JPH09284999A - 電動ファン制御システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】疑似的ロックが発生した時に自動的に電動ファ
ンを正常運転に復帰させうる過電流保護機能を持った
「電動ファン制御システム」を提供する。 【解決手段】３０Ａを超える電流が１秒間流れるとＰＷ
Ｍ制御モジュールを過電流制御モードに切り替える。こ
こでは、まず出力電流を１４Ａ（１６０Ｗモータ仕様の
場合）に制限してモジュール内部の温度上昇を監視し、
内部温度が１３０℃を超えた時点で出力を一旦オフす
る。その後、モジュール内部の温度が１０５℃未満に下
がった時点で初期状態にリセットする。これを正常に復
帰するまで繰り返す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＰＷＭ制御モジュ
ールを備えた電動ファン制御システムに係り、特に過電
流に応答しそれを制限する過電流保護機能を有するもの
に関する。

【０００２】

【従来の技術】たとえば、ラジエータ冷却用の電動ファ
ン制御システムとして、騒音や消費電力を低減するた
め、ラジエータファンモータに直列にＰＷＭ制御モジュ
ールを接続し、ラジエータファンモータの回転数を無段
階に制御するようにしたものがある。従来、この種のモ
ータ制御モジュールでは、負荷モータのロックなどによ
り過電流が流れた場合、制御モジュールを破損から保護
するため、出力をオフしていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このようにロックなど
により過電流が流れた場合に出力をオフすると、制御モ
ジュール自体の破損は回避できるが、ラジエータファン
は停止したままとなるので、ラジエータの強制冷却がで
きなくなる。

【０００４】ところが、ロックの原因によっては、その
ロックが疑似的にすぎず、しばらくすると自然にモータ
が正常状態に復帰する場合がある。たとえば、モータが
凍結していた場合には、しばらく走行するうちに解凍
し、モータが正常状態に戻るし、また、モータに一時的
に異物がはさまったにすぎない場合にも、しばらく走行
するうちにその異物がとれ、モータが正常状態に戻るこ
とがある。しかし、従来の技術にあっては、過電流の検
知により単純に出力をオフするだけであるため、疑似的
ロックによりモータが正常状態に戻ったとしても制御モ
ジュールの出力はオフされたままであり、上記の問題が
維持される。

【０００５】本発明は、ＰＷＭ制御モジュールの過電流
保護における上記課題に着目してなされたものであり、
疑似的ロックが発生した場合に自動的に電動ファンを正
常運転に復帰させることができる過電流保護機能を持っ
た電動ファン制御システムを提供することを目的とす
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、電動ファンモータに直列に接続されその
回転数を無段階に制御するＰＷＭ制御モジュールを備え
た電動ファン制御システムにおいて、前記制御モジュー
ルを流れる過電流を検出する過電流検出手段と、前記制
御モジュールの内部温度を検出する内部温度検出手段
と、前記過電流検出手段によって過電流が検出されたと
きに、前記制御モジュールの出力電流を制限して前記内
部温度検出手段の出力により前記制御モジュールの内部
温度を監視し、その温度が第１設定値以上になると前記
出力電流をオフし、その後その温度が前記第１設定値よ
りも小さい第２設定値以下に下がると初期状態にリセッ
トする制御手段とを有することを特徴とする。

【０００７】この発明にあっては、電動ファンモータが
ロックしＰＷＭ制御モジュールに過電流が流れると過電
流検出手段はそれを検知し、その旨のデータを制御手段
に送る。内部温度検出手段はＰＷＭ制御モジュールの内
部温度を検出し、そのデータを制御手段に送る。制御手
段は、過電流検出手段によって過電流が検出されると、
ＰＷＭ制御モジュールの出力電流を制限して内部温度検
出手段の出力により制御モジュールの内部温度を監視す
る。つまり、過電流を検知してもただちに出力はオフせ
ず、一旦出力を所定のレベルに落とすにとどめ、前記モ
ジュールの内部温度の上昇を監視する。その際、その内
部温度が第１設定値（たとえば、モジュールが破損しな
い温度の上限値またはそれに相当する温度に設定され
る）以上になると、保護のため、前記モジュールの出力
電流をオフし、その後その温度が第１設定値よりも小さ
い適当な第２設定値以下に下がると制御内容を初期状態
にリセットする。このとき、電動ファンモータが依然と
してロック状態にあれば再びロック電流（過電流）が流
れることになるので上記の制御が繰り返されるが、ロッ
ク原因がなくなって電動ファンモータが正常状態に戻っ
ておれば（つまり疑似的ロックであった場合）、初期状
態へのリセットにより電動ファンモータは正常運転に復
帰することになる。すなわち、過電流を検知した時に、
ただちに出力をオフするのではなく上記した所定の過電
流制御モードに入るようにしたので、疑似的ロックによ
りモータが正常状態に復帰した場合には電動ファンは自
動的に正常運転に戻ることが可能となる。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、図面を使って、本発明の実
施の形態を説明する。図１は本発明による電動ファン制
御システムの一構成を示すシステム図である。なお、こ
こでは、ラジエータの冷却を行うラジエータファン制御
システムへの適用を例にとって説明する。

【０００９】このシステムでは、図示しないラジエータ
ファン（電動ファン）を駆動するラジエータファンモー
タ（電動ファンモータ）１に直列にＰＷＭ制御モジュー
ル２が接続されている。このＰＷＭ制御モジュール２は
エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）３に接続さ
れ、それからの指令（ＰＷＭ信号）にもとづいてラジエ
ータファンモータ１の回転数を無段階に制御する機能を
有している。

【００１０】ＰＷＭ制御モジュール２は、ＭＯＳ形電界
効果トランジスタからなるスイッチング素子（ＭＯＳＦ
ＥＴ）４を内蔵している。このＭＯＳＦＥＴ４の出力に
よってモータ１が駆動される。ＭＯＳＦＥＴ４は、たと
えば、専用のＩＣで構成されており、電界効果トランジ
スタを過電圧から保護するためドレインとソース間に所
定の耐圧のツェナーダイオードが組み込まれている。Ｍ
ＯＳＦＥＴ４は、同じくＰＷＭ制御モジュール２に内蔵
されているＰＷＭ制御回路５によって制御される。ＰＷ
Ｍ制御回路５はエンジンコントロールユニット３からの
指令（ＰＷＭ信号）に基づいてＭＯＳＦＥＴ４のゲート
電圧を可変する機能を有している。したがって、ＰＷＭ
制御モジュール２の出力はエンジンコントロールユニッ
ト３からの指令（ＰＷＭ信号）によりＰＷＭ制御回路５
を介してＭＯＳＦＥＴ４のゲート電圧を可変することに
よって制御される。モジュール２へ入力されるＰＷＭ信
号は、たとえば、オンとオフの状態を一定の周期で繰り
返すパルス状の電圧波形であって、その信号のオン時間
とパルス周期（オン時間＋オフ時間）との比（デューテ
ィ比）を変えることによってＰＷＭ制御モジュール２の
出力が無段階に制御される（デューティ制御）。ＰＷＭ
制御モジュール２の出力をオフするときＰＷＭ信号のデ
ューティ比はゼロ（０）とされる。

【００１１】ＭＯＳＦＥＴ４には電源ラインのノイズ吸
収用としてコイル６が接続されているが、本実施例で
は、過電流保護のため、このコイル６を過電流検出手段
として兼用すべく、コイル６の非アース側を信号処理回
路として機能する制御手段としての過電流過熱制御回路
７に接続してある。すなわち、モータ１がロックすると
電源ラインに過電流（ロック電流）が流れるが、コイル
６に流れる電流による電圧降下を検出することによって
その過電流を検知するように構成してある。後述するよ
うに、コイル６に所定値以上の電流が所定時間以上流れ
ると過電流が生じたものと判断され、ＰＷＭ制御モジュ
ール２は過電流制御モードに入ることになる。

【００１２】また、同じく過電流保護のため、ＰＷＭ制
御モジュール２内にはその内部温度を検出するサーミス
タ８が内部温度検出手段として設けられている。サーミ
スタ８も信号処理回路として機能する過電流過熱制御回
路７に接続されている。後述するように、過電流制御モ
ードにおいては、このサーミスタ８の検出温度を監視し
ながら所定の制御が行われる。

【００１３】制御手段としての過電流過熱制御回路７
は、コイル６やサーミスタ８からの入力信号を処理し
て、ラジエータ冷却システムおよびＰＷＭ制御モジュー
ル２を過電流から保護するよう、ＰＷＭ制御回路５を制
御する（過電流保護制御）。このとき、ＰＷＭ制御回路
５は、過電流過熱制御回路７からの制御信号により、エ
ンジンコントロールユニット３からの指令（ＰＷＭ信
号）に修正を加える。

【００１４】図２は過電流保護制御の内容を示すフロー
チャートである。まず過電流過熱制御回路７は、コイル
６に流れる電流（モータ電流）Ｉをその電圧降下によっ
て検出し（ステップＳ１）、検出した電流Ｉがあらかじ
め設定された値Ｉa を超えているかどうか（ステップＳ
２）、ＹＥＳの場合にはさらにその状態が所定時間ｔ以
上継続しているかどうかを判断する（ステップＳ３）。
ステップＳ２とステップＳ３の判断の結果として共にＹ
ＥＳの場合、すなわち、コイル６に所定値Ｉa を超える
電流Ｉが所定時間ｔ以上流れた場合には、回路に過電流
が流れているものと判断して（過電流の検知）、ステッ
プＳ４以降の過電流制御モードへ移行する。これに対
し、ステップＳ２とステップＳ３の判断の結果としてど
ちらか一方がＮＯの場合には、回路に過電流は生じてい
ないものと判断して、通常の制御を継続する。ステップ
Ｓ２で用いられる設定値Ｉa は過電流検出の基準値とし
て適当に設定すればよいが、ここでは、モータロックが
発生すると６０Ａくらいの電流が流れることを考慮し
て、たとえば、その半分の３０Ａに設定されている。ま
た、ステップＳ３で用いられる所定時間ｔは、過電流の
誤検出を防止して誤作動を回避するためであるから、誤
検出を防止しうる範囲内でできるだけ短時間に設定する
のが好ましく、ここでは、たとえば、１秒に設定されて
いる。

【００１５】過電流が検知された場合にはただちに過電
流制御モードに入り、ＰＷＭ制御モジュール２の出力電
流を制限して（ステップＳ４）、モジュール内部の温度
上昇を監視する。従来と異なり、過電流を検知した時点
でただちに出力をオフせず出力を所定のレベルに制限す
るにとどめるのは、ラジエータの強制冷却とＰＷＭ制御
モジュール２の保護との関係において、ラジエータファ
ンの回転の停止時間をできるだけ短くするためである。
ＰＷＭ制御モジュール２の出力電流の制限は、ＰＷＭ信
号のデューティ比を変えることによって行われ、ここで
は、たとえば、ＰＷＭ制御回路５で、エンジンコントロ
ールユニット３からのＰＷＭ信号のデューティ比を１／
４に絞る。具体的には、１６０Ｗモータ仕様の場合を例
にとった場合、デューティ比を１／４に絞ることで、モ
ータロック時の出力電流は１４Ａに制限されることにな
る。

【００１６】モジュール内部の温度上昇の監視はサーミ
スタ８からの信号にもとづいて行われる。すなわち、サ
ーミスタ８によってＰＷＭ制御モジュール２の内部温度
Ｔを検出し（ステップＳ５）、あらかじめ設定された第
１設定値Ｔa と比較する（ステップＳ６）。第１設定値
Ｔa の値は、後述するようにＰＷＭ制御モジュール２
（特にＭＯＳＦＥＴ４）を破損から保護するための基準
値であるから、それが壊れない温度範囲内で適当に設定
すればよく、ここでは、たとえば、１３０℃に設定され
ている。ステップＳ６の比較の結果として検出された内
部温度Ｔが第１設定値Ｔa （１３０℃）以下であれば、
ステップＳ５に戻って、引き続き内部温度の上昇の監視
を行うが、第１設定値Ｔa （１３０℃）を超えた場合に
は、ＰＷＭ制御モジュール２（ＭＯＳＦＥＴ４）を保護
するため、ＰＷＭ制御回路５にてエンジンコントロール
ユニット３からのＰＷＭ信号のデューティ比をゼロ
（０）にして出力を一旦オフする（ステップＳ７）。こ
れにより、ＭＯＳＦＥＴ４の回路には電流（モータ電
流）が流れなくなるため、ＰＷＭ制御モジュール２の内
部温度は下降を始めることになる。なお、サーミスタ８
の取付場所はＭＯＳＦＥＴ４の温度を検出しうる位置で
あればどこでもよいが、正確に温度を測定するためには
ＭＯＳＦＥＴ４にできるだけ近いことが好ましい（もっ
とも、たとえ離れた位置であっても設定値を適当に下げ
ることによりある程度対応可能である）。

【００１７】出力をオフし内部温度が下がり始めた後も
引き続き内部温度の監視を続ける。すなわち、サーミス
タ８で内部温度Ｔを検出し（ステップＳ８）、検出した
温度Ｔをあらかじめ設定された第２設定値Ｔb と比較す
る（ステップＳ９）。第２設定値Ｔb は、後述するよう
に出力オフの状態を解除するための基準値であって、第
１設定値よりも小さい値に設定されており、ここでは、
たとえば、１０５℃に設定されている。ステップＳ９の
比較の結果として検出された内部温度Ｔがまだ第２設定
値Ｔb （１０５℃）以上であれば、ステップＳ８に戻っ
て、引き続き出力をオフした状態で内部温度の監視を行
うが、第２設定値Ｔb （１０５℃）よりも小さくなった
場合には、過電流制御モードを一旦解除して出力オフの
状態を解消すべく、ＰＷＭ制御回路５の制御内容を初期
状態にリセットし（ステップＳ１０）ステップＳ１にリ
ターンする。初期状態へのリセットにより、エンジンコ
ントロールユニット３から入力されるその時の状態に応
じたデューティ比のＰＷＭ信号に基づいてＭＯＳＦＥＴ
４のゲート電圧が制御され、当該モジュール２内に電流
（モータ電流）が流れることになる。このとき、ラジエ
ータファンモータ１が依然としてロック状態にあれば再
びロック電流（過電流）が流れることになるので過電流
制御モードを含む上記一連の制御が繰り返されることに
なるが、ロック原因がなくなってラジエータファンモー
タ１が正常状態に戻っておれば（つまり、疑似的なロッ
クであった場合）、初期状態へのリセットによりラジエ
ータファンモータ１は自動的に正常運転に復帰すること
になる。

【００１８】なお、ＰＷＭ信号のデューティ比が低い時
にモータロックが発生した場合には上記した設定値Ｉa
（３０Ａ）を超える電流が流れず、したがって過電流制
御モードに入らないこともありうるが、ラジエータ水温
が上昇するため、これに伴ってＰＷＭ信号のデューティ
比も上昇するので、最終的には上記の過電流保護が働く
ことになる。

【００１９】図３は図２の制御による過電流保護のタイ
ミングチャートである。同図に示されるように、ラジエ
ータファンモータ１がロックするとモータ電流の値が上
昇する。３０Ａを超える電流（ロック電流）が１秒間流
れると（ステップＳ２、ステップＳ３参照）ＰＷＭ制御
モジュール２はただちに過電流制御モードに入る。ここ
では、まず出力電流を１４Ａ（１６０Ｗモータ仕様の場
合）に制限して（ステップＳ４参照）モジュール内部の
温度上昇を監視し、内部温度が１３０℃を超えると（ス
テップＳ６参照）ただちに出力を一旦オフする（ステッ
プＳ７参照）。その後、モジュール内部の温度が１０５
℃よりも小さくなると（ステップＳ９参照）ただちに初
期状態にリセットする（ステップＳ１０参照）。このと
き依然としてロックしていれば、図３に示すように、再
びロック電流が流れるようになる。そして、これを正常
に復帰するまで繰り返す。

【００２０】したがって、本案によれば、過電流を検知
した時に、従来のようにただちに出力をオフするのでは
なく、所定の過電流制御モードに入るようにしたので、
そのロックが疑似的なものであってラジエータファンモ
ータ１が正常状態に復帰したような場合には自動的にた
だちにラジエータファンを正常運転に戻すことができ
る。

【００２１】その際、過電流制御モードにおいては、モ
ジュール内部の温度が第１設定値（１３０℃）を超えた
時点で出力をオフし、それまでは出力を所定のレベルに
制限するにとどめたので、ラジエータファンの停止時間
を必要最小限に抑えることができる。同時に、モジュー
ル内部温度が第１設定値（１３０℃）を超えた時点で出
力をオフし、もってそのさらなる温度上昇を抑制するよ
うにしたので、ＰＷＭ制御モジュール２（特にＭＯＳＦ
ＥＴ４）自体の保護も図られている。

【００２２】また、本案では、過電流検出手段を既存の
コイル６で構成したので、部品点数の増加が抑えられ、
その分コストの低減が図られる。

【００２３】なお、ここでは、過電流過熱の制御をＰＷ
Ｍモジュール２内の制御回路７で行うようにしている
が、これに限定されないことはもちろんである。たとえ
ば、過電流過熱制御回路７と同様の機能をエンジンコン
トロールユニット３の側に持たせて、過電流制御モード
時においてエンジンコントロールユニット３から出力さ
れるＰＷＭ信号それ自体を自身で直接修正することも可
能である。

【００２４】また、ここではラジエータファン制御シス
テムへの適用を例にとって説明したが、これに限定され
ないことはもちろんであって、本発明の過電流保護は任
意のモータ制御システムへ適用できる。

【００２５】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、モ
ータロックなどによる過電流を検知した時に、従来のよ
うにただちに出力をオフするのではなく、所定の過電流
制御モードに入るようにしたので、そのロックが疑似的
なものであって電動ファンモータが正常状態に復帰した
ような場合には自動的にただちに電動ファンを正常運転
に戻すことができる。その際、過電流制御モードにおい
ては、モジュール内部の温度が所定値以上になった時点
ではじめて出力をオフするので、電動ファンの停止時間
を必要最小限にとどめることができるとともに、その出
力オフによりモジュール内部のさらなる温度上昇の抑制
が図られるため、ＰＷＭ制御モジュール自体の保護も図
られている。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による電動ファン制御システムの一構成
を示すシステム図である。

【図２】過電流保護制御の内容を示すフローチャートで
ある。

【図３】図２の制御による過電流保護のタイミングチャ
ートである。

【符号の説明】

１…ラジエータファンモータ（電動ファンモータ） ２…ＰＷＭ制御モジュール ３…エンジンコントロールユニット ４…ＭＯＳＦＥＴ ５…ＰＷＭ制御回路 ６…コイル（過電流検出手段） ７…過電流過熱制御回路（制御手段） ８…サーミスタ（内部温度検出手段）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電動ファンモータ（１）に直列に接続され
   その回転数を無段階に制御するＰＷＭ制御モジュール
   （２）を備えた電動ファン制御システムにおいて、 前記制御モジュール（２）を流れる過電流を検出する過
   電流検出手段（６）と、 前記制御モジュール（２）の内部温度を検出する内部温
   度検出手段（８）と、 前記過電流検出手段（６）によって過電流が検出された
   ときに、前記制御モジュール（２）の出力電流を制限し
   て前記内部温度検出手段（８）の出力により前記制御モ
   ジュール（２）の内部温度を監視し、その温度が第１設
   定値以上になると前記出力電流をオフし、その後その温
   度が前記第１設定値よりも小さい第２設定値以下に下が
   ると初期状態にリセットする制御手段（７）と、 を有することを特徴とする電動ファン制御システム。