特開 2024-157704 ファン制御装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024157704

(43)【公開日】2024-11-08

(54)【発明の名称】ファン制御装置

(51)【国際特許分類】

   H02P 5/46 20060101AFI20241031BHJP

【ＦＩ】

H02P5/46 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】1

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023072219

(22)【出願日】2023-04-26

(71)【出願人】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【氏名又は名称】田渕 経雄

(74)【代理人】

【氏名又は名称】田渕 智雄

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 辰徳

(72)【発明者】

【氏名】真田 健司

【テーマコード（参考）】

5H572

【Ｆターム（参考）】

5H572AA10

5H572BB04

5H572DD05

5H572EE04

5H572GG02

5H572HC04

5H572HC07

5H572LL01

5H572LL50

(57)【要約】

【課題】複数の電動ファンを使用する際におけるビート音の発生を、制御（ソフト）で回避できる、ファン制御装置の提供。
【解決手段】各電動ファン２０，３０の回転数のモニタ結果から、各電動ファン２０，３０の駆動音の周波数を算出し、周波数の差が所定周波数差未満となる組合せがある場合、周波数差が所定周波数差以上となるように少なくとも一方の電動ファンの回転数を変更する制御をする。そのため、周波数の差が近い組み合わせがある場合に電動ファンの回転数を変更することで周波数の差を所定周波数差以上にし、ビート音が発生することを回避できる。この構造では、ハードで対応しておらず、ソフト（回転数変更の制御）のみで対応しているため、複数の電動ファン２０，３０を使用する際におけるビート音の発生をソフトで回避できる。
【選択図】 図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の電動ファンの回転数を任意の回転数に制御可能なファン制御装置であって、
各前記電動ファンの回転数のモニタ結果から、各前記電動ファンの駆動音の周波数を算出し、周波数の差が所定周波数差未満となる組合せがある場合、周波数差が前記所定周波数差以上となるように前記電動ファンの回転数を制御する、ファン制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、複数の電動ファンを制御するファン制御装置に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１は、周囲温度が低い等の特殊な環境下において、電動ファンを動作すると異音が発生する可能性がある場合、電動ファンに対し通常の動作電圧Ｖ１を印可する前に、異音が生じにくい動作電圧Ｖ２（＜Ｖ１）を印可する技術を開示している。

【0003】

ところで、複数の電動ファンを同時に使用する場合、各電動ファンから周波数、音圧が近い動作音が発生すると、差の周波数で音圧が強弱変化するビート音が発生する可能性がある。しかし、上記の特許文献１は異音の音源として想定しているのは単一の電動ファンであり、複数の電動ファンを同時に使用する場合にのみ生じ得る異音に対しては何ら開示が無い。

【0004】

特許文献２は、２つの電動ファンを使用する際におけるビート音の発生を回避できる技術を開示している。

【0005】

しかし、上記の特許文献２では、２つの電動ファンをファンブレード等ピッチとファンブレード不等ピッチにしなければならず（ハードで対応しており）、制御（ソフト）で解決できず改善の余地がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２０２１－１８０６０１号公報

【特許文献2】特開２００７－２７８１８１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

本発明の目的は、複数の電動ファンを使用する際におけるビート音の発生を、制御（ソフト）で回避できる、ファン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】

【0008】

上記目的を達成する本発明はつぎの通りである。
（１） 複数の電動ファンの回転数を任意の回転数に制御可能なファン制御装置であって、
各前記電動ファンの回転数のモニタ結果から、各前記電動ファンの駆動音の周波数を算出し、周波数の差が所定周波数差未満となる組合せがある場合、周波数差が前記所定周波数差以上となるように前記電動ファンの回転数を制御する、ファン制御装置。
（２） 前記所定周波数差とは、ビート音発生の懸念がある周波数差である、（１）記載のファン制御装置。

【発明の効果】

【0009】

上記（１）、（２）のファン制御装置によれば、つぎの効果を得ることができる。
各電動ファンの回転数のモニタ結果から、各電動ファンの駆動音の周波数を算出し、周波数の差が所定周波数差未満となる組合せがある場合、周波数差が所定周波数差以上となるように電動ファンの回転数を制御するため、周波数の差が近い組み合わせがある場合に電動ファンの回転数を変更することで周波数の差を所定周波数差以上にし、ビート音が発生することを回避できる。この構造では、ハード（ファンブレードを等ピッチと不等ピッチにするなど）で対応しておらず、ソフト（回転数変更の制御）のみで対応しているため、複数の電動ファンを使用する際におけるビート音の発生をソフトで回避できる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明実施例のファン制御装置を含む制御システムの構成図である。

【図2】２つの電動ファンを同時に使用する場合における、回転数制御によるビート音回避の一例を示す、音圧レベルと周波数の関係を示すグラフである。（ａ）は、周波数差が所定周波数差未満となる組合せが有る場合を示している。（ｂ）は、電動ファンの回転数を変更させて、周波数差が所定周波数差以上となるようにした場合を示している。

【図3】本発明実施例のファン制御装置の制御ルーチンを示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下に、図面を参照して、本発明実施例のファン制御装置（以下、制御装置ともいう）１０について説明する。

【0012】

制御装置１０は、図１に示すように、車両に搭載される図示略の熱交換器を冷却するために設けられる複数の電動ファン、例えば第１、第２のファンからなる２つのファン２０，３０を同時に駆動制御可能であり、特に２つのファン２０，３０の回転数をそれぞれ任意の回転数に制御可能である。

【0013】

第１、第２のファン２０，３０は、ファンシュラウド２１，３１をそれぞれ有し、さらに、複数枚のファンブレード２２，３２をそれぞれ有している。ファンシュラウド２１，３１同士は、一体に形成されていてもよく、互いに別体形成されていてもよい。ファンブレード２２，３２の枚数は、図１では概略化されていずれも６枚（同じ枚数）で示されているが、６枚以外の同じ枚数であってもよく、異なる枚数であってもよい。ファンブレード２２，３２は、それぞれ、図示略の駆動モータの駆動力によってファンシュラウド２１，３１に対して回転可能である。

【0014】

図１は、制御装置１０を含む制御システム１の構成図である。図１に示すように、制御システム１は、制御装置１０，第１、第２のファン２０，３０に加えて、さらに第１、第２のファン２０，３０の回転数をそれぞれ検知する回転数センサ４０，５０を有する。

【0015】

制御装置１０は、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）であり、ＣＰＵ、ＲＯＭ，ＲＡＭおよび入出力インターフェースを有する電子制御ユニットである。ＣＰＵはＲＯＭに格納されている各種プログラムを実行する。制御装置１０は、１つのＥＣＵから構成されていてもよく、複数のＥＣＵから構成されていてもよい。

【0016】

制御装置１０は、第１、第２のファン２０，３０の駆動中にあっては、回転数センサ４０，５０を用いて第１、第２のファン２０，３０の回転数を常時モニタしており、回転数のモニタ結果から、駆動音の周波数をそれぞれ算出し、周波数が近い組み合わせが有るか、すなわち周波数差が所定の周波数差ＢｅａｔＲｅｆ未満か否かを判定できるようになっている。なお、所定の周波数差ＢｅａｔＲｅｆは、ビート音（うなり音）が発生する懸念がある周波数差であり、特に限定されるものではないが、たとえば２０Ｈｚである。

【0017】

なお、第１、第２のファン２０，３０の回転時に発生する駆動音の周波数は、それぞれ、ファンの１次成分（ファンの回転数ｒｐｍ÷６０×ファンブレードの枚数）（単位Ｈｚ）に音圧レベルのピークを有し、その倍数にもピークを有している。そして、第１、第２のファン２０，３０の音圧レベルのピーク同士が近い場合、すなわちピーク同士の周波数差が所定周波数差ＢｅａｔＲｅｆ未満の場合、ビート音が発生するおそれがある。

【0018】

たとえば、第１のファン２０の第Ｎ次成分（Ｎは整数）が２００Ｈｚであり、第２のファン３０の第Ｍ次成分（Ｍは整数）が２０５Ｈｚの場合、周波数差が２０５－２００＝５Ｈｚとなり音圧レベルのピーク同士が近く、５Ｈｚのビート音が発生する。

【0019】

制御装置１０は、第１、第２のファン２０，３０の回転数の各モニタ結果から、第１、第２のファン２０，３０の駆動音の周波数をそれぞれ算出する。そして、図２の（ａ）、（ｂ）に示すように、周波数の差が所定周波数差ＢｅａｔＲｅｆ未満となる組合せが有る場合、周波数差が所定周波数差ＢｅａｔＲｅｆ以上となるように、すなわちビート音発生の懸念がある周波数帯Ｅを避けるように、第１、第２のファン２０，３０の一方の回転数を変更する制御を行う。なお、図２の（ａ）では、第１のファン２０の回転数が１０００ｒｐｍで第２のファン３０の回転数が１００５ｒｐｍであり、第１のファン２０の第２次成分と第２のファン３０の第３次成分が所定周波数差ＢｅａｔＲｅｆ未満の周波数差となり周波数帯Ｅにある場合を示しており、図２の（ｂ）では、周波数差が所定の周波数差ＢｅａｔＲｅｆ以上となり周波数帯Ｅを避けるよう、第２のファン３０の回転数を１００５ｒｐｍ→１２００ｒｐｍに変更する場合を示している。

【0020】

図３は、制御装置１０の制御ルーチンを示すフローチャートである。図３に示す制御ルーチンは、制御装置１０を含む制御システム１への通電が行われた後、制御システム１への通電が終了されるまで実行される。

【0021】

まず、ステップＳ１において、第１のファン２０と第２のファン３０の両方が駆動中か否かを判定する。そして、ステップＳ１で少なくともいずれか一方が駆動中ではないと判定すると、何もせずにエンドステップに進む。一方、ステップＳ１で第１、第２のファン２０，３０の両方が駆動中であると判定した場合には、ステップＳ２に進む。

【0022】

ステップＳ２では、第１、第２のファン２０、３０の回転数のモニタ値を入力する。そしてステップＳ３に進み第１、第２のファン２０，３０の回転数のモニタ結果から駆動音の周波数をそれぞれ算出し、ステップＳ４に進む。

【0023】

ステップＳ４では、第１のファン２０の第１次成分ＰｅａｋＡ１と第２のファン３０の第１次成分ＰｅａｋＢ１との周波数の差が所定周波数差ＢｅａｔＲｅｆ（本実施例では２０Ｈｚ）未満であるか否かを判定する。そして、ステップＳ４で所定周波数差ＢｅａｔＲｅｆ未満ではないと判定すると、ステップＳ５に進み、第１のファン２０の第１次成分ＰｅａｋＡ１と第２のファン３０の第２次成分ＰｅａｋＢ２との周波数の差が所定周波数差ＢｅａｔＲｅｆ未満であるか否かを判定する。そして、ステップＳ５で所定周波数差ＢｅａｔＲｅｆ未満ではないと判定すると、図示はしないが、第１のファン２０の第１次成分ＰｅａｋＡ１と第２のファン３０の第３次成分ＰｅａｋＢ３との周波数の差が所定周波数差ＢｅａｔＲｅｆ未満であるか否かを判定する。これを、ステップＳ４，Ｓ５と同様に、第１のファン２０の第１次成分ＰｅａｋＡ１と第２のファン３０の第ｎ次成分ＰｅａｋＢｎ（ｎは３以上の所定の整数）との周波数差を判定するまで行う（ステップＳ６）。

【0024】

そして、ステップＳ６で第１のファン２０の第１次成分ＰｅａｋＡ１と第２のファン３０の第ｎ次成分ＰｅａｋＢｎとの周波数差が所定周波数差ＢｅａｔＲｅｆ未満ではないと判定すると、ステップＳ７に進み、第１のファン２０の第２次成分ＰｅａｋＡ２と第２のファン３０の第１次成分ＰｅａｋＢ１との周波数差が所定周波数差ＢｅａｔＲｅｆ未満であるか否かを判定する。そしてステップＳ７で所定周波数差ＢｅａｔＲｅｆ未満ではないと判定すると、第１のファン２０の第１次成分ＰｅａｋＡ１のときと同様に、第１のファン２０の第２次成分ＰｅａｋＡ２にあっても第２のファン３０の第ｎ次成分ＰｅａｋＢｎまで順次判定を行う。そして、順次、第１のファン２０の第ｎ次成分ＰｅａｋＡｎと第２のファン３０の第ｎ次成分ＰｅａｋＢｎまで判定し（ステップＳ８）、ステップＳ８で周波数差が所定周波数差ＢｅａｔＲｅｆ未満ではないと判定した場合、何もせず、ステップＳ１に戻る。

【0025】

一方、ステップＳ４からステップＳ８までのいずれかにおいて、第１のファン２０と第２のファン３０との周波数差が所定周波数差ＢｅａｔＲｅｆ未満であると判定すると、ステップＳ５からステップＳ８までにおけるその後のステップには進まず、ステップＳ９に進み、第１のファン２０と第２のファン３０の周波数差が所定周波数差ＢｅａｔＲｅｆ以上となるまで（周波数帯Ｅを避けるまで）、第１のファン２０と第２のファン３０の一方（ステップＳ９では第２のファン３０）の回転数を上昇させる。そしてステップＳ１に戻る。

【0026】

つぎに、本発明実施例の作用、効果を説明する。
各電動ファン２０，３０の回転数のモニタ結果から、各電動ファン２０，３０の駆動音の周波数を算出し、周波数の差が所定周波数差ＢｅａｔＲｅｆ未満となる組合せがある場合、周波数差が所定周波数差ＢｅａｔＲｅｆ以上となるように少なくとも一方の電動ファンの回転数を変更する制御をするため、周波数の差が近い組み合わせがある場合に電動ファンの回転数を変更することで周波数の差を所定周波数差ＢｅａｔＲｅｆ以上にし、ビート音が発生することを回避できる。この構造では、ハード（ファンブレードを等ピッチと不等ピッチにする、図示略の吸音材を設置する、など）で対応しておらず、ソフト（回転数変更の制御）のみで対応しているため、複数の電動ファン２０，３０を使用する際におけるビート音の発生をソフトで回避できる。

【0027】

ビート音の発生帯域を避けた回転数指示値を予め設定する場合、個体差や劣化、送風経路の圧力損失による回転数ばらつきを考慮する必要があり、制御の自由度が低下するが、本発明では上記考慮が不要なため、制御の自由度が向上する。

【0028】

なお、本発明実施例では、電動ファンが第１のファン２０と第２のファン３０の２つからなる場合を説明したが、電動ファンは３個以上のファンから構成されていてもよい。その場合、第１のファン２０と第２のファン３０、第１のファン２０と第３のファン、第２のファン３０と第３のファン・・・等、ビート音を発生するおそれがあるとして考えられる全組合せについて、本発明実施例を適用することになる。

【符号の説明】

【0029】

１ 制御システム
１０ 制御装置
２０ 第１のファン
２１ ファンシュラウド
２２ ファンブレード
３０ 第２のファン
３１ ファンシュラウド
３２ ファンブレード
４０、５０ 回転数センサ
ＢｅａｔＲｅｆ 所定周波数

【図1】

【図2】

【図3】