JP3848609B2 - ハイブリッドコンプレッサ装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ハイブリッド車両やアイドルストップ車両に搭載される冷凍サイクル装置に適用して好適なハイブリッドコンプレッサ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、省燃費の観点よりいわゆるアイドルストップ車両やハイブリッド車両が市場に投入される例が有る。これらの車両においては、走行状態（アイドルストップ車両では一時停車時、ハイブリッド車両では一時停車時、発進時、低速走行時等）に応じてエンジンを停止させるようにしているため、エンジンの駆動力を受けて作動する冷凍サイクル装置内の圧縮機も停止することになり、エンジン停止中は冷房装置として作動しないことになる。
【０００３】
この解決策として例えば、特開平１１−２８７１８２号公報のように、エンジンあるいはモータ部によって選択的に圧縮機が駆動されるハイブリッドコンプレッサ装置が知られている。このハイブリッドコンプレッサ装置においては、モータにエンジンを駆動源として作動する発電機能を持たせ、また、圧縮機は可変容量型のものとしており、吐出容量が所定値以下の時だけモータに発電させるようにしている。具体的には、発電量は吐出容量に反比例するようにしている。
【０００４】
これにより、エンジンによる圧縮機駆動に必要な負荷がある程度以上になると、発電に必要な負荷をかけないようにできるので、エンジン負荷が極端に大きくなるのを防止し、車両の空調を損なうことなくバッテリに電力を供給して車両のエネルギー効率を向上させるようにしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術は、エンジンの駆動力を用いて圧縮機の駆動およびモータによる発電を行なう際に、エンジンに対して過度の負荷とならないように、圧縮機での駆動負荷およびモータでの発電負荷の両者をバランスさせるようにしたものであって、車両の燃費向上を考えた場合には、エンジンの駆動力自身を根本的に低減させるものには至っていない。
【０００６】
本発明の目的は、上記問題に鑑み、冷房性能および充電性能を確保しつつ、エンジンに対する負荷を低減させて、車両燃費向上を可能とするハイブリッドコンプレッサ装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するために、以下の技術的手段を採用する。
【０００８】
請求項１に記載の発明では、外部動力源（１０）の駆動力によって作動する主発電機（３０）の発電電力が充電される電源（２０）の電力を受けて回転駆動すると共に、外部動力源（１０）の駆動力を受けた時に発電して電源（２０）に充電可能とするモータ（１２０）と、外部動力源（１０）およびモータ（１２０）の少なくとも一方の駆動力を受けて作動すると共に、冷凍サイクル装置（２００）内の冷媒を圧縮する圧縮機（１３０）と、圧縮機（１３０）の駆動源として外部動力源（１０）およびモータ（１２０）の少なくとも一方を選択すると共に、モータ（１２０）への電力供給量あるいはモータ（１２０）からの発電量を制御して圧縮機（１３０）を作動させる制御装置（１４０）とを有するハイブリッドコンプレッサ装置において、制御装置（１４０）は、主発電機（３０）の発電量を制御し、主発電機（３０）およびモータ（１２０）によって得られる発電量が必要発電量を越える分について、主発電機（３０）あるいはモータ（１３０）のいずれかの発電量を減少させるようにしたことを特徴としている。
【０００９】
これにより、主発電機（３０）あるいはモータ（１２０）において発電のために使用される外部動力源（１０）の駆動力を低減することができるので、燃費の向上を図ることができる。
【００１０】
請求項２に記載の発明では、制御装置（１４０）は、必要発電量を越える分について、主発電機（３０）の発電量を減少させるようにしたことを特徴としている。
【００１１】
これにより、もともと発電量の制御が行なわれる主発電機（３０）の発電量を調整（減少）することで、モータ（１２０）側に新たな発電量制御のための機器等を設ける必要が無く、容易に対応が可能となる。
【００１２】
請求項３に記載の発明では、圧縮機（１３０）は、制御装置（１４０）によって一回転当りの吐出容量が可変される可変容量型圧縮機としたことを特徴としている。
【００１３】
これにより、圧縮機（１３０）の吐出量を低吐出量側に可変した時は、モータ（１２０）での発電量の増加が可能であり、その分主発電機（３０）での発電量を更に減少させることができるので、外部動力源（１０）の駆動力の低減効果を向上させることができる。
【００１４】
請求項４に記載の発明では、モータ（１２０）を構成するステータ部（１２５）およびロータ部（１２６）は、互いに独立して回転可能とし、ステータ部（１２５）およびロータ部（１２６）の一方は、外部動力源（１０）からの駆動力が伝達されるように接続され、ステータ部（１２５）およびロータ部（１２６）の他方は、圧縮機（１３０）に接続されるようにしたことを特徴としている。
【００１５】
これにより、外部動力源（１０）からの駆動力および電源（２０）からの電力の両者によって、モータ（１２０）のステータ部（１２５）およびロータ部（１２６）が相対的に増速された状態で作動が可能となり、圧縮機（１３０）の吐出量を回転数で稼ぐことができ、圧縮機（１３０）を小型にすることができる。
【００１６】
また、外部動力源（１０）主体でステータ部（１２５）あるいはロータ部（１２６）の一方が作動される時は、ステータ部（１２５）あるいはロータ部（１２６）の他方は発電作用により供回りし、圧縮機（１３０）を作動させる。この時、発電量を制御することで、圧縮機（１３０）の回転数が可変され回転数に基づく吐出量を可変できることとなり、複雑な吐出量可変機構を必要とせずに安価な圧縮機（１３０）とすることができる。
【００１７】
請求項５に記載の発明では、外部動力源（１０）からの駆動力を受けて回転駆動する駆動軸（１１２）を有し、モータ（１２０）および圧縮機（１３０）には、駆動軸（１１２）のトルクを圧縮機（１３０）の圧縮機軸（１３２）およびモータ（１２０）の回転軸（１２２）に分配すると共に、回転軸（１２２）から入力されるトルクを駆動軸（１１２）および圧縮機軸（１３２）に伝達するトルク分配機構（１６０）が設けられたことを特徴としている。
【００１８】
これにより、モータ（１２０）の回転数を可変することで、駆動軸（１１２）の回転数に対して圧縮機（１３０）の回転数を増減させることができる。即ち、モータ（１２０）を作動させることによって、駆動軸（１１２）の回転数にモータ（１２０）の回転数が上乗せされ、圧縮機（１３０）の作動回転数を増速させることができる。また、駆動軸（１１２）からの駆動力によって、モータ（１２０）を発電機として作動させることができ、モータ（１２０）の発電量に応じて圧縮機（１３０）側に分配されるトルクは小さくなり、圧縮機（１３０）の回転数を下げることができる。
【００１９】
よって、複雑な吐出量可変機構を必要とせずに圧縮機（１３０）の吐出量を可変可能とすることができる。また、圧縮機（１３０）の作動回転数を増速させた時に吐出量を稼ぐことができるので、圧縮機（１３０）を小型にすることができる。
【００２０】
そして、請求項６に記載の発明のように、トルク分配機構（１６０）として遊星歯車（１６０）を用いて、駆動軸（１１２）が遊星歯車（１６０）を構成するプラネタリーキャリヤ（１６２）に接続されるようにしてやれば、モータ（１２０）に対する圧縮機（１３０）の減速比を大きく取ることができるので、高回転、低トルク型のモータ（１２０）での対応を可能として、更にモータ（１２０）を小型で安価にすることができる。
【００２１】
請求項７に記載の発明では、制御装置（１４０）は、圧縮機（１３０）の吐出量を低吐出量側に可変させる際に、モータ（１３０）の発電量を増加させると共に、主発電機（３０）の発電量を減少させるようにしたことを特徴としている。
【００２２】
これにより、主発電機（３０）での発電量を更に減少させることができるので、外部動力源（１０）の駆動力の低減効果を向上させることができる。
【００２３】
請求項８に記載の発明では、制御装置（１４０）は、圧縮機（１３０）の最大吐出量を発生させる際には、駆動源として外部動力源（１０）およびモータ（１２０）の両者を選択し、主発電機（３０）の発電量を増加させるようにしたことを特徴としている。
【００２４】
これにより、モータ（１２０）での発電作用は無く、電力が消費される一方となるが、その分主発電機（３０）による発電分により電源（２０）の電力不足を防止できる。
【００２５】
請求項９に記載の発明では、制御装置（１４０）は、冷凍サイクル装置（２００）の熱負荷が第１所定値よりも大きく、また外部動力源（１０）の負荷が第２所定値よりも大きい場合は、圧縮機（１３０）の吐出量を高吐出量側に可変し、主発電機（３０）の発電量を減少させるようにしたことを特徴としている。
【００２６】
これにより、主発電機（３０）による発電に使用される駆動力分が低減され、冷凍サイクル装置（２００）の冷房能力を落とすこと無く、外部動力源（１０）の動力性能を向上できる。
【００２７】
請求項１０に記載の発明では、請求項４〜請求項６に記載の圧縮機（１３０）をベースにした場合に、制御装置（１４０）は、モータ（１２０）の発電量が第３所定値よりも大きい場合、あるいは発電量の制御が不能になった場合に、電源（２０）とモータ（１２０）間の通電回路（１４１）を遮断する、あるいは乗員に対する異常信号を出力するようにしたことを特徴としている。
【００２８】
これにより、圧縮機（１３０）のロック状態をモータ（１２０）の発電量で把握することが可能であり、従来圧縮機のようなクラッチや機械的リミッタ手段や回転センサ等のロック検出手段が不要となる。
【００２９】
尚、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【００３０】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態を図１〜図５に示し、まず、具体的な構成について図１、図２を用いて説明する。ハイブリッドコンプレッサ装置１００は、図１に示すように、走行条件に応じて外部動力源としての車両エンジン（以下、エンジン）１０が停止されるいわゆるハイブリッド車両に搭載される冷凍サイクル装置２００に適用されるものとしており、ハイブリッドコンプレッサ１０１と制御装置１４０とから成る。
【００３１】
このハイブリッド車両には、エンジン１０に主発電機（モータジェネレータ）３０が直結されている。主発電機３０は、エンジン１０の駆動力を受けて発電し、発電された電力はバッテリ２０に充電される。尚、主発電機３０での発電作用は、バッテリ２０での充電量に応じて後述する制御装置１４０によって制御される。また、エンジン１０には、エンジン１０の回転数を検出する回転数センサ４０が設けられている。
【００３２】
冷凍サイクル装置２００は、周知の冷凍サイクルを形成するものであり、後述するハイブリッドコンプレッサ１０１を構成する圧縮機１３０が配設されている。圧縮機１３０は、この冷凍サイクル内の冷媒を高温高圧に圧縮する。そして、圧縮された冷媒を凝縮液化する凝縮器２１０、液化された冷媒を断熱膨張させる膨張弁２２０、膨張した冷媒を蒸発させ、その蒸発潜熱により自身を通過する空気を冷却する蒸発器２３０が冷媒配管２４０によって順次接続され閉回路を形成している。尚、蒸発器２３０の空気流れ下流側には、冷却された空気温度（蒸発器後方空気温度Ｔｅ）を検出するための蒸発器温度センサ２３１が設けられており、この蒸発器後方空気温度ＴｅとＡ／Ｃ要求信号中の乗員が設定する設定温度との差をここでは冷凍サイクル装置２００の熱負荷の代表値として用いている。尚、蒸発器後方空気温度Ｔｅと設定温度との差が大きいほど冷凍サイクル装置２００の熱負荷は大きいことになる。
【００３３】
次に、ハイブリッドコンプレッサ１０１の詳細について、図２を用いて説明する。ハイブリッドコンプレッサ１０１は、モータ１２０と圧縮機１３０とから成る。モータ１２０は、モータハウジング１２１内に配設されるステータ部１２５とロータ部１２６とから構成される。尚、ここではモータハウジング１２１にはプーリ１１０が一体で形成されており、モータハウジング１２１は軸受け１１１に支持され、回転可能としている。
【００３４】
後述する圧縮機１３０の圧縮機軸１３２の一端側に接続されるモータ回転軸１２２には、永久磁石１２６ａが設けられたロータ部１２６が固定されており、圧縮機軸１３２と共に回転するようにしている。そして、ロータ部１２６の外周側には、巻線部１２５ａが設けられたステータ部１２５が圧縮機ハウジング１３１に固定されている。そして、巻線部１２５ａには制御装置１４０によってバッテリ２０からの電力が通電回路１４１を通して可変可能に供給され、モータ１２０は回転数可変として回転駆動される。
【００３５】
モータ回転軸１２２の先端部とモータハウジング１２１（プーリ１１０）との間には、一方向クラッチ１５０が設けられている。この一方向クラッチ１５０は、モータ回転軸１２２に対してエンジン１０の駆動力を断続するものである。即ち、エンジン１０作動時において、エンジン１０の駆動力がベルト５０（図１）を介してプーリ１１０に伝達されて、プーリ１１０（モータハウジング１２１）が回転駆動する際には、一方向クラッチ１５０とモータ回転軸１２２とが噛み合い状態となって接続され、エンジン１０の駆動力がモータ回転軸１２２に伝達される。また、エンジン１０停止時において、モータ１２０をエンジン１０と同一の回転方向に作動させることで一方向クラッチ１５０が外れて、プーリ１１０の影響を受けずにモータ１２０の駆動力によって後述する圧縮機１３０を作動可能としている。
【００３６】
また、モータ１２０は、エンジン１０の駆動力を受けている時に、発電機として機能するようにしており、発電した電力をバッテリ２０に充電するようにしている。
【００３７】
次に、圧縮機１３０は、吐出量として１回転当りの吐出容量が図１中の制御装置１４０によって可変されるものであり、ここでは周知の斜板式の可変容量型圧縮機としている。具体的には、圧縮機軸１３２に設けられた斜板１３５が斜板室１３５ｂ内に配設され、この斜板１３５の外周部のシュー１３５ａを介して複数のピストン１３７が接続されたものとしている。
【００３８】
また、圧縮機１３０の図中右端には、制御弁１３８が設けられており、この制御弁１３８の弁開度を可変することによって、吐出室１３１ｂの圧力を斜板室１３５ｂに分配する、あるいは斜板室１３５ｂの圧力を吸入室１３１ａに排出することで斜板室１３５ｂ内の圧力を調整し、斜板１３５の傾斜角度を変化させ、更にピストン１３７のストロークを変化させて吐出容量を可変するようにしている。
【００３９】
一方、図１に戻って、制御装置１４０は、内部にバッテリ２０の充放電電流を検出する充放電電流検出器、バッテリ２０の電圧を検出する電圧検出器、モータ１２０の発電電流を検出する発電電流検出器を有し、また、車速、エンジン１０の回転数センサ４０からの回転数信号、Ａ／Ｃ要求信号、蒸発器温度センサ２３１からの温度信号等が入力さる。そして、これらの検出値や信号に基づいてモータ１２０の作動、圧縮機１３０の吐出量、主発電機３０の発電量を制御する。
【００４０】
以上の構成に基づく作動について次に説明する。まず、車両走行時でエンジン１０が作動している場合は、エンジン１０の駆動力がベルト５０を介してプーリ１１０に伝達され、更にこの駆動力が一方向クラッチ１５０によってモータ回転軸１２２、圧縮機軸１３２に伝達され圧縮機１３０が作動される。この時、冷凍サイクル装置２００の熱負荷に応じて、制御装置１４０は制御弁１３８の弁開度を可変して圧縮機１３０の吐出量を制御する。
【００４１】
また、圧縮機軸１３２に伝達されるエンジン１０の駆動力は、上記した圧縮機１３０の圧縮仕事に使用される他に、モータ１２０のロータ部１２６が回転されることによって伴う発電のために使用されることになる。即ち、ハイブリッドコンプレッサ１０１に伝達される駆動力は、圧縮仕事に使用される駆動力と発電に使用される駆動力との和となる。尚、モータ１２０で発電された電力は、バッテリ２０に充電される。
【００４２】
一方、車両走行条件に応じて、エンジン１０が停止した場合は、プーリ１１０がベルト５０と共に停止状態となり、制御装置１４０は、バッテリ２０の電力を供給してモータ１２０を作動させる。この時一方向クラッチ１５０によって、モータ回転軸１２２はプーリ１１０に対して空回り状態となり、本来のモータとして作動が可能である。そして、このモータ１２０の駆動力によって圧縮機１３０が作動され、冷凍サイクル装置２００の冷房機能を継続可能としている。この場合も冷凍サイクル装置２００の熱負荷に応じて、圧縮機１３０の吐出量は制御される。
【００４３】
本発明においては、上記説明のように、エンジン１０作動時に発電作用を伴うモータ１２０の発電量と、本来の主発電機３０による発電量を制御するようにしたところに特徴部を持たせており、以下その制御について、図３〜図５を用いて説明する。
【００４４】
図３は、制御のフローを示すフローチャートであり、まずステップＳ１００で、プーリ１１０が駆動中か否かを判定する。これは即ち、エンジン１０が作動中か否かに相当し、回転数センサ４０によって得られるエンジン１０の回転数によって判定される。
【００４５】
ステップ１００で、プーリ１１０が駆動中である、即ちエンジン１０によってハイブリッドコンプレッサ１０１が作動されている場合は、ステップＳ１１０でバッテリ２０に対する必要発電量を演算する。尚、ステップＳ１００で否と判定されれば、エンドとなる。
【００４６】
次に、ステップＳ１２０で、ハイブリッドコンプレッサ１０１のモータ１２０における現状の発電量を演算し、また、ステップＳ１３０で主発電機３０における現状の発電量を演算する。
【００４７】
そして、ステップＳ１４０で、主発電機３０の発電量を調整する。即ち、図４に示すように、エンジン１０作動時においては、主発電機３０およびモータ１２０の両者が発電作用をもたらすことになるが、その時の発電量は、モータ１２０での発電量ａと、主発電機３０での発電量ｂとの和となり、プーリ１１０の回転数に対して右上りの特性として示すことができる。
【００４８】
ステップＳ１４０における発電量の調整は、バッテリ２０における必要発電量を越える分について発電量を減少させるようにしたものであり、ここでは主発電機３０側での発電量を減少させるようにしている。
【００４９】
具体的には、主発電機３０の発電量ｂは、必要発電量からバッテリ電圧とモータ１２０の発電電流との積（モータ１２０での発電量ａ）を差し引いた発電量となるようにしている。即ち、主発電機３０のロータが永久磁石式の場合、ステ−タコイルの界磁電流を制御して発電量の調整を行う。尚、主発電機３０のロータが永久磁石レスで界磁用コイル式の場合は、このロータへの界磁電流を制御して発電量の調整を行う。
【００５０】
更に、これを図５に示すタイムチャートを用いて説明すると、車両走行時において（図５（ａ））、エンジン１０が作動している時は（図５（ｂ））、ハイブリッドコンプレッサ１０１の圧縮機１３０が作動されると共に、モータ１２０での発電が行なわれる（図５（ｃ））。この時、主発電機３０の発電量を減少させて、モータ１２０での発電量を合せた時に必要発電量になるようにしている。換言すれば、図５（ｄ）中の破線で示す、モータ１２０による発電量が無い場合の必要発電量ｃに対して、主発電機３０の発電量を減少させるようにしている（図５（ｄ））。
【００５１】
以上の構成および作動説明より、本実施形態の作用効果について説明する。まず、主発電機３０およびモータ１２０によって得られる発電量が必要発電量を越える分について主発電機３０側での発電量を低減するようにしているので、発電のために使用されるエンジン１０の駆動力を低減することができ、燃費の向上を図ることができる。
【００５２】
また、もともと発電量の制御が行なわれる主発電機３０側の発電量を調整（減少）するようにすることで、モータ１２０側に新たな発電量制御のための機器等を設ける必要が無く、容易に対応が可能となる。
【００５３】
更に、圧縮機１３０を可変容量型圧縮機としているので、吐出量を低吐出量側に可変した時は、モータ１２０での発電量の増加が可能であり、その分主発電機３０での発電量を更に減少させることができ、エンジン１０の駆動力の低減効果を向上させることができる。
【００５４】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態を図６〜図９に示す。第２実施形態は、上記第１実施形態に対してハイブリッドコンプレッサ１０１の仕様を変更し、各種車両の走行条件および冷凍サイクル装置２００の熱負荷条件に応じて、主発電機３０およびモータ１２０の発電量を制御するようにしたものである。
【００５５】
まず、ハイブリッドコンプレッサ１０１の構成について、図６を用いて説明する。ここではモータ１２０を構成するステータ部１２５およびロータ部１２６を互いに独立して回転可能としている。即ち永久磁石から成るステータ部１２５をモータハウジング１２１の内周面に固定し、プーリ１１０が一体に形成されるモータハウジング１２１と共に回転可能としている。
【００５６】
一方、モータ回転軸１２２には巻線部を有するロータ部１２６が固定され、モータ回転軸１２２は、軸受け１３４に支持される圧縮機１３０の圧縮機軸１３２に接続されている。また、モータ回転軸１２２にはスリップリング１２７が設けられ、通電回路１４１に設けられたブラシ１２８と接触するようにして、バッテリ２０からの電力が制御装置１４０を介してロータ部１２６に供給されるようにしている。ロータ部１２６に供給される電力は、制御装置１４０によって可変される。
【００５７】
このモータ１２０は、図７に示すように、電動機（本来のモータ）として作動する場合と発電機として作動する場合とに分けられる。図７中で右上り４５度の破線はプーリ１１０の回転数Ｎｐを示しており、この回転数Ｎｐにモータ１２０の回転数ΔＮを加えることで圧縮機軸１３２の回転数Ｎｊ（即ち、圧縮機回転数Ｎｃ）が決定される。
【００５８】
モータ回転数ΔＮは、ステータ部１２５とロータ部１２６との相対回転数であり、モータ回転数ΔＮ＝ロータ部１２６の回転数Ｎｒ−ステータ部１２５の回転数Ｎｓとなる。
【００５９】
ロータ部回転数Ｎｒがステータ部回転数Ｎｓより高ければ、モータ回転数ΔＮは正の値となり、圧縮機軸回転数Ｎｊは、プーリ回転数Ｎｐにモータ回転数ΔＮが加えられて、即ち増速されて得られることになる（図７中、Ｍ、Ｓ、Ｃ点）。これはモータ１２０に電力を供給している場合であり、モータ１２０が電動機として作動する領域となる。制御装置１４０によってモータ１２０に供給する電力を増加させ、圧縮機軸１３２をプーリ１１０に対して増速させるということは、圧縮機１３０の吐出量を増加させる側に可変可能となる訳である。
【００６０】
一方、ロータ部回転数Ｎｒがステータ部回転数Ｎｓより低ければ、モータ回転数ΔＮは負の値となり、圧縮機軸回転数Ｎｊはプーリ回転数Ｎｐに対してモータ回転数ΔＮが差し引かれて、即ち減速されて得られることになる（図７中、Ｄ、Ａ点）。これはプーリ１１０の回転、即ちステータ部１２５の回転に共連れしてロータ部１２６が回転する場合であり、モータ１２０が発電機として作動する領域となる。この時の発電量を制御装置１４０によって可変させることにより、圧縮機１３０の吐出量を低吐出量側へ可変可能としている。
【００６１】
次に、圧縮機１３０は、ここでは、スクロール式の固定容量型圧縮機としていいる。周知のように、圧縮機軸１３２には偏心シャフト１３３が接続されており、この偏心シャフト１３３は、可動スクロール１３９ａに嵌合されている。また、可動スクロール１３９ａに噛み合う固定スクロール１３９ｂが設けられ、可動スクロール１３９ａが偏心シャフト１３３によって公転され、固定スクロール１３９ｂとの間に形成される圧縮室で冷媒を圧縮する。
【００６２】
次に、上記構成に基づく作動について、図８に示すフローチャートと図９に示すタイムチャートを用いて説明する。図８に示すフローチャートにおいて、まずステップＳ２００で、冷凍サイクル装置２００の熱負荷を演算する。ステップＳ２１０で、エンジン１０が停止状態か否かを判定し、停止状態でなければステップＳ２２０で、演算された熱負荷は第１所定値よりも高いか否かを判定する。ここで第１所定値は、主に、夏季における車両始動直後のように急速冷房（クールダウン）を必要とするような高いレベルの熱負荷にあるか否かの閾値としたものである。
【００６３】
ステップＳ２２０で否と判定されれば、熱負荷は低く通常の冷房に必要なレベルであるので、ステップＳ２３０で、モータ１２０を発電機として作動させ（図９（ｄ）中のｄ）、圧縮機１３０を減速側に可変して（図９（ｃ）中のｅ）、吐出量を減少させて作動させる。
【００６４】
以下、上記第１実施形態と同様に、ステップＳ１１０〜ステップＳ１４０で、主発電機３０の発電量を調整（発電量減少）する（図９（ｇ）中のｆ）。
【００６５】
尚、ステップＳ２１０でエンジン１０が停止していると判定されると、ステップＳ２４０で、モータ１２０を電動機として作動させ（図９（ｄ）中のｇ）、その時の冷凍サイクル装置２００の熱負荷に応じて、圧縮機１３０の吐出量を可変させ、冷房機能を継続させる（図９（ｃ）中のｈ）。
【００６６】
また、ステップＳ２２０で熱負荷が第１所定値より高いと判定され、更にステップＳ２５０でエンジン１０の負荷が第２所定値より高いか否かが判定され、高くないと判定された場合は、クールダウン時の対応を行なう。尚、第２所定値は、主に、登坂加速のように高回転でエンジン１０が作動されているか否かの閾値としたものである。
【００６７】
クールダウン時においては、ステップＳ２６０で、モータ１２０は電動機として作動され（図９（ｄ）中のｉ）、圧縮機１３０の回転数を増速させ、吐出量を増大させ、最大吐出量を確保する（図９（ｃ）中のｊ）。
【００６８】
この場合は、ステップＳ２７０で、主発電機３０の発電量を増加させ、モータ１２０での電力消費分の対応を図る。
【００６９】
一方、ステップＳ２５０で、エンジン１０の負荷が第２所定値より高いと判定された場合は、熱負荷が高く、更にエンジン１０の負荷が高い場合であって、モータ１２０を電動機として作動させ（図９（ｄ）中のｋ）、圧縮機１３０の回転数を増加させ、吐出量を増加させる（図９（ｃ）中のｌ）。そして、ステップＳ２９０で、主発電機３０の発電量を一時的に減少させる（図９（ｇ）中のｍ）。
【００７０】
更に、本実施形態では、圧縮機１３０のロック時の保護機能として、以下のステップＳ３００、ステップＳ３１０を備えている。
【００７１】
即ち、ステップＳ１４０、ステップＳ２４０、ステップＳ２７０、ステップＳ２９０の後に、ステップＳ３００で、モータ１２０の発電量が第３所定値より多いか否かが判定される。第３所定値は、モータ１２０での発電量が最大発電量にあるか否かの閾値としたものである。つまり、モータ１２０の最大発電量はモータ回転数ΔＮ（負の値）が最大となる場合であって、これはロータ部１２６に接続される圧縮機軸１３２の回転数がゼロとなる場合である。即ち圧縮機１３０がロックしている場合が想定される訳である。
【００７２】
このようにステップＳ３００で、発電量が第３所定値よりも多いと判定されれば、上記のように圧縮機１３０がロックしている虞があり、ステップＳ３１０で、通電回路１４１を遮断する。
【００７３】
以上の構成および作動よりその作用効果について説明する。上記第１実施形態の作用効果に加えて、まず圧縮機１３０の構成として、ステータ部１２５およびロータ部１２６を互いに独立して回転可能としているので、エンジン１０からの駆動力およびバッテリ２０からの電力の両者によって、モータ１２０のステータ部１２５およびロータ部１２６が相対的に増速された状態で作動が可能となり、圧縮機１３０の吐出量を回転数で稼ぐことができ、圧縮機１３０を小型にすることができる。
【００７４】
また、エンジン１０主体でステータ部１２５が作動される時は、ロータ部１２６は発電作用により供回りし、圧縮機１３０を作動させる。この時、発電量を制御することで、圧縮機１３０の回転数が可変され回転数に基づく吐出量を可変できることとなり、複雑な吐出量可変機構を必要とせずに安価な圧縮機１３０とすることができる。
【００７５】
定速走行時においては、圧縮機１３０の吐出量を低吐出量側に可変させる際に、モータ１３０の発電量を増加させると共に、主発電機３０の発電量を減少させるようにしているので、主発電機３０での発電量を更に減少させることができ、エンジン１０の駆動力の低減効果を向上させることができる。
【００７６】
クールダウン時のように、圧縮機１３０の最大吐出量を発生させる際には、駆動源としてエンジン１０およびモータ１２０の両者を用いて、圧縮機１３０を作動させ、主発電機３０の発電量を増加させるようにしているので、モータ１２０での発電作用は無く、電力が消費される一方となるが、その分主発電機３０による発電分によりバッテリ２０の電力不足を防止できる。
【００７７】
冷凍サイクル装置２００の熱負荷が第１所定値よりも大きく、またエンジン１０の負荷が第２所定値よりも大きい場合は、圧縮機１３０の吐出量を高吐出量側に可変し、主発電機３０の発電量を減少させるようにしているので、主発電機３０による発電に使用される駆動力分が低減され、冷凍サイクル装置２００の冷房能力を落とすこと無く、エンジン１０の動力性能を向上できる。
【００７８】
圧縮機１３０のロック状態をモータ１２０の発電量で把握することが可能であり、従来圧縮機のようなクラッチや機械的リミッタ手段や回転センサ等のロック検出手段が不要となる。
【００７９】
尚、圧縮機１３０のロック時保護の制御フローとして、ステップＳ３００は、発電量の制御の可否判定とし、ステップＳ３１０は、モニタランプ等を設けて、乗員に対する異常信号を出力するものとしても良い。
【００８０】
（第３実施形態）
本発明の第３実施形態を図１０、図１１に示す。第３実施形態は、上記第２実施形態に対して、ハイブリッドコンプレッサ１０１の仕様を変更して対応するようにしたものである。
【００８１】
まず、ハイブリッドコンプレッサ１０１の構成について、図１０を用いて説明する。プーリ１１０には中心部に駆動軸１１２が固定されており、プーリ１１０、駆動軸１１２は、モータハウジング１２１に設けられた軸受け１１１、１１３によって回転可能に支持され、エンジン１０の駆動力がベルト５０を介して伝達され回転駆動するようにしている。
【００８２】
圧縮機１３０は、上記第２実施形態と同様にスクロール式の固定容量圧縮機としている。圧縮機軸１３２の反スクロール側の端部には、軸受け１１４を介して駆動軸１１２が嵌入されており、圧縮機軸１３２は、駆動軸１１２に対して独立して回転可能としている。
【００８３】
尚、ここでは吸入ポート１３１ｃをモータハウジング１２１側に設け、冷媒が連通路１３１ｅを流通し圧縮機１３０内に流入するようにしている。この吸入冷媒が後述するモータ１２０に触れることにより、モータ１２０に対する冷却効果を与え、モータ１２０の耐久性を向上させるようにしている。
【００８４】
モータ１２０は、永久磁石１２６ａを有するロータ部１２６と、巻線部１２５ａを有しモータハウジング１２１の内周面に固定されるステータ部１２５とから成る。ここでは永久磁石１２６ａは、ロータ部１２６の外周部に設けられるいわゆるＳＰモ−タ（Ｓｕｒｆａｃｅ Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ−ｍａｇｎｅｔ Ｍｏｔｏｒ）としている。ロータ部１２６の中心位置となるモータ回転軸１２２には、貫通孔が設けられており、モータ軸受け１２３を介して駆動軸１１２が挿通されている。よって、ロータ部１２６は、駆動軸１１２に対して独立して回転可能としている。
【００８５】
ロータ部１２６の内周側のスペースにはトルク伝達機構としての遊星歯車１６０が収容されている。遊星歯車１６０は、周知のように、中心部に設けられたサンギヤ１６１と、サンギヤ１６１の外周で自転しつつ公転するピニオンギヤ１６２ａに連結されるプラネタリーキャリヤ１６２と、ピニオンギヤ１６２ａの更に外周に設けられたリング状のリングギヤ１６３とから成る。尚、遊星歯車１６０の回転駆動時における各ギヤ、キャリヤ１６１、１６２、１６３の駆動トルクは、プラネタリーキャリヤトルク＝サンギヤトルク＋リングギヤトルクの関係となる。
【００８６】
そして、遊星歯車１６０の各ギヤ、キャリヤ１６１、１６２、１６３と各軸１１２、１２２、１３２とを以下のように接続している。即ち、駆動軸１１２をプラネタリーキャリヤ１６２に接続し、モータ回転軸１２２、即ちロータ部１２６をサンギヤ１６１に接続し、圧縮機軸１３２をリングギヤ１６３に接続している。
【００８７】
次に、上記構成に基づくハイブリッドコンプレッサ１０１の作動について図１１を用いて説明する。まず、最も圧縮機能力が必要とされるクールダウン時においては、プーリ１１０の駆動力は駆動軸１１２から遊星歯車１６０を介して圧縮機軸１３２に伝達され、圧縮機１３０は作動される。この時、図１１中のｎに示すように、モータ１２０をプーリ１１０の回転方向とは逆回転方向に作動させることにより、プーリ１１０の回転数にモータ１２０の回転数を上乗せして圧縮機回転数をプーリ回転数よりも高くして吐出量を増大させる。尚、モータ回転数を上げるように作動させてやると、圧縮機回転数は上昇する。
【００８８】
クールダウンの後の通常冷房時においては、主にプーリ１１０の駆動力でモータ１２０および圧縮機１３０を作動させる。この時、モータ１２０と圧縮機１３０とでは圧縮機１３０の方が圧縮仕事を行っている分作動トルクが大きいため、図１１中のｏに示すように、プーリ回転数に対して、圧縮機１３０は低回転側となり吐出量を減少させる。一方、モータ１２０は、プーリ回転数に対して高回転側で発電機として作動することになり、バッテリ２０への充電を可能とする。尚、モータ回転数を下げるように作動させてやると、圧縮機回転数は上昇する。
【００８９】
更に、エンジン１０が停止された場合は、モータ１２０の駆動力によって圧縮機１３０が作動される。この時は、プーリ１１０はベルト５０と共に停止状態となり、図１１中のｐに示すように、モータ１２０を逆回転方向に駆動させることで、モータ１２０の駆動力は圧縮機１３０に伝達される。ここではモータ回転数を増減することで圧縮機回転数は増減する。
【００９０】
このようなハイブリッドコンプレッサ１０１を用いることで、上記第２実施形態で説明した発電量制御（図８）が可能となり、同様の効果を得ることができる。即ち、ステップＳ２３０においては、図１１中のｏの作動パターンを適用し、ステップＳ２４０においては、図１１中のｐの作動パターンを適用し、更には、ステップＳ２６０、ステップＳ２８０においては、図１１中のｎの作動パターンを適用する訳である。
【００９１】
ここでは、モータ１２０の回転数を可変することで、駆動軸１１２の回転数に対して圧縮機１３０の回転数を増減させることができ、複雑な吐出量可変機構を必要とせずに圧縮機１３０の吐出量を可変可能とすることができる。また、圧縮機１３０の作動回転数を増速させた時に吐出量を稼ぐことができるので、圧縮機１３０を小型にすることができる。
【００９２】
更に、遊星歯車１６０のプラネタリーキャリヤ１６２に駆動軸１１２を接続するようにしているので、モータ１２０に対する圧縮機１３０の減速比を大きく取ることができるので、高回転、低トルク型のモータ１２０での対応を可能として、更にモータ１２０を小型で安価にすることができる。
【００９３】
尚、モータ回転軸１２２と圧縮機軸１３２の遊星歯車１６０（サンギヤ１６１、リングギヤ１６３）に対する接続は、両者を入れ替えたものとしても良い。また、トルク分配機構として遊星歯車１６０を適用するものとして説明したが、遊星歯車１６０に代えて遊星ローラやディファレンシャルギヤ等としても良い。
【００９４】
（その他の実施形態）
上記第１〜第３実施形態では、主発電機３０側の発電量を制御するものとして説明したが、モータ部１２０側の発電量を制御するようにしても良い。
【００９５】
また、ハイブリッドコンプレッサ１０１は、上記第１〜第３実施形態のものに対して、従来技術のように、電磁クラッチを有するプーリ、通常の固定子と回転子とから成るモータおよび圧縮機から成るものとしても良い。
【００９６】
更に、ハイブリッド車両を対象として説明したが、これに限らず、走行中一時停車した時にエンジン１０を停止させるいわゆるアイドルストップ車両に適用しても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明をハイブリッド車両の冷凍サイクル装置に適用した第１実施形態における全体構成を示す模式図である。
【図２】図１におけるハイブリッドコンプレッサを示す断面図である。
【図３】主発電機の発電量を制御するためのフローチャートである。
【図４】プーリ回転数に対する発電量の関係を示すグラフである。
【図５】（ａ）は車速、（ｂ）はエンジン回転数、（ｃ）はハイブリッドコンプレッサの発電量、（ｄ）は主発電機の発電量を示すタイムチャートである。
【図６】第２実施形態におけるハイブリッドコンプレッサを示す断面図である。
【図７】プーリ回転数に対する圧縮機の駆動軸回転数を示すグラフである。
【図８】第２実施形態における作動制御を示すフローチャートである。
【図９】（ａ）は車速、（ｂ）はプーリ回転数、（ｃ）は圧縮機回転数、（ｄ）モータの作動状態、（ｅ）はモータへの入力電流、（ｆ）はモータの発電電流、（ｇ）は主発電機の発電電流を示すタイムチャートである。
【図１０】第３実施形態におけるハイブリッドコンプレッサを示す断面図である。
【図１１】第３実施形態におけるプーリ、圧縮機、モータの作動回転数を示す共線図である。
【符号の説明】
１０ エンジン
２０ バッテリ（電源）
３０ 主発電機
１００ ハイブリッドコンプレッサ装置
１１２ 駆動軸
１２０ モータ
１２２ モータ回転軸（回転軸）
１２５ ステータ部
１２６ ロータ部
１３０ 圧縮機
１３２ 圧縮機軸
１４０ 制御装置
１４１ 通電回路
１６０ 遊星歯車（トルク分配機構）
１６２ プラネタリーキャリヤ
２００ 冷凍サイクル装置

Claims (10)

1. 外部動力源（１０）の駆動力によって作動する主発電機（３０）の発電電力が充電される電源（２０）の電力を受けて回転駆動すると共に、前記外部動力源（１０）の駆動力を受けた時に発電して前記電源（２０）に充電可能とするモータ（１２０）と、
   前記外部動力源（１０）および前記モータ（１２０）の少なくとも一方の駆動力を受けて作動すると共に、冷凍サイクル装置（２００）内の冷媒を圧縮する圧縮機（１３０）と、
   前記圧縮機（１３０）の駆動源として前記外部動力源（１０）および前記モータ（１２０）の少なくとも一方を選択すると共に、前記モータ（１２０）への電力供給量あるいは前記モータ（１２０）からの発電量を制御して前記圧縮機（１３０）を作動させる制御装置（１４０）とを有するハイブリッドコンプレッサ装置において、
   前記制御装置（１４０）は、前記主発電機（３０）の発電量を制御し、前記主発電機（３０）および前記モータ（１２０）によって得られる発電量が必要発電量を越える分について、前記主発電機（３０）あるいは前記モータ（１３０）のいずれかの発電量を減少させるようにしたことを特徴とするハイブリッドコンプレッサ装置。
2. 前記制御装置（１４０）は、前記必要発電量を越える分について、前記主発電機（３０）の発電量を減少させるようにしたことを特徴とする請求項１に記載のハイブリッドコンプレッサ装置。
3. 前記圧縮機（１３０）は、前記制御装置（１４０）によって一回転当りの吐出容量が可変される可変容量型圧縮機としたことを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載のハイブリッドコンプレッサ装置。
4. 前記モータ（１２０）を構成するステータ部（１２５）およびロータ部（１２６）は、互いに独立して回転可能とし、
   前記ステータ部（１２５）および前記ロータ部（１２６）の一方は、前記外部動力源（１０）からの駆動力が伝達されるように接続され、
   前記ステータ部（１２５）および前記ロータ部（１２６）の他方は、前記圧縮機（１３０）に接続されるようにしたことを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載のハイブリッドコンプレッサ装置。
5. 前記外部動力源（１０）からの駆動力を受けて回転駆動する駆動軸（１１２）を有し、
   前記モータ（１２０）および前記圧縮機（１３０）には、前記駆動軸（１１２）のトルクを前記圧縮機（１３０）の圧縮機軸（１３２）および前記モータ（１２０）の回転軸（１２２）に分配すると共に、前記回転軸（１２２）から入力されるトルクを前記駆動軸（１１２）および前記圧縮機軸（１３２）に伝達するトルク分配機構（１６０）が設けられたことを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載のハイブリッドコンプレッサ装置。
6. 前記トルク分配機構（１６０）は、遊星歯車（１６０）であり、
   前記駆動軸（１１２）は、前記遊星歯車（１６０）を構成するプラネタリーキャリヤ（１６２）に接続されたことを特徴とする請求項５に記載のハイブリッドコンプレッサ装置。
7. 前記制御装置（１４０）は、前記圧縮機（１３０）の吐出量を低吐出量側に可変させる際に、前記モータ（１３０）の発電量を増加させると共に、前記主発電機（３０）の発電量を減少させるようにしたことを特徴とする請求項３〜請求項６のいずれかに記載のハイブリッドコンプレッサ装置。
8. 前記制御装置（１４０）は、前記圧縮機（１３０）の最大吐出量を発生させる際には、駆動源として前記外部動力源（１０）および前記モータ（１２０）の両者を選択し、前記主発電機（３０）の発電量を増加させるようにしたことを特徴とする請求項４〜請求項７のいずれかに記載のハイブリッドコンプレッサ装置。
9. 前記制御装置（１４０）は、前記冷凍サイクル装置（２００）の熱負荷が第１所定値よりも大きく、また前記外部動力源（１０）の負荷が第２所定値よりも大きい場合は、前記圧縮機（１３０）の吐出量を高吐出量側に可変し、前記主発電機（３０）の発電量を減少させるようにしたことを特徴とする請求項３〜請求項８のいずれかに記載のハイブリッドコンプレッサ装置。
10. 前記制御装置（１４０）は、前記モータ（１２０）の発電量が第３所定値よりも大きい場合、あるいは発電量の制御が不能になった場合に、前記電源（２０）と前記モータ（１２０）間の通電回路（１４１）を遮断する、あるいは乗員に対する異常信号を出力するようにしたことを特徴とする請求項４〜請求項９のいずれかに記載のハイブリッドコンプレッサ装置。

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