JP2576515B2 - 圧縮機駆動用電磁クラッチの制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は圧縮機特に車両空調用圧縮機に用いてより好
適な圧縮機駆動用電磁クラッチの制御装置に係り、詳し
くは圧縮機の起動時にトルクと回転速度が滑かに立上が
るようにした電磁クラッチの制御装置に関する。

［従来の技術］ 車両空調用圧縮機は負荷の変動が大きく、また急激に
駆動すると液体圧縮現象により圧縮機を破壊したり運転
者に大きな起動ショックを与えたりすることが知られて
いる。この問題の改善のために、圧縮機の起動時に圧縮
機を徐々に回転するようにした電磁クラッチ制御回路が
特開昭58−191326号公報に記載されている。この回路は
圧縮機の起動時に、一定のパルス間隔と次第に広くなる
ように設定されたパルス幅とをもつパルス列を電磁クラ
ッチに印加するものであり、パルス幅の拡延とともに圧
縮機に伝達される駆動トルクが増大するように構成され
ている。

［解決を必要とする問題点］ ところが上記制御回路は、次第にパルス幅が広くなる
ように設定されたパルス列を電磁クラッチに印加するも
のであり以下に説明される問題をもっている。

即ち、圧縮機の立上がりとともに圧縮機に伝達される
駆動トルクが加速度的に増大するので、駆動トルクの上
昇勾配が大きくなり、駆動トルク変化の反作用として運
転者に感知される起動ショックが大きい。特に、圧縮機
が立上がり状態から完全連結状態に移行する時点（すな
わちアーマチュアとロータとの相対滑りが無くなった時
点）での圧縮機の負荷変動により、大きな駆動トルクの
オバーシュート（以下ピークトルクという）とそれにと
もなう大きな起動ショックが発生する問題があった。ま
た、上記制御回路は駆動装置（たとえばエンジン）の回
転速度に拘らず一律に上記パルス列を電磁クラッチに印
加しているので、エンジン回転速度が高いとアーマチュ
ア側回転速度がロータ側回転速度に接近する前に連続通
電が開始され大きなショックを発生する危険があった。
たとえばこの問題は高速運転中の自動車でエアコンを作
動させる場合に発生する。もちろん、電磁クラッチへの
パルス通電時間を十分に長く設定しておけば上記危険は
解消される。しかし、あまり長い時間クラッチ板をパル
ス駆動するとクラッチ板の摩耗や発熱が促進されかつ圧
縮機のレスポンスが悪くなる欠点があった。

また、圧縮機は起動時にそれ以下では回転を開始しな
い最小起動トルクをもち、上記最小起動トルクは一般に
かなり大きいことが知られている。従って、圧縮機の回
転を開始するためには最初にかなりの幅のパルスを印加
する必要があり、その後でパルス幅を増加していくと上
記に説明したように大きな駆動トルク勾配と大きなショ
ックとを発生する問題があった。

本発明は上記問題に鑑み、圧縮機起動時におけるショ
ックをより低減するように電磁クラッチを制御すること
を技術課題とするものである。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は、所定回転数で回転する駆動源と圧縮機との
間に介設されて上記駆動源と上記圧縮機とを完全に連結
する圧縮機駆動用電磁クラッチを上記圧縮機の起動時に
パルス駆動する制御装置において、上記圧縮機の起動時
にパルスデューティ比（パルス幅／パルス周期）が１よ
り小さい一定値であるパルス電圧を上記電磁クラッチに
所定時間継続して印加し、その後、上記電磁クラッチに
連続通電するパルス発生手段を備えるように構成されて
いる。

［作用］ 本発明装置は、圧縮機起動信号の入力により、一定の
かつ適当なパルス幅とパルス周期とをもつパルスを発振
するパルス発生回路と所定の圧縮機立上がり時間に設定
されたタイマー（遅延回路）とをスタートさせて、上記
パルス発生回路により電磁クラッチをパルス制御するの
で、単位時間当たりのトルクは過不足にない適正な上昇
勾配を示し、完全連結時のピークトルク即ちショックも
著しく緩和される。

［効果］ 上記説明したように、本発明は圧縮機の起動時に電磁
クラッチに定められたパルス幅とパルス周期とをもつパ
ルス列を所定時間印加しているので、パルス幅を次第に
広くする従来技術に比較して、伝達トルクを略一定に増
加し圧縮機回転速度をよりゆるやかに増加することがで
きる。従って、本発明によれば立上がり状態から完全連
結状態への移行時のトルク変化を小さくできるので完全
連結時のショックを減らすことができる。

更に加えて本発明の実施例２のように構成した場合に
おいては、上記パルス幅やパルス周期をエンジンなどの
回転速度や圧縮機に伝達されるトルクにより制御してい
るので、より確実にクラッチを連結することができる。
すなわち多数の実験によれば、エンジン回転数が増加し
たり圧縮機に伝達するトルクが増加したりすると、電磁
クラッチが連結しにくい事がわかった。従ってエンジン
回転数が高い時や圧縮機の負荷が大きい時にパルス幅を
増加すれば電磁クラッチの連結を確実にすることができ
る。

［実施例］ 実施例１ 本発明装置の１実施例模式図を第１図に示す。

この装置は、自動車エンジンの回転軸と空調用圧縮機
の回転軸とを連結する電磁クラッチ100とその連結動作
を制御する制御装置200とからなる。

電磁クラッチ100は、自動車エンジンにより駆動され
るロータ８とロータ８に相対して配置したアーマチュア
16とを励磁コイル３の磁気回路に包含し、励磁コイル３
への通電によりロータ８にアーマチュア16を吸着して、
ロータ８とアーマチュア16とを一体に回転可能とし、さ
らにアーマチュア16と圧縮機の回転軸２に連結したハブ
19とを円筒形に形成したクッションゴム17を介して結合
するように構成している。

更に詳細に説明すれば、１は圧縮機のハウジングで、
２は圧縮機の回転軸である。３は励磁コイルで、ステー
タハウジング４内に収納してあって、円筒状に巻回して
ある。励磁コイル３はリード線５により制御装置200に
接続されている。ステータハウジング４は圧縮機のハウ
ジング１にサークリップ25により固定してある。さらに
励磁コイル３は成型樹脂によって形成した枠体７により
ステータハウジング４内に固着してある。８はプーリー
を一体に形成してあるロータであり、軸受９、摩擦板10
を連結する補強用な連結部13及びＶ溝部14により形成さ
れている。軸受９は圧縮機のハウジング１に挿入し、ハ
ウジング１にサークリップ15により固定されている。内
外磁気回路11、12の一部はステータハウジング４の内外
周に沿って回転可能に形成されている。また、摩擦板10
は内外磁気回路11、12に接着剤により接着されている。
そして、111、112は内外磁気回路11、12の一部を構成す
るアーマチュア16の吸引面である。17は円筒形に形成さ
れたクッションゴムで、鉄板により形成されたリング18
及びハブ19に接着されている。リング18はアーマチュア
16に打込み固定してあり、またハブ19は圧縮機の回転軸
２にナット20、スプリングワッシャ21により結合してい
る。23は平形キーであり、24はエンジン（図示せず）に
より駆動されるベルトである。25はステータハウジング
４を圧縮機のハウジング１に取付けるためのサークリッ
プである。

上記電磁クラッチの基本的な動作を以下に説明する。

図示しない圧縮機駆動用リレーの導通により制御装置
200は電磁クラッチの励磁コイル３へ通電し、励磁コイ
ル３の発生磁界によりアーマチュア16の吸引面111、112
を摩擦板10に吸着する。そのとき、円筒形のクッション
ゴム17はロータ８とアーマチュア16との間の空隙分だけ
軸方向にたわみ、そしてロータ８は自動車エンジンより
ベルト24を介して駆動されているために、上記駆動力が
アーマチュア16に伝達され、さらにクッションゴム17に
伝達される。このとき、圧縮機は静止しているため、圧
縮機の負荷と慣性モーメントによる力及び回転している
駆動側の駆動力と慣性モーメントによる力がクッション
ゴム17に衝撃的に加わり、クッションゴム17は軸方向に
たわんだ状態でさらに回転方向にねじられる。このクッ
ションゴム17の作用により衝撃力を緩和して圧縮機に駆
動力が伝達される。そして制御装置200が励磁コイル３
への通電を遮断すればアーマチュア16に作用していた吸
引力が消滅するのでアーマチュア16は円筒形のクッショ
ンゴム17の復元力（軸方向のたわみに対する復元力）に
より元の位置に復帰する。

本実施例の制御装置200のブロック回路図を第２図に
示す。

制御装置200は、ボルテージレギュレータ50と、エア
コンスイッチ51と、制御回路部201と、駆動回路部202
と、から構成されている。

ボルテージレギュレータ50は、自動車用バッテリーＥ
の供給電圧を所定の定電圧（たとえば10V）に変換する
回路であり、任意の定電圧回路に代替可能である。

制御回路部201は、同じ入力信号を受取るパルス発生
器52及びON遅延回路53と、パルス発生器52及びON遅延回
路53から出力信号を受取るオア回路54と、から構成され
ている。パルス発生器52はたとえばマルチバイブレータ
のような所定のパルス幅と所定のパルス間隔とをもつパ
ルス列を発生する回路である。ON遅延回路53はオン信号
（ハイレベル信号）を所定期間遅延する回路であり、た
とえばオン信号を約1.5秒遅延する回路である。

駆動回路部202は、ベース抵抗55と、コレクタに励磁
コイル３の一端を接続されたエミッタ接地パワートラン
ジスタ56と、放電回路と、からなり、放電回路は励磁コ
イル３の一端と電源端60との間に設置された抵抗57と逆
流防止ダイオード58とコンデンサ59とを備えている。

この制御装置200の制御動作を第４図の電圧波形図を
参照して以下に説明する。

まず、エアコンスイッチ51がオンすると、ボルテージ
レギュレータ50に電源電圧が印加されて出力電圧Ｓがハ
イレベルになり、上記ハイレベル電圧（オン信号）がパ
ルス発生器52とON遅延回路53と励磁コイル３の電源側端
子とに印加される。その結果、パルス発生器52は発生す
るパルス列Ｂをオア回路54に出力し、オア回路54の出力
信号Ｃはベース抵抗55を介してパワートランジスタ56を
パルス駆動し、パワートランジスタ56は励磁コイル３を
パルス駆動する。その結果、電磁クラッチ100がパルス
駆動され、圧縮機の回転数（電磁クラッチのアーマチュ
ア回転数）Nhは第５図に示すように電磁クラッチのロー
タ８の回転数と等しくなるまで増加していく。

次にON遅延回路53に設定された一定時間（たとえば約
1.5秒）が経過すると、ON遅延回路53の出力信号Ａはハ
イレベル信号になり、上記ハイレベル信号はオア回路54
を介してパワートランジスタ56を継続してオンし、パワ
ートランジスタ56は励磁コイル３を連続通電する。その
結果、電磁クラッチ100は連結動作を終了する。

そしてエアコンスイッチ51を遮断するとパワートラン
ジスタ56はオフ状態となる。

この時、抵抗57と逆流防止ダイオード58とコンゼンサ
59とからなる放電回路は励磁コイル３の磁気エネルギー
を急速に放電する。そして電磁クラッチ100は開放され
る。

上記実施例において、パルス発生器52は50msecまでの
範囲のパルス幅と5msecから20msecの範囲のパルス間隔
とをもつパルス列を発生することが好ましい。

第５図に本制御装置により制御される圧縮機の立ち上
がり特性の一例を示し、第６図に従来のパルス幅増加型
制御装置により制御される圧縮機の立ち上がり特性の一
例を示す。本実施例によれば、伝達トルクＴはほぼ一定
割合いで増加しそれとともに電磁クラッチのアーマチュ
ア側回転速度も順次増加する。従って、次第にパルス幅
を広くしてトルク伝達能力を可及的に増加させる第６図
の従来の制御装置に比較してピークトルク（立上がり期
間終期のトルク）とトルク上昇勾配とを小さく抑えら
れ、ショックを小さくすることができる。

なお、Ｔはエンジンから圧縮機に伝達されるトルクで
あり、Nhは電磁クラッチのアーマチュア側回転速度であ
り当然アーマチュアに連結する圧縮機などの回転速度で
もよい。

実施例２ 本発明の他の実施例を第３図のブロック回路図により
説明する。

本実施例は、エンジンの回転数を検出するタコメータ
60と、制御回路部301と、駆動回路部202と、を備えてい
る。制御回路部301はパルス発生器52の代りに、タコメ
ータ60の出力信号によりパルス幅とパルス間隔とを設定
するパルス設定回路61と、パルス設定回路61の出力信号
により設定されたパルス幅とパルス間隔とをもつパルス
列を発生するパルス発生器62と、を備えている点が実施
例１と異なっている。

即ち、本実施例の制御装置300は上記パルス発生回路6
2とON遅延回路53との出力接点をオア回路54の入力接点
に接続し、更にオア回路54の出力接点を駆動回路部202
の入力接点に接続するように構成されている。ただし、
駆動回路部202は実施例１の駆動回路部202と同じであ
る。

この装置の動作を以下に説明する。

エンジンタコメータ60が出力する回転数信号に応じて
パルス設定回路61は好ましいパルス幅とパルス間隔とに
相当する制御信号をパルス発生器62の制御端子に出力す
る。そしてパルス発生器62の入力端子に入力されるエア
コンスイッチの出力信号Ｘがハイレベルになると、パル
ス発生器62は制御信号により設定されたパルス幅とパル
ス間隔とをもつパルス列を出力する。その他の回路動作
は実施例１と同じであり、説明は省略される。

本実施例においてはパルス設定回路61はエンジン回転
数が高い時にパルスデューティ比（すなわちパルス幅／
パルス周期）、特にパルス幅を大きく設定し、エンジン
回転数が低い時にパルスデューティ比（特にパルス幅）
を小さく設定している。このようにすれば、エンジン回
転数が高く、ロータとアーマチュアの回転速度差が大き
くても、クラッチ板の連結を確実とすることができる。
もちろん、上記パルス幅を広くする代わりに、パルス間
隔を狭くしても良い。

なお上記各実施例では、制御回路部と駆動回路とに定
電圧機能を有する電源回路から電圧を供給しているの
で、温度やバッテリ電圧が変化しても電磁クラッチの結
合力を一定に維持できる利点がある。また、検出された
ロータ側回転速度を複数の範囲に分類し、各範囲のロー
タ側速度に対してそれぞれ好適のパルス幅および周期を
もつパルスを印加することも可能である。

また、第３図の実施例において、電磁クラッチ100の
ロータ側回転速度を検出することも可能である。更に、
上記エンジン回転数またはロータ側回転速度の代りに圧
縮機に伝達されるトルクによりパルス幅とパルス間隔と
を設定することも可能である。たとえば、圧縮機の負荷
が大きい時にはパルス幅を増加し、圧縮機の負荷が小さ
い時にはパルス幅を減らすことができる。

なお、本発明でいう電磁クラッチ完全連結後の連続通
電における平均電流量は完全連結を維持できる値以上で
あればよく、この平均電流量を超える範囲であればパル
スデューティ比通電することも当然可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の電磁クラッチ制御装置の１実施例を示
す模式図である。第２図は第１図の制御装置の１実施例
を示すブロック回路図である。第３図は本発明の制御装
置の他の実施例を示すブロック回路図である。第４図は
上記制御装置の電圧波形図である。第５図は上記制御装
置により駆動される電磁クラッチの伝達トルクＴとアー
マチュア側回転速度Nhとの立上がりの例を示す特性図で
ある。第６図はパルス幅を次第に増加させる従来の制御
装置により駆動される電磁クラッチの伝達トルクＴ′と
アーマチュア側回転速度Nh′との立ち上がりの例を示す
特性図である。 200……制御装置 52……パルス発生器（パルス発生手段）

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】所定回転数で回転する駆動源と圧縮機との
   間に介設されて上記駆動源と上記圧縮機とを完全に連結
   する圧縮機駆動用電磁クラッチを上記圧縮機の起動時に
   パルス駆動する制御装置において、 上記圧縮機の起動時にパルスデューティ比（パルス幅／
   パルス周期）が１より小さい一定値であるパルス電圧を
   上記電磁クラッチに所定時間継続して印加し、その後、
   上記電磁クラッチに連続通電するパルス発生手段を備え
   たことを特徴とする圧縮機駆動用電磁クラッチの制御装
   置。
2. 【請求項２】上記パルス発生手段は、上記電磁クラッチ
   のロータ側回転速度に基づいて上記パルスデューティ比
   の値を選択するものである特許請求の範囲第１項記載の
   圧縮機駆動用電磁クラッチの制御装置。