(57)【要約】【課題】ファンモータの駆動回路の小型化とコストダウンを図ることができる燃焼機器のファン制御装置を提供する。【解決手段】上限通電指示値決定部１４は、モータ駆動回路２０に所定の通電指示値を入力したときの電流センサ２１による検出通電量を用いて求めた、通電指示値とファンモータ３１の実通電量との相関関係である実相関関係に基づいて、ファンモータ３１の通電量の制御範囲の上限値に対応した通電指示値である上限通電指示値を決定すると共に、ファンモータ３１の回転速度が高速閾値以上であるときには、ファンモータ３１の回転速度が高いほど上限通電指示値を小さくする補正を行う。通電指示値制限部１５は、通電指示値決定部１３による通電指示値の決定範囲を、上限通電指示値以下に制限する。【選択図】  図１
2013201815.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼機器に燃焼用空気を供給するファンの目標回転速度に応じて、該ファンのファンモータの通電量の指示値である通電指示値を決定する通電指示値決定部と、
前記通電指示値決定部から通電指示値が入力されているときに、該通電指示値に応じたレベルの電流を前記ファンモータに供給するモータ駆動回路と、
前記モータ駆動回路に所定の通電指示値を入力したときに、実際に前記ファンモータに流れる電流の検出結果を用いて求めた、通電指示値と前記ファンモータの実通電量との相関関係である実相関関係に基づいて、前記ファンモータの通電量の制御範囲の上限値に対応した通電指示値である上限通電指示値を決定すると共に、前記ファンモータの回転速度が所定の高速閾値以上であるときには、前記ファンモータの回転速度が高いほど減少幅を大きくして該上限通電指示値を減少させる補正を行う上限通電指示値決定部と、
前記通電指示値決定部による通電指示値の決定範囲を、前記上限通電指示値以下に制限する通電指示値制限部と
を備えたことを特徴とする燃焼機器のファン制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の燃焼機器のファン制御装置において、
所定特性の前記モータ駆動回路及び前記ファンモータを用いたモデル構成についての通電指示値とファンモータの実通電量との相関関係であるモデル相関関係のデータと、該モデル構成におけるファンモータの通電量の制御範囲の上限値に対応した通電指示値であるモデル上限通電指示値のデータとを、保持したメモリを備え、
前記上限通電指示値決定部は、前記モデル相関関係と前記実相関関係との相違度合に基づいて、前記モデル上限通電指示値を変更することにより、前記上限通電指示値を決定することを特徴とする燃焼機器のファン制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃焼機器のファン制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、燃焼機器のファンの回転速度をファンモータの通電量を調節することによって制御することが行われており、ファンモータの通電量は、ファンモータに電流を供給するモータ駆動回路に入力する通電指示値（例えば、ＰＷＭデューティ値）により設定される。そして、モータ駆動回路に通電指示値を入力したときに、実際にファンモータに流れる電流量（実通電量）は、モータ駆動回路の構成部品の固体ばらつき等により変動する。
【０００３】
そこで、モータ駆動回路に２点の通電指示値を入力したときのファンモータの実通電量を測定することにより、通電指示値と実通電量との相関関係を求め、この相関関係に基づいて通電指示値を決定するようにした燃焼機器のファン制御装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−１５３３１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したように、ファンモータの電流指示値を決定してファンモータの回転速度を制御する場合、ファンの負荷によっては、目標回転速度を得るための通電指示値が最大（ＰＷＭによる場合はデューティ１００％）になることが考えられる。そのため、電流指示値が最大になったときであっても、モータ駆動回路からファンモータに供給される電流量が、モータ駆動回路の許容出力電流の上限を超えることがないように、構成部品の固体ばらつきを考慮して、モータ駆動回路に用いる構成部品の仕様を決定する必要がある。
【０００６】
また、ファンモータの回転速度が高くなると、ファンモータのステータコイルに生じる誘起電圧が高くなって、所定電源電圧の下でファンモータに供給可能な電流量が減少するため、通電指示値に見合った実通電量が得られなくなる。そのため、高速回転域での通電量の制御を可能にするためには、モータ駆動回路の電源電圧を高くすると共に、許容出力電圧の上限が高い仕様の構成部品を用いる必要がある。
【０００７】
そして、このように、許容出力電流及び許容出力電圧の上限が高い構成部品を用いた場合、構成部品のサイズが大きくなるためにモータ駆動回路自体も大きくなって、必要な載置スペースが広くなるという不都合がある。また、モータ駆動回路の構成部品のコストは、許容出力電流及び許容出力電圧の上限が高いほど増加するのが一般的であるため、モータ駆動回路のコストが高くなるという不都合がある。
【０００８】
本発明はかかる背景に鑑みてなされたものであり、ファンモータの駆動回路の小型化とコストダウンを図ることができる燃焼機器のファン制御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】
【０００９】
本発明は上記目的を達成するためになされたものであり、本発明の燃焼機器のファン制御装置は、
燃焼機器に燃焼用空気を供給するファンの目標回転速度に応じて、該ファンのファンモータの通電量の指示値である通電指示値を決定する通電指示値決定部と、
前記通電指示値決定部から通電指示値が入力されているときに、該通電指示値に応じたレベルの電流を前記ファンモータに供給するモータ駆動回路と、
前記モータ駆動回路に所定の通電指示値を入力したときに、実際に前記ファンモータに流れる電流の検出結果を用いて求めた、通電指示値と前記ファンモータの実通電量との相関関係である実相関関係に基づいて、前記ファンモータの通電量の制御範囲の上限値に対応した通電指示値である上限通電指示値を決定すると共に、前記ファンモータの回転速度が所定の高速閾値以上であるときには、前記ファンモータの回転速度が高いほど減少幅を大きくして該上限通電指示値を減少させる補正を行う上限通電指示値決定部と、
前記通電指示値決定部による通電指示値の決定範囲を、前記上限通電指示値以下に制限する通電指示値制限部とを備えたことを特徴とする（第１発明）。
【００１０】
第１発明によれば、前記上限通電指示値決定部は、前記所定の通電指示値を前記モータ駆動回路に入力したときに、実際に前記ファンモータに流れる電流の検出結果を用いて求めた前記実相関関係に基づいて、前記ファンモータの通電量の制御範囲の上限値に対応する前記上限通電指示値を決定する。また、前記上限通電指示値決定部は、前記ファンモータの回転速度が前記高速閾値以上であるときには、前記ファンモータの回転速度が高いほど減少幅を大きくして前記上限通電指示値を減少させる補正を行う。
【００１１】
そして、前記通電指示値により、前記通電指示値決定部による通電指示値の決定範囲を前記上限指示値以下に制限することによって、前記モータ駆動回路から前記ファンモータに供給される電流を前記制御範囲の上限値以下に確実に抑えることができる。そのため、前記ファンモータの負荷が過大となった場合等に、前記通電指示値により決定される最大の通電値が前記ファンモータ駆動回路に入力されることを想定して、前記モータ駆動回路の出力仕様を決定する必要がない。
【００１２】
また、前記ファンモータの回転速度が高くなって前記ファンモータの誘起電圧が増加した場合であっても、前記ファンモータに供給可能な電流を高く維持するために、前記モータ駆動回路の出力電圧を高くする必要がない。
【００１３】
そのため、前記モータ駆動回路の構成部品として、前記通電量の制御範囲の上限値までの出力が可能なものを用いればよく、これにより、前記モータ駆動回路の小型化と低コスト化を図ることができる。
【００１４】
また、第１発明において、
所定特性の前記モータ駆動回路及び前記ファンモータを用いたモデル構成についての通電指示値とファンモータの実通電量との相関関係であるモデル相関関係のデータと、該モデル構成におけるファンモータの通電量の制御範囲の上限値に対応した通電指示値であるモデル上限通電指示値のデータとを、保持したメモリを備え、
前記上限通電指示値決定部は、前記モデル相関関係と前記実相関関係との相違度合に基づいて、前記モデル上限通電指示値を変更することにより、前記上限通電指示値を決定することを特徴とする（第２発明）。
【００１５】
第２発明によれば、実験やコンピュータシミュレーション等により求めた前記モデル相関関係と前記モデル上限通電指示値のデータを、前記メモリに保持しておくことにより、前記上限通電指示値決定部は、実際に使用される前記モータ駆動回路に対する前記上限通電値を容易に決定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】燃焼機器のファン制御装置の構成図。
【図２】上限通電指示値の決定処理の説明図。
【図３】上限通電指示値を、ファンモータの回転速度に応じて補正する処理の説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の実施形態について、図１〜図３を参照して説明する。
【００１８】
図１を参照して、本実施形態の燃焼機器のファン制御装置１（以下、単にファン制御装置１という）は、給湯器に搭載して使用されるものであり、給湯器のガスバーナ（図示しない）に燃焼用空気を供給するファン３０の回転速度を制御する。ファン３０は、回転羽根３３と回転羽根３３を回転駆動するファンモータ３１とを有している。
【００１９】
ファン制御装置１は、ファン制御装置１の作動を制御するマイクロコンピュータ１０、ファンモータ３１に電力供給するモータ駆動回路２０、ファンモータ３１の回転速度を検出する回転速度センサ３２、及びメモリ４０を備えている。
【００２０】
マイクロコンピュータ１０には、入水温度センサ５１による給湯器への入水温度Ｔinの検出信号と、出湯温度センサ５２による給湯器からの出湯温度Ｔoutの検出信号と、温度設定スイッチ５３により設定された目標給湯温度Ｔcmdのデータと、流量センサ５４による給湯器への入水流量Ｆsの検出信号と、回転速度センサ３２によるファンモータ３１の回転速度Ｒsの検出信号とが入力される。
【００２１】
マイクロコンピュータ１０は、メモリ４０に保持されたファン３０の制御用プログラムを実行することにより、必要燃焼量算出部１１、目標回転速度決定部１２、通電指示値決定部１３、上限通電指示値決定部１４、及び通電指示値制限部１５として機能する。
【００２２】
必要燃焼量算出部１１は、ガスバーナの燃焼中に、入水温度センサ５１により検出された入水温度Ｔin、出湯温度センサ５２により検出された出湯温度Ｔout、温度設定スイッチ５３により設定された目標給湯温度Ｔcmd、及び流量センサ５４により検出された入水流量Ｆsに基づいて、出湯温度Ｔoutを目標給湯温度Ｔcmdに一致させるためのガスバーナの必要燃焼量Ｃcmdを、所定の演算処理等により算出する。
【００２３】
目標回転速度決定部１２は、必要燃焼量算出部１１により算出された必要燃焼量Ｃcmdに対応する、ファン３０の目標回転速度Ｒcmdを、所定のデータテーブルや演算式に従って決定する。
【００２４】
通電指示値決定部１３は、ファン３０の回転速度を目標回転速度Ｒcmdに一致させるためのファンモータ３１への通電量の指示値である通電指示値Ｉcmdを、所定のデータテーブルや演算式に従って決定する。本実施形態において、通電指示値決定部１３は、通電量に応じてデューティ値（０％：最小〜１００％：最大の範囲内）を設定したＰＷＭ（（Pulse Width Modulation）信号を、通電指示値Ｉcmdとしてモータ駆動回路２０に出力する。
【００２５】
上限通電指示値決定部１４は、通電指示値決定部１３による通電指示値Ｉcmdの設定範囲の上限値である上限通電指示値Ｉcmd_maxを、後述する処理により決定する。
【００２６】
通電指示値制限部１５は、通電指示値決定部１３により決定される通電指示値Ｉcmdの範囲を、上限通電指示値決定部１４により決定された上限通電指示値Ｉcmd_max以下に制限する。
【００２７】
モータ駆動回路２０は、通電指示値決定部１３から入力した通電指示値ＩcmdのＰＭＷ信号のデューティ値により指示された通電量と、電流検出用抵抗２２により検出されるファンモータ３１に実際に流れている電流の大きさ（実通電量）Ｉfbとが一致するように、通電指示値Ｉcmdに応じたレベルの電流をファンモータ３１に出力して、ファンモータ３１の通電量を制御する。
【００２８】
次に、図２，図３を参照して、上限通電指示値決定部１４による上限通電指示値Ｉcmd_maxの決定処理について説明する。
【００２９】
図２は、モータ駆動回路２０に入力される通電指示値Ｉcmdと、実際にファンモータ３１に流れる電流の大きさ（実通電量）Ｉrとの相関関係を示したものであり、縦軸が実通電量Ｉrに設定され、横軸が通電指示値Ｉcmd（ＰＷＭデューティ値）に設定されている。
【００３０】
図２において、ｍ2は標準的な特性（本発明の所定特性に相当する）を有する構成部品を使用したモータ駆動回路２０及びファンモータ３１を想定したモデル構成での通電指示値Ｉcmdと実通電量Ｉrとの相関関係（モデル相関関係）を示しており、モデル相関関係ｍ2のデータは、予めメモリ４０に保持されている。モデル相関関係ｍ2は、実際にモデル構成を組んで通電指示値Ｉcmdを入力したときのファンモータの実通電量を測定することによって求めてもよく、また、コンピュータシミュレーション等により求めてもよい。
【００３１】
図２のｍ1，ｍ3は、モータ駆動回路２０に使用される構成部品の固体ばらつき等により、通電指示値Ｉcmdと実通電量Ｉrとの相関関係が、モデル相関関係ｍ2からずれている場合を例示したものである。ｍ1は、通電指示値Ｉcmdに対する実通電量Ｉrがモデル相関関係ｍ2よりも大きい場合であり、ｍ3は、通電指示値Ｉcmdに対する実通電量Ｉrがモデル相関関係ｍ2よりも小さい場合である。
【００３２】
通電指示値Ｉcmdと実通電量Ｉrとの相関関係（実相関関係）は、ファン制御装置１の製造時や出荷時等に電流センサ２１と計測器６０を接続することによって求める。具体的には、モータ駆動回路２０に異なる複数の通電指示値Ｉcmdを入力して、電流センサ２１によるファンモータ３１に流れる電流の大きさ（実通電量）Ｉrの検出信号を、計測器６０に入力する。
【００３３】
そして、計測器６０は、各通電指示値Ｉcmdと実通電量Ｉrの組により、通電指示値Ｉcmdと実通電量Ｉrとの相関関係（実相関関係）を求める。実相関関係が求められた後に、電流センサ２１と計測器６０は、ファン制御装置１から取り外される。また、実相関関係のデータ６５はメモリ４０に保持される。
【００３４】
なお、電流センサ２１をファン制御装置１に搭載した仕様とし、上限通電指示値決定部１４により実相関関係を求めるようにしてもよい。この場合には、上限通電指示値決定部１４から、異なる複数の通電指示値Ｉcmdをモータ駆動回路２０に入力して、電流センサ２１による実通電量（検出通電量）Ｉrの検出信号を入力する。そして、各通電指示値Ｉcmdと実通電量Ｉrの組により、通電指示値Ｉcmdと実通電量Ｉrとの実相関関係を求めて、実相関関係のデータをメモリ４０に保持すればよい。
【００３５】
ここで、図２では、ファンモータ３１の通電量の制御範囲が、モデル相関関係ｍ2を想定して０〜ａ5の範囲に設定されている。そして、上限通電指示値決定部１４により求められた実相関関係が、ｍ3のように、モデル相関関係ｍ2よりも実通電量Ｉrが減少する場合は、モデル相関関係ｍ2の制御範囲の上限値ａ5（本発明のモデル上限通電量に相当する）を得るためには、上限値ａ5に対する通電指示値Ｉcmdを増加（ＰＷＭデューティ値を増加）させる必要がある。
【００３６】
また、実相関関係が、ｍ1のように、モデル相関関係ｍ2よりも実通電量Ｉrが増加する場合に、モデル相関関係ｍ2の制御範囲の上限値ａ5以下に実通電量Ｉrを抑えるためには、上限値ａ5に対する通電指示値Ｉcmdを減少（ＰＷＭデューティ値を減少）させる必要がある。
【００３７】
そこで、上限通電指示値決定部１４は、以下の式（１）により、モデル相関関係と実相関関係の傾きの比α（本発明のモデル相関関係と実相関関係の相違度合に相当する）を算出する。以下の式（１）は、図２のモデル相関関係ｍ2と実相関関係ｍ1とについて、２点の通電指示値Ａ1，Ａ2に対する実通電量ａ1〜ａ4により、傾きの比αを算出する場合を示している。
【００３８】
【数１】
2013201815.tif 000003
【００３９】
但し、右辺の第１項（(ａ3−ａ1)／(Ａ2−Ａ1)）：モデル相関関係の傾き、右辺の第２項（(ａ4−ａ2)／(Ａ2−Ａ1)）：実相関関係の傾き。
【００４０】
そして、上限通電指示値決定部１４は、以下の式（２）により、上限通電指示値Ｉcmd_max1を算出する。
【００４１】
【数２】
2013201815.tif 000004
【００４２】
上記式（１）、式（２）により、実相関関係の傾きがモデル相関関係の傾きよりも大きいときは、上限通電指示値Ｉcmd_max1が、モデル相関関係の通電量の制御範囲の上限値ａ5に対応するＡ3よりも小さい値に設定される。
【００４３】
また、実相関関係の傾きがモデル相関関係ｍ2の傾きよりも小さいときには、上限通電指示値Ｉcmd_max1が、モデル相関関係ｍ2の通電量の制御範囲の上限値ａ5に対応するＡ3よりも大きな値に設定されて、通電量の制御範囲の上限がモデル構成の上限値に近づけることができる。
【００４４】
次に、上限通電指示値決定部１４は、図３に示したように、目標回転速度Ｒcmdに応じて、上記式（２）により算出した上限通電指示値Ｉcmd_max1を減少させる補正を行う。
【００４５】
図３は、縦軸を上限通電指示値Ｉcmd_maxに設定し、横軸を目標回転速度Ｒcmdに設定したものであり、上限通電指示値決定部１４は、以下の式（３）により、目標回転速度が高速閾値Ｒc1以上であるときに、上記式（２）で算出した上限通電指示値Ｉcmd_max1を減少させる補正を行う。
【００４６】
【数３】
2013201815.tif 000005
【００４７】
但し、β：実験やコンピュータシミュレーション等により決定した上限通電指示値Ｉcmd_maxの減少させる傾き。
【００４８】
上限通電指示値決定部１４は、目標回転速度Ｒcmdが高速閾値Ｒc1よりも低い範囲（Ｒcmd＜Ｒc1）では、上記式（２）で算出したＩcmd_max1を上限通電指示値Ｉcmd_maxとする。また、上限通電指示値決定部１４は、目標回転速度Ｒcmdが高速閾値Ｒc1以上である範囲（Ｒc1≦Ｒcmd）では、Ｉcmd_max1を傾きβで減少させて上限通電指示値Ｉcmd_maxを決定する。
【００４９】
このように、ファンモータ３１の目標回転速度Ｒcmdが高速閾値Ｒc1以上になったときに、目標回転速度Ｒcmdが高くなるほど減少幅を大きくして上限通電指示値Ｉcmd_maxを減少させることにより、ファンモータ３１の誘起電圧の増大によってファンモータ３１に供給可能な電流量が減少したときに、ファンモータ３１の通電量の制御範囲の上限値を減少させて、ファンモータ３１の通電量の制御範囲を、電流の供給が可能な範囲に制限することができる。
【００５０】
なお、本実施形態においては、上記式（１），式（２）により、モデル相関関係と実相関関係の傾きの比によって、上限通電指示値Ｉcmd_max1を決定したが、他の構成により、上限通電指示値Ｉcmd_maxを決定するようにしてもよい。例えば、実相関関係において、標準的なモータ駆動回路２０を想定して予め設定した通電量の制御範囲の上限値に対応する通電指示値を、上限通電指示値Ｉcmd_max1としてもよい。
【００５１】
また、本実施形態では、本発明の燃焼機器のファン制御装置１を給湯器に適用した例を示したが、バーナに燃焼用空気を供給するファンを備えてファンの回転速度を制御する燃焼機器であれば、本発明の燃焼機器のファン制御装置１を適用して、その効果を得ることができる。
【００５２】
また、本実施形態において、上限通電指示値決定部１４は、目標回転速度決定部１２により決定される目標回転速度Ｒcmdに応じて上限通電指示値Ｉcmd_max1を補正したが、回転速度センサ３２により検出されるファンモータ３１の実回転速度Ｒsに応じて上限通電指示値Ｉcmd_max1を補正するようにしてもよい。
【００５３】
また、本実施形態においては、モータ駆動回路２０に対する通電指示値ＩcmdとしてＰＷＭデューティ値を用いた例を示したが、所定範囲のアナログ電圧等の他の仕様の通電指示値を用いてもよい。
【００５４】
また、本実施形態において、回転速度センサ３２により検出されるファンモータ３１の回転速度Ｒsと目標回転速度Ｒcmdとの差が減少するように、通電指示値決定部１３により、ファンモータ３１への通電量の指示値である通電指示値Ｉcmdを決定してもよい。
【符号の説明】
【００５５】
１…燃焼機器のファン制御装置、１０…マイクロコンピュータ、１１…必要燃焼量算出部、１２…目標回転速度決定部、１３…通電指示値決定部、１４…上限通電指示値決定部、１５…通電指示値制限部、２０…モータ駆動回路、２１…電流センサ、３０…ファン、３１…ファンモータ、３２…回転速度センサ、４０…メモリ。
【図１】
2013201815.tif 000006
【図２】
2013201815.tif 000007
【図３】
2013201815.tif 000008