JPH11334349A - 電気自動車用冷暖房装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電気自動車用冷暖房装置において、電動モー
タ周りのスペース節減、重量軽減、コスト軽減を実現す
ること。 【解決手段】 車両駆動用モータとは独立した電動モー
タ、該電動モータに作動連結される圧縮機、前記電動モ
ータと圧縮機との間に介在される圧縮機用クラッチ手
段、前記電動モータに連結される発熱器、前記電動モー
タと発熱器との間に介在される発熱器用クラッチ手段を
具備する。前記圧縮機を前記圧縮機用クラッチ手段を兼
用するクラッチレス圧縮機とし、前記発熱器を前記発熱
器用クラッチ手段を兼用する能力可変型ビスカスヒータ
としてもよい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電気自動車用冷暖
房装置に関し、特に、圧縮機と発熱器の駆動手段に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、電気自動車用冷暖房装置は、図４
に示すごとく、車両走行用の電動モータ１０１がエンジ
ンルーム１１０内に設けられている。また、エンジンル
ーム１１０内には、圧縮機１０２、凝縮器１１１、膨張
弁１１２、蒸発器１１３、圧縮機１０２の冷媒循環回路
を備えた冷房装置が搭載されているが、この冷房装置に
おける圧縮機１０２は圧縮機駆動用電動モータ１０３に
より駆動されていた。更に、ビスカスヒータ等の発熱器
１０４に暖房用熱交換器１１５を接続した温水循環回路
を備えた暖房装置が搭載されているが、この暖房装置に
おける発熱器１０４は前記圧縮機駆動用電動モータ１０
３とは別の暖房用電動モータ１０５により駆動されてい
た。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、電気自動車
において、冷暖房装置が同時に運転されることは殆どな
く、一方が運転されているときは他方が停止されている
のが通常である。従って、それぞれに専用の駆動用電動
モータ１０３、１０５を搭載することは、コスト的、重
量的に無駄である。本発明は、このような従来技術に存
在する問題点に着目してなされたものである。その目的
とするところは、電動モータを冷房用、暖房用に共用す
ることで省スペース化、軽量化、低コスト化を実現した
電気自動車用冷暖房装置を提供することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１記載の発明では、車両駆動用モータとは独
立した電動モータと、該電動モータに作動連結される圧
縮機と、前記電動モータと圧縮機との間に介在される圧
縮機用クラッチ手段と、前記電動モータに連結される発
熱器と、前記電動モータと発熱器との間に介在される発
熱器用クラッチ手段とを具備したことを特徴とする。
尚、本発明において電気自動車とは、車両駆動源を電動
モータのみとした自動車と、電動モータとエンジンとを
併用する所謂ハイブリット車とを包含するものとする。

【０００５】請求項２記載の発明では、前記圧縮機は、
最大吐出容量と最小吐出容量との間で制御可能な容量可
変機構を備え、該容量可変機構は外部指令に基づき制御
可能であるとともに圧縮機用クラッチ手段を兼用し、圧
縮機の停止指令により最小吐出容量とされるクラッチレ
ス圧縮機であることを特徴とする。

【０００６】請求項３記載の発明では、前記発熱器は、
粘性流体が充填される発熱室と、発熱室外周に設けられ
た熱交換媒体が循環する放熱室と、発熱室内で回転駆動
されて粘性流体を剪断発熱させるロータと、発熱室に連
通孔を介して連通し、粘性流体を貯留する制御室と、外
部指令に基づいて前記連通孔を開閉して発熱室内の粘性
流体量を調整する調整手段を備え、該調整手段が発熱器
用クラッチ手段を兼用する能力可変型ビスカスヒータで
あることを特徴とする。

【０００７】従って、上記のように構成された請求項１
記載の冷暖房装置においては、冷房装置用電動モータと
暖房装置用電動モータとを兼用させて一つとすることが
できるので、スペース節減、重量軽減、コスト軽減が可
能となる。

【０００８】請求項２記載の冷暖房装置においては、電
動モータと圧縮機との間に電磁クラッチ等の専用のクラ
ッチ手段を設ける必要がなく、より一層のスペース節
減、重量軽減、コスト軽減が可能となる。

【０００９】請求項３記載の冷暖房装置においては、電
動モータと発熱器との間に電磁クラッチ等の専用のクラ
ッチ手段を設ける必要がなく、より一層のスペース節
減、重量軽減、コスト軽減が可能となる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明を電気自動車の車両
用空調装置に具体化した実施の形態を図１〜図３に基づ
いて詳細に説明する。

【００１１】図１において、エンジンルームＥＲには、
車両駆動用の電動モータ１０とは別に電動モータ１が搭
載されている。この電動モータ１は両側に出力軸を備え
た両軸電動モータであって、この電動モータ１の一端側
出力軸には圧縮機用のクラッチ手段を兼用する圧縮機、
即ち、クラッチレス圧縮機２が常時作動連結され、ま
た、電動モータ１の他端側の出力軸には、発熱器用のク
ラッチ手段を兼用する発熱器、即ち、詳細を後述する能
力可変型ビスカスヒータ１２が搭載されている。

【００１２】前記クラッチレス圧縮機２は、例えば特開
平９−２０９９２９号公報に記載された公知の容量可変
型片側斜板式圧縮機である。このクラッチレス圧縮機に
ついての詳細は該公報の記載によるものとするが、図３
に基づき関連部分を説明すると、吐出容量可変機構とし
てクランク室２１１内に配置された傾角変更可能な斜板
２１２と、クランク室２１１圧力を調整する電磁式容量
制御弁２１３とを備え、外部指令により電磁式容量制御
弁２１３を動作してクランク室２１１圧力を調整するこ
とでピストン２１４の往復ストロークを変更し、吐出容
量が制御されるものである。

【００１３】このクラッチレス圧縮機２をＯＮ状態（つ
まり別置きクラッチ手段を用いる場合のクラッチＯＮ状
態に相当）として運転するときは、内部に搭載された電
磁式容量制御弁２１３に励磁指令信号を出力してクラン
ク室２１１を吸入室に連通させて、斜板２１２を最大傾
角で運転する。そして、クラッチレス圧縮機２の運転中
は、上記電磁容量制御弁２１３の制御動作の下でクラン
ク室２１１内の圧力が調整されて斜板傾角の最適化が行
われ、吐出容量が冷房負荷に応じて調整される。一方、
クラッチレス圧縮機２をＯＦＦ運転状態（つまり別置き
クラッチ手段とした場合のＯＦＦ状態に相当）として圧
縮機の運転を休止するときは、前記電磁式容量制御弁２
１３に消磁指令信号を出力して、この容量制御弁２１３
を介して吐出圧力をクランク室２１１に導き、斜板２１
２を最小傾角で運転させ、冷媒を内部で循環させて圧縮
能力を無視し得る程度に抑制する。

【００１４】そして、上記クラッチレス圧縮機２に対し
ては、冷媒がクラッチレス圧縮機２の吐出ポート２ａ、
凝縮器３、受液器４、膨張弁５、蒸発器６、クラッチレ
ス圧縮機２の吸入ポート２ｂと循環する冷房用の冷媒回
路が接続されている。前記蒸発器６は、ファン１１ａを
備えた空調ユニット１１内に配設されており、この蒸発
器６で冷媒を蒸発させて車室内空気を冷却する。

【００１５】一方、クラッチ手段を兼用するビスカスヒ
ータ１２に対しては、ビスカスヒータ１２、ヒータコア
１３、車両駆動用電動モータ１０を冷却するために該電
動モータ１０のハウジングに形成された熱交換器１４、
温水循環用の温水ポンプ１５、ビスカスヒータ１２と温
水が循環する暖房用の温水回路が接続されている。前記
ヒータコア１３は空調ユニット１１内に収納されてい
る。また、空調ユニット１１内には冷暖房切換ダンパ１
１ｂが収納されており、冷房時は図示の位置とされ、暖
房時は図示点線に従って回動させた位置に切り換えられ
る。

【００１６】次に、図２に基づき、クラッチ手段を兼用
する能力可変型ビスカスヒータ１２の構成について具体
的に説明する。このビスカスヒータ１２のハウジング
は、前部ハウジング本体２１および前部プレート２２か
ら構成される前部ハウジングと、後部プレート２３およ
び後部ハウジング本体２４から構成される後部ハウジン
グとからなる。そして、前部ハウジングと前部プレート
２２との間、および後部プレート２３と後部ハウジング
本体２４との間にガスケット２５、２６を介し、各々積
層された状態で複数本通しボルト２７により締結されて
いる。

【００１７】発熱室２８は、前部プレート２２の後端面
に凹設された凹部２２ａと後部プレート２３の平坦な前
端面との間に形成されている。更に、前部プレート２２
のボス２２ｂ内には発熱室２８に隣接して軸封装置３６
が設けられ、前部ハウジング本体２１のボス２１ａ内に
は軸受装置３７が設けられている。そして、これら軸封
装置３６および軸受装置３７を介して駆動軸３８が回動
可能に支承されている。また、駆動軸３８の後端には、
発熱室２８内で回動可能な平板形状のロータ３９が固定
されている。ロータ３９の中央域には、前後に貫通する
複数個の連通孔３９ａが貫設されている。

【００１８】該後部プレート２３の前端面には、発熱室
２８の中央域と対面する回収凹部２３ａが凹設され、ま
た、回収凹部２３ａの下方外周位置から発熱室２８の下
方外周部にわたり供給溝２３ｃが延設されている。ま
た、前記後部プレート２３において、回収凹部２３ａの
外周位置に回収孔２３ｂが貫設され、供給溝２３ｃの内
周側位置において供給孔２３ｄが貫設されている。

【００１９】前部ハウジングにおいて、前部ハウジング
本体２１の内面と前部プレート２２の前端面との間に発
熱室２８に隣接する前部放熱室としての前部ウォータジ
ャケットＦＷが形成されている。他方、後部ハウジング
において、後部ハウジング本体２４にはガスケット２６
と当接する第１リブ２４ａがリング状に突設されてお
り、この第１リブ２４ａの外周側において後部プレート
２３の後端面と後部ハウジング本体２４の内面との間に
後部放熱室としての後部ウォータジャケットＲＷが形成
されている。また、第１リブ２４ａの内周側において後
部プレート２３の後端面と後部ハウジング本体２４の内
面との間に制御室ＣＲが形成されている。

【００２０】後部ハウジング本体２４の後面には、入水
ポート２９および図示しない出水ポートが隣接して形成
されている。また、前部ウォータジャケットＦＷと後部
ウォータジャケットＲＷとは複数のボルト２７相互間に
形成された複数の流体路３０（図２では点線で示されて
いる）により連通されている。また、後部ハウジング本
体２４内には、外部信号または外部よりの操作により回
収孔２３ｂを開閉する電磁弁３３と、供給孔２３ｄを開
閉する電磁弁３５とが配設されている。これら電磁弁３
３、３５は、発熱室２８内のシリコンオイル量を調整す
るための調整手段として機能する。なお、３１は、発熱
室２８の上部に設けられた余剰空間である。そして、発
熱室２８の壁面とロータ３９の外面との間隔、前記余剰
空間３１、制御室ＣＲ内には、合計容積の約８０％に相
当する容積の粘性流体（この場合シリコンオイル）が充
填されている。

【００２１】このビスカスヒータ１２を発熱させる場合
は、外部信号または外部よりの操作により電磁弁３３、
３５を制御して回収孔２３ｂを閉鎖し、供給孔２３ｄを
開放して、電動モータ１により駆動軸３８を回転駆動さ
れると、発熱室２８内でロータ３９が回動する。そし
て、ワイセンベルク効果に発熱室２８内のシリコンオイ
ルが中央域に集合するが、このシリコンオイルは回収孔
２３ｂが閉鎖されているため、制御室ＣＲ内に回収され
ない。一方、供給孔２３ｄが開放されているため、制御
室ＣＲ内のシリコンオイルが発熱室２８に供給される。
このときシリコンオイルは供給溝２３ｃに沿って発熱室
２８外周側へ向けて供給されるとともに、ロータ３９に
形成された連通孔３９ａによりロータ３９前後に均等に
充填供給される。そして、ロータ３９の回転により、シ
リコンオイルが発熱室２８の壁面とロータ３９の外面と
の間で剪断されて発熱し、これにより放熱室ＦＷ，ＲＷ
内を循環する温水が加熱されて、車室の空調ユニット１
１内に設置されたヒータコア１３に供給される。

【００２２】また、このビスカスヒータ１２を発熱させ
ない場合は、外部信号または外部よりの操作により電磁
弁３３、３５を制御して回収孔２３ｂを開放し、供給孔
２３ｄを閉鎖する。このように制御すると、電動モータ
１により駆動軸３８が回転駆動された場合、供給孔２３
ｄが閉鎖されているため、制御室ＣＲ内のシリコンオイ
ルは発熱室２８内へは供給されない。一方、発熱室２８
内のシリコンオイルはワイセンベルク効果によりロータ
３９の中央域に集められ、回収孔２３ｂより制御室ＣＲ
内へ回収される。このため、発熱室２８内のシリコンオ
イルが減少し、発熱量が無視される程度に減少し、ま
た、電動モータ１の負荷も減少する。従って、上記ビス
カスヒータ１２においては、外部信号または外部よりの
操作により前記電磁弁３３、３５を操作し、この操作に
より回収孔２３ｂ、供給孔２３ｄを開閉制御することが
別置きの電磁クラッチ手段のＯＮ／ＯＦＦ制御に相当す
る。

【００２３】以上のごとく構成された冷暖房装置の冷房
運転について説明する。この場合は、外部信号または外
部よりの操作により、クラッチレス圧縮機２を前述のＯ
Ｎ状態として電動モータ１を運転する。また、能力可変
型ビスカスヒータ１２の電磁弁３３、３５を制御して回
収孔２３ｂを開放し、供給孔２３ｄを閉鎖して、発熱室
２８内のシリコンオイルを減少させて発熱量を無視し得
る程度とする。このように制御することにより、クラッ
チレス圧縮機２から吐出された高圧冷媒は、凝縮器３で
液化され、受液器４および膨張弁５を介して蒸発器６に
送られる。このとき切換ダンパ１１ｂは図示位置にあ
り、車室内空気はファン１１ａにより蒸発器６を介して
循環されているため、この車室内空気は蒸発器６で冷却
される。逆に、冷媒自身は車室内空気により加熱され、
蒸発気化してクラッチレス圧縮機２に返戻する。

【００２４】次に、上記冷暖房装置の暖房運転について
説明する。この場合は、外部信号または外部よりの操作
により、クラッチレス圧縮機２を前述のＯＦＦ状態とす
る。また、能力可変型ビスカスヒータ１２の電磁弁３
３、３５を制御して回収孔２３ｂを閉鎖し、供給孔２３
ｄを開放する。これにより、制御室ＣＲ内のシリコンオ
イルを発熱室２８に供給して発熱可能とし、電動モータ
１を運転する。また、空調ユニット１１内の切換ダンパ
１１ｂを図示点線に従って回動させて置く。電動モータ
１の運転に伴いビスカスヒータ１２及び温水ポンプ１５
が運転される。従って、温水ポンプ１５により、温水が
ビスカスヒータ１２、ヒータコア１３、電動モータ１０
のハウジングに形成された熱交換器１４、温水ポンプ１
５、ビスカスヒータ１２の経路の暖房回路内を循環す
る。これにより、循環する温水は、熱交換器１４におい
て車両用電動モータ１０を冷却し、温水自身は予熱さ
れ、更に、ビスカスヒータ１２の発熱室２８における発
熱作用により十分に加熱されてヒータコア１３に供給さ
れる。一方、車室内空気は空調ユニット１１内に設置さ
れたヒータコア１３を流通することにより加熱される。

【００２５】本実施の形態の冷暖房装置は、以上のごと
く構成され運転されるので、冷房用電動モータと暖房用
電動モータとが兼用され、従来のように別個に専用の電
動モータを備えていたものと比較すると、機器搭載スペ
ースが節約され、これにより重量が軽減され、コストが
低減される。圧縮機２及び発熱器（ビスカスヒータ１
２）をクラッチレスタイプとしたので、圧縮機２と電動
モータ１との間、および、発熱器１２と電動モータ１と
の間に、殊更に動力伝達離脱機構として別置きのクラッ
チ手段を設ける必要がなく、この点からも、機器搭載ス
ペースの節約、重量の軽減、コスト低減を行うことがで
きる。また、暖房時、車両駆動用電動モータ１０の発熱
が暖房能力として加えられるので、暖房効果が向上す
る。更に、車両駆動用電動モータ１０は冷却されるの
で、この電動モータ１０の効率も向上する。

【００２６】尚、上記実施の形態についての変形例とし
て、圧縮機及び発熱器の少なくとも一方をクラッチレス
でないものとし、電動モータ１との間に電磁クラッチな
どの駆動用クラッチ手段を配置し、このクラッチ手段を
外部または外部よりの操作により脱着可能としてもよ
い。このように構成したものも、従来のものに比較する
と（前記実施の形態のものよりは劣るが）、冷房装置用
電動モータと暖房装置用電動モータとが兼用されるた
め、機器搭載スペースの節約、重量の軽減、コスト低減
を行うことができる。

【００２７】また、他の変形例として、前述した能力可
変型ビスカスヒータ１２に使用されている回収孔２３ｂ
を開閉する電磁弁３３を省略してもよい。この場合、ヒ
ータＯＮの状態では回収孔２３ｂと供給孔２３ｄとが開
放し、シリコンオイルが制御室ＣＲから供給孔２３ｄを
介して発熱室２８に供給されるとともに、回収孔２３ｂ
を介して制御室ＣＲに回収されることになる。これによ
りシリコンオイルは制御室ＣＲと発熱室２８との間で循
環し、一部のシリコンオイルが長時間の剪断作用を受け
ずに済み、シリコンオイルの早期劣化を防止できる。ヒ
ータＯＦＦの場合には前述した実施の形態と同様であ
る。

【発明の効果】本発明は以上のように構成されているた
め、次のような効果を奏する。請求項１〜３記載の発明
によれば、冷房装置用電動モータと暖房装置用電動モー
タとを兼用させて一つとすることができるので、スペー
ス節減、重量軽減、コスト軽減が図れる。また、請求項
２および請求項３の発明によれば、電動モータと圧縮機
あるいは発熱器との間に電磁クラッチ等の専用のクラッ
チ手段を設ける必要がなく、より一層のスペース節減、
重量軽減、コスト軽減を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明実施の形態について、概略の冷媒回路
および機器配置を示す説明図である。

【図２】 本発明実施の形態についてのクラッチレス発
熱器の具体的構造を示す断面図である。

【図３】 本発明実施の形態に使用する公知のクラッチ
レス圧縮機の概略を説明するための断面図である。

【図４】 従来の電気自動車用冷暖房装置の概略の機器
配置を示す説明図である。

【符号の説明】

１…電動モータ（冷暖房用）、２…クラッチレス圧縮
機、３…凝縮器、５…膨張弁、６…蒸発器、１０…車両
駆動用電動モータ、１１…空調ユニット、１１ｂ…切換
ダンパ、１２…ビスカスヒータ（発熱器）、１３…ヒー
タコア、１４…熱交換器、１５…温水ポンプ、ＥＲ…エ
ンジンルーム。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 車両駆動用モータとは独立した電動モー
   タと、該電動モータに作動連結される圧縮機と、前記電
   動モータと圧縮機との間に介在される圧縮機用クラッチ
   手段と、前記電動モータに連結される発熱器と、前記電
   動モータと発熱器との間に介在される発熱器用クラッチ
   手段とを具備したことを特徴とする電気自動車用冷暖房
   装置。
2. 【請求項２】 前記圧縮機は、最大吐出容量と最小吐出
   容量との間で制御可能な容量可変機構を備え、該容量可
   変機構は外部指令に基づき制御可能であるとともに圧縮
   機用クラッチ手段を兼用し、圧縮機の停止指令により最
   小吐出容量とされるクラッチレス圧縮機であることを特
   徴とする請求項１記載の電気自動車用冷暖房装置。
3. 【請求項３】 前記発熱器は、粘性流体が充填される発
   熱室と、発熱室外周に設けられた熱交換媒体が循環する
   放熱室と、発熱室内で回転駆動されて粘性流体を剪断発
   熱させるロータと、発熱室に連通孔を介して連通し、粘
   性流体を貯留する制御室と、外部指令に基づいて前記連
   通孔を開閉して発熱室内の粘性流体量を調整する調整手
   段を備え、該調整手段が発熱器用クラッチ手段を兼用す
   る能力可変型ビスカスヒータであることを特徴とする請
   求項１記載の電気自動車用冷暖房装置。