KR100911071B1

KR100911071B1 - 송풍 장치 및 그것을 탑재한 전기 기기

Info

Publication number: KR100911071B1
Application number: KR1020087002682A
Authority: KR
Inventors: 마사유키 다카다
Original assignee: 파나소닉 주식회사
Priority date: 2005-10-04
Filing date: 2006-09-29
Publication date: 2009-08-06
Also published as: US7812564B2; CN101233326A; WO2007040180A1; WO2007040179A1; CN101233325A; CN101233326B; KR20080026638A; KR20080025196A; US20090129017A1; US20090104034A1; CN101233325B; JP2007100574A; JP4444195B2; KR100911070B1; US8118565B2

Abstract

공급 전류 제어 회로는, 전류 검출 회로가 검출하는 인버터 회로의 평균 전류가 지시받은 전류값으로 일정하게 되도록, 저압 직류 전원의 전압을 제어한다. 이에 의해 풍량의 변화량이 적은 특성을 얻는다.

Description

송풍 장치 및 그것을 탑재한 전기 기기{BLOWER AND ELECTRIC DEVICE WITH SUCH BLOWER MOUNTED THEREON}

본 발명은, 환기　장치, 공기 조화기 등에 탑재하는 송풍 장치 및 그 송풍 장치를 탑재하는 전기 기기에 관한 것이다.

일본 특허출원공개 2002－165477호 공보와, 일본 특허출원공개 평10－89674호 공보에 개시된 종래의 송풍 장치를, 도 11 내지 도 14를 참조하면서 설명한다.

도 11은 종래의 브러시리스 DC 모터(104)(이하, 모터(104)라고 한다)의 회로를 도시한다. 교류 전압(101)을 정류한 직류 전압을, 인버터(105)를 통해 모터(104)에 인가한다. 상기 회로는 전류 검출기(106), 회전자의 위치 센서(107), 제어 장치(110)를 더 갖는다. 제어 장치(110)는, 도시한 바와 같이, 회전수 검출부(111), 전류 검출부(112), 풍량 연산부(113), 속도 제어부(114)를 갖는다.

도 12는 속도 제어부(114)의 회로를 도시한다. 풍량 연산부(113)는, 목표 풍량을 달성하기 위한 모터(104)의 목표 회전수를 산출한다. 속도 제어부(114)는, 목표 회전수를 달성하기 위한 출력 전압을 갖는 PWM 신호를 생성한다. 인버터(105)는 모터(104)를 PWM 구동한다.

모터(104)를 전압 일정으로 구동했을 경우, 도 13에 도시한 바와 같이, 적은 회전수 변화로, 풍량이 크게 변화한다. 따라서, 외풍압 등의 영향으로 압력 손실이 조금 변화하면 풍량은 크게 변화한다. 본 발명은, 압력 손실이 변화해도 풍량 일정 제어를 실현하는 송풍 장치를 제공한다.

본 발명의 송풍 장치는, 송풍기와, 송풍기의 풍량 지시 회로와, 송풍기를 구동하는 브러시리스 DC 모터와, 브러시리스 DC 모터의 인버터 회로와, 브러시리스 DC 모터를 위한 구동 논리 제어 회로와, 브러시리스 DC 모터의 회전수 검출 회로와, 인버터 회로에 저압 직류 전압을 공급하는 저압 직류 전원과, 인버터 회로의 평균 전류를 제어하는 공급 전류 제어 회로와, 평균 전류를 지시하는 전류 지시 회로를 가지며, 전류 지시 회로에 의해, 브러시리스 DC 모터의 회전수를 제어하고 송풍기의 풍량을 일정하게 제어한다.

도 1은, 본 발명의 실시 형태 1의 환기 장치의 구성을 도시한 도면이다.

도 2는, 도 1에 도시한 환기 장치의 규정 회전수 기억의 일례를 도시한 도면이다.

도 3은, 도 1에 도시한 환기 장치에 탑재하는 모터 특성의 일례를 도시한 도면이다.

도 4는, 도 1에 도시한 환기 장치 특성의 일례를 도시한 도면이다.

도 5는, 도 1에 도시한 환기 장치의 풍량 제어 처리를 도시한 도면이다.

도 6은, 도 1에 도시한 환기 장치의 외관도이다.

도 7은, 본 발명의 실시 형태 2의 환기 장치의 구성을 도시한 도면이다.

도 8은, 도 7에 도시한 환기 장치에 탑재된 모터 특성의 일례를 도시한 도면이다.

도 9는, 도 7에 도시한 환기 장치 특성의 일례를 도시한 도면이다.

도 10은, 도 7에 도시한 환기 장치의 외관도이다.

도 11은, 종래의 송풍 장치를 도시한 회로 블록도이다.

도 12는, 도 11에 도시한 송풍기의 회로 구성을 도시한 도면이다.

도 13은, 도 11에 도시한 송풍기에 탑재한 모터의 특성을 도시한 도면이다.

도 14는, 도 11에 도시한 송풍기의 특성의 일례를 도시한 도면이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 송풍기 2 : 구동 코일

3 : 자석 회전자 4 : 홀 소자

5 : 구동 논리 제어 회로 6 : 인버터 회로

8 : 저압 직류 전원 9 : 정류 회로

10, 26 : 송풍 장치를 탑재한 환기 장치(전기 기기)

11 : 브러시리스 DC 모터 13, 27 : 회전수 검출 회로

14 : 저압 직류 전압 변경 회로 15 : 풍량 지시 회로

17 : 규정 회전수 기억 회로 19 : 전류 지시 회로

20, 28 : 풍량 제어 회로 21 : 전류 검출 회로

22 : 공급 전류 제어 회로 24 : 토크 특성 제어 회로

이하, 본 발명의 실시 형태에 대하여, 도면을 참조하면서 설명한다.

(실시 형태 1)

도 1 내지 도 6에 도시한 바와 같이, 송풍 장치를 탑재한 환기 장치(10)(전기 기기)는, 브러시리스 DC 모터(11)(이하, 모터(11)라고 한다)를 탑재한 송풍기(1)를 내장하고, 실내 공기를, 덕트(23)를 통해 옥외로 배출한다. 모터(11)는, 구동 코일(2), 자석 회전자(3), 자극(磁極) 위치 검출을 위한 홀 소자(4), 홀 소자(4)의 출력 파형을 합성하는 자속 파형 합성 회로(12), 인버터 회로(6), 논리 회로(5), 전류 파형 제어 회로(7)와, 상용 교류 전원을 45V 이하의 직류 전압으로 변환하는 저압 직류 전원(8), 인버터 회로(6)의 전류를 검지하는 전류 검출 회로(21), 인버터 회로(6)의 평균 전류가 지시받은 값이 되도록, 저압 직류 전원(8)의 출력 전압을 가변하는 공급 전류 제어 회로(22)를 내장한다.

전류 검출 회로(21)는 기준 전압에 션트 레귤레이터(shunt regulator)를 사용하여, 전류 설정 저항을 펑션 트리밍(function trimming)하여 검출 정도를 높인다. 상기 회로는 일부 부품을 제외하고, 하이브리드 IC로 구성된다. 모터(11)로부터는, 펄스 신호 회로(4a)에서 생성한 펄스 신호와, 저압 직류 전원(8)의 출력 전압이 외부로 출력된다.

모터(11)에는 상용 교류 전원을 정류 평활한 고압 직류 전압과, 공급 전류 제어 회로(22)가 제어하는 평균 전류를 지시하는 전류 지시 전압이 입력된다. 모터(11)의 외부에는, 상용 교류 전원을 정류하는 정류 회로(9)와, 평활 콘덴서(18) 와, 모터(11)에서 출력되는 펄스 신호로부터 자석 회전자(3)의 회전수를 검지하는 회전수 검출 회로(13)와, 공급 전류 제어 회로(22)에서 제어하는 평균 전류값을 지시하는 전류 지시 회로(19)와, 송풍기의 풍량을 지시하는 풍량 지시 회로(15)와, 지시받은 풍량을 위하여 필요한 회전수를 규정 회전수로 하여 전류 지시 회로(19)가 지시하는 복수의 지시 전류에 대응시켜 기억하는 규정 회전수 기억 회로(17)와, 지시받은 풍량과 전류에 대응하는 규정 회전수를 규정 회전수 기억 수단(17)으로부터 선정하고, 선정한 규정 회전수와 운전 회전수가 동일하게 되도록 인버터 회로(6)의 전류값을 제어하는 풍량 제어 회로(20)가 배치된다.

상기의, 회전수 검출 회로(13), 규정 회전수 기억 회로(17), 전류 지시 회로(19), 풍량 제어 회로(20)는 마이크로 컴퓨터(16)에 의해 구성된다. 마이크로 컴퓨터(16) 용의 전원으로서 저압 직류 전원(8)에서 생성한 직류 전압을 감압하여 공급한다.

전원을 투입을 하면, 인버터 회로(6)에 소정의 전류가 공급되어 자석 회전자(3)가 회전한다. 자석 회전자(3)의 자극은 극이방성 자석(3a)으로 구성되므로, 구동 코일(2)의 유기 전압과 홀 소자(4)의 검출 파형은, 모두 대략 정현파(正弦波) 형상의 파형이다. 자속(磁束) 파형 합성 회로(12)는, U상 전류의 고조파 성분을 제거하기 위하여 홀 소자(4)의 U상 파형으로부터 V상 파형을 감산하고, V상 전류의 고조파 성분을 제거하기 위하여 홀 소자(4)의 V상 파형으로부터 W상 파형을 감산하며, W상 전류의 고조파 성분을 제거하기 위하여 홀 소자(4)의 W상 파형으로부터 U상 파형을 감산한다.

전류 파형 제어 회로(7)는, 각 상 전류 파형이, 자속 분포 합성 회로(12)가 만드는 고조파 성분을 제거한 파형에 대략 상사형(相似形)이 되도록, 인버터 회로(6)의 스위칭 소자(Q1 내지 Q6)를 포화에 가까운 비포화 상태로 사용한다. 이에 의해, 인버터 회로(6)의 전류에는 급격한 변화가 없고, 리플(ripple)의 발생도 억제된다. 공급 전류 제어 회로(22)는, 인버터 회로(6)의 평균 전류가 전류 지시 회로(19)의 지시와 동일해지도록 항상 저압 직류 전압 변경 회로(14)를 제어한다. 그 결과, 도 3에 도시한 바와 같이, 모터(11)는 토크(torque) 일정 운전이 되어, 외풍압 등의 영향으로 압력 손실이 변화해도, 이에 따른 풍량 변화량을 작게 할 수 있다.

그리고, 풍량 일정 제어 처리는, 회전수 검출 회로(13)가 홀 소자(4)의 펄스수를 카운트하여 자석 회전자(3)의 평균 회전수를 검출하고, 풍량 제어 회로(20)는 풍량과 전류에 대응하는 규정 회전수를 규정 회전수 기억 회로(17)로부터 선정하여, 회전수 검출 회로(13)가 검출하는 회전수와의 비교를 행하여, 도 5에 도시한 바와 같이, 회전수가 규정 회전수보다 큰 경우는, 송풍기(1)의 풍량이 풍량 지시 회로(15)가 지시하는 풍량보다 적다고 판단하여 전류 지시 회로(19)가 지시하는 평균 전류값을 올리고, 반대로 회전수가 규정 회전수보다 작은 경우는, 송풍기(1)의 풍량이 풍량 지시 회로(15)가 지시하는 풍량보다 많다고 판단하여 전류값 지시 회로(19)가 지시하는 평균 전류값을 내리는 제어를 행한다. 이 제어를 반복하여 행함으로써, 항상 지시 풍량에 대해 일정하게 되도록 제어할 수 있다.

여기에서, 외풍압 등의 영향에 의해 압력 손실(모터(11)의 부하)이 변화하 면, 모터(11)와 송풍기(1)의 동작점의 변화는 도 3, 도 4에 도시한 바와 같이 되지만, 도 5에 도시한 제어를 반복하여 행함으로써 송풍기(1)의 풍량은 일정하게 제어된다.

또한, 본 실시 형태에서는 저압 직류 전원(8)의 출력 전압을 가변하여 인버터 회로(6)의 전류를 일정하게 제어하지만, 직류 전압을 고정하고, 모터 전류를 PWM 제어하여, PWM의 듀티를 가변하는 구성으로 해도 되며, 풍량 일정 제어를 실현할 수 있는 작용 효과에 차이를 일으키지 않는다.

또한, 본 실시 형태에서는 인버터 회로(6)의 스위칭 소자(Q1 내지 Q6)를 포화에 가까운 비포화 상태로 사용했지만, Q1, Q3, Q5 또는 Q2, Q4, Q6를 PWM 제어(chopping)하여 각 상 전류 파형을 제어하는 구성으로 해도 되며, 풍량 일정 제어를 실현할 수 있는 작용 효과에 차이를 일으키지 않는다.

또한, 논리 회로(5)가, 모터(11)의 코일의 도통각을 150도 이상 180도 이하로 하면 모터 전류에 급격한 변화가 발생하는 것은 없다.

(실시 형태 2)

도 7 내지 도 10에 도시한 바와 같이, 송풍 장치를 탑재한 환기 장치(26)는, 브러시리스 DC 모터(11)(이하, 모터(11)라고 한다)를 탑재한 송풍기(25)를 내장한다. 회전수 검출 회로(27)는, 모터(11)로부터의 펄스 신호를 주파수／전압 변환(F／V 변환)하여 회전수를 검지한다. 풍량 제어 회로(28)는, 풍량 지시 회로(15)가 지시하는 풍량을 출력하기 위해 필요한 모터(11)의 회전수-토크 특성(도 8)을 실현하기 위하여, 회전수에 따라 전류 지시 회로(19)가 지시하는 전류값을 변화시킨다.

토크 특성 제어 회로(24)는, 풍량 지시 회로(15)가 지시하는 복수의 풍량에 대응하는 모터(11)의 회전수-토크 특성을 실현하도록 전류 지시 회로(19)를 제어한다. 그 이외의 구성은 실시 형태 1과 같으며, 동일 부분에는 동일 번호를 붙여 상세한 설명은 생략한다.

상기와 같이, 풍량 제어 회로(28)는, 송풍기(25)의 회전수가 높아짐에 따라, 인버터 회로(6)의 전류가 높아지도록 제어하므로, 도 8에 도시한 바와 같이, 모터의 회전수-토크 특성은 회전수가 상승함에 따라 토크가 커지는 특성이 된다. 이 특성에 의하여, 외풍압이나 덕트 길이 등의 압력 손실이 변화해도 풍량을 일정하게 제어할 수 있다.

본 발명의 송풍 장치는, 압력 손실의 영향을 받지 않고, 일정한 풍량 특성을 얻을 수 있으므로, 환기 장치, 공기 조화기 등의 탑재에 적절하다.

Claims

송풍기와,

상기 송풍기의 풍량 지시 회로와,

상기 송풍기를 구동하는 브러시리스 DC 모터와,

상기 브러시리스 DC 모터의 인버터 회로와,

상기 브러시리스 DC 모터를 구동 제어하는 구동 논리 제어 회로와,

상기 브러시리스 DC 모터의 회전수를 검출하는 회전수 검출 회로와,

상기 인버터 회로에 저압 직류 전압을 인가하는 저압 직류 전원과,

상기 인버터 회로에 공급하는 평균 전류를 일정하게 제어하는 공급 전류 제어 회로와,

상기 평균 전류를 지시하는 전류 지시 회로를 가지며,

상기 전류 지시 회로에 의해, 상기 브러시리스 DC 모터의 회전수를 제어하여 상기 송풍기의 풍량을 일정하게 제어하는 송풍 장치.
청구항 1에 있어서,

상기 브러시리스 DC 모터의 필요한 회전수를, 지시 풍량마다, 지시 전류마다 규정 회전수로서 기억하는 규정 회전수 기억 회로와,

지시되는, 풍량과 전류에 대응하는 규정 회전수를 상기 규정 회전수 기억 회로로부터 선정하여, 상기 브러시리스 DC 모터의 회전수가 상기 규정 회전수가 되도 록 상기 전류 지시 회로가 지시하는 상기 평균 전류를 변경하는 풍량 제어 회로를 더 갖는 송풍 장치.
청구항 1에 있어서,

지시되는 풍량을 얻기 위하여, 상기 회전수 검출 회로의 검출 전압의 크기에 따라, 상기 전류 지시 회로가 지시하는 상기 평균 전류의 값을 변화시키는 풍량 제어 회로를 더 갖는 송풍 장치.
청구항 1에 있어서,

상기 브러시리스 DC 모터는 극이방성 자석의 자석 회전자를 가지며, 상기 구동 논리 제어 회로는 상기 브러시리스 DC 모터에 인가하는 전압의 도통각을 150도 이상 180도 이하로 한 송풍 장치.
청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 기재된 송풍 장치를 탑재한 전기 기기.