JP5429144B2 - インバータ冷却装置 - Google Patents

Description

本発明は、電動圧縮機以外の車両用装置を駆動するインバータ装置を冷却することができるインバータ冷却装置に関する。

従来のインバータ冷却装置として知られる特許文献１には、車両において、電動圧縮機を駆動する第１のインバータと、電動圧縮機以外の車両用装置の一例であるウォーターポンプやブロワを駆動する第２のインバータとを一体に収容した統合インバータ装置が記載されている。この統合インバータ装置は、室内側熱交換器と電動圧縮機とを連通する低圧冷媒配管を連結するジョイントプレートに固定されている。

電動圧縮機が運転している場合は、冷媒が室内側熱交換器で気化するため、低圧冷媒配管を通る冷媒は冷却作用を有する。この冷却作用により、低圧冷媒配管を連結するジョイントプレートは冷却されるため、装置の駆動時に発熱する車両用統合インバータ装置を冷却することができる。したがって、電動圧縮機の運転中は、第１のインバータだけでなく、第２のインバータも同時に冷却することができる。統合インバータ装置は温度環境が厳しいエンジンルームに配置されているため、インバータの冷却は、機器の故障を防止するためにも重要な技術である。

特開２００６−３０００３８号公報

上記従来技術において、電動圧縮機以外の他の車両用装置が運転しているときに発熱する第２のインバータは、同時に電動圧縮機が運転している場合は流通する冷媒によって冷却されるが、車両での機器の使用状況によっては必ずしも電動圧縮機が運転しているとは限らない。したがって、電動圧縮機が停止している場合に第２のインバータが運転状態にあるときは、冷媒による冷却作用が働かないため、インバータ装置を構成する部品、例えばスイッチング素子等の温度が上昇し続け、メーカー保証の耐温度を超えてしまうという問題が発生する。

そこで本発明は、上記点に鑑みてなされたものであり、その目的は、電動圧縮機のインバータ装置とともに電動圧縮機に一体に設けられ、電動圧縮機以外の車両用装置を駆動するインバータ装置について、異常な温度状態になることを回避できるインバータ冷却装置を提供することである。

本発明は上記目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。すなわち、請求項１に記載のインバータ冷却装置に係る発明は、冷媒を吸入して圧縮する圧縮機構（１１）及び当該圧縮機構を駆動するモータ（１０）を有する電動圧縮機（１）と、電動圧縮機の外殻の一部または全部を構成し、圧縮機構及びモータを収納するとともに内部を圧縮機構が吸入する冷媒が流通するハウジング（１４）と、モータの駆動を制御する第１のインバータ装置（２）と、電動圧縮機以外の車両用装置（３）の駆動を制御する第２のインバータ装置（４）と、を備え、
第１のインバータ装置（２）及び第２のインバータ装置（４）は、冷媒との間で熱の移動がなされるようにハウジング（１４）と一体に設けられており、
電動圧縮機（１）の運転が停止し、かつ第２のインバータ装置（４）が作動しているときに、予め設定された第２のインバータ装置（４）を冷却する冷却実施条件が成立すると、第１のインバータ装置（２）を作動させて電動圧縮機（１）を駆動することを特徴とする。

電動圧縮機が運転していない状況では、ハウジング内に冷媒が流通しないため、ハウジングに一体に設けられた第２のインバータ装置における素子等の発熱を外部から冷却することはできない。特に、車両において電動圧縮機は、エンジンルーム等の過酷な温度環境に配置されるため、第２のインバータ装置は、このような過酷な温度環境下で素子等が発熱し続けることで、繰り返し熱的な打撃を与え続けられて各部の劣化が促進し、本来の機能を発揮できなくなり、寿命に至ってしまう。そこで、この発明によれば、電動圧縮機の運転が停止し、かつ第２のインバータ装置が作動しているときに、第２のインバータ装置を冷却する冷却実施条件が成立すると、第１のインバータ装置を作動させて電動圧縮機を駆動する。このように停止していた電動圧縮機を冷却実施条件の成立によって敢えて運転する制御により、ハウジング内に冷媒が流通して、冷媒と第２のインバータ装置との間で熱の移動が起こり、冷媒による吸熱、冷却作用が発揮され、素子等の発熱状態を緩和することができる。

したがって、電動圧縮機の第１のインバータ装置とともに電動圧縮機に一体に設けられ、電動圧縮機以外の車両用装置を駆動制御する第２のインバータ装置について、部品の保証温度を超えるなどの異常な温度状態になることを回避することができるのである。当該冷却実施条件は、第２のインバータ装置に含まれる部品の耐温度、製品保証温度、環境等に応じて深刻な劣化が発生しないような条件に設定するものである。

請求項２に記載の発明は、電動圧縮機が圧縮する冷媒は、車両用空調装置（９）の空気通路（９１）に設けられた冷却用熱交換器（１０２）を流通するときに車室内へ吹き出される空気を冷却するようになっており、
空気通路（９１）に設けられた加熱装置（１１０）が加熱した暖房空気と冷却用熱交換器（１０２）が冷却した冷房空気とを混合させる風量割合を調整するエアミックスドア（１１１）を備え、
冷却実施条件が成立したときに、エアミックスドア（１１１）の開度を、電動圧縮機（１）を駆動させる前後における空気の温度差が予め定めた設定値以下になるように制御することを特徴とする。

この発明によれば、エアミックスドアの開度を上記のように制御することにより、ハウジング内に一定量の冷媒が流通して冷媒と第２のインバータ装置との間で熱の移動が起こり素子等の発熱状態を緩和することができるとともに、電動圧縮機の駆動前後での空気の温度差を抑えて乗員に対して冷房能力が強くなったことを感じさせないので、違和感を与えないインバータ冷却制御を提供できる。

請求項３に記載の発明によると、電動圧縮機が圧縮する冷媒は、車両用空調装置（９）の空気通路（９１）に設けられた冷却用熱交換器（１０２）を流通するときに車室内へ吹き出される空気を冷却するようになっており、
第１のインバータ装置（２）が駆動する電動圧縮機の回転数を算出する演算処理装置（５）を備え、
演算処理装置（５）は、冷却実施条件が成立したときに、電動圧縮機の回転数を、電動圧縮機（１）を駆動させる前の空気の温度よりも低下しない温度の空気が吹き出される回転数となるように求めることを特徴とする。

この発明によれば、電動圧縮機を空気が冷やされない程度の回転数で運転することにより、ハウジング内に一定量の冷媒が流通して冷媒と第２のインバータ装置との間で熱の移動が起こり素子等の発熱状態を緩和することができるとともに、電動圧縮機の駆動前後で乗員に対して冷房能力が強くなったことを感じさせないので、違和感を与えないインバータ冷却制御を提供できる。

請求項４は、請求項３に記載の発明において冷却実施条件が成立したときに演算処理装置（５）が算出した回転数で電動圧縮機を駆動したと仮定した場合に、第２のインバータ装置（４）が冷却を必要としない状態にまで温度低下しないと判定すると、演算処理装置（５）が算出した当該回転数よりも大きな回転数で電動圧縮機を駆動するとともに、前記エアミックスドア（１１１）の開度を、前記電動圧縮機を駆動させる前後における前記空気の温度が同等になるように制御することを特徴とする。

この発明によれば、冷却実施条件が成立したときに乗員に対して送風の温度変化に基づく違和感を与えないでインバータ冷却を実施しようとしたものの、第２のインバータ装置を冷却できない場合には、電動圧縮機の回転数を上げてインバータ冷却効果を高めるとともに、電動圧縮機の駆動前後での空気の温度差をなくすようにエアミックスドアの開度を制御する。したがって、インバータ冷却と乗員に対して違和感を与えないことの両方を満たすインバータ冷却制御を提供できる。

請求項５に記載の発明は、冷却実施条件が成立したときに車両の乗員に対して電動圧縮機（１）を駆動することを通知する通知手段（８４）を備えることを特徴とする。この発明によれば、停止している電動圧縮機を駆動して冷媒を流通させると、車両用空調装置から車室内へ冷房風が供給されるが、乗員に対してこのような状況が起こっていることを正しく認識させることができる。したがって、乗員が機器の故障を疑ったり、不快感を受けたりすることを未然に防止できるのである。

請求項６に記載の発明によると、冷却実施条件は、第２のインバータ装置（４）に含まれる素子（４１）に流れる電流値と外気温度を用いて算出する素子推定温度（ＴＣ）が予め定めた設定温度以上であるときに成立したとみなされることを特徴とする。この発明によれば、素子に流れる電流値と外気温度を用いて算出した素子推定温度に基づいて冷却実施条件の成立を判断することにより、素子温度を物理的に計測する装置を必要とせず、部品点数の低減が図れ、低コストをもたらすインバータ冷却装置を提供できる。

請求項７に記載の発明によると、冷却実施条件は、第２のインバータ装置（４）に含まれる素子（４１）について計測された素子温度が予め定めた設定温度以上であるときに成立したとみなされることを特徴とする。この発明によれば、実際に計測した素子温度を用いて判断することにより、冷却実施条件成立の判断にあたり、様々な外乱要因から受ける素子温度の過誤検出を考慮する必要がなく、実情に適合した冷却可否の判断を実施できる。

上記各手段に付した括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。

本発明を適用する第１実施形態に係るインバータ冷却装置の構成を説明するための断面図である。 車両における通知手段の位置を示す模式的断面図である。 第１実施形態におけるインバータ冷却制御の処理手順を示したフローチャートである。 本発明を適用する第２実施形態のインバータ冷却制御を説明するためのインバータ冷却装置の模式図である。 第２実施形態におけるインバータ冷却制御の処理手順を示したフローチャートである。 図５のフローチャートにおけるエアミックスドア開度制御のサブルーチンである。 本発明を適用する第３実施形態におけるインバータ冷却制御の処理手順を示したフローチャートである。 図７のフローチャートにおけるエアミックスドア開度制御のサブルーチンである。

以下に、図面を参照しながら本発明を実施するための複数の形態を説明する。各形態において先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各形態において構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した他の形態を適用することができる。各実施形態で具体的に組み合わせが可能であることを明示している部分同士の組み合わせばかりではなく、特に組み合わせに支障が生じなければ、明示していなくても実施形態同士を部分的に組み合わせることも可能である。

（第１実施形態）
本発明の一実施形態である第１実施形態について図１〜図３を参照して説明する、図１は第１実施形態に係るインバータ冷却装置の構成を説明するための断面図である。図２は車両８における通知手段の位置を示す模式的断面図である。図３はインバータ冷却装置によるインバータ冷却制御の処理手順を示したフローチャートである。

第１のインバータ装置２は、車両８における第１の負荷である電動圧縮機１の駆動を制御する装置であり、電動圧縮機１が備えるモータ部１０の駆動をインバータ制御する。第２のインバータ装置４は、車両８における第２の負荷でありインバータ制御で動作できる電動圧縮機１以外の車両用装置３について、その駆動をインバータ制御する装置である。第１のインバータ装置２及び第２のインバータ装置４は、電動圧縮機１が吸入する冷媒との間で熱の移動がなされるように、電動圧縮機１の外殻の一部または全部を構成するハウジング１４と一体に設けられている。ハウジング１４は、圧縮機構１１及びモータ部１０を収納するモータ室１２を形成している。電動圧縮機１は、モータ部１０、圧縮機構１１等を内部に収容するハウジング１４に、第１のインバータ装置２及び第２のインバータ装置４を一体に備える、いわゆる機電一体型の圧縮機を構成する。

電動圧縮機１は、空調ユニット９（車両用空調装置）に使用される冷凍サイクルを流通する冷媒を吸入、圧縮して、冷媒の吸熱作用により冷房風を提供する。車両用装置３は、例えば、車両８に設けられて、インバータで動作可能な各種のブロワ、電気ヒータ、オイルポンプ、ウォーターポンプ等の機器である。各種のブロワは、車室内空調装置やシート用空調装置において空気を強制送風する送風機、二次電池を冷却する冷却空気を提供する送風機等である。電気ヒータは、車室内空調装置の熱源補充用ヒータ、シート空調装置のシート暖房用ヒータ、二次電池の暖機用ヒータ等に使用され得る。オイルポンプは、車両８のエンジン内部の各所にエンジンオイルを圧送するポンプ、オートマチックトランスミッション用のポンプ等である。ウォーターポンプは、エンジン、インバータ装置等を冷却する冷却水を強制循環させるポンプである。

図２に示すように、電動圧縮機１は、例えば、自動車のエンジンルーム８２内に配置されている。電動圧縮機１は、凝縮器１００、減圧器１０１、及び蒸発器１０２とともに、配管により環状に接続されて車両空調装置用の冷凍サイクルを構成している。電動圧縮機１は、外部から流入した低圧の冷媒が流通するハウジング１４を外殻として備えている。

ハウジング１４は、伝熱性の高いアルミニウム材もしくはアルミニウム合金材等の金属からなるもので、略円筒状に形成されている。ハウジング１４には、外部から冷媒を取り入れる冷媒吸入口１５と外部へ冷媒を排出する冷媒吐出口１７とが設けられている。ハウジング１４は、低圧の冷媒が吸入されて内部を流通するときに冷やされる。したがって、インバータ冷却装置は、電動圧縮機１がハウジング１４内に吸入する冷媒によって、電動圧縮機１に一体に設けられた第１のインバータ装置２及び第２のインバータ装置４を冷却することができる。

電動圧縮機１は、モータ部１０、圧縮機構１１、インバータ収容部１３、オイル分離部１６等から構成されている。モータ部１０は、例えば三相同期モータであって、回転軸、ロータ、ステータコア、及びステータコイル等から構成されている。回転軸は、ハウジング１４に支持される軸受けにより回転自在に支持されており、ロータから受ける回転駆動力を圧縮機構１１に伝える。

ロータは、例えば永久磁石が埋め込まれたもので、筒状に形成されているものであって、回転軸に対して固定されている。ロータは、ステータコアから発生される回転磁界に基づいて、回転軸とともに回転する。ステータコアは、ハウジング１４内においてロータに対して径方向外周側に配置されている。ステータコアは、その軸線方向が回転軸の軸線方向に一致する筒状に形成されている。ステータコアは、ロータとの間に隙間を形成している。当該隙間は、回転軸の軸線方向に並行に冷媒を流す冷媒流路をなしている。ステータコアは、磁性体からなるもので、ハウジング１４に対して動かないように固定されている。ステータコイルは、ステータコアに対して巻回されている。ステータコイルは回転磁界を発生する。

圧縮機構１１は、モータ部１０に対して軸線方向他方側に配置されている。圧縮機構１１は、固定スクロール１１ｂと可動スクロール１１ａとから構成されるスクロール型コンプレッサであり、モータ部１０の回転軸からの回転駆動力によって可動スクロール１１ａを旋回させて冷媒を吸入、圧縮、吐出する。

固定スクロール１１ｂと可動スクロール１１ａは渦巻状の溝をそれぞれ有しており、この溝の噛み合いによって形成される複数の作動室が体積を縮小することによって固定スクロール１１ｂの渦巻状溝の最外周側に連通する吸入室に供給された冷媒を圧縮するように構成されている。圧縮機構１１の作動室には吐出室１１ｃが連通しており、この吐出室１１ｃにオイル分離部１６の流入口１６ａが通じている。

電動圧縮機１のオイル分離部１６は、圧縮機構１１に隣接する吐出室１１ｃを通り流入口１６ａから供給された冷媒をチャンバ１６ｂで旋回させてオイルを分離し、冷媒を吐出通路１６ｃから外部に送り出す一方で、オイルをチャンバ１６ｂの下部に流下させる。チャンバ１６ｂの下部に貯留したオイルは、オイル戻し通路（図示せず）に戻され、固定スクロール１１ｂ及び可動スクロール１１ａの摺動界面等の摺動部に供給される。

インバータ収容部１３は、ハウジング１４のモータ室１２を形成する部分の一端側の壁部１４ａに一体に配置されている。インバータ収容部１３は、モータ室１２とは反対側に位置するハウジング１４の一部をなすカバー部１３ａと壁部１４ａとで形成される収容空間をなし、この収容空間に第１のインバータ装置２、第２のインバータ装置４及びその関係部品が収容されている。

カバー部１３ａは、第１のインバータ装置２及び第２のインバータ装置４を覆うようにハウジング１４に取り付けられる。カバー部１３ａは、ハウジング１４にネジ（図示せず）により締結されている。換言すれば、両方のインバータ装置２，４は、ハウジング１４の壁部１４ａを底面側とし、カバー部１３ａが側面側及び天井面側となるケーシング内に収容されている。

第１のインバータ装置２は、スイッチング素子２１等の半導体素子を含み、モータ部１０を駆動する電圧を発生する駆動回路２０を備える。第２のインバータ装置４は、スイッチング素子４１等の半導体素子を含み、第２の負荷である車両用装置３を駆動する電圧を発生する駆動回路４０を備える。電源は、両駆動回路２０，４０に接続された電源入力線７から供給され、この電源によって駆動回路２０，４０は動作する。

各駆動回路２０，４０は、例えば、ガラスエポキシ基板等の汎用プリント基板からなり、
電子回路部品と、スイッチング素子２１，４１や他の回路部品と電気的に接続する導体パターンと、を備えている。当該基板は、壁部１４ａが延びる方向に平行して配置されており、基板には外部との電気接続を可能にする接続端子を備えるコネクタの部品が実装されている。駆動回路２０と駆動回路４０は、一つの基板に配設される形態でもよいし、別個の基板に並ぶようにそれぞれ設けられる形態でもよい。

壁部１４ａには、インバータ装置の作動によって発熱するスイッチング素子２１，４１が熱の移動が可能なように熱的に接続されている。例えば、スイッチング素子２１及び４１は、壁部１４ａとの間に配した電気絶縁可能で熱伝導良好な絶縁シート２２を介して壁部１４ａと一体に設けられている。絶縁シート２２は、例えばシリコーン樹脂等の樹脂、シリコーンゴム等のゴム材等からできている。したがって、電動圧縮機１のモータ部１０の駆動中にはスイッチング素子２１が発熱し、その熱が壁部１４ａに熱伝達し、車両用装置３の駆動中にはスイッチング素子４１が発熱し、その熱が壁部１４ａに熱伝達する。なお、絶縁シート２２は、スイッチング素子２１及び４１と壁部１４ａの電気絶縁が確保されている場合は装備しなくてもよい。

また、スイッチング素子４１の温度を検出するために、温度センサ６が設けられている。例えば温度センサ６は、スイッチング素子４１に直面するように近接して設けられている。温度センサ６により検出された素子温度に関する電気信号は、内蔵するプログラムによって演算を実行する演算処理装置５に入力される。演算処理装置５は、各駆動回路２０，４０が配設される基板に設けられている。

演算処理装置５は、詳細は後述するインバータ冷却制御において、温度センサ６によって検出された素子温度や、素子を流れる電流及び外気温度センサ８５によって検出される外気温度を用いて算出する素子推定温度に応じて、第１のインバータ装置２を作動させるか否かを判定する処理を実行する。換言すると、演算処理装置５はインバータ冷却制御を司る制御手段として機能する。

インバータ冷却装置は、車室内８０にいる乗員８３に対して、インバータ冷却を実施することを通知する通知手段を備えている。通知手段としては、例えば、メッセージ表示、ＬＥＤ等による点灯、点滅表示、所定の鳴動音、音声等を用いることができる。本実施形態では通知手段は、インストルメントパネル８１から車室内８０に露出するメッセージ表示部８４に所定のメッセージを表示することにより実施されている。

次に、インバータ冷却装置によるインバータ冷却制御に係る処理手順について図３にしたがって説明する。図３に示すインバータ冷却制御に係るフローは、演算処理装置５、または演算処理装置５と通信する空調制御装置が実行する。当該フローが開始すると、ステップ１０でスイッチング素子４１の素子推定温度ＴＣを算出する処理を実行する。この素子推定温度ＴＣは、スイッチング素子４１を流れる電流及び外気温度センサ８５によって検出される外気温度を、内蔵するプログラムに記憶された演算式やマップによって演算することで算出される。例えば、素子推定温度ＴＣは、当該電流と素子の熱抵抗を乗算した値に外気温度を加算することにより算出できる。

上述したように、電動圧縮機１が運転しているときはハウジング１４内を冷媒が流通しているため、壁部１４ａを介して各インバータ装置２，４は冷却され得る。しかし、空調停止時等の電動圧縮機１の運転が停止し、かつ車両用装置３が駆動している場合には第２のインバータ装置４が駆動するため、スイッチング素子４１が発熱する。このとき、ハウジング１４内には冷媒が流通していないので、ハウジング１４は冷やされず、インバータ収容部１３内のスイッチング素子４１は吸熱されない。このような非冷却状態が継続すると、電動圧縮機１は熱的負荷の高いエンジンルーム８２内にあるため、スイッチング素子４１を含む第２のインバータ装置４は、自己の発熱に加え、過酷な温度環境に晒され続けることになり、素子を含む電子部品の温度が製品の保証温度を超過して故障に至ってしまうおそれがある。

このような状態を未然に防ぐため、本フローでは以降のステップを実行する。ステップ２０では、ステップ１０で算出した素子推定温度ＴＣが予め設定された設定温度Ｔ０以上であるか否かを判定する。この設定温度Ｔ０は、素子推定温度ＴＣが当該設定温度Ｔ０以上になると、素子に故障等の不具合が生じ得る温度に設定される。例えば、設定温度Ｔ０は、メーカー保証の耐温度よりも数℃低い温度に設定することができる。ステップ２０は、予め設定された第２のインバータ装置４を冷却する冷却実施条件が成立するか否かを判定するステップである。そして、冷却実施条件は、第２のインバータ装置４に含まれる部品の耐温度、製品保証温度、環境等に応じて深刻な劣化が発生しないような条件に設定するものである。

ステップ２０で、素子推定温度ＴＣが設定温度Ｔ０未満であればステップ１０に戻るが、設定温度Ｔ０以上であると判定すると、素子冷却を行うため、ステップ３０で、メッセージ表示部８４に素子冷却、つまりインバータ冷却をこれから行う旨の通知を表示する。この通知により、乗員は、電動圧縮機１が作動して冷凍サイクル内を冷媒が流通することによって、空調ユニット９内の空気が蒸発器１０２に冷やされて車室内８０に冷風が供給され得ることを認識できる。したがって、乗員は、冷気を感じる可能性があることを事前に知るため、乗員にとって予期しない事態が起こることを防止でき、また、エアコンの故障や不具合が起こっている等の誤解をうけることを未然に防止できるのである。

次にステップ４０で、第１のインバータ装置２をＯＮして作動し、所定の回転数、または演算により求めた回転数で、電動圧縮機１を駆動する。これにより、ハウジング１４内を吸入された低圧の冷媒が流れる、この低圧冷媒はモータ室１２を冷やし、壁部１４ａを介してスイッチング素子４１の熱を奪い吸熱するため、スイッチング素子４１は冷却され、車両用空調装置が駆動されている状態でも、スイッチング素子４１の温度が低下し始める。低圧冷媒に吸熱された熱は、圧縮機構１１で圧縮されて吐出室１１ｃ、吐出通路１６ｃを通って冷媒吐出口１７から凝縮器１００に向けて吐出され、凝縮器１００で放熱が行われる。

このインバータ冷却のための電動圧縮機１の駆動は、素子推定温度ＴＣが設定温度Ｔ０未満に低下するまで行われる。したがって、ステップ６０では、ステップ５０で算出したＴＣが設定温度Ｔ０未満であるか否かを判定する。ステップ６０でＴＣがＴ０未満であると判定すると、素子冷却を行う必要はないと判断して、ステップ７０で第１のインバータ装置２をＯＦＦして停止し、電動圧縮機１の運転を停止する。このステップ１０からステップ７０までの一連のインバータ冷却制御に係る処理は、車両用装置３が駆動し得る状態である限り、継続的に行われる。

次に、第１実施形態のインバータ冷却装置がもたらす作用効果について述べる。インバータ冷却装置は、電動圧縮機１と、圧縮機構１１及びモータ部１０を収納し内部を圧縮機構１１が吸入する冷媒が流通する電動圧縮機１のハウジング１４と、モータ部１０を駆動制御する第１のインバータ装置２と、第１のインバータ装置２とともにハウジング１４と一体に設けられ、電動圧縮機以外の車両用装置３を駆動制御する第２のインバータ装置４と、を備える。インバータ冷却装置は、電動圧縮機１の運転が停止し、かつ第２のインバータ装置４が作動しているときに、第２のインバータ装置４を冷却する冷却実施条件が成立すると、第１のインバータ装置２を作動させて電動圧縮機１を駆動する（ステップ２０、ステップ４０）。

例えば、エアコン停止時等の電動圧縮機１が運転していない状況では、ハウジング１４内に冷媒が流通しないため、ハウジング１４に一体の第２のインバータ装置４における素子等の発熱を外部から冷却して、素子等の温度を低下させることはできない。特に、電動圧縮機１は、エンジンルーム８２等の熱的に過酷な環境に配置されるため、第２のインバータ装置４は、このような過酷な温度環境下で素子等が発熱し続けることで、繰り返し熱的な打撃を受けて各部品の劣化が進み、本来の機能を発揮できなくなり、故障、短寿命に至ってしまうことがある。

このような問題を解決するために、上記のように電動圧縮機１の運転が停止し、第２のインバータ装置４の作動中に、第２のインバータ装置４を冷却する冷却実施条件が成立すると、第１のインバータ装置２を作動させて電動圧縮機１を駆動する。このように停止していた電動圧縮機１を冷却実施条件の成立によって強制的に運転することにより、ハウジング１４内に流通する冷媒と第２のインバータ装置４との間で熱の移動が起こり、冷媒による吸熱、冷却作用が発揮され、スイッチング素子４１等の熱的負荷を緩和することができる。

また、インバータ冷却装置は、インバータ冷却制御において冷却実施条件が成立したときに乗員に対して電動圧縮機１を駆動することを通知する（ステップ３０）。これによれば、インバータ冷却のために電動圧縮機１を駆動するときには、メッセージ表示部８４のメッセージ表示、インストルメントパネル８１で点灯、点滅表示、音声による通知等を実施する。このような通知手段を備えることにより、停止している電動圧縮機１を駆動して冷媒を流通させると空調ユニット９から車室内８０へ冷房風が供給されるが、乗員に対してこのような状況が起こっていることを正しく認識させることができる。したがって、乗員が機器の故障を誤解したり、不快感を受けたりすることを未然に防止できる。

また、インバータ冷却を実施するか否かのトリガーとなる冷却実施条件は、第２のインバータ装置４に含まれるスイッチング素子４１等に流れる電流値と外気温度とを用いて算出する素子推定温度ＴＣが予め定めた設定温度Ｔ０以上であるときに成立したものとみなされる（ステップ２０）。これによれば、スイッチング素子４１等に流れる電流値と外気温度を用いて算出した素子推定温度ＴＣに基づいて冷却実施条件の成立を判断するため、素子温度を物理的に計測するセンサ等の装置をこの制御のために設ける必要がなく、部品点数の低減、製品の低コスト化を図ることができる。

（第２実施形態）
第２実施形態では、第１実施形態で説明したインバータ冷却制御の他の特徴的な制御について図４〜図６を参照して説明する。図４は、第２実施形態のインバータ冷却制御を説明するためのインバータ冷却装置の模式図である。図５は第２実施形態のインバータ冷却制御の処理手順を示したフローチャートである。図６は図５のフローチャートにおけるエアミックスドア開度制御のサブルーチンである。なお、第２実施形態のフローチャートに関係する電動圧縮機１は、第１実施形態で説明した構成と同様であり、その作用効果も同様である。以下に、第１実施形態との相違点についてのみ説明する。

本実施形態に記載する特徴的な制御は、第１実施形態に記載の制御に対し、素子冷却のために電動圧縮機１を駆動するときに、暖房空気と冷房空気とを混合させる風量割合を調整するエアミックスドア１１１の開度を制御し、車室内８０に供給される空気温度の低下を抑制するものである。当該制御によって、乗員に対して供給される空気の温度変化を抑制できるという効果が得られる。

図５に示す各ステップにおいて、第１実施形態で説明した図３と同一のステップ符号を付したものは、同様の処理を行う。図５のフローが開始すると、第１実施形態と同様のステップ１０、ステップ２０を順に実行する。ステップ２０で、素子推定温度ＴＣが設定温度Ｔ０以上であると判定すると、次に第１のインバータ装置２をＯＮして作動し、電動圧縮機１を駆動する。これにより、ハウジング１４内に吸入された低圧の冷媒は、スイッチング素子４１を冷却し、車両用空調装置が駆動されている状態でも、スイッチング素子４１の温度が低下し始める。

しかしながら、電動圧縮機１が停止状態のときに、第２のインバータ装置４を冷却するために電動圧縮機１を駆動することによって、車室内８０の乗員に対して供給される空気の温度が低下方向に変化してしまうという問題がある。そこで、本実施形態の制御では、この空気温度の低下による乗員の違和感を回避するために、ステップ４０ａでエアミックスドア１１１の開度制御を実行し、車室内８０への吹出し温度の低下度合いを抑制する。

ステップ４０ａでは、図６のサブルーチンに示すように、まずステップ４０１で、電動圧縮機１の駆動を行う前の吹出し温度ＴＡｂを検出する。温度センサ１１２は、空調ユニット９内の空気通路９１において冷風と温風が混合するエアミックス領域の空気温度を検出し、車室内８０へ供給される吹出し温度ＴＡに関する情報を電気信号として演算制御装置５に出力する温度検出手段である。

次に、ステップ４０２で第１のインバータ装置２をＯＮして作動し、所定の回転数、または演算により求めた回転数で、電動圧縮機１を駆動する。これにより、蒸発器１０２を通過する空気が冷やされるため、空気通路９１の下流側において温度センサ１１２が検出する、電動圧縮機１を駆動した後の吹出し温度ＴＡａは低下するようになる。

そこで、ステップ４０３で、ステップ４０１で検出した吹出し温度ＴＡｂと電動圧縮機１駆動後の吹出し温度ＴＡａとの差が予め定めたΔＴＡｄ以下になるように、エアミックスドア１１１の開度を決定し、決定した開度にエアミックスドア１１１を制御する。例えば、蒸発器１０２を通過して冷やされた空気について、ヒータコア１１０を通過する割合が増加するように、ヒータコア１１０側の通路を開く方向にエアミックスドア１１１を制御する。これにより、ヒータコア１１０で加熱されて温度上昇する空気が増えるため、加熱された温風が下流のエアミックス領域で冷風と混合して、電動圧縮機１の運転による吹出し温度の低下をΔＴＡｄ以下に抑制できるのである。ヒータコア１１０は、空気を加熱するための加熱装置の一例であり、エンジン冷却水を熱源とする。

以降、第１実施形態と同様のステップ５０、６０、７０を順に実施し、電動圧縮機１の運転を停止する。このステップ１０からステップ７０までの一連のインバータ冷却制御に係る処理は、車両用装置３が駆動し得る状態である限り、継続的に行われる。

次に、第２実施形態のインバータ冷却装置がもたらす作用効果について述べる。インバータ冷却装置は、冷却実施条件が成立したときに、電動圧縮機１を駆動させる前後における車室内８０への吹出し空気の温度差（ＴＡｂ−ＴＡａ）が予め定めた設定値ΔＴＡｄ以下になるように、エアミックスドア１１１の開度を制御する（ステップ４０３）。

この制御によれば、エアミックスドア１１１の開度を上記のように制御することにより、ハウジング１４内に一定量の冷媒が流通して冷媒と第２のインバータ装置４との間で熱の移動が起こりスイッチング素子４１等の発熱状態を緩和することができる。

また、インバータ冷却制御では、車室内空調の制御に関わりなく、電動圧縮機１が動作することになるため、ブロワが動作していれば乗員の意図に反して冷気が車室内８０に流入するようになり、乗員は空調の制御の不具合だと誤解する可能性がある。そこで、エアミックスドア１１１の開度制御によって、スイッチング素子４１等の冷却効果に加え、電動圧縮機１の駆動前後での吹出し空気の温度差を抑えるので、乗員に対して冷房能力が強くなったことを感じさせない。したがって、乗員の違和感を与えずに、効果的なインバータ冷却を実施することができる。

（第３実施形態）
第３実施形態では、第１実施形態で説明したインバータ冷却制御の他の特徴的な制御について図７及び図８を参照して説明する。図７は第３実施形態のインバータ冷却制御の処理手順を示したフローチャートである。図８は図７のフローチャートにおけるエアミックスドア開度制御のサブルーチンである。なお、第３実施形態のフローチャートに関係する電動圧縮機１及び空調ユニット９は、第１及び第２実施形態で説明した構成と同様であり、その作用効果も同様である。以下に、前述の実施形態との相違点についてのみ説明する。

本実施形態に記載する特徴的なインバータ冷却制御は、素子冷却のために電動圧縮機１を駆動するときに、吹出し温度の低下による乗員の違和感防止と、必要な素子冷却能力の確保とを両立できることにある。

図７に示す各ステップにおいて、第１実施形態で説明した図３と同一のステップ符号を付したものは、同様の処理を行う。図７のフローが開始すると、ステップ１０ａで、温度センサ６によって検出されたスイッチング素子４１の素子温度ＴＤを検出する処理を実行する。

第１実施形態で説明したように、空調停止時等の電動圧縮機１の運転が停止し、かつ車両用装置３が駆動している場合には、スイッチング素子４１等を含む電子部品の温度が製品の保証温度を超過して故障に至ってしまうおそれがある。

このような状態を未然に防ぐため、本フローでは以降のステップを実行する。ステップ２０ａでは、ステップ１０ａで算出した素子温度ＴＤが予め設定された設定温度Ｔ０以上であるか否かを判定する。この設定温度Ｔ０は、第１実施形態のステップ２０で使用する設定温度と同様である。

ステップ２０ａで、素子温度ＴＤが設定温度Ｔ０未満であればステップ１０ａに戻るが、設定温度Ｔ０以上であると判定すると、ステップ２１で、電動圧縮機１の駆動を行う前の吹出し温度ＴＡｂを検出する。ステップ２０ａは、予め設定された第２のインバータ装置４を冷却する冷却実施条件が成立するか否かを判定するステップである。さらにステップ２２で、電動圧縮機１の回転数ＮＣを算出する。回転数ＮＣは、電動圧縮機１駆動後の吹出し温度ＴＡａが駆動前の吹出し温度ＴＡｂよりも低下しないような回転数であり、換言すれば、低下し始めるときの回転数よりも小さい回転数である。このような回転数ＮＣは、演算処理装置５により、予め記憶された所定のプログラムやマップを用いた算出により求められる。所定のプログラムやマップは、予め行った実験等に基づいて求められる回転数ＮＣに設定されるように、予め記憶装置に記憶されたものである。

次に、ステップ２３では、ステップ２０ａで冷却実施条件が成立したときに、ステップ２２で算出した回転数ＮＣで電動圧縮機１を駆動したと仮定した場合に素子温度ＴＤが設定温度Ｔ０以上になるか否かを判定する。この設定温度Ｔ０は、第１実施形態のＴ０と同じである。ステップ２３で否定的、つまり、素子温度ＴＤが設定温度Ｔ０未満であり、スイッチング素子４１が必要な程度に温度低下すると判定すると、そのまま適切な素子冷却を実施できるので、ステップ４０で第１のインバータ装置２をＯＮして作動し、回転数ＮＣで電動圧縮機１を駆動する。

ステップ２３で肯定的、つまり、素子温度ＴＤが設定温度Ｔ０以上であり、スイッチング素子４１が必要な程度に冷却できないと判定すると、そのままでは乗員に対して違和感を与えないが、適切な素子冷却を実施できないので、ステップ２４でエアミックスドアの開度制御を実行する。

ステップ２４は、図８のサブルーチンにしたがって実行される。まず、ステップ２４１において、電動圧縮機１の回転数を、先のステップ２２で算出された回転数ＮＣよりも大きい回転数に設定する。この処理により、電動圧縮機１の回転数が上昇するため、圧縮機の冷媒吸入量が増加し、ハウジング１４内に低圧の冷媒をより多く取り込むことができ、素子冷却の能力を向上できるようになる。

一方で、回転数の上昇によって車室内８０への吹出し温度の低下が生じるため、これを改善して乗員の違和感を回避する必要がある。そこで、ステップ２４３で、先のステップ２１で検出した吹出し温度ＴＡｂと電動圧縮機１駆動後の吹出し温度ＴＡａとが同等になるように、エアミックスドア１１１の開度を決定し、決定した開度にエアミックスドア１１１を制御する。例えば、蒸発器１０２を通過して冷やされた空気について、ヒータコア１１０を通過する割合が増加するように、ヒータコア１１０側の通路を開く方向にエアミックスドア１１１を制御する。これにより、ヒータコア１１０で加熱されて温度上昇する空気が増えるため、加熱された温風が下流のエアミックス領域で冷風と混合して、電動圧縮機１の運転による吹出し温度の低下を防止できるのである。

このエアミックスドアの開度制御やステップ４０を実行した後は、ステップ５０ａを実行する。インバータ冷却のための電動圧縮機１の駆動は、ステップ５０ａで検出した素子温度ＴＤが設定温度Ｔ０未満に低下するまで行われる。したがって、ステップ６０ａでは、素子温度ＴＤが設定温度Ｔ０未満であるか否かを判定する。ステップ６０ａでＴＤがＴ０未満であると判定すると、素子冷却を行う必要はないと判断して、ステップ７０で第１のインバータ装置２をＯＦＦして停止し、電動圧縮機１の運転を停止する。以上のステップ１０ａからステップ７０までの一連のインバータ冷却制御に係る処理は、車両用装置３が駆動し得る状態である限り、継続的に行われる。

次に、第３実施形態のインバータ冷却装置がもたらす作用効果について述べる。インバータ冷却制御において、演算処理装置５は、冷却実施条件が成立したときに、電動圧縮機１の回転数を、電動圧縮機１を駆動させる前の吹出し空気の温度ＴＡｂよりも低下しない温度の空気が吹き出される回転数となるように算出する（ステップ２２）。

この制御によれば、電動圧縮機１を空気が冷やされない程度の回転数で運転することになるため、ハウジング１４内に流通する一定量の冷媒と第２のインバータ装置４との間で熱の移動が起こりスイッチング素子４１等の発熱状態を緩和することができる。さらに、電動圧縮機１の駆動前後で乗員に対して冷気が強くなったことを感じさせないので、違和感を与えない。

さらに本実施形態のインバータ冷却制御では、冷却実施条件が成立したときに演算処理装置５がステップ２２で算出した回転数で電動圧縮機を駆動したと仮定した場合に、第２のインバータ装置４が冷却を必要としない状態にまで温度低下しないと判定すると、演算処理装置５が算出した当該回転数よりも大きな回転数で電動圧縮機を駆動し（ステップ２４１）、電動圧縮機１を駆動させる前後における吹出し空気の温度が同等になるようにエアミックスドア１１１の開度を制御する（ステップ２４２）。

この制御によれば、冷却実施条件が成立したときに乗員に対して送風の温度変化に基づく違和感を与えないでインバータ冷却を実施しようとしたものの、第２のインバータ装置４を冷却できない場合には、電動圧縮機１の回転数を上げてインバータ冷却効果を高める。さらに、電動圧縮機１の駆動前後での吹出し空気の温度差をなくすようにエアミックスドア１１１の開度を制御する。したがって、インバータ冷却とともに乗員に対して違和感を与えないことの両方を満たすインバータ冷却制御を実現できる。

また、冷却実施条件は、第２のインバータ装置４に含まれるスイッチング素子４１について計測された素子温度ＴＤが予め定めた設定温度Ｔ０以上であるときに成立したとみなされる（ステップ２０ａ、ステップ２１）。これによれば、温度センサ６によって実際に計測した素子温度ＴＤを用いて判断することにより、冷却実施条件成立の判断にあたり、様々な外乱要因から受ける素子温度の過誤検出を考慮する必要がない。したがって、実情に適合したインバータ冷却の可否判断を実現できる。

（他の実施形態）
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に何ら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において種々変形して実施することが可能である。

上記実施形態では、素子推定温度ＴＣや素子温度ＴＤが設定温度Ｔ０以上であるときに素子冷却を実施するようにしているが、素子冷却の基準である設定温度はＴ０よりもさらに低い温度としてもよい。この場合、素子冷却を早い段階から実施できるため、急激な冷却を行わなくても素子温度が上昇しすぎない。したがって、電動圧縮機１の回転数を抑制することができ、低温空気の送風、圧縮機の騒音発生を防ぎ、乗員の違和感を小さくできる。

上記の第２及び第３実施形態で説明した制御フローにおいては、第１実施形態で説明したフローのステップ３０（素子冷却運転通知のステップ）に相当する処理を行わないとしているが、素子冷却運転を行う前に相当する通知の処理を実行するようにすることも可能である。第２及び第３実施形態の制御フローでも、この通知の処理を実行することで、乗員に対して冷風が供給され得ることを知らせるので、乗員が動作不具合等の誤解をすることを防止できる。

また、上記実施形態では、スイッチング素子２１，４１は、モータ部１０の回転軸方向にほぼ垂直なハウジング１４の壁部１４ａに取り付けられていたが、この形態に限定されるものではない。すなわち、ハウジング１４の外面のうち内部を吸入冷媒が流通する部位に形成された壁部に取り付けられるものであればよい。

１…電動圧縮機
２…第１のインバータ装置
３…車両用装置
４…第２のインバータ装置
５…演算処理装置
９…空調ユニット（車両用空調装置）
１０…モータ部（モータ）
１１…圧縮機構
１４…ハウジング
４１…スイッチング素子（素子）
８４…メッセージ表示部（通知手段）
９１…空気通路
１０２…蒸発器（冷却用熱交換器）
１１０…ヒータコア（加熱装置）
１１１…エアミックスドア

Claims (7)

1. 冷媒を吸入して圧縮する圧縮機構（１１）及び当該圧縮機構を駆動するモータ（１０）を有する電動圧縮機（１）と、
   前記電動圧縮機の外殻の一部または全部を構成し、前記圧縮機構及び前記モータを収納するとともに内部を前記圧縮機構が吸入する冷媒が流通するハウジング（１４）と、
   前記モータの駆動を制御する第１のインバータ装置（２）と、
   前記電動圧縮機以外の車両用装置（３）の駆動を制御する第２のインバータ装置（４）と、を備え、
   前記第１のインバータ装置（２）及び前記第２のインバータ装置（４）は、前記冷媒との間で熱の移動がなされるように前記ハウジング（１４）と一体に設けられており、
   前記電動圧縮機（１）の運転が停止し、かつ前記第２のインバータ装置（４）が作動しているときに、予め設定された前記第２のインバータ装置（４）を冷却する冷却実施条件が成立すると、前記第１のインバータ装置（２）を作動させて前記電動圧縮機（１）を駆動することを特徴とするインバータ冷却装置。
2. 前記電動圧縮機が圧縮する冷媒は、車両用空調装置（９）の空気通路（９１）に設けられた冷却用熱交換器（１０２）を流通するときに車室内へ吹き出される空気を冷却するようになっており、
   前記空気通路（９１）に設けられた加熱装置（１１０）が加熱した暖房空気と前記冷却用熱交換器（１０２）が冷却した冷房空気とを混合させる風量割合を調整するエアミックスドア（１１１）を備え、
   前記冷却実施条件が成立したときに、前記エアミックスドア（１１１）の開度を、前記電動圧縮機（１）を駆動させる前後における前記空気の温度差が予め定めた設定値以下になるように制御することを特徴とする請求項１に記載のインバータ冷却装置。
3. 前記電動圧縮機が圧縮する冷媒は、車両用空調装置（９）の空気通路（９１）に設けられた冷却用熱交換器（１０２）を流通するときに車室内へ吹き出される空気を冷却するようになっており、
   前記第１のインバータ装置（２）が駆動する前記電動圧縮機の回転数を求める演算処理装置（５）を備え、
   前記演算処理装置（５）は、前記冷却実施条件が成立したときに、前記電動圧縮機の回転数を、前記電動圧縮機（１）を駆動させる前の前記空気の温度よりも低下しない温度の空気が吹き出される回転数となるように求めることを特徴とする請求項１に記載のインバータ冷却装置。
4. 前記冷却実施条件が成立したときに前記演算処理装置（５）が前記算出した回転数で前記電動圧縮機を駆動したと仮定した場合に、前記第２のインバータ装置（４）が冷却を必要としない状態にまで温度低下しないと判定すると、前記演算処理装置（５）が前記算出した回転数よりも大きな回転数で電動圧縮機を駆動し、前記エアミックスドア（１１１）の開度を、前記電動圧縮機を駆動させる前後における前記空気の温度が同等になるように制御することを特徴とする請求項３に記載のインバータ冷却装置。
5. 前記冷却実施条件が成立したときに車両の乗員に対して前記電動圧縮機（１）を駆動することを通知する通知手段（８４）を備えることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載のインバータ冷却装置。
6. 前記冷却実施条件は、前記第２のインバータ装置（４）に含まれる素子（４１）に流れる電流値と外気温度を用いて算出する素子推定温度（ＴＣ）が予め定めた設定温度以上になる条件であることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載のインバータ冷却装置。
7. 前記冷却実施条件は、前記第２のインバータ装置（４）に含まれる素子（４１）について計測された素子温度（ＴＤ）が予め定めた設定温度以上であるときに成立したとみなされることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載のインバータ冷却装置。

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