JP6569089B2 - 天井扇風機 - Google Patents

Description

本発明は、センサレスブラシレスＤＣモータを用いた天井扇風機に関する。

近年、天井扇風機は、夏場には涼風を発生させ、冬場には天井付近に集まる暖気を循環させることにより、冷房効率や暖房効率を高める手段として利用されることが多くなってきている。また、天井扇風機に用いられる電動機は制御性、省エネ性、小型化、軽量化などの目的のために、ブラシレスＤＣモータが用いられることが多くなってきている。

この種のブラシレスＤＣモータを使用した天井扇風機を一般住宅の他、学校、公共、商業施設などの広い空間に複数設置した場合、天井扇風機の回転数に違いがあると、使用者に違和感を与えるなどの理由から、回転数を一定にするように制御するものが知られている（例えば、特許文献１を参照）。

以下、その天井扇風機について図７を参照しながら説明する。図７は、従来の天井扇風機を示す構成図である。

図７に示すように、天井扇風機１０１は、羽根１０２と羽根を回転させるブラシレスＤＣモータ１０３と、ブラシレスＤＣモータ１０３を制御する制御回路１０４と、天井扇風機１０１の下部に取り付けられた照明器１０５からなる。また、制御回路１０４は、ブラシレスＤＣモータ１０３に取り付けられた羽根１０２の回転数を一定に保つように制御している。

また、風量の算出方法として、電流と回転数を用いる方法がある（例えば、特許文献２を参照）。

特許文献２において、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。

特許第４６４９９３４号公報 特開２００２−１６５４７７号公報

特許文献１に示されるような、従来のブラシレスＤＣモータを使用した天井扇風機における、問題について説明する。

一般流体の相似則から、風量Ｑと回転数Ｎは羽根径をＤとすると次式のような比例関係が知られている。

Ｑ∝Ｎ×Ｄ
羽根径が一定であれば、風量は回転数に比例する。しかし、取付ポールの長さを変えて、天井から近接した状態で設置された場合と、ある程度天井から離れた状態で設置された場合とでは、同じ回転数であっても羽根の仕事量の増減によって、風量が変わる。

羽根と天井との距離が接近していると、羽根の内周部まで空気がまわり込む空間が狭くなり、羽根の外周部でのみ気流を送り出すようになる。このため、天井に接近する程、風量が低下していく。また、羽根から天井までの距離を長くすると、羽根の内周部まで空気がまわり込む空間が広くなり、羽根の内周部でも気流を送り出すようになる。このため、天井から離れる程、風量が増加していく。

羽根の内周部まで空気がまわり込む空間が十分確保できる距離以上離れると、それ以降は風量の変化はみられなくなる。

例えば、取付ポールを介して羽根から天井までの距離が２００ｍｍに設置された比較的羽根径が大きい天井扇風機の場合で説明する。図８は、従来の天井扇風機の目標風量における羽根から天井までの距離と風量、回転数との関係を示す関係図である。図９は、同天井扇風機の目標風量における羽根から天井までの距離と回転数、消費電力との関係を示す関係図である。図８および図９に示すように、この状態で、かつ、羽根の回転数が２３０ｒ／ｍｉｎで一定になるように運転を行うと、風量は２８４ｍ^３／ｍｉｎ、消費電力は３９Ｗとなった。この状態を風量設定強とし、このときの風量２８４ｍ^３／ｍｉｎを強設定時における「強風量」とする。

羽根から天井までの距離を３００ｍｍに変更し、回転数２３０ｒ／ｍｉｎで運転すると、風量は３０７ｍ^３／ｍｉｎとなり、強風量よりも多くなり、消費電力は３２Ｗである。このため、強設定時における強風量で運転するためには、回転数を２２０ｒ／ｍｉｎにする必要がある。すなわち、目標とする強風量より多く、余分に消費電力を消費していることになる。

また、羽根から天井までの距離を１５０ｍｍで回転数２３０ｒ／ｍｉｎで運転すると、風量は２７３ｍ^３／ｍｉｎとなり、強風量よりも少なく、消費電力は、４４Ｗである。このため、強風量で運転するためには、回転数を２４５ｒ／ｍｉｎにする必要がある。

このように回転数を一定に保つように制御を行うと、羽根から天井までの距離によって、風量が変化するという問題があった。

また、特許文献２に示されるような構成においては、モータの電流を電流検出部で測定する。しかし、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ない。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う。よって、正確なモータの相電流が検出できないという問題があった。

そこで本発明は、上記従来の問題を解決する。本発明は、モータに流れる電流を精度よく検出し、目標風量に対して精度よく風量制御を行う。本発明は、羽根から天井までの距離に関わらず、風量が略一定で、複数台の天井扇風機が設置された場合においても、各天井扇風機の回転数を略同一で運転できる天井扇風機を提供することを目的とする。

この目的を達成するために、本発明の天井扇風機は、羽根と、羽根を駆動するモータと、モータを制御する制御回路を備え、取付ポールを介して天井に取り付けられ、室内の空気を循環させる天井扇風機である。また、制御回路は、交流電圧を直流電圧に変換する交直変換回路と、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、かつ、三相ＰＷＭ方式により直交変換された電圧が印加され、モータを駆動するインバータ回路とを備える。また、制御回路は、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、シャント抵抗の端子間電圧を増幅する増幅部と、増幅部の出力からモータに流れる各相の電流値を検出する電流検出部とを備える。また、制御回路は、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、羽根から天井までの距離の算出と、目標風量と現在の出力風量との比較を行う風量演算部とを備える。また、制御回路は、風量演算部の比較結果に基づいて、風量が実質的に一定となるように、インバータ回路に対してデューティを出力してモータの回転数を制御する速度制御部を備える。また、風量演算部は、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、回転検出部が算出した回転数とを入力し、入力した電流値および回転数から羽根から天井までの距離を算出し、入力した電流値および回転数を、算出した羽根から天井までの距離に基づいて決定された目標風量に対応する電流値および回転数を設定することによって、現在の出力風量を算出した羽根から天井までの距離に基づいて決定された目標風量に設定する。これにより、所期の目的を達成する。

また、本発明の天井扇風機は、制御回路には、増幅部の増幅率を変更する増幅率変更部を備え、増幅率変更部は、目標風量に基づいて風量演算部に入力する電流値を検出するための増幅部の増幅率を切り替える。これにより、所期の目的を達成する。

また、本発明の天井扇風機は、制御回路には、増幅部の増幅率を変更する増幅率変更部を備え、増幅率変更部は、電流検出部が検出する電流に基づいて、風量演算部に入力する電流値を検出するための増幅部の増幅率を切り替える。これにより、所期の目的を達成する。

以上のように本発明は、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る。よって、羽根から天井までの距離によらず風量を略一定に保ち、且つ消費電力の増加を抑えることができるという効果を奏する。

図１は、本発明の実施の形態にかかる天井扇風機を示す構成図である。 図２は、本発明の実施の形態にかかる天井扇風機の制御回路の構成を示すブロック図である。 図３は、本発明の実施の形態にかかる天井扇風機の運転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にかかる天井扇風機の羽根から天井までの距離と電流、回転数との関係を記憶した図である。 図５Ａは、本発明の実施の形態にかかる天井扇風機の設定風量、目標風量、初期回転数を記憶したテーブルの図である。 図５Ｂは、本発明の実施の形態にかかる天井扇風機の羽根から天井までの距離を算出するためのテーブルの図である。 図５Ｃは、本発明の実施の形態にかかる天井扇風機の羽根から天井までの距離を算出するための電流のしきい値テーブルの図である。 図６Ａは、本発明の実施の形態にかかる天井扇風機の目標風量における羽根から天井までの距離と電流、回転数との関係図である。 図６Ｂは、本発明の実施の形態にかかる天井扇風機の目標風量における制御動作を示す羽根から天井までの距離と電流、回転数との関係図である。 図７は、従来の天井扇風機を示す構成図である。 図８は、従来の天井扇風機の目標風量における羽根から天井までの距離と風量、回転数との関係を示す関係図である。 図９は、従来の天井扇風機の目標風量における羽根から天井までの距離と回転数、消費電力との関係を示す関係図である。

以下、本発明の一実施の形態を、図面を参照して説明する。

本実施の形態の天井扇風機１は、建物内の天井に取付けられる。天井扇風機１は、ＤＣ（Ｄｉｒｅｃｔ Ｃｕｒｒｅｎｔ）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、小風量から大風量までをまかなう。

図１は、本発明の実施の形態にかかる天井扇風機１を示す構成図である。図１に示すように、天井扇風機１は、羽根２と、センサレスブラシレスＤＣモータ３と、制御回路４と、リモコン５と、リモコン受光部６を有している。センサレスブラシレスＤＣモータ３は、羽根２を回転させる。リモコン５は、天井扇風機１の動作を設定する。リモコン受光部６は、リモコン５の信号を受信する。リモコン５は、使用者が操作して、天井扇風機１の運転入／切を行う運転入／切ボタン５ａ、風量切替を行う風量設定ボタン５ｂを有している。天井扇風機１は取付ポール７により天井から吊り下げられて設置されている。

制御回路４は、センサレスブラシレスＤＣモータ３を駆動し、センサレスブラシレスＤＣモータ３に取り付けられた羽根２を回転させている。

図２は、本発明の実施の形態にかかる天井扇風機１の制御回路４の構成を示すブロック図である。図２において、商用電源８から供給される交流電圧は、交直変換回路９にて直流変換される。その後、直流変換された直流電圧は、平滑コンデンサ１０にて平滑化され、平滑化された直流電圧はインバータ回路１１に印加される。インバータ回路１１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が三相ブリッジ状に結線され、三相ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）方式により直交変換され、センサレスブラシレスＤＣモータ３を駆動する。センサレスブラシレスＤＣモータ３は、巻線を巻装した固定子１２と、永久磁石を備えた回転子１３からなる。

また、インバータ回路１１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１４が挿入されている。シャント抵抗１４に流れる電流により発生するシャント抵抗１４の両端の電圧を、増幅部１５で増幅する。増幅部１５の出力から、電流検出部１６は、センサレスブラシレスＤＣモータ３に流れる各相の電流を検出する。回転検出部１７は、電流検出部１６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３の回転数と位置を算出する。

詳しくは後述するが、風量演算部１８は、電流検出部１６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１７が算出した回転数と、後述する目標風量Ｑｓに対応する電流値および回転数をそれぞれ比較する。風量演算部１８は、その比較結果に基づいて、現在の出力風量が目標風量Ｑｓに対して高いか低いかを判断する。

リモコン信号判断部１９は、リモコン５の運転入／切ボタン５ａ、風量設定ボタン５ｂの操作により、リモコンから送信された信号をリモコン受光部６で受信する。リモコン信号判断部１９は、リモコン５からの信号を解析する。リモコン信号判断部１９は、解析結果から設定風量を得て、目標風量演算部２０に目標風量Ｑｓを出力する。

詳しくは後述するが、目標風量演算部２０は、電流検出部１６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１７が算出した回転数から、羽根２から天井までの距離を算出する。算出された羽根２から天井までの距離に基づいて、目標風量演算部２０は、決定された目標風量Ｑｓを算出し、目標風量Ｑｓを風量演算部１８に対して指示する。

増幅率変更部２１は、目標風量演算部２０が算出した目標風量Ｑｓを入力し、目標風量Ｑｓの大きさに応じて所定の相の増幅部１５の増幅率を変更する。

速度制御部２２は、インバータ回路１１に対してデューティを出力して、センサレスブラシレスＤＣモータ３の回転数を可変する。

センサレスブラシレスＤＣモータ３の回転数が可変することにより、センサレスブラシレスＤＣモータ３に取付けられた羽根２の回転数が可変する。これにより、天井扇風機１から必要な風量が出力される。

以下、図３を用いて、本実施の形態の天井扇風機１の動作を説明する。図３は、本発明の実施の形態にかかる天井扇風機１の運転動作を示すフローチャートである。

使用者が、天井扇風機１の運転を開始するために、リモコン５の運転入／切ボタン５ａを操作して天井扇風機１の運転を開始する。その後、風量設定ボタン５ｂを操作して、風量設定を例えば強ノッチに設定する。そうすると、リモコン信号判断部１９は、リモコン５からの信号を解析し、解析結果から設定風量を得て、目標風量Ｑｓを得る。目標風量Ｑｓの決定方法は、例えば、メモリに記憶されたテーブルを参照してもよいし、予め設定された算出式に基づいたものでもよい。

目標風量Ｑｓが決定されると、目標風量演算部２０は、羽根２から天井までの距離が判定できているかどうかを判断する（ステップＳ１０１）。羽根２から天井までの距離が判定できていない場合（ステップＳ１０１においてＮＯ）について説明する。羽根２から天井までの距離が判定できていない場合、例えば、後述する図５Ａに示すような、メモリに記憶されたテーブルから、目標風量Ｑｓに対応する初期回転数を決定する（ステップＳ１０２）。速度制御部２２は、インバータ回路１１にデューティを出力する。

インバータ回路１１にデューティが出力されると、インバータ回路１１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３を駆動する。センサレスブラシレスＤＣモータ３が駆動すると、シャント抵抗１４に電流が流れる。増幅部１５は、それぞれのシャント抵抗１４の両端の電圧を増幅する。電流検出部１６では、増幅したそれぞれのシャント抵抗１４の両端の電圧を検出し、この電位をもとにセンサレスブラシレスＤＣモータ３の巻線に流れる電流（巻線電流）を相ごとに検出する（ステップＳ１０３）。検出された巻線電流のうち、２相分を回転検出部１７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１８に入力する。回転検出部１７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３の回転数と位置を検出する（ステップＳ１０４）。

次に、風量演算部１８では、目標風量演算部２０で決定された初期回転数と回転検出部１７によって検出された回転数、すなわち現在回転数とを比較する（ステップＳ１０５）。現在回転数が初期回転数と異なる時（ステップＳ１０５においてＮＯ）、すなわち、現在回転数が初期回転数に対して小さい場合は、風量演算部１８は、速度制御部２２にデューティを大きく出力する指示を行う（ステップＳ１０６）。

一方、現在回転数が初期回転数に対して大きい場合は、風量演算部１８は速度制御部２２にデューティを小さく出力する指示を行う（ステップＳ１０６）。

これにより、次第にセンサレスブラシレスＤＣモータ３の回転数が初期回転数に近づいていく。

現在回転数が初期回転数と等しい時（ステップＳ１０５においてＹＥＳ）、風量演算部１８は、電流検出部１６で検出された１相分の電流値と回転検出部１７で検出された回転数から、羽根２から天井までの距離を算出する。羽根２から天井までの距離を算出する方法は、例えば、メモリに記憶されたテーブルを参照して決定してもよいし、予め設定された算出式に基づいたものでもよい。

例として、羽根２から天井までの距離と電流、回転数との関係を記憶した図４、図５Ａ、図５Ｂ、および図５Ｃを用いて、羽根２から天井までの距離を算出する方法を説明する。図４は、本発明の実施の形態にかかる天井扇風機の羽根２から天井までの距離と電流、回転数との関係を記憶した図である。図５Ａは、同天井扇風機の設定風量、目標風量Ｑｓ、初期回転数を記憶したテーブルの図である。図５Ｂは、同天井扇風機の羽根２から天井までの距離を算出するためのテーブルの図である。図５Ｃは、同天井扇風機の羽根２から天井までの距離を算出するための電流のしきい値テーブルの図である。

まず、天井まので距離を２００ｍｍとして、設定風量（すなわち、風量ノッチ）に対する目標風量Ｑｓと目標風量Ｑｓに対する初期回転数の関係を図５Ａに示す。この関係はテーブル化して記憶させておく。以降、風量設定を強ノッチに設定した場合について説明する。

風量設定を強ノッチに設定した場合、目標風量Ｑｓは２８４ｍ^３／ｍｉｎ、初期回転数は２３０ｒ／ｍｉｎである。

天井扇風機１を、羽根２から天井までの複数の距離において、初期回転数２３０ｒ／ｍｉｎ一定で運転し、そのときの羽根２から天井までの距離、羽根の回転数と電流検出部１６で検出された１相分の電流値を測定する。その測定結果を図４に示す。

この測定結果、すなわち、初期回転数２３０ｒ／ｍｉｎにおける羽根２から天井までの距離と電流値の関係を、テーブル化（図５Ｂおよび図５Ｃ）し、メモリに記憶しておく。

次に、記憶したテーブルを用いて、天井に取り付けられた天井扇風機１から羽根２から天井までの距離を算出する。まず、取り付けられた天井扇風機１を初期回転数２３０ｒ／ｍｉｎで運転させる。そして、その時のセンサレスブラシレスＤＣモータ３に流れる１相分の電流値を、電流検出部１６で検出する。その１相分の電流値から、図５Ｂで示されるテーブルに基づいて、羽根２から天井までの距離を算出する。例えば、検出された１相分の電流値が２６０ｍＡの場合、図５Ｃから電流記号Ｉ２からＩ３の範囲を選択し、図５Ｂで示されるテーブルから、羽根２から天井までの距離は２５０ｍｍとなる（ステップＳ１０７）。

ここで、羽根２から天井までの距離を算出できたので、距離判定完了をセットし、羽根２から天井までの距離を算出したことを記憶する（ステップＳ１０８）。

次に、羽根２から天井からの距離が判定できている場合について説明する。

風量設定ボタンで設定した風量ノッチに対応する設定風量に基づいて、風量演算部１８に対して、強ノッチに対する目標風量Ｑｓを決定し指示する（ステップＳ１０９）。目標風量Ｑｓの決定方法は、メモリに記憶されたテーブルを参照して決定してもよいし、予め設定された算出式に基づいたものでもよい。

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相の増幅率を増幅率変更部２１で変更する（ステップＳ１１０）。

ここで、出力風量Ｑｎが目標風量Ｑｓに対して風量が小さくなると、シャント抵抗１４に流れる電流が小さくなる。これにより、電流検出部１６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、増幅率変更部２１は、風量演算部１８に入力する電流値を検出するための増幅部１５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。所定の風量Ｑａは、目標風量Ｑｓ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１６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。

速度制御部２２は、目標風量Ｑｓで決定された値に基づいて、インバータ回路１１にデューティを出力する。

インバータ回路１１にデューティを出力すると、インバータ回路１１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３を駆動する。センサレスブラシレスＤＣモータ３が駆動すると、シャント抵抗１４に電流が流れる。増幅部１５は、各シャント抵抗１４の両端の電圧を増幅する。電流検出部１６では、増幅した各シャント抵抗１４の両端の電圧を検出し、この電圧をもとにセンサレスブラシレスＤＣモータ巻線に流れる電流（巻線電流）を相ごとに検出する（ステップＳ１１１）。

電流検出部１６は、検出された巻線電流のうち、２相分の巻線電流を回転検出部１７に入力する。残りの１相分の巻線電流は、後述するように風量演算部１８に入力する。回転検出部１７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３の回転数と位置を算出する（ステップＳ１１２）。

次に、風量演算部１８では、電流検出部１６で検出された１相分の電流値と回転検出部１７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Ｓ１１３）。

ここで、同じ回転数であっても羽根２から天井までの距離によって、風量が異なる。異なる羽根２から天井までの距離における電流と回転数の関係は、予め測定し、テーブル化しておく。すなわち、天井扇風機１を、目標風量Ｑｓで一定になるように運転し、羽根２から天井までの距離を変更して、羽根の回転数と電流検出部１６で検出された１相分の電流値を測定する。測定結果から、回転数と電流値の関係をテーブル化しておく（図６Ａ）。図６Ａは、本発明の実施の形態にかかる天井扇風機１の目標風量Ｑｓにおける羽根２から天井までの距離と電流、回転数との関係図である。図６Ａから、目標風量Ｑｓと羽根２から天井までの距離に基づいて、回転数と電流の値を得る。

具体的に説明する。ステップＳ１０７で得られた羽根２から天井までの距離は２５０ｍｍである。目標風量Ｑｓにおける、羽根２から天井までの距離２５０ｍｍの時の回転数と電流の関係は、図６Ｂのとおりである。図６Ｂは、本発明の実施の形態にかかる天井扇風機１の目標風量における制御動作を示す羽根２から天井までの距離と電流、回転数との関係図である。

図６Ｂから、羽根２から天井までの距離２５０ｍｍの時、目標風量Ｑｓを満足する運転状態は、回転数Ｎ１、電流Ｉ１となる。電流検出部１６で検出された１相分の電流値がＩ２、回転検出部で検出された回転数がＮ２である時（点Ａ）、目標風量Ｑｓに対して、現在の出力風量Ｑｎは、風量が少ない状態である。また、１相分の電流値がＩ３、回転検出部で検出された回転数がＮ３である時（点Ｂ）、目標風量Ｑｓに対して、現在の出力風量Ｑｎは、風量が多い状態である。１相分の電流値がＩ１、回転検出部で検出された回転数がＮ１の時、現在の出力風量Ｑｎは目標風量Ｑｓと等しい状態である。風量演算部１８は、算出された出力風量Ｑｎと目標風量Ｑｓとを比較する（ステップＳ１１４）。

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１８は、速度制御部２２にデューティを大きく出力する指示を行い、回転数を上昇させるように制御する。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１８は速度制御部２２にデューティを小さく出力する指示を行う。これによって、羽根２の回転数を下降させるように制御し、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。

以上のように構成した天井扇風機１は、センサレスブラシレスＤＣモータ３に流れる電流をインバータ回路１１の各相の下段と負電位側の間に相ごとにシャント抵抗１４を挿入し、シャント抵抗１４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部２１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運転が可能となる。よって、羽根２から天井までの距離によらず風量を実質的に一定に保ち、且つ風量の出すぎによる消費電力の増加を抑えることができる。

本実施の形態では、風量設定が強ノッチに設定した時の例を示したが、同様に設定する風量毎に行えば、すべての風量設定において、風量を実質的に一定に保つ制御ができ、その効果は同じである。

また、本実施の形態では、増幅率変更部２１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１６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。

以上のように、本実施の形態の天井扇風機１は、羽根２と、羽根２を駆動するセンサレスブラシレスＤＣモータ３に相当するモータと、モータを制御する制御回路４を備え、取付ポールを介して天井に取り付けられ、室内の空気を循環させる。また、制御回路４は、交流電圧を直流電圧に変換する交直変換回路９と、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、かつ、三相ＰＷＭ方式により直交変換された電圧が印加され、モータを駆動するインバータ回路１１とを備える。また、制御回路４は、インバータ回路１１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１４と、シャント抵抗１４の端子間電圧を増幅する増幅部１５と、増幅部１５の出力からモータに流れる各相の電流値を検出する電流検出部１６とを備える。また、制御回路４は、電流検出部１６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１７と、羽根から天井までの距離の算出と、目標風量と現在の出力風量との比較を行う風量演算部１８とを備える。また、制御回路４は、風量演算部１８の比較結果に基づいて、風量が実質的に一定となるように、インバータ回路１１に対してデューティを出力してモータの回転数を制御する速度制御部２２を備える。また、風量演算部１８は、電流検出部１６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、回転検出部１７が算出した回転数とを入力し、入力した電流値および回転数から羽根から天井までの距離を算出し、入力した電流値および回転数を、算出した羽根から天井までの距離に基づいて決定された目標風量に対応する電流値および回転数を設定することによって、現在の出力風量を算出した羽根から天井までの距離に基づいて決定された目標風量に設定する。

これにより、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、羽根から天井までの距離によらず風量を略一定に保ち、且つ消費電力の増加を抑えることができる。

また、制御回路４は、増幅部１５の増幅率を変更する増幅率変更部２１を備えてもよい。増幅率変更部２１は、目標風量に基づいて風量演算部１８に入力する電流値を検出するための増幅部１５の増幅率を切り替えてもよい。

これにより、目標風量に応じて増幅率変更部２１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。

また、制御回路４は、増幅部１５の増幅率を変更する増幅率変更部２１を備えてもよい。増幅率変更部２１は、電流検出部１６が検出する電流に基づいて、風量演算部１８に入力する電流値を検出するための増幅部１５の増幅率を切り替えてもよい。

これにより、電流検出部１６が検出する電流に応じて増幅変更部２１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風量を略一定に保つことができる。

本発明にかかる天井扇風機は、取付ポールを介して天井に取り付けられて室内の空気を循環させる。羽根径が大きいものであっても、羽根から天井までの距離によらず、所定の風量が得られる製品において広く有用である。

１ 天井扇風機
２ 羽根
３ センサレスブラシレスＤＣモータ
４ 制御回路
５ リモコン
５ａ 運転入／切ボタン
５ｂ 風量設定ボタン
６ リモコン受光部
７ 取付ポール
８ 商用電源
９ 交直変換回路
１０ 平滑コンデンサ
１１ インバータ回路
１２ 固定子
１３ 回転子
１４ シャント抵抗
１５ 増幅部
１６ 電流検出部
１７ 回転検出部
１８ 風量演算部
１９ リモコン信号判断部
２０ 目標風量演算部
２１ 増幅率変更部
２２ 速度制御部

Claims (3)

1. 羽根と、前記羽根を駆動するモータと、前記モータを制御する制御回路を備え、
   取付ポールを介して天井に取り付けられ、室内の空気を循環させる天井扇風機であって、
   前記制御回路は、
   交流電圧を直流電圧に変換する交直変換回路と、
   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前記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、かつ、三相ＰＷＭ方式により直交変換された電圧が印加され、前記モータを駆動するインバータ回路と、
   前記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、
   前記シャント抵抗の端子間電圧を増幅する増幅部と、
   前記増幅部の出力から前記モータに流れる各相の電流値を検出する電流検出部と、
   前記電流検出部で検出された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、
   前記羽根から前記天井までの距離の算出と、目標風量と現在の出力風量との比較を行う風量演算部と、
   前記風量演算部の比較結果に基づいて、風量が実質的に一定となるように、前記インバータ回路に対してデューティを出力して前記モータの回転数を制御する速度制御部とを備え、
   前記風量演算部は、
   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、前記回転検出部が算出した回転数とを入力し、
   入力した前記電流値および前記回転数から前記羽根から前記天井までの前記距離を算出し、
   前記入力した前記電流値および前記回転数を、前記算出した前記羽根から前記天井までの前記距離に基づいて決定された前記目標風量に対応する電流値および回転数を設定することによって、前記現在の前記出力風量を算出した前記羽根から前記天井までの前記距離に基づいて決定された前記目標風量に設定する天井扇風機。
2. 前記制御回路は、前記増幅部の増幅率を変更する増幅率変更部を備え、
   前記増幅率変更部は、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請求項１記載の天井扇風機。
3. 前記制御回路は、前記増幅部の増幅率を変更する増幅率変更部を備え、
   前記増幅率変更部は、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請求項１記載の天井扇風機。

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