JP2005069160A - Motor-driven fan control device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、冷却用ファンや送風用ファン等を駆動する電動ファン制御装置に関するものである。 The present invention relates to an electric fan control device that drives a cooling fan, a blower fan, and the like.
エアコン付き車両においては、コンデンサ、ラジエータ内を流れる冷却媒体を2つの冷却ファンを作動させて冷却している。冷却ファン駆動用のモータをパルス幅変調制御で駆動することで、モータの回転速度を連続的に可変している(特許文献1参照)。 In a vehicle with an air conditioner, a cooling medium flowing in a condenser and a radiator is cooled by operating two cooling fans. The motor for driving the cooling fan is driven by pulse width modulation control, so that the rotation speed of the motor is continuously varied (see Patent Document 1).
モータを駆動する半導体スイッチング素子に流れる電流を監視し、パルス幅変調制御におけるパルス幅を一定値に制限することでモータ電流を制限したり、半導体スイッチング素子の駆動を停止したりすることで、過電流に対する保護を図っている(特許文献2参照)。
半導体スイッチング素子の駆動を停止させて半導体スイッチング素子の保護を図るようにした場合、冷却ファンの作動が停止される。このため冷却不足となることがある。 When the driving of the semiconductor switching element is stopped to protect the semiconductor switching element, the operation of the cooling fan is stopped. For this reason, cooling may be insufficient.
本発明はこのような課題を解決するためなされたもので、モータを駆動する回路部の動作に異常が生じた場合でも、ファンの運転を継続できる電動ファン制御装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve such problems, and an object of the present invention is to provide an electric fan control device that can continue the operation of a fan even when an abnormality occurs in the operation of a circuit unit that drives a motor. .
前記課題を解決するため本発明に係る電動ファン制御装置は、ファンを駆動するモータと、主制御部から供給される運転指令に基づいて1または複数の半導体スイッチング素子のスイッチング動作を制御してモータへ供給する電力を制御するとともに、異常検出部によって半導体スイッチング素子の動作状態に異常が検出された際に異常情報を主制御部へ供給するモータ駆動部と、強制運転指令に基づいてモータに強制通電する強制通電部と、運転指令をモータ駆動部へ供給するとともに、モータ駆動部から異常情報が供給された際は、強制通電部を強制通電状態または一定時間強制通電状態に制御する主制御部とを備える。 In order to solve the above problems, an electric fan control device according to the present invention controls a motor that drives a fan and a switching operation of one or more semiconductor switching elements based on an operation command supplied from a main control unit. The motor drive unit that controls the power supplied to the motor and supplies abnormality information to the main control unit when an abnormality is detected in the operation state of the semiconductor switching element by the abnormality detection unit, and the motor is forced based on the forced operation command A forced energization unit that energizes and a main control unit that supplies an operation command to the motor drive unit and controls the forced energization unit to a forced energization state or a forced energization state for a certain time when abnormality information is supplied from the motor drive unit With.
異常検出部は、半導体スイッチング素子の過電流、過電圧、過温度のいずれかが検出された際に異常情報を出力する。 The abnormality detection unit outputs abnormality information when any of overcurrent, overvoltage, and overtemperature of the semiconductor switching element is detected.
本発明に係る電動ファン制御装置は、運転指令に基づいてモータへ供給する電力を制御するモータ駆動部の動作に異常が検出されると、強制通電部によってモータを強制通電する。したがって、モータ駆動部の動作に異常が生じても、強制通電部によってモータを強制駆動してファンの運転を継続できる。 The electric fan control device according to the present invention forcibly energizes the motor by the forcible energization unit when an abnormality is detected in the operation of the motor drive unit that controls the power supplied to the motor based on the operation command. Therefore, even if an abnormality occurs in the operation of the motor drive unit, the operation of the fan can be continued by forcibly driving the motor by the forced energization unit.
以下、発明を実施するための最良の形態を実施例に基づいて説明する。 Hereinafter, the best mode for carrying out the invention will be described based on examples.
図1は本発明に係る電動ファン制御装置の一実施例を示すブロック図であり、自動車用冷却システムの電動ファン制御装置を示している。この電動ファン制御装置1は、図示しないラジエータ冷却用ファンを駆動する直流モータ(以下、モータと記す)2および図示しないコンデンサ冷却用ファンを駆動する直流モータ(以下、モータと記す)3を制御する。電動ファン制御装置1は、エンジン電子制御ユニット(エンジンECU)からなる主制御部10と、各モータ2,3を駆動するモータ駆動部20と、各モータ2,3およびモータ駆動部20へバッテリ電源4を供給するモータ電源供給用リレー31と、モータ駆動部20を用いずに各モータ2,3に通電する強制通電部40と、車載のバッテリ電源4と、イグニッションスイッチ5および各ヒューズ6,7等からなる。
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of an electric fan control device according to the present invention, and shows an electric fan control device of an automotive cooling system. The electric
イグニッションスイッチ5がオン状態に操作されると、ヒューズ6を介して主制御部10へバッテリ電源4が供給されるとともに、モータ電源供給用リレー31の励磁巻線311にバッテリ電源4が通電されリレー接点312が閉状態に駆動されて、ヒューズ7,リレー接点312を介してモータ駆動部20へバッテリ電源4が供給される。
When the
主制御部10は、図示しないエンジン制御部と、電源部11と、モータ運転指令部12と、データ通信部13と、強制通電制御部14とを備える。図示しないエンジン制御部は、各種センサ等16〜19からの信号に基づいて図示しないエンジンの制御を行なう。電源部11は、バッテリ電源4から電力の供給を受けて例えば5ボルトの安定化電源VCを生成して各回路部へ供給する。モータ運転指令部12は、各種センサ(エンジン冷却水の水温センサ16、車速センサ17、冷媒圧力センサ18)からの信号及びエアコンスイッチ19の信号に基づいて各モータ2,3の要求回転速度を求め、要求回転速度に関するデータをデータ通信部13を介してモータ駆動部20へ供給する。データ通信部13は、モータ駆動部20側のデータ通信部22との間で例えば調歩同期方式のシリアルデータ通信を行なう。
The
強制通電制御部14は、主制御部10に電源が投入された初期状態において強制通電部40を非動作状態にしている。具体的には、強制通電部40を構成する強制通電用リレー41の励磁巻線411への通電を停止している。強制通電制御部14は、モータ駆動部20側からデータ通信部13を介して異常情報が供給された場合には、強制通電部40を動作状態に制御する。具体的には、強制通電部40を構成する強制通電用リレー41の励磁巻線411に通電し、各リレー接点412,413を閉状態に駆動する。各リレー接点412,413が閉状態になると、各モータ2,3にバッテリ電源4が通電される。したがって、モータ駆動部20を用いることなく各モータ2,3を駆動することができる。なお、モータ運転指令部12が異常情報の内容に基づいて強制通電を行なうか否かを判断し、強制通電制御部14および強制通電部40を介して各モータ2,3を強制駆動するようにしてもよい。
The forced energization control unit 14 puts the forced
モータ駆動部20は、電源部21と、データ通信部22と、PWM制御部23と、出力段駆動部24と、一方のモータ2を駆動する半導体スイッチング素子としてのFET(電界効果トランジスタ)25と、他方のモータ3を駆動する半導体スイッチング素子としてのFET(電界効果トランジスタ)26と、各FET25,26の温度をそれぞれ検出する各温度センサ27,28と、各FET25,26で構成される出力段の異常を検出する異常検出部29と、一方のモータ2の逆起電圧を吸収するダイオード8と、他方のモータ3の逆起電圧を吸収するダイオード9とを備える。なお、図1では半導体スイッチング素子としてMOS型のFETを例示したが、半導体スイッチング素子としてバイポーラトランジスタや絶縁ゲート型のバイポーラトランジスタ等を用いてもよい。
The
バッテリ電源4は、ヒューズ7および電源供給用リレー31の接点312を介してモータ駆動部20および各モータ2,3の一方の端子へそれぞれ供給される。モータ駆動部20内の電源部21は、バッテリ電源4から電力の供給を受けて例えば5ボルトの安定化電源VCCを生成して各回路部へ供給する。データ通信部22は、主制御部10側のデータ通信部13との間で例えば調歩同期方式のシリアルデータ通信を行なう。
The
PWM制御部23は、主制御部10側からデータ通信部22を介して供給されるモータの要求回転速度に関するデータに基づいて、要求回転速度に対応したデューティ比のPWM信号を生成して出力する。出力段駆動部24は、PWM制御部23から供給されるPWM信号に基づいて各FET25,26のゲートを駆動する。これにより、各FET25,26がPWM信号に基づいてスイッチング駆動され、各モータ2,3に供給する電力がPWM制御される。
The
異常検出部29は、過電圧検出部291と過電流検出部292と過温度検出部293と動作異常検出部294とを備える。過電圧検出部291は、各FET25,26に供給される電圧を監視し、予め設定した許容電圧を越える場合には過電圧検出情報を出力する。過電圧検出部291は、各FET25,26に供給される電圧を抵抗分圧回路で分圧して得た電圧と、予め設定したしきい値電圧とを比較器等で比較することで過電圧を検出するようにしてもよい。過電圧検出部291は、各FET25,26に供給される電圧を抵抗分圧回路で分圧して得た電圧をA/D変換器を介してA/D変換し、A/D変換された電圧データに基づいて過電圧を判定するようにしてもよい。
The
過電流検出部292は、各FET25,26がオン状態にあるときのオン電圧に基づいて各FET25,26に流れる電流(モータ電流)を監視し、予め設定した許容電流を越える場合には過電流検出情報を出力する。なお、各FET25,26に流れる電流(モータ電流)の検出は、各FET25,26に直列に電流検出用の抵抗を介設し、電流検出用の抵抗の両端に発生した電圧に基づいて行なうようにしてもよい。
The overcurrent detection unit 292 monitors the current (motor current) flowing through the
過温度検出部293は、各温度センサ27,28の出力に基づいて各FET25,26の温度を監視し、予め設定した許容温度を越える場合には過温度検出情報を出力する。各温度センサ27,28は、各FET25,26の近傍に設けられている。各温度センサ27,28は、サーミスタ等の感熱抵抗素子を用いて構成している。各温度センサ27,28はダイオードを用いて構成し、ダイオードの順方向降下電圧の温度特性から温度を検出するようにしてもよい。
The overtemperature detection unit 293 monitors the temperature of each
動作異常検出部294は、オン状態に駆動されているときの各FET25,26のオン電圧(オン状態のドレイン−ソース間電圧)が予め設定した許容値を越えた場合、および、オフ状態に駆動されているときの各FET25,26のドレイン電圧または漏れ電流が予め設定した許容値を下回った場合に、スイッチング素子のスイッチング動作に異常がある旨の動作異常情報を出力する。また、シャント抵抗で電流を検出し許容値を上回った場合を検出し出力しても良い。
The operation abnormality detector 294 is driven when the ON voltage (drain-source voltage in the ON state) of each of the
異常検出部29は、過電圧、過電流、過温度、動作異常のいずれかが検出されると、その異常情報をデータ通信部22を介して主制御部10側へ供給するとともに、異常情報をPWM制御部23へ供給する。PWM制御部23は、異常情報が供給されると、PWM信号の出力を停止し、出力段駆動部24を介して各FET25,26をオフ状態に駆動する。
When any one of overvoltage, overcurrent, overtemperature, and operation abnormality is detected, the
異常検出部29は、過電圧、過電流、過温度、動作異常のいずれも検出されない正常動作状態では、予め設定した周期(例えば1秒周期)で正常情報をデータ通信部22を介して主制御部10側へ供給する。
In a normal operation state in which none of overvoltage, overcurrent, overtemperature, and operation abnormality is detected, the
次に実施例1の動作を説明する。イグニッションスイッチ5がオン状態に操作されると、主制御部10にバッテリ電源4が供給されるとともに、リレー31が駆動され、モータ駆動部20へバッテリ電源4が供給される。主制御部10内のモータ運転指令部12によって各モータ2,3の要求回転速度が求められ、要求回転速度に関するデータ(運転指令)がデータ通信部13を介してモータ駆動部20へ供給される。モータ駆動部20内のPWM制御部23は、回転速度とデューティ比の対応テーブル等を参照して要求回転速度に対応するデューティ比を求めるとともに、要求回転速度に対応するデューティ比のPWM信号を生成し、出力段駆動回路24を介して各FET25,26を駆動する。なお、モータ運転指令部12側で要求回転速度に対応するデューティ比を求め、デューティ比をモータ駆動部20側へ供給するようにしてもよい。これにより、各モータ2,3は、要求回転速度で回転され、図示しない各冷却用ファンが回動される。なお、PWM制御部23は、各モータ2,3を起動させる際には、PWM信号のデューティ比を徐々に増加させるソフトスタート処理を行なうことで、モータ起動時の突入電流を低減させるようにしている。
Next, the operation of the first embodiment will be described. When the
異常検出部29は、各モータ2,3を駆動する各FET25,26の動作状態を継続的に監視しており、過電圧、過電流、過温度、動作異常が検出されると、出力段の異常を示す情報(異常情報)をデータ通信部22を介して主制御部10側へ供給する。
The
図2はモータ駆動部の異常に対するモータ強制通電処理を示すフローチャートである。主制御部10内の強制通電制御部14は、モータ駆動部20側からデータ通信部13を介して供給されるデータを受信すると(ステップS1)、受信したデータに基づいてモータ駆動部20の出力段が異常であるか否かを判断する(ステップS2)。そして、異常情報を受信した場合には、強制通電部40を介して各モータ2,3へバッテリ電源4を供給させる(ステップS3)。これにより、モータ駆動部20を用いずに、各モータ2,3が強制駆動される。したがって、車両の走行中等にモータ駆動部20の動作に異常が生じても、各ファンモータの運転を継続できる。
FIG. 2 is a flowchart showing a motor forced energization process for an abnormality of the motor drive unit. When the forced energization control unit 14 in the
強制通電制御部14は、異常情報を受信した場合に各モータ2,3を所定時間に亘って強制通電した後に、強制通電状態を解除するようにしてもよい。例えば、モータ駆動部20のFET25,26の過温度が解消されていれば、モータ駆動部20によって各モータ2,3を駆動できる。さらに、強制通電制御部14は、所定時間の強制通電を行なった回数をカウントし、所定回数(例えば3回)に達した場合には、強制通電状態を継続するようにしてもよい。
The forced energization control unit 14 may cancel the forced energization state after forcibly energizing the
強制通電制御部14は、モータ駆動部20側から正常情報が所定時間を経過しても供給されない場合は、モータ駆動部20またはデータ通信部13の動作に異常が発生しているものと判断し、強制通電部40を介して各モータ2,3を強制通電によって駆動するようにしてもよい。
When normal information is not supplied from the
主制御部10は、各モータ2,3を強制通電によって駆動した際には、図示しない表示部にモータ駆動部20に異常が発生している旨の表示を行なわせるようにしてもよい。主制御部10は、図示しない車両診断装置に対して異常情報を供給して、モータ駆動部20の異常状態の発生日時や異常内容を記憶させるようにしてもよい。
When the
図3は本発明に係る電動ファン制御装置の他の実施例を示すブロック図である。図3に示す電動ファン制御装置50は、図1に示した電動ファン制御装置1に電源遮断部30と電流検出部35と電源遮断制御部15とを追加したものである。
FIG. 3 is a block diagram showing another embodiment of the electric fan control device according to the present invention. An electric
イグニッションスイッチ5がオン状態に操作され主制御部10にバッテリ電源4が供給された初期状態において、電源遮断制御部15は電源遮断部30を構成するモータ電源供給用リレー31の励磁巻線311を通電状態に制御する。これにより、リレー接点312が閉状態になり、各モータ2,3およびモータ駆動部20へバッテリ電源4が供給される。
In the initial state where the
電源遮断制御部15は、電流検出部35によって検出される各モータ2,3およびモータ駆動部20への供給電流が予め設定した許容値(例えばモータのロックに伴う大電流値)を越えた状態が所定時間継続した場合は、電源遮断部30を遮断状態に制御する。具体的には、モータ電源供給用リレー31の励磁巻線311への通電を停止し、リレー接点312を開状態にして、各モータ2,3およびモータ駆動部20への電源供給を遮断する。
The power shut-off
電源遮断制御部15は、モータ駆動部20側から異常情報を供給された場合には、電源遮断部30を遮断状態に制御する。電源遮断制御部15は、強制通電制御部14によって各モータ2,3への強制通電を行なう場合は、電源遮断部30を通電状態に制御するとともに、電流検出器35の出力に基づいてモータ電流を監視し、各モータ2,3への供給電流が予め設定した許容値(例えばモータのロックに伴う大電流値)を越えた状態が所定時間継続した場合は、電源遮断部30を遮断状態に制御する。したがって、強制通電部40を介して各モータ2,3を強制通電している状態であっても、モータのロックやモータ巻線の短絡等による過電流が生じた場合には、電源供給を遮断することができる。
When the abnormality information is supplied from the
電流検出部35は、電流変成器(カレントトランス)を用いたものや電流によって発生する磁束を検出する構成のものを用いている。なお、電流検出部35は電流検出用の抵抗を備える構成のものであってもよい。
The
図4は本発明に係る電動ファン制御装置のさらに他の実施例を示すブロック図である。図4は本発明に係るモータ駆動制御装置を自動車用オートエアコン装置のブロワファン制御に適用した例を示している。図4に示す電動ファン制御装置60は、オートエアコン電子制御ユニット(オートエアコンECU)からなる主制御部70と、図示しないブロワファンを駆動する直流モータ(以下、モータと記す)62と、モータ駆動部80と、電源遮断部30と、強制通電部90とからなる。
FIG. 4 is a block diagram showing still another embodiment of the electric fan control device according to the present invention. FIG. 4 shows an example in which the motor drive control device according to the present invention is applied to blower fan control of an automotive air conditioner. An electric
主制御部70内のモータ運転指令部71は、図示しないエアコン操作パネル部の設定条件に基づいてブロワファン駆動用のモータ62の要求回転速度を決定し、要求回転速度に関するデータをデータ通信部72を介してモータ駆動部80へ供給する。モータ駆動部80内のPWM制御部81は、データ通信部82を介して受信した要求回転速度に関するデータに基づいて、要求回転速度に対応したデューティ比のPWM信号を生成し、出力段駆動部83を介してFET25をスイッチング駆動する。これにより、モータ62へ供給される電力がPWM制御され、モータ62の回転速度が制御される。
A motor
異常検出部84は、モータ62を駆動するFET25の動作状態を継続的に監視しており、各検出部841,842,843,844によって過電圧、過電流、過温度、スイッチング動作異常が検出されると、出力段の異常を示す情報(異常情報)をデータ通信部82を介して主制御部70側へ供給する。
The
各データ通信部72,82間では、データ線(BUS)100を介して双方向のシリアルデータ通信が調歩同期方式によってなされる。通信プロトコルは、LIN(Local Interconect Network)に準拠している。
Bidirectional serial data communication is performed between the
主制御部70内の電源遮断制御部73は、異常情報を受信すると電源遮断部30を所定時間(例えば数秒間)に亘って電源供給遮断状態にした後に、電源供給を再開する。モータ運転指令部71は、モータ駆動部80への電源供給を再開した後も、モータ駆動部80側から異常情報が供給される場合はモータ駆動部80が正常に動作できない状態にあるものと判断し、強制通電制御部74を起動する。強制通電制御部74は、強制通電部90を構成するリレー91の励磁巻線911を通電状態に制御することで、リレー91の接点912を閉状態に駆動する。これにより、リレー91の接点912を介してモータ62に通電がなされ、モータ62が駆動される。電源遮断部73は、電流検出部35の出力に基づいてモータ電流を監視しており、予め設定した許容値を越える状態が所定時間継続した場合には電源遮断部30を遮断状態に制御する。
When the power
なお、各実施例では、リレー41,91を用いて強制通電部40,90を構成する例を示したが、強制通電部40,90は半導体スイッチング素子を用いて構成してもよい。
In addition, in each Example, although the example which comprises the forced
また、モータ駆動部20,80の電源入力端子部の前段側にリレー接点または半導体スイッチング素子を介設し、強制通電部40,90を介してモータ2,62へ強制通電を行なっている強制通電状態では、リレー接点または半導体スイッチング素子をオフ状態に駆動することで、モータ駆動部20,80への電源供給を停止するようにしてもよい。これにより、モータ駆動部20,80での電力消費を無くすことができる。
In addition, a relay contact or a semiconductor switching element is provided on the upstream side of the power input terminal portion of the
さらに、強制通電状態ではモータ2,62の各端子とモータ駆動部20,80との間の接続を複数のリレー接点等を用いて全て遮断するようにしてもよい。これにより、モータ駆動部20,80側の動作状態に影響されることなく、モータ2,62を強制通電によって駆動できる。
Further, in the forced energization state, all the connections between the terminals of the
また、各実施例では、主制御部10,70とモータ駆動部20,80との間でシリアルデータ通信によって運転指令や異常情報等の各種情報の送受を行なう構成を示したが、電圧信号、周波数信号、パルス幅信号等を用いて各種情報を送受する構成としてもよい。
Moreover, in each Example, although the structure which transmits / receives various information, such as a driving | operation command and abnormality information, was shown by serial data communication between the
なお、各実施例は自動車用の電動ファンモータ制御について示したが、本発明に係る電動ファン制御装置は自動車以外の各種の用途に適用することができる。 In addition, although each Example showed about the electric fan motor control for motor vehicles, the electric fan control apparatus which concerns on this invention is applicable to various uses other than a motor vehicle.
1,50,60 電動ファン制御装置
2,3,62 モータ
4 バッテリ電源
10,70 主制御部
12,71 モータ運転指令部
13,22,72,82 データ通信部
14,74 強制通電制御部
15,73 電源遮断制御部
20,80 モータ駆動部
23,81 PWM制御部
25,26 半導体スイッチング素子(FET)
27,28 温度センサ
29,84 異常検出部
30 電源遮断部
35 電流検出部
40,90 強制通電部
1, 50, 60 Electric
27, 28
Claims (2)
主制御部から供給される運転指令に基づいて1または複数の半導体スイッチング素子のスイッチング動作を制御してモータへ供給する電力を制御するとともに、異常検出部によって前記半導体スイッチング素子の動作状態に異常が検出された際に異常情報を前記主制御部へ供給するモータ駆動部と、
前記モータに強制通電する強制通電部と、
運転指令を前記モータ駆動部へ供給するとともに、前記モータ駆動部から異常情報が供給された際は、前記強制通電部を強制通電状態または一定時間強制通電状態に制御する主制御部とを備えることを特徴とする電動ファン制御装置。 A motor that drives the fan;
Based on the operation command supplied from the main control unit, the switching operation of one or more semiconductor switching elements is controlled to control the power supplied to the motor, and the abnormality detecting unit detects an abnormality in the operation state of the semiconductor switching element. A motor drive unit for supplying abnormality information to the main control unit when detected;
A forced energization section for forcibly energizing the motor;
A main control unit that supplies an operation command to the motor drive unit and controls the forced energization unit to be in a forced energization state or a forced energization state for a predetermined time when abnormality information is supplied from the motor drive unit; An electric fan control device.
The electric fan control device according to claim 1, wherein the abnormality detection unit outputs abnormality information when any of overcurrent, overvoltage, and overtemperature of the semiconductor switching element is detected.
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