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【発明の名称】 車両走行モ−タ駆動用インバータ回路装置及びその冷却方法
【発明者】 【氏名】井上 誠司

【氏名】鳥井 孝史
【要約】 【課題】空調フィ−リングの低下や車両走行モ−タ駆動用インバータ回路の出力制限を必要としない車両走行モ−タ駆動用インバータ回路装置を提供すること。

【解決手段】膨張弁３ａとエバポレ−タ４との間の冷媒配管１０（低圧回路部）にインバ−タ回路部５の冷却部材６を介設し、更にエバポレ−タ４の入口側冷媒配管及び出口側冷媒配管をバイパス冷媒配管１２で短絡し、このバイパス冷媒配管１２に電磁弁１３を設ける。コンプレッサ１はエバポレ−タ４又はインバ−タ回路部５の運転時に運転される。エバポレ−タ４への冷媒流量はエバポレ−タ４の出口側に配設された感温筒７ａによる膨張弁３ａの開度により制御される。インバ−タ回路部５のみを冷却し、エバポレ−タ４での空調空気流の冷却を行わない場合には、バイパス冷媒配管１１の電磁弁１３を開く。
【特許請求の範囲】
【請求項１】車両走行モ−タを駆動制御するインバ−タ回路部の冷却部材に車両空調用冷凍サイクル装置の冷媒を貫流させ、空調空気流の冷却が不要な場合に走行する場合に車両空調用冷凍サイクル装置のエバポレ−タによる前記空調空気流の冷却を阻止することを特徴とする車両走行モ−タ駆動用インバータ回路装置の冷却方法。
【請求項２】車両空調用冷凍サイクル装置の冷媒が貫流する冷却部材を有し、車両走行モ−タを駆動制御するインバ−タ回路部と、前記インバ−タ回路部を駆動するにもかかわらず前記車両空調用冷凍サイクル装置のエバポレ−タによる空調空気流の冷却が要求されない場合に、前記車両空調用冷凍サイクル装置を運転しかつ前記エバポレ−タによる前記空調空気流の冷却を抑止する空調空気流冷却抑止手段と、を備えることを特徴とする車両走行モ−タ駆動用インバータ回路装置。
【請求項３】請求項２記載の車両搭載冷媒冷却型半導体装置において、前記インバ−タ回路部の前記冷却部材と前記エバポレ−タとは、前記冷凍装置の低圧回路部にて並列接続され、前記空調空気流冷却抑止手段は、前記エバポレ−タとに供給する低圧冷媒流量をそれぞれ独立に制御する弁機構を有することを特徴とする車両空調冷媒冷却式インバ−タ回路装置。
【請求項４】請求項３記載の車両搭載冷媒冷却型半導体装置において、前記弁機構は、前記冷却部材の出口温度と前記エバポレ−タの出口温度とによりそれぞれ個別に制御される一対の膨張弁からなることを特徴とする車両空調冷媒冷却式インバ−タ回路装置。
【請求項５】請求項２記載の車両搭載冷媒冷却型半導体装置において、前記インバ−タ回路部の前記冷却部材は、前記冷凍装置の低圧部にて前記エバポレ−タと直列に接続され、前記空調空気流冷却抑止手段は、前記エバポレ−タと並列に接続されたバイパス管と、前記空調空気流の冷却不要時に前記バイパス管を開く弁とを有することを特徴とする車両空調冷媒冷却式インバ−タ回路装置。
【請求項６】請求項５記載の車両搭載冷媒冷却型半導体装置において、前記車両空調用冷凍サイクル装置の膨張弁は、前記バイパス管の下流側で検出された温度により制御されることを特徴とする車両走行モ−タ駆動用インバータ回路装置。
【請求項７】請求項２記載の車両搭載冷媒冷却型半導体装置において、前記インバ−タ回路部の前記冷却部材は、前記車両空調用冷凍サイクル装置の膨張弁と前記エバポレ−タとの間に介設され、前記空調空気流冷却抑止手段は、前記冷却部材の出口温度及び前記エバポレ−タの出口温度を検出する一対の感温筒と、前記両感温筒により制御される前記冷凍装置の膨張弁と、冷却部材温度検出側の前記感温筒に装備されて前記空調空気流の冷却時に通電されるヒ−タと、を有することを特徴とする車両空調冷媒冷却式インバ−タ回路装置。
【請求項８】請求項２記載の車両搭載冷媒冷却型半導体装置において、前記インバ−タ回路部の前記冷却部材は、前記車両空調用冷凍サイクル装置の低圧部にて前記エバポレ−タと直列に接続され、前記空調空気流冷却抑止手段は、前記エバポレ−タをバイパスして前記空調空気流を車室に供給するバイパス通風路と、前記空調空気流の冷却が不要な場合に前記バイパス通風路を開くダンパとを有することを特徴とする車両空調冷媒冷却式インバ−タ回路装置。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、車両走行トルクに関連するエネルギ−を発生する車両走行モ−タ駆動用インバータ回路装置及びその冷却方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】内燃機関と回転電機とを用いて走行動力を得るハイブリッド自動車や、燃料電池又は二次電池の電力により駆動される回転電機を用いて走行動力を得る燃料電池車や電気自動車（電池自動車と総称する）では、直流電力を交流電力に変換して回転電機に給電する三相インバータ回路装置に用いる半導体素子の冷却が重要となる。
【０００３】この種の三相インバータ回路装置には、ＩＧＢＴ、ＢＰＴ、ＭＯＳＴなどの電力用半導体スイッチング素子がたとえば６個用いられ、場合によってはフライホイルダイオ−ドが同数用いられるが、これらの電力用半導体スイッチング素子の温度限界は極めてシビアであるために、電力用半導体スイッチング素子を冷凍サイクル装置の冷媒で冷却することが好適と考えられる。
【０００４】特に、この種の車両用途では車両が車両空調用冷凍サイクル装置を搭載するために、この車両空調用冷凍サイクル装置の冷媒を車両走行モ−タ駆動用インバータ回路装置の冷却に使うことにより、冷凍サイクル装置の増設を回避できるため、好都合である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この車両空調用冷凍サイクル装置の冷媒により車両走行モ−タ駆動用インバータ回路装置を冷却する方式（以下、車両空調冷媒冷却式インバ−タ回路装置という）では、車両空調のために冷凍サイクル装置の運転が不要な場合でも車両走行のために車両空調用冷凍サイクル装置を運転せざるを得ず、その結果、この車両空調用冷凍サイクル装置のエバポレ−タが車両空調用気流を冷却してしまうため、空調フィ−リングが低下する欠点、もしくは、この空調フィ−リングを快適に保つために車両走行モ−タ駆動用インバータ回路装置の発熱を制限するといった不具合があった。
【０００６】本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、空調フィ−リングの低下や車両走行モ−タ駆動用インバータ回路の出力制限を必要としない車両走行モ−タ駆動用インバータ回路装置を提供することをその目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の車両走行モ−タ駆動用インバータ回路装置の冷却方法によれば、車両走行モ−タを駆動制御するインバ−タ回路部の冷却部材に車両空調用冷凍サイクル装置の冷媒を貫流させ、空調空気流の冷却が不要な場合に走行する場合に車両空調用冷凍サイクル装置のエバポレ−タによる前記空調空気流の冷却を阻止することを特徴としている。
【０００８】請求項２記載の車両走行モ−タ駆動用インバータ回路装置は、車両空調用冷凍サイクル装置の冷媒が貫流する冷却部材を有し、車両走行モ−タを駆動制御するインバ−タ回路部と、前記インバ−タ回路部を駆動するにもかかわらず前記車両空調用冷凍サイクル装置のエバポレ−タによる車室吹き出し空気流の冷却が要求されない場合に、前記車両空調用冷凍サイクル装置を運転しかつ前記エバポレ−タによる前記車室吹き出し空気流の冷却を抑止する車室吹き出し空気流冷却抑止手段とを備えることを特徴としている。
【０００９】請求項１、２記載の本構成によれば、車両走行モ−タ駆動用インバータ回路装置（以下、単にインバ−タ装置ともいう）を車両空調用冷凍サイクル装置（以下、単に冷凍装置ともいう）の冷媒で冷却することができるので、大出力のインバ−タ装置を小型軽量化することができる。
【００１０】また、冷凍装置は元来、車両空調のために車両に装備されたものを兼用するので、冷却装置構成が複雑化し、コストが増大することを抑止することができる。
【００１１】更に、空調空気流の冷却を必要としない車両走行時には、冷凍装置の空調空気流冷却用エバポレ−タによる空調空気流の冷却を阻止乃至抑止するので、空調フィ−リングが悪化したり、エバポレ−タで低温となった空調空気流を必要温度までヒ−タで再加熱する必要がなく、エネルギ−ロスの増大を抑止しつつ空調フィ−リングの悪化を防止することができる。
【００１２】請求項３記載の構成によれば請求項２記載の車両搭載冷媒冷却型半導体装置において更に、前記インバ−タ回路部の前記冷却部材と前記エバポレ−タとは、前記冷凍装置の低圧回路部にて並列接続され、前記空調空気流冷却抑止手段は、前記エバポレ−タとに供給する低圧冷媒流量をそれぞれ独立に制御する弁機構を有することを特徴としている。
【００１３】本構成によれば、エバポレ−タとインバ−タ回路部との冷却をそれぞれ必要な冷媒量で冷却することができ、その上、インバ−タ回路部を送電電力損失が最小となる位置など、冷凍装置の車両空調用の低圧回路部の位置に制限されることなく配置することができ、車両空調用の低圧回路部の引き回しをインバ−タ回路部側に寄せて配置する必要もなく、配管、配線が簡素化する。
【００１４】請求項４記載の構成によれば請求項３記載の車両搭載冷媒冷却型半導体装置において更に、前記弁機構は、前記冷却部材の出口温度と前記エバポレ−タの出口温度とによりそれぞれ個別に制御される一対の膨張弁からなることを特徴としている。
【００１５】本構成によれば、膨張弁とその感温制御機構を増設するだけでよく、装置構成が簡素かつコンパクトとなる。
【００１６】請求項５記載の構成によれば請求項２記載の車両搭載冷媒冷却型半導体装置において更に、前記インバ−タ回路部の前記冷却部材は、前記冷凍装置の低圧部にて前記エバポレ−タと直列に接続され、前記空調空気流冷却抑止手段は、前記エバポレ−タと並列に接続されたバイパス管と、前記空調空気流の冷却不要時に前記バイパス管を開く弁とを有することを特徴としている。
【００１７】本構成によれば、冷媒がエバポレ−タを迂回するバイパス管を設け、このバイパス管にそれを開閉する弁を設けるだけでよいので、簡素な構成で請求項２記載の効果を達成することができる。バイパス管はインバ−タ回路部の冷却部材冷却専用モ−ドにおける冷媒流量を流せる口径をもてばよい。
【００１８】一般に、エバポレ−タの冷媒入口管部と、冷媒出口管部とは近接配置されることが多いので、バイパス管は、これら冷媒入口管部と冷媒出口管部とを短絡すればよく、バイパス管の延長距離及び引き回しに必要なスペ−スは小さくてよい。弁は電磁弁をもちいることが制御上、簡単である。
【００１９】請求項６記載の構成によれば請求項５記載の車両搭載冷媒冷却型半導体装置において更に、前記車両空調用冷凍サイクル装置の膨張弁は、前記バイパス管の下流側で検出された温度により制御されることを特徴としている。
【００２０】本構成によれば、膨張弁は、冷却部材専用冷却時又はエバポレ−タ冷却時のどちらでも膨張弁の冷媒流量を良好に冷却することができる。
【００２１】請求項７記載の構成によれば請求項２記載の車両搭載冷媒冷却型半導体装置において更に、前記インバ−タ回路部の前記冷却部材は、前記車両空調用冷凍サイクル装置の膨張弁と前記エバポレ−タとの間に介設され、前記空調空気流冷却抑止手段は、前記冷却部材の出口温度及び前記エバポレ−タの出口温度を検出する一対の感温筒と、前記両感温筒により制御される前記冷凍装置の膨張弁と、冷却部材温度検出側の前記感温筒に装備されて前記空調空気流の冷却時に通電されるヒ−タとを有することを特徴としている。
【００２２】なおここでいう感温筒は、たとえば被検出冷媒の温度により作動するヒ−トパイプの温度検出部分とされ、膨張弁はこのヒートパイプの内部ガス圧により作動するダイヤフラムにより開度制御される弁とされることができる。
【００２３】本構成によれば、インバ−タ回路部専用冷却の場合は、エバポレ−タの上流に設けた冷却部材の出口温度が上昇する（所定の冷媒乾き温度となる）場合にはそれにより膨張弁を絞ることができる。したがって、エバポレ−タには所定の乾き度（通常、乾いた冷媒すなわち気化した冷媒）が流入することになり、エバポレ−タ内で冷媒は気化潜熱を吸収することがない。
【００２４】また、エバポレ−タで空調空気流を冷却する場合には、冷却部材側の感温筒をヒ−タで加熱するので、冷却部材出口における冷媒の乾き度が湿っていても、この冷却部材側の感温筒は膨張弁開き方向の圧力変化を膨張弁に送り、エバポレ−タは通常通り冷媒供給を受けることができる。
【００２５】更に、エバポレ−タ出口の冷媒乾き度が上昇すると、エバポレ−タ側の感温筒がそれに応じた圧力変化を膨張弁に伝達し、膨張弁を開いて冷媒流量を増大し、逆に、エバポレ−タ出口の冷媒乾き度が低下すると、エバポレ−タ側の感温筒がそれに応じた圧力変化を膨張弁に伝達し、膨張弁を閉じて冷媒流量を減少する通常の空調空気流冷却制御を行う。
【００２６】本構成によれば、簡素な構成で請求項２記載の効果を実現することができる。
【００２７】請求項８記載の構成によれば請求項２記載の車両搭載冷媒冷却型半導体装置において更に、前記インバ−タ回路部の前記冷却部材は、前記車両空調用冷凍サイクル装置の低圧部にて前記エバポレ−タと直列に接続され、前記空調空気流冷却抑止手段は、前記エバポレ−タをバイパスして前記空調空気流を車室に供給するバイパス通風路と、前記空調空気流の冷却が不要な場合に前記バイパス通風路を開くダンパとを有することを特徴としている。
【００２８】本構成によれば、インバ−タ回路部専用冷却の場合に冷却部材を冷却した冷媒はエバポレ−タを冷却してしまうが、ダンパを開くことにより空調空気流はバイパス通風路を通じてエバポレ−タを短絡するので、空調空気流が冷却されることはない。
【００２９】また、空調空気流を冷却する場合には、ダンパによりバイパス通風路を閉じれば問題なく空調空気流の冷却を行うことができる。
【００３０】なお、ダンパとしては、バイパス通風路を開閉してもよく、又はバイパス通風路とエバポレ−タへの通風路のどちらかへ空調空気流の流れを切り替える切り替えダンパとしてもよい。
【００３１】
【発明の実施の形態】本発明の車両空調冷媒冷却式インバ−タ回路装置の好適な実施態様を図面を参照して以下説明する。
【００３２】
【実施例１】本発明の車両空調冷媒冷却式インバ−タ回路装置の一実施例を図１を参照して以下に説明する。
（構成）１はコンプレッサ、２はコンデンサ、３ａ、３ｂは膨張弁、４はエバポレ−タ、１０は冷媒配管であり、これらは車両空調用冷凍サイクル装置を構成している。
【００３３】５は車両走行モ−タを駆動制御する三相インバータ回路が形成されたインバ−タ回路部、６はこのインバ−タ回路部５に密着された冷却部材である。インバ−タ回路部５の三相インバータ回路は直流電源から給電される電力を三相交流電力に変換して図示しない三相交流モ−タからなる車両走行モ−タに給電する。
【００３４】７ａ、７ｂはいわゆるヒ−トパ−プである感温筒であり、感温筒７ａ、７ｂは膨張弁３ａ、３ｂまで延設される配管部７ｃ、７ｄを有する。
【００３５】実際には、エバポレ−タ４の入口側冷媒配管及び出口側冷媒配管は同一側に所定距離を隔てて隣接かつ平行に配置されており、インバ−タ回路部５及びその冷却部材６はエバポレ−タ４に比較して格段に小型にあるため、エバポレ−タ４の上記入口側冷媒配管及び出口側冷媒配管をそれらと直角に接続するバイパス冷媒配管１１内に介設されている。
（動作）コンプレッサ１はエバポレ−タ４又はインバ−タ回路部５の運転時に運転される。
【００３６】エバポレ−タ４への冷媒流量はエバポレ−タ４の出口側に配設された感温筒７ａによる膨張弁３ａの開度により制御され、冷却部材６への冷媒流量は冷却部材６４の出口側に配設された感温筒７ｂによる膨張弁３ｂの開度により制御される。
【００３７】図２に、冷却部材６への冷媒流量制御を更に詳しく説明する。
【００３８】冷却部材６の発熱量が増大すれば、冷却部材６から出たバイパス冷媒配管１１に接する感温筒７ｂ内の冷媒が蒸発し、膨張弁３ｂのダイアフラム弁がスプリング３０４に抗して弁体３０３を弁孔３０５を開く方向に押し下げ、膨張弁３ｂを通過する冷媒流量が増大する。冷却部材６の発熱量が減少すれば、逆の動作により膨張弁３ｂを通過する冷媒流量が減少する。感温筒７ａによる膨張弁３ａの制御も同じである。
【００３９】
【実施例２】本発明の車両空調冷媒冷却式インバ−タ回路装置の他の実施例を図３を参照して以下に説明する。
【００４０】この実施例の装置は、図１に示す実施例１の装置において、バイパス冷媒配管１１、膨張弁３ｂ、感温筒７ｂを省略し、その代わりに、膨張弁３ａとエバポレ−タ４との間の冷媒配管１０（低圧回路部）にインバ−タ回路部５の冷却部材６を介設し、更にエバポレ−タ４の入口側冷媒配管及び出口側冷媒配管をバイパス冷媒配管１２で短絡し、このバイパス冷媒配管１２に電磁弁１３を設けたものである。
（動作）コンプレッサ１はエバポレ−タ４又はインバ−タ回路部５の運転時に運転される。エバポレ−タ４への冷媒流量はエバポレ−タ４の出口側に配設された感温筒７ａによる膨張弁３ａの開度により制御される。インバ−タ回路部５のみを冷却し、エバポレ−タ４での空調空気流の冷却を行わない場合には、バイパス冷媒配管１１の電磁弁１３を開く。これにより、冷却部材６から出た冷媒はバイパス冷媒配管１２を通じて流れ、エバポレ−タ４はほとんど空調空気流を冷却することはない。エバポレ−タ４により空調空気流を冷却する場合には電磁弁１３を閉じればよい。
【００４１】膨張弁３ａを制御する感温筒７ａは、バイパス冷媒配管１２とエバポレ−タ４との合流点又はその下流に配置されるので、冷却部材６のみを冷却し、エバポレ−タ４を冷却しない場合も、エバポレ−タ４を冷却する場合も同様に膨張弁３ａを制御することができる。
【００４２】
【実施例３】本発明の車両空調冷媒冷却式インバ−タ回路装置の他の実施例を図４を参照して以下に説明する。
【００４３】この実施例の装置は、図１に示す実施例１の装置において、バイパス冷媒配管１１を省略し、その代わりに、膨張弁３ａとエバポレ−タ４との間の冷媒配管１０（低圧回路部）にインバ−タ回路部５の冷却部材６を介設し、更に冷却部材６とエバポレ−タ４との間の冷媒配管１０にヒ−タ８を通じて感温筒７ｂを設けたものである。
【００４４】感温筒７ｂから延設される配管部７ｄは、感温筒７ａから膨張弁まで延設される配管部７ｃに連結されている。
【００４５】（動作）コンプレッサ１はエバポレ−タ４又はインバ−タ回路部５の運転時に運転される。
【００４６】エバポレ−タ４を運転モ−ドでは、ヒ−タ８に通電して感温筒７ｂを冷媒乾き検出状態とする。これにより、感温筒７ｂが膨張弁３ａを閉鎖することがない。この状態で、エバポレ−タ４の冷却が不足すると感温筒７ａ内の冷媒が蒸発し、これにより膨張弁３ａが開いて冷媒流量を増大させる。逆に、エバポレ−タ４の冷却が過剰となれば感温筒７ａ内で冷媒が液化し、感温筒３ａが閉じて冷媒流量を減少させる。
【００４７】
【実施例４】本発明の車両空調冷媒冷却式インバ−タ回路装置の他の実施例を図５を参照して以下に説明する。
【００４８】この実施例の装置は、図３に示す実施例２の装置において、バイパス冷媒配管１２及び電磁弁１３を省略し、その代わりに、エバポレ−タ４を流れる空調空気流の主通風路９をバイパスするバイパス通風路９０を設け、このバイパス通風路９０を流れる空調空気流を切り替えダンパ９１で開閉制御するものである。
【００４９】空調空気流の流れを以下に説明する。なお、図５における冷凍サイクル装置自体の構成は図３と同じであるので説明は省略する。
【００５０】９２は内外気切り替えダンパ、９３はブロワ、９４はブロワモ−タ、９５はヒ−タコア、９６はヒ−タコアダンパ、９７は空調空気流の吹き出し口、９８はダクトである。
【００５１】切り替えダンパ９１は、ブロワ９３が形成した空調空気流を主通風路９とバイパス通風路９０のどちらかへ流す。エバポレ−タ４は主通風路９内に配置されており、その結果切り替えダンパ９１により主通風路９を閉じ、バイパス通風路９０を開ける動作は、実施例２において電磁弁１３を開いてバイパス冷媒配管１２を開く動作に機能的に同じとなる。したがって、インバ−タ回路部５の冷却部材６のみを冷却したい場合には切り替えダンパ９１により主通風路９を閉じ、バイパス通風路９０を開ければよく、エバポレ−タ４により空調空気流を冷却したい場合には切り替えダンパ９１により主通風路９を開き、バイパス通風路９０を閉じればよい。
【出願人】 【識別番号】０００００４２６０
【氏名又は名称】株式会社デンソー
【出願日】 平成１２年４月２５日（２０００．４．２５）
【代理人】 【識別番号】１０００８１７７６
【弁理士】
【氏名又は名称】大川 宏
【公開番号】 特開２００１−３０９５０６（Ｐ２００１−３０９５０６Ａ）
【公開日】 平成１３年１１月２日（２００１．１１．２）
【出願番号】 特願２０００−１２４５０４（Ｐ２０００−１２４５０４）