(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータと、前記モータによって駆動されるファンと、前記モータと前記モータの電源との間に直列に接続される速度制御部とを備える冷却ファンモジュールであって、前記速度制御部は、並列に接続される高速分岐部及び低速分岐部を備え、前記低速分岐部は、直列に接続されるパルス幅変調回路を備え、前記パルス幅変調回路は、一定のデューティ比で平均電圧を下げて、前記モータの低速動作を行うように構成され、
前記速度制御部は、前記パルス幅変調回路を支持するプリント回路基板を備え、前記速度制御部はシェル及びヒートシンクを備え、前記シェル及びヒートシンクは、両者が半シェル構造であって前記速度制御部の外側シェルを形成するように互いに嵌合され、前記ヒートシンクは内側面及び外側面を有し、前記ヒートシンクの前記内側面は下方に凹状となって空洞を形成し、前記空洞は前記ヒートシンクの前記外側面から突出する壁を有し、前記ヒートシンクの前記内側面の縁部に、前記プリント回路基板に当接する互いに離間した複数の突出部が形成され、前記プリント回路基板は、前記外側シェルの内部に設置され、前記ヒートシンクから熱が放散され、前記速度制御部は２つの出力ケーブルを備え、前記シェルはコネクタを備え、前記コネクタは複数の入力端子を含み、前記複数の入力端子は前記コネクタ内に設置され、前記複数の入力端子の一方の端部は外部電源から入力電圧を受け取り、前記複数の入力端子の２つの入力端子の他方の端部は２つの前記出力ケーブルに直接電気的にそれぞれ接続され、前記出力ケーブルは前記速度制御部から延出し、前記出力ケーブルは冷却ファンモジュールの前記モータに接続されていることを特徴とする冷却ファンモジュール。
【請求項２】
前記低速分岐部は、更に、直列に接続される電圧変調回路を備え、前記電圧変調回路は、入力電圧が、予め設定された高電圧閾値よりも高いか、又は、予め設定された低電圧閾値よりも低い場合、前記パルス幅変調回路を介して前記低速分岐部を切断するように構成されることを特徴とする、請求項１に記載の冷却ファンモジュール。
【請求項３】
前記低速分岐部は、更に、電流保護回路を備え、前記電流保護回路は、電流測定抵抗と、直列に接続されるスイッチ回路とを備え、前記電流保護回路は、前記電流測定抵抗を流れる電流が、予め設定された電流閾値よりも大きい場合、前記パルス幅変調回路を介して、前記予め設定された電流閾値以内に電流を調整するように、前記スイッチ回路を制御するように構成されることを特徴とする、請求項１又は２に記載の冷却ファンモジュール。
【請求項４】
前記スイッチ回路は、ゲート駆動部と、ＭＯＳトランジスタとを備え、前記パルス幅変調回路の出力信号は、前記ゲート駆動部の入力端子に入力され、前記ゲート駆動部の出力信号は、前記ＭＯＳトランジスタに入力されることを特徴とする、請求項３に記載の冷却ファンモジュール。
【請求項５】
前記低速分岐部は、更に、温度を測定するように構成されている温度検出回路を備えることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の冷却ファンモジュール。
【請求項６】
前記ヒートシンクは、外方に延在して放熱量を増加させる数個の指片を備えることを特徴とする、請求項１に記載の冷却ファンモジュール。
【請求項７】
前記プリント回路基板に、複数のインダクタ及び複数のコンデンサが設置され、前記インダクタ及び前記コンデンサは、前記プリント回路基板から、前記ヒートシンクに向かう方向に突出し、前記ヒートシンクの前記空洞は、前記インダクタ及び前記コンデンサを収容することを特徴とする、請求項１に記載の冷却ファンモジュール。
【請求項８】
前記ヒートシンクは、前記ヒートシンクの前記外側面から外方に延在して放熱量を増加させる複数の指片を備えることを特徴とする、請求項７に記載の冷却ファンモジュール。
【請求項９】
前記コネクタは４つの入力端子を有し、前記４つの入力端子は前記コネクタ内に設置され、前記４つの入力端子の一方の端部は外部電源から入力電圧を受け取り、前記プリント回路基板は４つの端子を有し、前記プリント回路基板の前記４つの端子は、前記コネクタの前記４つの入力端子にそれぞれ接続されている、請求項１に記載の冷却ファンモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
[0002]
本発明は、車両等の熱交換器のための冷却ファンモジュールに関し、特に、速度制御部を有する冷却ファンモジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
[0003]
冷却ファンモジュールは、電気モータによって駆動されるファンを備える。冷却ファンモジュールは、例えば、車両に用いられて、従来の車両のエンジンのラジエータ又は電気自動車のバッテリを冷却する。
【０００３】
[0004]
従来の２速式冷却ファンモジュールのモータ駆動回路は、並列に接続される高速分岐部及び低速分岐部を有する。高速分岐部をオンにすると、モータは高速で動作する。低速分岐部をオンにして、高速分岐部をオフにすると、モータは低速で動作する。一般に、電力は、高速分岐部を介して、モータの入力端子（例えば、正極）に直接接続され、低速分岐部は、電圧降下抵抗を介して、低下電圧で電力をモータの端子に出力する。この場合、モータが低速で動作している場合、電圧降下抵抗は大量の熱を発生し、このため、大きな損失が生じる。
【０００４】
[0005]
当業者には知られているように、パルス幅変調（ＰＷＭ）回路のデューティ比は調整可能であり、ＰＷＭ回路のデューティ比を調整することによって、出力電圧の平均値を変更することができる。従来の高速分岐部及び低速分岐部の代わりに、デューティ比が調整可能なＰＷＭ回路を用いる、改良された可変速式冷却ファンモジュールが提供されている。
【０００５】
[0006]
車両のラジエータ冷却システムでは、ＰＷＭ回路は、制御端子を介して、車両のエンジン制御装置（ＥＣＵ）に接続され、デューティ比は、ＥＣＵからの指示に応じて、リアルタイムで変化し、これにより、出力電圧が調整され、モータは、各種電圧が供給されて、低速範囲内のそれぞれ異なる速度で動作する。例えば、デューティ比が１００％の場合、ＰＷＭ回路は、従来の高速分岐部に相当し、モータは高速で動作する。また、デューティ比が１００％未満の場合、モータは、より低速で動作する。
【０００６】
[0007]
上記のＰＷＭ回路の損失は、電圧降下抵抗を有する従来の回路の損失よりも小さい。しかしながら、ＰＷＭ回路には、制御回路（例えば、デューティ比を調整するための回路）が追加されるので、総コストが大きく増加する。この他に、並列に接続される従来の高速分岐部及び低速分岐部の代わりに、ＰＷＭ回路の電源分岐部が用いられ、ＰＷＭ回路には、制御端子が追加されるが、これは、ＰＷＭ回路を採用する冷却ファンモジュールのインタフェースが、従来のインタフェースと互換性がないことを意味する。自動車産業では、様々な供給元から様々な部品が供給されるので、インタフェースの非互換性は、ＰＷＭ回路を採用する冷却ファンモジュールの販売や冷却ファンモジュールの用途に深刻な影響を及ぼす。
【０００７】
[0008]
したがって、改良された技術的解決手段が望まれる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
[0009]
したがって、低速動作モードの効率を向上させた冷却ファンモジュールが望まれる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
[0010]
したがって、本発明は、その一態様において、冷却ファンモジュールを提供するものである。この冷却ファンモジュールは、モータと、前記モータによって駆動されるファンと、前記モータと前記モータの電源との間に直列に接続される速度制御部とを備え、前記速度制御部は、並列に接続される高速分岐部及び低速分岐部を備え、前記低速分岐部は、直列に接続されるパルス幅変調回路を備え、前記パルス幅変調回路は、一定のデューティ比で平均電圧を下げて、前記モータの低速動作を行うように構成される。
【００１０】
[0011]
前記低速分岐部は、更に、直列に接続される電圧変調回路を備え、前記電圧変調回路は、入力電圧が、予め設定された高電圧閾値よりも高いか、又は、予め設定された低電圧閾値よりも低い場合、前記パルス幅変調回路を介して前記低速分岐部を切断するように構成されることが好ましい。
【００１１】
[0012]
前記低速分岐部は、更に、電流保護回路を備え、前記電流保護回路は、電流測定抵抗と、直列に接続されるスイッチ回路とを備え、前記電流保護回路は、前記電流測定抵抗を流れる電流が、予め設定された電流閾値よりも大きい場合、前記パルス幅変調回路を介して、前記予め設定された電流閾値以内に電流を調整するように、前記スイッチ回路を制御するように構成されることが好ましい。
【００１２】
[0013]
前記スイッチ回路は、ゲート駆動部と、ＭＯＳトランジスタとを備え、前記パルス幅変調回路の出力信号は、前記ゲート駆動部の入力端子に入力され、前記ゲート駆動部の出力信号は、前記ＭＯＳトランジスタに入力されることが好ましい。
【００１３】
[0014]
前記低速分岐部は、更に、温度を測定するように構成されている温度検出回路を備えることが好ましい。
【００１４】
[0015]
前記速度制御部は、前記パルス幅変調回路を支持するプリント回路基板を備えることが好ましい。
【００１５】
[0016]
前記速度制御部は、前記速度制御部の外側シェルを形成するように互いに嵌合されるシェル及びヒートシンクを備え、前記プリント回路基板は、前記外側シェルの内部に設置され、前記ヒートシンクから熱が放散されることが好ましい。
【００１６】
[0017]
前記ヒートシンクは、外方に延在して放熱量を増加させる数個の指片を備えることが好ましい。
【００１７】
[0018]
前記プリント回路基板に、複数のインダクタ及び複数のコンデンサが設置され、前記インダクタ及び前記コンデンサは、前記プリント回路基板から、前記ヒートシンクに向かう方向に突出し、前記ヒートシンクは、前記インダクタ及び前記コンデンサを収容するための空洞を有することが好ましい。
【００１８】
[0019]
前記ヒートシンクは、前記空洞の奥部から外方に延在して放熱量を増加させる複数の指片を備えることが好ましい。
【００１９】
[0020]
本発明の各実施形態による冷却ファンモジュールでは、低速動作を行うための従来の電圧降下抵抗の代わりに、デューティ比が一定のＰＷＭ回路を用いることによって、モジュールの効率を著しく向上させる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の好ましい実施形態による冷却ファンモジュールを示す図である。
【図２】図１の冷却ファンモジュールへの速度制御部の組み付けを示す図である。
【図３】図２の速度制御部を示す図である。
【図４】速度制御部の部分分解図である。
【図５】シェル及びヒートシンクを取り外した状態の速度制御部の部分分解図である。
【図６】速度制御部のブロック回路図である。
【図７】図６に示すパルス幅変調回路及びスイッチ回路の概略回路図である。
【図８】図６に示す電圧変調回路及び温度検出回路の概略回路図である。
【図９】図６に示す電流保護回路の概略回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
[0021]
ここで、添付図面の図を参照して、単なる例示として本発明の好ましい実施形態を説明する。図において、複数の図に現れる同一の構造体、要素又は部品は、一般に、それらが現れる全ての図において同じ符号で表記される。図内に示される構成部品及び構造部の寸法は、一般に、便宜のため及び提示の明確さのために選択されたものであり、必ずしも縮尺通りではない。
【００２２】
[0031]
図１は、本発明による冷却ファンモジュール１００を示し、冷却ファンモジュール１００は、ファンシュラウド２１と、ファンシュラウド２１に設置されるモータ２７と、モータ２７の軸に設置されるファン２９と、ファンシュラウド２１に設置される速度制御部３０とを含む。ファンシュラウド２１は、大きな通気口と、通気口の中心に向かって延びている数個のスポーク２３と、各スポーク２３の端部に固定されるハブ２５とを有する。モータ２７は、ハブ２５に設置される。モータ２７及びファン２９は、通気口に配置される。
【００２３】
[0032]
図２を参照すると、ファンシュラウド２１は、速度制御部３０が設置される切欠き部すなわち凹部２２を有する。回路接続については、速度制御部３０は、電源とモータ２７との間に直列に接続され、モータに印加される出力電圧を変化させることによって、モータの速度を変化させるように構成される。
【００２４】
[0033]
図３及び図４を参照すると、速度制御部３０は、互いにスナップ嵌合されるシェル３１及びヒートシンク３６と、シェル３１の内部に設置されるプリント回路基板４１とを含む。シェル３１及びヒートシンク３６は、ボルト３３で互いに結合されて全シェルを形成する半シェル構造であることが好ましい。プリント回路基板４１に、インダクタ４２及びコンデンサ４３などの部品を含むＰＷＭ回路が形成される。インダクタ４２及びコンデンサ４３などの熱を発生する部品は、プリント回路基板４１のヒートシンク３６に対向する側に配置される。ヒートシンク３６は、発熱部品を収容するための空洞３７を有し、これらの部品からより良く放熱する。ヒートシンク３６の本体の表面から、放熱指片３８が突出して、ヒートシンク３６の放熱面積を大きくする。空洞３７の壁３９も、ヒートシンクの本体の表面から突出することが好ましい。
【００２５】
[0034]
図４及び図５を参照すると、シェル３１にコネクタ３２が配置され、コネクタ３２の内部に、４つの入力端子３４、すなわち、３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄが設置され、これらは入力電圧を受けるためのものである。４つの入力端子３４ａ〜３４ｄの位置及び機能は、従来のコネクタと同じであることが好ましい。例えば、入力端子３４ａは外部電源の負極に接続され、入力端子３４ｃは外部電源の正極に接続されて、モータを低速で動作させ、入力端子３４ｄは外部電源の正極に接続されて、モータを高速で動作させ、入力端子３４ｂは予備端子である。
【００２６】
[0035]
プリント回路基板４１は、４つの端子、すなわち、４４ａ，４４ｂ，４４ｃ，４４ｄを有する。端子４４ａは、外部電源の負極に接続される入力端子３４ａに接続され、端子４４ｃは、外部電源の正極に接続される入力端子３４ｃに接続され、端子４４ｄは、外部電源の正極に接続される入力端子３４ｄに接続される。中間の２つの端子４４ａ及び４４ｃは、入力端子であり、それぞれ、コネクタ３２の端子３４ａ及び３４ｃに電気的に接続される。２つの端子４４ｂ及び４４ｄは、出力端子であり、それぞれ、２つの出力ケーブル３５ａ及び３５ｂに接続される。本実施形態では、各出力ケーブル３５は、シェル３１から延出し、モータ２７に接続される。
【００２７】
[0036]
図６のブロック図を参照すると、回路接続については、速度制御部３０は、電源とモータ２７との間に直列に接続される。本実施形態では、入力端子３４ａは電源の負極に接続され、入力端子３４ｃ及び３４ｄは電源の正極に接続される。スイッチＫ１を介して、入力端子３４ｄをオンにすると、モータは高速で動作する。スイッチＫ２を介して入力端子３４ｃをオンにして、スイッチＫ１を介して入力端子３４ｄをオンにしない場合、モータは低速で動作する。更に、Ｋ１及びＫ２の両方をオンにした場合、電源は、やはり、スイッチＫ１を介してモータに電力を供給するので、モータは高速で動作する。入力端子３４ｃとパルス幅変調回路５５との間に、電圧変調回路５６が直列に接続される。電圧が通常の閾値範囲内ではないこと、例えば、電圧が、予め設定された高電圧値よりも高いか、又は、予め設定された低電圧値よりも低いことを一旦検出すると、電圧変調回路５６は、パルス幅変調回路５５を制御して、モータを停止する。通常の閾値範囲が９Ｖ〜１６Ｖであると仮定すると、電源の電圧が９Ｖ未満か又は１６Ｖを超えると、パルス幅変調回路５５は、モータを停止させる。
【００２８】
[0037]
本実施形態では、モータの低速動作は、パルス幅変調の方法で行われる。入力端子３４ｃは、パルス幅変調回路５５に直列に接続され、次いで、モータ２７に接続され、パルス幅変調回路５５は、予め設定されたデューティ比で、モータに供給される電圧及び電流を下げ、これにより、モータの低速動作が行われる。電圧降下抵抗を直列に接続する従来の解決法と比較すると、本発明によるパルス幅変調回路５５を直列に接続する解決法を用いることによって、より低損失且つより高効率にモータの低速動作が実現される。
【００２９】
[0038]
図７は、本発明の一実施形態によるパルス幅変調回路５５及びスイッチ回路５７の概略回路図である。三角波発振器によって生成される連続三角波を直流制御信号Ｖｃｏｎと比較することによって、一定のデューティ比の電圧信号Ｖpwmが生成される。スイッチ回路５７のゲート駆動部は、電圧信号ＶpwmをＶgに変換して、ｈｉｇｈ側のＭＯＳトランジスタＱ２を駆動するように構成され、入力端子３４ｃからの電圧よりも低い電圧が、Ｑ２を介してモータに供給される。
【００３０】
[0039]
更に、本発明の一実施形態による電圧変調回路５６及び温度検出回路５８を示す図８を参照する。電圧変調回路５６の最終出力は、通常、回路５６ｃによって供給される一定の電圧であり、また、パルス幅変調回路５５に入力される直流制御信号Ｖｃｏｎでもある。上方の不足電圧保護回路５６ａは、不足電圧状態を管理するように構成され、Ｖｃｃは、入力端子３４ｃからの電圧である。Ｖｃｃが低すぎる場合、比較器Ｕ１Ｄは、高電圧を出力して、Ｑ４をオンにし、パルス幅変調回路５５に入力される直流信号が遮断される。一方、Ｖｃｃの電圧値が９Ｖよりも大きい場合、比較器は、Ｑ４にゼロ電圧を供給して、Ｑ４をオフにすることにより、信号Ｖｃｏｎを一定のレベルに維持することができる。下方の過電圧保護回路５６ｂは、過電圧状態を管理するように構成される。電圧Ｖｃｃが高すぎる場合、比較器Ｕ１Ｃは、信号Ｖｃｏｎを遮断する。一方、電圧Ｖｃｃが１６Ｖ未満に戻された後、比較器Ｕ１Ｃは、信号Ｖｃｏｎを通常レベルに戻す。温度検出回路５８は、入力端子３４ｃとモータ２７との間に直列に接続される。温度検出回路５８は、プリント回路基板４１の温度及び環境温度を検知するように構成される温度センサを含む。検出温度が予め設定された温度閾値よりも高い場合、電圧変調回路５６は、動作を停止して低速分岐部を切断するように制御されることによって、温度保護機能を実現する。例えば、プリント回路基板の温度が摂氏１３０度よりも高い場合、温度センサは、動作を停止して低速分岐部を切断するように、電圧変調回路５６を制御する。図８に示すように、温度検出回路５８は分圧器であり、負の温度係数のサーミスタを用いて、温度に関連する電圧を発生し、不足電圧保護回路５６ａに影響を及ぼす。温度が高すぎる場合、Ｖtempは低下し、比較器Ｕ１Ｄは、Ｖｃｏｎをゼロにすることができ、これにより、モータは動作を停止する。
【００３１】
[0040]
更に、図９を参照すると、入力端子３４ｂとモータ２７との間に、電流保護回路５３が直列に接続される。電流保護回路５３は、電流測定抵抗Ｒ１を含み、電流測定抵抗Ｒ１は、パルス幅変調回路５５とモータ２７との間に直列に接続され、モータの入力電流を測定するように構成される。電流測定抵抗Ｒ１によって検出された電流信号は、増幅回路５３ａによって増幅され、その後、誤差補償回路５３ｃで、出力信号ＶIが所定の閾値Ｖthと比較されて、電流信号Ｖｃｏｎでパルス幅変調回路５５を補償する。このような負のフィードバック回路を用いて、ＶIとＶthを周期的に比較することによって、過電流状態のモータの電流閾値を制限することができる。したがって、電流が閾値よりも大きい場合（例えば、ロータがロックされた状況で）、モータを依然として駆動させることができ、モータの電流が閾値よりも小さいことを一旦検出すると、モータは、通常動作状態に復帰することができる。
【００３２】
[0041]
スイッチ回路５７の入力端子は、電源の正極及びパルス幅変調回路５５の出力端子に接続され、スイッチ回路５７の出力端子は、電流保護回路５３の入力端子に接続される。スイッチ回路５７は、回路電圧が大きくなりすぎたり小さくなりすぎるのを防止したり、回路が電圧の復帰により損傷するのを防止するように構成される。
【００３３】
[0042]
本出願の説明及び請求項において、動詞「備える（comprise）」、「含む（include）」、「含む（contain）」及び「有する（have）」、並びにその変形形態は、説明する要素又は特徴の存在を規定するために包括的な意味で使用され、追加の要素又は特徴の存在を排除するものではない。
【００３４】
[0043]
明確にするために別個の実施形態に関連して説明されている本発明の特定の特徴は、１つの実施形態において組み合わせて提供してもよいものと理解される。逆に、簡潔にするために１つの実施形態に関連して説明されている本発明の種々の特徴を、個別に又はそれらを適当に組み合わせて提供してもよい。
【００３５】
[0044]
上記の実施形態は単なる例示であり、請求項に定義する本発明の範囲から逸脱することなく、他の様々な修正が可能であることは、当業者にとって明らかである。
【符号の説明】
【００３６】
２１  ファンシュラウド
２２  凹部
２３  スポーク
２５  ハブ
２７  モータ
２９  ファン
３０  速度制御部
３１  シェル
３２  コネクタ
３３  ボルト
３４，３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄ  入力端子
３５，３５ａ，３５ｂ  出力ケーブル
３６  ヒートシンク
３７  空洞
３８  指片
３９  壁
４１  プリント回路基板
４２  インダクタ
４３  コンデンサ
４４ａ，４４ｂ，４４ｃ，４４ｄ  端子
５３  電流保護回路
５３ａ  増幅回路
５３ｃ  誤差補償回路
５５  パルス幅変調回路
５６  電圧変調回路
５６ａ  不足電圧保護回路
５６ｂ  過電圧保護回路
５６ｃ  回路
５７  スイッチ回路
５８  温度検出回路
１００  冷却ファンモジュール
Ｋ１，Ｋ２  スイッチ
Ｑ２，Ｑ４  ＭＯＳトランジスタ
Ｒ１  電流測定抵抗
Ｕ１Ｃ，Ｕ１Ｄ  比較器
Ｖｃｃ  電圧
Ｖｃｏｎ  直流制御信号
ＶI  出力信号
Ｖpwm  電圧信号
Ｖth  閾値
【図１】
0006757138.tif 000002
【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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