JPH10271872A - Ｄｃモーターファン搭載ファンフィルタユニット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ファンフィルタユニットにおけるファンは、交
流電源の場合は、５０Ｈｚまたは６０Ｈｚの周波数の違
いおよび抵抗の大きな変化により風力が大きく異なるほ
か、この周波数そのもののバラツキにより正確に一定の
風量を送ることが困難であった。 【解決手段】交流電源を用いて、直流のＤＣモーターフ
ァンを駆動させるための、ＤＣモーターファン搭載ファ
ンフィルタユニットであって、このＤＣモーターファン
搭載ファンフィルタユニットは、交流電源を直流電源に
変換する整流回路および制御回路を備えたＤＣ基板５
と、該ＤＣ基板５に接続された直流用のＤＣモーターフ
ァン６と、フィルタ７とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、製薬工場、精密電子機
器工場等のクリーンルームに使用されるＨＥＰＡ・ＵＬ
ＰＡ等の高性能フィルターを装着し送風機能を有したフ
ァンフィルタユニットに関し、特に交流電源を直流電源
に変換して、ＤＣモーターファンを駆動制御させるＤＣ
モーターファン搭載ファンフィルタユニットに関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】従来この種のファンフィルタユニットに
は商用周波数の交流電源をそのまま誘導電動機に適用し
てファンを駆動させるものが一般的であり、その商用交
流電源は日本国内では電圧は１００Ｖ、または２００Ｖ
にて供給され、その商用周波数は東日本では５０Ｈｚ、
西日本では６０Ｈｚといった２種類の周波数が用いられ
ている。また、海外においては交流電源は１００〜１２
０Ｖの国々と２００〜２４０Ｖの国々に大別され、更に
商用周波数は５０Ｈｚと６０Ｈｚのいずれかにて供給さ
れており、全ての組み合わせは膨大なものとなる。ただ
し、一般にファンを駆動する誘導電動機は、電源電圧さ
え適合すれば、前記交流５０Ｈｚまたは６０Ｈｚのいず
れの使用にも耐えるようにはなっているが、誘導電動機
を用いる以上、回転力や回転数はその駆動源となる電源
電圧や電源周波数の影響を受けやすいという性質を持っ
ている。

【０００３】また、交流インバータを用いてファンの風
量を調節する例は特開昭６２−１０８９４３号公報等に
示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前者の
商用周波数の交流電源をそのまま誘導電動機に適用する
ファンフィルタユニットにおいては、この地域差による
５０Ｈｚ、または６０Ｈｚのような交流電源周波数の相
違は、ファンにとっては回転数の大きな違いが生じ、従
って例えば周波数が５０Ｈｚの地域ではサイリスタ制御
などを用いた風速制御ボリュームを最大位置に上げ、６
０Ｈｚの地域では該ボリュームを最低位置に下げなけれ
ばならないなど、同一ファンであっても周波数の異なる
地域によって送風性能が一定しないという課題があっ
た。

【０００５】すなわち、従来一般に使用されている誘導
電動機のモーターファンでは、フィルタ以外の抵抗の有
無、例えば余剰静圧で１０ｍｍＡｑ（おおよそ０．１ｋ
ｐａ）が有るときと、無いときでは、抵抗が有ると制御
が可能（スピードコントローラーの制御範囲内の場合）
であるが、抵抗が無いと送風量を減らすことができず、
逆に抵抗が有り過ぎると送風量が不足することがあると
いう課題があった。

【０００６】また、クリーンルームの風路構成において
は、厳密な風速の制御が不可欠であるが、クリーンルー
ム内には様々な生産機械が存在し、それら生産機械の配
置如何で風路抵抗の変化は極めて日常的な頻度で設置現
場において発生する。例えば、クリーンルーム内部の生
産機械を動かしただけでも風路抵抗は変化し、また場所
によっては通常のＨＥＰＡフィルターのみならず化学吸
着フィルターも付加装着する必要があり、その都度大が
かりな風速の計測を伴う変更を余儀なくされるばかり
か、誘導電動機を使用したモーターファンでは制御幅が
少ないため、場合によってはモーター自体の変更を伴う
こともあった。

【０００７】たとえ、上記したように設置現場において
モーター自体の交換はなくとも、この種のファンフィル
タユニットの生産現場では、生産品の設置される場所や
仕向地別に膨大な種類のモーターを用意しなければ納入
先の使用に対応しきれないという生産サイドの問題も存
在していた。従って、制御幅も広く、また風量制御・回
転数制御が可能なことが要求されている。

【０００８】また、後者の交流インバーター制御のモー
ターファンの場合においても、交流の周波数変換で回転
数を制御している関係上、上記同様、使用しているのは
誘導電動機であり、精緻な回転数制御には無理があり、
おおよその回転数制御しか望み得なかった。

【０００９】更に、両者とも交流用モーターファンを使
用している関係上、ヒューズやサーマルカットオフ等を
用いて温度変化を検出することで二次的に異常を検出し
ているため、多くの場合、実際の異常発生から異常検出
までに長時間のタイムラグを生じ、その間の精密性産物
（シリコンウェーハ等）にダメージを与えることも少な
くなかった。

【００１０】特に単一の本体に複数のモーターファンが
連なって装着された場合、異常を来しているモーター周
囲にも他のモーターファンが作り出す気流が流れ、温度
変化が緩和されるため、長時間に亘り異常検出がなされ
ないという課題があった。従って、異常検出までのタイ
ムラグがほとんどない異常検出手段を備えることが要求
されている。

【００１１】本発明は前記従来の課題を解決し、容易に
送風量を正確、且つ一定に制御できると共に、速やかな
異常検出ができるＤＣモーターファン搭載ファンフィル
タユニットを提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、交流電源を用
いて、直流のＤＣモーターファンを駆動させるための、
ＤＣモーターファン搭載ファンフィルタユニットであっ
て、このＤＣモーターファン搭載ファンフィルタユニッ
トは、交流電源を直流電源に変換する整流回路および制
御回路を備えたＤＣ基板と、該ＤＣ基板に接続された直
流用のＤＣモーターファンと、フィルタとを備えるとい
う手段を採用することにより、上記課題を解決した。ま
た、上記課題を解決する他の手段は、送風機能を持ち高
性能なフィルタを介して除塵を行うファンフィルタユニ
ットであって、交流電源を整流して直流電源に変換する
ためのＡＣ−ＤＣコンバータ部と、前記ＡＣ−ＤＣコン
バータ部からの出力を受けてスイッチング電源として機
能するＤＣ−ＤＣコンバータ部と、インバーター駆動回
路を伴い３相電圧を発生する３相電圧発生部とを順次接
続し、同期式電動機を備えたＤＣモーターファンを駆動
させると共に、前記ＤＣ−ＤＣコンバータ部からの出力
信号にフィードバックをかけるモーター用直流電圧・直
流電流監視制御部と、処理・判定・制御部と目標回転数
指示部を介し前記ＤＣ−ＤＣコンバータ部に出力指示を
与える風速制御ボリュームとを備えたものである。そし
て、上記手段により、厳密な風量制御・回転数制御が可
能なＤＣモーターファン搭載ファンフィルタユニットが
得られる。更に、上記課題を解決する他の手段は、上記
手段に加えて、ＡＣ−ＤＣコンバータ部を全波整流する
とき商用電源略１００Ｖに対応し、半波整流するときに
略２００Ｖに対応する構成としたものである。そして上
記手段により、設置される場所や仕向地別に存在する、
数多くの電源仕様にも拘らず、極めて集約された生産品
の仕様で膨大な納入先の使用に対応可能なＤＣモーター
ファン搭載ファンフィルタユニットが得られる。また、
上記課題を解決するための他の手段は、上記手段に加
え、ＤＣモーターファンのローターの位置を検出するロ
ーター位置検出部と、該ローター位置検出部からの信号
をローター位置判定処理部を介して脱調状態であるかど
うかを判定する処理・判定・制御部を備え、脱調状態の
場合に異常信号を出力する異常判断出力処理部を介して
点灯する異常ランプを備えたものである。そして上記手
段により、ファン装着台数に拘らず、異常検出までのタ
イムラグがほとんどないＤＣモーターファン搭載ファン
フィルタユニットが得られる。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面に基づ
いて詳細に説明する。図１は、本発明フィルタユニット
の正面概略説明図であり、図中、１はケース本体で、該
ケース本体１には、制御パネル２、コネクタ３、差圧計
４が設けられていると共に、ケース本体１内部には、破
線で示すように交流電源を直流電源に変換する整流回路
および制御回路を備えたＤＣ基板５と直流用のＤＣモー
ターファン６が複数個設けられている。更に、ケース本
体１下部には、フィルタ７が設けられ、前記ＤＣモータ
ーファン６により送風された塵埃を含む空気を濾過し、
清浄な空気としてフィルタ７の下流側へ送風するよう形
成されている。なお、差圧計４はフィルタ７の静圧を確
認するものである。

【００１４】図１における制御パネル２には次の装置が
備えられている。すなわち、電源投入用のファン運転用
スイッチであるメインスイッチ２ａと、ファン運転を制
御すると共に、ファンフィルタユニットの風量調整を行
う風速制御ボリューム２ｂと、ファンの運転確認用ラン
プで運転時に点灯する運転ランプ２ｃと、ファンの故障
等の異常時に点灯する表示ランプ２ｄとが備えられてい
る。

【００１５】図２は、前記ＤＣ基板５に備えられた整流
回路および制御回路の回路構成ブロック図であり、該Ｄ
Ｃ基板５には、先ず回路保護部１１が設けられている
が、該回路保護部１１はヒューズとサージアブソーバと
で構成され、入力の交流電源９側からの異常電圧・異常
電流の流入を防ぎ、機器の保護を行うようになってい
る。次に、電源高調波電流抑制回路部１２は、リアクタ
ーを備え、電源入力側から流入する無用な高調波電流部
分を抑制する。ノイズフィルター部１３は、電気的ノイ
ズを濾過するフィルターであり、コンデンサー、コイル
などで構成され、外来ノイズや発生ノイズを阻止し、バ
イパスさせて有害無用なノイズの低減を図っている。こ
のノイズフィルター部１３は、外周を別途、安全アース
１０に接続することによって、一層の電気的安全性と電
位の安定性を図っている。

【００１６】ＡＣ−ＤＣコンバーター部１４は、整流器
とコンデンサーで構成され、前記ノイズフィルター部１
３を経てきた交流を整流し、且つ平滑にして平滑直流電
圧の生成を行う。なお、図３にて示すように、略１００
Ｖ（１００〜１２０Ｖ）仕様のＡＣ−ＤＣコンバーター
部１４ａは、ダイオードブリッジにて全波整流を行う構
成とし、略２００Ｖ（１８０〜２４０Ｖ）仕様のＡＣ−
ＤＣコンバーター部１４ｂは同図に示すような、上記一
部のダイオードをバイパスした回路構成とすることによ
る半波整流を行う。こうしてＡＣ−ＤＣコンバーター部
１４で交流を直流に変換することにより、周波数の影響
がなくなるので、地域による周波数の相違や、商用電源
につきものの周波数の変動などの不都合から解放される
ことになる。更に、ＡＣ−ＤＣコンバーター部１４を全
波整流するか半波整流するかで、対応可能な商用電源を
選定できるため、生産品の種類の集約も図ることができ
るのである。

【００１７】そして次に、ＤＣ−ＤＣコンバーター部１
５は、トランジスター、トランス、コンデンサーなどか
ら成るスイッチング電源により、可変直流電圧の出力を
行う（０〜４５Ｖの低い電圧のＤＣ）と共に、１次−２
次間の絶縁や過電流の検出をも行う。また、３相電圧生
成部１６は、トランジスターとダイオードとで構成され
たインバーター部が、前記ＤＣ−ＤＣコンバーター部１
５からの直流入力とインバーター駆動回路１７からの駆
動信号とにより３相電圧を生成し、ＤＣモーターファン
６を駆動する。更に、ＡＣ−ＤＣコンバーター部１８
は、商用電源トランスで構成され、商用電源を入力とし
て、マイコン等に必要な低圧回路直流電圧の生成（１３
Ｖ、５Ｖ）を行う。

【００１８】次に、ＣＰＵ１９は、中央演算装置であ
り、該装置はモーター用直流電圧・直流電流監視制御部
２０、ＡＣ電源停電監視部２１、モーター用直流電圧の
可変制御出力部２２、インバーター駆動制御出力部２
３、ローター位置判定処理部２４、目標回転数指示部２
５、異常判断出力処理部２６および処理・判定・制御部
２７を内蔵し、これら相互並びに外部との信号の授受
で、信号情報の処理・判定・制御を行う。ローター位置
検出部２８は、前記ＤＣモーターファン６のローターの
位置を検出し、ＣＰＵ１９に信号を送る。異常接点出力
回路部２９はリレーで構成され、前記異常判断出力処理
部２６からの信号でリレーの接点を閉じ、コネクタＣＮ
を介して異常信号を出力する。運転ランプ２ｃは入力交
流電源がＯＮのときは点灯表示し、ＯＦＦのときは滅火
表示する。回転数指示ボリューム２ｂは、該ボリューム
２ｂを操作して、ＤＣモーターファン６の所要回転数を
指定することができる。異常ランプ２ｄは、異常があっ
たとき、前記異常判断出力処理部２６からの信号によ
り、ＬＥＤランプで点灯表示する。複数のコネクタＣＮ
は、ＤＣ基板５の前記各部と他の機器回路とを結ぶコネ
クタであるが詳細は省略する。

【００１９】次に、前記構成より成る本発明装置の操作
について説明すると、先ず、ＡＣ電源９のメインスイッ
チ（図示せず）をＯＮにすることにより、運転ランプ２
ｃが点灯表示され、交流はコンバーター部などで直流に
変換されてＤＣモーターファン６は運転を開始する。な
お、このＤＣモーターファン６の回転はＤＣ−ＤＣコン
バーター部１５からＣＰＵ１９内のモーター用直流電圧
・直流電流監視制御部２０を介してフィードバックがか
かるため、極めて安定した回転数を維持できる。

【００２０】従って、フィルタ７下流で風速を確認しな
がら、回転指示ボリューム２ｂの調整を行うことによ
り、希望する風速を微調整しながら厳密に得ることがで
きる。なお、風速の調整が終了した後は、電圧の変動
（±１０％）および周波数の変動（±３Ｈｚ）があって
も一定の風速を維持するのである。

【００２１】一方、ローター位置検出部２８は、ＤＣモ
ーターファン６のローターの位置を検出し、ＣＰＵ１９
に信号を送る。そしてこのローター位置検出部からの信
号をＣＰＵ１９の内部のローター位置判定処理部２４を
介し、脱調（３相電圧生成部１６の駆動出力とＤＣモー
ターファン６の検出出力に差異を生じること）状態であ
るかどうかを処理・判定・制御部２７にて判定し、異常
判断出力処理部２６に信号出力を行う。そして、異常判
断出力処理部２６からの信号で異常接点出力回路部２９
のリレーの接点を閉じ、ＬＥＤで構成された異常ランプ
２ｄを点灯表示させるのである。

【００２２】従って、従来のように異常による温度上昇
ではなく、運転中のＤＣモーターファン６の回転異常が
起きた場合に、異常ランプ２ｄが点灯するため、従来の
ようなタイムラグもなく、速やかな警告が可能となる。

【００２３】以上説明したように、ＤＣモーターファン
では周波数などの変動要素がなく、ＤＣ基盤上の制御回
路でモーターの回転数をチェックすることにより、複数
台のうち１台が停止しても、異常の検出が容易に可能と
なる。

【００２４】このことは特に単一の本体に複数のモータ
ーファンが連なって装着された場合に、異常を来してい
るモーター周囲にも他のモーターファンが作り出す気流
が流れ、温度変化が緩和されるため、長時間に亘り異常
検出がなされないといった課題をも解決し得るものであ
る。

【００２５】

【発明の効果】本発明は上述のように、交流電源を直流
電源に変換する整流回路および制御回路を備えたＤＣ基
板と、該ＤＣ基板に接続された直流用のＤＣモーターフ
ァンを備え、交流電源を用いて直流のＤＣモーターファ
ンを駆動させるため、従来のような５０Ｈｚ・６０Ｈｚ
等の周波数の相違によるファンの風量の相違がなくな
り、一定の正確な性能を持たせることができ、また従来
のような周波数のムラによるファンの回転速度不安定等
の影響がなくなった。また、ＤＣ基盤に備えられた制御
回路により、ＤＣモーターファンの回転数を確認し、送
風量を制御するため、ファンの受け持つ静圧（抵抗）が
変わっても、送風量の制御が可能となった。また、ＡＣ
−ＤＣコンバータ部を全波整流するとき商用電源略１０
０Ｖに対応し、半波整流するときに略２００Ｖに対応す
る構成としたため、仕向地別に存在する、数多くの電源
仕様にも拘らず、極めて集約された生産品の使用で膨大
な納入先の使用に対応可能となった。更に、従来のＡＣ
ファンでは、そのファンがユニット内に複数台内蔵され
ている場合、いずれか１台のモーターファンに異常が起
きても他のファンが運転されていると、前記異常なファ
ンの温度上昇が確認できないため、モーター内蔵のサー
マルが作動しないという不都合があったが、本発明では
ＤＣモーターファンを用い、ＤＣ基板に備えられた制御
回路でモーターファン回転数をパルスで確認できるた
め、異常を起こしたＤＣモーターファンの回転数を個別
に自動チエックでき、複数台のうち１台が停止しても、
ただちに異常の検出が可能となるという効果が得られ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明ＤＣモーターファン搭載ファンフィルタ
ユニットの正面概略説明図である。

【図２】本発明ＤＣモーターファン搭載ファンフィルタ
ユニットにおける整流回路と制御回路を示すブロック図
である。

【図３】本発明ＤＣモーターファン搭載ファンフィルタ
ユニットにおけるＡＣ−ＤＣ整流回路の回路図である。

【符号の説明】

２ｂ 風速制御ボリューム、 ２ｄ 異常ランプ、 ５
ＤＣ基板、 ６ ＤＣモーターファン、 ７ フィル
タ、 １４ ＡＣ−ＤＣコンバーター部、 １４ａ Ａ
Ｃ−ＤＣコンバーター部（１００Ｖ対応）、 １４ｂ
ＡＣ−ＤＣコンバーター部（２００Ｖ対応）、 １５
ＤＣ−ＤＣコンバーター部、 １６ ３相電圧生成部、
２０ モーター用直流電圧・直流電流監視制御部、
２４ ローター位置判定処理部、 ２７ 処理・判定・
制御部、 ２８ ローター位置検出部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石川 晃一 神奈川県茅ヶ崎市浜須賀３丁目22番Ｃ−１ (72)発明者 小栗 英明 神奈川県藤沢市本鵠沼４丁目９番１号

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】交流電源を用いて、直流のＤＣモーターフ
   ァンを駆動させるための、ＤＣモーターファン搭載ファ
   ンフィルタユニットであって、このＤＣモーターファン
   搭載ファンフィルタユニットは、交流電源を直流電源に
   変換する整流回路および制御回路を備えたＤＣ基板と、
   該ＤＣ基板に接続された直流用のＤＣモーターファン
   と、フィルタとを備えたことを特徴とするＤＣモーター
   ファン搭載ファンフィルタユニット。
2. 【請求項２】送風機能を持ち高性能なフィルタを介して
   除塵を行うファンフィルタユニットであって、交流電源
   を整流して直流電源に変換するためのＡＣ−ＤＣコンバ
   ータ部と、前記ＡＣ−ＤＣコンバータ部からの出力を受
   けてスイッチング電源として機能するＤＣ−ＤＣコンバ
   ータ部と、インバーター駆動回路を伴い３相電圧を発生
   する３相電圧発生部とを順次接続し、同期式電動機を備
   えたＤＣモーターファンを駆動させると共に、前記ＤＣ
   −ＤＣコンバータ部からの出力信号にフィードバックを
   かけるモーター用直流電圧・直流電流監視制御部と、処
   理・判定・制御部と目標回転数指示部を介し前記ＤＣ−
   ＤＣコンバータ部に出力指示を与える風速制御ボリュー
   ムとを備え、回転数の微調整ができるＤＣモーターファ
   ン搭載ファンフィルタユニット。
3. 【請求項３】ＡＣ−ＤＣコンバータ部を全波整流すると
   き商用電源略１００Ｖに対応し、半波整流するときに略
   ２００Ｖに対応する構成としたＤＣ基板を備えた請求項
   １または請求項２記載のＤＣモーターファン搭載ファン
   フィルタユニット。
4. 【請求項４】ＤＣモーターファンのローターの位置を検
   出するローター位置検出部と、該ローター位置検出部か
   らの信号をローター位置判定処理部を介して脱調状態で
   あるかどうかを判定する処理・判定・制御部を備え、脱
   調状態の場合に異常信号を出力する異常判断出力処理部
   を介して点灯する異常ランプを備えた請求項１〜３のい
   ずれかに記載のＤＣモーターファン搭載ファンフィルタ
   ユニット。
5. 【請求項５】複数のＤＣモーターファンと、前記ＤＣモ
   ーターファンと同数の独立したＤＣ基板を単一の本体に
   設けた請求項１〜４のいずれかに記載のＤＣモーターフ
   ァン搭載ファンフィルタユニット。