JPH0753437Y2 - 冷却ファン装置 - Google Patents

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、前記温度検出手段に異常が発生したことを感
知したときに前記ファンを全速で運転させる制御信号を
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、温度検出手段に異常が発生したこと
を感知したときには保護制御手段がファンを全速で運転
さ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10
0 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30
0 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41
0)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R1
1 、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Ｖ
th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 (1)

【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、前記温度検出手段に異常が発生したことを感知したとき
   に前記ファンを全速で運転させる 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。