JP3381594B2 - 自動車用冷却システムに用いられる電動ファン装置 - Google Patents
自動車用冷却システムに用いられる電動ファン装置Info
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Description
テムに用いられる電動ファン装置に関する。
流れる冷却媒体を冷却する自動車用冷却システムにおい
て、冷却ファンを駆動する電動モータに流れる電流を監
視し、電動モータに過電流が流れたことを検出すると、
電動モータへの通電を停止するようにしたものがある。
過電流が流れる場合としては、冷却ファンがゴミ、小石
等の異物によってロックした場合の他、冷却ファンが凍
結してロックした場合などがある。ここで、冷却ファン
の駆動要求としては、エンジン冷却からとエアコン冷媒
冷却からに大別される。そして、上記した従来のもので
は、エアコン冷媒冷却からのファン駆動要求時に、凍結
ロックによって電動モータに過電流が流れると、電動モ
ータへの通電を停止してしまうため、その後、エンジン
ルーム内の温度が上昇し、エンジン冷却からのファン駆
動要求があったとしても、電動モータを再駆動すること
ができないという問題がある。
ァンが異物あるいは凍結によりロックしているときの電
動モータの通電制御を適切に行うことを目的とする。
め、請求項1に記載の発明においては、冷却ファン
(1)が設置された環境での雰囲気温度を検出する雰囲
気温センサ(13)と、電動モータ(2)に流れる電流
が過電流であることを検出すると、電動モータに流れる
電流を制限し、雰囲気温センサによって検出された雰囲
気温度が所定温度以上になっても電動モータに流れる電
流が過電流であることを検出しているときにはその状態
が異物ロック判定の監視時間である一定時間継続する
と、電動モータへの通電を停止するモータ制御手段(1
0)を備えたことを特徴としている。
していた場合には、雰囲気温度が所定温度以上になるま
で電動モータへの通電を維持しているため、その後の温
度上昇によって凍結ロックが解消されれば、定常の動作
状態にすることができる。また、雰囲気温度が所定温度
以上になっても電動モータに流れる電流が過電流である
ことを検出しているときにはその状態が異物ロック判定
の監視時間である一定時間継続すると、異物によるロッ
クであるとして、電動モータへの通電を停止する。従っ
て、冷却ファンが異物あるいは凍結によりロックしてい
るときの電動モータの通電制御を適切に行うことができ
る。
2に記載の発明ように、雰囲気温度が所定温度になった
ときに、前記一定時間内で冷却ファンの解凍が終了でき
る温度に設定することができる。従って、凍結ロックで
あれば、少なくとも雰囲気温度が所定温度になった後の
前記一定時間内で冷却ファンの解凍が終了できているた
め、過電流検出による通電停止を行わないようにするこ
とができる。
に記載の発明のように、電動モータへの通電制御を行う
ための回路素子を搭載した回路基板(12)上に設ける
ようにすることができる。このようにすれば、モータ制
御手段を構成する回路素子と雰囲気温センサとを同一回
路基板に搭載することができるため、雰囲気温センサを
別の場所に設けた場合に比べ構成を簡単にすることがで
きる。
実施形態記載の具体的手段との対応関係を示すものであ
る。
電動ファン装置の取り付け構造を示す。電動ファン装置
は、冷却ファン1と、この冷却ファン1を駆動する電動
モータ2を備えている。冷却ファン1によって発生する
冷却風の上流側には、エアコン(A/C)用冷媒を冷却
する熱交換器であるコンデンサ3、およびエンジン冷却
水を冷却する熱交換器であるラジエータ4が配設されて
いる。
って駆動制御される。このモータ制御装置10は、図2
に示すように、電動モータ2への通電制御を行うための
回路素子、すなわ後述する各回路101〜110を構成
する回路素子が回路基板12の一方の面に搭載され、回
路基板12の他方の面に放熱フィン11が取り付けられ
た構成となっている。なお、図では、後述するMOSト
ランジスタ101がヒートシンク14を介して回路基板
12に取り付けられている状態を示している。また、回
路基板12の一方の面には雰囲気温センサ13が取り付
けられており、この雰囲気温センサ13は、冷却ファン
1が設置された環境での雰囲気温度を検出する。
示す。モータ制御装置10は、車載バッテリ5から図示
しないイグニッションスイッチを介した電源供給を受け
て動作し、エンジン制御ECU20から出力されるファ
ン駆動信号に基づいて電動モータ2の通電制御を行う。
すなわち、エンジン制御ECU20は、エンジン制御を
行うに必要な各種センサ信号を取り込んでエンジン制御
を行うとともに、エンジン冷却からの駆動要求、エアコ
ン冷媒冷却からの駆動要求に応じたファン駆動信号を出
力し、モータ制御装置10は、そのファン駆動信号に基
づいて電動モータ2の通電制御を行う。なお、エンジン
制御ECU20に入力される各種センサ信号としては、
エンジン冷却水の温度を検出する水温センサ21、外気
温を検出する外気温センサ22、車速を検出する車速セ
ンサ23、A/Cスイッチ24などが含まれている。
U20からのファン駆動信号に基づいて、電動モータ2
をパルス幅変調(PWM)制御する。このため、モータ
制御装置10は、電動モータ2を駆動する半導体スイッ
チング素子としてのMOSトランジスタ101と、エン
ジン制御ECU20からのファン駆動信号に基づきその
ファン駆動信号に応じた電圧レベルの信号を出力する信
号処理回路102と、信号処理回路102からの信号に
応じたデューティ比でMOSトランジスタ101を駆動
する駆動回路103と、MOSトランジスタ101のス
イッチング時の伝導ノイズの発生を防止するために設け
られた平滑回路104と、逆起電力吸収用のダイオード
105とを備えている。
2に流れる電流が過電流になったときに、電動モータ2
に流れる電流を制限し、所定タイミングで電動モータへ
の通電を停止する機能を有している。このため、モータ
制御装置10は、モータ印加電圧を検出するモータ電圧
検出回路106と、モータ印加電圧とモータ電流とから
電動モータ2に流れる電流が過電流になったことを検出
するとハイレベル信号を出力する過電流検出回路107
と、雰囲気温センサ13からの信号により雰囲気温度が
所定温度TM 以上のときにハイレベル信号を出力する温
度検出回路108と、過電流検出回路107と温度検出
回路108からの信号の論理積をとるANDゲート10
9と、ANDゲート109の出力がハイレベルになった
とき一定時間後にハイレベル信号を出力する時間処理回
路(遅延回路)110とを備えている。
合、電動モータ2の両端電圧は、MOSトランジスタ1
01のオン、オフによって変化するため、モータ電圧検
出回路106は、電動モータ2の両端電圧を平滑化して
モータ印加電圧を検出するように構成されている。ま
た、電動モータ2に流れるモータ電流、すなわちMOS
トランジスタ21に流れる電流は、図4に示すように、
モータ印加電圧に比例しており、ロック時に電動モータ
2に流れるロック電流は、定常動作時に比べて増大する
ため、過電流検出回路107は、モータ電流がモータ印
加電圧に対するロック検出用しきい値を超えたときに過
電流検出を行いハイレベル信号を出力する。なお、本実
施形態では、後述する発振回路103aからの発振信号
に基づきMOSトランジスタ101がオンした時のドレ
イン電圧からモータ電流を検出するようにしている。ま
た、ロック検出用しきい値はモータ印加電圧に比例して
増大するものに限らず、所定のモータ印加電圧以上で一
定値に制限されるものであってもよい。
号が出力されると、駆動回路103は電動モータ2に流
れる電流を制限する。図5に、駆動回路103の具体的
な構成を示す。駆動回路103は、三角波信号を出力す
る発振回路103aと、その三角波信号と信号処理回路
102から出力される信号を比較して、信号処理回路1
02から出力される信号のレベルに応じたデューティ比
の信号を出力するコンパレータ103bと、コンパレー
タ103bの出力をMOSトランジスタ101のゲート
に印加するバッファ103cを備え、信号処理回路10
2から出力される信号、すなわちエンジン制御ECU2
0から出力されるファン駆動信号に応じたデューティ比
でMOSトランジスタ101を通電制御する。また、駆
動回路103は、抵抗分割により基準電圧を発生する基
準電圧発生回路103dと、スイッチ回路103eを備
えている。そして、過電流検出回路107から過電流検
出によってハイレベルの信号が出力されると、スイッチ
回路103eは基準電圧発生回路103dからの基準電
圧をコンパレータ103bに出力する。このことによ
り、MOSトランジスタ101は一定のデューティ比で
駆動される。このとき、基準電圧発生回路103dから
の基準電圧を、モータ電流がロック検出用しきい値と等
しい電流になるように設定しておくことにより、電動モ
ータ2に流れる電流を所定値に制限することができる。
可能性があるかどうかを調べるために雰囲気温センサ1
3および温度検出回路108が設けられている。温度検
出回路108は、雰囲気温センサ13によって検出され
た雰囲気温度が所定温度TM(例えば50℃)より低い
ときにローレベル信号を出力する。この場合、ANDゲ
ート109の出力はローレベルのままであるため時間処
理回路110の出力もローレベルの状態を維持する。時
間処理回路110の出力は駆動回路103において電動
モータ2への通電を停止するために用いられるが、時間
処理回路110の出力がローレベルのときには電動モー
タ2への通電が維持されるため、雰囲気温センサ13に
よって検出された雰囲気温度が所定温度TM より低い間
は電動モータ2への電流制限状態が維持される。この場
合、雰囲気温度が低く電動モータ2の内部温度も低いた
め、電動モータ2の内部温度が使用限界温度に達するこ
とはない。
内の温度上昇により、冷却ファン1の凍結ロックが解消
されると、電動モータ2に過電流が流れなくなるため、
電動モータ2は定常状態で動作する。しかし、エンジン
ルーム内の温度上昇により、雰囲気温センサ13によっ
て検出された雰囲気温度が所定温度TM 以上になり、温
度検出回路108からハイレベル信号が出力されたと
き、過電流検出回路107から依然としてハイレベル信
号が出力されていると、ANDゲート109の出力がハ
イレベルになり、時間処理回路110から一定時間tL
後にハイレベル信号が出力される。駆動回路103は、
図5に示すように、フリップフロップ103fとトラン
ジスタ103gを備えており、時間処理回路110から
ハイレベル信号が出力されると、フリップフロップ10
3fがセットされ、そのQ端子からの出力信号によりト
ランジスタ103gがオンする。このことによりコンパ
レータ103bの非反転入力端子の電圧が0Vになるた
め、コンパレータ103bの出力がローレベルになり、
MOSトランジスタ101がオフし、電動モータ2への
通電が停止される。すなわち、この場合には、凍結ロッ
クでなく異物によるロックであるとして、電動モータ2
ヘの通電を停止する。
ル信号が出力されたときにおいて、雰囲気温センサ13
によって検出された雰囲気温度が所定温度TM 以上であ
って温度検出回路108からハイレベル信号が出力され
ているときには、時間処理回路110による一定時間t
L 経過後に、電動モータ2ヘの通電を停止する。なお、
図5に示すフリップフロップ103fは、イグニッショ
ンスイッチがオンしたことを検出する図示しないイグニ
ッション検出回路からのリセット信号により、あるいは
エンジン制御ECU20からファン駆動信号の出力開始
時に出力されるリセット信号によりリセットされる。
設定される。図6に、冷却ファン装置の正面図を示す。
図において、6は冷却ファン1を収納するファンシュラ
ウド、7は電動モータ2を支持する支持ステーである。
冷却ファン1とファンシュラウド6の間にはクリアラン
スDwが設定されており、そのクリアランスDwに応じ
て冷却ファン1とファンシュラウド6の間に形成される
水膜(図のハッチングで示した部分)の最大長さlが特
定される。図7に、クリアランスDwと水膜の最大長さ
lの関係を示す。この関係から、例えば、クリアランス
Dwが2.5mmの場合、水膜の最大長さlを37mm
に設定することができる。水膜の最大長さlを37mm
とし、そのすべてが氷結したとき、雰囲気温度に対する
解凍時間の関係は、図8に示すようになる。この関係か
ら、所定温度TM は50℃に設定される。すなわち、雰
囲気温度が50℃であれば、上記した時間処理回路11
0による一定時間tL 内に冷却ファン1の解凍を行うを
行うことができる。換言すれば、50℃という温度は、
凍結していても時間処理回路110による一定時間tL
内に瞬時に解凍できる温度ということになる。
間tL 、すなわち異物ロック判定の監視時間tL は次の
ようにして設定される。図9に、モータ起動時間に対す
るモータ電流の変化を示す。モータ起動直後は突入電流
が発生するため、それによる誤検出で通電停止しないよ
うに、監視時間tL の最小値が設定される。また、図1
0に、ロック時の電流印加時間に対するモータ内部温度
の関係を示す。ロック時の電流印加時間が長くなると、
電動モータ2の内部温度が上昇する。電動モータ2の内
部温度がモータ使用限界温度に達する直前が監視時間t
L の最大値となる。従って、上記した最小値と最大値の
間において監視時間tL が設定され、例えば3.2秒に
設定することができる。
置10において、電動モータ2に流れる電流が過電流で
あることを検出すると、電動モータ2に流れる電流を制
限し、雰囲気温センサ13によって検出された雰囲気温
度が所定温度TM 以上になっても電動モータ2に流れる
電流が過電流であることを検出すると、電動モータ2へ
の通電を停止する。このことにより、冷却ファン1が凍
結ロックしていた場合には、過電流検出によって直ちに
電動モータ2への通電を停止するのでなく、雰囲気温度
が所定温度TM 以上になるまで電動モータ2への通電を
維持しているため、その後の温度上昇によって凍結ロッ
クが解消されれば、定常の動作状態になる。
には、雰囲気温度が所定温度TM 以上であっても電動モ
ータ2に流れる電流が過電流であることが検出されるた
め、このときには電動モータ2への通電が直ちに停止さ
れる。なお、上記した実施形態に対し、モータ制御装置
10にマイクロコンピュータ等のコンピュータ手段を有
して構成することもできる。この場合、図11のフロー
チャートに示すようにして処理が行われる。すなわち、
エンジン制御ECU20からファン駆動信号が入力され
たことを判定すると(ステップS1)、そのファン駆動
信号に応じてMOSトランジスタ101をPWM制御す
る(ステップS2)。そして、モータ電圧検出回路10
6によって検出されたモータ印加電圧およびモータ電流
から、電動モータ2に流れる電流が過電流になった否か
を判定し(ステップS3)、過電流になったことを判定
すると、MOSトランジスタ101を一定のデューティ
比で駆動して電動モータ2に流れる電流を制限する(ス
テップS4)。そして、雰囲気温センサ13からの信号
により、雰囲気温度が所定温度TM 以上であるか否かを
判定し(ステップS5)、雰囲気温度が所定温度T M よ
り低い間は、過電流を判定していると、電流制限状態を
維持する。そして、雰囲気温度が所定温度TM 以上にな
ると、監視時間tL が経過したか否かを判定し(ステッ
プS6)、監視時間tL が経過したことを判定すると、
MOSトランジスタ101への通電を停止する(ステッ
プS7)。
の電動モータを対象として制御を行うものを示したが、
2つ以上の電動モータを対象として同様の制御を行うよ
うにしてもよい。
り付け構造を示す図である。
子を搭載した回路基板12の構成を示す図である。
る。
す図である。
図である。
が形成される状態を示す図である。
アランスに対する水膜の最大長さの関係を示す図であ
る。
ある。
す図である。
の関係を示す図である。
理を示すフローチャートである。
…ラジエータ、10…モータ制御装置、13…雰囲気温
センサ、20…エンジン制御ECU。
Claims (3)
- 【請求項1】 自動車用冷却システムにおける熱交換器
(3、4)に送風を行う冷却ファン(1)と、 前記冷却ファンを駆動する電動モータ(2)と、 前記電動モータへの通電を制御するモータ制御手段(1
0)と、 前記冷却ファンが設置された環境での雰囲気温度を検出
する雰囲気温センサ(13)とを備え、 前記モータ制御手段は、前記電動モータに流れる電流が
過電流であることを検出すると、前記電動モータに流れ
る電流を制限し、前記雰囲気温センサによって検出され
た雰囲気温度が所定温度以上になっても前記電動モータ
に流れる電流が過電流であることを検出しているときに
はその状態が異物ロック判定の監視時間である一定時間
継続すると、前記電動モータへの通電を停止するもので
あることを特徴とする電動ファン装置。 - 【請求項2】 前記所定温度は、前記雰囲気温度が前記
所定温度になったときに、前記一定時間内で前記冷却フ
ァンの解凍が終了できる温度に設定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装置。 - 【請求項3】 前記モータ制御手段は、前記電動モータ
への通電制御を行うための回路素子を搭載した回路基板
(12)を有し、この回路基板は前記熱交換器を通過し
た空気を受ける位置に配設されており、前記雰囲気温セ
ンサは前記回路基板上に設けられていることを特徴とす
る請求項1または2に記載の電動ファン装置。
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