(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を駆動する出力部と、前記出力部を制御する制御部と、前記直流電源から電力を供給され、電圧変換して少なくとも前記制御部に供給するスイッチング電源とを備えた自動車用空調装置において、前記通電装置の通電を制御する通電制御装置と、前記直流電源の電圧を検出する電圧検出装置とを備え、前記スイッチング電源は、前記開閉装置もしくは前記通電装置を介さず、前記直流電源に接続されることを特徴とする自動車用空調装置。
【請求項２】
前記スイッチング電源の出力がダイオードを介して前記コンデンサに接続されていることを特徴とする請求項１記載の自動車用空調装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、直流電源からの電力で駆動される電動コンプレッサーを備えた自動車用空調装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
直流電源からの電力で駆動される電動コンプレッサを備えた自動車用空調装置においては、図９の従来の回路図に示す如く、電動コンプレッサ１４に交流電流を供給するため出力部１１により電流が直流／交流変換される。このため矩形波となる直流電流を平滑するコンデンサ７が設けられている。このコンデンサ７はブレーカ３が閉じられると、バッテリー１よりヒューズ２、ブレーカ３、逆接続保護ダイオード４を経由し、充電突入電流を防止するための充電抵抗５を介して充電される。逆接続保護ダイオード４は、バッテリー１が万一極性逆に接続された際に、電流が流れないようにして回路を保護するものである。
【０００３】
制御部１０はエアコンコントローラ１２より電動コンプレッサ１４を作動させる指令を受けると、コンデンサ７の充電を確認し、例えばコンデンサ７の電圧が電圧検出部８で検出され所定値に達していると、リレー６を閉じる。次に、出力部１１により電動コンプレッサー１４を駆動させる。制御部１０は１２Ｖ電源１３より電源供給される。スイッチング電源９はバッテリー１の電圧を変換し出力部１１、電圧検出部８に供給している。一方、制御部１０はエアコンコントローラ１２より電動コンプレッサ１４を停止させる指令を受けると、出力部１１からの出力を停止させ、リレー６を開く。
【０００４】
また、制御部１０は、１２Ｖ電源１３より電源供給されているため、常に作動状態にある。そのため、エアコンコントローラ１２との通信、空調用センサを設けてのセンサからの信号受信、回路診断用装置を設けての回路診断等が常時可能である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の構成では、制御部１０は１２Ｖ電源１３より電源供給されている。そのため、制御部１０は常に作動状態にある。一方、図１０の従来の回路図に、制御部１０がスイッチング電源９より電源供給される例を示す（１２Ｖ電源１３からは電源供給されない）。この構成では、１２Ｖ電源１３との接続が不用となり簡素化できる、制御部１０と他の回路のアースを共通に出来る、などのメリットがある。しかしながら、この場合、次のような課題がある。（定電流充電回路１５は、ツェナーダイオードのツェナー電圧からトランジスタのベースエミッタ間電圧を引いた電圧をエミッタ抵抗の抵抗値で除した定電流を流す構成となっている。例として、ツェナー電圧が１７Ｖ、ベースエミッタ間電圧が２Ｖ、エミッタ抵抗が５０Ωとすると、定電流値は、０．３Ａとなる。）
コンデンサ７が充電されていない場合（故障で充電できない場合も含む）、コンデンサ７の電圧は０Ｖであり、コンデンサ７と並列に接続されているスイッチング電源９の電源電圧も０Ｖで、スイッチング電源９は非作動状態にあるため、スイッチング電源９から電源供給される制御部１０もまた非作動状態にある。そのため、充電前（コンデンサ７が充電されていない場合）においては、制御部１０による回路診断、エアコンコントローラ１２との通信、センサからの信号受信などが出来ない状態に置かれてしまう（図９の従来例においては、制御部１０は常に作動状態にあるため問題ない）。図１０の従来例では、充電抵抗５に代わり定電流充電回路１５を用いているが、充電抵抗５を用いても同様である。
【０００６】
また、電動コンプレッサ１４が停止している時には、省エネ・通電時間削減して寿命向上などのために、コンデンサ７を放電させておきたい要望がある。しかしながら、コンデンサ７を放電させてしまうと、上記同様、制御部１０は非作動状態となってしまう（図９の従来例においては、ブレーカ３を開いてコンデンサ７を放電させるが、制御部１０は常に作動状態にあるため問題ない）。
【０００７】
また、電動コンプレッサ１４が停止している時に、コンデンサ７を放電させておくと、電動コンプレッサ１４を駆動させる際、まずコンデンサ７を充電する必要があるので、電動コンプレッサ１４の駆動に時間を要してしまう（この点は、図９の従来例においても同様である）。
【０００８】
従って、本発明は、制御部がスイッチング電源より電源供給される自動車用空調装置において、コンデンサが充電されていない場合においても、制御部を作動可能と出来る自動車用空調装置の提供を目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明は、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と、コンデンサの電圧を検出する電圧検出装置と、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を駆動する出力部と、出力部を制御する制御部と、直流電源から電力を供給され、電圧変換して少なくとも制御部に供給するスイッチング電源とを備えた自動車用空調装置において、スイッチング電源は、開閉装置もしくは通電装置を介さず、直流電源に接続されるものである。
【００１０】
上記構成により、スイッチング電源は、開閉装置もしくは通電装置を介さず、直流電源に直接接続される。そのため、コンデンサの充電有無に係らずスイッチング電源は作動可能であり、もってスイッチング電源より電源供給される制御部も作動可能となる。従って、制御部がスイッチング電源より電源供給される自動車用空調装置において、コンデンサが充電されていない場合においても、制御部を作動可能と出来る自動車用空調装置が得られる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
請求項１に記載の発明は、スイッチング電源を、開閉装置もしくは通電装置を介さず、直流電源に直接接続したものである。そしてこの構成によれば、コンデンサの充電有無に係らずスイッチング電源は作動可能であり、もってスイッチング電源より電源供給される制御部も作動可能となる。これにより、充電前において、制御部による回路診断、エアコンコントローラとの通信、センサからの信号受信を可能とすることができる。省エネ・寿命向上などのために、コンデンサを放電させても問題が無い。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、通電装置の通電を検出する通電検出装置と、通電装置の通電を制御する通電制御装置とを備え、電圧検出装置をスイッチング電源と並列に接続したものである。これにより、電圧検出装置によって、コンデンサの充電前に直流電源の電圧を確認可能となり、電圧値が所定値より高い場合などに、通電制御装置は、通電装置を停止したままとして、コンデンサの過充電防止などの保護的対処を可能とすることができる。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、通電装置の通電を制御する通電制御装置を備え、スイッチング電源の出力をダイオードを介してコンデンサに接続するものであり、コンデンサへの通電が停止され、放電すると、コンデンサの電圧値は、スイッチング電源の出力電圧値に保持される。この電圧は、直流電源の電圧より低いので、省エネ・寿命向上に貢献し、一方電動コンプレッサを駆動させる際、コンデンサを充電する電圧は、直流電源の電圧より低くなる（直流電源の電圧からスイッチング電源の出力電圧を引いた値）ので、充電時間が短くなり、もって、電動コンプレッサの駆動時間を短縮することができる。
【００１４】
以下本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００１５】
（実施形態１）
図１において、ブレーカ３が閉じられると、バッテリー１よりヒューズ２、ブレーカ３、逆接続保護ダイオードＢ  ２４を経由し、スイッチング電源９にバッテリー１が接続される。これにより、スイッチング電源９は、制御部１０に電力供給する。もって、制御部１０はコンデンサ７の充電前にも作動可能となり、回路診断、エアコンコントローラとの通信、センサからの信号受信が可能となる。
【００１６】
一方、コンデンサ７はブレーカ３が閉じられると、バッテリ１よりヒューズ２、ブレーカ３、逆接続保護ダイオード４を経由し、充電突入電流を防止するための定電流充電回路１５を介して定電流充電される。
この時、制御部１０は電圧検出部８で検出された電圧により、回路診断を行う。０Ｖならば、コンデンサ７又は出力部１１の短絡、定電流充電回路１５を含めた通電回路の故障など。０Ｖとバッテリ１の電圧値との中間電圧ならば、出力部１１の半短絡、コンデンサ７の極性逆接続などと診断する。診断結果はエアコンコントローラ１２に送信される。また、エアコンコントローラ１２は、必要によりブレーカ３を開とする。
【００１７】
回路故障等の問題が有る場合、スイッチング電源９が、従来のようにコンデンサ７と並列接続されていると、コンデンサ７の電圧は０Ｖもしくは低いためスイッチング電源９に電源供給されず、もってスイッチング電源９から制御部１０に電源供給されないため、これらの診断は行えない。
【００１８】
制御部１０はエアコンコントローラ１２より電動コンプレッサ１４を作動させる指令を受けると、コンデンサ７の充電を確認し、例えばコンデンサ７の電圧が電圧検出部８で検出され所定値に達していると、リレー６を閉じる。次に、出力部１１により電動コンプレッサ１４を駆動させる。スイッチング電源９はバッテリ１の電圧を変換し出力部１１、電圧検出部８にも供給している。
【００１９】
また、制御部１０はエアコンコントローラ１２より電動コンプレッサ１４を停止させる指令を受けると、出力部１１からの出力を停止させ、リレー６を開く。制御部１０が、空調に必要なセンサ（電動コンプレッサ１４の温度など）からの信号を受信するように構成する事も可能である。
【００２０】
（実施形態２）
図２は、実施形態１において、図１の定電流充電回路１５に、通電検出装置としての充電電流検出ホトカプラ１６を接続したものである。これにより実施形態１における回路診断において、精度を上げる事ができる。電圧検出部８で検出された電圧が、０Ｖならば、制御部１０は充電電流検出ホトカプラ１６からの信号を確認し、電流が流れていればコンデンサ７又は出力部１１の短絡、、電流が流れていなければ定電流充電回路１５を含め通電回路の故障と判定できる。充電電流検出ホトカプラ１６は、ＬＥＤに充電電流が流れると、ホトトランジスタがＯＮする構成となっており、ホトトランジスタがＯＮすることにより、充電電流が流れていると判定出来る。
【００２１】
（実施形態３）
図３に実施形態１に係るスイッチング電源９の１例として、自励式フライバックコンバータ式スイッチング電源９の回路構成を示す。電源入力部に、電圧立ち上がり遅延抵抗１７、電圧立ち上がり遅延コンデンサ１８が接続され、電源電圧の立ち上がりに遅延を持たせている。
【００２２】
スイッチング電源装置９は以下のように作動する。電圧が印加されると、スタート用ベース抵抗２２よりスイッチングトランジスタ２５にベース電流が流れる。よって、一次コイル２８に電圧が印加され、もって自励コイル２９にも電圧が発生する。よって、ベース抵抗Ｂ  ３０及びベースコンデンサ３１を経由して、更に大きくベース電流が流れる。これにより、スイッチングトランジスタ２５はＯＮとなり、コレクタ電圧Ｖｃは０となって、コレクタ電流Ｉｃが流れる。ここで一次コイル２８のインダクタンスをＬ、バッテリ１の電圧をＥとして、コレクタ電流Ｉｃの時間増加率ｄｉ／ｄｔはＥ／Ｌで示される。コレクタ電流Ｉｃは、スイッチングトランジスタ２５の電流増幅率ｈＦＥとベース電流ＩＢの積ｈＦＥ・ＩＢまで上昇する。この電流に達すると、一次コイル２８の電圧ＶＬは減少し、自励コイル２９の電圧も減少する。よって、ベース電流ＩＢが減少しスイッチングトランジスタ２５はＯＦＦに至る。
【００２３】
バッテリ１の電圧Ｅが小さい場合（ゆっくりと上昇する場合）は問題無いが、バッテリー１の大きな直流電圧が直接印加される場合、自励コイル２９に発生する電圧が大きいため、ベース抵抗Ｂ  ３０及びベースコンデンサ３１を経由して、大きなベース電流が流れる。これにより、スイッチングトランジスタのコレクタ電流Ｉｃは、電流増幅率ｈＦＥとベース電流ＩＢの積ｈ（ＦＥ×ＩＢ）で決まる大きな値まで上昇してしまい、もって、スイッチングトランジスタ２５は破損に至る場合がある。従って、バッテリ１との接続に上記の如く、電圧立ち上がり遅延抵抗１７、電圧立ち上がり遅延コンデンサ１８を接続し、電源電圧の立ち上がりに遅延を持たせている。
【００２４】
また、バッテリ１からの電圧が瞬断する場合にも効果がある。バッテリ１からの電圧が瞬断中は、電圧立ち上がり遅延コンデンサ１８から電流供給できるようにしておけば良い。例えば、スイッチング電源装置９の消費平均電流が１０ｍＡ、瞬断時間１ｍＳで許容電圧低下が３０Ｖならば、１μＦとすれば良い。（流出電荷量は１０ｍＡ×１ｍＳ＝１０μＣであるので、電圧低下は１０μＣ／１μＦ＝１０Ｖ＜３０Ｖ）。
【００２５】
（実施形態４）
図４は、実施形態１において、図１の定電流充電回路１５に、通電制御装置としての充電ＯＮ／ＯＦＦホトカプラ１９を接続したものである。
【００２６】
実施形態１においての回路診断の結果、回路故障等の問題有りと診断された場合、制御部１０は、この充電ＯＮ／ＯＦＦホトカプラ１９により定電流充電回路１５をＯＦＦさせ、故障回路による無駄な電力消費を回避することが出来る。ＯＮ／ＯＦＦホトカプラ１９は、ＬＥＤに電流が流されると、ホトトランジスタがＯＮし、ＬＥＤ電流がＯＦＦすると、ホトトランジスタがＯＦＦする構成となっている。
【００２７】
また、電動コンプレッサ１４が停止している時、制御部１０は、リレー６をＯＦＦし、充電ＯＮ／ＯＦＦホトカプラ１９により定電流充電回路１５をＯＦＦして、コンデンサ７を放電させる事が出来る（放電させる方法は、電動コンプレッサ１４を瞬間駆動させる等各種考えられる）。これにより、電圧検出部８等に電力供給されず、もって若干ではあるが電力消費を回避することが出来る。
【００２８】
（実施形態５）
図５は、実施形態４において、図４の定電流充電回路１５に代わり充電抵抗５を、通電制御装置として充電ＯＮ／ＯＦＦホトカプラ１９に代わり、充電ＯＮ／ＯＦＦトランジスタ２１を用いたものであり作用は実施形態４と同様である。
【００２９】
（実施形態６）
図６は、実施形態１において、図１の回路に、電圧検出装置としてのバッテリ電圧検出部２０をスイッチング電源９と並列に設け、通電制御装置として充電ＯＮ／ＯＦＦトランジスタ２１を設けたものである。
【００３０】
この構成により、制御部１０は、ブレーカ３が閉じられた時点で、バッテリ電圧検出部２０により、バッテリー１の電圧を確認可能となる。そして、その電圧が許容値より高い場合、充電ＯＮ／ＯＦＦトランジスタ２１により定電流充電回路１５によるコンデンサ７の充電はＯＦＦとする。これにより、コンデンサ７、出力部１１等が過電圧から保護される。
【００３１】
また、制御部１０は、電動コンプレッサ１４が停止している時、リレー６をＯＦＦし、充電ＯＮ／ＯＦＦトランジスタ２１により定電流充電回路１５によるコンデンサ７の充電をＯＦＦとできる。これにより、コンデンサ７は放電するが、バッテリ電圧検出部２０、スイッチング電源９はバッテリー１に接続されているので作動可能であり、制御部１０は、バッテリ電圧検出部２０によりバッテリー１の電圧を監視できる。また、電圧検出結果をエアコンコントローラ１２に送信出来る。（従来は、コンデンサ７が放電すると不可）。電圧検出部８は、実施形態１に記載の内容と同様に、回路診断、コンデンサ７の充電確認等に使用される。
【００３２】
（実施形態７）
図７は、実施形態６における図６の回路において定電流充電回路１５に、通電検出装置としての充電電流検出ホトカプラ１６を接続し、バッテリ電圧検出部２０を削除して、その位置に電圧検出部８を移動させたものである。電圧検出部８は、バッテリ電圧検出部２０と同様、バッテリー１の電圧を検出、監視が出来、実施形態６と同様の効果を得ることが出来る。
【００３３】
実施形態１に記載の、回路診断、コンデンサ７の充電確認は出来なくなるが、この機能は、充電電流検出ホトカプラ１６が肩代わりする。回路診断は、充電ＯＮ／ＯＦＦトランジスタ２１をＯＮした後、制御部１０が充電電流検出ホトカプラ１６を用いて、定電流充電回路１５からの充電電流の流れる時間を計測して行う。正常時は、充電は所定時間で終了する。しかしながら、所定時間を超過して流れ続ける場合は、コンデンサ７を含めて回路の短絡等の故障と判断できる。コンデンサ７の充電確認は、充電電流の停止をもって判断できる。
【００３４】
（実施形態８）
図８は、実施形態４における図４の回路において、スイッチング電源９の出力を、電圧維持用ダイオード２３を介して（アノードをスイッチング電源９の出力に接続）、コンデンサ７に接続したものである。
【００３５】
実施形態４と同様に、電動コンプレッサ１４が停止している時、制御部１０は、リレー６をＯＦＦし、充電ＯＮ／ＯＦＦホトカプラ１９により定電流充電回路１５をＯＦＦして、コンデンサ７を放電させる事が出来る（放電させる方法は、電動コンプレッサ１４を瞬間駆動させる等各種考えられる）。実施形態４では、コンデンサ７の電圧は、放電により０Ｖとなるが、本実施形態では、スイッチング電源９の出力電圧（正確には、スイッチング電源９の出力電圧に、電圧維持用ダイオード２３の電圧降下を加味した電圧）に維持される。この電圧は、０Ｖよりは大きく、バッテリー１の電圧よりは小さい。
【００３６】
従って、電圧検出部８等への電力供給は小さくなり、もって若干ではあるが電力消費を回避することが出来る。また、電動コンプレッサ１４を駆動させる際、コンデンサ７を充電する電圧は、バッテリー１の電圧より小さくなる（バッテリー１の電圧からスイッチング電源の出力電圧を引いた値）ので、充電時間が短くなり、もって、電動コンプレッサ１４の駆動時間を短縮することができる。
【００３７】
【発明の効果】
上記実施形態から明らかなように、請求項１に記載の発明は、スイッチング電源を、開閉装置もしくは通電装置を介さず、直流電源に直接接続したものである。そしてこの構成によれば、コンデンサの充電有無に係らずスイッチング電源は作動可能であり、もってスイッチング電源より電源供給される制御部も作動可能となる。これにより、充電前において、制御部による回路診断、エアコンコントローラとの通信、センサからの信号受信を可能とすることができる。省エネ・寿命向上などのために、コンデンサを放電させても問題が無い。
【００３８】
請求項２に記載の発明は、通電装置の通電を検出する通電検出装置と、通電装置の通電を制御する通電制御装置とを備え、電圧検出装置をスイッチング電源と並列に接続したものである。これにより、電圧検出装置によって、コンデンサの充電前に直流電源の電圧を確認可能となり、電圧値が所定値より高い場合などに、通電制御装置は、通電装置を停止したままとして、コンデンサの過充電防止をなどの保護的対処を可能とすることができる。
【００３９】
請求項３に記載の発明は、通電装置の通電を制御する通電制御装置を備え、スイッチング電源の出力をダイオードを介してコンデンサに接続するものであり、コンデンサへの通電が停止され、放電する際に、スイッチング電源の出力がコンデンサに印加される。この電圧は、直流電源の電圧より低いので、省エネ・寿命向上に貢献し、一方電動コンプレッサを駆動させる際、コンデンサを充電する電圧は、直流電源の電圧（直流電源の電圧からスイッチング電源の出力電圧を引いた値）より低くなるので、充電時間が短くなり、もって、電動コンプレッサの駆動時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態を示す回路図
【図２】本発明の第２実施形態を示す回路図
【図３】本発明の第３実施形態を示すスイッチング電源回路図
【図４】本発明の第４実施形態を示す回路図
【図５】本発明の第５実施形態を示す回路図
【図６】本発明の第６実施形態を示す回路図
【図７】本発明の第７実施形態を示す回路図
【図８】本発明の第８実施形態を示す回路図
【図９】従来例を示す回路図
【図１０】従来例を示す回路図
【符号の説明】
１  バッテリー
２  ヒューズ
３  ブレーカ
４  逆接続保護ダイオード
５  充電抵抗
６  リレー
７  コンデンサ
８  電圧検出部
９  スイッチング電源
１０  制御部
１１  出力部
１２  エアコンコントローラ
１３  １２Ｖ電源
１４  電動コンプレッサ
１５  定電流充電回路
１６  充電電流検出ホトカプラ
１７  電圧立ち上がり遅延抵抗
１８  電圧立ち上がり遅延コンデンサ
１９  充電ＯＮ／ＯＦＦホトカプラ
２０  バッテリ電圧検出部
２１  充電ＯＮ／ＯＦＦトランジスタ
２２  ベース抵抗Ａ
２３  電圧維持用ダイオード
２４  逆接続保護ダイオードＢ
２５  スイッチングトランジスタ
２６  スイッチングトランス
２７  負荷
２８  一次コイル
２９  自励コイル
３０  ベース抵抗Ｂ
３１  ベースコンデンサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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