JP6040066B2 - ファンモータの駆動制御装置 - Google Patents
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Description
本発明は、ファンモータの駆動制御装置に関する。
部屋内の空気を換気するための換気送風装置は、部屋の天井や壁面などに設置されることが多い。
図６は、換気送風装置１０２の設置例を示す図である。
図６に示す部屋１００は、部屋の内部１０５および天井裏１０６を外部（屋外）から仕切る外壁１０１と、部屋１００の上部に設けられた天井１０７とを備えている。天井裏１０６は、天井１０７によって部屋の内部１０５と仕切られている。
空気孔１０４は、天井裏１０６に接する外壁１０１に形成されている。
配管パイプ１０３は、天井裏１０６内に設置される。配管パイプ１０３の一端は、換気送風装置１０２（換気装置または送風装置の一例）に接続され、配管パイプ１０３の他端は、空気孔１０４に接続されている。配管パイプ１０３は、中空であり、内部に空気が流れるようになっている。
換気送風装置１０２は、天井１０７の上側かつ天井裏１０６に設置される。換気送風装置１０２は、部屋の内部１０５の空気を吸引して、吸引した空気を、配管パイプ１０３と空気孔１０４とを介して、屋外に排出するものである。
図６は、換気送風装置１０２の設置例を示す図である。
図６に示す部屋１００は、部屋の内部１０５および天井裏１０６を外部（屋外）から仕切る外壁１０１と、部屋１００の上部に設けられた天井１０７とを備えている。天井裏１０６は、天井１０７によって部屋の内部１０５と仕切られている。
空気孔１０４は、天井裏１０６に接する外壁１０１に形成されている。
配管パイプ１０３は、天井裏１０６内に設置される。配管パイプ１０３の一端は、換気送風装置１０２（換気装置または送風装置の一例）に接続され、配管パイプ１０３の他端は、空気孔１０４に接続されている。配管パイプ１０３は、中空であり、内部に空気が流れるようになっている。
換気送風装置１０２は、天井１０７の上側かつ天井裏１０６に設置される。換気送風装置１０２は、部屋の内部１０５の空気を吸引して、吸引した空気を、配管パイプ１０３と空気孔１０４とを介して、屋外に排出するものである。
従来、図６に示す換気送風装置１０２を駆動するためのファンモータとして、ＡＣ（Alternating Current）モータやブラシレスモータが、特別な風量制御を行わずに使用されることが多かった。ＡＣモータやブラシレスモータを風量制御無しに用いる場合、配管パイプ１０３の直径や長さ、換気を行うために必要な風量などの仕様に基づき、この仕様を満たすＱ−Ｈ（Quantity−Head：静圧−風量）特性を備えた換気送風装置が選定されていた。
図７は、比較例の換気送風装置１０２に於ける風量制御無しのＡＣモータのＱ−Ｈ特性の一例を示すグラフである。
図７の横軸は、風量［立方メートル毎時］を示し、縦軸は、静圧［Ｐａ］を示す。
右下がりの曲線は、このＡＣモータのＱ−Ｈ特性線を示す。ＡＣモータのＱ−Ｈ特性曲線は、静圧が０［Ｐａ］のとき、風量が約３３［立方メートル毎時］である。風量が０［立方メートル毎時］のとき、静圧が約３６［Ｐａ］である。
「１０」、「２０」、「３０」、「４０」、「５０」で示される曲線は、それぞれ長さが１０，２０，３０，４０，５０［ｍ］かつ直径が１００［ｍｍ］である配管パイプ１０３のＱ−Ｈ特性であるパイプ抵抗曲線を示す。各パイプ抵抗曲線に於いて、静圧は、風量に対して右上がりで増加する。風量を固定した場合、配管パイプ１０３が長くなると、静圧が増加する。
図７の横軸は、風量［立方メートル毎時］を示し、縦軸は、静圧［Ｐａ］を示す。
右下がりの曲線は、このＡＣモータのＱ−Ｈ特性線を示す。ＡＣモータのＱ−Ｈ特性曲線は、静圧が０［Ｐａ］のとき、風量が約３３［立方メートル毎時］である。風量が０［立方メートル毎時］のとき、静圧が約３６［Ｐａ］である。
「１０」、「２０」、「３０」、「４０」、「５０」で示される曲線は、それぞれ長さが１０，２０，３０，４０，５０［ｍ］かつ直径が１００［ｍｍ］である配管パイプ１０３のＱ−Ｈ特性であるパイプ抵抗曲線を示す。各パイプ抵抗曲線に於いて、静圧は、風量に対して右上がりで増加する。風量を固定した場合、配管パイプ１０３が長くなると、静圧が増加する。
配管パイプ１０３の長さが１０［ｍ］の場合に、このＡＣモータを用いて換気送風装置１０２を駆動すると、換気送風装置１０２は、ＡＣモータのＱ−Ｈ特性線と、長さが１０［ｍ］の際のパイプ抵抗曲線との交点である動作点Ｐ１０で動作する。このときの風量は、約３２［立方メートル毎時］である。
配管パイプ１０３の長さが５０［ｍ］の場合に、上記のＡＣモータを用いて換気送風装置１０２を駆動すると、換気送風装置１０２は、ＡＣモータのＱ−Ｈ特性線と長さ５０［ｍ］の際のパイプ抵抗曲線との交点である動作点Ｐ５０で動作する。このときの風量は、約２７［立方メートル毎時］である。
このように、配管パイプ１０３が長くなるにつれて、換気送風装置１０２の風量は低下する。よって、配管パイプ１０３の長さが５０[ｍ]の場合、換気を行うために必要な風量が約３０［立方メートル毎時］以上とするには、別の種類の換気送風装置を採用する必要がある。
配管パイプ１０３の長さが５０［ｍ］の場合に、上記のＡＣモータを用いて換気送風装置１０２を駆動すると、換気送風装置１０２は、ＡＣモータのＱ−Ｈ特性線と長さ５０［ｍ］の際のパイプ抵抗曲線との交点である動作点Ｐ５０で動作する。このときの風量は、約２７［立方メートル毎時］である。
このように、配管パイプ１０３が長くなるにつれて、換気送風装置１０２の風量は低下する。よって、配管パイプ１０３の長さが５０[ｍ]の場合、換気を行うために必要な風量が約３０［立方メートル毎時］以上とするには、別の種類の換気送風装置を採用する必要がある。
特許文献１、２に示すように、換気送風装置を駆動するファンモータとして、風量制御されたブラシレスモータが用いられる場合もある。
特許文献１の要約には、課題として、「ホールＩＣの信号に基づいて電機子巻線への通電切替を行うＤＣモータを搭載したファンモータであっても、風量を指示風量に対して一定に制御できるファンモータおよびそれを搭載した換気装置を提供することを目的とする。」と記載され、解決手段として、「特性乖離判別手段１０がＤＣモータ２に所定電圧を印加し、運転回転数と駆動電流を検出し、基準のＤＣモータの電流特性と駆動電流とを比較し、基準のＤＣモータの電流特性が示す電流値が、駆動電流値よりも低い場合は、遅れ位相と判断し、規定回転数をプラス補正する補正係数を決定する。逆の場合は、進み位相と判断し、電流値の差に応じて相関関係記憶手段１２に記憶された規定回転数をマイナス補正する補正係数を決定することによって、ＤＣモータ２の特性ばらつきや雰囲気温度の変化の影響を受けることなく、高精度で指示風量にて一定運転できるファンモータおよび換気装置が得られる。」と記載されている。
特許文献１の要約には、課題として、「ホールＩＣの信号に基づいて電機子巻線への通電切替を行うＤＣモータを搭載したファンモータであっても、風量を指示風量に対して一定に制御できるファンモータおよびそれを搭載した換気装置を提供することを目的とする。」と記載され、解決手段として、「特性乖離判別手段１０がＤＣモータ２に所定電圧を印加し、運転回転数と駆動電流を検出し、基準のＤＣモータの電流特性と駆動電流とを比較し、基準のＤＣモータの電流特性が示す電流値が、駆動電流値よりも低い場合は、遅れ位相と判断し、規定回転数をプラス補正する補正係数を決定する。逆の場合は、進み位相と判断し、電流値の差に応じて相関関係記憶手段１２に記憶された規定回転数をマイナス補正する補正係数を決定することによって、ＤＣモータ２の特性ばらつきや雰囲気温度の変化の影響を受けることなく、高精度で指示風量にて一定運転できるファンモータおよび換気装置が得られる。」と記載されている。
特許文献２の要約には、課題として、「夏・冬の外気温の変化や調理器具・冷暖房機器の使用状況などによる雰囲気温度の影響を受けることなく常に指示風量での一定運転ができる高性能な風量一定制御ＤＣファンモータを提供すること。」と記載され、解決手段として、「予め各雰囲気温度毎に指示された風量でＤＣファンモータ１を運転するための印加電圧−回転数の近似式を算出式記憶手段１９に記憶させ、雰囲気温度検出手段１３がＤＣファンモータ１の設置される雰囲気温度を検出し、通電制御手段３のゲート信号の変化時間から運転回転数を検出し、それを算出式記憶手段に記憶された近似式から必要な回転数を求め、求めた回転数と運転回転数とを比較しながら、ＤＣモータ２への印加電圧を変化させ、ＤＣファンモータ１の風量を制御する。」と記載されている。
図８（ａ），（ｂ）は、比較例の換気送風装置１０２に於ける風量制御時のブラシレスモータの特性の一例を示すグラフである。
図８（ａ）は、ブラシレスモータのＱ−Ｈ特性を示すグラフである。図８（ａ）の横軸は、風量［立方メートル毎時］を示し、縦軸は、静圧［Ｐａ］を示す。
「弱（常時）」で示される曲線は、弱（常時）モードである風量５０［立方メートル毎時］で風量制御を行う場合のブラシレスモータのＱ−Ｈ特性を示す。
「強（常時）」で示される曲線は、強（常時）モードである風量１００［立方メートル毎時］となるように風量制御を行う場合のブラシレスモータのＱ−Ｈ特性を示す。
「急速」で示される曲線は、急速モードである風量１５０［立方メートル毎時］となるように風量制御を行う場合のブラシレスモータのＱ−Ｈ特性を示す。
図８（ａ）は、ブラシレスモータのＱ−Ｈ特性を示すグラフである。図８（ａ）の横軸は、風量［立方メートル毎時］を示し、縦軸は、静圧［Ｐａ］を示す。
「弱（常時）」で示される曲線は、弱（常時）モードである風量５０［立方メートル毎時］で風量制御を行う場合のブラシレスモータのＱ−Ｈ特性を示す。
「強（常時）」で示される曲線は、強（常時）モードである風量１００［立方メートル毎時］となるように風量制御を行う場合のブラシレスモータのＱ−Ｈ特性を示す。
「急速」で示される曲線は、急速モードである風量１５０［立方メートル毎時］となるように風量制御を行う場合のブラシレスモータのＱ−Ｈ特性を示す。
弱（常時）モードでは、換気送風装置１０２の風量は、静圧が約１００［Ｐａ］以下に於いて、風量は５０［立方メートル毎時］で略一定である。
強（常時）モードでは、換気送風装置１０２の風量は、静圧が約８０［Ｐａ］以下に於いて、風量は１００［立方メートル毎時］で略一定である。
急速モードでは、換気送風装置１０２の風量は、静圧が約７０［Ｐａ］以下に於いて、風量は１５０［立方メートル毎時］で略一定である。
「１０」、「２０」、「３０」、「４０」、「５０」で示される曲線は、それぞれ長さが１０，２０，３０，４０，５０［ｍ］かつ直径が１００［ｍｍ］である配管パイプ１０３のＱ−Ｈ特性であるパイプ抵抗曲線を示す。これらのパイプ抵抗曲線は、図７に示すパイプ抵抗曲線と同様である。
強（常時）モードでは、換気送風装置１０２の風量は、静圧が約８０［Ｐａ］以下に於いて、風量は１００［立方メートル毎時］で略一定である。
急速モードでは、換気送風装置１０２の風量は、静圧が約７０［Ｐａ］以下に於いて、風量は１５０［立方メートル毎時］で略一定である。
「１０」、「２０」、「３０」、「４０」、「５０」で示される曲線は、それぞれ長さが１０，２０，３０，４０，５０［ｍ］かつ直径が１００［ｍｍ］である配管パイプ１０３のＱ−Ｈ特性であるパイプ抵抗曲線を示す。これらのパイプ抵抗曲線は、図７に示すパイプ抵抗曲線と同様である。
弱（常時）モードで、風量制御を行った場合、換気送風装置１０２の風量は、配管パイプ１０３の長さが１０，２０，３０，４０，５０［ｍ］のいずれに於いても、略５０［立方メートル毎時］である。
強（常時）モードで風量制御を行った場合、換気送風装置１０２の風量は、配管パイプ１０３の長さが１０，２０，３０，４０，５０［ｍ］のいずれに於いても、略１００［立方メートル毎時］である。
急速モードで風量制御を行った場合、換気送風装置１０２の風量は、配管パイプ１０３の長さが１０，２０［ｍ］のいずれに於いても、略１５０［立方メートル毎時］である。
強（常時）モードで風量制御を行った場合、換気送風装置１０２の風量は、配管パイプ１０３の長さが１０，２０，３０，４０，５０［ｍ］のいずれに於いても、略１００［立方メートル毎時］である。
急速モードで風量制御を行った場合、換気送風装置１０２の風量は、配管パイプ１０３の長さが１０，２０［ｍ］のいずれに於いても、略１５０［立方メートル毎時］である。
図８（ｂ）は、ブラシレスモータの消費電力と静圧との関係を示すグラフである。
図８（ｂ）の横軸は、消費電力［Ｗ］を示し、縦軸は、静圧［Ｐａ］を示す。
「弱（常時）」で示される曲線は、弱（常時）モードで風量制御を行った場合の消費電力と静圧の関係を示している。「強（常時）」で示される曲線は、強（常時）モードで風量制御を行った場合の消費電力と静圧の関係を示している。「急速」で示される曲線は、急速モードで風量制御を行った場合の消費電力と静圧の関係を示している。
以下、ブラシレスモータを用いて、様々な長さの配管パイプ１０３に接続された換気送風装置１０２を駆動した場合を検討する。
配管パイプ１０３の長さが５０［ｍ］かつ強（常時）モードで風量制御を行った場合を検討する。この場合、図８（ａ）より、静圧は、約７５［Ｐａ］である。図８（ｂ）より、消費電力は、約１２［Ｗ］である。
配管パイプ１０３の長さが１０［ｍ］かつ強（常時）モードで風量制御を行った場合を検討する。この場合、図８（ａ）より、静圧は、１５［Ｐａ］である。図８（ｂ）より、消費電力は、約４［Ｗ］である。
以上により、強（常時）モードで風量制御を行ったならば、配管パイプ１０３の長さが５０［ｍ］の場合と、１０［ｍ］の場合とでは、消費電力の比は約３対１となる。
図８（ｂ）の横軸は、消費電力［Ｗ］を示し、縦軸は、静圧［Ｐａ］を示す。
「弱（常時）」で示される曲線は、弱（常時）モードで風量制御を行った場合の消費電力と静圧の関係を示している。「強（常時）」で示される曲線は、強（常時）モードで風量制御を行った場合の消費電力と静圧の関係を示している。「急速」で示される曲線は、急速モードで風量制御を行った場合の消費電力と静圧の関係を示している。
以下、ブラシレスモータを用いて、様々な長さの配管パイプ１０３に接続された換気送風装置１０２を駆動した場合を検討する。
配管パイプ１０３の長さが５０［ｍ］かつ強（常時）モードで風量制御を行った場合を検討する。この場合、図８（ａ）より、静圧は、約７５［Ｐａ］である。図８（ｂ）より、消費電力は、約１２［Ｗ］である。
配管パイプ１０３の長さが１０［ｍ］かつ強（常時）モードで風量制御を行った場合を検討する。この場合、図８（ａ）より、静圧は、１５［Ｐａ］である。図８（ｂ）より、消費電力は、約４［Ｗ］である。
以上により、強（常時）モードで風量制御を行ったならば、配管パイプ１０３の長さが５０［ｍ］の場合と、１０［ｍ］の場合とでは、消費電力の比は約３対１となる。
ブラシレスモータを用いて換気送風装置１０２のファンを駆動して風量制御を行う場合、図８（ａ）に示すように配管パイプ１０３の長さが異なる場合や、さらに配管パイプ１０３の直径が異なる場合にも、風量を略一定に制御することができるという利点がある。
しかしながら、配管パイプ１０３の長さが５０［ｍ］の場合と、１０［ｍ］の場合とでは、上記のように消費電力の比は約３対１となる。ブラシレスモータの出力の比も、ほぼ同様に、約３対１となる。
換気送風装置では、パイプの長さが変わっても同一のモータとなるように、モータが選定されることが一般的である。そのため、最長のパイプに対応可能な高出力モータが選定されることとなり、非効率的かつ、高価な換気送風装置となってしまう虞がある。
しかしながら、配管パイプ１０３の長さが５０［ｍ］の場合と、１０［ｍ］の場合とでは、上記のように消費電力の比は約３対１となる。ブラシレスモータの出力の比も、ほぼ同様に、約３対１となる。
換気送風装置では、パイプの長さが変わっても同一のモータとなるように、モータが選定されることが一般的である。そのため、最長のパイプに対応可能な高出力モータが選定されることとなり、非効率的かつ、高価な換気送風装置となってしまう虞がある。
また、換気送風装置の風量制御を行う場合、事前に基準となるモータを用いて、それぞれの風量および静圧に於いて、モータの回転速度、電流値、電圧値などの特性値が予め測定され、駆動装置が内蔵する記憶装置に格納される。そして、基準となる特性値と、使用されるモータから実際に測定される特性値とに基づいて風量制御が行われる。しかし、基準となるモータと、使用されるモータとの間には、実際にはトルク特性などに差がある。そのため、誤差が発生し、目標とする風量に制御できない虞がある。特許文献１には、目標とする風量に補正するための複雑な制御が記載されている。
また、モータのトルク特性は、モータの温度上昇などによって変化する。そのため、目標とする風量に制御することができない虞がある。特許文献２では、雰囲気温度を検出する温度検知手段により、風量制御に於ける温度変化による影響を補正する技術が開示されている。
以上のように、ブラシレスモータをファンモータとして用いた換気送風装置１０２の風量制御を行う場合、必要以上に高価なモータが使用される虞があり、必要以上に大きい電力が消費される虞があり、複雑な制御を必要とする虞がある。
そこで、本発明は、ファンモータの駆動制御装置について、その駆動制御装置が使用される換気装置または送風装置に応じて、目標風量を容易に設定できることを課題とする。
以上のように、ブラシレスモータをファンモータとして用いた換気送風装置１０２の風量制御を行う場合、必要以上に高価なモータが使用される虞があり、必要以上に大きい電力が消費される虞があり、複雑な制御を必要とする虞がある。
そこで、本発明は、ファンモータの駆動制御装置について、その駆動制御装置が使用される換気装置または送風装置に応じて、目標風量を容易に設定できることを課題とする。
前記した課題を解決するため、本発明では、電源からの電力供給を受け、入力される回転速度制御信号に基づいてモータを駆動するモータ駆動部と、前記モータ駆動部に流れる電流上限値が、自身が搭載される換気装置または送風装置に応じて予め定められた風量に対応した所定の回転速度およびモータ負荷の組合せにより前記モータ駆動部に流れる最大電流である許容電流値を超えないように制御すると共に、前記モータ駆動部に流れる電流が許容電流値を超えない範囲で、前記モータの回転速度が前記所定の回転速度となるように制御する前記回転速度制御信号を前記モータ駆動部に出力する制御回路部とを備え、前記制御回路部は、前記モータ駆動部に流れる電流の瞬時値が、前記モータの許容電流値に基づく過電流制限値を超えたならば、前記モータ駆動部に動作の停止を指示する駆動停止信号を前記モータ駆動部に出力する過電流保護部を備えることを特徴とするファンモータの駆動制御装置とした。
その他の手段については、発明を実施するための形態のなかで説明する。
その他の手段については、発明を実施するための形態のなかで説明する。
本発明によれば、ファンモータの駆動制御装置について、その駆動制御装置が使用される換気装置または送風装置に応じて、目標風量を容易に設定することが可能となる。
以降、本発明を実施するための形態を、各図を参照して詳細に説明する。
（本実施形態の構成）
図１は、本実施形態に於けるファンモータの駆動制御装置１を示す構成図である。
ファンモータの駆動制御装置１は、図６に示す換気送風装置１０２に搭載されている。
ファンモータの駆動制御装置１は、インバータ回路２（モータ駆動部の一部）と、プリドライブ回路３（モータ駆動部の一部）と、回転位置検出器４と、制御回路部５と、電流検出抵抗Ｒｓとを備えている。
ファンモータの駆動制御装置１は、電源Ｖｄに接続され、Ｕ相配線、Ｖ相配線、Ｗ相配線の３相によってモータ２０に接続されている。
ファンモータの駆動制御装置１は、モータ２０の回転を制御するものである。ファンモータの駆動制御装置１は、モータ２０に３相交流を出力する。
（本実施形態の構成）
図１は、本実施形態に於けるファンモータの駆動制御装置１を示す構成図である。
ファンモータの駆動制御装置１は、図６に示す換気送風装置１０２に搭載されている。
ファンモータの駆動制御装置１は、インバータ回路２（モータ駆動部の一部）と、プリドライブ回路３（モータ駆動部の一部）と、回転位置検出器４と、制御回路部５と、電流検出抵抗Ｒｓとを備えている。
ファンモータの駆動制御装置１は、電源Ｖｄに接続され、Ｕ相配線、Ｖ相配線、Ｗ相配線の３相によってモータ２０に接続されている。
ファンモータの駆動制御装置１は、モータ２０の回転を制御するものである。ファンモータの駆動制御装置１は、モータ２０に３相交流を出力する。
インバータ回路２は、例えば、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６として６個のＦＥＴ（Field Effect Transistor）を有している。インバータ回路２は、Ｕ相のスイッチングレッグと、Ｖ相のスイッチングレッグと、Ｗ相のスイッチングレッグとで構成されている。インバータ回路２は、電源Ｖｄに接続され、更に電流検出抵抗Ｒｓに接続されている。
Ｕ相のスイッチングレッグは、上アーム側のスイッチング素子Ｑ１と、下アーム側のスイッチング素子Ｑ２とを備えている。スイッチング素子Ｑ１のドレイン端子は、電源Ｖｄに接続されている。スイッチング素子Ｑ１のソース端子は、Ｕ相の交流信号が出力されると共に、スイッチング素子Ｑ２のドレイン端子に接続されている。スイッチング素子Ｑ２のソース端子は、電流検出抵抗Ｒｓを介して電源Ｖｄに接続されている。スイッチング素子Ｑ１のゲート端子、およびスイッチング素子Ｑ２のゲート端子は、それぞれプリドライブ回路３に接続される。
Ｕ相のスイッチングレッグは、上アーム側のスイッチング素子Ｑ１と、下アーム側のスイッチング素子Ｑ２とを備えている。スイッチング素子Ｑ１のドレイン端子は、電源Ｖｄに接続されている。スイッチング素子Ｑ１のソース端子は、Ｕ相の交流信号が出力されると共に、スイッチング素子Ｑ２のドレイン端子に接続されている。スイッチング素子Ｑ２のソース端子は、電流検出抵抗Ｒｓを介して電源Ｖｄに接続されている。スイッチング素子Ｑ１のゲート端子、およびスイッチング素子Ｑ２のゲート端子は、それぞれプリドライブ回路３に接続される。
Ｖ相のスイッチングレッグは、上アーム側のスイッチング素子Ｑ３と、下アーム側のスイッチング素子Ｑ４とを備えている。スイッチング素子Ｑ３のドレイン端子は、電源Ｖｄに接続されている。スイッチング素子Ｑ３のソース端子は、Ｖ相の交流信号が出力されると共に、スイッチング素子Ｑ４のドレイン端子に接続されている。スイッチング素子Ｑ４のソース端子は、電流検出抵抗Ｒｓを介して電源Ｖｄに接続されている。スイッチング素子Ｑ３のゲート端子、およびスイッチング素子Ｑ４のゲート端子は、それぞれプリドライブ回路３に接続される。
Ｗ相のスイッチングレッグは、上アーム側のスイッチング素子Ｑ５と、下アーム側のスイッチング素子Ｑ６とを備えている。スイッチング素子Ｑ５のドレイン端子は、電源Ｖｄに接続されている。スイッチング素子Ｑ５のソース端子は、Ｗ相の交流信号が出力されると共に、スイッチング素子Ｑ６のドレイン端子に接続されている。スイッチング素子Ｑ６のソース端子は、電流検出抵抗Ｒｓを介して電源Ｖｄに接続されている。スイッチング素子Ｑ５のゲート端子、およびスイッチング素子Ｑ６のゲート端子は、それぞれプリドライブ回路３に接続される。
すなわち、インバータ回路２は、モータ２０の各電機子コイルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗの各相と電源Ｖｄの一方の端子（正極端子）間に接続された上アーム側スイッチング素子Ｑ１，Ｑ３，Ｑ５、および、各電機子コイルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗの各相と電源Ｖｄの他方の端子（負極端子）間に電流検出抵抗Ｒｓを介して接続された下アーム側スイッチング素子Ｑ２，Ｑ４，Ｑ６とを有している。
インバータ回路２は、電源Ｖｄから電力の供給を受け、プリドライブ回路３から駆動信号が入力されると、３相交流をモータ２０のＵ相配線、Ｖ相配線、Ｗ相配線に流す。
インバータ回路２は、電源Ｖｄから電力の供給を受け、プリドライブ回路３から駆動信号が入力されると、３相交流をモータ２０のＵ相配線、Ｖ相配線、Ｗ相配線に流す。
プリドライブ回路３は、例えば、６個のゲートドライブ回路を備えている。プリドライブ回路３は、モータ２０の回転速度を制御するための回転速度制御信号Ｃ１が制御回路部５から入力されると、これらで回転速度制御信号Ｃ１に基づいて駆動信号を生成し、インバータ回路２に出力する。プリドライブ回路３は更に、駆動停止信号Ｃ２が入力されたならば、回転速度制御信号Ｃ１に依らず、例えば、全てのスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６をオフにする信号を生成してインバータ回路２に出力する。全てのスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６をオフにする信号とは、言い換えれば、モータ２０の駆動を停止するための信号である。
インバータ回路２とプリドライブ回路３とは、本実施形態に於いて、電源Ｖｄから電力の供給を受け、駆動信号によってモータ２０を駆動するモータ駆動部である。
インバータ回路２とプリドライブ回路３とは、本実施形態に於いて、電源Ｖｄから電力の供給を受け、駆動信号によってモータ２０を駆動するモータ駆動部である。
回転位置検出器４は、モータ２０の図示しないロータの回転位置を検出するものである。回転位置検出器４は、例えば３組のホールセンサと増幅器の組み合わせを有し、各ホールセンサの信号を増幅した３個の検出信号である回転位置信号Ｓ１を生成し、制御回路部５の回転速度制御部６に出力する。
電流検出抵抗Ｒｓは、インバータ回路２に流れる電流を検出するための抵抗素子である。電流検出抵抗Ｒｓの一端は、下アーム側スイッチング素子Ｑ２，Ｑ４，Ｑ６のソース端子と過電流保護部７の入力側に接続され、電流検出抵抗Ｒｓの他端は、電源Ｖｄの一端に接続されている。電流検出抵抗Ｒｓの一端から他端に向けて、インバータ回路２に流れる電流が通過するので、電流検出抵抗Ｒｓの一端には、この電流に応じた電圧が生じる。
電流検出抵抗Ｒｓは、インバータ回路２に流れる電流を検出するための抵抗素子である。電流検出抵抗Ｒｓの一端は、下アーム側スイッチング素子Ｑ２，Ｑ４，Ｑ６のソース端子と過電流保護部７の入力側に接続され、電流検出抵抗Ｒｓの他端は、電源Ｖｄの一端に接続されている。電流検出抵抗Ｒｓの一端から他端に向けて、インバータ回路２に流れる電流が通過するので、電流検出抵抗Ｒｓの一端には、この電流に応じた電圧が生じる。
制御回路部５は、回転速度制御部６と、過電流保護部７とを備える。
回転速度制御部６は、回転位置検出器４と、プリドライブ回路３と、図示しない外部装置からの入力端子とに接続される。回転速度制御部６は、回転位置検出器４が出力した回転位置信号Ｓ１と、図示しない外部装置からのデジタル入力端子にて入力された、目標回転速度を指示する回転速度指示情報Ｓｒ（図２参照）に基づいて、モータ２０の回転速度を演算するとともに、モータ２０が目標回転速度で回転するように制御する回転速度制御信号Ｃ１をプリドライブ回路３に出力するものである。
過電流保護部７は、電流検出抵抗Ｒｓと、プリドライブ回路３とに接続される。過電流保護部７は、電流検出抵抗Ｒｓにて検出した検出電流信号Ｓ２に基づいて、駆動停止信号Ｃ２をプリドライブ回路３に出力するものである。なお、駆動停止信号Ｃ２は、駆動信号を停止するための信号である。
回転速度制御部６は、回転位置検出器４と、プリドライブ回路３と、図示しない外部装置からの入力端子とに接続される。回転速度制御部６は、回転位置検出器４が出力した回転位置信号Ｓ１と、図示しない外部装置からのデジタル入力端子にて入力された、目標回転速度を指示する回転速度指示情報Ｓｒ（図２参照）に基づいて、モータ２０の回転速度を演算するとともに、モータ２０が目標回転速度で回転するように制御する回転速度制御信号Ｃ１をプリドライブ回路３に出力するものである。
過電流保護部７は、電流検出抵抗Ｒｓと、プリドライブ回路３とに接続される。過電流保護部７は、電流検出抵抗Ｒｓにて検出した検出電流信号Ｓ２に基づいて、駆動停止信号Ｃ２をプリドライブ回路３に出力するものである。なお、駆動停止信号Ｃ２は、駆動信号を停止するための信号である。
モータ２０は、換気送風装置１０２のファンモータとして使用されるブラシレスモータであり、電機子コイルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗを備えている。この電機子コイルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗの一端は、Ｙ型結線されている。電機子コイルＬｕの他端はＵ相に、電機子コイルＬｖの他端はＶ相に、電機子コイルＬｗの他端はＷ相に、それぞれ接続されている。モータ２０は、インバータ回路２からＵ相、Ｖ相、Ｗ相に３相交流が入力されることにより、回転駆動する。
電源Ｖｄは、電圧Ｖｃｃを供給する定電圧源である。電源Ｖｄは、例えば、不図示の直流電源から供給された直流電力を定電圧に安定化して、ファンモータの駆動制御装置１に直流電力を供給するものである。電源Ｖｄは、インバータ回路２に接続されていると共に、図示しない配線によって、ファンモータの駆動制御装置１の各部に接続されている。
電源Ｖｄは、電圧Ｖｃｃを供給する定電圧源である。電源Ｖｄは、例えば、不図示の直流電源から供給された直流電力を定電圧に安定化して、ファンモータの駆動制御装置１に直流電力を供給するものである。電源Ｖｄは、インバータ回路２に接続されていると共に、図示しない配線によって、ファンモータの駆動制御装置１の各部に接続されている。
図２は、本実施形態に於ける制御回路部５の回路を示すブロック図である。回転速度制御部６は、回転速度演算部６１と、回転速度比較部６２と、回転速度設定部６３とを有する。
回転速度演算部６１は、回転位置検出器４から入力された回転位置信号Ｓ１に基づいて、モータ２０の回転速度を算出し、実回転速度情報Ｓ３として、回転速度比較部６２および回転速度設定部６３に出力するものである。
回転速度演算部６１は、回転位置検出器４から入力された回転位置信号Ｓ１に基づいて、モータ２０の回転速度を算出し、実回転速度情報Ｓ３として、回転速度比較部６２および回転速度設定部６３に出力するものである。
回転速度比較部６２は、回転速度演算部６１から入力された実回転速度情報Ｓ３と、不図示の外部装置から入力された回転速度指示情報Ｓｒに含まれる目標回転速度とを比較して、比較した結果を回転速度比較情報Ｓ４として、回転速度設定部６３に出力するものである。
回転速度設定部６３は、回転速度演算部６１から入力された実回転速度情報Ｓ３と、回転速度比較部６２から入力された回転速度比較情報Ｓ４とに基づいて、モータ２０の回転速度を演算し、目標回転速度に制御する回転速度制御信号Ｃ１をプリドライブ回路３（図１参照）に出力する。なお、回転速度指示情報Ｓｒに含まれる目標回転速度は、モータ２０が搭載される換気送風装置１０２に応じて、予め定められた風量に対応している。
回転速度設定部６３は、回転速度演算部６１から入力された実回転速度情報Ｓ３と、回転速度比較部６２から入力された回転速度比較情報Ｓ４とに基づいて、モータ２０の回転速度を演算し、目標回転速度に制御する回転速度制御信号Ｃ１をプリドライブ回路３（図１参照）に出力する。なお、回転速度指示情報Ｓｒに含まれる目標回転速度は、モータ２０が搭載される換気送風装置１０２に応じて、予め定められた風量に対応している。
過電流保護部７は、電流検出部７１と、過電流制限値設定部７２と、過電流判定部７３とを有する。
電流検出部７１は、電流検出抵抗Ｒｓの両端の電圧を検出電流信号Ｓ２として入力することによりインバータ回路２に流れる電流を検出して、検出電流情報Ｓ６として、過電流判定部７３に出力するものである。
過電流制限値設定部７２は、モータ２０の過電流制限値（図５参照）が設定されており、過電流情報Ｓ５として、過電流判定部７３に出力するものである。なお、過電流制限値は、予めモータ２０の許容電流値（図５参照）に基づいて設定されており、必要に応じて変更可能である。
過電流判定部７３は、電流検出部７１から入力された検出電流情報Ｓ６が示す検出電流値が、過電流制限値設定部７２から入力された過電流情報Ｓ５が示す過電流制限値を超えた場合には、駆動停止信号Ｃ２をプリドライブ回路３に出力するものである。
これにより、過電流保護部７は、インバータ回路２に流れる電流の平均値の上限である電流上限値が、モータ２０およびインバータ回路２の許容電流値を超えないように制御することができる（図５参照）。
電流検出部７１は、電流検出抵抗Ｒｓの両端の電圧を検出電流信号Ｓ２として入力することによりインバータ回路２に流れる電流を検出して、検出電流情報Ｓ６として、過電流判定部７３に出力するものである。
過電流制限値設定部７２は、モータ２０の過電流制限値（図５参照）が設定されており、過電流情報Ｓ５として、過電流判定部７３に出力するものである。なお、過電流制限値は、予めモータ２０の許容電流値（図５参照）に基づいて設定されており、必要に応じて変更可能である。
過電流判定部７３は、電流検出部７１から入力された検出電流情報Ｓ６が示す検出電流値が、過電流制限値設定部７２から入力された過電流情報Ｓ５が示す過電流制限値を超えた場合には、駆動停止信号Ｃ２をプリドライブ回路３に出力するものである。
これにより、過電流保護部７は、インバータ回路２に流れる電流の平均値の上限である電流上限値が、モータ２０およびインバータ回路２の許容電流値を超えないように制御することができる（図５参照）。
ここで、回転速度制御信号Ｃ１に於ける目標回転速度は、次のように決定される。
まず、使用する配管パイプ１０３の各種パラメータを以下のように定義する。
Ｓ：配管パイプ１０３の長さ［ｍ］
ρ：１．２［ｋｇ毎立方メートル］（空気の密度）
λ：配管パイプ１０３の摩擦係数
Ｖ：配管パイプ１０３内の風速［メートル毎秒］
ｄ：配管パイプ１０３の直径［ｍｍ］
静圧をＰ［Ｐａ］とすると、この静圧Ｐは、次の式（１）により決定される。
まず、使用する配管パイプ１０３の各種パラメータを以下のように定義する。
Ｓ：配管パイプ１０３の長さ［ｍ］
ρ：１．２［ｋｇ毎立方メートル］（空気の密度）
λ：配管パイプ１０３の摩擦係数
Ｖ：配管パイプ１０３内の風速［メートル毎秒］
ｄ：配管パイプ１０３の直径［ｍｍ］
静圧をＰ［Ｐａ］とすると、この静圧Ｐは、次の式（１）により決定される。
また、配管パイプ１０３内の風量［立方メートル毎時間］をＱとすると、この配管パイプ１０３内の風速Ｖは、次の式（２）により決定される。
さらに、モータ２０の出力［Ｗ］をＬとすると、出力Ｌは、次の式（３）により決定される。
η：ファンの効率
以上により、使用する配管パイプ１０３の各種パラメータと、目標とする風量Ｑとを、式（１）〜（３）に代入することにより、モータ２０の出力Ｌが決定される。これにより、出力Ｌに応じた最適な種類のモータを選定することができる。
さらに、選定されたモータ２０および所定の換気送風装置１０２を用いて実験することなどにより、目標とする風量Ｑを実現するためのモータ２０の目標回転速度を予め決定することができる。なお、モータ２０の回転速度が、目標回転速度になるように制御することにより、温度上昇などによるモータ２０のトルク特性のバラツキや変動による風量Ｑや静圧Ｐの変動を抑制することができる。
以上により、使用する配管パイプ１０３の各種パラメータと、目標とする風量Ｑとを、式（１）〜（３）に代入することにより、モータ２０の出力Ｌが決定される。これにより、出力Ｌに応じた最適な種類のモータを選定することができる。
さらに、選定されたモータ２０および所定の換気送風装置１０２を用いて実験することなどにより、目標とする風量Ｑを実現するためのモータ２０の目標回転速度を予め決定することができる。なお、モータ２０の回転速度が、目標回転速度になるように制御することにより、温度上昇などによるモータ２０のトルク特性のバラツキや変動による風量Ｑや静圧Ｐの変動を抑制することができる。
図３は、本実施形態と比較例のＱ−Ｈ特性を示すグラフである。
図３の横軸は、風量［立方メートル毎時間］を示し、縦軸は、静圧［Ｐａ］を示す。
破線ＬＡ〜ＬＥは、ＡＣモータを備え、かつ、それぞれ異なるファンなどを備えた従来の換気送風装置Ａ〜ＥのＱ−Ｈ特性を示す。
破線ＬＡ〜ＬＥに示されるように、風量の変化によって静圧が大きく変化する。よって、換気送風装置Ａ〜Ｅが所望の風量を得るためには、図７で説明したように、この静圧の変化とパイプ抵抗曲線とを考慮した複雑な制御が必要であった。更に破線ＬＡ〜ＬＥの静圧が０以上の風量の範囲に示されるように、換気送風装置Ａ〜Ｅの種類により、実現できる風量の範囲は異なり、必ずしも目標とする風量を得ることができない虞があった。よって、従来は、換気送風装置Ａ〜Ｅの中から必要な風量に対応したものを選択して使用する必要があった。
実線Ｌａ〜Ｌｅは、本実施形態に於けるモータ２０の回転速度を、それぞれａ〜ｅ［ｒ（revolution）／ｍｉｎ］に制御し、換気送風装置１０２を駆動した場合のＱ−Ｈ特性を示す。なお、ａ〜ｅは、アルファベットの順に回転速度が大きい。
各実線Ｌａ〜Ｌｅの傾きは、ほぼ同一である。風量が低い領域に於いて、風量を変化させても、静圧は殆ど変化しない。よって、本実施形態のファンモータの駆動制御装置１を備えた換気送風装置１０２は、設定された目標回転速度を変更するだけで所望の風量を得ることができ、換気送風装置の種類を変更する必要がない。
更に、実線Ｌａの静圧が０以上の風量範囲に示されるように、本実施形態の換気送風装置１０２は、広い風量に対応することができる。
図３の横軸は、風量［立方メートル毎時間］を示し、縦軸は、静圧［Ｐａ］を示す。
破線ＬＡ〜ＬＥは、ＡＣモータを備え、かつ、それぞれ異なるファンなどを備えた従来の換気送風装置Ａ〜ＥのＱ−Ｈ特性を示す。
破線ＬＡ〜ＬＥに示されるように、風量の変化によって静圧が大きく変化する。よって、換気送風装置Ａ〜Ｅが所望の風量を得るためには、図７で説明したように、この静圧の変化とパイプ抵抗曲線とを考慮した複雑な制御が必要であった。更に破線ＬＡ〜ＬＥの静圧が０以上の風量の範囲に示されるように、換気送風装置Ａ〜Ｅの種類により、実現できる風量の範囲は異なり、必ずしも目標とする風量を得ることができない虞があった。よって、従来は、換気送風装置Ａ〜Ｅの中から必要な風量に対応したものを選択して使用する必要があった。
実線Ｌａ〜Ｌｅは、本実施形態に於けるモータ２０の回転速度を、それぞれａ〜ｅ［ｒ（revolution）／ｍｉｎ］に制御し、換気送風装置１０２を駆動した場合のＱ−Ｈ特性を示す。なお、ａ〜ｅは、アルファベットの順に回転速度が大きい。
各実線Ｌａ〜Ｌｅの傾きは、ほぼ同一である。風量が低い領域に於いて、風量を変化させても、静圧は殆ど変化しない。よって、本実施形態のファンモータの駆動制御装置１を備えた換気送風装置１０２は、設定された目標回転速度を変更するだけで所望の風量を得ることができ、換気送風装置の種類を変更する必要がない。
更に、実線Ｌａの静圧が０以上の風量範囲に示されるように、本実施形態の換気送風装置１０２は、広い風量に対応することができる。
図４は、本実施形態に於ける過電流保護を示すグラフである。
図４の横軸は、風量［立方メートル毎時間］を示し、縦軸は、静圧［Ｐａ］を示す。
一点鎖線Ｌ１と実線Ｌ２とは、パイプ抵抗曲線を示している。一点鎖線Ｌ１は、配管パイプ１０３の直径が１００［ｍｍ］、かつ、長さが３０［ｍ］の場合を示している。実線Ｌ２は、配管パイプ１０３の直径が１５０［ｍｍ］、かつ、長さが３０［ｍ］の場合を示している。
実線Ｌｄ、破線Ｌａ１、実線Ｌａ２、二点鎖線Ｌａ３は、モータ２０のＱ−Ｈ特性線を示している。
実線Ｌｄは、換気送風装置１０２のモータ２０を回転速度６００［ｒ／ｍｉｎ］に制御した場合のＱ−Ｈ特性を示している。なお、実線Ｌｄ上のいずれに於いても、検出電流値が過電流制限値を超えない。そのため、過電流保護部７は駆動停止信号Ｃ２を出力しない。
図４の横軸は、風量［立方メートル毎時間］を示し、縦軸は、静圧［Ｐａ］を示す。
一点鎖線Ｌ１と実線Ｌ２とは、パイプ抵抗曲線を示している。一点鎖線Ｌ１は、配管パイプ１０３の直径が１００［ｍｍ］、かつ、長さが３０［ｍ］の場合を示している。実線Ｌ２は、配管パイプ１０３の直径が１５０［ｍｍ］、かつ、長さが３０［ｍ］の場合を示している。
実線Ｌｄ、破線Ｌａ１、実線Ｌａ２、二点鎖線Ｌａ３は、モータ２０のＱ−Ｈ特性線を示している。
実線Ｌｄは、換気送風装置１０２のモータ２０を回転速度６００［ｒ／ｍｉｎ］に制御した場合のＱ−Ｈ特性を示している。なお、実線Ｌｄ上のいずれに於いても、検出電流値が過電流制限値を超えない。そのため、過電流保護部７は駆動停止信号Ｃ２を出力しない。
破線Ｌａ１、実線Ｌａ２は、換気送風装置１０２のモータ２０を、過電流保護を行いつつ回転速度１２００［ｒ／ｍｉｎ］に制御した場合のＱ−Ｈ特性を示す。破線Ｌａ１は、風量がＱｗ以下の場合を示している。実線Ｌａ２は、風量がＱｗを超えた場合を示している。
破線Ｌａ１上では検出電流値が過電流制限値を超えないため、過電流保護部７は、駆動停止信号Ｃ２を出力しない。実線Ｌａ２上では検出電流値が過電流制限値を超えるため、過電流保護部７は、駆動停止信号Ｃ２を出力する。これにより、モータ２０に流れる電流上限値は、このモータ２０の許容電流値となる。
二点鎖線Ｌａ３は、換気送風装置１０２のモータ２０を、過電流保護を行わずに回転速度１２００［ｒ／ｍｉｎ］に制御し、かつ、風量がＱｗ以上の場合のＱ−Ｈ特性を示す。このとき、検出電流値は、過電流制限値を超える。よって、モータ２０に流れる電流上限値は、このモータ２０の許容電流値を超える虞がある。
破線Ｌａ１上では検出電流値が過電流制限値を超えないため、過電流保護部７は、駆動停止信号Ｃ２を出力しない。実線Ｌａ２上では検出電流値が過電流制限値を超えるため、過電流保護部７は、駆動停止信号Ｃ２を出力する。これにより、モータ２０に流れる電流上限値は、このモータ２０の許容電流値となる。
二点鎖線Ｌａ３は、換気送風装置１０２のモータ２０を、過電流保護を行わずに回転速度１２００［ｒ／ｍｉｎ］に制御し、かつ、風量がＱｗ以上の場合のＱ−Ｈ特性を示す。このとき、検出電流値は、過電流制限値を超える。よって、モータ２０に流れる電流上限値は、このモータ２０の許容電流値を超える虞がある。
動作点Ｐｂは、配管パイプ１０３の直径が１５０［ｍｍ］であり、かつ、モータ２０の回転速度を６００［ｒ／ｍｉｎ］に制御した場合に、換気送風装置１０２の風量がＱｘとなることを示している。
動作点Ｐａは、配管パイプ１０３の直径が１００［ｍｍ］であり、かつ、モータ２０の回転速度を１２００［ｒ／ｍｉｎ］に制御した場合に、換気送風装置１０２の風量がＱｘとなることを示している。
動作点Ｐｃは、配管パイプ１０３の直径が１５０［ｍｍ］であり、かつ、モータ２０の回転速度を１２００［ｒ／ｍｉｎ］に過電流保護を行わずに制御した場合に、換気送風装置１０２の風量がＱｚとなることを示している。
動作点Ｐｄは、配管パイプ１０３の直径が１５０［ｍｍ］であり、かつ、モータ２０の回転速度を１２００［ｒ／ｍｉｎ］に制御した場合に、換気送風装置１０２の風量がＱｙとなることを示している。
動作点Ｐａは、配管パイプ１０３の直径が１００［ｍｍ］であり、かつ、モータ２０の回転速度を１２００［ｒ／ｍｉｎ］に制御した場合に、換気送風装置１０２の風量がＱｘとなることを示している。
動作点Ｐｃは、配管パイプ１０３の直径が１５０［ｍｍ］であり、かつ、モータ２０の回転速度を１２００［ｒ／ｍｉｎ］に過電流保護を行わずに制御した場合に、換気送風装置１０２の風量がＱｚとなることを示している。
動作点Ｐｄは、配管パイプ１０３の直径が１５０［ｍｍ］であり、かつ、モータ２０の回転速度を１２００［ｒ／ｍｉｎ］に制御した場合に、換気送風装置１０２の風量がＱｙとなることを示している。
動作点Ｐｄに於けるモータ２０の出力電流は、動作点Ｐｃに於けるモータ２０の出力電流より少ない。
なお、過電流保護部７が過電流保護を行うことにより、インバータ回路２の出力電流を抑制することができ、モータ２０を、その定格電流の範囲内で駆動することができる。これにより、モータ２０の電機子コイルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗの焼損や、インバータ回路２の故障などの異常を防止することができる。
なお、過電流保護部７が過電流保護を行うことにより、インバータ回路２の出力電流を抑制することができ、モータ２０を、その定格電流の範囲内で駆動することができる。これにより、モータ２０の電機子コイルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗの焼損や、インバータ回路２の故障などの異常を防止することができる。
図５は、本実施形態に於けるモータ駆動部の電流波形を示すグラフである。ここでモータ駆動部に流れる電流とは、例えば電源Ｖｄからインバータ回路２に流れる電流のことをいう。図５の横軸は、時間を示し、縦軸は、電流を示す。
電流波形は、インバータ回路２に流れる電流波形であり、電流検出部７１によって検出されたものである。この電流波形は、周期的に変動している。この電流波形の瞬時値は、過電流制限値以下である。また、この電流波形の、所定の期間における電流の平均値の上限は電流上限値である。電流上限値は、許容電流値を超えないように過電流保護部７により制御されている。
電流波形は、インバータ回路２に流れる電流波形であり、電流検出部７１によって検出されたものである。この電流波形は、周期的に変動している。この電流波形の瞬時値は、過電流制限値以下である。また、この電流波形の、所定の期間における電流の平均値の上限は電流上限値である。電流上限値は、許容電流値を超えないように過電流保護部７により制御されている。
モータ駆動部であるインバータ回路２に於ける過電流制限値は、瞬時値であり、電流のピーク値である。本実施形態に於けるモータ２０の許容電流値は、過電流制限値ではなく、モータ２０およびインバータ回路２に連続して流れても異常が生じない所定の電流値である。具体的には、平均電流値であって、電流波形の中間くらいの値となる。
これは、モータ２０の電機子コイルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗやインバータ回路２のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６の温度上昇などが、電流の瞬時値で決まらず、平均電流値で決まるためである。
すなわち、本実施形態のモータ２０の許容電流値は、電流のピーク値である過電流制限値ではなく、モータ２０の電機子コイルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗやインバータ回路２のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６の温度上昇が許容される平均電流値によって設定される。本実施形態の許容電流値は更に、換気送風装置１０２に応じて設定可能な所定の回転速度およびモータ負荷の組合せにより、インバータ回路２に流れる最大の電流値としている。
これは、モータ２０の電機子コイルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗやインバータ回路２のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６の温度上昇などが、電流の瞬時値で決まらず、平均電流値で決まるためである。
すなわち、本実施形態のモータ２０の許容電流値は、電流のピーク値である過電流制限値ではなく、モータ２０の電機子コイルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗやインバータ回路２のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６の温度上昇が許容される平均電流値によって設定される。本実施形態の許容電流値は更に、換気送風装置１０２に応じて設定可能な所定の回転速度およびモータ負荷の組合せにより、インバータ回路２に流れる最大の電流値としている。
過電流制限値は、電流波形の瞬時値がこの過電流制限値を超えないならば、電流上限値が許容電流値を超えないような値に設定されている。
インバータ回路２のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６の故障は、温度上昇による故障に加えて、電流の瞬時値がスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６の許容電流値を超えることによる故障が考えられる。よって、過電流制限値は更に、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６に流れる電流が、これらの許容電流値を超えないような値に設定されている。
インバータ回路２のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６の故障は、温度上昇による故障に加えて、電流の瞬時値がスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６の許容電流値を超えることによる故障が考えられる。よって、過電流制限値は更に、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６に流れる電流が、これらの許容電流値を超えないような値に設定されている。
このように、許容電流値と過電流制限値とを設定することにより、モータ２０の電機子コイルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗおよびインバータ回路２のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６などを保護することができる。
ただし、許容電流値は、平均電流値に限定されるものではなく、異常を防止できるという前提のもとに、平均電流値に近似した適切な値に設定してもよい。
ただし、許容電流値は、平均電流値に限定されるものではなく、異常を防止できるという前提のもとに、平均電流値に近似した適切な値に設定してもよい。
（本実施形態の効果）
以上説明した実施形態では、次の（Ａ）〜（Ｅ）のような効果がある。
以上説明した実施形態では、次の（Ａ）〜（Ｅ）のような効果がある。
（Ａ） 制御回路部５は、モータ２０の回転速度を所定の目標回転速度に制御している。これにより、制御回路部５は、モータ２０のトルク特性のバラツキや、モータ２０の温度上昇によるトルク特性の変化などに影響されず、換気送風装置１０２に応じて予め定められた風量となるように風量制御を行うことができる。更に、制御回路部５は、複数種類の換気送風装置の風量に応じた各目標回転速度を設定することにより、一つのモータを複数種類の換気送風装置で使用することができる。
（Ｂ） 制御回路部５は、インバータ回路２に流れる電流上限値がモータ２０の許容電流値を超えないように制御する。これにより、制御回路部５は、過電流保護機能を実現することができ、モータ２０を不適切に使用した場合でも、異常の発生を防止できる。
（Ｃ） モータ２０の許容電流値は、換気送風装置１０２に応じて設定可能な所定の回転速度およびモータ負荷の組合せによりインバータ回路２に流れる最大電流としている。これにより、使用する換気送風装置１０２に応じて設定可能な回転速度のうちいずれを目標回転速度として設定しても、モータ２０に流れる電流が許容電流値を超えることがなくなり、モータ２０を不適切に使用した場合でも、異常の発生を防止できる。
（Ｄ） 過電流保護部７は、インバータ回路２に流れる電流がモータ２０の許容電流値を超えないように、インバータ回路２に動作の停止を指示する駆動停止信号Ｃ２をプリドライブ回路３に出力する。プリドライブ回路３は、駆動停止信号Ｃ２が入力されたならば、例えば、全てのスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６をオフにする信号を生成する。これにより、簡単な回路構成のプリドライブ回路３によって、モータ２０の電機子コイルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗおよびスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６を保護することができる。
（Ｅ） 過電流判定部７３は、電流検出部７１が検出した電流が過電流情報Ｓ５に対応した過電流制限値を超えたならば、駆動停止信号Ｃ２をプリドライブ回路３に出力する。これにより、インバータ回路２に流れる電流の瞬時値が過電流制限値を超えたときに、すぐさまスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６をオフすることができ、モータ２０に流れる電流の平均値を算出するよりも容易かつ迅速に、過電流保護を行うことができる。
（変形例）
本発明は、上記実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、変更実施が可能である。この利用形態や変形例としては、例えば、次の（ａ）〜（ｊ）のようなものがある。
（ａ） 上記実施形態のモータ２０の相数は、３相である。しかし、モータ２０の相数は、特に限定されない。
（ｂ） スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６の種類は、ＦＥＴに限定されず、任意の種類のスイッチング素子でもよい。例えば、スイッチング素子には、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）などを採用してもよい。
本発明は、上記実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、変更実施が可能である。この利用形態や変形例としては、例えば、次の（ａ）〜（ｊ）のようなものがある。
（ａ） 上記実施形態のモータ２０の相数は、３相である。しかし、モータ２０の相数は、特に限定されない。
（ｂ） スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６の種類は、ＦＥＴに限定されず、任意の種類のスイッチング素子でもよい。例えば、スイッチング素子には、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）などを採用してもよい。
（ｃ） インバータ回路２の構成は、特に限定されない。
（ｄ） 制御回路部５に入力される外部装置からの回転速度指示情報Ｓｒは、必須の構成ではない。制御回路部５は、目標回転速度を設定する機能を備えていてもよい。
（ｅ） 過電流制限値設定部７２に設定される過電流情報Ｓ５は、ハードウェアを用いて予め定められた値に設定されてもよく、または、ソフトウェアを用いて不図示の記憶部に、予め定められた値の情報を記憶することにより、設定されてもよい。ソフトウェアを用いて記憶する場合には、必要に応じて、外部から任意に書き換えるようにしてもよい。また、過電流制限値は、過電流制限値設定部７２に予め記憶された複数の値から選択できるようにしてもよい。
（ｆ） 過電流保護部７は、過電流制限値設定部７２の代わりに、許容電流値を設定する許容電流設定部と、この許容電流値を過電流制限値に変換する電流値変換部を備えた構成であってもよい。
（ｇ） ファンモータの駆動制御装置１は、少なくともその一部を集積回路（ＩＣ：Integrated Circuit）で実現してもよい。
（ｄ） 制御回路部５に入力される外部装置からの回転速度指示情報Ｓｒは、必須の構成ではない。制御回路部５は、目標回転速度を設定する機能を備えていてもよい。
（ｅ） 過電流制限値設定部７２に設定される過電流情報Ｓ５は、ハードウェアを用いて予め定められた値に設定されてもよく、または、ソフトウェアを用いて不図示の記憶部に、予め定められた値の情報を記憶することにより、設定されてもよい。ソフトウェアを用いて記憶する場合には、必要に応じて、外部から任意に書き換えるようにしてもよい。また、過電流制限値は、過電流制限値設定部７２に予め記憶された複数の値から選択できるようにしてもよい。
（ｆ） 過電流保護部７は、過電流制限値設定部７２の代わりに、許容電流値を設定する許容電流設定部と、この許容電流値を過電流制限値に変換する電流値変換部を備えた構成であってもよい。
（ｇ） ファンモータの駆動制御装置１は、少なくともその一部を集積回路（ＩＣ：Integrated Circuit）で実現してもよい。
（ｈ） ファンモータの駆動制御装置１の各構成要素は、少なくともその一部がハードウェアによる処理ではなく、ソフトウェアによる処理であってもよい。
（ｉ） モータ２０の回転位置の検出方法は、本実施形態に限定されない。ホールセンサではない他の回転センサを用いた検出方法であってもよいし、センサレス方式（逆起電力による検出方式）を用いた検出方法であってもよい。
（ｊ） ファンモータの駆動制御装置１は、換気用の送風装置（換気扇）への適用に限定されず、例えば、風量の制御を行う空気洗浄機、除湿機、ファンフィルタユニット、給湯機、給湯暖房機、乾燥機、および、暖房乾燥機などである送風装置にも適用できる。
（ｉ） モータ２０の回転位置の検出方法は、本実施形態に限定されない。ホールセンサではない他の回転センサを用いた検出方法であってもよいし、センサレス方式（逆起電力による検出方式）を用いた検出方法であってもよい。
（ｊ） ファンモータの駆動制御装置１は、換気用の送風装置（換気扇）への適用に限定されず、例えば、風量の制御を行う空気洗浄機、除湿機、ファンフィルタユニット、給湯機、給湯暖房機、乾燥機、および、暖房乾燥機などである送風装置にも適用できる。
１ ファンモータの駆動制御装置
２ インバータ回路（モータ駆動部の一部）
３ プリドライブ回路（モータ駆動部一部）
４ 回転位置検出器
５ 制御回路部
６ 回転速度制御部
７ 過電流保護部
２０ モータ
６１ 回転速度演算部
６２ 回転速度比較部
６３ 回転速度設定部
７１ 電流検出部
７２ 過電流制限値設定部
７３ 過電流判定部
１００ 部屋
１０２ 換気送風装置
１０３ 配管パイプ
１０４ 空気孔
１０５ 部屋の内部
１０６ 天井裏
１０７ 天井
２ インバータ回路（モータ駆動部の一部）
３ プリドライブ回路（モータ駆動部一部）
４ 回転位置検出器
５ 制御回路部
６ 回転速度制御部
７ 過電流保護部
２０ モータ
６１ 回転速度演算部
６２ 回転速度比較部
６３ 回転速度設定部
７１ 電流検出部
７２ 過電流制限値設定部
７３ 過電流判定部
１００ 部屋
１０２ 換気送風装置
１０３ 配管パイプ
１０４ 空気孔
１０５ 部屋の内部
１０６ 天井裏
１０７ 天井
Claims (5)
- 電源からの電力供給を受け、入力される回転速度制御信号に基づいて、モータを駆動するモータ駆動部と、
前記モータ駆動部に流れる電流上限値が、自身が搭載される換気装置または送風装置に応じて予め定められた風量に対応した所定の回転速度およびモータ負荷の組合せにより前記モータ駆動部に流れる最大電流である許容電流値を超えないように制御すると共に、前記モータ駆動部に流れる電流が許容電流値を超えない範囲で、前記モータの回転速度が前記所定の回転速度となるように制御する前記回転速度制御信号を前記モータ駆動部に出力する制御回路部と、
を備え、
前記制御回路部は、
前記モータ駆動部に流れる電流の瞬時値が、前記モータの許容電流値に基づく過電流制限値を超えたならば、前記モータ駆動部に動作の停止を指示する駆動停止信号を前記モータ駆動部に出力する過電流保護部、
を備えることを特徴とするファンモータの駆動制御装置。 - 前記過電流制限値は、前記モータの許容電流値の２倍である、
ことを特徴とする請求項１に記載のファンモータの駆動制御装置。 - 前記過電流制限値は、前記モータ駆動部を構成する各スイッチング素子が許容する瞬時電流値を超えない値である、
ことを特徴とする請求項１に記載のファンモータの駆動制御装置。 - 前記制御回路部は更に、
前記モータの回転位置を示す信号に基づいて前記モータの回転速度を演算するとともに、前記回転速度制御信号を前記モータ駆動部に出力する回転速度制御部、
を備えることを特徴とする請求項１ないし請求項３のうちいずれか１項に記載のファンモータの駆動制御装置。 - 前記過電流保護部は、
前記モータ駆動部に流れる電流の瞬時値を検出する電流検出部と、
予め設定された前記モータの許容電流値に基づく過電流情報が設定される過電流制限値設定部と、
前記電流検出部が検出した電流の瞬時値が前記過電流情報に対応した前記過電流制限値を超えたならば、前記駆動停止信号を前記モータ駆動部に出力する過電流判定部と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載のファンモータの駆動制御装置。
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| JP2013056885A JP6040066B2 (ja) | 2013-03-19 | 2013-03-19 | ファンモータの駆動制御装置 |
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ID=51701893
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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|---|---|---|---|---|
| KR101887571B1 (ko) * | 2018-01-16 | 2018-08-10 | 한국전력산업과학기술 주식회사 | 내장형 강제 환기 장치가 부착된 지능형 지상 개폐기 |
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-
2013
- 2013-03-19 JP JP2013056885A patent/JP6040066B2/ja active Active
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