(57)【要約】【課題】電動ファン１１のブラケット１４に生じる振動を抑制することが可能な車両用電動ファンの制御方法、及び制御装置を提供する。【解決手段】電動ファン１１を固定するブラケット１４の、ねじれ方向の固有振動数を求め、このねじれ方向の固有振動数の、１／ｎ（ｎは自然数）となる周波数と、１／（ｎ＋１）となる周波数との間の周波数となるＰＷＭ信号を出力して、電動ファン１１とバッテリＶＢとの間に設けられたＭＯＳＦＥＴ（Ｑ１）を制御する。これにより、ブラケット１４に生じる振動を抑制することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に搭載される電動ファンの駆動を制御する制御方法において、
前記電動ファンを固定するブラケットの、前記電動ファンの回転方向に向けて加えられるねじれ振動に基づき、前記ブラケットの、電動ファン回転方向の固有振動数を求める段階と、
前記固有振動数の１／ｎ（ｎは自然数）となる周波数と、１／（ｎ＋１）となる周波数との間の周波数となるＰＷＭ信号を出力して、前記電動ファンと電源との間に設けられた電子スイッチを制御する段階と、
を備えたことを特徴とする車両用電動ファンの制御方法。
【請求項２】
車両に搭載される電動ファンの駆動を制御する制御方法において、
前記電動ファンを固定するブラケットの、前記電動ファンの回転方向に向けて加えられるねじれ振動に基づき、前記ブラケットの、電動ファン回転方向の固有振動数を求める段階と、
前記固有振動数の１／６未満となる周波数となるＰＷＭ信号を出力して、前記電動ファンと電源との間に設けられた電子スイッチを制御する段階と、
を備えたことを特徴とする車両用電動ファンの制御方法。
【請求項３】
車両に搭載される電動ファンの制御装置において、
電動ファンに、電源よりの電力を供給する回路上に設けられる電子スイッチと、
前記電子スイッチに所定の周波数となるＰＷＭ信号を出力して、該電子スイッチの駆動を制御するＰＷＭ制御手段と、を備え、
前記ＰＷＭ制御手段は、前記電動ファンを固定するブラケットの、前記電動ファンの回転方向に向けて加えられるねじれ振動に基づいて求められる、前記ブラケットの、電動ファン回転方向の固有振動数に基づき、該固有振動数の１／ｎ（ｎは自然数）となる周波数と、１／（ｎ＋１）となる周波数との間の周波数となるＰＷＭ信号を、前記電子スイッチに出力することを特徴とする車両用電動ファンの制御装置。
【請求項４】
前記ＰＷＭ制御手段は、前記固有振動数の１／ｎとなる周波数と、１／（ｎ＋１）となる周波数の中間値の周波数となるＰＷＭ信号を、前記電子スイッチに出力することを特徴とする請求項３に記載の車両用電動ファンの制御装置。
【請求項５】
車両に搭載される電動ファンの制御装置において、
電動ファンに、電源よりの電力を供給する回路上に設けられる電子スイッチと、
前記電子スイッチに所定の周波数となるＰＷＭ信号を出力して、該電子スイッチの駆動を制御するＰＷＭ制御手段と、を備え、
前記ＰＷＭ制御手段は、前記電動ファンを固定するブラケットの、前記電動ファンの回転方向に向けて加えられるねじれ振動に基づいて求められる、前記ブラケットの、電動ファン回転方向の固有振動数に基づき、該固有振動数の１／６未満となる周波数となるＰＷＭ信号を、前記電子スイッチに出力することを特徴とする車両用電動ファンの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両に搭載される電動ファンの制御方法及び制御装置に係り、特に、電動ファンの回転に伴って発生する振動を抑制する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、車両に搭載されるラジエータ冷却用に用いられる電動ファンは、ラジエータの水温に応じて回転数が制御される。このような車両に搭載される電動ファンは、バッテリと電動ファンとの間に設けられるＦＥＴ等の電子スイッチによりオン、オフが切り換えられる。更に、電子スイッチをＰＷＭ制御により駆動し、ＰＷＭのデューティ比を調整することにより、電動ファンの回転数を制御する。
【０００３】
このような電動ファンの従来例として、例えば特開２００２−１４２４９４号公報（特許文献１）に記載されたものが知られている。該特許文献１では、ＰＷＭ制御の周波数を数十Ｈｚ以下の低周波数に設定することにより、電子スイッチに生じるノイズを防止し、また、発熱、スイッチングロスを低減している。
【特許文献１】特開２００２−１４２４９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、ＰＷＭ制御の周波数を低周波数に設定した場合であっても、電動ファンを固定するブラケットに電動ファンの振動が伝達し、シャーシを伝わって運転者に不快感を与えたり、電動ファンの摺動部の摩耗を促進するという問題が発生する。
【０００５】
本発明は、このような従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、電動ファンの振動に生じる振動を抑制することが可能な車両用電動ファンの制御方法及び車両用電動ファンの制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本願請求項１に記載の車両用電動ファンの制御方法は、車両に搭載される電動ファンの駆動を制御する制御方法において、前記電動ファンを固定するブラケットの、前記電動ファンの回転方向に向けて加えられるねじれ振動に基づき、前記ブラケットの、電動ファン回転方向の固有振動数を求める段階と、前記固有振動数の１／ｎ（ｎは自然数）となる周波数と、１／（ｎ＋１）となる周波数との間の周波数となるＰＷＭ信号を出力して、前記電動ファンと電源との間に設けられた電子スイッチを制御する段階と、を備えたことを特徴とする。
【０００７】
請求項２に記載の車両用電動ファンの制御方法は、車両に搭載される電動ファンの駆動を制御する制御方法において、前記電動ファンを固定するブラケットの、前記電動ファンの回転方向に向けて加えられるねじれ振動に基づき、前記ブラケットの、電動ファン回転方向の固有振動数を求める段階と、前記固有振動数の１／６未満となる周波数となるＰＷＭ信号を出力して、前記電動ファンと電源との間に設けられた電子スイッチを制御する段階と、を備えたことを特徴とする。
【０００８】
請求項３に記載の車両用電動ファンの制御装置は、車両に搭載される電動ファンの制御装置において、電動ファンに、電源よりの電力を供給する回路上に設けられる電子スイッチと、前記電子スイッチに所定の周波数となるＰＷＭ信号を出力して、該電子スイッチの駆動を制御するＰＷＭ制御手段と、を備え、前記ＰＷＭ制御手段は、前記電動ファンを固定するブラケットの、前記電動ファンの回転方向に向けて加えられるねじれ振動に基づいて求められる、前記ブラケットの、電動ファン回転方向の固有振動数に基づき、該固有振動数の１／ｎ（ｎは自然数）となる周波数と、１／（ｎ＋１）となる周波数との間の周波数となるＰＷＭ信号を、前記電子スイッチに出力することを特徴とする。
【０００９】
請求項４に記載の車両用電動ファンの制御装置は、前記ＰＷＭ制御手段は、前記固有振動数の１／ｎとなる周波数と、１／（ｎ＋１）となる周波数の中間値の周波数となるＰＷＭ信号を、前記電子スイッチに出力することを特徴とする。
【００１０】
請求項５に記載の車両用電動ファンの制御装置は、車両に搭載される電動ファンの制御装置において、電動ファンに、電源よりの電力を供給する回路上に設けられる電子スイッチと、前記電子スイッチに所定の周波数となるＰＷＭ信号を出力して、該電子スイッチの駆動を制御するＰＷＭ制御手段と、を備え、前記ＰＷＭ制御手段は、前記電動ファンを固定するブラケットの、前記電動ファンの回転方向に向けて加えられるねじれ振動に基づいて求められる、前記ブラケットの、電動ファン回転方向の固有振動数に基づき、該固有振動数の１／６未満となる周波数となるＰＷＭ信号を、前記電子スイッチに出力することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１、請求項３の発明では、電子スイッチを駆動するためのＰＷＭ信号の周波数を、ブラケットのねじれ方向の固有振動数の１／ｎと、１／（ｎ＋１）との間の周波数に設定するので、電動ファンを回転駆動させたときに生じる機械的な振動を抑制することができる。このため、静粛性、及び装置全体の長寿命化を図ることができる。
【００１２】
請求項２、請求項５の発明では、電子スイッチを駆動するためのＰＷＭ信号の周波数を、ブラケットのねじれ方向の固有振動数の１／６未満に設定するので、電動ファンを回転駆動させたときに生じる機械的な振動、及び電子スイッチの発熱を抑制することができる。このため、静粛性、及び装置全体の長寿命化を図ることができる。
【００１３】
請求項４の発明では、ブラケットのねじれ方向の固有振動数の１／ｎとなる周波数と、１／（ｎ＋１）となる周波数の中間値の周波数となるＰＷＭ信号で、電子スイッチを駆動するので、電動ファンを回転駆動させたときに生じる機械的な振動をより一層抑制することができ、静粛性、長寿命化についてより高い効果を発揮できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る電動ファンの制御装置１０１を含む電動ファン装置１００の構成を示す回路図である。同図に示すように、電動ファン装置１００は、車両に搭載されるバッテリＶＢとグランドとの間に、電動ファン１１駆動用のモータＭ１、及び該電動ファン１１の駆動を制御するＭＯＳＦＥＴ（Ｑ１；電子スイッチ）とが接続されている。なお、電動ファン１１とＭＯＳＦＥＴ（Ｑ１）の取り付け位置は、上記と反対の位置、即ち、バッテリＶＢ→ＭＯＳＦＥＴ（Ｑ１）→電動ファン１１→グランドの順であっても良い。
【００１５】
更に、所定の周波数、所定のデューティ比のＰＷＭ信号を出力するゲート信号発生器１３と、該ゲート信号発生器１３より出力されるＰＷＭ信号を波形整形する波形整形回路１２を有し、波形整形回路１２の出力信号は、ＭＯＳＦＥＴ（Ｑ１）のゲートに接続される。
【００１６】
波形整形回路１２は、抵抗Ｒ１，Ｒ２及びダイオードＤ２からなる。また、モータＭ１とバッテリＶＢとの間には、ヒューズＦ１が設けられ、モータＭ１に対して並列にダイオードＤ１が設けられている。
【００１７】
そして、ゲート信号発生器１３より出力されるＰＷＭ信号にてＭＯＳＦＥＴ（Ｑ１）を制御することにより、電動ファン１１の駆動、停止、及び駆動時の回転数を制御することができる。即ち、ＰＷＭ信号のデューティ比を増加することにより、電動ファン１１の回転数を上昇することができ、反対に、ＰＷＭ信号のデューティ比を減少することにより、電動ファン１１の回転数を低減することができる。
【００１８】
図２は、電動ファン１１が固定されている様子を模式的に示す説明図である。同図に示すように、電動ファン１１駆動用のモータＭ１は金属製のブラケット１４に固定され、このモータＭ１の回転軸に電動ファン１１が取り付けられている。そして、モータＭ１の回転に伴って電動ファン１１が回転する。
【００１９】
ここで、本件発明者は、ゲート信号発生器１３より出力するＰＷＭ信号の周波数と、ブラケット１４に生じる振動との関係を調べるために、ブラケット１に振動センサ（図示省略）を取り付け、ＰＷＭ信号の周波数を３３［Ｈｚ］として、電動ファン１１を回転駆動させたところ、図５に示す如くの特性が得られた。図５に示す信号Ｓ１１は、振動センサにより検出された振動の大きさであり、信号Ｓ１２は、ＰＷＭ信号によるパルス電流である。図５に示す横軸１目盛りは、２０［ｍsec］であり、信号Ｓ１１に対する縦軸１目盛りは２００［ｍＶ］であり、信号Ｓ１２に対する縦軸１目盛りは２０［Ａ］である。
【００２０】
図５に示す振動の大きさを示す信号Ｓ１１は、パルス電流を示す信号Ｓ１２の立ち上がり、及び立ち下がりに同期して強まっていることが分かる。
【００２１】
このことから、電流の立ち上がり時はモータＭ１を支えるブラケット１４が、電動ファン１１の羽根の回転と逆方向にねじれを与えられ、電流の立ち下がり時はそのねじれが開放されるという動作が繰り返されることにより、ブラケット１４に電動ファン１１の回転と同軸のねじれ振動が発生していると考えられる。更に、後述するように、ＰＷＭ信号の周波数がブラケット１４の固有振動数と関係した値になると振動が強まると考えられる。
【００２２】
また、上記した図５と同様に、ＰＷＭ信号の周波数を４２［Ｈｚ］、３８［Ｈｚ］、１３［Ｈｚ］として、電動ファン１１を回転駆動させた。
【００２３】
その結果、ＰＷＭ信号の周波数が４２［Ｈｚ］の場合には、図６に示す如くの特性が得られた。図６に示す信号Ｓ２１は、振動センサにより検出された振動の大きさであり、信号Ｓ２２は、ＰＷＭ信号によるパルス電流である。図６に示す横軸、縦軸は、図５と同様である。
【００２４】
ＰＷＭ信号の周波数が３８［Ｈｚ］の場合には、図７に示す如くの特性が得られた。図７に示す信号Ｓ３１は、振動センサにより検出された振動の大きさであり、信号Ｓ３２は、ＰＷＭ信号によるパルス電流である。図７に示す横軸、縦軸は、図５と同様である。
【００２５】
ＰＷＭ信号の周波数が１３［Ｈｚ］の場合には、図８に示す如くの特性が得られた。図８に示す信号Ｓ４１は、振動センサにより検出された振動の大きさであり、信号Ｓ４２は、ＰＷＭ信号によるパルス電流である。図８に示す横軸、縦軸は、図５と同様である。
【００２６】
上記の結果から、ＰＷＭ信号の周波数が３３［Ｈｚ］（図５）、４２［Ｈｚ］（図６）の場合には、比較的強い振動が発生し、ＰＷＭ信号の周波数が３８［Ｈｚ］（図７）、１３［Ｈｚ］（図８）の場合には、振動が抑制されていることが理解される。
【００２７】
他方、本件発明者は、図２に示す電動ファン１１固定用のブラケット１４に、電動ファン１１の回転方向となる振動、即ちねじれ方向（図２の矢印Ｙ１の方向）の振動を加えたときの（例えば、ハンマーで叩く等の方法）、ブラケット１４に生じる振動の周波数を解析したところ、図４の特性曲線Ｓ１に示す如くの結果を得た。この特性曲線Ｓ１から、１２８［Ｈｚ］で強い振動が発生していることが分かる。換言すれば、この電動ファン１１固定用のブラケット１４の、ねじれ方向の固有振動数は、１２８［Ｈｚ］であることが分かる。
【００２８】
更に、図５〜図８に示した結果から、周波数３３［Ｈｚ］は１２８［Ｈｚ］の約１／４であり、周波数４２［Ｈｚ］は１２８［Ｈｚ］の約１／３であり、周波数３８［Ｈｚ］は１２８［Ｈｚ］の約１／３．４であり、周波数１３［Ｈｚ］は１２８［Ｈｚ］の１／９．８である。
【００２９】
上記のことから、ブラケット１４のねじれ方向の固有振動数（１２８［Ｈｚ］）の整数分の１となる周波数のＰＷＭ信号で電動ファン１１を駆動した場合には、強い振動が発生し、この数値以外の周波数のＰＷＭ信号で電動ファン１１を駆動した場合には、弱い振動が発生すると言える。
【００３０】
そこで、本件発明者は、ブラケット１４のねじれ方向の固有振動数である１２８［Ｈｚ］の整数分の１となる周波数、具体的には、１／２、１／３、１／４、１／５、１／６の周波数のＰＷＭ信号で電動ファン１１を駆動したときに生じる振動、及びこれらの中間値となる周波数のＰＷＭ信号で電動ファン１１を駆動したときに生じる振動を測定した。その結果、図３に示す如くの結果が得られた。同図に示す点ｘ１，ｘ２，ｘ３，ｘ４，ｘ５は、それぞれ固有振動数の１／２、１／３、１／４、１／５、１／６となる周波数のＰＷＭ信号で電動ファン１１を駆動させたときに生じる振動の強度を示しており、ｙ１，ｙ２，ｙ３，ｙ４は、それぞれの中間値となる周波数のＰＷＭ信号で電動ファン１１を駆動させたときに生じる振動の強度を示している。
【００３１】
上記のことから、固有振動数の整数分の１となる周波数を除き、これらの間の周波数となるＰＷＭ信号でＭＯＳＦＥＴ（Ｑ１）を動作させ、電動ファン１１を駆動させることにより、ブラケット１４に生じる振動を著しく低減させることができる。
【００３２】
即ち、本発明は、ゲート信号発生器（ＰＷＭ制御手段）が、電動ファン１１を固定するブラケット１４の、電動ファン１１の回転方向に向けて加えられるねじれ振動に基づいて算出される、ブラケット１４のねじれ方向（電動ファン１１の回転方向）の固有振動数（１２８［Ｈｚ］）に基づき、該固有振動数の１／ｎ（ｎは自然数）となる周波数と、１／（ｎ＋１）となる周波数との間の周波数となるＰＷＭ信号を、ＭＯＳＦＥＴ（Ｑ１）に出力することを特徴とし、このような構成により、電動ファン１１に生じる振動を著しく低減することができる。
【００３３】
更に、ブラケット１４のねじれ方向の固有振動数の整数分の１となる周波数の、中間値となる周波数、具体的には、１２８［Ｈｚ］と６４［Ｈｚ］との中間値である９６［Ｈｚ］等にＰＷＭ信号の周波数を設定すれば、より効果的にブラケット１４に生じる振動を抑制することができる。
【００３４】
更に、図３の特性曲線から明らかなように、ブラケット１４の固有振動数（１２８［Ｈｚ］）の整数分の１となるか否かに関わらず、ＰＷＭ信号の周波数がブラケット１４の固有振動数である１２８［Ｈｚ］の１／６（点ｘ５）以下である場合には、ブラケット１４に生じる振動レベルは、極めて低いレベルとなっている。このことから、ＰＷＭ信号の周波数がブラケット１４の固有振動数の１／６以下であれば、振動による影響を回避できると言える。
【００３５】
即ち、本発明は、ゲート信号発生器（ＰＷＭ制御手段）が、電動ファン１１を固定するブラケット１４の、電動ファン１１の回転方向に向けて加えられるねじれ振動に基づいて算出される、ブラケット１４のねじれ方向（電動ファン１１の回転方向）の固有振動数（１２８［Ｈｚ］）に基づき、該固有振動数の１／６未満となる周波数となるＰＷＭ信号を、ＭＯＳＦＥＴ（Ｑ１）に出力することを特徴とし、このような構成により、電動ファン１１に生じる振動を著しく低減することができる。また、周波数が低くなることにより、ＭＯＳＦＥＴ（Ｑ１）の発熱を抑制することができる。
【００３６】
更に、ＰＷＭ信号の周波数を、ブラケット１４のねじれ方向の固有振動数の１／６未満の周波数とする方法を採用すれば、ＰＷＭ信号の周波数がブラケット１４のねじれ方向の固有振動数の整数分の１となることを避ける必要がないので、２個のセットとなる電動ファンを駆動させる際に有用となる。つまり、２個の電動ファンの各ブラケット１４が同一の固有振動数を有するとは限らないので、ＰＷＭ信号の周波数設定を容易に行うことができる。
【００３７】
以上、本発明の車両用電動ファンの制御方法及び車両用電動ファンの制御装置を図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置き換えることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
電動ファン駆動時の振動を抑制する上で極めて有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の一実施形態に係る車両用電動ファンの制御装置を含む電動ファン装置の構成を示す回路図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る電動ファンの取り付け状態を示す説明図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る車両用電動ファンで、ＭＯＳＦＥＴを駆動するＰＷＭ信号の周波数と、ブラケットに生じる振動の強度との関係を示す特性図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る車両用電動ファンの、ブラケットにねじれ方向の衝撃を与えたときに生じる振動の周波数特性を示す特性図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る車両用電動ファンの制御装置で、ＰＷＭ信号の周波数を３３［Ｈｚ］としたときの、パルス電流（Ｓ１２）、及びブラケットに生じる振動強度（Ｓ１１）を示す特性図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る車両用電動ファンの制御装置で、ＰＷＭ信号の周波数を４２［Ｈｚ］としたときの、パルス電流（Ｓ２２）、及びブラケットに生じる振動強度（Ｓ２１）を示す特性図である。
【図７】本発明の一実施形態に係る車両用電動ファンの制御装置で、ＰＷＭ信号の周波数を３８［Ｈｚ］としたときの、パルス電流（Ｓ３２）、及びブラケットに生じる振動強度（Ｓ３１）を示す特性図である。
【図８】本発明の一実施形態に係る車両用電動ファンの制御装置で、ＰＷＭ信号の周波数を１３［Ｈｚ］としたときの、パルス電流（Ｓ４２）、及びブラケットに生じる振動強度（Ｓ４１）を示す特性図である。
【符号の説明】
【００４０】
１１  電動ファン
１２  波形整形回路
１３  ゲート信号発生器（ＰＷＭ制御手段）
１４  ブラケット
１００  電動ファン装置
１０１  電動ファンの制御装置
Ｍ１  モータ
Ｑ１  ＭＯＳＦＥＴ（電子スイッチ）
ＶＢ  バッテリ（電源）
【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】
2009071954.tif 000009
【図８】
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