JP4808908B2 - 電気要素に給電可能な電源の保護装置 - Google Patents

電気要素に給電可能な電源の保護装置 Download PDF

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車に搭載された電気要素に給電される電源の保護装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近の自動車は、ポンプやファン、空調装置のような追加的な快適性を提供する装置、ブレーキのロックを防止する「ＡＢＳ」装置やエアバッグ等の安全装置等、種々の補助装置を備えている。エアバッグのような補助装置は、電気的にのみ作動可能である。ファンやポンプ等の他の補助装置は、エンジンにより機械的に駆動可能であり、エンジン速度に対応して動作するため、大きな欠点がある。すなわち、上述した装置は、自動車の電源により給電される電気モータにより駆動される。そのため、補助装置をエンジンから独立させることができ、例えば、エンジンが停止したりアイドリング速度で動作している時でも、補助装置を駆動させることができる。
【０００３】
しかしながら、補助装置を電気的に駆動させると、電源に高負荷がかかる。そのため、電源は、安全を提供する装置（エアバッグやＡＢＳ）を適切に機能させることができなくなる。例えば、電源が蓄電池である場合、その充電量では不十分なことがある。
【０００４】
本願発明に関する従来技術としては、特許文献１、特許文献２及び特許文献３を例示することができる。
【０００５】
【特許文献１】
米国特許第6753670号
【特許文献１】
米国特許第6809912号
【特許文献２】
米国特許第6819060号
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従って、安全装置を確実に動作させるために、電源を常に使用可能とするように、電源を保護することができる装置を提供する必要がある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
そのため、本発明は、電源の使用可能状態レベルを示す状態検出信号を制御ユニットに供給する検出ユニットを備え、制御ユニットは、電気要素の動作モードを決定し、電気要素の電力消費量を検出ユニットからの状態検出信号に基づいて設定するようにした、少なくとも１つの電気要素に給電することができる電源の保護装置を提案するものである。
【０００８】
電気要素は、エンジンのコンプレッサや冷却ポンプを駆動するモータであるが、ファンモータ、正の温度係数を有する抵抗体、または接触コンバーターとすることもできる。電源は、蓄電池からなっているが、交流発電機や燃料電池とすることもできる。
【０００９】
制御ユニットは、電源の使用可能状態を決定する。例えば、電源が蓄電池の場合、制御ユニットは、充電量を決定する。この情報に基づいて、制御ユニットは、電気要素のいくつかの動作モードのうちの１つを選択する。例えば、電源の使用可能状態が上側閾値よりも大きい場合、電気要素は、全電力で作動するか、少なくとも作動可能となる。
【００１０】
電源の使用可能状態が上側閾値と下側閾値の間にある場合、電気要素は、電力の一部のみによる低下動作モードで作動する。電源の使用可能状態が、下側閾値より低い場合、制御ユニットは、電気要素を単に停止させる。
【００１１】
このように、低下動作モードにおいて、電源は、全電力の一部のみを電気要素に給電し、使用可能状態が下側閾値よりも低い場合には、電気要素に給電しない。従って、電源が保護され、自動車の安全装置を作動させ続けることができるようになる。
【００１２】
第１の実施例によれば、電源は、電気要素に直接給電し、電気要素が動作するのに必要な電源からの電力量を制限するように、制御ユニットは、電気要素を制御する。第１の実施例は、電気要素が、自動車の客室を加熱するために用いられる正の温度係数を有する抵抗体のような抵抗部材の場合に好適である。
【００１３】
低下動作モードにおいて、制御ユニットは、電流を制限して低くするように、抵抗体の接続を変更させ、電源の使用可能状態が下側閾値より低い場合、制御ユニットは、抵抗体への電力を低減させる。
【００１４】
他の実施例によれば、制御ユニットは、電源と電気要素との間に設けられ、制御ユニットは、電源により電気要素に給電される電力量を制限するように、電気要素に供給される電流の特性を変更する。
【００１５】
電気要素が、供給される電流の周波数が変化することにより、回転速度が変化するモータの場合に、上述した他の実施例は好適である。電流の周波数が低下すると、モータの回転速度が低下する。従って、電力が低下する。
【００１６】
また、制御ユニットは、電気要素に可変周波数の電流を供給できるインバータと、インバータの制御回路とからなり、制御回路は、インバータの接地端子と最大電圧端子との間に設けられた抵抗アッセンブリを備え、抵抗アッセンブリは、選択手段に接続された制御線により、インバータの中間端子に接続される複数の端子を有し、検出ユニットにより出力された状態検出信号を、選択手段に供給し、選択手段は、状態検出信号に基づいて、抵抗アッセンブリの端子の１つにインバータの中間端子を接続するようになっている。
【００１７】
また、抵抗アッセンブリは、複数の抵抗を備える分圧抵抗からなり、抵抗の間及び端に端子を設け、選択手段は、状態検出信号に基づいて、端子の１つに制御線を接続するようになっている。
【００１８】
また、抵抗アッセンブリは、ポテンショメータを構成する単一の抵抗からなり、一端から他端へ連続的に移動可能な単一接続端子を備えている。
【００１９】
分圧抵抗は、２つの抵抗を備え、抵抗の間に端子を設け、制御ユニットは、電気要素が通常動作モードで動作できるように、制御線をインバータの最大電圧端子に直接的にまたは保護抵抗を介して接続する通常動作位置と、電気要素が低下動作モードで動作できるように、制御線を分圧抵抗の端子に接続する低下動作位置とに切り換わる第１スイッチと、電気要素が動作できないようにするために、インバータの接地端子に制御線を接続する閉位置に切り換わる第２スイッチとを備えている。
【００２０】
抵抗アッセンブリは、インバータの最大電圧端子及び接地端子に直接的または間接的に接続される端子を有するポテンショメータと、第１スイッチが閉位置にある時に、第１スイッチによりインバータの中間端子に接続される滑り端子と、オペレータにより調整可能とされ、ポテンショメータを直接的または間接的に制御する手動制御部とを備えているのが好ましい。
【００２１】
分圧抵抗の２つの抵抗は、ポテンショメータから分離されているか、ポテンショメータは、分圧抵抗の一方の抵抗をなしている。
【００２２】
上述した実施例は、電気要素が自動車の乗客により手動で制御可能な部材である場合に好適である。電源が通常動作モードを可能とするのに十分な使用可能状態であると、制御ユニットが決定すると（使用可能状態が上側閾値より大きい）、自動車の運転者または乗客は、自分の意志により、電気要素、例えば、空調装置のコンプレッサを駆動するモータを調節できる。
【００２３】
電気要素は、空調装置のコンプレッサを駆動する電気モータであり、保護装置が通常動作モードの時に、手動制御部は、「最暖」モードに対応する最低速度と「最冷」モードに対応する最高速度との間で、モータの速度を連続的に調節できるようになっている。
【００２４】
次に、図面を参照して行う実施例の説明により、本発明の他の特徴及び利点をよく理解しうると思う。
【００２５】
【発明の実施の形態】
図１において、蓄電池、交流発電機、または燃料電池である電源（２）は、ファン駆動用モータ、ポンプ、空調装置のコンプレッサ、接触コンバーター、または正の温度係数（ＣＴＰ）を有する抵抗体のような電気要素（４）に給電する。
【００２６】
検出ユニット（６）は、電源（２）が使用可能か否か、すなわち、電気要素（４）に給電可能か否かを検出するものである。例えば、電源（２）が蓄電池の場合、検出ユニット（６）は、その充電量を検出する。
【００２７】
検出ユニット（６）は、電源（２）が使用できる状態か否かを示す状態検出信号（８）を出力する。状態検出信号（８）は、電源（２）の使用可能状態に対応して、電気要素（４）の動作モードを決定する制御ユニット（１０）に入力される。電源（２）が蓄電池の場合には、制御ユニット（１０）は、蓄電池の充電レベル（Ｃ）を検出する。
【００２８】
充電レベル（Ｃ）は、例えば、最大充電量の百分率で示される。充電レベル（Ｃ）に基づいて、制御ユニット（１０）は、いくつかの動作モードのうちの少なくとも２つの動作モード、すなわち、通常動作モードと低下動作モードとから、電気要素（４）の動作モードを決定する。
【００２９】
電源（２）の充電レベル（Ｃ）が最大充電レベル（Ｃmax）と最大充電レベル（Ｃmax）より低いか、または同じ第１の充電レベル（Ｃ1）との間では、制御ユニット（１０）は、電気要素（１０）を、全電力で動作可能な通常動作モードで動作させる。
【００３０】
電源（２）の充電レベル（Ｃ）が、第１の充電レベル（Ｃ1）と第１の充電レベル（Ｃ1）より低い第２の充電レベル（Ｃ2）との間にある時には、制御ユニット（１０）は、電気要素（４）を低下動作モードとするか、動作させないようにする。
【００３１】
図１に示す第１の実施例では、電源（２）は、電気要素（４）に直接給電し、制御ユニット（１０）は、電気要素（４）の接続を変更させ、電気要素（４）を低下動作モードで動作させるために、電源（２）からの電力量を制限する。例えば、電気要素（４）が抵抗器からなる場合には、必要電力が低下するように、抵抗器の内部接続が変更される。
【００３２】
本発明の第２の実施例を示す図２は、制御ユニット（１０）が、電源（２）と電気要素（４）との間に設けられているという点において、図１とは異なっている。図１の実施例では、電源（２）は、電気要素（４）に電流を直接的に流すのに対し、図２の実施例では、電源（２）は、制御ユニット（１０）に電流を流し、制御ユニット（１０）は、電気要素（４）に給電する前に、少なくとも電圧や電流の特性を変化させるようになっている。
【００３３】
電源（２）が直流電流を供給する蓄電池の場合、制御ユニット（１０）は、直流電流を、可変周波数の交流電流に変換することができる。
【００３４】
電気要素（４）が、供給される電流の周波数に基づいて、回転速度が設定される同期式の電気モータの場合に、第２の実施例を適用できる。第１の実施例と同様に、制御ユニット（１０）は、複数の動作モード、例えば、通常動作モード、電気要素（４）が電力の一部で動作する低下動作モード、及び停止モードのうちから、電気要素（４）の動作モードを決定する。
【００３５】
上述したように、電気要素（４）の動作モードは、検出ユニット（６）により、制御ユニット（１０）に供給される状態検出信号（８）に基づいて決定される。
【００３６】
図３は、図２に示す本発明の保護装置に適用することができる制御ユニット（１０）の回路図である。
【００３７】
制御ユニット（１０）は、可変周波数の電流を、同期式の３相モータからなる電気要素（４）に供給可能なインバータ（１２）を備えている。インバータ（１２）は、３相電流の各相に対応する接続線（１６）により電気要素（４）に接続された３つの出力端子（１４）を備えている。インバータ（１２）は、直流電圧（Ｕｈｔ）を印加する高電力蓄電池や交流発電機のような電源（２）に接続されている。
【００３８】
インバータ（１２）は、制御回路（２０）により制御される。インバータ（１２）は、３つの端子、すなわち、０電圧（Ｕ＝０ボルト）に対応する接地端子（２２）、インバータ（１２）により発生される最大電圧（Ｕ＝Ｕmax）に対応する最大電圧端子（２４）、及び０ボルトから最大電圧（Ｕmax）間で変化する可変電圧（Ｕ＝Ｕvar）に対応する滑り端子である中間端子（２６）を備えている。
【００３９】
最大電圧（Ｕmax）が５ボルトの場合、電圧が０ボルトから５ボルトまで変化すると、３相モータの周波数は０Ｈｚから１５０Ｈｚまで変化する。
【００４０】
また、制御回路（２０）は、インバータ（１２）の接地端子（２２）と最大電圧端子（２４）との間に抵抗アッセンブリ（２８）を備えている。抵抗アッセンブリ（２８）は、保護抵抗（４０）を介して、接続線（３８）により最大電圧端子（２４）に接続された第１端子（３２）と、接続線（４２）によりインバータ（１２）の接地端子（２２）に接続された第２端子（３６）とを備えている。
【００４１】
図３では、抵抗アッセンブリ（２８）は、３つの抵抗（４４）（４６）（４８）からなっている。抵抗（４４）（４６）との間には中間接続端子（５０）が、抵抗（４６）（４８）との間には中間接続端子（５２）が設けられている。このように、３つの抵抗からなる抵抗アッセンブリ（２８）は、４つの端子を備えている。さらに、制御回路（２０）は、選択手段（６０）を備えている。
【００４２】
電源（２）の状態検出信号（８）は、検出ユニット（６）から選択手段（６０）に出力される。選択手段（６０）は、制御線（６２）により、インバータ（１２）の中間端子（２６）に接続されている。選択手段（６０）は、抵抗アッセンブリ（２８）の端子の１つを制御線（６２）に接続する。すなわち、選択手段（６０）は、電気要素（４）の４つの動作モードのうちの１つを決定する。
【００４３】
制御線（６２）が第１端子（３２）に接続されると、３相モータに供給される電流の周波数は、通常動作モードのものとされる。
【００４４】
制御線（６２）が中間接続端子（５０）に接続されると、抵抗（４４）と抵抗（４６）（４８）とにより、インバータ（１２）の中間端子（２６）に印加される電圧の分圧抵抗が構成される。それにより、モータに供給される電流の周波数が、低下動作モードのものに低下する。
【００４５】
制御線（６２）が中間接続端子（５２）に接続されると、上述した第２の場合と同様となり、インバータの制御電圧が低下するとともに、電流の周波数が低下する。この動作モードは、電源（２）の保護が上述した第２の場合よりも大となる第２の低下動作モードとなる。
【００４６】
制御線（６２）が第２端子（３６）に接続されると、インバータ（１２）の中間端子（２６）が接地され、電気要素（４）が停止させられる。それにより、電源（２）は電流を供給しなくなり、完全に保護される。
【００４７】
図４は、本発明による電源の保護装置の詳細な回路図である。抵抗アッセンブリ（２８）は、２つの抵抗（４４）（４６）からなり、その間には中間接続端子（５０）が設けられている。従って、抵抗アッセンブリ（２８）は、２つの端子（３２）（３６）と、抵抗（４４）（４６）間に設けられた中間接続端子（５０）との３つの端子を備えている。
【００４８】
選択手段（６０）は、２つの別個のスイッチである第１スイッチ（７０）と第２スイッチ（７２）とからなっている。第１スイッチ（７０）は、２つの位置に切り換わる。第１の位置（位置Ｉまたは閉位置）では、制御線（６２）は、保護抵抗（４０）を介してインバータ（１２）の最大電圧端子（２４）に接続された第１端子（３２）に接続される。それにより、回転速度が最大となる通常動作モードとなる。
【００４９】
第２の位置（位置ＩＩ）では、制御線（６２）は、抵抗（４４）（４６）間の中間接続端子（５０）に接続される。図３で説明したように、抵抗アッセンブリ（２８）は、インバータ（１２）の中間端子（２６）に印加される電圧を制限し、３相モータを低下動作モードとする分圧抵抗として作用する。
【００５０】
第２スイッチ（７２）は、制御線（６２）と接続線（４２）とを接続する接続線（７４）に接続されている。図４に示すように、第２スイッチ（７２）が開位置にある場合には、第１スイッチ（７０）により、モータの動作モードが設定される。
【００５１】
一方、第２スイッチ（７２）が閉位置にある場合、インバータ（１２）の中間端子（２６）は、接地端子（２２）に接続され、中間端子（２６）には、電圧が印加されなくなり、３相モータが停止する。第１スイッチ（７０）及び第２スイッチ（７２）は、検出ユニット（６）の一部をなす第１センサ（８０）及び第２センサ（８２）によりそれぞれ制御される。
【００５２】
すなわち、図４に示す実施例において、選択手段（６０）は、別々の状態検出信号（８）により制御される２つの別個のスイッチからなっていることを特徴としている。
【００５３】
次に、３つの動作モードのテーブルを示す。
【００５４】
Figure 0004808908
【００５５】
図３及び図４の実施例において、３相モータの動作モードは、自動的に、かつ電源（２）の使用可能のみに基づいて決定され、オペレータは、３相モータの回転速度を調節できないようになっている。
【００５６】
図５は、オペレータがアクセス可能な選択手段を備える抵抗アッセンブリの変形例を示す図である。図５は図４と同様であるが、固定抵抗値を有する抵抗（４４）がポテンショメータ（９０）に置換されている。
【００５７】
ポテンショメータ（９０）は、制御線（６２）及び第１スイッチ（７０）を介して、インバータ（１２）の中間端子（２６）に接続された滑り端子（９２）を備えている。電源（２）の状態が３相モータを通常動作モードとするのに十分であると、制御線（６２）は、抵抗アッセンブリ（２８）の第１端子（３２）ではなく、滑り端子（９２）に接続される。ポテンショメータ（９０）は、自動車のダッシュボードに設けられた手動制御部（９４）に接続されている。
【００５８】
手動制御部（９４）は、ポテンショメータ（９０）の最大抵抗値及び最小抵抗値に対応する２つの端位置間で、直進または回転移動可能な滑りつまみ（９６）を備えている。滑りつまみ（９６）を回転移動可能な構成とすることもできる。ポテンショメータ（９０）の抵抗値が最小の場合、滑り端子（９２）は第２端子（３２）と接続され、モータの回転速度が最大となる。一方、ポテンショメータ（９０）の抵抗値が最大の場合、滑り端子（９２）は中間接続端子（５０）と接続され、モータの回転速度が制限される。
【００５９】
しかしながら、この場合、モータの回転速度を制限するのはオペレータの要求によるものであり、制御ユニットは、電源が電気要素（４）を通常動作モードとするのに十分（上側閾値より大きい）と決定しているので、電源を保護する必要はない。
【００６０】
電源が使用可能な時に、オペレータの要求によりモータの回転速度を調節できる図５に示した変形例を、外気温の関数として、調節つまみ（９６）を「最冷」位置と「最暖」位置との間で移動して、客室内の温度を調節する空調装置に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 電気要素の動作モードを制御する制御ユニットを備えている、本発明の第１の実施例を示す電源保護装置のブロック図である。
【図２】 制御ユニットを電源と電気要素との間に設けた場合の、本発明の第２の実施例を示す保護装置のブロック図である。
【図３】 可変周波数を同期式モータである電気要素に供給可能なインバータを備える保護装置のブロック図である。
【図４】 インバータの制御回路が２つの別個のスイッチを備えている、保護装置の詳細なブロック図である。
【図５】 オペレータが操作可能な手動式制御部を備える抵抗アッセンブリのブロック図である。
【符号の説明】
２ 電源
４ 電気要素
６ 検出ユニット
８ 状態検出信号
１０ 制御ユニット
１２ インバータ
１４ 出力端子
１６ 接続線
２０ 制御回路
２２ 接地端子
２４ 最大電圧端子
２６ 中間端子
２８ 抵抗アッセンブリ
３２ 第１端子
３６ 第２端子
３８、４２ 接続線
４０ 保護抵抗
４４、４６、４８ 抵抗
５０、５２ 中間接続端子
６０ 選択手段
６２ 制御線
７０ 第１スイッチ
７２ 第２スイッチ
７４ 接続線
８０ 第１センサ
８２ 第２センサ
９０ ポテンショメータ
９２ 滑り端子
９４ 手動制御部
９６ 滑りつまみ

Claims (9)

  1. 少なくとも１つの電気要素（４）に給電することができる電源の保護装置において、
    電源（２）の使用可能状態レベルを示す状態検出信号（８）を制御ユニット（１０）に供給する検出ユニット（６）と、
    前記電源（２）に接続されたインバータ（１２）と
    を備え、
    前記制御ユニット（１０）は、前記電気要素（４）の動作モードを決定し、前記電気要素（４）の消費電力量を検出ユニット（６）からの状態検出信号（８）に基づいて設定し、
    前記電気要素（４）はモータであり、
    前記制御ユニットは前記電源（２）と前記電気要素（４）との間にあり、
    前記制御ユニット（１０）が、前記電気要素（４）に供給される電流の周波数を変更することにより、前記電源（２）から前記電気要素（４）への電気エネルギーの量を制限することを特徴とする保護装置。
  2. 電源（２）は、電気要素（４）に直接給電し、電気要素（４）が動作するのに必要な電源（２）からの電気エネルギーの量を制限するように、制御ユニット（１０）は、電気要素（４）を制御することを特徴とする、請求項１に記載の保護装置。
  3. 制御ユニット（１０）は、電気要素（４）に可変周波数の電流を供給できるインバータ（１２）と、インバータ（１２）の制御回路（２０）とからなり、制御回路（２０）は、インバータ（１２）の接地端子（２２）と最大電圧端子（２４）との間に設けられた抵抗アッセンブリ（２８）を備え、抵抗アッセンブリ（２８）は、選択手段（６０）に接続された制御線（６２）により、インバータ（１２）の中間端子（２６）に接続される複数の端子（３２）（３６）（５０）（５２）を有し、検出ユニット（６）により出力された状態検出信号（８）を、選択手段（６０）に供給し、選択手段（６０）は、状態検出信号（８）に基づいて、抵抗アッセンブリ（２８）の端子（３２）（３６）（５０）（５２）の１つにインバータ（１２）の中間端子（２６）を接続するようになっていることを特徴とする、請求項１に記載の保護装置。
  4. 抵抗アッセンブリ（２８）は、複数の抵抗（４４）（４６）（４８）を備える分圧抵抗からなり、抵抗の間及び端に端子（３２）（３６）（５０）（５２）を設け、選択手段（６０）は、状態検出信号（８）に基づいて、端子（３２）（３６）（５０）（５２）の１つに制御線（６２）を接続するようになっていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の保護装置。
  5. 分圧抵抗は、２つの抵抗（４４）（４６）を備え、抵抗の間に端子（５０）を設け、選択手段（６０）は、電気要素（４）が通常動作モードで動作できるように、制御線（６２）をインバータ（１２）の最大電圧端子（２４）に直接的にまたは保護抵抗（４０）を介して接続する通常動作位置と、電気要素（４）が低下動作モードで動作できるように、制御線（６２）を分圧抵抗の端子（５０）に接続する低下動作位置とに切り換わる第１スイッチ（７０）と、電気要素（４）が動作できないようにするために、インバータ（１２）の接地端子（２２）に制御線（６２）を接続する閉位置に切り換わる第２スイッチ（７２）とを備えていることを特徴とする、請求項４に記載の保護装置。
  6. 抵抗アッセンブリ（２８）は、インバータ（１２）の最大電圧端子（２４）及び接地端子（２２）に直接的または間接的に接続される端子（３２）（５０）を有するポテンショメータ（９０）と、第１スイッチ（７０）が閉位置にある時に、第１スイッチ（７０）によりインバータ（１２）の中間端子（２６）に接続される滑り端子（９２）と、オペレータにより調整可能とされ、ポテンショメータ（９０）を直接的または間接的に制御する手動制御部（９４）とを備えていることを特徴とする、請求項５に記載の保護装置。
  7. 分圧抵抗の２つの抵抗（４４）（４６）を、ポテンショメータ（９０）から分離してあることを特徴とする、請求項６に記載の保護装置。
  8. ポテンショメータ（９０）は、分圧抵抗の２つの抵抗のうちの一方をなしている、請求項６に記載の保護装置。
  9. 電気要素（４）は、空調装置のコンプレッサを駆動する電気モータであり、手動制御部（９４）は、「最暖」モードに対応する最低速度と「最冷」モードに対応する最高速度との間で、モータの速度を連続的に調節できるようになっていることを特徴とする、請求項６〜８のいずれかに記載の保護装置。
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