JP5315762B2 - インバータ装置およびそれを搭載した風量一定換気送風装置 - Google Patents

Description

本発明は、天井埋込型換気扇や中間ダクトファン，バス換気乾燥機，レンジフードなどの換気送風装置に搭載される風量一定運転を可能にするインバータ装置に関するものである。

従来、この種の風量一定運転が可能な換気送風装置は、モータとは別に設けられたインバータ回路に流れるブラシレスＤＣモータの電流を、制御回路等により検出し、電流とモータの回転数の関係を利用して、一定風量での運転を実現しているものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

以下、その風量一定運転が可能な換気送風装置の動作について、図８を参照しながら説明する。

図に示すように、交流電源１０１から供給される交流電圧を交直変換回路１０２にて直流に変換した後、平滑コンデンサ１０３にて平滑化し、インバータ回路１０４に印加する。

インバータ回路１０４は６個のスイッチング素子を順番に導通させ、ブラシレスＤＣモータ１０５を駆動している。ブラシレスＤＣモータ１０５には、ホール素子等の回転子位置検出用のセンサー１０６が装着されており、センサー１０６の出力により、回転数検出部１０７がブラシレスモータ１０５の回転数を検出するとともに、インバータ回路１０４のスイッチング素子の通電切替タイミングを決定している。１０８はインバータ回路１０４に流れる電流を検出するためのシャント抵抗であり、電流検出部１０９にて、シャント抵抗１０８の両端の電圧から電流を検出している。インバータ回路１０４がＰＷＭ制御されている場合は、シャント抵抗１０８に流れる電流が１キャリア内で変動するため、フィルター等で平均化するとともに、平均化した電流に補正を加えて、風量演算に必要なブラシレスＤＣモータ１０５の相電流に換算している。風量演算部１１０は、電流検出部１０９で検出された電流と回転数検出部１０７によって検出された回転数から、ブラシレスＤＣモータ１０５を搭載した換気送風機の風量を演算するとともに、換気送風機本体の制御回路等より指示された目標運転風量と演算された風量を比較し、目標風量での運転を実現する回転数を算出し、その回転数になるように、速度制御部１１１に運転電圧の指示を出力している。速度制御部１１１は、指示によりインバータ回路１０４のスイッチング素子のデューティを変更し、ブラシレスＤＣモータ１０５の回転数を目標回転数に制御し、換気送風機の風量が目標の風量で一定運転できるようにしている。
特許第３７３８６８５号公報

このような従来の構成では、インバータ回路がＰＷＭ制御を行っていると、インバータ側の直流電流はチョッパ電流となってしまうため、モータの相電流とは厳密には等しくならない。このため、インバータ回路の下アームトランジスタの負電位側端子に接続されたシャント抵抗に流れる電流をフィルターで平均化し、直流電流の平均値からモータの相電流の実効値に換算しているため、正確なモータの相電流が検出できず、補正を加える必要があるという課題があった。モータの相電流を直接検出する方法についても言及されており、その場合には上記課題は解消されるが、その具体的な方法については記載されていない。

本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、デューティの大小に対する影響を受けず、モータ自身の電流を検出することによって風量ばらつきを小さくできる信頼性の高い風量一定運転が可能なインバータ装置および換気送風装置を提供することを目的としている。

本発明のインバータ装置は、上記目的を達成するために、巻線を巻装した固定子と磁石を備えた回転子を有するブラシレスＤＣモータと、前記固定子に対する前記磁石の相対的位置を検出する位置検出手段と、ＤＣ電圧を交流に変換するインバータ回路と、前記インバータ回路の下アームトランジスタの負電位側端子に接続されたシャント抵抗と、前記位置検出手段が検出した前記磁石の位置に応じて、前記インバータ回路を所定のデューティに基づいて駆動させて前記回転子に取り付けられるファンを回転させる駆動手段と、前記インバータ回路を通して前記固定子巻線に流れる電流と前記回転子の回転数の関係を利用して前記ファンの風量を一定に制御する風量一定制御手段を備え、前記風量一定制御手段は、前記固定子巻線に流れる電流を前記デューティのＯＮ状態のときだけ前記シャント抵抗に流れる電流を読み込むようにし、前記ファンの風量が略一定になるように前記ブラシレスＤＣモータを速度制御するように構成したものである。

この手段により、デューティの大小に対する影響を受けず、モータ自身の電流を検出することによって風量バラツキを抑える風量一定運転ができるインバータ装置が得られる。

また、この手段により、安価なシャント抵抗を１個使用するだけで電流検出が可能になり、低コストの風量一定運転ができるインバータ装置が得られる。

また、他の手段は、前記風量一定制御手段は、前記シャント抵抗に流れる前記インバータ回路の通電切替周期のあらかじめ定められた少なくともひとつのタイミングの電流から前記固定子巻線に流れる電流を検出するようにしたものである。

この手段により、モータの巻線に流れる電流を直接検出することが可能になり、補正を加えることなく正確にモータ巻線の電流を検出することが可能になり、信頼性の高い風量一定運転ができるインバータ装置が得られる。

また、他の手段は、前記風量一定制御手段は、前記インバータ回路のスイッチング素子がオフする直前に前記シャント抵抗に流れる電流を検出するようにしたものである。

この手段により、インバータ回路のスイッチング素子のデューティが変化しても、スイッチングノイズ等の影響を受けにくく、正確にモータの巻線に流れる電流を検出することが可能になり、信頼性の高い風量一定運転ができるインバータ装置が得られる。

また、他の手段は、温度検出素子を前記ブラシレスＤＣモータに内蔵し、前記温度検出素子が検出した温度により、前記風量一定制御手段は前記インバータを通して前記固定子巻線に流れる電流と前記回転子の回転数の関係を補正して、前記ファンの風量が略一定になるように前記ブラシレスＤＣモータを速度制御するようにしたものである。

この手段により、モータの温度変化により、モータのトルクが変化し、風量一定での運転を実現するモータ巻線の電流と回転数の関係が変化しても、モータの温度を検出して、モータ巻線の電流と回転数の関係に補正を加えるので、モータの温度変化に起因する風量ばらつきの少ない信頼性の高い風量一定運転ができるインバータ装置が得られる。

また、他の手段は、前記風量一定制御手段は複数の風量毎に前記固定子巻線に流れる電流と前記回転子の回転数の関係を記憶する記憶手段を有した構成としたものである。

この手段により複数の目標風量において風量ばらつきの少ない信頼性の高い風量一定運転ができるインバータ装置が得られる。

また、他の手段は、前記インバータ回路の下アームトランジスタの負電位側端子に２つ以上の抵抗を直列接続されたシャント抵抗とし、前記風量一定制御手段は目標風量毎にシャント抵抗の大きさを変えて前記固定子巻線に流れる電流を検出するようにしたものである。

この手段により、目標風量に応じてシャント抵抗の大きさを変更し、モータの巻線に流れる電流を正確に検出することが可能になり、目標風量が小さい場合においても風量一定運転ができるインバータ装置が得られる。

また、他の手段は、前記風量一定制御手段を、書き換え可能な記憶手段を有するマイクロコンピュータを利用して構成したものである。

この手段により、強運転や弱運転といった目標風量が異なった場合においても、運転毎にモータの巻線電流と回転数の関係をマイクロコンピュータに記憶することにより、運転毎の目標風量と運転風量が一致するように制御すれば、運転毎に常に目標の一定風量となるようにすることができ、目標風量を変更しても風量ばらつきの少ない風量一定運転ができるインバータ装置が得られる。

また、他の手段はインバータ装置を換気送風装置に搭載したものである。

この手段により、低コストで風量ばらつきの少ない信頼性の高い風量一定運転できる換気送風装置が得られる。

本発明によれば、デューティの大小に対する影響を受けず、モータ自身の電流を検出することによって、風量ばらつきを小さくできる信頼性の高い風量一定運転ができるという効果のあるインバータ装置および換気送風装置を提供できる。

本発明の請求項１記載の発明は、巻線を巻装した固定子と磁石を備えた回転子を有するブラシレスＤＣモータと、前記固定子に対する前記磁石の相対的位置を検出する位置検出手段と、ＤＣ電圧を交流に変換するインバータ回路と、前記位置検出手段が検出した前記磁石の位置に応じて、前記インバータ回路を所定のデューティに基づいて駆動させて前記回転子に取り付けられるファンを回転させる駆動手段と、前記インバータ回路を通して前記固定子巻線に流れる電流と前記回転子の回転数の関係を利用して前記ファンの風量を一定に制御する風量一定制御手段を備え、前記風量一定制御手段は、前記固定子巻線に流れる電流は、前記デューティのＯＮ状態のときだけ読み込むようにし、前記ファンの風量が略一定になるように前記ブラシレスＤＣモータを速度制御するようにしたインバータ装置である。

このことにより、デューティの大小に対する影響を受けず、モータ自身の電流を検出することによって風量バラツキを抑える風量一定運転ができるという作用を有する。

また、このことにより、安価なシャント抵抗を１個使用するだけで電流検出が可能になり、低コストの風量一定運転ができるという作用を有する。

本発明の請求項２記載の発明は、前記風量一定制御手段は、前記シャント抵抗に流れる前記インバータ回路の通電切替周期のあらかじめ定められた少なくともひとつのタイミングの電流から前記固定子巻線に流れる電流を検出するものである。

このことにより、モータの巻線に流れる電流を直接検出することが可能になり、補正を加えることなく正確にモータ巻線の電流を検出することが可能になり、信頼性の高い風量一定運転ができるという作用を有する。

本発明の請求項３記載の発明は、前記風量一定制御手段は、前記インバータ回路のスイッチング素子がオフする直前に前記シャント抵抗に流れる電流を検出するものである。

このことにより、インバータ回路のスイッチング素子のデューティが変化しても、スイッチングノイズ等の影響を受けにくく正確にモータの巻線に流れる電流を検出することが可能になり、信頼性の高い風量一定運転ができるという作用を有する。

本発明の請求項４記載の発明は、温度検出素子を前記ブラシレスＤＣモータに内蔵し、前記温度検出素子が検出した温度により、前記風量一定制御手段は前記インバータを通して前記固定子巻線に流れる電流と前記回転子の回転数の関係を補正して、前記ファンの風量が略一定になるように前記ブラシレスＤＣモータを速度制御するものである。

このことにより、モータの温度変化により、モータのトルクが変化し、風量一定での運転を実現するモータ巻線の電流と回転数の関係が変化しても、モータの温度を検出して、モータ巻線の電流と回転数の関係に補正を加えるので、モータの温度変化に起因する風量ばらつきの少ない、信頼性の高い風量一定運転できるという作用を有する。

本発明の請求項５記載の発明は、前記風量一定制御手段は複数の風量毎に前記固定子巻線に流れる電流と前記回転子の回転数の関係を記憶する記憶手段を有したものである。

このことにより、複数の目標風量において風量ばらつきの少ない信頼性の高い風量一定運転できるという作用を有する。

本発明の請求項６記載の発明は、前記インバータ回路の下アームトランジスタの負電位側端子に２つ以上の抵抗を直列接続されたシャント抵抗とし、前記風量一定制御手段は風量毎にシャント抵抗の大きさを変えて前記固定子巻線に流れる電流を検出するようにしたものである。

この手段により、目標風量に応じてシャント抵抗の大きさを変更し、モータの巻線に流れる電流を正確に検出することが可能になり、目標風量が小さい場合においても風量一定運転ができるという作用を有する。

本発明の請求項７記載の発明は、前記風量一定制御手段を、書き換え可能な記憶手段を有するマイクロコンピュータを利用したものである。

この手段により、強運転や弱運転といった目標風量が異なった場合においても、運転風量毎にモータの巻線に流れる電流と回転数の関係をマイクロコンピュータに記憶することにより、運転風量毎の目標風量と運転風量が一致するように制御すれば、運転風量毎に常に目標の一定風量となるようにすることができ、目標風量を変更しても風量ばらつきの少ない風量一定運転ができるという作用を有する。

本発明の請求項８記載の発明は、インバータ装置を換気送風装置に搭載したものである。

このことにより、低コストで風量ばらつきの少ない信頼性の高い風量一定運転できる換気送風装置が得られるという作用を有する。

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。

（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態におけるインバータ装置の概略構成図である。

図１において、交流電源１から供給される交流電圧を交直変換回路２にて直流に変換した後、平滑コンデンサ３にて平滑化し、インバータ回路４に印加する。インバータ回路４は６個のスイッチング素子を順番に導通させ、ブラシレスＤＣモータ５を駆動している。ブラシレスＤＣモータ５は巻線を巻装した固定子６と磁石を備えた回転子７からなり、前記固定子６に対する前記回転子７の相対的位置を３個の磁気センサー８の出力を利用して、位置検出手段９が検出している。駆動手段１０は前記位置検出手段９が検出した前記回転子７の位置に応じて、インバータ回路４のスイッチング素子を駆動して前記固定子６の巻線に電力を供給し、前記回転子７を回転させる。風量一定制御手段１１は、風量演算手段１２と供給電圧決定手段１３および電流検出手段１４により構成されており、前記風量演算手段１２は、前記位置検出手段９の出力より前記回転子７の回転数を算出するとともに、シャント抵抗１５に流れる電流により発生する前記シャント抵抗１５の両端の電位差を電流検出手段１４により例えばＡＤ変換器によりＡＤ変換された電流を読み取るとともに、算出された回転数と読み取った電流により、換気送風装置１６の運転風量を算出する。換気送風装置１６はブラシレスＤＣモータ５にファンが取り付けられている。次に前記風量演算手段１２は算出された運転風量と前記換気送風装置１６の換気送風装置制御回路１７より指示された目標風量とを比較し、運転風量が目標風量と相違していた場合には、前記供給電圧決定手段１３に運転電圧変更の指示を出力する。例えば、運転風量が目標風量に比べて風量が少ない場合は、印加電圧を上昇させ、風量が多い場合は、印加電圧を下降させるようにする。前記供給電圧決定手段１３はその指示に応じて、前記固定子６の巻線に印加する電圧を決定し、前記駆動手段１０に出力する。前記駆動手段１０は決定された印加電圧を実現する前記インバータ回路４のスイッチング素子のデューティを算出し、そのデューティに基づいてスイッチング素子を駆動し、前記換気送風装置１６の運転風量が目標風量となるようにブラシレスＤＣモータ５を速度制御する。したがって、ブラシレスＤＣモータ５に接続されている換気送風装置１６が発生する風量と目標風量とが一致するようになるので、風量を一定に制御することが可能となる。

温度検出素子１８はサーミスタからなり、前記固定子６の巻線近傍の温度を検出するもので、前記風量演算手段１２は前記温度検出素子１８が検出した温度に基づいて、回転数と電流による風量算出に補正を加え、モータ温度に応じて、正確に風量を算出する。

前記風量一定制御手段１１はマイクロコンピュータで構成され、１９は換気送風装置を運転させるインバータ装置である。

前記送風装置１６の運転風量Ｑは、一般流体の相似則により導かれるモータ出力Ｐと風量Ｑと回転数Ｎの関係式Ｐ∝Ｑ・Ｎ²、モータ出力Ｐとモータの誘起電圧Ｅ₀とモータ電流Ｉの関係式Ｐ＝Ｅ₀・Ｉ、モータの誘起電圧Ｅ₀と誘起電圧定数Ｋ_Eと回転数Ｎの関係式Ｅ₀＝Ｋ_E・Ｎより、モータ電流Ｉと回転数Ｎの関係式Ｑ＝Ｋ・（Ｉ／Ｎ）で表すことができ、換気送風装置１６が発生する風量は、電流と回転数により算出することができるので、目標風量に運転風量が一致するように電流と回転数を制御すれば、常に目標の一定風量となるようにすることができる。なお、Ｋは比例定数であり、ファン効率やモータ効率により決定される。

風量Ｑは演算で算出する以外にも、あらかじめ風量Ｑとモータ電流Ｉと回転数Ｎの関係を、実際に前記換気送風装置１６を一定風量で運転させて前記風量一定制御手段１１に記憶しておき、実際の運転時にそれぞれの関係が記憶された関係となるように制御して、一定風量運転を実現することも可能である。この場合でも、前記温度検出素子１８が検出する温度毎に、風量Ｑとモータ電流Ｉと回転数Ｎの関係を記憶しておけば、モータの温度状態による風量誤差の無い、より正確な一定風量での運転が可能となる。

なお、本実施例においては、磁気センサー８を３個としたが、前記回転子７の相対的位置と回転数を検出できれば良く、１個としてもその作用効果に差異は生じない。

図２は本実施例における、シャント抵抗１５に流れる前記固定子６のモータ電流の状態を示す説明図である。ブラシレスＤＣモータにおける一般的な駆動方法である１２０度通電状態を示した説明図である。図においては固定子６のＲ相巻線からＴ相巻線に電流が流れており、デューティがＯＮ状態で、インバータ回路４のスイッチング素子Ｑ１とＱ６の両方が導通している場合、図における実線で示すモータ電流Ｉｏｎがシャント抵抗１５に流れている。次にデューティがＯＦＦ状態で、スイッチング素子Ｑ１を非導通状態にした場合、モータ電流は図における点線で示すＩｏｆｆの方向に流れ、固定子巻線とインバータ回路内を循環し、シャント抵抗１５には流れない。図３はシャント抵抗に流れる電流の波形を示す説明図であり、（ａ）はデューティのＯＮ状態が大きい場合、（ｂ）はデューティのＯＮ状態が小さい場合を示している。図２におけるＯＮ状態の電流Ｉｏｎをハッチングで示している。デューティＯＦＦ状態ではシャント抵抗１５には電流が流れないので、電流は０であるが、モータに流れる電流を示すために図３では図２と同様、モータ電流Ｉｏｆｆを点線で示している。

このようなシャント抵抗１５に流れる電流を平均化した場合の電流（平均電流Ｉａｖ）を、図３における２点鎖線で示しているが、図３の（ａ）と（ｂ）に示すように、同じモータ電流が流れていても、デューティの変化により前記平均電流Ｉａｖは変化するので、シャント抵抗１５に流れる電流をフィルター等で平均化して検出する場合には、検出誤差が大きくなる可能性がある。しかしながら本実施例では、風量演算手段１２が、図３の点で示すデューティのＯＮ状態のときにだけ、シャント抵抗１５に流れる電流を読み込むようにしているので、デューティの大小に対する影響を受けず、正確にモータ電流を検出することが可能となり、風量算出に誤差が発生しない。したがって、風量ばらつきを抑えることができる。

また、図３（ｃ）はシャント抵抗１５に流れる電流の１キャリア分を示したものである。デューティのＯＮ状態の時にスイッチング素子Ｑ１が導通状態となるが、スイッチング素子Ｑ１が非導通から導通状態になっても、固定子６の巻線によるインダクタンス成分の影響を受け、図に示すように徐々に電流が増加する。したがって、デューティのＯＮ状態の期間内で、電流の大きさが変化することになる。スイッチング素子が導通した直後は、スイッチングノイズの発生が多くその影響を受けやすく、また電流の大きさも小さいため、電流の検出精度に影響をおよぼす。しかしながら、本実施例では、シャント抵抗に流れるインバータ回路の通電切替周期のあらかじめ定められた少なくともひとつのタイミングの電流として、図３（ｃ）に示すように、デューティのＯＮ状態からＯＦＦ状態になる直前に電流を読み込むことにより、スイッチングノイズ等の影響を受けにくく、十分電流が増加しきったところで電流を読み取ることができるため、正確にモータ電流を検出することが可能となり、風量算出に誤差が発生しない。したがって、風量ばらつきを抑えることができる。

なお、本実施例では、電気角６０度の通電角中に３回電流を読み込む説明図となっているが、３回より少なくても多くてもよく、要は、電流波形の形状に合わせて、正確にモータ電流が検出できる回数を選定すればよい。

また、１２０度通電方式における電流検出の方法を説明したが、通電方式は１２０度通電である必要はなく、１５０度でも１８０度でもその他の通電方式でもよく、その作用効果に差異を生じない。

図４は本実施例における、モータの温度と電流およびトルクと回転数の関係を示したグラフである。横軸がトルク、縦軸が回転数Ｎとモータ電流Ｉであり、モータの温度が高いときの状態を点線（ＴＨとＩＨ）で、低いときの状態を１点鎖線（ＴＬとＩＬ）で、およびその中間の状態を実線（ＴＣとＩＣ）で示している。図において黒い点で示したトルクと回転数が、換気送風装置１６が目標風量で運転できるトルクと回転数を示している。モータの温度が高くなった場合は、モータの固定子巻線の温度が高くなり銅損が増加するとともに、磁石回転子の磁束が減少し、目標トルクと回転数を実現するモータ電流が図に示すＩｔｈとなり高くなる。反対に温度が低くなった場合は、銅損が減少し、磁石回転子の磁束が増加するので、逆にモータ電流はＩｔｌとなり低くなる。この為、モータの温度に応じてモータ電流の大きさが変化することになる。したがって、風量演算手段１２が読み取るシャント抵抗の電流を補正しなければ、算出する風量に誤差が発生することになる。しかしながら本実施例では、風量演算手段１２が、温度検出素子１８であるサーミスタが検出するモータの温度に応じて、検出した電流を補正する。例えば、モータの温度が高くなった場合はモータ電流がＩｔｈとなるため、通常運転時のモータの温度時に流れる電流Ｉｔｃとなるように電流を補正する。

このように、補正した電流に基づいて風量を算出するので、より正確に風量が算出でき、モータの温度変化に対する影響を受けない、目標の一定風量での運転が可能になる。

なお、本実施例においては風量を算出する方法での補正を説明したが、あらかじめ回転数と電流の関係を記憶しておいて風量一定運転を実現する場合でも、モータの温度を変化させた場合の回転数と電流の関係を記憶しておいて、サーミスタの検出するモータの温度に応じた関係を利用するようにすれば、同様の効果が得られ、その作用効果に差異を生じない。

また、サーミスタを使用してモータの温度を検出したが、サーミスタである必要はなく、要はモータの温度が検出できる素子を使用すれば、その作用効果に差異を生じない。

図５は本実施例におけるマイクロコンピュータの記憶手段を利用する場合の風量一定制御手段のブロック図であり、風量演算手段１２の中に書き換え可能な記憶手段１２ａを設けるともに、換気送風装置制御回路１７から強運転や弱運転等の運転指示が、光絶縁素子であるフォトカプラー２０を通じて指示される例を示した図である。風量は、モータ電流Ｉと回転数Ｎの関係式Ｑ＝Ｋ・（Ｉ／Ｎ）で表すことができ、換気送風装置１６が発生する風量は、電流と回転数により風量を算出することができる。したがって、強運転や弱運転といった目標風量が異なった場合においても、運転風量毎にモータ電流Ｉと回転数Ｎの関係を記憶手段１２ａに記憶し、運転風量毎の目標風量と運転風量が一致するように制御すれば、運転風量毎に常に目標の一定風量となるようにすることができ、換気送風装置の目標風量を変更しても、目標の一定風量での運転が可能となる。

なお、本実施例においては風量を算出する方法での説明をしたが、あらかじめ回転数と電流の関係を記憶しておいて風量一定運転を実現する場合でも、同様に、運転風量毎のモータ電流Ｉと回転数Ｎの関係のデータを記憶するようにすれば良く、その作用効果に差異は生じない。

図６は本実施例における目標風量毎にシャント抵抗の大きさを変えて前記固定子巻線に流れる電流を検出する場合の説明図である。

図６（ａ）はインバータ回路４の下アームトランジスタの負電位側端子に２つの抵抗を直列接続してなるシャント抵抗としたものである。図６（ｂ）は弱運転時と強運転時のトルクと回転数，モータ電流の関係を示したグラフである。横軸がトルク、縦軸が回転数とモータ電流であり、強運転時の場合、Ｔ２点で示したトルクと回転数で運転され、モータ電流はＩ２となる。一方、弱運転時の場合、Ｔ１点で示したトルクと回転数で運転され、モータ電流はＩ１となる。目標風量毎にモータ電流と回転数を記憶して、運転風量毎に目標風量と運転風量が一致するように制御すれば、運転風量毎に常に目標の一定風量での運転が可能である。しかしながら、弱運転時はモータ巻線に流れる電流の大きさが小さいため、風量演算手段１２が読み取るシャント抵抗の電流の大きさも小さい。したがって、強運転時に比べて読み取る電流の大きさが小さいため、強運転時に比べると風量誤差に与える影響がおおきくなる。しかしながら、本実施例では、２つの抵抗を直列接続してなるシャント抵抗とすることにより、風量演算手段１２が読み取るシャント抵抗値を弱運転時と強運転時で変更し、弱運転時は強運転時よりもシャント抵抗値を大きくし、シャント抵抗の両端に発生する電圧を大きくして、モータ電流を検出するようにする。これにより、電流検出手段１４に入力されるシャント抵抗の両端の電圧が弱運転時に低下することを防ぎ、風量演算手段１２が読み取るシャント抵抗の電流に与える影響を抑えることができ、風量誤差を小さくすることができる。この時のモータ電流と回転数の関係を用いて弱運転時に目標風量と運転風量が一致するように制御すれば、弱運転時においても常に目標の一定風量での運転が可能となり、風量ばらつきを抑えることができる。

このことにより、目標風量に応じてシャント抵抗の大きさを変更し、モータの巻線に流れる電流を正確に検出することが可能になり、目標風量が小さい場合においても風量一定運転ができるインバータ装置が得られる。

なお、本実施例においては２個の抵抗を直列接続したシャント抵抗を用いて説明したが、運転風量毎に電流が精度良く検出できれば何個でも良く、その作用効果に差異は生じない。

（実施の形態２）
図７は天井埋込型換気扇に本発明のインバータ装置を搭載したものである。天井埋込型換気扇２１は換気送風装置制御回路１７とインバータ装置１９からなる制御回路２２と、ブラシレスＤＣモータ５に送風ファン２３が取り付けられ、送風ファン２３はケーシング２４に収められている。

このことにより、低コストで風量ばらつきの少ない信頼性の高い風量一定運転できる換気送風装置が得られる。

以上により、シャント抵抗に流れる電流から直接相電流を検出することができ、低コストで目標風量の大小やモータの温度変化に起因する風量ばらつきを小さくできる信頼性の高い風量一定運転ができるインバータ装置および換気送風装置を実現することができる。

以上のように、本発明によるインバータ装置は風量ばらつきの少ない風量一定運転を低コストで実現でき、換気扇等の風量一定運転を必要とする換気送風装置に搭載するのに最適である。

本発明の実施例１のインバータ装置の構成を示す概略構成図 同インバータ装置のモータの固定子巻線に流れる電流の状態を示す説明図 同インバータ装置のシャント抵抗に流れる電流の波形を示す説明図 同インバータ装置のモータの温度と電流およびトルクと回転数の関係を示したグラフ 同インバータ装置のマイクロコンピュータの記憶手段を利用する場合の風量一定制御手段のブロック図 同インバータ装置の２つの抵抗からなるシャント抵抗に流れる電流の波形を示す説明図 本発明の実施例２のインバータ装置を搭載した天井埋込型換気扇の三面図 従来のインバータ装置の構成を示す概略構成図

符号の説明

５ ブラシレスＤＣモータ
６ 固定子
７ 回転子
９ 位置検出手段
１０ 駆動手段
１１ 風量一定制御手段
１２ 風量演算手段
１３ 供給電圧決定手段
１４ 電流検出手段
１５ シャント抵抗
１８ 温度検出素子

Claims (8)

1. 巻線を巻装した固定子と磁石を備えた回転子を有するブラシレスＤＣモータと、前記固定子に対する前記磁石の相対的位置を検出する位置検出手段と、ＤＣ電圧を交流に変換するインバータ回路と、前記インバータ回路の下アームトランジスタの負電位側端子に接続されたシャント抵抗と、前記位置検出手段が検出した前記磁石の位置に応じて、前記インバータ回路を所定のデューティに基づいて駆動させて前記回転子に取り付けられるファンを回転させる駆動手段と、前記インバータ回路を通して前記固定子巻線に流れる電流と前記回転子の回転数の関係を利用して前記ファンの風量を一定に制御する風量一定制御手段を備え、前記風量一定制御手段は、前記固定子巻線に流れる電流を前記デューティのＯＮ状態のときだけ前記シャント抵抗に流れる電流を読み込むようにし、前記ファンの風量が略一定になるように前記ブラシレスＤＣモータを速度制御するようにしたことを特徴とするインバータ装置。
2. 風量一定制御手段は、シャント抵抗に流れるインバータ回路の通電切替周期のあらかじめ定められた少なくともひとつのタイミングの電流から固定子巻線に流れる電流を検出するようにしたことを特徴とする請求項１記載のインバータ装置。
3. 風量一定制御手段は、インバータ回路のスイッチング素子がオフする直前にシャント抵抗に流れる電流を検出するようにしたことを特徴とする請求項２記載のインバータ装置。
4. 温度検出素子をブラシレスＤＣモータに内蔵し、温度検出素子が検出した温度により、風量一定制御手段はインバータを通して固定子巻線に流れる電流と回転子の回転数の関係を補正して、ファンの風量が略一定になるように前記ブラシレスＤＣモータを速度制御するようにしたことを特徴とする請求項３記載のインバータ装置。
5. 風量一定制御手段は複数の風量毎に固定子巻線に流れる電流と回転子の回転数の関係を記憶する記憶手段を有し、目標風量を変更してもファンの風量が略一定になるようにしたことを特徴とする請求項２乃至４いずれかに記載のインバータ装置。
6. インバータ回路の下アームトランジスタの負電位側端子に２つ以上の抵抗を直列接続されたシャント抵抗とし、風量一定制御手段は風量毎にシャント抵抗の大きさを変えて前記固定子巻線に流れる電流を検出するようにしたことを特徴とする請求項５記載のインバータ装置。
7. 風量一定制御手段は書き換え可能な記憶手段を有するマイクロコンピュータを利用して構成した請求項１乃至６のいずれかに記載のインバータ装置。
8. 請求項１乃至７のいずれかに記載のインバータ装置によってファンの風量を一定に制御するようにしたことを特徴とする換気送風装置。

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