JP4888526B2 - Blower and electric device equipped with the same - Google Patents
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Description
本発明は、主にレンジフードや天井埋め込み型等の排気用および給気用の換気装置や、加湿機、除湿機、冷凍機器、空気調和機、給湯機、ファンフィルタユニットなどに搭載する送風装置およびその送風装置を搭載した電気機器に関するものである。 The present invention mainly relates to a ventilator for exhaust and air supply such as a range hood and a ceiling-embedded type, and a blower mounted on a humidifier, a dehumidifier, a refrigeration apparatus, an air conditioner, a water heater, a fan filter unit, etc. Further, the present invention relates to an electric device equipped with the blower.
近年、換気装置等の電気機器に搭載する送風装置においては、低価格化、高効率化、静音化をした上で、ダクト配管形態による圧力損失や外風圧、フィルタ等の目詰まりによる圧力損失の変化の影響を受けることなく、居室の状況に応じて最適な風量で換気ができるような制御性の良い送風装置が求められている。 In recent years, in air blowers installed in electrical equipment such as ventilators, pressure loss due to duct piping configuration, outside air pressure, pressure loss due to clogging of filters, etc., after lowering price, increasing efficiency and reducing noise There is a need for an air blower with good controllability that allows ventilation with an optimal air volume according to the situation of the room without being affected by changes.
従来、この種の送風装置は、特許文献1および2に開示された構成のものが知られている。
Conventionally, the thing of the structure disclosed by
以下、その送風装置について図11〜図14を参照しながら説明する。 Hereinafter, the blower will be described with reference to FIGS.
図に示すように、交流電源101の交流を直流に交直変換回路102にて変換し、コンデンサ103にて平滑した直流電圧をブラシレスDCモータ104へスイッチング回路からなるインバータ105を介して印加する、106はインバータ105から出力される直流電流を検出する電流検出器、107はブラシレスDCモータ104の回転子の位置および速度を検出する位置センサであり、110はインバータ105を制御する制御手段、111は位置センサ107の位置信号から回転数を検出する回転数検出部、112は電流検出器106からの信号からブラシレスDCモータ104の電流を検出する電流検出部、113は回転数検出部111と電流検出部112からファンの風量を演算する風量演算部、114は風量演算部113の指令を受けブラシレスDCモータ104を速度制御する速度制御部であり、風量演算部113は演算された演算風量と目標風量との偏差をとり、その偏差がゼロとなるようにブラシレスDCモータ104の動作の目標となる目標回転数を算出し、速度制御部114の出力電圧算出114aでは算出した目標回転数と検出した回転数から目標回転数となるような出力電圧(duty比)を算出し、PWM生成114bにてPWM信号を生成し、交直変換回路102とコンデンサ103にて整流平滑した直流電圧をインバータ105にてPWM制御する構成としている。
As shown in the figure, the alternating current of the alternating
このような従来の送風装置によれば、出力電圧(duty比)一定の状態にて回転数と電流を検出して風量を演算し、目標風量と演算風量の偏差から目標回転数、出力電圧(duty比)を算出、制御している。そのため、図13のブラシレスDCモータ104を出力電圧(duty比)一定で駆動した場合の回転数−トルク特性グラフに示すように、負荷変化に対して回転数の変化量が少ないので、送風装置の風量−静圧特性は風量型になることから、少ない回転数変化で、風量が大きく変化することになるため、外風圧等の影響で圧力損失がほんの少し変化しても風量は大きく変化することになり、風量一定制御の過程において、常に少ない風量変化量に対応した制御が困難であるという課題があり、少ない風量変化量にも対応できる制御を実現して安定した送風量を確保することが要求されている。
According to such a conventional blower, the rotational speed and current are detected in a state where the output voltage (duty ratio) is constant, the air volume is calculated, and the target rotational speed and output voltage (from the deviation between the target air volume and the calculated air volume) are calculated. (duty ratio) is calculated and controlled. Therefore, as shown in the rotational speed-torque characteristic graph when the
本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、圧力損失など静圧が変化しても風量の変化量が極めて少ない風量一定制御を実現することができる送風装置を提供することを目的としている。 The present invention solves such a conventional problem, and provides a blower capable of realizing a constant air volume control with a very small air volume change amount even when a static pressure such as a pressure loss changes. It is aimed.
そして、風量演算や目標回転数の算出を必要とするので、風量一定制御を実現するためにはマイクロコンピュータや、その付帯部品の搭載が必須となり、制御回路の面積が大きくなり、送風装置や送風装置を搭載する電気機器においては、制御回路の設置場所や形状に制約が生じることから、機器が大型化するなど、コスト高なるという課題があり、マイクロコンピュータを不要とするなど、制御回路の面積を小さくできることが要求されている。 Since air volume calculation and target rotation speed calculation are required, it is necessary to install a microcomputer and its accessory parts in order to achieve constant air volume control. In electrical equipment equipped with devices, the location and shape of the control circuit are limited, which increases the size of the equipment and increases costs, and eliminates the need for a microcomputer. Is required to be small.
本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、マイクロコンピュータを使用することなく風量一定制御が実現できる送風装置を提供することを目的としている。 The present invention solves such a conventional problem, and an object of the present invention is to provide a blower capable of realizing constant air volume control without using a microcomputer.
本発明の送風装置は上記目的を達成するために、インバータ回路に供給される電流と回転数検出手段にて検出した回転数を利用して風量指示手段で指示された風量で一定運転する送風装置であって、前記インバータ回路に供給する平均電流を略一定に制御してブラシレスDCモータのトルクを一定にするとともに、送風機の風量−静圧特性を静圧型にする供給電流値制御手段と、この供給電流値制御手段によって略一定に制御する平均電流値を指示する電流値指示手段とを設け、この電流値指示手段によって前記ブラシレスDCモータの略一定に制御する軸トルクと運転回転数とを可変制御して風量一定制御することを特徴とする送風装置の構成としたものである。 In order to achieve the above object, the air blower according to the present invention uses the current supplied to the inverter circuit and the rotation speed detected by the rotation speed detection means to perform a constant operation with the air volume instructed by the air volume instruction means. And a supply current value control means for controlling the average current supplied to the inverter circuit to be substantially constant to make the torque of the brushless DC motor constant, and to make the air volume-static pressure characteristics of the blower static. Current value indicating means for instructing an average current value controlled substantially constant by the supply current value control means is provided, and the shaft torque and the operating rotational speed of the brushless DC motor controlled by the current value indicating means are made variable. It is set as the structure of the air blower characterized by controlling and carrying out air volume fixed control.
この手段により送風装置の風量−静圧特性が静圧型になることから、外風圧等の影響で圧力損失が変化しても風量の変化量は小さくなり、風量一定制御の過程において、少ない風量変化量にも対応した風量一定制御を実現することができる送風装置および電気機器が得られる。 This means that the airflow-static pressure characteristics of the blower become static pressure type, so even if the pressure loss changes due to the influence of external wind pressure, etc., the amount of change in airflow will be small, and in the process of constant airflow control, there will be a small change in airflow An air blower and an electric device capable of realizing constant air volume control corresponding to the air volume are obtained.
また、本発明の送風装置は上記目的を達成するために、前記磁極位置検出手段の信号出力をF/V変換して前記ブラシレスDCモータの運転回転数を電圧値として検出する回転数検出手段と、前記風量指示手段によって指示された風量で一定運転するために、前記回転数検出手段の検出電圧の大きさに応じて前記電流値指示手段によって指示する平均電流値を変化させる風量制御手段を設けたことを特徴とする送風装置の構成としたものである。 In order to achieve the above object, the air blower according to the present invention comprises F / V conversion of the signal output of the magnetic pole position detecting means to detect the operating speed of the brushless DC motor as a voltage value. In order to perform a constant operation with the air volume instructed by the air volume instructing means, air volume control means for changing the average current value instructed by the current value instructing means according to the magnitude of the detection voltage of the rotation speed detecting means is provided. It is set as the structure of the air blower characterized by the above.
この手段によりブラシレスDCモータの回転数−トルク特性は回転数が上昇するにしたがって軸トルクが一段と大きくなるので、マイクロコンピュータを使用することなく風量一定制御を実現できる送風装置および電気機器が得られる。 With this means, the rotational torque-torque characteristics of the brushless DC motor increase the shaft torque as the rotational speed increases, so that a blower and an electric device capable of realizing constant air volume control without using a microcomputer can be obtained.
また、本発明の送風装置は上記目的を達成するために、前記整流手段によって得た高圧電圧を低圧直流電圧に変換して前記インバータ回路に印加するチョッパ回路にて形成された低圧直流電圧変換手段を設け、前記駆動ロジック制御手段は前記低圧直流電圧変換手段にて生成した低圧直流電圧をPWM制御して、前記インバータ回路を介して前記ブラシレスDCモータの複数の駆動コイルに所定の方向と順序で順次全波通電することを特徴とする送風装置の構成としたものである。 In order to achieve the above object, the air blower of the present invention converts the high voltage obtained by the rectifying means into a low voltage DC voltage and applies it to the inverter circuit. The drive logic control means PWM-controls the low-voltage DC voltage generated by the low-voltage DC voltage conversion means, and passes through the inverter circuit to a plurality of drive coils of the brushless DC motor in a predetermined direction and order. It is set as the structure of the air blower characterized by energizing one full wave sequentially.
この手段により低圧直流電圧変換手段を構成する回路が簡素化できるので、制御回路の面積を削減できる送風装置および電気機器が得られる。 By this means, the circuit constituting the low-voltage direct-current voltage conversion means can be simplified, so that a blower and an electric device that can reduce the area of the control circuit can be obtained.
また、本発明の送風装置は上記目的を達成するために、複数の運転風量を指示する風量指示手段と、この風量指示手段によって指示された各風量で一定運転するために、前記電流値指示手段を制御するトルク特性変更手段を設けたことを特徴とする送風装置の構成としたものである。 In order to achieve the above object, the air blower of the present invention provides a plurality of air volume instruction means for instructing a plurality of operation air volumes, and the current value instruction means for performing a constant operation at each air volume instructed by the air volume instruction means. It is set as the structure of the air blower characterized by providing the torque characteristic change means which controls this.
この手段により風量指示手段で指示する風量の数だけ回転数が上昇するにしたがって軸トルクが一段と大きくなるブラシレスDCモータの回転数−トルク特性が得られるため、マイクロコンピュータを使用することなく複数の設定風量において風量一定制御を実現できる送風装置および電気機器が得られる。 By this means, the rotational speed-torque characteristic of the brushless DC motor is obtained in which the shaft torque is further increased as the rotational speed is increased by the number of airflows instructed by the airflow instruction means. Therefore, a plurality of settings can be made without using a microcomputer. An air blower and an electric device that can achieve constant air volume control in the air volume are obtained.
また、本発明の送風装置は上記目的を達成するために、磁石回転子の永久磁石は極異方性磁石とし、駆動ロジック制御手段は前記駆動コイルへの導通角を150度から180度としたことを特徴とする送風装置の構成としたものである。 In order to achieve the above object, the air blower of the present invention uses a polar anisotropic magnet as the permanent magnet of the magnet rotor, and the drive logic control means sets the conduction angle to the drive coil from 150 degrees to 180 degrees. It is set as the structure of the air blower characterized by this.
この手段により駆動コイルに誘起される誘起電圧波形も、駆動コイルに流れる電流波形も略正弦波になるので、インバータ回路に供給される電流波形には急峻な変化を生じないことから電流検知のコンデンサ容量を下げることができ、トルクリプルの発生を抑制するとともに、電流検知を高精度化できるため、制御回路の面積の削減と、低振動化および低騒音化をした上で、高精度の風量一定制御を実現できる送風装置および電気機器が得られる。 Since the induced voltage waveform induced in the drive coil by this means and the current waveform flowing in the drive coil are substantially sine waves, the current waveform supplied to the inverter circuit does not undergo a steep change. Capacitance can be reduced, generation of torque ripple can be suppressed, and current detection can be performed with high accuracy. Therefore, highly accurate air flow control with reduced control circuit area, low vibration, and low noise. Thus, a blower and an electric device that can realize the above are obtained.
本発明によれば、風量一定制御の過程において、少ない風量変化量にも対応するとともに、一時的な圧力損失の変化時においても風量変化量が少ない風量一定制御を実現できるという効果のある送風装置および電気機器を提供できる。 According to the present invention, in the process of constant air volume control, it is possible to cope with a small air volume change amount and to achieve an air volume constant control with a small air volume change amount even when a temporary pressure loss changes. And can provide electrical equipment.
また、本発明によれば、マイクロコンピュータを使用することなく風量一定制御を実現でき、制御回路の面積削減ができるという効果のある送風装置および電気機器を提供できる。 In addition, according to the present invention, it is possible to provide an air blower and an electric device that can realize constant air volume control without using a microcomputer and can reduce the area of the control circuit.
また、本発明によれば、制御回路の面積を削減でき、小型化できるという効果のある送風装置および電気機器を提供できる。 Moreover, according to this invention, the area of a control circuit can be reduced and the ventilation apparatus and electric equipment which have the effect that it can reduce in size can be provided.
また、本発明によれば、複数の設定風量において、少ない風量変化量にも対応するとともに、一時的な圧力損失の変化時においても風量変化量が少ない風量一定制御を実現できるという効果のある送風装置および電気機器を提供できる。 In addition, according to the present invention, the air flow is effective in that it can cope with a small air volume change amount in a plurality of set air volumes, and can realize constant air volume control with a small air volume change amount even when a temporary pressure loss changes. Equipment and electrical equipment can be provided.
また、本発明によれば、制御回路の面積の削減と、低振動化および低騒音化をした上で、高精度の風量一定制御を実現できるという効果のある送風装置および電気機器を提供できる。 In addition, according to the present invention, it is possible to provide an air blower and an electric device that are effective in realizing high-precision constant air volume control while reducing the area of the control circuit and reducing vibration and noise.
本発明の送風装置は、インバータ回路に供給する平均電流を略一定に制御してブラシレスDCモータのトルクを一定にするとともに、送風機の風量−静圧特性を静圧型にする供給電流値制御手段と、この供給電流値制御手段によって略一定に制御する平均電流値を指示する電流値指示手段とを設け、この電流値指示手段によって前記ブラシレスDCモータの略一定に制御する軸トルクと運転回転数とを可変制御して風量一定制御することを特徴とする送風装置の構成としたものであり、送風装置の風量−静圧特性が静圧型になり、外風圧等の影響で圧力損失が変化しても風量の変化量は小さくなるという作用を有する。 The blower of the present invention controls the average current supplied to the inverter circuit substantially constant to make the torque of the brushless DC motor constant, and supplies current value control means for making the airflow-static pressure characteristics of the blower static. A current value indicating means for indicating an average current value controlled substantially constant by the supply current value control means, and a shaft torque and an operating rotational speed for controlling the brushless DC motor substantially constant by the current value indicating means; The air blower is characterized in that the air flow is controlled by variably controlling the air flow, and the air flow-static pressure characteristics of the blower become static pressure type, and the pressure loss changes due to the influence of outside air pressure, etc. However, the amount of change in the air flow is reduced.
また、磁極位置検出手段の信号出力をF/V変換してブラシレスDCモータの運転回転数を電圧値として検出する回転数検出手段と、風量指示手段によって指示された風量で一定運転するために、前記回転数検出手段の検出電圧の大きさに応じて電流値指示手段によって指示する平均電流値を変化させる風量制御手段を設けたことを特徴とする送風装置の構成としたものであり、マイクロコンピュータを使用することなく、回転数が上昇するにしたがって軸トルクが一段と大きくなるブラシレスDCモータの回転数−トルク特性が得られるという作用を有する。 In addition, in order to perform constant operation with the rotation speed detection means for detecting the operation rotation speed of the brushless DC motor as a voltage value by F / V converting the signal output of the magnetic pole position detection means, and the air volume instructed by the air volume instruction means, An airflow control means for changing the average current value indicated by the current value indicating means according to the magnitude of the detection voltage of the rotation speed detecting means is provided. Without using the motor, the rotational speed-torque characteristic of the brushless DC motor is obtained in which the shaft torque increases further as the rotational speed increases.
また、整流手段によって得た高圧電圧を低圧直流電圧に変換して前記インバータ回路に印加するチョッパ回路にて形成された低圧直流電圧変換手段を設け、駆動ロジック制御手段は低圧直流電圧変換手段にて生成した低圧直流電圧をPWM制御して、インバータ回路を介してブラシレスDCモータの複数の駆動コイルに所定の方向と順序で順次全波通電することを特徴とする送風装置の構成としたものであり、低圧直流電圧変換手段を構成する回路が簡素化できるという作用を有する。 Also provided is a low voltage DC voltage conversion means formed by a chopper circuit that converts the high voltage obtained by the rectifying means into a low voltage DC voltage and applies it to the inverter circuit, and the drive logic control means is a low voltage DC voltage conversion means. The generated low-voltage DC voltage is PWM-controlled, and a full-wave energization is sequentially performed in a predetermined direction and sequence to a plurality of drive coils of the brushless DC motor via an inverter circuit. The circuit constituting the low-voltage DC voltage converting means can be simplified.
また、複数の運転風量を指示する風量指示手段と、この風量指示手段によって指示された各風量で一定運転するために、前記電流値指示手段を制御するトルク特性変更手段を設けたことを特徴とする送風装置の構成としたものであり、マイクロコンピュータを使用することなく、風量指示手段で指示する風量の数だけ回転数が上昇するにしたがって軸トルクが一段と大きくなるブラシレスDCモータの回転数−トルク特性が得られるという作用を有する。 Further, the present invention is characterized in that there are provided air volume instruction means for instructing a plurality of operation air volumes, and torque characteristic changing means for controlling the current value instruction means in order to perform constant operation at each air volume instructed by the air volume instruction means. The rotational speed of the brushless DC motor-torque, in which the shaft torque further increases as the rotational speed increases by the number of airflows indicated by the airflow instruction means without using a microcomputer. It has the effect that characteristics are obtained.
また、磁石回転子の永久磁石は極異方性磁石とし、駆動ロジック制御手段は前記駆動コイルへの導通角を150度から180度としたことを特徴とする送風装置の構成としたものであり、駆動コイルに誘起される誘起電圧波形も、駆動コイルに流れる電流波形も略正弦波になるという作用を有する。 Further, the permanent magnet of the magnet rotor is a polar anisotropic magnet, and the drive logic control means has a blower configuration characterized in that the conduction angle to the drive coil is 150 to 180 degrees. The induced voltage waveform induced in the drive coil and the current waveform flowing in the drive coil have an effect of becoming a substantially sine wave.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(実施の形態1)
図1〜図6に示すように、1はブラシレスDCモータ11を搭載した遠心型送風機1aを内蔵した送風装置で、10は送風装置1を内蔵した換気装置である。送風装置1によって吸い込まれた、煙草の煙や調理等で発生し、汚れた室内空気は換気装置10の吐出口、ダクト23を介して建物の壁を貫通して屋外に排出される。ブラシレスDCモータ11の磁石回転子3はプラスチックマグネットを射出成形時に極配向させてシャフトと一体成形して形成しており、主磁極部は極異方性磁石3aとなっている。ブラシレスDCモータ11の外被は炭酸カルシウムや水酸化アルミニウムなどの充填材とガラス繊維を含有する不飽和ポリエステル等の樹脂でモールドされており、磁石回転子3の磁極位置と磁束密度分布を検知する磁極位置検出手段となるホール素子4と、このホール素子4の出力波形を合成する磁束密度分布波形合成手段12と、上段側スイッチング素子Q1、Q3、Q5と下段側スイッチング素子Q2、Q4、Q6をブリッジ接続したインバータ回路6と、磁束密度分布波形合成手段12の出力に基づいて駆動コイル2に所定の方向と順序で順次全波通電となるようスイッチング素子Q1〜Q6のON/OFFを制御する駆動ロジック制御手段5と、駆動コイル2の各相電流波形が磁束密度分布波形合成手段12によって高調波成分を除去した波形に略相似形になるように、スイッチング素子Q1〜Q6が飽和に近い非飽和状態になるようにフィードバックしながら出力バイアス電流を調整する電流波形制御手段7と、商用交流電源を整流平滑した後の高圧直流電圧を45V以下の低圧直流電圧に変換するチョッパ回路にて構成された低圧直流電圧変換手段8と、インバータ回路6に供給される電流を検知する電流検出手段21と、電流検出手段21にて検出するインバータ回路6に供給される平均電流値が指示された電流値と同等になるように、低圧直流電圧値変更手段14を制御することにより、低圧直流電圧変換手段8から出力される電圧を可変しながらフィードバック制御する供給電流値制御手段22とを内蔵している。電流検出手段21は基準電圧にシャント・レギュレータを使用し、電流設定抵抗をファンクション・トリミングして検出精度を高めている。そして、電流検出手段21、供給電流値制御手段22、低圧直流電圧値変更手段14と低圧直流電圧変換手段8を構成する部品の一つとなるコイル、2次側平滑コンデンサ、FET(図示せず)を除いて、アルミナ製基板の上に実装、配線接続して集積化したハイブリッドICになっている。ブラシレスDCモータ11からはホール素子4を基にしてパルス信号出力手段4aにて生成したパルス信号と、低圧直流電圧変換手段8の出力電圧を外部に出力する構成で、ブラシレスDCモータ11には商用交流電源を整流平滑した後の高圧直流電圧と、供給電流値制御手段22にて一定に制御する平均電流値を指示する電流値指示電圧を入力する構成であり、ブラシレスDCモータ11の外部には商用交流電源を全波整流する整流手段9と、全波整流後の高圧電圧を平滑するコンデンサ18と、ブラシレスDCモータ11から出力されたパルス信号から磁石回転子3の運転回転数を検知する回転数検出手段13と、供給電流値制御手段22にて一定に制御する平均電流値を指示する電流値指示手段19と、弱、中、強などの送風装置1の運転風量を指示する風量指示手段15と、風量指示手段15にて指示された各風量単位に、指示された風量で一定運転するために必要な回転数を規定回転数として電流値指示手段19で指示する複数の指示電流に対応させて記憶する規定回転数記憶手段17と、規定回転数記憶手段17から指示風量と指示電流に対応した規定回転数を選定し、選定した規定回転数と運転回転数が同一になるように電流値指示手段19の指示値を変更してインバータ回路6に供給する電流値を制御する風量制御手段20とを配した送風装置1を内蔵した換気装置10の構成である。ここで、回転数検出手段13、規定回転数記憶手段17、電流値指示手段19、風量制御手段20はマイクロコンピュータ16にて構成しており、マイクロコンピュータ16用の電源はブラシレスDCモータ11より外部出力される低圧直流電圧変換手段8にて生成した直流電圧を減圧して供給されている。
(Embodiment 1)
As shown in FIGS. 1 to 6,
上記構成において、送風装置1に電源の投入をすると、ブラシレスDCモータ11のインバータ回路6に所定の電流が供給され、磁石回転子3が回転する。この時、磁石回転子3の主磁極部は極異方性磁石3aとなっているため、駆動コイル2に誘起される誘起電圧は略正弦波状の波形となり、ホール素子4の検出波形も略正弦波状の波形となり、磁束密度分布波形合成手段12は駆動コイル2のu相に供給する電流波形の高調波成分を除去するために、ホール素子4のu相波形からv相波形を減算し、同様に駆動コイル2のv相にはホール素子4のv相波形からw相波形を減算し、駆動コイルのw相にはホール素子4のw相波形からu相波形を減算する。そして、電流波形制御手段7は駆動コイル2の各相電流波形が磁束密度分布波形合成手段12によって高調波成分を除去した波形に略相似形になるように、スイッチング素子Q1〜Q6が飽和に近い非飽和状態になるようにフィードバックしながら出力バイアス電流を調整するので、インバータ回路6に供給される電流波形には急峻な変化が無くなるとともにリプルの発生が抑制されることとなる。そして、供給電流値制御手段22は電流検出手段21にて検出したインバータ回路6に供給される平均電流値がブラシレスDCモータ11の外部から電流値指示手段19にて指示される電流値と等しくなるよう常に低圧直流電圧値変更手段14を制御して、指示電流値一定にてブラシレスDCモータ11を運転している。その結果、図3の回転数−トルク特性に示すように、ブラシレスDCモータ11はトルク略一定運転となる。そして風量一定制御のプロセスは、回転数検出手段13がブラシレスDCモータ11から出力されるホール素子4を基にしたパルス信号の所定時間内のパルス数をカウントして磁石回転子3の平均運転回転数を検出し、風量制御手段20は風量指示手段15にて指示された風量と、指示電流値に対応した規定回転数を規定回転数記憶手段17から選定し、回転数検出手段13が検出した運転回転数との比較を行い、図5に示すように、運転回転数が規定回転数よりも大きい場合は、送風装置1の運転風量が風量指示手段15にて指示された風量よりも少ないと判断して電流値指示手段19にて指示する平均電流値を上げ、逆に運転回転数が規定回転数よりも小さい場合は、送風装置1の運転風量が風量指示手段15にて指示された風量よりも多いと判断して電流値指示手段19にて指示する平均電流値を下げる制御を行う。この制御を繰り返し行うことによって、常に指示風量に対して一定になるよう制御できるものである。ここで、外風圧等の影響により圧力損失(ブラシレスDCモータ11に対する負荷)が変化すると、ブラシレスDCモータ11および送風装置1の動作点の変化は図3および図4に示すようになるが、図5に示す制御を繰り返し行うことで送風装置1の風量は一定に制御される。
In the above configuration, when the
このような本発明の送風装置1によれば、インバータ回路6に供給する平均電流を略一定に制御する供給電流値制御手段22と、この供給電流値制御手段22によって略一定に制御する平均電流値を指示する電流値指示手段19とを設け、この電流値指示手段19によってブラシレスDCモータ11の運転回転数を可変制御するので、外風圧等の影響で圧力損失が変化しても、図4に示すように風量の変化量は小さくなり、風量一定制御の過程において、少ない風量変化量にも対応するとともに、一時的な圧力損失の変化時においても風量変化量が少なく、指示風量に収束する時間も短時間化した風量一定制御を実現できる送風装置および換気装置などの電気機器が得られる。
According to the
また、指示された風量と、指示電流値に対応した規定回転数を規定回転数記憶手段17に記憶し、風量制御手段20は指示電流と運転回転数をパラメータにして、供給電流値制御手段22によって略一定に制御する平均電流値を制御するので、マイクロコンピュータにて電流を検知する必要がないので、A/D変換による誤差が無くなり、より高精度の風量一定制御が実現できる送風装置および換気装置などの電気機器が得られる。 Further, the instructed air volume and the specified rotational speed corresponding to the instructed current value are stored in the specified rotational speed storage means 17, and the air volume control means 20 uses the indicated current and the operating rotational speed as parameters, and the supplied current value control means 22 Since the average current value that is controlled to be substantially constant is controlled by the microcomputer, there is no need to detect the current with a microcomputer, so there is no error due to A / D conversion, and the air blower and ventilation that can realize more accurate air flow constant control Electrical equipment such as devices can be obtained.
また、低圧直流電圧変換手段8を設けることにより、商用交流電源の電源電圧が変動しても影響を受けることなく風量一定制御が実現できる送風装置および換気装置などの電気機器が得られる。 Further, by providing the low-voltage DC voltage conversion means 8, it is possible to obtain an electric device such as a blower and a ventilator that can realize constant air volume control without being affected even if the power supply voltage of the commercial AC power supply fluctuates.
また、電流検出手段21は基準電圧にシャント・レギュレータを使用し、電流設定抵抗をファンクション・トリミングしているので、高精度に指示電流一定制御ができることとなり、一層高精度化した風量一定制御が実現できる送風装置および換気装置などの電気機器が得られる。 In addition, since the current detecting means 21 uses a shunt regulator as a reference voltage and the function setting trimming is performed on the current setting resistor, the instruction current constant control can be performed with high accuracy, and the air flow constant control with higher accuracy can be realized. Electric equipment such as a blower and a ventilator that can be obtained is obtained.
また、磁石回転子3の主磁極部を極異方性磁石3aとして駆動コイル2に誘起される誘起電圧を略正弦波状とし、電流波形制御手段7は駆動コイル2の各相電流波形が磁束密度分布波形合成手段12によって高調波成分を除去した波形に略相似形になるように、スイッチング素子Q1〜Q6が飽和に近い非飽和状態になるようにフィードバックしながら出力バイアス電流を調整するので、インバータ回路6に供給される電流波形には急峻な変化が無くなるとともにリプルの発生が抑制されることとなり、電流検出手段21のコンデンサ容量を下げても検知する平均電流値の精度が一段と高くなるとともに、トルクリプルの発生が抑制されることから、制御回路の面積の削減と、低振動化および低騒音化をした上で、高精度の風量一定制御を実現できる送風装置および換気装置などの電気機器が得られる。
The main magnetic pole portion of the
また、低圧直流電圧変換手段8など発熱する電子部品を充填材を含有する不飽和ポリエステル等の樹脂にて一体的にモールドするので、低圧直流電圧変換手段8を構成するFET、ダイオード、コイル等の発熱部品の温度上昇を抑制できることから、電子部品のサイズも小さくでき、本体回路の小型化を含めた回路面積の一層の削減、低コスト化が実現できることとなる。 In addition, since electronic parts that generate heat such as the low-voltage DC voltage conversion means 8 are integrally molded with a resin such as unsaturated polyester containing a filler, the FET, diode, coil, etc. that constitute the low-voltage DC voltage conversion means 8 Since the temperature rise of the heat-generating component can be suppressed, the size of the electronic component can be reduced, and the circuit area can be further reduced and the cost can be reduced including downsizing of the main body circuit.
また、磁束密度分布波形合成手段12が、ホール素子4が検知したu相、v相、w相の波形を合成することにより、各相ホール素子4のばらつきの影響が小さくなるとともに、u相、v相、w相各相の磁束密度分布波形は、基本的には位相が単にずれただけの波形であることから、2相を減算合成することにより、検知した磁束密度分布波形に含まれた高調波成分が除去されるので、回転むらの発生が抑制できるとともに、トルクリップルおよびトルク変化率をさらに低く抑えることができる。
Further, the magnetic flux density distribution
なお、本実施の形態1では低圧直流電圧変換手段8の出力電圧を可変して供給電流値制御手段22がインバータ回路6に供給する電流を一定に制御する構成としたが、低圧直流電圧変換手段8の出力電圧を固定し、PWM制御するdutyを可変する構成としてもよく、風量一定制御の過程において、少ない風量変化量にも対応するとともに、一時的な圧力損失の変化時においても風量変化量が少なく、指示風量に収束する時間も短時間化した風量一定制御を実現できるという作用効果に差異を生じない。
In the first embodiment, the output voltage of the low-voltage DC voltage conversion means 8 is varied and the current supplied to the
また、本実施の形態1では駆動コイル2に供給される電流波形を、誘起電圧波形に略相似形となるように180度通電する構成としたが、用途、商品の要求される風量精度や騒音レベルに応じて、120度矩形波通電にしても良く、その作用効果に差異を生じない。さらには、導通角は150度以上であればインダクタンスの影響により駆動コイル2に流れる電流波形には急峻な変化が生じることは無く、制御回路の面積の削減と、低振動化および低騒音化をした上で、高精度の風量一定制御を実現できるという作用効果に差異を生じない。
In the first embodiment, the current waveform supplied to the
また、本実施の形態1では低圧直流電圧変換手段8を設ける構成としたが、商用交流電源を整流平滑した高圧直流電圧をPWM制御する構成としても良く、インバータ回路6に供給する平均電流値を一定制御する構成であれば、風量一定制御の過程において、少ない風量変化量にも対応するとともに、一時的な圧力損失の変化時においても風量変化量が少なく、指示風量に収束する時間も短時間化した風量一定制御を実現できるという作用効果に差異を生じない。
In the first embodiment, the low-voltage DC voltage conversion means 8 is provided. However, the high-voltage DC voltage obtained by rectifying and smoothing the commercial AC power supply may be PWM-controlled, and the average current value supplied to the
また、本実施の形態1ではブラシレスDCモータ11には低圧直流電圧変換手段8、電流検出手段21を内蔵する構成としたが、駆動ロジック制御手段5、インバータ回路6、ホール素子4、磁束密度分布波形合成手段12のみを内蔵する構成や、ホール素子4のみを内蔵する構成や、回路を内蔵しない構成としても良く、インバータ回路6に供給する平均電流値を一定制御する構成であれば、風量一定制御の過程において、少ない風量変化量にも対応するとともに、一時的な圧力損失の変化時においても風量変化量が少なく、指示風量に収束する時間も短時間化した風量一定制御を実現できるという作用効果に差異を生じない。
In the first embodiment, the
また、本実施の形態1では指示風量と指示電流に対応した規定回転数を規定回転数記憶手段17に記憶する構成としたが、指示風量に対応した指示電流と規定回転数の関係式を記憶して、風量制御手段20は関係式より規定回転数を算出する構成としても良く、風量一定制御の過程において、少ない風量変化量にも対応するとともに、一時的な圧力損失の変化時においても風量変化量が少なく、指示風量に収束する時間も短時間化した風量一定制御を実現できるという作用効果に差異を生じない。 In the first embodiment, the specified rotational speed corresponding to the indicated air volume and the indicated current is stored in the specified rotational speed storage means 17, but the relational expression between the indicated current corresponding to the indicated air volume and the specified rotational speed is stored. Thus, the air volume control means 20 may be configured to calculate the specified rotational speed from the relational expression. In the process of constant air volume control, the air volume control means 20 can cope with a small air volume change amount, and even when a temporary pressure loss changes. There is no difference in the function and effect that it is possible to realize a constant air volume control in which the amount of change is small and the time required to converge to the indicated air volume is shortened.
(実施の形態2)
図7〜図10に示すように、25はブラシレスDCモータ11を搭載した遠心型送風機25aを内蔵した送風装置で、26は送風装置25を内蔵した換気装置である。27はブラシレスDCモータ11から出力されたパルス信号をF/V変換して運転回転数が高ければ高い電圧値、運転回転数が低ければ低い電圧値として運転回転数を検知する回転数検出手段で、28は風量指示手段15にて指示された風量で送風装置25を運転するために必要となる図8に示すようなブラシレスDCモータ11の回転数−トルク特性に合わせて回転数検出手段27にて検出した電圧値に応じて電流値指示手段19にて指示する電流値を変化させる風量制御手段で、24は風量指示手段15にて指示する複数の風量に対応したブラシレスDCモータ11の回転数−トルク特性になるよう電流値指示手段19を制御するトルク特性制御手段である。この時、インバータ回路6の耐圧とキックバック電圧を考慮した上でインバータ回路6に印加する低圧直流電圧に上限を設け、回転数が上昇しても電流を制御することなく電圧一定で運転する区間を設けている。その他の磁石回転子3、低圧直流電圧変換手段8、電流検出手段21、供給電流値制御手段22、インバータ回路6、駆動ロジック制御手段5、ホール素子4を内蔵するブラシレスDCモータ11、整流手段9、コンデンサ18、電流値指示手段19などの構成は実施の形態1と同じであり、同一部分には同一番号を付して詳細な説明は省略する。
(Embodiment 2)
As shown in FIGS. 7 to 10,
このような本発明の送風装置25によれば、風量制御手段28は送風装置25の運転回転数が高くなるにしたがって、インバータ回路6に供給する電流値を高くなるよう制御するので、図8に示すように、モータの回転数−トルク特性は回転数が上昇するにしたがって軸トルクが大きくなる特性が得られることとなり、この特性によって、送風装置25を搭載する換気装置26では、外風圧やダクト長さなどの圧力損失が変化しても風量を一定に制御できる風量−静圧特性を実現できる送風装置および換気装置などの電気機器が得られる。
According to the
また、トルク特性制御手段24が風量指示手段15にて指示する風量に対応したブラシレスDCモータ11の回転数−トルク特性になるよう電流値指示手段19を制御するので、マイクロコンピュータを使用することなく、風量指示手段15で指示する風量の数だけ外風圧やダクト長さなどの圧力損失が変化しても風量を一定に制御できる風量−静圧特性を実現できる送風装置25および換気装置26などの電気機器が得られる。
Further, since the torque characteristic control means 24 controls the current value indicating means 19 so that the rotational speed-torque characteristic of the
なお、実施の形態1と同様のインバータ回路6に供給する平均電流値を一定制御する構成における、風量一定制御の過程での少ない風量変化量にも対応するとともに、一時的な圧力損失の変化時においても風量変化量が少なく、指示風量に収束する時間も短時間化した風量一定制御を実現できるという作用効果に差異を生じない。
Note that, in the configuration in which the average current value supplied to the
また、本実施の形態2では実施の形態1と同様に低圧直流電圧変換手段8の出力電圧を可変して供給電流値制御手段22がインバータ回路6に供給する電流を一定に制御する構成としたが、低圧直流電圧変換手段8の出力電圧を固定し、PWM制御するdutyを可変する構成としてもよく、モータの回転数−トルク特性は回転数が上昇するにしたがって軸トルクが大きくなる特性が得られ、少ない風量変化量にも対応するとともに、一時的な圧力損失の変化時においても風量変化量が少なく、指示風量に収束する時間も短時間化した風量一定制御を実現できるという作用効果に差異を生じない。
In the second embodiment, similarly to the first embodiment, the output voltage of the low-voltage DC
また、実施の形態1と同様に構成の一部を変更することによる作用効果に差異を生じない。 Further, as in the first embodiment, there is no difference in the operational effect by changing a part of the configuration.
また、本実施の形態2では回転数検出手段27はブラシレスDCモータ11から出力されたパルス信号をF/V変換して運転回転数が高ければ高い電圧値、運転回転数が低ければ低い電圧値として運転回転数を検知する構成としたが、パルス信号をマルチバイブレータICなどでワンショットパルスに変換し、抵抗とコンデンサにて平滑して電圧値として検出しても良く、その作用効果に差異を生じない。
Further, in the second embodiment, the rotation speed detection means 27 performs F / V conversion on the pulse signal output from the
以上のように、本発明にかかる送風装置は、圧力損失の影響を受けることなく、風量−静圧特性において、静圧に関係なく風量一定の特性が得られ、急な静圧変化においても風量の変化量を少なくできることから、送風装置を内蔵し、静圧の変化があっても、大きな風量変化が無いことが要求される電気機器である換気装置、給湯機、エアコンなどの空気調和機、空気清浄機、除湿機、乾燥機、ファンフィルタユニットなどへの搭載が有用である。 As described above, the air blower according to the present invention can obtain a constant air volume regardless of the static pressure in the air volume-static pressure characteristics without being affected by pressure loss, and the air volume even in a sudden static pressure change. Because it can reduce the amount of change in air, it has a built-in air blower, and even if there is a change in static pressure, air conditioners such as ventilators, water heaters, air conditioners, etc. Use in air cleaners, dehumidifiers, dryers, fan filter units, etc. is useful.
1 送風装置
1a 遠心型送風機
2 駆動コイル
3 磁石回転子
3a 極異方性磁石
4 ホール素子
4a パルス信号出力手段
5 駆動ロジック制御手段
6 インバータ回路
7 電流波形制御手段
8 低圧直流電圧変換手段
9 整流手段
10 換気装置
11 ブラシレスDCモータ
12 磁束密度分布波形合成手段
13 回転数検出手段
14 低圧直流電圧値変更手段
15 風量指示手段
16 マイクロコンピュータ
17 規定回転数記憶手段
18 コンデンサ
19 電流値指示手段
20 風量制御手段
21 電流検出手段
22 供給電流値制御手段
23 ダクト
24 トルク特性制御手段
25 送風装置
25a 遠心型送風機
26 換気装置
27 回転数検出手段
28 風量制御手段
Q1 上段側スイッチング素子
Q2 下段側スイッチング素子
Q3 上段側スイッチング素子
Q4 下段側スイッチング素子
Q5 上段側スイッチング素子
Q6 下段側スイッチング素子
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