特開 2024-31328 ファンモータの回転制御装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024031328

(43)【公開日】2024-03-07

(54)【発明の名称】ファンモータの回転制御装置

(51)【国際特許分類】

   H02P 29/00 20160101AFI20240229BHJP

【ＦＩ】

H02P29/00

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022134819

(22)【出願日】2022-08-26

(71)【出願人】

【識別番号】000180025

【氏名又は名称】山洋電気株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001416

【氏名又は名称】弁理士法人信栄事務所

(72)【発明者】

【氏名】戸田 貴久

(72)【発明者】

【氏名】大野 耕嗣

【テーマコード（参考）】

5H501

【Ｆターム（参考）】

5H501AA08

5H501BB05

5H501CC01

5H501DD04

5H501FF02

5H501FF04

5H501GG03

5H501HA07

5H501HB07

5H501JJ17

5H501JJ25

5H501LL10

5H501LL35

(57)【要約】

【課題】ファンモータの回転数を上げる場合の立上り時間を短縮しつつ、ファンモータの回転数を下げる場合のアンダーシュートを抑制し、ファンモータの振動を低減する、ファンモータの回転制御装置を提供する。
【解決手段】回転制御装置１００は、ファンモータＭの回転数を上げる場合に、ファンモータＭの回転数の制御値に第一制御値を設定して回転制御をして、ファンモータＭの回転数を下げる場合に、制御値に第一制御値よりも小さい値である第二制御値を設定して回転制御することを特徴とする。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ファンモータの回転制御装置であって、
前記ファンモータの回転数を上げる場合に、前記ファンモータの回転数の制御値に第一制御値を設定して回転制御をして、
前記ファンモータの回転数を下げる場合に、前記制御値に前記第一制御値よりも小さい値である第二制御値を設定して回転制御する、
回転制御装置。

【請求項2】

前記第一制御値は、直前に設定されている前記制御値に第一補正値と第二補正値を加算した値であり、
前記第二制御値は、直前に設定されている前記制御値に前記第一補正値を加算した値である、請求項１に記載の回転制御装置。

【請求項3】

前記第一補正値は、ファンモータの目標回転数と現在の回転数との偏差に基づく値である、請求項２に記載の回転制御装置。

【請求項4】

前記第一補正値は、前記偏差に比例する値である、請求項３に記載の回転制御装置。

【請求項5】

前記第二補正値は、ファンモータの目標回転数と現在の回転数との偏差と制御間隔時間に基づく値である、請求項２に記載の回転制御装置。

【請求項6】

前記ファンモータの回転数を上げる場合に、立上り開始期間と立上り終了期間の前記第二補正値は、前記立上り開始期間と前記立上り終了期間の間の前記第二補正値よりも小さい値である、請求項２に記載の回転制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ファンモータの回転制御装置に関する。

【背景技術】

【0002】

ファンモータの回転制御として、目標回転数と現在の回転数との偏差に比例ゲインを掛けた値を補正量として比例制御する技術が知られている。

【0003】

例えば、特許文献１では、センサ等で検出された電流値から現在の回転数を算出し、現在の回転数に応じた比例ゲインを段階的に更新するファンモータの回転制御装置が開示されている。このような構成により、ファンの風量を略一定となるようにファンモータの回転数を制御することが可能となる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００２－１６５４７７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、上記ファンモータの回転制御装置は、ファンモータの回転数を上げる場合と回転数を下げる場合で、共通の補正量を用いて制御している。制御時間の間隔が一定で共通の補正量を用いて制御する場合、ファンモータの回転数を下げる場合の立下り時間は、ファンモータの回転数を上げる場合の立上り時間よりも追従性が悪くなり、アンダーシュートが発生しやすくなる。そのため、アンダーシュートを抑制するために共通の補正量をより小さい値で設定すると、ファンモータの回転数を上げる場合の立上り時間が長くなり、ファンの起動時間を短縮できないという課題があった。

【0006】

そこで、本発明は、ファンモータの回転数を上げる場合の立上り時間を短縮しつつ、ファンモータの回転数を下げる場合のアンダーシュートを抑制し、ファンモータの振動を低減し、ファンモータの回転数の立下り開始から目標回転数で安定するまでの時間を短くする、ファンモータの回転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】

【0007】

本発明の一側面に係るファンモータの回転制御装置は、
前記ファンモータの回転数を上げる場合に、前記ファンモータの回転数の制御値に第一制御値を設定して回転制御をして、
前記ファンモータの回転数を下げる場合に、前記制御値に前記第一制御値よりも小さい値である第二制御値を設定して回転制御することを特徴とする。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、ファンモータの回転数を上げる場合の立上り時間を短縮しつつ、ファンモータの回転数を下げる場合のアンダーシュートを抑制し、ファンモータの振動を低減し、ファンモータの回転数の立下り開始から目標回転数で安定するまでの時間を短くする、ファンモータの回転制御装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の実施形態に係るファンモータの制御装置の回路図である。

【図2】図１のスイッチング制御部のブロック図である。

【図3】本発明の実施形態に係るファンモータの制御装置の目標回転数算出フローチャートである。

【図4】本発明の実施形態に係るファンモータの制御装置において、ファンモータの回転数を上げる場合の補正量と回転数の関係を示すグラフである。

【図5】本発明の実施形態に係るファンモータの制御装置において、ファンモータの回転数を下げる場合の補正量と回転数の関係を示すグラフである。

【図6】参考例１に係るファンモータの制御装置の回転制御方法を説明する波形データである。

【図7】参考例２に係るファンモータの制御装置の回転制御方法を説明する波形データである。

【図8】本発明の実施形態に係るファンモータの制御装置の回転制御方法を説明する波形データである。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。尚、実施形態の説明において既に説明された部材と同一の参照番号を有する部材については、説明の便宜上、その説明は省略する。また、本図面に示された各部材の寸法は、説明の便宜上、実際の各部材の寸法とは異なる場合がある。

【0011】

図１は、本発明の実施形態に係るファンモータの制御装置の回路図である。図１に示すように、ファンモータの回転制御装置１００は、ファンモータＭに接続されたインバータ回路１２０を備える。

【0012】

インバータ回路１２０には、直流電源２００が接続されている。インバータ回路１２０は、３つのアーム回路１２０Ａ、１２０Ｂ、１２０Ｃを有する。３つのアーム回路１２０Ａ、１２０Ｂ、１２０Ｃは、それぞれ、直流電流をスイッチングする。

【0013】

アーム回路１２０Ａは、一対のトランジスタＴＲ１、ＴＲ４を直列に接続し、一対のトランジスタＴＲ１、ＴＲ４間の接続ライン１２１ＡにファンモータＭのステータコイルＬｕを接続する。アーム回路１２０Ｂは、一対のトランジスタＴＲ２、ＴＲ５を直列に接続し、一対のトランジスタＴＲ２、ＴＲ５間の接続ライン１２１ＢにファンモータＭのステータコイルＬｗを接続する。アーム回路１２０Ｃは、一対のトランジスタＴＲ３、ＴＲ６を直列に接続し、一対のトランジスタＴＲ３、ＴＲ６間の接続ライン１２１ＣにファンモータＭのステータコイルＬｖを接続する。

【0014】

６つのトランジスタＴＲ１～ＴＲ６のそれぞれのコレクタ－エミッタ間には、ダイオードＤが逆接続されている。６つのトランジスタＴＲ１～ＴＲ６のそれぞれのゲートには駆動回路１２２が接続されている。駆動回路１２２は、スイッチング制御部１３０から入力される駆動パルスにより、トランジスタＴＲ１～ＴＲ６をスイッチング制御する。

【0015】

ファンモータＭのステータＭＳは、３つのステータコイルＬｕ、Ｌｖ、Ｌｗを有する。ファンモータＭのロータＭＲは、Ｎ極とＳ極を２分割して着磁された円筒形の磁石を有し、ステータコイルＬｕ、Ｌｖ、Ｌｗによって形成される磁界により回転する。

【0016】

ロータＭＲの周囲には、ロータＭＲの回転方向に沿って３つのセンサ部Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３が配置される。３つのセンサ部Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３は、１２０°の位相差を持って配置される。センサ部Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３は、たとえば図１に示すように、ロータＭＲのＮ極と対峙しているときにはＨｉの信号を出力し、Ｓ極と対峙しているときにはＬｏの信号を出力する。Ｎ極とＳ極の境界ではＨｉの信号とＬｏの信号が切り替わる。センサ部Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３は、ロータＭＲの回転速度に応じたパルス幅の信号を出力する。

【0017】

本実施形態では、センサ部Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３にホール素子を用いている。なお、ロータＭＲの回転位置を検出できるセンサであれば、ホール素子以外のセンサを用いてもよい。また、センサを用いずにロータＭＲの回転位置を推定するセンサレス制御であってもよい。

【0018】

ファンモータの回転制御装置１００は、センサ部Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３が接続されたスイッチング制御部１３０を備える。スイッチング制御部１３０はそれぞれの駆動回路１２２に向けて駆動パルスを出力する。スイッチング制御部１３０は、センサ部Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３によって検出される回転位置に基づいて、トランジスタＴＲ１～ＴＲ６をオンする駆動パルスを出力制御する。

【0019】

図２は、図１のスイッチング制御部１３０の構成を示すブロック図である。スイッチング制御部１３０は、制御値算出部１３１と、記憶部１３２と、パルス出力部１３３と、を有する。記憶部１３２には、比例ゲインＡ、Ｂが記憶されている。制御値算出部１３１は、センサ部Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３によって検出される回転位置からファンモータＭの現在の回転数を算出し、現在の回転数から制御間隔時間ｔを算出する。記憶部１３２に記憶されている比例ゲインＡ、Ｂと、算出された制御間隔時間ｔを用いて、制御値算出部１３１は、ファンモータＭの制御値を算出する。算出された制御値は、パルス出力部１３３に入力される。パルス出力部１３３は、制御値に基づいて、それぞれの駆動回路１２２に駆動パルスを出力する。なお、制御間隔時間ｔは、図１に示すセンサ部Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３の磁極が切り替わるまでの時間等、回転数に起因する値である。

【0020】

制御値算出部１３１における、ファンモータＭの制御値の具体的な算出方法について説明する。
制御値算出部１３１は、以下の式１によってファンモータＭの回転数を上げる場合の第一制御値を算出し、以下の式２によってファンモータＭの回転数を下げる場合の第二制御値を算出する。
（式１）
第一制御値＝現在の制御値＋補正量Ａ＋補正量Ｂ
（式２）
第二制御値＝現在の制御値＋補正量Ａ

【0021】

ここで、現在の制御値とは、直前に制御値算出部で算出されて設定されている制御値を意味する。また、補正量Ａ（以降、第一補正値ともいう）は以下の式３によって定義され、補正量Ｂ（以降、第二補正値ともいう）は以下の式４によって定義される。
（式３）
補正量Ａ＝偏差σ×比例ゲインＡ
（式４）
補正量Ｂ＝偏差σ／制御間隔時間ｔ×比例ゲインＢ

【0022】

偏差σは、ファンモータＭの目標回転数と現在の回転数の差分を表す。また、比例ゲインＡ、Ｂは、個々のファンモータＭで設定される一定値である。第一補正値は偏差σに比例する値である。

【0023】

図３は、本発明の実施形態に係るファンモータの制御装置の目標回転数算出フローチャートである。
スイッチング制御部１３０は、まず、偏差σ、補正量Ａ、Ｂを算出する（Ｓ１００）。次に、偏差σが０以上であるか否かを判定する（Ｓ１０１）。偏差σが０以上である場合（Ｓ１０１のＹｅｓ）、ファンモータＭの回転数を上げるため、目標回転数に第一制御値（現在の制御値＋補正量Ａ＋補正量Ｂ）を設定する。偏差σが０未満である場合（Ｓ１０１のＮｏ）、ファンモータＭの回転数を下げるため、目標回転数に第二制御値（現在の制御値＋補正量Ａ）を設定する。このように、第二制御値を第一制御値よりも小さい値とすることで、回転数を上げる場合の立上り時間を短縮しつつ、回転数を下げる場合のアンダーシュートを抑制し、ファンモータＭの振動を低減することができる。

【0024】

図４は、本発明の実施形態に係るファンモータの制御装置において、ファンモータの回転数を上げる場合の補正量と回転数の関係を示すグラフである。図４の上段は、補正量Ａと補正量Ｂの合計値の時間推移を表す。図４の下段は、ファンモータＭの実際の回転数の時間推移を表す。図４の上段と下段のいずれも、横軸は時間を示す。図４の上段の縦軸は補正量を示す。図４の下段の縦軸はファンモータＭの回転数を示す。なお、参考として、図４の上段には補正量Ａの推移も示す。

【0025】

図４に示すように、立上り開始期間では下段に示す偏差σが大きいため、上段に示す補正量Ａと補正量Ｂの合計値は大きな値となる。その後、立上り開始期間から立上り終了期間にかけて偏差σが徐々に小さくなるため、補正量Ａと補正量Ｂの合計値は上に凸の放物線状となるように減少する。それに伴って、下段に示すファンモータＭの実際の回転数は０から所定値に向かって階段状に増加する。

【0026】

ここで、立上り開始期間では偏差σが大きいため、補正量Ａが大きくなり、ファンモータＭの振動発生要因となり得る。そのため、立上り開始期間では補正量Ｂを小さい値に設定している。
また、立上り終了期間では偏差σが小さいため、補正量Ａが小さくなる。補正量Ｂが補正量Ａに比べて大きすぎるとオーバーシュートの発生要因となり得る。そのため、立上り終了期間では補正量Ｂを小さい値に設定している。

【0027】

つまり、ファンモータＭの回転数を上げる場合では、立上り開始期間と立上り終了期間の補正量Ｂ（図４上段の矢印（１）、（３）を参照）は、立上り開始期間と立上り終了期間の間の期間の補正量Ｂ（図４上段の矢印（２）を参照）よりも小さい値に設定している。

【0028】

図５は、本発明の実施形態に係るファンモータの制御装置において、ファンモータの回転数を下げる場合の補正量と回転数の関係を示すグラフである。図５の上段は補正量Ａの時間推移を表す。図５の下段はファンモータＭの実際の回転数の時間推移を表す。図５の上段と下段のいずれも、横軸は時間を示す。図５の上段の縦軸は補正量を示す。図５の下段の縦軸はファンモータＭの回転数を示す。

【0029】

図５に示すように、立下り開始期間では下段に示す偏差σが大きいため、上段に示す補正量Ａは大きな値となる。その後、立下り開始期間から立下り終了期間にかけて偏差σが徐々に小さくなるため、補正量Ａは略一定の傾きで減少する。それに伴って、下段に示すファンモータＭの実際の回転数は所定値から０に向かって階段状に減少する。

【0030】

本実施形態に係るファンモータの回転制御装置１００の回転制御方法を詳細に説明するために、比較対象として、図６、７を用いて、参考例に係るファンモータの制御装置の回転制御方法について説明する。

【0031】

図６は、参考例１に係るファンモータの制御装置の回転制御方法を説明する波形データである。図６に示す波形データは、ファンモータＭの回転数を０から所定値まで上げて、一定時間経過後に所定値から一定の値まで下げた場合における、ファンモータＭの実際の電流の時間推移を表す。横軸に時間、縦軸にファンモータＭの電流を示す。

【0032】

参考例１では、ファンモータＭの回転数を上げる場合と回転数を下げる場合において、上記式１に従って、共通の補正量（補正量Ａと補正量Ｂの合計値）を用いて、制御値を算出する。現在の制御値に補正量Ａと補正量Ｂの合計を加算した値を制御値とするため、図６に示すように、ファンモータＭの回転数の変化率が大きく、回転数を上げる場合の立上り時間Ｔｒ１と回転数を下げる場合の立下り時間Ｔｆ１は短い。しかしながら、回転数を下げる場合にアンダーシュート（図６の破線の丸領域）が発生し、ファンモータの振動が増加してしまう恐れがある。その結果、ファンモータの回転数の立下り開始から目標回転数で安定するまで長い時間を要することとなる。

【0033】

図７は、参考例２に係るファンモータの制御装置の回転制御方法を説明する波形データである。図７に示す波形データは、ファンモータＭの回転数を０から所定値まで上げて、一定時間経過後に所定値から一定の値まで下げた場合における、ファンモータＭの実際の電流の時間推移を表す。横軸に時間、縦軸にファンモータＭの電流を示す。

【0034】

参考例２では、ファンモータＭの回転数を上げる場合と回転数を下げる場合において、上記式２に従って、共通の補正量（補正量Ａ）を用いて、制御値を算出する。現在の制御値に補正量Ａのみを加算した値を制御値とするため、図７に示すように、図６の参考例１の波形データよりもファンモータＭの電流の変化率が小さい。そのため、回転数を上げる場合の立上り時間Ｔｒ２は立上り時間Ｔｒ１よりも長く、回転数を下げる場合の立下り時間Ｔｆ２は立下り時間Ｔｆ１よりも長い。従って、回転数を下げる場合のアンダーシュートは抑制できるが、ファンの起動時間が長くなってしまう。

【0035】

図８は、本実施形態に係るファンモータの制御装置の回転制御方法を説明する波形データである。図８に示す波形データは、ファンモータＭの回転数を０から所定値まで上げて、一定時間経過後に所定値から一定の値まで下げた場合における、ファンモータＭの実際の電流の時間推移を表す。横軸に時間、縦軸にファンモータＭの電流を示す。

【0036】

本実施形態では、ファンモータＭの回転数を上げる場合において、上記式１に従って、補正量Ａと補正量Ｂの合計値を用いて、制御値を算出する。また、ファンモータＭの回転数を下げる場合において、上記式２に従って、補正量Ａのみを用いて、目標回転数を算出する。

【0037】

ファンモータＭの回転数を上げる場合において、現在の制御値に補正量Ａと補正量Ｂの合計値を加算した値を制御値とするため、ファンモータＭの回転数の変化率が大きい。そのため、回転数を上げる場合の立上り時間Ｔｒ３が短くなり、ファンの起動時間を短縮することができる。

【0038】

また、ファンモータＭの回転数を下げる場合において、現在の目標回転数に補正量Ａのみを加算した値を制御値とするため、ファンモータＭの回転数の変化率が小さい。そのため、回転数を下げる場合の立下り時間Ｔｆ３が長く、アンダーシュートを抑制し、ファンモータの振動を低減し、ファンモータの回転数の立下り開始から目標回転数で安定するまでの時間を短くすることができる。

【0039】

以上のように、第二制御値を第一制御値よりも小さい値とすることで、回転数を上げる場合の立上り時間を短縮しつつ、回転数を下げる場合のアンダーシュートを抑制し、ファンモータＭの振動を低減し、ファンモータの回転数の立下り開始から目標回転数で安定するまでの時間を短くすることができる。

【0040】

以上、本発明の実施形態について説明をしたが、本発明の技術的範囲が本実施形態の説明によって限定的に解釈されるべきではないのは言うまでもない。本実施形態は単なる一例であって、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内において、様々な実施形態の変更が可能であることが当業者によって理解されるところである。本発明の技術的範囲は特許請求の範囲に記載された発明の範囲及びその均等の範囲に基づいて定められるべきである。

【符号の説明】

【0041】

１００ 回転制御装置
１２０ インバータ回路
１２０Ａ、１２０Ｂ、１２０Ｃ アーム回路
１２１Ａ、１２１Ｂ、１２１Ｃ 接続ライン
１２２ 駆動回路
１３０ スイッチング制御部
１３１ 制御値算出部
１３２ 記憶部
１３３ パルス出力部
１３４ 目標回転数算出部
２００ 直流電源
Ｍ ファンモータ
ＴＲ１～ＴＲ６ トランジスタ
Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３ センサ部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】