JPH11201196A - 電磁クラッチ、該電磁クラッチを備えた圧縮機、および該圧縮機を備えた車両用空気調和装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 クラッチ連結時の騒音や原動機にかかる負荷
の急増を低減して、車両走行中の衝撃を緩和でき、かつ
構造が簡単で安価な電磁クラッチを提供する。 【解決手段】 この電磁クラッチは、原動機により回転
される駆動クラッチ板と対向して配置された被動クラッ
チ板と、定格電圧を印加されて励磁されたときに前記被
動クラッチ板を前記駆動クラッチ板に連結するための電
磁コイル３６とを備えた電磁クラッチにおいて、電磁コ
イル３６とこの電磁コイル３６に定格電圧を印加するた
めの電圧源４０との間に、電磁コイル３６に電圧を、定
格電圧に達するまで段階的あるいは連続的に増加するよ
うに印加制御するための印加電圧制御手段４１が設けら
れている。電磁コイル３６に印加される電圧は、定格電
圧に達するまで徐々に増加するので、被動クラッチ板は
駆動クラッチ板に徐々に吸着されて完全に連結し、クラ
ッチ連結の際の衝撃音を低減できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば車両用空気
調和装置に使用する圧縮機の電磁クラッチの制御に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】図５は電磁クラッチの一例を示す縦断面
図であり、この電磁クラッチ３１は車両用空気調和装置
の圧縮機８に備えられて、この圧縮機８を原動機（不図
示）と機械的に断続するものである。圧縮機８のフロン
トハウジング３２の前面部には、平板状の駆動クラッチ
板３４を一体に形成したプーリ３３が定位置において、
ベアリング３８を介して回転可能に支持されている。一
方、この駆動クラッチ板３４と対向して被動クラッチ板
３５が回転可能に配置されており、この被動クラッチ板
３５は圧縮機８のシャフト３７に固定されて回転トルク
を伝達するものである。前記フロントハウジング３２の
前面部には、駆動クラッチ板３４を挟むように被動クラ
ッチ板３５とは反対方向に電磁コイル３６が固定されて
いる。

【０００３】上記構成の電磁クラッチ３１では、電磁コ
イル３６が励磁されて磁気回路が形成されると、被動ク
ラッチ板３５が吸引されて駆動クラッチ板３４に直接連
結される。これにより、原動機（不図示）の回転トルク
は、駆動クラッチ板３４および被動クラッチ板３５を介
してシャフト３７に伝動される。詳述すると、原動機
（不図示）からベルト等を介して駆動される圧縮機８
は、負荷の増減による自動制御または乗員の意志による
手動操作により、始動スイッチがオンになると、電磁コ
イル３６にバッテリーの定格電圧が印加され、被動クラ
ッチ板３５が駆動クラッチ板３４に吸着し、原動機（不
図示）の回転トルクが圧縮機８へ伝動される。なお、図
５は、被動クラッチ板３５が駆動クラッチ板３４に吸着
されている状態を示している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述のように、従来圧
縮機の始動スイッチがオンになると、これとほぼ同時に
電磁クラッチの電磁コイルに定格電圧が印加される構成
となっている。すなわち、図６に示すように、前記始動
スイッチが例えば時刻Ｔ1でオンになると、電磁コイル
に印加される電圧Ｖは瞬時に増加して、定格電圧Ｖ0に
達するようになる。これにより、原動機の回転トルクが
圧縮機に急激に伝動して原動機の負荷が急激に増大し、
結果的に、車両の衝撃が大きくなるとともに、クラッチ
連結時に運転者にとって不快な大きなクラッチ連結音が
発生するという問題点がある。

【０００５】なお、このような衝撃やクラッチ連結音を
低減するために、実開昭６２−３２２３１号公報には、
以下のような技術が開示されている。すなわち、駆動ク
ラッチ板に複数の嵌合凹部を設け、各嵌合凹部内には弾
性体をそれぞれ嵌合固定し、各弾性体にはクラッチ離間
時に被動クラッチ板方向へ突出し、クラッチ連結時に被
動クラッチ板により押圧されることにより駆動クラッチ
板の摩擦面と同一平面となる摩擦面を有する摩擦材を設
けた技術が開示されている。しかしながら、この実開昭
６２−３２２３１号公報に開示の電磁クラッチの構造は
複雑である上に、製造コストも嵩むという問題点があ
る。

【０００６】また、特公昭５４−４２０５４号公報に
は、電磁コイルに供給する電圧を段階的に低下せしめる
ことにより、クラッチを開放し、クラッチを開放するよ
うにしたリレー接点を不要とする技術が開示されている
が、この技術は、定格電圧を段階的に低下させる技術に
すぎず、後述する本願発明の技術思想とは大きく相違し
ている。

【０００７】本発明は、上記従来技術の有する問題点に
鑑みてなされたものであり、クラッチ連結時の騒音を低
減するとともに、原動機にかかる負荷の急増を緩和して
車両の衝撃を緩和できる上に、構造が簡単でコストの安
い電磁クラッチを提供することを目的とする。また、本
発明の他の目的は、上記電磁クラッチを介して駆動され
る圧縮機、およびこの圧縮機を備えた車両用空気調和装
置を提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明に係わる電磁クラッチは、原動機により回転さ
れる駆動クラッチ板と、この駆動クラッチ板と対向して
配置された被動クラッチ板と、定格電圧を印加されて励
磁されたときに前記駆動クラッチ板および前記被動クラ
ッチ板のいずれか一方を他方に吸着させて連結するため
の電磁コイルと、この電磁コイルに定格電圧を印加する
ための電圧源とを備えた電磁クラッチにおいて、前記電
圧源から前記電磁コイルに電圧を印加する際に、定格電
圧に達するまで段階的あるいは連続的に電圧を増加させ
ることを特徴とするものである。

【０００９】この発明においては、電磁コイルに印加さ
れる電圧は、定格電圧に達するまで所定時間をかけて徐
々に増加するので、被動クラッチ板は駆動クラッチ板に
徐々に吸着されて完全に連結し、これにより、被動クラ
ッチ板の駆動クラッチ板への衝突スピードを低減できる
上に、原動機にかかる負荷は徐々に増加する。結果的
に、クラッチ連結の際の衝撃音を低減できる上に、原動
機にかかる負荷の急増を緩和できる。

【００１０】上記電磁クラッチの具体的な構成として
は、請求項２の発明のように、原動機により回転される
駆動クラッチ板と、この駆動クラッチ板と対向して配置
された被動クラッチ板と、定格電圧を印加されて励磁さ
れたときに前記駆動クラッチ板および前記被動クラッチ
板のいずれか一方を他方に吸着させて連結するための電
磁コイルとを備えた電磁クラッチにおいて、前記電磁コ
イルと該電磁コイルに定格電圧を印加するための電圧源
との間に、前記印加をオン／オフ制御するためのスイッ
チが設けられ、このスイッチがオンになったときに前記
電磁コイルに電圧を、定格電圧に達するまで段階的ある
いは連続的に増加するように印加するための印加電圧制
御手段を備えていることを特徴とするものである。

【００１１】また、他の本発明は、前記原動機の動力
が、電磁クラッチを介してシャフトに伝動されるように
構成された圧縮機や、前記原動機および前記電圧源をそ
れぞれ走行用エンジンおよびバッテリーとし、圧縮機
が、導入された空気を冷風にするためのエバポレータ
に、高温・高圧のガス冷媒を供給するように構成した車
両用空気調和装置である。

【００１２】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施形態について
図面を参照して説明する。図１は本発明に係わる車両用
空気調和装置の一実施形態の構成図、図２は本発明に係
わる電磁クラッチの制御装置（電磁コイルの電圧印加回
路）を示す図である。

【００１３】先ず、図１を参照して、車両用空気調和装
置の構成について説明する。この車両用空気調和装置１
の空調ユニット２は、上流側に内気および外気をそれぞ
れ吸入する内気吸入口６ａおよび外気吸入口６ｂが形成
されているとともに、下流側に吸入空気を車室内の複数
箇所にそれぞれ供給する複数（本例では２つ）の吹出口
１２ａ，１３ａが形成され、かつ内部に空気流路２２が
形成されているケーシング１７と、このケーシング１７
内の上流側に配されたブロアファン７と、ブロアファン
７の下流側に配されたエバポレータ３（冷媒蒸発器）
と、エバポレータ３の下流側に配されたヒータ１１と、
膨張弁９等を備えている。

【００１４】外気吸入口６ａおよび内気吸入口６ｂの間
には、外気吸入口６ａまたは内気吸入口６ｂのいずれか
一方を開口させる外気と内気との切り換えを行う内外気
切換ダンパ６が設けられている。また、吹出口１２ａ
は、例えばダッシュボード前面等から空気を吹き出させ
るフェイス側吹出口であり、吹出口１３ａは、例えば車
室下部から空気を供給するダクトに接続されるフット側
吹出口である。一般に、高級車においては、このダクト
は途中で分岐し、各分岐ダクトは、フロント側車室およ
びリア側車室に通じ、それぞれの車室に空気を供給する
ようになっている。

【００１５】ブロアファン７は、内外気を外気吸入口６
ａまたは内気吸入口６ｂから吸引してケーシング１７内
に導入するものであり、図示しない電動モータに接続さ
れている。エバポレータ３は、冷媒配管で冷媒圧縮機８
に接続され、圧縮動作時には吸入口６ａ，６ｂから導入
された空気を通過させて冷風にするものである。また、
ヒータ１１は、温水配管で車両に搭載された走行用エン
ジン１６（原動機）に接続され、該走行用エンジン１６
の冷却水が内部に流通されており、通過する空気を温風
にするものである。走行用エンジン１６の回転トルク
は、プーリ１４、ベルト１５および上述の電磁クラッチ
３１（図５参照）を介して冷媒圧縮機８に伝動されるよ
うになっている。なお、電磁クラッチ３１の構造は、図
５を参照して前述してあるので、ここではその説明は省
略する。

【００１６】ヒータ１１の上流側近傍には、ケーシング
１７に軸支されたエアミックスダンパ１０が揺動可能に
設けられ、このエアミックスダンパ１０は、その揺動位
置によって、ヒータ１１の上流側表面１１ａを完全に覆
ってヒータ１１内への空気の流通を止める状態から上流
側表面１１ａを全開にするとともに空気をヒータ１１に
誘導する状態まで調整可能である。ヒータ１１の下流側
には温調風吹出口切換ダンパ１２が設けられており、こ
の温調風吹出口切換ダンパ１２は、その揺動位置によっ
て、ヒータ１１により出た温調風を両吹出口１２ａ，１
３ａのいずれか一方あるいは両方へ導くものである。な
お、吹出口１３ａにはその開口面積を調整するためのダ
ンパ１３が設けられている。

【００１７】センサ類５は、外気温を検出する外気温セ
ンサ１８と、日射量を検出する日射センサ１９と、車室
内の代表点の温度を検出する内気温センサ２０とで構成
され、その検出信号は制御装置４に供給される。この制
御装置４には、上記センサ類５の他に、スイッチパネル
２１が接続される。制御装置４は、内気温センサ２０か
らの検出値に基づいた比例制御に、外気温センサ１８お
よび日射センサ１９の各検出値に基づいた予測制御を加
えた制御方式により、空調ユニット２内に設置されたブ
ロアファン７の回転数およびエアミックスダンパ１０の
開度を、車両の乗員がスイッチパネル２１から設定した
温度になるように自動制御を行う。

【００１８】エバポレータ３（冷媒蒸発器）および膨張
弁９は、冷媒圧縮機８、冷媒凝縮機２４（コンデンサ）
および冷媒受液器２５（レシーバ）により冷媒回路を構
成する。冷媒圧縮機８から吐出された高温・高圧のガス
冷媒は冷媒凝縮機２４内に入り、ここで、外気に放熱す
ることによって凝縮液化する。この液冷媒は冷媒受液器
２５内に入り、ここで液冷媒から未凝縮ガス冷媒が分離
される。冷媒受液器２５から流出した液冷媒は膨張弁９
に入り、ここで絞られることにより断熱膨張して低温・
低圧の気液二相冷媒となる。この気液二相冷媒はエバポ
レータ３に入り、ここで室内空気を冷却することによっ
て蒸発した後、低温・低圧のガス冷媒となって冷媒圧縮
機８に吸い込まれる。

【００１９】ここで、本実施形態の車両用空気調和装置
の特徴部について説明する。上述のように、走行用エン
ジン１６の回転トルクは、プーリ１４、ベルト１５およ
び上述の電磁クラッチ３１（図５参照）を介して冷媒圧
縮機８に伝動されるとともに、冷媒圧縮機８は、車室内
の温度が設定温度となるよう始動スイッチによりオン／
オフ制御される。すなわち、図２に示すように、車両の
バッテリー４０（直流の電圧源）と電磁コイル３６との
間に、冷媒圧縮機８の始動スイッチ３９と後述する印加
電圧制御手段４１が設けられている。電磁クラッチ３１
の電磁コイル３６は、始動スイッチ３９がオンの状態の
ときに、前記車両のバッテリー４０により定格電圧を印
加される。そして、本実施形態では、図２および図３に
示すように、始動スイッチ３９がオンになった時点（時
刻Ｔ1参照）から所定時間（Ｔ2−Ｔ1）経過するまでの
間において、前記電磁コイル３６に電圧（破線４２、一
点鎖線４３を参照）を、定格電圧Ｖ0に達するまで段階
的あるいは連続的に増加するように印加するための印加
電圧制御手段４１を備えている。

【００２０】詳述すると、先ず符号４２で示したよう
に、始動スイッチ３９のオン時（時刻Ｔ1）に、印加電
圧制御手段４１は、電磁コイル３６に、先ず定格電圧Ｖ
0の例えば半分を印印し、所定時間（例えば０．数秒）
経過後に、定格電圧Ｖ0を印加するように制御すること
により、時刻Ｔ1のときに瞬時に、図５に示した被動ク
ラッチ板３５が駆動クラッチ板３４へ規定の吸着力のほ
ぼ半分の吸着力で吸着されて半固定（半連結）され、時
刻Ｔ2のときに被動クラッチ板３５が駆動クラッチ板３
４へ規定の吸着力で吸着されて完全に連結される。

【００２１】このように、被動クラッチ板３５の駆動ク
ラッチ板３４への吸着は２段階に行われるので、被動ク
ラッチ板３５の駆動クラッチ板３４への衝突スピードは
低減し、結果的に、クラッチ連結音は低減する。また、
走行用エンジン１６の回転トルクが冷媒圧縮機８に急激
に伝動されることはなく、走行用エンジン１６の負荷の
急増をほぼ半減でき、車両への衝撃は弱まる。すなわ
ち、冷媒圧縮機のシャフト３７への走行用エンジン１６
の回転トルクの伝達を段階的に増加させることができる
ため、走行用エンジン１６にかかる負荷を段階的に増加
させ、車両走行中の衝撃を緩和することができる。な
お、本例の場合、印加電圧制御手段４１の一例として、
図４に示すように、抵抗Ｒとスイッチ５０とが並列に接
続されてなる回路を挙げることができ、スイッチ５０を
開いた状態で、始動スイッチ３９をオンにし、所定時間
経過後にスイッチ５０を閉じることにより、電磁コイル
３６への印加電圧の経時変化は符号４２で示したように
２段階的になる。また、電磁コイル３６への印加電圧を
２段階的に印加するものに限らず、他の複数段階的に印
加してもよい。

【００２２】次に、符号４３は上に凸な曲線をなしてお
り、始動スイッチ３９がオンになったとき（時刻Ｔ1）
から所定時間（例えば１〜２秒）経過後に、電磁コイル
３６への印加電圧が定格電圧Ｖ0に達するように連続的
に増加させる場合を示している。この場合、図５に示し
た被動クラッチ板３５が駆動クラッチ板３４に所定時間
かけて徐々に吸着されるので、やはり、クラッチ連結音
を低減できる上に、冷媒圧縮機のシャフト３７への走行
用エンジン１６の回転トルクの伝達を連続的に増加させ
ることができるため、走行用エンジン１６にかかる負荷
を連続的に増加させ、車両走行中の衝撃を緩和すること
ができる。なお、本例の場合、印加電圧制御手段４１の
一例として、抵抗とコンデンサからなる時定数回路を挙
げることができる。また、本例の場合、前記所定時間の
初期段階では、被動クラッチ板３５および駆動クラッチ
板３４の吸着力が小さく、電磁クラッチの伝達トルクが
小さくなると考えられるが、被駆動側を容量制御圧縮機
とし、負荷トルクに合わせて印加電圧を制御するように
するとよい。さらに、印加電圧制御は符号４２、４３で
示したものに限らず、電圧を一次元的に増加させたり、
下に凸な曲線に沿って増加させてもよい。

【００２３】ここで、上記車両用空気調和装置における
車室内への送風方法の一例について説明する。先ず、ブ
ロアファン７を駆動することにより、外気または内気が
外気吸入口６ａまたは内気吸入口６ｂからケーシング１
７内に導入され空気流路２２を下流側へ送られる。導入
された空気は、次にエバポレータ３のフィン間を通過す
ることによりエバポレータ３のチューブ内に流通する冷
媒と熱交換することによって冷風とされ、下流側のヒー
タ１１側へと送られる。

【００２４】このとき、エアミックスダンパ１０がヒー
タ１１の上流側表面１１ａを完全に覆った状態に設定さ
れているときには、空気はヒータ１１を通過せずにエア
ミックスダンパ１０の上方側の空気流路に誘導されて送
風される。また、エアミックスダンパ１０がヒータ１１
の上流側表面１１ａを全開にする状態に設定されている
ときは、空気はヒータ１１のフィン間を通過してヒータ
１１のチューブ内に流通する高温状態の冷却水と熱交換
して温風とされ送風される。さらに、これらの状態の中
間位置にエアミックスダンパ１０が配されている場合に
は、空気はエアミックスダンパ１０の上方側および下方
側にそれぞれ分離されて送風され、下方側に誘導された
空気はヒータ１１によって温風とされるとともに、上方
側に誘導された空気は冷風のまま送風される。

【００２５】これらの冷風および温風がエアミックスダ
ンパ１０の下流側で合流することにより、両空気の割合
に応じた温度の混合空気となって下流側に送られ、エア
ミックスダンパ１０の揺動位置によって、下流側に送風
する空気の温度調整が行われる。したがって、冷風、温
風またはこれらの混合空気は、開口状態とされた各吹出
口１２ａ，１３ａに誘導されて車室内の各箇所に所定の
風量で吹き出されることにより、車室内の空気調和が行
われる。上記実施形態では、車両用空調装置の圧縮機
に、本発明の電磁クラッチの制御方法を適用するものに
限らず、一般的なルームエアコンの圧縮機に本発明を適
用してもよい。

【００２６】

【発明の効果】本発明は、以上説明したとおりに構成さ
れているので、以下に記載するような効果を奏する。請
求項１に記載の電磁クラッチは、電磁コイルに印加され
る電圧を、定格電圧に達するまで所定時間をかけて徐々
に増加するように制御するので、被動クラッチ板は駆動
クラッチ板に徐々に吸着されて完全に連結し、これによ
り、被動クラッチ板の駆動クラッチ板への衝突スピード
を低減できる上に、原動機にかかる負荷は徐々に増加す
る。結果的に、クラッチ連結の際の衝撃音を低減できる
上に、原動機にかかる負荷の急増を緩和できる。また、
従来のように電磁クラッチの構造が複雑化せず、その製
造コストが嵩まない。

【００２７】請求項２に記載の電磁クラッチは、上記請
求項１のような印加電圧制御を容易かつ確実に実施でき
る上に、好適な実施形態を提供できる。請求項３に記載
の発明は、多くの設備で使用される圧縮機を、本発明に
係わる電磁クラッチにより駆動することができる。請求
項４に記載の発明は、車両の乗員が、クラッチ連結時の
衝撃音により不快にならないような車両用空気調和装置
を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係わる車両用空気調和装置の一実施
形態の構成図である。

【図２】 本発明に係わる電磁クラッチの制御装置（電
磁コイルへの電圧印加回路）を示す図である。

【図３】 本実施形態の電磁クラッチへの印加電圧の経
時変化を示すグラフである。

【図４】 印加電圧制御手段の一例を示す図である。

【図５】 電磁クラッチの縦断面図である。

【図６】 従来の電磁クラッチへの印加電圧の経時変化
を示すグラフである。

【符号の説明】

１ 車両用空気調和装置 ２ 空調ユニット ３ エバポレータ ７ ブロアファン ８ 冷媒圧縮機 １０ エアミックスダンパ １１ ヒータ １６ 走行用エンジン（原動機） ３１ 電磁クラッチ ３４ 駆動クラッチ板 ３５ 被動クラッチ板 ３６ 電磁コイル ３９ 圧縮機の始動スイッチ ４０ 車両のバッテリー（電圧源） ４１ 印加電圧制御手段

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 原動機により回転される駆動クラッチ板
   と、この駆動クラッチ板と対向して配置された被動クラ
   ッチ板と、定格電圧を印加されて励磁されたときに前記
   駆動クラッチ板および前記被動クラッチ板のいずれか一
   方を他方に吸着させて連結するための電磁コイルと、こ
   の電磁コイルに定格電圧を印加するための電圧源とを備
   えた電磁クラッチにおいて、 前記電圧源から前記電磁コイルに電圧を印加する際に、
   定格電圧に達するまで段階的あるいは連続的に電圧を増
   加させることを特徴とする電磁クラッチ。
2. 【請求項２】 原動機により回転される駆動クラッチ板
   と、この駆動クラッチ板と対向して配置された被動クラ
   ッチ板と、定格電圧を印加されて励磁されたときに前記
   駆動クラッチ板および前記被動クラッチ板のいずれか一
   方を他方に吸着させて連結するための電磁コイルとを備
   えた電磁クラッチにおいて、 前記電磁コイルと該電磁コイルに定格電圧を印加するた
   めの電圧源との間に、前記印加をオン／オフ制御するた
   めのスイッチが設けられ、このスイッチがオンになった
   ときに前記電磁コイルに電圧を、定格電圧に達するまで
   段階的あるいは連続的に増加するように印加するための
   印加電圧制御手段を備えていることを特徴とする電磁ク
   ラッチ。
3. 【請求項３】 前記原動機の動力が、請求項１または請
   求項２に記載の電磁クラッチを介してシャフトに伝動さ
   れるように構成されたことを特徴とする圧縮機。
4. 【請求項４】 前記原動機および前記電圧源はそれぞれ
   走行用エンジンおよびバッテリーであり、請求項３に記
   載の圧縮機が、導入された空気を冷風にするためのエバ
   ポレータに、高温・高圧のガス冷媒を供給するように構
   成されたことを特徴とする車両用空気調和装置。