(57)【要約】【課題】低周波数のＰＷＭ信号で電子スイッチを駆動させた場合であっても、クラッチはずれの発生を防止できる電磁クラッチの制御装置を提供する。【解決手段】電磁クラッチ１２に流れる負荷電流を検出し、この検出電流と所定の閾値電流とを比較する。駆動回路１９は、検出電流が閾値電流以下となったと判定された場合には、電子スイッチ１５に出力するＰＷＭ信号のデューティ比を増加させる。このため、１［ＫＨｚ］未満の低周波数のＰＷＭ信号を用いて電子スイッチ１５の駆動を制御する場合であっても、負荷電流がクラッチ保持最小電流以下となることを防止でき、確実に電磁クラッチを結合状態に保持することができる。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に搭載される電磁クラッチを制御する電磁クラッチの制御装置において、
電源より出力される電力の導通、遮断を切り換えて、前記電磁クラッチの結合、遮断を制御する電子スイッチと、
ＰＷＭ信号を生成し、該ＰＷＭ信号により前記電子スイッチを駆動する制御手段と、を有し、
前記制御手段は、前記電磁クラッチに供給される負荷電流を監視し、前記負荷電流が前記電磁クラッチの結合状態を保持するために必要なクラッチ保持最小電流以上となるように、前記ＰＷＭ信号のデューティ比を設定することを特徴とする電磁クラッチの制御装置。
【請求項２】
前記制御手段は、
前記負荷電流を検出する電流検出手段と、前記電流検出手段で検出された負荷電流と予め設定した閾値電流とを比較する比較手段と、を備え、
前記比較手段にて前記負荷電流が前記閾値電流以下となったと判定された際に、前記電子スイッチに出力するＰＷＭ信号のデューティ比を増加させる制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の電磁クラッチの制御装置。
【請求項３】
前記比較手段は、前記閾値電流よりも大きい上限電流を設定し、且つ、前記負荷電流と前記上限電流とを比較し、
前記制御手段は、前記比較手段にて前記負荷電流の最小値が前記上限電流以上となったと判定された際に、前記電子スイッチに出力するＰＷＭ信号のデューティ比を減少させる制御を行うことを特徴とする請求項２に記載の電磁クラッチの制御装置。
【請求項４】
前記制御手段は、前記電子スイッチの導通開始時に、所定時間だけＤＣ信号を前記電子スイッチに出力することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の電磁クラッチの制御装置。
【請求項５】
前記制御手段は、
前記電源の出力電圧を検出する電圧検出手段と、前記電源の出力電圧と電子スイッチに出力するＰＷＭ信号のデューティ比との対応関係のデータを記憶するデューティ比変換テーブルと、前記電圧検出手段にて検出される電圧に基づき、前記デューティ比変換テーブルを参照して前記ＰＷＭ信号のデューティ比を設定するデューティ比設定手段と、を有することを特徴とする請求項１に記載の電磁クラッチの制御装置。
【請求項６】
前記制御手段は、前記電子スイッチを導通させた際に、導通開始からの経過時間を計時する計時手段を更に有し、
前記デューティ比変換テーブルは、前記電子スイッチの導通開始からの経過時間に応じて、前記電源の出力電圧と、出力するＰＷＭ信号のデューティ比との対応関係のデータを複数設定し、
前記デューティ比設定手段は、前記電圧検出手段にて検出される電圧に加え、前記経過時間に基づいて、デューティ比を設定することを特徴とする請求項５に記載の電磁クラッチの制御装置。
【請求項７】
前記デューティ比変換テーブルは、前記電子スイッチの導通開始からの経過時間が所定時間以内の場合には、デューティ比を１００％とすることを特徴とする請求項６に記載の電磁クラッチの制御装置。
【請求項８】
前記デューティ比変換テーブルは、前記電磁クラッチに流れる電流が前記電磁クラッチを結合状態に保持するための最小電流よりも大きく設定した閾値電流よりもやや大きくなるように、デューティ比が決められていることを特徴とする請求項５〜請求項７のいずれか１項に記載の電磁クラッチの制御装置。
【請求項９】
前記電源は、車両に搭載されるバッテリであることを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれか１項に記載の電磁クラッチの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、車両に搭載されるコンプレッサとエンジンとを機械的に結合する電磁クラッチの制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両に搭載されるエアコン用のコンプレッサは、電磁クラッチ及びプーリを介してエンジンの出力軸と連結され、該エンジンより供給される駆動力により駆動される。また、電磁クラッチを制御するための制御装置は、バッテリと電磁クラッチとの間に設けられるＭＯＳＦＥＴ等の電子スイッチをＰＷＭ制御することにより、電磁クラッチの結合、遮断を切り換える（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
従来における電磁クラッチの制御装置は、例えば、周波数２０［ＫＨｚ］程度のＰＷＭ信号を電子スイッチの制御端子に供給して、該電子スイッチを駆動させ、電磁クラッチに所望の電力を供給して電磁クラッチを駆動する。
【０００４】
ここで、従来におけるＰＷＭ制御では、上述したように２０［ＫＨｚ］程度の比較的高い周波数が用いられることが多く、高い周波数のＰＷＭ信号で電子スイッチを駆動させる場合には、ノイズが発生するという問題点や、電子スイッチやその他の駆動デバイスが高周波数に対応できる性能を備える必要があり、コストアップにつながるという問題点がある。また、電磁クラッチは、低周波数で駆動したときに生じる振動がモータ負荷等と比較して小さいことから、昨今においてはこれらの問題を解決するために、ＰＷＭ信号の周波数を数百［Ｈｚ］以下の低い周波数とする試みがなされている。
【特許文献１】特開２００３−２４００２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したように、従来の電磁クラッチの制御装置においては、ノイズの低減、及び駆動デバイスのコストダウンを目的として、電子スイッチを駆動するためのＰＷＭ信号を、低周波数とする傾向となっている。
【０００６】
しかしながら、ＰＷＭ信号の周波数を低くした場合には、ＰＷＭ信号のデューティ比が低い場合には、クラッチはずれが発生するという問題が生じる。以下、詳細に説明する。  図１３（ａ）は、周波数２０［ＫＨｚ］のＰＷＭ信号で電子スイッチを駆動させたときの電磁クラッチに流れる電流の変化を示す特性図（符号Ｓ１１）、図１３（ｂ）は、周波数１００［Ｈｚ］のＰＷＭ信号で電子スイッチを駆動させたときの電磁クラッチに流れる電流の変化を示す特性図（符号Ｓ１２）であり、ＰＷＭ信号のデューティ比は共に５０％である。なお、図１３（ａ）、（ｂ）は、理解しやすさを考慮して電流の変化を概念的に示しており、横軸に示す周期は２０［ＫＨｚ］と１００［Ｈｚ］の周波数の関係になっていない。
【０００７】
図１３（ａ）に示すように、周波数が高い場合には、ＰＷＭ制御時における電子スイッチのオン、オフ動作により電流が若干上下に振幅するが、ほぼ平均電流Ｉ１１の上下で安定した電流を維持している。従って、電磁クラッチに流れる電流Ｓ１１はクラッチ保持最小電流Ｉ１２以下とはならない。
【０００８】
しかし、図１３（ｂ）に示すように周波数が低い場合には、ＰＷＭ制御時における電子スイッチのオン、オフ動作により、電流Ｓ１２は平均電流Ｉ１１を中心として大きく上下に振幅し、ＰＷＭ信号が立ち上がる直前には、クラッチ保持最小電流Ｉ１２を下回ってしまう。この場合には、電磁クラッチの結合を維持する電力を供給できなくなってしまい、クラッチはずれに陥ってしまうという問題が生じる。
【０００９】
即ち、車両用の電磁クラッチは接点を維持するだけでなく、規定の圧力を確保する必要があるので、短時間であっても通電電流がクラッチ保持最小電流Ｉ１２を下回ってしまうと、クラッチすべりによる機器の破損につながる恐れがある。
【００１０】
このような問題を解決するために、デューティ比にマージンをとる方法、即ち、デューティ比を大きめに設定する方法が考えられる。しかし、この方法では、必要以上に大きなデューティ比としてしまう場合があり、必要以上に多くの電力を消費するという欠点がある。
【００１１】
このように、従来における電磁クラッチの制御装置では、ＰＷＭ信号の周波数を低周波数とすることにより、ノイズを低減し且つコストダウンを図るという利点がある反面、クラッチはずれが生じるという欠点があり、何とかこの欠点を克服したいという要望が高まりつつあった。
【００１２】
本発明は、このような従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、低周波数のＰＷＭ信号で電子スイッチを駆動させた場合であっても、クラッチはずれの発生を防止できる電磁クラッチの制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、車両に搭載される電磁クラッチを制御する電磁クラッチの制御装置において、電源より出力される電力の導通、遮断を切り換えて、前記電磁クラッチの結合、遮断を制御する電子スイッチと、ＰＷＭ信号を生成し、該ＰＷＭ信号により前記電子スイッチを駆動する制御手段と、を有し、前記制御手段は、前記電磁クラッチに供給される負荷電流を監視し、前記負荷電流が前記電磁クラッチの結合状態を保持するために必要なクラッチ保持最小電流以上となるように、前記ＰＷＭ信号のデューティ比を設定することを特徴とする。
【００１４】
請求項２に記載の発明は、前記制御手段は、前記負荷電流を検出する電流検出手段と、前記電流検出手段で検出された負荷電流と予め設定した閾値電流とを比較する比較手段と、を備え、前記比較手段にて前記負荷電流が前記閾値電流以下となったと判定された際に、前記電子スイッチに出力するＰＷＭ信号のデューティ比を増加させる制御を行うことを特徴とする。
【００１５】
請求項３に記載の発明は、前記比較手段は、前記閾値電流よりも大きい上限電流を設定し、且つ、前記負荷電流と前記上限電流とを比較し、前記制御手段は、前記比較手段にて前記負荷電流の最小値が前記上限電流以上となったと判定された際に、前記電子スイッチに出力するＰＷＭ信号のデューティ比を減少させる制御を行うことを特徴とする。
【００１６】
請求項４に記載の発明は、前記制御手段は、前記電子スイッチの導通開始時に、所定時間だけＤＣ信号を前記電子スイッチに出力することを特徴とする。
【００１７】
請求項５に記載の発明は、前記制御手段は、前記電源の出力電圧を検出する電圧検出手段と、前記電源の出力電圧と電子スイッチに出力するＰＷＭ信号のデューティ比との対応関係のデータを記憶するデューティ比変換テーブルと、前記電圧検出手段にて検出される電圧に基づき、前記デューティ比変換テーブルを参照して前記ＰＷＭ信号のデューティ比を設定するデューティ比設定手段と、を有することを特徴とする。
【００１８】
請求項６に記載の発明は、前記制御手段は、前記電子スイッチを導通させた際に、導通開始からの経過時間を計時する計時手段を更に有し、前記デューティ比変換テーブルは、前記電子スイッチの導通開始からの経過時間に応じて、前記電源の出力電圧と、出力するＰＷＭ信号のデューティ比との対応関係のデータを複数設定し、前記デューティ比設定手段は、前記電圧検出手段にて検出される電圧に加え、前記経過時間に基づいて、デューティ比を設定することを特徴とする。
【００１９】
請求項７に記載の発明は、前記デューティ比変換テーブルは、前記電子スイッチの導通開始からの経過時間が所定時間以内の場合には、デューティ比を１００％とすることを特徴とする。
【００２０】
請求項８に記載の発明は、前記デューティ比変換テーブルは、前記電磁クラッチに流れる電流が前記電磁クラッチを結合状態に保持するための最小電流よりも大きく設定した閾値電流よりもやや大きくなるように、デューティ比が決められていることを特徴とする。
【００２１】
請求項９に記載の発明は、前記電源は、車両に搭載されるバッテリであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
請求項１の発明では、制御手段により負荷電流が監視され、該負荷電流がクラッチ保持最小電流以下となるように、電子スイッチを駆動するためのＰＷＭ信号のデューティ比が設定されるので、負荷電流をクラッチ保持最小電流以上に保持することができ、クラッチはずれの発生を防止できる。
【００２３】
請求項２の発明では、ＰＷＭ信号により電子スイッチを駆動して、電磁クラッチの結合状態を保持する際に、電磁クラッチに流れる負荷電流が瞬時的に閾値電流以下となった場合には、ＰＷＭ信号のデューティ比を増加するように制御するので、負荷電流がクラッチ保持最小電流以下に低下することを防止できる。従って、クラッチはずれの発生を防止し、電磁クラッチを確実に結合状態に保持することができる。
【００２４】
請求項３の発明では、ＰＷＭ制御により上下に振幅する負荷電流の最小値が、予め設定した上限電流以上となった場合には、ＰＷＭのデューティ比を減少するように制御するので、必要以上に大きい電力を電磁クラッチに供給することを防止でき、消費電力を低減することができる。
【００２５】
請求項４の発明では、電子スイッチの導通開始時、即ち、電磁クラッチの結合開始時に、ＰＷＭ制御手段は、所定時間だけＤＣ信号（直流信号）を電子スイッチに供給するので、負荷電流を即時に電磁クラッチの動作電流に到達させることができ、電磁クラッチを迅速且つ確実に結合させることができる。
【００２６】
請求項５の発明では、電源の出力電圧が電圧検出手段にて検出され、更に、デューティ比設定手段は、この出力電圧に基づいて、電磁クラッチに所望の電流を供給し得る好適なデューティ比が設定するので、電磁クラッチに流れる電流がクラッチ保持最小電流以下となることを防止することができ、電磁クラッチを確実に連結し、且つ連結状態を確実に維持することができる。
【００２７】
請求項６の発明では、電子スイッチの導通開始からの経過時間に応じて、電源の出力電圧とデューティ比との関係を示す変換テーブルが設定されるので、導通開始直後には確実且つ迅速に電磁クラッチを結合させることができ、その後、この結合状態を維持することができる。
【００２８】
請求項７の発明では、電子スイッチの導通開始から所定時間以内は、デューティ比を１００％、即ち直流信号とするので、電磁クラッチの結合時には、該電磁クラッチを強い力で結合させることができ、クラッチはずれ等のトラブルを引き起こすことなく、確実且つ迅速に電磁クラッチを結合させることができる。
【００２９】
請求項８の発明では、デューティ比変換テーブルに記憶される電圧とデューティ比との関係を示すデータは、電磁クラッチに流れる電流がクラッチを結合状態に保持するために必要な最小電流よりも若干大きい電流が流れるように設定されたデータとされるので、電磁クラッチに供給する電流を閾値電流よりも大きい電流に保持できると共に、必要以上にデューティ比が大きくなることを防止し、不要な消費電力を削減することができる。
【００３０】
請求項９の発明では、電磁クラッチに電力を供給するための電源として、出力電圧が大きく変動するバッテリが用いられる。そして、出力電圧が変動する場合であっても、電磁クラッチに供給する電流はクラッチ保持最小電流以上となるように制御されるので、クラッチはずれを引き起こすことなく、確実な連結が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００３２】
［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態に係り、車両に搭載されるエンジン１４とコンプレッサ１３との接続状態を示す説明図であり、コンプレッサ１３の駆動軸に設けられる電磁クラッチ１２により、エンジン１４の出力軸とコンプレッサ１３の駆動軸との間の機械的な結合、遮断が切り換えられる。そして、電磁クラッチ１２の結合、遮断を制御するための制御装置１１が設けられている。
【００３３】
図２は、制御装置（制御手段）１１の構成を示す回路図である。同図に示すように、バッテリ（電源）ＶＢと電磁クラッチ１２との間には、該バッテリＶＢと電磁クラッチ１２との間のオン、オフを切り換えるＭＯＳＦＥＴ（電界効果トランジスタ）等の電子スイッチ１５、及び制御装置１１が設けられている。そして、該制御装置１１により電子スイッチをＰＷＭ制御して電磁クラッチ１２の結合、遮断を切り換える。即ち、電磁クラッチ１２に電力が供給された場合には、図１に示したエンジン１４の出力軸とコンプレッサ１３の駆動軸が結合されて、エンジン１４より出力される回転動力がコンプレッサ１３に伝達され、該コンプレッサ１３が駆動する。また、電磁クラッチ１２への電力の供給が停止した場合には、エンジン１４の出力軸とコンプレッサ１３の駆動軸が遮断されるので、エンジン１４より出力される回転動力はコンプレッサ１３に伝達されず、コンプレッサ１３は停止する。
【００３４】
制御装置１１は、電子スイッチ１５に制御信号を出力する駆動回路１９と、センサ部１７ａを備え電磁クラッチ１２に流れる電流（以下、「負荷電流」という）を検出する電流検出回路（電流検出手段）１７と、該電流検出回路１７で検出された電流と所定の閾値電流とを比較し、この比較結果を駆動回路１９に出力する判定回路（比較手段）１８と、ＣＰＵ２０、及び回生ダイオードＤ１を有している。
【００３５】
ＣＰＵ２０は、車両に搭載される外気温センサで検出される外気温度、エアコンモード入力信号、車両速度等の各種のデータに基づいて、コンプレッサ１３を駆動させるか否かを判断し、コンプレッサ１３を駆動させる場合には、駆動許可信号を駆動回路１９に出力する。
【００３６】
判定回路１８は、電磁クラッチ１２を結合状態に保持するために最低限必要な電流、或いはこの電流よりも若干高い電流を閾値電流（図６に示すＩ４）として設定し、電流検出回路１７で検出された負荷電流がこの閾値電流を下回った際に、比較結果として、電流低下信号を駆動回路１９に出力する。更に、負荷電流の最小値（後述する図６の符号Ｓ３に示す曲線の極小の値）が予め設定した上限電流（図６に示すＩ５）を超えた際に、比較結果として、電流上昇信号を駆動回路１９に出力する。
【００３７】
駆動回路１９は、ＣＰＵ２０より駆動許可信号が供給された際に、例えば、５０〜数百［Ｈｚ］程度の低周波数（即ち、１［ＫＨｚ］未満の周波数）のＰＷＭ信号を電子スイッチ１５に出力する。また、該駆動回路１９は、ＰＷＭ信号のデューティ比を変更する機能を備えており、後述するように、判定回路１８より得られる上記電流低下信号、及び電流上昇信号に基づいて、好適なデューティ比となるＰＷＭ信号を生成して、電子スイッチ１５に出力する。
【００３８】
電子スイッチ１５は、例えばＭＯＳＦＥＴであり、主電極であるドレイン、ソースがそれぞれ、バッテリＶＢ、電磁クラッチ１２に接続され、制御電極であるゲートが駆動回路１９に接続される。
【００３９】
回生ダイオードＤ１は、電子スイッチ１５がオンからオフに切り換えられた際（ＰＷＭ制御時の後縁及びスイッチ遮断時）に、誘導性の負荷である電磁クラッチ１２に蓄積された電流エネルギーを消費するために設けられる。
【００４０】
次に、上記のように構成された本実施形態に係る電磁クラッチの制御装置１１の動作について図３に示すフローチャート、及び図５、図６に示す特性図を参照して説明する。
【００４１】
図５は、駆動回路１９が電子スイッチ１５に出力する制御信号と、電磁クラッチ１２に流れる負荷電流との関係を示す特性図であり、図５（ｂ）は、電子スイッチ１５をオンとした後の、駆動回路１９より出力される制御信号（始動時、及びＰＷＭ制御時）を示し、図５（ａ）は、負荷電流の変化を示す。同図において、曲線Ｓ１は、電磁クラッチ１２に流れる負荷電流の変化を示し、曲線Ｓ２は、電子スイッチ１５をＰＷＭ制御しない場合、即ち、制御信号をＤＣ信号とした場合の、負荷電流の変化を示している。また、電流Ｉ１は、電磁クラッチ１２が動作完了するために必要な負荷電流であり、電流Ｉ２は、ＰＷＭ制御を開始する際の電流である。
【００４２】
図６は、ＰＷＭ制御実行時における駆動回路１９より出力されるＰＷＭ信号と、電磁クラッチ１２に流れる負荷電流との関係を示す特性図であり、図６（ｂ）は、ＰＷＭ信号を示し、図６（ａ）は、負荷電流Ｓ３を示す。同図において、電流Ｉ３は、電磁クラッチ１２の結合を保持するために必要な最小電流（以下、「クラッチ保持最小電流」という）であり、電流Ｉ４は、クラッチ保持最小電流Ｉ３よりも若干大きく設定した閾値電流であり、電流Ｉ５は、上限電流である。
【００４３】
図３は、本発明の第１実施形態に係る駆動回路１９による電子スイッチ１５の制御処理手順を示すフローチャートである。ステップＳ１において、駆動回路１９は、ＣＰＵ２０より駆動許可信号が入力されたか否かを判定する。駆動許可信号が入力されたと判定した場合には、ステップＳ２に処理を移行し、駆動許可信号が入力されたと判定されない場合には、本処理を終了する。
【００４４】
ステップＳ２では、駆動回路１９は、電子スイッチ１５にＤＣ信号（直流信号）を出力する。その結果、図５の始動時間Ｔ１に示すように、電磁クラッチ１２に流れる負荷電流Ｓ１が徐々に増加し、点Ｐ１にて該電磁クラッチ１２による結合が完了する。その後、ステップＳ１３に処理を移行する。なお、図５の始動時間Ｔ１内で電流が一時的に減少する変化は、電磁クラッチ１２の結合による電流変化によるものである。
【００４５】
ステップＳ３では、駆動回路１９は、所定の始動時間Ｔ１が経過したか否かを判定し、始動時間Ｔ１が経過した場合には、ステップＳ４に処理を移行する。
【００４６】
ステップＳ４では、駆動回路１９は、初期的なＰＷＭ信号として、周波数１００［Ｈｚ］、デューティ比６０％のＰＷＭ信号を生成して、電子スイッチ１５に出力する。即ち、電磁クラッチ１２の駆動開始から、始動時間Ｔ１が経過するまでは、電子スイッチ１５の制御信号としてＤＣ信号を出力し、始動時間Ｔ１が経過した後には、制御信号をＰＷＭ信号に切り換えて電子スイッチ１５に出力する。その後、ステップＳ５に処理を移行する。
【００４７】
ステップＳ５では、駆動回路１９は、電流検出回路１７（図２）で検出される負荷電流が閾値電流Ｉ４以下となっているか否かを判定する。即ち、図６に示す曲線Ｓ３が閾値電流Ｉ４以下となったか否かを判定する。そして、負荷電流が閾値電流Ｉ４以下であると判定した場合、即ち、判定回路１８より電流低下信号が出力された場合には、ステップＳ７に処理を移行し、負荷電流が閾値電流Ｉ４以下でないと判定した場合には、ステップＳ６に処理を移行する。
【００４８】
ステップＳ７では、駆動回路１９は、ＰＷＭ信号のデューティ比を所定ポイント増加する。例えば、６０％であるデューティ比を２ポイント増加させて６２％とする処理を行う。この処理が終了したならば、ステップＳ５に処理を戻す。ＰＷＭ信号のデューティ比が増加すると、ＰＷＭ信号の立ち下がり（後縁）から、次の立ち上がり（前縁）までのオフ時間が相対的に短くなるので、オフ時間における電流の下降が抑制され、電流の最小値が上昇することとなる。つまり、デューティ比を増大させることにより、負荷電流が閾値電流以下となることを防止できる。
【００４９】
ステップＳ６では、駆動回路１９は、現時点で設定されているデューティ比を固定する。その後、ステップＳ８に処理を移行する。
【００５０】
ステップＳ８では、駆動回路１９は、ＣＰＵ２０より出力される駆動許可信号が停止されたか否かを判定する。そして、駆動許可信号が停止されたと判定した場合には、本処理を終了する。こうして、電磁クラッチ１２の結合を保持し得る最適なデューティ比で電子スイッチ１５を制御することができるのである。
【００５１】
このようにして、第１実施形態に係る電磁クラッチの制御装置１１では、１［ＫＨｚ］未満（５０〜数百［Ｈｚ］程度）の低周波数で電子スイッチ１５をＰＷＭ制御する場合において、クラッチ保持最小電流Ｉ３よりも若干大きい閾値電流Ｉ４を設定し、負荷電流がこの閾値電流Ｉ４下回った場合には、ＰＷＭ信号のデューティ比を増加させる。従って、電磁クラッチ１２に流れる負荷電流が、閾値電流Ｉ４を下回ることを防止でき、その結果、クラッチはずれを防止し、電磁クラッチ１２の結合状態を確実に保持することができる。
【００５２】
また、１［ＫＨｚ］未満の低周波数のＰＷＭ信号で電子スイッチ１５を制御するので、ノイズの発生を低減することができ、また、高周波数に適用可能な高価な駆動デバイスを使用する必要がないので、回路全体のコストダウンを図ることができる。
【００５３】
更に、本実施形態では、バッテリＶＢの出力電圧が変化した場合でも、その電圧に適したデューティ比のＰＷＭ信号を生成するので、車両に搭載されるバッテリのように、そのときの状況に応じて出力電圧が大きく変化する電源を用いる場合に、極めて有効となる。
【００５４】
また、駆動回路１９は、電子スイッチ１５の導通開始時に、所定時間だけＤＣ信号（直流信号）を電子スイッチ１５に出力するので、電子スイッチ１５の導通開始時において、確実に電磁クラッチ１２を結合状態とすることができる。
【００５５】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について説明する。第２実施形態は、前述した第１実施形態と対比して図３に示した電子スイッチ駆動処理のみが相違するので、以下、図４に示すフローチャートを参照して第２実施形態に係る電子スイッチ駆動処理について説明する。
【００５６】
ステップＳ１１において、駆動回路１９は、ＣＰＵ２０より駆動許可信号が入力されたか否かを判定する。駆動許可信号が入力されたと判定した場合には、ステップＳ１２に処理を移行し、駆動許可信号が入力されたと判定されない場合には、本処理を終了する。
【００５７】
ステップＳ１２では、駆動回路１９は、電子スイッチ１５にＤＣ信号（直流信号）を出力する。その結果、図５の始動時間Ｔ１に示すように、電磁クラッチ１２に流れる負荷電流Ｓ１が徐々に増加し、点Ｐ１にて該電磁クラッチ１２による結合が完了する。その後、ステップＳ１３に処理を移行する。
【００５８】
ステップＳ１３では、駆動回路１９は、所定の始動時間Ｔ１が経過したか否かを判定し、始動時間Ｔ１が経過した場合には、ステップＳ１４に処理を移行する。
【００５９】
ステップＳ１４では、駆動回路１９は、初期的なＰＷＭ信号として、周波数１００［Ｈｚ］、デューティ比６０％のＰＷＭ信号を生成して、電子スイッチ１５に出力する。即ち、電磁クラッチ１２の駆動開始から、始動時間Ｔ１が経過するまでは、電子スイッチ１５の制御信号としてＤＣ信号を出力し、始動時間Ｔ１が経過した後には、制御信号をＰＷＭ信号に切り換えて電子スイッチ１５に出力する。その後、ステップＳ１５に処理を移行する。
【００６０】
ステップＳ１５では、駆動回路１９は、電流検出回路１７（図２）で検出される負荷電流が閾値電流Ｉ４以下となっているか否かを判定する。即ち、図６に示す曲線Ｓ３が閾値電流Ｉ４以下となったか否かを判定する。そして、負荷電流が閾値電流Ｉ４以下であると判定した場合には、ステップＳ１６に処理を移行し、負荷電流が閾値電流Ｉ４以下でないと判定した場合には、ステップＳ１７に処理を移行する。
【００６１】
ステップＳ１６では、駆動回路１９は、ＰＷＭ信号のデューティ比を所定ポイント増加する。例えば、６０％であるデューティ比を２ポイント増加させて６２％とする処理を行う。この処理が終了したならば、ステップＳ１７に処理を移行する。そして、デューティ比を増大させることにより、負荷電流が閾値電流以下となることを防止できる。
【００６２】
ステップＳ１７では、駆動回路１９は、電流検出回路１７（図２）で検出される負荷電流の最小値が上限電流Ｉ５以上となっているか否かを判定する。即ち、図６に示す曲線Ｓ３の最小値（上下に変動する電流の極小となる値）が上限電流Ｉ５以上となったか否かを判定する。そして、負荷電流が上限電流Ｉ５以上であると判定した場合、即ち、判定回路１８より電流上昇信号が出力された場合には、ステップＳ１８に処理を移行し、負荷電流が上限電流Ｉ５以上でないと判定した場合には、ステップＳ１９に処理を移行する。
【００６３】
ステップＳ１８では、駆動回路１９は、ＰＷＭ信号のデューティ比を所定ポイント減少する。例えば、６２％であるデューティ比を２ポイント減少させて６０％とする処理を行う。この処理が終了したならば、ステップＳ１９に処理を移行する。
【００６４】
ステップＳ１９では、駆動回路１９は、ＣＰＵ２０より出力される駆動許可信号が停止されたか否かを判定する。そして、駆動許可信号が停止されたと判定した場合には、本処理を終了し、駆動許可信号が停止されたと判定しない場合には、ステップＳ１５に処理を移行する。こうして、電磁クラッチ１２の結合を保持し得る最適なデューティ比で電子スイッチ１５を制御することができるのである。
【００６５】
このようにして、第２実施形態に係る電磁クラッチの制御装置１１では、上記した第１実施形態に示した効果に加え、負荷電流の最小値が上限電流Ｉ５以上となった場合には、ＰＷＭ信号のデューティ比が減少するように制御されるので、電磁クラッチ１２に対して不必要に大きな電力を供給することを防止することができ、消費電力の低減化を図ることができる。
【００６６】
［変形例］
次に、上記した第１，第２実施形態の変形例について図７を参照して説明する。上述した各実施形態は、図２に示したように、電子スイッチ１５をバッテリＶＢと電磁クラッチ１２との間に設ける構成、即ち、電磁クラッチ１２のハイサイド側に電子スイッチ１５を設ける構成としたが、変形例では、電磁クラッチ１２とグランドとの間に電子スイッチ１５を設ける構成、即ち、電磁クラッチ１２のローサイド側に電子スイッチ１５を設ける構成としている。このため、電流検出回路１７のセンサ部１７ａは、電磁クラッチ１２と電子スイッチ１５との間に設けられ、回生ダイオードＤ１は、電磁クラッチ１２のグランド側からバッテリＶＢ側に向けて配置されている。それ以外の構成は、上述した各実施形態と同様である。
【００６７】
そして、このような構成においても上述した各実施形態と同様の作用、効果を達成することができる。
【００６８】
［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態について説明する。図８は、電磁クラッチ１２の駆動回路、及び該電磁クラッチ１２を制御する制御装置３０の詳細な構成を示す回路図である。図８に示すように、車両に搭載されるバッテリＶＢ（電源）のプラス側の出力端子は、電子スイッチＴ１（例えば、ＭＯＳＦＥＴ）、及び電磁クラッチ１２を介してグランドに接続されている。また、電子スイッチＴ１の制御端子は、制御装置３０に接続されている。
【００６９】
制御装置３０は、ＣＰＵ２６と、バッテリＶＢの出力電圧を検出する電圧計（電圧検出手段）２５と、該電圧計２５で検出された電圧に基づき、変換テーブル（デューティ比変換テーブル）２１（後述）を参照して、デューティ比を設定するデューティ比設定処理部（デューティ比設定手段）２２と、電子スイッチＴ１の駆動を開始した後の経過時間を計時するタイマ（計時手段）２７と、該デューティ比設定処理部２２で設定されたデューティ比となる所定周波数（例えば、１００Ｈｚ）のＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ発生器２３と、該ＰＷＭ発生器２３より出力されるＰＷＭ信号を出力して、電子スイッチＴ１の駆動を制御する駆動回路２４と、を備えている。
【００７０】
ＣＰＵ２６は、車両に搭載される外気温センサで検出される外気温度、エアコンモード入力信号、車両速度等の各種のデータに基づいて、コンプレッサ１３を駆動させるか否かを判断し、コンプレッサ１３を駆動させる場合には、駆動許可信号を駆動回路２４、及びデューティ比設定処理部２２に出力する。
【００７１】
変換テーブル２１には、電子スイッチＴ１の駆動開始からの経過時間毎に、バッテリＶＢの出力電圧と、ＰＷＭ信号のデューティ比との関係を示すデータが記憶されている。図９は、変換テーブル２１に記憶されているデータの一例を示す説明図であり、電子スイッチＴ１を駆動してから１秒以内の場合、１〜１０秒の場合、及び１０秒以上経過した場合において、各バッテリＶＢの出力電圧毎に、デューティ比が設定されている。例えば、電子スイッチＴ１を駆動してから１０秒以上が経過している場合で、バッテリＶＢの出力電圧が１１．５〜１２［Ｖ］の範囲内である場合には、デューティ比は８５％となる。また、電子スイッチＴ１を駆動してから１秒以内である場合には、バッテリＶＢの出力電圧に関わらず、デューティ比は全て１００％、即ち、ＤＣ信号出力（直流出力）に設定されている。
【００７２】
また、変換テーブル２１は、バッテリＶＢの出力電圧と、電磁クラッチ１２の特性、及び電子スイッチＴ１を駆動する周波数（例えば、１００［Ｈｚ］）に基づいて、電磁クラッチ１２に流れる電流値が、電磁クラッチ１２の結合を維持できる電流（以下、これを「クラッチ保持最小電流」と称する）よりも若干大きい電流を閾値電流とした場合に、この閾値電流よりもやや大きい電流が流れるように、デューティ比を設定している。
【００７３】
即ち、図１２の特性図に示すように、電磁クラッチ１２に供給される電流が結合電流Ｉ１以下となった場合には、電磁クラッチ１２の結合は維持されずに遮断され、クラッチ保持最小電流Ｉ２以下となった場合には、電磁クラッチ１２にすべりが発生し、確実な結合ができなくなってしまう。そこで、クラッチ保持最小電流Ｉ２よりも若干大きい電流を閾値電流Ｉ３として設定し、電磁クラッチ１２に供給される電流（特性曲線Ｓ１）がこの閾値電流Ｉ３よりもやや大きくなるように、デューティ比を設定している。
【００７４】
以下、変換テーブル２１の設定方法について説明する。理想的な電磁クラッチ回路をＰＷＭ制御により駆動させる場合に、該電磁クラッチ回路に流れる電流を、電磁クラッチの連結状態を保持し得る最低電流Ｉmin以上に保持するためのＰＷＭ信号のデューティ比は、電磁クラッチ及び電線のインダクタンス成分を「Ｌ」、電磁クラッチ及び電線の抵抗成分を「Ｒ」、ＰＷＭ信号の周波数を「ｆ」とした場合に、下記（１）式で算出できることが知られている。
【数１】
2009174608.tif 000003
【００７５】
そして、上記（１）式に基づいて、電圧計２５で検出される電圧値とデューティ比との関係を示す変換テーブル２１を作成することができる。つまり、電磁クラッチ１２の駆動回路におけるインダクタンス成分「Ｌ」、及び抵抗成分「Ｒ」を予め求めておき、更に、ＰＷＭ信号の周波数「ｆ」を決定すれば、上記（１）式により、電圧値に対応するデューティ比を求めることができ、この算出手法を用いて変換テーブル２１を設定することができる。
【００７６】
また、（１）式に示す抵抗「Ｒ」は、周囲温度に応じて若干変化する。即ち、周囲温度が高くなると、抵抗「Ｒ」の値が大きくなる。従って、想定される複数の周囲温度に対応して、複数通りの変換テーブル２１を作成しておき、更に、周囲温度を測定する温度計（図示省略）を設け、該温度計で測定される周囲温度に対応する変換テーブル２１を用いるようにすれば、温度変化の影響を回避した高精度なデューティ比の設定が可能となる。更に、温度計を用いて直接周囲温度を測定するのではなく、日付、時刻に基づいて基準となる周囲温度を設定しておき、この周囲温度に対応する変換テーブル２１を用いるようにしても良い。
【００７７】
更に、変換テーブル２１の、他の設定方法として、実際の電磁クラッチを用い、且つ、電源電圧を適宜変化させながら、電磁クラッチの連結状態を保持し得るデューティ比を求め、このデータに基づいて変換テーブル２１を作成することも可能である。上記のように、変換テーブル２１が作成されるのである。
【００７８】
デューティ比設定処理部２２は、電圧計２５より出力されるバッテリＶＢの出力電圧と、ＣＰＵ２６より駆動許可信号が出力された後の経過時間に基づいて、電子スイッチＴ１を駆動制御する際のデューティ比を決定する。
【００７９】
ＰＷＭ発生器２３は、デューティ比設定処理部２２で設定されたデューティ比に基づいて、所定の周波数（例えば、１００［Ｈｚ］）で、且つ、上記のデューティ比のＰＷＭ信号を生成し、駆動回路２４に出力する。
【００８０】
駆動回路２４は、ＰＷＭ信号を電子スイッチＴ１の制御端子（例えば、ＭＯＳＦＥＴのゲート）に出力し、電子スイッチＴ１をＰＷＭ駆動させる。
【００８１】
次に、上述のように構成された本実施形態に係る電磁クラッチの制御装置３０の動作について、図１０，図１１に示すフローチャートを参照して説明する。
【００８２】
図１０は、デューティ比設定処理部２２の制御処理を示すフローチャートである。まず、ステップＳ２１では、デューティ比設定処理部２２は、ＣＰＵ２６より出力された駆動許可信号を入力したか否かを判定する。そして、駆動許可信号を入力した場合には、ステップＳ２２に処理を移行し、駆動許可信号が入力されない場合には、本処理を終了する。
【００８３】
ステップＳ２２では、デューティ比設定処理部２２は、駆動許可信号が入力されてからの経過時間が１秒以内であるか否かを判定する。そして、経過時間が１秒以内である場合には、ステップＳ２３に処理を移行し、経過時間が１秒以上である場合には、ステップＳ２４に処理を移行する。
【００８４】
ステップＳ２３では、デューティ比設定処理部２２は、デューティ比１００％とする。即ち、ＤＣ信号を出力する。従って、駆動回路２４より出力されるＰＷＭ信号はＤＣ信号となる。その結果、駆動許可信号が出力されてから１秒間は、電子スイッチＴ１は継続してオン状態となる。この処理が終了したならば、ステップＳ２４に処理を移行する。
【００８５】
ステップＳ２４では、デューティ比設定処理部２２は、バッテリＶＢの出力電圧を検出する。即ち、電圧計２５で検出されるバッテリＶＢの出力電圧を読み取る。この処理が終了したならば、ステップＳ２５に処理を移行する。
【００８６】
ステップＳ２５では、デューティ比設定処理部２２は、ＣＰＵ２６より出力された駆動許可信号を入力してからの経過時間、及びバッテリＶＢの出力電圧に基づいて、変換テーブル２１に記憶されている変換データを参照し、デューティ比を設定する。例えば、電子スイッチＴ１を駆動してから１０秒以上が経過している場合で、バッテリＶＢの出力電圧が１１．５〜１２［Ｖ］の範囲内である場合には、デューティ比を８５％に設定する。この処理が終了したならば、本処理を終了する。
【００８７】
次に、駆動回路２４による電子スイッチ制御処理について、図１１に示すフローチャートを参照して説明する。ステップＳ３１では、駆動回路２４は、ＣＰＵ２６より出力された駆動許可信号を入力したか否かを判定する。そして、駆動許可信号を入力した場合には、ステップＳ３２に処理を移行し、駆動許可信号が入力されない場合には、本処理を終了する。
【００８８】
ステップＳ３２では、駆動回路２４は、ＰＷＭ発生器２３より出力されたＰＷＭ信号により電子スイッチＴ１を制御する。その結果、電子スイッチＴ１は、所望するＰＷＭ信号により駆動することとなり、電磁クラッチ１２を結合状態に維持することが可能な電流を供給することができる。
【００８９】
このようにして、第３実施形態に係る電磁クラッチの制御装置３０では、１［ＫＨｚ］未満（５０〜数百［Ｈｚ］程度）の低い周波数のＰＷＭ信号で電子スイッチＴ１を駆動させる際に、バッテリＶＢの出力電圧を検出し、この出力電圧に基づいて、電子スイッチＴ１をＰＷＭ制御する際のデューティ比を決定し、電磁クラッチ１２に供給される電流がクラッチ保持最小電流Ｉ２以下とならないように制御している。従って、車両に搭載されるバッテリＶＢのように、出力電圧が変動する電源を用いた場合でも、確実に電磁クラッチ１２の締結状態を維持することができる。
【００９０】
また、ＣＰＵ２６より駆動許可信号が出力されてから１秒以内では、ＤＣ信号により電子スイッチＴ１を制御し、更に、１〜１０秒と１０秒経過後で、デューティ比が異なるように設定されるので、電磁クラッチ１２の駆動開始直後において、高精度な電流制御が可能となり、確実且つ迅速に電磁クラッチ１２を結合状態とすることができる。
【００９１】
更に、電流計を使用することなく、電圧計２５を用いて電磁クラッチ１２に流れる電流を制御しており、電圧計２５は電流計と対比して安価に構成することができるので、装置全体のコストダウンを図ることができる。
【００９２】
また、変換テーブル２１には、バッテリＶＢの出力電圧に対して、電磁クラッチ１２に流れる電流が閾値電流以上となる最適なデューティ比が設定されているので、必要以上に大きいデューティ比に設定されることを防止できる。このため、消費電力を低減することができる。
【００９３】
以上、本発明の電磁クラッチの制御装置を図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置き換えることができる。
【００９４】
例えば、上記した第１実施形態では、図３のステップＳ４に示したように、ＰＷＭ信号の初期的なデューティ比を６０％に設定したが、本発明はこれに限定されるものではない。また、第２実施形態で示した図４のステップＳ１６の処理で増加するデューティ比の所定ポイントを２ポイントとし、ステップＳ１８の処理で減少するデューティ比の所定ポイントを２ポイントする例について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００９５】
更に、上記した各実施形態では、一例として車両に搭載されるエンジン１４とコンプレッサ１３との結合、遮断を切り換えるために用いる電磁クラッチ１２の制御に用いる場合を例に挙げたが、本発明はこれに限定されるものではなく、車両に搭載されるその他の電磁クラッチについても適用することができる。
【００９６】
また、上記した各実施形態では、図２、図７に示した駆動回路１９、図８に示した駆動回路２４がデューティ比を決定し、且つ決定したデューティ比のＰＷＭ信号を生成して電子スイッチ１５に出力する例について説明したが、この処理をＣＰＵ２０（図２，図７）、ＣＰＵ２６（図８）が実行する構成としても良い。
【００９７】
更に、上記した第１、第２実施形態では、図６に示したように、クラッチ保持最小電流Ｉ３よりも若干大きい電流を閾値電流Ｉ４として設定したが、これらを同一の電流としても良い。即ち、クラッチ保持最小電流Ｉ３を閾値電流Ｉ４として用いても良い。
【００９８】
また、上記した第３実施形態では、電磁クラッチ１２の駆動開始後の１秒以内は、ＤＣ信号（デューティ比１００％の信号）で電子スイッチＴ１を駆動する例について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、電磁クラッチ１２の駆動直後から１００％未満のデューティ比で電子スイッチＴ１を駆動させても良い。
【産業上の利用可能性】
【００９９】
本発明に係る電磁クラッチの制御装置は、低周波数のＰＷＭ信号で電子スイッチを駆動する際に、クラッチはずれを防止する上で極めて有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１００】
【図１】本発明の実施形態に係る電磁クラッチの制御装置が搭載されるエンジンとコンプレッサとの連結機構を示す説明図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る電磁クラッチの制御装置の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る電磁クラッチの制御装置の処理動作を示すフローチャートである。
【図４】本発明の第２実施形態に係る電磁クラッチの制御装置の処理動作を示すフローチャートである。
【図５】本発明の第１実施形態に係る電磁クラッチの制御装置の、駆動開始時における制御信号と負荷電流の変化を示す特性図である。
【図６】本発明の第１実施形態に係る電磁クラッチの制御装置の、制御信号と負荷電流の変化を示す特性図である。
【図７】本発明の第１実施形態の変形例に係る電磁クラッチの制御装置の構成を示すブロック図である。
【図８】本発明の第３実施形態に係る電磁クラッチの制御装置の構成を示すブロック図である。
【図９】本発明の第３実施形態に係る電磁クラッチの制御装置で使用される変換テーブルを示す説明図である。
【図１０】本発明の第３実施形態に係る電磁クラッチの制御装置の、デューティ比設定処理部による処理手順を示すフローチャートである。
【図１１】本発明の第３実施形態に係る電磁クラッチの制御装置の、駆動回路による処理手順を示すフローチャートである。
【図１２】本発明の第３実施形態に係る電磁クラッチの制御装置の、負荷電流の変化を示す特性図である。
【図１３】ＰＷＭ信号の周波数が高い場合と低い場合の、負荷電流の変化を示す特性図である。
【符号の説明】
【０１０１】
１１  制御装置
１２  電磁クラッチ
１３  コンプレッサ
１４  エンジン
１５  電子スイッチ
１７  電流検出回路（電流検出手段）
１７ａ  センサ部
１８  判定回路（比較手段）
１９  駆動回路
２０  ＣＰＵ
２１  変換テーブル（デューティ比変換テーブル）
２２  デューティ比設定処理部（デューティ比設定手段）
２３  ＰＷＭ発生器
２４  駆動回路
２５  電圧計（電圧検出手段）
２６  ＣＰＵ
２７  タイマ（計時手段）
３０  制御装置
Ｔ１  電子スイッチ
Ｄ１  回生ダイオード
ＶＢ  バッテリ（電源）
【図１】
2009174608.tif 000004
【図２】
2009174608.tif 000005
【図３】
2009174608.tif 000006
【図４】
2009174608.tif 000007
【図５】
2009174608.tif 000008
【図６】
2009174608.tif 000009
【図７】
2009174608.tif 000010
【図８】
2009174608.tif 000011
【図９】
2009174608.tif 000012
【図１０】
2009174608.tif 000013
【図１１】
2009174608.tif 000014
【図１２】
2009174608.tif 000015
【図１３】
2009174608.tif 000016