JP2538349B2 - 電動機の位相制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （イ）産業上の利用分野 この発明は送風機用モータ等の電動機を回転数制御す
るのに使用する電動機の位相制御方法に関する。

（ロ）従来の技術 従来、例えば石油ファンヒータ等の温風暖房機では、
特開昭63−315857号公報に開示されているように、室温
と設定温度との差温に応じて暖房負荷に適した燃焼量を
求め、燃焼制御を行うことにより、室温が設定温度近傍
に維持されるようにしている。このために、燃焼量に応
じてバーナモータ（送風機用モータ）の設定回転数を定
めるとともに、バーナモータの実際の回転数を検出し、
バーナモータの回転数が設定回転数になるように位相角
相当時間を設定し、バーナモータを位相制御していた。
また、温風暖房機の制御装置にはマイクロコンピュータ
（以下、マイコンという）が使用され、これらの制御が
精度良く行われるようになってきた。

（ハ）発明が解決しようとする課題 ところで、マイコンを使用して位相制御を行う場合、
マイコン内部で位相角相当時間を演算して設定し、設定
された位相角相当時間（数ms）を交流電源の半サイクル
（50Hzで10ms）毎に内部タイマーに計時させ、このタイ
マーの出力に基いて位相制御信号を発生させるようにし
ている。そこで、位相角相当時間を大きく変化させ、回
転数を広範囲で変化させるためには、計時時間の長い
（4ms超）の内部タイマーが必要になる。しかしなが
ら、このような内部タイマーはマイコンの処理能力等に
基づいてその分解能が異なるものであり、分解能が低い
場合（例えばタイマー処理能力が８ビットで分解能が32
μｓの場合）には、それ以下の時間単位での計時動作を
行えず、信頼性に乏しい欠点があった。もちろん、位相
角相当時間が大きい（半サイクルより大きくなることは
ない）場合には、上例よりも分解能が高く（16μｓ）一
度に計時できる最大計時時間が4msのタイマーに対し
て、続けて２度の計時動作を行わせることにより、２度
目の計時が終了した時点で位相制御信号を発生させる方
法も考えられる。しかしながら、設定した位相角相当時
間が最大計時時間の近辺になった場合、例えば位相角相
当時間が4.1msの場合には、一度目に最大計時時間を２
度目に残りの時間をそれぞれ計時させると、２度目の計
時時間として0.1ms（厳密には0.004ms＝４μｓ）が割り
当てられることとなり、分解能及びマイコンの処理時間
やタイムロス等との関係で計時不能になる心配があっ
た。しかも、これは設定される位相角相当時間が最大計
時時間の付近で精度を要求されるものに対しては、マイ
コンの処理時間やタイムロスが原因でタイマーによる計
時時間（即ち必要な位相角相当時間）が安定せずふらつ
いてしまう不具合が顕著になり、信頼性が低下する欠点
があった。

この発明は上述した事実に鑑みてなされたものであ
り、信頼性を損うことなく、緻密な位相制御を広範囲に
わたって行えるようにすることを目的とする。

（ニ）課題を解決するための手段 本発明は、電動機の回転数に基づいて電動機の回転数
を制御するための位相角相当時間を設定する手段と、こ
の設定された位相角相当時間を交流電源の半サイクル毎
に計時するタイマー手段と、このタイマー手段の計時終
了の出力時に位相制御信号を発生する手段と、設定され
た位相角相当時間と前記タイマー手段の一回で計時でき
る最大時間に等しい第１の基準時間、並びに第１の基準
時間より短い第２の基準時間とを比較する手段とを備
え、設定された位相角相当時間が前記第１の基準時間を
上回るとき、若しくは設定された位相角相当時間が当初
第１の基準時間を上回っていたが制御の進行に基づいて
第２の基準時間を上回り第１の基準時間を下回るときに
は、タイマー手段で前記第２の基準時間よりも短い所定
時間を計時させる第１の計時動作と、前記第１の基準時
間を（設定された位相角相当時間−所定時間）を計時さ
せる第２の計時動作とに２分し、これらの２つの動作が
終了した後に位相制御信号を発生させるようにした電動
機の位相制御方法を提供するものである。

（ホ）作用 設定された位相角相当時間が一つのタイマー手段で一
度に計時可能な第１の基準時間より長くなった場合で
も、２度に分けて計時することでタイマー手段が単一化
するとともに、第１の計時動作時間を第２の基準時間よ
りも短い所定時間にしたことにより、第１の基準時間近
辺での位相角相当時間の制御にあたり処理能力やタイム
ロス等の要因による時間の不安定さが解消されて制御精
度が向上し、第２の計時動作時間がタイマー手段の分解
能よりも長い一定時間以上になり、計時不能になる心配
がなくなる。

（ヘ）実施例 以下、この発明を図面に示す実施例について説明す
る。

第１図はこの発明を適用した石油ファンヒータ等の温
風暖房機の制御装置を示すものであり、マイコン（１）
の入力側に運転スイッチ（２）、燃焼量設定器（３）、
温度設定器（４）、室温センサ（５）及びフレームロッ
ド（６）が設けられ、マイコン（１）の出力側にはバー
ナ（図示せず）に燃焼用空気を供給するバーナモータ
（７）と、バーナに燃料を供給する電磁ポンプよりなる
燃料ポンプ（８）と、点火プラグ（９）と、バーナの燃
料ガスで加熱された空気を室内に供給する温風用モータ
（10）とが設けられている。（11）はマイコン（１）か
らの出力信号に基いてバーナモータ（７）を位相制御す
るバーナモータ駆動回路であり、交流電源（12）、トラ
イアック（13）、トライアック（13）のゲートに接続さ
れた受光トランジスタ（14）、及びこの受光トランジス
タ（14）とともにフォトカプラー（PC）を構成する発光
ダイオード（15）を備えている。また、（16）はバーナ
モータ（７）に取付けられた回転数センサである。この
回転数センサ（16）はフォトインタラプターや、マグネ
ットとホールICを組合わせたものなどが使用され、バー
ナモータの回転数に比例した周波数のパルス信号を発す
るものであり、このパルス信号はマイコン（１）に入力
されている。また、（17）はマイコン（１）の出力信号
に応じて燃料ポンプ（８）を周波数制御する燃料ポンプ
駆動回路、（18）はマイコン（１）の出力信号に応じて
点火プラグ（９）を作動させる点火プラグ駆動回路、
（19）はマイコン（１）の出力信号に応じて温風用モー
タ（10）の回転数を制御する温風用モータ駆動回路であ
る。また、（20）は交流電源（12）の半サイクル毎に同
期信号を発生させる同期信号回路である。この同期信号
回路（20）は第２図に示すように、降圧トランス（21）
と、全波整流器（22）と、抵抗（23）（24）に設定され
た電圧Vsと全波整流器（22）の出力電圧（第３図（イ）
参照）とを比較し、交流電源（12）がゼロクロスする毎
に第３図（ロ）で示すパルス出力を発する比較器（25）
とからなり、比較器（25）の出力はマイコン（１）に入
力されている。

マイコン（１）には中央処理部（26）、データメモリ
（27）及びプログラムメモリ（28）等と、外部の水晶発
振器（29）からの信号を分周して所定周期の時間信号を
発する分周器（30）とが内蔵され、各入力装置の信号を
処理して得られる各種のデータがデータメモリ（27）に
記憶されている。また、プログラムメモリ（28）には運
転スイッチ（２）の投入中に実行される制御プログラム
（第４図ないし第６図参照）が記憶されている。

運転スイッチ（２）の投入中は第４図に示す主制御プ
ログラムが常時実行されており、このプログラムの中
で、回転数センサ（16）から送られてくるパルス信号の
周期が計測され、その計測データに基いてバーナモータ
（７）の回転数が検出され、記憶される。また、燃焼量
設定器（３）や、室温センサ（５）の検出温度と温度設
定器（４）による設定温度との差温に応じて燃焼量が定
められており、この燃焼量に見合ったバーナモータ
（７）の設定回転数と実際の回転数の差に応じてバーナ
モータ（７）に供給される交流電圧の位相角相当時間θ
が演算で求められ、記憶される。

そして、位相角相当時間θが第１の基準時間θ１（4m
s）以上であるか、否かが判別され、θ１以上のときに
は4ms以上を示すフラグが立てられる。

このようにして、位相角相当時間θ（≧θ１）が設定
されると、第５図及び第６図に示す割込み制御プログラ
ムに基いて次のような位相制御が行われる。同期信号回
路（20）から交流電源（12）に同期したパルス（周期は
50Hzで10ms）が入ると、第５図に示す外部割込み制御プ
ログラムが実行され、この中で、位相制御信号がオフ
（バーナモータ駆動回路（11）の発光ダイオード（15）
への通電が停止）され、4ms以上のフラグの有無が判別
される。この場合、θがθ１より長く、4ms以上のフラ
グが立てられているため、マイコン（１）内部タイマー
にθ１（4ms）より短い3msの計時時間が設定される。こ
のタイマーは分周器（29）の分周信号を計数して最長4m
sの時間計時を行うものであり、マイコン内膨のソフト
で構成されている。そして、時間設定から3msが経過
し、タイマーが計時を終了すると、今度は第６図に示す
内部割込み制御プログラムが実行される。このプログラ
ムでは、まず、オーバーフラグの有無が判別されるが、
オーバーフラグはないので、引続いて4ms以上のフラグ
の有無が判別される。この場合、このフラグがあるの
で、タイマーに位相角相当時間θから3msを引いた残り
時間が設定されるとともに、オーバーフラグが立てられ
る。次に、タイマーが計時を終了すると、再び、内部割
込み制御プラグラムが実行される。今度はオーバーフラ
グがあるので、オーバーフラグが消去されるとともに、
この時点で位相制御信号がオンになり、発光ダイオード
（15）の通電によって受光トランジスタ（14）オンにな
り、トライアック（13）がオンになってバーナモータ
（７）に交流電源が供給される（第７図参照）。

その後、位相角相当時間θが短くなり、θ１を下回っ
ても、θが基準時間θ２（3.5ms）以上であれば、4ms以
上のフラグが残り、上述した位相制御が交流電源（12）
の半サイクル毎に行われる。例えば、位相角相当時間θ
が3.5msの場合でも、タイマーによる２回目の計時時間
は0.5msが確保され、計数不能となる心配はない。

位相角相当時間θがさらに短くなり、θ２（3.5ms相
当）を下回ると、主制御プログラムの中で4ms以上のフ
ラグが消去される。そして、外部割込み制御プラグラム
では位相角相当時間θ（3.5ms未満）がそのままタイマ
ーに設定される。その後、θが経過し、内部割込み制御
プログラムが実行されると、オーバーフラグも、4ms以
上のフラグもないので、位相制御信号が発せられ、バー
ナモータ（７）に交流電圧が供給される（第８図参
照）。

本実施例によれば、位相角相当時間θがθ１（4ms相
当）を上回ったときから、その後、θがθ２（3.5ms相
当）を下回るまでの間、タイマーの計時時間を3mと残り
の時間とに分け、２度目の計時時間が終了した時点で位
相制御信号が発せられるようにしたので、分解能の高い
最長4msのタイマーを用いながら、最長7msに相当する広
範囲の位相制御を行うことができる。しかし、２度目の
計時時間が最短でも0.5ms確保されているため、２度目
の計時時間をマイコン（１）の処理時間に比べて十分な
時間にすることができ、計時不能となる心配もない。

（ト）発明の効果 本発明の電動機の位相制御方法によれば、設定された
位相角相当時間が一つのタイマー手段で一度に計時可能
な第１の基準時間より長くなった場合でも、２度に分け
て時計することでタイマー手段を単一化できるととも
に、第１の計時動作時間を第２の基準時間よりも短い所
定時間にしたことにより、第１の基準時間近辺での位相
角相当時間の制御にあたり処理能力やタイムロス等の要
因による時間の不安定さを解消して制御精度を向上する
ことができ、第２の計時動作時間をタイマー手段の分解
能よりも長い一定時間以上にすることができ、計時不能
になることがない。

【図面の簡単な説明】

図はこの発明の一実施例に関するものであり、第１図は
この発明を適用した温風暖房機の制御装置のブロック線
図、第２図は同期信号回路の回路構成図、第３図は同期
信号回路の要部の電圧波形説明図、第４図は主制御プロ
グラムのフローチャート、第５図は外部割込み制御プロ
グラムのフローチャート、第６図は内部割込み制御プロ
グラムのフローチャート、第７図はバーナモータに供給
される電圧の１例を示す波形説明図、第８図はバーナモ
ータに供給される電圧の他の１例を示す波形説明図であ
る。 （１）……マイコン、（７）……バーナモータ（電動
機）。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電動機の回転数に基いて電動機の回転数を
   制御するための位相角相当時間を設定する手段と、この
   設定された位相角相当時間を交流電源の半サイクル毎に
   計時するタイマー手段と、このタイマー手段の計時終了
   の出力時に位相制御信号を発生する手段と、設定された
   位相角相当時間と前記タイマー手段の一回で計時できる
   最大時間に等しい第１の基準時間、並びに第１の基準時
   間より短い第２の基準時間とを比較する手段とを備え、
   設定された位相角相当時間が第１の基準時間を上回ると
   き、若しくは設定された位相角相当時間が当初第１の基
   準時間を上回っていたが制御の進行に基づいて第２の基
   準時間を上回り第１の基準時間を下回るときには、タイ
   マー手段で前記第２の基準時間よりも短い所定時間を計
   時させる第１の計時動作と、前記第１の基準時間を（設
   定された位相角相当時間−所定時間）を計時させる第２
   の計時動作とに２分し、これらの２つの動作が終了した
   後に位相制御信号を発生させるようにしたことを特徴と
   する電動機の位相制御方法。