JP6043573B2 - ファンモータ制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両のラジエータ内を流れる冷却媒体を冷却するラジエータ冷却用ファンモータのファンモータ制御装置に関する。

ファンモータ制御装置は、ラジエータ内の冷却媒体の温度が所定温度以上になると、ファンモータを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。

ところで、たとえば冷却ファンに小石や小枝等の異物が挟まって冷却ファンの回転がロックされたりしてしまうと、ファンモータの駆動が停止する、いわゆるモータロックが生じることがある。

このようなモータロックが生じると、ファンモータに流れる電流が増加してロック電流（過負荷時にモータに流れる電流：異常電流）が流れることにより、たとえばファンモータの駆動リレー等が破損してしまうことがある。

この場合、一定値以上の電流が規定時間を過ぎても流れているとき、ファンモータへの通電を停止させことでファンモータからロック電流が出力されないようにしたロック電流制御回路を組み込み、ロック電流により駆動リレー等が破損されるのを防止するような対策もとられている。

このロック電流制御回路の動作については、たとえば特許文献１に示されている通電制御装置のように、異常検出手段が負荷に流れる負荷電流の電流値と閾値とを比較し、異常を検出すると、通電遮断手段が負荷への通電を遮断するような制御が行われる。

特開２０１０−２８１２９８号公報

ここで、上述したファンモータ制御装置によるファンモータの駆動制御の一例を、たとえば図３を参照して説明する。

すなわち、停止状態にあるファンモータが駆動される際、たとえば同図（ａ）に示すように、ＯＦＦ要求→ＬＯ要求→ＨＩ要求へと段階的に変化するような制御が行われる場合がある。なお、これらの要求は、図示しないＥＣＵ（Ｅｎｇｉｎｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）から図示しないファンモータを駆動させるためにスイッチング動作を行う半導体素子を有する駆動ユニット内の制御部にパルス状の信号として出力される。また、駆動ユニット内の制御部から半導体素子へは、それぞれの要求に応じたパルス状の駆動信号が出力される。

なお、ＨＩ要求とはファンモータを定格の回転速度で駆動させるための制御であり、ＬＯ要求とはＨＩ要求時の定格の回転速度を下回る速度で駆動させるための制御であり、ＯＦＦ要求とはファンモータの駆動を停止させるための制御である。また、それぞれの要求を示すパルス状の信号は、同図（ａ）に示すように、段階的に高くなるようになっている。

ここで、ＯＦＦ要求とＨＩ要求との間にＬＯ要求が介在している理由は、冷却水による冷却が追いつかないときに生じるエンジンのオーバーヒートを防止するために、ＥＣＵ（Ｅｎｇｉｎｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）によりファンモータが必要に応じてＬＯ又はＨＩとなるように駆動制御されているためである。

つまり、詳細は後述するが、ファンモータの始動時においては、定格電流を上回る、いわゆるラッシュ電流が生じるため、ＬＯ要求を介さずにＯＦＦ要求からＨＩ要求へと変化すると、そのラッシュ電流の値が高くなりすぎて同図（ｆ）に示すようにスレッシュを上回り、ロック電流であると誤検知されてしまうことがある。そのため、ＬＯ要求を介在させることでファンモータへ供給する駆動電流の値を段階的に高めるようにし、ラッシュ電流の値がスレッシュ（ロック電流スレッシュ）を上回らないようにしている。なお、同図（ｂ）（ｃ）（ｅ）（ｆ）に示すスレッシュは、いずれも同じレベルとなっている。

具体的には、ＯＦＦ要求からＬＯ要求へと移行すると、同図（ｂ）に示すような駆動電流ＩＬ＋が図示しない半導体素子からファンモータに出力される。次いで、所定時間（少なくともラッシュ電流が収束するまでの時間）経過後、ＬＯ要求からＨＩ要求へと移行し、同図（ｃ）に示すような駆動電流ＩＨ＋が図示しない半導体素子からファンモータに出力される。

ここで、同図（ｂ）（ｃ）の矢印ａ、ｂで示すように、ＬＯ要求に応じた駆動電流ＩＬ＋の立ち上がり時や、ＨＩ要求に応じた駆動電流ＩＨ＋の立ち上がり時にファンモータにラッシュ電流が流れる。

これらの矢印ａ、ｂで示すラッシュ電流は、駆動電流ＩＬ＋及び駆動電流ＩＨ＋の値が段階的に高くなっているため、ＬＯ要求を介さずにＯＦＦ要求からＨＩ要求へと変化したときに生じるラッシュ電流の値より小さいものとなっている。そのため、矢印ａ、ｂで示すラッシュ電流は、点線で示すロック電流を検知するためのスレッシュを超えないことから、それぞれのラッシュ電流がロック電流であると誤検知されないようになっている。なお、ここでのスレッシュとは、ラッシュ電流等の異常電流を検知するレベルであって、その電流の大きさとその電流の流れる時間を考慮して予め制御部に設定されている。

ところが、上述したＥＣＵの出力系統や、ＬＯ要求を出力する信号ラインに異常（信号ラインオープン等）をきたしたりすると、ＬＯ要求を受けとることができず、同図（ｄ）に示すように、ＬＯ要求の制御を介することなく、ＨＩ要求の制御に移行されてしまうことがある。

このように、ＯＦＦ要求の制御からＨＩ要求の制御に移行されてしまうと、同図（ｅ）に示すＬＯ要求に応じた駆動電流ＩＬ＋が流れず、同図（ｆ）に示すようなＨＩ要求に応じた駆動電流ＩＨ＋が流れる。

この場合、駆動電流ＩＨ＋の立ち上がり時に流れるラッシュ電流が矢印ｃで示す斜線部分のように、ロック電流を検知するためのスレッシュを超えてしまい、ロック電流であると誤検知されてしまう。

このような誤検知があると、上述したロック電流制御回路により、ファンモータへの通電が停止されてしまい、ロック電流が生じていないにも関わらず、冷却ファンの駆動が停止されてしまうという問題があった。

このような問題を解消するためには、同図（ｇ）に示すように、ロック電流を検知するためのスレッシュを高めになるように変更しておき、ＬＯ要求の制御を介さずにＯＦＦ要求の制御からＨＩ要求の制御に移行されてしまうことがあっても、ファンモータの駆動時に生じるラッシュ電流がロック電流であると誤検知されないような対策もある。

ところが、このような対策では、同図（ｇ）の矢印ｃ（斜線部分）で示す駆動電流ＩＨ＋の立ち上がり時に生じるラッシュ電流についてはロック電流であるとの誤検知はされないものの、同図（ｇ）の矢印ｄ（斜線部分）で示す所定時間経過後に異常電流が流れたとすると、その電流を検知することができなくなってしまう。

このようなことが生じると、たとえば上述したファンモータを駆動させる駆動ユニット内の半導体素子の発熱が通常より高められてしまうため、その半導体素子を高容量タイプのものに選定することが必要となるばかりか、ヒートシンク等を増やして熱対策を施したりする必要があり、装置のコストアップを招いてしまうという問題があった。

本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、新たな部品の追加等を行うことなく確実にファンモータの駆動制御を行うことができ、併せて装置のコストアップを抑制することができるファンモータ制御装置を提供することを目的とする。

本発明のファンモータ制御装置は、車両のファンモータの駆動制御を行うファンモータ制御装置であって、外部からのＯＦＦ要求に順次続く、第１の速度での回転要求、該第１の速度よりも速い第２の速度での回転要求に基づき、それぞれの要求に応じた駆動信号を出力することで、前記ファンモータを駆動制御を行う制御手段と、前記第１の速度での回転要求に応じた駆動信号に基づくスイッチング動作により得られる駆動電力を、前記ファンモータに出力する第１のスイッチング手段と、前記第２の速度での回転要求に基づくスイッチング動作により得られる駆動電力を、前記ファンモータに出力する第２のスイッチング手段とを備え、前記制御手段は、前記第１の速度での回転要求が得られず、前記ＯＦＦ要求から前記第２の速度での回転要求に基づいた制御となる状況では、前記第１の速度での回転要求に相当する駆動信号を出力し、所定時間経過後、前記第２の速度での回転要求に基づく駆動信号を出力し、前記所定時間は、前記第１の速度での回転要求に相当する駆動電力により、前記ファンモータに生じるラッシュ電流が収束するまでの時間であることを特徴とする。
本発明のファンモータ制御装置では、制御手段により、第１の速度での回転要求が得られず、ＯＦＦ要求から第２の速度での回転要求に基づいた制御となる状況では、第１の速度での回転要求に相当する駆動信号を第１のスイッチング手段に出力し、所定時間経過後、第２の速度での回転要求に基づく駆動信号を第２のスイッチング手段に出力するようにした。これにより、ＯＦＦ要求から第２の速度での回転要求に基づいた制御となる状況であっても、ファンモータへの駆動電力を段階的に高めることができ、ＯＦＦ要求によって停止しているファンモータを始動させる際のラッシュ電流がロック電流であると誤検知されないようにすることができる。

本発明のファンモータ制御装置によれば、制御手段により、ＯＦＦ要求から第２の速度での回転要求に基づいた制御となる状況であっても、ファンモータへの駆動電力を段階的に高めることができ、ＯＦＦ要求によって停止しているファンモータを始動させる際のラッシュ電流がロック電流であると誤検知されないようにすることができることから、新たな部品の追加等を行うことなく確実にファンモータの駆動制御を行うことができ、併せて装置のコストアップを抑制することができる。

本発明のファンモータ制御装置の一実施形態を説明するための図である。 図１のファンモータ制御装置によるファンモータの駆動制御を説明するための波形図である。 従来のファンモータの駆動制御の一例を説明するための波形図である。

以下、本発明のファンモータ制御装置の一実施形態の詳細を、図１を参照して説明する。なお、本実施形態でのファンモータ制御装置による正常時の基本の制御動作は、図３（ａ）〜（ｃ）と同じであるため、以下の説明では適宜図３（ａ）〜（ｃ）での説明を引用するものとする。

また、本実施形態でのファンモータ制御装置の特徴（異常時における制御動作）は、図３（ｄ）〜（ｆ）で説明したＯＦＦ要求からＨＩ要求の制御に移行されてしまうことによるラッシュ電流がロック電流であるとの誤検知を解消することにあるため、以下の説明では適宜図３（ｄ）〜（ｆ）での説明を引用するものとする。

図１に示すように、ファンモータ制御装置である駆動ユニットは、制御部１０及び半導体素子２０、３０を備えている。

制御部１０には、図示しないＥＣＵ（Ｅｎｇｉｎｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）からのＯＦＦ要求、ＬＯ要求、ＨＩ要求のそれぞれの要求がパルス状の信号として入力される。また、制御部１０は、後述のファンモータ４０を駆動させるための駆動信号を半導体素子２０、３０に出力する。なお、制御部１０は、半導体素子２０、３０の後述の電流センサ２１、３１からの電流検知信号を受けとることで、ＬＯ要求に応じた駆動電流ＩＬ＋及びＨＩ要求に応じた駆動電流ＩＨ＋が後述のファンモータ４０に正常に出力されていることを認識できるようになっている。

すなわち、制御部１０から半導体素子２０への駆動信号は、図３（ａ）で説明したＬＯ要求に応じた信号であり、信号ライン１１を介して出力される。また、制御部１０から半導体素子３０への駆動信号は、図３（ａ）で説明したＨＩ要求に応じた信号であり、信号ライン１２を介して出力される。なお、ＯＦＦ要求がある場合は、信号ライン１１を介して出力されるＬＯ要求に応じた駆動信号及び信号ライン１２を介して出力されるＨＩ要求に応じた駆動信号が共に無くなる（ＯＦＦとなる）。

また、ファンモータ４０は、上述したように、必要に応じてＬＯ又はＨＩとなるように駆動制御されるが、たとえばＨＩとなるように駆動制御される際、図３（ａ）で説明したように、まずＬＯ要求に応じた駆動信号が出力され、次いでＨＩ要求に応じた駆動信号が出力されるようになっている。また、ＨＩ要求に応じた駆動信号は、ＬＯ要求に応じた駆動信号が出力されてから所定時間（少なくともラッシュ電流が収束するまでの時間）経過後に出力されるように予め設定されている。

また、制御部１０は、所定のスレッシュを有し、電流センサ２１、３１からの電流検知信号との比較により正常電流か、異常電流かを判断するようになっている。なお、ここでのスレッシュは、ラッシュ電流等の異常電流を検知するレベルであって、その電流の大きさとその電流の流れる時間を考慮して予め制御部１０に設定されている。

また、制御部１０は、上述したＥＣＵからのたとえばＬＯ要求を受けとることができなければ、少なくとも、ＥＣＵの出力系統や、たとえばＬＯ要求を出力する信号ラインに異常（信号ラインオープン等）をきたしていると判断することができる。この場合、制御部１０は、半導体素子２０にＬＯ要求に相当する駆動信号を一定時間出力し、次いでＨＩ要求に応じた駆動信号を半導体素子３０に出力することで、ロック電流であるとの誤検知を解消するような制御を行うようになっている。

半導体素子２０は、制御部１０からのＬＯ要求に応じた駆動信号に基づいてファンモータ４０を駆動させるものであって、半導体素子等によって構成されている。また、半導体素子２０は、電流センサ２１を有し、ＬＯ要求に応じた駆動信号に対応する駆動電流ＩＬ＋を導線２３を介してファンモータ４０の後述のＬ＋端子４１に出力する。電流センサ２１は、駆動電流ＩＬ＋をモニタし、そのモニタした電流値を電流検知信号とし、Ｉ／Ｆ（インタフェース）２２を介して制御部１０に出力する。半導体素子２０には電源電圧Ｖｂが接続されている。なお、符号Ｖｂは、図示しない車両のバッテリ電圧とほぼ同じ値となっている電源電圧を示している。

半導体素子３０は、スイッチング動作を行うものであり、制御部１０からのＨＩ要求に応じた駆動信号に基づいてファンモータ４０を駆動させる。また、半導体素子３０は、電流センサ３１を有し、ＨＩ要求に応じた駆動信号に対応する駆動電流ＩＨ＋をファンモータ４０の後述のＨ＋端子４２に導線３３を介して出力する。電流センサ３１は、駆動電流ＩＨ＋をモニタし、そのモニタした電流値を電流検知信号とし、Ｉ／Ｆ（インタフェース）３２を介して制御部１０に出力する。なお、半導体素子３０にも上述した電源電圧Ｖｂが接続されている。

ファンモータ４０は、図示しない冷却ファンを回転させるものであり、Ｌ＋端子４１、Ｈ＋端子４２、Ｌ−端子４３、Ｈ−端子４４を有している。Ｌ＋端子４１には上述した駆動電流ＩＬ＋が流れる。Ｈ＋端子４２には上述した駆動電流ＩＨ＋が流れる。Ｌ−端子４３はアース接地（０Ｖ）されている。Ｈ−端子４４は、リレー５０の後述の固定接点５１に接続されている。

リレー５０には、固定接点５１、５２、可動接点５３、コイル５４が設けられている。固定接点５１は、導線５６を介してＨ−端子４４に接続されている。固定接点５２はアース接地されている。コイル５４の一端には、上述した電源電圧Ｖｂが接続されている。コイル５４の他端には、トランジスタ５５のコレクタが接続されている。

ここで、このトランジスタ５５のベースは、上述したＨＩ要求に応じた駆動信号が出力される信号ライン１２から分岐した信号ライン１３に接続されている。そして、ＨＩ要求に応じた駆動信号が信号ライン１２に出力されると、トランジスタ５５がオンするようになっている。

トランジスタ５５がオンすると、コイル５４の励磁作用によって可動接点５３が固定接点５１、５２に接触する。このとき、固定接点５１、５２が短絡されることで、駆動電流ＩＨ−がファンモータ４０のＨ−端子４４からトランジスタ５５側に流れる。

次に、図２を参照し、本実施形態でのファンモータ制御装置による駆動制御について説明する。まず、ファンモータ制御装置による正常時における通常の動作は、図３（ａ）〜（ｃ）で説明したように、停止状態にあるファンモータ４０を駆動させるとき、上述したＥＣＵから制御部１０への要求がＯＦＦ要求→ＬＯ要求→ＨＩ要求へと変化するものとする。

この場合、まず上述したＥＣＵから制御部１０にＬＯ要求が出力されると、制御部１０から半導体素子２０へＬＯ要求に応じた駆動信号が信号ライン１１を介して出力される。このとき、半導体素子２０からファンモータ４０のＬ＋端子４１にＬＯ要求に応じた駆動信号に対応する駆動電流ＩＬ＋が導線２３を介して流れる。これにより、ファンモータ４０が駆動電流ＩＬ＋に応じた速度で回転し、図示しない冷却ファンを回転させる。

ここで、図３（ｂ）で説明したように、ＬＯ要求に応じた駆動信号に対応する駆動電流ＩＬ＋の立ち上がり時にラッシュ電流が流れるが、そのラッシュ電流はスレッシュを超えないため、ロック電流であるとの誤検知は生じない。

次いで、所定時間（少なくともラッシュ電流が収束するまでの時間）経過後、上述したＥＣＵから制御部１０へＨＩ要求が出力されると、制御部１０から半導体素子３０へＨＩ要求に応じた駆動信号が信号ライン１２を介して出力される。このとき、半導体素子３０からファンモータ４０のＨ＋端子４２にＨＩ要求に応じた駆動信号に対応する駆動電流ＩＨ＋が導線３３を介して流れる。これにより、ファンモータ４０が駆動電流ＩＨ＋に応じた速度、すなわち、駆動電流ＩＬ＋に応じた速度よりも速い速度（定格の回転速度）で回転し、図示しない冷却ファンをさらに速い速度で回転させる。

このとき、図３（ｃ）で説明したように、ＨＩ要求に応じた駆動信号に対応する駆動電流ＩＨ＋の立ち上がり時にラッシュ電流が流れるが、そのラッシュ電流はスレッシュを超えないため、ロック電流であるとの誤検知は生じない。

このように、上述したＥＣＵからの要求に従い、制御部１０による半導体素子２０、３０が制御されることで、ファンモータ４０の駆動が制御される。

ここで、たとえば上述したＥＣＵの出力系統や、ＬＯ要求を出力する信号ラインに異常（信号ラインオープン等）をきたしたりすると、図３（ｄ）で説明したものと同じ内容を示す図２（ａ）のように、ＬＯ要求を受けとることができず、ＬＯ要求の制御を介することなく、ＨＩ要求の制御に移行されてしまうことになる。

この場合、図３（ｆ）で説明したように、駆動電流ＩＨ＋の立ち上がり時に流れるラッシュ電流がスレッシュを超えてしまい、ロック電流であると誤検知されてしまう。

そこで、本実施形態では、ＬＯ要求の制御を介することなく、ＨＩ要求の制御に移行されてしまうことが生じると、まず、制御部１０がＬＯ要求に相当する駆動信号を信号ライン１１を介して半導体素子２０に出力し、半導体素子２０からＬＯ要求に相当する駆動信号に対応する、図２（ｂ）に示す駆動電流ＩＬ＋を出力させる。

このとき、半導体素子２０からファンモータ４０のＬ＋端子４１にＬＯ要求に相当する駆動信号に対応する駆動電流ＩＬ＋が導線２３を介して流れる。これにより、ファンモータ４０が駆動電流ＩＬ＋に応じた速度で回転し、図示しない冷却ファンを回転させる。

次いで、図２（ｂ）のｅで示す所定時間（少なくともラッシュ電流が収束するまでの時間）経過後、上述したＥＣＵからのＨＩ要求に応じ、制御部１０から半導体素子３０へＨＩ要求に応じた駆動信号が信号ライン１２を介して出力される。このとき、半導体素子３０からファンモータ４０のＨ＋端子４２に図２（ｃ）に示すようなＨＩ要求に応じた駆動信号に対応する駆動電流ＩＨ＋が導線３３を介して流れる。

これにより、ファンモータ４０が駆動電流ＩＨ＋に応じた速度、すなわち、駆動電流ＩＬ＋に応じた速度よりも速い速度で回転し、図示しない冷却ファンをさらに速い速度で回転させる。

このように、本実施形態では、制御手段（制御部１０）により、第１の速度での回転要求（ＬＯ要求）が得られず、ＯＦＦ要求から第２の速度での回転要求（ＨＩ要求）に基づいた制御となる状況では、ＬＯ要求に相当する駆動信号を第１のスイッチング手段（半導体素子２０）に出力し、所定時間経過後、ＨＩ要求に基づく駆動信号を第２のスイッチング手段（半導体素子３０）に出力するようにした。

これにより、ＯＦＦ要求からＨＩ要求での回転要求に基づいた制御となる状況であっても、ファンモータ４０への駆動電力を段階的に高めることができ、ＯＦＦ要求によって停止しているファンモータ４０を始動させる際のラッシュ電流がロック電流であると誤検知されないようにすることができることから、新たな部品の追加等を行うことなく確実にファンモータの駆動制御を行うことができ、併せて装置のコストアップを抑制することができる。

また、本実施形態では、ＨＩ要求に応じた駆動信号は、駆動電流ＩＬ＋によって生じるファンモータ４０のラッシュ電流が収束した後に出力されるようにしているため、ＯＦＦ要求からＨＩ要求に基づいた制御となる状況であっても、駆動電流ＩＨ＋によって生じるファンモータ４０のラッシュ電流が上述したスレッシュ（異常電流を検知するレベル）を超えないようにすることができる。

冷却ファンを回転させるためのファンモータの駆動制御を行うものに限らず、パワーウィンドウのモータやワイパーモータ等のように、他のモータの駆動制御にも適用可能である。

１０ 制御部
１１、１２、１３ 信号ライン
２３、３３、５６ 導線
２０、３０ 半導体素子
２１、３１ 電流センサ
２２、３２ Ｉ／Ｆ（インタフェース）
４０ ファンモータ
４１ Ｌ＋端子
４２ Ｈ＋端子
４３ Ｌ−端子
４４ Ｈ−端子
５０ リレー
５１、５２ 固定接点
５３ 可動接点
５４ コイル
５５ トランジスタ

Claims (1)

1. 車両のファンモータの駆動制御を行うファンモータ制御装置であって、
   外部からのＯＦＦ要求に順次続く、第１の速度での回転要求、該第１の速度よりも速い第２の速度での回転要求に基づき、それぞれの要求に応じた駆動信号を出力することで、前記ファンモータを駆動制御を行う制御手段と、
   前記第１の速度での回転要求に応じた駆動信号に基づくスイッチング動作により得られる駆動電力を、前記ファンモータに出力する第１のスイッチング手段と、
   前記第２の速度での回転要求に基づくスイッチング動作により得られる駆動電力を、前記ファンモータに出力する第２のスイッチング手段とを備え、
   前記制御手段は、前記第１の速度での回転要求が得られず、前記ＯＦＦ要求から前記第２の速度での回転要求に基づいた制御となる状況では、前記第１の速度での回転要求に相当する駆動信号を出力し、所定時間経過後、前記第２の速度での回転要求に基づく駆動信号を出力し、
   前記所定時間は、前記第１の速度での回転要求に相当する駆動電力により、前記ファンモータに生じるラッシュ電流が収束するまでの時間である
   ことを特徴とするファンモータ制御装置。

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