JP3653886B2

JP3653886B2 - Air blower control device for turbo blower

Info

Publication number: JP3653886B2
Application number: JP27163296A
Authority: JP
Inventors: 富雄三宅; 康秀池内
Original assignee: Noritz Corp
Current assignee: Noritz Corp
Priority date: 1996-09-19
Filing date: 1996-09-19
Publication date: 2005-06-02
Anticipated expiration: 2016-09-19
Also published as: JPH1089674A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、ターボ送風機６のモータ５を制御することで送風量を制御するターボ送風機６の送風量制御装置に関し、燃焼装置に燃焼用空気を制御供給する送風量制御装置等として好ましく利用することができる装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の燃焼装置の送風量制御装置として、例えば特開平5-164323号公報に記載されているように、送風機のモータの電流が所定値に達したときに、警報ランプを点滅させたり、燃焼を禁止したりするように構成されたものがあった。
【０００３】
このような従来の燃焼装置の送風量制御装置では、風圧スイッチを設けずに吸排気不良を検出できるものの、送風路の流路抵抗に応じた適切な送風量を維持することができず、最適燃焼を確保できない。即ち、送風路の流路抵抗は、経年変化、送風、流路長、吸排気の差圧、流路の曲がり具合、吸気フィルターの目詰まりなどの各種の要因により変化し、送風機のモータの回転数を一定に制御しても、送風路の流路抵抗の変化により送風量が変化することから、送風路の流路抵抗に応じた適切なモータ回転数を維持できなければ、空燃比が悪化し、消炎、不完全燃焼、火移り不良などの燃焼不良が生じる。
【０００４】
また従来の燃焼装置の送風量制御装置として、例えば特開平４−36508 号公報に記載されているように、送風路に風速センサなどを設置し、この風速センサなどからの検知信号に応じて送風機のモータの回転数を制御するように構成されたものがあった。
【０００５】
このような従来の燃焼装置の送風量制御装置では、所定の送風量を維持できるものの、送風路に風速センサなどを設置することから、風速センサなどが送風路の流路抵抗の増大を招くと共に、風速センサなどが製造コストを増大させる。
【０００６】
これらの問題を解決するため、本願発明の出願人は、送風機のモータの駆動電流と回転数とから送風路の流路抵抗を演算し、その流路抵抗に基づいて所要送風量が得られるモータ回転数を決定し、その回転数を目標回転数Ｎ_Mとしてファンモータを制御する制御方式を既に提案している（特願平６−297445号参照）。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記方式では、送風機のモータの駆動電流と回転数と流路抵抗との関係と、回転数と送風量と流路抵抗との関係とを、メモリなどに記憶させておく必要があり、メモリなどの記憶媒体の容量が大きくなると共に、ＣＰＵの負荷が重くなるという問題があった。
これに対して、本願出願人は特願平７−218545号において、流路抵抗を演算することなく、送風機のモータの駆動電流と回転数とから実送風量Ｑを演算できる燃焼装置の送風量制御装置を提供した。しかしながら、この送風量制御装置で提供した実送風量Ｑの演算方法はシロッコファン等の送風機には適しているものの、ターボ送風機を用いた場合には、その実送風量Ｑを必ずしも正確には演算できない問題があった。
【０００８】
そこで本願発明は上記従来技術の問題を解消し、流路抵抗等の送風抵抗を演算することなく、モータの駆動電流と回転数とからターボ送風機の実送風量Ｑを演算することができるターボ送風機の送風量制御装置の提供を課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本願発明のターボ送風機の送風量制御装置は、ターボ送風機６のモータ５を制御することで送風量を制御するターボ送風機６の送風量制御装置であって、
モータ５の実回転数Ｎを検出するモータ回転数検出手段18と、モータの実駆動電流Ｉを検出するモータ駆動電流検出手段19と、前記モータ５の実回転数Ｎと実駆動電流Ｉとから、次式ＦによってLog Ｉ−Ｎ座標系における直線の傾きΘを演算することでこの傾きΘに１対１対応する実送風量Ｑを演算する実送風量演算手段23と、前記式Ｆを記憶しておく実送風量演算情報記憶手段27とを備えたことを第１の特徴としている。
Θ＝Log （Ｉ−Ｉ₀）／Ｎ・・・式Ｆ
ここで、
ΘはLog Ｉ−Ｎ座標系における同一実送風量からなる直線の傾き。
Ｉはモータの実駆動電流。
Ｎはモータの実回転数。
Ｉ₀は駆動電流の基底値。
【００１０】
また本願発明のターボ送風機の送風量制御装置は、上記第１の特徴に加えて、予めの実験によって、種々の実送風量Ｑの値とそれに対応する傾きΘの値との対を実送風量演算情報記憶手段27に記憶させておくことを第２の特徴としている。
また本願発明のターボ送風機の送風量制御装置は、上記第１の特徴に加えて、予めの実験によって、実送風量Ｑと傾きΘとの関係式を得ておき、これを実送風量演算情報記憶手段27に記憶させておくことを第３の特徴としている。
また本願発明のターボ送風機の送風量制御装置は、上記第１〜３の何れかの特徴に加えて、目標送風量Ｑ_Mと実送風量Ｑとの偏差からフィードバック回転数Ｎ_FBを演算し、このフィードバック回転数Ｎ_FBとフィードフォワード回転数Ｎ_FFとから目標回転数Ｎ_Mを演算する目標回転数決定手段24と、実回転数Ｎと目標回転数Ｎ_Mとの偏差が零になるように、モータ５の駆動電力を制御する駆動電力制御手段17とを更に備えたことを第４の特徴としている。
また本願発明のターボ送風機の送風量制御装置は、上記第４の特徴に加えて、実送風量Ｑと目標送風量Ｑ_Mとの偏差の変化率が一定値以上のときに、駆動電力制御手段17を制御して、一時的に前記偏差のないものとしてモータ５の駆動電力を制御させる偏差入力禁止手段を更に備えたことを第５の特徴としている。
また本願発明のターボ送風機の送風量制御装置は、上記第１〜５の何れかの特徴に加えて、燃焼装置の構成部材として用いられることを第６の特徴としている。
また本願発明のターボ送風機の送風量制御装置は、上記第１〜６の何れかの特徴に加えて、Ｉ₀を一定値とすることを第７の特徴としている。
また本願発明のターボ送風機の送風量制御装置は、上記第６の特徴に加えて、Ｉ₀を燃料供給量の関数からなる変数とすることを第８の特徴としている。
【００１１】
上記第１の特徴において、傾きΘは横軸をモータ５の実回転数Ｎ、縦軸を対数による実駆動電流Ｉとした場合の、駆動電流の基底値Ｉ₀から実駆動電流値Ｉまでの直線の傾きとして演算することができる。また実送風量Ｑは得られた傾きΘに１対１対応する値として、得ることができる。
前記駆動電流の基底値Ｉ₀は縦軸（Ｉ−Ｎ座標系のＩ軸）を横切る点であり、この場合のモータ５の回転数は零ということになるが、この付近の値は実際の運転には使用しない領域の値であり、上記演算式Ｆ上の値ということになる。
通常の数値で表したモータ５の実回転数Ｎに対してモータ５の駆動電流Ｉの値を対数で表すことで、ターボ送風機６に対する送風抵抗が種々変化しても、同じ送風量はＱはLog Ｉ−Ｎ座標系において同じ直線ｋ上にのることから、その各直線ｋ₁、ｋ₂、ｋ₃・・・の各傾きΘ₁、Θ₂、Θ₃・・・が或る決まった実送風量Ｑ₁、Ｑ₂、Ｑ₃・・・を示していることになる。従ってこのΘと実送風量Ｑとの関係を予め実験によって明らかにしておくことで、実送風量ＱはΘを演算することで得ることができるのである。そして直線の傾きはLog Ｉ−Ｎ座標系においてLog Ｉ軸上の点（Log Ｉ₀，０）と検出した点（Log Ｉ，Ｎ）とを結ぶ直線ｋの傾きΘであり、上記式Ｆによって得ることができるのである。
第１の特徴によれば、ターボ送風機６の流路抵抗等の送風抵抗ａ、ｂ、ｃ・・・を演算することなく、また実送風量Ｑを検出するセンサ等を設けること無く、モータ５の実駆動電流Ｉと実回転数Ｎとからターボ送風機６の実送風量Ｑを容易、且つ速やかに演算することができ、ターボ送風機６の送風量制御に供することができる。
【００１２】
上記第２の特徴によれば、第１の特徴による作用、効果に加えて、予めの実験によって、種々の実送風量Ｑの値とそれに対応する傾きΘの値との対を実送風量演算情報記憶手段27に記憶させておくようにしているので、実際のターボ送風機６の運転において、実駆動電流Ｉと実回転数Ｎとから式Ｆによって傾きΘが演算されると、それに対応する実送風量Ｑを前記実送風量演算情報記憶手段27の記憶から即座に引き出して得ることができる。
【００１３】
上記第３の特徴によれば、第１の特徴による作用、効果に加えて、予めの実験によって、実送風量Ｑと傾きΘとの関係式を得ておき、これを実送風量演算情報記憶手段27に記憶させておくようにしているので、実際のターボ送風機６の運転において、実駆動電流Ｉと実回転数Ｎとから式Ｆによって傾きΘが演算されると、そのΘの値を関係式に入れて演算することで、即座に対応する実送風量Ｑを演算することができる。
前記関係式はＱ＝ｆ（Θ）として表されるが、実験により具体的な実験式として得ることができる。
【００１４】
また上記第４の特徴によれば、第１〜３の何れかの特徴による作用、効果に加えて、目標送風量Ｑ_Mと実送風量Ｑとの偏差からフィードバック回転数Ｎ_FBを演算し、このフィードバック回転数Ｎ_FBとフィードフォワード回転数Ｎ_FFとから目標回転数Ｎ_Mを演算する目標回転数決定手段24と、実回転数Ｎと目標回転数Ｎ_Mとの偏差が零になるように、モータ５の駆動電力を制御する駆動電力制御手段17とを更に備えたので、演算した実送風量Ｑを用いて、容易に目標送風量Ｑ_Mにフィードバック制御することができる。
【００１５】
また上記第５の特徴によれば、第４の特徴による作用、効果に加えて、実送風量Ｑと目標送風量Ｑ_Mとの偏差の急激な変化による駆動電力の急変に起因する制御の不正確さ及び不安定さを良好に解消できる。
偏差がないものとしてモータ５の駆動電力を制御させる時間は、一定であってもよいし、偏差の変化率に応じて可変させてもよい。
【００１６】
また上記第６の特徴によれば、第１〜５の何れかの特徴による作用、効果に加えて、ターボ送風機の送風量制御装置を燃焼装置の構成部材として用いることで、燃焼装置運転中における燃焼用空気の実送風量Ｑを、流路抵抗等の送風抵抗を演算することなく、また実送風量Ｑを検出するセンサ等を設けることなく容易に且つ速やかに演算することができる。また演算した実送風量Ｑに基づいて、燃焼装置における燃料供給量や必要燃焼量に対応する最適の実送風量への送風量調整も容易且つ正確に行うことが可能となり、良好な燃焼を達成することができる。前記燃焼装置としては都市ガス、その他のガス燃焼装置とするが、灯油等の石油燃焼装置としてもよい。
【００１７】
また上記第７の特徴によれば、第１〜６の何れかの特徴による作用、効果に加えて、傾きΘを演算する式Ｆにおいて、Ｉ₀を一定値とすることで、Ｉ₀を変数とする場合に比べて、より容易、簡単に実送風量Ｑを演算することができる。
この場合において、Ｉ₀は実験値として予め決定しておくことになる。
【００１８】
また上記第８の特徴によれば、第６の特徴による作用、効果に加えて、傾きΘを演算する式Ｆにおいて、Ｉ₀を燃焼装置における燃料供給量の関数からなる変数とすることで、燃焼装置における燃料供給量に応じたより正確な実送風量Ｑを演算することが可能となり、燃焼装置における燃料供給量や必要燃料量に応じたより好ましい送風量制御を行うことが可能となる。
前記変数としてのＩ₀は予め実験によって燃料供給量Ｇ_FFの関数Ｉ₀＝ｆ（Ｇ_FF）、例えばＩ₀＝αＧ_FF＋βとして算出式を定めておく。即ち、燃焼装置における種々の異なる燃料供給量に対して、それに対応した送風量となるように送風機６を駆動したときの実送風量Ｑをモータ５の実回転数Ｎとモータ５の実駆動電流Ｉとの関係において、Ｉ−Ｎ座標上の曲線として得ると共に、その各実送風量Ｑの曲線がＩ軸と交わる点を（Ｉ₀，０）として得ることで、種々の燃料供給量Ｇ_FFに対してのＩ₀値を、燃料供給量Ｇ_FFの関数として実験的に得ることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本願発明の好ましい実施の形態を、図面を参照しつつ具体的に説明する。
【００２０】
図１は、本願発明に係るターボ送風機の送風量制御装置を備えた燃焼装置の一例としての給湯装置の概略構成図であって、給湯装置のケーシング１の内部には、バーナ２と熱交換器３とが配置されている。ケーシング１の下側に連続するケース４の内部には、モータ５により駆動されるターボ送風機６が設置されており、ケーシング１の上部には、排気口７が形成されている。バーナ２には、ガス或いは石油などの燃料を供給するための燃料供給管８が接続されており、熱交換器３には、水を供給するための給水管10が接続されている。燃料供給管８及び給水管10にはバルブ11、12が介装されており、これらバルブ11、12は給湯制御部13により制御される。ケーシング１の内部には、バーナ２の上側に、燃焼室14が形成される。
【００２１】
ターボ送風機の送風量制御装置は、例えば交流100 ボルトの商用電源15からの交流電力を整流及び平滑して直流電力を出力する整流平滑手段16、駆動電力制御手段17、モータ回転数検出手段18、モータ駆動電流検出手段19、デューティー比制御手段20、フィードフォワード回転数決定手段21、実送風量演算手段23、目標回転数決定手段24、目標回転数変化率演算手段25、フィードバック回転数変化禁止手段26及び実送風量演算情報記憶手段27を備えている。デューティー比制御手段20、フィードフォワード回転数決定手段21、実送風量演算手段23、目標回転数決定手段24、目標回転数変化率演算手段25及びフィードバック回転数変化禁止手段26は、マイクロコンピュータ28により実現されており、実送風量演算情報記憶手段27は、例えばＥＥＰＲＯＭなどの不揮発性のメモリにより実現されている。
【００２２】
駆動電力制御手段17は、デューティー比制御手段20からの制御電圧に基づいて、整流平滑手段16からの直流電力をスイッチングし、モータ５に駆動電力として供給する。
モータ回転数検出手段18は、モータ５の回転数を検出する。
モータ駆動電流検出手段19は、モータ５の駆動電流を検出する。
デューティー比制御手段20は、目標回転数決定手段24により決定された目標回転数Ｎ_Mとモータ回転数検出手段18により検出された実回転数Ｎに基づいて、モータ５の回転数が目標回転数Ｎ_Mになるように、駆動電力制御手段17に供給する制御電圧を制御する。
フィードフォワード回転数決定手段21は、バーナ２の所要燃焼量に基づいてフィードフォワード回転数Ｎ_FFを決定する。
実送風量演算手段23は、モータ駆動電流検出手段19により検出された実駆動電流Ｉと、モータ回転数検出手段18により検出された実回転数Ｎと、実送風量演算情報記憶手段27に記憶された傾き演算式Ｆ及び傾きΘと実送風量Ｑとの関係とによって、実送風量Ｑを演算する。
目標回転数決定手段24は、実送風量演算手段23により演算された実送風量Ｑと目標送風量Ｑ_Mとの偏差に基づいてフィードバック回転数Ｎ_FBを決定し、そのフィードバック回転数Ｎ_FBとフィードフォワード回転数決定手段21により決定されたフィードフォワード回転数Ｎ_FFとに基づいて、モータ５の目標回転数Ｎ_Mを決定する。
目標回転数変化率演算手段25は、目標回転数決定手段24により決定された目標回転数Ｎ_Mの変化率を演算する。
フィードバック回転数変化禁止手段26は、目標回転数変化率演算手段25により演算された目標回転数Ｎ_Mの変化率が一定値以上のときに、目標回転数決定手段24を制御して一時的にフィードバック回転数Ｎ_FBの変化がないものとして目標回転数Ｎ_Mを決定させる。
実送風量演算情報記憶手段27は、予め実験によって得た傾き演算式Ｆと、予め実験より得た実送風量Ｑの値と傾きΘの値との１対１の多数の対応関係、或いは予め実験により得た実送風量Ｑと傾きΘとの関係式Ｑ＝ｆ（Θ）とを記憶する。
マイクロコンピュータ28は、給湯装置の全体を制御しており、給湯制御部13の一部もマイクロコンピュータ28により実現されている。
【００２３】
図２は、モータ５の駆動部の回路ブロック図であって、この駆動部は、主にモータ駆動ＩＣ31により構成されている。このモータ駆動ＩＣ31は、端子31a 〜31e を備えており、また駆動電力制御手段17と、モータ回転数検出手段18とを実現している。
駆動電力制御手段17は、モータ５の各コイルに駆動電力を供給するモータドライバー32と、モータドライバー32によりモータ５に供給される駆動電力をスイッチングするＰＷＭ可変速回路33とを備えている。
モータ回転数検出手段18は、モータ５に内蔵された複数のホール素子を含むホールＩＣ34からの検出信号に基づいてモータ５の回転数を演算する回転ロジック35と、回転ロジック35により演算された回転数に応じた回転数パルスを発生する回転数パルス発生回路36とを備えている。
端子31a には、整流平滑手段16からの駆動電力が入力され、この駆動電力は駆動電力制御手段17のモータドライバー32に供給される。端子31b には、補助電源37からの直流電力が入力され、この直流電力はモータ駆動ＩＣ31の各部に電源として供給される。端子31c には、デューティー比制御手段20から制御電圧が入力され、この制御電圧は駆動電力制御手段17のＰＷＭ可変速回路33に供給される。端子31d からは、モータ回転数検出手段18の回転数パルス発生回路36からの回転数パルスが出力され、この回転数パルスはデューティー比制御手段20に供給される。端子31e は接地端子である。
【００２４】
整流平滑手段16は、例えばダイオードブリッジからなる全波整流器と、キャパシタからなる平滑回路とにより実現されており、例えば100 ボルトの商用電源15から得られる交流電力を整流及び平滑して直流電力を出力する。駆動電力制御手段17は、デューティー比制御手段20からの制御電圧に応じてデューティー比を制御される制御パルスに基づいて、整流平滑手段16からの直流電力をスイッチングして、モータ５に駆動電力として供給する。即ち、モータ５に供給される直流駆動電力は、駆動電力制御手段17によりＰＷＭ制御される。モータ回転数検出手段18は、モータ５に内蔵された複数のホール素子を含むホールＩＣ34からなる回転検出センサからの検出信号に基づいて、モータ５の回転数を検出し、それに応じて回転数パルスをデューティー比制御手段20に供給すると共に、モータ５の回転子の回転に応じた回転信号を駆動電力制御手段17に供給する。デューティー比制御手段20は、モータ５の回転数が目標回転数Ｎ_Mになるように制御電圧を調整して、その制御電圧を駆動電力制御手段17に供給する。なおモータ５は、三相ブラシレスモータ、より詳しくは永久磁石型同期モータであって、本実施態様では、給湯装置のターボ送風機６を駆動するために使用している。
【００２５】
図３は、駆動電力制御手段17及びモータ駆動電流検出手段19の回路ブロック図であって、駆動電力制御手段17は三角波発振回路41、コンパレータ42、三相分配回路43及びトランジスタＴＲ１〜ＴＲ６を備えており、モータ駆動電流検出手段19は平滑回路44、電圧・周波数変換回路45及びホトカプラ46を備えている。なお、トランジスタＴＲ１〜ＴＲ６保護用のダイオードや、モータ５のコイル5a〜5cに流れる過電流を検出し且つ保護するための回路など、本願発明に直接関係のない構成要素については、図示及び説明を省略する。
【００２６】
三角波発振回路41は、例えば20KHz の周期の三角波を出力する。コンパレータ42は演算増幅器からなり、三角波発振装置41からの三角波の電圧と、デューティー比制御手段20からの制御電圧Ｖ_sとを比較し、制御電圧Ｖ_sが三角波の電圧以上であるときにオンし、制御電圧Ｖ_sが三角波の電圧よりも小さいときにオフする周期20KHz の制御パルスを出力する。即ち、制御パルスのデューティー比はデューティー比制御手段20からの制御電圧Ｖ_sに応じて変化する。三相分配回路43はモータ回転数検出手段18からの回転信号に応じて、上段側のトランジスタＴＲ１〜ＴＲ３のうちの１つと、下段側のトランジスタＴＲ４〜ＴＲ６のうちの１つとを、選択的にオンさせる。例えば、トランジスタＴＲ１、ＴＲ５がオンの場合、モータ５のコイル5aからコイル5bに駆動電流が流れる。即ち、モータ５の回転子の回転位置に応じて電流を流すコイル5a〜5cや電流の方向を順次切り替えることにより、モータ５の回転が継続する。更に三相分配回路43は、下段側のトランジスタＴＲ４〜ＴＲ６のうちオンさせるべきトランジスタを、コンパレータ42からの制御パルスに応じてオン・オフさせる。即ち、三相分配回路43は、モータ５に供給する駆動電力をデューティー比制御手段20からの制御電圧Ｖ_sに応じてＰＷＭ制御する。
【００２７】
この駆動電力制御手段17及びモータ駆動電流検出手段19の動作について、簡単に述べる。商用電源15からの交流電力は、整流平滑手段16によって整流され且つ平滑されて、駆動電力制御手段17を介してモータ５に駆動電力として供給される。このとき駆動電力制御手段17によりＰＷＭ制御が施され、モータ５の回転数が指令回転数になるように、モータ５への駆動電力が制御される。
【００２８】
いま、図４に示すように、三角波発振回路41からの三角波の最高電圧をＶ_h、最低電圧をＶ_lとし、デューティー比制御手段20からの制御電圧をＶ_sとすると、コンパレータ42の出力である制御パルスは、図５に示すように、制御電圧Ｖ_sが三角波の電圧以上のときにオンし、制御電圧Ｖ_sが三角波の電圧よりも小さいときにオフする、三角波と同じ周期のパルス列となる。そして三相分配回路43が下段側のトランジスタＴＲ４〜ＴＲ６のうち、オンさせるべきトランジスタのベースに、コンパレータ42からの制御パルスを印加するので、モータ５の駆動電力が制御パルスによりスイッチングされ、制御パルスのデューティー比に応じた駆動電力がモータ５に供給される。
【００２９】
トランジスタＴＲ４〜ＴＲ６のエミッタから出力された電流は、モータ駆動電流検出手段19の平滑回路44により平滑される。これにより電流に応じた電圧に変換され、電圧・周波数変換回路45により、電圧に応じた周波数のパルスに変換される。このパルスは、ホトカプラ46を介してマイクロコンピュータ28に供給される。即ち、マイクロコンピュータ28には、モータ５の駆動電流に応じた周波数のパルスがモータ駆動電流検出手段19から入力される。
【００３０】
次に、上記傾き演算式Ｆについて説明する。即ち、傾き演算式Ｆは次の通り、実験的に得ることができる。
【００３１】
Θ＝Log （Ｉ−Ｉ₀）／Ｎ・・・・式Ｆ
ここで、
ΘはLog Ｉ−Ｎ座標系における同一実送風量からなる直線の傾き。
Ｉはモータの実駆動電流。
Ｎはモータの実回転数。
Ｉ₀は駆動電流の基底値。
【００３２】
図７を参照して、前記傾き演算式Ｆがどのようにして得られるかを説明する。
ターボ送風機６におけるモータ５の実駆動電流Ｉと実回転数Ｎとの関係は、送風路の流路抵抗等、送風抵抗が種々（ａ、ｂ、ｃ・・・）変わることで、図７（Ａ）に示すように、その各送風抵抗（ａ、ｂ、ｃ・・・）に応じて、Ｉ−Ｎ座標系において、それぞれ曲線Ａ、Ｂ、Ｃ・・・となる。
次に前記各曲線（Ａ、Ｂ、Ｃ・・・）について、実際に測定された或る一定の送風量Ｑ₁に対応する点（Ｉ_A1，Ｎ_A1）、（Ｉ_B1，Ｎ_B1）、（Ｉ_C1，Ｎ_C1）・・・をプロットしてゆくと、図７（Ａ）の太い実線で示す様な曲線Ｋ₁が得られ、同様に種々の実際に測定された送風量Ｑ₂、Ｑ₃、Ｑ₄・・・に対してもそれぞれ同じ送風量からなる同様な曲線Ｋ₂、Ｋ₃、Ｋ₄・・が得られる。
そして、本願に係る発明者は、前記曲線Ｋ₁、Ｋ₂、Ｋ₃、Ｋ₄・・・について、実駆動電流Ｉを対数目盛りで表すことで、図７（Ｂ）で示すように、前記各曲線Ｋ₁、Ｋ₂、Ｋ₃、Ｋ₄・・・がそれぞれ異なる一定の傾きを持つ直線ｋ₁、ｋ₂、ｋ₃、ｋ₄・・で表すことができることを知得した。
即ち、直線ｋ₁、ｋ₂、ｋ₃、ｋ₄はそれぞれ実送風量がＱ₁、Ｑ₂、Ｑ₃、Ｑ₄に対応する直線であり、ターボ送風機６の場合には送風抵抗が種々（ａ、ｂ、ｃ・・・）変わっても、同じ実送風量Ｑ₁、Ｑ₂、Ｑ₃、Ｑ₄・・・については実駆動電流Ｉの対数Log Ｉと実回転数Ｎとの関係が同じ各直線ｋ₁、ｋ₂、ｋ₃、ｋ₄・・・上にのることが判った。そしてさらに前記直線ｋ₁、ｋ₂、ｋ₃、ｋ₄の傾きΘ₁、Θ₂、Θ₃、Θ₄がそれぞれの実送風量Ｑ₁、Ｑ₂、Ｑ₃、Ｑ₄・・・に対応することが判った。
【００３３】
よって、予め実送風量Ｑを検出する送風量検出器を用いた実験により、検出される実送風量Ｑ₁、Ｑ₂、Ｑ₃、Ｑ₄・・・とそれに対応するＩ−Ｎ座標系上での各曲線Ａ、Ｂ、Ｃ・・・を得て、この曲線から各実送風量Ｑ₁、Ｑ₂、Ｑ₃、Ｑ₄・・・に対応する曲線Ｋ₁、Ｋ₂、Ｋ₃、Ｋ₄・・・を得、このとき各曲線Ｋ₁、Ｋ₂、Ｋ₃、Ｋ₄・・・についてのＩ軸と交わる点の駆動電流Ｉ₀を求め、さらに前記曲線Ｋ₁、Ｋ₂、Ｋ₃、Ｋ₄・・・からLog Ｉ−Ｎ座標系上での直線ｋ₁、ｋ₂、ｋ₃、ｋ₄・・・を得て、この各直線ｋ₁、ｋ₂、ｋ₃、ｋ₄・・・の傾きΘ₁、Θ₂、Θ₃、Θ₄・・・を求める。そしてこの各傾きΘ₁、Θ₂、Θ₃、Θ₄・・・とそれに対応する実送風量Ｑ₁、Ｑ₂、Ｑ₃、Ｑ₄・・・との１対１対応関係を実送風量演算情報記憶手段27に記憶させる。
また前記直線ｋの傾きΘは、実駆動電流Ｉと実送風量Ｎと前記駆動電流の基底値Ｉ₀から上記傾き演算式Ｆで求めることができるので、該傾き演算式Ｆも実送風量演算情報記憶手段27に記憶させる。
【００３４】
尚、上記現実に測定された実送風量Ｑ₁、Ｑ₂、Ｑ₃、Ｑ₄・・・と上記現実に得られた傾きΘ₁、Θ₂、Θ₃、Θ₄・・・との関係を対としてそのまま記憶させる代わりに、実送風量Ｑと傾きΘとの関係を実験式としての関係式Ｑ＝ｆ（Θ）にして、これを実送風量演算情報記憶手段27に記憶させてもよい。
【００３５】
また前記駆動電流の基底値Ｉ₀は一定値として実験的に得ることができるが、駆動電流の基底値Ｉ₀は初期に設定されるべき目標送風量Ｑ_Mや目標回転数Ｎ_Mによって多少変動することがあるので、目標送風量Ｑ_Mや目標回転数Ｎ_Mに応じた２〜３の値を実験的に求めて記憶させるようにしてもよい。また目標送風量Ｑ_Mや目標回転数Ｎ_Mを変数とするＩ₀＝ｆ（Ｑ_M）、Ｉ₀＝ｆ（Ｎ_M）とした実験式を得て、実送風量演算情報記憶手段27に記憶させてもよい。
更にターボ送風機６の送風量や該ターボ送風機６が燃焼装置や燃焼装置を備えた給湯装置の場合には、目標送風量Ｑ_Mや目標回転数Ｎ_Mは燃焼のための燃料供給量Ｇ_FFに対応するので、駆動電流の基底値Ｉ₀を初燃料供給量Ｇ_FFに応じた２〜３の値として実験的に求めて記憶させるようにしてもよい。また燃料供給量Ｇ_FFを変数とするＩ₀＝ｆ（Ｇ_FF）、例えばＩ₀＝αＧ_FF＋βとした実験式を得て、実送風量演算情報記憶手段27に記憶させてもよい。
以上のようにして傾き演算式Ｆと駆動電流の基底値Ｉ₀、実送風量Ｑと傾きΘとの関係を実送風量演算情報記憶手段27に記憶させておくことで、実際の送風運転中において図７（Ｂ）の点（Log Ｉ，Ｎ）で示されるような値が検出された場合には、その値を用いてその時の実送風量Ｑが速やかに演算されるのである。
【００３６】
モータ５は永久磁石型同期モータであり、周知のように、駆動電流Ｉと回転数Ｎとの関係は、理論的にはＩ＝ａＮ²である。ただしａは定数である。従ってＩ−Ｎ曲線は、理論的にはＩ−Ｎ座標系の原点（０，０）を通るのであるが、実際にはターボ送風機６やモータ５や送風路などの特性のバラツキにより、Ｉ−Ｎ曲線が原点を通らず、またＩ−Ｎ曲線自体の形状も多少変形する場合もある。そこでＩ−Ｎの関係を実測し、Ｉ−Ｎ曲線の式を特定しておくことで、ターボ送風機６やモータ５や送風路などの特性のバラツキに起因する影響を除去するのである。
【００３７】
次に、給湯装置の運転動作について述べる。図６は本願発明にかかる送風量制御装置の制御系統を説明するブロック線図であって、以下の制御動作の流れは図６を参照することにより一層容易に理解できる。
【００３８】
図外のリモートコントローラからコントローラに運転指令が入力されると、給湯制御部13がバルブ11、12や図外のイグナイタなどを制御し、点火動作を開始すると共に、フィードフォワード回転数決定手段21にバーナ２の所要燃焼量、即ちバルブ11の開弁量（燃料供給量Ｇ_FF）に応じた信号、即ち目標送風量Ｑ_M或いはそれに対応する信号を出力する。これによりフィードフォワード回転数決定手段21が、給湯制御部13からの信号に基づいて、バーナ２の所要燃焼量に応じたモータ５のＦＦ回転数Ｎ₀を演算する。具体的には、バーナ２に供給される、例えば都市ガスなどの燃料供給量Ｇ_FF或いはその燃料供給量Ｇ_FFに対する目標送風量Ｑ_Mに対応して予め決められたモータ５のフィードフォワード（以下ＦＦとする）回転数Ｎ_FFを決定し、それを目標回転数決定手段24に出力する。このＦＦ回転数Ｎ_FFは、ターボ送風機６による送風路の流路抵抗等の送風抵抗が予め決められた基準値である場合に、所要燃料供給量Ｇ_FF対して最適な空燃比が得られる送風量に対応する回転数である。なお所要燃料供給量Ｇ_FFは、熱交換器３への入水温度、出湯温度、流量、設定温度などによって決定される。
【００３９】
この時点ではモータ５は回転しておらず、実送風量演算手段23による演算結果が目標回転数決定手段24に供給されないので、目標回転数決定手段24はフィードフォワード回転数決定手段21からのＦＦ回転数Ｎ_FFに対応した回転数指令信号をデューティー比制御手段20に出力する。
【００４０】
これによりデューティー比制御手段20が、モータ５がＦＦ回転数Ｎ_FFで回転するような制御電圧Ｖ_sを駆動電力制御手段17に供給する。この結果、駆動電力制御手段17がＰＷＭ方式により駆動電力を制御して、モータ５をＦＦ回転数Ｎ_FFで回転するように駆動する。
【００４１】
次に、モータ駆動電流検出手段19がモータ５の駆動電流を検出する。即ち、モータドライバー32のトランジスタＴＲ４〜ＴＲ６のエミッタからの電流は、モータ駆動電流検出手段19の平滑回路44により平滑され、平滑回路44の出力電圧が電圧・周波数変換回路45により周波数に変換され、モータ５の駆動電流に応じた周波数のパルスがホトカプラ46を介してマイクロコンピュータ28に供給される。
【００４２】
一方、モータ回転数検出手段18がモータ５のホールＩＣ34からの検出信号に基づいて、モータ５の回転数を検出する。
【００４３】
次に、実送風量演算手段23がモータ駆動電流検出手段19からの実駆動電流Ｉと、モータ回転数検出手段18からの実回転数Ｎと、実送風量演算情報記憶手段27からの傾き演算式Ｆと駆動電流の基底値Ｉ₀とから傾きΘを演算し、さらに実送風量演算情報記憶手段27に記憶されている傾きΘと実送風量Ｑとの１対１対応の関係、或いは関係式Ｑ＝ｆ（Θ）によって、実送風量Ｑを演算する。
【００４４】
次に目標回転数決定手段24が、実送風量演算手段23により演算された実送風量Ｑと設定された目標送風量Ｑ_Mとの偏差を求め、その偏差に基づいてフィードバック（以下ＦＢとする）回転数Ｎ_FBを演算し、そのＦＢ回転数Ｎ_FBとフィードフォワード回転数決定手段21により決定されたＦＦ回転数Ｎ_FFとから目標回転数Ｎ_Mを決定し、その目標回転数Ｎ_Mに応じた回転数指令信号をデューティー比制御手段20に出力する。
前記ＦＢ回転数Ｎ_FBは、例えばＰＩＤ制御など、ＦＦ回転数Ｎ_FFとＦＢ回転数Ｎ_FBとの和Ｎ_FF＋Ｎ_FBを目標回転数Ｎ_Mと決定して、それに応じた回転数指令信号をデューティー比制御手段20に出力する。
【００４５】
尚、前記燃焼に際して所要燃焼量や所要燃料供給量Ｇ_FFに対応して目標送風量Ｑ_Mが設定されることなく、ＦＦ回転数Ｎ_FFだけが決められるような装置においては、予めの実験によって、装置における基準状態で送風を行った場合の実駆動電流Ｉと実回転数Ｎとの関係曲線、例えば図７の（Ａ）において送風抵抗がａの場合を基準状態とすると曲線Ａを得ておき、このＩとＮの関係を記憶させておくことで、ＦＦ回転数Ｎ_FFから目標送風量Ｑ_Mを演算することができる。
即ち所要燃焼量や所要燃料供給量Ｇ_FFが決まると、その給湯制御部13では送風抵抗が基準状態にあることを前提にＦＦ回転数Ｎ_FFを決めることから、そのＦＦ回転数Ｎ_FFから記憶している基準状態でのＩ−Ｎ曲線Ａに基づいてＦＦ駆動電流Ｉ_FFを演算し、さらにそのＮ_FFとＩ_FFから実送風量演算情報記憶手段27に記憶されている傾き演算式Ｆと傾きΘと実回転数Ｎの関係から目標送風量Ｑ_Mを演算する。目標送風量Ｑ_Mが演算されると実送風量Ｑとの偏差が上記のように演算され、必要なＦＢ回転数Ｎ_FBや目標回転数Ｎ_Mを決定することができる。
【００４６】
前記デューティー比制御手段20が、目標回転数決定手段24により決定された目標回転数Ｎ_Mに応じた回転数指令信号とモータ回転数検出手段18からの実際の回転数Ｎとに基づいて、モータ５が目標回転数Ｎ_Mで回転するような制御電圧Ｖ_sを駆動電力制御手段17に出力する。
これにより駆動電力制御手段17が、デューティー比制御手段20からの制御電圧Ｖ_sに基づいて、モータ５に供給する直流電力をスイッチングし、モータ５の回転数が目標回転数Ｎ_Mとなるように駆動する。
【００４７】
ここで、ターボ送風機６による送風路の送風抵抗が増加したとすると、仮に回転数一定制御方式でモータ５を制御した場合、送風量が減少する。すると図７の（Ｂ）における直線の傾きΘが小さくなり、それに応じてＦＢ回転数Ｎ_FBが大きくなり、その結果目標回転数Ｎ_Mが大きくなって、モータ５の動作点を元の直線上に戻すように制御が働き、常に一定の最適な送風量を維持できる。
送風抵抗が減少する場合も同様に、元の直線上に戻すように制御が働き、常に一定の最適な送風量を維持できる。
【００４８】
前記目標回転数変化率演算手段25は、目標回転数決定手段24により決定される目標回転数Ｎ_Mの変化率を演算し、その演算結果をフィードバック回転数変化禁止手段26に出力する。
これによってフィードバック回転数変化禁止手段26が、目標回転数変化率演算手段25により演算された目標回転数Ｎ_Mの変化率が所定値以上のときに、その大きさに応じた時間だけ、目標回転数決定手段24に傾き偏差変化無視信号を出力する。
これにより目標回転数決定手段24が、フィードバック回転数変化禁止手段26から傾き偏差変化無視信号が入力されている期間、ＦＢ回転数Ｎ_FBの変化がないものとして目標回転数Ｎ_Mを決定する。
【００４９】
これは、目標回転数の急激な変化によりモータ５に流れる突入電流が制御系に及ぼす悪影響を除去するためである。即ち図８の（Ａ）に示すように、目標回転数Ｎ_Mが破線のようにステップ状に変化すると、実回転数Ｎが実線のようにオーバーシュートを伴って変化し、駆動電流の図８の（Ｂ）に示すように大きなオーバーシュートを伴って変化する。更には、駆動電圧も図８の（Ｃ）に示すように変化する。図８の（Ｂ）に示す駆動電流は、モータ駆動電流検出手段19により検出され、実送風量演算手段23に供給されるので、このような大きなオーバーシュートを伴った駆動電流の変化は、制御を不正確且つ不安定にする。そこで図８の（Ｄ）に示すように、目標回転数Ｎ_Mの変化率が所定値以上のときに、その変化率の大きさに応じた期間、駆動電流の監視をオフさせ、制御を正確且つ安定にさせている。具体的には、フィードバック回転数変化禁止手段26から目標回転数決定手段24に傾き偏差変化無視信号を出力して、直線の傾きの偏差の変化が零、換言すれば実送風量Ｑと目標送風量Ｑ_Mとの差の変化が零であるものとして、ＦＢ回転数Ｎ_FBを演算させる時間は非常に短いので、それが制御系に悪影響を及ぼすことはない。
【００５０】
また上記実施形態では、実送風量Ｑや目標送風量Ｑ_MからＦＦ制御のためのＦＦ回転数Ｎ_FFや目標回転数Ｎ_M等を求めるようにしているが、直線ｋの傾きΘを用いて、その傾きΘの偏差に基づいて送風量制御をしてもよい。
【００５１】
また上記実施形態では、ターボ送風機６のモータ５をＰＷＭ方式で駆動したが、安定化された直流電圧を印加する制御方式で駆動してもよい。
また上記実施形態では、フィードバック回転数変化禁止手段26により目標送風量Ｑ_Mと実送風量Ｑとの偏差の変化がないものとして目標回転数を決定させる時間を、実送風量Ｑと目標送風量Ｑ_Mとの偏差の変化率に応じて可変させたが、一定時間であってもよい。
【００５２】
【発明の効果】
本発明は以上の構成よりなり、請求項１に記載のターボ送風機の送風量制御装置によれば、モータ５の実回転数Ｎを検出するモータ回転数検出手段18と、モータの実駆動電流Ｉを検出するモータ駆動電流検出手段19と、前記モータの実回転数Ｎと実駆動電流Ｉとから、傾き演算式ＦによってLog Ｉ−Ｎ座標系における直線の傾きΘを演算することでこの傾きΘに１対１対応する実送風量Ｑを演算する実送風量演算手段23と、前記傾き演算式Ｆを記憶しておく実送風量演算情報記憶手段27とを備えたので、
ターボ送風機６の流路抵抗等の送風抵抗ａ、ｂ、ｃ・・・を演算することなく、また実送風量Ｑを検出するセンサ等を設けること無く、モータ５の実駆動電流Ｉと実回転数Ｎとからターボ送風機６の実送風量Ｑを容易、且つ速やかに演算することができ、ターボ送風機６の送風量制御に供することができる。また送風抵抗と送風量や駆動電流や回転数との関係を記憶しておく必要がなく、その分記憶媒体の容量を小さくすることができる。
また請求項２に記載のターボ送風機の送風量制御装置によれば、上記請求項１に記載の構成による効果に加えて、予め実験によって、種々の実送風量Ｑの値とそれに対応する傾きΘの値との対を実送風量演算情報記憶手段27に記憶させておくようにしたので、実際のターボ送風機６の運転において、実駆動電流Ｉと実回転数Ｎとから式Ｆによって傾きΘが演算されると、それに対応する実送風量Ｑを前記実送風量演算情報記憶手段27の記憶から即座に引き出して得ることができる。
また請求項３に記載のターボ送風機の送風量制御装置によれば、上記請求項１に記載の構成による効果に加えて、予め実験によって、実送風量Ｑと傾きΘとの関係式を得ておき、これを実送風量演算情報記憶手段27に記憶させておくようにしたので、実際のターボ送風機６の運転において、実駆動電流Ｉと実回転数Ｎとから式Ｆによって傾きΘが演算されると、そのΘの値を関係式に入れて演算することで、即座に対応する実送風量Ｑを演算することができる。
また請求項４に記載のターボ送風機の送風量制御装置によれば、上記請求項１〜３の何れかに記載の構成による効果に加えて、目標送風量Ｑ_Mと実送風量Ｑとの偏差からＦＢ回転数Ｎ_FBを演算し、このＦＢ回転数Ｎ_FBとＦＦ回転数Ｎ_FFとから目標回転数Ｎ_Mを演算する目標回転数決定手段24と、実回転数Ｎと目標回転数Ｎ_Mとの偏差が零になるようにモータ５の駆動電力を制御する駆動電力制御手段17とを更に備えたことにより、
演算した実送風量Ｑを用いて、容易に目標送風量Ｑ_Mにフィードバック制御することができる。
また請求項５に記載のターボ送風機の送風量制御装置によれば、上記請求項４に記載の構成による効果に加えて、実送風量Ｑと目標送風量Ｑ_Mとの偏差の変化率が一定値以上のときに、駆動電力制御手段17を制御して、一時的に前記偏差のないものとしてモータ５の駆動電力を制御させる偏差入力禁止手段を更に備えたので、
実送風量Ｑと目標送風量Ｑ_Mとの偏差の急激な変化による駆動電力の急変に起因する制御の不正確さ及び不安定さを良好に解消できる。
また請求項６に記載のターボ送風機の送風量制御装置によれば、上記請求項１〜５の何れかに記載の構成による効果に加えて、ターボ送風機の送風量制御装置が燃焼装置の構成部材として用いられるので、
燃焼装置運転中における燃焼用空気の実送風量Ｑを、流路抵抗等の送風抵抗を演算することなく、また実送風量Ｑを検出するセンサ等を設けることなく容易に且つ速やかに演算することができる。また演算した実送風量Ｑに基づいて、燃焼装置における燃料供給量や必要燃焼量に対応する最適の実送風量への送風量調整も容易且つ正確に行うことが可能となり、良好な燃焼を達成することができる。
また請求項７に記載のターボ送風機の送風量制御装置によれば、上記請求項１〜６の何れかに記載の構成による効果に加えて、Ｉ₀を一定値としたので、
Ｉ₀を変数とする場合に比べて、傾きΘを演算する式Ｆ等からより容易、簡単に実送風量Ｑを演算することができる。
また請求項８に記載のターボ送風機の送風量制御装置によれば、上記請求項６に記載の構成による効果に加えて、Ｉ₀を燃料供給量の関数からなる変数とすることで、燃焼装置における燃料供給量に応じたより正確な実送風量Ｑを演算することが可能となり、燃焼装置における燃料供給量や必要燃料量に応じたより好ましい送風量制御を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るターボ送風機の送風量制御装置を備えた燃焼装置の一例としての給湯装置の概略構成図である。
【図２】本発明に係るターボ送風機の送風量制御装置に備えられたモータ駆動部の回路ブロック図である。
【図３】本発明に係るターボ送風機の送風量制御装置に備えられた駆動電力制御手段及びモータ駆動電流検出手段の回路図である。
【図４】本発明に係るターボ送風機の送風量制御装置に備えられた三角波発振回路により得られる三角波の波形図である。
【図５】本発明に係るターボ送風機の送風量制御装置に備えられたモータに供給される制御電圧の波形図である。
【図６】本発明に係るターボ送風機の送風量制御装置の制御系のブロック線図である。
【図７】本発明に係るターボ送風機の送風量制御装置により制御されるモータの実駆動電流と実回転数と送風量との関係を示す図で、（Ａ）はＩ−Ｎ座標系での関係を示し、（Ｂ）はLog Ｉ−Ｎ座標系での関係を示す。
【図８】本発明に係るターボ送風機の送風量制御装置に備えられたモータの動作状態の説明図であって、（Ａ）は目標回転数と実回転数との関係、（Ｂ）は駆動電流の波形、（Ｃ）は駆動電圧の波形、（Ｄ）はフィートバック回転数変化禁止手段の動作状態をそれぞれ示している。
【符号の説明】
５モータ
６ターボ送風機
17 駆動電力制御手段
18 モータ回転数検出手段
19 モータ駆動電流検出手段
23 実送風量演算手段
24 目標回転数決定手段
27 実送風量演算情報記憶手段[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a blower amount control device for the turbo blower 6 that controls the blower amount by controlling the motor 5 of the turbo blower 6, and is preferably used as a blower amount control device that controls and supplies combustion air to the combustion device. It is related with the apparatus which can do.
[0002]
[Prior art]
As a conventional blower amount control device for a combustion device, for example, as described in JP-A-5-164323, when the current of a blower motor reaches a predetermined value, an alarm lamp blinks or combustion is performed. Some were configured to ban.
[0003]
In such a conventional combustion apparatus air flow control device, although it is possible to detect intake / exhaust failure without providing a wind pressure switch, it is not possible to maintain an appropriate air flow according to the flow path resistance of the air flow path, which is optimal. Unable to ensure combustion. That is, the flow path resistance of the air passage changes due to various factors such as aging, air flow, flow path length, intake / exhaust differential pressure, flow path bending, and clogging of the intake filter, and the rotation of the fan motor Even if the number is controlled to be constant, the amount of air flow changes due to the change in the flow path resistance of the air passage, so the air-fuel ratio deteriorates unless an appropriate motor speed corresponding to the flow path resistance of the air passage is maintained. As a result, poor combustion such as extinguishing, incomplete combustion, and poor fire transfer occurs.
[0004]
Further, as a conventional blower amount control device for a combustion apparatus, a wind speed sensor or the like is installed in a blower passage as described in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-36508, and a blower according to a detection signal from the wind speed sensor or the like. Some motors are configured to control the rotation speed of the motor.
[0005]
In such a conventional air volume control device for a combustion apparatus, although a predetermined air volume can be maintained, a wind speed sensor or the like is installed in the air path, so that the wind speed sensor or the like causes an increase in the flow path resistance of the air path. Wind speed sensors increase manufacturing costs.
[0006]
In order to solve these problems, the applicant of the present invention calculates the flow resistance of the air passage from the drive current and the rotational speed of the motor of the blower, and a motor that can obtain the required air flow based on the flow resistance. Determine the number of revolutions and set the number of revolutions to the target number of revolutions N _M A control method for controlling a fan motor has already been proposed (see Japanese Patent Application No. 6-297445).
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above method, the relationship between the drive current of the motor of the blower, the rotational speed, and the flow path resistance, and the relationship between the rotational speed, the air flow rate, and the flow path resistance must be stored in a memory or the like. There is a problem that the capacity of a storage medium such as a memory increases and the load on the CPU increases.
On the other hand, the applicant of the present application disclosed in Japanese Patent Application No. 7-218545, which is capable of calculating the actual blowing rate Q from the driving current and the rotational speed of the blower motor without calculating the flow path resistance. A control device was provided. However, although the method for calculating the actual air flow rate Q provided by this air flow control device is suitable for a blower such as a sirocco fan, the actual air flow rate Q cannot always be calculated accurately when a turbo blower is used. There was a problem.
[0008]
Therefore, the present invention solves the above-mentioned problems of the prior art, and can calculate the actual air flow rate Q of the turbo air blower from the motor drive current and the rotational speed without calculating the air flow resistance such as the flow path resistance. An object of the present invention is to provide an air flow control device.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the blower amount control device of the turbo blower of the present invention is a blower amount control device of the turbo blower 6 that controls the blower amount by controlling the motor 5 of the turbo blower 6.
From the motor rotation speed detection means 18 for detecting the actual rotation speed N of the motor 5, the motor drive current detection means 19 for detecting the actual drive current I of the motor, the actual rotation speed N of the motor 5 and the actual drive current I. By calculating the slope Θ of the straight line in the Log I-N coordinate system according to the following equation F, the actual ventilation amount calculating means 23 for calculating the actual ventilation amount Q corresponding to this inclination Θ one-to-one, and the equation F are stored. The first feature is that an actual air flow rate calculation information storage means 27 is provided.
Θ = Log (II ₀ ) / N ... Formula F
here,
Θ is the slope of the straight line consisting of the same actual air flow rate in the Log I-N coordinate system.
I is the actual drive current of the motor.
N is the actual rotational speed of the motor.
I ₀ Is the base value of the drive current.
[0010]
In addition to the first feature described above, the turbo blower air volume control device according to the present invention provides a pair of various actual air volume Q values and corresponding inclination Θ values based on actual experiments. The second feature is that it is stored in the calculation information storage means 27.
In addition to the first feature described above, the turbo blower air volume control device of the present invention obtains a relational expression between the actual air volume Q and the inclination Θ by a prior experiment, and obtains the actual air volume calculation information. The third feature is that it is stored in the storage means 27.
Moreover, the air blower control device for the turbo blower according to the present invention has a target air blow amount Q in addition to any of the first to third features. _M Feedback rotational speed N from deviation between actual air flow rate Q _FB And the feedback rotation speed N _FB And feedforward speed N _FF To target rotation speed N _M Target rotational speed determination means 24 for calculating the actual rotational speed N and target rotational speed N _M The fourth feature is that it further comprises drive power control means 17 for controlling the drive power of the motor 5 so that the deviation from the above becomes zero.
In addition to the fourth feature, the turbo blower air volume control device of the present invention has an actual air volume Q and a target air volume Q. _M And deviation input prohibiting means for controlling the driving power of the motor 5 to temporarily control the driving power of the motor 5 when there is no deviation when the rate of change of deviation with respect to a predetermined value or more is controlled. Is the fifth feature.
Moreover, in addition to any one of the first to fifth features, the blower amount control device for a turbo blower of the present invention has a sixth feature that it is used as a constituent member of a combustion device.
In addition to the above-described features of any one of the first to sixth aspects, the blower amount control device for a turbo blower according to the present invention provides an I ₀ The seventh characteristic is that the value is a constant value.
In addition to the sixth feature, the blower amount control device for a turbo blower according to the present invention includes an I ₀ It is an eighth feature that is a variable consisting of a function of the fuel supply amount.
[0011]
In the first feature, the inclination Θ is the base value I of the drive current when the horizontal axis is the actual rotational speed N of the motor 5 and the vertical axis is the logarithmic actual drive current I. ₀ To the actual drive current value I can be calculated as the slope of the straight line. Further, the actual air flow rate Q can be obtained as a value corresponding to the obtained slope Θ on a one-to-one basis.
Base value I of the drive current ₀ Is a point that crosses the vertical axis (I axis of the I-N coordinate system), and the rotation speed of the motor 5 in this case is zero, but the value in the vicinity is a value in a region not used in actual operation. Therefore, it is a value on the arithmetic expression F.
By expressing the value of the drive current I of the motor 5 as a logarithm with respect to the actual rotational speed N of the motor 5 expressed as a normal numerical value, even if the blowing resistance with respect to the turbo blower 6 changes variously, the same blowing amount is Q. Since it is on the same straight line k in the Log I-N coordinate system, each straight line k ₁ , K ₂ , K _Three Each inclination of Θ ₁ , Θ ₂ , Θ _Three ... A certain actual air flow rate Q ₁ , Q ₂ , Q _Three ... is shown. Therefore, by clarifying the relationship between Θ and the actual air flow rate Q in advance by experiments, the actual air flow rate Q can be obtained by calculating Θ. The slope of the straight line is the point on the Log I axis (Log I ₀ , 0) and the detected point (Log I, N) is the slope Θ of the straight line k and can be obtained by the above equation F.
According to the first feature, the motor 5 does not calculate the blowing resistances a, b, c... Such as the flow path resistance of the turbo blower 6 and does not provide a sensor or the like for detecting the actual blowing amount Q. From the actual drive current I and the actual rotation speed N, the actual blown amount Q of the turbo blower 6 can be calculated easily and quickly, and the blower amount of the turbo blower 6 can be controlled.
[0012]
According to the second feature, in addition to the operation and effect of the first feature, a pair of various values of the actual air flow rate Q and the corresponding value of the gradient Θ is calculated by the actual experiment. Since the information is stored in the information storage means 27, when the inclination Θ is calculated from the actual driving current I and the actual rotational speed N by the equation F in the actual operation of the turbo blower 6, the corresponding actual The air flow rate Q can be obtained by immediately pulling it out of the storage of the actual air flow rate calculation information storage means 27.
[0013]
According to the third feature, in addition to the operation and effect of the first feature, a relational expression between the actual air flow rate Q and the inclination Θ is obtained by a previous experiment, and this is stored as the actual air flow rate calculation information. Since it is stored in the means 27, in the actual operation of the turbo blower 6, when the inclination Θ is calculated from the actual driving current I and the actual rotational speed N by the formula F, the value of Θ is related. By calculating in the formula, it is possible to immediately calculate the corresponding actual air blowing amount Q.
Although the relational expression is expressed as Q = f (Θ), it can be obtained as a specific experimental expression by experiment.
[0014]
According to the fourth feature, in addition to the function and effect of any one of the first to third features, the target air flow rate Q _M Feedback rotational speed N from deviation between actual air flow rate Q _FB And the feedback rotation speed N _FB And feedforward speed N _FF To target rotation speed N _M Target rotational speed determination means 24 for calculating the actual rotational speed N and target rotational speed N _M Driving power control means 17 for controlling the driving power of the motor 5 so that the deviation from the motor 5 becomes zero. _M Can be feedback controlled.
[0015]
Further, according to the fifth feature, in addition to the operation and effect of the fourth feature, the actual air flow rate Q and the target air flow rate Q _M Thus, it is possible to satisfactorily eliminate the inaccuracy and instability of the control due to the sudden change of the driving power due to the sudden change of the deviation.
The time for controlling the driving power of the motor 5 assuming that there is no deviation may be constant, or may be varied according to the rate of change of the deviation.
[0016]
Moreover, according to the said 6th characteristic, in addition to the effect | action by the characteristic in any one of 1st-5th, by using the ventilation volume control apparatus of a turbo blower as a structural member of a combustion apparatus, during a combustion apparatus driving | operation The actual air flow rate Q of the combustion air can be calculated easily and quickly without calculating the air flow resistance such as the flow path resistance and without providing a sensor or the like for detecting the actual air flow rate Q. In addition, based on the calculated actual air flow rate Q, it is possible to easily and accurately adjust the air flow rate to the optimum actual air flow rate corresponding to the fuel supply amount and the required combustion amount in the combustion device, thereby achieving good combustion. can do. The combustion device is a city gas or other gas combustion device, but may be an oil combustion device such as kerosene.
[0017]
According to the seventh feature, in addition to the action and effect of any one of the first to sixth features, in the formula F for calculating the slope Θ, I ₀ Is set to a constant value so that I ₀ It is possible to calculate the actual blown air quantity Q more easily and easily than in the case where is a variable.
In this case, I ₀ Is determined in advance as an experimental value.
[0018]
Further, according to the eighth feature, in addition to the action and effect of the sixth feature, in the equation F for calculating the gradient Θ, I ₀ Is a variable that is a function of the fuel supply amount in the combustion device, so that it is possible to calculate a more accurate actual blown amount Q according to the fuel supply amount in the combustion device, and the fuel supply amount and required fuel amount in the combustion device It is possible to perform more preferable air flow control according to the above.
I as the variable ₀ The fuel supply amount G _FF Function I ₀ = F (G _FF ), For example I ₀ = ΑG _FF A calculation formula is defined as + β. That is, with respect to various different fuel supply amounts in the combustion apparatus, the actual blown amount Q when the blower 6 is driven so as to obtain the corresponding blown amount is obtained as the actual rotational speed N of the motor 5 and the actual drive current of the motor 5. In relation to I, the curve is obtained as a curve on the I-N coordinate, and the point where the curve of each actual air flow rate Q intersects the I axis (I ₀ , 0) to obtain various fuel supply amounts G _FF Against I ₀ Value, fuel supply amount G _FF Can be obtained experimentally as a function of
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be specifically described with reference to the drawings.
[0020]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a hot water supply apparatus as an example of a combustion apparatus provided with a blower amount control device for a turbo blower according to the present invention, and a burner 2 and a heat exchanger are provided inside a casing 1 of the hot water supply apparatus. 3 are arranged. A turbo blower 6 driven by a motor 5 is installed inside a case 4 that continues to the lower side of the casing 1, and an exhaust port 7 is formed in the upper part of the casing 1. The burner 2 is connected to a fuel supply pipe 8 for supplying fuel such as gas or oil, and the heat exchanger 3 is connected to a water supply pipe 10 for supplying water. Valves 11 and 12 are interposed in the fuel supply pipe 8 and the water supply pipe 10, and these valves 11 and 12 are controlled by a hot water supply control unit 13. A combustion chamber 14 is formed inside the casing 1 above the burner 2.
[0021]
The blower amount control device of the turbo blower is, for example, a rectifying / smoothing means 16 that rectifies and smoothes AC power from a commercial power supply 15 of AC 100 volts and outputs DC power, a drive power control means 17, a motor rotation speed detection means 18, Motor drive current detection means 19, duty ratio control means 20, feedforward rotation speed determination means 21, actual air flow rate calculation means 23, target rotation speed determination means 24, target rotation speed change rate calculation means 25, feedback rotation speed change prohibition means 26 and an actual air flow rate calculation information storage means 27 are provided. The duty ratio control means 20, the feedforward rotation speed determination means 21, the actual air flow rate calculation means 23, the target rotation speed determination means 24, the target rotation speed change rate calculation means 25, and the feedback rotation speed change prohibition means 26 are performed by the microcomputer 28. The actual air flow rate calculation information storage means 27 is realized by a non-volatile memory such as an EEPROM.
[0022]
The drive power control means 17 switches the DC power from the rectifying / smoothing means 16 based on the control voltage from the duty ratio control means 20 and supplies it to the motor 5 as drive power.
The motor rotation speed detection means 18 detects the rotation speed of the motor 5.
The motor drive current detection means 19 detects the drive current of the motor 5.
The duty ratio control means 20 has a target rotational speed N determined by the target rotational speed determination means 24. _M And the actual rotational speed N detected by the motor rotational speed detection means 18, the rotational speed of the motor 5 is set to the target rotational speed N. _M The control voltage supplied to the drive power control means 17 is controlled so that
The feedforward rotational speed determination means 21 is based on the required combustion amount of the burner 2 and feedforward rotational speed N _FF To decide.
The actual blast amount calculating means 23 stores the actual driving current I detected by the motor driving current detecting means 19, the actual rotational speed N detected by the motor rotational speed detecting means 18, and the actual blast amount calculating information storage means 27. The actual air flow rate Q is calculated based on the relationship between the calculated slope calculation formula F and the inclination Θ and the actual air flow rate Q.
The target rotational speed determination means 24 includes the actual air flow rate Q calculated by the actual air flow rate calculation means 23 and the target air flow rate Q. _M Feedback rotation speed N based on deviation from _FB And the feedback rotation speed N _FB And the feedforward rotational speed N determined by the feedforward rotational speed determining means 21 _FF Based on the above, the target rotational speed N of the motor 5 _M To decide.
The target rotational speed change rate calculating means 25 is a target rotational speed N determined by the target rotational speed determining means 24. _M The rate of change of is calculated.
The feedback rotational speed change prohibiting means 26 is a target rotational speed N calculated by the target rotational speed change rate calculating means 25. _M When the change rate of the motor is greater than or equal to a certain value, the target rotational speed determination means 24 is controlled to temporarily feedback the rotational speed N _FB Target rotation speed N _M Let me decide.
The actual blown amount calculation information storage means 27 has a large number of one-to-one correspondences between the slope calculation formula F obtained in advance by experiment and the actual blown amount Q value and slope Θ obtained in advance from the experiment. The relational expression Q = f (Θ) between the actual air flow rate Q and the inclination Θ obtained by the experiment is stored.
The microcomputer 28 controls the entire hot water supply apparatus, and a part of the hot water supply control unit 13 is also realized by the microcomputer 28.
[0023]
FIG. 2 is a circuit block diagram of a drive unit of the motor 5, and this drive unit is mainly composed of a motor drive IC 31. The motor drive IC 31 includes terminals 31a to 31e, and also realizes drive power control means 17 and motor rotation speed detection means 18.
The drive power control means 17 includes a motor driver 32 that supplies drive power to each coil of the motor 5, and a PWM variable speed circuit 33 that switches the drive power supplied to the motor 5 by the motor driver 32.
The motor rotation speed detection means 18 is a rotation logic 35 that calculates the rotation speed of the motor 5 based on a detection signal from a Hall IC 34 that includes a plurality of Hall elements incorporated in the motor 5, and a rotation calculated by the rotation logic 35. And a rotation speed pulse generation circuit 36 for generating a rotation speed pulse corresponding to the number.
Driving power from the rectifying / smoothing means 16 is input to the terminal 31a, and this driving power is supplied to the motor driver 32 of the driving power control means 17. DC power from the auxiliary power source 37 is input to the terminal 31b, and this DC power is supplied to each part of the motor drive IC 31 as a power source. A control voltage is input from the duty ratio control means 20 to the terminal 31c, and this control voltage is supplied to the PWM variable speed circuit 33 of the drive power control means 17. A rotation speed pulse from the rotation speed pulse generation circuit 36 of the motor rotation speed detection means 18 is output from the terminal 31d, and this rotation speed pulse is supplied to the duty ratio control means 20. The terminal 31e is a ground terminal.
[0024]
The rectifying / smoothing means 16 is realized by a full-wave rectifier made of, for example, a diode bridge and a smoothing circuit made of a capacitor. For example, the rectified and smoothed AC power obtained from the 100-volt commercial power supply 15 is output to output DC power. To do. The drive power control means 17 switches the DC power from the rectifying / smoothing means 16 based on the control pulse whose duty ratio is controlled in accordance with the control voltage from the duty ratio control means 20, and supplies the motor 5 with drive power. Supply. That is, the DC drive power supplied to the motor 5 is PWM controlled by the drive power control means 17. The motor rotation speed detection means 18 detects the rotation speed of the motor 5 on the basis of a detection signal from a rotation detection sensor comprising a Hall IC 34 including a plurality of Hall elements incorporated in the motor 5, and the rotation speed pulse is correspondingly detected. Is supplied to the duty ratio control means 20 and a rotation signal corresponding to the rotation of the rotor of the motor 5 is supplied to the drive power control means 17. The duty ratio control means 20 is such that the rotational speed of the motor 5 is the target rotational speed N. _M Then, the control voltage is adjusted so that the control voltage is supplied to the drive power control means 17. The motor 5 is a three-phase brushless motor, more specifically a permanent magnet type synchronous motor. In this embodiment, the motor 5 is used to drive the turbo blower 6 of the hot water supply apparatus.
[0025]
FIG. 3 is a circuit block diagram of the drive power control means 17 and the motor drive current detection means 19. The drive power control means 17 includes a triangular wave oscillation circuit 41, a comparator 42, a three-phase distribution circuit 43, and transistors TR1 to TR6. The motor drive current detection means 19 includes a smoothing circuit 44, a voltage / frequency conversion circuit 45, and a photocoupler 46. It should be noted that components that are not directly related to the present invention, such as a diode for protecting the transistors TR1 to TR6 and a circuit for detecting and protecting the overcurrent flowing through the coils 5a to 5c of the motor 5, are illustrated and described. Omitted.
[0026]
The triangular wave oscillating circuit 41 outputs a triangular wave having a period of 20 KHz, for example. The comparator 42 is composed of an operational amplifier, and the triangular wave voltage from the triangular wave oscillating device 41 and the control voltage V from the duty ratio control means 20. _s And the control voltage V _s Is turned on when the voltage is greater than or equal to the triangular wave voltage _s Outputs a control pulse with a period of 20 KHz that turns off when is smaller than the triangular wave voltage. That is, the duty ratio of the control pulse is the control voltage V from the duty ratio control means 20. _s It changes according to. The three-phase distribution circuit 43 selectively selects one of the upper-stage transistors TR1 to TR3 and one of the lower-stage transistors TR4 to TR6 in accordance with the rotation signal from the motor rotation speed detection means 18. Turn it on. For example, when the transistors TR1 and TR5 are on, a drive current flows from the coil 5a to the coil 5b of the motor 5. That is, the rotation of the motor 5 is continued by sequentially switching the currents of the coils 5a to 5c and the current direction according to the rotational position of the rotor of the motor 5. Further, the three-phase distribution circuit 43 turns on / off the transistor to be turned on among the lower-stage transistors TR4 to TR6 in accordance with the control pulse from the comparator 42. That is, the three-phase distribution circuit 43 converts the drive power supplied to the motor 5 to the control voltage V from the duty ratio control means 20. _s PWM control is performed according to the above.
[0027]
The operations of the drive power control means 17 and the motor drive current detection means 19 will be briefly described. The AC power from the commercial power supply 15 is rectified and smoothed by the rectifying / smoothing means 16 and supplied as drive power to the motor 5 via the drive power control means 17. At this time, PWM control is performed by the drive power control means 17, and the drive power to the motor 5 is controlled so that the rotation speed of the motor 5 becomes the command rotation speed.
[0028]
Now, as shown in FIG. 4, the maximum voltage of the triangular wave from the triangular wave oscillation circuit 41 is V _h , The minimum voltage is V _l And the control voltage from the duty ratio control means 20 is V _s Then, as shown in FIG. 5, the control pulse that is the output of the comparator 42 is the control voltage V _s Is turned on when the voltage is equal to or higher than the triangular wave voltage, and the control voltage V _s Becomes a pulse train having the same period as the triangular wave, which is turned off when is smaller than the voltage of the triangular wave. Then, since the three-phase distribution circuit 43 applies the control pulse from the comparator 42 to the base of the transistor to be turned on among the lower transistors TR4 to TR6, the driving power of the motor 5 is switched by the control pulse. The driving power corresponding to the duty ratio is supplied to the motor 5.
[0029]
The current output from the emitters of the transistors TR4 to TR6 is smoothed by the smoothing circuit 44 of the motor drive current detection means 19. As a result, the voltage is converted into a voltage corresponding to the current, and is converted into a pulse having a frequency corresponding to the voltage by the voltage / frequency conversion circuit 45. This pulse is supplied to the microcomputer 28 via the photocoupler 46. That is, a pulse having a frequency corresponding to the drive current of the motor 5 is input from the motor drive current detection means 19 to the microcomputer 28.
[0030]
Next, the inclination calculation formula F will be described. That is, the slope calculation formula F can be obtained experimentally as follows.
[0031]
Θ = Log (II ₀ ) / N ・・・・ Formula F
here,
Θ is the slope of the straight line consisting of the same actual air flow rate in the Log I-N coordinate system.
I is the actual drive current of the motor.
N is the actual rotational speed of the motor.
I ₀ Is the base value of the drive current.
[0032]
With reference to FIG. 7, it will be described how the slope calculation formula F is obtained.
The relationship between the actual drive current I of the motor 5 and the actual rotational speed N in the turbo blower 6 is shown in FIG. 7 (a, b, c. As shown to A), according to each ventilation resistance (a, b, c ...), it becomes a curve A, B, C ... in an IN coordinate system, respectively.
Next, for each of the curves (A, B, C...), A certain measured airflow rate Q actually measured. ₁ The point (I _A1 , N _A1 ), (I _B1 , N _B1 ), (I _C1 , N _C1 ) ..., the curve K as shown by the thick solid line in FIG. ₁ Similarly, various actually measured airflow rates Q are obtained. ₂ , Q _Three , Q _Four ... for the same curve K with the same air flow rate ₂ , K _Three , K _Four ・・ Is obtained.
Then, the inventor according to the present application describes the curve K ₁ , K ₂ , K _Three , K _Four For each of the curves K, as shown in FIG. 7B, the actual drive current I is expressed on a logarithmic scale. ₁ , K ₂ , K _Three , K _Four Straight lines k with constant slopes different from each other ₁ , K ₂ , K _Three , K _Four ・ Knowed that it can be expressed by
That is, the straight line k ₁ , K ₂ , K _Three , K _Four Each has an actual air flow rate of Q ₁ , Q ₂ , Q _Three , Q _Four In the case of the turbo blower 6, even if the blowing resistance changes variously (a, b, c...), The same actual blowing amount Q ₁ , Q ₂ , Q _Three , Q _Four For each of the straight lines k, the relationship between the logarithm Log I of the actual driving current I and the actual rotational speed N is the same. ₁ , K ₂ , K _Three , K _Four ... I found that it was on the top. Further, the straight line k ₁ , K ₂ , K _Three , K _Four Slope of Θ ₁ , Θ ₂ , Θ _Three , Θ _Four Is the actual air flow Q ₁ , Q ₂ , Q _Three , Q _Four It was found that it corresponds to ...
[0033]
Therefore, the actual air flow rate Q detected by the experiment using the air flow rate detector that detects the actual air flow rate Q in advance. ₁ , Q ₂ , Q _Three , Q _Four ... and each curve A, B, C ... on the corresponding I-N coordinate system is obtained, and each actual air flow rate Q is obtained from this curve. ₁ , Q ₂ , Q _Three , Q _Four Curve K corresponding to ₁ , K ₂ , K _Three , K _Four ..., then each curve K ₁ , K ₂ , K _Three , K _Four Drive current I at the point that intersects the I axis ₀ And the curve K ₁ , K ₂ , K _Three , K _Four ... from the straight line k on the Log I-N coordinate system ₁ , K ₂ , K _Three , K _Four ... and get each straight line k ₁ , K ₂ , K _Three , K _Four .. slope Θ ₁ , Θ ₂ , Θ _Three , Θ _Four Ask for ... And each inclination Θ ₁ , Θ ₂ , Θ _Three , Θ _Four ... and the actual air flow Q corresponding to it ₁ , Q ₂ , Q _Three , Q _Four The one-to-one correspondence relationship with... Is stored in the actual air flow rate calculation information storage means 27.
In addition, the inclination Θ of the straight line k depends on the actual drive current I, the actual air flow rate N, and the base value I of the drive current. ₀ Therefore, the inclination calculation formula F is also stored in the actual air flow rate calculation information storage means 27.
[0034]
The actual air flow rate Q measured in the above ₁ , Q ₂ , Q _Three , Q _Four ... and the inclination Θ obtained in the above reality ₁ , Θ ₂ , Θ _Three , Θ _Four .., Instead of storing the relationship as it is as a pair, the relationship between the actual air flow rate Q and the inclination Θ is expressed as a relational expression Q = f (Θ) as an empirical formula, and this is calculated as the actual air flow rate calculation information storage means. 27 may be stored.
[0035]
Also, the base value I of the drive current ₀ Can be experimentally obtained as a constant value, but the base value I of the drive current ₀ Is the target air flow Q that should be set initially _M And target speed N _M Depending on the target air flow rate Q _M And target speed N _M A value of 2 to 3 according to the above may be obtained experimentally and stored. Target air flow rate Q _M And target speed N _M I as a variable ₀ = F (Q _M ), I ₀ = F (N _M ) May be obtained and stored in the actual air flow rate calculation information storage means 27.
Furthermore, when the turbo blower 6 is blown or the turbo blower 6 is a combustion device or a hot water supply device provided with the combustion device, the target blow amount Q _M And target speed N _M Is the fuel supply G for combustion _FF Therefore, the base value I of the drive current ₀ First fuel supply amount G _FF It may be experimentally obtained and stored as a value of 2 to 3 according to the above. Fuel supply amount G _FF I as a variable ₀ = F (G _FF ), For example I ₀ = ΑG _FF An empirical formula of + β may be obtained and stored in the actual blown amount calculation information storage means 27.
In this way, the slope calculation formula F and the base value I of the drive current ₀ By storing the relationship between the actual air flow rate Q and the inclination Θ in the actual air flow rate calculation information storage means 27, it is indicated by a point (Log I, N) in FIG. When such a value is detected, the actual air flow rate Q at that time is quickly calculated using the value.
[0036]
The motor 5 is a permanent magnet type synchronous motor. As is well known, the relationship between the drive current I and the rotational speed N is theoretically I = aN. ² It is. However, a is a constant. Therefore, the IN curve theoretically passes through the origin (0, 0) of the IN coordinate system, but in reality, due to variations in the characteristics of the turbo blower 6, the motor 5, the air passage, etc. The N curve may not pass through the origin, and the shape of the IN curve itself may be slightly deformed. Therefore, by measuring the relationship of I-N and specifying the formula of the I-N curve, the influence caused by variations in characteristics of the turbo blower 6, the motor 5, the blower passage, and the like is eliminated.
[0037]
Next, the operation of the hot water supply apparatus will be described. FIG. 6 is a block diagram for explaining the control system of the air flow rate control device according to the present invention. The flow of the following control operation can be understood more easily by referring to FIG.
[0038]
When an operation command is input to the controller from a remote controller (not shown), the hot water supply control unit 13 controls the valves 11 and 12 and an igniter (not shown) to start the ignition operation, and to the feedforward rotation speed determination means 21. The required combustion amount of the burner 2, that is, the valve opening amount of the valve 11 (fuel supply amount G _FF ), That is, the target air flow rate Q _M Alternatively, a corresponding signal is output. Thereby, the feedforward rotational speed determination means 21 is based on the signal from the hot water supply control unit 13 and the FF rotational speed N of the motor 5 according to the required combustion amount of the burner 2. ₀ Is calculated. Specifically, a fuel supply amount G such as city gas supplied to the burner 2 is used. _FF Or its fuel supply amount G _FF Target airflow rate Q _M The feed forward (hereinafter referred to as FF) rotational speed N of the motor 5 determined in advance corresponding to _FF Is output to the target rotational speed determination means 24. This FF rotation speed N _FF Is the required fuel supply amount G when the blowing resistance such as the flow path resistance of the blowing passage by the turbo blower 6 is a predetermined reference value. _FF On the other hand, this is the rotational speed corresponding to the air flow rate at which the optimum air-fuel ratio is obtained. Required fuel supply amount G _FF Is determined by the temperature of water entering the heat exchanger 3, the temperature of the hot water, the flow rate, the set temperature, and the like.
[0039]
At this time, the motor 5 is not rotating, and the calculation result by the actual air flow rate calculation means 23 is not supplied to the target rotation speed determination means 24, so that the target rotation speed determination means 24 receives the FF from the feedforward rotation speed determination means 21. Rotational speed N _FF Is output to the duty ratio control means 20.
[0040]
As a result, the duty ratio control means 20 causes the motor 5 to rotate at the FF rotation speed N. _FF Control voltage V rotating at _s Is supplied to the drive power control means 17. As a result, the drive power control means 17 controls the drive power by the PWM method, and the motor 5 is switched to the FF rotation speed N. _FF Drive to rotate.
[0041]
Next, the motor drive current detection means 19 detects the drive current of the motor 5. That is, the current from the emitters of the transistors TR4 to TR6 of the motor driver 32 is smoothed by the smoothing circuit 44 of the motor drive current detection means 19, and the output voltage of the smoothing circuit 44 is converted into a frequency by the voltage / frequency conversion circuit 45. A pulse having a frequency corresponding to the drive current of the motor 5 is supplied to the microcomputer 28 via the photocoupler 46.
[0042]
On the other hand, the motor rotation speed detection means 18 detects the rotation speed of the motor 5 based on the detection signal from the Hall IC 34 of the motor 5.
[0043]
Next, the actual air flow rate calculation means 23 calculates the actual drive current I from the motor drive current detection means 19, the actual rotation speed N from the motor rotation speed detection means 18, and the inclination calculation from the actual air flow rate calculation information storage means 27. Formula F and base value I of drive current ₀ Then, the inclination Θ is calculated based on the relationship between the inclination Θ stored in the actual air flow rate calculation information storage means 27 and the actual air flow rate Q, or the relational expression Q = f (Θ). The air flow rate Q is calculated.
[0044]
Next, the target rotational speed determination means 24 is operated by the actual air flow rate calculating means 23 and the set target air flow rate Q. _M , And feedback (hereinafter referred to as FB) rotational speed N based on the deviation _FB And the FB rotation speed N _FB And the FF rotation speed N determined by the feedforward rotation speed determination means 21 _FF To target rotation speed N _M And the target rotational speed N _M Is output to the duty ratio control means 20.
FB rotation speed N _FB Is, for example, PID control, FF rotation speed N _FF And FB rotation speed N _FB Sum N _FF + N _FB Is the target speed N _M And a rotational speed command signal corresponding to the output is output to the duty ratio control means 20.
[0045]
Note that the required combustion amount and required fuel supply amount G during the combustion are described. _FF Corresponding to target air flow rate Q _M FF speed N without setting _FF In a device in which only the air pressure is determined, a relationship curve between the actual driving current I and the actual rotational speed N when the air is blown in the reference state in the device, for example, the blowing resistance in FIG. If a is the reference state, curve A is obtained and the relationship between I and N is stored, so that the FF rotation speed N _FF To target airflow rate Q _M Can be calculated.
That is, required combustion amount and required fuel supply amount G _FF Is determined, the hot water supply control unit 13 assumes that the blowing resistance is in the reference state, and the FF speed N _FF FF rotation speed N _FF FF drive current I based on the I-N curve A in the reference state stored from _FF And then N _FF And I _FF From the relationship between the inclination calculation formula F stored in the actual air flow rate calculation information storage means 27, the inclination Θ and the actual rotational speed N, the target air flow rate Q _M Is calculated. Target air volume Q _M Is calculated as described above, and the required FB rotation speed N is calculated. _FB And target speed N _M Can be determined.
[0046]
The duty ratio control means 20 uses the target rotational speed N determined by the target rotational speed determination means 24. _M On the basis of the rotational speed command signal corresponding to the motor rotational speed detection means 18 and the actual rotational speed N from the motor rotational speed detection means 18. _M Control voltage V rotating at _s Is output to the drive power control means 17.
As a result, the drive power control means 17 controls the control voltage V from the duty ratio control means 20. _s , The DC power supplied to the motor 5 is switched, and the rotational speed of the motor 5 is the target rotational speed N. _M Drive to become.
[0047]
Here, assuming that the blowing resistance of the blowing path by the turbo blower 6 is increased, the amount of blown air is reduced if the motor 5 is controlled by the constant rotation speed control method. Then, the slope Θ of the straight line in FIG. 7B is reduced, and the FB rotation speed N is accordingly increased. _FB As a result, the target rotational speed N _M Thus, the control works so as to return the operating point of the motor 5 to the original straight line, and a constant optimum air flow rate can always be maintained.
Similarly, when the blowing resistance decreases, the control works so as to restore the original straight line, and a constant optimum blowing amount can always be maintained.
[0048]
The target rotational speed change rate calculating means 25 is a target rotational speed N determined by the target rotational speed determining means 24. _M Is calculated, and the calculation result is output to the feedback rotation speed change prohibiting means 26.
As a result, the feedback rotational speed change prohibiting means 26 performs the target rotational speed N calculated by the target rotational speed change rate calculating means 25 _M When the change rate of is not less than a predetermined value, an inclination deviation change ignoring signal is output to the target rotational speed determination means 24 for a time corresponding to the magnitude.
As a result, the target rotational speed determination means 24 is in a period during which the inclination deviation change ignoring signal is input from the feedback rotational speed change prohibiting means 26, while the FB rotational speed N _FB Target rotation speed N _M To decide.
[0049]
This is to eliminate the adverse effect of the inrush current flowing through the motor 5 on the control system due to a sudden change in the target rotational speed. That is, as shown in FIG. _M As shown by a broken line, the actual rotational speed N changes with an overshoot as shown by a solid line, and changes with a large overshoot as shown in FIG. Further, the drive voltage also changes as shown in FIG. The drive current shown in FIG. 8B is detected by the motor drive current detection means 19 and supplied to the actual air flow rate calculation means 23. Therefore, the change in the drive current with such a large overshoot is controlled by Is inaccurate and unstable. Therefore, as shown in FIG. 8D, the target rotational speed N _M When the rate of change is equal to or greater than a predetermined value, the monitoring of the drive current is turned off for a period corresponding to the magnitude of the rate of change, thereby ensuring accurate and stable control. Specifically, the feedback rotation speed change prohibiting means 26 outputs an inclination deviation change ignoring signal to the target rotation speed determining means 24, and the change in the deviation of the straight line inclination is zero, in other words, the actual air flow rate Q and the target feed rate. Air volume Q _M FB rotation speed N _FB Since the time for calculating is very short, it does not adversely affect the control system.
[0050]
Moreover, in the said embodiment, the actual ventilation volume Q and the target ventilation volume Q _M To FF speed N for FF control _FF And target speed N _M However, the amount of air flow may be controlled based on the deviation of the slope Θ using the slope Θ of the straight line k.
[0051]
Moreover, in the said embodiment, although the motor 5 of the turbo air blower 6 was driven with the PWM system, you may drive with the control system which applies the stabilized DC voltage.
In the above embodiment, the target air flow rate Q is controlled by the feedback rotation speed change prohibiting means 26. _M Time for determining the target rotational speed on the assumption that there is no change in deviation between the actual air flow rate Q and the actual air flow rate Q. _M However, it may be a certain time.
[0052]
【The invention's effect】
The present invention has the above-described configuration. According to the blower amount control device for a turbo blower according to claim 1, the motor rotation number detecting means 18 for detecting the actual rotation number N of the motor 5 and the actual drive current I of the motor. The slope Θ is calculated by calculating the slope Θ of the straight line in the Log I-N coordinate system from the actual rotational speed N of the motor and the actual drive current I using the slope calculation formula F. The actual air flow rate calculating means 23 for calculating the actual air flow rate Q corresponding one-to-one and the actual air flow rate calculating information storage means 27 for storing the inclination calculation formula F are provided.
The actual driving current I and the actual rotation of the motor 5 without calculating the blowing resistances a, b, c, etc. of the turbo blower 6 and without providing a sensor or the like for detecting the actual blowing amount Q. From the number N, the actual blown amount Q of the turbo blower 6 can be calculated easily and quickly, and the blower amount control of the turbo blower 6 can be provided. Further, it is not necessary to store the relationship between the blowing resistance, the blowing amount, the driving current, and the rotation speed, and the capacity of the storage medium can be reduced accordingly.
Further, according to the blower amount control device for a turbo blower according to the second aspect, in addition to the effect by the configuration according to the first aspect, various values of the actual blown amount Q and the corresponding inclination Θ are obtained by experiments in advance. In the actual operation of the turbo blower 6, the slope Θ is obtained from the actual driving current I and the actual rotational speed N according to the equation F. When calculated, the actual air flow rate Q corresponding thereto can be obtained immediately from the storage of the actual air flow rate calculation information storage means 27.
Further, according to the blower amount control device for a turbo blower according to claim 3, in addition to the effect by the configuration according to claim 1, a relational expression between the actual blower amount Q and the inclination Θ is obtained in advance by experiment. Since this is stored in the actual blower amount calculation information storage means 27, in the actual operation of the turbo blower 6, the inclination Θ is calculated from the actual drive current I and the actual rotational speed N by the formula F. Then, by calculating the value of Θ in the relational expression, it is possible to immediately calculate the corresponding actual air flow rate Q.
Moreover, according to the ventilation volume control apparatus of the turbo blower of Claim 4, in addition to the effect by the structure in any one of the said Claims 1-3, target ventilation volume Q _M FB rotation speed N from deviation between actual air flow rate Q _FB To calculate the FB rotation speed N _FB And FF rotation speed N _FF To target rotation speed N _M Target rotational speed determination means 24 for calculating the actual rotational speed N and target rotational speed N _M Drive power control means 17 for controlling the drive power of the motor 5 so that the deviation from
Using the calculated actual air flow rate Q, the target air flow rate Q can be easily _M Can be feedback controlled.
Further, according to the blower amount control device for a turbo blower according to claim 5, in addition to the effect by the configuration according to claim 4, the actual blower amount Q and the target blower amount Q _M And deviation input prohibiting means for controlling the driving power of the motor 5 to temporarily control the driving power of the motor 5 when there is no deviation when the rate of change of the deviation is a certain value or more. ,
Actual air flow rate Q and target air flow rate Q _M Thus, it is possible to satisfactorily eliminate the inaccuracy and instability of the control due to the sudden change of the driving power due to the sudden change of the deviation.
According to the turbo blower air volume control device according to claim 6, in addition to the effect of the configuration according to any of claims 1 to 5, the air flow rate control device of the turbo blower is a component of the combustion device. Because it is used as
Calculate the actual air flow rate Q of the combustion air during the operation of the combustion device easily and quickly without calculating the air flow resistance such as the channel resistance and without providing a sensor or the like for detecting the actual air flow rate Q. Can do. In addition, based on the calculated actual air flow rate Q, it is possible to easily and accurately adjust the air flow rate to the optimum actual air flow rate corresponding to the fuel supply amount and the required combustion amount in the combustion device, thereby achieving good combustion. can do.
In addition, according to the blower amount control device for a turbo blower according to the seventh aspect, in addition to the effect of the configuration according to any one of the first to sixth aspects, ₀ Is a constant value,
I ₀ Compared to the case where is used as a variable, the actual blown air quantity Q can be calculated more easily and easily from the equation F for calculating the inclination Θ.
According to the turbo blower air volume control device of the eighth aspect, in addition to the effect of the configuration of the sixth aspect, ₀ Is a variable consisting of a function of the fuel supply amount, it becomes possible to calculate a more accurate actual blown amount Q according to the fuel supply amount in the combustion device, and according to the fuel supply amount and the required fuel amount in the combustion device. It becomes possible to perform preferable air flow control.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a hot water supply apparatus as an example of a combustion apparatus provided with a blower amount control device for a turbo blower according to the present invention.
FIG. 2 is a circuit block diagram of a motor driving unit provided in a blower amount control device for a turbo blower according to the present invention.
FIG. 3 is a circuit diagram of drive power control means and motor drive current detection means provided in a blower amount control device for a turbo blower according to the present invention.
FIG. 4 is a waveform diagram of a triangular wave obtained by a triangular wave oscillation circuit provided in a blower amount control device for a turbo blower according to the present invention.
FIG. 5 is a waveform diagram of a control voltage supplied to a motor provided in a blower control device for a turbo blower according to the present invention.
FIG. 6 is a block diagram of a control system of a blower control device for a turbo blower according to the present invention.
FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the actual driving current of the motor, the actual rotational speed, and the amount of air flow controlled by the air volume control device of the turbo blower according to the present invention, where (A) is in the IN coordinate system. (B) shows the relationship in the Log I-N coordinate system.
FIGS. 8A and 8B are explanatory diagrams of an operation state of a motor provided in a blower amount control device for a turbo blower according to the present invention, in which FIG. 8A is a relationship between a target rotational speed and an actual rotational speed, and FIG. The waveform of the current, (C) shows the waveform of the drive voltage, and (D) shows the operating state of the footback rotation speed change prohibiting means.
[Explanation of symbols]
5 Motor
6 Turbo blower
17 Drive power control means
18 Motor rotation speed detection means
19 Motor drive current detection means
23 Actual air flow calculation means
24 Target speed determination means
27 Actual air flow rate calculation information storage means

Claims

A blower amount control device for the turbo blower 6 that controls the blower amount by controlling the motor 5 of the turbo blower 6,
From the motor rotation speed detection means 18 for detecting the actual rotation speed N of the motor 5, the motor drive current detection means 19 for detecting the actual drive current I of the motor, the actual rotation speed N of the motor 5 and the actual drive current I. By calculating the slope Θ of the straight line in the Log I-N coordinate system according to the following equation F, the actual ventilation amount calculating means 23 for calculating the actual ventilation amount Q corresponding to this inclination Θ one-to-one, and the equation F are stored. A blower amount control device for a turbo blower, comprising: an actual blower amount calculation information storage means 27 to be stored.
Θ = Log (I−I ₀ ) / N (Formula F)
here,
Θ is the slope of the straight line consisting of the same actual air flow rate in the Log I-N coordinate system.
I is the actual drive current of the motor.
N is the actual rotational speed of the motor.
I ₀ is the base value of the drive current.

2. The air blow rate control of the turbo blower according to claim 1, wherein a pair of various values of the actual air flow rate Q and the corresponding value of the gradient Θ is stored in the actual air flow rate calculation information storage means 27 by a prior experiment. apparatus.

The blower amount control device for a turbo blower according to claim 1, wherein a relational expression between the actual blown amount Q and the inclination Θ is obtained by a preliminary experiment and stored in the actual blown amount calculation information storage means 27.

Calculates a target blowing rate Q _M and the actual air volume Q and deviation feedback from the rotational speed N _FB of the target rotation speed determined for calculating the target rotational speed N _M and a feedback rotational speed N _FB and the feedforward rotational speed N _FF and means 24, so that the deviation between the actual rotational speed N and the target rotational speed N _M is zero, claim 1, further comprising a driving power control unit 17 for controlling the driving power of the motor 5 The blower amount control device for a turbo blower according to any one of?

When the rate of change in deviation between the actual air flow rate Q and the target air flow rate Q _M is greater than or equal to a certain value, the drive power control means 17 is controlled to temporarily control the drive power of the motor 5 without the deviation. The apparatus according to claim 4, further comprising deviation input prohibiting means.

The blower amount control device for a turbo blower according to any one of claims 1 to 5, wherein the blower control device is used as a constituent member of a combustion device.

The blower amount control device for a turbo blower according to any one of claims 1 to 6, wherein _I0 is a constant value.

The blower amount control device for a turbo blower according to claim 6, wherein _I0 is a variable comprising a function of the fuel supply amount.