の部位に、好ましくは、第２仕切部７２の第１仕切部７１に（境界を介して）隣接した部位に熱的に接触している。

なお、「Ｘに熱的に接触する」とは、Ｘとの間で熱交換可能な状態にあることをいい、Ｘに直接接触すること、Ｘに近接していること、及び、熱伝導率が高い熱交換部材などを介してＸに間接的に接触することなどが含まれる。

図８は、実施形態に係る複合装置１の制御系の概略構成を示すブロック図である。複合装置１は、複合装置１の全体動作を制御する制御ユニット１５を有する。本実施形態において、制御ユニット１５には、上位の制御装置（例えば、上述の車両用空調装置の制御装置）から、冷媒圧縮機能の動作／停止指令や熱媒体加熱機能の動作／停止指令などが入力される。

また、制御ユニット１５には、電動モータ４の回転数を検出する回転数検出部５１、第１パワースイッチング素子Ｑ１～Ｑ６の温度を検出する第１温度検出部５２、第２パワースイッチング素子Ｑ７，Ｑ８の温度を検出する第２温度検出部５３などの各種検出部の検出信号が入力される。なお、回転数検出部５１は、電動モータ４の回転数を算出するものであってよい。第１温度検出部５２は、第１パワースイッチング素子Ｑ１～Ｑ６の温度に相関する値を検出するものであってよく、第２温度検出部５３は、第２パワースイッチング素子Ｑ７，Ｑ８の温度に相関する値を検出するものであってよい。

さらに、本実施形態において、制御ユニット１５は、熱媒体を前記熱媒体回路内で循環させる前記ポンプ部を制御するポンプ制御装置６０と通信可能に接続されており、前記ポンプ部の動作要求（以下「ポンプ動作要求」という）をポンプ制御装置６０に出力することにより、ポンプ制御装置６０を介して前記ポンプ部を動作させること、すなわち、熱媒体を前記熱媒体回路内で循環させることが可能に構成されている。

そして、制御ユニット１５は、前記上位の制御装置からの指令及び前記各種検出部の検出結果に基づいて複合装置１の冷媒圧縮機能及び熱媒体加熱機能の動作を制御するように構成されている。以下、制御ユニット１５による冷媒圧縮機能の動作制御及び熱媒加熱機能の動作制御について説明する。

図９、図１０は、制御ユニット１５による冷媒圧縮機能の動作制御の一例を示すフローチャートである。

ステップＳ１において、制御ユニット１５は、冷媒圧縮機能の動作指令が入力されたか否かを判定する。そして、冷媒圧縮機能の動作指令が入力されると（ステップＳ１；ＹＥＳ）、制御ユニット１５はステップＳ２の処理に進む。

ステップＳ２において、制御ユニット１５は、冷媒圧縮機能を動作させる。すなわち、制御ユニット１５は、冷媒圧縮機能の動作指令に応じた制御信号（ＰＷＭ信号）を第１ドライバ回路２３に出力することで第１パワースイッチング素子Ｑ１～Ｑ６をＯＮ／ＯＦＦ駆動し、これによって、電動モータ４を動作させて冷媒圧縮機能を動作させる。

ステップＳ３において、制御ユニット１５は、電動モータ４の回転数（以下「モータ回転数」という）が所定回転数以下であるか否かを判定する。モータ回転数が前記所定回転数を超えている場合（ステップＳ３；ＮＯ）、制御ユニット１５はステップＳ４の処理に進む。

ステップＳ４において、制御ユニット１５は、冷媒圧縮機能の停止指令が入力されたか否かを判定する。冷媒圧縮機能の停止指令が入力された場合（ステップＳ４；ＹＥＳ）、制御ユニット１５はステップＳ５の処理に進み、冷媒圧縮機能の停止指令が入力されていない場合（ステップＳ４；ＮＯ）、制御ユニット１５はステップＳ２の処理に戻る。

ステップＳ５において、制御ユニット１５は、冷媒圧縮機能の動作を停止させる。すなわち、制御ユニット１５は、第１ドライバ回路２３に対する制御信号（ＰＷＭ信号）の出力を停止することにより、電動モータ４を停止させて冷媒圧縮機能の動作を停止させる。そして、冷媒圧縮機能の動作を停止させると、制御ユニット１５は本フローを終了する。

ステップＳ３の処理において、モータ回転数が前記所定回転数以下である場合（ステップＳ；ＹＥＳ）、すなわち、電動モータ４が前記所定回転数以下の低回転で動作している場合、制御ユニット１５はステップＳ６の処理に進む。

ステップＳ６において、制御ユニット１５は、第１パワースイッチング素子Ｑ１～Ｑ６の温度（以下「第１スイッチング素子温度」という）を検出する。この検出は、第１温度検出部５２の検出信号に基づいて行われる。

ステップＳ７において、制御ユニット１５は、ステップＳ６で検出された第１スイッチング素子温度が第１閾値温度以上であるか否かを判定する。第１スイッチング素子温度が前記第１閾値温度未満である場合（ステップＳ７；ＮＯ）、制御ユニット１５はステップＳ４の処理に進み、第１スイッチング素子温度が前記第１閾値温度以上である場合（ステップＳ７；ＹＥＳ）、制御ユニット１５はステップＳ８の処理に進む。

ステップＳ８において、制御ユニット１５は、ステップＳ６で検出された第１スイッチング素子温度が第２閾値温度（＞第１閾値温度）以上であるか否かを判定する。第１スイッチング素子温度が第２閾値温度未満である場合（ステップＳ８；ＮＯ）、制御ユニット１５はステップＳ９の処理に進む。

ステップＳ９において、制御ユニット１５は、前記ポンプ動作要求をポンプ制御装置６０に出力する。これにより、前記ポンプ部が動作して熱媒体が前記熱媒体回路内を循環する（すなわち、熱媒体が第２ハウジング２Ｂの内部を流れる）。

ステップＳ１０において、制御ユニット１５は、冷媒圧縮機能の停止指令が入力されたか否かを判定する。冷媒圧縮機能の停止指令が入力された場合（ステップＳ１０；ＹＥＳ）、制御ユニット１５はステップＳ１１に進み、前記ポンプ動作要求の解除をポンプ制御装置６０に出力した後にステップＳ５の処理に進む。すなわち、制御ユニット１５は、冷媒圧縮機能の動作を停止させる。他方、冷媒圧縮機能の停止指令が入力されていない場合（ステップＳ１１；ＮＯ）、制御ユニット１５はステップＳ６の処理に戻る。

ステップＳ８の処理において、第１スイッチング素子温度が第２閾値温度以上である場合（ステップＳ８；ＹＥＳ）、制御ユニット１５は、ステップＳ１２の処理に進み、冷媒圧縮機能の動作を強制停止させる。すなわち、制御ユニット１５は、第１ドライバ回路２３に対する制御信号（ＰＷＭ信号）の出力を直ちに停止する。第１パワースイッチング素子Ｑ１～Ｑ６の過熱保護を図るためである。そして、冷媒圧縮機能の動作を強制停止させると、制御ユニット１５は、本フローを終了する。なお、前記ポンプ動作要求をポンプ制御装置６０に出力済みの場合、制御ユニット１５は、前記ポンプ動作要求の解除をポンプ制御装置６０に出力する。

図１１は、制御ユニット１５による熱媒体加熱機能の動作制御の一例を示すフローチャートである。

ステップＳ２１において、制御ユニット１５は、熱媒体加熱機能の動作指令が入力されたか否かを判定する。そして、熱媒体加熱機能の動作指令が入力されると（ステップＳ２１；ＹＥＳ）、制御ユニット１５はステップＳ２２の処理に進む。

ステップＳ２２において、制御ユニット１５は、熱媒体加熱機能を動作させる。すなわち、制御ユニット１５は、熱媒体加熱機能の動作指令に応じた制御信号（ＰＷＭ信号）を第２ドライバ回路３２に出力して第２パワースイッチング素子Ｑ７、Ｑ８をＯＮ／ＯＦＦ駆動し、これによって、電気ヒータ５を動作させて熱媒体加熱機能を動作させる。

ステップＳ２３において、制御ユニット１５は、第２パワースイッチング素子Ｑ７、Ｑ８の温度（以下「第２スイッチング素子温度」という）を検出する。この検出は、第２温度検出部５３の検出信号に基づいて行われる。

ステップＳ２４において、制御ユニット１５は、ステップＳ２３で検出された第２スイッチング素子温度が第３閾値温度以上であるか否かを判定する。第３スイッチング素子温度が第３閾値温度未満である場合（ステップＳ２４；ＮＯ）、制御ユニット１５はステップＳ２５の処理に進む。

ステップＳ２５において、制御ユニット１５は、熱媒体加熱機能の停止指令が入力されたか否かを判定する。熱媒体加熱機能の停止指令は入力されていない場合（ステップＳ２５；ＮＯ）、制御ユニット１５はステップＳ２３の処理に戻る。他方、熱媒体加熱機能の停止指令が入力された場合（ステップＳ２５；ＹＥＳ）、制御ユニット１５はステップＳ２６の処理に進む。

ステップＳ２６において、制御ユニット１５は、熱媒体加熱機能の動作を停止させる。すなわち、制御ユニット１５は、第２ドライバ回路３２に対する制御信号（ＰＷＭ信号）の出力を停止することにより、電気ヒータ５を停止させて熱媒体加熱機能の動作を停止させる。そして、熱媒体加熱機能の動作を停止させると、制御ユニット１５は本フローを終了する。

ステップＳ２４の処理において、第３スイッチング素子温度が第３閾値温度以上である場合（ステップＳ２４；ＹＥＳ）、制御ユニット１５は、ステップＳ２７の処理に進み、熱媒体加熱機能の動作を強制停止させる。すなわち、制御ユニット１５は、第２ドライバ回路３２に対する制御信号（ＰＷＭ信号）の出力を直ちに停止する。第２パワースイッチング素子Ｑ７、Ｑ８の過熱保護を図るためである。そして、熱媒体加熱機能の動作を強制停止させると、制御ユニット１５は本フローを終了する。

実施形態に係る複合装置１によれば以下の効果が得られる。

複合装置１は、冷媒を圧縮する圧縮機構３と圧縮機構３を駆動する電動モータ４とを内部に直列に収容する第１ハウジング（圧縮機ハウジング）２Ａと、熱媒体を加熱する電気ヒータ５を内部に収容する第２ハウジング（ヒータハウジング）２Ｂと、電動モータ４を制御するモータ駆動回路２０及び電気ヒータ５を制御するヒータ制御回路３０を内部に収容する第３ハウジング（回路ハウジング）２Ｃとを含む。第１ハウジング２Ａは、圧縮機構３で圧縮される冷媒を内部に流入させる冷媒流入口８と圧縮機構３で圧縮された冷媒を外部に流出させる冷媒流出口９とを有し、第２ハウジング２Ｂは、電気ヒータ５で加熱される熱媒体を内部に流入させる熱媒体流入口１０と電気ヒータ５で加熱された熱媒体を外部に流出させる熱媒体流出口１１とを有する。そして、第１ハウジング２Ａ、第２ハウジング２Ｂ及び第３ハウジング２Ｃは、一体的に結合されている。

このような複合装置１は、冷媒を圧縮する冷媒圧縮機（電動圧縮機）及び熱媒体を加熱する熱媒体加熱装置として機能し得るものであり、冷媒を圧縮しながら、熱媒体を加熱することができる。このため、複合装置１は、上述したような車両用空気調和装置に適用され得る。そして、複合装置１が車両用空気調和装置に適用されることにより、電動圧縮機及び熱媒体加熱装置を別個に有する従来の構成に比べて、車両用空気調和装置の小型化を図ることが可能である。

また、第３ハウジング２Ｃ内において、モータ駆動回路２０の第１パワースイッチング素子Ｑ１～Ｑ６は、第１ハウジング２Ａ内に流入した冷媒及び第２ハウジング２Ｂ内に流入した熱媒体によって冷却され得るように配置されている。具体的には、第１パワースイッチング素子Ｑ１～Ｑ６は、第１ハウジング２Ａの内部と第３ハウジング２Ｃの内部とを仕切る第１仕切部７１の、第２ハウジング２Ｂの内部と第３ハウジング２Ｃの内部とを仕切る第２仕切部７２側の部位に熱的に接触するように配置されており、第１ハウジング２Ａの冷媒流入口８は、第１仕切部７１の近傍に設けられ、第２ハウジング２Ｂの熱媒体流入口１０は、第２仕切部７２の近傍に設けられている。

第１仕切部７１の第２仕切部７２側の部位は、第１ハウジング２Ａ内に流入する冷媒によって冷却されることはもちろん、第２ハウジング２Ｂ内に流入する熱媒体によっても冷却され得る。このため、第１パワースイッチング素子Ｑ１～Ｑ６は、第１ハウジング２Ａに流入する冷媒及び第２ハウジング２Ｂ内に流入する熱媒体によって冷却され得る第１仕切部７１の第２仕切部７２側の部位との熱交換とによって冷却される。したがって、第１パワースイッチング素子Ｑ１～Ｑ６の冷却（放熱）性能が確保される。

また、制御ユニット１５は、電動モータ４（すなわち、冷媒圧縮機能）が所定回転数以下の低回転で動作している場合、熱媒体を前記熱媒体回路内で循環させる前記ポンプ部を制御するポンプ制御装置６０に対して前記ポンプ動作要求を出力し、これによって前記ポンプ部を動作させて第２ハウジング２Ｂの内部に熱媒体を流すように構成されている。

電動モータ４が低回転で動作しているときは、第１ハウジング２Ａ内に流入する冷媒が減少し、冷媒による第１仕切部７１の冷却性能、ひいては、第１パワースイッチング素子Ｑ１～Ｑ６の冷却性能が低下する。本実施形態では、電動モータ４が低回転で動作している場合、ポンプ制御装置６０に対して前記ポンプ動作要求を出力することで第２ハウジング２Ｂ内に熱媒体を流すようにしている。このため、熱媒体によって第１仕切部７１の第２仕切部７２側の部位が冷却され、その結果、熱媒体による第１パワースイッチング素子Ｑ１～Ｑ６の冷却が可能になる。つまり、第１パワースイッチング素子Ｑ１～Ｑ６に対する冷媒による冷却性能の低下を熱媒体による冷却によって補うことができる。したがって、電動モータ４が低回転で動作しているときにおいても、第１パワースイッチング素子Ｑ１～Ｑ６の冷却（放熱）性能が確保される。

また、制御ユニット１５は、第１パワースイッチング素子Ｑ１～Ｑ６の温度が第１閾値温度よりも高い場合に、ポンプ制御装置６０に対して前記ポンプ動作要求を出力するように構成されている。このため、第１パワースイッチング素子Ｑ１～Ｑ６に対する冷媒による冷却性能の低下を熱媒体による冷却で効果的かつ効率的に補うことができる。

さらに、制御ユニット１５は、第１パワースイッチング素子Ｑ１～Ｑ６の温度が第２閾値温度（＞第１閾値温度）以上になると、冷媒圧縮機能（電動モータ４）の動作を強制停止させるように構成されている。このため、第１パワースイッチング素子Ｑ１～Ｑ６の過熱保護を図ることができる。

なお、上述の実施形態において、制御ユニット１５は、ポンプ制御装置６０に対して前記ポンプ動作要求を出力している。しかし、これに限られるものではない。制御ユニット１５は、前記ポンプ動作要求をポンプ制御装置６０以外の制御装置（例えば、前記上位の制御装置）に出力し、当該制御装置からポンプ制御装置６０に前記ポンプ部の動作指令が与えられるように構成されてもよい。つまり、ポンプ制御装置６０は、制御ユニット１５から出力された前記ポンプ動作要求に基づいて前記ポンプ部を動作させればよく、「ポンプ制御装置６０に対して前記ポンプ動作要求を出力する」には、前記ポンプ動作要求を他の制御装置等を介して間接的にポンプ制御装置６０に対して出力することが含まれる。

また、制御ユニット１５は、第１パワースイッチング素子Ｑ１～Ｑ６の温度に応じて前記ポンプ動作要求（の内容）を変更してもよい。例えば、前記ポンプ動作要求が、前記熱媒体回路を循環させる熱媒体の流量情報を含み、制御ユニット１５は、第１パワースイッチング素子Ｑ１～Ｑ６の温度が高いほど前記熱媒体回路を循環する熱媒体の流量（すなわち、第２ハウジング２Ｂの内部を流れる熱媒体の流量）が多くなるような前記ポンプ動作要求をポンプ制御装置６０に対して出力してもよい。

また、上述の実施形態においては、モータ駆動回路２０及びヒータ制御回路３０が１つの回路基板６に実装されている。しかし、これに限られるものではない。モータ駆動回路２０とヒータ制御回路３０とが個別の回路基板に実装されてもよいし、モータ駆動回路２０及び／又はヒータ制御回路３０が複数の回路基板に分割して実装されてもよい。

また、上記では、主に複合装置１が車両用空気調和装置に適用される場合について説明されている。しかし、これに限られるものではない。複合装置１は、冷媒を圧縮する電動圧縮機及び熱媒体を加熱する熱媒体加熱装置を利用する種々の装置やシステムに適用することが可能である。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上述の実施形態に制限されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて変形及び変更が可能であることはもちろんである。

１…複合装置、２…ハウジング、２Ａ…第１ハウジング（圧縮機ハウジング）、２Ｂ…第２ハウジング（ヒータハウジング）、２Ｃ…第３ハウジング（回路ハウジング）、３…圧縮機構、４…電動モータ、５…電気ヒータ、６…回路基板、７…底壁、８…冷媒流入口、９…冷媒流出口、１０…熱媒体流入口、１１…熱媒体流出口、１５…制御ユニット、２０…モータ駆動回路、３０…ヒータ制御回路、５１…回転数検出部、５２…第１温度検出部、５３…第２温度検出部、６０…ポンプ制御装置、７１…第１仕切部、７２…第２仕切部、Ｑ１～Ｑ６…第１パワースイッチング素子（モータ駆動回路のスイッチング素子）、Ｑ７，Ｑ８…第２パワースイッチング素子

Claims (5)

1. 冷媒圧縮機能及び熱媒体加熱機能を有する複合装置であって、
   冷媒を圧縮する圧縮機構と、
   前記圧縮機構を駆動する電動モータと、
   前記圧縮機構と前記電動モータとを内部に直列に収容すると共に、前記圧縮機構で圧縮される冷媒を内部に流入させる冷媒流入口と前記圧縮機構で圧縮された冷媒を外部に流出させる冷媒流出口とを有する圧縮機ハウジングと、
   熱媒体を加熱する電気ヒータと、
   前記電気ヒータを内部に収容すると共に、前記電気ヒータで加熱される熱媒体を内部に流入させる熱媒体流入口と前記電気ヒータで加熱された熱媒体を外部に流出させる熱媒体流出口とを有するヒータハウジングと、
   前記電動モータを制御するモータ駆動回路と、
   前記電気ヒータを制御するヒータ制御回路と、
   前記モータ駆動回路及び前記ヒータ制御回路を内部に収容する回路ハウジングと、
   を含み、
   前記圧縮機ハウジング、前記ヒータハウジング及び前記回路ハウジングは、一体的に結合されており、
   前記モータ駆動回路は、直流電圧を交流電圧に変換するスイッチング素子を有し、
   前記回路ハウジング内において、前記モータ駆動回路のスイッチング素子は、前記圧縮機ハウジング内に流入した冷媒によって冷却され得ると共に、前記ヒータハウジング内に流入した熱媒体によっても冷却され得るように配置されている、
   複合装置。
2. 前記圧縮機ハウジングの内部と前記回路ハウジングの内部とは第１仕切部によって仕切られていると共に、前記ヒータハウジングの内部と前記回路ハウジングの内部とは前記第１仕切部に隣接する第２仕切部によって仕切られており、
   前記圧縮機ハウジングの前記冷媒流入口は、前記第１仕切部の近傍に設けられ、
   前記ヒータハウジングの前記熱媒体流入口は、前記第２仕切部の近傍に設けられ、
   前記回路ハウジング内において、前記モータ駆動回路のスイッチング素子は、前記第１仕切部の前記第２仕切部に近い側の部位に熱的に接触するように配置されている、
   請求項１に記載の複合装置。
3. 冷媒が循環する冷媒回路と、ポンプ部によって熱媒体が循環する熱媒体回路とに組み込まれて使用され、
   前記電動モータの回転数を検出する回転数検出部と、
   前記複合装置の全体動作を制御すると共に、前記ポンプ部を制御するポンプ制御装置と通信可能に構成された制御ユニットと、
   をさらに含み、
   前記制御ユニットは、前記電動モータが所定回転数以下の低回転で動作しているとき、前記ポンプ制御装置に対してポンプ動作要求を出力し、これによって、前記ポンプ部を動作させて前記熱媒体を前記ヒータハウジングの内部に流すように構成されている、
   請求項１又は２に記載の複合装置。
4. 前記モータ駆動回路のスイッチング素子の温度を検出する温度検出部をさらに含み、
   前記制御ユニットは、前記電動モータが所定回転数以下の低回転で動作しているときであって、前記モータ駆動回路のスイッチング素子の温度が第１閾値温度以上の場合に、前記ポンプ制御装置に対してポンプ動作要求を出力する、
   請求項３に記載の複合装置。
5. 前記制御ユニットは、前記モータ駆動回路のスイッチング素子の温度が前記第１閾値温度よりも高い第２閾値温度以上になると前記電動モータを強制停止させる、請求項４に記載の複合装置。