JP6102764B2

JP6102764B2 - 車両用空調装置

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Publication number: JP6102764B2
Application number: JP2014008275A
Authority: JP
Inventors: 平野　拓男; 拓男平野; 昂彦三浦
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2014-01-21
Filing date: 2014-01-21
Publication date: 2017-03-29
Anticipated expiration: 2034-01-21
Also published as: US10150347B2; CN105916712B; US20160332503A1; WO2015111477A1; CN105916712A; DE112015000441T5; DE112015000441B4; JP2015136963A

Description

本発明は、車室内空間を空調する車両用空調装置、特に、駆動源としてモータを備えた車両用の空調装置に関する。

電気自動車やハイブリッド車のように駆動源としてモータを備えた車両においては、インバータによりバッテリの直流電力が交流電力に変換されてモータに供給される。モータ出力は電力変換する際のインバータのキャリア周波数を変更することにより制御される。インバータのキャリア周波数はモータ出力に対して一義的に定まらない。例えば車両の走行状態に応じてモータの目標出力が設定されると、その目標出力を実現し得るキャリア周波数が複数存在する。従来、使用する条件により、それらのうちモータ効率のなるべく良い（すなわちモータのロスのなるべく小さい）キャリア周波数で電力変換するのが通例である。

なお、特許文献１には、駆動源としてモータを備えた車両において、変速中に一時的にキャリア周波数を高くしてモータのロスを増加させ、モータ効率を低下させることによりトルクダウンを行うことが開示されている。

特開２００９−１９０４４２号公報

ところで、駆動源としてモータを備えた車両は、例えば内燃機関のみを備えた車両に比べて車内暖房用の熱源が不足しがちなため、車室内空間を空調する空調装置に例えば電気ヒータ等が追加されることがある。しかし、このような電気ヒータ等の追加は、車両重量、車両コスト、及び消費電力の増大を招く。

本発明は、駆動源としてモータを備えた車両用の空調装置における上記問題に対処するもので、電気ヒータ等を追加することなく車内暖房用の熱源を確保できる車両用空調装置の提供を目的とする。

上記課題を解決するためのものとして、本発明は、駆動源としてのモータと、モータの出力をキャリア周波数の変更により制御するインバータとを備えた車両に用いられる空調装置であって、上記モータ及びインバータの少なくともいずれか一方を冷却する冷媒の循環経路上に配設され、上記冷媒を熱源として空調風を加熱するヒータコアと、乗員が要求する車室内温度に応じて上記モータ及びインバータの必要発熱量を設定する必要発熱量設定手段と、車両の走行状態に応じて設定される上記モータの目標出力を実現し得るキャリア周波数が複数ある場合に、上記モータの効率が良くなるキャリア周波数よりも優先して、上記モータ及びインバータの発熱量が上記必要発熱量設定手段により設定された必要発熱量となるキャリア周波数を設定するキャリア周波数設定手段と、上記キャリア周波数設定手段により設定されたキャリア周波数で蓄電装置の直流電力を交流電力に変換して上記モータに供給する電力変換手段とを有することを特徴とする。

本発明によれば、駆動源としてモータを備え、車内暖房用の熱源が不足しがちな車両用の空調装置において、モータ及びインバータの少なくともいずれか一方を冷却する冷媒の循環経路上にヒータコアが配設されているので、モータやインバータの発熱が空調風の加熱に利用される。そのため、電気ヒータ等を追加することなく車内暖房用の熱源を確保できる車両用空調装置が提供される。

しかも、乗員が要求する車室内温度に応じてモータ及びインバータの必要発熱量を設定し、車両の走行状態に応じて設定されるモータの目標出力を実現し得るキャリア周波数のうちモータ及びインバータの発熱量が上記必要発熱量となるキャリア周波数を設定し、設定されたキャリア周波数で電力変換を行うので、モータの目標出力を維持しつつ、乗員が要求する車室内温度を過不足なく精度よく実現することができる。

ところで、車両トータルでの電費という観点から、キャリア周波数を従来のように効率重視の設定（すなわちモータのロスひいてはモータ及びインバータの発熱量のなるべく小さい設定）とした上で、モータ及びインバータの発熱を車内暖房用の熱源として用い、不足する熱量を電気ヒータ等により補うという構成も考えられる。しかしながら、電気ヒータ等を追加すると車両重量及び車両コストが増大するという前述の問題に加えて、次のような不具合がある。

すなわち、キャリア周波数を効率重視の観点から設定すると、果たしてモータ及びインバータがどの程度発熱するのか把握できず、モータ及びインバータの発熱量の予測が困難となる。そのため、不足する熱量を補ってトータルの熱量（＝モータ及びインバータの発熱量＋電気ヒータ等の発熱量）を狙いの熱量に収束させるためには、電気ヒータ等をフィードバック制御する必要が生じる。その結果、制御が複雑化し、収束に時間がかかる。また、オーバーシュートによる無駄な発熱が避けられない。さらに、電気ヒータとして例えばＰＴＣヒータを用いた場合は、その発熱量がヒータの発熱部位の温度に依存するため、より一層緻密に時間をかけてフィードバック制御しなければならない。

これに対し、本発明では、モータ及びインバータの発熱量が必要発熱量となるキャリア周波数を設定するので、言い換えると、キャリア周波数をモータ及びインバータの発熱量の観点から設定するので、モータ及びインバータの発熱量を容易に必要発熱量とすることができる。しかも、モータ及びインバータの発熱量は基本的にキャリア周波数のみに依存するので、その発熱量を高精度に予測でき、必要発熱量を精度よく実現することができる。したがって、モータ及びインバータの発熱量を必要発熱量とするために、例えばキャリア周波数をフィードバック制御するようなことが避けられる。たとえフィードバック制御する場合でも、モータ及びインバータの発熱量を速やかに必要発熱量に収束させることができる。

要すれば、本発明は、モータ及びインバータの発熱を空調に利用するに際し、キャリア周波数が高いほど同じトルクでモータ駆動してもロスが増加してモータ及びインバータの発熱量が大きくなることに着目し、このキャリア周波数を空調の要求に応じて制御するという着想に至ったものである。そのために、本発明では、モータ及びインバータの発熱量を乗員の要求に応じて設定される必要発熱量に一致させるべく、モータの目標出力を実現し得るキャリア周波数のうち、モータ効率のなるべく良いキャリア周波数で電力変換を行うのではなく、上記必要発熱量を実現し得るキャリア周波数で電力変換を行うようにした。言い換えると、本発明は、効率最優先の制御を行わずにあえて効率の低い（ロス及び発熱量の大きい）キャリア周波数を用いるという従来とは全く逆のアプローチにより、モータ及びインバータの発熱量を積極的にコントロールして空調に利用しようとするものである。

本発明においては、上記キャリア周波数設定手段は、上記モータの運転開始後所定時間が経過するまでは、上記必要発熱量設定手段により設定された必要発熱量に拘らず、上記モータの目標出力を実現し得るキャリア周波数のうち上記モータ及びインバータの発熱量が最大となるキャリア周波数を設定することが好ましい。

モータの運転開始後初期は、まだモータ及びインバータの発熱量が小さいため、これらの温度が低く、冷媒の温度も低い。しかし、車両の走行開始後初期から車内暖房が要求されたときは、モータの運転開始後初期から冷媒の温度を急峻に高める必要がある。この問題に対し、上記構成によれば、モータの運転開始後所定時間が経過するまではモータ及びインバータの発熱量が最大となるキャリア周波数が設定されるので、冷媒の急峻な加熱が必要なモータの運転開始後初期に可及的速やかに冷媒の温度を高めることができ、車内暖房用の熱源を早期に確保して、車両の走行開始後初期から乗員の暖房要求に応答性よく最適な空調状態を実現することができる。

以上のように、本発明は、電気ヒータ等を追加することなく車内暖房用の熱源を確保できる車両用空調装置を提供するので、駆動源としてモータを備え、車内暖房用の熱源が不足しがちな例えば電気自動車やハイブリッド車用の空調装置の技術の発展・向上に寄与する。

本発明の実施形態に係る車両用空調装置の機械的構成を示すブロック図である。上記車両用空調装置を搭載した電気自動車のシステム構成を示すブロック図である。上記車両に備えられたインバータのキャリア周波数が１０ｋＨｚの場合のモータ及びインバータの発熱特性をモータの運転領域に重ねて示す図である。同じく５ｋＨｚの場合の発熱特性を示す図である。上記車両の制御動作の１例を示すフローチャートである。

（１）空調装置の構成
図１は、本実施形態に係る車両用空調装置１０の機械的構成を示すブロック図である。本実施形態において、「上流」、「下流」というときは、特に断らない限り、上記空調装置１０における空気の流れに関していう。

本実施形態において、空調装置１０は、駆動源として内燃機関を備えず、モータ２０（図２参照）のみを備えた電気自動車に搭載されている。空調装置１０は、車室の前部に配置され、車室内空間を空調する。空調装置１０は、車外空間の空気（外気）を空調装置１０に導入するための外気導入通路１１ａと、車室内空間の空気（内気）を空調装置１０に導入するための内気導入通路１１ｂとを有する。

外気導入通路１１ａ及び内気導入通路１１ｂの下流端にメインダクト通路１１ｃが接続され、メインダクト通路１１ｃの下流端に冷房用通路１１ｄ及び暖房用通路１１ｅが接続され、冷房用通路１１ｄ及び暖房用通路１１ｅの下流端に吹出口通路１１ｆが接続されている。

吹出口通路１１ｆの下流端に、空調装置１０で冷却、加熱、又は除湿された空気（空調風）を車室内空間に吹き出すための複数の吹出口１１ｇが設けられている。吹出口１１ｇとして、前席の乗員の上半身に向けて空調風を吹き出すベント吹出口、前席の乗員の足元に向けて空調風を吹き出すヒート吹出口、フロントウィンドシールド（図示せず）の内面に向けて下方から上方に空調風を吹き出すデフロスタ吹出口、後席の乗員の上半身に向けて空調風を吹き出すリヤベント吹出口、及び後席の乗員の足元に向けて空調風を吹き出すリヤヒート吹出口等が設けられている。

メインダクト通路１１ｃ内に、上流側から、ブロアファン１２、及びエバポレータ１３が配置されている。暖房用通路１１ｅ内に、ヒータコア１４が配置されている。

外気導入通路１１ａ及び内気導入通路１１ｂの下流端に内外気切替ダンパ１５が配設されている。内外気切替ダンパ１５は、外気導入通路１１ａを閉じる位置（内気循環位置）と内気導入通路１１ｂを閉じる位置（外気導入位置）との間の任意の位置に位置することが可能に構成されている。これにより、外気導入通路１１ａと内気導入通路１１ｂとの開度の割合が調節され、吹出口１１ｇから吹き出される空調風の外気と内気との混合比率が種々調節される。

ブロアファン１２は、内外気切替ダンパ１５の下流に配置され、駆動されることにより、外気導入通路１１ａ及び内気導入通路１１ｂから吹出口１１ｇに向けて流れる空調風を生成する。

エバポレータ１３は、冷房用の熱交換器であり、ブロアファン１２の下流に配置され、空調風を冷却する。

冷房用通路１１ｄ及び暖房用通路１１ｅの上流端に温度コントロールダンパ１６が配設されている。温度コントロールダンパ１６は、冷房用通路１１ｄを閉じる位置（暖房時位置）と暖房用通路１１ｅを閉じる位置（冷房時位置）との間の任意の位置に位置することが可能に構成されている。これにより、冷房用通路１１ｄと暖房用通路１１ｅとの開度の割合が調節され、吹出口１１ｇから吹き出される空調風の温度が種々調節される。

ヒータコア１４は、暖房用の熱交換器であり、温度コントロールダンパ１６の下流に配置され、空調風を加熱する。ヒータコア１４は、車内暖房用の熱源として利用し得るモータ２０及びインバータ３０（図２参照）の冷却水がその内部を通過する。

（２）車両のシステム構成
図２は、上記車両用空調装置１０を搭載した電気自動車のシステム構成を示すブロック図である。図２において、空調装置１０は、「Ｈｅａｔｉｎｇ，ＶｅｎｔｉｌａｔｉｏｎａｎｄＡｉｒＣｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ」の略である「ＨＶＡＣ」と表示されている。

本実施形態において、電気自動車は、モータ２０と、モータ２０の出力をキャリア周波数の変更により制御するインバータ３０とを冷却する冷却水の循環経路５０を備えている。この冷却水循環経路５０上に、モータ２０、インバータ３０、電動ポンプ４０、及び空調装置１０のヒータコア１４が配設されている。冷却水は、電動ポンプ４０の作動により、インバータ３０→モータ２０→電動ポンプ４０→ヒータコア１４→インバータ３０…の順に循環する。ヒータコア１４とインバータ３０との間に冷却水の熱を放熱するラジエータが介設されてもよい。冷却水は、インバータ３０及びモータ２０を通過するとき、これらから熱を奪い、ヒータコア１４を通過するとき、ヒータコア１４が空調風を加熱する際の熱源として利用される。

インバータ３０は、インバータ制御装置３１と電力変換装置３３とを含み、インバータ制御装置３１にキャリア周波数変更部３２を備える。

車両コントローラ６０は、車両の走行状態（発進、登坂、最大加速、都市走行、近郊走行、高速走行等）に応じてモータ２０の目標出力（＝目標トルクＴ×目標回転数Ｎ）を設定し、目標車速や減速回生の指示等と共に、インバータ制御装置３１に出力する。

空調コントローラ７０は、乗員が要求する車室内温度、空調装置１０に導入される内気温度や外気温度、冷却水循環経路５０を循環する冷却水の温度、及びブロアファン１２の駆動による空調風の流量等に応じて、モータ２０及びインバータ３０の必要発熱量を設定し、インバータ制御装置３１に出力する。空調コントローラ７０は、本発明の必要発熱量設定手段に相当する。

インバータ制御装置３１、車両コントローラ６０、及び空調コントローラ７０は、それぞれ、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を含む周知の構成のマイクロプロセッサである。

インバータ制御装置３１のキャリア周波数変更部３２は、車両コントローラ６０により設定されたモータ２０の目標出力を実現し得るキャリア周波数のうち、モータ２０及びインバータ３０の発熱量が空調コントローラ７０により設定された必要発熱量となるキャリア周波数を設定し、電力変換装置３３に出力する。キャリア周波数変更部３２は、本発明のキャリア周波数設定手段に相当する。

電力変換装置３３は、キャリア周波数変更部３２により設定されたキャリア周波数で駆動電源バッテリ９０（本発明の蓄電装置に相当）の直流電力を交流電力に変換してモータ２０に供給する。電力変換装置３３は、本発明の電力変換手段に相当する。

モータ２０は減速時には回生オルタネータ（発電機）として機能する。その場合、電力変換装置３３は、モータ２０で発電された交流電力を直流電力に変換して駆動電源バッテリ９０に供給する。

（３）制御の内容
キャリア周波数は、パルス変調（ＰＷＭ：ＰｕｌｓｅＷｉｄｔｈＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ）方式においてパルス信号をオン・オフさせるために一定周期で動作するタイマの周期である。このタイマにパルス信号をオンさせる位置を与えることによりパルス幅が制御される。電力変換装置３３がバッテリ９０の直流電力を交流電力に変換する際、及び減速回生時にモータ２０で発電された交流電力を直流電力に変換する際、モータ２０及びインバータ３０が発熱する。そして、そのとき、キャリア周波数が高いほど、モータ２０及びインバータ３０が単位時間当たりに発熱する回数が増加するため、発熱量が大きくなる。

図３及び図４は、インバータ３０のキャリア周波数が１０ｋＨｚ、５ｋＨｚの場合のモータ２０及びインバータ３０の発熱特性をモータ２０の運転領域に重ねて示す図である。このような発熱特性は予め実験的に作成されてインバータ制御装置３１に格納されている。モータ２０の回転数（速度ともいう）ＮとトルクＴとの関係を示す速度トルク曲線（Ｎ−Ｔ特性）で囲まれた領域がモータ２０の運転領域である。速度トルク曲線はその速度でのモータ２０の最大トルクを示しており、モータ２０は、この速度トルク曲線で囲まれた全領域で運転可能である。モータ２０は、低速域では速度が変わってもトルクＴが一定の定トルク特性を有し、中〜高速域では速度の上昇に伴いトルクＴが低下する定出力特性を有する。

なお、図３及び図４において、縦軸の零（０）より上の領域はモータ２０で走行するときの領域であり、零より下の領域は減速回生時の領域である。いずれの場合も、トルクＴの絶対値が大きくなるほど発熱量が大きくなる。

図３及び図４において、車両コントローラ６０がモータ２０の目標出力として破線の円で囲った低速・中トルクの領域を設定したとする（発進、登坂等）。この低速・中トルクの領域は、キャリア周波数が１０ｋＨｚの場合でも５ｋＨｚの場合でも実現可能である。ただし、キャリア周波数が１０ｋＨｚの場合は、５ｋＨｚの場合よりも、モータ２０及びインバータ３０の発熱量が大きい。つまりモータ効率が低い（モータ２０のロスが大きい）。従来は、モータ効率のなるべく良いキャリア周波数で電力変換するのが通例であるから、この場合、キャリア周波数変更部３２は、発熱量の小さいほうの５ｋＨｚにキャリア周波数を制御していた。

これに対し、本実施形態では、モータ２０及びインバータ３０の発熱を空調に利用するので、キャリア周波数変更部３２及び電力変換装置３３は、モータ２０の目標出力を実現し得るキャリア周波数のうち、モータ効率のなるべく良いキャリア周波数（図例では５ｋＨｚ）で電力変換するのではなく、乗員の要求に応じて空調コントローラ７０により設定される必要発熱量を実現し得るキャリア周波数（図例では１０ｋＨｚ）で電力変換を行う。言い換えると、本実施形態では、従来のような効率最優先の制御を行わずにあえて効率の低い（ロス及び発熱量の大きい）キャリア周波数を用いることにより、モータ２０及びインバータ３０の発熱量を積極的にコントロールする。

なお、図例では、空調の要求に基づく必要発熱量がモータ２０及びインバータ３０の最大発熱量と等しい。そのため、キャリア周波数としては１０ｋＨｚが選ばれたが、必要発熱量が最大発熱量よりも小さい場合には、１０ｋＨｚよりも小さいキャリア周波数が選ばれることになる。

図３及び図４は、キャリア周波数の変更により発熱コントロールができることを示している。キャリア周波数が変更されることにより、モータ２０の出力が制御され、また、モータ２０及びインバータ３０の発熱量が制御される。その場合、モータ２０及びインバータ３０の発熱量は基本的にキャリア周波数のみに依存するので、その発熱量を高精度に予測でき、必要発熱量を精度よく実現することができる。

ところで、モータ２０の運転開始後初期は、まだモータ２０及びインバータ３０の発熱量が小さいため、これらの温度が低く、循環経路５０を循環する冷却水の温度も低い。しかし、車両の走行開始後初期から車内暖房が要求されたときは、モータ２０の運転開始後初期から冷却水の温度を急峻に高める必要がある。

この問題に対し、キャリア周波数変更部３２は、モータ２０の運転開始後所定時間（例えば５分等）が経過するまでは、空調コントローラ７０により設定された必要発熱量に拘らず、モータ２０の目標出力を実現し得るキャリア周波数のうちモータ２０及びインバータ３０の発熱量が最大となるキャリア周波数（図例では１０ｋＨｚ）を設定する。こうすることにより、モータ２０の運転開始後所定時間が経過するまではモータ２０及びインバータ３０の発熱量が最大となるキャリア周波数が設定されるので、冷却水の急峻な加熱が必要なモータ２０の運転開始後初期に可及的速やかに冷却水の温度を高めることができ、車内暖房用の熱源を早期に確保して、車両の走行開始後初期から乗員の暖房要求に応答性よく最適な空調状態を実現することができる。

そして、上記所定時間が経過した後（車両の走行開始後中期以降）は、キャリア周波数を低くしてモータ２０及びインバータ３０の発熱量を小さくし、効率重視の走行に戻ればよい。なお、上記所定時間は、例えば、冷却水の温度が空調に利用できる温度（例えば４０〜５０℃等）まで上昇するのに要する時間である。

効率重視の走行中に、冷却水の温度が低下したときや、乗員が要求する車室内温度が高められたとき等は、モータ２０の目標出力を維持しつつ、再びキャリア周波数を高くすることで、モータ２０及びインバータ３０の発熱量を増やして冷却水を再加熱する。このような発熱助長の走行と高効率の走行とを繰り返すことで、従来、排熱としてラジエータから捨てていた冷却水の熱を空調の暖房用熱源として有効に利用することができる。

また、例えば登坂時や高速走行時等、車両の走行状態によっては、車両コントローラ６０が設定したモータ２０の目標出力を１００％確保することが優先するため、空調コントローラ７０が設定したモータ２０及びインバータ３０の必要発熱量を１００％確保することが困難な場合がある。そのような場合は、インバータ制御装置３１は、空調コントローラ７０に対し、例えば必要発熱量の８０％確保できると送信し、これを受信した空調コントローラ７０は、例えばブロアファン１２の駆動による空調風の流量を絞る等して、吹出口１１ｇから吹き出される空調風の温度が乗員が要求する車室内温度に維持されるようにする。

図５は、本実施形態に係る電気自動車の制御動作の１例を示すフローチャートである。

ステップＳ１で、電力変換装置３３がＲＥＡＤＹ状態（仕事が始められる状態）となった上で、ステップＳ２で、インバータ制御装置３１は、空調コントローラ７０から暖房要求があるか否かを判定する。ＹＥＳの場合はステップＳ３、ＮＯの場合はステップＳ１１に進む。

ステップＳ３で、車両コントーラ６０は、車両が走行しているか否かを判定する。ＹＥＳの場合はステップＳ４、ＮＯの場合はステップＳ１１に進む。

ステップＳ４で、インバータ制御装置３１は、走行開始後５分以内か否かを判定する。ＹＥＳの場合（車両の走行開始後初期）はステップＳ１３、ＮＯの場合（車両の走行開始後中期以降）はステップＳ５に進む。

ステップＳ５で、車両コントーラ６０は、車両が登坂走行又は高速走行しているか否かを判定する。この判定は、例えば図３及び図４に示したモータ２０の運転領域に基いて行うことができる。例えばモータ２０の目標出力が低速・中トルクの領域に設定されているときは車両が登坂走行していると判定され、高速・低トルクの領域に設定されているときは車両が高速走行していると判定される。ＹＥＳの場合（空調コントローラ７０が設定したモータ２０及びインバータ３０の必要発熱量を１００％確保することが困難な場合）はステップＳ１１、ＮＯの場合（空調コントローラ７０が設定したモータ２０及びインバータ３０の必要発熱量を１００％確保することが可能な場合）はステップＳ６に進む。

ステップＳ６で、インバータ制御装置３１は、加減速制限状態か否かを判定する。つまり、モータ２０の出力をキャリア周波数の変更によりインバータ３０で制御することが制限されているか否かを判定する。ＹＥＳの場合はステップＳ１０、ＮＯの場合はステップＳ７に進む。

ステップＳ１０で、車両コントローラ６０は、減速回生中か否かを判定する。ＹＥＳの場合はステップＳ７、ＮＯの場合はステップＳ１１に進む。ここで、ＹＥＳの場合にステップＳ７に進むのは、前述したように、減速回生中もモータ２０及びインバータ３０が発熱し、その発熱量を積極的にコントロールすることができるからである。

ステップＳ７で、空調コントローラ７０は、熱源温度（冷却水の温度又はヒータコア１４の温度）が基準値（空調に利用できる温度（例えば４０〜５０℃等））以上か否かを判定する。ＹＥＳの場合はステップＳ１１、ＮＯの場合はステップＳ８に進む。

ステップＳ８で、キャリア周波数変更部３２及び電力変換装置３３は、発熱を助長するキャリア周波数でインバータ制御、つまり電力変換を行う。具体的に、モータ２０の目標出力を実現し得るキャリア周波数のうちモータ２０及びインバータ３０の発熱量が空調コントローラ７０により設定された必要発熱量となるキャリア周波数で電力変換が行われる。これにより、あえて効率の低い（ロス及び発熱量の大きい）キャリア周波数を用いることで、モータ２０及びインバータ３０の発熱量を積極的にコントロールする。その結果、ステップＳ９で、モータ２０及びインバータ３０の発熱が冷却水を経由して空調に利用される。

一方、ステップＳ４でＹＥＳと判定されてステップＳ１３に進んだ場合も、キャリア周波数変更部３２及び電力変換装置３３は、発熱を助長するキャリア周波数でインバータ制御、つまり電力変換を行う。具体的に、空調コントローラ７０により設定された必要発熱量に拘らず、モータ２０の目標出力を実現し得るキャリア周波数のうちモータ２０及びインバータ３０の発熱量が最大となるキャリア周波数で電力変換が行われる。これによっても、あえて効率の低い（ロス及び発熱量の大きい）キャリア周波数を用いることで、モータ２０及びインバータ３０の発熱量を積極的にコントロールする。その結果、ステップＳ９で、モータ２０及びインバータ３０の発熱が冷却水を経由して空調に利用される。

これらに対し、ステップＳ１１では、例えばインバータ制御装置３１が、駆動電源バッテリ９０の充電状態（ＳＯＣ）が満充電（Ｆｕｌｌ）状態か否かを判定する。ＹＥＳの場合はステップＳ８、ＮＯの場合はステップＳ１２に進む。ここで、ＹＥＳの場合にステップＳ８に進むのは、たとえモータ２０の効率の低い走行をしてもバッテリ９０の充電状態が過度に低くならないからである。

ステップＳ１２で、キャリア周波数変更部３２及び電力変換装置３３は、高効率なキャリア周波数でインバータ制御、つまり電力変換を行う。これにより、消費電力の少ない効率重視の走行が実現し、バッテリ９０の電力がなるべく倹約される。

（４）作用等
以上説明したように、本実施形態では、駆動源としてモータ２０のみを備えた電気自動車用の空調装置１０において、次のような特徴的構成が採用されている。

上記モータ２０と、上記モータ２０の出力をキャリア周波数の変更により制御するインバータ３０との双方を冷却する冷却水の循環経路５０上に、上記冷却水を熱源として空調風を加熱するヒータコア１４が配設されている。

空調コントローラ７０は、乗員が要求する車室内温度に応じて上記モータ２０及びインバータ３０の必要発熱量を設定する。

キャリア周波数変更部３２は、車両の走行状態に応じて車両コントローラ６０により設定される上記モータ２０の目標出力を実現し得るキャリア周波数のうち上記モータ２０及びインバータ３０の発熱量が上記空調コントローラ７０により設定された必要発熱量となるキャリア周波数を設定する。

電力変換装置３３は、上記キャリア周波数変更部３２により設定されたキャリア周波数で駆動電源バッテリ９０の直流電力を交流電力に変換して上記モータ２０に供給する。

このような構成によれば、駆動源としてモータ２０のみを備え、車内暖房用の熱源が不足しがちな電気自動車用の空調装置１０において、モータ２０及びインバータ３０の双方を冷却する冷却水の循環経路５０上にヒータコア１４が配設されているので、モータ２０やインバータ３０の発熱が空調風の加熱に利用される。そのため、例えばＰＴＣヒータ等の電気ヒータ等を追加することなく車内暖房用の熱源を確保できる車両用空調装置１０が提供される。

しかも、空調コントローラ７０により、乗員が要求する車室内温度に応じてモータ２０及びインバータ３０の必要発熱量が設定され、キャリア周波数変更部３２により、車両の走行状態に応じて設定されるモータ２０の目標出力を実現し得るキャリア周波数のうちモータ２０及びインバータ３０の発熱量が上記必要発熱量となるキャリア周波数が設定され、電力変換装置３３により、設定されたキャリア周波数で電力変換が行われるので、モータ２０の目標出力を維持しつつ、乗員が要求する車室内温度を過不足なく精度よく実現することができる。

すなわち、本実施形態では、モータ２０及びインバータ３０の発熱量が必要発熱量となるキャリア周波数を設定するので、言い換えると、キャリア周波数をモータ２０及びインバータ３０の発熱量の観点から設定するので、キャリア周波数を効率重視の観点から設定する場合に比べて、モータ２０及びインバータ３０の発熱量を容易に必要発熱量とすることができる。しかも、モータ２０及びインバータ３０の発熱量は基本的にキャリア周波数のみに依存するので、その発熱量を高精度に予測でき、必要発熱量を精度よく実現することができる。したがって、モータ２０及びインバータ３０の発熱量を必要発熱量とするために、例えばキャリア周波数をフィードバック制御するようなことをしなくても済む。その結果、制御が複雑化したり、収束に時間がかかることが避けられる。また、オーバーシュートによる無駄な発熱も避けられる。また、たとえフィードバック制御する場合でも、モータ２０及びインバータ３０の発熱量を速やかに必要発熱量に収束させることができる。

本実施形態では、上記キャリア周波数変更部３２は、上記モータ２０の運転開始後所定時間（例えば冷却水の温度が空調に利用できる温度（例えば４０〜５０℃等）まで上昇するのに要する時間（例えば５分等））が経過するまでは（ステップＳ４でＹＥＳ）、上記空調コントローラ７０により設定された必要発熱量に拘らず、上記モータ２０の目標出力を実現し得るキャリア周波数のうち上記モータ２０及びインバータ３０の発熱量が最大となるキャリア周波数を設定する（ステップＳ１３）。

このような構成によれば、冷却水の急峻な加熱が必要なモータ２０の運転開始後初期に可及的速やかに冷却水の温度を高めることができ、車内暖房用の熱源を早期に確保して、車両の走行開始後初期から乗員の暖房要求に応答性よく最適な空調状態を実現することができる。

なお、上記実施形態では、キャリア周波数が１０ｋＨｚと５ｋＨｚの場合の発熱特性だけを準備したが、より多くのキャリア周波数について発熱特性を準備し、キャリア周波数の選択肢を増やしてもよい。

また、冷却水は、エアコン用のガスでもよく、モータ２０及びインバータ３０のいずれか一方のみを冷却してもよい。

また、電気自動車に代えて、ハイブリッド車にも本発明は好ましく適用可能である。

１０車両用空調装置（ＨＶＡＣ）
１４ヒータコア
２０モータ
３０インバータ
３１インバータ制御装置
３２キャリア周波数変更部（キャリア周波数設定手段）
３３電力変換装置（電力変換手段）
５０冷却水循環経路
７０空調コントローラ（必要発熱量設定手段）
９０駆動電源バッテリ（蓄電装置）

Claims

駆動源としてのモータと、モータの出力をキャリア周波数の変更により制御するインバータとを備えた車両に用いられる空調装置であって、
上記モータ及びインバータの少なくともいずれか一方を冷却する冷媒の循環経路上に配設され、上記冷媒を熱源として空調風を加熱するヒータコアと、
乗員が要求する車室内温度に応じて上記モータ及びインバータの必要発熱量を設定する必要発熱量設定手段と、
車両の走行状態に応じて設定される上記モータの目標出力を実現し得るキャリア周波数が複数ある場合に、上記モータの効率が良くなるキャリア周波数よりも優先して、上記モータ及びインバータの発熱量が上記必要発熱量設定手段により設定された必要発熱量となるキャリア周波数を設定するキャリア周波数設定手段と、
上記キャリア周波数設定手段により設定されたキャリア周波数で蓄電装置の直流電力を交流電力に変換して上記モータに供給する電力変換手段とを有することを特徴とする車両用空調装置。
請求項１に記載の車両用空調装置において、
上記キャリア周波数設定手段は、上記モータの運転開始後所定時間が経過するまでは、上記必要発熱量設定手段により設定された必要発熱量に拘らず、上記モータの目標出力を実現し得るキャリア周波数のうち上記モータ及びインバータの発熱量が最大となるキャリア周波数を設定することを特徴とする車両用空調装置。