JP4451431B2 - ファンシステムおよびそのブレーキをかける方法 - Google Patents

Description

本発明は、ファンシステムに関し、特に、ブレーキ機能を有するファンシステムに関するものである。

現在、電子システムのデーター処理量が増加しつつ、ユーザーも高速で中断しないシステムを要求していることに応じて、電子システムの放熱の問題が重視されてきている。現在、電子システムのほとんどがファンシステムを用いて放熱効果を得ているが、ファンシステムを採用している電子システムの電源がオフにされた時、またはファンシステムが電子システムと物理的に切り離されることで電力が得られない時にも、ファンシステムのモーターは、慣性作用により、しばらく回転し続ける。この時、ユーザーが接触した場合にはケガをする恐れがある。また、慣性作用は、電源の再開または電子システムの再接続ための待機時間も長くし、効率を低下させる。

図１を参照すると、上述の問題を解決するために、従来のファンシステム１は、主にエネルギー蓄積装置１０と、小信号電源２０と、駆動装置３０と、モーター４０と、選択装置５０とに、より構成される。エネルギー蓄積装置１０は、電子システムに内蔵可能な電源供給器２に電気的に接続され、電源供給器２から電力を受ける蓄積コンデンサＣ_Eを有する。小信号電源２０は、電源供給器２から電力を受けた前記エネルギー蓄積装置１０に電気的に接続され、且つ、この電力を変換して出力する。駆動装置３０は、小信号電源２０に電気的に接続され、当該小信号電源２０から前記電力を受けて駆動信号Ｐを発生し、モーター４０を駆動する。モーター４０は、エネルギー蓄積装置１０に電気的に接続されて、電力を受ける。モーター４０は、選択装置５０にも電気的に接続される。選択装置５０は、駆動信号Ｐをモーター４０へ出力するかどうかを選択する。駆動信号Ｐは、駆動装置３０より発生されたパルス幅変調（ＰＷＭ）信号であってもよく、駆動信号Ｐがモーター４０に入力された時に、モーター４０を回転させる。また、ファンシステム１は、第１コンデンサＣ₁と第２コンデンサＣ₂を更に含み、第１コンデンサＣ₁の一端は、小信号電源２０に電気的に接続され、他端は、接地端子に電気的に接続される。第２コンデンサＣ₂の一端は、エネルギー蓄積装置１０とモーター４０とに電気的に接続され、他端は、接地端子に電気的に接続される。

ファンシステム１は、電源経路と制御経路とを有することに留意されたい。電力経路は、エネルギー蓄積装置１０から第２コンデンサＣ₂を介してモーター４０に接続され、モーターは充電される。制御経路は、エネルギー蓄積装置１０から小信号電源２０、駆動装置３０、または第１コンデンサＣ₁を介して、最後にモーター４０に接続される。ファンシステム１が電源供給器２からの電力を受けた時、モーター４０は、電力経路によって電力を得て、制御経路によって駆動信号Ｐを得て回転を駆動する。しかし、電源供給器２がオフにされた時、またはファンシステム１が電源供給器２から切り離され、電力を得られない時に、エネルギー蓄積装置１０の蓄積コンデンサＣ_Eは、電力経路と制御経路とに電力を放電し始め、これにより第１コンデンサＣ₁と駆動装置３０は、蓄積コンデンサＣ_Eから放電された電力を受けることができる。第１コンデンサＣ1は、起動信号Ｓを選択装置５０に供給する。理想の状態では、選択装置５０は、起動信号Ｓを選択し、モーター４０内部に短絡ループを形成する。電力切断後のモーター４０の慣性作用によって、コイルＬに誘導電流が生成されて、逆方向の磁界が発生され、モーター４０の慣性回転を阻止する。

しかし、実際には、蓄積コンデンサＣEが放電された時に、同時に駆動装置３０も電力を受け、駆動信号Ｐをモーター４０に供給してしまう。第１コンデンサＣ1と駆動装置３０との両方が制御経路上にあることから、起動信号Ｓと駆動信号Ｐの入力のタイミングと電位が非常に近いことから、選択装置５０は、起動信号Ｓではなく、駆動信号Ｐを選択する可能性がある。よって、ブレーキをかける機能が通常通り利かなくなる場合がある。

また、制御経路上に２つの分岐した経路が設けられることから（第１コンデンサＣ1と駆動装置３０）、蓄積コンデンサＣ_Eは、十分に大きなコンデンサでもって、電力経路と制御経路とに十分な電力を供給しなければならない。しかし、これはより費用が高く、生産コストが上がるため、改善する必要がある。

本発明の目的は、上述の課題を解決するファンシステムを提供することである。前記ファンシステムは、起動信号を電力経路よりモーターに供給することで制御経路の駆動信号と隔離し、起動信号と駆動信号とが同時に同じ電位をモーターに入力することを防ぎ、ブレーキが利かなくなる欠点を阻止する。また、エネルギー蓄積装置のコンデンサは、高容量のコンデンサを必要としないことから効果的にコストを削減することができる。

上述の目的を達成するために、電源供給器に電気的に接続され、前記電源供給器より発生された電力を受けるファンシステムを提供する。前記ファンシステムは、主に、エネルギー蓄積装置と、モーターと、駆動装置と、起動装置とに、より構成される。前記エネルギー蓄積装置は、前記電力を受けてこれを蓄積する。前記モーターは、前記エネルギー蓄積装置に電気的に接続され、前記電力を受ける。前記駆動装置は、前記エネルギー蓄積装置と前記モーターとの間に電気的に接続され、これらとともに制御経路を形成する。前記起動装置は、前記エネルギー蓄積装置と前記モーターとの間に電気的に接続され、これらとともに電力経路を形成する。前記電源供給器の前記電力が前記ファンシステムに供給されない時に、前記エネルギー蓄積装置は、蓄積された前記電力を放電し、前記起動装置は、前記放電された電力に従って起動信号を前記モーターに供給し、これにより前記モーターに短絡ループを形成させ、ブレーキをかける。さらに、前記起動装置は、起動コンデンサと、レジスタと、ツェナーダイオードと、を含み、前記レジスタの第１端と前記起動コンデンサの第１端とはともに、前記エネルギー蓄積装置と前記モーターとに電気的に接続され、前記ツェナーダイオードの第１端は、前記レジスタの第２端に電気的に接続され、且つ、前記ツェナーダイオードの第２端と前記起動コンデンサの第２端とはともに、接地端子に接続され、前記電源供給器から前記電力が前記ファンシステムに供給されない時に、前記エネルギー蓄積装置からの前記電力を前記起動コンデンサが受けて、当該起動コンデンサから前記レジスタと前記ツェナーダイオードに放電し、前記ツェナーダイオードの第１端より、前記ツェナーダイオードのブレークダウン電圧に等しい前記起動信号を出力する。

上述の目的を達成するために、ファンシステムにブレーキをかける方法を提供する。前記ファンシステムは、電源供給器に電気的に接続され、ここから電力を供給される。前記ファンシステムは、エネルギー蓄積装置と、モーターと、駆動装置と、起動装置とに、より構成され、前記起動装置は、起動コンデンサと、レジスタと、ツェナーダイオードと、を含み、前記レジスタの第１端と前記起動コンデンサの第１端とはともに、前記エネルギー蓄積装置と前記モーターとに電気的に接続され、前記ツェナーダイオードの第１端は、前記レジスタの第２端に電気的に接続され、且つ、前記ツェナーダイオードの第２端と前記起動コンデンサの第２端とはともに、接地端子に接続される。前記エネルギー蓄積装置は、前記電源供給器に電気的に接続され、前記電力を蓄積し、前記駆動装置と前記モーターとともに制御経路を形成し、前記起動装置と前記モーターとともに電力経路を形成する。前記ブレーキをかける方法は、電源供給器の電力が前記ファンシステムに供給されない時に、前記エネルギー蓄積装置より前記電力を放電し、前記放電された電力を前記起動コンデンサが受けて、当該起動コンデンサから前記レジスタと前記ツェナーダイオードに放電し、前記ツェナーダイオードの第１端より、前記ツェナーダイオードのブレークダウン電圧に等しい起動信号を発生させ、前記起動信号に基づいて前記モーターに短絡ループを形成させ、ブレーキをかける。

本発明のファンシステムによれば、起動装置を電力経路上に設置することでこれを制御経路上の駆動装置と隔離し、電源供給器の電力が前記ファンシステムに供給されない時に、起動装置がモーターに短絡ループを形成させて、ブレーキの効果を得ることができる。この構造の構成は、従来のブレーキの誤動作の欠点を効果的に改善することができ、且つ、更に比較的小容量の蓄積コンデンサを用いることができ、コスト削減を達成することができる。

本発明に係る目的、特徴、長所が一層明確に理解されるよう、以下に実施形態を例示し、これらについて添付の図面を参照にしながら詳細に説明する。

図２は、本発明のファンシステム３の回路構成の概略図である。ファンシステム３は、電源供給器２に電気的に接続され、電源供給器２から電力を供給される。ファンシステム３は、エネルギー蓄積装置１０と、小信号電源２０と、駆動装置３０と、モーター４０と、選択装置５０と、起動装置６０と、により構成される。エネルギー蓄積装置１０は、電源供給器２に電気的に接続され、ここから電力を受けてこれを蓄積する（図２に示すように、蓄積コンデンサＣ_Eによってエネルギーを蓄積することができる）。モーター４０は、エネルギー蓄積装置１０に電気的に接続され、電力が供給される。駆動装置３０は、エネルギー蓄積装置１０とモーター４０との間に電気的に接続され、制御経路を形成する。駆動装置３０は、電力に基づいて駆動信号Ｐをモーター４０に発生する。起動装置６０は、エネルギー蓄積装置１０とモーター４０との間に電気的に接続され、電力経路を形成する。起動装置６０は、電力に基づいて起動信号Ｓをモーター４０に供給する。小信号電源２０は、エネルギー蓄積装置１０と駆動装置３０との間に設置され、エネルギー蓄積装置１０が放電した電力を受けて、この電力を変換し、駆動装置３０に出力する。選択装置５０は、モーター４０に電気的に接続される。選択装置５０は、駆動信号Ｐと起動信号Ｓを受けることができ、これらの内の１つを選び、モーター４０に入力する。

ファンシステム３が電源供給器２の電力を受けた時に、モーター４０は、起動装置６０を通して電力を得つつ、選択装置５０を通して駆動信号Ｐが選択されモーターに入力される。これによりモーター４０は回転し、駆動信号Ｐに基づいて回転速度が制御される。駆動信号Ｐは、パルス幅変調（ＰＷＭ）信号からなることができる。

ファンシステム３が電源供給器２から切り離され、または電源供給器２がオフにされる等、ファンシステム３に電力を供給できない時には、エネルギー蓄積装置１０は、電力経路と制御経路とに放電を始める。この時、起動装置６０と駆動装置３０は、起動信号Ｓと駆動信号Ｐとをそれぞれ別々に出力する。電力経路の伝送が制御経路の伝送よりも速いことから、起動装置６０は、先に起動信号Ｓを選択装置５０に出力し、従って選択装置５０も起動信号Ｓをモーター４０に直接出力し、モーター４０内部に短絡ループを形成する。よって、モーター４０の動作を停止するブレーキ効果が達成される。

図３は、図２のファンシステムの選択装置の実施例を示す回路構成図である。選択装置５０は、第１選択器５１と第２選択器５２とを更に含み、第１選択器５１と第２選択器５２とは、モーター４０にそれぞれ電気的に接続され、双方ともに起動信号Ｓや駆動信号Ｐを受ける。第１選択器５１と第２選択器５２がともに駆動信号Ｐを受けた時、モーター４０が回転する。第１選択器５１と第２選択器５２がともに起動信号Ｓを受けた時、モーター４０が停止する。

図４は、図３のファンシステムの起動装置とモーターの実施例を示す回路構成図である。起動装置６０は、主に起動コンデンサＣ_Sと、レジスタＲと、ツェナーダイオードＺ_Dとにより構成される。起動コンデンサＣ_Sは、一端がエネルギー蓄積装置１０とモーター４０に電気的に接続され、他端が接地端子に電気的に接続される。レジスタＲの一端は、エネルギー蓄積装置１０とモーター４０に電気的に接続され、レジスタＲの他端は、ツェナーダイオードＺ_Dの一端に電気的に接続され、ツェナーダイオードＺ_Dの他端は、接地端子に電気的に接続される。

電力がファンシステム３に供給されない時に、エネルギー蓄積装置１０は、電力を起動コンデンサＣ_Sに放電し、従って起動コンデンサＣ_SからレジスタＲと、ツェナーダイオードＺ_Dに放電する。起動信号Ｓは、レジスタＲとツェナーダイオードＺ_Dとの間から出力される。この実施例では、起動信号Ｓは、ツェナーダイオードＺ_Dのブレークダウン電圧である。

また、図４に示すように、モーター４０は、第１スイッチ４１と、第２スイッチ４２と、第３スイッチ４３と、第４スイッチ４４と、コイルＬとから構成され（フルブリッジ構成）、第１スイッチ４１と第２スイッチ４２とは、双方ともに駆動信号Ｐを受け、第３スイッチ４３と第４スイッチ４４とは、第１選択器５１と第２選択器５２とにそれぞれ電気的に接続され、第１選択器５１と第２選択器５２とを通して駆動信号Ｐまたは起動信号Ｓを受ける。

ファンシステム３が電源供給器２の電力を受けた時、モーター４０は、起動装置６０を通して電力を得て、且つ、選択装置５０を通して駆動信号Ｐ（ＰＷＭ信号）が選択されてモーターに入力され、第１スイッチ４１、第４スイッチ４４と第２スイッチ４２、第３スイッチ４３を交互にオンにする。よって、コイルＬの電流方向を交互に変更して、モーターを回転させる。しかし、ファンシステム３が電源供給器２から切り離され、または電源供給器２がオフにされて、ファンシステム３に電力が供給されない時、エネルギー蓄積装置１０は、電力経路と制御経路とに向けて放電を始める。この時、起動装置６０は、起動信号Ｓを選択装置５０に出力し、第１選択器５１と第２選択器５２とが、起動信号Ｓを第３スイッチ４３と第４スイッチ４４に出力できるようにする。よって、第３スイッチ４３と第４スイッチ４４はともにオンにされ、接地端子に接続されて、コイルＬとともに短絡ループを形成し、ブレーキの効果を達成する。

また、コイルＬは、短絡ループが形成された時に、逆起電力を発生することに留意されたい。逆起電力の電流は、起動コンデンサＣ_Sを充電するように逆流する。よって、起動コンデンサＣ_Sが放電した、レジスタＲおよびツェナーダイオードＺ_Dのエネルギーを確保することができる。よって、起動装置６０と駆動装置３０とへ供給される電力が確保される限り、高容量の蓄積コンデンサＣ_Eを使用する必要がなく、効果的にコスト削減を達成することができる。

以上、本発明の好適な実施例を例示したが、これは本発明を限定するものではなく、本発明の趣旨及び範囲を逸脱しない限りにおいては、当業者であれば行い得る少々の変更や改良を包含するものである。従って、本発明が保護を請求する範囲は、添付の特許請求の範囲を基準とする。

従来のファンシステムの回路構成の概略図である。 本発明のファンシステムの回路構成の構成概略図である。 図２のファンシステムの選択装置の実施例を示す回路構成図である。 図３のファンシステムの起動装置とモーターの実施例を示す回路構成図である。

１，３ ファンシステム
２ 電源供給器
１０ エネルギー蓄積装置
２０ 小信号電源
３０ 駆動装置
４０ モーター
４１ 第１スイッチ
４２ 第２スイッチ
４３ 第３スイッチ
４４ 第４スイッチ
５０ 選択装置
５１ 第１選択器
５２ 第２選択器
６０ 起動装置
Ｃ₁ 第１コンデンサ
Ｃ₂ 第２コンデンサ
Ｃ_E 蓄積コンデンサ
Ｃ_S 起動コンデンサ
Ｐ 駆動信号
Ｓ 起動信号

Claims (8)

1. 電源供給器に電気的に接続され、前記電源供給器より発生された電力を受けるファンシステムであって、前記ファンシステムは、
   前記電力を受けて蓄積するエネルギー蓄積装置と、
   前記エネルギー蓄積装置に電気的に接続され、且つ、前記電力を受けるモーターと、
   前記エネルギー蓄積装置と前記モーターとの間に電気的に接続され、これらとともに制御経路を形成し、且つ、前記電力に基づいて駆動信号を前記モーターに供給する駆動装置と、
   前記エネルギー蓄積装置と前記モーターとの間に電気的に接続され、これらとともに電力経路を形成する起動装置と、を含み、
   前記電源供給器から前記電力が前記ファンシステムに供給されない時に、前記エネルギー蓄積装置は、蓄積された前記電力を放電し、且つ、前記起動装置は、前記放電電力に基づいて起動信号を前記モーターに供給し、これにより前記モーターに短絡ループを形成させて、ブレーキをかける構成を有し、
   前記起動装置は、起動コンデンサと、レジスタと、ツェナーダイオードと、を含み、
   前記レジスタの第１端と前記起動コンデンサの第１端とはともに、前記エネルギー蓄積装置と前記モーターとに電気的に接続され、前記ツェナーダイオードの第１端は、前記レジスタの第２端に電気的に接続され、且つ、前記ツェナーダイオードの第２端と前記起動コンデンサの第２端とはともに、接地端子に接続され、
   前記電源供給器から前記電力が前記ファンシステムに供給されない時に、前記エネルギー蓄積装置からの前記電力を前記起動コンデンサが受けて、当該起動コンデンサから前記レジスタと前記ツェナーダイオードに放電し、前記ツェナーダイオードの第１端より、前記ツェナーダイオードのブレークダウン電圧に等しい前記起動信号を出力することを特徴とするファンシステム。
2. 前記エネルギー蓄積装置は、前記電源供給器の前記電力を受け、且つ、前記電源供給器から前記電力が前記ファンシステムに供給されない時に、蓄積された前記電力を前記制御経路と前記電力経路とに放電する蓄積コンデンサを含むことを特徴とする請求項１に記載のファンシステム。
3. 前記駆動装置は、マイクロプロセッサまたはプログラマブル制御チップからなることを特徴とする請求項１に記載のファンシステム。
4. 前記ファンシステムは、前記モーターに電気的に接続され、且つ、モーターに向けて、前記起動信号あるいは前記駆動信号のみを出力するか、または双方の信号を出力するかを選ぶ選択装置を更に含む請求項１に記載のファンシステム。
5. 前記モーターは、複数のスイッチとコイルとを含み、前記選択装置は、前記スイッチのうちの２つに電気的に接続され、前記２つのスイッチは、前記選択装置が前記モーターへ前記起動信号を出力することを選択した時にオンにされ、前記コイルとともに前記短絡ループを形成することを特徴とする請求項４に記載のファンシステム。
6. 前記選択装置は、第１選択器と第２選択器とを含み、前記選択器は双方ともに、前記起動信号と前記駆動信号とを受け、且つ、前記起動信号または前記駆動信号のいずれか１つを選択し、前記２つのスイッチに入力することを特徴とする請求項５に記載のファンシステム。
7. 前記駆動信号は、パルス幅変調（ＰＷＭ）信号からなることを特徴とする請求項１に記載のファンシステム。
8. ファンシステムにブレーキをかける方法であって、
   前記ファンシステムを提供するステップであって、前記ファンシステムは、電力を受けるために電源供給器に電気的に接続され、前記ファンシステムは、エネルギー蓄積装置と、モーターと、駆動装置と、起動装置と、により構成され、前記起動装置は、起動コンデンサと、レジスタと、ツェナーダイオードと、を含み、
   前記レジスタの第１端と前記起動コンデンサの第１端とはともに、前記エネルギー蓄積装置と前記モーターとに電気的に接続され、前記ツェナーダイオードの第１端は、前記レジスタの第２端に電気的に接続され、且つ、前記ツェナーダイオードの第２端と前記起動コンデンサの第２端とはともに、接地端子に接続され、
   前記エネルギー蓄積装置は、前記電源供給器に電気的に接続されて前記電力を蓄積し、前記駆動装置と前記モーターとともに制御経路を形成し、前記起動装置と前記モーターとともに電力経路を形成することとなるステップと、
   前記電源供給器から前記電力が前記ファンシステムに供給されない時に、前記エネルギー蓄積装置から前記電力を放電するステップと、
   前記電力を前記起動コンデンサが受けて、前記レジスタと前記ツェナーダイオードに放電し、前記ツェナーダイオードの第１端より、前記ツェナーダイオードのブレークダウン電圧に等しい前記起動信号を発生させるステップと、
   前記起動信号に基づいて前記モーターに短絡ループを形成させ、ブレーキをかけるステップと、を含む方法。

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