JPWO2016067552A1

JPWO2016067552A1 - 換気装置

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Publication number: JPWO2016067552A1
Application number: JP2016556197A
Authority: JP
Inventors: 和樹堂本; 列樹中島; 温元伊藤; 裕介浦田
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2014-10-28
Filing date: 2015-10-20
Publication date: 2017-08-31
Anticipated expiration: 2035-10-20
Also published as: JP6609796B2; US20170248149A1; WO2016067552A1; US10519961B2; CA2964196A1

Abstract

換気装置であって、電圧検出部（３０）で検出された直流電圧と電流検出部（２０）で検出された電流に基づいて、交流電圧を推定する交流電圧推定部（３２）を備える。また、風量演算部（２４）は、交流電圧推定部（３２）で推定された交流電圧と目標風量演算部で出力された目標風量とに基づいてモータの回転数を決定する。

Description

本発明は、風量制御を行う換気装置に関する。

換気装置として使用可能な従来の送風装置における制御回路は、以下の構成を有している。まず、交流電源からの交流電力を交直変換回路にて交流から直流に変換し、コンデンサにて平滑化する。コンデンサの両端にて発生した直流電圧を、電流検出器を介してインバータへ入力する。直流電圧を入力されたインバータは、インバータを構成する６つの半導体を相互に動作（スイッチング）させ、モータを駆動する。モータに流れる電流は、インバータ、電流検出器を介して流れるため、電流検出器の両端に誘起される電圧にて検出される。

モータには、モータの回転による回転子の位置に応じた信号を発生させるように、位置センサが取りつけられている。回転数検出部は、位置センサからの信号によりモータの回転数を検出する。ここで検出された回転数は、風量演算部と速度制御部へ出力される。また、風量演算部は、電流検出部にて検出されたモータの電流値と、回転数検出部にて検出されたモータの回転数から、モータに接続されているファンにて発生している風量を演算する。

さらに、目標回転数算出部にて演算された演算風量と目標風量の偏差をとり、その偏差が０となるようにモータの動作の目標となる目標回転数を算出する。速度制御部は風量演算部にて算出された目標回転数になるようにモータの速度を制御する。したがって、モータに接続されているファンにて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構成となっていた（たとえば、特許文献１を参照）。

特開２００２−１６５４７７号公報

このような従来の送風装置は、風量の算出をモータに流れる電流とモータの回転数を用いて行っていた。つまり、平滑化した直流電圧を電圧検出部にて検出して目標風量を決定し、電流検出器と回転数検出部の信号から算出した現在の風量を目標風量に一致させるようにモータを制御する構成になっていた。

このような送風装置における電圧検出の問題としては、交流電源をコンデンサにて平滑化して得た直流電圧を検出しているため、交流電源の電圧が変動するとコンデンサにて平滑化した直流電圧が変化してしまう。一方で、負荷が変動した場合にも同様に直流電圧が変化してしまうため、直流電圧の変動が交流電圧の変動によるものなのか、負荷の変動によるものなのかがわからない。結果として、目標風量の算出に必要な交流電圧が正しく検出できず、正確な風量調整ができないという問題があった。

そこで本発明は、交流電源の電圧変動に対して影響を受けることなく、目標風量に対して精度よく風量制御を行う換気装置を提供する。

本発明に係る換気装置は、羽根と、羽根を駆動するモータと、外部から供給された交流電圧を直流電圧に変換して出力する交直変換回路とを備える。また、交直変換回路で出力された直流電圧を三相ＰＷＭ（パルス幅変調）方式により交流電圧に変換してモータに印加するインバータ回路と、インバータ回路に印加される直流電圧を検出する電圧検出部とを備える。また、モータに流れる電流を検出する電流検出部と、電流検出部で検出された電流に基づいてモータの回転数と位置を算出する回転検出部と、モータが送出すべき風量である目標風量を出力する目標風量演算部とを備える。また、現在の出力風量と目標風量演算部から出力される目標風量とを比較して回転数を指示する風量演算部と、風量演算部の比較結果に基づいてインバータ回路に対してデューティを可変させてモータの回転数を制御する速度制御部とを備える。また、電圧検出部で検出された直流電圧と電流検出部で検出された電流に基づいて、交流電圧を推定する交流電圧推定部を備える。また、風量演算部は、交流電圧推定部で推定された交流電圧と目標風量演算部で出力された目標風量とに基づいてモータの回転数を決定する。

以上の構成により、本発明は、交流電源の電圧変動の影響を受けることなく、換気風量を一定に保つという効果を奏する換気装置を提供する。

図１は、本発明の実施の形態１における換気装置を天井に取り付けた状態を示す取付図である。図２は、本発明の実施の形態１における換気装置の制御回路の構成を示したブロック図である。図３は、本発明の実施の形態１における換気装置の動作を示すフローチャートである。図４は、本発明の実施の形態１における換気装置の交流電源の推定方法を示すグラフである。図５は、本発明の実施の形態１における換気装置の新基準テーブルの生成方法を示すグラフである。図６は、本発明の実施の形態２における換気装置の交流電源の推定仕様セットを複数個持つ場合を示すグラフである。図７は、本発明の実施の形態２における換気装置の目標風量仕様セットを複数個持つ場合を示すグラフである。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。なお、以下の実施の形態は、本発明を具体化した一例であって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。また、全図面を通して、同一の部位については同一の符号を付して二度目以降の説明を省略している。

（実施の形態１）
本発明の実施の形態１における換気装置について、建物内の天井に設けられた形態で説明する。

本実施の形態における換気装置は、ＤＣモータの特徴を生かし、低い回転数から高い回転数までの制御を行うことで、小風量から大風量まで一つの換気装置でまかなえるものである。

図１は、本発明の実施の形態１における換気装置を天井に取り付けた状態を示す取付図である。図１においては、本体３内部を透過させて示している。

図１に示すように、本実施の形態における換気装置６は、室内１の上方に天板を介して設けられた空間である天井裏２に、本体３が設置されている。本体３の下方に、本体３は、室内１に向けて開口する吸込口３ａを有している。本体３の側面にはアダプタ４が設けられている。アダプタ４に接続された排気ダクト５を通して、本体３は、外壁などに設けられている排気口（図示せず）に接続されている。

本体３内部には、羽根７と羽根７を回転させるモータ８とが備えられている。なおモータ８は具体的にはセンサレスブラシレスＤＣモータである。

吸込口３ａは、この吸込口３ａを覆うルーバ９を備える。

ルーバ９は、室内の空気が通過する通気口を有している。また、モータ８を駆動する制御回路１０は、本体３の内部に配置されている。そして、電源入切スイッチ１１ａおよびファンノッチ設定スイッチ１１ｂを有するリモコン装置１１は、室内１の壁に配置され、かつ制御回路１０と信号線１０ａで接続されている。

図２は、本発明の実施の形態１における換気装置６の制御回路１０の構成を示したブロック図である。

制御回路１０は、図２に示すように、交直変換回路１３と、平滑コンデンサ１４と、インバータ回路１５とを備える。

制御回路１０は、商用電源１２から供給される交流電圧を、交直変換回路１３にて直流変換した後、平滑コンデンサ１４にて平滑化する。

平滑コンデンサ１４は、平滑化した直流電圧をインバータ回路１５に印加する。

インバータ回路１５は、直流電圧が印加された状態で、インバータ回路１５を構成する６個のスイッチング素子を順番に導通させることで、モータ８を駆動する。インバータ回路１５は、交直変換回路１３にて出力された直流電圧を、三相ＰＷＭ（ＰｕｌｓｅＷｉｄｔｈＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ）方式により、交流電圧に変換してモータ８に印加する。

モータ８は、巻線を巻装した固定子１６と永久磁石を備えた回転子１７を備えている。モータ８は、Ｕ、Ｖ、Ｗの３相を備えており、３相にインバータ回路１５からの電流供給を受けることで回転駆動する。

平滑コンデンサ１４には、直流電圧を検出する電圧検出部３０とインバータ回路１５が並列に接続されている。

インバータ回路１５における６個のスイッチング素子の下段と負電位側の間には、相ごとにシャント抵抗１８が挿入されている。

増幅部１９は、シャント抵抗１８に流れる電流により発生するシャント抵抗１８の両端の電位差を増幅する。

電流検出部２０は、増幅部１９の出力からモータ８に流れる各相の電流を検出する。

回転検出部２５は、電流検出部２０で検出された電流に基づいて、モータ８の回転数と位置を算出する。ここでいう位置とは、回転子１７の所定の基準位置からの回転角度を指す。

目標風量演算部２１は、換気装置６における風量を切り替えるためのファンノッチ設定スイッチ１１ｂの設定に対応して、目標風量Ｑｓを決定し、この目標風量Ｑｓを風量演算部２４に対して、指示する。なお目標風量Ｑｓの決定方法については後述する。また、目標風量演算部２１は、交流電圧推定部３２を備える。

交流電圧推定部３２は、電圧検出部３０が検出した直流電圧と電流検出部２０が検出した電流とに基づいて、交流電圧を推定する。詳細は後述する。

風量演算部２４は、電流検出部２０で検出した、各相の電流値のうちいずれか１相の電流値および回転検出部２５が算出した回転数と、目標風量Ｑｓに対応する電流値および回転数とを比較する。風量演算部２４は、その比較結果に基づいて、現在の送風量が目標風量Ｑｓに対して高いか低いかを判断する。詳しくは後述する。

増幅率変更部２２は、目標風量演算部２１が算出した目標風量Ｑｓを入力し、この目標風量Ｑｓの大きさに応じて、所定の相の増幅部１９の増幅率を変更する。

速度制御部２３は、風量演算部２４からの指示に基づいて、インバータ回路１５に対してデューティを出力して、モータ８の回転数を可変する。

モータ８は、回転数を可変させて必要な風量を出力する。

以下、図３を用いて、本実施の形態における換気装置６の動作を説明する。図３は、本発明の実施の形態１における換気装置６の動作を示すフローチャートである。

換気装置６を運転するために、使用者が、リモコン装置１１を操作して換気装置６の本体３に商用電源１２を投入し、ファンノッチ設定スイッチ１１ｂを例えば弱ノッチに設定する。

換気装置６の本体３に商用電源１２が投入されると、制御回路１０に商用電源１２からの交流電圧が印加される。商用電源１２から供給される交流電圧は、交直変換回路１３にて直流変換された後、平滑コンデンサ１４にて平滑化される。平滑化された直流電圧は、直流電圧の値を検出する電圧検出部３０にて電圧を検出された後、目標風量演算部２１に入力される（ステップＳ１０１）。

目標風量演算部２１は、電圧検出部３０にて検出された検出電圧、つまり入力された直流電圧と基準電圧を比較する（ステップＳ１０２）。

なお、基準電圧とは、商用電源１２が提供する基準となる交流電圧を与えたときに、当該交流電圧を直流電圧に変換した場合に得られる直流電圧である。例えば、日本国内における商用交流電圧１００Ｖが与えられた際には、交直変換回路１３によって直流変換され、平滑コンデンサ１４によって平滑化されて得られる直流電圧が基準電圧である。

ここで、検出電圧と基準電圧とが一致する場合、目標風量演算部２１は、基準テーブルを利用して、目標風量Ｑｓを実現するための電流値と回転数の決定を行う（ステップＳ１０２でＹｅｓ→ステップＳ１０３）。

なお、基準テーブルとは、商用電源１２が基準となる交流電圧を供給する場合において、目標風量Ｑｓを実現する運転条件、つまり回転数と電流値の組み合わせを格納したデータ群である。

基準テーブルは、以下の４つの項目Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄを対応付けて記憶した参照用のテーブルである。
（Ａ）決定された目標風量Ｑｓ（例えば弱ノッチに対応する弱風量）。
（Ｂ）基準となる交流電圧（例えば１００Ｖ）。
（Ｃ）基準となる交流電圧が与えられた場合に目標風量Ｑｓを実現するための電流値Ｉ。
（Ｄ）基準となる交流電圧が与えられた場合に目標風量Ｑｓを実現するための回転数ｒ。

なお、基準テーブルは、ファンノッチ設定スイッチ１１ｂによって設定できるノッチ毎に存在する。

目標風量Ｑｓを決定する手順の詳細については後述する。

目標風量演算部２１が、入力された直流電圧と基準電圧を比較した結果、検出電圧と基準電圧とが異なる場合、目標風量演算部２１によって電源電圧推定処理が行われる（ステップＳ１０２でＮｏ→ステップＳ１０４）。なお電源電圧推定処理とは、直流電圧とモータ電流値に基づいて、予めメモリに記憶されているテーブル又は関係式から、商用電源により提供される交流電圧の値を正確に算出する処理である。

交流電源の電源電圧推定の方法について、図４を用いて説明する。

図４は、本発明の実施の形態１における換気装置６の交流電源の推定方法を示すグラフである。図４は、モータ巻線電流（縦軸）と、平滑コンデンサ１４で平滑化された直流電圧の平均値（横軸）の関係を表している。図４の（１）、（２）、（３）はそれぞれ、商用電源１２の交流電圧が９０Ｖ、１００Ｖ、１１０Ｖにおける、モータ巻線電流（Ｙ軸）と平滑コンデンサ１４で平滑化された直流電圧の平均値（Ｘ軸）の関係を直線近似したものである。モータ巻線電流は、電流検出部２０で検出されるモータ運転時の電流値からモータ待機電流を減算することで得られる。モータ巻線電流はモータ８によって異なり、例えば固定値としてメモリに記憶されている。

図４の（１）、（２）、（３）に示すように、商用電源１２の交流電圧が大きくなるにつれて、直流電圧の平均値も大きくなる。そして、ある交流電圧におけるモータ巻線電流と平滑化された直流電圧の平均値の関係は、直線で近似することができ、交流電圧が変化してもその傾きは変わらないものとすることができる。

また、同じモータ巻線電流において、交流電圧を変化させたとき、その変化量に比例して直流電圧の平均値も変化する。

このように、図４に示した近似直線のうち少なくとも２本の近似直線、すなわち、交流電圧に対応したモータ巻線電流と直流電圧の平均値の関係を、例えばメモリに推定テーブルとして２つ以上記憶させておく。ここで、９０Ｖ、１００Ｖ、１１０Ｖを用いた理由としては、日本国内における商用電源の電圧変動は、電気事業法において１０１Ｖ±６Ｖとなっているためである。

以後は、１００Ｖ仕様のモータ巻線電流と直流電圧の平均値の関係式を適用した場合について、例を用いて説明する。

例えば、図４における点Ｍのモータ巻線電流Ｉ_Ｍ、直流電圧の平均値Ｖ_Ｍを検出した場合を示す。モータ巻線電流Ｉ_Ｍは電流検出部２０によって、直流電圧の平均値Ｖ_Ｍは電圧検出部３０によって検出されるのは上述の通りである。

交流電圧推定部３２は、図４に示した、記憶した２つの近似式（１）、（２）を利用して、同じモータ巻線電流Ｉ_Ｍにおける直流電圧の平均値を求める。すなわち、交流電圧９０Ｖにおける点Ｌ（Ｖ_Ｌ，Ｉ_Ｍ）と交流電圧１００Ｖにおける点Ｎ（Ｖ_Ｎ，Ｉ_Ｍ）における直流電圧の平均値Ｖ_Ｌ、Ｖ_Ｎである。

次に、交流電圧は、直流電圧の平均値と比例関係にあるので、この場合の電源電圧Ｖｘについて、
（Ｖｘ−１００）／（Ｖ_Ｎ−Ｖ_Ｍ）＝−（１００−９０）／（Ｖ_Ｎ−Ｖ_Ｌ）
が成り立つ。

従って点Ｍ（Ｖ_Ｍ，Ｉ_Ｍ）における交流電圧Ｖｘは、
Ｖｘ＝１００−（１０×（Ｖ_Ｎ−Ｖ_Ｍ）／（Ｖ_Ｎ−Ｖ_Ｌ））
として求められる（ステップＳ１０４）。

直流電圧の平均値Ｖ_Ｍが直流電圧の平均値Ｖ_Ｌ以下、あるいは、直流電圧の平均値Ｖ_Ｎ以上の場合にも、どれか２本の関係式を用いれば、算出が可能である。すなわち、どのような電圧、例えば、図４の（５）に示すように交流電圧が２００Ｖのような異なる仕向け地の電圧であっても、いずれか２本の直線の関係式から求めることができる。

本実施の形態では、メモリに記憶された２つの推定テーブルを参照して交流電圧を推定する一例を記載したが、予め設定された算出式に基づいて算出してもよい。なお、ここで言うメモリに記憶された２つの推定テーブルとは、１つは例えば図４の（１）に示した、交流電圧が９０Ｖにおけるモータ巻線電流（縦軸）と直流電圧の平均値（横軸）との関係を、数値として対応付けて記憶した推定テーブルを指す。もう１つは図４の（２）に示した、交流電圧が１００Ｖにおけるモータ巻線電流（縦軸）と直流電圧の平均値（横軸）との関係を、数値として対応付けて記憶した推定テーブルを指す。

交流電圧Ｖｘが推定されると、続いて基準テーブルを基に新基準テーブルを生成する（ステップＳ１０５）。なお、新基準テーブルとは、推定した電源電圧Ｖｘが印加された場合における目標風量Ｑｓを実現する運転条件である。つまり、電源電圧Ｖｘと目標風量Ｑｓと回転数と電流値の組み合わせを格納したデータ群であり、テーブルのフォーマットは基準テーブルとほぼ同様である。

新基準テーブルは、以下の４つの項目Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈを対応付けて記憶した、更新可能な参照用のテーブルである。
（Ｅ）決定された目標風量Ｑｓ（例えば弱ノッチに対応する弱風量）。
（Ｆ）推定された交流電圧（基準テーブルに無い電圧、例えば１０５Ｖ）。
（Ｇ）推定された交流電圧が与えられた場合に目標風量Ｑｓを実現するための電流値Ｉ。
（Ｈ）推定された交流電圧が与えられた場合に目標風量Ｑｓを実現するための回転数ｒ。

本実施の形態では、電源電圧が基準と異なる場合には、基準テーブルに替えて新基準テーブルを新たに生成し利用する。例えば、９０Ｖから１００Ｖまでの基準テーブルを０．１Ｖ刻みで記憶した場合、１０１個の基準テーブルが必要になる。これを例えば、９０Ｖから２１０Ｖまで拡張した場合には、１２０１個の基準テーブルが必要になる。このメモリ資源の浪費を削減する技術である。

これにより、例えば適用可能な交流電圧の全てに対応できる多数の基準テーブルをメモリに記憶することなく、交流電圧の変動に対応することができる。

以下、新基準テーブルの生成方法について、図５を用いて説明する。図５は、本発明の実施の形態１における換気装置６の新基準テーブルの生成方法を示すグラフである。

図５の（１）、（２）、（３）は、例えば弱ノッチでの、交流電圧１１０Ｖ、１００Ｖ、９０Ｖ時におけるモータ巻線電流（横軸）と回転数（縦軸）の関係を示している。

グラフ上の点（●）は、基準テーブルとして格納している交流電圧毎の、モータ巻線電流Ｉ_１〜Ｉ_５における回転数をプロットしたものである。さらに、隣接点（●）間を直線で結んで、各電源電圧におけるモータ巻線電流と回転数の関係としている。

つまり、例えば実線５０は、（Ａ）弱ノッチすなわち目標風量Ｑｓと、（Ｂ）基準となる交流電圧すなわち１００Ｖにおいて、（Ｃ）目標風量Ｑｓを実現するための電流値Ｉと、（Ｄ）目標風量Ｑｓを実現するための回転数ｒとの関係を示す、上述した基準テーブル自体である。実線５１も実線５０と同様、基準となる交流電圧１１０Ｖにおける基準テーブルをグラフ化したものである。

なお、交流電圧の差と回転数の差は比例関係にあるものとすることができる。

ここで、電圧検出部３０が検出した電圧が基準となる例えば９０Ｖ、１００Ｖ、１１０Ｖの３つの基準テーブルと異なる場合、そのままでは、推定した交流電圧に最も近い基準テーブルを利用せざるを得ない。しかしながらこのような方法では、目標風量に対して精度よく風量制御を行なうことができない。

よって、目標風量演算部２１は、さらに精度よく推定した電源電圧に対応する新基準テーブルを生成する。

なお、この時点で、ファンノッチ設定スイッチ１１ｂの設定「弱ノッチ」が目標風量演算部２１に入力されているのは、上述したとおりである。目標風量演算部２１は、この情報を基に図５に示す複数の基準テーブルのうちの２つを利用して、弱ノッチかつ推定した電源電圧に対応する新基準テーブルを生成する。

以後は、１００Ｖ仕様の弱ノッチにおける基準テーブルを基に新基準テーブルを生成する場合について、例を用いて説明する。

今、上記の方法で推定した商用電源の電源電圧Ｖｘが１０５Ｖであり、その際に電流検出部２０にて検出したモータ巻線電流をＩｘとする。モータ巻線電流Ｉｘにおける交流電圧１００Ｖ時の回転数ｒｘ_１００は、基準テーブルにて示す（Ｉ４（１００Ｖ）、ｒ４（１００Ｖ））と（Ｉ５（１００Ｖ）、ｒ５（１００Ｖ））を基に比例計算で算出する。同様に交流電源電圧１１０Ｖ時の回転数ｒｘ_１１０は、基準テーブルにて示す（Ｉ４（１１０Ｖ）、ｒ４（１１０Ｖ））と（Ｉ５（１１０Ｖ）、ｒ５（１１０Ｖ））を基に比例計算で算出する。さらに、交流電圧の差と回転数の差は比例関係にあるので、電源電圧１０５Ｖ時の目標回転数をｒｘ_１０５として、
（ｒｘ_１０５−ｒｘ_１００）／（１０５−１００）
＝（ｒｘ_１１０−ｒｘ_１００）／（１１０−１００）
が成り立つ。目標回転数ｒｘ_１０５は、
ｒｘ_１０５＝５×（ｒｘ_１１０−ｒｘ_１００）／１０＋ｒｘ_１００が得られる。

このようにして、弱ノッチかつ推定電圧Ｖｘにおける新基準テーブル、すなわち推定電圧Ｖｘに対応するモータ巻き線電流Ｉｘ（１０５Ｖ）と目標回転数ｒｘ_１０５の組み合わせの１つが算出される。

この処理を例えばモータ巻線電流Ｉ_１〜Ｉ_５について行うことにより、点線５６で示した新基準テーブル、つまり交流電圧である１０５Ｖに対応した新基準テーブル（４）を生成することができる（ステップＳ１０５）。

推定電圧が１１０Ｖ以上、あるいは９０Ｖ以下であっても、記憶した任意の２つの基準テーブルを用いれば、目標の回転数が得られる。すなわち、例えば、図４の（５）に示すように交流電圧が２００Ｖのような異なる仕向け地の電圧であっても、いずれか２つの基準テーブルから例えば２０５Ｖ等の新基準テーブルを生成することができる。

新基準テーブルが生成されると、目標風量演算部２１は、推定した交流電圧と新基準テーブルとを利用して、目標風量Ｑｓを実現するための電流値と回転数の決定を行う（ステップＳ１０６）。

なお、検出電圧が基準電圧１００Ｖであれば、予めメモリに記憶されている基準テーブルの目標回転数と電流値を参照することで、上述の算出を行うことなく、目標風量Ｑｓ_１００を実現するための回転数と電流値を決定することができるのは、前述の通りである（ステップＳ１０３）。

以上が、基準テーブル及び新基準テーブルを用いて、所定のノッチにおける目標風量Ｑｓを実現するための電流値と回転数とを決定する処理である。

続いて、現在の出力風量Ｑｎが定格風量に対して十分小さい場合、シャント抵抗１８に流れる電流が小さく、電流検出部２０では、巻線電流に流れる電流を正確に検出し難くなる。そこで、目標風量Ｑｓが、基準となる所定の風量Ｑａよりも小さい場合には、増幅率変更部２２は、風量演算部２４に入力する電流値を検出するための増幅部１９の増幅率を上げ、すなわち変更する処理を行なう（ステップＳ１０７でＹｅｓ→ステップＳ１０８）。

所定の風量Ｑａは、定格風量に対して十分小さく、増幅率を切り替えて検出しないと電流検出部２０で正確な巻線電流の検出ができなくなるような値である。所定の風量Ｑａは、予め設定し、メモリに記憶しておく。

なお、目標風量Ｑｓが所定の風量Ｑａよりも大きい場合には、増幅率を下げ、すなわち変更する。ただし、目標風量Ｑｓが所定の風量Ｑａと同じ場合であれば増幅率を変更しない（ステップＳ１０７でＮｏ→ステップＳ１０９）。

なお、ここでいう小さい場合とは例えば弱ノッチに対応する弱風量、大きい場合とは強ノッチに対応する強風量、そして同じ場合とは例えば中ノッチに対応する中風量が該当する。所定の風量Ｑａは例えば中ノッチに対応する中風量である。

電流検出部２０では、それぞれのシャント抵抗１８の両端の電位差を検出し、この電位差をもとにモータ８の巻線に流れる巻線電流を相ごとに検出する（ステップＳ１０９）。検出された巻線電流のうち、２相分を回転検出部２５に入力する。詳しくは後述するが、残りの１相分の巻線電流は、風量演算部２４に入力する。回転検出部２５では２相分の巻線電流からモータ８の回転数と位置を算出する（ステップＳ１１０）。

次に、風量演算部２４では、電流検出部２０で検出された１相分の電流値と、回転検出部２５によって検出された回転数から、現在の出力風量Ｑｎを算出する（ステップＳ１１１）。そして、風量演算部２４は、算出された出力風量Ｑｎと、基準テーブルまたは新基準テーブルで決定された目標風量Ｑｓとを比較する。

現在の出力風量Ｑｎが目標風量Ｑｓに対して小さい場合は、風量演算部２４は、速度制御部２３にデューティを大きく出力する指示を行う。出力風量Ｑｎが目標風量Ｑｓに対して大きい場合は、風量演算部２４は速度制御部２３にデューティを小さく出力する指示を行う。

さらに具体的には、風量演算部２４は、現在の出力風量Ｑｎを示す、電流検出部２０で検出された電流値、および、回転検出部２５で検出された回転数と、目標風量演算部２１で決定された目標風量Ｑｓに対応する電流値および回転数との複数の組み合わせの候補とを比較する。風量演算部２４は、例えば回転数を基準として、上述のデューティ変更を行う。つまり、現在の出力風量Ｑｎに対応する回転数が目標風量Ｑｓにおける比較中の回転数に対して大きい場合は、風量演算部２４は、速度制御部２３にデューティを小さく出力する指示を行う。また、現在の出力風量Ｑｎに対応する回転数が目標風量Ｑｓにおける比較中の回転数に対して小さい場合は、風量演算部２４は、速度制御部２３にデューティを大きく出力する指示を行う。

これにより、出力風量Ｑｎと目標風量Ｑｓとの偏差を小さくするように制御することとなる。速度制御部２３は、風量演算部２４の指示に基づいて、インバータ回路１５にデューティを出力する（ステップＳ１１２）。

このような処理を繰り返し、組み合わせ候補の電流値及び回転数と、目標風量Ｑｓの電流値及び回転数とが一致することで、目標風量Ｑｓを達成できたと判断できる。

なお、インバータ回路１５にデューティを出力すると、６個のスイッチング素子を順番に導通させ、センサレスブラシレスＤＣモータからなるモータ８を駆動する。

以上に示した一連の処理ステップＳ１０１〜ステップＳ１１２を１制御周期の間に行い、以降、制御周期ごとに繰り返し実行する。

以上のように構成した換気装置６は、交流電源の電源電圧の変動があった場合においても、変動値を推定してモータ８を制御している。つまり、電源電圧の変動があった場合には、変動に追従してモータ８を制御するため、より正確な風量一定制御を実現することができる。

また、風量を決定する要素である電流と回転数の関係を、変動する可能性のあるすべての電圧範囲に対してメモリに記憶するのではなく、都度計算することで対応している。このため、幅広い電圧範囲に対して同じ処理で対応でき、大量のリソースを消費することなく、製造コストの抑制が可能となる。

また、モータ８に電流を供給するインバータ回路１５の各相の下段と負電位側の間に相ごとにシャント抵抗１８を挿入し、シャント抵抗１８に流れる電流を検出することにより、精度よく巻線電流を検出することができる。

また、本実施の形態では、増幅率変更部２２は、目標風量Ｑｓに対応して増幅率を切り替える構成としたが、電流検出部２０が検出した電流値に基づいて増幅率を切り替えてもよい。

また、本実施の形態では、センサレスブラシレスＤＣモータからなるモータ８を用いて構成している。しかし、増幅率を切り替える増幅率変更部２２は、固定子１６に対する回転子１７の相対的位置を磁気センサの出力を利用して位置検出をしているブラシレスＤＣモータに適用することも可能である。すなわち、シャント抵抗１８をどれか１相に接続し、増幅率変更部２２が、そのシャント抵抗１８の両端の電位差を増幅する増幅部１９の増幅率を切り替えるという構成においても、効果は同じである。

以上のように、本実施の形態の換気装置６は、羽根７と、羽根７を駆動するモータ８と、外部から供給された交流電圧を直流電圧に変換して出力する交直変換回路１３とを備える。また、交直変換回路１３で出力された直流電圧を三相ＰＷＭ方式により交流電圧に変換してモータに印加するインバータ回路１５と、インバータ回路１５に印加される直流電圧を検出する電圧検出部３０とを備える。また、モータ８に流れる電流を検出する電流検出部２０と、電流検出部２０で検出された電流に基づいてモータの回転数と位置を算出する回転検出部２５と、モータ８が送出すべき風量である目標風量を出力する目標風量演算部２１とを備える。また、現在の出力風量と目標風量演算部２１から出力される目標風量とを比較して回転数を指示する風量演算部２４と、風量演算部２４の比較結果に基づいてインバータ回路１５に対してデューティを可変させてモータ８の回転数を制御する速度制御部２３とを備える。また、電圧検出部３０で検出された直流電圧と電流検出部２０で検出された電流に基づいて、交流電圧を推定する交流電圧推定部３２を備える。また、風量演算部２４は、交流電圧推定部３２で推定された交流電圧と目標風量演算部で出力された目標風量とに基づいてモータの回転数を決定する。

これにより、電源電圧の変動があった場合には、変動に追従してモータ８を制御するため、より正確な風量一定制御を実現することができる。

また、交流電圧推定部３２は、第一の直流電圧と、第一の直流電圧が与えられた場合にモータ８の巻き線に流れる電流との関係を数値化して記憶した２つの推定テーブルの１つに相当する第一推定テーブルと、第二の直流電圧と、第二の直流電圧とが与えられた場合にモータ８の巻き線に流れる電流との関係を数値化して記憶した２つの推定テーブルのもう１つに相当する第二推定テーブルと、電圧検出部３０で検出された直流電圧と、電流検出部２０で検出された電流とに基づいて交流電圧を推定してもよい。これにより、メモリ資源の浪費を削減することができる。

また、本実施の形態の換気装置６は、異なる２つの交流電圧に対応する２つの基準テーブルを備えてもよい。また、基準テーブルは、目標風量Ａと、交流電圧Ｂと、交流電圧Ｂが与えられた場合に目標風量Ａを実現するための電流値Ｃと、交流電圧Ｂが与えられた場合に目標風量Ａを実現するための回転数Ｄとを関連付けて記憶してもよい。また、風量演算部２４は、供給された交流電圧が交流電圧Ｂと異なる場合に、２つの基準テーブルと交流電圧推定部３２により推定された交流電圧とに基づいて、推定された交流電圧に対応する新基準テーブルに相当する新たな基準テーブルを生成し、新たな基準テーブルと推定された交流電圧とに基づいてモータ８の回転数を決定してもよい。これにより、電源電圧の変動があった場合には、変動に追従してモータ８を制御するため、より正確な風量一定制御を実現することができる。

（実施の形態２）
ところで、輸出先等のいわゆる仕向地の理由により商用電源の仕様が異なる場合がある。このような場合には、モータ巻線電流と直流電圧の平均値の関係が異なる可能性がある。図６は、本発明の実施の形態２における換気装置６の交流電源の推定仕様セットを複数個持つ場合を示すグラフである。つまり、図６の（１）、（２）、（３）に示した、商用電源１２の基準電圧が１００Ｖである推定仕様セットＡと、図６の（５）、（６）、（７）に示した基準電圧が２００Ｖである推定仕様セットＢである。

基準電圧が大きく異なると、例えば１００Ｖ付近における、モータ巻線電流と直流電圧の平均値との関係を近似した直線である、例えば直線（２）と、２００Ｖ付近における直線（５）との傾きが変わってしまう場合が考えられる。

そのため、商用電源の仕様ごとにモータ巻線電流と直流電圧の平均値の関係式を使い分ける必要がある。

そこで、換気装置の仕向地、すなわち、商用電源の仕様ごとに複数のグループに分割して、図６に示したモータ巻線電流と直流電圧の平均値の関係式を目標風量演算部２１に複数記憶させておく。ここでは、推定仕様セットＡに該当するグループである３つの推定テーブルと、推定仕様セットＢに該当するグループである３つの推定テーブルである。

そして、図２に示したように、制御回路１０に仕様設定スイッチ３１を設けて、仕様設定スイッチ３１によって推定仕様セットを切り替えるようにしても良い。

つまり、目標風量演算部２１が仕様設定スイッチ３１の設定を読み取り、上記仕様セットを切り替える構成とする。

仕様設定スイッチ３１は、制御回路１０の内部に備えられている。製造時あるいは設置時に、メンテナンスを行う者が仕様設定スイッチ３１の切替え操作を行う。目標風量演算部２１は、仕様設定スイッチ３１の切替え状態に応じて、記憶した換気装置の仕向地ごとに予め決められているモータ巻線電流と直流電圧の平均値の関係式、すなわち推定仕様セットを切替える。

例えば、仕様設定スイッチ３１が設定１の場合は１００Ｖ仕様の仕様セットＡ、つまり図６における（１）、（２）、（３）の近似式を使用する。また、仕様設定スイッチ３１が設定２の場合は２００Ｖ仕様の推定仕様セットＢ、つまり図６における（４）、（５）、（６）の近似式を使用する。このように推定仕様セットの切り替えを行う。

なお、仕様設定スイッチ３１の設定を基に目標風量演算部２１が推定仕様セット切替える上記構造の代わりに、目標風量演算部２１が以下のように処理してもよい。

すなわち、目標風量演算部２１は、電圧検出部３０の検出電圧を基に商用電源の仕様を判断し、商用交流電源の仕様ごとに決められている推定仕様セットを設定する。

具体的には、電圧検出部３０が検出した電圧が所定の電圧閾値である１５０Ｖ以下である場合には、推定仕様セットＡを使用して電源電圧を推定する。電圧検出部３０が検出した電圧が所定の電圧閾値である１５０Ｖ以上である場合には、推定仕様セットＢを使用して電源電圧を推定する。

推定方法は、実施の形態１において説明したとおりである。

電源電圧の推定処理と同様に、仕向地などの理由により目標風量の仕様が異なる場合には、上記基準テーブルの値が異なる。

そこで、換気装置の仕向地、すなわち、商用電源の仕様ごとに複数のグループに分割して、図７に示したモータ巻線電流と回転数の関係式を目標風量演算部２１に複数記憶させておく。ここでは、目標風量仕様セットＡに該当するグループである３つの基準テーブルＡと、目標風量仕様セットＢに該当するグループである３つの基準テーブルである。

例えば、仕様設定スイッチ３１が設定１の場合は、１００Ｖ仕様の仕向地における目標風量仕様セットＡ、つまり図７における（１）、（２）、（３）の基準テーブルを使用する。仕様設定スイッチ３１が設定２の場合は、２００Ｖ仕様の仕向地における目標風量仕様セットＢ、つまり図７における（５）、（６）、（７）の基準テーブルを使用するといった切り替えを行う。

なお、仕様設定スイッチ３１の設定を基に基準テーブルを切替える上記構造の代わりに、推定テーブルと同様、以下のように切替えてもよい。

具体的には、電圧検出部３０が検出した電圧が所定の電圧閾値である１５０Ｖ以下である場合には、目標風量仕様セットＡを使用する。つまり、基準テーブルとして図７の（１）、（２）、（３）を使用する。電圧検出部３０が検出した電圧が所定の電圧閾値である１５０Ｖ以上である場合には、目標風量仕様セットＢを使用する。つまり、基準テーブルとして図７の（５）、（６）、（７）を使用する。

新基準テーブルの生成も、切替えられた基準テーブルを利用する。なお、手順は、実施の形態１にて説明したとおりである。

また、モータの仕様によっては、目標風量における基準テーブルが電源電圧に比例して変化する場合がある。あるいは、使用する電流領域、回転数領域によっては、電源電圧に比例するとみなしても良い場合がある。この場合には、基準テーブルを複数使い分ける必要はなく、少なくとも２つの基準テーブルを記憶しておけば算出可能である。

以上のように、本実施の形態の換気装置６は、供給された交流電圧の電源仕様の設定の切換を行う仕様設定スイッチ３１と、電源仕様と電源仕様に対応する少なくとも２つの推定テーブルとを対応付けた複数の推定仕様セットを備えてもよい。また、目標風量演算部２１は、仕様設定スイッチ３１に基づいて、複数の推定仕様セットから使用する推定仕様セットを選択してもよい。これにより、メモリ資源の浪費を削減することができる。

また、換気装置６は、供給された交流電圧の電源仕様と電源仕様に対応する少なくとも２つの推定テーブルとを対応付けた複数の推定仕様セットを備えてもよい。また、目標風量演算部２１は、電圧検出部３０で検出された直流電圧に基づいて、複数の推定仕様セットから使用する推定仕様セットを選択してもよい。これにより、メモリ資源の浪費を削減することができる。

また、換気装置６は、供給された交流電圧の電源仕様の設定の切換を行う仕様設定スイッチ３１と、電源仕様と電源仕様に対応する少なくとも２つの基準テーブルとを対応付けた複数の目標風量仕様セットを備えてもよい。目標風量演算部２１は、仕様設定スイッチ３１に基づいて、複数の目標風量仕様セットから使用する目標風量仕様セットを選択してもよい。これにより、メモリ資源の浪費を削減することができる。

また、換気装置６は、供給された交流電圧の電源仕様と電源仕様に対応する少なくとも２つの基準テーブルとを対応付けた複数の目標風量仕様セットを備えてもよい。また、目標風量演算部２１は、電圧検出部３０で検出された直流電圧に基づいて、複数の目標風量仕様セットから使用する目標風量仕様セットを選択してもよい。これにより、メモリ資源の浪費を削減することができる。

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、一定の風量で動作させる製品において、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換気装置
７羽根
８モータ
９ルーバ
１０制御回路
１０ａ信号線
１１リモコン装置
１１ａ電源入切スイッチ
１１ｂファンノッチ設定スイッチ
１２商用電源
１３交直変換回路
１４平滑コンデンサ
１５インバータ回路
１６固定子
１７回転子
１８シャント抵抗
１９増幅部
２０電流検出部
２１目標風量演算部
２２増幅率変更部
２３速度制御部
２４風量演算部
２５回転検出部
３０電圧検出部
３１仕様設定スイッチ
３２交流電圧推定部

Claims

羽根と、
前記羽根を駆動するモータと、
外部から供給された交流電圧を直流電圧に変換して出力する交直変換回路と、
前記交直変換回路で出力された直流電圧を三相ＰＷＭ方式により交流電圧に変換して前記モータに印加するインバータ回路と、
前記インバータ回路に印加される前記直流電圧を検出する電圧検出部と、
前記モータに流れる電流を検出する電流検出部と、
前記電流検出部で検出された前記電流に基づいて前記モータの回転数と位置を算出する回転検出部と、
前記モータが送出すべき風量である目標風量を出力する目標風量演算部と、
現在の出力風量と前記目標風量演算部から出力される前記目標風量とを比較して回転数を指示する風量演算部と、
前記風量演算部の比較結果に基づいて前記インバータ回路に対してデューティを可変させて前記モータの回転数を制御する速度制御部と、
前記電圧検出部で検出された前記直流電圧と前記電流検出部で検出された前記電流に基づいて、前記交流電圧を推定する交流電圧推定部とを備え、
前記風量演算部は、
前記交流電圧推定部で推定された前記交流電圧と前記目標風量演算部で出力された前記目標風量とに基づいて前記モータの回転数を決定する換気装置。
前記交流電圧推定部は、
第一の直流電圧と、当該第一の直流電圧が与えられた場合に前記モータの巻き線に流れる電流との関係を数値化して記憶した第一推定テーブルと、
第二の直流電圧と、当該第二の直流電圧とが与えられた場合に前記モータの巻き線に流れる電流との関係を数値化して記憶した第二推定テーブルと、
前記電圧検出部で検出された前記直流電圧と、
前記電流検出部で検出された前記電流と
に基づいて前記交流電圧を推定する請求項１に記載の換気装置。
異なる２つの交流電圧に対応する２つの基準テーブルを備え、
前記基準テーブルは、
目標風量Ａと、
交流電圧Ｂと、
前記交流電圧Ｂが与えられた場合に前記目標風量Ａを実現するための電流値Ｃと、
前記交流電圧Ｂが与えられた場合に前記目標風量Ａを実現するための回転数Ｄとを関連付けて記憶し、
前記風量演算部は、
前記供給された交流電圧が前記交流電圧Ｂと異なる場合に、前記２つの基準テーブルと前記交流電圧推定部により推定された交流電圧とに基づいて、前記推定された交流電圧に対応する新たな基準テーブルを生成し、
前記新たな基準テーブルと前記推定された交流電圧とに基づいて前記モータの回転数を決定する請求項１に記載の換気装置。
前記供給された交流電圧の電源仕様の設定の切換を行う仕様設定スイッチと、
前記電源仕様と前記電源仕様に対応する少なくとも２つの推定テーブルとを対応付けた複数の推定仕様セットを備え、
前記目標風量演算部は、
前記仕様設定スイッチに基づいて、前記複数の推定仕様セットから使用する推定仕様セットを選択する請求項２に記載の換気装置。
前記供給された交流電圧の電源仕様と前記電源仕様に対応する少なくとも２つの推定テーブルとを対応付けた複数の推定仕様セットを備え、
前記目標風量演算部は、
前記電圧検出部で検出された直流電圧に基づいて、前記複数の推定仕様セットから使用する推定仕様セットを選択する請求項２に記載の換気装置。
前記供給された交流電圧の電源仕様の設定の切換を行う仕様設定スイッチと、
前記電源仕様と前記電源仕様に対応する少なくとも２つの前記基準テーブルとを対応付けた複数の目標風量仕様セットを備え、
前記目標風量演算部は、
前記仕様設定スイッチに基づいて、前記複数の目標風量仕様セットから使用する目標風量仕様セットを選択する請求項３に記載の換気装置。
前記供給された交流電圧の電源仕様と前記電源仕様に対応する少なくとも２つの前記基準テーブルとを対応付けた複数の目標風量仕様セットを備え、
前記目標風量演算部は、
前記電圧検出部で検出された直流電圧に基づいて、前記複数の目標風量仕様セットから使用する目標風量仕様セットを選択する請求項３に記載の換気装置。