JP4230615B2 - 給湯装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、給気ファン又は排気ファンを回転させるファンモータ等のブラシレスモータ駆動装置を備える給湯装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
図9は、ファンモータを駆動する従来のブラシレスモータ駆動装置を示している。ファンモータ900には駆動回路902により駆動電流が供給され、駆動回路902には商用交流電源を整流・平滑回路904によって得た駆動電圧が加えられているとともに、PWM制御回路906からの駆動パルス出力が加えられている。ファンモータ900の回転は、ホール素子等で構成される回転センサ908によって検出され、その検出信号は回転ロジック回路910を通して回転ロジック信号に変換されて制御装置912に加えられる。制御装置912は、予め設定された回転数と回転ロジック回路910から回転ロジック信号、即ち、回転データからパルス状の回転信号を演算して出力し、回転数制御回路914に加える。回転数制御回路914は、その回転信号を積分し、レベル信号に変換する。PWM制御回路906には、このレベル信号が加えられ、レベル信号が持つレベルに比例するデューティ比の駆動パルス出力を発生する。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このようなブラシレスモータ駆動装置では、整流・平滑回路904を通して得た直流電圧からPWM制御回路906に必要な制御電圧を得る手段として制御電源916が設けられ、常時、PWM制御回路906に制御電圧が加えられている。即ち、ファンモータ900が停止期間中においても、電源スイッチが投入されている限り、PWM制御回路906は駆動状態に置かれて電力を消費している。この電力消費は無駄であり、CO2 の発生も無視できない。
【0004】
そこで、本発明は、省電力化を実現した給湯装置を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明は、回転駆動信号を発生する駆動制御手段(PWM制御回路8)、制御電圧を発生する制御電源(18)、この制御電源から前記駆動制御手段に加えられる前記制御電圧をプログラム化して加える給電制御手段(スイッチ20、ON−OFF制御回路22、制御装置14)を備えて、駆動制御手段への給電及び動作をプログラム化することで、省電力化を実現したものである。
【0007】
このような構成によれば、ブラシレスモータに対して回転駆動信号を付与する駆動制御手段には制御電源から制御電圧が加えられ、これが駆動源である。従来、この制御電圧を常時付与していたのに対し、制御電圧を回転指令に基づいてプログラム化して駆動制御手段に加えることにより、電力消費を抑制できる。
【0008】
請求項1に係る本発明の給湯装置は、給気ファン又は排気ファンを回転させるブラシレスモータ(ファンモータ2)と、制御電圧を発生する制御電源(18)と、この制御電源から前記制御電圧を受けて動作し、回転駆動信号を発生して前記ブラシレスモータに加える駆動制御手段(PWM制御回路8)と、この駆動制御手段に対する前記制御電圧をプログラム化して給電する給電制御手段(スイッチ20、ON−OFF制御回路22、制御装置14)とを備え、前記駆動制御手段に対する前記制御電圧を水流検知に基づいて給電を開始し、燃焼を終了した時点から所定時間の経過後、解除し又は零電圧に近い値に低下させることを特徴とする。
【0009】
即ち、ブラシレスモータは、火花の発生がない等の利点を利用して燃焼機器の給気ファンや排気ファンの回転駆動手段として使用される。これら給気ファンや排気ファンは、燃焼機器の燃焼に応じて回転させればよい。そこで、ブラシレスモータに回転駆動信号を付与する駆動制御手段に対し、制御電源からの制御電圧の給電を給気ファンや排気ファンの回転又は回転停止に応じてプログラム化することで、電力消費を節減することができる。
【0011】
また、駆動制御手段に対する制御電圧を給湯時間又は浴槽残水の追焚時間に対応させて制御しており、給湯又は追焚の開始を水流の発生によって検知し、これを起点とし、燃焼手段の燃焼を終了した時点から所定時間の経過後、解除し又は零電圧に近い値に低下させる。燃焼を終了した時点から所定時間の経過後に給電を解除又は零電圧に近い値に低下させるのは、燃焼終了後の排気を完全にするためである。また、給電の解除に対し、制御電圧を零電圧に近い値に低下させるのは、省電力化を図るには制御電圧を零電圧に近い値に低下させる程度で十分だからである。
【0012】
そして、請求項2に係る本発明の給湯装置は、給気ファン又は排気ファンを回転させるブラシレスモータ(ファンモータ2)と、制御電圧を発生する制御電源(18)と、この制御電源から前記制御電圧を受けて動作し、回転駆動信号を発生して前記ブラシレスモータに加える駆動制御手段(PWM制御回路8)と、前記駆動制御手段に対する前記制御電圧をプログラム化して給電する給電制御手段(スイッチ20、ON−OFF制御回路22、制御装置14)とを備え、前記駆動制御手段に対する前記制御電圧は、前記給電制御手段が発生する回転数指令パルスの発生開始に同期して給電を開始し、前記回転数指令パルスの解除時点から所定時間の経過後、解除し又は零電圧に近い値に低下させることを特徴とする。
【0013】
即ち、駆動制御手段に対する制御電圧を給電制御手段が発生する回転数指令パルスの発生開始を起点とし、その終了時点を回転数指令パルスの解除時点から所定時間の経過後に設定することにより、省電力化を図っている。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面に示した実施形態を参照して詳細に説明する。
【0015】
図1は、ブラシレスモータ駆動装置を示している。ファンモータ2には、DCブラシレスモータを使用することができる。このファンモータ2には、PWM駆動部3の駆動回路4により駆動電流が供給され、駆動回路4には、商用交流電源を整流・平滑回路6によって得た駆動電圧が加えられているとともに、駆動制御手段を構成するPWM制御回路8から回転駆動信号として駆動パルス出力が加えられている。ファンモータ2の回転は、ホール素子等で構成される回転センサ10によって検出され、その検出信号は回転ロジック回路12を通して回転ロジック信号に変換され、この回転ロジック信号がインターフェイス回路13を通して制御装置14に加えられる。この制御装置14は、予め設定された回転数と回転ロジック回路12からの回転ロジック信号を受け、その回転データから回転数指令パルスCNを演算して出力し、回転数制御回路16に加える。回転数制御回路16は、その回転数指令パルスCNを積分し、レベル信号に変換する。PWM制御回路8には、このレベル信号が加えられ、レベル信号が持つレベルに比例するデューティ比の駆動パルス出力を発生する。
【0016】
駆動制御手段であるPWM制御回路8に対する制御電圧Vddを発生する制御電源18が設けられ、この制御電源18には整流・平滑回路6から直流電圧が加えられている。即ち、制御電源18は、スイッチング電源回路等で構成されており、整流・平滑回路6から加えられた直流電圧を所望の制御電圧Vddに変換してPWM制御回路8に給電する。
【0017】
この制御電源18が発生した制御電圧VddをPWM制御回路8にプログラム化して給電する給電制御手段としてスイッチ20、ON−OFF制御回路22及び制御装置14が設けられている。スイッチ20は、制御電源18とPWM制御回路8との間に介在し、開閉によってその給電を切り換える手段であって、リレーや電子スイッチで構成することができる。また、ON−OFF制御回路22は、制御装置14からの回転数指令パルスCNを受けることにより、ファンモータ2の回転期間、回転停止期間を判別し、回転期間のみスイッチ20を閉じることにより、PWM制御回路8に対して制御電圧Vddを給電する。
【0018】
このような構成によれば、ファンモータ2の回転期間に対応してPWM制御回路8に対する制御電圧Vddの給電を行うことができ、回転停止期間における無用な電力消費を抑制でき、省電力化を図ることができる。
【0019】
次に、図2は、本発明の給湯装置の一実施形態である給湯・追焚装置を示している。上水Wは、給水管30を通して熱交換器32に給水され、その給水量は水量センサ34で検出されるとともに、その給水温は給水温センサ36で検出される。熱交換器32には、加熱手段としてのバーナ38が設けられており、このバーナ38にはガス管40を通してガスGが供給され、42、44は開閉弁、46は比例弁である。48は着火手段であるイグナイタである。バーナ38には給気又は排気手段であるファン50が設けられ、このファン50はファンモータ2Aによって回転し、その回転は回転センサ10Aによって検出される。
【0020】
熱交換器32によって加熱された上水Wは、温水HWとして出湯管52から出湯され、その出湯温は出湯温センサ54で検出される。出湯管52には分岐管56が設けられ、分岐管56に分流した温水HWは電磁弁58、ホッパ60、水量センサ62を通して浴槽64側に供給される。
【0021】
浴槽64には、循環口66が設けられるとともに、この循環口66を通して循環路を成す往き管68及び戻り管70を通して熱交換器72が接続されている。往き管68には切換弁74が設けられて分岐管56と連結されている。戻り管70側には温度センサ76、水位センサ78、ポンプ80、流水スイッチ82が設けられ、浴槽64の浴槽水84の温度が温度センサ76によって検出され、その水位が水位センサ78によって検出される。水位センサ78は圧力センサによって構成され、水圧を通して浴槽水84の水位を電気的に検出する。追焚時、浴槽水84はポンプ80によって熱交換器72に循環し、その循環流水の有無が流水スイッチ82によって検出される。
【0022】
熱交換器72には、加熱手段としてのバーナ86が設けられており、このバーナ86にはガス管40を通してガスGが供給され、88は開閉弁であり、90は着火手段であるイグナイタである。バーナ86には給気又は排気手段であるファン92が設けられ、このファン92はファンモータ2Bによって回転し、その回転は回転センサ10Bによって検出される。
【0023】
次に、図3は、図2に示した給湯・追焚装置の給湯・追焚制御部を示している。給湯又は追焚の各制御を担当する制御装置140はマイクロコンピュータで構成されており、CPU100、記憶手段としてROM102、RAM104、入出力手段として入力ポート106、出力ポート108が設けられている。入力ポート106には、検出回路110を通して水量センサ34、給水温センサ36、出湯温センサ54、流水スイッチ82等の検出出力が加えられているとともに、外部リモコン装置112から温度設定等を表すリモコン信号が有線又は無線により加えられている。
【0024】
出力ポート108には、駆動回路114を通して比例弁46、駆動回路116を通して開閉弁88が接続されるとともに、ファンモータ2A側のPWM駆動部3A、ファンモータ2B側のPWM駆動部3Bが接続されている。PWM駆動部3A、3Bは、図1に示したブラシレスモータ駆動装置におけるPWM駆動部3に相当し、また、回転ロジック回路12A、12Bは、図1の回転ロジック回路12に相当する。
【0025】
次に、図4は、給湯・追焚制御部に用いられたブラシレスモータ駆動装置の具体的な構成例を示しており、図1のブラシレスモータ駆動装置と同一部分には同一符号を付してある。整流・平滑回路6は、整流回路118と平滑回路120で構成され、入力端子122、124には商用交流電源が加えられ、平滑回路120の直流出力はファンモータ回路150側に供給されている。
【0026】
ファンモータ回路150は、図5に示すように、ファンモータ2、駆動回路4、PWM制御回路8、回転センサ10及び回転ロジック回路12で構成されている。これらの詳細は上記のとおりである。
【0027】
制御電源18は、入力端子128、130に商用交流電源を所望の電圧に変圧して受け、整流回路132で整流するとともに、安定化回路133で安定化して直流電圧を発生させている。即ち、整流回路132の整流出力がコンデンサ134で平滑されて所望の直流電圧を形成し、これをレギュレータ136に加えて安定化した後、コンデンサ138及び抵抗142を以て平滑して制御電圧Vddが得られている。この制御電圧Vddは、スイッチ20を介してファンモータ回路150のPWM制御回路8に加えられている。図1のブラシレスモータ駆動装置では、制御電源18の入力を整流・平滑回路6から得ていたが、この実施例では、制御電源18を整流・平滑回路6とは独立した構成としている。
【0028】
ファンモータ回路150から発せられた回転ロジック出力(回転ロジック回路12の出力)SNは、インターフェイス回路13に加えられる。このインターフェイス回路13はフォトカプラ144及び抵抗146で構成され、ファンモータ回路150におけるスイッチング素子の導通に基づいて流れる電流によりフォトカプラ144の発光ダイオードが発光し、その発光によって受光トランジスタが導通する。このスイッチング信号は、抵抗147及びコンデンサ148を通して制御装置14に加えられる。
【0029】
また、制御装置14から発せられた回転数指令パルスCNは、回転数制御回路16及びON−OFF制御回路22に加えられる。ON−OFF制御回路22は、スイッチ20の開閉制御手段であって、回転数指令パルスCNが発せられたとき、スイッチ20を導通させ、その導通期間において、制御電源18からの制御電圧Vddがファンモータ回路150のPWM制御回路8に加えられる。
【0030】
一方、回転数制御回路16は、回転数指令パルスCNを受けるスイッチング回路151を備え、このスイッチング回路151はトランジスタ152及び抵抗154、156、158で構成される。即ち、トランジスタ152のベース側に高低2レベルからなる回転数指令パルスCNが加えられると、その高レベル区間で導通する。
【0031】
このスイッチングに応じた直流電圧を形成する手段として、フォトカプラ160、スイッチング回路162及び積分回路164を備えている。フォトカプラ160の発光ダイオード側には、入力端子166を通して直流電圧が加えられ、トランジスタ152の導通が光に変換される。この発光は、受光トランジスタを導通させ、入力端子168に加えられている電圧によって受光トランジスタ側に抵抗170を通して電流が流れる。スイッチング回路162はトランジスタ172、抵抗174、176で構成され、フォトカプラ160の発光ダイオードが導通したとき、トランジスタ172が遮断状態に移行する。トランジスタ172が遮断状態に移行すると、電源端子178に加えられている電圧が抵抗174を通して積分回路164に加えられる。即ち、積分回路164への給電は、トランジスタ172の遮断期間に一致している。フォトカプラ160が非導通区間で、トランジスタ172は導通状態となり、このとき、積分回路164への給電が停止状態にある。
【0032】
積分回路164は、抵抗180、182、184、コンデンサ186、188及びツェナーダイオード190で構成されている。即ち、トランジスタ172が遮断期間で電源端子178からの電圧が抵抗174、180を通してコンデンサ186に加えられるとともに、コンデンサ186側の電圧が抵抗182を通してコンデンサ188に加えられることにより、コンデンサ186、188が充電される。この充電期間は、トランジスタ172の非導通区間に同期し、抵抗値及び容量によって定まる時定数に基づく直流電圧が発生し、これが駆動電圧VS となる。そして、ツェナーダイオード190は、駆動電圧VS を一定電圧以下に抑制する抑制素子であって、駆動電圧VS の必要値を越える電圧への移行を阻止している。このような電圧制御の結果、回転数指令パルスCNに基づくPWM出力としての駆動電圧VS が形成されている。
【0033】
次に、図6は、スイッチ20及びON−OFF制御回路22の具体的な構成例を示している。スイッチ20は、トランジスタ192及び抵抗194で構成され、ON−OFF制御回路22のスイッチングに基づいて導通又は遮断状態に制御される。導通状態に移行したとき、レギュレータ136から制御電圧Vddがコンデンサ196を通して出力される。
【0034】
ON−OFF制御回路22は、フリップフロップ回路198、スイッチング回路200及びスイッチング素子としてのフォトカプラ202で構成されており、フリップフロップ回路198にはスイッチング信号として回転数指令パルスCNが加えられる。抵抗204及びコンデンサ206によってフリップフロップ回路198の時定数が決定される。このフリップフロップ回路198のスイッチング出力は、トランジスタ208、抵抗210、212で構成されるスイッチング回路200に加えられ、その高レベル区間でトランジスタ208が導通する。
【0035】
トランジスタ208は、フォトカプラ202の発光ダイオード側に直列に接続され、その導通時、発光ダイオードを導通させる。即ち、電源端子214に加えられている電圧により、抵抗216を通して発光ダイオードに電流が流れ、その発光に応じて受光トランジスタが導通する。即ち、スイッチ20のトランジスタ192のベースが抵抗218及び導通するフォトカプラ202を通して接地され、その結果、トランジスタ192が選択的に導通状態となる。
【0036】
次に、動作を説明すると、図7のAは、水量センサ34又は流水スイッチ82の出力を示し、この出力は、上水Wが熱交換器32を流れたとき、又は、循環ポンプ80を駆動して浴槽64の浴槽水84が循環管路を流れたときの状態を示している。この水量センサ34又は流水スイッチ82が流水を検知した後、時間t1 の後、図7のBに示すように、給湯時にはバーナ38、追焚時にはバーナ86の燃焼が開始され、流水停止でバーナ燃焼も停止される。
【0037】
そして、水量センサ34が流水を検出すると、制御装置14は、その流水検知信号を受けて図7のCに示す回転数指令パルスCNを発生し、この発生期間は、流水検出の時点からその終了時点に時間t2 を加えた時間である。この回転数指令パルスCNは、ON−OFF制御回路22に加えられ、その立上りを受けてON−OFF制御回路22のフリップフロップ回路198(図6)がパルスを発生し、その出力パルスに応じてスイッチ20のトランジスタ192を導通させる。
【0038】
ところで、制御電圧Vddは、交流電圧を整流回路132で整流して得た直流電圧をレギュレータ136で安定化させて取り出しており、スイッチ20の導通により、ファンモータ回路150のPWM制御回路8に加えられる。
【0039】
また、回転数指令パルスCNは、回転数制御回路16にも加えられており、その結果、駆動電圧VS を発生させる。この駆動電圧VS は、制御電圧Vddの立上りから緩やかに立ち上がり、時間t4 だけ遅延した時点で中間電圧(VS /2)に到達し、一定の駆動電圧VS に到達した後、回転数指令パルスCNの終了に同期して立ち下がる。駆動電圧VS の緩やかな立上り又は立下りは、積分回路164の時定数による。即ち、駆動電圧VS は制御電圧Vddより遅延してPWM制御回路8に加えられるとともに、回転数指令パルスCNの終了時点から遅延して解除される。
【0040】
このような動作により、ファンモータ2が駆動開始し、燃焼室内の残留ガスを外部に排出するプリパージ時間t1 の経過後にイグナイタ48を放電させてバーナ38の燃焼を開始する。給水量、給水温、設定温度に応じて比例弁46の開度を調整し、燃焼量が制御される。この燃焼量に応じてファンモータ2の回転数が決定され、この回転数に応じた回転数指令パルスCNが送出される。図7のEに示す駆動電圧VS の電圧が変化し、この電圧値に対応してファンモータ2の回転数が制御される。
【0041】
そして、水栓が閉じられ、熱交換器32の流水がなくなると、図7のAに示すように水量センサ34の出力がOFFとなる。同時に開閉弁42、44を閉じてバーナ燃焼を停止する。このバーナ燃焼が停止してから時間t2 が経過するまでファンモータ2を駆動させて燃焼室内の残留ガスを外部に排出するポストパージ運転が行われる。
【0042】
バーナ燃焼の停止から時間t2 の経過後、制御装置14は回転数指令パルスCNを停止し、図7のEに示すように、図4の積分回路164による時定数により駆動電圧VS が緩やかに下降する。時間t5 の経過後、駆動電圧VS /2より下降する。
【0043】
また、ON−OFF制御回路22も回転数指令パルスCNの停止により制御電圧Vddを停止させるが、図6のフリップフロップ回路198に設けた抵抗204、コンデンサ206による時定数により、時間t3 の間、制御電圧Vddが保持される。時間t3 が時間t5 より長くなるように時定数が抵抗204、コンデンサ206の各値で設定される。この結果、回転数指令パルスCNの停止後、駆動電圧VS の停止の後に制御電圧Vddが停止され、ファンモータ2が防護される。
【0044】
ところで、図4に示す回転数制御回路16の動作を図8を参照して説明すると、図8のFは、制御装置14から出力される回転数指令パルスCNを示し、tはそのデューティ時間、Tは繰り返し周期である。このような回転数指令パルスCNに基づいて、トランジスタ172が導通、遮断を繰り返すと、コンデンサ186は抵抗180を通して充電され、その充電電圧V1 は図8のGのように脈動波形となる。
【0045】
そして、この充電電圧V1 は、抵抗182を通してコンデンサ188に伝送され、その結果、コンデンサ188には図8のHに示す電圧V2 が発生する。この電圧V2 が駆動電圧VS となる。この駆動電圧VS は、電源端子178に加えられる電圧をVDDとすると、
VS =VDD×t/T ・・・(1)
で与えられる。
【0046】
なお、他の実施例として、図7のEに示す駆動電圧VS がa点及びb点の電圧を越えたときに制御電圧Vddがオン又はオフになるように構成してもよい。
【0047】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、次の効果が得られる。
a.駆動制御手段に対する給電をプログラム化し、必要な時間内に給電を制限したので、省電力化を図ることができる。
b.給湯装置において、給気ファン又は排気ファンを回転させるブラシレスモータは給湯時又は追焚時に回転させればよく、このブラシレスモータの駆動制御手段に対する給電をその回転に対応してプログラム化して給電するので、不要な電力消費を抑制でき、省電力化を図ることができる。
c.駆動制御手段に対する制御電圧を水流検知に基づいて給電を開始し、燃焼を終了した時点から所定時間の経過後、解除し又は零電圧に近い値に低下させているので、給湯装置における燃焼期間に対応して制御電圧を給電でき、不要な電力消費を抑制でき、省電力化を図ることができるとともに、燃焼終了時点から所定時間の経過後に給電を完了させているので、必要な排気又は給気期間が設定されており、安全性を確保できる。また、制御電圧の解除又は零電圧に近い値に低減させているので、電力消費を抑制でき、省電力化を図ることができる。
d.駆動制御手段に対する制御電圧を給電制御手段が発生する回転数指令パルスの発生開始に同期して給電を開始し、回転数指令パルスの解除時点から所定時間の経過後、解除し又は零電圧に近い値に低下させているので、ブラシレスモータの回転制御に対応してプログラム化して給電でき、不要な電力消費の抑制により、省電力化を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 ブラシレスモータ駆動装置を示すブロック図である。
【図2】 本発明の給湯装置の一実施形態を示す系統図である。
【図3】 本発明の給湯装置に用いられた給湯制御部を示すブロック図である。
【図4】 ブラシレスモータ駆動装置の具体的な回路構成を示す回路図である。
【図5】 図4のブラシレスモータ駆動装置におけるファンモータ回路を示すブロック図である。
【図6】 給電制御部の具体的な回路構成を示す回路図である。
【図7】 給湯制御に対応する給電制御を示すタイミングチャートである。
【図8】 動作波形を示すタイミングチャートである。
【図9】 従来のブラシレスモータ駆動装置を示すブロック図である。
Claims (2)
- 給気ファン又は排気ファンを回転させるブラシレスモータと、
制御電圧を発生する制御電源と、
この制御電源から前記制御電圧を受けて動作し、回転駆動信号を発生して前記ブラシレスモータに加える駆動制御手段と、
前記駆動制御手段に対する前記制御電圧をプログラム化して給電する給電制御手段と、 を備え、
前記駆動制御手段に対する前記制御電圧は、水流検知に基づいて給電を開始し、燃焼を終了した時点から所定時間の経過後、解除し又は零電圧に近い値に低下させることを特徴とする給湯装置。 - 給気ファン又は排気ファンを回転させるブラシレスモータと、
制御電圧を発生する制御電源と、
この制御電源から前記制御電圧を受けて動作し、回転駆動信号を発生して前記ブラシレスモータに加える駆動制御手段と、
前記駆動制御手段に対する前記制御電圧をプログラム化して給電する給電制御手段と、 を備え、
前記駆動制御手段に対する前記制御電圧は、前記給電制御手段が発生する回転数指令パルスの発生開始に同期して給電を開始し、前記回転数指令パルスの解除時点から所定時間の経過後、解除し又は零電圧に近い値に低下させることを特徴とする給湯装置。
Priority Applications (1)
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