(57)【要約】【課題】急速な消音が可能で、かつ、装置を小型化することができるモーターサイレンの提供を目的とする。【解決手段】ロータ１を回転させて吹鳴させる交流モータ２に対して消音動作時に交流電源部３からの交流を遮断し、吹鳴音が所定の音圧レベル以下になるまで直流電源部４から直流を供給して構成する。  また、交流モータ２によりロータ１を回転させて吹鳴させるモータサイレンであって、  前記交流モータ２はインバータ部５により駆動可能に形成されるとともに、  前記交流モータ２をインバータ部５をバイパスして外部電源７に接続するバイパス回路８と、  前記インバータ部５の動作不良時に交流モータ２をインバータ部５による駆動回路から該インバータ部５をバイパスした外部電源７による駆動回路に切り換える切換スイッチ９とを有して構成する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータを回転させて吹鳴させる交流モータに対して消音動作時に交流電源部からの交流を遮断し、吹鳴音が所定の音圧レベル以下になるまで直流電源部から直流を供給するモーターサイレン。
【請求項２】
前記交流電源部はインバータ部を備え、消音動作時にインバータ部の交流モータとの電気的接続をリレーによって機械的に切断する請求項１記載のモーターサイレン。
【請求項３】
交流モータによりロータを回転させて吹鳴させるモータサイレンであって、
前記交流モータはインバータ部により駆動可能に形成されるとともに、
前記交流モータをインバータ部をバイパスして外部電源に接続するバイパス回路と、
前記インバータ部の動作不良時に交流モータをインバータ部による駆動回路から該インバータ部をバイパスした外部電源による駆動回路に切り換える切換スイッチとを有するモーターサイレン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はモーターサイレンに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、モータを駆動して吹鳴を起こさせるモーターサイレンとしては、特許文献１に記載されたものなどが知られている。モーターサイレンは、一般に、モータによってロータを高速回転させて風切窓を断続的に開閉させることにより吹鳴するもので、例えば防災用に用いられるときには、吹鳴パターンを災害の種類などに合わせて変更することによって災害の発生とその種類を周辺住民に迅速に伝達する。このような吹鳴パターンを作成するためには急速に消音できることが必要で、このため従来においては例えばシャッタを駆動して上記風切窓を強制的に閉じるなどの手法が用いられている。
【特許文献１】特開平１０-１８８１７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、シャッタやその駆動機構などの機械的な手法によると、装置が大型化しやすいという欠点がある。
【０００４】
本発明は、かかる欠点を解消すべくなされたものであって、急速な消音が可能で、かつ、装置を小型化することができるモーターサイレンの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明によれば上記目的は、
ロータ１を回転させて吹鳴させる交流モータ２に対して消音動作時に交流電源部３からの交流を遮断し、吹鳴音が所定の音圧レベル以下になるまで直流電源部４から直流を供給するモーターサイレンを提供することにより達成される。
【０００６】
本発明によれば、交流モータ２には消音時に交流電力に代えて直流電力が供給される。交流モータ２に所定の直流電力を印加することにより、交流モータ２の巻き線が静止磁界を形成し、慣性エネルギーを回転子の熱エネルギーとして消費させてロータ１の回転速度を減速させるいわゆる直流制動を行うことができる。一般に音が広がりやすい風通しの良い所に設置されるモーターサイレンにおいて、交流モータ２は自然と低温に維持されやすく、発生する熱エネルギーを効率的に消費することができ、過剰に発熱してしまう心配がない。
【０００７】
したがって図１に示すように、交流モータ２駆動用の交流電源部３に加えて制動用の直流電源部４を設けるだけで、機械的ではなく電気的に消音を迅速に行うことができる。直流電源部４は図１に示すように変換回路１１を設けることにより外部電源７を利用して比較的容易に構成することが可能で、このように電気的な構成により消音を図ることによって、シャッタやその駆動装置を設ける場合に比して装置をより小型化することができる。また、一般に高所に設置されるサイレン本体１５に対して直流電源部４などの電源設備はやや離れて配置されることが多く、このため直流電源部４には後述する実施の形態に示すように定電流制御回路２１を設けることが望ましい。
【０００８】
上述した交流電力から直流電力への切り換え、すなわち交流電源部３から直流電源部４への電源系統の切換は、図１に示すようにリレー６等を用いれば足り、操作部１２からオペレータ等によって入力される吹鳴パターンに応じて制御部１３によってリレー６を駆動させれば消音動作に直流制動を連動させることができる。この消音の程度は吹鳴パターンを認識できるように聞こえれば足り、その音圧レベルは実験により適宜決定することができる。
【０００９】
また、このような直流制動によれば、回生電力の発生を防止することもできる上に、同様に電気的に急速な消音をすることが可能なインバータを用いる場合のように、吹鳴時から急速消音時への切り替わりの際にも連続してモータが制御されず、一定のタイムラグが必然的に設定される。これにより、インバータを用いた場合に比べて制動時に発せられる音響について聴覚的な違和感をより少なくすることができる。
【００１０】
また、昼間と夜間の吹鳴音量等を容易に変えることができるようになるなど、インバータ部５を設けてロータ１の回転速度を調整自在にすることは一般に有効で、この場合において、交流モータ２とインバータ部５との電気的接続をリレー６によって機械的に切断すれば、回生電力の発生を防いで動作信頼性を維持することができる。
【００１１】
このリレー６は上述した交流電源部３と直流電源部４との電源系統の切り換えを行うリレー６を兼ねて構成することができ、リレー６の動作をインバータ部５の作動停止に連動させれば、特段の操作の手間を生じず、管理に特段の手間がかかることはない。一般に落雷を受けやすいところに配置されるモーターサイレンにおいて、運転停止時における交流モータ２側への落雷により発生するサージに対する耐性を簡易に確保することができ、動作信頼性を向上させることができる。
【００１２】
さらに、インバータ部５を設けた場合の動作信頼性は、
交流モータ２によりロータ１を回転させて吹鳴させるモータサイレンであって、
前記交流モータ２はインバータ部５により駆動可能に形成されるとともに、
前記交流モータ２をインバータ部５をバイパスして外部電源７に接続するバイパス回路８と、
前記インバータ部５の動作不良時に交流モータ２をインバータ部５による駆動回路から該インバータ部５をバイパスした外部電源７による駆動回路に切り換える切換スイッチ９とを有するモーターサイレンを提供することによって確保することもできる。
【００１３】
この発明において、交流モータ２にはインバータ部５をバイパスするバイパス回路８がインバータ部５による駆動回路と並列に設けられ、インバータ部５が動作不良の際にはバイパス回路８によって交流モータ２を駆動させる。インバータ部５の動作不良情報は、例えば図１に示すように、インバータ部５の出力を検知する検知部１４を設け、制御部１３によってインバータ部５への駆動命令が出力されているにもかかわらず、検知部１４によりインバータ部５の出力が検知されない場合を条件にするなどして取得することが可能である。なお、この発明においては、図１に示す直流電源部４等を省略して構成することが可能である。
【００１４】
したがって、インバータ部５がサージ等により故障した時においても吹鳴させることができ、常に動作できる状態におけることにより、災害用などとしての信頼性を高めることができる。バイパス回路８のインバータ部５電源系統との切り換えに使用する切換スイッチ９には、例えば２回路の切り換えが可能なリレーを用いることなどが可能で、上述したリレー６と同様のいわゆるメカニカルリレーにすれば、サージ等のインバータ部５への入力を防止することもできる。また、バイパス回路８は、インバータ部５のメンテナンス時の代替電源回路としても利用することができる。
【００１５】
なお、上述したバイパス回路８を利用した外部電源７によるロータ１の駆動は、非常時のためのもので、吹鳴パターン等を多少犠牲にしても少なくとも災害の報知機能は確保することができるが、上述した直流制動と組み合わせれば吹鳴パターンを適宜良好にすることが可能で、より使い勝手をよくすることができる。
【発明の効果】
【００１６】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、急速な消音が可能で、かつ、装置を小型化することができるモーターサイレンを提供することができ、より多様な吹鳴パターンの活用などを通じて防災機能の向上に役立つことができる。
【００１７】
また、このようなモーターサイレンにおける非常時の動作信頼性を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図１を引用して上述したように、モーターサイレンは、サイレン本体１５と、サイレン本体１５を駆動するための交流電源部３と、サイレン本体１５を制動するための直流電源部４とを有して構成される。上記サイレン本体１５は、交流電源部３から給電される交流モータ２によってロータ１を回転させ、このロータ１を収容する図示しないロータケーシングに開設される風切窓を回転に伴って断続的に開閉させる。また、上記ロータ１には回転によって空気を押し出す羽根が形成され、断続開閉する風切窓への送風によりサイレン音を吹鳴させる。
【００１９】
図２に示すように、上述した交流モータ２として三相交流モータを用いるこの実施の形態において、電源には、商用の三相交流電源（外部電源７）が利用され、上述した交流電源部３には、三相交流電源７から供給される三相交流電力の周波数を変換して交流モータ２の回転速度を可変制御するためのインバータ部５が設けられる。インバータ部５は、６個のダイオードＤ１〜Ｄ６を三相ブリッジ結線して入力される三相交流を三相全波整流して直流にする整流回路１６と、この整流回路１６からの出力をフィルタとしてのコンデンサＣ１により平滑して電圧を安定させる平滑回路１７と、逆変換回路１８とを有して構成される。整流回路１６は、パワー素子としてここではダイオードを用いる場合を示したが、例えば逆方向阻止領域を持つサイリスタ等を用いることも可能である。上記平滑回路１７は、極性のある電解コンデンサであり、整流回路１６からの出力が陽極に入力されるように配置される。
【００２０】
逆変換回路１８は、エミッタ接地されるＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラ・トランジスタ）Ｑ１〜Ｑ６のエミッタとコレクタとにそれぞれダイオードＤ７〜Ｄ１２のアノードとカソードとを接続したもので、各相に対応してＩＧＢＴ３個が２セット使用される。交流モータ２に出力する周波数、および電圧を制御できるようにするために各ＩＧＢＴのゲートはインバータ制御回路１９に接続され、設定された周波数、電圧に応じたゲート電圧がインバータ制御回路１９によって例えばＰＷＭ（パルス幅変調）制御などによりスイッチング信号として印加される。なお、スイッチング素子として上記ＩＧＢＴに代えて、通常のトランジスタや適宜の転流回路を設けたサイリスタなどを使用することも可能である。
【００２１】
また、上述した直流電源部４は、この実施の形態において、商用の三相交流電源７を整流して得られた直流電力を交流モータ２に供給し、交流モータ２を直流制動する。この直流電源部４は、上述したインバータ部５の整流回路１６と同様に構成される変換回路１１と、上述した平滑回路１７の役目をなすインダクタンスＬとコンデンサＣ２とにより構成されるＬＣフィルタ２０と、定電流制御回路２１とを有して構成される。
【００２２】
定電流制御回路２１は、ＬＣフィルタ２０から出力された直流電力を交流モータ２への印加が許容される電流値にして、三相交流モータ２の任意の二相と残りの一相との間で通電させて直流制動する。上記電流値は使用される交流モータ２の規格等に合わせて実験により決定することが可能で、定電流制御回路２１は交流モータ２の負荷の変動にかかわらず一定の電流値の直流を交流モータ２に供給する。また、一般に高所に設置されるサイレン本体１５に対し、直流電源部４などは１０ｍ程度離れて配置される場合もあり、この場合定電流制御回路２１はケーブル長による電流値の低下を補うようにも機能する。なお、以上では三相交流モータ２において任意の二相と残り一相との間で直流を通電させてより大きな制動力を得る場合を示したが、少なくとも任意の二相で通電させれば直流制動させることができる。
【００２３】
以上の交流電源部３と直流電源部４とを交流モータ２に対して切り換え接続し、駆動・制動を切り換え操作するために、モーターサイレンには、リレー６と、これを制御する主制御回路（制御部１３）とが設けられる。リレー６は、図２に示すように、アクチュエータ２２により機械的に接点を開閉するもので、例えば、ソレノイドをアクチュエータ２２とする電磁リレーが用いられる。このリレー６は、交流電源部３の電源系統と直流電源部４の電源系統のそれぞれに対応して、交流電源部３からの交流モータ２の各相への導電路に設けられる第１リレー６ａと、直流電源部４からの交流モータ２の各相への導電路に設けられる第２リレー６ｂとで構成される。
【００２４】
一方、上記主制御回路１３は、図２においては図示されない操作盤等からなる上述した操作部１２に接続され、操作部１２からのサイレン駆動信号の入力に応じてリレー６を開閉制御し、交流モータ２を駆動、制動させる。また、上記主制御回路１３は災害の種類などに応じて吹鳴パターンを変更できるようにインバータ制御回路１９にも接続され、かつ、上記操作部１２は各種の吹鳴パターン信号を出力できるように構成されて、操作部１２からの特定の吹鳴パターン信号の入力に応じてインバータ制御回路１９に当該特定の吹鳴パターン信号に応じたベース電流の逆変換回路１８への出力を制御する。さらに、上記主制御回路１３は、交流モータ２に許容される電流値に応じて直流電源部４からの出力を調整できるように定電流制御回路２１にも接続され、定電流制御回路２１から出力される電流値を設定、変更できるようにされる。
【００２５】
主制御回路１３による交流モータ２の駆動は、操作部１２からのサイレン駆動信号の入力を受けて第１リレー６ａに閉信号を出力し、交流電源部３から交流モータ２への給電を開始させ、また、吹鳴パターン信号の入力を受けてインバータ制御回路１９に当該吹鳴パターン信号に応じたベース電流の逆変換回路１８への出力をさせる吹鳴信号を出力することによりなされる。反対に制動時には、第１リレー６ａに開信号を出力し、交流電源部３から交流モータ２への給電を停止させるとともに、インバータ制御回路１９にも吹鳴停止信号を出力して逆変換回路１８へのベース電流の供給を停止させ、さらに、第２リレー６ｂに閉信号を出力して直流電源部４を交流モータ２に接続する。図３に示すように、第１リレー６ａの切り換え動作時間を考慮して、主制御回路１３からの第２リレー６ｂへの閉信号の出力には適宜時間のタイムラグｔ１が設定され、この実施の形態においては第１リレー６ａへの開信号の出力に対して５０ｍｓから１００ｍｓ程度遅れて第２リレー６ｂへの閉信号が出力される。
【００２６】
したがって操作部１２に吹鳴操作が加えられると、主制御回路１３により第１リレー６ａがオンされて交流モータ２が交流電源部３に接続され、また、上記吹鳴パターンに応じた吹鳴パターン信号にしたがって逆変換回路１８から所定周波数の三相交流電力が交流モータ２に給電され、図３に示すように交流モータ２が始動して吹鳴が開始される。また、インバータ部５を用いて交流モータ２を始動させることにより、図３に示すように、インバータ出力を適宜制御することによって突入電流の発生が防止される。
【００２７】
適宜秒数の吹鳴、吹鳴停止を一定回数繰り返す吹鳴パターンを発音するこの実施の形態において、吹鳴パターン信号に基づく消音時、すなわち吹鳴停止時あるいは吹鳴終了時には、第１リレー６ａがオフにされて交流電源部３から交流モータ２への給電が遮断され、また、第２リレー６ｂがオンにされ、これにより交流モータ２には定電流制御回路２１から直流電力が供給されて直流制動により早期に消音される。上述した第１スイッチ部から第２スイッチ部への切り換えのタイムラグｔ１により、図３に示すように、交流モータ２は吹鳴停止動作の初期に短時間のフリーランをした後、急減速し、これにより消音時の吹鳴音の耳障りが改善される。
【００２８】
交流モータ２への直流電力の供給は、図３に示すように、吹鳴音が所定の音圧レベル以下になるまでの所定の短時間に限られ、主制御回路１３に対して予め所定時間経過後に第２リレー６ｂへ開信号を出力するように設定することにより、当該時間経過後には交流モータ２への直流、交流の供給がいずれも停止され、また、インバータ部５と交流モータ２との電気的接続がリレー６によって機械的に切断された定常状態に復帰する。この後、吹鳴パターンに応じて第１リレー６ａが再度閉じられて交流モータ２に交流電力の供給が再開され、あるいはこのまま停止される。
【００２９】
消音に関し、発明者の実験によれば、任意のモーターサイレンに搭載した０．７５ＫＷの汎用の三相交流モータ２に対して８Ａの直流を供給したところ、１２０ｄＢであった吹鳴音について２０ｄＢ分低下させるまでに、具体的には交流モータの回転数が３４２０ＲＰＭから７２０ＲＰＭになるまでに、フリーランでは１５秒かかったところを図３に示す直流制動の消音時間ｔ２では２秒程度で済み、大幅に短縮できることが確認された。また、インバータによって交流モータを減速制御した場合と消音時間を比較実験したところ、直流制動とほぼ近似する結果が確認された。さらに、上述した従来のシャッタを用いたときと比較した場合、消音時の吹鳴音をより低く抑えることができ、より高い消音効果を発揮することが確認された。
【００３０】
なお、以上においては、商用の三相交流電源７からそのまま５ないし３０Ａ程度の電流を得るために、変換回路１１や定電流制御回路２１を備えた直流電源部４をインバータ部５を備えた交流電源部３とは別個に構成する場合を示したが、交流電源部３のインバータ部５の整流回路１６等を利用して直流電源部４を構成することも可能である。また、直流制動をインバータ部５のスイッチング素子のスイッチング動作を利用して行わせるようにすることも可能である。さらに、定電流制御回路２１から交流モータ２への直流出力は、インバータ部５に各相の電力値を検知する上述した検知部１４を設けるなどして、インバータ部５の作動状態から直流制動に適した電流値の演算結果を反映して行うことも可能である。
【００３１】
加えて、交流電源部３と直流電源部４のそれぞれを交流モータ２に接続する第１、第２リレー６ｂについて、いわゆるノーマリーオープンではなく、いずれか一方を定常時に接続させてもよく、交流電源部３を接続する場合にはインバータ制御回路１９によりインバータ部５からの出力を停止制御させ、直流電源部４を接続する場合には定電流制御回路２１を制御して交流モータ２への直流の供給を実質的に停止させればよい。また、以上においては商用の三相交流電源７からインバータ部５に直接給電させる場合を示したが、インバータ部５の定格電圧に応じて三相交流電源７との間に適宜の電圧降下用のトランスを介させることも可能である。
【００３２】
図４に本発明の他の実施の形態を示す。なお、この実施の形態において、上述した実施の形態と同一の構成要素は図中に同一の符号を付して説明を省略する。この実施の形態において、交流電源部３には、インバータ部５の動作不良時にインバータ部５をバイパスして三相交流電源７と交流モータ２を接続するバイパス回路８が設けられるとともに、インバータ部５の電源系統回路とバイパス回路８とを交流モータ２に切り換え接続する切換スイッチ９が設けられる。
【００３３】
上記切換スイッチ９は、２回路の切り換え接点であり、電磁リレーが使用される。この切換スイッチ９は、第１リレー６ａ前段の三相交流電源７側に設けられ、上述した主制御回路１３によりソレノイド２２を励磁されて開閉制御される。また、この実施の形態において、切換スイッチ９は、図４に示すように、インバータ部５の保護をより高めるために、インバータ部５前段の電源側にも同様にインバータ部５の電源系統回路とバイパス回路８との２回路の切り換え接点として形成される。
【００３４】
上記切換スイッチ９は、定常時にはインバータ部５の電源系統を交流モータ２に接続し、したがって交流モータ２の駆動、制動に関し、定常時においては、インバータ部５の電源系統を交流モータ２に接続する切換スイッチ９は特段作動しない。一方、高所に設置されるサイレン本体１５近くに落雷するなどしてインバータ部５がサージ等により動作しなくなったときには、操作部２が吹鳴操作されると、インバータ部５の出力を検知する図４においては図示されない検知部１４を利用した動作不良情報を取得した主制御部１３が切換スイッチ９に切換信号を出力し、バイパス回路８により外部電源７に交流モータ２が接続される。この状態において、消音に際しては、上述同様第１リレー６ａを開いてから第２リレー６ｂを所定時間閉じることによりスムーズに行うことができる。
【００３５】
また、主制御回路１３は、図４に示すようにサイレン状態信号を操作部１２に出力し、インバータ部５の動作不良を操作部１２のオペレータに通知する。したがってこの実施の形態においては、仮にインバータ部５が故障したとしても、吹鳴動作を確保することができ、また、直流制動を利用して所定の吹鳴パターンを容易に作ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明を示すブロック図である。
【図２】電源回路を説明する回路図である。
【図３】電源回路の信号等のタイミングチャートである。
【図４】他の実施の形態を示す図で、電源回路を説明する回路図である。
【符号の説明】
【００３７】
１  ロータ
２  交流モータ
３  交流電源部
４  直流電源部
５  インバータ部
６  リレー
７  外部電源
８  バイパス回路
９  切換スイッチ
【図１】
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【図２】
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【図３】
2008191508.tif 000005
【図４】
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