JP6966205B2 - Ｈｖａｃシステムの空気流方向制御素子の位置を維持する方法 - Google Patents

Description

[0002] 本発明は、暖房、換気及び空調（ＨＶＡＣ）システムの空気流方向制御素子の位置を、特に空気流方向制御用アクチュエータの保持電流を使用することなく、維持する方法に関する。そのような方法の実施に適するＨＶＡＣシステムも提供される。

[0003] ＨＶＡＣシステムは、動力車のような環境制御のために使用される。そのようなＨＶＡＣシステムは、環境制御を実行する領域内への又は領域を通る空気の流れを制御できる、通気フラップを利用する。通気フラップの位置は、一般に１つ以上のアクチュエータによって制御され、アクチュエータは、ＨＶＡＣシステムから現れる空気流を変更するように通気フラップを位置決めする。

[0004] 通常、そのような各アクチュエータは、一連の歯車を制御するのに適する電気モータを有して形成される。歯車列は、次いで、通気フラップと相互作用するレバーに通常直接的又は間接的に連結され、結果としてアクチュエータの作動が伝達されて通気フラップの位置を変更する。

[0005] そのような電気モータを使用するとき、所定の通気フラップ位置を維持するために、回路に保持電流を流す必要があり、こうして、モータからの力が非作動であることにより通気フラップが風又は換気によって緩み又は不正確な位置へ付勢されるのを防止する。通気フラップのそのような移動は、システムの機械的な遊びの結果でもあり、電気モータが起動状態であるとき克服される。従って、この保持電流は、ＨＶＡＣシステムの効率を低下させる。

[0006] 別の方法として、機械的に不可逆なアクチュエータを使用して、モータへの非給電時でも、アクチュエータの出力歯車に加わるトルクがモータを移動させないようにできる。そのような適用例に、例えばウォームギアーを使用することができる。しかしながら、機械的に不可逆な歯車列は効率が非常に低く、そのためにアクチュエータでの動力消費が増える。効率が高い歯車列により、振動又は力がモータ位置ひいては通気フラップ位置を変化させるので、保持電流が必要となる可能性が増加する。

[0007] 本発明は、上記の問題を克服し又は未然に防ぐ、ＨＶＡＣシステムのアクチュエータを駆動するための方法、及び前述の方法を実施できるＨＶＡＣシステムを提供しようとする。

[0008] 発明の第１の態様によれば、本発明は、ＨＶＡＣシステムの空気流方向制御素子の位置を維持する１つの方法を提供し、方法は、ａ）ＨＶＡＣシステムの空気流方向制御機構の少なくとも１つの可動部材の位置を決定する工程と、ｂ）可動部材が空気流方向制御素子の要求位置に関連した目標位置にあるかどうかを計算する工程であって、そうでなければ、ＨＶＡＣシステムの空気流方向制御用アクチュエータを起動して可動部材の位置を変化させ、空気流方向制御素子を要求位置に又はこれに向かってもたらす工程と、を備える。

[0009] 本発明は、ＨＶＡＣシステムの空気流方向制御素子の位置を維持する別の方法を提供し、方法は、ａ）ＨＶＡＣシステムの空気流方向制御素子の位置を決定する工程と、ｂ）空気流方向制御素子が、ＨＶＡＣシステムの空気流方向制御用アクチュエータによって駆動されることなく移動したかどうかを決定する工程であって、そうであれば、空気流方向制御用アクチュエータの駆動機構に電流を供給して空気流方向制御素子の位置を変化させ、そうでなければ、空気流方向制御用アクチュエータの駆動機構に電流を供給しない工程とを備える。

[0010] 発明の第２の態様によれば、本発明はＨＶＡＣシステムを提供し、ＨＶＡＣシステムは、空気流方向制御用アクチュエータと、アクチュエータによって起動されるように配置され、空気流方向制御素子を含む可動部材と、空気流方向制御用アクチュエータに関連するアクチュエータ位置センサと、アクチュエータ位置センサに関連する制御装置であって、アクチュエータ位置センサから受け取った測定結果に基づき可動部材の位置をフィードバック制御する制御装置とを備える。

[0011] ＨＶＡＣシステムは、上記方法を、可動部材の位置を維持するために一定の強い保持電流を供給しなくても実施し、従って動作の全体効率を改善することができる。

[0012] 以下、添付図面の各図を参照しながら、本発明の好ましい実施形態をほんの一例として説明する。各図において、２つ以上の図に現れる同一の構造、構成素子又は部品は、全般的にそれらが現れる全ての図で同じ参照番号が付される。全般的に、各図に示す構成素子及び特徴の寸法は、便宜及び表現の明確化のために選択され、必ずしも実寸を示さない。各図は以下に列挙する通りである。

発明の第２の態様によるＨＶＡＣシステムの好ましい実施形態の斜視図である。 図１のＨＶＡＣシステムのアクチュエータの好ましい実施形態の斜視図である。 発明の第１の態様によるＨＶＡＣシステム用のアクチュエータを制御する方法の、好ましい実施形態の概略図である。

[0016] 本発明の実施形態の技術的解決法が、以下のように、添付図面を参照して明確にかつ完全に説明される。以下に説明する実施形態は、本発明の実施形態の全てというよりも一部に過ぎないことは明らかである。本開示の実施形態に基づき、当業者によって何らの創造的努力なしに得られるあらゆる他の実施形態は、本発明の保護範囲に属する。

[0017] 初めに、図１を参照すると、ＨＶＡＣシステムが全体的に１０で示され、ＨＶＡＣシステム１０は、その騒音出力を実質的に低減するように配置される。ＨＶＡＣシステム１０は、動力車の環境制御システムの一部であるが、本発明は、ＨＶＡＣシステムが利用されるあらゆる文脈中で利用可能であることを認識されたい。

[0018] ＨＶＡＣシステム１０は、少なくとも１つのアクチュエータ１２を含み、ここには単独で又は別個に制御できる２つのアクチュエータ１２が示されるが、ＨＶＡＣシステム１０の要求に応じて、任意の数のアクチュエータを設け得ることは明らかである。各アクチュエータ１２は、例示したレバー１４のような少なくとも１つのコネクタと連絡し、レバー１４は、次に、ＨＶＡＣシステム１０を通る空気の移動を制御できる作動可能な、図示した通気フラップ１６のような、少なくとも１つの空気流方向制御素子に関連する。唯一の、単一に形成されたレバー１４が示されるが、歯車列のような他の形態のコネクタを設けることができる。とにかく、複数のアクチュエータ１２から、それらのそれぞれの通気フラップ１６までの機械的なトレーンには、機械的遊びの領域があり、アクチュエータ１２に加わる荷重は、移動中に低下し、伝導した力には効力がない。ＨＶＡＣシステム１０の構成素子は、空気流方向制御用アクチュエータ１２の起動の結果として移動可能であり、名目上のグループ化された可動部材と考えることができる。ロータ、レバー１４及び／又は通気フラップ１６のような、アクチュエータ１２の移動部品の何れか又は全ては、この可動部材の一部を成すと考えることができる。アクチュエータ１２の静止要素に加えて、可動部材を形成する要素の全体をグループ化することは、ＨＶＡＣシステム１０の空気流方向制御機構を成すと考えることができる。

[0019] 図２にはアクチュエータ１２がより詳細に示され、アクチュエータハウジング１８のカバーは、その内部の構成部品を示すために除去されている。例示したアクチュエータ１２は、好ましくは示した電気モータ２０である駆動機構を含み、駆動機構は、好ましくは搭載式制御装置２２によって制御可能である。

[0020] 制御装置２２は位置センサ２４を含むことができ、位置センサ２４は、電気モータ２０のロータの位置を監視して通気フラップ１６の相対位置の間接的な計算を可能にし、それにより制御指令が決定されることが好ましい。しかしながら、アクチュエータなどから通気フラップ１６などまで、機械的トレーンの他の場所に及び／又は任意の可動要素に関連して、任意の形態の位置センサが設けられことは明らかである。例えば、位置センサは、必要に応じて、レバー１４又は通気フラップ１６に係合することができる。本実施形態では、位置センサ２４は、ホールセンサとして形成され、電気モータ２０のロータ位置を容易に監視することができる。

[0021] 制御装置２２はまた、制御装置２２に対するＨＶＡＣシステム１０内の機械的遊びの領域に関連する情報を保存可能及びリレー制御可能な、記憶回路２６を含むことができる。これにより制御装置２２は、アクチュエータ１２に指令を送るとき、システム内の機械的遊びの明細を明らかにすることが可能となる。

[0022] 電気モータ２０は出力部２８を含み、出力部２８を介して駆動がアクチュエータ１２の外へ伝動することができる。本実施形態では、この出力部２８は、歯車列３０の一部である歯付き歯車を備える。しかしながら、他の駆動伝達手段を考察することができる。例えば、歯車列３０の代わりに、ウォームギアーが利用できる。

[0023] ＨＶＡＣシステム１０は、アクチュエータ１２の非作動時又は非通電時に、通気フラップ１６の位置を維持するために供給される、一定の強い保持電流に対する要求を取り除くように制御可能である。アクチュエータ１２に関連して位置センサ２４が存在することにより、例えば電気モータ２０のロータ位置をいつでも決定することが可能となり、予め設定された初期値に対するロータの位置を連続的に監視することが潜在的に可能となる。

[0024] 制御装置２２が位置センサ２４を介してロータの位置を監視できれば、電気モータ２０に電流を加えてロータを移動させる際、通気フラップ１６の移動及び変化した位置も監視し又は推測することができる。これにより、通気フラップ１６位置をフィードバック制御することが可能となる。

[0025] 電流モニタ３２も設けることができ、電流モニタ３２は、アクチュエータ１２に流れる電流を制御装置２２が監視することを可能にし、これにより通気フラップ１６を起動させるために要求される最小の電流が決定される。こうして制御装置２２は、アクチュエータ１２に流れる電流の大きさを要求される最小値に制限可能であり、ＨＶＡＣシステム１０の効率を改善する。

[0026] このため、記述したＨＶＡＣシステム１０は、通気フラップ１６位置のフィードバック制御を行うことができるので、高効率の歯車列が使用可能である。ＨＶＡＣシステム１０の動作の方法が、図３に全体的にＳ１００にて図示される。

[0027] まず、工程Ｓ１１０にて、ＨＶＡＣシステム１０の通気フラップ１６又は各通気フラップ１６の位置を決定する必要がある。上述した実施形態では、これは、位置センサ２４を利用して電気モータ２０のロータの角度位置を監視することによって間接的に実現され、ロータの角度位置から通気フラップ１６位置が計算され又は推測される。しかしながら、通気フラップ１６又は実際にはレバー１４の位置を直接質問することができる。

[0028] 通気フラップ１６の位置が分かれば、制御装置２２は、工程Ｓ１２０にて、通気フラップ１６が目標位置にあるかどうかを計算可能であり、計算はたぶん記憶回路２６に保存された、制御装置２２の内部回路に基づくことができる。目標位置は、ＨＶＡＣシステム１０へのユーザインタフェースによって潜在的に動力車のダッシュボード上に設定できる。代わりに、制御装置２２は、ＨＶＡＣシステム１０を自動制御することができ、その場合、通気フラップ１６の位置は、制御装置２２の内部にある又は予めプログラムされた論理回路に完全に基づくことができる。通気フラップ１６の位置が既に目標の位置に対応すれば、工程Ｓ１２５ではいかなる働きも不要である。

[0029] 他方、通気フラップ１６の位置が目標位置の位置でなく、又は通気フラップ１６の位置が目標位置からの閾値よりも大きければ、アクチュエータ１２は、工程Ｓ１３０にて起動して、通気フラップ１６を移動させることができる。閾値を参照するとき、これは、構成素子及び／又は位置センサ２４の位置を解明することによって決定できる。

[0030] アクチュエータ１２に、ここでは電気モータ２０に電流が流れて、電気モータ２０を起動させる。電流モニタ３２を設けたときは、電流は、制御装置２２が通気フラップ１６の位置を変化させるために要求される閾値電流を決める状態で、わずかに起動するまでゆっくり増減することができる。これにより有益なことに、電気モータ２０に供給する必要がある電流の量が最小にでき、アクチュエータ１２の効率を改善する。

[0031] 通気フラップ１６が移動すると、工程Ｓ１４０にてその位置を位置センサ２４から監視し、推測し又はそうでなければ決定することができる。通気フラップ１６のこの変化位置は、次いで、工程Ｓ１５０にて目標位置と比較することができる。変化位置と目標位置とが一致すれば、工程Ｓ１５５にて、アクチュエータ１２を非作動にすることができる。他の場合は何れも、通気フラップ１６があまりに遠くに、不十分に遠くに、又は間違った方向に移動した場合の何れかであるので、次いでサイクルを繰り返し、制御装置２２は、工程１２０にて通気フラップ１６が目標位置にあるかどうかを再計算し、そこから続ける必要がある。

[0032] そのような方法を使用すれば、アクチュエータ１２及び拡張して通気フラップ１６の位置は、通気フラップ１６の振動的な動揺の場合でも維持される。これにより、アクチュエータ１２おいてより効率的な高効率歯車列３０を使用することが可能になり、その理由は、どのような揺動もフィードバック制御によって修正可能なためである。そのため、通気フラップ１６位置を維持するために保持電流を供給する必要はない。全体的効果として、ＨＶＡＣシステム１０用のアクチュエータ１２は、より効率的であり、システムの電力消費を低減することが挙げられる。

[0033] 本明細書において、本発明に関して用いる「備える(comprise/comprising)」という用語及び「有する(having)／含む(including)」という用語は、記述した特徴、整数、工程又は構成部品の存在を特定するために使用されるが、１つ以上の他の特徴、整数、工程、構成部品又はそれらの群の存在又は追加を排除しない。

[0034] 本発明の所定の複数の特徴は、明瞭さのために個別の実施形態の文脈に記載されるが、これらは、単一の実施形態に組み合せて設けても良いことを認識されたい。反対に、簡潔さのために単一の実施形態の文脈に記載された本発明の様々な特徴は、別個に又は任意の適切な副結合で設けることもできる。

[0035] 上述した実施形態は、ほんの一例として提示され、当業者には、本明細書に定まる本発明の範囲から逸脱しない他の様々な修正が明らかである。

１０ ＨＶＡＣシステム
１２ アクチュエータ
２２ 制御装置
２４ 位置センサ
Ｓ１１０ ＨＶＡＣシステムの通気フラップの位置を決定する
Ｓ１２０ 通気フラップが目標位置にあるかどうか計算する
Ｓ１３０ アクチュエータを起動する

Claims (10)

1. ＨＶＡＣシステムの空気流方向制御素子の位置を維持する方法であって、
   ａ）前記ＨＶＡＣシステムの空気流方向制御機構の少なくとも１つの可動部材の位置を決定する工程と、
   ｂ）前記可動部材が前記空気流方向制御素子の要求位置に関連した目標位置を維持するかどうかを計算する工程であって、そうでなければ、前記ＨＶＡＣシステムの空気流方向制御用アクチュエータを起動して前記可動部材の位置を変化させ、前記空気流方向制御素子を前記要求位置に戻す工程と、を備え、
   工程ｂ）の前に、前記空気流方向制御用アクチュエータへの電流を監視して、前記可動部材を起動するために必要な最小の電流を決定する工程をさらに備えることを特徴とする方法。
2. 前記工程ｂ）の次に、
   ｃ）前記空気流方向制御用アクチュエータの起動に続いて前記可動部材の変化した位置を決定する工程と、
   ｄ）前記可動部材の前記変化位置を前記目標位置と比較する工程と、をさらに備え、
   ｉ）前記可動部材が前記目標位置にあれば、前記空気流方向制御用アクチュエータを非作動とし、そうでなければ
   ｉｉ）工程ｂ）から工程ｄ）を繰り返す、請求項１に記載の方法。
3. 前記可動部材は、前記空気流方向制御用アクチュエータのロータ又は駆動軸を含む、請求項１に記載の方法。
4. 前記空気流方向制御素子は、前記ＨＶＡＣシステムの通気フラップである、請求項１に記載の方法。
5. 工程ｂ）にて、前記可動部材が前記目標位置になければ、前記空気流方向制御用アクチュエータに電流を供給し、前記可動部材が前記目標位置にあれば、前記空気流方向制御用アクチュエータに電流を供給しない、請求項１に記載の方法。
6. 工程ｂ）にて、前記空気流方向制御用アクチュエータへの前記電流は、前記可動部材の前記位置の変化が決定されるまで増減される、請求項５に記載の方法。
7. 前記アクチュエータは、電気モータと、前記電気モータと噛み合う可逆的な歯車列を含む、請求項１に記載の方法。
8. ＨＶＡＣシステムであって、
   空気流方向制御用アクチュエータと、
   前記アクチュエータによって起動されるように配置され、空気流方向制御素子を含む可動部材と、
   前記空気流方向制御用アクチュエータに関連するアクチュエータ位置センサと、
   前記アクチュエータ位置センサに関連する制御装置であって、前記アクチュエータ位置センサから受け取った測定結果に基づき前記可動部材の位置をフィードバック制御する制御装置と、を備え、
   さらに、前記空気流方向制御用アクチュエータへの電流を監視して、前記可動部材を起動するために必要な最小の電流を決定する電流モニタを備えることを特徴とするＨＶＡＣシステム。
9. 前記アクチュエータは、電気モータと、前記電気モータと噛み合う可逆的な歯車列を含む、請求項８に記載のＨＶＡＣシステム。
10. ＨＶＡＣシステムの空気流方向制御素子の位置を維持する方法であって、
    ａ）前記ＨＶＡＣシステムの前記空気流方向制御素子の位置を決定する工程と、
    ｂ）前記空気流方向制御素子が、前記ＨＶＡＣシステムの空気流方向制御用アクチュエータによって駆動されることなく移動したかどうかを決定する工程であって、そうであれば、前記空気流方向制御用アクチュエータの駆動機構に電流を供給して前記空気流方向制御素子の前記位置を変化させ、そうでなければ、前記空気流方向制御用アクチュエータの前記駆動機構に電流を供給しない工程と、を備え、
    工程ｂ）の前に、前記空気流方向制御用アクチュエータへの前記電流を監視して、前記空気流方向制御素子を起動するために必要な最小の電流を決定する工程をさらに備えることを特徴とする方法。

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