(57)【要約】  【課題】ファンモータ２の電源電圧ＶＤを出力する電源回路４と、電源電圧ＶＤを平滑する電解コンデンサ５と、ファンモータ２の動作制御を行う制御回路６とを備えるファンモータ駆動装置において、電解コンデンサ５の故障検知を行えるようにし、これにより、スイッチング電源のリップル電圧や、他の電気負荷に起因する電圧変動が大きい状態で使用継続されることを回避する。  【解決手段】ファンモータ２の電源電圧ＶＤを制御回路に監視のために入力させ、電源電圧ＶＤの電圧変動が大きくなったことを検出して電解コンデンサ５が故障したものと判定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ファンモータの電源電圧を出力する電源回路と、前記電源電圧を平滑する平滑回路と、前記ファンモータの動作制御を行う制御回路とを備えるファンモータ駆動装置において、前記ファンモータの電源電圧は前記制御回路に監視のために入力されており、前記制御回路は、前記電源電圧の電圧変動状態に基づいて前記平滑回路の故障判定を行う故障判定手段を備えていることを特徴とするファンモータ駆動装置。
【請求項２】
請求項１に記載のファンモータ駆動装置において、前記故障判定手段は、前記電源電圧を所定周期でサンプリングしてなる複数のサンプル値に基づいて故障判定を行うものであることを特徴とするファンモータ駆動装置。
【請求項３】
請求項２に記載のファンモータ駆動装置において、前記故障判定手段は、予め設定された基準電位差に対する前記複数のサンプル値に基づいて算出される実電圧変動電位差の比率が、予め設定された基準変動率を超えると、前記平滑回路の故障と判定することを特徴とするファンモータ駆動装置。
【請求項４】
請求項３に記載のファンモータ駆動装置において、前記制御回路は、前記電源電圧を所定周期でサンプリングしてなる複数のサンプル値に基づいて前記基準電位差を設定する基準電位差設定手段を備えていることを特徴とするファンモータ駆動装置。
【請求項５】
請求項１に記載のファンモータ駆動装置において、前記故障判定手段は、周期的に脈動する前記電源電圧の極大値と極小値との差が所定の閾値を超えたか否かに基づいて故障判定を行うものであることを特徴とするファンモータ駆動装置。
【請求項６】
請求項５に記載のファンモータ駆動装置において、前記故障判定手段は、周期的に脈動する前記電源電圧の極大値と極小値との差が所定の閾値を超える状態が継続するときに前記平滑回路の故障と判定することを特徴とするファンモータ駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ファンモータ駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば特許文献１に示すように、給湯器やガスファンヒータなどの燃焼機器やヒートポンプなどの空調機器には給気用のファンが設けられており、燃焼状態の安定性や熱効率の向上等を図るために、給気用ファンを駆動するファンモータは、マイコンにより主構成される制御装置（制御部）によるＰＡＭ制御若しくはＰＷＭ制御によって所定の目標回転数で回転駆動される。
【０００３】
また、ファンモータに供給される電源電圧は、スイッチング電源などからなる安定化電源装置によって供給され、該安定化電源装置の電圧出力部には、リップル電圧や負荷変動による電圧変動を低減するために電解コンデンサにより構成される平滑回路が設けられることが一般的である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−１３７０００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
図７は、電源装置からファンモータに供給される電源電圧波形を示しており、出荷初期段階では（ａ）に示すように電源電圧の極大値ＶＤmaxと極小値ＶＤminの電位差（リップル電圧）は小さく抑えられている。
【０００６】
しかし、平滑回路を構成する電解コンデンサの経年劣化によって、（ｂ）に示すように徐々にリップル電圧が大きくなっていき、電解コンデンサの容量の大幅な低下やオープン故障等により、（ｃ）に示すようにリップル電圧が非常に大きくなることがある。また、負荷変動による電源電圧変動も同様に、電解コンデンサの故障によって大きくなる状況が生じ得る。このようにファンモータの電源電圧が不安定になると、ＰＡＭ制御やＰＷＭ制御による回転数制御も安定せず、ファンの動作が不安定となることがあった。
【０００７】
そこで、本発明は、ファンモータの電源電圧を監視して電圧変動の程度を判定することによって、電源部の経年劣化や偶発故障を検知することのできるファンモータ駆動装置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】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明は、次の技術的手段を講じた。
【０００９】
すなわち、本発明は、ファンモータの電源電圧を出力する電源回路と、前記電源電圧を平滑する平滑回路と、前記ファンモータの動作制御を行う制御回路とを備えるファンモータ駆動装置において、前記ファンモータの電源電圧は前記制御回路に監視のために入力されており、前記制御回路は、前記電源電圧の電圧変動状態に基づいて前記平滑回路の故障判定を行う故障判定手段を備えていることを特徴とするものである（請求項１）。
【００１０】
かかる本発明のファンモータ駆動装置によれば、ファンモータの電源電圧の電圧変動が、ファンモータを安定的に回転駆動するために許容できない程度に大きくなったときに、故障判定手段によって平滑回路の故障と判定することができ、該判定結果に基づいて報知や機器の緊急停止などの適宜の処理を行うことにより、ファンモータの動作が不安定な状態で使用が継続されることを回避できる。さらに、電圧値そのものではなく電圧変動状態に基づいて平滑回路の故障判定を行うので、電源回路側の故障によって定常的に電源電圧が異常値となった場合などに平滑回路の故障であると誤判定してしまうことを回避できる。
【００１１】
上記本発明のファンモータ駆動装置において、前記故障判定手段は、前記電源電圧を所定周期でサンプリングしてなる複数のサンプル値に基づいて故障判定を行うものであってよい（請求項２）。これによれば、上記サンプル周期よりも長い周期で電源電圧が変動していることを検出できるとともに、かかる電圧変動の大きさを容易に判定することができる。
【００１２】
さらに、前記故障判定手段は、予め設定された基準電位差に対する前記複数のサンプル値に基づいて算出される実電圧変動電位差の比率が、予め設定された基準変動率を超えると、前記平滑回路の故障と判定することができる（請求項３）。これによれば、基準電位差に対する実電圧変動電位差の比率に基づいて故障判定するので、基準電位差として当初の正常値を設定しておくことで、正常値からの経年劣化度合いの大きさにより故障判定することとなり、故障判定を的確に行うことが可能となる。
【００１３】
また、前記制御回路は、前記電源電圧を所定周期でサンプリングしてなる複数のサンプル値に基づいて前記基準電位差を設定する基準電位差設定手段を備えることができる（請求項４）。これによれば、製品固体毎に、平滑回路の未故障時、より好ましくは出荷後の初期動作時に、基準電位差設定手段によって基準電位差を設定しておくことにより、製品毎の電源電圧の個別のばらつきを補正できる。
【００１４】
上記本発明のファンモータ駆動装置において、前記故障判定手段は、周期的に脈動する前記電源電圧の極大値と極小値との差が所定の閾値を超えたか否かに基づいて故障判定を行うものであってよい（請求項５）。これによれば、電源電圧の脈動が許容できない程度に大きくなったことを的確に判定して、より確実な故障判定を行うことができる。
【００１５】
さらに、前記故障判定手段は、周期的に脈動する前記電源電圧の極大値と極小値との差が所定の閾値を超える状態が継続するときに前記平滑回路の故障と判定するものであってよい（請求項６）。これによれば、何らかの外部ノイズや内部ノイズ等によって単発的に電源電圧に大きな脈動が生じた場合などに平滑回路の故障であると誤判定してしまうことを回避できる。
【発明の効果】
【００１６】
以上説明したように、本発明の請求項１に係るファンモータ駆動装置によれば、ファンモータの電源電圧の電圧変動が、ファンモータを安定的に回転駆動するために許容できない程度に大きくなったときに、故障判定手段によって平滑回路の故障と判定することができ、該判定結果に基づいて報知や機器の緊急停止などの適宜の処理を行うことにより、ファンモータの動作が不安定な状態で使用が継続されることを回避できる。さらに、電圧値そのものではなく電圧変動状態に基づいて平滑回路の故障判定を行うので、電源回路側の故障によって定常的に電源電圧が異常値となった場合などに平滑回路の故障であると誤判定してしまうことを回避できる。
【００１７】
また、本発明の請求項２に係るファンモータ駆動装置によれば、上記サンプル周期よりも長い周期で電源電圧が変動していることを検出できるとともに、かかる電圧変動の大きさを容易に判定することができる。
【００１８】
また、本発明の請求項３に係るファンモータ駆動装置によれば、基準電位差に対する実電圧変動電位差の比率に基づいて故障判定するので、基準電位差として当初の正常値を設定しておくことで、正常値からの経年劣化度合いの大きさにより故障判定することとなり、故障判定を的確に行うことが可能となる。
【００１９】
また、本発明の請求項４に係るファンモータ駆動装置によれば、製品固体毎に、平滑回路の未故障時、より好ましくは出荷後の初期動作時に、基準電位差設定手段によって基準電位差を設定しておくことにより、製品毎の電源電圧の個別のばらつきを補正できる。
【００２０】
また、本発明の請求項５に係るファンモータ駆動装置によれば、電源電圧の脈動が許容できない程度に大きくなったことを的確に判定して、より確実な故障判定を行うことができる。
【００２１】
また、本発明の請求項６に係るファンモータ駆動装置によれば、何らかの外部ノイズや内部ノイズ等によって単発的に電源電圧が異常な値となった場合に平滑回路の故障であると誤判定してしまうことを回避できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るファンモータ駆動装置の概略回路ブロック図である。
【図２】本発明の第２の実施形態に係るファンモータ駆動装置の制御回路の概略回路図である。
【図３】同ファンモータ駆動装置の正常時の電源電圧波形（ａ）と判定回路出力波形（ｂ）とを対比して示す波形図である。
【図４】同ファンモータ駆動装置のファンモータ電源電圧の極大値が上限閾値を超えたときの判定用電圧波形（ａ）と判定回路出力波形（ｂ）とを対比して示す波形図である。
【図５】同ファンモータ駆動装置のファンモータ電源電圧の極小値が下限閾値を超えたときの判定用電圧波形（ａ）と判定回路出力波形（ｂ）とを対比して示す波形図である。
【図６】同ファンモータ駆動装置のファンモータ電源電圧の極大値が上限閾値を超え且つファンモータ電源電圧の極小値が下限閾値を超えたときの判定用電圧波形（ａ）と判定回路出力波形（ｂ）とを対比して示す波形図である。
【図７】ファンモータ電源電圧の平滑回路の経年劣化を説明するための電源電圧波形図であって、（ａ）は正常時のもの、（ｂ）は経年劣化が生じているものの許容範囲のもの、（ｃ）はファンモータの動作が不安定となる程度に経年劣化が生じたときのものである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２４】
図１は本発明の第１の実施形態に係るファンモータ駆動装置１の概略構成を示している。該ファンモータ駆動装置１は、給湯器やファンヒータやヒートポンプなどの各種燃焼機器や空調機器の給気用ファンを回転駆動するためのものであって、回転出力軸にファンが取付けられるファンモータ２と、該ファンモータ２に駆動信号（駆動電力）を供給するファンモータ駆動回路３と、ファンモータ駆動回路３にファンモータ駆動用の直流電源電圧ＶＤを供給する安定化電源回路４と、該安定化電源回路４が出力する電源電圧ＶＤを平滑化させる平滑回路５と、ファンモータ２の動作制御を行う制御回路６とを備えており、該制御回路６は各種演算処理を行うマイクロプロセッサにより主構成されている。
【００２５】
ファンモータ駆動回路３は、制御回路６からの目標回転数を示す制御信号に基づいてファンモータ２への駆動信号出力を制御する。制御回路６からの制御信号は例えばＰＷＭ制御によるパルス信号であり、該パルス信号のデューティ比によって目標回転数を指示する。なお、ファンモータ２には回転数検出センサが設けられ、該センサが出力する回転数検出信号はファンモータ駆動回路３に入力され、ファンモータ２の実回転数が目標回転数となるようにフィードバック制御される。また、回転数検出センサの検出信号は制御回路６にも入力され、制御回路６は、ファンモータ駆動回路３へ指示する目標回転数の補正や、各種機器の動作開始時などのフィードフォワード制御を行う。
【００２６】
安定化電源回路４は、商用電力系統から交流電力を入力して所定電圧の直流電力を出力する絶縁型ＡＣ／ＤＣコンバータからなるスイッチング電源により構成でき、ファンモータ駆動回路３にファンモータ駆動用の所定の電源電圧ＶＤ（例えば１５〜３０Ｖ）を出力するとともに、制御回路６に電源電圧Ｖｃｃ（例えば５Ｖ）を出力する。また、機器に内蔵された他の各種負荷に対しても、所定電圧の電源電圧を出力する。
【００２７】
平滑回路５は、電解コンデンサによって構成されており、並列に接続した複数の電解コンデンサにより構成することもできる。
【００２８】
制御回路６のマイクロプロセッサのアナログ信号入力ポートには、ファンモータ電源電圧ＶＤが入力されており、制御回路６のマイクロプロセッサは、常時若しくは所定のタイミングで実行される監視プロセスの実行中に、ファンモータ電源電圧ＶＤを所定周期でサンプリングすることにより、ファンモータ電源電圧ＶＤの電圧変動状態を監視するように制御構成されている。上記サンプリング周期は、スイッチング電源４の出力のリップル電圧による脈動の検出目的である場合にはスイッチング電源４のスイッチング周期よりも短くされ、好ましくはスイッチング周期の半分以下、より好ましくはスイッチング周期の十分の１程度とすることができる。一方、他の電気負荷の変動に伴うファンモータ電源電圧の変動検出目的である場合には、該変動周期を予め試験により計測しておき、かかる変動周期の半分以下、より好ましくは十分の１程度とすることができる。
【００２９】
より詳細には、制御部６のマイクロプロセッサは、ファンモータ電源電圧ＶＤを所定周期でサンプリングしてなる複数のサンプル値に基づいて、電源電圧ＶＤの最大値ＶＤmax及び最小値ＶＤminを判定する。この最大値ＶＤmax及び最小値ＶＤminの判定にあたっては、複数のサンプル値自体の最大値を電源電圧の最大値ＶＤmaxとし且つ複数のサンプル値自体の最小値を電源電圧の最小値ＶＤminとしてもよいが、各種ノイズにより単発的に異常な電圧値をサンプルした場合の誤動作を回避するために、周期的に脈動するファンモータ電源電圧ＶＤの極大値及び極小値を多数収集できる程度の所定の期間にわたってサンプリングを行い、かかる多数の極大値及び極小値の二乗平均を電源電圧の最大値ＶＤmax及び最小値ＶＤminと判定することもできるし、また、単発的な異常な値は破棄（無視）して判定することも可能であり、その他、適宜の方法によって電源電圧の最大値ＶＤmax及び最小値ＶＤminの判定処理を行うことができる。また、最大値ＶＤmax及び最小値ＶＤminは、常時最新の所定期間内のサンプル値に基づいて更新することもできるし、一定周期で更新処理を行わせることも可能である。
【００３０】
また、マイクロプロセッサは、ファンモータ電源電圧の最大値ＶＤmaxと最小値ＶＤminとの差を実電圧変動電位差として算出する。さらに、予めメモリに記憶された基準電位差に対する実電圧変動電位差の比率（劣化度合）を算出し、該比率が、予めメモリに記憶された基準変動率を超えたときに、平滑回路５を構成する電解コンデンサの故障と判定して、ユーザーに対して警告音や警告表示等の所定の故障報知を行うようにプログラムされている。而して、上記マイクロプロセッサによって、ファンモータ電源電圧ＶＤの電圧変動状態に基づいて平滑回路５の故障判定を行う故障判定手段が構成されている。
【００３１】
上記基準電位差及び基準変動率は、予め試験によって得られた値を製造時に設定しておくことができる。また、マイクロプロセッサは、所定のタイミングで実行される基準電位差設定機能を備えることができ、該機能を実行するマイクロプロセッサ（基準電位差設定手段）は、上記故障判定手段と同様に、ファンモータ電源電圧ＶＤを所定周期でサンプリングしてなる複数のサンプル値に基づいて基準電位差を算出してメモリに記憶する。好ましくは、基準電位差設定機能は、ファンモータ以外の比較的消費電力の大きい他の電気負荷に電力供給がなされていないとき、例えば、フィードフォワード制御によるファンモータ２の駆動時などに実行することができる。
【００３２】
本実施形態に係るファンモータ駆動装置１によれば、ファンモータを目標回転数で安定的に駆動させることが可能となり、特に、制御回路６からファンモータ駆動回路３に出力されるＰＷＭ制御信号のパルス幅がファンモータ電源電圧ＶＤのリップル電圧による脈動周期と同程度の場合にファンモータの駆動が不安定となることを回避できる。
【００３３】
図２は本発明の第２実施形態に係るファンモータ駆動装置の制御回路６の概略構成を示しており、制御回路６以外の基本構成は上記第１実施形態と同様である。
【００３４】
本実施形態の制御回路６は、マイクロプロセッサ７と、周期的に脈動する前記電源電圧の極大値と極小値との差が所定の閾値を超えたときにパルス信号をマイクロプロセッサ７のデジタル入力ポートに出力する故障判定回路８とを備えて構成されており、故障判定回路８からマイクロプロセッサ７にパルス信号が所定周期分（例えば、１０周期など）連続して入力されると、マイクロプロセッサ７が平滑回路５の故障と判定するように制御構成されている。而して、マイクロプロセッサ７及び故障判定回路８によって、ファンモータ電源電圧ＶＤの電圧変動状態に基づいて平滑回路５の故障判定を行う故障判定手段が構成されている。
【００３５】
故障判定回路８について詳細に説明すると、コンデンサＣ１によってファンモータ電源電圧ＶＤの直流成分が除去されて脈動成分（交流成分）を取り出し、該コンデンサＣ１を通過した脈動成分に、複数の抵抗器Ｒ１，Ｒ２からなる分圧回路により上記電源回路４の５Ｖ電源電圧を分圧してなる所定のバイアス電圧を付加し、これにより、比較的高い電圧であるファンモータ電源電圧ＶＤを、その脈動を維持しつつ５Ｖ未満の低いバイアス電圧を基準に脈動する判定用電圧を生成している。判定用電圧は、上限値判定用比較器１０の反転入力端子に入力されているとともに、下限値判定用比較器１１の非反転入力端子に入力されている。
【００３６】
上限値判定用比較器１０の非反転入力端子には、判定用電圧と比較される上限閾値電圧が入力され、下限値判定用比較器１１の反転入力端子には、判定用電圧と比較される下限閾値電圧が入力されている。これら上限閾値電圧及び下限閾値電圧は、５Ｖ電源電圧を複数の抵抗器Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５からなる分圧回路によって分圧することによって得ている。
【００３７】
したがって、上限値判定用比較器１０は、判定用電圧が上限閾値電圧以下であればＨｉｇｈ出力となり、上限閾値電圧より高くなるとＬｏｗ出力となる。一方、下限値判定用比較器１１は、判定用電圧が下限閾値電圧以上であればＨｉｇｈ出力となり、下限閾値電圧より低くなるとＬｏｗ出力となる。すなわち、各比較器１０，１１は、判定用電圧がそれぞれの閾値を超えるとＬｏｗ出力となるように構成されている。
【００３８】
上限値判定用比較器１０の出力は、ＲＳフリップフロップのＳ入力端子に入力され、下限値判定用比較器１１の出力はＲＳフリップフロップのＲ入力端子に入力されている。そして、ＲＳフリップフロップの反転出力がマイクロプロセッサのデジタル信号入力ポートに入力されている。なお、ＲＳフリップフロップの反転出力は、抵抗器Ｒ６を介して５Ｖ電源電圧に接続されており、これにより電源投入時にＲＳフリップフロップの反転出力をＨｉｇｈ出力に初期化するようにしている。
【００３９】
次に、故障判定回路８の動作や特性について説明する。出荷初期の電解コンデンサの未劣化のときはファンモータ駆動電圧ＶＤは十分に安定化され、図３に示すようにリップル電圧による脈動の大きさは小さく、判定用電圧の極大値及び極小値ともに閾値を超えないため、比較器１０，１１はＨｉｇｈ出力で維持され、ＲＳフリップフロップの反転出力もＨｉｇｈで維持される。
【００４０】
電解コンデンサの劣化が進むと、ファンモータ電源電圧ＶＤの脈動が大きくなり、図４又は図５に示すように、判定用電圧の極大値及び極小値のいずれか一方が閾値を超えることがある。判定用電圧の極大値及び極小値が上限閾値及び下限閾値を同時に超えるように上限閾値及び下限閾値を設定しておくことが好ましいが、脈動波形は常に同じではなく、種々の状況によって脈動波形が若干変化して、判定用電圧の実効値も上下に揺らぎが生じ、図４又は図５の状況が生じ得る。判定用電圧の極大値が上限閾値を超えた場合には、図４に示すように、判定用電圧が上限閾値を最初に超えたときに上限値判定用比較器１０がＬｏｗ出力となって、ＲＳフリップフロップの反転出力がＬｏｗとなり、以降ＲＳフリップフロップの出力はＬｏｗに維持される。一方、判定用電圧の極小値が下限閾値を超えた場合には、図５に示すように、ＲＳフリップフロップの出力に変化はなく、Ｈｉｇｈ出力で維持される。
【００４１】
判定用電圧の極大値及び極小値の両方が閾値を超えると、図６に示すように、判定用電圧が上限閾値を超えたときに上限値判定用比較器１０がＬｏｗ出力となってＲＳフリップフロップの出力がＬｏｗとなり、判定用電圧が下限閾値を超えたときに下限値判定用比較器１１がＬｏｗ出力となってＲＳフリップフロップの出力がＨｉｇｈとなり、これを繰り返すことによってＲＳフリップフロップの出力が連続的なパルス信号波形となる。マイクロプロセッサは、ＲＳフリップフロップから連続的なパルス信号波形を入力すると、平滑回路５の故障であると判定するように制御構成されている。
【００４２】
なお、上記パルス信号波形の周期が速すぎてマイクロプロセッサの処理速度が追いつかない場合には、分周回路によって低い周波数のパルス波形信号に変換することができる。
【００４３】
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、適宜設計変更できる。例えば、上記第１実施形態では基準電位差に対する実電圧変動電位差の比率に基づいて故障判定を行う構成としたが、サンプリングされた多数のサンプル値に基づいて周期的に脈動する電源電圧の極大値と極小値とを抽出して、隣接する極大値と極小値との差が所定の閾値を超えたか否かに基づいてマイクロプロセッサが故障判定するよう制御構成することもでき、さらに、隣接する極大値と極小値との差が所定の閾値を超えている状態が所定周期分連続するときに故障判定するよう制御構成することもできる。
【符号の説明】
【００４４】
１  ファンモータ駆動装置
２  ファンモータ
４  電源回路
５  平滑回路（電解コンデンサ）
６  制御回路
ＶＤ  ファンモータ電源電圧
【図１】
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【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】
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