(57)【要約】【課題】インバータモータ一体型電動圧縮機と、インバータモータ一体型電動圧縮機を用いたヒートポンプシステムを提供する。【解決手段】ヒートポンプシステム１にインバータモータ一体型電動圧縮機２を用いる。この圧縮機２は、密閉容器３０内に吸入された冷媒を圧縮する圧縮部３１と、この圧縮部３１を駆動する電動モータ３２と、この電動モータ３２を駆動する駆動回路３３とを、一体的に収容して構成し、電動モータ３２または駆動回路３３における発熱性部品と、吸入側の冷媒とを熱交換可能に構成する。【選択図】図３
2010106807.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジング（３０）内に収容された電動モータ（３２）と、
前記電動モータ（３２）を駆動する駆動回路（３３）と、
前記ハウジング（３０）に収容され、前記電動モータ（３２）と前記駆動回路（３３）の少なくとも一方と熱交換した冷媒を吸入し、圧縮する圧縮部（３１）と、
前記駆動回路（３３）の制御状態を、前記電動モータ（３２）と駆動回路（３３）の少なくとも一方に給電することによって前記電動モータ（３２）と前記駆動回路（３３）の少なくとも一方を発熱させる発熱制御モードと、前記発熱制御モードに比べて前記電動モータ（３２）と前記駆動回路（３３）を発熱させずに前記電動モータ（３２）を駆動する通常制御モードとに切換える切換制御手段と
を備えることを特徴とする電動圧縮機。
【請求項２】
ハウジング（３０）内に、冷媒を圧縮する圧縮部（３１）と、
この圧縮部（３１）を駆動する電動モータ（３２）と、
この電動モータ（３２）を駆動する駆動回路（３３）とを一体的に収容し、
前記電動モータ（３２）または前記駆動回路（３３）における発熱性部品と、吸入側の冷媒とを熱交換可能に構成し、
通常のモータ作動状態とするタイミングで前記駆動回路（３３）に給電する通常制御モードの他、前記通常のモータ作動状態とするタイミングと共にこのタイミング以外にも、前記駆動回路（３３）に給電する発熱制御モードとを切換え制御する構成としたことを特徴とする電動圧縮機。
【請求項３】
前記電動モータ（３２）を駆動する駆動回路（３３）における発熱性部品はインバータであり、
前記電動モータ（３２）における発熱性部品はモータコイル（３２ｃ）であることを特徴とする請求項２に記載の電動圧縮機。
【請求項４】
前記インバータは、半導体スイッチング素子を備えたことを特徴とする請求項３に記載の電動圧縮機。
【請求項５】
前記電動モータ（３２）の駆動回路（３３）における発熱性部品は、発熱専用のスイッチング素子を含むことを特徴とする請求項２に記載の電動圧縮機。
【請求項６】
ハウジング（３０）内に、冷媒を圧縮する圧縮部（３１）と、この圧縮部（３１）を駆動する電動モータ（３２）と、この電動モータ（３２）を駆動する駆動回路（３３）とを一体的に収容すると共に、前記電動モータ（３２）または電動モータ（３２）の駆動回路（３３）における発熱性部品と、吸入側の冷媒とを熱交換可能に構成した電動圧縮機（２）を有するヒートポンプシステムにおいて、
通常のモータ作動状態とするタイミングで前記電動モータ（３２）の駆動回路（３３）に給電して行う暖房運転と、
通常のモータ作動状態とするタイミングで前記電動モータ（３２）の駆動回路（３３）に給電する他、通常のモータ作動状態とするタイミング以外にも前記電動モータ（３２）における駆動回路（３３）に給電して行う急速暖房運転と、
を切換え制御する構成としたことを特徴とするヒートポンプシステム。
【請求項７】
前記電動モータ（３２）を駆動する駆動回路（３３）における発熱性部品はインバータであり、
前記電動モータ（３２）における発熱性部品はモータコイル（３２ｃ）であることを特徴とする請求項６に記載のヒートポンプシステム。
【請求項８】
前記インバータは、半導体スイッチング素子を備えたことを特徴とする請求項７に記載のヒートポンプシステム。
【請求項９】
前記電動モータ（３２）の駆動回路（３３）における発熱性部品は、発熱専用のスイッチング素子を含むことを特徴とする請求項６に記載のヒートポンプシステム。
【請求項１０】
暖房運転を行うヒートポンプシステムの制御方法であって、
暖房運転負荷を算出し、
算出された暖房運転負荷が所定の暖房運転負荷よりも大きい時は、急速暖房が必要と判断し、
前記急速暖房が必要と判断した場合、前記ヒートポンプシステムを構成する電動圧縮機（２）の電動モータ（３２）とこの電動モータ（３２）の駆動回路（３３）の少なくとも一方を、前記暖房負荷に基づく通常運転制御時よりも発熱させ、
発熱した前記電動モータ（３２）と前記駆動回路（３３）の少なくとも一方と熱交換した冷媒を前記電動圧縮機（２）に吸入させる一方、
前記急速暖房が必要と判断しなかった場合、前記電動モータ（３２）及び前記駆動回路（３３）を、前記暖房負荷に基づいて制御し、前記電動圧縮機（２）を駆動することを特徴とするヒートポンプシステムの制御方法。
【請求項１１】
暖房運転モード、冷房運転モードを選択してそれぞれ暖房運転または冷房運転を実行するヒートポンプシステムの制御方法において、
暖房運転モードを選択して暖房運転を実行する際、対応する外気温度、車内温度、日射量に係るセンサ信号が取り込まれ、かかるデータに基づいて目標吹出し温度（Ｔａｏ）を算出し、
予め、所望の室内温度が得られるように設定された必要吹出し温度と前記目標吹出し温度（Ｔａｏ）との差を算出し、
前記必要吹出し温度と目標吹出し温度（Ｔａｏ）との差が、所定の基準差に比較して大きい場合は、急速暖房指令として、電動圧縮機（２）における駆動回路（３３）に給電して電動モータ（３２）を駆動する他、電動モータ（３２）の駆動以外のタイミングで電動モータ（３２）におけるモータコイル（３２ｃ）に給電する一方、目標吹出し温度（Ｔａｏ）と必要吹出し温度との差が所定の基準差に比較して小さい場合には、通常暖房指令として、電動圧縮機（２）における駆動回路（３３）に給電して電動モータ（３２）を通常駆動することを特徴とするヒートポンプシステムの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動圧縮機およびヒートポンプシステム並びにヒートポンプシステムの制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、電気自動車のように、暖房熱源を持たない車両においては、空調装置として、ヒートポンプシステムを採用したものが多く提案されている。
かかる空調装置では、使用環境の外気温度が低くなると、暖房時に蒸発器として作用する室外熱交換器での吸熱量が減少して圧縮機吸入圧力が低下するため、冷媒比容積が大きくなり、冷媒循環量が減少する結果、暖房能力が低下する。
また、圧縮機吸入圧力が低下すると、冷媒圧縮比が大きくなり、冷媒吐出温度が上昇するので、圧縮機保護のため、圧縮機を最大能力（最大回転数）で使用できないので、より一層暖房能力が低下する。そのため、上述の装置では、外気温度が−１０°Ｃ以下となるような寒冷地では、車室の暖房能力が不足してしまう。
さらには、冷媒圧縮比の増大により圧縮効率も悪化し、圧縮機の消費電力が増加するため、車両の１充電当たりの走行距離の低下につながるという不都合がある。
【０００３】
そこで、低外気温時の暖房能力向上の対策として、特許文献１では、車両搭載の発熱性部品（例えば、車両走行用電気モータの回転数制御用インバータの半導体スイッチ素子等）からの排熱に着目し、この排熱を直接、ガスインジェクション用の中間圧冷媒に回収、吸熱させることにより、暖房能力の向上を図っている。
【０００４】
【特許文献１】特開平９−２９０６２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述の車両用空調装置では、車両搭載の発熱性部品からの排熱を直接、ガスインジェクション用の中間圧冷媒に回収、吸熱させるために、熱交換器およびその膨張弁、並びに複雑で長い冷媒配管を備えているため、これら構成部品の配置スペースを確保する必要があり、装置全体が拡大化し、大幅な装置コストの上昇を招く虞があった。
本発明は、以上のような課題を改善するために提案されたものであって、空調装置における電動圧縮機のうち、インバータモータの発熱を吸入冷媒で冷却する構造のインバータモータ一体型電動圧縮機に注目し、新たに部品を追加することなく、暖房能力を向上させることが可能な電動圧縮機およびヒートポンプシステム並びにヒートポンプシステムの制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明では、ハウジング（３０）内に収容された電動モータ（３２）と、電動モータ（３２）を駆動する駆動回路（３３）と、ハウジング（３０）に収容され、電動モータ（３２）と駆動回路（３３）の少なくとも一方と熱交換した冷媒を吸入し、圧縮する圧縮部（３１）と、駆動回路（３３）の制御状態を、電動モータ（３２）と駆動回路（３３）の少なくとも一方に給電することによって電動モータ（３２）と駆動回路（３３）の少なくとも一方を発熱させる発熱制御モードと、発熱制御モードに比べて電動モータ（３２）と駆動回路（３３）を発熱させずに電動モータ（３２）を駆動する通常制御モードとに切換える切換制御手段とを備えることを特徴とする。
【０００７】
電動モータ（３２）を駆動する駆動回路（３３）を、切換制御手段により発熱制御モードと通常制御モードとに切換えて給電制御することで、電動モータ（３２）と駆動回路（３３）の少なくとも一方を発熱させて、ハウジング（３０）内に吸入される冷媒との熱交換を促進させる運転と、吸入される冷媒と通常の熱交換での運転を行うことができる。
【０００８】
請求項２に記載の発明では、ハウジング（３０）内に、冷媒を圧縮する圧縮部（３１）と、この圧縮部（３１）を駆動する電動モータ（３２）と、この電動モータ（３２）を駆動する駆動回路（３３）とを一体的に収容し、電動モータ（３２）または駆動回路（３３）における発熱性部品と、吸入側の冷媒とを熱交換可能に構成し、通常のモータ作動状態とするタイミングで駆動回路（３３）に給電する通常制御モードの他、通常のモータ作動状態とするタイミングと共にこのタイミング以外にも、駆動回路（３３）に給電する発熱制御モードとを切換え制御する構成としたことを特徴とする。
【０００９】
これにより、通常のモータ作動状態とするタイミングで駆動回路（３３）に給電する通常制御モードで電動モータ（３２）を通常動作させる他、通常のモータ作動状態とするタイミングと共にこのタイミング以外にも、駆動回路（３３）に給電する発熱制御モードで電動モータ（３２）を動作させて、電動モータ（３２）または駆動回路（３３）における発熱性部品を、通常動作時以上に発熱させるように切換えることができる。
【００１０】
請求項３に記載の発明では、電動モータ（３２）を駆動する駆動回路（３３）における発熱性部品はインバータであり、電動モータ（３２）における発熱性部品はモータコイル（３２ｃ）であることを特徴とする。
【００１１】
これにより、駆動回路（３３）に給電することで電動モータ（３２）は駆動するが、駆動回路（３３）における発熱性部品であるインバータは発熱し、且つ、電動モータ（３２）における発熱性部品であるモータコイル（３２ｃ）も発熱するため、電動モータ（３２）および駆動回路（３３）を好適な熱源として機能することがわかる。
【００１２】
請求項４に記載の発明では、インバータは、半導体スイッチング素子を備えたことを特徴とする。
【００１３】
これにより、インバータにおける半導体スイッチング素子は、通常のインバータ制御時において発熱することができる。
【００１４】
請求項５に記載の発明では、電動モータ（３２）の駆動回路（３３）における発熱性部品は、発熱専用のスイッチング素子を含むことを特徴とする。
【００１５】
これにより、通常のインバータ制御時も、インバータからの発熱に加えて、発熱専用のスイッチング素子の発熱によって、吸入冷媒に対する熱交換能力を高めることができる。
【００１６】
請求項６に記載の発明では、ハウジング（３０）内に、冷媒を圧縮する圧縮部（３１）と、この圧縮部（３１）を駆動する電動モータ（３２）と、この電動モータ（３２）を駆動する駆動回路（３３）とを一体的に収容すると共に、電動モータ（３２）または電動モータ（３２）の駆動回路（３３）における発熱性部品と、吸入側の冷媒とを熱交換可能に構成した電動圧縮機（２）を有するヒートポンプシステムにおいて、通常のモータ作動状態とするタイミングで電動モータ（３２）の駆動回路（３３）に給電して行う暖房運転と、通常のモータ作動状態とするタイミングで電動モータ（３２）の駆動回路（３３）に給電する他、通常のモータ作動状態とするタイミング以外にも電動モータ（３２）における駆動回路（３３）に給電して行う急速暖房運転とを切換え制御する構成としたことを特徴とする。
【００１７】
これにより、電動モータ（３２）を駆動する駆動回路（３３）に、通常のモータ作動状態とするタイミングで給電して行う暖房運転の他、通常のモータ作動状態とするタイミングと共に、通常のモータ作動状態とするタイミング以外にも電動モータ（３２）における駆動回路（３３）に給電することで、電動モータ（３２）と駆動回路（３３）の少なくとも一方を発熱させて、ハウジング（３０）内に吸入される冷媒との熱交換を促進させ、急速暖房運転を行うことができる。
【００１８】
請求項７に記載の発明では、電動モータ（３２）を駆動する駆動回路（３３）における発熱性部品はインバータであり、電動モータ（３２）における発熱性部品はモータコイル（３２ｃ）であることを特徴とする。
【００１９】
これにより、駆動回路（３３）に給電することで電動モータ（３２）は駆動するが、駆動回路（３３）における発熱性部品であるインバータは発熱し、且つ、電動モータ（３２）における発熱性部品であるモータコイル（３２ｃ）も発熱するため、電動モータ（３２）および駆動回路（３３）を好適な熱源として、吸入冷媒と熱交換を行わせることで、効率的に吸入冷媒のエンタルピを増加させ、暖房能力を向上させることができる。
【００２０】
請求項８に記載の発明では、インバータは、半導体スイッチング素子を備えたことを特徴とする。
【００２１】
これにより、インバータにおける半導体スイッチング素子は、通常のインバータ制御時において発熱することができる。
【００２２】
請求項９に記載の発明では、電動モータ（３２）の駆動回路（３３）における発熱性部品は、発熱専用のスイッチング素子を含むことを特徴とする。
【００２３】
これにより、通常のインバータ制御時も、インバータからの発熱に加えて、発熱専用のスイッチング素子の発熱によって、吸入冷媒に対する熱交換能力を高めることができる。
【００２４】
請求項１０に記載の発明では、暖房運転を行うヒートポンプシステムの制御方法であって、暖房運転負荷を算出し、算出された暖房運転負荷が所定の暖房運転負荷よりも大きい時は、急速暖房が必要と判断し、急速暖房が必要と判断した場合、ヒートポンプシステムを構成する電動圧縮機（２）の電動モータ（３２）とこの電動モータ（３２）の駆動回路（３３）の少なくとも一方を、暖房負荷に基づく通常運転制御時よりも発熱させ、発熱した電動モータ（３２）と駆動回路（３３）の少なくとも一方と熱交換した冷媒を電動圧縮機（２）に吸入させる一方、急速暖房が必要と判断しなかった場合、電動モータ（３２）及び駆動回路（３３）を、暖房負荷に基づいて制御し、電動圧縮機（２）を駆動することを特徴とする。
【００２５】
これにより、暖房運転時、暖房運転負荷を監視して、暖房運転負荷が所定の暖房運転負荷よりも大きい時は、急速暖房が必要と判断し、急速暖房が必要と判断した場合、電動モータ（３２）とこの電動モータ（３２）の駆動回路（３３）の少なくとも一方を、暖房負荷に基づく通常運転制御時よりも発熱させ、急速暖房が必要と判断しなかった場合、電動モータ（３２）及び駆動回路（３３）を、暖房負荷に基づいて制御し、電動圧縮機（２）を駆動することができるため、暖房運転負荷に応じた、適切な暖房運転が可能となる。
【００２６】
さらに、請求項１１に記載の発明では、暖房運転モード、冷房運転モードを選択してそれぞれ暖房運転または冷房運転を実行するヒートポンプシステムの制御方法において、暖房運転モードを選択して暖房運転を実行する際、対応する外気温度、車内温度、日射量に係るセンサ信号が取り込まれ、かかるデータに基づいて目標吹出し温度（Ｔａｏ）を算出し、予め、所望の室内温度が得られるように設定された必要吹出し温度と目標吹出し温度（Ｔａｏ）との差を算出し、必要吹出し温度と目標吹出し温度（Ｔａｏ）との差が、所定の基準差に比較して大きい場合は、急速暖房指令として、電動圧縮機（２）における駆動回路（３３）に給電して電動モータ（３２）を駆動する他、電動モータ（３２）の駆動以外のタイミングで電動モータ（３２）におけるモータコイル（３２ｃ）に給電する一方、目標吹出し温度（Ｔａｏ）と必要吹出し温度との差が所定の基準差に比較して小さい場合には、通常暖房指令として、電動圧縮機（２）における駆動回路（３３）に給電して電動モータ（３２）を通常駆動することを特徴とする。
【００２７】
これにより、外気温度、車内温度、日射量に係るセンサ信号によるデータに基づいて目標吹出し温度（Ｔａｏ）を算出することができるが、外気温度が低いときは、外気温度に影響されて目標吹出し温度（Ｔａｏ）も低いものとなる。そのようなときは、快適とされる車内温度に対応する必要吹出し温度と目標吹出し温度（Ｔａｏ）との差が大きくかけ離れたものとなる。このような状態を急速暖房が必要であるとして、急速暖房指令として、電動圧縮機（２）におけるインバータ（３３）に給電してモータ（３２）を駆動する他、モータ（３２）の駆動以外のタイミングでモータ（３２）におけるモータコイル（３２ｃ）に給電し、吸入冷媒に対する熱交換能力を高めて、目標吹出し温度（Ｔａｏ）を必要吹出し温度に近づけるようにする。
【００２８】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
図１、図２に例えば車両用空調装置に用いられるヒートポンプシステム１の一例を示し、このヒートポンプシステム１には、本発明にかかる電動圧縮機２が用いられている。この電動圧縮機２は、詳細は後述するが、インバータモータの発熱を吸入冷媒で冷却することが可能な、インバータモータ一体型のものである。
【００３０】
すなわち、ヒートポンプシステム１は、車両の車室内を空調する空調ユニット３における各空調機器（アクチュエータ）を、制御装置（図示省略）によって制御するように構成されている。
空調ユニット３は、送風ダクト４と、この送風ダクト４内において車室内に向かう空気流を発生させる遠心式送風機と、送風ダクト４内を流れる空気を冷却するエバポレータ５、およびこのエバポレータ５を通過した空気を再加熱するガスクーラ６を有する冷凍サイクル７とを備えている。
【００３１】
送風ダクト４は、車室内の前方側に配設され、その送風ダクト４の空気の流れ方向の上流側には、車室内空気（以下内気と言う）を取り入れる内気吸込口８、および車室外空気（以下外気と言う）を取り入れる外気吸込口９が形成されている。そして、内気吸込口８および外気吸込口９の空気通路側には、内外気切替ドア１０が回転自在に支持されている。この内外気切替ドア１０は、駆動手段（図示省略）により、吸込口モードを、外気導入モードまたは内気循環モード等に切換えるように構成されている。
【００３２】
また、送風ダクト４の空気の流れ方向の下流側には、図示しない複数の吹出口（例えばいわゆるデフロスタ吹出口、フェイス吹出口、フット吹出口等）が形成されている。
【００３３】
送風ダクト４内の遠心式送風機は、送風ダクト４の空気の流れ方向の上流側に一体的に形成されたスクロールケーシングに回転自在に収容された遠心式ファン１１、およびこの遠心式ファン１１を回転駆動するブロワモータ１２等を有している。
【００３４】
冷凍サイクル７は、電動圧縮機２、ガスクーラ６、第１減圧部、コンデンサ１３、内部熱交換器１４、第２減圧部、エバポレータ５、アキュムレータ１５およびこれらを環状に接続する冷媒配管とで構成されている。電動圧縮機２は、詳細は後述するが、制御装置が算出する目標回転速度となるようにインバータ（後述）により回転速度を制御する機能を有している。
【００３５】
ガスクーラ６は、送風ダクト４内においてエバポレータ５よりも空気の流れ方向の下流側に配置されて、電動圧縮機２より流入する冷媒ガスとの熱交換によって通過する空気を加熱する構成である。このガスクーラ６の空気入口部および空気出口部には、ガスクーラ６を通過する空気量とガスクーラ６を迂回する空気量とを調節して車室内へ吹き出す空気の吹出温度を調整するエアミックス（Ａ／Ｍ）ドア１６、１７が回転自在に支持されている。
【００３６】
第１減圧部は、ガスクーラ６から冷媒ガスが流入する暖房用可変絞り弁１８、およびガスクーラ６から流出する冷媒ガスを、暖房用可変絞り弁１８を迂回させてコンデンサ１３へ送るためのバイパス配管１９等によって構成されている。バイパス配管１９には、通電（ＯＮ）すると開弁し、通電が停止（ＯＦＦ）すると閉弁する冷房用電磁弁２０を介設している。
【００３７】
コンデンサ１３は、送風ダクト４の外部、すなわち車両が走行する際に生ずる走行風を受け易い場所（具体的にはエンジンルームの前方部等）に設置され、内部を流れる冷媒と図示しない電動式ファンにより送風される室外空気（外気）とを熱交換する。なお、コンデンサ１３は、暖房モードまたは除湿モード時には、外気より吸熱する吸熱器として作動し、冷房モードまたは除湿モード時には、外気へ放熱する放熱器として作用する。
【００３８】
内部熱交換器１４は、コンデンサ１３の出口部より流出した高温側の冷媒とアキュムレータ１５の出口部より流出した低温側の冷媒とを熱交換させて電動圧縮機２の吸入口に吸入される冷媒を更に蒸発気化させる冷媒−冷媒熱交換器である。この内部熱交換器１４は、高温側熱交換器１４ａの一端面に低温側熱交換器１４ｂの他端面が熱交換可能に密着するように配置された二層の熱交換構造となっている。
【００３９】
そして、内部熱交換器１４中の高温側熱交換器１４ａは、コンデンサ１３の出口部より流入した冷媒が流れる冷媒流路管により構成されている。また、内部熱交換器１４中の低温側熱交換器１４ｂは、アキュムレータ１５の出口部より流入した冷媒が流れる冷媒流路管により構成されている。そして、低温側熱交換器１４ｂは、内部熱交換器１４中の高温側熱交換器１４ａの冷媒入口部から冷媒出口部に至る冷媒流路管の全長で冷媒と冷媒との熱交換を行うように構成されている。
【００４０】
第２減圧部は、内部熱交換器１４中の高温側熱交換器１４ａから冷媒が流入する冷房用可変絞り弁２１、および内部熱交換器１４中の高温側熱交換器１４ａから流出する冷媒を冷房用可変絞り弁２１およびエバポレータ５を迂回させてアキュムレータ１５へ送るためのバイパス配管２２等によって構成されている。その冷房用可変絞り弁２１は、内部熱交換器１４中の高温側熱交換器１４ａから流出する冷媒を弁開度に応じて減圧する第２減圧装置である。バイパス配管２２には、通電（ＯＮ）すると開弁し、通電が停止（ＯＦＦ）すると閉弁する暖房用電磁弁２３を介設している。
【００４１】
エバポレータ５は、冷房用可変絞り弁２１で減圧された冷媒を遠心式ファン１１によって送風される被吸熱流体としての空気との熱交換によって蒸発気化させ、アキュムレータ１５を介して内部熱交換器１４中の低温側熱交換器１４ｂおよび電動圧縮機２に冷媒ガスを供給する空気−冷媒熱交換器（吸熱器）である。また、アキュムレータ１５は、エバポレータ５より流入した冷媒を一時的に貯留するための貯留室を有する気液分離器である。
【００４２】
ここで、冷凍サイクル７の循環回路切替手段は、冷凍サイクル７の運転モード、つまり冷凍サイクル７中の冷媒の循環経路を、冷房モード用循環回路（冷房サイクル）、暖房モード用循環回路（暖房サイクル）、除湿モード用循環回路（除湿サイクル）のいずれかのサイクルに切り替えるもので、本実施形態では、冷房用電磁弁２０および暖房用電磁弁２３が上記の循環回路切替手段に相当する。具体的には、冷房用電磁弁２０が開弁し、暖房用電磁弁２３が閉弁することで、冷凍サイクル７の運転モードが冷房サイクル（冷房モード用循環回路）となる。また、冷房用電磁弁２０が閉弁し、暖房用電磁弁２３が開弁することで、冷凍サイクル７の運転モードが暖房サイクル（暖房モード用循環回路）となる。また、冷房用電磁弁２０および暖房用電磁弁２３が共に閉弁することで、冷凍サイクル７の運転モードが除湿サイクル（除湿モード用循環回路）となる。
【００４３】
制御装置は、例えば制御処理や演算処理を行うＣＰＵ、各種プログラムやデータを保存するメモリ（ＲＯＭ、ＲＡＭ）、Ｉ／Ｏポートおよびタイマ等の機能を含んで構成され、図示しないエアコン操作パネル等からの操作信号、各種センサからのセンサ信号、およびメモリ内に格納された制御プログラムに基づいて、空調ユニット３の各アクチュエータ他、電動圧縮機２における駆動回路３３を電気的に制御するようにしている。
また、制御装置におけるプログラムにおいては、車両に搭載された各種センサにより、対応する外気温度、車内温度、日射量に係るセンサ信号が取り込んで、かかるデータに基づいてそれらデータに応じた、暖房負荷としての目標吹出し温度（Ｔａｏ）を算出するようにしている。
また制御装置は、エアコン操作パネルにおいて、例えば温度設定スイッチにより、予め、所望の室内温度が得られるように設定された必要吹出し温度と、上述の目標吹出し温度（Ｔａｏ）との差を算出して、その差に応じた運転制御を実行する設定としている。
【００４４】
なお、エアコン操作パネルには、温度設定スイッチ、エアコン（Ａ／Ｃ）スイッチ、吸込口設定（ＦＲＳ／ＲＥＣ切替）スイッチ、吹出口モード設定（ＭＯＤＥ切替）スイッチ、デフロスタ（ＤＥＦ）スイッチ、風量設定スイッチ、オート（ＡＵＴＯ）スイッチ、オフ（ＯＦＦ）スイッチ等が配置されている。
エアコン（Ａ／Ｃ）スイッチは、自動車の車室内の冷房または除湿を希望する冷房または除湿スイッチであり、冷凍サイクル７の運転モードのうち冷房モードまたは除湿モードのうちいずれかの運転モードを希望する冷房または除湿モード設定手段でもある。
なお、Ａ／ＣスイッチをＯＮすることで、冷凍サイクル７の電動圧縮機２を強制的に起動し、Ａ／ＣスイッチをＯＦＦすると電動圧縮機２の運転を強制的に停止するようにしても良い。
【００４５】
次に、以上のようなヒートポンプシステム１において用いられる電動圧縮機２について、図３を参照しながら説明する。
電動圧縮機２は、密閉容器３０内に、吸入された冷媒を圧縮する圧縮部３１と、圧縮部３１を駆動する電動モータ３２と、電動モータ３２を駆動制御するインバータ（後述）を具備する駆動回路３３とを、一体的に収容して構成している。
【００４６】
密閉容器３０は円筒状に形成され、モータハウジング３０ａ、吐出側ハウジング３０ｂ及びインバータハウジング３０ｃとからなる。
吐出側ハウジング３０ｂは、モータハウジング３０ａの一端にボルトＶ１によって連結され、モータハウジング３０ａの側面には冷媒の吸入口３４が設けられている。
モータハウジング３０ａ内は仕切板３５によって仕切られており、その一端側には、駆動回路３３を収容する回路収容部３６が形成されている。
回路収容部３６の一端はインバータハウジング３０ｃによって閉鎖され、インバータハウジング３０ｃはボルトＶ２によってモータハウジング３０ａに固定されている。また、仕切板３５の中央には電動モータ３２の回転軸３７の一端側を支持する軸受３８が設けられている。モータハウジング３０ａはその他端を吐出側ハウジング３０ｂの一端に、ボルトＶ１によって連結されている。
モータハウジング３０ａ内部には、その他端側を支持する軸受ハウジング３９が設けられている。吐出側ハウジング３０ｂはその他端面には冷媒の吐出口４０が設けられている。
【００４７】
圧縮部３１は、モータハウジング３０ａ内の他端側に配置された固定スクロール部材４１と、固定スクロール部材４１の一端側に配置された可動スクロール部材４２とからなり、固定スクロール部材４１は、吐出側ハウジング３０ｂにより軸受ハウジング３９に押し付け固定されている。固定スクロール部材４１の一端面には渦巻体４３が設けられ、固定スクロール部材４１ほぼ中央には吐出側ハウジング３０ｂの吐出口４０に連通する貫通孔４４が設けられている。可動スクロール４１の部材の一端面には渦巻体４５が設けられ、その他端面には電動モータ３２側に延びるボス部４６が設けられている。
【００４８】
また、可動スクロール部材４２と軸受ハウジング３９との間には回転阻止機構４７が設けられ、回転阻止機構４７により、可動スクロール部材４２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。
【００４９】
可動スクロール部材４２と軸受ハウジング３９との間には、可動スクロール部材４２を固定スクロール部材４１側に背圧力で押し付けるための中間圧力室が形成されており、その中間圧力室へは、吐出ハウジング３０ｂ内に設けられたオイル分離機４８により分離されたオイルが、圧力差により吐出側から中間圧室へ導かれる。その中間圧室のオイルは、回転軸３７に貫通されたオイル導入孔４９から圧力差により各軸受部に供給される。
【００５０】
電動モータ３２は、モータハウジング３０ａ内周面に固定されたステータ３２ａと、ステータ３２ａ内を回転する永久磁石からなるロータ３２ｂと、ロータ３２ｂを軸方向に貫通する回転軸３７とからなり、ステータ３２ａの周方向複数個所には励磁用のモータコイル３２ｃが巻回されている。すなわち、電動モータ３２は三相交流のブラシレスモータからなる。
回転軸３７の一端はベアリングを介して軸受ハウジング３９の軸受５０に回動自在に支持され、その他端はベアリングを介して仕切板３５に回動自在に支持されている。また、偏心ブシュは、ベアリングを介して可動スクロール部材４２のボス部４６に回動自在に支持されている。
【００５１】
ここで、モータハウジング３０ａの一端側のインバータハウジング３０ｃにおける回路収容部３６に収容された駆動回路３３について概略説明する。
駆動回路３３は、図示は省略するが、電動モータ３２内のロータ３２ｂの回転位置によって電流を流すコイルを切換えるインバータと、インバータを制御するマイクロコンピュータ構成の制御部とからなる。インバータには、半導体スイッチ素子としてのトランジスタを用いている。
制御部は、各トランジスタのスイッチング動作を制御することにより、電動モータ３２の駆動制御信号を発生する。通常は、外部の主制御部の制御信号に基づいて、電動モータ３２の回転数制御を行う。
そして、制御部には、通常のモータ作動状態とするタイミングで駆動回路３３に給電する通常制御モードの他、通常のモータ作動状態とするタイミングと共にこのタイミング以外にも、駆動回路３３に給電する発熱制御モードとを切換え制御する、切換制御手段としてのプログラムが組み込まれている。
【００５２】
以上のような電動圧縮機２の動作は、以下の通りである。
電動圧縮機２は、モータハウジング３０ａの一端側のインバータハウジング３０ｃにおける回路収容部３６に収容された駆動回路３３のインバータに対し、制御部によって通常のモータ作動状態とするタイミングで、各トランジスタのスイッチング動作を制御することにより、電動モータ３２の駆動制御信号を発生し、ステータ３２ａの周方向複数個所の励磁用のモータコイル３２ｃに給電して、モータハウジング３０ａ内周面に固定されたステータ３２ａ内を、ロータ３２ｂを回転軸３７を中心として回転させることができる。
【００５３】
回転軸３７の回転によって、回転力は可動スクロール部材４２に伝達される。
この場合、回転阻止機構４７により可動スクロール部材４２の自転が防止されているので、伝達された回転力は、可動スクロール部材４２の渦巻体４５を固定スクロール部材４１の渦巻体４３に対して公転させる。この際、可動スクロール部材４２と固定スクロール部材４１の間の作動室Ｖは可動スクロール部材４２の公転運動に従い、外周側から中心に向かってその容積が連続的に減少するように移動するので、作動室Ｖの外周側から吸い込まれた冷媒は圧縮されて、固定スクロール部材４１の中心に設けられた貫通孔４４を介して吐出ハウジング３０ｂ内に設けられたオイル分離機４８を通じ、吐出口４０に吐出される。この様にして電動モータ３２の回転により圧縮機２が作動する。
【００５４】
ところで、かかる圧縮機２の動作によって、冷凍サイクル７中の冷媒の循環経路を介し冷媒は、矢印で示すように、密閉容器３０のモータハウジング３０ａ側面の冷媒の吸入口３４を通じて、モータハウジング３０ａ内に吸引され、モータハウジング３０ａ内の電動モータ３２のステータ３２ａ周囲の隙間を通流し、圧縮部３１である、可動スクロール部材４２と固定スクロール部材４１の間の作動室Ｖの外周側に吸引される。作動室Ｖの外周側から吸い込まれた冷媒は圧縮されて、固定スクロール部材４１の中心に設けられた貫通孔４４を介して吐出ハウジング３０ｂ内に設けられたオイル分離機４８を通じ、吐出口４０に吐出される。
なお、オイル分離機４８において、冷媒から分離されたオイルは、圧力差により吐出側から中間圧室へ導かれる。その中間圧室のオイルは、回転軸３７に貫通されたオイル導入孔４９から圧力差により各軸受部に供給される。
【００５５】
次に、以上のような電動圧縮機２を用いたヒートポンプシステム１の動作について説明する。
ヒートポンプシステム１は、エアコン操作パネルにおける、温度設定スイッチ、エアコン（Ａ／Ｃ）スイッチ、吸込口設定（ＦＲＳ／ＲＥＣ切替）スイッチ、吹出口モード設定（ＭＯＤＥ切替）スイッチ、デフロスタ（ＤＥＦ）スイッチ、風量設定スイッチ、オート（ＡＵＴＯ）スイッチ、オフ（ＯＦＦ）スイッチ等を適宜操作することで、所望の運転を行うことができる。
すなわち、エアコン操作パネルからの各種スイッチの操作信号、各種センサからのセンサ信号、およびメモリ内に格納された制御プログラムに基づいて、空調ユニット３の各アクチュエータ他、電動圧縮機２における駆動回路３３を電気的に制御することができる。
【００５６】
先ず、エアコン操作パネルにより、暖房運転モードが選択された場合の動作について説明する。
エアコン操作パネルにより、暖房運転モードが選択されると、制御装置により電動圧縮機２が起動されると共に、冷房用電磁弁２０が閉弁し、暖房用電磁弁２３が開弁するため（図４参照）、電動圧縮機２の吐出口４０から吐出された冷媒が、ガスクーラ６、暖房用可変絞り弁１８、コンデンサ１３、高温側熱交換器１４ａ、暖房用電磁弁２３、アキュムレータ１５、低温側熱交換器１４ｂ、電動圧縮機２の経路で循環する（暖房モード用循環回路、暖房サイクル、図１参照）。
ここで、Ａ／Ｍドア１６、１７の開度が、全開（ＭＡＸ・ＨＯＴ）となるように制御され、電動圧縮機２の吐出口から吐出された高温高圧の冷媒はガスクーラ６を通過する際に送風ダクト４内を流れる空気と熱交換して放熱し、例えばＦＯＯＴ吹出口から自動車の車室内に吹き出されて、車室内の温度が所望の温度（設定温度）となるように車室内が暖房される。また、内部熱交換器１４では、低温低圧の冷媒がそれぞれの高温側熱交換器１４ａ、低温側熱交換器１４ｂを通過するため熱交換しない。
【００５７】
エアコン操作パネルにより、暖房運転モードが選択されると、制御装置には、動作プログラムに従って、各種センサにより、それぞれ、対応する外気温度、車内温度、日射量に係るセンサ信号が取り込まれ、かかるデータに基づいて目標吹出し温度（Ｔａｏ）が算出される（図５参照）。
その際、エアコン操作パネルにおいて、例えば温度設定スイッチにより、予め、所望の室内温度が得られるように暖房運転負荷として必要吹出し温度が設定されており、次のステップで目標吹出し温度（Ｔａｏ）との差が算出される。
かかる必要吹出し温度と目標吹出し温度（Ｔａｏ）との差は、例えば外気温度が低く、冷媒の吸入圧力が低下したような場合、冷媒比容積が大きくなり、冷媒循環量が減少する結果、暖房能力が低下するため、大きくなる。
【００５８】
ここで、圧縮機２において、冷凍サイクル７中の冷媒の循環経路を介し冷媒は、図３において、矢印で示すように、密閉容器３０のモータハウジング３０ａ側面の冷媒の吸入口３４を通じて、モータハウジング３０ａ内に吸引され、モータハウジング３０ａ内の電動モータ３２のステータ３２ａ周囲の隙間を通流し、圧縮部３１である、可動スクロール部材４２と固定スクロール部材４１の間の作動室Ｖの外周側に吸引される。
モータハウジング３０ａ内に吸引された冷媒は、モータハウジング３０ａ内の電動モータ３２のステータ３２ａ周囲の隙間を通流するうち、電動モータ３２の発熱性部品である、ステータ３２ａにおけるモータコイル３２ｃは、通電によって発熱しているため、冷媒の温度が上昇する。
そしてかかる冷媒は、作動室Ｖの外周側から吸い込まれ、圧縮されて固定スクロール部材４１の中心に設けられた貫通孔４４を介して吐出ハウジング３０ｂ内に設けられたオイル分離機４８を通じ、吐出口４０に吐出される。
なお、オイル分離機４８において、冷媒から分離されたオイルは、圧力差により吐出側から中間圧室へ導かれる。その中間圧室のオイルは、回転軸３７に貫通されたオイル導入孔４９から圧力差により各軸受部に供給される。
【００５９】
以上のように、暖房運転負荷である必要吹出し温度と目標吹出し温度（Ｔａｏ）との差が、所定の基準差に比較して大きい場合は、制御装置は、急速暖房指令を送出して、空調ユニット３内の各構成体に、対応する制御指令を出力する。
すなわち、制御装置は、温度、湿度制御、内外気切換え制御、風量制御、吹出口温度制御、コンプレッサ回転数制御指令を発し、各構成体を制御して急速暖房を実行することができる。
この際、電動圧縮機２における駆動回路３３の制御部は、急速暖房指令により、通常のモータ作動状態とするタイミングと共にこのタイミング以外にも、駆動回路３３に給電して、電動モータ３２を駆動する他、駆動回路３３におけるインバータを構成するトランジスタの発熱をもたらし、温度上昇に寄与することができる。
【００６０】
一方、目標吹出し温度（Ｔａｏ）と必要吹出し温度との差が所定の基準差に比較して小さい場合には、通常暖房指令により、電動圧縮機２における駆動回路３３の制御部は、駆動回路３３に対し、通常のモータ作動状態とするタイミングで給電して、電動モータ３２を通常駆動することができる。
【００６１】
以上のように、暖房運転負荷である目標吹出し温度（Ｔａｏ）と必要吹出し温度との差を算出した結果、この差が、所定の基準差に比較して大きく、急速暖房指令を送出して、空調ユニット３内の各構成体を制御し、電動圧縮機２における駆動回路３３に通電して電動モータ３２を駆動する他、モータハウジング３０ａに一体化したインバータハウジング３０ｃにおける回路収容部３６に収容された駆動回路３３のインバータを構成するトランジスタの発熱をもたらし、かかる発熱によって、電動圧縮機２に吸入された冷媒ガスは、温度が上昇する。
すると、電動圧縮機２から吐出される吐出ガス温度も上昇し、ガスクーラ６の冷媒ガスの温度も上昇し、目標吹出し温度（Ｔａｏ）の上昇につながり、室内を所望温度に近づけることができるのである。
【００６２】
次に、エアコン操作パネルにより、冷房運転モード、除湿運転モードが選択された場合の動作について説明する。
冷凍サイクル７の運転モードとして冷房モードが選択された時には、冷房用電磁弁２０が開弁し、暖房用電磁弁２３が閉弁するため、電動圧縮機２の吐出口４０から吐出された冷媒が、ガスクーラ６、冷房用電磁弁２０、コンデンサ１３、高温側熱交換器１４ａ、冷房用可変絞り弁２１、エバポレータ５、アキュムレータ１５、低温側熱交換器１４ｂ、電動圧縮機２の経路で循環する（冷房モード用循環回路、冷房サイクル、図２参照）。
【００６３】
冷房モードが選択された時には、ガスクーラ６の空気入口部および空気出口部に取り付けられたＡ／Ｍドア１６、１７の開度が、全閉（ＭＡＸ・ＣＯＯＬ）となるように制御され、電動圧縮機２の吐出口から吐出された高温高圧の冷媒はガスクーラ６を通過する際に放熱することはない。
よって、エバポレータ５を通過する際に冷却された空気は、ガスクーラ６を迂回するように送風ダクト４内を流れ、例えばＦＡＣＥ吹出口から自動車の車室内に吹き出されて、車室内の温度が所望の温度（設定温度）となるように車室内が冷房される。また、内部熱交換器１４では、高温側熱交換器１４ａ内を流れる、コンデンサ１３から流出した高温高圧の冷媒と、低温側熱交換器１４ｂ内を流れる、アキュムレータ１５から流出した低温低圧の冷媒とを熱交換させることにより、エバポレータ５内に流入する高温高圧の冷媒を冷却する。これにより、エバポレータエンタルピが増大することによって、省動力または省電力で冷凍サイクル３のサイクル効率を向上できる。
【００６４】
エアコン操作パネルにより、冷房運転モードが選択されると、暖房運転モード同様、制御装置には、動作プログラムに従って、各種センサにより、それぞれ、対応する外気温度、車内温度、日射量に係るセンサ信号が取り込まれ、かかるデータに基づいて目標吹出し温度（Ｔａｏ）が算出される（図５参照）。
そして、次のステップで、予め設定された必要吹出し温度と、目標吹出し温度（Ｔａｏ）との差が算出され、この差に応じて、温度、湿度制御、内外気切換え制御、風量制御、吹出口温度制御、コンプレッサ回転数制御指令を発して、各制御機器を制御し、通常冷房指令として、電動圧縮機２における駆動回路３３に通電して電動モータ３２を通常駆動することができる。
【００６５】
以上のように、ヒートポンプシステム１は、インバータ一体型の電動圧縮機２を用いたことで、
（１）使用環境の外気温度が低くなり、暖房能力が低下する場合でも、通常のモータ作動状態に必要な電動モータ３２への給電制御に拘らず、モータの発熱を所定の温度まで上昇させることができる。
（２）発熱性部品冷却用の熱交換器および室内熱交換器を流れる冷媒のエンタルピ差を拡大できるので、サイクル効率をより一層向上できる。
（３）暖房能力を効果的に向上できるとともに、発熱性部品冷却システムの構成を大幅に簡素化できる。また、車両搭載の発熱性部品から吸熱して蒸発させ、この蒸発後のガス冷媒を、冷房用の冷凍サイクルを利用して発熱性部品の冷却を良好に行うことができ、発熱性部品冷却システムの構成を大幅に簡素化することができる。
【００６６】
ここで、ヒートポンプシステム１における暖房能力の向上効果を、図６、図７に基づいて説明する。
図６は本発明の実施形態におけるモリエル線図で、図７は従来におけるモリエル線図を示す。
従来の室外熱交換器（蒸発器）だけで、外気より吸熱するタイプのものでは、暖房時に外気温度が低くなると、吸入圧力が低下して冷媒比容積が大きくなるため、圧縮機２で吸入する冷媒循環量が減少し、暖房能力が低下し、室内を所望温度に近づけることが困難である（図７参照）。
【００６７】
これに対し図６に示すように、実施形態における冷凍サイクルでは、コンデンサ１３により、外気を吸熱する他、インバータ一体型の電動圧縮機２において、インバータ制御による、モータ発熱で加えられた熱で電動圧縮機２に吸入された冷媒ガスのエンタルピは増加し、温度が上昇する。すると、電動圧縮機２から吐出される吐出ガス温度も上昇し、ガスクーラ６の冷媒ガスの温度も上昇し、目標吹出し温度（Ｔａｏ）の上昇につながり、室内を所望温度に近づけることができることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明にかかるインバータモータ一体型電動圧縮機を用いたヒートポンプシステムの一例を示す、暖房運転モード時の模式的な全体系統図である。
【図２】本発明にかかるインバータモータ一体型電動圧縮機を用いたヒートポンプシステムの一例を示す、冷房運転モード時の模式的な全体系統図である。
【図３】本発明にかかるインバータモータ一体型電動圧縮機の一例を示す、断面的説明図である。
【図４】図１に示すヒートポンプシステムの、冷凍サイクルの循環回路切替手段である、冷房用電磁弁および暖房用電磁弁、並びに、暖房用可変絞り弁および冷房用可変絞り弁の、暖房、冷房運転モード時の動作表である。
【図５】本発明にかかるインバータモータ一体型電動圧縮機を用いたヒートポンプシステムの暖房モードおよび冷房モードにおける制御動作を示す、フローチャートである。
【図６】本発明にかかるヒートポンプ装置の作動を示すモリエル線図である。
【図７】従来のヒートポンプ装置の作動を示すモリエル線図である。
【符号の説明】
【００６９】
１    ヒートポンプシステム
２    電動圧縮機
３    空調ユニット
４    送風ダクト
５    エバポレータ
６    ガスクーラ
７    冷凍サイクル
８    内気吸込口
９    外気吸込口
１０    内外気切替ドア
１１    遠心式ファン
１２    ブロワモータ
１３    コンデンサ
１４    内部熱交換器
１４ａ    高温側熱交換器
１４ｂ    低温側熱交換器
１５    アキュムレータ
１６、１７    エアミックス（Ａ／Ｍ）ドア
１８    暖房用可変絞り弁
１９    バイパス配管
２０    冷房用電磁弁
２１    冷房用可変絞り弁
２２    バイパス配管
２３    暖房用電磁弁
３０    密閉容器
３０ａ    モータハウジング
３０ｂ    吐出側ハウジング
３０ｃ    インバータハウジング
３１    圧縮部
３２    電動モータ
３２ａ    ステータ
３２ｂ    ロータ
３２ｃ    コイル
３３    駆動回路
３４    吸入口
３５    仕切板
３６    回路収容部
３７    回転軸
３８    軸受
３９    軸受ハウジング
４０    吐出口
４１    固定スクロール部材
４２    可動スクロール部材
４３    渦巻体
４４    貫通孔
４５    渦巻体
４６    ボス部
４７    回転阻止機構
４８    オイル分離機
４９    オイル導入孔
５０    軸受
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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