WO2015072467A1 - ファン駆動装置 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a fan drive device, and more particularly to a fan drive device mounted in an indoor unit of a duct type air conditioner.
- the rotation shaft of the motor is fixed to the rotation center of the fan rotor in the diffuser, and the fan rotor is driven through a motor driving unit provided on the counter-rotation shaft side of the motor.
- the motor drive unit of the fan drive device is housed in a cylindrical case, and a contact surface to which a power module necessary for driving the motor is attached is provided on the inner peripheral surface, and the contact surface is separated from the wall. Fins are formed on the outer peripheral surfaces facing each other, and heat from the power module or the like is dissipated outside the case through the fins.
- the fin is formed by forming a plurality of grooves recessed inward from the outer peripheral surface of the case, and the depth of the groove is the fin height, and the height of the fin is substantially equal to the outer peripheral surface of the case. The same or less.
- the motor and the motor drive unit are located in the air suction path of the fan rotor.
- An object of the present invention is to provide a fan drive device including a motor drive unit that can improve heat dissipation performance without increasing pressure loss during air suction.
- the fan drive device includes a motor and a motor drive unit.
- the motor rotates a fan rotor fixed to the rotating shaft.
- the motor drive unit is attached to an end portion on the opposite side to the rotation shaft of the motor.
- the motor drive unit has a cylindrical case, a substrate, and a heat radiating part.
- the case includes a bottom plate in which a planar region is formed in at least a part facing the motor across a predetermined space.
- the board is housed in the case with the heat generating component mounted.
- the heat radiating part is formed on the bottom plate and cools the heat-generating component disposed in the vicinity of the planar region.
- the bottom plate of the case where the heat radiating part is formed is removed from the air suction path, so even if the height dimension of the heat radiating part is increased, the heat dissipation performance is not increased without increasing the pressure loss during air suction. Can be improved.
- the fan drive device is the fan drive device according to the first aspect, wherein the heat radiating portion extends from the bottom plate in a direction opposite to the motor.
- the fan drive device is the fan drive device according to the first aspect or the second aspect, wherein the heat dissipating part is composed of a plurality of heat dissipating pins.
- the fin when the fin is formed on a part of the peripheral surface of the case, it is necessary to align the direction of the fin when connecting the fan rotor and the rotating shaft of the motor, and the work is troublesome.
- By forming a plurality of heat dissipation pins on the bottom plate it is not necessary to align the direction of the heat dissipation pins, and workability is improved accordingly.
- the fan drive device is the fan drive device according to any one of the first to third aspects, wherein the heat radiating portion is formed integrally with the bottom plate.
- the fan drive device is the fan drive device according to any one of the first to fourth aspects, wherein the planar region is provided on the inner surface side of the bottom plate.
- the heat generating component includes a diode module having a plurality of diodes constituting a rectifier circuit and a power module having a plurality of switching elements constituting a bridge circuit. The diode module and the power module are attached to the planar area so that heat can be transferred.
- the heat generated in each module moves from the flat area in the thickness direction of the bottom plate and reaches the heat radiation pin, so that the heat can be transferred at the shortest distance and efficiently radiated.
- planar area for transferring heat from each module is provided on the inner peripheral surface side, the planar area cannot be secured unless a built-up portion is formed on the inner peripheral surface.
- any type of module of SIP type and DIP type can be adopted.
- the fan drive device is the fan drive device according to the fifth aspect, wherein a convex portion having a flat top portion is formed in the planar region.
- a heat radiating surface of the diode module or the power module is attached to the top portion.
- the area of the top part is smaller than the area of the heat radiating surface.
- the fan drive device is the fan drive device according to the fifth aspect, wherein the motor drive unit further includes a thermal resistance reducing member.
- the thermal resistance reducing member is interposed between the diode module or the power module and the planar region.
- the heat resistance between the module and the planar area is reduced, so that the heat dissipation performance can be improved.
- a fan driving device is the fan driving device according to any one of the first to fourth aspects, wherein the heat generating component constitutes a converter that converts an AC power source into a DC power source. .
- the heat generated by the converter moves from the vicinity of the flat area through the flat area in the thickness direction of the bottom plate and reaches the heat radiating pin, so that heat can be transferred at the shortest distance and efficiently radiated. it can.
- the fan drive device is the fan drive device according to any one of the first to eighth aspects, wherein the motor drive unit further includes an insulating resin.
- the insulating resin fills the inside of the case and covers the substrate.
- This fan drive device can improve the moisture resistance and dust resistance inside the case of the motor drive unit.
- the fan drive device is the fan drive device according to any one of the first to fourth aspects, wherein the heat dissipating part is formed by aluminum die casting.
- the fan driving device is the fan driving device according to the third aspect, wherein the plurality of heat dissipating pins are arranged in a lattice arrangement.
- the direction between the fin gaps differs depending on the angular orientation around the rotation axis after the motor drive unit is mounted, and therefore it is easily affected by the convection direction of air.
- the fan drive device is the fan drive device according to the third aspect, wherein the arrangement of the plurality of heat radiation pins is a staggered arrangement.
- a fan driving device is the fan driving device according to any one of the first to twelfth aspects, wherein the fan rotor sucks air from the rotating shaft side and blows it out in the centrifugal direction. It is a centrifugal fan.
- the heat dissipation performance of the motor drive unit is improved, and as a result, the blower performance of the centrifugal fan is improved.
- the bottom plate of the case in which the heat radiating portion is formed is detached from the air suction path, so that even if the height dimension of the heat radiating portion is increased, the air suction The heat dissipation performance can be improved without increasing the pressure loss at the time.
- the heat radiating portion is uneven in the uniaxial direction, it is suitable for molding, and the production cost can be reduced by integration with the bottom plate.
- the heat generated in each module moves from the flat area in the thickness direction of the bottom plate and reaches the heat radiating pin. be able to.
- any type of module of SIP type and DIP type can be adopted.
- the insulation distance between the module lead and the bottom plate can be ensured, so that no insulation sheet is required and the cost can be reduced.
- the heat resistance between the module and the planar area is reduced, so that the heat dissipation performance can be improved.
- the heat generated by the converter moves from the vicinity of the planar area through the planar area in the thickness direction of the bottom plate and reaches the radiating pin. And can dissipate heat efficiently.
- the moisture resistance and dust resistance inside the case of the motor drive unit can be improved.
- the heat radiating portion is uneven in the uniaxial direction, it is suitable for aluminum die casting, and the production cost can be reduced by integration with the bottom plate.
- the direction of the gap between the heat dissipation pins is the same even if the angular orientation around the rotation axis after the motor drive unit is attached varies.
- the influence of the convection direction of the surrounding air on the heat dissipation performance is less than that of plate fins.
- the heat dissipation performance of the motor drive unit is improved, which leads to the improvement of the blower performance of the centrifugal fan.
- FIG. 1 is a configuration diagram of an air handling unit 1 on which a fan driving device according to an embodiment of the present invention is mounted.
- FIG. 1 is a configuration diagram of an air handling unit 1 on which a fan driving device 10 according to an embodiment of the present invention is mounted.
- a main casing 3 has a box shape, and a heat exchanger 5, a fan rotor 6, a diffuser 7, a duct 8, and a fan driving device 10 are arranged in the internal space.
- the diffuser 7 is located in the centrifugal direction of the fan rotor 6 and is formed with a spiral air passage that gradually increases the cross-sectional area of the passage.
- the fan rotor 6 is disposed in the diffuser 7, and a fan driving device 10 is inserted into the fan rotor 6.
- the fan drive device 10 includes a motor 20 that drives the fan rotor 6 and a motor drive unit 30 that drives the motor 20.
- the motor 20 is inserted from the opening of the fan rotor 6 to the back side, and the rotation center of the fan rotor 6 and the rotation shaft 20a of the motor 20 are fixed.
- the motor drive unit 30 is attached to the end of the motor 20 on the counter-rotating shaft side.
- the motor drive unit 30 is equipped with a control board that controls the rotational speed and torque of the motor 20, and the heat generated on the control board is radiated from the motor drive unit 30 to the outside.
- the motor drive unit 30 drives the motor 20
- the fan rotor 6 fixed to the rotating shaft 20a rotates.
- the air that has passed through the suction port 3 a and the heat exchanger 5 is sucked from the openings at both ends of the rotation center axis of the fan rotor 6 and blown out in the centrifugal direction of the fan rotor 6.
- the blown-out air is sent to the duct 8 through the spiral air passage in the diffuser 7.
- the air velocity distribution of the intake air of the fan rotor 6 in the air handling unit 1 is characterized in that the heat exchanger 5 side is fast when viewed from the center of rotation and the opposite side is slow. Since the motor 20 has entered the fan rotor 6, the air sucked from the opening on the motor 20 side of the fan rotor 6 passes through the gap between the outer peripheral surface of the motor drive unit 30 and the opening of the diffuser 7. 6 is sucked into the opening.
- FIG. 2 is a control circuit diagram of the fan drive device 10.
- the motor 20 is a three-phase brushless DC motor, and includes a stator 22 and a rotor 23.
- the stator 22 includes U-phase, V-phase, and W-phase drive coils Lu, Lv, and Lw that are star-connected.
- One ends of the drive coils Lu, Lv, and Lw are connected to drive coil terminals TU, TV, and TW of U-phase, V-phase, and W-phase wirings extending from the power module 333, respectively.
- the other ends of the drive coils Lu, Lv, and Lw are connected to each other as a terminal TN.
- These three-phase drive coils Lu, Lv, and Lw generate an induced voltage according to the rotational speed and the position of the rotor 23 as the rotor 23 rotates.
- the rotor 23 includes a multi-pole permanent magnet including N poles and S poles, and rotates about the rotation axis with respect to the stator 22.
- the rotation of the rotor 23 is output to the fan rotor 6 via an output shaft (not shown) that is on the same axis as the rotation shaft.
- the motor drive unit 30 includes a converter configured as a DC power source by a commercial power source 91, a diode module 331, and a smoothing capacitor 332; A voltage detection unit 334, a current detection unit 335, a power module 333, a gate drive circuit 26, a control circuit 29, and a microcomputer 40 are provided. These are mounted on one printed circuit board except for the microcomputer 40, for example.
- the diode module 331 is configured in a bridge shape by four diodes D1a, D1b, D2a, and D2b. Specifically, the diodes D1a and D1b and D2a and D2b are respectively connected in series. The cathode terminals of the diodes D1a and D2a are both connected to the plus side terminal of the smoothing capacitor 332 and function as the positive side output terminal of the diode module 331. The anode terminals of the diodes D1b and D2b are both connected to the negative terminal of the smoothing capacitor 332 and function as the negative output terminal of the diode module 331.
- connection point of the diode D1a and the diode D1b is connected to one pole of the commercial power supply 91.
- a connection point between the diode D2a and the diode D2b is connected to the other pole of the commercial power supply 91.
- the diode module 331 rectifies the AC voltage output from the commercial power supply 91 to generate a DC power supply, and supplies this to the smoothing capacitor 332.
- the smoothing capacitor 332 has one end connected to the positive output terminal of the diode module 331 and the other end connected to the negative output terminal of the diode module 331.
- the smoothing capacitor 332 smoothes the voltage rectified by the diode module 331.
- the voltage after smoothing by the smoothing capacitor 332 is referred to as “smoothed voltage Vdc”.
- the smoothed voltage Vdc is applied to the power module 333 connected to the output side of the smoothing capacitor 332.
- the diode module 331 and the smoothing capacitor 332 constitute a converter.
- the voltage detector 334 is connected to the output side of the smoothing capacitor 332, and detects the voltage across the smoothing capacitor 332, that is, the value of the smoothed voltage Vdc.
- the voltage detection unit 334 is configured such that two resistors connected in series with each other are connected in parallel to the smoothing capacitor 332 and the smoothed voltage Vdc is divided. The voltage value at the connection point between these two resistors is input to the control circuit 29.
- the current detection unit 335 is connected between the smoothing capacitor 332 and the power module 333 and on the negative output terminal side of the smoothing capacitor 332.
- the current detection unit 335 detects the motor current Im flowing through the motor 20 as the total value of currents for three phases after the motor 20 is started.
- the current detection unit 335 may be configured by, for example, an amplifier circuit using a shunt resistor and an operational amplifier that amplifies the voltage across the resistor.
- the motor current detected by the current detection unit 335 is input to the control circuit 29.
- Power module 333 The power module 333 is connected to the output side of the smoothing capacitor 332 and constitutes an inverter circuit.
- the power module 333 includes a plurality of IGBTs (insulated gate bipolar transistors, hereinafter simply referred to as transistors) Q3a, Q3b, Q4a, Q4b, Q5a, Q5b and a plurality of free-wheeling diodes D3a, D3b, D4a, D4b. , D5a, D5b.
- IGBTs insulated gate bipolar transistors
- Transistors Q3a and Q3b, Q4a and Q4b, Q5a and Q5b are connected to each other in series.
- the transistors are connected in parallel so that the emitter terminal of the transistor and the anode terminal of the diode are connected.
- the power module 333 is applied with the smoothed voltage Vdc from the smoothing capacitor 332, and the transistors Q3a to Q5b are turned on and off at the timing indicated by the gate drive circuit 26, thereby driving the motor 20 SU, SV, SW are generated.
- the drive voltages SU, SV, SW are output to the motor 20 from connection points NU, NV, NW of the transistors Q3a and Q3b, Q4a and Q4b, and Q5a and Q5b.
- Gate drive circuit 26 Based on the voltage command value Vpwm from the control circuit 29, the gate drive circuit 26 changes the on and off states of the transistors Q3a to Q5b of the power module 333. Specifically, the gate drive circuit 26 includes the transistors Q3a to Q5b so that pulsed drive voltages SU, SV, SW having a duty determined by the control circuit 29 are output from the power module 333 to the motor 20. Gate control voltages Gu, Gx, Gv, Gy, Gw, and Gz to be applied to the gates are generated. The generated gate control voltages Gu, Gx, Gv, Gy, Gw, Gz are applied to the gate terminals of the respective transistors Q3a to Q5b.
- the power module 333 of this embodiment is a voltage source inverter, but is not limited thereto, and may be a matrix converter or a current source inverter.
- Control circuit 29 The control circuit 29 is connected to the voltage detection unit 334, the current detection unit 335, the gate drive circuit 26, and the microcomputer 40.
- the control circuit 29 is a circuit that drives the motor 20 in a rotor position sensorless system based on an operation command including a speed command sent from the microcomputer 40.
- the rotor position sensorless system uses various parameters indicating the characteristics of the motor 20, the detection result of the voltage detection unit 334 after starting the motor 20, the detection result of the current detection unit 335, and a predetermined mathematical model related to the control of the motor 20.
- the motor is driven by performing estimation of the rotor position and rotation speed, PI control for the rotation speed, PI control for the motor current, and the like.
- various parameters indicating the characteristics of the motor 20 include the winding resistance, inductance component, induced voltage, and number of poles of the motor 20 used.
- Microcomputer 40 The microcomputer 40 is connected to the control circuit 29.
- the microcomputer 40 is also connected to a system control unit (not shown) that controls each device of the air handling unit 1 in an integrated manner, and drives the motor 20 according to the presence or absence of abnormality in each device. Control (see FIG. 1). Therefore, the microcomputer 40 functions as a control unit.
- the microcomputer 40 is always supplied with power different from that of the power module 333 regardless of the driving state of the motor 20.
- FIG. 3 is a cross-sectional view of the motor drive unit 30 mounted on the motor 20.
- the motor drive unit 30 is attached to the end of the motor 20 opposite to the rotating shaft 20 a.
- the motor drive unit 30 includes a cylindrical case 31, a substrate 33, and a heat dissipation part 35.
- Case 31 is a cylindrical container having a bottom and is formed by aluminum die casting.
- the opening side of the case 31 is connected to the end of the motor 20 opposite to the rotating shaft 20a.
- the case 31 has a bottom plate 31a constituting the bottom.
- the bottom plate 31a has a planar region 311 on the inner side.
- Substrate 33 The substrate 33 is a printed circuit board, and the diode module 331, the smoothing capacitor 332, the voltage detection unit 334, the current detection unit 335, the power module 333, the gate drive circuit 26, and the control circuit 29 described above are mounted. In this state, it is stored in the case 31. In FIG. 3, only the diode module 331 and the power module 333 are shown as representatives of the heat generating component 330.
- the substrate 33 is a double-sided substrate, and a diode module 331 and a power module 333 are mounted on the side facing the planar region 311 of the bottom plate 31a.
- the diode module 331 and the power module 333 include a DIP type in which a lead comes out from both end face sides of the main body and is bent at a right angle to the main body plane, and a lead comes out from one end face side of the main body to the main body plane.
- SIP types that are bent at right angles, and either one may be employed.
- the diode module 331 employs the SIP type and the power module 333 employs the DIP type.
- the substrate 33 is positioned so that the heat radiation surfaces of the diode module 331 and the power module 333 are attached to the flat region 311 of the bottom plate 31a so that heat can be transferred. Note that “attached to the flat area 311 so that heat can be transferred” means that the heat is transferred between the heat radiation surfaces of the diode module 331 and the power module 333 and the flat area 311.
- a mode in which the heat resistance reduction member (thermal interface material) is used for bonding is adopted, and a heat radiation sheet 37 is interposed between the heat radiation surface of the diode module 331 and the power module 333 and the planar region 311. ing.
- silicon grease may be employed in place of the heat dissipation sheet 37.
- a shunt resistor is generally used for the current detection unit 335 that detects the inverter current of the power module 333. .
- the smoothing capacitor 332 that constitutes the converter together with the diode module 331 is also a heat generating component, it is preferable that the smoothing capacitor 332 is also brought close to the planar region 311 when there is a margin in the arrangement space.
- the inside of the case 31 is filled with an insulating resin 39 to the extent that it covers the substrate 33, ensuring insulation between the case 31 and the substrate 33, and improving the moisture resistance and dust resistance inside the case 31. ing.
- FIG. 4 is a perspective view of the heat radiating portion 35.
- the heat radiating part 35 has a plurality of heat radiating pins 350 extending in the direction opposite to the motor 20 from the outer surface of the bottom plate 31 a.
- the heat dissipation pin 350 is formed integrally with the case 31 by aluminum die casting.
- the cross-sectional shape of the heat dissipation pin 350 is various, but considering the die cutting at the time of aluminum die casting, a circular shape or a rectangular shape is preferable.
- the arrangement of the plurality of heat radiation pins 350 may be random, but a lattice arrangement or a staggered arrangement is recommended.
- the merit of the plurality of heat radiation pins 350 being arranged in a lattice arrangement or a staggered arrangement is that the directions of the gaps between the heat radiation pins are various. Therefore, even if the angular orientation around the rotation axis of the motor drive unit 30 after the motor 20 is attached to the fan rotor 6 varies depending on the product, the direction of the gap between the heat radiation pins 350 corresponds to all directions, The influence of the air convection direction around the heat dissipation pin 350 on the heat dissipation performance is less than that of the plate fin.
- the direction between the fin gaps differs depending on the angle orientation around the rotation axis after the motor drive unit 30 is mounted, and it is easily influenced by the convection direction of air, so it is not adopted in this embodiment.
- the heat radiation pin 350 can be formed into a plate fin shape.
- the microcomputer 40 comprehensively determines the actual rotational speed of the motor 20 fed back from the control circuit 29 and the operating status of the air handling unit 1, and the necessary rotational speed of the fan rotor 6. And a speed command is sent to the control circuit 29 in order to realize it.
- the gate drive circuit 26 is configured so that pulsed drive voltages SU, SV, SW having a duty determined by the control circuit 29 are output from the power module 333 to the motor 20.
- the gate control voltages Gu, Gx, Gv, Gy, Gw, and Gz to be applied to the gates of the transistors Q3a to Q5b are generated.
- the fan rotor 6 rotates in synchronization with the rotation speed of the motor 20, sucks air that has passed through the suction port 3 a and the heat exchanger 5 from the openings at both ends of the rotation center axis of the fan rotor 6, and in the centrifugal direction of the fan rotor 6. Blow out.
- the blown-out air is sent to the duct 8 through the spiral air passage in the diffuser 7.
- the diode module 331 and the power module 333 on the substrate 33 rise in temperature due to heat generated during operation. However, since their heat radiation surfaces are attached to the flat region 311 of the bottom plate 31a via the heat radiation sheet 37, the heat is dissipated. 37, the plane region 311, the bottom plate 31a, and the heat dissipation pin 350 move in the order of the shortest distance. The heat dissipation pin 350 dissipates heat to the convection air around it.
- the fan drive device 10 of the present invention efficiently dissipates heat generated on the substrate of the motor drive unit 30, the characteristics and durability of the fan drive device 10 are remarkably improved.
- the heat radiation sheet 37 for reducing the thermal resistance is interposed between the heat radiation surfaces of the diode module 331 and the power module 333 and the planar region 311, the heat radiation performance is improved.
- FIG. 5 is a cross-sectional view of a motor drive unit 30 according to a modification mounted on the motor 20.
- a part of the planar region 311 of the bottom plate 31a of the case 31 is raised to form a convex portion 311a.
- the top part of the convex part 311a is a flat surface, and the area is smaller than the heat radiation surfaces of the diode module 331 and the power module 333.
- each lead of the diode module 331 and the power module 333 and the flat region 311 increases.
- the bottom plate 31a is made of aluminum, and the planar region 311 can be a heat transfer portion or a conductive portion. Therefore, in order to ensure high insulation without using an insulating sheet or the like, the distance from the lead is set. It is necessary to secure enough.
- the area of the top portion of the convex portion 311a is smaller than the heat radiation surface of the diode module 331 and the power module 333, so that it does not come into contact with each lead of the diode module 331 and the power module 333. Since the distance between 311 and the lead is sufficiently secured, high insulation can be exhibited without using an insulating sheet or the like.
- the present invention is useful as an air handling unit and a fan driving device for a gas furnace.
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Abstract
本発明の課題は、空気吸込時の圧力損失を増大させることなく、放熱性能を向上させることができるモータ駆動ユニットを備えたファン駆動装置を提供することである。ファン駆動装置(10)では、放熱部(35)が形成されるケース(31)の底板(31a)が、空気吸込路から外れているので、放熱部(35)の放熱ピン(350)の高さ寸法を大きくしても、空気吸込時の圧力損失を増大させずに放熱性能を向上させることができる。また、複数の放熱ピン(350)が底板(31a)に形成されているので、放熱ピン(350)の向きは常に一軸方向であるので、モータ駆動ユニット(30)の取り付け後の回転軸回りの角度姿勢がばらついても、放熱ピン同士の隙間の向きは全方向に対応しているので、空気の対流方向による放熱性能への影響がプレートフィンに比べて少ない。
Description
本発明は、ファン駆動装置、特にダクト式空調機の室内機に搭載されるファン駆動装置に関する。
主に北米において使用されるダクト式空調機の室内機(エアハンドリングユニット又はガスファーネス)に搭載されるファン駆動装置として、従来、特許文献1(US2013/0106257)に記載されているようなファン駆動装置が広く普及している。
上記ファン駆動装置では、ディフューザ内のファンロータの回転中心にモータの回転軸を固定し、そのモータの反回転軸側に設けられたモータ駆動ユニットを介して当該ファンロータを駆動する。
上記ファン駆動装置のモータ駆動ユニットは円筒状のケース内に収納されており、その内周面にはモータ駆動に必要なパワーモジュール等が取り付けられる接触面が設けられ、その接触面と壁を隔てて対峙する外周面側にはフィンが形成されており、パワーモジュール等の熱はフィンを介してケースの外へ放熱される。
フィンは、ケースの外周面から内側に向かって窪む複数の溝を形成することによって構成されており、溝の深さが即ちフィン高さであり、フィンの高さはケースの外周面とほぼ同じかそれ以下である。
また、上記ファン駆動装置では、モータの回転軸はファンロータの内側から連結されるので、ファンロータの空気吸込路にモータ及びモータ駆動ユニットが位置する。
ところで、モータ駆動ユニットの放熱性能を高めるためには、フィン高さをさらに高くすることが効果的であるが、上記ファン駆動装置においては、モータ駆動ユニットの外周が空気吸込路に位置するため、フィン高さをさらに大きくした場合は空気吸込時の圧力損失の増大を招来する。
本発明の課題は、空気吸込時の圧力損失を増大させることなく、放熱性能を向上させることができるモータ駆動ユニットを備えたファン駆動装置を提供することにある。
本発明の第1観点に係るファン駆動装置は、モータと、モータ駆動ユニットとを備える。モータは、回転軸に固定されるファンロータを回転させる。モータ駆動ユニットは、モータの回転軸とは反対側の端部に装着される。また、モータ駆動ユニットは、筒状のケースと、基板と、放熱部とを有している。ケースは、モータと所定の空間を挟んで対峙する少なくとも一部に平面領域が形成された底板を含んでいる。基板は、発熱部品が実装された状態でケースに収納される。放熱部は、底板に形成され、平面領域の近傍に配置される発熱部品を冷却する。
このファン駆動装置では、放熱部が形成されるケースの底板は空気吸込路から外れているので、放熱部の高さ寸法を大きくしても、空気吸込時の圧力損失を増大させずに放熱性能を向上させることができる。
本発明の第2観点に係るファン駆動装置は、第1観点に係るファン駆動装置であって、放熱部が、底板からモータとは反対側の方向に延びている。
本発明の第3観点に係るファン駆動装置は、第1観点又は第2観点に係るファン駆動装置であって、放熱部が複数の放熱ピンから成る。
例えば、フィンがケースの周面の一部に形成されているときはファンロータとモータの回転軸との連結時にフィンの向きを揃える必要があり、その作業が煩わしいが、このファン駆動装置では、底板に複数の放熱ピンが形成されることにより放熱ピンの向きを揃える必要がなくなり、その分、作業性が向上する。
本発明の第4観点に係るファン駆動装置は、第1観点から第3観点のいずれか1つに係るファン駆動装置であって、放熱部が、底板と一体に成形されている。
このファン駆動装置では、放熱部は一軸方向に凹凸が形成されているので、型成形に適しており、一体化により生産コストの低減が図れる。
本発明の第5観点に係るファン駆動装置は、第1観点から第4観点のいずれか1つに係るファン駆動装置であって、平面領域が底板の内面側に設けられている。発熱部品は、整流回路を構成する複数のダイオードを有するダイオードモジュールと、ブリッジ回路を構成する複数のスイッチング素子を有するパワーモジュールとを含んでいる。ダイオードモジュール及びパワーモジュールは、平面領域に伝熱可能に取り付けられる。
このファン駆動装置では、各モジュールで発生した熱は、平面領域から底板の厚み方向に移動して放熱ピンに至るので、熱を最短距離で移送させて効率よく放熱させることができる。
例えば、各モジュールからの熱を伝熱させるための平面領域を内周面側に設けた場合は内周面に肉盛部を形成しなければ平面領域を確保できないので、その分だけ熱の移動距離が増加し、熱抵抗が増加することになり、本願発明よりも放熱効率は劣る。
また、基板とケースの底板とを平行な位置関係にすることができるので、SIPタイプ及びDIPタイプのどちらのタイプのモジュールであっても採用することができる。
本発明の第6観点に係るファン駆動装置は、第5観点に係るファン駆動装置であって、平面領域には、頂上部分が平面である凸部が形成されている。その頂上部分に、ダイオードモジュール又はパワーモジュールの放熱面が取り付けられる。また、その頂上部分の面積は、その放熱面の面積よりも小さい。
このファン駆動装置では、モジュールのリードと底板との絶縁距離を確保することができるので、絶縁シートが不要となり、コスト低減を図ることができる。
本発明の第7観点に係るファン駆動装置は、第5観点に係るファン駆動装置であって、モータ駆動ユニットが、熱抵抗低減部材をさらに有している。熱抵抗低減部材は、ダイオードモジュール又はパワーモジュールと、平面領域との間に介在する。
このファン駆動装置では、モジュールと平面領域との間の熱抵抗が低減されるので、放熱性能を向上させることができる。
本発明の第8観点に係るファン駆動装置は、第1観点から第4観点のいずれか1つに係るファン駆動装置であって、発熱部品が、交流電源を直流電源に変換するコンバータを構成する。
このファン駆動装置では、コンバータで発生した熱は、平面領域の近傍から当該平面領域を経て底板の厚み方向に移動し放熱ピンに至るので、熱を最短距離で移送させて効率よく放熱させることができる。
本発明の第9観点に係るファン駆動装置は、第1観点から第8観点のいずれか1つに係るファン駆動装置であって、モータ駆動ユニットが絶縁性樹脂をさらに有している。その絶縁性樹脂は、ケースの内部に充填されて基板を覆う。
このファン駆動装置では、モータ駆動ユニットのケース内部の耐湿性及び耐塵性を向上させることができる。
本発明の第10観点に係るファン駆動装置は、第1観点から第4観点のいずれか1つに係るファン駆動装置であって、放熱部がアルミダイキャストで成形されている。
このファン駆動装置では、放熱部は一軸方向に凹凸が形成されているので、アルミダイキャスト成形に適しており、一体化により生産コストの低減を図ることができる。
本発明の第11観点に係るファン駆動装置は、第3観点に係るファン駆動装置であって、複数の放熱ピンの配列が格子配列である。
このファン駆動装置では、複数の放熱ピンの配列が格子配列の場合、モータ駆動ユニットの取り付け後の回転軸回りの角度姿勢がばらついても、放熱ピン同士の隙間の向きは多様であるので、放熱ピン周辺の空気の対流方向による放熱性能への影響がプレートフィンに比べて少ない。
例えば、プレートフィンの場合、モータ駆動ユニットの取り付け後の回転軸回りの角度姿勢によってフィン間隙間の向きが異なるので、空気の対流方向の影響を受けやすい。
本発明の第12観点に係るファン駆動装置は、第3観点に係るファン駆動装置であって、複数の放熱ピンの配列が千鳥配列である。
このファン駆動装置では、複数の放熱ピンの配列が千鳥配列の場合、モータ駆動ユニットの取り付け後の回転軸回りの角度姿勢がばらついても、放熱ピン同士の隙間の向きは多様であるので、放熱ピン周辺の空気の対流方向による放熱性能への影響がプレートフィンに比べて少ない。
本発明の第13観点に係るファン駆動装置は、第1観点から第12観点のいずれか1つに係るファン駆動装置であって、ファンロータが、空気を回転軸側から吸い込んで遠心方向に吹き出す遠心ファンである。このファン駆動装置では、モータ駆動ユニットの放熱性能が向上するので、ひいては遠心ファンの送風性能の向上につながる。
本発明の第1観点又は第2観点に係るファン駆動装置では、放熱部が形成されるケースの底板は空気吸込路から外れているので、放熱部の高さ寸法を大きくしても、空気吸込時の圧力損失を増大させずに放熱性能を向上させることができる。
本発明の第3観点に係るファン駆動装置では、底板に複数の放熱ピンが形成されることにより放熱ピンの向きを揃える必要がなくなり、その分、作業性が向上する。
本発明の第4観点に係るファン駆動装置では、放熱部は一軸方向に凹凸が形成されているので、型成形に適しており、底板との一体化により生産コストの低減が図れる。
本発明の第5観点に係るファン駆動装置では、各モジュールで発生した熱は、平面領域から底板の厚み方向に移動して放熱ピンに至るので、熱を最短距離で移送させて効率よく放熱させることができる。
また、基板とケースの底板とを平行な位置関係にすることができるので、SIPタイプ及びDIPタイプのどちらのタイプのモジュールであっても採用することができる。
本発明の第6観点に係るファン駆動装置では、モジュールのリードと底板との絶縁距離を確保することができるので、絶縁シートが不要となりコスト低減を図ることができる。
本発明の第7観点に係るファン駆動装置では、モジュールと平面領域との間の熱抵抗が低減されるので、放熱性能を向上させることができる。
本発明の第8観点に係るファン駆動装置では、コンバータで発生した熱は、平面領域の近傍から当該平面領域を経て底板の厚み方向に移動し放熱ピンに至るので、熱を最短距離で移送させて効率よく放熱させることができる。
本発明の第9観点に係るファン駆動装置では、モータ駆動ユニットのケース内部の耐湿性及び耐塵性を向上させることができる。
本発明の第10観点に係るファン駆動装置では、放熱部は一軸方向に凹凸が形成されているので、アルミダイキャスト成形に適しており、底板との一体化により生産コストの低減が図れる。
本発明の第11観点又は第12観点に係るファン駆動装置では、モータ駆動ユニットの取り付け後の回転軸回りの角度姿勢がばらついても、放熱ピン同士の隙間の向きは同じであるので、放熱ピン周辺の空気の対流方向による放熱性能への影響がプレートフィンに比べて少ない。
本発明の第13観点に係るファン駆動装置では、モータ駆動ユニットの放熱性能が向上するので、ひいては遠心ファンの送風性能の向上につながる。
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。なお、以下の実施形態は、本発明の具体例であって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
(1)エアハンドリングユニット1の概略構成
図1は、本願発明の一実施形態に係るファン駆動装置10が搭載されるエアハンドリングユニット1の構成図である。図1において、本体ケーシング3は箱形であり、その内部空間に、熱交換器5、ファンロータ6、ディフューザ7、ダクト8及びファン駆動装置10が配置されている。
図1は、本願発明の一実施形態に係るファン駆動装置10が搭載されるエアハンドリングユニット1の構成図である。図1において、本体ケーシング3は箱形であり、その内部空間に、熱交換器5、ファンロータ6、ディフューザ7、ダクト8及びファン駆動装置10が配置されている。
ディフューザ7は、ファンロータ6の遠心方向に位置し漸次通路断面積を拡大する渦巻風路が形成されている。ファンロータ6は、ディフューザ7内に配置され、そのファンロータ6内にファン駆動装置10が挿入されている。
(2)ファン駆動装置10の概略構成
ファン駆動装置10は、ファンロータ6を駆動するモータ20と、モータ20を駆動するモータ駆動ユニット30を有している。
ファン駆動装置10は、ファンロータ6を駆動するモータ20と、モータ20を駆動するモータ駆動ユニット30を有している。
モータ20は、ファンロータ6の開口から奥側に挿入され、ファンロータ6の回転中心とモータ20の回転軸20aとが固定される。モータ駆動ユニット30は、モータ20の反回転軸側の端に装着されている。
モータ駆動ユニット30には、モータ20の回転速度及びトルクを制御する制御基板が搭載されており、制御基板で発生した熱はモータ駆動ユニット30から外部に放熱される。
モータ駆動ユニット30がモータ20を駆動させることによって、回転軸20aに固定されたファンロータ6が回転する。このとき、吸込口3a及び熱交換器5を通過した空気が、ファンロータ6の回転中心軸両端の開口から吸い込まれ、ファンロータ6の遠心方向に吹き出される。吹き出された空気は、ディフューザ7内の渦巻風路を通ってダクト8に送られる。
図1に示すように、エアハンドリングユニット1におけるファンロータ6の吸込空気の風速分布は、回転中心から視て熱交換器5側が速く、その反対側が遅いという特徴がある。なお、モータ20はファンロータ6内に入り込んでいるので、ファンロータ6のモータ20側の開口から吸い込まれる空気は、モータ駆動ユニット30の外周面とディフューザ7の開口との隙間を通ってファンロータ6の開口に吸い込まれる。
(3)モータ20の構成
図2は、ファン駆動装置10の制御回路図である。図2において、モータ20は、3相のブラシレスDCモータであって、ステータ22と、ロータ23とを備えている。ステータ22は、スター結線されたU相、V相及びW相の駆動コイルLu,Lv,Lwを含む。各駆動コイルLu,Lv,Lwの一方端は、それぞれパワーモジュール333から延びるU相、V相及びW相の各配線の駆動コイル端子TU,TV,TWに接続されている。各駆動コイルLu,Lv,Lwの他方端は、互いに端子TNとして接続されている。これら3相の駆動コイルLu,Lv,Lwは、ロータ23が回転することによりその回転速度とロータ23の位置に応じた誘起電圧を発生させる。
図2は、ファン駆動装置10の制御回路図である。図2において、モータ20は、3相のブラシレスDCモータであって、ステータ22と、ロータ23とを備えている。ステータ22は、スター結線されたU相、V相及びW相の駆動コイルLu,Lv,Lwを含む。各駆動コイルLu,Lv,Lwの一方端は、それぞれパワーモジュール333から延びるU相、V相及びW相の各配線の駆動コイル端子TU,TV,TWに接続されている。各駆動コイルLu,Lv,Lwの他方端は、互いに端子TNとして接続されている。これら3相の駆動コイルLu,Lv,Lwは、ロータ23が回転することによりその回転速度とロータ23の位置に応じた誘起電圧を発生させる。
ロータ23は、N極及びS極からなる複数極の永久磁石を含み、ステータ22に対し回転軸を中心として回転する。ロータ23の回転は、この回転軸と同一軸心上にある出力軸(図示せず)を介してファンロータ6に出力される。
(4)モータ駆動ユニット30の構成
(4-1)電装部品
モータ駆動ユニット30は、図2に示すように、商用電源91、ダイオードモジュール331及び平滑コンデンサ332により直流電源として構成されたコンバータと、電圧検出部334と、電流検出部335と、パワーモジュール333と、ゲート駆動回路26と、制御回路29と、マイクロコンピュータ40とを備えている。これらは、例えばマイクロコンピュータ40を除いて、1枚のプリント基板上に実装される。
(4-1)電装部品
モータ駆動ユニット30は、図2に示すように、商用電源91、ダイオードモジュール331及び平滑コンデンサ332により直流電源として構成されたコンバータと、電圧検出部334と、電流検出部335と、パワーモジュール333と、ゲート駆動回路26と、制御回路29と、マイクロコンピュータ40とを備えている。これらは、例えばマイクロコンピュータ40を除いて、1枚のプリント基板上に実装される。
(4-1-1)ダイオードモジュール331
ダイオードモジュール331は、4つのダイオードD1a,D1b,D2a,D2bによってブリッジ状に構成されている。具体的には、ダイオードD1aとD1b、D2aとD2bは、それぞれ互いに直列に接続されている。ダイオードD1a,D2aの各カソード端子は、共に平滑コンデンサ332のプラス側端子に接続されており、ダイオードモジュール331の正側出力端子として機能する。ダイオードD1b,D2bの各アノード端子は、共に平滑コンデンサ332のマイナス側端子に接続されており、ダイオードモジュール331の負側出力端子として機能する。
ダイオードモジュール331は、4つのダイオードD1a,D1b,D2a,D2bによってブリッジ状に構成されている。具体的には、ダイオードD1aとD1b、D2aとD2bは、それぞれ互いに直列に接続されている。ダイオードD1a,D2aの各カソード端子は、共に平滑コンデンサ332のプラス側端子に接続されており、ダイオードモジュール331の正側出力端子として機能する。ダイオードD1b,D2bの各アノード端子は、共に平滑コンデンサ332のマイナス側端子に接続されており、ダイオードモジュール331の負側出力端子として機能する。
ダイオードD1a及びダイオードD1bの接続点は、商用電源91の一方の極に接続されている。ダイオードD2a及びダイオードD2bの接続点は、商用電源91の他方の極に接続されている。ダイオードモジュール331は、商用電源91から出力される交流電圧を整流して直流電源を生成し、これを平滑コンデンサ332へ供給する。
(4-1-2)平滑コンデンサ332
平滑コンデンサ332は、一端がダイオードモジュール331の正側出力端子に接続され、他端がダイオードモジュール331の負側出力端子に接続されている。平滑コンデンサ332は、ダイオードモジュール331によって整流された電圧を平滑する。以下、説明の便宜上、平滑コンデンサ332による平滑後の電圧を“平滑後電圧Vdc”という。
平滑コンデンサ332は、一端がダイオードモジュール331の正側出力端子に接続され、他端がダイオードモジュール331の負側出力端子に接続されている。平滑コンデンサ332は、ダイオードモジュール331によって整流された電圧を平滑する。以下、説明の便宜上、平滑コンデンサ332による平滑後の電圧を“平滑後電圧Vdc”という。
平滑後電圧Vdcは、平滑コンデンサ332の出力側に接続されるパワーモジュール333へ印加される。ダイオードモジュール331及び平滑コンデンサ332は、コンバータを構成している。
なお、コンデンサの種類としては、電解コンデンサやセラミックコンデンサ、タンタルコンデンサ等が挙げられるが、本実施形態においては、平滑コンデンサ332として電解コンデンサが採用される。
(4-1-3)電圧検出部334
電圧検出部334は、平滑コンデンサ332の出力側に接続されており、平滑コンデンサ332の両端電圧、即ち平滑後電圧Vdcの値を検出するためのものである。電圧検出部334は、例えば、互いに直列に接続された2つの抵抗が平滑コンデンサ332に並列接続され、平滑後電圧Vdcが分圧されるように構成される。それら2つの抵抗同士の接続点の電圧値は、制御回路29に入力される。
電圧検出部334は、平滑コンデンサ332の出力側に接続されており、平滑コンデンサ332の両端電圧、即ち平滑後電圧Vdcの値を検出するためのものである。電圧検出部334は、例えば、互いに直列に接続された2つの抵抗が平滑コンデンサ332に並列接続され、平滑後電圧Vdcが分圧されるように構成される。それら2つの抵抗同士の接続点の電圧値は、制御回路29に入力される。
(4-1-4)電流検出部335
電流検出部335は、平滑コンデンサ332及びパワーモジュール333の間であって、かつ平滑コンデンサ332の負側出力端子側に接続されている。電流検出部335は、モータ20の起動後、モータ20に流れるモータ電流Imを三相分の電流の合計値として検出する。
電流検出部335は、平滑コンデンサ332及びパワーモジュール333の間であって、かつ平滑コンデンサ332の負側出力端子側に接続されている。電流検出部335は、モータ20の起動後、モータ20に流れるモータ電流Imを三相分の電流の合計値として検出する。
電流検出部335は、例えば、シャント抵抗及び該抵抗の両端の電圧を増幅させるオペアンプを用いた増幅回路で構成されてもよい。電流検出部335によって検出されたモータ電流は、制御回路29に入力される。
(4-1-5)パワーモジュール333
パワーモジュール333は、平滑コンデンサ332の出力側に接続され、インバータ回路を構成している。図1において、パワーモジュール333は、複数のIGBT(絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ、以下、単にトランジスタという)Q3a,Q3b,Q4a,Q4b,Q5a,Q5b及び複数の還流用のダイオードD3a,D3b,D4a,D4b,D5a,D5bを含む。
パワーモジュール333は、平滑コンデンサ332の出力側に接続され、インバータ回路を構成している。図1において、パワーモジュール333は、複数のIGBT(絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ、以下、単にトランジスタという)Q3a,Q3b,Q4a,Q4b,Q5a,Q5b及び複数の還流用のダイオードD3a,D3b,D4a,D4b,D5a,D5bを含む。
トランジスタQ3aとQ3b、Q4aとQ4b、Q5aとQ5bは、それぞれ互いに直列に接続されており、各ダイオードD3a~D5bは、各トランジスタQ3a~Q5bに、トランジスタのコレクタ端子とダイオードのカソード端子が、また、トランジスタのエミッタ端子とダイオードのアノード端子が接続されるよう、並列接続されている。
パワーモジュール333は、平滑コンデンサ332からの平滑後電圧Vdcが印加され、かつゲート駆動回路26により指示されたタイミングで各トランジスタQ3a~Q5bがオン及びオフを行うことによって、モータ20を駆動する駆動電圧SU,SV,SWを生成する。この駆動電圧SU,SV,SWは、各トランジスタQ3aとQ3b、Q4aとQ4b、Q5aとQ5bの各接続点NU,NV,NWからモータ20に出力される。
(4-1-6)ゲート駆動回路26
ゲート駆動回路26は、制御回路29からの電圧指令値Vpwmに基づき、パワーモジュール333の各トランジスタQ3a~Q5bのオン及びオフの状態を変化させる。具体的には、ゲート駆動回路26は、制御回路29によって決定されたデューティを有するパルス状の駆動電圧SU,SV,SWがパワーモジュール333からモータ20に出力されるように、各トランジスタQ3a~Q5bのゲートに印加するゲート制御電圧Gu,Gx,Gv,Gy,Gw,Gzを生成する。生成されたゲート制御電圧Gu,Gx,Gv,Gy,Gw,Gzは、それぞれのトランジスタQ3a~Q5bのゲート端子に印加される。
ゲート駆動回路26は、制御回路29からの電圧指令値Vpwmに基づき、パワーモジュール333の各トランジスタQ3a~Q5bのオン及びオフの状態を変化させる。具体的には、ゲート駆動回路26は、制御回路29によって決定されたデューティを有するパルス状の駆動電圧SU,SV,SWがパワーモジュール333からモータ20に出力されるように、各トランジスタQ3a~Q5bのゲートに印加するゲート制御電圧Gu,Gx,Gv,Gy,Gw,Gzを生成する。生成されたゲート制御電圧Gu,Gx,Gv,Gy,Gw,Gzは、それぞれのトランジスタQ3a~Q5bのゲート端子に印加される。
なお、本実施形態のパワーモジュール333は、電圧形インバータであるが、それに限定されるものではなく、マトリックスコンバータや電流形インバータでもよい。
(4-1-7)制御回路29
制御回路29は、電圧検出部334、電流検出部335、ゲート駆動回路26及びマイクロコンピュータ40と接続されている。制御回路29は、マイクロコンピュータ40から送られてきた速度指令を含む運転指令に基づいて、モータ20をロータ位置センサレス方式にて駆動させる回路である。
制御回路29は、電圧検出部334、電流検出部335、ゲート駆動回路26及びマイクロコンピュータ40と接続されている。制御回路29は、マイクロコンピュータ40から送られてきた速度指令を含む運転指令に基づいて、モータ20をロータ位置センサレス方式にて駆動させる回路である。
ロータ位置センサレス方式とは、モータ20の特性を示す各種パラメータ、モータ20起動後の電圧検出部334の検出結果、電流検出部335の検出結果、及びモータ20の制御に関する所定の数式モデル等を用いて、ロータ位置及び回転数の推定、回転数に対するPI制御、モータ電流に対するPI制御等を行いモータを駆動する方式である。モータ20の特性を示す各種パラメータとしては、使用されるモータ20の巻線抵抗、インダクタンス成分、誘起電圧、極数などが挙げられる。
例えば、d軸電流指令Idが“0”となるような指令“Id*=0”と、電圧検出部334により検出された電圧とに基づいて電流制御を行い、これらの指令に基づいた電流となるような、駆動電圧SU,SV,SWのデューティを含む電圧指令値Vpwmが生成され、ゲート駆動回路26に入力される。
(4-1-8)マイクロコンピュータ40
マイクロコンピュータ40は、制御回路29と接続されている。また、マイクロコンピュータ40はエアハンドリングユニット1の各機器を統括して制御する図示しないシステム制御部とも接続されており、エアハンドリングユニット1を各機器における異常の有無に応じて、モータ20の駆動を制御する(図1参照)。それゆえ、マイクロコンピュータ40は、制御部として機能する。
マイクロコンピュータ40は、制御回路29と接続されている。また、マイクロコンピュータ40はエアハンドリングユニット1の各機器を統括して制御する図示しないシステム制御部とも接続されており、エアハンドリングユニット1を各機器における異常の有無に応じて、モータ20の駆動を制御する(図1参照)。それゆえ、マイクロコンピュータ40は、制御部として機能する。
なお、このマイクロコンピュータ40には、パワーモジュール333とは別の電源が、モータ20の駆動状態に関係なく常に供給される。
(4-2)構造部品
図3は、モータ20に装着されたモータ駆動ユニット30の断面図である。図3において、モータ駆動ユニット30は、モータ20の回転軸20aとは反対側の端部に装着されている。モータ駆動ユニット30は、筒状のケース31と、基板33と、放熱部35とを有している。
図3は、モータ20に装着されたモータ駆動ユニット30の断面図である。図3において、モータ駆動ユニット30は、モータ20の回転軸20aとは反対側の端部に装着されている。モータ駆動ユニット30は、筒状のケース31と、基板33と、放熱部35とを有している。
(4-2-1)ケース31
ケース31は、底のある筒状の容器でアルミダイキャストによって成形されている。ケース31の開口側が、モータ20の回転軸20aと反対側の端部に連結される。
ケース31は、底のある筒状の容器でアルミダイキャストによって成形されている。ケース31の開口側が、モータ20の回転軸20aと反対側の端部に連結される。
ケース31は、底部を構成する底板31aを有している。底板31aは、内側に平面領域311を有している。
(4-2-2)基板33
基板33は、プリント基板であって、上段で説明したダイオードモジュール331、平滑コンデンサ332、電圧検出部334と、電流検出部335と、パワーモジュール333と、ゲート駆動回路26と、制御回路29が実装された状態でケース31に収納されている。なお、図3では、発熱部品330の代表として、ダイオードモジュール331及びパワーモジュール333のみを記載している。
基板33は、プリント基板であって、上段で説明したダイオードモジュール331、平滑コンデンサ332、電圧検出部334と、電流検出部335と、パワーモジュール333と、ゲート駆動回路26と、制御回路29が実装された状態でケース31に収納されている。なお、図3では、発熱部品330の代表として、ダイオードモジュール331及びパワーモジュール333のみを記載している。
基板33は、両面基板であり、底板31aの平面領域311と対峙する側には、ダイオードモジュール331及びパワーモジュール333が実装されている。ダイオードモジュール331及びパワーモジュール333には、リードが本体の両端面側から出て本体平面に対して直角に曲げられているDIPタイプと、リードが本体の片端面側から出て本体平面に対して直角に曲げられているSIPタイプとが存在し、どちらを採用してもよく、本実施形態ではダイオードモジュール331はSIPタイプを、パワーモジュール333はDIPタイプを採用している。
基板33は、ダイオードモジュール331及びパワーモジュール333の放熱面が底板31aの平面領域311に伝熱可能に取り付けられるように位置決めされている。なお、「平面領域311に伝熱可能に取り付けられる」とは、ダイオードモジュール331及びパワーモジュール333の放熱面と平面領域311との間に熱移動が起こるように取り付けるという意味である。
その具体的態様としては、ダイオードモジュール331及びパワーモジュール333の放熱面を平面領域311に密着させる態様、又はダイオードモジュール331及びパワーモジュール333の放熱面と平面領域311との間に熱抵抗低減部材(サーマルインターフェイスマテリアル)を介して張り合わせる態様が考えられる。
本実施形態では、熱抵抗低減部材(サーマルインターフェイスマテリアル)を介して張り合わせる態様を採用しており、ダイオードモジュール331及びパワーモジュール333の放熱面と平面領域311との間に放熱シート37を介在させている。なお、放熱シート37に代えてシリコングリスを採用してもよい。
また、図2に示すように、パワーモジュール333のインバータ電流を検出する電流検出部335には一般にシャント抵抗が使用されるので、そこでの発熱も考えられるので、平面領域311に近接させるのが好ましい。
同様に、ダイオードモジュール331と共にコンバータを構成する平滑コンデンサ332も発熱部品であるので、配置空間に余裕がある場合は平滑コンデンサ332も平面領域311に近接させるのが好ましい。
なお、ケース31の内部は、基板33を覆う程度に絶縁性樹脂39が充填されており、ケース31と基板33との絶縁性を確保すると共に、ケース31内部の耐湿性及び耐塵性を向上させている。
(4-2-3)放熱部35
図4は、放熱部35の斜視図である。図4において、放熱部35は、底板31aの外側面からモータ20とは反対側の方向に延びる複数の放熱ピン350を有している。放熱ピン350は、アルミダイキャストによりケース31と一体に成形される。
図4は、放熱部35の斜視図である。図4において、放熱部35は、底板31aの外側面からモータ20とは反対側の方向に延びる複数の放熱ピン350を有している。放熱ピン350は、アルミダイキャストによりケース31と一体に成形される。
放熱ピン350の断面形状は多様であるが、アルミダイキャスト成形時の型抜きを考慮すると、円形又は矩形が好ましい。
また、複数の放熱ピン350の配列は、ランダムでもかまわないが、好ましくは格子配列又は千鳥配列を推奨する。
複数の放熱ピン350が格子配列又は千鳥配列されることによるメリットは、放熱ピン同士の隙間の向きが多様である点である。それゆえ、モータ20がファンロータ6に取り付けられた後のモータ駆動ユニット30の回転軸回りの角度姿勢が製品によってばらついていても、放熱ピン350同士の隙間の向きは全方向対応であるので、放熱ピン350周辺の空気の対流方向による放熱性能への影響がプレートフィンに比べて少ない。
なお、プレートフィンの場合、モータ駆動ユニット30の取り付け後の回転軸回りの角度姿勢によってフィン間隙間の向きが異なり、空気の対流方向の影響を受けやすいので、本実施形態では採用していない。しかし、フィン間隙間の向きを空気の対流方向に合わせる位置決めを行うなどの対策を採るならば、放熱ピン350をプレートフィン形状にすることも可能である。
(5)ファン駆動装置10の動作
マイクロコンピュータ40は、制御回路29からフィードバックされるモータ20の実際の回転速度、及びエアハンドリングユニット1の運転状況を総合判断して、ファンロータ6の必要回転数を演算し、それを実現するために制御回路29に速度指令を送る。
マイクロコンピュータ40は、制御回路29からフィードバックされるモータ20の実際の回転速度、及びエアハンドリングユニット1の運転状況を総合判断して、ファンロータ6の必要回転数を演算し、それを実現するために制御回路29に速度指令を送る。
制御回路29からの電圧指令値Vpwmに基づき、ゲート駆動回路26は制御回路29によって決定されたデューティを有するパルス状の駆動電圧SU,SV,SWがパワーモジュール333からモータ20に出力されるように、各トランジスタQ3a~Q5bのゲートに印加するゲート制御電圧Gu,Gx,Gv,Gy,Gw,Gzを生成する。
ファンロータ6は、モータ20の回転速度と同期して回転し、吸込口3a及び熱交換器5を通過した空気をファンロータ6の回転中心軸両端の開口から吸い込み、ファンロータ6の遠心方向に吹き出す。吹き出された空気は、ディフューザ7内の渦巻風路を通ってダクト8に送られる。
基板33上のダイオードモジュール331及びパワーモジュール333は動作時の発熱で温度上昇するが、それらの放熱面は底板31aの平面領域311に放熱シート37を介して取り付けられているので、熱は放熱シート37、平面領域311、底板31a、放熱ピン350の順に最短距離で移動する。そして、放熱ピン350は、その周囲を対流する空気に放熱する。
以上のように、本発明のファン駆動装置10は、モータ駆動ユニット30の基板上で発生した熱を効率よく放熱するので、ファン駆動装置10の特性、及び耐久性を格段に向上させる。
(6)特徴
(6-1)
ファン駆動装置10では、放熱部35が形成されるケース31の底板31aが、空気吸込路から外れているので、放熱部35の放熱ピン350の高さ寸法を大きくしても、空気吸込時の圧力損失を増大させずに放熱性能を向上させることができる。
(6-1)
ファン駆動装置10では、放熱部35が形成されるケース31の底板31aが、空気吸込路から外れているので、放熱部35の放熱ピン350の高さ寸法を大きくしても、空気吸込時の圧力損失を増大させずに放熱性能を向上させることができる。
(6-2)
ファン駆動装置10では、複数の放熱ピン350が底板31aに形成されており、放熱ピン350の向きは常に一軸方向であるので、その向きを揃える必要がなくなり、その分、作業性が向上する。また、放熱ピン350は型成形に適しており、底板31aとの一体化により生産コストの低減が図れる。
ファン駆動装置10では、複数の放熱ピン350が底板31aに形成されており、放熱ピン350の向きは常に一軸方向であるので、その向きを揃える必要がなくなり、その分、作業性が向上する。また、放熱ピン350は型成形に適しており、底板31aとの一体化により生産コストの低減が図れる。
また、モータ駆動ユニット30の取り付け後の回転軸回りの角度姿勢がばらついても、放熱ピン350同士の隙間の向きは全方向に対応しているので、空気の対流方向による放熱性能への影響がプレートフィンに比べて少ない。
(6-3)
ファン駆動装置10では、ダイオードモジュール331及びパワーモジュール333で発生した熱は、平面領域311から底板31aの厚み方向に移動して放熱ピン350に至るので、熱を最短距離で移送させて効率よく放熱させることができる。
ファン駆動装置10では、ダイオードモジュール331及びパワーモジュール333で発生した熱は、平面領域311から底板31aの厚み方向に移動して放熱ピン350に至るので、熱を最短距離で移送させて効率よく放熱させることができる。
特に、ダイオードモジュール331及びパワーモジュール333の放熱面と平面領域311との間に熱抵抗を低減させる放熱シート37を介在させているので、放熱性能が向上する。
(6-4)
ファン駆動装置10では、ケース31内に絶縁性樹脂39を充填して基板33覆っているので、耐湿性及び耐塵性が高い。
ファン駆動装置10では、ケース31内に絶縁性樹脂39を充填して基板33覆っているので、耐湿性及び耐塵性が高い。
(7)変形例
図5は、モータ20に装着された変形例に係るモータ駆動ユニット30の断面図である。図5において、ケース31の底板31aの平面領域311の一部が***して凸部311aを形成している。凸部311aの頂上部分は平面であり、その面積がダイオードモジュール331及びパワーモジュール333の放熱面よりも小さくなるように形成されている。
図5は、モータ20に装着された変形例に係るモータ駆動ユニット30の断面図である。図5において、ケース31の底板31aの平面領域311の一部が***して凸部311aを形成している。凸部311aの頂上部分は平面であり、その面積がダイオードモジュール331及びパワーモジュール333の放熱面よりも小さくなるように形成されている。
凸部311a以外は、上記実施形態と同様であるので、同一部品には同一符号を付して、説明を省略する。
ここで、ダイオードモジュール331及びパワーモジュール333の放熱面が凸部311aの平面部に放熱シート37を介して伝熱可能に取り付けられると、ダイオードモジュール331及びパワーモジュール333の各リードと平面領域311との距離が拡大する。
底板31aはアルミ製であり、平面領域311は伝熱部にもなれば、導電部にも成り得るので、絶縁シートなどを用いなくても高い絶縁性を確保するために、リードとの距離を十分に確保する必要である。
本変形例では、凸部311aの頂上部分の面積は、ダイオードモジュール331及びパワーモジュール333の放熱面より小さいので、ダイオードモジュール331及びパワーモジュール333の各リードと接触することはなく、さらに、平面領域311とリードとの距離が十分に確保されているので、絶縁シートなどを用いなくても高い絶縁性を発揮することができる。
(8)その他
上記実施形態、及び変形例では、エアハンドリングユニット1に搭載されるファン駆動装置10を説明したが、このファン駆動装置10をガスファーネスに採用しても、エアハンドリングユニット1への適用時と同様に高い耐久性を発揮することができる。
上記実施形態、及び変形例では、エアハンドリングユニット1に搭載されるファン駆動装置10を説明したが、このファン駆動装置10をガスファーネスに採用しても、エアハンドリングユニット1への適用時と同様に高い耐久性を発揮することができる。
上記の通り、本発明は、エアハンドリングユニット、及びガスファーネスのファン駆動装置として有用である。
10 ファン駆動装置
20 モータ
20a 回転軸
30 モータ駆動ユニット
31 ケース
31a 底板
311 平面領域
33 基板
331 ダイオードモジュール
333 パワーモジュール
35 放熱部
350 放熱ピン
20 モータ
20a 回転軸
30 モータ駆動ユニット
31 ケース
31a 底板
311 平面領域
33 基板
331 ダイオードモジュール
333 パワーモジュール
35 放熱部
350 放熱ピン
Claims (13)
- 回転軸(20a)に固定されるファンロータを回転させるモータ(20)と、
前記モータ(20)の前記回転軸(20a)とは反対側の端部に装着されるモータ駆動ユニット(30)と、
を備え、
前記モータ駆動ユニット(30)は、
前記モータ(20)と所定の空間を挟んで対峙する少なくとも一部に平面領域(311)が形成された底板(31a)を含む筒状のケース(31)と、
発熱部品(330)が実装された状態で前記ケース(31)に収納される基板(33)と、
前記底板(31a)に形成され、前記平面領域(311)の近傍に配置される前記発熱部品を冷却する放熱部(35)と、
を有する、
ファン駆動装置(10)。 - 前記放熱部(35)は、前記底板(31a)から前記モータ(20)とは反対側の方向に延びている、
請求項1に記載のファン駆動装置(10)。 - 前記放熱部(35)は、複数の放熱ピン(350)から成る、
請求項1又は請求項2に記載のファン駆動装置(10)。 - 前記放熱部(35)は、前記底板(31a)と一体に成形されている、
請求項1から請求項3のいずれか1項に記載のファン駆動装置(10)。 - 前記平面領域(311)は前記底板(31a)の内面側に設けられ、
前記発熱部品(330)は、
整流回路を構成する複数のダイオードを有するダイオードモジュール(331)と、
ブリッジ回路を構成する複数のスイッチング素子を有するパワーモジュール(333)と、
を含み、
前記ダイオードモジュール(331)及び前記パワーモジュール(333)が前記平面領域(311)に伝熱可能に取り付けられる、
請求項1から請求項4のいずれか1項に記載のファン駆動装置(10)。 - 前記平面領域(311)には、頂上部分が平面である凸部(311a)が形成されており、
前記頂上部分に、前記ダイオードモジュール(331)又は前記パワーモジュール(333)の放熱面が取り付けられ、
前記頂上部分の面積は、前記放熱面の面積よりも小さい、
請求項5に記載のファン駆動装置(10)。 - 前記モータ駆動ユニット(30)は、前記ダイオードモジュール(331)又は前記パワーモジュール(333)と、前記平面領域(311)との間に介在する熱抵抗低減部材(37)をさらに有する、
請求項5に記載のファン駆動装置(10)。 - 前記発熱部品(330)は、交流電源を直流電源に変換するコンバータを構成する、
請求項1から請求項4のいずれか1項に記載のファン駆動装置(10)。 - 前記モータ駆動ユニット(30)は、前記ケース(31)の内部に充填されて前記基板(33)を覆う絶縁性樹脂(39)をさらに有する、
請求項1から請求項8に記載のファン駆動装置(10)。 - 前記放熱部(35)は、アルミダイキャストで成形されている、
請求項1から請求項4のいずれか1項に記載のファン駆動装置(10)。 - 複数の前記放熱ピン(350)の配列は、格子配列である、
請求項3に記載のファン駆動装置(10)。 - 複数の前記放熱ピン(350)の配列は、千鳥配列である、
請求項3に記載のファン駆動装置(10)。 - 前記ファンロータは、空気を回転軸側から吸い込んで遠心方向に吹き出す遠心ファンである、
請求項1から請求項12のいずれか1項に記載のファン駆動装置(10)。
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JP2015099829A (ja) | 2015-05-28 |
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