JP6182736B2

JP6182736B2 - Ventilation equipment

Info

Publication number: JP6182736B2
Application number: JP2013181865A
Authority: JP
Inventors: 鄭強上野; 温元伊藤; 列樹中島
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2013-09-03
Filing date: 2013-09-03
Publication date: 2017-08-23
Anticipated expiration: 2033-09-03
Also published as: JP2015048795A

Description

本発明は、空調装置などのインバータ制御を行うファンモータや換気装置などの換気装置の風量制御方法に関するものである。 The present invention relates to an air volume control method for a ventilator such as a fan motor or a ventilator that performs inverter control of an air conditioner or the like.

従来のこの種の送風装置の制御回路は、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は、直流電圧が発生しており、電流検出器を介してインバータへ入力する。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電流は検出される。 A conventional control circuit of this type of blower has the following configuration. First, AC power from an AC power source is converted from AC to DC by an AC / DC converter circuit and smoothed by a capacitor. A DC voltage is generated at both ends of the capacitor and is input to the inverter via the current detector. The six semiconductors constituting the inverter are operated (switched) with each other to drive the motor. Since the current flowing through the motor flows through the inverter and the current detector, the current is detected by the voltage induced at both ends of the current detector.

また、位置センサは、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取りつけられている。位置センサからの信号により回転数検出部では、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と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。 The position sensor is mounted so as to generate a signal corresponding to the position of the rotor due to the rotation of the motor. The rotational speed detection unit detects the rotational speed of the motor based on a signal from the position sensor. The rotation speed detected here is output to the air volume calculation unit and the speed control unit. The air volume calculation unit calculates the air volume generated by the fan connected to the motor from the motor current value detected by the current detection unit and the motor rotation speed detected by the rotation speed detection unit. To do.

風量演算部では、回転数検出部により検出された回転数と電流検出部により検出された電流から風量演算部にて風量を演算し、目標回転数算出部にて演算された演算風量と目標風量との偏差をとり、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を速度制御する。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よう行う構成となっていた（たとえば、下記特許文献１）。 In the air volume calculation unit, the air volume calculation unit calculates the air volume from the rotation speed detected by the rotation speed detection unit and the current detected by the current detection unit, and the calculated air volume and target air volume calculated by the target rotation speed calculation unit. And a target rotational speed that is a target of motor operation is calculated so that the deviation becomes zero. The speed controller controls the speed of the motor so as to achieve the target rotational speed calculated by the air volume calculator. Therefore, since the air volume generated by the fan connected to the motor matches the target air volume, the air volume is controlled to be constant (for example, Patent Document 1 below).

特開２００２−１６５４７７号公報JP 2002-165477 A

このような従来の送風装置は、風量の算出を電流と回転数を用いて行っているが、電流検出部は、インバータ回路の下段を構成するスイッチング素子の負電位側端子を１本にまとめた箇所と回路グランドとの間に接続される構成になっていた。 In such a conventional blower, the air volume is calculated using the current and the rotational speed, but the current detection unit combines the negative potential side terminals of the switching elements constituting the lower stage of the inverter circuit into one. It was configured to be connected between the location and the circuit ground.

このような送風装置における課題としては、モータの電流を電流検出部で測定するが、回路のグランドに接続されているため、モータ電流を３相合成電流でしか検出できず、また、スイッチング素子がドライバ組みになっている場合は、ドライバに必要な電流を検出してしまい正確なモータの相電流が検出できないという課題があった。 As a problem in such a blower, the current of the motor is measured by the current detection unit, but since it is connected to the circuit ground, the motor current can be detected only by the three-phase combined current, and the switching element is In the case of a driver assembly, there is a problem that a current necessary for the driver is detected and an accurate motor phase current cannot be detected.

更に、送風装置を大風量運転する場合は回路に流れる電流が大きい（例えば１．２Ａ）。一方、前述のドライバに必要な電流は約１０ｍＡとその占める割合は小さく、風量に影響しない。しかし、小風量で運転する場合、回路に流れる電流は、小さく（３０ｍＡ程度）なり、ドライバに必要な電流（１０ｍＡ）の占める割合が大きくなる。そのため、検出する電流は実際の風量に対応する電流値に対して大きな誤差を含み、風量に対して精度よく制御できない。 Furthermore, when the air blower is operated with a large air volume, the current flowing through the circuit is large (eg, 1.2 A). On the other hand, the current required for the driver is about 10 mA, which is a small proportion and does not affect the air volume. However, when operating with a small air volume, the current flowing through the circuit is small (about 30 mA), and the ratio of the current (10 mA) necessary for the driver is large. Therefore, the detected current includes a large error with respect to the current value corresponding to the actual air volume, and cannot be accurately controlled with respect to the air volume.

また、直流電源電圧を一定とし、送風装置を小風量で運転する場合、インバータ回路に印加する三相ＰＷＭ方式の電圧が小さく、回路に流れる電流が小さくなるため、実際の風量に対する電流値に対して認識誤差が大きくなり、精度よく制御できない。 In addition, when the DC power supply voltage is fixed and the blower is operated with a small air volume, the three-phase PWM voltage applied to the inverter circuit is small and the current flowing through the circuit is small. Recognition error increases, and control is not possible with high accuracy.

そして、風量が大きい送風装置の場合、騒音の発生を抑えるため、羽根径を大きくして、１回転当たりの風量を増加させ、回転数を高めることなく、所定の風量が出るようにしている。このような羽根径の大きい送風装置を低風量で運転すると、回転数が小さくなる傾向になり。低風量で運転する場合は、回転数差がつきにくくなるため精度よく風量制御することができない。 In the case of an air blower with a large air volume, in order to suppress the generation of noise, the blade diameter is increased to increase the air volume per rotation, and a predetermined air volume is generated without increasing the rotation speed. When such a blower with a large blade diameter is operated with a low air volume, the number of rotations tends to be small. When operating with a low air volume, it is difficult to achieve a difference in the number of revolutions, so the air volume cannot be accurately controlled.

そこで本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、モータに流れる電流を精度よく検出し、回転数を利用せずにモータに印加する電圧の変調率を利用して、目標風量に対して精度よく風量制御を行う。 Therefore, the present invention solves the above-described conventional problems, and accurately detects the current flowing through the motor and uses the modulation rate of the voltage applied to the motor without using the rotational speed to achieve the target air volume. Air flow control with high accuracy.

また、小風量で運転する場合、直流電源電圧を可変させて、モータに印加する電圧を小さくするようにして、モータに印加する電圧の変調率を大きくし、インバータ回路のスイッチング損失を低減させて、モータ・制御回路を合せた総合効率を向上させるように制御を働かせて、消費電力の低減を行える換気装置を提供することを目的とする。 In addition, when operating with a small air volume, the DC power supply voltage is varied to reduce the voltage applied to the motor, thereby increasing the modulation rate of the voltage applied to the motor and reducing the switching loss of the inverter circuit. An object of the present invention is to provide a ventilator capable of reducing power consumption by controlling the motor and control circuit so as to improve overall efficiency.

そしてこの目的を達成するために本発明は、風量を可変できる換気装置であって、前記換気装置内部には、羽根を駆動するモータと、この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、上段と下段からなり、相反するＯＮ／ＯＦＦ動作を行う２つのスイッチング素子を直流電圧に直列に接続して成る三つのアームを三相ブリッジ状に結線し、三相ＰＷＭ方式の電圧を前記モータに印加するインバータ回路と、このインバータ回路に商用電源を整流平滑した後に所望の直流電圧を生成する直流電圧可変手段を具備した電源回路と、このインバータ回路の各相の下段と負電位側の間に相ごとに挿入したシャント抵抗と、このシャント抵抗の端子間電圧を増幅する増幅部と、この増幅部の出力からモータに流れる各相の電流を検出する電流検出部と、この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、前記電流検出部で検出した各相の電流値のうちいずれか１相の電流値と、前記モータに印加する電圧の変調率とを入力し、この電流値・変調率と、目標風量に対応する電流値・変調率とを比較し、変調率を増加減する風量演算部と、前記インバータ回路に対して、モータに印加する電圧の変調率にしたがっ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を備え、前記速度制御部は、前記風量演算部による比較結果に基づいて、前記直流電圧可変手段に対し、出力電圧への変更を指示し、前記直流電圧可変手段は、前記目標風量に対応して前記モータに印加する初期の出力電圧を決定するとともに、前記速度制御部の指示によって、この出力電圧を上げ下げして出力する構成とし、これにより、所期の目的を達成するものである。 In order to achieve this object, the present invention is a ventilator that can vary the air volume, and the ventilator includes a motor that drives the blades and a control circuit that controls the motor, and the control circuit includes Consists of an upper stage and a lower stage, and two switching elements that perform opposite ON / OFF operations are connected in series with a DC voltage to connect three arms in the form of a three-phase bridge, and a three-phase PWM voltage An inverter circuit to be applied to the motor; a power supply circuit having DC voltage variable means for generating a desired DC voltage after rectifying and smoothing a commercial power supply in the inverter circuit; and a lower stage and a negative potential side of each phase of the inverter circuit A shunt resistor inserted for each phase between the amplifier, an amplifier that amplifies the voltage across the terminals of the shunt resistor, and a current of each phase that flows to the motor from the output of the amplifier A current detector, a rotation detector that calculates the rotational speed and position of the motor based on the current detected by the current detector, and the current value of each phase detected by the current detector. Inputs the current value and the modulation rate of the voltage applied to the motor, compares the current value / modulation rate with the current value / modulation rate corresponding to the target air volume, and increases / decreases the modulation rate. And a speed control unit that controls the number of revolutions of the motor by varying a duty according to a modulation rate of a voltage applied to the motor with respect to the inverter circuit, and the speed control unit is compared by the air volume calculation unit. Based on the result, the DC voltage varying means is instructed to change the output voltage, and the DC voltage varying means determines an initial output voltage to be applied to the motor corresponding to the target air volume, Said speed control The instructions, and configured to output by raising or lowering the output voltage, thereby, is to achieve the intended purpose.

また、本発明の換気装置は、制御回路には、前記増幅部の増幅率を変更する増幅率変更手段を備え、この増幅率変更手段は、前記目標風量に基づいて前記風量演算部に入力する電流値を検出するための前記増幅部の増幅率を切り替える構成とし、これにより、所期の目的を達成するものである。 In the ventilator of the present invention, the control circuit includes amplification factor changing means for changing the amplification factor of the amplification unit, and the amplification factor changing unit inputs the air volume calculation unit based on the target air volume. The amplification unit is configured to switch the amplification factor for detecting the current value, thereby achieving the intended purpose.

以上のように本発明は、風量を可変できる換気装置であって、前記換気装置内部には、羽根を駆動するモータと、この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、上段と下段からなり、相反するＯＮ／ＯＦＦ動作を行う２つのスイッチング素子を直流電圧に直列に接続して成る三つのアームを三相ブリッジ状に結線し、三相ＰＷＭ方式の電圧を前記モータに印加するインバータ回路と、このインバータ回路に商用電源を整流平滑した後に所望の直流電圧を生成する直流電圧可変手段を具備した電源回路と、このインバータ回路の各相の下段と負電位側の間に相ごとに挿入したシャント抵抗と、このシャント抵抗の端子間電圧を増幅する増幅部と、この増幅部の出力からモータに流れる各相の電流を検出する電流検出部と、この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、前記電流検出部で検出した各相の電流値のうちいずれか１相の電流値と、前記モータに印加する電圧の変調率とを入力し、この電流値・変調率と、目標風量に対応する電流値・変調率とを比較し、変調率を増加減する風量演算部と、前記インバータ回路に対して、モータに印加する電圧の変調率にしたがっ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を備え、前記速度制御部は、前記風量演算部による比較結果に基づいて、前記直流電圧可変手段に対し、出力電圧への変更を指示し、前記直流電圧可変手段は、前記目標風量に対応して前記モータに印加する初期の出力電圧を決定するとともに、前記速度制御部の指示によって、この出力電圧を上げ下げして出力する構成になっているため、モータの巻線に流れる電流のみを直接検出することが可能となり、さらに目標風量に基づいて、小風量の場合には、直流電圧を小さく可変して、モータの巻線に流れる電流を増加させることにより、風量演算部が認識する電流値を増加させて、認識誤差を少なくすることにより、正確にモータ巻線の電流を検出することが可能になり、換気風量を常に一定に保ち、且つ無駄なエネルギーを低減できるという効果を奏する。 As described above, the present invention is a ventilator that can change the air volume, and the ventilator includes a motor that drives the blades and a control circuit that controls the motor, and the control circuit includes an upper stage. The lower arm is composed of two switching elements that perform opposite ON / OFF operations, connected in series to a DC voltage, and three arms are connected in a three-phase bridge shape to apply a three-phase PWM voltage to the motor. An inverter circuit, a power supply circuit having DC voltage variable means for generating a desired DC voltage after rectifying and smoothing the commercial power supply in the inverter circuit, and a phase between a lower stage and a negative potential side of each phase of the inverter circuit A shunt resistor inserted every time, an amplifier that amplifies the voltage across the terminals of the shunt resistor, a current detector that detects the current of each phase flowing from the output of the amplifier to the motor, and this A rotation detection unit that calculates the rotation speed and position of the motor based on the current detected by the current detection unit, a current value of any one of the current values of each phase detected by the current detection unit, and the motor The current value / modulation rate is compared with the current value / modulation rate corresponding to the target air volume, and the air volume calculation unit for increasing / decreasing the modulation ratio is connected to the inverter circuit. On the other hand, a speed control unit that controls the rotational speed of the motor by varying the duty according to the modulation rate of the voltage applied to the motor, the speed control unit, based on a comparison result by the air volume calculation unit, Instructing the DC voltage varying means to change to the output voltage, the DC voltage varying means determines an initial output voltage to be applied to the motor corresponding to the target air volume, and instructs the speed control unit By Therefore, it is possible to directly detect only the current flowing in the motor winding, and based on the target air volume, the DC voltage can be By detecting the motor winding current accurately by increasing the current flowing through the motor winding by making it variable, increasing the current value recognized by the airflow calculator, and reducing the recognition error. This makes it possible to keep the ventilation airflow constant and reduce the useless energy.

また、羽根径の大きい大風量タイプにおいて、低風量で運転すると、回転数が小さくなる傾向になり、低風量で運転する場合は、回転数差がつきにくくなる。このような場合でも、モータに印加する電圧の変調率の差はつきやすい。このため、回転数を利用せずにモータに印加する電圧の変調率を利用することにより、回転数差が小さい場合においても、モータに印加する電圧の変調率を用いることで、目標風量に対して精度よく風量制御を行なえるという効果を奏する。 In addition, in a large air volume type with a large blade diameter, when operating with a low air volume, the rotational speed tends to be small, and when operating with a low air volume, a difference in rotational speed is less likely to occur. Even in such a case, a difference in the modulation rate of the voltage applied to the motor is likely to occur. For this reason, by using the modulation rate of the voltage applied to the motor without using the rotation speed, even when the rotation speed difference is small, the modulation rate of the voltage applied to the motor is used to achieve the target air volume. The air volume control can be performed with high accuracy.

また、小風量で運転する場合、直流電源電圧を可変させて、モータに印加する電圧を小さくするようにして、モータに印加する電圧の変調率を大きくし、インバータ回路のスイッチング損失を低減させて、モータ・制御回路を合せた総合効率を向上させるように制御を働かせて、消費電力の低減を行えるという効果を奏する。 In addition, when operating with a small air volume, the DC power supply voltage is varied to reduce the voltage applied to the motor, thereby increasing the modulation rate of the voltage applied to the motor and reducing the switching loss of the inverter circuit. The effect is that power can be reduced by controlling the motor and control circuit so as to improve the overall efficiency.

同換気装置を天井に取り付けた状態を示す取り付け図Installation drawing showing the ventilation device installed on the ceiling 同換気装置の制御回路の構成を示したブロック図Block diagram showing the configuration of the control circuit of the ventilator 同換気装置の運転動作を示すフローチャートFlow chart showing operation of the ventilator

本発明の請求項１の換気装置は、風量を可変できる換気装置であって、前記換気装置内部には、羽根を駆動するモータと、この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、上段と下段からなり、相反するＯＮ／ＯＦＦ動作を行う２つのスイッチング素子を直流電圧に直列に接続して成る三つのアームを三相ブリッジ状に結線し、三相ＰＷＭ方式の電圧を前記モータに印加するインバータ回路と、このインバータ回路に商用電源を整流平滑した後に所望の直流電圧を生成する直流電圧可変手段を具備した電源回路と、このインバータ回路の各相の下段と負電位側の間に相ごとに挿入したシャント抵抗と、このシャント抵抗の端子間電圧を増幅する増幅部と、この増幅部の出力からモータに流れる各相の電流を検出する電流検出部と、この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、前記電流検出部で検出した各相の電流値のうちいずれか１相の電流値と、前記モータに印加する電圧の変調率とを入力し、この電流値・変調率と、目標風量に対応する電流値・変調率とを比較し、変調率を増加減する風量演算部と、前記インバータ回路に対して、モータに印加する電圧の変調率にしたがっ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を備え、前記速度制御部は、前記風量演算部による比較結果に基づいて、前記直流電圧可変手段に対し、出力電圧への変更を指示し、前記直流電圧可変手段は、前記目標風量に対応して前記モータに印加する初期の出力電圧を決定するとともに、前記速度制御部の指示によって、この出力電圧を上げ下げして出力するものである。 The ventilator according to claim 1 of the present invention is a ventilator capable of changing the air volume, and includes a motor for driving the blades and a control circuit for controlling the motor inside the ventilator. Is composed of an upper stage and a lower stage, and three switching elements that perform opposite ON / OFF operations are connected in series with a DC voltage in a three-phase bridge configuration, and the three-phase PWM voltage is An inverter circuit to be applied to the motor, a power supply circuit having DC voltage varying means for generating a desired DC voltage after rectifying and smoothing the commercial power supply in the inverter circuit, a lower stage of each phase of the inverter circuit, and a negative potential side A shunt resistor inserted for each phase in between, an amplifying unit for amplifying the voltage across the terminals of the shunt resistor, and a current detecting unit for detecting the current of each phase flowing from the output of the amplifying unit to the motor A rotation detection unit that calculates the rotation speed and position of the motor based on the current detected by the current detection unit, a current value of any one of the current values of each phase detected by the current detection unit, Inputs the modulation rate of the voltage applied to the motor, compares the current value / modulation rate with the current value / modulation rate corresponding to the target air volume, and increases / decreases the modulation rate, and the inverter The circuit includes a speed control unit that controls the number of revolutions of the motor by varying a duty according to a modulation rate of a voltage applied to the motor, and the speed control unit is based on a comparison result by the air volume calculation unit. Instructing the DC voltage variable means to change to the output voltage, the DC voltage variable means determines an initial output voltage to be applied to the motor corresponding to the target air volume, and the speed control unit To the instructions I, and outputs by raising or lowering the output voltage.

これにより、モータの巻線に流れる電流のみを直接検出することが可能となり、さらに目標風量に基づいて、小風量の場合には、直流電圧を小さく可変して、モーターの巻線に流れる電流を増加させることにより、風量演算部が認識する電流値を増加させて、認識誤差を少なくすることにより、正確にモータ巻線の電流を検出することが可能になり、換気風量を常に一定に保つことができる。 As a result, only the current flowing through the motor winding can be directly detected. Further, based on the target air volume, in the case of a small air volume, the DC voltage can be varied to reduce the current flowing through the motor winding. By increasing the current value recognized by the air flow calculation unit and reducing the recognition error, it is possible to accurately detect the current of the motor winding and keep the ventilation air flow constant at all times. Can do.

また、羽根径の大きい大風量タイプにおいて、回転数を利用せずにモータに印加する電圧の変調率を利用することにより、回転数差が小さい場合においても、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る。 For large air volume types with large blade diameters, by using the modulation rate of the voltage applied to the motor without using the rotation speed, even when the rotation speed difference is small, the air volume control can be performed accurately with respect to the target air volume. Can be performed.

また、小風量で運転する場合、直流電源電圧を可変させて、モータに印加する電圧を小さくするようにして、モータに印加する電圧の変調率を大きくし、インバータ回路のスイッチング損失を低減させて、モータ・制御回路を合せた総合効率を向上させるように制御を働かせて、消費電力の低減を行なうことができる。 In addition, when operating with a small air volume, the DC power supply voltage is varied to reduce the voltage applied to the motor, thereby increasing the modulation rate of the voltage applied to the motor and reducing the switching loss of the inverter circuit. It is possible to reduce power consumption by controlling the motor and control circuit so as to improve the overall efficiency.

また、制御回路には、前記増幅部の増幅率を変更する増幅率変更手段を備え、この増幅率変更手段は、前記目標風量に基づいて前記風量演算部に入力する電流値を検出するための前記増幅部の増幅率を切り替える構成を有している。 In addition, the control circuit includes an amplification factor changing unit that changes the amplification factor of the amplification unit, and the amplification factor changing unit is configured to detect a current value input to the air volume calculation unit based on the target air volume. The amplification unit has a configuration for switching the amplification factor.

これにより、目標風量に応じて増幅変更手段の大きさを変更し、モータの巻線に流れる電流を正確に検出することが可能になり、目標風量が小さい場合においても換気風量を常に一定に保つことができる。 This makes it possible to change the size of the amplification changing means according to the target air volume, accurately detect the current flowing in the motor winding, and keep the ventilation air volume constant even when the target air volume is small. be able to.

また、前記制御回路には、前記増幅部の増幅率を変更する増幅率変更手段を備え、この増幅率変更手段は、前記電流検出部が検出する電流に基づいて、前記風量演算部に入力する電流値を検出するための前記増幅部の増幅率を切り替える構成としてもよい。 The control circuit includes an amplification factor changing unit that changes the amplification factor of the amplification unit, and the amplification factor changing unit inputs the current amount to the air volume calculation unit based on the current detected by the current detection unit. It is good also as a structure which switches the gain of the said amplification part for detecting an electric current value.

これにより、電流検出部が検出する電流に応じて増幅変更手段の大きさを変更し、モータの巻線に流れる電流を正確に検出することが可能になり、目標風量が小さい場合においても換気風量を常に一定に保つことができる。 As a result, the size of the amplification changing means can be changed according to the current detected by the current detection unit, and the current flowing in the motor winding can be accurately detected. Even when the target air volume is small, the ventilation air volume is small. Can always be kept constant.

以下、本発明の一実施形態を、添付の図面を用いて説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

（実施の形態１）
本発明の換気装置の一実施の形態として、建物内の天井に設けられた換気装置によって説明する。 (Embodiment 1)
As an embodiment of the ventilator of the present invention, a ventilator provided on a ceiling in a building will be described.

本実施の形態の換気装置は、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い、低風量から大風量まで一つの換気装置でまかなうものである。 The ventilator according to the present embodiment takes advantage of the characteristics of the DC motor, performs control from a low speed to a high speed, and covers a single air ventilator from a low air volume to a large air volume.

図１に示すように、本実施の形態の換気装置は、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を有している。本体３の側面にはアダプタ４が設けられ、排気ダクト５を通して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を回転させるセンサレスブラシレスＤＣモータ８を備え、吸込口３ａには、この吸込口３ａを覆うルーバ９を備える。このルーバ９は室内の空気が通過する通気口を有している。また、センサレスブラシレスＤＣモータ８を駆動する制御回路１０は、換気装置の本体３の内部に配置されている。そして、リモコン装置１１（電源入／切スイッチ１１ａ、ファンノッチ設定スイッチ１１ｂを一体にして構成したスイッチ）は室内の壁に配置され、制御回路１０と接続されている。 As shown in FIG. 1, the ventilator of the present embodiment is installed in the ceiling 2 of the room 1 and has a suction port 3 a below the main body 3. An adapter 4 is provided on the side surface of the main body 3 and is connected to an exhaust port (not shown) provided on an outer wall or the like through an exhaust duct 5. Inside the main body 3, a blade 7 and a sensorless brushless DC motor 8 that rotates the blade 7 are provided, and a suction port 3a is provided with a louver 9 that covers the suction port 3a. The louver 9 has a vent through which indoor air passes. A control circuit 10 for driving the sensorless brushless DC motor 8 is disposed inside the main body 3 of the ventilation device. A remote control device 11 (a switch formed by integrating a power on / off switch 11a and a fan notch setting switch 11b) is disposed on an indoor wall and connected to the control circuit 10.

図２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２において、商用電源１２から供給される交流電圧は、交直変換回路１３にて直流変換した後、直流電圧可変手段１４で所望の直流電圧を生成する。生成された直流電圧を平滑コンデンサ１６にて平滑化し、インバータ回路１７に印加する。インバータ回路１７は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８を駆動している。センサレスブラシレスＤＣモータ８は巻線を巻装した固定子１８と磁石を備えた回転子１９からなる。 FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the control circuit 10 of the main body 3 of the ventilation device. In FIG. 2, the AC voltage supplied from the commercial power supply 12 is DC converted by the AC / DC conversion circuit 13, and then a desired DC voltage is generated by the DC voltage varying means 14. The generated DC voltage is smoothed by the smoothing capacitor 16 and applied to the inverter circuit 17. The inverter circuit 17 sequentially connects the six switching elements to drive the sensorless brushless DC motor 8. The sensorless brushless DC motor 8 includes a stator 18 around which a winding is wound and a rotor 19 having a magnet.

また、インバータ回路１７の各相の下段と負電位側の間には、相ごとにシャント抵抗２０が挿入されている。このシャント抵抗２０に流れる電流により発生するシャント抵抗２０の両端の電位差を増幅部２１で増幅する。この増幅部２１の出力から、電流検出部２２は、センサレスブラシレスＤＣモータ８に流れる各相の電流を検出する。回転検出部２７は、この電流検出部２２で検出された電流に基づいてセンサレスブラシレスＤＣモータ８の回転数と位置を算出する。 A shunt resistor 20 is inserted for each phase between the lower stage of each phase of the inverter circuit 17 and the negative potential side. The amplifying unit 21 amplifies the potential difference between both ends of the shunt resistor 20 generated by the current flowing through the shunt resistor 20. From the output of the amplification unit 21, the current detection unit 22 detects the current of each phase flowing through the sensorless brushless DC motor 8. The rotation detector 27 calculates the rotation speed and position of the sensorless brushless DC motor 8 based on the current detected by the current detector 22.

風量演算部２６は、後述する目標風量Ｑｓに対して、電流検出部２２で検出された電流と、モータに印加する電圧の変調率に基づいて算出した風量に対して比較し、高いか低いかを判断する。 The air volume calculation unit 26 compares the current detected by the current detection unit 22 with the air volume calculated based on the modulation rate of the voltage applied to the motor with respect to the target air volume Qs described later. Judging.

目標風量演算部２３は、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を算出し、この目標風量Ｑｓを風量演算部２６に対して指示する。 The target air volume calculator 23 calculates a target air volume Qs corresponding to the setting of the fan notch setting switch 11b, and instructs the air volume calculator 26 of this target air volume Qs.

増幅率変更手段２４は、目標風量演算部２３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２１の増幅率を変更する。 The amplification factor changing means 24 receives the target air volume Qs calculated by the target air volume calculator 23 and changes the amplification factor of the amplifying unit 21 of a predetermined phase according to the magnitude of the target air volume Qs.

速度制御部２５は、風量演算部２６による比較結果に基づいて、直流電圧可変手段１４に対し、出力電圧への変更を指示するとともに、インバータ回路１７に対してモータに印加する電圧の変調率にしたがってデューティを出力し、センサレスブラシレスＤＣモータ８の回転数を可変する。 The speed control unit 25 instructs the DC voltage varying unit 14 to change to the output voltage based on the comparison result by the air volume calculation unit 26 and sets the modulation rate of the voltage applied to the motor to the inverter circuit 17. Therefore, the duty is output and the rotational speed of the sensorless brushless DC motor 8 is varied.

直流電圧可変手段１４は、目標風量演算部２３が算出した目標風量Ｑｓを入力し、この目標風量Ｑｓに対応して、インバータ回路１７に印加する初期の出力電圧を決定する。そして、直流電圧可変手段１４は、速度制御部２５の指示によって、出力電圧の上げ下げを行なう。 The DC voltage varying means 14 receives the target air volume Qs calculated by the target air volume calculator 23 and determines an initial output voltage to be applied to the inverter circuit 17 corresponding to the target air volume Qs. Then, the DC voltage varying means 14 raises and lowers the output voltage according to instructions from the speed control unit 25.

そして、センサレスブラシレスＤＣモータ８は、回転数を可変させて必要な風量を出力する。 The sensorless brushless DC motor 8 outputs the necessary air volume by changing the rotation speed.

以下、図３を用いて、本実施の形態の換気装置の動作を説明する。 Hereinafter, the operation of the ventilation device of the present embodiment will be described with reference to FIG.

使用者が、換気装置を運転するためにリモコン装置１１を操作して換気装置の本体３に電源を投入し、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。そうすると、制御回路１０に電源が印加されるとともに、目標風量演算部２３がファンノッチ設定スイッチ１１ｂの設定に従って風量演算部２６に対して目標風量Ｑｓを指示する。増幅率変更手段２４は、目標風量Ｑｓが決定されると、目標風量Ｑｓに従って３相のうちいずれか１相の増幅率を変更する。速度制御部２５は、風量演算部２６による比較結果に基づいて、直流電圧可変手段１４に対し、出力電圧への変更を指示するとともに、インバータ回路１７に対してデューティを出力する。また、目標風量演算部２３で決定された目標風量Ｑｓは、直流電圧可変手段１４に送られる。直流電圧可変手段１４は、目標風量Ｑｓをもとに初期の出力電圧を決定し、インバータ回路１７に出力する。この初期の出力電圧とは、電源投入時だけでなく、ファンノッチ設定スイッチ１１ｂで設定を変更されたときに見直される構成としてもよい。 A user operates the remote controller 11 to operate the ventilator to turn on the main body 3 of the ventilator, and sets the fan notch setting switch 11b to, for example, a weak notch. Then, power is applied to the control circuit 10, and the target air volume calculating unit 23 instructs the air volume calculating unit 26 according to the setting of the fan notch setting switch 11b. When the target air volume Qs is determined, the amplification factor changing unit 24 changes the amplification factor of any one of the three phases according to the target air volume Qs. The speed control unit 25 instructs the DC voltage varying means 14 to change to the output voltage and outputs a duty to the inverter circuit 17 based on the comparison result by the air volume calculation unit 26. Further, the target air volume Qs determined by the target air volume calculator 23 is sent to the DC voltage varying means 14. The DC voltage varying means 14 determines an initial output voltage based on the target air volume Qs and outputs it to the inverter circuit 17. The initial output voltage may be reviewed not only when the power is turned on, but also when the setting is changed by the fan notch setting switch 11b.

インバータ回路１７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８を駆動する。センサレスブラシレスＤＣモータ８が駆動するとシャント抵抗２０に電流が流れる。増幅部２１は、各シャント抵抗２０の両端の電位差を増幅する。電流検出部２２では、増幅した各シャント抵抗２０の両端の電位差を検出し、この電位差をもとにモータ巻線に流れる電流（巻線電流）を相ごとに検出する。検出された巻線電流のうち、２相分を回転検出部２７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２６に入力する。回転検出部２７では２相分の巻線電流からセンサレスブラシレスＤＣモータ８の回転数と位置を算出する。 When the duty is output to the inverter circuit 17, the six switching elements are sequentially turned on to drive the sensorless brushless DC motor 8. When the sensorless brushless DC motor 8 is driven, a current flows through the shunt resistor 20. The amplifying unit 21 amplifies the potential difference between both ends of each shunt resistor 20. The current detector 22 detects a potential difference between both ends of each amplified shunt resistor 20, and detects a current (winding current) flowing through the motor winding for each phase based on the potential difference. Two phases of the detected winding current are input to the rotation detector 27. As will be described in detail later, the remaining winding current for one phase is input to the air volume calculation unit 26. The rotation detector 27 calculates the rotation speed and position of the sensorless brushless DC motor 8 from the winding currents for two phases.

次に、風量演算部２６では、電流検出部２２で検出された１相分の電流値とモータに印加する電圧の変調率から現在の出力風量Ｑｎを算出する。具体的には、たとえば、目標風量Ｑｓにおけるモータに印加する電圧の変調率とモータ電流の関係をあらかじめ記憶しておき、この関係に基づいて、現在の出力風量Ｑｎを逆算する。すなわち、モータに印加している電圧の変調率対して、目標風量Ｑｓである時のモータ電流（規定モータ電流）を求める。この求められた規定モータ電流値と電流検出部２２で検出された１相分の電流値と比較し、規定モータ電流値の方が小さければ目標風量Ｑｓに対して出力風量Ｑｎが大きい（過多）と判断する。一方、規定モータ電流値の方が大きければ目標風量Ｑｓに対して出力風量Ｑｎが小さい（不足）と判断する。また、規定モータ電流値と電流検出部２２で検出された１相分の電流値が等しければ、出力風量Ｑｎは目標風量Ｑｓと等しいと算出する。 Next, the air volume calculator 26 calculates the current output air volume Qn from the current value for one phase detected by the current detector 22 and the modulation rate of the voltage applied to the motor. Specifically, for example, the relationship between the modulation rate of the voltage applied to the motor at the target air volume Qs and the motor current is stored in advance, and the current output air volume Qn is calculated backward based on this relationship. That is, the motor current (specified motor current) at the target air volume Qs is obtained with respect to the modulation rate of the voltage applied to the motor. The obtained specified motor current value is compared with the current value for one phase detected by the current detector 22, and if the specified motor current value is smaller, the output air volume Qn is larger than the target air volume Qs (too much). Judge. On the other hand, if the specified motor current value is larger, it is determined that the output air volume Qn is smaller (insufficient) than the target air volume Qs. If the specified motor current value is equal to the current value for one phase detected by the current detector 22, the output air volume Qn is calculated to be equal to the target air volume Qs.

そして、速度制御部２５は、変調率が所定の範囲内になるように、直流電圧可変手段１４に対して、出力電圧の変更の指示、または、インバータ回路１７の変調率の変更を行う。ここで、インバータ回路のスイッチング損失を低減させて、モータ・制御回路を合せた総合効率を向上させるように、変調率の所定の範囲として７０〜９０％の範囲になるようにする。 Then, the speed control unit 25 instructs the DC voltage variable unit 14 to change the output voltage or changes the modulation rate of the inverter circuit 17 so that the modulation rate falls within a predetermined range. Here, the predetermined range of the modulation rate is set to a range of 70 to 90% so as to reduce the switching loss of the inverter circuit and improve the total efficiency of the motor and the control circuit.

より詳しくは、速度制御部２５では、出力風量Ｑｎが目標風量Ｑｓに対して小さい場合、変調率を増大させる処理を行なう。しかし。変調率が上限値まで上げられた場合には、直流電圧可変手段１４に対して、出力電圧を大きくする指示を行う。 More specifically, the speed control unit 25 performs a process of increasing the modulation rate when the output air volume Qn is smaller than the target air volume Qs. However. When the modulation rate is increased to the upper limit value, the DC voltage varying unit 14 is instructed to increase the output voltage.

逆に、出力風量Ｑｎが目標風量Ｑｓに対して大きい場合は、変調率を減少させる処理を行なう。しかし、変調率が下限値まで下げられた場合には、直流電圧可変手段１４に対して、出力電圧を小さくする指示を行う。 On the other hand, when the output air volume Qn is larger than the target air volume Qs, a process for reducing the modulation rate is performed. However, when the modulation factor is lowered to the lower limit value, the DC voltage varying unit 14 is instructed to reduce the output voltage.

また、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２０に流れる電流が小さく、電流検出部２２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が所定の風量Ｑａよりも小さい場合には、増幅率変更手段２４は、風量演算部２６に入力する電流値を検出するための増幅部２１の増幅率を上げる処理を行なう。所定の風量Ｑａは、予め記憶された風量の値である。この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２２で正確な巻線電流の検出ができなくなるような値を設定しておく。 Further, when the output air volume Qn is sufficiently small with respect to the rated air volume, the current flowing through the shunt resistor 20 is small, and the current detector 22 is difficult to accurately detect the current flowing through the winding current. Therefore, when the target air volume Qs is smaller than the predetermined air volume Qa, the amplification factor changing means 24 performs a process of increasing the amplification factor of the amplifier 21 for detecting the current value input to the air volume calculator 26. The predetermined air volume Qa is an air volume value stored in advance. This Qa is set to a value that is sufficiently small with respect to the rated air volume and that the current detector 22 cannot accurately detect the winding current unless the amplification factor is switched and detected.

以上のように構成した換気装置は、センサレスブラシレスＤＣモータ８に流れる電流をインバータ回路１７の各相の下段と負電位側の間に相ごとにシャント抵抗２０を挿入し、シャント抵抗２０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、各相のうちいずれか１相の増幅率を増幅率変更手段２４で変更することで巻線電流を正確に検出することができる。従って、ＤＣモータの特徴を生かした小さい風量から大きい風量までの換気を一つの本体でできる。 In the ventilator configured as described above, the current flowing through the sensorless brushless DC motor 8 has a shunt resistor 20 inserted between the lower stage and the negative potential side of each phase of the inverter circuit 17, and the current flowing through the shunt resistor 20. The winding current can be detected with high accuracy by detecting. Further, the winding current can be accurately detected by changing the amplification factor of any one of the phases by the amplification factor changing means 24. Accordingly, ventilation from a small air volume to a large air volume utilizing the characteristics of the DC motor can be performed with one main body.

また、本実施の形態では、増幅率変更手段２４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２２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。 In the present embodiment, the amplification factor changing means 24 is configured to switch the amplification factor corresponding to the target air volume Qs. However, the amplification factor may be switched based on the current value detected by the current detection unit 22. .

また、本実施の形態では、センサレスブラシレスＤＣモータ８を用いて構成したが、増幅率を切り替える増幅率変更手段２４は、固定子１８に対する回転子１９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２０をどれか１相に接続し、増幅率変更手段２４は、そのシャント抵抗２０の両端の電位差を増幅する増幅部２１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。 In this embodiment, the sensorless brushless DC motor 8 is used. However, the amplification factor changing means 24 for switching the amplification factor uses the output of the magnetic sensor to determine the relative position of the rotor 19 with respect to the stator 18. It is also possible to apply to a brushless DC motor that detects the position. That is, the effect is the same in the configuration in which the shunt resistor 20 is connected to any one phase and the amplification factor changing unit 24 switches the amplification factor of the amplification unit 21 that amplifies the potential difference between both ends of the shunt resistor 20.

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。 The ventilation device attached to a building according to the present invention is widely useful in products that can obtain an air volume within a predetermined time regardless of duct resistance and external wind pressure.

１室内
２天井裏
３本体
４アダプタ
５排気ダクト
７羽根
８センサレスブラシレスＤＣモータ
９ルーバ
１０制御回路
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直流電圧可変手段
１５電源回路
１６平滑コンデンサ
１７インバータ回路
１８固定子
１９回転子
２０シャント抵抗
２１増幅部
２２電流検出部
２３目標風量演算部
２４増幅率変更手段
２５速度制御部
２６風量演算部
２７回転検出部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Indoor 2 Ceiling back 3 Main body 4 Adapter 5 Exhaust duct 7 Blade 8 Sensorless brushless DC motor 9 Louver 10 Control circuit 11 Remote control device 11a Power on / off switch 11b Fan notch setting switch 12 Commercial power supply 13 AC / DC conversion circuit 14 DC voltage variable means DESCRIPTION OF SYMBOLS 15 Power supply circuit 16 Smoothing capacitor 17 Inverter circuit 18 Stator 19 Rotor 20 Shunt resistance 21 Amplification part 22 Current detection part 23 Target air volume calculation part 24 Amplification rate change means 25 Speed control part 26 Air volume calculation part 27 Rotation detection part

Claims

A ventilation device with variable air volume,
Inside the ventilator,
A motor for driving the blades;
A control circuit for controlling this motor is provided,
In the control circuit,
Three arms consisting of an upper stage and a lower stage and two switching elements that perform opposite ON / OFF operations connected in series to a DC voltage are connected in a three-phase bridge shape, and a three-phase PWM voltage is applied to the motor. An inverter circuit to be applied;
A power supply circuit comprising a DC voltage variable means for generating a desired DC voltage after rectifying and smoothing a commercial power supply in the inverter circuit;
A shunt resistor inserted for each phase between the lower stage of each phase of the inverter circuit and the negative potential side;
An amplifier for amplifying the voltage across the terminals of the shunt resistor;
A current detector for detecting the current of each phase flowing from the output of the amplifier to the motor;
A rotation detector that calculates the rotational speed and position of the motor based on the current detected by the current detector;
One of the current values of each phase detected by the current detection unit and the modulation rate of the voltage applied to the motor are input, and this current value / modulation rate and the target air volume are handled. An air volume calculation unit that compares the current value and the modulation rate and increases or decreases the modulation rate,
The inverter circuit includes a speed control unit that controls the number of revolutions of the motor by varying the duty according to a modulation rate of a voltage applied to the motor,
The speed control unit instructs the DC voltage variable means to change to the output voltage based on the comparison result by the air volume calculation unit,
The direct-current voltage varying means determines an initial output voltage to be applied to the motor corresponding to the target air volume, and increases and decreases the output voltage according to an instruction from the speed control unit to output the ventilator.

The control circuit includes amplification factor changing means for changing the amplification factor of the amplification unit,
The ventilation device according to claim 1, wherein the amplification factor changing means switches the amplification factor of the amplification unit for detecting a current value input to the air volume calculation unit based on the target air volume.

The control circuit includes amplification factor changing means for changing the amplification factor of the amplification unit,
The ventilation device according to claim 1, wherein the amplification factor changing means switches the amplification factor of the amplification unit for detecting a current value input to the air volume calculation unit based on a current detected by the current detection unit.