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JP5118351B2 - 電動圧縮機 - Google Patents

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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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