JP4933064B2 - 電磁クラッチ制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、電磁クラッチの制御装置に関するものである。

外部駆動源と車両空調装置用圧縮機とを着脱する電磁クラッチの制御装置であって、電磁コイルと電源とを接続、遮断するスイッチング素子と、スイッチング素子を所定のデューティー比で駆動する駆動制御手段とを備える電磁クラッチ制御装置が特許文献１に開示されている。
特許文献１の制御装置は、従来の制御装置が、電磁コイルに常時大きな電流を流していたのに対し、大きな伝達トルクを必要とする圧縮機起動時には、大きな第１デューティー比でスイッチング素子を駆動し、電磁コイルに大きな電流を流して、電磁クラッチの伝達トルクを増加させる一方、大きな伝達トルクを必要としない安定運転状態へ移行した後は、小さな第２デューティー比でスイッチング素子を駆動し、電磁コイルに流す電流を減少させて、消費電力の節減を実現したものである。
特開平５−１５７１２９

車両の冷房負荷に応じて、車両空調装置用圧縮機の駆動トルクは種々に変化し、電磁クラッチの必要伝達トルクも種々に変化する。特許文献１の制御装置は、スイッチング素子を大小二つのデューティー比で駆動するのみなので、電磁クラッチの伝達トルク、消費電力も大小二つのみであり、車両の冷房負荷に応じて種々に変化する必要伝達トルクに対応することができず、また消費電力も十分に節減できないという欠点を有している。
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、外部駆動源と車両空調装置用圧縮機とを着脱する電磁クラッチの制御装置であって、電磁コイルと電源とを接続、遮断するスイッチング素子と、スイッチング素子を所定のデューティー比で駆動する駆動制御手段とを備える電磁クラッチ制御装置において、車両の冷房負荷に応じて種々に変化する必要伝達トルクに対応でき、十分な節電効果が得られる電磁クラッチ制御装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明においては、外部駆動源と車両空調装置用圧縮機とを着脱する電磁クラッチの制御装置であって、電磁コイルと電源とを接続、遮断するスイッチング素子と、電磁コイルに対して並列に接続され、スイッチングＯＦＦの際に電磁コイルに発生した電流を還流電流として電磁コイルに戻すダイオードと、スイッチング素子を所定範囲内の任意のデューティー比で駆動する駆動制御手段とを備え、駆動制御手段は、電磁クラッチのアーマチュアがプーリー側の摩擦面に吸引されて同期回転している時、スイッチング素子を数百Ｈｚの所定の周波数且つ所定範囲内の任意のデューティー比で駆動して、電磁コイルを流れる平均電流値を所定値に制御することを特徴とする電磁クラッチ制御装置を提供する。
本発明に係る電磁クラッチ制御装置においては、電磁クラッチのアーマチュアがプーリー側の摩擦面に吸引されて同期回転しており、電磁クラッチの伝達トルクと電磁コイルに流れる電流値とがほぼ比例関係にある時、スイッチング素子を所定範囲内の任意のデューティー比で駆動するので、電磁コイルに所定範囲内の任意の電流を流すことができ、所定範囲内の任意の伝達トルクを実現することができる。従って、車両の冷房負荷に応じて種々に変化する必要伝達トルクに対応でき、且つ十分な節電効果が得られる。スイッチングＯＦＦの際に電磁コイルに発生した電流を還流電流として電磁コイルに戻すので節電効果が更に増大する。

本発明に係る電磁クラッチ制御装置においては、スイッチングＯＦＦの際の逆起電力により電磁コイルに発生した電流を、ダイオードを介して還流電流として電磁コイルに戻すことにより、電源から電磁コイルに供給する電流値を低減させることができる。この結果、節電効果が更に増大する。

本発明の好ましい態様においては、駆動制御手段は、電磁コイルを流れる電流値を検出する電流検出手段と、外部情報に基づいて目標電流値を設定する目標電流設定手段と、電流検出手段が検出した電流値と目標電流値とを比較判定する比較判定手段と、比較判定手段の出力値に応じて電流検出手段が検出した電流値が目標電流値になるようにデューティー比を変更してスイッチング素子を駆動するデューティー制御手段とを備える。
電磁コイルに流れる電流値を検出して目標電流値となるようにフィードバック制御するので、目標の伝達トルクを確実に実現できる。外部情報に基づいて目標電流値を設定するので、車両の冷房負荷に応じて種々に変化する必要伝達トルクに対応でき、且つ十分な節電効果が得られる。

本発明の好ましい態様においては、駆動制御手段は、車両の冷房負荷を検出する冷房負荷検出手段を備え、目標電流設定手段は、外部情報としての冷房負荷検出手段の出力値に応じて目標電流値を設定する。
本発明の好ましい態様においては、駆動制御手段は、車両空調装置の空調設定を検出する空調設定検出手段を備え、目標電流設定手段は、外部情報としての空調設定検出手段の出力値に応じて目標電流値を設定する。
本発明の好ましい態様においては、駆動制御手段は、車両の運転状態を検出する運転状態検出手段を備え、目標電流設定手段は、外部情報としての運転状態検出手段の出力値に応じて目標電流値を設定する。
本発明の好ましい態様においては、駆動制御手段は、車両空調装置用圧縮機の駆動トルクを検出するトルク検出手段を備え、目標電流設定手段は、外部情報としてのトルク検出手段の出力値に応じて目標電流値を設定する。
外部情報として、車両の冷房負荷、車両空調装置の空調設定、車両の運転状態の何れか一つ又は二つ以上を採用し、当該情報から圧縮機の駆動トルク、ひいては必要伝達トルクを演算して、目標電流値を設定しても良い。外部情報として、車両空調装置用圧縮機の駆動トルクを採用する場合には、圧縮機を駆動するのに必要な最低伝達トルクで電磁クラッチを運転でき、消費電力の無駄が無い。

本発明の好ましい態様においては、車両空調装置用圧縮機は可変容量圧縮機である。
可変容量圧縮機においては、冷房負荷が小さい時は駆動トルクがかなり小さくなるので、本発明の電磁クラッチ制御装置を使用すれば、大きな節電効果が得られる。

本発明の好ましい態様においては、車両空調装置用圧縮機は、外部信号に基づいて吐出容量を変更する外部制御手段を備えており、目標電流設定手段は、外部情報としての外部制御手段の出力信号に応じて目標電流値を設定する。
可変容量圧縮機の外部制御手段の出力信号に応じて目標電流値を設定すれば、外部情報を取得するための特別なセンサーが不要になり、制御装置が簡素化される。

本発明の好ましい態様においては、目標電流設定手段は、予め定められた最低電流値と最高電流値との間に目標電流値を設定する。
最低電流値と最高電流値とを予め設定することにより、制御電流の範囲が限定され、不必要に電流が変化し、不必要に伝達トルクが変化するのを防止することができる。

本発明の好ましい態様においては、駆動制御手段は、車両空調装置の起動停止信号を出力するエアコンスイッチの起動信号を検出する起動信号検出手段を備え、目標電流設定手段は、起動信号検出手段がエアコンスイッチの起動信号を検出した後所定時間に亙って、目標電流値を最高電流値に維持する。
大きな伝達トルクを必要とする圧縮機起動時に、大きな伝達トルクを実現して、圧縮機を確実に起動させることができる。

本発明に係る電磁クラッチ制御装置においては、スイッチング素子を所定範囲内の任意のデューティー比で駆動するので、電磁コイルに所定範囲内の任意の電流を流すことができ、所定範囲内の任意の伝達トルクを実現することができる。従って、車両の冷房負荷に応じて種々に変化する必要伝達トルクに対応でき、且つ十分な節電効果が得られる。

本発明の実施例に係る電磁クラッチ制御装置を説明する。

図１に示すように、電磁クラッチＡの制御装置は、電磁クラッチＡの電磁コイルＢを励磁、消磁させるべく電源ラインＣと電磁コイルＢとを接続、遮断するスイッチング素子１と、電磁コイルＢに対して並列に接続されたダイオード２と、電磁コイルＢを流れる電流値を検出する電流検出手段３と、外部情報として外気温度を検出し、ひいては車両の冷房負荷を検出する外気温度センサー４と、車両空調装置を起動停止させるエアコンスイッチの起動信号を検出する起動信号検出手段５（実際にはエアコンスイッチそのもの）と、外部情報である外気温度センサー４の出力値に基づいて目標電流値を設定する目標電流設定手段６と、電流検出手段３で検出された電流値と目標電流値とを比較判定する比較判定手段７と、比較判定手段７の出力に応じて電流検出手段３で検出された電流値が目標電流値となるようにデューティー比を変更してスイッチング素子１を駆動するデューティー制御手段８とから構成されている。

電磁コイルＢが励磁され、電磁クラッチＡのアーマチュアがプーリー側の摩擦面に吸引されて同期回転している時の電磁クラッチＡの伝達トルクは、図２に示すように、電磁コイルＢに流れる電流値とほぼ比例関係にある。従って、電磁コイルＢに流れる電流値を調整することにより、電磁クラッチＡの伝達トルクを調整することができる。
デューティー制御手段８は、所定の周波数（例えば数百Ｈｚ）、所定のデューティー比でスイッチング素子１（例えば電界効果トランジスタ）を駆動して、電磁コイルＢを流れる平均電流値を所定値に制御する。スイッチングＯＦＦの際の逆起電力により電磁コイルＢに発生した電流が、ダイオード２を介して還流電流として電磁コイルＢに戻される。
電磁コイルＢに流れる電流値は電流検出手段３で検出され、比較判定手段７で目標電流値と比較判定される。目標電流値との差に応じて、デューティー制御手段８によりデューティー比が変更され、目標電流値となるように電磁コイルＢに流れる電流がフィードバック制御される。後述するように、電磁コイルＢに流す電流値は最低電流値と最高電流値の間で可変制御されるので、デューティー制御手段８は、所定範囲内でデューティー比を可変制御する。

目標電流値は、図３に示すように、外気温度によって決定される。外気温度が高くなり、冷房負荷が大きくなると圧縮機駆動トルクが高くなるので、電磁コイルＢに流れる電流を増加させ、逆に外気温度が低くなり冷房負荷が小さくなると圧縮機駆動トルクが小さくなるので、電磁コイルＢに流れる電流を減少させて伝達トルクを低下させ、電磁クラッチＡの消費電力を節減する。電磁コイルＢに流す電流値として、電磁クラッチＡの最低伝達トルクを規定する最低電流値と、電磁クラッチＡの最大伝達トルクを規定する最高電流値とが予め決められている。目標電流値は最低電流値と最高電流値との間に設定される。図３の特性は、電磁クラッチＡの伝達トルク＞圧縮機駆動トルクとなるように、摩擦損失等の外気温度以外の要因も考慮して決定されている。
エアコンスイッチをＯＮした圧縮機起動直後は、圧縮機駆動トルクが大きく、また液圧縮等の異常状態も発生するリスクがあるので、図４のフローに示すように、目標電流値を所定時間に亙って最高電流値に維持している。

本実施例に係る電磁クラッチ制御装置においては、外部情報に応じてスイッチング素子１を所定範囲内の任意のデューティー比で駆動するので、電磁コイルＢに所定範囲内の任意の電流を流すことができ、所定範囲内の任意の伝達トルクを実現することができる。従って、車両の冷房負荷に応じて種々に変化する必要伝達トルクに対応でき、且つ十分な節電効果が得られる。
本実施例に係る電磁クラッチ制御装置においては、スイッチングＯＦＦの際の逆起電力により電磁コイルＢに発生した電流を、ダイオード２を介して還流電流として電磁コイルＢに戻すことにより、電源ラインＣから電磁コイルＢに供給する電流値を低減させている。この結果、節電効果が更に増大する。
本実施例に係る電磁クラッチ制御装置においては、電磁コイルＢに流れる電流値を検出して目標電流値となるようにフィードバック制御するので、目標の伝達トルクを確実に実現できる。外部情報に基づいて目標電流値を設定するので、車両の冷房負荷に応じて種々に変化する必要伝達トルクに対応でき、且つ十分な節電効果が得られる。
本実施例に係る電磁クラッチ制御装置においては、目標電流値として、最低電流値と最高電流値とを予め設定することにより、制御電流の範囲を限定し、不必要に電流が変化し、不必要に伝達トルクが変化するのを防止している。
本実施例に係る電磁クラッチ制御装置においては、目標電流設定手段６は、起動信号検出手段５がエアコンスイッチの起動信号を検出した後所定時間に亙って、目標電流値を最高電流値に設定するので、大きな伝達トルクを必要とする圧縮機起動時に、大きな伝達トルクを実現して、圧縮機を確実に起動させることができる。

図５に示すように、外部情報としての車両冷房負荷を検出する手段として、外気温度センサー４に代えて圧縮機の吐出圧力を検出する吐出圧力センサー９を配置し、吐出圧力の高低により目標電流値を設定しても良い。圧縮機の吐出圧力が高くなると圧縮機駆動トルクが高くなるので、電磁コイルＢに流れる電流を増加させ、逆に圧縮機の吐出圧力が低くなると圧縮機駆動トルクが小さくなるので、電磁コイルＢに流れる電流を減少させ、電磁クラッチＡの消費電力を節減する。

図６に示すように、外部情報としての車両の冷房負荷を表す物理量として、車両空調装置のエバポレータの送風量を示すエバブロワ電圧を採用し、当該電圧に基づいて目標電流値を設定しても良い。エバブロワ電圧が高い場合は圧縮機駆動トルクが高くなるので、電磁コイルＢに流れる電流を増加させ、逆にエバブロワ電圧が低い場合は圧縮機駆動トルクが小さくなるので、電磁コイルＢに流れる電流を減少させ、電磁クラッチＡの消費電力を節減する。

図７、８に示すように、外部情報としての車両の冷房負荷を間接的に表す物理量として、車速を採用し、車速センサー１０の出力に基づいて目標電流値を設定しても良い。車速が遅い場合、特にアイドリングでは圧縮機駆動トルクが高くなるので、電磁コイルＢに流れる電流を増加させ、逆に高速では圧縮機駆動トルクが小さくなるので、電磁コイルＢに流れる電流を減少させ、電磁クラッチの消費電力を節減する。

外部情報としての車両の冷房負荷を表す物理量として、日射量、車室温度、車室湿度、エバポレータ入口空気温度、エバポレータ入口空気湿度、低圧側冷媒圧力等を採用し、これらを検出するセンサーの出力に基づいて目標電流値を設定しても良い。
外部情報としての車両の冷房負荷を間接的に表す信号として、内外気導入信号、冷却度合設定手段の信号（室温設定信号、エアミックスダンパー位置信号）、吹き出し口位置信号等の空調設定信号を採用し、これらの信号に基づいて目標電流値を設定しても良い。
冷房負荷検出手段、空調設定検出手段、車両運転状態検出手段等の複数の直接間接の冷房負荷検出手段の出力信号に基づいて目標電流値を算出しても良い。圧縮機駆動トルクの算出精度が向上し、電磁クラッチＡの消費電力を更に節減できる。

図９にしめすように、外部情報としての圧縮機駆動トルクを直接的に検出するトルクセンサー１１の出力に基づいて目標電流値を設定するようにすれば最適である。外部情報として圧縮機駆動トルクを直接検出して電磁クラッチＡの伝達トルクを設定するので、圧縮機を駆動するのに必要な最低伝達トルクで電磁クラッチＡを運転でき、消費電力の無駄が無い。

本実施例に係る電磁クラッチ制御装置は、可変容量圧縮機に適用すると有効である。
可変容量圧縮機はエアコンスイッチをＯＮすれば圧縮機を最適な吐出容量に維持すべく、外部信号に基づいて容量制御弁の制御電流が調整され、圧縮機がほぼ連続運転状態となる。冷房負荷が小さい低中負荷領域では吐出容量が減少し、圧縮機駆動トルクが極めて小さくり、電磁クラッチの必要伝達トルクも小さくなるので、電磁クラッチの消費電力を小さくして節電すべきである。本実施例に係る電磁クラッチの制御装置は係る要求に十分に答えることができ、大きな節電効果を得ることができる。
容量制御弁の制御電流は図１０に示すような特性を有しているので、図１１及び図１２に示すように、外部情報として容量制御弁の制御電流目標値を採用し、当該目標値に基づいて、目標電流設定手段６が目標電流値を設定するように電磁クラッチの制御装置を構成しても良い。容量制御弁の制御電流目標値が大きくなると圧縮機の吐出容量が増加し、圧縮機駆動トルクが高くなるので、電磁コイルＢに流れる電流を増加させ、逆に容量制御弁の制御電流目標値が小さくなると圧縮機の吐出容量が減少し、圧縮機駆動トルクが小さくなるので、電磁コイルＢに流れる電流を減少させて伝達トルクを低下させ、電磁クラッチの消費電力を節減する。
容量制御弁の制御電流目標値に基づいて目標電流値を設定すれば、外部情報を取得するための特別なセンサーが不要になり、電磁クラッチの制御装置が簡素化される。

ダイオード２は図１に示すように制御装置側に設置しても良く、或いは図１に一点鎖線で示すように、電磁コイルＢの両端に接続するターミナル間に設置しても良い。電流検出手段３は、図１に示す位置以外に、電源ラインＣのスイッチング素子１上流側や下流側に設置しても良い。この場合、ダイオード２を介する還流電流を考慮して、電流検出手段３の検出値と電磁コイルＢに流れる電流値との間の相関を予め求めておく必要がある。

本発明は、外部駆動源と車両空調装置用圧縮機とを着脱する電磁クラッチに広く利用可能である。

本発明の実施例に係る電磁クラッチの制御装置のブロック図である。 電磁コイルに流れる電流と電磁クラッチの伝達トルクの関係を示す図である。 外気温度と目標電流値との関係を示す図である。 図１の制御装置の動作フローを示す図である。 吐出圧力に基づいて目標電流設定手段が目標電流値を設定するように改変した、図１の制御装置の部分ブロック図である。 エバブロワ電圧に基づいて目標電流設定手段が目標電流を設定するように改変した図１の制御装置の部分ブロック図である。 車速に基づいて目標電流設定手段が目標電流を設定するように改変した図１の制御装置の部分ブロック図である。 図７の実施例における、車速と目標電流値との関係を示す図である。 圧縮機駆動トルクに基づいて目標電流設定手段が目標電流を設定するように改変した図１の制御装置の部分ブロック図である。 可変容量圧縮機の容量制御弁の制御電流特性を示す図である。 容量制御弁の目標電流値に基づいて目標電流設定手段が目標電流を設定するように改変した図１の制御装置の部分ブロック図である。 図１１の実施例における、容量制御弁の目標電流値と電磁コイルの目標電流値との関係を示す図である。

符号の説明

Ａ 電磁クラッチ
Ｂ 電磁コイル
Ｃ 電源ライン
１ スイッチング素子
２ ダイオード
３ 電流検出手段
４ 外気温度センサー
５ 起動信号検出手段
６ 目標電流設定手段
７ 比較判定手段
８ デューティー制御手段
９ 吐出圧力センサー
１０ 車速センサー
１１ トルクセンサー

Claims (10)

1. 外部駆動源と車両空調装置用圧縮機とを着脱する電磁クラッチの制御装置であって、電磁コイルと電源とを接続、遮断するスイッチング素子と、電磁コイルに対して並列に接続され、スイッチングＯＦＦの際に電磁コイルに発生した電流を還流電流として電磁コイルに戻すダイオードと、スイッチング素子を所定範囲内の任意のデューティー比で駆動する駆動制御手段とを備え、駆動制御手段は、電磁クラッチのアーマチュアがプーリー側の摩擦面に吸引されて同期回転している時、スイッチング素子を数百Ｈｚの所定の周波数且つ所定範囲内の任意のデューティー比で駆動して、電磁コイルを流れる平均電流値を所定値に制御することを特徴とする電磁クラッチ制御装置。
2. 駆動制御手段は、電磁コイルを流れる電流値を検出する電流検出手段と、外部情報に基づいて目標電流値を設定する目標電流設定手段と、電流検出手段が検出した電流値と目標電流値とを比較判定する比較判定手段と、比較判定手段の出力値に応じて電流検出手段が検出した電流値が目標電流値になるようにデューティー比を変更してスイッチング素子を駆動するデューティー制御手段とを備えることを特徴とする請求項１に記載の電磁クラッチ制御装置。
3. 駆動制御手段は、車両の冷房負荷を検出する冷房負荷検出手段を備え、目標電流設定手段は、外部情報としての冷房負荷検出手段の出力値に応じて目標電流値を設定することを特徴とする請求項２に記載の電磁クラッチ制御装置。
4. 駆動制御手段は、車両空調装置の空調設定を検出する空調設定検出手段を備え、目標電流設定手段は、外部情報としての空調設定検出手段の出力値に応じて目標電流値を設定することを特徴とする請求項２に記載の電磁クラッチ制御装置。
5. 駆動制御手段は、車両の運転状態を検出する運転状態検出手段を備え、目標電流設定手段は、外部情報としての運転状態検出手段の出力値に応じて目標電流値を設定することを特徴とする請求項２に記載の電磁クラッチ制御装置。
6. 駆動制御手段は、車両空調装置用圧縮機の駆動トルクを検出するトルク検出手段を備え、目標電流設定手段は、外部情報としてのトルク検出手段の出力値に応じて目標電流値を設定することを特徴とする請求項２に記載の電磁クラッチ制御装置。
7. 車両空調装置用圧縮機は可変容量圧縮機であることを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載の電磁クラッチ制御装置。
8. 車両空調装置用圧縮機は、外部信号に基づいて吐出容量を変更する外部制御手段を備えており、目標電流設定手段は、外部情報としての外部制御手段の出力信号に応じて目標電流値を設定することを特徴とする請求項７に記載の電磁クラッチ制御装置。
9. 目標電流設定手段は、予め定められた最低電流値と最高電流値との間に目標電流値を設定することを特徴とする請求項２乃至８の何れか１項に記載の電磁クラッチ制御装置。
10. 駆動制御手段は、車両空調装置の起動停止信号を出力するエアコンスイッチの起動信号を検出する起動信号検出手段を備え、目標電流設定手段は、起動信号検出手段がエアコンスイッチの起動信号を検出した後所定時間に亙って、目標電流値を最高電流値に維持することを特徴とする請求項２乃至９の何れか１項に記載の電磁クラッチ制御装置。

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