JP2015115984A

JP2015115984A - 結露防止装置

Info

Publication number: JP2015115984A
Application number: JP2013254176A
Authority: JP
Inventors: 裕章宮本; Hiroaki Miyamoto; 出合　淳志; Atsushi Deai; 淳志出合
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 2013-12-09
Filing date: 2013-12-09
Publication date: 2015-06-22

Abstract

【課題】コストアップすることなく、新たに防水対策を施すことも不要な結露の発生を防止する結露防止装置を提供する。【解決手段】結露防止装置１は、三相モータ５０の運転開始前に、外気温度を測定する温度測定部１０と、三相モータ５０の運転を制御し、通電により自己発熱する電子部品が搭載された制御基板２０と、外気温度に基づいて制御基板２０の通電条件を設定する通電条件設定部３０と、通電条件に基づいて制御基板２０に通電して電子部品を自己発熱させる通電制御部４０と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、通電により自己発熱する電子部品が搭載された制御基板の結露を防止する結露防止装置に関する。

従来、通電により自己発熱する電子部品が搭載された基板において、マイグレーションの発生や電子部品が有する端子の短絡を防止すべく、基板が結露しないようにする技術が検討されてきた（例えば特許文献１−３）。

特許文献１に記載の基板の結露防止構造は、外気流入が可能な開口を有し、基板が収容された筐体の内部に熱伝導性部材を設け、この熱伝導性部材を筐体の内部に設けた熱源と基板における開口の近傍領域とに当接させて配設される。これにより、結露させたくない部位を熱源であたためて結露を発生しないようにしている。

特許文献２に記載のＬＥＤランプは、ＬＥＤチップを実装したモジュール基板を放熱体の一端に固定し、モジュール基板を覆うように取り付けられたグローブの内側と外側とを連通する貫通穴が形成されている。この貫通穴によりグローブの内側と外側との温度差を低減し、結露の発生を防止している。

特許文献３に記載の結露防止用ヒーターは、電流設定手段を有する発熱回路と、温度設定手段及び温度検出手段を有する温度検出回路とを筐体内に備えて構成され、温度検出手段で検出した出力が温度設定手段で設定した出力を上回ると電流設定手段の出力を禁止し、温度検出手段で検出した出力が温度設定手段で設定した出力を下回ると電流設定手段の出力を許可する。これにより、筐体内があたためられ、結露の発生を防止している。

特開２０１２−９９５５７号公報特開２０１３−６９５９９号公報特開２０１３−１６４９０１号公報

特許文献１に記載の技術では、熱伝導性部材を筐体内で引き回す必要があるので、その分、筐体のサイズを大きくする必要がある。また、熱伝導性部材を備えておく必要があるのでコストアップの要因となる。また、特許文献２に記載の技術では、グローブを貫通する貫通穴が形成されているのでグローブの防水性が懸念となる。したがって、防水が必要な部位に用いる場合には、防水処置を施す必要があり、防水対策を行わない場合には使用用途が限定される。更に、特許文献３に記載の技術では、発熱回路が必要になり、その分、筐体のサイズを大きくする必要がある。また、別途、発熱回路を備えておく必要があるのでコストアップの要因となる。

本発明の目的は、上記問題に鑑み、コストアップすることなく、新たに防水対策を施すことも不要な結露の発生を防止する結露防止装置を提供することにある。

上記目的を達成するための本発明に係る結露防止制御装置の特徴構成は、制御対象機器の運転開始前に、外気温度を測定する温度測定部と、前記制御対象機器の運転を制御し、通電により自己発熱する電子部品が搭載された制御基板と、前記外気温度に基づいて前記制御基板の通電条件を設定する通電条件設定部と、前記通電条件に基づいて前記制御基板に通電して前記電子部品を自己発熱させる通電制御部と、を備えている点にある。

このような特徴構成とすれば、制御基板に通電を行う前の外気温度に応じて、制御基板に搭載された電子部品を自己発熱させ、制御基板の表面をあたためることができる。したがって、外気温度が低い場合であっても制御基板に結露が生じることを防止することができるので、例えばコーティングを行う等の防水対策を施すことが不要である。また、制御基板に搭載される電子部品は、従来、制御対象機器の運転の制御に用いられるものを利用することができるので、新たに電子部品を設ける必要がない。したがって、コストアップすることもない。

また、前記通電条件は、現在の前記外気温度に応じて設定されると好適である。

このような構成とすれば、結露が生じる可能性が高いか否かを外気温度を用いて直接、判断することができるので、確実に結露の発生を防止することが可能となる。

また、前記通電条件設定部は、前記外気温度に応じて前記制御基板に通電する通電開始時期を設定すると好適である。

このような構成とすれば、例えば結露が生じる可能性が低い場合には、制御基板に対する通電を遅らせるような制御を行うことができる。したがって、制御基板に対して必要以上に通電を行わないので、結露防止処理に係る消費電力を低減することができる。

また、前記制御対象機器は車両が有する三相モータであり、前記制御基板は前記三相モータの駆動を制御するインバータが搭載されていると好適である。

例えば電気自動車やハイブリッド車両のような電気エネルギーを用いて走行する車両は駐停車している状態から走行を開始する場合、走行初期においてはモータを動力源として利用する。このため、上述した構成とすれば、低温下で駐停車していた前記車両を走行させる場合でも、制御基板に結露が生じないようにすることができるので、インバータの誤動作を防止することが可能となる。

本実施形態に係る結露防止装置の構成を模式的に示すブロック図である。外気温度に応じた制御基板の温度上昇を模式的に示す図である。外気温度に応じた制御基板の温度上昇を模式的に示す図である。外気温度に応じた制御基板の温度上昇を模式的に示す図である。結露防止装置の処理を示すフローチャートである。

本発明に係る結露防止装置は、結露発生条件下であっても結露の発生を防止する機能を備えて構成される。以下、本実施形態の結露防止装置１について説明する。

図１は、本実施形態の結露防止装置１の構成を模式的に示すブロック図である。図１に示されるように、結露防止装置１は、温度測定部１０、制御基板２０、通電条件設定部３０、通電制御部４０の各機能部を備えて構成される。各機能部はＣＰＵを中核部材として、結露の発生を防止する種々の処理を行うための上述の機能部がハードウェア又はソフトウェア或いはその両方で構築されている。本実施形態では、結露防止装置１は、エンジン及び電動モータを動力源とするハイブリッド車両や、電動モータを動力源とする電動車両に備えられる。以下では、ハイブリッド車両に備えられる場合の例を挙げて説明する。

温度測定部１０は、制御対象機器の運転開始前に、外気温度を測定する。制御対象機器とは、後述する通電制御部４０により通電される制御基板２０が運転を制御する機器である。制御基板２０が運転を制御するとは、制御基板２０自身が運転を制御するものではなく、通電制御部４０からの制御信号に基づいて制御基板２０が動作され、その結果、制御対象の機器を制御することを意味する。したがって、言い換えれば、制御基板２０を介して通電制御部４０が運転を制御することにあたる。制御対象機器とは、本実施形態では車両（ハイブリッド車両）が有する三相モータ５０が相当する。以下では、制御対象機器を三相モータ５０として説明する。外気温度とは、車外の温度である。したがって、温度測定部１０は、三相モータ５０の運転開始前に、車外の温度を測定する。測定結果は、後述する通電条件設定部３０に伝達される。

制御基板２０は、三相モータ５０の運転を制御し、通電により自己発熱する電子部品が搭載される。本実施形態では、制御基板２０は、三相モータ５０の駆動を制御するインバータが搭載されている。したがって、通電により自己発熱する電子部品とは、インバータを構成するスイッチング素子（例えば、ＦＥＴやＩＧＢＴ等）が相当する。

ここで、制御基板２０は、ハイブリッド車両における外気と通じる位置に設けられる。外気と通じる位置とは、外気に晒される位置であり、例えばエンジンルームと車室との境界部等が相当する。もちろん、外気に間接的に晒されるような密閉空間も含む。したがって、外気と通じる位置とは、車両のエンジン停止後、長時間駐車していた場合には、外気温度と同程度の温度に達する位置が相当する。このため、制御基板２０の表面は、車両のエンジン停止後、長時間駐車していた場合には、外気温度と同程度の温度に達する。

したがって、例えば外気温度が０℃以下である場合において、車両の停車後、長時間が経過し、インバータに通電されると制御基板２０の表面が結露することがある。係る場合、制御基板２０に搭載される部品の端子が短絡され故障の原因となったり、半田付けされた部分にマイグレーションが生じて製品の信頼性や寿命を縮めることになる。そこで、通電条件設定部３０は、外気温度に基づいて制御基板２０の通電条件を設定する。外気温度とは、温度測定部１０により測定された、三相モータ５０の運転開始前における車外の温度である。制御基板２０とは、三相モータ５０の通電を制御するインバータが搭載された基板である。このため、本実施形態では、通電条件は現在の外気温度に応じて設定される。

ここで、外気温度が０℃以下の場合には、極めて結露が生じやすい環境である。このため、係る場合には、図２に示されるように、早急に制御基板２０があたたまるような通電条件が設定される。すなわち、通電条件設定部３０は、イグニションスイッチの押下（ＩＧ−ＯＮ）に合わせてインバータが有するスイッチング素子に流れる電流を大きくなるように設定する。これにより、図２において破線で示した何ら結露対策を施さない場合の制御基板２０よりも、早くあたためることが可能となる。

一方、外気温度が１０℃以上である場合には、結露が生じ難い環境である。このため、係る場合には、制御基板２０が温まるような通電条件は設定する必要がないので、通電条件設定部３０は、結露防止を行う通電条件を設定しない。したがって、通電制御部４０は、上位システムから要求される三相モータ５０の要求トルクに応じて通電し、図３に示されるように要求トルクに応じた電流に基づきあたたまる。

また、外気温度が０℃より大きく１０℃未満である場合には、制御基板２０自体がある程度あたたまれば結露が発生する可能性が低くなる。したがって、図４に示されるように、通電条件設定部３０は、制御基板２０に通電する開始時期をＩＧ−ＯＮのタイミングに対して遅らせる。なお、この場合、図４に示されるように、通電開始前の外気温度（制御基板２０の表面の温度）に応じて通電する電流の大きさを代えることにより、温度上昇の勾配を変化させることが可能である。すなわち、外気温度が０℃より大きく１０℃未満である場合において、温度が高い程、通電する電流を小さくし、温度が低い程、通電する電流を大きくすると良い。このように、通電条件設定部３０は、外気温度に応じて制御基板２０に通電する通電開始時期を設定する。通電条件設定部３０により設定された通電条件は、後述する通電制御部４０に伝達される。これにより、図４において破線で示した何ら結露対策を施さない場合の制御基板２０よりも、早くあたためることが可能となる。

通電制御部４０は、通電条件に基づいて制御基板２０に通電して電子部品を自己発熱させる。本実施形態では、制御基板２０とは三相モータ５０を駆動するインバータが搭載された基板であり、電子部品とはインバータを構成するスイッチング素子である。このため、通電制御部４０はＰＷＭ制御部が相当する。したがって、通電制御部４０は、通電条件設定部３０により設定された通電条件に基づいてＤＵＴＹを調整し、スイッチング素子をＰＷＭ制御する。すなわち、電子部品をより早くあたためるような通電条件の場合にはスイッチング素子に流れる電流が大きくなるようにＤＵＴＹを調整し、電子部品をゆっくりとあたためるような通電条件の場合にはスイッチング素子に流れる電流が小さくなるようにＤＵＴＹを調整する。これにより、電源６０から制御基板２０に電流が流れ込み、当該電流に応じてスイッチング素子が発熱し、制御基板２０があたためられて結露の発生を防止することができる。

次に、結露防止装置１が行う結露防止に係る処理について図５のフローチャートを用いて説明する。まず、温度測定部１０により外気温度が測定される（ステップ＃１）。外気温度が０℃以下であれば（ステップ＃２：Ｙｅｓ）、早急に制御基板２０の温度を上昇させるために、通電条件設定部３０は即時通電を行うよう通電条件を設定する（ステップ＃３）。

通電制御部４０は、設定された通電条件に基づいて制御基板２０に通電を行う（ステップ＃４）。これにより、制御基板２０があたたまり、その後、結露が生じる可能性がなくなれば、結露防止に係る通電制御を終了する。

一方、ステップ＃２において、外気温度が０℃よりも高く（ステップ＃２：Ｎｏ）、且つ、外気温度が１０℃以上であれば（ステップ＃５：Ｎｏ）、結露が生じる可能性が少ないので結露防止装置１は結露防止に係る通電制御を行うことなく処理を終了する。

また、ステップ＃５において、外気温度が１０℃以上でなければ（ステップ＃５：Ｙｅｓ）、予め設定された時間が経過するまで処理を保留し（ステップ＃６：Ｎｏ）、その後（ステップ＃６：Ｙｅｓ）、通電条件設定部３０が外気温度に基づいて通電条件を設定する（ステップ＃７）。

そして、通電制御部４０が設定された通電条件に基づいて制御基板２０に通電を行う（ステップ＃４）。その後、制御基板２０があたたまり結露が生じる可能性がなくなれば、結露防止に係る通電制御を終了する。なお、上述したステップ＃６及びステップ＃７は、通電条件に所定時間経過するまで処理を保留することが規定されるので、どちらを先にしても良い。

〔その他の実施形態〕
上記実施形態では、通電条件は現在の外気温度に応じて設定されるとして説明したが、例えば制御基板２０の表面温度に応じて設定しても良い。このような構成であっても、制御基板２０に結露が生じることを防止できる。

上記実施形態では、通電条件設定部３０は外気温度に応じて制御基板２０に通電する通電開始時期を設定するとして説明した。すなわち、外気温度が所定の温度である場合には、通電条件設定部３０は、制御基板２０に通電する開始時期をＩＧ−ＯＮのタイミングに対して遅らせるとして説明したが、同じタイミングにしても良い。

上記実施形態では、制御対象機器が三相モータ５０であり、制御基板２０にはインバータが搭載されているとして説明した。しかしながら、本発明は、他の用途に適用することも可能である。したがって、制御基板２０が車両に搭載されていない基板であっても良いし、制御対象機器がモータ以外の機器であっても良い。

本発明は、通電により自己発熱する部品が搭載された制御基板、特に車両に備えられる制御対象機器の駆動を制御する制御基板の結露を防止する結露防止装置に用いることが可能である。

１：結露防止装置
１０：温度測定部
２０：制御基板
３０：通電条件設定部
４０：ＰＷＭ制御部（通電制御部）
５０：三相モータ（制御対象機器）

Claims

制御対象機器の運転開始前に、外気温度を測定する温度測定部と、
前記制御対象機器の運転を制御し、通電により自己発熱する電子部品が搭載された制御基板と、
前記外気温度に基づいて前記制御基板の通電条件を設定する通電条件設定部と、
前記通電条件に基づいて前記制御基板に通電して前記電子部品を自己発熱させる通電制御部と、
を備える結露防止装置。
前記通電条件は、現在の前記外気温度に応じて設定される請求項１に記載の結露防止装置。
前記通電条件設定部は、前記外気温度に応じて前記制御基板に通電する通電開始時期を設定する請求項１又は２に記載の結露防止装置。
前記制御対象機器は車両が有する三相モータであり、前記制御基板は前記三相モータの駆動を制御するインバータが搭載されている請求項１から３のいずれか一項に記載の結露防止装置。