(57)【要約】ブラシレスＤＣモータ（１０）を搭載した天井扇（１）である。この天井扇（１）は、スイッチング素子のＰＷＭ制御のＯＮ／ＯＦＦデューティを指示するデューティ指示部（６）と、ブラシレスＤＣモータの駆動コイル（２）に流れる電流を検出するモータ電流検出部（１４）を備える。そして、この天井扇（１）では、このモータ電流検出部（１４）の検出値によってデューティ指示部（６）のデューティ指示値を決定する。この構成にしたことにより、天井扇（１）の設置状態による羽根と天井の距離の変化の影響を受けることなく、性能最大の一定トルクで羽根を回転させて送風できる天井扇（１）を得られる。
2016042729.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動コイルを備えたブラシレスＤＣモータと、
上段と下段からなりそれぞれ複数のスイッチング素子でブリッジ接続されたインバータ回路と、
前記インバータ回路に印加される直流電圧をＰＷＭ制御するとともに、前記駆動コイルに順次通電するための駆動ロジックを制御する駆動ロジック制御部と、
前記ＰＷＭ制御におけるＯＮ／ＯＦＦデューティを指示するデューティ指示部と、
前記駆動コイルに流れる電流を検出するモータ電流検出部を備え、
前記デューティ指示部は、前記モータ電流検出部の検出値に基づいてデューティ指示値を決定する天井扇。
【請求項２】
駆動コイルを備えたブラシレスＤＣモータと、
上段と下段からなりそれぞれ複数のスイッチング素子でブリッジ接続されたインバータ回路と、
前記インバータ回路に印加される直流電圧をＰＷＭ制御するとともに、前記駆動コイルに順次通電するための駆動ロジックを制御する駆動ロジック制御部と、
前記ＰＷＭ制御におけるＯＮ／ＯＦＦデューティを指示するデューティ指示部と、
前記インバータ回路に供給される電流を検出する電源電流検出部を備え、
前記デューティ指示部は、前記電源電流検出部の検出値に基づいてデューティ指示値を決定する天井扇。
【請求項３】
さらに、前記ブラシレスＤＣモータの回転数を検出する回転数検出部を備え、
前記デューティ指示部は、
前記電源電流検出部による電流の検出値が所定値より小さいときは、前記回転数検出部による回転数の検出値に基づいて前記デューティ指示値を決定し、
前記電源電流検出部による電流の検出値が所定値より大きいときは、前記電源電流検出部による電流の検出値に基づいて前記デューティ指示値を決定する請求項２に記載の天井扇。
【請求項４】
駆動コイルを備えたブラシレスＤＣモータと、
上段と下段からなりそれぞれ複数のスイッチング素子でブリッジ接続されたインバータ回路と、
前記インバータ回路に印加される直流電圧をＰＷＭ制御するとともに、前記駆動コイルに順次通電するための駆動ロジックを制御する駆動ロジック制御部と、
前記ＰＷＭ制御におけるＯＮ／ＯＦＦデューティを指示するデューティ指示部と、
前記インバータ回路に供給される電流を検出する電源電流検出部と、
前記デューティ指示部から出力されるデューティ指示値を検出するデューティ検出部と、
前記電源電流検出部の検出値と前記デューティ検出部の検出値からモータ電流を演算するモータ電流演算部とを備え、
前記デューティ指示部は、
前記モータ電流演算部の演算値に基づいて前記デューティ指示値を決定する天井扇。
【請求項５】
駆動コイルを備えたブラシレスＤＣモータと、
上段と下段からなりそれぞれ複数のスイッチング素子でブリッジ接続されたインバータ回路と、
前記インバータ回路に印加される直流電圧をＰＷＭ制御するとともに、前記駆動コイルに順次通電するための駆動ロジックを制御する駆動ロジック制御部と、
前記ＰＷＭ制御におけるＯＮ／ＯＦＦデューティを指示するデューティ指示部と、
前記インバータ回路に供給される電流を検出する電源電流検出部と、
前記インバータ回路に供給される電圧を検出する電源電圧検出部と、
前記電源電流検出部の検出値と前記電源電圧検出部の検出値から電源電力を演算する電源電力演算部とを備え、
前記デューティ指示部は、
前記電源電力演算部の演算値に基づいて前記デューティ指示値を決定する天井扇。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ファン駆動用のブラシレスＤＣモータを搭載した天井扇に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、天井扇においては、消費電力の低減のためＤＣモータの搭載が求められている。その中でも、設置状態に影響されることなく、最大限の送風性能を維持しながら消費電力を低減する天井扇が求められている。【０００３】
従来、この種の天井扇は、特許文献１に開示された構成のものが知られている。【０００４】
以下、その天井扇について図１２を参照しながら説明する。【０００５】
図１２に示すように、ブラシレスＤＣモータ１００は、固定子巻線１１４（Ｕ、Ｖ、Ｗ）と、表面にＮ極とＳ極の永久磁石が交互に８極に施された回転子１０７と、３つの位置検出素子１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃとから構成さている。それら位置検出素子１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃは、例えばホールセンサであって、電気回路基板１０１に実装されている。【０００６】
位置検出素子１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃは、回転子１０７の永久磁石のＮ極からＳ極、Ｓ極からＮ極へ変化する時の磁極の変化をＨ，Ｌの電気信号に変換し、位置検出信号として回転数検出部１０９に入力している。【０００７】
回転数検出部１０９は、入力された位置検出信号からブラシレスＤＣモータ１００の回転数を検出している。位置検出信号は、回転数検出部１０９の時間間隔測定部１０３に入力される。時間間隔測定部１０３は、位置検出信号の１つの信号が変化してから他の１つの信号が変化するまでの時間間隔を測定して、回転子１０７の機械角の１回転分すなわち１２個の時間間隔を保存している。【０００８】
回転数検出部１０９の時間間隔平均部１０４は、時間間隔測定部１０３が保存した１２個の時間間隔の平均値を求める。【０００９】
回転数フィードバック部１１０は、予め定められた目標回転数と回転数検出部１０９より検出される回転数とを比較し、回転数の差に応じて、固定子巻線に加わる直流電圧を変更させる信号を直流電圧変更部１１２に出力する。【００１０】
直流電圧変更部１１２は、回転数フィードバック部１１０より出力された固定子巻線に加わる直流電圧を変更させる信号に基づいてＰＷＭ変調し、駆動信号発生部１０５に出力する。【００１１】
駆動信号発生部１０５は、３つの位置検出素子１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃの位置検出信号の変化を捕らえ、その時の位置検出信号の状態に応じて固定子巻線Ｕ、Ｖ、Ｗにそれぞれ所定の方向と順序で順次通電する。それと共に、直流電圧変更部１１２から出力されたＰＷＭ変調された信号に基づいて、固定子巻線Ｕ、Ｖ、Ｗに加わる直流電圧を変更する信号をドライブ部１０６に出力する。【００１２】
回転数検出部１０９と回転数フィードバック部１１０と直流電圧変更部１１２と駆動信号発生部１０５は、マイクロコンピュータ１０８に内蔵されている。【００１３】
ドライブ部１０６は、マイクロコンピュータ１０８に内蔵されている駆動信号発生部１０５より出力された信号に基づき、スイッチング部１１３のスイッチング素子をＯＮ、ＯＦＦする信号に変換する。【００１４】
スイッチング部１１３は、直流電源１１１に接続され、６個のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４、Ｑ５、Ｑ６と、６つの還流ダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４、Ｄ５、Ｄ６からなる。そして、スイッチング部１１３は、固定子巻線Ｕ、Ｖ、Ｗに所定のタイミングで順次通電を行うとともに、直流電源１１１の直流電圧を変更して固定子巻線Ｕ、Ｖ、Ｗに加え、ブラシレスＤＣモータ１００を回転させる。【００１５】
回転数フィードバック部１１０は、予め定められた目標回転数Ｎｍと回転数検出部１０９の時間間隔平均部１０４より検出される回転数ＮＴとを比較し、
Ｎｄ＝ＮＴ−Ｎｍ
より回転数の差Ｎｄを求める。【００１６】
予め定められた回転数の差Ｎｄに対応する電圧の変更する割合をゲインＡ、固定子巻線に加わっている直流電圧をＶとすると、回転数の差Ｎｄに対する直流電圧を変更する電圧Ｖｄを、
Ｖｄ＝Ｎｄ×Ａ
により求める。【００１７】
目標回転数Ｎｍに対して回転数ＮＴが低くなり回転数の差Ｎｄが大きくなると、固定子巻線Ｕ、Ｖ、Ｗに加わっている直流電圧に対して変更する電圧Ｖｄ分だけ電圧を増加させる。これにより、目標回転数Ｎｍに近づけるように回転数の制御を行う。また、目標回転数Ｎｍに対して回転数ＮＴが高くなり回転数の差Ｎｄが大きくなると、固定子巻線Ｕ、Ｖ、Ｗに加わっている直流電圧に対して変更する電圧Ｖｄ分だけ電圧を減少させる。これにより、目標回転数Ｎｍに近づけるように回転数の制御を行う。以上のようにして、目標回転数で一定回転になるように制御を行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１８】
【特許文献１】特許第４６４９９３４号公報
【発明の概要】
【００１９】
本発明の一態様に係る天井扇は、ブラシレスＤＣモータと、インバータ回路と、駆動ロジック制御部と、デューティ指示部と、モータ電流検出部を備える。ブラシレスＤＣモータは、駆動コイルを備える。インバータ回路は、上段と下段からなりそれぞれ複数のスイッチング素子でブリッジ接続されている。駆動ロジック制御部は、インバータ回路に印加される直流電圧をＰＷＭ制御するとともに、駆動コイルに順次通電するための駆動ロジックを制御する。デューティ指示部は、ＰＷＭ制御ＯＮ／ＯＦＦデューティを指示する。モータ電流検出部は、駆動コイルに流れる電流を検出する。そして、デューティ指示部が、モータ電流検出部の検出値に基づいてデューティ指示値を決定する。これにより所期の目的を達成するものである。
【００２０】
本発明の一態様に係る天井扇によれば、モータトルクを一定にできるので、設置状態における羽根と天井との距離に影響されず、天井扇は最大能力を発揮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】
【００２１】
【図１】図１は、本発明に係る天井扇を示す外観図である。
【図２】図２は、本発明に係る天井扇構成を示す透視図である。
【図３】図３は、本発明の実施の形態１に係る天井扇の構成を示すブロック図である。
【図４】図４は、本発明の実施の形態１に係るブラシレスＤＣモータの回転数―トルク特性を示すグラフである。
【図５】図５は、本発明の実施の形態２に係る天井扇の構成を示すブロック図である。
【図６】図６は、本発明の実施の形態２に係るブラシレスＤＣモータの回転数―トルク特性を示すグラフである。
【図７】図７は、本発明の実施の形態３に係る天井扇の構成を示すブロック図である。
【図８】図８は、本発明の実施の形態４に係る天井扇の構成を示すブロック図である。
【図９】図９は、本発明の実施の形態４に係るブラシレスＤＣモータの回転数―トルク特性を示すグラフである。
【図１０】図１０は、本発明の実施の形態５に係る天井扇の構成を示すブロック図である。
【図１１】図１１は、本発明の実施の形態５に係るブラシレスＤＣモータの回転数―トルク特性を示すグラフである。
【図１２】図１２は、従来の天井扇の構成を示すブロック図である。
【図１３】図１３は、従来の天井扇に搭載するブラシレスＤＣモータの回転数―トルク特性を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
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。なお、以下の実施の形態は本発明を具体化した一例であって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。また、全図面を通して、同一の部位については同一の符号を付して説明を省略している。さらに、各図面において、本発明に直接には関係しない各部の詳細については説明を省略している。
【００２３】
（実施の形態１）
図１に示すように、本実施の形態に係る天井扇１は、図示しない天井に取り付けられ、本体の周囲に複数の羽根３を供えている。そして、図２に示すように、天井扇１は、本体内部にブラシレスＤＣモータ１０を搭載し、羽根３をブラシレスＤＣモータ１０で回転させて図面下方、即ち鉛直下向きに送風を行うものである。
【００２４】
以下に、天井扇１の駆動制御について詳しく説明する。
【００２５】
図３に示すように、天井扇１は、羽根３、ブラシレスＤＣモータ１０、整流ダイオード１２、平滑コンデンサ１３、インバータ回路４、ホールＩＣ９（９ｕ、９ｖ、９ｗ）、駆動ロジック制御部５、デューティ指示部６を備える。
【００２６】
ブラシレスＤＣモータ１０は、駆動コイル２（２ｕ、２ｖ、２ｗ）を備える。ブラシレスＤＣモータ１０は、駆動ロジック制御部５によって、３相のインバータ回路４を介して駆動コイル２に順次通電されることにより、駆動を制御される。
【００２７】
即ち、交流電源１１から供給された交流電圧は、整流ダイオード１２で整流され、平滑コンデンサ１３で直流電圧に平滑されて、インバータ回路４に印加される。
【００２８】
インバータ回路４は、上段を構成する３つのスイッチング素子７（７ｕ、７ｖ、７ｗ）と下段を構成する３つのスイッチング素子８（８ｕ、８ｖ、８ｗ）からなり、それぞれのスイッチング素子７、８がブリッジ接続されている。
【００２９】
駆動ロジック制御部５は、ブラシレスＤＣモータ１０の回転位置を検出する３つのホールＩＣ９ｕ、９ｖ、９ｗからの信号を基に、駆動コイル２ｕ、２ｖ、２ｗそれぞれに所定の方向と順序で順次全波通電する。この際、駆動ロジック制御部５は、インバータ回路４に印加される直流電圧を、上段のスイッチング素子７または下段のスイッチング素子８でＰＷＭ制御することで、ブラシレスＤＣモータ１０への供給電流を制御する。駆動ロジック制御部５によるブラシレスＤＣモータ１０を回転駆動させるための一連の制御手順を、駆動ロジックと定義する。
【００３０】
デューティ指示部６は、駆動ロジック制御部５がスイッチング素子７，８をＰＷＭ制御する際のＯＮ／ＯＦＦデューティを指示する。
【００３１】
ところで、本実施の形態に係るブラシレスＤＣモータ１０では、モータ電流検出部１４をさらに備え、デューティ指示部６は、以下の制御を行うことで、モータトルクを一定に制御する。
【００３２】
即ち、モータ電流検出部１４は、それぞれの駆動コイル２ｕ、２ｖ、２ｗに流れる３相分の電流の値を検出し、デューティ指示部６に送信する。
【００３３】
デューティ指示部６では、モータ電流検出部１４にて検出したモータ電流値と、メモリに記憶された所定の電流値とに基づいて、デューティ比を変更する。具体的には、モータ電流値が所定の電流値より低い場合には、デューティ比を増加させる。また、モータ電流値が所定の電流値より高い場合には、デューティ比を減少させる。これにより、モータ電流を所定電流値に保つことができる。モータトルクはモータを流れる電流の値に比例するため、結果としてモータトルクを一定に制御することができる。
【００３４】
このような天井扇１を天井に設置した場合、羽根３と天井の距離によって風の流れ易さは異なり、羽根３にかかる負荷が異なる。
【００３５】
図４の曲線は、羽根と天井の距離の違いによる羽根３の負荷特性である。図４において、太い線４１は、天井と羽根の距離が長い状態におけるトルクと回転数との関係を示している。そして、細い線４２は、天井と羽根の距離が短い状態におけるトルクと回転数との関係を示している。
【００３６】
図１２に示す従来の天井扇では、図１３に示すように、モータの回転数が所定の回転数で一定となる、つまり、制御状態が、回転数一定軸４３上に合致するように制御されている。このため、風が流れ難い設置状態、すなわち、羽根１０３と天井との距離が短い状態では、回転数一定軸４３上のａ点で回転する。一方、風が流れ易い設置状態、すなわち、羽根１０３と天井との距離が長い状態では、回転数一定軸４３上のｂ点で回転する。羽根の強度やモータ温度上昇の観点から、ａ点での負荷トルクが天井扇の定格の最大出力とした場合、同じ回転数で運転したｂ点では最大出力が出せていないことになる。
【００３７】
それに対し、本発明によれば、モータ電流を一定にする、すなわち、モータトルクを一定に制御することができる。つまり、制御状態が、電流一定軸４４上に合致するように制御されている。このため、風が流れ難い設置状態、すなわち、羽根３と天井との距離が短い状態では、電流一定軸４４上のａ点で回転する。一方、風が流れ易い設置状態、すなわち、羽根３と天井との距離が長い状態では、電流一定軸４４上のｃ点で回転することになる。
【００３８】
このような本実施の形態に係る天井扇１によれば、天井扇１の設置状態による羽根３と天井の距離の変化の影響を受けることなく、一定トルクで羽根を回転させて送風することができる。そして、電流値に基づき最大能力を設定することによって、羽根の強度やモータ温度上昇による制限の上限までの運転ができ、天井扇１の能力を十分に引き出せることになる。
【００３９】
（実施の形態２）
図５、図６を用いて、第２の実施の形態について説明する。
【００４０】
第２の実施の形態に係る天井扇１ｂでは、図５に示すように、インバータ回路４に流れる電流を電源電流検出部１５で検出している。
【００４１】
デューティ指示部６では、電源電流検出部１５からの電源電流値を基に、電源電流値が予めメモリに記憶された所定の電流値より低い場合はデューティを増加させ、電源電流値が所定電流値より高い場合はデューティを減少させる。これにより、デューティ指示部６は、電源電流を所定電流に制御する。
【００４２】
このような構成によれば、インバータ回路４に供給する電流を１箇所で検出することができる。
【００４３】
なお、ブラシレスＤＣモータ１０は、デューティ指示部６が出力するＯＮ／ＯＦＦデューティにより、トルクと回転数との関係が、図６に示す５本の細線４５のように変化する。
【００４４】
つまり、ディーティが１００％の場合は、回転数が０ｍｉｎ―１でトルクが４．０Ｎ・ｍの点と、トルクが０Ｎ・ｍで回転数が４００ｍｉｎ―１の点を結んだ直線が、トルクと回転数の関係になる。
【００４５】
ディーティが８０％の場合は、回転数が０ｍｉｎ―１でトルクが４．０Ｎ・ｍの８０％である３．２Ｎ・ｍの点と、トルクが０Ｎ・ｍで回転数が４００ｍｉｎ―１の８０％である３２０ｍｉｎ―１の点を結んだ直線が、トルクと回転数の関係になる。
【００４６】
ディーティが６０％の場合は、回転数が０ｍｉｎ―１でトルクが４．０Ｎ・ｍの６０％である２．４Ｎ・ｍの点と、トルクが０Ｎ・ｍで回転数が４００ｍｉｎ―１の６０％である２４０ｍｉｎ―１の点を結んだ直線が、トルクと回転数の関係になる。
【００４７】
ディーティが４０％、２０％の場合も、トルクと回転数は同様の計算に従う直線になる。
【００４８】
また、デューティＤとモータ電流Ｉｍと電源電流Ｉｓとには、
Ｉｓ＝Ｄ×Ｉｍ
の関係があり、トルク定数ｋｔとモータ電流ＩｍとトルクＴとには、
Ｔ＝ｋｔ×Ｉｍ
の関係がある。
【００４９】
トルク定数ｋｔを１０Ｎ・ｍ／Ａとし、電源電流Ｉｓを０．１Ａに制御した場合、図６の特性では回転数Ｎは
Ｄ＝１００％、Ｉｍ＝０．１０Ａ、Ｔ＝１．０Ｎ・ｍ、Ｎ＝３００ｍｉｎ―１
Ｄ＝  ８０％、Ｉｍ＝０．１３Ａ、Ｔ＝１．３Ｎ・ｍ、Ｎ＝１９５ｍｉｎ―１
Ｄ＝  ６０％、Ｉｍ＝０．１７Ａ、Ｔ＝１．７Ｎ・ｍ、Ｎ＝  ７３ｍｉｎ―１
となり、これらの回転数ＮとトルクＴの点を結ぶと図６の太線４６になる。
【００５０】
このように、電源電流を一定に制御しても、モータトルクをほぼ一定に制御することができる。
【００５１】
また、この制御では、実施の形態１と異なり、３相のモータ電流を検出するモータ電流検出部１４が不要となるので、簡単な構成でモータトルクをほぼ一定に制御できる。
【００５２】
（実施の形態３）
図７を用いて、第３の実施の形態について説明する。
【００５３】
第３の実施の形態に係る天井扇１ｃでは、図７に示すように、インバータ回路４に流れる電流を電源電流検出部１５で検出する。また、ホールＩＣ９ｕ、９ｖ、９ｗの出力信号である方形波信号ＨＵ、ＨＶ、ＨＷの周期から、回転数検出部１９で、ブラシレスＤＣモータ１０の回転数を検出する。
【００５４】
電源電流検出部１５で検出した電流Ｉｓが、例えば予めメモリに記憶した所定値Ｉｐより小さい場合、デューティ指示部６は回転数検出部１９で検出した回転数Ｎｓによりデューティ指示値を決定する。つまり、回転数検出部１９で検出した回転数Ｎｓが予めメモリに記憶した所定回転数Ｎｓに近づくように、デューティ指示値を増減させる。
【００５５】
具体的には、所定回転数Ｎｔと検出した回転数Ｎｓとの回転数差をＮｄとすると、
Ｎｄ＝Ｎｔ−Ｎｓ
であり、回転数差Ｎｄに比例したディーティ増減値Ｄｄは、比例定数をαとすると
Ｄｄ＝α×Ｎｄ
となる。
【００５６】
今現在のデューティ指示値をＤｎとし、次のデューティ指示値をＤｎ＋１とすると
Ｄｎ＋１＝Ｄｎ＋Ｄｄ
となる。
【００５７】
所定回転数Ｎｔよりも検出した回転数Ｎｓが小さい場合、回転数差Ｎｄは正の値となり、回転数差Ｎｄに比例したディーティ増減値Ｄｄも正の値となる。そして、次のデューティ指示値Ｄｎ＋１は今のデューティ指示値Ｄｎより大きくなる。
【００５８】
上述の処理を繰返すことで、ディーティ指示値は徐々に大きくなり、ブラシレスＤＣモータ１０の回転数が上昇して、所定回転数Ｎｔと検出する回転数Ｎｓとが一致する。
【００５９】
また逆に、所定回転数Ｎｔよりも検出した回転数Ｎｓが大きい場合、回転数差Ｎｄは負の値となり、回転数差Ｎｄに比例したディーティ増減値Ｄｄも負の値となる。そして、次のデューティ指示値Ｄｎ＋１は、今のデューティ指示値Ｄｎより小さくなる。
【００６０】
上述の処理を繰返すことで、ディーティ指示値は徐々に小さくなり、ブラシレスＤＣモータ１０の回転数が低下して、所定回転数Ｎｔと検出する回転数Ｎｓとが一致する。
【００６１】
つまり、ブラシレスＤＣモータ１０の回転数を、所定回転数Ｎｔに、一定に制御できる。
【００６２】
一方、電源電流検出部１５で検出した電流Ｉｓが所定値Ｉｐより大きい場合、実施の形態２で示したように、電源電流を一定に制御して、モータトルクをほぼ一定に制御する。
【００６３】
このように、電源電流検出部１５で検出した電流Ｉｓと所定値Ｉｐの大小により制御を切替える。
【００６４】
つまり、
Ｉｓ＜Ｉｐの場合は、回転数を一定に制御
Ｉｓ≧Ｉｐの場合は、モータトルクをほぼ一定に制御
する。
【００６５】
羽根３と天井との距離が長く、風が流れ易い設置状態で、電源電流Ｉｓが所定値Ｉｐより小さくブラシレスＤＣモータ１０の負荷が小さい場合には、モータ出力には余裕が有る。このため、この制御ではブラシレスＤＣモータ１０の回転数を一定に制御して羽根３を一定に回転させ、一定の風量を発生させることができる。
【００６６】
また、羽根３と天井との距離が短く、風が流れ難い設置状態で、電源電流Ｉｓが所定値Ｉｐより大きくブラシレスＤＣモータ１０の負荷が大きい場合には、モータ出力には余裕が無い。このため、モータトルクをほぼ一定に制御してモータ出力を最大限でほぼ一定に制御する。
【００６７】
このように、回転数を一定に制御して一定の風量を発生させることを基本動作としながらも、設置状態が悪くモータ負荷が大きい場合にはモータ出力を最大限の一定に制御する。そのため、モータへの過負荷状態を防止でき、安全に使用することができる。
【００６８】
また、設置状態に合せて個別の製品を製造する必要がなく、製造コストダウンにつながる。
【００６９】
（実施の形態４）
図８、図９を用いて、第４の実施の形態について説明する。
【００７０】
第４の実施の形態に係る天井扇１ｄでは、図８に示すように、インバータ回路４に流れる電流を電源電流検出部１５で検出する。そして、デューティ指示部６から出力されるデューティ指示値と電源電流検出部１５が検出した電源電流検出値とから、モータ電流演算部１６にてモータ電流を演算するという構成である。
【００７１】
第３の実施の形態でも説明したように、デューティＤとモータ電流Ｉｍと電源電流Ｉｓとには、
Ｉｓ＝Ｄ×Ｉｍ
の関係がある。
【００７２】
デューティ指示部６では、モータ電流演算部１６からのモータ電流値を基に、モータ電流値が所定電流値より低い場合はデューティを増加させる制御を行う。一方、モータ電流値が所定電流値より高い場合はデューティを減少させる制御を行う。このようにして、デューティ指示部６がデューティを制御することによって、モータ電流を所定電流に制御する。モータトルクはモータ電流に比例するため、モータトルクを一定に制御することができる。
【００７３】
この構成では、３相のモータ電流を検出するモータ電流検出部１４は不要にも係わらず、モータ電流を演算することが可能となるので、簡単な構成でモータトルクを正確に一定に制御できる。
【００７４】
しかし、第４の実施の形態によると、モータトルクをほぼ一定に制御することができたが、電源電圧が変化するとトルクの一定値も変化してしまう。
【００７５】
つまり、第４の実施の形態では、図９に示すように、電源電圧が２４０Ｖでデューティ１００％のモータ特性は細実線４７であるが、電源電圧が２００Ｖでデューティ１００％のモータ特性は細点線４８になる。トルク定数ｋｔを１０Ｎ・ｍ／Ａとし、電源電流Ｉｓを０．１Ａに制御した場合、図９の電源電圧２４０Ｖの特性では回転数Ｎは
Ｄ＝１００％、Ｉｍ＝０．１０Ａ、Ｔ＝１．０Ｎ・ｍ、Ｎ＝３００ｍｉｎ―１
Ｄ＝  ８０％、Ｉｍ＝０．１３Ａ、Ｔ＝１．３Ｎ・ｍ、Ｎ＝１９５ｍｉｎ―１
Ｄ＝  ６０％、Ｉｍ＝０．１７Ａ、Ｔ＝１．７Ｎ・ｍ、Ｎ＝  ７３ｍｉｎ―１
となる。
【００７６】
これらの回転数ＮとトルクＴの点を結ぶと図９の太実線４９になる。
【００７７】
図９の電源電圧２００Ｖの特性では回転数Ｎは
Ｄ＝１００％、Ｉｍ＝０．１０Ａ、Ｔ＝１．０Ｎ・ｍ、Ｎ＝２３３ｍｉｎ―１
Ｄ＝  ８０％、Ｉｍ＝０．１３Ａ、Ｔ＝１．３Ｎ・ｍ、Ｎ＝１４２ｍｉｎ―１
Ｄ＝  ６０％、Ｉｍ＝０．１７Ａ、Ｔ＝１．７Ｎ・ｍ、Ｎ＝  ３３ｍｉｎ―１
となり、これらの回転数ＮとトルクＴの点を結ぶと図９の太点線５０になる。つまり、電源電圧によってトルクが異なる。
【００７８】
（実施の形態５）
そこで、図１０、図１１を用いて、第５の実施の形態について説明する。
【００７９】
第５の実施の形態に係る天井扇１ｅでは、図１０に示すように、インバータ回路４に流れる電流を電源電流検出部１５で検出し、インバータ回路４に印加される電圧を電源電圧検出部１７で検出する。そして、電源電流値と電源電圧値の積を電力演算部１８で演算する。
【００８０】
デューティ指示部６では、電力演算部１８からの電力値を基に、電力値が所定電力値より低い場合はデューティを増加させ、電力値が所定電力値より高い場合はデューティを減少させることで、電力を所定電力に制御する。
【００８１】
図１１に示すように、電源電圧が２４０Ｖで電源電流Ｉｓを０．１Ａに制御している状態は太実線５１であり、電力を２４Ｗに制御していることになる。電源電圧が２００Ｖの場合、電力を２４Ｗに制御にすることは、電源電流Ｉｓを０．１２Ａに制御している状態と同じである。電源電流Ｉｓを０．１２Ａに制御した場合、図１１の電源電圧２００Ｖの特性では回転数Ｎは
Ｄ＝１００％、Ｉｍ＝０．１２Ａ、Ｔ＝１．２Ｎ・ｍ、Ｎ＝２１３ｍｉｎ―１
Ｄ＝  ８０％、Ｉｍ＝０．１５Ａ、Ｔ＝１．５Ｎ・ｍ、Ｎ＝１１７ｍｉｎ―１
Ｄ＝  ６０％、Ｉｍ＝０．２０Ａ、Ｔ＝２．０Ｎ・ｍ、Ｎ＝    ０ｍｉｎ―１
となり、これらの回転数ＮとトルクＴの点を結ぶと図１１の太点線５２になる。つまり、電源電圧２４０Ｖの太実線５１と同じになり、電源電圧が変化しても同じトルクに制御することができる。
【００８２】
本実施の形態では、３相のモータ電流を検出するモータ電流検出部１４は不要となるので、簡単な構成で電源電圧に影響されずモータトルクをほぼ一定に制御できる。
【００８３】
なお、各実施の形態において、ブラシレスＤＣモータ１０の回転位置の検出方法としてホールＩＣ９ｕ、９ｖ、９ｗを設けたが、位置センサを設けないセンサレス駆動方式としても良い。
【００８４】
（実施の形態の概要）
本発明の一態様に係る天井扇は、ブラシレスＤＣモータと、インバータ回路と、駆動ロジック制御部と、デューティ指示部と、モータ電流検出部を備える。ブラシレスＤＣモータは、駆動コイルを備える。インバータ回路は、上段と下段からなりそれぞれ複数のスイッチング素子でブリッジ接続されている。駆動ロジック制御部は、インバータ回路に印加される直流電圧をＰＷＭ制御するとともに、駆動コイルに順次通電するための駆動ロジックを制御する。デューティ指示部は、ＰＷＭ制御におけるＯＮ／ＯＦＦデューティを指示する。モータ電流検出部は、駆動コイルに流れる電流を検出する。そして、デューティ指示部は、モータ電流検出部の検出値に基づいてデューティ指示値を決定するという構成を有する。
【００８５】
これにより、モータ電流を一定に制御することが可能となり、モータ電流に比例するモータトルクも一定になり、天井扇にかかる負荷トルクが一定となる。したがって、設置状態による羽根と天井の距離に影響されず、天井扇は最大能力を発揮できるという効果を奏する。
【００８６】
また、本発明の別の一態様に係る天井扇は、ブラシレスＤＣモータと、インバータ回路と、駆動ロジック制御部と、デューティ指示部と、電源電流検出部を備える。ブラシレスＤＣモータは、駆動コイルを備える。インバータ回路は、上段と下段からなりそれぞれ複数のスイッチング素子でブリッジ接続されている。駆動ロジック制御部は、インバータ回路に印加される直流電圧をＰＷＭ制御するとともに、駆動コイルに順次通電するための駆動ロジックを制御する。デューティ指示部は、ＰＷＭ制御におけるＯＮ／ＯＦＦデューティを指示する。電源電流検出部は、インバータ回路に供給される電流を検出する。そして、デューティ指示部は、電源電流検出部の検出値に基づいてデューティ指示値を決定する。
【００８７】
これにより、３相のモータ電流を検出するモータ電流検出部が不要となるので、簡単な構成でモータトルクをほぼ一定に制御できるという効果を奏する。
【００８８】
また、上記構成の天井扇の特定の局面では、さらに、ブラシレスＤＣモータの回転数を検出する回転数検出部を備える。そして、デューティ指示部は、電源電流検出部による電流の検出値が所定値より小さいときは、回転数検出部による回転数の検出値に基づいてデューティ指示値を決定する。また、デューティ指示部は、電源電流検出部による電流の検出値が所定値より大きいときは、電源電流検出部による電流の検出値に基づいてデューティ指示値を決定する。
【００８９】
また、本発明のさらに別の一態様に係る天井扇は、ブラシレスＤＣモータと、インバータ回路と、駆動ロジック制御部と、デューティ指示部と、電源電流検出部と、デューティ検出部と、モータ電流演算部とを備える。ブラシレスＤＣモータは、駆動コイルを備える。インバータ回路は、上段と下段からなりそれぞれ複数のスイッチング素子でブリッジ接続されている。駆動ロジック制御部は、インバータ回路に印加される直流電圧をＰＷＭ制御するとともに、駆動コイルに順次通電するための駆動ロジックを制御する。デューティ指示部は、ＰＷＭ制御におけるＯＮ／ＯＦＦデューティを指示する。電源電流検出部は、インバータ回路に供給される電流を検出する。デューティ検出部は、デューティ指示部から出力されるデューティ指示値を検出する。モータ電流演算部は、電源電流検出部の検出値とデューティ検出部の検出値からモータ電流を演算する。そして、デューティ指示部は、モータ電流演算部の演算値に基づいてデューティ指示値を決定する。
【００９０】
これにより、３相のモータ電流を検出するモータ電流検出部は不要で、且つモータ電流を演算することが可能となるので、簡単な構成でモータトルクを正確に一定に制御できるという効果を奏する。
【００９１】
また、本発明のさらに別の一態様に係る天井扇は、ブラシレスＤＣモータと、インバータ回路と、駆動ロジック制御部と、デューティ指示部と、電源電流検出部と、電源電圧検出部と、電源電力演算部とを備える。ブラシレスＤＣモータは、駆動コイルを備える。インバータ回路は、上段と下段からなりそれぞれ複数のスイッチング素子でブリッジ接続されている。駆動ロジック制御部は、インバータ回路に印加される直流電圧をＰＷＭ制御するとともに、駆動コイルに順次通電するための駆動ロジックを制御する。デューティ指示部は、ＰＷＭ制御におけるＯＮ／ＯＦＦデューティを指示する。電源電流検出部は、インバータ回路に供給される電流を検出する。電源電圧検出部は、インバータ回路に供給される電圧を検出する。電源電力演算部は、電源電流検出部の検出値と電源電圧検出部の検出値から電源電力を演算する。そして、デューティ指示部は、電源電力演算部の演算値に基づいてデューティ指示値を決定する。
【００９２】
これにより、３相のモータ電流を検出するモータ電流検出部は不要となるので、簡単な構成で電源電圧に影響されずモータトルクをほぼ一定に制御できるという効果を奏する。
【産業上の利用可能性】
【００９３】
本発明に係る天井扇は、羽根と天井の距離の変化の影響を受けることなく、性能最大の一定トルクで羽根を回転させて送風することを可能とするので、ファン駆動用の天井扇として有用である。
【符号の説明】
【００９４】
１，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ  天井扇
２，２ｕ，２ｖ，２ｗ  駆動コイル
３  羽根
４  インバータ回路
５  駆動ロジック制御部
６  デューティ指示部
７，７ｕ，７ｖ，７ｗ  上段側スイッチング素子
８，８ｕ，８ｖ，８ｗ  下段側スイッチング素子
９，９ｕ，９ｖ，９ｗ  ホールＩＣ
１０  ブラシレスＤＣモータ
１１  交流電源
１２  整流ダイオード
１３  平滑コンデンサ
１４  モータ電流検出部
１５  電源電流検出部
１６  モータ電流演算部
１７  電源電圧検出部
１８  電力演算部
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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