JP6465718B2 - 気体圧縮機の制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は、気体圧縮機の制御装置に関する。
例えば、自動車などの車両には、車室内の温度調整を行うための空調装置が設けられている。このような空調装置は、冷媒(冷却媒体)を循環させるようにしたループ状の冷媒サイクルを有しており、この冷媒サイクルは、蒸発器、気体圧縮機、凝縮器、膨張弁が順に設けられている。前記空調装置の気体圧縮機は、蒸発器で蒸発されたガス状の冷媒を圧縮して高圧の冷媒ガスとし、凝縮器へ送出するものである。
上記の気体圧縮機の回転軸には、ベルトを介して伝達される車両エンジンの回転駆動力を断接する電磁クラッチが接続されており、電磁クラッチがONされると、対向する各摩擦面が連結されて回転駆動力が気体圧縮機の回転軸に伝達されて気体圧縮機が運転され、電磁クラッチがOFFされると、対向する各摩擦面の連結が解除されて回転軸への回転駆動力が断絶され、気体圧縮機の運転が停止される。
ところで、気体圧縮機の駆動トルクはその運転状態に応じて変化する。そのため、それに応じて電磁クラッチの連結された摩擦面間の電磁力による保持力を適切なものとするために、電磁クラッチの電磁石に供給される電気エネルギーを制御することが行われている(例えば、特許文献1)。
例えば、気体圧縮機の運転状態が低負荷運転で駆動トルクが小さい場合には、電磁クラッチの連結された摩擦面間の電磁力による保持力が小さくて済むので、電磁クラッチの電磁石に供給される電気エネルギーが小さくなるように制御される。
特開2002−250293号公報
特許文献1の技術では、電磁クラッチのON動作時と、その後の一定時間経過後において、電磁クラッチの電磁石に供給される電気エネルギーを制御することで、電磁クラッチの連結された摩擦面間の電磁力による保持力を適切にするようにしている。しかしながら、特許文献1には、電磁クラッチのOFF動作時での電磁石に供給される電気エネルギーの制御についての記載はなく、従来では、電磁クラッチのOFF動作時には電磁石に供給される電気エネルギーをOFFにして即ゼロにしている。このため、電磁クラッチのOFF動作時に、電磁クラッチの連結された摩擦面間の電磁力による保持力が一気に解除され、これに伴って気体圧縮機の駆動トルクが一気に低下する。
ところで、電磁クラッチがON動作時には、駆動源である車両エンジンに対して、運転状態にある気体圧縮機の負荷等に対応して適切な燃料噴射量制御などのエンジン回転数制御を行っているが、特に気体圧縮機が高負荷状態で駆動されているときに、上記したように電磁クラッチのOFF動作時に気体圧縮機の駆動トルクが一気に低下すると、駆動トルクのトルク変動が急すぎて車両エンジン側の燃料噴射量制御などのエンジン回転数制御が追い付かず、エンジン回転数が急激に上昇する。
エンジン回転数が急激に上昇すると、エンジン音も急に大きくなるので、運転者などの乗員に対して不快な思いをさせてしまう。
そこで、本発明は、電磁クラッチのOFF動作時に気体圧縮機の駆動トルクが急激に変動しないようにすることができる気体圧縮機の制御装置を提供することを目的とする。
前記課題を解決するために、本発明に係る気体圧縮機の制御装置は、供給された媒体を圧縮して、圧縮された高圧の媒体を吐出する圧縮機本体と、前記圧縮機本体の回転軸に対して駆動源からの回転駆動力を断接する電磁クラッチとを備えた気体圧縮機の制御装置であって、前記制御装置は、前記電磁クラッチの電磁石へ印加する電流を制御する電流制御部を備えており、前記電磁石への電流印加によって前記電磁クラッチがON動作されて、前記電磁クラッチの対向する各摩擦面同士が電磁力によって連結されて気体圧縮機が運転されている状況から、前記電磁クラッチをOFF動作したときに、前記電流制御部は、前記電磁石に印加されているOFF動作時直前電流値を徐々にゼロに低下させるように制御し、前記気体圧縮機のOFF動作時に発生するトルク変化を許容可能な駆動トルク値を設定し、前記許容可能な駆動トルク値は、前記電磁クラッチの前記回転軸側への伝達トルク値と略同じであり、前記電流制御部は、前記許容可能な駆動トルク値に対応する前記電磁石へ印加されている電流値から一気に電流をゼロにするように制御し、少なくとも前記電磁クラッチがOFF動作される電磁クラッチOFF時直前の、運転されている前記気体圧縮機の駆動トルク値を推定する駆動トルク値推定手段を有し、前記駆動トルク値推定手段で推定された前記電磁クラッチOFF時直前における推定駆動トルク値が、前記許容可能な駆動トルク値以上の場合、前記電流制御部は、前記電磁石に印加されているOFF動作時直前電流値を徐々にゼロに低下させるように制御し、前記駆動トルク値推定手段で推定された前記電磁クラッチOFF時直前における推定駆動トルク値が、前記許容可能な駆動トルク値以下の場合、前記電流制御部は、前記電磁石に印加されている電流値から一気に電流をゼロにするように制御することを特徴としている。
本発明に係る気体圧縮機の制御装置によれば、電磁石への電流印加によって電磁クラッチがON動作されて、電磁クラッチの対向する各摩擦面同士が電磁力によって連結されて気体圧縮機が運転されている状況から、電磁クラッチをOFF動作したときに、電磁石に印加されているOFF動作時直前電流値を徐々にゼロに低下させるように制御することによって、電磁クラッチのOFF動作時に気体圧縮機の駆動トルクが急激に低下しないようにすることができる。
本発明の実施形態1に係る制御装置を備えた気体圧縮機(ベーンロータリー型の気体圧縮機)を示す図。 気体圧縮機に接続された電磁クラッチを示す縦断面図。 制御装置の構成を示すブロック図。 制御装置の制御動作を示すフローチャート。 (a),(b)は、本発明の実施形態1における、気体圧縮機の推定駆動トルク値の変化状態と電磁石への電流印加制御の一例を示した図。 (a),(b)は、本発明の実施形態2における、気体圧縮機の推定駆動トルク値の変化状態と電磁石への電流印加制御の一例を示した図。 (a),(b)は、本発明の実施形態3における、気体圧縮機の推定駆動トルク値の変化状態と電磁石への電流印加制御の一例を示した図。
以下、本発明を図示の実施形態に基づいて説明する。
<実施形態1>
図1は、本発明の実施形態1に係る制御装置を備えた気体圧縮機の一例としてのベーンロータリー型の気体圧縮機(以下、「コンプレッサ」という)の外観を示す図である。
(コンプレッサ1の全体構成)
図示のコンプレッサ1は、例えば、冷却媒体の気化熱を利用して冷却を行なう空気調和システム(以下、「空調システム」という)の一部として構成され、この空調システムの他の構成要素である凝縮器、膨張弁、蒸発器等(いずれも図示を省略する)とともに冷却媒体の循環経路上に設けられている。なお、このような空調システムとしては、例えば、車両(自動車など)の車室内の温度調整を行うための空調装置が挙げられる。
コンプレッサ1は、空調システムの蒸発器から取り入れた気体状の冷却媒体としての冷媒ガスを圧縮し、この圧縮された冷媒ガスを空調システムの凝縮器に供給する。凝縮器は圧縮された冷媒ガスを液化させ、高圧で液状の冷媒として膨張弁に送出する。そして、高圧で液状の冷媒は、膨張弁で低圧化され、蒸発器に送出される。低圧の液状冷媒は、蒸発器において周囲の空気から吸熱して気化し、この気化熱との熱交換により蒸発器周囲の空気を冷却する。
コンプレッサ1は、図1に示すように、一端側(図1の左側)が開口し他端側が塞がれた略円筒状の本体ケース2と、この本体ケース2の一端側の開口を塞ぐフロントヘッド3と、本体ケース2とフロントヘッド3からなるハウジング4内に収納される圧縮機本体5と、駆動源である車両(自動車)のエンジン(不図示)からの回転駆動力を圧縮機本体5に伝達するための電磁クラッチ6、及び後述する制御装置10を備えている。なお、図1では、本体ケース2側を断面形状で示している。
フロントヘッド3は、本体ケース2の開口端面を塞ぐ蓋状に形成されており、本体ケース2の開口端部周囲にボルト締結で固定されている。フロントヘッド3には、空調システムの蒸発器(不図示)から配管を通して低圧の冷媒ガスを吸入する吸入ポート7を有し、本体ケース2には、圧縮機本体5で圧縮された高圧の冷媒ガスを空調システムの凝縮器(不図示)に吐出する吐出ポート(不図示)を有している。
電磁クラッチ6は、フロントヘッド3の外面側に設置されており、車両エンジンの回転駆動力がベルト(不図示)を介してプーリ20に伝達される。圧縮機本体5の中心に回転可能に軸支された回転軸8(図2参照)の一端側(フロントヘッド3側)は、電磁クラッチ6のストッパプレート21(図2参照)の中心貫通孔に嵌合されている。
(電磁クラッチ6の構成、動作)
図2は、電磁クラッチ6の縦断面図である。
この電磁クラッチ6は、図2に示すように、フロントヘッド3に対しベアリング22を介して回転可能に支持されたプーリ20と、該プーリ20の内側に配置された円環状の電磁石23と、プーリ20の前面側に設けたアーマチュア24と、アーマチュア24の摩擦面24aをプーリ20と反対側(図2の左側)へ付勢する板バネ25とを有している。アーマチュア24の摩擦面24aとプーリ20の摩擦面20aは、所定のエアギャップを設けて対向配置されている。
電磁石23は、コア26とコイル27を有しており、電磁石23への電流印加によってコイル27が励磁されると、この励磁による電磁石23の起磁力(電磁力)よってアーマチュア24の摩擦面24aが、板バネ25の弾発力に抗してプーリ20の摩擦面20aに連結(吸着)される。これによって、ベルト(不図示)を介してプーリ20に伝達されている車両エンジンの回転駆動力が、アーマチュア24を介して回転軸8に伝達され、上記したコンプレッサ1が運転される。
このコンプレッサ1は、回転軸8とともに回転するロータに等角度間隔で外方に向けて突出可能に埋設された複数(例えば5枚)のベーンを有し、コンプレッサ1の運転時には、回転軸8(ロータ)の回転方向に沿って相前後する2つのベーンによって仕切られた空間(圧縮室)の容積が、回転軸8の回転にしたがってそれぞれ増減を繰り返すことにより、各圧縮室内への冷媒ガスの吸入(吸入行程)、各圧縮室内での冷媒ガスの圧縮(圧縮行程)、各圧縮室内からの高圧の冷媒ガスの吐出(吐出行程)という行程を繰り返す。
また、電磁石23への電流印加を停止すると、コイル36の励磁が停止され(消磁され)、板バネ25の弾発力によってアーマチュア24の摩擦面24aが、プーリ20の摩擦面20aから離れる。これにより、回転軸8に対して車両エンジンからの駆動力伝達が断絶され、コンプレッサ1の運転が停止される。
(制御装置10の構成、動作)
電磁クラッチ6の電磁石23への電流印加を制御する制御装置10は、図3に示すように、コンプレッサトルク推定部30と、トルク値判定部31と、電流制御部32とを備えている。この制御装置10は、例えば、電磁クラッチ6を備えたコンプレッサ1を含む空調システム全体の動作を制御する空調システム制御装置(不図示)内に設けられている。
コンプレッサトルク推定部30は、例えばコンプレッサ1の運転時の冷媒吐出圧や回転軸8の回転数等を検出するセンサ33から入力されるセンサ情報に基づいて、コンプレッサ運転状態時の駆動トルクを推定する。
トルク値判定部31は、コンプレッサ運転状態時において、コンプレッサトルク推定部30で推定された推定駆動トルク値と予め設定したトルク閾値との大きさの比較判定を行う。
電流制御部32は、電磁クラッチ6のON動作時に電磁石23に電流印加するとともに、電磁クラッチ6のOFF動作時には、トルク値判定部31でのトルク値の比較判定結果に基づいて、後述するように電磁石23への電流印加を徐々にゼロまで低下させるように制御する。
次に、制御装置10の制御動作を、図4に示すフローチャートを参照して説明する。
電磁クラッチ6のON動作時に(ステップS1)、電流制御部32から電磁クラッチ6の電磁石23に電流が印加され、上記したように対向する摩擦面20a、24a間の連結(吸着)によって車両エンジンの回転駆動力が回転軸8に伝達され、コンプレッサ1が起動(運転)される(ステップS2)。
コンプレッサ1が起動されて運転状態にあるときの冷媒吐出圧や回転軸8の回転数などはセンサ33で検出されており、コンプレッサトルク推定部30は、センサ33で検出されたセンサ情報(冷媒吐出圧や回転軸8の回転数情報など)に基づいて、コンプレッサ運転状態時の駆動トルクを推定する(ステップS3)。
コンプレッサ運転状態時の駆動トルクは、コンプレッサ1が高負荷状態で駆動されているときは高く、コンプレッサ1が低負荷状態で駆動されているときは高負荷状態時よりも低くなる。
そして、電磁クラッチ6のOFF動作時には(ステップS4)、後述するように電磁クラッチ6の電磁石23への電流印加を徐々にゼロまで低下させる。
図5(a)は、電磁クラッチ6のON動作時(時刻t0)からOFF動作時(時刻t1)、及びOFF動作後にかけての、コンプレッサ1の例えば高負荷時の推定駆動トルクTの時間的な変化の一例を示した図、図5(b)は、電磁クラッチ6のON動作時(時刻t0)からOFF動作時(時刻t1)、及びOFF動作後にかけての、電磁石23への電流印加制御の一例を示した図である。
この電磁クラッチ6のOFF動作時(時刻t1)において、コンプレッサトルク推定部30は、センサ33から出力されるセンサ情報に基づいて、電磁クラッチ6のOFF動作時(時刻t1)直前におけるコンプレッサ1の駆動トルクを推定する(ステップS5)。そして、トルク値判定部31は、ステップS5で得られた電磁クラッチ6のOFF動作時直前におけるコンプレッサ1の駆動トルクの推定値(以下、「推定駆動トルク値」という)T1が、予め設定したトルク閾値(許容可能な駆動トルク値)T0よりも大きいか否かの比較判定を行う(ステップS6)。
図5(b)に示すように、電磁クラッチ6のOFF動作時(時刻t1)に、電磁石23には所定の電流値(以下、「OFF動作時直前電流値」という)I1が印加されている。
なお、上記のトルク閾値(許容可能な駆動トルク値)T0は、このトルク閾値T0の状態から電磁クラッチ6が一気にOFF(電磁クラッチ6への電流印加をOFF)されたとしても、トルク変化を許容できるトルク値である。
また、このトルク閾値(許容可能な駆動トルク値)T0は、このときの電磁クラッチ6の回転軸8(コンプレッサ1)側への伝達トルクの値と略同じである。
コンプレッサ1の駆動トルク値がこのトルク閾値T0以下の場合には、電磁クラッチ6のOFF(電磁石23への通電OFF)によってコンプレッサ1の駆動トルクが一気に低下してゼロになっても、車両エンジン側の燃料噴射量制御などのエンジン回転数制御への影響が小さく、エンジン回転数が急激に上昇することはない。
そして、ステップS6で、電磁クラッチ6のOFF動作時直前における推定駆動トルク値T1がトルク閾値T0以上(T1≧T0)であると判定された場合(ステップS6:YES)、電流制御部32は、この判定結果に基づいて図5(b)に示すように、時刻t1(電磁クラッチ6のOFF動作時)から所定時間(例えば、数百msec程度)が経過後の時刻t2までの間に、電磁石23に印加される前記OFF動作時直前電流値I1を徐々に低下させるような電流制御を行って、電磁クラッチ6の連結された各摩擦面20a、24a間に滑りを発生させ、推定駆動トルク値T1をトルク閾値T0まで直線的に徐々に下げる(ステップS7)。
よって、図5(a),(b)に示した、時刻t1(電磁クラッチ6のOFF動作時)から所定時間が経過後の時刻t2までの間における推定駆動トルク値T1の値は、この所定時間(時刻t1〜時刻t2)の間に電磁石23に印加される前記OFF動作時直前電流値I1の値と略比例するようにして低下している。なお、図5(b)において、I0は、トルク閾値(許容可能な駆動トルク値)T0に対応する電流値(このときの電磁クラッチ6の回転軸8側への伝達トルクが得られる電流値)である。
そして、時刻t2で、電磁石23への電流印加をOFFにする(前記トルク閾値(許容可能な駆動トルク値)T0に対応する電流値I0から一気に電流をゼロにする)ことで(ステップS8)、時刻t2から機械的なタイムラグ後に電磁クラッチ6のプーリ20とアーマチュア24の各摩擦面20a,24aの連結が解除され、推定駆動トルク値T1がゼロとなる。このように、本実施形態では、電磁クラッチ6のOFF動作時(時刻t1)から、2段階の電流制御でOFF動作時直前電流値I1を徐々にゼロにしている。
なお、ステップS6で、推定駆動トルク値T1がトルク閾値T0以下であると判定された場合は(ステップS6:NO)、コンプレッサ1が例えば低負荷で駆動されているときであり、この場合には時刻t1で電磁石23への電流印加をOFFにすることで(ステップS8)、機械的なタイムラグ後に電磁クラッチ6のプーリ20とアーマチュア24の各摩擦面20a,24aの連結が解除され、推定駆動トルク値T1がゼロとなる。
このように、本実施形態によれば、電磁クラッチ6のOFF動作時に、電磁クラッチ6のOFF動作時直前における推定駆動トルク値T1がトルク閾値T0以上である場合、時刻t1(電磁クラッチ6のOFF動作時)から所定時間が経過後の時刻t2までの間に、電磁石23に印加される前記OFF動作時直前電流値I1を徐々に低下させるような電流制御を行って、推定駆動トルク値T1を一旦トルク閾値T0まで下げ、その後、電磁石23への電流印加をOFFにして一気に電流をゼロにすることで、電磁クラッチ6のOFF動作時におけるコンプレッサ1の駆動トルクの急激な変動を抑制することができる。
これにより、電磁クラッチ6のOFF動作時に、コンプレッサ1の駆動トルクが車両エンジン側の燃料噴射量制御などのエンジン回転数制御に悪影響を及ぼすことが防止されるので、エンジン回転数が急激に上昇するような不快なショックや違和感などを防止することができる。
なお、上記した実施形態1では、電磁クラッチ6のOFF動作時(時刻t1)から、図5(b)に示したような2段階の電流制御でOFF動作時直前電流値I1を徐々にゼロにした例であったが、これに限らず、例えば、以下の実施形態2,3のように電流制御することもできる。
<実施形態2>
図6(a),(b)は、本発明の実施形態2における、コンプレッサ1の推定駆動トルク値の変化状態と電磁石23への電流印加制御の一例を示した図である。
図6(a),(b)に示すように、本実施形態では、電磁クラッチ6のOFF動作時(時刻t1)において、電磁石23に印加されているOFF動作時直前電流値I1をトルク閾値(許容可能な駆動トルク値)T0に対応する電流値I0に一気に低下させることで、この電流低下に応じて推定駆動トルク値T1が徐々に低下し、時刻t1aでトルク閾値T0まで低下する。
そして、時刻t2で、電磁石23への電流印加をOFFにする(前記トルク閾値(許容可能な駆動トルク値)T0に対応する電流値I0から一気に電流をゼロにする)ことで、時刻t2から機械的なタイムラグ後に電磁クラッチ6のプーリ20とアーマチュア24の各摩擦面20a,24aの連結が解除され、推定駆動トルク値T1がゼロとなる。このように、本実施形態では、電磁クラッチ6のOFF動作時(時刻t1)から、図6(b)に示したような2段階の電流制御でOFF動作時直前電流値I1を徐々にゼロにしている。
<実施形態3>
図7(a),(b)は、本発明の実施形態3における、コンプレッサ1の推定駆動トルク値の変化状態と電磁石23への電流印加制御の一例を示した図である。
図7(a),(b)に示すように、本実施形態では、電磁クラッチ6のOFF動作時(時刻t1)から時刻t1bまでの間に、電磁石23に印加されているOFF動作時直前電流値I1を2段階の電流制御によって、時刻t1で電流値I1aまで低下させてから、時刻t1bでトルク閾値(許容可能な駆動トルク値)T0に対応する電流値I0に低下させることで、この電流低下に応じて推定駆動トルク値T1が徐々に低下し、時刻t1cでトルク閾値T0まで低下する。
そして、時刻t2で、電磁石23への電流印加をOFFにする(前記トルク閾値(許容可能な駆動トルク値)T0に対応する電流値I0から一気に電流をゼロにする)ことで、時刻t2から機械的なタイムラグ後に電磁クラッチ6のプーリ20とアーマチュア24の各摩擦面20a,24aの連結が解除され、推定駆動トルク値T1がゼロとなる。このように、本実施形態では、電磁クラッチ6のOFF動作時(時刻t1)から、図7(b)に示したような3段階の電流制御でOFF動作時直前電流値I1を徐々にゼロにしている。
1 コンプレッサ(気体圧縮機)
2 本体ケース
3 フロントヘッド
4 ハウジング
5 圧縮機本体
6 電磁クラッチ
8 回転軸
10 制御装置
23 電磁石
30 コンプレッサトルク推定部(駆動トルク値推定手段)
31 トルク値判定部
32 電流制御部
33 センサ(駆動トルク値推定手段)

Claims (1)

  1. 供給された媒体を圧縮して、圧縮された高圧の媒体を吐出する圧縮機本体と、前記圧縮機本体の回転軸に対して駆動源からの回転駆動力を断接する電磁クラッチとを備えた気体圧縮機の制御装置であって、
    前記制御装置は、前記電磁クラッチの電磁石へ印加する電流を制御する電流制御部を備えており、
    前記電磁石への電流印加によって前記電磁クラッチがON動作されて、前記電磁クラッチの対向する各摩擦面同士が電磁力によって連結されて気体圧縮機が運転されている状況から、前記電磁クラッチをOFF動作したときに、前記電流制御部は、前記電磁石に印加されているOFF動作時直前電流値を徐々にゼロに低下させるように制御し、
    前記気体圧縮機のOFF動作時に発生するトルク変化を許容可能な駆動トルク値を設定し、
    前記許容可能な駆動トルク値は、前記電磁クラッチの前記回転軸側への伝達トルク値と略同じであり、
    前記電流制御部は、前記許容可能な駆動トルク値に対応する前記電磁石へ印加されている電流値から一気に電流をゼロにするように制御し、
    少なくとも前記電磁クラッチがOFF動作される電磁クラッチOFF時直前の、運転されている前記気体圧縮機の駆動トルク値を推定する駆動トルク値推定手段を有し、
    前記駆動トルク値推定手段で推定された前記電磁クラッチOFF時直前における推定駆動トルク値が、前記許容可能な駆動トルク値以上の場合、前記電流制御部は、前記電磁石に印加されているOFF動作時直前電流値を徐々にゼロに低下させるように制御し、
    前記駆動トルク値推定手段で推定された前記電磁クラッチOFF時直前における推定駆動トルク値が、前記許容可能な駆動トルク値以下の場合、前記電流制御部は、前記電磁石に印加されている電流値から一気に電流をゼロにするように制御することを特徴とする気体圧縮機の制御装置。
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