装载有无刷dc电动机的送风装置制造方法
【专利摘要】本发明的装载有无刷DC电动机(11)的送风装置(10)包括：逆变电路(4)、驱动逻辑控制部(5)、占空比指示部(6)、电动机电压检测部(13)、电动机电流检测部(12)、和相关关系检测部(14)。根据相关关系检测部(14)的值决定占空比指示部(6)的占空比指示值。
【专利说明】装载有无刷DC电动机的送风装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及装载有无刷DC电动机的送风装置。
【背景技术】
[0002]装载有无刷DC电动机的送风装置用于天花板嵌入型等的排气用的换气装置、天花板嵌入型等的进气用的换气装置、风机、加湿机、除湿机、冷冻设备、空气调节机和热水器等。此外，近年来，换气装置等电设备中装载的送风装置要求不受到管道配管方式引起的压力损失、外部风压和过滤器等的堵塞引起的压力损失的变化的影响。此外，要求能够与房间的状况相应地，用最佳风量的固定风量换气的控制性能好的送风装置。
[0003]现有技术中，这种送风装置已知有专利文献I中公开的结构。以下，参考表示现有的送风装置的结构的框图即图6进行说明。
[0004]如图6所示，离心型风机IlOa装载有无刷DC电动机111，逆变电路104由上级和下级构成。此外，离心型风机IlOa用通过上排侧开关元件107U、107V、107w和下排侧开关元件108u、108v、108w桥接而成的逆变电路104驱动。施加电压检测单元115检测对逆变电路104施加的直流电源109的电压值。
[0005]驱动逻辑控制单元105通过上排侧开关元件107u、107v、107w或下排侧开关元件108u、108v、108w对直流电源109进行PWM控制。此外，驱动逻辑控制单元105按规定的方向和顺序对无刷DC电动机111的驱动线圈102u、102v、102w依次进行全波通电。
[0006]占空比指示单元106指示对上排侧开关元件107u、107v、107w或下排侧开关元件108u、108v、108w进行PWM控制时的ON/OFF占空比。等价电压检测单元114对施加电压检测单元115检测出的电压值乘以占空比指示单元106指示的ON/OFF占空比而检测施加于驱动线圈102u、102v、102w的等价电压。
[0007]用等价电压检测单元114检测的等价电压是规定电压时，变更占空比指示单元106的输出。由此PWM控制的ON/OFF占空比是可变的，将供给到逆变电路104的平均电流控制为规定电流值。
[0008]由此，无刷DC电动机111不受到电源电压的变动的影响，成为随着转速上升轴转矩明显增大的转速-转矩特性。从而成为即使压力损失等静压变化，风量也不会发生大的变化的风量-静压特性的送风装置和电设备。
[0009]在这样的现有的无刷DC电动机控制装置中，根据用等价电压检测单元114检测的等价电压，决定对逆变电路104供给的平均电流值。为了成为该平均电流值，进行PWM控制时的ON/OFF占空比是可变的。因此，存在不能控制与无刷DC电动机111的发生转矩成比例的电动机电流，转矩也产生偏差的课题。
[0010]S卩，即使对逆变电路104施加的直流电源109的电压大、ON/OFF占空比小的状态下的等价电压与直流电源109的电压小、ON/OFF占空比大的状态下的施加电压相等的情况下，对逆变电路104供给的平均电流值也在各状态下不同。从而，存在无刷DC电动机111的发生转矩也在各状态下不同的课题。
[0011]先行技术文献
[0012]专利文献
[0013]专利文献1:日本特开2009-209873号公报
【发明内容】
[0014]本发明的装载有无刷DC电动机的送风装置包括逆变电路，所述逆变电路具备多个上排侧开关元件和多个下排侧开关元件并且所述多个上排侧开关元件和所述多个下排侧开关元件桥接。此外，送风装置驱动逻辑控制部，其用于对所述上排侧开关元件或下排侧开关元件进行PWM控制，并且对所述无刷DC电动机的驱动线圈按规定的方向和顺序依次通电，控制施加于所述逆变电路的直流电压。此外，送风装置具备指示PWM控制的ON/OFF占空比的占空比指示部、检测对驱动线圈施加的电压的电动机电压检测部、检测驱动线圈中流过的电流的电动机电流检测部。进而，送风装置具备相关关系检测部，其对电动机电压检测部的输出值与电动机电流检测部的输出值的大小进行比较。根据相关关系检测部的值决定占空比指示部的占空比指示值。
[0015]无刷DC电动机根据与电动机转矩成比例的电动机电流决定占空比指示值，所以不会受到直流电源的电压变动的影响，直接检测电流。此外，是随着无刷DC电动机的转速上升，轴转矩明显增大的转速-转矩特性，所以成为即使压力损失等静压变化，风量也不会发生大的变化的风量-静压特性。从而，不存在不能控制与发生转矩成比例的电动机电流，转矩也产生偏差的情况。此外，也不存在发生转矩在各状态下不同的情况。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1是表示内置了本发明的实施方式的送风装置的换气装置的结构的框图。
[0017]图2A是装载有该送风装置的换气装置的主视图。
[0018]图2B是装载有该送风装置的换气装置的侧视图。
[0019]图2C是从下方观察装载有该送风装置的换气装置的图(右半部分是内部的图)。
[0020]图3A是表示对该送风装置的无刷DC电动机施加的归一化(标准化)电动机电压-无刷DC电动机中流过的归一化电动机电流特性的曲线图。
[0021]图3B是表示对该送风装置的无刷DC电动机施加的电动机电压-无刷DC电动机中流过的电动机电流特性的曲线图。
[0022]图4是表示该送风装置的无刷DC电动机的转速-转矩特性的曲线图。
[0023]图5是表示装载有该送风装置的换气装置的风量-静压特性的曲线图。
[0024]图6是表示现有的送风装置的结构的框图。
【具体实施方式】
[0025]以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。
[0026](实施方式)
[0027]图1是表示内置了本发明的实施方式的送风装置的换气装置的结构的框图，图2A是装载有该送风装置的换气装置的主视图，图2B是装载有该送风装置的换气装置的侧视图，图2C是从下方观察装载有该送风装置的换气装置的图(右半部分是内部的图)。
[0028]如图1、图2A?图2C所示，送风装置10内置有装载有无刷DC电动机11的离心型风机10a。换气装置I内置有送风装置10。送风装置10包括:逆变电路4、驱动逻辑控制部5、占空比指示部6、直流电源9、电动机电流检测部12、电动机电压检测部13和相关关系检测部14。
[0029]被送风装置10吸入的烟草的烟、或因烹调等产生的污染的室内空气经由换气装置I的排出口、管道3贯通建筑物的墙壁向屋外排出。而且，无刷DC电动机11内置有驱动线圈2u、2v、2w。驱动线圈2u、2v、2w按规定的方向和顺序进行通电时，无刷DC电动机11旋转。它们的通电通过基于在驱动逻辑控制部5中生成的信号，使逆变电路40N/0FF而进行。逆变电路4包括多个上排侧开关元件7u、7v、7w，和多个下排侧开关元件8u、8v、8w。
[0030]基于占空比指示部6的指示电压值，驱动逻辑控制部5生成PWM控制的ON/OFF间隔，控制供给到无刷DC电动机11的电压。即占空比指示部6指示PWM控制的ON/OFF占空比。
[0031]此外，驱动逻辑控制部5决定通电的方向和顺序，控制无刷DC电动机11的旋转。基于在驱动逻辑控制部5中生成的信号，将上排侧开关元件7u、7v、7w与下排侧开关元件8u、8v、8w桥接而成的逆变电路4被驱动。驱动逻辑控制部5对上排侧开关元件7u、7v、7w或下排侧开关元件8u、8v、8w进行PWM控制。此外，驱动逻辑控制部5按规定的方向和顺序对驱动线圈2u、2v、2w依次通电，控制施加于逆变电路4的直流电压。
[0032]图1所示的电动机电流检测部12检测驱动线圈2u、2v、2w中流过的电流的绝对值的和。然后，电动机电流检测部12对检测出的电流值进行积分来运算平均值，并乘以规定的系数，进行归一化(归一化电动机电流值)以使得能够与电动机电压进行比较。
[0033]此外，电动机电压检测部13检测施加于驱动线圈2u、2v、2w的电压，具体而言检测瞬时电压的平均值。然后，电动机电压检测部13对检测出的瞬时电压的平均值进行积分来运算平均值，并乘以规定的系数，进行归一化(归一化电动机电压值)以使得能够与电动机电流进行比较。
[0034]相关关系检测部14对电动机电流检测部12的输出值即归一化电动机电流值与电动机电压检测部13的输出值即归一化电动机电压值的大小关系进行比较。归一化电动机电流值较小时，从相关关系检测部14输出Hi信号，归一化电动机电流值较大时，从相关关系检测部14输出Lo信号。占空比指示部6对相关关系检测部14的输出值进行积分，决定作为占空比指示值的占空比指示电压值并输出。然后，占空比指示电压值再次被输入到驱动逻辑控制部5。
[0035]接着用图3A、图3B说明控制换气装置I的电动机电流、电动机电压的动作。图3A是表示对本发明的实施方式的送风装置的无刷DC电动机施加的归一化电动机电压-无刷DC电动机中流过的归一化电动机电流特性的曲线图，图3B是表示对该送风装置的无刷DC电动机施加的电动机电压-无刷DC电动机中流过的电动机电流特性的曲线图。
[0036]例如，在归一化电动机电流值比归一化电动机电压值大的情况，即位于图3A的向右上升的直线上方的情况下，图1所示的相关关系检测部14输出Lo信号。这时，对Lo输出进行积分的占空比指示部6的占空比指示电压值略微减小。因占空比指示电压值减小，电动机电压也略微减小。进而，因该电动机电压的变化，电动机输出功率降低，电动机电流大幅减小。持续该动作直至归一化电动机电流值与归一化电动机电压值相等，最终收敛至图3A的右上的直线上。
[0037]结果，保持为归一化电动机电流值与归一化电动机电压值相等的状态，电动机电流与电动机电压保持固定的比率，实现了图3B中所示的相关关系。其中，图3A、图3B的曲线图中的虚线部分表示不使用本发明的实施方式的控制的情况。
[0038]此外，该电动机电流与电动机电压保持固定的比率的状态不受到图6所示的对逆变电路104施加的直流电源109的电压的大小的影响。
[0039]S卩，设对逆变电路104施加的直流电源109的电压值为“电源电压”，对逆变电路104供给的平均电流值为“电源电流”时，有以下关系:
[0040]电动机电压=电源电压X ON/OFF占空比[0041 ] 电动机电流=电源电流/ON/OFF占空比。
[0042]在电源电压小、ON/OFF占空比大的状态下实现规定的电动机电压的情况下，ON/OFF占空比接近1，所以电源电流与电动机电流大致相等，用现有技术的检测电源电流的方式也可以控制电动机电流。但是，在电源电压大、0N/0FF占空比小的状态下实现规定的电动机电压的情况下，0N/0FF占空比接近0，所以电源电流远小于电动机电流，用现有技术的检测电源电流的方式不能控制电动机电流。
[0043]本发明的实施方式中直接检测电动机中流过的电流，所以不受到电源电压的大小的影响，可以正确地控制电动机电流。
[0044]进而，图1所示的电动机电压检测部13通过直接检测施加于驱动线圈2u、2v、2w的电压，正确地检测电动机电压。
[0045]在现有技术的图6中，对施加电压检测单元115检测出的电压值乘以占空比指示单元106指示的0N/0FF占空比，检测施加于驱动线圈102u、102v、102w的等价电压。但是，在现有的方式中，存在施加于驱动线圈102u、102v、102w的等价电压受到逆变电路104的上排侧开关元件107u、107v、107w、下排侧开关元件108u、108v、108w的电压降的影响的问题。此外，还存在施加于驱动线圈102u、102v、102w的等价电压受到占空比指示单元106指示的0N/0FF占空比与逆变电路104实际施加于驱动线圈102u、102v、102w的0N/0FF占空比的偏差的影响的问题。
[0046]本发明的实施方式中，直接检测施加于驱动线圈2u、2v、2w的电压，所以可以正确地检测电动机电压。
[0047]根据这样的本发明的实施方式的无刷DC电动机，控制从逆变电路4供给到无刷DC电动机11的电压，以使得电动机电流检测部12的输出值与电动机电压检测部13的输出值保持固定的比率。
[0048]通过该控制，如图3所示，无刷DC电动机11的电压与电流保持固定的比率。该状态下，如果无刷DC电动机11的转速升高，则电动机电流也增大，相反如果无刷DC电动机11的转速降低，则电动机电流也减小。
[0049]图4是表示本发明的实施方式的送风装置的无刷DC电动机的转速-转矩特性的曲线图。电动机电流与转矩成比例。此外，上述无刷DC电动机11的电压与电流保持固定的比率。因此，无刷DC电动机11的转速-转矩特性如图4的向右上升的直线所示，随着转速上升，轴转矩增大。即使管道长度变为10m、20m、30m，管道阻力变化，该特性也不变。
[0050]其中，图4中的曲线图中的虚线部分表示不使用本发明的实施方式的控制的情况。
[0051 ] 图5是表示装载有本发明的实施方式的送风装置的换气装置的风量-静压特性的曲线图。此外，根据图4所示的特性，图1所示的装载送风装置10的换气装置I中，可以得到即使外部风压和管道长度(10m、20m、30m)等静压(压力损失)变化，风量也不会发生大的变化的风量-静压特性。即如图5所示，在静压65Pa以下，成为风量固定为130m3/h的直线。
[0052]其中，图5的曲线图中的虚线部表示不使用本发明的实施方式的控制的情况。
[0053]此外，本发明的实施方式中，逆变电路4是三相全波的结构，但单相全波的结构也可以得到同样的效果。
[0054]此外，本发明的实施方式不能够适用于两相调制通电和三相调制通电的通电方式。
[0055]此外，本发明的实施方式中，图1所示的电动机电压检测部13是检测施加于驱动线圈2u、2v、2w的电压的平均值的结构。但是，如果是检测施加于驱动线圈2u、2v、2w的电压中最大值的驱动线圈与最小值的驱动线圈的电压差的积分值的结构，则即使是120度矩形波通电等存在一部分对驱动线圈不通电的区间的情况下，也可以得到同样的效果。
[0056]进而，本发明的实施方式中，图1所示的电动机电流检测部12是检测驱动线圈2u、2v、2w中流过的电流的绝对值的和的平均值的结构。但是，电动机电流检测部12也可以是对逆变电路4中流过的电流的平均值用占空比指示部6的输出值进行除法运算来检测等价电动机电流的结构。即，也可以具备检测逆变电路4的电流的电路电流检测部来代替电动机电流检测部12。此外，电动机电流检测部12也可以是使逆变电路4中流过的电流的最大值保持为峰值来检测等价电动机电流的结构。
[0057]产业上的利用可能性
[0058]本发明的装载有无刷DC电动机的送风装置作为天花板嵌入型等的排气用或进气用的换气装置等中使用的送风装置和电设备等是有用的。
[0059]附图符号说明
[0060]I换气装置
[0061]2u、2v、2w 驱动线圈
[0062]3 管道
[0063]4逆变电路
[0064]5驱动逻辑控制部
[0065]6占空比指示部
[0066]7u、7v、7w上排侧开关元件
[0067]8u、8v、8w下排侧开关元件
[0068]10送风装置
[0069]1a离心型风机
[0070]11无刷DC电动机
[0071]12电动机电流检测部
[0072]13电动机电压检测部
[0073]14相关关系检测部
【权利要求】
1.一种装载有无刷DC电动机的送风装置，其特征在于，包括: 逆变电路，其具备多个上排侧开关元件和多个下排侧开关元件并且所述多个上排侧开关元件和所述多个下排侧开关元件桥接； 驱动逻辑控制部，其用于对所述上排侧开关元件或下排侧开关元件进行PWM控制，并且对所述无刷DC电动机的驱动线圈按规定的方向和顺序依次通电，控制施加于所述逆变电路的直流电压； 占空比指示部，其指示所述PWM控制的ON/OFF占空比； 电动机电压检测部，其检测施加于所述驱动线圈的电压； 电动机电流检测部，其检测所述驱动线圈中流过的电流；和 相关关系检测部，其对所述电动机电压检测部的输出值与所述电动机电流检测部的输出值的大小进行比较， 根据所述相关关系检测部的值决定所述占空比指示部的占空比指示值。
2.如权利要求1所述的装载有无刷DC电动机的送风装置，其特征在于: 具备检测所述逆变电路的电流的电路电流检测部代替所述电动机电流检测部。
【文档编号】H02P6/18GK104508969SQ201380039869
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2013年7月16日 优先权日:2012年7月27日
【发明者】松本敏宏 申请人:松下知识产权经营株式会社