圧縮機
【課題】装置が大型化することを抑制しつつ、空調装置の暖房能力を向上できる圧縮機を提供する。
【解決手段】圧縮機が有する筺体（２）の一端には、冷媒を筺体（２）の内部へ吸入する吸入口（３）が設けられ、筺体（２）の他端には、吸入口（３）を通じて吸入された冷媒を筺体（２）の外部へ吐出する吐出部（５）が設けられる。そしてこの圧縮機は、筺体（２）内に収容され、筺体（２）内へ吸入された冷媒を圧縮する圧縮機構部（２０）と、筺体（２）内において圧縮機構部（２０）よりも吸入口（３）の近くに配置され、圧縮機構部（２０）へ動力を提供する電動機部（１０）と、筺体（２）内で電動機部（１０）と圧縮機構部（２０）との間の冷媒が通る空間に配置され、冷媒を暖める暖房部（３０）とを有する。
【解決手段】圧縮機が有する筺体（２）の一端には、冷媒を筺体（２）の内部へ吸入する吸入口（３）が設けられ、筺体（２）の他端には、吸入口（３）を通じて吸入された冷媒を筺体（２）の外部へ吐出する吐出部（５）が設けられる。そしてこの圧縮機は、筺体（２）内に収容され、筺体（２）内へ吸入された冷媒を圧縮する圧縮機構部（２０）と、筺体（２）内において圧縮機構部（２０）よりも吸入口（３）の近くに配置され、圧縮機構部（２０）へ動力を提供する電動機部（１０）と、筺体（２）内で電動機部（１０）と圧縮機構部（２０）との間の冷媒が通る空間に配置され、冷媒を暖める暖房部（３０）とを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動圧縮機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、車両用空調装置では、車室内を冷房するためにヒートポンプシステムが用いられ、一方、車室内を暖房するために、エンジンにより温められたラジエータの冷却水が循環供給されるヒータコアが利用されている。しかし、近年、電気自動車、燃料電池自動車、及びエンジンとモータの両方を動力として利用するハイブリッド型自動車といった、動力としてモータを利用する自動車が研究及び開発されている。このようなモータを利用する自動車では、エンジンの冷却水が無かったり、あるいは、例えエンジンが搭載されていても、走行中にエンジンが休止しているために冷却水が十分に温められていないことがある。そのため、空調装置は、ヒータコアを用いて車室内へ供給される空調空気を暖めることができない。そこで、冷房に利用されているヒートポンプシステムを、暖房にも利用することが検討されている。
【０００３】
しかし、車両用空調装置に用いられているヒートポンプシステムの暖房能力は、極低温環境、例えば、外気温が-20℃以下となるような環境では、車室内を十分に暖房できないおそれがあった。特に、冷媒として、代替フロンであるHFC134aまたはHFO1234Yfが用いられる場合、極低温環境でヒートポンプシステムの暖房能力が不足する傾向がある。
【０００４】
そこで、車室内エバポレータの冷媒出口と圧縮機の冷媒吸入口との間に、車載用電源からの電力供給により発熱する、内蔵されたシーズヒータのその発熱を利用して車室内から流入する冷媒を加熱する車室外エバポレータを配置し、シーズヒータから発生する熱を冷媒が内部を流通する冷媒管へ伝達させるようにした電気自動車用空調装置が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−２０３１４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記のように、既存のヒートポンプシステムの構成部品とは別個に冷媒加熱用の部品を設けるためには、その冷媒加熱用の部品を設置するための余分なスペースを確保しなければならない。しかし、車両において、空調装置の設置に利用できるスペースは限られているので、このように空調装置が大型化することは望ましくない。また、冷媒加熱用の部品を別途設けることにより、空調装置のコストも高くなってしまう。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、装置が大型化することを抑制しつつ、空調装置の暖房能力を向上できる圧縮機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１の記載によれば、本発明の一つの形態として、圧縮機が提供される。この圧縮機が有する筺体（２）の一端には、冷媒を筺体（２）の内部へ吸入する吸入口（３）が設けられ、筺体（２）の他端には、吸入口（３）を通じて吸入された冷媒を筺体（２）の外部へ吐出する吐出部（５）が設けられる。そしてこの圧縮機は、筺体（２）内に収容され、筺体（２）内へ吸入された冷媒を圧縮する圧縮機構部（２０）と、筺体（２）内において圧縮機構部（２０）よりも吸入口（３）の近くに配置され、圧縮機構部（２０）へ動力を提供する電動機部（１０）と、筺体（２）内で電動機部（１０）と圧縮機構部（２０）との間の冷媒が通る空間に配置され、冷媒を暖める暖房部（３０）とを有する。
このような構成を有することにより、この圧縮機は、装置が大型化することを抑制しつつ、空調装置の暖房能力を向上できる。
【０００９】
また請求項２の記載によれば、この圧縮機は、暖房部（３０）よりも吸入口（３）の近くに、筺体（２）の外壁に近接して配置され、暖房部（３０）及び電動機部（１０）を制御する制御部（４０、７０）をさらに有することが好ましい。
このような構成を有することにより、この圧縮機は、暖房部により加熱される前の冷媒により、制御部を冷却することができる。
【００１０】
さらに請求項３の記載によれば、電動機部（１０）は、供給される電力に応じた磁場を発生する固定子（１１）と、固定子（１１）により生じた磁場と相互作用することにより回転する回転子（１３）とを有し、暖房部（３０）は、供給される電力に応じて発熱することが好ましい。そして、制御部（４０、７０）は、直流電源（４７）の正極と接続される正極側母線（５４）と直流電源（４７）の負極と接続される負極側母線（５５）との間に接続され、直流電源（４７）から供給される直流電力を交流電力に変換し、その交流電力を固定子（１１）へ供給することにより電動機部（１０）を駆動する電動機駆動回路（４１）と、正極側母線（５４）を介して直流電源（４７）から供給される直流電力を暖房部（３０）へ供給し、またはその直流電力の供給を停止する暖房部駆動回路（４２、７２）と、回転子（１３）が所定の目標回転数で回転する交流電力が固定子（１１）に供給されるように電動機駆動回路（４１）を制御し、かつ、暖房部（３０）が単位時間あたりに所定の発熱量を生じるように所定の周期の第１の割合を占める期間のみ直流電力が暖房部（３０）へ供給されるように暖房部駆動回路（４２、７２）を制御する制御回路（４６）とを有する。
これにより、この圧縮機は、一つの直流電源を、電動機の駆動と暖房部への電力供給に利用でき、かつ、一つの制御回路で電動機の駆動回路と暖房部の駆動回路の両方を制御できるので、制御部の回路の部品点数を削減できる。
【００１１】
なお、上記各手段に付した括弧内の符号は、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一例である。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一つの実施形態による圧縮機の概略構成図である。
【図２】圧縮機の制御回路の回路図である。
【図３】他の実施形態による、圧縮機の制御回路の回路図である。
【図４】本発明の実施形態による圧縮機を備えた車載用空調装置の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照しつつ本発明の一実施形態に係る、空調装置用圧縮機について詳細に説明する。この圧縮機は、その圧縮機内部へ冷媒を吸入する吸入口から冷媒を吐出する吐出口までの冷媒が流動する空間に配置されたヒータを有し、そのヒータによって冷媒を加熱することで、空調装置の暖房能力を向上させる。またこの圧縮機は、ヒータの駆動回路の一部を、圧縮機が有するモータの駆動回路と共通化することにより、部品点数の増加を抑制する。
【００１４】
図１に、本発明の一つの実施形態による圧縮機の概略断面図を示す。本実施形態による圧縮機１は、スクロール型圧縮機であり、ハウジング２と、ハウジング２内に設けられた電動機部１０と、圧縮機構部２０と、ヒータ３０と、ハウジング２の外側に設けられた制御基板４０とを有する。
【００１５】
ハウジング２は、略円筒状の筺体であり、両端に設けられた端部壁２ａ、２ｂと略円筒状の側壁２ｃにより内部に流入した冷媒を封止するようになっている。端部壁２ａの近傍には、ヒートポンプ回路から還流される冷媒をハウジング２内に吸引する吸入口３が設けられている。そしてこの圧縮機１は、圧縮機構部２０を作動させることでハウジング２内を吸入圧力雰囲気にして、吸入口３を介してハウジング２内に冷媒を吸引する。吸入口３を介してハウジング２内に流入した冷媒は、電動機部１０とハウジング２の側壁２ｃとの間のスペースを通って圧縮機構部２０へ流れる。
【００１６】
電動機部１０は、例えば、三相交流誘導電動機または三相交流同期電動機であり、ハウジング２の内壁に配設した固定子１１と、固定子１１により囲まれたハウジング２内空間で側壁２ｃの中心軸ｚに沿うように配置された回転軸１２と、回転軸１２に固定的に取り付けられた回転子１３とを有する。
回転軸１２の一方の端部は、端部壁２ａに設けられた主軸受１４により回動可能に支持され、一方、回転軸１２の他方の端部の近傍に設けられたベアリング１５によって回転軸１２は回動可能に支持される。ベアリング１５は、回転子１３と圧縮機構部２０との間において、その周囲がハウジング２の側壁２ｃに固定されるベアリング支持部１６により支持される。なお、回転軸１２の中心には、冷媒とともに圧縮機構部２０側へ流れたオイルを吸入口３側へ戻すためのオイル戻し用の配管１２ａが形成されている。
【００１７】
電動機部１０の固定子１１は、例えば、コイルを有する電磁石により形成され、後述する制御基板４０からの駆動信号に応じて変動する磁場を発生させる。これにより、永久磁石を有する回転子１３と固定子１１との間の磁場の相互作用によって、回転軸１２は、駆動信号に応じた回転速度で回転する。
なお、後述するヒータ３０を配置するスペースを確保するために、中心軸ｚ方向に沿った電動機部１０の長さが短くなるように、固定子１１が有するコイルは、回転軸１２方向に沿ったコイルエンドの長さを短くできる集中巻きにより構成されることが好ましい。
【００１８】
さらに、回転軸１２の圧縮機構部２０側の端部には、回転軸１２の回転中心に対して偏心させた偏心部１２ｂが設けられており、この偏心部１２ｂに圧縮機構部２０を構成する可動スクロール２１が固定されている。そのため、回転軸１２が回転することにより可動スクロール２１も回転する。また、回転軸１２の圧縮機構部２０側の端部には、回転軸１２が偏心しないように、可動スクロール２１と重量的なバランスを取るためのバランサ１７が取り付けられている。
【００１９】
圧縮機構部２０は、上述した可動スクロール２１と、可動スクロール２１に対向するように配置された固定スクロール２２とを有する。
可動スクロール２１は、回転軸１２と略直交するように配置された略円盤状の基板２１ａと、その基板２１ａの固定スクロール２２側の面に設けられ、基板２１ａに略直交し、インボリュート曲線状に形成された可動側渦巻板２１ｂと、基板２１ａの電動機１０側の面に設けられたボス部２１ｃとを有する。そしてボス部２１ｃに、回転軸１２の偏心部１２ｂが勘合されている。
【００２０】
一方、固定スクロール２２は、回転軸１２と略直交するように配置された略円盤状の基板２２ａと、基板２２ａの可動スクロール２１側の面に設けられた渦巻状の溝によって形成された固定側渦巻溝２２ｂを有している。そして、可動側渦巻板２１ｂと固定側渦巻溝２２ｂとが噛合うように、可動スクロール２１と固定スクロール２２とが、対向配置されることにより、複数の作動室２３が形成される。
【００２１】
固定スクロール２２の最外周の外周縁部２２ｃによって形成された可動スクロール２１を収容する空間内において、可動スクロール２１の外縁部側の固定スクロール２２内側面と対向する空間には、可動スクロール２１の自転を防止する自転防止手段として、オルダムリングが介在していてもよい。これにより、可動スクロール２１は公転のみが許容される。
【００２２】
可動スクロール２１は、上記のように、回転軸１２の偏心部１２ｂに固定されているので、回転軸１２が回転することにより、可動側渦巻板２１ｂと固定側渦巻溝２２ｂとの噛み合いによって形成される複数の作動室２３の体積が縮小する。これにより、圧縮機構部２０は、固定側渦巻溝２２ｂの最外周側に連通する吸入室（図示せず）に供給された冷媒を圧縮する。
【００２３】
さらに圧縮機構部２０の固定スクロール２２の基板２２ａの中心部には、基板２２ａを軸方向に貫通する吐出口２２ｄが設けられている。
可動スクロール２１と固定スクロール２２とによって圧縮された冷媒は、吐出口２２ｄから逆流防止用の吐出弁２４を介して吐出室４に吐出される。そしてその冷媒は、吐出室４からハウジング２の外側に向けてハウジング２を貫通するように形成されているオイル・冷媒分離装置５へ流入する。
吐出部であるオイル・冷媒分離装置５は、冷媒とともに流入したオイルを分離し、冷媒をヒートポンプ回路へ供給し、オイルを吐出室４へ戻す。このオイルは、吐出室４内に設けられたフィルタ６を通った後、固定スクロール２２の外周部に形成されたオイル戻し口２２ｅを介して電動機部１０側へ戻される。なお、フィルタ６は、オイル戻し口２２ｅへ流入するオイルから屑または埃などの不純物を取り除く。
【００２４】
暖房部であるヒータ３０は、電動機部１０の固定子１１と圧縮機構部２０との間、冷媒が通過する空間に設置される。例えば、ヒータ３０は、ハウジング２の側壁２ｃの内周に沿って、円弧状に形成されたシーズヒータを有する。なお、ヒータ３０は、電力によって発熱し、気体を加熱するのに適した他の発熱体を有してもよい。そしてヒータ３０は、制御基板４０から供給される電力に応じて発熱し、電動機部１０から圧縮機構部２０へ向けて流れる冷媒を加熱する。
このように、ヒータ３０は、ハウジング２内の構造物が無い空間に設置されるので、圧縮機１のサイズは、ヒータを有さない従来技術による圧縮機のサイズと同程度とすることができる。
【００２５】
制御基板４０は、車載用空調装置の制御回路（図示せず）からの制御信号に応じて、電動機部１０及びヒータ３０を制御する。また本実施形態では、制御基板４０は、制御基板４０上の回路素子がハウジング２内に流入した冷媒によって冷却される程度に、端部壁２ａの外側に近接して配置される。
【００２６】
図２は、制御基板４０が有する駆動回路の回路図である。図２に示されるように、制御基板４０は、電動機駆動回路４１と、ヒータ駆動回路４２と、コンデンサ４３と、電流センサ４４と、通信回路４５と、制御回路４６とを有する。
【００２７】
電動機駆動回路４１は、インバータ回路として構成され、直流電源４７から供給された直流電力を、制御回路４６から入力された制御信号に従って三相交流電力に変換し、その三相交流電力を電動機部１０の固定子１１に設けられ、スター結線されたコイルL1〜L3に出力する。そのために、電動機駆動回路４１は、インバータ回路として構成され、電動機部１０のU相のコイルL1、W相のコイルL2、V相のコイルL3のそれぞれに対応する３組のアーム５１、５２、５３を有する。これらアーム５１、５２、５３は直流電源４７に対して並列に接続される。そしてアーム５１は、直列接続されたスイッチング素子SW1とSW4を有する。同様に、アーム５２、５３は、それぞれ、直列接続されたスイッチング素子SW2とSW5、SW3とSW6を有する。なお、ここでは、便宜上、スイッチング素子SW1〜SW3を上側スイッチング素子と呼び、スイッチング素子SW4〜SW6を下側スイッチング素子と呼ぶ。
【００２８】
各スイッチング素子SW1〜SW6は、例えば、トランジスタと、トランジスタを電流が流れる方向と逆向きに電流が流れるように、トランジスタと並列に接続されたダイオードを有する（例えば、NPN型トランジスタのエミッタ端子とダイオードのアノード端子が接続され、そのトランジスタのコレクタ端子とダイオードのカソード端子が接続される）。なお、スイッチング素子が有するトランジスタとして、例えば、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（Insulated Gate Bipolar Transistor、IGBT）またはパワーMOSFET（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）を利用することができる。なお、各スイッチング素子SW1〜SW6は、電動機部１０の回転子１３の回転速度に応じてオン、オフを切り替えることが可能な他の構成を有していてもよい。
【００２９】
また、アーム５１について、スイッチング素子SW1の一端（ダイオードのカソード端子側）は、電動機駆動回路４１の正極側母線５４と接続される。一方、スイッチング素子SW1の他端、すなわち、スイッチング素子SW1とSW4の中間点T1は、電動機部１０のU相コイルL1の一端と接続される。そしてスイッチング素子SW4の一端（ダイオードのアノード端子側）は、負極側母線５５と接続される。同様に、アーム５２について、スイッチング素子SW2の一端は、電動機駆動回路４１の正極側母線５４と接続される。一方、スイッチング素子SW2とSW5の中間点T2は、電動機部１０のW相端子コイルL2の一端と接続される。そしてスイッチング素子SW5の一端は、負極側母線５５と接続される。さらに、アーム５３について、スイッチング素子SW3の一端は、正極側母線５４と接続される。一方、スイッチング素子SW3とSW6の中間点T3は、電動機部１０のV相コイルL3の一端と接続される。そしてスイッチング素子SW6の一端は、負極側母線５５と接続される。
【００３０】
また、各スイッチング素子SW1〜SW6は、制御回路４６からの制御信号によって、それぞれオンまたはオフが切り替えられる。そして例えば、何れか一つのアームの上側スイッチング素子と、他のアームの下側スイッチング素子がオンになり、その他のスイッチング素子がオフとなることで、電動機部１０に電流が流れ、回転子１３が回転する。そして、オンとなるスイッチング素子がアームごとに順に入れ替わることにより、回転子１３は指示された速度で安定的に回転する。
【００３１】
ヒータ駆動回路４２は、正極側母線５４と負極側母線５５との間に、電動機駆動回路４１と並列に接続される。そしてヒータ駆動回路４２は、正極側母線５４とヒータ３０の発熱体の一端との間に接続されるスイッチング素子SW7と、負極側母線５５とヒータ３０の発熱体の一端との間に接続されるスイッチング素子SW8とを有する。すなわち、スイッチング素子SW7、ヒータ３０の発熱体及びスイッチング素子SW8は、正極側母線５４と負極側母線５５との間に直列に接続される。なお、スイッチング素子SW7、SW8は、それぞれ、スイッチング素子SW1〜SW6と同様の構成とすることができる。
【００３２】
スイッチング素子SW7、SW8は、制御回路４６からの制御信号によってオンまたはオフが切り替えられる。そしてスイッチング素子SW7及びSW8の両方がオンである場合に、ヒータ３０に直流電源４７からの直流電力が供給され、一方、スイッチング素子SW7及びSW8の何れか一方でもオフになれば、ヒータ３０への直流電力の供給は停止される。
【００３３】
コンデンサ４３は、直流電源４７と並列に、正極側母線５４と負極側母線５５との間に接続される。直流電源４７の正極は正極側母線５４に接続され、直流電源４７の負極は負極側母線５５に接続される。そして直流電源４７は、正極側母線５４に電源電圧を出力する。コンデンサ４３は直流電源４７から正極側母線５４に出力される電圧を安定化させる。
なお、コンデンサ４３は、例えば、電解コンデンサ、フィルムコンデンサまたはセラミックコンデンサとすることができる。
また直流電源４７として、直流電力を供給する様々な電源を利用することができる。例えば、直流電源４７として、鉛蓄電池、リチウム・イオン電池あるいはニッケル・水素電池若しくは燃料電池を用いることができる。
【００３４】
電流センサ４４は、負極側母線５５に流れる電流を検出する。負極側母線５５に流れる電流は、W相電流、V相電流、およびU相電流が加算されたものである。U相電流は中間点T1からステータ１１のU相コイルL1に流れる電流である。W相電流は中間点T2からステータ１１のW相コイルL2に流れる電流である。V相電流は中間点T3からステータ１１のV相コイルL3に流れる電流である。
電流センサ４４は、検出した電流の値を制御回路４６へ通知する。
【００３５】
通信回路４５は、空調装置の電子制御装置６０と信号線を介して接続され、電子制御装置６０から目標回転数、ヒータ３０のオン／オフなどの制御信号を受信し、その受信信号を制御回路４６へ渡す。
【００３６】
制御回路４６は、プロセッサ、メモリ及びその周辺回路を有し、そのメモリに記憶された電動機部１０及びヒータ３０を制御するためのコンピュータプログラムを実行することにより、電動機部１０及びヒータ３０を制御する。
例えば、制御回路４６は、電流センサ４４の検出値と空調装置の電子制御装置６０から通信回路４５を介して受信した目標回転数とに基づいて電動機駆動回路４１の各スイッチング素子のオン／オフのタイミングを制御する。
【００３７】
また制御回路４６は、電子制御装置６０から通信回路４５を介して受信したヒータ３０をオンまたはオフにする制御信号及びヒータ３０の単位時間当たりの目標発熱量を表す制御信号に基づいてヒータ駆動回路４２の各スイッチング素子のオン／オフのタイミングを制御する。
そこで、例えば、ヒータ３０が冷媒を暖める場合、制御回路４６は、スイッチング素子SW7をオンにする。また制御回路４６は、パルス幅変調（PWM）方式によって所定の周期中におけるスイッチング素子SW8がオンとなる期間、すなわち、所定の周期に占める、ヒータ３０に電力供給される期間の割合を制御することにより、ヒータ３０の単位時間当たりの発熱量を制御する。したがって、制御回路４６は、ヒータ３０の単位時間当たりの発熱量を高くするほど、スイッチング素子SW8をオンにする期間を長くする。なお、所定期間中におけるスイッチング素子SW8がオンとなる期間の長さと、ヒータ３０の単位時間当たりの発熱量との関係を表す参照テーブルが予め制御回路４６が有するメモリに記憶される。制御回路４６は、電子制御装置６０から目標発熱量を通知されると、その参照テーブルを参照することにより、目標発熱量に対応するスイッチング素子SW8がオンとなる期間を決定する。
【００３８】
また、制御回路４６は、例えば、スイッチング素子SW8が故障した場合など、正極側母線５４と負極側母線５５が短絡するおそれがある場合には、スイッチング素子SW7をオフにすることで、正極側母線５４と負極側母線５５が短絡することを防止する。
また、制御回路４６は、スイッチング素子SW8をオンするか否かによってヒータ３０のオン／オフを切り替え、スイッチング素子SW7をPWM方式により制御することで、ヒータ３０の単位時間当たりの発熱量を制御してもよい。
【００３９】
このように、電動機駆動回路４１とヒータ駆動回路４２とで、共通の制御回路を使用し、また一つの電源から電動機駆動回路４１とヒータ駆動回路４２の両方に電力を供給するようにこれらの回路を構成することで、圧縮機１が有する回路の構成部品点数を少なくできる。
【００４０】
図３は、変形例による制御基板７０の回路図である。なお、図３において、制御基板７０の各構成要素には、図２に示された制御基板４０の対応する構成要素の参照番号と同一の参照番号を付した。図３に示される制御基板７０は、図２に示される制御基板４０と比較して、ヒータ駆動回路７２の構成が異なる。
【００４１】
ヒータ駆動回路７２は、正極側母線５４とヒータ３０の発熱体の一端との間に接続される一つのスイッチング素子SW9を有する。そしてヒータ３０の発熱体の他端が、電動機駆動回路４１のU相のアームの中間点T1と接続される。すなわち、スイッチング素子SW9及びヒータ３０の発熱体は、正極側母線５４と中間点T1との間に直列に接続される。なお、スイッチング素子SW9は、スイッチング素子SW1〜SW6と同様の構成とすることができる。
【００４２】
スイッチング素子SW9は、制御回路４６からの制御信号によってオンまたはオフが切り替えられる。そして例えば、ヒータ３０が冷媒を暖める場合、制御回路４６は、PWM方式によって所定周期中にスイッチング素子SW9がオンとなる期間を制御することにより、ヒータ３０の単位時間当たりの発熱量を制御する。
このようにヒータ駆動回路を構成することにより、ヒータ駆動回路に含まれるスイッチング素子の数が一つとなるので、圧縮機の制御基板の部品点数をさらに減少させることができる。
なお、ヒータ３０の発熱体の他端は、何れか一つの相のアームの中間点と接続されていればよく、例えば、W相の中間点T2あるいはV相の中間点T3と接続されてもよい。
また、ヒータ３０の発熱体とスイッチング素子SW9の接続順序は入れ替えられていてもよい。さらにまた、スイッチング素子SW9の一端は、正極側母線５４と接続される代わりに、負極側母線５５と接続されてもよい。
【００４３】
図４に、上記の実施形態による圧縮機を有する車載空調装置１００の概略構成図を示す。車載空調装置１００は、ヒートポンプ回路１０１と電子制御装置１１０とを有する。ヒートポンプ回路１０１は、圧縮機１０２、コンデンサ１０３、レシーバ１０４、膨張弁１０５、エバポレータ１０６及び四方弁１０７を有する。
圧縮機１０２は、上記の実施形態による圧縮機であり、冷媒を圧縮して高温、高圧のガスにする。冷媒は、冷房時において以下に説明するようにヒートポンプ回路１０１内を流れる。
ガス状になった冷媒は、四方弁１０７を通ってコンデンサ１０３に流入する。コンデンサ１０３は、圧縮機１０２より送られてきた高温、高圧の冷媒ガスを冷却し、液化させる。レシーバ１０４は、液化された冷媒ガスを貯蔵する。また、冷却性能の低下を防ぐため、液化された冷媒に含まれるガス状の気泡を取り除き、完全に液化された冷媒のみを膨張弁１０５へ送る。膨張弁１０５は、液化された冷媒を断熱膨張させて低温、低圧化し、エバポレータ１０６へ送る。エバポレータ１０６は、低温、低圧化された冷媒と、ブロアファン（図示せず）などによってエバポレータ１０６に送り込まれた空気との間で熱交換を行ってその空気を冷却する。冷却された空気は、車室内へ吹き出され、車室内を冷房する。一方エバポレータ１０６における熱交換により暖められた冷媒は、再度圧縮機１０２へ流入する。
【００４４】
なお、暖房時においては、電子制御装置１１０からの制御により四方弁１０７が切り替えられ、図４において点線で示されるルートで冷媒が流れる。すなわち、圧縮機１０２から吐出されたガス状冷媒は、四方弁１０７を介してエバポレータ１０６に導かれ、コンデンサ１０３からの冷媒は四方弁１０７を介して圧縮機１０２に導かれる。そして、高温・高圧の冷媒が、エバポレータ１０６において車室内へ導入される空気を暖める。
【００４５】
電子制御装置（空調ＥＣＵ）１１０は、組み込み型のマイクロプロセッサ、メモリ、通信回路及びその周辺回路により構成される。そして電子制御装置１１０は、マイクロプロセッサ上で動作するプログラムにより、目標室温及び検知室温などに従って、圧縮機１０２を含む、空調装置の各部の動作を制御する。電子制御装置１１０は、冷房時においては、圧縮機１０２が有するヒータをオフにする制御信号を圧縮機１０２へ送信する。また電子制御装置１１０は、暖房時においては、圧縮機１０２が有するヒータをオンにする制御信号及び単位時間当たりの発熱量を指示する制御信号を圧縮機１０２へ送信する。
【００４６】
以上説明してきたように、本発明に係る圧縮機は、ハウジング内の電動機及び圧縮機構と干渉しない位置にヒータを設置したことにより、圧縮機が大型化することを防止しつつ、暖房能力を向上できる。またこの圧縮機は、電動機を制御する回路とヒータを制御する回路の一部を共通化することにより、部品点数を削減できる。
【００４７】
なお、上述してきた実施形態は、本発明を説明するためのものであり、本発明は、これらの実施形態に限定されるものではない。例えば、制御基板が有する電動機駆動回路として、インバータ式の様々な電動機駆動回路の何れかが適用されてもよい。例えば、直流電源及びコンデンサと、正極側母線及び負極側母線との間に、直流電源から供給された電圧を昇圧または降圧する昇降圧回路と、その昇降圧回路と電動機駆動回路の間に正極側母線と負極側母線間の電圧を測定し、その電圧値を制御回路へ通知する電圧計が設けられてもよい。この場合、制御回路は、負極側母線に流れる電流、正極側母線と負極側母線間の電圧及び電動機部の目標回転数に応じて昇降圧回路及び電動機駆動回路を制御する。なお、このような昇圧回路は、例えば、特開２０１０−２６８６２７号公報に開示されているように周知であるので、その詳細な説明は省略する。
また、制御基板は、上記の吸入口側の端部壁に近接した位置に限られず、ヒータよりも吸入口に近く、かつハウジングの端部壁、側壁などの外壁に近接する他の位置に配置されてもよい。
【００４８】
上記のように、当業者は、本発明の範囲内で様々な修正を行うことが可能である。
【符号の説明】
【００４９】
１ 圧縮機
２ ハウジング
２ａ、２ｂ 端部壁
２ｃ 側壁
３ 吸入口
４ 吐出室
５ オイル・冷媒分離装置
６ フィルタ
１０ 電動機部
１１ 固定子
１２ 回転軸
１３ 回転子
１４ 主軸受
１５ ベアリング
１６ ベアリング支持部
１７ バランサ
１２ａ オイル戻し用配管
１２ｂ 偏心部
２０ 圧縮機構部
２１ 可動スクロール
２１ａ 基板
２１ｂ 可動側渦巻板
２１ｃ ボス部
２２ 固定スクロール
２２ａ 基板
２２ｂ 固定側渦巻溝
２２ｃ 外周縁部
２２ｄ 吐出口
２２ｅ オイル戻し口
２３ 作動室
２４ 吐出弁
３０ ヒータ
４０、７０ 制御基板
４１ 電動機駆動回路
４２、７２ ヒータ駆動回路
４３ コンデンサ
４４ 電流センサ
４５ 通信回路
４６ 制御回路
４７ 直流電源
５１〜５３ アーム
５４ 正極側母線
５５ 負極側母線
SW1〜SW9 スイッチング素子
６０ 電子制御装置
１００ 車載空調装置
１０１ ヒートポンプ回路
１０２ 圧縮機
１０３ コンデンサ
１０４ レシーバ
１０５ 膨張弁
１０６ エバポレータ
１０７ 四方弁
１１０ 電子制御装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動圧縮機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、車両用空調装置では、車室内を冷房するためにヒートポンプシステムが用いられ、一方、車室内を暖房するために、エンジンにより温められたラジエータの冷却水が循環供給されるヒータコアが利用されている。しかし、近年、電気自動車、燃料電池自動車、及びエンジンとモータの両方を動力として利用するハイブリッド型自動車といった、動力としてモータを利用する自動車が研究及び開発されている。このようなモータを利用する自動車では、エンジンの冷却水が無かったり、あるいは、例えエンジンが搭載されていても、走行中にエンジンが休止しているために冷却水が十分に温められていないことがある。そのため、空調装置は、ヒータコアを用いて車室内へ供給される空調空気を暖めることができない。そこで、冷房に利用されているヒートポンプシステムを、暖房にも利用することが検討されている。
【０００３】
しかし、車両用空調装置に用いられているヒートポンプシステムの暖房能力は、極低温環境、例えば、外気温が-20℃以下となるような環境では、車室内を十分に暖房できないおそれがあった。特に、冷媒として、代替フロンであるHFC134aまたはHFO1234Yfが用いられる場合、極低温環境でヒートポンプシステムの暖房能力が不足する傾向がある。
【０００４】
そこで、車室内エバポレータの冷媒出口と圧縮機の冷媒吸入口との間に、車載用電源からの電力供給により発熱する、内蔵されたシーズヒータのその発熱を利用して車室内から流入する冷媒を加熱する車室外エバポレータを配置し、シーズヒータから発生する熱を冷媒が内部を流通する冷媒管へ伝達させるようにした電気自動車用空調装置が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−２０３１４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記のように、既存のヒートポンプシステムの構成部品とは別個に冷媒加熱用の部品を設けるためには、その冷媒加熱用の部品を設置するための余分なスペースを確保しなければならない。しかし、車両において、空調装置の設置に利用できるスペースは限られているので、このように空調装置が大型化することは望ましくない。また、冷媒加熱用の部品を別途設けることにより、空調装置のコストも高くなってしまう。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、装置が大型化することを抑制しつつ、空調装置の暖房能力を向上できる圧縮機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１の記載によれば、本発明の一つの形態として、圧縮機が提供される。この圧縮機が有する筺体（２）の一端には、冷媒を筺体（２）の内部へ吸入する吸入口（３）が設けられ、筺体（２）の他端には、吸入口（３）を通じて吸入された冷媒を筺体（２）の外部へ吐出する吐出部（５）が設けられる。そしてこの圧縮機は、筺体（２）内に収容され、筺体（２）内へ吸入された冷媒を圧縮する圧縮機構部（２０）と、筺体（２）内において圧縮機構部（２０）よりも吸入口（３）の近くに配置され、圧縮機構部（２０）へ動力を提供する電動機部（１０）と、筺体（２）内で電動機部（１０）と圧縮機構部（２０）との間の冷媒が通る空間に配置され、冷媒を暖める暖房部（３０）とを有する。
このような構成を有することにより、この圧縮機は、装置が大型化することを抑制しつつ、空調装置の暖房能力を向上できる。
【０００９】
また請求項２の記載によれば、この圧縮機は、暖房部（３０）よりも吸入口（３）の近くに、筺体（２）の外壁に近接して配置され、暖房部（３０）及び電動機部（１０）を制御する制御部（４０、７０）をさらに有することが好ましい。
このような構成を有することにより、この圧縮機は、暖房部により加熱される前の冷媒により、制御部を冷却することができる。
【００１０】
さらに請求項３の記載によれば、電動機部（１０）は、供給される電力に応じた磁場を発生する固定子（１１）と、固定子（１１）により生じた磁場と相互作用することにより回転する回転子（１３）とを有し、暖房部（３０）は、供給される電力に応じて発熱することが好ましい。そして、制御部（４０、７０）は、直流電源（４７）の正極と接続される正極側母線（５４）と直流電源（４７）の負極と接続される負極側母線（５５）との間に接続され、直流電源（４７）から供給される直流電力を交流電力に変換し、その交流電力を固定子（１１）へ供給することにより電動機部（１０）を駆動する電動機駆動回路（４１）と、正極側母線（５４）を介して直流電源（４７）から供給される直流電力を暖房部（３０）へ供給し、またはその直流電力の供給を停止する暖房部駆動回路（４２、７２）と、回転子（１３）が所定の目標回転数で回転する交流電力が固定子（１１）に供給されるように電動機駆動回路（４１）を制御し、かつ、暖房部（３０）が単位時間あたりに所定の発熱量を生じるように所定の周期の第１の割合を占める期間のみ直流電力が暖房部（３０）へ供給されるように暖房部駆動回路（４２、７２）を制御する制御回路（４６）とを有する。
これにより、この圧縮機は、一つの直流電源を、電動機の駆動と暖房部への電力供給に利用でき、かつ、一つの制御回路で電動機の駆動回路と暖房部の駆動回路の両方を制御できるので、制御部の回路の部品点数を削減できる。
【００１１】
なお、上記各手段に付した括弧内の符号は、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一例である。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一つの実施形態による圧縮機の概略構成図である。
【図２】圧縮機の制御回路の回路図である。
【図３】他の実施形態による、圧縮機の制御回路の回路図である。
【図４】本発明の実施形態による圧縮機を備えた車載用空調装置の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照しつつ本発明の一実施形態に係る、空調装置用圧縮機について詳細に説明する。この圧縮機は、その圧縮機内部へ冷媒を吸入する吸入口から冷媒を吐出する吐出口までの冷媒が流動する空間に配置されたヒータを有し、そのヒータによって冷媒を加熱することで、空調装置の暖房能力を向上させる。またこの圧縮機は、ヒータの駆動回路の一部を、圧縮機が有するモータの駆動回路と共通化することにより、部品点数の増加を抑制する。
【００１４】
図１に、本発明の一つの実施形態による圧縮機の概略断面図を示す。本実施形態による圧縮機１は、スクロール型圧縮機であり、ハウジング２と、ハウジング２内に設けられた電動機部１０と、圧縮機構部２０と、ヒータ３０と、ハウジング２の外側に設けられた制御基板４０とを有する。
【００１５】
ハウジング２は、略円筒状の筺体であり、両端に設けられた端部壁２ａ、２ｂと略円筒状の側壁２ｃにより内部に流入した冷媒を封止するようになっている。端部壁２ａの近傍には、ヒートポンプ回路から還流される冷媒をハウジング２内に吸引する吸入口３が設けられている。そしてこの圧縮機１は、圧縮機構部２０を作動させることでハウジング２内を吸入圧力雰囲気にして、吸入口３を介してハウジング２内に冷媒を吸引する。吸入口３を介してハウジング２内に流入した冷媒は、電動機部１０とハウジング２の側壁２ｃとの間のスペースを通って圧縮機構部２０へ流れる。
【００１６】
電動機部１０は、例えば、三相交流誘導電動機または三相交流同期電動機であり、ハウジング２の内壁に配設した固定子１１と、固定子１１により囲まれたハウジング２内空間で側壁２ｃの中心軸ｚに沿うように配置された回転軸１２と、回転軸１２に固定的に取り付けられた回転子１３とを有する。
回転軸１２の一方の端部は、端部壁２ａに設けられた主軸受１４により回動可能に支持され、一方、回転軸１２の他方の端部の近傍に設けられたベアリング１５によって回転軸１２は回動可能に支持される。ベアリング１５は、回転子１３と圧縮機構部２０との間において、その周囲がハウジング２の側壁２ｃに固定されるベアリング支持部１６により支持される。なお、回転軸１２の中心には、冷媒とともに圧縮機構部２０側へ流れたオイルを吸入口３側へ戻すためのオイル戻し用の配管１２ａが形成されている。
【００１７】
電動機部１０の固定子１１は、例えば、コイルを有する電磁石により形成され、後述する制御基板４０からの駆動信号に応じて変動する磁場を発生させる。これにより、永久磁石を有する回転子１３と固定子１１との間の磁場の相互作用によって、回転軸１２は、駆動信号に応じた回転速度で回転する。
なお、後述するヒータ３０を配置するスペースを確保するために、中心軸ｚ方向に沿った電動機部１０の長さが短くなるように、固定子１１が有するコイルは、回転軸１２方向に沿ったコイルエンドの長さを短くできる集中巻きにより構成されることが好ましい。
【００１８】
さらに、回転軸１２の圧縮機構部２０側の端部には、回転軸１２の回転中心に対して偏心させた偏心部１２ｂが設けられており、この偏心部１２ｂに圧縮機構部２０を構成する可動スクロール２１が固定されている。そのため、回転軸１２が回転することにより可動スクロール２１も回転する。また、回転軸１２の圧縮機構部２０側の端部には、回転軸１２が偏心しないように、可動スクロール２１と重量的なバランスを取るためのバランサ１７が取り付けられている。
【００１９】
圧縮機構部２０は、上述した可動スクロール２１と、可動スクロール２１に対向するように配置された固定スクロール２２とを有する。
可動スクロール２１は、回転軸１２と略直交するように配置された略円盤状の基板２１ａと、その基板２１ａの固定スクロール２２側の面に設けられ、基板２１ａに略直交し、インボリュート曲線状に形成された可動側渦巻板２１ｂと、基板２１ａの電動機１０側の面に設けられたボス部２１ｃとを有する。そしてボス部２１ｃに、回転軸１２の偏心部１２ｂが勘合されている。
【００２０】
一方、固定スクロール２２は、回転軸１２と略直交するように配置された略円盤状の基板２２ａと、基板２２ａの可動スクロール２１側の面に設けられた渦巻状の溝によって形成された固定側渦巻溝２２ｂを有している。そして、可動側渦巻板２１ｂと固定側渦巻溝２２ｂとが噛合うように、可動スクロール２１と固定スクロール２２とが、対向配置されることにより、複数の作動室２３が形成される。
【００２１】
固定スクロール２２の最外周の外周縁部２２ｃによって形成された可動スクロール２１を収容する空間内において、可動スクロール２１の外縁部側の固定スクロール２２内側面と対向する空間には、可動スクロール２１の自転を防止する自転防止手段として、オルダムリングが介在していてもよい。これにより、可動スクロール２１は公転のみが許容される。
【００２２】
可動スクロール２１は、上記のように、回転軸１２の偏心部１２ｂに固定されているので、回転軸１２が回転することにより、可動側渦巻板２１ｂと固定側渦巻溝２２ｂとの噛み合いによって形成される複数の作動室２３の体積が縮小する。これにより、圧縮機構部２０は、固定側渦巻溝２２ｂの最外周側に連通する吸入室（図示せず）に供給された冷媒を圧縮する。
【００２３】
さらに圧縮機構部２０の固定スクロール２２の基板２２ａの中心部には、基板２２ａを軸方向に貫通する吐出口２２ｄが設けられている。
可動スクロール２１と固定スクロール２２とによって圧縮された冷媒は、吐出口２２ｄから逆流防止用の吐出弁２４を介して吐出室４に吐出される。そしてその冷媒は、吐出室４からハウジング２の外側に向けてハウジング２を貫通するように形成されているオイル・冷媒分離装置５へ流入する。
吐出部であるオイル・冷媒分離装置５は、冷媒とともに流入したオイルを分離し、冷媒をヒートポンプ回路へ供給し、オイルを吐出室４へ戻す。このオイルは、吐出室４内に設けられたフィルタ６を通った後、固定スクロール２２の外周部に形成されたオイル戻し口２２ｅを介して電動機部１０側へ戻される。なお、フィルタ６は、オイル戻し口２２ｅへ流入するオイルから屑または埃などの不純物を取り除く。
【００２４】
暖房部であるヒータ３０は、電動機部１０の固定子１１と圧縮機構部２０との間、冷媒が通過する空間に設置される。例えば、ヒータ３０は、ハウジング２の側壁２ｃの内周に沿って、円弧状に形成されたシーズヒータを有する。なお、ヒータ３０は、電力によって発熱し、気体を加熱するのに適した他の発熱体を有してもよい。そしてヒータ３０は、制御基板４０から供給される電力に応じて発熱し、電動機部１０から圧縮機構部２０へ向けて流れる冷媒を加熱する。
このように、ヒータ３０は、ハウジング２内の構造物が無い空間に設置されるので、圧縮機１のサイズは、ヒータを有さない従来技術による圧縮機のサイズと同程度とすることができる。
【００２５】
制御基板４０は、車載用空調装置の制御回路（図示せず）からの制御信号に応じて、電動機部１０及びヒータ３０を制御する。また本実施形態では、制御基板４０は、制御基板４０上の回路素子がハウジング２内に流入した冷媒によって冷却される程度に、端部壁２ａの外側に近接して配置される。
【００２６】
図２は、制御基板４０が有する駆動回路の回路図である。図２に示されるように、制御基板４０は、電動機駆動回路４１と、ヒータ駆動回路４２と、コンデンサ４３と、電流センサ４４と、通信回路４５と、制御回路４６とを有する。
【００２７】
電動機駆動回路４１は、インバータ回路として構成され、直流電源４７から供給された直流電力を、制御回路４６から入力された制御信号に従って三相交流電力に変換し、その三相交流電力を電動機部１０の固定子１１に設けられ、スター結線されたコイルL1〜L3に出力する。そのために、電動機駆動回路４１は、インバータ回路として構成され、電動機部１０のU相のコイルL1、W相のコイルL2、V相のコイルL3のそれぞれに対応する３組のアーム５１、５２、５３を有する。これらアーム５１、５２、５３は直流電源４７に対して並列に接続される。そしてアーム５１は、直列接続されたスイッチング素子SW1とSW4を有する。同様に、アーム５２、５３は、それぞれ、直列接続されたスイッチング素子SW2とSW5、SW3とSW6を有する。なお、ここでは、便宜上、スイッチング素子SW1〜SW3を上側スイッチング素子と呼び、スイッチング素子SW4〜SW6を下側スイッチング素子と呼ぶ。
【００２８】
各スイッチング素子SW1〜SW6は、例えば、トランジスタと、トランジスタを電流が流れる方向と逆向きに電流が流れるように、トランジスタと並列に接続されたダイオードを有する（例えば、NPN型トランジスタのエミッタ端子とダイオードのアノード端子が接続され、そのトランジスタのコレクタ端子とダイオードのカソード端子が接続される）。なお、スイッチング素子が有するトランジスタとして、例えば、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（Insulated Gate Bipolar Transistor、IGBT）またはパワーMOSFET（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）を利用することができる。なお、各スイッチング素子SW1〜SW6は、電動機部１０の回転子１３の回転速度に応じてオン、オフを切り替えることが可能な他の構成を有していてもよい。
【００２９】
また、アーム５１について、スイッチング素子SW1の一端（ダイオードのカソード端子側）は、電動機駆動回路４１の正極側母線５４と接続される。一方、スイッチング素子SW1の他端、すなわち、スイッチング素子SW1とSW4の中間点T1は、電動機部１０のU相コイルL1の一端と接続される。そしてスイッチング素子SW4の一端（ダイオードのアノード端子側）は、負極側母線５５と接続される。同様に、アーム５２について、スイッチング素子SW2の一端は、電動機駆動回路４１の正極側母線５４と接続される。一方、スイッチング素子SW2とSW5の中間点T2は、電動機部１０のW相端子コイルL2の一端と接続される。そしてスイッチング素子SW5の一端は、負極側母線５５と接続される。さらに、アーム５３について、スイッチング素子SW3の一端は、正極側母線５４と接続される。一方、スイッチング素子SW3とSW6の中間点T3は、電動機部１０のV相コイルL3の一端と接続される。そしてスイッチング素子SW6の一端は、負極側母線５５と接続される。
【００３０】
また、各スイッチング素子SW1〜SW6は、制御回路４６からの制御信号によって、それぞれオンまたはオフが切り替えられる。そして例えば、何れか一つのアームの上側スイッチング素子と、他のアームの下側スイッチング素子がオンになり、その他のスイッチング素子がオフとなることで、電動機部１０に電流が流れ、回転子１３が回転する。そして、オンとなるスイッチング素子がアームごとに順に入れ替わることにより、回転子１３は指示された速度で安定的に回転する。
【００３１】
ヒータ駆動回路４２は、正極側母線５４と負極側母線５５との間に、電動機駆動回路４１と並列に接続される。そしてヒータ駆動回路４２は、正極側母線５４とヒータ３０の発熱体の一端との間に接続されるスイッチング素子SW7と、負極側母線５５とヒータ３０の発熱体の一端との間に接続されるスイッチング素子SW8とを有する。すなわち、スイッチング素子SW7、ヒータ３０の発熱体及びスイッチング素子SW8は、正極側母線５４と負極側母線５５との間に直列に接続される。なお、スイッチング素子SW7、SW8は、それぞれ、スイッチング素子SW1〜SW6と同様の構成とすることができる。
【００３２】
スイッチング素子SW7、SW8は、制御回路４６からの制御信号によってオンまたはオフが切り替えられる。そしてスイッチング素子SW7及びSW8の両方がオンである場合に、ヒータ３０に直流電源４７からの直流電力が供給され、一方、スイッチング素子SW7及びSW8の何れか一方でもオフになれば、ヒータ３０への直流電力の供給は停止される。
【００３３】
コンデンサ４３は、直流電源４７と並列に、正極側母線５４と負極側母線５５との間に接続される。直流電源４７の正極は正極側母線５４に接続され、直流電源４７の負極は負極側母線５５に接続される。そして直流電源４７は、正極側母線５４に電源電圧を出力する。コンデンサ４３は直流電源４７から正極側母線５４に出力される電圧を安定化させる。
なお、コンデンサ４３は、例えば、電解コンデンサ、フィルムコンデンサまたはセラミックコンデンサとすることができる。
また直流電源４７として、直流電力を供給する様々な電源を利用することができる。例えば、直流電源４７として、鉛蓄電池、リチウム・イオン電池あるいはニッケル・水素電池若しくは燃料電池を用いることができる。
【００３４】
電流センサ４４は、負極側母線５５に流れる電流を検出する。負極側母線５５に流れる電流は、W相電流、V相電流、およびU相電流が加算されたものである。U相電流は中間点T1からステータ１１のU相コイルL1に流れる電流である。W相電流は中間点T2からステータ１１のW相コイルL2に流れる電流である。V相電流は中間点T3からステータ１１のV相コイルL3に流れる電流である。
電流センサ４４は、検出した電流の値を制御回路４６へ通知する。
【００３５】
通信回路４５は、空調装置の電子制御装置６０と信号線を介して接続され、電子制御装置６０から目標回転数、ヒータ３０のオン／オフなどの制御信号を受信し、その受信信号を制御回路４６へ渡す。
【００３６】
制御回路４６は、プロセッサ、メモリ及びその周辺回路を有し、そのメモリに記憶された電動機部１０及びヒータ３０を制御するためのコンピュータプログラムを実行することにより、電動機部１０及びヒータ３０を制御する。
例えば、制御回路４６は、電流センサ４４の検出値と空調装置の電子制御装置６０から通信回路４５を介して受信した目標回転数とに基づいて電動機駆動回路４１の各スイッチング素子のオン／オフのタイミングを制御する。
【００３７】
また制御回路４６は、電子制御装置６０から通信回路４５を介して受信したヒータ３０をオンまたはオフにする制御信号及びヒータ３０の単位時間当たりの目標発熱量を表す制御信号に基づいてヒータ駆動回路４２の各スイッチング素子のオン／オフのタイミングを制御する。
そこで、例えば、ヒータ３０が冷媒を暖める場合、制御回路４６は、スイッチング素子SW7をオンにする。また制御回路４６は、パルス幅変調（PWM）方式によって所定の周期中におけるスイッチング素子SW8がオンとなる期間、すなわち、所定の周期に占める、ヒータ３０に電力供給される期間の割合を制御することにより、ヒータ３０の単位時間当たりの発熱量を制御する。したがって、制御回路４６は、ヒータ３０の単位時間当たりの発熱量を高くするほど、スイッチング素子SW8をオンにする期間を長くする。なお、所定期間中におけるスイッチング素子SW8がオンとなる期間の長さと、ヒータ３０の単位時間当たりの発熱量との関係を表す参照テーブルが予め制御回路４６が有するメモリに記憶される。制御回路４６は、電子制御装置６０から目標発熱量を通知されると、その参照テーブルを参照することにより、目標発熱量に対応するスイッチング素子SW8がオンとなる期間を決定する。
【００３８】
また、制御回路４６は、例えば、スイッチング素子SW8が故障した場合など、正極側母線５４と負極側母線５５が短絡するおそれがある場合には、スイッチング素子SW7をオフにすることで、正極側母線５４と負極側母線５５が短絡することを防止する。
また、制御回路４６は、スイッチング素子SW8をオンするか否かによってヒータ３０のオン／オフを切り替え、スイッチング素子SW7をPWM方式により制御することで、ヒータ３０の単位時間当たりの発熱量を制御してもよい。
【００３９】
このように、電動機駆動回路４１とヒータ駆動回路４２とで、共通の制御回路を使用し、また一つの電源から電動機駆動回路４１とヒータ駆動回路４２の両方に電力を供給するようにこれらの回路を構成することで、圧縮機１が有する回路の構成部品点数を少なくできる。
【００４０】
図３は、変形例による制御基板７０の回路図である。なお、図３において、制御基板７０の各構成要素には、図２に示された制御基板４０の対応する構成要素の参照番号と同一の参照番号を付した。図３に示される制御基板７０は、図２に示される制御基板４０と比較して、ヒータ駆動回路７２の構成が異なる。
【００４１】
ヒータ駆動回路７２は、正極側母線５４とヒータ３０の発熱体の一端との間に接続される一つのスイッチング素子SW9を有する。そしてヒータ３０の発熱体の他端が、電動機駆動回路４１のU相のアームの中間点T1と接続される。すなわち、スイッチング素子SW9及びヒータ３０の発熱体は、正極側母線５４と中間点T1との間に直列に接続される。なお、スイッチング素子SW9は、スイッチング素子SW1〜SW6と同様の構成とすることができる。
【００４２】
スイッチング素子SW9は、制御回路４６からの制御信号によってオンまたはオフが切り替えられる。そして例えば、ヒータ３０が冷媒を暖める場合、制御回路４６は、PWM方式によって所定周期中にスイッチング素子SW9がオンとなる期間を制御することにより、ヒータ３０の単位時間当たりの発熱量を制御する。
このようにヒータ駆動回路を構成することにより、ヒータ駆動回路に含まれるスイッチング素子の数が一つとなるので、圧縮機の制御基板の部品点数をさらに減少させることができる。
なお、ヒータ３０の発熱体の他端は、何れか一つの相のアームの中間点と接続されていればよく、例えば、W相の中間点T2あるいはV相の中間点T3と接続されてもよい。
また、ヒータ３０の発熱体とスイッチング素子SW9の接続順序は入れ替えられていてもよい。さらにまた、スイッチング素子SW9の一端は、正極側母線５４と接続される代わりに、負極側母線５５と接続されてもよい。
【００４３】
図４に、上記の実施形態による圧縮機を有する車載空調装置１００の概略構成図を示す。車載空調装置１００は、ヒートポンプ回路１０１と電子制御装置１１０とを有する。ヒートポンプ回路１０１は、圧縮機１０２、コンデンサ１０３、レシーバ１０４、膨張弁１０５、エバポレータ１０６及び四方弁１０７を有する。
圧縮機１０２は、上記の実施形態による圧縮機であり、冷媒を圧縮して高温、高圧のガスにする。冷媒は、冷房時において以下に説明するようにヒートポンプ回路１０１内を流れる。
ガス状になった冷媒は、四方弁１０７を通ってコンデンサ１０３に流入する。コンデンサ１０３は、圧縮機１０２より送られてきた高温、高圧の冷媒ガスを冷却し、液化させる。レシーバ１０４は、液化された冷媒ガスを貯蔵する。また、冷却性能の低下を防ぐため、液化された冷媒に含まれるガス状の気泡を取り除き、完全に液化された冷媒のみを膨張弁１０５へ送る。膨張弁１０５は、液化された冷媒を断熱膨張させて低温、低圧化し、エバポレータ１０６へ送る。エバポレータ１０６は、低温、低圧化された冷媒と、ブロアファン（図示せず）などによってエバポレータ１０６に送り込まれた空気との間で熱交換を行ってその空気を冷却する。冷却された空気は、車室内へ吹き出され、車室内を冷房する。一方エバポレータ１０６における熱交換により暖められた冷媒は、再度圧縮機１０２へ流入する。
【００４４】
なお、暖房時においては、電子制御装置１１０からの制御により四方弁１０７が切り替えられ、図４において点線で示されるルートで冷媒が流れる。すなわち、圧縮機１０２から吐出されたガス状冷媒は、四方弁１０７を介してエバポレータ１０６に導かれ、コンデンサ１０３からの冷媒は四方弁１０７を介して圧縮機１０２に導かれる。そして、高温・高圧の冷媒が、エバポレータ１０６において車室内へ導入される空気を暖める。
【００４５】
電子制御装置（空調ＥＣＵ）１１０は、組み込み型のマイクロプロセッサ、メモリ、通信回路及びその周辺回路により構成される。そして電子制御装置１１０は、マイクロプロセッサ上で動作するプログラムにより、目標室温及び検知室温などに従って、圧縮機１０２を含む、空調装置の各部の動作を制御する。電子制御装置１１０は、冷房時においては、圧縮機１０２が有するヒータをオフにする制御信号を圧縮機１０２へ送信する。また電子制御装置１１０は、暖房時においては、圧縮機１０２が有するヒータをオンにする制御信号及び単位時間当たりの発熱量を指示する制御信号を圧縮機１０２へ送信する。
【００４６】
以上説明してきたように、本発明に係る圧縮機は、ハウジング内の電動機及び圧縮機構と干渉しない位置にヒータを設置したことにより、圧縮機が大型化することを防止しつつ、暖房能力を向上できる。またこの圧縮機は、電動機を制御する回路とヒータを制御する回路の一部を共通化することにより、部品点数を削減できる。
【００４７】
なお、上述してきた実施形態は、本発明を説明するためのものであり、本発明は、これらの実施形態に限定されるものではない。例えば、制御基板が有する電動機駆動回路として、インバータ式の様々な電動機駆動回路の何れかが適用されてもよい。例えば、直流電源及びコンデンサと、正極側母線及び負極側母線との間に、直流電源から供給された電圧を昇圧または降圧する昇降圧回路と、その昇降圧回路と電動機駆動回路の間に正極側母線と負極側母線間の電圧を測定し、その電圧値を制御回路へ通知する電圧計が設けられてもよい。この場合、制御回路は、負極側母線に流れる電流、正極側母線と負極側母線間の電圧及び電動機部の目標回転数に応じて昇降圧回路及び電動機駆動回路を制御する。なお、このような昇圧回路は、例えば、特開２０１０−２６８６２７号公報に開示されているように周知であるので、その詳細な説明は省略する。
また、制御基板は、上記の吸入口側の端部壁に近接した位置に限られず、ヒータよりも吸入口に近く、かつハウジングの端部壁、側壁などの外壁に近接する他の位置に配置されてもよい。
【００４８】
上記のように、当業者は、本発明の範囲内で様々な修正を行うことが可能である。
【符号の説明】
【００４９】
１ 圧縮機
２ ハウジング
２ａ、２ｂ 端部壁
２ｃ 側壁
３ 吸入口
４ 吐出室
５ オイル・冷媒分離装置
６ フィルタ
１０ 電動機部
１１ 固定子
１２ 回転軸
１３ 回転子
１４ 主軸受
１５ ベアリング
１６ ベアリング支持部
１７ バランサ
１２ａ オイル戻し用配管
１２ｂ 偏心部
２０ 圧縮機構部
２１ 可動スクロール
２１ａ 基板
２１ｂ 可動側渦巻板
２１ｃ ボス部
２２ 固定スクロール
２２ａ 基板
２２ｂ 固定側渦巻溝
２２ｃ 外周縁部
２２ｄ 吐出口
２２ｅ オイル戻し口
２３ 作動室
２４ 吐出弁
３０ ヒータ
４０、７０ 制御基板
４１ 電動機駆動回路
４２、７２ ヒータ駆動回路
４３ コンデンサ
４４ 電流センサ
４５ 通信回路
４６ 制御回路
４７ 直流電源
５１〜５３ アーム
５４ 正極側母線
５５ 負極側母線
SW1〜SW9 スイッチング素子
６０ 電子制御装置
１００ 車載空調装置
１０１ ヒートポンプ回路
１０２ 圧縮機
１０３ コンデンサ
１０４ レシーバ
１０５ 膨張弁
１０６ エバポレータ
１０７ 四方弁
１１０ 電子制御装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筺体（２）であって、該筺体（２）の一端に設けられ、冷媒を該筺体（２）の内部へ吸入する吸入口（３）と、該筺体（２）の他端に設けられ、前記吸入口（３）を通じて吸入された冷媒を該筺体（２）の外部へ吐出する吐出部（５）とを有する筺体（２）と、
前記筺体（２）内に収容され、前記筺体（２）内へ吸入された冷媒を圧縮する圧縮機構部（２０）と、
前記筺体（２）内において前記圧縮機構部（２０）よりも前記吸入口（３）の近くに配置され、前記圧縮機構部（２０）へ動力を提供する電動機部（１０）と、
前記筺体（２）内で前記電動機部（１０）と前記圧縮機構部（２０）との間の冷媒が通る空間に配置され、冷媒を暖める暖房部（３０）と、
を有することを特徴とする圧縮機。
【請求項２】
前記暖房部（３０）よりも前記吸入口（３）の近くに、前記筺体（２）の外壁に近接して配置され、前記暖房部（３０）及び前記電動機部（１０）へ駆動信号を出力する制御部（４０、７０）をさらに有する、請求項１に記載の圧縮機。
【請求項３】
前記電動機部（１０）は、供給される電力に応じた磁場を発生する固定子（１１）と、該固定子（１１）により生じた磁場と相互作用することにより回転する回転子（１３）とを有し、
前記暖房部（３０）は、供給される電力に応じて発熱し、
前記制御部（４０、７０）は、
直流電源（４７）の正極と接続される正極側母線（５４）と該直流電源（４７）の負極と接続される負極側母線（５５）との間に接続され、該直流電源（４７）から供給される直流電力を交流電力に変換し、該交流電力を前記固定子（１１）へ供給することにより、前記電動機部（１０）を駆動する電動機駆動回路（４１）と、
前記正極側母線（５４）を介して前記直流電源（４７）から供給される直流電力を前記暖房部（３０）へ供給し、または該直流電力の供給を停止する暖房部駆動回路（４２、７２）と、
前記電動機部（１０）の前記回転子（１３）が所定の目標回転数で回転する交流電力が前記電動機部（１０）に供給されるように前記電動機駆動回路（４１）を制御し、かつ、前記暖房部（３０）が単位時間あたりに所定の発熱量を生じるように所定の周期の第１の割合を占める期間のみ前記直流電力が前記暖房部（３０）へ供給されるように前記暖房部駆動回路（４２、７２）を制御する制御回路（４６）と、
を有する、請求項２に記載の圧縮機。
【請求項１】
筺体（２）であって、該筺体（２）の一端に設けられ、冷媒を該筺体（２）の内部へ吸入する吸入口（３）と、該筺体（２）の他端に設けられ、前記吸入口（３）を通じて吸入された冷媒を該筺体（２）の外部へ吐出する吐出部（５）とを有する筺体（２）と、
前記筺体（２）内に収容され、前記筺体（２）内へ吸入された冷媒を圧縮する圧縮機構部（２０）と、
前記筺体（２）内において前記圧縮機構部（２０）よりも前記吸入口（３）の近くに配置され、前記圧縮機構部（２０）へ動力を提供する電動機部（１０）と、
前記筺体（２）内で前記電動機部（１０）と前記圧縮機構部（２０）との間の冷媒が通る空間に配置され、冷媒を暖める暖房部（３０）と、
を有することを特徴とする圧縮機。
【請求項２】
前記暖房部（３０）よりも前記吸入口（３）の近くに、前記筺体（２）の外壁に近接して配置され、前記暖房部（３０）及び前記電動機部（１０）へ駆動信号を出力する制御部（４０、７０）をさらに有する、請求項１に記載の圧縮機。
【請求項３】
前記電動機部（１０）は、供給される電力に応じた磁場を発生する固定子（１１）と、該固定子（１１）により生じた磁場と相互作用することにより回転する回転子（１３）とを有し、
前記暖房部（３０）は、供給される電力に応じて発熱し、
前記制御部（４０、７０）は、
直流電源（４７）の正極と接続される正極側母線（５４）と該直流電源（４７）の負極と接続される負極側母線（５５）との間に接続され、該直流電源（４７）から供給される直流電力を交流電力に変換し、該交流電力を前記固定子（１１）へ供給することにより、前記電動機部（１０）を駆動する電動機駆動回路（４１）と、
前記正極側母線（５４）を介して前記直流電源（４７）から供給される直流電力を前記暖房部（３０）へ供給し、または該直流電力の供給を停止する暖房部駆動回路（４２、７２）と、
前記電動機部（１０）の前記回転子（１３）が所定の目標回転数で回転する交流電力が前記電動機部（１０）に供給されるように前記電動機駆動回路（４１）を制御し、かつ、前記暖房部（３０）が単位時間あたりに所定の発熱量を生じるように所定の周期の第１の割合を占める期間のみ前記直流電力が前記暖房部（３０）へ供給されるように前記暖房部駆動回路（４２、７２）を制御する制御回路（４６）と、
を有する、請求項２に記載の圧縮機。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１２−１２７３２８（Ｐ２０１２−１２７３２８Ａ）
【公開日】平成２４年７月５日（２０１２．７．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２８１９８９（Ｐ２０１０−２８１９８９）
【出願日】平成２２年１２月１７日（２０１０．１２．１７）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年７月５日（２０１２．７．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月１７日（２０１０．１２．１７）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
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