特許 6012506 車両用クーリングファンモータ・インバータシステム及びその制御方法並びにプログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6012506

(24)【登録日】2016年9月30日

(45)【発行日】2016年10月25日

(54)【発明の名称】車両用クーリングファンモータ・インバータシステム及びその制御方法並びにプログラム

(51)【国際特許分類】

   B60H 1/32 20060101AFI20161011BHJP

   B60R 16/02 20060101ALI20161011BHJP

【ＦＩ】

   B60H1/32 613P

   B60R16/02 645Z

   B60R16/02 650A

【請求項の数】5

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2013-33581(P2013-33581)

(22)【出願日】2013年2月22日

(65)【公開番号】特開2014-162307(P2014-162307A)

(43)【公開日】2014年9月8日

【審査請求日】2016年2月1日

(73)【特許権者】

【識別番号】313000645

【氏名又は名称】三菱重工オートモーティブサーマルシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100112737

【弁理士】

【氏名又は名称】藤田 考晴

(74)【代理人】

【識別番号】100118913

【弁理士】

【氏名又は名称】上田 邦生

(72)【発明者】

【氏名】中野 浩児

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 敦

(72)【発明者】

【氏名】上谷 洋行

【審査官】 二之湯 正俊

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００６−１８２１１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−６９１６０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０１Ｐ ７／０４

Ｆ０１Ｐ ５／０４

Ｂ６０Ｈ １／３２

Ｂ６０Ｒ １６／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

車載の熱交換器に空気を供給するクーリングファンを駆動する三相モータを制御する車両用クーリングファンモータ・インバータシステムであって、
スイッチング素子を有し、高電圧電源から供給される直流電力を三相交流電力に変換し、前記三相モータに電力供給するモータ制御装置と、
前記モータ制御装置を制御する第１制御手段と、
低電圧電源から供給される電力によって作動し、当該車両用クーリングファンモータ・インバータシステムから見て上位側となる車両側の第２制御手段と情報を授受する通信制御手段と、
前記低電圧電源から電力が供給される低電圧系統と、前記高電圧電源から電力が供給される高電圧系統とを電気的に絶縁させる絶縁手段と、
を具備し、
前記第１制御手段は、前記スイッチング素子に異常が検出された場合に、前記通信制御手段を介して、前記第２制御手段に対して、前記三相モータの制御に異常がある旨を通知する異常情報を出力する車両用クーリングファンモータ・インバータシステム。

【請求項2】

前記低電圧電源から供給される電力によって作動し、デューティに応答してＰＷＭ（ｐｕｌｓｅ ｗｉｄｔｈ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御を行って、前記モータ制御装置の前記スイッチング素子を制御するＰＷＭ制御手段を具備し、
前記第１制御手段は、前記ＰＷＭ制御手段及び前記通信制御手段のうち少なくともどちらか一方を介して、前記三相モータの回転数指示を取得する請求項１に記載の車両用クーリングファンモータ・インバータシステム。

【請求項3】

前記モータ制御装置の前記スイッチング素子の温度値、電流値、及び電圧値のうち少なくともいずれか一を計測し、出力する計測手段と、
前記第１制御手段は、前記計測手段から取得した前記温度値、電流値、及び電圧値のうち少なくともいずれか一に基づいて、前記スイッチング素子の異常有無を判定する判定手段を具備する請求項１または請求項２に記載の車両用クーリングファンモータ・インバータシステム。

【請求項4】

車載の熱交換器に空気を供給するクーリングファンを駆動する三相モータを制御する車両用クーリングファンモータ・インバータシステムの制御方法であって、
前記車両用クーリングファンモータ・インバータシステムは、スイッチング素子を有し、高電圧電源から供給される直流電力を三相交流電力に変換し、前記三相モータに電力供給するモータ制御装置と、前記モータ制御装置を制御する第１制御手段と、低電圧電源から供給される電力によって作動し、当該車両用クーリングファンモータ・インバータシステムから見て上位側となる車両側の第２制御手段と情報を授受する通信制御手段と、前記低電圧電源から電力が供給される低電圧系統と、前記高電圧電源から電力が供給される高電圧系統とを電気的に絶縁させる絶縁手段と、を具備する場合に、
前記スイッチング素子に異常が検出された場合に、前記通信制御手段を介して、前記第２制御手段に対して、前記三相モータの制御に異常がある旨を通知する異常情報を出力する車両用クーリングファンモータ・インバータシステムの制御方法。

【請求項5】

車載の熱交換器に空気を供給するクーリングファンを駆動する三相モータを制御する車両用クーリングファンモータ・インバータシステムの制御プログラムであって、
前記車両用クーリングファンモータ・インバータシステムは、スイッチング素子を有し、高電圧電源から供給される直流電力を三相交流電力に変換し、前記三相モータに電力供給するモータ制御装置と、前記モータ制御装置を制御する第１制御手段と、低電圧電源から供給される電力によって作動し、当該車両用クーリングファンモータ・インバータシステムから見て上位側となる車両側の第２制御手段と情報を授受する通信制御手段と、前記低電圧電源から電力が供給される低電圧系統と、前記高電圧電源から電力が供給される高電圧系統とを電気的に絶縁させる絶縁手段と、を具備する場合に、
前記スイッチング素子に異常が検出された場合に、前記通信制御手段を介して、前記第２制御手段に対して、前記三相モータの制御に異常がある旨を通知する異常情報を出力する車両用クーリングファンモータ・インバータシステムの制御プログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、車両用クーリングファンモータ・インバータシステム及びその制御方法並びにプログラムに関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来、車載の熱交換器のクーリングファンを制御するファン制御装置は、車両用ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）の配下に配置されており、クーリングファン制御は、車両用ＥＣＵから出力されるＰＷＭ（ｐｕｌｓｅ ｗｉｄｔｈ ｍｏｄｕｒａｔｉｏｎ）信号のデューティ比によってモータの回転数制御が行われている。
モータ回転数は、車速、エンジン冷却水温、ＡＣ圧力に基づき速度制御される。エアコンがオン状態の場合は、エアコンの圧力信号と車両側から受けた車速信号に基づき、エアコンＥＣＵで必要ファン制御を演算し、車両用ＥＣＵに出力する。車両用ＥＣＵはその信号に、さらに車速とエンジン冷却水温を加味してファンモータの回転数を決定し、ファン駆動用ＰＷＭ信号を出力する。一方、エアコンがオフ状態の場合は、車速とエンジン冷却水温に基づき車両用ＥＣＵでファン回転数を決定し、ファン駆動用ＰＷＭ信号を出力する。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

ところで、このような車両システム構成においては、クーリングファンを駆動させる単相モータに異常が発生した場合であっても、車両用ＥＣＵからファン制御装置側へＰＷＭ信号を一方的に送るだけであり、ファン制御装置側と車両用ＥＣＵとは通信手段が設けられておらず、車両側でファンモータの異常を発見できないという問題があった。また、ファンモータに単相モータを使用するため効率が悪く、１２Ｖバッテリ消費を多くするので、１２Ｖ系バッテリーマネージメントの負荷が高くなるという問題があった。

【0004】

本発明は、上記問題を解決するためになされたもので、高効率にファンモータを駆動でき、かつ、ファンモータの異常を車両側で検出することのできる車両用クーリングファンモータ・インバータシステム及びその制御方法並びにプログラムを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0005】

上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。

【0006】

本発明は、車載の熱交換器に空気を供給するクーリングファンを駆動する三相モータを制御する車両用クーリングファンモータ・インバータシステムであって、スイッチング素子を有し、高電圧電源から供給される直流電力を三相交流電力に変換し、前記三相モータに電力供給するモータ制御装置と、前記モータ制御装置を制御する第１制御手段と、低電圧電源から供給される電力によって作動し、当該車両用クーリングファンモータ・インバータシステムから見て上位側となる車両側の第２制御手段と情報を授受する通信制御手段と、前記低電圧電源から電力が供給される低電圧系統と、前記高電圧電源から電力が供給される高電圧系統とを電気的に絶縁させる絶縁手段と、を具備し、前記第１制御手段は、前記スイッチング素子に異常が検出された場合に、前記通信制御手段を介して、前記第２制御手段に対して、前記三相モータの制御に異常がある旨を通知する異常情報を出力する車両用クーリングファンモータ・インバータシステムを提供する。

【0007】

このような構成によれば、スイッチング素子を有し、高電圧電源から供給される直流電力を三相交流電力に変換して三相モータに電力供給するモータ制御装置が、第１制御手段によって制御され、モータ制御装置のスイッチング素子に異常が検出された場合に、第２制御手段に対して、車両用クーリングファンモータ・インバータシステムの上位の車両側の第２制御手段と接続される通信制御手段を介して、スイッチング素子に異常が発生した旨が第１制御手段から通知される。また、低電圧系統と高電圧系統を電気的絶縁させることにより、高電圧に対する（車両に乗車する）乗客の安全性が確保される。
このように、モータ制御装置に異常が検出された場合には、通信制御手段を介して異常情報を車両側に通知するので、車両側でクーリングファンを駆動する三相モータの異常を検出でき、原因究明に役立てることができる。また、クーリングファンの駆動に三相モータを用いることにより、低損失、高効率駆動が可能となる。また、三相モータの駆動には高電圧電源（例えば、２００〜４００〔Ｖ〕）から電力が供給されるので、車両の有する電池容量の小さいバッテリ（例えば、１２〔Ｖ〕）である低電圧電源から電力供給する場合と比較して、バッテリの消費量を気にする必要がなくなる。
ここで、スイッチング素子は、半導体素子で構成されるパワートランジスタであり、例えば、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ−Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、バイポーラトランジスタ、及びＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等が使用される。また、半導体材料としては、Ｓｉ（シリコン）系半導体やＳｉＣ（炭化珪素）系半導体が用いられる。

【0008】

上記車両用クーリングファンモータ・インバータシステムは、前記低電圧電源から供給される電力によって作動し、デューティに応答してＰＷＭ（ｐｕｌｓｅ ｗｉｄｔｈ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御を行って、前記モータ制御装置の前記スイッチング素子を制御するＰＷＭ制御手段を具備し、前記第１制御手段は、前記ＰＷＭ制御手段及び前記通信制御手段のうち少なくともどちらか一方を介して、前記三相モータの回転数指示を取得することとしてもよい。

【0009】

クーリングファンの三相モータは、ＰＷＭ制御手段によるＰＷＭデューティによる制御と、車両の通信制御手段による制御との両方を可能とする。

【0010】

上記車両用クーリングファンモータ・インバータシステムは、前記モータ制御装置の前記スイッチング素子の温度値、電流値、及び電圧値のうち少なくともいずれか一を計測し、出力する計測手段と、前記第１制御手段は、前記計測手段から取得した前記温度値、電流値、及び電圧値のうち少なくともいずれか一に基づいて、前記スイッチング素子の異常有無を判定する判定手段を具備することとしてもよい。

【0011】

スイッチング素子の温度値、電流値、及び電圧値に基づいて異常の有無が判定されるので、原因究明に役立てることができる。

【0012】

本発明は、車載の熱交換器に空気を供給するクーリングファンを駆動する三相モータを制御する車両用クーリングファンモータ・インバータシステムの制御方法であって、前記車両用クーリングファンモータ・インバータシステムは、スイッチング素子を有し、高電圧電源から供給される直流電力を三相交流電力に変換し、前記三相モータに電力供給するモータ制御装置と、前記モータ制御装置を制御する第１制御手段と、低電圧電源から供給される電力によって作動し、当該車両用クーリングファンモータ・インバータシステムから見て上位側となる車両側の第２制御手段と情報を授受する通信制御手段と、前記低電圧電源から電力が供給される低電圧系統と、前記高電圧電源から電力が供給される高電圧系統とを電気的に絶縁させる絶縁手段と、を具備する場合に、前記スイッチング素子に異常が検出された場合に、前記通信制御手段を介して、前記第２制御手段に対して、前記三相モータの制御に異常がある旨を通知する異常情報を出力する車両用クーリングファンモータ・インバータシステムの制御方法を提供する。

【0013】

本発明は、車載の熱交換器に空気を供給するクーリングファンを駆動する三相モータを制御する車両用クーリングファンモータ・インバータシステムの制御プログラムであって、前記車両用クーリングファンモータ・インバータシステムは、スイッチング素子を有し、高電圧電源から供給される直流電力を三相交流電力に変換し、前記三相モータに電力供給するモータ制御装置と、前記モータ制御装置を制御する第１制御手段と、低電圧電源から供給される電力によって作動し、当該車両用クーリングファンモータ・インバータシステムから見て上位側となる車両側の第２制御手段と情報を授受する通信制御手段と、前記低電圧電源から電力が供給される低電圧系統と、前記高電圧電源から電力が供給される高電圧系統とを電気的に絶縁させる絶縁手段と、を具備する場合に、前記スイッチング素子に異常が検出された場合に、前記通信制御手段を介して、前記第２制御手段に対して、前記三相モータの制御に異常がある旨を通知する異常情報を出力する車両用クーリングファンモータ・インバータシステムの制御プログラムを提供する。

【発明の効果】

【0014】

本発明によれば、高効率にファンモータを駆動でき、かつ、ファンモータの異常を車両側で検出できるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明に係るモータ制御システムの概略構成図である。

【図2】本実施形態の絶縁型のＰＷＭドライバの機能ブロック図の一例が示されている。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下に、本発明に係る車両用クーリングファンモータ・インバータシステム及びその制御方法並びにプログラムの、一実施形態について、図面を参照して説明する。

【0017】

本実施形態に係る車両用クーリングファンモータ・インバータシステムは、車載の熱交換器に空気を供給するクーリングファンを駆動する三相モータに適用される場合を例に挙げて説明する。
図１は、本実施形態におけるモータ制御システム１の概略構成図である。
図１に示されるように、本実施形態に係るモータ制御システム１は、車載の熱交換器（ラジエータ）用のクーリングファンの駆動源となる三相モータ３の駆動を制御するものである。

【0018】

モータ制御システム１は、三相モータ３とインバータシステム２とを備えている。
インバータシステム（車両用クーリングファンモータ・インバータシステム）２は、スイッチング素子２２を有するモータ制御装置２１と、計測部(計測手段)２３と、第１制御部（第１制御手段）２４と、絶縁部（絶縁手段）８とを備えている。モータ制御装置２１は、高電圧バッテリや発電機等の高電圧電源４から供給される直流電流を三相の交流電流に変換し、三相モータ３を駆動する。高電圧電源４は、例えば、２００〔Ｖ〕や４００〔Ｖ〕の電圧であり、ＨＶフィルタ２６を介してモータ制御装置２１に電力供給している。
ここで、スイッチング素子２２は、半導体素子で構成されるパワートランジスタであり、例えば、ＭＯＳＦＥＴ、バイポーラトランジスタ、及びＩＧＢＴ等が使用される。また、半導体材料としては、Ｓｉ系半導体やＳｉＣ系半導体が用いられる。

【0019】

低電圧電源５は、車載バッテリ電源等であり、例えば、１２〔Ｖ〕の電圧を供給する。
モータ制御システム１は、車両側との通信フォームとして車両ネットワークである車両ネットワークＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）７と接続されている。このため、インバータシステム２は、制御通信回路を構成するＣＡＮドライバ（通信制御手段）８２が設けられているので、車両側に設けられている上位の車両側ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）（第２制御手段）６からの通信ケーブルが接続可能に構成されている。
なお、本実施形態においては、車両ネットワークにＣＡＮを利用するものであることを例に挙げて説明するがこれに限定されず、例えば、ＬＩＮ（Ｌｏｃａｌ Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ Ｎｅｔｗｏｒｋ）や、ＦｌｅｘＲａｙ等の他の方式であってもよく、特に限定されない。

【0020】

絶縁部８は、低電圧電源５から電力が供給される低電圧系統９と、高電圧電源４から電力が供給される高電圧系統１０とを電気的に絶縁させる。また、絶縁部８は、低電圧電源５から供給される電力によって作動し、具体的には、絶縁型のＤＣ−ＤＣコンバータ８１と、絶縁型のＣＡＮドライバ８２と、絶縁型のＰＷＭドライバ（ＰＷＭ制御手段）８３とを備えている。

【0021】

絶縁型のＤＣ−ＤＣコンバータ８１は、モータ制御装置２１及び第１制御部２４に対し、低電圧電源５の電力を供給する。また、絶縁型のＤＣ−ＤＣコンバータ８１は、第１制御部２４の駆動電圧（例えば、５〔Ｖ〕）や、モータ制御装置２１の駆動電圧（例えば、１５〔Ｖ〕）として用いられる。
絶縁型のＣＡＮドライバ８２は、車両ネットワークＣＡＮ７と接続されており、車両ネットワークＣＡＮ７を介して車両側ＥＣＵ６に接続され、車両側ＥＣＵ６と第１制御部２４との間で情報を授受する。
絶縁型のＰＷＭドライバ８３は、低電圧電源５から供給される電力によって作動し、デューティに応答してＰＷＭ制御を行って、モータ制御装置２１のスイッチング素子２２を制御する。図２には、絶縁型のＰＷＭドライバ８３の一例が示されている。図２に示されるように、絶縁型のＰＷＭドライバ８３は、フォトカプラ８３ａ、インバータ８３ｂ、及びローパスフィルタ８３ｃを備えて構成されている。フォトカプラ８３ａにＰＷＭコマンドが入力されると、デューティを示す０から５〔Ｖ〕のアナログ値が変換され、第１制御部２４に回転数指令として出力される。

【0022】

第１制御部２４は、モータ制御装置２１を制御する。具体的には、第１制御部２４は、絶縁型のＰＷＭドライバ８３及びＣＡＮドライバ８２のうち少なくともどちらか一方を介して、三相モータ３の回転数指示を取得し、取得した回転数指示に基づいて三相モータ３を制御する。
第１制御部２４は、判定部２５を備えている。判定部２５は、計測部２３から取得した温度値、電流値、及び電圧値のうち少なくともいずれか一に基づいて、スイッチング素子２２の異常有無を判定する。具体的には、判定部２５は、温度値、電流値、及び電圧値に関する閾値を有しており、所定の閾値を超過した場合に異常と判定し、判定結果を車両ネットワークＣＡＮ７を介して車両側ＥＣＵ６に出力する。
また、第１制御部２４は、スイッチング素子２２に異常が検出された場合に、ＣＡＮドライバ８２を介して、車両側ＥＣＵ６に対して、スイッチング素子２２に異常がある旨を通知する異常情報を出力する。

【0023】

計測部２３は、モータ制御装置２１のスイッチング素子２２の温度値、電流値、及び電圧値のうち少なくともいずれか一を計測し、第１制御部２４に出力する。例えば、三相モータ３やモータ制御装置２１のスイッチング素子２２が故障している場合、スイッチング素子２２の温度が高温となるので、計測部２３によりスイッチング素子２２の温度変化を検出し、第１制御部２４において故障有無を判定させる。

【0024】

次に、本実施形態に係るモータ制御システム１の作用について説明する。
車両に搭載される高電圧電源４からモータ制御装置２１に供給された直流電力は、三相の交流電流に変換され、三相モータ３に給電されて三相モータ３を駆動させる。ＣＡＮドライバ８２を介して車両側に設けられている車両側ＥＣＵ６から取得される三相モータ３の回転数指示、または絶縁型のＰＷＭドライバ８３を介して取得されるＰＷＭ制御する回転数指示に基づいて、インバータシステム２が制御される。
これにより、三相モータ３が回転駆動され、ラジエータ用クーリングファンが作動する。

【0025】

スイッチング素子２２の温度値、電流値、及び電圧値が計測されており、計測結果は第１制御部２４に出力される。第１制御部２４の判定部２５によって、計測結果が所定の閾値と比較され、所定の閾値を超過している場合に、車両ネットワークＣＡＮ７を介して車両側ＥＣＵ６に対して、異常情報が通知される。
車両側の制御回路である車両側ＥＣＵ６において、車両ネットワークＣＡＮ７を介してインバータシステム２から異常情報が取得されると、ラジエータ用クーリングファンにおいて異常が発生したことが検出される。提示部（図示略）等を介してラジエータ用クーリングファンに異常が発生したことが提示されることにより、車両の運転者によって異常を把握させることができる。

【0026】

以上説明してきたように、本実施形態に係るインバータシステム２及びその制御方法並びにプログラムにおいて、モータ制御装置２１に異常が生じた場合には、ＣＡＮドライバ８２を介して異常情報を車両側に通知するので、車両側でクーリングファンを駆動する三相モータ３の異常を検出でき、原因究明に役立てることができる。また、クーリングファンの駆動に三相モータ３を用いることにより、低損失、高効率駆動が可能となる。また、三相モータ３の駆動には高電圧電源（例えば、２００〜４００〔Ｖ〕）４から電力が供給されるので、車両の有する電池容量の小さいバッテリ（例えば、１２〔Ｖ〕）である低電圧電源５から電力供給する場合と比較して、電池容量の小さいバッテリ電圧をモータ駆動に使用しなくて済むので、バッテリ消費量を気にする必要がなくなる。

【符号の説明】

【0027】

１ モータ制御システム
２ インバータシステム（車両用クーリングファンモータ・インバータシステム）
３ 三相モータ
６ 車両側ＥＣＵ（第２制御手段）
７ 車両ネットワークＣＡＮ
８ 絶縁部（絶縁手段）
２１ モータ制御装置
２２ スイッチング素子
２３ 計測部（計測手段）
２４ 第１制御部（第１制御手段）
８１ 絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ
８２ 絶縁型ＣＡＮドライバ（通信制御手段）
８３ 絶縁型ＰＷＭドライバ（ＰＷＭ制御手段）

【図1】

【図2】