JP2014090565A - 軸流送風機およびそれを搭載した電気機器 - Google Patents

Abstract

【課題】軸流送風機において、ＤＣ電源や、マイクロコンピュータを搭載した制御回路を使用せず、機外圧力損失が増加しても、送風量の減少が少なくできる。
【解決手段】電機子巻線２に接続した運転コンデンサ１０と、運転コンデンサに並列接続した始動コンデンサ１２と、始動コンデンサの接続を開閉する開閉手段と１３、開閉手段の接続部分から電源を生成する電源生成手段１６と、電源生成手段からの電源の供給開始から所定時間は開閉手段の開閉を繰返し、所定時間後は開閉手段を開状態に保持する開閉制御手段１５を備え、軸流送風機８の始動時は運転コンデンサ１０と始動コンデンサ１２の両方に通電することによって安定的に始動し、始動後は始動コンデンサ１２を遮断して運転コンデンサ１０のみに通電することによって消費電力を低減させると共に、電源周波数に同期した回転数にて一定運転する。
【選択図】図１

Description

本発明は、主にパイプ用ファンや一般型換気扇、業務用や産業用の有圧換気扇等の排気用および給気用の換気装置や、機器組み込み用の冷却用ファンなどに搭載する軸流送風機およびその軸流送風機を搭載した電気機器に関するものである。

近年、換気装置等の電気機器に搭載する電動機においては、低価格化、高効率化、静音化、小型化、薄型化をした上で、常時換気など小風量が必要な場合は、小風量での送風が実現でき、急速換気など大風量が必要な場合は、外風圧、フィルタ等の目詰まりによる圧力損失の変化など、環境影響を大きく受けることなく、最大風量での送風が実現できるような軸流送風機が求められている。

従来、この種の軸流送風機は、特許文献１に開示された構成のものが知られている。

以下、その軸流送風機について図８を参照しながら説明する。

図に示すように、軸流送風機１０８は、ＤＣ電源１０１よりＤＣモータ１０３に電力供給し、ＤＣモータ１０３の回転軸にはプロペラファン１０４を取り付けられている。定常状態において、ＤＣ電源１０１より定格電圧をＤＣモータ１０３に印加し、静圧ゼロの時の回転数よりも若干低い回転数を所定の回転数として記憶する。外風圧などによって、運転回転数が所定の回転数よりも下がった場合、ＤＣ電源１０１の出力電圧を定格電圧以上に上昇させ、所定の回転数より低くならないように制御する制御回路１０７を備えた構成としている。

特開平５−２２３０９１号公報

このような従来の軸流送風機おいては、モータを駆動するためのＤＣ電源や、マイクロコンピュータを搭載した制御回路を有する構成となっていたので、これらを設置するためのスペースを確保することにより、小型化、薄型化ができないという課題を有していた。

そこで本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、ＤＣ電源やマイクロコンピュータを搭載した制御回路を使用することなく、外風圧など機外圧力損失が増加しても、送風量の減少が少なくできる軸流送風機を提供することを目的としている。

そして、この目的を達成するために、本発明の軸流送風機は、
回転軸と、
この回転軸の少なくとも一端に接続したプロペラファンと、
前記回転軸の外周に一体化され、導体バーを有するかご形回転子と、
このかご形回転子に対向して位置し、電機子巻線を巻装した固定子とを備え、
商用交流電源に接続する軸流送風機であって、
前記電機子巻線に接続した運転コンデンサと、
前記運転コンデンサに並列接続した始動コンデンサを設け、
前記かご形回転子には、前記導体バーを前記固定子との間に挟む位置に永久磁石を配し、前記始動コンデンサの接続を開閉する開閉手段と、
この開閉手段の接続部分から電源を生成する電源生成手段と、
前記電源生成手段からの電源の供給開始から所定時間は前記開閉手段の開閉を繰返し、所定時間経過後は前記開閉手段を開状態に保持する開閉制御手段を備えたものであり、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、回転軸と、この回転軸の少なくとも一端に接続したプロペラファンと、前記回転軸の外周に一体化され、導体バーを有するかご形回転子と、このかご形回転子に対向して位置し、電機子巻線を巻装した固定子とを備え、商用交流電源に接続する軸流送風機であって、
前記電機子巻線に接続した運転コンデンサと、前記運転コンデンサに並列接続した始動コンデンサを設け、前記かご形回転子には、前記導体バーを前記固定子との間に挟む位置に永久磁石を配し、前記始動コンデンサの接続を開閉する開閉手段と、この開閉手段の接続部分から電源を生成する電源生成手段と、前記電源生成手段からの電源の供給開始から所定時間は前記開閉手段の開閉を繰返し、所定時間経過後は前記開閉手段を開状態に保持する開閉制御手段を備えた構成にしたことにより、軸流送風機の始動時は始動コンデンサによって安定的に始動し、始動後は始動コンデンサを切り離して少ない電力で運転すると共に、外風圧などの影響により、ファン負荷が増加しても、商用交流電源の電源周波数に同期して回転数一定で運転することとなるので、マイクロコンピュータや特別な制御回路を使用することなく、送風量の減少が少なくできる軸流送風機および電気機器が提供できるという効果を得ることができる。

本発明の実施の形態１における軸流送風機を示すブロック図 同電動機の構成を示す分解斜視図 同電動機の回転数−トルク特性の一例を示すグラフ 同軸流送風機の風量−静圧特性の一例を示すグラフ 同軸流送風機を搭載した換気装置の設置状態を示す断面図 同電動機の開閉回路を示す回路図 同電動機の開閉手段の両端電圧を示すグラフ 従来の軸流送風機を示すブロック図

本発明の請求項１記載の軸流送風機は、回転軸と、この回転軸の少なくとも一端に接続したプロペラファンと、前記回転軸の外周に一体化され、導体バーを有するかご形回転子と、このかご形回転子に対向して位置し、電機子巻線を巻装した固定子とを備え、商用交流電源に接続する軸流送風機であって、
前記電機子巻線に接続した運転コンデンサと、前記運転コンデンサに並列接続した始動コンデンサを設け、前記かご形回転子には、前記導体バーを前記固定子との間に挟む位置に永久磁石を配し、前記始動コンデンサの接続を開閉する開閉手段と、この開閉手段の接続部分から電源を生成する電源生成手段と、前記電源生成手段からの電源の供給開始から所定時間は前記開閉手段の開閉を繰返し、所定時間経過後は前記開閉手段を開状態に保持する開閉制御手段を備えた構成を有する。これにより、軸流送風機の始動時は始動コンデンサによって安定的に始動し、始動後は始動コンデンサを切り離して少ない電力で運転すると共に、外風圧などの影響により、ファン負荷が増加しても、商用交流電源の電源周波数に同期して回転数一定で運転することとなるので、マイクロコンピュータや特別な制御回路を使用することなく、送風量の減少が少なくできる軸流送風機および電気機器が提供できる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〜図７に示すように、軸流送風機８は、電動機１１を搭載し、この電動機１１の回転軸であるシャフト９にプロペラファン８ａ取り付け、商用交流電源に接続されている。換気装置１は、軸流送風機８を内蔵している。軸流送風機８によって吸い込まれた、煙草の煙や調理等で発生した汚れた室内空気は換気装置１の吸込み口より吸込まれ、建物の壁１４を貫通して屋外に排出される。電動機１１は電機子巻線２である主巻線２ａと補助巻線２ｂとをそれぞれ集中巻きした固定子４と、この固定子４に対向して回転自在に保持されたかご形回転子３と、運転コンデンサ１０と、始動コンデンサ１２と、開閉回路７より構成されている。かご形回転子３の中心には回転軸であるシャフト９が圧入されており、外周側にはアルミで形成された導体バー５が設けられておいる。導体バー５はスキューされている。そして、かご形回転子３の導体バー５とシャフト９の間には永久磁石６が配置され、導体バー５同様にスキューされている。軸流送風機８の始動時は、運転コンデンサ１０と始動コンデンサ１２の両方に通電して大きな電流を流し、大きなトルクで安定的に始動させる。始動から所定時間後の同期運転状態では、始動コンデンサ１２を遮断して運転コンデンサ１０のみに通電して小さな電流を流し、少ない電力で運転する。そして、軸流送風機８は機外静圧ゼロから最大静圧（風量ゼロ）までの領域で商用交流電源の電源周波数に同期した回転数にて一定回転で運転する構成である。

このような本発明の軸流送風機８によれば、図３の回転数−トルク特性のグラフに示すように、始動時は導体バー５に誘導電流が発生することで滑りに対応した回転トルクが発生して動作する。そして、永久磁石６の磁力と固定子４の電機子巻線２による電磁石の磁力の吸引力によって回転するモードへ移行し、商用交流電源の電源周波数に同期した回転数にて一定回転で運転する。従って、軸流送風機８を搭載する換気装置１では、ＤＣ電源や、マイクロコンピュータを搭載した制御回路を使用しなくてもよい。そして、図４の風量−静圧特性のグラフに示すように、外風圧など機外圧力損失が増加しても、送風量の減少が少なくできる風量−静圧特性が得られる。

開閉回路７の詳細を図６〜図７に示す。開閉回路７は、電源生成手段１６と開閉制御手段１５と開閉手段１３で構成され、始動コンデンサ１２への通電をＯＮ／ＯＦＦする。電源生成手段１６は、整流ダイオードＤ１〜Ｄ４で構成され、開閉手段１３の両端電圧から電源を生成する。開閉制御手段１５は、タイマコンデンサＣ１と放電抵抗Ｒ１と充電抵抗Ｒ２とバイアス抵抗Ｒ３と発光電流制限抵抗Ｒ４とゲート電流制限抵抗Ｒ５と発光制御トランジスタＱ１と開閉駆動フォトトライアックカプラＰＣ１で構成されている。そして、開閉制御手段１５は、電源生成手段１６で生成された電源によって動作して開閉手段１３を開閉する。開閉手段１３は、開閉トライアックＴＲＡ１により構成され、開閉制御手段１５からの信号よって開閉して始動コンデンサ１２への通電をＯＮ／ＯＦＦする。

まず、電動機１１を始動するために軸流送風機８に交流電圧を印加すると、開閉手段１３の両端にも交流電圧が印加される。この交流電圧を電源生成手段１６の整流ダイオードＤ１〜Ｄ４で整流して開閉制御手段１５に印加する。開閉制御手段１５では、タイマコンデンサＣ１と充電抵抗Ｒ２を通して発光制御トランジスタＱ１に電流が流れ、発光制御トランジスタＱ１がオンする。発光制御トランジスタＱ１のオンにより開閉駆動フォトトライアックカプラＰＣ１がオンして、開閉手段１３の開閉トライアックＴＲＡ１もオンする。開閉手段１３が閉じると、開閉手段１３の両端電圧がゼロになり、電源生成手段１６で電源が作れなくなり、開閉制御手段１５の開閉駆動フォトトライアックカプラＰＣ１もオフするが、開閉手段１３の開閉トライアックＴＲＡ１は交流電源のゼロクロスで電流が流れなくなるまでオンし続ける。この動作を交流電源の半波毎に繰り返すと、開閉制御手段１５のタイマコンデンサＣ１は徐々に充電され、タイマコンデンサＣ１の両端電圧が高くなって、電源生成手段１６の電圧が高くなければ発光制御トランジスタＱ１がオンできず、開閉駆動フォトトライアックカプラＰＣ１や開閉トライアックＴＲＡ１もオンし難くなる。

図７に開閉手段１３の両端電圧を示す。電動機１１を始動するために交流電圧を印加した直後は開閉手段１３はオンしている時間が長いが、徐々にその時間は短くなり、やがて開閉手段１３はオンしなくなる。つまり、電動機１１を始動する時には始動コンデンサ１２に通電して安定的に電動機を始動させ、始動後は始動コンデンサ１２を遮断して消費電力を低減させる。

また、電動機１１の停止するために交流電源の印加を中止した場合は、タイマコンデンサＣ１は放電抵抗Ｒ１により放電されるため、次の交流電源印加に即時に対応できる。例えば、開閉回路７の代わりにＰＴＣサーミスタでも、運転コンデンサ１０の開閉はできる。しかし、交流電源の印加を中止した直後に、再び交流電源を印加する動作には対応できない。つまり、瞬間的に電源をＯＦＦ／ＯＮする場合や、瞬間停電した場合には対応できない。開閉回路７の代わりにＰＴＣサーミスタを用いた場合の動作を説明する。電動機１１を始動するために交流電圧を印加した直後は、ＰＴＣサーミスタの温度が低く、抵抗値も低いので閉じた状態になっている。その後、ＰＴＣサーミスタに通電を行い続けると、ＰＴＣサーミスタの温度が徐々に高くなり、所定の温度を超えると急激に抵抗値が高くなって開いた状態になる。その後もＰＴＣサーミスタには微小な電流が流れ続け、ＰＴＣサーミスタは高温で高抵抗な状態を保持される。この状態で、交流電源の印加を中止すると電動機１１は停止するが、ＰＴＣサーミスタは温度の下がりが遅く、抵抗値が高いままの開いた状態である。この時、再び電動機１１を始動するために交流電圧を印加すると、ＰＴＣサーミスタは開いたままなので、始動コンデンサに通電できず、電動機１１を始動できない問題が生じる。本発明の開閉回路７を用いた方法では、交流電源の印加を中止した場合は、タイマコンデンサＣ１は放電抵抗Ｒ１により放電されるため、次の交流電源印加に即時に対応できる。従って、ＰＴＣサーミスタ等の温度が冷めなければ復帰しない開閉装置に比べて反応が速く、交流電源印加の瞬断動作にも対応できる。

更に、開閉回路７は開閉部分から電源を生成するため、電源を別途設ける必要が無く、単純な回路構成で開閉回路を実現することができる。

以上のように、本発明にかかる軸流送風機は、始動時は運転コンデンサ１０と始動コンデンサ１２の両方に通電することによって安定的に始動し、始動後は始動コンデンサ１２を遮断して運転コンデンサ１０のみに通電することによって消費電力を低減させると共に、電源周波数に同期した回転数にて一定運転することによって、機外静圧が上昇しても、風量の減少を少なくすることができる。これにより、ブラシレスＤＣモータやマイクロコンピュータ特別な回路を搭載することなく、安価に適切な風量を確保することが要求される電気機器である換気装置、扇風機、冷蔵庫、エアコンなどの空気調和機、冷却ユニットなどへの搭載が有用である。

本発明にかかる軸流送風機およびそれを搭載した電気機器は、
始動コンデンサによって安定的に始動し、始動後は始動コンデンサを遮断することによって消費電力を低減させると共に、電源周波数に同期した回転数にて一定運転することによって、機外静圧が上昇しても、風量の減少を少なくすることができる。これにより、ブラシレスＤＣモータやマイクロコンピュータ特別な回路を搭載することなく、安価に適切な風量を確保することが要求される電気機器である換気装置、扇風機、冷蔵庫、エアコンなどの空気調和機、冷却ユニットなどへの搭載が有用である。

１ 換気装置
２ 電機子巻線
３ かご形回転子
４ 固定子
５ 導体バー
６ 永久磁石
７ 開閉回路
８ 軸流送風機
８ａ プロペラファン
９ シャフト
１０ 運転コンデンサ
１１ 電動機
１２ 始動コンデンサ
１３ 開閉手段
１４ 壁
１５ 開閉制御手段
１６ 電源生成手段

Claims (5)

1. 回転軸と、
   この回転軸の少なくとも一端に接続したプロペラファンと、
   前記回転軸の外周に一体化され、導体バーを有するかご形回転子と、
   このかご形回転子に対向して位置し、電機子巻線を巻装した固定子とを備え、
   商用交流電源に接続する軸流送風機であって、
   前記電機子巻線に接続した運転コンデンサと、
   前記運転コンデンサに並列接続した始動コンデンサを設け、
   前記かご形回転子には、前記導体バーを前記固定子との間に挟む位置に永久磁石を配し、前記始動コンデンサの接続を開閉する開閉手段と、
   この開閉手段の接続部分から電源を生成する電源生成手段と、
   前記電源生成手段からの電源の供給開始から所定時間は前記開閉手段の開閉を繰返し、所定時間経過後は前記開閉手段を開状態に保持する開閉制御手段を備えた軸流送風機。
2. 前記開閉手段は、接続部分に印加される交流電圧および交流電流に同期して開閉を繰返すことを特徴とする請求項１記載の軸流送風機。
3. 前記開閉手段は、接続部分に印加される交流電圧のゼロクロス点から所定時間後に開状態から閉状態へ移行すると共に、
   前記交流電圧のサイクル数が増加すると前記所定時間も増加し、所定サイクル後は閉状態へ移行しないことを特徴とする請求項２記載の軸流送風機。
4. 前記開閉手段は、接続部分に印加される交流電流のゼロクロス点で閉状態から開状態へ移行することを特徴とする請求項２記載の軸流送風機。
5. 請求項１〜４いずれかひとつに記載の軸流送風機を搭載した電気機器。

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