JP3514021B2 - モータ制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本願発明は、入力側と出力側
とは電気的に分離して信号を伝送するアイソレート回路
及びそれを用いたモータ制御装置に関し、特にファン等
の制御に用いるモータ制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来アイソレート回路としては、ホトカ
プラ等を用いてホトカプラのホトダイオード側に信号を
入力し、ホトトランジスタ側から信号を出力するように
して、ホトカプラにより電気的に遮断しながら信号の伝
送を行うようにしたものが知られている。

【０００３】また従来のファン等の制御に用いるモータ
制御装置として、例えば特開平４−３６５０８号公報に
記載されているように、送風流路に風速センサなどを設
置し、この風速センサなどからの検知信号に応じてファ
ンモータの回転数を制御するように構成されたものもあ
った。

【０００４】またこのようなファンモータを制御する従
来のモータ制御装置では、可変電圧スイッチング電源を
用いることが多かった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来このようなアイソ
レート回路があるものの一般にホトカプラ等の光伝達手
段は光の伝導率が経年変化によって変動するため、電流
検出が精度良く行えないという問題が生じていた。電流
値が同じでも経年変化により光の伝導率が変動し、結局
検出値も変動してしまっていた。

【０００６】そのために、例えばモータの電流量を検出
してその値によりモータの回転制御を行う制御装置にお
いてはアイソレート回路を使用し難いという問題を有し
ていた。

【０００７】また、ところで可変電圧スイッチング電源
を用いた場合、可変電圧スイッチング電源は高価であ
り、しかも大型かつ大重量であって、装置全体の低コス
ト化および軽量コンパクト化の妨げとなっていた。

【０００８】この問題を解決するために、交流電力を整
流および平滑して得られる直流電力をスイッチングして
モータに駆動電力として供給することによりモータを回
転させる、いわゆるＰＷＭ方式のモータ駆動ＩＣを用い
ることが考えられる。

【０００９】しかしこの場合、交流電力を整流および平
滑して得られる直流電力をモータ駆動ＩＣに供給するの
で、交流電力として一般に用いられる商用電源の電圧変
動が大きく、そのため、モータ駆動ＩＣに流入する電流
を検出しても、モータに流れる電流を正確に知ることが
できず、この結果、モータをファンモータとして用いた
場合、ファンが設置された送風流路抵抗を正確に演算す
ることができない。

【００１０】すなわち、モータの回転数と、モータを流
れる電流と、送風流路の流路抵抗とは相互に一定の関係
があるので、モータの回転数とモータを流れる電流とを
検出すれば、流路抵抗を演算できるのであるが、ＰＷＭ
方式では、モータの回転数と流路抵抗とが変化しなくて
も、交流電圧の変動によりモータ駆動ＩＣに流入する電
流が変化してしまい、モータ駆動ＩＣに流入する電流を
検出しても、流路抵抗を演算できないのである。

【００１１】本願発明は上記の点に鑑みて提案されたも
ので、電源を低コスト化および軽量コンパクト化でき、
しかも正確にモータを流れる電流を把握でき、したがっ
て流路抵抗を正確に判別可能なモータ制御装置を提供す
ることを、その目的としている。

【００１２】更に本願発明は、風速センサなどの風量検
知手段を送風流路に設置することなく、送風流路の流路
抵抗に応じた適切なモータ回転数を常に維持できるモー
タ制御装置を提供ことをその目的とする。

【００１３】更に、本願発明ではこのようなモータ制御
装置において利用でき、経年変化の変動を極力低減しつ
つモータの電流を検出伝達することを実現したアイソレ
ート回路の提供を目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１記載の発明は、モータに流れる電流を検出
してその検出電流に基づいてモータを制御するモータ制
御装置において、モータに流れる電流を電圧に変換する
電圧変換手段と、特性を共通とする第１のホトカプラ及
び第２のホトカプラと、前記電圧変換手段の出力を反転
入力端子に入力し、出力を前記第１のホトカプラの発光
側と前記第２のホトカプラの発光側とを直列に接続する
ようにしたオペアンプと、前記第１のホトカプラの受光
側を前記オペアンプの非反転入力端子側と接続する帰還
手段と、前記第２のホトカプラの受光側から出力を取り
出す出力回路と、を具備したことを特徴とする。

【００１５】

【００１６】

【００１７】請求項１記載の発明によれば、モータの電
流に対して出力信号をアイソレートして出力し検出す
る。そして、その経年変化による影響を低減した状態で
出力する。

【００１８】請求項２記載の発明は、送風流路に配置さ
れた送風用のファンを回転させるファンモータに電源を
供給してファンモータを回転させるモータ制御装置にお
いて、交流電力を整流および平滑して直流電力を出力す
る整流平滑手段と、制御パルスに基づいて前記整流平滑
手段からの直流電力をスイッチングして前記ファンモー
タに駆動電力として供給する電力制御手段と、前記ファ
ンモータの回転数を検出する回転数検出手段と、前記整
流平滑手段の出力電流を電圧に変換する電圧変換手段
と、特性を共通とする第１のホトカプラ及び第２のホト
カプラと、前記電圧変換手段の出力を反転入力端子に入
力し、出力を前記第１のホトカプラのホトダイオードと
前記第２のホトカプラのホトダイオードとを直列に接続
するようにしたオペアンプと、前記第１のホトカプラの
ホトトランジスタを前記オペアンプの非反転入力端子側
と接続する帰還手段と、前記第２のホトカプラのホトト
ランジスタ側から出力として取り出す電流検出手段と、
回転数指令信号と前記回転数検出手段により検出された
回転数とに基づいて、前記ファンモータの回転数が指令
回転数になるように前記制御パルスのデューティー比を
制御するデューティー比制御手段と、前記電流検出手段
により検出された出力電流と前記デューティー比制御手
段により制御されたデューティー比に関する情報とに基
づいて、前記ファンモータを流れる電流を演算する電流
演算手段と、前記電流演算手段により演算された電流と
前記回転数検出手段により検出された回転数とに基づい
て前記送風流路の流路抵抗を判別する流路抵抗判別手段
とを備えたことを特徴とする。

【００１９】請求項２記載の発明によれば、ファンモー
タの電流に対してアイソレートして検出出力し、その出
力を基にファンの流路抵抗を判別する。また、その際に
モータにかかる電圧の変動も考慮し、正確な流路抵抗を
判別する。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本願発明の好ましい実施の
形態を、図面を参照しつつ具体的に説明する。

【００２１】図１は、本願発明のモータ制御装置を備え
た給湯装置の概略構成図であって、給湯装置のケーシン
グ１の内部には、バーナ２と熱交換器３とが配置されて
いる。ケーシング１の下側に連続するファンケース４の
内部には、ファンモータ５により駆動されるシロッコフ
ァン６が設置されており、ケーシング１の上部には、排
気口７が形成されている。

【００２２】バーナ２には、ガスあるいは石油などの燃
料を供給するための燃料供給管８が接続されており、熱
交換器３には、水を供給するための給水管１０が接続さ
れている。燃料供給管８および給水管１０にはバルブ１
１、１２が介装されており、これらバルブ１１、１２は
給湯制御部１３により制御される。

【００２３】モータ制御装置は、例えば交流１００ボル
トの商用電源１５からの交流電力を整流および平滑して
直流電力を出力する整流平滑手段１６と、制御パルスに
基づいて整流平滑手段１６からの直流電力をスイッチン
グしてファンモータ５に駆動電力として供給する電力制
御手段１７と、ファンモータ５の回転数を検出する回転
数検出手段１８と、整流平滑手段１６の出力電流を検出
する電流検出手段１９と、回転数指令信号と回転数検出
手段１８により検出された回転数とファンモータ５を流
れる電流とに基づいて、ファンモータ５の回転数が指令
回転数になるように制御パルスのデューティー比を制御
するデューティー比制御手段２０と、電流検出手段１９
により検出された出力電流とデューティー比制御手段２
０により制御されたデューティー比に関する情報とに基
づいて、ファンモータ５を流れる電流を演算する電流演
算手段２１と、バーナ２の燃焼料に基づいて最適送風量
を判別する最適送風量判別手段２２と、電流演算手段２
１により演算された電流と回転数検出手段１８により検
出された回転数とに基づいてファンケース４やケーシン
グ１により構成される送風流路の流路抵抗を判別する流
路抵抗判別手段２３と、最適送風量判別手段２２により
判別された最適送風量と流路抵抗判別手段２３により判
別された流路抵抗とに基づいてファンモータ５の最適回
転数を判別し、ファンモータ５の回転数が最適回転数と
なるようにデューティー比制御手段２０に回転数指令信
号を供給する最適回転数判別手段２４と、流路抵抗判別
手段２３により判別された流路抵抗に基づいて燃焼の異
常を判別する異常判別手段２５と、異常判別手段２５に
より燃焼の異常と判別されたときに給湯制御部１３に停
止信号を出力してバーナ２の燃焼を停止させる異常処理
手段２６とを備えている。

【００２４】なお、デューティー比制御手段２０と、電
流演算手段２１と、最適送風量判別手段２２と、流路抵
抗判別手段２３と、最適回転数判別手段２４と、異常判
別手段２５と、異常処理手段２６とは、マイクロコンピ
ュータ２７により実現されている。なお、マイクロコン
ピュータ２７は、燃焼装置の全体を制御している。

【００２５】図２は、ファンモータ５の駆動部の回路ブ
ロック図であって、この駆動部は主にモータ駆動ＩＣ３
１により構成されている。このモータ駆動ＩＣ３１は、
端子３１ａ〜３１ｅを備えており、また、電力制御手段
１７と、回転数検出手段１８とを搭載している。

【００２６】電力制御手段１７は、ファンモータ５の各
コイルに駆動電力を供給するモータドライバー３２と、
モータドライバー３２によりファンモータ５に供給され
る駆動電力をスイッチングするＰＷＭ可変速回路３３と
を備えている。回転数検出手段１８は、ファンモータ５
に内蔵された複数のホール素子を含むホールＩＣ３４か
らの検出信号に基づいてファンモータ５の回転数を演算
する回転ロジック３５と、回転ロジック３５により演算
された回転数に応じた回転数パルスを発生する回転数パ
ルス発生回路３６とを備えている。

【００２７】端子３１ａには、整流平滑手段１６からの
駆動電力が入力され、この駆動電力は電力制御手段１７
のモータドライバー３２に供給される。端子３１ｂに
は、補助電源３７からの直流電力が入力され、この直流
電力はモータ駆動ＩＣ３１の各部に電源として供給され
る。端子３１ｃには、デューティー比制御手段２０から
制御電圧が入力され、この制御電圧は電力制御手段１７
のＰＷＭ可変速回路３３に供給される。端子３１ｂから
は、回転数検出手段１８の回転数パルス発生回路３６か
らの回転数パルスが出力され、この回転数パルスはデュ
ーティー比制御手段２０に供給される。端子３１ｅは、
接地端子である。

【００２８】整流平滑手段１６は、例えばダイオードブ
リッジからなる全波整流器と、キャパシタからなる平滑
回路とにより実現されており、例えば１００ボルトの商
用電源１５から得られる交流電力を整流および平滑して
直流電力を出力する。電力制御手段１７は、デューティ
ー比制御手段２０からの制御電圧に応じてデューティー
比を制御される制御パルスに基づいて、整流平滑手段１
６からの直流電力をスイッチングして、ファンモータ５
に駆動電力として供給する。

【００２９】すなわち、ファンモータ５に供給される直
流駆動電力は、電力制御手段１７によりＰＷＭ制御され
る。回転数検出手段１８は、ファンモータ５に内蔵され
た複数のホール素子を含むホールＩＣ３４からなる回転
検出センサからの検出信号に基づいて、ファンモータ５
の回転数を検出し、それに応じた回転数パルスをデュー
ティー比制御手段２０に供給すると共に、ファンモータ
５の回転素子の回転に応じた回転信号を電力制御手段１
７に供給する。

【００３０】電流検出手段１９は、例えばカレントトラ
ンスなどを備えており、整流平滑手段１６の出力電流を
検出する。デューティー比制御手段２０は、ファンモー
タ５の回転数が指令回転数になるように制御電圧を調整
して、その制御電圧を電力制御手段１７に供給する。

【００３１】なお、ファンモータ５は、三相ブラシレス
モータ、より詳しくは永久磁石型同期モータであって、
本実施形態では、燃焼装置のシロッコファン６を駆動す
るために使用している。

【００３２】図３は、電力制御手段１７の回路ブロック
図であって、この電力制御手段１７は、三角波発振回路
４１と、コンパレータ４２と、三相分配回路４３と、ト
ランジスタＴＲ１〜ＴＲ６とを備えている。なお、トラ
ンジスタＴＲ１〜ＴＲ６保護用のダイオードや、ファン
モータ５のコイル５ａ〜５ｃに流れる過電流を検出しか
つ保護するための回路など、本願発明に直接関係のない
構成要素については、図示及び説明を省略する。

【００３３】三角波発振回路４１は、例えば２０ＫＨｚ
の周期の三角波を出力する。コンパレータ４２は、演算
増幅器からなり、三角波発振回路４１からの三角波の電
圧と、デューティー比制御手段２０からの制御電圧Ｖｓ
とを比較して、制御電圧Ｖｓが三角波の電圧以上である
ときにオンし、制御電圧Ｖｓが三角波の電圧よりも小さ
いときにオフし、周期２０ＫＨｚの制御パルスを出力す
る。

【００３４】すなわち、制御パルスのデューティー比
は、デューティー比制御手段２０からの制御電圧Ｖｓに
応じて変化する。三相分配回路４３は、回転数検出手段
１８からの回転信号に応じて、上段側のトランジスタＴ
Ｒ１〜ＴＲ３のうちの１つと、下段側のトランジスタＴ
Ｒ４〜ＴＲ６のうちの１つとを、選択的にオンさせる。
たとえば、トランジスタＴＲ１、ＴＲ５がオンの場合、
ファンモータ５のコイル５ａからコイル５ｂに駆動電流
が流れる。

【００３５】すなわち、ファンモータ５の回転子の回転
位置に応じて電流を流すコイル５ａ〜５ｃや電流の方向
を順次切り替えることにより、ファンモータ５の回転が
継続する。さらに三相分配回路４３は、下段側のトラン
ジスタＴＲ４〜ＴＲ６のうちオンさせるべきトランジス
タを、コンパレータ４２からの制御パルスに応じてオン
・オフさせる。すなわち、三相分配回路４３は、ファン
モータ５に供給する駆動電力をデューティー比制御手段
２０からの制御電圧Ｖｓに応じてＰＷＭ制御する。

【００３６】この電力制御手段１７の動作について、簡
単に述べる。商用電源１５からの交流電力は、整流平滑
手段１６によって整流され、かつ平滑されて、電力制御
手段１７を介してファンモータ５に駆動電力として供給
される。このとき電力制御手段１７により、ＰＷＭ制御
が施され、ファンモータ５の回転数が指令回転数になる
ように、ファンモータ５への駆動電圧が制御される。

【００３７】いま、図４に示すように、三角波発振回路
４１からの三角波の最高電圧をＶｈ、最低電圧をＶ１と
し、デューティー比制御手段２０からの制御電圧をＶｓ
とすると、コンパレータ４２の出力である制御パルス
は、図５に示すように、制御電圧Ｖｓが三角波の電圧以
上のときにオンし、制御電圧Ｖｓが三角波の電圧よりも
小さいときにオフする、三角波と同じ周期のパルス列と
なる。

【００３８】そして、三相分配回路４３が、下段側のト
ランジスタＴＲ４〜ＴＲ６のうち、オンさせるべきトラ
ンジスタのベースに、コンパレータ４２からの制御パル
スを印加するので、ファンモータ５の駆動電力が制御パ
ルスによりスイッチングされ、制御パルスのデューティ
ー比に応じた駆動電力がファンモータ５に供給される。

【００３９】次に、電流検出について説明する。電流検
出を行う具体的回路を示したのが図６である。電流を検
出するラインにカレントトランスを備えたり、あるい
は、検出するラインに抵抗を設けておき、その両端を図
６に示すように入力電圧Ｖｉｎとして取り出す。そし
て、その入力端５０は、オペアンプ５１の反転入力端子
に入力されている。

【００４０】また、電源電圧Ｖｃｃは抵抗５８及び第１
のホトカプラ５２のホトトランジスタ５３を介してグラ
ンドに接続されており、オペアンプ５１の非反転入力端
は抵抗５８とホトトランジスタ５３との間と接続されて
いる。

【００４１】オペアンプ５１の出力は抵抗５９を介して
第２のホトカプラ５５のホトダイオード５６及び第１の
ホトカプラ５２のホトダイオード５４を通してグランド
に接続されている。また、これにより第１のホトカプラ
５２のホトダイオード５４とホトトランジスタ５３とに
よりオペアンプ５１の帰還回路が構成されている。

【００４２】また、出力側は電源電圧Ｖが抵抗６０及び
第２のホトカプラ５５のホトトランジスタ５７を介して
グランドに接続されており、オペアンプ５１の出力電流
に応じて、第２のホトカプラ５５によって出力端６１の
出力電圧Ｖ０が出力されるようになっている。そして、
この回路の特徴としては、第１のホトカプラ５２と第２
のホトカプラ５５とは同種類のものを採用し、電流伝達
特性がそろっているものを使用している。

【００４３】次に、この検出回路の動作を説明すると、
オペアンプ５１の出力電流をＩＦとし、第１のホトカプ
ラ５２のホトトランジスタ５３に流れる電流がＩｃ１、
第２のホトカプラ５５のホトトランジスタ５７に流れる
電流がＩｃ２とすると、下記の数式（１）及び数式
（２）の関係が成立する。

【数１】Ｖｉ＝Ｖｃｃ−Ｒ５８×Ｉｃ１

【数２】Ｖ０＝Ｖ −Ｒ６０×Ｉｃ２

【００４４】また、第１のホトカプラ５２と第２のホト
カプラ５５との特性が同じであり、両者のホトダイオー
ドに流れる電流ＩＦは共通であるため、下記の式（３）
が成立する。

【数３】Ｉｃ１＝Ｉｃ２ 上記数式（１）、（２）、（３）より出力Ｖ０は数式
（４）のようになる。

【数４】

【００４５】従って、上述の場合検出すべきラインと電
源を分離した形でモータに流れる電流を検出できるた
め、モータの電流の変動によって出力側の電源が変動影
響をされることなく検出できる。また、出力電圧はオペ
アンプやホトカプラの特性に関係なく（Ｒ６０／Ｒ５
８）Ｖｉとしてリニアな特性で検出できる。更に、本回
路では単にホトカプラを介すだけのときに較べ応答性の
向上にも寄与することができる。更に、ホトカプラの場
合には、経年変化や劣化により電流伝達特性が変化する
が、図６の回路では第１のホトカプラに特性と第２のホ
トカプラの特性に共通したものを用いているため、経年
変化等においても、通常似たような変化が生じる。よっ
て、結局全体としてホトカプラの経年変化に影響を受け
ることなくリニアな特性で検出することができる。

【００４６】次に、上記給湯装置に上述のアイソレート
回路を用いたものの動作について、図７に示すフローチ
ャートを参照しながら説明する。図外のリモートコント
ローラからコントローラに運転指令が入力されると、給
湯制御部１３が、バルブ１１、１２や図外のイグナイタ
などを制御し、点火動作を介しすると共に、最適送風量
判別手段２２にバーナ２の燃焼量すなわちバルブ１１の
開弁量に応じた信号を出力する。これにより最適送風量
判別手段２２が、給湯制御部１３からの信号に基づい
て、バーナ２の燃焼量に応じた最適な送風量を演算する
（ステップＳ１）。

【００４７】この時点ではファンモータ５は回転してお
らず、流路抵抗判別手段２３による判別結果が最適送風
量判別手段２２に供給されないので、最適回転数判別手
段２４は、予め設定された例えば毎分３０００回転程度
の初期回転数に対応した回転数指令信号をデューティー
比制御手段２０に出力する（ステップＳ２）。これによ
りデューティー比制御手段２０が、ファンモータ５が初
期回転数で回転するような制御電圧Ｖｓを電力制御手段
１７に供給する。この結果、電力制御手段１７がＰＷＭ
方式により駆動電力を制御して、ファンモータ５を初期
回転数で回転するように駆動する。

【００４８】次に、異常判別手段２５が、内蔵している
タイマを起動させる（ステップＳ３）。

【００４９】次に、電流検出手段１９がファンモータに
流れる電流を検出する（ステップＳ４）と共に、回転数
検出手段１８が、ファンモータ５のホールＩＣ３４から
の検出信号に基づいて、ファンモータ５の回転数を検出
する（ステップＳ５）。

【００５０】次に、電流演算手段２１が、電流検出手段
１９により検出された整流平滑手段１６の出力電流と、
デューティー比制御手段２０からの制御電圧Ｖｓとを用
いて、上記数式１により、ファンモータ５を流れる電流
を演算する（ステップＳ６）。

【００５１】すなわち、商用電源１５の電圧変動がな
く、整流平滑手段１６の出力電圧が常に一定であれば、
電流検出手段１９により検出した整流平滑手段１６の出
力電流を補正する必要は少ないが、現実には例えば交流
１００ボルトの商用電源１５の場合、７５〜１２０ボル
トに変動しているのが実情であり、その変動による整流
平滑手段１６の出力電流とファンモータ５を流れる電流
との変化のずれを補正するために、電流演算手段２１に
より、整流平滑手段１６の出力電流からファンモータ５
を流れる電流を演算して、実際に検出した整流平滑手段
１６の出力電流を補正することが必要になる。ここで
は、説明をより判り易くするために、先ず、整流平滑手
段１６の出力電流の補正をする必要の無い場合の、流路
抵抗判別動作について述べる。

【００５２】流路抵抗判別手段２３が、電流検出手段１
９からの検出電流（すなわち、ここの説明では電流演算
手段２１により補正される前の電流）と回転数検出手段
１８からの回転数バルスとに基づいて、ファンモータ４
およびケーシング１内の送風流路の流路抵抗Φを判別す
る（ステップＳ７）。

【００５３】すなわち、ファンモータ５の回転数Ｎとフ
ァンモータ５を流れる電流Ｉとの関係は、図８に示すよ
うに、流路抵抗との関係のデータを予めメモリなどに保
持しておくことにより、回転数Ｎと電流Ｉとから流路抵
抗Φを決定できる。例えば、回転数ＮがＮ１のときに電
流ＩがＩ０になり、あるいは回転数ＮがＮ２のときに電
流ＩがＩ１になれば、流路抵抗ΦがΦ１であると判断で
き、回転数ＮがＮ０のときに電流ＩがＩ０になれば、流
路抵抗ΦがΦ０であると判断できる。

【００５４】なお、Φ０はΦ１よりも小さい。また、こ
の流路抵抗Φは、ファンモータ５の回転数をＮ、ファン
モータ５を流れる電流をＩとすれば、例えば実験的に下
記数式５により求められる。ただし、ｇ（Ｎ）、ｆ
（Ｎ）は回転数Ｎの関数である。あるいは、別の実験式
として、下記数式６により求められる。

【００５５】

【数５】

【００５６】

【数６】

【００５７】次に、電流演算手段２１が、電流検出手段
１９により検出された電流の補正を行う動作について説
明する。商用電源１５から常に一定の電圧が供給されて
いる限り、上記の方法で流路抵抗を判別することかでき
るが、実際には商用電源１５の電圧が変動するため、上
記の方法のみでは判別できず、電流演算手段２１による
補正が必要となってくる。

【００５８】一般に、ＰＡＭ方式では、ファンモータ５
に電源を供給する場合に、安定した直流電源でファンモ
ータ５を駆動することができるが、図２に示す構成のＰ
ＷＭ方式では、交流電力を整流および平滑しただけの直
流で駆動するため、電源部を簡略化できる利点がある。
しかし、その一方で、商用電源１５の電圧が変動した場
合には、図９に示すように、その変動で整流平滑手段１
６の出力電圧が変動し、この変動をＰＷＭのデューティ
ー比の変化により吸収するように制御が働くため、同一
回転数に対して整流平滑手段１６の出力電流ＩＯも変動
することになる。

【００５９】したがって、ＰＷＭ方式の場合、同一回転
数でのファンモータの電流値が吸排気路の流路抵抗の変
動、および商用電源１５の電圧変動の２つの要因で変動
することとなる。

【００６０】そこで、電流演算手段２１が、ステップＳ
６において、電流検出手段１９により検出された出力電
流Ｉ０を用いて、ファンモータ５に流れる電流Ｉを演算
する。これは、商用電源１５の電圧が１００ボルトのと
きに検出するであろう電流に補正することと同様の意味
を持つ。具体的には、数式７を用いて演算する。

【００６１】

【数７】

【００６２】上記数式は、次のようにして求めることか
せてせきる。すなわち、簡略化して説明すると、図１０
に示すＰＷＭ方式は、ＰＡＭ方式では図１１に示すよう
に表すことができる。ＰＷＭ方式における整流平滑手段
１６の出力電圧をＶ０、出力電流をＩ０、ＰＡＭ方式に
おける可変電圧電源５１の出力電圧をＶ、出力電流をＩ
とし、両方式におけるファンモータ５の仕事量が等し
く、さらに、それぞれの方式における電気・機械仕事変
換効率が等しくかつ１００パーセントと考えた場合、下
記数式８が成立する。

【００６３】

【数８】Ｉ０×Ｖ０＝Ｉ×Ｖ

【００６４】ここで、ＰＷＭ方式においてファンモータ
５に印加される電圧は図５に示すようにパルス状であ
り、斜線部がＰＡＭ方式における印加電圧Ｖに想到する
ので、斜線部の面積を図４に示す制御電圧Ｖｓ、Ｖｈ、
Ｖｌで表すと、下記数式９のようになる。

【００６５】

【数９】

【００６６】これがＰＡＭ方式における印加電圧Ｖに相
当するので、下記数式１０が成立する。

【００６７】

【数１０】

【００６８】上記数式１０を上記数式８に代入して整理
すると、下記数式１１が成立する。

【００６９】

【数１１】

【００７０】上記数式１１を変形すると、下記数式１２
のようになる。

【００７１】

【数１２】

【００７２】ここで、図４に示す三角波の電圧幅Ｖｈ−
Ｖｌを定数ｋとおくと、上記数式１２は上記数式７と同
じになる。また、定数ｋを例えば３．５ボルトとする
と、下記数式１３が成立する。

【００７３】

【数１３】

【００７４】上記数式１１，１２、１３は、ＰＷＭ方式
における電流検出手段１９により検出した出力電流Ｉ０
を、ＰＡＭ方式における検出電流Ｉに変換したものであ
る。

【００７５】このように、ステップＳ６において、電流
演算手段２１によりファンモータ５に流れる電流Ｉを演
算することにより、電流検出手段１９により検出された
出力電流Ｉ０を補正し、ステップＳ７において、補正し
た電流Ｉを用いて流路抵抗判別手段２３により流路抵抗
を演算するので、商用電源１５の電圧変動に拘らず、正
確に流路抵抗を求めることができる。

【００７６】次に、異常判別手段２５が、流路抵抗判別
手段２３により判別された流路抵抗Φが、予め決められ
た下限値ΦＬと上限値ΦＨとの間に入っているか否かを
判断する（ステップＳ８）。すなわち、流路抵抗Φが下
限値ΦＬと上限値ΦＨとの間から外れた領域になった場
合、ファンモータ５の回転数を制御しても適切な送風量
を確保できないので、異常状態と判断する必要があり、
流路抵抗Φが下限値ΦＬと上限値ΦＨとの間に入ってい
れば、ファンモータ５の回転数を制御することにより適
切な送風量を確保できるので、正常状態であると判断で
きる。なお、図８の第１象限はファンモータ５に流れる
電流Ｉと回転数Ｎと流路抵抗Φとの関係を表しており、
第４象限はファンモータ５の回転数Ｎと送風量Ｑと流路
抵抗Φとの関係を表している。

【００７７】異常判別手段２５は、流路抵抗Φが下限値
ΦＬと上限値ΦＨとの間に入っていれば正常と判別し
て、内蔵しているタイマをクリアする（ステップＳ
９）。このタイマは、クリアされると直ちに再起動し
て、計時動作を再開する。

【００７８】次に、最適回転数判別手段２４が、流路抵
抗判別手段２３により判別された流路抵抗Φと最適送風
判別手段２２により判別された最適送風量とに基づい
て、最適回転数を演算し（スイップＳ１０）、回転数指
令信号をデューティー比制御手段２０に出力する。すな
わち、図８に示すように、ファンモータ５の回転数Ｎと
送風量Ｑとの関係は流路抵抗Φによって変化するので、
最適送風量が得られるように流路抵抗Φに応じて最適回
転数を判別するのである。この最適回転数Ｎｓは、最適
送風量をＱ０とし、基準となる流路抵抗Φ０と燃焼量と
に基づいて決定された基準回転数をＮｇとすると、例え
ば下記数式１４の実験式により求められる。あるいは、
別の実験式として、下記数式１５によっても求められ
る。

【００７９】

【数１４】

【００８０】

【数１５】

【００８１】これにより、デューティー比制御手段２０
が、最適回転数判別手段２４により演算された最適回転
数に応じた回転数指令信号と回転数検出手段１８からの
実際の回転数とに基づいて、ファンモータ５が最適回転
数となるような制御電圧Ｖｓを電力制御手段１７に出力
する（ステップＳ１１）。

【００８２】これにより、電力制御手段１７が、デュー
ティー比制御手段２０からの制御電圧に基づいて、ファ
ンモータ５に供給する直流電力をスイッチングし、ファ
ンモータ５が最適回転数となるように駆動する。

【００８３】次に、最適送風量判別手段２２が、給湯制
御部１３からの信号に基づいて燃焼量に変更があったか
否かを判別し（ステップＳ１２）、変更がなければ、マ
イクロコンピュータ２７が、リモートコントローラから
運転終了の指示が入力されたか否かを判別し（ステップ
Ｓ１３）、入力されていなければ、ステップＳ５に戻
る。入力されていれば、ルーチンを終了する。

【００８４】ステップＳ１２において、最適送風量判別
手段２２が燃焼量に変更があったと判断すれば、ステッ
プＳ１に戻る。

【００８５】ステップＳ８において、異常判別手段２５
が、流路抵抗Φが予め決められた下限ΦＬと上限ΦＨと
の間に入っていないと判断すれば、さらに異常判別手段
２５が、内蔵のタイマがタイムアップしているか否かを
判断し（ステップＳ１４）、タイムアップしていなけれ
ばステップＳ１０に進む。タイムアップしていれば、異
常処理手段２６に異常である旨を出力する。すなわち、
流路抵抗Φは風の影響などにより絶えず変化する場合が
あるので、流路抵抗Φが所定時間以上にわたって異常な
値になったときにのみ、異常状態と判断するのである。

【００８６】次に、異常処理手段２６が、異常判別手段
２５からの異常である旨の信号が入力されることによ
り、給湯制御部１３に停止信号を出力してバーナ２の燃
焼を停止させるなどの異常処理を行って（ステップＳ１
５）、ルーチンを終了する。

【００８７】このように、交流電力を整流および平滑し
て直流電力を出力する整流平滑手段１６と、制御パルス
に基づいて整流平滑手段１６からの直流電力をスイッチ
ングしてファンモータ５に駆動電力として供給する電力
制御手段１７と、ファンモータ５の回転数を検出する回
転数検出手段１８と、整流平滑手段１６の出力電流を検
出する電流検出手段１９と、回転数指令信号と回転数検
出手段１８により検出された回転数とに基づいて、ファ
ンモータ５の回転数が所要回転数になるように制御パル
スのデューティー比を制御するデューティー比制御手段
２０と、電流検出手段１９により検出された出力電流と
デューティー比制御手段２０により制御されたデューテ
ィー比に関する情報とに基づいて、ファンモータ５を流
れる電流を演算する電流演算手段２１とを設けたので、
商用電源１５の電圧変動に拘らずファンモータ５に流れ
る電流を正確に知ることができ、したがって流路抵抗を
適正に判断することが可能になる。

【００８８】さらに、電流演算手段２１により演算され
た電流と回転数検出手段１８により検出された回転数と
に基づいて送風流路の流路抵抗を判別する流路抵抗判別
手段２３を設けたので、送風流路の流路抵抗を適正に判
断できる。したがって、送風流路の流路抵抗に応じた適
切なモータ回転数を維持することが可能になる。

【００８９】さらに、最適送風量判別手段２２により判
別された最適送風量と流路抵抗判別手段２３により判別
された流路抵抗とに基づいてファンモータ５の最適回転
数を判別し、ファンモータ５の回転数が最適回転数とな
るようにデューティー比制御手段２０に回転数指令信号
を供給する最適回転数判別手段２４を設けたので、送風
流路の流路抵抗に応じた適切なモータ回転数を常に維持
できる。したがって、流路抵抗が変化しても、常に最適
送風量を維持できる。

【００９０】さらに、流路抵抗判別手段２３により判別
された流路抵抗に基づいて燃焼の異常を判別する異常判
別手段２５により燃焼の異常と判別されたときにバーナ
２の燃焼を停止させる異常処理手段２６とを設けたの
で、バーナ２の火炎が消失する以前の段階で流路抵抗か
ら燃焼の異常を的確に判断でき、安全性の向上を図るこ
とができる。

【００９１】なお、上記実施形態において、モータ電流
の検出位置は一例として示したものであり、これに限定
されるものではなく、例えばモータのグランド側でもよ
く、電流を検出できる位置であればよい。

【００９２】

【発明の効果】以上説明したように、本願発明のモータ
制御装置によれば、回転制御に用いるモータの電流の検
出に上述のアイソレート回路を利用するようにしたの
で、経年変化によらずにリニアにモータ電流を検出する
ことができ、これにより適切にファンの流路抵抗を判別
することができる。

【００９３】

【００９４】これによって、最適回転数判別手段によ
り、燃焼量に応じた最適送風量と送風流路の流路抵抗と
に基づいてファンモータの最適回転数を判別し、モータ
制御手段により、最適回転数となるようにファンモータ
を駆動することから、送風流路の流路抵抗に応じた適切
なモータ回転数を維持できる。従って、流路抵抗が変化
しても最適燃焼を維持できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願発明のモータ制御装置を備えた給湯装置の
概略構成図である。

【図２】本願発明のモータ制御装置を備えられたモータ
駆動部の回路ブロック図である。

【図３】本願発明のモータ制御装置を備えられた電力制
御手段の回路図である。

【図４】本願発明のモータ制御装置を備えられた三角波
発振回路により得られる三角波の波形図である。

【図５】本願発明のモータ制御装置を備えられたファン
モータに供給される駆動電圧の波形図である。

【図６】本願発明のアイソレート回路の回路図である。

【図７】本願発明のファンモータを制御するモータ制御
装置の動作を説明するフローチャートである。

【図８】本願発明のモータ制御装置により制御されるフ
ァンモータを流れる電流と回転数と送風量との関係の説
明図である。

【図９】本願発明のモータ制御装置に備えられた電流検
出手段による検出電流とファンモータの回転数との関係
の説明図である。

【図１０】ＰＷＭ方式のモータ制御装置の概略構成図で
ある。

【図１１】ＰＷＡ方式のモータ制御装置の概略構成図で
ある。

【符号の説明】

５ ファンモータ ６ シロッコファン １６ 整流平滑手段 １７ 電力制御手段 １８ 回転数検出手段 １９ 電流検出手段 ２０ デューティー比制御手段 ２１ 電流演算手段 ２２ 最適送風量判別手段 ２３ 流路抵抗判別手段 ２４ 最適回転数判別手段 ２５ 異常判別手段 ２６ 異常処理手段 ５０ 入力端 ５１ オペアンプ ５２ 第１のホトカプラ ５５ 第２のホトカプラ ６１ 出力端

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭49−18479（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−298677（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−68613（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−258113（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H03K 17/78 H02P 7/63 302

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 モータに流れる電流を検出してその検出
   電流に基づいてモータを制御するモータ制御装置におい
   て、モータに流れる電流を電圧に変換する電圧変換手段
   と、特性を共通とする第１のホトカプラ及び第２のホト
   カプラと、前記電圧変換手段の出力を反転入力端子に入
   力し、出力を前記第１のホトカプラの発光側と前記第２
   のホトカプラの発光側とを直列に接続するようにしたオ
   ペアンプと、前記第１のホトカプラの受光側を前記オペ
   アンプの非反転入力端子側と接続する帰還手段と、前記
   第２のホトカプラの受光側から出力を取り出す出力回路
   と、を具備したことを特徴とするモータ制御装置。
2. 【請求項２】 送風流路に配置された送風用のファンを
   回転させるファンモータに電源を供給してファンモータ
   を回転させるモータ制御装置において、交流電力を整流
   および平滑して直流電力を出力する整流平滑手段と、制
   御パルスに基づいて前記整流平滑手段からの直流電力を
   スイッチングして前記ファンモータに駆動電力として供
   給する電力制御手段と、前記ファンモータの回転数を検
   出する回転数検出手段と、前記整流平滑手段の出力電流
   を電圧に変換する電圧変換手段と、特性を共通とする第
   １のホトカプラ及び第２のホトカプラと、前記電圧変換
   手段の出力を反転入力端子に入力し、出力を前記第１の
   ホトカプラのホトダイオードと前記第２のホトカプラの
   ホトダイオードとを直列に接続するようにしたオペアン
   プと、前記第１のホトカプラのホトトランジスタを前記
   オペアンプの非反転入力端子側と接続する帰還手段と、
   前記第２のホトカプラのホトトランジスタ側から出力と
   して取り出す電流検出手段と、回転数指令信号と前記回
   転数検出手段により検出された回転数とに基づいて、前
   記ファンモータの回転数が指令回転数になるように前記
   制御パルスのデューティー比を制御するデューティー比
   制御手段と、前記電流検出手段により検出された出力電
   流と前記デューティー比制御手段により制御されたデュ
   ーティー比に関する情報とに基づいて、前記ファンモー
   タを流れる電流を演算する電流演算手段と、前記電流演
   算手段により演算された電流と前記回転数検出手段によ
   り検出された回転数とに基づいて前記送風流路の流路抵
   抗を判別する流路抵抗判別手段と、を備えたことを特徴
   とするファンモータに用いるモータ制御装置。