(57)【要約】【課題】簡単な回路構成と簡単な計算で、フィルターが目詰まりしていても初期の吹出し気流の到達性能より低下した捕集性能を補償し、捕集性能が低下させずに使用者が使用し続けることができる空気清浄機を提供する。【解決手段】制御装置１６は電流値検出手段３２によりＤＣモータ１５の電流値を検出できる。目詰まりしたフィルター１２で設計上の回転数で運転した時に得られるＤＣモータ１５の電流値に対し、初期の性能で運転した時に得られる電流値に鑑みて導き出される回転数を、設計上の回転数から増加させて制御する構成にしたことにより、特別な検出手段を備えることなく安価なセンサーを使用し簡単で安価な回路構成で、かつ簡単な計算で、フィルターが目詰まりした状態でも初期の送風量を補償する空気清浄機を得られる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
室内空気を吸気する吸込口とこの吸込口から吸気した空気を清浄化するフィルターとこのフィルターに通風するファンと清浄化された空気を吹出す吹出口と前記ファンを駆動するブラシレスＤＣモータと前記ＤＣモータを駆動する制御装置を備えた空気清浄機であって、前記制御装置は、前記ＤＣモータの回転数出力信号からＤＣモータの回転数を演算する回転数入力演算手段と、目標回転数と前記回転数入力値から演算して前記ＤＣモータに回転数指示信号を出力する回転数指示信号出力手段と前記ＤＣモータに流れる電流値検出手段とを備え、前記制御装置は、前記電流値検出手段から得た検出値と設計値との差に応じて所定の回転数を設計回転数から上昇させて回転数指示信号出力手段から出力して低下した風量を補償することを特徴とする空気清浄機。
【請求項２】
前記電流値検出手段から得た検出値と設計値との差に応じて設計回転数から上昇させる回転数の値を、設計上から導き出したテーブルから算出するようにした請求項１記載の空気清浄機。
【請求項３】
制御装置に周囲温度検出手段を備え、前記設計上から導き出したテーブルを温度条件ごとに複数設けた請求項２記載の空気清浄機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般家庭や事務所等で使用される空気清浄機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の空気清浄機では、ルーバーの角度を変更し吹出し気流の流れにより効率よく集塵させたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。このように構成された空気清浄機では、ルーバーの角度を本体の前側に倒すことにより吹出した風の気流が空気を清浄化したい部屋の遠方まで到達し、広い範囲の空気を清浄にすることができる。
【０００３】
このような従来の空気清浄機では、室内で発生した汚れを除去するに従ってフィルターが目詰まりするものであるが、フィルターの目詰まりによるほこりの捕集効果の低下が問題となり、使用者にフィルターを清掃・交換してもらうために、フィルターの目詰まりをさまざまな方法で検知して使用者に報知している。その方法としては、一般に運転時間を積算したり特許文献２のように特殊なセンサーを設けてフィルターの目詰まりを検知したり、特許文献３のように風量の低下をトルクの低下で検出するなどさまざまな工夫がされてきた。
【０００４】
一方、前記のような吹出し気流の到達距離で広い範囲を清浄化するように設計された空気清浄機では、フィルターの目詰まりによる捕集効果の低下より、フィルターの目詰まりにより吹出し風量が低下し吹出し気流の到達距離が短くなることによる性能の低下の方が問題となるため、特許文献４のようにモータの電流から複雑な計算をして風量を一定にしようとする工夫がされてきた。
【０００５】
また、近年では、省エネで細やかな風量設定ができる回転数制御が可能なＤＣモータを搭載した空気清浄機が開発されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第４９８３５３１号公報
【特許文献２】特開昭６３−２７４４２２号公報
【特許文献３】特許第２６６７７４３号公報
【特許文献４】特許第３７３８６８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来の空気清浄機のように、使用者にフィルターの目詰まりを報知するだけでは、使用者がフィルターを清掃・交換するまでの間は、吹出し風量の低下により初期の吹出し気流の到達性能より低下した捕集性能を改善することはできず、捕集性能が低下したまま使用者が空気清浄機を使用し続けることになる。また低下する吹出し風量を一定にしようとすると高価な回路でモータの印加電圧を上昇させたり、複雑な計算で風量を一定にしようとしたりする必要があった。
【０００８】
そこで、本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、簡単で安価な回路と簡単な計算で、使用者がフィルターの清掃・交換をするまでの間にも初期の吹出し風量を補償することができる空気清浄機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】
そして、この目的を達成するために、本発明の空気清浄機は、室内空気を吸気する吸込口とこの吸込口から吸気した空気を清浄化するフィルターとこのフィルターに通風するファンと清浄化された空気を吹出す吹出口と前記ファンを駆動するブラシレスＤＣモータと前記ＤＣモータを駆動する制御装置を備えた空気清浄機であって、前記制御装置は、前記ＤＣモータの回転数出力信号からＤＣモータの回転数を演算する回転数入力演算手段と、目標回転数と前記回転数入力値から演算して前記ＤＣモータに回転数指示信号を出力する回転数指示信号出力手段と前記ＤＣモータに流れる電流値検出手段とを備え、前記制御装置は、前記電流値検出手段から得た検出値と設計値との差に応じて所定の回転数を設計回転数から上昇させて回転数指示信号出力手段から出力して低下した風量を補償することを特徴とする空気清浄機としたものであり、これにより所期の目的を達成するものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、前記ＤＣモータの送風する送風量を前記電流値検出手段で検知する構成としたことにより、特別な検出手段を備えることなく安価なセンサーを使用し簡単で安価な回路構成で、かつ簡単な計算で、フィルターが目詰まりした状態でも初期の送風量を補償する空気清浄機を提供できるという効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態１の空気清浄機の構造図
【図２】本発明の実施の形態１の空気清浄機の吹出し風の流れを示す図
【図３】本発明の実施の形態１の制御装置のブロック図
【図４】本発明の実施の形態１のファンモータの風量特性図
【図５】本発明の実施の形態１のファンモータの風量特性図
【図６】本発明の実施の形態１のファンモータの風量特性図
【図７】本発明の実施の形態２のマイコンのメモリに記憶された回転数を示す図
【図８】本発明の実施の形態２の制御装置のブロック図
【図９】本発明の実施の形態３のマイコンのメモリに記憶された回転数を示す図（（ａ）周囲温度２５℃のときの電流と回転数の関係を示す図、（ｂ）周囲温度３５℃のときの電流と回転数の関係を示す図）
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の請求項１記載の発明は、室内空気を吸気する吸込口とこの吸込口から吸気した空気を清浄化するフィルターとこのフィルターに通風するファンと清浄化された空気を吹出す吹出口と前記ファンを駆動するブラシレスＤＣモータと前記ＤＣモータを駆動する制御装置を備えた空気清浄機であって、前記制御装置は、前記ＤＣモータの回転数出力信号からＤＣモータの回転数を演算する回転数入力演算手段と、目標回転数と前記回転数入力値から演算して前記ＤＣモータに回転数指示信号を出力する回転数指示信号出力手段と前記ＤＣモータに流れる電流値検出手段とを備え、前記制御装置は、前記電流値検出手段から得た検出値と設計値との差に応じて所定の回転数を設計回転数から上昇させて回転数指示信号出力手段から出力して低下した風量を補償ことを特徴とする空気清浄機である。このことにより、安価で簡単な計算で初期の風量の補償が行えるという効果を奏する。
【００１３】
本発明の請求項２記載の発明は、請求項１記載の空気清浄機において、前記電流値検出手段から得た検出値と設計値との差に応じて設計回転数から上昇させる回転数の値を、設計上から導き出したテーブルから算出することを特徴とする空気清浄機であり、フィルターの静圧の上昇による電流値の変化を加味して更に正確に初期の風量の補償が行えるという効果を奏する。
【００１４】
本発明の請求項３記載の発明は、請求項２記載の空気清浄機において、制御装置に周囲温度検出手段を備え、前記設計上から導き出したテーブルを温度条件ごとに複数設けたことを特徴とする空気清浄機であり、周囲温度によるＤＣモータの電流値の変化を加味して更に精度高く初期の風量の補償が行えるという効果を奏する。
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００１６】
（実施の形態１）
図１は空気清浄機の構造図である。図１に示すように、空気清浄機の本体１０には室内空気を吸気する吸込口１１とこの吸込口１１から吸気した空気を清浄化するフィルター１２とこのフィルター１２に通風するファン１３と清浄化された空気を吹出す吹出口１４と前記ファン１３を駆動するブラシレスＤＣモータ１５と前記ＤＣモータ１５を駆動する制御装置１６を備えている。また、空気清浄機は一般に制御装置１６により制御されるパネル操作部１７を備え、使用者はパネル操作で微弱・弱・中・強・ターボなどのファン風量を設定できる。また、自動運転を設定することによりセンサー等でファン風量が決定される場合もある。ファン風量が決定されると、制御装置１６は一般に、ＡＣファンの時のように各ファン風量に対し設計された一定の回転数でファンが回るように構成される。
【００１７】
図２は図１の空気清浄機が清浄化したい部屋２０に設置された場合の吹出し風の流れを表す図である。空気清浄機の吹出口１４に設けられたルーバー１８を前方に倒すことにより、吹出し風を部屋２０の隅にまで到達させて清浄化する効果を高めている。フィルター１２が新品あるいは交換・清掃した直後は、所定のファン風量で吹出し風量２１のように部屋２０の隅にまで届いていたとしても、フィルター１２がほこりで目詰まりしてくると吹出し風量２２のように到達距離が減少し、清浄化の性能が劣化してしまう。
【００１８】
図３は空気清浄機の制御装置のブロック図を示す図である。ここで近年のＤＣモータ１５は、内部にブラシレスＤＣモータを駆動できる半導体素子を内蔵し、直流電源と回転数指示信号を与えるだけで所定の回転数で回転するよう構成されている。この回転数指示信号としては、一般に低電圧の直流電圧信号であって、パルス幅変調（ＰＷＭ）信号（パルス信号のデューティ比が回転数指示を表す）などが使用されている。低電圧の直流電圧信号を使用する場合は、マイコンのＤ／Ａ変換回路を使用する、またはマイコンのＰＷＭ出力回路でコンデンサチャージ回路を充電するなどの手段がある。また、同様にＤＣモータ１５は回転数を表す信号出力回路を内蔵し、制御装置が回転数を制御できるように構成されている。この回転数出力信号としては、一般に低電圧の直流電圧信号であって、ホール素子などを必要数内蔵しモータの回転に合わせてパルス信号を出力する構成などが使用されている。
【００１９】
制御装置１６は、交流電源から整流してＤＣモータ１５を駆動するための直流電源と制御装置１６を駆動するための低圧直流電源を作っている。
【００２０】
制御装置１６は、空気清浄機を運転する場合に、まずＤＣモータ１５が起動できる回転数指示信号を回転数指示信号出力手段３０に出力する。ＤＣモータが回転した後はＤＣモータ１５から出力される回転数信号出力を回転数入力演算手段３１に入力しＤＣモータの回転数を算出する。制御装置１６は、算出した回転数と、設定されたファン風量に相当する予め設計上定められた目標回転数とを比較し、両者が一致するよう回転数指示信号を増減して回転数指示信号出力手段３０に出力することにより、ＤＣモータ１５が所定の回転数で安定して回転するよう制御できる。
【００２１】
また、ＤＣモータ１５が運転する場合の直流電源の消費電流を電流値検出手段３２で検出できるよう構成されている。電流値検出手段としては、一般にシャント抵抗の両端の電圧を測定する方法が使用されている。
【００２２】
図４は、空気清浄機がある設定されたファン風量で運転する場合のファンモータの風量特性図を示す。
【００２３】
風量―静圧特性７０はファンが設定されたファン風量に該当する設計上定められた所定の回転数Ｎ７０で運転する場合のＰ−Ｑ特性であり、フィルター１２が新品あるいは交換・清掃した直後の負荷が抵抗特性８０で示される。
【００２４】
空気清浄機はこの２つの特性の交点Ｘ１で定まる風量Ｑ１を吹出し風量２１として吹出す。その時のＤＣモータの電流値はＡ１で表される。ここで空気清浄機が長時間運転して、フィルター１２が使用のほぼ限界まで目詰まりした場合の負荷が抵抗特性８１で表されるとすると、その時の風量は交点Ｘ２に相当するＱ２まで減少し、吹出し風量２２まで空気清浄機の清浄化の性能が劣化する。この時のＤＣモータ１５の消費電流値はファンの仕事量が減少するためＡ２まで減少する。この電流値Ａ１と電流値Ａ２を直線で結んだ特性を風量―電流特性９０と仮定する。
【００２５】
次に図１〜図４を参照しながら図５を用いて制御装置１６の風量補償制御の動作を説明する。図５は空気清浄機がある設定されたファン風量で運転する場合から回転数を変化させて運転する場合のファンモータの風量特性図を示す。
【００２６】
設計上定められた所定の回転数Ｎ７０でフィルターが使用限界まで目詰まりして交点Ｘ２にいる状態から目標回転数を所定の値を増加させて運転すると、その回転数Ｎ７１の風量―静圧特性に従い風量は交点Ｘ３に従いＱ３まで増加し、その風量の増加分だけ初期の風量を補償することができる。このときＤＣモータ１５の電流は増加するが、制御装置１６またはＤＣモータ１５の回路上等の上限値以上に上げることはできなく、この回転数Ｎ７１が風量を補償できる限界である。
【００２７】
以上の動作原理に従う中で、図６を用いて本発明の実施の形態１の初期風量補償制御の動作を説明する。図６は空気清浄機がある設定されたファン風量で運転する場合から回転数を変化させて運転する場合のファンモータの風量特性図を示す。
【００２８】
フィルター１２が図５の使用限界までは目詰まりしていない時の負荷を抵抗特性８２とすると、設計上定められた所定の回転数Ｎ７０で運転している場合は交点Ｘ４で定まる風量Ｑ４まで低下している。この時のＤＣモータ１５の電流値をＡ４とすると、図５で定まる最大の回転数の増加量（Ｎ７１−Ｎ７０）を簡易的に風量―電流特性９０の一次式で直線近似しても実用上十分効果の得られる風量補償制御が実現できる。即ち、
（Ａ１−Ａ２）：（Ｎ７１−Ｎ７０）＝（Ａ１−Ａ４）：（Ｎ７２−Ｎ７０）
の関係からＮ７２を算出すれば良く簡単な計算で所望の回転数を得ることができる。この一次式は、設定されるファン風量ごとに設けることが望ましい。
【００２９】
なお、本発明の特徴とする初期風量補償制御を実現するためには現状のフィルター目詰まりにより減少した風量を把握する必要があるが、その方法の一例としては、空気清浄機の運転を開始した直後はまず設計回転数で運転し、その時点の電流値を検出した後に前記初期風量補償制御を行えば良い。
【００３０】
また空気清浄機が連続して使用される場合は、定期的に設計上の回転数に戻してフィルターの目詰まり状態を把握し、その後に再び前記初期風量補償制御を行うことになる。このような例が複雑な場合は、簡易的にはフィルターの目詰まりが予想されるある時点から、電流値がＡ３を超えないところまで回転数を上昇させて運転する方法も効果的である。
【００３１】
（実施の形態２）
本実施の形態では、実施の形態１で説明した図１〜図６は同じなので説明を省略する。 
【００３２】
図７は本発明の実施の形態２のマイコンのメモリに記憶された回転数を示す図であり、図７について説明する。
【００３３】
実施の形態１では、ＤＣモータ１５の電流値の増加量を一次式で近似したが、フィルター１２が目詰まりした場合の電流値は吹出し風を搬送する動力に加えて、フィルター１２が目詰まりにより静圧が増加し、その圧損分の電流も増加している。このため、初期風量を補償する回転数を精度良く得るためには、設計上の回転数でフィルター１２の目詰まりの量を複数設定して回転数と電流と風量の関係を測定し、それらの設計上の条件をマイコンのメモリにテーブル化して保存すればよい。
【００３４】
図７では電流値に対しファン風量（図では弱・中・強）から初期風量を補償するために上昇すべき回転数（図ではＮ１、Ｎ２、Ｎ３）を、上記測定結果から導き出した状態を表している。
【００３５】
図６で交点Ｘ４に該当する電流Ａ４を検出した後、図７のテーブルに照合して増加すべき回転数を決定することにより、精度良く交点Ｘ５を実現し初期風量を補償した風量Ｑ５を得ることができる。
【００３６】
（実施の形態３）
本実施の形態では、実施の形態１で説明した図１〜図６のうち図３を除き同じなので図３に替わる図８および図９について説明する。なお、実施の形態１と同一部分は同一番号を付し、詳細な説明は省略する。
【００３７】
図８は制御装置のブロック図である。実施の形態１および２ではＤＣモータ１５に流れる電流値から風量を推定しているが、ＤＣモータの消費電流値はＤＣモータの巻線抵抗より決まってくるため周囲温度により大きく影響を受ける。このため、精度良く補償風量を得るためには周囲温度の影響は無視できない場合がある。
【００３８】
このため図８では、制御装置１６に周囲温度入力手段３３を追加したものである。周囲温度は一般にサーミスタで簡単に得ることができ、空気清浄機では風路にあっても風路以外の本体内にあってもほぼ同じであるため、サーミスタの設置位置は問題にならない。
【００３９】
図９は実施の形態２で測定して得た設計上のテーブルに対し、更に温度条件を複数設定して各温度条件ごとに回転数と電流と風量の関係を測定した設計上のテーブルである。図９（ａ）は常温（２５℃）で測定したテーブルであり、図７と同じものである。図９（ｂ）はＤＣモータの消費電流値が大きく変化する周囲温度の領域（例えば３５℃）で測定したテーブルである。図９のように周囲温度の領域ごとに回転数のテーブルを設けることにより、本実施の形態では、どんな使用条件でも精度良く初期風量を補償した風量Ｑ５を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明にかかる空気清浄機は、フィルターが目詰まりした場合でも初期の風量に近づけた風量を供給できるので、フィルターとＤＣモータを備えたエアコンにも適用でき、家電機器全般に有用である。
【符号の説明】
【００４１】
１０  本体
１１  吸込口
１２  フィルター
１３  ファン
１４  吹出口
１５  ＤＣモータ
１６  制御装置
３０  回転数指示信号出力手段
３１  回転数入力演算手段
３２  電流値検出手段
３３  周囲温度入力手段
【図１】
2014059116.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2014059116.tif 000009
【図８】
2014059116.tif 000010
【図９】
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