(57)【要約】【課題】換気扇などの送風ファンは、省電力化のために商用ＡＣ電源を整流器で整流して直流化し、ブラシレスＤＣモータを直流化電源で駆動させる構成の送風ファンが用いられるようになってきているが、部品点数が多くなり、構造が複雑化し、送風ファン装置全体が大型化し、さらに製造コストが高くなるという問題がある。【解決手段】ファン駆動回路用の単一のプリント基板に整流部３と、駆動コイル５，６を備えたステータと、制御部４などにより構成されたブラシレスＤＣモータ２を組み込んで一体化し、ＤＣ高電圧を駆動コイル５、６に直接に供給し、かつ減圧されたＤＣ低電圧を制御部４の入力として供給するようにしたＡＣインプットＤＣモータ２を構成し、その回転軸に羽根車を取り付けた構成の送風ファンとする。【選択図】  図２
2004260965.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送風ファンであって、ファン駆動回路用の単一のプリント基板にＡＣ入力を整流する整流部と、ブラシレスＤＣモータの駆動コイルを備えたステータと、前記駆動コイルを制御する制御部を組み込んで一体化し、かつ前記整流部で整流してなるＤＣ電圧を駆動電圧としてブラシレスＤＣモータの駆動コイルに供給し、前記ＤＣ電圧を減圧して得たＤＣ電圧出力を制御部入力として供給するようにしたＡＣインプットＤＣモータを構成し、前記ＡＣインプットＤＣモータのロータの回転軸に羽根車を取り付けたことを特徴とする送風ファン。
【請求項２】
整流部は複数のダイオードによる整流回路を構成し、制御部入力のためのＤＣ電圧を分圧回路によって得るようにしたことを特徴とする請求項１記載の送風ファン。
【請求項３】
制御部は、ロータ磁極を検知する磁極検知素子と、前記磁極検知素子の信号を出力するコンパレータと、前記コンパレータ出力を反転させる駆動素子と、前記コンパレータ出力および駆動素子出力でそれぞれ制御される駆動素子制御用の駆動素子によって構成されたことを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の送風ファン。
【請求項４】
ファン駆動回路用プリント基板は、整流部で得たＤＣ電圧をモータの駆動コイルに直接に供給する配線部と、前記整流部で整流した前記ＤＣ電圧を減圧してなるＤＣ電圧出力を制御部に供給する配線部を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の送風ファン。
【請求項５】
ファン駆動回路用プリント基板は、ブラシレスＤＣモータにおける駆動用コイルを備えたステータと、ＡＣ電源接続体と、整流部構成部品と、前記駆動コイルを制御する制御部構成部品を単一のプリント基板上に備えて回路形成されており、前記プリント基板と、前記ステータと、前記整流部構成部品と、前記制御部構成部品をモールド材やプラスティック材などの樹脂材料で成形された外郭部の内部に有し、前記外郭部に固定された軸受によってロータを回転自在に保持した構成とすることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の送風ファン。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＡＣ電源を入力し、装置内部でＤＣ電圧に変換するＡＣインプットＤＣモータを備えた換気扇などの送風ファンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、換気扇などの送風ファンは、空気の排出や冷気を循環させるために羽根車などのファンを装備している。このファンを駆動するためのモータとしては、直接にＡＣ電源で駆動できること、部品点数が少ないこと、さらにコストが低い等の点から、図５に示す隈取コイル型のＡＣインプットモータ４０を使用するが、電力消費量が大きいものであり、しかも４０℃前後の発熱があって電力損失が約９０％であり、省電力化の点から好ましくない。さらに、隈取コイル型のＡＣインプットモータ２５は厚みが大きいものであり、省スペースや小型軽量化の点からも好ましくない。
【０００３】
そこで、従来のＤＣブラシレスモータを用いた送風ファンの駆動回路図である図６に示すように商用ＡＣ電源３９を入力し、これを整流部２７で整流して直流化し、ブラシレスＤＣモータ２８を直流化電圧で駆動させる構成の送風ファンが提案されている。なお、図７は従来のＤＣブラシレスモータを用いた送風ファンの縦断側面図であり、図中の２９はブラシレスＤＣモータ２８の駆動コイル３０を備えたステータ、３１はロータ、３２は回転軸、３３は送風ファンの羽根車、３４は軸受（ここでは掃除機用の送風ファン）の実施の形態であり、前記整流部２７やブラシレスＤＣモータ２８までの配線部に介在するダイオード３６や平滑コンデンサ３７ならびに他の制御回路部３５などはブラシレスＤＣモータ２８とは独立して別に外付けされる構成となっている。また、磁極検知素子（図示せず）はプリント基板３８にその位置検出手段である波形成形回路（図示せず）とともに設けられている。したがって、モータ駆動コイル３０と整流部２７や制御部３５は夫々別々に分離した構成となっている（特許文献１）。
【０００４】
前記構成の送風ファンは、整流部２７でＡＣ入力を整流して直流を得る、すなわちＡＣ−ＤＣ変換器を用いることから入力電源としてＡＣ電源を用いることができ、また、ＡＣモータを用いたファンに比較して大幅に消費電力を小さくできる。
【０００５】
【特許文献１】
特開平４−２０８０８７号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ブラシレスＤＣモータ駆動用コイルや整流部としてのＡＣ−ＤＣ変換器、制御回路部、磁極検知素子と波形成形回路などそれぞれを別個に必要とし、そのＡＣ−ＤＣ変換器とブラシレスＤＣモータ用駆動コイルの接続やそれぞれの回路を接続するリード線等を設けることから部品点数が多くなり、構造の複雑化や装置の大型化により、それらの結果コストが高くなり製造方法も複雑になるという問題がある。
【０００７】
本発明は前記従来の問題に留意し、消費電力が少なく、しかもコンパクトに全体を構成でき、製造方法も簡易な換気扇などの送風ファンを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために本発明は、ファン駆動回路用の単一プリント基板に整流部と、ブラシレスＤＣモータの駆動コイルの制御部を組み込んで一体化し、ＤＣ電圧をブラシレスＤＣモータの駆動コイルに供給し、ＤＣ電圧を制御部入力に供給するようにしたＡＣインプットＤＣモータを構成し、かつ、ＡＣインプットＤＣモータの回転軸に羽根車を取り付けた構成の送風ファンとする。
【０００９】
本発明によれば、電力消費が少なく、しかも整流部や制御部などが一体化されて全体がコンパクトで安価な送風ファンとすることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、ファン駆動回路用の単一のプリント基板にＡＣ入力を整流する整流部と、ブラシレスＤＣモータの駆動コイルと、駆動コイルを制御する制御部を組み込んで一体化し、かつ整流部で整流してなるＤＣ電圧を駆動電圧としてブラシレスＤＣモータの駆動コイルに直接に供給し、ＤＣ電圧を減圧して得たＤＣ電圧出力を制御部入力として供給するようにしたＡＣインプットＤＣモータを構成し、ＡＣインプットＤＣモータの回転軸に羽根車を取り付けた送風ファンであり、ＡＣ電源を接続すことのみにより作動させることができるとともに電力消費が少なく、しかも整流部や制御部が一体化されているので全体がコンパクトな送風ファンとすることができるという作用を有する。
【００１１】
本発明の請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の送風ファンにおいて、整流部は複数のダイオードによる整流回路を構成し、ＤＣ電圧を分圧回路によって得るようにしたものであり、駆動コイルの高圧駆動電圧を簡単に得ることができ、また、ＤＣ電圧の制御入力も分圧抵抗によって簡単に得ることができるという作用を有する。
【００１２】
本発明の請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の送風ファンにおいて、制御部は、ロータ位置検出用のモータ磁極を検知する磁極検知素子と、磁極検知素子の信号を出力するコンパレータと、コンパレータ出力を反転させる駆動素子と、コンパレータ出力および駆動素子出力でそれぞれ制御される駆動素子制御用の駆動素子によって構成されたものであり、回転制御用の駆動素子を確実に動作させることができるという作用を有する。
【００１３】
本発明の請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の送風ファンにおいて、ファン駆動回路用プリント基板は、整流部で得たＤＣ電圧をモータの駆動コイルに直接に供給する配線部と、整流部で整流したＤＣ電圧を減圧してなるＤＣ電圧の制御入力を制御部に供給する配線部を有する構成としたものであり、駆動電源系の電力損が少なく、一方、制御部は低電圧入力で、かつ、小電力消費であることから、この制御電源系の消費電力の影響は小さくなる。従って、全体として消費電力の少ない送風ファンとすることができるという作用を有する。
【００１４】
本発明の請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれかに記載の送風ファンにおいて、ファン駆動回路用プリント基板は、ブラシレスＤＣモータにおける駆動用コイルを備えたステータと、ＡＣ電源接続体と、整流部構成部品と、駆動コイルを制御する制御部構成部品を単一のプリント基板上に備えて回路形成されており、プリント基板と、ステータと、整流部構成部品と、制御部構成部品をモールド材やプラスティック材などの樹脂材料で成形された外郭部の内部に有し、外郭部に固定した軸受によってロータを回転自在に保持した構成としたものであり、外郭部によって全体をコンパクトにし、かつ、外部の影響をうけにくく高信頼性を得るという作用を有する。
【００１５】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における送風ファンの概略電気回路図、図２は同送風ファンの詳細な電気回路図、図３は同送風ファンの一部切欠斜視図、図４は同送風ファンの断面図である。
【００１６】
図１に示すように、この送風ファンは商用ＡＣ電源１で作動するものであり、ブラシレスＤＣモータ２の内部に整流部３および制御部４を備えている。図中の５、６はモータの駆動コイルである。
【００１７】
この送風ファンの電気回路について、図２を参照して詳しく説明する。図示のように整流部３は複数のダイオード８により構成され（本実施の形態ではＤＣ約１４０Ｖに整流されている）、平滑コンデンサ９により平滑して、ＤＣ電圧をモータの駆動コイル５、６に供給している。制御部４は、モータの磁極を検知するホール素子１０と、その後段に設けられ、ホール素子１０の出力を比較出力するコンパレータ１１と、その後段に設けられ、コンパレータ１１の出力を反転させる抵抗内蔵式の駆動素子１２と、モータの駆動コイル５、６の通電回路に挿入され、その制御極にコンパレータ１０の出力を印加される制御用の駆動素子１３および制御極に駆動素子１２の出力を印加される制御用の駆動素子１４によって構成されている。そして、整流部３で得たＤＣ電圧出力を分圧回路１５により減圧し、前記制御部４のＤＣ電圧入力としている。図中の１６はバリスタ、１７はツェナーダイオードである。
【００１８】
つぎに構造について説明すると、図３および図４に示すようにブラシレスＤＣモータ２は、ファン駆動回路用プリント基板１８にモータの駆動コイル５、６等を備えたステータ１９を取り付けてあり、ステータ１９にはロータ２０を組み合わせている。また、ファン駆動回路用プリント基板１８におけるブラシレスＤＣモータを取り付けた部分の外側スペースには、ダイオード８および平滑コンデンサ９よりなる整流部３と、ホール素子１０および駆動素子１２、その他の回路素子よりなる制御部４を取り付けている。
【００１９】
さらに、ファン駆動回路用プリント基板１８の端縁部には、ＡＣ電源接続端子栓２１を取り付けている。さらにファン駆動回路用プリント基板１８には整流部３よりＤＣ電圧出力をモータの駆動コイル５、６に供給する配線２２と、前記整流部３のＤＣ電圧出力を減圧してなるＤＣ電圧を制御部入力として、ホール素子１０および駆動素子１２、その他の回路素子よりなる制御部４に供給する配線２３を設けている。
【００２０】
そして、ファン駆動回路用プリント基板１８と、モータの駆動コイル５、６およびモータ駆動コイル５，６を備えたステータ１９と、ダイオード８および平滑コンデンサ９よりなる整流部３と、ホール素子１０および駆動素子１２、その他の回路素子よりなる制御部４を、モールド材やプラスチック材などの樹脂材料により成形された外郭部２４の内部に有し、一体化されたＡＣインプットＤＣモータを構成している。さらにロータ２０の回転軸２５には羽根車７が連結されており、ロータ２０は外郭部２４に固定された軸受２６により回転自在に保持されている。
【００２１】
上記構成において、商用ＡＣ電源１の入力は整流部３でＤＣ電圧化され、モータの駆動コイル５、６にはＤＣ電圧が供給され、また、制御部４には減圧されたＤＣ電圧が供給され、モータの駆動コイル５、６は制御部４によって制御され、ＡＣインプットＤＣモータは所要の回転駆動をする。
【００２２】
ＤＣモータは、もともとＡＣモータより電力消費量が少ないが、本実施の形態のように整流部３より直接にモータの駆動コイル５、６にＤＣ電圧を供給することで電力損が生じなく、より電力消費が少ないＡＣインプットＤＣモータとすることができる。なお、制御部４のＤＣ電圧を供給しているが、前記制御部４への入力電圧はＤＣ低電圧であり、さらに駆動素子の消費電力は小さいものであり、したがって、ＡＣインプットＤＣモータ全体の電力消費に与える影響は極めて小さい。
【００２３】
【発明の効果】
以上の説明より明らかなように本発明は、ＡＣインプットＤＣモータを用いた送風ファンにおけるファン駆動回路の消費電力が極めて小さく、従来のＡＣモータを用いた送風ファンの消費電力に対して１／４程度の低消費電力とすることができる。また、整流部および制御部が、ステータおよびモータの駆動コイル等のモータ用部材を取り付けた単一のプリント基板に回路形成され、しかもモールド材やプラスティック材などの樹脂材料で成形された外郭部によって一体形成されていることから、外付けとならなく、送風ファン全体をコンパクトに構成でき、その製造方法も簡易になるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１における送風ファンの概略電気回路図
【図２】同送風ファンの詳細な電気回路図
【図３】同送風ファンの一部切欠斜視図
【図４】同送風ファンの断面図
【図５】従来の隈取モータを用いた送風ファンの斜視図
【図６】従来のＤＣブラシレスモータを用いた送風ファンの駆動回路図
【図７】同従来のＤＣブラシレスモータを用いた送風ファンの縦断側面図
【符号の説明】
１  商用ＡＣ電源
２  ブラシレスＤＣモータ
３  整流部
４  制御部
５  モータの駆動コイル
６  モータの駆動コイル
７  羽根車
８  ダイオード
９  平滑コンデンサ
１０  ホール素子
１１  コンパレータ
１２  駆動素子
１３  駆動素子
１４  駆動素子
１５  分圧回路
１６  バリスタ
１７  ツェナーダイオード
１８  ファン駆動回路用プリント基板
１９  ステータ
２０  ロータ
２１  電源接続端子栓
２２  配線
２３  配線
２４  外郭部
２５  回転軸
２６  軸受
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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