JP2014029160A - 送風機の回転異常警報装置、並びに回転異常警報装置を備えた送風機 - Google Patents

Abstract

【課題】 既存の送風機に容易に取り付け可能で、小型で、精度が良く、かつ安価な送風機の回転異常警報装置、並びに回転異常警報装置を備えた送風機を提供する。
【解決手段】 送風機１０の羽根１１ｂの回転によって発生する風の脈動周波数を検出するセンサ部１６と、検出した脈動周波数を前記送風機１０の羽根１１ｂの枚数で除することによって前記送風機１０の回転速度を求める演算部と、予め定めた、許容される最低回転速度と比較することによって前記送風機１０の回転異常を検知する検知部とからなる装置にある。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電子機器等を冷却するために用いる送風機の回転異常警報装置、並びに回転異常警報装置を備えた送風機に関する。

従来、送風機の回転異常警報装置としては、たとえば送風機の回転速度を回転計で監視し、回転速度が所定値以下になったときにアラームを発する方法（特許文献１）、または圧力センサで風圧を測定し、風圧が所定値以下になったときにアラームを発する方法（特許文献２）、あるいは温度センサを用い、周囲温度が所定値を超えた場合にアラームを発する方法（特許文献３）等がある。

特開昭５９−１８９６９９号公報 特開昭６１−２５０３９８号公報 特開平８−４２４８８号公報

しかしながら、こうした従来の装置には次のような問題があった。
速度検出器を用いて送風機の回転速度を検出する方法においては、送風機を設計・製造する際に速度検出器を設けなければならず、後から取り付けることができない。
圧力センサで風圧を測定する方法においては、送風機と冷却対象物との間に圧力測定用の風洞を設けなければならず、装置が大型化する。
温度センサを用いて周囲温度を検出する装置においては、応答性が悪くファン自体の異常を迅速に検知することができない。

送風機は羽根によって空気を送り出し、空気を循環させたり、対象物を冷却したりする。
万一、送風機に異常があって停止すると、機器や環境に重大な影響を及ぼす恐れがあるため、重要な箇所には、予め回転異常検知器付きの送風機が使用されることが多い。
しかしながら、通常の送風機を設置した後に、回転異常検知機能が必要になることもある。

本発明は、こうした従来の問題を解決し、既存の送風機に容易に取り付け可能で、小型で、精度が良く、かつ安価な送風機の回転異常警報装置、並びに回転異常警報装置を備えた送風機を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は、送風機の羽根の回転によって発生する風の脈動周波数を検出するセンサ部と、検出した脈動周波数を前記送風機の羽根の枚数で除することによって前記送風機の回転速度を求める演算部と、予め定めた、許容される最低回転速度と比較することによって前記送風機の回転異常を検知する検知部とからなることにある。
また、本発明は、送風機の羽根の回転によって発生する風の脈動周波数を検出するセンサ部と、前記送風機の羽根の枚数と許容される最低回転速度を乗することにより定められる予め定めた値を求める演算部と、前記センサ部で検出された脈動周波数と、前期演算部で求められた予め定めた周波数とを比較することによって前記送風機の回転異常を検知する検知部とからなることにある。
さらに、本発明は、前記センサ部は、前記送風機の羽根の周囲に配設される風胴外周面に振動を電気信号に変換する素子を取り付けて、前記風の脈動周波数を検出するようにしたことにある。
またさらに、本発明は、前記センサ部は、前記送風機の羽根の周囲に配設される風胴外周面に開口部を設け、該開口部を圧力を受けて形状が可逆的に振動する薄い素材で覆い、該薄い素材に位置変化を電気信号に変換する素子を取り付けて、前記風の脈動周波数を検出するようにしたことにある。
また、本発明は、前記回転異常検知装置を送風機のケーシングに設置したことにある。

本発明によれば、送風機の羽根の回転によって発生する風の脈動周波数をセンサによって直接検出するので、容易に送風機の回転異常を検知することができる。また、送風機の羽根の回転によって発生する風の脈動周波数を、媒体を介して直接的に検出するので、容易に送風機の回転異常を検知することができる。さらに、センサと電子回路を備えた簡単な装置で送風機の回転速度異常を検知することができる。またさらに、送風機と一体の装置で回転速度の異常を検知することができ、設置が簡単で容易となる。

本発明による送風機の回転異常検知装置の一実施の形態による送風機の風洞に薄いフィルムを貼着した開口部を設け、センサを取り付けた状態を例示した斜視図である。 図１の側面図である。 図１のＡ−Ａ線断面図である。 本発明の他の実施の形態による送風機の回転異常検知装置を示し、送風機の空気吐き出し口付近にヒンジを用いてセンサを取り付けた状態を示す斜視図である。 本発明の他の実施の形態による送風機の回転異常警報装置を示し、送風機にセンサおよび演算回路装置を固定するためのケーシングを例示した斜視図である。 ７枚羽根の送風機に、図１のようなコンデンサマイクを取り付けたときの検出波形である。 ５枚羽根の送風機に、図４のように加速度センサを取付けたときの出力波形である。 本発明の一実施の形態による回転異常検知装置で、カウンタによって判定する方法の概略を示すブロック図である。 本発明の他の実施の形態による回転異常検知装置で、タイマーによって判定する方法の概略を示すブロック図である。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１ないし図３は、電子機器等を冷却するために用いられる送風機１０である。
この送風機１０は、図示しないモータを内蔵し、このモータのモータ軸に支持された後述する羽根を回転するファン本体１１と、このファン本体１１をフレーム１２ａで軸線上に支持するケーシング１２とで構成されている。前記ファン本体１１は、モータ軸に支持された回転部分１１ａの周面に円周方向に一定間隔で、放射状に複数枚（図示例では７枚）の羽根１１ｂを備えたものである。前記ケーシング１２は、内側に略円形の開口部を有する一対の枠体１３ａ，１３ｂと円筒状の風洞部１４で構成されている。この風洞部１４の中心軸線上にファン本体１１を支持している。
前記送風機１０には、ケーシング１２の円筒状風洞部１４の外周面に小さな開口部１４ａを設け、この開口部１４ａを塞いで覆うようにして、プラスチックフィルムなどの帯状の薄いフィルム１５を貼着してある。このフィルム１５にセンサ１６を貼り付けて、送風機１０作動時の空気の圧力によるフィルム１５の位置変化をセンサ１６で検出するようにしたもので、羽根１１ｂの通過に起因する空気の粗密波を検出することができる。
薄いフィルム１５に代えて、ゴムや薄い金属板等を用いても良い。風洞部１４の素材が十分薄い場合は、風洞部１４の外面に直接、センサ１６を取付けても良い。

次に、上記送風機１０の動作について説明する。
送風機１０の風洞あるいは空気の流路では、羽根１１ｂが通過することによって、空気の粗密波が発生するが、その周波数は羽根１１ｂの通過回数ｆと同じであり、その周期は1／ｆである。
一般に、送風機１０のある定点を通過する羽根１１ｂの単位時間当たりの回数と、送風機１０の回転数（回転速度）の関係は、次の式で表される。

ｎ＝６０・ｆ／ａ ・・・式（１）
ｎ：回転数［ｒｐｍ］、ｆ：羽根の通過回数［回／秒］、ａ：羽根の枚数［枚］

その粗密波をセンサ１６、たとえばコンデンサマイク、振動ピックアップ、加速度センサ、角度センサ、圧電センサなど、位置変化を電気信号に変換する素子で羽根１１ｂの通過回数ｆまたは周期Ｔを検出し、予め定めた値と比較すれば、送風機１０の回転速度が異常かどうか判断することができる。

送風機１０には風洞部１４を備えた物が多いが、送風機自体を支持する目的の箇所のほかは強度も必要ではなく、重量軽減や材料節約のために薄く作られていることが多いため、風洞部１４に小さな開口部１４ａなどの穴を開けるのは容易である。

風洞部１４の空気の吸い込み口１７ａおよび吐き出し口１７ｂ付近の空気中においても、空気の粗密波が発生しているので、それをその近傍に設置した振動センサで検出する方法もある。

図４は、本発明の他の実施の形態による送風機の回転異常検知装置を示し、送風機１０の空気吐き出し口付近にヒンジ１８を用いてセンサ１６を取り付けた状態を示す斜視図である。
上記ヒンジ１８は、ピン部１９を中心に、一方の小片１９ａを風洞部１４等に固定し、他方の小片１９ｂにセンサ１６を取り付けたものである。小片１９ｂは風の脈動によってピン部１９を軸として位置が可逆的に変化する。小片１９ｂの位置をセンサ１６によって電気信号に変換するものである。

図５は、本発明の変形例で、センサ部と演算回路部とを一つの筐体に収納した回転速度検出器２０を、送風機ケーシング風洞部１４に固定した状態を示す図である。
これによって、演算回路部を別の場所に設ける必要がなくなる。

一方、検出した脈動周波数あるいは周期をもとに、予め定めた値と比較する方法としては、カウンタによって基準時間当りの周波の数を数える方法、タイマーによって一周期の時間が基準時間を超えるか超えないかを判定する方法、マイコンによって演算する方法などがある。
予め定めた値、すなわち閾値を定めるために必要なのは、送風機１０の羽根１１ｂの枚数ａと、許容される最低回転速度、の二つの値である。この二つの値さえ設定しておけば、回転異常を検知することができる。

図６は、７枚羽根の送風機に図１のようにコンデンサマイクを取付けたときの検出波形である。
この例では、周波数は約322Hz、周期は約3.1msなので、羽根１１ｂの通過回数fは322回/秒である。式（１）によって計算すると、回転速度は約2760rpmである。

図７は、５枚羽根の送風機に図４のように加速度センサを取付けたときの検出波形である。この例では、周波数は約１００Ｈｚ、周期は約１０msecなので、羽根の通過回数fは１００回/秒である。式（１）によって計算すると、回転速度は約１２００ｒｐｍである。

図８は、カウンタによって判定する方法の一例を示すブロック図である。
１はセンサで、位置変化を電気信号に変換する素子である。このセンサ１は、例えば、送風機１０の羽根１１ｂの回転による風洞部１４の歪みを検出する。２はセンサ１で検出された検出波形を増幅して成形する増幅・波形成型回路、３は増幅・波形成型回路２で、増幅および波形成型された波形をパルスに変換するパルス生成回路である。４はカウンタ回路で、このカウンタ回路４は、パルス生成回路３からのパルスでリセットしながら、基準クロックパルス生成回路７から送られるクロックパルスのパルス数をカウントする。
５は判定回路で、この判定回路５は、カウンタ回路４でカウントされたクロックパルスのパルス数が、予め定められたパルスカウント数をオーバーしたときは異常と判定する。判定回路５からの信号は出力回路６に送られ、出力回路６では、異常と判定された信号が入力されると、送風機１０の減速あるいは停止などの信号を出力することができる。

図９は、タイマーによって判定する方法の一例で、図８と同一部分は同符号を付して示すブロック図である。
１はセンサ、２は増幅・波形成型回路、３はパルス生成回路である。８はタイマー回路で、パルス生成回路３からのパルスが入力され、このパルスでリセットしながら内蔵されたコンデンサに充電されるものである。タイマー回路８では、一定のパルスごとにコンデンサに充電された電荷が放電され、判定回路５´に送られる。
判定回路５´では、基準電圧発生回路９の基準電圧と比較され、基準電圧発生回路９で定めた電圧値を超えたときは異常と判定する。
こうして、判定回路９で異常と判定された信号は、出力回路６に送られ、出力回路６では、異常と判定された信号が入力されると、送風機１０の減速あるいは停止などの信号を出力することができる。

それらの回路装置を送風機に取り付ければ、取扱いの容易な回転異常アラーム付き送風機を提供できる。

なお、上述のように、本発明は、送風機１０の羽根１１ｂの枚数と許容最低回転速度の二つの値を入力するだけで回転異常警報装置として十分機能するが、たとえば送風機１０の起動時に低速から高速へ移行する間の不感帯を遅延時間として設定したり、回転速度が閾値を超えたことを検知してからアラームと判断するまでの遅延時間を設定して回転速度の僅かな脈動やノイズをキャンセルしたりすることによって、より精度の高い回転異常警報装置を提供することができる。

１ センサ
２ 増幅・波形成型回路
３ パルス生成回路
４ カウンタ回路
５，５´ 判定回路
６ 出力回路
７ 基準クロックパルス生成回路
８ タイマ回路
９ 基準電圧発生回路
１０ 送風機
１１ ファン本体
１１ａ 回転部分
１１ｂ 羽根
１２ ケーシング
１４ 風洞部
１５ フィルム
１６ センサ
１８ ヒンジ
１９ ピン部
１９ａ，１９ｂ 小片

Claims (5)

1. 送風機の羽根の回転によって発生する風の脈動周波数を検出するセンサ部と、
   検出した脈動周波数を前記送風機の羽根の枚数で除することによって前記送風機の回転速度を求める演算部と、
   予め定めた、許容される最低回転速度と比較することによって前記送風機の回転異常を検知する検知部と
   からなることを特徴とする送風機の回転異常検知装置。
2. 送風機の羽根の回転によって発生する風の脈動周波数を検出するセンサ部と、
   前記送風機の羽根の枚数と許容される最低回転速度を乗することにより定められる予め定めた値を求める演算部と、
   前記センサ部で検出された脈動周波数と、前期演算部で求められた予め定めた周波数とを比較することによって前記送風機の回転異常を検知する検知部と
   からなることを特徴とする送風機の回転異常検知装置。
3. 前記センサ部は、前記送風機の羽根の周囲に配設される風胴外周面に振動を電気信号に変換する素子を取り付けて、
   前記風の脈動周波数を検出するようにしたことを特徴とする請求項１または２に記載の送風機の回転異常検知装置。
4. 前記センサ部は、前記送風機の羽根の周囲に配設される風胴外周面に開口部を設け、
   該開口部を圧力を受けて形状が可逆的に振動する薄い素材で覆い、
   該薄い素材に位置変化を電気信号に変換する素子を取り付けて、
   前記風の脈動周波数を検出するようにしたことを特徴とする請求項１または２に記載の送風機の回転異常検知装置。
5. 請求項１ないし４のいずれか１項に記載の回転異常検知装置を送風機のケーシングに設置したことを特徴とする送風機。

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