JP4112841B2 - 電動圧縮機 - Google Patents

Description

【発明の属する技術分野】
本発明は、車両用空気調和装置等の冷媒圧縮用に用いられる電動圧縮機に関するものである。
【従来の技術】
従来、この種の電動圧縮機としては、冷媒を吸入及び吐出する圧縮機本体と、圧縮機本体内に吸入された冷媒を圧縮する、いわゆるスクロール型の圧縮部と、圧縮部を駆動するモータと、モータを駆動制御するインバータ装置とを備えたものが知られている。
前記インバータ装置は、モータ内のロータの回転位置によって電流の流れるコイルを切換えるモータ駆動回路と、モータ駆動回路を制御する制御部とから構成されたものがあるが、モータ駆動回路の半導体スイッチング素子の発熱により、モータ駆動回路が高温になる場合がある。このような場合、高温によりインバータ内部の半導体素子の電流制御値が減少し、制御値以上の電流を流すと半導体素子が破損する場合がある。また、電動圧縮機を車両用空気調和装置に用いる場合、電動圧縮機はエンジンルーム内に配置されるため、エンジンの発熱によってモータ駆動回路が高温になる場合もある。
そこで、モータ駆動回路の過熱を防止するために、例えば特開２０００−２９１５５７公報に記載されているように、モータ駆動回路を吸入冷媒の流路の近傍に配置し、吸入側の低温冷媒との熱交換により、モータ駆動回路を冷却するようにしたものが知られている。
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記電動圧縮機は空気調和装置等の制御部によって制御されるため、その制御により圧縮機が停止しているときは、モータ駆動回路の近傍に低温冷媒が流通せず、モータ駆動回路が冷媒によって冷却されないため、その間にエンジンルーム内の熱等によってモータ駆動回路が高温になるおそれがある。
従来では、モータ駆動回路が所定温度以上になった場合には、モータ駆動回路の温度が十分低下するまで圧縮機を停止することにより、モータ駆動回路を保護するようにしている。しかし、前述したように圧縮機停止中は低温冷媒によるモータ駆動回路の冷却は行われず自然冷却となるため、モータ駆動回路の温度降下に長時間を要し、その間は冷媒が循環しないため、冷房運転を行うことができないという問題点があった。
本発明は前記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、モータ駆動回路の温度が上昇した場合でも、モータを停止させることなくモータ駆動回路の温度を速やかに低下させることのできる電動圧縮機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
本発明は前記目的を達成するために、請求項１では、冷媒を吸入及び吐出する圧縮機本体と、圧縮機本体内に吸入された冷媒を圧縮する圧縮部と、圧縮部を駆動するモータと、モータを駆動するモータ駆動回路とを備え、圧縮機本体内の一端側と他端側とを仕切壁によって仕切るとともに、圧縮機本体内の一端側にはモータ駆動回路の少なくとも発熱性部品を配置し、圧縮機本体内の他端側を流通する吸入側冷媒とモータ駆動回路とが仕切壁を介して熱交換されるようにした電動圧縮機において、前記発熱性部品の温度を検出する温度検出手段と、温度検出手段の検出温度が所定温度以上になるとモータの作動状態に拘わらずモータの回転数を所定の回転数まで上昇させる制御手段とを備え、圧縮機本体内における仕切壁の冷媒流通側にモータ駆動回路の発熱性部品と熱伝達可能な伝熱フィンを設け、伝熱フィンを円筒状の圧縮機本体の内周面に沿って円弧状に延びるように形成している。
これにより、モータ駆動回路の発熱性部品が所定温度以上になると、モータの回転数が上昇し、発熱性部品を冷却するための低温冷媒の吸入量が増加することから、モータを停止させることなくモータ駆動回路の発熱性部品の温度を低下させることができる。その際、円弧状の伝熱フィンによって冷媒と発熱性部品とが効率よく熱交換される。
また、請求項２では、請求項１記載の電動圧縮機において、前記温度検出手段の検出温度が前記所定温度よりも高い他の所定温度以上になるとモータを停止する制御手段を備えている。
これにより、請求項１の作用に加え、モータ駆動回路の温度が前記所定温度よりも高い他の所定温度以上になった場合にはモータが停止することから、冷媒の冷却によって前記発熱性部品の温度を低下させることができない場合であっても、発熱性部品自体の発熱によるモータ駆動回路の過熱が防止される。
また、請求項３では、請求項１または２記載の電動圧縮機において、前記モータの回転数を所定の回転数ずつ段階的に上昇させる制御手段を備えている。
これにより、請求項１または２の作用に加え、モータ駆動回路の発熱性部品の温度が前記所定温度以上になると、モータの回転数が所定回転数ずつ段階的に上昇することから、モータの回転数が必要以上に上がることはない。
また、請求項４では、請求項１、２または３記載の電動圧縮機において、前記モータの回転数を上昇させる際、モータ駆動回路の電流値が所定の電流値以下になるようにモータの回転数を制御する制御手段を備えている。
これにより、請求項１、２または３の作用に加え、モータの回転数を上昇させる際、モータ駆動回路の電流値が所定の電流値を超えることがないので、モータ駆動回路に過大な電流が流れることがない。
【発明の実施の形態】
図１乃至図４は本発明の一実施形態を示すもので、図１は電動圧縮機の側面断面図、図２は図１のＡ−Ａ線矢視方向断面図、図３は制御系を示す回路構成図、図４は制御部の動作を示すフローチャートである。
この電動圧縮機は、冷媒を吸入及び吐出する圧縮機本体１０と、圧縮機本体１０内に吸入された冷媒を圧縮する圧縮部２０と、圧縮部２０を駆動するモータ３０と、モータ３０を駆動制御するインバータ装置４０とを備えている。
圧縮機本体１０は円筒状に形成され、吸入側ハウジング１１、中間ハウジング１２及び吐出側ハウジング１３からなる。吸入側ハウジング１１は中間ハウジング１２の一端にボルト１４によって連結され、その側面には冷媒の吸入口１１ａが設けられている。吸入側ハウジング１１内は仕切壁１１ｂによって一端側と他端側に仕切られており、その一端側にはインバータ装置４０を収容する回路収容部１１ｃが形成され、その他端側には吸入口１１ａが連通している。回路収容部１１ｃの一端は閉鎖板１５によって閉鎖され、閉鎖板１５はボルト１６によって吸入側ハウジング１１に固定されている。また、仕切壁１１ｂの中央にはモータ３０の一端側を支持する軸受け１１ｄが設けられ、仕切壁１１ｂの一部には複数の伝熱フィン１１ｅが設けられている。中間ハウジング１２は、その他端を吐出側ハウジング１３の一端にボルト１７によって連結され、その内部にはモータ３０の他端側を支持する軸受け１２ａが設けられている。吐出側ハウジング１３は中間ハウジング１２内を介して吸入側ハウジング１１内に連通しており、その他端面には冷媒の吐出口１３ａが設けられている。
圧縮部２０は、吐出側ハウジング１３内の他端側に配置された固定スクロール部材２１と、固定スクロール部材２１の一端側に配置された可動スクロール部材２２とからなり、固定スクロール部材２１はボルト２３によって吐出側ハウジング１３に固定されている。固定スクロール部材２１の一端面には渦巻体２１ａが設けられ、固定スクロール部材２１のほぼ中央には吐出側ハウジング１３の吐出口１３ａに連通する貫通孔２１ｂが設けられている。可動スクロール部材２２の一端面には渦巻体２２ａが設けられ、その他端面にはモータ３０側に延びるボス部２２ｂが設けられている。また、可動スクロール部材２２と中間ハウジング１２との間には回転阻止機構２４が設けられ、回転阻止機構２４により、可動スクロール部材２２が自転を阻止された所定の旋回運動を行うようになっている。
モータ３０は、吸入側ハウジング１１及び中間ハウジング１２の内周面に固定されたステータ３１と、ステータ３１内を回転する永久磁石からなるロータ３２と、ロータ３２を軸方向に貫通するに回転軸３３とからなり、ステータ３１の周方向複数箇所には励磁用のコイル３４が巻回されている。即ち、モータ３０は三相交流のブラシレスモータからなる。回転軸３３の一端はローラベアリング３５を介して吐出側ハウジング１３の軸受け１１ｄに回動自在に支持され、その他端はボールベアリング３６を介して中間ハウジング１２の軸受け１２ａに回動自在に支持されている。回転軸３３の他端面には回転軸３３に対して偏心した偏心ピン３３ａが突設され、偏心ピン３３ａは偏心ブシュ３７に挿入されている。また、偏心ブシュ３７はローラベアリング３８を介して可動スクロール部材２２のボス部２２ｂに回動自在に支持されている。
インバータ装置４０は、モータ３０内のロータ３２の回転位置によって電流を流すコイル３４を切換えるモータ駆動回路４１と、モータ駆動回路４１を制御するマイクロコンピュータ構成の制御部４２とからなり、吸入側ハウジング１１の回路収容部１１ｃ内に配置されている。この場合、モータ駆動回路４１側の基板４０ａと制御部４２側の基板４０ｂは互いに間隔をおいて設けられている。モータ駆動回路４１側の基板４０ａは仕切壁１１ｂに密着するように取付けられ、仕切壁１１ｂの伝熱フィン１１ｅに対応するように位置している。また、基板４０ａには温度センサ４３が設けられている。
モータ駆動回路４１は、図３に示すように半導体スイッチング素子としての計６つのトランジスタ４１ａからなり、プラス側の各トランジスタ４１ａ（図中上側）によって上アームを構成し、マイナス側のトランジスタ４１ａ（図中下側）によって下アームを構成している。また、各トランジスタ４１ａにはモータ３０から発生する逆起電流を直流電源に還流させるための還流ダイオード４１ｂがそれぞれ接続されている。尚、各トランジスタ４１ａは、モータ駆動回路４１における発熱性部品である。各トランジスタ４１ａのベース側は制御部４２に接続され、前記上アームのコレクタ側と下アームのエミッタ側は、吸入側ハウジング１１の側面に設けられたコネクタ４４を介して外部の直流電源５０に接続され、この直流電源５０の両極間には平滑用コンデンサ４５が設けられている。また、上アームにおける各トランジスタ４１ａのエミッタ側（下アームにおける各トランジスタ４１ａのコレクタ側）は、吸入側ハウジング１１の仕切壁１１ｂを貫通する複数の端子４６を介してモータ３０の計３つのコイル３４にそれぞれ接続されている。尚、半導体スイッチング素子にはトランジスタの他にＦＥＴ等が使用されることは周知であるが、ここではトランジスタを用いた場合についてのみ説明する。
制御部４２は、各トランジスタ４１ａのスイッチング動作を制御することにより、モータ３０の駆動制御信号を発生する。通常は、外部の主制御部５１の制御信号に基づいてモータ３０の回転数制御を行うが、後述する場合には、モータ３０の作動状態、即ち主制御部５１による回転数制御に拘わらず、温度センサ４３の検出温度に基づいてモータ３０の回転数を制御する。
以上のように構成された電動圧縮機においては、インバータ装置４０によってモータ３０が回転すると、圧縮部２０の可動スクロール部材２２が偏心ブシュ３７の回転によって所定の旋回運動を行う。これにより、圧縮機本体１０の吸入口１１ａから吸入側ハウジング１１内に流入した冷媒がモータ３０の隙間（ステータ３１とロータ３２の間など）を流通し、可動スクロール部材２２の渦巻体２２ａと固定スクロール部材２１の渦巻体２１ａとの間に吸入され、各渦巻体２１ａ，２２ａ間で圧縮されて圧縮機本体１０の吐出口１３ａから吐出する。尚、本実施形態のスクロール型圧縮機における各渦巻体２１ａ，２２ａの圧縮動作については、周知の構造のものと同様であるため、詳細な説明は省略する。
また、吸入側ハウジング１１内に流入した冷媒は仕切壁１１ｂに沿って流通するが、仕切壁１１ｂの反対側の面にはインバータ装置４０のモータ駆動回路４１が密着して取付けられているため、モータ駆動回路４１は低温の吸入冷媒と仕切壁１１ｂを介して熱交換され、冷媒によってモータ駆動回路４１が冷却される。その際、伝熱フィン１１ｅによって効率よく熱交換される。
次に、図４のフローチャートを参照し、制御部４２の動作について説明する。同図において、Ｔは温度センサ４３によって検出されるモータ駆動回路４１の温度、Ｔ1 は第１の基準温度、Ｔ2 は第２の基準温度（Ｔ1 ＜Ｔ2 ）、Ｎはモータ３０の回転数、Ｎt は目標回転数、Ｎmax は最大回転数である。
まず、温度センサ４３の検出温度Ｔが第１の基準温度Ｔ1 以上でない場合には（Ｓ１）、モータ３０の回転数を主制御部５１で設定された目標回転数Ｎt になるように制御する（Ｓ２，Ｓ３）。ここで、前述したようにモータ駆動回路４１は吸入冷媒によって冷却されるが、モータ駆動回路４１の発熱が過大であったり、或いは外部からの熱影響（例えば、自動車のエンジンルーム内の熱）等により、モータ駆動回路４１の温度が上昇し、前記ステップＳ１において検出温度Ｔが第１の基準温度Ｔ1 以上になった場合は、モータ駆動回路４１の電流値が半導体素子（トランジスタ４１ａ）の電流限界値に達しておらず（Ｓ４）、且つモータ３０の回転数が最大回転数Ｎmax に達していなければ（Ｓ５）、主制御部５１の制御に拘わらず、モータ３０の回転数を所定の回転数だけ上げる（Ｓ６）。これにより、冷媒の吸入量が増加し、冷媒によるモータ駆動回路４１の冷却が促進される。そして、検出温度Ｔが第２の基準温度Ｔ2 以上でなければ（Ｓ７）、前記ステップＳ１に戻って前記動作を繰り返し、最終的にはモータ３０の回転数を最大回転数Ｎmax まで上げる。そして、モータ３０の回転数が最大回転数Ｎmax まで達した後、または最大回転数Ｎmax に達する前に、前記ステップＳ１において検出温度Ｔが第１の基準温度Ｔ1 よりも低下した場合には、主制御部５１の制御信号に基づく回転数制御に戻る（Ｓ２，Ｓ３）。
一方、前述のようにモータ３０の回転数を上げて冷媒の吸入量を増加させたにも拘わらず、モータ駆動回路４１の温度が上昇し、前記ステップＳ７において検出温度Ｔが第２の基準温度Ｔ2 以上になった場合には、モータ３０を停止する（Ｓ８）。この後、検出温度Ｔが第１の基準温度Ｔ1 よりも低下したならば（Ｓ９）、前記ステップＳ１に戻る。尚、前記ステップＳ４においてモータ駆動回路４１の電流値が限界値に達していたならば、モータ３０の回転数を下げて（Ｓ１０）、モータ駆動回路４１の電流値が限界値を超えないようにする。
このように、本実施形態の電動圧縮機によれば、モータ駆動回路４１が第１の基準温度Ｔ1 以上になると、主制御部５１の制御に拘わらず、モータ３０の回転数を上昇させるようにしたので、冷媒吸入量の増加によりモータ駆動回路４１の温度を速やかに低下させることができる。従って、モータ駆動回路４１の温度が上昇した場合でも冷媒の循環が停止することがなく、冷房運転を継続的に行うことができる。
また、モータ駆動回路４１が第１の基準温度Ｔ1 よりも高い第２の基準温度Ｔ2 以上になった場合にはモータ３０を停止するようにしたので、冷媒の冷却によってモータ駆動回路４１の温度を低下させることができない場合であっても、半導体素子の発熱によるモータ駆動回路４１の過熱を防止することができ、モータ駆動回路４１を確実に保護することができる。この場合、モータ駆動回路４１の温度が第１の基準温度Ｔ1 よりも低下した後、モータ３０を作動可能な状態に復帰させるようにしたが、その基準温度を第１の基準温度Ｔ1 よりも高く第２の基準温度Ｔ2 よりも低い他の所定温度に設定するようにしてもよい。
更に、モータ駆動回路４０が第１の基準温度Ｔ1 以上になると、モータ３０の回転数を所定回転数ずつ段階的に上昇させ、モータ３０の回転数が最大回転数Ｎmax に達する前にモータ駆動回路４０の温度Ｔが第１の基準温度Ｔ1 よりも低下した場合には、主制御部５１の制御信号に基づく回転数制御に戻るようにしたので、モータ３０の回転数を必要以上に上げることがなく、通常の冷房運転への影響を少なくすることができる。
また、モータ３０の回転数を上げる際、モータ駆動回路４１の電流値が半導体素子の電流限界値を超えないようにしたので、半導体素子に過大な電流が流れることがなく、モータ駆動回路４１の破損を確実に防止することができる。
また、吸入冷媒の流路にモータ駆動回路４１と熱伝達可能な伝熱フィン１１ｅを設けたので、伝熱フィン１１ｅによって冷媒とモータ駆動回路４１とを効率よく熱交換させることができ、モータ駆動回路４１をより効果的に冷却することができる。
尚、前記実施形態では、モータ３０の回転数を段階的に上昇させるようにしたものを示したが、モータ駆動回路４１が第１の基準温度Ｔ1 以上になった時点で直ちに最大回転数まで上昇させるようにしてもよい。また、前記実施形態ではスクロール型の電動圧縮機を示したが、本発明は他の圧縮形式の電動圧縮機にも適用することができる。
また、前記実施形態では、インバータ装置４０のモータ駆動回路４１及び制御部４２を圧縮機本体１０内に収容したものを示したが、本発明はモータ駆動回路または半導体素子等の発熱性部品のみを圧縮機本体内に収容し、外部の制御手段によって制御されるものにも適用することができる。
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１の電動圧縮機によれば、モータ駆動回路の温度が上昇した場合でも、モータを停止させることなくモータ駆動回路の温度を速やかに低下させることができるので、冷媒の循環が停止することがなく、例えば空気調和装置の冷房運転を継続的に行うことができる。その際、円弧状の伝熱フィンによって冷媒とモータ駆動回路とを効率よく熱交換させることができるので、モータ駆動回路をより効果的に冷却することができる。
また、請求項２の電動圧縮機によれば、請求項１の効果に加え、冷媒の冷却によってモータ駆動回路の温度を低下させることができない場合であっても、モータ駆動回路の過熱を防止することができるので、モータ駆動回路を確実に保護することができる。
また、請求項３の電動圧縮機によれば、請求項１または２の効果に加え、モータの回転数を必要以上に上げることがないので、例えば空気調和装置に用いた場合、通常の冷房運転等への影響を少なくすることができる。
また、請求項４の電動圧縮機によれば、請求項１、２または３の効果に加え、モータの回転数を上昇させる際、モータ駆動回路に過大な電流が流れることがないので、モータ駆動回路の破損を確実に防止することができ、例えば半導体素子を用いたモータ駆動回路の場合に極めて有利である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は本発明の一実施形態を示す電動圧縮機の側面断面図
【図２】 図１のＡ−Ａ線矢視方向断面図
【図３】 制御系を示す回路構成図
【図４】 制御部の動作を示すフローチャート
【符号の説明】
１０…圧縮機本体、１１ｂ…仕切壁、１１ｅ…伝熱フィン、２０…圧縮部、３０…モータ、４０…インバータ装置、４１…モータ駆動回路、４２…制御部。

Claims (4)

1. 冷媒を吸入及び吐出する圧縮機本体と、圧縮機本体内に吸入された冷媒を圧縮する圧縮部と、圧縮部を駆動するモータと、モータを駆動するモータ駆動回路とを備え、圧縮機本体内の一端側と他端側とを仕切壁によって仕切るとともに、圧縮機本体内の一端側にはモータ駆動回路の少なくとも発熱性部品を配置し、圧縮機本体内の他端側を流通する吸入側冷媒とモータ駆動回路とが仕切壁を介して熱交換されるようにした電動圧縮機において、
   前記発熱性部品の温度を検出する温度検出手段と、
   温度検出手段の検出温度が所定温度以上になるとモータの作動状態に拘わらずモータの回転数を所定の回転数まで上昇させる制御手段とを備え、
   圧縮機本体内における仕切壁の冷媒流通側にモータ駆動回路の発熱性部品と熱伝達可能な伝熱フィンを設け、
   伝熱フィンを円筒状の圧縮機本体の内周面に沿って円弧状に延びるように形成した
   ことを特徴とする電動圧縮機。
2. 前記温度検出手段の検出温度が前記所定温度よりも高い他の所定温度以上になるとモータを停止する制御手段を備えた
   ことを特徴とする請求項１記載の電動圧縮機。
3. 前記モータの回転数を所定の回転数ずつ段階的に上昇させる制御手段を備えた
   ことを特徴とする請求項１または２記載の電動圧縮機。
4. 前記モータの回転数を上昇させる際、モータ駆動回路の電流値が所定の電流値以下になるようにモータの回転数を制御する制御手段を備えた
   ことを特徴とする請求項１、２または３記載の電動圧縮機。

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