(57)【要約】【課題】  電源回路の大型化を抑制しつつ直流電動機の起動を適切に行うことができる直流電動機の駆動制御装置およびこれを備えた燃焼装置を提供する。【解決手段】  電源回路からの直流電圧を変圧して直流電動機を駆動する直流の駆動電圧を出力する駆動回路と、制御部と、を備え、駆動回路は、駆動電圧の目標値を、所定の第１目標電圧値と第１目標電圧値よりも低い所定の第２目標電圧値との間で切り替える目標電圧切替回路を含み、制御部は、直流電動機の回転開始時において、駆動電圧の目標値を、第２目標電圧値に設定し、直流電動機の定常運転時において、駆動電圧の目標値を、第１目標電圧値に設定することで、前記駆動電圧を切り替える制御を行う。【選択図】  図１
2017175743.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源回路からの直流電圧を変圧して直流電動機を駆動する直流の駆動電圧を出力する駆動回路と、
制御部と、を備え、
前記駆動回路は、前記駆動電圧の目標値を、所定の第１目標電圧値と前記第１目標電圧値よりも低い所定の第２目標電圧値との間で切り替える目標電圧切替回路を含み、
前記制御部は、前記直流電動機の回転開始時において、前記駆動電圧の目標値を、前記第２目標電圧値に設定し、前記直流電動機の定常運転時において、前記駆動電圧の目標値を、前記第１目標電圧値に設定することで、前記駆動電圧を切り替える制御を行う、直流電動機の駆動制御装置。
【請求項２】
前記直流電動機の回転数を検出し、前記回転数を前記制御部に伝える回転数検出器を備え、
前記制御部は、前記直流電動機の回転開始後、前記回転数が所定の目標回転数に達した場合、前記駆動電圧の目標値を、前記第２目標電圧値から前記第１目標電圧値に切り替える、請求項１に記載の直流電動機の駆動制御装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記直流電動機の回転開始指令を受け付けた場合に、前記駆動電圧の目標値を、前記第２目標電圧値に設定する、請求項１または２に記載の直流電動機の駆動制御装置。
【請求項４】
前記駆動回路は、
入力電圧を所定の電圧に変圧して前記駆動電圧として出力する変圧部と、
前記変圧部の出力部に並列に接続された抵抗回路を有し、前記駆動電圧を設定するための抵抗分圧比を前記抵抗回路によって定める抵抗分圧部と、を備え、
前記目標電圧切替回路は、前記駆動電圧の目標値の切り替えを行うために、前記抵抗分圧部における前記抵抗分圧比を変更可能に構成される、請求項１から３の何れかに記載の直流電動機の駆動制御装置。
【請求項５】
請求項１から４の何れかに記載の直流電動機の駆動制御装置と、
前記直流電動機と、
燃焼室と、
前記燃焼室内において点火する燃焼部と、
前記直流電動機の回転により前記燃焼室内に空気を送るファンと、を備え、
前記制御部は、前記燃焼部の点火前に前記直流電動機の回転を開始させる、燃焼装置。
【請求項６】
前記直流電動機の回転数を検出し、前記回転数を前記制御部に伝える回転数検出器を備え、
前記制御部は、前記回転数が所定の目標回転数に達した場合、前記駆動電圧の目標値を、前記第２目標電圧値から前記第１目標電圧値に切り替え、前記燃焼部に点火動作を開始させる、請求項５に記載の燃焼装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直流電動機の駆動制御装置およびそれを備えた燃焼装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスファンヒータ等の燃焼装置には、送風用のファンを回転駆動させるための直流電動機が設けられている。このような直流電動機は、回転停止状態から回転状態に移行する（起動させる）際に最もトルクが必要とされる。このため、直流電動機を起動させる際の消費電力が定常運転時に比べて大きくなる。起動時の消費電力が定常運転時より大きくなるのを許容するためには、直流電動機に駆動電力を供給するスイッチング電源回路等の電源回路において定常運転時に必要となる電力より大きい電力が出力できるように構成する必要があり、電源回路が大型化する。消費電力が大きくなるのは起動時におけるほんのわずかな時間（長くても数秒程度）なので、このわずかな時間のために電源回路を大型化するのは効率的ではない。
【０００３】
これに対して、直流電動機の起動時における電流を定常運転時に比べて低く抑える態様が提案されている（例えば特許文献１等）。この場合、電源回路から出力される電力は低く抑えられるため、直流電動機の起動のためだけに電源回路の大型化することを抑制することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４１３１５８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、直流電動機の駆動時における電流を低減すると、直流電動機が回転停止状態から所定の回転数に達するまでの時間が長くなる。例えば、ガスファンヒータ等の燃焼装置においては、ユーザが起動スイッチを押下操作した後、直流電動機が停止状態から回転状態に移行した上で点火動作が行われるが、起動スイッチの押下操作から当該点火動作により燃焼装置が点火するまでの時間が短いことが要求されている。したがって、特に燃焼装置においては、直流電動機が回転停止状態から所定の回転数に達するまでの時間が長くなることは好ましくない。
【０００６】
本発明は、以上のような課題を解決すべくなされたものであり、電源回路の大型化を抑制しつつ直流電動機の起動を適切に行うことができる直流電動機の駆動制御装置およびこれを備えた燃焼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】
【０００７】
本発明の一態様に係る直流電動機の駆動制御装置は、電源回路からの直流電圧を変圧して直流電動機を駆動する直流の駆動電圧を出力する駆動回路と、制御部と、を備え、前記駆動回路は、前記駆動電圧の目標値を所定の第１目標電圧値と前記第１目標電圧値よりも低い所定の第２目標電圧値との間で切り替える目標電圧切替回路を含み、前記制御部は、前記直流電動機の回転開始時において、前記駆動電圧の目標値を、前記第２目標電圧値に設定し、前記直流電動機の定常運転時において、前記駆動電圧の目標値を、前記第１目標電圧値に設定することで、前記駆動電圧を切り替える制御を行うよう構成される。
【０００８】
上記構成によれば、直流電動機の回転開始時において、当該直流電動機の駆動電圧の目標値が定常運転時における第１目標電圧値よりも低い第２目標電圧値に設定される。直流電動機の回転に必要なトルクは、電流値に依存し、電圧値に依存しないので、定常運転時より低い第２目標電圧値であっても直流電動機の回転動作を開始することができる。このように、直流電動機の回転開始時における電圧が定常運転時における第１目標電圧値よりも低い第２目標電圧値に設定されることにより、直流電動機を起動させるのに必要な電力を、直流電動機に流れる電流を低減させることなく第１目標電圧値で起動する場合に比べて低減させることができる。したがって、スイッチング電源回路を直流電動機の起動時のためだけに大型化することを抑制することができる。しかも、直流電動機に流れる電流を低減する必要がないため、直流電動機が回転停止状態から所定の回転数に達するまでの時間が長くなるのを防止することができ、直流電動機の起動を適切に行うことができる。
【０００９】
前記駆動制御装置は、前記直流電動機の回転数を検出し、前記回転数を前記制御部に伝える回転数検出器を備え、前記制御部は、前記直流電動機の回転開始後、前記回転数が所定の目標回転数に達した場合、前記駆動電圧の目標値を、前記第２目標電圧値から前記第１目標電圧値に切り替えてもよい。これによれば、直流電動機の回転数が所定の目標回転数に達した場合に、直流電動機の駆動電圧の目標値が第２目標電圧値より高い第１目標電圧値に切り替えられる。直流電動機の回転開始後は、回転に要するトルク（または電力）は回転開始時より低くなる。このため、直流電動機の回転数が所定の目標回転数に達した場合に直流電動機の駆動電圧をより高い第１目標電圧値に切り替えることで、直流電動機の回転駆動に要する電力を回転開始時より増やすことなく定常運転時に必要な回転数に上昇させることができる。
【００１０】
前記制御部は、前記直流電動機の回転開始指令を受け付けた場合に、前記駆動電圧の目標値を、前記第２目標電圧値に設定してもよい。これにより、直流電動機の回転開始時における駆動電圧の目標値を第１目標電圧値より低い第２目標電圧値に確実に設定することができる。
【００１１】
前記駆動回路は、入力電圧を所定の電圧に変圧して前記駆動電圧として出力する変圧部と、前記変圧部の出力部に並列に接続された抵抗回路を有し、前記駆動電圧を設定するための抵抗分圧比を前記抵抗回路によって定める抵抗分圧部と、を備え、前記目標電圧切替回路は、前記駆動電圧の目標値の切り替えを行うために、前記抵抗分圧部における前記抵抗分圧比を変更可能に構成されてもよい。これにより、簡単な構成で、直流電動機に流れる電流の値を低減させることなく、駆動電圧の目標値を適切に変更することができる。
【００１２】
本発明の他の態様に係る燃焼装置は、上記構成の直流電動機の駆動制御装置と、前記直流電動機と、燃焼室と、前記燃焼室内において点火する燃焼部と、前記直流電動機の回転により前記燃焼室内に空気を送るファンと、を備え、前記制御部は、前記燃焼部の点火前に前記直流電動機の回転を開始させるものである。上述したように、本構成によれば、直流電動機に流れる電流を低減する必要がないため、直流電動機が回転停止状態から所定の回転数に達するまでの時間が長くなるのを防止することができ、電源回路を大型化することなく、直流電動機の起動を適切に行うことができる。このため、燃焼室内において点火を行う前に、ファンを所定の回転数まで回転させても、燃焼装置の停止状態から点火までの時間を短くすることができる。
【００１３】
前記燃焼装置は、前記直流電動機の回転数を検出し、前記回転数を前記制御部に伝える回転数検出器を備え、前記制御部は、前記回転数が所定の目標回転数に達した場合、前記駆動電圧の目標値を、前記第２目標電圧値から前記第１目標電圧値に切り替え、前記燃焼部に点火動作を開始させてもよい。この場合、直流電動機の回転数が、駆動電圧の目標値を第１目標電圧値としたときの目標回転数に到達したことを点火動作の契機とすることにより、直流電動機の回転数が定常運転時の回転数に到達する前において、点火動作を開始することができる。したがって、燃焼装置の停止状態から点火までの時間を短くすることができる。
【発明の効果】
【００１４】
一態様によれば、電源回路の大型化を抑制しつつ直流電動機の起動を適切に行うことができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は本発明の一実施の形態に係る直流電動機の駆動制御装置の概略構成を示す回路図である。
【図２】図２は図１に示す駆動回路の構成例を示す概略回路図である。
【図３】図３は本実施の形態における直流電動機の駆動制御装置が適用される燃焼装置の一例を示す作動原理図である。
【図４】図４は本実施の形態における燃焼装置のプリパージ動作の流れを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、以下では全ての図を通じて同一又は相当する要素には同一の参照符号を付して、その重複する説明を省略する。
【００１７】
図１は本発明の一実施の形態に係る直流電動機の駆動制御装置が適用された直流電動機の駆動制御装置の概略構成を示す回路図である。図１に示すように、本実施の形態における駆動制御装置１０は、交流電源１から入力される交流電源を所定の直流電圧に変換し、変換された直流電圧を駆動電圧Ｖｆとして直流電動機２０を回転駆動させるよう構成されている。駆動制御装置１０は、交流電源１から入力される交流電流を整流する整流平滑回路２を備えている。交流電源１は電源が投入される（オフ状態からオン状態に切り替えられる）ことにより、商用電源からの交流電力（交流電圧１００Ｖ）を出力する。整流平滑回路２は、交流電源１から交流電流が入力される交流入力部３１と、交流入力部３１から入力される交流電流を整流して出力する直流出力部３２とを有するブリッジダイオード３と、ブリッジダイオード３の直流出力部３２の両端に接続される平滑コンデンサ４とを備えている。このように、駆動制御装置１０は、交流電源１から所定の出力電圧を出力する整流平滑回路２を有するコンデンサインプット型の電源装置として構成されている。ブリッジダイオード３は、１パッケージの部品であってもよいし、４つの個別のダイオードが組み合わせられて構成されたものであってもよい。
【００１８】
平滑コンデンサ４の両端部には、平滑コンデンサ４により出力される直流の主電源電圧Ｖａを別の第１電源電圧Ｖｂに変換する電源回路５の入力部が接続される。例えば電源回路５はトランス（図示せず）を用いた絶縁型のスイッチング電源として構成され、主電源電圧Ｖａ（例えば１４１Ｖ）を当該主電源電圧Ｖａより低い第１電源電圧Ｖｂ（例えば２７Ｖ）に降圧する。電源回路５の第１出力部５ａには、電源回路５により変換された第１電源電圧Ｖｂが印加される第１電源出力コンデンサ６が接続されている。電源回路５の第１出力部５ａは、電源回路５に用いられるトランス（図示せず）の二次側の巻線に接続されている。
【００１９】
第１電源出力コンデンサ６の両端部には、直流電動機２０を駆動する直流の駆動電圧Ｖｆを出力する駆動回路７の入力部が接続される。例えば駆動回路７はスイッチングレギュレータ等のＤＣ−ＤＣコンバータとして構成され、入力部に入力される第１電源電圧Ｖｂを当該第１電源電圧Ｖｂより低い駆動電圧Ｖｆ（例えば１６．５Ｖ）に降圧する。駆動回路７の出力部には、駆動回路７により変換された駆動電圧Ｖｆが印加される駆動電圧出力コンデンサ８が接続されている。駆動電圧出力コンデンサ８の両端部には、直流電動機２０が接続される。直流電動機２０は、駆動電圧出力コンデンサ８に印加された駆動電圧Ｖｆによって回転駆動する。なお、駆動電圧Ｖｆは、後述する燃焼装置１００の圧力比例弁１１２の駆動にも用いられる。
【００２０】
駆動回路７は、駆動電圧Ｖｆの目標値を、所定の第１目標電圧値Ｖｔ１と第１目標電圧値Ｖｔ１よりも低い所定の第２目標電圧値Ｖｔ２との間で切り替える目標電圧切替回路１１を備えている。駆動回路７は、出力される駆動電圧Ｖｆが目標電圧切替回路１１により設定される駆動電圧Ｖｆの目標値（第１目標電圧値Ｖｔ１または第２目標電圧値Ｖｔ２）となるように構成されている。直流電動機２０に流れる電流は、駆動電圧Ｖｆと、直流電動機２０の回転によって生じる逆起電力と、直流電動機２０のインピーダンスとに応じて定められる。直流電動機２０が停止状態から回転を開始する際には、駆動電圧Ｖｆの目標値に拘わらず、直流電動機２０に生じる逆起電力が小さいため、直流電動機２０には、直流電動機２０に内蔵される過電流保護回路（図示せず）によって設定される上限電流に近い電流が流れ得る。目標電圧切替回路１１を含む駆動回路７の具体的な構成例については後述する。
【００２１】
駆動制御装置１０は、駆動電圧Ｖｆを切り替える制御を行う制御部９を有している。制御部９は、例えばマイクロコントローラ等により構成される。制御部９は、電源回路５の出力として得られる第２電源電圧Ｖｃに基づいた制御部用電圧Ｖｄによって電力供給され、動作する。本実施の形態において、電源回路５は、第１電源電圧Ｖｂを出力する第１出力部５ａとは並列に第１電源電圧Ｖｂとは異なる第２電源電圧Ｖｃ（例えば１５Ｖ）を出力可能な第２出力部５ｂを備えている。電源回路５の第２出力部５ｂには第２電源出力コンデンサ１２が接続されている。電源回路５の第２出力部５ｂは、電源回路５に用いられるトランスの二次側の補助巻線（第１出力部５ａを構成する巻線に直列に接続される巻線）に接続されている。さらに、駆動制御装置１０は、第２電源電圧Ｖｃを降圧して制御部用電圧Ｖｄ（例えば５Ｖ）を出力する三端子レギュレータ等の変圧回路１７を備えている。なお、第２電源電圧Ｖｃは、後述する燃焼装置１００の電磁弁１１１の駆動にも用いられる。
【００２２】
制御部９は、直流電動機２０の回転開始時において、駆動電圧Ｖｆの目標値を、第２目標電圧値Ｖｔ２に設定し、直流電動機２０の定常運転時において、駆動電圧Ｖｆの目標値を、第１目標電圧値Ｖｔ１に設定するよう構成される。本実施の形態において、駆動回路７および制御部９は、直流電動機２０の駆動制御装置２１を構成する。
【００２３】
本実施の形態において、制御部９には、所定の初期設定信号Ｓａが入力される。また、制御部９は、目標電圧切替回路１１に駆動電圧Ｖｆの目標値を、第１目標電圧値Ｖｔ１または第２目標電圧値Ｖｔ２に設定するための目標電圧切替信号Ｓｂを送信可能に構成される。制御部９は、初期設定信号Ｓａを受信した場合に、駆動電圧Ｖｆの目標値を、第２目標電圧値Ｖｔ２に設定する目標電圧切替信号Ｓｂを送信する。
【００２４】
さらに、本実施の形態において、駆動制御装置１０は、直流電動機２０の回転数Ｒを検出する回転数検出器１３を備えている。回転数検出器１３は、例えばエンコーダ等により構成される。回転数検出器１３から出力される回転数検出信号Ｓｃは、制御部９に入力されるよう構成されている。制御部９は、直流電動機２０の回転開始後、回転数Ｒ（ｒｐｍ）が所定の目標回転数Ｒｏに達した場合、駆動電圧Ｖｆの目標値を、第２目標電圧値Ｖｔ２から第１目標電圧値Ｖｔ１に切り替える（再設定する）目標電圧切替信号Ｓｂを送信する。このように、本実施の形態において、駆動制御装置２１には、回転数検出器１３も含まれる。
【００２５】
上記構成によれば、直流電動機２０の回転開始時において、当該直流電動機２０の駆動電圧Ｖｆの目標値が定常運転時における第１目標電圧値Ｖｔ１よりも低い第２目標電圧値Ｖｔ２に設定される。上述したように、直流電動機２０が停止状態から回転を開始する際には、駆動電圧Ｖｆの目標値に拘わらず、直流電動機２０には、直流電動機２０や、電源回路５を破壊しない程度に抑えられた大きな電流が流れ得る。直流電動機２０の回転に必要なトルクは、電流値に依存し、電圧値に依存しないので、定常運転時より低い第２目標電圧値Ｖｔ２であっても直流電動機２０の回転動作を適切に開始することができる。このように、直流電動機２０の回転開始時における電圧が定常運転時における第１目標電圧値Ｖｔ１よりも低い第２目標電圧値Ｖｔ２に設定されることにより、直流電動機２０を起動させるのに必要な電力を、直流電動機２０に流れる電流を低減させることなく第１目標電圧値Ｖｔ１で起動する場合に比べて低減させることができる。
【００２６】
したがって、電源回路５を直流電動機２０の起動時のためだけに大型化することを抑制することができる。しかも、直流電動機２０に流れる電流を低減する必要がないため、直流電動機２０が回転停止状態から所定の目標回転数Ｒｏに達するまでの時間が長くなるのを防止することができ、直流電動機２０の起動を適切に行うことができる。
【００２７】
また、直流電動機２０の回転数Ｒが所定の目標回転数Ｒｏに達した場合に、直流電動機２０の駆動電圧Ｖｆの目標値が第２目標電圧値Ｖｔ２より高い第１目標電圧値Ｖｔ１に切り替えられる。直流電動機２０の回転開始後は、回転に要するトルク（または電力）は回転開始時より低くなる。このため、直流電動機２０の回転数Ｒが所定の目標回転数Ｒｏに達した場合に直流電動機２０の駆動電圧Ｖｆをより高い第１目標電圧値Ｖｔ１に切り替えることで、直流電動機２０の回転駆動に要する電力を回転開始時より増やすことなく定常運転時に必要な回転数に上昇させることができる。
【００２８】
制御部９は、直流電動機２０の回転開始指令を受け付けた場合に、駆動電圧Ｖｆの目標値を、第２目標電圧値Ｖｔ２に設定してもよい。すなわち、初期設定信号Ｓａは、回転開始指令に基づいて送信される信号として構成されてもよい。これにより、直流電動機２０の回転開始時において、駆動電圧Ｖｆの目標値を第１目標電圧値Ｖｔ１より低い第２目標電圧値Ｖｔ２に確実に設定することができる。これに代えて、制御部９は、直流電動機２０の回転停止指令を受け付けた場合に、駆動電圧Ｖｆの目標値を、第２目標電圧値Ｖｔ２に設定してもよい。すなわち、初期設定信号Ｓａは、回転停止指令に基づいて送信される信号として構成されてもよい。この場合、制御部９は、直流電動機２０の停止時（待機時）において、回転停止指令を保持しておくように構成される。
【００２９】
なお、制御部９は、直流電動機２０の回転停止指令を受け付けた場合、目標電圧切替信号Ｓｂとは別に直流電動機２０または駆動回路７に回転停止信号を送信してもよい。例えば、制御部９からの信号に応じて駆動回路７と駆動電圧出力コンデンサ８との間の接続または遮断を切り替えるスイッチ（図示せず）が設けられてもよい。このようなスイッチは、駆動回路７内に設けられてもよい。この場合、回転停止信号によって当該スイッチが接続状態から遮断状態に切り替えられ、回転開始指令に基づく回転開始信号によって当該スイッチが遮断状態から接続状態に切り替えられる。
【００３０】
これに代えて、直流電動機２０の回転または停止が目標電圧切替信号Ｓｂによって切り替えられるように構成されてもよい。この場合、例えば、駆動回路７は、目標電圧切替信号Ｓｂに応じて、駆動電圧Ｖｆの目標値を第１目標電圧値Ｖｔ１に設定して直流電動機２０の回転駆動を行う第１駆動状態と、駆動電圧Ｖｆの目標値を第２目標電圧値Ｖｔ２に設定して直流電動機２０の回転駆動を行う第２駆動状態と、直流電動機２０の回転を停止させる停止状態とを切り替えられるように構成されてもよい。停止状態において、駆動電圧Ｖｆの目標値は、０に設定されてもよいし、設定されない状態としてもよい。
【００３１】
以下、駆動回路７のより具体的な構成例について説明する。図２は図１に示す駆動回路の構成例を示す概略回路図である。図２に示すように、本実施の形態における駆動回路７は、入力電圧である第１電源電圧Ｖｂを所定の電圧に変圧して駆動電圧Ｖｆとして出力する変圧部１４を備えている。本実施の形態において、変圧部１４は、ＤＣ−ＤＣコンバータで構成されている。本実施の形態において、変圧部１４を構成するＤＣ−ＤＣコンバータは、スイッチングレギュレータで構成されているが、スイッチングレギュレータの代わりにリニアレギュレータを用いてもよい。
【００３２】
変圧部１４は、第１電源電圧Ｖｂからパルス電圧を生成するためのスイッチングを行うとともに変圧部１４から出力される駆動電圧Ｖｆが目標値となるようにスイッチング動作を制御する変圧制御回路１８と、変圧制御回路１８のパルス電圧の出力端子と駆動電圧出力コンデンサ８の第１端子（駆動電圧出力側端子）との間に接続されたコイル２２と、カソードが変圧制御回路１８のパルス電圧の出力端子に接続され、アノードが駆動電圧出力コンデンサ８の第２端子（グランド側端子）に接続されたダイオード２３と、を備えている。
【００３３】
変圧制御回路１８は、集積回路により構成されてもよいし、各回路素子を組み合わせたアナログ回路として構成されてもよい。変圧制御回路１８がパルス電圧を出力すると、コイル２２および駆動電圧出力コンデンサ８に電流が流れ、それぞれの素子において電気エネルギーが蓄えられる。変圧制御回路１８がパルス電圧の出力を停止すると、コイル２２および駆動電圧出力コンデンサ８に蓄えられた電気エネルギーにより、コイル２２、駆動電圧出力コンデンサ８およびダイオード２３を電流が還流する。変圧制御回路１８がこのようなスイッチング動作を繰り返すことにより、駆動電圧Ｖｆが継続的に出力される。
【００３４】
ここで、駆動電圧Ｖｆは、抵抗分圧部１６によって設定される。抵抗分圧部１６は、変圧部１４の出力部である駆動電圧出力コンデンサ８に並列に接続された抵抗回路１５を有している。本実施の形態において、抵抗回路１５は、直列に接続された３つの抵抗素子２４，２５，２６を有している。抵抗分圧部１６は、抵抗回路１５を所定の分圧比で分圧する分圧点Ｐにおける分圧電圧Ｖｐが変圧制御回路１８に入力されるように構成されている。変圧制御回路１８は、分圧電圧Ｖｐを所定の基準電圧Ｖｒｅｆと比較し、分圧電圧Ｖｐが基準電圧Ｖｒｅｆとなるように出力するパルス電圧のパルス幅を調整する。
【００３５】
抵抗回路１５の分圧比および基準電圧Ｖｒｅｆは、駆動電圧Ｖｆの目標値に基づいて予め定められる。本実施の形態において、抵抗素子２４と抵抗素子２５とによる分圧比が第１目標電圧値Ｖｔ１に関係付けられ、抵抗素子２４と、抵抗素子２５および抵抗素子２６とによる分圧比が第２目標電圧値Ｖｔ２に関係付けられている。
【００３６】
目標電圧切替回路１１は、駆動電圧Ｖｆの目標値の切り替えを行うために、抵抗分圧部１６における抵抗分圧比を変更可能に構成されている。目標電圧切替回路１１は、抵抗回路１５の一部を構成する抵抗素子２６の両端部に一対の主端子が接続されたスイッチ素子２７と、目標電圧切替信号Ｓｂに応じてスイッチ素子２７の制御端子に制御信号を入力する制御信号生成回路２８と、を備えている。
【００３７】
本実施の形態において、スイッチ素子２７は、ｎチャンネルの電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）で構成される。したがって、抵抗素子２６の両端部にソース端子およびドレイン端子が接続されている。制御信号生成回路２８は、目標電圧切替信号Ｓｂに応じてスイッチ素子２７であるＦＥＴのゲート端子にゲート電圧を印加するように構成されている。
【００３８】
駆動電圧Ｖｆの目標値を、第１目標電圧値Ｖｔ１に設定する場合、目標電圧切替信号Ｓｂによりスイッチ素子２７をオンさせる。すなわち、スイッチ素子２７のゲート端子に所定のゲート電圧を印加させるような目標電圧切替信号Ｓｂが制御部９から送信される。目標電圧切替信号Ｓｂによりスイッチ素子２７がオンしている場合（ゲート電圧が印加され、ソース端子およびドレイン端子間に電流が流れている場合）、抵抗回路１５のうち分圧点Ｐにおける分圧比を構成する抵抗素子は、抵抗素子２４および抵抗素子２５となる。このときの駆動電圧Ｖｆの目標値である第１目標電圧値Ｖｔ１は、抵抗素子２４の抵抗値Ｒ１、抵抗素子２５の抵抗値Ｒ２および基準電圧Ｖｒｅｆを用いて、Ｖｔ１＝Ｖｒｅｆ（Ｒ１＋Ｒ２）／Ｒ２と表される。
【００３９】
一方、駆動電圧Ｖｆの目標値を、第２目標電圧値Ｖｔ２に設定する場合、目標電圧切替信号Ｓｂによりスイッチ素子２７をオフさせる。すなわち、スイッチ素子２７のゲート端子に所定のゲート電圧を印加させないような目標電圧切替信号Ｓｂが制御部９から送信される。目標電圧切替信号Ｓｂによりスイッチング素子スイッチ素子２７がオフしている場合（ソース端子およびドレイン端子間に電流が流れていない場合）、抵抗回路１５のうち分圧点Ｐにおける分圧比を構成する抵抗素子は、抵抗素子２４、抵抗素子２５および抵抗素子２６となる。このときの駆動電圧Ｖｆの目標値である第２目標電圧値Ｖｔ２は、抵抗素子２４の抵抗値Ｒ１、抵抗素子２５の抵抗値Ｒ２、抵抗素子２６の抵抗値Ｒ３および基準電圧Ｖｒｅｆを用いて、Ｖｔ２＝Ｖｒｅｆ（Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒ３）／（Ｒ２＋Ｒ３）と表される。
【００４０】
このように、第２目標電圧値Ｖｔ２に設定する際の分圧点Ｐにおける分圧比（分圧電圧Ｖｐ）は、第１目標電圧値Ｖｔ１に設定する際の分圧点Ｐにおける分圧比よりも小さくなる。これにより、第２目標電圧値Ｖｔ２は、第１目標電圧値Ｖｔ１より低くなる。つまり、上記２つの式よりＶｔ１−Ｖｔ２＝Ｖｒｅｆ・Ｒ１・Ｒ３／｛Ｒ２（Ｒ２＋Ｒ３）｝＞０となる。したがって、上記のような構成とすることにより、簡単な構成で、直流電動機２０に流れる電流の値を低減させることなく、目標電圧切替信号Ｓｂに応じて駆動電圧Ｖｆの目標値を適切に変更することができる。
【００４１】
なお、上記実施の形態において、抵抗回路１５を構成する抵抗素子２４，２５，２６は、それぞれ１つの抵抗素子として例示したが、これに代えて、それぞれが一または複数の抵抗素子から構成されてもよい。また、上記実施の形態において、スイッチ素子２７に並列接続される抵抗素子２６は、分圧点Ｐより低電位側に配置されている構成を例示したが、分圧点Ｐより高電位側に配置されていてもよい。この場合、制御部９は、駆動電圧Ｖｆの目標値を第１目標電圧値Ｖｔ１に設定する際には、スイッチ素子２７をオフし、第２目標電圧値Ｖｔ２に設定する際には、スイッチ素子２７をオンするような目標電圧切替信号Ｓｂを送信するように構成すればよい。あるいは、スイッチ素子２７としてｎチャンネルのＦＥＴ等に代えて、ｐチャンネルのＦＥＴ等を用いれば、抵抗素子２６が分圧点Ｐより低電位側に配置されている場合と同じ目標電圧切替信号Ｓｂで同様の動作を実現できる。
【００４２】
以下、上記直流電動機の駆動制御装置１０が適用される燃焼装置の例を示す。図３は本実施の形態における直流電動機の駆動制御装置が適用される燃焼装置の一例を示す作動原理図である。本実施の形態における燃焼装置１００は、ガスファンヒータを例示する。
【００４３】
燃焼装置１００は、筐体１０１内に燃焼室１０２と、燃焼室１０２内において点火する燃焼部１０３と、燃焼室内に空気を送るファン１０４と、ファン１０４を回転させるためのファンモータ１０５と、燃焼装置１００の動作を制御する制御部１０６と、を備えている。
【００４４】
燃焼部１０３は、燃焼室１０２内に配設されたガスバーナ１０７と、ガスバーナ１０７の上方に設けられた点火プラグ１０８および熱電対１０９と、ガスバーナ１０７に燃料ガスを供給する燃料供給部１１０と、を備えている。
【００４５】
燃料供給部１１０は、ガスバーナ１０７に燃料ガスを供給する供給状態と燃料ガスの供給を遮断する遮断状態との間で切り替え可能な電磁弁１１１と、燃料ガスの流量調整を行う圧力比例弁１１２とを備えている。燃焼装置１００は、電磁弁１１１および圧力比例弁１１２を駆動するための燃料弁駆動回路１１３を備えている。燃料弁駆動回路１１３は、制御部１０６からの制御信号に基づいて電磁弁１１１および圧力比例弁１１２のそれぞれに駆動信号（駆動電力）を出力する。
【００４６】
点火プラグ１０８は、制御部１０６の動作指令に基づいてガスバーナ１０７への点火を行う。熱電対１０９は、ガスバーナ１０７が生じる熱により発電され、発電により生じた電圧が燃焼信号として制御部１０６に入力される。制御部１０６は、熱電対１０９からの燃焼信号に基づいて燃焼室１０２の燃焼状態（不完全燃焼状態になっていないか）を監視する。
【００４７】
ファン１０４は、ファンモータ１０５の回転軸に取り付けられ、ファンモータ１０５の回転により回転する。ファン１０４が回転することにより、燃焼室１０２内に燃焼用の空気が取り込まれるとともに、燃焼後の暖められた空気が機外へ排出される。燃焼装置１００は、ファン１０４が取り付けられたファンモータ１０５を駆動するためのファン駆動回路１１４を備えている。ファン駆動回路１１４は、制御部１０６からの制御信号に基づいてファンモータ１０５に駆動信号（駆動電力）を出力する。ファンモータ１０５には、回転数検出器１１５が設けられており、ファンモータ１０５の回転数Ｒが制御部１０６に送られる。制御部１０６は、ファンモータ１０５の回転数Ｒが所定の回転数になるようにファンモータ１０５を制御する。
【００４８】
燃焼装置１００は、暖房動作の開始、停止、または温度設定等を行うための操作入力部１１６を備えている。操作入力部１１６は、筐体１０１の外表面に設けられた操作パネルおよび／または筐体１０１に対して遠隔操作可能なリモコン装置により構成される。制御部１０６は、操作入力部１１６において操作入力された内容に基づいて、燃料弁駆動回路１１３、ファン駆動回路１１４等を制御する。なお、本実施の形態において、１つの制御部１０６が燃料弁駆動回路１１３およびファン駆動回路１１４を制御する態様を例示するが、これに限られず、制御部１０６が複数の制御部（複数のマイクロコントローラ等）で構成されてもよい。
【００４９】
燃焼装置１００は、商用の交流電源から直流電源を生成するスイッチング電源部１１７を備えている。スイッチング電源部１１７は、ファンモータ１０５、制御部１０６、燃料弁駆動回路１１３およびファン駆動回路１１４に電源電圧を供給する。スイッチング電源部１１７は、交流電源から入力される交流電流を整流する整流平滑回路、および、整流平滑回路から出力された直流の電源電圧を、各構成に適切な電源電圧に変換するスイッチング電源回路を備えている。
【００５０】
このような燃焼装置１００において、スイッチング電源部１１７、ファン駆動回路１１４、制御部１０６、ファンモータ１０５、および回転数検出器１１５が図１に示す駆動制御装置１０を構成する。すなわち、スイッチング電源部１１７が整流平滑回路２および電源回路５に相当し、ファン駆動回路１１４が駆動回路７に相当し、制御部１０６が制御部９に相当し、ファンモータ１０５が直流電動機２０に相当し、回転数検出器１１５が回転数検出器１３に相当する。
【００５１】
操作入力部１１６において暖房動作の開始操作が行われると、燃焼装置１００は、燃焼開始前のプリパージ動作を行った後、通常の燃焼動作に移行する。図４は本実施の形態における燃焼装置のプリパージ動作の流れを示すフローチャートである。以下の例では、ユーザにより操作入力部１１６に暖房動作の開始操作が行われた場合に、制御部１０６に入力される当該暖房動作の開始信号が初期設定信号Ｓａとして機能する場合を例示する。
【００５２】
制御部１０６は、暖房動作の停止状態において上記開始操作が行われたか否かを判定する（ステップＳ１）。暖房動作の開始操作が行われたと判定された場合（ステップＳ１でＹｅｓ）、制御部１０６は、ファン駆動回路１１４に目標電圧切替信号Ｓｂを送信し、駆動電圧Ｖｆの目標値を第２目標電圧値Ｖｔ２に設定する（ステップＳ２）。設定後、制御部１０６は、ファン駆動回路１１４を介してファンモータ１０５に電力供給し、ファンモータ１０５が回転を開始する（ステップＳ３）。なお、ファンモータ１０５が停止状態から回転を開始する際には、ファンモータ１０５に生じる逆起電力が小さいため、ファンモータ１０５には、当該ファンモータ１０５において設定される過電流保護回路（図示せず）によって設定される上限電流に近い電流が流れ得る。ファンモータ１０５の回転により、燃焼室１０２内の未燃焼ガス等が機外へ排気される。
【００５３】
制御部１０６は、回転数検出器１１５からの回転数検出信号Ｓｃに基づいて、ファンモータ１０５の回転数Ｒが所定の目標回転数Ｒｏに達したか（Ｒ＞Ｒｏとなったか）を判定する（ステップＳ４）。ファンモータ１０５の回転数Ｒが目標回転数Ｒｏに達したと判定された場合（ステップＳ４でＹｅｓ）、制御部１０６は、ファン駆動回路１１４に目標電圧切替信号Ｓｂを送信し、駆動電圧Ｖｆの目標値を第２目標電圧値Ｖｔ２から第１目標電圧値Ｖｔ１に切り替える（ステップＳ５）。この間もファンモータ１０５には継続的に電力が供給されているので、ファンモータ１０５の回転数Ｒは目標回転数Ｒｏからスムーズに定常運転時の回転数に上昇していく。
【００５４】
その後、制御部１０６は、燃料弁駆動回路１１３を介して電磁弁１１１を閉じた状態で圧力比例弁１１２を試験的に開閉させる予備的動作（蹴飛ばし動作）を行う（ステップＳ６）。これにより、圧力比例弁１１２の固着の解消を図り、燃焼開始当初からガス流量のスムーズな調整を行うことができる。
【００５５】
制御部１０６は、上記蹴飛ばし動作の終了直前、直後または終了と同時に点火プラグ１０８により点火動作を行いつつ燃料弁駆動回路１１３を介して電磁弁１１１を開く（ステップＳ７）。これにより、ガスバーナ１０７は着火し、燃焼室１０２の空気を暖め始める。制御部１０６は、燃焼制御へ移行し、操作入力部１１６への操作入力内容に応じた燃焼制御を行う（ステップＳ８）。燃焼制御へ移行するまでには、ファンモータ１０５の回転数Ｒは、定常運転時の回転数に到達している。
【００５６】
このように、本実施の形態において、制御部１０６は、燃焼部１０３の点火前にファンモータ１０５の回転を開始させる。上述したように、上記構成によれば、直流電動機２０に相当するファンモータ１０５に流れる電流を低減する必要がないため、ファンモータ１０５が回転停止状態から所定の回転数（定常運転時の回転数）に達するまでの時間が長くなるのを防止することができ、スイッチング電源部１１７を大型化することなく、ファンモータ１０５の起動を適切に行うことができる。このため、燃焼室１０２内において点火を行う前に、ファンモータ１０５を所定の回転数まで回転させても、燃焼装置１００の停止状態から点火までの時間を短くすることができる。
【００５７】
さらに、制御部１０６は、ファンモータ１０５の回転数Ｒが所定の目標回転数Ｒｏに達した場合、駆動電圧Ｖｆの目標値を、第２目標電圧値Ｖｔ２から第１目標電圧値Ｖｔ１に切り替え、回転数Ｒが目標回転数Ｒｏに達した後、燃焼部１０３に点火動作を開始させている。このように、ファンモータ１０５の回転数Ｒが、駆動電圧Ｖｆの目標値を第１目標電圧値Ｖｔ１としたときの目標回転数Ｒｏに到達したことを点火動作の契機とすることにより、ファンモータ１０５の回転数Ｒが定常運転時の回転数に到達する前において、点火動作を開始することができる。したがって、燃焼装置１００の停止状態から点火までの時間を短くすることができる。
【００５８】
なお、前述したように、電磁弁１１１を駆動する電源電圧は、第２電源電圧Ｖｃ（１５Ｖ）であり、圧力比例弁１１２を駆動する電源電圧は、駆動電圧Ｖｆ（２２Ｖ）である。第２電源電圧Ｖｃおよび駆動電圧Ｖｆは、これらを電源とする負荷の駆動を安定的に行うためにフィードバック制御されている。
【００５９】
一方、第２電源電圧Ｖｃが出力される第２出力部５ｂと同じくスイッチング電源部１１７（図１における電源回路５）に設けられたトランスの二次側の巻線に接続された第１出力部５ａからファン駆動回路１１４（図１における駆動回路７）に供給される第１電源電圧Ｖｂは、駆動電圧Ｖｆを生成するための元の電源である。このため、第１電源電圧Ｖｂが非安定であっても駆動電圧Ｖｆをフィードバック制御により安定化すれば燃焼装置１００の性能上問題ない。したがって、第１電源電圧Ｖｂは、フィードバック制御が行われない態様が想定される。この場合、第１電源電圧Ｖｂは、非安定の状態にある。すなわち、同じ二次側に接続された第１出力部５ａと第２出力部５ｂとの間でクロスレギュレーションによる問題が生じる。具体的には、第２出力部５ｂにおける電源電圧の利用が少ない状態（すなわち、ステップＳ７において電磁弁１１１を開く前の状態）でファンモータ１０５を回転させる（ステップＳ３）ことにより第１出力部５ａにおける第１電源電圧Ｖｂの利用を多くすると、第１電源電圧Ｖｂが低下する問題がある。
【００６０】
例えば、上述したように、第１目標電圧値Ｖｔ１＝２２Ｖの駆動電圧Ｖｆを得るために、駆動回路７における変圧部１４において第１電源電圧Ｖｂ＝２７Ｖから２２Ｖへの降圧が行われると、第１電源電圧Ｖｂが２７Ｖより低い電圧に低下する。一般的に、変圧部１４を構成するＤＣ−ＤＣコンバータには、駆動電圧Ｖｆとして第１目標電圧値Ｖｔ１と同じ電圧値を適切に出力するための最低入力電圧（例えば２４Ｖ）が設定されている。第１電源電圧Ｖｂが最低入力電圧より低くなると、パルス電圧の生成が不安定となり、第１目標電圧値Ｖｔ１に一致する駆動電圧Ｖｆを適切に出力することができなくなったり、ＤＣ−ＤＣコンバータが破損したりする恐れがある。
【００６１】
これに対して、本実施の形態によれば、第２出力部５ｂにおける電源電圧の利用が少ない燃焼装置１００の起動時において、駆動電圧Ｖｆの目標値が第１目標電圧値Ｖｔ１よりも低い第２目標電圧値Ｖｔ２（例えば１６．５Ｖ）となる。このため、変圧部１４を構成するＤＣ−ＤＣコンバータの最低入力電圧も低下する。したがって、仮に第１電源電圧Ｖｂが予め定められた電圧値（２７Ｖ）より低下しても、変圧部１４は、駆動電圧Ｖｆとして第２目標電圧値Ｖｔ２と同じ電圧値を安定的に出力することができる。このように、本実施の形態によれば上記クロスレギュレーションによる問題が生じることを抑制することができる。
【００６２】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変更、修正が可能である。
【００６３】
例えば、上記実施の形態において、直流電動機の駆動制御装置１０がガスファンヒータに適用される例を示したが、この直流電動機の駆動制御装置１０は、直流電動機を用いた装置（例えば給湯装置等）であれば同様に適用され得る。例えば、給湯装置の風呂ポンプ、ドレンポンプ等を回転駆動する構成にも、同様に本実施の形態の直流電動機の駆動制御装置１０を適用することができる。特に、本実施の形態の構成は、電源回路５におけるトランスの一次側で生成される電源電圧より比較的低い電源電圧を生成する電源回路５におけるトランスの二次側に接続された電源電圧を駆動電源として用いる直流電動機を駆動する場合に有効である。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
本発明に係る直流電動機の駆動制御装置およびこれを備えた燃焼装置は、電源回路の大型化を抑制しつつ直流電動機の起動を適切に行うために有用である。
【符号の説明】
【００６５】
５  電源回路
７  駆動回路
９，１０６  制御部
１０  駆動制御装置
１１  目標電圧切替回路
１３，１１５  回転数検出器
１４  変圧部
１５  抵抗回路
１６  抵抗分圧部
２０  直流電動機
１００  燃焼装置
１０２  燃焼室
１０３  燃焼部
１０４  ファン
１０５  ファンモータ（直流電動機）
１１４  ファン駆動回路（駆動回路）
１１７  スイッチング電源部（電源回路）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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