(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源と、
前記直流電源に直列に接続される通電装置と、
前記通電装置と並列に接続される開閉装置と、
前記直流電源から前記通電装置を介して充電されるコンデンサーと、
前記直流電源から前記開閉装置を介して電力を供給され、空調用の電動コンプレッサーを駆動する電動コンプレッサー駆動装置と、
前記電動コンプレッサー駆動装置内で発生する熱を放熱する放熱器と、
前記電動コンプレッサー駆動装置の電気回路を構成するプリント基板とを備えた自動車用空調装置において、
前記通電装置は、少なくとも、コレクタが前記直流電源側へ接続されるトランジスタと、
前記トランジスタのベースを前記直流電源側へ接続する第１の抵抗器と、前記トランジスタのエミッタを前記コンデンサー側へ接続する第２の抵抗器と、アノードが前記コンデンサー側へ接続されて前記第２の抵抗器の電圧を決定するツェナーダイオードとで構成され、前記コンデンサーが短絡した場合においても動作可能な所定の電流値で、前記コンデンサーに定電流充電する定電流機能を備え、
前記トランジスタは、前記放熱器に熱的に密着して固定されるとともに、前記トランジスタの各端子は、前記プリント基板へ電気接続されたことを特徴とする自動車用空調装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、バッテリーからの電力で駆動される電動コンプレッサーを備えた電気自動車用空調装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電気自動車用空調装置において、空調用の電動コンプレッサーを駆動する電動コンプレッサー駆動装置は電動コンプレッサーに大電流を供給するために、電気ノイズが大きく車載ラジオなどに妨害を与え、また電流変動が大きいため電流を供給するバッテリーの耐久性に影響する。そのため、図３電圧・電流波形図に示すごとく、電動コンプレッサーに供給する電流を平滑して電気ノイズ、電流変動を抑える必要がある。このために電動コンプレッサー駆動装置がバッテリーから開閉装置を介して電力を供給される箇所に静電容量の大きいコンデンサーを設けている。
【０００３】
しかしながら、このように静電容量の大きいコンデンサーを設けるとバッテリーが接続された瞬間にコンデンサーへの充電大電流が流れる。そのため、ヒューズが切れたり、図３電圧・電流波形図に示すごとくバッテリーからの配線などのインダクタンス成分との共振によりサージ電圧が発生し電動コンプレッサー駆動装置を破損させるなどの問題が生じる。
【０００４】
よって、バッテリーが接続された瞬間のコンデンサーへの充電突入電流を抑えるために、通電装置を介して充電される。そして通常、抵抗器が通電装置として用いられる。
【０００５】
但し、抵抗器を通電装置として用いる場合、通常バッテリーは３００Ｖ前後の高電圧であり、コンデンサーは１０００マイクロＦ前後の大容量であるため、瞬間でも抵抗器の消費電力は大きく、抵抗器はその信頼性を保つために大電力品を用いなければならない。そしてその値は６０Ｗ前後となる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記のごとく、通電装置として抵抗器を用いる場合、６０Ｗ前後の大電力品を用いなければならない。この大電力抵抗器は形状も大きいために電動コンプレッサー駆動装置内のプリント基板上には直接接続できず相当のスペースの取付場所を確保しなければならないため、空調装置が大きくなる。電気自動車用空調装置としては、車両の限られたスペースに空調装置を設置しなければならないので、空調装置は極力小さくしなければならない。従って、空調装置が大きくならないような通電装置が必要となる。
【０００７】
また、通電装置として抵抗器を用いる場合、抵抗器との配線が必要になり、更にはその配線が発熱体、金属エッジなどに触れて損傷することのないように、その配線を固定する必要がある。よって、通電装置としての構造が複雑になるため、大きくなり、また製造が困難である。
【０００８】
また、抵抗器の抵抗値は充電突入電流を抑えられるだけ大きくなければならない。一方では、電動コンプレッサー駆動装置破損、コンデンサーショートなどの故障時には、ヒューズが切れるだけ小さくなければならない。
【０００９】
よって、抵抗器の抵抗値は、バッテリー電圧、コンデンサーの静電容量値に応じて変更する必要がある。
【００１０】
しかしながら、電気自動車のバッテリー電圧は種類が多く、また空調装置の必要能力も車両により異なるので電動コンプレッサーに供給される電流も異なる。
【００１１】
よって、抵抗器の抵抗値は空調装置、車両により変える必要があり空調装置の種類が増加して製造管理が煩雑となり製造トラブル、コストアップなどの問題が生じる。
【００１２】
また、ヒューズが切れない、電動コンプレッサー駆動装置、コンデンサーなどの半故障時には、抵抗器に大電力が消費され、過熱による信頼性低下が生じる。そのため、放熱対策などで空調装置が大型化してしまう。
【００１３】
従って、本発明は、小型で、構造簡単な、信頼性の高い、共通化可能な電気自動車用空調装置の提供を目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために、直流電源と、直流電源に直列に接続される通電装置と、通電装置と並列に接続される開閉装置と、直流電源から通電装置を介して充電されるコンデンサーと、直流電源から開閉装置を介して電力を供給され、空調用の電動コンプレッサーを駆動する電動コンプレッサー駆動装置と、電動コンプレッサー駆動装置内で発生する熱を放熱する放熱器と、電動コンプレッサー駆動装置の電気回路を構成するプリント基板とを備えた自動車用空調装置において、
通電装置は、コレクタが前記直流電源側へ接続されるトランジスタと、前記トランジスタのベースを前記直流電源側へ接続する第１の抵抗器と、前記トランジスタのエミッタを前記コンデンサー側へ接続する第２の抵抗器と、アノードが前記コンデンサー側へ接続されて前記第２の抵抗器の電圧を決定するツェナーダイオードとで構成され、トランジスタはNPN型トランジスタであり、コンデンサーに定電流充電する定電流機能を備えて、当該定電流値は、コンデンサーが短絡した場合においても、定電流機能が動作可能な電流値とし、トランジスタは、放熱器に熱的に密着して固定されて、トランジスタで発生する熱を放熱器に放熱し、トランジスタのコレクタ、ベース、エミッタそれぞれの端子は直接、プリント基板へ電気接続する。
【００１５】
【作用】
本発明によれば、通電装置はコンデンサーに定電流充電する。定電流値を、コンデンサーが短絡した場合においても、定電流機能が動作可能なように、小さく設定することにより、電動コンプレッサー駆動装置破損、コンデンサーショートなどの故障時には半故障時も含め電流は定電流値に保持されるのでヒューズは切れずとも、トランジスタで発生する熱を放熱器に放熱することと相まって、異常過熱を防止できる。
【００１６】
コンデンサーが短絡した場合においても、定電流機能が動作可能であるので、コンデンサーの静電容量値が如何に大きくとも、時間をかけて充電できる。もって、コンデンサーの静電容量値に関わらず通電装置を共通にできる。直流電源の最も高い電圧において、コンデンサーが短絡した場合においても、定電流機能が動作可能としておけば、直流電源電圧にも関わらず通電装置を共通にできる。
【００１７】
また、通電装置をトランジスターで構成し、定電流値を小さく設定することにより、小型のトランジスターを使用可能となり、通電装置を電動コンプレッサー駆動装置内のプリント基板上に直接接続可能となる。また、トランジスター以外にはツェナーダイオード、第１の抵抗器、第２の抵抗器と若干の部品だけで良く、またトランジスタ用放熱器は電動コンプレッサー駆動装置用放熱器を共用するので、設置場所を要しない。
【００１８】
よって、大きなスペースは必要なく、空調装置を小型にできる。
【００１９】
更に、トランジスタのコレクタ、ベース、エミッタそれぞれの端子は直接、プリント基板へ接続されるので、リード線を用いた配線が不要なため、配線が発熱体、金属エッジなどに触れての損傷防止のための配線固定作業は不要である。よって、通電装置としての構造は簡単になるため、製造が容易となる。
【００２０】
【実施例】
本発明の実施例を図面により説明する。
【００２１】
図１に本発明の実施例に係る電気自動車用空調装置の回路図を示す。
【００２２】
図５従来の電気自動車用空調装置の回路図との相違点は、通電装置が異なり、従来例は抵抗器であるのに対し、本発明の実施例は定電流回路となっており、コレクタが前記直流電源側へ接続される出力トランジスター９、制御トランジスター１３、ツェナーダイオード１２、出力トランジスタ９のベースをバッテリー２側へ接続するベース抵抗Ａ・１４、ベース抵抗Ｂ・１５、出力トランジスタ９のエミッタをコンデンサー１１側へ接続するエミッタ抵抗１６から構成されている。
【００２３】
ここで、回路の作動について説明する。
【００２４】
バッテリー２が接続されると、ヒューズ１０を介して出力トランジスター９のコレクタ及びベース抵抗Ａ・１４に電圧が印加される。出力トランジスター９のベースにはベース抵抗Ａ・１４を介して電圧が印加されるため、ベース電流がエミッタからエミッタ抵抗１６を経由しコンデンサー１１へ流れる。そのため、出力トランジスター９のコレクタからエミッタへその電流増幅率に見合ったエミッタ電流が、エミッタからエミッタ抵抗１６を経由しコンデンサー１１へ流れようとする。よって、エミッタ抵抗１６には上記エミッタ電流とベース電流が流れ、出力トランジスター９のコレクタ側がプラス、コンデンサー１１側がマイナスの電圧が発生する。エミッタ抵抗１６の両端には、上記電圧のプラス側からベース抵抗Ｂ・１５、制御トランジスター１３のベース、制御トランジスター１３のエミッタ、ツェナーダイオード１２のカソード、ツェナーダイオード１２のアノード、上記電圧のマイナス側へと接続されている。
【００２５】
従って、上記電圧が制御トランジスター１３のベース・エミッタ間電圧及びツェナーダイオード１２のツェナー電圧との和を超えると、ベース抵抗Ｂ・１５、制御トランジスター１３のベース、制御トランジスター１３のエミッタ、ツェナーダイオード１２のカソード、ツェナーダイオード１２のアノードへと、制御トランジスター１３のベース電流が流れる。これにより、制御トランジスター１３のコレクタ電流が、バッテリー２、ヒューズ１０を介してベース抵抗Ａ・１４、制御トランジスター１３のコレクタ、制御トランジスター１３のエミッタ、ツェナーダイオード１２のカソード、ツェナーダイオード１２のアノード、コンデンサー１１へと流れる。よって、このコレクタ電流とベース抵抗Ａ・１４の抵抗値との積による電圧分だけ、出力トランジスター９のベース電圧が低下するため、ベース電流が減少し、もってエミッタ電流も減少する。
【００２６】
よって、エミッタ抵抗１６の両端電圧が小さくなる。また、これにより制御トランジスター１３のベース電流が小さくなってコレクタ電流が小さくなり、出力トランジスター９のベース電圧が上昇し、出力トランジスター９のベース電流が増加し、もってエミッタ電流も増加し、エミッタ抵抗１６の両端電圧が大きくなる。
【００２７】
以上により、エミッタ抵抗１６の両端電圧が制御トランジスター１３のベース・エミッタ間電圧及びツェナーダイオード１２のツェナー電圧との和と一致した状態で回路作動は安定する。
【００２８】
従って、エミッタ電流は制御トランジスター１３のベース・エミッタ間電圧及びツェナーダイオード１２のツェナー電圧との和をエミッタ抵抗１６の抵抗値で除した値になる（正確には、ベース抵抗Ｂ・１５の電圧も含む）。
【００２９】
ベース・エミッタ間電圧、ツェナー電圧及び抵抗値は固定された値なので、上記計算値は固定された値即ち定電流になる。
【００３０】
以上の作動を、図２の本発明の実施例に係る回路作動図に示す。
【００３１】
コンデンサー１１の電圧Ｖｃは、バッテリー２が接続されるスタート時には零であるが、定電流充電されるので直線的に上昇する。出力トランジスター９のエミッタ電圧Ｖｅは、エミッタ抵抗１６にスタート時から定電流が流れるので、スタート時には上記ベース・エミッタ間電圧とツェナー電圧の和となり、以降はコンデンサー１１の電圧Ｖｃにベース・エミッタ間電圧とツェナー電圧の和を足した電圧となる。
【００３２】
エミッタ抵抗１６の両端電圧Ｖｒは、スタート時から上記ベース・エミッタ間電圧とツェナー電圧の和となる。
【００３３】
出力トランジスター９のコレクタ・エミッタ間電圧Ｖｃｅは、バッテリー２の電圧Ｅから出力トランジスター９のエミッタ電圧Ｖｅを引いた電圧になり、直線的に減少する。
【００３４】
出力トランジスター９のエミッタ電流Ｉｅは、エミッタ抵抗１６の両端電圧Ｖｒをエミッタ抵抗１６の抵抗値で除した固定値になる。
【００３５】
出力トランジスター９のコレクタ損失Ｐｃは、コレクタ・エミッタ間電圧Ｖｃｅとエミッタ電流Ｉｅとの積であり、コレクタ・エミッタ間電圧Ｖｃｅは直線的に減少し、エミッタ電流Ｉｅは固定値であるので、直線的に減少する。
【００３６】
以上の説明においては、制御トランジスター１３を用いたが、制御トランジスター１３を用いず、ツェナーダイオード１２のカソードを出力トランジスター９のベースに接続しても定電流回路を達成できる。この場合、出力トランジスター９のベース・エミッタ間電圧とエミッタ抵抗１６の両端電圧との和は、ツェナーダイオード１２のツェナー電圧に等しい。出力トランジスター９のベース・エミッタ間電圧、ツェナーダイオード１２のツェナー電圧は一定値なので、エミッタ抵抗１６の両端電圧も一定値となる。従って、抵抗１６を流れる電流は一定値となる。
【００３７】
ここで、図５従来例の電気自動車用空調装置の回路図、図６従来の電気自動車用空調装置に係る回路作動図により、従来の電気自動車用空調装置の回路図の作動を説明する。
【００３８】
バッテリー２が接続されると、抵抗器８の抵抗値とコンデンサー１１の静電容量値によって定まる時定数により、コンデンサー１１の電圧Ｖｃと抵抗器８の電流Ｉｒ及びコンデンサー１１の電流Ｉｃが図６のように定まる。
【００３９】
コンデンサー１１が充電され入力電圧検出手段７が所定値以上の電圧を検出すると、制御部６により開閉装置３が閉となり、バッテリーから開閉装置を介して電力を供給され、電動コンプレッサー駆動装置にて空調用の電動コンプレッサーが駆動される。
【００４０】
抵抗器８の抵抗値は前述のように、抵抗器８の抵抗値は充電突入電流を抑えられるだけ大きくなければならない。一方では、電動コンプレッサー駆動装置破損、コンデンサーショートなどの故障時には、ヒューズが切れるだけ小さくなければならない。また、ヒューズの値は、通常の作動電流では切れてはならないので、１０Ａ程度とされる。よって、故障時には、ヒューズが確実に切れるために４０Ａ程度が流れるようにする必要があり、バッテリー２の電圧を３００Ｖとして、７．５オームとなる。よって、バッテリー２接続時点では４０Ａ程度が流れ、以降は時定数により定まる。コンデンサー１１の静電容量値が大きい程、時定数が大きくなり抵抗器８の消費電力が大きくなる。コンデンサー１１の静電容量値は電流平滑のために通常１０００マイクロＦ前後の大容量である。そして、バッテリー２接続時点では３００Ｖ×４０Ａ＝１２０００Ｗの瞬間最大消費電力となる。
【００４１】
よって、抵抗器８はその信頼性を保つために大電力品を用いなければならない。そして、その値は抵抗器８の保証スペックにより６０Ｗ前後の定格品となる。
【００４２】
図４抵抗器・トランジスター形状図に示すように、６０Ｗに代わり３０Ｗ抵抗を２個用いる場合でも、車両用空調装置のコントローラーとしては大きなスペースを必要とする。
【００４３】
また、ヒューズが切れない、電動コンプレッサー駆動装置、コンデンサーなどの半故障時の場合、例えば９Ａ（ヒューズ定格10A以下）の電流が流れる場合、抵抗器８は（９Ａ）２×７．５オーム＝６０７．５Ｗの大電力消費となり、過熱による発煙、半田溶け、配線損傷などの信頼性低下が生じる。よって、放熱対策のための放熱器などが必要になり大型化してしまう。
【００４４】
一方、上記定電流充電の場合も上記と同様に作動する。但し、コンデンサー１１の充電は抵抗器８ではなく定電流の通電装置４にて行われる。
【００４５】
定電流値は制御トランジスター１３のベース・エミッタ間電圧及びツェナーダイオード１２のツェナー電圧との和をエミッタ抵抗１６の抵抗値で除した値になるので、ツェナーダイオード１２のツェナー電圧、エミッタ抵抗１６の抵抗値を適当に選んで、任意に設定できる。ツェナー電圧を６Ｖ、抵抗値を７０オーム（ベース・エミッタ間電圧は１Ｖとする）とすれば、０．１Ａとなる。よって、バッテリー２接続時点から、従来例の４０Ａよりはるかに小さい電流０．１Ａしか流れない。また、エミッタ抵抗１６の消費電力は０．７Ｗであり、１Ｗ抵抗を用いれば良く従来例の６０Ｗ抵抗よりはるかに小さい。電動コンプレッサー駆動装置破損、コンデンサーショートなどの故障時には半故障時も含め電流は０．１Ａなので、ヒューズは切れないが、出力トランジスター９のコレクタ損失Ｐｃは最大でも３００Ｖと０．１Ａの積の３０Ｗである。従来例の６０７．５Ｗよりはるかに小さい。
【００４６】
よって、図４抵抗器・トランジスター形状図に示すように、出力トランジスター９を出力部１８用のヒートシンク１９に取り付けておけば充分に冷却される。ヒートシンク１９は、数十Ｗの発熱の出力部１８用であり、出力トランジスタの３０Ｗに充分対応できる。もって、最大電圧３００Ｖが印加されるコンデンサーショートにおいても、回路に異常はなく、定電流通電が可能である。
【００４７】
また、定電流値は小さいので、小型のトランジスターが使用可能であり、プリント基板上に直接接続可能となる。よって、大きなスペースは必要なく、空調装置を小型にできる。また、配線が無いので配線固定作業は不要で製造が容易となる。更に、上記回路でバッテリー電圧、コンデンサーの静電容量値に関わらず定電流値が決まるので、通電装置を共通にできる。
【００４８】
また、本発明の実施例において、ベース抵抗Ａ・１４に直列に開閉器を設けることにより、開閉器の開閉により出力トランジスター９のベース電流をＯＦＦ・ＯＮして出力トランジスター９のエミッタ電流をＯＦＦ・ＯＮすることが可能となる。従って、電動コンプレッサー駆動装置破損、コンデンサーショートなどの故障時には半故障時も含めエミッタ電流の通電時間等の検出により、異常検出して出力トランジスター９のエミッタ電流をＯＦＦすることが可能である。ベース電流は０．１Ａのエミッタ電流より更に小さく０．０１Ａ程度であり、大きな開閉器を必要としない。
【００４９】
一方、従来の回路では最大３００Ｖ，４０Ａの開閉が必要なため、大きな開閉器を必要とし、大きなスペース、コストを必要とする。
【００５０】
尚、上記実施例では開閉装置はリレーとしたが、トランジスター、サイリスタ等でも実現可能である。
【００５１】
【発明の効果】
本発明によれば、通電装置はコンデンサーに定電流充電する際、定電流値を、コンデンサーが短絡した場合においても、定電流機能が動作可能なように、小さく設定することにより、電動コンプレッサー駆動装置破損、コンデンサーショートなどの故障時には半故障時も含め電流は定電流値に保持されるのでヒューズは切れずとも、トランジスタで発生する熱を放熱器に放熱することと相まって、異常過熱を防止できる。
【００５２】
コンデンサーが短絡した場合においても、定電流機能が動作可能であるので、コンデンサーの静電容量値が如何に大きくとも、時間をかけて充電できる。もって、コンデンサーの静電容量値に関わらず通電装置を共通にできる。直流電源の最も高い電圧において、コンデンサーが短絡した場合においても、定電流機能が動作可能としておけば、直流電源電圧にも関わらず通電装置を共通にできる。
【００５３】
また、通電装置をトランジスターで構成し、定電流値を小さく設定することにより、小型のトランジスターを使用可能となり、通電装置を電動コンプレッサー駆動装置内のプリント基板上に直接接続可能となる。また、トランジスター以外にはツェナーダイオード、第１の抵抗器、第２の抵抗器と若干の部品だけで良く、またトランジスタ用放熱器は電動コンプレッサー駆動装置用放熱器を共用するので、設置場所を要しない。
【００５４】
よって、大きなスペースは必要なく、空調装置を小型にできる。
【００５５】
更に、トランジスタのコレクタ、ベース、エミッタそれぞれの端子は直接、プリント基板へ接続されるので、リード線を用いた配線が不要なため、配線が発熱体、金属エッジなどに触れての損傷防止のための配線固定作業は不要である。よって、通電装置としての構造は簡単になるため、製造が容易となる。
【００５６】
電動コンプレッサー駆動装置破損、コンデンサーショートなどの故障時にはエミッタ電流の通電時間等の検出により、異常検出して出力トランジスター９のエミッタ電流をＯＦＦすることが可能である。ベース電流は小さな値のエミッタ電流より更に小さく、大きな開閉器を必要としない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に係る電気自動車用空調装置の回路図
【図２】本発明の実施例に係る回路作動図
【図３】同電圧・電流波形図
【図４】抵抗器・トランジスター形状を示す斜視図
【図５】従来の電気自動車用空調装置の回路図
【図６】従来の電気自動車用空調装置に係る回路作動図
【符号の説明】
１  電動コンプレッサー駆動装置
２  バッテリー
３  開閉装置
４  通電装置
５  電動コンプレッサー
６  制御部
７  入力電圧検出手段
８  抵抗器
９  出力トランジスター
１０  ヒューズ
１１  コンデンサー
１２  ツェナーダイオード
１３  制御トランジスター
１４  ベース抵抗Ａ
１５  ベース抵抗Ｂ
１６  エミッタ抵抗
１８  出力部
１９  ヒートシンク
２０  プリント基板
２１  配線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
0003587121.tif 000005
【図５】
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【図６】
0003587121.tif 000007