JP5226400B2 - 車両用空気循環式寝具の制御装置 - Google Patents

Description

温度調節ユニットにより温度調節された空気を車両内に配設される寝具本体内に循環させて、寝具本体の温度を調節する車載用空気循環式寝具の制御装置に関する。

トラックなどの車両内で休憩する場合、夏季においては車両内の室温が高くなることが多いことから、車両自体の空気調和装置を作動させて車内を冷房しながら休憩することがあるが、かかる場合、空気調和装置を動かすためだけにエンジンを回し続けることになるので、エネルギーの浪費に繋がるばかりでなく大気汚染や騒音公害など環境汚染の原因になるという問題がある。

そこで、従来、内部に人間が横たわる空間を有する寝具本体とこの寝具本体に接続される空気調和装置とを有し、空気調和装置に設けられた冷凍機などの冷熱源によって発生した冷気を送風装置が寝具本体に供給する寝具が提案されている（例えば、特許文献１〜３参照）。

このような寝具では、トラックなどの車両内に搭載されることから空気調和装置などの小型化の要請が強く、空気調和装置に用いられる圧縮機も２００Ｗクラスの単相１００ＶのＡＣモータなどの比較的小型のものが搭載される。

このような寝具は、車両に搭載されているバッテリを使用して空気調和装置を駆動しており、トラックなどでは２４Ｖバッテリを使用して空気調和装置を駆動している。そのため、単相１００ＶのＡＣモータを駆動するには、バッテリ電圧をコンバータ回路により約１２５Ｖ程度に昇圧した後、インバータ回路によりモータに供給する単相１００Ｖを生成する。

ところで、自動車規格（ＪＡＳＯ規格）によると、車載用２４Ｖバッテリの動作保証電圧範囲は２２Ｖ〜３２Ｖと広いため、ＡＣモータを効率よく駆動するにはバッテリの電圧変動に対してインバータ回路の出力電圧を一定に保つ必要がある。

そこで、コンバータ回路の２次側（出力側）の回路にコイルを挿入し、コンバータ回路に入力されるバッテリからの電圧変動やＡＣモータの負荷変動に対して、ＰＷＭ制御におけるデューティ比の調整によりコンバータ回路の1次側（入力側）のスイッチング素子を制御することで、コンバータ回路からの出力電圧が一定値となるような制御方式を採用している。

しかしながら、上記のようなコンバータ回路の制御方式の場合、ＡＣモータの停止状態から起動した直後では、ＡＣモータに負荷がないため、負荷電流が所定値以下になりデューティ比の調整ができず、出力電圧を所定値に合わせることができない。そのため、ＡＣモータの起動直後におけるコンバータ回路からの出力電圧は、おおよそバッテリからの入力電圧ＶＢとコンバータ回路が有するトランスの巻数比Ｒ（２次側の巻数／１次側の巻数）との積（＝ＶＢ×Ｒ）に相当する値で安定し、例えば、バッテリからの入力電圧ＶＢが３０Ｖ、トランスの巻数比Ｒが６の場合、コンバータ回路からの出力電圧は約１８０Ｖ（＝３０×６）となる。

コンバータ回路の出力電圧値は、インバータ回路がＡＣモータに出力する通電角を例えば１２０°とすると、インバータ回路の出力電圧の実効値が１００Ｖとなるように約１２５Ｖとなるように調整する必要があるが、上記のように起動直後におけるコンバータ回路からの出力電圧が約１８０Ｖの場合、オーバーシュートやアンダーシュートを抑えてコンバータ回路からの出力電圧が脈動することなく速やかに約１２５Ｖまで調整しなければ、ＡＣモータが安定して起動しないおそれがある。

これに対して、高速応答性の良い制御器によってコンバータ回路を制御することで、コンバータ回路からの出力電圧が脈動するのを抑え、速やかにコンバータ回路からの出力電圧を目標電圧値まで調整し、ＡＣモータを安定して起動させることができるが、高速応答性の良い制御器は高価であり大幅な製造コスト増加となる問題がある。
特開２００７− ９８０４４号 特開２００７−１１１３７２号 特開２００７−１０５０８４号

本発明は上記問題を考慮してなされたものであり、コスト安価に安定した起動特性を有する車両用空気循環式寝具の制御装置を提供することを目的とする。

本発明は、車両に配設される寝具本体と、圧縮機と凝縮器と蒸発器とを連結した冷凍サイクルを有し空気の温度を調節する温度調節ユニットと、前記温度調節ユニットに電源を供給するバッテリと、を備え、前記温度調節ユニットにより温度調節された空気を前記寝具本体内に循環させて前記寝具本体の温度を調節する車載用空気循環式寝具の制御装置において、前記バッテリの電圧を昇圧するコンバータ部と、前記コンバータ部により昇圧された電圧を前記圧縮機のモータに供給するインバータ部と、前記バッテリの電圧を検出するバッテリ電圧検出部と、前記コンバータ部により昇圧された電圧を検出する出力電圧検出部と、前記出力電圧検出部の検出値と所定の目標電圧値との偏差をＰＩ制御によりＰＷＭ制御におけるデューティ比を調整し前記コンバータ部から出力される電圧を所定値に調整する電圧制御部と、を備え、前記電圧制御部は、前記圧縮機の起動時から所定時間の間、前記バッテリ電圧検出部により検出された前記バッテリの電圧に応じて前記コンバータ部のＰＷＭ制御におけるデューティ比を設定することを特徴とする。

本発明では、圧縮機の起動時から所定時間の間、バッテリからの電圧に応じてデューティ比を設定するため、高速応答性の良い制御器を用いることなく安定した起動特性が得られ、コスト安価に車両用空気循環式寝具の制御装置が得られる。

以下、図面に基づき本発明の１実施形態について説明する。図１は本実施形態に係る制御装置１８により制御される車両用空気循環式寝具（以下、寝具という）１を示す図であり、図２は寝具１の冷凍サイクル３０の構成を示す図、図３は制御装置１８を示すブロック図、図４は起動制御モードにおけるバッテリ１６の電圧ＶＢとコンバータ部４０に入力するＰＷＭ制御信号のＯＮデューティ比との関係を示す図である。

寝具１は、例えば、トラックなどの車両２内で休憩する際に使用される寝袋であって、図１に示すように、使用者Ａを収容する収容空間Ｓが形成され寝具本体１０と、寝具本体１０内部に供給する空気の温度を調節する温度調節ユニット２０とを備えており、車両２内において寝具本体１０を配設し使用者Ａが休憩する際に使用されるものである。

なお、本実施形態では寝具として敷きマット及び掛けマットが一体となった寝袋について説明するが、本発明はこれに限定されず、内部の少なくとも一部に空気を循環させることができるものであればよく、例えば、敷きマット及び掛けマットのいずれか一方であっても良く、また、敷きマット及び掛けマットの双方を備えたものであってもよい。

寝具本体１０内部には空気の流路（不図示）が形成され、該流路の両端部が寝具本体１０の外方に開口しており、一方の開口部１２が温度調節ユニット２０の吹出ダクト２２と連結され、他方の開口部１４が温度調節ユニット２０の吸込ダクト２４と連結されている。

これにより、温度調節ユニット２０により温度調節された空気が、吹出ダクト２２を介して一方の開口部１２より寝具本体１０内部に送り込まれ、寝具本体１０内部に形成された流路を流通した空気が他方の開口部１４から吸込ダクト２４を介して温度調節ユニット２０に戻り、戻った空気が、温度調節ユニット２０内で温度調節され再び寝具本体１０内部に送り込まれ、寝具本体１０内部と温度調節ユニット２０とを循環することで、寝具本体１０の温度を調節する。

温度調節ユニット２０は、寝具１のＯＮ・ＯＦＦの切換や寝具１を循環する空気の温度設定を行う操作部２６と、寝具１のＯＮ・ＯＦＦやバッテリの電圧低下を表示する表示部２８とを設けた筐体２１を有する。この筐体２１内部には、寝具本体１０内に流通させる空気の温度を調整する熱源としての冷凍サイクル３０とこの冷凍サイクル３０を制御する制御装置１８とを備え、温度調節ユニット２０は車両２に搭載されるバッテリ１６より電力の供給を受けて、操作部２６の操作に従い駆動運転される。

詳細には、冷凍サイクル３０は、図２に示すように、圧縮機３１、四方弁３２、第１熱交換器３３、ドライヤ３４、キャピラリーチューブ３５及び第２熱交換器３６を順次接続してなる。第２熱交換器３６は寝具本体１０内部を流通する空気と熱交換するものであって、送風ファン３７が第２熱交換機３６と熱交換した空気を寝具本体１０内部に送り込む。第２熱交換機３６と熱交換した空気は、例えば、吹出ダクト２２に至る流路内に設けられた温度センサ３９により温度が測定される。なお、符号３８は第１熱交換器３３の放熱を促す放熱ファンであり、第１熱交換器３３と熱交換した空気は車両２の側壁に設けられた排気孔３を介して車両２の外部へ放出される。

図２において、実線の矢印は冷房運転時の冷媒の流れを示し、圧縮機３１から吐出した冷媒は四方弁３２を通って凝縮器としての第１熱交換器３３に流入して凝縮され、ドライヤ３４で水分を除去した後キャピラリーチューブ３５に入る。キャピラリーチューブ３５で減圧された冷媒は、蒸発器としての第２熱交換器３６で蒸発し第２熱交換器３６を冷却することで気化し、四方弁３２を通って圧縮機３１に戻り、再び四方弁３２を介して第１熱交換器３３に流入し循環する。また、破線の矢印は暖房運転時の冷媒の流れを示し、四方弁３２を切り替えて、第１熱交換器３３が蒸発器となり、第２熱交換器３６が凝縮器となるように冷媒が循環する。

寝袋１の温度調整ユニット２０を制御する制御装置１８は、バッテリ１６の電圧値を検出するバッテリ電圧検出部７０と、バッテリ１６に接続されたコンバータ部４０と、コンバータ部４０より出力される電圧を検出する出力電圧検出部７４と、圧縮機３１が有する単相１００ＶのＡＣモータ（以下、圧縮機モータという）３１ａに単相１００Ｖの駆動電源を供給するインバータ部６０と、コンバータ部４０及びインバータ部６０を制御する制御部８０とを備える。

コンバータ部４０は、例えば、プッシュプルコンバータから構成され、高周波トランス４２の１次側に接続された２つのＭＯＳＦＥＴからなるスイッチング素子４３，４４を交互にＯＮ・ＯＦＦ切換制御することで、バッテリ１６の電源電圧ＶＢを所定の目標電圧Ｖａ（例えば、１２５Ｖ）に昇圧してインバータ部６０に出力する。高周波トランス４２の２次側には、ハーフブリッジ回路からなる整流回路４５が配置され、平滑コンデンサ４６との間にコイル４７が実装されている。

インバータ部６０は、単相フルブリッジ回路を備え、コンバータ部４０により昇圧された電源を受けて単相１００Ｖの駆動電源を圧縮機モータ３１ａに供給する。

バッテリ電圧検出部７０は、バッテリ１６からの電源電圧ＶＢを抵抗７１，７２により分圧し、電源電圧ＶＢに応じた検出信号を制御部８０に入力する。

出力電圧検出部７４は、コンバータ部４０により昇圧された出力電圧Ｖｏを抵抗７５，７６により分圧し、出力電圧Ｖｏに応じた検出信号を制御部８０に入力する。

制御部８０は、Ａ／Ｄコンバータ８２と、主制御部８４と、ＰＷＭ制御部８６と、インバータ制御部８８と、を備えるマイコンより構成され、操作部２６、温度センサ３９、バッテリ電圧検出部７０、出力電圧検出部７４からの各種信号がＡ／Ｄコンバータ８２を介して主制御部８４に入力されることで、表示部２８、ＰＷＭ制御部８６、インバータ制御部８８、送風ファン３７及び放熱ファン３８を回転駆動するファンモータ駆動部９２に制御信号を出力する。

ＰＷＭ制御部８６は、ドライバ４８を介してスイッチング素子４３，４４のＯＮ・ＯＦＦを切換制御するＰＷＭ制御信号のＯＮデューティ比を調節してコンバータ部４０に入力する。

ＰＷＭ制御部８６は、例えば、所定時間（例えば、約１０ｍｓ）毎に出力電圧検出部７４により検出された出力電圧Ｖｏと目標電圧Ｖａの偏差及び当該偏差の時間積分値を算出し、下記の数式に基づいて、次に出力するＰＷＭ制御信号のＯＮデューティ比を調整することで、ＰＩ制御を用いて出力電圧Ｖｏと目標電圧Ｖａの偏差をゼロとするようにフィードバック制御する。

ここで、Δｘ（ｔ）は、ある時刻ｔにおけるＯＮデューティ比の調整量、Δｙ（ｔ）は時刻ｔにおける出力電圧Ｖｏと目標電圧Ｖａの偏差、ｋｐ、ｋｉは予め記憶された比例ゲイン及び積分ゲインである。

また、ＰＷＭ制御部８６は、圧縮機モータ３１ａの起動時から所定時間の間、上記のようなフィードバック制御を行う通常制御モードと異なる起動制御モードを実行する。

この起動制御モードは、圧縮機モータ３１ａを安定して起動させるため、停止状態にある圧縮機モータ３１ａの起動時から所定時間（例えば、１秒間）が経過するまでの間、フィードバック制御を禁止し、予め記憶された図４のようなバッテリの電圧ＶＢとＰＷＭ制御信号のＯＮデューティ比との関係に基づき、バッテリ電圧検出部７０により検出されたバッテリの電圧ＶＢに対応するＯＮデューティ比のＰＷＭ制御信号をコンバータ部４０に入力し、一例を示すと、圧縮機モータ３１ａの起動時におけるバッテリの電圧ＶＢ＝３０Ｖの場合、圧縮機モータ３１ａの起動時から所定時間の間、コンバータ部４０に出力するＰＷＭ制御信号のＯＮデューティ比を７０％に固定する。

インバータ制御部８８は、主制御部８４から駆動信号の入力を受け、ドライバ６６を介してインバータ部６０の４つのＭＯＳＦＥＴ（不図示）のＯＮ・ＯＦＦを切換制御することで、インバータ部６０より圧縮機モータ３１ａに所定角度（例えば、１２０°）に通電角を制御しつつ駆動電源を出力させる。

インバータ制御部８８には、インバータ部６０の過電流異常を検出する保護回路６２が接続されており、シャント抵抗６４によってインバータ回路７２を流れる電流を電圧に変換し、この電圧値が所定値を越えると、保護回路６２より異常信号が入力されることで、インバータ部６０を停止させ圧縮機モータ３１ａへの通電を停止する。

また、インバータ制御部８８は、ＰＷＭ制御部８６が起動制御モードを実行している場合において、図５に例示するように、圧縮機モータ３１ａの起動時における圧縮機モータ３１ａに供給する駆動電源の通電角を通常運転時における通電角より小さく設定し（例えば、３０°）、通常運転時における通電角まで漸次増大させる。これにより、圧縮機モータ３１ａの起動時に必要な電流量を低減し、コンバータ部４０の出力電圧Ｖｏの変動を抑制することができ、圧縮機モータ３１ａの起動特性を向上させることができる。

主制御部８４は、操作部２６の設定値と温度センサ３９の検出温度を比較して、インバータ制御部８８に駆動信号を出力して温度センサ３９の検出温度が操作部２６の設定値に到達するまで圧縮機モータ３１ａを駆動させ、設定値に到達すると圧縮機モータ３１ａを停止させる。

以上のように本実施形態の寝袋１の制御装置１８では、圧縮機モータ３１ａの起動時から所定時間の間、コンバータ部４０のフィードバック制御を禁止し、予め定められたバッテリの電圧ＶＢとＰＷＭ制御信号のＯＮデューティ比との関係に基づき、バッテリ電圧検出部７０により検出されたバッテリの電圧ＶＢに対応するＯＮデューティ比のＰＷＭ制御信号をコンバータ部４０に入力し、起動制御モードを実行する。

これにより、圧縮機モータ３１ａの起動直後は、通常、負荷変動が小さくバッテリからの電源電圧の変動も小さいため、起動時のバッテリの電源電圧に対して、予め記憶されたバッテリの電圧ＶＢとＰＷＭ制御信号のＯＮデューティ比との関係に基づいて適切なＯＮデューティ比を決定することができる。

そのため、バッテリ１６の電圧値が定格電圧値に比べが大きい場合であっても、高速応答性の良い制御器を要することなく、コンバータ部４０の出力電圧の脈動を抑えつつ速やかにコンバータ回路からの出力電圧Ｖｏを目標電圧Ｖａに設定することができ、これにより、コスト安価に安定した起動特性を有する寝具１の制御装置１８が得られる。

なお、上記した本実施形態の寝具１の制御装置１８では、圧縮機モータ３１ａの起動時から所定時間経過後に、ＰＷＭ制御部８６が起動制御モードから通常制御モードに移行するように設定したが、例えば、起動制御モード実行中において、出力電圧検出部７４により検出された出力電圧Ｖｏと目標電圧Ｖａの偏差が所定範囲内（例えば、１０Ｖ以下）になると、予め設定された所定時間が経過する前であっても、起動制御モードを終了し通常制御モードに移行するように設定してもよい。

圧縮機モータ３１ａの起動時にバッテリからの電源電圧ＶＢに応じて予め記憶されたＰＷＭ制御信号のＯＮデューティ比に基づき、ＰＷＭ制御部８６がコンバータ部４０を制御することから、通常、約０．１秒程度でコンバータ部４０からの出力電圧Ｖｏと目標電圧Ｖａの偏差が所定範囲内に到達し、ＰＷＭ制御部８６がコンバータ部４０の出力電圧値を脈動させることなくフィードバック制御が可能となるが、圧縮機モータ３１ａの安定起動を確実にするため、起動制御モードを実行する所定時間を、安定起動に必要とされる起動制御モードの実行時間より長く設定する場合がある。

このような場合であっても、圧縮機モータ３１ａの起動時から所定時間経過する前にコンバータ部４０の出力電圧Ｖｏと目標電圧Ｖａの偏差が所定範囲内に到達すると、ＰＷＭ制御部８６がコンバータ部４０の出力電圧値を脈動させることなく制御可能になったとして、起動制御モードから通常制御モードに移行し、ＰＷＭ制御部８６がコンバータ部４０を早期にフィードバック制御することができる。そのため、圧縮機モータ３１ａの起動直後に負荷変動が生じた場合であっても安定して起動させることができる。

また、本実施形態では、起動制御モードとして、フィードバック制御を禁止し、予め記憶されたバッテリの電圧ＶＢとＰＷＭ制御信号のＯＮデューティ比との関係に基づいて、起動時におけるバッテリ電圧検出部７０により検出されたバッテリの電圧ＶＢからＯＮデューティ比を決定し、起動制御モード実行中は決定したＯＮデューティ比を一定に保ちコンバータ部４０を制御したが、本発明はこれに限定されず、例えば、決定したＯＮデューティ比をＰＩ制御の初期値とし、比例ゲインｋｐ及び積分ゲインｋｉを通常制御モード時より小さい値、例えば、通常制御モードの比例ゲインｋｐ及び積分ゲインｋｉの１／３に設定し、フィードバック制御を行っても良い。

このような起動制御モードであるとコンバータ部４０の出力電圧Ｖｏの脈動を抑えつつ、圧縮機モータ３１ａの起動後に負荷変動が生じた場合であっても安定して起動させることができる。

本発明の１実施形態に係る制御装置が制御する寝具の設置状態を示す図である。 本発明の１実施形態に係る制御装置が制御する冷凍サイクルを示す図である。 本発明の１実施形態に係る制御装置を示すブロック図である。 起動制御モード実行時におけるバッテリの電圧とコンバータ部４０に入力するＰＷＭ制御信号のＯＮデューティ比との関係を示す図である。 起動制御モード実行時における通電角の変化を示す図である。

符号の説明

１…車両用空気循環式寝具 １０…寝具本体 １６…バッテリ
１８…制御装置 ２０…温度調節ユニット ７０…電圧検出部

Claims (4)

1. 車両に配設される寝具本体と、圧縮機と凝縮器と蒸発器とを連結した冷凍サイクルを有し空気の温度を調節する温度調節ユニットと、前記温度調節ユニットに電源を供給するバッテリと、を備え、前記温度調節ユニットにより温度調節された空気を前記寝具本体内に循環させて前記寝具本体の温度を調節する車載用空気循環式寝具の制御装置において、
   前記バッテリの電圧を昇圧するコンバータ部と、
   前記コンバータ部により昇圧された電圧を前記圧縮機のモータに供給するインバータ部と、
   前記バッテリの電圧を検出するバッテリ電圧検出部と、
   前記コンバータ部により昇圧された電圧を検出する出力電圧検出部と、
   前記出力電圧検出部の検出値と所定の目標電圧値との偏差をＰＩ制御によりＰＷＭ制御におけるデューティ比を調整し前記コンバータ部から出力される電圧を所定値に調整する電圧制御部と、を備え、
   前記電圧制御部は、前記圧縮機の起動時から所定時間の間、前記バッテリ電圧検出部により検出された前記バッテリの電圧に応じて前記ＰＷＭ制御におけるデューティ比を設定することを特徴とする車載用空気循環式寝具の制御装置。
2. 車両に配設される寝具本体と、圧縮機と凝縮器と蒸発器とを連結した冷凍サイクルを有し空気の温度を調節する温度調節ユニットと、前記温度調節ユニットに電源を供給するバッテリと、を備え、前記温度調節ユニットにより温度調節された空気を前記寝具本体内に循環させて前記寝具本体の温度を調節する車載用空気循環式寝具の制御装置において、
   前記バッテリの電圧を昇圧するコンバータ部と、
   前記コンバータ部により昇圧された電圧を前記圧縮機のモータに供給するインバータ部と、
   前記バッテリの電圧を検出するバッテリ電圧検出部と、
   前記コンバータ部により昇圧された電圧を検出する出力電圧検出部と、
   前記出力電圧検出部の検出値と所定の目標電圧値との偏差をＰＩ制御によりＰＷＭ制御におけるデューティ比を調整し前記コンバータ部から出力される電圧を所定値に調整する電圧制御部と、を備え、
   前記電圧制御部は、前記圧縮機の起動時において、前記バッテリ電圧検出部により検出された前記バッテリの電圧に応じて前記ＰＷＭ制御におけるデューティ比を設定し、
   前記圧縮機の起動後から所定時間の間、ＰＩ制御の調整ゲインを前記所定時間の経過後におけるＰＩ制御の調整ゲインより小さく設定することを特徴とする車載用空気循環式寝具の制御装置。
3. 前記電圧制御部は、前記圧縮機の起動時から前記出力電圧検出部の検出値と所定の目標電圧値との偏差が所定範囲内になるまでの間、前記バッテリ電圧検出部により検出された前記バッテリの電圧に応じて前記コンバータ部のＰＷＭ制御におけるデューティ比を設定することを特徴とする請求項１に記載の車載用空気循環式寝具の制御装置。
4. 前記圧縮機の起動時から所定時間の間、前記インバータ部が前記モータに供給する通電角を漸次増大させることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の車載用空気循環式寝具の制御装置。

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