ブラシレス VS ブラシ付きラジエーター ファン モーター: PWM/LIN 制御、テスト、および交換のマッチング

ラジエーターファンモーターのブラシ付きとブラシレスの違いは何ですか?

ブラシ付きラジエーター ファン モーターは、カーボン ブラシと整流子を介して電流を機械的に切り替えます。ブラシレス モーターは、内蔵または外部コントローラーを通じて電流を電子的に切り替えます。その違いにより、配線、速度制御、故障モード、テスト方法、交換基準が変わります。単純なブラシ付きモーターは、ヒューズ付きバッテリー電源とアースが 2 つの端子に接続されている場合に動作します。統合されたブラシレス ファンには、永続的な電源、アース、有効な PWM、LIN、または CAN コマンド、および正しいウェイク条件または診断条件が必要な場合があります。

ブレードの直径、コネクタのピン数、または直接のバッテリー テストだけでファンを選択したり非難したりしないでください。まず完全な制御アーキテクチャを特定します。エレクデュラの ラジエーター ファン モーターの範囲に はブラシ付きおよびブラシレス アプリケーションが含まれますが、最新の統合システムでは、モーター、コントローラー、ブレード、シュラウドを 1 つのアセンブリとして組み合わせる必要がある場合があります。

ブラシ付きモーターの機械的整流とブラシレスモーターの電子的整流では、異なる制御およびテスト戦略が必要です。

アーキテクチャの簡単な比較

ブラシ付き DC ファンモーターの仕組み

永久磁石ブラシ付きモーターでは、固定磁石が磁界を生成し、ブラシが電機子巻線に接続された回転する整流子セグメントに電流を流します。ローターが回転すると、整流子は適切な巻線の電流を逆にし、トルクが一方向に継続します。このシステムは機械的にシンプルであり、高い始動トルクを生成できます。

ブラシは消耗品です。アーク放電、塵埃、熱、ばね圧力、整流子の表面状態、軸受の荷重は寿命に影響します。モータは、磨耗した整流子位置で断続的になったり、抵抗や巻線の短絡から過剰な電流を引き込んだり、リレー、コネクタ、抵抗器、モジュール、または接地経路を通じて電圧が失われるために動作が遅くなることがあります。

ブラシレスファンモーターの仕組み

ブラシレス DC モーターまたは電子整流モーターは、永久磁石ローターと巻線ステーターを使用します。パワー エレクトロニクスは、ローターの位置と指令された速度に従って、ステーターの相に順番に通電します。設計に応じて、位置はセンサーで測定されるか、コントローラーによって推定される場合があります。

ボッシュは、連続電子速度制御、環境堅牢性、保護機能、診断機能を備えたブラシレス エンジン冷却ファン ドライブについて説明しています。ファンがブロックされている場合、または電圧、温度、電流が許容範囲を超えている場合、内蔵ドライブが出力を制限するかシャットダウンすることがあります。したがって、バッテリー電力が良好な固定ファンは、自動的にモーターが停止することはありません。

モーターのタイプと制御アーキテクチャを混同しないでください

ブラシ付きモーターは、シンプルな温度スイッチとリレー、2 速直列/並列リレー、降下抵抗器、または電子外部モジュールによって制御できます。逆に、ブラシレス モーターは通常、電子整流を必要としますが、コマンドは PWM、LIN、CAN、アナログ入力、または独自のロジックから送信される場合があります。コントローラーはモーターハブに組み込むことも、他の場所に取り付けることもできます。

車両配線図、正確な OE リファレンス、および制御されたコネクタ データからシステムを特定します。同じ車両プラットフォームでも、エンジン、トリム、牽引パッケージ、A/C システム、製造日、市場によってアーキテクチャが変更される場合があります。故障した外部モジュールを交換しても、コントローラーがハブに統合されているファンは修復されません。また、モーターを交換しても、欠落している ECU コマンドは修正されません。

一般的なブラシ付きファン回路

最も単純な回路は、ヒューズとリレーを介してモーターに電力を供給し、リレーはサーマル スイッチまたは ECU によって制御されます。 2 速度システムでは、低速では抵抗を介して電流を流し、高速では電流をバイパスしたり、2 つのファン モーターを直列と並列の間で切り替えたりすることができます。一部のシステムはソリッドステートを使用します ファン制御モジュール。 ブラシ付きモーターをパルスまたは制御する

テストする前に、要求された速度に応じてすべての電流パス（バッテリー、メイン ヒューズ、リレー接点、コネクタ、抵抗器またはコントローラー、モーター、アース）をマッピングします。高速機能を伴う低速障害は、多くの場合、すべてのコマンドで動作しないファンとは別のブランチを示します。抵抗が常に接地側にあると想定しないでください。

一般的な統合ブラシレス接続

統合されたブラシレス モジュールには、通常、B+ およびグランド用の太い導体と、1 つ以上の小さなコマンド、データ、イネーブル、またはフィードバック回路が含まれています。コネクタはそれらを組み合わせたり、電力と制御を別々のプラグに分割したりすることができます。多くの場合、ハウジングにはインバーター電子機器と熱経路が含まれています。

小さなピンを、あたかも電源端子であるかのようにプローブしてはなりません。正しいターミナルテストアダプタと配線情報を使用してください。特大のプローブを使用してバックプロービングを行うと、接触が広がり、断続的な高抵抗の障害が発生する可能性があります。キーオフ後もモジュールに電力が供給されているかどうか、および車両が走行後の冷却を指示できるかどうかを確認します。

PWMファン制御はコマンドであり、電源電圧を下げるものではありません

パルス幅変調は、定義された電気的状態の間で信号を切り替えます。オン時間と周期の比率がデューティ サイクルですが、デューティ サイクル、極性、周波数、電圧レベル、プルアップ構成、および障害動作の意味はアプリケーションによって異なります。あるシステムでは、デューティの増加を速度の増加と解釈する場合があります。別の場合は、関係が逆転したり、障害の範囲を予約したりする場合があります。

正しい信号グランドを基準としたオシロスコープで PWM を測定します。マルチメーターは、パルスの欠落、ノイズ、または不正確な周波数を隠す平均電圧を表示する場合があります。コンポーネント データが電気インターフェイスと許可されるコマンド範囲を定義するまで、汎用信号を挿入しないでください。

LIN制御はデジタル通信です

LIN は、マスターと 1 つ以上のスレーブ デバイス間の通信に使用される単線シリアル ネットワークです。 LIN 制御のファンはコマンドを受信し、スケジュールされたメッセージを通じてステータスや障害を報告できます。ワイヤ上のスイッチング波形を見ても、それが PWM になるわけではありません。情報はデジタル フレームとしてエンコードされます。

診断には、車両コントローラーを介してファンに指令を出し、ネットワーク障害を読み取ることができるスキャン ツールが必要になる場合があります。オシロスコープは電気的活動と波形の品質を確認できますが、識別子、データバイト、タイミングを解釈するには、該当する通信定義が必要です。 PWM ジェネレーターを LIN マスターの代わりに使用しないでください。

CAN 制御のファンにも同様の規律が必要

一部の高出力または耐久性の高いブラシレス ファンは、LIN ではなく CAN を使用します。 CAN は差動ペアとネットワーク終端を使用します。ファンは、エンジン、サーマル、バッテリー、または車体コントローラーとメッセージを共有する場合があります。 1 つのノードを切断するとネットワークに影響を与える可能性があり、直接電源だけではドライブが非アクティブになる可能性があります。

車両のトポロジーと診断手順を使用します。通信、電源および地絡、妥当性 DTC、ゲートウェイの状態、および熱要求をチェックします。ファンのすべての 2 本の細線ペアが CAN であるとは決して想定しないでください。それは、パワーイネーブルとフィードバックまたは別のインターフェイスである可能性があります。

ファンを交換する前の安全なテスト手順

1. 苦情、冷却剤温度の妥当性、およびファン動作の実際の必要性を確認します。

2. ラジエーター/コンデンサーの制限、ブレードの損傷、シュラウドの接触、コネクター、およびアースを検査します。

3. ブラシ付き/ブラシレス アーキテクチャを識別し、正確な配線/テスト情報を取得します。

4. システムがコマンドを実行しているときに、ファンに負荷がかかっている B+ と接地を確認します。

5. スキャン ツール、スコープ、または指定されたテスト デバイスを使用して制御コマンドを検証します。

6. 要求された速度、実際の速度/フィードバック、電流、および可能な場合はエアフローを比較します。

7. モジュールを非難する前に、保護またはディレーティングを解釈してください。

8. 交換品の OE、電気、機械、エアフロー インターフェイスを確認します。

サーマルリクエストから始める

単にエンジンに触れると暖かいという理由だけで、ファンが作動しない可能性があります。入力には、冷却水の温度、A/C 圧力、冷媒要求、車両速度、吸気温度または給気温度、バッテリー/電子機器の温度、およびコントローラーの障害ステータスが含まれます。 HELLA の冷却システム診断ガイダンスは、温度の妥当性、通気制限、スイッチオン状態、ヒューズ、スイッチ、およびコントロール ユニットをチェックすることから始まります。

ライブデータを読み取り、要求された状態を実際の温度および空調条件と比較します。センサーにバイアスがかかると、不必要な高速な要求やコマンドが発生するのを防ぐことができます。凝縮器が詰まっていると、ファン自体が空気を正しく動かしていたとしても高圧が発生する可能性があります。

電気試験の前に機械的負荷を検査してください

電源を遮断し、該当する安全手順に従って、ブレードの亀裂、破片、シュラウドの擦れ、マウントの緩み、ベアリングの粗さがないか検査します。自動的に始動する可能性のあるファンに手を入れないでください。多くの車両はエンジンを切ってもファンを作動させることができます。ベンチではガードとリモコンを使用してください。

機械的抵抗によりブラシ付きモーターの電流が増加し、ブラシレス ドライブで過電流または熱保護が引き起こされる可能性があります。たとえ速度が正常に見えても、ブレードが曲がるとバランスと空気の流れが変化します。完全な ラジエーター冷却ファン アセンブリの方が安全である可能性があります。 問題のあるブレードや歪んだシュラウドを新しいモーターに移すよりも、

安全なブラシレスファンテストにより、高電流電力が低電流コマンド回路から分離され、回転ブレードが組み込まれます。

負荷がかかった状態での電源とアースを確認してください

開回路バッテリー電圧はほとんど証明しません。モーターまたは統合モジュールが指令されて電流が流れているときに、モーターまたは統合モジュールの電圧を測定します。次に、サービス手順に従って、プラスのパスとグランドのパスにわたる電圧降下テストを実行します。熱で損傷した端子、圧着の緩み、水跡、腐食を検査します。

ブラシレス ファンは、起動時に大きな過渡電流が発生したり、コマンドや圧力負荷に応じて電流が変化したりする場合があります。ブラシ付きモーターの電流は、電圧、速度、ブレードの負荷、ベアリングの状態によっても変化します。アプリケーション仕様と同等の条件を使用します。単一の電流値ですべてのファンを診断することはできません。

現在のテストはアーキテクチャによって意味が異なります

ブラシ付きモーターの場合、電流波形は整流子とブラシのイベントを明らかにすることができますが、平均電流は正常なデータと比較すると、トルクの抵抗、制限、または損失を明らかにする可能性があります。アーマチュアが摩耗したセグメントを通過すると、断続的なドロップアウトが発生する場合があります。手順で必要な場合は、実際のブレード負荷でテストしてください。

ブラシレスドライブの場合、入力電流はコントローラーのスイッチング要求であり、個々のモーター位相の単純な表示ではありません。統合された電子機器、ソフトスタート、速度調整、保護および診断状態が波形を形成します。指定された供給導体をクランプし、電流を要求速度と実際の速度と相関させます。

スキャンツールを使用してファンを制御する

アクティブテストでは、有効条件が満たされている場合に限り、「ECU が要求しなかった」ことと「ファンが応答しなかった」ことを区別できます。一部のコントローラーは、電圧、温度、通信、または DTC の理由でテストを禁止します。正確な rpm ではなく段階を指示するものもあります。

コマンド、報告されている場合は実際のフィードバック、ファンの B+、接地電圧、電流、および観察された速度を記録します。スキャン データでコマンドが変更されたにもかかわらず、信号がファンに到達しない場合は、ハーネスと中間コントローラーを検査してください。コマンドがモジュールに到達したが、保護障害が報告された場合は、交換する前にその状態を診断してください。

オシロスコープによる PWM のチェック

高インピーダンスのプローブ、正しい接地基準、および端子を損傷しないテスト アダプタを使用してください。信号の高/低レベル、周波数、デューティ サイクル、安定性、および指令された速度全体の変化を記録します。正確なサービス情報または同じアプリケーションの正常な車両と比較してください。

歪んだ高レベルは、負荷、腐食、またはドライバーの損傷を示している可能性があります。固定信号は、ECU が停止しているのではなく、有効なフェールセーフである可能性があります。仕様でファンがプルアップを供給し、ECU がプルローになると記載されている場合、ファンを切断すると目に見える信号が消える可能性があります。解釈する前に回路を理解してください。

LINまたはCANのネットワークチェック

スキャン通信と DTC から始めて、電源、アース、および物理ネットワークの整合性を検証します。 LIN では、コマンドに従って、妥当なアイドル電圧とデジタル アクティビティを検査します。 CAN では、承認された方法を通じて回線とネットワークの状態の両方を評価します。濡れたエンジン ベイ領域の断熱材に穴を開けないでください。

ネットワーク アクティビティだけでは、正しい fan コマンドが存在することは証明されません。ファンは他のノードとバスを共有できます。逆に、ネットワーク DTC は、トランシーバーの欠陥ではなく、ファンへの電力供給の不足によって発生する可能性があります。電源とデータを一緒に診断します。

ブラシレス保護とディレーティングで障害を再現できる

統合されたドライブは、ローターの詰まり、過電流、過熱、過電圧、不足電圧、または内部故障により、出力を低下させたり、シャットダウンしたりする場合があります。ボッシュは、冷却ファン ドライブ情報でこれらの保護機能のいくつかを特定しています。 SPAL は、インテリジェントな制御、診断、自己保護を備えたブラシレス ファン製品についても説明しています。

再テストする前に、定義されたリセットまたはクールダウンプロセスを許可し、機械的な詰まりを取り除いてください。コマンドの前だけでなく、起動中にモジュールの電圧を確認してください。ブロックされたブレードに繰り返しコマンドを実行すると損傷する危険があり、有効な耐久性テストではありません。

バッテリーの直接ジャンプが普遍的ではない理由

メーカーが許可している場合、確認済みの 2 端子ブラシ付きモーターに対してヒューズ付き電力の適用が有効な場合があります。内蔵ブラシレス ファンでは、設計上、コマンドなしの電力では回転が生成されない場合があります。未確認の小さなピンにバッテリー電圧を印加すると、通信入力または ECU ドライバーが破壊される可能性があります。

ベンチの起動が必要な場合は、ヒューズ付き電源、電流制限、安全な固定具、ブレード ガード、および緊急切断を備えたコンポーネント メーカーのハーネス、コントローラー、または定義された信号源を使用してください。電圧と極性を合わせてください。始動中は、フリーのファンアセンブリを手で持たないでください。

ブラシ付きモーターの故障パターン

一般的な内部問題には、ブラシの磨耗または固着、整流子の焼損、電機子巻線の断線または短絡、ベアリングの乾燥または損傷、汚れなどがあります。外部故障には、リレー接点の焼け、抵抗素子の亀裂、コネクタの腐食、接地の弱さ、端子の過熱などが含まれます。

叩くとファンが始動する場合は、ブラシ/整流子に問題がある可能性がありますが、叩くことは修理ではなく、危険な場合があります。モーターの回転が遅い場合は、内部摩耗ではなく電源損失が反映されている可能性があります。原因を特定する前に、負荷の電圧と電流を測定してください。

ブラシレスモジュールの故障パターン

ブラシレス システムはブラシの摩耗を回避しますが、パワー半導体、制御電子機器、ローター位置ロジック、熱インターフェイス、および通信回路を追加します。水の浸入、コネクタのフレッチング、はんだまたは接着の疲労、過熱、ローターのブロック、およびネットワークの障害により、動作が妨げられることがあります。

モジュールは高温または高静圧の場合にのみ故障する可能性があります。コマンドが失われた後、別の速度でデフォルトの速度で実行される場合もあります。電源を入れ直すと有用な状態情報が消去される可能性があるため、切断する前に DTC と環境条件を文書化してください。

交換用マッチングチェックリスト

形状ではなく機能でコネクタを一致させる

コネクタのキーイング、ラッチ、端子のサイズ、ワイヤ ゲージ、ハーネスの配線を写真に撮りますが、ピン機能の証拠も入手してください。 2 つのハウジングは同じように見えますが、B+、グランド、およびコマンドを異なるように割り当てることができます。改良されたファンでは、アダプター ハーネスや新しいコントローラーのキャリブレーションも使用できます。

嵌合端子の状態と電流容量を確認してください。高抵抗の電源接点により、新しいファンが過熱し、欠陥があるように見える可能性があります。卸売注文の場合は、製品写真だけではなく、管理されたコネクタの図面、端子仕様、およびピン機能の確認をリクエストしてください。

回転、ブレード、シュラウドを一致させる

モーターの方向は、ブレードのピッチと目的のエアフローに適合する必要があります。ブラシ付きモーターの極性を反転すると回転が逆転する可能性がありますが、ブレードが移動できる空気ははるかに少なくなり、保持金具が不適切である可能性があり、モーターの冷却が変化する可能性があります。多くのブラシレス コントローラーは逆極性をまったく受け付けません。

ブレードの直径、ブレードの数と形状、ハブの取り付け、シュラウドの深さ、チップクリアランス、インレットリング、モーターのスタンドオフ、および取り付けポイントを一致させます。プッシャーまたはプーラーの構成を確認します。ボルトで固定されていても、実際のラジエーター/コンデンサースタック全体に不十分な空気を移動させるアセンブリは同等ではありません。

交換承認では、OE およびコマンド アーキテクチャと、コネクタ、回転、ブレード、シュラウド、および取り付けの証拠が組み合わされます。

ワット数だけで選ばないでください

宣伝されている電力には、ファンが設置された熱交換器スタックを通してどれだけの空気を送り込むかは記載されていません。ブレードとシュラウドの効率、速度、システム抵抗、電圧、および制御戦略が動作点を決定します。モーターの入力が高くなると、必要な分配を行わずに、より多くのノイズや電気負荷が発生する可能性があります。

エアフロー対圧力の基準またはアプリケーションの検証、さらに定義された条件下での電流と速度をリクエストします。オルタネーター、リレー、配線、コネクタ容量を確認してください。 1 つのモーター用に調整された制御モジュールでは、電気力学が異なる場合の交換に対応できない場合があります。

モーター、モジュール、またはアセンブリ全体を交換する時期

ブレード、ハブ、シュラウド、抵抗器/モジュール、および配線が良好であることがわかっており、メーカーがサービスをサポートしている場合は、別個のブラシ付きモーターが適切である可能性があります。損傷したブレード、歪んだシュラウド、焼けた高電流コネクタ、故障した制御装置は、やみくもに交換するのではなく、必要に応じて交換してください。

統合型ブラシレス ファンの場合、多くの場合、コントローラーとモーターは 1 つのサービス品目です。 OE カタログで完全なファン アセンブリが提供されている場合、モーターのみのユニットを置き換えると、未検証のソフトウェア、バランス、シーリング、およびサーマル インターフェイスのリスクが生じる可能性があります。承認されたサービス範囲に従ってください。

輸入者向けの第一条検証

電源を投入する前に、ラベル、OE 相互参照、コネクタのキーイング、およびピンの機能を確認してください。ブレード、シュラウド、バランスウェイト、モーターマウント、ハーネス保持および保護シールを検査します。あらゆる電動テストには治具とガードを使用してください。

指定された電圧および環境条件で、指定された制御モードをテストします。要求されたコマンド、速度、電流、エアフローまたは圧力のパフォーマンス、ノイズ、フィードバック、DTC の動作を記録します。ローターのブロックまたは保護動作は、承認された機器を備えた手順でのみ確認してください。破壊的なテストを即興で作成しないでください。

ブラシ付きサンプルの証拠

指定どおりの無負荷または負荷のパフォーマンス、検査が許可されている場合のブラシ/整流子の品質、方向、電流の安定性、振動、ベアリングのノイズ、およびホットリスタートを記録します。提供されたスコープに属する抵抗、リレー、または外部モジュール インターフェイスを確認します。

ブラシレスサンプルの証拠

正確なコマンド インターフェイスと制御バージョン、起動動作、速度応答、診断フィードバック、ディレーティング、電流、およびコントローラーの温度を記録します。サンプルが、本番環境とは異なる文書化されていないベンチ ファームウェアに依存していないことを確認します。

機械的証拠

車両側の固定具または生産目的のモジュールを使用して、マウント、チップとスタックのクリアランス、ハーネスの配線、およびサービスアクセスを確認します。取り付ける前に空気の流れの方向を確認してください。バッチ比較のために、承認されたサンプル、図面リビジョン、およびテスト構成を保持します。

誤発注を防ぐRFQフィールド

OE 番号とスーパーセッション、VIN または該当する場合の生産範囲、車両/エンジンと冷却パッケージ、ブラシ/ブラシレス アーキテクチャ、電圧、コネクタの写真とピン機能データ、コマンド タイプ、ファンの直径と方向、シュラウド/マウントの寸法、必要な範囲、数量、市場を提供します。

どのフィールドが確認されているのか、どのフィールドがサンプルから得られたのか、どのフィールドが仮定のままなのかを述べるようサプライヤーに依頼してください。完全な卸売プログラムについては、Elecdura の 冷却ファンの供給ページでは カテゴリの議論をサポートできますが、アプリケーションの証拠と検証レポートでは、リリースされた各部品番号を管理する必要があります。

保証証拠は制御コンテキストを保存する必要があります

返品されたブラシ付きモーターの場合は、モーター、ブレード、コネクタの状態、負荷電圧、接地電圧降下、電流、リレー/抵抗の調査結果、および動作上の不満を保管してください。ブラシレスユニットの場合は、スキャンコード、コマンド/フィードバックデータ、波形キャプチャ、詰まりや熱ディレーティングの兆候も保存します。

サプライヤーの同意がある前に、返品された電子ファンにランダムなピンで電力を供給したり、密閉されたモジュールを分解したりしないでください。これにより、診断コンテキストが消去され、証拠が損傷され、安全上のリスクが生じる可能性があります。追跡可能なテスト アダプターを使用し、構成を文書化します。

実際的な交換の決定

交換を承認します。 正確なアプリケーションと OE チェーン、モーター アーキテクチャ、電源/アース、コマンド プロトコル、コネクタ ピンの機能、機械的パッケージ、および取り付けられた性能がすべて一致する場合、 注文を保留します。 販売者が直径、電圧、コネクタの写真のみを提供したり、未確認の信号を「PWM/LIN 互換」と呼んだりする場合は、

販売代理店および輸入業者のプログラムの場合は、OE リファレンス、アプリケーション、コネクタおよび古いアセンブリの写真、管理された測定値、および目標数量を Elecdura に送信してください。 Elecdura はアフターマーケットの調達オプションを検討できます。車両メーカーの配線、ソフトウェア、およびサービス情報は、引き続きテストと取り付けに関して権威を持っています。

参考文献

• ボッシュモビリティ、 電気冷却ファン用 EC モーター: 電子整流、速度制御、保護および診断コンテキスト。

• ボッシュモビリティ、 GBB ブラシレス ブロワー: 統合されたブラシレス モーター/モジュールと LIN/PWM インターフェイスの例。

• SPALオートモーティブ、 高電圧ファン: 統合電子機器、可変制御、診断および保護の例。

• ヘラテックワールド、 冷却システムのチェック: システムレベルのファンと冷却の診断。