JPH10157445A - 車両用空調装置 - Google Patents

車両用空調装置

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JPH10157445A
JPH10157445A JP8319938A JP31993896A JPH10157445A JP H10157445 A JPH10157445 A JP H10157445A JP 8319938 A JP8319938 A JP 8319938A JP 31993896 A JP31993896 A JP 31993896A JP H10157445 A JPH10157445 A JP H10157445A
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air
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Kota Kitamine
康多 北峯
Masaji Iwai
正司 岩井
Hiroshi Kinoshita
宏 木下
Koji Nonoyama
浩司 野々山
Toshihiko Muraki
俊彦 村木
Takamitsu Matsuno
孝充 松野
Hirobumi Mokuya
博文 杢屋
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Toyota Motor Corp
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Denso Corp
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Toyota Motor Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 電磁式リレーを作動させることで、インバー
タからの出力にて電気ヒータを作動させる車両用空調装
置を安価に提供することを目的とする。 【解決手段】 インバータ装置７からの３つ出力線１３
ａ〜１３ｃうち、出力線１３ｃと車載電源１１のマイナ
ス側との間には、直列に１つの電磁式リレー１５と、電
気的加熱源である電気ヒータ１６が設けられている。電
気ヒータ１６は、発熱体としてニクロム線を利用したも
のであり、車室内を暖房するために使用される。そし
て、電磁式リレー１５は、インバータ装置７の出力電圧
を０としてから、オンオフするようになっているので、
電磁式リレー１５の耐久性を向上させることができ、専
用の電磁式リレーを新たに製造しなくとも既存の電磁式
リレーを使用でき、コスト低減を図ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、インバータにて交
流モータを制御することで、圧縮機の回転数を制御し、
空調能力を可変する車両用空調装置であって、特に暖房
熱源として電気ヒータを有し、電磁式リレーを切り換え
ることで、交流モータと電気ヒータとをインバータから
の出力にて作動させるものに関する。
【０００２】
【従来の技術】上記のような車両用空調装置の従来技術
として、特開平７─３０４３２５号公報に記載されたも
のがある（以下、公報装置）。この公報装置は、圧縮機
を駆動するモータを三相交流モータとし、この三相交流
モータの回転数をインバータにて可変制御するように構
成されている。
【０００３】上記公報装置は、電気ヒータへの通電遮断
は、安価な電磁式リレーにて行われる。ここで、上記電
磁式リレーの電気接点は、インバータと三相交流モータ
との間の３つの出力線それぞれに設けられ、インバータ
からの出力にて三相交流モータと電気ヒータとのうちい
ずれか一方を作動するように選択するものである。つま
り、冷房時にはインバータからの出力にて三相交流モー
タが制御され、暖房時にはインバータから電気ヒータに
通電される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ここで、上述の電気ヒ
ータは、高電圧化（例えば３００ボルト（ＤＣ））する
ことにより小型化でき、設置スペースが限られる車両用
空調装置にとっては大きな利点がある。そして、本発明
者らは上記公報装置にてインバータの出力電圧に対する
電磁式リレーの作動について検討した結果、インバータ
からの出力電圧が大きいときに上記電磁式リレーを作動
させると、電磁式リレーの接点開放時のアークにより接
点が損傷し耐久性が劣化するという問題が発生すること
が分かった。
【０００５】そして、この問題を解決するためには、上
記電磁式リレーの耐電圧性（容量）を高くすれば良いの
であるが、現状ではこれに対応できる市販の電磁式リレ
ーは無く、これを新たに製造しようとすると、製造設備
等、非常にコストがかかるという問題がある。そこで、
本発明は電磁式リレーを作動させることで、インバータ
の出力にて電気ヒータを作動させる車両用空調装置を安
価に提供することを目的とする。
【０００６】
【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ないし５記載の発明では、電磁式リレー
（１５）を作動させる指示信号を発生する信号発生手段
（２０）と、信号発生手段（２０）にて指示信号が発生
されると、インバータ装置（７）の出力を低下させてか
ら、電磁式リレー（１５）を作動させる制御手段（２
０）とを有することを特徴としている。
【０００７】これにより、インバータ装置の出力電圧を
低下させてから、電磁式リレーを作動させたので、電磁
式リレーの耐久性を向上させることができ、専用の電磁
式リレーを新たに製造しなくとも既存の電磁式リレーを
使用でき、コスト低減を図ることができる。また、特に
請求項２記載の発明では、交流モータ（６）は、三相以
上のモータ（６）にて構成されており、電磁式リレー
（１５）の電気接点（１５ｂ、１５ｃ）は、前記インバ
ータ装置（７）から前記交流モータ（６）への複数の出
力線（１３ａ〜１３ｃ）のうち１つに設けられており、
制御手段（２０）は、前記電磁式リレー（１５）を作動
させて前記電気式加熱手段（１６）に通電しているとき
には、前記インバータ装置（７）にて前記交流モータ
（６）を停止状態とすることを特徴としている。
【０００８】これにより、従来に比べて電磁式リレーの
電気接点の個数を低減でき、さらにコスト低減を図れ
る。ところで、電磁式リレーの電気接点を複数の出力線
のうち一つに設け、電気ヒータに通電を施すときは、残
りの出力線から交流モータに電力が供給されて、圧縮機
が駆動されてしまうといった不具合が起こることがあ
る。
【０００９】しかしながら、本発明によると上述したよ
うに従来に比べて電磁式リレーの電気接点の個数を低減
でき、さらにコスト低減を図れるとともに、インバータ
装置にて交流モータを停止状態とするので、上述の不具
合を未然に防止できる。また、特に請求項５記載の発明
では、車室内の内気温度を検出する内気温度検出手段
（４６）と、車室内の設定温度を設定する温度設定手段
（４９ａ）と、加熱用熱交換器へ循環する熱源流体の温
度を検出する熱源流体温度検出手段（３５）と有し、少
なくとも内気温度検出手段（４６）が検出する内気温度
（Ｔr)と、温度設定手段（４９ａ）が設定する設定温度
（Ｔset ）とに基づいて、熱源流体の必要温度（Ｔｗ1
）を算出する算出手段（１２０）とを有し、制御手段
（２０）は、熱源流体温度検出手段（３５）が検出する
熱源流体温度（Ｔｗ）が、算出手段（１２０）が検出す
る必要温度（Ｔｗ1 ）より低いときに電磁式リレー（１
５）を作動させて電気式加熱手段（１６）に通電するこ
とを特徴としている。
【００１０】これにより、熱源流体温度が必要水温より
高いときには、電気式加熱手段を使用しなくても、熱源
流体により加熱用熱交換器で必要な暖房能力が満たせ、
熱源流体の温度が必要水温より低いときは、熱源流体の
温度だけでは、加熱用熱交換器で必要な暖房能力が不足
するので、この際電気式加熱手段にて暖房能力を補うこ
とができる。
【００１１】また、特に請求項６記載の発明では、電磁
式リレー（１５）の電気接点（１５ｂ、１５ｃ）は、イ
ンバータ装置（７）から交流モータ（６）への複数の出
力線（１３ａ〜１３ｃ）のうち１つに設けられており、
電磁式リレー（１５）を作動させる指示信号を発生する
信号発生手段（２０）を有し、信号発生手段（２０）に
て前記指示信号が発生され、電磁式リレー（１５）を作
動させて電気式加熱手段（１６）に通電するときには、
インバータ装置（７）にて交流モータ（６）を停止させ
る制御手段（２０）を有することを特徴としている。
【００１２】これにより、請求項２記載の発明と同様な
作用効果がある。また、特に請求項９記載の発明では、
請求項５記載の発明と同様な作用効果が得られる。ま
た、特に請求項１０記載の発明では、電気式加熱手段
（１６）へ通電量をリニアに制御する通電制御手段（２
０）を有することを特徴としている。
【００１３】これにより、電気式加熱手段での加熱量を
リニア制御することができ、精度良く空調制御を行うこ
とができる。また、特に請求項１２記載の発明では、車
室内の内気温度を検出する内気温度検出手段（４６）
と、車室内の設定温度を設定する温度設定手段（４９
ａ）と、加熱用熱交換器（２５）へ循環する前記熱源流
体の温度を検出する熱源流体温度検出手段（３５）と有
し、少なくとも内気温度検出手段（４６）が検出する内
気温度（Ｔr ）と、温度設定手段（４９ａ）が設定する
前記設定温度（Ｔse）とに基づいて、熱源流体の必要温
度（Ｔｗ1 ）を算出する算出手段（１２０）とを有し、
通電制御手段（２０）は、流体温度検出手段（３５）が
検出する温度（Ｔｗ）が、算出手段（１２０）が検出す
る前記必要温度（Ｔｗ1 ）となるように電気式加熱手段
（１６）を制御することを特徴としている。
【００１４】これにより、熱交換流体の温度を、暖房負
荷に応じた必要温度に制御することができる。この結
果、精度良く空調制御を行うことができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施形態について
図面に基づいて説明する。なお、本実施形態では車両の
駆動源として内燃機関２３（以下、エンジン２３）と、
図示しない走行用電動モータと併用またはいずれ一方を
使用するハイブリッド車に適用したものである。
【００１６】先ず、本実施形態における車両用空調装置
の冷凍サイクル装置１は、図１に示すように冷媒を高温
高圧に圧縮して吐出する圧縮機２と、この圧縮機２にて
吐出された冷媒を凝縮する凝縮器３と、この凝縮器３に
て凝縮された冷媒のうち気相冷媒と液相冷媒とを分離す
るとともに、液相冷媒を貯留する受液器４と、この受液
器４からの液相冷媒を減圧する減圧装置２１と、この減
圧装置２１からの冷媒を蒸発気化させる蒸発器５とから
なる周知のものである。
【００１７】上記圧縮機２は、本実施形態では三相交流
モータ６にて駆動されるようになっいる。そして、三相
交流モータ６は、インバータ装置７によって可変速駆動
制御される。具体的には、三相交流モータ６は、インバ
ータ装置７内のスイッチング素子で、三相交流モータ６
の各相に対応した一対のトランジスタ８ａ、８ｂ〜１０
ａ、１０ｂ（本実施形態ではＩＧＢＴ、絶縁ゲート型バ
イポーラトランジスタ）にて、車載電源１１（直流電
源、本実施形態では定格電圧２８８ｖ）から得た直流電
流がスイッチングされた可変電圧、可変周波数の三相交
流出力（交流電力）によって、可変速駆動制御される。
【００１８】また、このインバータ装置７は、後述の制
御装置２０にて制御される。なお、上記車載電源１１
は、上記エンジン２３が駆動している際には、このエン
ジン２３にて駆動される発電機（オルタネータ）にて充
電されるように構成されている。そして、一対のトラン
ジスタをそれぞれ８、９、１０とすると車載電源１１に
対して３つ並列に配置されている。そして、三相交流モ
ータ６の出力線１３ａ〜１３ｂ（出力端子）は、それぞ
れ一対のトランジスタ８ａ、８ｂ、（９ａ、９ｂ、およ
び１０ａ、１０ｂ）の間に接続されている。
【００１９】なお、上記インバータ装置７は、三相交流
モータ６の可変速駆動を行うことができるものであれば
形式は問わないが、本実施形態では三相ＰＷＭインバー
タを利用している。また、図１中１４は所定の温度とな
ると溶断する温度ヒューズである。上記凝縮器３は、車
両走行による走行風を受けやすい位置に設置されてい
る。なお、図中３ａは、凝縮器３に向かって冷却風を送
風する送風ファンである。また、上記蒸発器５は、車室
内を冷却（除湿）を行う冷却用熱交換器である。
【００２０】ここで、本実施形態では、インバータ装置
７からの３つ出力線１３ａ〜１３ｃうち、出力線１３ｃ
と車載電源１１のマイナス側との間には、直列に電磁式
リレー１５と、電気的加熱源である電気ヒータ１６と、
温度ヒューズ１７とが設けられている。電磁式リレー１
５は、リレーコイル１５ａ、可動接点１５ｂ（電気接
点）、および固定接点１５ｃ（電気接点）からなる周知
のものである。上記電気ヒータ１６は、本実施形態では
発熱体としてニクロム線を利用したものであり、車室内
を暖房するために使用される。
【００２１】つまり、電磁式リレー１５のリレーコイル
１５ａに通電が施されると、インバータ装置７からの電
力が電気ヒータ１６に供給されて、電気ヒータ１６が発
熱する。なお、このインバータ装置７および電磁式リレ
ー１５は、後述の制御装置２０にて制御されるようにな
っている。これにより、車室内の空調制御が行われる
が、詳しい説明は後で行う。
【００２２】ここで、上記電気ヒータ１６は、車両に搭
載された冷却水回路２２内に設置されている。以下、こ
の温水回路２２について説明する。冷却水回路２２は、
上記エンジン２３を冷却する回路である。そして、図１
に示すように冷却水回路２２には、エンジン冷却水を冷
却するラジエータ２４と、車室内を加熱するための加熱
用熱交換器であるヒータコア２５とが設けられている。
ヒータコア２５は、冷却水回路２２に配置されているこ
とから、熱交換流体としてエンジン冷却水を使用してい
る。
【００２３】２６は、エンジン２３内蔵の機械式ウォー
ターポンプであり、エンジン２３が駆動されるに伴い、
図中矢印Ａ方向に冷却水を吐出する。２７は、電動式の
電動ウォーターポンプであり、上記車載電源１１から電
力が供給されて駆動する。電動式ウォーターポンプ２７
は駆動されると、図中矢印Ｂ方向に冷却水を吐出する。
また、電動式ウォーターポンプ２７は、エンジン２３停
止時で、後述する車両用空調装置１００が作動している
ときに後述の制御装置２０にて駆動されるようになって
いる。
【００２４】また、図中２８は、ラジエータ２４と並列
に設けられ、ラジエータ２４をバイパスするバイパス回
路である。そして、冷却水をバイパス回路２８に流すか
ラジエータ２４に流すかは、感温作動弁である周知のサ
ーモスタット３０にて切り換えられる。つまり、冷却水
の温度が、例えば９０℃以上になると冷却水をラジータ
２４にて冷却し、９０℃以下の場合は冷却水はバイパス
回路２８に流れるようになっている。
【００２５】２９は、ラジエータ２４に向かって冷却風
を送風する冷却ファンである。なお、この冷却ファン２
８は、エンジン２３の冷却水吐出口近傍に設置された冷
却水温センサ（図示しない）の検出温が、例えば１００
℃となると駆動されるようになっている。上記電気ヒー
タ１６は、電動式ウォーターポンプ２７とヒータコア２
５との間に設置されている。図２に電気ヒータ１６が冷
却水回路２２に配置された図を示す。
【００２６】電気ヒータ１６は、図２に示すように冷却
水回路２２の一部を構成するアルミニウム製の冷却水配
管２２ａ内に配置されている。この冷却水配管２２ａ
は、図２中左右方向に２分割可能となっており、電気ヒ
ータ１６を収納する収納部２２ｂと、電気ヒータ１６を
収納部に固定取付するための取付部２２ｃを有する。ま
た、電気ヒータ１６は、発熱体１６ａ（本実施形態では
ニクロム線）が円筒状のハウジング１６ｂ内に収納され
る形態となっている。
【００２７】この電気ヒータ１６と冷却水配管２２ａと
の取り付け方法は、先ずハウジング１６ｂにステー５０
を取り付けて固定する。そして、電気ヒータ１６を収納
部２２ｂ内に挿入したのち、ステー５０を収納部２２ｂ
と取付部２２ｃとで挟みこむようにして、ビス５１にて
固定する。このようにすると、図中矢印Ｃで示すように
冷却水配管２２ａに流入した冷却水は、ハウジング１６
ｂの周囲に沿うようにして流れる。従って、電気ヒータ
１６が発熱していると、ハウジング１６ｂを通じて冷却
水が加熱されるようになっている。
【００２８】また、収納部２２ｂ内には、電気ヒータ１
６の下流側に電気ヒータ１６の周囲を流れた冷却水温を
検出する手段である水温センサ３５が配置されている。
この水温センサ３５は、本実施形態で感温素子であるサ
ーミスタにて構成されている。そして、水温センサ３５
は図２に示すようにハウジング１６ｂを貫通するようは
め込まれ、取付ステー５２を介してビス５３にてハウジ
ング１６ｂに固定されている。なお、図２において、水
温センサ３５および電気ヒータ１６にはハッチングは入
れていない。
【００２９】続いて、本実施形態における車両用空調装
置１００の全体構成図を図３に示し、これについて説明
する。車両用空調装置１００は、車室内への空気通路を
なす空調ケース３６を有する。空調ケース３６の空気上
流側部位には、空調ケース３６内に車室内に向かう空気
流を発生する送風機３７が設けられている。また、送風
機３７の空気上流側における空調ケース３６には、周知
の内外気切換装置（図示しない）が設けられている。こ
れにより、車両用空調装置１００は、空調ケース３６内
に内気を取り入れる内気循環モードと、空調ケース３６
内に外気を取り入れる外気導入モードとが切換可能とな
っている。
【００３０】空調ケース３６内には、上記送風機３７の
下流側に上記冷凍サイクル装置１の蒸発器５が配置され
ている。これにより、空調ケース３６内の空気を蒸発器
５によって冷却されるようになっている。さらに上記蒸
発器５の下流側における空調ケース３６内には、上記ヒ
ータコア２５が配置されている。ヒータコア２５は、図
３に示すように空調ケース３６内の流路の一部に配置さ
れている。これにより、空調ケース３６内には、蒸発器
５を通過した空気がヒータコア２５をバイパスするバイ
パス通路３８が形成されてる。
【００３１】そして、空調ケース３６内には、温度調節
手段である周知のエアミックスドア３９が設けられてい
る。つまり、エアミックスドア３９が、上記バイパス通
路３８えを通過する風量と、ヒータコア２５とを通過さ
せる風量との割合を調整することで、空調風の温度が調
整される。また、上記エアミックスドア３８は、駆動手
段として図示しないサーボモータにて駆動されるように
なっている。
【００３２】そして、ヒータコア２５の空気下流側に
は、車室内の異なる部位に空調風を送風する通路である
フェイス用空気通路４０、デフロスタ用空気通路４１、
およびフット用空気通路４２が形成されている。上記フ
ェイス用空気通路４０は、乗員の上半身に向けて空調風
を送風するためのものであり、デフロスタ用空気通路４
１は、図示しない車両フロントガラスの内面に向けて空
調風を送風するためのものである。また、フット用空気
通路４２は、乗員の下半身に向けて空調風を送風するた
めのものである。
【００３３】これら空気通路４０〜４２の開閉は、通路
切換手段としてフェイス用ドア４３、デフロスタ用ドア
４４、フット用ドア４５にて行われる。そして、これら
ドア４３〜４５は、駆動手段として図示しないサーボモ
ータにて駆動されるようになっている。これにより、車
両用空調装置１００は、吹出モードとして周知のフェイ
スモード、バイレベルモード、フットモード、フットデ
フモード、デフロスタモードが切換可能となっている。
【００３４】次に、上述の制御装置２０の構成につい
て、図１を用いて説明する。制御装置２０には、図示し
ないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等からなる周知のマイクロ
コンピュータが設けられている。また、制御装置２０
は、上記インバータ装置７から三相交流モータ６への出
力周波数や出力電圧を可変する制御回路を含んでいる。
【００３５】制御装置２０には、入力端子として上記水
温センサ３５、車室内の温度を検出する手段である内気
温センサ４６、車室外の温度を検出する手段である外気
温センサ４７、車室内に入射する日射量を検出する手段
である日射センサ４８、車載電源１１の両端子間電圧を
検出する電圧検出装置５０、および車室内に設置された
空調操作パネル４９が接続されている。なお、電圧検出
装置５０は、車載電源１１のバッテリ残量を検出する手
段を構成している。
【００３６】空調操作パネル４９には、車室内の設定温
度を設定する温度設定器４９ａ、この温度設定器４９ａ
にて設定された設定温度や、上記各センサ３５、４６、
４７、４８等の検出値に応じて車室内の温度が上記設定
温度となるように、上記送風機３７、エアミックスドア
３９、インバータ装置７、電気ヒータ１５等を自動的に
空調制御する自動制御（ＡＵＴＯ）スイッチ４９ｂが設
けられている。
【００３７】一方、制御装置２０の出力端子には、上記
インバータ装置７、上記電磁式リレー１５、エアミック
スドア等を駆動する図示しないサーボモータ等が接続さ
れている。また、制御装置２０に入力される信号は、制
御装置２０内の図示しない入力回路によってＡ／Ｄ変換
された後、上記マイクロコンピュータへ入力されるよう
に構成されている。なお、ＥＣＵ３３は、車両を走行さ
せる走行スイッチであるキースイッチがオンされたとき
に、車載電源１１から電力が供給される。
【００３８】次に、本実施形態の上記制御装置２０が行
う電磁式リレー１５の制御処理について、図４を用いて
説明する。なお、以下の処理はキースイッチがオンで、
上記自動制御スイッチ４９ｂもオンされているときのも
のである。先ず、図４のルーチンが起動され、ステップ
１００にて、情報読み込みとして上記各センサ３５、４
６〜４８、温度設定器４９ａの設定温等をＡ／Ｄ変換し
て読み込む。
【００３９】そして、次のステップ１１０にて、予めＲ
ＯＭに記憶された下記数式１に基づいて、車室内へ送風
する空調風の目標吹出温度（以下、ＴＡＯ）を算出す
る。
【００４０】
【数１】ＴＡＯ＝Ｋset ×Ｔset −Ｋr ×Ｔr −Ｋam×
Ｔam−Ｋs ×Ｔs ＋Ｃ なお、Ｔset は上記温度設定器による設定温度、Ｔr は
内気温センサ４６の検出値、Ｔamは外気温センサ４７の
検出値、およびＴs は日射センサ４８の検出値である。
また、Ｋset 、Ｋr 、Ｋam、およびＫs はゲイン、Ｃは
補正用の定数である。
【００４１】次にステップＳ１２０では、上記ＴＡＯに
基づいてヒータコア２５内に流入する冷却水の必要水温
Ｔｗ1 を算出する。簡単に説明すると、上記ＴＡＯが大
きくなるほど、車室内の暖房負荷が大きくなるので、必
要水温Ｔｗ1 も大きく算出される。続いて、ステップＳ
１３０では、外気温センサ４７の検出温Ｔam（外気温）
が所定値Ｔ（本実施形態では、−１．５℃）より高いか
否かを判定する。そして、このステップＳ１３０での判
定結果がＹＥＳの場合は、ステップＳ２００に進んで、
電磁式リレー１５をオフ（ＯＦＦ）とする。これによ
り、インバータ装置７の出力は、出力線１３ａ〜１３ｃ
を通じて三相交流モータ６に送られる。
【００４２】一方、ステップＳ１３０での判定結果がＮ
Ｏ、つまり上記検出温（以下、外気温）Ｔamが所定値Ｔ
より低い場合は、ステップＳ１４０に進む。ここで、上
記ステップＳ１３０における上記外気温が所定値Ｔより
小さいか否かを判定した理由を図５に基づいて説明す
る。先ず、始めに本実施形態では、車両用空調装置１０
０は、ハイブリッド車に搭載されたものであるので、上
記エンジン２３は車両の走行条件よって作動停止を頻繁
に繰り返すようになっている。従って、上記冷却水回路
２２内の冷却水は、常に高温に保たれているとは限らな
い。
【００４３】これにより、通常の車両（イグニッション
スイッチがオンされていればエンジンが常時作動してい
るもの）に比べて、ハイブリッド車は、車室内の暖房熱
源が不足している。また、車室内の暖房を行うのは一般
的に通常外気温が低いときであり、本実施形態では上記
必要水温Ｔｗ1 が高いときである。そこで、本発明者ら
は、上述した車両において外気温と、上記水温センサ３
５が検出する実際の水温Ｔｗとをパラメータとし、各条
件下において車室内を十分暖房するに必要な上記必要水
温Ｔｗ1 を検討して見た。図５にこの実験データを示
す。
【００４４】ここで、上述したように各条件下において
車室内を十分暖房するというのは、本実施形態では車室
内の温度が２５℃で安定しており、上記日射量Ｔｓが
０、上記設定温度が２５℃の場合に、車室内の温度を２
５℃の状態に維持するために必要な必要水温Ｔｗ1 とい
うことである。そして、この図５を見て分かるように必
要水温Ｔｗ1 は、外気温Ｔamが低くなるほど車室内は冷
えやすく、当然ながら高くなり、左下がりの特性とな
る。
【００４５】そして、本発明者らは、図５に上記必要水
温Ｔｗ1 のデータに加え、さらにエンジン２３を起動さ
せたのち、所定時間後（３０分）の冷却水温を付け加え
た。なお、エンジン起動時における水温Ｔw は外気温Ｔ
amと同じ状態にしてある。また、この３０分間、エンジ
ン２３はアイドル運転（１０００ｒｐｍ）とし、最も冷
却水の上昇が遅いウォームアップ時とした。
【００４６】つまり、ウォームアップ時は、車両のあら
ゆる走行条件において、最もヒータコア２５での暖房能
力が低いときである。そして、この３０分後の水温Ｔｗ
の特性は、図５に示すように外気温Ｔamが低くなるほ
ど、低くなって、右下がりとなる。すなわち、図５では
以下のような事が分かる。
【００４７】つまり、図５において、必要水温Ｔｗ1 の
特性と、実際の水温Ｔｗの特性とは外気温−１．５℃
（上記所定値Ｔ）において交わる。この結果、図５に示
すように外気温が−１．５℃より高いときには必要水温
Ｔｗ1 に対して実際の水温Ｔｗが高くなるので、電気ヒ
ータ１６を使用しなくても、ヒータコア２５での必要な
暖房能力を満たせることが分かる。
【００４８】一方、図５に示すように外気温−１．５℃
より低いときには必要水温Ｔｗ1 に対して実際の水温Ｔ
ｗが低いので、ヒータコア２５での暖房能力が不足す
る。従って、この場合は上記電気ヒータ１６に通電を施
して水温Ｔｗを高める必要があることが分かる。この結
果、上述のステップＳ１３０での判定結果がＹＥＳ、つ
まり外気温Ｔamが所定値Ｔより高いときには、ヒータコ
ア２５ので暖房能力が十分であると判定し、電磁式リレ
ー１５をオフとし、圧縮機２を作動（ＯＮ）させる。な
お、この際、圧縮機２の回転数は、制御装置２０によっ
て上記ＴＡＯに基づいて算出された目標回転数となるよ
うにインバータ装置７を介して制御される。
【００４９】続いて、ステップＳ１３０の判定結果がＮ
Ｏ、つまり外気温Ｔamが所定値Ｔより低いときには、ス
テップＳ１４０に進んで電気ヒータ１６に通電を施す前
に、以下の処理が行われる。ステップＳ１４０では、上
記ステップＳ１２０にて算出された上記必要水温Ｔｗ1
が、実際の水温Ｔｗより低いか否かを判定する。つま
り、必要水温Ｔｗ1 が、実際の水温Ｔｗより低ければ、
電気ヒータ１６をオンする必要は無い。従って、ステッ
プＳ１４０での判定結果がＹＥＳの場合は、さらにステ
ップＳ１５０に進み、この判定結果がＮＯの場合は、ス
テップＳ２００に進んで、電磁式リレー１５をオフとす
る。
【００５０】そして、ステップＳ１５０では、車載電源
１１のバッテリ残量が所定値よりあるか否かが判定され
る。なお、このバッテリ残量は、上記電圧検出手段５０
が検出する車載電源の両端電圧にて判定する。そして、
このステップＳ１５０での判定結果がＮＯの場合、つま
りバッテリ残量が所定値より小さいときには、電気ヒー
タ１６にて電力を消費すると、上記走行用電動モータに
て車両走行ができなくなるのでステップＳ２００に進ん
で、電気ヒータ１６への通電は行わない。
【００５１】一方、ステップＳ１５０での判定結果がＹ
ＥＳで、バッテイ残量が所定値よりあると判定される
と、ステップＳ１６０〜１９０にて示す処理にて電磁式
リレー１５によって電気ヒータ１６に通電が施される。
先ず、ステップＳ１６０では、制御装置２０にて電磁リ
レー１５を作動させる指示信号が発生されると、三相交
流モータ６へのインバータ装置７からの出力電圧を低下
させ、本実施形態では０とする。そして、この後ステッ
プＳ１７０に進んで、電磁式リレー１５をオンとする。
【００５２】続いて、ステップＳ１８０に進み、電気ヒ
ータ１６の通電量を制御するために、チョッピング制御
を行うとともに、モータ停止制御として三相交流モータ
６を停止させる。具体的にはトランジスタ８ａのみをオ
ンとして、残りのトタンジスタ８ｂ、９ａ、９ｂ、１０
ａ、１０ｂをオフとする。これにより、インバータ装置
７からの出力は、出力線１３ｃのみに送られて電気ヒー
タ１６への通電は可能となるとともに、当然ながら三相
交流モータ６への通電が遮断されて停止状態となる（こ
れが上記モータ停止制御）。
【００５３】この結果、電気ヒータ１６の通電時には、
三相交流モータ６は必ず停止状態とすることができる。
また、一旦電磁式リレー１５がオンとなってからオフと
する場合は、上記ステップＳ１６０で述べたようにイン
バータ装置７の出力電圧を０としてから、電磁式リレー
１５をオフとする。このように本実施形態では、インバ
ータ装置７の出力電圧を０としてから、電磁式リレー１
５をオンオフしたので、電磁式リレー１５の耐久性を向
上させることができ、専用の電磁式リレーを新たに製造
しなくとも既存の電磁式リレーを使用でき、コスト低減
を図ることができる。
【００５４】また、本実施形態では、電磁式リレー１５
の電気接点（可動接点１５ｂ、固定接点１５ｃ）を３つ
の出力線１３ａ〜１３ｃのうち一つに設けたので、従来
に比べて電気接点の個数を低減でき、さらにコスト低減
を図れる。ここで、このように電磁式リレー１５を３つ
の出力線１３ａ〜１３ｃのうち一つに設け、電気ヒータ
１６に通電を施すときは、残りの２つの出力線１３ａ、
１３ｂから三相交流モータ６に電力が供給されるといっ
た不具合が起こることがある。
【００５５】しかしながら、本実施形態では、上述した
ようにトランジスタ８ａのみをオンとして、残りのトラ
ンジスタ８ｂ、９ａ、９ｂ、１０ａ、１０ｂをオフとし
たので、三相交流モータ６への通電が遮断でき、上述し
た不具合が未然に防止できる。また、上記チョッピング
制御は、具体的には上記トランジンタ８ａをスイッチン
グ制御することで、一定時間におけるトランジスタ８ａ
のオンオフ周期を変えることで、電気ヒータ１６への通
電量をリニアに制御するものある。また、このチョッピ
ング制御を行うためのチョッピング回路（図示しない）
は、インバータ装置７内に設けられている。
【００５６】そして、本実施形態におけるチョッピング
制御では、上記必要水温Ｔｗ1 と実際の水温Ｔｗとの差
が大きくなるほど電気ヒータ１６への通電量を増やすこ
とで、実際の水温Ｔｗが必要水温Ｔｗ1 となるように制
御する。これにより、水温Ｔｗをリニアに制御できると
ともに、実際の水温Ｔｗが暖房能力に必要な必要水温Ｔ
ｗ1 となるように制御されることで、電気ヒータ１６で
の消費電力を最小限に抑えることができるとともに、精
度良く空調制御を行うことができる。
【００５７】（他の実施形態）上記実施形態では、電気
ヒータ１６の発熱体としてニクロム線を使用したが、本
発明では電気によって発熱するものであればどのような
ものでも良く、セラミックヒータ等でも良い。また、上
記各実施形態では、圧縮機２を駆動するモータとして三
相交流モータを使用したが、単相交流モータでも良い
し、三相以上の交流モータであっても良い。
【００５８】また、上記各実施形態では、電気ヒータ１
６にて冷却水を加熱したが、どのような熱交換流体であ
っても良い。さらに電気ヒータ１６を直接空調ユニット
３６内に設置し、電気ヒータ１６にて直接空気を加熱す
るようにしても良い。また、上記各実施形態では、電気
ヒータ１６に通電する際、トランジスタ８ａだけをオン
とし、残りのトランジスタ（８ｂ、９ａ、９ｂ、１０
ａ、１０ｂ）をオフとして三相交流モータ６を停止状態
とした。しかしながら、同様に三相交流モータ６を停止
状態とする手段として、例えばトランジスタにて出力線
１３ａ、１３ｂを同電位とし回転磁界を発生しないよう
にしても良い。
【００５９】また、上記各実施形態では、電磁式リレー
１５を作動（オンオフ）させる際には、インバータ装置
７の出力電圧を０としたが、電磁式リレー１５の許容耐
電圧まで低下させるようにしても良い。なお、本発明の
請求項でいう交流電力とは、車載電源１１からの電力を
インバータ装置６にてチョッピングしたものを当然なが
ら含む。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明実施形態の全体構成図を表す図である。
【図２】上記実施形態における電気ヒータの詳細図であ
る。
【図３】上記実施形態における車両用空調装置の全体構
成図である。
【図４】上記実施形態の制御装置２０による制御処理を
示すフローチャートである。
【図５】上記実施形態における必要水温Ｔｗ1 と実際の
水温Ｔｗとの関係を表す図である。
【符号の説明】
２…圧縮機、６…三相交流モータ、７…インバータ装
置、１５…電磁式リレー、２０…制御装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 北峯 康多 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会 社デンソー内 (72)発明者 岩井 正司 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会 社デンソー内 (72)発明者 木下 宏 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会 社デンソー内 (72)発明者 野々山 浩司 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会 社デンソー内 (72)発明者 村木 俊彦 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会 社デンソー内 (72)発明者 松野 孝充 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 杢屋 博文 愛知県安城市篠目町井山３番地 アンデン 株式会社内

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 交流モータ（６）にて駆動される空調用
    の圧縮機（２）を有し、前記交流モータ（６）が、車載
    電源（１１）の出力を交流電力に変換するインバータ装
    置（７）によって制御されるように構成され、 前記インバータ装置（７）の出力を暖房用の電気式加熱
    手段（１６）に断続する電磁リレー（１５）を備える車
    両用空調装置であって、 前記電磁リレー（１５）を作動させる指示信号を発生す
    る信号発生手段（２０）と、 前記信号発生手段（２０）にて前記指示信号が発生され
    ると、前記インバータ装置（７）の出力電圧を低下させ
    てから、前記電磁リレー（１５）を作動させる制御手段
    （２０）とを有することを特徴とする車両用空調装置。
  2. 【請求項２】 前記交流モータ（６）は、三相以上のモ
    ータ（６）にて構成されており、 前記電磁リレー（１５）の電気接点（１５ａ、１５ｃ）
    は、前記インバータ装置（７）から前記交流モータ
    （６）への複数の出力線（１３ａ〜１３ｃ）のうち１つ
    に設けられており、 前記制御手段（２０）は、 前記電磁リレー（１５）を作動させて前記電気式加熱手
    段（１６）に通電しているときには、前記インバータ装
    置（７）にて前記交流モータ（６）を停止状態とするこ
    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】 前記制御手段（６）は、残りの出力線
    （１３ａ、１３ｂ）への通電を遮断することで前記交流
    モータ（６）を停止させ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】 車室内への空気通路をなす空調ケース
    （３６）と、 前記空調ケース（３６）内の空気を熱源流体にて加熱す
    る加熱用熱交換器（２５）と、 前記加熱用熱交換器（２５）に前記熱源流体を循環させ
    る熱源流体回路（２２）を有し、 前記電気式加熱手段（１６）は、前記熱源流体回路中
    （２２）に配置されていることを特徴とする請求項１な
    いし３いずれか１つに記載の車両用空調装置。
  5. 【請求項５】 前記車室内の内気温度を検出する内気温
    度検出手段（４６）と、 前記車室内の設定温度を設定する温度設定手段（４９
    ａ）と、 前記加熱用熱交換器へ循環する前記熱源流体の温度を検
    出する熱源流体温度検出手段（３５）と有し、 少なくとも前記内気温度検出手段（４６）が検出する前
    記内気温度（Ｔr)と、前記温度設定手段（４９ａ）が設
    定する前記設定温度（Ｔset ）とに基づいて、前記熱源
    流体の必要温度（Ｔｗ1 ）を算出する算出手段（１２
    ０）とを有し、 前記制御手段（２０）は、 前記熱源流体温度検出手段（３５）が検出する流体温度
    （Ｔｗ）が、前記算出手段（１２０）が検出する前記必
    要温度（Ｔｗ1 ）より低いときに前記電磁リレー（１
    ５）を作動させて前記電気式加熱手段（１６）に通電す
    ることを特徴とする請求項４記載の車両用空調装置。
  6. 【請求項６】 三相以上の交流モータ（６）にて駆動さ
    れる空調用の圧縮機（２）を有し、前記交流モータ
    （６）が、車載電源（１１）の出力を交流電力に変換す
    るインバータ装置（７）によって制御されるように構成
    され、 前記インバータ装置（７）の出力を暖房用の電気式加熱
    手段（１６）に断続する電磁リレー（１５）を備える車
    両用空調装置であって、 前記電磁リレー（１５）の電気接点（１５ａ、１５ｃ）
    は、前記インバータ装置（７）から前記交流モータ
    （６）への複数の出力線（１３ａ〜１３ｃ）のうち１つ
    に設けられており、 前記電磁リレー（１５）を作動させる指示信号を発生す
    る信号発生手段（２０）を有し、 前記信号発生手段（２０）にて前記指示信号が発生さ
    れ、前記電磁リレー（１５）を作動させて前記電気加熱
    手段（１６）に通電しているときには、前記インバータ
    装置（７）にて前記交流モータ（６）を停止状態とする
    制御手段（２０）を有することを特徴とする車両用空調
    装置。
  7. 【請求項７】 前記制御手段（６）は、残りの出力線
    （１３ａ、１３ｂ）への通電を遮断することで前記交流
    モータ（６）を停止させることを特徴とする請求項６記
    載の車両用空調装置。
  8. 【請求項８】 車室内への空気通路をなす空調ケース
    （３６）と、 前記空調ケース（３６）内の空気を熱源流体にて加熱す
    る加熱用熱交換器（２５）と、 前記加熱用熱交換器（２５）に前記熱源流体を循環させ
    る熱源流体回路（２２）を有し、 前記電気式加熱手段（１６）は、前記熱源流体回路中
    （２２）に配置されていることを特徴とする請求項６記
    載の車両用空調装置。
  9. 【請求項９】 前記車室内の内気温度を検出する内気温
    度検出手段（４６）と、 前記車室内の設定温度を設定する温度設定手段（４９
    ａ）と、 前記加熱用熱交換器へ循環する前記熱源流体の温度を検
    出する熱源流体温度検出手段（３５）と有し、 少なくとも前記内気温度検出手段（４６）が検出する前
    記内気温度（Ｔr)と、前記温度設定手段（４９ａ）が設
    定する前記設定温度（Ｔset ）とに基づいて、前記熱源
    流体の必要温度（Ｔｗ1 ）を算出する算出手段（１２
    ０）とを有し、 前記制御手段（２０）は、 前記熱源流体温度検出手段（３５）が検出する流体温度
    （Ｔｗ）が、前記算出手段（１２０）が検出する前記必
    要温度（Ｔｗ1 ）より低いときに前記電磁リレー（１
    ５）を作動させて前記電気式加熱手段（１６）に通電す
    ることを特徴とする請求項８記載の車両用空調装置。
  10. 【請求項１０】 前記電気式加熱手段（１６）へ通電量
    をリニアに制御する通電制御手段（２０）を有すること
    を特徴とする請求項１ないし９いずれか１つに記載の車
    両用空調装置。
  11. 【請求項１１】 前記通電制御手段は、前記インバータ
    装置（７）の出力をチョッピング制御するチョッピング
    制御手段（２０）であることを特徴とする請求項１０記
    載の車両用空調装置。
  12. 【請求項１２】 前記車室内の内気温度を検出する内気
    温度検出手段（４６）と、 前記車室内の設定温度を設定する温度設定手段（４９
    ａ）と、 前記加熱用熱交換器（２５）へ流入する前記熱交換流体
    の温度を検出する流体温度検出手段（３５）と有し、 少なくとも前記内気温度検出手段（４６）が検出する前
    記内気温度（Ｔr ）と、前記温度設定手段（４９ａ）が
    設定する前記設定温度（Ｔse）とに基づいて、前記熱交
    換流体の必要温度（Ｔｗ1 ）を算出する算出手段（１２
    ０）とを有し、 通電制御手段（２０）は、 前記流体温度検出手段（３５）が検出する温度（Ｔｗ）
    が、前記算出手段（１２０）が検出する前記必要温度
    （Ｔｗ1 ）となるように前記電気式加熱手段（１６）を
    制御することを特徴とする請求項４または８記載の車両
    用空調装置。
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