JP4808908B2 - 電気要素に給電可能な電源の保護装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車に搭載された電気要素に給電される電源の保護装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
最近の自動車は、ポンプやファン、空調装置のような追加的な快適性を提供する装置、ブレーキのロックを防止する「ABS」装置やエアバッグ等の安全装置等、種々の補助装置を備えている。エアバッグのような補助装置は、電気的にのみ作動可能である。ファンやポンプ等の他の補助装置は、エンジンにより機械的に駆動可能であり、エンジン速度に対応して動作するため、大きな欠点がある。すなわち、上述した装置は、自動車の電源により給電される電気モータにより駆動される。そのため、補助装置をエンジンから独立させることができ、例えば、エンジンが停止したりアイドリング速度で動作している時でも、補助装置を駆動させることができる。
【0003】
しかしながら、補助装置を電気的に駆動させると、電源に高負荷がかかる。そのため、電源は、安全を提供する装置(エアバッグやABS)を適切に機能させることができなくなる。例えば、電源が蓄電池である場合、その充電量では不十分なことがある。
【0004】
本願発明に関する従来技術としては、特許文献1、特許文献2及び特許文献3を例示することができる。
【0005】
【特許文献1】
米国特許第6753670号
【特許文献1】
米国特許第6809912号
【特許文献2】
米国特許第6819060号
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
従って、安全装置を確実に動作させるために、電源を常に使用可能とするように、電源を保護することができる装置を提供する必要がある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
そのため、本発明は、電源の使用可能状態レベルを示す状態検出信号を制御ユニットに供給する検出ユニットを備え、制御ユニットは、電気要素の動作モードを決定し、電気要素の電力消費量を検出ユニットからの状態検出信号に基づいて設定するようにした、少なくとも1つの電気要素に給電することができる電源の保護装置を提案するものである。
【0008】
電気要素は、エンジンのコンプレッサや冷却ポンプを駆動するモータであるが、ファンモータ、正の温度係数を有する抵抗体、または接触コンバーターとすることもできる。電源は、蓄電池からなっているが、交流発電機や燃料電池とすることもできる。
【0009】
制御ユニットは、電源の使用可能状態を決定する。例えば、電源が蓄電池の場合、制御ユニットは、充電量を決定する。この情報に基づいて、制御ユニットは、電気要素のいくつかの動作モードのうちの1つを選択する。例えば、電源の使用可能状態が上側閾値よりも大きい場合、電気要素は、全電力で作動するか、少なくとも作動可能となる。
【0010】
電源の使用可能状態が上側閾値と下側閾値の間にある場合、電気要素は、電力の一部のみによる低下動作モードで作動する。電源の使用可能状態が、下側閾値より低い場合、制御ユニットは、電気要素を単に停止させる。
【0011】
このように、低下動作モードにおいて、電源は、全電力の一部のみを電気要素に給電し、使用可能状態が下側閾値よりも低い場合には、電気要素に給電しない。従って、電源が保護され、自動車の安全装置を作動させ続けることができるようになる。
【0012】
第1の実施例によれば、電源は、電気要素に直接給電し、電気要素が動作するのに必要な電源からの電力量を制限するように、制御ユニットは、電気要素を制御する。第1の実施例は、電気要素が、自動車の客室を加熱するために用いられる正の温度係数を有する抵抗体のような抵抗部材の場合に好適である。
【0013】
低下動作モードにおいて、制御ユニットは、電流を制限して低くするように、抵抗体の接続を変更させ、電源の使用可能状態が下側閾値より低い場合、制御ユニットは、抵抗体への電力を低減させる。
【0014】
他の実施例によれば、制御ユニットは、電源と電気要素との間に設けられ、制御ユニットは、電源により電気要素に給電される電力量を制限するように、電気要素に供給される電流の特性を変更する。
【0015】
電気要素が、供給される電流の周波数が変化することにより、回転速度が変化するモータの場合に、上述した他の実施例は好適である。電流の周波数が低下すると、モータの回転速度が低下する。従って、電力が低下する。
【0016】
また、制御ユニットは、電気要素に可変周波数の電流を供給できるインバータと、インバータの制御回路とからなり、制御回路は、インバータの接地端子と最大電圧端子との間に設けられた抵抗アッセンブリを備え、抵抗アッセンブリは、選択手段に接続された制御線により、インバータの中間端子に接続される複数の端子を有し、検出ユニットにより出力された状態検出信号を、選択手段に供給し、選択手段は、状態検出信号に基づいて、抵抗アッセンブリの端子の1つにインバータの中間端子を接続するようになっている。
【0017】
また、抵抗アッセンブリは、複数の抵抗を備える分圧抵抗からなり、抵抗の間及び端に端子を設け、選択手段は、状態検出信号に基づいて、端子の1つに制御線を接続するようになっている。
【0018】
また、抵抗アッセンブリは、ポテンショメータを構成する単一の抵抗からなり、一端から他端へ連続的に移動可能な単一接続端子を備えている。
【0019】
分圧抵抗は、2つの抵抗を備え、抵抗の間に端子を設け、制御ユニットは、電気要素が通常動作モードで動作できるように、制御線をインバータの最大電圧端子に直接的にまたは保護抵抗を介して接続する通常動作位置と、電気要素が低下動作モードで動作できるように、制御線を分圧抵抗の端子に接続する低下動作位置とに切り換わる第1スイッチと、電気要素が動作できないようにするために、インバータの接地端子に制御線を接続する閉位置に切り換わる第2スイッチとを備えている。
【0020】
抵抗アッセンブリは、インバータの最大電圧端子及び接地端子に直接的または間接的に接続される端子を有するポテンショメータと、第1スイッチが閉位置にある時に、第1スイッチによりインバータの中間端子に接続される滑り端子と、オペレータにより調整可能とされ、ポテンショメータを直接的または間接的に制御する手動制御部とを備えているのが好ましい。
【0021】
分圧抵抗の2つの抵抗は、ポテンショメータから分離されているか、ポテンショメータは、分圧抵抗の一方の抵抗をなしている。
【0022】
上述した実施例は、電気要素が自動車の乗客により手動で制御可能な部材である場合に好適である。電源が通常動作モードを可能とするのに十分な使用可能状態であると、制御ユニットが決定すると(使用可能状態が上側閾値より大きい)、自動車の運転者または乗客は、自分の意志により、電気要素、例えば、空調装置のコンプレッサを駆動するモータを調節できる。
【0023】
電気要素は、空調装置のコンプレッサを駆動する電気モータであり、保護装置が通常動作モードの時に、手動制御部は、「最暖」モードに対応する最低速度と「最冷」モードに対応する最高速度との間で、モータの速度を連続的に調節できるようになっている。
【0024】
次に、図面を参照して行う実施例の説明により、本発明の他の特徴及び利点をよく理解しうると思う。
【0025】
【発明の実施の形態】
図1において、蓄電池、交流発電機、または燃料電池である電源(2)は、ファン駆動用モータ、ポンプ、空調装置のコンプレッサ、接触コンバーター、または正の温度係数(CTP)を有する抵抗体のような電気要素(4)に給電する。
【0026】
検出ユニット(6)は、電源(2)が使用可能か否か、すなわち、電気要素(4)に給電可能か否かを検出するものである。例えば、電源(2)が蓄電池の場合、検出ユニット(6)は、その充電量を検出する。
【0027】
検出ユニット(6)は、電源(2)が使用できる状態か否かを示す状態検出信号(8)を出力する。状態検出信号(8)は、電源(2)の使用可能状態に対応して、電気要素(4)の動作モードを決定する制御ユニット(10)に入力される。電源(2)が蓄電池の場合には、制御ユニット(10)は、蓄電池の充電レベル(C)を検出する。
【0028】
充電レベル(C)は、例えば、最大充電量の百分率で示される。充電レベル(C)に基づいて、制御ユニット(10)は、いくつかの動作モードのうちの少なくとも2つの動作モード、すなわち、通常動作モードと低下動作モードとから、電気要素(4)の動作モードを決定する。
【0029】
電源(2)の充電レベル(C)が最大充電レベル(Cmax)と最大充電レベル(Cmax)より低いか、または同じ第1の充電レベル(C1)との間では、制御ユニット(10)は、電気要素(10)を、全電力で動作可能な通常動作モードで動作させる。
【0030】
電源(2)の充電レベル(C)が、第1の充電レベル(C1)と第1の充電レベル(C1)より低い第2の充電レベル(C2)との間にある時には、制御ユニット(10)は、電気要素(4)を低下動作モードとするか、動作させないようにする。
【0031】
図1に示す第1の実施例では、電源(2)は、電気要素(4)に直接給電し、制御ユニット(10)は、電気要素(4)の接続を変更させ、電気要素(4)を低下動作モードで動作させるために、電源(2)からの電力量を制限する。例えば、電気要素(4)が抵抗器からなる場合には、必要電力が低下するように、抵抗器の内部接続が変更される。
【0032】
本発明の第2の実施例を示す図2は、制御ユニット(10)が、電源(2)と電気要素(4)との間に設けられているという点において、図1とは異なっている。図1の実施例では、電源(2)は、電気要素(4)に電流を直接的に流すのに対し、図2の実施例では、電源(2)は、制御ユニット(10)に電流を流し、制御ユニット(10)は、電気要素(4)に給電する前に、少なくとも電圧や電流の特性を変化させるようになっている。
【0033】
電源(2)が直流電流を供給する蓄電池の場合、制御ユニット(10)は、直流電流を、可変周波数の交流電流に変換することができる。
【0034】
電気要素(4)が、供給される電流の周波数に基づいて、回転速度が設定される同期式の電気モータの場合に、第2の実施例を適用できる。第1の実施例と同様に、制御ユニット(10)は、複数の動作モード、例えば、通常動作モード、電気要素(4)が電力の一部で動作する低下動作モード、及び停止モードのうちから、電気要素(4)の動作モードを決定する。
【0035】
上述したように、電気要素(4)の動作モードは、検出ユニット(6)により、制御ユニット(10)に供給される状態検出信号(8)に基づいて決定される。
【0036】
図3は、図2に示す本発明の保護装置に適用することができる制御ユニット(10)の回路図である。
【0037】
制御ユニット(10)は、可変周波数の電流を、同期式の3相モータからなる電気要素(4)に供給可能なインバータ(12)を備えている。インバータ(12)は、3相電流の各相に対応する接続線(16)により電気要素(4)に接続された3つの出力端子(14)を備えている。インバータ(12)は、直流電圧(Uht)を印加する高電力蓄電池や交流発電機のような電源(2)に接続されている。
【0038】
インバータ(12)は、制御回路(20)により制御される。インバータ(12)は、3つの端子、すなわち、0電圧(U=0ボルト)に対応する接地端子(22)、インバータ(12)により発生される最大電圧(U=Umax)に対応する最大電圧端子(24)、及び0ボルトから最大電圧(Umax)間で変化する可変電圧(U=Uvar)に対応する滑り端子である中間端子(26)を備えている。
【0039】
最大電圧(Umax)が5ボルトの場合、電圧が0ボルトから5ボルトまで変化すると、3相モータの周波数は0Hzから150Hzまで変化する。
【0040】
また、制御回路(20)は、インバータ(12)の接地端子(22)と最大電圧端子(24)との間に抵抗アッセンブリ(28)を備えている。抵抗アッセンブリ(28)は、保護抵抗(40)を介して、接続線(38)により最大電圧端子(24)に接続された第1端子(32)と、接続線(42)によりインバータ(12)の接地端子(22)に接続された第2端子(36)とを備えている。
【0041】
図3では、抵抗アッセンブリ(28)は、3つの抵抗(44)(46)(48)からなっている。抵抗(44)(46)との間には中間接続端子(50)が、抵抗(46)(48)との間には中間接続端子(52)が設けられている。このように、3つの抵抗からなる抵抗アッセンブリ(28)は、4つの端子を備えている。さらに、制御回路(20)は、選択手段(60)を備えている。
【0042】
電源(2)の状態検出信号(8)は、検出ユニット(6)から選択手段(60)に出力される。選択手段(60)は、制御線(62)により、インバータ(12)の中間端子(26)に接続されている。選択手段(60)は、抵抗アッセンブリ(28)の端子の1つを制御線(62)に接続する。すなわち、選択手段(60)は、電気要素(4)の4つの動作モードのうちの1つを決定する。
【0043】
制御線(62)が第1端子(32)に接続されると、3相モータに供給される電流の周波数は、通常動作モードのものとされる。
【0044】
制御線(62)が中間接続端子(50)に接続されると、抵抗(44)と抵抗(46)(48)とにより、インバータ(12)の中間端子(26)に印加される電圧の分圧抵抗が構成される。それにより、モータに供給される電流の周波数が、低下動作モードのものに低下する。
【0045】
制御線(62)が中間接続端子(52)に接続されると、上述した第2の場合と同様となり、インバータの制御電圧が低下するとともに、電流の周波数が低下する。この動作モードは、電源(2)の保護が上述した第2の場合よりも大となる第2の低下動作モードとなる。
【0046】
制御線(62)が第2端子(36)に接続されると、インバータ(12)の中間端子(26)が接地され、電気要素(4)が停止させられる。それにより、電源(2)は電流を供給しなくなり、完全に保護される。
【0047】
図4は、本発明による電源の保護装置の詳細な回路図である。抵抗アッセンブリ(28)は、2つの抵抗(44)(46)からなり、その間には中間接続端子(50)が設けられている。従って、抵抗アッセンブリ(28)は、2つの端子(32)(36)と、抵抗(44)(46)間に設けられた中間接続端子(50)との3つの端子を備えている。
【0048】
選択手段(60)は、2つの別個のスイッチである第1スイッチ(70)と第2スイッチ(72)とからなっている。第1スイッチ(70)は、2つの位置に切り換わる。第1の位置(位置Iまたは閉位置)では、制御線(62)は、保護抵抗(40)を介してインバータ(12)の最大電圧端子(24)に接続された第1端子(32)に接続される。それにより、回転速度が最大となる通常動作モードとなる。
【0049】
第2の位置(位置II)では、制御線(62)は、抵抗(44)(46)間の中間接続端子(50)に接続される。図3で説明したように、抵抗アッセンブリ(28)は、インバータ(12)の中間端子(26)に印加される電圧を制限し、3相モータを低下動作モードとする分圧抵抗として作用する。
【0050】
第2スイッチ(72)は、制御線(62)と接続線(42)とを接続する接続線(74)に接続されている。図4に示すように、第2スイッチ(72)が開位置にある場合には、第1スイッチ(70)により、モータの動作モードが設定される。
【0051】
一方、第2スイッチ(72)が閉位置にある場合、インバータ(12)の中間端子(26)は、接地端子(22)に接続され、中間端子(26)には、電圧が印加されなくなり、3相モータが停止する。第1スイッチ(70)及び第2スイッチ(72)は、検出ユニット(6)の一部をなす第1センサ(80)及び第2センサ(82)によりそれぞれ制御される。
【0052】
すなわち、図4に示す実施例において、選択手段(60)は、別々の状態検出信号(8)により制御される2つの別個のスイッチからなっていることを特徴としている。
【0053】
次に、3つの動作モードのテーブルを示す。
【0054】
【0055】
図3及び図4の実施例において、3相モータの動作モードは、自動的に、かつ電源(2)の使用可能のみに基づいて決定され、オペレータは、3相モータの回転速度を調節できないようになっている。
【0056】
図5は、オペレータがアクセス可能な選択手段を備える抵抗アッセンブリの変形例を示す図である。図5は図4と同様であるが、固定抵抗値を有する抵抗(44)がポテンショメータ(90)に置換されている。
【0057】
ポテンショメータ(90)は、制御線(62)及び第1スイッチ(70)を介して、インバータ(12)の中間端子(26)に接続された滑り端子(92)を備えている。電源(2)の状態が3相モータを通常動作モードとするのに十分であると、制御線(62)は、抵抗アッセンブリ(28)の第1端子(32)ではなく、滑り端子(92)に接続される。ポテンショメータ(90)は、自動車のダッシュボードに設けられた手動制御部(94)に接続されている。
【0058】
手動制御部(94)は、ポテンショメータ(90)の最大抵抗値及び最小抵抗値に対応する2つの端位置間で、直進または回転移動可能な滑りつまみ(96)を備えている。滑りつまみ(96)を回転移動可能な構成とすることもできる。ポテンショメータ(90)の抵抗値が最小の場合、滑り端子(92)は第2端子(32)と接続され、モータの回転速度が最大となる。一方、ポテンショメータ(90)の抵抗値が最大の場合、滑り端子(92)は中間接続端子(50)と接続され、モータの回転速度が制限される。
【0059】
しかしながら、この場合、モータの回転速度を制限するのはオペレータの要求によるものであり、制御ユニットは、電源が電気要素(4)を通常動作モードとするのに十分(上側閾値より大きい)と決定しているので、電源を保護する必要はない。
【0060】
電源が使用可能な時に、オペレータの要求によりモータの回転速度を調節できる図5に示した変形例を、外気温の関数として、調節つまみ(96)を「最冷」位置と「最暖」位置との間で移動して、客室内の温度を調節する空調装置に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 電気要素の動作モードを制御する制御ユニットを備えている、本発明の第1の実施例を示す電源保護装置のブロック図である。
【図2】 制御ユニットを電源と電気要素との間に設けた場合の、本発明の第2の実施例を示す保護装置のブロック図である。
【図3】 可変周波数を同期式モータである電気要素に供給可能なインバータを備える保護装置のブロック図である。
【図4】 インバータの制御回路が2つの別個のスイッチを備えている、保護装置の詳細なブロック図である。
【図5】 オペレータが操作可能な手動式制御部を備える抵抗アッセンブリのブロック図である。
【符号の説明】
2 電源
4 電気要素
6 検出ユニット
8 状態検出信号
10 制御ユニット
12 インバータ
14 出力端子
16 接続線
20 制御回路
22 接地端子
24 最大電圧端子
26 中間端子
28 抵抗アッセンブリ
32 第1端子
36 第2端子
38、42 接続線
40 保護抵抗
44、46、48 抵抗
50、52 中間接続端子
60 選択手段
62 制御線
70 第1スイッチ
72 第2スイッチ
74 接続線
80 第1センサ
82 第2センサ
90 ポテンショメータ
92 滑り端子
94 手動制御部
96 滑りつまみ
Claims (9)
- 少なくとも1つの電気要素(4)に給電することができる電源の保護装置において、
電源(2)の使用可能状態レベルを示す状態検出信号(8)を制御ユニット(10)に供給する検出ユニット(6)と、
前記電源(2)に接続されたインバータ(12)と
を備え、
前記制御ユニット(10)は、前記電気要素(4)の動作モードを決定し、前記電気要素(4)の消費電力量を検出ユニット(6)からの状態検出信号(8)に基づいて設定し、
前記電気要素(4)はモータであり、
前記制御ユニットは前記電源(2)と前記電気要素(4)との間にあり、
前記制御ユニット(10)が、前記電気要素(4)に供給される電流の周波数を変更することにより、前記電源(2)から前記電気要素(4)への電気エネルギーの量を制限することを特徴とする保護装置。 - 電源(2)は、電気要素(4)に直接給電し、電気要素(4)が動作するのに必要な電源(2)からの電気エネルギーの量を制限するように、制御ユニット(10)は、電気要素(4)を制御することを特徴とする、請求項1に記載の保護装置。
- 制御ユニット(10)は、電気要素(4)に可変周波数の電流を供給できるインバータ(12)と、インバータ(12)の制御回路(20)とからなり、制御回路(20)は、インバータ(12)の接地端子(22)と最大電圧端子(24)との間に設けられた抵抗アッセンブリ(28)を備え、抵抗アッセンブリ(28)は、選択手段(60)に接続された制御線(62)により、インバータ(12)の中間端子(26)に接続される複数の端子(32)(36)(50)(52)を有し、検出ユニット(6)により出力された状態検出信号(8)を、選択手段(60)に供給し、選択手段(60)は、状態検出信号(8)に基づいて、抵抗アッセンブリ(28)の端子(32)(36)(50)(52)の1つにインバータ(12)の中間端子(26)を接続するようになっていることを特徴とする、請求項1に記載の保護装置。
- 抵抗アッセンブリ(28)は、複数の抵抗(44)(46)(48)を備える分圧抵抗からなり、抵抗の間及び端に端子(32)(36)(50)(52)を設け、選択手段(60)は、状態検出信号(8)に基づいて、端子(32)(36)(50)(52)の1つに制御線(62)を接続するようになっていることを特徴とする、請求項1〜3のいずれかに記載の保護装置。
- 分圧抵抗は、2つの抵抗(44)(46)を備え、抵抗の間に端子(50)を設け、選択手段(60)は、電気要素(4)が通常動作モードで動作できるように、制御線(62)をインバータ(12)の最大電圧端子(24)に直接的にまたは保護抵抗(40)を介して接続する通常動作位置と、電気要素(4)が低下動作モードで動作できるように、制御線(62)を分圧抵抗の端子(50)に接続する低下動作位置とに切り換わる第1スイッチ(70)と、電気要素(4)が動作できないようにするために、インバータ(12)の接地端子(22)に制御線(62)を接続する閉位置に切り換わる第2スイッチ(72)とを備えていることを特徴とする、請求項4に記載の保護装置。
- 抵抗アッセンブリ(28)は、インバータ(12)の最大電圧端子(24)及び接地端子(22)に直接的または間接的に接続される端子(32)(50)を有するポテンショメータ(90)と、第1スイッチ(70)が閉位置にある時に、第1スイッチ(70)によりインバータ(12)の中間端子(26)に接続される滑り端子(92)と、オペレータにより調整可能とされ、ポテンショメータ(90)を直接的または間接的に制御する手動制御部(94)とを備えていることを特徴とする、請求項5に記載の保護装置。
- 分圧抵抗の2つの抵抗(44)(46)を、ポテンショメータ(90)から分離してあることを特徴とする、請求項6に記載の保護装置。
- ポテンショメータ(90)は、分圧抵抗の2つの抵抗のうちの一方をなしている、請求項6に記載の保護装置。
- 電気要素(4)は、空調装置のコンプレッサを駆動する電気モータであり、手動制御部(94)は、「最暖」モードに対応する最低速度と「最冷」モードに対応する最高速度との間で、モータの速度を連続的に調節できるようになっていることを特徴とする、請求項6〜8のいずれかに記載の保護装置。
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