現代の空調システムでは、 ファンモーター 中心的な役割を果たします。安定した空気の流れを提供するだけでなく、長期的、効率的、信頼性の高い動作を保証する必要があります。これを実現するために、ファン モーターとその駆動回路は、過電流保護、過電圧保護、過熱保護という高度な「三重保護」を備えて設計されています。これらの保護機構はモーターの「守護者」として機能し、異常な動作条件に迅速に対応して損傷やさらに重大な事故を防ぎます。
過電流保護: 電流の「洪水」を停止します
過電流保護はファン モーターの最も一般的な保護手段の 1 つであり、過電流によるモーターの焼損を防ぐために設計されています。異常な電流増加は、ファンブレードの固着、ベアリングの固着、駆動回路のショート、過度の電圧変動など、さまざまな理由で発生する可能性があります。電流がモーターの定格値を超えると、大幅なジュール加熱が発生し、コイル温度が急速に上昇し、最終的には絶縁破壊や焼損につながる可能性があります。
過電流保護はいくつかの方法で実装できます
ハードウェア電流センシング: これは最も直接的で信頼性の高い方法です。エンジニアは通常、電流感知抵抗器（シャント抵抗器やホール効果センサーなど）を駆動回路と直列に接続して、モーターを流れる電流をリアルタイムで監視します。抵抗の両端の電圧が事前に設定されたしきい値を超えると、ドライバー チップ（MCU/DSP）が過電流イベントを検出し、直ちにモーターへの電力を遮断します。この方法は高速応答を提供し、保護回路の中核となります。
ソフトウェア電流制限: PWM（パルス幅変調）制御のファン モーター ドライバーでは、ソフトウェア アルゴリズムを通じて電流制限を実現できます。ドライバーチップは電流を継続的にサンプリングします。電流が危険なレベルに近づくと、MCU は PWM デューティ サイクルを積極的に低減し、それによって出力電圧と電流を低減し、電流を安全な範囲内に保ちます。この方法により、より正確な保護が提供され、一時的な電流サージが防止されます。
ヒューズ: リセット可能なコンデンサー ヒューズ（PPTC）または使い捨てヒューズを電源入力に使用することは、シンプルで効果的な過電流保護方法です。電流が一定レベルを超えると、PPTC の抵抗が劇的に増加し、電流が制限されます。一方、使い捨てヒューズが溶けて回路が完全に切断されます。この方法は簡単ですが、自動的に回復することはなく、手動で交換する必要があります。
過電圧保護: 電圧スパイクから保護します
過電圧保護は主に異常に高い電源電圧に対処します。たとえば、送電網の変動、落雷、電源モジュールの故障はすべて、過渡的な電圧スパイクを引き起こす可能性があります。過度の電圧はドライバー チップ（MOSFET など）やコンデンサを故障させる可能性があり、深刻な場合には回路基板の火災を引き起こす可能性があります。
過電圧保護方法には次のようなものがあります:
TVS（過渡電圧サプレッサー）ダイオード: TVS（過渡電圧サプレッサー）ダイオードを電源入力と並列に接続することは、一般的な保護手段です。TVS ダイオードは、通常の電圧下で高い抵抗を示します。電圧が一時的にクランプ電圧を超えると、電圧はすぐに伝導し、余分なエネルギーを接地に向けるため、電圧が安全なレベルまでクランプされ、後続の回路が保護されます。
バリスタ: バリスタは TVS ダイオードと同様の原理で動作しますが、応答速度が遅く、エネルギー吸収能力が高くなります。これらは通常、高エネルギー電圧サージを吸収し、回路を損傷から保護するために使用されます。
ソフトウェア保護: ドライバー チップに組み込まれた ADC（アナログ - デジタル コンバーター）は、電源電圧をリアルタイムで監視します。電圧が安全なしきい値を超えると、ソフトウェアは、電圧が正常に戻るまでドライバー出力を停止したり、障害保護モードに入ったりするなどの過電圧保護手順を実行します。
過熱保護: 高温腐食から保護します
ファンモーターは、高負荷下で長時間動作する場合、または放熱性が低い場合でも加熱され続けます。高温は電子部品やモーターコイルに悪影響を及ぼし、絶縁劣化、磁気消磁、ベアリング潤滑不良を引き起こし、最終的にはモーターに永久的な損傷をもたらします。過熱保護は、モーターの長期的な信頼性を確保するために非常に重要です。
過熱保護は主に次の方法で実装されます
サーミスタ（NTC/PTC）: モーター巻線やドライバーのヒートシンクに NTC（負の温度係数）または PTC（正の温度係数）サーミスタを取り付けるのが一般的です。NTC 抵抗は温度の上昇とともに減少しますが、PTC 抵抗は減少します。サーミスタ抵抗の変化を監視することで、MCU はモーターの温度を正確に測定できます。温度が事前に設定された安全閾値を超えると、コントローラはモーター速度を下げて熱を減らしたり、電源を直接遮断したりするなどの保護手順を開始します。
内部チップ温度センサー: 一部のハイエンド ドライバー チップまたは MCU には温度センサーが統合されています。これらの内蔵センサーはチップの温度をリアルタイムで監視します。チップが過熱すると、自動的に動作周波数が低下するか、出力がシャットダウンされて燃え尽き症候群が防止されます。外部温度センサー: 高出力モーターの場合、モーター全体の温度をより正確に監視し、メイン制御システムにフィードバックを提供するために、独立した温度センサー（熱電対など）がモーター ハウジングに取り付けられることがよくあります。温度が指定された制限を超えた場合、空調システムは警報を発したりユニットを停止したりするなど、適切な調整を行います。
