JP2753813B2 - ファンモータ制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はガス給湯機等の燃焼機器
において燃焼部への強制送気量を制御するためのファン
モータ制御装置に関し、特に、ファンモータが低回転で
はあっても回転を持続していなければならないときに、
その回転を保証するための安全対策に関する。

【０００２】

【従来の技術】上記のような燃焼機器の制御は、主たる
燃焼制御回路として昨今ではマイクロコンピュータ（以
下、単にマイコンと略記）を用いて行なわれることが多
いが、燃焼部に対しその時々の燃焼量に見合った最適空
気量を強制送気するために従来最も良く採用されていた
手法は、ファンモータの実回転数が常に燃焼制御回路に
よりその時々で設定される設定回転数となるように、フ
ァンモータに印加する駆動電圧を調整するフィードバッ
ク制御法である。

【０００３】しかし、この種の燃焼機器は、燃焼部等、
主たる構成部分が適当なるハウジングに収められ、当該
ハウジングの機壁には開口位置及び開口面積が固定とな
った定型の排気口が設けられるか、あるいは給湯機の設
置される住宅の各々の事情に対し臨機応変に対処し得る
よう、所定の断面積範囲で所定の長さ範囲まで許された
排気管（不定型排気口）が接続される。そのため、燃焼
機器を設置した当初は正しく施工されていても、経年変
化や周りの環境の変化により、機器に備え付けの定型排
気口とか排気管を接続した不定型排気口が閉塞傾向にな
ることも往々にしてあり、このような場合、上述のよう
にファンモータの実回転数を常に設定回転数に一致させ
るために「駆動電圧」を調整するフィードバック制御は
問題を生ずることがある。

【０００４】例えば、定型排気口であるにしろ不定型排
気口であるにしろ、当該排気口を含む排気系に詰まり等
により閉塞状況が発生すると、ファンの駆動空気量は少
なくなるのでファンモータの負荷はむしろ軽くなり、排
気系が正常な場合に比し、同じ駆動電力でもファンモー
タの実回転数は上昇しようとする。このような場合、フ
ァンモータ駆動電圧を調整する従前のフィードバック制
御はファンモータ実回転数を所定の回転数変動範囲内に
抑え込むため、駆動電圧を下げてファンモータの実回転
数を実質的に低下させてしまう。ところが、排気系が閉
塞傾向になったときには、ファンモータは不足しがちな
送給空気量を補うために、本当は、より高い回転数で回
転せねばならない。

【０００５】逆に、例えば排気管に折損や錆の発生によ
る開口が生じたような場合等、ファンにしてみると駆動
すべき空気量が多くなる（ファンの負荷が重くなる）こ
ともあるが、この場合にもやはり、ファンモータ駆動電
圧を調整してファンモータ実回転数を設定回転数に近付
けるべく作用する従前のフィードバック制御は問題を起
こす。すなわち、ファンモータは負荷が重くなるのでそ
の回転数が低下傾向になるが、従来のフィードバック制
御は、このように低下しようとするファンモータ実回転
数を上昇させるためにより大きな駆動電圧をファンモー
タに与えることになり、これによってそれでなくても大
きくなっているファンモータ駆動電流を結果としてさら
に大きくするように働く。これは無駄な電力消費を生む
だけではなく、このように電圧も電流も共に大きい過大
負荷状態が長く続くとファンモータが焼損したりもす
る。

【０００６】そこで本発明者は、このような従前のフィ
ードバック制御の欠点を解消するため、ファンモータに
実際に流れている「駆動電流」を監視し、その時々の回
転数に対応する基準電流値に対し、実際にファンモータ
を介して流れている駆動電流の大きさが徒に大きくも小
さくもならないように、言わばその時々の駆動電流を定
電流化することでファンモータを制御する手法を開示し
た（平成 6年11月28日付提出：特願平6-316090号：整理
番号601P006:名称「燃焼制御装置」参照)。

【０００７】図２はこのようなファンモータ制御装置の
基本構成例を示しており、一般にはマイコン15により構
成される燃焼制御回路15があって、図示しない燃焼部な
いしバーナにて燃焼が生じているとき、この燃焼制御回
路15は、図示しないメモリ手段に予め格納してあるファ
ン回転数データに基づき、その時々の燃焼量に応じてフ
ァンモータに対し当該対応する回転数（設定回転数）を
得るに必要な駆動電流を供給するための駆動電流値指令
信号をファンモータ定電流駆動回路14に送信する。この
指令信号は例えばデューティ比可変の電圧パルス信号で
あり、その時々の燃焼量に応じたその時々の設定回転数
ごとに所定のデューティ比に設定されている。

【０００８】このファンモータ駆動電流値指令信号を受
けた定電流駆動回路14は、当該信号のデューティ比に応
じてスイッチングトランジスタ12をオンオフし、これに
よりファンモータ駆動用電源11からの駆動電流はスイッ
チングトランジスタ12がオンとなっているときに共にオ
ンとなるパワートランジスタ13を介し図示平滑回路中の
コンデンサに流れ込み、オフとなっているときに流出す
るので、時間軸上の平均電流値で見ると、ファンモータ
21に供給される駆動電流の値はファンモータ駆動電流値
指令信号のデューティ比の如何に応じた大きさでほぼ一
定となる。従って換言すれば、燃焼制御回路15がその時
々で適当とするファンモータ設定回転数を変更するため
に、駆動電流値指令信号のデューティ比を変更すると、
これに応じてファンモータ21に供給される駆動電流の値
も対応する大きさに変わる。

【０００９】一方、ファンモータ21にその時々で実際に
流れている電流の大きさは、電流検出回路16により検出
され、実電流値信号となってファンモータ定電流駆動回
路14に帰還される。そして、この実電流値信号により表
される、ファンモータ21に実際に流れている電流の大き
さが、燃焼制御回路15により指令される設定駆動電流値
の大きさに比べて差を生じていた場合、定電流駆動回路
14ではこれを補い、実際にファンモータ21に流れる駆動
電流の大きさが燃焼制御回路15により指令される大きさ
になるように、スイッチングトランジスタ12のオンオフ
デューティ比を可変制御する。

【００１０】このようになっているので、定型排気口や
不定型排気口に詰まり等が生じ、閉塞傾向となって来る
と、ファンの負荷は既述のようにむしろ軽くなるのでフ
ァンモータ21の回転数が上がり、にもかかわらず実際に
流れる電流の大きさは低減しようとするが、こうした場
合、従来は回転数にだけ着目して当該回転数を設定回転
数にまで下げようとフィードバック制御した結果（当
然、駆動電流の大きさもより低める方向に作用する)、送
気量不足を生ずることがあったのに対し、図２に示され
る制御系ではファンモータ21に流れる駆動電流に着目し
ているので、こうした場合にはむしろ逆に、低下傾向と
なるファンモータ駆動電流の大きさを設定電流値にまで
押し上げるように帰還制御するため、ファンの回転数は
実際にはむしろ上がるようになる。従って、排気系が閉
塞傾向になったときにはそれに連れてファンの回転数を
上げた方が良いという要求に適うものとなり、燃焼部に
対し十分な空気量を送給することができる。

【００１１】逆に、排気口が損傷する等して排気開口面
積が大きくなり、ファンの負荷が重くなったときには、
従来の回転数一定制御の下では低下傾向に入るファンの
実回転数を強引に上昇させるためにファンモータに供給
する駆動電流の値も結果として相当に大きくしてしまう
が、図２の制御系ではこのような時にはむしろファンの
実回転数が低下しても構わないという知見の通りに、フ
ァンモータ21に供給する駆動電流の大きさは、燃焼制御
回路15の発信している駆動電流値指令信号により表され
る設定電流値に向けて低下させるように機能する。従っ
てファンモータ21の過熱等の問題は生じ難く、必要にし
て十分な空気量を燃焼部に対し供給することができる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】このように、本発明者
により提案された図２に示すファンモータ制御回路は、
従前のファンモータ回転数一定化のためのフィードバッ
ク制御方式に比し、種々有利な側面を有している。しか
し、このようなファンモータ駆動電流の定電流化制御
は、換言するとファンモータを一定トルクに制御する方
式であるので、燃焼制御回路が低回転（低駆動電流）を
指令しているとき、トルク不足により回転が不安定にな
ったり、何等かの外的要因によりファンモータが停止し
てしまう恐れもないとは言えない。もちろん、燃焼部で
の燃焼中にファンモータが停止することは望ましくな
く、危険を招くこともある。

【００１３】本発明は、まさしくこの点を解決すべくな
されたもので、ファンモータが低回転であろうとも回っ
ていなければならないときには、少なくとも最低回転で
の回転は保証し得るような機能を持つファンモータ制御
装置を提供せんとする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するため、燃焼機器の燃焼部において要求されるその時
々の燃焼量に適当な空気量を当該燃焼部に強制送気する
ため、送気用のファンを回転駆動するファンモータの制
御装置であって、 (a) ファンモータに接続したファンモータ駆動用電源； (b) 送気用ファンが燃焼部において要求されるその時々
の燃焼量に適当な空気量を送気できるように、ファンモ
ータ駆動用電源からファンモータに供給される駆動電力
を可変制御する燃焼制御回路； (c) 上記のファンモータ駆動用電源とは別途に設けら
れ、当該ファンモータ駆動用電源と並列の関係でファン
モータに接続し、ファンモータ駆動用電源の出力電圧よ
りも低いがファンモータを最低回転で回転させることの
できる大きさの出力電圧を持つ第二の電源；を有して成
るファンモータ制御装置を提案する。

【００１５】また、本発明の特定の下位態様としては、
上記第二の電源とファンモータの間には当該第二の電源
の出力電圧をファンモータに選択的に印加するためのス
イッチング素子が介在し、このスイッチング素子は燃焼
制御回路の指令によりオンオフされる構成や、さらに、
燃焼制御回路は、ファンモータ駆動用電源からファンモ
ータに対し駆動電力が供給されているときにのみ（換言
すれば燃焼制御回路自身がファンモータの駆動を指令し
ているときにのみ）、当該スイッチング素子をオンとす
る構成も提案する。なお既述の通り、燃焼制御回路は、
昨今の技術事情においてはマイコンによって実現するこ
とができる。

【００１６】

【実施例】図１には、本願発明の一実施例としてのファ
ンモータ制御装置の概略構成が示されているが、ここで
説明する本実施例装置は、すでに図２に即して説明した
制御装置の改良装置となっている。従って、図２中にお
けると同一の符号の付されている構成要素は当該図２に
て示された装置におけるそれらと同一ないし同様のもの
であって良く、それら個々に関する説明は先の説明を援
用する。ただし、予め述べておくと、燃焼部に対し燃焼
量に応じた空気量を強制送気するタイプの燃焼機器であ
れば、そのファンモータ制御装置に本発明をなべて適用
することができる。燃料種等も、一般にはガスが考えら
れるが、これに限らない。

【００１７】本実施例装置でも、図２に即して説明した
装置と同様、一般にはマイコン15により構成できる燃焼
制御回路15があって、図示しない燃焼部ないしバーナに
て燃焼が生じているとき、燃焼制御回路15はその時々の
燃焼量に応じて予め図示しないメモリ手段に格納してあ
るファン回転数データに基づき、ファンモータ21に対し
当該対応する回転数（設定回転数）を得るに必要な駆動
電流を供給するための駆動電流値指令信号をファンモー
タ定電流駆動回路14に送信する。この指令信号は、先に
も述べたように例えばデューティ比可変の電圧パルス信
号であり、その時々の燃焼量に応じたその時々の設定回
転数ごとに所定のデューティ比に設定されている。

【００１８】このファンモータ駆動電流値指令信号を受
けた定電流駆動回路14は、当該信号のデューティ比に応
じてスイッチングトランジスタ12をオンオフし、これに
よりファンモータ駆動用電源11からの駆動電流はスイッ
チングトランジスタ12がオンとなっているときに共にオ
ンとなるパワートランジスタ13を介し図示平滑回路中の
コンデンサに流れ込み、オフとなっているときに流出す
るので、時間軸上の平均電流値で見ると、ファンモータ
21に供給される駆動電流の値はファンモータ駆動電流値
指令信号のデューティ比の如何に応じた大きさでほぼ一
定となる。従って換言すれば、燃焼制御回路15がその時
々で適当とするファンモータ設定回転数を変更するため
に、駆動電流値指令信号のデューティ比を変更すると、
これに応じてファンモータ21に供給される駆動電流の値
も対応する大きさに変わる。その一方で、ファンモータ
21にその時々で実際に流れている電流の大きさは、電流
検出回路16により検出され、実電流値信号となってファ
ンモータ定電流駆動回路14に帰還される。そして、この
実電流値信号により表される、ファンモータ21に実際に
流れている電流の大きさが、燃焼制御回路15により指令
される駆動電流値の大きさに比べて差を生じていた場
合、定電流駆動回路14ではこれを補い、実際にファンモ
ータ21に流れる駆動電流の大きさが燃焼制御回路15によ
り指令される大きさになるように、スイッチングトラン
ジスタ12のオンオフデューティ比を可変制御する。

【００１９】ここまでの構成は図２に即して説明した装
置における同様であって良く、特に本発明のために改変
を要する所はないが、本発明により追加されるのは、ま
ず、上記したファンモータ駆動用電源11とファンモータ
21に関しては並列の関係に接続される第二の電源31であ
る。図示実施例装置の場合、ファンモータ21は直流電源
11により駆動されるタイプのものを想定しているので、
この第二の電源31も直流電源であるが、先に述べたファ
ンモータ駆動用電源11を主たる電源とするならば（以
下、主電源11と呼ぶ)、この第二の電源31の出力電圧Vmは
当該主電源11の出力電圧Vhよりも低く（Vm＜Vh）、仮に
この第二の電源31単独でファンモータ21を回転駆動させ
た場合、当該ファンモータ21を最低回転で回転させ得る
程度の大きさに選ばれている。従って換言すれば、一般
に第二の電源31は主電源11に比すと十分小型に構成でき
る。

【００２０】そしてこの実施例では、マイコン15はファ
ンモータ21を主電源11からの供給電力に基づいて駆動す
る場合には必ず、第二電源31とファンモータ21との接続
線路途中に介在しているスイッチング素子32をオンとす
るべく、当該スイッチング素子32の制御入力（図示の場
合は pnpトランジスタであるのでそのベース）にオンと
なるべき信号を送出する。この結果、ファンモータ21に
は主電源11からの出力電圧Vhと第二の電源31の出力電圧
Vmとが回路図上では共に並列に印加される関係になる
が、通常のファンモータ制御状態下ではマイコン15は駆
動電流値の制御により実質的にファンモータ21を最低回
転数以上の回転数範囲でその時々に適当な回転数となる
ように制御するので、主電源11からの出力電圧Vhに基づ
く駆動電力供給が主たるものとなり、ファンモータ21の
両端電圧で見ても実質的に第二電源31の出力電圧Vmを上
回る電圧値となっていることが多い。従ってこのような
状況下では第二の電源31は特に有意の作用を営まず、む
しろその出力電圧Vmよりも高い電圧値に基づく逆流成分
が第二の電源31に流れ込まないように、第二電源の出力
線路途中（図示の場合は第二の電源31とスイッチング素
子32の間）には逆流素子用ダイオード33が挿入されてい
る。

【００２１】ところが、燃焼部の状況に応じ、マイコン
15がファンモータ21を最低回転数近傍で回転させようと
するに伴い、定電流駆動回路14を介してファンモータ21
に供給される駆動電流の値をかなり低い値で定電流化さ
せようとしたとき、図２に即して説明した従来装置では
ファンモータ21のトルク不足になって回転が不安定にな
るか、最悪の場合には停止してしまうようなことがあっ
たのに対し、本実施例装置では第二の電源31の出力電圧
Vmがファンモータ21を少なくとも最低回転数での回転を
維持するような大きさに選ばれているので、そのような
場合にはこの第二の電源31が有意に機能し、ファンモー
タ21の少なくとも最低回転数での回転を保証することが
できる。

【００２２】

【発明の効果】このようにして、本発明に従えば、ファ
ンモータ制御に望ましい方式として定電流制御方式を採
用した場合に生じ得る欠点として、ファンモータ21を低
回転で駆動するときのトルク不足に基づく欠点も解消さ
れる。換言すれば、定電流制御方式の長所のみを生か
し、欠点を除去することができる。さらに、主電源11に
関連する駆動電力供給系ないし制御回路系に何等かの異
常が生じ、主電源11に基づく駆動電力がファンモータ21
に対し一切供給されなくなったような場合にも、本発明
の装置では第二の電源31が有意に機能し、少なくともフ
ァンモータ21が完全に停止してしまうのは防げるので、
その意味でも安全性は高められている。そして、この後
者の効果に即して考えれば、本発明は従前の駆動電圧調
整型のフィードバック制御方式（つまりファンモータを
常に設定回転数に保とうとする方式）と組み合せてもそ
の効果がある。主たる制御系に異常が生じた場合に、例
え最低回転数であろうが、少なくともファンモータ21を
回転させ続けることができるからである。従って、本発
明の要旨構成上は、両者を含め、燃焼制御回路はファン
モータ駆動用電源からファンモータに供給される「駆動
電力」を可変制御するものと定義されてる。もちろん、
主電源11や第二の電源31は、本発明を適用する回路系の
如何ないしはファンモータ21の種類に応じ、交流電源に
変更されることもある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に従って構成されたファンモータ制御装
置の一実施例の概略構成図である。

【図２】本発明に至る過程で本発明者により提案された
ファンモータ制御装置の概略構成図である。

【符号の説明】 11 ファンモータ駆動用電源， 12 スイッチングトランジスタ， 13 パワートランジスタ， 14 ファンモータ定電流駆動回路， 15 燃焼制御回路， 16 電流検出回路， 21 ファンモータ， 31 第二の電源， 32 スイッチング素子， 33 逆流阻止用ダイオード．

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃焼機器の燃焼部において要求されるそ
   の時々の燃焼量に適当な空気量を該燃焼部に強制送気す
   るため、該送気用のファンを回転駆動するファンモータ
   の制御装置であって；上記ファンモータに接続したファ
   ンモータ駆動用電源と；上記送気用ファンが上記燃焼部
   において要求されるその時々の燃焼量に適当な空気量を
   送気できるように、上記ファンモータ駆動用電源から上
   記ファンモータに供給される駆動電力を可変制御する燃
   焼制御回路と；上記ファンモータ駆動用電源とは別途に
   設けられ、該ファンモータ駆動用電源と並列の関係で上
   記ファンモータに接続し、該ファンモータ駆動用電源の
   出力電圧よりも低いが上記ファンモータを最低回転で回
   転させることのできる大きさの出力電圧を持つ第二の電
   源と；を有して成るファンモータ制御装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載のファンモータ制御装置で
   あって；上記第二の電源と上記ファンモータの間には該
   第二の電源の出力電圧を該ファンモータに選択的に印加
   するためのスイッチング素子が介在し；該スイッチング
   素子は上記燃焼制御回路の指令によりオンオフされるこ
   と；を特徴とするファンモータ制御装置。
3. 【請求項３】 請求項２記載のファンモータ制御装置で
   あって；上記燃焼制御回路は、上記ファンモータ駆動用
   電源から上記ファンモータに対し駆動電力が供給されて
   いるときにのみ、上記スイッチング素子をオンとするこ
   と；を特徴とするファンモータ制御装置。