(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＰＷＭ（パルス幅変調）制御信号のデューティの変化でモーター回転数が変化し、その回転数は自装したＦＧ（周波数発電機）の機能を持ったセンサから出るＦＧパルス数で検知できるブラシレス直流モーターと、そのブラシレス直流モーターによって回転するフアンを有する換気装置本体と、
その換気装置本体に設けた吸気口と排気口に夫々接続される吸気ダクトと排気ダクトを備え、
デューティ１００％回転時の必要換気風量Ｑ0 に対応する損失抵抗値Ｐ0 の複数分割点でのＦＧパルス数情報が蓄積されたＦＧパルス数ファイルと、
当該ＦＧパルス数に対応したＰＷＭ制御信号のデューティ％情報が蓄積されたデューティ％ファイルと、
実際に施工された給・排気ダクトの損失抵抗負荷において、電源投入時の一定時間ダクトの損失抵抗を自動測定するためにデューティ１００％で回転させ、損失抵抗に対応したＦＧパルス数としてＣＰＵに入力し、そのＦＧパルス数と同じＦＧパルス数を上記ＦＧパルス数ファイルから呼び出し、その検出ＦＧパルス数に対応したＰＷＭ制御信号のデューティ％を上記デューティファイルから呼び出して、これをフアンモーターの駆動部に出力する制御手段とを備えたことを特徴とする家庭用換気装置の換気風量制御装置。
【請求項２】
上記ＦＧパルス数ファイルとデューティ％ファイルは、想定される複数の必要風量に対して有することを特徴とする請求項１に記載の家庭用換気装置の換気風量制御装置。
【請求項３】
上記したセンサはモーターに内蔵のホール素子としたことを特徴とする請求項１に記載の家庭用換気装置の換気風量制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、家庭用換気装置本体を浴室、洗面所、トイレ又は同等の広さの室内に設置して換気を機械的に行うときに、給・排気ダクトの損失抵抗が設置環境の違いで相違しても、必要とする換気量に変化がないように、マイコンを使って換気風量を自動制御するようにした装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一戸建て住宅やマンション等の集合住宅では、給気は自然給気によるが、室内からの換気は電動フアンで行うのが多い。この場合、マンション等のダクト長は一戸建て住宅のそれよりも長く、したがって損失抵抗も大きいのが普通である。またマンションのダクト配管設計にバリエーションがあって損失抵抗も異なってくる。ところが設置される換気用フアンは共に同じものが使われ、それで同じ必要換気量となるようにすることが要求される。このため、ダクトの管路抵抗の違いでフアン回転数が変化し風量が変わるのを、ダンパーの絞り具合の調節で補正したり、あるいは損失抵抗を静圧センサーで電気信号に変換して、その信号をファンモーターの駆動部に送りファン回転数を制御したりしていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記したダンパーによる場合は、ダンパーの絞りを変える都度、適性風量に調節できたかどうかを、専門的知識をもった者が測定器を使って風量を測定し確認しなければならない作業が必要になるうえ、風を絞ると風量は現象するがモーターの回転は上がって行くので騒音が大きくなってしまう。一方、静圧センサーによる場合は、そのセンサーは高価で寿命も比較的短かく、不安定且つ不正確で、しかも換気装置１台に少なくとも１個以上を必要とするためコスト高につく欠点があった。この発明が解決しようとする課題は、上記した不都合を解消することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記した課題を解決するため、ＰＷＭ（パルス幅変調）制御信号のデューティの変化でモーター回転数が変化し、その回転数は自装したＦＧ（周波数発電機）の機能を持ったセンサから出るＦＧパルス数で検知できるブラシレス直流モーターと、そのブラシレス直流モーターによって回転するフアンを有する換気装置本体と、
その換気装置本体に設けた吸気口と排気口に夫々接続される吸気ダクトと排気ダクトを備え、
デューティ１００％回転時の必要換気風量Ｑ0 に対応する損失抵抗値Ｐ0 の複数分割点でのＦＧパルス数情報が蓄積されたＦＧパルス数ファイルと、
当該ＦＧパルス数に対応したＰＷＭ制御信号のデューティ％情報が蓄積されたデューティ％ファイルと、
実際に施工された給・排気ダクトの損失抵抗負荷において、電源投入時の一定時間ダクトの損失抵抗を自動測定するためにデューティ１００％で回転させ、損失抵抗に対応したＦＧパルス数としてＣＰＵに入力し、そのＦＧパルス数と同じＦＧパルス数を上記ＦＧパルス数ファイルから呼び出し、その検出ＦＧパルス数に対応したＰＷＭ制御信号のデューティ％を上記デューティファイルから呼び出して、これをフアンモーターの駆動部に出力する制御手段とを備えるようにしたものである。
【０００５】
上記ＦＧパルス数ファイルとデューティ％ファイルは、想定される複数の必要風量に対してそれぞれ異なったモードとしてフアイルし、スイッチなどでモード切替えができるようにすることによって必要風量を切り替えることができる。また、上記したセンサはモーターに内蔵した安価なホール素子で目的を達成することができる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
浴室に設置される換気装置本体の一例を図１に示す。この換気装置本体１のケーシング２内部は仕切板５によって上室３と下室４とに仕切られていて、各室３，４に配置したフアン７，７を仕切板５に取付けた１台のブラシレスＤＣモーター６で回転するようになっている。このブラシレス直流モータ６は、回転信号としてディジタル的にパルスを発生するＦＧ（周波数発電機）の機能を持っており、ＰＭＷ制御信号のデューティの変化で回転数が変化し風量が変化する。これらの機能を備えたブラシレスＤＣモーター６は数社のメーカーが製造販売している汎用品を利用する。ケーシング２の上室３に設けた吸気口９に、トイレ又は洗面所よりの吸込ダクト８が接続され、排気口１０には屋外に繋がる排気ダクト１１が接続される。本例では、下室４に電動ダンパー１２を設け、実線で示した換気モードと、点線で示した乾燥モードとに切替え可能としている。換気モードでは浴室内から吸引された空気が排気口１０を通り排気ダクト１１に排出されるが、乾燥モードでは浴室内から吸引された空気がヒーター１３で加熱されて再び浴室内に吹き出されることになる。尚、図中、１４は浴室天井、１５はフロントパネルである。
【０００７】
通常、換気（排気）したい必要風量Ｑo は、適当な換気回数等を考慮することで適宜決めることができる。以下の説明では、必要風量Ｑo ＝２００ｍ3 ／h とする。
【０００８】
本発明では、製作された換気装置本体１の特性曲線図を最初に求める。図４に、その測定設備の一例を示す。通常、吸込側のバリエーションは少ないから、換気装置本体１の吸込側には平均的な長さの吸込ダクト８を繋げる。排気側は、ノズル穴径の異なる何枚かのオリフィス板１６，１６…を準備して、そのオリフィス板１６が短い排気ダクト１１の端部に取換ができるように装着する。オリフィス板１６のノズル穴面積が変わることで圧力損失に相当する静圧が変り、風量が変るが、その静圧と風量を測定する圧力計１７と風量計１８を取付けておく。
【０００９】
いま、モーター６をＰＭＷ制御信号のデューティ１００％（Ｄo ＝１００％）で回転させ、上記オリフィス板１６を順番に取換え、そのときの静圧（ダクトの損失抵抗に相当）、風量、モーター回転数を測定することによって、図３の１００％デューティにおけるＰ−Ｑ（静圧−風量）曲線および１００％デューティのＦＧパルス数（モーター回転数）の曲線が求まる。つぎに図３のグラフから、必要風量Ｑo ＝２００ｍ3 ／h に相当する圧力損失Ｐ0 を静圧のスケールで読み取って、その値（１１mmAq）を例えば１０段階に分割（Ｐo ，Ｐ1 ，Ｐ2 ，…Ｐ8 ，Ｐ9 ）し、各点を通るダクトの損失曲線を引き、各圧力損失Ｐo 〜Ｐ9 における１００％デューティのＦＧパルス数（モーター回転数）Ｒo 〜Ｒ9 を読み取る。更に、これ等各圧力損失Ｐo 〜Ｐ9 をフアンモーターに順番に負荷し（これは上記オリフィス板の取換えによる）、ＰＷＭ制御信号のデューティ％を変えて必要換気風量Ｑ0 ＝２００ｍ3 ／h となる回転数にして、そのＰＷＭ制御信号のデューティ％Ｄ0 〜Ｄ9 を測定する。上記の結果を表にして示すと、つぎのとおりである。カッコ内の数字は実測値である。
【００１０】
0003680236.tif 000002
上記した10段階分割の圧力損失Ｐo 〜Ｐ9 、デューティ１００％のFGパルス数Ｒ0 〜Ｒ9 、必要風量２００ｍ3 ／h を得るＰＷＭデューティ％Ｄ0 〜Ｄ9 の実測値データは、換気装置本体１に搭載したマイコンのメモリ領域に記憶させることになる。
【００１１】
図２は、この実施例における制御装置の構成を示すブロック図であるが、これについて説明すると、ブラシレス直流モーター６側の基板１９には、ＰＷＭ駆動回路２０，速度設定回路２１，過電流検出回路２２，および永久磁石回転子の位置を検出するホール素子２３と連結された回転制御回路２４およびＦＧパルス発生回路２５を有する。本体側の基板２６には、マイクロプロセッサ２７，積分回路２８，整流・平滑回路２９が搭載されている。ＣＰＵは、電源投入の初期段階において、Ｒ0 〜Ｒ9 のうちのいずれかのＦＧパルス数が数秒間ＣＰＵに入力されたとき、Ｄ0 〜Ｄ9 のうちの前記ＦＧパルス数に対応する一つのＰＷＭ制御信号がモーターに出力され、モーターをそのデューティ％で回転続行させるプログラムが格納されている。
【００１２】
この実施例における制御装置の作動につき、図２と図５を参照して説明する。図５は、この実施例に係る制御装置の処理手順の概要を示すフローチャートであって、Ｎ１，Ｎ２，…は処理手順（ステップ）の番号を示している。設置現場でのダクト配管工事が完成後に、電源スイッチ３０が投入（Ｎ１）されると、デューティ１００％のＰＷＭ制御信号がＲＯＭから出力（Ｎ２）されて速度設定回路２１に与えられ、モーター６はフルパワーで回転して換気運転を行う。そのときの回転数はモーターに内蔵したホール素子２３で検知され、ＦＧパルス発生回路２５からＦＧパルスとして出力し、ＲＡＭおよびＣＰＵに入力される（Ｎ３）。このステップまでが設置現場のダクトの損失抵抗を自動測定する施工時初期設定の処理手順であり、電源スイッチ３０は分電盤の安全ブレーカーであって、施工終了後の通常の使用においては、停止モードでも常に電源はオンであるため、リセット以外の作動入力（換気運転指令）では、この処理手順は行われない。言い換えれば、ユーザーが通常使用するときの制御装置の処理手順は換気運転指令（Ｎ４）以降のみのステップが繰り返されることになる。続くＮ４では、リモコンの換気スイッチ３１を押すことで発せられる換気運転指令を受付けてから、Ｎ３のモーターの回転数のパルス数に対応したＰＷＭ制御信号のデューティをＲＯＭから出力（Ｎ５）されて速度設定回路２１に与え、そのデューティ％でモーターを回転して、その風量を必要風量の２００ｍ3 ／h とする。そのときＦＧパルス発生回路２５から出力されたＦＧパルスをＲＡＭに入力してそのパルス数を記憶する（Ｎ６）。一定時間経過後、ＦＧパルス発生回路２５から出力したパルスをＣＰＵに入力して、Ｎ６で記憶させたパルスと比較（Ｎ７）し、一定パルス内の変化ならば、Ｎ７に戻り、若し一定パルス以上の変化ならば、モーターの回転数のパルス数に対応したＰＷＭ制御信号のデューテイを出力（Ｎ８）してモーターの回転を修正し、この場合はＮ６に戻る。
【００１３】
ＣＰＵは、電源投入の初期設定段階において、Ｒ0 〜Ｒ9 のうちのいずれかのＦＧパルス数が数秒間ＣＰＵに入力されたときには、Ｄ0 〜Ｄ9 のうちの前記ＦＧパルス数に対応する一つのＰＷＭ制御信号がモーターに出力するようにされたプログラムがＲＯＭに格納されている。
【００１４】
上記の例は、ただ一つの必要風量Ｑo に関する制御データをファイルしたが、複数の必要風量を想定して、夫々の必要風量の場合の制御データをファイルし、必要に応じ選別して使うようにしてもよい。
【００１５】
例えばＲ3 のＦＧパルス数が数秒間ＣＰＵに入力されたとすると、つぎにはＲ3 に対応したＰＷＭ制御信号Ｄ3 が出力され、モーターはそのデューティ％で回転して必要風量の２００ｍ3 ／h が得られることになる。つまり、この換気扇は、図３で、Ｐ3 の損失曲線と必要風量２００ｍ3 ／h との交点Ｄ3 を通過するＰ−Ｑ曲線の性能を持ったことになる。
【００１６】
そのダクト抵抗における検出ＦＧパルス数をマイコンの制御部にフイードバックさせる。既述のように、マイコンのメモリ領域には、そのダクト抵抗で風量Ｑo ＝２００ｍ3 ／h を得るに必要なモータ回転数とするためのデューティが記憶されているから、これを呼び出して、出力制御信号としてモータの制御部に送ってやれば、風量Ｑo とする自動制御がなされることになる。
【００１７】
【発明の効果】
以上の説明からわかるように、本発明になる換気装置を設置現場に完成後、一定時間、デューティ１００％でモーターを回転させれば、必要換気風量が得られるモーター回転数に自動的に設定されるので、従来のような換気風量の調節に手数をかける必要がなくなる。かかる簡便さだけでなく、施工性の改善や保守管理の単純化にも有効である。また、風量が大きなフアンを使っても、自動調節によって不安定にならずに小風量に対応できるから、給・排気ダクトの損失抵抗の大小に拘らず、１種類のフアンで済ませることができるし、換気モードにおける必要換気量が小風量であっても、乾燥モードに切り替えた際には、風量の増加を可能にもできる。また、必要換気量以上には換気をしないということは、フアン回転数も必要以上に高くしないことであるから、騒音も押さえられるといった副次的効果が期待できる。
【００１８】
また、請求項２の発明によれば、想定される複数の必要風量の夫々に対し、上記したＦＧパルス数と、対応するＰＷＭデューティのデータをとり、これをマイコンに記憶させておくことで、必要風量の値が変わったときに、１台の電動フアンで即時対処できることになる。
【００１９】
更に、請求項３の発明によれば、電源投入時（リセットのときも同様）、一定時間（例えば３０秒）デューティ１００％で回転するときのＦＧパルス数をモーターに内蔵の安価なホール素子によって計測するから、設置現場でのダクト配管の圧力損失測定を高価な計測機や圧力センサーを使用せずに自動測定することができることになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  換気装置本体の一例を示す説明図
【図２】  本発明の一実施例による制御装置の構成を示すブロック図
【図３】  本発明の一実施例による換気装置本体の特性曲線図
【図４】  図３の換気装置本体の特性を測定するための設備例を示す説明図
【図５】  この実施例に係る制御装置の処理手順の概要を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１  換気装置本体
６  ブラシレスＤＣモーター
７  フアン
８  吸込ダクト
１１  排気ダクト
２１  速度設定回路
２３  ホール素子
２５  ＦＧパルス発生回路
２６  本体側の基板
２７  マイクロプロセッサ
【図１】
0003680236.tif 000003
【図２】
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【図３】
0003680236.tif 000005
【図４】
0003680236.tif 000006
【図５】
0003680236.tif 000007