JP6258909B2

JP6258909B2 - ファンモータ用スロースタート回路、及びそれを用いたファンモータ

Info

Publication number: JP6258909B2
Application number: JP2015228201A
Authority: JP
Inventors: 英俊篠澤; 建興徐
Original assignee: Nippon Keiki Works Ltd
Current assignee: Nippon Keiki Works Ltd
Priority date: 2015-11-20
Filing date: 2015-11-20
Publication date: 2018-01-10
Anticipated expiration: 2035-11-20
Also published as: JP2017099112A

Description

本発明は、低温起動時でも、軸受とシャフトの接触による異音を低減させるため、モータの回転数を、ファンモータに備えた簡易構成の内部回路で徐々に上昇させる、ファンモータ用スロースタート回路、及びそれを用いたファンモータに関する。

含油軸受を用いたファンモータを低温度状態で起動する際、シャフトと接する軸受内面は初期には、潤滑油が漏出していない状態にある。その軸受内面に潤滑油が無い状態で所定の高い回転数（回転数１００％）でいきなりモータを駆動させた場合、シャフトと軸受の金属接触により異音が一時的に発生することがある。

他方、モータの回転数を制御する手段として、図１に示すように、ＩＣのＰＷＭ端子へ外部からｄｕｔｙ信号を入力して回転数制御する従来のファンモータ用回転制御用回路１０が知られている。その場合、モータからの信号線は、＋Ｖ、ＧＮＤ、外部からモータの回転数を可変にするためのＰＷＭ端子の最低三線が必要となる。もちろん、外部から入力される回転数制御信号であるｄｕｔｙ信号生成回路も必要となり、複雑な回路構成となる。例えば、特許文献１に開示の回路などである。

特開２０１１−１８８５４７号公報

そこで、本発明は、低温起動時でも、軸受とシャフトの接触による異音を低減させるため、モータの回転数を、ファンモータに備えた簡易構成の内部回路で徐々に上昇させる、ファンモータ用スロースタート回路、及びそれを用いたファンモータ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、
（１）
印加電圧値でモータの回転数の制御を可能にする端子を有するＩＣと、
一端が前記端子に接続するとともに他端がＧＮＤに接続するコンデンサと、
電源電圧又は前記ＩＣの内部基準電圧と前記コンデンサの間に配置される抵抗と、
からなり、
前記コンデンサと抵抗で形成される時定数回路で、前記端子への印加電圧値を徐々に高め、前記モータの回転数を徐々に上昇させて目的回転数に到達させることを特徴とするファンモータ用スロースタート回路。
（２）
前記抵抗が、Ｒ_３とＲ_２が直列に接続され、前記Ｒ_３とＲ_２との間で前記端子に分圧接続されることを特徴とする（１）に記載のファンモータ用スロースタート回路。
（３）
前記電源電圧又は前記ＩＣの内部基準電圧と前記コンデンサとの間に、前記抵抗と並列に接続されたダイオードを備えることを特徴とする（１）又は（２）に記載のファンモータ用スロースタート回路。
（４）
（１）〜（３）の何れかに記載のファンモータ用スロースタート回路を内蔵したことを特徴とするファンモータ用スロースタート回路を用いたファンモータ。
とした。

本発明は、上記構成であるので、簡易構成の内部回路で、モータの回転数を徐々に上昇させることができるので、低温起動時でも、軸受とシャフトの接触による異音を低減することができる。

ファンモータを低温で起動する場合、最初は所定の回転数より低い回転数で起動させ、ある時間後に所定の回転数にすると、低温起動の異音が低減できることを見出し、本願発明が完成するに至った。例えば、最初所定の回転数の５０％以下でモータを数秒間回転させ、そのあとで所定の回転数１００％にするようにモータの回転数を制御すれば、低温時起動の異音を低減できる。軸受内に潤滑油が無くても起動時の回転数が低いと軸受内面とシャフトの接触音が低く抑えられるためと考えられる。また、低い回転数で数秒間回転させることにより軸受内温度が上昇して軸受内に潤滑油が漏出してくるので、数秒後に所定の高い回転数に上げても、潤滑油の効果により異音は発生しない、または低減される。

従来のファンモータの回転数を外部信号で制御する回路図である。本発明の第一の実施形のファンモータ用スロースタート回路の説明図である。本発明の第二の実施形のファンモータ用スロースタート回路の説明図である。本発明の第三の実施形のファンモータ用スロースタート回路の説明図である。本発明の第三の実施形のファンモータ用スロースタート回路を用いたファンモータの起動時から経過時間とモータ回転数の関係グラフである。

以下、添付図面に基づき、本発明の実施の形態について詳細に説明する。ただし、本発明はそれら実施形態に限定されるものではない。

図２に示すように、本発明の第一の実施形態のファンモータ用スロースタート回路１は、印加電圧値でモータの回転数の制御を可能にする端子（ＰＷＭ）を有するＩＣと、一端が端子（ＰＷＭ）に接続するとともに他端がＧＮＤに接続するコンデンサ（Ｃ_２）と、ＩＣの内部基準電圧（ＲＥＦ）とコンデンサ（Ｃ_２）の間に配置される抵抗（Ｒ_２）と、からなり、コンデンサ（Ｃ_２）と抵抗（Ｒ_２）で形成される時定数回路で、端子（ＰＷＭ）への印加電圧値を徐々に高め、前記モータの回転数を徐々に上昇させて目的回転数に到達させることができる。

図２の波線は、抵抗（Ｒ_２）と電源電圧を接続した場合を示している。その場合、抵抗（Ｒ_２）は、ＩＣの内部基準電圧（ＲＥＦ）に接続しない。

なお、ＰＷＭは、「ＰｕｌｓｅＷｉｄｔｈＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ」の略語で、パルスの幅を自由に変えることができる信号を意味する。ＰＷＭ端子を有した前記ＩＣは、ＰＷＭ端子に印加される直流電圧の値によりＩＣ内部でＰＷＭ制御が働き回転数を変化させる機能を有している。ここでは、ＰＷＭ端子を有するＩＣとしたが、印加電圧値でモータの回転数の制御を可能にするＩＣ（端子）であれば、他のＩＣであってもよい。

このように、ファンモータ用スロースタート回路１を内蔵したファンモータは、低温時起動の異音を低減するために、外部からモータの回転数を制御するのではなく、ファンモータ自身の内部回路でモータの回転数を制御することを特徴とする。そのため、ファンモータへの信号線として、外部からのファンモータの回転を制御する信号線を必要とせず、＋ＶとＧＮＤの２本の信号線でよく、簡易回路構成になる。

図３に示すように、本発明の第二の実施形態のファンモータ用スロースタート回路１ａは、実施例１の抵抗を、２つの抵抗（Ｒ_３）と抵抗（Ｒ_２）の直列に接続に変更した上で、抵抗（Ｒ_３）と抵抗（Ｒ_２）との間で、端子（ＰＷＭ）に分圧接続される。

ファンモータ用スロースタート回路１ａを備えたファンモータは、抵抗（Ｒ_２＋Ｒ_３）とコンデンサ（Ｃ_２）の時定数により決定される電圧をＩＣのＰＷＭ端子に接続することで、その電圧の上昇に伴いモータの回転数が徐々に上昇する。そのため、低温起動時の異音を低減することができる。

図３の波線は、抵抗（Ｒ_２）と電源電圧を接続した場合を示している。その場合、抵抗（Ｒ_２）は、ＩＣの内部基準電圧（ＲＥＦ）に接続しない。

このような回路構成とすることで、使用するＩＣやファンモータの特性にもよるが、ファンモータの起動を確実にするため、抵抗Ｒ_２とＲ_３の抵抗値により端子（ＰＷＭ）に印加される起動時の電圧及び起動時回転数を決定することができるという、実施例１より優れた効果がある。

図４（Ａ）に示すように、本発明の第三の実施形態のファンモータ用スロースタート回路１ｂは、実施例２の回路において、ＩＣの内部基準電圧（ＲＥＦ）とコンデンサ（Ｃ_２）との間に、抵抗（Ｒ_２及びＲ_３）と並列に接続されたダイオード（Ｄ_２）を備える。なお、図４（Ａ）の電源はＩＣの内部基準電圧（ＲＥＦ）である。

ダイオード（Ｄ_２）は必須ではないが、ダイオード（Ｄ_２）を備えることで、電源オフ時にコンデンサ（Ｃ_２）に充電された電荷のすばやい放電を可能にする。放電が遅いと、起動時に、放電前に通電され、高い電位でスタートすることとなり、モータの回転数が早くなり、結果的に、異音の低減効果が十分に発揮されない。そのため、異音の防止のためには、放電するまで起動を待機する必要があり、迅速起動できないこととなる。

ファンモータ用スロースタート回路１ｂを内蔵したファンモータは、低温時起動の異音を低減するために、外部からモータの回転数を制御するのではなく、ファンモータ自身の内部回路でモータの回転数を制御することを特徴とする。そのため、ファンモータへの信号線として、外部からのファンモータの回転を制御する信号線を必要とせず、＋ＶとＧＮＤの２本の信号線でよく、簡易回路構成になる。

図４（Ｂ）は、本発明の第三の実施形態のファンモータ用スロースタート回路１ｃは、抵抗（Ｒ_２）の電源を電源電圧とするものである。その場合、抵抗（Ｒ_２）は、ＩＣの内部基準電圧（ＲＥＦ）に接続しない。

以下、より具体的に本実施形態を説明する。
ファンモータ駆動用ＩＣとしては、ＰＷＭ端子からの入力電圧値で、ＩＣ内部の駆動ｄｕｔｙが変化し、モータの回転数が変化するＩＣを用いている。このＩＣのＰＷＭ端子への電圧Ｖｐｗｍとモータ回転数にほぼ比例する、ＩＣ内部のｄｕｔｙの関係式は以下の式１、２で表される。

Ｖｐｗｍ＝０．７＋（２．５−０．５）×（ｄｕｔｙ）／１００［Ｖ］・・・式１

ｄｕｔｙ＝（Ｖｐｗｍ − ０．７）／２ ×１００［％］・・・式２

なお、ここでのＩＣのＲＥＦ端子はＩＣの内部基準電圧の定電圧（Ｖｒｅｆ＝２．８Ｖ）の出力端子である。

図４（Ａ）の抵抗（Ｒ_２＋Ｒ_３）とＣ_２は一次積分回路であり、一次積分回路の充電時間（ｔ）とＰＷＭ端子の電圧（Ｖｐｗｍ）の関係式は以下の式３、４で表される。

Ｖｐｗｍ＝Ｖｒｅｆ×（１−（（Ｒ_２／（Ｒ_２＋Ｒ_３））×ｅｘｐ（−ｔ／ＲＣ））［Ｖ］
・・・式３

ＲＣ＝（Ｒ_２＋Ｒ_３）×Ｃ_２・・・式４

例えば、
Ｒ_２＝６８０ＫΩ
Ｒ_３＝５６０ＫΩ
Ｃ_２＝１００μＦ
とすると、Ｖｐｗｍは以下のように求められる。

ＲＣ＝（Ｒ_２＋Ｒ_３）×Ｃ_２＝１２４秒
Ｖｐｗｍ＝２．８×（１−０．５４８×ｅｘｐ（−ｔ／１２４））［Ｖ］
そのときのファン起動時の時間対ＰＷＭ端子電圧、ＩＣ内部ｄｕｔｙ及び概略回転数を下記表１に示す。

そのことから、ファンモータ用スロースタート回路１ｃでは、図５に示すようにモータ回転数を時間経過と伴に徐々に上昇させることが可能となり、低温起動時の異音を低減させることが可能となる。

電源投入時のＰＷＭ端子部の電圧は、抵抗Ｒ_２と抵抗Ｒ_３で決定され、前述のＶｐｗｍの計算式で時間ｔ＝ゼロとすれば計算できる。

使用するＩＣやファンモータの特性にもよるが、ファンモータの起動を確実にするため、抵抗Ｒ_２と抵抗Ｒ_３を適切な抵抗値となるよう選択する。

１ファンモータ用スロースタート回路
１ａファンモータ用スロースタート回路
１ｂファンモータ用スロースタート回路
１ｃファンモータ用スロースタート回路
１０従来のファンモータ用回転制御回路
ＨＥホール素子

Claims

端子を備え、前記端子に印加される印加電圧値に応じてモータの回転数を可変にするＩＣと、
一端が前記端子に接続するとともに他端がＧＮＤに接続するコンデンサと、
電源電圧又は前記ＩＣの内部基準電圧と前記コンデンサの間に配置される抵抗と、
からなり、
前記コンデンサと抵抗で形成される時定数回路で、前記端子への印加電圧値を徐々に高め、前記モータの回転数を徐々に上昇させて目的回転数に到達させることを特徴とするファンモータ用スロースタート回路。
前記抵抗が、Ｒ_３とＲ_２が直列に接続され、前記Ｒ_３とＲ_２との間で前記端子に分圧接続されることを特徴とする請求項１に記載のファンモータ用スロースタート回路。
前記電源電圧又は前記ＩＣの内部基準電圧と前記コンデンサとの間に、前記抵抗と並列に接続されたダイオードを備えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のファンモータ用スロースタート回路。
請求項１〜請求項３の何れか１項に記載のファンモータ用スロースタート回路を内蔵したことを特徴とするファンモータ用スロースタート回路を用いたファンモータ。