CN101758759B - 汽车电动辅助空调装置及其辅助空调方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种汽车电动辅助空调装置及其辅助空调方法，此汽车电动辅助空调装置是设在车辆中，并与其空调系统的压缩机，及其连结的动力传输装置、引擎装置整合，此辅助空调装置包括一电动马达控制单元及其连接的电动马达，且电动马达控制单元是连接至少一储电装置，并根据引擎装置的启动状态以控制电动马达从储电装置取得电力以启动压缩机，或接收引擎装置通过动力传输装置所传来的动力，并将其转换成电能以对储电装置充电。本发明能解决车辆在引擎熄火后空调无法供应的情况，进而提高车辆使用者的舒适性。
Description
技术领域
本发明涉及一种辅助空调技术，特别是关于一种汽车电动辅助空调装置及其辅助空调方法。
背景技术
在全球能源、环保意识高涨，以及温室效应的威胁下，有关能源效率、洁净能源、再生能源等议题再成焦点，各类替代能源车辆的发展，也为车辆的空调系统提出新挑战。
为因应现今高涨的油价和二氧化碳排放等迫切的问题，研发单位是在一般车辆中设有一个车辆搭载自动熄火系统(Idling stop system，或称Stop-and-gosystem)，此系统在车辆怠速运转超过一段时间(如10秒钟)或等红灯时，可以使车辆引擎熄火，如此不但能减少车辆在怠速时的燃油消耗，也能减少废气排放，以兼顾成本效益与自然环保，尤其是针对拥挤的市区，一旦到了下班阶段，交通不顺畅的情况势必造成车辆走走停停。但传统汽车的空调系统由引擎通过皮带来带动，引擎一但熄火，车内空调也将无法运转，造成车厢闷热，因此车内乘员会因空调无法供应而感到不舒适，进而影响了怠速熄火系统的接受度。
又，如美国专利6,874330所揭示一种Hybrid(油电混合车)车辆的空调系统，其是通过一高电压电瓶(100V以上)以提供一第一电动马达驱动车辆行驶，且再提供一第二电动马达以驱动压缩机运作；如所述的案所揭示的油电混合车辆空调系统虽可克服上述缺点，但由于Hybrid油电混合车辆仍属稀少，而一般传统车辆无法通过改装而达成与油电混合车辆的空调系统相同的功能；况，目前油电混合车辆中用于驱动空调系统以及驱动车辆行驶的马达电是、规格需求差异甚大，因此必须使用二组不同规格的电动马达以因应的，且其二者是各自独立互不相干；因此其存在机件复杂、成本高昂的缺点，自也无法普及在市场；故使用单一电动马达在传统车辆上使的具有发电以及驱动空调的功能实属必要，但若直接使用单一电动马达同时提供发电与驱动空调的功能时，当其作为发电机时，将因与压缩机连动而造成不必要的动力损耗。
因此，本发明是在针对上述的困扰，提出一种汽车电动辅助空调装置及其辅助空调方法，其是可解决上述问题，并可提供搭载自动熄火系统的车辆在引擎熄火后，空调无法供应的解决方案。
发明内容
本发明的主要目的，在于提供一种汽车电动辅助空调装置及其辅助空调方法，其可凭借单一电动马达以提供启动以及发电二种工作模式，其中发电模式是当引擎启动时，带动所述的电动马达做为一发电机向一储电装置进行充电；启动模式是当引擎进入怠速熄火状态后，所述的电动马达接收所述的储电装置的电力而驱动压缩机进而启动空调。
本发明的次一目的，在于提供一种汽车电动辅助空调装置及其辅助空调方法，其压缩机与电动马达是成同轴设置，且所述的电动马达至少包括一离合器、一轴承、一定子以及一转子，其中所述的转子具有至少二端部，其一端是与所述的轴承相固设，另一端是与所述的离合器相连接，如此可使所述的电动马达发电时不致与压缩机相连动。
本发明的又一目的，在于提供一种汽车电动辅助空调装置及其辅助空调方法，其引擎与电动马达是通过一第二离合器进行切换，所述的引擎与压缩机是通过一第一离合器进行切换。
为达上述目的，本发明提供一种汽车电动辅助空调装置，其是设在一车辆中，并与其空调系统的压缩机，及其连结的动力传输装置、引擎装置整合在一起，此汽车电动辅助空调装置包括至少一储电装置、一电动马达与一电动马达控制单元，电动马达连结压缩机、整车控制单元、电动马达控制单元与动力传输装置，电动马达控制单元是连接储电装置，并根据引擎装置的启动状态以控制电动马达从储电装置取得电力以启动压缩机，或接收引擎装置通过动力传输装置所传来的动力，并将其转换成电能以对储电装置充电。
本发明也提供一种汽车电动辅助空调方法，其是将一汽车电动辅助空调装置设在一车辆中，并与其空调系统的压缩机，以及和压缩机连结的引擎装置整合在一起，此汽车电动辅助空调装置包括至少一储电装置、一电动马达与一电动马达控制单元，电动马达是连结压缩机与引擎装置，且电动马达控制单元是连接电动马达与储电装置，此汽车电动辅助空调方法是执行一引擎状态判断步骤，即利用车辆控制单元判断引擎装置是否启动，若是，则电动马达控制单元控制电动马达接收引擎装置所传来的动力，并将其转换成电能以对储电装置充电；若否，则电动马达控制单元控制电动马达从储电装置取得电力以启动压缩机。
与现有技术相比较，本发明具有的有益效果是：如此，不但解决搭载自动熄火系统的车辆或临时停车的一般车辆在引擎熄火后，空调无法供应的情况，又能保有搭载自动熄火系统的车辆在怠速停等的燃油消耗与污染排放，可同时增加自动熄火系统的接受度与车辆使用者的舒适性。
附图说明
图1为本发明的第一实施例的结构示意图；
图2为本发明的与压缩机连结的动力传输装置与电动马达的结构侧面剖视图；
图3为本发明的未含线圈的电动马达的结构分解图；
图4为本发明的未含线圈的电动马达的结构正面剖视图；
图5为本发明的电动马达控制单元在汽车电动辅助空调装置的第一实施例中的控制流程图；
图6为本发明的第二实施例的结构示意图；
图7为本发明的电动马达控制单元在汽车电动辅助空调装置的第二实施例中的控制流程图。
附图标记说明：
10-引擎装置；12-压缩机；14-动力传输装置；16-电动马达；18-电动马达控制单元；20-储电装置；22-整车控制单元；24-旋转轴；26-第一离合器；28-皮带轮与皮带；30-第二轴承；32-第二离合器；34-转子；36-磁铁；38-感应线圈；40-定子；42-外壳；21-第一轴承。
具体实施方式
为了同时满足搭载自动熄火系统的车辆所拥有的优点，如减少燃油消耗与二氧化碳的污染排放，本发明提出一种汽车电动辅助空调装置，请参阅图1，此图为本发明的第一实施例。此汽车电动辅助空调装置是设在一车辆中，并与其空调系统的压缩机12，以及和所述的压缩机12连结的动力传输装置14以及引擎装置10整合在一起，此汽车电动辅助空调装置包括一电动马达16、一电动马达控制单元18与至少一储电装置20。
电动马达16连结压缩机12与动力传输装置14；储电装置20是一低电压电瓶，其储存电压值在24～42伏特之间；电动马达控制单元18连接电动马达16与储电装置10，并根据引擎装置10的启动状态以控制电动马达16作动。而电动马达16作动方式有两种：
其一是当引擎装置关闭时，会进行启动模式，也就是电动马达控制单元18控制电动马达16从储电装置20取得电力以启动压缩机12。且当电动马达16为直流无刷马达时，则其为一小型体积且重量轻的马达，又直流无刷马达效率较引擎高，凭借控制马达16的输出功率，可使压缩机12操作在冷房效率较佳的运转条件，降低不必要的功率损失，显著提升冷房效率，此为引擎装置10驱动压缩机12所无法达到的特点。
其二为当引擎装置启动时，会进行发电模式，也就是电动马达控制单元18即控制电动马达16停止启动压缩机12，而此时会根据电动马达16中的离合器的分离连接状态而有两种作动，其一为电动马达控制单元18即控制电动马达16接收引擎装置10通过动力传输装置14所传来的动力，并将其转换成电能以对储电装置20充电；其二则控制电动马达16完全停止作动，也即当储电装置20充满电时，为避免过度充电即可控制离合器分离而停止所述的电动马达16的作动。
本发明的电动马达控制单元18更可根据车辆的空调系统的启动状态来控制电动马达16的作动。当车辆的空调系统与引擎装置10都启动时，则会控制电动马达16执行上述的发电模式；当车辆的空调系统启动且引擎装置10关闭时，则会控制电动马达16执行上述的启动模式。
此汽车电动辅助空调装置包括有一自动熄火系统的整车控制单元(VCU)，其是连接引擎装置10与电动马达控制单元18，并可控制引擎装置发动10或在车辆怠速时使的熄火。电动马达控制单元18除了针对车辆的空调系统的启动状态进行判断外，更可根据储电装置20的电压与一预设电压的关系以控制电动马达16的作动。当引擎装置10关闭且储电装置20的电压大于此预设电压时，则会控制电动马达16执行上述的启动模式；当引擎装置10关闭且储电装置20的电压小于或等于此预设电压时，则会控制电动马达16执行上述的发电模式，利用整车控制单元22发动引擎装置10，并控制电动马达16接收引擎装置10通过动力传输装置14所传来的动力，并将其转换成电能以对储电装置20充电，直至所述的储电装置20充满电时，为避免过度充电即控制一第二离合器分离而使所述的电动马达16不受引擎装置10的带动进而停止作动。
以下请同时参阅图2，此图为与压缩机12连结的动力传输装置14与电动马达16的结构侧面剖视图。引擎装置10主要是通过动力传输装置14将动力传至压缩机12进而启动的，此动力传输装置14包括一皮带轮与皮带28，皮带设在皮带轮上，皮带轮通过一第一轴承21设在一旋转轴24上，另含有一第一离合器26设在此旋转轴24上，当引擎装置10启动时，第一离合器26凭借与皮带轮动力连接，使引擎装置10通过皮带与皮带轮28将动力传至压缩机12进而启动的。但若第一离合器26与皮带轮分离时，引擎装置10不管有没有在启动的情况下，依然无法通过皮带与皮带轮28将动力传至压缩机12。
以下请同时参阅图1至图4，图3与图4分别为本发明的未含线圈的电动马达的结构分解图与正面剖视图。电动马达16是凭借旋转轴24与动力传输装置14、压缩机12同轴连结，并位于压缩机12与动力传输装置14之间，电动马达16包括复数磁铁36与一转子34，转子34是呈一L型，其具有二端部，其中一端部是与一第二轴承30相固接并设在所述的旋转轴24上，并与第二轴承30固定在一起，另一端部是与一第二离合器32相连接，一感应线圈38是缠绕在定子40上，并连接电动马达控制单元18，转子34上设有复数磁铁36，且此些磁铁36位于转子34与定子40之间。
其中所述的第二离合器32，是设在旋转轴24上，而转子34、定子40、磁铁36与感应线圈38是容置在一外壳42中。当引擎装置10启动时，电动马达控制单元18是控制第二离合器32凭借与转子34动力连接，使引擎装置10通过动力传输装置14的皮带与皮带轮28所传来的动力带动转子34转动，进而使感应线圈38与磁铁36作用而产生一感应电压，以对储电装置20充电，此时的电动马达16即如同一台发电机，其中，所述的转子34的丨端部因与所述的轴承30相固接，故当所述的电动马达16受引擎装置10带动而向储电装置20充电时，并不会同时带动压缩机12，如此可使其作为发电机作用时减少不必要的电力损耗。但若第二离合器32与转子34分离时，引擎装置10不管有没有在启动的情况下，依然无法通过感应线圈38对储电装置20充电。
当引擎装置10关闭时，电动马达控制单元18可控制感应线圈38接收储电装置20的电能，并与磁铁36作用后，带动转子34转动，进而启动压缩机12。
以下介绍离合器26、32配合引擎装置10与车辆的空调系统的启动状态所产生的所有作动状况，并请同时参阅图1、图2与表一。
表一
首先观察第一种状况，当车辆的空调系统与引擎装置10都启动时，若第一、第二离合器26、32分别与皮带轮和转子34连接，则此时的电动马达16作用如同发电机，对储电装置20充电，而压缩机12则由引擎装置10直接带动。另外为了防止对储电装置20过充，也可使第一离合器26与皮带轮连接，而第二离合器32与转子34分离，则此时的电动马达16会停止作动，而压缩机12则由引擎装置10直接带动。
接着观察第二种状况，当车辆的空调系统关闭，且引擎装置10启动时，若第一离合器26与皮带轮分离，而第二离合器32与转子34连接，则此时的电动马达16作用如同发电机，对储电装置20充电，而压缩机12会停止作动。另外为了防止对储电装置20过充，也可使第一、第二离合器26、32都分别与皮带轮、转子34分离，则此时的电动马达16与压缩机12都会停止作动。
再来观察第三种状况，当车辆的空调系统开启，且引擎装置10关闭时，若第一离合器26与皮带轮分离，而第二离合器32不管有没有与转子34连接，电动马达都可从储电装置20取得电力，以启动压缩机12。
最后观察第四种状况，当车辆的空调系统关闭，且引擎装置10关闭时，则第一、第二离合器26、32都分别与皮带轮、转子34分离，则此时的电动马达16与压缩机12都会停止作动。
当电动马达控制单元18开始运作时，便会自动判断车辆的空调系统、引擎装置10的开启状态，与储电装置20的电量大小，以决定电动马达16如何运作，以下请参阅图1、图2与图5。
首先如步骤S10所示，取得车辆的空调系统、引擎装置10的开启状态，与储电装置20的电量大小。接着如步骤S12所示，进行一空调状态判断步骤，其是判断空调系统是否启动，若是，则进行步骤S16；若否，则控制电动马达16进行发电模式，也就是如步骤S14所示，电动马达控制单元18即控制电动马达16停止启动压缩机12。此时会依第二离合器32的状态分为两种情形，若第二离合器32与转子34连接，且引擎装置10启动，则电动马达控制单元18会控制电动马达16接收引擎装置10通过动力传输装置14所传来的动力，并将其转换成电能以对储电装置20充电；若第二离合器32与转子34分离，则控制电动马达16完全停止作动。
再来如步骤S16所示，则进行一引擎状态判断步骤，其是判断引擎装置10是否启动，若是，则进行步骤S14；若否，则进行步骤S18。
最后如步骤S18所示，进行一电压判断步骤，其是判断储电装置20的电压是否大于一预设电压，若是，则如步骤S24，电动马达控制单元18控制电动马达16从储电装置20取得电力以启动压缩机12；若否，则依序如步骤S20、S22所示，电动马达控制单元18联系整车控制单元22发动引擎装置10，并如步骤S14所示，控制电动马达16接收引擎装置10通过动力传输装置14所传来的动力，且将其转换成电能以对储电装置20充电，也或控制电动马达16完全停止作动。
上述流程中，也可省略步骤S12或步骤S18，或者同时省略步骤S12、S18。当省略步骤S12时，则步骤S10结束的后是直接进行步骤S16；当省略步骤S18时，则步骤S16判断结果为否的后是直接进行步骤S24。
为了解决一般没有搭载有自动熄火系统的车辆在引擎熄火后空调无法供应的情况，本发明也提出第二实施例，以下请参阅图6。此与图1的差异在于没有安装自动熄火系统的整车控制单元，使电动马达控制单元18直接连接至引擎装置10，在这样的安装下，当引擎装置10启动且储电装置20的电压小于或等于预设电压时，则电动马达控制单元18仅控制电动马达16接收引擎装置10通过动力传输装置14所传来的动力，并将其转换成电能以对储电装置20充电，或者仅使电动马达16完全停止作动，而不会再启动引擎装置10。
而电动马达控制单元18在第二实施例中的控制流程如图7所示，其与图4的差异在于省略步骤S20、S24，当在步骤S18的判断结果为否时，则会直接进行步骤S14。
综上所述，本发明是利用电动马达从储电装置取得电力以驱动空调系统的压缩机的方式，不但解决搭载自动熄火系统的车辆或临时停车的一般车辆在引擎熄火后，空调无法供应的情况，又能保有搭载自动熄火系统的车辆在怠速停等的燃油消耗与污染排放，可同时增加自动熄火系统的接受度与车辆使用者的舒适性，是一种非常实用的发明。
以上说明对本发明而言只是说明性的，而非限制性的，本领域普通技术人员理解，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可作出许多修改、变化或等效，但都将落入本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种汽车电动辅助空调装置，其特征在于：其设在一车辆中，并与其空调系统的压缩机，以及和所述的压缩机连结的动力传输装置以及引擎装置整合在一起，所述的汽车电动辅助空调装置包括：
至少一储电装置；
一电动马达，其连结所述的压缩机与所述的动力传输装置；以及
一电动马达控制单元，其连接所述的电动马达与所述的储电装置，并根据所述的引擎装置的启动状态以控制所述的电动马达从所述的储电装置取得电力以启动所述的压缩机，或接收所述的引擎装置通过所述的动力传输装置所传来的动力，并将其转换成电能以对所述的储电装置充电；
一整车控制单元，其是连接所述的引擎装置与所述的电动马达控制单元，并控制所述的引擎装置发动或因所述的车辆怠速而熄火；
所述的电动马达控制单元根据所述的储电装置的电压与一预设电压的关系以控制所述的电动马达的作动，在所述的引擎装置关闭且所述的储电装置的电压高于所述的预设电压时，则控制所述的电动马达从所述的储电装置取得电力以启动所述的压缩机；在所述的引擎装置关闭且所述的储电装置的电压等于或低于所述的预设电压时，则使所述的整车控制单元发动所述的引擎装置，并使所述的电动马达接收所述的引擎装置通过所述的动力传输装置所传来的动力，并将其转换成电能以对所述的储电装置充电。
2.根据权利要求1所述的汽车电动辅助空调装置，其特征在于：所述的引擎装置开启时，所述的电动马达控制单元控制所述的电动马达接收所述的引擎装置通过所述的动力传输装置所传来的动力，并将其转换成电能以对所述的储电装置充电。
3.根据权利要求1所述的汽车电动辅助空调装置，其特征在于：所述的引擎装置关闭时，所述的电动马达控制单元控制所述的电动马达从所述的储电装置取得电力以启动所述的压缩机。
4.根据权利要求1所述的汽车电动辅助空调装置，其特征在于：所述的电动马达凭借一旋转轴与所述的动力传输装置、所述的压缩机同轴连结，并位于所述的压缩机与所述的动力传输装置之间。
5.根据权利要求1所述的汽车电动辅助空调装置，其特征在于：所述的电动 马达控制单元更可根据所述的空调系统的启动状态以控制所述的电动马达的作动，在所述的空调系统开启且所述的引擎装置关闭时，则控制所述的电动马达从所述的储电装置取得电力以启动所述的压缩机；在所述的空调系统与所述的引擎装置都开启时，则控制所述的电动马达接收所述的引擎装置通过所述的动力传输装置所传来的动力，并将其转换成电能以对所述的储电装置充电。
6.根据权利要求4所述的汽车电动辅助空调装置，其特征在于：所述的动力传输装置包括：
一皮带轮，其通过一轴承设在所述的旋转轴上；
一皮带，其设在所述的皮带轮上，并连结所述的引擎装置；以及
一离合器，其设在所述的旋转轴上，所述的离合器凭借与所述的皮带轮动力连接，使所述的引擎装置通过所述的皮带与所述的皮带轮将动力传至所述的压缩机进而启动之。
7.根据权利要求4或6所述的汽车电动辅助空调装置，其特征在于：所述的电动马达至少包括：
一定子；
一感应线圈，其缠绕在所述的定子上，并连接所述的电动马达控制单元；
一转子，其上设有至少一磁铁，其具有二端部，其中一端部是与一轴承相固接而设在所述的旋转轴上，另一端部是与一离合器相连接；以及
所述的离合器，设在所述的旋转轴上，凭借与所述的转子动力连接，使所述的引擎装置通过所述的动力传输装置所传来的动力带动所述的转子转动，进而使所述的感应线圈与所述的些磁铁作用而产生一感应电压，以对所述的储电装置充电。
8.一种汽车电动辅助空调方法，其特征在于：其是将一汽车电动辅助空调装置设在一车辆中，并与其空调系统的压缩机，以及和所述的压缩机连结的动力传输装置以及引擎装置整合在一起，所述的汽车电动辅助空调装置包括至少一储电装置、一电动马达、一电动马达控制单元与一整车控制单元，所述的电动马达是连结所述的压缩机与所述的引擎装置，且所述的电动马达控制单元是连接所述的电动马达与所述的储电装置，所述的整车控制单元连接所述的引擎装置与所述的电动马达控制单元，并控制所述的引擎装置发动或因所述的车辆怠速而熄火；所述的汽车电动辅助空调方法包括下列步骤：
执行一引擎状态判断步骤，其是利用所述的电动马达控制单元判断所述的 引擎装置是否启动：
若是，则所述的电动马达控制单元控制所述的电动马达接收所述的引擎装置所传来的动力，并将其转换成电能以对所述的储电装置充电；以及
若否，则进行一电压判断步骤；
所述的电压判断步骤，其是判断储电装置的电压是否大于一预设电压，若是，则所述的电动马达控制单元控制所述的电动马达从所述的储电装置取得电力以启动所述的压缩机；若否，则电动马达控制单元联系整车控制单元发动引擎装置，并控制电动马达接收引擎装置通过动力传输装置所传来的动力，且将其转换成电能以对储电装置充电，也或控制电动马达完全停止作动。
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