JP2008043004A - 電源装置及びこれを用いた空気清浄機 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、何ら制御を要することなく、電源投入時の突入電流と通常運転時の発熱を適切に抑制することが可能な電源装置、及び、これを用いた空気清浄機を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明に係る電源装置は、負荷（ファンモータ１０１、直流／直流変換回路３０２）に駆動電力を供給する電力供給回路（交流／直流変換回路３０１）と；前記電力供給回路から前記負荷への電力供給ライン上に設けられ、温度が高いほど抵抗値が下がる負特性サーミスタ３０６と；を有して成る構成とされている。
【選択図】図４

Description

負荷に駆動電力を供給する電源装置、及び、これを用いた空気清浄機に関するものであり、特に、電源投入時の突入電流と通常運転時の発熱を抑制するための技術に関する。

図５は、突入電流制限回路の一従来例を示す回路図である。

図５（ａ）、（ｂ）の突入電流制限回路は、いずれも、電源Ｘから負荷Ｙへの電力供給ライン上に、突入電流制限用の抵抗Ｒと抵抗短絡用のスイッチＳＷとを並列接続し、電源投入時にはスイッチＳＷをオフすることで、抵抗Ｒを電力供給ライン上に組み込む一方、通常運転時にはスイッチＳＷをオンすることで、抵抗Ｒを短絡する構成とされていた。

なお、図５（ａ）の突入電流制限回路は、スイッチＳＷとしてトランジスタを用いた従来構成（例えば、特許文献１を参照）であり、図５（ｂ）の突入電流制限回路は、スイッチＳＷとしてリレーを用いた従来構成である。

特開平２−３０３３１８号公報

確かに、図５（ａ）、（ｂ）の突入電流制限回路であれば、電源投入時には抵抗Ｒを用いて突入電流を効果的に抑制し得るとともに、以後の通常運転時においては、抵抗Ｒを短絡することで、その発熱や消費電力を低減することが可能となる。

しかしながら、図５（ａ）、（ｂ）の突入電流制限回路では、抵抗Ｒを短絡する手段としてスイッチＳＷが必要であった。このようなスイッチＳＷの別途設置は、回路の集積化に際して、チップ面積の縮小化を阻害する一要因となっていた。特に、大電流を必要とする負荷（例えば、モータ）に駆動電力を供給する電源装置の突入電流制限回路として、図５（ａ）で示す従来構成を採用した場合には、スイッチＳＷとして用いられるトランジスタの電流容量を十分高めるべく、その素子サイズを大型化する必要があるため、上記の課題が顕著となっていた。

また、スイッチＳＷを別途設置する従来構成では、上記の課題だけでなく、スイッチＳＷの故障が機器全体の重大な故障に直結するおそれがあった。具体的に述べると、スイッチＳＷが故障した場合には、抵抗Ｒが電力供給ラインに常時挿入されたり、反対に、常時短絡されたりする形となるため、電源投入時に突入電流を何ら抑制することができなかったり、或いは、通常運転時に抵抗Ｒの温度が継続的に上昇していき、最悪の場合には、素子の破壊や機器の発煙・発火に至るおそれがあった。

本発明は、上記の問題点に鑑み、何ら制御を要することなく、電源投入時の突入電流と通常運転時の発熱を適切に抑制することが可能な電源装置、及び、これを用いた空気清浄機を提供することを目的とする。

上記目的を達成すべく、本発明に係る電源装置は、負荷に駆動電力を供給する電力供給回路と；前記電力供給回路から前記負荷への電力供給ライン上に設けられ、温度が高いほど抵抗値が下がる負特性サーミスタと；を有して成る構成（第１の構成）とされている。

また、本発明に係る空気清浄機は、上記第１の構成から成る電源装置と；前記電源装置からの駆動電力を用いて駆動され、室内空気の吸排気を行うファンモータと；前記ファンモータによって吸気された室内空気の塵埃を捕集するフィルタと；を有して成る構成（第２の構成）とされている。

より具体的に述べると、本発明に係る空気清浄機は、第１の直流電圧を動作電圧として回転駆動され、室内空気の吸排気を行うファンモータと；第２の直流電圧を動作電圧として回転速度制御信号に応じた前記ファンモータの駆動制御を行うとともに、前記ファンモータの回転速度を示す回転速度信号を生成するモータ制御回路と；ユーザ操作を受け付ける操作パネルと；商用電源から供給される交流電圧を第１の直流電圧に変換する交流／直流変換回路と；第１の直流電圧から第２の直流電圧を生成する直流／直流変換回路と；前記回転速度信号や前記ユーザ操作に応じて前記ファンモータの回転速度を制御するためのＰＷＭ信号を生成するマイコンと；前記ＰＷＭ信号をアナログ変換することで前記回転速度制御信号を生成するディジタル／アナログ変換回路と；前記交流／直流変換回路から前記ファンモータ及び前記直流／直流変換回路への電力供給ライン上に設けられ、温度が高いほど抵抗値が下がる負特性サーミスタと；前記ファンモータによって吸気された室内空気の塵埃を捕集するフィルタと；を有して成る構成（第３の構成）とされている。

本発明によれば、サーミスタの負特性（電源投入直後には温度が低いので高い抵抗値を示すが、電源投入から所定の時間が経過すると、通電に伴う自己発熱によって温度が上昇し、その抵抗値が低下するという特性）を利用して、何ら制御を要することなく、電源投入時の突入電流と通常運転時の発熱を適切に抑制することが可能となる。

以下では、空気清浄機に搭載される電源装置に本発明を適用した場合を例に挙げて、詳細な説明を行う。

図１は、本発明に係る空気清浄機の外観を示す斜視図である。

本図に示すように、空気清浄機１は、ベース１１の支持により本体部１０が立設されている。本体部１０の前面は、前面パネル１２により覆われている。本体部１０と前面パネル１２との隙間により、室内の空気を取り込むための側面吸気口１３が形成されている。本体部１０の上部には、第１吹出口１４ａが設けられるとともに、斜め上方に屈曲して前方に開口する第２吹出口１４ｂが設けられている。また、本体部１０の上部には、ユーザが操作を行うための操作パネル１５が設けられている。

図２は、操作パネル１５の一例を示す正面図である。

本図に示すように、操作パネル１５には、種々のユーザ操作（イオン入／切、チャイルドロック入／切、空気清浄運転切換、イオンシャワー入／切、加湿運転切換、リセット、及び、運転入／切）を受け付けるスイッチ群（図中では四角枠で描写）のほかに、機器の動作状態（イオン入／切状態、チャイルドロック入／切状態、空気清浄運転状態、イオンシャワー運転状態、加湿運転状態、給水時期、加湿フィルタの交換時期、室内清浄度（クリーンサイン）、及び、クラスタ状態（通常モード／除菌シャワーモード））を示すインジケータランプ群（図中では丸枠で描写）が設けられている。

図３は、空気清浄機１の内部構造を示す側面断面図（縦断面図）であり、本図（ａ）は加湿なしの場合、本図（ｂ）は加湿ありの場合を各々示している。なお、図中の太い矢印は、空気清浄機１の吸排気経路を示すものである。

本体部１０内には、室内空気の吸排気を行うための送風ユニット１００が設けられている。送風ユニット１００は、前面と下面が遮蔽され、背面と上面が開口されたユニット筐体内に、軸方向に吸気して周方向に排気するファンモータ１０１を備えている。ファンモータ１０１の吸気側は、ユニット筐体の背面開口部を介して、送風ユニット１００の背面側を上下方向に延びる背面通風路２２に連通されている。一方、ファンモータ１０１の排気側は、ユニット筐体の上面開口部を介して、第１吹出口１４ａ及び第２吹出口１４ｂに至る排気風路２３に連通されている。

前面パネル１２と送風ユニット１００（ユニット筐体前面）との間には、空気清浄用フィルタユニット１６が着脱自在に設けられている。なお、空気清浄用フィルタユニット１６としては、例えば、所定の枠体内に、空気の吸込み側から順に、吸気中の大きな塵埃を捕集するプレフィルタ、活性炭等を用いて吸気の脱臭を行う脱臭フィルタ、及び、吸気中の微細な塵埃を捕集する集塵フィルタを組み込んだ３層構造のユニットが考えられる。

空気清浄用フィルタユニット１６を通過した空気は、本体部１０の下方に設けられた吸気風路２１、並びに、加湿ユニット１７に向けて流入される。吸気風路２１の経路途中には、風路切換部材（ダンパー）１８が設けられており、図３（ａ）に示すように、吸気風路２１を導通して、流入空気を吸気風路２１経由で背面風路２２へ直接導くか、或いは、図３（ｂ）に示すように、吸気風路２１を遮蔽して、流入空気を加湿ユニット１７経由で背面風路２２へ導くかを切り換えることができるようになっている。

加湿ユニット１７は、水タンク１７ａ（図１を参照）、トレイ１７ｂ、及び、加湿フィルタ１７ｃにより構成されている。水タンク１７ａは、加湿用の水を貯えておく手段であり、本体部１０の側部に着脱可能に立設されている。トレイ１７ｂは、水タンク１７ａから供給される水を貯えておく手段である。加湿フィルタ１７ｃは、トレイ１７ｂに浸漬される吸水性を有した吸水材から成り、前後方向にジグザグに折曲した屏風状に形成されている。これにより、加湿フィルタ１７ｃは、トレイ１７ｂ内の水を吸い上げて保水する。従って、図３（ｂ）に示すように、流入空気が加湿ユニット１７経由で背面風路２２へ導かれる場合には、加湿フィルタ１７ｃに保水された水分がこれを通過する流入空気に取り込まれ、加湿された空気が背面風路２２に流入することになる。

なお、空気清浄用フィルタユニット１６は、送風ユニット１００（ユニット筐体前面）と所定の空間を隔てる形で装着されている。このような空間を設けることにより、空気清浄用フィルタユニット１６を通過した空気を吸気風路２１や加湿ユニット１７に向けてスムーズに流入させることができるので、圧力損失や騒音を低減することが可能となる。

一方、排気風路２３には、プラスイオンとマイナスイオンを放出して室内の殺菌や臭い除去を行ったり、マイナスイオンのみを室内に放出してリラクゼーション効果を得るためのイオン発生装置１９が設けられている。このように、第１吹出口１４ａ及び第２吹出口１４ｂと送風ユニット１００との間に、イオン発生装置１９を配置することにより、送風ユニット１００との衝突によるイオンの消滅を防止することができる。なお、イオンを発生する電極のみを排気風路２３に面して配置し、イオン発生装置１９自体（電源部など）については、別の位置に配置してもよい。

なお、図１や図３には図示されていないが、空気清浄機１には、上記構成要素のほかにも、室内の温度や湿度を検知する温度・湿度センサ、機器の前方に人がいるか否かを検知する人体センサ、室内の塵埃の量が所定量よりも多いか否かを検知する埃センサ、及び、室内の臭い成分の量が所定量よりも多いか否かを検知する臭いセンサが設けられている。

次に、上記構成から成る空気清浄機１の電気系統について、詳細な説明を行う。

図４は、空気清浄機１における送風ユニット、操作基板、及び、制御基板の電気的接続関係を示すブロック図である。

送風ユニット１００は、モータ電圧Ｖｍ（例えばＤＣ１４１［Ｖ］）を動作電圧として回転駆動されるファンモータ１０１のほかに、電源電圧Ｖｃｃ（例えばＤＣ１５［Ｖ］）を動作電圧として、回転速度制御信号Ｖｓに応じたファンモータ１０１の駆動制御を行うモータ制御回路１０２を有して成る。なお、モータ制御回路１０２には、ファンモータ１０１の駆動制御機能だけでなく、ファンモータ１０１の回転速度検出機能（回転速度信号ＰＧの生成機能）も具備されている。

操作基板２００は、操作パネル１５のスイッチ群やインジケータランプ群を搭載した小型の基板であり、操作パネル１５の直下に設けられている（図３を参照）。このように、比較的大きな設置スペースを要し、配置レイアウトの制約が大きい制御基板３００から、小型の操作基板２００を分離独立して設けることにより、操作パネル１５の配置レイアウト（延いては、空気清浄機１のトータルデザイン）の自由度を高めることが可能となる。

制御基板３００は、交流／直流変換回路３０１と、直流／直流変換回路３０２と、マイコン３０３と、ディジタル／アナログ変換回路３０４と、ドライバ回路３０５と、負特性サーミスタ（ＮＴＣ［Negative Temperature Coefficient］サーミスタ）３０６と、を有して成る。

交流／直流変換回路３０１は、トランスや全波整流器を用いて、商用電源４００から供給される交流電圧（ＡＣ１００［Ｖ］、５０／６０［Ｈｚ］）を所望の直流電圧（例えばＤＣ１４１［Ｖ］）に変換する手段である。なお、交流／直流変換回路３０１にて生成された直流電圧は、先述のモータ電圧Ｖｍとして、送風ユニット１００（ファンモータ１０１）に供給される。

直流／直流変換回路３０２は、交流／直流変換回路３０１で得られた直流電圧を降圧することで、先述の電源電圧Ｖｃｃを生成する手段である。また、直流／直流変換回路３０２は、電源電圧Ｖｃｃを生成する機能だけでなく、操作基板２００や制御基板３００の動作電圧（例えばＤＣ５［Ｖ］）を別系統で生成する機能も具備している。

マイコン３０３は、空気清浄機１各部の動作を統括制御する手段である。例えば、マイコン３０３は、送風ユニット１００から入力される回転速度信号ＰＧや操作基板２００から入力されるユーザ操作信号（操作パネル１５で受け付けられたユーザ操作）に応じて、ファンモータ１０１の回転速度（すなわち、空気清浄機１の吸排気風量）を制御するためのＰＷＭ［Pulse Width Modulation］信号を生成する。また、図３で示した風路切換部材１８やイオン発生装置１９の動作についても、マイコン３０３が統括的に制御する。

ディジタル／アナログ変換回路３０４は、マイコン３０３から入力されるＰＷＭ信号をアナログ変換することで、送風ユニット１００に与える回転速度制御信号Ｖｓを生成する手段である。例えば、回転速度制御信号Ｖｓとしては、ＰＷＭ信号のオンデューティが大きいほど電圧レベルが高くなり、逆に、ＰＷＭ信号のオンデューティが小さいほど電圧レベルが低くなる電圧信号を生成することが考えられる。

ドライバ回路３０５は、マイコン３０３からの制御信号に応じて、操作基板２００のインジケータランプ群を構成する発光ダイオードへの電流供給を行う手段である。なお、ドライバ回路３０５は、マイコン３０３の制御信号出力ポートに静電サージが直接伝播することを防ぐ静電破壊保護手段としても機能する。

負特性サーミスタ３０６は、電力供給回路である交流／直流変換回路３０１から、負荷であるファンモータ１０１や直流／直流変換回路３０２への電力供給ライン上に設けられている。なお、負特性サーミスタ３０６は、マンガン、コバルト、ニッケル、鉄などの金属酸化物を焼結して成る半導体であり、その抵抗値は温度が高いほど下がる傾向（いわゆる負特性）を示す。すなわち、負特性サーミスタ３０６は、電源投入直後には温度が低いので高い抵抗値を示すが、電源投入から所定の時間が経過すると、通電に伴う自己発熱によって温度が上昇し、その抵抗値が低下する可変インピーダンス素子である。

本発明に係る空気清浄機１（特に、その電源装置）は、上記の特性に着目して創作されたものであり、突入電流の抑制手段として、電力供給回路から負荷への電力供給ライン上に、負特性サーミスタ３０６を有する構成とされている。

このような構成とすることにより、負特性サーミスタ３０６の温度が低い電源投入時には、最大の抵抗値をもって突入電流を効果的に抑制し得るとともに、以後の通常運転時においては、負荷に流れる電流の大小（延いては、温度の高低）に応じて、負特性サーミスタ３０６の抵抗値が変動するので、その発熱量を一定に維持することが可能となる。

例えば、空気清浄機１の前面パネル１２が取り外された状態でファンモータ１０１が運転された場合など、送風ユニット１００の軽負荷運転時には、負特性サーミスタ３０６に大きな電流が流れてその温度が上昇するが、負特性サーミスタ３０６の抵抗値は、この温度上昇に応じて低下するので、以後の温度上昇は抑制される形となる。

また、突入電流の抑制手段として負特性サーミスタ３０６を用いた構成であれば、図５の従来構成と異なり、抵抗Ｒを短絡する制御手段（トランジスタやリレー）を用いる必要がなくなるので、機器の故障要因を低減することができる上、機器のコストダウンを図ることも可能となる。

なお、上記の実施形態では、空気清浄機に搭載される電源装置に本発明を適用した場合を例示して説明を行ったが、本発明の適用対象はこれに限定されるものではなく、その他の電気機器に搭載される電源装置にも広く適用することが可能である。

また、本発明の構成は、上記実施形態のほか、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能である。

本発明に係る電源装置は、例えば、フィルタを有して塵埃を捕集し、室内にイオンを送出する空気清浄機や空気調和機の電源手段として利用することができる。

は、本発明に係る空気清浄機１の外観を示す斜視図である。 は、操作パネル１５の一例を示す正面図である。 は、空気清浄機１の内部構造を示す側面断面図（縦断面図）である。 は、空気清浄機１における送風ユニット１００、操作基板２００、及び、制御基板３００の電気的接続関係を示すブロック図である。 は、突入電流制限回路の一従来例を示す回路図である。

符号の説明

１ 空気清浄機
１０ 本体部
１１ ベース
１２ 前面パネル
１３ 側面吸気口
１４ａ 第１吹出口
１４ｂ 第２吹出口
１５ 操作パネル
１６ 空気清浄用フィルタユニット
１７ 加湿ユニット
１７ａ 水タンク
１７ｂ トレイ
１７ｃ 加湿フィルタ
１８ 風路切換部材（ダンパー）
１９ イオン発生装置
２１ 吸気風路
２２ 背面通風路
２３ 排気風路
１００ 送風ユニット
１０１ ファンモータ
１０２ モータ制御回路
２００ 操作基板
３００ 制御基板
３０１ 交流／直流変換回路（ＡＣ／ＤＣ）
３０２ 直流／直流変換回路（ＤＣ／ＤＣ）
３０３ マイコン
３０４ ディジタル／アナログ変換回路（Ｄ／Ａ）
３０５ ドライバ回路
３０６ 負特性サーミスタ
４００ 商用交流電源

Claims (3)

1. 負荷に駆動電力を供給する電力供給回路と；前記電力供給回路から前記負荷への電力供給ライン上に設けられ、温度が高いほど抵抗値が下がる負特性サーミスタと；を有して成ることを特徴とする電源装置。
2. 請求項１に記載の電源装置と；前記電源装置からの駆動電力を用いて駆動され、室内空気の吸排気を行うファンモータと；前記ファンモータによって吸気された室内空気の塵埃を捕集するフィルタと；を有して成ることを特徴とする空気清浄機。
3. 第１の直流電圧を動作電圧として回転駆動され、室内空気の吸排気を行うファンモータと；第２の直流電圧を動作電圧として回転速度制御信号に応じた前記ファンモータの駆動制御を行うとともに、前記ファンモータの回転速度を示す回転速度信号を生成するモータ制御回路と；ユーザ操作を受け付ける操作パネルと；商用電源から供給される交流電圧を第１の直流電圧に変換する交流／直流変換回路と；第１の直流電圧から第２の直流電圧を生成する直流／直流変換回路と；前記回転速度信号や前記ユーザ操作に応じて前記ファンモータの回転速度を制御するためのＰＷＭ信号を生成するマイコンと；前記ＰＷＭ信号をアナログ変換することで前記回転速度制御信号を生成するディジタル／アナログ変換回路と；前記交流／直流変換回路から前記ファンモータ及び前記直流／直流変換回路への電力供給ライン上に設けられ、温度が高いほど抵抗値が下がる負特性サーミスタと；前記ファンモータによって吸気された室内空気の塵埃を捕集するフィルタと；を有して成ることを特徴とする空気清浄機。

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