JP2008043004A - Power supply device and air cleaner using the same - Google Patents
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Abstract
Description
負荷に駆動電力を供給する電源装置、及び、これを用いた空気清浄機に関するものであり、特に、電源投入時の突入電流と通常運転時の発熱を抑制するための技術に関する。 The present invention relates to a power supply device that supplies driving power to a load, and an air purifier using the same, and more particularly to a technique for suppressing inrush current when power is turned on and heat generation during normal operation.
図5は、突入電流制限回路の一従来例を示す回路図である。 FIG. 5 is a circuit diagram showing a conventional example of an inrush current limiting circuit.
図5(a)、(b)の突入電流制限回路は、いずれも、電源Xから負荷Yへの電力供給ライン上に、突入電流制限用の抵抗Rと抵抗短絡用のスイッチSWとを並列接続し、電源投入時にはスイッチSWをオフすることで、抵抗Rを電力供給ライン上に組み込む一方、通常運転時にはスイッチSWをオンすることで、抵抗Rを短絡する構成とされていた。 In each of the inrush current limiting circuits shown in FIGS. 5A and 5B, an inrush current limiting resistor R and a resistor short-circuiting switch SW are connected in parallel on the power supply line from the power source X to the load Y. When the power is turned on, the switch SW is turned off to incorporate the resistor R into the power supply line, while during normal operation, the switch SW is turned on to short-circuit the resistor R.
なお、図5(a)の突入電流制限回路は、スイッチSWとしてトランジスタを用いた従来構成(例えば、特許文献1を参照)であり、図5(b)の突入電流制限回路は、スイッチSWとしてリレーを用いた従来構成である。 The inrush current limiting circuit of FIG. 5A has a conventional configuration using a transistor as the switch SW (see, for example, Patent Document 1), and the inrush current limiting circuit of FIG. This is a conventional configuration using a relay.
確かに、図5(a)、(b)の突入電流制限回路であれば、電源投入時には抵抗Rを用いて突入電流を効果的に抑制し得るとともに、以後の通常運転時においては、抵抗Rを短絡することで、その発熱や消費電力を低減することが可能となる。 Certainly, with the inrush current limiting circuit of FIGS. 5A and 5B, the inrush current can be effectively suppressed using the resistor R when the power is turned on, and the resistor R is used in the subsequent normal operation. By short-circuiting, it is possible to reduce heat generation and power consumption.
しかしながら、図5(a)、(b)の突入電流制限回路では、抵抗Rを短絡する手段としてスイッチSWが必要であった。このようなスイッチSWの別途設置は、回路の集積化に際して、チップ面積の縮小化を阻害する一要因となっていた。特に、大電流を必要とする負荷(例えば、モータ)に駆動電力を供給する電源装置の突入電流制限回路として、図5(a)で示す従来構成を採用した場合には、スイッチSWとして用いられるトランジスタの電流容量を十分高めるべく、その素子サイズを大型化する必要があるため、上記の課題が顕著となっていた。 However, in the inrush current limiting circuit shown in FIGS. 5A and 5B, the switch SW is necessary as means for short-circuiting the resistor R. Such separate installation of the switch SW is one factor that hinders the reduction of the chip area during circuit integration. In particular, when the conventional configuration shown in FIG. 5A is used as an inrush current limiting circuit of a power supply device that supplies driving power to a load (for example, a motor) that requires a large current, it is used as a switch SW. Since it is necessary to increase the element size in order to sufficiently increase the current capacity of the transistor, the above-described problem has become prominent.
また、スイッチSWを別途設置する従来構成では、上記の課題だけでなく、スイッチSWの故障が機器全体の重大な故障に直結するおそれがあった。具体的に述べると、スイッチSWが故障した場合には、抵抗Rが電力供給ラインに常時挿入されたり、反対に、常時短絡されたりする形となるため、電源投入時に突入電流を何ら抑制することができなかったり、或いは、通常運転時に抵抗Rの温度が継続的に上昇していき、最悪の場合には、素子の破壊や機器の発煙・発火に至るおそれがあった。 Further, in the conventional configuration in which the switch SW is separately installed, there is a possibility that not only the above-described problem but also a failure of the switch SW directly leads to a serious failure of the entire device. Specifically, when the switch SW fails, the resistor R is always inserted into the power supply line, or on the contrary, is always short-circuited. Or the temperature of the resistance R continuously increases during normal operation, and in the worst case, there is a risk of destruction of the device or smoke or ignition of the device.
本発明は、上記の問題点に鑑み、何ら制御を要することなく、電源投入時の突入電流と通常運転時の発熱を適切に抑制することが可能な電源装置、及び、これを用いた空気清浄機を提供することを目的とする。 In view of the above problems, the present invention provides a power supply device capable of appropriately suppressing inrush current at power-on and heat generation during normal operation without requiring any control, and an air cleaner using the same. The purpose is to provide a machine.
上記目的を達成すべく、本発明に係る電源装置は、負荷に駆動電力を供給する電力供給回路と;前記電力供給回路から前記負荷への電力供給ライン上に設けられ、温度が高いほど抵抗値が下がる負特性サーミスタと;を有して成る構成(第1の構成)とされている。 In order to achieve the above object, a power supply device according to the present invention is provided on a power supply circuit for supplying driving power to a load; and on a power supply line from the power supply circuit to the load. And a negative characteristic thermistor that lowers (a first configuration).
また、本発明に係る空気清浄機は、上記第1の構成から成る電源装置と;前記電源装置からの駆動電力を用いて駆動され、室内空気の吸排気を行うファンモータと;前記ファンモータによって吸気された室内空気の塵埃を捕集するフィルタと;を有して成る構成(第2の構成)とされている。 In addition, an air cleaner according to the present invention includes a power supply device having the above first configuration; a fan motor that is driven using driving power from the power supply device to intake and exhaust indoor air; and And a filter that collects dust from the indoor air that has been sucked in (second configuration).
より具体的に述べると、本発明に係る空気清浄機は、第1の直流電圧を動作電圧として回転駆動され、室内空気の吸排気を行うファンモータと;第2の直流電圧を動作電圧として回転速度制御信号に応じた前記ファンモータの駆動制御を行うとともに、前記ファンモータの回転速度を示す回転速度信号を生成するモータ制御回路と;ユーザ操作を受け付ける操作パネルと;商用電源から供給される交流電圧を第1の直流電圧に変換する交流/直流変換回路と;第1の直流電圧から第2の直流電圧を生成する直流/直流変換回路と;前記回転速度信号や前記ユーザ操作に応じて前記ファンモータの回転速度を制御するためのPWM信号を生成するマイコンと;前記PWM信号をアナログ変換することで前記回転速度制御信号を生成するディジタル/アナログ変換回路と;前記交流/直流変換回路から前記ファンモータ及び前記直流/直流変換回路への電力供給ライン上に設けられ、温度が高いほど抵抗値が下がる負特性サーミスタと;前記ファンモータによって吸気された室内空気の塵埃を捕集するフィルタと;を有して成る構成(第3の構成)とされている。 More specifically, the air cleaner according to the present invention is driven to rotate by using the first DC voltage as an operating voltage, and rotates and sucks and exhausts indoor air; and rotates using the second DC voltage as an operating voltage. A motor control circuit that performs drive control of the fan motor in accordance with a speed control signal and generates a rotation speed signal indicating the rotation speed of the fan motor; an operation panel that receives a user operation; AC supplied from a commercial power supply An AC / DC conversion circuit that converts a voltage to a first DC voltage; a DC / DC conversion circuit that generates a second DC voltage from the first DC voltage; and the rotation speed signal and the user operation A microcomputer that generates a PWM signal for controlling the rotation speed of the fan motor; and a digital generator that generates the rotation speed control signal by converting the PWM signal into an analog signal A negative characteristic thermistor provided on a power supply line from the AC / DC conversion circuit to the fan motor and the DC / DC conversion circuit, and having a lower resistance value as the temperature increases; And a filter that collects dust from the indoor air that has been sucked in (third configuration).
本発明によれば、サーミスタの負特性(電源投入直後には温度が低いので高い抵抗値を示すが、電源投入から所定の時間が経過すると、通電に伴う自己発熱によって温度が上昇し、その抵抗値が低下するという特性)を利用して、何ら制御を要することなく、電源投入時の突入電流と通常運転時の発熱を適切に抑制することが可能となる。 According to the present invention, the negative characteristic of the thermistor (high resistance is shown because the temperature is low immediately after the power is turned on, but when a predetermined time elapses after the power is turned on, the temperature rises due to self-heating due to energization and the resistance It is possible to appropriately suppress the inrush current when the power is turned on and the heat generation during the normal operation without using any control by utilizing the characteristic that the value decreases.
以下では、空気清浄機に搭載される電源装置に本発明を適用した場合を例に挙げて、詳細な説明を行う。 Hereinafter, the case where the present invention is applied to a power supply device mounted on an air cleaner will be described in detail as an example.
図1は、本発明に係る空気清浄機の外観を示す斜視図である。 FIG. 1 is a perspective view showing an external appearance of an air cleaner according to the present invention.
本図に示すように、空気清浄機1は、ベース11の支持により本体部10が立設されている。本体部10の前面は、前面パネル12により覆われている。本体部10と前面パネル12との隙間により、室内の空気を取り込むための側面吸気口13が形成されている。本体部10の上部には、第1吹出口14aが設けられるとともに、斜め上方に屈曲して前方に開口する第2吹出口14bが設けられている。また、本体部10の上部には、ユーザが操作を行うための操作パネル15が設けられている。
As shown in the figure, the
図2は、操作パネル15の一例を示す正面図である。
FIG. 2 is a front view showing an example of the
本図に示すように、操作パネル15には、種々のユーザ操作(イオン入/切、チャイルドロック入/切、空気清浄運転切換、イオンシャワー入/切、加湿運転切換、リセット、及び、運転入/切)を受け付けるスイッチ群(図中では四角枠で描写)のほかに、機器の動作状態(イオン入/切状態、チャイルドロック入/切状態、空気清浄運転状態、イオンシャワー運転状態、加湿運転状態、給水時期、加湿フィルタの交換時期、室内清浄度(クリーンサイン)、及び、クラスタ状態(通常モード/除菌シャワーモード))を示すインジケータランプ群(図中では丸枠で描写)が設けられている。
As shown in the figure, the
図3は、空気清浄機1の内部構造を示す側面断面図(縦断面図)であり、本図(a)は加湿なしの場合、本図(b)は加湿ありの場合を各々示している。なお、図中の太い矢印は、空気清浄機1の吸排気経路を示すものである。
FIG. 3 is a side sectional view (longitudinal sectional view) showing the internal structure of the
本体部10内には、室内空気の吸排気を行うための送風ユニット100が設けられている。送風ユニット100は、前面と下面が遮蔽され、背面と上面が開口されたユニット筐体内に、軸方向に吸気して周方向に排気するファンモータ101を備えている。ファンモータ101の吸気側は、ユニット筐体の背面開口部を介して、送風ユニット100の背面側を上下方向に延びる背面通風路22に連通されている。一方、ファンモータ101の排気側は、ユニット筐体の上面開口部を介して、第1吹出口14a及び第2吹出口14bに至る排気風路23に連通されている。
A
前面パネル12と送風ユニット100(ユニット筐体前面)との間には、空気清浄用フィルタユニット16が着脱自在に設けられている。なお、空気清浄用フィルタユニット16としては、例えば、所定の枠体内に、空気の吸込み側から順に、吸気中の大きな塵埃を捕集するプレフィルタ、活性炭等を用いて吸気の脱臭を行う脱臭フィルタ、及び、吸気中の微細な塵埃を捕集する集塵フィルタを組み込んだ3層構造のユニットが考えられる。
An air
空気清浄用フィルタユニット16を通過した空気は、本体部10の下方に設けられた吸気風路21、並びに、加湿ユニット17に向けて流入される。吸気風路21の経路途中には、風路切換部材(ダンパー)18が設けられており、図3(a)に示すように、吸気風路21を導通して、流入空気を吸気風路21経由で背面風路22へ直接導くか、或いは、図3(b)に示すように、吸気風路21を遮蔽して、流入空気を加湿ユニット17経由で背面風路22へ導くかを切り換えることができるようになっている。
The air that has passed through the air
加湿ユニット17は、水タンク17a(図1を参照)、トレイ17b、及び、加湿フィルタ17cにより構成されている。水タンク17aは、加湿用の水を貯えておく手段であり、本体部10の側部に着脱可能に立設されている。トレイ17bは、水タンク17aから供給される水を貯えておく手段である。加湿フィルタ17cは、トレイ17bに浸漬される吸水性を有した吸水材から成り、前後方向にジグザグに折曲した屏風状に形成されている。これにより、加湿フィルタ17cは、トレイ17b内の水を吸い上げて保水する。従って、図3(b)に示すように、流入空気が加湿ユニット17経由で背面風路22へ導かれる場合には、加湿フィルタ17cに保水された水分がこれを通過する流入空気に取り込まれ、加湿された空気が背面風路22に流入することになる。
The
なお、空気清浄用フィルタユニット16は、送風ユニット100(ユニット筐体前面)と所定の空間を隔てる形で装着されている。このような空間を設けることにより、空気清浄用フィルタユニット16を通過した空気を吸気風路21や加湿ユニット17に向けてスムーズに流入させることができるので、圧力損失や騒音を低減することが可能となる。
The air
一方、排気風路23には、プラスイオンとマイナスイオンを放出して室内の殺菌や臭い除去を行ったり、マイナスイオンのみを室内に放出してリラクゼーション効果を得るためのイオン発生装置19が設けられている。このように、第1吹出口14a及び第2吹出口14bと送風ユニット100との間に、イオン発生装置19を配置することにより、送風ユニット100との衝突によるイオンの消滅を防止することができる。なお、イオンを発生する電極のみを排気風路23に面して配置し、イオン発生装置19自体(電源部など)については、別の位置に配置してもよい。
On the other hand, the
なお、図1や図3には図示されていないが、空気清浄機1には、上記構成要素のほかにも、室内の温度や湿度を検知する温度・湿度センサ、機器の前方に人がいるか否かを検知する人体センサ、室内の塵埃の量が所定量よりも多いか否かを検知する埃センサ、及び、室内の臭い成分の量が所定量よりも多いか否かを検知する臭いセンサが設けられている。
Although not shown in FIGS. 1 and 3, the
次に、上記構成から成る空気清浄機1の電気系統について、詳細な説明を行う。
Next, the electrical system of the
図4は、空気清浄機1における送風ユニット、操作基板、及び、制御基板の電気的接続関係を示すブロック図である。
FIG. 4 is a block diagram showing an electrical connection relationship among the air blowing unit, the operation board, and the control board in the
送風ユニット100は、モータ電圧Vm(例えばDC141[V])を動作電圧として回転駆動されるファンモータ101のほかに、電源電圧Vcc(例えばDC15[V])を動作電圧として、回転速度制御信号Vsに応じたファンモータ101の駆動制御を行うモータ制御回路102を有して成る。なお、モータ制御回路102には、ファンモータ101の駆動制御機能だけでなく、ファンモータ101の回転速度検出機能(回転速度信号PGの生成機能)も具備されている。
The
操作基板200は、操作パネル15のスイッチ群やインジケータランプ群を搭載した小型の基板であり、操作パネル15の直下に設けられている(図3を参照)。このように、比較的大きな設置スペースを要し、配置レイアウトの制約が大きい制御基板300から、小型の操作基板200を分離独立して設けることにより、操作パネル15の配置レイアウト(延いては、空気清浄機1のトータルデザイン)の自由度を高めることが可能となる。
The
制御基板300は、交流/直流変換回路301と、直流/直流変換回路302と、マイコン303と、ディジタル/アナログ変換回路304と、ドライバ回路305と、負特性サーミスタ(NTC[Negative Temperature Coefficient]サーミスタ)306と、を有して成る。
The
交流/直流変換回路301は、トランスや全波整流器を用いて、商用電源400から供給される交流電圧(AC100[V]、50/60[Hz])を所望の直流電圧(例えばDC141[V])に変換する手段である。なお、交流/直流変換回路301にて生成された直流電圧は、先述のモータ電圧Vmとして、送風ユニット100(ファンモータ101)に供給される。
The AC /
直流/直流変換回路302は、交流/直流変換回路301で得られた直流電圧を降圧することで、先述の電源電圧Vccを生成する手段である。また、直流/直流変換回路302は、電源電圧Vccを生成する機能だけでなく、操作基板200や制御基板300の動作電圧(例えばDC5[V])を別系統で生成する機能も具備している。
The DC /
マイコン303は、空気清浄機1各部の動作を統括制御する手段である。例えば、マイコン303は、送風ユニット100から入力される回転速度信号PGや操作基板200から入力されるユーザ操作信号(操作パネル15で受け付けられたユーザ操作)に応じて、ファンモータ101の回転速度(すなわち、空気清浄機1の吸排気風量)を制御するためのPWM[Pulse Width Modulation]信号を生成する。また、図3で示した風路切換部材18やイオン発生装置19の動作についても、マイコン303が統括的に制御する。
The
ディジタル/アナログ変換回路304は、マイコン303から入力されるPWM信号をアナログ変換することで、送風ユニット100に与える回転速度制御信号Vsを生成する手段である。例えば、回転速度制御信号Vsとしては、PWM信号のオンデューティが大きいほど電圧レベルが高くなり、逆に、PWM信号のオンデューティが小さいほど電圧レベルが低くなる電圧信号を生成することが考えられる。
The digital /
ドライバ回路305は、マイコン303からの制御信号に応じて、操作基板200のインジケータランプ群を構成する発光ダイオードへの電流供給を行う手段である。なお、ドライバ回路305は、マイコン303の制御信号出力ポートに静電サージが直接伝播することを防ぐ静電破壊保護手段としても機能する。
The
負特性サーミスタ306は、電力供給回路である交流/直流変換回路301から、負荷であるファンモータ101や直流/直流変換回路302への電力供給ライン上に設けられている。なお、負特性サーミスタ306は、マンガン、コバルト、ニッケル、鉄などの金属酸化物を焼結して成る半導体であり、その抵抗値は温度が高いほど下がる傾向(いわゆる負特性)を示す。すなわち、負特性サーミスタ306は、電源投入直後には温度が低いので高い抵抗値を示すが、電源投入から所定の時間が経過すると、通電に伴う自己発熱によって温度が上昇し、その抵抗値が低下する可変インピーダンス素子である。
The negative
本発明に係る空気清浄機1(特に、その電源装置)は、上記の特性に着目して創作されたものであり、突入電流の抑制手段として、電力供給回路から負荷への電力供給ライン上に、負特性サーミスタ306を有する構成とされている。
The
このような構成とすることにより、負特性サーミスタ306の温度が低い電源投入時には、最大の抵抗値をもって突入電流を効果的に抑制し得るとともに、以後の通常運転時においては、負荷に流れる電流の大小(延いては、温度の高低)に応じて、負特性サーミスタ306の抵抗値が変動するので、その発熱量を一定に維持することが可能となる。
With such a configuration, when the power supply of the negative
例えば、空気清浄機1の前面パネル12が取り外された状態でファンモータ101が運転された場合など、送風ユニット100の軽負荷運転時には、負特性サーミスタ306に大きな電流が流れてその温度が上昇するが、負特性サーミスタ306の抵抗値は、この温度上昇に応じて低下するので、以後の温度上昇は抑制される形となる。
For example, when the
また、突入電流の抑制手段として負特性サーミスタ306を用いた構成であれば、図5の従来構成と異なり、抵抗Rを短絡する制御手段(トランジスタやリレー)を用いる必要がなくなるので、機器の故障要因を低減することができる上、機器のコストダウンを図ることも可能となる。
Also, if the negative
なお、上記の実施形態では、空気清浄機に搭載される電源装置に本発明を適用した場合を例示して説明を行ったが、本発明の適用対象はこれに限定されるものではなく、その他の電気機器に搭載される電源装置にも広く適用することが可能である。 In the above embodiment, the case where the present invention is applied to the power supply device mounted on the air cleaner has been described as an example. However, the application target of the present invention is not limited to this, and other The present invention can also be widely applied to power supply devices mounted on electrical equipment.
また、本発明の構成は、上記実施形態のほか、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能である。 The configuration of the present invention can be variously modified within the scope of the present invention in addition to the above embodiment.
本発明に係る電源装置は、例えば、フィルタを有して塵埃を捕集し、室内にイオンを送出する空気清浄機や空気調和機の電源手段として利用することができる。 The power supply device according to the present invention can be used, for example, as a power supply means for an air purifier or an air conditioner that has a filter, collects dust, and sends out ions into the room.
1 空気清浄機
10 本体部
11 ベース
12 前面パネル
13 側面吸気口
14a 第1吹出口
14b 第2吹出口
15 操作パネル
16 空気清浄用フィルタユニット
17 加湿ユニット
17a 水タンク
17b トレイ
17c 加湿フィルタ
18 風路切換部材(ダンパー)
19 イオン発生装置
21 吸気風路
22 背面通風路
23 排気風路
100 送風ユニット
101 ファンモータ
102 モータ制御回路
200 操作基板
300 制御基板
301 交流/直流変換回路(AC/DC)
302 直流/直流変換回路(DC/DC)
303 マイコン
304 ディジタル/アナログ変換回路(D/A)
305 ドライバ回路
306 負特性サーミスタ
400 商用交流電源
DESCRIPTION OF
DESCRIPTION OF
302 DC / DC converter (DC / DC)
303
305
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