JP3861704B2

JP3861704B2 - 車両用冷却ファンモータの駆動装置

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Publication number: JP3861704B2
Application number: JP2002023983A
Authority: JP
Inventors: 聡史吉村
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2002-01-31
Filing date: 2002-01-31
Publication date: 2006-12-20
Anticipated expiration: 2022-01-31
Also published as: US6747432B2; JP2003230295A; US20030140643A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電源線から電源電圧の供給を受けて車両用冷却ファンモータを駆動する車両用冷却ファンモータの駆動装置に関する。
【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（以下、エアコンと称す）のコンデンサ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モータ（例えば直流モータ）で回転駆動することが行われている。図１１は、２つの冷却ファンモータを直並列運転する駆動装置の電気的構成を示している。この駆動装置１は、必要とされる冷却能力に応じて、３つのリレーを用いて冷却ファンモータ２、３を直列駆動または並列駆動するもので、現在主流となっている駆動方式である。
【０００３】
すなわち、電源線４はイグニッションスイッチ（図示せず）を介してバッテリ５の正側端子に接続されており、リレー６、７、８の励磁コイル６ａ、７ａ、８ａの各一端子はヒューズ９を介して電源線４に接続されている。励磁コイル７ａ、８ａの各他端子は、水温スイッチ１０およびエアコン高圧スイッチ１１を並列に介してアース１２に接続されている。また、励磁コイル６ａの他端子は、図示した等価回路を持つエアコンアンプ１３とスイッチ１４とを介してアース１２に接続されるとともに、エアコンアンプ１３を介して水温スイッチ１０とエアコン高圧スイッチ１１に接続されている。エアコンアンプ１３には電源線４からヒューズ１５を介してバッテリ電圧が供給されており、スイッチ１４はマグネットクラッチ（図示せず）に連動して開閉動作するようになっている。
【０００４】
バッテリ５の正側端子に直接繋がる電源線１６とアース１２との間には、ヒューズ１７、リレースイッチ６ｂ、冷却ファンモータ２およびリレースイッチ７ｂ（常開側接点オン時）からなる直列回路、並びに、ヒューズ１８、リレースイッチ８ｂおよび冷却ファンモータ３からなる直列回路が形成されている。リレースイッチ７ｂの常閉側接点は冷却ファンモータ３に接続されている。
【０００５】
この駆動装置１について、水温スイッチ１０、エアコン高圧スイッチ１１およびスイッチ１４（マグネットクラッチ）の各状態における冷却ファンモータ２、３の動作は図１２に示すとおりである。すなわち、冷却ファンモータ２、３は、全スイッチがオフの場合に停止し、スイッチ１４がオン且つエアコン高圧スイッチ１１とスイッチ１４がオフの場合に直列運転され、水温スイッチ１０またはエアコン高圧スイッチ１１がオンの場合に並列運転される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
冷却ファンモータ２、３は、車両前面部に位置するコンデンサおよびラジエータに近接して設置されており、冷却ファンモータ２、３へのハーネスの取り回しを簡素化するとともにハーネスでの損失を低減するためは、駆動装置１を冷却ファンモータ２、３の近くに取り付けることが望ましい。しかし、車両前面部は車両の走行に伴う被液やダストが多く悪環境であるため、駆動装置１をそこに取り付けるには駆動装置１を構成するリレー６、７、８を専用のリレーボックスに格納した上でシール構造を強化する必要がある。こうしたシール構造の強化はコスト高となるため、現在は駆動装置１を冷却ファンモータ２、３から離れた比較的被液やダストの少ない位置（例えばエンジンルームの後面側）に設置せざるを得ない状況となっている。
【０００７】
また、駆動装置１はヒューズ９、１５、１７、１８およびリレー６、７、８を用いた構成であるため、例えば運転時に一方の冷却ファンモータ２がロックするとヒューズ１７が溶断し、ヒューズ１７を交換しない限り冷却ファンモータ２、３を正常に運転できなくなる。従って、一旦モータロックが生じると、それが解除されたとしても冷却ファンモータ２、３の運転を行えず、また高水温時、高圧時に他方の冷却ファンモータ３のみが運転されることとなり、冷却能力が不足してオーバーヒートやエアコン能力の低下などが発生し易くなる。
【０００８】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、車両用冷却ファンモータに接近して設置でき、車両用冷却ファンモータに一時的な異常状態が生じてもその回復後は正常運転に復帰できる車両用冷却ファンモータの駆動装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載した手段によれば、制御手段が第２および第４のＭＯＳトランジスタをオンすると、第１の電源線から第２のＭＯＳトランジスタ、第２の車両用冷却ファンモータ、第４のＭＯＳトランジスタおよび第１の車両用冷却ファンモータを介して第２の電源線に至る通電経路が形成され、２つの車両用冷却ファンモータが直列運転される。また、制御手段が第１、第２、第３のＭＯＳトランジスタをオンすると、第１の電源線から第１のＭＯＳトランジスタと第１の車両用冷却ファンモータとを介して第２の電源線に至る通電経路と、第１の電源線から第２のＭＯＳトランジスタ、第２の車両用冷却ファンモータおよび第３のＭＯＳトランジスタを介して第２の電源線に至る通電経路とが形成され、２つの車両用冷却ファンモータが並列運転される。
【００１０】
このように本駆動装置は、半導体スイッチであるＭＯＳトランジスタを用いて車両用冷却ファンモータの直並列運転を切り替える構成なので、樹脂モールド化等により容易に半導体スイッチをシール構造とすることができ、リレーを用いた従来構成に比べ小形化が図られる。このため、搭載スペースの確保が難しく被液やダストの多い冷却ファンモータの近傍に本駆動装置を設置することが可能となり、冷却ファンモータへのハーネスの取り回しを簡素化できるとともにハーネスでの損失を低減できる。また、半導体スイッチであるＭＯＳトランジスタを用いることで非破壊で過負荷保護、過電流保護、ノイズによる誤動作保護が可能となり、車両用冷却ファンモータに一時的な異常状態が生じてもその異常状態が回復すれば再び正常運転に復帰できる。
また、第１ないし第４のＭＯＳトランジスタにはそれぞれ還流手段である還流ダイオードが並列接続されているので、ＭＯＳトランジスタをオンからオフに切り替えた時に生じるサージ電圧の発生を抑制することができる。
【００１１】
請求項２に記載した手段によれば、直列または並列の運転状態に応じた基準電流が設定され、車両用冷却ファンモータに流れる電流がその基準電流を超えると電流超過信号が出力される。車両用冷却ファンモータは極力運転を維持することが必要であって、特に高い冷却能力が必要とされる並列運転時に運転を停止することは好ましくないという事情がある。また、車両用冷却ファンモータに異常例えばロックが生じた場合を考えると、並列運転時にあっては電源電圧が全てモータ抵抗に印加されて非常に大きい電流が流れる虞があるが、直列運転時にあってはロックしていない車両用冷却ファンモータが電源電圧を負担するので電流は比較的抑えられる。従って、並列運転をしている時に電流超過信号を出力したことを条件として並列運転から直列運転に切り替えることにより、異常の発生にもかかわらずある程度の冷却能力を確保しつつ冷却を継続することができる。
【００１２】
請求項３に記載した手段によれば、電流検出信号が所定時間以上継続して電流基準信号を超えた時に電流超過信号が出力されて並列運転から直列運転への切り替えが行われる。これにより、直列運転から並列運転への切り替えにより一時的に過大な突入電流が流れる場合やノイズなどに起因して一時的に誤った電流超過信号が出力される場合などに応答して本来必要のない直列運転への切り替えが行われることがなくなり、安定動作が図られる。
【００１３】
請求項４に記載した手段によれば、電流超過信号の出力が停止したことを条件として電流超過信号が出力される前の直並列運転状態に切り替えられるので、高い冷却能力が必要とされる場合に極力その冷却能力を確保することができる。
【００１４】
請求項５に記載した手段によれば、電流検出信号が所定時間以上継続して電流基準信号以下であった時に電流超過信号の出力が停止して電流超過信号が出力される前の直並列運転状態への切り替えが行われるので、直列運転と並列運転とが頻繁に繰り返されるハンチング現象を防止できる。
【００１５】
請求項６に記載した手段によれば、制御手段は、直並列運転の選択指令にかかわらず始動時に所定時間だけ直列運転を行って第１および第２の車両用冷却ファンモータに速度起電力を発生させ、その上で選択指令に従って並列運転に切り替えるので、並列状態で始動する場合に比べ始動時の突入電流を低減することができる。
【００１７】
請求項７に記載した手段によれば、車両が走行中の場合など風を受けて車両用冷却ファンモータに回転力が与えられる場合であって電源電圧が所定電圧よりも低下している時において、制御手段が第１ないし第３のＭＯＳトランジスタをオフし第４のＭＯＳトランジスタをオンすると、第２の電源線から第１の車両用冷却ファンモータ、第４のＭＯＳトランジスタ、第２の車両用冷却ファンモータ、第２のＭＯＳトランジスタに並列接続された還流ダイオードを介して第１の電源線に至る経路で電流が流れ、電源線側への電力回生が行われる。これにより、電力収支の改善が図られる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態について図１ないし図５を参照しながら説明する。
図１は、車両用冷却ファンモータの駆動装置およびその周辺回路の電気的構成を示している。この駆動装置２１により駆動される第１、第２の車両用冷却ファンモータ（以下、ファンモータと称す）２２、２３は直流モータであって、それぞれ車両の前面部に位置するエンジンのラジエータ２４およびエアコンのコンデンサ２５を冷却する冷却ファン２２ａ、２３ａを駆動するものである。
【００１９】
駆動装置２１は樹脂モールドまたは防塵・防水シールされた上でファンモータ２２、２３の近傍に設置されており、ファンモータ２２および２３はそれぞれ駆動装置２１の端子２１ａ、２１ｂ間および端子２１ｃ、２１ｄ間に接続されている。駆動装置２１の電源端子２１ｅはヒューズ２６を有する電源線２７（第１の電源線に相当）を介してバッテリ２８の正側端子に接続され、電源端子２１ｆはバッテリ２８の負側端子とともにアース２９（第２の電源線に相当）に接続されている。これにより、電源端子２１ｅと２１ｆとの間には常時バッテリ電圧ＶB2が供給されている。
【００２０】
制御用の電源端子２１ｇは、ヒューズ３０と図示しないイグニッションスイッチとを介してバッテリ２８の正側端子に接続されている。従って、電源端子２１ｇと２１ｆとの間にはイグニッションスイッチを閉じている期間に限りバッテリ電圧ＶB1が供給されるようになっている。なお、ここで用いるヒューズ２６、３０は、モータロックやモータ過負荷などから駆動装置２１を保護するためのものではなく、半導体スイッチの短絡故障など駆動装置２１自身に故障が生じた時にその拡大を防止するためのものである。
【００２１】
エンジン制御用のＥＣＵ(Electronic Control Unit) ３１は、図示しないエアコンＥＣＵからエアコンの動作信号Ｓａを入力し、その動作信号Ｓａやエンジン冷却水の温度などに基づいてファンモータ２２、２３の運転指令信号Ｓｂを生成するようになっている。この運転指令信号Ｓｂは、駆動装置２１の端子２１ｈに対し与えられる。なお、ＥＣＵ３１は、イグニッションスイッチとヒューズ３２とを介して供給されるバッテリ電圧ＶB1により動作する。
【００２２】
駆動装置２１は、制御ＩＣ３３（制御手段に相当）と切替回路３４（通電切替手段に相当）と電流検出用の抵抗３５（電流検出手段）とからなるハイブリッドＩＣとして構成されている。このうち切替回路３４は、スイッチ手段として機能するＮチャネル型パワーＭＯＳトランジスタ３６〜３９（第１〜第４のＭＯＳトランジスタに相当）から構成されており、これらＭＯＳトランジスタ３６〜３９のドレイン・ソース間には、それぞれドレイン側をカソードとする還流手段としての還流ダイオード３６ａ〜３９ａ（ＭＯＳトランジスタ３６〜３９に内蔵された寄生ダイオード）が接続されている。
【００２３】
すなわち、端子２１ｅと２１ａとの間、端子２１ｅと２１ｃとの間、端子２１ｄと２１ｂとの間、端子２１ａと２１ｄとの間には、それぞれ上記ＭＯＳトランジスタ３６、３７、３８、３９のドレイン・ソース間が接続されている。端子２１ｂは、上記抵抗３５を介して端子２１ｆに接続されている。
【００２４】
続いて、図２を参照しながら制御ＩＣ３３の電気的構成について説明する。なお、この図２では駆動装置２１の周辺回路はファンモータ２２、２３を除き省略されている。制御ＩＣ３３は、制御電源回路４０、発振回路４１、昇圧回路４２、運転制御回路４３（運転切替手段に相当）、過電流検出回路４４および駆動回路４５を有している。このうち制御電源回路４０は、イグニッションスイッチを介して供給されるバッテリ電圧ＶB1から制御電源電圧Ｖcc（例えば５Ｖ）を生成するシリーズレギュレータで、その制御電源電圧Ｖccは、発振回路４１、運転制御回路４３および過電流検出回路４４に供給されている。
【００２５】
発振回路４１は所定周波数のパルス信号を生成するもので、昇圧回路４２は、このパルス信号を使用してバッテリ電圧ＶB2（例えば１４Ｖ）から２４Ｖ程度の昇圧電圧Ｖcpを生成するチャージポンプ回路である。駆動回路４５は、運転制御回路４３から入力した運転信号Ｓｃ（後述）に基づいて、ＭＯＳトランジスタ３６〜３９に対しそれぞれ駆動信号Ｓｄ〜Ｓｇを出力するものである。これら駆動信号Ｓｄ〜Ｓｇは、上記昇圧電圧Ｖcpを用いて生成されており、ＭＯＳトランジスタ３６〜３９をオンさせるのに十分に高い電圧となっている。ただし、ＭＯＳトランジスタ３６〜３９にＰチャネル型を用いた場合には、昇圧回路４２は不要となる。また、駆動信号Ｓｇ、Ｓｆについては、昇圧電圧Ｖcpに替えてバッテリ電圧ＶB1を用いる構成としても良い。
【００２６】
過電流検出回路４４は、差動増幅回路４６、基準電圧設定回路４７（基準設定手段に相当）および比較回路４８（比較手段に相当）から構成されている。このうち差動増幅回路４６は、ファンモータ２２、２３に流れる電流（モータ電流）に比例して生じる抵抗３５の両端電圧を差動増幅し、その増幅電圧を電流検出信号Ｓｈとして出力するもので、オペアンプ４９、抵抗５０〜５３およびコンデンサ５４から構成されている。コンデンサ５４が付加されているため、差動増幅回路４６は、抵抗３５の両端電圧に重畳されたノイズを除去するためのローパスフィルタの機能も果たすようになっている。
【００２７】
基準電圧設定回路４７は、運転制御回路４３から直並列運転状態に対応して与えられる切替信号Ｓｉに従って、基準電流に相当する電圧値を持つ電流基準信号Ｓｊを出力するものである。具体的には、直列に接続された抵抗５５、５６、５７によりバッテリ電圧ＶB1の分圧電圧Ｖd1、Ｖd2を生成し、切替信号ＳｉがＨレベルの時（並列運転時）にスイッチ回路５８を通して分圧電圧Ｖd1を出力し、切替信号ＳｉがＬレベルの時（直列運転時）にスイッチ回路５８を通して分圧電圧Ｖd2を出力するようになっている。
【００２８】
比較回路４８は、電流検出信号Ｓｈと電流基準信号Ｓｊとを比較し、運転制御回路４３に対し電流超過信号Ｓｋを出力する回路である。コンパレータ５９の非反転入力端子は抵抗６０を介してオペアンプ４９の出力端子に接続され、反転入力端子は抵抗６１を介してスイッチ回路５８に接続されている。比較信号Ｓｌを出力するコンパレータ５９の出力端子は、遅延回路６２を通してＲＳフリップフロップ６３のセット端子Ｓに接続されるとともに、インバータ６４、遅延回路６５およびＯＲゲート６６を介してＲＳフリップフロップ６３のリセット端子Ｒに接続されている。ＲＳフリップフロップ６３の出力端子Ｑからは、上記電流超過信号Ｓｋが出力される。
【００２９】
遅延回路６２は、入力される比較信号ＳｌがＬレベルからＨレベルに変化し且つそのＨレベルが時間Ｔ１だけ継続した時に、出力信号をＬレベルからＨレベルに変化させるようになっている。遅延回路６５も同様に、入力される比較信号Ｓｌの反転信号がＬレベルからＨレベルに変化し且つそのＨレベルが時間Ｔ２だけ継続した時に、出力信号をＬレベルからＨレベルに変化させるようになっている。なお、上述したＯＲゲート６６には、イグニッションスイッチがオンされた時に一時的にＨレベルとなるリセット信号Ｓｍが入力されている。
【００３０】
運転制御回路４３は、ＥＣＵ３１から入力した運転指令信号Ｓｂ、過電流検出回路４４から入力した電流超過信号Ｓｋ、および電源電圧監視回路（図示せず）により検出したバッテリ電圧ＶB1に基づいて、ファンモータ２２、２３の運転状態すなわち停止、直列運転、並列運転を決定する。そして、運転制御回路４３は、その決定した運転状態を示す運転信号Ｓｃを出力するとともに、その運転状態に応じた切替信号Ｓｉを出力するようになっている。
【００３１】
次に、本実施形態の作用について図３ないし図５も参照しながら説明する。まず、図３は、電流超過信号ＳｋがＬレベルの場合におけるＭＯＳトランジスタ３６〜３９のオンオフ状態およびファンモータ２２、２３の運転状態を示している。運転制御回路４３は、制御用のバッテリ電圧ＶB1が８Ｖ未満の場合および運転指令信号Ｓｂが０Ｖ一定の場合に運転信号Ｓｃを「停止」とし、駆動回路４５はＭＯＳトランジスタ３６〜３９を全てオフ駆動する。これにより、ファンモータ２２、２３は非通電状態となり、冷却ファン２２ａ、２３ａが風などの外力を受けない限り停止する。
【００３２】
これに対し、バッテリ電圧ＶB1が８Ｖ以上１６Ｖ以下の正常電圧範囲である場合には、運転制御回路４３は、運転指令信号Ｓｂが２５０Ｈｚ、５０％デューティのパルス信号である場合に運転信号Ｓｃを「直列運転」とし、運転指令信号Ｓｂが５Ｖ一定の場合に運転信号Ｓｃを「並列運転」とする。「直列運転」の場合、駆動回路４５は駆動信号ＳｅとＳｇを昇圧電圧Ｖcpとし、ＭＯＳトランジスタ３７と３９をオン駆動する。この時、端子２１ｅからＭＯＳトランジスタ３７、ファンモータ２３、ＭＯＳトランジスタ３９、ファンモータ２２および抵抗３５を介して端子２１ｆに至る通電経路が形成され、ファンモータ２２と２３が直列運転される。
【００３３】
また、「並列運転」の場合、駆動回路４５は駆動信号Ｓｄ、Ｓｅ、Ｓｆを昇圧電圧Ｖcpとし、ＭＯＳトランジスタ３６、３７、３８をオン駆動する。この時、端子２１ｅからＭＯＳトランジスタ３６、ファンモータ２２および抵抗３５を介して端子２１ｆに至る通電経路と、端子２１ｅからＭＯＳトランジスタ３７、ファンモータ２３、ＭＯＳトランジスタ３８および抵抗３５を介して端子２１ｆに至る通電経路とが形成され、ファンモータ２２と２３とが並列運転される。何れの場合にも、抵抗３５にはファンモータ２２、２３を通過する全電流が流れる。なお、運転状態の切り替え時において、ファンモータ２２、２３の速度起電力により流れる電流はダイオード３６ａ〜３９ａを還流するので、サージ電圧の発生が抑えられる。
【００３４】
続いて、過電流が流れる場合の動作を説明する。
図４に示すタイミングチャートにおいて、時刻ｔ１にイグニッションスイッチがオンされると、ＯＲゲート６６にリセット信号Ｓｍが入力され、電流超過信号ＳｋがＬレベルにリセットされる。冷却水の温度が低く且つエアコンのコンプレッサ圧力が低い条件の下では、ＥＣＵ３１はパルス信号からなる運転指令信号Ｓｂを出力する。この場合、運転制御回路４３は運転指令信号Ｓｂに従って運転信号Ｓｃを「直列運転」とし、それとともに切替信号ＳｉをＬレベルとする。これにより、ファンモータ２２と２３は直列運転され、スイッチ回路５８により直列運転時の電流基準信号Ｓｊが設定される。なお、図４には示さないが、始動時に突入電流が発生し一時的に電流検出信号Ｓｈが増大する場合がある。
【００３５】
時刻ｔ２から時刻ｔ３までの期間はファンモータ２２と２３は正常に回転しており、比較的低い冷却能力でラジエータ２４とコンデンサ２５が冷却される。この場合、検出電流に相当する電流検出信号Ｓｈは基準電流に相当する電流基準信号Ｓｊよりも小さく、比較信号Ｓｌと電流超過信号ＳｋはＬレベルとなる。
【００３６】
これに対し、時刻ｔ３から時刻ｔ４までの期間ファンモータ２２が停止（ロック）したとすると、モータ電流が増加して電流検出信号Ｓｈが電流基準信号Ｓｊよりも大きくなる。図５は、各バッテリ電圧ＶB2における正常時と異常時（モータロック時）の電流検出信号Ｓｈと電流基準信号Ｓｊの大きさを示したものである。Ｓｈ＞Ｓｊとなることにより、比較信号ＳｌがＬレベルからＨレベルとなり、遅延回路６２の作用によって時刻ｔ３から時間Ｔ１だけ遅れて電流超過信号ＳｋもＨレベルとなる。
【００３７】
しかし、バッテリ電圧ＶB2は正常回転しているファンモータ２３が負担するため、モータ電流はファンモータ２３およびＭＯＳトランジスタ３７、３９が流し得る最大電流値を超えることはない。従って、運転制御回路４３は直列運転をそのまま継続する。時刻ｔ４にファンモータ２２のロックが解除されると、比較信号ＳｌがＬレベルとなり、遅延回路６５の作用によって時間Ｔ２だけ遅れて電流超過信号ＳｋもＬレベルに戻る。
【００３８】
その後、時刻ｔ５において冷却水温の上昇を示す水温スイッチがオンし、またはコンプレッサ圧力の上昇を示す高圧スイッチがオンすると、ＥＣＵ３１は５Ｖ一定の運転指令信号Ｓｂを出力する。運転制御回路４３は運転指令信号Ｓｂに従って運転信号Ｓｃを「並列運転」とし、それとともに切替信号ＳｉをＨレベルとする。これにより、ファンモータ２２と２３は並列運転に切り替えられ、スイッチ回路５８により並列運転時の電流基準信号Ｓｊが設定される。なお、図４には示さないが、切り替え時に突入電流が発生し一時的に電流検出信号Ｓｈが増大する場合がある。
【００３９】
時刻ｔ５から時刻ｔ６までの期間はファンモータ２２と２３は正常に回転しており、比較的高い冷却能力でラジエータ２４とコンデンサ２５が冷却される。この場合、電流検出信号Ｓｈは電流基準信号Ｓｊよりも小さく、比較信号Ｓｌと電流超過信号ＳｋはＬレベルとなる。
【００４０】
これに対し、時刻ｔ６から時刻ｔ８までの期間ファンモータ２２が停止（ロック）したとすると、モータ電流が増加して電流検出信号Ｓｈが電流基準信号Ｓｊよりも大きくなる。これにより、比較信号ＳｌがＬレベルからＨレベルとなり、遅延回路６２の作用によって時刻ｔ６から時間Ｔ１だけ遅れた時刻ｔ７に電流超過信号ＳｋもＨレベルとなる。
【００４１】
運転制御回路４３は、並列運転時に電流超過信号ＳｋがＨレベルになると、運転指令信号Ｓｂにかかわらず直列運転に切り替えて冷却ファン２３ａによる冷却を継続する。これは、並列運転時にファンモータ２２にモータロックが発生すると、直列運転時とは異なり上記最大電流値に近いモータ電流が流れるため、ファンモータ２２および駆動装置２１をこうした過大な電流から保護するためである。
【００４２】
やがて時刻ｔ８においてファンモータ２２のロックが解除されると、比較信号ＳｌがＬレベルとなり、遅延回路６５の作用によって時間Ｔ２だけ遅れた時刻ｔ９に電流超過信号ＳｋがＬレベルに戻る。運転制御回路４３は、電流超過信号ＳｋがＬレベルになると、運転指令信号Ｓｂに従って再び並列運転を開始する。なお、ファンモータ２２にロックが生じた場合について説明したが、ファンモータ２３にロックが生じた場合でも同様の動作となる。
【００４３】
以上説明したように、本実施形態の駆動装置２１は、ＭＯＳトランジスタ３６〜３９を組み合わせて２つのファンモータ２２、２３を直列駆動および並列駆動できるように構成した切替回路３４を備えているので、樹脂モールドにより容易にシール構造とすることができ、リレーを用いた従来構成に比べ小形化が可能となる。このため、搭載スペースの確保が難しく被液やダストの多いファンモータ２２、２３の近傍（車両の前面部付近）に駆動装置２１を設置することが可能となり、ファンモータ２２、２３へのハーネスの取り回しを簡素化できるとともにハーネスでの損失を低減できる。
【００４４】
ＭＯＳトランジスタ３６〜３９には、還流用のダイオード３６ａ〜３９ａが接続（内蔵）されているので、サージ電圧の発生を抑制することができる。また、半導体スイッチを用いることで非破壊により過負荷保護、過電流保護、ノイズによる誤動作保護が可能となり、ファンモータ２２、２３に一時的な異常状態例えばモータロックが生じてもその異常状態が回復すれば再び正常運転に復帰することができる。
【００４５】
駆動装置２１は、高い冷却能力を得るためにファンモータ２２、２３を並列運転をしている時に過電流により電流超過信号ＳｋがＨレベルになると、並列運転から直列運転に切り替えて運転するので、異常の発生にもかかわらずある程度の冷却能力を確保しつつ冷却を継続することができる。これにより、冷却水の温度上昇やエアコンの冷房能力の低下を最小限に止めることができる。
【００４６】
また、電流検出信号ＳｈがＴ１以上継続して電流基準信号Ｓｊを超えた時に電流超過信号ＳｋがＨレベルとなって並列運転から直列運転への切り替えが行われるので、並列運転への切り替えにより発生する一時的な過電流やノイズなどにより直列運転への切り替えが行われることがなくなり、安定動作が図られる。さらに、電流検出信号ＳｈがＴ２以上継続して電流基準信号Ｓｊ以下であった時に電流超過信号ＳｋがＬレベルとなって直列運転から運転指令信号Ｓｂに従った運転への切り替えが行われるので、直列運転と並列運転とが頻繁に繰り返されるハンチング現象を防止できる。
【００４７】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について図６および図７を参照しながら説明する。本実施形態の駆動装置は、始動時のモータ突入電流を低減するために、第１の実施形態における運転制御回路４３に始動処理回路を付加したことを特徴としている。その他の構成部分は、第１の実施形態で説明した駆動装置２１と同じである。
【００４８】
図６は、ハードウェアとして構成されている運転制御回路が実行する処理の流れを示している。イグニッションスイッチがオンされると、運転制御回路は、運転指令信号Ｓｂが０Ｖ（停止指令）の間そのまま待ち続ける（ステップＲ１）。運転指令信号Ｓｂがパルス信号（直列運転指令）または５Ｖ（並列運転指令）に変化すると、運転制御回路は、その直並列運転指令にかかわらず始動時間Ｔｄの期間直列運転を実行し（ステップＲ２）、その直列運転の終了後運転指令信号Ｓｂに従って並列運転（ステップＲ３、Ｒ４）または直列運転（ステップＲ３、Ｒ５）を実行する。運転制御回路は、これら直並列運転中に運転指令信号Ｓｂが０Ｖに変化したか否かを判定し（ステップＲ６）、０Ｖになっていない場合にはステップＲ３に移行し、０Ｖになった場合にはステップＲ１に移行する。
【００４９】
図７は、上記処理内容を示すタイミングチャートである。イグニッションスイッチがオンされた後、時刻ｔ１０において運転指令信号Ｓｂにより直列運転が指令されると、運転制御回路は、上記始動時間Ｔｄを含め停止指令が与えられる時刻ｔ１１までの期間直列運転を行う。これに対し、時刻ｔ１２において運転指令信号Ｓｂにより並列運転が指令されると、運転制御回路は、時刻ｔ１２から始動時間Ｔｄが経過する時刻ｔ１３までの期間一旦直列運転を実行し、その後運転指令信号Ｓｂに従って並列運転に切り替える。ここで、始動時間Ｔｄは、一旦増加した電流が定常電流値付近まで低下するのに要する時間（例えば２秒〜５秒）に設定されている。
【００５０】
停止しているファンモータ２２、２３には速度起電力がないため、そのファンモータ２２、２３に電圧が印加された時に定常時に流れる電流よりも大きい突入電流が流れる。この突入電流は、印加電圧が高いほど大きくなる。図７の時刻ｔ１２から時刻ｔ１３にかけて破線で示す電流検出信号Ｓｈは、並列状態で始動する場合に流れる電流を示している。
【００５１】
本実施形態によれば、運転制御回路は、運転指令信号Ｓｂによる直並列運転指令にかかわらず、始動時に始動期間Ｔｄだけ直列運転を行って速度起電力を発生させ、その上で運転指令信号Ｓｂに従って並列運転に切り替えるので、並列状態で始動する場合に比べ始動時の突入電流を低減することができる。その結果、ファンモータ２２、２３の始動時におけるバッテリ電圧ＶB1、ＶB2の低下を抑制でき、バッテリ電圧ＶB1、ＶB2により動作する他の装置における電源電圧変動による影響を低減することができる。
【００５２】
（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態について図８ないし図１０を参照しながら説明する。
図８はファンモータの駆動装置およびその周辺回路の電気的構成を示すもので、上述した図１と同一構成部分には同一符号を付して示している。この図８に示す駆動装置６７は、冷却ファン２２ａ、２３ａが走行風を受けて回転する場合にファンモータ２２、２３の発電エネルギーを回生する構成を備えている。ＥＣＵ６８は、バッテリ電圧ＶB1を監視しており、バッテリ２８が満充電ではなく且つ車速が例えば８０ｋｍ／ｈ以上である場合に駆動装置６７の端子２１ｉに対して与える発電指令信号Ｓｎを５Ｖとし、それ以外の条件の下では発電指令信号Ｓｎを０Ｖとする。
【００５３】
駆動装置６７の制御ＩＣ６９は、発電指令信号Ｓｎのレベルに応じて図９に示すようにファンモータ２２、２３を運転する。すなわち、発電指令信号Ｓｎが０Ｖの場合には図３と同じ運転動作となり、発電指令信号Ｓｎが５Ｖの場合にはバッテリ電圧ＶB1≧８Ｖであって且つ運転指令信号Ｓｂが０Ｖの時に発電運転を行う。この発電運転時には、制御ＩＣ６９は駆動信号Ｓｇを昇圧電圧Ｖcp（バッテリ電圧ＶB1でも可）とし、ＭＯＳトランジスタ３９のみをオン駆動する。
【００５４】
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２５、ラジエータ２４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２２ａ、２３ａに与えられる。この走行風により冷却ファン２２ａ、２３ａが回転力を受けると、その回転エネルギーが以下のように発電エネルギーに変換される。上記発電運転時には、端子２１ｆから抵抗３５、ファンモータ２２、ＭＯＳトランジスタ３９、ファンモータ２３およびダイオード３７ａを介して端子２１ｅに至る通電経路が形成され、ファンモータ２２と２３とが直列接続された状態でファンモータ２２、２３からバッテリ２８に対し発電エネルギーの回生が行われる。ファンモータ２２と２３とを直列接続とするのは、バッテリ２８を充電するためにより高い発電電圧Ｖｍを必要とするからである。
【００５５】
図１０は、ファンモータ２２、２３の回転数（ｒｐｍ）に対する発電電圧Ｖｍ（Ｖ）と回生電流Ｉｍ（Ａ）の特性を示している。ここで、バッテリ電圧ＶB2（ＶB1）は１４Ｖである。回転数を示す横軸には、対応する車速（ｋｍ／ｈ）も併記されている。端子２１ｃ、２１ｂ間の発電電圧Ｖｍは、車速が増加してファンモータ２２、２３の回転数が上昇するに従ってほぼ一定の傾きで上昇する。そして、車速８０ｋｍ／ｈで発電電圧Ｖｍがバッテリ電圧ＶB2（１４Ｖ）に達すると、上記通電経路を通して回生電流Ｉｍが流れ始め、それ以降発電電圧Ｖｍはほぼ一定値となる。回生電流Ｉｍは、車速が増加してファンモータ２２、２３の回転数が上昇するほど大きくなる。ＥＣＵ６８が車速８０ｋｍ／ｈ以上で発電指令を出力するのは、この図１０に示す発電特性による。
【００５６】
以上説明したように、本実施形態の駆動装置６７は、バッテリ２８が満充電ではなく、且つ車速が所定値以上となって冷却ファン２２ａ、２３ａが車両走行風を受けて回転している条件の下で、ファンモータ２２、２３を直列接続して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でき、さらにバッテリ２８を充電することができる。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２２ａ、２３ａは高い回転速度を得易く、ファンモータ２２、２３から大きな発電エネルギーを回生することができる。
なお、本実施形態によっても第１の実施形態と同様の効果を得られる。
【００５７】
（その他の実施形態）
本発明は上記し且つ図面に示す各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。
第２と第３の実施形態を組み合わせた構成としても良い。
遅延回路６２、６５は、必要に応じて付加すれば良い。
車両用冷却ファンモータは、ブラシレスＤＣモータであっても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態を示す駆動装置およびその周辺回路の電気的構成図
【図２】制御ＩＣの回路構成を具体的に示す駆動装置の電気的構成図
【図３】電流超過信号ＳｋがＬレベルの場合におけるＭＯＳトランジスタのオンオフ状態とファンモータの運転状態を示す図
【図４】直並列運転時のタイミングチャート
【図５】正常時と異常時の電流検出信号Ｓｈと電流基準信号Ｓｊを示す図
【図６】本発明の第２の実施形態を示す運転制御回路のフローチャート
【図７】図４相当図
【図８】本発明の第３の実施形態を示す図１相当図
【図９】図３相当図
【図１０】ファンモータの回転数に対する発電電圧Ｖｍと回生電流Ｉｍの特性図
【図１１】従来技術を示す駆動装置の電気的構成図
【図１２】スイッチの各状態における冷却ファンモータの動作を示す図
【符号の説明】
２１、６７は駆動装置、２２はファンモータ（第１の車両用冷却ファンモータ）、２３はファンモータ（第２の車両用冷却ファンモータ）、２７は電源線（第１の電源線）、２９はアース（第２の電源線）、３３、６９は制御ＩＣ（制御手段）、３４は切替回路（通電切替手段）、３５は抵抗（電流検出手段）、３６〜３９はＭＯＳトランジスタ（第１〜第４のＭＯＳトランジスタ）、３６ａ〜３９ａは還流ダイオード、４３は運転制御回路（運転切替手段）、４７は基準電圧設定回路（基準設定手段）、４８は比較回路（比較手段）である。

Claims

第１および第２の電源線から電源電圧の供給を受けて第１および第２の車両用冷却ファンモータを駆動する車両用冷却ファンモータの駆動装置において、
還流ダイオードが並列に接続された第１ないし第４のＭＯＳトランジスタを備え、前記第１の電源線と前記第１、第２の車両用冷却ファンモータの各一端子との間にそれぞれ前記第１の電源線側をドレインとして前記第１、第２のＭＯＳトランジスタのドレイン・ソース間が接続され、前記第２の車両用冷却ファンモータの他端子と前記第２の電源線との間に前記第２の車両用冷却ファンモータ側をドレインとして前記第３のＭＯＳトランジスタのドレイン・ソース間が接続され、前記第１の車両用冷却ファンモータの前記一端子と前記第２の車両用冷却ファンモータの前記他端子との間に前記第１の車両用冷却ファンモータ側をドレインとして前記第４のＭＯＳトランジスタのドレイン・ソース間が接続された構成を有する通電切替手段と、
前記２つの車両用冷却ファンモータを直列運転する時には前記第２および第４のＭＯＳトランジスタをオンさせ、前記２つの車両用冷却ファンモータを並列運転する時には前記第１、第２および第３のＭＯＳトランジスタをオンさせるように前記各ＭＯＳトランジスタをオンオフ制御する制御手段とを備えていることを特徴とする車両用冷却ファンモータの駆動装置。
前記第１および第２の車両用冷却ファンモータに流れる電流に応じた電流検出信号を出力する電流検出手段を備え、
前記制御手段は、
直列または並列の運転状態に応じた基準電流に相当する電流基準信号を出力する基準設定手段と、
前記電流検出信号と前記電流基準信号とを比較し、前記電流検出信号が前記電流基準信号を超えた場合に電流超過信号を出力する比較手段と、
前記並列運転をしている時に前記比較手段が前記電流超過信号を出力したことを条件として前記並列運転から前記直列運転に切り替える運転切替手段とを備え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モータの駆動装置。
前記比較手段は、前記電流検出信号が所定時間以上継続して前記電流基準信号を超えた時に前記電流超過信号を出力するように構成されていることを特徴とする請求項２記載の車両用冷却ファンモータの駆動装置。
前記運転切替手段は、前記比較手段が前記電流超過信号の出力を停止したことを条件として、前記電流超過信号が出力される前の直並列運転状態に切り替えるように構成されていることを特徴とする請求項２または３記載の車両用冷却ファンモータの駆動装置。
前記比較手段は、前記電流検出信号が所定時間以上継続して前記電流基準信号以下であった時に前記電流超過信号の出力を停止するように構成されていることを特徴とする請求項４記載の車両用冷却ファンモータの駆動装置。
前記制御手段は、直並列運転の選択指令にかかわらず始動時に所定時間だけ前記直列運転を行うように構成されていることを特徴とする請求項１ないし５の何れかに記載の車両用冷却ファンモータの駆動装置。
前記制御手段は、前記電源電圧が所定電圧よりも低下している時において前記第１ないし第３のＭＯＳトランジスタをオフさせ前記第４のＭＯＳトランジスタをオンさせることにより、前記車両用冷却ファンモータから前記電源線側への電力回生運転が可能なように構成されていることを特徴とする請求項１ないし６記載の車両用冷却ファンモータの駆動装置。