JP5625640B2 - 複数台運転ファン駆動装置およびその故障処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、複数台のファンモータを回転速度可変に接続して同時に運転するようにした複数台運転ファン駆動装置およびその故障処理方法に関する。

工業用、医療用などのクリーンルームなどにおいては、外部のエアをファンで吸入、加圧し、フィルタを通ったクリーンエアを内部に供給するようなファン付きのフィルタとすることができるファンフィルターユニットが使用されている。このファンフィルターユニットは、クリーンルームの大きさ、必要とする清浄度などに応じて複数設置され、それぞれのファンを駆動しているファンモータは、１台の複数台運転ファン駆動装置によって運転されている（たとえば、特許文献１参照）。

複数台運転ファン駆動装置は、ファンフィルターユニットの個数分のファンモータ駆動回路を備え、それぞれのファンモータ駆動回路が各ファンフィルターユニットのファンモータに個別に接続されている。そのファンモータ駆動回路は、ファンモータを所定の回転速度で回転駆動することができる電力変換装置によって構成され、ファンモータに流れる電流などを検出する各種センサが設けられている。

複数台運転ファン駆動装置では、複数のファンモータ駆動回路に対して回転速度指令を与え、ファンモータ駆動回路は、その回転速度指令に従って指令された回転速度になるようにファンモータを駆動制御する。回転速度指令は、複数のファンモータ駆動回路に同時に与えられ、ファンフィルターユニットの運転スケジュールのパターンに従って逐次変更される。

特開２００５−２５７２５８号公報

従来の複数台運転ファン駆動装置では、ファンモータまたはファンモータ駆動回路に異常が発生して対応するファンモータが停止した場合、他のファンモータは、引き続き異常発生前と同じ回転速度で運転が継続される。これにより、停止したファンモータが送風していた分の風量がなくなることから、全体のファン風量が低下し、クリーンルームの必要な清浄度を維持できなくなるという問題点があった。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、異常発生によりファンモータが停止しても、トータルのファンモータから発生する風量の低下を抑える複数台運転ファン駆動装置およびその故障処理方法を提供することを目的とする。

本発明では上記の課題を解決するために、それぞれがファンモータを個別に運転または停止する複数のファンモータ駆動回路を備えた複数台運転ファン駆動装置において、前記ファンモータ駆動回路に回転速度指令を供給するとともに前記ファンモータ駆動回路から前記ファンモータまたは当該ファンモータ駆動回路の異常を表す異常信号を受けるよう構成された回転速度指令演算手段を備え、前記回転速度指令演算手段は、前記ファンモータ駆動回路の１つから前記異常信号を受けたときに正常時に運転していた前記ファンモータの数Ｎ１およびその回転速度Ｖ１と異常時に運転可能な前記ファンモータの数Ｎ２とから異常時の回転速度Ｖ２＝Ｖ１・（Ｎ１／Ｎ２）を算出し、算出した異常時の回転速度Ｖ２が定格回転速度を超えているときは、所定の風量に達していない旨の警告をし、残りの運転可能な前記ファンモータの回転速度を前記定格回転速度に設定することを特徴とする複数台運転ファン駆動装置が提供される。

また、本発明では、それぞれがファンモータを個別に運転または停止する複数のファンモータ駆動回路を備えた複数台運転ファン駆動装置の故障処理方法において、それぞれ所定の回転速度にて運転されている前記ファンモータの異常を監視し、特定の前記ファンモータの異常検出に応答して、正常時に運転していた前記ファンモータの数Ｎ１およびその回転速度Ｖ１と、異常時に運転可能な前記ファンモータの数Ｎ２とを求め、異常時の回転速度Ｖ２＝Ｖ１・（Ｎ１／Ｎ２）を算出し、算出した異常時の回転速度Ｖ２が定格回転速度以下かどうかを判断し、算出した異常時の回転速度Ｖ２が前記定格回転速度を超えているときは、所定の風量に達していない旨の警告をし、残りの運転可能な前記ファンモータの回転速度を前記定格回転速度に設定する、ことを特徴とする複数台運転ファン駆動装置の故障処理方法が提供される。

このような複数台運転ファン駆動装置およびその故障処理方法によれば、ファンモータの１つが異常により停止したときに、残りの運転可能なファンモータの回転速度を上昇させるがその回転速度が定格回転速度を超えているときには定格回転速度まで落とすことにした。これにより、異常により停止したファンモータによって得られていた風量を残りの運転可能なファンモータが分担して補うようにしたことで、トータルの風量低下を抑えることができ、残りの運転可能なファンモータの回転速度が定格回転速度を超えているときには警告をして定格回転速度まで落とすことで過負荷運転を予防することができる。

上記構成の複数台運転ファン駆動装置およびその故障処理方法は、ファンモータまたはそのファンモータ駆動回路に異常が発生してファンモータが停止しても、残りの運転可能なファンモータの回転速度を上昇させて風量を増加させるので、トータルの風量を低下させることなく複数台運転ファン駆動装置の運転を次のメンテナンス時期まで継続させることができる。ただし、残りの運転可能なファンモータの回転速度が定格回転速度を超えているときには所定の風量に達していないことを警告するとともに定格回転速度まで落とすことで過負荷運転を予防することができるという利点がある。

本発明の実施の形態に係るファンモータ駆動システムの構成例を示す図である。 回転速度指令演算部の処理の流れを示すフローチャートである。 異常発生時における回転速度の変化を示す図である。 回転速度指令演算部の処理の第１の変形例を示すフローチャートである。 回転速度指令演算部の処理の第２の変形例を示すフローチャートである。 回転速度指令演算部の処理の第３の変形例を示すフローチャートである。 回転速度指令演算部のハードウェア構成例を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明の実施の形態に係るファンモータ駆動システムの構成例を示す図、図２は回転速度指令演算部の処理の流れを示すフローチャート、図３は異常発生時における回転速度の変化を示す図である。

ファンモータ駆動システムは、複数台運転ファン駆動装置１０と、これに接続された複数の、本実施の形態では、４台のファンモータ２１〜２４とによって構成されている。複数台運転ファン駆動装置１０は、ファンモータ２１〜２４に対応して設けられた４台のファンモータ駆動回路１１〜１４と、回転速度指令演算部１５とを備えている。回転速度指令演算部１５は、ファンモータ駆動回路１１〜１４に対する回転速度指令１６を演算してそれぞれに送出するとともに、ファンモータ駆動回路１１〜１４から異常信号１７を受けるよう構成されている。

ファンモータ２１〜２４は、各種方式のモータを使用することができるが、ここでは、消費電力および騒音が低く寿命の長い３相ブラシレス直流モータとしている。なお、この実施の形態では、ファンモータが４台の場合を例示しているが、本発明では、ファンモータの台数は、これに限定されるものではなく、２台以上であればよい。

複数台運転ファン駆動装置１０において、ファンモータ駆動回路１１〜１４は、ファンモータ２１〜２４を所定の回転速度で駆動するもので、ファンモータ２１〜２４が３相ブラシレス直流モータの場合には、３相出力のインバータ回路を備えている。ファンモータ駆動回路１１〜１４は、また、そのインバータ回路を制御する制御回路を備えている。この制御回路は、回転速度指令演算部１５から出力された回転速度指令１６と、ファンモータ２１〜２４のロータの位置を検出する位置検出センサの出力信号とを受けて、ファンモータ２１〜２４を指令された回転速度に制御する。ファンモータ駆動回路１１〜１４は、さらに、インバータ回路におけるスイッチング素子の過電流を検出する電流検出センサ、スイッチング素子の過熱を検出する温度センサを備え、これらのセンサ出力は、異常信号１７として回転速度指令演算部１５に送出される。

なお、このような複数台運転ファン駆動装置１０は、１台の場合もあるが、複数台で運用する場合もある。たとえば数十台、数百台、数千台の複数台運転ファン駆動装置１０を使用する場合、これらは、ネットワークによって相互に接続され、さらに集中制御および監視を行う上位装置が接続される。この上位装置は、複数台運転ファン駆動装置１０の個別またはグループ単位での運転・停止の操作、回転速度設定、状態・故障の監視、スケジュール管理などを行う。

次に、以上のようにして構成されたファンモータ駆動システムの動作について、図２および図３を参照しながら説明する。
ファンモータ２１〜２４およびファンモータ駆動回路１１〜１４が正常の場合、ファンモータ駆動回路１１〜１４は、回転速度指令演算部１５から出力された回転速度指令１６に従ってファンモータ２１〜２４を回転駆動する。これにより、ファンモータ２１〜２４は、指令された回転速度で駆動されることにより所定の風量を送出する。

ここで、ファンモータ２１〜２４またはファンモータ駆動回路１１〜１４に過電流が発生するなどして異常が生じた場合には、ファンモータ駆動回路１１〜１４は、ファンモータ２１〜２４を停止し、異常信号１７を回転速度指令演算部１５に送信する。回転速度指令演算部１５では、図２に示したように、異常信号１７の検出を監視しており（ステップＳ１）、ファンモータ駆動回路１１〜１４の１つから異常信号１７が検出された場合、他の運転可能なファンモータの回転速度を上昇させるようにする（ステップＳ２）。その後、回転速度指令演算部１５の処理は、異常信号１７の検出を監視するステップＳ１に戻る。

たとえば、ファンモータ駆動回路１１がファンモータ２１の異常を検出してそのファンモータ２１を停止し、異常信号１７を回転速度指令演算部１５に送信したとする。回転速度指令演算部１５は、この異常信号１７を受信すると、図３に示したように、他のファンモータ駆動回路１２〜１４に対し、ファンモータ２２〜２４の回転速度を上昇させる回転速度指令１６を出力する。これにより、特定のファンモータ２１が停止しても、それによる風量の低下分が残りのファンモータ２２〜２４の回転速度を上昇させることによって補われるので、トータルの風量の低下を抑えることができる。

図４は回転速度指令演算部の処理の第１の変形例を示すフローチャートである。
回転速度指令演算部１５の処理の第１の変形例によれば、異常信号１７を受信したときに残りの運転可能なファンモータの回転速度をどのくらい上昇させるかについてあらかじめ記憶させておくようにしている。この記憶としては、運転可能なファンモータの数と乗算係数との対応テーブルとすることができる。これにより、ファンモータが停止したときに残りのファンモータによって補われる風量を正確に設定することができる。

すなわち、回転速度指令演算部１５は、異常信号１７の検出を監視しており（ステップＳ１１）、ファンモータ駆動回路１１〜１４の１つから異常信号１７が検出されると、他の運転可能なファンモータの数を算出する（ステップＳ１２）。次に、回転速度指令演算部１５は、対応テーブルを参照して、運転可能なファンモータの数に対応する回転速度の乗算係数を読み出す（ステップＳ１３）。そして、回転速度指令演算部１５は、他の運転可能なファンモータの回転速度を乗算係数を乗じた値に設定する（ステップＳ１４）。その後、回転速度指令演算部１５の処理は、異常信号１７の検出を監視するステップＳ１１に戻る。

たとえば、４台のファンモータ２１〜２４で運転の場合、対応テーブルは、運転可能なファンモータが３台になったときの乗算係数「１．３３」、２台になったときの乗算係数「２」、１台になったときの乗算係数「４」を記憶している。ファンモータ駆動回路１２〜１４の１つから異常信号１７を受けると、回転速度指令演算部１５は、運転可能なファンモータの数の「３」を算出し、対応テーブルから「３」に対応する乗算係数「１．３３」を求める。そして、回転速度指令演算部１５は、指定されていたファンモータの回転速度に乗算係数の「１．３３」を乗じた値を算出し、これを回転速度指令１６として、残りの運転可能なファンモータに送出する。これにより、残りの運転可能なファンモータは、その回転速度が１．３３倍に上昇され、それぞれ風量が３３％増加される。４台のうちの１台が停止したことでトータルの風量が７５％に減るが、それぞれの風量を３３％増加させたことで、トータルの風量の低下を９９％に抑えることができる。

図５は回転速度指令演算部の処理の第２の変形例を示すフローチャートである。
回転速度指令演算部１５の処理の第２の変形例によれば、ファンモータの異常発生時の回転速度を演算により求め、それを回転速度指令１６にして、運転可能なファンモータに送出するようにしている。

すなわち、回転速度指令演算部１５は、異常信号１７の検出を監視しており（ステップＳ２１）、ファンモータ駆動回路１１〜１４の１つから異常信号１７が検出されると、正常時の運転台数Ｎ１および回転速度Ｖ１と異常時の運転可能台数Ｎ２とを求める（ステップＳ２２）。次に、回転速度指令演算部１５は、異常時の回転速度Ｖ２を、
Ｖ２＝Ｖ１・（Ｎ１／Ｎ２）・・・（１）
の演算により求める（ステップＳ２３）。そして、回転速度指令演算部１５は、残りの運転可能なファンモータの回転速度をＶ２に設定し、それを回転速度指令１６とする（ステップＳ２４）。その後、回転速度指令演算部１５の処理は、異常信号１７の検出を監視するステップＳ２１に戻る。

図６は回転速度指令演算部の処理の第３の変形例を示すフローチャートである。
回転速度指令演算部１５の処理の第３の変形例によれば、異常時に設定すべき回転速度が定格回転速度を超えているような場合に、その定格回転速度を回転速度指令１６としてファンモータが過負荷にならないようにしている。

すなわち、回転速度指令演算部１５は、異常信号１７の検出を監視しており（ステップＳ３１）、ファンモータ駆動回路１１〜１４の１つから異常信号１７が検出されると、正常時の運転台数Ｎ１および回転速度Ｖ１と異常時の運転可能台数Ｎ２とを求める（ステップＳ３２）。次に、回転速度指令演算部１５は、異常時に制御すべき回転速度Ｖ２を、
Ｖ２＝Ｖ１・（Ｎ１／Ｎ２）・・・（１）
の演算により求める（ステップＳ３３）。次に、算出された回転速度Ｖ２が定格回転速度以下かどうかを判断し（ステップＳ３４）、回転速度Ｖ２が定格回転速度以下のときに、それを残りの運転可能なファンモータの回転速度指令１６に設定する（ステップＳ３５）。ステップＳ３４の判断にて回転速度Ｖ２が定格回転速度を超えているときには、所定の風量に達していない旨の警告をし（ステップＳ３６）、残りの運転可能なファンモータの回転速度を定格回転速度に設定する（ステップＳ３７）。これにより、運転可能なファンモータは、連続使用ができない定格出力以上の領域に回転速度が設定されることはないので、過負荷運転される危険がない。その後、回転速度指令演算部１５の処理は、異常信号１７の検出を監視するステップＳ３１に戻る。

図７は回転速度指令演算部のハードウェア構成例を示す図である。
回転速度指令演算部１５は、たとえばデジタルシグナルプロセッサのようなコンピュータ３０によって構成することができる。コンピュータ３０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）３１によって装置全体が制御されている。ＣＰＵ３１には、バス３６を介してＦＲＯＭ（Flash Read Only Memory）３２、ＲＡＭ（Random Access Memory）３３、入出力インタフェース３４および通信インタフェース３５が接続されている。

ＦＲＯＭ３２には、ＯＳ（Operating System）、ファンモータ２１〜２４およびファンモータ駆動回路１１〜１４が異常のときの処理を行うアプリケーションプログラム、ファンモータ２１〜２４の特性データなどが格納される。ＲＡＭ３３には、ＣＰＵ３１に実行させるＯＳのプログラムやアプリケーションプログラムの少なくとも一部が一時的に格納される。また、ＲＡＭ３３には、ＣＰＵ３１による処理のときに必要な各種演算データが一時的に格納される。

入出力インタフェース３４は、ファンモータ駆動回路１１〜１４が接続され、ＣＰＵ３１によって演算された回転速度指令１６をファンモータ駆動回路１１〜１４に供給したり、ファンモータ駆動回路１１〜１４から異常信号１７を受けたりする。入出力インタフェース３４は、また、必要に応じて、複数台運転ファン駆動装置１０が駆動する運転可能なファンモータだけでは必要な風量を得ることができなくなった旨の警告を行う回転灯などを接続することができる。

通信インタフェース３５は、ネットワーク４０に接続されている。通信インタフェース３５は、ネットワーク４０を介して上位装置に接続され、ファンモータ２１〜２４およびファンモータ駆動回路１１〜１４の異常を上位装置に通知をしたり、上位装置から運転・停止指令や回転速度またはトータル風量の設定指令などを受けたりする。

以上のようなハードウェア構成によって、上記の実施の形態における各種の処理機能を実現することができる。

１０ 複数台運転ファン駆動装置
１１〜１４ ファンモータ駆動回路
１５ 回転速度指令演算部
１６ 回転速度指令
１７ 異常信号
２１〜２４ ファンモータ
３０ コンピュータ
３１ ＣＰＵ
３２ ＦＲＯＭ
３３ ＲＡＭ
３４ 入出力インタフェース
３５ 通信インタフェース
３６ バス
４０ ネットワーク

Claims (2)

1. それぞれがファンモータを個別に運転または停止する複数のファンモータ駆動回路を備えた複数台運転ファン駆動装置において、
   前記ファンモータ駆動回路に回転速度指令を供給するとともに前記ファンモータ駆動回路から前記ファンモータまたは当該ファンモータ駆動回路の異常を表す異常信号を受けるよう構成された回転速度指令演算手段を備え、
   前記回転速度指令演算手段は、前記ファンモータ駆動回路の１つから前記異常信号を受けたときに正常時に運転していた前記ファンモータの数Ｎ１およびその回転速度Ｖ１と異常時に運転可能な前記ファンモータの数Ｎ２とから異常時の回転速度Ｖ２＝Ｖ１・（Ｎ１／Ｎ２）を算出し、算出した異常時の回転速度Ｖ２が定格回転速度を超えているときは、所定の風量に達していない旨の警告をし、残りの運転可能な前記ファンモータの回転速度を前記定格回転速度に設定することを特徴とする複数台運転ファン駆動装置。
2. それぞれがファンモータを個別に運転または停止する複数のファンモータ駆動回路を備えた複数台運転ファン駆動装置の故障処理方法において、
   それぞれ所定の回転速度にて運転されている前記ファンモータの異常を監視し、
   特定の前記ファンモータの異常検出に応答して、正常時に運転していた前記ファンモータの数Ｎ１およびその回転速度Ｖ１と、異常時に運転可能な前記ファンモータの数Ｎ２とを求め、
   異常時の回転速度Ｖ２＝Ｖ１・（Ｎ１／Ｎ２）を算出し、
   算出した異常時の回転速度Ｖ２が定格回転速度以下かどうかを判断し、
   算出した異常時の回転速度Ｖ２が前記定格回転速度を超えているときは、所定の風量に達していない旨の警告をし、残りの運転可能な前記ファンモータの回転速度を前記定格回転速度に設定する、
   ことを特徴とする複数台運転ファン駆動装置の故障処理方法。
   

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