JP4444195B2 - 送風装置およびそれを搭載した電気機器 - Google Patents

Description

本発明は、主にレンジフードや天井埋め込み型等の排気用および給気用の換気装置や、加湿機、除湿機、冷凍機器、空気調和機、給湯機、ファンフィルタユニットなどに搭載する送風装置およびその送風装置を搭載した電気機器に関するものである。

近年、換気装置等の電気機器に搭載する送風装置においては、低価格化、高効率化、静音化をした上で、ダクト配管形態による圧力損失や外風圧、フィルタ等の目詰まりによる圧力損失の変化の影響を受けることなく、居室の状況に応じて最適な風量で換気ができるような制御性の良い送風装置が求められている。

従来、この種の送風装置は、特許文献１および２に開示された構成のものが知られている。

以下、その送風装置について図１６〜図１９を参照しながら説明する。

図に示すように、交流電源１０１の交流を直流に交直変換回路１０２にて変換し、コンデンサ１０３にて平滑した直流電圧をブラシレスＤＣモータ１０４へスイッチング回路からなるインバータ１０５を介して印加する、１０６はインバータ１０５から出力される直流電流を検出する電流検出器、１０７はブラシレスＤＣモータ１０４の回転子の位置および速度を検出する位置センサであり、１１０はインバータ１０５を制御する制御手段、１１１は位置センサ１０７の位置信号から回転数を検出する回転数検出部、１１２は電流検出器１０６からの信号からブラシレスＤＣモータ１０４の電流を検出する電流検出部、１１３は回転数検出部１１１と電流検出部１１２からファンの風量を演算する風量演算部、１１４は風量演算部１１３の指令を受けブラシレスＤＣモータ１０４を速度制御する速度制御部であり、風量演算部１１３は演算された演算風量と目標風量との偏差をとり、その偏差がゼロとなるようにブラシレスＤＣモータ１０４の動作の目標となる目標回転数を算出し、速度制御部１１４の出力電圧算出１１４ａでは算出した目標回転数と検出した回転
数から目標回転数となるような出力電圧（ｄｕｔｙ比）を算出し、ＰＷＭ生成１１４ｂにてＰＷＭ信号を生成し、交直変換回路１０２とコンデンサ１０３にて整流平滑した直流電圧をインバータ１０５にてＰＷＭ制御する構成としている。

特開２００２−１６５４７７号公報 特開平１０−８９６７４号公報

このような従来の送風装置によれば、出力電圧（ｄｕｔｙ比）一定の状態にて回転数と電流を検出して風量を演算し、目標風量と演算風量の偏差から目標回転数、出力電圧（ｄｕｔｙ比）を算出、制御している。そのため、図１８のブラシレスＤＣモータ１０４を出力電圧（ｄｕｔｙ比）一定で駆動した場合の回転数−トルク特性グラフに示すように、負荷変化に対して回転数の変化量が少ないので、送風装置の風量−静圧特性は風量型になることから、少ない回転数変化で、風量が大きく変化することになるため、外風圧等の影響で圧力損失がほんの少し変化しても風量は大きく変化することになり、風量一定制御の過程において、常に少ない風量変化量に対応した制御が困難であるという課題があり、少ない風量変化量にも対応できる制御を実現して安定した送風量を確保することが要求されている。

本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、圧力損失など静圧が変化しても風量の変化量が極めて少ない風量一定制御を実現することができる送風装置を提供することを目的としている。

そして、風量演算や目標回転数の算出を必要とするので、風量一定制御を実現するためにはマイクロコンピュータや、その付帯部品の搭載が必須となり、制御回路の面積が大きくなり、送風装置や送風装置を搭載する電気機器においては、制御回路の設置場所や形状に制約が生じることから、機器が大型化するなど、コスト高なるという課題があり、マイクロコンピュータを不要とするなど、制御回路の面積を小さくできることが要求されている。

本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、マイクロコンピュータを使用することなく風量一定制御が実現できる送風装置を提供することを目的としている。

本発明の送風装置は上記目的を達成するために、ブラシレスＤＣモータを搭載した遠心型送風機と、交流電源を全波整流する整流手段と、上段と下段からなり、それぞれ複数のスイッチング素子でブリッジ接続されたインバータ回路と、前記整流手段によって得た高圧電圧を低圧直流電圧に変換して前記インバータ回路に印加するチョッパ回路にて形成された低圧直流電圧変換手段と、前記ブラシレスＤＣモータの磁石回転子の磁極位置を検出する磁極位置検出手段と、この磁極位置検出手段の信号を基に、前記低圧直流電圧変換手段にて生成した低圧直流電圧を、前記インバータ回路を介して前記ブラシレスＤＣモータの複数の駆動コイルに所定の方向と順序で順次全波通電するための駆動ロジック制御手段と、前記インバータ回路に供給する平均電流を略一定に制御する供給電流値制御手段と、この供給電流値制御手段によって略一定に制御する平均電流値を指示する電流値指示手段と、前記磁極位置検出手段の信号出力から前記ブラシレスＤＣモータの運転回転数を検出する回転数検出手段と、前記遠心型送風機の運転風量を指示する風量指示手段と、この風量指示手段によって指示された各風量で一定運転するために前記ブラシレスＤＣモータの必要な回転数を、前記風量指示手段による指示風量毎、前記電流値指示手段による複数の指示電流毎に記憶する規定回転数記憶手段とを備え、前記回転数検出手段によって検出された運転回転数と前記風量指示手段によって指示された風量と前記電流値指示手段によって指示した指示電流に対応した規定回転数を前記規定回転数記憶手段から選定し、この選定した規定回転数と検出した運転回転数とが同一になるよう前記電流値指示手段にて指示する指示電流を変更する風量制御手段を配してなる送風装置の構成としたものである。

この手段により送風装置の風量−静圧特性が静圧型になることから、外風圧等の影響で圧力損失が変化しても風量の変化量は小さくなり、風量一定制御の過程において、少ない風量変化量にも対応した風量一定制御を実現することができ、マイクロコンピュータにて電流を検知する必要がないので、Ａ／Ｄ変換による誤差が無くなり、より高精度の風量一定制御を実現できる送風装置および電気機器が得られる。

また、本発明の送風装置は上記目的を達成するために、駆動ロジック制御手段は低圧直流電圧変換手段にて生成した低圧直流電圧をＰＷＭ制御して、インバータ回路を介してブラシレスＤＣモータの複数の駆動コイルに所定の方向と順序で順次全波通電することを特徴とする送風装置の構成としたものである。

この手段により低圧直流電圧変換手段を構成する回路が簡素化できるので、制御回路の面積を削減できる送風装置および電気機器が得られる。

また、本発明の送風装置は上記目的を達成するために、インバータ回路に供給する平均電流を略一定に制御する供給電流値制御手段と、この供給電流値制御手段によって略一定に制御する平均電流値を指示する電流値指示手段と、遠心型送風機の運転風量を指示する風量指示手段と、この風量指示手段によって指示された風量で一定運転するために、低圧直流電圧変換手段にて生成した低圧直流電圧の電圧値に応じて、前記電流値指示手段によって指示する平均電流値を変化させる風量制御手段を設けたことを特徴とする送風装置の構成としたものである。

この手段によりブラシレスＤＣモータの回転数−トルク特性は回転数が上昇するにしたがって軸トルクが一段と大きくなるので、マイクロコンピュータを使用することなく風量一定制御を実現できる送風装置および電気機器が得られる。

また、本発明の送風装置は上記目的を達成するために、複数の運転風量を指示する風量指示手段と、この風量指示手段によって指示された各風量で一定運転するために、前記電流値指示手段を制御するトルク特性変更手段を設けたことを特徴とする送風装置の構成としたものである。

この手段により風量指示手段で指示する風量の数だけ回転数が上昇するにしたがって軸トルクが一段と大きくなるブラシレスＤＣモータの回転数−トルク特性が得られるため、マイクロコンピュータを使用することなく複数の設定風量において風量一定制御を実現できる送風装置および電気機器が得られる。

また、本発明の送風装置は上記目的を達成するために、磁石回転子の永久磁石は極異方性磁石とし、駆動ロジック制御手段は前記駆動コイルへの導通角を１５０度から１８０度としたことを特徴とする送風装置の構成としたものである。

この手段により駆動コイルに誘起される誘起電圧波形も、駆動コイルに流れる電流波形も略正弦波になるので、インバータ回路に供給される電流波形には急峻な変化を生じないことから電流検知のコンデンサ容量を下げることができ、トルクリプルの発生を抑制するとともに、電流検知を高精度化できるため、制御回路の面積の削減と、低振動化および低騒音化をした上で、高精度の風量一定制御を実現できる送風装置および電気機器が得られる。

本発明によれば、風量一定制御の過程において、少ない風量変化量にも対応するとともに、一時的な圧力損失の変化時においても風量変化量が少なく、マイクロコンピュータにて電流を検知する必要がないので、Ａ／Ｄ変換による誤差が無くなり、より高精度
の風量一定制御が実現できるという効果のある送風装置および電気機器を提供できる。

また、本発明によれば、マイクロコンピュータを使用することなく風量一定制御を実現でき、制御回路の面積削減ができるという効果のある送風装置および電気機器を提供できる。

また、本発明によれば、制御回路の面積を削減でき、小型化できるという効果のある送風装置および電気機器を提供できる。

また、本発明によれば、マイクロコンピュータを使用することなく風量一定制御を実現でき、回転数検知しないことからさらに電子部品を減らすことができ、制御回路の面積削減がより一層できるという効果のある送風装置および電気機器を提供できる。

また、本発明によれば、複数の設定風量において、少ない風量変化量にも対応するとともに、一時的な圧力損失の変化時においても風量変化量が少ない風量一定制御を実現できるという効果のある送風装置および電気機器を提供できる。

また、本発明によれば、制御回路の面積の削減と、低振動化および低騒音化をした上で、高精度の風量一定制御を実現できるという効果のある送風装置および電気機器を提供できる。

本発明の実施の形態１における送風装置を内蔵した換気装置の構成を示すブロック図 同送風装置を内蔵した換気装置における規定回転数記憶手段の記憶内容の一例を示す表を表す図 同送風装置に搭載するブラシレスＤＣモータの回転数−トルク特性の一例を示すグラフ 同送風装置を内蔵した換気装置の風量−静圧と風量−回転数特性の一例を示すグラフ 同送風装置の風量制御プロセスを示す図 同送風装置を内蔵した換気装置を示す三面図 本発明の実施の形態２における送風装置を内蔵した換気装置の構成を示すブロック図 同送風装置に搭載するブラシレスＤＣモータの回転数−トルク特性の一例を示すグラフ 同送風装置を内蔵した換気装置の風量−静圧特性の一例を示すグラフ 同送風装置を内蔵した換気装置を示す三面図 本発明の実施の形態３における送風装置を内蔵した換気装置の構成を示すブロック図 同送風装置に搭載するブラシレスＤＣモータの出力電圧−電流特性を示すグラフ 同送風装置に搭載するブラシレスＤＣモータの回転数−トルク特性を示すグラフ 同送風装置を内蔵した換気装置の風量−静圧特性の一例を示すグラフ 同送風装置を内蔵した換気装置を示す三面図 従来の送風装置を示す回路ブロック図 同送風装置の速度制御部の回路構成を表した図 同送風装置に搭載するブラシレスＤＣモータの回転数−トルク特性を示すグラフ 同送風装置の風量−静圧と風量−回転数特性の一例を示すグラフ

本発明は、ブラシレスＤＣモータを搭載した遠心型送風機と、交流電源を全波整流する整流手段と、上段と下段からなり、それぞれ複数のスイッチング素子でブリッジ接続されたインバータ回路と、前記整流手段によって得た高圧電圧を低圧直流電圧に変換して前記インバータ回路に印加するチョッパ回路にて形成された低圧直流電圧変換手段と、前記ブラシレスＤＣモータの磁石回転子の磁極位置を検出する磁極位置検出手段と、この磁極位置検出手段の信号を基に、前記低圧直流電圧変換手段にて生成した低圧直流電圧を、前記インバータ回路を介して前記ブラシレスＤＣモータの複数の駆動コイルに所定の方向と順序で順次全波通電するための駆動ロジック制御手段と、前記インバータ回路に供給する平均電流を略一定に制御する供給電流値制御手段と、この供給電流値制御手段によって略一定に制御する平均電流値を指示する電流値指示手段と、前記磁極位置検出手段の信号出力から前記ブラシレスＤＣモータの運転回転数を検出する回転数検出手段と、前記遠心型送風機の運転風量を指示する風量指示手段と、この風量指示手段によって指示された各風量で一定運転するために前記ブラシレスＤＣモータの必要な回転数を、前記風量指示手段による指示風量毎、前記電流値指示手段による複数の指示電流毎に記憶する規定回転数記憶手段とを備え、前記回転数検出手段によって検出された運転回転数と前記風量指示手段によって指示された風量と前記電流値指示手段によって指示した指示電流に対応した規定回転数を前記規定回転数記憶手段から選定し、この選定した規定回転数と検出した運転回転数とが同一になるよう前記電流値指示手段にて指示する指示電流を変更する風量制御手段を配してなる送風装置の構成としたものであり、送風装置の風量−静圧特性が静圧型になり、外風圧等の影響で圧力損失が変化しても風量の変化量は小さくなり、マイクロコンピュータにて電流を検知する必要がないので、Ａ／Ｄ変換による誤差が無くなるという作用を有する。

また、駆動ロジック制御手段は低圧直流電圧変換手段にて生成した低圧直流電圧をＰＷＭ制御して、インバータ回路を介してブラシレスＤＣモータの複数の駆動コイルに所定の方向と順序で順次全波通電することを特徴とする送風装置の構成としたものであり、低圧直流電圧変換手段を構成する回路が簡素化できるという作用を有する。

また、インバータ回路に供給する平均電流を略一定に制御する供給電流値制御手段と、この供給電流値制御手段によって略一定に制御する平均電流値を指示する電流値指示手段と、遠心型送風機の運転風量を指示する風量指示手段と、この風量指示手段によって指示された風量で一定運転するために、低圧直流電圧変換手段にて生成した低圧直流電圧の電圧値に応じて、前記電流値指示手段によって指示する平均電流値を変化させる風量制御手段を設けたことを特徴とする送風装置の構成としたものであり、マイクロコンピュータを使用することなく、回転数が上昇するにしたがって軸トルクが一段と大きくなるブラシレスＤＣモータの回転数−トルク特性が得られるという作用を有する。

また、複数の運転風量を指示する風量指示手段と、この風量指示手段によって指示された各風量で一定運転するために、前記電流値指示手段を制御するトルク特性変更手段を設けたことを特徴とする送風装置の構成としたものであり、マイクロコンピュータを使用することなく、風量指示手段で指示する風量の数だけ回転数が上昇するにしたがって軸トルクが一段と大きくなるブラシレスＤＣモータの回転数−トルク特性が得られるという作用を有する。

また、磁石回転子の永久磁石は極異方性磁石とし、駆動ロジック制御手段は前記駆動コイルへの導通角を１５０度から１８０度としたことを特徴とする送風装置の構成としたものであり、駆動コイルに誘起される誘起電圧波形も、駆動コイルに流れる電流波形も略正弦波になるという作用を有する。

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。

（実施の形態１）
図１〜図６に示すように、１はブラシレスＤＣモータ１１を搭載した遠心型送風機１ａを内蔵した送風装置で、１０は送風装置１を内蔵した換気装置である。送風装置１によって吸い込まれた、煙草の煙や調理等で発生し、汚れた室内空気は換気装置１０の吐出口、ダクト２３を介して建物の壁を貫通して屋外に排出される。ブラシレスＤＣモータ１１の磁石回転子３はプラスチックマグネットを射出成形時に極配向させてシャフトと一体成形して形成しており、主磁極部は極異方性磁石３ａとなっている。ブラシレスＤＣモータ１１の外被は炭酸カルシウムや水酸化アルミニウムなどの充填材とガラス繊維を含有する不飽和ポリエステル等の樹脂でモールドされており、磁石回転子３の磁極位置と磁束密度分布を検知する磁極位置検出手段となるホール素子４と、このホール素子４の出力波形を合成する磁束密度分布波形合成手段１２と、上段側スイッチング素子Ｑ１、Ｑ３、Ｑ５と下段側スイッチング素子Ｑ２、Ｑ４、Ｑ６をブリッジ接続したインバータ回路６と、磁束密度分布波形合成手段１２の出力に基づいて駆動コイル２に所定の方向と順序で順次全波通電となるようスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のＯＮ／ＯＦＦを制御する駆動ロジック制御手段５と、駆動コイル２の各相電流波形が磁束密度分布波形合成手段１２によって高調波成
分を除去した波形に略相似形になるように、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６が飽和に近い非飽和状態になるようにフィードバックしながら出力バイアス電流を調整する電流波形制御手段７と、商用交流電源を整流平滑した後の高圧直流電圧を４５Ｖ以下の低圧直流電圧に変換するチョッパ回路にて構成された低圧直流電圧変換手段８と、インバータ回路６に供給される電流を検知する電流検出手段２１と、電流検出手段２１にて検出するインバータ回路６に供給される平均電流値が指示された電流値と同等になるように、低圧直流電圧値変更手段１４を制御することにより、低圧直流電圧変換手段８から出力される電圧を可変しながらフィードバック制御する供給電流値制御手段２２とを内蔵している。電流検出手段２１は基準電圧にシャント・レギュレータを使用し、電流設定抵抗をファンクション・トリミングして検出精度を高めている。そして、電流検出手段２１、供給電流値制御手段２２、低圧直流電圧値変更手段１４と低圧直流電圧変換手段８を構成する部品の一つとなるコイル、２次側平滑コンデンサ、ＦＥＴ（図示せず）を除いて、アルミナ製基板の上に実装、配線接続して集積化したハイブリッドＩＣになっている。ブラシレスＤＣモータ１１からはホール素子４を基にしてパルス信号出力手段４ａにて生成したパルス信号と、低圧直流電圧変換手段８の出力電圧を外部に出力する構成で、ブラシレスＤＣモータ１１には商用交流電源を整流平滑した後の高圧直流電圧と、供給電流値制御手段２２にて一定に制御する平均電流値を指示する電流値指示電圧を入力する構成であり、ブラシレスＤＣモータ１１の外部には商用交流電源を全波整流する整流手段９と、全波整流後の高圧電圧を平滑するコンデンサ１８と、ブラシレスＤＣモータ１１から出力されたパルス信号から磁石回転子３の運転回転数を検知する回転数検出手段１３と、供給電流値制御手段２２にて一定に制御する平均電流値を指示する電流値指示手段１９と、弱、中、強などの送風装置１の運転風量を指示する風量指示手段１５と、風量指示手段１５にて指示された各風量単位に、指示された風量で一定運転するために必要な回転数を規定回転数として電流値指示手段１９で指示する複数の指示電流に対応させて記憶する規定回転数記憶手段１７と、規定回転数記憶手段１７から指示風量と指示電流に対応した規定回転数を選定し、選定した規定回転数と運転回転数が同一になるように電流値指示手段１９の指示値を変更してインバータ回路６に供給する電流値を制御する風量制御手段２０とを配した送風装置１を内蔵した換気装置１０の構成である。ここで、回転数検出手段１３、規定回転数記憶手段１７、電流値指示手段１９、風量制御手段２０はマイクロコンピュータ１６にて構成しており、マイクロコンピュータ１６用の電源はブラシレスＤＣモータ１１より外部出力される低圧直流電圧変換手段８にて生成した直流電圧を減圧して供給されている。

上記構成において、送風装置１に電源の投入をすると、ブラシレスＤＣモータ１１のインバータ回路６に所定の電流が供給され、磁石回転子３が回転する。この時、磁石回転子３の主磁極部は極異方性磁石３ａとなっているため、駆動コイル２に誘起される誘起電圧は略正弦波状の波形となり、ホール素子４の検出波形も略正弦波状の波形となり、磁束密度分布波形合成手段１２は駆動コイル２のｕ相に供給する電流波形の高調波成分を除去するために、ホール素子４のｕ相波形からｖ相波形を減算し、同様に駆動コイル２のｖ相にはホール素子４のｖ相波形からｗ相波形を減算し、駆動コイルのｗ相にはホール素子４のｗ相波形からｕ相波形を減算する。そして、電流波形制御手段７は駆動コイル２の各相電流波形が磁束密度分布波形合成手段１２によって高調波成分を除去した波形に略相似形になるように、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６が飽和に近い非飽和状態になるようにフィードバックしながら出力バイアス電流を調整するので、インバータ回路６に供給される電流波形には急峻な変化が無くなるとともにリプルの発生が抑制されることとなる。そして、供給電流値制御手段２２は電流検出手段２１にて検出したインバータ回路６に供給される平均電流値がブラシレスＤＣモータ１１の外部から電流値指示手段１９にて指示される電流値と等しくなるよう常に低圧直流電圧値変更手段１４を制御して、指示電流値一定にてブラシレスＤＣモータ１１を運転している。その結果、図３の回転数−トルク特性に示すように、ブラシレスＤＣモータ１１はトルク略一定運転となる。そして風量一定制御のプロセスは、回転数検出手段１３がブラシレスＤＣモータ１１から出力されるホール素子４を
基にしたパルス信号の所定時間内のパルス数をカウントして磁石回転子３の平均運転回転数を検出し、風量制御手段２０は風量指示手段１５にて指示された風量と、指示電流値に対応した規定回転数を規定回転数記憶手段１７から選定し、回転数検出手段１３が検出した運転回転数との比較を行い、図５に示すように、運転回転数が規定回転数よりも大きい場合は、送風装置１の運転風量が風量指示手段１５にて指示された風量よりも少ないと判断して電流値指示手段１９にて指示する平均電流値を上げ、逆に運転回転数が規定回転数よりも小さい場合は、送風装置１の運転風量が風量指示手段１５にて指示された風量よりも多いと判断して電流値指示手段１９にて指示する平均電流値を下げる制御を行う。この制御を繰り返し行うことによって、常に指示風量に対して一定になるよう制御できるものである。ここで、外風圧等の影響により圧力損失（ブラシレスＤＣモータ１１に対する負荷）が変化すると、ブラシレスＤＣモータ１１および送風装置１の動作点の変化は図３および図４に示すようになるが、図５に示す制御を繰り返し行うことで送風装置１の風量は一定に制御される。

このような本発明の送風装置１によれば、インバータ回路６に供給する平均電流を略一定に制御する供給電流値制御手段２２と、この供給電流値制御手段２２によって略一定に制御する平均電流値を指示する電流値指示手段１９とを設け、この電流値指示手段１９によってブラシレスＤＣモータ１１の運転回転数を可変制御するので、外風圧等の影響で圧力損失が変化しても、図４に示すように風量の変化量は小さくなり、風量一定制御の過程において、少ない風量変化量にも対応するとともに、一時的な圧力損失の変化時においても風量変化量が少なく、指示風量に収束する時間も短時間化した風量一定制御を実現できる送風装置および換気装置などの電気機器が得られる。

また、指示された風量と、指示電流値に対応した規定回転数を規定回転数記憶手段１７に記憶し、風量制御手段２０は指示電流と運転回転数をパラメータにして、供給電流値制御手段２２によって略一定に制御する平均電流値を制御するので、マイクロコンピュータにて電流を検知する必要がないので、Ａ／Ｄ変換による誤差が無くなり、より高精度の風量一定制御が実現できる送風装置および換気装置などの電気機器が得られる。

また、低圧直流電圧変換手段８を設けることにより、商用交流電源の電源電圧が変動しても影響を受けることなく風量一定制御が実現できる送風装置および換気装置などの電気機器が得られる。

また、電流検出手段２１は基準電圧にシャント・レギュレータを使用し、電流設定抵抗をファンクション・トリミングしているので、高精度に指示電流一定制御ができることとなり、一層高精度化した風量一定制御が実現できる送風装置および換気装置などの電気機器が得られる。

また、磁石回転子３の主磁極部を極異方性磁石３ａとして駆動コイル２に誘起される誘起電圧を略正弦波状とし、電流波形制御手段７は駆動コイル２の各相電流波形が磁束密度分布波形合成手段１２によって高調波成分を除去した波形に略相似形になるように、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６が飽和に近い非飽和状態になるようにフィードバックしながら出力バイアス電流を調整するので、インバータ回路６に供給される電流波形には急峻な変化が無くなるとともにリプルの発生が抑制されることとなり、電流検出手段２１のコンデンサ容量を下げても検知する平均電流値の精度が一段と高くなるとともに、トルクリプルの発生が抑制されることから、制御回路の面積の削減と、低振動化および低騒音化をした上で、高精度の風量一定制御を実現できる送風装置および換気装置などの電気機器が得られる。

また、低圧直流電圧変換手段８など発熱する電子部品を充填材を含有する不飽和ポリエ
ステル等の樹脂にて一体的にモールドするので、低圧直流電圧変換手段８を構成するＦＥＴ、ダイオード、コイル等の発熱部品の温度上昇を抑制できることから、電子部品のサイズも小さくでき、本体回路の小型化を含めた回路面積の一層の削減、低コスト化が実現できることとなる。

また、磁束密度分布波形合成手段１２が、ホール素子４が検知したｕ相、ｖ相、ｗ相の波形を合成することにより、各相ホール素子４のばらつきの影響が小さくなるとともに、ｕ相、ｖ相、ｗ相各相の磁束密度分布波形は、基本的には位相が単にずれただけの波形であることから、２相を減算合成することにより、検知した磁束密度分布波形に含まれた高調波成分が除去されるので、回転むらの発生が抑制できるとともに、トルクリップルおよびトルク変化率をさらに低く抑えることができる。

なお、本実施の形態１では低圧直流電圧変換手段８の出力電圧を可変して供給電流値制御手段２２がインバータ回路６に供給する電流を一定に制御する構成としたが、低圧直流電圧変換手段８の出力電圧を固定し、ＰＷＭ制御するｄｕｔｙを可変する構成としてもよく、風量一定制御の過程において、少ない風量変化量にも対応するとともに、一時的な圧力損失の変化時においても風量変化量が少なく、指示風量に収束する時間も短時間化した風量一定制御を実現できるという作用効果に差異を生じない。

また、本実施の形態１では駆動コイル２に供給される電流波形を、誘起電圧波形に略相似形となるように１８０度通電する構成としたが、用途、商品の要求される風量精度や騒音レベルに応じて、１２０度矩形波通電にしても良く、その作用効果に差異を生じない。さらには、導通角は１５０度以上であればインダクタンスの影響により駆動コイル２に流れる電流波形には急峻な変化が生じることは無く、制御回路の面積の削減と、低振動化および低騒音化をした上で、高精度の風量一定制御を実現できるという作用効果に差異を生じない。

また、本実施の形態１では低圧直流電圧変換手段８を設ける構成としたが、商用交流電源を整流平滑した高圧直流電圧をＰＷＭ制御する構成としても良く、インバータ回路６に供給する平均電流値を一定制御する構成であれば、風量一定制御の過程において、少ない風量変化量にも対応するとともに、一時的な圧力損失の変化時においても風量変化量が少なく、指示風量に収束する時間も短時間化した風量一定制御を実現できるという作用効果に差異を生じない。

また、本実施の形態１ではブラシレスＤＣモータ１１には低圧直流電圧変換手段８、電流検出手段２１を内蔵する構成としたが、駆動ロジック制御手段５、インバータ回路６、ホール素子４、磁束密度分布波形合成手段１２のみを内蔵する構成や、ホール素子４のみを内蔵する構成や、回路を内蔵しない構成としても良く、インバータ回路６に供給する平均電流値を一定制御する構成であれば、風量一定制御の過程において、少ない風量変化量にも対応するとともに、一時的な圧力損失の変化時においても風量変化量が少なく、指示風量に収束する時間も短時間化した風量一定制御を実現できるという作用効果に差異を生じない。

また、本実施の形態１では指示風量と指示電流に対応した規定回転数を規定回転数記憶手段１７に記憶する構成としたが、指示風量に対応した指示電流と規定回転数の関係式を記憶して、風量制御手段２０は関係式より規定回転数を算出する構成としても良く、風量一定制御の過程において、少ない風量変化量にも対応するとともに、一時的な圧力損失の変化時においても風量変化量が少なく、指示風量に収束する時間も短時間化した風量一定制御を実現できるという作用効果に差異を生じない。

（実施の形態２）
図７〜図１０に示すように、２５はブラシレスＤＣモータ１１を搭載した遠心型送風機２５ａを内蔵した送風装置で、２６は送風装置２５を内蔵した換気装置である。２７はブラシレスＤＣモータ１１から出力されたパルス信号をＦ／Ｖ変換して運転回転数が高ければ高い電圧値、運転回転数が低ければ低い電圧値として運転回転数を検知する回転数検出手段で、２８は風量指示手段１５にて指示された風量で送風装置２５を運転するために必要となる図８に示すようなブラシレスＤＣモータ１１の回転数−トルク特性に合わせて回転数検出手段２７にて検出した電圧値に応じて電流値指示手段１９にて指示する電流値を変化させる風量制御手段で、２４は風量指示手段１５にて指示する複数の風量に対応したブラシレスＤＣモータ１１の回転数−トルク特性になるよう電流値指示手段１９を制御するトルク特性制御手段である。この時、インバータ回路６の耐圧とキックバック電圧を考慮した上でインバータ回路６に印加する低圧直流電圧に上限を設け、回転数が上昇しても電流を制御することなく電圧一定で運転する区間を設けている。その他の磁石回転子３、低圧直流電圧変換手段８、電流検出手段２１、供給電流値制御手段２２、インバータ回路６、駆動ロジック制御手段５、ホール素子４を内蔵するブラシレスＤＣモータ１１、整流手段９、コンデンサ１８、電流値指示手段１９などの構成は実施の形態１と同じであり、同一部分には同一番号を付して詳細な説明は省略する。

このような本発明の送風装置２５によれば、風量制御手段２８は送風装置２５の運転回転数が高くなるにしたがって、インバータ回路６に供給する電流値を高くなるよう制御するので、図８に示すように、モータの回転数−トルク特性は回転数が上昇するにしたがって軸トルクが大きくなる特性が得られることとなり、この特性によって、送風装置２５を搭載する換気装置２６では、外風圧やダクト長さなどの圧力損失が変化しても風量を一定に制御できる風量−静圧特性を実現できる送風装置および換気装置などの電気機器が得られる。

また、トルク特性制御手段２４が風量指示手段１５にて指示する風量に対応したブラシレスＤＣモータ１１の回転数−トルク特性になるよう電流値指示手段１９を制御するので、マイクロコンピュータを使用することなく、風量指示手段１５で指示する風量の数だけ外風圧やダクト長さなどの圧力損失が変化しても風量を一定に制御できる風量−静圧特性を実現できる送風装置２５および換気装置２６などの電気機器が得られる。

なお、実施の形態１と同様のインバータ回路６に供給する平均電流値を一定制御する構成における、風量一定制御の過程での少ない風量変化量にも対応するとともに、一時的な圧力損失の変化時においても風量変化量が少なく、指示風量に収束する時間も短時間化した風量一定制御を実現できるという作用効果に差異を生じない。

また、本実施の形態２では実施の形態１と同様に低圧直流電圧変換手段８の出力電圧を可変して供給電流値制御手段２２がインバータ回路６に供給する電流を一定に制御する構成としたが、低圧直流電圧変換手段８の出力電圧を固定し、ＰＷＭ制御するｄｕｔｙを可変する構成としてもよく、モータの回転数−トルク特性は回転数が上昇するにしたがって軸トルクが大きくなる特性が得られ、少ない風量変化量にも対応するとともに、一時的な圧力損失の変化時においても風量変化量が少なく、指示風量に収束する時間も短時間化した風量一定制御を実現できるという作用効果に差異を生じない。

また、実施の形態１と同様に構成の一部を変更することによる作用効果に差異を生じない。

また、本実施の形態２では回転数検出手段２７はブラシレスＤＣモータ１１から出力されたパルス信号をＦ／Ｖ変換して運転回転数が高ければ高い電圧値、運転回転数が低けれ
ば低い電圧値として運転回転数を検知する構成としたが、パルス信号をマルチバイブレータＩＣなどでワンショットパルスに変換し、抵抗とコンデンサにて平滑して電圧値として検出しても良く、その作用効果に差異を生じない。

（実施の形態３）
図１１〜図１４に示すように、３０はブラシレスＤＣモータ１１を搭載した遠心型送風機３０ａを内蔵した送風装置で、３１は送風装置３０を内蔵した換気装置である。３２は風量制御手段で、低圧直流電圧変換手段８の出力電圧−電流特性が図１２に示すような特性になるように、出力電圧の変化をフィードバックして、低圧直流電圧変換手段８の出力する電圧値の大きさに応じて、インバータ回路６に供給する電流を基準設定値に対して変化させるよう電流値指示手段１９を制御する。この時、インバータ回路６の耐圧とキックバック電圧を考慮した上でインバータ回路６に印加する低圧直流電圧に上限を設け、電流を制御することなく電圧一定で運転する区間を設けている。２９は風量指示手段１５にて指示する複数の風量に対応したブラシレスＤＣモータ１１の回転数−トルク特性になるよう指示電流の基準設定値を変更して電流値指示手段１９を制御するトルク特性制御手段である。その他の磁石回転子３、低圧直流電圧変換手段８、電流検出手段２１、供給電流値制御手段２２、インバータ回路６、駆動ロジック制御手段５、ホール素子４を内蔵するブラシレスＤＣモータ１１、整流手段９、コンデンサ１８、電流値指示手段１９などの構成は実施の形態１と同じであり、同一部分には同一番号を付して詳細な説明は省略する。

このような本発明の送風装置３０によれば、風量制御手段３２は送風装置３０の運転回転数が高くなるししたがって、インバータ回路６に供給する電流値を高くなるよう制御するので、図１３に示すように、モータの回転数−トルク特性は回転数が上昇するにしたがって軸トルクが大きくなる特性が得られることとなり、この特性によって、送風装置３０を搭載する換気装置３１では、外風圧やダクト長さなどの圧力損失が変化しても風量を一定に制御できる風量−静圧特性を実現できる送風装置および換気装置などの電気機器が得られる。

また、トルク特性制御手段２９が風量指示手段１５にて指示する風量に対応したブラシレスＤＣモータ１１の回転数−トルク特性になるよう電流値指示手段１９を制御するので、マイクロコンピュータを使用することなく、風量指示手段で指示する風量の数だけ外風圧やダクト長さなどの圧力損失が変化しても風量を一定に制御できる風量−静圧特性を実現できる送風装置および換気装置などの電気機器が得られる。

なお、実施の形態１と同様のインバータ回路６に供給する平均電流値を一定制御する構成における、風量一定制御の過程での少ない風量変化量にも対応するとともに、一時的な圧力損失の変化時においても風量変化量が少なく、指示風量に収束する時間も短時間化した風量一定制御を実現できるという作用効果に差異を生じない。

また、本実施の形態３では実施の形態１と同様に低圧直流電圧変換手段８の出力電圧を可変して供給電流値制御手段２２がインバータ回路６に供給する電流を一定に制御する構成としたが、低圧直流電圧変換手段８の出力電圧を固定し、ＰＷＭ制御するｄｕｔｙを可変する構成としてもよく、モータの回転数−トルク特性は回転数が上昇するにしたがって軸トルクが大きくなる特性が得られ、少ない風量変化量にも対応するとともに、一時的な圧力損失の変化時においても風量変化量が少なく、指示風量に収束する時間も短時間化した風量一定制御を実現できるという作用効果に差異を生じない。

また、実施の形態１と同様に構成の一部を変更することによる作用効果に差異を生じない。

以上のように、本発明にかかる送風装置は、圧力損失の影響を受けることなく、風量−静圧特性において、静圧に関係なく風量一定の特性が得られ、急な静圧変化においても風量の変化量を少なくできることから、送風装置を内蔵し、静圧の変化があっても、大きな風量変化が無いことが要求される電気機器である換気装置、給湯機、エアコンなどの空気調和機、空気清浄機、除湿機、乾燥機、ファンフィルタユニットなどへの搭載が有用である。

１ 送風装置
１ａ 遠心型送風機
２ 駆動コイル
３ 磁石回転子
３ａ 極異方性磁石
４ ホール素子
４ａ パルス信号出力手段
５ 駆動ロジック制御手段
６ インバータ回路
７ 電流波形制御手段
８ 低圧直流電圧変換手段
９ 整流手段
１０ 換気装置
１１ ブラシレスＤＣモータ
１２ 磁束密度分布波形合成手段
１３ 回転数検出手段
１４ 低圧直流電圧値変更手段
１５ 風量指示手段
１６ マイクロコンピュータ
１７ 規定回転数記憶手段
１８ コンデンサ
１９ 電流値指示手段
２０ 風量制御手段
２１ 電流検出手段
２２ 供給電流値制御手段
２３ ダクト
２４ トルク特性制御手段
２５ 送風装置
２５ａ 遠心型送風機
２６ 換気装置
２７ 回転数検出手段
２８ 風量制御手段
２９ トルク特性制御手段
３０ 送風装置
３０ａ 遠心型送風機
３１ 換気装置
３２ 風量制御手段
Ｑ１ 上段側スイッチング素子
Ｑ２ 下段側スイッチング素子
Ｑ３ 上段側スイッチング素子
Ｑ４ 下段側スイッチング素子
Ｑ５ 上段側スイッチング素子
Ｑ６ 下段側スイッチング素子

Claims (7)

1. ブラシレスＤＣモータを搭載した遠心型送風機と、交流電源を全波整流する整流手段と、上段と下段からなり、それぞれ複数のスイッチング素子でブリッジ接続されたインバータ回路と、前記整流手段によって得た高圧電圧を低圧直流電圧に変換して前記インバータ回路に印加するチョッパ回路にて形成された低圧直流電圧変換手段と、前記ブラシレスＤＣモータの磁石回転子の磁極位置を検出する磁極位置検出手段と、この磁極位置検出手段の信号を基に、前記低圧直流電圧変換手段にて生成した低圧直流電圧を、前記インバータ回路を介して前記ブラシレスＤＣモータの複数の駆動コイルに所定の方向と順序で順次全波通電するための駆動ロジック制御手段と、前記インバータ回路に供給する平均電流を略一定に制御する供給電流値制御手段と、この供給電流値制御手段によって略一定に制御する平均電流値を指示する電流値指示手段と、前記磁極位置検出手段の信号出力から前記ブラシレスＤＣモータの運転回転数を検出する回転数検出手段と、前記遠心型送風機の運転風量を指示する風量指示手段と、この風量指示手段によって指示された各風量で一定運転するために前記ブラシレスＤＣモータの必要な回転数を、前記風量指示手段による指示風量毎、前記電流値指示手段による複数の指示電流毎に記憶する規定回転数記憶手段とを備え、前記回転数検出手段によって検出された運転回転数と前記風量指示手段によって指示された風量と前記電流値指示手段によって指示した指示電流に対応した規定回転数を前記規定回転数記憶手段から選定し、この選定した規定回転数と検出した運転回転数とが同一になるよう前記電流値指示手段にて指示する指示電流を変更する風量制御手段を配してなる送風装置。
2. 前記駆動ロジック制御手段は前記低圧直流電圧変換手段にて生成した低圧直流電圧をＰＷＭ制御して、前記インバータ回路を介して前記ブラシレスＤＣモータの複数の駆動コイルに所定の方向と順序で順次全波通電することを特徴とする請求項１記載の送風装置。
3. ブラシレスＤＣモータを搭載した遠心型送風機と、
   交流電源を全波整流する整流手段と、
   上段と下段からなり、それぞれ複数のスイッチング素子でブリッジ接続されたインバータ回路と、
   前記整流手段によって得た高圧電圧を低圧直流電圧に変換して前記インバータ回路に印加するチョッパ回路にて形成された低圧直流電圧変換手段と、
   前記ブラシレスＤＣモータの磁石回転子の磁極位置を検出する磁極位置検出手段と、
   この磁極位置検出手段の信号を基に、前記低圧直流電圧変換手段にて生成した低圧直流電圧を、前記インバータ回路を介して前記ブラシレスＤＣモータの複数の駆動コイルに所定の方向と順序で順次全波通電するための駆動ロジック制御手段と、
   前記インバータ回路に供給する平均電流を略一定に制御する供給電流値制御手段と、
   この供給電流値制御手段によって略一定に制御する平均電流値を指示する電流値指示手段と、
   前記遠心型送風機の運転風量を指示する風量指示手段と、
   この風量指示手段によって指示された風量で一定運転するために、前記低圧直流電圧変換手段にて生成した低圧直流電圧の電圧値に応じて、電圧値が高くなるにしたがい、前記電
   流値指示手段によって指示する平均電流値を上昇させる風量制御手段を設けたことを特徴とする送風装置。
4. 複数の運転風量を指示する風量指示手段と、この風量指示手段によって指示された各風量で一定運転するために、前記電流値指示手段を制御するトルク特性変更手段を設けたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の送風装置。
5. 前記磁石回転子の永久磁石は極異方性磁石とし、前記駆動ロジック制御手段は前記駆動コイルへの導通角を１５０度から１８０度としたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の送風装置。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載の送風装置を搭載した電気機器。
7. 請求項６記載の電気機器は換気装置、除湿機、加湿機、空気調和機、給湯機、ファンフィルタユニットのいずれかであることを特徴とする電気機器。
   

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