(57)【要約】【課題】駆動回路がその動作温度範囲を超える高温となった場合であっても、駆動回路を冷却し、電動圧縮機を早期に起動可能な車両用ヒートポンプ装置を提供すること。【解決手段】この車両用ヒートポンプ装置は、吸入した前記冷媒を圧縮して吐出する圧縮機構および前記圧縮機構を駆動する電動モータを有する電動圧縮機と、電源から給電される直流電力を交流電力に変換して前記電動モータへ供給する電力用半導体と、前記電力用半導体が放熱可能なように前記電力用半導体と隣接し、前記冷却液が流れる通路と、前記冷却液を輸送するウォータポンプと、前記電力用半導体および前記ウォータポンプの駆動を制御する制御部と、を具備し、前記制御部は、前記電動圧縮機を起動する際の前記電力用半導体の温度が所定の温度以上の場合、前記ウォータポンプを始動させた後に前記電力用半導体の駆動を開始させる、構成を採る。【選択図】図８
2014062673.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却液と冷媒との間で熱交換を行う車両用ヒートポンプ装置であって、
吸入した前記冷媒を圧縮して吐出する圧縮機構および前記圧縮機構を駆動する電動モータを有する電動圧縮機と、
電源から給電される直流電力を交流電力に変換して前記電動モータへ供給する電力用半導体と、
前記電力用半導体が放熱可能なように前記電力用半導体と隣接し、前記冷却液が流れる通路と、
前記冷却液を輸送するウォータポンプと、
前記電力用半導体および前記ウォータポンプの駆動を制御する制御部と、
を具備し、
前記制御部は、前記電動圧縮機を起動する際の前記電力用半導体の温度が所定の温度以上の場合、前記ウォータポンプを始動させた後に前記電力用半導体の駆動を開始させる、
車両用ヒートポンプ装置。
【請求項２】
前記電動圧縮機が吐出した高温高圧冷媒から、前記車両用ヒートポンプ装置の外部より導入された第１冷却液へ、放熱させる高温側水冷媒熱交換器を、さらに具備し、
前記ウォータポンプは、前記第１冷却液を輸送する、
請求項１に記載の車両用ヒートポンプ装置。
【請求項３】
前記車両用ヒートポンプ装置の外部から導入された第２冷却液を前記電動圧縮機へ送られる低温低圧冷媒で冷却する低温側水冷媒熱交換器を、さらに具備し、
前記ウォータポンプは、前記第２冷却液を輸送する、
請求項１に記載の車両用ヒートポンプ装置。
【請求項４】
前記所定の温度は、前記電力用半導体および前記制御部を含むインバータの動作温度範囲の上限値である、
請求項１に記載の車両用ヒートポンプ装置。
【請求項５】
前記制御部は、前記ウォータポンプの始動後、前記電力用半導体の温度が前記所定の温度未満となった場合に前記電力用半導体の駆動を開始させる、
請求項１に記載の車両用ヒートポンプ装置。
【請求項６】
前記制御部は、前記ウォータポンプを始動してから所定時間経過後、前記電力用半導体の駆動を開始させる、
請求項１に記載の車両用ヒートポンプ装置。
【請求項７】
車両の外気温度を測定する外気温度測定部をさらに具備し、
前記制御部は、前記外気温度に基づいて、前記電力用半導体の温度を推定する、
請求項１に記載の車両用ヒートポンプ装置。
【請求項８】
冷却液と冷媒との間で熱交換を行う車両用ヒートポンプ装置を備える車両用空調システムであって、
吸入した前記冷媒を圧縮して吐出する圧縮機構および前記圧縮機構を駆動する電動モータを有する電動圧縮機と、
電源から給電される直流電力を交流電力に変換して前記電動モータへ供給する電力用半導体と、
前記電力用半導体が放熱可能なように前記電力用半導体と隣接し、前記冷却液が流れる通路と、
前記冷却液を輸送するウォータポンプと、
前記電力用半導体の駆動を制御する制御部と、
前記電動圧縮機を起動する際の前記電力用半導体の温度が所定の温度以上の場合、前記ウォータポンプを始動させた後に前記制御部に前記電力用半導体の駆動を開始させるエアコン制御装置と、
を具備する車両用空調システム。
【請求項９】
冷却液と冷媒との間で熱交換を行う車両用ヒートポンプ装置におけるインバータ冷却方法であって、
制御部は、
インバータを構成する電力用半導体の温度を取得し、
取得した前記電力用半導体の温度が所定の温度以上であるか否かを判定し、
電動圧縮機を起動する際の前記電力用半導体の温度が前記所定の温度以上の場合、ウォータポンプを始動させた後に前記電力用半導体の駆動を開始させる、
インバータ冷却方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両用ヒートポンプ装置、車両用空調システムおよびインバータ冷却方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気で走行する自動車では、空調装置の冷媒を圧縮する圧縮機として電動圧縮機が採用される。電動圧縮機は、圧縮機構を動かす電動モータと、電動モータを駆動する駆動回路（例えばインバータ回路）とを備える。駆動回路は発熱するため冷却する必要がある。
【０００３】
従来の電動圧縮機では、駆動回路を冷媒によって冷却する構成が一般的であった。電動圧縮機には低温の冷媒が導入されるからである。
【０００４】
また、以前より、ヒートポンプを備え冷媒と冷却液との間で熱交換を行う車両用ヒートポンプ装置が知られている。非特許文献１には、車両用ヒートポンプ装置（ＨＰＡＣ：Heat Pump Air Conditioner）を備え、車両用ヒートポンプ装置が導出した冷却液を用いて、車室内の冷暖房を行う車両の温度調整システムが開示されている。この車両用ヒートポンプ装置は、冷媒を圧縮する圧縮機と、冷媒から冷却液へ放熱を行うコンデンサと、冷却液を冷媒で冷やす冷却器と、コンデンサへ冷却液を送出するコンデンサポンプと、冷却器へ冷却液を送出する冷却器ポンプとを備えている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Kowsky et al., "Unitary HPAC System", SAE International J. Passeng. Cars - Mech. Syst., 2012, doi: 10.4271/2012-01-1050.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、駆動回路がその動作温度範囲を超える高温（例えば、１２５℃）となった場合には、駆動回路の駆動を開始できず、電動圧縮機も起動できない。このため、冷媒が駆動回路を冷却することができないという問題がある。
【０００７】
また、駆動回路が自然放熱で動作温度範囲となるまで放置された後に、電動圧縮機を起動することも可能であるが、その場合、電動圧縮機の起動まで相当時間かかってしまうという問題がある。
【０００８】
本発明の目的は、駆動回路がその動作温度範囲を超える高温となった場合であっても、駆動回路を冷却し、電動圧縮機を早期に起動可能な車両用ヒートポンプ装置、車両用空調システムおよびインバータ冷却方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の車両用ヒートポンプ装置は、冷却液と冷媒との間で熱交換を行う車両用ヒートポンプ装置であって、吸入した前記冷媒を圧縮して吐出する圧縮機構および前記圧縮機構を駆動する電動モータを有する電動圧縮機と、電源から給電される直流電力を交流電力に変換して前記電動モータへ供給する電力用半導体と、前記電力用半導体が放熱可能なように前記電力用半導体と隣接し、前記冷却液が流れる通路と、前記冷却液を輸送するウォータポンプと、前記電力用半導体および前記ウォータポンプの駆動を制御する制御部と、を具備し、前記制御部は、前記電動圧縮機を起動する際の前記電力用半導体の温度が所定の温度以上の場合、前記ウォータポンプを始動させた後に前記電力用半導体の駆動を開始させる構成を採る。
【００１０】
本発明の車両用空調システムは、冷却液と冷媒との間で熱交換を行う車両用ヒートポンプ装置を備える車両用空調システムであって、吸入した前記冷媒を圧縮して吐出する圧縮機構および前記圧縮機構を駆動する電動モータを有する電動圧縮機と、電源から給電される直流電力を交流電力に変換して前記電動モータへ供給する電力用半導体と、前記電力用半導体が放熱可能なように前記電力用半導体と隣接し、前記冷却液が流れる通路と、前記冷却液を輸送するウォータポンプと、前記電力用半導体の駆動を制御する制御部と、前記電動圧縮機を起動する際の前記電力用半導体の温度が所定の温度以上の場合、前記ウォータポンプを始動させた後に前記制御部に前記電力用半導体の駆動を開始させるエアコン制御装置と、を具備する構成を採る。
【００１１】
本発明のインバータ冷却方法は、冷却液と冷媒との間で熱交換を行う車両用ヒートポンプ装置におけるインバータ冷却方法であって、制御部は、インバータを構成する電力用半導体の温度を取得し、取得した前記電力用半導体の温度が所定の温度以上であるか否かを判定し、電動圧縮機を起動する際の前記電力用半導体の温度が前記所定の温度以上の場合、ウォータポンプを始動させた後に前記電力用半導体の駆動を開始させるようにした。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、駆動回路がその動作温度範囲を超える高温となった場合であっても、駆動回路を冷却し、電動圧縮機を早期に起動可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態１に係る車両用ヒートポンプ装置を示す斜視図
【図２】実施の形態の車両用ヒートポンプ装置を示す一部破断図
【図３】実施の形態の車両用ヒートポンプ装置の冷媒および冷却液の流れについて説明する図
【図４】車両用ヒートポンプ装置を用いた車両温度調整システムについて説明する図
【図５】車両用ヒートポンプ装置を用いた車両温度調整システムについて説明する図
【図６】車両用ヒートポンプ装置のインバータの周辺を示す一部破断の斜視図
【図７】図６のＥ−Ｅ線断面図
【図８】車両用ヒートポンプ装置の一部構成を示すブロック図
【図９】車両用ヒートポンプ装置の制御部の処理手順を示すフロー図
【図１０】インバータを冷却する様子を示す模式図
【図１１】車両用ヒートポンプ装置のインバータの周辺を示す一部破断の斜視図
【図１２】図１１のＥ−Ｅ線断面図
【図１３】車両用ヒートポンプ装置の一部構成を示すブロック図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一要素は原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明を省略する。
【００１５】
（実施の形態１）
＜車両用ヒートポンプ装置の構成＞
まず、本発明の実施の形態１における各構成について、図１および図２を用いて説明する。図１および図２は、本実施の形態に係る車両用ヒートポンプ装置の構成を示す図である。
【００１６】
車両用ヒートポンプ装置１は、車両に搭載される装置であり、低温側水冷媒熱交換器１１０と、高温側水冷媒熱交換器１１１と、冷媒を圧縮する電動圧縮機１１２と、コンプレッサ筐体１０９等を備える。ここで、車両とは、例えば、電気自動車である。電気自動車とは、例えば、ＥＶ（Electric Vehicle）、ＰＨＥＶ（Plug-in Hybrid Electric Vehicle）、またはＨＥＶ（Hybrid Electric Vehicle）等、車両に搭載されている蓄電池を用いて走行する車両である。
【００１７】
車両用ヒートポンプ装置１は、その内部にヒートポンプを有し、ヒートポンプの冷媒と低温側の冷却液（第２の冷却液に相当）および高温側の冷却液（第１の冷却液に相当）との間で熱交換を行う。低温側の冷却液と高温側の冷却液とは、車両用ヒートポンプ装置１の外部から導入される。
【００１８】
冷媒は、例えば、二酸化炭素（ＣＯ２）など、電気自動車に要求される極低温の環境下でもヒートポンプサイクルの効率を向上できる一方、作動圧力が高くなるものが採用される。
【００１９】
冷却液は、例えば、エチレングリコール水溶液などの液体である。冷却液は、不凍液であれば良く、エチレングリコール水溶液以外にプロピレングリコール水溶液を用いることも可能である。
【００２０】
高温側の冷却液は、高温側導入管１０４を介してコンプレッサ筐体１０９の外部から導入される（図１の矢印Ｂ）。この導入された冷却液は、高温側水冷媒熱交換器１１１にて加熱され、高温側導出管１０５から導出される（図１の矢印Ｂ）。冷却液は、高温側ウォータポンプ１０１が備える電動モータの駆動力にて輸送される。
【００２１】
高温側水冷媒熱交換器１１１は、高温高圧の冷媒が流れる通路と高温側の冷却液が流れる通路とを備え、これら通路の間で熱を移動させるように構成されている。
【００２２】
低温側の冷却液は、低温側導入管１０６を介して車両用ヒートポンプ装置１の外部から導入される（図１の矢印Ａ）。導入された冷却液は、低温側水冷媒熱交換器１１０にて冷却され、低温側導出管１０７から導出される（図１の矢印Ａ）。冷却液は、低温側ウォータポンプ１０２が備える電動モータの駆動力にて輸送される。
【００２３】
低温側水冷媒熱交換器１１０は、低温低圧の冷媒が流れる通路と低温側の冷却液が流れる通路とを備え、これらの通路の間で熱を移動させるように構成されている。
【００２４】
電動圧縮機１１２は、電動モータ１１２ａと圧縮機構１１２ｂとにより構成される。圧縮機構１１２ｂは電動モータ１１２ａが発生する駆動力により冷媒を圧縮して吐出する機構である。圧縮機構１１２ｂは、例えば、スクロール型を用いることができる。電動モータ１１２ａは、インバータ（駆動回路に相当）１１３により電気的に駆動される。インバータ１１３は電力用半導体（例えばＩＧＢＴ：絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）を有しており、給電部１０３から給電される直流電力を３相交流電力に変換して電動モータ１１２ａへ供給する。電力用半導体は、パワー半導体、パワー素子とも呼ばれる。
【００２５】
また、車両用ヒートポンプ装置１は、電動圧縮機１１２の冷媒の入口の上流にアキュムレータ１０８を備える。アキュムレータ１０８は、冷媒を気体と液体に分離させることで、電動圧縮機１１２へ気体の冷媒のみを供給する役割をなす。電動圧縮機１１２の破壊を防止するためである。
【００２６】
また、車両用ヒートポンプ装置１は、低温側水冷媒熱交換器１１０の冷媒の入口の上流に膨張弁１１４を備える。膨張弁１１４は、熱量を変化させずに高圧の冷媒を低圧にすることで、冷媒を低温にして低温側水冷媒熱交換器１１０へ送る。
【００２７】
また、車両用ヒートポンプ装置１は、車両用ヒートポンプ装置１の外部から電源供給を受けるための給電部１０３を備える。給電部１０３は、コンプレッサ筐体１０９の外壁に備える。給電部１０３へ供給された電気エネルギーは、電動圧縮機１１２、高温側ウォータポンプ１０１、および、低温側ウォータポンプ１０２のそれぞれが備える電動モータの駆動に用いられる。
【００２８】
＜コンプレッサ筐体と低温側水冷媒熱交換器との締結構造＞
低温側水冷媒熱交換器１１０は、高圧の冷媒を封入するために高い強度で枠体１１０ａ（図１）に保持されている。なお、枠体１１０ａの代わりに、筐体が低温側水冷媒熱交換器１１０の全体を覆う構成を採用してもよい。枠体１１０ａは、締結部１１０ｂを介してコンプレッサ筐体１０９に締結されている。
【００２９】
このような構成とすることで、低温側水冷媒熱交換器１１０、高温側水冷媒熱交換器１１１、および、電動圧縮機１１２の３つの要素部材を、高い剛性を有する一体的な構成とすることができる。この構成により、低温側水冷媒熱交換器１１０とコンプレッサ筐体１０９側との間の冷媒の配管強度も高めることができる。
【００３０】
＜車両用ヒートポンプ装置の動作＞
次に、図３を用いて車両用ヒートポンプ装置１の冷媒と冷却液の流れについて説明する。
【００３１】
始めに、冷媒の流れを説明する。図３の矢印Ｃは冷媒の流れる方向を示している。冷媒は、電動圧縮機１１２、高温側水冷媒熱交換器１１１、膨張弁１１４、低温側水冷媒熱交換器１１０を、この順で流れる。この冷媒の流れにより、ヒートポンプサイクルが構成される。
【００３２】
電動圧縮機１１２で圧縮された高温高圧の冷媒は、高温側水冷媒熱交換器１１１にて熱を放出して液体となる。液体となった冷媒は、膨張弁１１４にて急激に膨張され、低温低圧の冷媒となる。この低温低圧の冷媒は、低温側水冷媒熱交換器１１０にて熱を吸収して蒸発する。蒸発した冷媒はアキュムレータ１０８を通過して電動圧縮機１１２にて再度、圧縮される。
【００３３】
続いて、冷却液の流れを説明する。高温側導入管１０４を介してコンプレッサ筐体１０９の外部から導入された冷却液は、先ず、インバータ１１３から熱を吸収する（インバータ１１３の冷却構造については後述する）。続いて、冷却液は、高温側水冷媒熱交換器１１１にて高温の冷媒と熱交換を行って加熱される。加熱された冷却液は、高温側導出管１０５から導出される。
【００３４】
低温側導入管１０６を介して車両用ヒートポンプ装置１の外部から導入された冷却液は、低温側水冷媒熱交換器１１０にて低温の冷媒と熱交換を行って冷却され、低温側導出管１０７から導出される。
【００３５】
このように、実施の形態１の車両用ヒートポンプ装置１では、装置内だけで冷媒を循環させてヒートポンプサイクルを実現している。さらに、高温側水冷媒熱交換器１１１および低温側水冷媒熱交換器１１０は、空気ではなく液体（冷却液）と冷媒との間で熱交換を行う。この構成により、車両用ヒートポンプ装置１は、冷却液を介して車両用ヒートポンプ装置１から離れた箇所から熱を吸収し、車両用ヒートポンプ装置１から離れた箇所へ熱を放出することができる。
【００３６】
＜車両温度調整システム＞
次に、図４および図５を用いて、車両用ヒートポンプ装置１を用いた車両温度調整システムについて説明する。図４は車両温度調整システムの暖房運転時の説明図、図５は車両温度調整システムの冷房運転時の説明図である。
【００３７】
高温側導出管１０５から導出した加熱された冷却液、および、低温側導出管１０７から導出した冷却された冷却液は車両用空調装置２へ導入され、冷房もしくは暖房に用いられる。車両用空調装置２は、ファイアウォール７の車室側に配置され、車室内の空調を行う装置である。車両用ヒートポンプ装置１は、ファイアウォール７の車室外の側に配置される。
【００３８】
車両用空調装置２は、冷房用空気冷媒熱交換器２００、暖房用空気冷媒熱交換器２０１、ブロワファン２０２、および、切換ドア２０３を備える。
【００３９】
冷房用空気冷媒熱交換器２００は、ブロワファン２０２により送風された空気と、低温側導出管１０７から導出した冷却された冷却液との間で熱交換を行い、空気を冷却するものである。冷却された空気は車室内へ導かれ、車室内の冷房に用いられる。
【００４０】
冷房用空気冷媒熱交換器２００にて加熱された冷却液は、低温側導入管１０６を介して、再度、車両用ヒートポンプ装置１へ導入される。
【００４１】
暖房用空気冷媒熱交換器２０１は、ブロワファン２０２により送風された空気と、高温側導出管１０５から導出した加熱された冷却液との間で熱交換を行い、空気を加熱するものである。加熱された空気は車室内へ導かれ、車室内の暖房に用いられる。
【００４２】
暖房用空気冷媒熱交換器２０１にて冷却された冷却液は、高温側導入管１０４を介して、再度、車両用ヒートポンプ装置１へ導入される。なお、第１のラジエータ５は、冷房時の冷却液の放熱に用いられる。
【００４３】
車両用ヒートポンプ装置１が導出する冷却液は、発熱体３の冷却に用いることも可能である。ここで、発熱体３とは、例えば、電気自動車に用いられる走行用モータ、走行用モータを駆動するためのインバータ、走行用モータへ電気エネルギーを供給するための蓄電池、車両外部から蓄電池を充電するための充電器、蓄電池の電圧変換を行うためのＤＣ−ＤＣ変換器などの、発熱部材である。これら発熱部材は電気自動車の走行中等に冷却を必要とする。
【００４４】
発熱体３から放出される熱は、冷却液に吸熱させる。すなわち、冷却液は加熱される。この加熱された冷却液は、低温側導入管１０６へ導かれ、車両用ヒートポンプ装置１にて冷却される。この加熱された冷却液は、第２のラジエータ６で放熱させることで、冷却することもできる。
【００４５】
車両用空調装置２を車室内の暖房に用いる場合は、発熱体３から放出された熱を、冷却液に吸熱させる。すなわち、冷却液は加熱される。この加熱された冷却液は、低温側導入管１０６へ導かれ、低温側水冷媒熱交換器１１０にて冷却される。
【００４６】
この際、冷媒に回収（吸熱）された熱を、高温側水冷媒熱交換器１１１にて高温側の冷却液に回収（吸熱）させ、この冷却液を高温側導出管１０５から導出させ、暖房用空気冷媒熱交換器２０１に導くことで、車室内の空気の加熱に利用する事も可能である。
【００４７】
車両温度調整システムでは、図４と図５とに示すように、複数の三方弁Ｔによる冷却液の経路の切り替え、ならびに、切換ドア２０３による車室内へ向かう空気の経路の切り替えにより、車室内の暖房および冷房等の切り替えを行うことができる。
【００４８】
＜インバータの冷却構造＞
図６は、車両用ヒートポンプ装置のインバータの周辺を示す一部破断の斜視図である。図７は、図６のＥ−Ｅ線断面図である。
【００４９】
本実施の形態の車両用ヒートポンプ装置１は、図６に示すように、回路収容部１２０と、回路冷却用通路１３０とを備えている。
【００５０】
回路冷却用通路１３０は、図７に示すように、高温側の冷却液が迂回して流れる通路であり、コンプレッサ筐体１０９に設けられている。回路冷却用通路１３０は、コンプレッサ筐体１０９と一体成型された構成としてもよいし、別の金属成型部品をコンプレッサ筐体１０９に溶接または締結した構成としてもよい。
【００５１】
回路冷却用通路１３０は、上流端が冷却液の導入口１１１ｂｉｎにつながり、下流端が高温側水冷媒熱交換器１１１の通路１１１ｂの入口につながっている。回路冷却用通路１３０は、壁１２１を挟んで回路収容部１２０と隣接し、且つ、壁１２１と接触する面積が大きく構成されている。具体的には、回路冷却用通路１３０は、壁１２１側から見た回路冷却用通路１３０の通路幅が広く形成されている。
【００５２】
回路収容部１２０は、インバータ１１３を収容する空間であり、コンプレッサ筐体１０９に設けられている。回路収容部１２０は、コンプレッサ筐体１０９と一体成型された構成としてもよいし、別の金属成型部品をコンプレッサ筐体１０９に溶接または締結した構成としてもよい。
【００５３】
回路収容部１２０は、低温側水冷媒熱交換器１１０と電動圧縮機１１２との間に配置され、壁１２１を挟んで回路冷却用通路１３０と隣接している。なお、回路収容部１２０は、電動圧縮機１１２の近傍で、且つ、高温側の冷却液の通路に近接できればどのような配置としてもよい。
【００５４】
インバータ１１３は、回路収容部１２０の中で、壁１２１に接触して固定されている。具体的には、インバータ１１３に含まれるパワー素子が、壁１２１に直接に接触して固定されている。なお、インバータ１１３のパワー素子が、熱伝導の高い放熱体を介して壁１２１に接触した構成としてもよい。
【００５５】
このような構成により、インバータ１１３は、壁１２１を介して回路冷却用通路１３０の冷却液に熱を放出し、高温側の冷却液によって冷却される。
【００５６】
＜車両用ヒートポンプ装置の機能ブロック＞
次に、実施の形態１の車両用ヒートポンプ装置１の一部における機能ブロックについて説明する。
【００５７】
図８は、車両用ヒートポンプ装置の一部構成を示すブロック図である。なお、図８では、車両用ヒートポンプ装置１と共に、電力を充放電する蓄電池３０１、外気温度（エンジンルーム内の温度）を測定する外気温度測定部３０２およびエアコンを制御するエアコン制御装置３０３も記載する。なお、外気温度測定部３０２は、外気温度（エンジンルーム内の温度）を測定する。
【００５８】
図８より、車両用ヒートポンプ装置１は、高温側ウォータポンプ１０１、電動圧縮機１１２およびインバータ１１３を含む。インバータ１１３は、パワー素子温度測定部１３１、制御部１３２、駆動部１３３およびパワー素子１３４を含む。インバータ１１３は、電動モータ１１２ａに対して駆動制御を行う。
【００５９】
電動圧縮機１１２は、電動モータ１１２ａおよび圧縮機構１１２ｂを含む。電動圧縮機１１２は、インバータ１１３の制御により冷媒を圧縮する。
【００６０】
インバータ１１３において、パワー素子温度測定部１３１は、サーミスタ等のセンサを用いて、パワー素子１３４の温度を測定し、測定したパワー素子１３４の温度を制御部１３２に出力する。
【００６１】
制御部１３２は、電動モータ１１２ａの駆動開始を指示する駆動ＯＮのエアコン制御信号がエアコン制御装置３０３から出力された場合には、パワー素子温度測定部１３１から出力されたパワー素子１３４の温度に基づいて、インバータ１１３を冷却してから電動圧縮機１１２を駆動するか、インバータ１１３を冷却せずに電動圧縮機１１２を駆動するかを判定する。インバータ１１３を冷却する場合には、高温側ウォータポンプ１０１を始動させ、パワー素子１３４の温度が低下してから電動圧縮機１１２の駆動を開始させる。電動圧縮機１１２の駆動は、制御部１３２がパルス幅変調（ＰＷＭ：Pulse Width Modulation）信号を生成して駆動部１３３へ出力することによって行われる。なお、制御部１３２の詳細な処理手順については後述する。
【００６２】
また、制御部１３２は、エアコン制御装置３０３から駆動ＯＦＦのエアコン制御信号が出力された場合には、ＰＷＭ信号を生成して駆動部１３３へ出力し、電動モータ１１２ａの駆動を停止する制御を行う。制御部１３２は、信号波と搬送波とからＰＷＭ信号を生成する。
【００６３】
駆動部１３３は、ＰＷＭ信号を用いた上記制御に従ってパワー素子１３４を駆動する。すなわち、駆動部１３３は、制御部１３２から出力されたＰＷＭ信号に従って、パワー素子１３４を通電または遮断する制御を行う。
【００６４】
パワー素子１３４は、駆動部１３３の制御に従って、蓄電池３０１から供給される直流電流を通電または遮断する。これにより、パワー素子１３４は、蓄電池３０１から供給される直流電流を交流電流に変換して電動モータ１１２ａに供給し、電動モータ１１２ａを駆動する。
【００６５】
電動モータ１１２ａは、パワー素子１３４から供給される交流電流によって回転し、圧縮機構１１２ｂを駆動させる。
【００６６】
圧縮機構１１２ｂは、電動モータ１１２ａにより駆動されて冷媒を圧縮する。
【００６７】
なお、ここでは、制御部１３２がパワー素子温度測定部１３１からパワー素子の温度を取得するものとして説明したが、例えば、外気温度測定部３０２から外気温度（エンジンルーム内の温度）を取得し、外気温度に基づいてパワー素子１３４の温度を推定してもよい。また、その他のパラメータに基づいてパワー素子１３４の温度を推定してもよい。
【００６８】
＜制御部における処理手順の詳細＞
次に、実施の形態の車両用ヒートポンプ装置１における制御部１３２の処理手順を詳細に説明する。
【００６９】
図９は、車両用ヒートポンプ装置の制御部の処理手順を示すフロー図である。図９において、ステップ（以下、「ＳＴ」と省略する）４０１では、制御部１３２は、エアコン制御装置３０３から駆動ＯＮのエアコン制御信号を受信し、ＳＴ４０２では、パワー素子温度測定部１３１からパワー素子１３４の温度を取得し、取得したパワー素子１３４の温度（電動圧縮機１１２を起動する際の温度）がインバータ１１３の動作温度範囲の上限Ｔａ以上であるか否かを判定する。パワー素子１３４の温度がＴａ以上（ＹＥＳ）である場合には、ＳＴ４０３に移行し、パワー素子１３４の温度がＴａ未満（ＮＯ）である場合には、ＳＴ４０４に移行する。
【００７０】
ＳＴ４０３では、制御部１３２は、高温側ウォータポンプ１０１を始動させ、高温側の冷却液によってインバータ１１３を冷却して、ＳＴ４０２に戻る。
【００７１】
ＳＴ４０４では、制御部１３２は、電動モータ１１２ａの駆動を指示するＰＷＭ信号を生成し、電動圧縮機１１２を起動させる。なお、電動圧縮機１１２を起動した後も継続して高温側ウォータポンプ１０１を動作させる。
【００７２】
＜実施の形態の効果＞
以上のように、本実施の形態の車両用ヒートポンプ装置１によれば、制御部１３２が、電動圧縮機１１２の電動モータ１１２ａを駆動する際、パワー素子１３４の温度がインバータ１１３の動作温度範囲の上限以上である場合には、高温側ウォータポンプ１０１を始動させ、高温側の冷却液によってインバータ１１３の温度を動作温度範囲の上限未満に低下させてから電動モータ１１２ａを駆動する。これにより、インバータ１１３が動作温度範囲を超える高温となった場合であっても、インバータ１１３を冷却することができる。
【００７３】
（実施の形態２）
実施の形態１では、インバータを高温側の冷却液で冷却する場合について説明したが、実施の形態２では、インバータを低温側の冷却液で冷却する場合について説明する。
【００７４】
＜車両用ヒートポンプ装置の動作＞
図１０を用いてインバータ１１３を冷却する様子について説明する。
【００７５】
低温側導入管１０６を介して車両用ヒートポンプ装置１の外部から導入された冷却液は、先ず、インバータ１１３から熱を吸収する（インバータ１１３の冷却構造については後述する）。続いて、冷却液は、低温側水冷媒熱交換器１１０にて低温の冷媒と熱交換を行って冷却され、低温側導出管１０７から導出される。
【００７６】
このように、実施の形態の車両用ヒートポンプ装置１では、インバータ１１３を低温側の冷却液で冷却する。この構成により、インバータ１１３をより冷却することができる。
【００７７】
＜インバータの冷却構造＞
図１１は、車両用ヒートポンプ装置のインバータの周辺を示す一部破断の斜視図である。図１２は、図１１のＥ−Ｅ線断面図である。
【００７８】
本実施の形態の車両用ヒートポンプ装置１は、図１１に示すように、回路収容部１２０と、回路冷却用通路１５０とを備えている。
【００７９】
回路冷却用通路１５０は、図１２に示すように、低温側の冷却液が流れる通路であり、コンプレッサ筐体１０９に設けられている。回路冷却用通路１５０は、コンプレッサ筐体１０９と一体成型された構成としてもよいし、別の金属成型部品をコンプレッサ筐体１０９に溶接またはボルト等により締結した構成としてもよい。
【００８０】
回路冷却用通路１５０は、上流端が低温側導入管１０６につながり、下流端が低温側水冷媒熱交換器１１０へ通じる配管１５１につながっている。回路冷却用通路１５０は、壁１２２を挟んで回路収容部１２０と隣接している。回路冷却用通路１５０は、壁１２２側から見た通路幅が広く形成され、これにより、壁１２２と接触する面積が大きくなっている。回路冷却用通路１５０は、インバータ１１３の片側を覆う幅を有している。
【００８１】
回路冷却用通路１５０は、電動圧縮機１１２との間に回路収容部１２０を挟んで、コンプレッサ筐体１０９の一端（低温側水冷媒熱交換器１１０に近い方）に配置されている。
【００８２】
回路収容部１２０は、インバータ１１３を収容する空間であり、コンプレッサ筐体１０９に設けられている。回路収容部１２０は、コンプレッサ筐体１０９と一体成型された構成としてもよいし、別の金属成型部品をコンプレッサ筐体１０９に溶接またはボルト等により締結した構成としてもよい。
【００８３】
回路収容部１２０は、壁１２２を挟んで回路冷却用通路１５０と隣接している。壁１２２は、例えば、アルミなど熱伝導率の高い部材により構成されている。
【００８４】
インバータ１１３は、回路収容部１２０の中で、壁１２２に接触して固定されている。具体的には、インバータ１１３に含まれるパワー素子が、壁１２２に直接に接触して固定されている。なお、インバータ１１３のパワー素子が、熱伝導の高い放熱体を介して壁１２２に接触した構成としてもよい。
【００８５】
このような構成により、インバータ１１３は、壁１２２を介して回路冷却用通路１５０の冷却液に熱を放出し、低音側の冷却液によって冷却される。
【００８６】
また、インバータ１１３は、回路収容部１２０の中で、回路冷却用通路１５０と電動圧縮機１１２との間に配置されている。ここで、「間」とは、回路冷却用通路１５０を電動圧縮機１１２の側へ投影した際の、投影面で構成された空間内、または投影面で構成された空間の一部を含む空間外をいう。この配置により、回路冷却用通路１５０と、インバータ１１３と、電動圧縮機１１２とは、この順で直線状に並ぶ。また、低温側水冷媒熱交換器１１０と、インバータ１１３と、電動圧縮機１１２とは、この順で直線状に並ぶ。
【００８７】
このような構成により、車両用ヒートポンプ装置１は、インバータ１１３が高周波音に対する遮音性の高い構造に囲まれた構成となる。
【００８８】
なお、本実施の形態の車両用ヒートポンプ装置１の一部における機能ブロックは、実施の形態１の図８に示した構成において、高温側ウォータポンプ１０１を低温側ウォータポンプ１０２に変更したものである。また、制御部１３２の処理手順は、実施の形態１の図９に示した手順に準ずる。よって、これらの詳細については省略する。
【００８９】
＜実施の形態の効果＞
以上のように、本実施の形態の車両用ヒートポンプ装置１によれば、制御部１３２が、電動圧縮機１１２の電動モータ１１２ａを駆動する際、パワー素子１３４の温度がインバータ１１３の動作温度範囲の上限以上である場合には、低温側ウォータポンプ１０２を始動させ、高温側の冷却液によってインバータ１１３の温度を動作温度範囲の上限未満に低下させてから電動モータ１１２ａを駆動する。これにより、インバータ１１３が動作温度範囲を超える高温となった場合であっても、インバータ１１３を冷却し、電動圧縮機１１２を早期に起動することができる。
【００９０】
＜変形例＞
なお、上記実施の形態では、電動圧縮機１１２を起動する前に高温側ウォータポンプ１０１または低温側ウォータポンプ１０２を始動させるか否かの判定を制御部１３２が行うものとして説明したが、この判定をエアコン制御装置が行ってもよい。この場合における車両用ヒートポンプ装置の機能ブロックを図１３に示す。
【００９１】
エアコン制御装置３０４は、電動モータ１１２ａの駆動開始を指示する駆動ＯＮのエアコン制御信号、または電動モータ１１２ａの駆動停止を指示する駆動ＯＦＦのエアコン制御信号を制御部１３５に出力する。エアコン制御装置３０４は、電動モータ１１２ａの駆動開始を指示する駆動ＯＮのエアコン制御信号を出力する場合、パワー素子温度測定部１３１から出力されたパワー素子１３４の温度に基づいて、インバータ１１３を冷却してから駆動ＯＮのエアコン制御信号を出力するか、インバータ１１３を冷却せずに駆動ＯＮのエアコン制御信号を出力するかを判定する。インバータ１１３を冷却する場合には、高温側ウォータポンプ１０１を始動させ、パワー素子１３４の温度が低下してから駆動ＯＮのエアコン制御信号を出力する。
【００９２】
制御部１３５は、エアコン制御装置３０４から出力されたエアコン制御信号の駆動ＯＮか駆動ＯＦＦかに応じたＰＷＭ信号を生成して駆動部１３３に出力する。
【００９３】
なお、図１３に示す車両用ヒートポンプ装置１においても、高温側ウォータポンプ１０１を低温側ウォータポンプ１０２に置き換えてもよい。
【００９４】
以上、実施の形態について説明した。
【００９５】
なお、上記実施の形態では、制御部１３２は、高温側ウォータポンプ１０１または低温側ウォータポンプ１０２を始動させ、パワー素子１３４の温度がインバータ１１３の動作温度範囲の上限未満となった場合に、ＰＷＭ信号を生成して電動圧縮機１１２を起動させるものとして説明したが、本発明はこれに限らない。例えば、制御部１３２が高温側ウォータポンプ１０１または低温側ウォータポンプ１０２を始動させ、所定の時間経過後、ＰＷＭ信号を生成して電動圧縮機１１２を起動させるようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００９６】
本発明にかかる車両用ヒートポンプ装置、車両用空調システムおよびインバータ冷却方法は、車両内の各部の温度を調整するシステム等に用いるのに好適である。
【符号の説明】
【００９７】
１  車両用ヒートポンプ装置
１０１  高温側ウォータポンプ
１０２  低温側ウォータポンプ
１０３  給電部
１０４  高温側導入管
１０５  高温側導出管
１０６  低温側導入管
１０７  低温側導出管
１０８  アキュムレータ
１０９  コンプレッサ筐体
１１０  低温側水冷媒熱交換器
１１１  高温側水冷媒熱交換器
１１１ｂ  冷却液の通路
１１２  電動圧縮機
１１２ａ  電動モータ
１１２ｂ  圧縮機構
１１３  インバータ
１１４  膨張弁
１２０  回路収容部
１２１、１２２  壁
１３０、１５０  回路冷却用通路
１３１  パワー素子温度測定部
１３２、１３５  制御部
１３３  駆動部
１３４  パワー素子
２  車両用空調装置
２００  冷房用空気冷媒熱交換器
２０１  暖房用空気冷媒熱交換器
２０２  ブロワファン
２０３  切替ドア
３  発熱体
３０１  蓄電池
３０２  外気温度測定部
３０３、３０４  エアコン制御装置
５  第１のラジエータ
６  第２のラジエータ
７  ファイアウォール
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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