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カテゴリー「住まい・レンジ排気ファン強弱化」の10件の記事

2023年4月30日 (日)

抵抗によるレンジフードファン強弱切替の目次

真冬の早朝にレンジフードファンからファファファ...と耳障りでうるさい異音が出るので、近所迷惑になりそうで止めたり回したりを落ち着くまで繰り返し。かれこれ22年も使ってますが、安く済ませるためDIYでファンだけ取り替え、今度は元気が良過ぎてキッチンやリビングの扉の隙間から隙間風がヒューヒュー発生。
何とかしたくて、回転数の可変速化や強弱切替の改造を調査検討、最終的には電源への直列抵抗の有無での回転数の強弱切り替えとし、抵抗の放熱対策強化と温度ヒューズ追加で、風量・風音・安全性でバランスを取る改造を行った記事の目次です。
自分であれこれ考え、調査・検討・実験し、DIYで実用化するのがなかなか楽しくて良いですね。
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■異音発生のため取り替え
2023年1月15日 (日) レンジフードファン取替準備
2023年1月17日 (火) レンジフードファン取替成功

■可変速へ改造
2023年1月25日 (水) レンジフードファンの速度調整検討
2023年1月26日 (木) レンジフードファンの可変速化でうなり音が発生

■抵抗による速度強弱切替改造
2023年1月28日 (土) レンジフードファン強弱切替成功
2023年2月 4日 (土) レンジフードファン強弱切替化:メタルクラッド抵抗化と温度ヒューズ取付で安全性向上
2023年4月22日 (土) 抵抗によるレンジフードファン回転数強弱切替時の電源波形

■おまけ
2023年2月 3日 (金) レンジフードファンのモーターを分解
2023年2月14日 (火) 抵抗によるファン強弱切替製品を発見+おまけ(進相C切替)

ネットの情報では、同期型ACモーターでは、回転数可変は無理との情報も多いです。
今回の改造はモーターが、単相誘導モーター コンデンサラン型だったので、実現できたんだろうと考えています。

勿論自己責任、結果オーライでやっています。決して真似はしないでください。
この記事を読まれて類似の事をされても、当方はいかなる責任も負いません。

 

2023年4月22日 (土)

抵抗によるレンジフードファン回転数強弱切替時の電源波形

全体の目次

以前、電源に抵抗を入れファン回転数を強弱切替する改造を実施しました。
120Ωで異音無く程よい回転数が得られ大成功でしたが、単純計算だけでやったので、電源波形の乱れ等がないか気になっていました。

先日オシロスコープを買ったので、ファンへの電源波形を観測してみました。

結果、ファンへの印可電源波形の乱れもなく比較的綺麗なサイン波である事が確認できました。
また、強弱での波形の比較から、弱ではファンへの電圧が67%(電力は44%)に下がり低速回転している事が分かりました。


オシロスコープでの観測点は、ファンへつながる3端子コネクタの、青・黄線間の電圧(下図の一番下)で、ファンへの電源となります。
赤線は進相コンデンサへ繋がる中間点なので見ません。
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ファンに繋がるコネクタの連結部へ適当な電線を差し込んで、オシロスコープのプローブを接続、波形を観測している様子です。
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ファン速度:強での波形です。強の場合は100V 50Hzの商用電源そのものの波形となるので、ほぼサイン波をしています。
Peak-to-Peak電圧は270Vと出ています。
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ファン速度:弱での波形です。弱の場合は振幅が落ちました。
波形そのものは上下が多少潰れて見えますが、比較的綺麗なサイン波の様です。
Peak-to-Peak電圧は180Vと出ています。
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AC100V(実効値=100V)の波形はサイン波で、+141Vと-141Vが最大最小値で、Peak-to-Peak電圧は282Vとなるのが標準と思います。
実効値=Peak-to-Peak電圧/(2・√2) なので、

Peak-to-Peak電圧270Vの実効値は、AC95.45Vになります。
Peak-to-Peak電圧180Vの実効値は、AC63.63Vになります。

120Ωの抵抗値を入れる事で、実効値が67%に低減した事になります。
ファンの消費電力が単純に電圧の2乗に比例するとすれば、電力が44%に低減となります。
以前の簡易計算で150Ωで40%の電力となる見込みでしたので、ほぼ狙い通りと言えそうです。

電流の方は、直列に入れた抵抗の値が既知なので、抵抗にかかる電圧から電流を求めてみます。
Peak-to-Peak電圧差=270V-180V=90V、半波側の振幅=90V/2=45V。
抵抗値120Ωなので、抵抗に流れる電流の最大値=45V/120Ω=375mA、電流の実効値=375mA/√2=266mA。
抵抗で消費する電力=R・I^2=120Ω・(266mA)^2=8.5Wとなります。
前回150Ωでの簡易計算で7.94Wでしたので、まあこんなんでしょう。
10Wのはんだごて程度の発熱量なので、それなりの放熱対策はやはり必須ですね。

50Wのメタルクラッド抵抗を使い、更に放熱板もたっぷり付け、温度ヒューズも入れました。
フード表面の温度上昇分は約5℃で収まっているので、安全性を考えても大丈夫そうです。


今回の波形観測で、抵抗を入れてもファンに加わる電源波形の乱れはなく、ほぼ電圧を低下させる効果だけなのが分かり、安心しました。
従って、モーターの劣化を早める事もなさそうです。

オシロでの波形観測は、見えない情報が分かるので、非常に役立ちます。
今後も強い味方になってくれそうです。

 

ネットの情報では、同期型ACモーターでは、回転数可変は無理との情報も多いです。
上記事例は、単相誘導モーター コンデンサラン型で比較的小電力の製品に限定されると思われます。
考察や推察はあくまで個人の範囲に留めるものであり、実験や改造も自己責任でやっています。
決して真似はしないでください。
この記事を読まれて類似の事をされても、当方はいかなる責任も負いません。

 

2023年2月14日 (火)

抵抗によるファン強弱切替製品を発見+おまけ(進相C切替)

全体の目次

先日の、抵抗によるレンジフードファンの強弱切替は昔の技術と思っていましたが、現在の製品でも使われてい事例を見つけました。
いろいろと調べていると見つかるもので、さしあたり2件見つけました。
どちらも大手有名電機メーカーの製品で、掲載した図表はメーカーのホームページで一般に公開されているものからのピックアップです。
また、進相コンデンサの値を切り替えて強弱切替している製品も1件見つけたので追加しました。


適用事例 1件目

引用元:VL-06JV3-D|三菱電機WIN2K (mitsubishielectric.co.jp)

取説からの情報です。
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据付説明書からの情報です。
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V-25L1と違い、モーター内に進相コンデンサが組み込まれていて、2端子だけのモーターです。
V-25L1では進相コンデンサは外付けなので3端子のモーターでした。

切替の関係回路の拡大です。強だとそのままAC電源に接続されますが、弱だと抵抗を介して接続されます。
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強だと抵抗とコンデンサの直列回路がショートするので、無いのと等価ですね。

弱だとモーターとの間に抵抗が繋がり、抵抗と並列にコンデンサが繋がります。
コンデンサの意図は、弱での始動時に回転数をスムーズに立ち上げる加速回路と思われます。

回路動作は、コンデンサが無い場合と無限大容量の場合の両方の回路動作を考えてから、
その中間を考えると理解しやすいです。
■コンデンサが無いと抵抗とモーターの直列回路となり、モーターへの印可電圧も電源電流も低下し、
始動時のトルクも弱いため、ゆっくり回転し始めるはずです。

■コンデンサが無限大だと、交流回路的にコンデンサがショートして見え、
抵抗での制限作用が見えなくなるので、強運転と同じです。

■中間でコンデンサの作用を考えると、RC時定数まではモーターへの電流を多く流せるので、
トルクを上げ回転の加速を助ける回路に見えます。
特に長く使うとモーター内の摩擦が増え回転しにくくなるでしょうから、
始動時のトルクを上げる事で回転しやすくする効果を感じます。
加速時間は一瞬でも良い気がします。
この時考えるRC時定数のRはモーターの等価抵抗になるはずですね。
実際は交流回路でモーターのインダクタンス成分や回転数に伴うインピーダンス変動などありそうで、
もっと複雑なのでしょうが。。。
大外れしていない事を願いつつ、時間があったら実験してみたいかな。

消費電力は、強で5.5W、弱で2.5Wと少ないですが、速度を落とす手段として直列に抵抗を入れる点は同じですね。
電動機形式欄には、"コンデンサー永久分相型単相誘導電動機”とあるので、コンデンサラン型ですね。

納入仕様書からの情報です。
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2件目

引用元:FY-24JG8VT 品番詳細 - Vカタ/VAソリューションカタログ - Panasonic

こちらは天井埋込型の換気扇ですね。

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工事説明書からの情報です。
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経路が追いにくいので、強を赤 弱を青 で追記してみました。
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強では電源にそのまま繋がりますが、弱では抵抗を介して電源に接続します。
単純な抵抗1本ではなく、抵抗とコンデンサの並列回路に抵抗が直列に入っていて、事例1とは少し異なります。
弱で始動する際の回転の加速のさせ方には、各社各様の工夫で変わるのでしょう。

取説からの情報です。
50Hzで、強18.5W 弱4W の切り替えです。
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商品図面からの情報です。
電動機形式は"4極開放型コンデンサー誘導電動機"とあり、回路図でもコンデンサは外付けですね。
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上記事例2件、どちらも、誘導モーター コンデンサラン型のモーターで、その回転数を電源への直列抵抗の有無で強弱切替しています。

俄然、自分がやったことの技術的妥当性への自信が高まりました。

換気扇は特徴として、入りでゆっくり回り出してもまああ許され、切りでだらだらと止まってもOKなはず。
回転数の正確さも必要ないので、構造が簡単な誘導モーター コンデンサラン型が良く使われていて、
簡単な回路であっても、強弱切替ができる事の方が付加価値が高まるのでしょう。

コスト競争もあり、多少のエネルギーロスに目をつぶり、安く簡単確実な方法として、
抵抗を直列に入れて回転数を落とすのは十分ありなのでしょう。

 


 お ま け 

2023-2-19追記
誘導モーター コンデンサラン型で、補助(始動)巻線に入るコンデンサの大小で、回転速度を変える製品もある様です。

日本電興(株) AP-100S と言う製品で、天井に取り付ける24時間常時換気用の換気扇です。
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強で0.75μF  弱で0.31μF 、50Hzで4Wと2.7Wの切替です。
弱にすると、補助(始動)巻線の電流が減り、位相進み磁界が弱まるため、トルクが落ちる事で低速回転にしていると思われます。

 



自宅のレンジフードファンの強弱切替に適用するには、レンジフード本体側の奥にあるコンデンサの切替が必要となり、レンジフードファン本体側から配線を引いて、表カバー側のスイッチ部で切り替える改造となるので若干厄介です。
今回使った互換ファンV-25L1が想定する進相コンデンサが4uF(下図)なので、実際も4uFと仮定します。
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既設のコンデンサに対し直列に4uFを繋いであげれば、直列容量回路で2uFにできます。
スイッチでショートかオープンにすれば、4uFと2uFの切り替えができますね。
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上記だと、コンデンサ2個直列の中間点の電圧が不定となるので回路的には余り好ましくはないですね。

2uFを常時繋いでおいて、並列に2uFを繋ぐのが適切かもですね。
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いずれにしても、抵抗を使わないので発熱の問題は無くなります。

この方式では、回転磁界は主巻線側の磁界に対し補助(始動)巻線側の磁界が少なくなるので、強弱強弱...の回転磁界となり、想定外のうなり音が出る可能性も否定できませんが、抵抗を入れて電源電圧を大きく変動させるよりはましな気がします。

今のメタルクラッド抵抗120Ω 50Wの温度が、真夏でそこそこ上がる様なら、改良の選択肢にはなりそうなので、時間と気力があったら実験しますかね。



ネットの情報では、同期型ACモーターでは、回転数可変は無理との情報も多いです。
上記事例は、単相誘導モーター コンデンサラン型で比較的小電力の製品に限定されると思われます。
考察や推察はあくまで個人の範囲に留めるものであり、実験や改造も自己責任でやっています。
決して真似はしないでください。
この記事を読まれて類似の事をされても、当方はいかなる責任も負いません。

2023年2月 4日 (土)

レンジフードファン強弱切替化:メタルクラッド抵抗化と温度ヒューズ取付で安全性向上

全体の目次

前回、セメント抵抗150Ω20Wの発熱が気になり温度を測ったら60℃程度でした。
真夏の室温が40℃近くにもなったら更に高温になり、温度ヒューズもないため心配ではありました。

今回、温度ヒューズ109℃を追加し、抵抗もメタルクラッド抵抗120Ω50Wに変えた上で放熱性も改善させました。

安全性も向上し、モーターのうなり音・排気能力・リビング風音の両立の点でもベストバランスになりました。

2023-4-22追記 オシロスコープでモーターへ印可される電源の波形観測を行い、綺麗なサイン波である事を確認しました。


回路図は以下になります。青字が今回の変更部分。
温度ヒューズが切れると弱運転は停止しますが、強運転はできる様にしました。
表カバー側だけでの改良なので作業も楽です。
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メタルクラッド抵抗と穴開け加工後のアルミ放熱器です。
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放熱性改善の方法を考えているうちに、大引受金具と言うアルミ製のウッドデッキの部材が余っていて、小屋裏物置に保管していたのを思い出し、丁度良いので取付ました。
厚み2.5mm程もありますし面積も十分、アングルも大きいのが2つも付いています。
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放熱器はフードに密着させるため、大きめの座グリ穴で皿ネジの頭を引っ込め、メタルクラッド抵抗を固定しました。
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放熱器へのネジと止めと温度ヒューズ結線後です。
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温度ヒューズのリード線は半田付けできないので、付属のカシメ金具で圧着しました。

配線のむき出し部はビニールテープで巻き、温度ヒューズは抵抗器に密着させ固定しました。
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レンジフードカバーの裏面に、放熱器の四辺をグルーガンで接着した様子です。
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この場所はガスコンロとの間にフィルタが入るので、熱気が直接当たらず熱がこもりにくいです。
ガスコンロを点火している際は換気扇を回すので、熱気ではありますが空気の通り道でもあります。
まあ、放熱器はレンジフードカバーの広い鉄板と接しているので、放熱は十分でしょう。

弱で30分程換気扇を回し抵抗器とフード表面を触ってみました。
どちらも、ほんのり温かくなった程度、たぶん10℃程度の温度上昇で収まっている感じでした。

2023-2-18追記

今まで手で触って温度上昇の程度を診ていましたが、毎回触るのは面倒なので、温度計を取り付けました。
温度計の裏には空気穴があり外気が入るので、穴を塞いだ上でなるべく鉄板に密着するようしてマグネットで取り付けました。

左が、弱運転前の温度で21℃です。右が弱運転で30分以上回した温度で26℃です。
鉄板面で見た温度上昇は5℃程度となるので、かなり放熱できている事が分かりました。
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抵抗本体とはアルミ板と鉄板を挟んでいるので、少し低めになるのでしょうが、温度の目安を知るには十分と思います。

特に夏場にコンロに火を点けていたら、室温と熱気で温度上昇が激しいでしょうから、どこまで上がるか気になります。
まあ、温度が気になる際は強運転に切り替えれば良いですし、温度計があるので気にし易くなります。

2023-3-2追記
アルミ製の大引受金具はまだまだ余りがあるので、メタルクラッド抵抗の印字面に100均のスマホ用放熱シートを切って貼り付け、大引受金具を密着させました。
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温度計は目立たない様に黒い温度計を100均で2個買い、温度を校正した上で、鉄板の温度を密着して測れるようにビニールテープで穴を塞いでから、マグネットで貼り付けました。
右のメタルクラッド抵抗側の温度が24℃、左の比較用の温度が20℃、温度上昇4℃なので、温度の心配がかなり低減しました。
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最近は寝る時以外は弱運転で回しっ放しにするのが普通になってきました。
夏場のガスコンロ使用時の温度上昇が気になる様なら、進相コンデンサを大小切り替えるという次の手もありそうなので、今後検討ですね。
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弱運転中はピーと弱いうなり音が出ますが、排気音もあるので良く聞かないと分からない程度です。
スペクトルで見ると約900Hzの様です。
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この音を聞きながら、強に切り替えてみるとそのままで続けている様です。
強に切り替えた直後の回転数が上がりきれない瞬間だけ聞こえ、直ぐ強の風音にかき消されてしまいます。
まあV-25L1の運転そのものに伴って発生するのでしょう。

外からは見えないので、見た目もすっきりしました。

自宅での使用に際し、機能性・安全性・コスパ・簡便さの点で、そこそこ満足できるものになったかな。

本心では、発熱(エネルギーロス)の点で何とかならないのかなーとのもやもやが晴れませんが、今のところはここでひと段落としています。
ネットでメタルクラッド抵抗を検索すると、ほとんどがハイフラ防止用として売られている様です。

ウインカーリレーの取替もできない車なら、エネルギーロスもあきらめるしかないのでしょう。
余談:メタルクラッド抵抗の代りで、60Wの白熱電球なら計算上は丁度良さそうで、少しはましだったかなー、
   始動直後は抵抗値が低く高速回転し、電球が熱くなってくると定格の抵抗値(R=V*V/P=100*100/60=167Ω)に達し低速回転で落ち着く。
   照明としても使えるので抵抗を発熱させるだけよりも、無駄意識が少しは安らぐかも。
   参考:電球の抵抗値は常温から2000℃で抵抗値が8倍にもなる

ネットの情報では、同期型ACモーターでは、回転数可変は無理との情報も多いです。
今回の改造はモーターが、単相誘導モーター コンデンサラン型だったので、実現できたんだろうと考えています。

勿論自己責任、結果オーライでやっています。決して真似はしないでください。
この記事を読まれて類似の事をされても、当方はいかなる責任も負いません。

本記事記載の大引受金具ですが、まだ8個も余っていて使い道もないので、欲しいという方には無料(送料だけ着払いで)で差し上げます。
用途は問いません、記事の下のコメント欄からの連絡で結構です。

2023年2月 3日 (金)

レンジフードファンのモーターを分解

全体の目次

レンジフードファンをV-25L1に取り替え、回転の強弱切替を付けました。

古いファンの本体は破棄しましたが、分解調査用にモーターを取っておきました。
今日時間があったので、分解してみました。


 

下図、右下換気扇の中にモーターがあり、これで羽を回しています。黄色線が電源、青色線が主巻線、赤色線が始動巻線です。

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モーターの外観です。
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分類的には、単相誘導モーターコンデンサモーター、特に最初から始動巻線側にコンデンサがつながったままなので、

コンデンサラン型と言うらしく、ベアリングや整流子、遠心スイッチなどはありませんでした。

2-3-2 誘導モータの回転原理 | 日本電産株式会社 (nidec.com)
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巻線は主巻線と始動巻線があり、主巻線にはそのままAC電源を繋ぎ、始動巻線にはコンデンサを介し位相進みの電流にする事で、回転磁界を作りローターを回転させるものですね。

1-3-3 交流モータ | 日本電産株式会社 (nidec.com)
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外部に繋がる電線は赤青黄の3本です。
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黄線は共通なので2つの巻き線が半田付けされていました。
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ステーターの磁極数は16ありました。数字をマジックで書いてみました。

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線の巻き方は、なにぶん素人なので見ても良く分かりません。
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ローターには18個の平行四辺形の区画がありました。
鉄はくっ付かず磁石にはなっていないので誘導モーターですね。
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低温時にだけ異音がする原因を探りたかったのが分解の目的でしたが、傷や変形等は見ても分かりませんでした。
ましてや回転数[rpm]を調べるなんて、とても無理だーです。
ローターの区画が18なのもどう影響するのか良く分かりません。

回転数[rpm]=120・周波数/極数 は同期モーターでの式ですが、誘導モーターの場合はステーターの回転磁界に対し、ローターの回転は必ず遅くなる事でトルクが生まれて回すので、すべりも考慮しないといけない様です。

誘導モーターでは、回転磁界とローターの回転が一致すると、回転力は生まれませんし。

今回のレンジフードファンの強弱切替は、抵抗を入れる事で回転磁界の強弱を切り替える事で、結果的にすべりを変え速度をローターの回転数を変化させている事になりますね。

 

遠心スイッチもなく、進相コンデンサは繋ぎっぱなしのコンデンサラン型モーターで、回転磁界は常に生じているからこそ、ローターの回転数が遅くなろうが、回転そのものは維持されるのが理解できます。

遠心スイッチがあって進相コンデンサが切れると、回転数を落とした際の回転力がうまく伝わらず、がたつきが生じる可能性が高そうです。

誘導モーター コンデンサラン型の回転数は同期速度を上限に回転のトルクと、回転に伴う風圧負荷や摩擦負荷とのバランスで決まってくるんでしょう。

これ以上の詳細は不明ですが、分解して中身を見てみたいとの気持ちが強かったので、まあここまでで良いかな。
誘導モーター コンデンサラン型である事がはっきりしただけでも良い収穫でした。

 

2023年1月28日 (土)

レンジフードファン強弱切替成功

全体の目次

前回、ファンに直列にパワーコントローラを入れ、可変回転数とした際の副作用でファンのうなりが出ました。
回転数を落としても消えない厄介な異音でした。

ファンをV-25L1に取り替えたら排気力が上がり、リビングの扉の隙間からの空気の吸い込まれ音がかなりひどくなったので、それを低減するのがモチベーションで、可変ではなく強弱切替とかでも良かった訳です。

昨日考えた抵抗を直列に入れる事で回転数を落とし、リビング扉の風音を低減させ、同時にモーターのうなり音も発生しない方法ですが、今日仕事帰りに部品を買ってきてやってみました。

見事成功、良い調子です。
何種類かの抵抗値で試しましたが、結果的に150Ωの抵抗にしました。


事前にロータリーSWで、150,120,100,82Ωを切替できる治具を作りました。
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抵抗部分の拡大です。全て20Wのセメント抵抗です。
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これで、抵抗を切替ながら、ファンの回転数(排気能力)とリビング扉の風音、モーターのうねり音など観察し、ベストの抵抗値を割り出します。
ロータリースイッチをレンジフードに取り付け、段階的に回転数を切り替える事も考えましたが、ロータリースイッチの取付には金属穴開け加工が必要ですし、端子むき出しで危険でもあり、段階切替はやめて強弱切替としました。
実験中、スイッチの部分から切り替え時に火花がバチバチ飛び、改めて100Vとは言えモーターを扱う際の危険性を感じました。

150Ωの抵抗は熱くなるので、放熱のためアルミLアングルで挟んで、スイッチボックスの側面に取り付けました。
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2023-1-29追記
スイッチボックスの側面だと、フィルタ取り替え時にフィルタが当たってしまいます。
なので、スイッチボックスの上面に付け直しました。
放熱性も上げたいので、スイッチボックスの油汚れを洗い落とし、セメント抵抗はアルミLアングルで囲い、なるべくスイッチボックスに密着するようにグルーガンで固定しました。
発熱で120℃以上になるとグルーガンが溶けるので、脱落しない様、全体に針金を回して3か所で固定しました。
そこまでいかなくても使った電源コードのビニールが60℃以上で溶けそうですけど...
セメント抵抗は絶縁されているので放熱を考えむき出しのままにしました。
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スイッチ部には、オルタネイト型の押し釦スイッチを3つ並べました。
中央が強/弱切替ボタンです。
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手書き部分は、別途テプラできちんと貼り直すとして、見た目もすっきりです。

2023-1-30追記 テプラを貼りました。
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ファンのOn/Offと強/弱切替をしている動画です。

今回の改造での回路図は以下です。
表カバー側だけでの改良なので作業も楽です。
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強の場合は今まで通りファンはフルパワーで、抵抗の発熱はありませんが、リビングの風音が大きいです。
弱の場合はファンの回転が落ち、抵抗は発熱しますが、リビングの風音は気にならない程度に低減します。

150Ωの弱の場合、かすかにですがピーと言うモーターのうなり音が聞こえますが、注意深く聞かないと分からないので問題ないです。
120Ωにしてしまうとリビングの風音の方が気になりだすので、抵抗の発熱とのバランスで150Ωに決めました。
150Ωだと回転が遅すぎる気もしますし、ファンの経年劣化で始動が遅くなってしまうとか考えられます。
買って余ったセメント抵抗で120Ωや100Ωにいつでも替えられます。

先ずは 改造成功、良かったです。
コスパも最高だろうと考えています。

2023-2-14追記
実際の製品で、電源に直列に抵抗を入れファンの回転数を落としている事例を発見しました。
今回の改造とほぼ同じ事例と考えています。

ネットの情報では、同期型ACモーターでは、回転数可変は無理との情報も多いです。
今回の改造はモーターが、単相誘導モーター コンデンサラン型だったので、実現できたんだろうと考えています。

勿論自己責任、結果オーライでやっています。決して真似はしないでください。
この記事を読まれて類似の事をされても、当方はいかなる責任も負いません。

今後、抵抗の発熱、特に夏場の高温には注意していきます。
室温10℃程度の今でも5分程度回すと熱いですが触わっていられるのでたぶん60℃程度かな。
室温が30℃近くになると80℃を超えそうで、熱くて触れなくなる程度にはなりそうです。
たぶんこのままでは、ファンを弱で回しっ放しにしての外出は止めた方が良いですね。
50Wとか許容電力が大きく放熱器付きの抵抗に変えれば、安心感が増すでしょう。

2023-2-1追記
放射温度計を職場から借りてきて、測ってみました。
室温24.6℃から56.5℃に達し安定しました。
温度上昇幅は32℃、真夏の室温を40℃とすると、72℃程度までは上がりそうです。
何とか現状のアルミLアングルでの放熱がそこそこ機能していそうです。
Photo_20230201210501
測定箇所は、設置後運転しながらなので、アルミLアングル片が見える所で測りました。
Photo_20230202172901
運転前の温度24.6℃、最高温度59℃が出た時です。
当たり方でコロコロ温度が変わるので正確な温度測定は難しそうです。
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電力試算・電流測定


V-25L1は100V 50Hzで36Wの最大消費電力です。
モーターの等価インピーダンスを出すと、
I=P/V=36W/100V=0.36A から、
Z=V/I=100V/0.36A=278Ω です。

これに150Ωの抵抗を直列に入れると、交流回路の複雑さは無視して簡易計算ですが、
I=V/Z=100V/(278Ω+150Ω)=100V/428Ω=0.23A
Pmoter=ZI^2=278*0.23A^2=14.7W
Pr=RI^2=150*0.23A^2=7.94W

モーターの電力は 36W ⇒ 14.7W と約40%に落ち、
抵抗の電力は 約8W発生です。

全体では、36W ⇒ 23.4W と少なくなります。

2023-1-30追記
クランプ付きテスターで電流を測ってみました。
一応、窓と部屋の扉は全部閉めてファンの負荷が重くなる状態(回転数が落ち電流が増えるはず)で測りました。

強時の電流は0.2Aの表示です。
1b932ac7061b4991a1a7410f39bb0819

弱時の電流は0.0Aの表示です。
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このテスター60Aまで測れるためか、測定対象が小さ過ぎて精度が出ません。以下取説の確度の欄。
Photo_20230130194701
±2.0%rgd±5dgtは、表示値の±2.0%かつ最下位単位の数字は±5のずれを意味するので、
強時:0.2A ⇒ 0.2+0.2*0.02+0.5=0.704A (マイナス側は負の値なので意味なし)
弱時:0.0A ⇒ 0.0+0.0*0.02+0.5=0.5A     (      同上                                  )
テスターの精度の問題でまともな測定が出来ていませんが、誤差最大で計算すると強時の最大電力36Wからの0.36Aの2倍にもなってしまいますので、最大誤差では過大に見過ぎてしまいます。
V-25L1の仕様で36Wは最大消費電力の数値の様で、実使用環境ではもっと少ないのでしょう。

最大電力は、電流が最大になるのが始動時とすれば、瞬間なのでテスターでは測定困難です。(以下参照)
三相交流かご形誘導モーターの原理・構造と運転特性 | ポンプの周辺機器 | モーノポンプ (mohno-pump.co.jp)
Photo_20230202164301

始動直後だけなら発熱による温度上昇の観点では過大評価となる気がしますが、何らかの原因で羽が回らない状態を考慮すると、上述の簡易計算の約8Wの方で、抵抗の発熱対策を考えるのが安全と思います。

実は抵抗の許容電力は余裕をみて30Wは欲しかったのですが、寄ったパーツ店にはセメント抵抗は20Wまでしかありませんでした。
今後要検討ですね。

メタルクラッド抵抗なんて言うすごいのもあるみたいです。
メタルクラッド抵抗(Jランク) 50W 150Ω / 50W 150ohm (eleshop.jp)
Photo_20230128172001


2023-1-30追記
安全には越したことがないので、アマゾンでELPAの温度ヒューズ SF-109H 109℃を注文しました。
Elpa
ついでに、メタルクラッド抵抗 50W 120Ω も注文しました。
Metal

150Ωでは少し排気能力が弱過ぎる感じですし起動も遅いです。
モーターの経年劣化や油汚れの付着で始動しなくなる可能性もあります。
120Ωに代えてもリビングの風音は台所の窓を少しだけ開ければかなり減ります。

アマゾンで50W 150Ωのメタルクラッド抵抗を見つけきれなかった事もあり、ヒューズを付けるついでに排気能力を少し上げ、耐熱性・放熱性も改善した抵抗に替えようと考えています。
メタルクラッド抵抗をネジ止めする土台は金属板(厚めのアルミ飲料缶かな)にして、一次放熱板の面積を大きくした上で、2次放熱となるスイッチボックスのネジ穴に固定かな。


安全性・安心感の改善を実施

2023-2-4追記 105℃温度ヒューズ取付・メタルクラッド抵抗への取替・アルミ板放熱器を丸ごとフード裏面へ取り付けしました。


 


補足:抵抗で回転数を落とす方法に関する情報

2023-2-14追記
実際の製品で、電源に直列に抵抗を入れファンの回転数を落としている事例を発見しました。
今回の改造とほぼ同じ事例と考えています。

2023-1-29追記
今日ネットで、ACモーター 抵抗 速度 などでキーワード検索していたら、昔のミシンのモーターの速度制御には、可変抵抗器となるフットコントローラを使っていたのが分かりました。
今でこそ、省エネ性能重視ですが、昔はやっていたんだと知りました。

下は、昔のミシンのフットコントローラ(可変抵抗器)で、モーターの回転数を変えたり、電球の明るさを変えたりする記事です。
家庭用品改造実験 ★ 足踏み速度調整を他の機器につなぐ★ <ミシン用フットコントローラー> (ipwo.jp)

この記事を見た後で気づきました。

家にもかみさんが持ってきた電動ミシンがあって、足踏みコントローラでモーターの回転速度を変えて、2年前のマスク製作に使いました。
40年位前のジャノメエクセル20 627型で完全に骨董品ですが、まだかろうじて現役。

取説です。
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右上の説明にフットコントローラと "速さの調節のし方" の記載もあります。
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マスク製作時を思い出すと、フットコントローラの踏み込みはじめはトルクが足りずにモーターがうなり音を出していましたよ。

電源プラグと本体へ繋ぐコネクタ、フットコントローラの写真です。
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コネクタの中は、単純に電源100Vを本体に送る左側の端子と、フットコントローラ経由でモーターに繋がる右側の端子があります。
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フットコントローラです。熱を持つため温度ヒューズが入っている様です。
温度ヒューズを入れる知見はなかったので、安全策として取り入れる事にします。
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フットコントローラの押し方で抵抗値が変わる様子です。
踏み込んで0.6Ωです。
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浮かし気味で180Ωです。
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動画も撮りました。

押し込むと数Ω程度、途中で数10Ωから数100Ω、離すと無限大に変わります。昔のミシンなので、使われているモーターは構造が単純なAC誘導モーターのはず、簡単便利に直列抵抗となるフットコントローラで回転数を変えていたんですね。

フットコントローラには炭素円盤を重ねたカーボンパイルと言うのが使われている様です。
昔、電動機を使った紡績機では始動時のショックで糸がきれたりしないように、カーボンパイル抵抗器を使って始動時の回転を滑らかにするショックレススターターと言うのが使われていたようです。

まあ、時は流れ技術は進んでも誘導モーターの原理は変わりませんし、抵抗で回転数を下げる方法も昔は行われていたんですね。
今回の換気扇の強弱切替改造ですが、実績ある方法として少し安心感が上がりました。


2023-2-1追記
電気車の速度制御 - Wikipedia では、

抵抗制御電動機の始動時には始動抵抗を電動機と直列に配置し、過大電流を防ぐことがしばしば行われる。抵抗制御は始動抵抗を段階的に用意し、速度制御に応用したものである。簡便な方法であり、電気車の速度制御として古くから広く用いられている。一方で、抵抗による電流の損失や放熱が避けられないこと、抵抗値を変える際(進段時)に車体全体に衝撃が与える為滑らかな加速ができないことが欠点として挙げられる。

の記載がありました。
直流電圧で直流モーターを動かすケースかと思われますが、速度可変手段としては類似の技術に思えます。


 

2023年1月26日 (木)

レンジフードファンの可変速化でうなり音が発生

全体の目次

前回の続きです。

レンジフードファンの回転数を可変にすべく、パワーコントローラPC-40をファンに直列に繋ぎました。
結果、回転数の可変制御は成功し、リビングのドアからの風音を気にならない程度に低減する事ができました。

スイッチ近くのフードにPC-40を取り付けた様子です。
(PC-40裏面の4隅に小さいマグネットをグルーガンで接着しフードにくっつけた。白いコードは目立たぬように黒いビニールテープを巻いた。)
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スライドつまみの赤い線は赤マジックで目立つように書いたものです。
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速度の強弱を変えている時の動画です。うなり音が聞こえ続けているのが分かります。

自宅の環境では、速度制御は下から3つ目辺り(50%かな)がバランスが良さそうです。
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先ずは速度調整自体は成功して良かったのですが...

動画では、ファンからビーンと音が鳴りっぱなしで出ていて、パワーコントローラを入れた事による副作用が出ている様です。

まあ、回転数を変えても音の周波数は余り変わりません。
トライアック制御では、交流の極性が替わってしばらくしてから急に駆動する位相制御なので、電流もトルクも急変しうねり音が発生する様です。
綺麗なサイン波で周波数か電圧を変える方式でないと、このうねり音は出てしまうものだと思えてきました。

調光器とモーターのうなり今,自作のモーターブロアをゆっくり回すためにトライアッ... - Yahoo!知恵袋
調光器について -調光器についてまた質問します。秋月で買った35Aタ- 物理学 | 教えて!goo

そんなにひどくはないですが、気になる音です。
モーターへのダメージも気になります。
少し様子見しながら、気になる様なら次の手がないか考えたいと思います。


2023-1-27追記
上記で参照していた、Yahoo!知恵袋の記事では、
「トライアックはL性負荷にはマッチし難い。」
「ゲート駆動回路が簡素化されるのでトライアックを適用したく成るのですが、SCRで無ければ駄目な時も在るのだ、」
との記載があります。
藁をも掴むの気持ちで駄目元ですが、100V入力が可能で評判も価格も良いのがあったので、注文してみました。

Amazon.co.jp: YFFSFDC 2000W SCR サイリスタ ハイパワー電子レギュレーター 調光ライト スピード温度監視 ACモータースピードコントローラー 電圧レギュレータ: DIY・工具・ガーデン
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電圧を変えてくれる期待でいましたが、レビューを読むと、
「扇風機の減速装置として使っています。レギュレータのパルスがモータの音になってうるさいのが弱点かな。」
と言う方もおられるので、位相制御のトライアックと同じで、だめそうですね。


インバータ制御で周波数を落としてしまうと進相コンデンサの付いた補助巻き線側との位相関係で回転にむらができ、別なうねり音が出る気もします。
単純にトランスで電源電圧を下げるとか、強弱巻き線付きのモーターに取り替えスイッチと結線を改良するとか...
でもなー、高いしなー、そんなに高度な事をやるべきでもないしなー...

などと考えているうちに、
単純に抵抗を直列に入れれば、最も安くて安心、想定外の症状もなさそう...

先ずは単純計算、電力P=36W、V=100V なので、I=36/100=0.36A、Z=100/0.36=280Ω、
これに100Ωを直列に入れれば、P=Z・I^2=280*(100/(280+100))^2=19Wとパワー半減。
この時100Ωの抵抗は6.8W消費するので、許容電力値は30W以上のものにする。
電源に対し直列に入れ、この抵抗の有無を切り替える強弱スイッチを追加する。

この程度が丁度良いかな...


2023-1-28追記
 150Ωの抵抗で低回転化成功。モーターのうなり音もないです。

 

 

2023年1月25日 (水)

レンジフードファンの速度調整検討

全体の目次

先日取り替えたレンジフードファンですが、新品でもあり排気力Maxで元気があります。
この排気に引っ張られてリビング側のドアから空気が吸い込まれる風音がヒューヒュー鳴りっぱなしです。

家のレンジフードファンには強弱切り替えなんてないので、ファンを止めないとこの風音をなくす事が出来ません。
今はコロナ禍で換気のためファンを回す事も多くエアコンの効率も落ちますし、電気代も高騰、何とかしたいところです。

 

いろいろと調べて、換気扇の速度調整にも使える日本製で2,707円と比較的安価な、パワーコントローラー PC-40と言うのが使えそうです。

ファンの購入で15,400円使ったので、価格的なバランスや便利さを考えると丁度良い価格で、今日注文しました。

Amazon.co.jp: goot(グット) パワーコントローラー 白熱灯の光量調節 換気扇の風量調節 白 PC-40 日本製: DIY・工具・ガーデン
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換気扇のプラグとコンセントの間に挟むタイプで、パワーコントローラ本体に行く配線が2本しかないので、ファンに対して直列に入れれば良い事が分かります。

調整が可変なので、トライアックを使った一般の調光器と同じ回路と思われます。下図参照。

 

トライアック:これだけは知っておきたいアナログ用語 - EDN Japan (itmedia.co.jp)
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直列に入れれば良いだけなので、スイッチ取り替えをした箇所で、ファンのオンオフ用のスイッチの2次側に直列に入れれば良く、取付は簡単です。

取付位置はスイッチの2次側黄色線。下図の×の所です。
表カバー側だけでの改良なので作業も楽です。
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単相100Vモーターでは、主巻線へは電源を直接与え、補助巻線には進相コンデンサを介して位相を90°ずらした電源を与えて、等価的に回転磁界を作り回す方式です。

1-4. ACモーターの動作原理2(回転磁界)|eラーニング|セミナー・技術情報 |オリエンタルモーター株式会社 (orientalmotor.co.jp)
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パワーコントローラーを入れると、サイン波ではなく前半の山の上り部分が削られた波形となり、90°の位相ズレが歪んで回転が多少ガタついたりうなり音が出る可能性があります。

取説にも注意書きがありました。
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負荷となるV-25L1は36W(50Hz時)で対象範囲(20~100W)内ですし、パワーコントローラの可変範囲は0%~100&と広いので、異音がせず適度な回転数となる所を幾つか見つければ良いと考えています。

単相100Vモーターは電源周波数と巻線の極数で回転数が決まりますが、パワーコントローラで速度を落とせるのは、トルクが落ちすべりが大きくなるからの様です。換気扇用のモーターはただ羽を回すだけなので、負荷も軽く一定だから回転数制御しやすいのでしょう。

スイッチ付近にマグネットで取り付け予定、取り付け後に続報予定です。


2023-1-26追記
早速PC-40が到着したので、取り付けてみました。続報記事あり。

 

2023年1月17日 (火)

レンジフードファン取替成功

全体の目次

前回の続きで、今日換気扇V-25L1が届いたので、さっそく取替をしてみました。

まず現況写真です。
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前からです。
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前面カバーを外した状態です。奥に換気扇が見えます。
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換気扇のカバーを外した状態です。羽が4枚見えます。
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換気扇を外した状態です。
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換気扇にはFH-25B1の表記がありました。
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新旧並べた写真です。左が既設、右が買ったV-25L1です。
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V-25L1を取り付けました。
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換気扇カバーを付けた状態です。
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ここまでで換気扇の取替は完了なのですが、もともと照明のスイッチが入らくなっていたので、どうせなら直したいと考えました。

プラ部品で箱状になっていたので、こじ開けてメカ部には5-56、金属接点には接点復活剤をつけようと思った訳です。
分解までしたものの、ハハハ!!! 元に戻せなくなってしまいました。
分解途中で内部にバネがありバラバラにはじけて飛んでしまい、元の状態も分からなくなりました。
特に小さな金属部品の戻し方は、形をよく見て考えても分からないところがあり難しそうですし、バネで弾かれ位置合わせに何回も失敗し、嫌になりました。ちょっとお手上げです。

ばらばらになってしまったスイッチ部分
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元に戻すのは諦めて、代わりにオルタネイト型の押しボタンスイッチを2個買いました。

直近の電子パーツ屋が定休日で寄れず、しょうがないのでハンズに行って使えそうなのがあったので買いました。
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スイッチ部分を取り替えた状態です。
元々スイッチが出ていた穴は長い斜筒状で素直にナットで止められません。
薄く円筒形になるようニッパーで切り取りやすりで平らに削りました。
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実はスイッチが微妙に小さく開いている穴から外れる感じでして、急遽適当なプラ板でワッシャーを作り、取り付けました。
ワッシャー部は近寄らないと分からないので、まあ許せる範囲です。
黒くマジックで塗った部分が付けたプラ板ワッシャーです。
今日のところは応急処置的なので、少し大きめでしっかりしたスイッチに変えるか、今後考えます。

元々ファンの入り切りが別々だったので穴が3つ開いていましたが、オルタネイト型スイッチにしたので照明用スイッチと合わせて2つで済み、使わない真ん中は黒のビニールテープで塞ぎました。
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これで、冬場に気温が下がっても異音はなくなるでしょう。


2023-1-18追記
今朝5時過ぎに運転してみました。異音全く無し回転もスムーズです。
排気能力が高まったせいか、室内のドアの隙間から空気が吸い込まれる風音がかなり強くなりましたが、まあ何とか我慢できる範囲かな。

2023-1-25追記 レンジフードファンの速度調整を検討しました。


2023-1-22追記

ハンズのスイッチは応急処置で、ボタンが小さく操作感や操作音は見た目おもちゃ、プラスチック製で安物感がありました。
仕事帰りに直近のパーツ屋に寄り、押した感触や操作音、形状などで幾つか試し、ミヤマ電器のMS-028が良さそうなので買いました。
早速取り替えました。
取り替え作業のついでに真ん中の穴は直ぐに固まる100均のUVレジンで塞いで黒マジックで着色、より目立たなくしました。

取り替えたスイッチの部分
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押した感触も音、ボタンの大きさも丁度良くなりました。
多少飛び出し過ぎな気もしますが、まあ許せる範囲です。
見えませんが土台プラスチックの裏側はスイッチの取り付けに支障ない様に更に削りました。

ミヤマ電器は業務用スイッチ部品の老舗の様で信頼性も高そうです。

MS-028の仕様(オルタネイト型です)
Ms028

ON/OFFの文字は無くても良いし、ON時にボタンが引っ込んだままにならないし、多少心残りがありますが、店に無かったし、自宅用だし、まあそのうち気にならなくなるでしょう。


2023-1-25追記 レンジフードファンの速度調整を検討しました。



2023年1月15日 (日)

レンジフードファン取替準備

全体の目次

昨冬シーズンからですが、キッチンのレンジフードの換気扇から異音が出る様になりました。
特に今シーズンは異音の音量が昨シーズンよりも大きくなってきてしまい、何とかしないといけない状況です。
気温が0℃近くまで下がると、ファファファファファ。。。とうるさく鳴るのです(下の動画)。
だいたい早朝5時過ぎに換気扇を回すので、近所迷惑が気になり鳴っては止め、鳴っては止めで、大変です。
幸いコンロでお湯を沸かし、排気の温度を上げるとだんだんと収まるので何とか使えています。

この音は、掃除しても、kure 5-56をさしても、シリコンスプレーをかけても駄目です。
音は周期的ですし小さく振動している感じなので、モーター内のグリス切れかベアリング不調により偏心回転している感じです。

ネットで調べていたら簡単に取替できそうで(*)、アマゾンから交換用の換気扇を注文しました。
来たら取替予定です。

モーターを分解してグリスをさすとか、ベアリングを交換するとか、すごい技をお持ちの方もおられますが。。。


音が鳴っている様子です。

 
スマホに入れたアプリでスペクトルを見ると、ファファファ音が出ている時は、約625Hzの整数倍が突出している様です。

ファファファ音が出ている時 ファンが回っているだけの時
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電源周波数=50Hz・プロペラ数4は既知ですが、モーター回転数N・巻き線極数p・取付枠等の共振周波数など不明です。
一般的に回転数ならN[rpm]=120×f/pで求められる様ですが、スイッチを入れて回転数が上がると異音が発生しだんだんと大きな音になるものの、異音の周波数自体は変わらない感じです。たぶんどこかに共振する箇所があり、モーターの回転が上がり共振をキックしてしてしまい、回転中は共振を励起し続けている状況と思われます。なので、共振周波数とモーターの回転数とは直接の関係はなく別物と考えられ、625Hzの裏付けは困難です。いろいろ叩いて同じ周波数の音が出る場所や、異音が鳴っている時に棒で押して音が変わる場所を探せば、
共振箇所が判明するかもしれませんが、古いし取替予定だしそこまでは...) 

現在のレンジフード サンウェーブ レンジフード NBH-711 (22年使用)。
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2a554b741475439cb25123d48f3b9ec1

買った換気扇 V-25L1
Amazon.co.jp: LIXIL サンウエーブ 交換用金属換気扇 【V-25L1】sunwave リクシル : DIY・工具・ガーデン
Photo_20230115201001

LIXILのカタログでもV-25L1が載っていて、適用機種に NBH-711 の記載があります。
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回路図も見つけました。
レンジフード交換用金属換気扇 V-25L1 幅35.2×奥行17.6×高さ35.5cm キッチン / LIXIL サンウェーブ :V-25L1:eTile ヤフーショップ - 通販 - Yahoo!ショッピング
V25l1
この回路図からは、4uFの進相コンデンサを想定している様です。
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2023-1-17追記 V-25L1への取替成功に続きます。


(*)参考
レンジフード交換用金属換気扇 V-25L1 幅35.2×奥行17.6×高さ35.5cm キッチン / LIXIL サンウェーブ :V-25L1:eTile ヤフーショップ - 通販 - Yahoo!ショッピング
富士工業の古い換気扇をリクシルの新しいのに交換してみた♪ - YouTube
古いレンジフードと換気扇を自分で交換・取り付けする方法【プロペラファン編】 | 金のなる木で大家生活 (okita926.com)
ロボットと暮らす サンウェーブ台所換気扇レンジフード交換(2014/06/29) (fc2.com)