JPH11229875A - 自動車用冷却装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電動冷却ファンの回転数が所定回転数のみに
制御される自動車用冷却装置において、簡単な構成で突
入電流の問題を解決する。 【解決手段】リレースイッチ３がオンされると、バッテ
リ１の電圧が積分回路９に印加される。そして、ＭＯＳ
トランジスタ８のゲートＧには、積分回路９の出力が印
加されるのであるが、このゲート印加電圧は、積分回路
９によりその時定数によって、立ち上がりが遅延され
て、ゆっくりと上昇する。そして、ゲート印加電圧がＭ
ＯＳトランジスタ８のしきい値電圧となると、ＭＯＳト
ランジスタ８はオンし始めるが、ゲート印加電圧が低い
時には、ＭＯＳトランジスタ８を流れるドレイン電流は
制限される。このため、電動モータ２はゆっくりと起動
され、徐々に回転数が増加する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自動車用冷却装置
であって、特に自動車に搭載されたラジエータや空調用
コンデンサに冷却風が流れるようにするものに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、自動車用冷却装置において、ラジ
エータや空調用コンデンサに電動冷却ファンからの冷却
風を送風するものが周知である。例えば、エンジン冷却
水の温度に応じて、電動モータにて駆動される電動冷却
ファンをパルス幅変調制御（ＰＷＭ制御、電動モータに
印加された印加電圧のデューティ比を制御）を行うもの
や、２つの抵抗の使用数を切り換えて、電動冷却ファン
の回転数をハイ、ローの２段階に制御するものが周知で
ある。

【０００３】このようなものにおいて、車両搭乗時にイ
グニッションスイッチもしくはアクセサリースイッチを
オンすると、車両制御装置により、エンジン冷却水の水
温が所定水温以上であると、ＰＷＭ制御を行う制御信号
に応じて電動冷却ファンを駆動したり、リレー等のスイ
ッチ手段をオンして電動冷却ファンを駆動するようにし
ている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このような電動冷却フ
ァンの起動時においては、電動モータの回転数が低いた
め、電動モータでの逆起電力が小さく、モータ印加電圧
がモータ捲線にかかる。このため、電動モータの回転数
がある程度まで上がるまでは、過大な突入電流が流れ、
フロント回りのバッテリ電圧が降下し、ヘッドライトが
一瞬暗くなったりするという問題がある。

【０００５】この問題に対処するため、上記ＰＷＭ制御
を行うものでは、電動モータ起動時には、徐々にデュー
ティー比を大きくすることが実施されている。このよう
にすることで、上記問題を、その機能を利用して解決で
きるので、部品点数を大幅に増加させずに比較的容易に
行うことができる。また、リレー等のスイッチ手段をオ
ンして電動冷却ファンを駆動するものにおいても、電動
モータ起動時には、先ずその回転数をローとしてからハ
イにすることで、比較的容易に上記問題に対処すること
ができる。

【０００６】一方、低コスト化のニーズから、電動冷却
ファンの回転数をＰＷＭ制御あるいは抵抗による段階的
な制御を行わずに、車載バッテリと電動モータの間にオ
ンオフスイッチのみを設けて、必要な時に上記回転数を
所定回転数のみに制御するものがある。しかしながら、
このような構成にすると、元々電動モータの回転数を可
変制御する機能が無いため、上記した突入電流の問題を
直ぐさま対処することができないという問題がある。

【０００７】そこで、本発明は、電動冷却ファンの回転
数が所定回転数に制御される自動車用冷却装置におい
て、上記した突入電流の問題を解決することを目的とす
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記問題を解決するため
に請求項１に記載の発明においては、車両に搭載された
冷却用熱交換器に冷却風が流れるようにする冷却用ファ
ン（４）と、車両に搭載されたバッテリ（１）から電力
が供給されて冷却用ファン（４）を駆動する電動モータ
（２）と、バッテリ（１）から電動モータ（２）への電
力供給ラインに設けられて電動モータ（２）に通電を行
うＭＯＳトランジスタ（８）と、バッテリ（１）からＭ
ＯＳトランジスタ（８）のゲートにゲート電圧を印加し
てＭＯＳトランジスタ（８）をオンさせるものであっ
て、電動モータ（２）の起動時には、ＭＯＳトランジス
タ（８）のゲートに印加されるゲート電圧の立ち上がり
を遅延して、電動モータ（２）の突入電流を低減する回
路手段（９、Ｒ２、Ｒ３、Ｃ２）を備えたことを特徴と
している。

【０００９】この発明によれば、回路手段（９、Ｒ２、
Ｒ３、Ｃ２）によりゲート印加電圧の立ち上がりを遅延
しているため、ＭＯＳトランジスタ（８）は飽和領域で
制御され、ドレイン電流の立ち上がりを緩やかにさせる
ことができ、電動モータ（２）の突入電流を低減するこ
とができる。この場合、回路手段（９、Ｒ２、Ｒ３、Ｃ
２）としては、具体的には、請求項２に記載の発明のよ
うに、抵抗（Ｒ１）とコンデンサ（Ｃ１）にて構成され
る積分回路（９）を備えるようにすることができる。ま
た、より具体的には、請求項３に記載の発明のように、
抵抗（Ｒ１）の一端をバッテリ（１）から電動モータ
（２）に電力を供給するラインに接続し、抵抗（Ｒ１）
とコンデンサ（Ｃ１）の接続点をＭＯＳトランジスタ
（８）のゲートに接続するようにすることができる。

【００１０】また、上記冷却用ファン（４）は、電動モ
ータ（２）への電力供給が遮断されている状態であって
も、車両が走行することで風圧により回転する。このた
め、電動モータ（２）は、発電機状態となり、誘起電圧
が発生する。そして、電動モータ（２）の回転数が高く
なって、上記誘起電圧が高くなると、この誘起電圧がＭ
ＯＳトランジスタ（８）のゲート印加電圧となる。した
がって、電動モータ（２）への電力供給が遮断されてい
る状態であっても、電動モータ（２）の回転数が高くな
って、ゲート印加電圧がしきい値電圧より高くなると、
ＭＯＳトランジスタ（８）がオンするため、この状態で
電動モータ（８）に通電を行おうと、回路手段（９、Ｒ
２、Ｒ３、Ｃ２）による突入電流の低減効果が得られな
いという問題がある。

【００１１】そこで、請求項４記載の発明においては、
回路手段（９、Ｒ２、Ｒ３、Ｃ２）として、冷却用ファ
ン（４）が風圧により回転し電動モータ（２）に誘起電
圧が発生しているときに、誘起電圧が所定電圧以上であ
ると誘起電圧によってＭＯＳトランジスタ（８）をオン
させ、誘起電圧が所定電圧より低いとＭＯＳトランジス
タ（８）をオフさせるようにし、上記した所定電圧とし
て、ＭＯＳトランジスタ（８）が誘起電圧によってオン
しているときに電動モータ（２）への通電が行われても
突入電流が規定値以下に制限されるような値に設定した
ことを特徴としている。

【００１２】この発明によれば、風圧によって冷却用フ
ァン（４）の回転数が所定回転数以上になり電動モータ
（２）による誘起電圧によってＭＯＳトランジスタ
（８）がオンしているときに、電動モータ（２）への通
電が行われても突入電流が規定値以下に制限されるた
め、この場合においても突入電流による問題を生じない
ようにすることができる。

【００１３】なお、上記した括弧内の符号は後述する実
施形態記載の具体的手段との対応関係を示すものであ
る。

【００１４】

【発明の実施の形態】（第１実施形態）以下、本発明の
自動車用冷却装置について図１を用いて説明する。図１
は、自動車用冷却装置のシステム図である。１は車両に
搭載された１２Ｖの２次電池（以下、バッテリとい
う）、２はバッテリ１から電力が供給されて冷却ファン
４を駆動する電動モータ（誘導性負荷で、定格２００Ｗ
のもの）、３はバッテリ１と電動モータ２との間に設け
られたリレースイッチである。

【００１５】リレースイッチ３は、図示しない駆動用の
コイルに電流が流れるとオンし、コイルに流れる電流が
遮断されるとオフするようになっている。コイルへの通
電・遮断は、図示しない車両制御用の制御装置により制
御され、この制御装置には、エンジンのエンジン冷却水
の温度を検出する水温センサ（図示しない）からの検出
信号が入力されている。

【００１６】この制御装置は、上記した水温センサの検
出信号が所定温度以上で、エンジン冷却水を冷却する必
要があると判定すると、上記したコイルをオンし、電動
モータ２に通電が行われるようにする。この実施形態に
おいては、電動モータ２は、図１に示す回路によって、
所定回転数のみで駆動されるようになっている。５は上
記エンジン冷却水を冷却する冷却用熱交換器であるラジ
エータである。電動モータ２は、冷却ファン４を駆動
し、この冷却ファン４にて発生する冷却風は、上記ラジ
エータ５に向かって送風される。これにより、ラジエー
タ５内を流れるエンジン冷却水が冷却される。なお、図
中１２は、冷却用ファン４で発生する冷却風をラジエー
タに導くガイドをなすファンシュラウドである。

【００１７】次に、本発明の要部である突入電流低減回
路６について説明する。突入電流低減回路６は、図１に
示すように、バッテリ１と電動モータ２との間に設けら
れている。なお、図中の○は、コネクタ端子を示してお
り、突入電流低減回路６は、バッテリ１と電動モータ２
との間に図示しないコネクタにて接続されている。突入
電流低減回路６は、ＭＯＳトランジスタ８と積分回路９
とを有する。ＭＯＳトランジスタ８は、本実施形態では
溝ゲートタイプ又はプレーナタイプのエンハンスメント
型電界効果トランジスタである。ＭＯＳトランジスタ８
は、バッテリ１から電動モータ２への電力供給ライン７
に設けられ、電動モータ２に通電を行って電動モータ２
を駆動する。

【００１８】積分回路９は、抵抗Ｒ１（抵抗値２４０ｋ
Ω）とコンデンサＣ１（容量１００μＦ）とからなり、
抵抗Ｒ１とコンデンサＣ１とは、バッテリ１の＋Ｂ端子
とアース端子との間に直列に接続されている。抵抗Ｒ１
とコンデンサＣ１との間の接続点は、上記ＭＯＳトラン
ジスタ８のゲートＧに接続されている。これにより、積
分回路９の出力は、ＭＯＳトランジスタ８のゲート電圧
となる。

【００１９】また、コンデンサＣ１には、並列に抵抗Ｒ
２（抵抗値１８０ｋΩ）が接続されている。言い換える
と、抵抗Ｒ２は、抵抗Ｒ１に直列に接続されている。ま
た、コンデンサＣ１と直列で、抵抗Ｒ１と並列にダイオ
ード１０が接続されている。ダイオード１０は、上記リ
レースイッチ３をオンからオフするときに、コンデンサ
Ｃ１に蓄えられた電荷を素早く放電し、ＭＯＳトランジ
スタ８のスイッチングを確実に行うためのものである。

【００２０】次に、上記した突入電流低減回路６の作動
について説明する。先ず、リレースイッチ３がオンされ
ると、バッテリ１の電圧が積分回路９に印加される。そ
して、ＭＯＳトランジスタ８のゲートＧには、積分回路
９の出力が印加されるのであるが、このゲート印加電圧
は、積分回路９の時定数によって、立ち上がりが遅延さ
れて、ゆっくりと上昇する。そして、ゲート印加電圧が
ＭＯＳトランジスタ８のしきい値電圧になると、ＭＯＳ
トランジスタ８はオンし始めるが、ゲート印加電圧が低
い時には、ＭＯＳトランジスタ８は飽和領域で制御さ
れ、ＭＯＳトランジスタ８を流れるドレイン電流は制限
される。

【００２１】このため、電動モータ２はゆっくりと起動
され、徐々に回転数が増加する。つまり、積分回路９に
より、電動モータ２の起動時に、バッテリ１から印加さ
れるＭＯＳトランジスタ８のゲート印加電圧の立ち上が
りを遅延し、ドレイン電流の立ち上がりを遅延する。こ
のことによって、電動モータ２の突入電流が低減され
る。また、このように電動モータ２をゆっくりと起動す
るため、突発音の低減効果が得られる。なお、このゲー
ト印加電圧の立ち上がりは、上記時定数によって任意に
設定可能である。

【００２２】このように本実施形態では、電動モータ２
の回転数が所定回転数のみに制御される自動車用冷却装
置において、ＭＯＳトランジスタ８と積分回路９を用い
るため、簡単な構成で上記した突入電流の問題を解決す
ることができる。また、構成部品が簡素であるため、形
状的にも比較的小さく作ることができ、電動モータ２に
組み込んだり、上記ファンシュラウド１２に容易に搭載
可能である。さらには、冷却用ファン４が発生する冷却
風が当たる位置にＭＯＳトランジスタ８や積分回路９を
搭載すれば、電気発熱の冷却が行えるため、突入電流低
減回路６の信頼性が向上するとともに、別個に上記電気
発熱の熱を逃がす冷却フィンを使用する場合は、冷却フ
ィンの小型化が可能で、コストを低減できる。

【００２３】また、本実施形態では、突入電流低減回路
６は、コネクタによりバッテリ１と電動モータ２との間
に簡単に接続でき、他のシステム配線を変更することが
なく、実用上有利である。ところで、冷却用ファン４
は、ラジエータ５が車両走行風が当たりやすいように車
両最前方部等に配置されるため、例えばラジエータ５の
車両後方側に配置されている。従って、上記リレースイ
ッチ３がオンされておらず、電動モータ２への電力供給
が遮断されている状態であっても、車両が走行すること
で冷却ファン４および電動モータ２が走行風の風圧によ
って回転する。

【００２４】このため、電動モータ２は、発電機状態と
なり、誘起電圧（正極側を図１中Ｍ＋、負極側を図１中
Ｍ−）が発生する。そして、この電動モータ２の回転数
が高くなって、誘起電圧が高くなると、ＭＯＳトランジ
スタ８のゲート印加電圧は、この誘起電圧を抵抗Ｒ１と
抵抗Ｒ２とで分圧した値となる。したがって、電動モー
タ２の回転数が高くなって、ゲート印加電圧が上記しき
い値電圧より高くなると、リレースイッチ３がオフであ
っても、勝手にＭＯＳトランジスタ８がオンし、この状
態でリレースイッチ３がオンとなっても、上記積分回路
８の機能を果たさず、突入電流低減効果が得られないと
いう問題がある。

【００２５】そこで、本実施形態では、積分回路９の設
定により、電動モータ２の回転数が所定回転数（１５０
０ｒｐｍ）以下であるときは、上記ＭＯＳトランジスタ
８がオンしないようにしている。ここで、上記１５００
ｒｐｍとは、車両が１００ｋｍ／ｈで走行しているとき
に、冷却用ファン４が風圧によって回転する回転数であ
り、冷却用ファン４の回転数が１５００ｒｐｍ以上であ
れば、電動モータ２での逆起電力がある程度大きくなっ
て、リレースイッチ３をオンして電動モータ２を駆動し
ても、突入電流が規定値（例えば２５Ａ）より小さく突
入電流の問題がそれほど生じないという回転数である。

【００２６】具体的な設定内容は、以下のようなもので
ある。本実施形態では、電動モータ２の回転数が１５０
０ｒｐｍである場合、上記誘起電圧が５〜６Ｖ程度であ
る。このため、誘起電圧を６Ｖとすると、誘起電圧での
ゲート印加電圧は、抵抗１と抵抗２との分圧値（２．５
７Ｖ）となる。この値は、ＭＯＳトランジスタ８のゲー
ト電圧−ドレイン電流特性により，ドレイン電流が規定
の突入電流以下に制限される電圧である。また、車両使
用条件により、バッテリ１の電圧が８Ｖに低下したとし
て、ＭＯＳトランジスタ８を確実に駆動できるようにし
なけらればならない。

【００２７】このため、ゲート印加電圧は、抵抗１と抵
抗２との分圧値で決まるため、条件として、各抵抗値を
バッテリ１の電圧が８Ｖに低下したときでも、ＭＯＳト
ランジスタ８オン時の電圧ドロップ（ドレイン−ソース
間電圧）が製品仕様上問題のない値（本実施形態では
０．５Ｖ以下）になるように設定する必要がある。この
実施形態では、抵抗Ｒ１、Ｒ２の抵抗値を２４０ｋΩ、
１８０ｋΩとしているため、ゲート印加電圧は、３．４
２Ｖとなり、上記した条件を満足する。このことによ
り、積分回路６は常時機能し、突入電流を常時確実に低
減させることができる。

【００２８】なお、ＭＯＳトランジスタ８、抵抗Ｒ１お
よびコンデンサＣ１の組み合わせによっては、走行風に
よる起電力が発生し徐々にゲート電圧が上昇した場合、
ＭＯＳトランジスタ８がオンしようとする瞬間にトラン
ジスタのミラー効果により入出力が発振し、ゲートしき
い値電圧付近で電圧が保持されることがある。その場合
には、抵抗Ｒ２の設定によらなくてもＭＯＳトランジス
タ８は走行風による起電力によってオンしないため、抵
抗Ｒ２をなくすことができる。 （第２実施形態）この実施形態においては、ＭＯＳトラ
ンジスタ８のゲート−ドレイン間にコンデンサＣ２を介
在させ、また抵抗Ｒ１とコンデンサＣ１との間に抵抗Ｒ
３を介在させている。コンデンサＣ２は、コンデンサＣ
１に等価されるＭＯＳトランジスタ８のゲート−ソース
間の電荷容量を大きくするのと同様に機能する。つま
り、ＭＯＳトランジスタ８は、上記コンデンサＣ２の電
荷容量が大きくなるほどスイッチング動作が遅くなる。
その動作原理は次の通りである。

【００２９】リレースイッチ３がオンすると、抵抗Ｒ１
とＲ３とを介して電荷がゲート−ソース間に蓄えられ、
蓄えられた電荷が所定量となり、ゲート−ソース間電圧
がＭＯＳトランジスタ８のしきい値電圧に達すると、Ｍ
ＯＳトランジスタ８はオンし始める。このとき、ドレイ
ン−ソース間電圧は低下し、その電圧がゲート−ソース
間電圧より小さくなると、抵抗Ｒ１とＲ３とを介して電
荷がコンデンサＣ２に蓄えられる。その結果、ゲート−
ソース間電圧の上昇は抑制されるため、ＭＯＳトランジ
スタ８のドレイン電流を制限することができる。そし
て、このようにすることで、上記した第１実施形態と比
べて、部品点数は増加するが、コンデンサＣ１の容量を
小さくできるため、本構成の方が回路の実装上有利とな
る。 （第３実施形態）上記した第１、第２実施形態において
は、ＭＯＳトランジスタ８を電動モータ２の下流側に設
けるものを示したが、ＭＯＳトランジスタ８を電動モー
タ２の上流側に設けるようにしてもよい。この場合の実
施形態（第１実施形態に対して変形させたもの）を図３
に示す。ＭＯＳトランジスタ８としては、Ｐチャネル型
のものを用いている。その作動は、基本的には図１に示
す第１実施形態と同様である。

【００３０】また、上記した第１乃至第３実施形態で
は、リレースイッチ３によって電動モータ２に通電を行
うものを示したが、そのスイッチ３としては、イグニッ
ションスイッチ、Ａ／Ｃスイッチなどと連動してオンさ
れるものであってもよい。また、冷却ファン４は、ラジ
エータ５に向かって冷却風を送風するものに限らず、ラ
ジエータ５から空気を吸い込んで、ラジエータ５に冷却
風を生じさせるものであってもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態におけるシステム図であ
る。

【図２】本発明の第２実施形態におけるシステム図であ
る。

【図３】本発明の第３実施形態におけるシステム図であ
る。

【符号の説明】

１…バッテリ、２…電動モータ、４…冷却用ファン、８
…ＭＯＳトランジスタ、９…積分回路。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 伊藤 隆文 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会 社デンソー内 (72)発明者 吉村 聡史 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会 社デンソー内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 車両に搭載された冷却用熱交換器に冷却
   風が流れるようにする冷却用ファン（４）と、 車両に搭載されたバッテリ（１）から電力が供給されて
   前記冷却用ファン（４）を駆動する電動モータ（２）
   と、 前記バッテリ（１）から前記電動モータ（２）への電力
   供給ラインに設けられて前記電動モータ（２）に通電を
   行うＭＯＳトランジスタ（８）と、 前記バッテリ（１）から前記ＭＯＳトランジスタ（８）
   のゲートにゲート電圧を印加して前記ＭＯＳトランジス
   タ（８）をオンさせるものであって、前記電動モータ
   （２）の起動時には、前記ＭＯＳトランジスタ（８）の
   ゲートに印加される前記ゲート電圧の立ち上がりを遅延
   して、前記電動モータ（２）の突入電流を低減する回路
   手段（９、Ｒ２、Ｒ３、Ｃ２）とを備えたことを特徴と
   する自動車用冷却装置。
2. 【請求項２】 前記回路手段（９、Ｒ２、Ｒ３、Ｃ２）
   は、抵抗（Ｒ１）とコンデンサ（Ｃ１）にて構成される
   積分回路（９）を備えて、前記電動モータ（２）の起動
   時に前記ゲート電圧の立ち上がりを遅延するものである
   ことを特徴とする請求項１に記載の自動車用冷却装置。
3. 【請求項３】 前記抵抗（Ｒ１）の一端は前記バッテリ
   （１）から前記電動モータ（２）に電力を供給するライ
   ンに接続され、前記抵抗（Ｒ１）と前記コンデンサ（Ｃ
   １）の接続点は前記前記ＭＯＳトランジスタ（８）のゲ
   ートに接続されていることを特徴とする請求項２に記載
   の自動車用冷却装置。
4. 【請求項４】 前記回路手段（９、Ｒ２、Ｒ３、Ｃ２）
   は、前記冷却用ファン（４）が風圧により回転し前記電
   動モータ（２）に誘起電圧が発生しているときに、前記
   誘起電圧が所定電圧以上であると前記誘起電圧によって
   前記ＭＯＳトランジスタ（８）をオンさせ、前記誘起電
   圧が所定電圧より低いと前記ＭＯＳトランジスタ（８）
   をオフさせるようになっており、前記所定電圧は、前記
   ＭＯＳトランジスタ（８）が前記誘起電圧によってオン
   しているときに前記電動モータ（２）への通電が行われ
   ても前記突入電流が規定値以下に制限されるような値に
   設定されていることを特徴とする請求項１乃至３のいず
   れか１つに記載の自動車用冷却装置。