JP2012251747A

JP2012251747A - 換気装置

Info

Publication number: JP2012251747A
Application number: JP2011125975A
Authority: JP
Inventors: Tsuraki Nakajima; 列樹中島; Satoshi Fujimoto; 訓藤本; Masahiro Yamaguchi; 雅弘山口
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2011-06-06
Filing date: 2011-06-06
Publication date: 2012-12-20
Anticipated expiration: 2031-06-06
Also published as: JP5747158B2

Abstract

【課題】位置決めを利用してＤＣモーターを動作させても、ロールピンと羽根ボスの溝の衝突による音が発生しにくい換気装置を提供する。
【解決手段】制御回路７に電源が印加されると例えば、通電初期５秒間（すなわちＤＣモーター４が起動を開始するために、ロータの位置決めを行う直流励磁時間）の間は、換気装置使用者の意思に関係なく弱ノッチを選定し、ＤＣモーター４を動作させ位置決めが完了し、強制転流の通電信号を出力し、ＤＣモーター４を回転させるため、ロールピン１０と溝１２との間で起こる衝突音を抑えることができる。
【選択図】図４

Description

本発明は、羽根が着脱可能であり、ロールピンと羽根ボスの溝が係合し羽根回り止めとなる換気装置に関するものである。

従来、この種の換気装置は、羽根ボスに溝を有し、ロールピンと契合することにより、羽根回り止めの役割となるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

以下、その送風機について説明する。

羽根は、中央部にボス部を備え、その外周に複数枚のブレードを設け、ボス部の軸心部に、モーターのシャフト（シャフトのみ図示）が挿入される軸穴と、軸穴に直行する方向の溝で、シャフトに挿着されたロールピンが係合する係合溝とが形成されて、羽根を回り止め状態に構成し、また、シャフトをボス部の軸穴に挿入してから、ボス部の先端側にスピンナーを回転して固定する（固定機構については図示せず）ことによって、羽根を抜き止め状態に構成していた。

特開昭６２−１０５３２号公報

このような従来の換気装置は、位置決めを利用してＤＣモーターを動作させた場合、ロールピンと羽根ボスの溝が衝突して音が発生するが、この対策としてロールピンと係合している溝とロールピンとの隙間を小さくし、衝突を防ぐことが考えられるが、簡単に着脱できる構造の羽根を用いるとモーターシャフトに羽根が装着しにくくなり、中途半端に取り付けてしまうという課題があり、ロールピンと羽根ボスの溝との衝突音を防ぐとともに羽根が装着しやすい送風機を提供することを目的とする。

本発明の換気装置は、上記目的を達成するために、起動時にロータの位置決めを行い起動するＤＣモーターと、前記ＤＣモーターを制御する制御部と、前記ＤＣモーターのモーターシャフトにその軸線に直角に挿着されたロールピンと、前記ロールピンに結合する溝とモーターシャフトに保持する羽根ロック部とを備えたボス部を中央に設けた羽根とを有し、前記溝は、前記ボス部のモーター側に位置する端面から前記シャフトの軸線に沿った方向に切り込んだ溝であって、この溝の側壁は、前記ＤＣモーターの反回転方向に向けて前記溝の底部から開口部に向かって広がる勾配部と、前記底部から開口部に向かって前記シャフトの軸線方向にストレート部分を形成し、前記羽根ロック部は、前記モーターシャフトに圧接する保持部と押圧することにより前記保持部を移動させて保持力を解除させる押圧部を一対一体に形成し、前記羽根を着脱自在に設けた換気装置であって、前記制御部は、前記ＤＣモーターの起動時に反回転方向に動作した時に、前記ロールピンが前記勾配上で滑らない、すなわち前記ロールピンに摩擦力よりも小さい力が掛かるように前記ＤＣモーターに電圧を印加し位置決めをするものであり、これにより所期の目的を達成するものである。

本発明によれば、起動時にロータの位置決めを行い起動するＤＣモーターと、前記ＤＣモーターを制御する制御部と、前記ＤＣモーターのモーターシャフトにその軸線に直角に挿着されたロールピンと、前記ロールピンに結合する溝とモーターシャフトに保持する羽根ロック部とを備えたボス部を中央に設けた羽根とを有し、前記溝は、前記ボス部のモーター側に位置する端面から前記シャフトの軸線に沿った方向に切り込んだ溝であって、この溝の側壁は、前記ＤＣモーターの反回転方向に向けて前記溝の底部から開口部に向かって広がる勾配部と、前記底部から開口部に向かって前記シャフトの軸線方向にストレート部分を形成し、前記羽根ロック部は、前記モーターシャフトに圧接する保持部と押圧することにより前記保持部を移動させて保持力を解除させる押圧部を一対一体に形成し、前記羽根を着脱自在に設けた換気装置であって、前記制御部は、前記ＤＣモーターの起動時に反回転方向に動作した時に、前記ロールピンが前記勾配上で滑らない、すなわち前記ロールピンに摩擦力よりも小さい力が掛かるように前記ＤＣモーターに電圧を印加し位置決めをするものであり、前記ロールピンと溝の衝突を極力小さくすることで、羽根ボスの溝とロールピンの衝突音を防ぐという効果を得ることができる。

本発明の実施の形態１の換気装置の構成図同換気装置の側面を示す断面構成図同送風機の図２のＡ部分の詳細を示した詳細図本発明の実施の形態１のフローチャート同送風機の図２のＡ部分の詳細を示した詳細図本発明の実施の形態２のフローチャート

本発明の請求項１の発明は、起動時にロータの位置決めを行い起動するＤＣモーターと、前記ＤＣモーターを制御する制御部と、前記ＤＣモーターのモーターシャフトにその軸線に直角に挿着されたロールピンと、前記ロールピンに結合する溝とモーターシャフトに保持する羽根ロック部とを備えたボス部を中央に設けた羽根とを有し、前記溝は、前記ボス部のモーター側に位置する端面から前記シャフトの軸線に沿った方向に切り込んだ溝であって、この溝の側壁は、前記ＤＣモーターの反回転方向に向けて前記溝の底部から開口部に向かって広がる勾配部と前記底部から開口部に向かって前記シャフトの軸線方向にストレート部分を形成し、前記羽根ロック部は、前記モーターシャフトに圧接する保持部と押圧することにより前記保持部を移動させて保持力を解除させる押圧部を一対一体に形成し、前記羽根を着脱自在に設けた換気装置であって、前記制御部は、前記ＤＣモーターの起動時に反回転方向に動作した時に、前記ロールピンが前記勾配上で滑らない、すなわち前記ロールピンに摩擦力よりも小さい力が掛かるように前記ＤＣモーターに電圧を印加し位置決めをすることを特徴とする。

これにより、ＤＣモーター起動時に、制御部はロータの位置を特定するために、位置決めを行うが、ロールピンに摩擦力よりも小さい力が掛かるように電圧を印加することで羽根を反回転方向に回転させてもロールピンが勾配上を滑ることがなくなり、再び回転方向に羽根を回転させても羽根ボスの溝のストレート部分とロールピンが衝突することがなくなり、衝突音を防止するという効果を奏する。

本発明の請求項２の発明は、ＤＣモーターの制御手段をセンサーレスにする構成を有する。これにより、ＳＮの位置を検出しているホールＩＣ等が削減できるため、お客様に安く商品を提案できるという効果を奏する。

本発明の請求項３の発明は、本体構成を一定電流制御に用いる構成を有する。

これにより、ＳＮの位置を検出しているホールＩＣ等が削減できるため、お客様に安く商品を提案でき、またＤＣモーター起動時に羽根ボスとロールピンの衝突音を防止するという効果を奏する。

本発明の請求項４の発明は、本体構成を電圧、電流制御に用いる構成を有する。これにより、ＳＮの位置を検出しているホールＩＣ等が削減できるため、お客様に安く商品を提案でき、またＤＣモーター起動時に羽根ボスとロールピンの衝突音を防止するという効果を奏する。

本発明の請求項５の発明は、本体構成を回転数一定制御に用いる構成を有する。これにより、ＳＮの位置を検出しているホールＩＣ等が削減できるため、お客様に安く商品を提案でき、またＤＣモーター起動時に羽根ボスとロールピンの衝突音を防止するという効果を奏する。

本発明の請求項６の発明は、モーターシャフトにその曲線に直角に挿着された丸筒状のロールピンとロールピンの上にはモーターシャフトに挿入するオーリングを備え、前記ロールピンに羽根を装着した時に、ストレート部分に挟み込む構成を有する。

これにより、ＤＣモーター起動時に羽根ボスとロールピンの衝突音を防止するという効果を奏する。

本発明の請求項７の発明は、ロールピンの形状を丸筒状にするという構成を有する。

これにより、羽根が装着しやすいという効果を奏する。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１に示す天井埋込形換気扇は部屋の天井裏に埋め込んで取り付けられ、下面に天井板の開口部に対応する吸込口１を有し、側面に吐出口２を有するフレーム３と、フレーム３内部に設けられ、フレーム３の天面に固定されたＤＣモーター４と駆動される羽根５および羽根５を包囲するケーシング（図示せず）とフレーム３の下面開口部を部屋側から覆って着脱自在に装着される化粧パネル６と、フレーム３の天面に装着され、ＤＣモーター４を駆動制御する制御回路７を収納した回路ケース８から構成されている。

さらに図２、３に示すようにＤＣモーター４のモーターシャフト９にその長手方向に対しに直角に挿着された丸筒状のロールピン１０と、ロールピン１０に結合する溝１２とモーターシャフト９に保持する羽根ロック部９ａとを備えたボス部１１を中央に設けた羽根５備え、溝１２は、ボス部１１のＤＣモーター４側に位置する端面からモーターシャフト９の軸線に沿った方向に切り込んだ溝１２であって、この溝１２の側壁１２ａは、ＤＣモーター４の反回転方向に向けて前記溝１２の底部１７から開口部１７ａに向かって広がる勾配部１７ｂと、底部１７から開口部１７ａに向かってモーターシャフト９の軸線方向にストレート部分１８を形成し、羽根ロック部９ａは、モーターシャフト９に圧接する保持部１３と押圧することにより、保持部１３を移動させて保持力を解除させる押圧部１４を一対一体に形成し、保持部１３でモーターシャフト９を保持し、押圧部１４を人が挟む操作により、保持部１３の保持力を解除して羽根５とモーターシャフト９が安易に着脱可能とする着脱装置１５を設けた羽根構造となっている。

また、ＤＣモーター４を駆動する制御回路７は、商用電源入り／切り、ファンノッチ可変スイッチ１６（一体にして構成したスイッチ）は室内の壁に配置され天井埋込形換気扇と接続されている。

制御回路７の構成（図示せず）は、スイッチング電源回路（例えばＡＣ−ＤＣコンバーター）とＤＣモーター４を制御するためのドライバーＩＣとファンのノッチ（例えば、弱・強）を可変するための電流検出手段（例えば抵抗）を備え、電流検出手段で規定された電流を維持するために、常に電流が一定になるように電流値の値をスイッチング電源にフィードバックしてＤＣモーター４を定電流で動作する構成としている。

ＤＣモーター４は、モーター内部にホール素子を持たないため、センサーレス方式を採用するため、位置検出ができないため、ロータの位置決めができるまで、すなわちステータに対するロータの位置が確定するまで、あらかじめ定めた特定の相にある一定時間間隔でパルス状の直流電圧を通電する。そのため、モーターシャフト９が一定時間間隔で左右に回動することとなる。位置決めが完了すると、強制強制転流の通電信号を出力し、通電による回転磁界ロータを追従させるようにしてＤＣモーター４を回転させる。ＤＣモーター４が回転すると、各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の巻線に誘起電圧が発生し、誘起電圧を含む各相端子電圧の正負を示す信号が位置信号入力されると、自動的に強制転流の通電信号から位置信号入力（誘起電圧）に基づいた通電信号に切り替えられ、センサーレス駆動にてＤＣモーター４は駆動される。

上記構成において、以下図４に示すフローチャートを用いて説明する。

例えば、換気装置使用者が天井埋込形換気扇を運転するために、商用電源入り／切り、ファンノッチ可変スイッチ１６（例えば強ノッチ）が設定され電源が投入されると制御回路７に電源が印加される。例えば、制御回路７に電源が印加されると、通電初期５秒間に２００ｍＳ間隔で特定の巻線にパルス状の直流電圧を引加する。

パルス状の直流電圧が印加されると、ロータはステータの所定の位置に引き寄せられ、勢い余って行き過ぎ、また次のパルス状の直流電圧の印加によって反対方向へ戻され、所定の位置を中心に左右に回動を繰り返すこととなる。

本実施の形態のような羽根ロック部９ａ、すなわち、モーターシャフト９に圧接する保持部１３と押圧することにより、保持部１３を移動させて保持力を解除させる押圧部１４を一対一体に形成し、保持部１３でモーターシャフト９を保持し、押圧部１４を人が挟む操作により、保持部１３の保持力を解除して羽根５とモーターシャフト９が容易に着脱可能とする着脱装置１５を設けた羽根構造を設けた換気装置では、羽根５を容易に着脱できるようにしているために、ロールピン１０と溝１２は、嵌合がゆるくなるように形成している。

そのため、前述のようにロータが左右に回動することで、ロールピン１０が溝１２の中で滑ることとなる。そして、ロールピン１０は、ストレート部１８と勾配部１７ｂに交互に衝突を繰り返す恐れがある。

しかし、本実施の形態のようにすることで衝突を和らげることができる。

すなわち、ＤＣモーター４が起動を開始するために、ロータの位置決めを行う通電初期の時間（直流励磁時間）は、換気装置の風量設定に関係なく、ロールピン１０が勾配部１７ｂ上で滑らない、すなわちロールピン１０に摩擦力よりも小さい力が掛かるようにＤＣモーター４にパルス状の電圧を印加して位置決めをする。

例えば、風量設定が強ノッチに設定されていても、弱ノッチで運転するときの引加電圧に相当するパルス状の直流電圧を選定し、ＤＣモーター４に電圧を印加させて位置決めを行い、その後、風量設定に合わせた強制転流の通電信号を出力し、ＤＣモーター４を回転させる。なお、パルス状の直流電圧は、パルス幅を調整することで、巻線に印加される直流電圧の実効値が定まり、この実効値によって、ロータの回転力が調整され、ロールピン１０の回転を溝１２に対する摩擦力より小さくすることができる。

ＤＣモーター４が回転すると、各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の巻線に誘起電圧が発生し、誘起電圧を含む各相端子電圧の正負を示す信号が位置信号入力されると、自動的に強制転流の通電信号から位置信号入力（誘起電圧）に基づいた通電信号に切り替えられ、ＤＣモーター４は駆動し、５秒間経過の後、電流検出手段で検出した電流（すなわち強ノッチ）で運転することとなる。

以上のように構成した換気装置は、電源投入時必ず弱ノッチから開始するため、ロータの位置決めを行う場合、ＤＣモーター４に流れる電流は、最も低い電流で起動するため、
ロールピン１０と溝１２との間で起こる衝突音を抑えることができる。

また、起動時強制弱ノッチ時間を５秒としたが、強制弱ノッチ時間の時間を可変した場合においても効果は同じである。

また、今回ＤＣモーター４が起動を開始するために、ロータの位置決めを行う直流励磁時間の間は、換気装置の風量の設定に関係なく弱ノッチを選定するとしたが、弱ノッチを選定した場合においても、ロータ位置を位置決めする時に反回転方向に動作した場合、勾配部１７ｂ上を動作してしまう場合は、更に摩擦力よりも低い回転力となるように電圧を印加して位置決めを行うことで同様の効果が得られる。

（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２について図５を参照しながら説明する。なお、実施の形態１と同一のものは同一番号を付し、その詳細な説明を省略する。

ロールピン１０の上にゴム製のＯリング（図示せず）を配置し羽根４をモーターシャフト９にはめる時には、溝１２にはさみ込むことによりロールピン１０と溝１２の隙間がなくなり衝突音が発生しなくなる。

さらに、図６に示すように、モーターシャフト９に保持部１３が係合する凹溝２０を設け、モーターシャフト９の曲面と凹溝２０と接辺にＣ面２１を備え、Ｃ面２１のモーターシャフト９の長手方向の寸法が羽根５の溝１２に備えたストレート部１８と同じであるという構成にしたことにより、モーターシャフト９が挿入されるとき時、保持部１３がＣ面２１を滑る勢いで、ロールピン１０がストレート部１８の位置に挿着される。

以上の作用によって、ロールピン１０と羽根ボスの溝１２との衝突音を防ぐとともに羽根５が取り付けやすく、中途半端に取り付かない送風機を提供することができる。

（実施の形態３）
実施の形態２について、図７を参照しながら説明する。なお、実施の形態１と同様の構成要素についてはその説明を省略する。

制御回路７の構成（図示せず）は、スイッチング電源回路（例えばＡＣ−ＤＣコンバーター）とＤＣモーター４を制御するためのドライバーＩＣで構成されており、ＤＣモーター４の変化を捉えながら制御する。

上記構成において、以下図５に示すフローチャートを用いて説明する。

スイッチング電源回路は、電流検出手段を備えており、検出した電流を元に負荷の変化状態を読み込み、負荷に与える電圧を可変して電流と電圧を常に変化させながらＤＣモーター４を制御して、ダクト抵抗が外風等の影響で変化した場合においても、一定に換気風量を保つことができる制御回路７において、換気装置使用者が風量を強に設定し、天井埋込型換気扇に電源を入れると、ＤＣモーター４はダクト抵抗と風量が均衡する位置で安定しようとするが、起動時だけは、スイッチング電源回路で規定されている最低電圧（例えば５Ｖ）を５秒間出力して、定電圧起動に切換え、ロータの位置決めを行う直流励磁時間）の間は、換気装置使用者の意思に関係なく最低電圧を選定し、ＤＣモーター４を動作させ位置決めが完了し、強制転流の通電信号を出力し、ＤＣモーター４を回転させる。ＤＣモーター４が回転すると、各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の巻線に誘起電圧が発生し、誘起電圧を含む各相端子電圧の正負を示す信号が位置信号入力されると、自動的に強制転流の通電信号から位置信号入力（誘起電圧）に基づいた通電信号に切り替えられ、ＤＣモーター４は駆動し、５秒間経過の後、定電圧駆動回路から電圧、電流駆動回路に切換えて制御するため、ロータの位置決めを行う場合、ＤＣモーター４に流れる電流は、最も低い電圧で起動するため、ロールピン１０と溝１２との間で起こる衝突音を抑えることができる。

また、制御回路７の制御方式を回転数で制御し、通電初期は必ず最低回転数で制御した場合においても効果は同じである。

また、一定に換気風量を保つ方式として、電流−回転数制御、電圧−回転数制御等があるが通電初期のみ制御回路で出力できる最低ノッチを用いてＤＣモーター４を動作させても効果は同じものである。

本発明にかかる換気装置は、モーターのシャフトにロールピンを設け、羽根のボス部にロールピンに係合する溝を設けて、羽根の回り止めとした羽根取り付け装置を備えた換気装置に広く適用できる。

４ＤＣモーター
５羽根
７制御回路
８回路ケース
９モーターシャフト
９ａ羽根ロック部
１０ロールピン
１１ボス部
１２溝
１２ａ側壁
１３保持部
１４押圧部
１５着脱装置
１６商用電源入り／切り、ファンノッチ可変スイッチ
１７底部
１７ａ開口部
１７ｂ勾配部
１８ストレート部分
２０凹溝
２１Ｃ面

Claims

起動時にロータの位置決めを行い起動するＤＣモーターと、前記ＤＣモーターを制御する制御部と、前記ＤＣモーターのモーターシャフトにその軸線に直角に挿着されたロールピンと、前記ロールピンに結合する溝とモーターシャフトに保持する羽根ロック部とを備えたボス部を中央に設けた羽根とを有し、前記溝は、前記ボス部のＤＣモーター側に位置する端面から前記シャフトの軸線に沿った方向に切り込んだ溝であって、この溝の側壁は、前記ＤＣモーターの反回転方向に向けて前記溝の底部から開口部に向かって広がる勾配部と前記底部から開口部に向かって前記シャフトの軸線方向にストレート部分を形成し、前記羽根ロック部は、前記モーターシャフトに圧接する保持部と押圧することにより前記保持部を移動させる保持力を解除させる押圧部を一対一体に形成し、前記羽根を着脱自在に設けた換気装置であって、前記制御部は、前記ＤＣモーターの起動時に反回転方向に動作した時に、前記ロールピンが前記勾配上で滑らないすなわち前記ロールピンに摩擦力よりも小さい力が掛かるように前記ＤＣモーターに電圧を印加し位置決めをする換気装置。
前記ＤＣモーターの制御手段をセンサーレスにすることを特徴とした請求項１記載の換気装置。
前記本体構成を一定電流制御に用いることを特徴とした請求項１または２記載の換気装置。
前記本体構成を電圧、電流制御に用いることを特徴とした請求項１、２または３記載の換気装置。
前記本体構成を回転数一定制御に用いることを特徴とした請求項１、２、３または４記載の換気装置。
前記モーターシャフトにその曲線に直角に挿着された丸筒状のロールピンとロールピンの上にはモーターシャフトに挿入するオーリングを備え、前記ロールピンに羽根を装着した時に、ストレート部分に挟み込むことを特徴とした請求項１記載の換気装置。
前記ロールピンの形状を丸筒状にすることを特徴とした請求項１記載の換気装置。