JPS62171412A - 車載用空調機の過熱防止付きモ−タ駆動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、自動車に搭載される空調機の直流モータの過
熱防止付き駆動装置に関し、特に、方形パルス信号でそ
の直流モータを常時駆動し、直流モータのロック等の異
常に際してその給電を遮断する技術に関するものである
。

［従来の技術］ 従来、車載用空調機の直流モータ駆動技術は、第３図に
示すように、スイッチ１を閉成することにより（スイッ
チ１がないものもある）、バッテリー等の車載直流電源
２からファン３の直流モータ４に対する給電が開始され
、これにより直流モータ４すなわちこれに連動するファ
ン３が回転し始め、送風を行なうものであり、その送風
強度を選択しうるように、直流モータ４に対して数段の
抵抗器５ａ、５ｂ、５ｃが直列に接続されており、切換
スイッチ６にて端子７ａ、　７ｂ、　？ｃ、　？ｄの−
を選択することにより、直列合成抵抗値の増減を以って
、直流モータ４に対する給電電力を可変するものである
。

ところで、直流モータ４のロック（回転急停止）等のト
ラブルが発生した場合、過電流による直流モータ自体の
過熱・電気的損傷等の進行を防止するために、自動的に
直流モータ４に対する給電を遮断する方策が必要である
。

かかる過熱防止技術としては、従来一般的に、送風強度
選択のための抵抗器５ａ、５ｂ、５ｃをコイルレジスタ
にクロム線等を捲回した抵抗器で、赤熱するもの）とし
、これらをファン３による風が当る位置に常時配置する
と共に、抵抗器５ａ、５ｂ。

５Ｃの真近で直列に温度ヒユーズ８を介在せしめたもの
がある。

直流モータ４の正常運転時には、抵抗器５ａ。

５ｂ、５ｃの全部又は一部が発熱するが、ファン３によ
る風が抵抗器５ａ、５ｂ、５ｃに当るため、熱が拡散さ
れ、温度ヒユーズ８の溶断は起こらない、しかし、直流
モータ４がロックした場合、ファン３の回転も停止する
ため、熱拡散がなくなり、抵抗器５ａ、５ｂ、５ｃの赤
熱が顕著となり、温度ヒユーズ８に対する加熱が進行し
、やがてこれが溶断し、直流モータ４に対する給電が断
たれる。

［解決すべき問題点］ しかしながら、上記従来の過熱防止技術によれば、次の
問題点がある。

■抵抗器５ａ、５ｂ、５ｃの常時発熱による温度ヒユー
ズ８への熱影響を、正常時においてはファン３による送
風によって熱拡散で阻止するものであるが、ファン３の
送風強度を最低に設定した場合、抵抗器５ａ、５ｂ、５
ｃの発熱が最大となるが、ところが、発熱量とこれを相
殺すべき送風強度が比例関係にないため、温度ヒユーズ
８の溶断の感度を鈍感に設定しておかなければならない
。このため、異常が発生してから溶断するまでに、数分
間を要すこととなり、応答性が悪く、直流モータ４の過
熱・損傷等が進行してしまう、また、車載用空調機自体
やその周囲の実装部品はＡＢＳ樹脂等の可燃性の材料で
あるが、応答性の悪さはこれら実装部品に対する加熱時
間を長くする結果になるから、抵抗器５ａ、５ｂ、５ｃ
の赤熱が原因となる火災発生のおそれがあり、また、そ
れが原因と推測される火災が近時報告されている。

■直流モータ４の駆動方式としては、これに対して直列
に接続した抵抗器５ａ、５ｂ、５ｃの電力損失の増減を
以って直流モータ４の回転遅速を制御するものであるか
ら、恒常的な電力損失を余儀なくされ、車載直流電源２
の浪費となる。また、冷房中でも抵抗器５ａ、５ｂ、５
ｃが発熱しているから、冷房のききが悪い。

本発明の目的は、上記問題点を解決するものであり、無
効損失が少なく省電力で直流モータを駆動し得、応答性
の良い過熱防止機能を有する車載用空ＴＡａの過熱防止
付きモータ駆動装置を提供することにある。

〔問題点の解決手段〕

上記問題点を解決するため、本発明に係る車載用空調機
の過熱防止付きモータ駆動装置の構成は、次の■乃至■
の構成要件からなる。

■直流電源の給電に基づき方形パルスを連続的に出力す
るデユーティ−比可変自在の無安定マルチバイブレータ
があること。

■その方形パルスを略その波形のまま増幅してこれを直
流モータに供給する電力増幅器があること。

■その電力増幅器の異常発熱を検知して異常信号を出力
する感熱手段があること。

■その異常信号に基づき上記電力増幅器を遮断状態とす
る遮断手段があること。

［作用］ かかる構成によれば、無安定マルチバイブレータからの
連続した方形パルスは電力増幅器にて増幅され、直流モ
ータに供給されるから、その１サイクルについてみれば
、直流モータは方形パルスの一方のレベル期間のみ駆動
され、その他方のレベル期間についは積極的には駆動さ
れず、慣性動となる。したがって、ＯＮ、ＯＦＦ　、　
ＯＮ、ＯＦＦ　、・・・如くのスイッチング動作で直流
モータは駆動されこととなる。　ＯＦＦ期間は慣性動と
なるが、全体としてみれば直流モータの回転は比較的な
めらかであり、けっして送風が間欠することはない、方
形パルスのデユーティ−比を変えた場合、そのまま直流
モータのＯＮ期間対ＯＦＦ期間が変化するため、直流モ
ータの回転速度が変わることとなる。異常発生により直
流モータのロックが起こると、過負荷による電力増幅器
に対する過電流の発生で、電力増幅器が過度に発熱する
が、この発熱を感熱手段が検知し、異常信号が遮断手段
に送られる。これに基づき、電力増幅器の能動状態が遮
断され、電力増幅器等の異常発熱による破壊、損傷等が
未然に防止される。

［実施例］ 次に、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は、本発明に係る車載用空調機の過熱防止付きモ
ータ駆動装置の一実施例を示す回路図である。

〈実施例の構成〉 このモータ駆動装置は、デユーティ−比可変自在の無安
定マルチバイブレータ１０．電力増幅器２０、感熱手段
３０．遮断手段４０．逆起電力吸収及びサージ電圧吸収
回路５０．及び温度補償回路６０より大略構成されてい
る。

デユーティ−比可変自在の無安定マルチバイブレータ１
０は、スイッチＳＷ１の閉成により入力端子１０ａに接
続される車載直流電源の給電に基づき、方形パルスを連
続的に出力するもので、そのＨレベル期間とＬレベル期
間との比すなわちデユーティ−比を可変できるよう構成
されており、充放電回路１１．充放電回路１１に対する
最初の充電期間のみを遅延せしめる前置充電回路１２．
第１及び第２のしきい値比較回路１３ａ、１３ｂ　、フ
リップフロンブ回路１４．及び出力段１５等とからなる
。

充放電回路１１は、充放電用コンデンサＣ１，充電時定
数を決定するＨレベル期間用固定抵抗器Ｒ１及び放電阻
止用ダイオ−１”Ｄｉ、放電時定数を決定する固定抵抗
器Ｒ２と可変抵抗器ＶＲ，可変抵抗器ＶＲを固定抵抗器
Ｒ２に対して並列に接続させるスイッチＳＷ２　、後述
するスイッチング信号によりスイッチング動作をして充
放電用コンデンサＣ１の電荷を瞬間放電せしめるダーリ
ントン接続のトランジスタＴＲＩ、ＴＲ２，及びそのバ
イアス調整用等の固定抵抗器Ｒ３とから構成されている
。

前置充電回路１２は、直流モータの初期円滑作動を図る
ために、本実施例において用いたものであり、比較的容
量の大なる充電用コンデンサＣ２と、逆流阻止用ダイオ
ードＤ２と、放電用ダイオードＤ３とから構成されてい
る。

第１のしきい値比較回路１３ａは、本実施例においては
抵抗値の等しい固定抵抗器Ｒ４，Ｒ５，Ｒ６の直列接続
により分圧された電源電圧Ｖの２／３（一般的には（Ｒ
５＋Ｒ６）／　（Ｒ’４＋１５＋Ｒ６）である、）の上
限基準電圧と充放電用コンデンサＣｔの電位を比較して
論理値Ｈ又はＬを出力するものである。また、第２のし
きい値比較回路１３ｂは、′？ｆ源電圧■の１１３（一
般的にはＲ６／（Ｒ４＋Ｒ５＋Ｒ６）である、）の下限
基準電圧と充放電用コンデンサＣ１の電位を比較して論
理値Ｈ又はＬを出力するものである。

フリップフロップ回路１４は、第１及び第２のしきい値
比較回路１３ａ、＋３ｂからの論理値入力を受けて、Ｈ
レベルとＬレベルの電圧を交互に出力して連続した方形
パルスを形成出力せしめるものである。

出力段１５は、フリップフロップ回路１４からの方形パ
ルスを前置増幅して電力増幅器２０に給電するものであ
る。なお、Ｃ３，Ｄ４は回路安定用コンデンサ、ダイオ
ードである。

電力増幅器２０は、無安定マルチバイブレータ１０の出
力段１５からの方形パルスを略その波形のまま増幅して
これを出力端子５０ａに接続される直流モータに供給す
るものであり、３段増幅として構成されている。これは
、トランジスタＴＲ３，ＴＲ４，ＴＲ５と、その他これ
らのバイアス調整用等のツェナーダイオードＺｌ、ダイ
オードＤ５゜固定抵抗器Ｒ７〜Ｒ１１，コンデンサＣ４
，Ｃ５とからなる。

感熱手段３０は、電力増幅器２０の異常発熱を検知して
異常信号を出力するものであり、電力増幅器２０のパワ
ートランジスタＴＲ５と熱結合する正特性のサーミスタ
ＰＴＣｌと、これと直列接続のバイアス用固定抵抗器Ｒ
１２と、その中点と後述するサイリスタＳＣＨのゲート
との間に接続されたツェナーダイオードＺ２とからなる
。

遮断手段４０は、感熱手段３０からの異常信号を受けて
電力増幅器２０を強制的に遮断状態とするものであり、
サイリスタ５ＣＲ１この回路安定用コンデンサＣ６、誤
動作防止用コンデンサＣ７及び固定抵抗器Ｒ１３とから
なる。なお、Ｄ６は警告表示用発光ダイオードで、Ｒ１
４は固定抵抗器である。

逆起電力吸収及びサージ電圧吸収回路５０は、直流モー
タに印加される方形パルスによるＯＮ・ＯＦＦスイッチ
ング動作に伴ない、直流モータより発生する逆起電力の
電力増幅器２０側への影響を保護し、かつサージ電圧を
吸収するものであり、ダイオードＤ７と、コンデンサＣ
８と、無誘導コイルＬＬ、Ｌ２と、無誘導抵抗器Ｒ１５
とよりなる。

温度補償回路６０は、第１及び第２のしきい値比較回路
＋３ａ、１３ｂの上限及び下限基準電圧の温度変動を補
償するものであり、正特性のサーミスタＰＴＣ２と負特
性のサーミスタＮＴＣｌとの中点に接続したスイッチＳ
Ｗ３と、双投スイッチＳＷ４を介して接続した固定抵抗
器Ｒ１８とからなる。

〈実施例の作用効果〉 次に、上記実施例の動作につき第２図を参照しつつ説明
する。

「起動期間」 まず、スイッチＳＷＩを切換え、回路閉成して車載直流
電源を印加すると、電源からの電流がＨレベル期間用固
定抵抗器Ｒ１及び放電阻止用ダイオードＤ１を介して充
放電用コンデンサＣ１に流れ込むと共に、更に逆流阻止
用ダイオードＤ２を介して充電用コンデンサＣ２に流れ
込む。ここで、充電用コンデンサＣ２の容量は充放電用
コンデンサＣ１のそれに比し大としであるから、電源投
入時直後においては、充放電用コンデンサＣ１の充電は
時間がかかり、その電位上昇が遅い。この初期充電に際
し、フリップフロップ回路１４はＨレベルに設定され、
これに基づいて電力増幅器２０が能動して直流モータが
起動し、前置充電回路１２の作用で所定の回転速度まで
駆動される。

「慣性回転期間」 しばらくすると、充放電用コンデンサＣ１への充電に伴
ない、その電位が電源電圧Ｖの２７３の上限基準電圧を
超える。これを第１のしきい値比較回路１３ａが判定し
、フリップフロップ回路１４はＬレベルに設定される。

これにより、電力増幅器２０は遮断状態となり、この期
間、直流モータは慣性回転状態となる。一方、フリップ
フロップ回路１４のＬレベル出力はスイッチング信号と
しての意義があり、これが充放電回路１１のスイッチン
グ用のトランジスタＴＲＩのベースに印加するため、ト
ランジスタＴＲＩ、ＴＲ２がスイッチング動作して、ト
ランジスタＴＲ２のコレクタとベースが導通し、これに
より、充放電用コンデンサＣ１の電荷は固定抵抗器Ｒ２
又はスイッチＳＷ２が閉成状態にあるときには可変抵抗
器ＶＲをも介して放電し始める。この放電時定数は充放
゛尼用コンデンサＣ１の容量と固定抵抗器Ｒ２の抵抗値
（スイッチＳＷ２が閉成状態にあるときには可変抵抗器
ＶＲとの並列合成抵抗値）の積で決まるが、後述するよ
うに、可変抵抗器ＶＲの抵抗値を可変することにより、
放電時間を変えることができる。

「駆動回転期間」 充放電用コンデンサＣ１の放電が進行して、その電位が
電源電圧Ｖの１７３の下限基準電圧以下になると、これ
を第２のしきい値比較回路１３ｂが判定し、フリップフ
ロップ回路１４はＬレベルに設定される。これにより、
トランジスタＴＲＩが遮断して充放電用コンデンサＣ１
の放電が停止し、再度充電が開始されると共に、電力増
幅器２０が能動して直流モータが駆動状態となる。

以上のように、充放電用コンデンサＣ１の充電と放電の
繰返しにより、直流モータの駆動回転と慣性回転が繰返
され、この間は全体として直流モータの回転期間となる
。なお、直流モータのロータ及びファンよりなる慣性モ
ーメントで、送風機能に支障のない慣性回転を得ること
ができるが、円滑な回転を期すため、フライホイールを
付けてもよい。

「回転速度の可変」 次に、直流モータの回転速度を可変し、送風強度を調整
する場合を説明する。

スイッチＳＷ２を閉成して固定抵抗器Ｒ２と可変抵抗器
ＶＲの並列合成抵抗値を大とすると、放電時定数が大と
なり、充放電用コンデンサＣ１の電位が上限基準電圧か
ら下限基準電圧に至るまでの時間Ｔｌ　　’は先のＴ１
に比し長くなり、これにより直流モータの慣性回転期間
が長くなる。一方、充電時定数は不変としであるから、
下限基準電圧から上限基準電圧までの時間はＴ２と変ら
ず、したがって、相対的に駆動期間が短くなるから、直
流モータの回転速度が落ち、送風が弱くなる。逆に、並
列合成抵抗値を小とすると、送風が強くなる０例えば、
Ｔｌ　　′→Ｏとした場合、惰性回転のない連続駆動と
みなすことができ、送風強度を最大としうる。また、可
変抵抗器ＶＲの抵抗値のアナログ的変化により、微妙な
送風調整ができる。

このように、直流モータの駆動が方形パルスにより行な
われ、そのデユーティ−比に対応した回転速度を得る駆
動方式であるから、電力損失の大幅軽減を図りうる。

「過熱防上対策」 トラブル発生により直流モータにロック等が起こった場
合、直流モータに対する過電流の給電により、電力増幅
器２０のパワートランジスタＴＲ５が発熱し始める。こ
のため、パワートランジスタＴＲ５と熱結合した正特性
のサーミスタＰＴＣ１の抵抗値が増大して、ツェナーダ
イオードＺ２への印加電圧の上昇により、ブレークダウ
ンを起こし、サイリスタＳＣＲのゲートに異常信号が印
加される。この異常信号の印加により、サイリスタＳＣ
Ｈの電流が流れ、警告表示用発光ダイオードＤ６の点灯
に伴ない、出力段！５への給電電圧が低下するので、出
力段１５の出力がＬレベルとなり、電力増幅器２０を早
期遮断姓しめる。これにより、直流モータに対する過電
流の給電が阻止されることになるが、なお、本実施例で
は、上記サイリスタＳＣＨの電流が流れるに伴ない、警
告表示用発光ダイオードＤ６が点灯するため、併せて、
トラブル発生を早期に認識しうる。

「逆起電力及びサージ電圧吸収対策」 本実施例は直流モータを方形パルス列で駆動するもので
あるから、逆起電力及びサージ電圧吸収回路５０を付加
しである。この回路５０は、モータ駆動のスイッチング
電流によるモータ内部に発生するオーバーシュート、ア
ンダーシュートのエネルギー及びブラシによる電流ＯＮ
・ＯＦＦ時に発生するサージ電圧を吸収するもので、ダ
イオードＤ７は逆起電力を通電短絡させるもので、コン
デンサＣ８は直流を遮断するものであり、無誘導抵抗器
Ｒ１４は放電用のものである。無誘導コイルＬｌ、Ｌ２
は磁気回路を同軸とし、夫々から発生する磁界を相殺す
ることにより、出力端子５０ａ間に印加される異常電力
を吸収する。直流モータの大きさ及びコンデンサＣ８の
容量を勘案して、無誘導コイルＬＬ、Ｌ２のインダクタ
ンスが決定される。したがって、逆起電力及びサージ電
圧吸収回路５０によれば、電力増幅器２０で発生するオ
ーバーシュート、アンダーシュート及びモータより発生
するサージ電圧のエネルギを吸収でき、また、ラジオノ
イズの発生を抑制しうる。

「温度補償」 温度補償回路ＧＯにおける正特性のサーミスタＰＣＴ２
と負特性のサーミスタＮＴＣｌは、その中点電圧が温度
２０”　Ｃにおける抵抗器Ｒ５とＲ６との中点の電圧と
等しくなるよう設定される。スイッチＳＷ３が閉成状態
で、温度が２０’　Ｃを越えると、正特性のサーミスタ
ＰＴＣ２の抵抗値は増大すると共に、負特性のサーミス
タＮＴＣ１は減少し、その中点電圧は下がり、第２のし
きい値比較回路＋３ｂの出力であるＬレベル期間が温度
２０゜Ｃの時点のときに比し長くなる。逆に、温度が２
０°Ｃより下がると、中点電圧は上がり、第２のしきい
値比較回路＋３ｂのＬレベル期間が温度２０″Ｃの時点
のときに比し短くなる。

［発明の効果コ 以上説明したように、本発明に係る車載用空調機の過熱
防止付きモータ駆動装置によれば、連続的に出力する方
形パルスを以って直流モータを駆動する点に特長を有す
るものであるから、次の効果を奏する。

■方形パルスのデユーティ−比が可変自在であるから、
直流モータの回転速度すなわち送風強度を調整でき、無
効損失が極めて少なく、省電力を達成できる。これによ
り、車載電源の電力消費を大幅軽減できる。

■感熱手段は駆動系と別個に構成してあり、直流モータ
の回転速度状態の如何に拘らず、そのロック等の異常が
ディジタル的に検知され、遮断手段により電気的に駆動
系を遮断するものであるから、直流モータに対する応答
性の良い過熱防止を実現できる。これにより、火災等の
事故を防止できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る車載用空調機の過熱防ＩＦ付き
モータ駆動装置の一実施例を示す回路図である。 第２図は、同実施例の動作を説明するためのタイムチャ
ート図である。 第３ｒｇＪは、従来の車載用空調機Ｒ機のモータ駆動装
置の一般例を示す構成図である。 １．５ＷＩＡ−５Ｗ３φ１スイ−７チ、ＳＷ４・・・双
投スイッチ、２・・−車載直流電源、３・ｅ・ファン、
４参争・直流モータ、５ａ、５ｂ、５ｃ・１１−コイル
レジスタ等の抵抗器、６争・φ切換スイッチ、７ａ、　
７ｂ、　７ｃ、　７ｄａ　ａ　・端子、８拳φΦ温度ヒ
ユーズ、１０拳φ・デユーティ−比可変自在の無安定マ
ルチバイブレータ、１０ａ−・争入力端子、１１・・・
充放電回路、１２争−・前置充電回路、＋３ａ・・・第
１のしきい値比較回路、１３ｂΦ＃豐第２のしきい値比
較回路、１４−参−フリップフロップ回路、１５・・・
出力段、２０拳・・電力増幅器、３０・・・感熱手段、
４０・・◆遮断手段、５０・・・逆起電力吸収及びサー
ジ電圧吸収回路、５０ａ・・・出力端子、６０・・・温
度補償回路。 第２図 第３図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）　車載直流電源の給電に基づき方形パルスを連続
   的に出力するデューティー比可変自在の無安定マルチバ
   イブレータと、該方形パルスを略その波形のまま増幅し
   てこれを直流モータに供給する電力増幅器と、該電力増
   幅器の異常発熱を検知して異常信号を出力する感熱手段
   と、該異常信号に基づき該電力増幅器を遮断状態とする
   遮断手段とからなることを特徴とする車載用空調機の過
   熱防止付きモータ駆動装置。
2. （２）　前記無安定マルチバイブレータは、充電時定数
   と放電時定数の少なくとも一方が可変自在である充放電
   回路と、その電位を上限及び下限の基準電圧と比較して
   論理値Ｈ又はＬを出力する第１及び第２のしきい値比較
   回路と、両者からの論理値入力に基づき方形パルスのレ
   ベル状態を示すフリップフロップ回路と、その方形パル
   スを前置増幅する出力段とからなり、前記遮断手段は、
   前記異常信号の発生期間中、該電力増幅器に対し遮断レ
   ベルに対応する一方の論理値のみを付与するものである
   ことを特徴とする特許請求の範囲第（１）項に記載の車
   載用空調機の過熱防止付きモータ駆動装置。
3. （３）　前記無安定マルチバイブレータは、充電時定数
   と放電時定数の少なくとも一方が可変自在である充放電
   回路と、該充放電回路に対する最初の充電期間のみを遅
   延せしめる前置充電回路と、該充放電回路の電位を上限
   及び下限の基準電圧と比較して論理値Ｈ又はＬを出力す
   る第１及び第２のしきい値比較回路と、両者からの論理
   値入力に基づき方形パルスのレベル状態を示すフリップ
   フロップ回路と、その方形パルスを前置増幅する出力段
   とからなり、前記遮断手段は、前記異常信号の発生期間
   中、該電力増幅器に対し遮断レベルに対応する一方の論
   理値のみを付与するものであることを特徴とする特許請
   求の範囲第（１）項に記載の車載用空調機の過熱防止付
   きモータ駆動装置。