JP5506096B2 - 送風装置 - Google Patents

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Description

本発明は、建物内を換気する換気装置や、調理時に発生した油煙などを屋外に排気するレンジフードなどに用いる送風装置に関する。
従来より、建物内の空気を屋外の新鮮な空気と入れ替える換気装置や、調理時に発生した油煙などを屋外に排気するレンジフードは、モータでファンを回転することで空気を吸い込んで吐出する送風装置を用いるのが一般的である。
例えば、送風装置を用いることで建物内の空気を屋外に排気すると共に、屋外の空気を建物内に給気することで建物内を換気したり、送風装置を用いることで調理時に発生した油煙などを捕集して屋外に排気している。
しかしながら、近年の建築事情の変化により前記送風装置を用いた換気装置、レンジフードにおいては、次のような問題が発生していた。
建物内の空気を排気する際に、外風(屋外の風)の影響を受けやすい高層の建物の普及や、高気密化住宅などの排気、給気の際の圧力損失が大きな空気流通経路(排気経路、給気経路)を持つ建物が登場してきたことで、近年では、外風による排気抵抗が大きく異なる建物や、空気流通経路の圧力損失が大きく異なる建物が混在する状況となっている。
このため、外風による排気抵抗が大きい建物、空気流通経路の圧力損失が大きい建物でも目標とする風量を確保できるように送風装置を設計すると、外風による排気抵抗が小さい建物、空気流通経路の圧力損失が小さい建物に、前記送風装置を設置した際には、風量が目標値以上に多く、エネルギーを無駄に消費してしまう。また、そのために送風装置の運転音が大きいなどの問題が生じている。
すなわち、送風機の風量は、P−Q曲線(静圧−風量曲線)に沿って静圧の大きさに従って変化するので、排気抵抗が大、圧力損失が大でも目標とする風量が得られるP−Q曲線を有した送風機とすると、静圧が小さいときの風量が目標値以上に多く、エネルギー(電力)を無駄に消費してしまうと共に、運転音が大きくなってしまう。
そこで、モータに通電する電流値や回転数を検出し、その検出されたデータを基に風量を推定し、設置現場(外風による排気抵抗、空気流通経路の圧力損失等)が異なっても目標の風量が確保できるように、モータに指令を送る送風装置が提案されている。例えば特許文献1に記載の送風装置が提案されている。
特開2001−193688号公報
しかしながら、前述した特許文献1に開示された送風装置は、風量が変化した際に適切な指令をモータに送るため、予め風量に応じたI/N線(風量ごとの電流値と回転数の関係)を記憶しておく必要があるなど、大掛かりなものであり、製造コストが高くなるといった問題点がある。
しかも、電流値センサが必要であり、その分高価なものとなってしまう。
本発明は、前述の課題を解決するためになされたもので、その目的は、空気流通経路の圧力損失の異なる建物や、外風による排気抵抗が異なる建物に設置しても、目標の風量を確保でき、かつ風量の出しすぎによる無駄なエネルギーの消費や、運転音の増大を防ぐことができ、しかも簡易で製造コストが安い送風装置を提供することである。
第1の発明は、DCモータ12で遠心ファン11を回転する送風機1と、そのDCモータ12を制御するモータ制御ユニット2を備えた送風装置であって、
前記モータ制御ユニット2は、前記DCモータ12に所定の値の直流電圧を供給して駆動しているときに、そのDCモータ12の実際のモータ回転速度が設定回転速度以上のときに、前記DCモータ12に供給する直流電圧の値を増加し、その状態で実際のモータ回転速度が設定回転速度以下のときにDCモータ12に供給する直流電圧を元の値とするようにしたことを特徴とする送風装置である。
第1の発明においては、前記DCモータ12に供給する直流電圧の値を増加したときの実際の回転速度よりも、元の値とするときの設定回転速度を遅くすることができる。
このようにすれば、増加した値の直流電圧で駆動している状態で、静圧の変化が僅かなときのDCモータ12の実際のモータ回転速度の変化ではDCモータ12に供給する直流電圧の値が変化しないようにできるので、送風機の運転の切り替えが頻繁にならないから、使用者に不快感を与えることがない。
第2の発明は、DCモータ12で遠心ファン11を回転する送風機1と、このDCモータ12を制御するモータ制御ユニット2を備えた送風装置であって、
前記DCモータ12の実際のモータ回転速度Nを検出する回転速度検出手段25を設け、
前記モータ制御ユニット2は、第1の速度指令電圧V、第2の速度指令電圧V及び、第1の設定回転速度N、第2の設定回転速度Nがそれぞれ設定され、前記第1の速度指令電圧Vで駆動しているときに、実際のモータ回転速度Nが第1の設定回転速度N以上のときには、前記DCモータ12に供給する直流電圧値を第1の速度指令電圧Vから第2の速度指令電圧VとしてDCモータ12のモータ出力を増大し、前記第2の速度指令電圧Vで駆動しているときに、実際のモータ回転速度Nが第2の設定回転速度N以下のときには、前記DCモータ12に供給する直流電圧値を第2の速度指令電圧Vから第1の速度指令電圧VとしてDCモータ12のモータ出力を減少するようにしたことを特徴とする送風装置である。
第2の発明においては、前記第2の速度指令電圧Vに切替えた時の実際の回転速度よりも第2の設定回転速度N3を遅くすることができる。
このようにすれば、第2の速度指令電圧Vで駆動している状態で、静圧の変化が僅かでDCモータ12の実際の回転速度Nの変化が切り替えた時の実際の回転速度Nと第2の設定回転速度Nの差の範囲内のときには、速度指令電圧は変化しないので、送風機の運転の切り替えが頻繁にならないから、使用者に不快感を与えることがない。
第2の発明においては、前記モータ制御ユニット2は、DCモータ12の駆動コイル12aに直流電圧を供給する駆動部21と、この駆動部21を制御するモータコントロール部22と、このモータコントロール部22に第1の速度指令電圧V、第2の速度指令電圧Vを出力する演算部23と、この演算部23に送風機動作指令を出力する操作部24を備え、
前記演算部23は、第1の速度指令電圧Vを出力しているときには、実際のモータ回転速度Nと第1の設定回転速度Nを比較し、N≧Nのときに第2の速度指令電圧Vをモータコントロール部22に出力し、第2の速度指令電圧Vを出力しているときには、実際のモータ回転速度Nと第2の設定回転速度Nを比較し、N≦Nのときに第1の速度指令電圧Vをモータコントロール部22に出力し、
前記モータコントロール部22は、第1の速度指令電圧Vが入力されたときには駆動部21を制御して駆動コイル12aに供給する直流電圧の値を第1の速度指令電圧Vとし、第2の速度指令電圧Vが入力されたときには駆動部21を制御して駆動コイル12aに供給する直流電圧の値を第2の速度指令電圧Vとするようにできる。
第1・第2の発明によれば、静圧が大きくなって風量が減じ、モータ回転速度が上がったときには、DCモータ12に供給する直流電圧の値が増加してモータ出力が増大するので、風量が増え、目標の風量が得られる。
したがって、空気流通経路の圧力損失の異なる建物や、外風による排気抵抗が異なる建物に設置しても、目標の風量を確保できる。
前述のようにモータ出力が増大した状態で、静圧が小さくなって風量が増え、モータ回転速度が下がったときには、DCモータ12に供給する直流電圧の値を減少して元の値とし、モータ出力を元の大きさとするので、風量が減じ、風量が多くなりすぎることがない。
したがって、風量の出しすぎによる無駄なエネルギーの消費や、運転音の増大を防ぐことができる。
しかも、DCモータ12の実際のモータ回転速度に応じてDCモータ12に供給する直流電圧の値を変えるだけであるから、簡易で製造コストの安い送風装置とすることができる。
送風装置の全体説明図である。 モータ制御ユニットの説明図である。 静圧−風量曲線と速度曲線を示す図である。
図1に示すように、送風装置は、送風機1とモータ制御ユニット2を備えている。
前記送風機1は、ファンケーシング10内に設けた遠心ファン11をDCモータ12で回転駆動することで、ファンケーシング10の吸込口13から空気を吸い込み、吐出口14から吐出する。
前記遠心ファン11としてはシロッコファンを用い、DCモータ12としては三相ブラシレスDCサーボモータを用いているが、これに限ることはない。
前記送風装置を、次のように用いてレンジフード、換気装置とする。
前記送風機1の吸込口13をフード内部に連通すると共に、吐出口14にダクトを接続することで、調理時に発生した油煙などをフード内に捕集し、ダクトを通して屋外に排気するようにしてレンジフードとする。この場合、ダクトが空気流通経路(排気経路)である。
また、送風機1の吸込口13を建物内に連通し、吐出口14をダクトで屋外に連通して建物内の空気を屋外に排気する換気装置としたり、送風機1の吸込口13をダクトで屋外に連通し、吐出口14を建物内に連通して屋外の空気を建物内に給気する換気装置とする。この場合、ダクトが空気流通経路(排気経路、給気経路)である。
前述の送風装置の送風機1の風量は、その送風機1固有の性能とDCモータ12に供給される直流電圧の値で決定される静圧−風量曲線(以下P−Q曲線という)に沿って静圧の大きさに従って変化すると共に、DCモータ12のモータ回転速度も変化する。
具体的には、静圧が大きくなると風量が減り、モータ回転速度は上がる。静圧が小さくなると風量が増え、モータ回転速度は下がる。
前記静圧は、前述の空気流通経路の圧力損失、外風による排気抵抗が大きくなれば大きくなり、小さくなれば小さくなる。
以上のことから、本発明者は、静圧が目標とする風量に見合う静圧よりも大きくなると、風量は目標とする風量よりも減るので、前述したように、空気流通経路の圧力が大きい建物に設置した場合や、外風による排気抵抗が大きくなった場合には、前述の静圧が大きくなって目標の風量が得られない、ことを見出し、本発明に至った。
すなわち、本発明は、モータ制御ユニット2を次のようにした。
モータ制御ユニット2は、前記DCモータ12に所定の値の直流電圧を供給する。
これによって、送風機1は駆動し、その静圧と風量が所定のP−Q曲線に沿って変化する。
このとき、モータ制御ユニット2は、DCモータ12の実際のモータ回転速度と設定した回転速度を比較している。
この状態で、静圧が大きくなり、そのDCモータ12の実際のモータ回転速度が、設定した回転速度以上のときに、モータ制御ユニット2は、そのDCモータ12に供給する直流電圧の値を増加する。
これにより、DCモータ12のモータ出力が増大し、静圧と風量の関係は、前述のP−Q曲線とは異なるP−Q曲線に沿って変化することになり、風量は増え、静圧が大きくとも目標とする風量が得られる。
前述の状態で、静圧が小さくなり、風量が増え、DCモータ12の実際のモータ回転速度が、設定した回転速度以下になると、DCモータ21に供給する直流電圧を元の値(設定の値)とする。
これにより、送風機1の静圧と風量は、前述の所定のP−Q曲線に沿って変化することになり、静圧が小さくとも風量が減るので、静圧が小さいときに風量を出しすぎることがなく、無駄なエネルギー(電力)の消費や、運転音の増大を防ぐことができる。
しかも、モータ制御ユニット2を、DCモータ12の実際のモータ回転速度が設定した回転速度以上、以下のときに、DCモータ12に供給する直流電圧の値を増加、減少するようにしただけであるので、簡易で、製造コストが安い送風装置である。
前述したDCモータ12に供給する直流電圧の値を増加したときの実際の回転速度よりも、直流電圧の値を元の値とするときの設定回転速度を遅くしてある。
これによって、増加した値の直流電圧で駆動している状態で、静圧の変化が僅かなときのDCモータ12の実際のモータ回転速度の変化ではDCモータ12に供給する直流電圧の値が変化しないようにできるので、送風機の運転の切り替え(直流電圧の切り替え)が頻繁にならないから、使用者に不快感を与えることがない。
前記送風機1の静圧がゼロのときの風量は、前述した所定の値の直流電圧を供給しているときが小で、直流電圧の値を増加したときが大である。
これによって、静圧が大きくなったときでも目標の風量を得ることができる。
次に、モータ制御ユニット2の具体例を図2に基づいて説明する。
前記モータ制御ユニット2は、図2に示すように、交流電圧を直流電圧に変換する整流部20、この直流電圧をDCモータ12の駆動コイル12aに供給してDCモータ12を駆動する駆動部21、この駆動部21を制御してDCモータ12に供給する直流電圧の値を増減するモータコントロール部22、このモータコントロール部22に速度指令電圧を出力する演算部(マイクロコンピュータ)23、この演算部23に起動、停止等の送風機動作指令を出力する操作部24を備えている。
前記DCモータ12のモータ回転速度を検出する回転速度検出手段25を備え、その検出したモータ回転速度は、前記モータ制御ユニット2、例えば演算部23に入力される。
前記回転速度検出手段25は、DCモータ12の回転子(電機子)12bの回転を位置検出手段(ホールセンサ)12cで検出することでモータ回転速度を検出するものである。このモータ回転速度は遠心ファン11の回転速度である。
前記操作部24を操作して起動信号を演算部23に出力すると、演算部23は入力された起動信号によって設定した第1の速度指令電圧Vをモータコントロール部22へ出力する。
例えば、前記操作部24は起動釦24aを有し、この起動釦24aを操作することで、起動信号を演算部23に出力する。
前記演算部23の第1電圧設定部23aには、第1の速度指令電圧Vがあらかじめ設定してある。
この第1の速度指令電圧Vは、送風機1のP−Q曲線が、目標とする風量が得られるのに好ましいP−Q曲線となるように設定する。
つまり、送風機1のP−Q曲線は、送風機1固有の性能と速度指令電圧で決まる。
前記モータコントロール部22は、入力された第1の速度指令電圧Vに基づき駆動部21を制御し、駆動部21からDCモータ12の駆動コイル12aに供給する直流電圧の値を、前記設定した第1の速度指令電圧Vとし、DCモータ12を第1の速度指令電圧Vで駆動する。
これにより、送風機1の風量は、その送風機1固有の性能と設定した第1の速度指令電圧Vによって決まる第1のP−Q曲線に沿って、静圧の大きさに従って変化する。
例えば、図3に示す第1のP−Q曲線(a)に沿って静圧の大きさに従って風量が変化する。回転速度は図3に示す第1の速度曲線(c)に沿って変化する。
また、送風機1の回転速度は、その送風機1固有の性能と設定した速度指令電圧によって決定される関係に従って静圧の大きさによって変化する。送風機1の回転速度は前述したモータ回転速度である。
以上の説明で、静圧は空気流通経路の圧力損失、外風による排気抵抗の大きさに対応するものである。
前述のように、送風機1を駆動しているときに、排気抵抗が大きくなったり、圧力損失の大きな空気流通経路を有した建物に設置した場合には、静圧Pが大きくなり、第1のP−Q曲線(a)に沿って風量Qが減り、回転速度は上がる。
このために、目標とする風量QをQとすると、第1のP−Q曲線(a)のA点でマッチングし、静圧Pが第1の静圧Pよりも大きくなると目標とする風量Qが得られない。
このときの回転速度はNで、第1の設定回転速度Nとして演算部23の第1回転速度設定部23bに設定する。
前述のように、送風機1の実際のモータ回転速度Nは前述した回転速度検出手段25で検出され、その検出した実際のモータ回転速度Nは演算部23に入力される。
前記演算部23は、第1の速度指令電圧Vを出力していることにより、実際のモータ回転速度Nと第1の設定回転速度Nを比較し、実際のモータ回転速度Nが第1の設定回転速度N以上となったときには静圧が第1の静圧P以上になったので、演算部23は、その第2電圧設定部23cに設定された第2の速度指令電圧Vをモータコントロール部22に出力する。
第2の速度指令電圧Vは第1の速度電圧Vを増加した値(V<V)である。
前記モータコントロール部22は駆動部21を制御してDCモータ12の駆動コイル12aに供給する直流電圧の値を、前記第2の速度指令電圧Vに切り替える。
これによって、DCモータ12のモータ出力が増大し、送風機1のP−Q曲線は、図3に示すように、第2のP−Q曲線(b)になるので、その第2のP−Q曲線(b)のB点に移り、第1の風量Qが送風機1の風量となるから、第1の静圧P以上のときにも目標の風量Q(Q<Q)を確保できる。回転速度は図3に示す第2の速度曲線(d)に沿って変化する。
このときのモータ回転速度、つまり第2の速度指令電圧Vに切り替えた時のモータ回転速度は第1の回転速度Nである。
このようであるから、静圧Pが第1の静圧Pよりも大きくとも目標とする風量Qを確保でき、空気流通経路の圧力損失の異なる建物や、外風による御排気抵抗が異なる建物に設置しても、目標の風量を確保できる。
前述のように、送風機1を第2の速度指令電圧Vで駆動しているときに、外風による排気抵抗が小さくなったり、圧力損失の小さな空気流通経路の建物に設置した場合には、静圧が小さくなって回転速度は下がり、風量が増加する。
そして、静圧Pが第1の静圧Pよりも小さくなって実際の回転速度Nが前述の第1の回転速度N以下となった場合、例えば静圧が第2の静圧P(P>P)よりも小さくなり、実際の回転速度Nが前記演算部23の第2回転速度設定部23dに設定した第2の設定回転速度N以下となった場合には、送風機1の風量Qは第2のP−Q曲線(b)とのマッチング点Cに見合う第2の風量Qとなる。
この第2の風量Qは、前述した目標の風量Qよりも多く、送風機1は風量を出しすぎで、無駄にエネルギー(電力)を消費すると共に、運転音が増大する。
そこで、本発明は、演算部23が第2の速度指令電圧Vを出力しているときに、実際のモータ回転速度Nが第2の設定回転速度N以下となった場合には、演算部23が第1電圧設定部23aに設定した第1の速度指令電圧Vをモータコントロール部22に出力する。
前記モータコントロール部22は駆動部21を制御し、DCモータ12の駆動コイル12aに第1の速度指令電圧Vを供給し、DCモータ12のモータ出力が減少して風量は減少する。例えば、送風機1のP−Q曲線を前述の第1のP−Q曲線(a)とする。
これによって、送風機1の静圧Pと風量Qは第1のP−Q曲線(a)とマッチングするD点となり、風量Qは第3の風量Q(Q>Q)となると共に、モータ回転速度は第2の回転速度Nとなる。
このようであるから、送風機1は風量を出しすぎることはなく、無駄にエネルギー(電力)を消費することがないと共に、運転音が増大することもない。
前述のように、第2の速度指令電圧Vに切り替えて速度指令電圧を増加したときの第1のモータ回転速度Nよりも第2の設定回転速度Nを遅くしてあるので、排気抵抗、空気流通経路の圧力損失のふらつき(小さな変化)に対しては応答せずに実使用時に少ない変化量で速度指令電圧が目まぐるしく変わることを防ぎ、送風装置の使用者に不快感を与えないようにできる。
すなわち、前述の第1の回転速度Nと第2の設定回転速度Nが同じか近い値であると、前述した排気抵抗、圧力損失の少量の変化で実際のモータ回転速度Vが前述の第2設定回転速度Nに至ってしまい、そのたびに速度指令電圧を可変させるため、送風機1の運転の切り替えが頻繁に行われ、切り替え時の騒音が出ることにより使用者に不快感を与えるが、本発明のようにすれば、使用者の不快感を解消することができる。
前述のように、第1のP−Q曲線(a)のときの最大風量(つまり、静圧がゼロのときの風量)Qaは、第2のP−Q曲線(b)のときの最大風量(つまり、静圧がゼロのときの風量)Qbよりも小である。
このようであるから、静圧が小さいときの風量を減じることができる。
前記送風装置を停止するときには、操作部24の停止釦24bを操作して演算部23に停止信号を出力する。
前記演算部23は停止信号が入力されると、速度指令電圧の出力を中止し、DCモータ12の駆動コイル12aに直流電圧を駆動しないようにして停止する。
1…送風機、2…モータ制御ユニット、11…遠心ファン、12…DCモータ、12a…駆動コイル、21…駆動部、22…モータコントロール部、23…演算部、23a…第1電圧設定部、23b…第1回転速度設定部、23c…第2電圧設定部、23d…第2回転速度設定部、24…操作部、25…回転速度検出手段。

Claims (5)

  1. DCモータ12で遠心ファン11を回転する送風機1と、そのDCモータ12を制御するモータ制御ユニット2を備えた送風装置であって、
    前記モータ制御ユニット2は、前記DCモータ12に所定の値の直流電圧を供給して駆動しているときに、そのDCモータ12の実際のモータ回転速度が設定回転速度以上のときに、前記DCモータ12に供給する直流電圧の値を増加し、その状態で実際のモータ回転速度が設定回転速度以下のときにDCモータ12に供給する直流電圧を元の値とするようにしたことを特徴とする送風装置。
  2. 前記DCモータ12に供給する直流電圧の値を増加したときの実際の回転速度よりも、元の値とするときの設定回転速度を遅くした請求項1記載の送風装置。
  3. DCモータ12で遠心ファン11を回転する送風機1と、このDCモータ12を制御するモータ制御ユニット2を備えた送風装置であって、
    前記DCモータ12の実際のモータ回転速度Nを検出する回転速度検出手段25を設け、
    前記モータ制御ユニット2は、第1の速度指令電圧V、第2の速度指令電圧V及び、第1の設定回転速度N、第2の設定回転速度Nがそれぞれ設定され、前記第1の速度指令電圧Vで駆動しているときに、実際のモータ回転速度Nが第1の設定回転速度N以上のときには、前記DCモータ12に供給する直流電圧値を第1の速度指令電圧Vから第2の速度指令電圧VとしてDCモータ12のモータ出力を増大し、前記第2の速度指令電圧Vで駆動しているときに、実際のモータ回転速度Nが第2の設定回転速度N以下のときには、前記DCモータ12に供給する直流電圧値を第2の速度指令電圧Vから第1の速度指令電圧VとしてDCモータ12のモータ出力を減少するようにしたことを特徴とする送風装置。
  4. 前記第2の速度指令電圧Vに切り替えた時の実際の回転速度Nよりも第2の設定回転速度Nを遅くした請求項3記載の送風装置。
  5. 前記モータ制御ユニット2は、DCモータ12の駆動コイル12aに直流電圧を供給する駆動部21と、この駆動部21を制御するモータコントロール部22と、このモータコントロール部22に第1の速度指令電圧V、第2の速度指令電圧Vを出力する演算部23と、この演算部23に送風機動作指令を出力する操作部24を備え、
    前記演算部23は、第1の速度指令電圧Vを出力しているときには、実際のモータ回転速度Nと第1の設定回転速度Nを比較し、N≧Nのときに第2の速度指令電圧Vをモータコントロール部22に出力し、第2の速度指令電圧Vを出力しているときには、実際のモータ回転速度Nと第2の設定回転速度Nを比較し、N≦Nのときに第1の速度指令電圧Vをモータコントロール部22に出力し、
    前記モータコントロール部22は、第1の速度指令電圧Vが入力されたときには駆動部21を制御して駆動コイル12aに供給する直流電圧の値を第1の速度指令電圧Vとし、第2の速度指令電圧Vが入力されたときには駆動部21を制御して駆動コイル12aに供給する直流電圧の値を第2の速度指令電圧Vとする請求項3又は4記載の送風装置。
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