JP2785408B2 - マグネットクラッチの故障検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、マグネットクラッチの故障検出装置に係
り、とくに、エンジンからの駆動力を必要時のみエアコ
ン用コンプレッサに伝達するマグネットクラッチの異常
検出用として好適なマグネットクラッチの故障検出装置
に関する。

〔背景技術〕

従来より、車輌用エアコン装置においては、コンプレ
ッサ駆動に相当の馬力を要するため、冷房を必要とする
ときだけエンジンからの駆動力をコンプレッサに伝える
ようにするべく、マグネットクラッチが使用されてい
る。このマグネットクラッチは、強力な電磁石が鉄板を
吸引することを利用したものである。

第８図に、従来の車輌用エアコン装置のクラッチ部の
構造を示す。

この第８図において、ロータ51はコンプレッサ50本体
に回転自在に装備されたコンプレッサシャフト52に外嵌
された状態で固定され、当該コンプレッサシャフト52と
一体で回転し得るようになっている。このロータ51の軸
部51Aには、ベアリング53を介してプーリ54が回転自在
に装備されている。このプーリ54は、図示しないベルト
機構を介してエンジンにより回転駆動されるようになっ
ている。このプーリ54のロータ51側の端面（第８図にお
ける左端面）には、板バネ59を介してリング状のクラッ
チ板55が装備されている。一方、コンプレッサ50本体に
は、ロータ51に対応して断面コ字状のリング状部材から
成るステータ部材56が設けられ、このステータ部材56の
内部には、マグネットコイル57が収納装備されている。
そして、このステータ部材56に所定のクリアランスを介
して嵌合する形状の突設部51Bがロータ51のコンプレッ
サ50本体側の端面（第８図における左端面）に設けられ
ている。

このようにして、マグネットクラッチが構成されてい
るので、冷房時以外には、エンジンからの駆動力により
プーリ54だけが回転し、コンプレッサ50は運転していな
い。この状態で、運転者等がエアコンスイッチ（図示せ
ず）を入れると、一定条件下で図示しないマグネットク
ラッチ駆動制御回路によりマグネットコイル57が励磁さ
れる。このため、ステータ部材56が強力な電磁石とな
り、プーリ54と一体となって回転しているリング状のク
ラッチ板55を強く吸引する（第８図矢印参照）。これに
より、クラッチ板55がロータ51に圧接せしめられ、エン
ジンからの駆動力がプーリ54→クラッチ板55→ロータ51
を経てコンプレッサシャフト52に伝達され、これにより
コンプレッサ50が駆動される。

一方、エアコンスイッチを切ると、マグネットコイル
57には通電が行われなくなるので、クラッチ板55は板バ
ネ59の力でプーリ54側へもどるのでコンプレッサ50は停
止する。

ここで、マグネットクラッチ駆動制御回路は、通常次
のような２つの機能を有する。即ち、図示しないブロア
から吹き出される空気の温度をサーモスタットで感知し
てマグネットクラッチへの電流を断続する機能及びエン
ジンの回転数を検出してマグネットクラッチへの電流を
断続する機能である。この後者の機能は、エンジンがア
イドリングしている場合に、コンプレッサ50を駆動する
と、エンジンにかかる負荷が大きくなり、アイドリング
が不安定になるので、マグネットクラッチへの通電を停
止し、アイドリングが不安定になるのを防止してエンジ
ンストール（エンスト）等の発生を防止する役目を果た
している。このため、従来は、所謂VSV（バキューム・
スイッチング・バルブ）等が装備され、コンプレッサの
駆動に先立ち、アイドリング回転数の上昇，即ちアイド
ル・アップが行われるようになっていた。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上述した如く、コンプレッサの駆動に
先立ち、アイドル・アップが行われた場合において、マ
グネットクラッチが正常に機能していない場合には、VS
Vの作用によりエンジン回転数が急上昇することとな
り、非常に危険であった。かかる理由により、マグネッ
トクラッチの故障を素早く検知できる装置が待望されて
いた。

〔発明の目的〕

本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたもの
であり、その目的は、マグネットクラッチの異常を高応
答に検知し得るマグネットクラッチ故障検出装置を提供
することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、原動側プーリと従動側回転軸との間に介装
され，当該両者を接続或いは離間せしめるマグネットク
ラッチを備えている。そして、このマグネットクラッチ
に、当該マグネットクラッチを必要に応じて作動せしめ
るマグネットクラッチ駆動制御回路を併設し、従動側回
転軸に、当該従動側回転軸のトルクを検出するトルク検
出手段を装備している。更に、マグネットクラッチ駆動
制御回路とトルクセンサの出力段に、故障検出回路を併
設するとともに、当該故障検出回路が、マグネットクラ
ッチ駆動制御回路から出力されるマグネットクラッチ駆
動信号を入力し且つトルク検出手段の検出トルクの変化
量が所定値以下の場合には、故障検出信号を出力する機
能を有しているという構成を採っている。これによっ
て、前述した目的を達成しようとするものである。

〔第１実施例〕 以下、本発明の第１実施例を第１図ないし第６図に基
づいて説明する。

この実施例は、本発明に係るマグネットクラッチの故
障検出装置を、車載用エアコンのコンプレッサのエンジ
ン側との接続，離間を行うマグネットクラッチの異常検
出用として使用する場合を示したものである。

この第１図に示す実施例は、マグネットクラッチ10
と、このマグネットクラッチ10に併設され，当該マグネ
ットクラッチ10を必要に応じて作動せしめるマグネット
クラッチ10駆動制御回路としてのアンプリファイア20
と、アンプリファイア20の出力に併設段された故障検出
回路を兼用する制御部30とを備えている。

この内、マグネットクラッチ10は、実際には、第２図
に示すように、コンプレッサ11のロータ１の軸部1Aにベ
アリング３を介して装備された原動側プーリとしてのコ
ンプレッサプーリ４と、従動側回転軸としてのコンプレ
ッサシャフト２との間に介装され、当該両者を接続或い
は離間せしめるためのものである。

これを更に詳述すると、このマグネットクラッチ10
は、前述した第８図の従来例と同様に、コンプレッサ11
本体に回転自在に装備されたコンプレッサシャフト２に
外嵌され，キー８により固定されたロータ１と、このロ
ータ１の軸部1Aにベアリング３を介して装備されたコン
プレッサプーリ４のロータ１側の端面（第２図における
左端面）に板バネ９を介して装備されたリング状のクラ
ッチ板５と、コンプレッサ11本体に設けられた断面コ字
状のリング状部材からなるステータ部材６と、このステ
ータ部材６の内部に装備されたマグネットコイル７とを
備えて構成されている。前記ロータ１のコンプレッサ11
本体側の端面（第２図における左端面）には、ステータ
部材６に所定のクリアランスを介して嵌合する形状の突
設部1Bが設けられている。

ここで、コンプレッサプーリ４は、第３図に示すよう
なベルト機構40を介してエンジンの出力軸41に連結さ
れ、当該エンジンの駆動力により回転駆動されるように
なっている。ベルト機構40は、エンジンの出力軸41に一
体的に装備された第１のプーリ42と同図に示す第２のプ
ーリ43とに平行掛けされた第１のベルト45と、第２のプ
ーリ43と第３のプーリ（この第３のプーリは、オルタネ
ータの回転軸に一体的に装備さている）44とアイドラプ
ーリ46とコンプレッサプーリ４とに平行掛けされた第２
のベルト47とを含んで構成されている。

前記アンプリファイア20は、第１図に示すように、制
御回路21と、マグネットクラッチ駆動回路22とから構成
されている。

この内、制御回路21は、エンジン回転数検出回路23
と、温度検出回路24と、ロック検出回路25と、これら３
者の出力端にその入力端が接続されたアンド回路26とか
ら構成されている。これを更に詳述すると、エンジン回
転数検出回路23は、図示しないエンジン点火装置の一部
を成すイグナイタ60にその入力端が接続され、エンジン
回転数が通常のアイドリング回転数より幾分高い回転数
であるアイドルアップ回転数に達した場合に「Ｈ（ハ
イ）」レベルの出力信号を出力する回路である。また、
温度検出回路24は、図示しない冷媒回路の冷媒の温度を
検出するサーミスタ61にその入力端が接続され、冷媒の
温度が所定温度以上になった場合に「Ｈ」レベルの出力
信号を出力する回路である。また、ロック検出回路25は
コンプレッサ11にその入力端が接続され、当該コンプレ
ッサ11がロック状態にない場合に「Ｈ」レベルの出力信
号を出力する回路である。

一方、マグネットクラッチ駆動回路22は、第１図に示
すように、アンド回路26の出力端にそのベースが接続さ
れたエミッタ接地のスイッチングトランジスタ（以下
「トランジスタ」という）27と、一端がエアコンスイッ
チ12を介して電源回路15に接続されるとともに他端がマ
グネットクラッチ10に接続されたリレー28と、逆流防止
用のダイオード29A,29Bとを備えて構成されている。

前記制御部30は、マイコン等で構成され、その入力段
にトルク検出手段としてのトルクセンサ31が設けられ、
また、その出力段には、アイドルアップ用のVSV32、及
び故障検知ランプ33が併設されている。

トルクセンサは、実際には、第２図に示すコンプレッ
サシャフト２に装備されており、当該コンプレッサシャ
フト２に加わるトルクを検出するためのものである。こ
のトルクセンサ31としては、本実施例では、コンプレッ
サプーリ４の回転方向が一方向であることに鑑み、トル
クが加わらないときは０〔Ｖ〕，最大で５〔Ｖ〕の出力
電圧を出力するトルクセンサが使用されている。

第１図において、符号13は図示しないバッテリに接続
されたイグニションスイッチを示す。

次に、本実施例の全体的動作を説明する。

冷房時以外には、エンジンからの駆動力によりコンプ
レッサプーリ４だけが回転し、コンプレッサ11は運転し
ていない。この状態で、運転者等がエアコンスイッチ12
を「オン（ON）」すると、制御部30がこれを検出し、VS
V32を作動させてアイドルアップを行う。これにより、
エンジン回転数検出回路23が「Ｈ」レベルの信号を出力
する。この場合において、冷媒温度が所定温度以上であ
れば、サーミスタ61がこれを検知し、これにより温度検
出回路24が「Ｈ」レベルの信号を出力する。さらに、コ
ンプレッサ11がロックされていなければ、ロック検出回
路25が「Ｈ」レベルの信号を出力する。これにより、ア
ンド回路26の出力が「Ｈ」レベルとなり、トランジスタ
27にベース電流が流れるため、当該トランジスタ27のコ
レクタ−エミッタ間が導通し、図示しないバッテリから
の電源電流によりリレー28のリレーコイル28aが励磁さ
れる。このため、リレー接点28bが「ON」となって、電
源電流によりマグネットクラッチ10を構成するマグネッ
トコイル７が励磁される。これがため、前述した従来例
と同様、ステータ部材６がが強力な電磁石となり、コン
プレッサプーリ４と一体となって回転しているリング状
のクラッチ板５を強く吸引する（第２図矢印参照）。こ
れにより、クラッチ板５がロータ１に圧接せしめられ、
エンジンからの駆動力がコンプレッサプーリ４→クラッ
チ板５→ロータ１を経てコンプレッサシャフト２に伝達
される。

この場合において、マグネットクラッチ10及びマグネ
ットクラッチ駆動回路22が正常に機能していれば、第４
図のタイムチャートに実際で示すようなトルクの変動が
起こり、反対にマグネットクラッチ10又はマグネットク
ラッチ駆動回路22が故障しておれば、同図に点線で示す
ように、トルクの変動が起こらないはずである。

この場合、前述した如く、アンプリファイア20を構成
するアンド回路26は、「Ｈ」レベル信号であるマグネッ
トクラッチ駆動信号を出力しているので、制御部30では
これを入力し、これを割り込み信号として次のような判
断を行う。

即ち、第５図にフローチャートで示す如く、トルクセ
ンサ31からその検出信号であるトルク値を入力し（ステ
ップS101）、そのトルク値からトルク値の変動分，即
ち，アンプリファイア20からマグネットクラッチ駆動信
号を入力していないときのトルク値（当然，零である）
とマグネットクラッチ駆動信号を入力した場合のトルク
値の変化量を算出する。この第５図で、スタートは、マ
グネットクラッチ駆動信号により割り込みが生じ、図示
しないメインルーチンから第５図のフローチャートへス
キップしてきた場合を想定している。

次いで、制御部30では、トルク値の変動分が所定の閾
値〔零（０）近傍の値〕以上か否かを判断する（S10
2）。そして、トルク値の変動分（この場合は、トルク
センサ31の検出値そのものである）が閾値以上でない場
合には、マグネットクラッチ10（又はマグネットクラッ
チ駆動回路22）が故障であると判断して、VSV32,及び故
障検出ランプ33に対して制御信号として故障検出信号を
出力し、アイドルアップを停止し、故障検出ランプを点
灯せしめる（ステップS103）。

一方、トルク値の変動分が閾値以上の場合は、マグネ
ットクラッチ10及びマグネットクラッチ駆動回路22が正
常に機能していると判断し、元のメインルーチンへ戻
る。

この一方、エアコンスイッチ12を切ると、マグネット
コイル７には通電が行われなくなり、クラッチ板５は板
バネ９の力でコンプレッサプーリ４側へもどるのでコン
プレッサ11は停止する。

ここで、本実施例において、何故コンプレッサ11の回
転数でなくコンプレッサシャフト２のトルクに基づきマ
グネットクラッチ10の故障検出を行うかについて、その
理由を説明する。

第６図には、伝達関数を用いたトルク−回転角速度の
関係を示すブロックダイアグラムが示されている。

この図において、記号Ｊはコンプレッサ11の慣性モー
メントを示し、記号Ｆは機械的制動係数を示す。この図
より明らかな如く、コンプレッサ11にはトルクがかか
り、その後、コンプレッサ11の慣性モーメントの逆数の
積分を経てコンプレッサ11が回転を始めるので、回転数
の検知よりもトルクの検知の方が早くできる。このた
め、故障検出を高応答に行うことができるからである。

以上説明したように、本第１実施例によると、制御部
30が、アンプリファイア20からマグネットクラッチ10駆
動用として出力されるマグネットクラッチ駆動信号を割
り込み信号として、所定の演算を行いトルク値の変動分
（トルク変化量）を求め、該トルク値の変動分が所定の
閾値（０近傍の値）以下である場合には、マグネットク
ラッチ10が故障であると判断して故障検出信号を出力
し、VSV32によるアイドルアップを直ちに停止させると
同時に故障検出ランプ33を点灯させる。これがため、マ
グネットクラッチ10が正常に機能していない場合、アイ
ドルアップによるエンジン回転数の急上昇を防止するこ
とができ、しかもコンプレッサシャフト２にかかるトル
クに基づき故障検出を行うので、コンプレッサ回転数に
基づきこれを行う場合に比較して一層素早くエンジン回
転数の上昇を防止することができる。

なお、上記実施例においては、トルク変化量として、
検出トルク値の変動分を使用する場合を例示したが、こ
の代わりにトルク変動の時間微分値を用いることも可能
である。この場合には、トルク変動の時間微分値が一定
値以下、即ち立ち上がりの傾きが小さい場合には、故障
と判断し、故障検出をおこないようにすれば良い。

〔第２実施例〕 次に、本発明の第２実施例を第７図に基づいて説明す
る。

ここで、前述した第１実施例と同一の構成部分につい
ては、同一の符号を用いるものとする。

この実施例は、前述した第１実施例と異なり制御部の
他に第７図に示す故障検出回路16を設けた点に特徴を有
する。

即ち、この実施例では、故障検出の機能と、VSVの制
御機能等が別々の回路で行われるようになっている。

故障検出回路16は、VSV32その他の制御を行う制御部1
7の入力段に設けられている。この故障検出回路16は、
トルクセンサ31の出力段に併設された一種の波形整形回
路である軸トルク検出回路18と、アンド回路26から出力
される「Ｈ」レベル信号であるマグネットクラッチ駆動
信号を入力し増幅後出力するバッファ19と、これら両者
の出力段に併設された別のアンド回路34とを備えて構成
されている。この場合、軸トルク検出回路18の出力はNO
T回路35を介してアンド回路34の一方の入力端に入力さ
れるようになっており、バッファ19の出力は、そのまま
アンド回路34の他方の入力端に入力されるようになって
いる。

制御部17の出力段には、第１実施例と同様に、アイド
ルアップ用のVSV32及び故障検出ランプ33が併設されて
いる。

その他の構成は、前述した第１実施例と同一になって
いる。

このように構成された本第２実施例によると、アンプ
リファイア20を構成するアンド回路26からマグネットク
ラッチ駆動信号が出力されると、この信号がバッファ19
で増幅され、「Ｈ」レベル信号がアンド回路34の他方の
入力端子に入力される。この時同時に、軸トルク検出回
路18からトルクセンサ31の検出トルクに対応する電圧信
号（ノイズ分が除去されている）がNOT回路35でレベル
が反転されて入力される。即ち、マグネットクラッチ10
が正常に機能している場合には、コンプレッサシャフト
２にエンジンの駆動力が伝達され、大きなトルクが加わ
る。このため、トルクセンサ31がほぼ最大の電圧を出力
するので、アンド回路34の一方の入力端の入力レベルは
「Ｌ」レベルとなる。このため、アンド回路34の出力は
「Ｌ」となる。この一方、マグネットクラッチ10（又は
マグネットクラッチ駆動回路22）が故障している場合に
は、コンプレッサシャフト２にエンジンの駆動力が伝達
されず、トルクセンサの出力は０であるため、アンド回
路34の一方の入力端の入力レベルは「Ｈ」となる。この
ため、アンド回路34が「Ｈ」レベルの出力信号である故
障検出信号を出力する。この故障検出信号を制御部17が
受け、第１実施例と同様に、VSV32によるアイドルアッ
プを直ちに停止させると同時に故障検出ランプ33を点灯
させる。

以上説明したように、本第２実施例によっても、第１
実施例と同様にマグネットクラッチ10が正常に機能して
いない場合、素早くアイドルアップによるエンジン回転
数の急上昇を防止することができる。

〔発明の効果〕

本発明は、以上のように構成され機能するので、これ
によれば、故障検出回路がマグネットクラッチ駆動制御
回路からマグネットクラッチ駆動用として出力されるマ
グネットクラッチ駆動信号を入力し且つ検出トルクの変
化量（トルク値の変動分，或いはトルク変動の微分値）
が所定値以下の場合には故障検出信号を出力するので、
これを、例えば上記実施例の如く、車載用エアコンのコ
ンプレッサに装備されたマグネットクラッチの故障検出
用として使用した場合、故障検出信号によりアイドルア
ップ用VSV等の停止制御を行うようにすることができ、
これにより従来問題となっていたマグネットクラッチの
故障時にエンジン回転が急上昇して過回転状態となる危
険性を有効に回避することができ、しかも従動軸に加わ
るトルクに基づき故障検出を行うため回転数を検知する
場合に比べて一層素早く（高応答に）故障検出ができる
という従来にない優れたマグネットクラッチの故障検出
装置を提供することができる。

なお、本発明は上記実施例の如くエアコン用コンプレ
ッサのマグネットクラッチの故障検出にのみその使用が
限定されるものではなく、マグネットクラッチの故障検
出を必要とし且つ故障検出信号を制御信号として利用す
る利点のあるものであれば、どの様な装置に使用しても
良い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例の構成を示すブロック図、
第２図は第１図のマグネットクラッチ部分の具体的な構
成を示す説明図、第３図は第２図のコンプレッサプーリ
にエンジンからの駆動力を伝達するためのベルト機構の
構成を示す説明図、第４図はマグネットクラッチ「ON」
時のトルク変動を示すタイミングチャート、第５図は第
１図の制御部の主要な制御動作を示すフローチャート、
第６図はコンプレッサにおけるトルクと回転角速度の関
係を示すブロックダイヤグラム、第７図は本発明の第２
実施例の主要部の構成を示すブロック図、第８図は従来
例を示す説明図である。 ２……従動側回転軸としてのコンプレッサシャフト、４
……原動側プーリとしてのコンプレッサプーリ、10……
マグネットクラッチ、16……故障検出回路、20……マグ
ネットクラッチ駆動制御回路としてのアンプリファイ
ア、30……故障検出回路を兼用する制御部、31……トル
ク検出手段としてのトルクセンサ。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】原動側プーリと従動側回転軸との間に介装
   され，当該両者を接続或いは離間せしめるマグネットク
   ラッチを備え、 前記マグネットクラッチに、当該マグネットクラッチを
   必要に応じて作動せしめるマグネットクラッチ駆動制御
   回路を併設し、 前記従動側回転軸に、当該従動側回転軸のトルクを検出
   するトルク検出手段を装備し、 前記マグネットクラッチ駆動制御回路とトルクセンサの
   出力段に、故障検出回路を併設するとともに、 当該故障検出回路が、前記マグネットクラッチ駆動制御
   回路から出力されるマグネットクラッチ駆動信号を入力
   し且つ前記トルク検出手段の検出トルクの変化量が所定
   値以下の場合には、故障検出信号を出力する機能を有し
   ていることを特徴としたマグネットクラッチの故障検出
   装置。