(57)【要約】【課題】複数のファンを用いたファンフィルター装置において、各ファンのモータの回転数を精度良く制御することによってうなり音の発生を抑える。【解決手段】モータの制御回路４２は、モータの回転数の検出値を設定値と比較する比較器４４から与えられるディジタル値に所定の演算を行う演算器５２と、その演算結果をパルス幅信号に変換するＰＷＭ出力回路５３と、その出力を平均化する平均化回路５４とを備え、平均化回路５４の出力が制御回路４２の出力としてモータドライバ４１に与えられる。演算器５２は、比較器４４から与えられるディジタル値の上位の複数ビットで表される値に１を加えた値をあらかじめ定めた周期のうちディジタル値の下位の複数ビットで表される値に相当する期間だけ演算結果として出力すると共に、残りの期間は上位の複数ビットで表される値を演算結果として出力する【選択図】  図６
2004205095.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気清浄化用のフィルターと複数のファン及びモータと制御回路とをケース内に備え、前記複数のファンによって外部から取り入れられた空気が前記フィルターを通過して清浄化された後に外部へ送り出されるように構成されたファンフィルター装置であって、
前記制御回路は、前記モータの回転数の検出値を設定値と比較する比較器から与えられるディジタル値に所定の演算を行う演算器と、その演算結果をパルス幅信号に変換するＰＷＭ出力回路と、その出力を平均化する平均化回路とを備え、前記平均化回路の出力が前記制御回路の出力として前記モータの駆動回路に与えられるように構成され、
前記演算器は、前記比較器から与えられるディジタル値のうち、前記ＰＷＭ出力回路の分解能に等しいビット数の上位複数ビットで表される値に１を加えた値をあらかじめ定めた周期のうち前記ディジタル値の下位複数ビットで表される値に相当する期間だけ演算結果として出力すると共に、残りの期間は前記上位複数ビットで表される値を演算結果として出力することを特徴とするファンフィルター装置。
【請求項２】
空気清浄化用のフィルターと複数のファン及びモータと制御回路とをケース内に備え、前記複数のファンによって外部から取り入れられた空気が前記フィルターを通過して清浄化された後に外部へ送り出されるように構成されたファンフィルター装置であって、
前記制御回路は、前記モータの回転数を検出する回転数検出回路からの信号に基づいて前記複数のファンのモータをフィードバック制御するように構成され、
前記回転数検出回路は、前記モータの回転数に対応するパルス数のパルス信号を入力し所定時間内の前記パルス数をカウントするパルスカウント部と、最後のパルスの後縁から前記所定時間の終了までの余り時間を測定する余り時間測定部と、前記パルスカウント部の出力と前記余り時間測定部の出力に基づいて前記モータの回転数に対応するパルス数を小数を含む値として算出する演算部とを含むことを特徴とするファンフィルター装置。
【請求項３】
空気清浄化用のフィルターと第１及び第２のファン及びモータと制御回路とをケース内に備え、前記第１及び第２のファンによって外部から取り入れられた空気が前記フィルターを通過して清浄化された後に外部へ送り出されるように構成されたファンフィルター装置であって、
前記制御回路は、前記第１のファンのモータの回転数の検出値があらかじめ定めた回転数設定値に一致するように前記第１のファンのモータのフィードバック制御を行うと共に、前記第２のファンのモータの回転数の検出値が前記第１のファンのモータの回転数の検出値に一致するように前記第２のファンのモータのフィードバック制御を行うことを特徴とするファンフィルター装置。
【請求項４】
空気清浄化用のフィルターと第１及び第２のファン及びモータと制御回路とをケース内に備え、前記第１及び第２のファンによって外部から取り入れられた空気が前記フィルターを通過して清浄化された後に外部へ送り出されるように構成されたファンフィルター装置であって、
前記制御回路は、前記第１のファンのモータの回転数の検出値があらかじめ定めた第１の回転数設定値に一致するように前記第１のファンのモータのフィードバック制御を行うと共に、前記第２のファンのモータの回転数の検出値が前記第１の回転数設定値から所定回転数だけずれた第２の回転数設定値に一致するように前記第２のファンのモータのフィードバック制御を行うことを特徴とするファンフィルター装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空気清浄化用のフィルターと複数のファン及びモータと制御回路とをケース内に備え、複数のファンによって外部から取り入れられた空気がフィルターを通過して清浄化された後に外部へ送り出されるように構成されたファンフィルター装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種のファンフィルター装置は、電子機器や精密機械等の組み立て場所及び保管場所の空気を清浄化するために用いられる。例えば、組み立て作業テーブルの上方から下方に向けて清浄化された空気を送り出すようにファンフィルター装置が設置される。あるいは、保管庫の上にファンフィルター装置を設置し、保管庫の天井に設けられた開口から保管庫内へ清浄化された空気が送り出されるようにする。
【０００３】
このようなファンフィルター装置を部屋の天井や保管庫の天井に設置する場合に、ファンフィルター装置の高さに制限があることが多い。一方、清浄化された空気の吐き出し口の面積が広く、しかも均一で十分な風量が得られることが要求される。このような要求を満たすために、複数のファンを用いたファンフィルター装置が開発されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
複数のファンを用いた場合の問題点の一つとして、うなり音の発生がある。一台のファンのみの場合でもいわゆる風切り音による騒音が発生するが、複数（例えば２台）のファンを用いた場合は、両者の回転数の差によるうなり音が更に発生する。
【０００５】
本発明は複数（特に２台）のファンを用いたファンフィルター装置において、うなり音の発生を抑えることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明によるファンフィルター装置の第１の構成は、空気清浄化用のフィルターと複数のファン及びモータと制御回路とをケース内に備え、複数のファンによって外部から取り入れられた空気がフィルターを通過して清浄化された後に外部へ送り出されるように構成されたファンフィルター装置において、制御回路は、モータの回転数の検出値を設定値と比較する比較器から与えられるディジタル値に所定の演算を行う演算器と、その演算結果をパルス幅信号に変換するＰＷＭ出力回路と、その出力を平均化する平均化回路とを備え、平均化回路の出力が制御回路の出力としてモータの駆動回路に与えられるように構成され、演算器は、比較器から与えられるディジタル値の上位の複数ビットで表される値に１を加えた値をあらかじめ定めた周期のうちディジタル値の下位の複数ビットで表される値に相当する期間だけ演算結果として出力すると共に、残りの期間は上位の複数ビットで表される値を演算結果として出力することを特徴とする。
【０００７】
複数のファンを用いたファンフィルター装置において、複数のファンのモータの回転数を正確に一致させれば、うなり音が消えることがわかっている。しかし、ＰＷＭ制御によってモータの回転数を制御する場合に、その精度はＰＷＭ出力回路のビット数（分解能）に左右される。例えば、８ビット（２５６ステップ）の分解能のＰＷＭ制御によって最大回転数８０００ｒｐｍのモータの回転数を制御する場合は、８０００／２５６＝３１（ｒｐｍ／ステップ）となるので、制御可能な最小回転数の単位は３１ｒｐｍということになる。これでは、複数のファンのモータの回転数を正確に一致させることができず、うなり音を抑制することは困難である。
【０００８】
上記の本発明の構成によれば、ＰＷＭ出力回路のビット数（分解能）を擬似的に増やすことができる。つまり、ＰＷＭ出力回路の分解能のビット数より大きいビット数のディジタル値が比較器から制御回路の演算器に与えられる場合に、演算器はＰＷＭ出力回路の分解能に等しいビット数の上位複数ビットより下位の複数ビットの情報を切り捨てるのではなく、次のように有効に利用する。あらかじめ定めた周期のうち下位の複数ビットで表される値に相当する期間は、上位複数ビットで表される値に１を加えた値をＰＷＭ出力回路に与え、残りの期間は上位複数ビットで表される値をそのまま出力する。
【０００９】
その結果、ＰＷＭ出力回路から出力されるＰＷＭ出力信号は、あらかじめ定めた周期のうち上記の期間だけ１段階大きい値となる。そして、平均化回路で平均化されることにより、１段階の所定の割合（すなわち小数段階）だけ大きいＰＷＭ出力信号が出力されたことになる。こうして、１段階に相当する回転数（例えば８０００／２５６＝３１）より細かい単位でモータの回転数を制御することが可能となるので、複数のファンのモータの回転数をかなり正確に一致させてうなり音を消す（又は低減する）ことができる。
【００１０】
本発明によるファンフィルター装置の第２の構成は、空気清浄化用のフィルターと複数のファン及びモータと制御回路とをケース内に備え、複数のファンによって外部から取り入れられた空気がフィルターを通過して清浄化された後に外部へ送り出されるように構成されたファンフィルター装置において、制御回路は、モータの回転数を検出する回転数検出回路からの信号に基づいて複数のファンのモータをフィードバック制御するように構成され、回転数検出回路は、モータの回転数に対応するパルス数のパルス信号を入力し所定時間内のパルス数をカウントするパルスカウント部と、最後のパルスの後縁から所定時間の終了までの余り時間を測定する余り時間測定部と、パルスカウント部の出力と余り時間測定部の出力に基づいてモータの回転数に対応するパルス数を小数を含む値として算出する演算部とを含むことを特徴とする。
【００１１】
複数のファンのモータの回転数を正確に一致させることによってうなり音を消す場合に、上記のＰＷＭの分解能に起因する誤差と同様の誤差が回転数検出回路においても発生する。ただし、この場合は、ビット数の制限による誤差ではなく、検出すべき回転数（回転速度）の範囲が広いことに起因する誤差である。検出すべき回転数の範囲が広い場合に、回転数に対応するパルス数を所定数カウントしてその時間から単位時間当たりのパルス数（回転数）を求めると、回転数によって測定時間が大きく変動する。そこで、逆に所定時間当たりのパルス数をカウントすることによって単位時間当たりのパルス数（回転数）を求める。この場合、回転速度が遅いほど１回転未満の端数に相当する誤差が大きくなる。
【００１２】
上記の本発明の構成によれば、回転数検出回路は、パルスカウント部が所定時間当たりのパルス数をカウントすると共に、余り時間測定部が最後のパルスの後縁から所定時間の終了までの余り時間（１回転未満の端数に相当する）を測定する。そして、演算部がパルスカウント部の出力と余り時間測定部の出力に基づいてモータの回転数に対応するパルス数を小数を含む値として算出する。つまり、１回転未満の端数が切り捨てられないで小数部として回転数の検出結果に反映されるので、特に回転数が遅い場合における回転数の検出誤差が少なくなる。その結果、複数のファンのモータの回転数をかなり正確に一致させてうなり音を消す（又は低減する）ことが可能になる。
【００１３】
本発明によるファンフィルター装置の第３の構成は、空気清浄化用のフィルターと第１及び第２のファン及びモータと制御回路とをケース内に備え、第１及び第２のファンによって外部から取り入れられた空気がフィルターを通過して清浄化された後に外部へ送り出されるように構成されたファンフィルター装置であって、制御回路は、第１のファンのモータの回転数の検出値があらかじめ定めた回転数設定値に一致するように第１のファンのモータのフィードバック制御を行うと共に、第２のファンのモータの回転数の検出値が第１のファンのモータの回転数の検出値に一致するように第２のファンのモータのフィードバック制御を行うことを特徴とする。
【００１４】
従来は、第１及び第２のファンのモータの回転数が共にあらかじめ定めた回転数設定値に一致するように第１及び第２のファンのモータを個別にフィードバック制御していた。この場合、それぞれのモータのフィードバック制御系で±αの回転数誤差が発生し得るとすれば、第１及び第２のファンのモータ相互間の回転数のずれは最大２αということになる。
【００１５】
これに対して、上記の本発明の構成によれば、第２のファンのモータのフィードバック制御は第１のファンのモータの回転数検出値を基準として行われるので、上記の回転数誤差の例で言えば、第１及び第２のファンのモータ相互間の回転数のずれは最大αであり、従来の構成に比べて最大誤差は半分になる。その結果、２台のファンのモータの回転数をかなり正確に一致させてうなり音を低減することが従来の構成より容易になる。
【００１６】
本発明によるファンフィルター装置の第４の構成は、空気清浄化用のフィルターと第１及び第２のファン及びモータと制御回路とをケース内に備え、第１及び第２のファンによって外部から取り入れられた空気がフィルターを通過して清浄化された後に外部へ送り出されるように構成されたファンフィルター装置であって、制御回路は、第１のファンのモータの回転数の検出値があらかじめ定めた第１の回転数設定値に一致するように第１のファンのモータのフィードバック制御を行うと共に、第２のファンのモータの回転数の検出値が第１の回転数設定値から所定回転数だけずれた第２の回転数設定値に一致するように第２のファンのモータのフィードバック制御を行うことを特徴とする。
【００１７】
うなり音は２つの異なる周波数の音が重ね合わされたときにその合成音に含まれる２つの周波数の差によって生ずるが、特に２つの周波数が接近しているときに聞こえやすい。２つの周波数の差（うなりの周波数）が人間にとって少なくとも耳障りでない程度（約１０００ｒｐｍ以上：約１７Ｈｚ以上）となるようにすることが好ましい。２つの周波数の差を可聴周波数帯域の上限以上の周波数とすることが一層好ましい。
【００１８】
上記の本発明の構成によれば、第１のファンのモータの回転数と第２のファンのモータの回転数とが所定回転数だけずれるように第１及び第２のファンのモータが制御されるので、うなり音が人間にとって耳障りでなくなる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２０】
図１は、本発明の実施形態に係るファンフィルター装置の外観を示し、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は下面図である。このファンフィルター装置１０は、樹脂成形品である上ケース１１と下ケース１２を有する。上ケース１１の上面の長手方向一側部に空気取り入れ口１３が３箇所設けられている。また、下ケース１２の底面に吐き出し口（吹き出し面）１４が設けられている。吐き出し口１４は、平面視において、空気取り入れ口１３が設けられている長手方向一側部の反対側から中央部にかけて形成されている。
【００２１】
空気取り入れ口１３は、上ケース１１に形成された複数のスリット開口が並んだ構造と、その内側に貼り付けられたナイロンメッシュ（図示せず）により、第１プレフィルターを構成している。空気取り入れ口１３の第１プレフィルターによって、髪の毛や綿埃のような大きい塵埃がファンフィルター装置の内部に入るのが阻止され、これによりファンの故障の可能性が低減する。
【００２２】
図２は、本発明の実施形態に係るファンフィルター装置の内部構造図であり、（ａ）は平面視、（ｂ）は側面視の内部構造の概略を示している。ファンフィルター装置１０の略直方体の内部空間は垂直方向の隔壁２６によってフィルター空間２５とファン空間２７とに仕切られている。フィルター空間２５にはＨＥＰＡフィルター１８及び第２プレフィルター１９が配置され、ファン空間２７には２組のシロッコファン（遠心式ファンの一種）１６とそれを回転駆動する電動モータ１７が所定距離を隔てて並置されている。
【００２３】
また、隔壁２６の２箇所に略長方形の開口部２６ａが形成され、各シロッコファン１６のハウジング１６ａの出口部（ハウジング出口部１６ｃ）と対応する開口部２６ａとを接続する連結ダクト２４がそれぞれ設けられている。なお、２つの連結ダクト２４で２組のハウジング出口部１６ｃと開口部２６ａとを個別に接続する代わりに、隔壁２６に開口部を１つだけ設け、その開口部と２つのハウジング出口部１６ｃとを二股状に分岐する１つの連結ダクトを用いて接続する構造としてもよい。
【００２４】
各シロッコファン１６からの空気は、図２（ａ）及び（ｂ）に矢印で示すように、それぞれの連結ダクト２４及び開口部２６ａを通ってフィルター空間２５のうちのＨＥＰＡフィルター１８及び第２プレフィルター１９の上面側空間（フィルター上部空間２５ａ）に送り出される。各連結ダクト２４の内壁には風速センサ２８がそれぞれ取り付けられている。風速センサ２８は後述するように、各シロッコファン１６から送り出される空気の風速を検出するためのセンサであり、シロッコファン１６のハウジング出口部１６ｃの内壁に設けてもよい。
【００２５】
図３は、ＨＥＰＡフィルター１８の構造を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面から見た断面図である。ＨＥＰＡフィルター１８は、空気を清浄化するための主フィルターであり、ガラス繊維不織布を折り畳んで多数の襞を形成したフィルター本体２２をアルミニウム枠２１に装着した構造を有する。多数の襞を形成することにより、フィルター本体２２の濾過作用を奏する表面積を増やしている。
【００２６】
また、第２プレフィルター１９は不織布で構成され、ＨＥＰＡフィルター１８の上面（上流側）に装着されている。第２プレフィルター１９は、カビの胞子や花粉等の数ミクロンの埃の通過を阻止することができる。第２プレフィルター１９は不織布を所定寸法にカットしたものであり、ＨＥＰＡフィルター１８に比べて非常に安価である。目詰まりが生ずれば新しいものに取り替えることができる。あるいは、取り外して水洗又は掃除機での吸引等により容易にその濾過作用を回復させることができる。これにより、高価なＨＥＰＡフィルター１８の寿命を延ばすことができる。
【００２７】
図１及び図２からわかるように、上ケース１１の空気取り入れ口（第１プレフィルター）１３は、平面視で２個のシロッコファン１６の間と両外側の３箇所に位置するように形成されている。空気取り入れ口（第１プレフィルター）１３を通して外部から取り入れられた空気は、図２（ａ）に矢印線で示すように、それぞれのシロッコファン１６の両側からシロッコファン１６のハウジング１６ａに入り、ハウジング出口部１６ｃから連結ダクト２４を通ってフィルター上部空間２５ａに導かれる。
【００２８】
図４は、シロッコファン１６のハウジング出口部１６ｃ側からみたシロッコファン１６及び電動モータ１７を示す図である。シロッコファン１６は、略円筒形のハウジング１６ａとその中で回転する羽根車１６ｂを備え、羽根車１６ｂの回転軸は電動モータ１７の回転軸１７ａに接続されている。ハウジング１６ａには、長方形のハウジング出口部１６ｃが形成されている。矢印線で示すように、ハウジング１６ａの左右両側面の空気取り入れ口から空気が取り込まれ、ハウジング出口部１６ｃから（紙面に垂直に手前方向へ）空気が吐き出される。
【００２９】
各シロッコファン１６によって正の圧力を与えられた状態でフィルター上部空間２５ａに供給された空気は、第２プレフィルター１９及びＨＥＰＡフィルター１８を上面側から下面側へ通過して清浄化され、下ケース１２の底面の吐き出し口１４から外部へ送り出される。このとき、本実施形態のファンフィルター装置１０はＨＥＰＡフィルター１８の上部に空気の流れを妨げる電動モータ等が配置されていないので、ＨＥＰＡフィルター１８の全面に空気が送り込まれ、効率的に空気の清浄化が行われる。
【００３０】
しかし、ＨＥＰＡフィルター１８の横に設けられたファン空間２７からＨＥＰＡフィルター１８の上部空間２５ａへ空気が送り込まれるので、フィルター上部空間２５ａにおける圧力分布が不均一になる傾向がある。つまり、ファン空間２７に近い側に比べてファン空間２７から遠い側の圧力が低くなる現象が発生する。特に、大きい風量を得るためにＨＥＰＡフィルター１８の面積を大きくした大型のファンフィルター装置において、上記の傾向が強くなる。
【００３１】
そこで、図２（ｂ）に示すように、フィルター上部空間２５ａの天井面、すなわち上ケース１１の上面に、ファン空間２７から遠くなるほど低くなるような傾斜部１１ａを設け、これによってフィルター上部空間２５ａにおける空気の流路断面積がファン空間２７から遠ざかるほど小さくなるように構成している。こうすることにより、ファン空間２７に近い側に比べてファン空間２７から遠い側の圧力が低くなる現象が抑制される。
【００３２】
また、図２（ａ）及び（ｂ）に示すような旋回流防止用垂直整流板５０が設けられている。旋回流防止用垂直整流板５０は、２つのシロッコファン１６から連結ダクト２４及び開口部２６ａを通ってフィルター上部空間２５ａに送り出された２つの空気流の相互作用によって旋回流が発生することを防止する働きを有する。旋回流防止用垂直整流板５０は、２個の開口部２６ａの近傍から下流側へ先窄まりとなるように平面視で略Ｖ字状に配置されている。旋回流防止用垂直整流板５０は、樹脂成形によって上ケース１１の天井面（内側）に一体に形成することができる。もちろん、上ケース１１と別の部材で旋回流防止用垂直整流板５０を作製してもよいし、樹脂以外の材料（例えば板金）で旋回流防止用垂直整流板５０を作製してもよい。
【００３３】
平面視で略Ｖ字状の旋回流防止用垂直整流板５０は、図２（ａ）に示すように、その中心線ＣＬ１が２個の開口部２６ａの中心線に一致するように設けられている。つまり、旋回流防止用垂直整流板５０の中心線ＣＬ１は隔壁２６の中心線（フィルタ空間２５の中心線）ＣＬからずれており、そのずれ方向及びずれ量は２個の開口部２６ａのずれ方向及びずれ量に一致している。なお、２個の開口部２６ａが隔壁２６の中央（中心線ＣＬ）に対して対称位置に振分配置されておらず、図２（ａ）に示すように上側にずれた位置に配置されているのは次の理由による。つまり、各シロッコファン１６の下側に電動モータ１７が取り付けられており、２台のシロッコファン１６及び電動モータ１７を限られたファン空間２７に収容するためにそのような配置となっている。
【００３４】
旋回流防止用垂直整流板５０は、２個の開口部２６ａからフィルター上部空間２５ａに吐き出される空気流をそれぞれ水平方向（図２では上下方向）に分割することにより、２個の開口部２６ａから吐き出される空気流の相互作用による旋回流を防止する。また、平面視で略Ｖ字状に配置されている旋回流防止用垂直整流板５０の内側領域ＩＡにおける空気の圧力が高くなる。このような旋回流防止用垂直整流板５０が無い場合はフィルター上部空間２５ａの中央部で圧力が低下する傾向があるが、旋回流防止用垂直整流板５０の働きによってその傾向が解消され、フィルター上部空間２５ａの全体にわたって均一な圧力分布が得られ易くなる。
【００３５】
次に、ファンフィルター装置１０に内蔵されるモータと制御回路を含む電子回路について説明する。前述のような構造のＨＥＰＡフィルター１８は、長時間使用すれば埃による目詰まりが発生する。使用環境によって異なるが、所定時間が経過すればＨＥＰＡフィルター１８を新しいものに交換する必要がある。ＨＥＰＡフィルター１８を交換するまでの間は、目詰まりが徐々に進行し、ＨＥＰＡフィルター１８の圧力損失が徐々に増加することになる。圧力損失が増加すれば、吐き出し口１４から送り出される空気の風量が低下する。
【００３６】
上記のような使用時間の経過に伴う風量の低下を補償するために、本実施形態のファンフィルター装置１０は、前述の風速センサ２８の出力に基づいて電動モータ１７（すなわちシロッコファン１６の送風量）のフィードバック制御を行う電子回路を備えている。また、この電子回路は、２台のシロッコファン１６の回転数が一致するように、又は所定値だけ異なるように２台の電動モータ１７を制御することによってうなり音の発生を抑える。
【００３７】
各連結ダクト２４の内壁に設けられた風速センサ２８は、トランジスタのベースエミッタ間電圧が温度によって変化することを利用して風速を検出する。つまり、風速センサ２８が晒されている空気流の風速が速くなるほどトランジスタの冷却効果が高くなるので、ベースエミッタ間電圧を風速センサ２８のセンサ出力として検出すれば、風速がわかることになる。トランジスタに代えて電熱素子を用い、その抵抗値の変化をセンサ出力とする風速センサを使用してもよい。
【００３８】
風速センサ２８が取り付けられた連結ダクト２４（又はハウジング出口部１６ｃ）の流路断面積は既知であるから、風速がわかれば風量が計算できる。特に、本実施形態の構造では、流路断面積が小さい連結ダクト２４に風速センサ２８を取り付けているので、比較的速い風速を正確に検出することができる。
【００３９】
図５は、本発明の実施形態（第１の実施例）において、風速センサ２８の出力に基づいて電動モータ１７のフィードバック制御を行う電子回路の基本ブロック図である。各連結ダクト２４の内壁に設けられた２つの風速センサ２８の出力信号が加算回路３６によって加算される。２つのシロッコファン１６及び連結ダクト２４は同一寸法であり、２つのシロッコファン１６による風量の総和に相当する値が加算回路３６から出力されることになる。
【００４０】
加算回路３６から出力された総風量に相当する値は、比較器３７で風量設定値と比較され、その比較結果に基づいて回転数設定部３８が電動モータ１７（シロッコファン１６）の回転数設定値を設定する。この回転数設定値は、それぞれの電動モータ１７の駆動制御回路４０（の比較器４４）に与えられる。
【００４１】
それぞれのモータ駆動制御回路４０は、モータドライバ４１、制御回路４２、回転数検出回路４３及び比較器４４からなる。回転数検出回路４３は電動モータ１７（すなわちシロッコファン１６）の回転数を検出し、その出力（回転数検出値）は比較器４４に入力される。比較器４４は、回転数設定値と回転数検出値とを比較し、比較結果を制御回路４２に与える、制御回路４２は、回転数設定値と回転数検出値との誤差がゼロになるように、モータドライバ４１を介して電動モータ１７を制御する。
【００４２】
上記のように、２つのシロッコファン１６の電動モータ１７は、それぞれのモータ駆動制御回路４０が行うフィードバック制御によって所定の回転数（回転数設定値）に維持される。そして、その回転数設定値は、２つの風速センサ２８の検出値の総和と風量設定値との比較結果に基づいて回転数設定部３８が設定する。つまり、二重のフィードバック制御ループが構成されている。
【００４３】
このような制御によって、本実施例のファンフィルター装置１０は、２つのシロッコファン１６を同一回転数で回転させながら、風量設定値で設定される風量の清浄化空気を安定して送り出すことができる。もし、２つのシロッコファン１６の回転数にわずかの差が発生すると、回転数の差に相当する周波数のうなりが発生し、騒音の原因となる。
【００４４】
制御回路４２がＰＷＭ制御によって電動モータ１７の回転数を制御する場合は、ＰＷＭ制御に使用されるビット数（分解能）によって回転数制御の精度が左右される。例えば、８ビット（２５６ステップ）の分解能のＰＷＭ制御によって最大回転数８０００ｒｐｍのモータの回転数を制御する場合は、８０００／２５６＝３１（ｒｐｍ／ステップ）となるので、制御可能な最小回転数の単位は３１ｒｐｍということになる。この場合に、２つの電動モータ１７の回転数を正確に一致させてうなり音を抑制することは困難である。そこで、本実施形態のファンフィルター装置１０の制御回路４２は、ＰＷＭ制御のビット数（分解能）を擬似的に増やす構成を有する。
【００４５】
図６は、第１の実施例のファンフィルター装置１０におけるＰＷＭ制御による電動モータ１７の回転数制御の構成を示すブロック図である。また、図７は図６における演算器の内部構成を示すブロック図である。
【００４６】
制御回路４２は、図６に示すように、演算器５２、ＰＷＭ出力回路５３及び平均化回路５４を備えている。演算器５２は、電動モータ１７の回転数の検出値を設定値との比較結果（差）に相当する比較器４４からのディジタル値を入力して後述の演算を行う。ＰＷＭ出力回路５３は、演算器５２の演算結果にしたがってＰＷＭ出力信号（デューティ比に相当する信号）を出力し、ＰＷＭ出力信号は、平均化回路５４によって平均化された後に制御回路４２の出力としてモータドライバ４１に与えられる。
【００４７】
演算器５２は、図７に示すように、カウンタ５６、比較器（回転数の比較器４４と区別するために演算器の比較器という）５７及び加算器５８を有する。この例では、回転数の比較器４４から１６ビットのデータ（ディジタル値）が入力され、そのうちの上位８ビットは加算器５８に直接入力されるが、下位８ビットは演算器の比較器５７に入力される。また、カウンタ５６の出力が演算器の比較器５７に入力され、演算器の比較器５７は、カウンタ５６の出力（カウント値）と回転数の比較器４４から与えられた１６ビットデータの下位８ビットとを比較する。カウント値が下位８ビットより小さければ、Ｈレベル（論理１）が演算器の比較器５７から出力され、それ以外はＬレベル（論理０）が出力される。演算器の比較器５７の出力は加算器５８に与えられている。
【００４８】
したがって、カウンタ５６によって決まる１周期のうち、下位８ビットで表される値に相当する期間は上位８ビットで表される値に１を加えた値が加算器５８の出力（すなわち演算器５２の出力）であり、それ以外の期間は上位８ビットで表される値が演算器５２の出力となる。
【００４９】
具体的な例として、回転数の比較器４４から与えられた１６ビットデータのうちの上位８ビットが表す値が十進数の１２３に相当し、下位８ビットが表す値が十進数の６４に相当する場合を考える。この場合、１６ビットデータの全体を十進数で表すと、１２３＋６４／２５６＝１２３．２５となる。演算器５２のカウンタ５６には１周期に相当するデータとして十進数の２５５（１６進数のＦＦ）が設定され、１周期が２５６分割されるとする。この場合、１周期のうち、６４／２５６の期間は演算器５２から１２３＋１＝１２４が出力され、残りの期間は１２３が出力される。
【００５０】
演算器５２の出力はＰＷＭ出力回路５３によってＰＷＭ出力信号に変換され、平均化回路５４によって平均化された後にモータドライバ４１に与えられる。したがって、上記の例では、６４／２５６の期間は１２４に相当するＰＷＭ出力信号（デューティ比に相当する信号）が平均化回路５４に入力され、それ以外の期間（１９２／２５６の期間）は１２３に相当するＰＷＭ出力信号が平均化回路５４に入力される。その結果、平均化回路５４で平均化された１２３．２５（１２３＋６４／２５６）に相当するデューティ比の信号が制御回路４２からモータドライバ４１に与えられることになる。
【００５１】
このようにして、８ビットの分解能のＰＷＭ出力回路５３を用いて擬似的に１６ビットの分解能のＰＷＭ制御を行うことが可能になる。その結果、第１及び第２の電動モータ１７の回転数を一層正確に合わせることが可能になり、うなり音の発生を抑えることができる。
【００５２】
なお、上記のＰＷＭ出力回路５３の分解能（８ビット）や、回転数の比較器４４から制御回路４２に与えられるディジタル値のビット数（１６ビット）は一例として示したに過ぎない。要は、回転数の比較器４４から制御回路４２に与えられるディジタル値のビット数に比べてＰＷＭ出力回路５３のビット数が小さい場合に本発明を適用することができ、ＰＷＭ出力回路５３のビット数（分解能）を擬似的に増やす（高める）効果が得られる。
【００５３】
次に、図５における回転数検出回路４３の検出精度を高める方法について説明する。電動モータ１７の単位時間当たりの回転数（パルス数）を求める方法として、所定数のパルスの前縁（又は後縁）から前縁（又は後縁）までの時間を測定する方法と、所定時間当たりのパルス数をカウントする方法とがある。前者の方法は、検出すべき回転数（回転速度）の範囲が広い場合は測定時間が大幅に変動するので採用することが難しい。
【００５４】
本実施形態のファンフィルター装置１０の回転数検出回路４３では後者の方法を採用しているが、そのままでは、回転速度が遅いほど１回転未満の端数に相当する誤差が大きくなる。そこで、本実施形態の回転数検出回路４３は、１回転未満の端数を切り捨てないで有効とすることにより、回転数の検出精度を高めている。
【００５５】
図８は、図６における回転数検出回路４３の内部構成を示すブロック図である。回転数検出回路４３は、パルスカウント部６１、余り時間測定部６２及び演算部６３を含んでいる。回転数検出回路４３は、電動モータ１７の回転数に対応するパルス数のパルス信号を入力し所定時間内のパルス数をカウントする。余り時間測定部６２は、最後のパルスの後縁から所定時間の終了までの余り時間を測定する。演算部６３は、パルスカウント部６１の出力と余り時間測定部６２の出力に基づいて電動モータ１７の回転数に対応するパルス数を小数を含む値として算出し、出力する。
【００５６】
例えば、所定時間Ｔの間にＮ個のパルスがパルスカウント部６１によってカウントされ、最後（Ｎ番目）のパルスの後縁から所定時間Ｔの終了までの余り時間ｔが余り時間測定部６２によって測定されたとする。この場合、演算部６３は、１パルス当たりの概算時間Ｔ／Ｎを求める。そして、余り時間ｔと１パルス当たりの概算時間Ｔ／Ｎとの比ｒ＝ｔＮ／Ｔを計算すれば、余り時間ｔに相当するパルス数の小数部分が求められる。したがって、小数を含む正確なパルス数の値はＮ＋ｒということになる。
【００５７】
上記のようにして、回転数検出回路４３は、所定時間（比較的短い一定時間）で電動モータ１７の回転数（回転速度）を正確に測定することができる。その結果、第１及び第２の電動モータ１７の回転数を一層正確に合わせることが可能になり、うなり音の発生を抑えることができる。
【００５８】
次に、うなり音の発生を抑えるための電動モータ１７の回転数制御に関する他のいくつかの実施例について説明する。
【００５９】
図９は、第２の実施例に係る電動モータ１７の回転数制御の構成を示すブロック図である。図５に示した既述の構成では、回転数設定部３８で設定された回転数設定値が第１及び第２の電動モータ１７の駆動制御回路４０の比較器４４に与えられ、それぞれの電動モータ１７の回転数の検出値が回転数設定値になるようにフィードバック制御が行われる。この場合、それぞれの電動モータ１７のフィードバック制御系で±αの回転数誤差が発生し得るとすれば、第１及び第２の電動モータ１７の回転数の相対的なずれは最大２αということになる。
【００６０】
これに対して、図９に示す第２の実施例の構成では、第１の電動モータ１７（図９では上側）の比較器４４には回転数設定部３８で設定された回転数設定値が与えられるが、第２の電動モータ１７（図９では下側）の比較器４４には第１の電動モータ１７の回転数検出回路４３の出力信号が与えられている。したがって、第２の電動モータ１７は、第１の電動モータ１７の回転数検出値を基準としてフィードバック制御される。その結果、第１及び第２の電動モータ１７の回転数の相対的なずれは最大αであり、図５に示した第１の実施例の構成に比べて最大誤差は半分になる。こうして、第１及び第２の電動モータ１７の回転数をかなり正確に一致させてうなり音を低減することが図５の構成より容易になる。
【００６１】
図９の構成の変形例として、第１のファン１６の回転位置（羽根の位置）を検出する位置検出回路を設け、その出力を第１の電動モータ１７の回転数検出回路４３の出力信号の代わりに、第２の電動モータ１７の比較器４４に入力するようにしてもよい。こうすることにより、回転数だけでなく２つのファン１６の羽根の位置（位相）まで合わせることが可能となり、うなり音の低減効果が高くなる。なお、第１のファン１６の回転位置（羽根の位置）を検出する位置検出回路として、例えば位相検出可能なロータリーエンコーダを用いればよい。もちろん、位相に相当するパルス信号から回転数も判断することが可能である。
【００６２】
図１０は、第３の実施例に係る電動モータ１７の回転数制御の構成を示すブロック図である。既述の実施形態では２台の電動モータ１７（ファン１６）の回転数を正確に一致させることによってうなり音の発生を抑えるが、図１０の構成では、２台の電動モータ１７（ファン１６）の回転数を所定値だけずらすことによってうなり音が人間の耳に聞こえないようにする。
【００６３】
すなわち、図１０に示すように、第１の電動モータ１７の比較器４４には回転数設定部３８で設定された第１の回転数設定値が与えられ、第２の電動モータ１７の比較器４４には第１の回転数設定値から回転数オフセット部６４によって所定回転数だけずれた第２の回転数設定値が与えられる。したがって、第１の電動モータ１７は、第１の回転数設定値に一致するようにフィードバック制御され、第２の電動モータ１７は、第１の回転数設定値から所定回転数だけずれた第２の回転数設定値に一致するようにフィードバック制御される。
【００６４】
うなり音は２つの異なる周波数の音が重ね合わされたときにその合成音に含まれる２つの周波数の差によって生ずるが、特に２つの周波数が接近しているときに聞こえやすい。２つの周波数の差（うなりの周波数）が人間にとって少なくとも耳障りでない程度（約１０００ｒｐｍ以上：約１７Ｈｚ以上）となるようにすることが好ましい。例えば、第１の回転数設定値を６０００ｒｐｍとし、第２の回転数設定値を５０００ｒｐｍ又は７０００ｒｐｍに設定すれば、うなり音はほとんど聞こえない。
【００６５】
図１１は、第４の実施例に係る電動モータ１７の回転数制御の構成を示すブロック図である。この実施例の構成は、図５に示した第１の実施例の構成において２つの風速センサ２８のうちの１つを省略したものである。つまり、第１のファン１６からの送風路（連結ダクト２４）に設けた風速センサ２８の検出情報のみによって回転数設定値を決め、第１及び第２の電動モータ１７の回転数の検出値が共に回転数設定値になるようにフィードバック制御を行う。
【００６６】
図１２は、第５の実施例に係る電動モータ１７の回転数制御の構成を示すブロック図である。この実施例の構成では、安定時間判断部６５が追加されている。安定時間判断部６５は、ファンフィルター装置１０の運転開始後所定時間が経過するまでは比較器３７の出力信号にかかわらず、あらかじめ定めた一定回転数を回転数設定値とするように回転数設定部３８に指示する。所定時間が経過すれば、通常通り比較器３７の出力信号に基づいて回転数設定値が決められる。
【００６７】
前述のようにトランジスタの発熱と冷却によるベースエミッタ間電圧の変動を利用した風速センサ２８は、出力が安定するまでに時間がかかる。そこで、風速センサ２８の出力が安定するまでの時間を上記の所定時間として定め、安定時間判断部６５に上記のような機能を持たせることにより、運転開始直後の不安定な状態の風速センサ２８の出力に基づいて電動モータ１７の回転数制御が行われることが回避される。
【００６８】
なお、風速センサ２８の出力が安定するまでの時間を短縮するために、所定時間が経過するまでは、風速センサ２８のトランジスタに流す電流を一時的に増加させる温度調整を実行するようにしてもよい。
【００６９】
図１３は、電動モータ１７の電流検出値に基づいて電動モータ１７のフィードバック制御を行う構成を示すブロック図である。図１３では、第１の電動モータ１７の制御回路のみを示しているが、第２の電動モータ１７の制御回路についても同様の構成となる。例えば、吐き出し口が何らかの理由で塞がれた場合に、風速センサ２８の出力に基づく回転数制御だけでは電動モータ１７（ファン１６）の回転数を上げる方向の制御が行われることになる。そのまま制御を続けると、電動モータ１７に過電流が流れ、断線等の破損に至る可能性がある。
【００７０】
図１３に示す構成では、電流検出回路６６が電動モータ１７に流れる電流をモニターし、電流が所定値以上になれば風速センサ２８の出力に基づくフィードバック制御から電流検出値に基づくフィードバック制御に切り換えられる。すなわち、電流検出回路６６の出力である電流検出値と電流設定値とが比較器６７に入力され、その比較結果にしたがって制御回路４２がモータドライバ４１を制御する。
【００７１】
また、電流検出回路６６は、電流検出値があらかじめ定めた過電流設定値を超えた場合は、エラー報知部６８に対して過電流検出信号を出力する。エラー報知部６８は過電流検出信号を受け取ると、ブザー鳴動や表示等の手段によってエラー発生（電動モータ１７の故障）をユーザに報知する。
【００７２】
図１４は、２台の電動モータ１７の電流検出値の差に基づいてフィルターの目詰まり状態を判断する構成を示すブロック図である。前述のように、ＨＥＰＡフィルター１８は使用期間の経過に伴って目詰まりが徐々に進行する。目詰まり状態がフィルター交換を要する程度に達すると、ＨＥＰＡフィルター１８の交換をユーザに促す報知を行う必要がある。そのために、ＨＥＰＡフィルター１８の目詰まり状態を検出する方法として、ＨＥＰＡフィルター１８の入り口側と出口側との気圧差を差圧計によって検出する方法がある。
【００７３】
図１４に示す構成では、コスト上昇の要因となる差圧計を使用しないで、電動モータ１７の電流検出値の差に基づいてフィルターの目詰まり状態を判断することができる。すなわち、ＨＥＰＡフィルター１８の目詰まり状態がフィルター交換を要する程度に達すると、第１及び第２のファン１６に加わる圧力が不均衡になり、第１及び第２の電動モータ１７の仕事量に差が発生する。このとき、第１及び第２の電流検出回路６６が検出する第１及び第２の電動モータ１７の電流に差が発生するので、この差を比較器７０が検出し、エラー報知部６８に対してフィルター目詰まり信号を与える。エラー報知部６８はフィルター目詰まり信号を受け取ると、ブザー鳴動や表示等の手段によってフィルター交換が必要なことをユーザに報知する。
【００７４】
図１５は、差圧計を使用しないでフィルターの目詰まり状態を判断する別の構成を示すブロック図である。この構成では、風速センサ２８の検出値と風量設定値との比較結果によって決まる回転数設定値をあらかじめ定めた異常回転数設定値と比較する。比較器７１がこの比較を行い、回転数設定値が異常回転数設定値より高くなればＨＥＰＡフィルター１８の目詰まり状態がフィルター交換を要する程度に達したと判断し、エラー報知部６８に対してフィルター目詰まり信号を与える。エラー報知部６８はフィルター目詰まり信号を受け取ると、ブザー鳴動や表示等の手段によってフィルター交換が必要なことをユーザに報知する。
【００７５】
以上、本発明の実施形態をいくつかの実施例及び変形例と共に説明したが、本発明は上記の実施形態に限らず、種々の形態で実施することができる。図示した形状及び構造、そして各部材の材質の記述は一例に過ぎず、必要に応じて変更可能である。例えば、シロッコファンに代えて、他の遠心式ファン（ターボファン等）を使用してもよい。
【００７６】
また、本実施形態のファンフィルター装置では２台の遠心式ファン（及び電動モータ）を並置したが、更に大型のファンフィルター装置を実現するために３台以上のシロッコファン及び電動モータを所定間隔で並置するようにしてもよい。
【００７７】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明のファンフィルター装置によれば、複数（特に２台）のファンを用いたファンフィルター装置において、うなり音の発生を効果的に抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るファンフィルター装置の外観を示す図である。
【図２】本発明の実施形態に係るファンフィルター装置の内部構造図である。
【図３】ＨＥＰＡフィルターの構造を示す図である。
【図４】シロッコファンのハウジング出口部側からみたシロッコファン及び電動モータを示す図である。
【図５】第１の実施例において、風速センサの出力に基づいて電動モータのフィードバック制御を行う電子回路の基本ブロック図である。
【図６】第１の実施例のファンフィルター装置におけるＰＷＭ制御による電動モータの回転数制御の構成を示すブロック図である。
【図７】図６における演算器の内部構成を示すブロック図である。
【図８】図６における回転数検出回路の内部構成を示すブロック図である。
【図９】第２の実施例に係る電動モータの回転数制御の構成を示すブロック図である。
【図１０】第３の実施例に係る電動モータの回転数制御の構成を示すブロック図である。
【図１１】第４の実施例に係る電動モータの回転数制御の構成を示すブロック図である。
【図１２】第５の実施例に係る電動モータの回転数制御の構成を示すブロック図である。
【図１３】電動モータの電流検出値に基づいて電動モータのフィードバック制御を行う構成を示すブロック図である。
【図１４】２台の電動モータの電流検出値の差に基づいてフィルターの目詰まり状態を判断する構成を示すブロック図である。
【図１５】差圧計を使用しないでフィルターの目詰まり状態を判断する別の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１１  上ケース
１２  下ケース
１３  空気取り入れ口
１４  吐き出し口（吹き出し面）
１６  シロッコファン（遠心式ファン）
１７  電動モータ
１８  ＨＥＰＡフィルター
４１  モータドライバ（モータの駆動回路）
４２  制御回路
４３  回転数検出回路
４４  比較器
５２  演算器
５３  ＰＷＭ出力回路
５４  平均化回路
６１  パルスカウント部
６２  余り時間測定部
６３  演算部
【図１】
2004205095.tif 000003
【図２】
2004205095.tif 000004
【図３】
2004205095.tif 000005
【図４】
2004205095.tif 000006
【図５】
2004205095.tif 000007
【図６】
2004205095.tif 000008
【図７】
2004205095.tif 000009
【図８】
2004205095.tif 000010
【図９】
2004205095.tif 000011
【図１０】
2004205095.tif 000012
【図１１】
2004205095.tif 000013
【図１２】
2004205095.tif 000014
【図１３】
2004205095.tif 000015
【図１４】
2004205095.tif 000016
【図１５】
2004205095.tif 000017