JP3329097B2 - 車両用空調装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、冷凍サイクル内の冷媒
圧縮機の駆動源としてモータを利用するようにした車両
用空調装置、特には電気自動車用として好適する車両用
空調装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】電気自動車用空調装置においては、従来
より、交流モータを内蔵した密閉型冷媒圧縮機を含んで
構成された冷凍サイクルを設けると共に、車載バッテリ
の出力を交流電力に変換するインバータ装置を設け、こ
のインバータ装置により上記モータを駆動することが行
われている。このような構成によれば、インバータ装置
の出力周波数を変化させることにより冷媒圧縮機用モー
タを可変速駆動できるから、その冷媒圧縮機からの冷媒
吐出量、つまり冷凍サイクルによる熱交換能力を容易に
制御できるなどの利点が得られる。

【０００３】このような電気自動車用空調装置の場合、
暖房運転時の加熱源として、電気式ヒータであるＰＴＣ
ヒータを用いることが一般的となっている。即ち、前記
冷凍サイクルが冷房運転（除湿運転も含む概念である）
専用のものである場合には、ＰＴＣヒータを暖房運転或
いは除湿暖房運転時の主加熱源として設置することが行
われ、また、冷凍サイクルが暖房運転のためのヒートポ
ンプサイクルを形成可能な構成であった場合には、上記
ＰＴＣヒータを補助加熱源として設置することが行われ
ている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の電気自動車
用空調装置にあっては、ＰＴＣヒータの電源を車載バッ
テリから直接的に得る構成とされるのが通常であり、そ
の通断電制御のためのスイッチ手段としてリレーを用い
ることが行われていた。この場合、上記リレーにより比
較的大きな直流電流を断続する関係上、当該リレーとし
て機械的接点を備えたものを用いた場合には、その接点
開放時のアークによる接点の損傷及びこれに伴う接点溶
着などの重大な不具合を招き易く、ＰＴＣヒータの通断
電制御に関わる動作信頼性が悪化するという事情があ
る。そこで、従来では、ＰＴＣヒータの通断電制御のた
めに所謂ソリッドステートリレーを利用することが行わ
れているが、ソリッドステートリレーは機械式リレーに
比べて高価であるため、装置全体のコストが高騰すると
いう問題点があった。また、このような問題点は、自動
車のウインドガラスを加熱するための防曇用ヒータを設
けた場合にも同様に発生するものであった。

【０００５】特に、ＰＴＣヒータを利用する場合には、
当該ＰＴＣヒータに直流電圧が継続的に印加される関係
上、そのＰＴＣヒータを構成するセラミック半導体部分
に、当該ＰＴＣヒータの電極を形成する金属が一種の電
気分解作用により析出して電極間のインピーダンスの低
下及びこれに伴う短絡事故を引き起こす現象（所謂マイ
グレーション）が発生する虞があり、長期使用時の動作
信頼性に劣るという問題点もあった。

【０００６】本発明は上記のような事情に鑑みてなされ
たものであり、その目的は、車両の所定部位に対する加
熱源として用いられる電気式ヒータの通断電を行うため
のスイッチ手段として、機械式接点を備えたスイッチ手
段を利用した場合でも、その通断電制御の信頼性を高め
ることができて、全体のコスト低減が可能になるなどの
効果を奏する車両用空調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、空調運転のための冷凍サイクルを備え、前
記冷凍サイクル内の冷媒圧縮機用モータの電源を、車載
バッテリの出力を交流電力に変換するインバータ装置か
ら得るようにした車両用空調装置において、車両の所定
部位に対する加熱源として設けられた電気式ヒータと、
前記インバータ装置の出力を前記電気式ヒータに対し選
択的に供給するためのスイッチ手段とを備えた構成とし
たものである（請求項１）。

【０００８】前記電気式ヒータは、車室内雰囲気を加熱
するための暖房運転用ヒータとすることができるもので
あり（請求項２）、この場合には、当該電気式ヒータを
暖房運転時の主加熱源として設けた上で、前記スイッチ
手段を、前記インバータ装置の出力を前記電気式ヒータ
に供給する状態に切換えられたときに前記冷媒圧縮機用
モータをインバータ装置から切り離す構成としても良い
（請求項３）。

【０００９】また、前記冷凍サイクルを、暖房運転のた
めのヒートポンプサイクルを形成可能な構成とした上
で、前記スイッチ手段を、その冷凍サイクルによる暖房
能力が不足するときに、前記インバータ装置の出力を前
記冷媒圧縮機用モータ及び電気式ヒータの双方に供給す
る構成としても良い（請求項４）。

【００１０】前記電気式ヒータは、車両用のウインドガ
ラスを加熱するための防曇用ヒータとすることができる
（請求項５）。

【００１１】さらに、前記インバータ装置を多相の交流
出力を発生するように構成した上で、そのインバータ装
置による多相交流出力の相間電圧が印加される複数の電
気式ヒータと、前記各電気式ヒータに対応した複数のス
イッチ手段とを設ける構成としても良い（請求項６）。

【００１２】

【作用】請求項１記載の車両用空調装置では、車載バッ
テリの出力がインバータ装置により交流電力に変換され
ると共に、その変換出力により冷凍サイクル内の冷媒圧
縮機用モータが駆動される。また、車両の所定部位に対
する加熱源として設けられた電気式ヒータに対しては、
上記インバータ装置による変換出力がスイッチ手段を通
じて選択的に供給されることになる。この場合、上記電
気式ヒータの通断電を行うスイッチ手段は、交流電流を
断続することになるから、当該スイッチ手段を機械的接
点を備えたものにより構成した場合でも、接点開放時の
アークによる接点損傷が直流電流を断続するときに比べ
て軽減されることになる。この結果、スイッチ手段とし
て機械的接点を備えたコスト安のものを利用することが
可能となる。

【００１３】請求項２記載の車両用空調装置では、暖房
運転時には、電気式ヒータに対してインバータ装置によ
る変換出力がスイッチ手段を通じて選択的に供給され
て、車室内雰囲気が加熱されるようになる。このような
暖房運転用の電気式ヒータとしてはＰＴＣヒータを用い
ることが一般的であるが、当該電気式ヒータには交流電
圧が印加されることになるため、電気式ヒータとしてＰ
ＴＣヒータを利用した場合であっても従来構成のような
マイグレーション現象が発生する虞がなく、長期使用時
の動作信頼性が向上するようになる。

【００１４】請求項３記載の車両用空調装置では、暖房
運転時においては、スイッチ手段によって冷媒圧縮機用
モータがインバータ装置から切り離され、この状態で当
該インバータ装置の出力が主加熱源として設けられた電
気式ヒータに対し与えられるようになる。従って、イン
バータ装置の出力変化が電気式ヒータの出力変化に直接
結び付くことになるから、当該電気式ヒータによる暖房
能力を容易に調整できるようになる。

【００１５】請求項４記載の車両用空調装置では、冷凍
サイクルがヒートポンプサイクルとして機能されること
により暖房運転が行われ、このときの暖房能力が不足す
るときには、スイッチ手段が、インバータ装置の出力を
上記冷凍サイクル用の冷媒圧縮機用モータの他に電気式
ヒータにも与えるようになり、これに伴う電気式ヒータ
の発熱によって上記のような暖房能力の不足状態が解消
或いは補われるようになる。この場合、スイッチ手段
は、電気式ヒータをインバータ装置の出力側に接離する
だけの単純な構成で良く、しかも補助的な加熱源として
設けられた電気式ヒータに流れる電流（つまり電気式ヒ
ータが主加熱源として用いられる場合より少ない電流）
を断続するだけで良いから、その構造の簡単化並びに小
接点容量化を図り得るようになって、スイッチ手段のコ
ストをさらに下げ得るようになり、また、アークによる
接点損傷も小さくなる。

【００１６】請求項５記載の車両用空調装置では、ウイ
ンドガラスの防曇運転（既に付着している曇りの除去運
転も含む概念である）を行う場合には、電気式ヒータに
対してインバータ装置による変換出力がスイッチ手段を
通じて選択的に供給されて、ウインドガラスが加熱され
るようになり、これによりウインドガラスの防曇運転が
行われる。

【００１７】請求項６記載の車両用空調装置では、イン
バータ装置が多相交流出力を発生するようになり、車両
の所定部位を加熱する際には、その多相交流出力の相間
電圧が複数のスイッチ手段を介して複数の電気式ヒータ
に与えられることになる。この場合には、個々の電気式
ヒータに流す電流を少なくできるから、スイッチ手段を
小接点容量化できると共に、アークによる損傷を受け難
くなる利点がある。

【００１８】

【実施例】以下、本発明を電気自動車用空調装置に適用
した第１実施例について図１〜図４を参照しながら説明
する。図３には電気自動車用空調装置の送風系統が摸式
的に示されている。この図３において、エアダクト１
は、最上流部に内外気切換ダンパ２により開閉される内
気導入口３及び外気導入口４を備えた構成となってお
り、下流側には、車室内に開口した各吹出口（デフロス
タ吹出口５、センタフェイス吹出口６、左右一対のサイ
ドフェイス吹出口７、フット吹出口８）にそれぞれ空調
風を導くための分岐ダクト９〜１２が連結されている。

【００１９】各分岐ダクト９〜１２のうち、分岐ダクト
９、１０及び１２の上流側開口部には、それらの分岐ダ
クト９、１０及び１２へ流入する風量の割合を調節可能
な手段である例えば板状の吹出口ダンパ９ａ、１０ａ及
び１２ａが設けられている。また、分岐ダクト１０及び
１１の最下流側には、対応するセンタフェイス吹出口６
及びサイドフェイス吹出口７を開閉するための手段であ
る例えば板状の開閉ダンパ１０ｂ及び１１ａが設けられ
ている。

【００２０】エアダクト１内には、前記内気導入口３及
び外気導入口４に対応する位置に、送風手段である例え
ばブロワ１３が設けられると共に、その下流側に冷却手
段としての例えば冷凍サイクル用蒸発器１４が配置され
る。さらに、エアダクト１内における蒸発器１４の下流
側には、例えば３個のＰＴＣヒータ１５（本発明でいう
電気式ヒータに相当）が配置される。尚、この場合にお
いて、上記ＰＴＣヒータ１５は、暖房運転時においてブ
ロワ１３による送風空気ひいては車室内雰囲気を加熱す
るための主加熱源として設けられている。また、図示し
ないが、各ＰＴＣヒータ１５は、一対の電極間に正の温
度抵抗特性を有するセラミック半導体を挟み込んで構成
されたもので、ブロワ１３による送風空気との熱交換能
力を高めるための多数の放熱フィンを備えた構成となっ
ている。

【００２１】図４には、前記蒸発器１４を含んで構成さ
れた空調運転用冷凍サイクルの配管構成が、当該蒸発器
１４に関連した送風系統の一部と共に示されている。こ
の図４において、冷媒圧縮機１６は、三相交流モータ１
６ａ（本発明でいう冷媒圧縮機用モータに相当）を内蔵
した密閉形に構成されており、その交流モータ１６ａが
後述するインバータ装置により可変速運転されるのに応
じて冷媒吐出量が変化する構成となっている。この場
合、冷媒圧縮機１６から吐出された高温高圧の気化冷媒
は、放熱用ファン装置１７ａを備えた室外熱交換器１７
及び減圧装置１８（図ではキャピラリチューブの例を示
したがエキスパンションバルブなどでも良い）を経て放
熱液化された後に蒸発器１４へ供給され、この蒸発器１
４内で気化した後にアキュムレータ１９を介して圧縮機
１６に戻されるというサイクルが形成される。尚、上記
室外熱交換器１７は、本実施例の場合、冷媒の凝縮器と
して機能する。また、冷媒圧縮機１６は、アキュムレー
タ１９と共にユニットケースに収納されることにより、
圧縮機ユニット２０として構成されている。

【００２２】図２には、電気自動車用空調装置の電気的
構成が概略的に示されている。この図２において、イン
バータ装置２１は、車載バッテリ２２の出力をヒューズ
２３及び例えばブロワスイッチを兼用した電源スイッチ
２４を介して受けるようになっており、入力される直流
電流をスイッチングして得た可変電圧・可変周波数の三
相交流出力によって冷媒圧縮機１６用の交流モータ１６
ａを可変速駆動するようになっている。尚、上記インバ
ータ装置２１としては、三相の交流モータ１６ａの可変
速駆動を行い得るものであれば形式は問わないが、ここ
では例えば三相ＰＷＭインバータを利用しており、その
出力トルクの制御を、電圧／周波数一定制御（所謂Ｖ／
ｆ制御）を利用したオープンループ制御により行うよう
にしている。

【００２３】上記インバータ装置２１の動作制御は、Ｅ
ＣＵ（Electronic Control Unit ）により構成された制
御装置２５により行われるもので、この制御装置２５に
は、インバータ装置２１の入力電流を検出するためのＣ
Ｔなどより成る電流センサ２６からの検出出力が与えら
れるようになっている。この場合、上記制御装置２５
は、電流センサ２６による検出電流が予め設定された上
限レベルを越えたときに、例えばインバータ装置２１の
動作を強制的に停止させるという過電流保護動作を行う
構成となっている。

【００２４】ここで、図２においては、インバータ装置
２１の出力が交流モータ１６ａのみに供給されるように
示しているが、実際には図１に示すように、インバータ
装置２１の出力は、制御装置２５により同時に切換制御
されるリレースイッチ２６Ｒ、２６Ｓ、２６Ｔを介して
３個のＰＴＣヒータ１５にも供給可能になっている。こ
の場合、上記リレースイッチ２６Ｒ、２６Ｓ、２６Ｔは
機械的なトランスファ接点を備えたもので、インバータ
装置２１からの三相交流出力電圧を交流モータ１６ａに
印加する状態と、その三相交流出力の相間電圧をデルタ
結線された３個のＰＴＣヒータ１５に印加する状態との
何れかに切換わる構成となっている。従って、交流モー
タ１６ａの通電状態（冷媒圧縮機１６の運転状態）で
は、ＰＴＣヒータ１５がインバータ装置２１から切り離
され、ＰＴＣヒータ１５の通電状態では交流モータ１６
ａがインバータ装置２１から切り離されることになる。

【００２５】図２に翻って、制御装置２５には、コント
ロールパネル２７からの操作信号（温度設定信号、吹出
風量設定信号、運転モード切換信号、送風モード切換信
号、内気循環・外気導入モード切換信号など）、冷媒圧
縮機１６から吐出される冷媒の温度を検出するための吐
出温度サーミスタ２８からの冷媒温度検出信号、車室外
の温度を検出するための室外温度サーミスタ２９からの
外気温度検出信号、例えば減圧装置１８上流の冷媒圧力
を検知するための圧力センサ３０からの圧力検出信号が
与えられるようになっている。

【００２６】制御装置２５は、前記電源スイッチ２４が
オンされた状態で動作されるようになっており、その動
作状態ではブロワ１３をコントロールパネル２７からの
吹出風量設定信号に応じた速度で駆動するようになって
いる。また、制御装置２５は、上記動作状態において
は、前述したような各入力信号に基づいて、インバータ
装置２１の出力制御、放熱用ファン装置１７ａの運転制
御、ＰＴＣヒータ１５のリレー２６Ｒ、２６Ｓ、２６Ｔ
を介した通断電制御、前記内外気切換ダンパ２、吹出口
ダンパ９ａ、１０ａ及び１２ａ、開閉ダンパ１０ｂ及び
１１ａの開閉制御を行うためのサーボモータ３１群の動
作制御などを行う構成となっている。

【００２７】上記のような制御装置２５による主な制御
内容は以下に列挙する通りである。 （１）コントロールパネル２７からの運転モード切換信
号に基づいて冷房モード及び暖房モードの何れが選択さ
れたかを判断し、冷房モードが選択された場合には、リ
レースイッチリレー２６Ｒ、２６Ｓ、２６Ｔを交流モー
タ１６ａ側に切換えることにより、インバータ装置２１
の出力を当該交流モータ１６ａに供給する。これによ
り、冷媒圧縮機１６が駆動されて蒸発器１４に液化冷媒
が供給されるようになるため、ブロワ１３による送風空
気が当該蒸発器１４により冷却されるようになる。尚、
この場合には、インバータ装置２１の出力周波数を、コ
ントロールパネル２７からの温度設定信号により示され
る温度値が低い場合ほど高くする制御を行う（この場合
にはＶ／ｆ制御が行われているから、その出力電圧も上
がることになる）。これにより、設定温度が低い場合ほ
ど交流電動機１６ａの回転数が上がって、冷媒圧縮機１
６からの冷媒吐出量が増大することになるから冷房能力
が上がるようになる。

【００２８】（２）暖房モードが選択された場合には、
リレースイッチリレー２６Ｒ、２６Ｓ、２６ＴをＰＴＣ
ヒータ１５側に切換えることにより、インバータ装置２
１の出力を当該ＰＴＣヒータ１５に供給する。これによ
り、ＰＴＣヒータ１５が発熱して、ブロワ１３による送
風空気がＰＴＣヒータ１５により加熱されるようにな
る。尚、この場合には、３個のＰＴＣヒータ１５に対し
て、インバータ装置２１からの三相交流出力電圧が２π
／３の位相差をもって印加されることになる。また、イ
ンバータ装置２１の出力電圧をコントロールパネル２７
からの温度設定信号により示される温度値に応じて変化
させることにより、ＰＴＣヒータ１５の出力制御を行う
構成としても良い。

【００２９】（３）内外気切換ダンパ２を、コントロー
ルパネル２７からの内気循環・外気導入モード切換信号
に応じた位置となるようにサーボモータ３１を通じて制
御すると共に、吹出口ダンパ９ａ、１０ａ及び１２ａ
を、コントロールパネル２７からの送風モード切換信号
に応じた位置となるようにサーボモータ３１を通じて制
御する。

【００３０】（４）吐出温度サーミスタ２８からの冷媒
温度検出信号により示される冷媒圧縮機１６からの吐出
冷媒温度が予め設定された上限温度を越えたときには、
交流モータ１６ａの保護のためにインバータ装置２１の
出力周波数を落とすことにより上記冷媒温度の異常な上
昇を抑制する。

【００３１】（５）室外温度サーミスタ２９からの外気
温度検出信号により示される車室外温度に基づいて、放
熱用ファン装置１７ａの能力を切換える。具体的には、
冷房モードが選択されている状態では、外気温度検出信
号により示される車室外温度が例えば２５℃以上に上昇
したときに放熱用ファン装置１７ａの送風量を増大させ
て室外熱交換器１７の凝縮能力を高め、上記車室外温度
が例えば２２℃以下に低下したときに放熱用ファン装置
１７ａの送風量を減少させて室外熱交換器１７の凝縮能
力を低くするというデファレンシャル制御を行う。尚、
ヒートポンプサイクルを利用して暖房運転を行う構成が
採用されていた場合には、その暖房運転時において、室
外温度サーミスタ２９からの外気温度検出信号により示
される車室外温度が例えば１２℃以下に低下したときに
放熱用ファン装置１７ａの送風量を増大させて室外熱交
換器１７の凝縮能力（つまりヒートポンプサイクルの吸
熱量）を高め、上記車室外温度が例えば１６℃以上に上
昇したときに放熱用ファン装置１７ａの送風量を減少さ
せて室外熱交換器１７の凝縮能力を低くするというデフ
ァレンシャル制御を行う構成が採用される。

【００３２】（６）圧力センサ３０からの圧力検出信号
により示される減圧装置１８上流の冷媒圧力（これは室
外熱交換器１７内の冷媒圧力と等価と見なし得る）が、
予め設定された上限圧力を越えたときには、インバータ
装置２１の出力周波数を落とすことにより、上記冷媒圧
力の異常な上昇を抑制する。

【００３３】以上説明した本実施例の構成によれば、暖
房運転時には、ＰＴＣヒータ１５に対してインバータ装
置２１からの交流出力が与えられることになる。従っ
て、ＰＴＣヒータ１５において、直流電圧の印加に起因
したマイグレーション現象が発生する虞がなくなり、長
期使用時の動作信頼性が向上するようになる。

【００３４】また、上記ＰＴＣヒータ１５の通断電を行
うリレースイッチ２６Ｒ、２６Ｓ、２６Ｔは、交流電流
を断続することになるから、接点開放時のアークによる
接点損傷が直流電流を断続するときに比べて軽減される
ことになる。この結果、リレースイッチ２６Ｒ、２６
Ｓ、２６Ｔのような機械的接点を備えたコスト安のスイ
ッチ手段を利用しても支障がなくなり、全体のコストダ
ウンを実現できるようになる。この場合、インバータ装
置２１からの三相交流出力の相間電圧を３個のＰＴＣヒ
ータ１５を印加する構成としたから、個々のＰＴＣヒー
タ１５に流す電流が小さくなる。この結果、リレースイ
ッチ２６Ｒ、２６Ｓ、２６Ｔを小接点容量化できると共
に、それらリレースイッチ２６Ｒ、２６Ｓ、２６Ｔがア
ークによる損傷を受け難くなるから、コストダウン並び
に長期使用に対する信頼性向上を図り得るようになる。

【００３５】しかも、暖房運転時においては、冷媒圧縮
機１６用の交流モータ１６ａがインバータ装置２１から
切り離され、この状態で当該インバータ装置２１の出力
がＰＴＣヒータ１５に与えられるようになるから、イン
バータ装置２１の出力変化がＰＴＣヒータ１５の出力変
化に直接結び付くことになる。従って、インバータの出
力電圧を変化させることによって、ＰＴＣヒータ１５に
よる暖房能力を容易に調整できるようになる。

【００３６】尚、上記した第１実施例では、３個のＰＴ
Ｃヒータ１５をデルタ結線して用いる構成としたが、本
発明の第２実施例を示す図５のように、３個のＰＴＣヒ
ータ１５をスター結線（Ｙ結線）して用いる構成として
も良い。

【００３７】図６〜図９には本発明の第３実施例が示さ
れており、以下これについて前記第１実施例と異なる部
分のみ説明する。即ち、この第３実施例は、空調運転用
の冷凍サイクルとして、暖房運転のためのヒートポンプ
サイクルを形成可能なものを用いると共に、ＰＴＣヒー
タ１５を上記冷凍サイクルによる暖房能力が不足すると
きの補助加熱源として利用する構成とした点に特徴を有
する。

【００３８】具体的には、図８に示す電気自動車用空調
装置の送風系統において、エアダクト１内におけるＰＴ
Ｃヒータ１５の上流側位置（蒸発器１４の下流側位置）
には、前記ヒートポンプサイクル形成時に冷媒凝縮器の
機能を果たすことにより、暖房運転時の熱発生源として
利用される補助熱交換器３２が配置される。

【００３９】また、図９に示す冷凍サイクルの配管構成
において、冷媒圧縮機１６は、アキュムレータ１９及び
流路切換手段を構成する四方弁３３と共にユニットケー
スに収納されることにより、圧縮機ユニット２０′とし
て構成されている。上記四方弁３３は、冷媒圧縮機１６
から吐出された冷媒を、逆止弁３４を介して室外熱交換
器１７に与える第１の状態と、その冷媒を補助熱交換器
３２に与える第２の状態とに切換わる構成となってい
る。尚、四方弁３３が第１の状態に切換えられたときに
は、アキュムレータ１９上流の分岐点１９ａが当該四方
弁３３を介して補助熱交換器３２に連通され、また、四
方弁３３が第２の状態に切換えられたときには、上記分
岐点１９ａが逆止弁３４を介して室外熱交換器１７に連
通されるようになっている。

【００４０】補助熱交換器３２は、その冷媒吐出口が補
助減圧装置３５（図ではキャピラリチューブの例を示し
たがエキスパンションバルブなどでも良い）及び逆止弁
３６を介して室外熱交換器１７の冷媒流入口に連通され
ている。

【００４１】第１電磁弁３７は、開閉弁として構成され
たもので、暖房運転時において冷媒蒸発器として機能す
る室外熱交換器１７から吐出された冷媒を、減圧装置１
８及び蒸発器１５をバイパスさせてアキュムレータ１９
側に戻すように構成されている。また、第２電磁弁３８
も、開閉弁として構成されたもので、除湿運転時におい
て冷媒凝縮器として機能する補助熱交換器３２から吐出
された冷媒を、補助減圧装置３５をバイパスさせて室外
熱交換器１７に流入させるように構成されている。

【００４２】このように構成された冷凍サイクルにおい
ては、四方弁３３、第１電磁弁３７及び第２電磁弁３８
を適宜に切換えることにより、冷媒の流れを以下に述べ
るように制御し、暖房運転、冷房運転及び除湿運転を実
現している。

【００４３】具体的には、冷房運転時には、四方弁３３
を前記第１の状態に切換えると共に、第１電磁弁３７を
閉鎖状態に切換えることにより（第２電磁弁３８は断電
しておけば良い）、図中矢印Ｃで示すように、冷媒圧縮
機１６から吐出される冷媒を、四方弁３３→逆止弁３４
→室外熱交換器１７→減圧装置１８→蒸発器１４→アキ
ュムレータ１９→冷媒圧縮機１６の順に流す。

【００４４】これにより、蒸発器１４に液化冷媒が供給
されるようになるため、ブロワ１３による送風空気が当
該蒸発器１４により冷却されるようになる。尚、この場
合には、アキュムレータ１９上流の分岐点１９ａが四方
弁３３を介して補助熱交換器３２に連通されることにな
るが、この状態では逆止弁３６が圧力差に基づき冷媒通
路を閉じているので、実質的には補助熱交換器３２への
冷媒流入が阻止されることになる。

【００４５】暖房運転時には、四方弁３３を前記第２の
状態に切換えると共に、第１電磁弁３７を開放状態、第
２電磁弁３８を閉鎖状態に切換えることにより、図中矢
印Ｈで示すように、冷媒圧縮機１６から吐出される冷媒
を、四方弁３３→補助熱交換器３２→補助減圧装置３５
→逆止弁３６→室外熱交換器１７→第１電磁弁３７→ア
キュムレータ１９→冷媒圧縮機１６の順に流す。

【００４６】これにより、補助熱交換器３２に高温気化
冷媒が供給されると共に、室外熱交換器１７に液化冷媒
が供給されるようになる。つまり、補助熱交換器３２が
冷媒凝縮器として機能するようになって、ブロワ１３に
よる送風空気と補助熱交換器３２との間で熱交換が行わ
れるため、当該送風空気が加熱されるようになる。ま
た、室外熱交換器１７がファン装置１７ａからの送風空
気との間で熱交換を行う蒸発器として機能するようにな
る。尚、この場合には、アキュムレータ１９上流の分岐
点１９ａが四方弁３３を介して室外熱交換器１７に連通
されることになるが、この状態では逆止弁３４が圧力差
に基づき冷媒通路を閉じているので、実質的には室外熱
交換器１７への冷媒流入が阻止されることになる。

【００４７】除湿運転時には、四方弁３３を第２の状態
に切換えると共に、第１電磁弁３７を閉鎖状態、第２電
磁弁３８を開放状態に切換えることにより、図中矢印Ｄ
で示すように、冷媒圧縮機１６から吐出される冷媒を、
四方弁３３→補助熱交換器３２→第２電磁弁３８→逆止
弁３６→室外熱交換器１７→減圧装置１８→蒸発器１４
→アキュムレータ１９→冷媒圧縮機１６の順に流す。
尚、この場合には、放熱用ファン装置１７ａを停止させ
ておく。

【００４８】これにより、補助熱交換器３２に高温気化
冷媒が供給されると共に、蒸発器１４に減圧装置１８を
経た液化冷媒が供給されるようになる。従って、この場
合には、ブロワ１３による送風空気が蒸発器１４におい
て一旦冷却された後に、補助熱交換器３２により加熱さ
れることになる。このため、ブロワ１３による送風空気
が蒸発器１４と熱交換するときの飽和蒸気温度の低下に
応じて、その送風空気中の水分が蒸発器１４の表面で結
露して除去される。この後において、上記送風空気が補
助熱交換器３２との熱交換により再加熱されるのに応じ
て、その相対湿度が大幅に低下するようになる。

【００４９】上記のような四方弁３３、第１電磁弁３７
及び第２電磁弁３８の制御は、図７に示すように、制御
装置２５により行われる。尚、この制御装置２５による
制御機能は、基本的には前記第１実施例と同じである
が、特に暖房運転時には、例えば、圧力センサ３０によ
る検出圧力に基づいて補助熱交換器３２での冷媒凝縮温
度を演算し、その演算結果に基づいてインバータ装置２
１の出力周波数を調整することにより、上記凝縮温度つ
まり暖房温度を制御するようにしている。

【００５０】また、図６に示すように、インバータ装置
２１の出力は、交流モータ１６ａに対して常時供給され
ると共に、制御装置２５により同時に切換制御されるリ
レースイッチ３９Ｒ、３９Ｓ、３９Ｔを介して３個のＰ
ＴＣヒータ１５にも供給可能な構成となっている。この
場合、上記リレースイッチ３９Ｒ、３９Ｓ、３９Ｔは機
械的なメーク接点を備えたもので、そのオン状態では、
インバータ装置２１の三相交流出力をデルタ結線された
３個のＰＴＣヒータ１５に対して２π／３の位相差をも
って印加する状態に切換わる構成となっている。つま
り、リレースイッチ３９Ｒ、３９Ｓ、３９Ｔの制御に応
じて、交流モータ１６ａのみに通電した状態と、交流モ
ータ１６ａ及びＰＴＣヒータ１５の双方に通電した状態
とに切換え得る構成となっている。

【００５１】従って、上記構成の本実施例では、暖房運
転時には、冷媒圧縮機１６用の交流モータ１６ａに通電
されると共に、四方弁３３、第１電磁弁３７及び第２電
磁弁３８が所定の状態に切換えられることにより、冷凍
サイクルがヒートポンプサイクルとして機能されるよう
になり、このときの暖房能力が不足するときには、リレ
ースイッチ３９Ｒ、３９Ｓ、３９Ｔがオンされて、イン
バータ装置２１の出力が上記交流モータの１６ａの他に
ＰＴＣヒータ１５にも与えられるようになり、これに伴
うＰＴＣヒータ１５の発熱によって上記のような暖房能
力の不足状態が解消或いは補われるようになる。

【００５２】この場合、本実施例では、ＰＴＣヒータ１
５に対してインバータ装置２１からの交流出力が与えら
れるなどの構成となっているから、前記第１実施例と同
様の効果を奏するものである。特に、本実施例では、リ
レースイッチ３９Ｒ、３９Ｓ、３９Ｔとして、ＰＴＣヒ
ータ１５をインバータ装置２１の出力側に接離するだけ
の単純なメーク接点を備えた構成のものを使用すれば良
く、しかも補助的な加熱源として設けられたＰＴＣヒー
タ１５に流れる電流（つまりＰＴＣヒータ１５が前記第
１実施例のように主加熱源として用いられる場合より少
ない電流）を断続するだけで良いから、その構造の簡単
化並びに小接点容量化を図り得るようになって、リレー
スイッチ３９Ｒ、３９Ｓ、３９Ｔのコストを低下できる
と共に、アークによる接点損傷を小さくできる利点があ
る。

【００５３】尚、上記実施例では、３個のＰＴＣヒータ
１５をデルタ結線して用いる構成としたが、前記した第
２実施例と同様に、３個のＰＴＣヒータ１５をスター結
線（Ｙ結線）して用いる構成としても良いことは勿論で
ある。

【００５４】図１０〜図１３には本発明の第４実施例が
示されており、以下これについて前記第１実施例と異な
る部分のみ説明する。即ち、この実施例は、電気自動車
のウインドガラスを加熱するための防曇用ヒータの一種
であるヒ−テッドウインドシールドをインバータ装置の
駆動対象とした構成に特徴を有する。

【００５５】具体的には、図１２のように、その断面構
造の一部を拡大した状態で示す例えばフロント用のウイ
ンドガラス４０は、合わせガラスより成るもので、外側
ガラス４１及び内側ガラス４２間に主として樹脂より成
る中間層４３を挟み込んだ三層構造となっている。この
場合、外側ガラス４１の内面（中間層４３との接触面）
には、主としてＡｇ合金の蒸着膜より成る透明導電膜４
４が設けられており、斯かる透明導電膜４４の上下両端
部に給電用の電極（図１２には第１の電極４５ａのみ図
示）を設けることによって、ウインドガラス４０全体を
加熱可能なヒーテッドウインドシールド４６（本発明で
いう電気式ヒータに相当）が構成されている。

【００５６】具体的には、図１３に示すように、透明電
極膜４４の上端部のほぼ全域にわたる形状に形成された
第１の電極４５ａと、透明電極膜４４の下端部に左右に
離間して形成された所定幅寸法ずつの第２の電極４５ｂ
及び第３の電極４５ｃとが設けられるものであり、これ
により電極４５ａ〜４５ｃの各間には、図１３中にＲ
ａ、Ｒｂ、Ｒｃで示す仮想抵抗（電気式ヒータと等価）
がデルタ結線状に存在することになる。尚、図１２に示
すように、外側ガラス４１及び内側ガラス４２の各対向
面には、上記第１の電極４５ａ〜第３の電極４５ｃを前
後から隠蔽するようにして黒色セラミック膜４１ａ、４
２ａが設けられるものである。

【００５７】しかして、図１０に示すように、上記ヒ−
テッドウインドシールド４６は、第１の電極４５ａ、第
２の電極４５ｂ、第３の電極４５ｃが、それぞれリレー
スイッチ４７Ｒ、４７Ｓ、４７Ｔを介してインバータ装
置２１の各相出力端子に接続されている。尚、上記リレ
ースイッチ４７Ｒ、４７Ｓ、４７Ｔは機械的なメーク接
点を備えたものである。

【００５８】また、図１１に示すように、ヒ−テッドウ
インドシールド４６をオンオフするためのＨＷＳスイッ
チ４８が運転者による操作が可能な位置に設けられるも
のであり、制御装置２５は、ＨＷＳスイッチ４８のオン
オフ操作に応じてリレースイッチ４７Ｒ、４７Ｓ、４７
Ｔをオンオフさせる構成となっている。従って、ヒ−テ
ッドウインドシールド４６に対して、インバータ装置２
１の出力をリレースイッチ４７Ｒ、４７Ｓ、４７Ｔを介
して選択的に供給できるようになる。尚、上記ＨＷＳス
イッチ４８は、デフロストスイッチと兼用しても良いも
のである。

【００５９】上記した本実施例の構成によれば、リレー
スイッチ４７Ｒ、４７Ｓ、４７Ｔの制御に応じて、交流
モータ１６ａのみに通電した状態と、交流モータ１６ａ
及びヒ−テッドウインドシールド４６の双方に通電した
状態とに切換え得るものであり、これによりウインドガ
ラス４０に付着した霜、氷、水分による曇りなどを必要
に応じて除去できるようになる。この場合、ヒ−テッド
ウインドシールド４６自体は、消費電力が比較的大きい
（１０００〜１５００Ｗ／ｍ^２ 程度）ものであるが、
その通断電を行うリレースイッチ４７Ｒ、４７Ｓ、４７
Ｔは、第１実施例におけるリレースイッチ２６Ｒ、２６
Ｓ、２６Ｔと同様に、交流電流を断続することになるか
ら、大電流の断続を行う構成でありながら、接点開放時
のアークによる接点損傷が直流電流を断続するときに比
べて軽減されることになる。この結果、リレースイッチ
４７Ｒ、４７Ｓ、４７Ｔのような機械的接点を備えたコ
スト安のスイッチ手段を利用しても支障がなくなり、全
体のコストダウンを実現できるようになる。

【００６０】尚、このように制御対象負荷がヒ−テッド
ウインドシールド４６である場合には、その通電が空調
運転と無関係に行われるのが一般的であるから、その電
源を電気自動車の走行用モータを駆動するためのインバ
ータ装置から得るように構成することも可能である。

【００６１】図１４には、上記第４実施例に回路構成上
の変更を加えた本発明の第５実施例が示されており、以
下これについて異なる部分のみ説明する。即ち、この第
５実施例は、第４実施例におけるリレースイッチ４７
Ｒ、４７Ｓ、４７Ｔに代えて、機械的なトランスファ接
点を備えたリレースイッチ４９Ｒ、４９Ｓ、４９Ｔを設
け、これらリレースイッチ４９Ｒ、４９Ｓ、４９Ｔを、
インバータ装置２１からの三相交流出力電圧を交流モー
タ１６ａに印加する状態と、その三相交流出力の相間電
圧をヒ−テッドウインドシールド４６に印加する状態と
の何れかに切換える構成としたものである。

【００６２】このような構成によれば、交流モータ１６
ａとヒ−テッドウインドシールド４６とが同時通電され
ることがないから、そのヒ−テッドウインドシールド４
６に対する印加電圧つまり発熱量を任意に変化させ得る
ようになる。

【００６３】図１５、図１６には本発明の第６実施例が
示されている。即ち、図１６において、この実施例にお
けるヒーテッドウインドシールド５０（本発明でいう電
気式ヒータに相当）は、ウインドガラス４０に設けられ
た透明電極膜４４の上端部及び下端部のほぼ全域にわた
る形状に形成された一対の電極５０ａ、５０ｂを設けた
構成となっており、電極５０ａ、５０ｂ間には、図１６
中にＲｚで示す仮想抵抗が存在することになる。

【００６４】図１５に示すように、上記ヒ−テッドウイ
ンドシールド５０は、インバータ装置２１から機械的な
トランスファ接点を備えた一対のリレースイッチ５１
Ｒ、５１Ｓを介して通電されるように接続される。尚、
この場合において、上記インバータ装置２１は、ヒ−テ
ッドウインドシールド５０に通電する状態では二相或い
は単相インバータとして機能するように出力様式が変更
される。

【００６５】図１７には本発明の第７実施例が示されて
おり、以下これについて説明する。即ち、図１７は電気
自動車の全ウインドガラスの配置を摸式的に示したもの
であり、フロントウインドガラス５１、リアウインドガ
ラス５２及び運転席用ドアに設けられたウインドガラス
５３のそれぞれにヒ−テッドウインドシールド５１Ａ、
５２Ａ及び５３Ａ（本発明でいう電気式ヒータに相当）
を設けると共に、これらヒ−テッドウインドシールド５
１Ａ、５２Ａ及び５３Ａを例えばスター結線し、インバ
ータ装置２１からの三相交流出力電圧を、前記第４実施
例のようなリレースイッチ４７Ｒ、４７Ｓ、４７Ｔ或い
は前記第５実施例のようなリレースイッチ４９Ｒ、４９
Ｓ、４９Ｔを介して供給する構成としたものである。

【００６６】その他、本発明は上記した各実施例に限定
されるものではなく、次のような変形または拡張が可能
である。上記各実施例では、マニュアルタイプの空調装
置に適用したが、オートタイプの空調装置にも適用可能
であり、また、電気自動車用に限らず、空調運転用冷凍
サイクル内の冷媒圧縮機をモータにより駆動する構成を
採用した自動車一般に適用できるものである。電気式ヒ
ータとしては、ＰＴＣヒータに限らず他の形式のヒータ
を広く利用できるものであり、また、その設置個数も上
記した実施例のように３個に限られるものではない。コ
ストを考慮する必要がない場合には、スイッチ手段とし
て無接点タイプのスイッチング素子（トライアック、逆
並列接続されたサイリスタなど）を利用しても良いもの
である。防曇用ヒータとしてヒ−テッドウインドシール
ドを対象にしたが、熱線式ヒータなど他の形式の防曇用
ヒータを対象にしても良い。

【００６７】

【発明の効果】以上の説明によって明らかなように、請
求項１記載の発明によれば、車両の所定部位に対する加
熱源として設けられる電気式ヒータの電源を、冷凍サイ
クル内の冷媒圧縮機用モータの電源として設けられたイ
ンバータ装置からスイッチ手段を通じて得る構成とした
から、上記スイッチ手段として、機械式接点を備えたス
イッチ手段を利用した場合でも、その通断電制御の信頼
性を高めることができて、全体のコスト低減が可能にな
るものである。

【００６８】請求項２記載の発明によれば、前記電気式
ヒータを車室内雰囲気を加熱するための暖房運転用ヒー
タとしたから、暖房用の電気式ヒータとして最も一般的
なＰＴＣヒータを利用した場合であってもマイグレーシ
ョン現象が発生する虞がなく、長期使用時の動作信頼性
の向上を実現できるようになる。

【００６９】請求項３記載の発明では、前記電気式ヒー
タを暖房運転時の主加熱源として設けた上で、インバー
タ装置の出力を電気式ヒータに供給する状態時には、ス
イッチ手段により冷媒圧縮機用モータをインバータ装置
から切り離す構成としたから、インバータ装置の出力変
化が電気式ヒータの出力変化に直接結び付くことになっ
て、当該電気式ヒータによる暖房能力を容易に調整でき
るようになる請求項４記載の発明では、前記冷凍サイク
ルを、暖房運転のためのヒートポンプサイクルを形成可
能な構成とした上で、冷凍サイクルの暖房能力の不足時
には、スイッチ手段によりインバータ装置の出力を前記
冷媒圧縮機用モータ及び電気式ヒータの双方に供給する
構成としたから、スイッチ手段の構造の簡単化並びに小
接点容量化を図り得るようになって、そのスイッチ手段
のコストを低下できると共に、アークによる接点損傷を
抑制できるようになる。

【００７０】請求項５記載の発明では、前記電気式ヒー
タを車両用のウインドガラスを加熱するための防曇用ヒ
ータとしたから、ウインドガラスの防曇運転を確実に行
い得ると共に、その通断電用に機械式接点を備えたスイ
ッチ手段を利用した場合でも、通断電制御の信頼性を高
めることができて全体のコスト低減が可能になる。

【００７１】請求項６記載の発明では、前記インバータ
装置を多相の交流出力を発生するように構成した上で、
その多相交流出力の相間電圧が印加される複数の電気式
ヒータと、各電気式ヒータに対応した複数のスイッチ手
段とを設ける構成としたから、個々の電気式ヒータに流
す電流を少なくできて、スイッチ手段を小接点容量化で
きると共に、アークによる損傷を受け難くできるように
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を示す要部の電気的構成図

【図２】全体の電気的構成図

【図３】送風系統を摸式的に示す断面図

【図４】冷凍サイクルの配管構成図

【図５】本発明の第２実施例を示す図１相当図

【図６】本発明の第３実施例を示す図１相当図

【図７】図２相当図

【図８】図３相当図

【図９】図４相当図

【図１０】本発明の第４実施例を示す図１相当図

【図１１】図２相当図

【図１２】ヒ−テッドウインドシールドを一部拡大した
状態で示す摸式的な縦断面図

【図１３】ヒ−テッドウインドシールドを摸式的に示す
図

【図１４】本発明の第５実施例を示す図１相当図

【図１５】本発明の第６実施例を示す図１相当図

【図１６】図１３相当図

【図１７】本発明の第７実施例を示す図１３相当図

【符号の説明】

図面中、１はエアダクト、１３はブロワ、１４は蒸発
器、１５はＰＴＣヒータ（電気式ヒータ）、１６は冷媒
圧縮機、１６ａは交流モータ（冷媒圧縮機用モータ）、
１７は室外熱交換器、２１はインバータ装置、２２は車
載バッテリ、２５は制御装置、２６Ｒ、２６Ｓ、２６
Ｔ、３９Ｒ、３９Ｓ、３９Ｔ、４７Ｒ、４７Ｓ、４７
Ｔ、５１Ｒ、５１Ｓはリレースイッチ（スイッチ手
段）、４０、５１、５２、５３はウインドガラス、４
６、５０、５１Ａ、５２Ａ、５３Ａはヒ−テッドウイン
ドシールド（電気式ヒータ）を示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平５−229334（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−178069（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−178061（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−254334（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−147428（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−312029（ＪＰ，Ａ) 実開 平５−91922（ＪＰ，Ｕ) 実開 平５−91925（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B60H 1/22 611

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 空調運転のための冷凍サイクルを備え、
   前記冷凍サイクル内の冷媒圧縮機用モータの電源を、車
   載バッテリの出力を交流電力に変換するインバータ装置
   から得るようにした車両用空調装置において、 車両の所定部位に対する加熱源として設けられた電気式
   ヒータと、 前記インバータ装置の出力を前記電気式ヒータに対し選
   択的に供給するためのスイッチ手段とを備えたことを特
   徴とする車両用空調装置。
2. 【請求項２】 前記電気式ヒータは、車室内雰囲気を加
   熱するための暖房運転用ヒータであることを特徴とする
   請求項１記載の車両用空調装置。
3. 【請求項３】 前記電気式ヒータは暖房運転時の主加熱
   源として設けられ、 前記スイッチ手段は、前記インバータ装置の出力を前記
   電気式ヒータに供給する状態に切換えられたときに前記
   冷媒圧縮機用モータをインバータ装置から切り離すよう
   に構成されていることを特徴とする請求項２記載の車両
   用空調装置。
4. 【請求項４】 前記冷凍サイクルは暖房運転のためのヒ
   ートポンプサイクルを形成可能に構成され、 前記スイッチ手段は、その冷凍サイクルによる暖房能力
   が不足するときに、前記インバータ装置の出力を前記冷
   媒圧縮機用モータ及び電気式ヒータの双方に供給するよ
   うに構成されていることを特徴とする請求項２記載の車
   両用空調装置。
5. 【請求項５】 前記電気式ヒータは、車両用のウインド
   ガラスを加熱するための防曇用ヒータであることを特徴
   とする請求項１記載の車両用空調装置。
6. 【請求項６】 前記インバータ装置は多相の交流出力を
   発生するように構成され、 前記インバータ装置による多相交流出力の相間電圧が印
   加される複数の電気式ヒータと、 前記各電気式ヒータに対応した複数のスイッチ手段とを
   備えたことを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の
   車両用空調装置。