JP7266414B2

JP7266414B2 - ファンモーター駆動装置

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Publication number: JP7266414B2
Application number: JP2019011863A
Authority: JP
Inventors: 翔太堀木
Original assignee: Rinnai Corp
Current assignee: Rinnai Corp
Priority date: 2019-01-28
Filing date: 2019-01-28
Publication date: 2023-04-28
Anticipated expiration: 2039-01-28
Also published as: JP2020120545A

Description

本発明は、燃焼装置と組み合わせて用いられるファンモーターを駆動するためのファンモーター駆動装置に関する。

直流電圧によって駆動される電気負荷（例えば、ＬＥＤ照明灯など）の駆動装置としては、チョッパ回路と呼ばれる電気回路を組み込んだ駆動装置が広く知られている。特に、チョッパ回路のスイッチング素子にＮチャネル型ＦＥＴを採用したＮチャネル型チョッパ回路は、回路内での発熱が少ないために高効率であり、更にコスト上のメリットも得られるために広く使用されている。また、Ｎチャネル型チョッパ回路は、Ｎチャネル型ＦＥＴをＯＮ状態とするためのコンデンサー（ブートストラップコンデンサーと呼ばれる）と組み合わせて使用されることが通常である（特許文献１）。

本願の発明者は、Ｎチャネル型チョッパ回路（以下、単に「チョッパ回路」と表記する）を、燃焼装置用ファンのファンモーターを駆動するためのファンモーター駆動装置に適用することを試みた。このファンモーター駆動装置は、ファンモーターの目標の回転速度に応じて、適切な電圧値の電圧をチョッパ回路に対して出力することによって、ファンモーターに流れる電流値を制御する。ここで、燃焼装置用ファンには、燃焼に必要な空気を燃焼装置に供給するためのファン（いわゆる燃焼ファン）や、燃焼によって生じた高温の燃焼ガスに空気を混ぜて適切な温度の温風を生成するためのファン（いわゆる送風ファン）などが含まれる。これらの燃焼装置用ファンは、燃焼装置での燃焼条件に変化に応じて、あるいはユーザーによって温風温度の設定が変更されたことに対応して、ファンの回転速度を出来るだけ迅速に変更可能なことが望まれる。

そこで、本願の発明者は、ファンモーターの回転速度を迅速に低下させる方法として、以下のような方法を考えた。先ず、チョッパ回路に出力する電圧を、減速前の現状の回転速度に対応する電圧値から、回転速度０に対応する電圧値に切り換える。そして、ファンモーターの回転速度が低下した頃を見はからって、チョッパ回路に出力する電圧値を、減速後の目標の回転速度に応じた電圧値に変更する。こうすれば、チョッパ回路に対して回転速度０に対応する電圧値が出力されている間は、ファンモーターは回転トルクを発生させないので、ファンモーターおよび燃焼装置用ファンの回転に伴う抵抗や摩擦によって、ファンモーターの回転速度をすみやかに減速させることができると考えられる。

特開２０１１－１６５５８７号公報

しかし、上述した方法では、チョッパ回路に対して出力する電圧を、回転速度０に対応する電圧値から目標の回転速度に対応する電圧値に戻したときに、ブートストラップコンデンサーに充電された電荷量の不足からチョッパ回路のスイッチング素子をＯＮ状態とすることができず、その結果、ファンモーターを回転させることができなくなってしまうという問題が生じた。

この発明は、Ｎチャネル型チョッパ回路を適用した燃焼装置用ファンのファンモーターを駆動するファンモーター駆動装置が有する上述した課題を解決するために成されたものであり、ファンモーターの回転速度をすみやかに減速させることが可能なファンモーター駆動装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するために、本発明のファンモーター駆動装置は次の構成を採用した。すなわち、
燃焼装置と組み合わせて用いられるファンモーターを駆動するためのファンモーター駆動装置であって、
前記ファンモーターを駆動するための電力を発生させる直流電源と、
前記ファンモーターの回転速度を指示するための速度指示電圧を出力することによって、前記回転速度を制御する回転速度制御部と、
前記直流電源からの電力が前記ファンモーターに供給されるＯＮ状態と、前記直流電源からの電力が前記ファンモーターに供給されないＯＦＦ状態とに切換可能なスイッチング素子と、
前記スイッチング素子を前記ＯＮ状態または前記ＯＦＦ状態に切り換えるための制御信号を、前記速度指示電圧の電圧値が大きくなるほどＯＮデューティー比が大きくなる態様で前記速度指示電圧をパルス幅変調することによって生成する制御信号生成部と、
前記制御信号生成部を動作させるための制御用電源と、
前記スイッチング素子と前記ファンモーターとの間に設けられて、誘導成分と容量成分とを有するローパスフィルターと、
前記スイッチング素子と前記ローパスフィルターとの接続点に、順方向側の出力端子が接続されたダイオードと、
前記制御用電源と前記接続点との間に設けられたブートストラップコンデンサーと
を備え、
前記回転速度制御部は、前記ファンモーターに指示する回転速度に対応し、前記指示する回転速度が大きくなるほど電圧値が大きくなる前記速度指示電圧を出力しており、
前記スイッチング素子は、Ｎチャネル型電界効果トランジスタによって形成されており、
前記制御信号生成部は、前記ブートストラップコンデンサーの端子間の電圧差を利用して前記スイッチング素子を前記ＯＮ状態に切り換える前記制御信号を生成しており、
前記回転速度制御部は、前記回転速度を低下させる場合には、前記速度指示電圧を、低下させる目標の回転速度に対応する目標の電圧値よりも小さいが、回転速度０に対応する電圧値よりも大きな所定の減速用電圧値まで低下させた後、前記目標の電圧値まで上昇させる
ことを特徴とする。

かかる本発明のファンモーター駆動装置においては、ファンモーターに指示する回転速度に対応して、指示する回転速度が大きくなるほど電圧値が大きくなる速度指示電圧を出力し、速度指示電圧の電圧値が大きくなるほどＯＮデューティー比が大きくなる態様で速度指示電圧をパルス幅変調することによって制御信号を生成する。そして、この制御信号を用いて、Ｎチャネル型電界効果トランジスタのスイッチング素子をＯＮ状態またはＯＦＦ状態に切り換える。すると、スイッチング素子が切り換わる度に、直流電源の電力がローパスフィルターに供給される状態と、ローパスフィルターに供給されない状態とが切り換わり、その結果、ローパスフィルターに流れる直流の電流成分が、駆動電流としてファンモーターに供給される。また、Ｎチャネル型電界効果トランジスタのスイッチング素子をＯＮ状態に切り換えるための制御信号は、ブートストラップコンデンサーの端子間の電圧差を利用して生成されており、ブートストラップコンデンサーには、次のようにして電荷が充電される。先ず、ブートストラップコンデンサーの一方の端子は、制御信号生成部を動作させるための制御用電源に接続されており、他方の端子は、スイッチング素子とローパスフィルターとの接続点に接続されている。更に、スイッチング素子とローパスフィルターとの接続点には、ダイオードの順方向側の出力端子も接続されている。こうすれば、スイッチング素子がＯＦＦ状態となった時に、ローパスフィルターの誘導成分が駆動電流を流し続けようとする作用によってダイオードが導通状態となる。このため、スイッチング素子とローパスフィイルターとの接続点の電圧が接地電圧まで低下するので、制御用電源からの電荷によってブートストラップコンデンサーを充電することができる。更に加えて、本発明のファンモーター駆動装置においては、ファンモーターの回転速度を低下させる場合には、速度指示電圧を、低下させる目標の回転速度に対応する目標の電圧値よりも小さい所定の減速用電圧値（但し、回転速度０に対応する電圧値よりは大きい）まで低下させた後、目標の電圧値まで上昇させることとしている。

こうすれば、速度指示電圧が減速用電圧値となっている間は、ファンモーターに供給される駆動電流が十分に小さくなり、ファンモーターが発生する回転トルクも十分に小さくなるので、ファンモーターの回転速度をすみやかに減速させることが可能となる。また、減速用電圧値は回転速度０に対応する電圧値よりも大きいので、速度指示電圧が減速用電圧値となっている間もスイッチング素子はＯＮ状態とＯＦＦ状態とを繰り返している。このため、ブートストラップコンデンサーに電荷を充電しておくことができる。その結果、速度指示電圧を減速用電圧値から目標の電圧値に上昇させた際にも、スイッチング素子を確実にＯＮ状態に切り換えることができるので、速度指示電圧を上昇させる際にファンモーターの回転が止まってしまうという事態が生じることもない。

また、上述した本発明のファンモーター駆動装置においては、減速用電圧値は、減速させようとする目標の回転速度に依らない固定電圧値に設定しておいても良い。

こうすれば、目標の回転速度に応じて減速用電圧値を変更する必要が無いので、制御を簡単にすることが可能となる。

また、上述した本発明のファンモーター駆動装置においては、ファンモーターの回転速度を検出して、検出したファンモーターの回転速度が、減速させようとする目標の回転速度に対して、所定の回転速度差以内に近付いたら、速度指示電圧を、目標の回転速度に対応する電圧値まで上昇させるようにしても良い。

こうすれば、適切なタイミングで、速度指示電圧を、目標の回転速度に対応する電圧値に上昇させることができるので、ファンモーターの回転速度をすみやかに減速させて、目標の回転速度にすることが可能となる。

本実施例のファンモーター駆動装置１００の内部構造を示したブロック図である。本実施例のファンモーター駆動装置１００がファンモーター１０を駆動する動作を例示した説明図である。ブートストラップコンデンサー１０３Ｃに電荷を充電する動作についての説明図である。ファンモーター１０の回転速度を減速させる際に、回転速度を指示する速度指示電圧Ｖｉを一旦０Ｖにする着想についての説明図である。回転速度を指示する速度指示電圧Ｖｉを一旦０Ｖにすると、その後に速度指示電圧Ｖｉを上昇させてもファンモーター１０を駆動できなくなる現象についての説明図である。本実施例のファンモーター駆動装置１００がファンモーター１０をすみやかに減速させることが可能な理由を示した説明図である。変形例のファンモーター駆動装置１００の内部構造を示したブロック図である。

図１は、本実施例のファンモーター駆動装置１００の内部構造を示したブロック図である。本実施例のファンモーター駆動装置１００は、燃焼装置用ファン１を回転させるためのファンモーター１０を駆動しており、ファンモーター１０に供給する駆動電流Ｉｄを制御することによって、ファンモーター１０の回転速度を適切な回転速度に制御している。図示されるように、ファンモーター駆動装置１００は、直流電源１０１と、スイッチング素子１０２と、制御信号生成部１０３と、回転速度制御部１０４と、制御用電源１０５と、ローパスフィルター１０６と、ダイオード１０７とを備えている。

直流電源１０１は、ファンモーター１０を駆動するための電力を発生させる電源であり、所定の電圧値の直流電圧Ｖｇを発生させる。スイッチング素子１０２は、いわゆるＮチャネル型の電界効果型トランジスター（ＦＥＴ）である。周知のように、Ｎチャネル型のＦＥＴは、ゲート電極（Ｇ電極）と、ドレイン電極（Ｄ電極）と、ソース電極（Ｓ電極）の３つの電極を備えており、Ｓ電極よりも高い電圧をＧ電極に印加すると、Ｄ電極とＳ電極とが導通するＯＮ状態となり、Ｓ電極よりも低い電圧をＧ電極に印加すると、Ｄ電極とＳ電極とが非導通のＯＦＦ状態となる。このため、スイッチング素子１０２がＯＮ状態になると、直流電源１０１からの電力がファンモーター１０に供給され、逆に、スイッチング素子１０２がＯＦＦ状態になると、直流電源１０１からの電力がファンモーター１０に供給されなくなる。

制御信号生成部１０３は、スイッチング素子１０２をＯＮ状態またはＯＦＦ状態に切り換えるための制御信号Ｐｄを生成してスイッチング素子１０２のＧ電極に出力する。上述したように、スイッチング素子１０２をＯＮ状態とするためには、Ｓ電極の電圧よりも電圧値が高い電圧をＧ電極に印加する必要がある。そこで制御信号生成部１０３には、このようなＧ電極に印加する電圧を生成するためのブートストラップ回路１０３ｂが付属されている。詳細な説明は省略するが、ブートストラップ回路１０３ｂは、ブートストラップコンデンサー１０３Ｃと呼ばれるコンデンサーや、逆流防止用のダイオードや、保護抵抗を備えており、ブートストラップコンデンサー１０３Ｃに電荷を蓄えることによって、スイッチング素子１０２のＳ電極よりも電圧値が高い電圧を発生させる。また、制御信号生成部１０３が生成する制御信号Ｐｄは、高電圧状態（Ｈｉ状態）と低電圧状態（Ｌｏｗ状態）とを一定周期で繰り返すパルス信号となっており、その一定周期内でＨｉ状態となる時間比率が大きくなる程、ファンモーター１０に大きな電力が供給されることになり、ファンモーター１０の回転速度が高くなる。尚、一定周期内でＨｉ状態となる時間比率は、「ＯＮデューティー比」と呼ばれる。

回転速度制御部１０４は、制御信号生成部１０３に対して、ファンモーター１０の目標の回転速度に応じた電圧値の速度指示電圧Ｖｉを出力することによって、ファンモーター１０の回転速度を制御する。本実施例の速度指示電圧Ｖｉは、ファンモーター１０の目標の回転速度が０の場合は下限の電圧値（ここでは電圧値０Ｖ）となっており、目標の回転速度が大きくなる程、電圧値が高くなる電圧となっている。制御信号生成部１０３は、このような速度指示電圧Ｖｉをパルス幅変調することによって、一定周期でＨｉ状態とＬｏｗ状態とを繰り返すパルス状の制御信号Ｐｄを生成する。ここでパルス幅変調とは、電圧値が大きくなる程、ＯＮデューティー比が大きなパルス信号に変更する変調方式であり、下限の電圧値の場合はＯＮデューティー比が０％となり、上限の電圧値の場合はＯＮデューティー比が１００％となる。

制御用電源１０５は、制御信号生成部１０３を動作させるための直流電圧を発生させる電源である。制御信号生成部１０３を動作させるための直流電圧は、直流電源１０１が発生する直流電圧Ｖｇよりも電圧値が小さいので、制御用電源１０５は直流電圧Ｖｇよりも小さな電圧値の電圧を発生させる。また、制御用電源１０５は、保護抵抗やダイオードを介してブートストラップコンデンサー１０３Ｃにも接続されており、ブートストラップコンデンサー１０３Ｃに電荷を供給するための電源としても利用されている。尚、制御用電源１０５は、回転速度制御部１０４を動作させるための電源として利用することも可能である。

ローパスフィルター１０６は、スイッチング素子１０２とファンモーター１０との間に挿入されている。ローパスフィルター１０６は、いわゆるＬＣローパスフィルターであり、誘導成分１０６Ｌ（いわゆるコイル）と、誘導成分１０６Ｌに対して直列に接続された容量成分１０６Ｃ（いわゆるコンデンサー）とを備えている。また、ダイオード１０７は、順方向側の出力端子（いわゆるカソード端子）が、スイッチング素子１０２とローパスフィルター１０６との接続点に接続されている。

図２は、上述した本実施例のファンモーター駆動装置１００がファンモーター１０を駆動する動作を例示した説明図である。例えば、図２（ａ）に示したように、ファンモーター１０の回転速度を指示するための速度指示電圧Ｖｉが電圧値Ｖａで一定に保たれている状態から、時刻Ｔ１のタイミングで電圧値Ｖｂに増加させたものとする。制御信号生成部１０３で生成される制御信号Ｐｄは、速度指示電圧Ｖｉをパルス幅変調して得られる一定周期のパルス信号であるから、図２（ｂ）に示すように、時刻Ｔ１まではＯＮデューティー比が小さく、時刻Ｔ１以降はＯＮデューティー比が大きな信号となる。尚、制御信号ＰｄがＬｏｗ状態となったときの電圧値は、制御信号生成部１０３が接地されている電圧値となるが、制御信号ＰｄがＨｉ状態となった時の電圧値は、ブートストラップコンデンサー１０３Ｃに充電された電荷量によって変化する。

ブートストラップコンデンサー１０３Ｃに十分な電荷が充電されている場合は、制御信号ＰｄがＨｉ状態になるとスイッチング素子１０２がＯＮ状態となり、直流電源１０１の直流電圧Ｖｇがローパスフィルター１０６の上流側に印加される。このため、スイッチング素子１０２とローパスフィルター１０６との接続点Ａ（図１参照）の電圧値は、直流電源１０１の直流電圧Ｖｇの電圧値となる。このような電圧がローパスフィルター１０６の上流側にかかる結果、ローパスフィルター１０６を介してファンモーター１０に駆動電流Ｉｄが供給される。

一方、制御信号ＰｄがＬｏｗ状態になると、スイッチング素子１０２がＯＦＦ状態となって、直流電源１０１の直流電圧Ｖｇがローパスフィルター１０６に印加されなくなる。もっとも、ローパスフィルター１０６には誘導成分１０６Ｌが存在するので、直流電源１０１の直流電圧Ｖｇがローパスフィルター１０６に印加されなくなっても、誘導成分１０６Ｌの作用によって駆動電流Ｉｄが流れ続けようとする。しかし、スイッチング素子１０２はＯＦＦ状態となっているので、その電流は順方向に接続されたダイオード１０７から供給されることになる。その結果、ダイオード１０７が導通状態となって、接続点Ａ（図１参照）の電圧値が、ダイオード１０７の順方向降下電圧値（すなわち、略０Ｖ）まで低下する。

このように、接続点Ａの電圧値は、制御信号ＰｄがＨｉ状態になる度に、（スイッチング素子１０２がＯＮ状態となるため）直流電源１０１の直流電圧Ｖｇの電圧値となり、制御信号ＰｄがＬｏｗ状態になる度に、（スイッチング素子１０２がＯＦＦ状態となるため）電圧値がダイオード１０７の順方向降下電圧値（略０Ｖ）となることを繰り返す。このため、接続点Ａの電圧は、図２（ｃ）に示すような電圧波形となる。尚、このような電圧がローパスフィルター１０６の上流側にかかることによってファンモーター１０が駆動されることから、以下では、図１の接続点Ａの電圧を、「駆動電圧Ｖｄ」と表記する。

以上のようにして、図２（ｃ）に示すような電圧波形の駆動電圧Ｖｄをローパスフィルター１０６に印加すると、直流の電流成分だけがローパスフィルター１０６を通過することになって、図２（ｄ）に示すような駆動電流Ｉｄがファンモーター１０に供給されることになる。そして、ファンモーター１０は駆動電流Ｉｄに比例した回転トルクを発生させるので、駆動電流Ｉｄの増加に伴って、図２（ｅ）に示すように、ファンモーター１０の回転速度（従って、燃焼装置用ファン１のファン回転速度）も上昇する。この結果、例えば、速度指示電圧Ｖｉを電圧値Ｖａから電圧値Ｖｂに変化させることでファンモーター１０（および燃焼装置用ファン１）の回転速度を、電圧値Ｖａに対応する回転速度Ｎａから、電圧値Ｖｂに対応する回転速度Ｎｂに変化させることが可能となる（図２（ｅ）参照）。

以上のようにしてファンモーター１０の回転速度を制御するためには、スイッチング素子１０２のＯＮ状態とＯＦＦ状態とを切り換える必要がある。そして、スイッチング素子１０２にはＮチャネル型ＦＥＴが用いられているので、スイッチング素子１０２をＯＮ状態とするためには、Ｇ電極に、Ｓ電極よりも高い電圧を印加する必要があり、そのためには、ブートストラップコンデンサー１０３Ｃに十分な電荷を充電する必要がある。ブートストラップコンデンサー１０３Ｃには、スイッチング素子１０２のＯＮ状態とＯＦＦ状態とが切り換わる際に、次のようなメカニズムで電荷が充電されている。

図３は、スイッチング素子１０２のＯＮ状態とＯＦＦ状態とが切り換わる際に、ブートストラップコンデンサー１０３Ｃに電荷が充電されるメカニズムを示した説明図である。図３（ａ）には、ＯＦＦ状態のスイッチング素子１０２をＯＮ状態にする様子が示されている。ＯＦＦ状態のスイッチング素子１０２をＯＮ状態とするには、制御信号生成部１０３からスイッチング素子１０２のＧ電極に出力する制御信号ＰｄをＨｉ状態として、Ｓ電極よりも高い電圧値の電圧を印加すればよい。図３（ａ）に示されるように、ブートストラップコンデンサー１０３Ｃの一方の端子は、接続点Ａと同じ電圧レベルにあるから、ブートストラップコンデンサー１０３Ｃに電荷が充電されていれば、ブートストラップコンデンサー１０３Ｃの他方の端子は、接続点Ａよりも電圧値が高くなっている。

そこで、図３（ａ）中に太い破線の矢印で示したように、この電圧をスイッチング素子１０２のＧ電極に印加することによって、スイッチング素子１０２をＯＮ状態とする。その結果、図中に太い実線の矢印で示したように、直流電源１０１の直流電圧Ｖｇが、スイッチング素子１０２を介してローパスフィルター１０６に印加され、その結果、図中に太い一点鎖線の矢印で示した駆動電流Ｉｄがファンモーター１０に供給される。その後、制御信号生成部１０３が制御信号ＰｄをＬｏｗ状態に切り換えると、スイッチング素子１０２がＯＦＦ状態に切り換わる。

図３（ｂ）には、スイッチング素子１０２がＯＮ状態からＯＦＦ状態に切り換わる様子が示されている。図２（ｃ）を用いて前述したように、スイッチング素子１０２がＯＮ状態からＯＦＦ状態になっても、ローパスフィルター１０６の誘導成分１０６Ｌの作用によって暫くの間は駆動電流Ｉｄが流れ続けようとする（図３（ｂ）中の太い一点鎖線の矢印を参照）。このため、ダイオード１０７には順方向の電流が流れることになってダイオード１０７が導通状態となるため、接続点Ａの電圧値はダイオード１０７の順方向降下電圧値（略０Ｖ）となる。その結果、図３（ｂ）中に太い破線の矢印で示したように、制御用電源１０５から電荷が供給されてブートストラップコンデンサー１０３Ｃが充電される。

もっとも、ローパスフィルター１０６の誘導成分１０６Ｌが駆動電流Ｉｄを流し続けようとする作用は短時間しか継続しないので、誘導成分１０６Ｌの作用が無くなった後は、ダイオード１０７は非導通状態となる。この段階でも、ファンモーター１０には、ローパスフィルター１０６の容量成分１０６Ｃの電荷が供給されることによって駆動電流Ｉｄが流れ続けるが、接続点Ａの電圧は、ローパスフィルター１０６の容量成分１０６Ｃの高電圧側の端子の電圧となる。容量成分１０６Ｃの高電圧側の端子の電圧は、（厳密には容量成分１０６Ｃが電荷を放出するに伴って低下していくが）スイッチング素子１０２がＯＦＦ状態になる直前の電圧値とほぼ等しい電圧値を有している。このため、制御用電源１０５が発生する電圧値よりも高くなってしまい、それ以降はブートストラップコンデンサー１０３Ｃに電荷を充電することができなくなる。

結局、ブートストラップコンデンサー１０３Ｃで電荷を充電することが出来るのは、スイッチング素子１０２がＯＮ状態からＯＦＦ状態に切り換わった後に、ローパスフィルター１０６の誘導成分１０６Ｌの作用が継続している短い時間となる。しかし、ブートストラップコンデンサー１０３Ｃの容量を小さくしておけば、短時間の充電でも、コンデンサーの端子間に十分な電圧差を発生させることができるので、その電圧差を用いてスイッチング素子１０２をＯＮ状態にすることが可能となる。

ここで、本願の発明者は、燃焼装置用ファン１の回転速度（従ってファンモーター１０の回転速度）をすみやかに減速させることを可能とするために、次のようなことを考えた。例えば、図２に示した例とは反対に、燃焼装置用ファン１（およびファンモーター１０）を回転速度Ｎｂから回転速度Ｎａに減速させるものとする。この場合、単純には、図４（ａ）に示すように、制御信号生成部１０３に出力する速度指示電圧Ｖｉを電圧値Ｖｂから電圧値Ｖａに低下させればよい。こうすれば、図４（ｂ）に示すように、ある程度の時間Ｔｉの経過した後、目標の回転速度Ｎａとすることができる。ここで、速度指示電圧Ｖｉを電圧値Ｖａに低下させてから、目標の回転速度Ｎａに達するまでに時間Ｔｉが掛かるのは、ファンモーター１０や燃焼装置用ファン１が慣性を有しているためである。そこで
、この時間Ｔｉを出来るだけ短くするため、図４（ｃ）に示したように、電圧値Ｖｂから電圧値０Ｖに一旦低下させた後、電圧値０Ｖから電圧値Ｖａに上昇させることを考えた。こうすれば、速度指示電圧Ｖｉが電圧値０Ｖになっている間は、ファンモーター１０が生じる回転トルクも０になるので、ファンモーター１０および燃焼装置用ファン１の回転速度をすみやかに減速させることが可能と考えられた。

図５は、速度指示電圧Ｖｉを低下させる際に、一旦、電圧値０Ｖを経由させた場合のファンモーター駆動装置１００の動作を示した説明図である。図示した例では、図５（ａ）に示すように、速度指示電圧Ｖｉを時刻Ｔ１で電圧値Ｖｂから電圧値０Ｖまで一旦低下させ、時刻Ｔ２になったら速度指示電圧Ｖｉを電圧値Ｖａまで上昇させている。

図５（ｂ）には、スイッチング素子１０２のＧ電極に出力される制御信号Ｐｄが示されている。また、図５（ｃ）には、ローパスフィルター１０６に印加される駆動電圧Ｖｄ（接続点Ａでの電圧値）が示されている。図５（ｂ）に示されるように、時刻Ｔ１までは、速度指示電圧Ｖｉの電圧値Ｖｂに対応するＯＮデューティー比のパルス信号が出力されており、これに伴ってローパスフィルター１０６にも、パルス状の駆動電圧Ｖｄが印加されている。そして、時刻Ｔ１から時刻Ｔ２までの間は速度指示電圧Ｖｉの電圧値が電圧値０Ｖとなっているので、制御信号ＰｄはＯＮデューティー比０％となって、パルスが出力されない状態となり、駆動電圧Ｖｄも０Ｖとなる。

その後、時刻Ｔ２になったら、速度指示電圧Ｖｉを電圧値Ｖａに上昇させる。これに伴って、制御信号Ｐｄでは、電圧値Ｖａに対応するＯＮデューティー比でパルス信号の出力が再開され、駆動電圧Ｖｄでも、パルス状の電圧が生じる筈である。ところが実際には、制御信号Ｐｄで、時刻Ｔ２になって最初のパルスを出力することが出来ず、スイッチング素子１０２がＯＮ状態にならないという不可解な現象が発生した。図５（ｂ）で時刻Ｔ２のパルスが破線で表示されているのは、本来は出力されるべきパルスが出力されないことを表している。

図３を用いて前述したように、ブートストラップコンデンサー１０３Ｃはスイッチング素子１０２がＯＮ状態からＯＦＦ状態に切り換わる際に充電されるから、スイッチング素子１０２がＯＮ状態にならなければブートストラップコンデンサー１０３Ｃに充電することが出来ない。このため、それ以降も制御信号Ｐｄを出力することが出来なくなり、駆動電圧Ｖｄも出力されなくなる。その結果、図５（ｄ）に示したように、時刻Ｔ１以降は、ファンモーター１０に駆動電流Ｉｄを供給することも出来なくなってしまう。

本願の発明者は、このような不可解な現象が生じる原因について調べた結果、ついに、ブートストラップコンデンサー１０３Ｃの自然放電に起因した現象であることを突き止めた。すなわち、図３（ｂ）を用いて前述したように、ブートストラップコンデンサー１０３Ｃは短い時間で充電可能な少ない電荷量で端子間に大きな電圧差を生じさせる必要があるので、小さな容量のコンデンサーが用いられている。このため、自然放電によって制御信号生成部１０３に僅かな電荷が漏れ出す影響で、端子間の電圧差が小さくなっていき、時刻Ｔ２に達した時点では電圧差が残っていなかったものと考えられる。こうした事態を回避するためには、ブートストラップコンデンサー１０３Ｃの容量を大きくするか、制御信号生成部１０３への自然放電を小さくすれば良いが、何れも原理的に困難である。

そこで、図６（ａ）に示したように、速度指示電圧Ｖｉを電圧値Ｖｂから電圧値Ｖａに低下させる際に、電圧値Ｖｂから電圧値０Ｖまで低下させるのではなく、電圧値０Ｖよりは大きいが、電圧値Ｖａよりは小さな所定の減速用電圧値Ｖｃまで低下させ、その後、減速用電圧値Ｖｃから電圧値Ｖａまで上昇させる方法を考え出した。図６（ａ）に示した例では、時刻Ｔ１で速度指示電圧Ｖｉを電圧値Ｖｂから減速用電圧値Ｖｃに低下させた後、時刻Ｔ３で減速用電圧値Ｖｃから電圧値Ｖａに上昇させている。速度指示電圧Ｖｉを減速用電圧値Ｖｃで保持する時間（すなわち、時刻Ｔ１から時刻Ｔ３までの時間）は、燃焼装置用ファン１の回転速度を減速させようとする減速量に応じて、予め設定しておいた時間を使用する。また、減速用電圧値Ｖｃについては、減速させようとする目的の回転速度や減速量に拘わらず、固定電圧値に設定されている。

こうすれば、図６（ｂ）に示したように、時刻Ｔ１から時刻Ｔ３の間でも、一定周期でＨｉ状態とＬｏｗ状態とを繰り返す制御信号Ｐｄが出力される。もちろん、減速用電圧値Ｖｃは小さいので制御信号ＰｄのＯＮデューティー比も小さいが、それでもスイッチング素子１０２がＯＮ状態とＯＦＦ状態とを繰り返す。その結果、図６（ｃ）に示したように、時刻Ｔ１から時刻Ｔ３の間でも、パルス状の駆動電圧Ｖｄが発生し、それに伴って、図６（ｄ）に示すように僅かな駆動電流Ｉｄがファンモーター１０に供給される。また、この間（時刻Ｔ１から時刻Ｔ３の間）では、スイッチング素子１０２がＯＮ状態からＯＦＦ状態に切り換わる度に、ブートストラップコンデンサー１０３Ｃに電荷を充電することができる。

そして、時刻Ｔ３になった時点で、速度指示電圧Ｖｉを電圧値Ｖａに上昇させると、制御信号ＰｄのＯＮデューティー比は、減速用電圧値Ｖｃに対応する小さな値から、電圧値Ｖａに対応する値に増加し、それに伴って駆動電圧Ｖｄのパルス幅も増加する（図６（ｃ）参照）。その結果、図６（ｄ）に示すように、電圧値Ｖａに対応する電流値の駆動電流Ｉｄをファンモーター１０に供給することが可能となる。

以上に説明した本実施例の方法によれば、時刻Ｔ１から時刻Ｔ３までの間はファンモーター１０に供給する駆動電流Ｉｄを十分に小さくすることができるので、その間にファンモーター１０（および燃焼装置用ファン１）の回転速度をすみやかに減速させることができる。そして、時刻Ｔ３になった後は、目的の回転速度に応じた電流値の駆動電流Ｉｄを供給することができる。その結果、図６（ｅ）に例示したように、ファンモーター１０（および燃焼装置用ファン１）の回転速度をすみやかに減速させて、目的の回転速度に制御することが可能となる。

尚、上述した本実施例では、速度指示電圧Ｖｉを減速用電圧値Ｖｃで保持する時間は、ファンモーター１０（および燃焼装置用ファン１）の回転速度を減速させる減速量に応じて、予め設定されているものとして説明した。減速量が大きくなるほど、ファンモーター１０および燃焼装置用ファン１を減速させるために要する時間が長くなるので、減速量に応じて適切な時間を設定しておけば、適切なタイミングで、速度指示電圧Ｖｉを目的の回転速度に対応する電圧値に上昇させることができる。しかし、ファンモーター１０あるいは燃焼装置用ファン１の回転速度を検出して、検出した回転速度と目的の回転速度との速度差が所定値以下になったら、速度指示電圧Ｖｉを目的の回転速度に対応する電圧値に上昇させることとしても良い。

図７は、こうした変形例のファンモーター駆動装置１００の内部構造を示したブロック図である。図示した変形例のファンモーター駆動装置１００は、図１に示した本実施例のファンモーター駆動装置１００に対して、ファンモーター１０の回転速度を検出する回転速度検出部１０８を備える点が異なっている。尚、回転速度検出部１０８には、マグネットピックアップや、ホール素子など、周知のセンサーを用いることができる。また、図７ではファンモーター１０の回転速度を検出しているが、燃焼装置用ファン１の回転速度を検出することとしても良い。回転速度検出部１０８で検出した回転速度は回転速度制御部１０４に入力されている。そして、回転速度制御部１０４は、受け取った回転速度が、目標の回転速度に対して所定値以内に近付いたら、速度指示電圧Ｖｉを減速用電圧値Ｖｃから目標の回転速度に対応する電圧値に上昇させる。こうすれば、より一層適切なタイミングで速度指示電圧Ｖｉを減速用電圧値Ｖｃから目標の回転速度に対応する電圧値に上昇させることができるので、ファンモーター１０および燃焼装置用ファン１の回転速度をより一層すみやかに減速させることが可能となる。

以上、本実施例および変形例のファンモーター駆動装置１００について説明したが、本発明は上記の実施例および変形例に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様で実施することが可能である。

１…燃焼装置用ファン、１０…ファンモーター、
１００…ファンモーター駆動装置、１０１…直流電源、
１０２…スイッチング素子、１０３…制御信号生成部、
１０３Ｃ…ブートストラップコンデンサー、１０３ｂ…ブートストラップ回路、
１０４…回転速度制御部、１０５…制御用電源、
１０６…ローパスフィルター、１０６Ｃ…容量成分、１０６Ｌ…誘導成分、
１０７…ダイオード、１０８…回転速度検出部、Ａ…接続点。

Claims

燃焼装置と組み合わせて用いられるファンモーターを駆動するためのファンモーター駆動装置であって、
前記ファンモーターを駆動するための電力を発生させる直流電源と、
前記ファンモーターの回転速度を指示するための速度指示電圧を出力することによって、前記回転速度を制御する回転速度制御部と、
前記直流電源からの電力が前記ファンモーターに供給されるＯＮ状態と、前記直流電源からの電力が前記ファンモーターに供給されないＯＦＦ状態とに切換可能なスイッチング素子と、
前記スイッチング素子を前記ＯＮ状態または前記ＯＦＦ状態に切り換えるための制御信号を、前記速度指示電圧の電圧値が大きくなるほどＯＮデューティー比が大きくなる態様で前記速度指示電圧をパルス幅変調することによって生成する制御信号生成部と、
前記制御信号生成部を動作させるための制御用電源と、
前記スイッチング素子と前記ファンモーターとの間に設けられて、誘導成分と容量成分とを有するローパスフィルターと、
前記スイッチング素子と前記ローパスフィルターとの接続点に、順方向側の出力端子が接続されたダイオードと、
前記制御用電源と前記接続点との間に設けられたブートストラップコンデンサーと
を備え、
前記回転速度制御部は、前記ファンモーターに指示する回転速度に対応し、前記指示する回転速度が大きくなるほど電圧値が大きくなる前記速度指示電圧を出力しており、
前記スイッチング素子は、Ｎチャネル型電界効果トランジスタによって形成されており、
前記制御信号生成部は、前記ブートストラップコンデンサーの端子間の電圧差を利用して前記スイッチング素子を前記ＯＮ状態に切り換える前記制御信号を生成しており、
前記回転速度制御部は、前記回転速度を低下させる場合には、前記速度指示電圧を、低下させる目標の回転速度に対応する目標の電圧値よりも小さいが、回転速度０に対応する電圧値よりも大きな所定の減速用電圧値まで低下させた後、前記目標の電圧値まで上昇させる
ことを特徴とするファンモーター駆動装置。
請求項１に記載のファンモーター駆動装置において、
前記減速用電圧値は、前記目標の回転速度に依らない固定電圧値に設定されている
ことを特徴とするファンモーター駆動装置。
請求項１または請求項２に記載のファンモーター駆動装置において、
前記ファンモーターの回転速度を検出する回転速度検出部を備え、
前記回転速度制御部は、前記速度指示電圧を前記減速用電圧値まで低下させた後、前記ファンモーターの回転速度と前記目標の回転速度との回転速度差が所定値以内になったら、前記速度指示電圧を前記目標の電圧値まで上昇させる
ことを特徴とするファンモーター駆動装置。