JP2009225602A - 車両用誘導加熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】誘導加熱用の変換器を別途専用に設けることなく、誘導加熱を行えるようにする。
【解決手段】車両ＶＣが、車両を駆動するための多相式の交流モータ１と、交流モータ１へ供給する電力を蓄電した蓄電装置１０と、蓄電装置１０からの直流電流を交流電流に変換して交流モータ１へ供給するための変換器１１と、を有する。記交流モータ１の中性点αから延設される結線上に、誘導加熱用コイルＣが接続される。誘導加熱用コイルＣによって、例えばヒータコアＨＣや排気ガス浄化触媒等が誘導加熱によって加熱される。
【選択図】 図４

Description

本発明は、車両用誘導加熱装置に関するものである。

車両、例えば自動車においては、被加熱部材を加熱（加温）する要求が多々ある。例えば、空調用ヒータコアで被加熱部材としての空調用エアを加熱することや、エンジンを有するものにあっては、被加熱部材としての排気ガス浄化触媒を加熱してその早期活性化を行う等のことが要求される。特許文献１には、車室の暖房のために、空調用ヒータコアの直下流において、空調用エアを加熱するための直流抵抗（発熱素子）を配設したものが開示されている。

一方、モータによって車両を駆動するようにしたものがあり、この車両駆動用モータとして、効率等の観点から交流モータを用いることも行われている。そして、車両の駆動を交流モータで行う場合には、蓄電装置からの直流電流を交流電流に変換して交流モータへ供給するための変換器（通常はインバータ）が設けられることになる。
特開２００６−１５１１９９号公報

前述した直流抵抗を用いたヒータ（発熱素子）は、効率が極めて悪いものとなる。このため、誘導加熱を利用して加熱することが考えられるが、この場合は、直流電流を交流電流に変換する変換器が別途必要になり、コストアップや部品点数増加という問題を生じることになる。

本発明は以上のような事情を勘案してなされたもので、その目的は、誘導加熱用の変換器を別途専用に設けることなく誘導加熱を行えるようにした車両用誘導加熱装置を提供することにある。

前記目的を達成するため、本発明にあっては次のような解決手法を採択してある。すなわち、特許請求の範囲における請求項１に記載のように、
車両を駆動するための多相式の交流モータと、
前記交流モータへ供給する電力を蓄電した蓄電装置と、
前記蓄電装置からの直流電流を交流電流に変換して前記交流モータへ供給するための変換器と、
前記交流モータの中性点から延設される結線上に接続され、被加熱部材を誘導加熱するための誘導加熱用コイルと、
を備えているようにしてある。

上記解決手法によれば、蓄電装置と交流モータとの間に介在される変換器を、誘導加熱用の変換器として有効に利用することができ、誘導加熱用の変換器を別途専用に設けることが不要になる。勿論、誘導加熱であることから、効率のよいものとなり、しかも被加熱部材を全体的に加熱する上でも好ましいものとなる。以上に加えて、多相式の交流モータの各相毎に誘導加熱用コイルを設けることなく、１つの誘導加熱用コイルを用いるのみで、交流モータの駆動中に誘導加熱を行うことが可能となる。

上記解決手法を前提とした好ましい態様は、特許請求の範囲における請求項２以下に記載のとおりである。すなわち、
車両停車中に前記被加熱部材を加熱する際には、前記交流モータをサーボロック状態とすることにより前記誘導加熱用コイルに通電させる、ようにしてある（請求項２対応）。この場合、車両停車中に、交流モータを回転させることなく、誘導加熱を行うことができる。

前記誘導加熱用コイルへの通電を遮断するスイッチ手段を有している、ようにしてある（請求項３対応）。この場合、誘導加熱を必要としないときには誘導加熱用コイルへの通電を遮断して、電力消費を低減する上で好ましいものとなる。

本発明によれば、誘導加熱用の変換器を別途専用に設けることなく誘導加熱を行なうことができる。また、交流モータの各相毎に誘導加熱用コイルを設ける必要がなく、誘導加熱用コイルの数を最小限にすることができる。

図１において、車両としての自動車ＶＣは、多相式（実施形態では３相式）の交流モータ１を有する。この交流モータ１によって、デファレンシャルギア２を介して左右の前輪３ＦＲ、３ＦＬが駆動される。なお、左右の後輪３ＲＲ、３ＲＬは従動輪とされている。

１０は蓄電装置としての高電圧バッテリであり、この高電圧バッテリ１０からの直流電流が、変換器としてのインバータからなるＤＣ−ＡＣコンバータ１１によって交流電流に変換されて、この変換された交流電流が交流モータ１へ供給される。また、１２はエンジン、１３はエンジン１２によって駆動される交流発電機である。発電機１３によって発電された電力は、インバータからなるＡＣ−ＤＣコンバータ１４を介して高電圧バッテリ１０へ供給される一方、前記ＤＣ−ＡＣコンバータ１１を介して交流モータ１へも供給されるようになっている。なお、交流モータ１に関連して、誘導加熱用コイルが装備された被加熱部材としてのヒータコアＨＣが設けられが、この点については後述する。

交流モータ１への電力（交流電流）供給は、例えば、発電機１３からのみ行われる態様と、高電圧バッテリ１０からのみ行われる態様と、高電圧バッテリ１０および発電機１３の両方から行われる態様とが、自動車ＶＣの運転状態や高電圧バッテリ１０への蓄電状態等に応じて変更される。また、エンジン１２は、実施形態では燃料としてガソリンを用いるようになっており、燃料タンク１５にはガソリンを貯溜するようになっている。そして、エンジン１２は、レシプロエンジンとされている。

図２は、自動車ＶＣに装備された空調用システムを示す。この図２において、２０は空調ダクトであり、その一端部側には、外気導入用の取入口２１と内気導入用の取入口２２が形成されている。そして、切換モータ２３によって駆動される切換ダンパ２４によって、取入口２１と取入口２２との任意の一方のみが開口された状態が選択されるようになっている。空調用ダクト２０の他端部側には、３つの空調エア吹出口２５〜２７が形成されている。吹出口２５は、デフロスタ用であり、吹出口２６は前席乗員の顔付近へ空調エアを吹き出すものであり、吹出口２７は乗員の足下へ空調エアを吹き出すものである。

空調ダクト２０内には、前記取入口２１，２２と吹出口２５〜２７との間において、エバポレータ２８と、エバポレータ２８の下流側において前記ヒータコアＨＣが配設されている。また、空調ダクト２０内には、各取入口２１，２２とエバポレータ２８との間において、空調ファン２９が配設され、またエバポレータ２８とヒータコアＨＣとの間においてエアミックスダンパ３０が配設されている。エアミックスダンパ３０は、エバポレータ２８で冷却されたエアが、ヒータコアＨＣを通過する割合とバイパスする割合とを変更するものとなっており、駆動モータ３１によってその位置が無段階あるいは段階的に変更される。

ヒータコアＨＣを通過した空調エアは主として吹出口２５，２６側へと流れ、ヒータコアＨＣをバイパスした空調エアは主として吹出口２７側へと流れるように、ヒータコアＨＣとエアミックスダンパ３０と各吹出口２５〜２７の位置が設定されている。また、吹出口２５は、切換ダンパ３２によって開閉され、吹出口２６は切換ダンパ３３によって開閉され、吹出口２７は、切換ダンパ３４によって開閉される。そして、各切換ダンパ３２〜３４は、駆動モータ３５によって同調制御されて、自動空調が乗員によって選択されたときは、各切換ダンパ３２〜３４の開閉が自動調整されるようになっている。

図２中、ＣＵは、マイクロコンピュータを利用して構成されたコントローラ（制御ユニット）である。このコントローラＣＵによって、空調ファン（用の駆動モータ）２９を駆動制御することによる空調エアの量、モータ３１を駆動制御することによるエアミックスダンパ３０の切換位置の変更、モータ２３，３５による各切換ダンパ２４，３２〜３４の開閉が変更制御される。この制御のために、各種センサあるいはスイッチＳ１〜Ｓ８からの信号が入力される。センサＳ１は、エバポレータ２８を通過した直後のエア温度を検出する温度センサである。センサＳ２は、駆動モータ３１の駆動位置つまりエアミックスダンパ３０の位置を検出するセンサ（ポテンショメータ）である。センサＳ３は、内気（室内）温度を検出する温度センサである。センサＳ４は、外気の温度を検出する温度センサである。センサＳ５は、エンジン１２の冷却水温度を検出する温度センサである。センサＳ６は、室内に照射される日射量を検出する日射センサである。スイッチＳ７は、乗員によってマニュアル操作される室内温度の設定スイッチである。スイッチＳ８は、エンジン１２の始動を行うためのイグニッションスイッチである（ＯＮ／ＯＦＦの作動状態の検出）。コントローラＣＵは、上記各センサあるいはスイッチＳ１〜Ｓ８からの入力信号に基づいて、前述したように、空調エア量や、各ダンパ２４，３０，３２〜３４の制御を行う。

前述したヒータコアＨＣが、図３に示される。ヒータコアＨＣのケーシング４０内には、エンジン１２の冷却水が流れる冷却水通路が配設されて、この冷却水通路に多数の電熱フィンが設けられている。つまり、ケーシング４０内を通過する空調エアを冷却水の有する高温を利用して加温するようになっている。また、ケーシング４０の外周には、後述する誘導加熱用コイルＣが巻回されている。ケーシング４０は、導電部材（例えばステンレス等の金属で、電気抵抗が大きい大きい部材で構成することが好ましい）で形成されて、誘導加熱用コイルＣに交流電流を流すことによって、誘導加熱によってケーシング４０が加熱されることになる。つまり、ケーシング４０内を通過する空調エアが、誘導加熱によっても加温されるようになっている。なお、誘導加熱用コイルＣは、ケーシング４０の外周に巻回する場合に限らず、ケーシング４０の底部に配設する等によっても誘導加熱を行うことができる（誘導加熱用コイルＣから発生される磁力線の影響する範囲にケーシング４０が位置すればよい）。

図４は、３相交流モータ１の電磁コイルＵ，Ｖ，Ｗと、誘導加熱用コイルＣと、変換器としてのＤＣ−ＡＣコンバータ１１との接続例を示すものである。ＤＣ−ＡＣコンバータ１１は、高電圧バッテリ１０の＋側と−側とに接続される互いに並列な４本の結線５１，５２，５３、５４を有する。結線５１には、入力側スイッチング素子Ｔｒ１１と出力側スイッチング素子Ｔｒ１２とが直列に接続されている。結線５２には、入力側スイッチング素子Ｔｒ２１と出力側スイッチング素子Ｔｒ２２とが直列に接続されている。結線５３には、入力側スイッチング素子Ｔｒ３１と出力側スイッチング素子Ｔｒ３２とが直列に接続されている。結線５４には、２個のキャパシタ５５，５６が直列に接続され、このキャパシタ５５，５６の間において、結線５４がグランド（アース）されている。

図４中αは、中性点である。この中性点αに対して、交流モータ１の各電磁コイルＵ、Ｖ、Ｗの各一端が接続されている。電磁コイルＵの他端は、スイッチング素子Ｔｒ１１とＴｒ１２との間において結線５１に接続されている。電磁コイルＷの他端は、スイッチング素子Ｔｒ２１とＴｒ２２との間において結線５に接続されている。電磁コイルＶの他端は、スイッチング素子Ｔｒ３１とＴｒ３２との間において結線５３に接続されている。

前記中性点αに対しては、誘導加熱用コイルＣが接続されている。すなわち、誘導加熱用コイルＣの一端が中性点αに接続されると共に、その他端がグランドされている。既知のように、中性点αは、交流モータ１が回転駆動されるとき（つまり電磁コイルＵ、ＶあるいはＷに通電されるとき）は、グランドに対して所定の電位差を生じるので、誘導加熱用コイルＣにも通電されるようになっている。

交流モータ１を回転（車両前進方向の回転）させるには、６つのスイッチング素子Ｔｒ１１〜Ｔｒ３２のうち２つのスイッチング素子を、例えば図４から図５、図６，図７，図８，図９のように順次ＯＮすることにより行われ、図９の後は図４の状態に戻る（逆転はその逆の順にＯＮすればよい）。すなわち、まず、図４のようにスイッチング素子Ｔｒ１１とＴｒ３２をＯＮすることによって、電流が、電磁コイルＵ、Ｖを流れると共に、誘導加熱用コイルＣにも流れる。図５は、スイッチング素子Ｔｒ１１とＴｒ２２とをＯＮしたものであり、電流は、電磁コイルＵ、Ｗを流れると共に、誘導加熱用コイルＣにも流れる。図６は、スイッチング素子Ｔｒ２２とＴｒ３１とをＯＮしたものであり、電流は、電磁コイルＶ、Ｗを流れると共に、誘導加熱用コイルＣにも流れる。図７は、スイッチング素子Ｔｒ３１とＴｒ１２とをＯＮしたものであり、電流は、電磁コイルＶ、Ｕに流れると共に、誘導加熱用コイルＣにも流れる。図８は、スイッチング素子Ｔｒ２１とＴｒ１２とをＯＮしたものであり、電流は、電磁コイルＷ、Ｕを流れると共に、誘導加熱用コイルＣにも流れる。図９は、スイッチング素子Ｔｒ２１とＴｒ３２とをＯＮしたものであり、電流は、電磁コイルＷ、Ｖを流れると共に、誘導加熱用コイルＣにも流れる。このようにして、電磁コイルＵ、Ｖ、Ｗが順次励磁されることによって、交流モータ１の回転子（ロータで図示略）が回転駆動されることになる。また、交流モータ１を回転駆動しているときには、誘導加熱用コイルＣにも通電されて、誘導加熱によってヒータコアＨＣが加熱されることになる。

図１０〜図１２は、交流モータ１をサーボロック状態としてその回転駆動を停止させつつ、誘導加熱用コイルＣに通電させる状態が示される。実施形態では、サーボロック状態を、全ての電磁コイルＵ、Ｖ、Ｗに通電することによって達成するようになっている。すなわち、図１０では、スイッチング素子Ｔｒ１１，Ｔｒ２２，、Ｔｒ３２をＯＮした場合である。また、図１１では、スイッチング素子Ｔｒ２１、Ｔｒ１２，Ｔｒ３２をＯＮした場合である。図１２は、スイッチング素子Ｔｒ３１，Ｔｒ１２，Ｔｒ２２をＯＮした場合である。なお、サーボロック状態を得るには、図１０〜図１２に示す他、回転子の位置に応じて図４〜図９に示すような通電態様を適宜切換えて、交流モータ１の回転子が回転駆動されないようにしてもよい。このようなサーボロック状態でも誘導加熱用コイルＣに通電されて、誘導加熱を行えることになる。

図１３は、誘導加熱用コイルＣを利用してヒータコアＨＣを加熱制御するための制御例を示すフローチャートであり、以下このフローチャートについて説明する。なお、以下の説明で、Ｑはステップを示す。まずＱ１において、イグニッションスイッチＳ８の作動状況が読み込まれ、次いでＱ２において、イグニッションスイッチＳ８がＯＮであるか否かが判別される。このＱ２の判別でＮＯのときはＱ１に戻る。

上記Ｑ２の判別でＹＥＳのときは、Ｑ３において、速度指令値が０であるか否かが判別される。このＱ３の判別は、車両が停止状態であるか否かの判別であって、例えば、アクセル開度が０で、かつ車速センサ（図示略）で検出される車速が０のときに、Ｑ３の判別でＹＥＳとなる。Ｑ３の判別でＮＯのときは、走行中であり、交流モータ１を駆動するときである（図４〜図９に示すような通電態様を順次行う制御の実行）。このときは、Ｑ４において、車両の運転状態（例えば車速やアクセル開度に応じた要求トルク）から、交流モータ１の目標回転数および目標発生トルクが演算される。この後、Ｑ５において、Ｑ４での演算結果を満足するような交流電流の電流値および周波数でもって交流モータ１が回転駆動される。

上記Ｑ５の後は、Ｑ６において、交流モータ１（の電磁コイルＵ、Ｖ、Ｗ）への通電状態（Ｑ５で実行されている交流電流の電流値と周波数）に基づいて、誘導加熱用コイルＣでの誘導加熱による発熱量が演算される。この後、Ｑ７において、スイッチＳ７で設定された設定温度が読み込まれる。次いで、Ｑ８において、上記設定温度に基づいてエアミックスダンパ３０の位置が調整、制御される。この後、Ｑ９において、設定温度とセンサＳ３で検出される室内温度との差に基づいて、エアミックスダンパ３０の位置が補正される。

一方、前記Ｑ３の判別でＮＯのときは、交流モータ１が回転されないように停止させておくときである。このときは、Ｑ１０において、交流モータ１が回転駆動されないようにサーボロック状態とされる（例えば図１０〜図１２のいずれかの通電態様の選択で、誘導加熱も行われる）。Ｑ１０の後は、前述したＱ６以降の処理が行われる。

図１４〜図１６は、本発明の第２の実施形態を示すものである。本実施形態では、誘導加熱用コイルＣへの通電を任意に遮断できるようにしたものである。このため、誘導加熱用コイルＣを、リレースイッチＲＳ１を介して中性点αに接続するようにしてある。また、中性点αを、リレースイッチＲＳ１および誘導加熱用コイルＣをバイパスするようにして、リレースイッチＲＳ１１を介してグランドさせるようにしてある。リレースイッチＲＳ１をＯＦＦしたときは、誘導加熱用コイルＣへの通電が遮断されて、誘導加熱が実行されないことになる。そのため、誘導加熱によるヒータコアＨＣの加熱が不要なときには、コイルＣへの通電を遮断することができるので、コイルＣにおける不要な電力消費を抑制することができる。なお、リレースイッチＲＳ１１は、イグニッションスイッチＳ８がＯＮのときはＯＮされる一方、イグニッションスイッチＳ８がＯＦＦのときはＯＦＦされるようにしてあるが、リレースイッチＲＳ１１は無くてもよいものである。

図１５，図１６は、図１４の回路を用いた誘導加熱に関する制御例を示すフローチャートであり、以下このフローチャートについて説明する。なお、図１５，図１６のフローチャートは、図１３のフローチャートに対応しているため、以下の説明では、主として図１３のフローチャートと相違する部分について説明する。また、リレースイッチＲＳ１１は、イグニッションスイッチＳ８がＯＮされているときは全てＯＮされ、イグニッションスイッチＳ８がＯＦＦされたときにＯＦＦされるようになっている。

まず、Ｑ２１，Ｑ２２の処理が行われるが、この処理は図１３のＱ１，Ｑ２に対応している。図２２の判別でＹＥＳのときは、Ｑ２３において、スイッチＳ７による設定温度が読み込まれる。次いで、Ｑ２４において、ヒータコアＨＣを誘導加熱する必要性があるか否かが判別される。このＱ２４での判別は、例えば、エンジン冷却水温度が設定温度に対して十分に高いときや、室内温度が設定温度以上のときに誘導加熱が不要であり、それ以外のときに誘導加熱が必要であるとされる。このＱ２４の判別でＹＥＳのときは、Ｑ２５において、誘導加熱用のリレースイッチＲＳ１がＯＮされる。このＱ２５の後は、Ｑ２６以降の処理が行われるが、Ｑ２６〜Ｑ３２は、図１３のＱ３〜Ｑ９と同じであり、またＱ３３は、図１３のＱ１０と同じである。

前記Ｑ２４の判別でＮＯのときは、図１６のＱ４１において、誘導加熱用のリレースイッチＲＳ１がＯＦＦされる。この後、Ｑ４２〜Ｑ４４の処理が行われるが、Ｑ４２〜Ｑ４４は、図１３のＱ４，Ｑ５と同じである（図１４のＱ２７，Ｑ２８とも同じ）。このＱ４２〜Ｑ４４の処理の後は、図１５のＱ２１へリターンされる。

以上実施形態について説明したが、本発明は、実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲において適宜の変更が可能であり、例えば次のような場合をも含むものである。エンジン１２によって車両を駆動するようにしてもよい（例えば走行状態等に応じてエンジン１２と交流モータ１との両方による駆動と、交流モータ１のみによる駆動等とを切換える）。エンジン１２を有しない車両であってもよい。誘導加熱される被加熱部材としては、実施形態に示すものに限らず、例えばエンジン１２の排気通路に設けられた排気ガス浄化触媒であってもよく、この場合、排気ガス浄化触媒を早期に活性化温度にまで昇温させることができるようになる。また、本発明の誘導加熱方式によれば、誘導加熱用コイルＣ１〜Ｃ３を排気通路の外部に配置することができるので、排気ガス浄化触媒を暖めるヒータを排気通路内部に配設する場合に比べて、排気通路の抵抗増大を避ける上でも好ましいものとなる。誘導加熱される被加熱部材としては、その他にも、例えばシート（シート暖房用の加熱用部材）、室内装備品としての電気ポット（内の加熱用部材）等、適宜選択できるものである。多相式モータの相数は、２あるいは４以上であってもよい。層勿論、本発明の目的は、明記されたものに限らず、実質的に好ましいあるいは利点として表現されたものを提供することをも暗黙的に含むものである。

本発明が適用された車両の一例を示す全体系統図。 空調システムの一例を示す図。 誘導加熱されるヒータコア部分を示す要部斜視図。 交流モータと誘導加熱用コイルとＤＣ−ＡＣコンバータとの接続例を示すと共に、交流モータを回転駆動させるための通電態様を示す図。 交流モータを回転駆動させるために通電態様が変化された状態を示す図。 交流モータを回転駆動させるために通電態様が変化された状態を示す図。 交流モータを回転駆動させるために通電態様が変化された状態を示す図。 交流モータを回転駆動させるために通電態様が変化された状態を示す図。 交流モータを回転駆動させるために通電態様が変化された状態を示す図。 交流モータをサーボロック状態とするための通電例を示す図。 交流モータをサーボロック状態とするための通電例を示す図。 交流モータをサーボロック状態とするための通電例を示す図。 誘導加熱のための制御例を示すフローチャート。 本発明の第２の実施形態を示すもので、図４に対応した図。 第２の実施形態における誘導加熱の制御例を示すフローチャート。 第２の実施形態における誘導加熱の制御例を示すフローチャート。

符号の説明

１：交流モータ
１０：高電圧バッテリ（蓄電装置）
１１：ＤＣ−ＡＣコンバータ（変換器）
１２：エンジン
１３：発電機
ＶＣ：自動車（車両）
ＨＣ：ヒータコア
ＣＵ：コントローラ
Ｃ：誘導加熱用コイル
Ｔｒ１１〜Ｔｒ３２：スイッチング素子
Ｕ、Ｖ、Ｗ：交流モータの電磁コイル
α：中性点
ＲＳ１：誘導加熱用のリレースイッチ（スイッチ手段）

Claims (3)

1. 車両を駆動するための多相式の交流モータと、
   前記交流モータへ供給する電力を蓄電した蓄電装置と、
   前記蓄電装置からの直流電流を交流電流に変換して前記交流モータへ供給するための変換器と、
   前記交流モータの中性点から延設される結線上に接続され、被加熱部材を誘導加熱するための誘導加熱用コイルと、
   を備えていることを特徴とする車両用誘導加熱装置。
2. 請求項１において、
   車両停車中に前記被加熱部材を加熱する際には、前記交流モータをサーボロック状態として前記誘導加熱用コイルに通電させる、ことを特徴とする車両用誘導加熱装置。
3. 請求項１または請求項２において、
   前記誘導加熱用コイルへの通電を遮断するスイッチ手段を有している、ことを特徴とする車両用誘導加熱装置。

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