(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターボ送風機６のモータ５を制御することで送風量を制御するターボ送風機６の送風量制御装置であって、
モータ５の実回転数Ｎを検出するモータ回転数検出手段18と、モータの実駆動電流Ｉを検出するモータ駆動電流検出手段19と、前記モータ５の実回転数Ｎと実駆動電流Ｉとから、次式ＦによってLog Ｉ−Ｎ座標系における直線の傾きΘを演算することでこの傾きΘに１対１対応する実送風量Ｑを演算する実送風量演算手段23と、前記式Ｆを記憶しておく実送風量演算情報記憶手段27とを備えたことを特徴とするターボ送風機の送風量制御装置。
Θ＝Log （Ｉ−Ｉ0 ）／Ｎ  ・・・式Ｆ
ここで、
ΘはLog Ｉ−Ｎ座標系における同一実送風量からなる直線の傾き。
Ｉはモータの実駆動電流。
Ｎはモータの実回転数。
Ｉ0 は駆動電流の基底値。
【請求項２】
予めの実験によって、種々の実送風量Ｑの値とそれに対応する傾きΘの値との対を実送風量演算情報記憶手段27に記憶させておく請求項１に記載のターボ送風機の送風量制御装置。
【請求項３】
予めの実験によって、実送風量Ｑと傾きΘとの関係式を得ておき、これを実送風量演算情報記憶手段27に記憶させておく請求項１に記載のターボ送風機の送風量制御装置。
【請求項４】
目標送風量ＱM と実送風量Ｑとの偏差からフィードバック回転数ＮFBを演算し、このフィードバック回転数ＮFBとフィードフォワード回転数ＮFFとから目標回転数ＮM を演算する目標回転数決定手段24と、実回転数Ｎと目標回転数ＮM との偏差が零になるように、モータ５の駆動電力を制御する駆動電力制御手段17とを更に備えたことを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載のターボ送風機の送風量制御装置。
【請求項５】
実送風量Ｑと目標送風量ＱM との偏差の変化率が一定値以上のときに、駆動電力制御手段17を制御して、一時的に前記偏差のないものとしてモータ５の駆動電力を制御させる偏差入力禁止手段を更に備えたことを特徴とする請求項４に記載のターボ送風機の送風量制御装置。
【請求項６】
燃焼装置の構成部材として用いられることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載のターボ送風機の送風量制御装置。
【請求項７】
Ｉ0 を一定値とする請求項１〜６の何れかに記載のターボ送風機の送風量制御装置。
【請求項８】
Ｉ0 を燃料供給量の関数からなる変数とする請求項６に記載のターボ送風機の送風量制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、ターボ送風機６のモータ５を制御することで送風量を制御するターボ送風機６の送風量制御装置に関し、燃焼装置に燃焼用空気を制御供給する送風量制御装置等として好ましく利用することができる装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の燃焼装置の送風量制御装置として、例えば特開平5-164323号公報に記載されているように、送風機のモータの電流が所定値に達したときに、警報ランプを点滅させたり、燃焼を禁止したりするように構成されたものがあった。
【０００３】
このような従来の燃焼装置の送風量制御装置では、風圧スイッチを設けずに吸排気不良を検出できるものの、送風路の流路抵抗に応じた適切な送風量を維持することができず、最適燃焼を確保できない。即ち、送風路の流路抵抗は、経年変化、送風、流路長、吸排気の差圧、流路の曲がり具合、吸気フィルターの目詰まりなどの各種の要因により変化し、送風機のモータの回転数を一定に制御しても、送風路の流路抵抗の変化により送風量が変化することから、送風路の流路抵抗に応じた適切なモータ回転数を維持できなければ、空燃比が悪化し、消炎、不完全燃焼、火移り不良などの燃焼不良が生じる。
【０００４】
また従来の燃焼装置の送風量制御装置として、例えば特開平４−36508 号公報に記載されているように、送風路に風速センサなどを設置し、この風速センサなどからの検知信号に応じて送風機のモータの回転数を制御するように構成されたものがあった。
【０００５】
このような従来の燃焼装置の送風量制御装置では、所定の送風量を維持できるものの、送風路に風速センサなどを設置することから、風速センサなどが送風路の流路抵抗の増大を招くと共に、風速センサなどが製造コストを増大させる。
【０００６】
これらの問題を解決するため、本願発明の出願人は、送風機のモータの駆動電流と回転数とから送風路の流路抵抗を演算し、その流路抵抗に基づいて所要送風量が得られるモータ回転数を決定し、その回転数を目標回転数ＮM としてファンモータを制御する制御方式を既に提案している（特願平６−297445号参照）。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記方式では、送風機のモータの駆動電流と回転数と流路抵抗との関係と、回転数と送風量と流路抵抗との関係とを、メモリなどに記憶させておく必要があり、メモリなどの記憶媒体の容量が大きくなると共に、ＣＰＵの負荷が重くなるという問題があった。
これに対して、本願出願人は特願平７−218545号において、流路抵抗を演算することなく、送風機のモータの駆動電流と回転数とから実送風量Ｑを演算できる燃焼装置の送風量制御装置を提供した。しかしながら、この送風量制御装置で提供した実送風量Ｑの演算方法はシロッコファン等の送風機には適しているものの、ターボ送風機を用いた場合には、その実送風量Ｑを必ずしも正確には演算できない問題があった。
【０００８】
そこで本願発明は上記従来技術の問題を解消し、流路抵抗等の送風抵抗を演算することなく、モータの駆動電流と回転数とからターボ送風機の実送風量Ｑを演算することができるターボ送風機の送風量制御装置の提供を課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本願発明のターボ送風機の送風量制御装置は、ターボ送風機６のモータ５を制御することで送風量を制御するターボ送風機６の送風量制御装置であって、
モータ５の実回転数Ｎを検出するモータ回転数検出手段18と、モータの実駆動電流Ｉを検出するモータ駆動電流検出手段19と、前記モータ５の実回転数Ｎと実駆動電流Ｉとから、次式ＦによってLog Ｉ−Ｎ座標系における直線の傾きΘを演算することでこの傾きΘに１対１対応する実送風量Ｑを演算する実送風量演算手段23と、前記式Ｆを記憶しておく実送風量演算情報記憶手段27とを備えたことを第１の特徴としている。
Θ＝Log （Ｉ−Ｉ0 ）／Ｎ  ・・・式Ｆ
ここで、
ΘはLog Ｉ−Ｎ座標系における同一実送風量からなる直線の傾き。
Ｉはモータの実駆動電流。
Ｎはモータの実回転数。
Ｉ0 は駆動電流の基底値。
【００１０】
また本願発明のターボ送風機の送風量制御装置は、上記第１の特徴に加えて、予めの実験によって、種々の実送風量Ｑの値とそれに対応する傾きΘの値との対を実送風量演算情報記憶手段27に記憶させておくことを第２の特徴としている。
また本願発明のターボ送風機の送風量制御装置は、上記第１の特徴に加えて、予めの実験によって、実送風量Ｑと傾きΘとの関係式を得ておき、これを実送風量演算情報記憶手段27に記憶させておくことを第３の特徴としている。
また本願発明のターボ送風機の送風量制御装置は、上記第１〜３の何れかの特徴に加えて、目標送風量ＱM と実送風量Ｑとの偏差からフィードバック回転数ＮFBを演算し、このフィードバック回転数ＮFBとフィードフォワード回転数ＮFFとから目標回転数ＮM を演算する目標回転数決定手段24と、実回転数Ｎと目標回転数ＮM との偏差が零になるように、モータ５の駆動電力を制御する駆動電力制御手段17とを更に備えたことを第４の特徴としている。
また本願発明のターボ送風機の送風量制御装置は、上記第４の特徴に加えて、実送風量Ｑと目標送風量ＱM との偏差の変化率が一定値以上のときに、駆動電力制御手段17を制御して、一時的に前記偏差のないものとしてモータ５の駆動電力を制御させる偏差入力禁止手段を更に備えたことを第５の特徴としている。
また本願発明のターボ送風機の送風量制御装置は、上記第１〜５の何れかの特徴に加えて、燃焼装置の構成部材として用いられることを第６の特徴としている。
また本願発明のターボ送風機の送風量制御装置は、上記第１〜６の何れかの特徴に加えて、Ｉ0 を一定値とすることを第７の特徴としている。
また本願発明のターボ送風機の送風量制御装置は、上記第６の特徴に加えて、Ｉ0 を燃料供給量の関数からなる変数とすることを第８の特徴としている。
【００１１】
上記第１の特徴において、傾きΘは横軸をモータ５の実回転数Ｎ、縦軸を対数による実駆動電流Ｉとした場合の、駆動電流の基底値Ｉ0 から実駆動電流値Ｉまでの直線の傾きとして演算することができる。また実送風量Ｑは得られた傾きΘに１対１対応する値として、得ることができる。
前記駆動電流の基底値Ｉ0 は縦軸（Ｉ−Ｎ座標系のＩ軸）を横切る点であり、この場合のモータ５の回転数は零ということになるが、この付近の値は実際の運転には使用しない領域の値であり、上記演算式Ｆ上の値ということになる。
通常の数値で表したモータ５の実回転数Ｎに対してモータ５の駆動電流Ｉの値を対数で表すことで、ターボ送風機６に対する送風抵抗が種々変化しても、同じ送風量はＱはLog Ｉ−Ｎ座標系において同じ直線ｋ上にのることから、その各直線ｋ1 、ｋ2 、ｋ3 ・・・の各傾きΘ1 、Θ2 、Θ3 ・・・が或る決まった実送風量Ｑ1 、Ｑ2 、Ｑ3 ・・・を示していることになる。従ってこのΘと実送風量Ｑとの関係を予め実験によって明らかにしておくことで、実送風量ＱはΘを演算することで得ることができるのである。そして直線の傾きはLog Ｉ−Ｎ座標系においてLog Ｉ軸上の点（Log Ｉ0 ，０）と検出した点（Log Ｉ，Ｎ）とを結ぶ直線ｋの傾きΘであり、上記式Ｆによって得ることができるのである。
第１の特徴によれば、ターボ送風機６の流路抵抗等の送風抵抗ａ、ｂ、ｃ・・・を演算することなく、また実送風量Ｑを検出するセンサ等を設けること無く、モータ５の実駆動電流Ｉと実回転数Ｎとからターボ送風機６の実送風量Ｑを容易、且つ速やかに演算することができ、ターボ送風機６の送風量制御に供することができる。
【００１２】
上記第２の特徴によれば、第１の特徴による作用、効果に加えて、予めの実験によって、種々の実送風量Ｑの値とそれに対応する傾きΘの値との対を実送風量演算情報記憶手段27に記憶させておくようにしているので、実際のターボ送風機６の運転において、実駆動電流Ｉと実回転数Ｎとから式Ｆによって傾きΘが演算されると、それに対応する実送風量Ｑを前記実送風量演算情報記憶手段27の記憶から即座に引き出して得ることができる。
【００１３】
上記第３の特徴によれば、第１の特徴による作用、効果に加えて、予めの実験によって、実送風量Ｑと傾きΘとの関係式を得ておき、これを実送風量演算情報記憶手段27に記憶させておくようにしているので、実際のターボ送風機６の運転において、実駆動電流Ｉと実回転数Ｎとから式Ｆによって傾きΘが演算されると、そのΘの値を関係式に入れて演算することで、即座に対応する実送風量Ｑを演算することができる。
前記関係式はＱ＝ｆ（Θ）として表されるが、実験により具体的な実験式として得ることができる。
【００１４】
また上記第４の特徴によれば、第１〜３の何れかの特徴による作用、効果に加えて、目標送風量ＱM と実送風量Ｑとの偏差からフィードバック回転数ＮFBを演算し、このフィードバック回転数ＮFBとフィードフォワード回転数ＮFFとから目標回転数ＮM を演算する目標回転数決定手段24と、実回転数Ｎと目標回転数ＮM との偏差が零になるように、モータ５の駆動電力を制御する駆動電力制御手段17とを更に備えたので、演算した実送風量Ｑを用いて、容易に目標送風量ＱM にフィードバック制御することができる。
【００１５】
また上記第５の特徴によれば、第４の特徴による作用、効果に加えて、実送風量Ｑと目標送風量ＱM との偏差の急激な変化による駆動電力の急変に起因する制御の不正確さ及び不安定さを良好に解消できる。
偏差がないものとしてモータ５の駆動電力を制御させる時間は、一定であってもよいし、偏差の変化率に応じて可変させてもよい。
【００１６】
また上記第６の特徴によれば、第１〜５の何れかの特徴による作用、効果に加えて、ターボ送風機の送風量制御装置を燃焼装置の構成部材として用いることで、燃焼装置運転中における燃焼用空気の実送風量Ｑを、流路抵抗等の送風抵抗を演算することなく、また実送風量Ｑを検出するセンサ等を設けることなく容易に且つ速やかに演算することができる。また演算した実送風量Ｑに基づいて、燃焼装置における燃料供給量や必要燃焼量に対応する最適の実送風量への送風量調整も容易且つ正確に行うことが可能となり、良好な燃焼を達成することができる。前記燃焼装置としては都市ガス、その他のガス燃焼装置とするが、灯油等の石油燃焼装置としてもよい。
【００１７】
また上記第７の特徴によれば、第１〜６の何れかの特徴による作用、効果に加えて、傾きΘを演算する式Ｆにおいて、Ｉ0 を一定値とすることで、Ｉ0 を変数とする場合に比べて、より容易、簡単に実送風量Ｑを演算することができる。
この場合において、Ｉ0 は実験値として予め決定しておくことになる。
【００１８】
また上記第８の特徴によれば、第６の特徴による作用、効果に加えて、傾きΘを演算する式Ｆにおいて、Ｉ0 を燃焼装置における燃料供給量の関数からなる変数とすることで、燃焼装置における燃料供給量に応じたより正確な実送風量Ｑを演算することが可能となり、燃焼装置における燃料供給量や必要燃料量に応じたより好ましい送風量制御を行うことが可能となる。
前記変数としてのＩ0 は予め実験によって燃料供給量ＧFFの関数Ｉ0 ＝ｆ（ＧFF）、例えばＩ0 ＝αＧFF＋βとして算出式を定めておく。即ち、燃焼装置における種々の異なる燃料供給量に対して、それに対応した送風量となるように送風機６を駆動したときの実送風量Ｑをモータ５の実回転数Ｎとモータ５の実駆動電流Ｉとの関係において、Ｉ−Ｎ座標上の曲線として得ると共に、その各実送風量Ｑの曲線がＩ軸と交わる点を（Ｉ0 ，０）として得ることで、種々の燃料供給量ＧFFに対してのＩ0 値を、燃料供給量ＧFFの関数として実験的に得ることができる。
【００１９】
【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。
【００２０】
図１は、本願発明に係るターボ送風機の送風量制御装置を備えた燃焼装置の一例としての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の下側に連続するケース４の内部には、モータ５により駆動されるターボ送風機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、ガス或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10が接続されている。燃料供給管８及び給水管10にはバルブ11、12が介装されており、これらバルブ11、12は給湯制御部13により制御される。ケーシング１の内部には、バーナ２の上側に、燃焼室14が形成される。
【００２１】
ターボ送風機の送風量制御装置は、例えば交流100 ボルトの商用電源15からの交流電力を整流及び平滑して直流電力を出力する整流平滑手段16、駆動電力制御手段17、モータ回転数検出手段18、モータ駆動電流検出手段19、デューティー比制御手段20、フィードフォワード回転数決定手段21、実送風量演算手段23、目標回転数決定手段24、目標回転数変化率演算手段25、フィードバック回転数変化禁止手段26及び実送風量演算情報記憶手段27を備えている。デューティー比制御手段20、フィードフォワード回転数決定手段21、実送風量演算手段23、目標回転数決定手段24、目標回転数変化率演算手段25及びフィードバック回転数変化禁止手段26は、マイクロコンピュータ28により実現されており、実送風量演算情報記憶手段27は、例えばＥＥＰＲＯＭなどの不揮発性のメモリにより実現されている。
【００２２】
駆動電力制御手段17は、デューティー比制御手段20からの制御電圧に基づいて、整流平滑手段16からの直流電力をスイッチングし、モータ５に駆動電力として供給する。
モータ回転数検出手段18は、モータ５の回転数を検出する。
モータ駆動電流検出手段19は、モータ５の駆動電流を検出する。
デューティー比制御手段20は、目標回転数決定手段24により決定された目標回転数ＮM とモータ回転数検出手段18により検出された実回転数Ｎに基づいて、モータ５の回転数が目標回転数ＮM になるように、駆動電力制御手段17に供給する制御電圧を制御する。
フィードフォワード回転数決定手段21は、バーナ２の所要燃焼量に基づいてフィードフォワード回転数ＮFFを決定する。
実送風量演算手段23は、モータ駆動電流検出手段19により検出された実駆動電流Ｉと、モータ回転数検出手段18により検出された実回転数Ｎと、実送風量演算情報記憶手段27に記憶された傾き演算式Ｆ及び傾きΘと実送風量Ｑとの関係とによって、実送風量Ｑを演算する。
目標回転数決定手段24は、実送風量演算手段23により演算された実送風量Ｑと目標送風量ＱM との偏差に基づいてフィードバック回転数ＮFBを決定し、そのフィードバック回転数ＮFBとフィードフォワード回転数決定手段21により決定されたフィードフォワード回転数ＮFFとに基づいて、モータ５の目標回転数ＮM を決定する。
目標回転数変化率演算手段25は、目標回転数決定手段24により決定された目標回転数ＮM の変化率を演算する。
フィードバック回転数変化禁止手段26は、目標回転数変化率演算手段25により演算された目標回転数ＮM の変化率が一定値以上のときに、目標回転数決定手段24を制御して一時的にフィードバック回転数ＮFBの変化がないものとして目標回転数ＮM を決定させる。
実送風量演算情報記憶手段27は、予め実験によって得た傾き演算式Ｆと、予め実験より得た実送風量Ｑの値と傾きΘの値との１対１の多数の対応関係、或いは予め実験により得た実送風量Ｑと傾きΘとの関係式Ｑ＝ｆ（Θ）とを記憶する。
マイクロコンピュータ28は、給湯装置の全体を制御しており、給湯制御部13の一部もマイクロコンピュータ28により実現されている。
【００２３】
図２は、モータ５の駆動部の回路ブロック図であって、この駆動部は、主にモータ駆動ＩＣ31により構成されている。このモータ駆動ＩＣ31は、端子31a 〜31e を備えており、また駆動電力制御手段17と、モータ回転数検出手段18とを実現している。
駆動電力制御手段17は、モータ５の各コイルに駆動電力を供給するモータドライバー32と、モータドライバー32によりモータ５に供給される駆動電力をスイッチングするＰＷＭ可変速回路33とを備えている。
モータ回転数検出手段18は、モータ５に内蔵された複数のホール素子を含むホールＩＣ34からの検出信号に基づいてモータ５の回転数を演算する回転ロジック35と、回転ロジック35により演算された回転数に応じた回転数パルスを発生する回転数パルス発生回路36とを備えている。
端子31a には、整流平滑手段16からの駆動電力が入力され、この駆動電力は駆動電力制御手段17のモータドライバー32に供給される。端子31b には、補助電源37からの直流電力が入力され、この直流電力はモータ駆動ＩＣ31の各部に電源として供給される。端子31c には、デューティー比制御手段20から制御電圧が入力され、この制御電圧は駆動電力制御手段17のＰＷＭ可変速回路33に供給される。端子31d からは、モータ回転数検出手段18の回転数パルス発生回路36からの回転数パルスが出力され、この回転数パルスはデューティー比制御手段20に供給される。端子31e は接地端子である。
【００２４】
整流平滑手段16は、例えばダイオードブリッジからなる全波整流器と、キャパシタからなる平滑回路とにより実現されており、例えば100 ボルトの商用電源15から得られる交流電力を整流及び平滑して直流電力を出力する。駆動電力制御手段17は、デューティー比制御手段20からの制御電圧に応じてデューティー比を制御される制御パルスに基づいて、整流平滑手段16からの直流電力をスイッチングして、モータ５に駆動電力として供給する。即ち、モータ５に供給される直流駆動電力は、駆動電力制御手段17によりＰＷＭ制御される。モータ回転数検出手段18は、モータ５に内蔵された複数のホール素子を含むホールＩＣ34からなる回転検出センサからの検出信号に基づいて、モータ５の回転数を検出し、それに応じて回転数パルスをデューティー比制御手段20に供給すると共に、モータ５の回転子の回転に応じた回転信号を駆動電力制御手段17に供給する。デューティー比制御手段20は、モータ５の回転数が目標回転数ＮM になるように制御電圧を調整して、その制御電圧を駆動電力制御手段17に供給する。なおモータ５は、三相ブラシレスモータ、より詳しくは永久磁石型同期モータであって、本実施態様では、給湯装置のターボ送風機６を駆動するために使用している。
【００２５】
図３は、駆動電力制御手段17及びモータ駆動電流検出手段19の回路ブロック図であって、駆動電力制御手段17は三角波発振回路41、コンパレータ42、三相分配回路43及びトランジスタＴＲ１〜ＴＲ６を備えており、モータ駆動電流検出手段19は平滑回路44、電圧・周波数変換回路45及びホトカプラ46を備えている。なお、トランジスタＴＲ１〜ＴＲ６保護用のダイオードや、モータ５のコイル5a〜5cに流れる過電流を検出し且つ保護するための回路など、本願発明に直接関係のない構成要素については、図示及び説明を省略する。
【００２６】
三角波発振回路41は、例えば20KHz の周期の三角波を出力する。コンパレータ42は演算増幅器からなり、三角波発振装置41からの三角波の電圧と、デューティー比制御手段20からの制御電圧Ｖs とを比較し、制御電圧Ｖs が三角波の電圧以上であるときにオンし、制御電圧Ｖs が三角波の電圧よりも小さいときにオフする周期20KHz の制御パルスを出力する。即ち、制御パルスのデューティー比はデューティー比制御手段20からの制御電圧Ｖs に応じて変化する。三相分配回路43はモータ回転数検出手段18からの回転信号に応じて、上段側のトランジスタＴＲ１〜ＴＲ３のうちの１つと、下段側のトランジスタＴＲ４〜ＴＲ６のうちの１つとを、選択的にオンさせる。例えば、トランジスタＴＲ１、ＴＲ５がオンの場合、モータ５のコイル5aからコイル5bに駆動電流が流れる。即ち、モータ５の回転子の回転位置に応じて電流を流すコイル5a〜5cや電流の方向を順次切り替えることにより、モータ５の回転が継続する。更に三相分配回路43は、下段側のトランジスタＴＲ４〜ＴＲ６のうちオンさせるべきトランジスタを、コンパレータ42からの制御パルスに応じてオン・オフさせる。即ち、三相分配回路43は、モータ５に供給する駆動電力をデューティー比制御手段20からの制御電圧Ｖs に応じてＰＷＭ制御する。
【００２７】
この駆動電力制御手段17及びモータ駆動電流検出手段19の動作について、簡単に述べる。商用電源15からの交流電力は、整流平滑手段16によって整流され且つ平滑されて、駆動電力制御手段17を介してモータ５に駆動電力として供給される。このとき駆動電力制御手段17によりＰＷＭ制御が施され、モータ５の回転数が指令回転数になるように、モータ５への駆動電力が制御される。
【００２８】
いま、図４に示すように、三角波発振回路41からの三角波の最高電圧をＶh 、最低電圧をＶl とし、デューティー比制御手段20からの制御電圧をＶs とすると、コンパレータ42の出力である制御パルスは、図５に示すように、制御電圧Ｖs が三角波の電圧以上のときにオンし、制御電圧Ｖs が三角波の電圧よりも小さいときにオフする、三角波と同じ周期のパルス列となる。そして三相分配回路43が下段側のトランジスタＴＲ４〜ＴＲ６のうち、オンさせるべきトランジスタのベースに、コンパレータ42からの制御パルスを印加するので、モータ５の駆動電力が制御パルスによりスイッチングされ、制御パルスのデューティー比に応じた駆動電力がモータ５に供給される。
【００２９】
トランジスタＴＲ４〜ＴＲ６のエミッタから出力された電流は、モータ駆動電流検出手段19の平滑回路44により平滑される。これにより電流に応じた電圧に変換され、電圧・周波数変換回路45により、電圧に応じた周波数のパルスに変換される。このパルスは、ホトカプラ46を介してマイクロコンピュータ28に供給される。即ち、マイクロコンピュータ28には、モータ５の駆動電流に応じた周波数のパルスがモータ駆動電流検出手段19から入力される。
【００３０】
次に、上記傾き演算式Ｆについて説明する。即ち、傾き演算式Ｆは次の通り、実験的に得ることができる。
【００３１】
Θ＝Log （Ｉ−Ｉ0 ）／Ｎ  ・・・・式Ｆ
ここで、
ΘはLog Ｉ−Ｎ座標系における同一実送風量からなる直線の傾き。
Ｉはモータの実駆動電流。
Ｎはモータの実回転数。
Ｉ0 は駆動電流の基底値。
【００３２】
図７を参照して、前記傾き演算式Ｆがどのようにして得られるかを説明する。
ターボ送風機６におけるモータ５の実駆動電流Ｉと実回転数Ｎとの関係は、送風路の流路抵抗等、送風抵抗が種々（ａ、ｂ、ｃ・・・）変わることで、図７（Ａ）に示すように、その各送風抵抗（ａ、ｂ、ｃ・・・）に応じて、Ｉ−Ｎ座標系において、それぞれ曲線Ａ、Ｂ、Ｃ・・・となる。
次に前記各曲線（Ａ、Ｂ、Ｃ・・・）について、実際に測定された或る一定の送風量Ｑ1 に対応する点（ＩA1，ＮA1）、（ＩB1，ＮB1）、（ＩC1，ＮC1）・・・をプロットしてゆくと、図７（Ａ）の太い実線で示す様な曲線Ｋ1 が得られ、同様に種々の実際に測定された送風量Ｑ2 、Ｑ3 、Ｑ4 ・・・に対してもそれぞれ同じ送風量からなる同様な曲線Ｋ2 、Ｋ3 、Ｋ4 ・・が得られる。
そして、本願に係る発明者は、前記曲線Ｋ1 、Ｋ2 、Ｋ3 、Ｋ4 ・・・について、実駆動電流Ｉを対数目盛りで表すことで、図７（Ｂ）で示すように、前記各曲線Ｋ1 、Ｋ2 、Ｋ3 、Ｋ4 ・・・がそれぞれ異なる一定の傾きを持つ直線ｋ1 、ｋ2 、ｋ3 、ｋ4 ・・で表すことができることを知得した。
即ち、直線ｋ1 、ｋ2 、ｋ3 、ｋ4 はそれぞれ実送風量がＱ1 、Ｑ2 、Ｑ3 、Ｑ4 に対応する直線であり、ターボ送風機６の場合には送風抵抗が種々（ａ、ｂ、ｃ・・・）変わっても、同じ実送風量Ｑ1 、Ｑ2 、Ｑ3 、Ｑ4 ・・・については実駆動電流Ｉの対数Log Ｉと実回転数Ｎとの関係が同じ各直線ｋ1 、ｋ2 、ｋ3 、ｋ4 ・・・上にのることが判った。そしてさらに前記直線ｋ1 、ｋ2 、ｋ3 、ｋ4 の傾きΘ1 、Θ2 、Θ3 、Θ4 がそれぞれの実送風量Ｑ1 、Ｑ2 、Ｑ3 、Ｑ4 ・・・に対応することが判った。
【００３３】
よって、予め実送風量Ｑを検出する送風量検出器を用いた実験により、検出される実送風量Ｑ1 、Ｑ2 、Ｑ3 、Ｑ4 ・・・とそれに対応するＩ−Ｎ座標系上での各曲線Ａ、Ｂ、Ｃ・・・を得て、この曲線から各実送風量Ｑ1 、Ｑ2 、Ｑ3 、Ｑ4 ・・・に対応する曲線Ｋ1 、Ｋ2 、Ｋ3 、Ｋ4 ・・・を得、このとき各曲線Ｋ1 、Ｋ2 、Ｋ3 、Ｋ4 ・・・についてのＩ軸と交わる点の駆動電流Ｉ0 を求め、さらに前記曲線Ｋ1 、Ｋ2 、Ｋ3 、Ｋ4 ・・・からLog Ｉ−Ｎ座標系上での直線ｋ1 、ｋ2 、ｋ3 、ｋ4 ・・・を得て、この各直線ｋ1 、ｋ2 、ｋ3 、ｋ4 ・・・の傾きΘ1 、Θ2 、Θ3 、Θ4 ・・・を求める。そしてこの各傾きΘ1 、Θ2 、Θ3 、Θ4 ・・・とそれに対応する実送風量Ｑ1 、Ｑ2 、Ｑ3 、Ｑ4 ・・・との１対１対応関係を実送風量演算情報記憶手段27に記憶させる。
また前記直線ｋの傾きΘは、実駆動電流Ｉと実送風量Ｎと前記駆動電流の基底値Ｉ0 から上記傾き演算式Ｆで求めることができるので、該傾き演算式Ｆも実送風量演算情報記憶手段27に記憶させる。
【００３４】
尚、上記現実に測定された実送風量Ｑ1 、Ｑ2 、Ｑ3 、Ｑ4 ・・・と上記現実に得られた傾きΘ1 、Θ2 、Θ3 、Θ4 ・・・との関係を対としてそのまま記憶させる代わりに、実送風量Ｑと傾きΘとの関係を実験式としての関係式Ｑ＝ｆ（Θ）にして、これを実送風量演算情報記憶手段27に記憶させてもよい。
【００３５】
また前記駆動電流の基底値Ｉ0 は一定値として実験的に得ることができるが、駆動電流の基底値Ｉ0 は初期に設定されるべき目標送風量ＱM や目標回転数ＮM によって多少変動することがあるので、目標送風量ＱM や目標回転数ＮM に応じた２〜３の値を実験的に求めて記憶させるようにしてもよい。また目標送風量ＱM や目標回転数ＮM を変数とするＩ0 ＝ｆ（ＱM ）、Ｉ0 ＝ｆ（ＮM ）とした実験式を得て、実送風量演算情報記憶手段27に記憶させてもよい。
更にターボ送風機６の送風量や該ターボ送風機６が燃焼装置や燃焼装置を備えた給湯装置の場合には、目標送風量ＱM や目標回転数ＮM は燃焼のための燃料供給量ＧFFに対応するので、駆動電流の基底値Ｉ0 を初燃料供給量ＧFFに応じた２〜３の値として実験的に求めて記憶させるようにしてもよい。また燃料供給量ＧFFを変数とするＩ0 ＝ｆ（ＧFF）、例えばＩ0 ＝αＧFF＋βとした実験式を得て、実送風量演算情報記憶手段27に記憶させてもよい。
以上のようにして傾き演算式Ｆと駆動電流の基底値Ｉ0 、実送風量Ｑと傾きΘとの関係を実送風量演算情報記憶手段27に記憶させておくことで、実際の送風運転中において図７（Ｂ）の点（Log Ｉ，Ｎ）で示されるような値が検出された場合には、その値を用いてその時の実送風量Ｑが速やかに演算されるのである。
【００３６】
モータ５は永久磁石型同期モータであり、周知のように、駆動電流Ｉと回転数Ｎとの関係は、理論的にはＩ＝ａＮ2 である。ただしａは定数である。従ってＩ−Ｎ曲線は、理論的にはＩ−Ｎ座標系の原点（０，０）を通るのであるが、実際にはターボ送風機６やモータ５や送風路などの特性のバラツキにより、Ｉ−Ｎ曲線が原点を通らず、またＩ−Ｎ曲線自体の形状も多少変形する場合もある。そこでＩ−Ｎの関係を実測し、Ｉ−Ｎ曲線の式を特定しておくことで、ターボ送風機６やモータ５や送風路などの特性のバラツキに起因する影響を除去するのである。
【００３７】
次に、給湯装置の運転動作について述べる。図６は本願発明にかかる送風量制御装置の制御系統を説明するブロック線図であって、以下の制御動作の流れは図６を参照することにより一層容易に理解できる。
【００３８】
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、フィードフォワード回転数決定手段21にバーナ２の所要燃焼量、即ちバルブ11の開弁量（燃料供給量ＧFF）に応じた信号、即ち目標送風量ＱM 或いはそれに対応する信号を出力する。これによりフィードフォワード回転数決定手段21が、給湯制御部13からの信号に基づいて、バーナ２の所要燃焼量に応じたモータ５のＦＦ回転数Ｎ0 を演算する。具体的には、バーナ２に供給される、例えば都市ガスなどの燃料供給量ＧFF或いはその燃料供給量ＧFFに対する目標送風量ＱM に対応して予め決められたモータ５のフィードフォワード（以下ＦＦとする）回転数ＮFFを決定し、それを目標回転数決定手段24に出力する。このＦＦ回転数ＮFFは、ターボ送風機６による送風路の流路抵抗等の送風抵抗が予め決められた基準値である場合に、所要燃料供給量ＧFF対して最適な空燃比が得られる送風量に対応する回転数である。なお所要燃料供給量ＧFFは、熱交換器３への入水温度、出湯温度、流量、設定温度などによって決定される。
【００３９】
この時点ではモータ５は回転しておらず、実送風量演算手段23による演算結果が目標回転数決定手段24に供給されないので、目標回転数決定手段24はフィードフォワード回転数決定手段21からのＦＦ回転数ＮFFに対応した回転数指令信号をデューティー比制御手段20に出力する。
【００４０】
これによりデューティー比制御手段20が、モータ５がＦＦ回転数ＮFFで回転するような制御電圧Ｖs を駆動電力制御手段17に供給する。この結果、駆動電力制御手段17がＰＷＭ方式により駆動電力を制御して、モータ５をＦＦ回転数ＮFFで回転するように駆動する。
【００４１】
次に、モータ駆動電流検出手段19がモータ５の駆動電流を検出する。即ち、モータドライバー32のトランジスタＴＲ４〜ＴＲ６のエミッタからの電流は、モータ駆動電流検出手段19の平滑回路44により平滑され、平滑回路44の出力電圧が電圧・周波数変換回路45により周波数に変換され、モータ５の駆動電流に応じた周波数のパルスがホトカプラ46を介してマイクロコンピュータ28に供給される。
【００４２】
一方、モータ回転数検出手段18がモータ５のホールＩＣ34からの検出信号に基づいて、モータ５の回転数を検出する。
【００４３】
次に、実送風量演算手段23がモータ駆動電流検出手段19からの実駆動電流Ｉと、モータ回転数検出手段18からの実回転数Ｎと、実送風量演算情報記憶手段27からの傾き演算式Ｆと駆動電流の基底値Ｉ0 とから傾きΘを演算し、さらに実送風量演算情報記憶手段27に記憶されている傾きΘと実送風量Ｑとの１対１対応の関係、或いは関係式Ｑ＝ｆ（Θ）によって、実送風量Ｑを演算する。
【００４４】
次に目標回転数決定手段24が、実送風量演算手段23により演算された実送風量Ｑと設定された目標送風量ＱM との偏差を求め、その偏差に基づいてフィードバック（以下ＦＢとする）回転数ＮFBを演算し、そのＦＢ回転数ＮFBとフィードフォワード回転数決定手段21により決定されたＦＦ回転数ＮFFとから目標回転数ＮM を決定し、その目標回転数ＮM に応じた回転数指令信号をデューティー比制御手段20に出力する。
前記ＦＢ回転数ＮFBは、例えばＰＩＤ制御など、ＦＦ回転数ＮFFとＦＢ回転数ＮFBとの和ＮFF＋ＮFBを目標回転数ＮM と決定して、それに応じた回転数指令信号をデューティー比制御手段20に出力する。
【００４５】
尚、前記燃焼に際して所要燃焼量や所要燃料供給量ＧFFに対応して目標送風量ＱM が設定されることなく、ＦＦ回転数ＮFFだけが決められるような装置においては、予めの実験によって、装置における基準状態で送風を行った場合の実駆動電流Ｉと実回転数Ｎとの関係曲線、例えば図７の（Ａ）において送風抵抗がａの場合を基準状態とすると曲線Ａを得ておき、このＩとＮの関係を記憶させておくことで、ＦＦ回転数ＮFFから目標送風量ＱM を演算することができる。
即ち所要燃焼量や所要燃料供給量ＧFFが決まると、その給湯制御部13では送風抵抗が基準状態にあることを前提にＦＦ回転数ＮFFを決めることから、そのＦＦ回転数ＮFFから記憶している基準状態でのＩ−Ｎ曲線Ａに基づいてＦＦ駆動電流ＩFFを演算し、さらにそのＮFFとＩFFから実送風量演算情報記憶手段27に記憶されている傾き演算式Ｆと傾きΘと実回転数Ｎの関係から目標送風量ＱM を演算する。目標送風量ＱM が演算されると実送風量Ｑとの偏差が上記のように演算され、必要なＦＢ回転数ＮFBや目標回転数ＮM を決定することができる。
【００４６】
前記デューティー比制御手段20が、目標回転数決定手段24により決定された目標回転数ＮM に応じた回転数指令信号とモータ回転数検出手段18からの実際の回転数Ｎとに基づいて、モータ５が目標回転数ＮM で回転するような制御電圧Ｖs を駆動電力制御手段17に出力する。
これにより駆動電力制御手段17が、デューティー比制御手段20からの制御電圧Ｖs に基づいて、モータ５に供給する直流電力をスイッチングし、モータ５の回転数が目標回転数ＮM となるように駆動する。
【００４７】
ここで、ターボ送風機６による送風路の送風抵抗が増加したとすると、仮に回転数一定制御方式でモータ５を制御した場合、送風量が減少する。すると図７の（Ｂ）における直線の傾きΘが小さくなり、それに応じてＦＢ回転数ＮFBが大きくなり、その結果目標回転数ＮM が大きくなって、モータ５の動作点を元の直線上に戻すように制御が働き、常に一定の最適な送風量を維持できる。
送風抵抗が減少する場合も同様に、元の直線上に戻すように制御が働き、常に一定の最適な送風量を維持できる。
【００４８】
前記目標回転数変化率演算手段25は、目標回転数決定手段24により決定される目標回転数ＮM の変化率を演算し、その演算結果をフィードバック回転数変化禁止手段26に出力する。
これによってフィードバック回転数変化禁止手段26が、目標回転数変化率演算手段25により演算された目標回転数ＮM の変化率が所定値以上のときに、その大きさに応じた時間だけ、目標回転数決定手段24に傾き偏差変化無視信号を出力する。
これにより目標回転数決定手段24が、フィードバック回転数変化禁止手段26から傾き偏差変化無視信号が入力されている期間、ＦＢ回転数ＮFBの変化がないものとして目標回転数ＮM を決定する。
【００４９】
これは、目標回転数の急激な変化によりモータ５に流れる突入電流が制御系に及ぼす悪影響を除去するためである。即ち図８の（Ａ）に示すように、目標回転数ＮM が破線のようにステップ状に変化すると、実回転数Ｎが実線のようにオーバーシュートを伴って変化し、駆動電流の図８の（Ｂ）に示すように大きなオーバーシュートを伴って変化する。更には、駆動電圧も図８の（Ｃ）に示すように変化する。図８の（Ｂ）に示す駆動電流は、モータ駆動電流検出手段19により検出され、実送風量演算手段23に供給されるので、このような大きなオーバーシュートを伴った駆動電流の変化は、制御を不正確且つ不安定にする。そこで図８の（Ｄ）に示すように、目標回転数ＮM の変化率が所定値以上のときに、その変化率の大きさに応じた期間、駆動電流の監視をオフさせ、制御を正確且つ安定にさせている。具体的には、フィードバック回転数変化禁止手段26から目標回転数決定手段24に傾き偏差変化無視信号を出力して、直線の傾きの偏差の変化が零、換言すれば実送風量Ｑと目標送風量ＱM との差の変化が零であるものとして、ＦＢ回転数ＮFBを演算させる時間は非常に短いので、それが制御系に悪影響を及ぼすことはない。
【００５０】
また上記実施形態では、実送風量Ｑや目標送風量ＱM からＦＦ制御のためのＦＦ回転数ＮFFや目標回転数ＮM 等を求めるようにしているが、直線ｋの傾きΘを用いて、その傾きΘの偏差に基づいて送風量制御をしてもよい。
【００５１】
また上記実施形態では、ターボ送風機６のモータ５をＰＷＭ方式で駆動したが、安定化された直流電圧を印加する制御方式で駆動してもよい。
また上記実施形態では、フィードバック回転数変化禁止手段26により目標送風量ＱM と実送風量Ｑとの偏差の変化がないものとして目標回転数を決定させる時間を、実送風量Ｑと目標送風量ＱM との偏差の変化率に応じて可変させたが、一定時間であってもよい。
【００５２】
【発明の効果】
本発明は以上の構成よりなり、請求項１に記載のターボ送風機の送風量制御装置によれば、モータ５の実回転数Ｎを検出するモータ回転数検出手段18と、モータの実駆動電流Ｉを検出するモータ駆動電流検出手段19と、前記モータの実回転数Ｎと実駆動電流Ｉとから、傾き演算式ＦによってLog Ｉ−Ｎ座標系における直線の傾きΘを演算することでこの傾きΘに１対１対応する実送風量Ｑを演算する実送風量演算手段23と、前記傾き演算式Ｆを記憶しておく実送風量演算情報記憶手段27とを備えたので、
ターボ送風機６の流路抵抗等の送風抵抗ａ、ｂ、ｃ・・・を演算することなく、また実送風量Ｑを検出するセンサ等を設けること無く、モータ５の実駆動電流Ｉと実回転数Ｎとからターボ送風機６の実送風量Ｑを容易、且つ速やかに演算することができ、ターボ送風機６の送風量制御に供することができる。また送風抵抗と送風量や駆動電流や回転数との関係を記憶しておく必要がなく、その分記憶媒体の容量を小さくすることができる。
また請求項２に記載のターボ送風機の送風量制御装置によれば、上記請求項１に記載の構成による効果に加えて、予め実験によって、種々の実送風量Ｑの値とそれに対応する傾きΘの値との対を実送風量演算情報記憶手段27に記憶させておくようにしたので、実際のターボ送風機６の運転において、実駆動電流Ｉと実回転数Ｎとから式Ｆによって傾きΘが演算されると、それに対応する実送風量Ｑを前記実送風量演算情報記憶手段27の記憶から即座に引き出して得ることができる。
また請求項３に記載のターボ送風機の送風量制御装置によれば、上記請求項１に記載の構成による効果に加えて、予め実験によって、実送風量Ｑと傾きΘとの関係式を得ておき、これを実送風量演算情報記憶手段27に記憶させておくようにしたので、実際のターボ送風機６の運転において、実駆動電流Ｉと実回転数Ｎとから式Ｆによって傾きΘが演算されると、そのΘの値を関係式に入れて演算することで、即座に対応する実送風量Ｑを演算することができる。
また請求項４に記載のターボ送風機の送風量制御装置によれば、上記請求項１〜３の何れかに記載の構成による効果に加えて、目標送風量ＱM と実送風量Ｑとの偏差からＦＢ回転数ＮFBを演算し、このＦＢ回転数ＮFBとＦＦ回転数ＮFFとから目標回転数ＮM を演算する目標回転数決定手段24と、実回転数Ｎと目標回転数ＮM との偏差が零になるようにモータ５の駆動電力を制御する駆動電力制御手段17とを更に備えたことにより、
演算した実送風量Ｑを用いて、容易に目標送風量ＱM にフィードバック制御することができる。
また請求項５に記載のターボ送風機の送風量制御装置によれば、上記請求項４に記載の構成による効果に加えて、実送風量Ｑと目標送風量ＱM との偏差の変化率が一定値以上のときに、駆動電力制御手段17を制御して、一時的に前記偏差のないものとしてモータ５の駆動電力を制御させる偏差入力禁止手段を更に備えたので、
実送風量Ｑと目標送風量ＱM との偏差の急激な変化による駆動電力の急変に起因する制御の不正確さ及び不安定さを良好に解消できる。
また請求項６に記載のターボ送風機の送風量制御装置によれば、上記請求項１〜５の何れかに記載の構成による効果に加えて、ターボ送風機の送風量制御装置が燃焼装置の構成部材として用いられるので、
燃焼装置運転中における燃焼用空気の実送風量Ｑを、流路抵抗等の送風抵抗を演算することなく、また実送風量Ｑを検出するセンサ等を設けることなく容易に且つ速やかに演算することができる。また演算した実送風量Ｑに基づいて、燃焼装置における燃料供給量や必要燃焼量に対応する最適の実送風量への送風量調整も容易且つ正確に行うことが可能となり、良好な燃焼を達成することができる。
また請求項７に記載のターボ送風機の送風量制御装置によれば、上記請求項１〜６の何れかに記載の構成による効果に加えて、Ｉ0 を一定値としたので、
Ｉ0 を変数とする場合に比べて、傾きΘを演算する式Ｆ等からより容易、簡単に実送風量Ｑを演算することができる。
また請求項８に記載のターボ送風機の送風量制御装置によれば、上記請求項６に記載の構成による効果に加えて、Ｉ0 を燃料供給量の関数からなる変数とすることで、燃焼装置における燃料供給量に応じたより正確な実送風量Ｑを演算することが可能となり、燃焼装置における燃料供給量や必要燃料量に応じたより好ましい送風量制御を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るターボ送風機の送風量制御装置を備えた燃焼装置の一例としての給湯装置の概略構成図である。
【図２】本発明に係るターボ送風機の送風量制御装置に備えられたモータ駆動部の回路ブロック図である。
【図３】本発明に係るターボ送風機の送風量制御装置に備えられた駆動電力制御手段及びモータ駆動電流検出手段の回路図である。
【図４】本発明に係るターボ送風機の送風量制御装置に備えられた三角波発振回路により得られる三角波の波形図である。
【図５】本発明に係るターボ送風機の送風量制御装置に備えられたモータに供給される制御電圧の波形図である。
【図６】本発明に係るターボ送風機の送風量制御装置の制御系のブロック線図である。
【図７】本発明に係るターボ送風機の送風量制御装置により制御されるモータの実駆動電流と実回転数と送風量との関係を示す図で、（Ａ）はＩ−Ｎ座標系での関係を示し、（Ｂ）はLog Ｉ−Ｎ座標系での関係を示す。
【図８】本発明に係るターボ送風機の送風量制御装置に備えられたモータの動作状態の説明図であって、（Ａ）は目標回転数と実回転数との関係、（Ｂ）は駆動電流の波形、（Ｃ）は駆動電圧の波形、（Ｄ）はフィートバック回転数変化禁止手段の動作状態をそれぞれ示している。
【符号の説明】
５  モータ
６  ターボ送風機
17  駆動電力制御手段
18  モータ回転数検出手段
19  モータ駆動電流検出手段
23  実送風量演算手段
24  目標回転数決定手段
27  実送風量演算情報記憶手段
【図１】
0003653886.tif 000002
【図２】
0003653886.tif 000003
【図３】
0003653886.tif 000004
【図４】
0003653886.tif 000005
【図５】
0003653886.tif 000006
【図６】
0003653886.tif 000007
【図７】
0003653886.tif 000008
【図８】
0003653886.tif 000009