JP2005326054A - 空気調和装置と圧縮機の予熱方法 - Google Patents

Abstract

【課題】低騒音、省電力で充分な電動圧縮機の予熱運転を可能とする空気調和装置を提供する。
【解決手段】ＤＣコンバータからの降圧された直流電圧を電動機の巻線へ直流電流が流れるようにインバータ装置のスイッチング素子を利用して通電し、当該直流電流による巻線の発熱により圧縮機を加熱する。また、各相の巻線を切り替えて加熱することによってほぼ均一に加熱できる。また、予熱時のインバータ装置やＤＣコンバータの発熱を利用するために、これらを圧縮機の底面に配設したり、巻線により加熱されにくい部分に配設して、より効果的に圧縮機を加熱するものである。直流電流であるために予熱運転における騒音はいっさい発生しない。更に、必要に応じＤＣコンバータの出力を最適な加熱状態に調節可能であり省電力化を図ることができる。これにより、低騒音、省電力で充分な予熱運転が可能な空気調和装置が得られる。
【選択図】図１

Description

本発明は、低温時において圧縮機を加熱し、暖房立上り時間の短縮化、圧縮機の保護等を可能にするインバータ装置を備えた空気調和装置と圧縮機の予熱方法に関するものである。

電動圧縮機を搭載した従来の車両用空気調和装置を例にして説明する。

図７は、従来の電動圧縮機を搭載した車両用空気調和装置の構成図で、ヒートポンプサイクルを構成している。

図７において、２６は室内送風ファン、２７は空気導入口、１２は送風ダクト、１３は室内熱交換器、１４は空気吹き出し口、１５は絞り装置、１６は室外熱交換器、１７は室外送風ファン、１８は冷媒の流れを切替えて冷房と暖房を選択するための四方切替弁、１９は電動機を内蔵し電動機で駆動される電動圧縮機、２０は電動機を運転するインバータ装置、１はインバータ装置２０の電源となるバッテリ、２１は室内送風ファン２６、インバータ装置２０、四方切替弁１８、及び室外送風ファン１７などを制御するエアコンコントローラ、２２は室内送風ファン２６のＯＮ／ＯＦＦ、及び強弱を設定する室内送風ファンスイッチ、２３は冷房又は暖房又はＯＦＦを選択するエアコンスイッチ、２４は温度調節スイッチ、２５は車両コントローラとの通信を行うための通信装置をそれぞれ示している。

上記構成において、例えば、室内送風ファンスイッチ２２で送風ＯＮで弱とされ、エアコンスイッチ２３により冷房が指示されると、エアコンコントローラ２１は、四方切替弁１８を図の実線に設定し、室内熱交換器１３を蒸発器、室外熱交換器１６を凝縮器として作用させ、室外送風ファン１７をＯＮし、室内送風ファン２６を弱に設定する。

また、温度調節スイッチ２４に従い、インバータ装置２０を用いて電動圧縮機１９の回転数を可変することにより、電動圧縮機１９の能力を調整し、、室内熱交換器１３の温度を調節する。

さらに、エアコンスイッチ２３により冷房もしくは暖房がＯＦＦとされると、電動圧縮機１９及び室外送風ファン１７はＯＦＦとなる。

ここで用いられる電動圧縮機１９と、その駆動回路について説明する。

図８は、従来の電動圧縮機の部分断面図で、一例として、ＤＣブラシレスモータを備えた電動圧縮機を示す。

図８において、電動圧縮機１９は金属製筐体３２の中に圧縮機構部２８、電動機３１等が設置されている。冷媒は、吸入口３３から吸入され、圧縮機構部２８（この例ではスクロール式）が電動機３１で駆動されることにより圧縮され、この圧縮された冷媒は、電動機３１近傍を通過して吐出口３４より吐出される。金属製筐体３２の内部で電動機３１の巻線４に接続されているターミナル３９は、例えば図７のインバータ装置２０に接続される。

図９は、従来の電動圧縮機を駆動するための電気回路図を示す。

図９において、１はバッテリ、２はインバータ動作用スイッチング素子、３はインバータ動作用ダイオード、４０はインバータ回路部である。４は電動機の固定子巻線、５は電動機の磁石回転子で、電動機３１を構成する。６は電源電流を検出して消費電力算出及びスイッチング素子保護等を行うための電流センサ、４１はインバータ動作による電流を平滑するコンデンサ、４９はコンデンサ４１を充電する充電抵抗、４３はコンデンサ４１の充電完了後に閉とされインバータ回路部４０に電力を供給するリレーである。

１０はコンデンサ４１の電圧を検出する電圧検出器、１１は磁石回転子５の位置を検出する位置検出回路（代表的に示したものであり、磁気センサによる直接検出、固定子巻線４の相電流より推定する方法等いずれでも良い）で、７は、位置検出回路１１、電流センサ６、電圧検出器１０、及びエアコンコントローラ２１等からの信号に基づいて、リレー４３及びスイッチング素子２を制御する制御回路である。

なお、図には示していないが、制御回路７、スイッチング素子２のゲート駆動回路へ電力供給するための、バッテリ１の電圧を降圧する制御電源用ＤＣコンバータが別途備えられている。

図１０は、従来の車両用空気調和装置の配置図である。

図１０において、エアコンコントローラ２１や室内送風ファン２６等は車室内に配置され、電動圧縮機１９や室外熱交換器１６等は車室外に配置される。ほとんどの場合、車両は屋外に駐車される。すなわち、車両用空気調和装置も屋外の気温に晒されることになり、冬季の低温時においては、起動時を主として電動圧縮機１９へ冷媒が液バックし易く、異常な負荷がかかり易い状況にある。また、乗車直後から少しでも短時間で暖房快適性を得るために、急速な暖房立上りが求められる。このような中で、停車時においては車両からの音は目立ちやすいため、静粛性が求められる。

換言すると、このような空気調和装置を低温時に暖房運転を始動する場合、冷媒が圧縮機内の潤滑油中に溶込んでいるため、圧縮機が駆動されても冷媒循環量がなかなか増加せず、暖房立上り時間が長くなつたり、潤滑作用が阻害され圧縮機構部等に悪影響を与えることがある。

そのため、圧縮機をヒーター等の加熱装置で直接加熱するほか、電動圧縮機の通常運転を開始する前に圧縮機を加熱する（以降、予熱運転と言う）方法が行われている（例えば特許文献１参照）。

その方法として、圧縮機を駆動する電動機に、電動機が追従できない、通常運転時より高い周波数の交流電圧を電動機に供給することにより、電動機を回転させずに発熱させて圧縮機を加熱する技術が開示されている。
特公平４−２８５９号公報

しかしながら、上記従来の構成においては、電動機の発熱は、固定子巻線に存在する小さな抵抗成分の電力消費によるため、充分な発熱をさせるためには、大きな電流を流す必要がある。固定子巻線には大きなインダクタンス成分が存在しているため、大きな電流を流すためには固定子巻線に長い時間通電する必要がある（電流をｉ、印加電圧をＶ、インダクタンスをＬとすると、Ｖ＝Ｌｄ・ｉ／ｄｔで表されるのでＶ∫ｄｔ＝Ｌ∫ｄｉとなり
、電圧印加時間が長い程、電流は大きくなる）。

しかし、長い時間通電しようとすると、電動機に供給する交流電圧の周波数を高くできない。よって、高い周波数の交流電圧を電動機に供給すると、充分な電流が流れず充分な加熱ができなくなる。一方、周波数の低い交流電圧を電動機に供給すると、充分な電流が流れ充分な加熱はできるが、周波数が可聴域となり騒音（電磁音）を生じてしまう。

また、電気自動車、ハイブリッド車、燃料電池車では走行エネルギー源が電気（バッテリー）であるので、車両性能を確保するために、予熱運転等の空気調和機能で使用する電力は小さく（省電力化）する必要がある。

つまり、従来の電動機を発熱させる方法においては、交流電圧を電動機に供給するために、インバータ装置のインバータ動作の電力ロスにより、インバータ装置も発熱していたが、この発熱は、圧縮機の加熱に利用されていない。したがって、直流電源の消費電力は、電動機の発熱とインバータ装置の発熱の両方であるため、圧縮機を加熱する目的に対して過剰な電力を要していた。

本発明はこのような従来の課題を解決するものであり、低騒音、省電力で充分な予熱運転を可能とする空気調和装置を提供することを目的とする。

また、ヒーター等の加熱装置を必要とせずに加熱する圧縮機の予熱方法を提供する。

上記課題を解決するために、本発明の空気調和装置は、ＤＣコンバータからの降圧された直流電圧を電動機の巻線へ直流電流が流れるようにインバータ装置のスイッチング素子を利用して通電し、当該直流電流による巻線の発熱により圧縮機を加熱するものである。

これによって、直流電流であるために予熱運転における電磁音による騒音はいっさい発生しない。よって、騒音と加熱の関連に係りなく、必要に応じＤＣコンバータの出力を調節可能であり、充分な加熱ができる。また、ＤＣコンバータの出力を、最適な加熱状態に調節することによって省電力を図ることができる。

また、各相の巻線を切り替えて加熱することによってほぼ均一に加熱できるものである。

また、予熱時のインバータ装置やＤＣコンバータの発熱を利用するために、これらを圧縮機の底面に配設したり、巻線により加熱されにくい部分に配設して、より効果的に圧縮機を加熱するものである。

本発明の空気調和装置は、電動圧縮機の予熱運転において、騒音をいっさい発生させず、また無駄な電力を使うことなく、充分な加熱ができる。

したがって、低騒音、省電力で充分な予熱運転を可能とする空気調和装置が得られる。

第１の発明は、ＤＣコンバータからの降圧された直流電圧を電動機の巻線へ直流電流が流れるようにインバータ装置のスイッチング素子を利用して通電し、当該直流電流による巻線の発熱により圧縮機を加熱する。

これによって、直流電流であるために予熱運転における騒音はいっさい発生しない。よって、騒音と加熱の関連に係りなく、必要に応じＤＣコンバータの出力を調節可能であり、充分な加熱ができる。また、ＤＣコンバータの出力を、最適な加熱状態に調節可能であり省電力化を図ることができる。従来の高周波数の交流電圧を印加する場合は圧縮機から漏れ電流が発生するが、いっさい発生しない。

第２の発明は、第１の発明において、予熱のために通電する巻線を順次変更するもので、これにより、発熱部位の偏りをなくし、均一で効果的な加熱ができる。

第３の発明は、第１、２の発明において、ＤＣコンバータの出力を、圧縮機の温度を基に調節されるもので、これにより、必要最小限に正確な加熱が可能となり、省電力化を図ることができる。

第４の発明は、第１〜３の発明において、当該ＤＣコンバータは、インバータ装置の直流／交流変換動作時には、直流／交流変換される直流電圧源として用いられる。電動機を駆動する直流／交流変換時には、昇圧を行いＰＡＭ変調にて電動機を高効率高出力で駆動するものである。すなわち、電動機を高効率高出力で駆動するための昇圧用ＤＣコンバータに降圧機能（降圧用スイッチング素子、ダイオード）を追加するのみで実現できる。

第５の発明は、第１〜３の発明において、当該ＤＣコンバータは、インバータ装置の制御用電源として用いられる。インバータ装置の制御用電源は、十数Ｖ〜数Ｖの低い電圧であるので予熱運転の電圧として適している。予熱運転時は、電動機を駆動しないので、制御用電源の電力消費を低減できる。よって、特段の回路を付加することなく実現できる。

第６の発明は、第１〜５の発明において、インバータ装置を圧縮機に一体的に配設して搭載するものである。これにより、予熱運転を行う際のインバータ装置の発熱も圧縮機の加熱に使用でき、省電力化を図ることができる。

第７の発明は、第６の発明において、インバータ装置を、圧縮機の下側に配設するものである。よって、圧縮機の下側から、圧縮機をインバータ装置の発熱で効果的に加熱でき、更に省電力化を図ることができる。また、電動機が駆動される際、インバータ装置が圧縮機の熱により加熱されるのを軽減できる。

第８の発明は、第６又は第７の発明において、電動機が圧縮機の高圧シェル内に設置される場合、インバータ装置を圧縮機の低圧側に配設するものである。これにより、予熱運転時、圧縮機の高圧側は電動機により、圧縮機の低圧側はインバータ装置により加熱される。よって、圧縮機を均一に加熱でき、冷媒の潤滑油中への溶込み、液バック等を、高圧側、低圧側の双方から効果的に防止可能となる。また、電動機が駆動される際、インバータ装置は低温の低圧側により冷却されるので、特段の冷却機構を付加する必要がない。

第９の発明は、第６又は第７の発明において、電動機が圧縮機の低圧シェル内に設置される場合、インバータ装置を高圧側に配設するものである。これにより、予熱運転時、圧縮機の低圧側は電動機により、圧縮機の高圧側はインバータ装置により加熱される。よって、圧縮機を均一に効果的に加熱できる。

第１０の発明は、第６〜９の発明において、ＤＣコンバータを、インバータ装置内に収容するものである。これにより、ＤＣコンバータの熱も圧縮機の加熱に使用でき、更に省電力化を図ることができる。

第１１の発明は、第１〜１０の発明において、空気調和装置を車両用空気調和装置とし
たものである。よって、液バックし易く急速な冷暖房立上りが必要であり、また低騒音を求められるため、本発明を適用して効果的である。

第１２の発明は、直流電源の直流電圧を電動機の巻線へ直流電流が流れるようにインバータ装置のスイッチング素子を利用して通電し、当該直流電流による巻線の発熱により圧縮機を加熱する方法である。

これによって、ヒーター等の加熱装置がなくても圧縮機の予熱が可能となり、圧縮機の信頼性を向上することができる。また、直流電流であるために予熱運転における騒音はいっさい発生せず、従来の高周波数の交流電圧を印加する場合のような圧縮機からの漏れ電流も発生しない。

第１３の発明は、第１２の発明において、予熱のために通電する巻線を順次変更する方法であり、これにより、発熱部位の偏りをなくし、均一で効果的な圧縮機の予熱ができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１に、本発明の実施の形態１における電動圧縮機を駆動するための電気回路図を示す。従来の電気回路図（図９）に対して、バッテリ１とインバータ装置４６との間に、ＤＣコンバータ５１が設けられ、また、電動機３１（電動圧縮機１９）の温度を検出するための電動機温度検出用温度センサ８が設置されている。一方、インバータ装置４６には、リレー４３、充電抵抗４９が備えられていない。尚、制御回路７、スイッチング素子２のゲート駆動回路へ電力供給するための、バッテリ１の電圧を降圧する制御電源用ＤＣコンバータが別途備えられているのは同様である。

更に、車両用空気調和装置の構成、電動圧縮機、車両配置は、上記変更点を除き図７、図８、図１０と同一である。

上記構成について、まず、通常の冷房又は暖房運転における電動機の駆動について説明する。

インバータ装置４６の起動に当たり、まずＤＣコンバータ５１のスイッチング素子５０がＯＮされる。これにより、バッテリ１からコイル５２、ダイオード５４を経由してコンデンサ４１へ充電電流が流れ、コンデンサ４１はバッテリ１の電圧に充電される。この時、充電電流はコイル５２のインダクタンスにより抑制されるので、従来の突入電流防止用の充電抵抗４９は不要である。

コンデンサ４１の充電が完了すると（電圧検出器１０の出力などで制御回路７が判定）、制御回路７は、インバータ回路部４０のスイッチング素子２を駆動させ、ＰＷＭにて直流／交流変換を開始する。この時、電流は、スイッチング素子５０、コイル５２、ダイオード５４を経由し流れるので従来のリレー４３は不要である。そして、エアコンコントローラ２１からの回転数指令信号に基づいて電動機３１を駆動する。必要により、制御回路７は、ＤＣコンバータ５１に昇圧動作させ、インバータ回路部４０のスイッチング素子２をＰＡＭ動作させて、電動機３１を高効率高出力で駆動する。昇圧動作は、昇圧用スイッチング素子５３のスイッチングとダイオード５４による整流作用により行う。

次に、外気温が低い時期の予熱運転について説明する。

電動圧縮機１９（電動機３１）の温度は、電動機温度検出用温度センサ８によって検出され、制御回路７は、この検出された温度が所定値（例えば０℃）より低いと予熱運転を開始する。

まず、降圧用スイッチング素子５０を作動させ、ＤＣコンバータ５１の直流出力電圧を、バッテリ１の電圧より低くする。この電圧は、電圧検出器１０により検出される。制御回路７は、この検出された電圧が所定値に達すると、スイッチング素子２のＵ，Ｙ，ＺをＯＮにする。これにより、固定子巻線４に直流電流が流れる。

例として、ＤＣコンバータ５１の直流出力電圧を１０Ｖ、スイッチング素子２のＯＮ電圧を２Ｖ、固定子巻線４各相の抵抗値を１Ωとする。Ｕ相巻線の直流電流値は、（１０Ｖ―２Ｖ−２Ｖ）÷（１Ω＋０．５Ω）＝４Ａ、Ｖ相、Ｗ相各巻線の直流電流値は、４Ａ÷２＝２Ａとなる。よって、Ｕ相巻線の消費電力（発熱量）は、１Ω×（４Ａ）²＝１６Ｗ、Ｖ相、Ｗ相各巻線の消費電力（発熱量）は、１Ω×（２Ａ）²＝４Ｗとなる。従って、固定子巻線４全体の消費電力（発熱量）は、２４Ｗとなる。

上記構成において、固定子巻線４へ流れる電流は、直流であるために騒音はいっさい発生しない。更に、圧縮機からの漏れ電流もいっさい発生しない。よって、騒音、漏れ電流に関わりなく、充分な加熱ができる。この機能は、昇圧用ＤＣコンバータに降圧機能（降圧用スイッチング素子５０、ダイオード５８）を追加するのみで実現できる。

この巻線における消費電力（発熱量）は、ＤＣコンバータ５１の直流出力電圧により調節できるので、電動機温度検出用温度センサ８によって検出される温度が、冷媒が潤滑油中に溶込まない温度、液バックが防止できる温度に達するように調節すれば良い。

これにより、必要最小限の加熱を正確に制御することが可能となり、省電力化を図ることができる。

ただし、このように固定子巻線４に直流電流を流す場合、上記の如く、相により消費電力（発熱量）が異なり、アンバランスとなる。よって、ＯＮにするスイッチング素子２を順次変更するのがよい。例として、通電パターン１をＵ，Ｙ，ＺがＯＮ、通電パターン２を、Ｖ，Ｘ，ＺがＯＮ、通電パターン３を、Ｗ，Ｘ，ＹがＯＮとする。そして、通電パターンの１〜３を順次選択するようにすればよい。

これにより、発熱部位の偏りをなくし、ほぼ均一で効果的な加熱ができる。

尚、ＯＮにするスイッチング素子２をＵ，Ｙとすれば、固定子巻線４のＵ相巻線とＶ相巻線に同じ電流が流れて同じ消費電力（発熱量）となり、かつ、Ｗ相巻線は発熱しない。この方式で、ＯＮにするスイッチング素子２をＶ，Ｚ、更に、ＯＮにするスイッチング素子２をＷ，Ｘとして、順次各相の巻線が発熱する通電パターンを順次選択するようにしてもよい。すなわち、通電パターンの順次選択によって発熱部位の偏りをなくし、ほぼ均一な加熱ができる方法であれば、特に限定するものではない。

以上のように、本実施の形態において、低騒音、省電力で充分な予熱運転を可能とする空気調和装置が得られる。

（実施の形態２）
図２に、本発明の実施の形態２における電動圧縮機を駆動するための電気回路図を示す。

バッテリ１とインバータ装置４７との間に設けられたＤＣコンバータ５５は、背景技術及び実施の形態１において図示していなかった、バッテリ１の電圧を変換し、制御回路７、スイッチング素子２等へ電力供給するための制御電源用ＤＣコンバータである。

インバータ装置４７には、ＤＣコンバータ５５との間に新たにダイオード５９が設けられている。また、電動機３１（電動圧縮機１９）の温度を検出するための電動機温度検出用温度センサ８は実施の形態１と同様に設置されている。

尚、車両用空気調和装置の構成、電動圧縮機、車両配置は、上記変更点を除き図７、図８、図１０と同一である。

上記構成について、通常の動作を説明する。

インバータ装置４７の起動に当たり、まず充電抵抗４９によりコンデンサ４１はバッテリ１の電圧に充電される。制御回路７へは、ＤＣコンバータ５５よりバッテリ１の電圧を降圧し電源供給されている。

コンデンサ４１の充電が完了すると（電圧検出器１０の出力などで制御回路７が判定）、制御回路７は、リレー４３を閉とし、インバータ回路部４０のスイッチング素子２を駆動させ、ＰＷＭにて直流／交流変換を開始する。そして、エアコンコントローラ２１からの回転数指令信号に基づいて電動機３１を駆動する。

次に、予熱運転について説明する。

外気温度が低い時期において、暖房運転が停止（電動機３１が停止）されると、空気調和装置全体の温度が徐々に低下してゆく。この時、インバータ回路部４０は停止状態にある。また、リレー４３は開とされている。一方、ＤＣコンバータ５５は機能している。

そして、コンデンサ４１はダイオード５９経由で低電圧に充電され、制御回路７へも電源供給されている。よって、電動圧縮機１９（電動機３１）の温度低下は、電動機温度検出用温度センサ８によって検出される。

そして、制御回路７は、この検出された温度が所定値（例えば０℃）より低いと予熱運転を開始する。インバータ回路部４０へは、ＤＣコンバータ５５より既に低電圧が供給されているので、スイッチング素子２のＵ，Ｙ，ＺをＯＮにする。これにより、固定子巻線４に直流電流が流れる。インバータ回路部４０への低電圧を１０Ｖ、スイッチング素子２のＯＮ電圧を２Ｖ、固定子巻線４各相の抵抗値を１Ωとすると、上記実施の形態１における消費電力（発熱量）の計算例と同じになる。

上記構成において、制御用電源としてのＤＣコンバータ５５は、十数Ｖ〜数Ｖの低い電圧を出力しているので予熱運転の電圧として適している。よって、特段の回路を付加することなく、予熱運転機能を実現することができる。

尚、この巻線における消費電力（発熱量）は、ＤＣコンバータ５５の直流出力電圧により調節できるが、このとき制御回路用としての電源電圧はレギュレター等により安定化しておくことが望ましい。

更に、本実施の形態に、電動機３１を駆動するための通常のＤＣコンバータを組み合わせることも可能である。

（実施の形態３）
図３に、本発明の実施の形態３におけるインバータ装置一体型電動圧縮機の部分断面図を示す。電動圧縮機を駆動するための電気回路は、実施の形態１と同様である。

図３において、ケース３０を備えたインバータ装置４６が、電動圧縮機４２の下に設置されており、インバータ装置４６との電気接続のためにターミナル３９が下方に設置されている。インバータ装置４６は、接続線３６にてＤＣコンバータ５１、エアコンコントローラ２１等と接続される。接続線３６はハーネスクランプ３５でケース３０に固定される。

尚、車両用空気調和装置の構成、電動圧縮機、車両配置は、上記変更点を除き図７、図８、図１０と同一である。

上記構成において、インバータ装置４６にて電動機３１が駆動されている場合、インバータ装置４６は電動圧縮機４２の下に配置されているので、電動圧縮機４２からの熱を軽減できる。

また、予熱運転時においては、実施の形態１もしくは２による方法で、電動機３１（電動圧縮機４２）を加熱することができる。その上、インバータ装置４６を電動圧縮機４２の底面に配設したことにより、インバータ回路部４０の発熱も下側から効果的に利用して加熱することができる。

更に、本実施の形態ではインバータ回路部４０を電動機３１から遠い場所（圧縮機構部２８近傍）に配置している。この構成により、インバータ回路部４０と電動機３１との双方によって電動圧縮機４２を広く加熱することができる。また、インバータ回路部４０を電動機３１の下方に配置すれば、インバータ回路部４０と電動機３１との双方で集中的に強力に加熱できる。

ここで、インバータ回路部４０の消費電力（発熱量）を、実施の形態１もしくは２の計算例を適用し計算してみる。スイッチング素子２のＵの消費電力（発熱量）は、２Ｖ×４Ａ＝８Ｗで、Ｙ，Ｚの消費電力（発熱量）は、２Ｖ×２Ａ＝４Ｗとなる。従って、スイッチング素子２全体の消費電力（発熱量）は、１６Ｗとなる。

すなわち、本実施の形態による予熱運転用加熱電力は、電動機３１の２４Ｗと合わせて４０Ｗとなる。 次に、インバータ装置４６の発熱を更に効果的に利用する方法について説明する。

図４（ａ）に、インバータ装置４６の内部の斜視図を示す。制御回路７等を構成する回路基板２９の下にインバータ回路部４０が接続され、インバータ回路部４０は伝熱器４５に密着固定されて、インバータ回路部４０の熱は伝熱器４５へ伝熱される。そして、伝熱器４５により電動圧縮機４２を加熱する。このとき、ＤＣコンバータ５１を構成するスイッチング素子５０，５３、及びダイオード５４の発熱も伝熱器４５をを通して利用するとより効果的である。

図４（ｂ）に、ＤＣコンバータ５１の素子の斜視図を示す。素子の形状は一例であるが、接続リードは回路基板２９に接続するために折り曲げられている。

また、図１のインバータ装置４６に代わり、図２に示すインバータ装置４７でも良い。ちなみに、この場合のダイオード５９の消費電力（発熱量）も予熱運転用加熱電力として
計算してみる。ＯＮ電圧を２Ｖとすると、２Ｖ×４Ａ＝８Ｗが追加され、予熱運転用加熱電力は、４８Ｗとなる。

本実施の形態に示すように、予熱運転を行う際のインバータ装置のあらゆる素子の発熱を圧縮機の加熱に利用できる。また、圧縮機の下側から、圧縮機をインバータ装置の発熱で加熱すると効果的である。これらによって、更に省電力を図ることができる。

（実施の形態４）
図５に、本発明の実施の形態４におけるインバータ装置一体型電動圧縮機の部分断面図を示す。

図５において、ケース３７を備えたインバータ装置４６が、電動圧縮機４４の右横（低圧側）に設置されており、インバータ装置４６との電気接続のためにターミナル３９が右横に設置されている。電動圧縮機４４の金属製筐体６０は、電動圧縮機１９の金属製筐体３２の低圧側が変更された形状となっている。インバータ装置４６は、接続線３６にてＤＣコンバータ５１、エアコンコントローラ２１等と接続される。接続線３６はハーネスクランプ３５でケース３７に固定される。

尚、車両用空気調和装置の構成、車両配置、電動圧縮機は、上記変更点を除き図７、図８、図１０と同一である。

この構成において、インバータ装置４６にて電動機３１が駆動されている場合、インバータ装置４６の主たる発熱部インバータ回路部４０は、低圧配管３８により冷却される。よって、特段の冷却機構は必要とならない。インバータ回路部４０は、低圧配管３８の下側に配置されているので、効率的に冷却される。高圧シェル内に設置されている電動機３１は、高圧冷媒で冷却される。

予熱運転時においては、実施の形態１もしくは２による方法で、電動機３１（電動圧縮機４４の左側）が加熱される。一方、電動圧縮機４４の右側は、インバータ装置４６の主たる発熱部インバータ回路部４０により下側から効果的に加熱される。

インバータ回路部４０の消費電力（発熱量）の計算、また伝熱構造に関しては、上記実施の形態３と同様である。

インバータ装置４６に代わりインバータ装置４７でも良い。

よって、本実施の形態においては、圧縮機を均一に加熱でき、冷媒の潤滑油中への溶込み、液バック等を、高圧側、低圧側の双方から効果的に防止可能となる。また、電動機が駆動される際、インバータ装置は低温の低圧側により冷却されるので、特段の冷却機構を付加する必要がない。

電動機３１が圧縮機の低圧シェル内に設置される場合においては、インバータ装置４６を高圧側に搭載するようにすれば、予熱運転時において、同様の作用効果を得られる。

（実施の形態５）
図６に、本発明の実施の形態５における電動圧縮機を駆動するための電気回路図を示す。

実施の形態１と比較して、ＤＣコンバータ５１をインバータ装置内に収容し、当該インバータ装置をインバータ装置４８としている。また、インバータ温度検出用温度センサ９
が設置されている。

インバータ装置４８により、電動機３１を駆動する場合の動作、作用については、実施の形態１と同様である。

また、予熱運転時においては、実施の形態１もしくは２による方法で、電動機３１（電動圧縮機４２）が加熱される。更には、インバータ回路部４０に加えＤＣコンバータ５１の発熱によっても加熱される。

上記構成による、ＤＣコンバータ５１の消費電力（発熱量）を、実施の形態１の例と同一条件により計算してみる。降圧用スイッチング素子５０、ダイオード５４及びダイオード５８のＯＮ電圧を２Ｖとすると、直流電流値は４Ａであるので、およそ４Ａ×２Ｖ（スイッチング素子５０及びダイオード５８）＋４Ａ×２Ｖ（ダイオード５４）＝１６Ｗとなる。すなわち、本実施の形態による予熱運転用加熱電力は、電動機３１の２４Ｗ、インバータ回路部４０の１６Ｗと合わせて５６Ｗとなる。

図４（ａ）に、インバータ装置４８の内部斜視図を示す。制御回路７等を構成する回路基板２９の下にインバータ回路部４０が接続され、インバータ回路部４０の熱は伝熱器４５へ伝熱される。そして、伝熱器４５により電動圧縮機４２を加熱する。更に、降圧用スイッチング素子５０、ダイオード５４及びダイオード５８も図４（ｂ）に示すように、接続リードを折り曲げた形状で回路基板２９へ電気接続され、伝熱器４５へ取り付けられ伝熱される。

このとき、インバータ温度検出用温度センサ９にて、伝熱器４５の温度を検出し、ＤＣコンバータ５１の出力を可変し、予熱運転用加熱電力を調節すると、より消費電力を抑制することができる。

同様に、実施の形態２における図２において、ＤＣコンバータ５５をインバータ装置内に収容してもよい。この場合、スイッチング素子５７が伝熱器４５へ取り付けられる。そして、スイッチング素子５７の消費電力（発熱量）をおよそ４Ｗとすると、予熱運転用加熱電力は、電動機３１の２４Ｗ、インバータ回路部４０の１６Ｗ、ダイオード５９の８Ｗと合わせ５２Ｗとなる。

本実施の形態においては、ＤＣコンバータの熱も圧縮機の加熱に使用できる。したがって、更に省電力を図ることができる。

車両用空気調和装置は、液バックし易く急速な冷暖房立上りが必要であり、また低騒音を求められるため、上記に示す各実施の形態を適用して電動圧縮機の予熱を行うことが効果的である。

以上のように、本発明にかかる空気調和装置は、低騒音、省電力で充分な予熱運転を可能としているので、家庭、事務所、工場等の空気調和装置にも適用できる。また、冷凍サイクルを用いて加熱を行う装置等の用途にも適用できる。

本発明の実施の形態１における電動圧縮機を駆動するための電気回路図 本発明の実施の形態２における電動圧縮機を駆動するための電気回路図 本発明の実施の形態３におけるインバータ装置一体型電動圧縮機の部分断面図 （ａ）本発明の実施の形態３及び５におけるインバータ装置の内部の斜視図、（ｂ）同インバータ装置の素子の斜視図 本発明の実施の形態４におけるインバータ装置一体型電動圧縮機の部分断面図 本発明の実施の形態５における電動圧縮機を駆動するための電気回路図 従来の電動圧縮機を搭載した車両用空気調和装置の構成図 従来の電動圧縮機の部分断面図 従来の電動圧縮機を駆動するための電気回路図 従来の空気調和装置の車両配置図

符号の説明

１ バッテリ
４ 固定子巻線
８ 電動機温度検出用温度センサ
１９ 電動圧縮機
３１ 電動機
４２ 電動圧縮機（インバータ装置を下配置）
４４ 電動圧縮機（インバータ装置を横配置）
４６ インバータ装置（昇降圧用ＤＣコンバータ接続）
４７ インバータ装置（制御電源用ＤＣコンバータ接続）
４８ インバータ装置（昇降圧用ＤＣコンバータ内蔵）
５１ ＤＣコンバータ（昇降圧用）
５５ ＤＣコンバータ（制御電源用）

Claims (13)

1. 直流電源と、該直流電源の直流電圧を直流／直流変換するＤＣコンバータと、直流電圧を直流／交流変換し、交流電流を出力して電動機を駆動するインバータ装置と、前記電動機により駆動される圧縮機とを備え、前記インバータ装置は、前記電動機を駆動する機能のほかに、スイッチング素子を利用して前記ＤＣコンバータからの降圧された直流電圧を前記電動機の巻線へ直流電流が流れるように通電する機能を有し、前記直流電流の通電による前記巻線の発熱により前記圧縮機を加熱する予熱運転機能を有することを特徴とする空気調和装置。
2. 予熱のために通電する巻線を順次変更することを特徴とする請求項１記載の空気調和装置。
3. 予熱運転中におけるＤＣコンバータの出力は、圧縮機の温度を基に調節することを特徴とする請求項１乃至２に記載の空気調和装置。
4. ＤＣコンバータは、インバータ装置が直流／交流変換動作を行い電動機を駆動する時には、直流／交流変換される直流電圧源として用いられることを特徴とする請求項１乃至３に記載の空気調和装置。
5. ＤＣコンバータは、インバータ装置の制御用電源としても用いられることを特徴とする請求項１乃至３に記載の空気調和装置。
6. インバータ装置は圧縮機に一体的に配設されることを特徴とする請求項１乃至５に記載の空気調和装置。
7. インバータ装置は、圧縮機の下側に配設されることを特徴とする請求項６に記載の空気調和装置。
8. 電動機が圧縮機の高圧シェル内に設置される場合、インバータ装置は低圧側に配設されることを特徴とする請求項６又は７に記載の空気調和装置。
9. 電動機が圧縮機の低圧シェル内に設置される場合、インバータ装置は高圧側に配設されることを特徴とする請求項６又は７に記載の空気調和装置。
10. ＤＣコンバータは、インバータ装置内に収容されることを特徴とする請求項６乃至９に記載の空気調和装置。
11. 空気調和装置を車両用としたことを特徴とする請求項１乃至１０に記載の空気調和装置。
12. 直流電源と、該直流電源の直流電圧を直流／交流変換し、交流電流を出力して電動機を駆動するインバータ装置と、前記電動機により駆動される圧縮機とを備え、前記インバータ装置のスイッチング素子を利用して直流電圧を前記電動機の巻線へ直流電流が流れるように通電し、前記巻線を発熱させて前記圧縮機を加熱することを特徴とする圧縮機の予熱方法。
13. 通電する巻線を順次変更することを特徴とする請求項１２記載の圧縮機の予熱方法。

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