JP6865361B1

JP6865361B1 - 換気装置

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Publication number: JP6865361B1
Application number: JP2020557351A
Authority: JP
Inventors: 友哉中垣
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2019-08-28
Filing date: 2020-08-25
Publication date: 2021-04-28
Anticipated expiration: 2040-08-25
Also published as: US20220268811A1; JPWO2021039753A1; US11486903B2; WO2021039753A1

Abstract

信号増幅回路（１４）が出力する電圧に応じて、スイッチング素子（１８，２０）を制御することで、電流算出回路（２１）に入力する電圧を調整することが可能となり、利用する送風量範囲が広く、ＤＣモータ（２）の出力範囲が広い、すなわち、ＤＣモータに流れる電流が広範囲になる場合においても、シャント抵抗（１３）の抵抗値および信号増幅回路の増幅率を低くする必要がなく、ＤＣモータの電流検出精度を向上させることができる。

Description

本発明は、換気装置に関する。

近年、ブラシレスＤＣモータに代表されるＤＣモータは、効率が良く、すなわち省電力性に優れていることから、例えば、天井埋込形換気扇等の換気装置への搭載が増加している。そして、このような換気装置は、ＤＣモータに流れる電流とＤＣモータに取り付けられた羽根の回転数とに基づいて羽根の送風量を算出し、算出した送風量からＤＣモータの出力を制御することが行われている。ＤＣモータの制御精度を向上させるために、羽根の送風量の算出精度を向上させる必要があり、そのためにはＤＣモータに流れる電流の検出精度を向上させることが求められている。

例えば、特許文献１には、インバータからの電流を検出する技術として、オペアンプ１０３の出力電圧を平均化してマイコン１０５に入力する電流検出回路１０１が提案されている。この電流検出回路１０１は、インバータの電流経路に直列に接続されたシャント抵抗１０２と、シャント抵抗１０２の両端電圧を増幅して出力するオペアンプ１０３と、オペアンプ１０３の出力を平均化する平均化回路１０４を備える。そして、インバータに流れるパルス状の電流に対して、シャント抵抗１０２の両端電圧をオペアンプ１０３で増幅してマイコン１０５に入力する時に、平均化回路１０４を用いてオペアンプ１０３の出力電圧を平均化することで、オペアンプ１０３が出力する電圧を、マイコン１０５に入力可能な電圧に調整する。

このように、特許文献１の電流検出回路１０１では、インバータに流れるパルス状の電流に対して、オペアンプ１０３の出力電圧の波高値がマイコン１０５に入力可能な電圧を超える場合においても、平均化回路１０４を用いることでマイコン１０５への入力が可能になる。これにより、インバータに流れる電流が大きい場合においても、オペアンプ１０３の増幅率を大きくすることが可能となり、電流検出の精度を向上させることが可能となる。

特開２０１０−２４９７５１号公報

上述した特許文献１の電流検出回路によれば、オペアンプの出力電圧を平均化し、マイコンに入力可能な電圧に調整しているが、平均化後の電圧がマイコンに入力可能な許容電圧を超えるような電圧が生じた場合、シャント抵抗の抵抗値を小さくする、又はオペアンプの増幅率を小さくする必要がある。一方、シャント抵抗の抵抗値を小さくする、又はオペアンプの増幅率を小さくする場合、電流が低い状態での電流検出の精度が減少する。そのため、モータに通電される電流の範囲が広い場合においては、低い電流範囲の電流検出精度が下がってしまうという問題がある。

本発明は、上述した点に鑑みてなされたもので、モータに通電される電流の範囲が広い場合においても、電流範囲全体にわたって電流検出精度を向上できる換気装置を提供することを目的とする。

上述した目的を達成するために、本発明による換気装置は、ＤＣモータと、ＤＣモータによって回転する羽根と、ＤＣモータに流れる電流を検出する電流検出部と、ＤＣモータの回転数を検出する回転数検出部と、電流検出部によって検出された電流値と回転数検出部によって検出された回転数に基づいて、ＤＣモータと羽根による送風量を算出する風量検出部を備えた換気装置において、電流検出部は、ＤＣモータに流れる電流を電圧に変換し、出力するシャント抵抗と、シャント抵抗が出力する電圧を増幅して出力する信号増幅回路と、信号増幅回路が出力する電圧が入力される電流算出回路と、電流算出回路に入力される電圧を切り替える、スイッチング素子と抵抗器とを直列接続したスイッチ回路を少なくとも１組備え、電流算出回路は、入力される電圧値に基づいて、各スイッチング素子を制御し、スイッチング素子の動作状態と入力される電圧値とに基づいて電流を算出する。

本発明による換気装置は、モータに通電される電流の範囲が広い場合においても、電流範囲全体にわたって電流検出精度を向上できる。

図１は、本発明に係る換気装置の機能ブロック図である。図２は、分圧回路を備えた電流検出部の具体的な回路構成の一例を示す図である。図３は、電流検出部の具体的な回路構成の一例における電流算出の一例を示す図である。図４は、増幅率調整回路を備えた電流検出部の具体的な回路構成の一例を示す図である。図５は、従来技術の電流検出回路を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。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説明を省略している。さらに、各図面において、本発明に直接には関係しない各部の詳細については説明を省略している。

以下に説明する実施形態では、換気装置１に搭載されるＤＣモータ２に、インバータ５により駆動するブラシレスＤＣモータを適用した例について説明する。ただし、換気装置１に搭載される対象ＤＣモータ２は、インバータ５により駆動するブラシレスＤＣモータに限られるわけではなく、他のＤＣモータ２が搭載されていてもよい。

（実施の形態１）
図１は、本実施形態における換気装置１の全体構成を概略的に示す図である。なお、図１において、換気装置１の一部の部位を機能ブロックとして示す。

換気装置１は、ＡＣ／ＤＣコンバータ１０と、平滑コンデンサ１１と、ＤＣモータ２と、電流検出部７と、回転数検出部８と、風量検出部９と、を備えて構成されている。

ＡＣ／ＤＣコンバータ１０は、商用電源１２より供給されている交流電圧を全波整流し、平滑コンデンサ１１に供給する。

平滑コンデンサ１１は、ＡＣ／ＤＣコンバータ１０より供給された電圧を平滑し、直流電圧に変換して、ＤＣモータ２に供給する。

ＤＣモータ２は、インバータ５と、固定子３と、回転子４を備えて構成されている。

インバータ５は、平滑コンデンサ１１より供給された直流電圧をＰＷＭ制御することで電圧を調整し、固定子３に供給する。

固定子３は、インバータ５より供給された電圧により電流が流れることで、回転磁界を発生させる。

回転子４は、羽根６が取り付けられ、固定子３より発生した回転磁界によって回転するよう、例えば、永久磁石を側面に配置して構成される。回転子４が回転することにより羽根６が回転し、換気装置１が換気を行う。

電流検出部７は、ＤＣモータ２に接続され、ＤＣモータ２に流れるモータ電流を検出し、その電流値を風量検出部９に出力する。なお、電流検出部７の詳細については後述する。

回転数検出部８は、ＤＣモータ２の回転数を検出し、その回転数を風量検出部９に出力する。

風量検出部９は、電流検出部７より入力されているＤＣモータ２の電流値と、回転数検出部８より入力されているＤＣモータ２の回転数から、ＤＣモータ２に取り付けられた羽根６が回転することによる送風量を検出する。

換気装置１は、風量検出部９より検出された送風量に基づき、ＤＣモータ２の出力を調整することで、送風量を任意の値に設定することができる。

図２は、本実施形態における電流検出部７の具体的な回路構成図である。電流検出部７はシャント抵抗１３と、信号増幅回路１４と、分圧回路１５と、入力抵抗１６と、電流算出回路２１と、グランド２２を備える。

シャント抵抗１３は、ＤＣモータ２に接続され、ＤＣモータ２に流れるモータ電流を、電圧に変換して信号増幅回路１４に出力する。

信号増幅回路１４は、オペアンプ２３と、負帰還抵抗２４と、入力抵抗Ａ２５と、入力抵抗Ｂ２６を備える。信号増幅回路１４は、オペアンプ２３の非反転入力端子と入力抵抗Ａ２５とが接続され、オペアンプ２３の反転入力端子と入力抵抗Ｂ２６とが接続され、オペアンプ２３の出力端子と反転入力端子との間に負帰還抵抗２４が接続されるよう構成される。信号増幅回路１４は、シャント抵抗１３より入力される電圧を、所定の増幅率で増幅して電流算出回路２１に出力する非反転増幅回路である。

分圧回路１５は、分圧抵抗Ａ１７と、分圧抵抗Ｂ１９と、スイッチング素子Ａ１８と、スイッチング素子Ｂ２０を備える。なお、本実施形態では、分圧抵抗Ａ１７とスイッチング素子Ａ１８、および分圧抵抗Ｂ１９とスイッチング素子Ｂ２０を直列接続したスイッチ回路が２つの場合を説明するが、このスイッチ回路は１つ以上の任意の個数備えればよい。

入力抵抗１６は、信号増幅回路１４と電流算出回路２１との間に直列に接続される。

分圧抵抗Ａ１７とスイッチング素子Ａ１８は、それぞれ直列接続され、入力抵抗１６と電流算出回路２１との間と、グランド２２との間に接続されている。

分圧抵抗Ｂ１９とスイッチング素子Ｂ２０は、同様に、それぞれ直列接続され、入力抵抗１６と電流算出回路２１との間と、グランド２２との間に接続されている。

スイッチング素子Ａ１８およびスイッチング素子Ｂ２０は、電流算出回路２１より入力されている信号に基づきＯＮ／ＯＦＦを切り替える。スイッチング素子Ａ１８およびスイッチング素子Ｂ２０が共にＯＦＦの場合は、電流算出回路２１に入力される電圧は、信号増幅回路１４が出力する電圧と等しくなる。一方、スイッチング素子Ａ１８およびスイッチング素子Ｂ２０のいずれかがＯＮ、または、共にＯＮの場合は、電流算出回路２１に入力される電圧は、分圧抵抗Ａ１７、または、分圧抵抗Ｂ１９により分圧され、信号増幅回路１４が出力する電圧と比較して低い電圧値となる。

電流算出回路２１は、入力される電圧をデジタル信号に変換し、この変換を以降ＡＤ変換と記載する。電流算出回路２１は、ＡＤ変換された値に基づきスイッチング素子Ａ１８とスイッチング素子Ｂ２０とのＯＮ／ＯＦＦを制御する。また、電流算出回路２１は、ＡＤ変換された値およびスイッチング素子Ａ１８とスイッチング素子Ｂ２０のＯＮ／ＯＦＦの状態に基づいて、ＤＣモータ２に流れるモータ電流を算出し、風量検出部９に算出した電流値を出力する。

本実施形態の電流検出部７は、上記のような構成を備えており、次のように動作する。なお、本動作の一例では、電流算出回路２１に入力可能な電圧値の最大を５Vとして説明する。また、電流算出回路２１に入力可能な電圧値とは、電流算出回路２１が詳細な電圧値を検知できる電圧の範囲を意味し、５Vはその範囲における最大値である。つまり、電流算出回路２１は、所定の電圧値として、５Ｖを記憶している。

まず、スイッチング素子Ａ１８およびスイッチング素子Ｂ２０の制御について、図３を用いて説明する。

ＤＣモータ２に流れるモータ電流が大きく、電流算出回路２１に入力される電圧値が５Ｖに達した場合、電流算出回路２１は、分圧回路１５における電圧降下量が増加するようにスイッチング素子Ａ１８およびスイッチング素子Ｂ２０のＯＮ／ＯＦＦを切り替える。ここで、分圧回路１５における電圧降下量とは、分圧回路１５により下げられて電流算出回路２１に入力される電圧値の降下量である。この切り替えにより、電流算出回路２１に入力される電圧値は、分圧回路１５における電圧降下量が増加し、５Ｖよりも小さい電圧値となる。つまり、電流検出部７を構成する電流算出回路２１は、分圧回路１５における電圧降下量が増加するようにスイッチング素子を切り替える切替電圧値α２８として所定の電圧値（５Ｖ）を記憶し、電流算出回路２１に入力される電圧値が所定の電圧値（５Ｖ）以下となるようにスイッチング素子を制御する。

他方、ＤＣモータ２に流れるモータ電流が小さく、電流算出回路２１に入力される電圧値が切替電圧値β２９未満となった場合、電流算出回路２１は分圧回路１５における電圧降下量が減少するようにスイッチング素子Ａ１８およびスイッチング素子Ｂ２０のＯＮ／ＯＦＦを切り替える。ここで、切替電圧値β２９は、切り替え後に電流算出回路２１に入力される電圧が所定の電圧値（５V）となる電圧値である。これにより、電流算出回路２１に入力される電圧値は、所定の電圧値（５V）以下を維持しながら、分圧回路１５における電圧降下量が減少することにより、切り替え前よりも高い電圧値となるため、電流算出回路２１が算出する電流値の精度を上げることができる。この時、切替電圧値β２９に、切り替え安定化のためのヒステリシスを設けてもよい。

ここでヒステリシスとは、具体的には、分圧回路１５における電圧降下量を減少させるようにスイッチング素子を切り替える切替電圧値を、切り替え後に入力される電圧が所定の電圧値（５Ｖ）より小さい電圧値となる切替電圧値γ３０とすることを指す。例えば、切り替え後に電流算出回路２１に入力される電圧値が４．８Ｖとなる電圧値を切替電圧値γ３０とし、切替電圧値β２９に対して差を設ける。

続いて、電流算出回路２１がＤＣモータ２に流れるモータ電流を算出する動作を、図３を用いて説明する。なお、本動作の一例では、分圧抵抗Ａ１７の抵抗値が、分圧抵抗Ｂ１９より高い抵抗値であるものとして説明する。

スイッチング素子Ａ１８、スイッチング素子Ｂ２０が共にＯＦＦ（Ａの範囲）の場合、電流算出回路２１に入力される電圧は信号増幅回路１４が出力する電圧と等しくなる。この時、電流算出回路２１は、入力されている電圧値をＡＤ変換した値に基づいてＤＣモータ２に流れるモータ電流を算出する。

スイッチング素子Ａ１８がＯＮ、スイッチング素子Ｂ２０がＯＦＦ（Ｂの範囲）の場合、電流算出回路２１に入力される電圧は、分圧抵抗Ａ１７により分圧され、信号増幅回路１４が出力する電圧より低い電圧が電流算出回路２１に入力される。この時、電流算出回路２１は、入力されている電圧値をＡＤ変換した値を、分圧抵抗Ａ１７による電圧降下率で割り返した値に基づいてＤＣモータ２に流れるモータ電流を算出する。

スイッチング素子Ａ１８がＯＦＦ、スイッチング素子Ｂ２０がＯＮ（Ｃの範囲）の場合、電流算出回路２１に入力される電圧は、分圧抵抗Ｂ１９により分圧され、信号増幅回路１４が出力する電圧より低い電圧が電流算出回路２１に入力される。この時、分圧抵抗Ｂ１９により分圧された電圧降下量は、Ｂの範囲における電圧降下量よりも多くなり、電流算出回路２１は、入力されている電圧値をＡＤ変換した値を、分圧抵抗Ｂ１９による電圧降下率で割り返した値に基づいてＤＣモータ２に流れるモータ電流を算出する。

スイッチング素子Ａ１８、スイッチング素子Ｂ２０が共にＯＮ（Ｄの範囲）の場合、電流算出回路２１に入力される電圧は、分圧抵抗Ａ１７および分圧抵抗Ｂ１９により分圧され、信号増幅回路１４が出力する電圧より低い電圧が電流算出回路２１に入力される。この時、分圧抵抗Ａ１７および分圧抵抗Ｂ１９により分圧された電圧降下量は、Ｂの範囲またはＣの範囲における電圧降下量よりも多くなり、電流算出回路２１は、入力されている電圧値をＡＤ変換した値を、分圧抵抗Ａ１７および分圧抵抗Ｂ１９による電圧降下率で割り返した値に基づいて、ＤＣモータ２に流れるモータ電流を算出する。

以上説明したように、上記実施形態によれば、信号増幅回路１４が出力する電圧に応じて、分圧回路１５のスイッチング素子Ａ１８、スイッチング素子Ｂ２０を制御することで、電流算出回路２１に入力する電圧を、入力可能な電圧値、言い換えると電流算出回路２１が詳細な電圧値を検知できる電圧範囲に調整することが可能となる。このため、電流算出回路２１は、精度を悪化させることなく、算出（検知）可能な電流の範囲を広くすることができる。したがって、風量検出部９は、換気装置１による送風量を精度よく算出できる範囲を広くすることができる。

電流算出回路２１による上述のスイッチング素子の制御は、電流算出回路２１に入力される電圧値を検知しながら、順次増加、または順次減少させるように制御する。具体的には、スイッチング素子Ａ１８、スイッチング素子Ｂ２０が共にＯＦＦ（Ａの範囲）の状態から、スイッチング素子Ａ１８がＯＮ、スイッチング素子Ｂ２０がＯＦＦ（Ｂの範囲）の状態に遷移させた場合であっても入力される電圧値が５Ｖ以上であったとする。この場合は電圧降下量を順次増加させ、すなわち、スイッチング素子Ａ１８をＯＦＦ、スイッチング素子Ｂ２０をＯＮ（Ｃの範囲）に遷移させ、さらに必要に応じてスイッチング素子Ａ１８、スイッチング素子Ｂ２０を共にＯＮ（Ｄの範囲）に遷移させる。

上記は分圧回路１５によって、入力可能な電圧値の最大である５Ｖから順次、電圧値を低下させる手順であるが、切替電圧値β２９未満の電圧から、順次電圧値を増加させる場合には、Ｄの範囲から電圧降下量を減少させていくようにスイッチング素子を制御すればよい。

この構成により、スイッチ回路の数に応じて広範囲にわたる電流値を高精度に検知することが可能になる。

また、分圧回路１５における電圧降下量を減少させるようにスイッチング素子を切り替える電圧閾値にヒステリシスを設けることにより、ノイズ等の外乱が発生した場合でも、電流の算出（検知）が安定する。

例えば、ノイズの影響により、電流算出回路２１に入力される電圧が所定の電圧値（５V）付近で変動した場合を仮定する。この場合、電流算出回路２１は、入力される電圧が切替電圧値α２８、すなわち所定の電圧値（５V）に達した際に、スイッチング素子を切り替え、入力される電圧を切替電圧値β２９に調整する。しかし、ノイズの影響により、切り替え後すぐに切替電圧値β２９未満の電圧が入力されるため、スイッチング素子を切替前の状態に再度切り替える必要がある。そして、この制御が頻繁に発生して電流の検知が不安定化してしまう。これに対して、ヒステリシスを設け、すなわち分圧回路１５における電圧降下量を減少させるようにスイッチング素子を切り替える電圧閾値を、あらかじめ切替電圧値γ３０とする。この場合、上述した仮定において、ノイズの影響により切替電圧値β２９未満の電圧が入力されたとしても、切替電圧値β２９と切替電圧値γ３０に差があることで、スイッチング素子を頻繁に切り替える必要がなくなり、電流算出回路２１の電流の算出（検知）が安定する。

（実施の形態２）
図４は、実施の形態１とは異なる他の電流検出部７の具体的構成である。実施の形態１において分圧回路１５を構成するスイッチ回路を、実施の形態２においては負帰還抵抗２４にそれぞれ並列接続し、増幅率調整回路２７として構成した際の具体的な回路である。図４において、図２と同様の構成要素については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。

スイッチング素子Ａ１８およびスイッチング素子Ｂ２０は、電流算出回路２１より入力されている信号に基づきＯＮ／ＯＦＦを切り替える。スイッチング素子Ａ１８およびスイッチング素子Ｂ２０が共にＯＦＦの場合は、信号増幅回路１４の増幅率は、負帰還抵抗２４および入力抵抗Ｂ２６の抵抗値によって決定される。他方、スイッチング素子Ａ１８およびスイッチング素子Ｂ２０のいずれかがＯＮ、または、共にＯＮの場合、オペアンプ２３の出力端子と反転入力端子の間の抵抗値が、分圧抵抗Ａ１７または分圧抵抗Ｂ１９により分圧され、負帰還抵抗２４の抵抗値よりも低くなる。そのため、信号増幅回路１４の増幅率は、スイッチング素子Ａ１８およびスイッチング素子Ｂ２０が共にＯＦＦの場合と比較して低くなる。

本実施形態の電流検出部７は、上記のような構成を備えており、次のように動作する。なお、本動作の一例では、実施の形態１と同様に、電流算出回路２１に入力可能な電圧値の最大を５Ｖとして説明する。

ＤＣモータ２に流れるモータ電流が大きく、電流算出回路２１に入力される電圧値が５Ｖに達した場合、電流算出回路２１は信号増幅回路１４の増幅率が減少するようにスイッチング素子Ａ１８およびスイッチング素子Ｂ２０のＯＮ／ＯＦＦを切り替える。この切り替えにより、電流算出回路２１に入力される電圧値は、信号増幅回路１４の増幅率が減少することにより、５Ｖよりも小さい電圧値となる。つまり、電流検出部７を構成する電流算出回路２１は、信号増幅回路１４の増幅率が減少するようにスイッチング素子を切り替える切替電圧値α２８として所定の電圧値（５Ｖ）を記憶し、電流算出回路２１に入力される電圧値が所定の電圧値（５Ｖ）以下となるようにスイッチング素子を制御する。

他方、ＤＣモータ２に流れるモータ電流が小さく、電流算出回路２１に入力される電圧値が切替電圧値β２９未満となった場合、電流算出回路２１は信号増幅回路１４の増幅率が増加するようにスイッチング素子Ａ１８およびスイッチング素子Ｂ２０のＯＮ／ＯＦＦを切り替える。これにより、電流算出回路２１に入力される電圧値は、所定の電圧値（５V）以下を維持しながら、信号増幅回路１４の増幅率が増加することで、切り替え前よりも高い電圧値となるため、電流算出回路２１が算出する電流値の精度を上げることができる。なお、実施の形態１と同様に、スイッチング素子を切り替える時の切替電圧値β２９に、切り替え安定化のためのヒステリシスを設けてもよい。

続いて、電流算出回路２１がＤＣモータ２に流れるモータ電流を算出する動作を、図３を用いて説明する。なお、本動作の一例では、分圧抵抗Ａ１７の抵抗値が、分圧抵抗Ｂ１９より高い抵抗値であるとして説明する。

スイッチング素子Ａ１８、スイッチング素子Ｂ２０が共にＯＦＦ（Ａの範囲）の場合、信号増幅回路１４の増幅率は、負帰還抵抗２４および入力抵抗Ｂ２６の抵抗値によって決定される。この時、電流算出回路２１は、入力されている電圧値をＡＤ変換した値に基づいてＤＣモータ２に流れるモータ電流を算出する。

スイッチング素子Ａ１８がＯＮ、スイッチング素子Ｂ２０がＯＦＦ（Ｂの範囲）の場合、信号増幅回路１４の増幅率は、オペアンプ２３の出力端子と反転入力端子の間の抵抗値が、分圧抵抗Ａ１７により分圧されることで、Ａの範囲と比較して減少する。この時、電流算出回路２１は、入力されている電圧値をＡＤ変換した値を、Ａの範囲に対して減少した増幅率の割合で割り返した値に基づいてＤＣモータ２に流れるモータ電流を算出する。

スイッチング素子Ａ１８がＯＦＦ、スイッチング素子Ｂ２０がＯＮ（Ｃの範囲）の場合、信号増幅回路１４の増幅率は、オペアンプ２３の出力端子と反転入力端子の間の抵抗値が、分圧抵抗Ｂ１９により分圧されることで、Ｂの範囲と比較して減少する。この時、電流算出回路２１は、入力されている電圧値をＡＤ変換した値を、Ａの範囲に対して減少した増幅率の割合で割り返した値に基づいてＤＣモータ２に流れるモータ電流を算出する。

スイッチング素子Ａ１８、スイッチング素子Ｂ２０が共にＯＮ（Ｄの範囲）の場合、信号増幅回路１４の増幅率は、オペアンプ２３の出力端子と反転入力端子の間の抵抗値が、分圧抵抗Ａ１７および分圧抵抗Ｂ１９により分圧されることで、Ｃの範囲と比較して減少する。この時、電流算出回路２１は、入力されている電圧値をＡＤ変換した値を、Ａの範囲に対して減少した増幅率の割合で割り返した値に基づいてＤＣモータ２に流れるモータ電流を算出する。

以上説明したように、上記実施形態によれば、信号増幅回路１４が出力する電圧に応じて、増幅率調整回路２７のスイッチング素子Ａ１８、スイッチング素子Ｂ２０を制御することで、電流算出回路２１に入力する電圧を、入力可能な電圧値、言い換えると電流算出回路２１が詳細な電圧値を検知できる電圧範囲に調整することが可能となる。このため、電流算出回路２１は、精度を悪化させることなく、算出（検知）可能な電流の範囲を広くすることができる。したがって、風量検出部９は、換気装置１による送風量を精度よく算出できる範囲を広くすることができ、上記構成においても実施の形態１と同等の効果を備えている。

また、電流算出回路２１による上述のスイッチング素子の制御は、電流算出回路２１に入力される電圧値を検知しながら、順次増加、または順次減少させるように制御してもよい点は実施の形態１と同様である。この際、実施の形態２では、分圧回路１５に変えて増幅率調整回路２７により行われる点が異なる。

本発明に係る換気装置は、ＤＣモータに流れるモータ電流の利用範囲に制限されることなく、モータ電流の検出精度を向上させることが可能となるため、送風量を広範囲にわたり高精度に制御できる換気装置として有用である。

１換気装置
２ＤＣモータ
３固定子
４回転子
５インバータ
６羽根
７電流検出部
８回転数検出部
９風量検出部
１０ＡＣ／ＤＣコンバータ
１１平滑コンデンサ
１２商用電源
１３シャント抵抗
１４信号増幅回路
１５分圧回路
１６入力抵抗
１７分圧抵抗Ａ
１８スイッチング素子Ａ
１９分圧抵抗Ｂ
２０スイッチング素子Ｂ
２１電流算出回路
２２グランド
２３オペアンプ
２４負帰還抵抗
２５入力抵抗Ａ
２６入力抵抗Ｂ
２７増幅率調整回路
２８切替電圧値α
２９切替電圧値β
３０切替電圧値γ
１０１電流検出回路
１０２シャント抵抗
１０３オペアンプ
１０４平均化回路
１０５マイコン

Claims

ＤＣモータと、
前記ＤＣモータによって回転する羽根と、
前記ＤＣモータに流れる電流を検出する電流検出部と、
前記ＤＣモータの回転数を検出する回転数検出部と、
前記電流検出部によって検出された電流値と前記回転数検出部によって検出された回転数とに基づいて前記羽根による送風量を算出する風量検出部と、を備えた換気装置において、
前記電流検出部は、
前記ＤＣモータに流れる電流を電圧に変換し、出力するシャント抵抗と、
前記シャント抵抗が出力する電圧を所定の増幅率で増幅して出力する信号増幅回路と、
前記信号増幅回路が出力する電圧の分圧を行う分圧回路と、
前記分圧回路によって分圧された電圧が入力される電流算出回路と、を備え、
前記分圧回路は、
スイッチング素子と抵抗器とを直列接続したスイッチ回路を少なくとも１組備え、
前記電流算出回路は、
前記分圧回路で分圧した電圧値に基づいて、前記分圧回路の各前記スイッチング素子を制御し、前記スイッチング素子の動作状態と前記電流算出回路に入力される電圧値に基づいて前記ＤＣモータに流れる電流を算出する換気装置。
ＤＣモータと、
前記ＤＣモータによって回転する羽根と、
前記ＤＣモータに流れる電流を検出する電流検出部と、
前記ＤＣモータの回転数を検出する回転数検出部と、
前記電流検出部によって検出された電流値と前記回転数検出部によって検出された回転数とに基づいて前記羽根による送風量を算出する風量検出部と、を備えた換気装置において、
前記電流検出部は、
前記ＤＣモータに流れる電流を電圧に変換し、出力するシャント抵抗と、
前記シャント抵抗が出力する電圧を増幅して出力する信号増幅回路と、
前記信号増幅回路による増幅率を調整する増幅率調整回路と、
前記増幅率調整回路によって調整された電圧が入力される電流算出回路と、を備え、
前記信号増幅回路は、
前記シャント抵抗が出力する電圧が入力されるオペアンプと、
前記オペアンプの入力端子と出力端子の間に接続される負帰還抵抗と、を備え、
前記増幅率調整回路は、
前記負帰還抵抗に並列に接続される、少なくとも一組のスイッチング素子と抵抗器とを直列接続したスイッチ回路を備え、
前記電流算出回路は、
前記増幅率調整回路により調整された電圧値に基づいて各前記スイッチング素子を制御し、前記スイッチング素子の動作状態と前記電流算出回路に入力される電圧値に基づいて、前記ＤＣモータに流れる電流を算出する換気装置。
前記電流検出部は、入力される電圧値が所定の電圧値以下となるように各前記スイッチング素子を制御する請求項１または請求項２に記載の換気装置。
前記所定の電圧値は、前記電流算出回路に入力可能な電圧値の最大である請求項３に記載の換気装置。
前記電流算出回路は、前記ＤＣモータに流れる電流を算出する際に、
所定の電圧値と、入力される電圧値とを比較し、
前記入力される電圧値が前記所定の電圧値以上の場合には、前記分圧回路による電圧降下量を増加させるように前記スイッチング素子を制御する請求項１記載の換気装置。
前記スイッチ回路を複数備え、
前記電流算出回路は、前記入力される電圧値が前記所定の電圧値以上の場合には、前記電圧降下量を順次増加させるように、前記複数個の前記スイッチ回路が備える前記各スイッチング素子を制御する請求項５記載の換気装置。
前記電流算出回路は、前記ＤＣモータに流れる電流を算出する際に、
切替電圧値と、入力される電圧値とを比較し、
前記入力される電圧値が前記切替電圧値より小さい場合には、前記分圧回路による電圧降下量を減少させるように前記スイッチング素子を制御する請求項１記載の換気装置。
前記スイッチ回路を複数備え、
前記電流算出回路は、前記入力される電圧値が前記切替電圧値より小さい場合には、前記電圧降下量を順次減少させるように、前記複数個の前記スイッチ回路が備える前記各スイッチング素子を制御する請求項７記載の換気装置。
前記電流算出回路は、ＤＣモータに流れる電流を算出する際に、
所定の電圧値と、入力される電圧値とを比較し、
前記入力される電圧値が前記所定の電圧値以上の場合には、前記信号増幅回路の増幅率を減少させるように前記スイッチング素子を制御する請求項２記載の換気装置。
前記スイッチ回路を複数備え、
前記電流算出回路は、前記入力される電圧値が前記所定の電圧値以上の場合には、前記信号増幅回路の増幅率を順次減少させるように、前記複数個の前記スイッチ回路が備える前記各スイッチング素子を制御する請求項９記載の換気装置。
前記電流算出回路は、ＤＣモータに流れる電流を算出する際に、
切替電圧値と、入力される電圧値とを比較し、
前記入力される電圧値が前記切替電圧値より小さい場合には、前記信号増幅回路の増幅率を増加させるように前記スイッチング素子を制御する請求項２記載の換気装置。
前記スイッチ回路を複数備え、
前記電流算出回路は、前記入力される電圧値が前記切替電圧値より小さい場合には、前記信号増幅回路の増幅率を順次増加させるように、前記複数個の前記スイッチ回路が備える前記各スイッチング素子を制御する請求項１１記載の換気装置。
前記電流検出部は、
前記切替電圧値にヒステリシスを設けた請求項７または請求項１１に記載の換気装置。