JP2024002373A - 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ことができる複合装置を提供すると共に複合装置において電力の供給等に用いられるスイッチング素子のサージ電圧による損傷を防止しつつスイッチング損失の増加を抑制する。【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において、熱媒体加熱用の電気ヒータを制御するヒータ制御回路の第２スイッチング素子Ｑ７、Ｑ８のスイッチング周波数は、圧縮機構駆動用の電動モータを駆動するモータ駆動回路の第１スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６のスイッチング周波数よりも低く、第２スイッチング素子Ｑ７、Ｑ８のスイッチング速度は第１スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６のスイッチング速度よりも遅く、第１スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６に関する配線の寄生インダクタンスは、第２スイッチング素子Ｑ７、Ｑ８に関する配線に寄生インダクタンスよりも小さい。【選択図】図８

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ことができる複合装置を提供すると共に、複合装置において電力の供給等に用いられるスイッチング素子のサージ電圧による損傷を防止しつつスイッチング損失の増加を抑制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。複合装置は、冷媒を圧縮する圧縮機構及び前記圧縮機構を駆動する電動モータを内部に収容すると共に、冷媒を内部に流入させる冷媒流入口及び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を内部に収容すると共に、熱媒体を内部に流入させる熱媒体流入口及び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を有するヒータハウジングと、前記電動モータを駆動するモータ駆動回路及び前記電気ヒータを制御するヒータ制御回路を含む電子回路が実装された回路基板を内部に収容する回路ハウジングとを含む。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いる。また、前記モータ駆動回路及び前記ヒータ制御回路は、それぞれスイッチング素子を含む。そして、前記ヒータ制御回路のスイッチング素子のスイッチング周波数は、前記モータ駆動回路のスイッチング素子のスイッチング周波数よりも低く設定され、前記ヒータ制御回路のスイッチング素子のスイッチング速度は、前記モータ駆動回路のスイッチング素子のスイッチング速度よりも遅く設定され、及び、前記電子回路は、前記モータ駆動回路のスイッチング素子に接続される配線の寄生インダクタンスが前記ヒータ制御回路のスイッチング素子に接続される配線の寄生インダクタンスよりも小さくなるように形成されている。

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ことができる複合装置を提供することができる。また、本発明によれば、複合装置において電力の供給等に用いられるスイッチング素子のサージ電圧による損傷を防止しつつスイッチング損失の増加を抑制することができる。

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及びヒータ制御回路を含む電子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。 前記電子回路が実装された回路基板の配線パターン例を示す図である。

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、電動ポンプなどで構成される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。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（熱媒体加熱装置）は、水加熱機能（水加熱装置）とも称され得る。

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、冷媒を圧縮する圧縮機構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」とも称され得る。

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、熱媒体を加熱する電気ヒータ５を収容する第２ハウジング２Ｂは、「ヒータハウジング」とも称され得る。

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の内部には、電動モータ４を駆動（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、本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を含む電子回路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。

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（具体的にはこれらを含む前記電子回路が実装された回路基板６）を収容する第３ハウジング２Ｃは、「回路ハウジング」又は「基板ハウジング」とも称され得る。

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（電動圧縮機）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る。また、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。さらに、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。つまり、複合装置１において、熱媒体の流れ方向は、冷媒の流れ方向に略直交している。

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、電動モータ４を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及びヒータ制御回路３０を含む前記電子回路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、車両に搭載された高電圧バッテリなどの高電圧電源ＨＶ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を駆動（制御）するように構成されている。また、ヒータ制御回路３０は、高電圧電源ＨＶの電気ヒータ５への印加（高電圧電源ＨＶと電気ヒータ５との間の通電）を制御することで電気ヒータ５の温度を制御するように構成されている。さらに、本実施形態において、前記電子回路は、高電圧電源ＨＶからの直流電圧を平滑化する平滑コンデンサＳＣを含んでいる。

図５に示されるように、前記電子回路において、平滑コンデンサＳＣは、高電圧電源ＨＶの電源ライン（ＨＶ＋）と接地ライン（ＨＶＧＮＤ）との間に接続されている。平滑コンデンサＳＣは、高電圧電源ＨＶからモータ駆動回路２０及びヒータ制御回路３０に供給される直流電圧を平滑化する。

モータ駆動回路２０は、第１パワーモジュール２１と、第１ドライバ２２とを有する。なお、平滑コンデンサＳＣを含んだ状態をモータ駆動回路２０ということもある。

第１パワーモジュール２１は、６つのパワースイッチング素子（以下単に「第１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２１は、第１スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６がＰＷＭ制御されることにより、高電圧電源ＨＶ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２１は、高電圧電源ＨＶ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スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２が直列に接続されており、各第１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スイッチング素子Ｑ３、Ｑ４が直列に接続されており、各第１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スイッチング素子Ｑ５、Ｑ６が直列に接続されており、各第１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相アームのそれぞれの中間点は、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相コイルの他端に接続されている。つまり、Ｕ相アームの第１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相アームの第１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相アームの第１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２１は、各相アームの電源ライン側の第１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、平滑コンデンサＳＣによって平滑化された、高電圧電源ＨＶ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２２は、後述する制御ユニット１５からの制御信号（ＰＷＭ信号）に基づき、第１スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６（のゲート）をＯＮ／ＯＦＦ駆動（スイッチング）する。

つまり、本実施形態において、モータ駆動回路２０の動作（第１スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６のスイッチング動作）、ひいては、電動モータ４及び圧縮機構３（すなわち、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。

ヒータ制御回路３０は、第２パワーモジュール３１と、第２ドライバ３２とを有する。

第２パワーモジュール３１は、高電圧電源ＨＶの電気ヒータ５への印加を制御する２つのスイッチング素子（以下「第２スイッチング素子」という）Ｑ７、Ｑ８を含む。第２スイッチング素子Ｑ７、Ｑ８は、モータ駆動回路２０の第１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スイッチング素子Ｑ７、Ｑ８のうちの一方の第２スイッチング素子Ｑ７は、電気ヒータ５よりも高電圧電源ＨＶの出力側（電圧側）に設けられ、他方の第２スイッチング素子Ｑ８は、電気ヒータ５よりも高電圧電源ＨＶ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スイッチング素子Ｑ７、Ｑ８が制御（ＰＷＭ制御）されることにより、高電圧電源ＨＶと電気ヒータ５との間の通電を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。

第２ドライバ３２は、モータ駆動回路２０の第１ドライバ２２と同様、制御ユニット１５からの制御信号（ＰＷＭ信号）に基づき、第２スイッチング素子Ｑ７、Ｑ８（のゲート）をＯＮ／ＯＦＦ駆動（スイッチング）する。

つまり、本実施形態において、ヒータ制御回路３０（第２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６を参照して、平滑コンデンサＳＣ、モータ駆動回路２０の第１スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６及びヒータ制御回路３０の第２スイッチング素子Ｑ７、Ｑ８の配置構造について説明する。図６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）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（さらには平滑コンデンサＳＣ）を含む前記電子回路は、回路基板６に実装されて第３収容空間Ｓ３に収容されている。回路基板６は、図６に示されるように、例えば、第３収容空間Ｓ３内に設けられた複数の基板取付部１２に取り付けられている。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から上側に（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、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。

本実施形態において、平滑コンデンサＳＣ、モータ駆動回路２０の第１スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６及びヒータ制御回路３０の第２スイッチング素子Ｑ７、Ｑ８は、冷媒流入口８から第１ハウジング２Ａの内部に流入した冷媒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、平滑コンデンサＳＣ、モータ駆動回路２０の第１スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６及びヒータ制御回路３０の第２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の下面（第３ハウジング２Ｃの底壁７側の面）に実装され、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に熱的に接触するように配置されている。ここで、「第１仕切部７１に熱的に接触する」とは、第１仕切部７１との間で熱交換可能な状態にあることをいい、第１仕切部７１に直接接触していること、第１仕切部７１に熱交換可能な程度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第１仕切部７１に間接的に接触することなどが含まれる。

図７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。図７に示されるように、本実施形態において、複合装置１の制御ユニット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要求（起動要求、停止要求を含む）や熱媒体加熱機能の動作要求（起動要求、停止要求を含む）などが入力される。

また、制御ユニット１５には、第１スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６の温度又はその相関値を検出する第１温度検出部５１や第２スイッチング素子Ｑ７、Ｑ８の温度又はその相関値を検出する第２温度検出部５２などの各種検出部の検出結果も入力されている。

そして、制御ユニット１５は、入力された前記上位の制御装置からの動作要求及び／又は前記各種検出部の検出結果に応じた制御信号を第１ドライバ２２及び／又は第２ドライバ３２に供給し、これによって、第１スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６の動作（すなわち、モータ駆動回路２０の動作）を制御し、及び／又は、第２スイッチング素子Ｑ７、Ｑ８（すなわち、ヒータ制御回路３０の動作）を制御するように構成されている。

ところで、前記電子回路の配線、すなわち、回路基板６上の配線パターンは、寄生インダクタンスを有している。配線の寄生インダクタンスは、配線の長さが長いほど大きくなる傾向がある。また、前記電子回路において、平滑コンデンサＳＣと、モータ駆動回路２０の第１スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６及びヒータ制御回路３０の第２スイッチング素子Ｑ７，Ｑ８のそれぞれとの間の配線の寄生インダクタンスをＬとすると、各スイッチング素子のスイッチング（ターンオフ）時に発生するサージ電圧ΔＶは、ΔＶ＝Ｌ×ｄｉ／ｄｔとなる。ここで、「ｄｉ／ｄｔ」は、スイッチング素子に流れる電流の傾きであり、スイッチング素子のスイッチング（ターンオフ）速度に依存する。

スイッチング素子を効率的に動作させるためには、スイッチング素子のスイッチング速度を速くした方がよい。但し、スイッチング速度を速くすると、「ｄｉ／ｄｔ」が増加してサージ電圧ΔＶも上昇する。サージ電圧ΔＶがスイッチング素子の耐圧電圧を超えてしまうと、スイッチング素子の損傷を招く。そのため、同一の回路に用いられた複数のスイッチング素子のスイッチング速度は、通常、平滑コンデンサから最も離れた位置にある（配線長が最も長い）スイッチング素子に関する配線の寄生インダクタンスに制約される。すなわち、平滑コンデンサから最も離れた位置にあるスイッチング素子以外のスイッチング素子についても、平滑コンデンサから最も離れた位置にあるスイッチング素子と同じように、スイッチング速度が遅く設定される。このため、全体としてスイッチング損失が必要以上に増加してしまうことになる。

つまり、全てのスイッチング素子を効率的に動作させつつ、サージ電圧による各スイッチング素子の損傷を防止することは難しいという問題がある。

実施形態に係る複合装置１は、以下のような構成を採用し、これによって、上記問題に対処するようにしている。

（１）まず、ヒータ制御回路３０の第２スイッチング素子Ｑ７、Ｑ８の駆動周波数（スイッチング周波数）は、モータ駆動回路２０の第１スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６の駆動周波数（スイッチング周波数）よりも低い。

モータ駆動回路２０（の第１スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６）は、高電圧電源ＨＶからの直流電圧を三相交流電圧に変換するものであり、第１スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６のスイッチング周波数が低くなると、出力波形に歪み等が生じるおそれがある。出力波形に歪み等が生じると、電動モータ４の安定した動作が得られない。このため、モータ駆動回路２０の第１スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６のスイッチング周波数は、ある程度高くせざるを得ない。例えば、第１スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６のスイッチング周波数は、ｋＨｚオーダー以上の周波数である必要がある。

他方、ヒータ制御回路３０（の第２スイッチング素子Ｑ７、Ｑ８）は、高電圧電源ＨＶと電気ヒータ５との間の通電をＯＮ／ＯＦＦするものであるので、第２スイッチング素子Ｑ７、Ｑ８のスイッチング周波数は、それほど高くする必要はない。例えば、第２スイッチング素子Ｑ７、Ｑ８のスイッチング周波数は、Ｈｚオーダーの周波数で十分である。

そこで、本実施形態では、第２スイッチング素子Ｑ７、Ｑ８のスイッチング周波数が、第１スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６のスイッチング周波数よりも低く設定されている。

（２）次に、ヒータ制御回路３０の第２スイッチング素子Ｑ７、Ｑ８のスイッチング速度は、モータ駆動回路２０の第１スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６のスイッチング速度よりも遅い。

スイッチング素子のスイッチング速度を遅くすると、「ｄｉ／ｄｔ」が小さくなる。そのため、スイッチング素子がスイッチング（ターンオフ）したときに発生するサージ電圧ΔＶが低下する。したがって、スイッチング素子のスイッチング速度を遅くすることで、スイッチング（ターンオフ）時に発生するサージ電圧ΔＶがスイッチング素子の耐圧電圧を超えること、つまり、サージ電圧によってスイッチング素子が損傷することが防止され得る。但し、スイッチング素子のスイッチング速度が遅くなると、スイッチング損失が増加することになる（効率が低下する）。

ここで、上記（１）に記載されているように、本実施形態において、ヒータ制御回路３０の第２スイッチング素子Ｑ７、Ｑ８のスイッチング周波数は、モータ駆動回路２０の第１スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６のスイッチング周波数よりも低く設定されている。つまり、第２スイッチング素子Ｑ７、Ｑ８は、第１スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６と比べて、スイッチング回数が少ない。このことは、第２スイッチング素子Ｑ７、Ｑ８のスイッチング速度を遅くしても、第１スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６のスイッチング速度を遅くした場合に比べて、スイッチング損失の増加が少なくて済むこと、すなわち、全体としてのスイッチング損失の増加が抑制され得ることを意味している。

そこで、本実施形態では、第２スイッチング素子Ｑ７、Ｑ８のスイッチング速度が、第１スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６のスイッチング速度よりも遅く設定されている。特に限定されないが、本実施形態においては、第２スイッチング素子Ｑ７、Ｑ８のゲート抵抗（図示省略）が、モータ駆動回路２０の第１スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６のゲート抵抗（図示省略）より高い抵抗値を有しており、これによって、第２スイッチング素子Ｑ７、Ｑ８のスイッチング速度が第１スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６のスイッチング速度よりも遅くなっている。

（３）そして、前記電子回路において、モータ駆動回路２０の第１スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６に関する配線の寄生インダクタンスは、ヒータ制御回路３０の第２スイッチング素子Ｑ７、Ｑ８に関する配線の寄生インダクタンスよりも小さくなっている。

上記（２）に記載されたように、本実施形態において、第２スイッチング素子Ｑ７、Ｑ８のスイッチング速度は、第１スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６のスイッチング速度よりも遅く設定されている。したがって、第２スイッチング素子Ｑ７、Ｑ８における「ｄｉ／ｄｔ」は、第１スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６における「ｄｉ／ｄｔ」よりも小さい。このことは、サージ電圧ΔＶ（＝Ｌ×ｄｉ／ｄｔ）を考慮したとき、第２スイッチング素子Ｑ７、Ｑ８に関する配線の寄生インダクタンスが、第１スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６に関する配線の寄生インダクタンスよりも大きくてもよいことを意味している。つまり、第２スイッチング素子Ｑ７、Ｑ８に関する配線の寄生インダクタンスが、第１スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６に関する配線の寄生インダクタンスよりも大きくなっても、第２スイッチング素子Ｑ７、Ｑ８のスイッチング（ターンオフ）時に発生するサージ電圧ΔＶが第２スイッチング素子Ｑ７、Ｑ８の耐圧電圧を超えないようにすることが可能である。

そこで、本実施形態において、前記電子回路は、モータ駆動回路２０の第１スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６に関する配線の寄生インダクタンスが、ヒータ制御回路３０の第２スイッチング素子Ｑ７、Ｑ８に関する配線の寄生インダンクタンスよりも小さくなるように、形成されている。

配線の寄生インダクタンスは、配線の長さが短いほど小さくなる。そのため、本実施形態の前記電子回路において、平滑コンデンサＳＣは、ヒータ制御回路３０の第２スイッチング素子Ｑ７、Ｑ８よりもモータ駆動回路２０の第１スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６に近い位置に配置され（図５参照）、これによって、第１スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６に関する配線（具体的には平滑コンデンサＳＣと第１スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６との間の配線）の長さが、第２スイッチング素子Ｑ７、Ｑ８に関する配線（具体的には平滑コンデンサＳＣと第２スイッチング素子Ｑ７、Ｑ８との間の配線）の長さよりも短くなっている。

また、配線の寄生インダクタンスは、配線の幅が広い（配線が太い）ほど小さくなる。そのため、本実施形態の前記電子回路において、第１スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６に関する配線は、第２スイッチング素子Ｑ７、Ｑ８に関する配線よりも幅広に（太く）形成されている。但し、本実施形態において、第２スイッチング素子Ｑ７、Ｑ８に関する配線は、第１スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６に関する配線との共用部を含んでいる。したがって、本実施形態においては、平滑コンデンサＳＣと第１スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６との間の配線（図５において破線で囲まれた配線）が、平滑コンデンサＳＣと第２スイッチング素子Ｑ７、Ｑ８との間の配線における前記共用部以外の部分、すなわち、第１スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６と第２スイッチング素子Ｑ７、Ｑ８との間の配線（図５において一点鎖線で囲まれた配線）よりも幅広に（太く）形成されている。

具体的には、図８に示されるように、回路基板６の下面（第３ハウジング２Ｃの底壁７側の面）において、平滑コンデンサＳＣは、ヒータ制御回路３０の第２スイッチング素子Ｑ７、Ｑ８よりもモータ駆動回路２０の第１スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６に近い位置に配置（実装）されている。また、回路基板６の上面（第３カバー２Ｆ側の面）において、平滑コンデンサＳＣと第１スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６との間の配線パターンＰ１ａ、Ｐ１ｂの長さは、平滑コンデンサＳＣと第２スイッチング素子Ｑ７、Ｑ８との間の配線パターンＰ１ａ＋Ｐ２ａ、Ｐ１ｂ＋Ｐ２ｂの長さよりも短くなっている。さらに、平滑コンデンサＳＣと第１スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６との間の配線パターンＰ１ａ、Ｐ１ｂは、回路基板６上の他の配線パターン、例えば、第１スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６と第２スイッチング素子Ｑ７、Ｑ８との間の第２配線パターンＰ２ａ、Ｐ２ｂや第２スイッチング素子Ｑ７、Ｑ８から電気ヒータ５に向かって延びる第３配線パターンＰ３ａ、Ｐ３ｂよりも幅広に形成されている。

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。

実施形態に係る複合装置１は、冷媒を圧縮する圧縮機構３及び圧縮機構３を駆動する電動モータ４を内部に収容すると共に、冷媒流入口８及び冷媒流出口９を有する第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を内部に収容すると共に、熱媒体流入口１０及び熱媒体流出口１１を有する第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を含む電子回路が実装された回路基板６を内部に収容する第３ハウジング（回路ハウジング）２Ｃとを含み、これら第１ハウジング（圧縮機ハウジング）２Ａ、第２ハウジング２Ｂ（ヒータハウジング）及び第３ハウジング（回路ハウジング）２Ｃが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。

複合装置１において、モータ駆動回路２０は、直流電圧を三相交流電圧に変換する第１スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６を含み、ヒータ制御回路３０は、電気ヒータ５への通電をＯＮ／ＯＦＦする第２スイッチング素子Ｑ７、Ｑ８を含む。また、第２スイッチング素子Ｑ７、Ｑ８のスイッチング周波数（駆動周波数）は、第１スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６のスイッチング周波数（駆動周波数）よりも低く設定され、第２スイッチング素子Ｑ７、Ｑ８のスイッチング速度は、第１スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６のスイッチング速度よりも遅く設定され、及び、前記電子回路は、第１スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６に関する配線の寄生インダクタンスが、第２スイッチング素子Ｑ７、Ｑ８に関する配線の寄生インダクタンスよりも小さくなるように形成されている。

具体的には、回路基板６において、平滑コンデンサＳＣは、ヒータ制御回路３０の第２スイッチング素子Ｑ７、Ｑ８よりもモータ駆動回路２０の第１スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６に近い位置に配置されており、平滑コンデンサＳＣと第１スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６との間の配線パターンＰ１ａ，Ｐ１ｂの長さが、平滑コンデンサＳＣと第２スイッチング素子Ｑ７、Ｑ８との間の配線パターンＰ１ａ＋Ｐ２ａ，Ｐ１ｂ＋Ｐ２ｂの長さよりも短くなっている。また、平滑コンデンサＳＣと第１スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６との間の配線パターンＰ１ａ，Ｐ１ｂは、第１スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６と第２スイッチング素子Ｑ７、Ｑ８との間の配線パターンＰ２ａ，Ｐ２ｂを含む回路基板６上の他の配線パターンよりも幅広に形成されている。

このため、冷媒圧縮機能及び熱媒体加熱機能を損なうことなく、第１スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６及び第２スイッチング素子Ｑ７、Ｑ８のサージ電圧による損傷を防止しつつ、第１スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６及び第２スイッチング素子Ｑ７、Ｑ８によるスイッチング損失の増加を抑制することができる。具体的には、第１スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６については、これらに関する配線の寄生インダクタンスを小さくすることにより、スイッチング速度を遅くする（スイッチング損失を増加させる）ことなく、サージ電圧による損傷を防止する。他方、第２スイッチング素子Ｑ７、Ｑ８については、スイッチング速度を遅くすることでサージ電圧による損傷を防止すると共に、スイッチング周波数を低くすることでスイッチング損失の増加を抑制する。そして、これらにより、複合装置１において、第１スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６及び第２スイッチング素子Ｑ７、Ｑ８のサージ電圧による損傷の防止と、第１スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６及び第２スイッチング素子Ｑ７、Ｑ８によるスイッチング損失の増加の抑制とを両立させることを可能としている。

また、複合装置１において、第１ハウジング（圧縮機ハウジング）２Ａの冷媒流入口８は、第１ハウジング（圧縮機ハウジング）２Ａの内部と第３ハウジング（回路ハウジング）２Ｃの内部とを仕切る第１仕切部７１の近傍に設けられており、第３ハウジング（回路ハウジング）２Ｃ内において、平滑コンデンサＳＣ、第１スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６及び第２スイッチング素子Ｑ７、Ｑ８は、第１仕切部７１に熱的に接触するように配置されている。

このため、平滑コンデンサＳＣ、第１スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６及び第２スイッチング素子Ｑ７、Ｑ８が、第１ハウジング（圧縮機ハウジング）内に流入する冷媒によって冷却され得る第１仕切部７１との間の熱交換によって効果的に冷却され得る。つまり、平滑コンデンサＳＣ、第１スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６及び第２スイッチング素子Ｑ７、Ｑ８に対する高い冷却性（放熱性）が確保され、その結果、複合装置１の安定した動作が実現され得る。

なお、上述の実施形態において、平滑コンデンサＳＣ、第１スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６及び第２スイッチング素子Ｑ７、Ｑ８は、第１仕切部７１に熱的に接触するように配置されている。しかし、これに限られるものではない。複合装置１において、第２ハウジング（ヒータハウジング）２Ｂの熱媒体流入口１０は、第２ハウジング２Ｂ（ヒータハウジング）２Ｂの内部と第３ハウジング（回路ハウジング）２Ｃの内部とを仕切る第２仕切部７２の近傍に設けられており、第２仕切部７２は、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。したがって、平滑コンデンサＳＣ、第１スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６及び第２スイッチング素子Ｑ７、Ｑ８は、第２仕切部７２に熱的に接触するように配置されてもよい。あるいは、平滑コンデンサＳＣ、第１スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６及び第２スイッチング素子Ｑ７、Ｑ８の一部が第１仕切部７１に熱的に接触するように配置され、残りが第２仕切部７２に熱的に接触するように配置されてもよい。このようにしても平滑コンデンサＳＣ、第１スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６及び第２スイッチング素子Ｑ７、Ｑ８に対する冷却性（放熱性）が確保され得る。

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、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、Ｑ１～Ｑ６…第１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スイッチング素子（ヒータ制御回路のスイッチング素子）、ＳＣ…平滑コンデンサ

Claims (6)

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及び前記圧縮機構を駆動する電動モータを内部に収容すると共に、冷媒を内部に流入させる冷媒流入口及び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を内部に収容すると共に、熱媒体を内部に流入させる熱媒体流入口及び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を有するヒータハウジングと、
   前記電動モータを駆動するモータ駆動回路及び前記電気ヒータを制御するヒータ制御回路を含む電子回路が実装された回路基板を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及び前記ヒータ制御回路は、それぞれスイッチング素子を含み、
   前記ヒータ制御回路のスイッチング素子のスイッチング周波数は、前記モータ駆動回路のスイッチング素子のスイッチング周波数よりも低く設定され、
   前記ヒータ制御回路のスイッチング素子のスイッチング速度は、前記モータ駆動回路のスイッチング素子のスイッチング速度よりも遅く設定され、
   前記電子回路は、前記モータ駆動回路のスイッチング素子に関する配線の寄生インダクタンスが前記ヒータ制御回路のスイッチング素子に関する配線の寄生インダクタンスよりも小さくなるように形成されている、
   複合装置。
2. 前記モータ駆動回路のスイッチング素子は、電源からの直流電圧を交流電圧に変換するように構成され、
   前記ヒータ制御回路のスイッチング素子は、前記電源と前記電気ヒータとの間の通電をＯＮ／ＯＦＦするように構成され、
   前記電子回路は、前記電源からの直流電圧を平滑化する平滑コンデンサをさらに含み、
   前記回路基板において、前記平滑コンデンサは、前記ヒータ制御回路のスイッチング素子よりも前記モータ駆動回路のスイッチング素子に近い位置に配置されている、
   請求項１に記載の複合装置。
3. 前記回路基板において、前記平滑コンデンサと前記モータ駆動回路のスイッチング素子との間の配線パターンの長さが前記平滑コンデンサと前記ヒータ制御回路のスイッチング素子との間の配線パターンの長さよりも短い、請求項２に記載の複合装置。
4. 前記回路基板において、前記平滑コンデンサと前記モータ駆動回路のスイッチング素子との間の配線パターンが他の配線パターンよりも幅広に形成されている、請求項２に記載の複合装置。
5. 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が第１仕切部で仕切られていると共に、前記圧縮機ハウジングの前記冷媒流入口が前記第１仕切部の近傍に設けられており、
   前記回路ハウジング内において、前記平滑コンデンサ、前記モータ駆動回路のスイッチング素子及び前記ヒータ制御回路のスイッチング素子は、前記第１仕切部に熱的に接触するように配置されている、
   請求項２～４のいずれか一つに記載の複合装置。
6. 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が第２仕切部で仕切られていると共に、前記ヒータハウジングの前記熱媒体流入口が前記第２仕切部の近傍に設けられており、
   前記回路ハウジング内において、前記平滑コンデンサ、前記モータ駆動回路のスイッチング素子及び前記ヒータ制御回路のスイッチング素子は、前記第２仕切部に熱的に接触するように配置されている、
   請求項２～４のいずれか一つに記載の複合装置。