JPS63116922A - 電気駆動式自動車用空気調和装置の制御方法と装置 - Google Patents

電気駆動式自動車用空気調和装置の制御方法と装置

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JPS63116922A
JPS63116922A JP62232735A JP23273587A JPS63116922A JP S63116922 A JPS63116922 A JP S63116922A JP 62232735 A JP62232735 A JP 62232735A JP 23273587 A JP23273587 A JP 23273587A JP S63116922 A JPS63116922 A JP S63116922A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 本発明は電動機で駆動される自動車用空気調和装置の制
御装置に関するものである。近年、米国の自動車で空気
調和装置を装備したものの割合は約８５％まで上昇した
。現在の自動車用空気調和システムでは、圧縮機はエン
ジンのクランク軸からベルト駆動されるのでエンジンの
速度に追従するように拘束される。周期的作動式（ｅｙ
ｃｌｌｎｇ）定容量刑圧縮機は自動車の操縦性と性能に
著しい影響を及ぼすことがある。
現在の空気調和装置はエンジンからベルト駆動を介して
作動され、圧縮機駆動クラッチを電気的にオンまたはオ
フに周期的に作動することにより、または圧力作動制御
弁で機械的に圧縮機の吸入側を加減することにより冷却
能力（キャパシティ）を制御する。いずれにしても、蒸
発器コイルに氷が形成されるほど冷たくならない適切な
冷却温度を発生するような範囲に蒸発器の圧力が維持さ
れる。
冷却能力を制御するもう１つの方法は、連続した範囲に
わたって圧縮機の容量を機械的に変えることにより一定
の蒸発器圧力を維持するものである。この最近商用化さ
れた方法の他の変形では、１００％と５０％の冷却能力
制御のためにシリンダの全部または半分のいずれかで動
作し得る圧縮機が設けられている。すべての場合、蒸発
器の圧力／温度はほぼ一定に維持され、自動車に入る空
気の温度はヒータ・コアからの加熱された空気と蒸発器
を通った冷たい空気を混合することにより制御される。
蒸発器に入る空気は、特定の自動車の設計に応じて、外
部空気または再循環される車室内空気、もしくはこの２
つの空気の組合せとすることができる。通常、外部空気
取入れ量を全流量の約１５％に制限するように「最大Ａ
／Ｃ制御設定値」が定められる。
自動温度制御（ＡＴＣ）装置をそなえた自動車では、自
動車に入る空気の温度はヒータ・コアからの加熱された
空気を蒸発器からの冷たい空気と混合することによって
制御される。混合用扉の制御は、車室内温度を検知し、
これを所望の制御設定値と比較することにより行なわれ
る。全自動装置では、ファンの速度も実際の車室内温度
と所望の車室内温度設定値との間の差に比例して制御さ
れる。日本で最近開発された一層巧妙なＡＴＣ装置では
、コンピュータを使用して、測定した周囲温度および車
室内温度ならびに日射に基いて自動車の冷却負荷を予測
している。この冷却負荷に合わせるために、必要な冷空
気送出温度が計算され、この温度を維持するように圧縮
機が適正な繰返し数で周期的に作動される。この装置は
圧縮機の周期的作動を増大することにより再加熱を行な
わないようにしてエネルギーを節約している。
上記の従来の装置にはいくつかの欠点がある。
ヒータ・コアを使用して、調和される空気を再加熱する
場合は、効率が悪くなる。圧縮機を周期的に作動する場
合は、空気送出温度が広範囲に変動する。容量を機械的
に調節する圧縮機では、空気送出温度が制御されず、そ
の代りに蒸発器温度が一定に維持される。この場合、送
風機ファン速度と外部空気取入れ量が送出空気温度に悪
影響を及ぼし、したがって快適なレベルが得られないこ
とがある。
米国特許第４，４５９．５１９号には、自動車の乗車室
に使用するための冷却装置が示されている。この装置で
は、圧縮機と共に気密封止されたブラシレス直流電動機
が設けられている。蒸発器の温度を検知して、これを基
準温度と比較することによって、圧縮機の速度が変えら
れる。交流発電機の出力が蒸発器の温度と基準温度との
間の差に従って制御され、これによりブラシレス直流電
動機の速度が変えられる。冷却している車室内の温度が
検知されて、所望の車室内温度と比較される。検知した
温度と所望の温度との間の差に従って蒸発器ファンの動
作速度が変えられる。蒸発器に対する基準温度は蒸発器
ファン速度を表わす信号に従って自動的に変えられ、こ
れによってファンで動かす空気の温度が変えられて、車
室内の温度を所望の温度に容易に制御できる。
本発明の１つの目的は、任意のエンジン速度で全冷却能
力が得られるような、電気駆動式自動車用空気調和装置
の制御方法および装置を提供することである。
本発明のもう１つの目的は、再加熱や圧縮機の周期的作
動を行なうことなく空気調和される空気の温度を制御で
きるような、電気駆動式自動車用空気調和装置の制御方
法および装置を提供することである。
本発明の更にもう１つの目的は運転者の快適さを維持し
ながら、圧縮機を駆動する電動機を過負荷状態から保護
するようにした、電気駆動式自動車用空気調和装置の制
御方法および装置を提供することである。
発明の要約 本発明の一側面によれば、電気駆動式自動車用空気調和
装置を制御する方法は、空気送出温度の運転者による指
令値、空気調和装置に導入される外部空気と再循環空気
との比の運転者による指令値、および空気調和装置の送
風機ファン速度の運転者による指令値を監視するステッ
プを含む。実際の空気送出温度、電動機パワーおよび電
動機温度が測定される。空気送出温度の指令値と測定値
との間の差が最小になるように、空気調和装置の圧縮機
を駆動する電動機の速度が変えられる。外部空気と再循
環空気との比の指令値を達成するようにダンパが位置決
めされ、送風機ファンが指令された速度に設定される。
電動機のパワーまたは温度が所定の限界を超えたとき、
ダンパ位置指令値が無視（オーバライド）され、外部空
気の割合が減少されて電動機の負荷を小さくする。電動
機のパワーまたは温度が所定の限界を超えて電動機の負
荷を小さくするときは、電動機の速度も下げられる。許
容し得る電動機の温度またはパワーを超えたとき、送風
機ファン速度の指令値が無視され、ファン速度が下げら
れる。電動機のパワーと温度が許容値をもはや超えなく
なったとき、ダンパ位置とファン速度が回復され、電動
機の速度が指令された空気温度を達成するように変えら
れる。
特許請求の範囲に本発明を明確に規定しであるが、図面
を参照した実施例についての以下の説明により本発明の
目的および利点が更に明らかとなろう。
実施例の説明 図面を参照すると、特に第１図には電気駆動式空気調和
装置の制御装置が示されている。可変速度電動機１１は
空気調和装置の圧縮機１３を駆動する。電動機と圧縮機
は単一のユニット１５に気密封止することが好ましい。
これにより、自動車の空気調和装置でよくあるシャフト
のツールによる冷媒の漏洩の問題がなくなる。電動機は
電子転流式電動機（ＥＣＭ）または三相表面磁石電動機
のようなブラシレス直流電動機とすることが好ましい。
ブラシレス直流電動機は伝統的な直流電動機のブラシと
整流子片のかわりに電子回路を用いている。ブラシレス
電動機は半径方向または軸方向の空隙を有し、固定子の
内側または外側に回転子を有するように構成することが
できる。この電動機は正弦波または方形波の巻線を有す
るように設計することができる。選択された電動機極数
は減磁保護の程度に影響する。どのような設計であって
も、回転子の表面上に円弧状に永久磁石を取付けること
によって最良の結果が得られる。永久磁石として多数の
組成が適用可能であるが、そのうち２つが最も経済的に
実現できる。すなわち、フェライトと、冷間ブレス／エ
ポキシ結合されたＮｄＦｅＢである。両者ともりコイル
（「ｅｃｏｉｌ）透磁率が１に近い。これは電動機設計
の重要な特徴である。しかし、ＮｄＦｅＢ組成の方が磁
束特性と減磁特性がかなり良い。小形化または減磁余裕
を改良する必要がある場合にはＮｄＦｅＢが使用される
。
三相整流器と、パルス幅変調モードで動作させるための
制御回路を有する直流−交流インバータとで構成される
電動機制御器１７によって電動機の速度が制御される。
そのかわりに、電動機は電源として使用される交流発電
機（図示しない）の界磁制御によって制御することがで
きる。電動機制御器１７は、電気式空気調和装置制御器
２１からの速度制御信号に応答して、振幅と周波数が可
変の固定子電流を電動機１１に送出する。電動機制御器
に対する電力は交流電源２３から与えられる。交流電源
２３は整流前の交流発電機の出力で構成することができ
る。交流電源として適当な電圧の選択は空気調和負荷、
構成部品の効率、インバータのスイッチング素子の電流
定格、および工業規格によってきめられる。電気式空気
調和装置制御器２１は直流電源２５から給電されるマイ
クロプロセッサを用いた制御器である。制御器２１は第
２図に更に詳細に示しである。再び第１図を参照すると
、制御器２１はダツシュボードに取付けられた制御器２
７から入力信号を受ける。制御器２７には、所望の空気
温度、導入される外部空気流量の割合および送風機ファ
ン速度に対する別々の調整個所がある。制御器２７は押
ボタン入力をそなえたマイクロプロセッサ制御式ディス
プレイ、または本実施例で示すように可変抵抗摺動制御
器とすることができる。空気温度、導入される外部空気
流量の割合および送風機ファン速度はそれぞれ最小設定
値から最大設定値まで連続的に変えることができる。
圧縮機１３は気体冷媒を圧縮することにより冷媒の温度
と圧力を上昇させる。冷媒は圧縮機から凝縮器３１へ流
れ、そこで冷媒は熱を放出し、凝縮して液体となる。高
圧液体冷媒は膨張弁３３を通過するとき膨張し、自動車
内部と流通しているダクト３７の中に配置された蒸発器
３５に流れる。
蒸発器３５の中の低温液体冷媒は蒸発器を通過する空気
から熱を除去する。加熱された冷媒は蒸発器から圧縮機
１３に気体として戻り、このサイクルが反復される。ダ
クトの中にあるダンパ４１は、送風機ファンによって蒸
発器の上に吹きつけられる外部空気（新鮮な空気）と再
循環空気との混合を制御する。送風機４３は、送風機フ
ァン制御器４５の一部である直流／交流インバータによ
って駆動される表面磁石電動機のような電気転流式電動
機で構成することが好ましい。ダクトの出口には熱雷対
のような温度センサ４７が配置され、ここでＡ／Ｃ空気
すなわち空気調和装置からの冷たい空気の温度が測定さ
れる。温度センサ４７は電気式空気調和装置制御器２１
に結合される。制御器２１はまた電動機１１に与えられ
たパワーの帰還情報を電動機制御器１７から受けると共
に、電動機の温度情報を電動機に取り付けられた温度セ
ンサ（図示していない）から受ける。
次に第２図に於いて電気空気調和装置制御器２１はその
中の電力調整回路５１に直流電力人力を受ける。電力調
整回路５１は中央マイクロプロセッサ５３および電気空
気調和装置制御器内のその他の回路に適当な電圧で電力
を供給する。クロック５５によって駆動されるマイクロ
プロセッサ５３は、マルチプレクサとして動作するデー
タ走査回路５７からディジタル符号化された信号を受け
る。電動機温度センサ、Ａ／Ｃ空気温度センサおよび車
室内温度センサが「氷点」基準回路６１に結合されてい
る。第１図の実施例では車室内温度入力は使用されない
。温度センサとして用いられる熱雷対は温度の関数とし
て変化する異種金属間に発生する小さな電圧に依存して
動作する。各熱雷対に対して基準接合部が必要であり、
熱雷対の測定する温度は基準接合部の温度と検知接合部
の温度によってきまる。「氷点」基準回路６１は、基準
接合部が０℃以外の温度になることによって生じる差を
補正するための補償増幅回路をそなえている。温度測定
値を表わす、熱雷対からの補正され増幅されたアナログ
電圧信号は、Ａ／Ｄ　（アナログ／ディジタル）変換器
６２．６３および６４によってディジタル信号に変換さ
れる。３つのダツシュボード制御入力が信号調整回路６
５に結合され、次いでＡ／Ｄ変換器６６．６７および６
８に結合される。Ａ／Ｄ変換器６２．６３，６４゜６６
．６７および６８はデータ走査回路５７に結合される。
電動機速度指令信号が周波数カウンタ７３に結合され、
周波数カウンタ７３はディジタル出力をデータ走査回路
５７に供給する。第１図の電動機制御器１７からのディ
ジタル符号化された電動機電力信号もデータ走査回路５
７に結合される。
中央マイクロプロセッサ５３は第３図に示す論理動作を
遂行する。再び第２図を参照すると、読出し専用メモリ
（ＲＯＭ）　７３が中央マイクロプロセッサ５３に結合
されている。ＲＯＭ７３には、電動機速度の関数として
最大許容電動機パワー、またはそのかわりに電動機速度
の関数として最大許容重動機電流が格納されている。最
大パワ一対速度の典型的なグラフが第４図に示されてい
る。中央マイクロプロセッサは電動機速度制御信号およ
び送風機ファン速度制御信号を固定周波数可変パルス幅
発振器７５および７７にそれぞれ与える。
発振器７５および７７はそれぞれ第１図の電動機制御器
１７および送風機ファン制御器４５に結合されている。
固定周波数可変パルス幅信号により、電動機と電気空気
調和装置制御器との間のオプト・アイソレーションが可
能となる。オプト・アイソレーション信号は平均化され
、電動機速度はこの平均化された信号に対してほぼ線形
になっている。中央マイクロプロセッサはディジタル符
号化された信号をＤ／Ａ　（ディジタル／アナログ）変
換器８１に与え、Ｄ／Ａ変換器８１は外部空気ダンパ位
置制御アナログ信号を第１図のダンパ４１に供給する。
動作においては、実際の空気送出温度を所望の空気送出
温度と比較することにより電動機速度が決定される。次
に測定値と命令値との差が最小になるように、電動機速
度したがって装置の冷却能力が比例的に増加または減少
される。電動機の温度とパワーが測定され、現在の動作
速度における最大安全許容値と比較される。電動機が安
全許容値を超える場合には、蒸発器の負荷を制限するた
めに外部空気ダンパがしだいに閉じられる。導入される
外部空気の量を減らすと、所要電動機電力が小さくなり
、かつ空気送出温度が低下する。空気送出温度が低下す
ると、電動機速度が低下し、更に熱交換器（蒸発器と凝
縮器）および電動機の負荷が小さくなる。このように、
制御装置は先ず選択された外部空気設定値を無視（オー
バライド）することによって、快適さのレベルを殆どま
たは全く犠牲にすることなく電動機の過負荷を防止する
ことができる。
電動機の過負荷状態の際に外部空気ダンパがその最小開
度に達した後も電動機の過負荷が続く場合、電動機の速
度が徐々に下げられて、熱交換器の負荷を下げる。これ
は電動機負荷が容認できる値になるまで運転者により選
択された所望の空気送出温度を一時的に無視する。最小
電動機速度に達した後も電動機の過負荷が続く場合、フ
ァン速度がしだいに下げられる。これによっても過負荷
が除かれない場合、電動機が停止され、そしである時間
遅延の後、再び作動される。この時間遅延は本実施例で
は３分間である。電動機の過負荷状態が軽減されるにつ
れ、制御装置はしだいにもとの運転者の選択した快適さ
の設定値に戻る。このように運転者の選択したパラメー
タを無視する順序を制御することによって、電動機に損
傷を与えることなく容認可能な快適さが維持される。
この制御方法は第３図の流れ図に示すように電気空気調
和装置制御器２１によって実行される。
空気調和装置は自動車の運転者によってターンオンすな
わち作動される。次いで第３図のブロック８３に示すよ
うに、ダツシュボード制御器２７が運転者により設定さ
れ、電気転流式電動機１１が予め定められた開始速度に
設定される。この開始速度は本実施例では最大速度であ
る。プログラムは次にループに入る。ループの第１ステ
ツプでは、ブロック８５に示すように、電動機制御器か
ら電動機の速度、パワーおよび温度を読出す。ループの
第２ステツプでは、判定ブロック８７に示すように、Ｒ
ＯＭに記憶されているルックアップ・テーブルで電動機
温度を最大許容電動機温度Ｔ＋ｎａｘと比較し、また電
動機パワーを最大許容パワーＨＰＩＩｌａｘと比較する
。ルックアップ・テーブルには第４図のグラフに示す情
報が入っており、電動機速度を使ってその動作点での許
容パワーが決定される。判定ブロック８７により、空気
送出温度を制御するように電動機速度を設定すべきか否
か、外部空気流と送風機ファン速度をそれぞれの指令値
に設定すべきか否か、または電動機速度、ダンパ位置設
定値およびファン速度をオーバライド（無視）して過負
荷状態を除去すべきか否かが決定される。電動機の最大
パワーと最大温度を超えていない場合には、ブロック９
１では実際の空気送出温度およびダツシュボード制御設
定値が読出される。次に判定ブロック９３で空気調和装
置（Ａ／Ｃ）からの空気の温度が検査され、プロッり９
５で高過ぎると判定された場合は、判定ブロック９７で
電動機速度指令が電動機の過大な温度またはパワーのた
めにオーバライドされているか否かが検査される。電動
機の速度がオーバライドされていない場合には、ブロッ
ク１０１で電動機速度が増大され、その結果空気調和装
置の冷却能力が上昇する。後続のループを通過する際、
ブロック１０１および１０３で電動機速度が更に調節さ
れ、空気送出温度の指令値と実際値との差が縮小される
。
電動機の温度およびパワーの定格が読出され、ブロック
８７でいずれかが所定の限界を超えることがわかった場
合は、ブロック１０５で外部空気ダンパが完全に閉じた
位置にあるか否か検査される。ダンパが完全に閉じた位
置にない場合には、ブロック１０７で、導入される外部
空気の量が少なくなるようにダンパが動かされ、かつ所
定時間の間、オーバライド・フラグがセットされて、制
御ループが再開される。過負荷が持続していると仮定す
ると、このループを通ってプログラムが繰返し実行され
て、ダンパがしだいに閉じられる。
しかし、ブロック１０５で、ダンパがその完全閉止位置
に達していて過負荷状態がまだ存在すると判定されたと
きは、ブロック１１１で電動機速度が検査されて、電動
機速度がその最低速度より大きいか否かが調べられる。
電動機速度がその最低速度より大きい場合には、ブロッ
ク１１３で電動機速度を下げて電動機の負荷を小さくし
、かつフラグをセットする。次いで制御ループが再開さ
れる。ブロック１１１で、過負荷が軽減されることなく
電動機速度が最低速度に達したと判定された場合には、
ブロック１１５でファン速度がその最低速度にあるか否
かが検査される。ファン速度がその最低速度にない場合
、ブロック１１７でファン速度が下げられて、フラグが
セットされる。全てのフラグは所定の時間の間セットさ
れ、その後フラグは解除される。ダンパをその最小開度
位置まで閉じ、かつファン速度を最低値まで下げても過
負荷が軽減されていないとブロック１１５で判定された
場合は、ブロック１２１で所定の時間たとえば３分間の
間型動機を停止させる。再始動したとき、プログラムは
ブロック８３から開始され、全てのオーバライド・フラ
グが解除される。
ブロック８７で電動機が過負荷になっていないと判定さ
れた場合は、ブロック９１で実際のＡ／Ｃ空気送出温度
およびダツシュボード制御設定が読出される。ブロック
９３で空気温度が所望の温度を中心とした狭い幅の中に
あると判定され、次いでブロック１２３でファン速度オ
ーバライド・フラグがセットされていないか、または時
間切れで解除されていると判定された場合には、そのと
きファン速度がダツシュボード制御設定値より低ければ
、ブロック１２５でファン速度が増大される。ファン速
度オーバライド・フラグがセットされている場合には、
ブロック１２７でダンパ・オーバライド・フラグが検査
される。このフラグがセットされていない場合には、ブ
ロック１３１でより多くの外部空気を入れるようにダン
パが調節される。ダツシュボードの設定が現在量より大
きい場合は、ループが再開される。ダンパ・オーバライ
ド・フラグがセットされている場合には、変更は行なわ
れず、ループが再開される。外部空気ダンパの調節後、
ファン速度オーバライド・フラグがセットされていると
判定された場合には、ループが再び繰返される。
次に第５図は自動的に動作する空気調和装置の概略構成
図である。第５図は第１図と同じであるが、相違点はダ
ツシュボード制御器２７に運転者が選択する入力ファン
速度がなく、熱雷対のような車室内温度センサ１３５が
設けられていることである。電気式空気調和装置制御器
の回路図が第２図に示されている通りであるが、この場
合は信号調整回路６５に対するダツシュボードファン速
度制御人力が使用されない。第５図と第１図のもう１つ
の相違点は第５図の電気式空気調和装置制御器２１の中
央マイクロプロセッサ５３によって実行される論理動作
である。第５図の中央マイクロプロセッサ５３に使用さ
れる論理動作が第６図に示されている。
動作において、自動的に動作する空気調和装置は車室内
温度の指令値とδｐ１定値の比較に基いて電動機速度を
判定する。測定値と指令値の差を最小限にするために電
動機速度したがって装置の冷却能力を比例的に増加また
は減少する。閉じた帰還ループの動作により、所望の空
気温度を達成する電動機速度が設定される。これは自動
装置であるので、送風機ファン速度が主として電動機速
度の関数として制御器によって定められる。電動機速度
が上昇するにつれて、送風機ファン速度も増大してダク
トから車室内へ出る空気を快適な温度に維持するように
する。同じ理由により、ファン速度の計算値は外部空気
制御設定値の関数でもある。
新鮮な外部空気を増大させるにつれてファン速度を低下
させて、より高い入力空気速度と温度を補償する。
電動機のパワーと温度が監視されて、各動作速度におけ
る予め定められた最大許容値と比較される。電動機がこ
れらのパワーまたは温度の値を超えた場合は、外部空気
ダンパがしだいに閉じられて蒸発器の負荷が制限される
。ダンパを閉じることの効果は、電動機のパワーを小さ
くすることと空気送出温度を下げることである。その結
果、電動機の速度が低下し、熱交換器と電動機の負荷が
更に小さくなる。したがって制御装置により外部空気設
定値を最初にオーバライド（無視）することによって、
快適さのレベルを殆どまたは全く犠牲にすることなぐ電
動機の過負荷を防止することができる。
外部空気ダンパがその最小開度に達した後も電動機の過
負荷が続いていれば、電動機速度を下げて、熱交換器の
負荷を軽減し、電動機の損失を小さくする。これにより
、電動機負荷が容認できる値になるまで車室内空気温度
は一時的に変動する。
電動機負荷が過大であり続ければ、ファン速度設定の計
算値が自動的に無視され、ファン速度が低下されて電動
機負荷を小さくする。これでもなお電動機が過負荷状態
であれば、電動機は停止され、予め設定された時間の後
に再始動される。電動機が運転状態にあり過負荷状態が
解除されたとき、オーバライドされたパラメータがそれ
ぞれの指令値に戻る。このように運転者の選択したＡ／
Ｃ設定値のオーバライドを制御することにより、電動機
に損傷をあたえることなく容認できる快適さが維持され
る。
この制御方法は電気式空気調和装置制御器によって第６
図の流れ図に示すように実行される。先ず運転者は空気
調和装置をターンオンして、ダツシュボード制御器をセ
ットする。。ブロック１３７で、圧縮機を駆動する電気
転流式電動機が所定の開始速度、本実施例では最大速度
に設定され、送風機ファンが所定の速度に設定される。
プログラムはループに入る。ループの第１ステツプとし
て、ブロック１４１で、電動機制御器から電動機のパワ
ー、速度および温度が読出される。第２ステツプとして
、判定ブロック１４３で、ＲＯＭに記憶されたルックア
ップ・テーブルで電動機温度が最大許容温度Ｔ　ｗａｘ
と比較され、かつ電動機パワーが最大許容パワーＨＰｍ
ａｘと比較される。テーブルには第４図のグラフに示さ
れる情報が格納されている。電動機速度を使って各動作
点での許容パワーが定められる。判定ブロック１４３は
、車室内空気温度を制御するように電動機速度を設定す
べきか否か、外部空気流と計算されたファン速度を使用
すべきか否か、または電動機速度、ダンパ設定値および
ファン速度をオーバライドして過負荷状態を除去すべき
か否かを決定する。電動機の最大パワーおよび最大温度
を超えていない場合には、ブロック１４５で、実際の車
室内温度とダツシュボード制御設定値が読出される。次
に判定ブロック１４７で、車室内温度が検査される。ブ
ロック１５１で車室内温度が高過ぎると判定された場合
には、判定ブロック１５３で、過大な電動機温度または
パワーのために電動機に対する指令値がオーバライドさ
れているか否かを調べる。電動機速度がオーバライドさ
れていない場合には、ブロック１５５で電動機速度が増
大させる。その結果、空気調和装置の冷却能力が向上す
る。ブロック１５７でファン速度が電動機速度およびダ
ンパ位置の関数として調節される。後続のループを通過
する際に、ブロック１５５および１５９で電動機速度が
更に調節されて、車室内空気温度の指令値と実際値との
差を小さくする。電動機速度が変更されたとき、ブロッ
ク１５７でファン速度が更に調節される。
ブロック１４１で電動機の温度またはパワーの定格が読
出されて、ブロック１４３で所定の限界を超えているこ
とがわかった場合、ブロック１６１で外部空気ダンパが
その閉止位置にあるか否かが検査される。外部空気ダン
パが閉止位置になければ、プログラムが繰返しループを
通るにつれて、ブロック１６３でダンパが次第に閉じら
れ、オーバライド・フラグがセットされる。しかし、ブ
ロック１６１でダンパがその完全閉止位置に到達したこ
とが判定され、しかもまだ過負荷状態が存在するときは
、ブロック１６５で電動機速度がその最低速度より大き
いか否かが検査される。電動機速度が最低速度より大き
ければ、ブロック１６７で電動機速度が下げられて電動
機損失を減らすとともに、フラグがセットされる。そし
てループが再開される。ブロック１６５で過負荷が軽減
されることなく電動機速度が最低速度に達したと判定さ
れれば、ブロック１７１でファン速度が最低速度より大
きいか否かが検査される。ファン速度が所定の最低値よ
り大きければ、ブロック１７３でファン速度が次第に下
げられ、フラグがセットされる。全てのフラグは所定の
長さの時間の間セットされ、その後フラグは解除される
。
ダンパを閉じ、電動機速度を最低値に下げ、ファン速度
を最低値に下げても過負荷が軽減されない場合は、ブロ
ック１７５で電動機が所定の時間たとえば３分間停止さ
れる。再始動されたとき、ブロック１３７で全てのオー
バライド・フラグが解除されてプログラムが開始される
。
判定ブロック１４３で電動機が過負荷状態にないと判定
されれば、ブロック１４５で車室内温度およびダツシュ
ボード制御設定値が読出される。
ブロック１４７で車室内温度が所望の温度を中心とした
狭い幅の中にあると判定され、かつブロック１７７でダ
ンパ・オーバライド・フラグがセットされていないかま
たは時間切れにより解除されていると判定された場合に
は、ダンパがダツシュボード制御器で選択された量だけ
既に開かれていなければ、ダンパを開いてより多くの外
部空気が入るようにする。次にブロック１８３でファン
速度オーバライドやフラグが検査される。フラグがセッ
トされていなければ、ブロック１５７でファン速度が電
動機速度および外部空気流の関数として定められる。
ブロック１８３でファン速度オーバライド・フラグがセ
ットされていると判定されれば、ファン速度を変えるこ
となくループが反復される。ダンパ・オーバライド・フ
ラグがセットされていれば、ダンパは調節されず、ルー
プが反復される。
電気駆動式自動車用空気調和装置を駆動するために必要
な電動機の馬力は装置の冷却能力、その効果、および動
作の境界条件（すなわち温度）によってきまる。これら
の値はすべて自動車の正常な運転中に変り得る。しかし
、最大パワー・レベルを評価するには、下記の「標準的
な定格条件」が有用である。すなわち、市内での停車と
発進を繰返す運転時の条件、高温に加熱された状態から
の温度引下げ時の条件、および外部空気を最大限に取入
れる状態でのハイウェイ走行時の条件である。
アイドリング／市内運転時の条件では、圧縮機の吐出圧
力が非常に高（なり、ブラシレス直流電動機が過負荷に
なりがちとなる。この問題を防ぐため、アイドリング状
態では外部空気を制限して蒸発器の負荷を低下させ、そ
して可能ならば、凝縮器のファンを一時的に超過速度に
しなければならない。いずれの場合も、この電動機は過
負荷を防ぐためにアイドリング中は低い速度で作動され
るので、これらの条件下ではその最大パワーを必要とす
る状態には達しない。しかし、アイドリング状態では電
動機の停止を防ぐために良好な低速度トルク特性が得ら
れるような電動機設計が必要となる。装置のシミュレー
ションによれば、アイドリング試験中に停止する問題を
避けるためにその定格最大速度の３３％で動作させたと
き電動機は最大速度トルク出力に比べて少なくとも３３
％増加することが示唆されている。アイドリング状態に
於ける典型的な装置の冷却能力は１３０００乃至１５０
００ＢＴＵ／時である。
高温に加熱された状態からの引下げ試験では、自動車を
高温の直射日光の当る環境内に１乃至３時間蓋いて、車
室内の温度が１４０＠乃至１６０″Ｆ（６０°乃至７１
℃）の範囲に上昇するように設定した。次に空気調和装
置とファン速度の制御設定値を最大にして自動車を２５
乃至３０ｍｐｈ（４０乃至４８ｋｍ／時）で運転した。
典型的な引下げ能力は１６０００乃至１８０００ＢＴＵ
／時である。これらの条件下での装置の性能のシミュレ
ーションによれば、その最大速度のほぼ１／２で動作す
る電気駆動式空気調和装置は従来の空気調和装置と同等
の引下げ特性を示した。換言すれば、この引下げ試験の
際、最大速度（馬力）で作動すると、容認し得る車室内
温度に達する時間が著しく短縮されることになる。
第３の装置定格条件であるハイウェイ走行状態では、空
気調和装置は温度１００″ｌ”（３７，８℃）相対湿度
４０％の外部空気を２００乃至３００ｃｆｍまでの流量
で処理しながら快適な車室内温度を維持する必要がある
。これは最大能力レベルを設定し、これにより電動機と
その駆動用電子回路の寸法が設定される。従来の空気調
和装置では、２４０００乃至３００００ＢＴＵ／時の冷
却（５馬力の電動機を必要とする）はこの条件に対する
法外な能力要件ではない。新鮮な外部空気を調和するた
めにほぼ１８０００ＢＴＵ／時の全負荷が使用される。
したがって、ハイウェイ速度で外部空気による負荷を小
さくする成るいはなくすことは電気駆動システムの寸法
に直接影響を及ぼす。
外部空気を最大にしたハイウェイ試験条件は最大電動機
馬力を設定するので、５０ｍｐｈ　（８０ｋＩｌ／時）
で馬力を減らす方法を探るため一連のコンピューターシ
ミュレーションを行なった。高温周囲条件で車室内空気
を完全に再循環させれば、電動機負荷を２馬力以下に下
げ得ることが明らかになった。これは快適さの観点から
容認できない。
すべての条件のもとで少なくとも３０％の新鮮な外部空
気を導入するのがより現実的である。その結果、従来の
圧縮機とサイクル効率を使用した２゜８馬力の電動機が
必要になる。２５％の外部空気で２段サイクルを使うと
、電動機の負荷は２．０馬力となる。外部空気を２０％
に制限して高効率の圧縮機を従来のサイクルで使用して
も、電気駆動の負荷は２．０馬力となる。
したがって、２馬力は、５０ｍｐｈ試験条件では、自動
車用空気調和装置に対する現実的な電動機の最小の大き
さであるということは妥当であるように思われる。外部
空気を少なくとも２５％として２馬力の電動機により２
段圧縮機を制御する方式を使ってアイドリングおよび引
下げ試験条件についてシミュレーションを行なうと、そ
の方式がこれらの条件に対しても充分であることを示し
た。
電動機／電子回路のコストは電気駆動式自動車用空気調
和装置の実用性に影響を及ぼし、またこのコストは所要
の電動機馬力によって左右されるので、本明細書で開示
した形式の新しい外部空気制御方式を用いることにより
効率の良い空気調和装置の開発が可能となる。冷却能力
が１６０００ＢＴＵ／時で効率が１．５馬力／トンであ
る２馬力の空気調和装置は現在の装置と同等またはそれ
以上の性能を持つと思われる。この用途では、特に気密
自動車用空気調和装置用に設計したとき、ブラシレス直
流電動機システムは８５乃至９０％の効率を達成すると
予想される。これは、空気調和装置の電気駆動装置が最
大冷却条件下で動作するとき自動車電源システムからの
最大電力需要が１．７ｋＷであるということになる。最
大冷却が必要となる環境条件は、通常、冷房を必要とす
る季節のほんの僅かな時期の間だけ生じる。
一定の最大能力で動作する標準的な装置と比較して、電
気駆動式空気調和装置は少ない圧縮機流量での熱交換器
の負荷の減少によりパワーが節約される。もう１つの著
しい利点は、圧縮機のクラッチの周期的作動をなくし、
その結果として自動車の操縦性が向上することである。
周期的に作動する圧縮機を使用した標準的な装置は同じ
１．６トンの冷却を行なうのに、連続的に動作する電気
駆動式空気調和装置と比べて圧縮機のオン時の消費パワ
ーが４０％多い。冷却負荷が小さくなるにつれて２つの
装置の間の所要のエンジン馬力の差は更に顕著になる。
電気駆動式の装置はその能力を負荷に合わせて減少でき
るからである。他方、標準的な装置は、自動車の冷却負
荷に無関係に、自動車速度が速くなる程、エンジン馬力
を一層多く消費する。
検討の結果、電気駆動システムを従来のベルト駆動シス
テムの効率に合致し得るように交流発電機の効率は７５
％以上でなければならない。高効率の圧縮機と冷却シス
テムを電動機に結合すれば、交流発電機の損益分岐効率
は約５５％に下げることができる。
エンジンの回転数が増大したときの空気調和装置の能力
超過を少なくするため、既存の圧縮機は低容積効率を存
するように設計される。殆どの圧縮機は５乃至１０立方
インチ（８１，９乃至１６３．９立方センチメートル）
の排気量で提供され、１０００乃至３０００ｒｐｍの範
囲の動作に対して最適化される。ブラシレス直流電動機
の大きさとコストはその速度に直接関係するので、自動
車用空気調和装置に対する最適設計では８０００乃至１
１００００ｒｐの動作速度が必要である。このため、こ
れらの動作速度で妥当な能力を得るには排気量が１乃至
２立方インチ（１６，４乃至３２．８立方センチメート
ル）のように小さい排気量の圧縮機が必要になる。
圧縮機は電動機によって直接駆動され、このためクラッ
チ・アセンブリのコストと重量が必要でなくなる。
以上、任意の速度で最大冷却能力を発揮でき、再加熱ま
たは圧縮機の周期的作動を使わずに空気調和される空気
の温度を制御できる電気駆動式の（すなわち電気的に駆
動される）自動車用空気調和装置について説明した。こ
の電気駆動式自動車用空気調和装置は運転者の快適さを
維持しながら、圧縮機を駆動する電動機を過負荷から保
護する。
実施例を参照して本発明について詳細に図示し説明した
が、本発明の趣旨と範囲を逸脱することなく形式や細部
に種々の変更を加え得ることは当業者には明らかであろ
う。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明による電気駆動式自動車用空気調和装置
に対する制御装置の概略構成図である。 第２図は第１図の電気式空気調和装置制御器を詳しく示
すブロック図である。第３図は電気駆動式空気調和装置
を制御する際に使用される制御論理の流れ図である。第
４図は電気駆動式空気調和装置を制御する際に使用する
ための、電動機速度の関数として電気転流式電動機の最
大パワーを示すグラフである。第５図は本発明による電
気駆動式自動車用空気調和装置に対する制御装置の別の
実施例の概略構成図である。第６図は第５図の装置の制
御論理の流れ図である。

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）電気駆動式自動車用空気調和装置を制御する方法
    において、 上記空気調和装置の空気送出温度の運転者による指令値
    、上記空気調和装置に導入される外部空気の再循環空気
    に対する割合の運転者による指令値、および上記空気調
    和装置の送風機ファン速度の運転者による指令値を監視
    するステップ、実際の空気送出温度、電動機パワーおよ
    び電動機温度を測定するステップ、 上記空気調和装置の圧縮機を駆動する電動機の電動機速
    度を変えることにより上記の空気送出温度の指令値と測
    定値との間の差を最小にするステップ、 上記の外部空気の再循環空気に対する割合が指令値にな
    るようにダンパを位置ぎめするステップ、上記送風機フ
    ァン速度を指令値に選定するステップ、 上記電動機のパワーまたは温度が所定の限界値を超えた
    とき、上記のダンパの位置をオーバライドして、上記外
    部空気の割合を減少させることにより上記電動機の負荷
    を小さくするステップ、上記電動機のパワーまたは温度
    が所定の限界値を超えたとき、上記電動機の速度を下げ
    ることにより上記電動機負荷を小さくするステップ、上
    記電動機の温度またはパワーが許容値を超えたとき、上
    記送風機ファン速度の指令値をオーバライドして上記送
    風機ファン速度を下げることにより上記電動機負荷を小
    さくするステップ、および 上記電動機のパワーおよび温度がもはや許容限界値を超
    えなくなったとき、上記のオーバライドされた上記ダン
    パ位置と上記ファン速度を回復させ、上記電動機速度を
    変化させて上記空気送出温度を指令値にするステップ、 を含むことを特徴とする自動車用空気調和装置の制御方
    法。
  2. （２）特許請求の範囲第（１）項記載の自動車用空気調
    和装置の制御方法において、上記の外部空気の割合を減
    少させるステップが最小設定値に達するまで継続され、
    この最小設定値に達した後も上記電動機がなお過負荷状
    態にある場合、上記電動機の速度を下げることにより、
    上記電動機のパワーおよび温度を所定の限界値より低い
    値に下げる自動車用空気調和装置の制御方法。
  3. （３）特許請求の範囲第（２）項記載の自動車用空気調
    和装置の制御方法において、上記の電動機速度を下げる
    ステップが最低速度に達するまで継続され、この最低速
    度に達した後も上記電動機がなお過負荷状態にある場合
    、上記送風機ファン速度を下げることにより上記電動機
    のパワーおよび温度を所定の限界値より低い値に下げる
    自動車用空気調和装置の制御方法。
  4. （４）電気駆動式自動車用空気調和装置を制御する方法
    において、 車室内空気温度の運転者による指令値および外部空気の
    再循環空気に対する割合の運転者による指令値を監視す
    るステップ、 車室内空気温度、電動機パワーおよび電動機温度を監視
    するステップ 電動機速度を変えることにより上記車室内空気温度の指
    令値と測定値との間の差を最小にするステップ、 上記の外部空気の再循環空気に対する割合が指令値とな
    るようにダンパを位置ぎめするステップ、上記電動機速
    度が大きくなるにつれて送風機ファン速度が大きくなる
    ように、上記電動機速度の現在値に応じて上記送風機フ
    ァン速度を決定するステップ、 上記送風機ファン速度を上記決定された値に設定するス
    テップ、 上記の電動機パワーまたは電動機温度が所定の限界値を
    超えたとき、上記ダンパの位置をオーバライドして上記
    の外部空気の割合を減少させることにより電動機負荷を
    小さくするステップ、上記の電動機パワーまたは電動機
    温度が所定の限界値を超えたとき上記電動機速度を下げ
    ることにより電動機負荷を小さくするステップ、および
    上記の電動機パワーおよび電動機温度がもはや許容限界
    値を超えなくなったとき、上記のオーバライドされたダ
    ンパ位置を回復させ、上記電動機速度を変化させて上記
    車室内空気温度を指令値にするステップ、 を含むことを特徴とする自動車用空気調和装置の制御方
    法。
  5. （５）特許請求の範囲節（４）項記載の自動車用空気調
    和装置の制御方法において、上記の外部空気の割合を減
    少させるステップが最小設定値に達するまで継続され、
    この最小設定値に達した後は上記電動機速度を下げるこ
    とにより上記の電動機パワーおよび電動機温度を所定の
    限界値より低い値に下げる自動車用空気調和装置の制御
    方法。
  6. （６）特許請求の範囲第（４）項記載の自動車用空気調
    和装置の制御方法において、上記の送風機ファン速度を
    決定するステップが上記電動機速度および上記ダンパ位
    置の現在値に応じて上記送風機ファン速度を決定するス
    テップを有し、その際、上記送風機ファン速度は、上記
    電動機速度が大きくなるにつれて大きくなり、かつダン
    パ位置が上記外部空気流を増大するにつれて小さくなる
    ように定められる自動車用空気調和装置の制御方法。
  7. （７）電気駆動式自動車用空気調和装置において、 当該空気調和装置に導入される外部空気の再循環空気に
    対する割合を制御するためのダンパ、空気調和された空
    気の送出速度を制御するための送風機ファン、 圧縮機、 上記圧縮機とともに気密封止され、上記圧縮機に直結さ
    れたブラシレス直流電動機、 運転者による当該空気調和装置の空気送出温度の指令値
    、運転者による上記の外部空気の再循環に対する割合の
    指令値、および運転者による上記の送風機ファンの速度
    の指令値を監視する手段、実際の上記空気送出温度、上
    記電動機のパワーおよび上記電動機の温度を測定する手
    段、 上記空気送出温度の指令値と測定値との間の差を最小に
    するように上記電動機の速度を変える手段、 上記の外部空気の再循環空気に対する割合がその上記指
    令値となるように上記ダンパを位置ぎめする手段、 上記送風機ファン速度をその上記指令値に設定する手段
    、 上記電動機パワーまたは電動機温度が所定の限界値を超
    えたとき、電動機負荷を小さくするために上記ダンパ位
    置をオーバライドして上記外部空気の割合を減少させる
    手段、 上記の電動機パワーまたは電動機温度が所定の限界値を
    超えたとき、電動機負荷を小さくするために上記電動機
    速度を下げる手段、 上記の電動機パワーまたは電動機温度が許容値を超えた
    とき、電動機負荷を小さくするために上記送風機ファン
    速度の指令値をオーバライドして上記ファン速度を下げ
    る手段、ならびに 上記の電動機パワーおよび電動機温度がもはや所定の限
    界値を超えなくなったとき、上記のオーバライドされた
    ダンパ位置およびファン速度を回復させ、かつ上記空気
    温度がその指令値になるように上記電動機速度を変える
    状態に戻す手段、を含むことを特徴とする電気駆動式自
    動車用空気調和装置。
  8. （８）電気駆動式自動車用空気調和装置において、 当該空気調和装置に導入される外部空気の再循環空気に
    対する割合を制御するためのダンパ、空気調和された空
    気の送出速度を制御するための送風機ファン、 圧縮機、 上記圧縮機とともに気密封止され、上記圧縮機に直結さ
    れたブラシレス直流電動機、 運転者による車室内空気温度の指令値および運転者によ
    る上記の外部空気の再循環空気に対する割合の指令値を
    監視する手段、 上記車室内空気温度、上記電動機のパワーおよび上記電
    動機の温度を測定する手段、 上記車室内空気温度の指令値と測定値との間の差を最小
    にするように上記電動機の速度を変える手段、 上記の外部空気の再循環空気に対する割合がその上記指
    令値になるように上記ダンパを位置ぎめする手段、 上記電動機速度が大きくなるにつれて上記送風機ファン
    速度が大きくなるように、上記電動機速度の現在値に応
    じて上記送風機ファン速度を決定する手段、 上記送風機ファン速度を上記決定された値に設定する手
    段、 上記の電動機パワーまたは電動機温度が所定の限界値を
    超えたとき、電動機負荷を小さくするために上記ダンパ
    位置をオーバライドして上記の外部空気の割合を下げる
    手段、 上記の電動機パワーまたは電動機温度が所定の限界値を
    超えたとき、電動機負荷を小さくするために上記電動機
    速度を下げる手段、および 上記の電動機パワーおよび電動機温度がもはや所定の限
    界値を超えなくなったとき、上記のオーバライドされた
    ダンパ位置を回復させ、かつ上記車室内空気がその上記
    指令値になるように上記電動機速度を変える状態に戻す
    手段、 を含むことを特徴とする電気駆動式自動車用空気調和装
    置。
  9. （９）特許請求の範囲第（８）項記載の電気駆動式自動
    車用空気調和装置において、上記の送風機ファン速度を
    決定する手段が、上記電動機速度および上記ダンパ位置
    の現在値に応じて上記送風機ファン速度を決定する手段
    であって、上記送風機ファン速度を、上記電動機速度が
    大きくなるにつれて大きくし、かつ上記ダンパ位置が上
    記外部空気流を増大するにつれて小さくなるように定め
    る手段である電気駆動式自動車用空気調和装置。
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