JP5118351B2 - 電動圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は、バッテリー等からの電力供給を受けて駆動されるモータを内蔵した電動圧縮機に関し、車載用エアコンディショナー等における冷媒を圧縮するための圧縮機として好適な電動圧縮機に関する。

例えば、ハイブリッド自動車、電気自動車、燃料電池車等の電気を駆動源として有する車両においては、その駆動源の電源電圧は車両の大きさ、バッテリーの容量などから、様々な電圧のものがある。これらの車両に電動圧縮機を搭載する際、搭載する車両のバッテリー電圧に合わせて設計された、モータやインバータ装置を用いる必要がある。つまり、電動圧縮機の種類を、バッテリー電圧の種類だけ用意する必要がある。

また、バッテリー電圧が低い場合には、電動圧縮機に流れる電流が大きくなるため、インバータ装置の大型化やコストアップにつながる。

電動圧縮機の種類の数を低減するためではないが、インバータ装置を介してモータ巻線を通電予熱するために、インバータ装置の前段に、電源電圧を降圧するコンバータを設ける構造が知られている（特許文献１）。しかし、このコンバータは、モータ巻線の予熱のためにインバータ装置への入力電圧を所定の電圧に降圧させるために使用されるもので、上述の電動圧縮機の種類をバッテリー電圧の種類だけ用意する必要があるという問題は解消されない。
特開２００５−３２６０５４号公報

そこで本発明の課題は、バッテリー電圧が異なる場合にあっても同機種を使用可能で、かつ、バッテリー電圧が低い場合にあってもインバータ装置として電流容量の小さい小型かつ安価なものを使用可能な電動圧縮機を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係る電動圧縮機は、入力電圧に対し出力電圧を昇降可能なコンバータ装置と、コンバータ装置からの電圧をモータ駆動電圧に変換するインバータ装置と、インバータ装置からの電圧によって駆動されるモータと、モータによって駆動される圧縮機構とを備えた電動圧縮機であって、前記インバータ装置が圧縮機に一体的に取り付けられ、前記インバータ装置および前記コンバータ装置が前記圧縮機内部の吸入側に配置され、前記コンバータ装置が圧縮機の吸入側の上部に配置され、前記インバータ装置が圧縮機の吸入側の軸方向側部に配置されていることを特徴とするものからなる。すなわち、バッテリー等からの電源電圧を、必要に応じてコンバータ装置により昇圧あるいは降圧できるようになっており、電源電圧が異なる場合にあっても同機種の電動圧縮機にて対応できるようになっている。また、電源電圧が低い場合には、とくにコンバータ装置により昇圧することにより、電流容量の小さいインバータ装置でも機能できるようにし、それによってインバータ装置の小型化、コストダウンもはかることができる。

この本発明に係る電動圧縮機においては、上記コンバータ装置は、上記インバータ装置の入力電圧に応じてコンバータ装置の出力電圧を昇降するコンバータ出力電圧制御手段を有することが好ましい。このコンバータ出力電圧制御手段により、コンバータ装置による変圧を最適に制御可能となる。コンバータ出力電圧制御手段としては、独立に設けることも可能であり、上記インバータ装置の制御手段に組み込むことも可能である。

上記インバータ装置の取付形態としては、圧縮機に一体的に取り付けられている形態とすることができる。

また、上記コンバータ装置の取付形態としては、上記インバータ装置に内蔵されている形態とすることもできるし、コンバータ装置およびインバータ装置が圧縮機に個別にかつ一体的に取り付けられている形態とすることもできる。

また、本発明に係る電動圧縮機においては、とくに、インバータ装置やコンバータ装置、さらにはモータの過熱防止あるいは抑制のために、次のような配置構成を採ることが望ましい。

まず、上記インバータ装置が圧縮機の吸入側に配置されている。また、上記コンバータ装置も圧縮機の吸入側に配置されている。さらに、上記モータも圧縮機の吸入側に配置されていることが好ましい。

圧縮機の吸入側への配置においては、上記コンバータ装置が圧縮機の吸入側の上部に配置され、上記インバータ装置が圧縮機の吸入側の軸方向側部に配置されている形態とする。このような配置形態により、上記過熱防止をはかりつつ、電動圧縮機全体の小型化をはかることができる。

本発明に係る電動圧縮機によれば、バッテリー等からの電源電圧が異なる場合にあっても、コンバータ装置によって適切に昇降圧することにより、同じ種類の電動圧縮機を使用できるようになる。また、電源電圧が低い場合にも、コンバータ装置により昇圧することによって、電流容量の小さいインバータ装置でも対応できるようになり、インバータ装置の小型化、コストダウン、ひいては電動圧縮機の小型化、コストダウンをはかることができる。

また、インバータ装置やコンバータ装置、さらにはモータを圧縮機の吸入側、とくに吸入側の特定の位置に配置することにより、これら電気、電子機器の過熱を防止しつつ、電動圧縮機全体の小型化をはかることができる。

以下に、本発明の望ましい実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の一実施態様に係る電動圧縮機の回路構成を示しており、該回路構成について、図２に示した従来一般の電動圧縮機の回路構成と比較しながら説明する。図２に示す従来の電動圧縮機においては、バッテリー等の電源１０１（直流電源）からの電圧が、例えば一対のスイッチング素子Ｕ、ＸおよびＶ、ＹおよびＷ、Ｚを３組備えたインバータ装置１０２によってモータ駆動電圧に変換され、そのモータ駆動電圧を使用してモータ１０３が駆動される。インバータ装置１０２は、主制御回路１０４からの指令に基づき、インバータ制御装置１０５によって制御される。

これに対し図１に示す本発明に係る電動圧縮機においては、バッテリー等の電源１（直流電源）からの電圧が、コンバータ装置２によって昇降され、昇降されたコンバータ装置２からの出力電圧が、例えば一対のスイッチング素子Ｕ、ＸおよびＶ、ＹおよびＷ、Ｚを３組備えたインバータ装置３によってモータ駆動電圧に変換され、そのモータ駆動電圧を使用してモータ４が駆動される。インバータ装置３は、主制御回路５からの指令に基づき、インバータ制御装置６によって制御される。コンバータ装置２は、本実施態様では、コンデンサ７、コイル８、スイッチング素子９を備えており、このスイッチング素子９のデューティが、コンバータ制御装置１０によって制御されることにより、インバータ制御装置６の入力電圧（インバータ制御装置６に入力すべき電圧）に応じてコンバータ装置２の出力電圧が昇降されるようになっている。このコンバータ出力電圧制御手段としてのコンバータ制御装置１０は、図示の如くインバータ制御装置６とは別に設けてもよく、インバータ制御装置６に、あるいは主制御回路５に、組み込まれていてもよい。

このように、インバータ制御装置６の入力電圧に応じてコンバータ装置２の出力電圧が適切に昇降されることにより、電源１の電圧（コンバータ装置２への入力電圧）が異なる場合にあっても、同機種の電動圧縮機を使用できるようになり、バッテリーや車種毎に電動圧縮機の種類を変更する必要はなくなる。

また、電源１の電圧がたとえ低い場合にあっても、コンバータ装置２により所望の電圧まで昇圧することが可能になるので、その昇圧によって、インバータ装置３がたとえ電流容量の小さいものである場合にも対応できるようになる。したがって、インバータ装置３の小型化、コストダウンが可能になり、それによって電動圧縮機全体の小型化、コストダウンも可能になる。

上記のような本発明に係る電動圧縮機においては、インバータ装置一体型電動圧縮機、コンバータ装置とインバータ装置が別体型の電動圧縮機、コンバータ装置を内蔵したインバータ装置そ備えた電動圧縮機などの各種形態を採ることができ、さらに、それらコンバータ装置、インバータ装置、さらにはモータの圧縮機に対する配置も各種形態を採ることができる。以下に代表的な例および参考例を示す。

図３に示す電動圧縮機１１においては、モータ１２が、被圧縮流体（例えば、冷媒）の吸入ポート１３から圧縮機構１４（スクロール型圧縮機構）への吸入経路、つまり圧縮機１１の吸入側に内蔵配置されている。圧縮された冷媒は吐出ポート１５から外部回路に吐出される。この図３に示す参考例においては、インバータ装置１６が圧縮機１１の吸入側、とくに圧縮機１１の吸入側の軸方向側部に配置されている。この場合、コンバータ装置は、圧縮機１１外部の適当な場所（例えば、車両バッテリーの近傍）に配置すればよい。あるいは、インバータ装置１６を、コンバータ装置内蔵インバータ装置に構成し、それを図示した位置に配置してもよい。インバータ装置１６あるいはコンバータ装置内蔵インバータ装置、さらにはモータ１２を圧縮機１１の吸入側に配置することにより、これら電気、電子機器を吸入冷媒を利用して適切に冷却でき、過熱を防止して、正常な作動を確保できる。また、圧縮機１１の吸入側の特定の位置に配置することで、圧縮機１１全体の一層の小型化をはかることができる。

図４に示す電動圧縮機２１においては、図３に示した例と同様に、モータ２２が、被圧縮流体（例えば、冷媒）の吸入ポート２３から圧縮機構２４（スクロール型圧縮機構）への吸入経路、つまり圧縮機２１の吸入側に内蔵配置されている。圧縮された冷媒は吐出ポート２５から外部回路に吐出される。この図４に示す例においては、インバータ装置２６とコンバータ装置２７が個別に圧縮機２１の吸入側に配置され、インバータ装置２６が圧縮機２１の吸入側の軸方向側部に、コンバータ装置２７が圧縮機２１の吸入側の上部に、それぞれ配置されている。この場合、コンバータ装置２７も、圧縮機２１の吸入側の軸方向側部に配置してもよい。インバータ装置２６、コンバータ装置２７、さらにはモータ２２を圧縮機１１の吸入側に配置することにより、これら電気、電子機器を吸入冷媒を利用して適切に冷却でき、過熱を防止して、正常な作動を確保できる。また、圧縮機２１の吸入側の特定の各位置に配置することで、圧縮機２１全体の一層の小型化をはかることができる。

本発明に係る電動圧縮機は、あらゆるモータ内蔵電動圧縮機に適用でき、とくに、小型化、コストダウンが要求される車載用エアコンディショナーにおける冷媒圧縮用の電動圧縮機として好適なものである。

本発明の一実施態様に係る電動圧縮機の回路図である。 従来の電動圧縮機の回路図である。 本発明の一参考態様に係る電動圧縮機の縦断面図である。 本発明の一実施態様に係る電動圧縮機の縦断面図である。

符号の説明

１ バッテリー等の電源
２ コンバータ装置
３ インバータ装置
４ モータ
５ 主制御回路
６ インバータ制御装置
７ コンデンサ
８ コイル
９ スイッチング素子
１０ コンバータ制御装置
１１、２１ 電動圧縮機
１２、２２ モータ
１３、２３ 吸入ポート
１４、２４ 圧縮機構
１５、２５ 吐出ポート
１６、２６ インバータ装置
２７ コンバータ装置

Claims (7)

1. 入力電圧に対し出力電圧を昇降可能なコンバータ装置と、コンバータ装置からの電圧をモータ駆動電圧に変換するインバータ装置と、インバータ装置からの電圧によって駆動されるモータと、モータによって駆動される圧縮機構とを備えた電動圧縮機であって、前記インバータ装置および前記コンバータ装置が前記圧縮機内部の吸入側に配置され、前記コンバータ装置が圧縮機の吸入側の上部に配置され、前記インバータ装置が圧縮機の吸入側の軸方向側部に配置されていることを特徴とする電動圧縮機。
2. 前記コンバータ装置が、前記インバータ装置の入力電圧に応じてコンバータ装置の出力電圧を昇降するコンバータ出力電圧制御手段を有する、請求項１に記載の電動圧縮機。
3. 前記コンバータ出力電圧制御手段の回路が、前記インバータ装置の制御手段の回路に組み込まれている、請求項２に記載の電動圧縮機。
4. 前記インバータ装置が圧縮機に一体的に取り付けられている、請求項１〜３のいずれかに記載の電動圧縮機。
5. 前記コンバータ装置がインバータ装置に内蔵されている、請求項１〜４のいずれかに記載の電動圧縮機。
6. 前記コンバータ装置およびインバータ装置が圧縮機に個別にかつ一体的に取り付けられている、請求項１〜４のいずれかに記載の電動圧縮機。
7. 前記モータも圧縮機の吸入側に配置されている、請求項１〜６のいずれかに記載の電動圧縮機。

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