JP5789453B2

JP5789453B2 - ファン制御装置および車両用灯具システム

Info

Publication number: JP5789453B2
Application number: JP2011192364A
Authority: JP
Inventors: 雄治安田
Original assignee: Koito Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Koito Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2011-09-05
Filing date: 2011-09-05
Publication date: 2015-10-07
Anticipated expiration: 2031-09-05
Also published as: JP2013054919A

Description

本発明は、ファン制御装置および車両用灯具システムに関し、特に、車両用灯具の光源として用いられるＬＥＤ（Light Emitting Diode）などの半導体発光素子が用いられに関する。

ＬＥＤなどの半導体発光素子を光源として車両用前照灯に利用する技術が知られている。このような半導体発光素子は、温度が上昇すると光度が低下するおそれがある。このため、半導体発光素子を車両用前照灯などに用いる場合は、一般的にファンを用いて強制的に冷却することにより、温度の上昇を抑制している。ここで、冷却用ファンを一定の回転数で回転させて半導体発光素子を冷却している車両用灯具が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１０−１２９２５８号公報

現在、ガソリンなどの燃料を使用せずに走行可能な電気自動車の開発が盛んに進められている。このような電気自動車では、車両内部で燃料を燃やさないため、車両内部の高温環境温度は、ガソリンなどの燃料をエンジンで燃やして走行する燃料エンジン車よりも低くなる。このため、燃料エンジン車に搭載した場合と同様の回転数でファンを回転させると、発光素子の高温環境での目標最高温度を下回り、ファンで冷却しすぎている状態となる可能性がある。一方、電気自動車の高温環境において発光素子の目標最高温度が達成させるよう低い回転数でファンを回転させた場合は、常温環境において発光素子の温度を充分に低下させることが困難となる。

そこで、本発明は上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的は、車両用灯具の光源として用いられる半導体発光素子を常温環境と高温環境の双方において適切に冷却することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様のファン制御装置は、車両用灯具の光源である半導体発光素子が置かれる環境温度を検知する温度センサの検知結果を取得する環境温度取得部と、取得された温度センサによる検知結果を用いて、半導体発光素子を冷却するファンの回転数を制御するファン制御部と、を備える。ファン制御部は、半導体発光素子が常温環境下にあるときよりも、常温環境より温度の高い高温環境下にあるときの方がファンの回転数を低くする。

この態様によれば、高温環境下においてファンによる冷却しすぎを回避しつつ、常温環境下において半導体発光素子を適切に冷却することができる。このため、常温環境と高温環境の双方において半導体発光素子を適切に冷却することができる。

車両用灯具は、電気自動車に搭載されてもよい。電気自動車では、高温環境温度が燃料エンジン車よりも低い。したがってこの態様によれば、上記効果をより適切に発揮できる。

本発明の別の態様は、車両用灯具システムである。この車両用灯具システムは、光源である半導体発光素子と、半導体発光素子を冷却するファンと、を有する車両用灯具と、ファンの回転数を制御するファン制御装置と、を備える。ファン制御装置は、半導体発光素子が置かれる環境温度を検知する温度センサの検知結果を取得し、半導体発光素子が常温環境下にあるときよりも、常温環境より温度の高い高温環境下にあるときの方がファンの回転数を低くする。

本発明によれば、車両用灯具の光源として用いられる半導体発光素子を常温環境と高温環境の双方において適切に冷却することができる。

本実施形態に係る車両用前照灯の構成を示す図である。（ａ）は、本実施形態に係る発光モジュールの構成を示す斜視図であり、（ｂ）は、本実施形態に係る発光モジュールの側面図である。本実施形態に係る車両用前照灯を含む車両用前照灯システムの構成を模式的に示す機能ブロック図である。車両用前照灯が置かれる環境温度Ｔｃと、ロービーム用配光パターンのみ点灯させたときの発光素子温度Ｔｊとの関係を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態（以下、実施形態という）について詳細に説明する。

図１は、本実施形態に係る車両用前照灯１０の構成を示す図である。図１は、灯具光軸Ａｘ１を含む鉛直面による車両用前照灯１０の断面図を示している。車両用前照灯１０は、いわゆるロービーム用配光パターンを形成するロービーム用光源として機能する。なお、車両用前照灯１０がこれに限られないことは勿論であり、車両用前照灯１０がハイビーム用配光パターンを形成するハイビーム光源として機能してもよい。本実施形態では、車両用前照灯１０は、ガソリンなどの燃料をエンジンで燃焼させて走行する燃料エンジン車ではなく、電力のみで走行する電気自動車に装着される。

車両用前照灯１０は、投影レンズ１２、発光モジュール１４、リフレクタ１６、およびシェード１８を備える。投影レンズ１２は、前方側表面が凸面で後方側表面が平面の平凸非球面レンズからなり、その後側焦点面上に形成される光源像を反転像として灯具前方に投影する。

発光モジュール１４は、発光素子２０を有する。発光素子２０は、半導体発光素子であるＬＥＤによって構成される。なお、発光素子２０がＬＥＤ以外の半導体発光素子によって構成されていてもよい。発光モジュール１４は、発光素子２０が主に上方に光を照射するよう配置される。なお、発光モジュール１４は、車両用前照灯１０以外の車両用灯具に装着可能に設けられていてもよい。

リフレクタ１６は、発光素子２０が発した光を反射して集光する反射面１６ａを有する。リフレクタ１６は、反射面１６ａが発光素子２０に対向するよう発光素子２０の上方に配置される。シェード１８は、シェード部１８ａおよび連結部１８ｂを有する。シェード部１８ａは、灯具光軸Ａｘ１を含む平面を有しロービーム用配光パターンの水平線付近のカットオフラインを形成する。なお、シェード部１８ａの形状は公知であるため説明を省略する。連結部１８ｂは、投影レンズ１２とシェード部１８ａとを連結する。なお、連結部１８ｂは、外部から認識可能な意匠面を構成する意匠部材としても機能する。

図２（ａ）は、本実施形態に係る発光モジュール１４の構成を示す斜視図であり、図２（ｂ）は、本実施形態に係る発光モジュール１４の側面図である。発光モジュール１４は、パッケージ３０、ヒートシンク３２、アタッチメント３４、およびファン３６、カバー４０、および制御回路基板４２を有する。

パッケージ３０は、発光素子２０を有する。制御回路基板４２は、発光素子２０の点灯を制御する。本実施形態では、制御回路基板４２は、プリント配線基板と、当該プリント配線基板に実装される電気部品や素子と、によって構成される。

ヒートシンク３２は、アルミニウムなど放熱性の高い放熱材料によって形成されており、放熱部材として機能する。ヒートシンク３２は、放熱フィン３２ａを有し、発光素子２０および制御回路基板４２が発する熱を放散させる。ヒートシンク３２は、アタッチメント３４の下面に取り付けられる。

ヒートシンク３２の放熱フィン３２ａは、ヒートシンク３２の下部に設けられる。放熱フィン３２ａは、灯具光軸Ａｘ１と垂直な方向に延在するよう設けられる。ファン３６は、放熱フィン３２ａにエアを吹き付けることができるよう、放熱フィン３２ａの下方においてヒートシンク３２に取り付けられる。

アタッチメント３４には、固定コネクタ３８が樹脂による一体成形によって一体的に固定されている。固定コネクタ３８は、ワイヤコネクタが結合可能に設けられている。また、アタッチメント３４には、制御回路基板４２を収容すべく下方に凹んだ回路収容部が設けられている。制御回路基板４２は、この回路収容部に収容される。制御回路基板４２が収容された後、アタッチメント３４にカバー４０が取り付けられる。

アタッチメント３４、制御回路基板４２、およびカバー４０によってアタッチメントユニット３３が構成される。本実施形態では、アタッチメント３４をヒートシンク３２に取り付ける前に、アタッチメント３４に制御回路基板４２およびカバー４０が予め取り付けられ、アタッチメントユニット３３としてヒートシンク３２に取り付けられる。これにより、アタッチメント３４と制御回路基板４２とが一体的にヒートシンク３２に装着され、同時に、ヒートシンク３２との間にパッケージ３０が挟持され装着される。

このように発光モジュール１４は、光源である発光素子２０と、発光素子２０の点灯を制御する制御回路基板４２と、が一体的に構成されている。パッケージ３０は、発光素子２０、サブマウント基板（図示せず）、および実装基板（図示せず）を有する。発光素子２０はサブマウント基板に実装され、サブマウント基板が実装基板に実装される。実装基板には給電のための導電性部材（図示せず）が設けられている。

発光モジュール１４は、発光素子２０の主光軸Ａｘ２が鉛直上方に向くように配置される。なお、主光軸Ａｘ２とは、発光素子２０の上面である主発光面の中心を通過する主発光面と垂直な軸をいう。また、発光素子２０は、発光部が制御回路基板４２よりも主光軸Ａｘ２方向に突出するよう配置される。発光部とは、発光素子２０の主発光面と、主発光面を囲う側面とを含む。

図３は、本実施形態に係る車両用前照灯１０を含む車両用前照灯システム１００の構成を模式的に示す機能ブロック図である。図３には、各種演算処理を実行するＣＰＵ、各種制御プログラムを格納するＲＯＭ、データ格納やプログラム実行のためのワークエリアとして利用されるＲＡＭなどのハードウェア、およびソフトウェアの連携によって実現される機能ブロックが描かれている。これらの機能ブロックは、ハードウェアおよびソフトウェアの組合せによって様々な形で実現することができる。

車両用前照灯１０の周辺には、温度センサ１２０が配置されている。温度センサ１２０は、車両用前照灯１０が置かれる環境温度を検知する。すなわち温度センサ１２０は、車両用前照灯１０の光源として用いられる発光素子２０が置かれる環境温度を検知する。温度センサ１２０は、車両用前照灯１０の内部に設けられていてもよく、また、車両用前照灯１０周辺の車両内部に設けられていてもよい。

電子制御装置１１０は、点灯制御部１１２、ファン制御部１１４、および環境温度取得部１１６を有する。点灯制御部１１２は、発光素子２０の点灯を制御する。ファン制御部１１４は、ファン３６のオン、オフ、および回転数を制御する。環境温度取得部１１６は、温度センサ１２０の検知結果を取得する。

図４は、車両用前照灯１０が置かれる環境温度Ｔｃと、ロービーム用配光パターンのみ点灯させたときの発光素子温度Ｔｊとの関係を示す図である。図４においてＬ１は、すべての環境温度Ｔｃにおいて一定の回転数Ｎ１でファン３６を回転させたときの発光素子温度Ｔｊを示している。また、Ｌ２は、すべての環境温度Ｔｃにおいて、回転数Ｎ１よりも低い一定の回転数Ｎ２でファン３６を回転させたときの発光素子温度Ｔｊを示している。

図４に示す例では、すべての環境温度Ｔｃで発光素子温度Ｔｊが１５０℃以下になることを目標としている。Ｌ１では、ガソリンなどを燃料とする燃料エンジン車やハイブリッド車における最高の環境温度Ｔｃである８０℃のときに発光素子温度Ｔｊが１５０℃以下になるようファン３６の回転数Ｎ１を設定したものである。しかしながら、上述のように、車両用前照灯１０は、電気自動車に搭載される。したがって、車両用前照灯１０は電気自動車用前照灯ということができる。電気自動車では内部で燃料を燃焼させないため、環境温度Ｔｃは燃料エンジン車よりも低く、実際には環境温度Ｔｃは６０℃までしか上昇しない。このため、発光素子温度Ｔｊは実際には１４０℃にも達せず、目標温度である１５０℃以下までマージンＴ１が発生する。

一方、Ｌ２では、この電気自動車における最高の環境温度Ｔｃである６０℃のときに、発光素子温度Ｔｊが１５０℃以下になるよう、ファン３６の回転数Ｎ２を設定したものである。しかしながら、この場合は、常温環境である２５℃のときに約１２０℃となり、適切な温度とされる１００℃よりも図４に示すようにＴ２高くなる。このため、常温時に発光素子２０の光度が低下するおそれがある。

このため、ファン制御部１１４は、取得された温度センサ１２０による検知結果を用いて、Ｔ１およびＴ２が小さい値となるよう発光素子２０を冷却するファンの回転数を制御する。具体的には、ファン制御部１１４は、発光素子２０が常温環境下にあるときよりも、常温環境より温度の高い高温環境下にあるときの方がファンの回転数を低くする。本実施例では、温度センサ１２０によって検知された温度が２５℃のときに発光素子２０が常温環境にあるものとし、温度センサ１２０によって検知された温度が６０℃のときに発光素子２０が高温環境にあるものとする。なお、常温環境および高温環境の定義がこれに限られないことは勿論であり、例えば常温環境が０℃から３０℃までのいずれかの温度であり、高温環境がこの常温環境の温度よりも高いいずれかの温度であってもよい。

さらに具体的には、ファン制御部１１４は、環境温度Ｔｃが高くなるほどファン３６の回転数を直線的に低下させる。これにより、発光素子温度Ｔｊを、環境温度Ｔｃに対し図４のＬａに示すように連続的に変化させることができる。

これにより、図４のＬａに示すように、高温環境である環境温度Ｔｃ＝６０℃のときに発光素子温度Ｔｊを１５０℃とし、マージンＴ１をほぼゼロにすることができる。また、常温環境である環境温度Ｔｃ＝２５℃のとき発光素子温度Ｔｊを約１００℃とし、Ｔ２をほぼゼロにすることができる。

なお、ファン制御部１１４は、環境温度Ｔｃが高くなるほどファン３６の回転数を段階的に低下させてもよい。具体的には、環境温度Ｔｃが第１の範囲Ｘ１にあるときはファン３６を一定の回転数Ｎａ１で回転させ、環境温度Ｔｃが第１の範囲Ｘ１よりも高い第２の範囲Ｘ２にあるときはファン３６を回転数Ｎａ１よりも低い一定の回転数Ｎａ２で回転させてもよい。これによっても、発光素子２０が常温環境下にあるときよりも高温環境下にあるときの方がファン３６の回転数を低くすることができる。さらに、ファン制御部１１４は、環境温度Ｔｃが高くなるほど加速度的にファン３６の回転数を減少させてもよい。具体的には、ファン制御部１１４は、環境温度Ｔｃが高くなるほどファン３６の回転数の減少勾配が大きくなるようファン３６の回転数を減少させてもよい。

本発明は上述の各実施形態に限定されるものではなく、各実施形態の各要素を適宜組み合わせたものも、本発明の実施形態として有効である。また、当業者の知識に基づいて各種の設計変更等の変形を各実施形態に対して加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施形態も本発明の範囲に含まれうる。

１０車両用前照灯、１４発光モジュール、２０発光素子、３０パッケージ、３２ヒートシンク、３２ａ放熱フィン、３３アタッチメントユニット、３４アタッチメント、３４ａ、３６ファン、４２制御回路基板、１００車両用前照灯システム、１１０電子制御装置、１１２点灯制御部、１１４ファン制御部、１１６環境温度取得部、１２０温度センサ。

Claims

車両用灯具の光源である半導体発光素子が置かれる環境温度を検知する温度センサの検知結果を取得する環境温度取得部と、
取得された前記温度センサによる検知結果を用いて、前記半導体発光素子を冷却するファンの回転数を制御するファン制御部と、
を備え、
前記ファン制御部は、前記半導体発光素子が常温環境下にあるときよりも、常温環境より温度の高い高温環境下にあるときの方が前記ファンの回転数を低くすることを特徴とするファン制御装置。
前記車両用灯具は、電気自動車に搭載されることを特徴とする請求項１に記載のファン制御装置。
光源である半導体発光素子と、前記半導体発光素子を冷却するファンと、を有する車両用灯具と、
前記ファンの回転数を制御するファン制御装置と、
を備え、
前記ファン制御装置は、前記半導体発光素子が置かれる環境温度を検知する温度センサの検知結果を取得し、前記半導体発光素子が常温環境下にあるときよりも、常温環境より温度の高い高温環境下にあるときの方が前記ファンの回転数を低くすることを特徴とする車両用灯具システム。