JP4442006B2 - 車両用冷却ファンの制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、モータにより回転される車両用冷却ファンの制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両（例えば自動車）には、エンジンのラジエータおよびエアコンディショナーのコンデンサなどを冷却するために冷却ファンが設けられており、従来からこの冷却ファンを（ブラシ付きの）直流モータで駆動することが行われている。この冷却システムを用いると、冷却ファンをエンジンの出力軸に連結して回転駆動する構成とは異なり、エンジンの回転状態に依存することなく冷却ファンの駆動、停止、回転速度の設定などを行うことができるようになる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記冷却ファンを回転させるモータは、バッテリから電力の供給を受けて駆動されるので、上記エンジン駆動の場合に比べ、バッテリの充放電収支すなわち車両における発電電力と消費電力との電力収支が悪化してしまう。このため、近年では、（ブラシ付きの）直流モータに替えて、よりモータ効率の高いブラシレスモータを採用することが提案されている。しかし、この場合であっても、冷却ファンを回転させるために消費される電力を大きく低減することは難しく、車両における電力収支の改善が望まれていた。
【０００４】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、モータを用いて車両用冷却ファンを駆動するものにおいて、車両における電力収支を改善することができる車両用冷却ファンの制御装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明によれば、例えば車両が走行することにより車両用冷却ファンに風（走行風）が与えられ、その走行風によって車両用冷却ファンが回転しているような場合、回生装置がその回転に伴ってモータから出力される発電エネルギーを回生するので、たとえ車両用冷却ファンをモータ駆動する構成であっても車両における電力収支を改善することができる。特に車両の場合には、自然風を受けるものとは異なり、車両の走行に伴う比較的強い走行風を受けるので、その走行風による車両用冷却ファンの回転エネルギーは大きく、従って大きな回生エネルギーを得ることができる。
制御回路は、上記駆動通電信号の非出力時において、モータから発電エネルギーを回生するための回生通電信号を出力する。制御回路は、ブリッジ回路構成を持つインバータ回路の上アームスイッチング素子に対しオフ信号を与えるとともに、下アームスイッチング素子に対し所定の周波数および所定のデューティ比を有するスイッチング信号を与えることによって、昇圧動作と回生動作とを同時に実行する。
すなわち、下アームスイッチング素子がオンすると、モータの誘起電圧により下アームスイッチング素子を通してステータ巻線に電流が流れ、下アームスイッチング素子がオフすると、その電流が上アーム側の還流ダイオードを通してインバータ回路の入力側に戻される。この手段によれば、モータの回転速度すなわち誘起電圧が低い場合であっても、その誘起電圧を昇圧しつつ回生することが可能となる。
【０００６】
また、回生装置は、回転速度検出手段により検出された回転速度が所定値以上である場合に、モータから出力される発電エネルギーを回生するので、ある程度の回生エネルギーが見込まれる場合つまり車両における電力収支が実効的に改善される場合に限り回生動作を実行することができる。
【０００７】
請求項２記載の発明によれば、回生装置は、モータから回生した発電エネルギーを電力貯蔵手段（例えばバッテリ）に貯蔵（充電）するので、回生される発電エネルギーが車両速度など車両の走行状態の変化に応じて刻々と変化する場合であっても、その回生されたエネルギーを有効に利用することが可能となる。また、回生装置は、電力貯蔵手段が満貯蔵状態でないことを条件として回生エネルギーを貯蔵するので、電力貯蔵手段において過剰な貯蔵状態が発生することを防止できる。
【０００８】
請求項３記載の発明によれば、請求項１記載の発明と同様に、走行風などによって車両用冷却ファンが回転している場合、駆動装置がその回転に伴ってモータから出力される発電エネルギーを回生するので、たとえ車両用冷却ファンをモータ駆動する構成であっても車両における電力収支を改善することができる。また、本発明によれば、モータを駆動する駆動装置が発電エネルギーの回生機能を備えているので、別に回生装置を設ける構成に比べて構成が簡単になるとともにコストを下げることができる。
制御回路は、例えば車両用冷却ファンの駆動指令が入力されると、インバータ回路を構成するスイッチング素子に対してモータを駆動するための駆動通電信号を出力する。また、制御回路は、上記駆動通電信号の非出力時において、モータから発電エネルギーを回生するための回生通電信号を出力する。
制御回路は、ブリッジ回路構成を持つインバータ回路の上アームスイッチング素子に対しオフ信号を与えるとともに、下アームスイッチング素子に対し所定の周波数および所定のデューティ比を有するスイッチング信号を与えることによって、昇圧動作と回生動作とを同時に実行する。
すなわち、下アームスイッチング素子がオンすると、モータの誘起電圧により下アームスイッチング素子を通してステータ巻線に電流が流れ、下アームスイッチング素子がオフすると、その電流が上アーム側の還流ダイオードを通してインバータ回路の入力側に戻される。この手段によれば、モータの回転速度すなわち誘起電圧が低い場合であっても、その誘起電圧を昇圧しつつ回生することが可能となる。
また、駆動装置は、回転速度検出手段により検出された回転速度が所定値以上である場合に、モータから出力される発電エネルギーを回生するので、ある程度の回生エネルギーが見込まれる場合つまり車両における電力収支が実効的に改善される場合に限り回生動作を実行することができる。
【０００９】
また、請求項４記載の発明によれば、請求項２記載の発明と同様の作用および効果を得ることができる。
【００１０】
請求項５記載の発明によれば、車両用冷却ファンを回転させるモータとして、比較的モータ効率の良いブラシレスモータを用いたので、車両における電力収支を一層改善することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は、車両（ここでは自動車）において用いられるファン制御装置の電気的構成を示している。この図１において、ファン制御装置１は、冷却ファン２（車両用冷却ファンに相当）を回転させるブラシレスモータ３と、基板上に形成されブラシレスモータ３を制御する駆動回路４（駆動装置に相当）が、図示しないケーシングに収納された状態に構成されている。
【００１５】
冷却ファン２は、車両用エアコンの冷媒が通過するコンデンサ５およびエンジン冷却水が通過するラジエータ６を冷却するものであって、上記ファン制御装置１、冷却ファン２、コンデンサ５およびラジエータ６は、車両の前部に配置されている。このため、車両が走行して前方から走行風を受けると、その走行風はコンデンサ５、ラジエータ６を順に通過してこれらの冷却に寄与し、その後冷却ファン２に与えられるようになっている。
【００１６】
この駆動回路４の電源端子４ａおよび４ｂは、それぞれ車両に搭載されたバッテリ７（電力貯蔵手段に相当）の正側端子および負側端子（アース端子）に接続されており、駆動回路４の入力端子４ｃはイグニッションスイッチ８を介してバッテリ７の正側端子に接続されている。また、駆動回路４の入力端子４ｄおよび４ｅには、それぞれファン制御装置１の外部に設けられたエンジン制御装置９から、ブラシレスモータ３（つまり冷却ファン２）の回転速度を指令する制御信号Ｓａおよびバッテリ７が満充電状態か否かを示す充電状態信号Ｓｂが入力されるようになっている。
【００１７】
上記ブラシレスモータ３は、例えば三相６極構造をなし、巻線３ｕ、３ｖ、３ｗが巻回されてなるステータ（図示せず）と、永久磁石が配設されてなるロータ３ｒとから構成されている（図１では２極構造として示している）。そして、そのロータ３ｒの回転軸には上記冷却ファン２が取り付けられている。巻線３ｕ、３ｖ、３ｗの各端子は、それぞれ駆動回路４の出力端子４ｆ、４ｇ、４ｈに接続されている。
【００１８】
また、上記ケーシング内において、ロータ３ｒは駆動回路４が形成される基板上面に面して配設されており、その基板上にはロータ３ｒの磁極位置を検出するためのホールセンサなどからなる位置センサ１０ａ、１０ｂ、１０ｃが取り付けられている。
【００１９】
駆動回路４は、上記位置センサ１０ａ、１０ｂ、１０ｃに加え、フィルタ回路１１、インバータ回路１２、および制御用にカスタム化されたワンチップのＩＣ１３（制御回路に相当）から構成されている。この駆動回路４において、電源端子４ａは、コンデンサ１１ａ、１１ｂとリアクトル１１ｃとからなるπ型のフィルタ回路１１を介して正側電源線１４に接続され、電源端子４ｂは、負側電源線１５に接続されている。
【００２０】
インバータ回路１２は、Ｎチャネル型のＭＯＳＦＥＴ１６〜２１（スイッチング素子に相当）と還流ダイオード２２〜２７とが正側電源線１４と負側電源線１５との間に三相ブリッジ接続された電圧型インバータ回路の構成を有している。本実施形態のようにスイッチング素子としてＭＯＳＦＥＴを用いる場合、還流ダイオード２２〜２７はそれぞれＭＯＳＦＥＴ１６〜２１の各素子内に内蔵されている。ここで、ＭＯＳＦＥＴ１６〜１８と還流ダイオード２２〜２４とが上アームを構成し、ＭＯＳＦＥＴ１９〜２１と還流ダイオード２５〜２７とが下アームを構成している。Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各出力端子は、それぞれ上記出力端子４ｆ、４ｇ、４ｈに接続されている。
【００２１】
なお、上記フィルタ回路１１は、インバータ回路１２のスイッチングに伴って正側電源線１４および負側電源線１５に流れる電流が、電源端子４ａ、４ｂを介してバッテリ７に流れることを抑制するために設けられている。これにより、バッテリ７に接続された他の機器がインバータ回路１２のスイッチングノイズにより誤動作することを防止できる。
【００２２】
図２は、ＩＣ１３の電気的構成をブロック図として示したものである。この図２および上記図１において、ＩＣ１３の端子１３ａおよび１３ｂは電源端子であって、それぞれ正側電源線１４および負側電源線１５に接続されている。ＩＣ１３は電源回路２８を備えている。この電源回路２８は、端子１３ａ、１３ｂを介してバッテリ７から供給された電源電圧（例えば１２Ｖ）を後述する各回路に供給するとともに、その電源電圧をチャージポンプ回路により例えば２４Ｖにまで昇圧して後述するインバータ駆動回路２９に与えるようになっている。この昇圧電圧は、上アーム側のＭＯＳＦＥＴ１６〜１８のゲートを駆動するために用いられる。
【００２３】
この電源回路２８は、スタンバイ機能を備えており、端子１３ｃ（および駆動回路４の入力端子４ｃ）を介してイグニッションスイッチ８のオンオフ状態を入力するようになっている。そして、電源回路２８は、イグニッションスイッチ８がオフ状態の場合には、インバータ駆動回路２９を含めた各回路への電圧供給を遮断して、各回路に流れる暗電流（スタンバイ電流）をカットする構成となっている。
【００２４】
ＩＣ１３の端子１３ｄ、１３ｅは、それぞれ駆動回路４の入力端子４ｄ、４ｅに接続されている。入力処理回路３０は、制御信号Ｓａを受信するインターフェース回路であって、アナログ信号の制御信号Ｓａをディジタル信号の速度指令信号Ｓｃに変換して演算回路３１に出力するようになっている。また、入力処理回路３０は、エンジン制御装置９から制御信号Ｓａを受信している場合（すなわちブラシレスモータ３を駆動するように指令されている場合）にあっては、論理積演算を行う論理回路３２に対してＬレベルの指令状態信号Ｓｄを出力し、制御信号Ｓａを受信していない場合（すなわちブラシレスモータ３を駆動するように指令されていない場合）にあっては、論理回路３２に対してＨレベルの指令状態信号Ｓｄを出力するようになっている。
【００２５】
監視回路３３は、充電状態信号Ｓｂを受信するインターフェース回路であって、バッテリ７が満充電状態の場合（ＳｂがＬレベル）にあっては、論理回路３２に対してＬレベル（不許可）の充電許可信号Ｓｅを出力し、バッテリ７が満充電状態でない場合（ＳｂがＨレベル）にあっては、論理回路３２に対してＨレベル（許可）の充電許可信号Ｓｅを出力するようになっている。
【００２６】
論理回路３２は、上述の指令状態信号Ｓｄと充電許可信号ＳｅとがともにＨレベルにある場合に、回生制御回路３４に対してＨレベルの回生許可信号Ｓｆを出力し、それ以外の場合にＬレベルの回生許可信号Ｓｆを出力するようになっている。また、回生制御回路３４は、回生許可信号ＳｆがＨレベルの場合に限り、演算回路３１に対して、ブラシレスモータ３から発電エネルギーを回生するように指令するＨレベルの回生制御信号Ｓｇを出力するようになっている。
【００２７】
その演算回路３１は、速度指令信号Ｓｃが入力された場合（この場合、回生制御信号ＳｇはＬレベル）、ブラシレスモータ３を回転駆動するための通電信号Ｓup、Ｓvp、Ｓwp、Ｓun、Ｓvn、Ｓwn（駆動通電信号に相当）を生成する。また、演算回路３１は、Ｈレベルの回生制御信号Ｓｇが入力された場合（この場合、速度指令信号Ｓｃは入力されない）、ブラシレスモータ３から発電エネルギーを回生するための通電信号Ｓup、Ｓvp、Ｓwp、Ｓun、Ｓvn、Ｓwn（回生通電信号に相当）を生成する。これら通電信号Ｓup〜Ｓwnは、それぞれインバータ駆動回路２９および端子１３ｆ〜１３ｋを介して、インバータ回路１２を構成するＭＯＳＦＥＴ１６〜２１のゲートに与えられるようになっている。
【００２８】
また、位置センサ１０ａ、１０ｂ、１０ｃから出力された位置信号Ｈａ、Ｈｂ、Ｈｃは、端子１３ｌ、１３ｍ、１３ｎを介してＩＣ１３に入力され、ＩＣ１３内の位置検出処理回路３５において所定の電圧レベルを持つ矩形波となるように波形整形された後、演算回路３１に与えられるようになっている。なお、上記演算回路３１は、回転速度検出手段に相当し、波形整形された後の位置信号Ｈａ、Ｈｂ、Ｈｃに基づいて、ブラシレスモータ３の回転速度を検出するようになっている。
【００２９】
次に、本実施形態の作用について図３ないし図１０も参照しながら説明する。
図３は、ハードウェアとして構成されるＩＣ１３の動作をフローチャートの形式で表したものである。従って、各ステップに示す処理を行う主体は、ＩＣ１３内に形成された何れかの回路であって、各ステップの処理はソフトウェアではなくハードウェアにより実行される。なお、ＩＣ１３をＣＰＵを主体とした構成としても良く、この場合にはＣＰＵが記憶手段（例えばＲＯＭ）に記憶された制御プログラムに従って図３に示す処理を実行する。
【００３０】
まず、電源回路２８は、スタンバイ機能として、イグニッションスイッチ８がオンかどうかを監視している（ステップＳ１）。この監視処理は、以下に述べる各ステップとは独立して電源回路２８によって常に実行されるようにしても良い。電源回路２８は、イグニッションスイッチ８がオンでない場合（ＮＯの場合）、各回路への電圧供給を遮断した状態で、イグニッションスイッチ８がオンされるまで待機（スタンバイ）する。これに対し、イグニッションスイッチ８がオンされていると（ＹＥＳの場合）、電源回路２８は、各回路に対しバッテリ電圧を供給するとともにインバータ駆動回路２９に対し昇圧電圧を供給し、駆動回路４は動作可能な状態となる。
【００３１】
この状態において、演算回路３１は、入力処理回路３０から速度指令信号Ｓｃを入力したかどうか、つまり駆動回路４がエンジン制御装置９から制御信号Ｓａを受信したかどうかを監視している（ステップＳ２）。そして、制御信号Ｓａを受信した場合（ＹＥＳの場合）、演算回路３１は、制御信号Ｓａ（速度指令信号Ｓｃ）に従ってブラシレスモータ３を駆動制御する（ステップＳ３）。
【００３２】
この場合、演算回路３１は、位置検出処理回路３５から出力される位置信号Ｈａ、Ｈｂ、Ｈｃに基づいてブラシレスモータ３の回転速度を検出する。そして、演算回路３１は、この検出回転速度と速度指令信号Ｓｃにより示される指令回転速度との差分である速度偏差に基づいてＰＷＭ制御におけるデューティ比を決定し、１２０°通電方式に従った駆動通電信号Ｓup〜Ｓwnを生成する。なお、本実施形態では、下アーム側のＭＯＳＦＥＴ１９〜２１に対してＰＷＭ制御を実施している。
【００３３】
図４は、モータ駆動制御時において位置センサ１０ａ、１０ｂ、１０ｃから出力される位置信号Ｈａ、Ｈｂ、Ｈｃの波形と巻線３ｕ、３ｖ、３ｗに印加される電圧波形（ＰＷＭデューティ１００％）とを示している。
【００３４】
図３に示すステップＳ２において制御信号Ｓａを受信していない場合（ＮＯの場合）、演算回路３１は回生制御回路３４からＨレベルの回生制御信号Ｓｇを入力したかどうかを監視している（ステップＳ４）。この回生制御信号Ｓｇは、エンジン制御装置９から制御信号Ｓａを受信しておらず、且つエンジン制御装置９からＨレベルの（つまりバッテリ７が満充電状態でないことを示す）充電状態信号Ｓｂを受信している条件の下で、Ｈレベル（充電許可）になる。ここで、回生制御信号ＳｇがＬレベルの場合（ＮＯの場合）には、上述したステップＳ１以降の処理が繰り返される。
【００３５】
さて、車両が走行すると走行風が発生し、その走行風によってコンデンサ５およびラジエータ６が冷却される。さらに、走行風が冷却ファン２に当たると冷却ファン２が回転し、それに伴ってブラシレスモータ３のロータ３ｒも回転する。その結果、走行風による冷却ファン２の回転エネルギー（機械エネルギー）が、ブラシレスモータ３の発電エネルギー（電気エネルギー）に変換される。
【００３６】
そこで、回生制御信号ＳｇがＨレベルの場合（ステップＳ４においてＹＥＳの場合）には、演算回路３１は、位置信号Ｈａ、Ｈｂ、Ｈｃに基づいてブラシレスモータ３の回転速度を検出し、その検出回転速度が所定値以上であるかどうかを監視する（ステップＳ５）。そして、演算回路３１は、検出回転速度が所定値以上の場合（ＹＥＳの場合）には、ブラシレスモータ３から発電エネルギーを回生する回生制御を実行し（ステップＳ６）、検出回転速度が所定値未満の場合（ＮＯの場合）には、上述したステップＳ１以降の処理が繰り返される。
【００３７】
ここで、ブラシレスモータ３の回転速度が所定値以上の場合に限り回生制御を実行するのは、回生制御の実行にも電力を要するため、十分な回生エネルギーが得られない低回転数状態で回生制御を実行すると、かえってファン制御装置１の消費電力が増加してしまうためである。
【００３８】
演算回路３１は、具体的に以下のようにして回生制御を実行する。すなわち、演算回路３１は、上アーム側のＭＯＳＦＥＴ１６〜１８を全てオフとし、下アーム側のＭＯＳＦＥＴ１９〜２１を所定周波数および所定デューティ比を持つ同一のスイッチング信号でオンオフさせる通電信号Ｓup〜Ｓwnを生成する。
【００３９】
ブラシレスモータ３が回転している状態において、下アーム側のＭＯＳＦＥＴ１９〜２１をオンすると、ブラシレスモータ３の誘起電圧によってロータ３ｒの位置に応じた相（以下、特定相と称す）の下アーム側のＭＯＳＦＥＴを介してその特定相の巻線に電流が流れる。その後、ＭＯＳＦＥＴ１９〜２１をオフすると、上記特定相の上アーム側の還流ダイオードがオンとなり、特定相の巻線に流れる電流がその還流ダイオードおよび正側電源線１４、フィルタ回路１１を通してバッテリ７に流れ込む。つまり、ブラシレスモータ３の巻線３ｕ、３ｖ、３ｗを利用した昇圧チョッパ動作と回生動作とが同時に行われることになり、ブラシレスモータ３からバッテリ７に対し発電エネルギーの回生が行われる。
【００４０】
続いて、この回生制御についての試験結果について説明する。
図５および図６は、図７に示す試験回路を用いて行った回生制御の試験結果を示している。このうち図５は、スイッチング周波数と回生電圧との関係を示しており、図６（ａ）、（ｂ）は、それぞれスイッチング周波数が２００Ｈｚ、５００Ｈｚにおける回生電圧波形を示している。
【００４１】
まず、図７に示す試験回路は、上述した位置センサ１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、フィルタ回路１１、インバータ回路１２、発振回路３６およびインバータ制御回路３７から構成される回生回路３８を備え、その端子３８ａ、３８ｂとの間に抵抗３９（抵抗値３０Ω）と電圧計４０とが並列に接続され、その端子３８ｃ、３８ｄ、３８ｅにそれぞれブラシレスモータ３の巻線３ｕ、３ｖ、３ｗが接続されている。
【００４２】
インバータ回路１２において、上アーム側のＭＯＳＦＥＴ１６〜１８の各ゲートは端子３８ｂに接続されており、ＭＯＳＦＥＴ１６〜１８は常にオフ状態とされている。また、下アーム側のＭＯＳＦＥＴ１９〜２１の各ゲートには、発振回路３６から出力される方形波状の共通のスイッチング信号がインバータ制御回路３７を介して与えられるようになっている。このインバータ制御回路３７には、位置信号Ｈａ、Ｈｂ、Ｈｃが入力されている。また、図示しないモータによりブラシレスモータ３を強制的に回転させるようになっている。
【００４３】
試験は、以下の条件（Ａ）により実施した。
スイッチング信号のデューティ比：５０％
ブラシレスモータ３の回転速度 ：１５００ｒｐｍ
ブラシレスモータ３の定格電力 ：２４０Ｗ
巻線３ｕ〜３ｗのインダクタンス：７３μＨ
【００４４】
この試験の結果、図５に示すように、ＭＯＳＦＥＴ１９〜２１のスイッチング周波数が５００Ｈｚ付近において回生電圧（抵抗３９の両端電圧）が最大になることが分かった。また、抵抗３９に替えてバッテリ７を接続した試験（試験回路は図１０の通り）では、スイッチング周波数が５００Ｈｚ付近においてバッテリ７への充電電流が最大となった。従って、条件（Ａ）の下では、スイッチング周波数を５００Ｈｚ付近に設定することにより、回生効率が最大になる。ただし、この最大効率を呈するスイッチング周波数は、ブラシレスモータ３の仕様例えば巻線３ｕ〜３ｗのインダクタンス値に応じて変化する。
【００４５】
また、回生電圧波形を示す図６（ａ）、（ｂ）において、下アーム側のＭＯＳＦＥＴ１９〜２１がオンからオフに転じた時に、抵抗３９に流れる回生電流が急峻に増加し、その後、回生電流は、巻線３ｕ〜３ｗのインダクタンスと抵抗３９との時定数、コンデンサ１１ａ、１１ｂ（４００μＦ）およびアクトル１１ｃ （２０μＨ）と抵抗３９との時定数に従って徐々に減少する。
【００４６】
なお、ＭＯＳＦＥＴ１９〜２１を可聴周波数帯でスイッチングするとブラシレスモータ３から磁気音が発生する。この磁気音は、スイッチング周波数により異なる。この磁気音は、通常エンジン音などによってマスクされるが、特に騒音が問題になるような場合には、（本実施形態の場合）スイッチング周波数を２００Ｈｚ付近に設定することにより聴感として聞き取りにくくすることができる。また、ファン制御装置１に遮音対策を施しても良い。
【００４７】
さらに、図８は、図７に示す試験回路を用いて行った回生制御の試験におけるスイッチング信号のデューティ比と回生電圧との関係を示している。
試験は、以下の条件（Ｂ）により実施した。
スイッチング周波数 ：５００Ｈｚ
ブラシレスモータ３の回転速度 ：１５００ｒｐｍ
ブラシレスモータ３の定格電力 ：２４０Ｗ
巻線３ｕ〜３ｗのインダクタンス：７３μＨ
【００４８】
この試験の結果、スイッチング信号のデューティ比が高いほど（ただし１００％付近は除く）、回生電圧が高くなることが分かった。例えば、デューティ比を９０％に設定すると、５０％に設定した場合に比べて、回生電圧が約３０％上昇した。
【００４９】
図９は、図１０に示す試験回路を用いて行った回生制御の試験におけるブラシレスモータ３の回転速度と回生電流（平均値）との関係を示している。図１０に示す試験回路は、図７に示す試験回路における抵抗３９および電圧計４０に替えて、バッテリ７（電圧１２Ｖ）と電流計４１とを直列に接続した構成となっている。
【００５０】
試験は、以下の条件（Ｃ）により実施した。
スイッチング周波数 ：５００Ｈｚ
スイッチング信号のデューティ比：５０％
ブラシレスモータ３の定格電力 ：２４０Ｗ
巻線３ｕ〜３ｗのインダクタンス：７３μＨ
【００５１】
この試験の結果、ブラシレスモータ３の回転速度が高くなるに従って、回生電流（バッテリ７の充電電流）が増加することが分かった。一例として、車両が時速８０ｋｍ／ｈで走行した場合、走行風による冷却ファンの回転数はほぼ１５００ｒｐｍとなり、バッテリ７は平均０．６Ａの電流で充電される。
【００５２】
以上述べたように、本実施形態のファン制御装置１は、車両用の冷却ファン２をブラシレスモータ３を用いて回転させるように構成されているので、エンジン駆動によるものとは異なり、エンジンの回転状態に依存することなく冷却ファン２の駆動、停止、回転速度の設定を行うことができ、過冷却や不足冷却の発生を防止しつつコンデンサ５およびラジエータ６の最適な冷却が可能となる。
【００５３】
そして、本実施形態の特徴として、ブラシレスモータ３を駆動する駆動回路４は、エンジン制御装置９から駆動指令である制御信号Ｓａを受信しておらず且つバッテリ７が満充電状態でない条件の下で、車両走行風によって冷却ファン２が回転している場合、ブラシレスモータ３から発電エネルギーを回生するように構成されているので、車両内の発電電力と消費電力との電力収支を改善することができる。
【００５４】
特に、車両は、自然風を受けるものとは異なり走行に伴って強い走行風を受け易いので、その走行風を受ける冷却ファン２は高い回転速度を得易く、ブラシレスモータ３から大きな発電エネルギーを回生することができる。この場合、回生エネルギーはバッテリ７に充電されて使用されるので、車両の走行状態により冷却ファン２の回転速度が刻々と変化しても、回生されたエネルギーを有効に利用することができる。この回生制御は、バッテリ７の充電状態に基づいて行われるので、バッテリ７が過充電されることも防止できる。
【００５５】
また、駆動回路４は、上述した回生可能条件下において、さらにブラシレスモータ３の回転速度が所定値以上の場合に限り、ブラシレスモータ３から発電エネルギーを回生するように回生制御している。この場合の所定値は、少なくとも回生制御に費やされるエネルギーよりも大きなエネルギーを回生できる回転速度に設定されるので、車両の停止時や低速走行時などにおいて無駄な回生制御が行われず、車両における電力収支が実効的に改善されるとともに、回生制御に伴う磁気音の発生期間を短くすることができる。
【００５６】
ブラシレスモータ３の巻線３ｕ、３ｖ、３ｗを用いてインバータ回路１２を昇圧チョッパ回路として動作させることにより、ブラシレスモータ３の回転に伴い発生する誘起電圧を昇圧しながらバッテリ７に回生する構成となっているので、回転速度が低い場合であってもバッテリ７の充電が可能となる。
【００５７】
また、エネルギーを回生するための構成としては、ブラシレスモータ３を駆動するために本来的に必要となる回路構成、例えばインバータ回路１２、ＩＣ１３内の電源回路２８、インバータ駆動回路２９、位置検出処理回路３５などをそのまま利用できるので、従来構成からのシステム変更が容易となる。
【００５８】
さらに、ブラシ付直流モータよりもモータ効率の高いブラシレスモータ３を採用したので、省電力化が図られ、電力収支を一層改善することができる。また、ＩＣ１３内の電源回路２８は、イグニッションスイッチ８がオフ状態の場合に各回路への電圧供給を遮断する暗電流カット機能を備えているので、車両が長期間にわたり未使用であってもバッテリあがりが発生しにくくなる。
【００５９】
なお、本発明は上記し且つ図面に示す実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のように変形または拡張が可能である。
上記実施形態のファン制御装置１は、ブラシレスモータ３を駆動する駆動回路４が回生制御も実行可能なように構成されていたが、ブラシレスモータ３を駆動する駆動回路とは別に、ブラシレスモータ３から発電エネルギーを回生する回生装置を設けても良い。この場合、回生装置は、上記実施形態と同様にして回生制御を実行すれば良い。
モータは、ブラシレスモータに限られず、例えば（ブラシ付きの）直流モータを使用しても良い。また、車両は自動車に限られない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示すファン制御装置の電気的構成図
【図２】ＩＣ１３の電気的構成を示すブロック図
【図３】ＩＣ１３が実行するハードウェアとしての動作をフローチャートの形式で示す動作説明図
【図４】モータ駆動制御時における位置信号Ｈａ、Ｈｂ、Ｈｃおよびモータ印加電圧の波形図
【図５】回生制御試験における下アームスイッチング周波数と回生電圧との関係を示す図
【図６】回生制御試験における回生電圧の波形図
【図７】回生制御試験回路の電気的構成図
【図８】回生制御試験における下アームスイッチング信号のデューティ比と回生電圧との関係を示す図
【図９】回生制御試験におけるブラシレスモータの回転速度と回生電流との関係を示す図
【図１０】図７相当図
【符号の説明】
１はファン制御装置（制御装置）、２は冷却ファン（車両用冷却ファン）、３はブラシレスモータ、４は駆動回路（駆動装置）、７はバッテリ（電力貯蔵手段）、１２はインバータ回路、１３はＩＣ（制御回路）、１６〜２１はＭＯＳＦＥＴ（スイッチング素子）、３１は演算回路（回転速度検出手段）である。

Claims (5)

1. 車両用冷却ファンを回転させるモータと、
   この車両用冷却ファンが風を受けることにより回転している場合に、その回転に伴って前記モータから出力される発電エネルギーを回生する回生装置とを備え、
   前記回生装置は、
   前記モータへの通電を切り替えるためのスイッチング素子からなるインバータ回路と、
   前記スイッチング素子に対して、前記モータから発電エネルギーを回生するための回生通電信号を出力する制御回路と、
   前記モータの回転速度を検出する回転速度検出手段とを備え、
   この回転速度検出手段により検出された回転速度が所定値以上である場合に、前記モータから出力される発電エネルギーを回生するように構成されており、
   前記インバータ回路は、上アームを構成するスイッチング素子と下アームを構成するスイッチング素子とからなるブリッジ回路であって、
   前記制御回路は、前記回生通電信号として、前記上アームを構成するスイッチング素子に対しオフ信号を与えるとともに、前記下アームを構成するスイッチング素子に対し所定の周波数および所定のデューティ比を有するスイッチング信号を与えるように構成されていることを特徴とする車両用冷却ファンの制御装置。
2. エネルギーを貯蔵可能な電力貯蔵手段を備え、
   前記回生装置は、前記電力貯蔵手段が満貯蔵状態でないことを条件として、前記モータから回生した発電エネルギーを前記電力貯蔵手段に貯蔵するように構成されていることを特徴とする請求項１記載の車両用冷却ファンの制御装置。
3. 車両用冷却ファンを回転させるモータと、
   このモータを駆動するとともに、前記モータの非駆動時において、前記車両用冷却ファンが風を受けて回転している場合に、その回転に伴って前記モータから出力される発電エネルギーを回生するように構成された駆動装置とを備え、
   前記駆動装置は、
   前記モータへの通電を切り替えるためのスイッチング素子からなるインバータ回路と、
   前記スイッチング素子に対して、前記モータを駆動するための駆動通電信号および前記モータから発電エネルギーを回生するための回生通電信号の何れか一方を出力する制御回路と、
   前記モータの回転速度を検出する回転速度検出手段とを備え、
   この回転速度検出手段により検出された回転速度が所定値以上である場合に、前記モータから出力される発電エネルギーを回生するように構成されており、
   前記インバータ回路は、上アームを構成するスイッチング素子と下アームを構成するスイッチング素子とからなるブリッジ回路であって、
   前記制御回路は、前記回生通電信号として、前記上アームを構成するスイッチング素子に対しオフ信号を与えるとともに、前記下アームを構成するスイッチング素子に対し所定の周波数および所定のデューティ比を有するスイッチング信号を与えるように構成されていることを特徴とする車両用冷却ファンの制御装置。
4. エネルギーを貯蔵可能な電力貯蔵手段を備え、
   前記駆動装置は、前記電力貯蔵手段が満貯蔵状態でないことを条件として、前記モータから回生した発電エネルギーを前記電力貯蔵手段に貯蔵するように構成されていることを特徴とする請求項３記載の車両用冷却ファンの制御装置。
5. 前記モータはブラシレスモータであることを特徴とする請求項３または４記載の車両用冷却ファンの制御装置。

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