(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力半導体によって発生された熱が熱源として利用される自動車の室内用の電気ヒータにおいて、
熱発生のために、それぞれ高電力損失作動状態で作動される電力半導体（ＦＥＴ１，ＦＥＴ２，ＦＥＴｎ）を有する複数の電流分岐部（Ｚ１，Ｚ２，Ｚｎ）が並列接続されており、前記電力半導体（ＦＥＴ１，ＦＥＴ２，ＦＥＴｎ）は、共通に設定可能な目標値（Ｉｓｏｌｌ）及び前記電力半導体（ＦＥＴ１，ＦＥＴ２・・・ＦＥＴｎ）から取り出された実際値（Ｉｓｔ１，Ｉｓｔ２・・・Ｉｓｔｎ）を用いて、送出電力を個別に制御することができ、障害の際、切換部材（ＦＵＳＥ１，ＦＵＳＥ２．．．ＦＵＳＥｎ）によって、電流分岐部（Ｚ１，Ｚ２．．．Ｚｎ）の個別遮断が行われ、前記電力半導体（ＦＥＴ１，ＦＥＴ２，ＦＥＴｎ）の、アース電位への接続の際、電流測定抵抗がスイッチオンされ、該電流測定抵抗から、前記電流分岐部（Ｚ１，Ｚ２．．．Ｚｎ）用の個別の実際値（Ｉｓｔ１，Ｉｓｔ２，Ｉｓｔｎ）が導出されることを特徴とする自動車用の電気ヒータ。
【請求項２】
電力半導体によって発生された熱が熱源として利用される自動車用の室内電気ヒータにおいて、
熱発生のために、それぞれ直列接続されていて、高電力損失作動状態で作動される２つの電力半導体（ＦＥＴ１１，ＦＥＴ１２；ＦＥＴ２１，ＦＥＴ２２；，ＦＥＴｎ１，ＦＥＴｎ２）を有する複数の電流分岐部（Ｚ１，Ｚ２，Ｚｎ）が並列接続されており、電流分岐部（Ｚ１，Ｚ２，Ｚｎ）の前記各々一方の電力半導体（ＦＥＴ１１，ＦＥＴ２１，ＦＥＴｎ１）は、共通に設定可能な目標値（Ｉｓｏｌｌ）及び前記電力半導体（ＦＥＴ１，ＦＥＴ２・・・ＦＥＴｎ）から取り出された実際値（Ｉｓｔ１１，Ｉｓｔ２１・・・Ｉｓｔｎ）を用いて、電力を個別に制御することができ、前記電流分岐部（Ｚ１，Ｚ２，Ｚｎ）の前記各々他方の電力半導体（ＦＥＴ１２，ＦＥＴ２２，ＦＥＴｎ２）は、固定して設定された制御電圧（ｕｓｔ）及び前記電力半導体から取り出された実際値（Ｉｓｔ１２，Ｉｓｔ２・・・Ｉｓｔｎ２）を用いて電力を個別に制御することができ、障害の際、切換部材（ＦＵＳＥ１，ＦＵＳＥ２．．．ＦＵＳＥｎ）によって、電流分岐部（Ｚ１，Ｚ２．．．Ｚｎ）の個別遮断が行われ、前記電力半導体（ＦＥＴ１１，ＦＥＴ１２；ＦＥＴ２１，ＦＥＴ２２；，ＦＥＴｎ１，ＦＥＴｎ２）の、アース電位への接続の際、電流測定抵抗がスイッチオンされ、該電流測定抵抗から、前記電流分岐部（Ｚ１，Ｚ２．．．Ｚｎ）用の個別の実際値（Ｉｓｔ１，Ｉｓｔ２，Ｉｓｔｎ）が導出されることを特徴とする自動車用の電気ヒータ。
【請求項３】
各電流分岐部（Ｚ１，Ｚ２，Ｚｎ）内には、過負荷に応動して、当該各電流分岐部（Ｚ１，Ｚ２，Ｚｎ）を遮断する切換部材（ＦＵＳＥ１，ＦＵＳＥ２，ＦＵＳＥｎ）が電力半導体（ＦＥＴ１，ＦＥＴ２，ＦＥＴｎ）と直列接続されている請求項１又は２記載の電気ヒータ。
【請求項４】
電力半導体（ＦＥＴ１，ＦＥＴ２・・・ＦＥＴｎ；ＦＥＴ１１，ＦＥＴ１２，ＦＥＴ２１，ＦＥＴ２２．．Ｆｅｔｎ１，Ｆｅｔｎ２）がスイッチオンにより作動される請求項１〜３までのいずれか１記載の電気ヒータ。
【請求項５】
各電流分岐部（Ｚ１，Ｚ２，Ｚｎ）は、出力側が、負荷抵抗としての低オーム直列抵抗に給電し、前記低オーム直列抵抗は、バッテリ電圧（Ｕｂａｔｔ）を給電する共通の線路に接続される請求項１〜４までのいずれか１記載の電気ヒータ。
【請求項６】
切換部材（ＦＵＳＥ１，ＦＵＳＥ２，ＦＵＳＥｎ）は、電流分岐部（Ｚ１，Ｚ２．．．Ｚｎ）の導体路部材として構成されており、前記導体路部材は、所属の前記電流分岐部（Ｚ１，Ｚ２，Ｚｎ）内に障害が発生した場合に高い電流を遮断する請求項１〜５までのいずれか１記載の電気ヒータ。
【請求項７】
切換部材（ＦＵＳＥ１，ＦＵＳＥ２，ＦＵＳＥｎ）は、電流分岐部（Ｚ１，Ｚ２，Ｚｎ）内の電流測定抵抗として設けられており、前記切換部材は、障害の場合に配属の電流分岐部（Ｚ１，Ｚ２，Ｚｎ）内に発生する高い電流を遮断し、当該電流分岐部（Ｚ１，Ｚ２，Ｚｎ）を遮断する請求項１〜５までのいずれか１記載の電気ヒータ。
【請求項８】
切換部材（ＦＵＳＥ１，ＦＵＳＥ２，ＦＵＳＥｎ）として、電力半導体（ＦＥＴ１，ＦＥＴ２，ＦＥＴｎ；ＦＥＴ１１，ＦＥＴ１２，ＦＥＴ２１，ＦＥＴ２２，Ｆｅｔｎ１，Ｆｅｔｎ２）の端子線が使用されており、前記端子線は、障害の場合に、配属の電流分岐部（Ｚ１，Ｚ２，Ｚｎ）内に発生する高い電流を遮断し、当該電流分岐部（Ｚ１，Ｚ２，Ｚｎ）を遮断する請求項１〜５までのいずれか１記載の電気ヒータ。
【請求項９】
電流分岐部（Ｚ１，Ｚ２，Ｚｎ）内に直列接続された両電力半導体（ＦＥＴ１１又はＦＥＴ１２；ＦＥＴ２１又はＦＥＴ２２；ＦＥＴｎ１又はＦＥＴｎ２）の一方の短絡時に、損傷した前記電流分岐部（Ｚ１，Ｚ２，Ｚｎ）から、制御信号を導出することができ、前記制御信号は、それぞれ他方の電力半導体（ＦＥＴ１２又はＦＥＴ１１；ＦＥＴ２２又はＦＥＴ２１；ＦＥＴｎ２又はＦＥＴｎ１）の、導出される電力を低減し、又は遮断状態に制御する請求項２〜５のいずれか１記載の電気ヒータ。
【請求項１０】
加熱モジュールとして構成されており、該加熱モジュールにおいて、電力半導体（ＦＥＴ１，ＦＥＴ２．．．ＦＥＴｎ；ＦＥＴ１１，ＦＥＴ１２；ＦＥＴ２１，ＦＥＴ２２；ＦＥＴｎ１，ＦＥＴｎ２）が冷却体上に当該電力半導体（ＦＥＴ１，ＦＥＴ２．．．ＦＥＴｎ；ＦＥＴ１１，ＦＥＴ１２；ＦＥＴ２１，ＦＥＴ２２；ＦＥＴｎ１，ＦＥＴｎ２）の熱を下げるために熱接触して取り付けられている請求項１〜９までのいずれか１記載の電気ヒータ。
【請求項１１】
電力半導体（ＦＥＴ１，ＦＥＴ２．．．ＦＥＴｎ；ＦＥＴ１１，ＦＥＴ１２；ＦＥＴ２１，ＦＥＴ２２；ＦＥＴｎ１，ＦＥＴｎ２）及び／又は冷却体は、温度センサを用いて、所定最大温度の超過を監視され、前記単数又は複数の温度センサの出力信号は、配属の電力半導体又は全ての電力半導体の、送出電力を低減し、又は、遮断状態に制御する請求項１０記載の電気ヒータ。
【請求項１２】
温度センサは、電力半導体（ＦＥＴ１，ＦＥＴ２．．．ＦＥＴｎ；ＦＥＴ１１，ＦＥＴ１２；ＦＥＴ２１，ＦＥＴ２２；ＦＥＴｎ１，ＦＥＴｎ２）内に統合化されている請求項１１記載の電気ヒータ。
【発明の詳細な説明】
従来技術
本発明は、電力半導体によって発生された熱が熱源として利用される自動車の室内用の電気ヒータに関する。
その種のヒータは、ドイツ連邦共和国特許公開第３４４２３５０号公報から公知である。この公知の電気ヒータでは、電力半導体によって電気駆動モータが制御される。この電力半導体は、冷却用液体が貫流されている冷却体と接続されており、その結果、発生した熱は、熱交換法で冷却用液体に伝導される。この冷却用液体は、閉じた管路系内で循環しており、この管路系は、ポンプと本来のヒーティング装置を有している。
この公知電気ヒータの効率は、特に高いものではない。と言うのは、電力半導体によって発生した熱は複数回変換されるからである。しかも、ヒーティング装置の構造はコスト高であり、降下したモータ電流に依存しており、従って、このモータ電流から独立して制御することもできない。
発明の効果
本発明の課題は、冒頭に記載した形式の電気ヒータを、簡単な構造で、効率を著しく高め、熱出力を独立して制御することができるようにすることにある。
この課題は、本発明の第１の構成によると、熱発生のために、それぞれ高電力損失作動状態で作動される電力半導体を有する複数の電流分岐部が並列接続されており、電力半導体は、共通に設定可能な目標値及び電力半導体から取り出された実際値を用いて、送出電力を個別に制御することができ、障害の際、切換部材によって、電流分岐部の個別遮断が行われ、電力半導体の、アース電位への接続の際、電流測定抵抗がスイッチオンされ、該電流測定抵抗から、前記電流分岐部用の個別の実際値が導出されることにより、又は、第２の構成によると、熱発生のために、それぞれ直列接続されていて、高電力損失作動状態で作動される２つの電力半導体を有する複数の電流分岐部が並列接続されており、電流分岐部の各々一方の電力半導体は、共通に設定可能な目標値及び電力半導体から取り出された実際値を用いて、電力を個別に制御することができ、電流分岐部の各々他方の電力半導体は、固定して設定された制御電圧及び電力半導体から取り出された実際値を用いて電力を個別に制御することができ、障害の際、切換部材によって、電流分岐部の個別遮断が行われ、電力半導体の、アース電位への接続の際、電流測定抵抗がスイッチオンされ、該電流測定抵抗から、電流分岐部用の個別の実際値が導出されることいることにより解決される。
この構成では、電力半導体を流れる電流は、直接熱に変換され、その結果、効率が著しく上昇する。新式ヒータの別の利点は、加熱用の付加的な制御モジュールを必要としないという点にある。自動車へのヒータの組み込みは、著しく簡単にすることもできる。このために、新式電気ヒータのケーブル接続コスト及び製造コストも低減することができる。
車両搭載電源でのヒータの特別な安全装置はなくすことができる。ヒータの作動中、電流をソフトに調整して上昇させることによって、高いスイッチングオン電流衝撃を回避することができる。新式加熱モジュールは、加熱電力を高めるために任意にカスケード接続することができ、送風機調整器内に簡単に統合化することもできる。
電力半導体の保護のために、１実施例によると、各電流分岐部内に、過負荷に応動する切換部材が電力半導体と直列接続されている。この切換部材により、障害の際に、当該電流分岐部を遮断することができ、その際、ヒータの機能全体を中断する必要はない。加熱電力は、単に、損傷した電流分岐部と全電流分岐部との比でのみ低減される。
加熱電力の調整は、１実施例によると、簡単に実施することができる。つまり、電力半導体は、共通に設定することができる目標値及び電力半導体を用いて導出された、乃至、取り出された実際値を用いて、送出される電力を個別に調整することができ、又は、電流分岐の、それぞれ一方の電力半導体は、共通に設定可能な目標値及びこの電力半導体で導出された実際値を用いて個別に調整することができ、それぞれ他方の電力半導体は、固定して設定された制御電圧、及び、この電力半導体から導出された実際値を用いて、その電力を個別に調整することができる。
電流分岐部は、出力側で低オーム直列抵抗が負荷抵抗として給電されるように設けられており、その際、この直列抵抗から発生された熱が、加熱電力の上昇に寄与する。その際、各電力半導体は、個別の直列抵抗を給電することができる。全ての電力半導体は、共通の直列抵抗に給電することもでき、又は、電力半導体のグループをそれぞれ、そのグループ固有の直列抵抗と接続することもできる。
電流分岐部の遮断用の切換部材は、種々のやり方で実施することができる。１実施例によると、切換部材は、電流分岐部の導体路部材として構成されており、この導体路部材は、配属された電流分岐部内での障害の際に生じる高い電流が流れて遮断される。同様の作用は、切換部材を電流測定抵抗として電流分岐部内に設け、配属の電流分岐部内に発生した高い電流が流れて遮断され、その際、電流測定抵抗は、付加的に、別の制御信号の導出のために使用することができる。最後に、電流分岐部は、切換部材として、電力半導体の端子線を用いるようにして遮断することもでき、つまり、配属の電流分岐部内での障害の際に発生する高い電流が流れて遮断される。
損傷した電流分岐部内の電流を制御して低減又は遮断することは、電流分岐部内に直列接続された両電力半導体の短絡の際に、損傷した電流分岐部から付加的な制御信号を導出することができ、この制御信号は、それぞれ他方の電力半導体の送出電力を低減するか、又は遮断状態に制御するようにして行うことができる。制御信号としては、その際、電流測定抵抗から取りだされた制御信号を用いてもよい。
新式電気ヒータの構成は、加熱モジュールとして構成されるようにして簡単にすることができ、その際、電力半導体が冷却体上に熱接触して取り付けられ、その際、熱送出が冷却体を介して改善される。
簡単な温度監視は、電気ヒータで、電力半導体及び／又は冷却体は、温度センサを用いて、所定最大温度の超過を監視され、前記単数又は複数の温度センサの出力信号は、配属の電力半導体又は全ての電力半導体の、送出電力を低減し、又は、遮断状態に制御することによって達成することができる。電力半導体が、個別温度センサを用いて監視される場合、そのためのコストは、温度センサを電力半導体内に統合化することによって低減することができる。
以下、本発明について、図示の実施例を用いて詳細に説明する。その際：
図１は、それぞれ１つの電力半導体を含む並列接続されたｎ個の電流分岐部を有する電気ヒータの電流作動プランを示す図、
図２は、それぞれ２つの直列接続された電力半導体を含む並列接続されたｎ個の電流分岐部を有する電気ヒータの電流作動プランを示す図
図１に示されているように、給電電圧Ｕｂａｔｔに、電流分岐部Ｚ１，Ｚ２．．．Ｚｎが相互に並列接続されており、その際、各電流分岐部Ｚ１，Ｚ２．．．Ｚｎは、１つの電力半導体ＦＥＴ１，ＦＥＴ２．．．ＦＥＴｎを有している。給電電圧Ｕｂａｔｔへの接続は、切換部材ＦＵＳＥ１，ＦＵＳＥ２．．．ＦＵＳＥｎを介して行われ、これら切換部材は、障害の際、例えば、電力半導体の短絡時に、その際発生する数倍もの電流によって、電流分岐部Ｚ１，Ｚ２．．．Ｚｎを個別に遮断する。電力半導体ＦＥＴ１，ＦＥＴ２．．．ＦＥＴｎのアース電位への接続の際、詳細に説明しない電流測定抵抗をスイッチオンすることができ、この電流測定抵抗からは、電流分岐部Ｚ１，Ｚ２．．．Ｚｎに固有の実際値Ｉｓｔ１，Ｉｓｔ２．．．Ｉｓｔｎを導出することができる。電力半導体ＦＥＴ１，ＦＥＴ２．．．ＦＥＴｎのゲート端子には、調整回路として使用されるコンパレータ又は演算増幅器を介して電流測定抵抗から導出された実際値の他に目標値Ｉｓｏｌｌが供給されて、配属の電力半導体の電力を連続的に調整することができる。実際値が目標値Ｉｓｏｌｌを超過した場合、調整回路は、電力半導体を遮断状態に制御するか、又は、電力半導体を与えられた電力に戻すように調整する。更に、切換部材ＦＵＳＥ１，ＦＵＳＥ２．．．ＦＵＳＥｎは、配属の電力半導体ＦＥＴ１，ＦＥＴ２．．．ＦＥＴｎの短絡時に電流分岐部Ｚ１，Ｚ２．．．Ｚｎを遮断する。
切換部材ＦＵＳＥ１，ＦＵＳＥ２．．．ＦＵＳＥｎとして、電流分岐部Ｚ１，Ｚ２．．．Ｚｎ自体の導体路部材を使用することができる。電流分岐部Ｚ１，Ｚ２．．．Ｚｎ及び配属の調整回路の構成に応じて、短絡時に電流を２５〜５０倍の値に上昇させ、その結果、導体路部材が遮断される。電流上昇時に、電流測定抵抗が遮断されて、電流分岐部Ｚ１，Ｚ２．．．Ｚｎを遮断する場合には、電流
測定抵抗を切換部材として使用してもよい。電力半導体ＦＥＴ１，ＦＥＴ２．．．ＦＥＴｎの端子線自体を、切換部材ＦＵＳＥ１，ＦＵＳＥ２．．．ＦＵＳＥｎの機能を担当するように回路定数を選定してもよい。この種の電気ヒータは、加熱モジュールとして構成することができ、この加熱モジュールは、冷却体上に取り付けられて、送風機調整器内に統合されており、その際、加熱モジュール自体を自動車の車両搭載電源に対して安全装置を装備する必要はない。しかし、加熱モジュールへのリード線に安全装置を装備する必要はある。
図２の実施例では、各電流分岐部Ｚ１，Ｚ２．．．Ｚｎは、直列接続された２つの電力半導体ＦＥＴ１１及びＦＥＴ１２，ＦＥＴ２１及びＦＥＴ２２．．．ＦＥＴｎ１及びＦＥＴｎ２を有しており、これらは、それぞれ、固有の調整回路を介して制御される。図１の実施例の場合同様、電流分岐部Ｚ１，Ｚ２．．．Ｚｎには、切換部材ＦＵＳＥ１，ＦＵＳＥ２．．．ＦＵＳＥｎ並びに電流測定抵抗が設けられている。切換部材ＦＵＳＥ１，ＦＵＳＥ２．．．ＦＵＳＥｎは、既述した変形実施例のように構成してもよい。電流分岐部Ｚ１，Ｚ２．．．Ｚｎの電流測定抵抗からは、制御信号を取りだすことができ、この制御信号は、電流分岐部の実際値Ｉｓｔ１１，Ｉｓｔ２１．．Ｉｓｔｎ１を示し、配属の一方の電力半導体ＦＥＴ１１，ＦＥＴ２１．．．ＦＥＴｎ１の調整回路に供給され、この調整回路には、付加的に、目標値Ｉｓｏｌｌを供給することができて、電流分岐部Ｚ１，Ｚ２．．．Ｚｎ内の電力を調整することができる。他方の電力半導体ＦＥＴ１２，ＦＥＴ２２．．．ＦＥＴｎ２は、別個の調整回路によって制御され、この調整回路には、固定して設定された制御電圧ｕｓｔ及び実際値Ｉｓｔ１２，Ｉｓｔ２２．．．Ｉｓｔｎ２が供給されており、これらは、電圧降下時に、直列接続された一方の電力半導体ＦＥＴ１１，ＦＥＴ２１．．．ＦＥＴｎ１から導出される。電力半導体、例えば、ＦＥＴ１１の短絡又は損傷時に、調整回路の、この構成の際には、電流分岐部Ｚ１内の、それぞれ他方の電力半導体、例えば、ＦＥＴ１２が遮断されるか、又は、送出される電力が低減される。しかし、残りの系は、その機能が残り続けるが、但し、加熱電力は、損傷した電流分岐部と全ての電流分岐部との比で低減される。
電力半導体、例えば、ＦＥＴ２１及びＦＥＴ２２が短絡した場合、切換部材、例えば、ＦＵＳＥ２は、図１の実施例の場合のように、機能し、発生した高い電流上昇時に電流分岐部、例えば、２２が遮断される。
加熱電力の上昇のために、共通の熱送出、低オーム直列抵抗が、全電流分岐部Ｚ１，Ｚ２．．．Ｚｎ用の負荷抵抗として使用される場合、これらの抵抗は、共通の、バッテリ電圧Ｕｂａｔｔを給電する線路に接続される。この直列抵抗は、電気ヒータの作動形式を変えず、単に、唯一の電力半導体（図１）の短絡時には電流を上昇し、又は、両電力半導体（図２）を所定の低い値に制限するが、しかし、切換部材ＦＵＳＥ１，ＦＵＳＥ２．．．ＦＵＳＥｎの安全な応動のためには、未だ十分ではない。直列抵抗から発生された熱は、同様に、加熱のために一緒に使われるが、それにより、電力が分割され、所定の最大加熱電力の場合には、ヒータ用の温度使用領域を拡張するのに利用することができる。
各電力半導体又は各電力半導体対は、個別の直列抵抗を介してもバッテリ電圧Ｕｂａｔｔに接続することができる。電流分岐部のグループに直列抵抗を設けてもよい。何れにしても、全ての直列抵抗は、熱の発生に関与する。
新式ヒータでは、簡単に、温度監視を組み込むことができる。従って、各電力半導体には、温度センサが配属され、この温度センサを電力半導体内に統合化してもよい。電力半導体の所定の最大温度が超過すると、温度センサの出力信号は、配属の電力半導体を制御し、その際、この電力半導体の送出電力を低減又は完全に遮断するように制御する。
ただ１つだけ温度センサを設けてもよく、この温度センサを用いて、冷却体の温度を測定し、この冷却体には、電気ヒータの全ての電力半導体が熱接触される。冷却体の温度が所定の最大温度を超過すると、全ての電力半導体は、温度センサの出力信号により制御されて、その送出電力が低減されるか、又は、完全に遮断される。そのために、温度センサの出力信号の種々の値を使うこともでき、その際、先ず、第１の低い値で、出力信号が電力を低減し、出力信号の第２の高い値で、完全に遮断される。
【図１】
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【図２】
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