JPH0648166A - 可変速クラッチ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 カークーラのコンプレッサをエンジンにより
駆動する動力伝達系に、可変速クラッチを介在させるこ
とにより、コンプレッサの過速度回転を防止し、同時に
運転エネルギの節減、車両加速性の向上、車室内温度の
制御性向上、およびコンプレッサの小形軽量・低廉化を
はかる。 【構成】 Ｖベルト２５により駆動される駆動プーリ１
に、回転磁界形交流発電機の電機子２をとりつける。コ
ンプレッサの主軸２９に直結された受動軸３に、回転磁
界形交流発電機の界磁子４をとりつける。電機子２に巻
線した電機子コイル５の出力端に、整流ダイオード・ブ
リッジ６を介してトランジスタ等のスイッチング素子７
を接続することによって、電気出力回路を開閉できるよ
うにする。界磁子４の界磁電流を制御すると同時にスイ
ッチング素子７をコンピュータ等の電子的制御手段によ
りチョッパ制御することによって、駆動プーリ１の回転
よりも受動軸３の回転がおそくなるように制御される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、フロンなどの冷媒を圧
縮、液化、蒸発させるタイプのカークーラ（自動車用冷
房装置）に用いられるコンプレッサをエンジンにより駆
動する動力伝達系において、動力伝達に際して任意の変
速比率にするための可変速クラッチに関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、カークーラに用いられるコンプレ
ッサをエンジンにより駆動する方法としては、図１６に
示すように、自動車のエンジン２４の回転シャフトにと
りつけられたプーリから、Ｖベルト２５を介して電磁ク
ラッチ２６の外周に設けられたＶプーリへ動力伝達さ
れ、電磁クラッチ２６に通電されたときには、電磁クラ
ッチ内の摩擦クラッチ板が接触して、コンプレッサの主
軸２９へ動力を伝達するようになっていた。

【０００３】自動車のエンジン回転は、自動車を運行す
るために必要な回転数で運転される。たとえば停車して
いるときの５００ｒｐｍ程度のアイドリングから発車加
速時の急速な回転変化、市街走行時のひんぱんな回転変
化、高速道路走行時には３，５００ｒｐｍ程度の連続運
転と追越しや加速時の６，０００ｒｐｍにも達する高回
転など広範囲にわたっている。したがってこのエンジン
にほとんど直結されたと言えるコンプレッサの回転も大
幅に変化するものであった。

【０００４】したがってカークーラの冷房能力は時々刻
々と変化するので、車室内温度の変化も大きかった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】通常、コンプレッサの
容量は、夏季晴天日の市街地における低速走行時に、必
要な冷却能力が得られるような大きさのものが選定さ
れ、このときの必要駆動力は約２馬力である。それにく
らべ、外気温度がやや低いときや日射が弱いときなどに
は冷房負荷が小さいので冷却能力が過剰になり、また、
市街地走行よりもエンジン回転が高くなる郊外道路での
中速走行時にも冷却能力が過剰になりやすかった。この
ように、冷却能力が過剰になるような運転状態のときに
は、コンプレッサを運転するために消費される動力はカ
ークーラシステムとしての必要量よりも過大であり、こ
れがエンジンへの無駄な動力負荷となって燃料消費量を
多くする原因になっていた。

【０００６】特に、高速走行が継続された場合には、エ
ンジンの高速回転が続くために、動力消費がきわめて大
きく、７馬力に達することさえあった。それと同時に、
カークーラの冷却能力が過剰になり、それによってカー
クーラの冷却（蒸発）器内の圧力が低下し、冷却器の表
面が低温になって空気中の水分が霜あるいは氷状に付着
して空気の流れをふさぎ、それにともなう種々の問題が
発生していた。

【０００７】その対策として、冷却器内の圧力（＝コン
プレッサの吸い込み圧力）が低くなったときには、高価
な特殊制御弁によってコンプレッサの吐出側の高圧ガス
を吸い込み側へバイパスさせるなどの方法もとられてい
るが、その場合にはコンプレッサの動力消費が大きくな
る問題があった。

【０００８】また、カークーラの冷却能力が過剰のとき
に、電磁クラッチをＯＦＦにしてコンプレッサを停止さ
せる制御方法がとられる場合もあるが、コンプレッサを
停止させると、冷却器に凝縮付着した水分が蒸発するた
めに車室内が高湿になり、また不快な臭気が出て快適性
がそこなわれる問題があった。

【０００９】いずれにしても、従来のカークーラにおい
ては、コンプレッサの回転速度（＝冷却能力）が、自動
車の走行速度によってきめられ、本来冷房のために重視
すべき外気温度、日射、車室内発熱などの熱負荷とは無
関係に運転しているので、これを補助的な制御手段によ
って望ましい車室内環境に制御することはきわめて困難
であった。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明はこのような問題
を解決するために、自動車のエンジンとコンプレッサの
動力伝達系の中へ可変速クラッチを設けることにより、
コンプレッサの過速度回転を防止し、同時に運転エネル
ギの節減、車両加速性の向上、車室内温度の制御性向
上、およびコンプレッサの小型軽量・低廉化を実現させ
るものである。すなわち、図１〜図６に示すように、駆
動プーリ１に電機子２をとりつけ、受動軸３に界磁子４
をとりつけ、電機子２に巻線した電機子コイル５の出力
端に整流ダイオード・ブリッジ６を介してトランジスタ
等のスイッチング素子７を接続して電気出力回路を開閉
できるように構成し、界磁子４の界磁電流を制御すると
同時にスイッチング素子７のチョッパ開閉モードを制御
することによって変速動作を行う可変速クラッチであ
る。

【００１１】なお、駆動プーリ１は、ボールベアリング
８を介してコンプレッサ本体２８に支えられ、またボー
ルベアリング９を介し受動軸３に対し、回転可能に支え
られている。スイッチング素子７としてはサイリスタあ
るいはトランジスタ等の電流遮断と接続を高速に行う能
力を有するものを使用する。図５に示したように、スイ
ッチング素子７と直列に電気抵抗１０を接続することに
よって、電機子コイル５系統の総合抵抗を変化させ、そ
れによって伝達トルクの大きさを調整したり、発熱箇所
の調整をすることができる。また、図６のように、スイ
ッチング素子７と並列に電気抵抗１１を接続することに
より、実用範囲におけるチョッパ制御の安定性を高める
ことができる。

【００１２】電機子２、界磁子４および整流ダイオード
・ブリッジ６の構造は、通常の自動車用三相交流発電機
に使用されているものと同じである。すなわち、電機子
２は鋼板を積み重ねた鉄心とその鉄心に設けた溝に巻線
した電機子コイル５からなっている。界磁子４は図１〜
図２に示したように、界磁子コイル１２、界磁子継鉄１
３および界磁子磁極１４からなっており、図３〜図４に
界磁子磁極１４の実施例を示している。図３〜図４にお
いて、実線で示した方がＮ極の場合には、二点鎖線で示
した方がＳ極になるように対称形に配置される。整流ダ
イオード・ブリッジ６は、整流ダイオード１５を図５〜
図６のように接続して構成される。

【００１３】界磁子電流の制御装置は、従来の自動車用
発電機に使用されているものと同等のものを使用するの
で図示しない。界磁子コイル１３への界磁電流の供給
は、受動軸３にとりつけたスリップリング１６へブラシ
１７から行われる。スイッチング素子７への制御信号電
流の伝達は、駆動プーリ１にとりつけたスリップリング
１８へブラシ１９から行われる。

【００１４】

【実施例】このクラッチをカークーラに使用するときに
は、図１〜９に示すように、自動車のエンジン２４によ
りＶベルト２５を介して駆動プーリ１を駆動させ、冷媒
コンプレッサの主軸２９に受動軸３を結合してカークー
ラシステムを構築し、エンジン回転速度ａ、カークーラ
の冷却器温度または圧力ｂ、車室内温度ｃ、受動軸３の
回転速度ｄの少なくとも１つの値かあるいは全部の値を
コンピュータに入力し、あらかじめ設定されたプログラ
ムにしたがって界磁子４の界磁電流を制限すると同時に
スイッチング素子７の開閉モードを制御することによっ
て変速動作を行うようにされる。

【００１５】図７〜図８は、図６のスイッチング素子７
と電気抵抗１１の組合せを他の方法におきかえた例であ
り、電気抵抗２０、２１とスイッチ２２、２３を図７あ
るいは図８のように組み合わせれば、図中ｅとｆの間の
等価電気抵抗を３〜４段階に変えることができる。この
場合には、スイッチ２２、２３の断続性能は高速スイッ
チング性を有する必要がないので、安価な素子ですませ
ることができる。

【００１６】

【作用】図１〜９において、自動車のエンジン２４が回
転して、Ｖベルト２５により駆動プーリ１が回転される
と、駆動プーリ１にとりつけた電機子コイル５は受動軸
３にとりつけられた界磁子４の磁極１４の磁力線と交叉
するので、電機子コイル５には電圧が誘起される。この
作用は一般の交流発電機の固定子コイルと回転界磁子の
組合せにより、固定子コイルに電圧が誘起されるのと同
じ原理である。

【００１７】この電圧が誘起された電機子コイル５を、
図５または図６のようにスイッチング素子７により開閉
路させる。閉路したときには電機子コイル５に電流が流
れて、それにより発生した磁界と受動軸３にとりつけら
れた界磁子４の磁極１４との磁気作用により、受動軸３
が駆動プーリ１よりもややスリップして、図１２に記号
Ｇで示した状態で回転する。これらの電磁気的な原理
は、三相誘導モータと同じである。

【００１８】スイッチング素子７が開路しているときに
は、電機子コイル５には電流が流れないので、電磁気力
は発生せず、したがって受動軸３を駆動するトルクは伝
達されない。

【００１９】スイッチング素子７をコンピュータ等の電
子的制御手段により、図１０のようにＯＮ，ＯＦＦさせ
て、いわゆるチョッパ制御すると、受動軸３にはスイッ
チング素子７のＯＦＦ時間に比例したすべりが発生し、
常時閉路しているときよりもスリップ率が大きくなり、
図１２に記号Ｈで示した速さで回転する。

【００２０】スイッチング素子７をコンピュータ等の電
子的制御手段により、図１１のようにＯＮ，ＯＦＦさせ
ると、受動軸３のスリップ率はさらに大きくなって、図
１２に記号Ｊで示した速さで回転する。図１２の特性
Ｇ、Ｈ、Ｊを得るための図６における電気抵抗１０、１
１の値、界磁電流およびスイッチング素子７の通電率等
の実施例を下記の表１に示す。

【００２１】

【表１】

【００２２】このように、駆動プーリ１にとりつけられ
た電機子コイル５に誘導される電流をチョッパ制御する
ことによって、図１２に示したように、駆動プーリ１の
回転速度が大きくなっても、コンピュータにより制御モ
ードをＧ、Ｈ、Ｊあるいはその中間の任意の比率にする
ことができ、受動軸３の回転速度が過大にならないよう
にすることができる。

【００２３】ただし、駆動プーリ１の回転が低速のとき
には、受動軸３の回転がスリップ分だけ低くなりすぎが
ちなので、従来にくらべて駆動プーリ１の回転が早くな
るようにＶベルト２５のプーリ比を設計する必要があ
る。

【００２４】本発明の可変速クラッチをカークーラシス
テムに組み込んだ場合の設計例を説明すると、カークー
ラを運転しはじめたときや冷房負荷が大きいときには、
図１３のような変速比率になるように、制御プログラム
を設定する。カークーラの冷房負荷が定格値（１００
％）程度のときには、図１４のような変速比率になるよ
うに、制御プログラムを設定する。カークーラの冷房負
荷が定格値よりも小さいときには、図１５のような変速
比率になるように、制御プログラムを設定する。

【００２５】図１７および図１８に示したコンピュータ
処理のフローチャート概念を説明する。エンジン回転速
度ａをセンサにより検知してコンピュータへ入力するこ
とにより、ａの時間的変化の度合からエンジンが加速状
態にあるかどうかを判別し、加速時に限ってコンプレッ
サへの動力伝達を小さくする「加速パターン」にするこ
とにより、エンジンへの負荷を軽減させる。「加速パタ
ーン」とは、図１３〜図１５において記号Ｋで表した特
性を指しており、エンジンへの負荷を軽減すると同時に
コンプレッサが瞬間的に過大速度にならないようにする
効果がある。なお、エンジンの回転域がＫ線の下限より
も低回転側のときには、界磁電流をＯＦＦにして、コン
プレッサの回転を停止させる。

【００２６】カークーラの冷却器温度または圧力ｂをセ
ンサにより検知してコンピュータへ入力することによ
り、冷却器の温度が正常範囲にあるかどうかを判別し、
適正範囲になるようにチョッパ制御モードを選択する。

【００２７】車室内温度ｃをセンサにより検知してコン
ピュータへ入力することにより、カークーラの冷却能力
が冷房負荷に適応した値になっているかどうかを判別
し、図１３〜図１５のうちの適正能力モードを選択す
る。さらに受動軸３の回転速度ｄをセンサにより検知し
てコンピュータへ入力することにより、コンプレッサが
設計許容値を越える異常な高速回転をしていないかどう
か、あるいは停止していないかどうかを判別し、適正範
囲になるようにチョッパー制御モードを選択する。

【００２８】

【発明の効果】上記のように、本発明の可変速クラッチ
を使用すれば、自動車の走行状態にともなって、エンジ
ンの回転数が大幅に変動した場合においても、コンピュ
ータにより適切な界磁電流制御と電機子電流のチョッパ
制御をすることによって、コンプレッサの回転数を必要
冷却能力に応じた値にさせることができる。それによっ
て、従来発生していた過剰冷却による冷却器への霜氷の
付着を防止でき、またコンプレッサのＯＮ，ＯＦＦにと
もなう快適性阻害を防止できる。

【００２９】自動車が高速道路を走行しているときに、
エンジンが高速回転しても、コンプレッサは制御された
回転以上にはならないので、むだなエネルギ消費を防止
でき、車両走行性も向上する。また、車両の加速時に
は、エンジン回転が加速しているごく短時間にだけ、コ
ンプレッサ回転が低くなるように制御されるので、車両
の加速性能が向上し、運転しやすくなる。

【００３０】従来のコンプレッサは、エンジンの最高回
転に対応できる高速回転耐力を保有していることが必要
でありながら、通常運転時には比較的低い回転状態で必
要冷却能力を発揮する容量にしておく必要があった。し
たがって、過剰容量のコンプレッサが使用されていた。
それにくらべ、本発明品においては、コンプレッサに高
速回転余力を保有させる必要がないので、比較的小型の
コンプレッサを常時フル回転近くで使用するシステム設
計ができ、小型軽量かつ廉価なものにすることができ
る。

【００３１】従来、上記の問題点対策のために行われて
いた各種機械的付属装置が不要になるので、システムを
単純かつ軽量化、さらには低廉化できる特長がある。

【００３２】本発明においては、特に電機子コイル５お
よびスイッチング素子７が常時回転している駆動プーリ
１にとりつけられているので、周囲の空気により強制冷
却されやすく温度上昇を少なくできる特長がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の可変速クラッチの縦断面図。

【図２】 図１のＹ−Ｙ断面図。

【図３】 界磁子磁極の正面図。

【図４】 界磁子磁極の側面図。

【図５】 電機子コイルと整流ダイオード・ブリッジお
よびスイッチング素子との接続説明図。

【図６】 電機子コイルと整流ダイオード・ブリッジお
よびスイッチング素子との他の接続説明図。

【図７】 スイッチング素子と電気抵抗の組合せ変更し
た例の接続説明図。

【図８】 スイッチング素子と電気抵抗の組合せ変更し
た例の接続説明図。

【図９】 本発明カークーラーシステムの概念図。

【図１０】 スイッチング素子のＯＮ，ＯＦＦ動作説明
図。

【図１１】 スイッチング素子のＯＮ，ＯＦＦ動作説明
図。

【図１２】 駆動プーリと受動軸との回転関係を示すグ
ラフ。

【図１３】 エンジンとコンプレッサとの回転関係を示
すグラフ。（高能力）

【図１４】 エンジンとコンプレッサとの回転関係を示
すグラフ。（中能力）

【図１５】 エンジンとコンプレッサとの回転関係を示
すグラフ。（低能力）

【図１６】 従来のカークーラシステムの概念図。

【図１７】 本発明を実施するためのコンピュータプロ
グラム概念説明フローチャート。

【図１８】 図１７に続くコンピュータプログラム概念
説明フローチャート。

【符号の説明】

１ 駆動プーリ。 ２ 電機子。 ３
受動軸。４ 界磁子。 ５ 電機子コイル。
６ 整流ダイオード・ブリッジ。 ７
スイッチング素子。８ ボールベアリング。 ９ ボー
ルベアリング。１０ 電気抵抗。１１ 電気抵抗。
１２ 界磁子コイル。 １３ 界磁子継鉄。１４
界磁子磁極。 １５ 整流ダイオード。１６ スリ
ップリング。１７ ブラシ。 １８ スリップ
リング。１９ ブラシ。２０ 電気抵抗。 ２１
電気抵抗。 ２２ スイッチ。２３ スイッチ。
２４ 自動車のエンジン。２５ Ｖベルト。
２６ 電磁クラッチ。 ２７ コンプレッサ。２
８ コンプレッサ本体。２９ コンプレッサの主軸。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 渡辺 欣雅 岐阜県大垣市久徳町100番地 太平洋工業 株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 駆動プーリ１に電機子２をとりつけ、受
   動軸３に界磁子４をとりつけ、電機子２に巻線した電機
   子コイル５の出力端に整流ダイオード・ブリッジ６を介
   してトランジスタ等のスイッチング素子７を接続して電
   気出力回路を開閉できるように構成し、界磁子４の界磁
   電流を制御すると同時にスイッチング素子７のチョッパ
   開閉モードを制御することによって変速動作を行う可変
   速クラッチ。
2. 【請求項２】 自動車のエンジン２４によりＶベルト２
   ５を介して駆動プーリ１を駆動させ、冷媒コンプレッサ
   ２７の主軸２９に受動軸３を結合してカークーラシステ
   ムを構築し、エンジン回転速度ａ、カークーラの冷却器
   温度または圧力ｂ、車室内温度ｃ、受動軸３の回転速度
   ｄの少なくとも１つの値かあるいは全部の値をコンピュ
   ータに入力し、あらかじめ設定されたプログラムにした
   がって界磁子４の界磁電流を制御すると同時にスイッチ
   ング素子７の開閉モードを制御することによって変速動
   作を行う請求項１の可変速クラッチ。