(57)【要約】【課題】風量センサを設置することなく、バタフライ型のダンパのみで、過大風量が流れることを制限して、過大風量発生アラームを上位の空調制御システム等に出力することができる風量調整用ダンパの動作制御方法を提供する。【解決手段】ステッピングモータ１４の回転駆動によって開閉されることにより、通風路３０内を流れる空気の風量を調整するバタフライ型のダンパ１１を備える風量調整用ダンパの動作制御方法であり、定格風量を超える過大風量がダンパ１１の開動作によって発生したときに、その過大風量によって、閉方向への定格トルクを超えるトルクを、ダンパ１１に発生させることにより、ダンパ１１の開動作を停止させて、ステッピングモータ１４を脱調させる脱調ステップと、ステッピングモータ１４の脱調を検出する検出ステップと、ステッピングモータ１４の脱調を検出した場合に、過大風量発生アラームを出力する出力ステップとを含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステッピングモータの回転駆動によって開閉されることにより、通風路内を流れる空気の風量を調整するバタフライ型のダンパを備える風量調整用ダンパの動作制御方法であり、
定格風量を超える過大風量が前記ダンパの開動作によって発生したときに、その過大風量によって、閉方向への定格トルクを超えるトルクを、前記ダンパに発生させることにより、前記ダンパの開動作を停止させて、前記ステッピングモータを脱調させる脱調ステップと、
前記ステッピングモータの脱調を検出する検出ステップと、
前記ステッピングモータの脱調を検出した場合に、過大風量発生アラームを出力する出力ステップとを含む
ことを特徴とする風量調整用ダンパの動作制御方法。
【請求項２】
前記ステッピングモータの脱調を検出すると、前記ダンパを閉方向に回動させる風量抑制ステップをさらに含む
ことを特徴とする請求項１記載の風量調整用ダンパの動作制御方法。
【請求項３】
脱調した前記ステッピングモータの原点合わせを実施する原点調整ステップをさらに含む
ことを特徴とする請求項１または請求項２記載の風量調整用ダンパの動作制御方法。
【請求項４】
前記出力ステップは、
過大風量発生アラーム信号を、上位の空調制御装置に出力する
ことを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載の風量調整用ダンパの動作制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ビル及び住宅等の空気調和システムの吹出しチャンバやダクト等に設置され、空気調和の対象領域へ供給する風量を調整する、ステッピングモータを動力源としたバタフライ型風量調整用ダンパの動作制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の一般的な風量調整ダンパ装置では、上流側に風量センサを備えており、その計測値が目標風量になるように、ダンパ開度を調整している。
【０００３】
風量センサを設置する場合には、部品点数が増えると共に配線も必要になり、さらに、風量センサの上流側に、整流機構または直管部を設けること、及び、風量センサと下流側のダンパとの間にも、それぞれが発生する流れの乱れによって、互いに影響を与えないような距離を設けること等の対策を採らなければならず、装置の大型化や重量の増加を招いてしまう。また、風量センサ及び整流機構等を設置することにより、通風路の断面積が部分的に狭くなるため、通風路における圧損や騒音が増加してしまう。
【０００４】
そこで、風量センサを設置せずに、空調機の発生静圧、ファンの回転数、同じ空調システムに接続されている各ダンパの開度情報等に基づいて、風量を推定して、ダンパ開度の制御を行うことも、実施されている。
【０００５】
そして、このような、従来の風量調整ダンパ装置としては、例えば、特許文献１に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平７−６３４０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特にビル等で一般的に使用される空調機（エアハンドリングユニット）は、空調した空気を高静圧で供給することができるため、このような空調機を備える空調システムに、風量センサを有していない風量調整ダンパ装置を適用した場合においては、同じ空調システムに接続されている各ダンパの開度情報等に基づいて、空調機が発生すべき風量や静圧を計算してファンの回転数等を制御し、各ダンパの上流側に過大な静圧がかからないようにする。しかし、ほとんどのダンパが閉じている状態において、空調システムにおける制御上の何らかの不具合等により、ダンパの上流側に過大な静圧がかかってしまう可能性も考えられ、この状態において、さらに、空調システムにおける何らかの制御上の不具合等により、風量調整ダンパ装置が、閉じている状態のダンパ１台または数台に開動作を行わせると、当該ダンパに定格風量を超える過大風量を流してしまうおそれがある。また、このとき、風量調整ダンパ装置は、風量センサを有していないため、空調システムは、過大風量が流れていることを把握することができないという問題がある。
【０００８】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、風量センサを設置することなく、バタフライ型のダンパのみで、過大風量が流れることを制限して、過大風量発生アラームを上位の空調制御システム等に出力することができる風量調整用ダンパの動作制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明に係る風量調整用ダンパの動作制御方法は、ステッピングモータの回転駆動によって開閉されることにより、通風路内を流れる空気の風量を調整するバタフライ型のダンパを備える風量調整用ダンパの動作制御方法であり、定格風量を超える過大風量がダンパの開動作によって発生したときに、その過大風量によって、閉方向への定格トルクを超えるトルクを、ダンパに発生させることにより、ダンパの開動作を停止させて、ステッピングモータを脱調させる脱調ステップと、ステッピングモータの脱調を検出する検出ステップと、ステッピングモータの脱調を検出した場合に、過大風量発生アラームを出力する出力ステップとを含むことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１０】
この発明によれば、風量センサを設置することなく、バタフライ型のダンパのみで、過大風量が流れることを制限して、過大風量発生アラームを上位の空調制御システム等に出力することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】この発明の実施の形態１に係る風量調整用ダンパの動作制御方法が適用される風量調整ダンパ機構の構成を示した図である。図１Ａはダンパの全閉状態を示した図である。図１Ｂはダンパの全開状態を示した図である。
【図２】この発明の実施の形態２に係る風量調整用ダンパの動作制御方法が適用される風量調整ダンパ機構の構成を示した図である。図２Ａはダンパの全閉状態を示した図である。図２Ｂはダンパの全開状態を示した図である。
【図３】バタフライ型のダンパに対して閉方向へのトルクが発生する理由を説明するためのシミュレーション結果を示した図である。図３Ａはダンパ周りの風速分布及び風速ベクトルを示した図である。図３Ｂはダンパ周りの圧力分布を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、この発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１３】
実施の形態１．
図１Ａ及び図１Ｂは、実施の形態１に係る風量調整用ダンパの動作制御方法が適用される風量調整ダンパ機構の構成を示した図である。図１Ａは、ダンパの全閉状態を示した図であり、図１Ｂは、ダンパの全開状態を示した図である。
【００１４】
図１Ａ及び図１Ｂに示すように、風量調整ダンパ機構は、空調機に接続される通風路３０内に設けられている。この風量調整ダンパ機構は、ステッピングモータ１４を動力源として、ダンパ１１を開閉し、通風路３０の開口面積を変えることにより、当該通風路３０内を流れる空気の風量を調整するものである。
【００１５】
風量調整ダンパ機構は、ダンパ１１、ベースブラケット１２、ダンパブラケット１３、ステッピングモータ１４、及び、リンク機構１５を備えている。
【００１６】
ダンパ１１は、円板状をなしており、所謂、バタフライ型のダンパである。このダンパ１１は、通風路３０内を流れる空気の風量を調整または遮断するものである。
【００１７】
なお、ダンパ１１の全閉状態とは、図１Ａに示すように、ダンパ１１の前面となるダンパ面が、空気の流れ方向に対して略直交するように配置された状態である。また、ダンパ１１の全開状態とは、図１Ｂに示すように、ダンパ１１のダンパ面が、空気の流れ方向と略平行になるように配置された状態である。
【００１８】
ベースブラケット１２は、ダンパ１１を開閉可能に支持するものであって、取付部１２ａ，１２ｂ及び支持軸１２ｃの受け部を有している。取付部１２ａ，１２ｂは、通風路３０に固定されている。支持軸１２ｃは、ベースブラケット１２に形成された２つの受け部において、回転可能に保持されている。
【００１９】
ダンパブラケット１３は、ダンパ１１の後面を支持するものであって、ベースブラケット１２と同様に、支持軸１２ｃの受け部を有しており、その支持軸１２ｃを介して回動可能に支持されている。即ち、ダンパ１１は、支持軸１２ｃを回動中心として回動して、通風路３０を開閉することにより、当該通風路３０内を流れる空気の風量を調整可能になっている。
【００２０】
ステッピングモータ１４は、ダンパ１１を開閉動作させるものである。即ち、ステッピングモータ１４は、ダンパ１１を開閉させるための回転駆動力（トルク）を、その回転軸に発生させるものである。このステッピングモータ１４は、ベースブラケット１２に設けられた、その回転軸の径よりも大きな径の孔に、その回転軸を通した状態で、ボルト等によって、ベースブラケット１２に固定されている。
【００２１】
リンク機構１５は、ステッピングモータ１４の回転軸とダンパブラケット１３との間を繋いでおり、ステッピングモータ１４の回転駆動力をダンパ１１の開閉動作に変換するものである。このリンク機構１５は、アーム１５ａ，１５ｂ及び連結軸１５ｃを有している。アーム１５ａの一端に設けられた孔には、ステッピングモータ１４の回転軸が、貫通した状態で、ボルトや圧入等によって固定されている。アーム１５ｂの一端は、ダンパブラケット１３に回動可能に支持されている。そして、アーム１５ａ，１５ｂの他端同士は、連結軸１５ｃを介して、互いに回動可能に連結されている。なお、アーム１５ａ，１５ｂは、樹脂製であることが多い。
【００２２】
従って、ダンパ１１を開動作させる場合には、風量調整ダンパ機構は、例えば、図１Ａに示した状態から、ステッピングモータ１４を正回転駆動させる。これにより、リンク機構１５は、ステッピングモータ１４の回転軸の正回転駆動に伴って、アーム１５ａが回動することにより、このアーム１５ａに連結軸１５ｃによって連結されたアーム１５ｂも回動する。この結果、アーム１５ｂに引っ張られたダンパブラケット１３は、ベースブラケット１２に対して、倒れ込むように回動する。よって、図１Ｂに示すように、ダンパ１１は、開方向に向けて回動し、最終的に、全開位置に位置決めされる。このように、ダンパ１１が全開位置に位置決めされると、通風路３０内を流れる空気の風量は、最大になる。
【００２３】
また、ダンパ１１を閉動作させる場合には、風量調整ダンパ機構は、例えば、図１Ｂの状態から、ステッピングモータ１４を逆回転駆動させる。これにより、リンク機構１５は、ステッピングモータ１４の回転軸の逆回転駆動に伴って、アーム１５ａが回動することにより、このアーム１５ａに連結軸１５ｃによって連結されたアーム１５ｂも回動する。この結果、アーム１５ｂに押されたダンパブラケット１３は、ベースブラケット１２に対して、起き上がるように回動する。よって、図１Ａに示すように、ダンパ１１は、閉方向に向けて回動し、最終的に、全閉位置に位置決めされる。このように、ダンパ１１が全閉位置に位置決めされると、通風路３０内を流れる空気の風量は、遮断、または、ダンパ１１の外周と通風路３０の内周面との間に隙間を設けている場合は、最低値に設定される。
【００２４】
更に、風量調整ダンパ機構は、ステッピングモータ１４を回転駆動させることにより、ダンパ１１を、全閉位置と全開位置との間において、ステッピングモータ１４に与えたパルス数に応じて、任意の開度位置に位置決めすることができる。但し、リンク機構１５のガタによる分に相当するわずかなずれ量が、ダンパ１１の開度位置に生じる。また、ステッピングモータ１４がギヤ付きモータである場合には、そのギヤのバックラッシによる分と、リンク機構１５のガタによる分とを合わせた分に相当するずれ量が、ダンパ１１の開度位置に生じる。
【００２５】
次に、実施の形態１に係る風量調整用ダンパの動作制御方法における発明の着眼点について説明する。
【００２６】
バタフライ型のダンパ１１では、風量（風速）の大きさに応じて、閉方向へのトルクが発生する。また、ステッピングモータ１４においては、回転中に、発生する動トルク以上のトルクがかかると、脱調して回転が停止し、脱調の検出については、駆動するためのパルス電圧または電流の特徴的な変化から検出する方法が実現されていることに着目した。
【００２７】
つまり、実施の形態１に係る風量調整用ダンパの動作制御方法では、定格風量を超える所定の風量において、ダンパ１１の開方向への回動が停止して、ステッピングモータ１４が脱調（ストール）するような動トルクのモータ及び駆動条件（動作周波数や、２相励磁や１−２相励磁等の励磁形態）を選定して使用することにより、所定の過大風量以上で、ダンパ１１の開方向への回動が停止して、風量増加が制限される。また、実施の形態１に係る風量調整用ダンパの動作制御方法では、ステッピングモータ１４の脱調を検出することにより、上位の空調制御装置に過大風量発生アラームを出力することができるという優れた機能を提供することができる。
【００２８】
よって、過大風量発生アラーム信号を受け取った上位の空調制御装置は、ファンの回転数を落として、静圧や風量を下げたり、同系列のダクトに接続されている他のダンパを開動作させて、過大風量を速やかに解消することができる。
【００２９】
なお、風量によって発生するダンパ１１のトルクは、必ず閉方向に作用するため、ステッピングモータ１４は、過大風量時でも、閉方向に支障なく駆動可能であり、ダンパ１１速やかに閉じて、更に風量を制限することもできる。
【００３０】
また、ステッピングモータ１４の脱調を検出する技術は、駆動電圧または駆動電流の変化を利用した公知の技術が種々あるため、その中から選択して、適切なものを使用すれば良い。
【００３１】
そこで、風量調整ダンパ機構は、ステッピングモータ１４の脱調を検出することができる脱調検出手段を有している。この脱調検出手段は、ダンパ１１が開動作している際に、ステッピングモータ１４が脱調したことを検出する。
【００３２】
なお、ステッピングモータ１４及びその駆動条件は、ダンパ１１の開動作時において、定格風量以下の風量によって発生する閉方向へのトルクに対しては、脱調せず、かつ、定格風量を超える過大風量によって発生する閉方向へのトルクに対しては、脱調する特性を、有している。ここで、定格風量を超える過大風量によって発生する閉方向へのトルク、つまり、ステッピングモータ１４が脱調するトルクは、モータやドライバ回路の個体差や温度特性等により、モータの動トルクに、例えば、２０〜３０％程度のばらつきがあることを考慮して、その中心値が決定される。また、実施の形態１に係る風量調整用ダンパ機構のように、アーム１５ａ，１５ｂ等からなるリンク機構１５を介してダンパ１１を回動させる構成においては、アーム１５ａ，１５ｂの長さや回動軌道等の設定により、ダンパ１１に発生するトルクと、ステッピングモータ１４の回転軸に発生するトルクの間に比率を持たせることも可能であるが、この比率は、ほぼ１：１で、開度位置によるこの比率の変化が出来るだけ少なくなるように設定した方が、簡素で使用しやすい。
【００３３】
従って、風量調整用ダンパの動作制御方法は、ダンパ１１が開動作している際に、そのダンパ１１の開動作によって、過大風量が発生した場合には、ダンパ１１は、その過大風量によって、閉方向への定格トルクを超えるトルクを、受ける。これにより、ステッピングモータ１４が脱調し（脱調ステップ）、これに伴って、ダンパ１１の開動作が停止する。この結果、風量調整ダンパ機構は、過大風量の風量増加を制限することができる。
【００３４】
次いで、脱調検出手段は、ステッピングモータ１４が脱調すると、当該ステッピングモータ１４が脱調したことを検出する（検出ステップ）。そして、風量調整ダンパ機構は、脱調検出手段がステッピングモータ１４の脱調を検出すると、過大風量発生アラームを上位の空調制御装置に送信する（出力ステップ）。
【００３５】
これに対して、過大風量発生アラームを受信した空調制御装置は、ファンの回転数を下げて、ダンパ１１の上流側にかかっている静圧を小さくすると共に、通風路３０内に供給される風量を少なくすることにより、当該ダンパ１１における過大風量を速やかに解消することができる。また、空調制御装置は、通風路３０と同系列のダクトに接続されている他の通風路内に設置された風量調整ダンパ機構において、そのダンパを開方向に回動させて、当該ダンパ１１における過大風量を速やかに解消することができる。
【００３６】
また、風量調整ダンパ機構は、脱調検出手段がステッピングモータ１４の脱調を検出すると、過大風量発生アラームを出力すると共に、当該ダンパ１１を閉方向に回動させることができる（風量抑制ステップ）。これにより、風量調整ダンパ機構は、過大風量が流れる状態を速やかに回避することができる。
【００３７】
更に、風量調整ダンパ機構は、過大風量が解消された場合に、脱調したステッピングモータ１４の原点合わせを実施する（原点調整ステップ）。ステッピングモータ１４の原点合わせは、公知の方法を用いて実施すればよい。例えば、ダンパ１１が全閉位置または全開位置付近にあるとき、ステッピングモータ１４の回転軸に連動して回動するアーム１５ａまたはダンパ１１などの一部が、その回動の経路においてメカ的に当接する、原点位置決めストッパ機構を設ける。そして、ステッピングモータ１４を回動させて、当該アーム１５ａまたはダンパ１１などの一部を、当該原点位置決めストッパ機構に当接させることで、ステッピングモータ１４の原点合わせを行うことができる。なお、原点位置決めストッパ機構の代わりに、リミットスイッチや光学式センサ等の公知の位置決め用センサを使用しても構わない。これにより、風量調整ダンパ機構は、ダンパ１１の開度位置を、過大風量発生以前の正常な位置に再設定することができる。
【００３８】
以上より、実施の形態１に係る風量調整用ダンパの動作制御方法は、風量センサを設置することなく、バタフライ型のダンパ１１のみで、過大風量が流れることを制限して、過大風量発生アラームを上位の空調制御システム等に出力することができる。
【００３９】
実施の形態２．
図２Ａ及び図２Ｂは、実施の形態２に係る風量調整用ダンパの動作制御方法が適用される風量調整ダンパ機構の構成を示した図である。図２Ａは、ダンパの全閉状態を示した図であり、図２Ｂは、ダンパの全開状態を示した図である。
【００４０】
図２Ａ及び図２Ｂに示すように、風量調整ダンパ機構は、ダンパ１１の回転軸１１ａを、軸受１６を介して、通風路３０に回転可能に支持している。回転軸１１ａは、ダンパ１１の中央を通り、通風路３０を貫通するように配置されている。また、回転軸１１ａは、ステッピングモータ１４の回転軸に接続されている。
【００４１】
従って、実施の形態２に係る風量調整ダンパ機構は、その構造や働きが、実施の形態１に係る風量調整ダンパ機構と基本的に同様であるため、上述した実施の形態１に係る風量調整ダンパ機構と同様の構成及び動作制御方法を適用することができる。
【００４２】
以上より、実施の形態２に係る風量調整用ダンパの動作制御方法は、風量センサを設置することなく、バタフライ型のダンパ１１のみで、過大風量が流れることを制限して、過大風量発生アラームを上位の空調制御システム等に出力することができる。
【００４３】
次に、バタフライ型のダンパ１１に、閉方向へのトルクが発生する理由について、図２Ａから図３Ｂを用いて詳細に説明する。
【００４４】
先ず、図２Ａ及び図２Ｂに示すように、ダンパ１１における上流側面となるダンパ面は、回転軸１１ａを境にして、半円状をなすダンパ羽根１１Ａ，１１Ｂに分けることができる。ダンパ羽根１１Ａは、ダンパ１１が開動作するときに、回転軸１１ａを回動中心として、上流側に向けて突き出る面である。一方、ダンパ羽根１１Ｂは、ダンパ１１が開動作するときに、回転軸１１ａを回動中心として、下流側に向けて突き出る面である。
【００４５】
そこで、図３Ａは、シミュレーションにより求めた、ダンパ周りの空気の流れ（風速分布及び風速ベクトル）を示した図である。この図３Ａに示すように、ダンパ羽根１１Ｂの先端部分（II部）は、空気が当該ダンパ羽根１１Ｂに沿ってほぼ平行に通過する。これに対して、ダンパ羽根１１Ａの先端部分（Ｉ部）は、空気が当該ダンパ羽根１１Ａに対してほぼ直交するように衝突する。
【００４６】
また、図３Ｂは、シミュレーションにより求めた、ダンパ周りの圧力分布を示した図である。（カラー表示をそのままグレー表示に変換したので、分かりにくいが、）この図３Ｂに示すように、ダンパ羽根１１Ａの先端部分（III部）における圧力は、ダンパ羽根１１Ｂの先端部分（IV部）における圧力よりも、高くなっている。
【００４７】
よって、図３Ａ及び図３Ｂから明らかなように、供給された空気の流れは、上流側に突き出したように位置するダンパ羽根１１Ａを、下流側に位置するダンパ羽根１１Ｂよりも強く押すことになる。従って、開状態（全閉と全開の間における中間的な開度状態）のダンパ１１は、供給された空気によって、閉方向へのトルクを受けることになる。
【００４８】
そして、上述した、バタフライ型のダンパ１１に対して閉方向へのトルクが発生する理由は、図１Ａ及び図１Ｂで示した風量調整ダンパ機構のダンパ１１にも適用される。図１Ａ及び図１Ｂで示したダンパ１１においても、ダンパ羽根１１Ａは、ダンパ１１が開動作するときに、上流側に向けて突き出る面となる一方、ダンパ羽根１１Ｂは、ダンパ１１が開動作するときに、下流側に向けて突き出る面である。
【００４９】
次に、ダンパ１１に作用するトルクの特性は、ダンパ形状に応じて変化するが、その一例について、以下に説明する。
【００５０】
ダンパ１１の開度位置と、ダンパ１１の閉方向へのトルクとの関係は、風量を一定にした条件において、開度位置が４０°〜５０°程度でトルクが最大値となる、緩やかな放物線を描くような特性になる。また、このような特性を有するダンパ１１は、その全閉位置付近及び全開位置付近においては、ダンパ羽根１１Ａ，１１Ｂ部分における空気の流れの状態が殆ど同じになるため、ダンパ羽根１１Ａ，１１Ｂに働く力がほぼバランスし、ダンパ１１には、ほとんどトルクが発生しない。
【００５１】
更に、ダンパ１１の開度位置と、ダンパ１１によって調整される風量との関係は、開度位置が全閉位置〜２０°付近においては、開度位置変化に対する風量変化が小さいが、開度位置が２０°付近を超えると、当該風量変化が急激に大きくなり、開度位置が８０°〜全開位置付近では、また、当該風量変化が小さくなる。このとき、開度位置が２０°〜８０°程度の中間部分の範囲内に限れば、風量は、開度位置（角度）の２乗にほぼ比例する。
【００５２】
一方、ダンパ１１に作用するトルクは、風量の２乗にほぼ比例する。これにより、ダンパ１１の上流側にかかる静圧の大きさがほぼ一定である場合には、ダンパ１１に作用するトルクは、開度位置が２０°〜８０°程度において、当該開度位置（角度）の４乗にほぼ比例して、急激に増大することになる。
【００５３】
なお、本願発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは、各実施の形態における任意の構成要素の変形、もしくは、各実施の形態における任意の構成要素の省略が可能である。
【符号の説明】
【００５４】
１１  ダンパ
１１ａ  回転軸
１２  ベースブラケット
１２ａ，１２ｂ  取付部
１２ｃ  支持軸
１３  ダンパブラケット
１４  ステッピングモータ
１５  リンク機構
１５ａ，１５ｂ  アーム
１５ｃ  連結軸
１６  軸受
３０  通風路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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