JP6406039B2 - 空調装置 - Google Patents

Description

本発明は、インバータが一体化された電動圧縮機を備える空調装置に関する。

従来より、冷媒温度を測定し、冷媒温度が所定の値より低い場合は圧縮機の上限回転数を制限することで液圧縮や潤滑不良が起こることを防止するように構成された空気調和装置が、例えば特許文献１で提案されている。圧縮機は、パワー素子等の電子部品を含んで構成されたインバータの制御によって電動モータが回転することにより動作する。

特開２００５−２９１５５８公報

ここで、インバータを構成する電子部品を循環冷媒によって冷却するために、インバータが圧縮機に一体化された構成が知られている。これにより、圧縮機に流入する冷媒によって電子部品が冷却される。

しかしながら、例えば低温環境下等の状況では、圧縮機に吸入される冷媒が電子部品の最低動作保証温度を下回ることがある。具体的には、圧縮機を停止させると、電子部品自身の発熱が無くなる一方、それまで循環していた冷媒が、その慣性により圧縮機に流入し続ける。これにより、電子部品が最低保証温度以下に過冷却され、ひいては破壊されてしまうという問題がある。

これを防止するためには、電子部品の温度が最低動作保証温度を下回るような場合に圧縮機の動作を停止させる保護機能を圧縮機に持たせることが考えられる。この場合、圧縮機の停止時の電子部品の温度降下を見越して、保護温度閾値を高めの温度に設定する必要がある。しかし、保護温度閾値を高く設定するということは、低温環境下では圧縮機を作動させないことに他ならない。そのため、低温環境下での電子部品の動作保証温度範囲が制限されてしまうという新たな問題が生じてしまう。

本発明は上記点に鑑み、低温環境下において、インバータが一体化された電動圧縮機の過冷却によってインバータを構成する電子部品が破壊されてしまうことを防止することができる空調装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、空調装置は、冷媒吸入口（２１２）から吸入した冷媒を圧縮して冷媒吐出口（２１３）から吐出するように構成された電動圧縮機（２１０）を備えている。

また、空調装置は、電動圧縮機（２１０）の冷媒吸入口（２１２）から吸入された冷媒によって冷却されるように電動圧縮機（２１０）に一体化されていると共に、制御信号に従って電動圧縮機（２１０）を動作させる駆動部（２２０）を備えている。
さらに、空調装置は、駆動部（２２０）の温度を検出する温度検出部（２２６）と、制御信号を駆動部（２２０）に出力して駆動部（２２０）を制御する制御部（３００）と、を備えている。

そして、制御部（３００）は、温度検出部（２２６）によって検出された温度が予め定められた基準温度（Ｔａ１）よりも低い場合、電動圧縮機（２１０）の自己冷却量を低下させる制御、及び、駆動部（２２０）の自己発熱量を上昇させる制御のうちのいずれか一方または両方を駆動部（２２０）に対して行うようになっており、制御部（３００）は、電動圧縮機（２１０）の自己冷却量を低下させる制御として、電動圧縮機（２１０）の回転が減速するように駆動部（２２０）を制御する。
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の発明に対し、制御部（３００）は、電動圧縮機（２１０）の自己冷却量を低下させる制御として、外部装置から電動圧縮機（２１０）を停止させる停止信号を入力したとき、電動圧縮機（２１０）の回転が緩やかに停止するように駆動部（２２０）を制御する。
請求項３に記載の発明では、空調装置は、電動モータを備え、電動モータの回転に応じて冷媒吸入口（２１２）から吸入した冷媒を圧縮して冷媒吐出口（２１３）から吐出する電動圧縮機（２１０）を備えている。
また、空調装置は、電動圧縮機（２１０）の冷媒吸入口（２１２）から吸入された冷媒によって冷却されるように電動圧縮機（２１０）に一体化され、電動モータの回転を制御する駆動部（２２０）を備えている。
さらに、空調装置は、駆動部（２２０）に制御信号を出力して駆動部（２２０）を制御する制御部（３００）と、駆動部（２２０）の温度を検出する温度検出部（２２６）と、を備えている。
そして、制御部（３００）は、温度検出部（２２６）によって検出された温度が予め定められた基準温度（Ｔａ１）よりも低い場合、電動圧縮機（２１０）の自己冷却量を低下させる制御、及び、駆動部（２２０）の自己発熱量を上昇させる制御のうちのいずれか一方または両方を駆動部（２２０）に対して行うようになっており、制御部（３００）は、電動圧縮機（２１０）の自己冷却量を低下させる制御として、電動圧縮機（２１０）の回転が減速するように駆動部（２２０）を制御する。
請求項４に記載の発明では、請求項３に記載の発明に対し、制御部（３００）は、電動圧縮機（２１０）の自己冷却量を低下させる制御として、外部装置から電動圧縮機（２１０）を停止させる停止信号を入力したとき、電動圧縮機（２１０）の回転が緩やかに停止するように駆動部（２２０）を制御する。

これによると、電動圧縮機（２１０）の自己冷却量が低下するので、駆動部（２２０）が冷媒によって冷やされすぎないようにすることができる。また、駆動部（２２０）の自己発熱量が上昇するので、駆動部（２２０）自身の温度を上昇させることができる。このため、低温環境下において、電動圧縮機（２１０）の過冷却によって駆動部（２２０）を構成する電子部品が最低保証温度を下回ることを回避することができる。したがって、駆動部（２２０）の破壊を防止することができる。

なお、この欄及び特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

本発明の第１実施形態に係る空調装置の全体構成図である。 インバータが一体化された電動圧縮機の断面図である。 エアコン制御ＥＣＵまたはインバータの制御内容を示したフローチャートである。 低温環境制御Ａの内容を示したフローチャートである。 低温環境制御Ｂの内容を示したフローチャートである。 インバータの動作を停止させる前後で部品温度の変化を示した図である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図を参照して説明する。本実施形態に係る空調装置は車両に搭載されると共に、ヒートポンプサイクルによって車室内の空調制御を行うものである。

図１に示された空調装置１００において、ヒートポンプサイクル２００は空調対象空間である車室内へ送風される車室内送風空気を加熱あるいは冷却する機能を果たす。したがって、このヒートポンプサイクル２００は、冷媒流路を切り替えることによって、通常環境制御として熱交換対象流体である車室内送風空気を加熱して車室内を暖房する暖房運転（加熱運転）、車室内送風空気を冷却して車室内を冷房する冷房運転（冷却運転）を実行できる。

また、本実施形態のヒートポンプサイクル２００では、冷媒として通常のフロン系冷媒を採用しており、高圧側冷媒圧力が冷媒の臨界圧力を超えない亜臨界冷凍サイクルを構成している。この冷媒には電動圧縮機２１０を潤滑するための冷凍機油が混入されており、冷凍機油の一部は冷媒と共にサイクルを循環している。

まず、電動圧縮機２１０は、エンジンルーム内に配置されており、ヒートポンプサイクル２００において冷媒を吸入し、圧縮して吐出するものである。具体的には、図２に示されるように、電動圧縮機２１０はハウジング２１１にインバータ２２０が一体化された構成になっている。

ハウジング２１１は、冷媒を吸入する冷媒吸入口２１２と、冷媒吸入口２１２から吸入した冷媒を圧縮して吐出する冷媒吐出口２１３と、を有して構成されている。また、ハウジング２１１は、図示しない電動モータと冷媒を圧縮する図示しない圧縮機構を収容している。なお、図２では電動モータ及び圧縮機構の具体的な構造を省略している。

電動モータは、後述するエアコン制御ＥＣＵ３００から出力される制御信号によって、その作動（回転数）が制御されるものである。電動モータは、交流モータ、直流モータのいずれの形式が採用されても良い。圧縮機構は冷媒を圧縮するものであり、電動モータによって駆動される。本実施形態では、圧縮機構としてスクロール型圧縮機構が採用されている。もちろん、他の機構が採用されても構わない。そして、エアコン制御ＥＣＵ３００からインバータ２２０へ目標回転数を指示し、インバータ２２０が電動モータの回転数を制御することによって、圧縮機構の冷媒吐出能力が変更される。

インバータ２２０は、ハウジング２１１のうち冷媒の冷媒吸入口２１２側に設けられた溝部２１４に収容されている。インバータ２２０は、放熱グリス２２１を介して溝部２１４に配置されたヒートシンク２２２と、放熱グリス２２３を介してヒートシンク２２２に配置されたパワー素子２２４と、パワー素子２２４が実装された回路基板２２５と、を備えて構成されている。この他、インバータ２２０はマイクロコンピュータ等の図示しない電子部品も備えている。インバータ２２０は、エアコン制御ＥＣＵ３００から入力される制御信号に従ってパワー素子２２４を駆動することにより電動モータを回転させる。

なお、ヒートシンク２２２は蓋部２１５によって溝部２１４の底部に押さえ付けられていると共に、ネジ２１６によって溝部２１４に固定されている。これにより、インバータ２２０はハウジング２１１に収容されている。

また、パワー素子２２４の発熱は、放熱グリス２２３、ヒートシンク２２２、及び放熱グリス２２１を介してハウジング２１１に伝わる。上述のように、ハウジング２１１は冷媒吸入口２１２から冷媒を吸入しているので、パワー素子２２４の熱は冷媒に吸収される。すなわち、インバータ２２０は、電動圧縮機２１０の冷媒吸入口２１２から吸入された冷媒によって冷却されるように電動圧縮機２１０に一体化されていると言える。

ここで、インバータ２２０の回路基板２２５には、インバータ２２０の温度を検出するための温度検出素子２２６が実装されている。温度検出素子２２６は、例えばサーミスタである。温度検出素子２２６は、温度信号をエアコン制御ＥＣＵ３００に出力する。なお、温度検出素子２２６は回路基板２２５に実装されていなくても良い。すなわち、インバータ２２０の温度を検出できればハウジング２１１の溝部２１４のどこに配置されていても良い。

図１に示された電動圧縮機２１０の冷媒吐出口２１３には、利用側熱交換器としての室内コンデンサ２３０の冷媒入口側が接続されている。室内コンデンサ２３０は、空調装置１００の室内空調ユニット２４０のケーシング２４１内に配置されており、その内部を流通する高温高圧冷媒と後述するエバポレータ２５０通過後の車室内送風空気とを熱交換させる加熱用熱交換器である。なお、室内空調ユニット２４０の詳細構成については後述する。

室内コンデンサ２３０の冷媒出口側には、暖房運転時に室内コンデンサ２３０から流出した冷媒を減圧膨張させる暖房運転用の減圧手段としての暖房用膨張弁２６０が接続されている。暖房用膨張弁２６０の出口側には、室外コンデンサ２７０の冷媒入口側が接続されている。

さらに、室内コンデンサ２３０の冷媒出口側には、室内コンデンサ２３０から流出した冷媒を、暖房用膨張弁２６０を迂回させて室外コンデンサ２７０側へ導く迂回通路２６１が接続されている。この迂回通路２６１には、迂回通路２６１を開閉する二方弁２６２が配置されている。二方弁２６２は、エアコン制御ＥＣＵ３００から出力される制御電圧によって、その開閉作動が制御される電磁弁であり、冷媒流路切替手段である。

また、冷媒が二方弁２６２を通過する際に生じる圧力損失は、暖房用膨張弁２６０を通過する際に生じる圧力損失に対して極めて小さい。したがって、室内コンデンサ２３０から流出した冷媒は、二方弁２６２が開いている場合には迂回通路２６１側を介して室外コンデンサ２７０へ流入し、二方弁２６２が閉じている場合には暖房用膨張弁２６０を介して室外コンデンサ２７０へ流入する。これにより、二方弁２６２は、ヒートポンプサイクル２００の冷媒流路を切り替えることができる。

室外コンデンサ２７０は、内部を流通する低圧冷媒と室外ファン２７１から送風された外気とを熱交換させるものである。この室外コンデンサ２７０は、エンジンルーム内に配置されて、暖房運転時には、低圧冷媒を蒸発させて吸熱作用を発揮させる蒸発器として機能し、冷房運転時には、高圧冷媒を放熱させる放熱器として機能する熱交換器である。

また、室外ファン２７１は、エアコン制御ＥＣＵ３００から出力される制御電圧によって稼働率、すなわち回転数（送風空気量）が制御される電動式送風機である。

室外コンデンサ２７０の出口側には、電気式の三方弁２８０が接続されている。この三方弁２８０は、エアコン制御ＥＣＵ３００から出力される制御電圧によって、その作動が制御されるものであり、上述した二方弁２６２と同様に冷媒流路切替手段を構成している。

具体的には、三方弁２８０は、暖房運転時には、室外コンデンサ２７０の出口側と後述するアキュムレータ２９０の入口側とを接続する冷媒流路に切り替える。一方、三方弁２８０は、冷房運転時には、室外コンデンサ２７０の出口側と冷房用膨張弁２８１の入口側とを接続する冷媒流路に切り替える。

冷房用膨張弁２８１は、冷房運転時に室外コンデンサ２７０から流出した冷媒を減圧膨張させる冷房運転用（冷却運転用）の減圧手段であり、その基本的構成は、暖房用膨張弁２６０と同様である。冷房用膨張弁２８１の出口側には、エバポレータ２５０の冷媒入口側が接続されている。

エバポレータ２５０は、室内空調ユニット２４０のケーシング２４１内のうち、室内コンデンサ２３０よりも空気流れの上流側に配置されて、その内部を流通する冷媒と車室内送風空気とを熱交換させ、車室内送風空気を冷却する冷却用熱交換器である。エバポレータ２５０の冷媒出口側には、アキュムレータ２９０の入口側が接続されている。

したがって、暖房運転時の冷媒が流通する三方弁２８０からアキュムレータ２９０の入口側へ至る冷媒流路は、室外コンデンサ２７０下流側の冷媒をエバポレータ２５０を迂回させて流す迂回通路２８２を構成している。さらに、三方弁２８０は、室外コンデンサ２７０下流側の冷媒をエバポレータ２５０側へ導く冷媒回路と、室外コンデンサ２７０下流側の冷媒を迂回通路２８２側へ導く冷媒回路と、を切り替える迂回通路切替手段を構成している。

アキュムレータ２９０は、その内部に流入した冷媒の気液を分離して、サイクル内の余剰冷媒を蓄える低圧側冷媒用の気液分離器である。アキュムレータ２９０の気相冷媒出口には、電動圧縮機２１０の吸入側が接続されている。したがって、このアキュムレータ２９０は、電動圧縮機２１０に液相冷媒が吸入されてしまうことを抑制して、電動圧縮機２１０の液圧縮を防止する機能を果たす。

次に、室内空調ユニット２４０について説明する。室内空調ユニット２４０は、車室内最前部の計器盤（インストルメントパネル）の内側に配置されて、その外殻を形成するケーシング２４１内に送風機２４２、前述の室内コンデンサ２３０、エバポレータ２５０等を収容したものである。

ケーシング２４１は、車室内に送風される車室内送風空気の空気通路を形成しており、ある程度の弾性を有し、強度的にも優れた樹脂（例えば、ポリプロピレン）にて成形されている。ケーシング２４１内の車室内送風空気流れ最上流側には、車室内空気（内気）と外気とを切替導入する内外気切替装置２４３が配置されている。

内外気切替装置２４３は、ケーシング２４１内に内気を導入させる内気導入口及び外気を導入させる外気導入口の開口面積を、内外気切替ドアによって連続的に調整して、内気と外気との導入割合を連続的に変化させて吸込口モードを切り替える内外気切替手段である。

内外気切替装置２４３には、ケーシング２４１内に内気を導入させる内気導入口及び外気を導入させる外気導入口が形成されている。さらに、内外気切替装置２４３の内部には、内気導入口及び外気導入口の開口面積を連続的に調整して、内気の風量と外気の風量との風量割合を変化させる内外気切替ドアが配置されている。この内外気切替ドアは、エアコン制御ＥＣＵ３００から出力される制御信号によって作動が制御される図示しない電動アクチュエータによって駆動される。

内外気切替装置２４３によって切り替えられる吸込口モードとしては、内気導入口を全開とすると共に外気導入口を全閉としてケーシング２４１内へ内気を導入する内気モードがある。また、内気導入口を全閉とすると共に外気導入口を全開としてケーシング２４１内へ外気を導入する外気モード、さらに、内気導入口及び外気導入口を同時に開く内外気混入モードがある。

内外気切替装置２４３の空気流れ下流側には、内外気切替装置２４３を介して吸入された空気を車室内へ向けて送風する送風機２４２が配置されている。この送風機２４２は、遠心多翼ファン（シロッコファン）を電動モータにて駆動する電動送風機であって、エアコン制御ＥＣＵ３００から出力される制御電圧によって回転数（送風量）が制御される。

送風機２４２の空気流れ下流側には、エバポレータ２５０及び室内コンデンサ２３０が、車室内送風空気の流れに対して、この順に配置されている。換言すると、エバポレータ２５０は、室内コンデンサ２３０に対して、車室内送風空気の流れ方向上流側に配置されている。

さらに、エバポレータ２５０の空気流れ下流側であって、かつ、室内コンデンサ２３０の空気流れ上流側には、エバポレータ２５０通過後の送風空気のうち、室内コンデンサ２３０を通過させる風量割合を調整するエアミックスドア２４４が配置されている。また、室内コンデンサ２３０の空気流れ下流側には、室内コンデンサ２３０にて冷媒と熱交換して加熱された送風空気と室内コンデンサ２３０を迂回して加熱されていない送風空気とを混合させる混合空間２４５が設けられている。

ケーシング２４１の空気流れ最下流部には、混合空間２４５にて合流した送風空気を、冷却対象空間である車室内へ吹き出す開口穴が設けられている。したがって、エアミックスドア２４４が室内コンデンサ２３０を通過させる風量の割合を調整することによって、混合空間２４５にて混合された空調風の温度が調整され、開口穴から吹き出される空調風の温度が調整される。つまり、エアミックスドア２４４は、車室内へ送風される空調風の温度を調整する温度調整手段を構成している。

換言すると、エアミックスドア２４４は、利用側熱交換器を構成する室内コンデンサ２３０において、電動圧縮機２１０吐出冷媒と車室内送風空気との熱交換量を調整する熱交換量調整手段としての機能を果たす。なお、エアミックスドア２４４は、エアコン制御ＥＣＵ３００から出力される制御信号によって作動が制御される図示しないサーボモータによって駆動される。

エアコン制御ＥＣＵ３００は、ＣＰＵ、ＲＯＭ及びＲＡＭ等を含む周知のマイクロコンピュータとその周辺回路から構成された電子制御装置（Electronic Control Unit；ＥＣＵ）である。

エアコン制御ＥＣＵ３００は、図示しない内気センサ、外気センサ、日射センサ、高圧側圧力センサ等の空調制御用のセンサ群からセンサ信号を入力する。さらに、エアコン制御ＥＣＵ３００には、車室内前部の計器盤付近に配置された図示しない操作パネルから各種空調操作スイッチの操作信号を入力する。そして、エアコン制御ＥＣＵ３００は、ＲＯＭに記憶された空調制御プログラムに従って各種演算、処理を行う。これにより、エアコン制御ＥＣＵ３００は、電動圧縮機２１０のインバータ２２０、二方弁２６２、室外ファン２７１、三方弁２８０、及び送風機２４２等の各種空調制御機器に制御信号を出力して各機器の作動を制御する。以上が、本実施形態に係る空調装置１００の全体構成である。

次に、空調装置１００の作動について説明する。空調装置１００は、ユーザによって車室内の操作パネルが操作されることで図３に示された処理を開始する。なお、図３〜図５に示された内容はインバータ２２０に搭載されたマイクロコンピュータにおいても実施可能であるが、本実施形態ではエアコン制御ＥＣＵ３００の制御として説明する。

まず、エアコン制御ＥＣＵ３００は、インバータ２２０の部品温度を取得する（ステップ４００）。すなわち、エアコン制御ＥＣＵ３００は、インバータ２２０に実装された温度検出素子２２６から温度信号を受信する。そして、エアコン制御ＥＣＵ３００は、インバータ２２０の部品温度が予め定められた第１基準温度（Ｔａ１）よりも低いか否かを判定する（ステップ４１０）。

第１基準温度（Ｔａ１）は、当該温度を下回るとインバータが過冷却されるおそれがある温度である。したがって、第１基準温度（Ｔａ１）は、インバータ２２０を構成する各部品の最低保証温度よりも高い温度に設定されている（後述する図６参照）。なお、インバータ２２０はパワー素子２２４等の複数の電子部品によって構成されているので、インバータ２２０の最低保証温度は各部品のうち最も高い最低保証温度とする。

インバータ２２０の部品温度第１基準温度（Ｔａ１）よりも高い場合、エアコン制御ＥＣＵ３００は通常環境制御を行う（ステップ４２０）。具体的には、まず、エアコン制御ＥＣＵ３００が上述の各センサ信号及び操作パネルの操作信号に基づいて車室内へ吹き出す空気の目標温度である目標吹出温度を算出する。そして、エアコン制御ＥＣＵ３００は、目標吹出温度が車室内の実際の温度である実際吹出温度に一致するように電動圧縮機２１０の回転数等を調整するフィードバック制御を行う。

例えば、暖房運転の場合、エアコン制御ＥＣＵ３００は二方弁２６２を閉じると共に、三方弁２８０を室外コンデンサ２７０の出口側とアキュムレータ２９０の入口側とを接続する冷媒流路に切り替える。これにより、ヒートポンプサイクル２００は、電動圧縮機２１０→室内コンデンサ２３０→暖房用膨張弁２６０→室外コンデンサ２７０→三方弁２８０→アキュムレータ２９０→電動圧縮機２１０というように冷媒が流れる冷媒流路に切り替えられる。

このような暖房運転時のヒートポンプサイクル２００では、電動圧縮機２１０から吐出された高圧冷媒が室内コンデンサ２３０へ流入する。室内コンデンサ２３０へ流入した冷媒は、送風機２４２から送風されてエバポレータ２５０を通過した車室内送風空気と熱交換して放熱する。これにより、車室内送風空気が加熱される。

一方、冷房運転の場合、エアコン制御ＥＣＵ３００は二方弁２６２を開くと共に、三方弁２８０を室外コンデンサ２７０の出口側と冷房用膨張弁２８１の入口側とを接続する冷媒流路に切り替える。これにより、ヒートポンプサイクル２００は、電動圧縮機２１０→室内コンデンサ２３０→二方弁２６２→室外コンデンサ２７０→三方弁２８０→冷房用膨張弁２８１→エバポレータ２５０→アキュムレータ２９０→電動圧縮機２１０というように冷媒が流れる冷媒流路に切り替えられる。

このような冷房運転時のヒートポンプサイクル２００では、電動圧縮機２１０から吐出された高圧冷媒が室内コンデンサ２３０へ流入して、送風機２４２から送風されてエバポレータ２５０を通過した車室内送風空気と熱交換して放熱する。室内コンデンサ２３０から流出した高圧冷媒は、二方弁２６２が開いているので、迂回通路２６１を介して室外コンデンサ２７０へ流入する。室外コンデンサ２７０へ流入した低圧冷媒は、室外ファン２７１によって送風された外気にさらに放熱する。

そして、室外コンデンサ２７０から流出した冷媒は、三方弁２８０が室外コンデンサ２７０の出口側と冷房用膨張弁２８１の入口側とを接続する冷媒流路に切り替えられているので、冷房用膨張弁２８１にて減圧膨張される。冷房用膨張弁２８１から流出した冷媒は、エバポレータ２５０へ流入して、送風機２４２によって送風された車室内送風空気から吸熱して蒸発する。これにより、車室内送風空気が冷却される。

そして、エアコン制御ＥＣＵ３００は、再びインバータ２２０の部品温度を取得し、部品温度が第１基準温度（Ｔａ１）よりも高ければ上記の通常環境制御を繰り返し実行する。

また、インバータ２２０の部品温度が第１基準温度（Ｔａ１）よりも低い場合、インバータ２２０の温度が最低保証温度を下回る可能性がある。このため、エアコン制御ＥＣＵ３００は、電動圧縮機２１０の自己冷却量を低下させる制御、及び、インバータ２２０の自己発熱量を上昇させる制御のうちのいずれか一方または両方の制御をインバータ２２０に対して行う。

ここで、電動圧縮機２１０の自己冷却量を低下させる制御とは、電動圧縮機２１０に流入する冷媒によってインバータ２２０を冷却する際の冷却能力を低下させる制御である。また、インバータ２２０の自己発熱量を上昇させる制御とは、インバータ２２０の電気的な動作量を増加させることでインバータ２２０の発熱量を増加させる制御である。

まず、エアコン制御ＥＣＵ３００は停止信号を受信しているか否かを判定する（ステップ４３０）。停止信号は、空調制御を停止することを示す信号である。例えば、ユーザが車室内空調を停止させるように操作パネルを操作した場合や車両の電源が停止された場合等にエアコン制御ＥＣＵ３００が操作パネルや他のＥＣＵ等から停止信号を受信する。

エアコン制御ＥＣＵ３００は、停止信号を受信していない場合、低温環境制御Ａを実行する（ステップ４４０）。インバータ２２０の部品温度が第１基準温度（Ｔａ１）よりも低い場合、車両は外気温が非常に低い環境に置かれており、ユーザは暖房を使用していることが通常である。したがって、低温環境制御Ａを実行する場合、空調装置１００は暖房運転を行っているとする。以下、低温環境制御Ａの内容を、図４を参照して説明する。

まず、エアコン制御ＥＣＵ３００は、電動圧縮機２１０の暖房能力の制限が可能か否かを判定する（ステップ４４１）。エアコン制御ＥＣＵ３００は、当該判定を例えばバッテリの残容量に基づいて判定する。バッテリの残容量が所定値よりも高い場合は暖房能力の制限が可能であり、バッテリの残容量が所定値よりも低い場合は暖房能力の制限が困難である。なお、他の判定基準を用いて暖房能力の制限の可否を判定しても良い。

そして、暖房能力の制限が可能である場合、エアコン制御ＥＣＵ３００は電動圧縮機２１０の回転が減速するようにインバータ２２０を制御する（ステップ４４２）。つまり、電動圧縮機２１０の回転数を低下させる。これにより、電動圧縮機２１０に流入する冷媒の量が減少するので、電動圧縮機２１０の自己冷却量が低下する。したがって、インバータ２２０の過冷却を防止することができる。

この後、エアコン制御ＥＣＵ３００はヒートポンプサイクル２００の効率を低下させることが可能か否かを判定する（ステップ４４３）。エアコン制御ＥＣＵ３００は、当該判定を例えばバッテリの残容量に基づいて判定する。バッテリの残容量が所定値よりも高い場合はヒートポンプサイクル２００の効率を低下させることが可能であり、バッテリの残容量が所定値よりも低い場合はヒートポンプサイクル２００の効率を低下させることが困難である。なお、他の判定基準を用いてヒートポンプサイクル２００の効率低下の可否を判定しても良い。

そして、ヒートポンプサイクル２００の効率を低下させることが可能である場合、エアコン制御ＥＣＵ３００は、インバータ２２０のスイッチング速度が上昇するようにインバータ２２０を駆動する（ステップ４４４）。すなわち、パワー素子２２４のスイッチング周波数を高速化することでパワー素子２２４のスイッチング損失が増大し、パワー素子２２４が発熱する。これにより、インバータ２２０自身が発熱するので、インバータ２２０の自己発熱量が上昇する。したがって、インバータ２２０の過冷却を防止することができる。

この後、エアコン制御ＥＣＵ３００は図３に示されたステップ４００に戻り、再びインバータ２２０の部品温度を取得する。なお、図４に示された低温環境制御Ａにおいて、暖房能力の制限が困難である場合、エアコン制御ＥＣＵ３００はインバータ２２０のスイッチング速度が上昇するようにインバータ２２０を駆動することでインバータ２２０の自己発熱量を上昇させる。一方、エアコン制御ＥＣＵ３００が電動圧縮機２１０の回転を減速させた後にヒートポンプサイクル２００の効率を低下させることが困難であると判定した場合は低温環境制御Ａを終了し、図３に示されたステップ４００に戻る。

エアコン制御ＥＣＵ３００が上記の制御を行っている最中にエアコン制御ＥＣＵ３００が操作パネル等の外部装置から停止信号を入力した場合、低温環境制御Ｂを実行する（ステップ４３０、４５０）。以下、低温環境制御Ｂの内容を、図５を参照して説明する。

まず、エアコン制御ＥＣＵ３００は、電動圧縮機２１０の回転を低減速度で停止することが可能であるか否かを判定する（ステップ４５１）。エアコン制御ＥＣＵ３００は、当該判定を例えば特別なフラグが立っているか否かに基づいて判定する。

特別なフラグとは、車両の走行時に高電圧が使用されている場合、車両の電源がＯＦＦされた場合、ヒートポンプサイクル２００に異常が発生した場合等のように、電動圧縮機２１０の回転制御が困難な場合に立つフラグである。特別なフラグが立っていない場合は電動圧縮機２１０の回転を低減速度で停止することが可能であり、特別なフラグが立っている場合は電動圧縮機２１０の回転を低減速度で停止することが困難である。

そして、特別なフラグが立っていない場合、エアコン制御ＥＣＵ３００は電動圧縮機２１０の回転が緩やかに停止するようにインバータ２２０を制御する（ステップ４５２）。すなわち、通常、電動圧縮機２１０を停止させる場合は電動モータが突然停止するが、ここでは電動モータが突然停止しないように回転を緩めながら停止させる。

これにより、電動圧縮機２１０を突然停止させた場合には冷媒の慣性によって電動圧縮機２１０に冷媒が流入し続けるが、電動圧縮機２１０を緩やかに停止させることで電動圧縮機２１０に流入する冷媒流量を少なくすることができる。つまり、電動圧縮機２１０の自己冷却量が低下する。したがって、インバータ２２０の過冷却を防止することができる。

この後、エアコン制御ＥＣＵ３００は、インバータ２２０の部品温度を取得し（ステップ４５３）、インバータ２２０の部品温度が予め定められた第２基準温度（Ｔａ２）よりも低いか否かを判定する（ステップ４５４）。第２基準温度（Ｔａ２）は、電動圧縮機２１０の停止後にインバータ２２０が過冷却しないであろう部品温度であり、例えば低温環境時の部品温度と最低保証温度との間に設定されている（後述する図６参照）。

インバータ２２０の部品温度が第２基準温度（Ｔａ２）よりも高い場合、エアコン制御ＥＣＵ３００は低温環境制御Ｂを終了する。一方、インバータ２２０の部品温度が第２基準温度（Ｔａ２）よりも低い場合、エアコン制御ＥＣＵ３００は、インバータ２２０のパワー素子２２４を発熱させる制御を行う（ステップ４５５）。すなわち、エアコン制御ＥＣＵ３００は、電動圧縮機２１０の電動モータが回転しないようにパワー素子２２４を動作させてパワー素子２２４を発熱させる。つまり、パワー素子２２４の暖気制御を行う。これにより、インバータ２２０の自己発熱量が上昇する。したがって、インバータ２２０の過冷却を防止することができる。

この後、エアコン制御ＥＣＵ３００は、インバータ２２０の部品温度を取得し（ステップ４５６）、インバータ２２０の部品温度が予め定められた第３基準温度（Ｔａ３）よりも低いか否かを判定する（ステップ４５７）。第３基準温度（Ｔａ３）は、電動圧縮機２１０の停止後にインバータ２２０が過冷却する可能性が高い部品温度であり、例えば第３基準温度（Ｔａ３）と最低保証温度との間に設定されている（後述する図６参照）。

インバータ２２０の部品温度が第３基準温度（Ｔａ３）よりも高い場合、エアコン制御ＥＣＵ３００は低温環境制御Ｂを終了する。一方、インバータ２２０の部品温度が第３基準温度（Ｔａ３）よりも低い場合、エアコン制御ＥＣＵ３００は、再びインバータ２２０のパワー素子２２４を発熱させる制御を行う。

また、特別なフラグが立っている場合、すなわち電動圧縮機２１０の回転を低減速度で停止することが困難である場合、エアコン制御ＥＣＵ３００は電動圧縮機２１０を通常停止させる（ステップ４５８）。つまり、電動モータを突然停止させる。この後、エアコン制御ＥＣＵ３００は、インバータ２２０の部品温度が第３基準温度（Ｔａ３）よりも高くなるまでパワー素子２２４を発熱させる制御を行う（ステップ４５５、４５６、４５７）。

これにより、電動モータが突然停止したことで慣性によって電動圧縮機２１０に冷媒が流入し続けるが、インバータ２２０の自己発熱量が上昇するのでインバータ２２０の過冷却を防止することができる。

そして、インバータ２２０の部品温度が第３基準温度（Ｔａ３）よりも高くなった場合は低温環境制御Ｂを終了する。

エアコン制御ＥＣＵ３００が上記の制御を行うことにより、図６に示されるようにインバータ２２０の動作中では低温環境制御Ａによって部品温度が最低保証温度を下回ることない。また、停止信号によってインバータ２２０が停止した場合は低温環境制御Ｂによって電動圧縮機２１０の自己冷却量を低下させたり、インバータ２２０の自己発熱量を上昇させているので、インバータ２２０が停止した後に部品温度が最低保証温度を下回ることない。

なお、インバータ２２０の動作中は電動圧縮機２１０への吸入冷媒温度が最も低くなっている。また、ヒートシンク２２２は冷媒によって冷やされてインバータ２２０の部品温度の最低保証温度よりも低くなっている。吸入冷媒温度とヒートシンク２２２の温度は、インバータ２２０の停止によって部品温度とほぼ同じになる。

以上説明したように、インバータ２２０の部品温度が第１基準温度（Ｔａ１）よりも低くなった場合、エアコン制御ＥＣＵ３００は、電動圧縮機２１０の自己冷却量が低下させる制御、及び、インバータ２２０の自己発熱量を上昇させる制御のいずれか一方または両方を行う。これにより、低温環境下において、冷媒によってインバータ２２０の過冷却を防止することができ、ひいてはインバータ２２０の破壊を防止することができる。

なお、本実施形態の記載と特許請求の範囲の記載との対応関係については、温度検出素子２２６が特許請求の範囲の「温度検出部」に対応し、エアコン制御ＥＣＵ３００が特許請求の範囲の「制御部」に対応する。また、操作パネルや他のＥＣＵ等の機器が特許請求の範囲の「外部装置」に対応する。さらに、第１基準温度（Ｔａ１）が特許請求の範囲の「基準温度」に対応する。

また、制御信号に従って電動圧縮機２１０の電動モータを回転させる部品であるパワー素子２２４や回路基板２２５を備えたインバータ２２０が特許請求の範囲の「駆動部」に対応する。

（他の実施形態）
上記各実施形態で示された空調装置１００の構成及びエアコン制御ＥＣＵ３００の制御内容は一例であり、上記で示した構成に限定されることなく、本発明を実現できる他の構成とすることもできる。

例えば、低温環境制御Ａでは、電動圧縮機２１０の回転を減速する制御（ステップ４４２）と、インバータ２２０のスイッチング速度を上昇させる制御（ステップ４４４）と、のいずれか一方または両方を行っていた。しかしながら、低温環境制御Ａでは、電動圧縮機２１０の回転を減速する制御のみを実施しても良い。また、低温環境制御Ａでは、インバータ２２０のスイッチング速度を上昇させる制御のみを実施しても良い。

また、低温環境制御Ａにおいて、次のような制御によって電動圧縮機２１０の自己冷却量を低下させることができる。一つは、１段ヒートポンプサイクルで作動していた場合、ガスインジェクションサイクル等の多段圧縮サイクルへと切り替える方法がある。また、室外ファン２７１の回転を加速させることで電動圧縮機２１０への吸入冷媒を外気温によって温める方法がある。

さらに、低温環境制御Ａにおいて、次のような制御によってインバータ２２０の自己発熱量を上昇させることができる。一つは、インバータ２２０で２相変調制御を実施していた場合、３相変調制御に切り替える方法がある。また、電動圧縮機２１０において強め界磁または弱め界磁を実施する方法がある。さらに、空調制御において、内気循環モードに切り替えることで電動圧縮機２１０の吐出冷媒圧力を増加させ、高負荷状態とする方法がある。電動圧縮機２１０の回転数を増速することで、電動圧縮機２１０への流入冷媒量は増えるがインバータ２２０の自己発熱量をさらに増加させる方法もある。

一方、低温環境制御Ｂでは、電動圧縮機２１０の回転を緩やかに停止させる制御（ステップ４５２）と、インバータ２２０のパワー素子２２４を発熱させる制御（ステップ４５５）と、のいずれか一方または両方を行っていた。しかしながら、低温環境制御Ｂでは、電動圧縮機２１０の回転を緩やかに停止させる制御のみを実施しても良い。また、低温環境制御Ｂでは、インバータ２２０のパワー素子２２４を発熱させる制御のみを実施しても良い。

また、低温環境制御Ｂにおいて、電動圧縮機２１０の冷媒吸入口２１２に冷媒遮断弁を設けて電動圧縮機２１０の停止時に冷媒遮断弁を閉鎖することにより、電動圧縮機２１０への冷媒の流入を停止して電動圧縮機２１０の自己冷却量を低下させることができる。

さらに、低温環境制御Ｂにおいて、電動圧縮機２１０の電動モータが回転しない電気角で通電してパワー素子２２４及びモータ巻線を発熱させることにより、インバータ２２０の自己発熱量を上昇させることもできる。

上記の実施形態では、エアコン制御ＥＣＵ３００は、低温環境制御Ａと低温環境制御Ｂとを組み合わせた制御を実施していたが、いずれか一方のみを実施しても良い。

上記の実施形態では、エアコン制御ＥＣＵ３００が、低温環境制御Ａと低温環境制御Ｂの実施、及び実施要否判定を行っていたが、インバータ２２０自身がこれらを実施しても良い。インバータ２２０は、制御手段であるマイクロコンピュータを含んで構成されているので、エアコン制御ＥＣＵ３００と同じ制御を実施することができる。

上記の空調装置１００は車両に搭載されるものであったが、空調装置１００は車両用に限定されない。

２１０ 電動圧縮機
２１２ 冷媒吸入口
２１３ 冷媒吐出口
２２０ インバータ（駆動部）
２２６ 温度検出素子（温度検出部）
３００ エアコン制御ＥＣＵ（制御部）

Claims (8)

1. 冷媒吸入口（２１２）から吸入した冷媒を圧縮して冷媒吐出口（２１３）から吐出する電動圧縮機（２１０）と、
   前記電動圧縮機（２１０）の前記冷媒吸入口（２１２）から吸入された前記冷媒によって冷却されるように前記電動圧縮機（２１０）に一体化されていると共に、制御信号に従って前記電動圧縮機（２１０）を動作させる駆動部（２２０）と、
   前記駆動部（２２０）の温度を検出する温度検出部（２２６）と、
   前記制御信号を前記駆動部（２２０）に出力して前記駆動部（２２０）を制御する制御部（３００）と、を備え、
   前記制御部（３００）は、前記温度検出部（２２６）によって検出された温度が予め定められた基準温度（Ｔａ１）よりも低い場合、前記電動圧縮機（２１０）の自己冷却量を低下させる制御、及び、前記駆動部（２２０）の自己発熱量を上昇させる制御のうちのいずれか一方または両方を前記駆動部（２２０）に対して行うようになっており、
   前記制御部（３００）は、前記電動圧縮機（２１０）の自己冷却量を低下させる制御として、前記電動圧縮機（２１０）の回転が減速するように前記駆動部（２２０）を制御する空調装置。
2. 冷媒吸入口（２１２）から吸入した冷媒を圧縮して冷媒吐出口（２１３）から吐出する電動圧縮機（２１０）と、
   前記電動圧縮機（２１０）の前記冷媒吸入口（２１２）から吸入された前記冷媒によって冷却されるように前記電動圧縮機（２１０）に一体化されていると共に、制御信号に従って前記電動圧縮機（２１０）を動作させる駆動部（２２０）と、
   前記駆動部（２２０）の温度を検出する温度検出部（２２６）と、
   前記制御信号を前記駆動部（２２０）に出力して前記駆動部（２２０）を制御する制御部（３００）と、を備え、
   前記制御部（３００）は、前記温度検出部（２２６）によって検出された温度が予め定められた基準温度（Ｔａ１）よりも低い場合、前記電動圧縮機（２１０）の自己冷却量を低下させる制御、及び、前記駆動部（２２０）の自己発熱量を上昇させる制御のうちのいずれか一方または両方を前記駆動部（２２０）に対して行うようになっており、
   前記制御部（３００）は、前記電動圧縮機（２１０）の自己冷却量を低下させる制御として、外部装置から前記電動圧縮機（２１０）を停止させる停止信号を入力したとき、前記電動圧縮機（２１０）の回転が緩やかに停止するように前記駆動部（２２０）を制御する空調装置。
3. 電動モータを備え、前記電動モータの回転に応じて冷媒吸入口（２１２）から吸入した冷媒を圧縮して冷媒吐出口（２１３）から吐出する電動圧縮機（２１０）と、
   前記電動圧縮機（２１０）の前記冷媒吸入口（２１２）から吸入された前記冷媒によって冷却されるように前記電動圧縮機（２１０）に一体化され、前記電動モータの回転を制御する駆動部（２２０）と、
   前記駆動部（２２０）に制御信号を出力して前記駆動部（２２０）を制御する制御部（３００）と、
   前記駆動部（２２０）の温度を検出する温度検出部（２２６）と、を備え、
   前記制御部（３００）は、前記温度検出部（２２６）によって検出された温度が予め定められた基準温度（Ｔａ１）よりも低い場合、前記電動圧縮機（２１０）の自己冷却量を低下させる制御、及び、前記駆動部（２２０）の自己発熱量を上昇させる制御のうちのいずれか一方または両方を前記駆動部（２２０）に対して行うようになっており、
   前記制御部（３００）は、前記電動圧縮機（２１０）の自己冷却量を低下させる制御として、前記電動圧縮機（２１０）の回転が減速するように前記駆動部（２２０）を制御する空調装置。
4. 電動モータを備え、前記電動モータの回転に応じて冷媒吸入口（２１２）から吸入した冷媒を圧縮して冷媒吐出口（２１３）から吐出する電動圧縮機（２１０）と、
   前記電動圧縮機（２１０）の前記冷媒吸入口（２１２）から吸入された前記冷媒によって冷却されるように前記電動圧縮機（２１０）に一体化され、前記電動モータの回転を制御する駆動部（２２０）と、
   前記駆動部（２２０）に制御信号を出力して前記駆動部（２２０）を制御する制御部（３００）と、
   前記駆動部（２２０）の温度を検出する温度検出部（２２６）と、を備え、
   前記制御部（３００）は、前記温度検出部（２２６）によって検出された温度が予め定められた基準温度（Ｔａ１）よりも低い場合、前記電動圧縮機（２１０）の自己冷却量を低下させる制御、及び、前記駆動部（２２０）の自己発熱量を上昇させる制御のうちのいずれか一方または両方を前記駆動部（２２０）に対して行うようになっており、
   前記制御部（３００）は、前記電動圧縮機（２１０）の自己冷却量を低下させる制御として、外部装置から前記電動圧縮機（２１０）を停止させる停止信号を入力したとき、前記電動圧縮機（２１０）の回転が緩やかに停止するように前記駆動部（２２０）を制御する空調装置。
5. 前記制御部（３００）は、前記電動モータの回転を減速させて前記冷媒吸入口（２１２）を介して吸入される冷媒の流量が低減するよう前記駆動部（２２０）を制御する請求項３または４に記載の空調装置。
6. 前記駆動部（２２０）は、前記電動圧縮機（２１０）を駆動するためのパワー素子（２２４）を有しており、
   前記制御部（３００）は、前記駆動部（２２０）の自己発熱量を上昇させる制御として、前記パワー素子（２２４）のスイッチング速度が上昇するように前記駆動部（２２０）を駆動させる請求項１ないし５のいずれか１つに記載の空調装置。
7. 前記駆動部（２２０）は、前記電動圧縮機（２１０）を駆動するためのパワー素子（２２４）を有しており、
   前記制御部（３００）は、前記駆動部（２２０）の自己発熱量を上昇させる制御として、外部装置から前記電動圧縮機（２１０）を停止させる停止信号を入力したとき、前記電動圧縮機（２１０）が回転しないように前記パワー素子（２２４）を動作させて前記パワー素子（２２４）を発熱させる請求項１ないし６のいずれか１つに記載の空調装置。
8. 前記駆動部（２２０）はインバータであり、前記制御部は、前記インバータに一体的に設けられている請求項１ないし７のいずれか１つに記載の空調装置。

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