JP4035349B2 - 車両用空調制御システム - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両に搭載された空調機を空調制御装置で制御することにより、車両室内の温度を温度設定値になるように制御する車両用空調制御システムに関する。
【0002】
【従来の技術】
例えば、新幹線電車を初めとする交流架線下で使用される鉄道車両には、空調機が搭載されており、この空調機は交流架線を一次側巻線に接続された主変圧器の二次側巻線から給電されている。そして、鉄道車両が交流き電区分の境界(セクション)の通過時には、空調機を一時的に停止し自動再起動させるようにしている。これは、電力の供給元であるセクションが異なると、一般に位相が異なるので、空調機における圧縮機の動作を円滑に継続させるためである。
【0003】
図5は、この種の従来の車両用空調制御システムの構成図である。集電器1から取り込んだ架線電圧は主変圧器2で降圧され、主回路用配線遮断器3を介して空調機29に供給される。
【0004】
空調機29は、空調制御された空気を室内に供給する空気送風機4と、空調制御に使用された空気を室外に排出する室外送風機5と、媒体を圧縮して所定の温度の空気を得る圧縮機7とから構成されている。
【0005】
室内送風機4および室外送風機5には主回路用配線用遮断器3より直接的に駆動電源が供給され、一方、圧縮機7には電磁接触器6を介して主回路用配線用遮断器3より駆動電源が供給されるようになっている。
【0006】
一方、空調機29を制御する空調制御装置8は、空調機29の空気吸入部に設けられた吸入部温度センサ9からの戻り空気温度をフィードバックするようにしている。
【0007】
すなわち、空調制御装置8は、空調機29の空気吸入部に設けられた吸入部温度センサ9により車両室内を循環して空調機29に戻る戻り空気の温度が、予め定められた温度設定値Trになるように、その温度偏差に基づいて例えば圧縮機7の運転時間と停止時間との比率を変えることによって、冷房の強弱運転を行うようにしている。
【0008】
また、電圧検出器10により、主変圧器2の二次側電圧を常に監視し、その電圧が低下した場合には、電圧検出器10の電圧低下出力リレー11の接点のOFF情報を空調制御装置8に伝えることにより、空調制御装置8は、一旦圧縮機7を停止させ、一定時間後に自動再起動させる制御を行っている。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、主変圧器2の二次側巻線に慣性モーメントが大きい送風機4、5が並列接続されているので、交流き電区分の境界で一旦架線電圧がなくなっても、送風機4、5が慣性で回り続け、その逆起電力により二次側電圧が下がらない場合がある。この場合、電圧検出器10は交流き電区分の境界を検知することができず、圧縮機7の運転を継続させることになる。
【0010】
一般に、次の交流き電区分は位相が異なるので、空調機29の圧縮機7を停止させることなく、位相の異なる次のき電区分の電力供給を受けた場合、圧縮機7に印加される電圧波形の位相が急変する。このため、圧縮機7が正常に動作を継続することができず、失速電流が流れ続け、一定時間後に主回路用配線用遮断器3が保護動作(トリップ)する場合がある。
【0011】
本発明の目的は、次の交流き電区分への切り替わりを位相の急変により検知し、位相急変を検出したときは、一旦圧縮機を停止させ正常に圧縮機を自動再起動させることができる車両用空調制御システムを提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】
請求項1の発明に係る車両用空調制御システムは、交流架線下で使用される車両に搭載され、前記車両が前記交流架線の交流き電区分の境界を通過するときには一時的に停止し自動再起動される空調機を空調制御装置で制御することにより、前記車両室内の温度を予め定められた温度設定値になるように制御する車両用空調制御システムにおいて、前記車両が前記交流架線の交流き電区分の境界を通過したときに発生する架線電圧の低下を、前記交流架線の架線電圧を降圧して前記空調機に電力を供給する主変圧器の二次側電圧が低下したことで検出し電圧低下信号を出力する電圧検出器と、前記車両が前記交流架線の交流き電区分の境界を通過したときに発生する前記主変圧器の二次側電圧の位相の急変を検出し位相急変信号を出力する位相急変検知回路と、車両室内を循環して空調機に戻る空気の温度が予め定められた温度設定値になるように前記空調機を制御すると共に前記電圧検出器からの電圧低下信号または前記位相急変検知回路からの位相急変信号を入力したときは前記空調機の圧縮機を一旦停止させ一定時間後に自動再起動させる空調制御装置とを備えたことを特徴とする。
【0013】
請求項1の発明に係る車両用空調制御システムにおいては、電圧検出器は、車両が交流架線の交流き電区分の境界を通過したときに空調機に電力を供給する主変圧器の二次側電圧の低下を検出したときは、電圧低下信号を出力する。一方、位相急変検知回路は、車両が交流架線の交流き電区分の境界を通過したときに主変圧器の二次側電圧の位相が急変したことを検出したときは、位相急変信号を出力する。空調制御装置は、電圧検出器からの電圧低下信号または位相急変検知回路からの位相急変信号を入力したときは、空調機の圧縮機を一旦停止させ一定時間後に自動再起動させる。これにより、鉄道車両が交流き電区分の境界を通過する際に、架線からの給電が無くなったにもかかわらず電圧が下がらないままの状態であっても、位相の急変があった場合には、空調機の圧縮機を一旦停止させることができる。
【0014】
請求項2の発明に係る車両用空調制御システムは、請求項1の発明において、前記位相急変検知回路は、主変圧器の二次側電圧の全波整流波形から半周期毎に位相の変化を検出する位相変化検出手段と、前記位相変化検出手段により検出された位相の変化幅が一定の位相角以上か否かを判定する位相急変判定手段と、前記位相急変判定手段により位相の急変幅が一定の位相角以上と判断された場合に前記位相急変信号を生成する位相急変出力手段とを備えたことを特徴とする。
【0015】
請求項2の発明に係る車両用空調制御システムの位相急変検知回路においては、位相変化検出手段により、主変圧器の二次側電圧の全波整流波形から半周期毎に位相の変化を検出する。位相急変判定手段は、位相変化検出手段により検出された位相の変化幅が一定の位相角以上か否かを判定し、位相の急変幅が一定の位相角以上と判断された場合には、位相急変出力手段は、位相急変信号を生成し出力する。
【0016】
請求項3の発明に係る車両用空調制御システムは、請求項1または請求項2の発明において、前記位相急変出力リレーは、前記位相急変検知回路は、前記位相急変信号により前記圧縮機の励磁回路を直接遮断することを特徴とする。
【0017】
請求項3の発明に係る車両用空調制御システムにおいては、位相急変検知回路は、位相急変信号を空調制御装置だけでなく圧縮機の励磁回路の電磁接触器にも出力し、圧縮機の励磁回路を直接遮断する。これにより、位相急変の検出後に直ちに圧縮機を一旦停止させることができる。
【0018】
請求項4の発明に係る車両用空調制御システムは、請求項2または請求項3のいずれか1項の発明において、前記位相急変出力手段は、前記位相急変判定手段により位相の急変幅が一定の位相角以上と判断された場合に、前記位相急変信号の出力時間を主変圧器の二次側電圧波形の周期の10倍程度にしたことを特徴とする。
【0019】
請求項4の発明に係る車両用空調制御システムにおいては、位相急変判定手段により位相の急変幅が一定の位相角以上と判断された場合には、位相急変信号の出力時間を主変圧器の二次側電圧波形の周期の10倍程度とする。これにより、位相急変出力リレーの動作を確実なものとし位相急変信号を適正に出力できる。
【0020】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。図1は本発明の第1の実施の形態に係る車両用空調制御システムの構成図である。この第1の実施の形態は、図5に示した従来例に対し、主変圧器2の二次側電圧の位相が急変したことを検出する位相急変検知回路12と、位相急変検知回路12が位相急変を検出したときは位相急変信号を出力する位相急変出力リレー13とが追加して設けらたものである。そして、空調制御装置8は位相急変出力リレー13からの位相急変信号を入力したときは空調機29の圧縮機7を一旦停止させ一定時間後に自動再起動させる。図5に示した従来例と同一要素には、同一符号を付し重複する説明は省略する。
【0021】
図1において、集電器1から取り込んだ架線電圧は主変圧器2で降圧され、主回路用配線遮断器3を介して空調機29に供給されると共に、断路器30aを介して電圧検出器10に、断路器30bを介して位相急変検知回路12に入力される。
【0022】
電圧検出器10は、主変圧器2の二次側電圧を常に監視する。電圧低下出力リレー11は主変圧器2の二次側電圧が電圧有りのときは、空調制御装置8への回路の接点を閉路し、電圧無しで接点を開き開路とする。従って、主変圧器2の二次側電圧が低下した場合には、電圧低下出力リレー11の接点のOFF情報を空調制御装置8に伝える。これにより、空調制御装置8は、一旦圧縮機7を停止させ、一定時間後に自動再起動させる制御を行う。
【0023】
また、位相急変検知回路12は主変圧器2の二次側電圧の位相急変を常に監視し、その電圧の位相が急変した場合には、位相急変出力リレー13の接点のOFF情報を空調制御装置8に入力する。すなわち、位相急変出力リレー13の接点条件を、電圧検出器10の電圧低下出力リレー11の出力回路に割り込ませる回路構成としている。
【0024】
位相急変検知回路12は、主変圧器2の二次側電圧の電源周波数の半周期毎に位相の変動を常に監視している。このため、鉄道車両が交流き電区分の境界を通過する際に、前の交流き電区分からの給電がなくなった後、並列接続されている送風機4、5等の慣性負荷による逆起電力により残る電圧波形に対し、次の交流き電区分から給電される電力の電圧波形との位相差があった場合には、これを検知することになる。電圧位相の急変を検知した位相急変検知回路12は、その位相急変出力リレー13の駆動コイルを励磁する。
【0025】
位相急変検知回路12の出力で励磁された位相急変出力リレー13は、そのb接点が開くことにより、本来、空調制御装置8への電圧低下検出信号の入力のみであった回路を開路する。
【0026】
電圧低下出力リレー11は、主変圧器2の二次側電圧が電圧有りで閉路し、電圧無しで開路となるので、空調制御装置8は、位相急変検知回路12の出力リレー13が励磁されそのb接点がOFFとなった場合も、電圧低下と同一の意味の信号と認識する。
【0027】
従って、主変圧器2の二次側電圧が下がらなかった場合でも、位相急変検知回路12が位相の急変を検知したときは、空調制御装置8は、一旦圧縮機7を停止させ、一定時間経過後に自動再起動させることになる。
【0028】
図2は、位相急変検知回路12の内部の構成図であり、図3は位相急変検知回路12の各部の動作信号の波形図である。位相急変検知回路12は、主変圧器2の二次側電圧の全波整流波形から半周期毎に位相の変化を検出する位相変化検出手段31と、位相変化検出手段31により検出された位相の変化幅が一定の位相角以上か否かを判定する位相急変判定手段32と、位相急変判定手段32により位相の急変幅が一定の位相角以上と判断された場合に位相急変出力リレー13の駆動信号を生成する位相急変出力手段33とを備えている。
【0029】
主変圧器2の二次側電圧は、位相急変検知回路12の位相変化検出手段31に入力される。すなわち、位相変化検出手段31の計器用変圧器14で一旦降圧される。
【0030】
計器用変圧器14で降圧された入力電圧Vは、図3に示すように正弦波状の信号である。入力電圧Vは整流回路15により整流され、その出力信号Vdは、立ち上がりワンショット回路16および排他的論理和回路17に入力される。立ち上がりワンショット回路16は、電圧波形の半周期の時素(時限)を持ち、整流回路15の出力信号Vdの立ち上がりを検出して所定のパルス幅(電圧波形の半周期)の立ち上がりパルス信号Puを出力する。この立ち上がりワンショット回路16の出力である立ち上がりパルス信号Puは排他的論理和回路17に入力される。
【0031】
排他的論理和回路17では、整流回路15の出力信号Vdと立ち上がりパルス信号Puとの排他的論理和を取ることにより、位相の変化をトリガにした位相変化検知信号S1が得られる。この位相変化検知信号S1が位相変化時の正極側の位相差を認識した信号となる。
【0032】
一方、整流回路15の出力信号Vdは、立ち下がりワンショット回路18および反転回路19に入力される。立ち下がりワンショット回路18は、電圧波形の半周期の時素を持ち、整流回路15の出力信号Vdの立ち下がりを検出して所定のパルス幅の立ち下がりパルス信号Pdを出力する。この立ち下がりワンショット回路18の出力である立ち下がりパルス信号Pdは排他的論理和回路20に入力される。反転回路19は整流回路15の出力信号Vdを反転させた反転信号Vd’を排他的論理和回路20に出力する。
【0033】
排他的論理和回路20は、立ち下がりパルス信号Pdと整流回路15の出力信号Vdの反転信号Vd’との排他的論理和を取ることにより、位相の変化をトリガにした位相変化検知信号S2が得られる。この位相変化検知信号S2は位相変化時の負極側の位相差を認識した信号となる。
【0034】
次に、排他的論理和回路17の出力である位相変化検知信号S1は、位相急変判定手段32の立ち上がりワンショット回路21および論理積回路23に入力される。立ち上がりワンショット回路21は、位相急変と判断する閾値の時素を持ち、その立ち上がりワンショット回路21の出力信号を反転回路22で反転する。そして、論理積回路23により、その反転信号と排他的論理和回路17の出力信号である位相変化検知信号S1との論理積をとることで、正極側の位相変化検知信号S1が閾値を超えた分のみの位相急変信号S1’が得られる。
【0035】
ここで、立ち上がりワンショット回路21が位相急変と判断する閾値は、例えば電源波形の周期の1/10程度の時素に設定する。従って、立ち上がりワンショット回路21は、電源波形の周期の1/10の時素を持つことになる。
【0036】
一方、排他的論理和回路20の出力である位相変化検知信号S2についても同様に、位相急変判定手段32の立ち上がりワンショット回路24および反転回路25、論理積回路26から負極側の位相変化検知信号S2が位相急変と判断する閾値を超えた分のみの位相急変信号S2’が得られる。
【0037】
そして、論理和回路27により、位相急変信号S1’と位相急変信号S2’との論理和を取り、合成位相急変信号S3として位相急変出力手段33の立ち上がりワンショット回路28に出力する。この立ち上がりワンショット回路28により、位相急変出力リレー13の駆動信号S4に変換し位相急変信号として位相急変出力リレー13に出力する。
【0038】
ここで、立ち上がりワンショット回路の28の時素設定値は、立ち上がりワンショット回路の28によって生成される駆動信号(位相急変信号)S4が位相急変出力リレー13の接点動作が確実に空調制御装置8に認識できるように、主変圧器2の二次側電圧波形の周期の10倍程度にする。
【0039】
この第1の実施の形態によれば、主変圧器2の二次側電圧の位相急変を検知したときは、空調制御装置28は空調機29の圧縮機7を一旦停止させ、所定の時間の経過後に再起動するので適正に空調機29を制御できる。
【0040】
すなわち、鉄道車両が交流き電区分の境界を通過する際、架線からの給電が無くなったにもかかわらず、慣性負荷による逆起電圧によって電圧が下がらないまま、次の交流き電区分からの給電を受けた状態であっても、位相急変検知回路がその位相の急変を検知するので圧縮機を一旦停止させることができる。
【0041】
次に、本発明の第2の実施の形態を説明する。図4は本発明の第2の実施の形態係る車両用空調制御システムの構成図である。この第2の実施の形態は、図1に示した第1の実施の形態に対し、位相急変出力リレー13は、位相急変信号を空調制御装置8だけでなく、圧縮機7の励磁回路の電磁接触器6にも出力し、圧縮機7の励磁回路を直接遮断するようにしたものである。図1に示した第1の実施の形態と同一要素には、同一符号を付し重複する説明は省略する。
【0042】
図4に示すように、位相急変出力リレー13の接点条件は、電圧検出器10の電圧低下出力リレー11の接点条件と論理積で、空調制御装置8に入力する回路に割り込ませると共に、位相急変出力リレー13の接点条件で、空調制御装置8が圧縮機7をON/OFFするための接触器6の励磁回路を直接遮断する回路構成としている。
【0043】
位相急変検知回路12は、電源周波数の半周期毎に位相の変動を常に監視している。このため、鉄道車両が交流き電区分の境界を通過する際、前の交流き電区分からの給電がなくなった後に、並列接続されている送風機4、5等の慣性負荷による逆起電力により残る電圧波形に対し、次の交流き電区分から給電される電力の電圧波形との位相差があった場合には、これを検知することができる。
【0044】
位相急変検知回路12は、変圧器2の二次側電圧の位相の急変を検知すると位相急変出力リレー13を励磁する。励磁された位相急変出力リレー13は、その接点が開く。これにより、本来、空調制御装置8の電圧低下検出信号の入力のみであった回路を開路することになる。
【0045】
電圧低下出力リレー11は、変圧器2の二次側電圧の電圧有りで閉路し、電圧無しで開路となるため、位相急変出力リレー13が励磁された場合も、電圧低下と同一の意味の信号を空調制御装置8へ出力する。また、位相急変検知回路12の位相急変出力リレー13の接点条件で、空調制御装置8が圧縮機7をON/OFFするための接触器6の励磁回路を直接遮断する回路構成であるので、位相急変検知後に直ちに圧縮機7を停止させることができる。
【0046】
従って、主変圧器2の二次側電圧が下がらなかった場合でも、位相急変検知回路12が位相の急変を検知することによって、即座に圧縮機7を停止させると共に、位相の急変を検知した空調制御装置8は、一定時間経過後に自動再起動させることができるようになる。
【0047】
第2の実施の形態によれば、位相急変検知回路がその位相の急変を検知たときは、その位相の急変の検知後、直ちに圧縮機7を一旦停止させることができるので、圧縮機7にかける負担がより軽減する。
【0048】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の車両用空調制御システムによれば、鉄道車両が交流き電区分の境界を通過する際、架線からの給電がなくなり、空調機の送風機等の慣性負荷の逆起電力により主変圧器の二次側電圧が下がらないまま次のき電区分から給電を受けることになった場合でも、位相急変検知回路の動作により、一旦圧縮機を停止させ正常に自動再起動させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態の車両用空調制御システムの回路構成図。
【図2】同車両用空調制御システムにおける位相急変検知回路の内部構成例を示す機能ブロッ図。
【図3】同車両用空調制御システムにおける位相急変検知回路の回路動作を説明するタイミングチャート
【図4】本発明の第2の実施の形態の車両用空調制御システムの回路構成図。
【図5】従来の車両用空調制御システムの回路構成図。
【符号の説明】
1…集電器、2…主変圧器、3…主回路用配線遮断器、4…室内送風機、5…室外送風機、6…電磁接触器、7…圧縮機、8…空調制御装置、9…吸入部温度センサ、10…電圧検出器、11…電圧低下出力リレー、12…位相急変検知回路、13…位相急変出力リレー、14…計器用変圧器、15…整流回路、16…立ち上がりワンショット回路、17…排他的論理和回路、18…立ち下がりワンショット回路、19…反転回路、20…排他的論理和回路、21…立ち上がりワンショット回路、22…反転回路、23…論理積回路、24…立ち上がりワンショット回路、25…反転回路、26…論理積回路、27…論理和回路、28…立ち上がりワンショット回路、29…空調機、30…断路器、31…位相変化検出手段、32…位相急変判定手段、33…位相急変出力手段
Claims (4)
- 交流架線下で使用される車両に搭載され、前記車両が前記交流架線の交流き電区分の境界を通過するときには一時的に停止し自動再起動される空調機を空調制御装置で制御することにより、前記車両室内の温度を予め定められた温度設定値になるように制御する車両用空調制御システムにおいて、前記車両が前記交流架線の交流き電区分の境界を通過したときに発生する架線電圧の低下を、前記交流架線の架線電圧を降圧して前記空調機に電力を供給する主変圧器の二次側電圧が低下したことで検出し電圧低下信号を出力する電圧検出器と、前記車両が前記交流架線の交流き電区分の境界を通過したときに発生する前記主変圧器の二次側電圧の位相の急変を検出し位相急変信号を出力する位相急変検知回路と、車両室内を循環して空調機に戻る空気の温度が予め定められた温度設定値になるように前記空調機を制御すると共に前記電圧検出器からの電圧低下信号または前記位相急変検知回路からの位相急変信号を入力したときは前記空調機の圧縮機を一旦停止させ一定時間後に自動再起動させる空調制御装置とを備えたことを特徴とする車両用空調制御システム。
- 前記位相急変検知回路は、主変圧器の二次側電圧の全波整流波形から半周期毎に位相の変化を検出する位相変化検出手段と、前記位相変化検出手段により検出された位相の変化幅が一定の位相角以上か否かを判定する位相急変判定手段と、前記位相急変判定手段により位相の急変幅が一定の位相角以上と判断された場合に前記位相急変信号を生成する位相急変出力手段とを備えたことを特徴とする請求項1記載の車両用空調制御システム。
- 前記位相急変検知回路は、前記位相急変信号により前記圧縮機の励磁回路を直接遮断することを特徴とする請求項1または請求項2記載の車両用空調制御システム。
- 前記位相急変出力手段は、前記位相急変判定手段により位相の急変幅が一定の位相角以上と判断された場合に、前記位相急変信号の出力時間を主変圧器の二次側電圧波形の周期の10倍程度にしたことを特徴とする請求項2または請求項3記載の車両用空調制御システム。
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