JP6179501B2 - 電力変換装置 - Google Patents

Description

この発明は、冷媒配管を流れる冷媒を圧縮する圧縮機を駆動する電力変換装置を、等外圧縮機と一体化する技術に関する。

空気調和装置は、圧縮機によって冷媒を圧縮する。ここで圧縮機は交流回転機（以下、単に「モータ」とも称す））をも含む概念である。かかる圧縮機は、近年、インバータによって駆動されることが多い。

特許文献１では、２００℃以上の高温利用が可能なＳｉＣ（シリコンカーバイド）素子をインバータに用いることが記載されている。これは圧縮機の吐出温度となる高温部や吐出配管近傍にインバータを設置し、両者を一体化する観点で好適である。

また、特許文献２ではＳｉＣ素子の耐熱温度が４００℃であることを示し、これをスイッチング素子に用いたインバータと電動圧縮機に取り付ける技術が示されている。

このようなインバータ（以下、「逆変換器」とも称す）については、空気調和装置の運転効率や騒音などの各種特性を改善すべく、種々の制御方式が提案されている。

例えば、当該インバータに与えられる直流電圧が、整流回路によってもたらされる場合、その整流回路の出力端子間に接続されるコンデンサの静電容量を低減する技術が提案されている。このような整流回路とインバータとの組み合わせは、電解コンデンサレスインバータと通称され、例えば非特許文献１には、単相整流回路の出力電圧が電源周波数の２倍周波で大きく脈動することを許しつつ、インバータの出力電圧または出力電流を制御してモータに供給する技術が開示されている。同様に、非特許文献２や特許文献３では、三相整流回路の出力電圧が電源周波数の６倍周波で大きく脈動することを許しつつ、インバータの出力電圧または出力電流を制御してモータに供給する技術が開示されている。

特許第４４９４１１２号公報 特開２０１２−７７７２１号公報 特許第４０６７０２１号公報

関本守満、「技術開発レポート：グローバル低コストエアコン向け単相電解コンデンサレスインバータの開発」電気学会産業応用部門ニュースレター、Vol.133, No.10, p.3（2013） 高橋、伊東、「コンデンサレスインバータの制御方法」、昭和６３年電気学会全国大会、pp.624-626

しかし、特許文献１に記載された直流リアクトル、直流平滑コンデンサは一般にはその縦方向のサイズが大きい。よってこれらを圧縮機の側面に、特に垂直に設けることは困難であると推察される。しかしながら特許文献１それ自身には、インバータを圧縮機の近傍に設けることの開示や示唆はあるものの、直流リアクトル、直流平滑コンデンサの配置については示唆が無く、上記の困難性を解決する視点を欠いている。

特許文献２には圧縮機の外部に設けられたインバータと圧縮機の内部に設けられたモータとを、圧縮機を収納する密閉容器に設けられたターミナルを介して接続することが開示されている。しかし特許文献２にいうインバータがリアクトルやコンデンサを含むか否かについてすら、開示も示唆もない。

具体的に言うと、インバータと圧縮機を一体化構造にするためには、インバータを小型にする必要がある。よって上述のリアクトルやコンデンサを小型化することが望まれる。

更に、特許文献１には開示されていないが、インバータが発生するノイズ、特にコモンモードノイズを電源系統へ流出させない要求がある。かかる要求への対策としてノイズフィルタが設置されることも多い。そしてかかるノイズフィルタを構成するリアクトルやコンデンサはインバータの小型化の阻害要因ともなる。

この発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、インバータを小型化し、以てインバータと圧縮機との一体化に資する技術を提供する。

この発明にかかる電力変換装置（３）は、吐出配管（９）を有する冷媒配管（２，９）を流れる冷媒を圧縮する圧縮機（１）を駆動し、前記圧縮機における高温部であって前記吐出配管（９）が配置される面（１ａ）で前記圧縮機と一体化される。

この発明にかかる電力変換装置の第１の態様は、シリコンカーバイド素子を採用した逆変換器（６２）と、交流電圧を整流する整流器（６１）と、前記整流器と前記逆変換器との間に設けられ、前記交流電圧の周波数において平滑する機能を有さず、リアクトルと共にローパスフィルタを構成するコンデンサ（７）とを備える。

この発明にかかる電力変換装置の第２の態様は、その第１の態様であって、前記リアクトルのインダクタンスを単位マイクロヘンリーで表した値が、前記コンデンサの静電容量を単位マイクロファラドで表した値以下である。

この発明にかかる電力変換装置の第３の態様は、その第１の態様又は第２の態様であって、前記リアクトルのインダクタンスは２０μＨ以下である。

この発明にかかる電力変換装置の第４の態様は、その第１の態様であって、前記冷媒配管は絶縁性の支持筒（９６，９７）によって支持される。

この発明にかかる電力変換装置の第５の態様は、その第１〜第４の態様のいずれかであって、前記コンデンサ（７）にはセラミックコンデンサが採用される。

この発明にかかる電力変換装置の第１の態様によれば、コンデンサを小型化し、以て電力変換装置が小型化され、圧縮機との一体化に資する。シリコンカーバイド素子を採用してキャリア周波数を高めることができ、当該キャリア周波数が高くても損失の増加を抑制することができる。

この発明にかかる電力変換装置の第２の態様によれば、電解コンデンサレスインバータでは、コンデンサの静電容量を小さくでき、リアクトルを配線パターンや配線におけるリアクトル成分で構成できるので、電力変換装置が小型化される。

この発明にかかる電力変換装置の第３の態様によれば、配線のリアクトル成分でリアクトルが実現される。

この発明にかかる電力変換装置の第４の態様によれば、コモンモードノイズを除去するためのフィルタを別途に設ける必要が無いので、圧縮機と電力変換装置との一体化に好適である。

この発明にかかる電力変換装置の第５の態様によれば、高温での動作に適する。

第１の実施の形態にかかる電力変換装置の形状としての構成を概略的に示す模式図である。 電力変換装置の電気的な構成を示す回路図である。 図１の矢視方向Ａから見たときの構造を示す平面図である。 第２の実施の形態にかかる電力変換装置の形状としての構成を概略的に示す模式図である。 図４の矢視方向Ａから見たときの構造を示す平面図である。 第３の実施の形態にかかる電力変換装置の形状としての構成を概略的に示す模式図である。 第４の実施の形態にかかる電力変換装置の形状としての構成を概略的に示す模式図である。 第５の実施の形態にかかる電力変換装置の形状としての構成を概略的に示す模式図である。

第１の実施の形態．
図１は、第１の実施の形態にかかる電力変換装置３の形状としての構成を概略的に示す模式図である。電力変換装置３は電力変換装置箱３１に格納される。電力変換装置３の構成を理解しやすくするため、電力変換装置箱３１は断面が示されている。電力変換装置箱３１は圧縮機１の一面１ａに設けられ、両者は一体化されている。従って、電力変換装置３が圧縮機１と一体化されている、と把握することもできる。

圧縮機１は冷媒を圧縮する。圧縮機１には当該冷媒が流れる冷媒配管として、吸入配管２、吐出配管９が設けられている。吸入配管２は圧縮機１の吸入側の冷媒配管であり、吐出配管９は圧縮機１の吐出側の冷媒配管である。吐出配管９は電力変換装置箱３１の中を経由して、圧縮機１からその外部へと設けられている。当該圧縮機１は電力変換装置３によって駆動される。電力変換装置３は圧縮機１と、吐出配管９とともに、冷媒圧縮装置を構成する、と把握することができる。

一面１ａは圧縮機１の高温部位であり、圧縮機１の側面であって吐出配管９が配置される近傍である。

電力変換装置３は、基板５と、ＳｉＣデバイス６と、直流コンデンサ７、制御器８とを備える。あるいは更に直流リアクトル４を備える。

本実施の形態において基板５は、ＳｉＣデバイス６と、直流コンデンサ７、制御器８とを搭載する。あるいは更に直流リアクトル４を搭載する。また基板５は一面１ａとは反対側からＳｉＣデバイス６及び直流コンデンサ７に対向している。基板５と一面１ａとの間にＳｉＣデバイス６及び直流コンデンサ７が配置できるように、基板５は支柱５１によって一面１ａから離隔されている。

図２は、電力変換装置３の電気的な構成を示す回路図である。図２では交流電源１３と、圧縮機１の電気的部品である交流回転機１４も併記されている。交流電源１３は、三相交流電源として示されているが、単相交流電源でもよい。

電力変換装置３は整流器たる整流回路６１、逆変換器６２を備えており、これらは図１においてＳｉＣデバイス６として纏めて示されている。少なくとも逆変換器６２はＳｉＣ素子を採用して構成される。整流回路６１がＳｉＣ素子を採用して構成されてもよい。

整流回路６１は交流電源１３から供給される交流電圧を整流して（つまり交直変換を行って）整流電圧Ｖｒを得て、これを直流リアクトル４の一端と、直流コンデンサ７の一端とに与える。但し直流リアクトル４の他端と、直流コンデンサ７の他端とは接続されており、当該接続箇所は逆変換器６２の高電位側の入力端６２ａと接続される。

直流コンデンサ７は逆変換器６２の入力側に、より具体的には整流回路６１と逆変換器６２との間に設けられ、直流電圧Ｖｄｃを支持する。

直流リアクトル４を設けない場合（その具体的な場合は本実施の形態の最後に例示する）は、図２において直流リアクトル４をいわゆる短絡除去した構成に対応する。この場合、整流電圧Ｖｒは直流電圧Ｖｄｃと一致する。なお多くの場合、直流コンデンサ７は省略されない。換言すれば整流回路６１はその出力側に直流コンデンサ７が設けられることが多い。

逆変換器６２の低電位側の入力端６２ｂは直流コンデンサ７の一端に接続される。従って入力端６２ａ，６２ｂの間には、直流コンデンサ７が支持する直流電圧Ｖｄｃが印加されることになる。

電圧検出器１０は直流電圧Ｖｄｃを測定する。電流検出器１１は入力端６２ｂに流れる電流、つまり直流コンデンサ７の一端に接続される側の直流母線に流れる直流電流Ｉｄｃを測定する。

制御器８は直流電圧Ｖｄｃ及び直流電流Ｉｄｃに基づいて、逆変換器６２の動作を制御する。例えば逆変換器６２は電圧形インバータであり、そのスイッチングが制御器８によって制御される。

整流回路６１にはダイオードブリッジが採用されてもよいが、電流形コンバータが採用されてもよい。後者の場合、そのスイッチングも、制御器８によって制御される。

制御器８には、例えば制御マイコンを採用することができる。

上述のような電力変換装置３の電気的な構成や動作自体は公知であるので、その詳細は省略する。

例えば直流電流Ｉｄｃと、逆変換器６２のスイッチング動作とから、相電流を検出することができる。あるいは逆変換器６２と交流回転機１４との間を接続する結線に対して電流トランス等の電流検出手段を設け、相電流を検出してもよい。この場合、逆変換器６２と交流回転機１４との間に流れる三相交流電流の和が零である。このことを利用すれば２相分の相電流から他の１相の相電流を求めることもできるため、１相の電流検出手段を省略してもよい。

直流コンデンサ７の静電容量が大きいほど、直流電圧Ｖｄｃを平滑する機能が高い。よって直流コンデンサ７に平滑機能を持たせる場合には、電解コンデンサが採用されるのが通常である。他方、静電容量が大きなコンデンサを採用した電力変換装置は、全体の構成が大きくなることや製作コストを増大させるという欠点がある。

本実施の形態及び以下の実施の形態では、圧縮機１の周辺に電力変換装置３を取り付けたいという要求がある。そこで、直流コンデンサ７には、背が高い電解コンデンサを使用するのでなく、高さを抑制でき小型化可能なフィルムコンデンサやセラミックコンデンサを採用することが望ましい。

更に望ましくは、ＳｉＣデバイス６を冷却するときの温度が１８０℃以上となり得ることを考慮して、直流コンデンサ７にはセラミックコンデンサを採用することが望ましい。

本実施の形態では、上述のように、逆変換器６２にＳｉＣモジュールを適用している。ＳｉＣモジュールは、ＩＧＢＴモジュールに比して、スイッチング動作が速いという特徴を有している。従って、制御器８にてキャリア周波数を５０ｋＨｚ以上に高めたとしても、逆変換器６２はこれに十分に追随して動作できる。

このようなキャリア周波数が高いことは、直流コンデンサ７にフィルムコンデンサやセラミックコンデンサを採用し、その静電容量を高めにくい場合に好適である。静電容量が小さな直流コンデンサ７でも逆変換器６２のスイッチング動作に起因した高調波ノイズ（以下「スイッチングノイズ」と称す）を電源側に伝搬させにくいようにするためには、キャリア周波数を高め、直流コンデンサ７のコンダクタンスを高めることが望ましいからである。

ＳｉＣモジュールは、例えば２００℃以上という非常な高温でも動作が可能である。しかし、キャリア周波数が高いと損失が増大し、この損失は高温になるほど増大する。よってＳｉＣモジュールを採用しているとはいっても、キャリア周波数を高める要求からは、逆変換器６２を、結露を発生せずに冷却する構造を採用することが望まれる。

図１を参照して、本実施の形態では、圧縮機１の一面１ａと、ＳｉＣデバイス６に含まれる逆変換器６２と、基板５と、吐出配管９の横行部９０ｂとがこの順に並んで配置される。

図３は図１の矢視方向Ａから見たときの構造を示す平面図である。但し、視認の煩雑を避けるため、電力変換装置箱３１は省略されている。本実施の形態において横行部９０ｂは直線的に延在する。

吐出配管９は電力変換装置箱３１の中で屈曲し、貫通部９０ａ，９０ｃ、横行部９０ｂ、屈曲部位９１，９２を有する。貫通部９０ａは圧縮機１から最初に冷媒が流出する部分であり、基板５を貫通する。貫通部９０ａを流れた冷媒は屈曲部位９１を経由して横行部９０ｂに流れる。横行部９０ｂを流れた冷媒は屈曲部位９２を経由して貫通部９０ｃを流れる。貫通部９０ｃは電力変換装置箱３１のうち、一面１ａに接触する部位とは異なる部位を貫通し、図示されない冷媒系統に当該冷媒を供給する。

横行部９０ｂは上述のように配置されることにより、基板５を介して、一面１ａと共にＳｉＣデバイス６を挟む。これにより、逆変換器６２は、圧縮機１の吐出温度となる構造部分のみならず、吐出配管９を流れる冷媒によって冷却される。

このようにしてＳｉＣデバイス６が、ひいては逆変換器６２が冷却されるので、従来の技術よりも冷却する効率を高めることが容易となる。よってＳｉＣ素子を採用してキャリア周波数を高めることができ、当該キャリア周波数が高くても損失の増加を抑制することができる。

また、吐出配管９が電力変換装置箱３１の内部を経由するので、電力変換装置箱３１の内部の空気を吐出配管９の温度に近づける。これは電力変換装置箱３１の内部の空気が含み得る水蒸気の量を増加させ、ＳｉＣデバイス６ひいては逆変換器６２における結露を防止する観点で望ましい。

そして高温でも使用可能なＳｉＣ素子の特徴を活用しつつ、ＳｉＣ素子の排熱を、冷房運転や、暖房運転のサイクルに利用することができる。

逆変換器６２（より具体的にはＳｉＣデバイス６）及び基板５は、吐出配管９（より具体的には屈曲部位９２）と、一面１ａとの間で把持されることが望ましい。より望ましくは、ＳｉＣデバイス６及び基板５は、横行部９０ｂと一面１ａとの間で把持されることが望ましい。その方が、より冷却効率は高いからである。

なお、電力変換装置３を小型化するためには、いわゆる電解コンデンサレスインバータ（例えば非特許文献１参照）を採用することができる。この場合、直流コンデンサ７は整流回路６１から得られる直流を、電源周波数（交流電源１３が出力する交流電圧の周波数）において平滑する機能を有さず、逆変換器６２からのスイッチングノイズを交流電源１３の方へ伝搬させない機能を有すれば足りる。よってこの場合の直流コンデンサ７は、平滑機能で要求される静電容量よりも非常に小さな静電容量を有すれば足り、これにセラミックコンデンサを採用することが容易となる。これは電力変換装置３と圧縮機１との一体化にとって有利な技術である。

非特許文献１で紹介された電解コンデンサレスインバータに即してみれば、交流電源１３は単相交流電圧を出力し、直流電圧Ｖｄｃは当該交流電圧の周波数の２倍で脈動する。この場合には、整流回路６１は単相全波整流を行うダイオードブリッジが採用される。あるいは図２で示されるように交流電源１３が三相交流電圧を出力する場合には、直流電圧Ｖｄｃは当該交流電圧の周波数の６倍で脈動する。この場合には、整流回路６１は三相全波整流を行うダイオードブリッジが採用される。

このように、電解コンデンサレスインバータでは、直流電圧Ｖｄｃが大きく脈動するので、逆変換器６２が出力する電圧の直流電圧Ｖｄｃに対する比（これは「電圧利用率」とも称される）が下がる。従って、逆変換器６２と交流回転機１４の配線の電流容量を増大させる要求が発生する。

このような場合、電力変換装置３と圧縮機１とを一体化することは、逆変換器６２と交流回転機１４の配線を極端に短く、もしくはほぼ無くすことができる観点で望ましい。つまり、電解コンデンサレスインバータで要求される配線の電流容量の上昇に対し、電力変換装置３と圧縮機１との一体化は、コスト増加を抑制できる効果を有する。

以上のようにして、電解コンデンサレスインバータの採用は電力変換装置３と圧縮機１との一体化にとって有利であり、逆に、電力変換装置３と圧縮機１との一体化は電解コンデンサレスインバータの採用に有利である。よって本実施の形態の構造は、電解コンデンサレスインバータに適した構造であると言える。

例えば直流コンデンサ７のサイズを小さくする観点から、静電容量は１〜２０μＦ（マイクロファラド）程度に選定することが望ましい。またセラミックコンデンサを直流コンデンサ７に採用することは耐熱の観点のみならず、このようなサイズの低減という観点でも望ましい。

他方、直流コンデンサ７の静電容量を小さく選定するほど、サイズが大きなリアクトルが必要となる。これは、逆変換器６２からのスイッチングノイズを電源側に伝搬させにくくするためのカットオフ周波数を得る要求があり、よって直流コンデンサ７の静電容量が小さいほど、これとともにローパスフィルタを構成するリアクトルに要求されるインダクタンスは大きくなるからである。このようなリアクトルのインダクタンスについて要求は、当該リアクトルを直流リアクトル４として実現する場合のみならず、交流電源１３と整流回路６１との間に設けられる、いわゆる交流リアクトル（不図示）として実現する場合にも妥当する。当該交流リアクトルは整流回路６１を介して、等価的に直流リアクトル４として機能するからである。

逆に、当該リアクトルに要求されるインダクタンスが小さいならば、当該リアクトルは実際には省略することができる。基板５に設けられる配線パターン（図示省略）や交流電源１３から電力変換装置３までの配線におけるリアクトル成分が、直流コンデンサ７と共に上記カットオフ周波数を有するローパスフィルタを形成するからである。もちろん、交流電源１３から電力変換装置３までの配線が交流リアクトルとして機能してもよい。

さて、逆変換器６２からのスイッチングノイズを電源側に伝搬させにくくするためには、直流コンデンサ７と直流リアクトル４（あるいはこれを等価的に実現する上述のリアクトル成分）とで実現されるカットオフ周波数は逆変換器６２のキャリア周波数の１／１０以下にすることが望ましい。

例えば直流コンデンサ７の静電容量が２０μＦに選定される場合、上述のリアクトル成分のインダクタンスが１０μＨ（マイクロヘンリー）であれば、カットオフ周波数は１１ｋＨｚとある。この場合には、キャリア周波数が１１０ｋＨｚ以上であることが望ましい。上述のリアクトル成分のインダクタンスが２０μＨであれば、カットオフ周波数は８ｋＨｚとなる。この場合には、キャリア周波数が８０ｋＨｚ以上であることが望ましい。

通常、上述のリアクトル成分のインダクタンスは１０〜２０μＨ存在することは稀ではない。またＳｉＣデバイス６の動作温度が高いこと、更には吐出配管９や一面１ａを用いた冷却が行われることに鑑みれば、８０〜１１０ｋＨｚ程度のキャリア周波数で逆変換器６２を動作させることができる。

なお、直流リアクトル４や交流リアクトルを設けることを前提とすれば、直流コンデンサ７の静電容量は小さくできる。例えば直流リアクトル４のインダクタンスが４００μＨであれば、直流コンデンサ７の静電容量を１μＦまで低減しても８ｋＨｚのカットオフ周波数を得ることができ、直流コンデンサ７を非常に小さくすることができる。

具体的には、直流リアクトル４や交流リアクトルのインダクタンスを単位μＨで表した数値が、直流コンデンサ７の静電容量を単位μＦで表した数値以下である関係が好ましい。電解コンデンサレスインバータでは、直流コンデンサ７の静電容量を小さくできるので、上記の関係により、上述のインダクタンスを配線パターンや配線におけるリアクトル成分で実現でき、電力変換装置３の小型化に資するからである。これは電力変換装置３と圧縮機１とを一体化する観点で望ましい。より具体的には上述のように直流コンデンサ７の静電容量は１〜２０μＦ程度に選定することが望ましいので、上述のインダクタンスは２０μＨ以下であることが望ましい。

第２の実施の形態．
図４は、第２の実施の形態にかかる電力変換装置３の形状としての構成を概略的に示す模式図である。本実施の形態でも、第１の実施の形態と同様に、圧縮機１の一面１ａと、ＳｉＣデバイス６に含まれる逆変換器６２と、基板５と、吐出配管９の横行部９０ｂとがこの順に並んで配置される。

図５は図４の矢視方向Ａから見たときの構造を示す平面図である。但し、視認の煩雑を避けるため、電力変換装置箱３１は省略されている。

本実施の形態はその横行部９０ｂが第１の実施の形態とは異なり、Ｕ字形状を呈して延在する。具体的には、横行部９０ｂは屈曲部位９３，９４と直線状部９０ｄ，９０ｅ，９０ｆを含む。貫通部９０ａを流れた冷媒は、屈曲部位９１、直線状部９０ｄ、屈曲部位９３、直線状部９０ｅ、屈曲部位９４、直線状部９０ｆ、屈曲部位９２をこの順に介して、貫通部９０ｃを流れる。

逆変換器６２（より具体的にはＳｉＣデバイス６）及び基板５は、吐出配管９（より具体的には屈曲部位９２〜９４の少なくとも一つ）と一面１ａとの間で把持されることが望ましい。

より望ましくは、ＳｉＣデバイス６及び基板５は、更に、直線状部９０ｄ，９０ｅ，９０ｆの少なくとも一つと一面１ａとの間で把持されることが望ましい。

本実施の形態においても、第１の実施の形態と同様に、電解コンデンサインバータに適した構造が得られると言えることは当然である。

第３の実施の形態．
図６は第３の実施の形態にかかる電力変換装置３の形状としての構成を概略的に示す模式図である。本実施の形態でも、第１の実施の形態と同様に、圧縮機１の一面１ａと、ＳｉＣデバイス６に含まれる逆変換器６２と、基板５と、吐出配管９の横行部９０ｂとがこの順に並んで配置される。

但し、第１の実施の形態とは異なり、本実施の形態において電力変換装置３は、直流リアクトル４を圧縮機１内部に備える。例えば直流リアクトル４は密閉されている。なお、その他の構成については、第１の実施の形態の構成と同一あるいは同等であり、それらの部分の説明を省略する。

直流リアクトル４は、絶縁材料の特性上、１８０℃より低い温度で使用する必要がある。他方、ＳｉＣデバイス６は２００℃以上でも動作可能であり、これを格納する電力変換装置箱３１の内部温度が、１８０℃あるいはこれ以上となっても構わない。

圧縮機１の吐出温度は通常は１３０℃を超えないので、直流リアクトル４を圧縮機１内部に設置しても構わない。

このように、直流リアクトル４を圧縮機１の内部に設置することにより、直流リアクトル４を小型化する必要性が低減する。電力変換装置３を圧縮機１に一体化するための構造についても設計の自由度が高まる。

例えば直流リアクトル４を電力変換装置箱３１に格納する場合、直流リアクトル４の大きさは、電力変換装置箱３１の高さの設計に大きな影響を与えることになる。直流リアクトル４を圧縮機１内部に設置することにより、電力変換装置箱３１を小型化できる効果もある。

また直流リアクトル４を小型化するためには逆変換器６２のキャリア周波数を上げる必要があったところ、この必要性も低下する。これはＳｉＣデバイス６での損失を低減する観点で望ましい。

第４の実施の形態．
図７は第４の実施の形態にかかる電力変換装置３の形状としての構成を概略的に示す模式図である。

上述の電力変換装置３のうち、制御器８を除いた構成が電力変換装置箱３１に格納され、上述の実施の形態と同様にして電力変換装置箱３１は圧縮機１の一面１ａに設けられ、両者は一体化されている。

但し、制御器８は、電力変換装置箱３１とは別の制御器箱８１に収納されている。電力変換装置３の構成を理解しやすくするため、電力変換装置箱３１と共に、制御器箱８１もその断面が示されている。

図７では直流リアクトル４を、第３の実施の形態と同様に、圧縮機１の内部に設置する態様を示した。但し第１の実施の形態や第２の実施の形態と同様に、基板５に搭載して直流リアクトル４を搭載してもよい。あるいは、例えば電力変換装置３に電解コンデンサレスインバータを採用する場合には、直流リアクトル４を省略してもよい。

制御器箱８１は圧縮機１の吸入温度となる吸入配管２の近傍に設置する。これに伴い、制御器箱８１の制御器８と電力変換装置箱３１の基板５とを電気的に接続する接続配線１２が設けられる。その他、基板５に搭載されるＳｉＣデバイス６、直流コンデンサ７については上述の実施の形態で説明されたので、ここではその詳細を省略する。

ＳｉＣデバイス６の冷却は２００℃で足りるところ、制御器８は例えば制御マイコンを備えているので、これを正常に動作させるためには、そのような温度よりも低い環境に配置すべきである。よって電力変換装置３と圧縮機１とを一体化しつつも、制御器８を、その動作が不安定となる高温にさらさないよう、かかる高温でも動作するＳｉＣデバイス６とは別に配置することが望ましい。よって制御器８を上述のように配置するのである。

特に、逆変換器６２のキャリア周波数を上げて損失が増加した場合、電力変換装置箱３１の温度が１８０℃を超えて２００℃付近になる可能性がある。その場合は、制御器８が備える制御マイコンが正常に動作することが保証されている温度を超える事態も想定される。しかしながら上述のように制御器８を配置することにより、かかる事態を回避する。

他方、電力変換装置箱３１に格納されるのは、２００℃以上に耐えることができるＳｉＣデバイス６や、直流コンデンサ７である。直流コンデンサ７にはセラミックコンデンサを採用することが、高温において動作する観点で望ましい。

上述の実施の形態では、吐出配管９が横行部９０ｂを有している場合を説明したが、本実施の形態ではかかる横行部９０ｂは必ずしも要求されない。図７に示されるように、吐出配管９は一面１ａから直線状に延在して電力変換装置箱３１を貫通してもよい。

このように吐出配管９が横行部９０ｂを有しない構造は、曲げ構造を省略できるので、低コスト化に資する。

このように、本実施の形態によれば、２００℃以上の高温で利用することが難しい制御器８を、高温で利用する部品（具体的にはＳｉＣデバイス６）と別置きにすることにより、電力変換装置箱３１及び吐出配管９を小型化することができる。

第５の実施の形態．
さて、スイッチングノイズは圧縮機１からその周辺への伝搬を低減することが望まれる。他方、通常、吸入配管２、吐出配管９、圧縮機１の筐体は金属製であり、これらは当該ノイズを伝搬させる可能性がある。よってこれらの部位を周囲から絶縁することが望ましい。

図８は、第５の実施の形態にかかる電力変換装置３の形状としての構成を概略的に示す模式図である。本実施の形態でも、第１の実施の形態と同様に、圧縮機１の一面１ａと、ＳｉＣデバイス６に含まれる逆変換器６２と、基板５と、吐出配管９の横行部９０ｂとがこの順に並んで配置される。

但し、吸入配管２、吐出配管９にはそれぞれ絶縁性を有する支持筒９６，９７が設けられる。吸入配管２、吐出配管９はそれぞれ支持筒９６，９７によって支持され、支持筒９６，９７は図示されない他の構成要素で支持される。また圧縮機１のうち、一面１ａと異なる面、例えば底面には絶縁性を有する台座９８ａ，９８ｂが設けられる。圧縮機１は台座９８ａ，９８ｂによって支持される。台座９８ａ，９８ｂは図示されない他の構成要素で支持される。

支持筒９６，９７は例えばセラミックで形成される。例えば吸入配管２、吐出配管９、が銅で形成される場合には、支持筒９６，９７は金錫を使用したろう付け（Brazing）接合や、半田接合を用いて吸入配管２、吐出配管９に設けられる。台座９８ａ，９８ｂは、例えばゴムや樹脂を採用して形成することができる。

スイッチングノイズへのこのような対処は、特に、直流リアクトル４のインダクタンスを小さくし、あるいはこれを省略し、直流コンデンサ７の静電容量を小さくすることにより、直流リアクトル４及び直流コンデンサ７で実現されるフィルタのカットオフ周波数が高い場合に好適である。換言すれば、スイッチングノイズへのこのような対処は、直流リアクトル４や直流コンデンサ７の小型化に好適であると言える。

しかも、直流リアクトル４及び直流コンデンサ７で実現されるフィルタは、いわゆるノーマルモードノイズの除去するものの、電源と接地との間に発生するコモンモードノイズの除去には有効ではない。よって上記の対処により、コモンモードノイズを除去するためのフィルタを別途に設ける必要が無いという観点で、圧縮機１と電力変換装置３との一体化に好適である。

１ 圧縮機
２ 吸入配管
３ 電力変換装置
４ 直流リアクトル
５ 基板
７ 直流コンデンサ
９ 吐出配管
６１ 整流器
６２ 逆変換器

Claims (5)

1. 吐出配管（９）を有する冷媒配管（２，９）を流れる冷媒を圧縮する圧縮機（１）を駆動する電力変換装置（３）であって、
   シリコンカーバイド素子を採用した逆変換器（６２）と、
   交流電圧を整流する整流器（６１）と、
   前記整流器と前記逆変換器との間に設けられ、前記交流電圧の周波数において平滑する機能を有さず、リアクトルと共にローパスフィルタを構成するコンデンサ（７）と
   を備え、前記圧縮機における高温部であって前記吐出配管が配置される面（１ａ）で前記圧縮機と一体化される電力変換装置。
2. 前記リアクトルのインダクタンスを単位マイクロヘンリーで表した値が、前記コンデンサの静電容量を単位マイクロファラドで表した値以下である、請求項１記載の電力変換装置。
3. 前記リアクトルのインダクタンスは２０μＨ以下である、請求項１又は請求項２に記載の電力変換装置。
4. 前記冷媒配管は絶縁性の支持筒（９６，９７）によって支持される、請求項１記載の電力変換装置。
5. 前記コンデンサ（７）にはセラミックコンデンサが採用される、請求項１〜４のいずれか一つに記載の電力変換装置。

Images