JPH0543796U - 冷却フアン装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】周囲温度に応じてファン速度を自動制御しうる
とともに温度センサ異常時にファンを全速運転させうる
冷却ファン装置を提供する。 【構成】演算増幅器IC31、抵抗器R4、R5、R6、R7、R8、
R9、R10 および温度センサRth で温度応答変速回路を形
成し、その制御信号によって周囲温度に応じてファンの
回転速度を直線的に変化させる。またＩＣ回路IC33、抵
抗器R11 、R12、R13 で保護回路を形成し、温度センサR
th 異常時にファンを全速運転させる。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は冷却ファン装置に係り、特に周囲温度の変化に応答して自動的にファ ンの回転速度を調節しうるとともに温度センサ異常時にはファンを全速で回転さ せうる冷却ファン装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】

現在、コンピュータシステムは家庭、工場またはオフィス等に欠かすことので きない生活上の補助道具になっている。冷却ファンはこのようなコンピュータシ ステム内の温度上昇を抑制しこれを冷却するのに必要な要素であるが、今日にお ける生活一般の質の向上に伴って、仕事環境の質もまたなおさら重視されている ので、コンピュータシステム内の冷却ファン運転時に生じる騒音は、直接コンピ ュータを操作するオペレータはもちろんのこと、コンピュータおよびその周辺設 備メーカーをも悩ませている。

【０００３】

【考案が解決しようとする課題】

本考案はこのような状況を改善するためになされたものである。コンピュータ が全負荷状態の時冷却ファンは一般に全速で運転されるが、元来速度一定のファ ンにあってはコンピュータが全負荷状態でない時にも相変わらず全速で運転され るため騒音は依然大きい。しかしこの場合、全負荷状態ではないためシステム内 部の温度上昇は全負荷状態の時ほどではない。そこで、温度によってファンの回 転速度が変わる温度応答速度制御式の冷却ファンを使用すれば、温度センサで周 囲温度の変化を検知し制御回路にフィードバックすることによって冷却ファンの 回転速度をちょうど要求される範囲に下げるとともに騒音を低減し、かつ冷却フ ァンの寿命も延長することができるはずである。

【０００４】 したがって本考案は、周囲温度の変化に応答して自動的にファンの回転速度を 調節することができ、しかも異常発生時にはファンを全速運転させる保護機能を もつ冷却ファン装置を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】

上記目的を達成するための本考案は、ブラシレスＤＣモータを用いた冷却ファ ン装置において、ファンを駆動制御する駆動手段と、周囲温度を検出する温度検 出手段と、前記ファンの回転速度を前記温度検出手段によって検出された周囲温 度に応じて変化させる制御信号を前記駆動手段に出力する第１速度制御手段と、 前記第１速度制御手段によって制御される変速領域以外の領域において前記ファ ンの回転速度を制御する制御信号を前記駆動手段に出力する第２速度制御手段と 、異常運転の発生時に前記ファンに保護動作を行わせる制御信号を前記駆動手段 に出力する保護制御手段とを有することを特徴とする。

【０００６】

【作用】

このように構成した本考案にあっては、まず温度検出手段が周囲温度を検出す る。そしてその周囲温度が変速領域内にあれば第１速度制御手段はファンの回転 速度をその周囲温度に応じて変化させる制御信号を駆動手段に出力し、変速領域 外ならば第２速度制御手段がファンの回転速度を制御する制御信号を駆動手段に 出力する。こうして、ファンの回転速度は周囲温度の変化に応答して自動的に調 整されるので、冷却効率が向上し騒音が低減されるようになる。

【０００７】 また、異常運転が発生した時には保護制御手段がファンに保護動作を行わせる 制御信号を駆動手段に出力するので、被冷却システムは過熱の危険から保護され ることになる。

【０００８】

【実施例】

以下、添付した図面を参照して本考案を説明する。 図１は、本考案の一実施例に係る冷却ファン装置の立体分解図である。 この冷却ファンは、気流を発生させる羽根200 を収納する収納室101 を備えた フレーム100 を有し、このフレーム100 の正面側にはフレーム中央に位置する軸 受102 を支持するために３本のストラット104a、104b、104cがある。軸受102 の 内部には２つのボールベアリング110a、110bがはめ込まれ、その外縁部には後述 する回路が形成された回路板500 と、この上に溶接され羽根200 を回転させるブ ラシレスＤＣモータのステータ400 とがはめ込まれる。また、電源コード510 と 温度検出手段たる温度センサ600 はストラット104cの線出し溝103 から外に引き 出される。

【０００９】 一方、ブラシレスＤＣモータのロータ210 は、その外側に羽根200 が取り付け られ、かつその内側にリング状の永久磁石300 がはめ込まれ、さらにその中心に 回転軸211 がある。そして組み立て順序に従って、まずロータ210 の回転軸211 に緩衝用のバネ113 を装着し、それから回転軸211 を軸受102 内のボールベアリ ング110b、ブラシレスＤＣモータのステータ400 、回路板500 に通し、さらにボ ールベアリング110aに通して軸受102 の外に貫通させ、この突出した部分にワッ シャ111 をはめてスナップリング112 で固く止める。こうして本考案の冷却ファ ンが組み立てられる。

【００１０】 図２は、図１の回路板500 上に形成されたファン速度制御回路の一例を示す回 路図である。 この回路では、通電すると、電源電圧が逆電圧保護ダイオードD1を経て回路板 500 上の回路とブラシレスＤＣモータのステータ400(具体的にはアーマチュアコ イル410)とに印加され、アーマチュアコイル410 とリング状永久磁石300 との間 の相互作用によりトルクが発生して羽根200 を回転させる。この時、ブラシレス ＤＣモータの位相を切り替えるべくモータの回転位置を検出するためのホール効 果感応ＩＣ回路IC1 は、抵抗器R2、R3によって一定のバイアス電流が与えられた 状態で、コイル410 と永久磁石300 との間の磁界変化を検知する。

【００１１】 その後、ホール効果感応ＩＣ回路IC1 は正(V+)と負(V-)の電圧を駆動ＩＣ回路 IC2 に出力し、この駆動ＩＣ回路IC2 は上記２つの入力波形を内部電圧と比較し てその入力波形の整形処理を行い、図５に示すＦＧ波形と同じものを得る。この 同相パルスによって半導体スイッチφ1 、φ2 の出力パルスを図５中のＢおよび Ｃに示すように制御する。この半導体スイッチφ1 、φ2 の出力パルスを利用し てブラシレスＤＣモータのアーマチュアL1、L2とL3、L4（すなわちアーマチュア コイル410)への通電を制御して磁極を切り替え、マグネットカップル（すなわち リング状永久磁石300)に伴いブラシレスＤＣモータに方向変換の動作が生じる。 起動用コンデンサC1は、駆動ＩＣ回路IC2 にファンの羽根200 が完全に停止して から再起動するための電力を提供し、ＩＣ回路IC1 とIC2 で構成された駆動系に よってファンを回転させるとともにフィードバックの周期の際のパルス信号を出 力する。なお、ＩＣ回路IC1 とIC2 、コンデンサC1およびトランジスタTR2 によ って駆動手段が形成されている。

【００１２】 ＩＣ回路IC3 の内部には３個の演算増幅器IC31、IC32、IC33がある。そのうち 演算増幅器IC31は抵抗器R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10 および温度検出手段たる 温度センサRth と共に、第１速度制御手段として周囲温度に応じてファンの回転 速度を変化させる温度応答変速回路を形成している。周囲温度が変わると温度セ ンサRth の抵抗値が変化するので、温度センサRth と抵抗器R4とで形成される電 圧Ｖthは温度の変化に伴って変化する。そのためこの電圧Ｖthと抵抗器R9とR10 で形成される基準電圧Ｖref との差の電圧も温度変化に応じて変化する。その結 果、入力電圧ＶthとＶref を演算増幅器IC31で演算して得る出力電圧Ｖ０ も温 度に応じて変化し、トランジスタTR2 に通じる電流が変化し、これに伴ってファ ンの回転速度が変わることになる。こうして、温度によるファンの速度制御の目 的が達成される。

【００１３】 一方、ＩＣ回路IC32は抵抗器R11 、R12 、R13 、トランジスタTR1 および抵抗 器R1と共に第２速度制御手段たる停止回路を形成し、必要に応じて抵抗器R11 、 R12 、R13 の抵抗値を変え、ファンを停止させる回転速度を任意に調節すること ができる。

【００１４】 また、ＩＣ回路IC33は抵抗器R11 、R12 、R13 と共に温度センサRth 異常時に 作動する保護制御手段たる保護回路を形成している。ふつうのファンでは、温度 センサRth が開路すると電圧が提供されないためＶth点は０ボルトであり、この 時ファンは運転されず、そのためコンピュータ設備は過熱によりこわれる可能性 がある。そこで本回路は、ＩＣ回路IC33を利用して温度センサRth が開路してい るかどうかを感知し、もし開路していればＩＣ回路IC33のピン8 でトランジスタ TR1 を触発し、トランジスタTR2 の動作を経由してファンを全速運転させる。そ の結果、温度センサRth 異常時にコンピュータ設備が過熱でこわれるのが防止さ れ、もって保護作用の目的が達成される。

【００１５】 図３は、本回路による温度と回転速度の関係を示すグラフである。このグラフ から分かるように、変速領域たるある温度の範囲内（Ｔ1 からＴ2 まで）におい てファンの回転速度rpm はＮ1 からＮ2 の間で極めて直線的に上昇している。抵 抗器R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10 の抵抗値を変えれば、制御したい温度点およ び直線の傾きに任意に調節することができる。

【００１６】 図４（Ａ）および（Ｂ）にはそれぞれ温度センサ600 の取り付け位置の一例が 示されている。図４（Ａ）に示すように温度センサ600 を直接ファンの枠に取り 付けると直接ファン出口の温度を検知することができ、また図４（Ｂ）に示すよ うに接続コードを用いて温度センサ600 を外につなぎ出す場合にはこれをシステ ムのホットスポットに取り付けて周囲温度を検知することもできる。よって最も 効率的な冷却制御効果の達成が可能になる。

【００１７】 図５にはファン速度制御回路の出力波形が示されている。これら出力波形Ａ、 Ｂ、Ｃのもつ意味についてはすでに図２の説明の中で述べているので、ここでは その説明は省略する。

【００１８】 このように、この冷却ファンによれば、温度に応じてファンの回転速度が変化 するため効率良いシステムの冷却が可能になり運転中の騒音を下げることができ るほか、温度センサに異常が生じるとファンは全速で運転するため被冷却システ ムを過熱の危険から保護することができる。これらの効果は、従来の冷却ファン が効率や安全性の面で劣るという問題点を改善するものである。

【００１９】 なお、本考案は以上述べた実施例に限定されるものではなく、実用新案登録請 求の範囲を逸脱しない限り任意に変更可能であることはもちろんである。

【００２０】

【考案の効果】

以上の説明により明らかなように、本考案によれば、周囲温度に応じてファン の回転速度を調節しうるようにしたので、効率良いシステムの冷却が可能になり 運転中の騒音を下げることができる。また、温度センサに異常が発生した時には ファンを全速で運転させるようにしたので、被冷却システムを過熱の危険から保 護することができ安全性が図られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の一実施例に係る冷却ファンの立体分解
図である。

【図２】図１の回路板上に形成されたファン速度制御回
路の一例を示す回路図である。

【図３】図２の回路の制御特性として温度と回転速度の
関係を示すグラフである。

【図４】図１の温度センサの取り付け位置の一例を示す
図である。

【図５】図２の回路の出力波形を示す図である。

【符号の説明】

１００…フレーム ＩＣ１…ホール効果感応ＩＣ回路（駆動手段） ＩＣ２…駆動ＩＣ回路（駆動手段） ＩＣ31…演算増幅器（第１速度制御手段） ＩＣ32…演算増幅器（第２速度制御手段） ＩＣ33…演算増幅器（保護制御手段） ＴＲ１、ＴＲ２…トランジスタ Ｄ１〜Ｄ６…ダイオード ６００、Ｒth…温度センサ（温度検出手段） Ｒ１〜Ｒ13、Ｒａ、Ｒｂ…抵抗器 Ｃ１〜Ｃ３…コンデンサ Ｌ１〜Ｌ４…アーマチュアコイル（ブラシレスＤＣモー
タ）

Claims (5)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】ブラシレスＤＣモータを用いた冷却ファン
   装置において、 ファンを駆動制御する駆動手段と、 周囲温度を検出する温度検出手段と、 前記ファンの回転速度を前記温度検出手段によって検出
   された周囲温度に応じて変化させる制御信号を前記駆動
   手段に出力する第１速度制御手段と、 前記第１速度制御手段によって制御される変速領域以外
   の領域において前記ファンの回転速度を制御する制御信
   号を前記駆動手段に出力する第２速度制御手段と、 異常運転の発生時に前記ファンに保護動作を行わせる制
   御信号を前記駆動手段に出力する保護制御手段と、 を有することを特徴とする冷却ファン装置。
2. 【請求項２】前記第１速度制御手段は周囲温度が前記変
   速領域内にある時前記ファンの回転速度を周囲温度に対
   してほぼ直線的に変化させる制御信号を出力し、前記第
   ２速度制御手段は周囲温度が前記変速領域の下限温度以
   下の領域内にある時前記ファンの回転速度を一定に維持
   しまたは周囲温度に応じて変化させあるいは前記ファン
   を停止させる制御信号のいずれかを選択的に出力するこ
   とを特徴とする請求項１記載の冷却ファン装置。
3. 【請求項３】前記保護制御手段は前記温度検出手段に異
   常が発生したことを感知した時前記ファンを全速で運転
   させる制御信号を出力することを特徴とする請求項１記
   載の冷却ファン装置。
4. 【請求項４】前記温度検出手段は前記ファンの送風口の
   温度を検出しうるよう前記ファンのフレームの正面側に
   取り付けられまたは被冷却システムのホットスポットの
   温度を検出しうるよう前記ホットスポットの位置に取り
   付けられていることを特徴とする請求項１記載の冷却フ
   ァン装置。
5. 【請求項５】前記変速領域は前記ファンの回転速度が一
   定の高速値とその１／３高速値の間で設定され、前記第
   １速度制御手段は周囲温度が前記変速領域内にある時前
   記ファンの回転速度を周囲温度に対してほぼ直線的に変
   化させる制御信号を出力し、前記第２速度制御手段は前
   記ファンの回転速度が前記１／３高速値より遅い時前記
   ファンの回転速度を一定に維持しまたは周囲温度に応じ
   て変化させあるいは前記ファンを停止させる制御信号の
   いずれかを選択的に出力することを特徴とする請求項１
   記載の冷却ファン装置。