JP2019119372A - 車両のシートヒータ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、既存の車載電気機器を活用した簡易な構造で、車載バッテリの負担を抑制しながらシートクッションの座面を加温可能とした車両のシートヒータ装置を提供する。【解決手段】本発明は、乗員が着座する座面を有するシートクッション１３と、廃熱の放出にて冷却が行われる車載電気機器５とを備え、シートクッション１３には、シートクッションの座面１３ａとは異なる方向から廃熱が外気へ放出されるよう車載電気機器５が設けられ、車載電気機器５には、車載電気機器の廃熱をシートクッションの座面１３ａへ伝熱可能とした廃熱伝熱部５３と、シートクッションの加温要求に基づき廃熱伝熱部５３へ切り換える切換部４３ａ，５１ａとを有する。【選択図】図１

Description

本発明は、乗員が着座する座面を加温する車両のシートヒータ装置に関する。

車両では、着座した乗員の身体を暖めるために、シートクッションにシートヒータ装置を設けることがある。
多くのシートヒータ装置は、車載空調装置からの温風をシートクッションの座面へ供給したり（特許文献１を参照）や、シートクッションの座面に、専用の電気ヒータ線を埋め込み、車載バッテリの電力で、電気ヒータ線を発熱させたり（特許文献２を参照）する構造が用いられている。

特開２０１５− ８９６８２号公報 特開２０１７−１７８１３０号公報

ところが、前者の車載空調装置を利用して座面を加温する構造は、かなり構造が複雑で、コスト的な負担が強いられる問題がある。
後者の電気ヒータ線を用いて座面を加温する構造は、車載バッテリへの負担が大きく、どうしても電気ヒータ線の稼働がバッテリの負担になりやすい問題がある。
そこで、本発明の目的は、既存の車載電気機器を活用した簡易な構造で、車載バッテリの負担を抑制しながらシートクッションの座面を加温可能とした車両のシートヒータ装置を提供する。

本発明の態様は、乗員が着座する座面を有するシートクッションと、廃熱の放出にて冷却が行われる車載電気機器とを備え、シートクッションには、シートクッションの座面とは異なる方向から廃熱が外気へ放出されるよう車載電気機器が設けられ、車載電気機器には、車載電気機器の廃熱をシートクッションの座面へ伝熱可能とした廃熱伝熱部と、シートクッションの加温要求に基づき廃熱伝熱部へ切り換える切換部とを有するものとした。

本発明によれば、外気に捨てられていた車載電気機器の廃熱は、シートクッションの加温要求により、廃熱伝熱部を通じ、シートクッションの座面へ伝熱され、着座した乗員を暖める。すなわち、今まで捨てられていた車載電気機器の廃熱は、シートクッションの座面を加温する熱として活用されるので、車載バッテリの電力負担は大幅に軽減される。
それ故、既存の車載電気機器を活用した簡易な構造、さらには車載バッテリの負担を抑制しながら、シートクッションの座面の加温を行うことができる。

本発明の第１の実施形態に係る態様となる車両のシートヒータ装置を、車載電気機器を冷却するモードと共に示す断面図。 車載電気機器の廃熱でシートクッションの座面を加温するモードを説明する断面図。 同シートクッションの座面を廃熱で加温するモードを説明するフローチャート。 同モードのうちのコンフォートモードを説明するフローチャート。 同じくエコモードを説明するフローチャート。 電気ヒータ線による消費電力の傾向を説明する線図。 本発明の第２の実施形態に係る態様の要部を示す断面図。

以下、本発明を図１から図６に示す第１の実施形態にもとづいて説明する。
図１（ａ）は車両、例えばワゴンなどハイブリッド車を側面（車幅方向）から見た概略的な構成を示している。
図１（ａ）を参照して車両の主な部位を説明すると、図１（ａ）中の符号１はハイブリッド車の車体を示している。例えば車体１は、前部に、エンジンやモータ（いずれも図示しない）を有して構成されるパワーユニット（図示しない）が搭載されるパワーユニットルーム１ａを有し、パワーユニットルーム１ａと隣接した位置に車室空間１ｂを有している。ちなみに図１（ａ）中の符号３は、車体１の前部に設けられた車輪を示す。

車体１には、モータの電力源となるバッテリ（図示しない）や、外部からバッテリに充電をするための車載充電装置（図示しない）や、モータ制御用のインバータ５や、ＤＣ−ＤＣコンバータ（図示しない）などの高電圧機器が搭載される。
車室空間１ｂのフロア面７には、それぞれ左右両側にフロントシート９が設けられ、運転席、助手席を形成している。図１（ａ）は運転席を示す。ちなみにフロントシート９の後方には、リヤシート（図示しない）が設けられる。フロントシート９およびリヤシート（図示しない）は、いずれも乗員（図示しない）の臀部や腿部を支えるシートクッション１３と、乗員（図示しない）の腰部や背部を支えるシートバック１５とを有している。そして、乗員が着座するシートクッション部分が座面１３ａとなる。シートクッション１３には、フロア面７に設置するための脚部１７が設けられ、シートクッション１３をフロア面７から上方の離れた位置に据え付けている。

この運転席のシートクッション１３に、シートヒータ装置２１が設けられている。図１（ｂ）には、このシートヒータ装置２１の各部が拡大して示されている。
シートヒータ装置２１には、高電圧機器であるところの例えばインバータ５の廃熱で座面１３ａを加温する構造をメインに、これに電気ヒータ線２３のヒータ熱で座面１３ａを加温する構造を組み合わせて、少なくとも一方（いずれか一方または両方）の熱にて、座面１３ａの加温が行えるようにした構造が採用されている。

シートヒータ装置２１の各部の構造を説明すると、図１（ｂ）中の符号２５は、座面１３ａの近くのシートクッション部分に埋設された座面温度を検出する座面温度センサ（本願の温度検出部に相当）である。座面温度センサ２５は、座面１３ａの加温具合を検出するものである。座面温度センサ２５の下側のシートクッション部分には、座面１３ａの範囲に渡り、電気ヒータ線２３が埋設される。この電気ヒータ線２３のヒータ熱にて、座面１３ａは加温される。

またシートクッション１３の下面部には、上記インバータ５が据え付けられる。例えばインバータ５は、箱形の筐体３１内の一方端側にインバータ回路部３３を収め、他方端側にインバータ回路部３３の動作で生ずる熱を外気に放熱するヒートシンク３５と同ヒートシンク３５へ外気を導く電動式の冷却ファン３７とが収められる。このインバータ回路部３３の外気に放熱される熱を本実施形態は廃熱という。ちなみにインバータ回路部３３には、機器温度センサ３９（本願の検出手段に相当）が設けられ、この機器温度センサ３９によりインバータ回路部３３の冷却が必要となる温度の検出が行われる。

また筐体３１のうち一方端の端壁３１ａには、空気取入口４１が設けられる。そして、空気取入口４１に冷却ファン３７が配置される。また筐体３１の下壁３１ｂのうちヒートシンク３５に臨む位置には、第１の排気口４３が設けられる。これにより筐体３１内には、冷却ファン３７の運転で取り入れた外気が、ヒートシンク３５を経由して、排気口４３へ向かう通路４５が形成される。

こうした空気取入口４１が前側へ向き、排気口４３が下側へ向くというインバータ５の据付姿勢により、インバータ回路部３３の廃熱、つまりヒートシンク３５から放出された熱が、筐体３１からシートクッション１３の座面１３ａとは異なる方向、本実施形態ではシートクッション１３下の空間部１４へ放出される。インバータ回路部３３は、この廃熱の放出により冷却される。

一方、インバータ５直上のシートクッション部分には、座面１３ａ下の広範囲の領域に渡り、例えば盤状の通風路４７（本願の風路に相当）が形成される。ちなみに通風路４７の車両後側の端部は、上下方向に貫通する風路部分４９（本願の風路に相当）を介して、シートクッション１３下の空間部１４（外気）に開口している。
筐体３１のうち上壁３１ｃには、ヒートシンク３５が臨む位置に第２の排気口５１が設けられる。排気口５１は、筐体３１の直上の通風路４７と連通している。これにより、ヒートシンク３５から放出されるインバータ回路部３３の廃熱を熱風として、座面１３ａ下の通風路４７へ導ける。こうした排気口５１、通風路４７（含む風路部分４９）により、インバータ回路部３３の廃熱がシートクッション１３の座面１３ａへ伝熱されるようにしている。つまり、インバータ回路部３３からの廃熱を座面１３ａへ伝熱する廃熱伝熱部５３を構成している。

また排気口４３および排気口５１には、それぞれの開口を開閉するダンパ装置４３ａ，５１ａ（本願の切換部に相当）が設けられる。そして、各ダンパ装置４３ａ，５１ａの「開」、「閉」動作より、インバータ回路部３３の廃熱が外気に放出される冷却モードと、インバータ回路部３３の廃熱が座面１３ａへ伝熱されるヒータモードとに切り換えられる。ちなみに常態は冷却モード。

こうした電気ヒータ線２３、座面温度センサ２５、冷却ファン３７、機器温度センサ３９およびダンパ装置４３ａ，５１ａなど各機器やセンサ類は、ＥＣＵ５５（例えばマイクロコンピュータから構成）に接続される。
ＥＣＵ５５には、シートクッション１３の加温要求を行うための操作具、例えばインストルメントパネル２に設けたシートヒータスイッチ５７や、シートクッション１３の加温を「インバータ５の廃熱」だけで実施する「エコモード」、「インバータ５の廃熱」と「電気ヒータ線の発熱」と協同して実施する「コンフォートモード」を選択するモードスイッチ５９が接続されている。

このＥＣＵ５５には、機器冷却機能が設定されている。具体的には、機器温度センサ３９からの温度情報により、インバータ回路部３３が冷却を必要とする温度になると、冷却ファン３７を作動、ダンパ装置４３ａを開、ダンパ装置５１ａを閉にして、取り込まれる外気でインバータ回路部３３を冷却し、インバータ回路部３３の冷却が必要でなくなると、ダンパ装置４３ａ，５１ａはそのままに冷却ファン３７の運転を停止する機能が設定されている。

加えてＥＣＵ５５には、シートヒータスイッチ５７が操作され、シートクッション１３の加温が要求されると、「エコモード」や「コンフォートモード」の選択を受け付ける機能が設定されている。さらにＥＣＵ５５には、「エコモード」が選択されると、インバータ回路部３３が冷却を必要としているときだけ、すなわちインバータ回路部３３の廃熱が確保されているときだけ、図２に示されるようにダンパ装置４３ａを「閉」、ダンパ装置５１ａを「開」にして、熱風（廃熱）を通風路４７へ切り換える機能が設定される。つまり、インバータ回路部３３の廃熱だけでシートクッション１３の座面１３ａが加温される。もちろん、通風路４７の切り換えは、座面温度が所定温度に保てるよう、座面温度センサ２５で検出される温度情報に基づき間欠的に行われる。

さらにＥＣＵ５５には、「コンフォートモード」が選択されると、車載バッテリの電力が電気ヒータ線２３に供給される機能が設定される。これにより、インバータ回路部３３の廃熱がシートクッション１３の座面１３ａへ伝熱されるだけでなく、ヒータ熱がシートクッション１３の座面１３ａへ伝熱される。もちろん、「コンフォートモード」のときは、電気ヒータ線２３の出力は、座面温度センサ２５で検出される座面１３ａの加温具合に応じて制御され、インバータ５の廃熱の過不足を補いながら座面温度が効果的に保たれるようにしている。

つぎに、図３〜図５に示すフローチャートに基いて、こうしたシートヒータ装置２１の作用について説明する。
ここで、車両に搭載のインバータ５は、バッテリからの直流電力の交流に変換、さらにはアクセル操作に応じた周波数に変換して、モータを駆動する。これにより、車両の走行が行われる。

この際、インバータ回路部３３は作動に伴い温度上昇する。ＥＣＵ５５は、インバータ回路部３３が冷却を必要とする温度まで上昇すると（機器温度センサ３９の検出）、図４（ａ）のように冷却ファン３７を作動、ダンパ装置４３ａを「開」、ダンパ装置５１ａを「閉」とする。これにより、図１（ｂ）中の矢印に示されるように外気は、空気取入口４１からヒートシンク３５を通じて排気口４３へ通風され、ヒートシンク３５を通じて、インバータ回路部３３の冷却が行われる。インバータ回路部３３が冷却を必要としない温度になると、冷却ファン３７は停止する。こうした制御の繰り返しにより、インバータ５は冷却される（冷却モード）。

ここで、シートクッション１３の加温を行うべく、図３中のステップＳ１に示されるようにシートヒータスイッチ５７をＯＮ操作してヒータモードとして、モードスイッチ５９の操作により「エコモード」を選んだとする。
このとき、ステップＳ３のようにインバータ回路部３３が冷却を必要とされ、インバータ回路部３３の温度が高い場合、ＥＣＵ５５はシートクッション１３を加温する熱量が有ると判断して、ステップＳ３からモード選択のステップＳ５を経て、ステップＳ７へ進み、エコモードを実行する。むろん、シートヒータスイッチ５７をＯＦＦ操作すれば、ステップＳ２へ至り、当初の初期状態に戻る。またインバータ回路部３３が冷却を必要とする温度であれば、ステップＳ２３へ進み、ヒータモードをオフする。

エコモードは、図５（ａ）のステップＳ９に示されるようにダンパ装置４３ａを「閉」、ダンパ装置５１ａを「開」にすることで実行される。むろん、電気ヒータ線２３はオフ。
すると、図２に示されるようにヒートシンク３５との熱交換で熱風となった外気は、矢印に示されるように廃熱伝熱部５３をなす通風路４７および風路部分４９を流れる。これにより、インバータ回路部３３の廃熱で得られた熱は、通風路４７直上のシートクッション部分を通り、シートクッション１３の座面１３ａへ伝熱され、座面１３ａを加温する。

続くステップＳ１３において、シートクッション１３の座面温度が適正に保たれるよう、所定の制御範囲域において経路の切換制御が行われる。
すなわち、図５（ｂ）に示されるように上限温度値を座面抑制温度とし、下限温度値を座面抑制解除温度とした座面１３ａの制御温度域において、図５（ｂ）中の実線にように廃熱の伝熱を受けて座面温度が上昇し、座面抑制温度に達すると、それ以上の温度上昇を抑えるためにダンパ装置４３ａを「開」、ダンパ装置５１ａを「閉」にして、筐体３１を流れる熱風の流れをシートクッション１３下方へ切り換え、シートクッション１３への伝熱を断つ。これにより、座面温度は降下する。

座面温度が座面抑制解除温度まで降下すると、温度上昇の抑制を解除するために、再びダンパ装置４３ａを「閉」、ダンパ装置５１ａを「開」にして、筐体３１を流れる熱風の流れを再び通風路４７へ切り換え、熱風の熱をシートクッション１３の座面１３ａへ伝熱させる。
こうした「エコモード」の実行により、電気ヒータを使用しなくとも、シートクッション１３の座面１３ａは、適正な温度に加温され続ける。つまり、シートクッション１３に着座した乗員は暖められる。

一方、「コンフォートモード」を選んだとする。このときはステップＳ１７へ進み、コンフォートモードを実行する。
コンフォートモードは、図４（ａ）のステップＳ１８に示されるようにダンパ装置４３ａを「閉」、ダンパ装置５１ａを「開」、電気ヒータ線２３をオンにすることで行われる。

すると、「エコモード」のときと同様、ヒートシンク３５との熱交換で熱風となった外気は、通風路４７および風路部分４９を流れ、インバータ回路部３３の廃熱を、通風路４７直上のシートクッション部分を通じ、座面１３ａへ伝熱する（図２）。もちろん、「エコモード」のときと同様、ステップＳ１９のようにシートクッション１３の座面温度が適正に保たれるよう、所定の制御範囲域において経路の切換制御が行われる。

さらにステップＳ２１に進むと、電気ヒータ線２３の出力制御にて、廃熱での座面加温を助ける制御が実施される。
すなわち、図４（ｂ）に示されるように廃熱での座面加温は、上限温度値を座面抑制温度とし、下限温度値を座面抑制解除温度とした座面１３ａの制御温度域内で、実線の如く変わる。

廃熱での座面加温は、インバータ回路部３３の作動で生ずる廃熱に依存しているため、座面抑制温度を降下して再び上昇するまでの間の座面温度域などは、変動が大きく適正な座面温度に保ち難い。また座面抑制温度に上昇する上昇具合も、インバータ回路部３３の作動で生ずる廃熱に依存しているため、速やかに座面抑制温度まで上昇するとは限らない。

そのため、ステップＳ２１では、適正な座面温度に保ち難い座面温度が降下して再び上昇するまでの間の座面温度域や、座面１３ａの温度上昇が緩慢なときなどで、例えば図４（ｂ）中の二点鎖線に示されるように座面抑制温度を目標温度として座面温度との差にしたがい電気ヒータ線２３の出力制御（０〜Maxの範囲）を行う。これにより、加わる電気ヒータ線２３のヒータ熱にて、不足したり緩慢になる温調制御が補間され、座面１３ａの加温が促進される。むろん、電気ヒータ線２３の出力は、座面温度が座面抑制温度に近づくにしたがい小さくなる。

こうした「コンフォートモード」により、シートクッション１３の座面１３ａは、適正な温度に加温され続ける。特に電気ヒータ線２３は、図６に示されるように目標温度に辿りつくまで連続的に通電すると、かなりの電力量が消費されるが、廃熱で座面１３ａを加温する手法に、電気ヒータ線２３を組み合わせると、図４（ｂ）のように電気ヒータ線２３の稼働時期は抑えられるので、電気ヒータ線２３の出力は抑制される。

以上説明した本実施形態の「エコモード」のようにインバータ５（車載電気機器）の廃熱を、シートクッション１３の加温要求により、シートクッション１３の座面１３ａへ伝熱されるようにしたことにより、今まで捨てられていたインバータ５の廃熱が熱源となって、シートクッション１３の座面１３ａが加温され、着座した乗員を暖めることができる。

つまり、シートクッション１３の座面１３ａを加温する熱として活用する座面加温なので、車載バッテリの電力負担が大幅に軽減できる。
それ故、「エコモード」で座面加温を行うことにより、既存の車載電気機器を活用した簡易な構造、さらには車載バッテリの負担を抑制しながら、シートクッション１３の座面１３ａの加温ができる。

特に「エコモード」には、通風路４７（風路）やダンパ装置４３ａ，５１ａを用いて、インバータ５の廃熱を熱風として座面１３ａへ向かう構造が用いられているので、簡単な構造でインバータ５の廃熱を座面１３ａへ伝熱させることができる。しかも、インバータ５（車載電気機器）の冷却が必要なときにだけ、インバータ５の廃熱を座面１３ａへ伝熱させるので、座面１３ａの加温が損なわれる心配はない。

そのうえ、「コンフォートモード」のように電気ヒータ線２３による座面加温を組み合わせて、座面１３ａに加温具合に応じて電気ヒータ線２３の出力を制御する構造にしたことにより、「エコモード」の過不足する座面加温を補うだけでなく、さらに座面加温を促進することができ、適切に座面１３ａを加温することができる。むろん「コンフォートモード」は、電気ヒータ線２３の稼働時期が抑えられるので、電気ヒータ線２３の出力が抑制され、車載バッテリの電力負担を抑えることができる。

もちろん、インストルメントパネル２に設けたスイッチ類で座面１３ａの加温を要求するだけでなく、外部操作機器（例えばスマートフォンなど）の操作で、加温要求の指示（プレヒーティングを含む）を行う場合も同様である。
図７は、本発明の第２の実施形態を示す。
本実施形態は、第１の実施形態のようにダンパ装置を用いて、機器風路を冷却側から座面加温側へ切り換えるのではなく、冷却ファンの正逆転方向を用いた風向きの切り換えで、風路を機器冷却側から座面加温側へ切り換えるようにしたものである。

具体的には、ヒートシンク３５、排気口４３および排気口５１が並ぶ方向に、正逆転可能な冷却ファン６７を設け、さらに前側の空気取入口を廃止して、例えばインバータ回路部３３が冷却を要求するときは、冷却ファン６７を正転方向に作動させて、実線の矢印αのように外気を通風路４７、出入口となる排気口５１および排気口４３へ通風させ、ヒートシンク３５を冷却する。インバータ回路部３３が冷却を要求せず、座面１３ａの加温が要求されたときは、冷却ファン６７を逆転方向に切り換えて作動させて風向きを反対側に切り換えて、破線の矢印βのように外気を排気口４３、通風路４７、排気口５１へ通風させて、ヒートシンク３５の冷却により熱風化した風を通風路４７へ流通させ、インバータ回路部３３の廃熱を座面１３ａへ伝熱させるようにしたものである。

こうした冷却ファン６７の回転方向を変える切換部の構造でも、第１の実施形態と同様の効果を奏する。
但し、図７において第１の実施形態と同じ部分には同一符号を付して、その説明を省略した。
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々可変して実施しても構わない。例えば上述の実施形態では、電気機器としてインバータを用いたが、これに限らず、他の高電圧機器を含む電気機器、例えばリチウムイオンバッテリ、車載充電装置、ＥＣＵ、ＤＣ‐ＤＣコンバータなどでもよい。また上述の実施形態では、運転席のシートクッション下面に電気機器を据え付けたが、他の場所に電気機器を設ける構造でも構わない。もちろん、インバータの廃熱を座面へ伝える通風路も座面直下だけでなく、リクライニング装置の回動軸の内部を通して座面へ伝える構造でもよい。またシート暖める熱風（廃熱）を、シートクッション内を通じて直接、座面に着座している乗員へ送るようにしてもよく、伝熱の仕方には限定されるものではない。

５ インバータ（車載電気機器）
１３ シートクッション
１３ａ 座面
２３ 電気ヒータ線
２５ 座面温度センサ（温度検出部）
３９ 機器温度センサ（検出手段）
４３ａ，５１ａ ダンパ装置（切換部）
４７ 通風路（風路）
５３ 廃熱伝熱部
５５ ＥＣＵ
５７ シートヒータスイッチ
５９ モードスイッチ

Claims (4)

1. 乗員が着座する座面を有するシートクッションと、
   廃熱の放出にて冷却が行われる車載電気機器とを備え、
   前記シートクッションには、前記シートクッションの座面とは異なる方向から前記廃熱が外気へ放出されるよう前記車載電気機器が設けられ、
   前記車載電気機器には、前記車載電気機器の廃熱を前記シートクッションの座面へ伝熱可能とした廃熱伝熱部と、前記シートクッションの加温要求に基づき前記廃熱伝熱部へ切り換える切換部とを有する
   ことを特徴とする車両のシートヒータ装置。
2. 前記廃熱伝熱部は、前記車載電気機器の廃熱を熱風として前記シートクッションの座面へ導く風路を有して構成され、
   前記切換部は、前記シートクッションの加温要求に基づき前記風路に向かう経路へ切り換える
   ことを特徴とする請求項１に記載の車両のシートヒータ装置。
3. 前記車載電気機器は、当該車載電気機器の冷却が必要となる温度を検出する検出手段を有し、
   前記切換部は、前記シートクッションの加温要求があり、前記車載電気機器の冷却が必要となるときに切り換えが行われる
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の車両のシートヒータ装置。
4. 前記シートクッションは、当該シートクッションの座面を加温する電気ヒータ線と、前記シートクッションの座面における加温具合を検出する温度検出部を有し、
   前記電気ヒータ線は、前記シートクッションの加温具合に応じて出力が制御される
   ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の車両のシートヒータ装置。

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