JP2007325425A - ブラシレスｄｃモータを搭載した換気送風装置 - Google Patents

Abstract

【課題】特別な設定手段に接続することなく、容易に特性変更ができ、省スペース化、低コスト化できる交流電源に直結するブラシレスＤＣモータを搭載した換気送風装置を提供することを目的としている。
【解決手段】パルス変換手段１４は、磁極位置検出手段５より出力されるパルス信号をＰＷＭパルスに変換し、回転数に応じてリニアに変換する。出力制御手段１５は、ＰＷＭパルスに応じて基準値を生成し、電流検出回路１３で変換された電流値に応じた電圧と比較しチョッパ回路１１を昇降圧して電流を制御するブラシレスＤＣモータ２を搭載した換気送風装置１は、交流電源に直結して電動機のみで回転数をフィードバックして特性を得るため、別途回路を設けることなく、電動機単体で特性を変更でき、更に機器を小型化、低コスト化できる。
【選択図】図２

Description

本発明は、主にパイプファン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、送風機、加湿機、除湿機、冷凍機器、空気調和機、給湯機などのファン駆動用のブラシレスＤＣモータ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ファン駆動用の電動機においては、低価格化、高効率化、静音化が強く求められており、誘導電動機では大幅な高効率化は困難であることから、永久磁石を使用したブラシレスＤＣモータが増えてきている。一方では、交流電源に接続するだけで簡単に回転するというような、使い勝手の良い電動機も求められている。

従来、この種の電動機は、特許文献１〜３に開示された構成のものが知られている。

以下、その電動機について図１２〜図１５を参照しながら説明する。

図に示すように、単一のプリント基板１０６に商用のＡＣ電源を整流する整流部１０１と、ＤＣモータの２相の駆動コイル１０３、１０４と、永久磁石１０５ａを配した磁石回転子１０５と、モータの駆動コイル１０３、１０４と整流部１０１の間には平滑コンデンサ１０９を配し、モータの駆動コイル１０３、１０４に一方向にのみ電流を流すスイッチング素子１０７、１０８と、このスイッチング素子１０７、１０８を含め、モータ駆動コイル１０３、１０４への通電を制御する制御部１０２とを備え、整流部１０１で整流し、平滑コンデンサ１０９にて平滑された高圧ＤＣ電源をモータの駆動コイル１０３、１０４に直接に供給し、整流平滑後の高圧ＤＣ電源を降圧して制御部１０２に供給するようにした２相半波駆動方式の構成としている。

また、この種の電動機は、特許文献４に開示された構成のものが知られている。

以下、その電動機について図１５を参照しながら説明する。

図に示すように、ＡＣ電源を整流する整流部１０１と、この整流部１０１で整流して得たＤＣを低電圧化するＤＣ−ＤＣコンバータ１１０と、ＤＣモータの２相の駆動コイル１０３、１０４と、永久磁石１０５ａを配した磁石回転子１０５と、ＤＣ−ＤＣコンバータ１１０と整流部１０１の間には平滑コンデンサ１０９と、ＤＣ−ＤＣコンバータ１１０とモータの駆動コイル１０３、１０４の間には平滑コンデンサ１１１とモータの駆動コイル１０３、１０４に一方向にのみ電流を流すスイッチング素子１０７、１０８とを配し、ＤＣ−ＤＣコンバータ１１０にて整流部１０１で生じたＤＣ電源の電圧実行値を低くし、磁極検知素子からの信号でスイッチング素子１０７、１０８を制御し、モータの駆動コイル１０３、１０４に順次低電圧ＤＣ電流が流されるようにした２相半波駆動方式の構成としている。
特開２０００−４１３７０号公報 特開２０００−４１３９５号公報 特開２００２−１０６０９号公報 特開２００３−２８４３０７号公報

このような従来の電動機を搭載した換気送風装置によれば、搭載する機器に応じた電動機の出力特性を得るために、電動機とは別の制御回路や設定手段を設け、その制御回路または設定手段より出力される指示信号に応じて電動機の特性を変更する方法が一般的であるが、回路スペースが別途必要になるなど機器を小型化、低コスト化できない、交流電源に直結している利点を発揮できないといった課題があった。

本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、別途回路を設けることなく、電動機単体で特性を変更でき、更に機器を小型化、低コスト化できるブラシレスＤＣモータを搭載した換気送風装置を提供することを目的としている。

また、換気送風装置では、電動機を電圧一定や回転数一定で運転した場合、圧力損失などの静圧変動に対して風量が出過ぎて騒音の増大、冷暖房時の空調負荷の増大、使用者への不快感（コールドドラフト）や安定した風量を得られないといった課題があった。

本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、圧力損失などの静圧変動に対して風量の出過ぎを抑え、低騒音で効率良く所望の風量を得ることができるブラシレスＤＣモータを搭載した換気送風装置を提供することを目的としている。

また、機器を組立てた後に、巻線、磁石、回路部品や機器の精度によりばらつきが生じても電動機の特性変更ができないことや現場での機器の変更が困難であることから、組立てた後や設置後に容易に特性を調整できる換気送風装置が要求されている。

本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、機器を組立てた後や設置後でも容易に特性を調整できるブラシレスＤＣモータを搭載した換気送風装置を提供することを目的としている。

また、換気送風装置は、使用者が容易に触れることのできない箇所（例えば天井）に設置される場合が大半を占めており、異物の混入や経年変化による異常時に電動機が故障してロックして発熱したり、使用者が認識し難く汚染空気を換気できないまま放置され健康を害するといった課題があった。

本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、設置後に電動機が故障またはロックしても安全性を確保でき、使用者に異常を通知できるブラシレスＤＣモータを搭載した換気送風装置を提供することを目的としている。

また、換気送風装置を設置する天井などはスペースが年々縮小化しており、機器の小型化、省スペース化が要求されている。更にはサニタリーゾーンに設置される場合も多く、塵埃や湿度に対する安全性も要求されている。

本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、外郭および構成要素を絶縁を兼ねたモールド樹脂で一体化して放熱性を高め、小型で低コストな安全性を高めたブラシレスＤＣモータを搭載した換気送風装置を提供することを目的としている。

本発明のブラシレスＤＣモータを搭載した換気送風装置は上記目的を達成するために、交流電源に直結するブラシレスＤＣモータにファンを備えた本体と、前記ブラシレスＤＣモータに交流電源を入力する外部接続手段と、前記ブラシレスＤＣモータの磁石回転子の磁極位置を検知する磁極位置検出手段と、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、交流電源を直流電源に変換して前記インバータ回路に印加する電圧変換手段と、前記磁極位置検出手段の信号を基に前記電圧変換手段にて生成した電圧を前記インバータ回路を介して前記ブラシレスＤＣモータに所定の方向と順序で順次全波通電する駆動制御手段と、前記磁極位置検出手段より出力される信号に応じて予め定められたキャリア周波数のＰＷＭパルスに変換するパルス変換手段と、前記電圧変換手段から出力される電流を検出する電流検出回路と、前記パルス変換手段より出力されるＰＷＭパルスと前記電流検出回路より出力される信号に応じて前記電圧変換手段の出力を制御する出力制御手段とを備え、前記出力制御手段は前記パルス変換手段から出力されるＰＷＭパルスから基準値を生成し前記電流検出回路より出力される信号と比較して前記電圧変換手段から出力される電流を制御することを特徴とするブラシレスＤＣモータを搭載した換気送風装置としたものである。

これにより、ブラシレスＤＣモータを交流電源に直結して電動機のみで回転数をフィードバックして特性を得るため、別途回路を設けることなく、電動機単体で特性を変更でき、更に機器を小型化、低コスト化できるブラシレスＤＣモータを搭載した換気送風装置が得られる。

また他の手段は、前記出力制御手段は、前記パルス変換手段から出力されるＰＷＭパルスが予め定められた値を超えた場合に前記電圧変換手段から出力される電流を一定値に制限することを特徴とする請求項１記載のブラシレスＤＣモータを搭載した換気送風装置としたものである。

これにより、ブラシレスＤＣモータに流れる電流を予め定められた回転数で制限するため、圧力損失などの静圧変動に対して風量の出過ぎを抑え、低騒音で効率良く所望の風量を得ることができるブラシレスＤＣモータを搭載した換気送風装置が得られる。

また他の手段は、前記出力制御手段は、前記パルス変換手段から出力されるＰＷＭパルスと前記電圧変換手段から出力される電流の関係が予め定められた一次式になる様に制御することを特徴とする請求項１記載のブラシレスＤＣモータを搭載した換気送風装置としたものである。

これにより、ブラシレスＤＣモータに流れる電流と回転数との関係を予め定められた一次式になる様に制御して所望の風量を得るため、圧力損失などの静圧変動に対して風量の出過ぎを抑え、低騒音で効率良く略一定の風量を得ることができるブラシレスＤＣモータを搭載した換気送風装置が得られる。

また他の手段は、前記出力制御手段は、前記パルス変換手段より出力されるＰＷＭパルスと前記電圧変換手段から出力される電流の関係が予め定められた少なくとも２つ以上の一次式の組み合わせとなる様に制御することを特徴とするブラシレスＤＣモータを搭載した換気送風装置としてものである。

これにより、ブラシレスＤＣモータに流れる電流と回転数との関係を予め定められた２つ以上の一次式の組み合わせとなる様に制御して所望の風量を得るため、圧力損失などの静圧変動に対して風量の出過ぎを抑え、低騒音で効率良く略一定の風量を得ることができるブラシレスＤＣモータを搭載した換気送風装置が得られる。

また他の手段は、前記出力制御手段は、前記パルス変換手段より出力されるＰＷＭパルスと前記電圧変換手段から出力される電流の関係が予め定められた領域で不連続になる様に制御することを特徴とするブラシレスＤＣモータを搭載した換気送風装置としたものである。

これにより、ブラシレスＤＣモータに流れる電流と回転数を予め定められた領域で不連続として機器との共振を回避する様に制御して風量を得るため、圧力損失などの静圧変動に対して風量の出過ぎを抑え、低騒音で効率良く略一定の風量を得ることができるブラシレスＤＣモータを搭載した換気送風装置が得られる。

また他の手段は、前記ブラスレスＤＣモータは、初期設定手段と不揮発性記憶手段を備え、前記出力制御手段は、前記パルス変換手段より出力されるＰＷＭパルスと前記電圧変換手段から出力される電流の関係を前記不揮発性記憶手段に記憶することを特徴とするブラシレスＤＣモータを搭載した換気送風装置としたものである。

これにより、機器を組立てた後にブラシレスＤＣモータに流れる電流と回転数の関係を設定することができるため、機器を組立てた後や設置後でも圧力損失などの静圧変動に対して風量の出過ぎを抑え、低騒音で効率良く所望の風量を得ることができるブラシレスＤＣモータを搭載した換気送風装置が得られる。

また他の手段は、前記ブラスレスＤＣモータは、初期設定手段と不揮発性記憶手段を備え、前記出力制御手段は、風量ゼロ点における前記電圧変換手段から出力される電流を前記不揮発性記憶手段に記憶して予め定められたＰＷＭパルスと電流の関係を補正することを特徴とするブラシレスＤＣモータを搭載した換気送風装置としたものである。

これにより、機器を組立てた後にブラシレスＤＣモータに流れる電流と回転数の関係を補正することができるため、機器を組立てた後や設置後でも圧力損失などの静圧変動に対して風量の出過ぎを抑え、低騒音で効率良く所望の風量を得ることができるブラシレスＤＣモータを搭載した換気送風装置が得られる。

また他の手段は、前記出力制御手段は、前記ブラスレスＤＣモータが起動してある一定時間経過した後に前記パルス変換手段より出力されるＰＷＭパルスが予め定められた値を超えた場合に前記電圧変換手段を停止する様に制御することを特徴とするブラシレスＤＣモータを搭載した換気送風装置としたものである。

これにより、電動機が故障またはロックしても安全性を確保できるブラシレスＤＣモータを搭載した換気送風装置が得られる。

また他の手段は、前記出力制御手段は、前記ブラスレスＤＣモータが起動してある一定時間経過した後に前記パルス変換手段より出力されるＰＷＭパルスが予め定められた値を超えた場合に前記電圧変換手段の出力電圧を垂下的に制御することを特徴とするブラシレスＤＣモータを搭載した換気送風装置としたものである。

これにより、ブラシレスＤＣモータが故障またはロックした場合、垂下的に出力電圧を絞るため、電動機が故障またはロックしても安全性を確保できるブラシレスＤＣモータを搭載した換気送風装置が得られる。

また他の手段は、前記出力制御手段は、前記ブラスレスＤＣモータが起動してある一定時間経過した後に前記パルス変換手段より出力されるＰＷＭパルスが予め定められた値を超えた場合に前記インバータ回路の少なくとも上下どちらかの通電を停止する様に前記駆動制御手段を制御することを特徴とするブラシレスＤＣモータを搭載した換気送風装置としたものである。

これにより、電動機が故障またはロックしても安全性を確保できるブラシレスＤＣモータを搭載した換気送風装置が得られる。

また他の手段は、換気送風装置は、異常通知手段を備え、前記外部接続手段を介して前記異常通知手段に異常を通知することを特徴とするブラシレスＤＣモータを搭載した換気送風装置としたものである。

これにより、電動機が故障またはロックしても安全性を確保でき、使用者に異常を通知できるブラシレスＤＣモータを搭載した換気送風装置が得られる。

また他の手段は、前記ブラシレスＤＣモータは、外郭および構成要素を絶縁を兼ねたモールド樹脂で一体化したことを特徴とする換気送風装置としたものである。

これにより、ブラシレスＤＣモータの外郭および構成要素を絶縁を兼ねたモールド樹脂で一体化して放熱性を高めたため、小型で低コストで安全性を高めるブラシレスＤＣモータを搭載した換気送風装置が得られる。

本発明によれば、ブラシレスＤＣモータを交流電源に直結して電動機のみで回転数をフィードバックして特性を得るため、別途回路を設けることなく、電動機単体で特性を変更でき、更に機器を小型化、低コスト化できるブラシレスＤＣモータを搭載した換気送風装置を提供できる。

また、ブラシレスＤＣモータに流れる電流を予め定められた回転数で制限するため、圧力損失などの静圧変動に対して風量の出過ぎを抑え、低騒音で効率良く所望の風量を得ることができるブラシレスＤＣモータを搭載した換気送風装置を提供できる。

また、ブラシレスＤＣモータに流れる電流と回転数との関係を予め定められた一次式になる様に制御して所望の風量を得るため、圧力損失などの静圧変動に対して風量の出過ぎを抑え、低騒音で効率良く略一定の風量を得ることができるブラシレスＤＣモータを搭載した換気送風装置を提供できる。

また、ブラシレスＤＣモータに流れる電流と回転数との関係を予め定められた２つ以上の一次式の組み合わせとなる様に制御して所望の風量を得るため、圧力損失などの静圧変動に対して風量の出過ぎを抑え、低騒音で効率良く略一定の風量を得ることができるブラシレスＤＣモータを搭載した換気送風装置を提供できる。

また、ブラシレスＤＣモータに流れる電流と回転数を予め定められた領域で不連続として機器との共振を回避する様に制御して風量を得るため、圧力損失などの静圧変動に対して風量の出過ぎを抑え、低騒音で効率良く略一定の風量を得ることができるブラシレスＤＣモータを搭載した換気送風装置を提供できる。

また、機器を組立てた後にブラシレスＤＣモータに流れる電流と回転数の関係を設定することができるため、機器を組立てた後や設置後でも圧力損失などの静圧変動に対して風量の出過ぎを抑え、低騒音で効率良く所望の風量を得ることができるブラシレスＤＣモータを搭載した換気送風装置を提供できる。

また、機器を組立てた後にブラシレスＤＣモータに流れる電流と回転数の関係を補正することができるため、機器を組立てた後や設置後でも圧力損失などの静圧変動に対して風量の出過ぎを抑え、低騒音で効率良く所望の風量を得ることができるブラシレスＤＣモータを搭載した換気送風装置を提供できる。

また、電動機が故障またはロックしても安全性を確保できるブラシレスＤＣモータを搭載した換気送風装置を提供できる。

また、ブラシレスＤＣモータが故障またはロックした場合、垂下的に出力電圧を絞るため、電動機が故障またはロックしても安全性を確保できるブラシレスＤＣモータを搭載した換気送風装置を提供できる。

また、電動機が故障またはロックしても安全性を確保でき、使用者に異常を通知できるブラシレスＤＣモータを搭載した換気送風装置を提供できる。

また、ブラシレスＤＣモータの外郭および構成要素を絶縁を兼ねたモールド樹脂で一体化して放熱性を高めたため、小型で低コストで安全性を高めるブラシレスＤＣモータを搭載した換気送風装置を提供できる。

本発明の請求項１記載の発明は、交流電源に直結するブラシレスＤＣモータにファンを備えた本体と、前記ブラシレスＤＣモータに交流電源を入力する外部接続手段と、前記ブラシレスＤＣモータの磁石回転子の磁極位置を検知する磁極位置検出手段と、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、交流電源を直流電源に変換して前記インバータ回路に印加する電圧変換手段と、前記磁極位置検出手段の信号を基に前記電圧変換手段にて生成した電圧を前記インバータ回路を介して前記ブラシレスＤＣモータに所定の方向と順序で順次全波通電する駆動制御手段と、前記磁極位置検出手段より出力される信号に応じて予め定められたキャリア周波数のＰＷＭパルスに変換するパルス変換手段と、前記電圧変換手段から出力される電流を検出する電流検出回路と、前記パルス変換手段より出力されるＰＷＭパルスと前記電流検出回路より出力される信号に応じて前記電圧変換手段の出力を制御する出力制御手段とを備え、前記出力制御手段は前記パルス変換手段から出力されるＰＷＭパルスから基準値を生成し前記電流検出回路より出力される信号と比較して前記電圧変換手段から出力される電流を制御することを特徴とするブラシレスＤＣモータを搭載した換気送風装置としたものであり、ブラシレスＤＣモータを交流電源に直結して電動機のみで回転数をフィードバックして特性を得るため、別途回路を設けることなく、電動機単体で特性を変更でき、更に機器を小型化、低コスト化できるという作用を有する。

また、前記出力制御手段は、前記パルス変換手段から出力されるＰＷＭパルスが予め定められた値を超えた場合に前記電圧変換手段から出力される電流を一定値に制限することを特徴とする請求項１記載のブラシレスＤＣモータを搭載した換気送風装置としたものであり、ブラシレスＤＣモータに流れる電流を予め定められた回転数で制限するため、圧力損失などの静圧変動に対して風量の出過ぎを抑え、低騒音で効率良く所望の風量を得ることができるという作用を有する。

また、前記出力制御手段は、前記パルス変換手段から出力されるＰＷＭパルスと前記電圧変換手段から出力される電流の関係が予め定められた一次式になる様に制御することを特徴とする請求項１記載のブラシレスＤＣモータを搭載した換気送風装置としたものであり、ブラシレスＤＣモータに流れる電流と回転数との関係を予め定められた一次式になる様に制御して所望の風量を得るため、圧力損失などの静圧変動に対して風量の出過ぎを抑え、低騒音で効率良く略一定の風量を得ることができるという作用を有する。

また、前記出力制御手段は、前記パルス変換手段より出力されるＰＷＭパルスと前記電圧変換手段から出力される電流の関係が予め定められた少なくとも２つ以上の一次式の組み合わせとなる様に制御することを特徴とする請求項１記載のブラシレスＤＣモータを搭載した換気送風装置としたものであり、ブラシレスＤＣモータに流れる電流と回転数との関係を予め定められた２つ以上の一次式の組み合わせとなる様に制御して所望の風量を得るため、圧力損失などの静圧変動に対して風量の出過ぎを抑え、低騒音で効率良く略一定の風量を得ることができるという作用を有する。

また、前記出力制御手段は、前記パルス変換手段より出力されるＰＷＭパルスと前記電圧変換手段から出力される電流の関係が予め定められた領域で不連続になる様に制御することを特徴とする請求項１〜４記載のブラシレスＤＣモータを搭載した換気送風装置としたものであり、ブラシレスＤＣモータに流れる電流と回転数を予め定められた領域で不連続として機器との共振を回避する様に制御して風量を得るため、圧力損失などの静圧変動に対して風量の出過ぎを抑え、低騒音で効率良く略一定の風量を得ることができるという作用を有する。

また、前記ブラスレスＤＣモータは、初期設定手段と不揮発性記憶手段を備え、前記出力制御手段は、前記パルス変換手段より出力されるＰＷＭパルスと前記電圧変換手段から出力される電流の関係を前記不揮発性記憶手段に記憶することを特徴とする請求項１〜５に記載のブラシレスＤＣモータを搭載した換気送風装置としたものであり、機器を組立てた後にブラシレスＤＣモータに流れる電流と回転数の関係を設定することができるため、機器を組立てた後や設置後でも圧力損失などの静圧変動に対して風量の出過ぎを抑え、低騒音で効率良く所望の風量を得ることができるという作用を有する。

また、前記ブラスレスＤＣモータは、初期設定手段と不揮発性記憶手段を備え、前記出力制御手段は、風量ゼロ点における前記電圧変換手段から出力される電流を前記不揮発性記憶手段に記憶して予め定められたＰＷＭパルスと電流の関係を補正することを特徴とする請求項１〜５に記載のブラシレスＤＣモータを搭載した換気送風装置としたものであり、機器を組立てた後にブラシレスＤＣモータに流れる電流と回転数の関係を補正することができるため、機器を組立てた後や設置後でも圧力損失などの静圧変動に対して風量の出過ぎを抑え、低騒音で効率良く所望の風量を得ることができるという作用を有する。

また、前記出力制御手段は、前記ブラスレスＤＣモータが起動してある一定時間経過した後に前記パルス変換手段より出力されるＰＷＭパルスが予め定められた値を超えた場合に前記電圧変換手段を停止する様に制御することを特徴とする請求項１〜７に記載のブラシレスＤＣモータを搭載した換気送風装置としたものであり、電動機が故障またはロックしても安全性を確保できるという作用を有する。

また、前記出力制御手段は、前記ブラスレスＤＣモータが起動してある一定時間経過した後に前記パルス変換手段より出力されるＰＷＭパルスが予め定められた値を超えた場合に前記電圧変換手段の出力電圧を垂下的に制御することを特徴とする請求項１〜７に記載のブラシレスＤＣモータを搭載した換気送風装置としたものであり、ブラシレスＤＣモータが故障またはロックした場合、垂下的に出力電圧を絞るため、電動機が故障またはロックしても安全性を確保できるという作用を有する。

また、前記出力制御手段は、前記ブラスレスＤＣモータが起動してある一定時間経過した後に前記パルス変換手段より出力されるＰＷＭパルスが予め定められた値を超えた場合に前記インバータ回路の少なくとも上下どちらかの通電を停止する様に前記駆動制御手段を制御することを特徴とする請求項１〜７に記載のブラシレスＤＣモータを搭載した換気送風装置としたものであり、電動機が故障またはロックしても安全性を確保できるという作用を有する。

また、換気送風装置は、異常通知手段を備え、前記外部接続手段を介して前記異常通知手段に異常を通知することを特徴とする請求項８〜１０に記載のブラシレスＤＣモータを搭載した換気送風装置としたものであり、電動機が故障またはロックしても安全性を確保でき、使用者に異常を通知できるという作用を有する。

また、前記ブラシレスＤＣモータは、外郭および構成要素を絶縁を兼ねたモールド樹脂で一体化したことを特徴とする請求項１〜１１に記載の換気送風装置としたものであり、ブラシレスＤＣモータの外郭および構成要素を絶縁を兼ねたモールド樹脂で一体化して放熱性を高めたため、小型で低コストで安全性を高め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は、本発明の実施の形態１におけるブラシレスＤＣモータを搭載した換気装置を示す三面図で、（ａ）同換気装置を示す正面図、（ｂ）同換気装置を示す側面図、（ｃ）同換気装置を示す下面図であり、図２は、同ブラシレスＤＣモータのブロック図である。

図１、図２に示すように、換気送風装置１は天井に設置されており、交流電源に直結するブラシレスＤＣモータ２は、シロッコファンなどの遠心型送風型のファン３に直結されている。ブラシレスＤＣモータ２の磁石回転子４は、Ｎ極とＳ極の１ペアを複数配置した回転子である。磁極位置検出手段５は、磁石回転子４のＮ極からＳ極またはＳ極からＮ極への変化を電気的なＨまたはＬの信号に変換する例えばホールＩＣである。インバータ回路６は、複数のスイッチング素子例えばトランジスタやＦＥＴでブリッジ接続され、ブラシレスＤＣモータ２の固定子の駆動コイル７に接続されている。外部接続手段８より交流電源が入力され、電圧変換手段９は、交流電源をダイオードブリッジで整流してコンデンサで平滑する整流部１０と整流された直流電源をチョッピングして降圧するチョッパ回路１１で構成されている。外部接続手段８としては、例えば、コネクタなどがある。

駆動制御手段１２は、磁極位置検出手段５より出力される信号の組み合わせに基づいて駆動コイル７に所定の方向と順序で順次全波通電となるようにインバータ回路６のスイッチング素子をオンオフ制御する。駆動制御手段１２は、例えば汎用のモノリシックＩＣである。電流検出回路１３は、電圧変換手段９より出力される電流を電圧に変換する例えばシャント抵抗である。パルス変換手段１４は、磁極位置検出手段５より出力される回転信号を予め定められた過聴域周波数以上の例えば２０ｋＨｚのキャリア周波数のＰＷＭパルスに変換する例えばタイマ・カウンタやラッチ等の論理回路で形成されるＰＬＤ（プログラマブルロジックデバイス）やマイクロコンピュータである。磁極位置検出手段５より出力される回転信号は、ブラシレスＤＣモータ２の回転が安定しているときにはｄｕｔｙ５０％のパルス信号となる。出力制御手段１５は、パルス変換手段１４より出力される信号より基準値を生成し、電流検出回路１３より出力される信号とを比較して電圧変換手段９のチョッパ回路１１を制御する。

上記構成において、電圧変換手段９より出力される電圧は、磁極位置検出手段５の信号に基づいてインバータ回路６を介して所定の順序で駆動コイル７に流れる様に駆動制御手段１２が制御してブラシレスＤＣモータ２を運転する。駆動コイル７に流れる電流はインバータ回路６を介して電流検出回路１３に入力され電流値に応じた電圧に変換され出力制御手段１５に入力される。また、磁極位置検出手段５は、ブラシレスＤＣモータ２の回転数に応じて磁石回転子４のＮ極からＳ極またはＳ極からＮ極への変化を電気的なＨまたはＬのパルス信号として出力する。パルス変換手段１４は、磁極位置検出手段５より出力されるパルス信号即ち回転数信号を予め定められた例えば２０ｋＨｚ周期のＰＷＭパルスに変換し、回転数に応じてオン（またはオフ）時間をリニアに変換する。図３（ａ）は、ＰＷＭパルスと回転数の関係の一例を示す図である。出力制御手段１５は、ＰＷＭパルスに応じて基準値を生成し、電流検出回路１３で変換された電流値に応じた電圧と比較し基準値より高ければチョッパ回路１１を降圧して電流を下げる様に制御し、基準値より低ければ昇圧して電流を増やす様に制御する。図３（ｂ）は、ＰＷＭパルスと基準値との関係の一例を示す図である。

以上の様に構成したブラシレスＤＣモータ２を搭載した換気送風装置１は、交流電源に直結して電動機のみで回転数をフィードバックして特性を得るため、別途回路を設けることなく、電動機単体で特性を変更でき、更に機器を小型化、低コスト化できる。

また、出力制御手段１５が、ＰＷＭパルスに応じて基準値を生成する際に、予め定められた値で制限し、電流検出回路１３で変換された電流値に応じた電圧と比較し基準値より高ければチョッパ回路１１を降圧して電流を下げる様に制御し、基準値より低ければ昇圧して電流を増やす様に制御する。一例として、予め定められた制限値は、図４に示す風量曲線の所望の風量となる電流値に相当する。

以上の様に構成したブラシレスＤＣモータ２を搭載した換気送風装置１は、図４のように圧力損失などの静圧変動に対して風量の出過ぎを抑え、低騒音で効率良く所望の風量を得ることができる。

なお、実施の形態１では、駆動制御手段１２を汎用のモノリシックＩＣとしたが、マイクロコンピュータとしてもその作用効果に差異を生じない。

また、実施の形態１では、ファン３をシロッコファンなどの遠心型送風型の場合を示したが、プロペラファンのなどの軸流型送風機（図示せず）の場合、パルス変換手段１４の図３ａの傾きを逆（ＰＷＭパルス大の時、回転数大）とするか、出力制御手段１５を、電流検出回路１３で変換された電流値に応じた電圧と比較し基準値より高ければチョッパ回路１１を昇圧して電流を上げる様に制御し、基準値より低ければ降圧して電流を下げる様に制御すれば良くその作用効果に差異を生じない。

（実施の形態２）
図５は本発明の実施の形態２におけるブラシレスＤＣモータ２のブロック図であり、図６（ａ）は同一次式と予め風量特性が略一定となるＰＷＭパルスと基準値との関係の一例を示す図、図６（ｂ）は、同少なくとも２つ以上の一次式の組み合わせとＰＷＭパルスと基準値との関係の一例を示す図、図６（ｃ）は、同不連続領域をもった少なくとも２つ以上の一次式の組み合わせとＰＷＭパルスと基準値との関係の一例を示す図である。

図５、図６（ａ）、図６（ｂ）、図６（ｃ）において、実施の形態１と同一の部分については、同一番号を付し、詳細な説明は省略する。

図５に示すように、出力制御手段１５はマイクロコンピュータ１６に内蔵されており、予め風量特性が略一定となる回転数、即ちパルス変換手段１４より出力されるＰＷＭパルスと電圧変換手段９より出力される電流、即ち電流検出回路１３で変換された電流値に応じた電圧に相当する基準値との関係を式１として記憶している。

ｔｏｎ＝ａ×Ｖｉ＋ｂ・・・（式１）
ここで、ＰＷＭパルスはｔｏｎ、基準値をＶｉ、ａとｂは定数である。図６（ａ）は、式１と予め風量特性が略一定となるＰＷＭパルスと基準値との関係を示す一例の図である。

上記構成において、出力制御手段１５より出力される電流はインバータ回路６を介して電流検出回路１３に入力され電流値に応じた電圧に変換され出力制御手段１５に入力される。また、磁極位置検出手段５は、ブラシレスＤＣモータ２の回転数に応じて磁石回転子４のＮ極からＳ極またはＳ極からＮ極への変化を電気的なＨまたはＬのパルス信号を出力する。パルス変換手段１４は、磁極位置検出手段５より出力されるパルス信号、即ち回転数信号を予め定められた例えば２０ｋＨｚ周期のＰＷＭパルスに変換し、回転数に応じてオン（またはオフ）時間をリニアに変換する。ＰＷＭパルスは、出力制御手段１５に入力され、基準値は式１に基づいて生成され、電流検出回路１３で変換された電流値に応じた電圧が基準値より高ければチョッパ回路１１を降圧して電流を下げる様に制御し、基準値より低ければ昇圧して電流を増す様に制御し、式１の関係となる様にこれを繰り返し制御する。

以上の様に構成したブラシレスＤＣモータ２を搭載した換気送風装置１は、ブラシレスＤＣモータ２に流れる電流と回転数との関係を予め定められた一次式になる様に制御して所望の風量を得るため、圧力損失などの静圧変動に対して風量の出過ぎを抑え、低騒音で効率良く略一定の風量を得ることができる。

また、同様にして少なくとも２つ以上の一次式の組み合わせとなる様に制御することにより、より精度の高い略一定の風量を得ることができることは言うまでも無い。図６（ｂ）は、少なくとも２つ以上の一次式の組み合わせとＰＷＭパルスと基準値との関係を示す一例の図である。

また、予め機器の共振を回避する様に一次式または少なくとも２つ以上の一次式の組み合わせに不連続の領域をもたせることにより共振を回避でき、より精度良く低騒音化できることは言うまでも無い。図６（ｃ）は、不連続領域をもった少なくとも２つ以上の一次式の組み合わせとＰＷＭパルスと基準値との関係を示す一例の図である。

また、実施の形態２では、ファン３をシロッコファンなどの遠心型送風型の場合を示したが、プロペラファンのなどの軸流型送風機（図示せず）の場合は、実施の形態１で述べた通りであり、その作用効果に差異を生じない。

（実施の形態３）
図７、図８において、実施の形態１、２と同一の部分については、同一番号を付し、詳細な説明は省略する。

図７に示すように、初期設定手段１７は、外部接続手段８に備えられ外部からの信号を入力することができる。初期設定手段としては、例えば、ボタン、スイッチ、コネクタなどがあり、外部接続手段８としては、例えば、コネクタなどがある。不揮発性記憶手段１８は、書き込み可能な記憶装置で例えばフラッシュメモリやＥＥＰＲＯＭである。

上記構成において、機器を組立てた後に、例えば図６（ｂ）に示した少なくとも２つ以上の一次式をパソコン等により初期設定手段１７を介して不揮発性記憶手段１８に書き込む。出力制御手段１５は、パルス変換手段１４より出力されるＰＷＭパルスが入力され、基準値は不揮発性記憶手段１８に書き込まれた式に基づいて生成され、電流検出回路１３で変換された電流値に応じた電圧が基準値より高ければチョッパ回路１１を降圧して電流を下げる様に制御し、基準値より低ければ昇圧して電流を増す様に制御し、不揮発性記憶手段１８に書き込まれた式の関係となる様にこれを繰り返し制御する。

以上の様に構成したブラシレスＤＣモータ２を搭載した換気送風装置１は、機器を組立てた後にブラシレスＤＣモータ２に流れる電流と回転数の関係を設定することができるため、機器を組立てた後や設置後でも圧力損失などの静圧変動に対して風量の出過ぎを抑え、低騒音で効率良く所望の風量を得ることができる。

また、図８は、少なくとも２つ以上の一次式の組み合わせと補正された少なくとも２つ以上の一次式の組み合わせとＰＷＭパルスと基準値との関係を示す一例である。機器を組立てた後に、初期設定手段１７より信号を入力して不揮発性記憶手段１８を書き込み可能な状態にする。出力制御手段１５は、機器を風量ゼロ点で運転した時の電流検出回路１３より出力される信号を不揮発性記憶手段１８に記憶して初期設定手段１７の信号をオフする。通常の運転時、風量ゼロ点における予め定められた風量が略一定となるＰＷＭパルスと基準値との関係との差異より、予め定められた風量が略一定となるＰＷＭパルスと基準値の関係を次の様に補正する。例えば予め定められた風量ゼロ点のＰＷＭパルスがｔｏｎ０、その時の基準値をＶｉ０とする。機器を風量ゼロ点で運転した時、電動機や機器のばらつきにより電流検出回路１３で変換された電流値に応じた電圧に相当する値がＶｉ１としたとき、風量ゼロ点のファン３の回転数即ちＰＷＭパルスは同じであるから式２の様に補正される。

ｔｏｎ＝ａ×Ｖｉ＋｛ａ（Ｖｉ０−Ｖｉ１）＋ｂ｝・・・（式１）
同様にして、その他の一次式についても補正される。

以上の様に構成したブラシレスＤＣモータ２を搭載した換気送風装置１は、機器を組立てた後にブラシレスＤＣモータ２に流れる電流と回転数の関係を補正することができるため、機器を組立てた後や設置後でも圧力損失などの静圧変動に対して風量の出過ぎを抑え、低騒音で効率良く所望の風量を得ることができる。

（実施の形態４）
図９、図１０において、実施の形態１〜３と同一の部分については、同一番号を付し、詳細な説明は省略する。

図９に示すように、ルーバー１９と異常通知手段２０は換気送風装置１に取り付けられている。異常通知手段２０は、例えばＬＥＤなどである。図１０に示すように、ブラシレスＤＣモータ２の回転数信号、即ち磁極位置検出手段５の信号は、パルス変換手段１４に入力されＰＷＭパルスに変換される。

上記構成において、ブラシレスＤＣモータ２が起動してある一定時間経過した後に外乱や故障などにより回転が著しく低下または停止した場合、例えば通常の静圧変化などを考慮しても運転で使用される回転数範囲が５００ｍｉｎ^-1から１５００ｍｉｎ^-1であったとすると例えば３００ｍｉｎ^-1以下を故障またはロックによる停止とすれば、パルス変換手段１４より出力されるＰＷＭパルスはある一定値以下となる。出力制御手段１５は、ＰＷＭパルスがある一定値以下を故障またはロックと判断してチョッパ回路１１を降圧して電流を下げる様に制御する。さらにその状態が続き、繰り返されればチョッパ回路１１を垂下的に降圧されブラシレスＤＣモータ２への通電は遮断される。

以上の様に構成したブラシレスＤＣモータ２を搭載した換気送風装置１は、ブラシレスＤＣモータ２が故障またはロックした場合、垂下的に出力電圧を絞るため、電動機が故障またはロックしても安全性を確保できる。

また、ブラシレスＤＣモータ２が起動してある一定時間経過した後に外乱や故障などにより回転が著しく低下または停止した場合、パルス変換手段１４より出力されるＰＷＭパルスはある一定値以下となる。出力制御手段１５は、ＰＷＭパルスがある一定値以下を故障またはロックと判断して駆動制御手段１２に停止信号を出力する。駆動制御手段１２は、インバータ回路６の下側または上側のスイッチング素子をオフしブラシレスＤＣモータ２への通電は遮断される。

以上の様に構成したブラシレスＤＣモータ２を搭載した換気送風装置１は、電動機が故障またはロックしても安全性を確保できる。

また、出力制御手段１５は故障またはロックを検知した場合、外部接続手段８を介して異常通知手段２０に異常信号を出力し、ＬＥＤなどを点灯させる。

以上の様に構成したブラシレスＤＣモータ２を搭載した換気送風装置１は、電動機が故障またはロックしても安全性を確保でき、使用者に異常を通知できる。

なお、実施の形態４では、異常通知手段２０をＬＥＤとしたが、ブザーの様な音を発して異常を通知しても良く、その作用効果に差異を生じない。

（実施の形態５）
図１１において、実施の形態１〜４と同一の部分については、同一番号を付し、詳細な説明は省略する。

図１１は、構成要素をモールド樹脂２１で一体化したブラシレスＤＣモータ２である。磁石回転子４のマグネット４ａ、２２はブラケット、２３は軸受け、２４はインシュレータ、２５は固定子鉄心である。ブラシレスＤＣモータ２の構成要素である磁極位置検出手段５、インバータ回路６、外部接続手段８、電圧変換手段９、駆動制御手段１２、電流検出回路１３、パルス変換手段１４、出力制御手段１５、初期設定手段１７、不揮発性記憶手段１８は、プリント基板２６上に配置され、インシュレータ２４、固定子鉄心２５とを絶縁を兼ねたモールド樹脂２１で一体化されている。モールド樹脂２１は、例えば不飽和ポリエステルを主原料とした熱硬化性の樹脂である。

以上の様に構成したブラシレスＤＣモータ２を搭載した換気送風装置１は、一体化することにより構成要素と密着して放熱性を高めたため、小型で低コストで安全性を高めることができる。

本発明にかかるブラシレスＤＣモータを搭載した換気送風装置は、別途回路を設けることなく、機器を組立てた後や設置後でも容易に特性を変更でき、機器を小型化、低コスト化でき、圧力損失などの静圧変動に対して風量の出過ぎを抑え、低騒音で効率良く所望の風量を得ることができることから遠心型送風機や軸流型送風機を搭載する業務用や一般家庭用の換気送風装置などに広く適用できる。

本発明の実施の形態１におけるブラシレスＤＣモータを搭載した換気装置を示す図（（ａ）正面図、（ｂ）側面図、（ｃ）下面図） 同ブラシレスＤＣモータのブロック図 （ａ）同ＰＷＭパルスと回転数の関係の一例を示す図、（ｂ）同ＰＷＭパルスと基準値との関係の一例を示す図 同風量曲線を示す図 本発明の実施の形態２におけるブラシレスＤＣモータのブロック図 （ａ）同一次式と予め風量特性が略一定となるＰＷＭパルスと基準値との関係の一例を示す図、（ｂ）同少なくとも２つ以上の一次式の組み合わせとＰＷＭパルスと基準値との関係の一例を示す図、（ｃ）同不連続領域をもった少なくとも２つ以上の一次式の組み合わせとＰＷＭパルスと基準値との関係の一例を示す図 本発明の実施の形態３におけるブラシレスＤＣモータのブロック図 同少なくとも２つ以上の一次式の組み合わせと補正された少なくとも２つ以上の一次式の組み合わせとＰＷＭパルスと基準値との関係の一例を示す図 本発明の実施の形態４におけるブラシレスＤＣモータを搭載した換気装置を示す図（（ａ）正面図、（ｂ）側面図、（ｃ）下面図） 同ブラシレスＤＣモータのブロック図 本発明の実施の形態５におけるブラシレスＤＣモータの断面図 従来のＤＣモータを示す回路図 同ＤＣモータを示す断面図 同ＤＣモータを示す斜視図 従来の他のＤＣモータを示す回路図

符号の説明

１ 換気送風装置
２ ブラシレスＤＣモータ
３ ファン
４ 磁石回転子
４ａ マグネット
５ 磁極位置検出手段
６ インバータ回路
７ 駆動コイル
８ 外部接続手段
９ 電圧変換手段
１０ 整流部
１１ チョッパ回路
１２ 駆動制御手段
１３ 電流検出回路
１４ パルス変換手段
１５ 出力制御手段
１６ マイクロコンピュータ
１７ 初期設定手段
１８ 不揮発性記憶手段
１９ ルーバー
２０ 異常通知手段
２１ モールド樹脂
２２ ブラケット
２３ 軸受け
２４ インシュレータ
２５ 固定子鉄心
２６ プリント基板

Claims (12)

1. 交流電源に直結するブラシレスＤＣモータにファンを備えた本体と、前記ブラシレスＤＣモータに交流電源を入力する外部接続手段と、前記ブラシレスＤＣモータの磁石回転子の磁極位置を検知する磁極位置検出手段と、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、交流電源を直流電源に変換して前記インバータ回路に印加する電圧変換手段と、前記磁極位置検出手段の信号を基に前記電圧変換手段にて生成した電圧を前記インバータ回路を介して前記ブラシレスＤＣモータに所定の方向と順序で順次全波通電する駆動制御手段と、前記磁極位置検出手段より出力される信号に応じて予め定められたキャリア周波数のＰＷＭパルスに変換するパルス変換手段と、前記電圧変換手段から出力される電流を検出する電流検出回路と、前記パルス変換手段より出力されるＰＷＭパルスと前記電流検出回路より出力される信号に応じて前記電圧変換手段の出力を制御する出力制御手段とを備え、前記出力制御手段は前記パルス変換手段から出力されるＰＷＭパルスから基準値を生成し前記電流検出回路より出力される信号と比較して前記電圧変換手段から出力される電流を制御することを特徴とするブラシレスＤＣモータを搭載した換気送風装置。
2. 前記出力制御手段は、前記パルス変換手段から出力されるＰＷＭパルスが予め定められた値を超えた場合に前記電圧変換手段から出力される電流を一定値に制限することを特徴とする請求項１記載のブラシレスＤＣモータを搭載した換気送風装置。
3. 前記出力制御手段は、前記パルス変換手段から出力されるＰＷＭパルスと前記電圧変換手段から出力される電流の関係が予め定められた一次式になる様に制御することを特徴とする請求項１記載のブラシレスＤＣモータを搭載した換気送風装置。
4. 前記出力制御手段は、前記パルス変換手段より出力されるＰＷＭパルスと前記電圧変換手段から出力される電流の関係が予め定められた少なくとも２つ以上の一次式の組み合わせとなる様に制御することを特徴とする請求項１記載のブラシレスＤＣモータを搭載した換気送風装置。
5. 前記出力制御手段は、前記パルス変換手段より出力されるＰＷＭパルスと前記電圧変換手段から出力される電流の関係が予め定められた領域で不連続になる様に制御することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のブラシレスＤＣモータを搭載した換気送風装置。
6. 前記ブラスレスＤＣモータは、初期設定手段と不揮発性記憶手段を備え、前記出力制御手段は、前記パルス変換手段より出力されるＰＷＭパルスと前記電圧変換手段から出力される電流の関係を前記不揮発性記憶手段に記憶することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のブラシレスＤＣモータを搭載した換気送風装置。
7. 前記ブラスレスＤＣモータは、初期設定手段と不揮発性記憶手段を備え、前記出力制御手段は、風量ゼロ点における前記電圧変換手段から出力される電流を前記不揮発性記憶手段に記憶して予め定められたＰＷＭパルスと電流の関係を補正することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のブラシレスＤＣモータを搭載した換気送風装置。
8. 前記出力制御手段は、前記ブラスレスＤＣモータが起動してある一定時間経過した後に前記パルス変換手段より出力されるＰＷＭパルスが予め定められた値を超えた場合に前記電圧変換手段を停止する様に制御することを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のブラシレスＤＣモータを搭載した換気送風装置。
9. 前記出力制御手段は、前記ブラスレスＤＣモータが起動してある一定時間経過した後に前記パルス変換手段より出力されるＰＷＭパルスが予め定められた値を超えた場合に前記電圧変換手段の出力電圧を垂下的に制御することを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のブラシレスＤＣモータを搭載した換気送風装置。
10. 前記出力制御手段は、前記ブラスレスＤＣモータが起動してある一定時間経過した後に前記パルス変換手段より出力されるＰＷＭパルスが予め定められた値を超えた場合に前記インバータ回路の少なくとも上下どちらかの通電を停止する様に前記駆動制御手段を制御することを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のブラシレスＤＣモータを搭載した換気送風装置。
11. 換気送風装置は、異常通知手段を備え、前記外部接続手段を介して前記異常通知手段に異常を通知することを特徴とする請求項８〜１０のいずれかに記載のブラシレスＤＣモータを搭載した換気送風装置。
12. 前記ブラシレスＤＣモータは、外郭および構成要素を絶縁を兼ねたモールド樹脂で一体化したことを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の換気送風装置。

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