(57)【要約】【課題】簡素かつ安価な構造により、信頼性の高い電動圧縮機および空調装置の保護制御を行うことができるインバータ一体型電動圧縮機およびこれを備えた車両用空調装置を提供する。【解決手段】本発明に係るインバータ一体型電動圧縮機は、ハウジング３内に、冷媒を圧縮する圧縮機構５と、該圧縮機構５を駆動する電動機４と、該電動機４を制御するインバータ６とが収容されてなるインバータ一体型電動圧縮機において、冷媒の状態を検出する冷媒センサ２１，２２をハウジング３に設けたことを特徴とする。冷媒センサ２１，２２の設置位置は冷媒吸入部１８または冷媒吐出部１７の近傍であることが好ましい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジング内に、冷媒を圧縮する圧縮機構と、該圧縮機構を駆動する電動機と、該電動機を制御するインバータとが収容されてなるインバータ一体型電動圧縮機において、前記冷媒の状態を検出する冷媒センサを前記ハウジングに設けたことを特徴とするインバータ一体型電動圧縮機。
【請求項２】
前記冷媒センサからの入力値が制限値を越えた場合に、前記インバータ一体型電動圧縮機および前記車両用空調装置の保護制御を行う保護制御回路を、前記インバータ自体に設けたことを特徴とする請求項１に記載のインバータ一体型電動圧縮機。
【請求項３】
前記冷媒センサを前記ハウジングの冷媒吸入部または冷媒吐出部の少なくとも一方に設けたことを特徴とする請求項１に記載のインバータ一体型電動圧縮機。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載のインバータ一体型電動圧縮機を備えたことを特徴とする車両用空調装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハウジング内に、圧縮機構と、該圧縮機構を駆動する電動機と、該電動機を制御するインバータとが収容されてなる、特に車両用空調装置に用いて好適なインバータ一体型電動圧縮機およびこれを備えた車両用空調装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、内燃機関の動力で走行する自動車以外に、電気自動車やハイブリッド自動車、あるいは燃料電池自動車のように、電動機の動力で走行する電動車両の開発および市場への投入が急速に進んでいる。このような電動車両用の空調装置の多くは、冷媒を圧縮して送出する圧縮機についても、駆動源として電動機を動力とする電動圧縮機が用いられる。
【０００３】
また、内燃機関の動力で走行する自動車の空調装置においても、走行用の内燃機関により電磁クラッチを介して駆動される圧縮機に替え、電磁クラッチの断続に伴うドライバビリティーの低下を改善するため、電動圧縮機が使用されるものがある。
【０００４】
こうした電動圧縮機としては、圧縮機構および電動機をハウジング内に同軸的に内蔵した密閉型電動圧縮機が採用され、さらには、電源から入力される電力を、インバータを介して電動機に供給するようにし、空調負荷に応じて圧縮機構の回転数を可変制御できるようにしたものが多く採用されている。
【０００５】
このようにインバータを介して制御される電動圧縮機において、特許文献１，２に開示されているように、インバータを構成する制御回路基板等を、電動圧縮機のハウジング外周に一体成形されたインバータボックス内に収納設置してインバータを電動圧縮機と一体化したものがある。
【０００６】
一方、自動車の車体側には空調用ＥＣＵ（空調制御ユニット）が搭載されている。この空調用ＥＣＵは、自動車の乗員による空調装置の操作と、空調装置の回路中に配置された複数の冷媒センサ、即ち圧力センサや温度センサ等からの入力と、運転中の諸条件とに基づいてインバータに指令を出し、電動機を制御するコントローラである。
【０００７】
また、空調用ＥＣＵには保護制御回路が組み込まれている。この保護制御回路は、温度センサや圧力センサ等の冷媒センサからの入力値が、予め設定された制限値を越えた場合に、電動圧縮機および空調装置の保護制御を行う回路である。即ち、例えば冷媒圧力が過大または過少になった時や、冷媒温度が上限許容温度を超えた時などに、電動機を緊急停止させたり、圧縮機構の焼き付きが起こらぬように低速運転させたりする制御を行う。
【０００８】
そして、従来では、温度センサや圧力センサ等の冷媒センサが、空調装置を構成する配管部材やレシーバ・ドライヤ等に設置され、これらの冷媒センサから延びる配線部材が車体側の空調用ＥＣＵに結線されていた。
【０００９】
このように、電動圧縮機の保護制御を行う保護制御回路が車体側の空調用ＥＣＵに組み込まれていたり、各冷媒センサが空調装置を構成する配管部材やレシーバ・ドライヤ等に設けられていたりする理由は、従来の内燃機関で走行する自動車に用いられていた空調装置をそのまま電動車両の空調装置として使用するようになったことに由来している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００５−２７１６９６号公報
【特許文献２】特開２００５−２７４１０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、上記のように、冷媒の温度や圧力等を検知する冷媒センサが、空調装置を構成する配管部材やレシーバ・ドライヤ等に設置されていたため、配管部材およびレシーバ・ドライヤ等に専用のセンサ取付部を設ける必要があり、これらの部品は車種によって形状が異なるため、部品の種類が増えて空調装置の製造コストが嵩む一因となっていた。
【００１２】
また、冷媒の温度や圧力等を検知する冷媒センサが、冷媒の異常時に迅速に保護したい圧縮機から離れた位置に配設されていたため、各冷媒センサが検知する冷媒の温度や圧力が、必ずしも圧縮機の近傍における冷媒のものではなく、このため電動圧縮機や空調装置の保護制御の開始が遅れる懸念があった。
【００１３】
さらに、保護制御回路が自動車の車体側に搭載された空調用ＥＣＵ（空調制御ユニット）に組み込まれていたので、この空調用ＥＣＵと、電動圧縮機側に設けられたインバータとの間における相互通信が煩雑となり、配線等が複雑化かつ長大化して、空調装置の信頼性を低下させる原因となっていた。また、空調用ＥＣＵに保護制御回路が組み込まれることにより、空調用ＥＣＵが複雑で高価なものにならざるを得なかった。
【００１４】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、簡素かつ安価な構造により、信頼性の高い電動圧縮機および空調装置の保護制御を行うことができるインバータ一体型電動圧縮機およびこれを備えた車両用空調装置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】
【００１５】
上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を提供する。
即ち、本発明の第１の態様に係るインバータ一体型電動圧縮機は、ハウジング内に、冷媒を圧縮する圧縮機構と、該圧縮機構を駆動する電動機と、該電動機を制御するインバータとが収容されてなるインバータ一体型電動圧縮機において、前記冷媒の状態を検出する冷媒センサを前記ハウジングに設けたことを特徴とする。
【００１６】
本発明によれば、冷媒センサがハウジングに設けられたことから、従来のように車両用空調装置を構成する配管部材やレシーバ・ドライヤ等に冷媒センサを設置する必要がなくなるため、これらの構成部品を簡素かつ安価に構成することができる。しかも、冷媒センサが圧縮機構に近い位置に設けられるため、圧縮機構の近傍における冷媒の状態を正確かつ早期に検知することができ、電動圧縮機および車両用空調装置の保護制御の開始を早めて信頼性の高い保護制御を行うことができる。
【００１７】
また、本発明の第２の態様に係るインバータ一体型電動圧縮機は、前記第１の態様において、前記冷媒センサからの入力値が制限値を越えた場合に、前記インバータ一体型電動圧縮機および前記車両用空調装置の保護制御を行う保護制御回路を、前記インバータ自体に設けたことを特徴とする。
【００１８】
このように、電動圧縮機の保護制御を行う保護制御回路がインバータ自体に設けられたことから、保護制御をインバータの内部にて全て執り行うことができ、車体側に設けられた空調用ＥＣＵとは相互通信しなくて済むため、空調用ＥＣＵとの通信データが簡素になり、配線部材等を簡略化することができて信頼性も向上する。しかも、空調用ＥＣＵから保護制御回路を省略することができるため、空調用ＥＣＵを簡素で安価なものにすることができる。
【００１９】
また、本発明の第３の態様に係るインバータ一体型電動圧縮機は、前記第１の態様において、前記冷媒センサを前記ハウジングの冷媒吸入部または冷媒吐出部の少なくとも一方に設けたことを特徴とする。
【００２０】
本発明によれば、最も圧縮機構に近い部位に冷媒センサが設置されるため、より信頼性の高い保護制御を行うことができる。
【００２１】
また、本発明に係る車両用空調装置は、前記第１〜第３のいずれかの態様のインバータ一体型電動圧縮機を備えたことを特徴とする。これにより、簡素かつ安価な構造により、信頼性の高い車両用空調装置を構築することができる。
【発明の効果】
【００２２】
このように、本発明に係るインバータ一体型電動圧縮機およびこれを備えた車両用空調装置によれば、冷媒センサを電動圧縮機のハウジングに設けたことから、車両用空調装置の構成部材を簡素かつ安価に構成するとともに、圧縮機構の近傍における冷媒の状態を正確かつ早期に検知可能にして信頼性の高い保護制御を行うことができる。また、電動圧縮機および車両用空調装置の保護制御を行う保護制御回路をインバータ自体に設けたことから、保護制御をインバータの内部で行うことができ、簡素かつ安価な構造により、信頼性の高い保護制御を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の第１実施形態に係る車両用空調装置の全体構成図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係るインバータ一体型電動圧縮機の側面図である。
【図３】同第１実施形態に係るインバータ一体型電動圧縮機の前面図である。
【図４】同第１実施形態に係るインバータ一体型電動圧縮機の後面図である。
【図５】同第１実施形態に係る制御処理をフローチャートで示した図である。
【図６】本発明の第２実施形態に係る車両用空調装置の全体構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下に、本発明に係るインバータ一体型電動圧縮機の複数の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２５】
〔第１実施形態〕
以下、本発明の第１実施形態について、図１〜図５を参照して説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る車両用空調装置の車両用空調装置の全体構成図である。
【００２６】
この車両用空調装置１は、冷媒を吸入、圧縮、吐出する電動圧縮機２を備えている。電動圧縮機２は、図２〜図４にも示すように、ハウジング３内に、電動機４と、電動機４により駆動される圧縮機構５とが同軸的に収容され、さらに電動機４を制御するインバータ６が収容されてなるインバータ一体型の電動圧縮機である。
【００２７】
圧縮機構５は、例えば公知のスクロール型であり、電動機４の主軸７が圧縮機構５側に延びて圧縮機構５の図示しない旋回スクロールを駆動し、圧縮機構５は電動機４の回転数に応じて冷媒の吐出容量を０〜１００％の範囲で連続的に変化させることができる。
【００２８】
車両用空調装置１において電動圧縮機２の下流側にはコンデンサ１１（放熱凝縮器）と、レシーバ・ドライヤ１２と、圧力制御弁１３と、エバポレータ１４（冷媒気化器）とが順に接続され、車両用空調装置１が閉ループ回路状に構成されている。なお、電動圧縮機２は図示しない自動車のエンジンルーム内等に配置される。
【００２９】
電動圧縮機２の冷媒吐出部１７から吐出された高温、高圧の冷媒はコンデンサ１１に流入し、ここで図示しない送風ファンから送られる外気と熱交換して冷却、凝縮される。凝縮された冷媒は、レシーバ・ドライヤ１２に流入して気液を分離されると共に水分を除去され、車両用空調装置１内の余剰な冷媒（液冷媒）がレシーバ・ドライヤ１２内に貯留される。
【００３０】
レシーバ・ドライヤ１２から流出した液状冷媒は、圧力制御弁１３により減圧されて低圧の気液二相状態となってエバポレータ１４に送られ、ここを通過しながら完全に気化して熱を奪い、エバポレータ１４を冷却する。エバポレータ１４は車両用空調装置の図示しない空調ユニット内に収容されており、この空調ユニットから車内に送風される空気がエバポレータ１４と直交するようになっている。このため、車内への送風空気がエバポレータ１４により冷却されて車内冷房が実施される。
【００３１】
エバポレータ１４の出口は電動圧縮機２の冷媒吸入部１８に接続されており、エバポレータ１４で気化した冷媒が電動圧縮機２により再び圧縮されてコンデンサ１１に圧送され、以降、上記の循環サイクルが繰り返される。
【００３２】
この車両用空調装置１中には、冷媒の圧力を検出する圧力センサ２１や、冷媒の温度を検出する温度センサ２２といった、複数の冷媒センサが配置されている。これらの冷媒センサ２１，２２は、電動圧縮機２を含む車両用空調装置１中の何処にでも配置することができるが、本実施形態では、これらの冷媒センサ２１，２２が電動圧縮機２のハウジング３に直接設けられている。
【００３３】
図２〜図４に示すように、電動圧縮機２の外殻をなすアルミニウム合金製のハウジング３は、電動機４が収容される電動機側ハウジング３Ａと、圧縮機構５が収容される圧縮機構側ハウジング３Ｂとが複数のボルト２４で締結固定され、電動機側ハウジング３Ａの上部に、インバータ６が収容されるインバータボックス３Ｃが一体に形成された構成である。
【００３４】
冷媒吐出部１７は、圧縮機構側ハウジング３Ｂの先端部付近の側面に設けられた接続フランジ１７ａと、この接続フランジ１７ａに開設された接続孔１７ｂと、この接続孔１７ｂに隣接して植設されたスタッドボルト１７ｃと、例えば接続フランジ１７ａの直下部に一体に形成されたセンサ締結台座１７ｄとを備えて構成されている。コンデンサ１１に繋がる図示しない金属配管部材は、その先端がＯリングを介して接続孔１７ｂに挿入され、先端付近に固着された固定用フランジ（非図示）がナットでスタッドボルト１７ｃに締結される。
【００３５】
センサ締結台座１７ｄには、例えば圧力センサ２１が締結されている。この圧力センサ２１は、その図示しない先端検知部が接続孔１７ｂの内部に連通しており、接続孔１７ｂを通過する高圧側の冷媒の圧力を検知可能である。
【００３６】
また、冷媒吸入部１８は、電動機側ハウジング３Ａの後部側面付近に設けられた接続フランジ１８ａと、接続孔１８ｂと、スタッドボルト１８ｃと、接続フランジ１８ａの近傍に位置するように例えば電動機側ハウジング３Ａの後面に一体に形成されたセンサ締結台座１８ｄとを備えて構成されている。この冷媒吸入部１８に繋がる金属配管部材の接続方法は冷媒吐出部１７側の場合と同様である。
【００３７】
センサ締結台座１８ｄには、例えば温度センサ２２が締結されている。この温度センサ２２も、その図示しない先端検知部が接続孔１８ｂの内部に連通しており、接続孔１８ｂを通過する低圧側の冷媒の温度を検知可能である。
【００３８】
一方、車両用空調装置１には空調用ＥＣＵ２７（空調制御ユニット）が設けられている。この空調用ＥＣＵ２７は、一般に自動車の車体側に搭載されており、配線部材２８によって電動圧縮機２のインバータ６に電気的に接続されている。また、例えば圧力制御弁１３等の周辺機器が配線部材２９によって空調用ＥＣＵ２７に接続されている。
【００３９】
さらに、インバータ６自体に保護制御回路３１が設けられており、この保護制御回路３１に圧力センサ２１と温度センサ２２が、それぞれ配線３２，３３によって電気的に接続されている。配線部材３２，３３は、ハウジング３の外部に配設しても、内部に配設してもよい。
【００４０】
保護制御回路３１は、圧力センサ２１および温度センサ２２からの入力値が制限値を越えた場合に、電動圧縮機２および車両用空調装置１の保護制御を行う。例えば、冷媒圧力が過大または過少になった時や、冷媒温度が上限許容温度を超えた時に、インバータ６に指令を出して電動機４を緊急停止させたり、圧縮機構５の焼き付きが起こらぬように低速運転させたりする。
【００４１】
図５は、保護制御回路３１による制御の流れを示すフローチャートである。まず、電動圧縮機２が作動して車両用空調装置１の制御がスタートすると、ステップＳ１０１で、車両用空調装置１中を流れる冷媒の圧力や温度等のデータが、圧力センサ２１や温度センサ２２等の冷媒センサからの出力を基に検出される。
【００４２】
次に、ステップＳ１０２で、各冷媒センサ２１，２２からの出力値が制限値範囲内か否かが判断され、この判断結果がＹＥＳであればステップＳ１０３に移行して電動機４の通常制御が続行されて、制御はリターンする。
【００４３】
ステップＳ１０２の判断結果がＮＯであればステップＳ１０４に移行して電動機４の保護制御が開始され、例えば電動機４を緊急停止させる、あるいは電動機４の回転速度を低下させた後に停止させるといった制御がなされる。
【００４４】
ステップＳ１０４の後、非常事態であることを自動車の運転者に知らしめるべく、ステップＳ１０５にて空調用ＥＣＵ２７にダイアグノーシス出力が行われ、例えば空調用ＥＣＵ２７は計器盤等に警告表示を行い、制御が終了する。
【００４５】
以上のように構成された車両用空調装置１および電動圧縮機２によれば、圧力センサ２１や温度センサ２２等の冷媒センサを電動圧縮機２のハウジング３に設けたため、従来のように車両用空調装置１を構成する配管部材やレシーバ・ドライヤ１２等に冷媒センサ２１，２２を設置する必要がない。このため、これらの構成部品を簡素かつ安価に構成することができる。しかも、冷媒センサ２１，２２が圧縮機構５に近い位置に設けられるため、圧縮機構５の近傍における冷媒の状態を正確かつ早期に検知することができ、電動圧縮機２および車両用空調装置１全体の保護制御の開始を早めて信頼性の高い保護制御を行うことができる。
【００４６】
さらに、圧力センサ２１や温度センサ２２等の冷媒センサをハウジング３の冷媒吸入部１８および冷媒吐出部１７に設けたため、最も圧縮機構５に近い部位に冷媒センサ２１，２２を設置することができ、より信頼性の高い保護制御を行うことができる。
【００４７】
また、電動圧縮機２の保護制御を行う保護制御回路３１がインバータ６自体に設けられたことから、保護制御をインバータ６の内部にて全て執り行うことができ、車体側に設けられた空調用ＥＣＵ２７とは相互通信しなくて済むため、空調用ＥＣＵ２７との通信データが簡素になり、配線部材等を簡略化することができて信頼性も向上する。その上、空調用ＥＣＵ２７から保護制御回路３１を省略することができるため、空調用ＥＣＵ２７を簡素で安価なものにすることができる。
【００４８】
〔第２実施形態〕
次に、本発明の第２実施形態について、図６を参照して説明する。この第２実施形態に示す車両用空調装置４０は、保護制御回路３１が従来のように空調用ＥＣＵ２７に組み込まれている点除き、図１に示す第１実施形態における車両用空調装置１と同様である。つまり、圧力センサ２１と温度センサ２２は電動圧縮機２のハウジング３に設けられており、圧力センサ２１は配線部材３２で、温度センサ２２は配線部材３３で、それぞれ保護制御回路３１に接続されている。
【００４９】
このように、圧力センサ２１と温度センサ２２を電動圧縮機２のハウジング３に設けておけば、保護制御回路３１が従来のように空調用ＥＣＵ２７に組み込まれていても、第１実施形態の効果の一部、即ち、車両用空調装置４０を構成する配管部材やレシーバ・ドライヤ１２等を簡素かつ安価に構成するとともに、最も圧縮機構５に近い部位における冷媒の状態を正確に検知して電動圧縮機２および車両用空調装置４０全体の保護制御の開始を早め、信頼性の高い保護制御を行う、という効果を得ることができる。
【００５０】
なお、上記第１実施形態および第２実施形態においては、冷媒センサとして圧力センサ２１と温度センサ２２を１基ずつ設置しているが、冷媒センサの種類および個数は限定されない。要するに、圧力センサ２１や温度センサ２２等の冷媒センサが、電動圧縮機２のハウジング３に設置されていればよい。
【符号の説明】
【００５１】
１  車両用空調装置
２  電動圧縮機
３  ハウジング
４  電動機
５  圧縮機構
６  インバータ
１１  コンデンサ
１２  レシーバ・ドライヤ
１３  圧力制御弁
１４  エバポレータ
１７  冷媒吐出部
１８  冷媒吸入部
２１  圧力センサ（冷媒センサ）
２２  温度センサ（冷媒センサ）
２７  空調用ＥＣＵ
３１  保護制御回路
【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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