JP5556200B2 - 換気装置 - Google Patents

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Description

本発明は、ダクトの長さや外風圧の影響に関わらず、設定された風量が得られるように室内の換気を常時換気する換気装置に関する。
従来、この種の換気装置には、内部にモータ１０１により駆動される羽根１０２を設けた箱体状の換気扇本体１０３を天井部１０４に設け、モータ１０１の回転数を検出する回転数検出手段１０５と、モータに流れる電流を検出する電流検出手段１０６と回転数検出手段１０５が検出する回転数と電流検出手段１０６が検出する検出する電流に基づいてモータ１０１を制御する換気装置であって、回転数検出手段１０５が検出する回転数と電流
検出手段１０６が検出する電流とから所定周期の期間に換気される総換気風量を求め、総換気風量とその周期の目標総換気風量とを比較して過不足を求め、次の周期期間の総換気風量が、目標総換気風量にその過不足を加算した値となるように次の周期期間の換気風量を制御し、この制御を周期毎に行う換気装置であった。
特開２００４−３４０４９０号公報
このような従来の換気装置は、羽根を駆動する駆動用のモータは、ＤＣモータを使用していることが多く、風量を多段（例えば、急速、強、弱）に設定することが多い。換気装置の風量を多段に設定すると、例えば風量領域が１００ｍ３／ｈ〜４００ｍ３／ｈと非常に広い範囲を風量制御することになる。非常に広い範囲を風量制御し、且つ、モータに流れる電流−回転数を用いて風量が一定になるように風量制御するには、電流を精度よく検出しなければいけないという課題があった。
本発明は、このような従来の課題を解決するもので、モータに流れる電流を精度よく検出することができるため、換気装置が非常に広い範囲の風量を備えたとしても風量を一定にすることができる換気装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために本発明の換気装置は、換気風量が可変できる換気装置であって、前記換気装置の本体内部には、羽根を駆動するＤＣモータと、前記ＤＣモータを制御する制御回路を備え、前記制御回路内部には、前記ＤＣモータに流れる電流を検出する電流検出手段と、このＤＣモータの回転数を検出する回転数検出手段と、前記回転数検出手段が検出する回転数と前記電流検出手段が検出する電流に基づいて、前記ＤＣモータを制御する制御手段を備えた換気装置であって、前記電流検出手段は、複数個の低抵抗で構成し、低抵抗の分圧値を用いてモータ電流を検出し、前記回転数検出手段が検出する回転数と前記低抵抗の分圧値が検出する電流とから換気風量を求めることを特徴とする。
また、本発明の換気装置は、低抵抗切換え手段を備え、電流検出手段が検出する電流に基づいて、低抵抗切換え手段を切換え電流を検出することを特徴とする。
また、本発明の換気装置は、差圧測定装置を備え、低換気風量域は差圧測定装置の結果に基づいて換気風量を決定することを特徴とする。
また、本発明の換気装置は、差圧測定装置の取り付け状態による出力電圧を補正する差圧調整手段を備えることを特徴とする。
また、本発明の換気装置は、ＤＣモータを駆動する直流電圧に流れる電流を検出する電流検出手段を備え、ＤＣモータに流れる総合電流からＤＣモータ駆動電流を差し引くことを特徴とする。
また、本発明の換気装置は、ＤＣモータの巻き線に流れる電流を検出する電流検出手段を備えることを特徴とする。
また、本発明の換気装置は、回路内部に温度検出手段を備えることを特徴とする。
また、本発明の換気装置は、ＤＣモータ内部に温度検出手段を備えることを特徴とする。
また、本発明の換気装置は、換気装置の周囲の湿度を測定する湿度測定手段を備えることを特徴とする。
また、本発明の換気装置は、制御回路内部に電源の入り／切りを記憶する記憶手段と電源切りの時に制御回路を保持する２次電池を備え、電源の入り／切りを常に監視することを特徴とする。
また、本発明の換気装置は、抵抗値の異なる複数の低抵抗を切り替えることにより非連続となる電流検出値を、各々の抵抗値の比に基づき連続値に演算する演算部を設けたことを特徴とする。
また、本発明の換気装置は、規定の電流値を抵抗に流した状態で抵抗の両端に発生する電圧値を前記規定の電流値に対応づけて不揮発性記憶装置に記憶する記憶部と、モータ運転時に抵抗の両端に発生する電圧値と記憶部に記憶した記憶値と比較することで電流値を求める電流値演算部を有することを特徴とする。
また、本発明の換気装置は、抵抗値の異なる複数の低抵抗を切り替えるための電流しきい値にディファレンシャルを設け切替えが頻繁に発生しないようにしたことを特徴とする。
また、本発明の換気装置は、抵抗値の異なる複数の低抵抗を切り替える際に、モータ指示電圧を変動させる指示電圧変動部を有することを特徴とする。
また、本発明の換気装置は、モーターロック時に全ての切り替え手段をオフすることを特徴とする。
また、本発明の換気装置は、モータ内部の温度を測定しモータ内蔵のホール素子の温度特性を補正するホール素子温度補正手段を有することを特徴とする。
以上のように本願発明の換気装置によれば、モータの電流を精度よく検出することができるため、換気風量が低い領域においても換気装置使用者に確実な換気を提供することができる。
本発明の実施形態１の換気システムの取り付け状態図 同換気装置を天井に取り付けた状態を示す取り付け図 同換気装置の制御回路の構成を示したブロック図 電流検出手段の構成図 静圧（Ｐａ）−換気風量（Ｑ）特性曲線図 同換気装置の運転動作を示すフローチャート 本発明の実施形態２の電流検出手段の構成図 同換気装置の運転動作を示すフローチャート 本発明の実施形態３の制御回路の構成を示したブロック図 同換気装置の運転動作を示すフローチャート 本発明の実施形態４の換気装置取り付け図 同換気装置の運転動作を示すフローチャート 本発明の実施形態５の電流検出手段の構成図 同電流リニア補正値と電流の関係を示す図 同電流しきい値にディファレンシャルを設けた構成を示す図 同運転動作を示すフローチャート
請求項１に記載の換気装置の発明は、換気風量が可変できる換気装置であって、前記換気装置の本体内部には、羽根を駆動するＤＣモータと、前記ＤＣモータを制御する制御回路を備え、前記制御回路内部には、前記ＤＣモータに流れる電流を検出する電流検出手段と、このＤＣモータの回転数を検出する回転数検出手段と、前記回転数検出手段が検出する回転数と前記電流検出手段が検出する電流に基づいて、前記ＤＣモータを制御する制御手段を備えた換気装置であって、前記電流検出手段は、複数個の低抵抗で構成し、低抵抗の分圧値を用いてモータ電流を検出し、前記回転数検出手段が検出する回転数と前記低抵抗の分圧値が検出する電流とから換気風量を求めることができるため、換気風量が少ない領域では電流が小さくなり、換気風量が多い領域では電流が多くなるが、モータに流れる電流を低いところから高いところまで精度よく検出することができ一つの換気装置でレンジの広い換気風量領域をまかなうことができる。
また、低抵抗切換え手段を備え、電流検出手段が検出する電流に基づいて、低抵抗切換え手段を切換え電流を検出することができるため、抵抗自身の誤差を小さくすることができるため、モータに流れる電流を低いところから高いところまで更に精度よく測定することができる。
また、電流検出回路を一つにすることができるため、制御回路面積が小さくすることができ、更に換気装置を小さくすることができるため、換気装置使用者に安価な商品を提供することができる。
また、モータに印加する電圧を検出する電圧検出手段を備え、回転数と電流と電圧とに基づいて換気風量を求めることができるため、電圧が変動した場合においても換気風量に必要な換気を安定的に供給することができる。
また、差圧測定装置を備え、低換気風量域は差圧測定装置の結果に基づいて風量を決定することができるため、低換気風量域から高換気風量域まで必要な換気を安定的に供給することができる。
また、差圧測定装置の取り付け状態による出力電圧を補正する差圧調整手段を備えることができるため、差圧装置の置き方を自由に決めることができる。
また、ＤＣモータを駆動する直流電圧に流れる電流を検出する電流検出手段を備え、ＤＣモータに流れる総合電流からＤＣモータ駆動電流を差し引くことができるため、モータ自身に流れる電流を正確に検出することができる。
また、ＤＣモータの巻き線に流れる電流を検出する電流検出手段を備えることができるため、モータ自身に流れる電流を正確に検出することができる。
また、回路内部に温度検出手段を備えることができるため、回路内部の発熱を検出し部品の出力を調整することができる。
また、ＤＣモータ内部に温度検出手段を備えることができるため、モータの温度からモータの出力を調整するこができる。
また、換気装置の周囲の湿度を測定する湿度測定手段を備えることができるため、空気の比重による換気風量を調整することができる。
また、制御回路内部に電源の入り／切りを記憶する記憶手段と電源切りの時に制御回路を保持する２次電池を備え、電源の入り／切りを常に監視することができるため、電源の入り／切りがわかるとモータの温度上昇を認識することができるため、サーミスタがない状態においてもモータの温度上昇による変化を確実に検出することができる。
また、抵抗値の異なる複数の低抵抗を切り替えることにより非連続となる電流検出を各々の抵抗値の比に基づき連続値に演算する演算部を設けたため、分解能を上昇することができ、モータ自身に流れる電流を正確に検出することができる。
また、規定の電流値を抵抗に流した状態で抵抗の両端に発生する電圧値を前記規定の電流値に対応づけて不揮発性記憶装置に記憶する記憶部と、モータ運転時に抵抗の両端に発生する電圧値と記憶部に記憶した記憶値と比較することで電流値を求める電流値演算部を有するため、低抵抗値のばらつきを抑えることができる。
また、抵抗値の異なる複数の低抵抗を切り替えるための電流しきい値にディファレンシャルを設け切替えが頻繁に発生しないようにしたため、風量切替えによる騒音を低減することができる。
また、抵抗値の異なる複数の低抵抗を切り替える際に、モータ指示電圧を変動させる指示電圧変動部を有するため、モータの制御信号を正確に与えることができる。
また、モーターロック時に全ての切り替え手段をオフするため、モータが故障した場合においても回路を破壊することなく安全に使用することができる。
また、モータ内部の温度を測定しモータ内蔵のホール素子の温度特性を補正するホール素子温度補正手段を有するため、モータ自身の電流をより正確に検出することができる。
以下、本願発明の実施の形態について図１〜図１６を参照しながら説明する。
（実施の形態１）
本発明の換気装置の一例として、建物内の天井に設けられた換気装置を例にとり説明する。
図１、図２に示すように、換気装置は、例えば室内１の天井裏２に設置されており、本体３の下方に吸込口３ａを有し、本体３の側面に設けたアダプタ４は、排気ダクト５を通して室内の壁面に設けられている排気口６から外気へ排気する。
本体３内部には、羽根７と羽根７を回転させるＤＣモータ８を備え、吸込口３ａには、この吸込口３ａを覆う通気口を有したルーバ９を備える。
また、ＤＣモータ８を駆動する制御回路１０は、換気装置の本体３の天井面側に配置されるものであり、商用電源入り／切り、ファンノッチ可変スイッチ１１（一体にして構成したスイッチ）は室内の壁に配置され換気装置の本体３と接続されている。
図３は換気装置の本体３の制御回路１０の構成を示したブロック図である。図３において、商用電源１２には、整流回路１３が接続されている。整流回路１３には、電圧を平滑
して直流電圧にする平滑コンデンサ１３ａが接続されている。平滑コンデンサ１３ａには、前記直流電圧を検出する電圧検出手段１４とＤＣモータ８が並列に接続されており、更にはスイッチング電源回路１５（例えばＡＣ−ＤＣコンバータが）接続されている。
ＤＣモータ８は、ＤＣモータ８を制御する制御回路を内蔵し、ＤＣモータ制御用のドライブＩＣ８ａと位置検出センサであるホール素子（図示せず）と駆動回路８ｂと三相巻き線（図示せず）で構成されており、ＤＣモータ８の制御用ドライブＩＣ８ａのグランドと駆動回路８Ｂのグランドは共通に接続されており、ＤＣモータ８のグランド側に流れる電流は、制御用ドライブＩＣ８ａに流れる電流、すなわちＤＣモータ駆動電流と、駆動回路８ｂを通して三相巻き線に流れる電流、すなわちモータ自身に流れる電流との総和すなわち総合電流となっている。
スイッチング電源回路１５は、ＤＣモータ８を駆動するための制御用ドライブＩＣ８ａの電圧（例えば＋１５Ｖ）と制御手段１６（例えば、マイクロコンピュータ）を動作させる電圧（例えば＋５Ｖ）を出力する。スイッチング電源回路１５の近傍には、スイッチング電源回路１５の温度を測定する温度検出手段１７を備え、測定した温度は、制御手段１６に入力される。また、ＤＣモータ８に流れる電流を検出する電流検出手段１８を備え、この電流検出手段１８は、ＤＣモータ８のグランド（ＧＡ）へ流れる電流を検出し、制御手段１６に入力する。
制御手段１６は、電流検出手段１８で検出した電流に基づいて、制御信号ＶＳＰをＤＣモータ８に出力し、ＤＣモータ８は、制御信号ＶＳＰの電圧値に応じて印加電圧を可変する。
制御信号ＶＳＰは、制御手段１６からパルスを出力し、出力した値を平滑コンデンサ１８ａで平滑化し、平滑化された直流電圧をＤＣモータ８に印加する構成となる。前記滑コンデンサ１８ａは、ＤＣモータ８のグランド（ＧＡ）と接続されることとなる。
ＤＣモータ８に制御信号ＶＳＰの電圧が印加されると、ＤＣモータ制御用のドライブＩＣ８ａの作用により、駆動回路８ｂが駆動され、巻き線に電流が流れる。電流が流れるとＤＣモータ８のロータが回転して、例えば、図３のホール素子１８ｂでＤＣモータ８のロータの回転を検出する。そして、ＤＣモータの回転に応じた出力をホール素子１８ｂがすることができ、回転数検出手段１９でＤＣモータ８の回転数を検出する。
また、制御手段１６は、換気風量において静圧をＰ０からＰｍａｘまで変動させた場合の電流−回転数の関係を予め求め、データテーブル（図示せず）として記憶させておく。
図４は、電流検出手段１８の構成を示したものである。図４において、電流検出手段１８は、通常１．５Ω以下の低抵抗器を用いる。ＤＣモータ８のグランド（ＧＡ）に低抵抗器２０ａを例えば２個直列に配置し、直列配置した片側をスイッチング電源回路１５のグランドに接続する。また、低抵抗器２０ａに並列に接続自在に第１抵抗器２０ｂと第２抵抗器２０ｃを設け、これら第１抵抗器２０ｂまたは第２抵抗器２０ｃはそれぞれ第１切換え手段２０ｄまたは第２切換え手段２０ｅにより接続自在に構成される。
そして、ＤＣモータ８のグランドの電位を増幅器２１（例えば、オペアンプ）で増幅する構成とする。
また、温度検出手段１７の構成は、例えばサーミスタを使用する。サーミスタとは熱を与えると抵抗値が変化するものである。
また、制御手段１６（マイクロコンピュータ）には、温度検出手段１７、電流検出手段１８、回転数検出手段１９、電圧検出手段１４で検知した値を元に一連の動作が可能なプログラムが書き込まれている。また、電流検出手段１８がＤＣモータ８の電流を検出する場合に、第１切換え手段２０ｄと第２切換え手段２０ｅを切換えて電流を検出するが、先の構成でも述べたように、ＤＣモータ８に与える制御信号ＶＳＰの電圧値は、ＤＣモータ８のグランド（ＧＡ）を基準に接続されているため、仮に第１切換え手段２０ｄと第２切換え手段２０ｅが切換えて第１抵抗器２０ｂを接続した状態にすると、抵抗値が３Ωから１Ωに変化するため、ＤＣモータ８のグランドレベルが制御手段１６のグランドレベルに対して変化してしまい実際に与えたい制御信号ＶＳＰの電圧値が変化するため、制御手段１６には制御信号ＶＳＰの補正をおこなうプログラムも書き込まれている。
上記構成において、図５に示すＰ−Ｑ曲線と図６に示すフローチャートを用いて説明する。
例えば、換気装置使用者が換気装置を運転するために換気装置の本体３に商用電源入り／切り、ファンノッチ可変スイッチ１１（例えば弱ノッチ）が設定され電源が投入されると、制御回路１０に電源が印加される。弱ノッチが設定されると図５に示すように１００ｍ３／ｈが選定される。
また、温度検出手段１７で検出した温度が、制御手段１６に入力される。ファンノッチが設定されると制御手段１６は、ＤＣモータ８を確実に動作させるため、電源印加後３秒間は待機状態として、その後に起動補償値としての制御信号ＶＳＰ（以下起動補償ＶＳＰという）を与える。この起動補償ＶＳＰは、低温等でＤＣモータ８が起動できない可能性があるため、低温等で動作できる値を示す。
ここで、待機状態とは、ＤＣモータ８をすぐに駆動することをせずにそのまま放置している状態をいう。そして、電源印加後、３秒間ＤＣモータ８を待機状態で維持している理由としては、換気装置は商用電源１２を直接入り／切りできる構成になっているため、換気装置使用者が入り／切り／入りと連続して換気装置の電源を入れた場合、電源が切りになった状態においてもＤＣモータ８が惰性で回転していることがある。そこで、モータの回転により電圧が発生してしまい、この時に電源を入れると回生電流が流れて素子を壊す恐れがあるため、ＤＣモータ８が完全に停止するのを待つためである。
そして、ＤＣモータ８に起動補償ＶＳＰが入力されると、ＤＣモータ８の巻き線に電流が流れＤＣモータ８が回転するため、その時の電流検出手段１８で検出した電流、回転数検出手段１９で検出した回転数、電圧検出手段１４で検出した電圧の値が制御手段１６に入力される。
この時、電流検出手段１８の第１切換え手段２０ｄ、第２切換え手段２０ｅはともに開放している。
電流検出手段１８で検出した電流が例えば３．０Ｖに達していない場合は、第１切換え手段２０ｄと第２切換え手段２０ｅはそのままの状態を保ち、制御手段１６に入力された値と予め制御手段１６の中に記憶させているデータテーブルと比較して回転数が高いと判断した時は、３秒毎にＤＵＴＹをアップさせる。この操作を繰り返して、回転数差がなくなった場合は、規定換気風量であると判断しＤＵＴＹの可変を停止する。
また、外風等の影響によりダクト抵抗が上昇した場合は、回転数が低下し電流が増加する。電流が増加したことで、電流検出手段１８で検出した値が３．０Ｖを超えた場合は第１切換え手段２０ｄをＯＮする。第１切換え手段２０ｄをＯＮした場合において電流検出
手段１８が３．０Ｖ以下の場合は、そのままの状態を継続し、３．０Ｖ以上な場合は、更に第２切換え手段２０ｅをＯＮして電流を検出することとなる。回転数が低下した場合は、ＤＵＴＹをダウンさせる。この行為を繰り返し回転数差がなくなった場合は、規定の換気風量であると判断してＤＵＴＹの可変を停止する。
上記のように、３秒毎にＤＵＴＹをアップさせたりダウンさせたりして換気風量を調整するが、それにあわせて、第１切換え手段２０ｄまたは第２切換え手段２０ｅを切換えて第１抵抗器２０ｂまたは第２抵抗器２０ｃを接続した場合においては、制御信号ＶＳＰの電圧値を補正した値を与えることとなる。
ＤＣモータ８の巻き線に流れる電流は、ＤＣモータ８の電流検出手段１８で検出した電流から、制御用ドライブＩＣ８ａに流れる電流を減算することで算出する。また、ＤＣモータ８の待機電流は、雰囲気温度によってリニアに変化するため、温度検出手段１７で検出した温度から温度補正係数を割り出し、温度補正を行う。
以上のように構成した換気装置は、ＤＣモータ８の流れる電流を検出しながら第１切換え手段２０ｄ、第２切換え手段２０ｅを用いて抵抗値を切換えていき、電流に対して常に最適な抵抗を選んで電流検出を行うため、精度よく電流を検出することができるため、ダクト抵抗が外風等の影響で変化した場合においても、一定に換気風量を保つことができる。
本発明の中に記載しているＤＵＴＹの変化を三秒周期にしているが、この周期短くしたり、長くしたりして可変させても効果は同じである。
また、第１切換え手段２０ｄ、第２切換え手段２０ｅを３．０Ｖの値で変更しているが切換え装置の閾値を変更した場合においても効果は同じである。
また、第１切換え手段２０ｄ、第２切換え手段２０ｅの個数を２個で構成したが、切換え個数の数を変更して調整した場合においても効果は同じである。
（実施の形態２）
実施の形態２について、図７〜図８を参照しながら説明する。なお、実施の形態１と同様の構成要素についてはその説明を省略する。
実施の形態１の第１切換え手段２０ｄまたは第２切換え手段２０ｅの代わりに、図７に示すようにＤＣモータ８のグランド（ＧＡ）とスイッチング電源回路１５のグランド間に対して複数個の低抵抗を直列に配置して電流を検出する。
また、制御用ドライブＩＣ８ａに流れる電流を検出するために、スイッチング電源回路１５の電源供給ライン（＋１５Ｖ）とＤＣモータ８を駆動するためのＤＣモータ制御用のドライブＩＣ８ａとの間に電流検出手段１８ｃを備える構成とする。
上記構成において、換気装置の動作を図８に示すフローチャートを用いて説明する。
なお、実施の形態１と同様の動作についてはその説明を省略する。例えば、換気装置使用者が換気装置を運転するために換気装置の本体３に商用電源入り／切り、ファンノッチ可変スイッチ１１（例えば弱ノッチ）が設定され電源が投入されると、制御回路１０に電源が印加される。弱ノッチが設定されると図５に示すように１００ｍ３／ｈが選定される。
ファンノッチが設定されると制御手段１６は、ＤＣモータ８を動作させるため、電源印加３秒後に起動補償ＶＳＰを与える。起動補償ＶＳＰがＤＣモータ８に印加されると制御用ドライブＩＣ８ａに流れる電流を検出する電流検出手段１８ｃが電流を検出する。制御手段１６は、ＤＣモータ８の電流検出手段１８ｃで検出した複数の検出結果（例えば、第１の電流検出値、第２の電流検出値、第３の電流検出値）から最適な検出結果を選びだし、選び出した結果と、電流検出手段１８ｃが検出した電流の差をとって巻き線に流れる電流を算出する。
算出する基準としては、制御手段１６が例えば＋５Ｖの電源が印加された場合、制御手段１６が１０ビットの分解能力を持っている場合、電流検出手段で検出された電流の値が一番分解能力を持っている電流検出から選定するものとする。
例えば、ＤＣモータ８に電流が５０ｍＡ流れた場合、直流抵抗の総合計は４．５Ωとなり、スイッチング電源のグランドに対して発生する電圧は、０．２２５Ｖ、０．１５Ｖ、０．０７５Ｖとなる。この場合、増幅能力が例えば１０倍とすると、制御手段１６に入力される値は、２．２５Ｖ、１．５Ｖ、０．７５Ｖとなる。分解能力は、５Ｖに対して２．２５Ｖが一番近いため、２．２５Ｖが選ばれることとなる。
また、外風の影響等でＤＣモータ８に流れる電流が５０ｍＡから１００ｍＡに変化した場合、制御手段１６に入力される値は、３．５Ｖ、３．０Ｖ、１．５Ｖとなる。
この場合、本来なら分解能力から３．５Ｖが選ばれるが、これは増幅器の電源として＋５Ｖで印加した場合には、増幅器の特性から入力値の許容範囲をオーバしてしまうことがあるので、増幅器から正確な値が出力されないことがある。したがって、この場合は、分解能力が次に高い３．０Ｖを選ぶことになる。
以上のように構成した換気装置は、ＤＣモータ８の巻き線に流れる電流を精度よく検出することができるため、ダクト抵抗が外風等の影響で変化した場合においても、一定に換気風量を保つことができる。
また、常に流れる電流を複数検出するため、切換え時に発生するグランド変化をなくすことができ、グランド変化によって起こる騒音等をなくすことができる。
本発明の中に記載している電流検出手段１８ｃを用いて電流（駆動電流）を検出し、ＤＣモータ８の電流検出手段１８の検出した電流から前記駆動電流を差し引いて、巻き線に流れる電流を求める構成にしたが、ＤＣモータ８の近傍に温度検出手段を備えて、ＤＣモータ８の温度を検出し、検出した結果からＤＣモータ８の駆動電流を想定して差し引いても効果は同じである。また、巻き線電流を直接電流センサ等で検出しても、効果は同等である。
（実施の形態３）
以上のように実施の形態１、２において精度よく電流の検出を行って、換気風量を一定に保つ実施の形態を説明した。
すなわち、換気風量を一定にする方法としてモータに流れる電流と回転数を検出して予め設定しているテーブルデータを用いて風量制御を行うものである。
しかし、モータに流れる電流は、通電初期と通電時間安定後（例えば、１時間後）では、流れる電流によるモータ自身の温度上昇の影響を受けて変化してしまうため、換気装置の通電履歴がわからないと、通電初期には、不適切な値で風量制御をしてしまい換気風量
が不足、または必要以上に大きくなることがあった。特に、テーブルデータは、ＤＣモータが安定した時の値をもとに記憶させてものを用いるため、換気装置をこまめに切り／入りして使用する場合には、通電履歴、すなわち換気装置への電源の入り、切り、入りの経過がわからないと適切な制御を行うことが困難であった。
そこで、本発明の実施形態３では、さらに換気風量を精度よく一定に保つために、換気装置の通電履歴を認識し、電源の入り／切りによる影響を受けにくくする実施の形態を図９〜図１０を参照しながら説明する。なお、実施の形態１と同様の構成要素についてはその説明を省略する。
図９に示す制御回路１０内部に電源の入り／切りを記憶する記憶手段２２（図示せず）と湿度を検出する湿度検出手段２３を備え、電源切りの時に、制御回路１０の電源（＋５Ｖ側）にダイオードのカソード側を接続し、アノード側には２次電池のプラス側（例えば、ボタン電池）を接続し−側はグランドに接続する構成とする。
また、商用電源１２の入り／切りを確認するために、ゼロクロス回路（図示せず）を制御回路１０に備える構成とする。
ゼロクロス回路とは、交流電圧のゼロ地点の通過を検出する回路である。
上記構成において、換気装置の動作を図１０に示すフローチャートを用いて説明する。
換気装置使用者が商用電源入り／切り、ファンノッチ可変スイッチ１１をＯＮし、制御手段１６に電源が印加される。電源が印加されるとゼロクロスが制御手段１６に入力され制御手段１６は電源が入力されたことを認識する。湿度を検出する湿度検出手段２３が湿度の検出を開始し、制御手段１６に入力される。制御手段１６に湿度の検出結果が入力されると予め設定しているテーブルデータ（図示せず）を参照し制御を開始する。
テーブルデータのＤＣモータ８の電流は、ＤＣモータが安定した時の値が保存されている。電源３秒後に起動補償ＶＳＰを与えるため、３秒間ＤＣモータ８は待機状態になるため、待機状態の電流を電流検出手段１８が電流を検出し、記憶手段２２に格納する。３秒後ＤＣモータ８が回転を開始し、待機電流を含んだ電流を電流検出手段１８が検出するため、記憶手段２２に格納した待機電流から差を引いて巻き線電流を算出する。また、ＤＣモータ８が回転すると制御回路１０内部の制御手段１６が時間カウントを開始する。
一方、換気装置使用者が商用電源入り／切り、ファンノッチ可変スイッチ１１をＯＦＦするとゼロクロスが制御手段１６に入力されなくなるため、２次電池２４から制御手段１６の電源を供給し、電源がＯＦＦした時間、すなわちＤＣモータ８の遮断時間のカウントを開始する。
そして、ＤＣモータ８の通電時間が１時間以上経過後にＤＣモータ８の遮断時間が５分以上経過している場合は、ＤＣモータ８の温度上昇の影響がないと判断して待機状態の電流を検出することなくそのままの状態を保つ。
また、電源の通電時間が１時間以上経過後にＤＣモータ８の遮断時間が極端に短い場合（例えば５分未満）の場合は、ＤＣモータ８の温度上昇の影響があると判断して再度待機電流を測定しＤＣモータ８の巻き線電流を算出することとなる。
以上のように構成した換気装置は、さらに湿度を検出することができることから空気の比重を検出できるため、湿度に対する影響をなくすことができる。また、ＤＣモータ８の
温度上昇による待機電流の変化をサーミスタを設けて特別に補正しなくてもＤＣモータ８の巻き線に流れる電流を精度よく検出することができるため、ダクト抵抗が外風等の影響で変化した場合においても、一定に換気風量を保つことができる。
（実施の形態４）
実施の形態４について、図１１〜図１２を参照しながら説明する。なお、実施の形態１と同様の構成要素についてはその説明を省略する。
図１１に示すように、排気ダクト５内部には差圧差が発生するようにオリフィス（図示せず）を備え、排気ダクト５の側面に設置した差圧検知手段２５からＨＩＧＨ側圧導入口２６（図示せず）を排気ダクト５のオリフィスの手前に設置し、ＬＯＷ側圧導入口２７（図示せず）を排気ダクト５のオリフィスの後に備え、差圧検知手段２５は、本体３に設置した制御回路１０と信号線（図示せず）で接続されている構成となっている。
差圧検知手段２５の構成は、例えば、低い換気風量を精度よく検出するために、差圧センサ（５０Ｐａ）を使用する。差圧センサとは、受圧面をシリコンダイアフラムとした対象構造とし、圧力を受けるとダイアフラムが変動し、静電容量が変化するため、その静電容量の変化を電気的に出力するものである。
上記構成に、換気装置の動作を図１２に示すフローチャートを用いて説明する。
換気装置は、実施の形態１でも述べたように、特にＤＣモータを使用する換気装置に関しては、換気風量が多段に可変できる構成になっている。また、換気風量を可変するとＤＣモータに流れる電流もおのずと可変されることとなる。
例えば、実施の形態２で述べた電流検出手段１８を用いて３０ｍＡ電流が流れた時を考えた場合、電流検出手段１８で検出した電流を増幅して制御手段１６に入力される電圧は、分解能の最適な値を選びだしたとしても、１．３５Ｖにしかならないため１．３５Ｖで風量を制御するのは非常に困難である。そこで、本実施の形態は、差圧検知手段２５を設けて、電流検出手段１８による電流値を検出する構成を併用する。
換気装置使用者が商用電源入り／切り、ファンノッチ可変スイッチ１１をＯＮし、制御手段１６に電源が印加される。電源が印加されると３秒間の間に差圧検知手段２５の値を検出する。ＤＣモータ８が回転していないにも関わらず差圧検知手段２５の値が出力している状態ならば、差圧検知手段２５の取り付け状態が影響しているため、制御手段１６にてゼロ点調整をおこなう。
シリコンダイアフラム方式の差圧センサは、取り付け状態によっては、イアフラムに重量が加わってしまい差圧の信号として出力してしまうため出力調整をおこなう必要がある。
３秒後ＤＣモータ８が回転を始め、電流検出手段１８がＤＣモータ８に流れる電流を検出し、制御手段１６に入力される。ＤＣモータ８に流れる電流が小さい場合（例えば３０ｍＡ）以下の場合は、差圧検知手段の値を用いて予め設定している差圧用データテーブルを参照してＤＣモータ８の運転を開始する。
また、外風の影響及び商用電源入り／切り、ファンノッチ可変スイッチ１１がノッチを弱から急速に変更した場合において、ＤＣモータ８に流れる電流が所定の電流より大きくなった（例えば３０ｍＡ以上）場合は、予め設定している電流用データテーブルに変更してＤＣモータ８の運転を継続することとなる。
以上のように構成した換気装置は、換気風量が少ない場合、電流が小さく電流検出が難しい場合は、差圧検知手段で差圧を検出するため、小さい換気風量でも精度よく検出することができる。
また、小さい電流を差圧検知手段２５で検出すると大きい電流が流れた場合、差圧のレンジが振り切れてしまい検出できない可能性があるため、大きい電流は電流検出手段１８で測定することができるため、ダクト抵抗が外風等の影響で変化した場合、ノッチが換気扇使用者によって変更された場合においても、一定に換気風量を保つことができる。
（実施の形態５）
実施の形態５について、図１３〜図１６を参照しながら説明する。なお、実施の形態１と同様の構成要素についてはその説明を省略する。
実施の形態１では、スイッチング電源回路１５の近傍に、スイッチング電源回路１５の温度を測定する温度検出手段１７を備えたが、実施の形態５では、温度検出手段１７の代わりとして、ＤＣモータ８に、ホール素子の温度を検出する温度検出手段２８を備える構成とする。
ホール素子の入力抵抗（無磁界中で、出力端子開放時の入力端子間の抵抗）と温度の関係は、温度が低い場合は抵抗値が高く温度が低くなるにつれて２次曲線的に抵抗値が低くなる特性を持っている。（例えば、−４０℃時：１８００Ω、２５℃：２４０Ω、５０℃：１００Ωとなる）。
また、制御手段１６には、不揮発性記憶装置に電子部品のばらつきを校正する値を記憶する記憶部２９（図示せず）を備える構成とする。
不揮発性記憶装置の構成は、例えばＥＥＰＲＯＭを使用する。ＥＥＰＲＯＭとは、電圧の操作によってデータの消去や書き換えが可能となる半導体記憶装置である。
また、電子部品のばらつきは、モータ電流検出精度の低下の原因になるため、このモータ電流検出精度を向上させるため、モータ電流検出精度に影響するマイコン電源、ＤＣモータ８に流れる電流を検出する電流検出手段１８構成する抵抗器の校正を行う。そこで図１３に示すようにＶＭ−Ｇ間に例えば、１００ｍＡの電流を流し、電流検出抵抗器の一つとして備えた低抵抗器２０ａの抵抗値のばらつきの校正する場合は、第１切換え手段２０ｄ、第２切換え手段２０ｅはＯＦＦする。
次に、第１切換え手段２０ｄをＯＮし、第１抵抗器２０ｂの抵抗値の校正を行う。最後に、前記に引き続いて第２切換え手段２０ｅをＯＮして第２抵抗器２０ｃの抵抗値の校正を行う。これら校正結果は、順次、記憶部２９に記憶する。
また、電流検出手段１８は、すでに実施の形態１で説明したように、ＤＣモータ８の電流を検出する場合に、第１切換え手段２０ｄと第２切換え手段２０ｅを切換えて電流を検出するものである。このような構成では、制御手段１６に入力される電流の検出値は、図１４に示すように、第１切換え手段２０ｄと第２切換え手段２０ｅ状態で、マイコンが読み込むＡＤ値と電流検出抵抗器に流れる電流（ＡＤ値―電流）の関係が３段階発生してしまいこれらを切換えると非連続となってしまうため、制御ができなくなってしまう。つまり一つのＡＤ値に三つの電流値が存在することとなってしまい制御ができない。そこでＡＤ値の生データに所定の倍率を掛けるものである。例えば低抵抗器２０ａのみの電圧値を読む場合はＡＤ値を３倍、第１抵抗器２０ｂを加えた電圧値を読む場合は４倍、さらに第
２抵抗器２０ｃを加えた電圧値を読む場合は１２倍をして非連続となる電流検出値を連続値に換演算することにより電流とＡＤ値の一対一の対応を実現した。
その換算式を示す。つまり、換算値＝（生ＡＤ値）×（倍率係数ｋ／マイコンＡＤ値分解能（１０２４））×（理論値（計算結果）／抵抗調整ＡＤ値）となる。
また、モータ電流値に対応して、低抵抗器２０ａに並列に接続自在に第１抵抗器２０ｂと第２抵抗器２０ｃを切換える構成としているが、抵抗値の異なる複数の低抵抗を切換えるため、図１５に示すように電流しきい値にディファレンシャルを設ける構成となっている。
また、制御手段１６は、ＤＣモータ８からの回転数の返答を確認しながら、電流検出手段１８で検出した電流値に基づいて、制御信号ＶＳＰをＤＣモータ８に出力し、ＤＣモータ８は、この制御信号ＶＳＰの値に応じて印加電圧を可変するものである。しかし、制御信号ＶＳＰを出力しているにもかかわらず回転数の返答がない場合は、ＤＣモータ８になんらかの異常が生じたものと判断して、全ての切り替え手段を停止する構成とする。
上記構成において、換気装置の動作を図１６に示すフローチャートを用いて説明する。
なお、実施の形態１と同様の動作についてはその説明を省略する。
ホール素子の温度を検出する温度検出手段２８で検出した温度が制御手段１６に入力される。ＤＣモータ８の巻き線に流れる電流は、ＤＣモータ８の電流検出手段１８で検出した電流から、ホールＩＣに流れる電流を減算することで算出する。また、ＤＣモータ８は、巻き線に流れる電流及び雰囲気温度によって変化するため、温度検出手段２８で検出した温度からホール素子に流れる電流を割り出し、温度補正を行う。
ＤＣモータ８に起動補償値として制御信号ＶＳＰが入力されると、ＤＣモータ８の巻き線に電流が流れＤＣモータ８が回転する。そして、この時の電流検出手段１８で検出した電流、回転数検出手段１９で検出した回転数が制御手段１６に入力される。
また、この時、回転数の情報が制御手段１６に入力されない場合には、異常があると判断し全ての切り替え手段をＯＦＦする。
制御手段１６に回転数の情報が入力されると、電流検出抵抗器として備えた低抵抗器２０ａ、第１抵抗器２０ｂ、第２抵抗器２０ｃの部品固体差によるばらつきの影響をなくす為に、記憶部２９で保存されている値（先の構成で説明した例えば実際に１００ｍＡの電流を流し、電流検出抵抗器の抵抗器２０ａ、第１抵抗器２０ｂ、第２抵抗器２０ｃから計測された値）と、計算で求められる理論値を比較し、換算値を割り出す。（例えば、低抵抗器２０ａの抵抗の理論値では３．０Ω×１００ｍＡ＝０．３Ｖとなるはずであるが、記憶部２９に記憶されている値は（２．８Ω×１００ｍＡ＝）０．２８Ｖである。つまり、計測した電流知に対応する電圧を０．３÷０．２８＝１．０７倍してデータテーブルから電流に対応する回転数を参照することとなる。
次に電流検出手段１８で検出した電流が例えば３．０Ｖに達していない場合は、第１切換え手段２０ｄと第２切換え手段２０ｅはそのままの状態を保ち、制御手段１６は電流検出手段１８で検出した値に対応する回転数をデータテーブルから参照して、回転数検出手段１９が検知した実際の回転数と比較して回転数が高いと判断した時は、３秒毎にＤＵＴＹをアップさせる。この操作を繰り返して、回転数差がなくなった場合は、規定換気風量であると判断しＤＵＴＹの可変を停止する。
また、外風等の影響により静圧が上昇した場合は、回転数が低下するため、予め設定されているデータテーブルに近づけるため、ＤＣモータ８の回転数を上昇させる。回転数が上昇すると電流が増加する。電流検出手段１８が電流増加により検出した値が３．０Ｖを超えると第１切換え手段２０ｄをＯＮする。第１切換え手段２０ｄをＯＮした場合において電流検出手段１８が３．０Ｖ以下の場合は、そのままの状態を継続し、３．０Ｖ以上の場合は、更に第２切換え手段２０ｅをＯＮして電流を検出することとなる。回転数が低下した場合は、ＤＵＴＹをダウンさせる。この行為を繰り返し予め設定されているデータテーブルと回転数差がなくなった場合は、規定の換気風量であると判断してＤＵＴＹの可変を停止する。
また、外風等の影響がなくなり静圧が下降した場合は、ダクト抵抗がなくなるため、ＤＣモータ８に流れる電流が低下するため、電流検出手段１８が電流低下により検出した値が２．７Ｖすなわち０．３Ｖのディファレンシャルの電流しきい値で第２切換え手段２０ｅをＯＦＦする。また、第２切換え手段２０ｅをＯＦＦした場合でも３．０Ｖ以上の場合は、第１切換え手段２０ｄをＯＦＦすることとなる。
上記のように、３秒毎にＤＵＴＹをアップさせたりダウンさせたりして換気風量を調整するが、それにあわせて、第１切換え手段２０ｄまたは第２切換え手段２０ｅを切換えて第１抵抗器２０ｂまたは第２抵抗器２０ｃを接続した場合においては、制御信号ＶＳＰの電圧値を補正した値を与えることとなる。
以上のように構成した換気装置は、ＤＣモータ８の流れる電流を検出しながら第１切換え手段２０ｄ、第２切換え手段２０ｅを用いて抵抗値を切換えていき、電流に対して常に最適な抵抗を選んで必要な分解能を確保しながら電流検出を行うため、精度よく電流を検出することができるため、ダクト抵抗が外風等の影響で変化した場合においても、一定に換気風量を保つことができる。
本発明にかかる建物に取り付けられる換気装置は、ダクト抵抗、外風圧に拘わりなく所定の時間内で風量が得られる製品のおいて広く有用である。
１ 室内
２ 天井裏
３ 本体
４ アダプタ
５ 排気ダクト
６ 排気口
７ 羽根
８ ＤＣモータ
８ａ 制御用ドライブＩＣ
８ｃ 電流検出手段
９ ルーバ
１０ 制御回路
１１ 商用電源入り／切り、ファンノッチ可変スイッチ
１２ 商用電源
１３ 整流回路
１４ 電圧検出手段
１５ スイッチング電源回路
１６ 制御手段
１７ 温度検出手段
１８ 電流検出手段
１８ｃ 電流検出手段
１９ 回転数検出手段
２０ 低抵抗切換え手段
２０ｂ 第１抵抗器
２０ｃ 第２抵抗器
２０ｄ 第１切換え手段
２０ｅ 第２切換え手段
２１ 増幅器
２２ 記憶手段
２３ 湿度検出手段
２４ ２次電池
２５ 差圧検知手段
２６ ＨＩＧＨ側圧導入口
２７ ＬＯＷ側圧導入口
２８ 温度検出手段
２９ 記憶部

Claims (17)

  1. 風量が可変できる換気装置であって、前記換気装置の本体内部には、羽根を駆動するＤＣモータと、前記ＤＣモータを制御する制御回路を備え、前記制御回路内部には、前記ＤＣモータに流れる電流を検出する電流検出手段と、このＤＣモータの回転数を検出する回転数検出手段と、前記回転数検出手段が検出する回転数と前記電流検出手段が検出する電流に基づいて、前記ＤＣモータを制御する制御手段を備えた換気装置であって、前記電流検出手段は、複数個の低抵抗で構成し、低抵抗の分圧値を用いてモータ電流を検出し、前記回転数検出手段が検出する回転数と前記低抵抗の分圧値が検出する電流とから換気風量を求めることを特徴とした換気装置。
  2. 低抵抗切換え手段を備え、電流検出手段が検出する電流に基づいて、低抵抗切換え手段を切換え電流を検出することを特徴とした請求項１記載の換気装置。
  3. モータに印加する電圧を検出する電圧検出手段を備え、回転数と電流と電圧とに基づいて換気風量を求めることを特徴とした請求項１又は２記載の換気装置。
  4. 差圧測定装置を備え、低風量域は差圧測定装置の結果に基づいて換気風量を決定することを特徴とした請求項１、２又は３記載の換気装置。
  5. 差圧測定装置の取り付け状態による出力電圧を電圧補正する差圧調整手段を備えることを特徴とした請求項４記載の換気装置。
  6. ＤＣモータを駆動する直流電圧に流れる電流を検出する電流検出手段を備え、ＤＣモータに流れる総合電流からＤＣモータ駆動電流を差し引くことを特徴とした請求項１、２、３、４又は５記載の換気装置。
  7. ＤＣモータの巻き線に流れる電流を検出する電流検出手段を備えることを特徴とした請求項３記載の換気装置。
  8. 回路内部に温度検出手段を備えることを特徴とした請求項１、２、３、４、５、６又は７
    載の換気装置。
  9. ＤＣモータ内部に温度検出手段を備えることを特徴とした請求項１、２、３、４、５、６７又は８記載の換気装置。
  10. 換気装置の周囲の湿度を測定する湿度測定手段を備えることを特徴とした請求項１、２、３、４、５、６、７、８又は９記載の換気装置。
  11. 制御回路内部に電源の入り／切りを記憶する記憶手段と電源切りの時に制御回路を保持する２次電池を備え、電源の入り／切りを常に監視することを特徴とした請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９又は１０記載の換気装置。
  12. 抵抗値の異なる複数の低抵抗を切り替えることにより非連続となる電流検出値を、各々の抵抗値の比に基づき連続値に演算する演算部を設けた請求項２記載の換気装置。
  13. 規定の電流値を抵抗に流した状態で抵抗の両端に発生する電圧値を前記規定の電流値に対応づけて不揮発性記憶装置に記憶する記憶部と、モータ運転時に抵抗の両端に発生する電圧値と記憶部に記憶した記憶値と比較することで電流値を求める電流値演算部を有することを特徴とした請求項１２記載の換気装置。
  14. 抵抗値の異なる複数の低抵抗を切り替えるための電流しきい値にディファレンシャルを設け切替えが頻繁に発生しないようにしたことを特徴とした請求項２記載の換気装置。
  15. 抵抗値の異なる複数の低抵抗を切り替える際に、モータ指示電圧を変動させる指示電圧変動部を有することを特徴とした請求項２記載の換気装置。
  16. モーターロック時に全ての切り替え手段をオフすることを特徴とした請求項２記載の換気装置。
  17. モータ内部の温度を測定しモータ内蔵のホール素子の温度特性を補正するホール素子温度補正手段を有する請求項９記載の換気装置。
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