ファン装置
【課題】ファン装置から異常騒音が発生していることが想定される状態を検知して、ファン装置の異常検出を正確に行う。
【解決手段】ファン装置のインペラ部３０２に磁石３０３を取り付け、対向部にホール素子３０４を配置し、ホール素子によってインペラ部の回転制御と位置の変動具合を検出することで、ファン装置の異常騒音の要因である振動を検知する。インペラ部３０２の位置の変動具合によって、ファン装置が異常であると検知した場合には、ファン装置の駆動を停止したり、低速で駆動することにより正常な状態に復帰させるように試みる。また、ユーザに異常を知らせる。
【解決手段】ファン装置のインペラ部３０２に磁石３０３を取り付け、対向部にホール素子３０４を配置し、ホール素子によってインペラ部の回転制御と位置の変動具合を検出することで、ファン装置の異常騒音の要因である振動を検知する。インペラ部３０２の位置の変動具合によって、ファン装置が異常であると検知した場合には、ファン装置の駆動を停止したり、低速で駆動することにより正常な状態に復帰させるように試みる。また、ユーザに異常を知らせる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複写機等に搭載されるファン装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、モータによりファンを駆動するファン駆動回路において、ファンの異常を検出する技術は種々提案されている。
【０００３】
例えば特許文献１の技術では、回転数指定手段から一義的に決められる異常回転数を算出し、モータの回転が前記異常回転数以下になったら、ファンの異常と判断している。
【０００４】
また、特許文献２の技術では、ファンを駆動するための巻線電流値を記憶し、常に前回と比較することによって、ファンの寿命を検知している。
【０００５】
また、特許文献３の技術では、ホール素子による回転数とモータの巻線電流値によって、ファンの寿命を検知している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−１１１４７５号公報
【特許文献２】特開２００３−０２３７９２号公報
【特許文献３】特開２００３−１１１４７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来のファン駆動回路において、ファンの騒音を検知して騒音が異常に大きい場合にはファンを停止するような技術は存在していない。これは、騒音がファンによって発生した騒音であるのか否かの判断が難しいためである。つまり、ファンによって発生した騒音を直接的に検出することは困難であることによる。そこで、ファンの騒音発生原因に注目したファンの騒音検出方法が考えられる。
【０００８】
ファンの騒音発生の主要因としてはインペラ部の傾きが挙げられる。インペラ部の傾きは、様々な要因によって引き起こされる。例えば、軸倒れもしくはインペラ部の組み付け不良等の製造工程時に発生したり、ファンを機器に組み込む組み込み作業時に発生したり、また仕様温度条件によるインペラ部圧入部分の緩みなどで発生する。
【０００９】
上記特許文献１の技術を用いた場合では、インペラ部の傾きによってモータの回転数が低下することはなく、したがって特許文献１の方法でファンの騒音を検出することは不可能である。
【００１０】
また、特許文献２の技術を用いた場合でも、ファンの騒音を検出することは困難である。即ち、モータの巻線電流値は数百ミリアンペア程度であるが、ファンの騒音の発生によってモータの巻線電流値の変化は数ミリアンペア程度であり、検出誤差の方が大きくなってしまう。
【００１１】
本発明は上記従来の問題点に鑑み、装置から異常騒音が発生していることが想定される状態をインペラ部の位置の変動具合によって検知して、装置の異常検出を正確に行うことができるファン装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明のファン装置は、送風用のインペラ部と、前記インペラ部を回転駆動するための駆動部と、前記インペラ部に取り付けられた磁石と、前記磁石の移動を検出するための、少なくとも１つ以上のホール素子と、前記ホール素子の各出力からインペラ部の角速度を検出する角速度検出手段と、前記角速度検出手段の検出結果に基づいて、前記駆動部による前記インペラ部の回転駆動を制御する手段と、前記磁石が移動することによって生じる前記ホール素子の出力に基づいた角速度中の出力の最大値を検出する最大値検出手段と、前記磁石が移動することによって生じる前記ホール素子の出力に基づいた角速度中の出力の最小値を検出する最小値検出手段と、前記最大値検出手段の出力と前記最小値検出手段の出力との差分を検出する差分検出手段と、前記差分検出手段の出力が所定値を超えた場合に、前記駆動部を制御して前記インペラ部の回転駆動を停止する手段とを備えたことを特徴とする。
【００１３】
また、本発明のファン装置は、送風用のインペラ部と、前記インペラ部を回転駆動する駆動部と、前記インペラ部に取り付けられた磁石と、前記磁石の移動を検出するための、少なくとも１つ以上のホール素子と、前記ホール素子の各出力からインペラ部の角速度を検出する角速度検出手段と、前記角速度検出手段の検出結果に基づいて、前記駆動部による前記インペラ部の回転駆動を第一又は第二の速度で制御する手段と、前記磁石が移動することによって生じる前記ホール素子の出力に基づいた角速度中の出力の最大値を検出する最大値検出手段と、前記磁石が移動することによって生じる前記ホール素子の出力に基づいた角速度中の出力の最小値を検出する最小値検出手段と、前記最大値検出手段の出力と前記最小値検出手段の出力との差分を検出する差分検出手段と、前記差分検出手段の出力に応じて、前記インペラ部の回転駆動の速度が前記第一の速度又は前記第二の速度に切り替わるように前記駆動部を制御する速度切り替え制御手段とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、ファン装置から異常騒音が発生していることが想定される状態をインペラ部の位置の変動具合によって検知することができ、ファン装置の異常検出を正確に行うことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施の形態におけるファン装置の構成を示す断面図である。
【図２】実施の形態におけるファン装置の制御系の構成を示すブロック図である。
【図３】ホール素子に対する永久磁石の移動方向に応じて変化するホール素子の出力の変化を示す概念図である。
【図４】図２中の出力加算部から比較器経由の各出力を示す波形図である。
【図５】図２中の出力加算部から差分検出部経由の各出力を示す波形図である。
【図６】第１の実施の形態に係る制御フローを示すフローチャートである。
【図７】第２の実施の形態に係る制御フローを示すフローチャートである。
【図８】第３の実施の形態に係る制御フローを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１７】
［第１の実施の形態］
＜ファン装置の構成＞
まず、本実施の形態におけるファン装置の機構と制御系の構成について、図１及び図２を参照して説明する。
【００１８】
（Ａ）ファン装置の機構
図１は、本発明の実施の形態におけるファン装置の構成を示す断面図である。
【００１９】
このファン装置は、回転軸３０１が中心部に固定された送風用のインペラ部３０２を有している。回転軸３０１は、基板３０５を貫通してモータ３０６に固定されている（駆動部）。インペラ部３０２の基板３０５側の面には永久磁石３０３が取り付けられ、さらに基板３０５のインペラ部３０２側の表面には、磁石３０３と対向する位置に、磁石３０３の移動を検出するためのホール素子３０４が少なくとも１つ以上取り付けられている。
【００２０】
（Ｂ）制御系の構成
図２は、実施の形態におけるファン装置の制御系の構成を示すブロック図である。
【００２１】
このファン装置の制御系は、出力加算部１０２、比較器１０４、エッジ検出部１０５、及び角速度検出部１０６を有している。
【００２２】
出力加算部１０２には、各ホール素子３０４の出力Ｈｏｕｔが入力されて加算される。
【００２３】
比較器１０４は、基準電圧ＶＦと出力加算部１０２の出力と比較する。この比較器１０４では、ホール素子３０４の出力から、インペラ部３０２の角速度を検出するために基準となる信号を生成する。比較器１０４の出力は、エッジ検出部１０５に入力される。
【００２４】
角速度検出部１０６の出力は、ＣＰＵ１０７に入力される。ＣＰＵ１０７は、角速度の検出結果が目標角速度に対し大きければ、モータ３０６を減速方向に速度制御行い、逆に小さければ加速方向に速度制御を行う。
【００２５】
一方、出力加算部１０２の出力は、最大値検出部１０８と最小値検出部１０９に入力され、これら最大値検出部１０８と最小値検出部１０９の各出力が差分検出部１１０に入力される。
【００２６】
最大値検出部１０８は、ホール素子３０４上を磁石３０３が移動することによって生じる角速度中の出力の最大値を検出する。最小値検出部１０９は、ホール素子３０４上を磁石３０３が移動することによって生じる角速度中の出力の最小値を検出する。そして、差分検出部１１０は、ホール素子３０４の最大値検出部１０８の出力と最小値検出部１０９の差分を検出する。差分検出部１１０の出力は、ＣＰＵ１０７へ入力される。
【００２７】
ＣＰＵ１０７は、角速度検出部１０６の出力と差分検出部１１０の出力を基に、モータ駆動回路１１１によってモータ３０６の回転駆動を制御するようになっている。
【００２８】
＜ホール素子３０４の一般的な特性＞
次に、ホール素子３０４の一般的な特性について、図３を参照して説明する。
【００２９】
図３（ａ），（ｂ）は、ホール素子３０４に対する永久磁石３０３の移動方向に応じて変化するホール素子の出力の変化を示す概念図である。図３（ａ）は、ホール素子３０４に対し、永久磁石３０３を水平方向に移動した場合を示し、図３（ｂ）は、ホール素子３０４に対して磁石３０３を垂直方向に移動した場合を示している。
【００３０】
ホール素子３０４は、磁束密度に応じて出力が変化する。図３（ａ）に示すように、永久磁石３０３の中央Ｐａを基準とすると、両極に近づくにつれて、ホール素子３０４の基準からの振幅が大きくなる。即ち、磁石３０３のＳ極に近づくと、ホール素子３０４の出力はプラス方向に大きくなり、逆にＮ極に近づくとマイナス方向に大きくなる。
【００３１】
したがって、ホール素子３０４に対して磁石３０３が水平方向に移動すると、ホール素子３０４と磁石３０３の極が近づくときに出力がピークとなる交流波形のような出力を得る（図３（ａ）参照）。
【００３２】
以上のことから、図３（ｂ）に示すように、磁石３０３を垂直方向に移動してホール素子３０４に対して近づけた場合と遠ざけた場合に磁石３０３を水平方向に移動すると、図３（ｂ）に示すように、前述した交流波形の振幅が大小する。即ち、ホール素子３０４から磁石３０３が近いと振幅大で、逆に遠いと振幅小である。
【００３３】
＜出力加算部１０２から比較器１０４経由の出力＞
図４（ａ），（ｂ）は、図２中の出力加算部１０２から比較器１０４経由の各出力を示す波形図であり、同図（ａ）は出力加算部１０２の出力波形、同図（ｂ）は比較器１０４の出力波形を示している。
【００３４】
ホール素子３０４と磁石３０３が近づくと、出力加算部１０２の出力の変動がある。図４（ａ）のＶＦは図２で示した基準電圧である。比較器１０４は、基準電圧ＶＦと、出力加算部１０２の出力を比較することによって、図４（ｂ）に示すように、比較器出力を出力する。基準電圧ＶＦよりも出力加算部１０２の出力の方が大きい場合、比較器出力に“Ｈ”レベルが出力される。
【００３５】
図４（ｂ）のＥｏｕｔは、図２のエッジ検出部１０５の出力であり、比較器出力Ｃｏｕｔの立ち上がりエッジを検出する。図４（ｂ）の例では立ち上がりエッジのみであるが、立下りエッジでも問題ない。図４（ｂ）のＫｏｕｔは、図２の角速度検出部１０６の出力であり、この出力Ｋｏｕｔは、ＣＰＵ１０７へ入力されてエッジ検出出力Ｅｏｕｔ間の時間を計測することに用いられる。
【００３６】
＜出力加算部１０２から差分検出部１１０経由の出力＞
図５（ａ），（ｂ），（ｃ）は、図２中の出力加算部１０２から差分検出部１１０経由の各出力を示す波形図である。同図（ａ）は出力加算部１０２の出力波形、同図（ｂ）は差分検出部１１０の出力波形を示し、同図（ｃ）は、これらの出力波形に対応したインペラ部３０２の状態を示している。
【００３７】
図５（ｃ）に示すようにインペラ部３０２が上下した場合、ホール素子３０４の出力Ｈｏｕｔを加算した出力加算部１０２の出力Ａｏｕｔの振幅は、大きくなったり小さくなったり変動する。最大値検出部１０８は、その最大値を最大値検出出力Ｍｏｕｔとして出力し、最小値検出部１０９は、その最小値を最小値検出出力Ｓｏｕｔとして検出する。差分検出部１１０は、これら各検出出力の差分の出力を差分検出出力Ｄｏｕｔとして出力する。
【００３８】
差分検出出力Ｄｏｕｔは、ＣＰＵ１０７に入力され、その内部で所定の比較値１，２と常に比較される。ＣＰＵ１０７は、差分検出出力Ｄｏｕｔを比較値１及び比較値２とそれぞれ比較し、差分検出出力Ｄｏｕｔが比較値１から比較値２内の範囲内にあるかどうかを確認する。
【００３９】
前記範囲内にない場合には、ＣＰＵ１０７は、ファン装置を異常と判断し、前記範囲内の場合、正常と判断する。これは、前記範囲外の場合、インペラ部３０２の状態が異常、つまり図５（ｃ）に示すようにインペラ部３０２が上下して、ホール素子３０４と磁石３０３が近づいたり遠ざかったりしていることを意味している。このよう異常が発生すると、ファン装置の異常騒音が発生してしまう。
【００４０】
なお、本実施の形態では、比較値１、比較値２と２つの比較値（所定値の一例）を持ち、その範囲内が正常としたが、これに限定されるものではない。例えば、１つの比較値を持ち、この比較値より大きい／小さいだけ判断するようにしても良い。また、ＣＰＵ１０７内部で判断する様な構成にしたが、コンパレーター等による回路を用いて判断しても実施可能である。
【００４１】
＜第１の実施の形態に係る制御フロー＞
次に、第１の実施の形態に係る制御フローについて、図６を参照して説明する。
【００４２】
図６は、第１の実施の形態に係る制御フローを示すフローチャートである。
【００４３】
まずＣＰＵ１０７は、ステップＳ４０２において、ファン装置を駆動する／しないの判断を行い、駆動する場合はステップＳ４０３に進む。ステップＳ４０３では、ＣＰＵ１０７は、角速度出力Ｋｏｕｔから得られた角速度が目標速より大きいかを比較する。目標速より大きい、つまりモータ３０６の回転が早すぎる場合は、ステップＳ４０４に進んでモータ３０６の減速制御を行い、逆に目標値より小さい、つまりモータ３０６の回転が遅すぎる場合はステップＳ４０５に進んでファン装置の加速制御を行う。
【００４４】
ステップＳ４０４及びステップＳ４０５の処理を終えたら、ステップＳ４０６に移動する。
【００４５】
ステップＳ４０６では、ＣＰＵ１０７は、差分検出出力Ｄｏｕｔから得られた差分値が比較値２（図５（ｂ）参照）より大きいか否かを判断する。比較値２より差分値が大きければステップＳ４０７に進み、小さければステップＳ４０８に進む。ステップＳ４０７では、ＣＰＵ１０７は、前記差分値が比較値１（図５（ｂ）参照）より小さいかを確認する。
【００４６】
ステップＳ４０６及びステップＳ４０７で、ＣＰＵ１０７は、前記差分値が比較値１より小さく、比較値２より大きいことを確認したら、ファン装置は正常、即ちファンのインペラ部３０２が正しい位置にあると判断する。そして、通常の速度制御シーケンスを実行するためにステップＳ４０３へ戻る。逆に、前記差分値が比較値１から比較値２の範囲外では、ファン装置が異常であると判断し、ステップＳ４０８でファン装置の停止処理を行う。
【００４７】
＜第１の実施の形態に係る利点＞
第１の実施の形態によれば、ファン装置のインペラ部３０２の状態をホール素子３０４によって検出し、速度制御と共にインペラ部３０２の位置を検知する。そして、インペラ部３０２の位置の異常を検出したらファン装置の駆動を停止する。即ち、インペラ部３０２の位置の異常を検出することによって、ファン装置が振動して異常騒音を発生していると判断し、ファン装置の駆動を停止することができる。
【００４８】
［第２の実施の形態］
第２の実施の形態では、インペラ部３０２の位置の変動によって、ファン装置が異常であると検知した場合であっても、低速で駆動すれば正常な状態になる可能性があることを考慮した制御を行う。第１の実施の形態とは、制御フローのみが異なり、構成は同じである。
【００４９】
＜第２の実施の形態に係る制御フロー＞
図６は、第２の実施の形態に係る制御フローを示すフローチャートである。
【００５０】
ＣＰＵ１０７は、まずステップＳ７０２で、モータ３０６の回転速度の目標値を所定の目標値１を設定する。その後のステップＳ７０３からステップＳ７０８までの処理は、上述した第１の実施の形態における図４のステップＳ４０２からステップＳ４０７までの処理とそれぞれ同様である。
【００５１】
前記差分値が比較値１から比較値２の範囲外で、ファン装置が異常であると判断した場合には、ステップＳ７０９に進むことになる。
【００５２】
ステップＳ７０９では、ＣＰＵ１０７は、現在の目標速が前記目標値１であるかを確認する。目標速１の場合はステップＳ７１０へ進み、モータ３０６の回転速度を目標速２に設定し、ステップＳ７０４へ進む。本実施の形態では、目標速１より目標速２の回転数が小さく設定されている。通常は高速設定（目標速１：第一の速度の一例）で回転させる。その際、インペラ部３０２の位置変動によってファン装置が異常であると検知した場合、モータ３０６を低速設定（目標速２：第二の速度の一例）で駆動すれば正常な値（差分値が比較値１から比較値２の範囲内）になる可能性がある。そのため、ステップＳ７０９で現在の目標速度を確認し、高速設定（目標速１）であれば、低速目標（目標速２）に切り替えて制御を行うのである（速度切り替え制御）。反対に、既に目標速２に変更されているときは、ステップＳ７１１へ進んで、ファン装置の停止処理を実行しステップＳ７１２で異常停止する。
【００５３】
＜第２の実施の形態に係る利点＞
第２の実施の形態によれば、上記第１の実施の形態と同等の利点を奏する。また、 インペラ部３０２の位置の変動具合によって、ファン装置が異常であると検知した場合には、低速で駆動することにより、正常な状態に復帰させることも可能となり、無用な異常停止を防ぐことができる。
【００５４】
［第３の実施の形態］
第３の実施の形態では、複写機など特に廃熱が必要な機器にファン装置を適用する場合の制御例について説明する。
【００５５】
第１及び第２の実施の形態とは、制御フローのみが異なり、構成は同じである。
【００５６】
＜第３の実施の形態に係る制御フロー＞
図８は、第３の実施の形態に係る制御フローを示すフローチャートである。
【００５７】
ＣＰＵ１０７は、ステップＳ８０２からステップＳ８１０までの処理は、上述した第２の実施の形態における図７のステップＳ７０２からステップＳ７１０までの処理とそれぞれ同様である。
【００５８】
ステップＳ８１０では、モータ３０６の駆動を目標速２に切り替えて、ステップＳ８１１へ進むが、ステップＳ８１１では、異常が発生していることをユーザに通知し（異常通知）、ステップＳ８１２へ進む。
【００５９】
ステップＳ８１２では、ＣＰＵ１０７は、複写機の動作をダウンモードに設定し、ステップＳ８０４へ進む。ファン装置の異常で低速設定に変更したため、複写機内の排気能力もしくは冷却能力が低減する。その結果、複写機の通常の動作では電源、発熱部品等に影響を及ぼす可能性がある。そのため、ファン装置の全速駆動時とは異なり、電源、発熱部品等に影響を及ぼさないようなダウンモード（＝生産性ダウン等）で複写機を動作させる必要がある。
【００６０】
ステップＳ８０９で既に目標速２に設定されていれば、ステップＳ８１３でファン装置の停止処理を行い、ステップＳ８１４へ進む。ステップＳ８１４では、ファン装置の異常をユーザに通知し、ステップＳ８１５で異常停止してシーケンスを終了する。
【００６１】
＜第３の実施の形態に係る利点＞
第３の実施の形態によれば、上記第１の実施の形態と同等の利点を奏する。また、複写機など特に廃熱が必要な機器の動作に適用する場合にも、ファン装置の異常を検知したら機器に対して適切な動作を実行させることができる。
【００６２】
［他の実施の形態］
上記第１、第２又は第３の実施の形態において、モータ３０６の回転速度が制御範囲に入らない場合にはファン装置のエラーとして制御を停止する機能を追加しても、構わない。
【符号の説明】
【００６３】
１０２ 出力加算部
１０４ 比較器
１０５ エッジ検出部
１０６ 角速度検出部
１０８ 最大値検出部
１０９ 最小値検出部
１１０ 差分検出部
３０１ 回転軸
３０２ インペラ部
３０３ 磁石
３０４ ホール素子
３０５ 基板
３０６ モータ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複写機等に搭載されるファン装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、モータによりファンを駆動するファン駆動回路において、ファンの異常を検出する技術は種々提案されている。
【０００３】
例えば特許文献１の技術では、回転数指定手段から一義的に決められる異常回転数を算出し、モータの回転が前記異常回転数以下になったら、ファンの異常と判断している。
【０００４】
また、特許文献２の技術では、ファンを駆動するための巻線電流値を記憶し、常に前回と比較することによって、ファンの寿命を検知している。
【０００５】
また、特許文献３の技術では、ホール素子による回転数とモータの巻線電流値によって、ファンの寿命を検知している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−１１１４７５号公報
【特許文献２】特開２００３−０２３７９２号公報
【特許文献３】特開２００３−１１１４７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来のファン駆動回路において、ファンの騒音を検知して騒音が異常に大きい場合にはファンを停止するような技術は存在していない。これは、騒音がファンによって発生した騒音であるのか否かの判断が難しいためである。つまり、ファンによって発生した騒音を直接的に検出することは困難であることによる。そこで、ファンの騒音発生原因に注目したファンの騒音検出方法が考えられる。
【０００８】
ファンの騒音発生の主要因としてはインペラ部の傾きが挙げられる。インペラ部の傾きは、様々な要因によって引き起こされる。例えば、軸倒れもしくはインペラ部の組み付け不良等の製造工程時に発生したり、ファンを機器に組み込む組み込み作業時に発生したり、また仕様温度条件によるインペラ部圧入部分の緩みなどで発生する。
【０００９】
上記特許文献１の技術を用いた場合では、インペラ部の傾きによってモータの回転数が低下することはなく、したがって特許文献１の方法でファンの騒音を検出することは不可能である。
【００１０】
また、特許文献２の技術を用いた場合でも、ファンの騒音を検出することは困難である。即ち、モータの巻線電流値は数百ミリアンペア程度であるが、ファンの騒音の発生によってモータの巻線電流値の変化は数ミリアンペア程度であり、検出誤差の方が大きくなってしまう。
【００１１】
本発明は上記従来の問題点に鑑み、装置から異常騒音が発生していることが想定される状態をインペラ部の位置の変動具合によって検知して、装置の異常検出を正確に行うことができるファン装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明のファン装置は、送風用のインペラ部と、前記インペラ部を回転駆動するための駆動部と、前記インペラ部に取り付けられた磁石と、前記磁石の移動を検出するための、少なくとも１つ以上のホール素子と、前記ホール素子の各出力からインペラ部の角速度を検出する角速度検出手段と、前記角速度検出手段の検出結果に基づいて、前記駆動部による前記インペラ部の回転駆動を制御する手段と、前記磁石が移動することによって生じる前記ホール素子の出力に基づいた角速度中の出力の最大値を検出する最大値検出手段と、前記磁石が移動することによって生じる前記ホール素子の出力に基づいた角速度中の出力の最小値を検出する最小値検出手段と、前記最大値検出手段の出力と前記最小値検出手段の出力との差分を検出する差分検出手段と、前記差分検出手段の出力が所定値を超えた場合に、前記駆動部を制御して前記インペラ部の回転駆動を停止する手段とを備えたことを特徴とする。
【００１３】
また、本発明のファン装置は、送風用のインペラ部と、前記インペラ部を回転駆動する駆動部と、前記インペラ部に取り付けられた磁石と、前記磁石の移動を検出するための、少なくとも１つ以上のホール素子と、前記ホール素子の各出力からインペラ部の角速度を検出する角速度検出手段と、前記角速度検出手段の検出結果に基づいて、前記駆動部による前記インペラ部の回転駆動を第一又は第二の速度で制御する手段と、前記磁石が移動することによって生じる前記ホール素子の出力に基づいた角速度中の出力の最大値を検出する最大値検出手段と、前記磁石が移動することによって生じる前記ホール素子の出力に基づいた角速度中の出力の最小値を検出する最小値検出手段と、前記最大値検出手段の出力と前記最小値検出手段の出力との差分を検出する差分検出手段と、前記差分検出手段の出力に応じて、前記インペラ部の回転駆動の速度が前記第一の速度又は前記第二の速度に切り替わるように前記駆動部を制御する速度切り替え制御手段とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、ファン装置から異常騒音が発生していることが想定される状態をインペラ部の位置の変動具合によって検知することができ、ファン装置の異常検出を正確に行うことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施の形態におけるファン装置の構成を示す断面図である。
【図２】実施の形態におけるファン装置の制御系の構成を示すブロック図である。
【図３】ホール素子に対する永久磁石の移動方向に応じて変化するホール素子の出力の変化を示す概念図である。
【図４】図２中の出力加算部から比較器経由の各出力を示す波形図である。
【図５】図２中の出力加算部から差分検出部経由の各出力を示す波形図である。
【図６】第１の実施の形態に係る制御フローを示すフローチャートである。
【図７】第２の実施の形態に係る制御フローを示すフローチャートである。
【図８】第３の実施の形態に係る制御フローを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１７】
［第１の実施の形態］
＜ファン装置の構成＞
まず、本実施の形態におけるファン装置の機構と制御系の構成について、図１及び図２を参照して説明する。
【００１８】
（Ａ）ファン装置の機構
図１は、本発明の実施の形態におけるファン装置の構成を示す断面図である。
【００１９】
このファン装置は、回転軸３０１が中心部に固定された送風用のインペラ部３０２を有している。回転軸３０１は、基板３０５を貫通してモータ３０６に固定されている（駆動部）。インペラ部３０２の基板３０５側の面には永久磁石３０３が取り付けられ、さらに基板３０５のインペラ部３０２側の表面には、磁石３０３と対向する位置に、磁石３０３の移動を検出するためのホール素子３０４が少なくとも１つ以上取り付けられている。
【００２０】
（Ｂ）制御系の構成
図２は、実施の形態におけるファン装置の制御系の構成を示すブロック図である。
【００２１】
このファン装置の制御系は、出力加算部１０２、比較器１０４、エッジ検出部１０５、及び角速度検出部１０６を有している。
【００２２】
出力加算部１０２には、各ホール素子３０４の出力Ｈｏｕｔが入力されて加算される。
【００２３】
比較器１０４は、基準電圧ＶＦと出力加算部１０２の出力と比較する。この比較器１０４では、ホール素子３０４の出力から、インペラ部３０２の角速度を検出するために基準となる信号を生成する。比較器１０４の出力は、エッジ検出部１０５に入力される。
【００２４】
角速度検出部１０６の出力は、ＣＰＵ１０７に入力される。ＣＰＵ１０７は、角速度の検出結果が目標角速度に対し大きければ、モータ３０６を減速方向に速度制御行い、逆に小さければ加速方向に速度制御を行う。
【００２５】
一方、出力加算部１０２の出力は、最大値検出部１０８と最小値検出部１０９に入力され、これら最大値検出部１０８と最小値検出部１０９の各出力が差分検出部１１０に入力される。
【００２６】
最大値検出部１０８は、ホール素子３０４上を磁石３０３が移動することによって生じる角速度中の出力の最大値を検出する。最小値検出部１０９は、ホール素子３０４上を磁石３０３が移動することによって生じる角速度中の出力の最小値を検出する。そして、差分検出部１１０は、ホール素子３０４の最大値検出部１０８の出力と最小値検出部１０９の差分を検出する。差分検出部１１０の出力は、ＣＰＵ１０７へ入力される。
【００２７】
ＣＰＵ１０７は、角速度検出部１０６の出力と差分検出部１１０の出力を基に、モータ駆動回路１１１によってモータ３０６の回転駆動を制御するようになっている。
【００２８】
＜ホール素子３０４の一般的な特性＞
次に、ホール素子３０４の一般的な特性について、図３を参照して説明する。
【００２９】
図３（ａ），（ｂ）は、ホール素子３０４に対する永久磁石３０３の移動方向に応じて変化するホール素子の出力の変化を示す概念図である。図３（ａ）は、ホール素子３０４に対し、永久磁石３０３を水平方向に移動した場合を示し、図３（ｂ）は、ホール素子３０４に対して磁石３０３を垂直方向に移動した場合を示している。
【００３０】
ホール素子３０４は、磁束密度に応じて出力が変化する。図３（ａ）に示すように、永久磁石３０３の中央Ｐａを基準とすると、両極に近づくにつれて、ホール素子３０４の基準からの振幅が大きくなる。即ち、磁石３０３のＳ極に近づくと、ホール素子３０４の出力はプラス方向に大きくなり、逆にＮ極に近づくとマイナス方向に大きくなる。
【００３１】
したがって、ホール素子３０４に対して磁石３０３が水平方向に移動すると、ホール素子３０４と磁石３０３の極が近づくときに出力がピークとなる交流波形のような出力を得る（図３（ａ）参照）。
【００３２】
以上のことから、図３（ｂ）に示すように、磁石３０３を垂直方向に移動してホール素子３０４に対して近づけた場合と遠ざけた場合に磁石３０３を水平方向に移動すると、図３（ｂ）に示すように、前述した交流波形の振幅が大小する。即ち、ホール素子３０４から磁石３０３が近いと振幅大で、逆に遠いと振幅小である。
【００３３】
＜出力加算部１０２から比較器１０４経由の出力＞
図４（ａ），（ｂ）は、図２中の出力加算部１０２から比較器１０４経由の各出力を示す波形図であり、同図（ａ）は出力加算部１０２の出力波形、同図（ｂ）は比較器１０４の出力波形を示している。
【００３４】
ホール素子３０４と磁石３０３が近づくと、出力加算部１０２の出力の変動がある。図４（ａ）のＶＦは図２で示した基準電圧である。比較器１０４は、基準電圧ＶＦと、出力加算部１０２の出力を比較することによって、図４（ｂ）に示すように、比較器出力を出力する。基準電圧ＶＦよりも出力加算部１０２の出力の方が大きい場合、比較器出力に“Ｈ”レベルが出力される。
【００３５】
図４（ｂ）のＥｏｕｔは、図２のエッジ検出部１０５の出力であり、比較器出力Ｃｏｕｔの立ち上がりエッジを検出する。図４（ｂ）の例では立ち上がりエッジのみであるが、立下りエッジでも問題ない。図４（ｂ）のＫｏｕｔは、図２の角速度検出部１０６の出力であり、この出力Ｋｏｕｔは、ＣＰＵ１０７へ入力されてエッジ検出出力Ｅｏｕｔ間の時間を計測することに用いられる。
【００３６】
＜出力加算部１０２から差分検出部１１０経由の出力＞
図５（ａ），（ｂ），（ｃ）は、図２中の出力加算部１０２から差分検出部１１０経由の各出力を示す波形図である。同図（ａ）は出力加算部１０２の出力波形、同図（ｂ）は差分検出部１１０の出力波形を示し、同図（ｃ）は、これらの出力波形に対応したインペラ部３０２の状態を示している。
【００３７】
図５（ｃ）に示すようにインペラ部３０２が上下した場合、ホール素子３０４の出力Ｈｏｕｔを加算した出力加算部１０２の出力Ａｏｕｔの振幅は、大きくなったり小さくなったり変動する。最大値検出部１０８は、その最大値を最大値検出出力Ｍｏｕｔとして出力し、最小値検出部１０９は、その最小値を最小値検出出力Ｓｏｕｔとして検出する。差分検出部１１０は、これら各検出出力の差分の出力を差分検出出力Ｄｏｕｔとして出力する。
【００３８】
差分検出出力Ｄｏｕｔは、ＣＰＵ１０７に入力され、その内部で所定の比較値１，２と常に比較される。ＣＰＵ１０７は、差分検出出力Ｄｏｕｔを比較値１及び比較値２とそれぞれ比較し、差分検出出力Ｄｏｕｔが比較値１から比較値２内の範囲内にあるかどうかを確認する。
【００３９】
前記範囲内にない場合には、ＣＰＵ１０７は、ファン装置を異常と判断し、前記範囲内の場合、正常と判断する。これは、前記範囲外の場合、インペラ部３０２の状態が異常、つまり図５（ｃ）に示すようにインペラ部３０２が上下して、ホール素子３０４と磁石３０３が近づいたり遠ざかったりしていることを意味している。このよう異常が発生すると、ファン装置の異常騒音が発生してしまう。
【００４０】
なお、本実施の形態では、比較値１、比較値２と２つの比較値（所定値の一例）を持ち、その範囲内が正常としたが、これに限定されるものではない。例えば、１つの比較値を持ち、この比較値より大きい／小さいだけ判断するようにしても良い。また、ＣＰＵ１０７内部で判断する様な構成にしたが、コンパレーター等による回路を用いて判断しても実施可能である。
【００４１】
＜第１の実施の形態に係る制御フロー＞
次に、第１の実施の形態に係る制御フローについて、図６を参照して説明する。
【００４２】
図６は、第１の実施の形態に係る制御フローを示すフローチャートである。
【００４３】
まずＣＰＵ１０７は、ステップＳ４０２において、ファン装置を駆動する／しないの判断を行い、駆動する場合はステップＳ４０３に進む。ステップＳ４０３では、ＣＰＵ１０７は、角速度出力Ｋｏｕｔから得られた角速度が目標速より大きいかを比較する。目標速より大きい、つまりモータ３０６の回転が早すぎる場合は、ステップＳ４０４に進んでモータ３０６の減速制御を行い、逆に目標値より小さい、つまりモータ３０６の回転が遅すぎる場合はステップＳ４０５に進んでファン装置の加速制御を行う。
【００４４】
ステップＳ４０４及びステップＳ４０５の処理を終えたら、ステップＳ４０６に移動する。
【００４５】
ステップＳ４０６では、ＣＰＵ１０７は、差分検出出力Ｄｏｕｔから得られた差分値が比較値２（図５（ｂ）参照）より大きいか否かを判断する。比較値２より差分値が大きければステップＳ４０７に進み、小さければステップＳ４０８に進む。ステップＳ４０７では、ＣＰＵ１０７は、前記差分値が比較値１（図５（ｂ）参照）より小さいかを確認する。
【００４６】
ステップＳ４０６及びステップＳ４０７で、ＣＰＵ１０７は、前記差分値が比較値１より小さく、比較値２より大きいことを確認したら、ファン装置は正常、即ちファンのインペラ部３０２が正しい位置にあると判断する。そして、通常の速度制御シーケンスを実行するためにステップＳ４０３へ戻る。逆に、前記差分値が比較値１から比較値２の範囲外では、ファン装置が異常であると判断し、ステップＳ４０８でファン装置の停止処理を行う。
【００４７】
＜第１の実施の形態に係る利点＞
第１の実施の形態によれば、ファン装置のインペラ部３０２の状態をホール素子３０４によって検出し、速度制御と共にインペラ部３０２の位置を検知する。そして、インペラ部３０２の位置の異常を検出したらファン装置の駆動を停止する。即ち、インペラ部３０２の位置の異常を検出することによって、ファン装置が振動して異常騒音を発生していると判断し、ファン装置の駆動を停止することができる。
【００４８】
［第２の実施の形態］
第２の実施の形態では、インペラ部３０２の位置の変動によって、ファン装置が異常であると検知した場合であっても、低速で駆動すれば正常な状態になる可能性があることを考慮した制御を行う。第１の実施の形態とは、制御フローのみが異なり、構成は同じである。
【００４９】
＜第２の実施の形態に係る制御フロー＞
図６は、第２の実施の形態に係る制御フローを示すフローチャートである。
【００５０】
ＣＰＵ１０７は、まずステップＳ７０２で、モータ３０６の回転速度の目標値を所定の目標値１を設定する。その後のステップＳ７０３からステップＳ７０８までの処理は、上述した第１の実施の形態における図４のステップＳ４０２からステップＳ４０７までの処理とそれぞれ同様である。
【００５１】
前記差分値が比較値１から比較値２の範囲外で、ファン装置が異常であると判断した場合には、ステップＳ７０９に進むことになる。
【００５２】
ステップＳ７０９では、ＣＰＵ１０７は、現在の目標速が前記目標値１であるかを確認する。目標速１の場合はステップＳ７１０へ進み、モータ３０６の回転速度を目標速２に設定し、ステップＳ７０４へ進む。本実施の形態では、目標速１より目標速２の回転数が小さく設定されている。通常は高速設定（目標速１：第一の速度の一例）で回転させる。その際、インペラ部３０２の位置変動によってファン装置が異常であると検知した場合、モータ３０６を低速設定（目標速２：第二の速度の一例）で駆動すれば正常な値（差分値が比較値１から比較値２の範囲内）になる可能性がある。そのため、ステップＳ７０９で現在の目標速度を確認し、高速設定（目標速１）であれば、低速目標（目標速２）に切り替えて制御を行うのである（速度切り替え制御）。反対に、既に目標速２に変更されているときは、ステップＳ７１１へ進んで、ファン装置の停止処理を実行しステップＳ７１２で異常停止する。
【００５３】
＜第２の実施の形態に係る利点＞
第２の実施の形態によれば、上記第１の実施の形態と同等の利点を奏する。また、 インペラ部３０２の位置の変動具合によって、ファン装置が異常であると検知した場合には、低速で駆動することにより、正常な状態に復帰させることも可能となり、無用な異常停止を防ぐことができる。
【００５４】
［第３の実施の形態］
第３の実施の形態では、複写機など特に廃熱が必要な機器にファン装置を適用する場合の制御例について説明する。
【００５５】
第１及び第２の実施の形態とは、制御フローのみが異なり、構成は同じである。
【００５６】
＜第３の実施の形態に係る制御フロー＞
図８は、第３の実施の形態に係る制御フローを示すフローチャートである。
【００５７】
ＣＰＵ１０７は、ステップＳ８０２からステップＳ８１０までの処理は、上述した第２の実施の形態における図７のステップＳ７０２からステップＳ７１０までの処理とそれぞれ同様である。
【００５８】
ステップＳ８１０では、モータ３０６の駆動を目標速２に切り替えて、ステップＳ８１１へ進むが、ステップＳ８１１では、異常が発生していることをユーザに通知し（異常通知）、ステップＳ８１２へ進む。
【００５９】
ステップＳ８１２では、ＣＰＵ１０７は、複写機の動作をダウンモードに設定し、ステップＳ８０４へ進む。ファン装置の異常で低速設定に変更したため、複写機内の排気能力もしくは冷却能力が低減する。その結果、複写機の通常の動作では電源、発熱部品等に影響を及ぼす可能性がある。そのため、ファン装置の全速駆動時とは異なり、電源、発熱部品等に影響を及ぼさないようなダウンモード（＝生産性ダウン等）で複写機を動作させる必要がある。
【００６０】
ステップＳ８０９で既に目標速２に設定されていれば、ステップＳ８１３でファン装置の停止処理を行い、ステップＳ８１４へ進む。ステップＳ８１４では、ファン装置の異常をユーザに通知し、ステップＳ８１５で異常停止してシーケンスを終了する。
【００６１】
＜第３の実施の形態に係る利点＞
第３の実施の形態によれば、上記第１の実施の形態と同等の利点を奏する。また、複写機など特に廃熱が必要な機器の動作に適用する場合にも、ファン装置の異常を検知したら機器に対して適切な動作を実行させることができる。
【００６２】
［他の実施の形態］
上記第１、第２又は第３の実施の形態において、モータ３０６の回転速度が制御範囲に入らない場合にはファン装置のエラーとして制御を停止する機能を追加しても、構わない。
【符号の説明】
【００６３】
１０２ 出力加算部
１０４ 比較器
１０５ エッジ検出部
１０６ 角速度検出部
１０８ 最大値検出部
１０９ 最小値検出部
１１０ 差分検出部
３０１ 回転軸
３０２ インペラ部
３０３ 磁石
３０４ ホール素子
３０５ 基板
３０６ モータ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送風用のインペラ部と、
前記インペラ部を回転駆動するための駆動部と、
前記インペラ部に取り付けられた磁石と、
前記磁石の移動を検出するための、少なくとも１つ以上のホール素子と、
前記ホール素子の各出力からインペラ部の角速度を検出する角速度検出手段と、
前記角速度検出手段の検出結果に基づいて、前記駆動部による前記インペラ部の回転駆動を制御する手段と、
前記磁石が移動することによって生じる前記ホール素子の出力に基づいた角速度中の出力の最大値を検出する最大値検出手段と、
前記磁石が移動することによって生じる前記ホール素子の出力に基づいた角速度中の出力の最小値を検出する最小値検出手段と、
前記最大値検出手段の出力と前記最小値検出手段の出力との差分を検出する差分検出手段と、
前記差分検出手段の出力が所定値を超えた場合に、前記駆動部を制御して前記インペラ部の回転駆動を停止する手段とを
備えたことを特徴とするファン装置。
【請求項２】
送風用のインペラ部と、
前記インペラ部を回転駆動する駆動部と、
前記インペラ部に取り付けられた磁石と、
前記磁石の移動を検出するための、少なくとも１つ以上のホール素子と、
前記ホール素子の各出力からインペラ部の角速度を検出する角速度検出手段と、
前記角速度検出手段の検出結果に基づいて、前記駆動部による前記インペラ部の回転駆動を第一又は第二の速度で制御する手段と、
前記磁石が移動することによって生じる前記ホール素子の出力に基づいた角速度中の出力の最大値を検出する最大値検出手段と、
前記磁石が移動することによって生じる前記ホール素子の出力に基づいた角速度中の出力の最小値を検出する最小値検出手段と、
前記最大値検出手段の出力と前記最小値検出手段の出力との差分を検出する差分検出手段と、
前記差分検出手段の出力に応じて、前記インペラ部の回転駆動の速度が前記第一の速度又は前記第二の速度に切り替わるように前記駆動部を制御する速度切り替え制御手段とを備えたことを特徴とするファン装置。
【請求項３】
前記速度切り替え制御手段は、前記差分検出手段の出力が所定値より小さい場合に、前記インペラ部を前記第一の速度で回転駆動するように制御することを特徴とする請求項２に記載のファン装置。
【請求項４】
前記速度切り替え制御手段は、前記差分検出手段の出力が所定値より大きい場合に、前記インペラ部を前記第二の速度で回転駆動するように制御することを特徴とする請求項２に記載のファン装置。
【請求項５】
前記第一の速度よりも前記第二の速度の方が低速であることを特徴とする請求項２又は３に記載のファン装置。
【請求項６】
ユーザに対して異常を通知するための異常通知手段を備え、
前記差分検出手段の出力が所定値を超えた場合に、前記異常通知手段によって、ユーザに異常を通知することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載のファン装置。
【請求項１】
送風用のインペラ部と、
前記インペラ部を回転駆動するための駆動部と、
前記インペラ部に取り付けられた磁石と、
前記磁石の移動を検出するための、少なくとも１つ以上のホール素子と、
前記ホール素子の各出力からインペラ部の角速度を検出する角速度検出手段と、
前記角速度検出手段の検出結果に基づいて、前記駆動部による前記インペラ部の回転駆動を制御する手段と、
前記磁石が移動することによって生じる前記ホール素子の出力に基づいた角速度中の出力の最大値を検出する最大値検出手段と、
前記磁石が移動することによって生じる前記ホール素子の出力に基づいた角速度中の出力の最小値を検出する最小値検出手段と、
前記最大値検出手段の出力と前記最小値検出手段の出力との差分を検出する差分検出手段と、
前記差分検出手段の出力が所定値を超えた場合に、前記駆動部を制御して前記インペラ部の回転駆動を停止する手段とを
備えたことを特徴とするファン装置。
【請求項２】
送風用のインペラ部と、
前記インペラ部を回転駆動する駆動部と、
前記インペラ部に取り付けられた磁石と、
前記磁石の移動を検出するための、少なくとも１つ以上のホール素子と、
前記ホール素子の各出力からインペラ部の角速度を検出する角速度検出手段と、
前記角速度検出手段の検出結果に基づいて、前記駆動部による前記インペラ部の回転駆動を第一又は第二の速度で制御する手段と、
前記磁石が移動することによって生じる前記ホール素子の出力に基づいた角速度中の出力の最大値を検出する最大値検出手段と、
前記磁石が移動することによって生じる前記ホール素子の出力に基づいた角速度中の出力の最小値を検出する最小値検出手段と、
前記最大値検出手段の出力と前記最小値検出手段の出力との差分を検出する差分検出手段と、
前記差分検出手段の出力に応じて、前記インペラ部の回転駆動の速度が前記第一の速度又は前記第二の速度に切り替わるように前記駆動部を制御する速度切り替え制御手段とを備えたことを特徴とするファン装置。
【請求項３】
前記速度切り替え制御手段は、前記差分検出手段の出力が所定値より小さい場合に、前記インペラ部を前記第一の速度で回転駆動するように制御することを特徴とする請求項２に記載のファン装置。
【請求項４】
前記速度切り替え制御手段は、前記差分検出手段の出力が所定値より大きい場合に、前記インペラ部を前記第二の速度で回転駆動するように制御することを特徴とする請求項２に記載のファン装置。
【請求項５】
前記第一の速度よりも前記第二の速度の方が低速であることを特徴とする請求項２又は３に記載のファン装置。
【請求項６】
ユーザに対して異常を通知するための異常通知手段を備え、
前記差分検出手段の出力が所定値を超えた場合に、前記異常通知手段によって、ユーザに異常を通知することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載のファン装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１０−２６５８２８（Ｐ２０１０−２６５８２８Ａ）
【公開日】平成２２年１１月２５日（２０１０．１１．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１１８４０５（Ｐ２００９−１１８４０５）
【出願日】平成２１年５月１５日（２００９．５．１５）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１１月２５日（２０１０．１１．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年５月１５日（２００９．５．１５）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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