WO2023203940A1 - 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と共に、電力の制御や供給に用いられるパワースイッチング素子の低温時における耐圧電圧の低下に効果的に対処し得る複合装置を提供する。 【解決手段】冷媒圧縮機能と熱媒体加熱機能とを有する複合装置１は、冷媒を圧縮する圧縮機構３を駆動する電動モータ４への通電を制御する第１パワースイッチング素子Ｑ１～Ｑ６と、熱媒体を加熱する電気ヒータ５への通電を制御する第２パワースイッチング素子Ｑ７、Ｑ８とを有する。第２パワースイッチング素子Ｑ７、Ｑ８のスイッチング周波数は第１パワースイッチング素子Ｑ１～Ｑ６のスイッチング周波数よりも低く設定され、及び、第２パワースイッチング素子Ｑ７、Ｑ８のスイッチング速度は第１パワースイッチング素子Ｑ１～Ｑ６のスイッチング速度よりも遅く設定されている。

Description

複合装置

　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と共に、電力の制御や供給に用いられるパワースイッチング素子の低温時における耐圧電圧の低下に効果的に対処し得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、冷媒圧縮機能と熱媒体加熱機能とを有する複合装置が提供される。この複合装置は、ハウジング内に、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、前記電動モータへの通電を制御する第１パワースイッチング素子を有するモータ駆動回路と、熱媒体を加熱する電気ヒータと、前記電気ヒータへの通電を制御する第２パワースイッチング素子を有するヒータ制御回路とを有する。また、前記ハウジング内は、前記圧縮機構及び前記電動モータを収容すると共に前記圧縮機構で圧縮される冷媒が流れる第１収容空間と、前記電気ヒータを収容すると共に熱媒体が流れる第２収容空間と、前記モータ駆動回路及び前記ヒータ制御回路を収容する第３収容空間とに仕切られている。前記第２パワースイッチング素子のスイッチング周波数は前記第１パワー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、及び、前記第２パワースイッチング素子のスイッチング速度は前記第１パワー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ている。

　好ましくは、前記複合装置は、低温時において、前記第１パワースイッチング素子及び前記第２パワースイッチング素子の停止状態から前記第１パワースイッチング素子を動作させる場合、まず第２パワースイッチング素子を動作させ、その後、前記第１パワースイッチング素子に動作させるように構成されている。

　あるいは、前記複合装置は、前記第１パワースイッチング素子の温度を検出する温度検出部と、前記モータ駆動回路及び前記ヒータ制御回路を制御する制御ユニットとを含み、前記制御ユニットは、前記温度検出部の検出温度が閾値温度以下のときに前記冷媒圧縮機能の起動要求が入力されると、まず前記第２パワースイッチング素子を動作させて前記ヒータ制御回路を起動させ、その後、前記第１パワースイッチング素子を動作させて前記モータ駆動回路を起動させるように構成されている。

　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と共に、電力の制御や供給に用いられるパワースイッチング素子の低温時における耐圧電圧の低下に効果的に対処し得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。

　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３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している。複合装置１は、例えば、上述したような車両用空気調和装置に適用され得る。

　複合装置１が車両用空気調和装置に適用された場合、複合装置１の冷媒圧縮機能部は、車両空気調和装置における冷媒回路に組み込まれ、膨張弁と、蒸発器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、ポンプなどにより熱媒体が循環する熱媒体回路に組み込まれ、熱媒体を加熱すると共に、加熱された熱媒体を、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３を参照すると、本実施形態において、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内には、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とが収容されている。これらは軸方向に直列に配置されている。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）に連結される。

　第１ハウジング２Ａの一方（図１、図２における下側）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。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、略矩形筒状に形成されている。第２ハウジング２Ｂ内には、熱媒体を加熱する電気ヒータ５が収容されている。特に限定されないが、本実施形態において、電気ヒータ５は、第２ハウジング２Ｂ内に並列に配置され且つ電気的に並列に接続された一対のヒータ（ヒータ５Ａ、ヒータ５Ｂ）で構成されている。

　第２ハウジング２Ｂの一方（図１、図２における下側）の開口端は、第２カバー２Ｅによって閉塞されている。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（制御基板ともいう）６が第３ハウジング２Ｃ内に収容されている。なお、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（水）加熱機能（熱媒体（水）加熱装置）が実現される。

　第３ハウジング２Ｃの底壁７は、第１ハウジング２Ａの他方（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（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内と第３ハウジング２Ｃ内とが仕切られ、第２ハウジング２Ｂ内と第３ハウジング２Ｃ内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、ハウジング２の内部壁を構成すると共に、第１ハウジング２Ａ内と第３ハウジング２Ｃ内とを仕切る第１仕切部７１と、第２ハウジング２Ｂ内と第３ハウジング２Ｃ内とを仕切る第２仕切部７２を有している。

　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。第３ハウジング２Ｃは、回路（基板）ハウジングということもできる。

　換言すれば、本実施形態において、複合装置１のハウジング２は、第１ハウジング２Ａの内部空間で構成されて圧縮機構３及び電動モータ４を収容する第１収容空間Ｓ１と、第２ハウジング２Ｂの内部空間で構成されて電気ヒータ５（ヒータ５Ａ、ヒータ５Ｂ）を収容する第２収容空間Ｓ２と、第３ハウジング２Ｃの内部空間で構成されてモータ駆動回路２０及びヒータ制御回路３０（具体的には、これらが実装された回路基板６）を収容する第３収容空間Ｓ３とを有している。

　ここで、第１収容空間Ｓ１と第２収容空間Ｓ２とは互いに分離されている。また、第１収容空間Ｓ１と第３収容空間Ｓ３とは第３ハウジング２Ｃの底壁７の第１仕切部７１によって仕切られ、第２収容空間Ｓ２と第３収容空間Ｓ３とは第３ハウジング２Ｃの底壁７の第２仕切部７２によって仕切られている。つまり、複合装置１のハウジング２内は、圧縮機構３及び電動モータ４を収容する第１収容空間Ｓ１と、電気ヒータ５を収容する第２収容空間Ｓ２と、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収容空間Ｓ３とに仕切られている。

　なお、第１収容空間Ｓ１と第３収容空間Ｓ３とは、第１仕切部７１を挟んで隣り合っており、第２収容空間Ｓ２と第３収容空間Ｓ３とは、第２仕切部７２を挟んで隣り合っている。また、第３収容空間Ｓ３は、第１収容空間Ｓ１及び第２収容空間Ｓ２に対して電動モータ４の軸方向に配置されている。具体的には、第３収容空間Ｓ３は、電動モータ４の軸方向において、第３ハウジング２Ｃの底壁７（すなわち、第１仕切部７１及び第２仕切部７２）を挟んで第１収容空間Ｓ１及び第２収容空間Ｓ２とは反対側に配置されている。

　第１ハウジング２Ａには、外部からの冷媒を第１収容空間Ｓ１に流入させるための冷媒流入口８が形成されている。外部からの冷媒は、例えば、上述の車両用空気調和装置の冷媒回路における膨張弁と蒸発器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収容空間Ｓ１と第３収容空間Ｓ３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、外部からの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、外部からの冷媒を第１収容空間Ｓ１に流入させるように構成されている。

　第１収容空間Ｓ１に流入した冷媒は、第１収容空間Ｓ１を流れ、その後、圧縮機構３に吸入される。なお、第１仕切部７１は、第１収容空間Ｓ１に流入する冷媒によって冷却され、電動モータ４は、第１収容空間Ｓ１を流れる冷媒によって冷却される。

　圧縮機構３に吸入された冷媒は、圧縮機構３によって圧縮される。そして、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から外部に流出し、例えば、上述の車両用空気調和装置の冷媒回路における、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）に供給される。なお、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側の部位に設けられている。

　他方、第２ハウジング２Ｂには、外部からの熱媒体を第２収容空間Ｓ２に流入させるための熱媒体流入口１０が形成されている。外部からの熱媒体は、例えば、上述の車両用空気調和装置の熱媒体回路における、車室内に供給される空気を加熱するための熱媒体－空気熱交換器を通過した熱媒体である。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収容空間Ｓ２と第３収容空間Ｓ３とを仕切る第２仕切部７２の近傍に設けられている。好ましくは、熱媒体流入口１０は、外部からの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、外部からの熱媒体を第２収容空間Ｓ２に流入させるように構成されている。

　第２収容空間Ｓ２に流入した熱媒体は、第２収容空間Ｓ２を流れ、その際、電気ヒータ５（ヒータ５Ａ、ヒータ５Ｂ）によって加熱される。

　電気ヒータ５（ヒータ５Ａ、ヒータ５Ｂ）によって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、上述の車両用空気調和装置における、車室内に供給される空気を加熱するための熱媒体－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の第２カバー２Ｅ側の部位に設けられている。

　なお、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４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に供給するように構成されている。モータ駆動回路２０は、コンデンサ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。

　コンデンサ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。

　第１パワーモジュール２２は、電動モータ４への通電を制御する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が制御（ＰＭＷ制御）されることにより、コンデンサ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相アームの第１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相アームの第１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相アームの第１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、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、第１パワーモジュール２２は、コンデンサ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、これによって、電動モータ４、ひいては、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）に基づいて第１パワースイッチング素子Ｑ１～Ｑ６をＯＮ／ＯＦＦ駆動する。

　つまり、本実施形態において、第１パワースイッチング素子Ｑ１～Ｑ６の動作、ひいてはモータ駆動回路２０の動作は、制御ユニット１５によって制御される。

　図５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（ヒータ５Ａ、ヒータ５Ｂ）に印加するように構成されている。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。特に限定されないが、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駆動する。

　つまり、本実施形態において、第２パワースイッチング素子Ｑ７、Ｑ８の動作、ひいてはヒータ制御回路３０の動作は、制御ユニット１５によって制御される。

　ここで、図６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６は、複合装置１の部分概略断面図（図３のＡ－Ａ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。

　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収容空間Ｓ３内において、互いに近い位置に配置されている。また、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収容空間Ｓ３内における第１収容空間Ｓ１に対応する位置に配置されている。具体的には、本実施形態において、第１パワースイッチング素子Ｑ１～Ｑ６及び第２パワースイッチング素子Ｑ７、Ｑ８は、第３収容空間Ｓ３に収容された回路基板６の下面（第３ハウジング３Ｃの底壁７側の面）であって、且つ、第１収容空間Ｓ１と第３収容空間Ｓ３とを仕切る第１仕切部７１に対向する部位に実装されている。

　また、本実施形態において、第１パワースイッチング素子Ｑ１～Ｑ６及び第２パワースイッチング素子Ｑ７、Ｑ８は、例えば、それぞれのリードの長さが適宜調整されたり、及び／又は、第３ハウジング２Ｃの底壁７の一部が上側に突出するように形成されたりすることにより、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との間で熱交換が可能な状態のことをいい、第１仕切部７１に直接接触することはもちろん、第１仕切部７１に十分に近接していることや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５１や第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５２などの各種検出部の検出結果も入力されている。第１温度検出部５１は、第１パワースイッチング素子Ｑ１～Ｑ６自体の温度を検出するものはもちろん、第１パワースイッチング素子Ｑ１～Ｑ６の温度に相関する温度を検出するものを含む。同様に、第２温度検出部５２は、第２パワースイッチング素子Ｑ７、Ｑ８自体の温度を検出するものはもちろん、第２パワースイッチング素子Ｑ７、Ｑ８の温度に相関する温度を検出するものを含む。なお、第３収容空間Ｓ３内における第１パワースイッチング素子Ｑ１～Ｑ６及び第２パワースイッチング素子Ｑ７、Ｑ８の周囲温度を検出可能な温度センサが第１温度検出部５１及び／又は第２温度検出部５２の代わりに用いられてもよい。

　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（ＰＷＭ信号）を第１ドライバ回路２３及び／又は第２ドライバ回路３２に供給し、これによって、第１パワースイッチング素子Ｑ１～Ｑ６、ひいてはモータ駆動回路２０を制御し、及び／又は、第２パワースイッチング素子Ｑ７、Ｑ８、ひいてはヒータ制御回路３０を制御するように構成されている。

　例えば、制御ユニット１５は、冷媒圧縮機能の起動要求が入力されると、起動用の制御信号を第１ドライバ回路２３に供給し、第１パワースイッチング素子Ｑ１～Ｑ６を動作させてモータ駆動回路２０を起動させる。その後、制御ユニット１５は、入力される冷媒圧縮機能の動作要求に応じた制御信号を第１ドライバ回路２３に供給して第１パワースイッチング素子Ｑ１～Ｑ６（モータ駆動回路２０）を動作させる。そして、制御ユニット１５は、冷媒圧縮機能の停止要求が入力されると、第１ドライバ回路２３に対する制御信号の供給を停止して第１パワースイッチング素子Ｑ１～Ｑ６（モータ駆動回路２０）の動作を停止させる。

　また、制御ユニット１５は、熱媒体加熱機能の起動要求が入力されると、起動用の制御信号を第２ドライバ回路３２に供給し、第２パワースイッチング素子Ｑ７、Ｑ８を動作させてヒータ制御回路３０を起動させる。その後、制御ユニット１５は、入力される熱媒体加熱機能の動作要求に応じた制御信号を第２ドライバ回路３２に供給して第２パワースイッチング素子Ｑ７、Ｑ８（ヒータ制御回路３０）を動作させる。そして、制御ユニット１５は、熱媒体加熱機能の停止要求が入力されると、第２ドライバ回路３２に対する制御信号の供給を停止してヒータ制御回路３０の動作を停止させる。

　ところで、例えば複合装置１が車両用空調調和装置に適用される場合、複合装置１は、低温（例えば－４０℃）から高温（例えば１３０℃）までの広範囲の温度環境で動作することが求められる。ここで、ＩＧＢＴやＭＯＳＦＥＴなどのパワースイッチング素子は、温度が低下するにしたがって耐圧電圧が低下する特性を有している。このため、特に低温時において、パワースイッチング素子がスイッチングするときに発生するサージ電圧がパワースイッチング素子の耐圧電圧を超えてしまい、パワースイッチング素子が故障するおそれがある。この点に関し、実施形態に係る複合装置１は、次のような構成を採用することでその対策を図っている。

（１）まず、ヒータ制御回路３０の第２パワースイッチング素子Ｑ７、Ｑ８のスイッチング周波数は、モータ駆動回路２０の第１パワースイッチング素子Ｑ１～Ｑ６のスイッチング周波数よりも低く設定されている。

　ヒータ制御回路３０は、電気ヒータ５への通電をＯＮ／ＯＦＦするものであるので、第２パワースイッチング素子Ｑ７、Ｑ８のスイッチング周波数は、比較的低くてもよい（例えば、Ｈｚオーダーとすることができる）。他方、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ものであり、スイッチング周波数が低いと出力波形に歪みが生じてしまう。このため、第１パワースイッチング素子Ｑ１～Ｑ６のスイッチング周波数は、ある程度高くする必要がある（例えば、ｋＨｚオーダー以上とする必要がある）。そこで、本実施形態では、第２パワースイッチング素子Ｑ７、Ｑ８のスイッチング周波数が、第１パワースイッチング素子Ｑ１～Ｑ６のスイッチング周波数が低く設定されている。

（２）次に、ヒータ制御回路３０の第２パワースイッチング素子Ｑ７、Ｑ８のスイッチング速度は、第１パワースイッチング素子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パワースイッチング素子Ｑ７、Ｑ８のゲート抵抗（図示省略）として、モータ駆動回路２０の第１パワースイッチング素子Ｑ１～Ｑ６のゲート抵抗（図示省略）よりも抵抗値が高いものが用いられており、これによって、第２パワースイッチング素子Ｑ７、Ｑ８のスイッチング速度が第１パワースイッチング素子Ｑ１～Ｑ６のスイッチング速度よりも遅く設定されている。

　パワースイッチング素子のスイッチング速度を遅くすると、スイッチングするときに発生するサージ電圧が低下する。したがって、パワースイッチング素子のスイッチング速度を遅くすることにより、パワースイッチング素子において、低温時にサージ電圧が耐圧電圧を超えることを防止することが可能となる。但し、パワー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ため、装置効率の低下を招くことになる。ここで、上述のように、本実施形態においては、上述のように、第２パワースイッチング素子Ｑ７、Ｑ８のスイッチング周波数が、モータ駆動回路２０の第１パワースイッチング素子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パワースイッチング素子Ｑ７、Ｑ８は、第１パワースイッチング素子Ｑ１～Ｑ６と比べてスイッチング回数が少ない。したがって、第２パワースイッチング素子Ｑ７、Ｑ８のスイッチング速度を遅くしても、スイッチング損失の増加はそれほど大きくならない（スイッチング損失が比較的小さくて済む）。

　そこで、本実施形態においては、第２パワースイッチング素子Ｑ７、Ｑ８のスイッチング速度が、第１パワースイッチング素子Ｑ１～Ｑ６のスイッチング速度よりも遅く設定されている。これにより、スイッチング損失の増加を抑制しつつ、第２パワースイッチング素子Ｑ７、Ｑ８において、低温時にサージ電圧が耐圧電圧を超えることが防止され得る。

（３）そして、低温時において、第１パワースイッチング素子Ｑ１～Ｑ６及び第２パワースイッチング素子Ｑ７、Ｑ８の停止状態から第１パワースイッチング素子Ｑ１～Ｑ６を動作させる場合、まず、第２パワースイッチング素子Ｑ７、Ｑ８を動作させ、その後、第１パワースイッチング素子Ｑ１～Ｑ６を動作させる。

　例えば、制御ユニット１５は、第１温度検出部５１の検出温度、すなわち、第１パワースイッチング素子Ｑ１～Ｑ６の温度が所定の閾値温度以下のときに冷媒圧縮機能の起動要求が入力されると、熱媒体加熱機能の起動要求が入力されたか否かにかかわらず、まず第２ドライバ回路３２を介して第２パワースイッチング素子Ｑ７、Ｑ８を動作させてヒータ制御回路３０を起動させ、その後、第１ドライバ回路２３を介して第１パワースイッチング素子Ｑ１～Ｑ６を動作させてモータ駆動回路２０を起動させる。

　第２パワースイッチング素子Ｑ７、Ｑ８を動作させると（ヒータ制御回路３０を起動させると）、電気ヒータ５が通電されて発熱し、その結果、第２収容空間Ｓ２を流れる熱媒体はもちろん、複合装置１（のハウジング２）も加熱される。よって、第１パワースイッチング素子Ｑ１～Ｑ６も暖められる。

　パワースイッチング素子は、動作（通電）により発熱し、その発熱量は、スイッチング速度が遅いほど多い。本実施形態では、第２パワースイッチング素子Ｑ７、Ｑ８のスイッチング速度が、第１パワースイッチング素子Ｑ１～Ｑ６のスイッチング速度よりも遅く設定されている。このため、動作（通電）による発熱量は、第１パワースイッチング素子Ｑ１～Ｑ６に比べて第２パワースイッチング素子Ｑ７、Ｑ８の方が多い。また、第１パワースイッチング素子Ｑ１～Ｑ６と第２パワースイッチング素子Ｑ７、Ｑ８とは互いに近い位置に配置されている。さらに、第２パワースイッチング素子Ｑ７、Ｑ８を動作させることにより、第２パワースイッチング素子Ｑ７、Ｑ８を発熱させてその温度を上昇させることはもちろん、発熱した第２パワースイッチング素子Ｑ７、Ｑ８によって第１パワースイッチング素子Ｑ１～Ｑ６を暖めることが可能である。

　そして、上記（２）により、第２パワースイッチング素子Ｑ７、Ｑ８において、低温時にサージ電圧が耐圧電圧を超えることが防止されている。

　そこで、本実施形態において、制御ユニット１５は、第１温度検出部５１の検出温度が所定の閾値温度以下のときに冷媒圧縮機能の起動要求が入力されると、まず第２パワースイッチング素子Ｑ７，Ｑ８を動作させてヒータ制御回路３０を起動させる。すなわち、制御ユニット１５は、電気ヒータ５を発熱させ、及び／又は、第２パワースイッチング素子Ｑ７、Ｑ８を発熱させ、その熱を利用して第１パワースイッチング素子Ｑ１～Ｑ６を暖めて第１パワースイッチング素子Ｑ１～Ｑ６の耐圧抵抗を上昇させる。その後、制御ユニット１５は、第１パワースイッチング素子Ｑ１～Ｑ６を動作させてモータ駆動回路２０を起動させる。これにより、第１パワースイッチング素子Ｑ１～Ｑ６においても、低温時にサージ電圧が耐圧電圧を超えることが防止され得る。

　このようにして、本実施形態においては、スイッチング損失の増加を抑制しつつ、第１パワースイッチング素子Ｑ１～Ｑ６及び第２パワースイッチング素子Ｑ７、Ｑ８において、低温時にサージ電圧が耐圧電圧を超えてしまうことを防止するようにしている。

　ここで、特に限定されないが、制御ユニット１５は、ヒータ制御回路３０を起動させた後、所定の設定時間が経過するとモータ駆動回路２０を起動させるように構成され得る。前記設定時間は、例えば、ヒータ制御回路３０を起動した後に、第２パワースイッチング素子Ｑ７、Ｑ８によって暖められる第１パワースイッチング素子Ｑ１～Ｑ６の温度が前記閾値温度を超えるのに十分な時間としてあらかじめ設定される。この場合、制御ユニット１５は、第１温度検出部５１の検出温度（≦閾値温度）に応じて前記設定時間を変化させてもよい。例えば、制御ユニット１５は、第１温度検出部５１の検出温度（≦閾値温度）が低いほど、前記設定温度を長くするように構成され得る。

　あるいは、制御ユニット１５は、ヒータ制御回路３０を起動させた後、第１温度検出部５１の検出温度が前記閾値温度を超えるとモータ駆動回路２０を起動させるように構成されてもよい。

　なお、制御ユニット１５は、熱媒体加熱機能の起動要求が入力されない場合、モータ駆動回路２０を起動させると、第２パワースイッチング素子Ｑ７、Ｑ８（ヒータ制御回路３０）の動作を停止させる。

　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、ハウジング２内に、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、電動モータ４への通電を制御する第１パワースイッチング素子Ｑ１～Ｑ６を有するモータ駆動回路２０と、熱媒体を加熱する電気ヒータ５と、電気ヒータ５への通電を制御する第２パワースイッチング素子Ｑ７、Ｑ８を有するヒータ制御回路３０とを含む。また、複合装置１のハウジング２内は、圧縮機構３及び電動モータ４を収容すると共に圧縮機構３で圧縮される（低温低圧）の冷媒が流れる第１収容空間Ｓ１と、電気ヒータ５を収容すると共に熱媒体が流れる第２収容空間Ｓ２と、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収容空間Ｓ３とに仕切られている。

　このような複合装置１は、電動圧縮機及び熱媒体加熱装置として機能し、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、モータ駆動回路２０の第１パワースイッチング素子Ｑ１～Ｑ６とヒータ制御回路３０の第２パワースイッチング素子Ｑ７とは第３収容空間Ｓ３内において互いに近い位置に配置され、第２パワースイッチング素子Ｑ７、Ｑ８のスイッチング周波数は第１パワースイッチング素子Ｑ１～Ｑ６のスイッチング周波数よりも低く設定され、及び、第２パワースイッチング素子Ｑ７、Ｑ８のスイッチング速度は第１パワースイッチング素子Ｑ１～Ｑ６のスイッチング速度よりも遅く設定されている。

　このような構成は、複合装置１において、第１パワースイッチング素子Ｑ１～Ｑ６及び第２パワースイッチング素子Ｑ７、Ｑ８の低温時における耐圧電圧の低下に効果的に対処することを可能とする。

　具体的には、モータ駆動回路２０及びヒータ制御回路３０を制御する制御ユニット１５は、第１パワースイッチング素子Ｑ１～Ｑ６の温度を検出する第１温度検出部５１の検出温度が閾値温度以下のときに冷媒圧縮機能の機能要求が入力された場合、まず第２パワースイッチング素子Ｑ７，Ｑ８を動作させてヒータ制御回路３０を起動させ、その後に、第１パワースイッチング素子Ｑ１～Ｑ６を動作させてモータ駆動回路２０を起動させる。これにより、上述のように、スイッチング損失の増加を抑制しつつ、第１パワースイッチング素子Ｑ１～Ｑ６及び第２パワースイッチング素子Ｑ７、Ｑ８において、低温時にサージ電圧が耐圧電圧を超えてしまうことを防止することができる。

　また、複合装置１において、第１パワースイッチング素子Ｑ１～Ｑ６及び第２パワースイッチング素子Ｑ７、Ｑ８は、第１収容空間Ｓ１と第３収容空間Ｓ３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おり、複合装置１のハウジング２は、圧縮機構３で圧縮される外部からの（低温低圧の）冷媒を第１収容空間Ｓ１に流入させる冷媒流入口８を第１仕切部７１の近傍に有している。

　このため、使用により第１パワースイッチング素子Ｑ１～Ｑ６及び第２パワースイッチング素子Ｑ７、Ｑ８が高温となった場合、第１パワースイッチング素子Ｑ１～Ｑ６及び第２パワースイッチング素子Ｑ７、Ｑ８のそれぞれと、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り、第１パワースイッチング素子Ｑ１～Ｑ６及び第２パワースイッチング素子Ｑ７、Ｑ８を効果的に冷却することができる。すなわち、パワースイッチング素子の冷却（放熱）性能が向上する。

　なお、上述の実施形態においては、第１パワースイッチング素子Ｑ１～Ｑ６及び第２パワースイッチング素子Ｑ７、Ｑ８のすべてが第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。第１パワースイッチング素子Ｑ１～Ｑ６及び第２パワースイッチング素子Ｑ７、Ｑ８の少なくとも一部が第１仕切部７１に熱的に接触するように配置されていればよい。この場合、第１パワースイッチング素子Ｑ１～Ｑ６及び第２パワースイッチング素子Ｑ７、Ｑ８の残りは、例えば、第２仕切部７２に熱的に接触するように配置され得る。

　また、上記では、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、２Ｂ…第２ハウジング、２Ｃ…第３ハウジング、２Ｄ…第１カバー、２Ｅ…第２カバー、２Ｆ…第３カバー、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、５１…第１温度検出部、５２…第２温度検出部、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、Ｑ７，Ｑ８…第２パワースイッチング素子、Ｓ１…第１収容空間、Ｓ２…第２収容空間、Ｓ３…第３収容空間

Claims (7)

1. 　冷媒圧縮機能と熱媒体加熱機能とを有する複合装置であって、
   　ハウジング内に、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、前記電動モータへの通電を制御する第１パワースイッチング素子を有するモータ駆動回路と、熱媒体を加熱する電気ヒータと、前記電気ヒータへの通電を制御する第２パワースイッチング素子を有するヒータ制御回路とを有し、
   　前記ハウジング内は、前記圧縮機構及び前記電動モータを収容すると共に前記圧縮機構で圧縮される冷媒が流れる第１収容空間と、前記電気ヒータを収容すると共に熱媒体が流れる第２収容空間と、前記モータ駆動回路及び前記ヒータ制御回路を収容する第３収容空間とに仕切られており、
   　前記第２パワースイッチング素子のスイッチング周波数は前記第１パワー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、及び、前記第２パワースイッチング素子のスイッチング速度は前記第１パワー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ている、
   　複合装置。
2. 　低温時において、前記第１パワースイッチング素子及び前記第２パワースイッチング素子の停止状態から前記第１パワースイッチング素子を動作させる場合、まず第２パワースイッチング素子を動作させ、その後、前記第１パワースイッチング素子を動作させるように構成されている、請求項１に記載の複合装置。
3. 　前記第３収容空間において、前記第１パワースイッチング素子と前記第２パワースイッチング素子とは近い位置に配置されている、請求項１に記載の複合装置。
4. 　前記第１パワースイッチング素子の温度を検出する温度検出部と、
   　前記モータ駆動回路及び前記ヒータ制御回路を制御する制御ユニットと、
   　を含み、
   　前記制御ユニットは、前記温度検出部の検出温度が閾値温度以下のときに前記冷媒圧縮機能の起動要求が入力されると、まず前記第２パワースイッチング素子を動作させて前記ヒータ制御回路を起動させ、その後、前記第１パワースイッチング素子を動作させて前記モータ駆動回路を起動させるように構成されている、
   　請求項１に記載の複合装置。
5. 　前記制御ユニットは、前記ヒータ制御回路を起動させた後、設定時間が経過すると前記モータ駆動回路を起動させるように構成されている、請求項４に記載の複合装置。
6. 　前記制御ユニットは、前記ヒータ制御回路を起動させた後、前記温度検出部の検出温度が前記閾値温度を超えると前記モータ駆動回路を起動させるように構成されている、請求項４に記載の複合装置。
7. 　前記第１パワースイッチング素子及び前記第２パワースイッチング素子の少なくとも一部は、前記第１収容空間と前記第３収容空間とを仕切る仕切部に熱的に接触するように配置され、
   　前記ハウジングは、前記圧縮機構で圧縮される冷媒を前記第１収容空間に流入させる冷媒流入口を前記仕切部の近傍に有する、
   　請求項１～６のいずれか一つに記載の複合装置。

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