(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
自動車のエンジンを駆動源として交流電圧を発生する永久磁石発電機と、
該永久磁石発電機が発生する交流電圧の位相を検出する位相検出手段と，
該永久磁石発電機から流れる交流電流の大きさ及び位相を検出する交流電流検出手段と，
コンバータが出力する直流電圧レベルを検出する直流電圧検出手段と，
該位相検出手段が検出する交流電圧の位相信号と，該交流電流検出手段が検出する交流電流の大きさ及び位相の信号と，該直流電圧検出手段が検出する直流電圧の大きさに応じて前記永久磁石発電機が発生する交流電圧を所定レベルの直流電圧に変換するコンバータと、
該コンバータが出力する直流電圧を交流電圧に変換するインバータとを備え、
該インバータの出力電圧によりカーエアコンのコンプレッサモータを駆動することを特徴とするカーエアコン駆動制御装置。
【請求項２】
前記永久磁石発電機は、回転子を備え、
前記回転子は、その回転子本体の周面に複数の永久磁石を円周方向に配置した表面磁石型回転子であることを特徴とする請求項１に記載のカーエアコン駆動制御装置。
【請求項３】
前記永久磁石発電機は、回転子を備え、
前記回転子は、その回転子本体の内部に複数の永久磁石を円周方向に埋設した埋込磁石型回転子であることを特徴とする請求項１に記載のカーエアコン駆動制御装置。
【請求項４】
前記コンバータと前記インバータとの間に、充放電可能なバッテリが接続されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のカーエアコン駆動制御装置。
【請求項５】
前記埋込磁石型回転子の各永久磁石が円弧状をなし、かつ両端が回転子本体の外周付近に臨むように配置されていることを特徴とする請求項３または４に記載のカーエアコン駆動制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、自動車のエンジンによって駆動される発電機の発生電圧によってカーエアコンのコンプレッサモータを駆動制御するカーエアコン駆動制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
長年の間、自動車の空調を行うカーエアコンは、エンジンの出力軸とプーリおよびベルトによってカップリングされ、クラッチを介して接続されたコンプレッサを直接駆動する方式が専ら採用されてきた。この方式はクラッチのＯＮ／ＯＦＦによってコンプレッサを稼働／停止させることができ、この動作によって車室内の温度調整が可能であり、構成が簡単であるという利点がある。
しかしながら、コンプレッサの回転はエンジンの回転数に依存するため、アイドリング時は充分な冷房効果が得られないなどの問題点も多かった。
【０００３】
そこで、図８に示すカーエアコン駆動制御装置が使われるようになった。このカーエアコン駆動制御装置は、エンジン１によって駆動される発電機２で得た電力を、コンバータ８３によって直流に変換し、さらにインバータ５によって所定の電圧および周波数の交流に変換し、この出力によってカーエアコン６のコンプレッサモータ７を回し、直結されたコンプレッサ８を駆動し、コンデンサ９による冷媒凝縮，膨張弁１０による冷媒膨張およびエバポレータ１１による冷媒蒸発によって、空調を行うものである。
なおコンバータ８３は図９に示すようにダイオード８１によって構成されコンバータ８３そのものは出力である直流電圧レベルを調整する機能を持たない。
【０００４】
また、コンバータ８３およびインバータ５間にバッテリ４を接続し、エンジン１の低回転時や短時間のエンジン停止時にも、カーエアコン６の運転を継続できるようにする構成も採用されることがある。
【０００５】
なお、発電機２は界磁巻線１４を持ち、発電機出力交流電圧が所定のレベルの交流電圧となるよう，界磁電流制御器１２によって界磁電流を制御することで，インバータへの入力直流電圧を所定のレベルに保つことを可能にしている。
【０００６】
このようなカーエアコン駆動制御装置では、カーエアコン６をエンジン１から離れた任意の位置に配置でき、さらに独自に運転できるため、配置設計の自由度が増し、また、吹き出し温度の変動を小さく抑えることができる。また、アイドリング時にも冷房能力を得ることができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記のようなカーエアコン駆動制御装置にあっては、発電機が界磁巻線１４を持つために外形寸法が大形になってしまうほか、界磁電流制御器１２を別途用意する必要があるためコストアップを招くという課題があった。
【０００８】
この発明はこのような従来の課題を解決するものであり、コンバータを構成するスイッチング素子を所定のタイミングでスイッチング制御する直流電圧調整機能によって、小形の発電機を使用可能にし、これにより所期の冷房能力をローコストに得ることができるカーエアコン駆動制御装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、請求項１の発明にかかるカーエアコン駆動制御装置は、自動車のエンジンを駆動源として交流電圧を発生する永久磁石発電機と、該永久磁石発電機が出力する交流電圧の位相を検出する位相検出手段と，該永久磁石発電機が出力する交流電流の大きさ及び位相を検出する交流電流検出手段と，コンバータが出力する直流電圧レベルを検出する直流電圧検出手段と，該位相検出手段が検出する交流電圧の位相信号と，該交流電流検出手段が検出する交流電流の大きさ及び位相の信号と，該直流電圧検出手段が検出する直流電圧の大きさに応じて、前記永久磁石発電機が発生する交流電圧を所定レベルの直流電圧に変換するコンバータと、該コンバータが出力する直流電圧を交流電圧に変換するインバータとを備え、該インバータの出力電圧によりカーエアコンのコンプレッサモータを駆動するようにしたものである。
【００１０】
この態様によれば、前記永久磁石発電機は界磁巻線を持たないため、発電機本体を小形化でき、また界磁電流制御器も不要となる。また、コンバータを構成するスイッチング素子を所定のタイミングでスイッチング制御することによってインバータ入力直流電圧は所定レベルに調整される。
【００１１】
また、請求項２の発明にかかるカーエアコン駆動制御装置は、前記永久磁石発電機が回転子を備え、前記回転子をその回転子本体の周面に複数の永久磁石を円周方向に配置した表面磁石型回転子としたものである。
【００１２】
また、請求項３の発明にかかるカーエアコン駆動制御装置は、前記永久磁石発電機が回転子を備え、前記回転子をその回転子本体の内部に複数の永久磁石を円周方向に埋設した埋込磁石型回転子としたものである。
【００１３】
また、請求項４の発明にかかるカーエアコン駆動制御装置は、前記コンバータと前記インバータとの間に充放電可能なバッテリを接続したものである。
【００１４】
また、請求項５の発明にかかるカーエアコン駆動制御装置は、前記埋込磁石型回転子の各永久磁石を円弧状をなし、かつ両端が回転子本体の外周付近に臨むように配置したものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の一形態を図１および図２について説明する。図１はこの発明のカーエアコン駆動制御装置を示すブロック図である。同図において、１は自動車の推進力などの動力源となるエンジンであり、カーエアコンを駆動する電力も、このエンジン１によって駆動される永久磁石発電機２Ａから得る。
【００１６】
この永久磁石発電機２Ａは、複数の永久磁石を配置した回転子の回転により、固定子側に配置した巻線にその回転数に応じた、図３に示すような電圧を誘起するというものである。このため、従来のような発生電圧制御用の界磁コイルは設けられない。
【００１７】
また、永久磁石発電機２Ａが発生する交流電圧の位相を検出する位相検出手段１３と，永久磁石発電機２Ａが発生する交流電流の大きさ及び位相を検出する交流電流検出手段１４とコンバータ３が出力する直流電圧検出検出手段１６を持つ。これら位相検出手段１３，交流電流検出手段１４，及び直流電圧検出手段１６のそれぞれの出力信号は直流電圧制御器１５に入力され，直流電圧制御器１５はコンバータ３を構成するスイッチング素子にスイッチング信号を入力する。
【００１８】
前記コンバータ３は、図２に示すように、永久磁石発電機２Ａが発生する交流３相３線と直流２線との間に、６個ずつのスイッチング素子としてのトランジスタ１７と、これらに逆並列接続された並列ダイオード１８とを、ブリッジ接続したものからなる。
【００１９】
従って、これらのトランジスタ１７は、直流電圧御器１５で設定されたスイッチング信号をベースに受けて、永久磁石発電機２Ａが発生する電圧を、Ｒ，Ｓ，Ｔの各相ごとに所定レベルに直流変換する。
【００２０】
このように、各トランジスタ１７のベースに印加するスイッチング信号を制御することで、このコンバータ３に任意レベルの電圧を出力させ、これをインバータ５で所定周波数，所定レベルの交流電圧に変換して、コンプレッサモータ７へ供給している。
【００２１】
従って、エンジン１の回転数とは独立して、コンプレッサモータ７の回転数を任意に制御でき、カーエアコンの吹出し温度を設定値に調整できる。
【００２２】
図４は永久磁石発電機２Ａを構成する表面磁石型回転子１９を示す端面図であり、これが回転子本体２０の表面に４組の円弧状の永久磁石２１を配置したものからなる。この表面磁石型回転子１９は回転軸２２の軸方向に長く、永久磁石２１は、円弧面に臨む極性Ｎ，Ｓが交互配置となるように着磁されている。
【００２３】
図５は永久磁石発電機２Ａを構成する埋込磁石型回転子２３を示す端面図であり、これが回転子本体２４内に４個の円弧状の埋込永久磁石２５を、図４に示したものとは逆向きに、すなわちこれらの両端が回転子本体２４の外周付近に臨むように配置したものからなる。この埋込磁石型回転子２３を持つ永久磁石発電機２Ａでは、発電機電流の電流位相を進めると電圧が大きくなるが、電流位相を遅らせると電圧が小さくなる特性を持つ。
【００２４】
図６（ａ），（ｂ）は発電機電流の位相を遅らせた場合と進めた場合の、埋込磁石型回転子を持つ永久磁石発電機の発電機電流と発電機電圧との関係を示す説明図である。これによれば発電機誘起電圧Ｅに対して、図６（ｂ）に示すように発電機電流Ｉを進めた場合には、発電機巻線の抵抗Ｒおよび発電機巻線のインダクタンスＬによる電圧変化分だけ、発電機電圧Ｖが、図６に示すように大きくなることが分かる。なお，発電機電流Ｉは発電機に流入する電流を正として考える。
【００２５】
この結果、発電機電流の電流位相は交流電流検出手段によって検出し，直流電圧制御器１５によって所望の発電機電流位相になるようにスイッチング信号を設定することで，発電機出力電圧は図７に示すように点線で示す幅Ｖａ内で電圧調整ができることとなる。従って，埋込磁石形発電機を用いると，発電機出力電圧をコンバータ３の変換効率が最も高くなる値に制御した上で，所定の直流電圧となるように制御することが可能となる。
【００２６】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、自動車のエンジンによって駆動される永久磁石発電機に、該永久磁石発電機が出力する交流電圧の位相を検出する位相検出手段と，該永久磁石発電機が出力する交流電流の大きさ及び位相を検出する交流電流検出手段と，コンバータが出力する直流電圧レベルを検出する直流電圧検出手段と該位相検出手段が検出する交流電圧の位相信号と，該交流電流検出手段が検出する交流電流の大きさ及び位相の信号と，該直流電圧検出手段が検出する直流電圧の大きさに応じて、前記永久磁石発電機が発生する交流電圧を、コンバータにおいて所定レベルの直流電圧に変換させるようにしたので、従来のような界磁巻線および界磁電流制御器を省くことができ、発電機本体の小形化，軽量化およびカーエアコン全体のローコスト化を図ることができる。
【００２７】
また、前記永久磁石発電機が回転子を備えることとし、更に、この回転子を、回転子本体の内部に複数の永久磁石を円周方向に埋設した埋込磁石型回転子とすることで、発電機電流の電流位相を制御することにより、発電器出力電圧をコンバータの変換効率が最も高くなる値に制御し、かつ所定の直流電圧となるよう制御することが可能となる。
【００２８】
また、コンバータとインバータとの間にバッテリを接続することで、エンジンの低速回転時や短時間のエンジン停止にも、バッテリに充電された電力を利用して、コンプレッサモータの駆動によるカーエアコンの運転を継続できるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の実施の一形態によるカーエアコン駆動制御装置を示すブロック図。
【図２】  図１におけるコンバータの詳細を示す回路図。
【図３】  図１におけるコンバータの発生電圧特性図。
【図４】  図１における永久磁石発電機の回転子を示す概念図。
【図５】  この発明における埋込磁石型の永久磁石発電機の埋込磁石型回転子を示す概念図。
【図６】  埋込磁石型回転子を持つ永久磁石発電機における発電機電流の電流位相と発電機電圧との関係を示すベクトル図。
【図７】  埋込磁石型回転子を持つ永久磁石発電機の発生電圧特性図。
【図８】  従来のカーエアコン駆動制御装置を示すブロック図。
【図９】  図８におけるコンバータの詳細を示す回路図。
【符号の説明】
１…エンジン
２Ａ…永久磁石発電機
３…コンバータ
４…バッテリ
５…インバータ
６…カーエアコン
７…コンプレッサモータ
１３…位相検出手段
１４…交流電流検出手段
１５…直流電圧制御器
１６…直流電圧検出手段
１７…トランジスタ
１８…ダイオード
１９…表面磁石型回転子
２０、２４…回転子本体
２１…永久磁石
２２…回転軸
２３…埋込磁石型回転子
２５…埋込永久磁石
【図１】
0004335387.tif 000002
【図２】
0004335387.tif 000003
【図３】
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【図４】
0004335387.tif 000005
【図５】
0004335387.tif 000006
【図６】
0004335387.tif 000007
【図７】
0004335387.tif 000008
【図８】
0004335387.tif 000009
【図９】
0004335387.tif 000010