KR100478966B1 - 자동차용 보조전기가열장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차용의 전기 부가(보조)가열장치에 관한 것이다. 상기 부가 가열장치는 다수의 개별적인 가열단계들과 제어장치를 구비한다. 전력손실을 줄이기 위하여, 가열단계들은 소정의 주파수로 펄스가 제공된다. 가열전력의 연속적인 제어가 펄스폭(pulse-width) 변조에 의해 가능하다.

Description

자동차용 보조전기가열장치{ADDITIONAL ELECTRICAL HEATING DEVICE FOR VEHICLES}

본 발명은 특허청구범위 제1항에 따른 자동차용 전기 보조가열장치(히터)에 관한 것이다.

자동차에 있어서 전기가열장치는, 예를 들어 실내공기를 데우기 위하여, 수냉식 엔진에서 냉각수를 예열하기 위하여, 또는 연료를 가열하기 위하여 사용된다. 이러한 보조적인 가열장치는 통상 가열요소들을 구비한 적어도 하나의 가열단계와 제어장치로 이루어진다. 가열요소는 통상 전기가열저항으로서, 특히 PTC 요소로서 설계된다. 이러한 가열장치 및 제어장치는 개별적으로 기능하는 단위들로 설계될 수도 있고 또는 하나의 구조단위를 형성하도록 결합되어도 좋다.

상기한 개별적인 구성은, 가열장치와 제어단위 사이에 연결선들이 필요하고 이것들은 상당한 전류를 부분적으로 통하게 해야한다는 단점을 갖는다. 더욱이, 제어단위에서 손실된 전력이 별도로 감안되어야만 한다.

유럽특허 EP-A2-0 901 311호는 자동차용 전기가열장치를 개시한다. 개시된 보조 가열장치는 하나의 가열블록을 형성하도록 조합된 다수의 가열요소들을 구비한다. 상기 가열블록은 가열요소들을 조절하기 위한 제어장치와 함께 공통의 프레임 내에서 지지된다. 이러한 방식으로, 상기 제어장치는 프레임에 지지된 가열블록과 함께 하나의 구성단위를 형성한다. 상기 제어장치는 냉각체들을 포함하는 전자스위치들을 갖는 전원공급용 전자장치를 포함한다. 상기 제어장치는 가열될 공기흐름의 주요부분이 상기 가열블록을 통해 흐르도록 그리고 상기 공기흐름의 경계부분이 냉각의 목적으로 제어장치에 공급되도록 배열된다.

유럽특허 EP-A2-0 837 381호는 하나의 구조단위에 가열요소들 및 제어장치 양자가 배열된 전기가열장치를 기술한다. 이 문헌은 전기보조가열장치에 대한 다른 제어개념을 기술한다.

서로 분리된 다수의 개별적인 가열회로들을 구비한 보조(부가) 가열장치를 위한 가장 간단한 전력제어는 가열단계들에 대한 동시적인 제어에 의해 수행된다. 그러한 제어는 세 개의 가열단계로 이루어진 실례를 참조하여 도 5a에 예시된다. 각각의 가열단계의 전력 P1, P2 및 P3가 독립적으로 각각 도시되어 있다. 가열필요성의 증가와 함께, 상기 가열단계들은 각 가열단계가 점진적으로 더 큰 가열전력을 산출하도록 균일하게 제어된다. 전체 가열전력 P는 도 5a의 맨 아래에 도시된다. 상기 전체 가열전력 P는 각각의 가열전력 P1 내지 P3의 합계에 상당한다.

이러한 제어는 전체 보조가열장치의 균일하게 분포된 가열을 가능케 한다. 그러나 상기한 전력제어는 모든 가열단계에 대한 제어장치가 동시에 높은 전력손실을 받기 쉽다는 결점을 갖는다.

상기 제어장치에서 관찰되는 전력손실은 각 가열회로 또는 가열요소에 의해 출력되는 전력이 개별적으로 조절될 수 있을 때 감소될 수 있을 것이다. 이러한 목적을 위해 각각의 가열단계들은 서로 상관없이 제어되고, 가열이 요구될 경우 순차적으로 상향 조절된다.

도 5b에 도시되는 바와 같이, 하나의 가열단계만 제외하고 모든 다른 단계들이 부하가 없거나 또는 많거나 간에 동작된다. 소량의 가열이 요구될 시에는 첫 번째의 가열단계가 먼저 최대부하(full-load) 동작상태로 상향 조절된다. 더 이상의 가열이 요구될 경우에는 두 번째의 가열단계가 부가적으로 상향 조절된다. 후속적으로, 모든 가열단계가 최대가열전력으로 동작될 때까지 세 번째의 가열단계가 부가적으로 상향 조절될 수 있다. 전체가열전력 P는, 도 5b의 맨 아래쪽 도면에 도시된 것과 같이, 도 5a에 도시된 가열단계들의 동시적 제어의 경우와 마찬가지 방식으로 상승한다.

이러한 전력제어방식은 증가된 전력손실을 발생하는 것은 단지 최대부하 상태에서 동작하지 않는 가열단계 만이고, 반면에 나머지 가열단계들은 단지 적은 전력손실을 받는다는 장점을 갖는다.

따라서 본 발명의 목적은 개선된 보조가열장치(히터)를 제공함에 있다.

상기한 본 발명의 목적은 청구범위 제1항에 기재된 특징적 장치에 의해 달성된다.

본 발명에 따른 보조가열장치에 있어서, 가열전력은 가열요소들을 통해 흐르는 전류가 각각 펄스폭 변조(pulse-width modulation)로 변조됨으로써 변화된다. 그러한 전력제어는 전력손실이 특히 효과적인 방식으로 감소될 수 있다는 장점을 갖는다. 가열전력은 전류가 각각 펄스로 제공되는 펄스 지속율(duty ratio)로부터 기인한다. 상기 펄스 지속비율은 각각 필요한 가열전력에 적합하도록 가변적이다. 이로써 보조가열장치의 계속적인 전력제어가 달성될 수 있다. 가열요소들의 열 발생의 균일성은 상기 가열단계들이 서로에 대하여 시간변화적(time-shifted)인 방식으로 제어된다는 점에 있어서 개선된다. 이웃한 가열단계들의 무부하(no-load) 상태와 최대부하(full-load) 상태간의 스위칭은 시간에 따라 변화한다. 전체적으로 취해진 전류는, 예를 들면, 자동차의 탑재시스템에 있어서 가능한 한 균일한 에너지 공급 부하를 달성하기 위하여 가능한 한 일정하게 유지되도록 상기한 시간변화가 제어된다.

각각의 가열단계는 무부하와 최대부하 동작 사이의 펄스폭 변조에 의해서 전환될 수 있기 때문에, 상기 제어장치에 의해 발생되는 전력손실은 효율적으로 감소될 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 단지 하나의 가열단계만이 최대전류로써 펄스가 인가되고, 반면에 나머지 가열단계들은 필요에 따라 활성화되거나 비활성화된다. 단지 하나의 단일단계의 펄스화 최대전류에 의해 연속적인 전력제어가 결정되는 그러한 전력제어방식은 전체적으로 적은 전력손실을 나타내고, 덧붙여 단순한 구조로 구성되는데, 이것은 펄스화 동작이 하나의 가열단계에 대해서만 요구되기 때문이다.

인접해 배열된 가열요소들의 경우에 열 발생의 균일성을 더 많이 달성하기 위하여 모든 가열단계들은 바람직하게는 펄스화된다.

상기 가열요소들에 의한 열 발생의 균일성은 가열단계들이 서로에 관하여 시간변화적 방식으로 펄스화됨으로써 더욱 개선될 수 있다. 인접하는 가열단계들의 무부하와 최대부하 동작 사이의 전환(switching)은 여기서는 시간에 따라 변화한다.

최고점 부하(load peak)는 가열단계들이 동기상태로 펄스화되지 않을 때 또한 회피될 수 있지만, 상기 가열단계들의 단지 하나만 소정의 시간에 상기한 펄스동작에 의해 활성화되거나 또는 비활성화된다.

본 발명에 따른 양호한 실시예(개량사항)들은 후술하는 종속 청구항들에 기재된 발명에 의해 정의될 것이다.

이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명을 상세히 기술한다.

도 1a는 자동차에 사용하기에 특히 적합한 본 발명에 따른 전기 보조가열장치(1)의 측면도이고, 도 1b는 상기 전기 보조가열장치(1)의 평면도이다. 상기 전기 보조가열장치(1)는 층들로 배열되거나 겹겹이 쌓여진 다수의 가열요소들(2)을 포함하는 가열블록을 구비한다. 각각의 가열요소(2)는 저항형 가열요소와 이 저항가열요소 근방에 배열된 라디에이터 또는 열 전도판들로 이루어진다. PTC 요소들이 저항형 가열요소로서 바람직하게 사용된다. 상기 가열요소들(2)을 포함하는 가열블록은 하나의 프레임에 지지된다. 이 프레임은 서로 직각으로 배열되어 있는 수평 바(bar)들(4 및 5) 그리고 대향된 수직 바들(3)로 이루어진다. 상기 프레임의 바들은 금속 또는 플라스틱 재질로 제조된다.

상기 수직 바(3)는 실질적으로 대칭적인 구조로 설계된 반면에, 두 개의 수평 바들(4 및 5)은 도 1에 도시된 실시예에서 보면 서로 상이하다.

수평 바(4)와는 대조적으로 수평 바(5)는 일측이 개방된 상자의 형태로 설계된다. 이 상자형 수평 바(5)의 개구부(opening)는 가열요소들(2)의 맞은편에 위치한 수평 바의 측면에 위치한다. 가열요소들(2)에 공급되는 전류를 제어함으로서 각각의 가열요소들(2)의 열 출력을 제어하는 제어장치가 상기한 상자에 삽입될 수 있다. 상자형 수평 바(5)의 상기 개구부는 제어회로의 삽입 후에 플러그 또는 클립장착 수단에 의해 폐쇄된다.

삽입 후에 상기 제어장치의 회로기판(10)은 바람직하게는 프레임의 평면에 직각인 방향으로 배열되지만, 평행한 배치도 또한 가능하다(미도시).

보조가열장치(1)는 두 개의 연결볼트(8)를 경유해 공급되는 전류가 제공된다. 이 연결볼트들은 요구되는 가열전류를 용이하게 전도하도록 구성된다. 도 1에 도시된 실시예에 있어서, 상기 연결볼트(8)는 상자형의 수평 바(5)가 개방되어 있는 측면 상으로 돌출하게 되어있다.

동일한 측면에 제어장치를 제어하기 위한 다른 플러그 베이스(기부)가 제공되는데, 이것은 도 1에 도시되지 않는다.

상기 수평 바(5)는 프레임의 표면에 위치한 측면 상에 다수의 개구창(window opening)들(7)을 갖는다. 이 개구창은 가열될 공기흐름 내에 위치되도록 배열된다. 상기 제어장치의 전원용 전자부품들에 해당하는 냉각요소들(6)이 마주보는 개구창들(7) 사이에 배열된다. 가열장치가 동작될 때, 가열될 공기는 가열요소들(2)로 이루어진 가열블록 뿐만 아니라 상기한 개구창(7)을 통해서도 유동한다.

냉각요소들(6)을 지나 흐르는 공기의 양은 상기 개구창(7)의 크기를 선택함으로써 결정할 수 있다. 본 발명에 따르면, 공기의 유동율은 상기 가열블록을 통해 흐르는 공기와 냉각요소들(6)을 지나 흐르는 공기 사이의 온도의 차이가 가능하면 작게끔 조절된다. 개구창(7)을 통해 흐르는 공기의 온도가 상기 가열블록을 통해 흐르는 공기의 온도에 가능한 한 근접하게 접근한다면, 보조가열장치는 가능한 최고의 열효율로 동작될 것이다.

도 3은 상자형 수평 바(5) 및 상기 수평 바에 삽입되도록 구성된 제어장치의 세부구성을 도시한다. 수평 바(5)는 일측에서 수직 바들(3)과, 가열요소(2)를 구비한 가열블록에 연결된다. 수평 바(5)의 상측 면에는 가열될 공기가 통과하는 창 모양의 개구창들(7)이 제공된다.

상기한 상자형 수평 바들(5) 안에 세 개의 연결 러그(lug)들(15) 및 하나의 연결 볼트(bolt)(8a)가 제공된다. 이 연결볼트는 모든 가열요소들(2)을 위한 적극적인 연결관계를 형성한다. 부가적으로, 이 도면은 또한 수평 바(5)의 상자에 삽입되도록 구성된 제어장치(5a)의 사시도를 도시한다. 제어장치(5a)는 상기 수평 바에 마주하는 측면으로 수평 바(5)에 삽입된다.

수평 바(5)를 마주하는 제어장치(5a)의 일측에는 회로기판(10)의 하부 면이 배치된다. 세 개의 냉각요소들(6)은 이 회로기판(10)으로부터 돌출된다. 상기 냉각요소들 또는 냉각판 각각은 한 가열단계의 파워트랜지스터들(11) 중의 하나와 연관된다.

각 냉각요소(6)에 대하여 상응하는 개구창(7)이 수평 바(5)의 일면에 제공된다. 따라서, 가열장치가 동작될 때, 각각의 냉각요소에 공기흐름을 선택적으로 공급하는 것이 가능하다.

외부로 향한 측면 상에 다른 연결볼트(8b)가 배치된다. 이 연결볼트는 전류가 공급될 때, 전기적 접지로서 역할을 한다. 상기 연결볼트(8b)는 도 4에 도시된, 각각의 가열단계에 가열전류를 공급하는 전도성 레일(13)에 연결된다. 각각의 가열단계는 그것의 파워트랜지스터(11)를 통해 전도성 레일(13)을 거쳐 공급되는 전류의 양으로부터 대략 40 암페어 정도의 전류를 끌어당긴다.

도 4는 수평 바(5) 및 상기 수평 바의 상자형 개구부에 삽입되도록 구성된 제어장치의 더 상세한 사시도를 나타낸다.

도 4의 상부영역에서, 두 개의 개구창(7)이 상기 수평 바(5)의 표면상에 도시되어 있다. 이 개구창들은 상기 제어회로가 수평 바(5)에 삽입될 때 상기 냉각요소들(6)의 위아래에 위치하도록 배열된다. 도면에는 도시되지 않은 부가적인 벽들이 개구창들(7)의 사이에서 공기흐름의 선택적인 안내를 위해 수평 바(5)에 제공된다.

상기 수평 바(5)의 상자형 개구부 내에 가열요소(2)의 연결 러그들(15)이 배치된다. 각 연결 러그(15)는 각각의 가열단계에 대하여 제공된다.

도 4의 아래쪽 부분에 수평 바(5)에 삽입되도록 구성된 제어장치가 도시된다. 구조상의 설계를 더욱 명확하게 보여주기 위하여, 이 경우에는 단지 하나의 파워트랜지스터(11)에만 냉각요소(6)가 제공된다.

전원용 전자부품들(11)과는 별도로, 전자제어 시스템이 회로기판(10) 상에 제공된다. 상기 전자제어 시스템은 상기한 전원용 전자부품들(11), 특히 파워트랜지스터들에 의해 각각의 관련된 가열요소(2)에 공급될 전류의 양을 정의한다. 상기한 전류의 양은 전도성 레일(13)을 거쳐 연결볼트들(8) 중의 하나로부터 상기 제어장치에 공급된다. 상기 파워트랜지스터(11)의 출력단은 회로기판(10)에 견고하게 납땜으로 고정되어 있고, 또한 이 트랜지스터와 연관되는 스프링요소들(14)에 연결된다.

상기 스프링요소들(14)은, 상기 제어장치가 수평 바(5)에 부착될 때, 가열요소들(2)의 연결 러그(lug)들(15)에 연결되도록 상기 회로기판 상에 배열된다.

도시된 실시예에 있어서, 상기 연결 러그들(15)은 회로기판(10)을 통해 스프링요소들(14)에 삽입된다. 그러한 연결에 의해 프레임 내의 전자제어 시스템에 대한 회로기판(10)의 견고한 기계적 부착이 가능하게 된다. 동시에 각 가열요소들에 대한 전기적 연결이 수행된다.

회로기판(10)에는 그것의 일측면에만 부품들이 제공된다. 가열단계들의 수에 따라서 회로기판에는 그것에 수평으로 고정되는 파워트랜지스터들(11)이 제공된다. 개시된 실시예에서는 세 개의 가열단계와 그에 따른 세 개의 파워트랜지스터가 제공되어 있다. 각 파워트랜지스터(11)는 그의 출력단자에서 상기 회로기판(10)에 견고하게 납땜으로 부착된다.

냉각요소(6)를 고정하는 하나의 연결 러그가 상기 트랜지스터에서 돌출하도록 구성된다. 냉각요소(6)는 전기적으로 비전도성 방법으로 가열요소에 연결되는 것이 유리할 것이다.

상기 냉각요소(6)는 회로기판(10)에 직각으로 되어있는 평면에 배치된 냉각골(rib)들(20)을 포함한다. 또한, 도시된 실시예에서, 상기 냉각골들(20)은 회로기판(10)의 아무것도 장착되지 않은 측면에 배열된다. 상기 냉각요소(6)의 단지 하나의 다리(25)만이 회로기판(10)의 부품이 장착된 측면으로 돌출하고, 트랜지스터(11)에 의해 발생된 열을 소비하도록 트랜지스터(11)의 연결 러그에 연결된다. 도시된 실시예에서, 트랜지스터(11)에 연결된 냉각요소(6)의 다리(25)는 회로기판(10)의 부품이 장착된 측면으로 회로기판(10)의 개구부(opening)(27)를 통해 돌출하도록 구성된다. 이 개구부들(27)은 도 4에 도시되어 있고, 그 각각은 트랜지스터(11)에서부터 왼쪽 측면에 배열된다. 그러나, 개구부(27)가 상기 회로기판(10)에서 필요 없게 되도록 회로기판(10)의 모서리를 넘어서 돌출하도록 할 수도 있다.

상기한 트랜지스터(11), 스프링요소(14) 및 냉각요소(6)를 포함하는 부품들의 상응하는 구성이 각각의 가열단계에 대해 회로기판 상에 제공된다.

도 2는 본 발명에 따른 보조가열장치로서 전기가열장치의 기본적인 회로를 도시한다. 계산 단위(16), 바람직하게는 마이크로컴퓨터는 다수의 전기가열용 저항들(17)의 가열전력을 제어한다. 1000 내지 2000 와트에 상당하는 전체가열전력을 달성하기 위해 요구되는 많은 양의 전류가 전력반도체소자, 특히 파워트랜지스터들을 경유해 상기한 전기가열용 저항들(17)에 공급된다. 상기 트랜지스터들에 의해 얼마나 많은 양의 전류가 저항들(17)에 공급되는가는 사용된 제어방법과 미리 설정된 값에 따라서 제어장치(16)에 의해 결정된다. 이러한 목적을 위해 계산단위(16)가 연결선(18)을 경유해 파워트랜지스터(11)에 각각 연결된다.

가열저항들(17)에 의해 발생되는 전체 가열전력은 소망하는 가열전력에 따라서 계산장치(16)에 의해 제어된다. 부가적으로, 자동차의 최대로 가능한 발전전력이 제어시에 고려될 수 있다.

각각의 가열저항이 어떻게 전체 가열전력에 공헌하는가에 대한 문제는 선택된 전력제어의 개념에 의존한다. 공지의 선형제어 방식과는 달리 본 발명에서는 펄스화(pulsed) 제어가 사용된다. 도 6a 및 6b는 펄스화 전력제어의 예를 도시한다. 바람직하게는 보조가열장치는 전기가열저항들(17)을 갖는 세 개의 개별적인 가열회로들로 이루어진다. 각각의 저항(17)의 가열전력은 P1, P2 및 P3으로 지시된다. 결과적인 전체 가열전력은 도면의 맨 아래쪽에 있는 시점 P에서 얻어진다.

각각의 가열회로는 주기 T의 고정된 주파수 F에서 제어장치(1)에 의해 펄스화된다. 각각의 가열요소(17)의 전력은 펄스 지속율(pulse duty rate)에 따른다. 펄스의 폭을 변조함으로써 가열전력을 연속적으로 변경하는 것이 가능하다. 열전도 중의 가열저항들 및 열전도 요소들(라디에이터와 같은)로 이루어진 가열요소들의 관성에 의해 평균 가열전력에 상당하는 온도를 달성한다. 따라서 가열요소들의 온도변화는 전류변화와 비교하여 훨씬 적게 언급된다.

도 6a에 도시된 전력제어는 이론적으로는 도5a를 참조하여 기술된 선형제어에 해당한다. 따라서 모든 가열요소들은 소정의 전체가열전력을 발생하기 위하여 균일하게 제어된다. 전체가열전력이 증가됨에 따라 각각의 가열요소들 모두의 가열전력은 증가하게 된다.

도 6a에 있어서, 70%의 펄스 지속율이 각각의 펄스에 대해 예를 들어 표시된다. 따라서 70%의 최대로 가능한 가열전력이 발생된다. 그의 맨 아래쪽 그림에는 P_70%라고 표시된 점선이 모든 가열요소들의 평균적인 유효가열전력을 지시하고, 반면에 실선은 순간전력을 지시한다. 도 6b는 30%의 전체가열전력에 대한 해당하는 제어를 도시한다.

그러나 다양한 가열요소들의 동시간적인 펄스 지속율은 보조가열장치로부터 취해지는 발전기의 전력에 있어 갑작스런 증가 또는 갑작스런 감소를 매 사이클에서 초래한다. 각 사이클에서의 무-부하와 전-부하 간의 그러한 스위칭은 발전기에 대한 불규칙적인 그리고 바람직하지 못한 부하를 일으킬 것이다. 결과적으로 상기 보조가열장치에 의해 출력되는 전체 열량은 또한 맥동한다(pulsate). 순시적인 전체전력에 있어서의 강한 변화들이 도 6a 및 6b의 맨 아래쪽 그림에 실선으로 도시되어 있다.

열 출력에 있어서 그러한 시간적 변동을 회피하기 위하여, 그리고 다수의 가열단계들이 사용된다면, 이것들은 바람직하게는 시간변화적 방식으로 펄스화된다. 도 7a 및 7b는 그러한 시간변화의 일례를 도시한다. 세 개의 가열단계들이 시간변화 t와 함께 펄스화된다. 각각의 가열단계들의 각각의 활성펄스의 폭은 한 사이클의 전체주기 T에 대해 분배된다. 이로써 전체가열전력은 시간적으로 훨씬 더 균일하게 발생된다. 도 7a 및 7b는 도 6a 및 6b에 비교하여 상대적으로 일정한 전체 순간가열전력을 나타낸다.

도 7에 따르면, 다른 가열회로들은 하나의 주파수 사이클 내에서 소정의 시간변화를 갖는 순차적 순서로 제어된다. 이것은 전류의 동시적인 배증 및 이에 따른 (차량)발전기에 대한 부하의 증가를 방지한다. 이상적으로는 더 이상의 가열단계는, 도7a에 도시된 바와 같이, 다른 가열단계들의 전류 없는 주기 내에서 각각 활성화된다. 주기 T 내에서 균일한 시간변화는 다음의 식에 따른 시간변화 t에서 획득될 수 있다.

여기서, TV는 펄스 지속율을 지시하고 n은 사용된 가열단계들의 수를 지시한다.

활성화 펄스폭은 주기 T의 전체구간에 걸쳐서 분배되므로, 가능한 한 연속적인 전기적 부하가 또한 다른 펄스 지속율(duty rate)에서 발생될 수 있다. 도 7b는 맨 아래쪽 파형에서 전체전류의 보다 부드러운 연결상태를 도시하는데, 이것은 제3가열요소의 주기 T의 마지막 펄스에서부터 제1 가열요소의 새로운 주기 T의 첫 번째 펄스로 변이하는 도중의 전체 가열전력 P를 나타낸다.

각각의 단계의 P/n의 가열전력에 이르기까지 상기 각각의 단계의 "활성(active)" 펄스들이, 거의 일정한 전류흐름이 생성되어 단지 소량의 갑작스러운 전류흐름의 변화가 필요하도록, 서로를 잇따르도록 할 수 있다.

전력제어 개념의 두 번째 실시예가 다음에서 기술될 것이다. 다수의 독립된 가열단계들이 각기 소망하는 전체가열전력에 따라 제어되거나(도 5a 참조) 또는 각 가열단계가 순차적이 순서로 상향조절되는(도 5b 참조) 것은 선행기술로부터 알려져 있다. 그러나 이러한 공지된 제어개념 양자 모두 하기의 결점을 갖는다. 모든 가열요소들의 균일한 제어의 경우에(도 5a 참조), 설정된 가열전력에 따라서 상대적으로 큰 전력손실이 발생된다. 각각의 가열요소를 순차적으로 상향 조절함으로써, 도 5b에 도시된 바와 같이, 전력손실이 감소되는데, 이것은 선행하는 가열요소가 소망하는 가열전력을 더 이상 혼자서 달성할 수 없다면 다음의 가열요소만이 활성화되기 때문이다.

그러한 전력제어 개념은 제어장치의 전력손실을 상당히 감소할 수가 있지만, 제어를 위한 노력 자체가 또한 증가된다. 더욱이, 상기한 양자의 공지된 제어개념은 또한 각 가열단계에 대하여 개별적인 선형 제어기를 필요로 한다.

이러한 두 가지의 결점들은 도 5b에 도시된 제어개념을 더 개선함으로써 회피할 수 있다. 이러한 목적으로 상기 가열단계들은 가열전력의 증가가 요구될 경우 순차적인 순서로 상향식으로 조절되지 않고, 단지 하나의 가열단계만이 제어 가능하도록 설계된다. 더 이상의 보조적인 가열장치들 모두는 최대부하 또는 무부하 하에서만 동작가능하다. 이러한 가열단계들은 각각의 필요에 따라서 활성화되거나 또는 비활성화될 수 있다. 공급될 가열전력의 해당되는 "섬세한 조정(fine tuning)"을 위해서 조절가능한 가열단계가 가변적인 양으로 활성화된다. 이러한 가열단계들의 가열전력은 연속적으로 조절가능하다(일반적으로, 많은 수의 불연속적인 값으로). 그러한 제어개념은 도 5c에 도시된다.

이러한 개념은 펄스화 제어에도 적용될 수 있다. 이러한 목적으로 한 단계의 가열전력은 펄스 지속율 TV를 설정함으로써 연속적으로 제어될 수 있다. 필요시에는 더 이상의 가열단계들이 활성화되거나 또는 비활성화될 수 있다. 그러한 제어는 단지 하나의 단계만이 펄스화된다는 점에서 장점을 갖는데, 이에 의해서 제어를 위한 노력이 경감된다. 따라서 전술한 첫번째 실시예에서와 같은 전류의 배증은 회피될 수 있다.

도 8은 하나의 가열요소에 각각 공급되는 전류를 변조하도록 교류 파형의 예를 도시한다. 이전의 예에서의 직각형 함수들과는 대조적으로, 전류흐름의 덜 갑작스러운 증가 또는 하강을 제공하는 변조함수들이 또한 이용될 수 있다. 사인파(sinusoidal) 펄스동작은 도 8의 예에 의해 도시된다. 다른 함수들(미도시)도 또한 이용 가능하다. 그러한 곡선파형은 전류가 무부하와 최대부하 사이에서 전환될 뿐만 아니라 중간적 레벨들도 취할 수가 있다는 점을 특징으로 한다.

이상 상술한 바와 같이 자동차용의 개선된 전기 보조가열장치(히터)를 개시하였다.

전술한 실시예들은 단지 예를 들어 설명한 것이며 본 발명의 정신을 이탈하지 않고 어떠한 변경도 가능할 것임을 이해하여야 할 것이다. 본 발명의 범위는 단지 첨부한 청구범위에 의해서만 정해질 것이다.

도 1a 및 1b는 본 발명에 따른 전기 보조가열장치의 평면도 및 측면도.

도 2는 세 개의 전기가열요소들을 구비한 본 발명에 따른 전기 스위칭장치의 기본적인 회로도.

도 3은 상자형 수평 바 및 상기 수평 바에 삽입되도록 구성된 제어장치의 세부구성도.

도 4는 상자형 수평 바 및 상기 수평 바에 삽입되도록 구성된 제어장치의 더 상세한 도면.

도 5a, 5b 및 5c는 가열전력을 증가하는 경우에 세 개의 가열요소들을 제어하기 위한 다른 제어개념들을 도시하는 도면들.

도 6a 및 6b는 가열전력의 펄스화제어의 실례를 도시하는 도면.

도 7a 및 7b는 시간변화 제어의 실례를 도시하는 도면.

도 8은 교류형(alternative) 파형을 갖는 변조의 예를 도시하는 도면.

Claims (8)

1. 직사각형의 프레임(3, 4, 5)내에 지지되는 가열블록을 형성하도록 결합되는 다수의 가열요소들(2); 및

   상기 가열요소들(2)(여기서, 가열요소들의 가열전력은 가열요소들을 통해 각각 흐르는 전류를 통해 조절가능하다)을 제어하며, 상기 프레임(3, 4, 5) 내에 지지되는 상기 가열블록과 함께 구조 단위를 형성하고, 상기 가열요소들(2)을 통해 각각 흐르는 전류를 조절하기 위한 파워트랜지스터들(11)을 포함하는 제어장치(1)를 포함하여 구성되며,

   상기 제어장치(1)는 펄스폭 변조를 적용하여 가열요소(2)를 통해 흐르는 전류를 제어하고, 가열요소들(2)을 통해 흐르는 상기 전류의 조절은 전류에 있어 단지 단일 상승 또는 하강만이 한번에 수행되도록 제어됨을 특징으로 하는, 자동차용 전기보조가열장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 제1항에 있어서,

   상기 가열블록이 지지되는 프레임은 대향되는 수직 바들(3)에 의해서 그리고 상기 수직 바들(3)에 직각을 이루는 방향으로 배열된 수평 바들(4,5)에 의해서 형성되고,

   상기 수평 바들(5) 중의 적어도 하나는 일측이 개방되고 또한 그 안에 상기 제어장치가 삽입되는 상자로서 설계되고,

   개구창들(7)이 상기 수평바들(5)에 제공되고, 및

   상기 파워트랜지스터들(11)의 냉각요소들(6)은 상기 제어장치의 삽입상태에서 대향하는 개구창들(7) 사이에 각각 배치됨을 특징으로 하는 전기보조가열장치.
7. 제6항에 있어서, 공기흐름에 영향을 주는 수단이 상기 대향된 개구창들(7) 사이에 제공됨을 특징으로 하는 전기보조가열장치.
8. 가열 전력은 가열 요소들(2)을 통해 각각 흐르는 전류를 통해 조절되며, 상기 전류는 파워트랜지스터들(11)에 의해 조절되는, 자동차용 전기보조가열장치내의 다수의 가열요소들(2)의 가열 전력을 조절하는 방법에 있어서,

   펄스폭 변조로 가열 요소(2)를 통해 흐르는 전류를 변조하는 단계; 및

   전류에 있어 단지 단일 상승 또는 하강만이 한번에 수행되도록 가열요소들(2)을 통해 흐르는 상기 전류의 조절을 제어하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 방법.