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JP2005511938A - とりわけ自動車用の冷却ファン - Google Patents

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JP2005511938A JP2003520942A JP2003520942A JP2005511938A JP 2005511938 A JP2005511938 A JP 2005511938A JP 2003520942 A JP2003520942 A JP 2003520942A JP 2003520942 A JP2003520942 A JP 2003520942A JP 2005511938 A JP2005511938 A JP 2005511938A
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Abstract

各々1つの電気駆動モータ(13,14)を有する複数の個別ファン(11,12)と各々2つのスイッチ位置に切換可能なスイッチ(S1,S2,S3)を有する複数の回路装置とを備え、前記回路装置により、駆動モータ(13,14)を個別に又は選択的に直列もしくは並列接続でスイッチオン及びスイッチオフすることのできる冷却ファン、とりわけ自動車用の冷却ファンが示される。スイッチオフされた個別ファン(11,12)の惰性動作時における障害的なノイズの発生を防止するために、作動中の1つ又は複数の駆動モータ(13,14)をスイッチオフする際に、制御装置(20)によりスイッチ(S1,S2,S3)を、スイッチオフされた駆動モータの短絡が生じるようなスイッチ位置に少なくとも一時的に強制的に切り換える。

Description

【0001】
本発明は、請求項1の上位概念による冷却ファン、とりわけ自動車用の冷却ファンに関する。
【0002】
自動車では、冷却に対する大きな要求に対処するために、少なくとも2つの別個の個別ファンから成る冷却ファンが使用される。2つの個別ファンは、等しく内燃機関の冷却器に通風するため、又は、内燃機関の冷却器と、共通の回路装置内のエアコンとを分割して通風するために作動するものであり、選択的に1つの個別ファンだけの又は2つの個別ファンの直列もしくは並列接続を可能にする。
【0003】
この種の冷却ファンはスイッチオフ後の惰性動作時に無視できないノイズを生じる。というのも、個別ファンは異なる共振周波数で振動しており、これら共振周波数が、励振に応じて、ノイズスペクトルにおいて障害となる過度の音の増大をもたらすからである。とりわけ、ノイズ発生の少ない内燃機関のアイドリング時又は内燃機関がスイッチオフされたときには、音の増大は非常に不愉快に感じられる。
【0004】
発明の利点
請求項1に記載された特徴を備えた本発明による冷却ファンの利点は、個別ファンがスイッチオフされると、冷却ファンの駆動モータがスイッチオフの直後に少なくとも短時間の間短絡し、その結果、短絡した駆動モータが発電機モードで作動し、駆動モータの通常の惰性動作時間の20〜30%未満で停止状態となることである。駆動モータを短絡させるためには、専ら回路装置内にあるスイッチと電線路とが使用される。いずれにせよ、これらのスイッチ及び電線路はスイッチオン及びオフの機能ならびに直列及び並列接続の機能のためだけに設けられているものである。それゆえ、スイッチオフに続いて駆動モータを短絡させるのに付加的な構成要素は不要であり、ノイズ抑制は費用をかけずほぼゼロ料金で達成される。ただ、制御装置によりプログラムに従って実行される、個別ファンのスイッチオフ時のスイッチ制御を変更するだけでよい。これは、ソフトウェアの重要でない変更によりコスト安に実現可能である。
【0005】
請求項1に記載された冷却ファンの有利な発展形態及び改善は、他の請求項で実施される措置により可能である。
【0006】
本発明の有利な実施形態によれば、n個の駆動モータがn個の並列枝路に配置されている。ここで、nは1より大きな整数である。n個の枝路により形成されたこの回路網は、作動可能な1つのスイッチ接点を有する閉接点として形成された1つのスイッチを介して電源に接続されている。さらに、n個の駆動モータを個別に作動させるために、n−1個の並列枝路において、作動可能な1つのスイッチ接点を有する開接点として形成された1つのスイッチがそれぞれ各駆動モータと直列に配置されている。この回路技術上の措置により、選択された駆動モータのスイッチオン及びスイッチオフは閉接点の開閉により行われ、一方、作動させる駆動モータの選択は開接点の操作により行われる。ある1つの並列枝路の開接点の開動作が行われると、割当てられた駆動モータは閉接点による共通の制御から外される。
【0007】
n個の駆動モータを直列接続するために、本発明の1つの有利な実施形態によれば、n−1個の並列枝路に、作動可能な2つのスイッチ接点を有する切換スイッチとして形成されたスイッチがそれぞれ1つ配置されている。切換スイッチはそれぞれ開接点とは反対側の、駆動モータの端子側に配置されており、切換スイッチの第1のスイッチ接点はこの枝路内にあり、第2のスイッチ接点は、開接点と隣りの枝路の駆動モータとの間の接続部に接続されている。これに関して、n個の並列枝路の最初の枝路には1つの切換スイッチだけが、最後の枝路には1つの開接点だけが存在し、これらスイッチ及び開接点のうちの一方は割当てられた各駆動モータの高電位側にあり、他方は低電位側にある。この回路実施形態は、個別ファンの回転数調整及び冷却能力の調整に関して有利である。
【0008】
通常は2つの個別ファンを連続作動させれば十分であるため、本発明の有利な実施形態によれば、n個の駆動モータのうちの各2つを前記閉接点から数えて奇数番目の各並列枝路において直列接続し、各2つの駆動モータの直列接続が並列に作動できるようにするために、作動可能な2つのスイッチ接点を有する切換スイッチとして形成されたスイッチが、開接点とは反対側の、駆動モータの端子側に配置されており、切換スイッチの第1のスイッチ接点はこの枝路内にあり、第2のスイッチ接点は、開接点と次の偶数番目の並列枝路との間の接続部に接続されている。この回路実施形態では、コスト面での利点は、枝路1つおきに切換スイッチを削減することで達成される。
【0009】
駆動モータの直列又は並列接続を選択的に生じさせるのに使用される切換スイッチは、本発明の有利な実施形態によれば、そのつど同じ並列枝路内にある駆動モータを一時的に短絡させるためにも使用される。なお、この一時的短絡は、第2のスイッチ接点への切換によって、切換スイッチと閉状態にある開接点とを介して隣りの並列枝路内に短絡接続を生じさせることで行われる。最後の並列枝路内に開接点と直列に配置された駆動モータは、駆動モータをスイッチオフする目的で閉接点を開く際に、切換スイッチのうちの少なくとも1つを第1のスイッチ接点に戻した後に、この切換スイッチと直列に配置された駆動モータ及び枝路内でこの切換スイッチと直列に配置された閉状態の開接点を介して短絡させられる。
【0010】
本発明の有利な実施形態によれば、駆動モータのスイッチオン及びオフならびに直列及び並列接続を行うために、所定のプログラムに従ってスイッチの切換を制御する制御装置が設けられている。スイッチは、駆動モータがスイッチオフされているときには、閉接点が開状態であり、開接点が閉状態であり、切換スイッチが第1のスイッチ接点に接続されているように制御されている。作動中の駆動モータをスイッチオフするためには、スイッチは、閉接点が開き、開接点が閉状態に変わり、切換スイッチが一時的に第2のスイッチ接点に接続されるように制御される。
【0011】
図面
図面に示された実施例に基づいて、以下の説明において本発明をより詳細に説明する。
【0012】
図1は、回路装置内で作動する2つの個別ファンを備えた冷却ファンの回路図であり、
図2は、図1による回路装置内のスイッチを制御するための制御プログラムを示しており、
図3は、2つの個別ファンを備えた冷却ファンの変形された回路図であり、
図4は、3つの個別ファンを備えた冷却ファンの回路図であり、
図5は、4つの個別ファンを備えた冷却ファンの回路図である。
【0013】
実施例の説明
図1及び3に回路図で示されている冷却ファンは2つの個別ファン11,12を有しており、これら個別ファンはそれぞれ電気駆動モータ13ないし14により駆動される羽根15ないし16を有している。直流モータとして形成された駆動モータ13,14は複数のスイッチを有する回路装置10に組み込まれており、スイッチの適切な操作により電源17に接続可能であり、また電源17から切断可能である。ここで、2つの駆動モータ13,14は個別に又は共に直列もしくは並列接続で作動可能である。スイッチは、スイッチの切換制御のために所定のプログラムに従って相応の制御信号をスイッチに印加する電子制御装置20によって切り換えられる。
【0014】
2つの駆動モータ13,14の回路装置10は、図1では、全部で3つのスイッチを有しており、そのうち、1つのスイッチは作動可能な1つのスイッチ接点を有する閉接点S1として形成されており、また1つのスイッチは作動可能な1つのスイッチ接点を有する開接点S3として形成されており、さらに別のスイッチは作動可能な2つのスイッチ接点を有する切換スイッチS2として形成されている。各スイッチは2つのスイッチ位置0及び1を有してる。3つのスイッチS1−S3は、制御されていない状態ではスイッチ位置0をとるよう構成されており、スイッチ位置0では、閉接点S1は開状態、開接点S3は閉状態、切換スイッチは作動可能な2つのスイッチ接点のうちの第1のスイッチ接点に接続されている。
【0015】
2つの駆動モータ13,14は、ともに閉接点S1を介して電源17に接続された2つの並列枝路18及び19に配置されている。枝路19には、駆動モータ14と直列に開接点S3が配置されており、一方、枝路18には、駆動モータ13と直列に切換スイッチS2が置かれている。切換スイッチS2の第1のスイッチ接点は枝路18に置かれており、したがって、切換スイッチS2を第1のスイッチ接点(スイッチ位置0)に接続すると、枝路18が閉じる。切換スイッチS2の第2の作動可能なスイッチ接点は開接点S3と枝路19の駆動モータ14との間の接続部に接続されている。切換スイッチS2は枝路18において駆動モータ13の低電位側、つまりアース側にあり、一方、開接点S3は枝路19において駆動モータ13の高電位側にあり、閉接点S1が閉じると、電源17の直流電圧電位UBatに置かれる。
【0016】
並列枝路18,19において、駆動モータ13及び14に関してスイッチS2及びS3の配置を入れ換えることも可能である。その場合、−図3の変形回路図に示されているように−切換スイッチS2は駆動モータ13の高電位側に配置され、開接点S3は駆動モータ14の低電位側に配置される。
【0017】
スイッチS1,S2及びS3の制御は、図2に図式的に示された制御プログラムに従って制御装置20により行われる。その際、制御装置20内に組み込まれている制御論理により、作動データに基づいて、駆動モータ13もしくは駆動モータ14の一方だけを作動させるのか又は両方の駆動モータ13,14を並列もしくは直列接続して作動させるのかが選択される。
【0018】
冷却ファンがスイッチオフされているときには、すべてのスイッチS1,S2及びS3は、図1に示されているように、スイッチ位置0をとっている。原則的に、閉接点S1は電源17への電気的接続を行うために使用される。開接点S3及び切換スイッチS2は、個別ファン11もしくは個別ファン12を作動させるのか又は両方のファン11及び12を直列もしくは並列接続で作動させるのかを決定する。
【0019】
駆動モータ13を備えた個別ファン11だけをスイッチオンするときには、図2のプログラムの第1行によれば、制御装置20により閉接点S1は閉じられ、開接点S3は開かれる。スイッチオフのためには、閉接点S1が再び開かれ、開接点S3が再び閉じられ、切換スイッチS2は期間t1の間第2のスイッチ接点(スイッチ位置1)に切り換えられる。これにより、駆動モータ13は切換スイッチS2と開接点S3とを介して短絡し、その結果、駆動モータ13は短時間の間停止状態となる。期間t1が経過した後、切換スイッチS2は再び第1のスイッチ接点に接続される。すべてのスイッチS1,S2及びS3は、図2において「最終状態」により表示されている基本位置をとる。
【0020】
個別ファン12だけをスイッチオンする場合には、図2のプログラムの第2行によれば、閉接点S1と切換スイッチS2は、制御装置20によって、閉接点S1が閉じ、切換スイッチS2が第2のスイッチ接点に接続されるように制御される。これにより駆動モータ14だけが電源17に接続される。駆動モータ14を再びスイッチオフするには、両方のスイッチS1及びS2が再び基本位置に戻される。これにより、スイッチオフされた駆動モータ14は、閉状態の開接点S3、駆動モータ13、及びスイッチ位置0にある切換スイッチS2を介して短絡し、短時間の間制動される。
【0021】
電気駆動モータ13,14を並列接続で作動させて、両方の個別ファン11,12を同時に作動させる場合には、図2のプログラムの第3行によれば、閉接点S1だけが閉じられる。それゆえ、両方の駆動モータ13,14は電源17に並列に接続されている。作動中の両方の駆動モータ13,14をスイッチオフするためには、閉接点S1は開かれ、切換スイッチS2は期間t2の間第2のスイッチ接点(スイッチ位置1)に接続される。これにより、駆動モータ13は切換スイッチS2と閉状態にある開接点S3とを介して短絡し、短時間の間制動される。時間t2の経過後、切換スイッチS2は第1のスイッチ接点との接触によりスイッチ位置0に切り換えられる。これにより、惰性動作している駆動モータ14が、開接点S3、駆動モータ13及び切換スイッチS2を介して同様に短絡し、制動される。
【0022】
駆動モータ13,14を直列接続で作動させて、両方の個別ファン11,12を作動させる場合には、図2のプログラムの第4行によれば、すべてのスイッチS1,S2及びS3が制御装置20によって切換制御される。閉接点S1は閉じ、切換スイッチS2は第2のスイッチ接点に切り換えられ、開接点S3は開く。今や閉接点S1が閉状態にあるので、駆動モータ13,14は、切換スイッチS2を介して電源17に直列接続されている。個別ファン11,12を再びスイッチオフしなければならないときには、まず閉接点S1と開接点S3は、閉接点S1が開き、開接点S3が閉じるように制御される。これにより、駆動モータ13は再び切換スイッチS2と開接点S3とを介して短絡し、短時間の間停止状態となる。期間t3の後、切換スイッチS2は再び制御電子系20により制御され、スイッチ位置0にリセットされる。ただし、切換スイッチS2はスイッチ位置0においては第1のスイッチ接点に接触している。今や、駆動モータ14は開接点S3、駆動モータ13及び切換スイッチS2を介して短絡している。
【0023】
図4による冷却ファンの実施例では、冷却ファンは第3の個別ファン21を備えており、第3の個別ファン21の駆動モータ22は別の並列枝路23において別の開接点S3’及び別の切換スイッチS2’と直列に配置されている。切換スイッチS2の第2のスイッチ接点の枝路19への接続は取り止められ、その代わりに、別の切換スイッチS2’の第2のスイッチ接点が開接点S3と枝路19の駆動モータ14との間の接続部に接続されている。切換スイッチS2の第2のスイッチ接点は、別の開接点S3’と枝路23の駆動モータ22との間の接続部に置かれている。
【0024】
もちろん、図4による回路装置10内に、それぞれ1つの駆動モータを有するさらに別の並列枝路を、枝路18と19との間に、枝路23と同様に配置してもよい。別の並列枝路の各々は枝路23と同一に形成されている。この回路装置10では、n個の駆動モータすべてを個別に又は共に並列もしくは直列接続で作動させることができる。ただし、nは1よりも大きな整数である。作動中の各駆動モータをスイッチオフするには、駆動モータは、すべての駆動モータに共通の閉接点11の開動作、ならびに、開接点S3,S3’と切換スイッチS2,S2’の相応の切換により一時的に短絡し、制動される。その結果、個別ファン11,12,21のクリティカルな共振周波数は非常に速く過ぎ去る。
【0025】
図5による冷却ファンの実施例では、冷却ファンは全部で4つの個別ファン11,12及び11’,12’を備えている。図2に対して付加的な2つの個別ファン11’,12’は、回路装置10の並列枝路18’及び19’内に駆動モータ13’及び14’とともに配置されている。ここで、駆動モータ14’は駆動モータ14と同様に開接点S3’’と直列に接続されており、駆動モータ13’は駆動モータ13と同様に切換スイッチS2’と直列に接続されており、切換スイッチS2’の作動可能な第2のスイッチ接点“1”は、開接点S3’’と枝路19’の駆動モータ14’との間の接続部に接続されている。さらに、一方で枝路18’においては、駆動モータ13’に開接点S3’が前置接続されている。新たに付加された3つのスイッチS3’,S3’’及びS2’も制御装置20により制御される。
【0026】
図5に示されている回路装置では、4つの駆動モータ13,14,13’,14’のすべては並列して又は個別に作動させることができる。そのうえ、駆動モータ13及び14ならびに駆動モータ13’及び14’はそれぞれ直列接続で作動させることができる。さらに、各2つの駆動モータ13及び14ならびに13’及び14’の直列接続は並列して作動させることができる。閉接点S1が閉じているときには、作動モードに応じて、制御装置20により他のすべてのスイッチが必要に応じた仕方で制御される。作動中の各駆動モータをスイッチオフするためには、駆動モータは、すべての駆動モータに共通の開接点11の開動作、ならびに、開接点S3,S3’,S3’’及び切換スイッチS2,S2’の相応の切換によって一時的に短絡し、制動される。その結果、個別ファンのクリティカルな共振周波数は非常に速く過ぎ去る。個々のモータを短絡させるには、スイッチS2及びS3を図1に関連して説明したように操作し、スイッチS3’,S3’’及びS2’も同様に操作しなければならない。
【0027】
図5による回路装置10においても、各々1つの駆動モータを有する別の並列枝路を設けてもよい。その場合、駆動モータと開接点と切換スイッチの組み込みは並列枝路18’及び19’と同一に実施される。それゆえ、n個の駆動モータの場合、n個の並列枝路において、閉接点S1から数えて奇数番目の各枝路では切換スイッチと開接点が各々の駆動モータと直列に接続されており、偶数番目の各枝路では開接点だけが各々の駆動モータと直列に接続されている。
【図面の簡単な説明】
【図1】
回路装置内で作動する2つの個別ファンを備えた冷却ファンの回路図である。
【図2】
図1による回路装置内のスイッチを制御するための制御プログラムを示す。
【図3】
2つの個別ファンを備えた冷却ファンの変形された回路図である。
【図4】
3つの個別ファンを備えた冷却ファンの回路図である。
【図5】
4つの個別ファンを備えた冷却ファンの回路図である。

Claims (11)

  1. 各々1つの電気駆動モータ(13,14;13,14,22;13,14,13’,14’)を有する複数の個別ファン(11,12;11,12,21;11,12,11’,12’)と、各々2つのスイッチ位置に切換可能なスイッチ(S1,S2,S3;S1,S2,S3,S2’,S3’;S1,S2,S3,S2’,S3’,S3’’)を有する複数の回路装置(10)とを備えた、例えば自動車用の、冷却ファンであって、前記駆動モータ(13,14;13,14,22;13,14,13’,14’)が前記回路装置(10)により個別に又は選択的に直列又は並列接続でスイッチオン及びスイッチオフされる形式の冷却ファンにおいて、
    作動中の1つ又は複数の前記駆動モータ(13,14;13,14,22;13,14,13’,14’)をスイッチオフする際、前記スイッチ(S1,S2,S3;S1,S2,S3,S2’,S3’;S1,S2,S3,S2’,S3’,S3’’)は、スイッチオフされる1つ又は複数の前記駆動モータ(13,14;13,14,22;13,14,13’,14’)の短絡を生じさせるスイッチ位置に強制的に切換可能である、ことを特徴とする冷却ファン。
  2. 前記駆動モータ(13,14;13,14,22;13,14,13’,14’)の短絡は、専ら、前記駆動モータ(13,14;13,14,22;13,14,13’,14’)の直列及び並列接続のスイッチオン及びスイッチオフのために設けられたスイッチ(S1,S2,S3;S1,S2,S3,S2’,S3’;S1,S2,S3,S2’,S3’,S3’’)と前記回路装置の電線路とにより生じる、請求項1記載の冷却ファン。
  3. n個の駆動モータ(13,14;13,14,22;13,14,13’,14’)のスイッチオン及びスイッチオフを行うために、前記n個の駆動モータはn個の並列枝路(18,19;18,19,23;18,19,18’,19’)に配置されており、
    前記n個の並列枝路は、ともに、作動可能な1つのスイッチ接点を有する閉接点(S1)として形成された1つのスイッチを介して電源(17)に接続されており、
    ただしnは1よりも大きい整数である、請求項1又は2に記載の冷却ファン。
  4. 前記n個の駆動モータ(13,14;13,14,22;13,14,13’,14’)を個別に作動させるために、n−1個の並列枝路(18,19;18,19,23;18,19,18’,19’)において、作動可能な1つのスイッチ接点を有する開接点(S3;S3,S3’;s3,s3’,S3’’)として形成された1つのスイッチがそれぞれ前記駆動モータ(13,14;13,14,22;13,14,13’,14’)と直列に配置されている、請求項3記載の冷却ファン。
  5. 前記n個の駆動モータ(13,14;13,14,22;13,14,13’,14’)を直列接続するために、n−1個の並列枝路(18,19,23)において、作動可能な2つのスイッチ接点を有する切換スイッチ(S2,S2’)として形成された1つのスイッチがそれぞれ前記開接点(S3’,S3)とは反対側の、駆動モータ(13,22)の端子側に配置されており、当該スイッチの第1のスイッチ接点は当該枝路(18,23)内にあり、第2のスイッチ接点は前記開接点(S3’,S3)と次の枝路(23,19)の駆動モータ(22,14)との間の接続部に接続されている、請求項4記載の冷却ファン。
  6. 前記n個の並列枝路の最初の並列枝路(18)には1つの切換スイッチ(S2)だけが配置されており、最後の並列枝路(19)には1つの開接点(S3)だけが配置されており、ただし、一方はそれぞれ割当てられた駆動モータ(13,14)の高電位側に、他方は低電位側に置かれている、請求項5記載の冷却ファン。
  7. 前記n個の駆動モータのうちの各2つ(13,14,13’,14’)を直列接続するために、前記閉接点(S1)から数えて奇数番目の各並列枝路(18,18’)には、作動可能な2つのスイッチ接点を有する切換スイッチ(S2,S2’)として形成された1つのスイッチが前記開接点(S3,S3’,S3’’)とは反対側の、駆動モータ(13,13’)の端子側に配置されており、当該切換スイッチの第1のスイッチ接点は当該枝路(18,18’)内にあり、第2のスイッチ接点は前記開接点(S3,S3’)と次の偶数番目の並列枝路(19,19’)との間の接続部に接続されている、請求項4記載の冷却ファン。
  8. 2つの駆動モータ(13,14)の場合、前記回路装置(10)は3つのスイッチを有しており、当該3つのスイッチのうち、1つは作動可能な1つのスイッチ接点を有する閉接点(S1)として形成されており、1つは作動可能な1つのスイッチ接点を有する開接点(S3)として形成されており、1つは作動可能な2つのスイッチ接点を有する切換スイッチ(S2)として形成されており、
    前記2つの駆動モータ(13,14)は2つの並列枝路(18,19)内に配置されており、当該2つの並列枝路はともに前記閉接点(S1)を介して電源(17)と接続されており、
    前記並列枝路(19,18)の各々において、前記開接点(S3)は前記駆動モータのうちの一方の駆動モータ(14)と直列に配置されており、前記切換スイッチ(S2)は他方の駆動モータ(13)と直列に配置されており、ただし、これら2つのスイッチの一方は割当てられた駆動モータ(14,13)の高電位側に、他方は低電位側にあり、
    前記切換スイッチ(S2)の2つのスイッチ接点のうち、第1のスイッチ接点は枝路(18)に配置されており、第2のスイッチ接点は前記開接点(S3)と割当てられた駆動モータ(14)との間の接続部に接続されている、請求項1又は2に記載の冷却ファン。
  9. 前記駆動モータ(13,14;13,14,22;13,13’,14,14’)のスイッチオン及びスイッチオフを行うため、ならびに、前記駆動モータを選択的に並列又は直列接続するために、所定のプログラムに従って前記スイッチ(S1,S2,S3;S1,S2,S3,S2’,S3’;S1,S2,S3,S2’,S3’,S3’’)の切換を制御する制御装置(20)が設けられている、請求項1から8のいずれか1項に記載の冷却ファン。
  10. 駆動モータ(13,14;13,14,22;13,13’,14,14’)がスイッチオフされているときには、前記閉接点(S1)は開状態、前記開接点(S3;S3,S3’;S3,S3’,S3’’)は閉状態であり、前記切換スイッチ(S2;S2,S2’;S2,S2’)は第1のスイッチ接点に接続されている、請求項9記載の冷却ファン。
  11. 前記閉接点(S1)の開動作による作動中の駆動モータ(13,14;13,14,22)のスイッチオフにより、前記開接点(S3;S3,S3’;S3,S3’,S3’’)は閉状態に変わり、前記切換スイッチ(S2;S2,S2’;S2,S2’)は一時的に第2のスイッチ接点に接続される、請求項9又は10に記載の冷却ファン。
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