JP2004205191A

JP2004205191A - 換気装置

Info

Publication number: JP2004205191A
Application number: JP2003065689A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Haraga; 一博原賀; Hiroyuki Seki; 裕之関; So Yamamoto; 創山本
Original assignee: Toto Ltd
Current assignee: Toto Ltd
Priority date: 2002-10-31
Filing date: 2003-03-11
Publication date: 2004-07-22

Abstract

【課題】ＰＷＭ制御方式のＤＣブラシレスモータを搭載した換気風量制御装置では、１００Ｖなどの電源電圧を整流してモータへ入力し指令電圧に比例したデュ―ティでスイッチングして回転数制御しており、電源電圧値およびモータに内蔵されたパワーＩＣなどのバラツキにより、換気風量制御における換気風量が目標換気風量に対して大きくずれるという課題がある。
【解決手段】リモコンなどの換気風量指示手段によって指示された風量における異なる排気圧力損失ごとの要求モータ回転数を前記制御部にマップとして記憶しておき、実際の施工現場における排気圧力損失に応じて制御部から呼び出した要求モータ回転数を目標に回転数を一定に制御する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、換気装置およびその換気風量制御に関する。
【０００２】
【従来の技術】
マンションなどの集合住宅で室内の空気の入れ替えをするために換気装置が使われるが、現場によって、排気ダクトの長さや曲げの状態が違うため、同じ換気装置を使った場合でも、現場によって排気の抵抗が異なるため換気風量が異なってしまうという問題があった。そこで、風量を一定に制御するために風量センサーまたは静圧センサーを用いて、モータの回転数を制御する方式が考えられるが本方式は、高価なため、簡易な構成で行うため低電圧で駆動するＤＣモータを用い排気圧力損失と印加電圧と回転数の関係から換気風量を制御する方法が提案されていた（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、高電圧（商用電源電圧）で駆動するＤＣブラシレスモータを用い、デューティ１００％回転時の必要換気風量に対応する損失抵抗値の複数分割点でのＦＧパルス数情報が蓄積されたＦＧパルス数ファイルと、ＦＧパルス数に対応したＰＷＭ制御信号のデューティ％情報が蓄積されたデューティ％ファイルと、実際に施工された吸排気ダクトの損失抵抗負荷において、電源投入時の一定時間、ダクトの損失抵抗を自動測定するために、デューティ１００％で回転させ、損失抵抗に対応したＦＧパルス数としてＣＰＵに入力し、そのＦＧパルス数と同じＦＧパルス数をＦＧパルス数ファイルから呼び出し、その検出ＦＧパルス数に対応したＰＷＭ制御信号のデューティ％を上記デューティファイルから呼び出して、これをファンモータの駆動部に出力するという方法も提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特許第３２９２８１８号
【特許文献２】
特開２０００−２８１９２
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１の場合は、ＤＣモータへの印加電圧で、回転数を制御する方式であるため、商用電源の電源電圧の影響などを受けにくく、ある程度の精度を得ることができる。ただし、ＤＣモータの回転数を制御するためにモーターへの印加電圧を可変することができる電源回路部が必要であり、コスト面でも高価になる点と制御部の寸法が大きくなるという課題がある。
特許文献２では、高電圧（商用電源電圧）で駆動する方式であるため、制御部が安価で寸法も小さくすることができる。ただし、商用電源の電源電圧を整流してモータへ印加し、指令電圧に比例したデュ―ティでスイッチングして回転数制御しており、商用電源の電源電圧値およびモータに内蔵されたパワーＩＣなどのバラツキにより、同じＰＷＭ制御信号のデューティ％をあたえても換気風量制御における換気風量が目標換気風量に対して大きくずれるという課題があった。本発明は、上記課題を解決するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段及びその作用・効果】
本発明は、ＰＷＭ（パルス幅変調）制御により駆動するＤＣモータと、前記ＤＣモータの回転を検出する回転数検出手段と、前記ＤＣモータによりファンを回転させ換気を行う送風手段と、前記送風手段に設けられた吸気口に接続され居室を吸気するための吸気ダクトと、前記送風手段に設けられた排気口に接続され前記吸気を屋外へ排気するための排気ダクトと、前記ＤＣモータの駆動制御手段と、前記ＤＣモータ自身の特性を記憶する記憶手段と電源電圧を判定する電源電圧判定手段を備えた換気装置において、あらかじめ前記ＤＣモータの所定の回転数に対応する制御信号値の情報を前記記憶手段へ記憶するとともに、前記情報に基づいて前記回転数・制御信号値換算テーブルを選択して前記テーブルに応じて任意の目標回転数に対応した制御信号値を算出し、前記制御信号値で前記ＤＣモータを駆動し、前記回転数検出手段から出力される運転回転数と前記目標回転数の差に応じて前記吸気及び排気ダクト配管の圧損を推定する圧損推定手段を有することを特徴とした換気装置である。ＤＣブラシレスモータは、内蔵したパワーＩＣや巻線や磁力などの特性バラツキおよび商用電源の電源電圧のバラツキにより、同じ制御信号値を入力してもモータによって回転数が異なる。このまま換気風量制御に用いると目標に対し風量がかなりずれてしまう結果となる。精度の良い風量制御を実現するには、モータ個々の特性を把握し、その特性をもとに風量制御する必要がある。モータの特性を記憶させる手順としては、換気装置の製造工程において、検査運転を実施し指令信号値と回転数の特性を制御部に備えた不揮発性記憶手段に記憶させて、基準となる信号値と回転数とのデータに対するずれ量を補正することによりモーターのバラツキをなくすようにするものである。また、商用電源の電源電圧違いによる特性データも不揮発性記憶手段に記憶させておいてもよいものである。また、電源電圧判定手段は、商用電源の電源電圧を回路により検出する構成でもよいし、換気モーター以外のモーターを利用し、あらかじめ記憶している電源電圧に応じた制御信号値と回転数の関係から商用電源の電源電圧を判定するようにしてもよいものである。本構成により、モーターのバラツキおよび商用電源のバラツキがなくなり安価でかつ安定した精度のよい換気風量制御装置を提供することが可能となった。
【０００７】
また、圧損推定手段において、ダクト配管の圧損推定を前記ファンの運転開始後、あらかじめ決められた運転時間経過後に圧損を判定するようにしたのは、モーター起動時は、モーターのコイルなどが冷えているため同じ制御信号値を出力してもモーターが暖まっているときと回転数の差があり排気圧損を判定する際にずれを生じてしまうため、判定精度を向上させるためにある一定時間モーターの動かし暖まったときに圧損を判定するようにしたものである。ここでは、一定時間による方法で記載しているがモーターの電流値の変化や回転数の変化やモーターの温度を測定する方法でおこなってもよいものである。
【０００８】
つぎに、前記運転回転数と前記目標回転数の差に応じての圧損推定する圧損推定テーブルを有するとともに、前記圧損推定テーブルを参照して、ダクト配管の圧損を検出するようにしておけば近似式（排気圧損と回転数の変化量の関係近似化したもの）による計算によるずれがなくなり排気圧損の判定精度を向上させることができるものである。
【０００９】
つぎに、換気風量を調整する換気風量指示手段を備えるとともに、前記換気風量指示手段によって指示された風量における要求モータ回転数に対して、前記圧損推定テーブルにより算出される回転数を目標回転数とし、目標回転数を一定に制御するようにしたことで、排気圧損が変わっても設定された風量を確保するための最適な回転数で制御できるとともに、商用電源の電源電圧変動やモーターのバラツキなども補正でき、常に一定の必要風量を確保することができるものである。
【００１０】
また、長期間換気運転すると、換気装置にホコリ詰まりなどが発生する。回転数一定制御をしているために、ホコリが詰まった分だけ、換気風量が低下してしまう。換気風量が低下すると、制御信号値も低下するため、ＤＣブラシレスモータへの制御信号値が予め決めておいた値を一定時間の間超えた場合に、目標回転数を変更することで、換気風量を回復させることができるようにしてもよいものである。
【００１１】
さらに、ここでは詳細には触れないが、万が一、換気装置のモータまたは制御部が故障した場合には、モータまたは制御部を交換した後に、リモコンなどからモータの特性データを入力することで、精度の良い換気風量制御を維持できるようにしてもよいものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
図１は、換気装置１００の構成及び制御部１０６の構成を示した図である。本実施例にて説明する図は２室から吸気する換気装置の構成をもとに説明するものであるが１室または２室以上の吸気口を備えたものであってもよいものである。換気装置１００は、モーター１０１、ファン１０２、吸気口Ａ１０３，吸気口Ｂ１０４，排気口１０５から構成されており、制御部１０６は、モーターを制御するための制御信号の演算や回転数の演算等を行うための演算手段１０８，モーターの特性データ（排気口が開放状態の時の指令信号値と回転数のデータ）等を記憶するための書き換え可能な不揮発性記憶手段１０９、モーターを回転させるためのモーター駆動手段１０７（本実施例では、制御部内に入っているがモーター内に組み込まれたものであっても当然よいものである）、商用電源の電源電圧を判定するための電源電圧判定手段２００とを備えたものである。操作部１１０にある換気の運転ボタン（詳細は図示していない）が押されると運転モードに応じた回転数を不揮発性記憶手段部１０９に記憶されたモーター特性値と電源電圧判定手段２００により判定された商用電源の電圧をもとに演算手段部１０８で制御信号値を演算し、制御信号値をモーター駆動手段部１０７を介してモーター１０１へ出力することで回転するようにしているものである。また、モーター回転数を一定に制御する場合は、モーター１０１内に備えた回転数検出素子（図示はしていない）から得られる信号を演算手段部１０８に入力することで目標回転数と実回転数とのずれを演算して回転数が一定になるように制御するものである。
【００１３】
次に、図２について説明する。図２は、モーターへの指令信号と信号に応じた回転数の特性を示すグラフを示しており、モーターのバラツキによりモーター特性Ａ１１１、モーター特性Ｂ１１２、モーター特性Ｃ１１３に示すような傾向があり、同じ回転数ＲＰＭ１で回転させようとしてもモーターの特性違いにより指定値がＶｓ１、Ｖｓ２，Ｖｓ３のような違いがあることを示すものである。また、図１で示した不揮発性記憶部１０９に記憶する数値は、例えばモーターの特性がモーター特性Ｂ１１２の場合は、ＲＰＭ１とＶｓ２を記憶するようにしているものである。言うまでもないがここでは１ポイントの回転数（ＲＰＭ１）につき説明しているだけであり、複数の回転数と指令値のデータを記憶しておいても当然よいものである。
本データは、工場出荷時にモーター毎に数値を制御部１０６内の不揮発性記憶手段１０９に記憶させるようにしているがメンテナンス等で部品交換された場合を考え、操作部１１０（例えば換気装置のリモコン）よりモーターの特性値を入力できるようにしているものである。
【００１４】
つぎに、図３について説明を行う。図３は、各設定風量、排気圧損ごとに回転数データマップを示しているものである。ここで、一実施例として、設定風量が１８０ｍ３／ｈの場合について説明する。図１に操作部１１０を図示しているが本操作部にて換気ボタン（図示はしていない）を押すと設定風量が１８０ｍ３／ｈになるようにあらかじめ制御部１０６に組み込まれているものである。また、詳細は、ここでは触れないが操作部からの操作により設定風量を変更できるようにしていてもよいものである。つぎに、排気圧損（換気装置１００の排気口１０５にとりつけるダクトの長さにより排気抵抗が異なるものである）がどの程度あるかは、換気装置１００をとりつける設置現場によりさまざまであり、自動的に排気圧損を検出するようにしてもよいし、操作部１０６などから排気圧損を入力できるようにしてもよいものである。例えば、排気圧損が、Ｌ２と判定されると、設定風量が１８０ｍ３／ｈであるため、あらかじめ制御部１０６に組み込まれているデータマップから制御する回転数を呼び出し、Ａ２（１２００ｒｐｍ）の回転数を目標回転数とし、回転数が一定になるように制御するようにしたものである。
【００１５】
次に、図４について説明を行う。図４は、排気圧損に応じて回転数が変化する特性（回転数変化量１１４）を示したものである。一実施例として、図２で示したモーター特性Ｂ１１２のモーターを使用した場合につき説明する。本モーターでは、回転数ＲＰＭ１を回転させるためには、指令値Ｖｓ２をモーターへあたえればよく、このデータは、排気口１０５が開放（排気圧損が０の状態）の特性である。そこで、排気口１０５に排気圧損（排気ダクトが接続される）がつくと回転数が変化する特性を利用し、例えば、ある排気圧損のダクトが接続されると回転数がＲＰＭ２に変化する。つぎに、あらかじめ制御部１０６に組み込まれている変化量（△Ｒ＝ＲＰＭ２−ＲＰＭ１）と排気圧損のデータテーブルより変化量が１５ｒｐｍであるとすると１１〜２０ｒｐｍの範囲に入っているため排気圧損はＬ２と判定するようにしたものである。
【００１６】
次に、図５について説明を行う。図５は、換気装置を現場に設置後、電源を投入され、自動的に排気圧損を検出した後に排気圧損を検出後、排気圧損に応じた回転数を制御部１０６に組み込まれたデータテーブルより選択し、選択した回転数がＲＰＭ１でＲＰＭ１で回転させる指令値がＶｓ２とした場合、ある一定時間継続して指令値が一定量α低下した場合には、換気装置に取り付けられたフィルターへほこりが詰まったり、排気側の通路にほこり等が詰まったと判定し、換気風量を確保するために目標の回転数をＲＰＭ１からＲＰＭ２に変更し、それに伴い指令値をＶｓ２からＶｓ２‘へ変更するようにすることで風量の低下を防止するものである。
【００１７】
次に、図６について説明を行う。図６は、図２にしめす指令信号値と回転数の上限側にばらついたモーター特性Ａ１１１の電源電圧を変動させたときの特性をしめすものである。例えば商用電源のセンター値がＡＣ１００Ｖ、上限側にばらついたときの電圧がＡＣ１１０Ｖ、下限側にばらついたときの電圧をＡＣ９０Ｖとすると、電源電圧ＡＣ１００Ｖ時は、電源電圧センター時の特性２０２を示し、電源電圧ＡＣ１１０Ｖ時は、電源電圧上限時の特性２０１、電源電圧ＡＣ９０Ｖ時は、電源電圧下限時の特性２０３を示すものである。あらかじめ電源電圧のセンター時の特性２０２を換気風量制御のデータとして、指令信号値と回転数のデータテーブルを記憶しておいたとすると、図４にしめすように排気圧損を判定するために指令信号値Ｖｓ１を出力した場合、回転数の変化量△Ｒにより排気圧損を判定することになるが、図６にしめすように商用電源の電源電圧が変動すると同じ制御信号Ｖｓ１であっても電源電圧が上限にばらついたときは、回転数はＲＰＭ１＋α１の回転数、電源電圧が下限にばらついたときは、回転数は、ＲＰＭ１―α２の回転数となり、排気圧損を誤って判断することになる。よって、あらかじめ電源電圧判定手段２００にて判定した商用電源の電源電圧に応じて指令信号値を補正して出力すればばらつきをなくすことができ排気圧損を精度よく判別することができるものである。電源電圧が上限側にばらついている場合は、指令信号をＶｓ１―α４で、電源電圧が下限側にばらついている場合は、指令信号値をＶｓ１＋α３で出力すれば同じ回転数ＲＰＭ１で制御することになり、電源電圧のバラツキをなくすことができるものである。また、ここでは、電源電圧をセンター、上限、下限の３つの特性しか記載していないが言うまでもなく複数の電源電圧違いの特性値に応じて制御してもよいものである。
【００１８】
次に、図７について説明を行う。本実施例は、排気圧損を判定する際の略動作を示すフローチャートであり、電源投入すると、電源電圧判定手段２００にて商用電源の電源電圧を判定し、回転数ＲＰＭ１に相当する指令信号値Ｖｓ１を出力し換気ファンを回転させる、その後モーターの回転数を安定させるために規定時間換気モーターを運転し、規定時間経過後換気ファンの回転数ＲＰＭ２を検出し、あらかじめ記憶している回転数ＲＰ１との変化量△Ｒ＝ＲＰＭ２―ＲＰＭ１を判定し、圧損推定テーブルより排気圧損を確定するようにし、排気圧損確定後換気ファンを停止するようにした一実施例である。ここでは、電源投入時に行うようにしているが換気ファンを運転する各運転モードを起動する毎に排気圧損を判定するようにしてもよいものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる換気装置の一実施例を示す構成図である。
【図２】図２は、モーターの指令値と回転数特性を示すグラフである。
【図３】図３は、設定風量と回転数の関係を示すデータテーブルである。
【図４】図４は、排気圧損と回転数の変化量を示すデータテーブルである。
【図５】図５は、動作中に回転数の変更を示すフローである。
【図６】図６は、電源電圧変動による指令信号値と回転数特性を示すグラフである。
【図７】図７は、排気圧損検出動作の略フローチャートである。
【符号の説明】
１００…換気装置
１０１…モーター
１０２…ファン
１０３…吸気口Ａ
１０４…吸気口Ｂ
１０５…排気口
１０６…制御部
１０７…モーター駆動手段
１０８…演算手段
１０９…不揮発性記憶手段
１１０…操作部
１１１…モーター特性Ａ
１１２…モーター特性Ｂ
１１３…モーター特性Ｃ
１１４…回転数変化量
２００…電源電圧判定手段
２０１…電源電圧上限時の特性
２０２…電源電圧センター時の特性
２０３…電源電圧下限時の特性

Claims

ＰＷＭ（パルス幅変調）制御により駆動するＤＣモータと、前記ＤＣモータの回転を検出する回転数検出手段と、前記ＤＣモータによりファンを回転させ換気を行う送風手段と、前記送風手段に設けられた吸気口に接続され居室を吸気するための吸気ダクトと、前記送風手段に設けられた排気口に接続され前記吸気を屋外へ排気するための排気ダクトと、前記ＤＣモータの駆動制御手段と、前記ＤＣモータ自身の特性を記憶する記憶手段と電源電圧を判定する電源電圧判定手段を備えた換気装置において、あらかじめ前記ＤＣモータの所定の回転数に対応する制御信号値の情報を前記記憶手段へ記憶するとともに、前記情報に基づいて前記回転数・制御信号値換算テーブルを選択して前記テーブルに応じて任意の目標回転数に対応した制御信号値を算出し、前記制御信号値で前記ＤＣモータを駆動し、前記回転数検出手段から出力される運転回転数と前記目標回転数の差に応じて前記吸気及び排気ダクト配管の圧損を推定する圧損推定手段を有することを特徴とする換気装置。
前記圧損推定手段において、ダクト配管の圧損推定を前記ファンの運転開始後、あらかじめ決められた運転時間経過後に圧損を判定するようにした事を特徴とする請求項１記載の換気装置。
前記運転回転数と前記目標回転数の差に応じての圧損推定する圧損推定テーブルを有するとともに、前記圧損推定テーブルを参照して、ダクト配管の圧損を検出することを特徴とする請求項１及至請求項２記載の換気装置。
換気風量を調整する換気風量指示手段を備えるとともに、前記換気風量指示手段によって指示された風量における要求モータ回転数に対して、前記圧損推定テーブルにより算出される回転数を目標回転数とし、目標回転数を一定に制御することを特徴とする請求項１及至請求項３記載の換気装置。