特許 5890800 ファン電動機

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5890800

(24)【登録日】2016年2月26日

(45)【発行日】2016年3月22日

(54)【発明の名称】ファン電動機

(51)【国際特許分類】

   H02P 29/00 20160101AFI20160308BHJP

【ＦＩ】

   H02P7/00 P

【請求項の数】7

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2013-120056(P2013-120056)

(22)【出願日】2013年6月6日

(65)【公開番号】特開2014-50315(P2014-50315A)

(43)【公開日】2014年3月17日

【審査請求日】2014年6月13日

(31)【優先権主張番号】201220445126.6

(32)【優先日】2012年8月31日

(33)【優先権主張国】CN

(73)【特許権者】

【識別番号】508356582

【氏名又は名称】中山大洋▲電▼机股▲ふん▼有限公司

(73)【特許権者】

【識別番号】513143364

【氏名又は名称】湖北惠洋▲電▼器制造有限公司

(74)【代理人】

【識別番号】100103207

【弁理士】

【氏名又は名称】尾崎 隆弘

(72)【発明者】

【氏名】▲趙▼勇

【審査官】 宮崎 基樹

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許出願公開第２０１１／０２６０６７１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１１／０２５４４７７（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｐ １／００−３１／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

変速電動機、マイクロプロセッサ、インバータユニット、AC電源からのAC電力を受ける複数の電力入力ケーブルが接続されたギア測定ユニット、及び、各部の回路に給電する電源部を含む電動機コントローラを含み、
ギア測定ユニットが複数の電圧測定回路及び複数の発熱抵抗を含み、
各電力入力ケーブルに直列に、電圧測定回路と協力する発熱抵抗の1つを接続し、
各電圧測定回路にある感温抵抗が当該電圧測定回路に対応する電力入力ケーブルに直列に接続した発熱抵抗と熱伝導素子で一体に縛られ、
感温抵抗が発熱抵抗の温度信号に感応し、
感温抵抗が自体の抵抗値の変化により電圧測定回路の出力端末の電圧を調整し、
複数の電圧測定回路の出力端末がマイクロプロセッサの入力端末に接続し、
マイクロプロセッサが各電圧測定回路の出力端末の電圧により各電力入力ケーブルの通電状態を判断する、
ことを特徴とするファン電動機。

【請求項2】

前記の熱伝導素子が熱伝導シリカゲルで、発熱抵抗及び感温抵抗が基板に取り付けられ、互いに近付き、熱伝導シリカゲルが発熱抵抗及び感温抵抗を包むことを特徴とする請求項1に記載されるファン電動機。

【請求項3】

前記の熱伝導素子が表面に絶縁膜のある金属素子であることを特徴とする請求項1に記載されるファン電動機。

【請求項4】

各電圧測定回路に感温抵抗及び分圧抵抗があり、感温抵抗及び分圧抵抗が直列に接続されてから両端が各々電源とアースに接続し、感温抵抗及び分圧抵抗の中央のノードを電圧の出力端末とすることを特徴とする請求項1、2または3に記載されるファン電動機。

【請求項5】

マイクロプロセッサにホール測定ユニット（HALL)も接続されていて、ホール測定ユニット（HALL)が電動機回転子位置の信号をマイクロプロセッサに送信し、マイクロプロセッサ出力信号によりインバータユニットをコントロールし、インバータユニット出力端末に電動機のコイルが接続されることを特徴とする請求項1、2または3に記載されるファン電動機。

【請求項6】

複数の電力入力ケーブルとは5回路で、複数の電圧測定回路と複数の発熱抵抗とは5回路の電圧測定回路及び発熱抵抗の5つがあることであることを特徴とする請求項1、2または3に記載されるファン電動機。

【請求項7】

感温抵抗がPTC抵抗またはNTC抵抗であることを特徴とする請求項1に記載されるファン電動機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は主に暖房通風エアコン(HVAC)システムに用いられるファン電動機に関する。

【背景技術】

【0002】

HVACシステムの効率の向上により割合に大きくエネルギーの消耗を削減した。例えば、多くの効率的なストーブ、エアコン及び空気処理装置は従来の効率(AFUE定格値−AFUE年度燃料利用効率)が90%以上にある。但し、これらのシステムにおける空気の移動に用いられるファン電動機は効率が著しく改善されていなく、とても低い。ストーブ及びエアコンが更に効果的になる場合、ファン電動機に属するHVACシステムは総エネルギー消耗の割合が大きくなるので、ファン電動機はシステム全体のエネルギーの消耗に貢献の大きなものとなる。

【0003】

前記の低効率の多くは原因がHVACシステムに用いられるファン電動機の区分が固定速度または多速固定スプリットコンデンサ式(PSC)電動機であることにある。普通、これらの電動機は稼動の暖房または冷房モードの復調に用いられる独立した電源コネクタが少なくとも2つある。暖房または冷房電力入力端末が通常にPSC電動機の異なるコイルタップを接続し、各々の稼動モードでファンに多少にことなる稼動速度を提供する。

【0004】

PSC電動機にタップを2つ以上に設計でき、OEM(Original Equipment Manufacturer)の略で他社ブランドの製品を製造すること、またはその企業である)または取付技師が適切にタップを各々の暖房または冷房電力接続ケーブルに接続して稼動速度を選択することが許容される。これらの接続電動機のAC電力接続ケーブルの電力が温度スイッチの動作に制御され、リレーが恒温コントローラにより駆動される。

【0005】

図1を参照してHVACシステムに用いられる他の固定回転数のPSC電動機を示す。電動機は暖房ファンの2つの回転数及び冷房ファンの2つの回転数を復調するコイルタップが4つある。ファンの回転数はストーブコントロールパネルに制御され、パネルに冷房/暖房リレー、低/高冷房リレー及び低/高暖房リレーがある。他のHVACシステムは暖房段階の2つ及び単一冷房段階を含み、または暖房と冷房回転数とのある他の組合せです。

【0006】

高速稼動の場合、PSC電動機は合理的、効率的であるが、低速稼動の場合、効率が20%以内に降下する。それはエアコンの蒸発器のコイルがストーブ換熱器より更に高い気流を需要するからである。ストーブの稼動期間に、ファン電動機は低い回転数で稼動する。これは低い効率である。ファンが連続してONで稼動する期間に更に低い速度で稼動し、効率が最も低くなる。

【0007】

前記のPSC電動機の効率が低いので、更新するHVACシステムの多くに変速電動機を利用する。例えば、ブラシレス永久磁石電動機(BPM)及び該当する電子コントローラ付けの変速電動機。BPMは回転数が電子素子に制御されることができ、特に各応用に必要な気流に合わせると設置する。なお、BPM電動機が使用する電力が大体に電動機回転数の立方と正比例となり、PSC電動機が使用する電力が大体に電動機回転数と正比例となる。それで、電動機回転数が降下する場合、BPM電動機が使用する電力は電動機回転数の全範囲でPSC電動機より低い。前記の通りに、循環、持続してファンを稼動する場合、このポイントは特に重要である。

【0008】

変速電動機が常にPSC電動機より優れ、変速電動機で従来のPSC電動機を替えると、コスト、時間、機械、配線またはシステムの制御パターンにおける複雑な変化で必要である。従来のHVACシステムにおけるPSC電動機を替えるために構成する変速電動機システムが開発されたものであるが、その制御及びセンシングシステムが複雑である。他の代替システムで、代替電動機の取付に電動機に投入する持続的電力が必要であり、恒温コントローラからの低圧制御信号を直接に電動機に接続する。従来のHVACシステムでこれらの接続ケーブルを製造するのはとても困難である。また、これらの既知システムは低回転数稼動ファンに対する敏感性が乏しい。

【0009】

従来のPSC及びBPM電動機に対する制限はHVAC OEMが唯一のパラメータの電動機（トルクの負荷、ファンの回転数、回転方向など）を配置したり、HVACモジュールの性能を最適化したりするということにある。多速PSC電動機及びBPM電動機はあるオプションを提供し、製造してから多くの稼動パラメータが固定され、勝手に変更してはいけない。それで、電動機のメーカ、組立技師及び修理の請負業者はファン電動機のいろいろな在庫を保ち、HVAC設備のいろいろな異なるモードを復調しなければいけない。

【0010】

それで、HVACシステムにおけるPSC電動機に改善された「嵌め込む」代替物を提供し、変速ファン電動機の長所を実現し、従来のHVACシステムを著しく変えないと言うことを望む。更に役に立つのは、簡単に制御された回路を利用してこんな代替システムの複雑性を降下し、添加する配線を取り消すことである。例えば、普通の変速電動機及び従来の代替変速電動機の接続に用いられるもの。これは変速ファン電動機に更に高い要求を提出する。

【発明の開示】

【発明が解決しようとする課題】

【0011】

本発明は、目的が電子制御機能付けの電動機コントローラを提供することで、変速電動機をコントロールし、直接に従来のPSC電動機を替え、接続が簡単、便利である。従来のHVACシステムを変える必要がなく、ユーザに非常に多くの便利をもたらし、開発時間及びコストを削減し、回路の構成が簡単である。また、便利に製造でき、製造コストが低く、コントローラの体積を小さくすると言う特徴のあるファン電動機を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0012】

ファン電動機は変速電動機及びマイクロプロセッサ、インバータユニット、AC電源からのAC電力を受ける複数の電力入力ケーブルが接続されたギア測定ユニット及び各部の回路に給電する電源部を含む電動機コントローラを含む。ギア測定ユニットが複数の電圧測定回路及び複数の発熱抵抗を含み、各電力入力ケーブルに直列に、電圧測定回路と協力する発熱抵抗の1つを接続し、各電圧測定回路にある感温抵抗が当該電圧測定回路に対応する電力入力ケーブルと直列に接続した発熱抵抗と熱伝導素子で一体に縛られる。感温抵抗が発熱抵抗の温度信号に感応し、感温抵抗が自体の抵抗値の変化により電圧測定回路の出力端末の電圧を調整する。複数の電圧測定回路の出力端末がマイクロプロセッサの入力端末に接続し、マイクロプロセッサが各電圧測定回路の出力端末の電圧により各電力入力ケーブルの通電状態を判断することを特徴とするファン電動機である。

【0013】

前記の熱伝導素子は熱伝導シリカゲルであり、発熱抵抗及び感温抵抗が基板に取り付けられ、互いに近付き、熱伝導シリカゲルが発熱抵抗及び感温抵抗を包む。

【0014】

前記の熱伝導素子は表面に絶縁膜付け金属素子である。

【0015】

前記の各電圧測定回路に感温抵抗及び分圧抵抗があり、感温抵抗及び分圧抵抗が直列に接続されてから両端が各々電源とアースに接続し、感温抵抗及び分圧抵抗の中央のノードを電圧の出力端末とする。

【0016】

前記のマイクロプロセッサにホール測定ユニット（HALL）も接続されていて、ホール測定ユニット（HALL）が電動機回転子位置の信号をマイクロプロセッサに送信し、マイクロプロセッサの出力信号によりインバータユニットを制御し、インバータユニット出力端末に電動機のコイルが接続される。

【0017】

前記の複数の電力入力ケーブルとは5回路、複数の電圧測定回路と複数の発熱抵抗とは、5回路の電圧測定回路及び発熱抵抗の5つのことである。

【0018】

前記の感温抵抗はPTC抵抗またはNTC抵抗である。

【発明の効果】

【0019】

従来の技術と比べ、本発明は下記の効果がある。
1)電子制御機能付きの電動機コントローラで変速電動機を制御し、直接に従来のPSC電動機を替え、接続が簡単かつ便利であり、従来のHVACシステムを変えなく、ユーザに多くの便利をもたらし、開発時間及びコストを削減し、ギア測定ユニットが電圧測定回路の5つ及び発熱抵抗の5つを含み、各電力入力ケーブルを直列で発熱抵抗に接続し、各電圧測定回路に感温抵抗があり、発熱抵抗及び感温抵抗が熱伝導素子により一体に縛られ、感温抵抗の値が発熱抵抗の温度に応じて変化し、マイクロプロセッサにより5つの電圧測定回路の出力電圧値を比較し、電力入力ケーブルのいずれかが通電状態にあると判断し、回路の構成が簡単であり、信頼でき、便利に製造でき、製造コストが低い。
2)各電力入力ケーブルを直列で発熱抵抗に接続し、各電圧測定回路に感温抵抗があり、発熱抵抗及び感温抵抗が熱伝導素子により一体に縛られ、回路の構成が簡単であり、コントローラの体積を小さくすることができる。
3)熱伝導素子は熱伝導シリカゲルであり、発熱抵抗及び感温抵抗が基板に取り付けられ、互いに近付き、熱伝導シリカゲルが発熱抵抗及び感温抵抗を包み、実施構成が簡単であり、信頼でき、実用的である。
4)各電圧測定回路に感温抵抗及び第一抵抗があり、感温抵抗と第一抵抗が直列で接続されてから両端が各々電源とアースに接続し、感温抵抗及び第一抵抗の中央のノードを電圧出力端末とし、回路の構成が簡単であり、製造コストが低い。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】従来のHVACにおけるPSG電動機の電気原理図

【図2】本発明の実施例1の回路ブロック図

【図3】図2のギア測定ユニットに対応する具体的な回路図

【図4】本発明実施例1の基板における分布図

【図5】図4のA-A断面図

【図6】本発明実施例1のマイクロプロセッサの制御プロセスチャート

【図7】本発明実施例2の回路構成図

【発明を実施するための形態】

【0021】

次に実施例及び図により本発明を詳しく説明する。
実施例1は、図2、図3、図4、図5の通り、変速電動機及び電動機コントローラを含み、電動機コントローラがマイクロプロセッサ、インバータユニット、ギア測定ユニット及び電源部を含み、電源部が各部の回路に給電し、電力入力ケーブルL1、L2、L3、L4、L5の5つの回路をギア測定ユニットに接続し、各電力入力ケーブルがAC電源からのAC電力を受け、ギア測定ユニットが電圧測定回路の5つ及び発熱抵抗R1、R3、R5、R7、R9の5つを含み、マイクロプロセッサにホール測定ユニット（HALL）も接続されていて、ホール測定ユニット（HALL）が電動機回転子位置の信号をマイクロプロセッサに送信し、マイクロプロセッサの出力信号によりインバータユニットを制御し、インバータユニット出力端末に電動機のコイルが接続されるファン電動機である。図3で、Eは接地線、Nはゼロライン、電力入力ケーブルL1、L2、L3、L4、L5は火線であり、電力入力ケーブルL1、L2、L3、L4、L5は1つの回路しか投入されない。電源部の入力端末の1つに電力入力ケーブルL1、L2、L3、L4、L5を接続し、電源部の別の入力端末にゼロラインNを接続し、電源部がEMI/EMC回路、整流回路及びDC-DC降圧回路を含み、出力端末が3組あり、電動機母線電圧VDC、+15V及び+5Vである。

【0022】

1路目の電圧測定回路は感温抵抗R01及び抵抗R2が直列で構成し、両端が各々+5V電源及びアースに接続され、感温抵抗R01と抵抗R2との間のノードが引出し、1路目の電圧測定回路の出力端末としてマイクロプロセッサの入力端に接続される。電力入力ケーブルL1に直列で発熱抵抗R1が接続され、感温抵抗R01と発熱抵抗R1が基板1上の隣り合う位置にあり、発熱抵抗R1と感温抵抗R01が熱伝導素子2により一体に縛られ、前記の熱伝導素子2が絶縁の熱伝導シリカゲルであり、熱伝導シリカゲルが発熱抵抗R1と感温抵抗R01を包み、感温抵抗R01が発熱抵抗R1の温度信号に感応し、感温抵抗R01が自体の抵抗値の変化により1路目の電圧測定回路の出力端末の電圧を調整し、発熱抵抗R1と感温抵抗R01が基板1で互いに近付くものである。

【0023】

2路目の電圧測定回路は感温抵抗R02及び抵抗R4が直列で構成し、両端が各々+5V電源及びアースに接続され、感温抵抗R02と抵抗R4との間のノードが引出し、1路目の電圧測定回路の出力端末及びマイクロプロセッサの入力端に接続される。電力入力ケーブルL2に直列で発熱抵抗R3を接続し、感温抵抗R02及び発熱抵抗R3が基板1の隣り合う位置にあり、発熱抵抗R3及び感温抵抗R02が熱伝導素子により一体に縛られ、前記の熱伝導素子が絶縁の熱伝導シリカゲル（図に示さない）であり、熱伝導シリカゲルが発熱抵抗R3及び感温抵抗R02を包み、感温抵抗R02が発熱抵抗R3の温度信号に感応し、感温抵抗R02が自体の抵抗値の変化により2路目の電圧測定回路の出力端末の電圧を調整し、発熱抵抗R3及び感温抵抗R02が基板1で互いに近付くものである。

【0024】

3路目の電圧測定回路は感温抵抗R03及び抵抗R6が直列で構成し、両端が各々+5V電源及びアースに接続され、感温抵抗R03と抵抗R6との間のノードが引出し、1路目の電圧測定回路の出力端末としてマイクロプロセッサの入力端に接続される。電力入力ケーブルL3に直列で発熱抵抗R5を接続し、感温抵抗R03及び発熱抵抗R5が基板上の隣り合う位置にあり、発熱抵抗R5及び感温抵抗R03が熱伝導素子により一体に縛られ、前記の熱伝導素子が絶縁の熱伝導シリカゲル（図に示さない）であり、熱伝導シリカゲルが発熱抵抗R5及び感温抵抗R03を包み、感温抵抗R03が発熱抵抗R5の温度信号に感応し、感温抵抗R03が自体の抵抗値の変化により3路目の電圧測定回路の出力端末の電圧を調整し、発熱抵抗R5及び感温抵抗R03が基板1で互いに近付くものである。

【0025】

4路目の電圧測定回路は感温抵抗R04及び抵抗R8が直列で構成し、両端が各々+5V電源及びアースに接続され、感温抵抗R04及び抵抗R8との間のノードが引出し、1路目の電圧測定回路の出力端末としてマイクロプロセッサの入力端に接続される。電力入力ケーブルL4に直列で発熱抵抗R7を接続し、感温抵抗R04及び発熱抵抗R7が基板上の隣り合う位置にあり、発熱抵抗R7及び感温抵抗R04が熱伝導素子により一体に縛られ、前記の熱伝導素子が絶縁の熱伝導シリカゲル（図に示さない）であり、熱伝導シリカゲルが発熱抵抗R7及び感温抵抗R04を包み、感温抵抗R04が発熱抵抗R7の温度信号に感応し、感温抵抗R04が自体の抵抗値の変化により4路目の電圧測定回路の出力端末の電圧を調整する。

【0026】

5路目の電圧測定回路は感温抵抗R05及び抵抗R10が直列で構成し、両端が各々+5V電源及びアースに接続され、感温抵抗R05及び抵抗R10との間のノードが引出し、1路目の電圧測定回路の出力端末としてマイクロプロセッサの入力端に接続される。電力入力ケーブルL5に直列で発熱抵抗R9を接続し、感温抵抗R05及び発熱抵抗R9が基板1の隣り合う位置にあり、発熱抵抗R9及び感温抵抗R05が熱伝導素子により一体に縛られ、前記の熱伝導素子が絶縁の熱伝導シリカゲル（図に示さない）であり、熱伝導シリカゲルが発熱抵抗R9及び感温抵抗R05を包み、感温抵抗R05が発熱抵抗R9の温度信号に感応し、感温抵抗R05が自体の抵抗値の変化により5路目の電圧測定回路の出力端末の電圧を調整する。

【0027】

前記の熱伝導素子2は絶縁膜付けの金属素子であってもいい。

【0028】

マイクロプロセッサは各電力入力ケーブルと協力する該当の電圧測定回路の出力端末の電圧により、次の通り当該回路の電力入力ケーブルが通電状態にあるかを判断する。図6の通り、始まる時に、電動機コントローラにおけるマイクロプロセッサが電動機をコントロールして最低ギアでパラメータを投入して稼動する。10秒稼動してから、マイクロプロセッサが各路電圧測定回路の出力電圧を測定して比べ、マイクロプロセッサが出力電圧が最も高いまたは最も低い回路の電圧を確定し、回路に対応する電力入力ケーブルが投入状態にあるかを測定する。マイクロプロセッサは投入した電力入力ケーブルに対応するギアパラメータを入力し、電動機の稼動を制御する。

【0029】

本発明の動作原理は次の通りである。ギア測定ユニットが電圧測定回路の5つ及び発熱抵抗の5つを含み、各電力入力ケーブルを直列で発熱抵抗に接続し、各電圧測定回路に感温抵抗があり、各電力入力ケーブルが直列で接続した発熱抵抗と協力する電圧測定回路感温抵抗が熱伝導素子で一体に縛られ、感温抵抗の値が発熱抵抗の温度に応じて変化し、マイクロプロセッサにより5つの電圧測定回路の出力電圧値を比べ、電力入力ケーブルのいずれかが通電状態にあると判断し、回路の構成が簡単であり、信頼でき、便利に製造でき、製造コストが低い。

【0030】

実施例2は、図7の通り、実施例1と違い、本発明のギア測定ユニットは電圧測定回路の3つ及び発熱抵抗R1、R3、R5の3つを含む。ギア測定ユニットに電力入力ケーブルL1、L2、L3の3回路が接続され、各電力入力ケーブルがAC電源からのAC電力を受ける。ギア測定ユニットは電圧測定回路の3つ及び発熱抵抗R1、R3、R5の3つを含み、Eが接地線、Nがゼロライン、電力入力ケーブルL1、L2、L3が火線であり、電力入力ケーブルL1、L2、L3で1回路しか投入しない。

【符号の説明】

【0031】

L1、L2、L3、L4、L5・・・電力入力ケーブル
R1、R3、R5、R7、R9・・・発熱抵抗
E・・・接地線
N・・・ゼロライン
R01，R02，R03，R04，R05・・・感温抵抗
1・・・基板
2・・・熱伝導素子

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】