JP2006230188A - 電気消費機材を運転するための方法 - Google Patents

Abstract

【課題】始動時に定格電流に比して非常に高い電流が生成される消費機材で、移動装置、例えば車両のための例えばアナログ動作のＰＴＣ加熱器を運転するための方法を提供する。
【解決手段】回路に時間電力遅延が設けられており、それによって加熱装置の接続段階での電力が時間遅延され又は所定の制限された方式で増加される。これは段階状又はランプ状の方式で連続して起こすことができ、例えばパルス幅変調（ＰＷＭ）をもつ加熱装置の運転では、パルス幅変調率を所定の時間遅延で増加させることによって実現することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、始動時に定格電流に比して非常に高い電流が生成される電気消費機材、特に、移動装置、特に車両のためのアナログ動作のＰＴＣ加熱器、電動ポンプ、電気モータ、磁気コイル又は同等物を運転するための方法に関する。

船舶、鉄道車両、トラック、商用車両、航空機、宇宙船及び自動車のような移動手段に空気等の流動媒体を加熱する加熱装置を装備するための方法が知られている。このような装置は車両内加熱システム、窓の除氷をするための空気加熱システム、エンジン吸気を予熱するための加熱システム、その他のこともある。

この目的のための、マイクロプロセッサ制御システムを介してディジタル式の加熱素子の形態で加熱装置を提供する方法や、電子制御装置システムをともなわず、例えばその抵抗値が正の温度係数（ＰＴＣ）である材料又はその他の例えば金属製の加熱素子であって、該加熱素子が機械的なリレーによりスイッチが入り切りされる点でアナログ動作を有しているものに基づいた形態で加熱装置を提供する方法が知られている。加熱素子は、対応するリレーの数に応じていくつかの段階でスイッチが入るように設けることができる。

このようなアナログで動作するＰＴＣ加熱装置では、始動時、装置にスイッチが入れられたとき、つまりその持続時間が数秒のオーダーである接続段階で定格電流の２倍に等しいこともある非常に高い電流が流れ、それによって電源幹線に対する電流負荷が異常に高くなるということがあり、この事実は不都合と考えられる。

さらに不都合な点としては、故障診断をできず、スイッチ動作が段階的に発生し、つまり不安定な状態で行われ、機械的なプロセスが機械的なリレーを含んで提供されておりスイッチング・ノイズを引き起こし、このスイッチ・サイクルで寿命が制限され、しかも、機械的リレーは高価であり、配線のコストも非常に高いので運転には高いコストが掛かるということが挙げられる。

電子制御システムをともなわない加熱システム、つまり上記したタイプのアナログ動作の加熱装置は、多数の様々な供給業者から市場で入手できる。

しかし本発明が基礎とする目的は、アナログ手段で動作する、つまり制御又は調整をマイクロプロセッサによらない既に述べたタイプの方法であって、その方法により接続段階の電流負荷がかなり削減される方法を示すことにある。

本目的は本発明によれば請求項１に記載の方法によって達成される。

特に本発明による方法の好ましい設計及びさらなる発展形態が請求項２から７の目的である。

本発明による方法では、接続段階で時間遅れにしたがって電力が増加されるので接続段階での電流の高いサージが回避され、電源供給手段の負荷が低減される。

本発明による方法は、条件付の故障診断及び過不足電圧保護を達成することができ、個々の加熱線に時間ベースで順次スイッチが入れられる多段式加熱装置を運転するための従来技術の方法に比較して、全ての加熱線が同時に始動されるので加熱装置内で均一な温度分布を達成することができるという利点をさらに有する。

本発明による加熱装置を運転するための機械的なリレーが設けられていないので、スイッチング・ノイズが存在せず、機械的な構成部品が無いので寿命が延び、配線に対する費用が大幅に削減されコストが削減される。

本発明による方法の特に好ましい実施形態を、関連する図面を参照して下記に更に詳細に説明する。

図１に表わされているように、機械的リレーとそれに対応するリレー制御によってアナログ動作の加熱装置を運転するための従来の方法における加熱システムは、接続段階でスイッチが入れられ、それによって電流は最初の数秒間急激に増加する。ここでは定格電流の２倍の電流が流れることもあり、電源ネットワークに重い負荷を掛ける。図面でこの状態が曲線Ａで表されている。

本発明による方法では、回路に時間電力遅延が設けられており、それによって加熱装置の接続段階での電力が時間遅延され又は所定の制限された方式で増加される。これは段階状又はランプ状の方式で連続して起こすことができ、例えばパルス幅変調（ＰＷＭ）をもつ加熱装置の運転では、パルス幅変調率を所定の時間遅延で増加させることによって実現することができる。この増加は、例えば一体化された抵抗―コンデンサの組合せによって制御することができる。

図１に表わされているように、例えば所定の時定数Ｔ＝２０秒を回路に与え、それによって加熱装置がこの時間Ｔ後でなければ定格状態で動作しないようにすることができる。この状態は、関連する図面で曲線Ｂによって表わされている。この時定数は３０秒までであってもよい。

本発明の方法において上記時間遅延された又は所定の制限された電力の増加をもたらすために、電子スイッチが使用される。故障診断及びＰＷＭ信号の信頼性テストも可能になる。

また、過不足電圧保護を設けてもよく、最大温度の制限及びこの温度に達した場合の遮断をともなう温度監視を行うこともでき、それによって例えば空調システムのための加熱装置の場合、換気機構が故障した場合の破損が回避される。自動車エンジンの吸気予熱用のフランジを加熱するための加熱装置の場合でもハウジング・フランジの温度が高度に高くなるのを回避することができる。

図２のブロック図に示されている単段階又は多段階式電子制御回路は、図示の実施形態において３つのＰＴＣ加熱棒１から成るＰＴＣ加熱装置を運転するためのものであり、電圧源２を備える。該電圧源は市場で入手可能な一体化された調整可能な電圧調整器から構成してもよい。

方形波発振器又はクロック発振器３が方形波信号を生成し、この方形波信号が、スイッチ及びドライブ４を介して加熱段階を始動するように作用する。各々が１２０°の位相差をもつ３つの始動信号が形成され、各々が１２０°の位相差をもつようにこれらのパワー・スイッチ４にタイミングを与えることによって電源幹線の負荷を削減させる。

方形波又はクロック発振器３は、アナログ・クロック発生器又はディジタル・クロック発生器であってもよい。

位相偏移は、ブロック５で生成されるが、そのブロックは、位相が変移した始動信号を発生させ、これらの信号は、加熱システムを運転するための電源幹線のパルス負荷を削減するように作用する。

位相偏移はディジタル的に行われてもよい。

設計上の相違に応じて、インターフェース６への加熱要求は、単線式又は２線式のインターフェースを介して該電子装置に送られる。例えば１２Ｖでは非常に活発な作動が起こり、この場合、低活動の作動、つまり大地へスイッチングを加熱信号とすることも可能である。

この作動は、１本のケーブルを介して１つの加熱電力供給段階だけで行われるか、又は、図２に示されているように、２本のケーブルを介していくつかの加熱段階で行われる。

図３に示す実施形態は、外部から予め決められたＰＷＭによって連続した電力の変化が可能にされている点で、図２に示されている電子回路の実施形態と異なる。外部から予め決められたＰＷＭはアナログ―ディジタル変換器７によって積分される。このようにして生成されたアナログ電圧が次いで加熱棒１のための最終終了段階の時期を選ぶための所定値として使用される。つまり加熱段階の接続時間は、所定のＰＭＷに依存して変化する。

図３に示されているように、加熱要求が、ここでは線形電力制御をともなうＰＷＭ信号の形態で提供されている。

スイッチ及びドライブ４を始動するためのＰＷＭを生成させるために、各々１２０°の位相差をもつディジタル信号がブロック８で先ず変形される。これは、クロック信号の立ち上がりエッジに時間延びをもたらすＲＣローパスによって行われる。パルス幅変調された出力信号は、演算増幅器の反転入力部でのＲＣ結合の電圧レベルを非反転端部のポテンシャルと比較することによって得られる。

図４は、加熱システムを始動させるための、つまり加熱装置の接続段階のためのＰＷＭ制御電圧を生成するための回路の第１の実施形態の回路構成を示している。

ＰＷＭ制御電圧は、加熱過程の開始段階でＰＷＭのクロック率を連続して増加させるために使用される。ランプ状のコースを取るＰＷＭ制御電圧を生成するために反転積分器が図４に示すように設けられている。上昇の急峻さは２段階で変化する。第１段階ではＰＴＣ加熱装置を出来るだけ早く加熱するために立ち上がりは比較的急速である。加熱棒１の温度上昇が急速であるために、加熱装置の最大電流消費の範囲でスイッチ４は短時間だけ動作する。その結果スイッチ４の加熱が低下する。

図４に示されているように、これは「加熱要求」信号が受け入れられたときに積分しようとする抵抗Ｒ４の電圧を予め決めることによって達成される。第２の段階では、積分しようとする電圧が、ＩＣＩＡの出力部の制御電圧Ｕｓｔを、自由に決められる基準電位と比較することによって低下され、その結果制御電圧Ｕｓｔの立ち上がりが遅くなる。装置のスイッチが切られると積分器のコンデンサＣ１は抵抗Ｒ１５及びＲ１６によるデバイダの電圧で急速に充電される。これが切断中の電圧カーブの急峻度を左右する。

図示しない一実施形態では、ディジタル・アナログ変換と共にディジタル・カウンタを使用することによっても制御電圧Ｕｓｔの立ち上がりを遅くすることができる。

図５に示されている実施形態は、繰返し反転積分器に対応し、図４に示す実施形態と同様の原理で動作する。しかし位相シフト・ロジックによって生成された信号は、ここではＩＣ５Ｂで或るクロック率で積分され、その結果図４に示す設計と違って、高価な特別な構成部品をともなうことなく開始時に必要とする約３０秒の時定数を達成することができる。ＩＣ５ＡはＰＷＭ制御電圧Ｕｓｔのレベルを監視し、現存する加熱要求にしたがってこれを制限する。制御電圧の制限レベルはＲ３９とＲ４０及びＲ３９とＲ４１による分電圧によって確立される。

本発明による方法を、ＰＴＣ加熱装置の実施形態を参照して上述してきたが、この方法が、定格電流に比べ非常に高い始動時電流が生成される他の電気消費機材、特に電動ポンプ、電気モータ、磁気コイル又は同等物に対しても使用することができることは自明である。

アナログで動作するＰＴＣ加熱装置のための従来方法及び本発明による方法における電流の増加を一段階の時間グラフで示す図である。 ＰＴＣ加熱装置のための単段階式及び多段階式電子制御回路の構造をブロック図で示す図である。 ＰＴＣ加熱装置のための無限可変の電子制御回路の構造をブロック図で示す図である。 図２に示す電子回路のためのＰＷＭ制御電圧を生成するための回路構成の第１の実施形態を示す図である。 図２に示す電子回路のためのＰＷＭ制御電圧を生成するための回路構成の第２の実施形態を示す図である。

符号の説明

１ 加熱棒
２ 電源
３ 方形波発振器又はクロック発振器
４ スイッチ及びドライブ
５ 位相偏移生成
６ インターフェース
７ レベル・コンバータ及びディジタル／アナログ・コンバータ
８ 電圧制御装置

Claims (7)

1. 始動時に定格電流に比して非常に高い電流が生成される電気消費機材、特に、車両などの移動装置のためのアナログ動作のＰＴＣ加熱器、電動ポンプ、電気モータ、磁気コイル又は同等物を運転するための方法であって、接続時における消費機材の電力が、所定の制限された方式で増加されることを特徴とする方法。
2. 前記消費機材の前記電力が、接続後３０秒までの時限にわたって所定の制限された範囲で増加されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記電力が段階的に増加されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
4. 前記電力が連続してランプ状に増加されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
5. 前記消費機材がパルス幅変調で運転され、前記パルス幅変調の比率が時間遅れに基づいて増加することを特徴とする請求項１に記載の方法。
6. 温度が加熱装置内で監視され、所定の最大温度に達したとき運転が遮断されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の方法。
7. 故障診断及び／又は信頼性テストがパルス幅変調信号に基づき実施されることを特徴とする請求項５に記載の方法。
   
   

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