JP5782237B2 - 複数のｄｃファンの回転状態を監視する方法 - Google Patents

Description

本発明は、複数のＤＣファンの回転状態を監視する方法に関し、詳しくは、電子機器などを冷却するために用いる複数のＤＣファンの回転速度を検出し、複数のＤＣファンの回転状態を監視する方法に関する。

電装箱に複数のファンを設置して電子回路装置をムラ無く冷却する、植物プラントで複数のファンを設置して満遍なく植物に風を当てて成長の個体差を少なくする、など大量のファンを用いる用途において、ファンが故障した場合の損害を最少に留めるために、個々のファンの回転速度を監視したいというニーズがある。
ファンの回転速度検出方法としては、ファン内部にタコメータ等の検出器を設ける方法（特許文献１参照）、ファンの原動機の電流変化を基に検出する方法（特許文献２参照）等が知られている。
大量の速度アラーム付きファンを使用すると、ファンの価格も上がると同時に、大量のアラーム信号線の配線にかかわる煩雑さや、総部品数の増加や長距離伝送に伴う信頼性の低下など、問題点が多い。

特開平０４−０２２１８１号公報 実開平０６−０３７５９１号公報 特開昭６１−１１６０９４号公報 特開２００１−２２７４９３号公報 特開２００５−０６９２１７号公報

図８および図９は、従来の速度検出回路付きファンを用いた場合のシステム概念図である。図８の場合、各ファン１００₁〜１００_ｎから電源線１０２aと１０２ｂの他に検出信号線１０２ｃの３本の配線が制御装置１０３に接続されている。例えば１００台のファンの場合、合計３００本となる。図９の場合は、電源線１０２aと１０２ｂを共通としたので、合計１０２本の配線で良いが、制御装置から一番遠いファン１００_ｎの検出信号線のGND線には多くのファンの電流が流れているので電圧変動が大きく、ノイズには敏感になってしまうという欠点がある。
特許文献３は、これらの問題を、識別コードスイッチを各々のファンに内蔵し、全体制御装置側で、その信号をデコードすることで送風機を識別する方法で、検出信号線の削減を図った例である。この技術を用いると、予め、設置位置に対応して、各ファンに固有の識別コードをスイッチでセットしなければならず、大量のファンを設置するような用途では、非常に煩雑で間違いを誘発しやすい。
特許文献５においても、「各制御手段はそれぞれアクセスアドレスを有している」とあるように、識別のためのアドレスを予めセットされていることが前提であり、前記同様大量のファンを設置するような用途では、設置位置と個別のファンの相関が取り難く、煩雑で間違いを誘発しやすい。
それに加えて、一般に使用されているファンに識別コードなどを備えたものは少ない。
また、各々のファンに回転数検出装置あるいは回転数異常検出装置、さらには識別コード用スイッチなどを備えると、高額になってしまうという問題があった。
特許文献４は、この問題を、ファンからは回転数検出パルスのみを受け取るようにし、制御装置側で、時分割で切替ながら各送風機の回転数を監視するようにして、部品数の増加を抑えた例である。この技術では、比較演算部の部品数は削減できるが、依然としてファンに回転数検出器を装着しなければならない。
本発明の元となっているのは、ファンが故障等で送風能力が低下したときに使われている機器の機能に重大な影響を及ぼす恐れがあることから、ファンの運転状態を常に把握しておき故障したときには速やかに対処するという考えであって、制御装置には高い信頼性が求められる。前記特許文献３〜５に限らず、ファンから回転数情報などを含んだ信号線を長く引き回すとノイズの影響を受けやすいという信頼性面の問題があった。さらに、特許文献４，５のように、多くの電子回路素子をファンならびに制御装置に有することは、故障の確率を高めるという信頼性の面で問題があった。

本発明は、上記課題を解決し、電子機器の冷却等のために設置した複数のＤＣファン全ての運転状態を個別に監視する用途において、既存のＤＣファンが使用可能で、配線数を削減でき、ノイズの影響を受けづらく、部品数が少なく信頼性が高く、安価で、設置時の煩雑さを軽減できる、複数のＤＣファンの回転速度監視方法を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するため、複数のＤＣファンの回転状態を監視する方法において、各ＤＣファンの駆動電流を検出する駆動電流検出手段を制御装置内部またはその近傍に設け、前記駆動電流検出手段は、各ＤＣファンの電源配線に接続した抵抗器であって、前記制御装置内部に設けた１台の回転数検出手段に、前記各ＤＣファンの検出電流を順次入力し、前記回転数検出手段は入力された検出電流の脈動から回転数を検出して、これを判定し、あらかじめ定めておいた正常範囲か範囲外かの情報を送信し、順次ｎ台のＤＣファンの回転数計測および判定処理を進めていき、各ＤＣファンの回転状態を監視することにある。
また、本発明は、大量のファンを比較的少数のファンで構成されるグループに分け、前記制御装置と同様なグループ制御装置を設け、主制御機とは通信手段によって情報伝達して、主制御機が複数台のグループ制御装置を介して全てのＤＣファンの回転状態を監視することにある。
さらに、本発明は、前記複数のグループは、グループごとに識別コードを備えたことにある。

本発明によれば、複数台のＤＣファンの回転数を１つの検出手段で検出できるので、ファンごとに検出手段を用いる場合に比べて安価である。また、インピーダンスの低い動力線を流れる電流を制御機の近くで検出するため、ＤＣファン内部で検出した後に、信号線を用いて長い距離を伝達する従来の方法と比べて、外部ノイズによる誤検出が起きにくい。
本発明によれば、配線数が削減される。
本発明によれば、複数台のＤＣファンの回転数を検出し監視する制御装置をグループ分けしたため、主制御機は通信手段を用いて、複数のグループ制御装置の全てのファンを個別に監視できるとともに、多くのファンを１台の制御装置で検出する場合と比較して、設置時にファンの識別が容易となり、設置後のトラブルに対しても当該ファンの同定が容易となる。
本発明によれば、１台の主制御機で多数のＤＣファンの回転状態をより簡便、かつ正確に監視することができる。

本発明の実施の形態による、ＤＣファンを複数台設置するときの概念図である。 本発明の他の実施の形態による、ＤＣファンを複数台設置するときの概念図である。 本発明による回転数検出用演算装置の処理フローの概念図である。 主制御機とグループ制御装置とＤＣファンの関係を表した概念図である。 本発明によるグループ制御装置の構造を示す概念図である。 グループ制御装置から主制御機へのデータ送信の形態を示す概念図である。 ＤＣファンのモータに流れる電流波形例を示す波形図である。 従来の回転異常検出器を備えたＤＣファンを複数台設置する時の概念図である。 従来の回転異常検出器を備えたＤＣファンを複数台設置する時の別の概念図である。

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は、本発明による実施の形態を示した概念図で、複数の各々のＤＣファン１_１，１_２・・・１_ｎの電源配線２ａ、２ｂをそのまま制御装置３に接続した例である。制御装置３は、各々のＤＣファン１_１，１_２・・・１_ｎの電源配線２ａ、２ｂのマイナス側の配線２ｂに接続した駆動電流検出手段としての電流センサＲ_１，Ｒ_２，・・・Ｒ_ｎを内蔵したものである。各電流センサＲは、制御装置３の近傍に配設しても良い。制御装置３には、各電流センサＲとともに、回転数検出および正常・異常の判定手段として、回転数検出回路４が内蔵されており、各電流センサＲからの検出電流が回転数検出回路４に入力されるものである。この実施例は、ＤＣファン１の台数ｎに対して配線数は２ｎとなる。

図２は、本発明による他の実施の形態を示した概念図で、複数の各々のＤＣファン１_１，１_２・・・１_ｎの電源配線２ａ、２ｂのプラス側の配線２ａを共通にして制御装置３に接続したものである。制御装置３は、各々のＤＣファン１_１，１_２・・・１_ｎのマイナス側の配線２ｂに接続した駆動電流検出手段としての電流センサＲ_１，Ｒ_２，・・・Ｒ_ｎを内蔵したものである。各電流センサＲは、制御装置３の近傍に配設しても良い。制御装置３には、各電流センサＲとともに、回転数検出および正常・異常の判定手段として、回転数検出回路４が内蔵されており、各電流センサＲからの検出電流が回転数検出回路４に入力されるものである。この実施例は、ＤＣファン１の台数ｎに対して配線数はｎ＋１となる。

上記実施の形態では、制御装置３の電源から各ＤＣファン１_１，１_２・・・１_ｎに電力を供給して駆動するとともに、電流センサＲ_１，Ｒ_２，・・・Ｒ_ｎを通して各ＤＣファン１_１，１_２・・・１_ｎごとの電流を検出することができる。上記実施の形態では、従来のように信号線を引き回さないので、ノイズの影響は受けづらいという特長がある。

図３は、本発明による、１台の回転数検出回路４によってｎ台のＤＣファン１_１，１_２・・・１_ｎの回転数を監視するときの、制御のフローチャートを示したものである。
このフローチャートを説明すると、まず、ファン番号ｆ＝１に設定（Ｓ１）し、ｆ番号にデータを切り換える（Ｓ２）。電流センサＲ_１，Ｒ_２，・・・Ｒ_ｎを通して各ＤＣファン１_１，１_２・・・１_ｎごとの電流を検出して脈動周期を計測する（Ｓ３）。
脈動周期から回転数を演算し（Ｓ４）、これを判定（Ｓ５）する。予め定めておいた正常範囲ならＯＫ、範囲外ならＮＧを主制御機に情報を送信し（Ｓ６）、次に２台目を計測するためファン番号に１を加える（Ｓ７）。このように順次ｎ台のＤＣファンの全ての回転数計測および判定処理を進めていき、ｎ台目の処理が終わったら、１台目に戻って監視を続ける（Ｓ８）。

例えば、基準回転数３０００ｒｐｍのＤＣファンにおいて、２回転で電流の脈動周期を計測した場合、１台に要する時間は、実際に２回転分を計測する０．０４秒に加えて演算に要する時間である。１台の演算判定に要する時間を仮に０．０６秒とした場合、合計時間は０．１秒となり、１００台のＤＣファンの回転数すべてを検出する時間は約１０秒である。この時間は一般的な装置の熱時定数からみると十分短い時間といえるので、順次処理を行っても実用上問題は無い。
当然ながら、その処理の途中に他の制御を入れることができるし、逆に他の制御を行っている途中の空いた時間に処理を行うことも出来る。

上記の実施の形態によれば、以上の検出方法によって、ＤＣファン１_１，１_２・・・１_ｎごとにそれに接続された電流検出器（電流センサＲ_１，Ｒ_２，・・・Ｒ_ｎ）によってＤＣファン１_１，１_２・・・１_ｎが特定されるので、設置した全てのＤＣファン１_１，１_２・・・１_ｎについて個別に回転数を把握することが出来る。

図４は、図１または図２と同一部分は同符号を付して示す本発明の他の実施の形態である。
ＤＣファンの数が相当多い場合には、１台の制御装置に全てのＤＣファン１の配線を接続することは、多くの配線が集中することになり、設置作業が煩雑になると共に、ＤＣファンと電流センサ（電流検出器）の対比が図り辛く、間違いを起こしやすくなる。

そこで、図４に示された実施の形態では、ＤＣファン１をグループごとに分け、それぞれのグループにグループ制御装置５を設けて、上記同様グループ内での制御を行う。例えば、８台ずつのグループに分ければ、グループ内でのＤＣファン１_１，１_２・・・１_８と電流検出器の相関は取りやすい。

図４は１台のグループ制御装置５でｎ台のＤＣファン１_１，１_２・・・１_ｎを監視し、ｇ台のグループ制御装置５_１，５_２、・・・５_ｇが主制御機６に接続された形態の概念図である。
この場合、グループ制御装置５_１，５_２、・・・５_ｇは識別コード（１〜ｇ）を設定する機能を持つ。ＤＣファン１_１，１_２・・・１_ｎには識別コードは持たないが、グループ制御装置５_１，５_２、・・・５_ｇへの接続箇所からＤＣファン１_１，１_２・・・１_ｎを特定できる。このように接続すれば、主制御機６から、グループ制御装置５_１，５_２、・・・５_ｇを通じて全てのＤＣファン１_１，１_２・・・１_ｎの状態を把握できる。

図５はグループ制御装置５_１，５_２、・・・５_ｇの内部構造を表す概念図である。グループ制御装置５_１，５_２、・・・５_ｇは、電源Ｅと、例えば抵抗器など各ＤＣファン１_１，１_２・・・１_ｎに対応した電流検出手段Ｒ1，Ｒ2，…，Ｒｎと、電流検出手段によって検出された各検出信号を切替えるデータ切替手段８と、データ切替手段８から入力されたデータに基づき脈動周期を検出する脈動周期検出手段９と、脈動周期検出手段９から脈動周期が入力され運転状態を判定する運転状態判定手段１０と、運転状態判定手段１０からの判定結果を主制御機６に伝達する通信手段１１と、この通信手段１１に接続され、グループのアドレスとなる識別コードを設定する識別コードスイッチ１２とを備えている。図３と同様なフローで回転数の監視を行う。

図６はグループ制御装置５_１，５_２、・・・５_ｇから主制御機６へのデータ通信の一例を示した概念図である。グループ識別コード、グループ内のＤＣファン１_１，１_２・・・１_ｎ識別コードに続いて、そのＤＣファン１_１，１_２・・・１_ｎの状態を送信する。それによって、主制御機６からは、グループ制御装置５_１，５_２、・・・５_ｇを特定し、さらにはＤＣファン１_１，１_２・・・１_ｎを特定することが出来るので、全てのＤＣファン１_１，１_２・・・１_ｎの状態を把握することが出来る。

図７はＤＣファンの電流波形の一例である。一般にＤＣファンは、モータの回転子の位置を検出して固定子側巻線の励磁を切替えて駆動しているため、電源から流入する電流は脈動している。１回転中の切替回数は回転子の極数によることから、電流脈動周波数を回転子の極数で除すればファンの回転速度が導き出される。(特許文献２参照) 図７の例では、モータが4極で、周期が約４．３ｍｓなので、約３４９０ｒｐｍで回っていることが分る。

上記実施の形態の効果は、以下のとおりである。
電源線２ａ，２ｂを流れる電流からＤＣファン１_１，１_２・・・１_ｎの回転数を検出する方法を採用したので、ＤＣファン側に回転異常検出や識別のための回路等を設置しなくても状態を把握できるため、アラーム検出装置を持たないＤＣファンを用いることができる。このことは、安価なファンを用いることができると同時に、部品数の削減による信頼性向上が図れるという利点がある。
電流センサＲ_１，Ｒ_２，・・・Ｒ_ｎを制御装置３またはその近傍に置いて、各々のＤＣファン１_１，１_２・・・１_ｎに繋がる信号線２ｃを無くしたので、配線数の削減が図れる。ｎ台のＤＣファンの場合、合計ｎ+１本の電線だけで済む。例えば１００台のときは１０１本となる。
動力用電源線２ａ，２ｂの配線だけで、従来のアラーム検出装置を備えたＤＣファンのように信号線２ｃを引き回さないので、ノイズの影響を受けない。
電流検出器７(例えば抵抗器Ｒ)は各々のＤＣファン１_１，１_２・・・１_ｎごとに設ける必要があるが、回転速度を求めるための演算装置は少なくとも１台でよいので、大幅な部品数と費用の削減が図れると同時に信頼性向上が図れる。
ＤＣファン１_１，１_２・・・１_ｎをグループ分けし、グループごとに個々のＤＣファンの電流脈動から回転数を求める検出手段と判定手段と、主制御機との通信手段と、グループのアドレスとなるグループ識別コードを設定するスイッチ等を備えたグループ制御装置５_１，５_２・・・５_ｎを設けたので、全てのＤＣファンの状態を個別に把握できるとともに、設置時のアドレスに対する設置されたファンの同定が容易になるだけでなく、アラーム発生時の故障ファンの同定も容易になり、多くのファンを使用する上での煩雑さの軽減が図れる。

なお、本発明は、上記実施の形態のみに限定されるものではなく、電流脈動を検出する手段としては、電流を検出できるものとして、抵抗、ホールセンサ、電流トランスなど各種の検出手段を用いることができるなど、その他、本発明の要旨を変更しない範囲内で適宜変更して実施し得ることは言うまでもない。

１_１，１_２・・・１_ｎ ＤＣファン（送風機）
Ｒ_１，Ｒ_２，・・・Ｒ_ｎ 電流センサ（駆動電流検出手段）
２ａ，２ｂ 電源線
３ 制御装置
４ 回転数検出回路
５_１，５_２、・・・５_ｇ グループ制御装置
６ 主制御機
７ 電流検出手段
８ データ切換手段
９ 脈動周期検出手段
１０ 運転状態判定手段
１１ 通信手段
１２ 識別コードスイッチ
Ｅ 電源
Ｒ，Ｒ1，Ｒ2，…Ｒｎ 電流センサ
Ｓ プログラム処理

Claims (4)

1. 複数のＤＣファンの回転状態を監視する方法において、各ＤＣファンの駆動電流を検出する駆動電流検出手段を制御装置内部またはその近傍に設け、
   前記駆動電流検出手段は、各ＤＣファンの電源配線に接続した抵抗器であって、
   前記制御装置内部に設けた１台の回転数検出手段に、前記各ＤＣファンの検出電流を順次入力し、前記回転数検出手段は入力された検出電流の脈動から回転数を検出して、これを判定し、あらかじめ定めておいた正常範囲か範囲外かの情報を送信し、順次ｎ台のＤＣファンの回転数計測および判定処理を進めていき、各ＤＣファンの回転状態を監視することを特徴とする複数のＤＣファンの回転状態を監視する方法。
2. 前記複数のＤＣファンの電源線の一方を共通の電源線としたことを特徴とする請求項１に記載の複数のＤＣファンの回転状態を監視する方法。
3. 前記制御装置と監視される複数のＤＣファンとをひとつのグループとし、主制御機に対し各グループの制御装置が通信手段によって情報伝達をして、全てのＤＣファンの回転状態を個別に監視することを特徴とする請求項１または２に記載の複数のＤＣファンの回転状態を監視する方法。
4. 前記複数のグループは、グループごとのグループ制御装置に識別コードを備えたことを特徴とする請求項３に記載の複数のＤＣファンの回転状態を監視する方法。

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