JPH09261988A - 直流モータ制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 駆動電流や回転数を用いた制御を正確かつ迅
速に行える直流モータ制御装置を提供する。 【解決手段】 直流モータ５の回転数を検出する回転数
検出手段１５と、直流モータ５の駆動電流に関する情報
を検出する駆動電流検出手段１６と、回転数検出手段１
５からの検出出力と駆動電流検出手段１６からの検出出
力とを含む情報に基づいて直流モータ５の駆動電圧を制
御するモータ制御手段２０とを備えた直流モータ制御装
置であって、駆動電流検出手段１６からの検出出力を微
分してモータ制御手段２０に出力することにより、直流
モータ５の駆動電流の時間的な変化率を直流モータ５の
駆動電圧に帰還させる微分手段２４を設けた。

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、直流モータの回
転数を検出する回転数検出手段と、直流モータの駆動電
流に関する情報を検出する駆動電流検出手段と、回転数
検出手段からの検出出力と駆動電流検出手段からの検出
出力とを含む情報に基づいて直流モータの駆動電圧を制
御するモータ制御手段とを備えた直流モータ制御装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の直流モータ制御装置は、一般に、
直流モータの回転数を検出し、それに基づいてモータ制
御電圧を変化させて、このモータ制御電圧に応じて直流
モータの駆動電圧を制御する構成であった。

【０００３】ところで、直流モータの動作状態における
状態方程式は、下記数式１および数式２によって表さ
れ、これらから伝達関数を求めてブロック線図を描く
と、図１５のようになる。ここで、Ｌは巻線のインダク
タンス、Ｒは巻線の抵抗、Ｊはロータの慣性係数、Ｂは
ロータおよび軸の粘性係数、Ｋ_T はトルク定数、Ｋ_e は
逆起電力定数、Ｔ_L は外乱トルク、Ｖは駆動電圧、Ｉは
巻線を流れる電流すなわち駆動電流、Ｎは回転数であ
る。

【０００４】

【数１】

【０００５】

【数２】

【０００６】上記数式１および数式２ならびに図１５か
ら判るように、電源電圧の変動などによって駆動電圧Ｖ
が変化した場合、所定の応答速度で駆動電流Ｉが変化
し、その駆動電流Ｉの変化によって所定の応答速度で回
転数Ｎが変化して、その回転数Ｎの変化が駆動電圧Ｖに
フィードバックされて、駆動電圧Ｖの変化による駆動電
流Ｉや回転数Ｎの変化を妨げるように作用する。

【０００７】このため、駆動電圧Ｖの変化による駆動電
流Ｉおよび回転数Ｎの変化が大きく、しかもそれらが過
渡状態から定常状態に戻るまでに要する時間も長い。

【０００８】したがって、このような直流モータの制御
方式として、従来のように、回転数Ｎを検出し、それに
基づいてモータ制御電圧Ｖ_S を変化させて、このモータ
制御電圧Ｖ_S に応じて駆動電圧Ｖを制御するというよう
な制御方式を採用した場合、たとえば図１６に示すよう
に、駆動電圧Ｖの変化により、駆動電流Ｉおよび回転数
Ｎが大きく変化し、しかも定常状態に戻るまでの時間も
長い。また、定常状態においても、駆動電圧Ｖは常に若
干変動しているが、それによる駆動電流Ｉの変動も比較
的大きい。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】以上のことから、上記
従来の直流モータ制御装置では、駆動電流Ｉや回転数Ｎ
を用いた制御を正確に行えないという課題があった。た
とえば、直流モータを燃焼器のファンを駆動するために
用い、駆動電流Ｉと回転数Ｎとにより送風流路の流路抵
抗を演算して、その流路抵抗と燃焼量とに応じた最適回
転数でファンを回転させるような場合、駆動電流Ｉと回
転数Ｎとの定常状態における数値により流路抵抗を演算
する必要があるため、電源電圧の変動などにより駆動電
圧Ｖが変動して駆動電流Ｉおよび回転数Ｎが過渡状態に
なったときには、流路抵抗を正確に演算できない。しか
も駆動電流Ｉおよび回転数Ｎの変化が大きいと、流路抵
抗の演算結果が実際の値から大きく外れ、送風量が不適
切になって燃焼に悪影響を及ぼす事態に至ることも考え
られる。

【００１０】また、駆動電圧Ｖの小さな変動により駆動
電流Ｉが常に変動するので、駆動電流Ｉの検出のために
検出回路以降の回路の時定数を大きくする必要があり、
このために検出の時間遅れが大きいという課題もあっ
た。

【００１１】本願発明は上記の点に鑑みて提案されたも
ので、駆動電流や回転数を用いた制御を正確かつ迅速に
行える直流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】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本願発明では、次の技術的手段を講じている。

【００１３】すなわち、本願の請求項１に記載した発明
は、直流モータの回転数を検出する回転数検出手段と、
直流モータの駆動電流に関する情報を検出する駆動電流
検出手段と、回転数検出手段からの検出出力と駆動電流
検出手段からの検出出力とを含む情報に基づいて直流モ
ータの駆動電圧を制御するモータ制御手段とを備えた直
流モータ制御装置であって、駆動電流検出手段からの検
出出力を微分してモータ制御手段に出力することによ
り、直流モータの駆動電流の時間的な変化率を直流モー
タの駆動電圧に帰還させる微分手段を設けたことを特徴
としている。

【００１４】この直流モータ制御装置によれば、微分手
段が、駆動電流検出手段からの検出出力を微分してモー
タ制御手段に出力することにより、直流モータの駆動電
流の時間的な変化率を直流モータの駆動電圧に帰還させ
るので、電源電圧の変動などにより駆動電圧が変化して
巻線電流すなわち駆動電流が変化すると、その変化率が
直ちに駆動電圧に帰還されることから、駆動電流の変化
を小さく抑えることができる。したがって、駆動電流や
回転数を用いた制御を正確かつ迅速に行える。さらに、
定常的な電源電圧の若干の変動などに起因する駆動電流
の変動をほとんどなくすことができるので、駆動電流の
検出のために検出回路以降の回路の時定数を大きくする
必要がなくなり、検出の時間遅れを減少せることができ
る。

【００１５】直流モータは、直流電力で駆動できるモー
タであればよく、たとえば三相ブラシレスモータなど、
その種類は問わない。回転数検出手段は、たとえば直流
モータに内蔵されたホール素子などにより構成できる
が、これに限るものではなく、たとえばロータリーエン
コーダなどを用いてもよい。駆動電流検出手段は、たと
えば非接触式の検流器などにより構成できるが、これに
限るものではない。モータ制御手段は、たとえば可変電
圧式スイッチングレギュレータなどにより構成できる
が、これに限らず、ＰＷＭ方式により駆動電圧を可変さ
せるものであってもよい。微分手段としては、たとえば
演算増幅器を用いた微分回路などを用いることができ
る。微分手段の出力は、駆動電圧を制御するためのモー
タ制御電圧と合成してもよいし、駆動電圧と直接合成し
てもよい。

【００１６】また、本願の請求項２に記載した発明は、
燃焼器の送風流路に配置された送風用のファンを回転さ
せる直流モータに電源を供給して直流モータを回転させ
る直流モータ制御装置であって、燃焼器の燃焼量に基づ
いて最適送風量を判別する最適送風量判別手段と、直流
モータの回転数を検出する回転数検出手段と、直流モー
タの駆動電流に関する情報を検出する駆動電流検出手段
と、駆動電流検出手段からの検出出力と回転数検出手段
からの検出出力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と、最適送風量判別手段により判
別された最適送風量と流路抵抗判別手段により判別され
た流路抵抗とに基づいて直流モータの最適回転数を判別
する最適回転数判別手段と、最適回転数判別手段による
判別結果と回転数検出手段からの検出出力とに基づいて
直流モータの駆動電圧を制御するモータ制御手段と、駆
動電流検出手段からの検出出力を微分してモータ制御手
段に出力することにより、直流モータの駆動電流の時間
的な変化率を直流モータの駆動電圧に帰還させる微分手
段とを設けたことを特徴としている。

【００１７】この直流モータ制御装置によれば、請求項
１記載の直流モータ制御装置による効果に加えて、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直流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
うに直流モータを駆動するので、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、常に最適燃焼を維持でき
る。

【００１８】また、本願の請求項３に記載した発明は、
燃焼器の送風流路に配置された送風用のファンを回転さ
せる直流モータに電源を供給して直流モータを回転させ
る直流モータ制御装置であって、燃焼器の燃焼量に基づ
いて最適送風量を判別する最適送風量判別手段と、直流
モータの回転数を検出する回転数検出手段と、直流モー
タの駆動電流に関する情報を検出する駆動電流検出手段
と、駆動電流検出手段からの検出出力と回転数検出手段
からの検出出力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と、流路抵抗判別手段により判別
された流路抵抗と回転数検出手段からの検出出力とに基
づいて現実の送風量を推測する送風量推測手段と、最適
送風量判別手段により判別された最適送風量と送風量推
測手段により推測された現実の送風量との偏差に基づい
て直流モータの最適回転数を判別する最適回転数判別手
段と、最適回転数判別手段による判別結果と回転数検出
手段からの検出出力とに基づいて直流モータの駆動電圧
を制御するモータ制御手段と、駆動電流検出手段からの
検出出力を微分してモータ制御手段に出力することによ
り、直流モータの駆動電流の時間的な変化率を直流モー
タの駆動電圧に帰還させる微分手段とを設けたことを特
徴としている。

【００１９】この直流モータ制御装置によれば、請求項
１記載の直流モータ制御装置による効果に加えて、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推
測された現実の送風量との偏差に基づいて直流モータの
最適回転数を判別し、モータ制御手段により、最適回転
数となるように直流モータを駆動するので、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、現
実の送風量を推測して直流モータを適切に制御できる。
したがって、流路抵抗などが変化しても、常に最適燃焼
を維持できる。

【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は本願発明に係る直流モータ制御装置
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に連続するファンケース４の
内部には、直流モータ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。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１
０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１１，１２が介装されており、これらバルブ１
１，１２は給湯制御部１３により制御される。

【００２２】直流モータ制御装置は、直流モータ５から
の回転パルスに基づいて直流モータ５の回転数を検出す
る回転数検出手段１５と、直流モータ５の駆動電流に関
する情報を検出する駆動電流検出手段１６と、駆動電流
検出手段１６からの検出値と回転数検出手段１５により
検出された回転数とに基づいてケーシング１およびファ
ンケース４内の送風流路の流路抵抗を判別する流路抵抗
判別手段１７と、バーナ２の燃焼量すなわち給湯制御部
１３からの燃料供給量に応じた信号に基づいて最適送風
量を判別する最適送風量判別手段１８と、最適送風量判
別手段１８により判別された最適送風量と流路抵抗判別
手段１７により判別された流路抵抗とに基づいて直流モ
ータ５の最適回転数を判別する最適回転数判別手段１９
と、最適回転数判別手段１９により判別された最適回転
数となるように直流モータ５を駆動するモータ制御手段
２０と、流路抵抗判別手段１７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２１
と、異常判別手段２１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２２と、駆動電流検出手段
１６からの検出出力を微分してモータ制御手段２０に出
力することにより、直流モータ５の駆動電流の時間的な
変化率を直流モータ５の駆動電圧に帰還させる微分手段
２４とを備えている。なお、流路抵抗判別手段１７と最
適送風量判別手段１８と最適回転数判別手段１９と異常
判別手段２１と異常処理手段２２とは、マイクロコンピ
ュータ２３により実現されている。

【００２３】図２は直流モータ５の回路図であって、直
流モータ５は、複数のホール素子２５と、スイッチング
制御手段２６と、端子２７ａ〜２７ｅと、駆動コイル
Ｕ，Ｖ，Ｗと、トランジスタＱ１〜Ｑ１６と、ダイオー
ドＤ１〜Ｄ６と、抵抗器Ｒ１〜Ｒ２９と、キャパシタＣ
１とを備えている。ＩＣからなるスイッチング制御手段
２６は、ホール素子２５からの検出信号に基づいてトラ
ンジスタＱ１〜Ｑ６をオン・オフさせ、スイッチング制
御を行う。端子２７ａには直流電圧ＶＣＣが入力され、
スイッチング制御手段２６などに供給される。端子２７
ｂは接地されている。端子２７ｃからはスイッチング制
御手段２６からトランジスタＱ１６を介して直流モータ
５の回転数に応じた回転パルスＶＦＧが出力される。端
子２７ｄには駆動電圧ＶＤＣが印加され、駆動コイル
Ｕ，Ｖ，Ｗに供給される。直流モータ５の回転数は端子
２７ｄに印加される駆動電圧ＶＤＣによって決定され
る。端子２７ｅからは駆動コイルＵ，Ｖ，Ｗに流れる駆
動電流が出力される。なお、直流モータ５の回路構成は
周知であるので、具体的な接続状態の説明は省略する。

【００２４】図３は駆動電流検出手段１６の回路図であ
って、この駆動電流検出手段１６は、直流モータ５に内
蔵されており、入力端子２９と、出力端子３０と、カレ
ントトランスＣＴ１と、演算増幅器ＯＰ１，ＯＰ２と、
可変抵抗器ＶＲ１，ＶＲ２と、抵抗器Ｒ３０〜Ｒ３５
と、キャパシタＣ２，Ｃ３とを備えている。入力端子２
９は、カレントトランスＣＴ１を介して接地されている
と共に、直流モータ５の端子２７ｅに接続されている。
すなわち、直流モータ５の駆動コイルＵ，Ｖ，Ｗを流れ
た駆動電流は、カレントトランスＣＴ１を通って電源に
帰る。カレントトランスＣＴ１の出力端には抵抗器Ｒ３
０が接続されており、この抵抗器Ｒ３０の一端は接地さ
れている。抵抗器Ｒ３０の他端は演算増幅器ＯＰ１の非
反転入力端に接続されている。演算増幅器ＯＰ１の反転
入力端は抵抗器Ｒ３１を介して接地されており、演算増
幅器ＯＰ１の出力端と反転入力端との間には抵抗器Ｒ３
２とキャパシタＣ２との並列回路が接続されている。演
算増幅器ＯＰ１の出力端は抵抗器Ｒ３４を介して演算増
幅器ＯＰ２の反転入力端に接続されており、直流電圧Ｖ
ＣＣと接地との間には抵抗器Ｒ３３と可変抵抗器ＶＲ１
との直列回路が介装されている。可変抵抗器ＶＲ１の摺
動子は演算増幅器ＯＰ２の非反転入力端に接続されてお
り、演算増幅器ＯＰ２の出力端は出力端子３０と可変抵
抗器ＶＲ２の一端とに接続されている。可変抵抗器ＶＲ
２の他端は、抵抗器Ｒ３５とキャパシタＣ３との並列回
路を介して演算増幅器ＯＰ２の反転入力端に接続されて
いる。

【００２５】図４は微分手段２４の回路図であって、抵
抗器Ｒ３６の一端は駆動電流検出手段１６の出力端子３
０に接続されており、抵抗器Ｒ３６の他端はキャパシタ
Ｃ４の一端に接続されている。キャパシタＣ４の他端は
演算増幅器ＯＰ３の反転入力端および抵抗器Ｒ３７の一
端に接続されている。抵抗器Ｒ３７の他端は出力端子３
１および演算増幅器ＯＰ３の出力端に接続されている。
演算増幅器ＯＰの非反転入力端は接地されている。この
微分回路は周知であるので、詳細な動作説明は省略す
る。

【００２６】図５はモータ制御手段２０の回路ブロック
図であって、このモータ制御手段２０は、整流回路３
２、スイッチングレギュレータ３３、制御電圧発生部３
４、およびキャパシタＣ５を備えている。整流回路３２
は、商用電源３５の電力を全波整流する。スイッチング
レギュレータ３３は、キャパシタＣ５により平滑化され
た直流電力をスイッチングして、ＰＡＭ方式により制御
電圧発生部３４からのモータ制御電圧に応じた直流電圧
を駆動電圧ＶＤＣとして出力する。制御電圧発生部３４
は、最適回転数判別手段１９からの最適回転数と回転数
検出手段１５からの回転数とに基づいて制御電圧を生成
し、さらにその制御電圧から微分手段２４の出力を減算
してモータ制御電圧としてスイッチングレギュレータ３
３の電圧制御端に出力する。

【００２７】制御電圧発生部３４の出力部は、抵抗器Ｒ
３８〜Ｒ４２と演算増幅器ＯＰ４とを備えている。抵抗
器Ｒ３８の一端には、最適回転数判別手段１９からの最
適回転数と回転数検出手段１５からの回転数との偏差に
応じた制御電圧が入力される。抵抗器Ｒ３８の他端は抵
抗器Ｒ３９，Ｒ４０の一端と演算増幅器ＯＰ４の非反転
入力端とに接続されており、抵抗器Ｒ３９の他端は微分
手段２４の出力端子３１に接続されている。演算増幅器
ＯＰの反転入力端は抵抗器Ｒ４１，４２の一端に接続さ
れており、抵抗器Ｒ４０，Ｒ４１の他端は接地されてい
る。抵抗器Ｒ４２の他端は演算増幅器ＯＰ４の出力端お
よびスイッチングレギュレータ３３の電圧制御端に接続
されている。したがって、制御電圧から微分手段２４の
出力を減算したモータ制御電圧が演算増幅器ＯＰ４から
スイッチングレギュレータ３３の電圧制御端に出力され
る。

【００２８】次に、上記給湯装置の動作について、図６
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、点火動作を開始すると共
に、最適送風量判別手段１８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１８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（Ｓ１）。

【００２９】この時点では直流モータ５は回転しておら
ず、流路抵抗判別手段１７による判別結果が最適回転数
判別手段１９に供給されないので、最適回転数判別手段
１９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信号をモータ制御手段２０に出力
する（Ｓ２）。これによりモータ制御手段２０が、初期
回転数で回転するように直流モータ５に駆動電圧ＶＤＣ
を供給し、直流モータ５を駆動する。

【００３０】次に、異常判別手段２１が、内蔵している
タイマを起動させる（Ｓ３）。具体的には、マイクロコ
ンピュータ２３のＣＰＵに内蔵されているレジスタをダ
ウンカウンタとして使用し、プログラムによりダウンカ
ウンタに所定値を設定して、所定周期のクロック信号に
よりダウンカウンタの内容を１ずつ減算していく。

【００３１】次に、駆動電流検出手段１６が、直流モー
タ５の駆動電流を検出する（Ｓ４）。すなわち、直流モ
ータ５の駆動コイルＵ，Ｖ，Ｗを流れた駆動電流は、図
３に示すように、直流モータ５の端子２７ｅから駆動電
流検出手段１６の入力端子２９に流入し、カレントトラ
ンスＣＴ１を通って電源に帰る。したがってカレントト
ランスＣＴ１には直流モータ５の駆動電流に応じた電圧
が誘起され、これが抵抗器Ｒ３０に印加され、演算増幅
器ＯＰ１の非反転入力端に入力される。演算増幅器ＯＰ
１は、非反転入力端に入力された電圧を抵抗器Ｒ３１，
Ｒ３２で決まる増幅率で増幅し、抵抗器Ｒ３４を介して
演算増幅器ＯＰ２の反転入力端に供給する。これにより
演算増幅器ＯＰ２は、演算増幅器ＯＰ２の非反転入力端
に入力される電圧と演算増幅器ＯＰ１の出力電圧との差
電圧を、可変抵抗器ＶＲ２と抵抗器Ｒ３４，Ｒ３５とに
よって決まる増幅率で増幅し、検出電圧Ｅとして出力端
子３０に出力する。この検出電圧Ｅは流路抵抗判別手段
１７に供給される。

【００３２】ここで、演算増幅器ＯＰ２の非反転入力端
に入力される電圧は、可変抵抗器ＶＲ１の摺動子を移動
させることにより変化する。すなわち、可変抵抗器ＶＲ
１の摺動子を移動させると、演算増幅器ＯＰ２によって
増幅される、演算増幅器ＯＰ１の出力電圧との差電圧が
変化するので、カレントトランスＣＴ１を流れる駆動電
流と出力端子１４に表れる検出電圧Ｅとの関係が変化す
る。したがって、図７に示すように、直流モータ５の回
転数Ｎと出力端子３０に表れる検出電圧Ｅとの関係は、
可変抵抗器ＶＲ１の摺動子を移動させることにより、例
えば実線の状態から破線の状態へとレベルがシフトす
る。この結果、製造時に個々の直流モータ５の回転数と
駆動電流との特性のレベルにばらつきがある場合、それ
を可変抵抗器ＶＲ１により調整して予め検出特性を調整
しておくことができる。

【００３３】また、可変抵抗器ＶＲ２の摺動子を移動さ
せると、可変抵抗器ＶＲ２の抵抗値が変化するので、帰
還率が変化し、演算増幅器ＯＰ２の増幅率が変化するこ
とから、カレントトランスＣＴ１を流れる駆動電流と出
力端子３０に表れる検出電圧Ｅとの関係が変化する。し
たがって、図８に示すように、直流モータ５の回転数Ｎ
と出力端子３０に表れる検出電圧Ｅとの関係は、可変抵
抗器ＶＲ２の摺動子を移動させることにより、例えば実
線の状態から破線の状態へと傾きが変化する。この結
果、製造時に個々の直流モータ５の回転数と駆動電流と
の特性の傾きにばらつきがある場合、それを可変抵抗器
ＶＲ２により調整して予め検出特性を調整しておくこと
ができる。

【００３４】次に、回転数検出手段１５が、直流モータ
５のホール素子２５からの回転パルスに基づいて、直流
モータ５の回転数を検出する（Ｓ５）。

【００３５】次に、流路抵抗判別手段１７が、駆動電流
検出手段１６からの検出電圧Ｅと回転数検出手段１５か
らの回転数に対応した信号とに基づいて、ファンケース
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（Ｓ６）。すなわち、直流モータ５の回転数Ｎと駆
動電流Ｉとの関係は、図９に示すように、流路抵抗Φに
応じて変化するので、回転数Ｎと駆動電流Ｉと流路抵抗
Φ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と駆動電流Ｉとから流路抵抗Φを決
定できる。例えば、回転数ＮがＮ１のときに駆動電流Ｉ
がＩ０になり、あるいは回転数ＮがＮ２のときに駆動電
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のときに駆動電流ＩがＩ０になれ
ば、流路抵抗ΦがΦ０であると判断できる。なお、Φ０
はΦ１よりも小さい。また、この流路抵抗Φは、直流モ
ータ５の回転数をＮ、駆動電流をＩとすれば、例えば実
験的に下記数式３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４により求められる。

【００３６】

【数３】

【００３７】

【数４】

【００３８】次に、異常判別手段２１が、流路抵抗判別
手段１７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（Ｓ７）。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を図１０に斜線で示
しているが、流路抵抗Φがこのような値になった場合、
直流モータ５の回転数Ｎ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、直流モータ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１０の第１象限は直流モータ５の回転数Ｎ
と駆動電流Ｉと流路抵抗Φとの関係を表しており、第４
象限は直流モータ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。

【００３９】異常判別手段２１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（Ｓ７：ＹＥ
Ｓ）、正常と判別して、内蔵しているタイマをクリアす
る（Ｓ８）。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。

【００４０】次に、最適回転数判別手段１９が、流路抵
抗判別手段１７により判別された流路抵抗Φと最適送風
量判別手段１８により判別された最適送風量とに基づい
て、最適回転数を演算する（Ｓ９）。すなわち、図９に
示すように、直流モータ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５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６によっても求められる。

【００４１】

【数５】

【００４２】

【数６】

【００４３】さらに、最適回転数判別手段１９が、演算
した最適回転数をモータ制御手段２０に出力する（Ｓ１
０）。

【００４４】これにより、モータ制御手段２０が、最適
回転数判別手段１９からの最適回転数と回転数検出手段
１５からの実際の回転数とに基づいて、直流モータ５が
最適回転数となるように直流モータ５を駆動する。

【００４５】次に、最適送風量判別手段１８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
否かを判断し（Ｓ１１）、変更がなければ（Ｓ１１：Ｎ
Ｏ）、マイクロコンピュータ２３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断し
（Ｓ１２）、入力されていなければ（Ｓ１２：ＮＯ）、
Ｓ５に戻る。入力されていれば（Ｓ１２：ＹＥＳ）、ル
ーチンを終了する。

【００４６】Ｓ１１において、最適送風量判別手段１８
が燃焼量に変更があったと判断すれば（Ｓ１１：ＹＥ
Ｓ）、Ｓ１に戻る。

【００４７】Ｓ７において、異常判別手段２１が、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
に入っていないと判断すれば、（Ｓ７：ＮＯ）、さらに
異常判別手段２１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（Ｓ１３）、タイムアップしていな
ければ（Ｓ１３：ＮＯ）、Ｓ９に進む。タイムアップし
ていれば（Ｓ１３：ＹＥＳ）、異常処理手段２２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。

【００４８】次に、異常処理手段２２が、異常判別手段
２１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に異常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（Ｓ１４）、ル
ーチンを終了する。

【００４９】ところで、商用電源３５の電圧変動などで
直流モータ５の駆動電圧ＶＤＣが変化した場合、直流モ
ータ５の巻線電流すなわち駆動電流Ｉが変化する。この
駆動電流Ｉは駆動電流検出手段１６により電圧に変換さ
れ、微分手段２４により微分されて、モータ制御手段２
０に供給される。すなわち、駆動電流Ｉの時間的変化率
がモータ制御手段２０に入力されて、制御電圧発生部３
４により、最適回転数判別手段１９からの最適回転数Ｎ
ｓと回転数検出手段１５からの回転数Ｎとに基づいて生
成された制御電圧から減算され、その減算された電圧が
モータ制御電圧Ｖ_S としてスイッチングレギュレータ３
３の電圧制御端に出力される。したがって、スイッチン
グレギュレータ３３の出力電圧すなわち直流モータ５の
駆動電圧ＶＤＣは、直流モータ５の駆動電流Ｉの変化率
が帰還されることによって直ちに補正され、直流モータ
５の駆動電流Ｉおよび回転数Ｎの変化が迅速に抑制され
る。

【００５０】すなわち、直流モータ５と微分手段２４と
のブロック線図は、等価的に図１１に示すようになり、
モータ制御手段２０のスイッチングレギュレータ３３に
入力される整流・平滑電圧Ｖが変動した場合、モータ制
御電圧Ｖ_S 、駆動電流Ｉ、および回転数Ｎは図１２に示
すように変化する。図１２からも明らかなように、図１
６に示す従来の場合と比較して、整流・平滑電圧Ｖの変
動による駆動電流Ｉおよび回転数Ｎの変化が非常に小さ
い。しかも、整流・平滑電圧Ｖの定常的な若干の変動に
対して、駆動電流Ｉはほとんど変化していない。これ
は、整流・平滑電圧Ｖが立ち下がると、駆動電圧ＶＤＣ
が低下し、駆動電流Ｉも減少し始めるが、その微分値が
モータ制御電圧Ｖ_S から減算されるので、モータ制御電
圧Ｖ_S が急激に立ち上がり、その結果、駆動電圧ＶＤＣ
が上昇するので、駆動電流Ｉの変化が抑制されるためで
ある。逆に、整流・平滑電圧Ｖが立ち上がると、駆動電
圧ＶＤＣが上昇し、駆動電流Ｉも増加し始めるが、その
微分値がモータ制御電圧Ｖ_Sから減算されるので、モー
タ制御電圧Ｖ_S が急激に立ち下がり、その結果、駆動電
圧ＶＤＣが低下するので、駆動電流Ｉの変化が抑制され
る。なお図１１において、βは駆動電流Ｉの微分値のフ
ィードバックゲインを決定する定数である。

【００５１】図１３は別の実施形態における直流モータ
制御装置を備えた給湯装置の概略構成図であって、図１
に示す給湯装置と異なる点は、マイクロコンピュータ２
３により実現される構成要素として、流路抵抗判別手段
１７により判別された流路抵抗と回転数検出手段１５に
より検出された回転数とに基づいて現実の送風量を推測
する送風量推測手段４１と、バーナ２の燃焼量に基づい
て直流モータ５の目標回転数を判別する目標回転数判別
手段４２とを加えた点である。したがって、最適回転数
判別手段１９は、最適送風量判別手段１８により判別さ
れた最適送風量と送風量推測手段４１により推測された
現実の送風量との偏差と、目標回転数判別手段４２によ
り判別された目標回転数とに基づいて直流モータ５の最
適回転数を判別する。また異常判別手段２１は、送風量
推測手段４１により推測された現実の送風量に基づいて
燃焼の異常を判別する。その他の構成は図１に示す実施
例１の給湯装置と同様である。

【００５２】次に、上記給湯装置の動作について、図１
４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、点火動作を開始すると
共に、最適送風量判別手段１８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１８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（Ｓ２１）。

【００５３】次に、目標回転数判別手段４２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得るための目標回転数を演算する
（Ｓ２２）。

【００５４】この時点では直流モータ５は回転しておら
ず、流路抵抗判別手段１７による判別結果が最適回転数
判別手段１９に供給されないので、最適回転数判別手段
１９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信号をモータ制御手段２０に出力
する（Ｓ２３）。これによりモータ制御手段２０が、初
期回転数で回転するように直流モータ５に駆動電圧ＶＤ
Ｃを供給し、直流モータ５を駆動する。

【００５５】次に、異常判別手段２１が、内蔵している
タイマを起動させる（Ｓ２４）。

【００５６】次に、駆動電流検出手段１６が、直流モー
タ５の駆動電流を検出する（Ｓ２５）。

【００５７】次に、回転数検出手段１５が、直流モータ
５のホール素子２５からの回転パルスに基づいて、直流
モータ５の回転数を検出する（Ｓ２６）。

【００５８】次に、流路抵抗判別手段１７が、駆動電流
検出手段１６からの検出電圧Ｅと回転数検出手段１５か
らの回転数Ｎに対応した信号とに基づいて、ファンケー
ス４およびケーシング１内の空気流路の流路抵抗Φを判
別する（Ｓ２７）。

【００５９】次に、送風量推測手段４１が、流路抵抗判
別手段１７により判別された流路抵抗Φと回転数検出手
段１５により検出された直流モータ５の回転数Ｎとに基
づいて、現実の送風量Ｑを演算する（Ｓ２８）。すなわ
ち、図９に示すように、直流モータ５の現実の回転数Ｎ
と現実の送風量Ｑとの関係は、空気流路の流路抵抗Φの
変化により変化するが、流路抵抗Φが決まればそれに応
じて一意に定まるので、回転数Ｎと流路抵抗Φと送風量
Ｑとの関係を求めて予めメモリに記憶させておくことに
より、直流モータ５の回転数Ｎと流路抵抗Φとから現実
の送風量Ｑを演算できる。

【００６０】次に、異常判別手段２１が、送風量推測手
段４１により推測された送風量Ｑが、予め決められた下
限値ＱＬと上限値ＱＨとの間に入っているか否かを判断
する（Ｓ２９）。

【００６１】異常判別手段２１は、送風量Ｑが下限値Ｑ
Ｌと上限値ＱＨとの間に入っていれば（Ｓ２９：ＹＥ
Ｓ）、正常と判別して、内蔵しているタイマをクリアす
る（Ｓ３０）。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。

【００６２】次に、最適回転数判別手段１９が、送風量
推測手段４１により推測された現実の送風量Ｑ１と最適
送風量判別手段１８により判別された最適送風量Ｑ０と
の偏差に基づいて、下記数式７により最適回転数Ｎ１を
演算する（Ｓ３１）。すなわち、最適送風量Ｑ０と推測
された現実の送風量Ｑ１との偏差の比例成分と積分成分
との和をフィードバック成分として、目標回転数Ｎ０に
加えている。したがって、最適送風量Ｑ０と推測された
現実の送風量Ｑ１との偏差がゼロの状態で安定すれば、
目標回転数Ｎ０が最適回転数Ｎ１になる。なお、下記数
式７において、Ｋｐ，Ｋｉは所定の定数である。

【００６３】

【数７】

【００６４】さらに、最適回転数判別手段１９が、演算
した最適回転数をモータ制御手段２０に出力する（Ｓ３
２）。

【００６５】これにより、モータ制御手段２０が、最適
回転数判別手段１９からの最適回転数と回転数検出手段
１５からの実際の回転数とに基づいて、直流モータ５が
最適回転数となるように直流モータ５を駆動する。

【００６６】次に、最適送風量判別手段１８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
否かを判断し（Ｓ３３）、変更がなければ（Ｓ３３：Ｎ
Ｏ）、マイクロコンピュータ２３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断し
（Ｓ３４）、入力されていなければ（Ｓ３４：ＮＯ）、
Ｓ２５に戻る。入力されていれば（Ｓ３４：ＹＥＳ）、
ルーチンを終了する。

【００６７】Ｓ３３において、最適送風量判別手段１８
が燃焼量に変更があったと判断すれば（Ｓ３３：ＹＥ
Ｓ）、Ｓ２１に戻る。

【００６８】Ｓ２９において、異常判別手段２１が、送
風量Ｑが予め決められた下限値ＱＬと上限値ＱＨとの間
に入っていないと判断すれば（Ｓ２９：ＮＯ）、異常判
別手段２１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（Ｓ３５）、タイムアップしていなければ
（Ｓ３５：ＮＯ）、Ｓ３１に進む。タイムアップしてい
れば（Ｓ３５：ＹＥＳ）、異常処理手段２２に異常であ
る旨を出力する。すなわち、送風量Ｑは風の影響などに
より絶えず変化する場合があるので、送風量Ｑ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。

【００６９】次に異常処理手段２２が、異常判別手段２
１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に異常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（Ｓ３６）、ルーチ
ンを終了する。

【００７０】もちろん、微分手段２４による直流モータ
５の駆動電流Ｉおよび回転数Ｎの変動抑制動作は、図１
に示す給湯装置の場合と同様である。

【００７１】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１の発明に
よれば、微分手段が、駆動電流検出手段からの検出出力
を微分してモータ制御手段に出力することにより、直流
モータの駆動電流の時間的な変化率を直流モータの駆動
電圧に帰還させるので、電源電圧の変動などにより駆動
電圧が変化して巻線電流すなわち駆動電流が変化する
と、その変化率が直ちに駆動電圧に帰還されることか
ら、駆動電流の変化を小さく抑えることができる。した
がって、駆動電流や回転数を用いた制御を正確かつ迅速
に行える。さらに、定常的な電源電圧の若干の変動など
に起因する駆動電流の変動をほとんどなくすことができ
るので、駆動電流の検出のために検出回路以降の回路の
時定数を大きくする必要がなくなり、検出の時間遅れを
減少せることができる。

【００７２】また、請求項２の発明によれば、請求項１
記載の直流モータ制御装置による効果に加えて、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直流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
に直流モータを駆動するので、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、常に最適燃焼を維持でき
る。

【００７３】また、請求項３の発明によれば、請求項１
記載の直流モータ制御装置による効果に加えて、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推測
された現実の送風量との偏差に基づいて直流モータの最
適回転数を判別し、モータ制御手段により、最適回転数
となるように直流モータを駆動するので、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、現実
の送風量を推測して直流モータを適切に制御できる。し
たがって、流路抵抗などが変化しても、常に最適燃焼を
維持できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願発明に係る直流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】本願発明に係る直流モータ制御装置により制御
される直流モータの回路図である。

【図３】本願発明に係る直流モータ制御装置に備えられ
た駆動電流検出手段の回路図である。

【図４】本願発明に係る直流モータ制御装置に備えられ
た微分手段の回路図である。

【図５】本願発明に係る直流モータ制御装置に備えられ
たモータ制御手段の回路ブロック図である。

【図６】本願発明に係る直流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７】本願発明に係る直流モータ制御装置に備えられ
た駆動電流検出手段による検出電圧と直流モータの回転
数との関係の説明図である。

【図８】本願発明に係る直流モータ制御装置に備えられ
た駆動電流検出手段による検出電圧と直流モータの回転
数との関係の説明図である。

【図９】本願発明に係る直流モータ制御装置により制御
される直流モータの駆動電流と回転数と送風量との関係
の説明図である。

【図１０】本願発明に係る直流モータ制御装置に備えら
れた異常判別手段による異常判別領域の説明図である。

【図１１】本願発明に係る直流モータ制御装置に備えら
れた微分手段および直流モータの等価的なブロック線図
である。

【図１２】本願発明に係る直流モータ制御装置の各部信
号波形図である。

【図１３】別の実施形態における直流モータ制御装置を
備えた給湯装置の概略構成図である。

【図１４】別の実施形態における直流モータ制御装置の
動作を説明するフローチャートである。

【図１５】直流モータの等価的なブロック線図である。

【図１６】従来の直流モータ制御装置の各部信号波形図
である。

【符号の説明】

２ バーナ ５ 直流モータ ６ シロッコファン １５ 回転数検出手段 １６ 駆動電流検出手段 １７ 流路抵抗判別手段 １８ 最適送風量判別手段 １９ 最適回転数判別手段 ２０ モータ制御手段 ２１ 異常判別手段 ２２ 異常処理手段 ２４ 微分手段 ３２ 送風量推測手段 ３３ 目標回転数判別手段

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 直流モータの回転数を検出する回転数検
   出手段と、前記直流モータの駆動電流に関する情報を検
   出する駆動電流検出手段と、前記回転数検出手段からの
   検出出力と前記駆動電流検出手段からの検出出力とを含
   む情報に基づいて前記直流モータの駆動電圧を制御する
   モータ制御手段とを備えた直流モータ制御装置であっ
   て、 前記駆動電流検出手段からの検出出力を微分して前記モ
   ータ制御手段に出力することにより、前記直流モータの
   駆動電流の時間的な変化率を前記直流モータの駆動電圧
   に帰還させる微分手段を設けたことを特徴とする、直流
   モータ制御装置。
2. 【請求項２】 燃焼器の送風流路に配置された送風用の
   ファンを回転させる直流モータに電源を供給して直流モ
   ータを回転させる直流モータ制御装置であって、 前記燃焼器の燃焼量に基づいて最適送風量を判別する最
   適送風量判別手段と、 前記直流モータの回転数を検出する回転数検出手段と、 前記直流モータの駆動電流に関する情報を検出する駆動
   電流検出手段と、 前記駆動電流検出手段からの検出出力と前記回転数検出
   手段からの検出出力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、 前記最適送風量判別手段により判別された最適送風量と
   前記流路抵抗判別手段により判別された流路抵抗とに基
   づいて前記直流モータの最適回転数を判別する最適回転
   数判別手段と、 前記最適回転数判別手段による判別結果と前記回転数検
   出手段からの検出出力とに基づいて前記直流モータの駆
   動電圧を制御するモータ制御手段と、 前記駆動電流検出手段からの検出出力を微分して前記モ
   ータ制御手段に出力することにより、前記直流モータの
   駆動電流の時間的な変化率を前記直流モータの駆動電圧
   に帰還させる微分手段とを設けたことを特徴とする、直
   流モータ制御装置。
3. 【請求項３】 燃焼器の送風流路に配置された送風用の
   ファンを回転させる直流モータに電源を供給して直流モ
   ータを回転させる直流モータ制御装置であって、 前記燃焼器の燃焼量に基づいて最適送風量を判別する最
   適送風量判別手段と、 前記直流モータの回転数を検出する回転数検出手段と、 前記直流モータの駆動電流に関する情報を検出する駆動
   電流検出手段と、 前記駆動電流検出手段からの検出出力と前記回転数検出
   手段からの検出出力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、 前記流路抵抗判別手段により判別された流路抵抗と前記
   回転数検出手段からの検出出力とに基づいて現実の送風
   量を推測する送風量推測手段と、 前記最適送風量判別手段により判別された最適送風量と
   前記送風量推測手段により推測された現実の送風量との
   偏差に基づいて前記直流モータの最適回転数を判別する
   最適回転数判別手段と、 前記最適回転数判別手段による判別結果と前記回転数検
   出手段からの検出出力とに基づいて前記直流モータの駆
   動電圧を制御するモータ制御手段と、 前記駆動電流検出手段からの検出出力を微分して前記モ
   ータ制御手段に出力することにより、前記直流モータの
   駆動電流の時間的な変化率を前記直流モータの駆動電圧
   に帰還させる微分手段とを設けたことを特徴とする、直
   流モータ制御装置。