JP6691599B2 - ファンまたは換気装置、ポンプあるいはコンプレッサに用いるモータ、そのモータの動作方法、および、１つ以上のモータ／換気装置を備えた換気システム - Google Patents

Description

本発明は、ファンまたは換気装置、ポンプあるいはコンプレッサに用いるモータに関し、特に、モータ電子機器が組み込まれ、直接的または間接的な圧力制御／体積流量制御のための少なくとも１つのセンサユニットを備える電子整流モータ（ＥＣモータ）に関する。
前記センサユニットは、測定ユニットとして使用でき、圧力または圧力値を外部制御システムに伝えることが必須である。
調整／制御部を組み込むことも可能である。

さらに、本発明は、このようなモータの動作方法と、このようなモータまたはファンを備えたファンシステムとに関する。

これらのようなモータまたはファンは、公知である。
ほんの一例として、特許文献１を挙げておく。
この公開文献によって、このようなファンを備えた換気システムが公知であり、この換気システムでは、風量測定がハウジング内で行われる。
これに関連する電子機器は、ハウジング内に配置されているが、モータの外部に位置している上に、電流／電圧の供給もモータの外部から行われる。
また、制御部は、組み込まれていない。
設定値および実際値のデータ伝送に関して、この公知の換気システムは、バス接続が提供されていないので複雑なものとなっている。

今日、最新の空調ユニットでは、電子整流モータを備えて速度制御されるファン（ＥＣファン）が使用されている。
これらのファンは、給気ファンまたは排気ファンとして機能する。
必要に応じて風量を制御するためには、エアハンドリングユニット内の様々な位置で空気圧、および、場合によっては、温度を測定することが必要である。
通例、圧力センサおよび差圧センサが用いられる。
通常、差圧センサの出力信号は、別体の制御ユニットに供給され、処理される。
制御ユニットは、速度設定値を算定し、例えば、アナログ信号（例えば、０ボルト〜１０ボルト）を介して、または、バスシステム（例えば、モドバス（Ｍｏｄｂｕｓ））を介して、上位の制御器／制御システム、またはファンに伝送する。
圧力センサ、制御ユニット、電源装置およびファンは、空調装置内または空調装置面に取り付けて結線されねばならない。
しかしながら、この要件は、時間的コストが大きい。

英国特許第２５１２０４３号明細書 欧州特許第２２８７６８９号明細書

本発明の課題は、スイッチング技術および制御技術における最小限の努力によって、特に、ファン、ポンプ、コンプレッサ等を駆動するのに用いられるモータを設計および開発することである。

上記課題は、請求項１に記載の特徴によって、すなわち、センサユニットが、モータ電子機器上に装着可能またはモータ電子機器内に差し込み可能なモジュールとして設計され、あるいは、少なくとも部分的にモータ電子機器内に組み込まれ、センサユニットにモータ電子機器を介して、すなわち、内部においてエネルギーが供給されることよって解決される。

請求項１０に記載の本発明に係る方法は、独自の制御アルゴリズムを使って本発明に係るモータを動作させるために用いられる。

本発明に係るファンシステムは、請求項１１に係る少なくとも１つのモータまたはファンを備えている。

センサユニットは、センサと該センサにおいて必要な電子機器とを備え、モジュールとしてモータ電子機器上に装着可能であるか、または、モータ電子機器内へ差し込み可能であることが、本発明に係るモータ、ファンまたは換気装置にとって必須である。
あるいは、センサユニットは、全体がモータ電子機器内へ組み込まれている。
いずれの場合も、センサユニットには、モータ電子機器を介して電気エネルギーが供給され、センサユニットは、モータ電子機器に直接接続されている。

第１の変形態様において、センサユニットを差し込み式または装着式モジュールとして設計したとき、該当するモータまたはファンを追加装備することが可能となる。
さらに、公知のあらゆるモータ技術が、利用可能であり、例えば、非同期モータ、永久磁石同期モータ、同期リラクタンスモータなどの利用が可能である。

以下において、遠心ファンの例を用いて本発明について説明する。
下記説明は、本発明を１つのファンタイプに限定するものではない。
軸流／斜流ファンなど他のタイプのファンも、利用可能である。

既述のように、「センサユニット」という用語は、最も広い意味に解される。
センサユニットは、実際のセンサと、例えば、電子構成部品を備えたプリント基板とを備える。

センサユニットは、少なくとも１本のホースを介して局所圧力を、または、２本のホースを介して２箇所における圧力の差を検出する圧力センサを唯一のセンサとして備えることが可能である。
圧力または圧力差に対応するアナログ信号またはデジタル信号が、マイクロプロセッサに供給される。
マイクロプロセッサは、センサユニットの一体部分であってもよい。

さらに、センサユニットが、他のセンサを備え、これらのセンサが、センサユニットに接続され、これらのセンサの測定値が読み込み可能である。
また、このようなセンサを備えた内部センサユニットまたは外部センサユニットを追加的に設けておくことも考えられる。

いずれの場合も、１本のホース（圧力ホース）または２本のホース（差圧時）がモータまたはファンに直接接続されていることが必須である。
組み込まれたセンサユニットは、圧力を記録し、アナログ信号またはデジタル信号を介して、この圧力に対応する測定値をマイクロプロセッサシステムに送信する。
オプションとして、外部センサを介してその他の測定変数を決定することもでき、外部センサの測定値をセンサユニットに送信して、それらの測定値を読み取ることも可能である。
このために、温度センサ、湿度センサ、空気質センサなどを備えている。

センサユニットは、バスシステムを介してモータ制御ユニットと直接通信を行う。
数個のモータまたはファンを用いる場合、外部の上位制御部が備えられ、この上位制御部が、バスシステム、例えば、モドバスを介して設定値を設定する。
この上位制御システムは、組み込まれたモータ制御部およびセンサユニットとのデータ交換のために備えられている。
また、データ交換に用いられるインタフェースは、例えば、特許文献２に従って、スレーブユニットの動的アドレス指定の方法を利用する。
同一のプロトコルセットを備えた共通通信プロトコルが、特に有利である。

本発明に係る方法は、マイクロプロセッサシステムの制御アルゴリズムを用い、その際、所定の圧力設定値を考慮し、かつ、必要であれば、追加的なセンサ用のその他の設定値を考慮する。
各モータの速度設定値が算定され、それに応じて、モータが特定の速度になるように、組み込まれたモータ電子機器が制御される。

上述のように、アドレス可能ユニットは、圧力測定、圧力制御、およびファン依存性のＫファクタを用いた体積流量測定または体積流量制御を行うことが可能である。

本発明の利点は、直接的にモータ内またはファン内においてセンサユニットに電圧または電流が供給されるという点である。
したがって、空調制御ユニット内でのセンサの複雑な取り付けおよび配線が、必要ではなくなる。

圧力検出用ホースは、直接的にファンに、または、ファンに設けられている圧力接続部に接続され、これらのファンおよび圧力接続部は、センサユニットに接続されている。

必要であれば、ファンが、圧力測定、圧力制御、あるいは、体積流量測定または体積流量制御を引き受けることも可能である。
このような設計の場合、外部制御ユニットおよびその配線をなくすことができる。

圧力センサの外部電源装置は、内部電源装置があるので不要である。
さらに、圧力センサおよびモータまたはファンが１つのユニットとして、場合によっては、外部の制御システム内に組み込まれているので、モドバスアドレスおよび共通バス記述プロトコルしか必要とされない。

センサユニットは、モータ電子機器内に組み込んで、モータのマイクロ制御システムに接続することが可能である。

本発明に係るファンシステム、特に、空調ユニットは、上述のような本発明に係る少なくとも１つのモータ／ファンを用いる。
同時に、従来技術のモータ／ファンに本発明に係るモータ／ファンを設けること、または、組み合わせることも可能である。

本発明を発展し、適用するための様々なオプションが存在する。
これに関しては、請求項１の従属請求項、図面に基づく、本発明の実施例について参照する。
図面を参照した、本発明の実施例と関連して、改良形態および発展形態についても説明する。

本発明に係る遠心ファンの実施例を示す模式図であり（駆動部として本発明に係るモータを含む）、差圧測定部が組み込まれている図。 図１ａの対象物を示す拡大模式図。 図１ａの対象物を示す模式図であるが、図１ａに比べて傾斜させた図。 図２の対象物を示す模式図であるが、蓋部が開いた状態にあり、センサユニットがモジュールとしてモータ電子機器内に挿入されていることを示す図。 図３ａの対象物のモータ電子機器を示す拡大模式図である。 ２本の外部圧力ホースおよびフィードスルーをモジュールセンサユニットに接続するための圧力フィードスルーを示す模式図。 モータ電子機器内へ内部圧力ホースと共に挿入するためのセンサユニットを示す模式平面図。 図５ａの対象物を示す模式図。

図１ａは、本発明の適用例、すなわち、差圧測定部が組み込まれた軸流ファン１を示す。
モータ２が、前記組み込まれた差圧測定部を備え、このモータは、様々なファンまたはコンプレッサを駆動するために用いることができる。

図１ａは、モータ電子機器のためのハウジング３を明確に示し、差圧測定用の外部圧力ホースのための２つのノズルからなる外部接続ソケット５を備えた圧力接続部４が、ハウジング３内に設けられている。
圧力接続部４は、図４に示された通過部６の一部であり、ハウジング３内へ螺着されている。
また、電気接続部７が、設けられている。

図１ｂは、図１ａの遠心ファン１のハウジング３を示す拡大図である。
図１ｂには、２つのノズルからなる外部接続ソケット５を備えた圧力接続部４が示されている。

図２は、図１に示された遠心ファン１を示す傾斜図であり、上記の各構成部品を含んでいる。
ハウジング３は、カバー８を有し、このカバー８は、ねじ９によってハウジング３に締結されている。

図３ａおよび図３ｂは、図２に示された遠心ファン１を示すが、ハウジング３が開放されている。
図３ａおよび図３ｂには示されていないカバー８は、ねじ９を緩めた後、取り外されている。

図３ｂには、ハウジング３内のモータ電子機器が示され、この図では、モータ電子機器の一部である接続端子１０のみが見て取れる。
実際のモータ電子機器は、内部カバー８ａによって覆われ、この内部カバー８ａは、接触防止部の働きを担う。

モジュールからなるセンサユニット１１が、内部カバー８ａの凹部領域においてモータ電子機器内へ挿入されているか、あるいは、モータ電子機器のプリント基板内／面に挿入され、接触が確立されている。
２本の内部ホース１２が見て取れる。
これらの内部ホース１２は、センサユニット１１から通過部６へ延び、ハウジング３の外部接続ソケット５を介して不図示の外部圧力ホースへ接続可能である。
任意の位置からの圧力がある場合、その圧力は、センサユニット１１へ伝えられ、すなわち、その際、上記のように形成された流れ接続部を通じて伝えられる。

図４は、内部接続ソケット１３を備えた通過部６を示す模式図であり、これらの内部接続ソケット１３から比較的細い内部ホース１２が、センサユニット１１へ延びている（図３ｂを参照）。
外部接続ソケット５は、前述の諸態様に従って外部圧力ホースを接続するために用いられる。

図５ａは、センサユニット１１を示す平面図であり、このセンサユニット１１は、プラスチック製のハウジング３内に格納されている。
他の電子構成部品に加えて、実際の圧力センサ１７が、プリント基板（ＰＣＢ）１５上に位置しており、この圧力センサ１７は、内部ホース１２に流れ接続されている。

さらに、接続端子１８が、外界との（モドバス）通信のために設けられている。

図５ｂは、下方から見たモジュールのセンサユニット１１を示し、すなわち、センサユニット１１に設けられた回路基板１５を示す下面図である。
この回路基板１５には、モータ電子機器の主回路基板から直接的に繋がった電源装置とプロセッサなどへの内部通信接続部とに対する接触部１６が設けられている。

本発明に係る他の態様に関しては、本明細書および請求項を参照する。

最後に、本発明の実施例は、請求項の説明を目的としているに過ぎず、本発明の実施例に限定するものではない。

１・・・軸流ファン（遠心ファン）
２・・・モータ
３・・・（モータ電子機器用）ハウジング
４・・・圧力接続部
５・・・外部接続ソケット
６・・・（ハウジング壁部の）通過部
７・・・電気接続部
８・・・外部カバー
８ａ・・・内部カバー（保護カバー）
９・・・ねじ
１０・・・接続端子（モータ電子機器の一部）
１１・・・センサユニット
１２・・・内部ホース
１３・・・内部接続ソケット
１４・・・（センサユニットの）プラスチックハウジング
１５・・・（センサユニットの）プリント基板
１６・・・接触部
１７・・・センサ（圧力センサ）
１８・・・（センサユニットの）接続端子

Claims (11)

1. モータ電子機器が組み込まれ、直接的または間接的な圧力制御／体積流量制御のための少なくとも１つのセンサユニット（１１）を備え、前記圧力制御／体積流量制御を内部または外部で行うファンまたは換気装置、ポンプあるいはコンプレッサに用いる電子整流モータ（ＥＣモータ）であって、
   前記モータ電子機器を介してエネルギーが供給される前記センサユニット（１１）は、前記モータ電子機器上に装着可能または前記モータ電子機器内に差し込み可能なモジュールとして設計され、あるいは、前記モータ電子機器内に少なくとも部分的に組み込まれ、
   前記センサユニット（１１）は、少なくとも１本の内部ホース（１２）を介して局所圧力を決定するか、あるいは、２本の内部ホース（１２）を介して２箇所における圧力の差を決定して、前記圧力に対応するアナログ信号またはデジタル信号を処理ユニットに供給する圧力センサ（１７）を備え、
   前記内部ホース（１２）は、前記センサユニット（１１）から内部接続ソケット（１３）を備えた通過部（６）へ延び、前記通過部（６）の外部接続ソケット（５）を介して外部ホースへ接続されていることを特徴とするモータ。
2. 前記センサユニット（１１）は、電子構成部品を備えるプリント基板を備えていることを特徴とする、請求項１に記載のモータ。
3. 前記センサユニット（１１）は、前記センサユニット（１１）に接続されるさらに他のセンサを備え、
   前記他のセンサの測定値が読み込み可能であること、および／または、内部センサユニットまたは外部センサユニットが設けられていることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載のモータ。
4. 前記他のセンサは、温度、湿度、空気の質などに関する測定値を提供することを特徴とする、請求項３に記載のモータ。
5. 前記センサユニット（１１）は、アナログ形式またはデジタル形式でモータ制御ユニットと直接通信を行うことを特徴とする、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のモータ。
6. 外部の上位制御部が備えられ、
   該上位制御部は、バスシステムを介して各々の場合における設定値を提供することを特徴とする、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のモータ。
7. 前記上位制御部は、前記組み込まれたモータ制御部および前記センサユニット（１１）とのデータ交換のために備えられていることを特徴とする、請求項６に記載のモータ。
8. 前記データ交換に用いられるインタフェースは、スレーブユニットの動的アドレス指定の方法を利用することを特徴とする、請求項７に記載のモータ。
9. 同一のプロトコルセットを含んだ共通通信プロトコルを備えていることを特徴とする、請求項７または請求項８に記載のモータ。
10. マイクロプロセッサシステムの制御アルゴリズムは、所定の圧力設定値を考慮して、前記モータの速度設定値を算定し、前記モータが特定の速度になるように前記組み込まれたモータ機器を制御することを特徴とする、請求項１から請求項９のいずれか一項に記載のモータを動作させる方法。
11. 請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載の１つ以上のモータまたはファンを備えているファンシステム、特に、空調ユニット。
    

Images