(57)【要約】  制御ユニットの保護素子の第１の端子はモータとスイッチング素子間の配線に接続され、第２の端子はコントローラとスイッチング素子に共通の接地側配線に直接接続されている。保護素子は内部に可動接点と固定接点から成る平常時はＯＦＦ型のスイッチ部を備えており、スイッチング素子による過熱が所定温度以上となったとき可動接点と固定接点を閉じ第１の端子と第２の端子とを短絡させて電流を保護素子側に分流させ、スイッチング素子に流れる電流を減少させ、冷却システムを停止させずにスイッチング素子による過熱から制御ユニットを安全な温度領域に移行させる。
2010038339.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒と熱交換器を使用した冷却システムの熱交換器冷却フアンを回転駆動するモータの駆動を制御する制御ユニットであり、少なくとも内部に上記モータの駆動を制御するスイッチング素子と該スイッチング素子に制御信号を送出するコントローラとを備えた制御ユニットであって、
上記モータに接続する正負両極の配線の一方の配線に接続される第１の端子と上記正負両極の配線の他方の配線に接続されることなく接地配線に直接接続される第２の端子とを備える平常時ＯＦＦ型保護素子と、
該平常時ＯＦＦ型保護素子の内部に配置され、上記スイッチング素子による過熱が所定温度以上となったとき、上記第１の端子と上記第２の端子とを短絡させる短絡手段と、
を有し、
上記スイッチング素子による過熱が所定温度以上となったとき上記短絡手段が上記第１の端子と上記第２の端子とを短絡させることにより、上記スイッチング素子に流れる電流を減少させ、上記冷却システムを停止させずに上記スイッチング素子による過熱から上記制御ユニットを安全な温度領域に移行させる、
ことを特徴とする平常時ＯＦＦ型保護素子を備えた制御ユニット。
【請求項２】
上記第１の端子は上記スイッチング素子の負荷側配線に接続され、上記第２の端子は上記スイッチング素子の接地側配線に接続されている、ことを特徴とする請求項１記載の平常時ＯＦＦ型保護素子を備えた制御ユニット。
【請求項３】
上記短絡手段は、所定の温度以上で反り返り方向を反転させる熱応動素子と、該熱応動素子の反転動作に応じて自由端側に配設された可動接点を上記平常時ＯＦＦ型保護素子の本体装置筐体内に固定配置された固定接点に対して離接させる通電用弾性部材と、から成り、
上記第１の端子は上記可動接点に連結された端子であり、
上記第２の端子は上記固定接点に連結された端子であり、
上記熱応動素子は、常温域において常温時の反り返り形状により上記通電用弾性部材を介して上記可動接点を上記固定接点から離隔した位置に付勢し、異常温度以上において反り返り形状を反転させて上記通電用弾性部材を上記付勢から解除し上記通電用弾性部材の弾性により上記可動接点を上記固定接点に当接させる、ことを特徴とする請求項１記載の平常時ＯＦＦ型保護素子を備えた制御ユニット。
【請求項４】
上記短絡手段は、所定の温度以上で反り返り方向を反転させる熱応動素子と、該熱応動素子の両端部に係合して該熱応動素子の反転動作に応じて反転し、一端を上記一方の配線に接続されるために上記平常時ＯＦＦ型保護素子の本体装置筐体内で固定され他端に可動接点を備える通電用弾性部材と、上記熱応動素子が所定温度以上で反り返り方向を反転させたとき該熱応動素子の反転により反り返って凸状となる凸部ほぼ中央に当接する固定部材と、から成り、
上記熱応動素子は、
常温域において常温時の反り返り形状により上記通電用弾性部材を介して上記可動接点を上記固定接点から離隔した位置に付勢し、
異常温度以上において反り返り形状を反転させて上記通電用弾性部材を常温時の反対方向に付勢して上記可動接点を上記固定接点に当接させ、
更に上記通電用弾性部材の温度が上昇するに応じて上記反転による反り返りをより大きくし、上記固定部材との当接点を支点にして反り返りによる上記通電用弾性部材に対する付勢力をより強くし、該通電用弾性部材による上記可動接点による上記固定接点への当接付勢力をより強くする、
ことを特徴とする請求項１記載の平常時ＯＦＦ型保護素子を備えた制御ユニット。
【請求項５】
上記第１の端子は上記正負両極の配線の正極側に接続され、
上記短絡手段は、上記制御ユニットの内部素子の異常による過熱が発生したとき、上記第１の端子と上記第２の端子を内部短絡させて上記ユニットの外部に設けられた過電流遮断素子を作動させ、上記冷却システムを停止させる、
ことを特徴とする請求項１記載の平常時ＯＦＦ型保護素子を備えた制御ユニット。
【請求項６】
上記第１の端子は上記正負両極の配線の正極側に接続され、
上記第２の端子は上記制御ユニットの内部に設けられた過電流遮断素子を介して上記接地配線に接続され、
上記短絡手段は、上記制御ユニットの内部素子の異常による過熱が発生したとき、上記第１の端子と上記第２の端子を内部短絡させて上記過電流遮断素子を作動させ、上記冷却システムを停止させる、
ことを特徴とする請求項１記載の平常時ＯＦＦ型保護素子を備えた制御ユニット。
【請求項７】
上記スイッチング素子はＦＥＴ（電界効果型トランジスタ）から成り、上記第１の端子はドレイン端子であり、上記第２の端子はソース端子である、ことを特徴とする請求項１、５又は６記載の平常時ＯＦＦ型保護素子を備えた制御ユニット。
【請求項８】
上記制御ユニットは２５Ａ以上の電流を通電する制御ユニットであり、上記平常時ＯＦＦ型保護素子はＯＮ時における内部抵抗が上記制御ユニット又は上記スイッチング素子の内部抵抗の１／２以下である、ことを特徴とする請求項１、５又は６記載の平常時ＯＦＦ型保護素子を備えた制御ユニット。
【請求項９】
冷却システムの熱交換器冷却フアンを回転駆動するモータの駆動を制御する制御ユニットであり、少なくとも内部に上記モータの駆動を制御するスイッチング素子と該スイッチング素子に制御信号を送出するコントローラとを備えた制御ユニットであって、
平常時には開となっている両接点の一方の接点と、上記モータと上記スイッチング素子とを接続する配線との間に接続された第１の端子と、
上記両接点の他方の接点と、上記スイッチング素子及び上記コントローラの接地側配線との間に接続された第２の端子と、
該第２の端子と、上記制御ユニットの接地端子との間に、過電流遮断素子を介して接続された第３の端子と、
を有する保護素子を備え、
内部素子の異常による過熱が発生した際に、上記第１の端子と上記第２の端子間を短絡させ上記スイッチング素子に流れる電流を減少させて上記制御ユニットの過熱を抑制し、
更に上記保護素子が電流による発熱で許容値を越えた際に、上記第２の端子と上記第３の端子間を遮断して上記制御ユニットを電源から遮断し安全温度領域に移行させる、
ことを特徴とする平常時ＯＦＦ型保護素子を備えた制御ユニット。
【請求項１０】
上記第１の端子を上記コントローラの正極側配線に接続され、
上記内部素子の異常による過熱が発生した際に、上記第１の端子と上記第２の端子間を短絡させ上記コントローラ及び上記スイッチング素子に流れる電流を減少させて上記制激・jットの過熱を抑制し、
更に上記保護素子が電流による発熱で許容値を越えた際に、上記第２の端子と上記第３の端子間を遮断して上記制御ユニットを電源から遮断し安全温度領域に移行させる、
ことを特徴とする請求項９記載の平常時ＯＦＦ型保護素子を備えた制御ユニット。
【請求項１１】
外部回路を駆動制御する制御回路を保護対象回路とする平常時ＯＦＦ型保護素子において、
両接点の一方の接点に素子内部で接続され、上記保護対象回路の正負両極の配線の一方の配線に接続するために素子外部に延在する第１の端子と、
上記両接点の他方の接点に素子内部で接続され、上記正負両極の配線の他方の配線に接続するために素子外部に延在する第２の端子と、
素子外部の接地配線に接続するための第３の端子と、
上記第２の端子と上記第３の端子との間に配置され所定温度以上で溶融する温度ヒューズと、
を有し、
平常時は上記両接点を開いて平常時ＯＦＦ型となり、異常温度では上記両接点を閉じて上記保護対象回路の電流を上記第１の接点と上記第２の接点間で分岐させることにより上記保護対象回路を過熱破損から保護し、更に上昇した異常温度が上記所定温度以上になると上記温度ヒューズが溶解して上記第１及び第２の接点と上記第３の接点との間の電流路を遮断することにより、上記保護対象回路及び上記外部回路の電流を遮断する、
ことを特徴とする平常時ＯＦＦ型保護素子。
【請求項１２】
上記温度ヒューズは上記第２と第３の端子間に端子部材の一部断面積の最小部を設け、該最小部を含む領域を高温域で共晶合金化する組成の少なくも２種類の金属材料を積層させて構成した、ことを特徴とする請求項１１記載の平常時ＯＦＦ型保護素子。
【請求項１３】
上記温度ヒューズは端子部材が銅であり端子部材の一部断面積の最小部の周囲を銀の張り合わせ材で構成した、ことを特徴とする請求項１２記載の平常時ＯＦＦ型保護素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、平常時はＯＦＦ型で、温度異常時には接点を閉じ保護対象回路の電流を分岐させて保護対象回路を過熱破損から保護する平常時ＯＦＦ型保護素子を備えた制御ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、エアコンの冷媒による冷却システムや、自動車、特に大型車両のガソリンエンジンの冷却システムによる冷却処理は、熱交換器を用いて行われ、必要に応じてフアンを回転させて熱交換器を強制冷却していた。【０００３】
そして、ファンを回転させるモータの駆動制御では、熱交換器の温度センサ（ガソリンエンジンの場合であれば水温センサ等）からの温度検知信号に基づいてモータの駆動回路をＯＮ／ＯＦＦする単純な制御方法で行っていた。【０００４】
ファンモータのコントローラは、使用されるモータがブラシモータの場合、回転数は実効電圧で制御できる。この場合、半導体を用いたパルス幅変調（ＰＷＭ）制御が用いられる。パルス幅変調（ＰＷＭ）制御では、ＯＮとＯＦＦの時間幅（デューティ比）を変えることでファンモータの回転数を無段階に制御することができる。【０００５】
このような制御には、制御ユニットが用いられる。制御ユニット側では、熱交換器の冷媒温度に応じてファンモータの回転数を制御するほか、ユニット内部の温度が高い場合やファンモータがロックする等で異常電流が流れる場合などの保護動作として、電流を安全領域まで減少させる保護機能が備えられている。【０００６】
ところで、近年、自動車の燃費改善につれて、エンジンが大型化し、消費電力も大きくなっている。消費電力も大きくなると、その電流が大きいことが、故障が起きたときの問題が従来よりも深刻になる要因となる。このため、より正確にエンジンの回転制御を行うために、近年では、他段階制御や、より細かな回転速度制御等の、システム保護優先制御が行われるようになってきた。【０００７】
このようなシステム保護優先制御とは、例えば、エンジン冷却システムに配置された温度センサが異常を検知したときは、エンジン冷却用の電動ファン制御装置は、他の制御による電動モータに対する制御を無視し、電動モータを最大回転数で駆動してエンジンの冷却を維持するか、あるいは、温度センサの検出温度が低温である通常時に対応した制御回転数で電動モータの駆動を維持するというものである（例えば、特許文献１参照）。【０００８】
図１０は、そのようなエンジン冷却用の電動ファン制御装置の構成を簡略に示すブロック図である。同図に示すように、電源電池１の電流は不図示のエンジン冷却用ファンを回転駆動するモータ２と、このモータ２の回転数を制御するモータ制御装置（エンジン冷却用電動ファン制御装置）３に供給される。【０００９】
モータ制御装置３はコントローラ４とスイッチング素子５を備えている。コントローラ４は、外部から入力される制御信号６（例えばエンジン冷却システムの熱交換器に配置された温度センサからの温度検出信号又は他の制御ユニットからの情報）に基づいて、所定の温度以上でモータ２を回転させ、さらに温度の度合いに応じてモータ２の回転数を制御するＰＷＭ（パルス幅変調）制御信号を出力する。【００１０】
スイッチング素子５は、常時閉型の接点部とパルス制御部を備えており、上記コントローラ４からの制御信号に基づいて電流をＯＮ／ＯＦＦさせて、モータ２の回転数を制御し、この図に示さないファンをまわして熱交換器の冷媒の温度を下げる働きを持っている。【００１１】
また、温度センサの検出温度が低温であるときに対応した制御回転数で電動モータを駆動するのは制御コントローラ４の制御によって行われるが、他装置からの制御よる電動モータに対する制御を無視して電動モータを最大回転数で駆動してエンジンの冷却を維持するには、スイッチ素子５内において正極・負極の回路を短絡させることによって容易に行うことができる。
【先行技術文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００６−２９１９０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
ところで、エンジン冷却用ファンを回転駆動するモータ２がブラシモータである場合、モータ制御装置３のスイッチング素子５によるモータ駆動の制御は、パルス幅変調（ＰＷＭ）制御が主流となっている。エンジン冷却用ファン回りの安全対策は、モータ制御装置３側でのスイッチング素子５の制御による安全対策のみであった。【００１４】
一般的に、モータ制御装置３のような装置は、保護スイッチを備え、異常時には保護スイッチによって回路を流れる電流を遮断して装置の安全を保証している。しかし温度で動作する保護スイッチの場合、遮断する対象となる電流が平常時には保護スイッチを流れるため、保護スイッチの内部抵抗によりジュール熱が発生する。【００１５】
このため、保護スイッチ自体の固有の動作温度Ｔ１に対して、実際に保護スイッチが作動する環境作動温度Ｔ２が「Ｔ２＝Ｔ１」とならずに、保護スイッチの現在温度Ｔ３（Ｔ３＜Ｔ１）に上記発生したジュール熱による温度Ｔ４を加えた「Ｔ２＝Ｔ３＋Ｔ４」となり、システムに設定された環境作動温度Ｔ２（＝Ｔ１）よりも低下する現象が発生する。【００１６】
更に、モータ制御装置は、内部の温度が１５０℃程度と高くなる、使用環境が高温のエンジンルーム内である、取り付けがモータとほぼ一体化されたモータ外部の筐体内であってモータの発熱の影響を直接受ける、扱う電流が大きい、などの環境にある。【００１７】
これらのことから、冷却用ファンモータへ大電流を通電しようとした場合、仮にジュール熱による温度上昇を５０Ａで１００℃にできたとしても、スイッチング素子の動作温度を２５０℃以上に設定する必要が生じてくる。【００１８】
また、モータ制御装置全体としてみると、異常時の保護スイッチとして、平常時通電・異常時遮断型の保護回路を取り付けたのでは、通電経路に余分な内部抵抗が増加することになり、モータ制御装置の温度上昇を助長することになる。【００１９】
また、スイッチング素子の接点間でのわずかな接触抵抗の変動でも、接点部の発熱が温度として保護スイッチに伝達され、環境温度が正常範囲であるにもかかわらず、保護スイッチが作動するということが起こる。【００２０】
モータ制御装置としては、保護スイッチのように通電経路に機械的な接点が存在することは最終的な安全を考慮すると必要ではあるが、モータ制御装置としての信頼性を考慮すると、機械的な接点は容易に組み込むことができないという問題を有している。【００２１】
このように利用電流が大きいと、電流の低い領域でも保護スイッチを作動させる温度が高くなってしまう傾向があり、保護スイッチが、電流で動作温度が影響を受けやすいバイメタルのような熱応動型保護スイッチでは、安定的な動作が困難であった。【００２２】
また、コントローラやスイッチング素子を構成する半導体の故障等により、モータ制御装置内の温度が異常に上昇することもあるが、一般に、システム保護優先制御は冷却用のファンモータに対して行われる制御であって、上記のように温度が異常上昇したモータ制御装置内の回路の保護までは考えられてはいない。【００２３】
また、近年の大電流に対応するため、前述したように近年ではモータサイズも大型化の傾向にあり、このような大電流に対応するモータとしてはブラシレス型が多用される。そしてブラシレスモータを駆動するには三相インバータ回路が必要である。【００２４】
ところが、三相インバータ回路では、スイッチング素子の短絡による保護動作を設定することができなくなる。したがって、システムの保護が優先される制御システムの場合は、システムにブラシレスモータを組み入れることは困難となる。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
本発明は、上記従来の実情に鑑み、大電流でも動作温度が影響を受けず冷却用ファンモータの駆動回路も含む保護対象回路を過熱破損から保護して安全温度領域に移行させることができる平常時ＯＦＦ型保護素子及びそれを備えた制御ユニットを提供することを目的とする。【００２６】
先ず、第１の発明の平常時ＯＦＦ型保護素子を備えた制御ユニットは、冷媒と熱交換器を使用した冷却システムの熱交換器冷却フアンを回転駆動するモータの駆動を制御する制御ユニットであり、少なくとも内部にモータの駆動を制御するスイッチング素子と該スイッチング素子に制御信号を送出するコントローラとを備えた制御ユニットであって、モータに接続する正負両極の配線の一方の配線に接続される第１の端子と正負両極の配線の他方の配線に接続されることなく接地配線に直接接続される第２の端子とを備える平常時ＯＦＦ型保護素子と、該平常時ＯＦＦ型保護素子の内部に配置され、スイッチング素子による過熱が所定温度以上となったとき、第１の端子と第２の端子とを短絡させる短絡手段と、を有し、スイッチング素子による過熱が所定温度以上となったとき短絡手段が第１の端子と第２の端子とを短絡させることにより、スイッチング素子に流れる電流を減少させ、冷却システムを停止させずにスイッチング素子による過熱から制御ユニットを安全な温度領域に移行させるように構成される。【００２７】
この平常時ＯＦＦ型保護素子を備えた制御ユニットにおいて、例えば、第１の端子はスイッチング素子の負荷側配線に接続され、第２の端子はスイッチング素子の接地側配線に接続されているように構成される。【００２８】
また、上記の短絡手段は、例えば、所定の温度以上で反り返り方向を反転させる熱応動素子と、該熱応動素子の反転動作に応じて自由端側に配設された可動接点を平常時ＯＦＦ型保護素子の本体装置筐体内に固定配置された固定接点に対して離接させる通電用弾性部材と、から成り、第１の端子は可動接点に連結された端子であり、第２の端子は固定接点に連結された端子であり、熱応動素子は、常温域において常温時の反り返り形状により通電用弾性部材を介して可動接点を固定接点から離隔した位置に付勢し、異常温度以上において反り返り形状を反転させて通電用弾性部材を付勢から解除し通電用弾性部材の弾性により可動接点を固定接点に当接させるように構成される。【００２９】
また、上記の短絡手段は、例えば、所定の温度以上で反り返り方向を反転させる熱応動素子と、該熱応動素子の両端部に係合して該熱応動素子の反転動作に応じて反転し、一端を一方の配線に接続されるために平常時ＯＦＦ型保護素子の本体装置筐体内で固定され他端に可動接点を備える通電用弾性部材と、熱応動素子が所定温度以上で反り返り方向を反転させたとき該熱応動素子の反転により反り返って凸状となる凸部ほぼ中央に当接する固定部材と、から成り、熱応動素子は、常温域において常温時の反り返り形状により通電用弾性部材を介して可動接点を固定接点から離隔した位置に付勢し、異常温度以上において反り返り形状を反転させて通電用弾性部材を常温時の反対方向に付勢して可動接点を固定接点に当接させ、更に通電用弾性部材の温度が上昇するに応じて反転による反り返りをより大きくし、固定部材との当接点を支点にして反り返りによる通電用弾性部材に対する付勢力をより強くし、該通電用弾性部材による可動接点による固定接点への当接付勢力をより強くする、ように構成することもできる。【００３０】
また、この平常時ＯＦＦ型保護素子を備えた制御ユニットにおいて、例えば、第１の端子は正負両極の配線の正極側に接続され、短絡手段は、制御ユニットの内部素子の異常による過熱が発生したとき、第１の端子と第２の端子を内部短絡させてユニットの外部に設けられた過電流遮断素子を作動させ、冷却システムを停止させる、ように構成される。【００３１】
また、例えば、第１の端子は正負両極の配線の正極側に接続され、第２の端子は制御ユニットの内部に設けられた過電流遮断素子を介して接地配線に接続され、短絡手段は、制御ユニットの内部素子の異常による過熱が発生したとき、第１の端子と第２の端子を内部短絡させて過電流遮断素子を作動させ、冷却システムを停止させる、ように構成することができる。【００３２】
また、例えば、スイッチング素子はＦＥＴ（電界効果型トランジスタ）から成り、第１の端子はドレイン端子であり、第２の端子はソース端子であってもよい。
また、例えば、制御ユニットは２５Ａ以上の電流を通電する制御ユニットであり、平常時ＯＦＦ型保護素子はＯＮ時における内部抵抗が制御ユニット又はスイッチング素子の内部抵抗の１／２以下であるのが好ましい。【００３３】
次に、第２の発明の平常時ＯＦＦ型保護素子を備えた制御ユニットは、冷却システムの熱交換器冷却フアンを回転駆動するモータの駆動を制御する制御ユニットであり、少なくとも内部にモータの駆動を制御するスイッチング素子と該スイッチング素子に制御信号を送出するコントローラとを備えた制御ユニットであって、平常時には開となっている両接点の一方の接点と、モータとスイッチング素子とを接続する配線との間に接続された第１の端子と、両接点の他方の接点と、スイッチング素子及びコントローラの接地側配線との間に接続された第２の端子と、該第２の端子と、制御ユニットの接地端子との間に、過電流遮断素子を介して接続された第３の端子と、を有する保護素子を備え、内部素子の異常による過熱が発生した際に、第１の端子と第２の端子間を短絡させスイッチング素子に流れる電流を減少させて制御ユニットの過熱を抑制し、更に保護素子が電流による発熱で許容値を越えた際に、第２の端子と第３の端子間を遮断して制御ユニットを電源から遮断し安全温度領域に移行させる、ように構成される。【００３４】
この平常時ＯＦＦ型保護素子を備えた制御ユニットにおいて、例えば、第１の端子をコントローラの正極側配線に接続され、内部素子の異常による過熱が発生した際に、第１の端子と第２の端子間を短絡させコントローラ及びスイッチング素子に流れる電流を減少させて制御ユニットの過熱を抑制し、更に保護素子が電流による発熱で許容値を越えた際に、第２の端子と第３の端子間を遮断して制御ユニットを電源から遮断し安全温度領域に移行させる、ように構成することもできる。【００３５】
更に、第３の発明の平常時ＯＦＦ型保護素子は、外部回路を駆動制御する制御回路を保護対象回路とする平常時ＯＦＦ型保護素子において、両接点の一方の接点に素子内部で接続され、保護対象回路の正負両極の配線の一方の配線に接続するために素子外部に延在する第１の端子と、両接点の他方の接点に素子内部で接続され、正負両極の配線の他方の配線に接続するために素子外部に延在する第２の端子と、素子外部の接地配線に接続するための第３の端子と、第２の端子と第３の端子との間に配置され所定温度以上で溶融する温度ヒューズと、を有し、平常時は両接点を開いて平常時ＯＦＦ型となり、異常温度では両接点を閉じて保護対象回路の電流を第１の接点と第２の接点間で分岐させることにより保護対象回路を過熱破損から保護し、更に上昇した異常温度が所定温度以上になると温度ヒューズが溶解して第１及び第２の接点と第３の接点との間の電流路を遮断することにより、保護対象回路及び外部回路の電流を遮断する、ように構成される。【００３６】
この平常時ＯＦＦ型保護素子において、例えば、温度ヒューズは第２と第３の端子間に端子部材の一部断面積の最小部を設け、該最小部を含む領域を高温域で共晶合金化する組成の少なくも２種類の金属材料を積層させて構成するようにしてもよい。【００３７】
この場合、例えば、温度ヒューズは端子部材が銅であり端子部材の一部断面積の最小部の周囲を銀の張り合わせ材で構成するのが好ましい。
【発明の効果】
【００３８】
本発明によれば、大電流でも動作温度が影響を受けず冷却用ファンモータの駆動回路も含む保護対象回路を過熱破損から保護して安全温度領域に移行させることができる平常時ＯＦＦ型保護素子及びそれを備えた制御ユニットを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】実施例１としての冷却用ファンモータの駆動を制御する制御ユニットのブロック図である。
【図２】(a) は実施例１における制御ユニットの保護素子のスイッチ部を構成する平常時ＯＦＦ型スイッチの具体的な構成の一例を示す透視的平面図、(b) はその側断面図である。
【図３】(a) は実施例１における制御ユニットの保護素子のスイッチ部を構成する平常時ＯＦＦ型スイッチの具体的な構成の他の例を示す透視的平面図、(b) はその平常温度時の断面図、(c) はその異常温度時の断面図である。
【図４】図３に示す平常時ＯＦＦ型スイッチの分解斜視図である。
【図５】実施例２としての冷却システムの構成を示すブロック図である。
【図６】実施例３としての冷却システムと制御ユニットの構成を示すブロック図である。
【図７】実施例４としての冷却用ファンモータの駆動を制御する制御ユニットのブロック図である。
【図８】実施例５としての冷却用ファンモータの駆動を制御する制御ユニットのブロック図である。
【図９】(a) は実施例４又は５における制御ユニットの保護素子のスイッチ部を構成する平常時ＯＦＦ型スイッチの具体的な構成の一例を示す透視的平面図、(b) はその側断面図である。
【図１０】従来のエンジン冷却用の電動ファン制御装置の構成を簡略に示すブロック図である。
【図１１】図１において電源と接地に対するモータとスイッチング素子との接続態様を入替えた構成を示す図である。
【図１２】図５において電源と接地に対するモータとスイッチング素子との接続態様を入替えた構成を示す図である。
【図１３】図６において電源と接地に対するモータとスイッチング素子との接続態様を入替えた構成を示す図である。
【図１４】図７において電源と接地に対するモータとスイッチング素子との接続態様を入替えた構成を示す図である。
【図１５】図８において電源と接地に対するモータとスイッチング素子との接続態様を入替えた構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【実施例１】
【００４１】
図１は、実施例１における冷却用ファンモータの駆動を制御する制御ユニットのブロック図である。図１に示す制御ユニット１０は、冷媒と熱交換器を使用した冷却システムとしての例えば車載用のエンジン冷却システムの熱交換器冷却フアン（不図示）を回転駆動するモータ１１の駆動を制御する制御ユニットである。【００４２】
図１に示すように、制御ユニット１０は、内部にモータ１１の駆動を制御するスイッチング素子１２と、このスイッチング素子１２に制御信号を送出するコントローラ１３と、平常時ＯＦＦ型保護素子１４（以下、単に保護素子１４という）とを備えている。【００４３】
また、この制御ユニット１０は、電源１５の正極配線に接続する正極端子１６、電源１５の負極配線（接地配線）に接続する接地端子１７、モータ１１の負極側に接続する駆動制御端子１８、外部からの制御信号を受信する信号入力端子１９を備えている。【００４４】
コントローラ１３は、正極端子１６と接地端子１７に接続されて電力を供給され、信号入力端子１９を介して外部から入力される制御信号を受信したことに基づいて、又はコントローラ１３にプログラムされている制御情報に基づいて、モータ１１への駆動信号をスイッチング素子１２に出力する。【００４５】
スイッチング素子１２は、信号出力端子１８（負荷側配線ｂ）と接地端子１７（接地側配線ｃ）間に接続され、コントローラ１３からの制御信号に基づいて内部のスイッチ（不図示）を所定の周期で開閉することにより、電源１５からモータ１１に供給され駆動制御端子１８から還流する駆動電流を制御してモータ１１の回転数を制御する。【００４６】
保護素子１４は、第１の端子２１と第２の端子２２を備えている。第１の端子２１は、電源１５からモータ１１に接続する正負両極の配線ａ及びｂの一方の配線ｂ（モータ１１とスイッチング素子１２間の配線）に接続されている。そして、第２の端子２２は、正負両極の配線ａ及びｂの他方の配線である正極側配線ａに接続されることなく、接地配線ｃに直接接続されている。【００４７】
換言すれば、保護素子１４は、電源１５の給電配線ａ（＝ｂ）及びｃに対してスイッチング素子１２と並列に接続されている。
そして、この保護素子１４は、その内部に、スイッチング素子１２による過熱が所定温度以上となったとき第１の端子２１と第２の端子２２とを短絡させる短絡手段としてのスイッチ部２３を備えている。【００４８】
このスイッチ部２３は、詳しくは後述する可動接点３２と固定接点３４の機構的構成により、スイッチング素子１２による過熱が所定温度以上となったとき、スイッチ部２３の可動接点３２と固定接点３４が閉じて第１の端子２１と第２の端子２２とを短絡させる。【００４９】
これにより、上記のように保護素子１４は給電路に対してスイッチング素子１２と並列に接続されていることから、電流を保護素子１４側に分流させてスイッチング素子１２に流れる電流を減少させ、冷却システム２０を停止させずにスイッチング素子１２による過熱から制御ユニット１０を安全な温度領域に移行させるようになっている。【００５０】
図２(a) は、スイッチ部２３としての平常時ＯＦＦ型スイッチを備えた保護素子１４の具体的な一構成例を示す透視的平面図であり、図２(b) は図２(a) の側断面図を示している。尚、図２(a),(b) には、図１に示したブロック図の構成と同一の機能を有する構成部分には図１と同一の番号を付与して示している。【００５１】
図２(a),(b) に示すように、保護素子１４（以下、１４ａとして示す）は、箱状のケース２５と、このケース２５の開口部（図では右方の端部）を封止する絶縁性充填材２６とで形成されるハウジング２７を備えている。【００５２】
ハウジング２７は、箱状のケース２５を内外に貫通して固設された図１に示した第１の端子２１と、絶縁性充填材２６を内外に貫通して固設されたこれも図１に示した第２の端子２２を備えている。【００５３】
ここで、第１の端子２１に接続されているリード端子ｂ（１８）及び第２の端子２２に接続されているリード端子ｃ（１７）は、それぞれ図１における信号出力端子１８（負荷側配線ｂ）及び接地端子１７（接地側配線ｃ）に接続するためのリード端子であることを示している。【００５４】
図２(a),(b) に示すハウジング２７は、その内部に、所定の温度以上で反り返り方向を反転させる熱応動素子としてのバイメタル２８と、このバイメタル２８の反転動作に対応して上下に動作する導電性の通電用弾性部材としての可動板２９を備えている。【００５５】
バイメタル２８は、ほぼ円形の熱応動素子であり、その任意の直径方向の一端を、ハウジング２７内に固設されている絶縁性部材３１ａの支持部に嵌入して支持され、他端を同じく絶縁性部材３１ｂの支持部に当接して端部下方を支持されている。バイメタル２８は、平常時の温度では、図に示すように上に凸状になるように配置されている。【００５６】
可動板２９は、バイメタル２８の上方にバイメタル２８と対向するように配置され、バイメタル２８の一端と同方向となる一端を、第１の端子２１に接続されてハウジング２７内に固定され、他端となる自由端側の下面に可動接点３２が溶接により取り付けられている。【００５７】
そして、可動板２９には、ハウジング２７内で固定されている一端と自由端との間で、バイメタル２８の凸状のほぼ中央に対向する位置に、打抜き型等で形成された凹部３３が形成されている。また、可動板２９の可動接点３２と対向して離間する位置には、第２の端子２２に接続された固定接点３４がハウジング２７に固定されている。【００５８】
図２(a),(b) に示す各部の状態は、平常時つまり常温時の状態であり、この状態では、バイメタル２８は、図２に示す上に凸となる反り返り形状になっている。そして、可動板２９の凹部３３は、下向きには凸状であり、その凸状の下面ほぼ中央が、バイメタル２８の上に凸状となっている上面のほぼ中央に接触している。【００５９】
可動板２９は本来の自由な配置形状としては水平になるように上記の一端をハウジング２７に固定されているので、図２(a),(b) に示すバイメタル２８との接触部ではバイメタル２８により上方に押圧されて、可動板２９は、自由な配置形状としての水平位置から上方に付勢されている。このようにバイメタル２８は、平常時には、可動板２９を介して可動接点３２を固定接点３４から離隔した位置に付勢している。【００６０】
ここで、図１に示した短絡手段としてのスイッチ部２３は、図２(a),(b) において、バイメタル２８、可動板２９、可動接点３２、及び固定接点３４から成る。すなわち、平常時には上述したように可動接点３２と固定接点３４は開いた状態である。【００６１】
そして、異常温度以上になると、バイメタル２８が反り返り形状を反転させる。これにより、バイメタル２８のそれまで凸状であった上面と、可動板２９の下向きに凸状の下面との接触による可動板２９に対する上方への付勢力が解除され、可動板２９は、その弾性力により、本来の配置形状としての水平位置に戻るべく可動接点３２を有する自由端側が下方へ移動する。【００６２】
これにより、可動接点３２が固定接点３４に圧接して可動接点３２と固定接点３４に電通路が形成され、第1の端子２１と第２の端子２２が短絡する。これにより、図２(a),(b)に示す保護素子１４ａを、図１に示す制御ユニット１０の所定の位置に保護素子１４として配設したときには、図１で説明した機能が実現される。【００６３】
すなわち、図２(a),(b) に示す構成においては、スイッチング素子１２による過熱が所定温度以上となったとき保護素子１４ａの第１の端子２１と第２の端子２２とが短絡し、スイッチング素子１２に流れる電流を減少させ、冷却システム２０を停止させずにスイッチング素子１２による過熱から制御ユニット１０を安全な温度領域に移行させるという機能が実現される。【００６４】
図３(a) は、制御ユニット１０の保護素子１４のスイッチ部２３を構成する平常時ＯＦＦ型スイッチの具体的な他の構成例を示す透視的平面図であり、図３(b) は、その平常温度時の断面図、図３(c) は、その異常温度時の断面図である。【００６５】
図４は、図３(a),(b),(c) に示す平常時ＯＦＦ型スイッチの分解斜視図である。尚、図３(a),(b),(c) 及び図４には、図１に示したブロック図の構成及び図２に示した構成と同一の機能を有する構成部分には図１と同一の番号を付与して示している。【００６６】
図３(a),(b),(c) 及び図４に示すように、保護素子１４（以下、ここで１４ｂで示す）は、箱状のケース２５と、このケース２５の開口部（図では右方の端部）を封止する絶縁性充填材２６とで形成されるハウジング２７を備えている。【００６７】
図３(a),(b),(c) に示す保護素子１４ｂは、図４に示す内部の各構成部材が一体に組み付けられて内部ユニットとされたのち、その内部ユニットがケース２５内に挿入され、ケース２５の開口部（図では右方の端部）を絶縁性充填材２６で封止されて完成する。【００６８】
ここで、先ず図４について説明する。図４の上から下に示すように、内部ユニット３５は、固定部材としての下面凸状部材３６、熱応動素子としてのバイメタル３７、通電用弾性部材としての導電性弾性板状部材３８、及び端子取付済みの絶縁性固定用部材３９から成る。【００６９】
絶縁性固定用部材３９は、断面が横長なコの字を成す部材からなる。この絶縁性固定用部材３９には、長手方向の一方の端部（図４では左斜め下方向、コの字形の開口部）に、第１の端子２１を外部方向に突出して形成された第１の端子用部材４１が水平方向に嵌め込まれた状態で固定されている。【００７０】
この第１の端子用部材４１の第１の端子２１側の幅広の端部には、２個の加締め用突起４２が形成されており、これらと反対側の先細の端部には、１個の位置止め用突起４３が先細の端部を上に折り曲げた形状で突設されている。【００７１】
また、絶縁性固定用部材３９の長手方向の他端（図４では右斜め上方端部）には、第２の端子２２を外部方向に突出して形成された第２の端子用部材４４が水平方向に嵌め込まれた状態で固定されている。【００７２】
尚、第２の端子用部材４４の第２の端子２２との反対側には第２の端子２２と同一形状の遊び端子４５が形成されている。図３(a) に示す形状では、リード端子ｃ（１７）は第２の端子２２に接続されているが、これに代えてリード端子ｃ（１７）を遊び端子４５に接続しても保護素子１４ｂとしての機能に変化はない。リード端子ｃ（１７）をいずれに接続するかは任意である。【００７３】
この第２の端子用部材４４の内側端部近傍には固定接点３４が形成されている。この固定接点３４が形成されている第２の端子用部材４４の内側に対応する絶縁性固定用部材３９の上面は、コの字形の開口部側よりも高い段差を持って形成されている。【００７４】
そして、絶縁性固定用部材３９のコの字形の開口部側の両側に分かれる低い段差部の上面には、それぞれ２個ずつ合計４子の長穴４６（４６ａ、４６ｂ、４６ｃ、４６ｄ）が形成されている。また、低い段差部の２個の長穴４６ａと４６ｂの間、及び４６ｃと４６ｄの間の内壁面には、円弧状の切り欠き部４７（４７ａ、４７ｂ）が形成されている。【００７５】
このような構成の絶縁性固定用部材３９の上述した２個の加締め用突起４２に、導電性弾性板状部材３８の長手方向の一方の端部（図の斜め左下方向端部）に形成されている２個の止め孔４８がそれぞれ嵌め込まれ、加締め用突起４２が加締められて、導電性弾性板状部材３８の一方の端部が絶縁性固定用部材３９に固定される。【００７６】
導電性弾性板状部材３８の長手方向の他方の端部（図の斜め右上方向端部）には、下面に可動端子３２が溶接付けされている。また、導電性弾性板状部材３８のほぼ中央には、第１の端子用部材４１の位置止め用突起４３が出入り自由な孔４９が形成され、この孔４９を中心にして長手方向にほぼ対称な位置に、孔４９の方向を向く爪部５１（５１ａ、５１ｂ）が切り込みと折り曲げによって形成されている。【００７７】
バイメタル３７は、平常温度では凸状となる面を下向きにして、つまり平常温度では上に凹状の形態で、直径方向の任意の対向する端部を導電性弾性板状部材３８の２つの爪部５１ａと５１ｂに係合させて、導電性弾性板状部材３８に対する長手方向の移動を規制されると共に、２つの爪部５１ａ及び５１ｂとの係合により、導電性弾性板状部材３８を上向きに反り返らせる。【００７８】
また、バイメタル３７の爪部５１ａと５１ｂとに係合する直径に直交する直径方向は、絶縁性固定用部材３９のコの字形の両側に分かれる低い段差部の内壁面に形成されている円弧状の切り欠き部４７ａ及び４７ｂの間に配置され、これによりバイメタル３７は、上下に揺動自在で且つ導電性弾性板状部材３８に対する短手方向の移動を規制される。【００７９】
ここまでの組み付け状態において、絶縁性固定用部材３９は、止め孔４８のある一方の端部を絶縁性固定用部材３９に固定され、かつ、バイメタル３７との係合により上向きに反り返るよう付勢されているため、可動接点３２が取り付けられている他方の端部が上方に持ち上げられ、平常温度時には、可動接点３２は固定接点３４から離隔した位置に維持されている。【００８０】
この状態で、下面凸状部材３６が絶縁性固定用部材３９に取り付けられる。下面凸状部材３６は、ほぼ四角形状の板状本体中央部に、抜き型等で形成された下に凸となる形状の凸状部５２を形成され、四角形状の四隅には、本体部材面に直角に下向きに折り曲げられて形成された差込部５３（５３ａ、５３ｂ、５３ｃ、５３ｄ）が形成されている。【００８１】
下面凸状部材３６の絶縁性固定用部材３９への取り付けでは、上記４個の差込部５３（５３ａ、５３ｂ、５３ｃ、５３ｄ）が、それぞれ絶縁性固定用部材３９の４個の長穴４６（４６ａ、４６ｂ、４６ｃ、４６ｄ）に差し込まれる。【００８２】
これにより、内部ユニット３５の各部材の組み付けが完成する。この後、第２の端子２２にリード端子ｃ（１７）を接続し、内部ユニット３５を図３(a),(b),(c) に示すケース２５内に挿入し、第１の端子２１がケース２５の奥部に予め形成されている孔から外部に突き出された状態で、ケース２５の開口部に絶縁性充填材２６を充填してケース内部を封止する。【００８３】
このようにして、図３(a),(b),(c) に示す保護素子１４ｂが完成する。尚、図３(a),(b),(c) には、説明に必要と思われる部分にのみ図４で説明した各部の番号を付与して示している。【００８４】
図３(b) の平常温度時の断面図に示すように、平常温度時における保護素子１４ｂにおいては、導電性弾性板状部材３８の２つの爪部５１ａ及び５１ｂに係合するバイメタル３７が平常温度では上に凹の状態となっていることにより、導電性弾性板状部材３８を上向きに反り返らせる。【００８５】
また、この状態で、位置止め用突起４３が、導電性弾性板状部材３８の孔４９を貫通してバイメタル３７の凸面ほぼ中央に当接していることにより、可動接点３２を取り付けられている端部の反対側端部を、止め孔４８及び加締め用突起４２により絶縁性固定用部材３９側に固定されている導電性弾性板状部材３８は、位置止め用突起４３を支点にして、可動接点３２を取り付けられている端部側が、固定接点３４と離隔する上方に、より強く反り返るように付勢さる。これにより、少々の振動等で可動接点３２と固定接点３４が閉じるようなことはない。【００８６】
そして、保護素子１４ｂの環境温度が所定の異常温度以上となると、バイメタル３７が反り返り方向を反転させて、図３(c) に示すように上に凸状となる。上に凸状となったバイメタル３７の上面ほぼ中央に、下面凸状部材３６の凸状部５２が当接する。【００８７】
これにより、反り返り方向を反転させたバイメタル３７の付勢力は、バイメタル３７の上面中央部と下面凸状部材３６の凸状部５２との当接点を支点とし、導電性弾性板状部材３８が固定されている側の爪部５１ａを力点として、梃子の原理により、導電性弾性板状部材３８の可動接点３２が取り付けられている端部側に作用して、可動接点３２を固定接点３４に当接させる。【００８８】
この保護素子１４ｂの構成においては、環境温度の上昇のみでなく、更に導電性弾性板状部材３８の通電による温度が上昇するに応じて、バイメタル３７は反転による反り返りをより大きくする。【００８９】
これにより、バイメタル３７は、下面凸状部材３６の凸状部５２との当接点を支点にして、反り返りによる導電性弾性板状部材３８に対する付勢力をより強くし、導電性弾性板状部材３８を介して可動接点３２による固定接点３４への当接付勢力をより強くする。【００９０】
このように本例の他の構成例においては、先の構成例における作用・効果に加えて、導電性弾性板状部材３８の接圧に加え、バイメタル３７が追加で押圧力を加えるため、接点間の接圧が強化される。【００９１】
また、万一接点部での接触抵抗の増加により接点部でジュール熱が余分に発生した場合には、この温度をバイメタル３７が感知してさらに反り返りを強くする方向への変位が発生する。【００９２】
これにより、接圧をさらに強めると共に、接点の接触部でワイプ動作が発生し、接点の接触部が安定する方向へ移行する。すなわち他の構成例によれば、接点の接触部の不具合を自己修正する機能を持たせることができる。【００９３】
一般に、上述したスイッチング素子１２のような半導体スイッチング素子は、低抵抗化しているが、それでも数ｍΩから１０ｍΩの抵抗値を有している。これに対し、本例の保護素子１４は、２ｍΩ以下で、サイズによっては１ｍΩ程度の内部抵抗のものを構成することも可能である。【００９４】
したがって、本例における保護素子１４がＯＮとなったときの内部抵抗は、制御ユニット１０又はスイッチング素子１２の内部抵抗の１／２以下である。また、この制御ユニット１０は、２５Ａ以上の電流を通電することが可能な制御ユニットである。また、これらのことは以下の実施例２〜５においても同様である。【００９５】
保護素子１４が作動すると、スイッチング素子１２を実質的に短絡させるが、保護素子１４の内部抵抗は１ｍΩ程度に対しＦＥＴ（電界効果型トランジスタ）等のスイッチング素子１２の内部抵抗は少なくとも保護素子の内部抵抗よりも数倍ある。従ってこの抵抗の比の逆数に応じて電流が流れるため、低抵抗の保護素子１４側により多くの電流が流れ、スイッチング素子１２の電流は数分の１以下に減少して行く。結果的にスイッチング素子１２等の故障した部品の発熱が安全な領域まで減少する。【００９６】
このように、スイッチング素子１２よりも小さい内部抵抗の保護素子１４で回路を短絡させて保護素子１４でバイパス回路を形成し、電流の多くを保護素子１４側にバイパスさせることで、故障部品（コントローラ１３又はスイッチ素子１２）を流れる電流を減少させ、危険な温度領域から、設計上安全な温度領域に移行させることが可能となる。【００９７】
また、バイメタル２８の動作温度に対し、所定の環境で復帰しないように復帰温度を設定することにより、実質的に１回限りの動作とすることもできる。これにより例えば車両の走行中の再動作を防止とすることができ、車両の走行中に電流が流れているときでも再動作しないのでより安全である
本例の保護素子１４は、正常時は通電していないので、正常動作に対し悪影響を及ぼすことが全くない。安全対策として保護素子を取り付けることでの、高い信頼性を維持することができる。【００９８】
また保護素子１４の作動で、モータ１１に対するＰＷＭ（パルス幅変調）制御をスイッチ部２３で短絡する結果、冷却システムとしては常時ＯＮ状態となって、モータ１１は定格での全速回転状態となり、このようにファンモータは停止せず、したがって冷却システムを停止させることがないため、本例の構成は、例えば走行中の車両のエンジンの冷却システムの安全対策として非常に重要である。【００９９】
尚、上記のような異常発生の場合、車両の運転者へ故障状態を表示等で報知することも可能であるが、モータ１１（ファンモータ）が常時全速固転であるので、運転者には容易に異常の発生を察知させることができる。また、ファンモータが車両の運行を停止させるまで常時全速固転であるので、冷却システムとしては安全側で機能を停止することができる。【０１００】
このように本発明では保護素子を、常温時ＯＦＦ型・異常時短絡型の構成とすることにより、高温下での大電流でも、正常時では、保護素子に直接電流が流れることがないため通電による温度上昇を伴うことがなく、つまり電流による作動温度の変化がなく、設計で設定された通りの正しい動作温度で安定した作動をすることが可能となる。【０１０１】
また、冷却システムの本体回路の通電経路に挿入されていないので、正常動作時には回路本来の機能を阻害する要因となることもない。従って制御ユニットの信頼性ある設計に対応し易くなり、信頼性と安全性を両立できる唯一の構成である。【０１０２】
尚、上記の実施例１において、通常、保護素子１４が作動した時点では全電流が保護素子１４を流れないため、保護素子１４側の温度上昇は大きくはならない。しかし、モータ１１が全速回転で冷媒温度が低下し制御ユニット５６又は５９例の通電が止まるか、あるいはスイッチング素子１２がオープンになった場合は、全電流が保護素子１４を流れる状態となる。【０１０３】
この場合、長時間の大電流通電で温度上昇が大きくなり保護素子１４が破損する可能性が懸念される。このような場合には、冷却システムを最終的に電源から遮断せざるを得ない。このような機能を有する制御ユニットの構成例を実施例２及び３として以下に説明する。
【実施例２】
【０１０４】
上記のような実施例１の他の構成例における自己修正型のスイッチ部を備えた保護素子１４ｂを有する制御ユニット１０に対し、さらに電流が大きくなって、万一保護素子１４ｂ（１４ａも同様）の通電経路が過熱しても、この危険に対応して冷却システムの電通路を溶断させる機能を持たせ、冷却システムの最終状態をＯＦＦで終了させるように構成することも可能である。これを実施例２として以下に説明する。【０１０５】
図５は、実施例２としての冷却システムの構成を示すブロック図である。尚、図５には、図１に示したものと同一の構成部分又は同一の機能部分には図１と同一の番号を付与して示している。【０１０６】
図５に示すように、本例の冷却システム５５において、制御ユニット５６が、図１に示した制御ユニット１０と異なる点は、保護素子１４の第１の端子２１が、電源１５から制御ユニット５６に接続される正負両極の配線の、正極端子１６からコントローラ１３に給電される正極側に接続されていることである。【０１０７】
また、制御ユニット５６の外部には、正極端子１６と電源１５との間に介装された過電流遮断素子としてのヒューズ５７が配置されている。
図５に示す冷却システム５５の構成において、図１乃至図４で説明したように、保護素子１４（１４ａ又は１４ｂ）の短絡手段としてのスイッチ部２３が、制御ユニット５６の内部素子（コントローラ１３、スイッチング素子１２等）の異常による過熱が発生したとき、第１の端子３２と第２の端子３４（図２又は図３(a),(b),(c) 参照）を内部短絡させる。【０１０８】
これにより、本例では、保護素子１４の第１の端子２１が接続されている制御ユニット５６の正極端子１６と電源１５との間に直列に接続されているヒューズ５７が、保護素子１４の短絡回路を流れる電流に感能して電源１５から全ての回路に送出される電流路を正極側で遮断して、冷却システム５５全体を停止させる。【０１０９】
このように、本例のような平常時ＯＦＦ型の保護素子では、外部の遮断手段としてヒューズ５７を配置し、この外部の遮断手段を強制的に動作させることで回路の保護を維持することも可能である。
【実施例３】
【０１１０】
上記の実施例２では、過電流遮断素子としてのヒューズ５７を制御ユニット５６の外部に配置したが、ヒューズを制御ユニットの内部に配置しても上記と同様の作用を発揮することができる。これを実施例３として以下に説明する。【０１１１】
図６は、実施例３としての冷却システムと制御ユニットの構成を示すブロック図である。尚、図６に示す冷却システム５８の全体構成は、ヒューズ５７の配置位置を別にすれば、図５に示した冷却システム５５の全体構成と同一であるので、説明に必要な構成部分にのみ図５と同一の番号を付与して示している。【０１１２】
図６に示すように、本例の冷却システム５８において、図５に示した冷却システム５５と異なる点は、ヒューズ５７が、保護素子１４の第２の端子２２と接地端子１７（接地側配線ｃ）との間に接続されていることである。【０１１３】
この図６に示す冷却システム５８の構成において、図１乃至図４で説明したように、保護素子１４（１４ａ又は１４ｂ）の短絡手段としてのスイッチ部２３が、制御ユニット５９の内部素子（コントローラ１３、スイッチング素子１２等）の異常による過熱が発生したとき、第１の端子３２と第２の端子３４（図２又は図３(a),(b),(c) 参照）を内部短絡させる。【０１１４】
これにより、本例では、保護素子１４の第２の端子２２と、制御ユニット５９内部の接地端子１７（接地側配線ｃ）との間に接続されているヒューズ５７が、保護素子１４の短絡回路を流れる電流に感能して、電源１５から給電され全ての回路から接地側に集約される電流路を遮断し、冷却システム５８全体を停止させる。【０１１５】
尚、上述した実施例２又は３において、ヒューズ５７は、電流ヒューズでもよく、又はリレー等の操作型の電流遮断装置を用いるようにしてもよい。
【実施例４】
【０１１６】
図７は、実施例４としての冷却用ファンモータの駆動を制御する制御ユニットのブロック図である。尚、図７に示す冷却システム６０の構成において、図１に示した冷却システム２０の構成と同一の構成部分には図１と同一の番号を付与して示している。【０１１７】
図７に示す冷却システム６０においては、制御ユニット６１の保護素子６２の構成が、図１に示した冷却システム２０の制御ユニット１０の保護素子１４と異なっている。この異なっている部分以外の構成の機能・作用については、図１の場合と同様であるので、ここでの説明は省略する。【０１１８】
図７に示す保護素子６２では、保護素子６２は、第１の端子２１と第２の端子２２の他に、第３の端子６３を備えている。
この保護素子６２において、第１の端子２１が電源１５からモータ１１に接続する正負両極の配線ａ及びｂの一方の配線ｂ（モータ１１とスイッチング素子１２間を接続する配線）に接続されている点と、第２の端子２２がコントローラ１３及びスイッチング素子１２の接地側配線ｄに接続されている点は、図１の場合と同様である。【０１１９】
また、第２の端子２２が、スイッチ部２３の固定接点３４に接続されている点も、図１の場合と同様である。ただし本例では、第２の端子２２は、更に固定接点３４と共に、過電流遮断素子としてのヒューズ６４を介して第３の端子６３と接続され、第３の端子６３は接地配線ｃに直接接続されている。換言すれば、コントローラ１３及びスイッチング素子１２の接地側は、第２の端子２２、ヒューズ６４、第３の端子６３を介して接地配線ｃに接続されている。【０１２０】
この制御ユニット６１は、内部素子（コントローラ１３、スイッチング素子１２等）の異常による過熱が発生した際には、保護素子６２のスイッチグ部２３において可動接点３２と固定接点３４を閉じて第１の端子２１と第２の端子間２２を短絡させて、コントローラ１３やスイッチング素子１２等に流れる電流を減少させて制御ユニット６１の過熱を抑制し、安全温度領域に移行させようとする。【０１２１】
しかし、更に保護素子６２が、電流による発熱で許容値を越えた際には、第２の端子２２と第３の端子６３間のヒューズ６４を溶断する。これにより、第２の端子２２と第３の端子６３間の電流を遮断して制御ユニット６１を電源１５から遮断し、制御ユニット６１を安全温度領域に移行させる。尚、このとき、冷却システム６０も動作を停止する。
【実施例５】
【０１２２】
図８は、実施例５としての冷却用ファンモータの駆動を制御する制御ユニットのブロック図である。尚、図８に示す冷却システム６５の構成において、図７示した冷却システム６０の構成と同一の構成部分には図７と同一の番号を付与して示している。【０１２３】
図８に示す冷却システム６５においては、制御ユニット６６の保護素子６２の他の構成部分との接続方法が図７の場合と異なる。この異なっている部分以外の構成の機能・作用については、図７の場合と同様であるので、ここでの説明は省略する。【０１２４】
図８に示す保護素子６２では、第１の端子２１の接続位置が図７の場合と異なる。すなわち、図８では、保護素子６２の第１の端子２１が、電源１５から制御ユニット６６に接続される正負両極の配線の、正極端子１６からコントローラ１３に給電される正極側に接続されていることである。【０１２５】
本例の場合も、この制御ユニット６６は、内部素子（コントローラ１３、スイッチング素子１２等）の異常による過熱が発生した際には、保護素子６２のスイッチグ部２３において可動接点３２と固定接点３４を閉じて第１の端子２１と第２の端子間２２を短絡させて、コントローラ１３やスイッチング素子１２等に流れる電流を減少させて制御ユニット６１の過熱を抑制し、安全温度領域に移行させようとする。【０１２６】
しかし、更に保護素子６２が、電流による発熱で許容値を越えた際には、第２の端子２２と第３の端子６３間のヒューズ６４を溶断する。これにより、第２の端子２２と第３の端子６３間の電流を遮断して制御ユニット６１を電源１５から遮断し、制御ユニット６１を安全温度領域に移行させる。尚、このとき、冷却システム６０も動作を停止する。
図９(a) は、上述した実施例４及び５において、スイッチ部２３としての平常時ＯＦＦ型スイッチを備えた保護素子６２の具体的な一構成例を示す透視的平面図であり、図９(b) は、その側断面図である。【０１２７】
尚、図９(a),(b) には、図７及び図８に示したブロック図の構成と同一の機能を有する構成部分には、ここでの説明に必要な構成部分についてのみ図７及び図８と同一の番号を付与して示し、必要な説明以外の説明は省略する。【０１２８】
また、図９(a),(b) に示す構成は、基本的には、図２に示した構成において、第１の端子２１と過電流溶断部６７を介して連通する第３の端子６３を新たに取り付けた構成となっている。したがって、図２に示した構成と同一の機能・構成部分には、ここでの説明に必要な構成についてのみ図２と同一の番号を付与して示し、必要な説明以外の説明は省略する。【０１２９】
図９(a),(b) に示す本例の保護素子６２の構成においては、温度ヒューズを構成する過電流溶断部６７として専用の温度ヒューズ部材を第１及び第３の端子間に接続するのでは、構成が大型化するだけでなく、組み込み技術の難度も高くなる。【０１３０】
そこで、本例の過電流溶断部６７には、第１の端子２１と第３の端子６３とを連結する端子部材６８の一部の断面積を最小に形成して、高温時の溶断を可及的に容易ならしめるように形成する。【０１３１】
ただし、本例のように２５Ａという大電流を流す保護素子の場合、電流路の低抵抗化のためには、端子部材には銅を用いざるを得ないが、銅の融点は１０８３℃と高いため溶断点を下げる必要がある。【０１３２】
溶断点を下げるには、高温域で共晶合金化する組成の少なくも２種類の金属材料を積層させて構成することが望ましい。具体的には、上記のように端子部材には銅を用いざるを得ないから、この銅で構成した端子部材６８の一部断面積を最小とした部分の周囲に、融点が９６０℃の銀６９を張り合わせる。【０１３３】
そうすると、高温域で銅と銀の界面での拡散が進行し、共晶組織が成長することで融点は７８０℃に低下することが実験的に確かめられた。
また銅も銀も導電率（ＩＡＣＳ％）の高い材料であり、銅が１００％、銀が１０５％であるが、共晶組成（銀７２％、銅２８％）では導電率は７７％に低下する。【０１３４】
従って、過電流溶断部６７に、最小の断面積部を設定し、異常時の２００℃程度の環境温度と３０Ａから５０Ａ程度の大電流が流れる状況で、前述の拡散反応、共晶組織の成長で、一気に高温部が固有抵抗をあげ、溶断に至る設定を行うようにすれば、図７又は図８に示した制御ユニット６１又は６６の機能を実現することができる。【０１３５】
尚、上述した実施例１〜５においては、制御ユニットの内部素子の異常により作動する保護素子を、そのバイメタルの復帰温度を所定の環境温度以下として、動作後の通電部の温度により復帰を制限するように構成することができる。【０１３６】
その場合、環境温度以下に設定する設定温度によっては、想定される環境下では１回のみの動作となるよう設定することもできる。
尚、上述した各実施例では、制御ユニットの回路構成において、いずれもモータの正極側を電源の正極側に直接接続し、モータの負極側はスイッチング素子を介して接地側に接続される構成となっているが、モータの正極側をスイッチング素子を介して電源に接続し、モータの負極側を直接接地側に接続される構成としても良いことは言うまでもない。【０１３７】
これら電源と接地に対するモータとスイッチング素子との接続態様を入替えた構成を具体的に図１１〜図１５に示す。図１１は図１に対応する変更図、図１２は図５に対応する変更図、図１３は図６に対応する変更図、図１４は図７に対応する変更図、図１５は図８に対応する変更図である。
【産業上の利用可能性】
【０１３８】
平常時はＯＦＦ型で、温度異常時には接点を閉じて保護対象回路を過熱破損から保護する保護素子を備えた制御ユニットに利用できる。
【符号の説明】
【０１３９】
１  電源電池
２  モータ
３  モータ制御装置（エンジン冷却用電動ファン制御装置）
４  コントローラ
５  スイッチング素子
６  制御信号
１０  制御ユニット
１１  モータ
１２  スイッチング素子
１３  コントローラ
１４（１４ａ、１４ｂ）  平常時ＯＦＦ型保護素子（保護素子）
１５  電源
１６  正極端子
１７  接地端子
１８  駆動制御端子
１９  信号入力端子
２０  冷却システム
２１  第１の端子
２２  第２の端子
２３  スイッチ部
２５  箱状のケース
２６  絶縁性充填材
２７  ハウジング
２８  バイメタル
２９  可動板
３１ａ、３１ｂ  絶縁性部材
３２  可動接点
３３  凹部
３４  固定接点
２５  ケース
２６  絶縁性充填材
２７  ハウジング
３５  内部ユニット
３６  下面凸状部材
３７  バイメタル
３８  導電性弾性板状部材
３９  絶縁性固定用部材
４１  第１の端子用部材
４２  加締め用突起
４３  位置止め用突起
４４  第２の端子用部材
４５  遊び端子
４６（４６ａ、４６ｂ、４６ｃ、４６ｄ）  長穴
４７（４７ａ、４７ｂ）  円弧状の切り欠き部
４８  止め孔
４９  孔
５１（５１ａ、５１ｂ）  爪部
５２  凸状部
５３（５３ａ、５３ｂ、５３ｃ、５３ｄ）  差込部
５５  冷却システム
５６  制御ユニット
５７  ヒューズ
５８  冷却システム
５９  制御ユニット
６０  冷却システム
６１  制御ユニット
６２  保護素子
６３  第３の端子
６４  ヒューズ
６５  冷却システム
６６  制御ユニット
６７  過電流溶断部
６８  端子部材
６９  銀
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【国際調査報告】
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