JPH11115467A - 自動車用空調装置 - Google Patents

自動車用空調装置

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JPH11115467A
JPH11115467A JP9279145A JP27914597A JPH11115467A JP H11115467 A JPH11115467 A JP H11115467A JP 9279145 A JP9279145 A JP 9279145A JP 27914597 A JP27914597 A JP 27914597A JP H11115467 A JPH11115467 A JP H11115467A
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heating
hot water
motor
refrigerant circuit
heat
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JP9279145A
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Takanori Okabe
孝徳 岡部
Kenji Takenaka
健二 竹中
Takashi Ban
孝志 伴
Toshiro Higuchi
俊郎 樋口
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Toyota Industries Corp
Original Assignee
Toyoda Automatic Loom Works Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 電気自動車やハイブリット車のような低公害
車向けに、低公害かつ高品質の加熱または暖房を可能と
する。 【解決手段】 温水ヒータ(熱源ユニット1)、温水循
環ポンプ7、ヒータコア8等を備えた温水回路により車
室空気を加熱する加熱運転を行うごとくした自動車用空
調装置において、電動モータ3の回転を拘束した状態で
励磁して、この電動モータを発熱作用させ、この発生熱
を温水ヒータの熱源として利用する。拘束手段として
は、2台の電動モータ2、3を互いに逆回転させたり、
ロック機構を用いる。また、電動モータ2、3で圧縮機
(熱源ユニット1)を駆動して車室空気を冷却する冷房
運転を可能としたり、上記加熱と冷却とを同時に行わせ
て除湿運転を可能としたり、冷媒回路を可逆サイクルと
してヒートポンプ式の暖房運転を可能としてもよい。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、自動車用空調装
置、特に、加熱または暖房用熱源として励磁電力により
電動モータを発熱させるごとくした自動車用空調装置に
関する。
【0002】
【従来の技術】従来、自動車用の車室空気加熱または暖
房熱源には燃焼式ヒータが広く一般に用いられている。
一方、近年環境汚染対策として、電気自動車やハイブリ
ット車の開発が進められているが、このような低公害車
向けの加熱用または暖房用熱源も、従来は燃焼式ヒータ
であった。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、燃焼式
ヒータは、燃焼排気ガスを発生するため環境を汚染する
という問題があり、低公害車向けの加熱用または暖房用
熱源としては、車の目的に反するものであった。このた
め、低公害を狙いとする電気自動車やハイブリット車の
目的に沿う加熱用または暖房用ヒータとして、非燃焼式
ヒータの開発が要望されてきた。
【0004】本発明は、このような従来の技術に存在す
る問題点に着目してなされたもので、電気自動車やハイ
ブリット車のような低公害車の目的に則した、低公害か
つ高品質の加熱または暖房を可能とした自動車用空調装
置を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項1記載の発明は、温水ヒータ、ヒータコ
ア、温水循環ポンプ等を備えた温水回路により車室空気
を加熱する加熱運転を行うごとくした自動車用空調装置
において、電動モータを、回転を拘束した状態で励磁し
て発熱作用させ、この電動モータを前記温水ヒータの熱
源として利用するごとくしたことを特徴とする。
【0006】このように構成すると、車室空気加熱用の
熱源は電力を利用したものとなり、非燃焼式ヒータによ
る加熱運転または暖房運転ができるので、大気汚染の可
能性がなく低公害車の目的に則した自動車用空調装置を
提供することができる。なお、電力を熱源とするものと
しては抵抗線を発熱体としたシーズヒータのような空気
加熱用の電気ヒータも考えられるが、抵抗線の温度が高
くなり、発熱線の断線や火災発生の危険性がある。従っ
て、特に自動車のように振動が激しい用途には不適であ
る。これに対し、本発明のように電動モータを発熱作用
させる場合には、発熱線の発熱面積が大きくなるので、
励磁巻線の温度も比較的低く押さえられ、このような欠
点が解消される利点がある。また、拘束手段としては、
請求項2記載のように2台の電動モータを連結して互い
に逆回転方向に励磁したり、請求項3記載のようにロッ
ク機構を用いたりすると簡易に実用化することができ
る。
【0007】また、請求項4記載の発明は、前記電動モ
ータにより駆動される圧縮機、室外側熱交換器、膨張機
構、室内側熱交換器等を備えた冷媒回路を構成し、該冷
媒回路により車室空気を冷却する冷却運転を可能とした
ものである。このように構成すると、前述の暖房運転と
ともに励磁電力により発熱作用させる電動モータそのも
のを圧縮機駆動用に使用して冷房運転を行うことがで
き、電動モータの兼用により装置のコスト低減を図るこ
とかできる。
【0008】また、請求項5記載の発明は、請求項2に
係る発明において、前記2台の電動モータの回転トルク
を大小に異ならしめ、該回転トルクの小さい電動モータ
を可逆転方向に励磁可能とする一方、前記2台の電動モ
ータにより駆動される圧縮機、室外側熱交換器、膨張機
構、室内側熱交換器等を備えた冷媒回路を構成し、該冷
媒回路により車室空気を冷却する冷却運転を可能とし、
前記回転トルクの小さい電動モータを可逆転方向に切り
換えて励磁することにより、前記2台の電動モータを同
一回転方向にまたは互いに逆転方向に選択的に切り換え
励磁して前記圧縮機を駆動するごとくしたものである。
このように構成すると、前記2台の電動モータを同一回
転方向に励磁することにより、前記冷媒回路による冷却
運転が行われ、冷房運転を行うことができ、また、前記
回転トルクの小さい電動モータを逆回転方向に励磁する
ことにより、2台の電動モータは互いに逆回転方向に励
磁されて拘束され、発熱作用する。しかし、回転トルク
の大きい電動モータにより圧縮機が駆動される。従っ
て、両電動モータの発生熱を熱源とする温水回路による
加熱運転と、前記冷媒回路により車室空気を冷却する冷
却運転とが同時に行われ、所謂除湿運転を行うができ
る。
【0009】また、請求項6記載の発明は、前記請求項
3記載の発明において、前記ロック機構を備えた電動モ
ータではない他の電動モータにより駆動される圧縮機、
室外側熱交換器、膨張機構、室内側熱交換器等を備えた
冷媒回路を構成し、該冷媒回路により車室空気を冷却す
る冷却運転を可能とするとともに、前記ロック機構を備
えた電動モータおよび前記他の電動モータの駆動シャフ
トそれぞれにロータを一体的に回動可能に固定してこれ
らロータを近接対向させ、この両ロータの対向空間に粘
性流体を介在させた流体摩擦熱利用ヒータを構成し、該
流体摩擦熱利用ヒータにより前記両電動モータを連結
し、前記ロック機構のロック作動、前記両電動モータの
励磁をそれぞれオンオフ制御可能としたものである。こ
のように構成すると、前記ロック機構を備えた電動モー
タをロックせずに、前記両電動モータを同一回転方向に
励磁して圧縮機を駆動することにより、前記冷媒回路に
よる冷却運転が行われ、冷房運転を行うことができる。
また、前記ロック機構を備えた電動モータをロックし、
前記両電動モータを同一回転方向に励磁して圧縮機を駆
動することにより、前記ロック機構を備えた電動モータ
の励磁電力による発生熱と前記流体摩擦熱利用ヒータに
よる発生熱とを熱源とする温水回路による加熱運転と、
前記冷媒回路による冷却運転とが同時に行われ、加熱能
力の大きい除湿運転、換言すると暖房気味の除湿運転を
行うことができる。また、この状態から、前記他の電動
モータの励磁をオフすると、前記流体摩擦熱利用ヒータ
による発熱作用が停止されるので加熱能力が減少する
が、前記冷媒回路による冷却運転が停止されるので、暖
房運転を行うことができる。また、前記暖房気味の除湿
運転の状態から、前記ロック機構を備えた電動モータへ
の励磁をオフすると、該ロック機構を備えた電動モータ
の発熱作用が停止されるので加熱能力が小さくなり、加
熱能力の小さい除湿運転、換言すると冷房気味の除湿運
転が行われる。以上のごとく本請求項記載の発明では四
つの運転態様を行うことができる。
【0010】また、請求項7記載の発明は、前記請求項
4〜6記載の発明において、前記冷媒回路を可逆サイク
ルとし、該冷媒回路を選択的に可逆に切り換え制御可能
としたものである。従って、請求項4の発明で、冷媒回
路を暖房サイクルに切り換えて圧縮機を駆動すると、暖
房サイクルとされた冷媒回路による加熱運転が行われ、
外気から熱を汲み上げるヒートポンプ式の暖房運転を行
うことができる。また、請求項5記載の発明で、前記冷
媒回路を暖房サイクルに切り換え、前記両電動モータを
同一回転方向に励磁して圧縮機を駆動すると、前記暖房
サイクルとした冷媒回路による加熱運転が行われ、ヒー
トポンプ式の暖房運転を行うことができる。また、請求
項5記載の発明で、冷媒回路を暖房サイクルに切り換
え、前記両電動モータを互いに逆転方向に励磁して圧縮
機を駆動すると、電動モータによる発生熱を熱源とした
温水回路による加熱運転と、暖房サイクルとした冷媒回
路による加熱運転とが同時に行われ、加熱能力の大きい
暖房運転を行うことができる。従って、前記請求項5記
載の発明による二つの運転態様に加え、上記二つの暖房
運転態様を付加することができる。また、請求項6記載
の発明で、前記冷媒回路を暖房サイクルに切り換え、第
2電動モータをロックせずに前記両電動モータを励磁し
て圧縮機を駆動すると、暖房サイクルとした冷媒回路に
よる加熱運転が行われ、ヒートポンプ式の暖房運転を行
うことができる。また、請求項6記載の発明で、前記冷
媒回路を暖房サイクルに切り換え、前記ロック機構を備
えた電動モータをロックして前記両電動モータを励磁す
ると、圧縮機が駆動され、前記ロック機構を備えた電動
モータが励磁電力により発熱作用し、更に、前記流体摩
擦熱利用ヒータが発熱作用する。従って、前記第2電動
モータの励磁電力による発生熱と前記流体摩擦熱利用ヒ
ータの発生熱とを熱源とする温水回路による加熱運転
と、暖房サイクルとした冷媒回路による加熱運転とが同
時に行われ、三つの発生熱を熱源とする加熱能力の大き
い暖房運転を行うことができる。また、この状態から前
記ロック機構を備えた電動モータの励磁を停止すると、
該ロック機構備えた電動モータによる発生熱が無くな
り、この分加熱能力が小さくなった暖房運転を行うこと
ができる。このように、前記請求項6記載の発明による
四つの運転態様に加え上記三つの暖房運転態様を付加す
ることができる。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、本発明の第1の実施の形態
を図1および図2に基づいて説明する。図1は、第1の
実施の形態に係る電気自動車用空調装置の冷媒回路並び
に温水回路の基本的構成を示したものであって、この図
1において、熱源ユニット1は、冷房用圧縮機と温水ヒ
ータとを一体化したもので、圧縮機および温水ヒータと
しての機能を有する。そして、圧縮機としての熱源ユニ
ット1の冷媒吐出口11aと冷媒吸入口11bとの間に
は、室外熱交換器4、膨張弁等の膨張機構5、室内熱交
換器6などの機器が順次接続され冷媒回路が形成されて
いる。一方、温水ヒータとしての熱源ユニット1の温水
出口10aと温水入口10bとの間には、温水循環ポン
プ7、車室内の空調ボックスに設置されるヒータコア8
が順次接続され温水回路が形成されている。なお、冷媒
回路の室内熱交換器6と温水回路のヒータコア8とは、
車室内において車室空気流に対しヒータコアが後流側と
なるように直列に配置されている。
【0012】次に、図2に基づき熱源ユニット1を説明
するが、この図2に関する以下の説明においては、図2
の右側をリヤ側、左側をフロント側とする。また、図2
において、実線矢印は温水の流れの方向を、また、点線
矢印は冷媒の流れ方向をそれぞれ示す。熱源ユニット1
のハウジングは、椀状のフロントハウジング12、円筒
状のモータハウジング13、円盤状の連結用ハウジング
14および椀状のリヤハウジング15に分割されおり、
2台のモータ(電動モータ)2,3の固定子2a、3a
がモータハウジング13の内壁に圧入され固定されてい
る。また、これらモータ2、3の回転子2b,3bはモ
ータハウジング13の軸心に配設された駆動シャフト1
7に並列的に固定され、駆動シャフトと一体的に回動可
能とされている。この駆動シャフト17のフロント側
は、フロントハウジング12の内側中心に配置された軸
受25により回転自在に支承されている。また、この駆
動シャフト17のリヤ側には大径部17aが形成され、
その端部に偏心ピン17bが植設されている。また、駆
動シャフト17は、大径部17aで連結用ハウジング1
4の中心部に配置された軸受26により回転自在に支承
されている。
【0013】熱源ユニット1に収納された圧縮機構11
は、スクロール型圧縮機であって、リヤハウジング15
と連結用ハウジング14とで構成される空間内に、圧縮
機構11の構成部材である可動スクロール31、固定ス
クロール32等が収納されている。また、前記偏心ピン
17bには、回転阻止機構35との協働により、軸受2
7を介して可動スクロール31を公転のみ可能に支承す
る駆動ブッシュ34が嵌合され、また、前記偏心ピン1
7bには動的不均衡を吸収するバランスウエイト33が
取り付けられている。また、両スクロール31、32の
基板および渦巻壁により、圧縮室Pが形成されている。
【0014】前記モータ2は定回転用の電動モータであ
り、モータ3は可逆回転方向に励磁可能として構成され
た可逆回転用の電動モータである。そして、この可逆回
転用のモータ3を逆回転方向に励磁したときの回転トル
クと定回転用のモータ2の回転トルクとはバランスする
ように設定されている。従って、前記2台のモータ2、
3を同一方回転方向となるように励磁して圧縮機構11
を所定回転方向に駆動した場合には、冷媒吸入口11b
から冷媒が吸入され、圧縮室Pで冷媒が圧縮された後、
この圧縮された高圧冷媒ガスが冷媒吐出口11aから吐
出される。また、可逆回転用モータ3を逆回転方向に励
磁した場合には、圧縮機構11は回転駆動せず、モータ
2、3は発熱作用のみを行う。
【0015】連結用ハウジング14には、温水入口10
bが形成され、この温水入口10bは、モータハウジン
グ13内の温水通路10cに連結されている。この温水
通路10cは、モータ2、3が発熱作用した場合に、そ
の熱を温水に吸収し易いように、モータハウジング13
の壁体内に、略全周に亙って形成され、環状の通路を形
成している。また、この温水通路10cは、フロントハ
ウジング12側において、フロントハウジング12に形
成された温水出口10aに連結されている。
【0016】上記の熱源ユニット1のハウジング構成に
おいて、リヤハウジング15と連結用ハウジング14と
は、Oリング41を介して連結されている。また、連結
ハウジング14とモータハウジング13、およびモータ
ハウジング13とフロントハウジング12とは、それぞ
れガスケット42、43を介して連結されている。
【0017】以上のごとく構成された自動車用空調装置
において、圧縮機構11を所定方向に回転駆動すべく、
モータ2、3を所定の同一回転方向に励磁すると、冷房
運転を行うことができる。即ち、駆動シャフト17を介
して回転力が可動スクロール31に伝達され、また、回
転阻止機構35の作用により、可動スクロール31が公
転運動され、圧縮室Pが容積変化を生じ、これにより冷
媒吸入口11bから冷媒ガスが圧縮室Pに導入され、冷
媒吐出口11aから高圧冷媒ガスが吐出される。高圧ガ
スは、室外熱交換器4で冷却液化され、次いで膨張機構
5で減圧されて室内熱交換器6で車室空気と熱交換さ
れ、車室空気を冷却し、冷媒自身は気化して冷媒吸入口
11bから帰還し循環する。以上のごとく冷媒回路によ
り車室空気を冷却する冷却運転を行い、車室に対し冷房
運転を行うことができる。
【0018】次に、可逆回転用のモータ3を逆回転方向
に励磁すると、暖房運転を行うことができる。即ち、モ
ータ3が逆回転方向に励磁されると、両モータ2、3は
互いに逆回転方向に励磁されることになる。一方、両モ
ータ2、3の回転トルクはバランスされている。従っ
て、モータ2、3は回転せず励磁電力により発熱作用を
生起する。この発熱作用により、温水循環ポンプ7によ
り温水入口10bから送り込まれた温水は加熱され、温
水出口10aからヒータコア8に送られ、車室空気が加
熱される。このように、車室に対し暖房運転を行うこと
ができる。
【0019】以上のごとく本第1の実施の形態によれ
ば、可逆回転用モータ3を可逆転に切り換え運転するこ
とにより、冷媒回路による冷房運転と、モータ2、3の
励磁電力による発生熱を熱源とする暖房運転とに選択的
に切り換えすることができる。また、このようにモータ
2、3を暖房運転の熱源機器として使用するだけでな
く、冷房運転時の圧縮機駆動用モータとして兼用するた
め、空調装置のコスト低減が図れる。また、この切り換
えは、配線の切り換えにより行うことができるので、複
雑な切り換え機構を必要とせず構成が簡単になる。ま
た、モータ2、3を互いに逆回転方向に励磁して暖房運
転を行うときは、励磁電力によるモータ2、3の発生熱
を温水ヒータの熱源として利用しているので、燃焼排ガ
スによる大気汚染を回避することができる。また、発熱
作用する励磁巻線は、発熱線としての発熱面積が大き
く、また、モータ2、3の励磁巻線で生起される発生熱
がモータハウジング13内に形成された温水通路10c
を流通する温水に吸収されるように構成されているの
で、単に抵抗線を発熱させて直接車室空気を加熱するシ
ーズヒータに比し、発熱線としての励磁巻線の温度が低
くなる。従って、本実施の形態の場合は、火災の危険性
がなく安全であり、ヒータとしての耐振動性に優れたも
のが得られる。
【0020】なお、上記第1の実施の形態の変形例とし
て、逆回転方向に励磁したときの可逆回転用モータ3の
逆回転時の回転トルクと定回転用モータ2の回転トルク
とを同一とせず、可逆回転用モータ3の逆回転時の回転
トルクを定回転用モータ2の回転トルクより小さくする
ことができる。この場合には、可逆回転用モータ3を逆
回転方向に励磁したときに、定回転用モータの回転トル
クが大きいため、モータ2、3は励磁電力により発熱作
用しながら、正方向に回転し、圧縮機1を駆動すること
が可能となる。このようにすると、車室空気は前記冷媒
回路の室内熱交換器6で冷却除湿された後、ヒータコア
8により加熱されるので、所謂除湿運転が可能となる。
従って、このように両モータ2、3の回転トルクを異な
らせ、可逆回転用モータを正逆切り換えることにより、
冷房運転と除湿運転とに選択的に切り換えることができ
る。
【0021】次に、第2の実施の形態について説明す
る。この第2の実施の形態は、可逆回転用モータ3の逆
回転時の回転トルクを定回転用モータ2の回転トルクよ
り小さくしたもので、それ以外の点では、前記第1の実
施の形態と比較して冷媒回路が異なるだけであるので、
図3に本第2の実施の形態に関わる基本的な冷媒回路お
よび温水回路を示し、前記第1の実施の形態との相違点
について説明する。なお図3において、波線矢印は温水
の流れ方向を示す。また、実線矢印は冷房時の冷媒の流
れ方向を、また、点線矢印は暖房時の冷媒の流れ方向を
それぞれ示す。
【0022】この第2の実施の形態において、圧縮機と
しての熱源ユニット1の冷媒吐出口11aと冷媒吸入口
11bとの間には、四路切換弁9を介し室外熱交換器
4、膨張機構5a,5b、逆止弁5c,5d室内熱交換
器9が接続され、前記四路切換弁4の切り換えにより冷
媒が可逆に流通される。四路切換弁9を実線接続位置と
した冷房サイクルで熱源ユニット1の圧縮機構11を駆
動すると、図3において実線矢印で示した方向に冷媒は
流れる。即ち、圧縮機構11で圧縮された高圧冷媒は、
熱源ユニット1の冷媒吐出口11aから吐出され、四路
切換弁9を経て室外熱交換器4に入り、外気と熱交換し
て凝縮液化する。この凝縮液化した高圧液冷媒は逆止弁
5dを経て膨張機構5aで減圧される。その後、室内熱
交換器6に入り、車室空気を冷却除湿し、冷媒自身は加
熱され気化して冷媒吸入口11bから熱源ユニット1内
の圧縮機構11に返戻する。
【0023】次に、四路切換弁9を点線接続位置に切り
換えた暖房サイクル(ヒートポンプサイクル)で熱源ユ
ニット1内の圧縮機構11を駆動すると、図3において
点線矢印で示した方向に冷媒は流れる。即ち、圧縮機構
11で圧縮された高圧冷媒は、熱源ユニット1の冷媒吐
出口11aから吐出され、四路切換弁9を経て室内熱交
換器6に入り、車室空気を加熱して凝縮液化する。この
凝縮液化した高圧液冷媒は、逆止弁5cを経て膨張機構
5bで減圧される。その後、室内熱交換器6に入り、外
気と熱交換して加熱され、冷媒自身は気化して冷媒吸入
口11bから熱源ユニット1内の圧縮機構11に返戻す
る。
【0024】従って、前記両モータ2、3を同一回転方
向に励磁して圧縮機としての熱源ユニット1を駆動する
と、四路切換弁9を冷房サイクルの位置としているとき
は、前記第1の実施の形態における冷房運転の場合と同
様の冷房運転を行うことができる。また、四路切換弁9
を暖房サイクルの位置としているときは、図3における
冷媒回路において、冷媒が点線矢印の方向に流れ、暖房
サイクルとされた冷媒回路の室内熱交換器6において車
室空気が加熱され、外気から熱を汲み上げるヒートポン
プ式の暖房運転を行うことができる。
【0025】次に、前記可逆回転用モータ3を逆転方向
に励磁して、両モータ2、3を互いに逆回転方向に励磁
して圧縮機としての熱源ユニット1を駆動すると、四路
切換弁9を冷房サイクルの位置としているときは、前記
両モータ2、3における発生熱を熱源とする温水回路に
より車室空気を加熱する加熱運転と、冷房サイクルとし
た冷媒回路による車室空気を冷却する冷却運転とが同時
に行われる。即ち、車室空気は室内熱交換器6で冷却除
湿され、その後ヒータコイル8で温水により加熱される
ので、車室内空気を冷却とともに加熱する所謂除湿運転
を行うことができる。また、四路切換弁9を暖房サイク
ルの位置としているときは、両モータ2、3における発
生熱を熱源とする温水回路による車室空気を加熱する加
熱運転と、前記冷媒回路の室内熱交換器6により車室空
気を加熱する加熱運転とが同時に行われる。
【0026】以上のごとく、本第2の実施の形態によれ
ば、冷房サイクルとした冷媒回路による冷房運転、暖房
サイクルとした冷媒回路による効率の良いヒートポンプ
式の暖房運転、励磁電力によるモータ2、3の発生熱を
熱源とする温水回路による車室空気加熱運転と冷媒回路
による車室空気冷却運転とによる除湿運転、並びに励磁
電力によるモータ2、3の発生熱を熱源とする温水回路
による車室空気加熱運転と暖房サイクルとした冷媒回路
による車室空気加熱運転とが同時に行われる能力の大き
い暖房運転をそれぞれ選択して行うことができる。
【0027】また、上記第2の実施の形態の変形例とし
て、上記第2の実施の形態における暖房能力の大きい暖
房運転において、可逆回転用モータ3の励磁をオンオフ
すると、モータ2、3における発生熱がオンオフされる
ことになり、温水回路による車室空気加熱能力を可変と
し、暖房能力を可変とすることができる。また、熱源ユ
ニット1を第1の実施の形態のように、可逆転用モータ
3の逆転時の回転トルクと定回転用モータ2の回転トル
クとを同一とし、更に、冷媒回路を上記第2の実施の形
態のように可逆サイクルとし、両モータ2、3を同一回
転方向に励磁し、冷媒回路を暖房サイクルとして作動さ
せると、上記第2の実施の形態におけるヒートポンプ式
の暖房運転の場合と同様のヒートポンプ式の暖房運転を
行うことができる。
【0028】次に、第3の実施の形態について図4〜図
9に基づき説明する。この第3の実施の形態の自動車用
暖房装置は、前記第1の実施の形態と比較すると、熱源
ユニット1は異なるが、冷媒回路および温水回路は同一
である。従って、この冷媒回路および温水回路そのもの
についての説明を省略し、第3の実施の形態の説明を簡
略化する。なお、図4〜図9、または本第3の実施の形
態に関する説明文における符号中、前記第1の実施の形
態に使用された符号と同一のものは、同符号の付された
前記第1の実施の形態における構成要素と同一の機能ま
たは構成であることを示すものとする。
【0029】図4は、この熱源ユニット50を示したも
ので、圧縮機構11を収納した圧縮機部、この圧縮機構
11を駆動するための第1モータ(電動モータ)61を
収容した第1モータ部60、ロック機構付の第2モータ
(電動モータ)81を収容した第2モータ部80、並び
にこの両モータ部60、80との間に装着された流体摩
擦熱利用ヒータ部70より構成される。なお、この図4
に関する以下の説明においては、図4の右側をリヤ側、
左側をフロント側とする。また、図4において実線矢印
は温水の流れ方向を示す。また、上記図4においては、
圧縮機部および連結用ハウジング14は、前記第1の実
施の形態のものと同一であので詳細は省略するが、前記
第1の実施の形態と同様、リヤハウジング15と連結用
ハウジング14とで構成される空間内部に圧縮機構11
が収納され、この圧縮機構11は後記する第1モータ部
60の駆動シャフト62により駆動される。また、連結
用ハウジング14には、温水入口10bが形成されてい
る。
【0030】第1モータ部60は、筒状ハウジング63
と、この筒状ハウジング63のフロント側に配設された
仕切り壁64とによりハウジングが構成されている。筒
状ハウジング63の内部には第1モータ61の固定子6
1aが固定され、その回転子61bを固定した駆動シャ
フト62が中心位置に配設され、この駆動シャフト62
が、連結用ハウジング14と流体摩擦熱利用ヒータ部7
0のハウジングを構成するリヤ側桶状ハウジング71と
の中心軸受部にそれぞれ配設された軸受26、78によ
り、回動自在に支承されている。そして、筒状ハウジン
グ63と連結用ハウジング14とは、また、筒状ハウジ
ング63と仕切り壁64とは、それぞれガスケット4
2、65を介して結合されている。また、筒状ハウジン
グ63の周壁内には、第1モータ61の発熱を吸収する
ように環状の温水通路60cが形成されている。この温
水通路60cは、リヤ側において連結用ハウジング14
に形成された温水入口10bに連通され、フロント側に
おいて流体摩擦熱利用ヒータ部70の温水通路71cと
連通されている。
【0031】次に、流体摩擦熱利用ヒータ部70は、フ
ロント側桶状ハウジング72とリヤ側桶状ハウジング7
1とが開放側端部でガスケット73を介して結合される
ことによりハウジングが形成され、このハウジング内部
の空間に、第1モータ61の駆動シャフト62の前端に
回動可能に固定された第1ロータ74と、第2モータ8
1の駆動シャフト85の後端に回動可能に固定された第
2ロータ75とが収納されている。そして、これら両ロ
ータ74、75間に複数の凹凸の円周溝からなるラビリ
ンス溝部76が形成されるとともに、このハウジング内
部の空間77には粘性流体、例えばシリコン流体が封入
されている。そして、前記ロータ74が回転され、他方
のロータ75が固定された場合には、このラビリンス溝
部76に介在する粘性流体に剪断力が加わり、流体摩擦
熱により発熱作用を生ずるように構成されている。ま
た、このように構成されているため、第1モータ61お
よび第2モータ81を同時に励磁して、両ロータ74、
75を回転駆動した場合には、前記粘性流体を介し第1
モータの回転力が第2モータに伝達される。また、両桶
状ハウジング71、72の中心部には軸受部がそれぞれ
構成され、これら軸受部の内部にそれぞれ配設さた軸受
78により、前記第1モータ61および第2モータ81
の駆動シャフト62、85の一端部がそれぞれ回転自在
に支承されているが、これら軸受部の機密性を保持する
ために、各軸受78の内側にはそれぞれ軸シール79が
配設されている。
【0032】また、前記両桶状ハウジング71、72の
壁体内部には、前記ラビリンス溝部76における発生熱
を吸収するようにL字状の温水通路71c,72cが形
成されている。この温水通路71c,72cは、両桶状
ハウジング71、72の接合部において、前記ガスケッ
ト73を介して連通されている。また、温水通路71c
のリヤ側では前記のごとく第1モータ部60の温水通路
60cに連通され、さらに、温水通路72cのフロント
側では後記する第2モータ部80の温水通路80cに連
通されている。
【0033】第2モータ部80は、筒状ハウジング82
と、この筒状ハウジング82のリヤ側に配設された仕切
り壁83と、筒状ハウジング82のフロント側に配設さ
れた側壁84とにより構成されている。また、筒状ハウ
ジング82の内壁面には第2モータ81の固定子81a
が固定され、さらに第2モータ81の回転子81bを固
定した駆動シャフト85がハウジングの中心位置に配設
されている。そして、この駆動シャフト85は、側壁8
4と流体摩擦熱利用ヒータ部70のフロント側桶状ハウ
ジング72とのそれぞれの中心部に配設された軸受8
6、78により、回転自在に支承されている。また、側
壁84の内側には電磁ロック機構87が固定されてい
る。この電磁ロック機構87は、内部に配設された電磁
コイルに通電されると、ロック軸87aが突出し、この
ロック軸87aが駆動シャフト85の側壁側に固定され
た制止板88と係合して、回転子81bの回転を阻止す
るように構成されている。また、前記筒状ハウジング8
2の周壁内には、第2モータ81の発生熱を吸収するよ
うに、環状の温水通路80cが形成されている。この温
水通路80cは、リヤ側において流体摩擦熱利用ヒータ
部70の温水通路72cと連通され、また、フロント側
においてこの筒状ハウジング82に形成された温水出口
10aに連通されている。
【0034】次に、本第3の実施の形態の作用につい
て、図5〜図9の温水ヒータとしての熱源ユニット50
の運転ルーチンを示すフローチャートを参照しながら説
明する。この運転ルーチンに移行すると、まず「冷房ス
イッチ ON?」の判断ステップS1となり、ここでは
図示されていない冷房スイッチがオンされているか否か
が判断される。もし、冷房運転が不要ということで冷房
スイッチがオフされていた場合には、NOと判断して
「暖房スイッチ ON?」の判断ステップS6に移行す
る。逆に、車室温度が高く冷房運転が必要であるか、ま
たは車室内の湿度が高く除湿運転が必要ということで冷
房スイッチがオンされていた場合には、YESと判断し
て「暖房スイッチON?」の判断ステップS2に移行す
る。
【0035】この判断ステップS2は、暖房スイッチが
オンされているか否かを判断するもので、暖房スイッチ
がオフされされている場合には、NOと判断し、冷房運
転が要求されているものとして後記する冷房運転のサブ
ルーチンR1に移行する。逆に、暖房スイッチがオンさ
れている場合には、YESと判断し「設定温度TA読み
込み」の入力ステップS3に移行し、ヒータコア8への
還気温度を検出することにより、車室温度TAが読み込
まれ、温度設定ノブによって設定される温度TA Lが読み
込まれる。そして、この設定温度TALが低温側設定温度
として登録されるとともに、低温側設定温度TALに所定
温度α(例えば3℃)加算された高温側設定温度TAH
新たに設定登録される。そして「TA≧TAH」の判断ス
テップS4に移行する。
【0036】この判断ステップS4では、車室温度TA
が高温側設定温度TAH(例えば28℃、低温側設定温度
+α)以上か否かが判断されるもので、YESと判断さ
れた場合には、設定温度より車室温度がかなり高く、誤
って暖房スイッチがオンされたが実際には冷房運転が必
要であると判断して、冷房運転のサブルーチンR1に移
行する。また、逆にNOと判断された場合には、「TA
≧TAL」の判断ステップS5に移行する。この判断ステ
ップS5では、車室温度TAが低温側設定温度TAL(例
えば25℃、ノブにより設定された温度)以上か否かが
判断されるもので、車室温度TAが低温側設定温度TAL
以上であって、YESと判断された場合には、車室温度
が設定温度よりやや高く、冷房気味の除湿運転が要求さ
れていると判断して、後記する冷房気味除湿運転のサブ
ルーチンR2に移行する。また、逆に、NOと判断され
た場合には、暖房気味除湿運転が要求されていると判断
して、後記する暖房気味除湿運転のサブルーチンR3に
移行する。
【0037】前記判断ステップS6は、前記判断ステッ
プS2と同じ内容であり、暖房スイッチがオフされてい
て、NOと判断された場合には、冷房も暖房も要求され
ていないものと判断してリターンされる。逆に、暖房ス
イッチがオンされていてYESと判断された場合には、
前記S3,S4と同内容の「設定温度TAL、車室温度T
A読み込み」の入力ステップS7、「TA≧TAH」の判断
ステップS8と進む。この判断ステップS8でYESと
判断された場合には、冷房気味の除湿運転が要求されて
いるものと判断して、後記する冷房気味除湿運転のサブ
ルーチンR2に移行する。また、逆にNOと判断された
場合には、前記判断ステップS5と同内容の「TA≧T
AL」の判断ステップS9に移行する。
【0038】そして、この判断ステップS9において、
車室温度TAが低温側設定温度TALより高くYESと判
断された場合には、暖房気味の除湿運転が要求されてい
るものと判断して、暖房気味除湿運転のサブルーチンR
3に移行する。また、逆に、この判断ステップS9にお
いて、車室温度TAが低温側設定温度TALより低くNO
と判断された場合には、暖房運転が要求されているもの
と判断して、後記する暖房運転のサブルーチンR4に移
行する。
【0039】前記冷房運転のサブルーチンR1は、図6
に示すもので、前記図5に記載されたフローシートのル
ーチンにおいてサブルーチンR1に移行された場合に
は、「第1モータON」の出力ステップS11、次い
で、「第2モータON」の出力ステップS12に移行す
る。これら出力ステップS11、S12では、第1モー
タ61、第2モータ81をオンする信号がそれぞれ送信
され、第1モータ61、第2モータ81がそれぞれ駆動
される。従って、流体摩擦熱利用ヒータ部70におい
て、両ロータ74、75が回転されるので、ラビリンス
溝部76においては、粘性流体に剪断力が加えられず、
逆にこの部分の粘性流体により第2モータ81の回転力
が第1モータ61に伝達される。この結果、両モータ6
1、81の回転出力により圧縮機構11が駆動され冷房
運転が行われる。
【0040】前記冷房気味除湿運転のサブルーチンR2
は、図7に示すもので、前記図5に記載されたフローシ
ートのルーチンにおいてサブルーチンR2に移行された
場合には、「ソレノイドON」の出力ステップS21に
移行する。この出力ステップS21では、電磁ロック機
構87の電磁コイルをオンする信号が送信され、電磁コ
イルが通電されることにより、ロック軸87aが突出し
て制止板88に係合して第2モータ81がロックされ
る。次いで、「第1モータON」の出力ステップS22
に移行する。そして、この出力ステップS22では、第
1モータ61をオンする信号が送信され、第1モータ6
1が駆動される。
【0041】このように、第2モータ81がロックされ
た状態で第1モータ61が駆動されるので、第2モータ
81の駆動軸85に固定されたロータ75が回転せず、
第1モータ61に固定されたロータ74が回転する。こ
のため、ラビリンス溝部76の粘性流体には剪断力が加
えられ、粘性流体が流体摩擦熱を発生する。一方、第2
モータ81は励磁されていないので、この第2モータ8
1自身では発熱作用が行われない。従って、温水回路を
流通する温水は、第1モータ61の駆動による発熱によ
り温水通路60cで加熱され、また、前記流体摩擦熱に
より温水通路71c,72cにおいて加熱され、このよ
うに加熱された温水により車室空気がヒータコア8で加
熱される。このとき、第1モータ61の駆動により圧縮
機構11が駆動されるので、室内熱交換器6において車
室空気が冷却される。この結果、車室空気は室内熱交換
器6において冷却除湿された後、ヒータコア8で再加熱
される所謂除湿運転が行われる。また、この室内熱交換
器6における冷却能力がヒータコア8における加熱能力
より大きく設定されていることにより、この除湿運転は
車室に対し冷房気味の除湿運転となる。
【0042】前記暖房気味除湿運転のサブルーチンR3
は、図8に示すもので、前記図5に記載されたフローシ
ートのルーチンにおいてサブルーチンR3に移行された
場合には、「ソレノイドON」の出力ステップS31に
移行し、前記出力ステップS21と同様に、電磁ロック
機構87の電磁コイルが通電されて第2モータ81がロ
ックされる。次いで、「第1モータON」の出力ステッ
プS32に移行し、第1モータ61をオンする信号が送
信され、第1モータ61が駆動され、圧縮機構11が駆
動される。次いで、「第2モータON」の出力ステップ
S33に移行する。この出力ステップ33では、第2モ
ータ81をオンする信号が送信され、ロックされた第2
モータ81が励磁されるので発熱作用する。このよう
に、第2モータ81がロックされた状態で第1モータ6
1が駆動されるので、先のサブルーチンR2の場合と同
様、第2モータ81の駆動軸85に固定されたロータ7
5が回転せず、第1モータ61に固定されたロータ74
が回転するため、ラビリンス溝部76の粘性流体には剪
断力が加えられ、粘性流体が流体摩擦熱を発生する。従
って、温水回路を流通する温水は、第1モータ61の駆
動による発熱により温水通路60cで加熱され、また、
前記流体摩擦熱により温水通路71c,72cにおいて
加熱され、さらに、第2モータ81における励磁電力に
よる発熱により加熱されるので、前記サブルーチンR2
におけるよりも温水の加熱量が多くなる。この結果、車
室空気は、前記サブルーチンR2の場合と同様、室内熱
交換器6において低圧冷媒により冷却された後、ヒータ
コア8で温水により加熱され、車室に対し前記サブルー
チンR2の場合より加熱能力の大きい除湿運転が行われ
る。また、このヒータコア8における加熱能力が室内熱
交換器6における冷却能力よりも大きくなるように設定
されていることにより、この除湿運転は暖房気味の除湿
運転となる。
【0043】前記暖房運転のサブルーチンR4は、図9
に示すもので、前記図5に記載されたフローシートのル
ーチンにおいてサブルーチンR4に移行された場合に
は、「ソレノイドON」の出力ステップS41に移行
し、前記出力ステップS21,S31の場合と同様に、
電磁ロック機構87の電磁コイルが通電されて第2モー
タ81がロックされる。次いで、「第2モータON」の
出力ステップS42に移行し、ロックされた第2モータ
81が励磁されるので、第2モータ81は励磁電力によ
り発熱作用する。このように、このサブルーチンにおい
ては、第1モータ61および第2モータ81の両モータ
が回転しないので、前記ラビリンス溝部76の粘性流体
には剪断力が加えられず、粘性流体による流体摩擦熱の
発生がない。また、第1モータ61が駆動されないの
で、圧縮機構11は駆動されず冷媒による冷却作用は行
われない。従って、温水回路を流通する温水は、温水通
路60c、71cおよび72cにおいては加熱されず、
また、第2モータ81における励磁電力による発熱によ
り温水通路80cで加熱される。また、車室空気は、ヒ
ータコア8でこのように加熱された温水により加熱され
るのみで、室内熱交換器6においては冷却されない。こ
の結果、このサブルーチンR4においては、車室空気を
加熱のみする暖房運転が行われる。
【0044】以上のごとく、本第3の実施の形態によれ
ば、車室空気温度が高いような場合には、電磁ロック機
構87を備えた第2モータ81をロックせず、第1およ
び第2モータ61、81を励磁することにより、冷媒回
路による冷房運転を行うことができる。また、車室空気
温度が少し高く、湿度が少し高いような場合には、第2
モータ81をロックし、第1モータ61を励磁すること
により、流体摩擦熱利用ヒータ部70の発生熱を熱源と
する加熱運転と、冷媒回路による冷却運転とを同時に行
う冷房気味の除湿運転を行うことができる。また、車室
空気温度は少し低めであるが湿度が少し高いような場合
には、第2モータ81をロックし、第1および第2モー
タ61、81を共に励磁することにより、励磁電力によ
る第2モータの発生熱および流体摩擦熱利用ヒータ部7
0の発生熱を熱源とする加熱運転と、冷媒回路による冷
却運転とを同時に行う暖房気味の除湿運転を行うことが
できる。また、車室空気温度が低いような場合には、第
2モータ81をロックし、第1モータ61を励磁せずに
第2モータ81のみを励磁すると、励磁電力による第2
モータ81の発生熱を熱源とする温水回路による暖房運
転を行うことができる。このように本第3の実施の形態
においては、第2モータのロック、第1および第2モー
タの励磁をそれぞれオンオフ制御することにより、上記
4通りの運転態様に切り換えることができる。
【0045】上記第3の実施の形態の変形例として、冷
媒回路を第2の実施の形態のように、冷媒の流通を可逆
に切り換える可逆サイクルに構成することができる。こ
のように構成した場合は、冷媒回路を暖房サイクルと
し、第2モータ81をロックし、第1モータ61を励磁
して圧縮機構11を駆動すると、流体摩擦熱による流体
摩擦熱利用ヒータ部70での発生熱を熱源とした温水回
路による加熱運転と、暖房サイクルとした冷媒回路によ
り外気を熱源とするヒートポンプサイクルの加熱運転を
同時に行う加熱能力の大きい暖房運転を行うことができ
る。また、このとき第2モータを励磁すると、温水回路
による加熱運転の熱源として、励磁電力による第2モー
タ81の発生熱を付加することができ、更に加熱能力の
大きい暖房運転を行うことができる。このように、この
第3の実施の形態の変形例の場合には、上述の第3の実
施の形態の場合に比し、加熱能力の大きい二つの態様の
暖房運転を付加することができる。
【0046】
【発明の効果】請求項1記載の発明は、励磁電力による
電動モータの発生熱を温水ヒータの熱源とするので、非
燃焼式ヒータによる加熱運転または暖房運転を行うこと
ができる。従って、大気汚染の可能性がなく低公害車の
目的に則した自動車用空調装置を提供することができ
る。また、電動モータを発熱作用させてヒータとして利
用するので、発熱線の温度が引く押さえられ耐振動性が
良好となる。
【0047】また、請求項2および3記載の発明は、前
記効果に加えて電動モータの拘束を簡易に行うことがで
きる。
【0048】また、請求項4記載の発明は、前記効果に
加えて、電動モータを圧縮機駆動用に兼用として冷暖房
可能としたので、コスト軽減となる。
【0049】また、請求項5記載の発明は、請求項2記
載の発明の効果に加えて、電動モータの励磁をオンオフ
切り換えることにより、冷媒回路による冷房運転と、励
磁電力による電動モータの発生熱を車室空気加熱用の熱
源とする除湿運転とを行うことができる。
【0050】また、請求項6記載の発明は、請求項3記
載の発明の効果に加えて、第2電動モータのロック、第
1および第2の電動モータの励磁をそれぞれオンオフ制
御することにより、冷房、暖房、冷房気味除湿、暖房気
味除湿などの多様な運転態様に切り換えて運転すること
ができる。
【0051】また、請求項7記載の発明は、前記請求項
4、5または6記載の発明の効果に加えて、冷媒回路を
可逆に切り換えることにより、外気から熱を汲み上げる
ヒートポンプ式の暖房運転や、加熱能力の大きい暖房運
転など多様な暖房運転を可能とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態に係る冷媒回路およ
び温水回路の基本的構成を示す図である。
【図2】本発明の第1の実施の形態に係る熱源ユニット
の全体構成図である。
【図3】本発明の第2の実施の形態に係る冷媒回路およ
び温水回路の基本的構成を示す図である。
【図4】本発明の第3の実施の形態に係る熱源ユニット
の全体構成図である。
【図5】本発明の第3の実施の形態に係る運転ルーチン
を示す図である。
【図6】本発明の第3の実施の形態に係る冷房運転のサ
ブルーチンを示す図である。
【図7】本発明の第3の実施の形態に係る冷房気味除湿
運転のサブルーチンを示す図である。
【図8】本発明の第3の実施の形態に係る暖房気味除湿
運転のサブルーチンを示す図である。
【図9】本発明の第3の実施の形態に係る暖房運転のサ
ブルーチンを示す図である。
【符号の説明】
1、50…温水ヒータおよび圧縮機としての熱源ユニッ
ト、2…定回転用モータ(定回転用電動モータ)、3…
可逆転用モータ(可逆転用電動モータ)、4…室外熱交
換器、5a,5b…膨張機構、6…室内熱交換器、7…
温水循環ポンプ、8…ヒータコア、9…四路切換弁、1
0a…温水出口、10b…温水入口、10c,60c,
71c,72c,80c…温水通路、17、62、85
…駆動シャフト、11…圧縮機構、11a…冷媒吐出
口、11b…冷媒吸入口、60…第1モータ部、61…
第1モータ(第1電動モータ)、70…流体摩擦熱利用
ヒータ部、74…第1ロータ、75…第2ロータ、76
…ラビリンス部、80…第2モータ部、81…第2モー
タ(第2電動モータ)、87…電磁ロック機構、87a
…ロック軸、88…制止板。
フロントページの続き (72)発明者 竹中 健二 愛知県刈谷市豊田町2丁目1番地 株式会 社豊田自動織機製作所内 (72)発明者 伴 孝志 愛知県刈谷市豊田町2丁目1番地 株式会 社豊田自動織機製作所内 (72)発明者 樋口 俊郎 神奈川県横浜市都筑区荏田東三丁目4番26 号

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 温水ヒータ、温水循環ポンプ、ヒータコ
    ア等を備えた温水回路により車室空気を加熱する加熱運
    転を行うごとくした自動車用空調装置において、電動モ
    ータを、回転を拘束した状態で励磁して発熱作用させ、
    この発生熱を前記温水ヒータの熱源として利用するごと
    くしたことを特徴とする自動車用空調装置。
  2. 【請求項2】 前記電動モータを2台として連結し、こ
    れら2台の電動モータを互いに逆回転方向に励磁するこ
    とにより、前記電動モータの回転を拘束するごとくした
    ことを特徴とする請求項1記載の自動車用空調装置。
  3. 【請求項3】 ロック機構により、前記電動モータの回
    転を拘束するごとくしたことを特徴とする請求項1記載
    の自動車用空調装置。
  4. 【請求項4】 前記電動モータにより駆動される圧縮
    機、室外側熱交換器、膨張機構、室内側熱交換器等を備
    えた冷媒回路を構成し、該冷媒回路により車室空気を冷
    却する冷却運転を可能としたことを特徴とする請求項1
    〜3の何れか1項記載の自動車用空調装置。
  5. 【請求項5】 前記2台の電動モータの回転トルクを大
    小に異ならしめ、該回転トルクの小さい電動モータを可
    逆転方向に励磁可能とする一方、前記2台の電動モータ
    により駆動される圧縮機、室外側熱交換器、膨張機構、
    室内側熱交換器等を備えた冷媒回路を構成し、該冷媒回
    路により車室空気を冷却する冷却運転を可能とし、前記
    回転トルクの小さい電動モータを可逆転方向に切り換え
    て励磁することにより、前記2台の電動モータを同一回
    転方向にまたは互いに逆転方向に選択的に切り換え励磁
    して前記圧縮機を駆動するごとくしたことを特徴とする
    請求項2記載の自動車用空調装置。
  6. 【請求項6】 前記ロック機構を備えた電動モータでは
    ない他の電動モータにより駆動される圧縮機、室外側熱
    交換器、膨張機構、室内側熱交換器等を備えた冷媒回路
    を構成し、該冷媒回路により車室空気を冷却する冷却運
    転を可能とするとともに、前記ロック機構を備えた電動
    モータおよび前記他の電動モータの駆動シャフトそれぞ
    れにロータを一体的に回動可能に固定してこれらロータ
    を近接対向させ、この両ロータの対向空間に粘性流体を
    介在させた流体摩擦熱利用ヒータを構成し、該流体摩擦
    熱利用ヒータにより前記両電動モータを連結し、前記ロ
    ック機構のロック作動および前記両電動モータの励磁を
    それぞれオンオフ制御可能としたことを特徴とする請求
    項3記載の自動車用空調装置。
  7. 【請求項7】 前記冷媒回路を可逆サイクルとし、該冷
    媒回路を選択的に切り換え制御可能としたことを特徴と
    する請求項4〜6何れか1項記載の自動車用空調装置。
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