JP2006073628A - Pwm driving method and pwm driver for peltier element, on-board temperature controller and car seat temperature controller, pwm driving characteristic chart of peltier element and method for preparing and utilizing the same, and method for testing pwm driving characteristic of peltier element - Google Patents

Pwm driving method and pwm driver for peltier element, on-board temperature controller and car seat temperature controller, pwm driving characteristic chart of peltier element and method for preparing and utilizing the same, and method for testing pwm driving characteristic of peltier element Download PDF

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Satoshi Mizutani
聡志 水谷
Makoto Uto
誠 宇藤
Takashi Yamamoto
隆 山本
Akio Matsuoka
彰夫 松岡
Yasuhiko Niimi
康彦 新美
Isao Azeyanagi
功 畔柳
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a PWM driving technology which can exhibit a COP high in Peltier element can be enhanced. <P>SOLUTION: The PWM driving device sets a PWM frequency at 100 Hz or more and modulates a driving voltage applied to a Peltier element at a pulse width. Thus, the COP of the Peltier element can be improved when compared with a conventional case of around 40 Hz, permitting a power saving effect. When the Peltier element is driven by PWM, as the PWM frequency is made higher within a saturated frequency Fs (e.g. 1 kHz) or less, a higher COP can be obtained as long as there is no inconvenience in terms of cost and noise. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、ペルチェ素子をPWM駆動する熱電技術の分野に属する。   The present invention belongs to the field of thermoelectric technology for PWM driving a Peltier element.

ここで、ペルチェ素子(ペルティエ素子)は、熱電素子ともいい、熱電効果ないしペルチェ効果(ペルティエ効果)をもつ素子である。また、PWM(Pulse Width Moduration)は、パルス幅変調ともいう。   Here, the Peltier element (Peltier element) is also referred to as a thermoelectric element, and is an element having a thermoelectric effect or a Peltier effect (Peltier effect). PWM (Pulse Width Modulation) is also referred to as pulse width modulation.

(従来技術)
本願の出願時点で市場に出回っている高級乗用車の一部には、カーシートのうち乗員の身体が触れる部分に、適正に温度調節された空気を送風して、乗員がより快適に過ごすことができるようにしたカーシート温度調節装置を装備しているものもある。
(Conventional technology)
In some high-end passenger cars on the market at the time of filing of the present application, air that has been appropriately temperature-controlled is blown to the part of the car seat that the passenger's body touches, so that the passenger can spend more comfortably. Some of them are equipped with a car seat temperature control device.

このカーシート温度調節装置は、送風機から供給される空気を熱電効果によって加熱したり冷却したりするペルチェ素子と、このペルチェ素子にPWM(パルス幅変調)された駆動電圧を印加する駆動装置と有している。そして、この駆動装置は、駆動電圧のデューティー比を変えることによってその実効電圧を変更し、ペルチェ素子が発揮する加熱出力および冷却出力を調整することができるようになっている。   This car seat temperature control device includes a Peltier element that heats or cools air supplied from a blower by a thermoelectric effect, and a drive device that applies a PWM (pulse width modulation) drive voltage to the Peltier element. is doing. And this drive device can change the effective voltage by changing the duty ratio of a drive voltage, and can adjust the heating output and cooling output which a Peltier device exhibits.

ところで、このようなカーシート温度調節装置では、バッテリーを直流電源としてペルチェ素子をPWM駆動しているが、そのPWM周波数は低く設定されている(具体例を挙げると40Hz程度)。そして、このように低いPWM周波数が採用されている理由は、PWM駆動装置の製造コストを低減したいことや、車載オーディオ装置のAMラジオへの雑音伝搬を防止したいことなどであろうと想像される。   By the way, in such a car seat temperature control device, the Peltier element is PWM-driven using the battery as a DC power source, but the PWM frequency is set low (specifically, about 40 Hz). The reason why such a low PWM frequency is adopted is supposed to be to reduce the manufacturing cost of the PWM drive device or to prevent noise propagation of the in-vehicle audio device to the AM radio.

(文献公知技術)
参考までに、ペルチェ素子のPWM駆動技術に関しては、たとえば次のような特許文献が公開されている。
(Literature known technology)
For reference, for example, the following patent documents are disclosed regarding the PWM drive technology of the Peltier element.

まず、特許文献1には、トランジスタをスイッチ素子として使用し、ペルチェ素子の近傍における発熱を抑制する技術が開示されている。また、特許文献2には、PWM駆動の印加電圧の合間にゼーベック電圧を検出することによってペルチェ素子の動作状態を監視する技術が開示されている。さらに、特許文献3には、ペルチェ素子のPWM駆動に用いるパワー素子を排熱部材に接続して放熱する技術が開示されている。   First, Patent Document 1 discloses a technology that uses a transistor as a switching element and suppresses heat generation in the vicinity of the Peltier element. Patent Document 2 discloses a technique for monitoring an operation state of a Peltier element by detecting a Seebeck voltage between applied voltages of PWM drive. Further, Patent Document 3 discloses a technology for radiating heat by connecting a power element used for PWM driving of a Peltier element to an exhaust heat member.

ただし、これらの特許文献には、ペルチェ素子に印加する駆動電圧のPWM周波数を指定する記載はなく、そのPWM周波数の高低とペルチェ素子が発揮する熱電効果の効率との関係についての記載はない。
特開平7−295659号公報 特開2001−336853号公報 特開2001−345486号公報
However, in these patent documents, there is no description specifying the PWM frequency of the drive voltage applied to the Peltier element, and there is no description about the relationship between the level of the PWM frequency and the efficiency of the thermoelectric effect exhibited by the Peltier element.
JP-A-7-295659 JP 2001-336853 A JP 2001-345486 A

(発明に至る経緯)
ところで、出願人はペルチェ素子のPWM駆動技術に関して研究を進めているが、発明者らがペルチェ素子の作動効率を示すCOPを測定する試験を実施したところ、PWM周波数が低い領域ではCOPが意外に低いことが分かった。
(Background to Invention)
By the way, the applicant has been researching on the PWM driving technology of the Peltier element, but when the inventors conducted a test to measure the COP indicating the operation efficiency of the Peltier element, the COP is unexpectedly low in the region where the PWM frequency is low. It turned out to be low.

一例を挙げるならば、ペルチェ素子に冷却作用をさせた際のCOPは、2Vの直流駆動では2.8程度であるのに対し、実効電圧が同じ2VのPWM駆動では、PWM周波数が40Hzで1.7程度、10Hzでは1.1程度のCOPしか発揮されていない。すなわち、ペルチェ素子を実効電圧2VでPWM駆動すると、同じ2Vで直流駆動する場合に比べて、PWM周波数が数十Hzの場合にはCOPがおおむね半減しており、COPが減る傾向はPWM周波数が低いほど顕著であることが分かった。   For example, the COP when the Peltier element is cooled is about 2.8 in a 2V DC drive, whereas in a 2V PWM drive with the same effective voltage, the PWM frequency is 1 at 40 Hz. Only about COP of about 1.1 is exhibited at about .7 and 10 Hz. That is, when the Peltier element is PWM driven with an effective voltage of 2V, the COP is almost halved when the PWM frequency is several tens of Hz, compared to the case where the DC frequency is driven with the same 2V. It turned out that it is so remarkable that it is low.

ということは、従来技術としてのカーシート温度調節装置では、前述のようにペルチェ素子に印加している駆動電圧のPWM周波数は40Hz程度であるから、ペルチェ素子のCOPが直流駆動の場合に比べてかなり低くなっているはずである。それゆえ、この従来技術では、低周波のPWM駆動で所望の冷却作用を得るために、直流駆動の場合に比べて多大な電力がペルチェ素子で消費されてしまっていることが明らかである。このことは、車載装置として望ましいことではなく、この装置が搭載されている高級乗用車では一般に電装品が多用されていて電力の需給関係が厳しいことを考慮すれば、なおさら不都合である。   In other words, in the conventional car seat temperature control device, the PWM frequency of the drive voltage applied to the Peltier element is about 40 Hz as described above, so that the COP of the Peltier element is compared with the case of DC drive. It should be quite low. Therefore, in this prior art, it is apparent that a large amount of power is consumed by the Peltier device as compared with the case of direct current drive in order to obtain a desired cooling effect by low frequency PWM drive. This is not desirable as a vehicle-mounted device, and is even more inconvenient in view of the fact that high-end passenger cars equipped with this device generally use a lot of electrical components and have a severe power supply-demand relationship.

とは言うものの、PWM駆動よりも直流駆動の方がペルチェ素子のCOPが良いというのであれば、可変電圧の直流駆動装置を車載すればよいかというと、決してそうではない。なぜならば、直流駆動でペルチェ素子の冷却出力を可変とするためには、直流駆動の印加電圧レベルを調整するのに、パワートランジスタなどの放熱の大きな増幅素子を駆動装置の回路要素として必要とするからである。その結果、駆動回路の放熱量が大きくなってしまい、せっかく向上した冷却効率が相殺されてしまうので、逆に可変電圧の直流駆動装置のほうが、従来のPWM駆動装置よりも、システム全体として一割近く冷却効率が落ちてしまう。   However, if the COP of the Peltier element is better for the DC drive than the PWM drive, it is never the case whether a variable voltage DC drive device should be mounted on the vehicle. This is because, in order to make the cooling output of the Peltier element variable by direct current drive, an amplifier element with large heat dissipation such as a power transistor is required as a circuit element of the drive device in order to adjust the applied voltage level of direct current drive. Because. As a result, the amount of heat radiation of the drive circuit increases, and the improved cooling efficiency is offset. Therefore, the variable voltage DC drive device is 10% lower than the conventional PWM drive device. The cooling efficiency will drop soon.

(本発明の第一課題)
そこで本発明は、駆動装置の構成が簡素で軽量なうえに低価格で信頼性が高く、発熱による損失も小さいという長所を生かしながら、より高いCOPでペルチェ素子を駆動することができるペルチェ素子の駆動技術を提供することを、第一に解決すべき課題とする。併せて、従来技術に比べてデメリットがほとんどなく、同等の冷却作用が得られながら消費電力を低減することができる車載温度調節装置およびカーシート温度調節装置を提供することをも課題とする。
(First problem of the present invention)
Therefore, the present invention provides a Peltier element that can drive a Peltier element with a higher COP while taking advantage of a simple and lightweight structure of the driving device, low cost, high reliability, and low loss due to heat generation. Providing drive technology is the first issue to be solved. In addition, another object of the present invention is to provide an in-vehicle temperature control device and a car seat temperature control device that have few disadvantages compared to the prior art and can reduce power consumption while obtaining an equivalent cooling action.

(本発明の第二課題)
本発明はさらに、発明者らの研究成果として、PWM駆動されるペルチェ素子が発揮するCOPとそのPWM周波数との関係を極めて簡潔に示す特性チャートを提供することを第二に解決すべき課題とする。併せて、この特性チャートの作図方法および利用方法を提供することも課題とする。さらに、この特性チャートを応用して、ペルチェ素子のPWM駆動特性を求める測定試験にかかる時間を大幅に低減する方法を提供することをも、課題とする。
(Second problem of the present invention)
The present invention further provides a characteristic chart showing the relationship between the COP exerted by the PWM driven Peltier element and the PWM frequency in a very simple manner as a research result of the inventors. To do. In addition, another object is to provide a method for drawing and using this characteristic chart. It is another object of the present invention to provide a method for significantly reducing the time required for the measurement test for obtaining the PWM drive characteristic of the Peltier element by applying this characteristic chart.

このような課題を解決するために、本出願の発明者らは試験を重ね、以下の各手段を発明するに至った。ここで、第一部に分類された各手段は、前述の第一課題を解決するための発明であり、第二部に分類された各手段は、前述の第二課題を解決するための発明である。なお、各手段の番号は、本願の出願時に特許請求の範囲に列挙されていた各請求項の通し番号に符合している。   In order to solve such a problem, the inventors of the present application have conducted tests and invented the following means. Here, each means classified in the first part is an invention for solving the first problem described above, and each means classified in the second part is an invention for solving the second problem described above. It is. The number of each means corresponds to the serial number of each claim listed in the claims at the time of filing of the present application.

・第一部:ペルチェ素子のPWM駆動技術
[駆動方法]
(第1手段)
本発明の第1手段は、所定のPWM周波数およびデューティー比でPWM(パルス幅変調)された駆動電圧をペルチェ素子に印加して、このペルチェ素子に熱電効果を発揮させる「ペルチェ素子のPMW駆動方法」である。本手段の特徴は、前記PWM周波数が100Hz以上であることである。
-Part 1: Peltier device PWM drive technology [Drive method]
(First means)
The first means of the present invention is to apply a PWM (pulse width modulation) drive voltage with a predetermined PWM frequency and duty ratio to a Peltier element and to exert a thermoelectric effect on the Peltier element. It is. The feature of this means is that the PWM frequency is 100 Hz or more.

本手段では、従来技術よりもPWM周波数が高く、100Hz以上のPWM周波数で駆動電圧がペルチェ素子に印加されるので、ペルチェ素子のCOP(作動効率)が高まる。このようにPWM周波数が高まるにつれてペルチェ素子のCOPが向上する傾向は、デューティー比が低いほど(すなわち実効電圧が低いほど)顕著である。その結果、ペルチェ効果で対象を加熱するなり冷却するなり、ペルチェ素子に所定の熱出力を発揮させたいのであれば、ペルチェ素子で必要とされる消費電力が低減される。   In this means, the PWM frequency is higher than that of the prior art, and the drive voltage is applied to the Peltier element at a PWM frequency of 100 Hz or higher, so that the COP (operation efficiency) of the Peltier element is increased. Thus, the tendency for the COP of the Peltier element to improve as the PWM frequency increases is more conspicuous as the duty ratio is lower (that is, the effective voltage is lower). As a result, if the object is heated or cooled by the Peltier effect, and the Peltier element wants to exhibit a predetermined heat output, the power consumption required by the Peltier element is reduced.

しかも、ペルチェ素子に印加される実効電圧を調整するために、デューティー比で実効電圧を調整するPMW駆動方法が使えるから、ペルチェ素子を直流駆動する場合に比べて印加電圧を生じる駆動回路での発熱が小さくて済む。ここで、ジュール熱の発生は冷却作用を相殺するから、前述のように駆動回路での発熱が小さければ、このことによる駆動回路を含めてのCOPの向上が、冷却作用を発揮させる場合にはより顕著になる。そればかりではなく、PMW駆動方法を採用していれば、この駆動回路を構成する部品の点数が少なくて済むから、駆動装置がより安価になるともにその信頼性がより高くなる。   In addition, in order to adjust the effective voltage applied to the Peltier element, a PMW driving method that adjusts the effective voltage with the duty ratio can be used. Therefore, heat generation in the drive circuit that generates an applied voltage compared to the case where the Peltier element is driven by DC is used. Is small. Here, since the generation of Joule heat cancels out the cooling action, if the heat generation in the drive circuit is small as described above, the improvement of the COP including the drive circuit due to this causes the cooling action to be exerted. Become more prominent. In addition, if the PMW driving method is adopted, the number of parts constituting the driving circuit can be reduced, so that the driving device becomes cheaper and the reliability thereof becomes higher.

したがって本手段によれば、構成が簡素で軽量なうえに低価格で信頼性が高く、発熱による損失も小さいというPWM駆動装置の長所を生かしながら、より高いCOPでペルチェ素子を駆動することができるという効果がある。その結果、駆動装置を含むペルチェ素子の熱電システム全体での消費電力が低減されるという効果があり、この効果は冷却作動時によりいっそう顕著である。   Therefore, according to the present means, the Peltier element can be driven with a higher COP while taking advantage of the PWM drive device that is simple and light in weight, is low in price, highly reliable, and has little loss due to heat generation. There is an effect. As a result, there is an effect that power consumption in the entire thermoelectric system of the Peltier element including the driving device is reduced, and this effect is more remarkable during the cooling operation.

(第2手段)
本発明の第2手段は、前述の第1手段において、前記PWM周波数は400Hz以上であることを特徴とする「ペルチェ素子のPMW駆動方法」である。
(Second means)
The second means of the present invention is a “Peltier element PMW driving method” according to the first means, wherein the PWM frequency is 400 Hz or more.

本手段では、従来技術よりもPWM周波数がさらに高いので、ペルチェ素子のCOPがさらに向上する。したがって本手段によれば、前述の第1手段の効果がさらに強化されるという効果がある。   In this means, since the PWM frequency is higher than that in the prior art, the COP of the Peltier element is further improved. Therefore, according to this means, there is an effect that the effect of the first means is further enhanced.

(第3手段)
本発明の第3手段は、前述の第1手段において、前記PWM周波数はさらに高く、1kHz以上であることを特徴とする「ペルチェ素子のPMW駆動方法」である。
(Third means)
A third means of the present invention is the “Peltier element PMW driving method” characterized in that, in the first means described above, the PWM frequency is higher and is 1 kHz or more.

本手段では、従来技術よりもPWM周波数がよりいっそう高く限定されているので、ペルチェ素子のCOPがさらに向上し、PMW駆動の実効電圧と同じ電圧の直流駆動と同程度にまで高まる。したがって本手段によれば、前述の第1手段の作用効果がよりいっそう強化され、COPは直流駆動と同等にまで高まるという効果がある。   In this means, since the PWM frequency is limited to be higher than that of the prior art, the COP of the Peltier element is further improved, and is increased to the same level as the direct current drive having the same voltage as the effective voltage of the PMW drive. Therefore, according to this means, the operation and effect of the first means described above are further enhanced, and the COP is increased to the same level as that of the DC drive.

[駆動装置]
(第4手段)
本発明の第4手段は、所定の電源から電力を供給され、所定のPWM周波数およびデューティー比でPWM(パルス幅変調)された駆動電圧をペルチェ素子に印加して、このペルチェ素子に熱電効果を発揮させる「ペルチェ素子のPMW駆動装置」である。本手段の特徴は、前記PWM周波数が100Hz以上であることである。
[Driver]
(Fourth means)
The fourth means of the present invention supplies power from a predetermined power source, applies a PWM (pulse width modulation) drive voltage with a predetermined PWM frequency and duty ratio to the Peltier element, and gives the Peltier element a thermoelectric effect. It is a “Peltier element PMW drive device” to be exhibited. The feature of this means is that the PWM frequency is 100 Hz or more.

本手段では、前述の第1手段とほぼ同様な作用が得られる。したがって、本手段のPWM駆動装置によれば、回路構成が簡素でその重量が軽いうえに価格が安価でその信頼性が高く、発熱による損失も小さいという長所を保ちながら、より高いCOPでペルチェ素子を駆動することができるという効果がある。その結果、PMW駆動装置を含むペルチェ素子の熱電システム全体での消費電力が低減されるという効果が得られ、この効果は冷却作動時によりいっそう顕著である。   In this means, an operation substantially similar to that of the first means described above can be obtained. Therefore, according to the PWM drive device of this means, the circuit configuration is simple, light weight, low price, high reliability, and low loss due to heat generation, while maintaining the advantages of higher COP and Peltier elements. There is an effect that can be driven. As a result, an effect that power consumption in the entire thermoelectric system of the Peltier element including the PMW driving device is reduced is obtained, and this effect is more remarkable during the cooling operation.

(第5手段)
本発明の第5手段は、前述の第4手段において、前記PWM周波数は400Hz以上であることを特徴とする「ペルチェ素子のPMW駆動装置」である。本手段によれば、前述の第2手段に相当する作用効果が得られる。
(5th means)
A fifth means of the present invention is the “PMW drive device for Peltier element”, characterized in that, in the above-mentioned fourth means, the PWM frequency is 400 Hz or more. According to this means, the effect equivalent to the above-mentioned second means can be obtained.

(第6手段)
本発明の第6手段は、前述の第4手段において、前記PWM周波数はさらに高く、1kHz以上であることを特徴とする「ペルチェ素子のPMW駆動装置」である。本手段によれば、前述の第3手段に相当する作用効果が得られる。
(Sixth means)
The sixth means of the present invention is the “PMW drive device for Peltier element” characterized in that, in the above-mentioned fourth means, the PWM frequency is higher and is 1 kHz or more. According to this means, the operation and effect equivalent to the third means described above can be obtained.

(第7手段)
本発明の第7手段は、前述の第4手段において、前記電源と前記駆動装置とに特徴がある「ペルチェ素子のPMW駆動装置」である。すなわち、本手段の特徴は、前記電源が直流電源であることと、前記駆動装置が、所定の制御信号に従って所定の矩形波状電圧を生成する波形生成手段と、この矩形波状電圧を増幅して前記駆動電圧を前記ペルチェ素子に印加する増幅手段とをもつこととである。
(Seventh means)
The seventh means of the present invention is the “PMW drive device for Peltier element” characterized in the power source and the drive device in the fourth means described above. That is, the feature of this means is that the power source is a DC power source, and that the driving device generates a predetermined rectangular wave voltage according to a predetermined control signal, and amplifies the rectangular wave voltage to amplify the rectangular wave voltage. And amplifying means for applying a driving voltage to the Peltier element.

本手段では、直流電源が、波形生成手段および増幅手段をもつPWM駆動装置へ電力を供給するから、PWM駆動装置がもつ簡素な構成で装置価格が低く信頼性が高いうえにジュール熱が小さくて済むといった利点がよく発揮される。したがって本手段によれば、第4手段の効果がより強まるという効果があり、本手段がさらに第5手段または第6手段と組み合わされれば、その効果が強化される傾向はより顕著になる。   In this means, since the DC power supply supplies power to the PWM drive device having the waveform generation means and the amplification means, the device price is low, the reliability is high and the Joule heat is small with a simple configuration of the PWM drive device. The advantage of ending is often demonstrated. Therefore, according to this means, there is an effect that the effect of the fourth means becomes stronger, and if this means is further combined with the fifth means or the sixth means, the tendency to strengthen the effect becomes more remarkable.

[車載装置]
(第8手段)
本発明の第8手段は、熱電効果による冷却および加熱のうち少なくとも一方を行うペルチェ素子と、このペルチェ素子をPWM駆動する請求項4に記載されたPMW駆動装置と、このPMW駆動装置を制御する制御装置とを有することを特徴とする「車載温度調節装置」である。
[In-vehicle device]
(Eighth means)
The eighth means of the present invention controls a Peltier element that performs at least one of cooling and heating by the thermoelectric effect, PWM driving the Peltier element, and the PMW driving apparatus. It is an “in-vehicle temperature control device” characterized by having a control device.

一般的な傾向として、自動車などの車両では供給可能な電力が限られているから、商用電源などの外部電源から電力の供給を受ける装置よりも、車載装置の方が電力節減に対してもつ要求はより切実である。また、車載装置には、装置価格、装置重量、信頼性などについても、他の装置よりも厳しい要求が突きつけられるのが普通である。   As a general trend, the amount of power that can be supplied by a vehicle such as an automobile is limited. Therefore, in-vehicle devices have more demands for power saving than devices that receive power from external power sources such as commercial power sources. Is more compelling. In addition, in-vehicle devices are generally stricter than other devices in terms of device price, device weight, reliability, and the like.

本手段の「車載温度調節装置」は、第4手段の項で前述したように、ペルチェ素子でのCOPが高く、駆動装置も含めたシステム全体で作動効率が高い(特に冷却時に高い)うえに、装置価格、装置重量および信頼性にも優れている。したがって、本手段の「車載温度調節装置」によれば、従来技術よりも消費電力が小さくて済みながら、他の長所も失われないから、車載装置として特に好適であるという効果がある。このような効果は、本手段のPWM駆動装置を特に第5手段または第6手段と第7手段との組み合わせとした場合には、いっそう顕著である。   The “on-vehicle temperature control device” of this means has a high COP in the Peltier element as described above in the section of the fourth means, and the operating efficiency of the entire system including the drive device is high (especially high during cooling). Also, the equipment price, equipment weight and reliability are excellent. Therefore, according to the “vehicle temperature control device” of this means, the power consumption is smaller than that of the prior art, but other advantages are not lost, and therefore, there is an effect that it is particularly suitable as the vehicle device. Such an effect is more remarkable when the PWM drive device of this means is a combination of the fifth means or the sixth means and the seventh means.

(第9手段)
本発明の第9手段は、前述の第8手段において、前記制御装置は、車載の受信装置のうち所定のものが作動している場合には、前記PWM駆動装置を制御して前記PWM周波数を低減させる機能を持つことを特徴とする「車載温度調節装置」である。
(Ninth means)
According to a ninth means of the present invention, in the eighth means described above, the control device controls the PWM drive device to set the PWM frequency when a predetermined one of the in-vehicle receiving devices is operating. It is an “in-vehicle temperature control device” characterized by having a function of reducing.

本手段では、例えばカーオーディオのAMラジオ受信機が作動している場合に、PWM駆動装置のPWM周波数が低くなり、ペルチェ素子をPWM駆動する際に生じやすいラジオノイズが低減される。したがって本手段によれば、本手段の車載温度調節装置が運転中であっても、カーラジオなどに雑音が入りにくくなるという効果がある。   In this means, for example, when a car audio AM radio receiver is operating, the PWM frequency of the PWM drive device is lowered, and radio noise that is likely to occur when the Peltier element is PWM driven is reduced. Therefore, according to this means, there is an effect that it is difficult for noise to enter the car radio or the like even when the on-vehicle temperature control device of this means is in operation.

(第10手段)
本発明の第10手段は、前述の第8手段の「車載温度調節装置」において、前記ペルチェ素子の温度調節対象がカーシートの座面および背当てのうち少なくとも一方であることを特徴とする「カーシート温度調節装置」である。
(Tenth means)
According to a tenth means of the present invention, in the “vehicle temperature control device” of the eighth means described above, the temperature adjustment target of the Peltier element is at least one of a seat surface and a backrest of a car seat. "Car seat temperature control device".

本手段では、第8手段の項で前述したように、従来技術よりも消費電力が小さくて済む上に、装置価格、装置重量および信頼性などの利点も失われない。さらに、目下のところカーシート温度調節装置を搭載しているのは高級乗用車に限られ、このような車両では電装品が多用されて電力消費が大きく、慢性的に電力が不足気味であるから、消費電力が低減されることの効果は大きい。したがって、本手段の「カーシート温度調節装置」によれば、他の長所を失うことなく従来技術よりも消費電力が小さくて済むという第8手段の効果は、よりいっそう貴重なものとなる。   As described above in the section of the eighth means, this means requires less power consumption than the prior art and does not lose advantages such as the equipment price, equipment weight, and reliability. In addition, car seat temperature control devices are currently installed only in high-end passenger cars, and in such vehicles, electrical components are heavily used and power consumption is large, and there is a chronic shortage of power. The effect of reducing power consumption is great. Therefore, according to the “car seat temperature control device” of this means, the effect of the eighth means that the power consumption is smaller than that of the prior art without losing other advantages becomes even more valuable.

このような効果は、本手段のPWM駆動装置を第5手段または第6手段と第7手段との組み合わせとした場合には、いっそう顕著である。また、前述の第9手段を本手段に組み合わせれば、カーラジオなどに雑音が入りにくくなり、高級乗用車への搭載装置としてより好適である。   Such an effect is more remarkable when the PWM drive device of this means is the fifth means or the combination of the sixth means and the seventh means. In addition, if the ninth means is combined with this means, it is difficult for noise to enter a car radio or the like, and it is more suitable as a mounting device for a luxury passenger car.

・第二部:ペルチェ素子のPWM駆動特性チャートおよびその関連技術
本発明はさらに、前述のペルチェ素子のPWM駆動技術から派生した研究成果として、駆動電圧のPWM周波数とペルチェ素子のCOPとの関係を極めて簡潔に示す特性チャートを提供する。併せて、その作図方法と、この作図方法に基づく簡便な試験方法と、同チャートの利用方法とを提供する。
Part II: Peltier element PWM drive characteristic chart and related technology The present invention further relates to the relationship between the PWM frequency of the drive voltage and the COP of the Peltier element as a research result derived from the aforementioned PWM drive technique of the Peltier element. Provides a characteristic chart that is very concise. In addition, the drawing method, a simple test method based on the drawing method, and a method of using the chart are provided.

[特性チャート]
(第11手段)
本発明の第11手段は、所定のPWM周波数およびデューティー比でPWM(パルス幅変調)された駆動電圧をペルチェ素子に印加して、このペルチェ素子に熱電効果を発揮させるに際し、このペルチェ素子のPWM駆動特性に関係する各種パラメータのうち三者の関係を示す「ペルチェ素子PWM駆動特性チャート」である。本手段の第一の特徴は、前記駆動電圧の前記PWM周波数を対数横軸に取り、前記ペルチェ素子の作動効率を示すCOPを縦軸に取った片対数グラフであることである。本手段の第二の特徴は、前記駆動電圧の前記デューティー比および実効電圧のうちいずれかを少なくとも一つの所定値に固定し、この所定値のそれぞれについて、前記PWM周波数と前記COPとの関係を示す正の傾きをもった斜め線分が描線されていることである。
[Characteristic chart]
(Eleventh means)
The eleventh means of the present invention applies a drive voltage that is PWM (pulse width modulated) with a predetermined PWM frequency and duty ratio to the Peltier element to cause the Peltier element to exert a thermoelectric effect. It is a “Peltier element PWM drive characteristic chart” showing the relationship among the three parameters among various parameters related to drive characteristics. The first feature of this means is that it is a semi-logarithmic graph in which the PWM frequency of the drive voltage is taken on the logarithmic horizontal axis and COP indicating the operation efficiency of the Peltier element is taken on the vertical axis. The second feature of this means is that either the duty ratio or the effective voltage of the drive voltage is fixed to at least one predetermined value, and the relationship between the PWM frequency and the COP is determined for each of the predetermined values. The diagonal line segment with the positive inclination shown is drawn.

すなわち本手段は、右上がりの直線(斜め線分)が描かれた片対数グラフであり、その横軸は対数のPWM周波数で、その縦軸はペルチェ素子のCOPであることを特徴としている。そしてこの斜め線分は、デューティー比(または実効電圧)の所定値一つに対し、それぞれ一本が描線されている。本手段は、発明者らがペルチェ素子のPWM駆動特性に関する可変周波数での試験結果を整理していく過程で生まれた特性チャートであり、発明者らの新しい知見に基づいて開発されたものである。   That is, this means is a semi-logarithmic graph in which a straight line (an oblique line segment) rising to the right is drawn, the horizontal axis is the logarithmic PWM frequency, and the vertical axis is the COP of the Peltier element. One oblique line is drawn for each predetermined value of the duty ratio (or effective voltage). This means is a characteristic chart created by the inventors in the process of organizing the test results at the variable frequency related to the PWM drive characteristics of the Peltier element, and was developed based on the inventors' new knowledge. .

本手段では、ペルチェ素子に印加される駆動電圧がもつ所定のデューティー比(または実効電圧)におけるPWM周波数と、当該ペルチェ素子が発揮するCOPとの関係は、所定の周波数までは一本の真っ直ぐな斜め線分で前述の片対数グラフ中に表される。それゆえ、複数のデューティー比(実効電圧)でのPWM駆動特性は、同数の斜め線分で同グラフ中に極めて簡潔に示すことができる。このことは、PWM駆動されるペルチェ素子が発揮するCOPの周波数特性を整理する上で極めて示唆的である。また、真っ直ぐな斜め線分を描線するだけで済むので、普通のグラフのように特性が曲線になる場合とは異なって、特性試験による測定点の間を補間するにしろ逆に外挿するにしろ、作図が実に容易であり、それが故に近似曲線の選び方による誤差が生じない。   In this means, the relationship between the PWM frequency at a predetermined duty ratio (or effective voltage) of the drive voltage applied to the Peltier element and the COP exerted by the Peltier element is one straight line up to the predetermined frequency. It is represented by the diagonal line segment in the above-mentioned semilogarithmic graph. Therefore, the PWM drive characteristics at a plurality of duty ratios (effective voltages) can be shown very simply in the graph with the same number of diagonal lines. This is extremely suggestive in organizing the COP frequency characteristics exhibited by the Peltier element driven by PWM. In addition, since it is only necessary to draw a straight diagonal line segment, it is different from the case where the characteristic becomes a curve as in an ordinary graph. However, drawing is really easy, and therefore there is no error due to the selection of the approximate curve.

本手段の特性チャートを利用すれば、単に作図が容易であるということだけではなく、後述する手段の中で示すように、数々の利点がある。たとえば、第16手段で後述するように、ペルチェ素子PWM駆動装置の周波数特性試験を簡易化し、同試験に要する時間を大幅に短縮しながら、長時間かけて試験した結果と同じだけの利用価値がある試験データを提供することが可能なる。また、第17手段で後述するように、本手段の特性チャートを変換すれば、ペルチェ素子のPWM駆動装置を設計する上で必要な二次特性チャートを作図することが容易である。   If the characteristic chart of this means is used, not only the drawing is easy, but there are a number of advantages as shown in the means described later. For example, as will be described later in the 16th means, the frequency characteristic test of the Peltier device PWM drive device is simplified and the time required for the test is greatly reduced, and the utility value is the same as the result of testing over a long period of time. Certain test data can be provided. Further, as will be described later in the seventeenth means, if the characteristic chart of this means is converted, it is easy to draw a secondary characteristic chart necessary for designing a Peltier element PWM drive device.

したがって本手段によれば、PWM駆動されるペルチェ素子が発揮するCOPの周波数特性を新しい形式で単純に整理することができるという効果がある。その結果、ペルチェ素子のPWM駆動装置を設計する上で必要な試験データを得るために、駆動電圧のデューティー比(実効電圧)とPWM周波数とをパラメータにしてCOPを測定する試験に要する時間を、大幅に短縮することができるようになるという効果がある。   Therefore, according to this means, there is an effect that the frequency characteristics of COP exhibited by the Peltier element driven by PWM can be simply arranged in a new format. As a result, in order to obtain test data necessary for designing the PWM drive device of the Peltier element, the time required for the test for measuring the COP using the duty ratio (effective voltage) of the drive voltage and the PWM frequency as parameters, There is an effect that it can be greatly shortened.

(第12手段)
本発明の第12手段は、前述の第11手段において、前述の片対数グラフに、少なくとも一本の折れ線が描線されていることを特徴とする「ペルチェ素子PWM駆動特性チャート」である。そして本手段は、前記PWM周波数が所定周波数以下の領域では前記斜め線分をもち、この所定周波数以上の領域では水平線分をもち、この斜め線分とこの水平線分とがこの所定周波数で連続した折れ線が、少なくとも一本は描線されていることを特徴とする。
(Twelfth means)
The twelfth means of the present invention is a “Peltier element PWM drive characteristic chart” characterized in that, in the eleventh means described above, at least one polygonal line is drawn in the semilogarithmic graph. The means has the diagonal line segment in the region where the PWM frequency is equal to or lower than the predetermined frequency, and has a horizontal line segment in the region where the PWM frequency is higher than the predetermined frequency, and the diagonal line segment and the horizontal line segment are continuous at the predetermined frequency. It is characterized in that at least one broken line is drawn.

換言すると、この片対数グラフに描線された折れ線の特徴は、前記PWM周波数が所定周波数以下の領域では前述の第11手段に記載された前記斜め線分であり、この所定周波数以上の領域では水平線分であって、この斜め線分とこの水平線分とがこの所定周波数で連続していることである。なお、この「所定周波数」(折れ線の屈曲点、すなわち題意14手段で後述する「COP飽和点」があるPWM周波数)は、後述の第15手段でいうところの「飽和周波数」に相当する。   In other words, the characteristic of the polygonal line drawn in the semilogarithmic graph is the oblique line segment described in the eleventh means in the region where the PWM frequency is equal to or lower than the predetermined frequency, and the horizontal line in the region above the predetermined frequency. The diagonal line segment and the horizontal line segment are continuous at the predetermined frequency. Note that this “predetermined frequency” (a bending point of a broken line, that is, a PWM frequency having a “COP saturation point” to be described later in the meaning 14 means) corresponds to a “saturation frequency” in the 15th means described later.

前述の第11手段では、片対数グラフに描線されているのは斜め線分にしか言及されておらず、仮にこの斜め線分を高周波側に延長していくと、いくらでもCOPが増大することになって不合理である。そこで、本手段では、PWM周波数が所定値(所定周波数)を越えると、この斜め線分が所定のCOPで水平に延長される水平線分になる。   In the eleventh means described above, only the diagonal line segment is drawn in the semilogarithmic graph, and if this diagonal line segment is extended to the high frequency side, the COP increases as much as possible. It is irrational. Therefore, in this means, when the PWM frequency exceeds a predetermined value (predetermined frequency), this diagonal line segment becomes a horizontal line segment that is horizontally extended by a predetermined COP.

このことは、発明者らが第11手段の特性チャートにまとめられた試験データに疑問を持って、ペルチェ素子のCOPを測るPWM駆動特性試験をかなり高い周波数領域に至るまで行った末に確認することができたことである。このようにPWM周波数が所定周波数を越えるとペルチェ素子のCOPが飽和することを、発明者らは新しい知見であると考えている。   This is confirmed after the inventors conducted a PWM drive characteristic test for measuring the COP of the Peltier element up to a considerably high frequency range, having doubts about the test data compiled in the characteristic chart of the eleventh means. It was possible. In this way, the inventors consider that the COP of the Peltier element is saturated when the PWM frequency exceeds a predetermined frequency, which is a new finding.

したがって本手段によれば、所定周波数(飽和周波数)以下のPWM周波数領域だけではなく、この所定周波数を越えて高い領域でも、片対数の特性チャートを有効にすることができるという効果がある。それゆえ、本手段の特性チャートによれば、ペルチェ素子のPWM駆動が可能なほぼ全てのPWM周波数で、そのCOPの周波数特性をごく単純な折れ線で示すことができるようになるという効果がある。   Therefore, according to this means, the semi-logarithmic characteristic chart can be made effective not only in the PWM frequency region below the predetermined frequency (saturation frequency) but also in the region exceeding the predetermined frequency. Therefore, according to the characteristic chart of this means, there is an effect that the frequency characteristic of the COP can be indicated by a very simple broken line at almost all PWM frequencies at which the Peltier element can be PWM driven.

しかも、後述の第15手段で結論づけるように、逆説的ではあるが、高周波領域まで有効なこの特性チャート(本手段)を完成させる方が、低周波領域だけに複数の斜め線分が描かれた特性チャート(第11手段)よりも、少ない測定点数で作図することができるという効果まである。   Moreover, as can be concluded from the fifteenth means described later, a plurality of diagonal line segments are drawn only in the low frequency region when this characteristic chart (this means), which is paradoxical but effective up to the high frequency region, is completed. There is even an effect that drawing can be performed with a smaller number of measurement points than the characteristic chart (11th means).

[特性チャートの作図方法]
(第13手段)
本発明の第13手段は、「ペルチェ素子PWM駆動特性チャートの作図方法」である。すなわち本手段は、所定のPWM周波数およびデューティー比でパルス幅変調されて所定の実効電圧をもつ矩形波状の駆動電圧をペルチェ素子に印加し、このペルチェ素子が発揮する熱電効果のCOPを測定する試験を行って、請求項11に記載されたペルチェ素子PWM駆動特性チャートを作図する方法である。本手段の特徴は、以下のようにして請求項11記載の特性チャートを作図することである。
[Characteristic chart drawing method]
(13th means)
The thirteenth means of the present invention is “a method for drawing a Peltier element PWM drive characteristic chart”. That is, this means applies a rectangular wave drive voltage having a predetermined effective voltage that is pulse-width modulated at a predetermined PWM frequency and duty ratio to a Peltier element, and measures the COP of the thermoelectric effect exhibited by the Peltier element. To create a Peltier element PWM drive characteristic chart according to claim 11. The feature of this means is to draw the characteristic chart according to claim 11 as follows.

すなわち、比較的低いPWM周波数である第一周波数と、比較的高いPWM周波数である第二周波数とについて、前述のCOP測定試験を行う。(ただし、第一周波数および第二周波数は、ともにCOPが飽和するPWM周波数「飽和周波数」以下で設定する。)そして、この第一周波数およびこの第二周波数における前記COPの測定結果を、それぞれ第一COPおよび第二COPとする。   That is, the above-described COP measurement test is performed on the first frequency that is a relatively low PWM frequency and the second frequency that is a relatively high PWM frequency. (However, the first frequency and the second frequency are both set below the PWM frequency “saturation frequency” at which the COP is saturated.) The measurement results of the COP at the first frequency and the second frequency are respectively One COP and the second COP.

さらに、この第一周波数およびこの第一COPで定まる第一測定点と、この第二周波数およびこの第二COPで定まる第二測定点とを、前記PWM周波数を対数横軸に取り前記COPを縦軸に取った片対数グラフの上にプロットする。そうして、この第一測定点とこの第二測定点とを途中または端部に含む正の傾きをもった斜め線分をこの片対数グラフに引いて、請求項11記載の特性チャートを作図する。   Further, the first measurement point determined by the first frequency and the first COP and the second measurement point determined by the second frequency and the second COP are taken with the PWM frequency on the logarithmic horizontal axis, and the COP is vertically Plot on a semilogarithmic graph on the axis. Then, an oblique line segment having a positive slope including the first measurement point and the second measurement point in the middle or at the end is drawn on the semilogarithmic graph, and the characteristic chart according to claim 11 is drawn. To do.

本手段では、ペルチェ素子が発揮するCOPのPWM周波数特性を測定する試験において、PWM駆動電圧のデューティー比を一定(すなわち実効電圧が一定)にしておいて、第一周波数でのCOP測定と第二周波数でのCOP測定との、たった二点の測定試験を行えば済む。すなわち、所定のデューティー比ないし実効電圧でペルチェ素子が発揮するCOPのPWM周波数特性は、第一測定点および第二測定点の二点の測定だけで、請求項11記載の特性チャートの上に一本の斜め線分で定義される。このように二点の測定だけで特性試験が済むということは、同じ内容の特性データを得るのに従来の試験方法では少なくとも数点での測定が必要であったことを考えれば、特性試験に要する時間が半減ないし四半減するということである。もちろん、所定のデューティー比(または実効電圧)の複数レベルについて試験を行えば、同数の斜め線分を片対数グラフに描線することができ、特性チャートをより完全にすることができる。   In this means, in the test for measuring the PWM frequency characteristics of the COP exhibited by the Peltier element, the COP measurement at the first frequency and the second COP measurement are performed while the duty ratio of the PWM drive voltage is kept constant (that is, the effective voltage is constant). Only two measurement tests with COP measurement at frequency are required. That is, the PWM frequency characteristic of the COP exhibited by the Peltier device at a predetermined duty ratio or effective voltage is measured on the characteristic chart according to claim 11 only by measuring two points of the first measurement point and the second measurement point. It is defined by the diagonal line segment of the book. The fact that a characteristic test can be completed by measuring only two points in this way means that a characteristic test can be performed in consideration of the fact that the conventional test method required at least several measurements to obtain the same characteristic data. This means that the time required is halved or halved. Of course, if a plurality of levels with a predetermined duty ratio (or effective voltage) are tested, the same number of diagonal lines can be drawn in a semilogarithmic graph, and the characteristic chart can be made more complete.

したがって本手段によれば、第11手段の特性チャートを応用して、ペルチェ素子のCOPを求めるPWM周波数特性試験にかかる時間を大幅に短縮することができるという効果がある。   Therefore, according to this means, the time required for the PWM frequency characteristic test for obtaining the COP of the Peltier element can be greatly shortened by applying the characteristic chart of the eleventh means.

(第14手段)
本発明の第14手段は、前述の第13手段で描いた前記斜め線分に描き足して、この斜め線分に所定の水平線分が連続する折れ線を少なくとも一本は描線する「ペルチェ素子PWM駆動特性チャートの作図方法」である。
(14th means)
The fourteenth means of the present invention draws and adds at least one broken line in which a predetermined horizontal line continues to the diagonal line segment drawn by the above-mentioned thirteenth means. "Characteristic chart drawing method".

本手段の作図方法がもつ特徴は、この折れ線を次のようにして描くことである。すなわち、前記実効電圧と等しい直流電圧を前記ペルチェ素子に印加した場合に、このペルチェ素子が発揮するCOPを直流COPとして、この直流COPに相当する水平線分を前記斜め線分よりも高周波側に引く。そして、第13手段で描いた前記斜め線分とこの水平線分とが交差する点を、当該実効電圧でのCOP飽和点として定め、前記斜め線分とこの水平線分とがこのCOP飽和点で連続する折れ線を、少なくとも一本は描線する。ここで、それぞれの折れ線は、所定のデューティー比(または実効電圧)でのPWM駆動特性を表している。   The feature of the drawing method of this means is that this broken line is drawn as follows. That is, when a DC voltage equal to the effective voltage is applied to the Peltier element, a COP exerted by the Peltier element is defined as a DC COP, and a horizontal line segment corresponding to the DC COP is drawn higher than the oblique line segment. . Then, a point where the diagonal line segment drawn by the thirteenth means intersects with the horizontal line segment is defined as a COP saturation point at the effective voltage, and the diagonal line segment and the horizontal line segment are continuous at the COP saturation point. At least one line is drawn. Here, each broken line represents a PWM drive characteristic at a predetermined duty ratio (or effective voltage).

本手段では、前述の第12手段に相当する特性チャートを描くにあたり、その折れ線のうち、PWM周波数が所定周波数以下の低周波領域では第13手段の作図方法を利用し、所定周波数以上の高周波領域では直流COPのレベルで水平線分を描線する。   In this means, when drawing the characteristic chart corresponding to the above-mentioned twelfth means, the drawing method of the thirteenth means is used in the low frequency region where the PWM frequency is not more than a predetermined frequency among the broken lines, and the high frequency region above the predetermined frequency Then, a horizontal line segment is drawn at the level of DC COP.

ところで、ペルチェ素子を直流駆動した場合のCOP(直流COP)は、印加電圧の代表的なレベルについてすでに求まっているのが普通である。すなわち、PWM駆動特性よりも直流駆動特性の方が基本的な特性であるから、ほとんどの場合には、ペルチェ素子のCOPに関するPWM周波数特性試験を始める前に、そのペルチェ素子の直流COPは、メーカーから提供されていたり、すでに直流駆動試験で求められているはずである。そして万が一、直流COPが未だ求められていない場合にも、PWM駆動特性試験に用いる設備を使って簡単に当該ペルチェ素子の直流COPを求めることができる。   By the way, the COP (direct current COP) when the Peltier element is driven by direct current is usually already obtained for a representative level of the applied voltage. That is, since the DC drive characteristic is more basic than the PWM drive characteristic, in most cases, the DC COP of the Peltier element is determined by the manufacturer before starting the PWM frequency characteristic test for the COP of the Peltier element. Or have already been sought in the DC drive test. Even if the direct current COP has not yet been obtained, the direct current COP of the Peltier element can be easily obtained using the equipment used for the PWM drive characteristic test.

したがって、本手段の作図方法によれば、前述の第13手段で描かれた特性チャートの斜め線分に、その実効電圧と同じレベルの直流電圧での直流COPに相当するレベルの水平線分を描き足せば、簡単に折れ線が完成する。その結果、追加試験を必要とせず、前述の第13手段とほとんど変わらない手間で、ペルチェ素子のCOPが飽和するPWM周波数(飽和周波数)を越える高周波領域まで有効な、より完全な特性チャートを完成することができるという効果がある。さらに、ペルチェ素子のCOPが飽和してしまうPWM周波数(次の第15手段で定義する「飽和周波数」)を、至って簡単に求めることができるという効果もある。   Therefore, according to the drawing method of this means, the horizontal line segment of the level corresponding to the DC COP at the DC voltage of the same level as the effective voltage is drawn on the oblique line segment of the characteristic chart drawn by the 13th means described above. If you add, you can easily complete the polyline. As a result, a complete characteristic chart that is effective up to the high-frequency region exceeding the PWM frequency (saturation frequency) at which the COP of the Peltier element saturates is completed with the same effort as the thirteenth means, requiring no additional test. There is an effect that can be done. Furthermore, there is also an effect that the PWM frequency at which the COP of the Peltier element saturates (“saturation frequency” defined by the fifteenth means) can be easily obtained.

(第15手段)
本発明の第15手段は、前述の第14手段において、実効電圧のレベル(すなわちデューティー比のレベル)が変わっても、飽和周波数はそれぞれの折れ線に共通しているという特性を利用した「ペルチェ素子PWM駆動特性チャートの作図方法」である。
(15th means)
The fifteenth means of the present invention is a "Peltier element utilizing the characteristic that the saturation frequency is common to each broken line even if the effective voltage level (that is, the duty ratio level) changes in the above-mentioned fourteenth means. "Drawing method of PWM drive characteristic chart".

本手段の特徴は、次の二つである。第一に、前記折れ線を少なくとも一本は前記片対数グラフに描線して、この折れ線がもつ前記COP飽和点でのPWM周波数を、各前記実効電圧に共通した「飽和周波数」として定めることである。第二に、他の実効電圧については、この飽和周波数よりも低いPWM周波数領域で前記COPを測定して少なくとも一つの測定点を求め、この測定点を通る斜め線分と、この飽和周波数よりも高周波側では当該実効電圧と等しい直流電圧に相当する水平線分とが、この飽和周波数で連続した折れ線を描線することである。なお、これら二つの特徴には、順番が前後しても差し支えない部分が一部にある。   The feature of this means is as follows. First, at least one of the polygonal lines is drawn on the semilogarithmic graph, and the PWM frequency at the COP saturation point of the polygonal lines is determined as a “saturation frequency” common to the effective voltages. . Secondly, for other effective voltages, the COP is measured in a PWM frequency region lower than the saturation frequency to obtain at least one measurement point, an oblique line segment passing through the measurement point, and the saturation frequency. On the high frequency side, a horizontal line segment corresponding to a DC voltage equal to the effective voltage is to draw a continuous broken line at this saturation frequency. Note that these two features have some portions that can be moved back and forth.

本手段では、一つの所定の実効電圧について最低で二点の測定点(第13手段でいう第一測定点および第二測定点)を求めれば、他の各実効電圧については、それぞれ一つの測定点でCOPを測定するだけで、複数の折れ線が描かれた特性チャートを完成することができる。   In this means, if at least two measurement points (first measurement point and second measurement point in the thirteenth means) are obtained for one predetermined effective voltage, one measurement is made for each of the other effective voltages. A characteristic chart in which a plurality of broken lines are drawn can be completed simply by measuring COP at points.

すなわち、先ず、前述の第14手段の作図方法で一本の折れ線を描けば、その折れ線から飽和周波数を求めることができる。そして、その飽和周波数を他の実効電圧でも共通であるとして、他の実効電圧についてはそれぞれ一つの測定点から右上がりに斜め線分をひく。この斜め線分を引くに際して、斜め線分の右端は、その実効電圧と同じ印加電圧レベルの直流COPに相当する水平線分のCOP飽和点とする。このCOP飽和点は、当該水平線分のうち、前述の一本目の折れ線の屈曲点(そのCOP飽和点)と同じPWM周波数(飽和周波数)に位置する点を取ることにより、簡単に定められる。その結果、二本目以降の折れ線は、それぞれのデューティー比(または実効電圧)についてたった一点の測定点を求めるだけで、片対数グラフの上に描線される。   That is, first, if a single broken line is drawn by the drawing method of the fourteenth means, the saturation frequency can be obtained from the broken line. Then, assuming that the saturation frequency is common to other effective voltages, diagonal lines are drawn upward from one measurement point for each of the other effective voltages. When drawing this diagonal line segment, the right end of the diagonal line segment is the COP saturation point of the horizontal line segment corresponding to the direct current COP at the same applied voltage level as the effective voltage. This COP saturation point is easily determined by taking a point located at the same PWM frequency (saturation frequency) as the bending point of the first broken line (the COP saturation point) of the horizontal line segment. As a result, the second and subsequent polygonal lines are drawn on the semilogarithmic graph by obtaining only one measurement point for each duty ratio (or effective voltage).

したがって本手段によれば、一つの所定の実効電圧について最低で二点の測定点を求めれば、他の各実効電圧についてはそれぞれ一つの測定点でCOPを測定するだけで、複数の折れ線が描かれた特性チャートを完成することができるという効果がある。その結果、いささか逆説的ではあるが、低周波領域だけではなく飽和周波数を越えた高周波領域まで有効なこの特性チャートを完成させるほうが、低周波領域に複数の斜め線分だけが描かれた特性チャートよりも、特性試験にかかる時間をさらに短縮することができるという意外な効果が得られる。   Therefore, according to the present means, if at least two measurement points are obtained for one predetermined effective voltage, a plurality of broken lines are drawn only by measuring COP at one measurement point for each of the other effective voltages. There is an effect that a completed characteristic chart can be completed. As a result, although somewhat paradoxical, it is better to complete this characteristic chart that is effective not only in the low-frequency region but also in the high-frequency region exceeding the saturation frequency, in which only a plurality of diagonal line segments are drawn in the low-frequency region. As a result, an unexpected effect that the time required for the characteristic test can be further shortened can be obtained.

[特性試験方法]
(第16手段)
本発明の第16手段は、前述の第13手段〜第15手段のうちいずれかに記載されたペルチェ素子PWM駆動特性チャートの作図方法に則って行われることを特徴とする「ペルチェ素子のPWM駆動特性試験方法」である。
[Characteristic test method]
(16th means)
The sixteenth means of the present invention is performed in accordance with the Peltier element PWM drive characteristic chart drawing method described in any one of the thirteenth to fifteenth means described above. Characteristic test method ".

本手段では、すでに第13手段〜第15手段の項で説明したように、これらの特性チャートを作図することを目的にしてペルチェ素子PWM駆動時のCOP測定試験を行えば、従来よりもずっと少ない測定点数で、ペルチェ素子のPWM駆動特性を測定することができる。特に、第15手段の作図方法に則って試験を行えば、飽和周波数を越える高い周波数領域に至るまで有効なペルチェ素子が発揮するCOPのPWM駆動特性を、極めて短時間で測定できるようになる。したがって本手段によれば、測定試験の時間を短縮しながらより完全な特性チャートが得られるようになるという効果がある。   In this means, as already explained in the sections of the thirteenth to fifteenth means, if a COP measurement test at the time of Peltier element PWM driving is performed for the purpose of drawing these characteristic charts, it is much less than in the prior art. The PWM drive characteristics of the Peltier element can be measured with the number of measurement points. In particular, if a test is performed in accordance with the drawing method of the fifteenth means, the PWM driving characteristics of the COP exhibited by the effective Peltier element up to a high frequency region exceeding the saturation frequency can be measured in a very short time. Therefore, according to this means, there is an effect that a more complete characteristic chart can be obtained while shortening the time of the measurement test.

[特性チャートの利用方法]
(第17手段)
本発明の第17手段は、「PWM駆動特性チャートの利用方法」であって、前述の第11手段に記載されたペルチェ素子のPWM駆動特性チャートに基づき、この特性チャートを変換してPWM駆動装置などの設計に使いやすい二次チャートを作図する方法である。すなわち、本手段の特徴は、第11手段の特性チャートに基づき、前記デューティー比および前記実効電圧のうちいずれかを横軸とし、前記COPを縦軸として、前記PWM周波数の範囲のうち少なくとも一つの所定値についてそれぞれ曲線を引いた「二次特性チャート」を作図することである。
[How to use characteristic chart]
(17th means)
The seventeenth means of the present invention is a “method of using a PWM drive characteristic chart”, which is converted based on the PWM drive characteristic chart of the Peltier element described in the eleventh means and converted into a PWM drive apparatus. This is a method of drawing a secondary chart that is easy to use for design. That is, the feature of this means is that, based on the characteristic chart of the eleventh means, either the duty ratio or the effective voltage is on the horizontal axis, the COP is on the vertical axis, and at least one of the PWM frequency ranges. To draw a “secondary characteristic chart” in which a curve is drawn for each predetermined value.

本手段では、ペルチェ素子のCOPを縦軸とし、デューティー比または実効電圧を横軸とて、所定のPWM周波数について特性が曲線で描かれた二次特性チャートが得られる。このようなチャートは、PWM周波数を所定値に保ちデューティー比(実効電圧)を変えてペルチェ素子のCOPないし出力を調整するというPWM駆動装置の設計をする際の資料に適している。   This means obtains a secondary characteristic chart in which the characteristic is drawn in a curve for a predetermined PWM frequency with the COP of the Peltier element as the vertical axis and the duty ratio or effective voltage as the horizontal axis. Such a chart is suitable as a document for designing a PWM drive device in which the COP or output of the Peltier element is adjusted by changing the duty ratio (effective voltage) while keeping the PWM frequency at a predetermined value.

そして、この二次特性チャートは、前述の特性チャートを基にして二次的に得られるので、すでに第16手段の項で説明したように、ごく少ない測定点数に基づいて短時間で作図されうる。しかも、前述の特性チャートは、複数の斜め線分または折れ線が真っ直ぐに描かれた片対数グラフであるから、その基になる測定点数が少なくても、二次特性チャートへの座標変換の基になるデータは、十分な密度でたくさん取ることができる。その結果、この二次特性チャートに描線される曲線群は、長い時間を測定試験にかけて多数の測定点を取って作成された同形式のグラフよりも滑らかに補間されることになる。   Since this secondary characteristic chart is obtained secondarily based on the above-mentioned characteristic chart, it can be drawn in a short time based on a very small number of measurement points as already explained in the section of the sixteenth means. . Moreover, since the above characteristic chart is a semi-logarithmic graph in which a plurality of diagonal lines or polygonal lines are drawn straight, even if the number of measurement points as a basis is small, it is based on the coordinate conversion to the secondary characteristic chart. You can get a lot of data with sufficient density. As a result, the curve group drawn on the secondary characteristic chart is interpolated more smoothly than the graph of the same type created by taking a large number of measurement points over a long time.

したがって本手段によれば、ペルチェ素子のPWM駆動装置を設計する上で便利な二次特性チャートが、前述の特性チャートを座標変換するだけで容易に得られ、しかもその曲線群が滑らかになるという効果がある。   Therefore, according to this means, a secondary characteristic chart that is convenient for designing a PWM drive device for a Peltier element can be easily obtained by simply converting the coordinates of the above characteristic chart, and the curve group becomes smooth. effective.

(第18手段)
本発明の第18手段は、第17手段の前記二次特性チャートに基づいて、第4手段〜第10手段のうちいずれかの前記装置を設計することを特徴とする「PWM駆動特性チャートの利用方法」である。
(18th means)
The eighteenth means of the present invention is to design any one of the fourth to tenth means based on the secondary characteristic chart of the seventeenth means. Method.

本手段では、短時間の測定試験で用意できるデータに基づいて作図された二次特性チャートを資料として、PWM駆動の長所を生かしながら高いCOPでペルチェ素子をPWM駆動することができる装置を設計することができる。したがって本手段によれば、新しい特性を持ったペルチェ素子が開発されてから、より短時間でそのPWM駆動装置を設計することができるようになるという効果がある。   In this means, a device capable of PWM driving a Peltier device with a high COP while taking advantage of PWM driving is prepared using a secondary characteristic chart drawn based on data that can be prepared in a short measurement test as a document. be able to. Therefore, according to this means, there is an effect that the PWM drive device can be designed in a shorter time after a Peltier element having new characteristics is developed.

そして、このように優秀な製品を開発することができるだけではなく、その設計開発の期間(リードタイム)を短くすることができるということは、自動車のように競争が激しい分野では、その搭載装置メーカー間の競争で優位に立つうえで大きなアドバンテージになりうる。   And in addition to being able to develop such excellent products, the design and development period (lead time) can be shortened. It can be a big advantage in gaining an advantage in the competition.

[特性チャート(その2)]
(第19手段)
本発明の第19手段は、ペルチェ素子のPWM駆動特性に関するパラメータのうち三者の相互関係を示すチャートである。ここでパラメータの三者とは、このペルチェ素子に印加されるパルス幅変調された駆動電圧の「PWM周波数」および「デューティー比」(または「実効電圧」)と、このペルチェ素子が発揮するペルチェ効果の作動効率を示す「COP」とである。
[Characteristic chart (2)]
(19th means)
The nineteenth means of the present invention is a chart showing the mutual relationship among the three parameters related to the PWM drive characteristics of the Peltier element. Here, the three parameters are the “PWM frequency” and “duty ratio” (or “effective voltage”) of the pulse-width-modulated drive voltage applied to the Peltier element, and the Peltier effect exhibited by the Peltier element. It is “COP” indicating the operation efficiency of

本手段の特徴は次の二つである。すなわち、第一の特徴は、前記チャートの縦軸は前記COPの実数軸であり、前記チャートの横軸は前記PWM周波数の対数軸であって、前記チャートは片対数グラフであることである。そして第二の特徴は、この片対数グラフの上には、前記デューティー比の所定値一つに対してそれぞれ一本の正の傾きをもつ斜め線分と、この斜め線分に連続し所定周波数から傾きのない水平線分をもつ折れ線とのうち、少なくとも前者が描線されていることである。   The feature of this means is as follows. That is, the first feature is that the vertical axis of the chart is the real axis of the COP, the horizontal axis of the chart is the logarithmic axis of the PWM frequency, and the chart is a semi-logarithmic graph. The second feature is that on the semilogarithmic graph, there is one diagonal line segment having a positive slope with respect to one predetermined value of the duty ratio, and a predetermined frequency continuous to the diagonal line segment. Among the broken lines having a horizontal line segment with no inclination, at least the former is drawn.

本手段は、前述の第11手段または第12手段におおむね相当し、ほぼ同様の作用効果をもつ。それゆえ、本手段に関連して第13手段〜第18手段に相当する手段を実施することができ、各手段に相当する作用効果が得られる。   This means generally corresponds to the above-mentioned eleventh means or twelfth means, and has substantially the same function and effect. Therefore, means corresponding to the thirteenth means to the eighteenth means can be implemented in relation to this means, and operational effects corresponding to the respective means can be obtained.

(カテゴリー)
第11手段、第12手段および第19手段の特性チャートは物の発明にあたり、第13手段〜第15手段の作図方法は、特性チャートを作図する方法であるから、製造方法(物を生産する方法)の発明にあたる。また、第16手段の試験方法は方法発明にあたり、第17手段のチャート利用方法は、二次特性チャートを作図する方法であるから、製造方法の発明にあたる。さらに、第18手段のチャート利用方法は、本質的には装置を設計する方法であるから、製造方法の発明にあたる。
(Category)
The characteristic charts of the eleventh means, the twelfth means and the nineteenth means correspond to the invention of the object, and the drawing methods of the thirteenth means to the fifteenth means are methods for drawing the characteristic chart. ). The test method of the sixteenth means corresponds to the method invention, and the chart utilization method of the seventeenth means corresponds to the invention of the manufacturing method because it is a method of drawing a secondary characteristic chart. Further, the chart utilization method of the eighteenth means is essentially a method of designing an apparatus, and thus corresponds to the invention of the manufacturing method.

[研究の経緯]
発明者らは、ペルチェ素子とそのPWM駆動装置をもつカーシート温度調節装置を開発する過程で、PWM駆動されるペルチェ素子のCOPを計測するために、ペルチェ素子の特性試験装置を用意した。
[Background of research]
In the course of developing a car seat temperature control device having a Peltier element and its PWM drive device, the inventors have prepared a Peltier element characteristic test apparatus for measuring the COP of the Peltier element driven by PWM.

この試験装置は、図1に概略構成を示すように、試験対象である市販のペルチェ素1と、商用電源から給電されてペルチェ素子1にパルス幅変調された駆動電圧を印加する周波数発生器5と、ペルチェ素子1に所望の流量で空気を送風する送風機6とをもつ。周波数発生器5は、各種波形を生成することができる試験用の装置で、たとえばPWM駆動電圧の矩形波パルス列がもつ矩形波電圧およびデューティー比(したがって実効電圧)、PWM周波数などを所定範囲で指定して、PWM駆動の印加電圧を生成することができる。周波数発生器5にはオシログラフが付設されているが、かなり高い周波数に至るまで周波数発生器5のパルス波形が乱れないことが確認されている。   As shown schematically in FIG. 1, this test apparatus has a commercially available Peltier element 1 to be tested, and a frequency generator 5 that applies a pulse-width-modulated drive voltage fed from a commercial power source to the Peltier element 1. And a blower 6 for blowing air at a desired flow rate to the Peltier element 1. The frequency generator 5 is a test device capable of generating various waveforms. For example, the rectangular wave voltage, duty ratio (and therefore effective voltage), PWM frequency, etc. of the rectangular wave pulse train of the PWM drive voltage are specified within a predetermined range. Thus, an applied voltage for PWM driving can be generated. Although the oscillograph is attached to the frequency generator 5, it has been confirmed that the pulse waveform of the frequency generator 5 is not disturbed until the frequency reaches a considerably high frequency.

ここで、ペルチェ素子1をPWM駆動する場合には、矩形パルス波の頂上電圧が一定であっても、デューティー比を変えることによってその実効電圧を調節することができる。すなわち、一般論であるが、割合と高い直流電圧(図1(a)参照)と同じレベルでペルチェ素子1をPWM駆動したい場合には、図1(c)に示すように高いデューティー比を設定すれば、同等の実効電圧をかけることができる。逆に、同じ矩形波電圧であっても、図1(d)に示すように矩形波のデューティー比を低くすれば、図1(b)に示すように割合と低い直流電圧と同等の実効電圧を印加することができる。   Here, when the Peltier device 1 is PWM-driven, even if the top voltage of the rectangular pulse wave is constant, the effective voltage can be adjusted by changing the duty ratio. That is, as a general theory, when it is desired to PWM drive the Peltier device 1 at the same level as the DC voltage (see FIG. 1A) with a high ratio, a high duty ratio is set as shown in FIG. If so, an equivalent effective voltage can be applied. On the contrary, even if the rectangular wave voltage is the same, if the duty ratio of the rectangular wave is lowered as shown in FIG. 1 (d), the effective voltage equivalent to the DC voltage with a low ratio as shown in FIG. 1 (b). Can be applied.

さて、前述の試験装置を使ってペルチェ素子1のPWM駆動特性を試験する時には、周波数発生器5がペルチェ素子1を所定の条件でPWM駆動し、送風機6は、送風ダクト60からペルチェ素子1に所定流量の流入空気Aを吹き込む。すると、ペルチェ素子1の吸熱板(図略)で冷却された冷風Cは、冷風ダクト61から排気され、逆にペルチェ素子1の放熱板(図略)で加熱された温風Wは、温風ダクト62から排気される。この際、図示しない計測手段によって、流入空気Aや冷風Cおよび温風Wの流量と、温度などが計測され、図示しない記録手段に記録される。こうして、ペルチェ素子1の冷却能力や加熱能力と、PWM駆動されるペルチェ素子1での消費電力とが分かれば、その条件下でのペルチェ素子1が発揮する熱電作動効率であるCOP(熱出力/消費電力)を算定することができる。   Now, when testing the PWM drive characteristics of the Peltier element 1 using the above-described test apparatus, the frequency generator 5 PWM-drives the Peltier element 1 under a predetermined condition, and the blower 6 moves from the blower duct 60 to the Peltier element 1. Inflow air A having a predetermined flow rate is blown. Then, the cool air C cooled by the heat absorption plate (not shown) of the Peltier element 1 is exhausted from the cool air duct 61, and conversely, the warm air W heated by the heat dissipation plate (not shown) of the Peltier element 1 is warm air. The air is exhausted from the duct 62. At this time, the flow rate, temperature, and the like of the incoming air A, the cold air C, and the hot air W are measured by a measuring unit (not shown) and recorded in a recording unit (not shown). Thus, if the cooling capacity and heating capacity of the Peltier element 1 and the power consumption of the Peltier element 1 that is PWM-driven are known, the COP (heat output / heat efficiency) that the Peltier element 1 exhibits under that condition is known. Power consumption) can be calculated.

発明者らは、このような試験を条件を変えて幾度か行い、複数のペルチェ素子について測定結果を得た。そのうち代表的な冷却作動時の試験結果を一例としてグラフにまとめ、図3に示す。この際、PWM駆動特性試験の主たるパラメータのうち試験条件(独立変数)として設定可能なものは、ふつう次の三つである。
・駆動電圧の「矩形波電圧」(電源電圧が不変として所定値のまま固定)
・駆動電圧の「PWM周波数」
・駆動電圧の「実効電圧」(=「矩形波電圧」×「デューティー比」)
The inventors conducted such a test several times under different conditions, and obtained measurement results for a plurality of Peltier elements. Of these, typical test results during cooling operation are summarized in a graph as an example and shown in FIG. At this time, the following three parameters can be set as test conditions (independent variables) among the main parameters of the PWM drive characteristic test.
・ Drive voltage “rectangular wave voltage” (the power supply voltage remains unchanged and is fixed at a predetermined value)
・ "PWM frequency" of drive voltage
・ "Effective voltage" of drive voltage (= "rectangular wave voltage" x "duty ratio")

ここで、発明の車載装置への応用を想定して自動車にすでにある直流電源を利用することにすると、PWM駆動の矩形波電圧を自由に変更することは難しく、このような事情から矩形波電圧は一定値(12V)に固定して試験を行った。なお、送風機6の送風空気流量は、一律に5.0m3/hとした。それゆえ、試験条件として自由に設定することができるのは、「PWM周波数」と「実効電圧」(または「デューティー比」)との二つだけであった。一方、主たる測定結果(従属変数)として得られる数値の代表としては、ペルチェ素子1が発揮するペルチェ効果の熱電エネルギー変換効率たる「COP」(Coeficient Of Performance)を選択した。 Here, assuming the application of the invention to an in-vehicle device, it is difficult to freely change the PWM driving rectangular wave voltage, and the rectangular wave voltage is difficult to change. Was fixed at a constant value (12V) and tested. Note that the flow rate of the blower 6 was uniformly 5.0 m 3 / h. Therefore, only two of “PWM frequency” and “effective voltage” (or “duty ratio”) can be freely set as test conditions. On the other hand, “COP” (Coefficient of Performance), which is the thermoelectric energy conversion efficiency of the Peltier effect exhibited by the Peltier element 1, was selected as a representative value obtained as the main measurement result (dependent variable).

それゆえ、前述の図3は、COPを縦軸に取り、実効電圧ならびにデューティー比を横軸にとったグラフであり、このグラフには、同じPWM周波数で測定した測定結果を結んだ曲線が数本、描線されている。そこで、図3を変換し、PWM周波数を横軸にとって試験結果をプロットし、実効電圧の所定値一つについて一本の曲線でグラフを描きなおしてみると、図4のようになる。そして、図3および図4を検討すれば、ペルチェ素子1をPWM駆動するにあたっては、従来技術のように40Hz程度ではなく、もっと高いPWM周波数で駆動する方が、COPが向上することが分かる。   Therefore, FIG. 3 is a graph in which COP is taken on the vertical axis and effective voltage and duty ratio are taken on the horizontal axis. In this graph, there are several curves connecting the measurement results measured at the same PWM frequency. The book is drawn. Therefore, when FIG. 3 is converted, the test result is plotted with the PWM frequency as the horizontal axis, and the graph is redrawn with one curve for one predetermined value of the effective voltage, the result is as shown in FIG. 3 and 4, when the Peltier element 1 is PWM-driven, it can be seen that the COP is improved when the Peltier element 1 is driven at a higher PWM frequency than at about 40 Hz as in the prior art.

ところで、図4を検討するうちに、発明者らはふと気になって、図4の横軸を対数軸になおしてみた。すると、図5に示すように、測定値はそれぞれ一直線の斜め線分に乗り、非常にきれいに実験結果を整理することができた。ここまでの段階では、PWM周波数が1000Hz(1kHz)までしか試験してこなかったが、図5を検討した結果、PWM周波数が1kHzを超えて増えるとCOPはどうなるかという疑問が、発明者らの間に湧いてきた。そこで、発明者らはさらに、1kヘルツを超えるPWM周波数(具体的には3kHzおよび10kHz)で追加試験を行い、これらの測定データを図5に追加して描きなおしてみた。図6は、その結果として得られた片対数グラフである。   By the way, while examining FIG. 4, the inventors suddenly noticed that the horizontal axis in FIG. 4 was changed to a logarithmic axis. Then, as shown in FIG. 5, each measured value was placed on a straight diagonal line, and the experimental results could be arranged very neatly. At this stage, the PWM frequency has been tested only up to 1000 Hz (1 kHz), but as a result of examining FIG. 5, the question of what happens to the COP when the PWM frequency increases beyond 1 kHz is It came in between. Therefore, the inventors further performed an additional test at a PWM frequency exceeding 1 kHz (specifically, 3 kHz and 10 kHz), and re-drawn these measurement data in addition to FIG. FIG. 6 is a semilogarithmic graph obtained as a result.

この図6に示すように、以上の試験とその測定結果の分析とによって、発明者らはいくつかの新しい知見を得ることができたので、それらを次に列挙する。   As shown in FIG. 6, the inventors were able to obtain some new findings by the above test and analysis of the measurement results, and they are listed below.

(1)10Hz〜1kHz程度の低周波領域では、実効電圧が一定に保たれていても、印加電圧のPWM周波数が高まるにつれてペルチェ素子のCOPも向上し、PWM周波数の対数とCOPとが直線関係にある。   (1) In the low frequency range of about 10 Hz to 1 kHz, even if the effective voltage is kept constant, the COP of the Peltier element improves as the PWM frequency of the applied voltage increases, and the logarithm of the PWM frequency and the COP are linearly related. It is in.

(2)所定のPWM周波数(「飽和周波数」と命名)に達するとこの直線関係は失われ、飽和周波数を超えた高周波領域では、COPは飽和したかのように一定値を取り、この一定値は、当該実効電圧と同じ印加電圧で直流駆動した場合のCOP(「直流COP」と仮称)に等しい。   (2) When the predetermined PWM frequency (named “saturation frequency”) is reached, this linear relationship is lost. In a high frequency region exceeding the saturation frequency, the COP takes a constant value as if it was saturated. Is equal to COP (provisional name “DC COP”) when DC driving is performed with the same applied voltage as the effective voltage.

(3)「飽和周波数」は、異なる実効電圧の間でも(すなわちデューティー比が異なっていても)共通である。   (3) The “saturation frequency” is common even between different effective voltages (that is, even when the duty ratio is different).

以上の知見に基づき、発明者らは前述の解決手段の項に開示した各手段を発明するに至ったので、それらの実施例を以下に開示する。   Based on the above knowledge, the inventors have invented each means disclosed in the above-mentioned means for solving means, and examples thereof will be disclosed below.

・第1部:ペルチェ素子のPWM駆動技術   Part 1: PWM drive technology for Peltier elements

[PWM駆動技術]
(実施例1の装置構成)
本発明の実施例1としての「ペルチェ素子のPWM駆動装置」は、図7に示すように、底角2Vの直流電源としてのバッテリー2から電力を供給され、PWM駆動電圧をペルチェ素子1に印加して、ペルチェ素子1に熱電効果を発揮させる装置である。本装置は、外部制御信号に従って所定の矩形波状電圧を生成する波形生成手段51と、この矩形波状電圧を増幅してパルス幅変調(PWM)された駆動電圧をペルチェ素子1に印加する増幅手段52とをもつ。ここで、波形生成手段51は、デューティー比可変で矩形波パルス信号を生成する電子回路であり、増幅手段52は、波形生成手段51に駆動されるパワーアンプである。そして本装置は、外部制御信号によって指定されたデューティー比でパルス幅変調されたPWM周波数100Hz以上の駆動電圧を、ペルチェ素子1に印加する。
[PWM drive technology]
(Apparatus configuration of Example 1)
As shown in FIG. 7, the “Peltier device PWM drive device” as Example 1 of the present invention is supplied with electric power from a battery 2 as a DC power source with a base angle of 2 V and applies a PWM drive voltage to the Peltier device 1. Thus, the Peltier element 1 is a device that exhibits a thermoelectric effect. The apparatus includes a waveform generating unit 51 that generates a predetermined rectangular wave voltage according to an external control signal, and an amplifying unit 52 that amplifies the rectangular wave voltage and applies a pulse width modulated (PWM) drive voltage to the Peltier element 1. And have. Here, the waveform generation means 51 is an electronic circuit that generates a rectangular wave pulse signal with a variable duty ratio, and the amplification means 52 is a power amplifier that is driven by the waveform generation means 51. The apparatus applies a drive voltage with a PWM frequency of 100 Hz or higher, which is pulse-width modulated at a duty ratio specified by an external control signal, to the Peltier element 1.

本装置がペルチェ素子1に印加する駆動電圧がもつPWM周波数は、100Hz以上であれば用途に応じて自在に設定して良いが、たとえば400Hzとか1kHzとかに設定するとよい。ただし、ペルチェ素子1が前述の試験に供した物と同等であれば、1kHzを超えてさらに高いPWM周波数を設定しても、冷却作動時のCOPをさらに向上させることはあまり期待できない。   The PWM frequency of the drive voltage applied to the Peltier element 1 by the present apparatus may be set freely according to the application as long as it is 100 Hz or higher. For example, it may be set to 400 Hz or 1 kHz. However, if the Peltier device 1 is equivalent to the one subjected to the above-described test, even if a higher PWM frequency is set exceeding 1 kHz, it is not expected to further improve the COP during the cooling operation.

(実施例1の作用効果)
本実施例の「ペルチェ素子のPWM駆動装置」では、従来技術よりもPWM周波数が高く設定されているので、ペルチェ素子1のCOPが向上するという効果がある。
(Operational effect of Example 1)
In the “Peltier device PWM drive device” of the present embodiment, the PWM frequency is set higher than that of the prior art, so that the COP of the Peltier device 1 is improved.

すなわち、再び図6に示すように、たとえばペルチェ素子1に印加する実効電圧が2V(デューティー比なら約17%)では、冷却作動時に発揮されるCOPのPWM周波数特性は、同図の上方に描線されている折れ線で表される。すると、従来技術ではPWM周波数が40Hz程度であったから、従来技術でペルチェ素子1が発揮するCOPは1.7程度にしか過ぎなかった。しかし、本実施例によれば、PWM周波数が100Hzであれば冷却作動時のCOPは1.9程度に向上し、400Hzであれば2.4程度に、1kHzであれば2.8程度にまで向上する。このように、PWM周波数が1kHzの場合には、COPは同じ電圧(2V)の直流駆動の場合と同程度にまで高まっている。   That is, as shown in FIG. 6 again, for example, when the effective voltage applied to the Peltier element 1 is 2 V (the duty ratio is about 17%), the PWM frequency characteristic of the COP that is exhibited during the cooling operation is drawn in the upper part of the figure. It is represented by a broken line. Then, since the PWM frequency was about 40 Hz in the prior art, the COP exhibited by the Peltier device 1 in the prior art was only about 1.7. However, according to this embodiment, when the PWM frequency is 100 Hz, the COP at the time of cooling operation is improved to about 1.9, about 2.4 when the frequency is 400 Hz, and about 2.8 when the frequency is 1 kHz. improves. Thus, when the PWM frequency is 1 kHz, the COP increases to the same level as in the case of DC driving with the same voltage (2 V).

このようにPWM周波数が高まるにつれてペルチェ素子1のCOPが向上する傾向は、同じく図6に示すように、デューティー比が低いほど(すなわち実効電圧が低いほど)、顕著である。その結果、ペルチェ効果で対象を加熱するなり冷却するなり、ペルチェ素子1に所定の熱出力を発揮させたいのであれば、ペルチェ素子1で必要とされる消費電力が大幅に低減されるという効果がある。   The tendency for the COP of the Peltier device 1 to improve as the PWM frequency increases in this way is more conspicuous as the duty ratio is lower (that is, the effective voltage is lower), as shown in FIG. As a result, if the object is heated or cooled by the Peltier effect, and the Peltier element 1 wants to exhibit a predetermined heat output, the power consumption required by the Peltier element 1 is greatly reduced. is there.

しかも、ペルチェ素子1に印加される実効電圧を調整するために、デューティー比で実効電圧を調整するPMW駆動方法が採用されているから、ペルチェ素子1を直流駆動する場合に比べて印加電圧を生じる本実施例の駆動装置5での発熱が小さくて済む。ここで、ジュール熱の発生は冷却作用を相殺するから、前述のようにPWM駆動装置5での発熱が小さければ、このことによるPWM駆動装置5を含めてのシステム全体でのCOPの向上が、冷却作用を発揮させる場合にはより顕著になる。そればかりではなく、PMW駆動方法を採用しているから、PWM駆動装置5の駆動回路を構成する部品の点数が少なくて済み、装置価格がより安価になるともにその信頼性がより高くなる。   In addition, in order to adjust the effective voltage applied to the Peltier element 1, the PMW driving method that adjusts the effective voltage with the duty ratio is adopted, so that an applied voltage is generated as compared with the case where the Peltier element 1 is DC-driven. Heat generation in the driving device 5 of this embodiment can be small. Here, since the generation of Joule heat cancels the cooling action, if the heat generation in the PWM drive device 5 is small as described above, the improvement of the COP in the entire system including the PWM drive device 5 due to this, It becomes more remarkable when the cooling effect is exhibited. In addition, since the PMW driving method is adopted, the number of parts constituting the driving circuit of the PWM driving device 5 can be reduced, so that the device price becomes lower and the reliability thereof becomes higher.

それゆえ本実施例によれば、駆動装置5の構成が簡素でその重量が軽いうえに価格が安くて信頼性が高く、ジュール発熱による損失も小さいというPWM駆動方式に特有の長所がそのまま保たれている。   Therefore, according to the present embodiment, the advantages unique to the PWM drive system, such as the structure of the drive device 5 being simple, light weight, low price, high reliability, and low loss due to Joule heat generation, are maintained. ing.

なお、車載エアコンの送風用モータを5〜20kHzでPWM駆動する装置を製造した実績が出願人にはあるので、PWM周波数を高めたことに伴うラジオノイズの発生や装置価格の上昇といった不都合は回避することができる自信がある。   In addition, since the applicant has a track record of manufacturing a device for PWM driving a blower motor of an in-vehicle air conditioner at 5 to 20 kHz, inconveniences such as generation of radio noise and increase in device price due to an increase in PWM frequency are avoided. I am confident that I can do it.

(実施例1の駆動方法)
一方、本発明の実施例1としての「ペルチェ素子のPWM駆動方法」は、所定のPWM周波数およびデューティー比でパルス幅変調された駆動電圧をペルチェ素子1に印加してペルチェ素子1に熱電効果を発揮させる方法である。本実施例の特徴は、PWM周波数が100Hz以上であることであり、100Hzとか400Hzとか1kHzとか、用途に応じて適正に設定してよい。本実施例の駆動方法によっても、前述の作用効果とほぼ同じ作用効果が得られる。
(Driving method of Example 1)
On the other hand, the “Peltier device PWM driving method” as the first embodiment of the present invention applies a driving voltage pulse-width-modulated at a predetermined PWM frequency and duty ratio to the Peltier device 1 to produce a thermoelectric effect on the Peltier device 1. It is a method to demonstrate. A feature of the present embodiment is that the PWM frequency is 100 Hz or more, and 100 Hz, 400 Hz, 1 kHz, or the like may be appropriately set according to the application. Also by the driving method of the present embodiment, substantially the same operational effects as those described above can be obtained.

(実施例1の各種変形態様)
本実施例の各種変形態様として、図8および図9に示すように、増幅手段52としてパワーアンプに代えてパワートランジスタ52A,52BやFETを採用したり、ペルチェ素子1と直流電源をつなぐ順番を逆にしてみたりしたPWM駆動装置が実施可能である。あるいは、電源の事情が許せば、波形生成手段51の電源と増幅手段52の電源とを別にした変形態様(図略)も実施可能である。これらの変形態様によっても、前述の実施例1とほぼ同様な作用効果が得られる。
(Various variants of Example 1)
As various modifications of the present embodiment, as shown in FIGS. 8 and 9, power transistors 52A, 52B and FETs are employed as the amplifying means 52 in place of the power amplifier, and the order of connecting the Peltier device 1 and the DC power source is changed. A PWM drive device that is reversed can be implemented. Alternatively, if the circumstances of the power supply allow, a modified form (not shown) in which the power supply of the waveform generating means 51 and the power supply of the amplifying means 52 are separated can be implemented. Also by these modified modes, substantially the same operational effects as those of the first embodiment can be obtained.

[車載装置]
(実施例2の装置構成)
本発明の実施例2としての「カーシート温度調節装置」は、「車載温度調節装置」でもある。すなわち、図10に示すように、本実施例の車載装置がもつペルチェ素子1の温度調節対象はカーシートの座面および背当てである。
[In-vehicle device]
(Device Configuration of Example 2)
The “car seat temperature control device” as the second embodiment of the present invention is also an “in-vehicle temperature control device”. That is, as shown in FIG. 10, the temperature adjustment target of the Peltier element 1 included in the in-vehicle device of this embodiment is the seat surface and backrest of the car seat.

本実施例の車載装置は、図11に示すように、熱電効果による冷却作用および加熱作用を切り替えて発揮するペルチェ素子1と、ペルチェ素子1を駆動するPMW駆動装置5と、PMW駆動装置5を制御する制御装置4とを有する。制御装置4およびPWM駆動装置5は、一つのECUにまとめられており、このECUは、バッテリー2に接続された車載直流電源から電力の供給を受け、ペルチェ素子1および送風機6を適正に駆動する。制御装置4は、乗員が操作するスイッチなどがある操作装置3からの信号と、図示しない外部信号とに基づいて、PWM駆動装置5を適正に制御する。   As shown in FIG. 11, the in-vehicle device of the present embodiment includes a Peltier element 1 that switches and exhibits a cooling action and a heating action by a thermoelectric effect, a PMW drive apparatus 5 that drives the Peltier element 1, and a PMW drive apparatus 5. And a control device 4 for controlling. The control device 4 and the PWM drive device 5 are combined into one ECU, and this ECU receives power supplied from the in-vehicle DC power source connected to the battery 2 and appropriately drives the Peltier element 1 and the blower 6. . The control device 4 appropriately controls the PWM drive device 5 based on a signal from the operation device 3 having a switch or the like operated by an occupant and an external signal (not shown).

再び図10および図11に示すように、送風機6によって送風された空気Aは、二手に分かれた送風ダクト60B,60Cからそれぞれのペルチェ素子1に送り込まれ、適正な温度に加熱または冷却されて、カーシートの座面および背当てに内側から送り込まれる。なお、制御装置4からの制御信号により、PWM駆動装置5からペルチェ素子1に印加される駆動電圧の正負が逆転すれば、冷風Cと温風Wとは逆転する。   As shown in FIGS. 10 and 11 again, the air A blown by the blower 6 is sent to the respective Peltier elements 1 from the blow ducts 60B and 60C divided into two hands, heated or cooled to an appropriate temperature, It is sent from the inside to the seat and back of the car seat. In addition, if the positive / negative of the drive voltage applied to the Peltier device 1 from the PWM drive device 5 is reversed by the control signal from the control device 4, the cold air C and the hot air W are reversed.

さらに、図12に示すように、本実施例の車載装置がもつ回路構成は、前述の実施例1の変形態様2とおおむね同じである。ただし、制御装置4および波形生成手段51の機能が増えており、車内LAN信号からカーオーディオ(図略)の状態を判定してPWM周波数を二段階で切り替えることができるようになっている。すなわち、制御装置4は、車載の各種受信装置のうちカーオーディオのAMラジオ受信機(図略)が作動している場合には、PWM駆動装置5を制御してPWM周波数を低減させる機能を持つ。具体的には、波形生成手段51が二段階に周波数を切り替えて波形を発生できる回路構成になっており、PWM周波数は通常時には1kHzであるが、AM受信機の作動時には400Hzに切り替えられる。   Further, as shown in FIG. 12, the circuit configuration of the in-vehicle apparatus of the present embodiment is almost the same as the modified embodiment 2 of the first embodiment. However, the functions of the control device 4 and the waveform generating means 51 are increasing, and the state of the car audio (not shown) can be determined from the in-vehicle LAN signal, and the PWM frequency can be switched in two stages. That is, the control device 4 has a function of controlling the PWM drive device 5 to reduce the PWM frequency when a car audio AM radio receiver (not shown) is operating among various in-vehicle receiving devices. . Specifically, the waveform generating means 51 has a circuit configuration capable of generating a waveform by switching the frequency in two stages. The PWM frequency is normally 1 kHz, but is switched to 400 Hz when the AM receiver is operated.

(実施例2の作用効果)
一般的な傾向として、自動車などの車両では供給可能な電力が限られているから、商用電源などの外部電源から電力の供給を受ける装置よりも、車載装置の方が電力節減に対してもつ要求はより切実である。また、車載装置には、装置価格、装置重量、信頼性などについても、他の装置よりも厳しい要求が突きつけられるのが普通である。
(Effect of Example 2)
As a general trend, the amount of power that can be supplied by a vehicle such as an automobile is limited. Therefore, in-vehicle devices have more demands for power saving than devices that receive power from external power sources such as commercial power sources Is more compelling. In addition, in-vehicle devices are generally stricter than other devices in terms of device price, device weight, reliability, and the like.

その点、本実施例の車載装置は、PWM駆動装置5が生成する印加電圧のPWM周波数が高いから、実施例1の項で前述したようにペルチェ素子1が高いCOPを発揮することができ、PMW駆動装置5も含めたシステム全体での作動効率が高いという効果がある。したがって、本実施例の車載装置によれば、始動時等の短時間での大出力運転時よりも、特に実効電圧が比較的低い状態で長時間運転される通常運転時において、節電効果が大きい。しかも、カーシート温度調節装置を搭載するのはふつう高級乗用車であり、このような車両では電装品が多用されて電力消費が大きく、慢性的に電力が不足気味であるから、消費電力が低減されることの効果は大きい。   In that respect, since the on-vehicle device of the present embodiment has a high PWM frequency of the applied voltage generated by the PWM drive device 5, the Peltier device 1 can exhibit a high COP as described above in the section of the first embodiment. There is an effect that the operation efficiency of the entire system including the PMW driving device 5 is high. Therefore, according to the in-vehicle device of the present embodiment, the power saving effect is larger in the normal operation in which the effective voltage is relatively low and the operation is performed for a long time than the high output operation in a short time such as the start time. . Moreover, car seat temperature control devices are usually installed in high-end passenger cars, and in such vehicles, electrical components are frequently used and power consumption is large, and the power consumption is chronically insufficient. The effect is great.

そのうえ、本実施例の車載装置は、PWM駆動装置5をもつから、装置価格、装置重量および信頼性にも優れるなど、PWM駆動方式の長所は保存されている。   In addition, since the in-vehicle device of the present embodiment has the PWM driving device 5, the advantages of the PWM driving method are preserved, such as excellent device price, device weight and reliability.

さらに、本実施例の車載装置によれば、カーオーディオのAMラジオ受信機が作動している場合に、PWM駆動装置のPWM周波数が低く切り替えられてラジオノイズが低減されるから、カーラジオなどに雑音が入りにくくなるという効果がある。なお、20kHzくらいまでのPWM周波数であれば、カーオーディオに支障がないレベルにまでラジオノイズを低減する技術を出願人はすでに持っているが、やはりPWM周波数が低ければそれだけラジオノイズが生じにくくて良い。   Furthermore, according to the vehicle-mounted device of the present embodiment, when the car radio AM radio receiver is operating, the PWM frequency of the PWM drive device is switched to a low value to reduce radio noise. There is an effect that noise is difficult to enter. The applicant already has a technique for reducing radio noise to a level that does not interfere with car audio at PWM frequencies up to about 20 kHz. However, if the PWM frequency is low, radio noise is less likely to occur. good.

・第2部:特性チャートおよびその周辺技術   ・ Part 2: Characteristics chart and related technologies

[特性チャート]
(実施例3の構成)
本発明の実施例3としての「ペルチェ素子PWM駆動特性チャート」は、再び図6に示すように、ペルチェ素子のPWM駆動特性に関するパラメータのうち三者の相互関係を示すチャートである。ここでパラメータの三者とは、このペルチェ素子に印加されるパルス幅変調された駆動電圧の「PWM周波数」および「実効電圧」と、このペルチェ素子が発揮するペルチェ効果の作動効率を示す「COP」とである。
[Characteristic chart]
(Configuration of Example 3)
The “Peltier element PWM drive characteristic chart” as Example 3 of the present invention is a chart showing the mutual relationship among the three parameters among the parameters related to the PWM drive characteristic of the Peltier element, as shown in FIG. 6 again. Here, the three parameters are the “PWM frequency” and “effective voltage” of the pulse-width-modulated driving voltage applied to the Peltier element, and “COP” indicating the operating efficiency of the Peltier effect exhibited by the Peltier element. "

本実施例の特性チャート(図6参照)が持つ特徴は、次の二つである。すなわち、第一の特徴は、片対数グラフであることであって、その縦軸は、ペルチェ素子1(図1参照)が発揮するCOPをそのまま取った実数軸であり、その横軸は、PWM周波数の目盛りを対数で切った対数軸であることである。これで、本実施例の特性チャートの枠組みが決まる。そして第二の特徴は、この片対数グラフの上には、実効電圧の所定値(たとえば2Vとか8Vとか)一つに対して、それぞれ一本の正の傾きをもつ斜め線分Mと斜め線分Mに連続し所定周波数から傾きのない水平線分Nとをもつ折れ線Lが、描線されていることである。   The characteristic chart (see FIG. 6) of this embodiment has the following two features. That is, the first feature is that it is a semilogarithmic graph, the vertical axis is a real number axis obtained by taking the COP exhibited by the Peltier element 1 (see FIG. 1), and the horizontal axis is PWM The logarithmic axis is obtained by dividing the frequency scale by logarithm. This determines the framework of the characteristic chart of the present embodiment. The second feature is that on the semilogarithmic graph, one oblique line segment M and one diagonal line each having a positive slope with respect to one predetermined value (for example, 2V or 8V) of the effective voltage. A broken line L having a horizontal line segment N continuous from the predetermined frequency M and having no inclination from a predetermined frequency is drawn.

なお、折れ線Lの屈曲点Psは、PWM周波数が高まるにつれて向上してきたCOPが飽和するかのようであるから、発明者らは「COP飽和点」と名付け、そのPWM周波数を飽和周波数Fsと名付けた。また、飽和周波数Fsは、少なくとも2V〜8Vの範囲では印加電圧の高低にかかわらず、どの折れ線にも共通して一定値(1kHz)である。さらに、水平線分Nが位置するCOPのレベルは、当該実効電圧と同じレベルの直流電圧(2V)で直流駆動のされた場合のCOP(「直流COP」と呼ぶ)Cd(約2.8)と等しい。   The bending point Ps of the broken line L seems to saturate the improved COP as the PWM frequency increases, so the inventors named it “COP saturation point” and named the PWM frequency as the saturation frequency Fs. It was. In addition, the saturation frequency Fs is a constant value (1 kHz) in common with any broken line regardless of the level of the applied voltage in the range of at least 2V to 8V. Further, the level of the COP at which the horizontal line segment N is located is COP (referred to as “DC COP”) Cd (about 2.8) when DC driving is performed with a DC voltage (2 V) of the same level as the effective voltage. equal.

換言すると、本実施例の特性チャートは、所定のPWM周波数およびデューティー比でPWMされた駆動電圧をペルチェ素子に印加して、このペルチェ素子に熱電効果を発揮させるに際し、そのPWM駆動特性に関係するパラメータのうち三者の関係を示すグラフである。そして、本実施例の特性チャートは、同じく図6に示すように、次の三つの特徴を持っている。   In other words, the characteristic chart of the present embodiment relates to the PWM drive characteristic when a drive voltage PWMed with a predetermined PWM frequency and duty ratio is applied to the Peltier element and the Peltier element exhibits a thermoelectric effect. It is a graph which shows the relationship between three among parameters. The characteristic chart of the present embodiment has the following three characteristics as shown in FIG.

先ず第一の特徴は、駆動電圧のPWM周波数を対数横軸に取り、ペルチェ素子の作動効率を示すCOPを縦軸に取った片対数グラフであることである。次に第二の特徴は、駆動電圧の実効電圧を二つ所定値(2V,8V)に固定し、これらの所定値のそれぞれについて、PWM周波数とCOPとの関係を示す正の傾きをもった斜め線分Mが、飽和周波数Fs(1kHz)以下の低周波領域Blに描線されていることである。第三の特徴は、さらに飽和周波数Fs以上の高周波領域Bhでは水平線分Nをもち、斜め線分Mと水平線分Nとが飽和周波数Fsで連続した折れ線Lが、描線されていることである。   The first feature is a semi-logarithmic graph in which the PWM frequency of the drive voltage is taken on the logarithmic horizontal axis and the COP indicating the operation efficiency of the Peltier element is taken on the vertical axis. Next, the second feature is that the effective voltage of the drive voltage is fixed to two predetermined values (2V, 8V), and each of these predetermined values has a positive slope indicating the relationship between the PWM frequency and the COP. The diagonal line segment M is drawn in the low frequency region Bl of the saturation frequency Fs (1 kHz) or less. The third feature is that a polygonal line L having a horizontal line segment N and having a diagonal line segment M and a horizontal line segment N continuous at the saturation frequency Fs is drawn in a high frequency region Bh of the saturation frequency Fs or higher.

なお、図6の特性チャートには、図面が煩雑になることを避けるために、実効電圧が2Vの場合の折れ線Lと、8Vの場合の折れ線(符号なし)との二本しか描線されていないが、実効電圧が4Vや6Vの折れ線は、図示の両折れ線の間に収まる。   In the characteristic chart of FIG. 6, only two lines, a broken line L when the effective voltage is 2V, and a broken line (no symbol) when the effective voltage is 8V are drawn in order to avoid making the drawing complicated. However, a broken line with an effective voltage of 4V or 6V falls between the two broken lines shown in the figure.

(実施例3の作用効果)
本実施例の特性チャートでは、ペルチェ素子に印加される実効電圧の所定値(たとえば8V)においては、そのPWM周波数と当該ペルチェ素子が発揮するCOPとの関係は、飽和周波数Fsまでは一本の真っ直ぐな斜め線分Lで片対数グラフ中に表される。それゆえ、同じく図6に示すように、複数の実効電圧レベルでのPWM駆動特性は、同数の斜め線分で同グラフ中に極めて簡潔に示すことができる。また、普通のグラフ(図3および図4を参照)のように特性が曲線になる場合とは異なって、特性試験による測定点の間を補間するにしろ逆に外挿するにしろ、作図が実に容易であり、それが故に近似曲線の選び方による誤差が生じない。
(Effect of Example 3)
In the characteristic chart of this embodiment, at a predetermined value (for example, 8 V) of the effective voltage applied to the Peltier element, the relationship between the PWM frequency and the COP exhibited by the Peltier element is one up to the saturation frequency Fs. It is represented in a semilogarithmic graph by a straight diagonal line segment L. Therefore, as shown in FIG. 6 as well, the PWM drive characteristics at a plurality of effective voltage levels can be shown very simply in the graph with the same number of diagonal line segments. Also, unlike the case where the characteristic becomes a curve as in the normal graph (see FIG. 3 and FIG. 4), the plotting can be performed by interpolating between the measurement points by the characteristic test or by extrapolating in reverse. It is really easy, and therefore there is no error due to the selection of the approximate curve.

したがって、本実施例の特性チャートを利用すれば、先ず、後述の実施例4で説明するように、作図が極めて容易であるという効果がある。また、実施例5で後述するように、ペルチェ素子PWM駆動装置の周波数特性試験を簡易化し、同試験に要する時間を大幅に短縮しながら、長時間かけて試験した結果と同じだけの利用価値がある試験データを提供することが可能なるという効果がある。しかも、逆説的ではあるが、高周波領域まで有効な本実施例の特性チャート(図6参照)を完成させる方が、低周波領域だけに複数の斜め線分が描かれた特性チャート(図5参照)よりも、かえって少ない測定点数で作図することができるという効果まである。さらに、実施例6で後述するように、本実施例の特性チャートを変換すれば、ペルチェ素子のPWM駆動装置を設計する上で必要な二次特性チャートを容易に作図することができるという効果もある。   Therefore, if the characteristic chart of the present embodiment is used, first, there is an effect that the drawing is extremely easy as described in the fourth embodiment described later. Further, as will be described later in Example 5, the frequency characteristic test of the Peltier device PWM drive device is simplified, and the utility value is the same as the result of testing over a long time while greatly reducing the time required for the test. There is an effect that it is possible to provide certain test data. Moreover, although it is paradoxical, a characteristic chart (see FIG. 5) in which a plurality of diagonal line segments are drawn only in the low-frequency region is more complete when the characteristic chart (see FIG. 6) of the present embodiment effective up to the high-frequency region is completed. In addition, there is an effect that the drawing can be performed with a smaller number of measurement points. Further, as will be described later in Embodiment 6, if the characteristic chart of this embodiment is converted, a secondary characteristic chart necessary for designing a Peltier element PWM drive device can be easily drawn. is there.

(実施例3の変形態様1)
本実施例の変形態様1としての特性チャートは、再び図5に示すように、前述の本実施例(図6)と同様の片対数グラフであるが、PWM周波数が飽和周波数Fs以下の低周波領域だけのものであり、斜め線分Mしかない点が実施例3とは異なっている。本変形態様でも、記載された範囲において使用する分には前述の実施例3と同様に使用することができ、ほぼ同様の作用効果が発揮される。しかも、PWM駆動装置5の設計などに使う技術データとして意味があるのは飽和周波数FsまでのCOP周波数特性であると考えれば、本変形態様にも実施例3に遜色のない実用性がある。
(Modification 1 of Example 3)
As shown in FIG. 5 again, the characteristic chart as the modified embodiment 1 of the present embodiment is a semi-logarithmic graph similar to that of the above-described present embodiment (FIG. 6), but the low frequency whose PWM frequency is equal to or lower than the saturation frequency Fs. The third embodiment is different from the third embodiment in that it is only an area and has only a diagonal line segment M. Even in this modified mode, it can be used in the same manner as in Example 3 as long as it is used within the described range, and substantially the same operational effects are exhibited. Moreover, if it is considered that the technical data used for the design of the PWM drive device 5 and the like is the COP frequency characteristic up to the saturation frequency Fs, this modified embodiment has practicality comparable to that of the third embodiment.

[作図方法]
(実施例4の構成)
本発明の実施例4としての「ペルチェ素子PWM駆動特性チャートの作図方法」は、PWM駆動されるペルチェ素子が発揮する熱電効果のCOPを測定する試験を行って、前述の実施例3に相当するペルチェ素子PWM駆動特性チャート(図6参照)を作図する方法である。
[Drawing method]
(Configuration of Example 4)
The “Peltier device PWM drive characteristic chart drawing method” as the fourth embodiment of the present invention corresponds to the above-described third embodiment by performing a test for measuring the COP of the thermoelectric effect exhibited by the Peltier device driven by PWM. This is a method of drawing a Peltier element PWM drive characteristic chart (see FIG. 6).

本実施例の作図方法で行われるCOP測定試験は、「研究の経緯」の項で説明した試験装置(図1参照)を用いて行われる。すなわち、この試験は、所定のPWM周波数およびデューティー比でパルス幅変調され所定の実効電圧をもつ矩形波状の駆動電圧をペルチェ素子1に印加し、ペルチェ素子1が発揮するペルチェ効果のCOPを測定する。   The COP measurement test performed by the drawing method of the present embodiment is performed using the test apparatus (see FIG. 1) described in the section of “Research history”. That is, in this test, a rectangular wave drive voltage having a predetermined effective voltage that is pulse-width modulated at a predetermined PWM frequency and duty ratio is applied to the Peltier element 1, and the COP of the Peltier effect exhibited by the Peltier element 1 is measured. .

本実施例の作図方法が持つ特徴は、以下のように二段階に分けて特性チャートを作図することである。   The feature of the drawing method of this embodiment is that the characteristic chart is drawn in two steps as follows.

すなわち、先ず図13(a)〜(b)に示すように、一本目の折れ線L1を片対数グラフに描線して、折れ線L1がもつCOP飽和点PsでのPWM周波数をもって、各実効電圧に共通した飽和周波数Fsと定める。次に図13(c)に示すように、他の実効電圧については、飽和周波数Fsよりも低いPWM周波数領域でCOPを測定してそれぞれ一つの測定点P3を求める。そして、測定点P3を通る斜め線分N2と、飽和周波数Fsよりも高周波側では当該実効電圧と等しい直流電圧の直流COP(Cd2)に相当する水平線分N2とが、飽和周波数Fsで連続した折れ線L2を描線する。   That is, first, as shown in FIGS. 13A to 13B, the first polygonal line L1 is drawn in a semilogarithmic graph, and the PWM frequency at the COP saturation point Ps of the polygonal line L1 is common to each effective voltage. The saturation frequency Fs is determined. Next, as shown in FIG. 13C, for other effective voltages, COP is measured in a PWM frequency region lower than the saturation frequency Fs, and one measurement point P3 is obtained. The diagonal line N2 passing through the measurement point P3 and the horizontal line N2 corresponding to the direct current COP (Cd2) of the direct current voltage equal to the effective voltage on the higher frequency side than the saturation frequency Fs are continuous broken lines at the saturation frequency Fs. Draw L2.

より具体的に説明すると、本実施例の作図方法の構成のうち第一段階は、飽和周波数Fsを割り出すまでである。   More specifically, the first stage in the configuration of the drawing method of this embodiment is until the saturation frequency Fs is determined.

先ず、再び図13(a)に示すように、所定の実効電圧(たとえば2V)でのPWM駆動において、PWM周波数が比較的低い第一周波数F1と、比較的高い第二周波数F2とについて、前述のCOP測定試験を行う。そして、第一周波数F1および第二周波数F2におけるCOPの測定結果を、それぞれ第一COP(C1)および第二COP(C2)とする。ただし、第二周波数F2を飽和周波数Fsよりも低く設定することができるように、第二周波数F2でのCOP、すなわち第二COP(C2)が直流COP(Cd)と同程度になったら、第二周波数F2をもっと低く設定して測定しなおす。その測定結果が得られたら、設定された第一周波数F1と測定された第一COP(C1)とで定まる第一測定点P1と、第二周波数F1と第二COP(C2)とで定まる第二測定点P2とを、PWM周波数を対数横軸に取りCOPを縦軸に取った片対数グラフの上にプロットする。   First, as shown in FIG. 13A again, in PWM driving at a predetermined effective voltage (for example, 2 V), the first frequency F1 having a relatively low PWM frequency and the second frequency F2 having a relatively high frequency are described above. The COP measurement test is performed. Then, the COP measurement results at the first frequency F1 and the second frequency F2 are defined as a first COP (C1) and a second COP (C2), respectively. However, if the COP at the second frequency F2, that is, the second COP (C2) becomes approximately the same as the direct current COP (Cd), the second frequency F2 can be set lower than the saturation frequency Fs. Set the dual frequency F2 lower and re-measure. When the measurement result is obtained, the first measurement point P1 determined by the set first frequency F1 and the measured first COP (C1), the second frequency F1 and the second COP (C2) determined by the first measurement point P1. Two measurement points P2 are plotted on a semilogarithmic graph with the PWM frequency on the logarithmic horizontal axis and the COP on the vertical axis.

これと前後して、この実効電圧と等しい直流電圧をペルチェ素子1に印加した場合に発揮されるCOPを直流COPとして、この直流COP(Cd)に相当する破線をこの片対数グラフに引いておく。なお、当該実効電圧に相当する直流COP(Cd)が予め求まっていない場合には、ペルチェ素子1を直流駆動してCOP測定試験を行えばよい。   Before and after this, a COP that is exhibited when a DC voltage equal to the effective voltage is applied to the Peltier element 1 is defined as a DC COP, and a broken line corresponding to the DC COP (Cd) is drawn on the semilogarithmic graph. . If the direct current COP (Cd) corresponding to the effective voltage is not obtained in advance, the COP measurement test may be performed by driving the Peltier element 1 with direct current.

次に、再び図13(b)に示すように、この片対数グラフに、第一測定点P1と第二測定点P2とを途中に含む正の傾きをもった斜め線分M1を、前述の直流COP(Cd)の破線に達するまで引く。そして、斜め線分M1がこの破線に達した点をCOP飽和点Psと定め、COP飽和点Psを折れ点にして破線に重ねて水平線分N1を高周波側に引く。すなわち、COP飽和点Psを境にして低周波側には斜め線分M1を引き高周波側には水平線分N1を引いて、斜め線分M1および水平線分N1とからなる折れ線L1を、片対数グラフ上に描線する。   Next, as shown in FIG. 13B again, in this semilogarithmic graph, an oblique line segment M1 having a positive inclination including the first measurement point P1 and the second measurement point P2 in the middle is described above. Pull until the broken line of DC COP (Cd) is reached. Then, the point at which the diagonal line segment M1 reaches the broken line is defined as the COP saturation point Ps, and the horizontal line segment N1 is drawn to the high frequency side by overlapping the broken line with the COP saturation point Ps as the break point. That is, with the COP saturation point Ps as a boundary, an oblique line segment M1 is drawn on the low frequency side, a horizontal line segment N1 is drawn on the high frequency side, and a polygonal line L1 composed of the oblique line segment M1 and the horizontal line segment N1 is shown in a semilogarithmic graph. Draw on top.

こうすれば、折れ線L1の折れ点としてCOP飽和点Psが定まってしまうので、同じく図13(b)に示すように、飽和周波数Fsを割り出すことができる。そして、実効電圧が異なるレベルであっても、飽和周波数Fsは共通であるという知見を利用すれば、次のようにして一点の測定を行うだけで、実効電圧が他の所定レベルでの折れ線グラフを、簡単に描線することができる。   By doing so, since the COP saturation point Ps is determined as the break point of the broken line L1, the saturation frequency Fs can also be determined as shown in FIG. 13B. If the knowledge that the saturation frequency Fs is common even when the effective voltages are different levels is used, a line graph with the effective voltage at another predetermined level can be obtained by performing only one measurement as follows. Can be drawn easily.

すなわち、本実施例の作図方法の構成のうち第二段階は、一本目の折れ線L1から割り出された飽和周波数Fsを利用し、次のようにして二本目以降の折れ線L2,・・・を描線する段階である。   That is, the second stage of the construction of the drawing method of the present embodiment uses the saturation frequency Fs determined from the first broken line L1, and uses the second and subsequent broken lines L2,. This is the stage of drawing.

すなわち、再び図13(c)に示すように、飽和周波数Fsよりも高い高周波領域には、二番目の実効電圧(たとえば4V)と同じレベルの直流COP(Cd2)によって定まる水平線分N2を引いておく。そして、その実効電圧についてCOP測定試験を一点だけ行い、その測定点P3を片対数グラフにプロットし、測定点P3を通って前述の水平線分N2の始点であるCOP飽和点Ps2にまで斜め線分M2を描線する。同様にして、二本目以降の折れ線L2,・・・については、実効電圧の所定レベル一つに関してそれぞれ一つの測定点P3,・・・を求めて、片対数グラフの中に折れ線L2,・・・を描線する。   That is, as shown in FIG. 13C again, in the high frequency region higher than the saturation frequency Fs, the horizontal line segment N2 determined by the direct current COP (Cd2) at the same level as the second effective voltage (for example, 4 V) is drawn. deep. Then, only one COP measurement test is performed for the effective voltage, the measurement point P3 is plotted on a semilogarithmic graph, and the diagonal line segment passes through the measurement point P3 to the COP saturation point Ps2 that is the start point of the horizontal line segment N2. Draw M2. Similarly, for the second and subsequent broken lines L2,..., One measurement point P3,... Is obtained for each predetermined level of the effective voltage, and the broken lines L2,.・ Draw a line.

本実施例の作図方法では、以上のようにしてペルチェ素子PWM駆動特性チャートを完成させる。   In the drawing method of this embodiment, the Peltier element PWM drive characteristic chart is completed as described above.

(実施例4の作用効果)
本実施例の作図方法では、PWM駆動電圧のデューティー比を一定(すなわち実効電圧を一定)にしておいて、ペルチェ素子1が発揮するCOPのPWM周波数特性を測定する試験を行い、以上のようにして特性チャートを作図する。
(Effect of Example 4)
In the drawing method of this embodiment, the duty ratio of the PWM drive voltage is made constant (that is, the effective voltage is made constant), and a test for measuring the PWM frequency characteristics of the COP exhibited by the Peltier device 1 is performed. To draw a characteristic chart.

先ず、第一段階では、一番目の折れ線L1を描線するには、第一周波数F1でのCOP測定と第二周波数F2でのCOP測定との二点の測定P1,P2を行えば済み、極めて簡単である。一方、第二段階では、二本目以降の折れ線L2,・・・を描線するために、実効電圧の各レベルについてそれぞれ一点だけ(たとえばP3だけ)測定を行えば済むので、これ以上はないくらい簡便である。   First, in the first stage, in order to draw the first polygonal line L1, two measurements P1 and P2 of COP measurement at the first frequency F1 and COP measurement at the second frequency F2 are performed. Simple. On the other hand, in the second stage, in order to draw the second and subsequent polygonal lines L2,..., Only one point (for example, only P3) needs to be measured for each level of the effective voltage. It is.

具体的には、図6を作図するためには16点で測定試験をしていたが、本実施例の作図方法によって図13(c)を作図すれば、たった3点で測定試験をするだけで済み、試験点数は5分の1以下に減っている。そして、このような試験点数の削減効果は、実効電圧の所定レベルの数が増えれば増えるだけ、顕著になる。   Specifically, in order to plot FIG. 6, a measurement test was performed at 16 points. However, if FIG. 13C is plotted by the plotting method of this embodiment, only a measurement test is performed at three points. The number of test points is reduced to 1/5 or less. Such an effect of reducing the number of test points becomes more significant as the number of predetermined levels of effective voltage increases.

したがって、本実施例の作図方法によれば、ペルチェ素子のCOPを求めるPWM周波数特性試験にかかる時間を、劇的に短縮することができるという効果がある。しかも、ペルチェ素子の飽和周波数Fsを越える高周波領域まで有効な、より完全な特性チャートを完成することができるという効果がある。さらに、飽和周波数Fsを至って簡単に求めることができるという効果もある。   Therefore, according to the drawing method of the present embodiment, the time required for the PWM frequency characteristic test for obtaining the COP of the Peltier element can be drastically shortened. In addition, there is an effect that a more complete characteristic chart that is effective up to a high frequency region exceeding the saturation frequency Fs of the Peltier element can be completed. Further, there is an effect that the saturation frequency Fs can be easily obtained.

(実施例4の変形態様1)
本実施例の変形態様1として、前述の図4に対する図5のように、折れ線グラフの有効範囲を飽和周波数Fs以下のPWM周波数に限り、複数の折れ線ではなく複数の斜め線分が描かれた特性チャートを作図する方法もある。本変形態様によっても、前述の本実施例にある程度準ずる測定点数の削減効果が得られる。ただし、この変形態様では、斜め線分のそれぞれについて二つの測定点を必要とするので、かえって前述の本実施例よりも多くの測定点数が必要になる。
(Modification 1 of Example 4)
As a variation 1 of the present embodiment, as shown in FIG. 5 with respect to FIG. 4 described above, a plurality of diagonal line segments are drawn instead of a plurality of line segments as long as the effective range of the line graph is limited to the PWM frequency equal to or lower than the saturation frequency Fs. There is also a method of drawing a characteristic chart. Also by this modification, the effect of reducing the number of measurement points according to the above-described embodiment can be obtained. However, since this modification requires two measurement points for each of the diagonal line segments, more measurement points are required than in the above-described embodiment.

[試験方法]
(実施例5の構成および作用効果)
本発明の実施例5としての「ペルチェ素子のPWM駆動特性を求める試験方法」は、前述の実施例4で説明されたペルチェ素子PWM駆動特性チャートの作図方法に則って行われることを特徴とする。
[Test method]
(Configuration and effect of Example 5)
The “test method for determining the PWM drive characteristics of a Peltier element” as Example 5 of the present invention is characterized in that it is performed in accordance with the method for drawing the Peltier element PWM drive characteristic chart described in Example 4 above. .

本実施例では、すでに実施例4の項で説明したように、実施例4の手順に則ってペルチェ素子PWM駆動時のCOP測定試験を行えば、従来よりもずっと少ない測定点数で、ペルチェ素子のPWM駆動特性を測定することができるという効果がある。しかも、本実施例によれば、測定試験の時間を劇的に短縮しながら、飽和周波数Fsを超えた高周波領域まである、より完全な特性チャートが得られるようになるという効果もある。   In the present embodiment, as already described in the section of the fourth embodiment, if the COP measurement test at the time of the Peltier element PWM drive is performed according to the procedure of the fourth embodiment, the number of measurement points of the Peltier element is much smaller than the conventional one. There is an effect that the PWM drive characteristic can be measured. In addition, according to the present embodiment, there is also an effect that a more complete characteristic chart in a high frequency region exceeding the saturation frequency Fs can be obtained while the measurement test time is dramatically shortened.

なお、本実施例の変形態様1として、実施例4の変形態様1の作図方法の手順に則って行う試験方法も実施可能である。しかし、本変形態様は、飽和周波数Fs以下のPWM周波数領域の特性チャートにしか有効でないし、そのうえ実施例5の試験方法よりも沢山の測定点数を必要とする。   It should be noted that as a variation 1 of the present embodiment, a test method performed in accordance with the procedure of the drawing method of the variation 1 of the fourth embodiment can be implemented. However, this modification is effective only for the characteristic chart in the PWM frequency region below the saturation frequency Fs, and more measurement points are required than the test method of the fifth embodiment.

[利用方法:二次特性チャート]
(実施例6の構成)
本発明の実施例6としての「ペルチェ素子PWM駆動特性チャートの利用方法」は、前述の実施例3に相当するペルチェ素子のPWM駆動特性チャート(図6)に基づき、この特性チャートを変換してPWM駆動装置の設計に使いやすい二次チャートを作図する方法である。すなわち、本実施例の特徴は、図6に示す特性チャートに基づき、デューティー比かたは実効電圧を横軸とし、COPを縦軸として、いくつかのPWM周波数について、それぞれ曲線を引いた「二次特性チャート」(図3に相当)を作図することである。本実施例は、本質的にはこのような二次特性チャートの作図方法である。
[Usage: Secondary characteristics chart]
(Configuration of Example 6)
The “use method of the Peltier element PWM drive characteristic chart” as the sixth embodiment of the present invention is based on the PWM drive characteristic chart (FIG. 6) of the Peltier element corresponding to the above-described third embodiment. This is a method for drawing a secondary chart that is easy to use for designing a PWM drive device. That is, the characteristics of this embodiment are based on the characteristic chart shown in FIG. 6, wherein “secondary characteristics” are obtained by drawing curves for several PWM frequencies, with the duty ratio or effective voltage as the horizontal axis and COP as the vertical axis. “Chart” (corresponding to FIG. 3). The present embodiment is essentially a method for drawing such a secondary characteristic chart.

(実施例6の作用効果)
本実施例の特性チャート利用方法では、ペルチェ素子のCOPを縦軸とし、デューティー比または実効電圧を横軸として、所定のPWM周波数について特性が曲線で描かれた二次特性チャート(図3)が得られる。このような二次チャートは、PWM周波数を所定値に保ちデューティー比(実効電圧)を変えてペルチェ素子のCOPないし出力を調整するというPWM駆動装置の設計をする際の資料に適している。
(Effect of Example 6)
In the characteristic chart utilization method of this embodiment, a secondary characteristic chart (FIG. 3) in which the characteristic is drawn in a curve for a predetermined PWM frequency with the COP of the Peltier element as the vertical axis and the duty ratio or effective voltage as the horizontal axis. can get. Such a secondary chart is suitable as a material for designing a PWM drive device in which the PWM frequency is kept at a predetermined value and the duty ratio (effective voltage) is changed to adjust the COP or output of the Peltier element.

そして、この二次特性チャートは、実施例4の作図方法で描いた特性チャートを基にして二次的に得られるので、すでに実施例4の項で説明したように、ごく少ない測定点数に基づいて短時間で作図されうる。しかも、前述の特性チャートは、複数の斜め線分または折れ線が真っ直ぐに描かれた片対数グラフであるから、その基になる測定点数が少なくても、二次特性チャートへの座標変換の基になるデータは、十分な密度でたくさん取ることができる。その結果、この二次特性チャートに描線される曲線群は、たとえ基になる試験点数が少なくても、長い時間を測定試験にかけて多数の測定点を取って作成された同形式のグラフよりも滑らかに補間される。   Since this secondary characteristic chart is obtained secondarily based on the characteristic chart drawn by the drawing method of Example 4, as already explained in the section of Example 4, it is based on a very small number of measurement points. And can be drawn in a short time. Moreover, since the above characteristic chart is a semi-logarithmic graph in which a plurality of diagonal lines or polygonal lines are drawn straight, even if the number of measurement points as a basis is small, it is based on the coordinate conversion to the secondary characteristic chart. You can get a lot of data with sufficient density. As a result, the curve group drawn on this secondary characteristic chart is smoother than the same type of graph created by taking many measurement points over a long period of time even if the number of test points is small. Is interpolated.

したがって、本実施例の特性チャート利用方法(二次特性チャートの作図方法)によれば、ペルチェ素子のPWM駆動装置を設計する上で便利な二次特性チャートが、特性チャートを座標変換するだけで容易に得られ、しかもその曲線群が滑らかになるという効果がある。   Therefore, according to the characteristic chart utilization method (secondary characteristic chart drawing method) of the present embodiment, a secondary characteristic chart that is convenient for designing a PWM drive device of a Peltier element can be obtained by simply converting the characteristic chart. It is easy to obtain and has an effect that the curve group becomes smooth.

(実施例6の変形態様1)
本実施例の変形態様1として、実施例4の変形態様1の作図方法で作図された特性チャート(図5に相当)を変換して前述の二次特性チャート(図3に相当)を作図するという特性チャートの利用方法も実施可能である。本変形態様によっても、前述の実施例6に準ずる程度の作用効果が得られる。
(Modification 1 of Example 6)
As a variation 1 of the present embodiment, a characteristic chart (corresponding to FIG. 5) drawn by the drawing method of the variation 1 of the fourth embodiment is converted to draw the above-mentioned secondary characteristic chart (corresponding to FIG. 3). The method of using the characteristic chart can also be implemented. Also according to this modified mode, an operational effect equivalent to that of the above-described sixth embodiment can be obtained.

[利用方法:設計方法]
(実施例7の構成および作用効果)
本発明の実施例7としての「PWM駆動特性チャートの利用方法」は、実施例6またはその変形態様1の結果として作図された二次特性チャート(図3に相当)に基づいて、実施例1または実施例2ないしそれらの変形態様のPWM駆動装置(ないし方法)を設計する設計方法である。
[Usage: Design method]
(Configuration and effect of Example 7)
The “use method of the PWM drive characteristic chart” as the seventh embodiment of the present invention is based on the secondary characteristic chart (corresponding to FIG. 3) drawn as a result of the sixth embodiment or the modified embodiment 1 thereof. Alternatively, it is a design method for designing the PWM drive device (or method) according to the second embodiment or a modified example thereof.

本実施例では、実施例4〜実施例6の項で述べたように、短時間の測定試験で用意できるデータに基づいて作図された二次特性チャートを資料として、PWM駆動の長所を生かしながら高いCOPでペルチェ素子をPWM駆動することができる装置を設計することができる。したがって、本実施例の特性チャート利用方法によれば、新しい特性を持ったペルチェ素子が開発されてから、より短時間でそのPWM駆動装置を設計することができるようになるという効果がある。そして、このように優秀な製品を短時間で設計することができれば、自動車のように競争が激しい分野では、その搭載装置メーカー間の競争で優位に立つうえで大きなアドバンテージになる。   In this embodiment, as described in the sections of Embodiments 4 to 6, the secondary characteristic chart drawn based on data that can be prepared in a short-time measurement test is used as a document while taking advantage of the advantages of PWM drive. It is possible to design an apparatus capable of PWM driving a Peltier element with a high COP. Therefore, according to the method of using the characteristic chart of the present embodiment, there is an effect that the PWM drive device can be designed in a shorter time after a Peltier element having a new characteristic is developed. And if such an excellent product can be designed in a short time, it will be a great advantage in competitive fields such as automobiles in order to gain an advantage in the competition among the mounting equipment manufacturers.

ペルチェ素子のPWM駆動特性を測定する試験装置の構成を示す模式図Schematic diagram showing the configuration of a test apparatus that measures the PWM drive characteristics of a Peltier element 一般的な直流駆動およびPWM駆動の印加電圧を示す組図 (a)直流駆動の印加電圧がやや高い場合を示すグラフ (b)直流駆動の印加電圧がやや低い場合を示すグラフ (c)PWM駆動の実効電圧がやや高い場合の波形を示すグラフ (d)PWM駆動の実効電圧がやや低い場合の波形を示すグラフ(A) Graph showing a case where the applied voltage of the DC drive is slightly high (b) Graph showing a case where the applied voltage of the DC drive is slightly low (c) PWM drive (D) A graph showing a waveform when the effective voltage of PWM drive is slightly low ペルチェ素子のPWM駆動特性試験の測定結果を示すグラフThe graph which shows the measurement result of the PWM drive characteristic test of the Peltier device 同試験結果のPWM周波数とCOPとの関係を示すグラフGraph showing the relationship between PWM frequency and COP 同試験結果のPWM周波数とCOPとの関係を示す片対数グラフ (実施例3の変形態様1としての特性チャート)A semi-logarithmic graph showing the relationship between the PWM frequency and COP of the test result (Characteristic chart as modification 1 of embodiment 3) 同試験結果に高周波領域の追加データを加えた片対数グラフ (実施例3としての特性チャート)A semi-logarithmic graph obtained by adding additional data in the high frequency region to the test result (Characteristic chart as Example 3) 実施例1としてのPWM駆動装置の構成を示す回路図The circuit diagram which shows the structure of the PWM drive device as Example 1 実施例1の変形態様1としての装置構成を示す回路図The circuit diagram which shows the apparatus structure as the deformation | transformation aspect 1 of Example 1. FIG. 実施例1の変形態様2としての装置構成を示す回路図The circuit diagram which shows the apparatus structure as the deformation | transformation aspect 2 of Example 1. FIG. 実施例2のカーシート温度調節装置を備えた座席の構成を示す模式図The schematic diagram which shows the structure of the seat provided with the car seat temperature control apparatus of Example 2. FIG. 実施例2としてのカーシート温度調節装置の構成を示す模式図The schematic diagram which shows the structure of the car seat temperature control apparatus as Example 2. FIG. 実施例2としてのカーシート温度調節装置の構成を示す回路図The circuit diagram which shows the structure of the car seat temperature control apparatus as Example 2. 実施例4としての特性チャート作図方法を示す組図 (a)直流COPおよび二つの測定点とを示す折れ線グラフ (b)一本目の折れ線が描線された折れ線グラフ (c)二本目の折れ線も描線された折れ線グラフ(A) Line graph showing DC COP and two measurement points (b) Line graph in which the first line is drawn (c) The second line is also drawn Line chart

符号の説明Explanation of symbols

1:ペルチェ素子
2:バッテリー(直流電源として) 2A:商用電源
3:操作装置
ECU:車載の電子制御ユニット
4:制御装置
5:PWM駆動装置 51:波形生成手段 52:増幅手段
6:送風機 60:送風ダクト 61:冷風ダクト 62:温風ダクト
A:流入空気 C:冷風 W:温風
Cd,Cd1,Cd2:直流COP
Fs:飽和周波数 Ps:COP飽和点
F1:第一周波数 C1:第一COP P1:第一測定点
F2:第二周波数 C2:第二COP P2:第二測定点 P3:第三測定点
L,L1,L2:折れ線 M,M1,M2:斜め線分 N,N1,N2:水平線分
1: Peltier element 2: Battery (as DC power supply) 2A: Commercial power supply 3: Operating device ECU: On-vehicle electronic control unit 4: Control device 5: PWM drive device 51: Waveform generating means 52: Amplifying means 6: Blower 60: Air duct 61: Cold air duct 62: Hot air duct A: Incoming air C: Cold air W: Hot air Cd, Cd1, Cd2: DC COP
Fs: saturation frequency Ps: COP saturation point F1: first frequency C1: first COP P1: first measurement point F2: second frequency C2: second COP P2: second measurement point P3: third measurement points L, L1 , L2: broken line M, M1, M2: diagonal line segment N, N1, N2: horizontal line segment

Claims (19)

所定のPWM周波数およびデューティー比でPWM(パルス幅変調)された駆動電圧をペルチェ素子に印加して、このペルチェ素子に熱電効果を発揮させるペルチェ素子の駆動方法において、
前記PWM周波数は、100Hz以上であることを特徴とする、
ペルチェ素子のPMW駆動方法。
In a driving method of a Peltier element in which a drive voltage that is PWM (pulse width modulated) with a predetermined PWM frequency and duty ratio is applied to the Peltier element, and the Peltier element exhibits a thermoelectric effect,
The PWM frequency is 100 Hz or more,
PMW driving method of Peltier element.
前記PWM周波数は、400Hz以上である、
請求項1に記載されたペルチェ素子のPMW駆動方法。
The PWM frequency is 400 Hz or more.
The PMW driving method for a Peltier device according to claim 1.
前記PWM周波数は、1kHz以上である、
請求項1に記載されたペルチェ素子のPMW駆動方法。
The PWM frequency is 1 kHz or more.
The PMW driving method for a Peltier device according to claim 1.
所定の電源から電力を供給され、所定のPWM周波数およびデューティー比でPWM(パルス幅変調)された駆動電圧をペルチェ素子に印加して、このペルチェ素子に熱電効果を発揮させるペルチェ素子の駆動装置において、
前記PWM周波数は、100Hz以上であることを特徴とする、
ペルチェ素子のPWM駆動装置。
In a drive device for a Peltier element that is supplied with electric power from a predetermined power source and applies a drive voltage PWM (pulse width modulated) at a predetermined PWM frequency and duty ratio to the Peltier element, thereby causing the Peltier element to exert a thermoelectric effect ,
The PWM frequency is 100 Hz or more,
Peltier device PWM drive device.
前記PWM周波数は、400Hz以上である、
請求項4に記載されたペルチェ素子のPMW駆動装置。
The PWM frequency is 400 Hz or more.
The PMW drive device for a Peltier element according to claim 4.
前記PWM周波数は、1kHz以上である、
請求項4に記載されたペルチェ素子のPMW駆動装置。
The PWM frequency is 1 kHz or more.
The PMW drive device for a Peltier element according to claim 4.
前記電源は、直流電源であり、
前記駆動装置は、所定の制御信号に従って所定の矩形波状電圧を生成する波形生成手段と、この矩形波状電圧を増幅して前記駆動電圧を前記ペルチェ素子に印加する増幅手段とをもつ、
請求項4に記載されたペルチェ素子のPMW駆動装置。
The power source is a DC power source,
The driving device includes waveform generating means for generating a predetermined rectangular wave voltage according to a predetermined control signal, and amplification means for amplifying the rectangular wave voltage and applying the driving voltage to the Peltier element.
The PMW drive device for a Peltier element according to claim 4.
熱電効果による冷却および加熱のうち少なくとも一方を行うペルチェ素子と、
このペルチェ素子をPWM駆動する請求項4に記載されたPMW駆動装置と、
このPMW駆動装置を制御する制御装置と、
を有することを特徴とする車載温度調節装置。
A Peltier element that performs at least one of cooling and heating by the thermoelectric effect;
The PMW drive device according to claim 4, wherein the Peltier element is PWM driven.
A control device for controlling the PMW drive device;
A vehicle-mounted temperature control device comprising:
前記制御装置は、車載の受信装置のうち所定のものが作動している場合には、前記PWM駆動装置を制御して前記PWM周波数を低減させる機能を持つ、
請求項8に記載された車載温度調節装置。
The control device has a function of controlling the PWM drive device to reduce the PWM frequency when a predetermined one of the in-vehicle reception devices is operating.
The on-vehicle temperature control device according to claim 8.
前記ペルチェ素子の温度調節対象は、カーシートの座面および背当てのうち少なくとも一方であることを特徴とする、
請求項8に記載された車載温度調節装置であるカーシート温度調節装置。
The temperature adjustment target of the Peltier element is at least one of a seat surface and a backrest of a car seat,
The car seat temperature control apparatus which is a vehicle-mounted temperature control apparatus described in Claim 8.
所定のPWM周波数およびデューティー比でPWM(パルス幅変調)された駆動電圧をペルチェ素子に印加して、このペルチェ素子に熱電効果を発揮させるに際し、このペルチェ素子のPWM駆動特性に関係する各種パラメータのうち、
前記駆動電圧の前記PWM周波数を対数横軸に取り、
前記ペルチェ素子の作動効率を示すCOPを縦軸に取って、
前記駆動電圧の前記デューティー比および実効電圧のうちいずれかを少なくとも一つの所定値に固定し、
この所定値のそれぞれについて、前記PWM周波数と前記COPとの関係を示す正の傾きをもった斜め線分が描線されている片対数グラフであることを特徴とする、
ペルチェ素子PWM駆動特性チャート。
When a drive voltage PWM (pulse width modulated) with a predetermined PWM frequency and duty ratio is applied to the Peltier element and the Peltier element exhibits a thermoelectric effect, various parameters relating to the PWM drive characteristics of the Peltier element are set. home,
Taking the PWM frequency of the drive voltage on the logarithmic horizontal axis,
Taking the COP indicating the operating efficiency of the Peltier element on the vertical axis,
Either one of the duty ratio and the effective voltage of the driving voltage is fixed to at least one predetermined value;
Each of the predetermined values is a semi-logarithmic graph in which an oblique line segment having a positive slope indicating the relationship between the PWM frequency and the COP is drawn.
Peltier element PWM drive characteristic chart.
前記PWM周波数が所定周波数以下の領域では前記斜め線分をもち、
この所定周波数以上の領域では水平線分をもち、
この斜め線分とこの水平線分とがこの所定周波数で連続した折れ線が、少なくとも一本は描線されている、
請求項11に記載されたペルチェ素子PWM駆動特性チャート。
In the region where the PWM frequency is equal to or lower than a predetermined frequency, the diagonal line segment is included.
It has a horizontal segment in the region above this predetermined frequency,
A broken line in which the diagonal line segment and the horizontal line segment are continuous at the predetermined frequency is drawn at least one,
The Peltier device PWM drive characteristic chart according to claim 11.
所定のPWM周波数およびデューティー比でパルス幅変調され、所定の実効電圧をもつ矩形波状の駆動電圧をペルチェ素子に印加して、このペルチェ素子が発揮する熱電効果のCOPを測定する試験を、
比較的低いPWM周波数である第一周波数と、比較的高いPWM周波数である第二周波数とについて行って、
この第一周波数およびこの第二周波数における前記COPの測定結果を、それぞれ第一COPおよび第二COPとし、
この第一周波数および第一COPで定まる第一測定点と、この第二周波数および第二COPで定まる第二測定点とを、前記PWM周波数を対数横軸に取り前記COPを縦軸に取った片対数グラフの上にプロットし、
この第一測定点とこの第二測定点とを途中または端部に含む正の傾きをもった斜め線分をこの片対数グラフに引いて、請求項11に記載されたペルチェ素子PWM駆動特性チャートを作図することを特徴とする、
ペルチェ素子PWM駆動特性チャートの作図方法。
A test for measuring the COP of the thermoelectric effect exerted by the Peltier element by applying a rectangular-wave drive voltage having a predetermined effective voltage, pulse-width modulated at a predetermined PWM frequency and duty ratio, to the Peltier element.
Perform for a first frequency that is a relatively low PWM frequency and a second frequency that is a relatively high PWM frequency,
The measurement results of the COP at the first frequency and the second frequency are defined as a first COP and a second COP, respectively.
The first measurement point determined by the first frequency and the first COP and the second measurement point determined by the second frequency and the second COP are plotted with the PWM frequency on the logarithmic horizontal axis and the COP on the vertical axis. Plot it on a semilogarithmic graph,
12. A Peltier device PWM drive characteristic chart according to claim 11, wherein an oblique line segment having a positive slope including the first measurement point and the second measurement point in the middle or at an end thereof is drawn on the semilogarithmic graph. It is characterized by drawing
Drawing method of Peltier device PWM drive characteristic chart.
前記実効電圧と等しい直流電圧を前記ペルチェ素子に印加した場合に、このペルチェ素子が発揮するCOPを直流COPとして、この直流COPに相当する水平線分を前記斜め線分よりも高周波側に引き、
前記斜め線分とこの水平線分とが交差する点を、当該実効電圧でのCOP飽和点として定め、
前記斜め線分とこの水平線分とがこのCOP飽和点で連続する折れ線を、少なくとも一本は描線する、
請求項13に記載されたペルチェ素子PWM駆動特性チャートの作図方法。
When a DC voltage equal to the effective voltage is applied to the Peltier element, a COP exerted by the Peltier element is defined as a DC COP, and a horizontal line segment corresponding to the DC COP is drawn to a higher frequency side than the oblique line segment,
The point where the diagonal line segment and the horizontal line segment intersect is defined as the COP saturation point at the effective voltage,
At least one polygonal line in which the diagonal line segment and the horizontal line segment are continuous at the COP saturation point is drawn.
A method for drawing a Peltier element PWM drive characteristic chart according to claim 13.
前記折れ線を少なくとも一本は前記片対数グラフに描線して、この折れ線がもつ前記COP飽和点でのPWM周波数を、各前記実効電圧に共通した飽和周波数として定め、
他の実効電圧については、この飽和周波数よりも低いPWM周波数領域で前記COPを測定して少なくとも一つの測定点を求め、この測定点を通る斜め線分と、この飽和周波数よりも高周波側では当該実効電圧と等しい直流電圧に相当する水平線分とが、この飽和周波数で連続した折れ線を描線する、
請求項14に記載されたペルチェ素子PWM駆動特性チャートの作図方法。
At least one of the polygonal lines is drawn on the semilogarithmic graph, and the PWM frequency at the COP saturation point of the polygonal lines is determined as a saturation frequency common to the effective voltages,
For other effective voltages, the COP is measured in the PWM frequency region lower than the saturation frequency to obtain at least one measurement point. The diagonal line passing through the measurement point and the higher frequency side than the saturation frequency A horizontal line corresponding to a DC voltage equal to the effective voltage draws a continuous line at this saturation frequency.
A method for drawing a Peltier element PWM drive characteristic chart according to claim 14.
請求項13〜請求項15のうちいずれかに記載されたペルチェ素子PWM駆動特性チャートの作図方法に則って行われることを特徴とする、
ペルチェ素子のPWM駆動特性試験方法。
It is performed in accordance with a method for drawing a Peltier element PWM drive characteristic chart according to any one of claims 13 to 15.
Peltier device PWM drive characteristics test method.
請求項11に記載されたペルチェ素子のPWM駆動特性チャートに基づき、
前記デューティー比および前記実効電圧のうちいずれかを横軸とし、前記COPを縦軸として、前記PWM周波数の範囲のうち少なくとも一つの所定値についてそれぞれ曲線を引いた二次特性チャートを作図することを特徴とする、
PWM駆動特性チャートの利用方法。
Based on the PWM drive characteristic chart of the Peltier element described in claim 11
Plotting a secondary characteristic chart in which one of the duty ratio and the effective voltage is plotted on the horizontal axis, the COP is plotted on the vertical axis, and a curve is drawn for each of at least one predetermined value in the PWM frequency range. Features
How to use the PWM drive characteristic chart.
請求項17に記載された前記二次特性チャートに基づいて、請求項4〜請求項10のうちいずれかに記載された前記装置を設計することを特徴とする、
PWM駆動特性チャートの利用方法。
The device according to any one of claims 4 to 10 is designed based on the secondary characteristic chart according to claim 17.
How to use the PWM drive characteristic chart.
ペルチェ素子のPWM駆動特性に関するパラメータのうち、このペルチェ素子に印加されるパルス幅変調された駆動電圧の「PWM周波数」および「デューティー比」と、このペルチェ素子が発揮するペルチェ効果の作動効率を示す「COP」との三者の相互関係を示すチャートにおいて、
前記チャートの縦軸は前記COPの実数軸であり、前記チャートの横軸は前記PWM周波数の対数軸であって、前記チャートは片対数グラフであることと、
この片対数グラフの上には、前記デューティー比の所定値一つに対してそれぞれ一本の正の傾きをもつ斜め線分と、この斜め線分に連続し所定周波数から傾きのない水平線分をもつ折れ線とのうち、少なくとも前者が描線されていることとを特徴とする、
ペルチェ素子PWM駆動特性チャート。
Among the parameters related to the PWM drive characteristics of the Peltier element, the “PWM frequency” and “duty ratio” of the pulse-width-modulated drive voltage applied to the Peltier element and the operation efficiency of the Peltier effect exhibited by the Peltier element are shown. In the chart showing the three-way relationship with “COP”,
The vertical axis of the chart is a real axis of the COP, the horizontal axis of the chart is a logarithmic axis of the PWM frequency, and the chart is a semi-logarithmic graph;
On this semi-logarithmic graph, there is one diagonal line segment having a positive slope for each predetermined value of the duty ratio, and a horizontal line segment that is continuous to the diagonal line segment and has no slope from the predetermined frequency. Among the polygonal lines, at least the former is drawn,
Peltier element PWM drive characteristic chart.
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