JP2009293554A - 電動ファン制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】コントロールユニットの回路基板の温度が上昇した場合でも、回路基板上の電子部品の熱破壊等を防止することができる電動ファン制御装置を提供する。
【解決手段】第１、第２冷却ファン２，４をそれぞれ駆動する第１、第２電動モータ３，５と、水温センサ１０により検出された冷却媒体の温度情報に基づいて第１、第２電動モータ３，５の回転数をパルス幅変調制御するコントロールユニット６とを備えた電動ファン制御装置１において、コントロールユニット６の温度を検出する温度センサ７を有し、コントロールユニット６の温度上昇に対して第１の温度閾値と、該第１の温度閾値とコントロールユニット６の許容限度温度値との間に第２の温度閾値とを設定し、コントロールユニット６の温度が上昇して第２の温度閾値を超えたことを温度センサ７で検出した場合には、所定時間経過後に第１、第２電動モータ３，５の制御を停止する。
【選択図】図１

Description

本発明は、熱交換器内を流れる冷却媒体を冷却する冷却ファンを回転させる電動モータの駆動制御を行う電動ファン制御装置に関する。

冷却ファンを回転させてラジエータ内を流れる冷却媒体を冷却する車両のエンジン冷却システムとして、従来より、冷却媒体の温度が所定温度以上になると、電動モータをＰＷＭ（パルス幅変調）制御により駆動して冷却ファンを回転させ、冷却媒体の温度を一定に保つような制御を行う電動ファン制御装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００４−７２９７７号公報

ところで、前記特許文献１のような装置では、例えば、冷却ファンに小石や小枝等の異物が挟まってロックされ、これに伴って電動モータがロックされることで駆動不可能な状態になった場合、冷却媒体の温度が所定温度以上になると、電動モータ（冷却ファン）がロック状態にあるので、電動モータに流れる電流が増加して過電流が流れる。この際、電動モータが低デューティ比で駆動されている場合には、電動モータがロック状態にもかかわらず電動モータに電流が流れ続けることにより、電動ファン制御装置のコントロールユニット（制御回路部）を構成する電子部品等が実装された回路基板の温度が上昇していく。

このため、従来では、例えば図４に示すように、時刻ｔ１で電動モータがロックした後にコントロールユニットを構成する電子部品が実装された回路基板の温度が時間の経過とともに上昇した場合、前記回路基板の温度が所定の許容限度温度である１５０度を超えた時点で電動モータの駆動を停止させるような制御を行い、回路基板を熱から保護するようにしている。

しかしながら、このような従来の温度保護制御では、コントロールユニットを構成する電子部品が実装された回路基板が、許容限度温度に近い１４０〜１５０度の高温状態で長時間維持されることにより、回路基板上の電子部品を接合しているはんだ部の熱による熱劣化や電子部品の熱破壊等が生じるおそれがあった。

そこで、本発明は、電動モータのロック等によってコントロールユニットを構成する電子部品等が実装された回路基板の温度が上昇した場合でも、回路基板上の電子部品を接合しているはんだ部の熱による熱劣化や電子部品の熱破壊等を防止することが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。

前記目的を達成するために請求項１に係る本発明は、車両用冷却システムにおける熱交換器内を流れる冷却媒体を送風によって冷却する冷却ファンと、前記冷却ファンを駆動する電動モータと、少なくも冷却媒体温度検出センサにより検出された前記冷却媒体の温度情報に基づいて前記電動モータの回転数をパルス幅変調制御するモータ制御手段とを備えた電動ファン制御装置において、前記モータ制御手段の温度を検出するモータ制御手段温度検出センサを有し、前記モータ制御手段の温度上昇に対して第１の温度閾値と、該第１の温度閾値と前記モータ制御手段の許容限度温度値との間に第２の温度閾値とを設定し、前記モータ制御手段の温度が上昇して、該モータ制御手段の温度が前記第２の温度閾値を超えたことを前記モータ制御手段温度検出センサで検出した場合に、前記モータ制御手段は、前記モータ制御手段の温度が前記第２の温度閾値から前記許容限度温度値に達するまでの時間よりも短い所定時間が経過後に前記電動モータの制御を停止させることを特徴としている。

請求項２に係る本発明の電動ファン制御装置は、前記モータ制御手段は、前記冷却ファンからの送風を受ける位置に設置されていることを特徴としている。

請求項３に係る本発明の電動ファン制御装置は、前記冷却ファン及び前記電動モータをそれぞれ二組有し、前記二組のうちのいずれか一方の電動モータのロックにより過電流が流れることで、前記モータ制御手段の温度が上昇して前記第１の温度閾値を超えた場合には、前記二組のうちの他方の電動モータを最大回転数で駆動し、前記モータ制御手段の温度がさらに上昇して前記第２の温度閾値を超えた場合には、前記所定時間経過後に前記他方の電動モータの制御を停止させることを特徴としている。

本発明に係る電動ファン制御装置によれば、モータ制御手段の温度上昇に対して第１の温度閾値と、該第１の温度閾値とモータ制御手段の許容限度温度値との間に第２の温度閾値とを設定し、電動モータに過電流が流れた場合などにおいて、モータ制御手段の温度が上昇して第２の温度閾値を超えた場合には、モータ制御手段の温度が第２の温度閾値から許容限度温度値に達するまでの時間よりも短い所定時間が経過後に電動モータの制御を停止することにより、モータ制御手段が許容限度温度に近い高温状態におかれる時間を短くすることができる。これにより、モータ制御手段の回路基板に実装されている電子部品を接合しているはんだ部の熱による熱劣化や電子部品の熱破壊等を防止することができる。

以下、本発明を図示の実施形態に基づいて説明する。図１は、本発明の実施形態に係る電動ファン制御装置の構成を示す図であり、本実施形態では、本発明に係る電動ファン制御装置を、自動車のエンジン冷却システムにおける電動ファン制御装置に適用した例である。

図１に示すように、本実施形態に係る電動ファン制御装置１は、第１冷却ファン２を回転駆動する第１電動モータ３と、第２冷却ファン４を回転駆動する第２電動モータ５と、第１、第２電動モータ３，５をそれぞれパルス幅変調制御（以下、「ＰＷＭ制御」という）するモータ制御手段としてのコントロールユニット６と、コントロールユニット６の温度を検出する温度センサ７とを備えており、第１、第２冷却ファン２，４の前面側（図１の右側）には、エンジン冷却媒体（冷却水）を冷却する熱交換器であるラジエータ８が設置されている。このように、本実施形態の電動ファン制御装置１は、２つのファン（第１、第２冷却ファン２，４）でラジエータ８内のエンジン冷却媒体（冷却水）を冷却する構成である。

コントロールユニット６は、電源である車載のバッテリ９からイグニッション（ＩＧＮ）スイッチ（不図示）を介して電源供給を受けて動作し、第１、第２電動モータ３，５へ出力する電圧をＰＷＭ制御するものである。

コントロールユニット６は、水温センサ１０から出力される水温情報等に基づいてＰＷＭ制御するためのパルス信号を出力する制御部１１と、第１、第２電動モータ３，５をそれぞれ駆動するＭＯＳ−ＦＥＴ等の半導体スイッチング素子（不図示）を有し、制御部１１から出力される前記パルス信号に応じたデューティ比で前記各半導体スイッチング素子を駆動するＰＷＭ駆動・出力回路１２とを有している。なお、水温センサ１０は、ラジエータ８内を流れるエンジン冷却媒体の温度を検出するセンサである。

また、本実施形態では、制御部１１は、温度センサ７で検出したコントロールユニット６の回路基板（不図示）の温度情報に基づいて、コントロールユニット６の温度保護制御を行う機能も有している（詳細は後述する）。

本実施形態に係る電動ファン制御装置１は上記のように構成されており、コントロールユニット６の制御部１１は、水温センサ１０から出力される水温信号等に基づいてラジエータ６内を流れるエンジン冷却媒体の温度が所定温度以上になったと判断した場合、第１、第２電動モータ３，５をＰＷＭ制御するためのパルス信号をＰＷＭ駆動・出力回路１２に出力する。ＰＷＭ駆動・出力回路１２は、制御部１１から出力されるパルス信号に応じたデューティ比で各半導体スイッチング素子（不図示）を駆動し、第１、第２電動モータ３，５をそれぞれＰＷＭ制御する。

これにより、第１、第２電動モータ３，５は、水温センサ１０から出力される水温信号等に基づいて所定の回転速度で駆動され、第１、第２冷却ファン２，４の回転による送風によってラジエータ８内を流れるエンジン冷却媒体を冷却する。また、本実施形態では、コントロールユニット６の制御部１１、ＰＷＭ駆動・出力回路１２等を構成する回路基板（不図示）にも第１、第２冷却ファン２，４の回転による送風の一部が取り入れられるように、コントロールユニット６が設置されている。

ところで、例えば、一方の第１冷却ファン２に小石や小枝等の異物が挟まってロックされ、これに伴って第１電動モータ３がロックされることで駆動不可能な状態になった場合には、第１電動モータ３に過電流が流れる。そして、この状態が長時間継続されると、コントロールユニット６の制御部１１、ＰＷＭ駆動・出力回路１２等を構成する回路基板（不図示）の温度が上昇する。なお、他方の第２電動モータ５（第２冷却ファン４）側がロックした場合においても、同様にコントロールユニット６の回路基板の温度が上昇する。

そして、コントロールユニット６の回路基板の温度が許容限度温度に近い１４０〜１５０度の高温状態で一定時間維持されると、回路基板に搭載されている電子部品を接合しているはんだ部の熱による熱劣化や電子部品の熱破壊等が生じるおそれがある。そこで、本発明の実施形態では、温度センサ７で検出したコントロールユニット６の回路基板の温度情報に基づいて、制御部１１によりコントロールユニット６の温度保護制御を行うようにした。

以下、図２を参照して、コントロールユニット６の回路基板の温度上昇に対応したコントロールユニット６の温度保護制御について説明する。

本実施形態におけるコントロールユニット６の温度保護制御は、コントロールユニット６の回路基板の温度に応じて下記の通常制御、第１の温度保護制御、第２の温度保護制御を実行する。なお、これらの通常制御、第１の温度保護制御、第２の温度保護制御では、ヒステリシスが与えられている。本実施形態では、コントロールユニット６の回路基板の許容限度温度は１５０℃である。

〈通常制御〉
温度センサ７で検出したコントロールユニット６の回路基板の温度が０℃から１２５℃未満のときは通常制御を行う。この通常制御時においては、前記したようにＰＷＭ駆動・出力回路１２により、制御部１１から出力されるパルス信号に応じたデューティ比で半導体スイッチング素子（不図示）を駆動して第１、第２電動モータ３，５をＰＷＭ制御する。

これにより、第１、第２電動モータ３，５は、水温センサ１０から出力される水温信号等に基づいて所定の回転速度で駆動され、第１、第２冷却ファン２，４の回転による送風によってラジエータ８内を流れるエンジン冷却媒体を冷却する。また、コントロールユニット６の回路基板も第１、第２冷却ファン２，４の回転による送風によって冷却され、コントロールユニット６の回路基板の温度を１２５℃未満に維持する。

〈第１の温度保護制御〉
前記したように、例えば、一方の第１電動モータ３（第１冷却ファン２）側にロック等が生じて、第１電動モータ３側に過電流が流れる場合には、コントロールユニット６の回路基板の温度が前記正常時よりも上昇する。なお、他方の第２電動モータ５（第２冷却ファン４）側にロック等が生じた場合においても同様に、コントロールユニット６の回路基板の温度が前記正常時よりも上昇する。この際、温度センサ７で検出したコントロールユニット６の回路基板の温度が第１保護制御閾値（第１の温度閾値）である１２５℃から第２保護制御閾値（第２の温度閾値）である１４０℃未満の範囲のときは、制御部１１により第１の温度保護制御を行う。

この第１の温度保護制御では、ＰＷＭ駆動・出力回路１２は、第１の温度保護制御時に制御部９から出力されるパルス信号に応じて、デューティ比を１００％に設定して第２電動モータ５をＰＷＭ制御し、第２電動モータ５を最大回転数で駆動して第２冷却ファン４を回転させる。これにより、コントロールユニット６の回路基板も第２冷却ファン４の回転による送風によって冷却される。なお、この際、第１電動モータ３（第１冷却ファン２）側は前記したようにロック状態にある。

〈第２の温度保護制御〉
前記第１の温度保護制御を行っている間もロックしている第１電動モータ３には過電流が流れているので、コントロールユニット６の回路基板の温度は時間の経過とともに上昇する。そして、コントロールユニット６の回路基板の温度が第２保護制御閾値である１４０℃を超えると、制御部１１により第２の温度保護制御を行う。

この第２の温度保護制御では、温度センサ７で検出したコントロールユニット６の回路基板の温度が１４０℃を超えてから所定時間（例えば、１５分程度）が経過後に、第１、第２電動モータ３，５のＰＷＭ制御を停止する。なお、前記所定時間は、コントロールユニット６の温度が１４０℃（第２の温度閾値）から１５０℃（許容限度温度値）に達するまでの時間よりも大幅に短い時間である。これにより、制御部１１からＰＷＭ駆動・出力回路１２に出力するパルス信号が停止され、第１、第２電動モータ３，５への通電を停止する。

なお、前記第２の温度保護制御時において、コントロールユニット６の回路基板の温度が１４０℃を超えてから短時間で急激に温度上昇して、かりに前記所定時間が経過する前に１５０℃（許容限度温度値）に達した場合には、直ちに第１、第２電動モータ３，５のＰＷＭ制御を停止する。

このように、前記した本実施形態におけるコントロールユニット６の温度保護制御では、図３に示すように、例えば、一方の第１電動モータ３（第１冷却ファン２）にロック等が生じてコントロールユニット６の基板温度が正常時の１１５℃から上昇した場合に、コントロールユニット６の回路基板の温度が１４０℃（第２の温度閾値）を超えてから所定時間（例えば、１５分程度）が経過した時刻ｔ２に、第１、第２電動モータ３，５のＰＷＭ制御を停止する。

これにより、コントロールユニット６の回路基板の温度が１４０℃を超えた後にさらに高温の状態に維持される時間を短縮することができる。よって、例えば、一方の第１電動モータ３（第１冷却ファン２）にロック等が生じて、コントロールユニット６の回路基板の温度が上昇する異常発生時においても、コントロールユニット６の回路基板に実装されている電子部品を接合しているはんだ部の熱による熱劣化や電子部品の熱破壊等を防止して、コントロールユニット６の保護を図りながら、他方の第２電動モータ５を１００％のデューティ比で駆動してエンジン冷却を行う制御を最大限行うことが可能となる。

なお、前記実施形態では、２つのファン（第１、第２冷却ファン）でラジエータ内のエンジン冷却媒体（冷却水）を冷却する構成であったが、これ以外にも、第１冷却ファンでラジエータ内のエンジン冷却媒体（冷却水）を冷却し、第２冷却ファンでコンデンサ内のエアコン（Ａ／Ｃ）用冷媒を冷却する構成の電動ファン制御装置においても、同様に本発明を適用することが可能である。

本発明の実施形態に係る電動ファン制御装置の構成を示す図。 本発明の実施形態におけるコントロールユニットの温度保護制御を示した図。 本発明の実施形態におけるコントロールユニットの温度保護制御を行った場合のコントロールユニットの温度変化を示した図。 従来例におけるコントロールユニットの温度保護制御行った場合のコントロールユニットの温度変化を示した図。

符号の説明

１ 電動ファン制御装置
２ 第１冷却ファン
３ 第１電動モータ
４ 第２冷却ファン
５ 第２電動モータ
６ コントロールユニット（モータ制御手段）
７ 温度センサ（モータ制御手段温度検出センサ）
８ ラジエータ（熱交換器）
９ バッテリ
１０ 水温センサ（冷却媒体温度検出センサ）
１１ 制御部
１２ ＰＷＭ駆動・出力回路

Claims (3)

1. 車両用冷却システムにおける熱交換器内を流れる冷却媒体を送風によって冷却する冷却ファンと、前記冷却ファンを駆動する電動モータと、少なくも冷却媒体温度検出センサにより検出された前記冷却媒体の温度情報に基づいて前記電動モータの回転数をパルス幅変調制御するモータ制御手段とを備えた電動ファン制御装置において、
   前記モータ制御手段の温度を検出するモータ制御手段温度検出センサを有し、
   前記モータ制御手段の温度上昇に対して第１の温度閾値と、該第１の温度閾値と前記モータ制御手段の許容限度温度値との間に第２の温度閾値とを設定し、
   前記モータ制御手段の温度が上昇して、該モータ制御手段の温度が前記第２の温度閾値を超えたことを前記モータ制御手段温度検出センサで検出した場合に、前記モータ制御手段は、前記モータ制御手段の温度が前記第２の温度閾値から前記許容限度温度値に達するまでの時間よりも短い所定時間が経過後に前記電動モータの制御を停止させる、
   ことを特徴とする電動ファン制御装置。
2. 前記モータ制御手段は、前記冷却ファンからの送風を受ける位置に設置されている、
   ことを特徴とする請求項１に記載の電動ファン制御装置。
3. 前記冷却ファン及び前記電動モータをそれぞれ二組有し、前記二組のうちのいずれか一方の電動モータのロックにより過電流が流れることで、前記モータ制御手段の温度が上昇して前記第１の温度閾値を超えた場合には、前記二組のうちの他方の電動モータを最大回転数で駆動し、前記モータ制御手段の温度がさらに上昇して前記第２の温度閾値を超えた場合には、前記所定時間経過後に前記他方の電動モータの制御を停止させる、
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電動ファン制御装置。

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