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JP5409332B2 - DC motor control device and ventilation device - Google Patents
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JP5409332B2 - DC motor control device and ventilation device - Google Patents

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Description

本発明は、DCモータ制御装置および前記DCモータ制御装置を用いて換気扇の風量制御を行う換気装置に関するものである。   The present invention relates to a DC motor control device and a ventilating device that performs air volume control of a ventilation fan using the DC motor control device.

従来の換気装置には、換気扇の風量制御を、風路の圧力損失に対応したファンの回転数と風量との関係を予め実験によって実測し、それをデータテーブル化してコントローラに用意しておき、コントローラが設定風量に応じて、ファンを回転させるDCモータへの印加電圧を切り替える方法で実施しているものが知られている。この場合、換気扇の構成として、DCモータおよびそれを駆動する専用の駆動回路を搭載する構成、或いは、専用の駆動回路を内蔵したDCモータを搭載する構成が採用される。   In the conventional ventilator, the air volume control of the ventilation fan, the relationship between the fan speed and the air volume corresponding to the pressure loss of the air path is measured in advance by experiment, and it is prepared in the controller as a data table, What is implemented by a method in which a controller switches a voltage applied to a DC motor that rotates a fan according to a set air volume is known. In this case, as a configuration of the ventilation fan, a configuration in which a DC motor and a dedicated drive circuit for driving the DC motor are mounted, or a configuration in which a DC motor having a dedicated drive circuit is mounted is employed.

このような風量制御方法を採用する換気装置では、換気扇毎に、ファンの回転数と風量との関係を実測する作業が必要であるので、膨大な試験時間を要し、コストアップの要因となっている。また、換気扇毎に、DCモータおよびそれを駆動する専用の駆動回路、或いは、専用の駆動回路を内蔵したDCモータが必要であるので、キーパーツの標準化が困難であり、この点もコストアップの要因となっている。   In a ventilator that employs such an air volume control method, it is necessary to measure the relationship between the fan speed and the air volume for each ventilation fan, which requires an enormous amount of test time and increases costs. ing. In addition, each ventilation fan requires a DC motor and a dedicated drive circuit for driving it, or a DC motor with a built-in dedicated drive circuit, so it is difficult to standardize key parts, which also increases costs. It is a factor.

そこで、例えば特許文献1では、上記した2つの課題を解決するDCモータの制御方法が提案されている。すなわち、特許文献1では、DCモータを一定電圧で駆動し、そのDCモータに供給される駆動電流とモータ回転速度と設定風量を得るための指令負荷駆動電流値とに基づいてDCモータの負荷トルクの変化を検出し、その負荷トルクの変化に応じて駆動電圧を制御してモータ発生トルクを指令負荷駆動電流値に見合う値に維持するようにした風量制御方法が提案されている。   Therefore, for example, Patent Document 1 proposes a DC motor control method that solves the above-described two problems. That is, in Patent Document 1, a DC motor is driven at a constant voltage, and the load torque of the DC motor is based on a drive current supplied to the DC motor, a motor rotation speed, and a command load drive current value for obtaining a set air volume. An air volume control method has been proposed in which the change in the load is detected and the drive voltage is controlled in accordance with the change in the load torque to maintain the motor-generated torque at a value commensurate with the command load drive current value.

特開2005−273547号公報JP 2005-273547 A

ところで、本発明は、DCモータの回転数とトルク電流とが比例関係にあることを利用して換気扇の定風量制御が行える換気装置の実現を企図している。そのためには、上記した従来の駆動回路には無い機能、つまり、DCモータの駆動過程でトルク電流情報を演算して換気装置のコントローラへ出力できる機能を備えたDCモータ制御装置を実現することが必要である。そうすれば、特に、DCモータをDCモータ制御装置内蔵型の構成にすれば、定風量制御を行う換気装置の換気扇に汎用的に使用できるDCモータが得られ、上記した2つの課題を解決することができる。   By the way, this invention intends realization of the ventilation apparatus which can perform constant air volume control of a ventilation fan using the proportionality relationship between the rotation speed of a DC motor and torque current. For this purpose, it is possible to realize a DC motor control device having a function that the conventional drive circuit described above does not have, that is, a function that can calculate torque current information and output it to the controller of the ventilator in the process of driving the DC motor. is necessary. Then, in particular, if the DC motor is configured to have a built-in DC motor control device, a DC motor that can be used universally for a ventilation fan of a ventilator that performs constant air flow control can be obtained, thereby solving the above two problems. be able to.

この場合、トルク電流情報は、検出したモータ電流から求めるが、検出したモータ電流にDCモータ制御装置の消費電流が含まれる場合には、コントローラは、使用するDCモータ制御装置毎に誤差分電流を除く演算が必要になる。したがって、DCモータ制御装置の特性に合わせた制御を行う専用のコントローラを不要とするためには、本発明のDCモータ制御装置は、誤差分電流を含まないトルク電流情報をコントローラへ出力できることが必要である。   In this case, the torque current information is obtained from the detected motor current. When the detected motor current includes the consumption current of the DC motor control device, the controller calculates the error current for each DC motor control device to be used. Excluding operations are required. Therefore, in order to eliminate the need for a dedicated controller that performs control in accordance with the characteristics of the DC motor control device, the DC motor control device of the present invention needs to be able to output torque current information that does not include an error current to the controller. It is.

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、高精度のトルク電流情報を出力できるDCモータ制御装置、および前記DCモータ制御装置を用いて換気扇の定風量制御を精度よく行える換気装置を得ることを目的とする。   The present invention has been made in view of the above, and obtains a DC motor control device capable of outputting highly accurate torque current information, and a ventilation device capable of accurately controlling a constant air flow rate of a ventilation fan using the DC motor control device. For the purpose.

上述した目的を達成するために、本発明のDCモータ制御装置は、直流電圧をPWM駆動信号に基づきスイッチングしてDCモータへの駆動電圧を出力するインバータ回路と、前記インバータ回路のスイッチング回路における母線電流をモータ電流として検出するモータ電流検出回路と、外部からの速度指令に従い前記PWM駆動信号を生成出力し、検出された前記モータ電流を前記駆動電圧の前記直流電圧に対する割合で除算してトルク電流を求め、求めた前記トルク電流の情報と、モータ回転速度を示す回転パルス信号とを外部へ出力する制御回路とを備えたことを特徴とする。   In order to achieve the above-described object, a DC motor control device according to the present invention includes an inverter circuit that switches a DC voltage based on a PWM drive signal and outputs a drive voltage to the DC motor, and a bus in the switching circuit of the inverter circuit. A motor current detection circuit that detects a current as a motor current, generates and outputs the PWM drive signal according to an external speed command, and divides the detected motor current by a ratio of the drive voltage to the DC voltage to generate a torque current And a control circuit for outputting the obtained torque current information and a rotation pulse signal indicating the motor rotation speed to the outside.

本発明によれば、DCモータ制御装置は、高精度のトルク電流情報を出力できる。したがって、換気装置の換気扇に搭載されるDCモータの制御に用いれば、換気装置のコントローラでは、換気扇の定風量制御を行う上で必要となるトルク電流情報を精度よく得ることができる。このDCモータ制御装置をDCモータに内蔵すれば、定風量制御を行う換気装置の換気扇に汎用的に使用できるDCモータが得られるという効果を奏する。   According to the present invention, the DC motor control device can output highly accurate torque current information. Therefore, if used for controlling the DC motor mounted on the ventilation fan of the ventilator, the controller of the ventilator can accurately obtain torque current information necessary for controlling the constant air flow of the ventilator. If this DC motor control device is built in the DC motor, there is an effect that a DC motor that can be used for a general purpose in a ventilation fan of a ventilation device that performs constant air flow control is obtained.

図1は、本発明の一実施の形態によるDCモータ制御装置を備える換気装置の構成例を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration example of a ventilator including a DC motor control device according to an embodiment of the present invention. 図2は、図1に示す制御回路がコントローラへ出力するトルク電流情報の一例を説明する図である。FIG. 2 is a diagram for explaining an example of torque current information output to the controller by the control circuit shown in FIG. 図3は、図1に示す制御回路がコントローラへ出力する回転パルス信号の一例を説明する図である。FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a rotation pulse signal output from the control circuit shown in FIG. 1 to the controller. 図4は、図1に示す制御回路が増幅回路のオフセット電圧をキャンセルしたモータ電流を生成する手順を説明するフローチャートである。FIG. 4 is a flowchart illustrating a procedure for generating a motor current in which the control circuit shown in FIG. 1 cancels the offset voltage of the amplifier circuit.

以下に、本発明にかかるDCモータ制御装置および換気装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態により本発明が限定されるものではない。   Embodiments of a DC motor control device and a ventilation device according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited by this embodiment.

図1は、本発明の一実施の形態によるDCモータ制御装置を備える換気装置の構成例を示すブロック図である。図1において、換気装置1は、コントローラ2と電源回路3と換気扇4とを備えている。換気扇4には、ファン5と、ファン5を回転させるDCモータ6と、DCモータ6を制御するDCモータ制御装置7とが搭載されている。この実施の形態では、DCモータ制御装置7は、DCモータ6に内蔵されている。   FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration example of a ventilator including a DC motor control device according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, the ventilation device 1 includes a controller 2, a power supply circuit 3, and a ventilation fan 4. The ventilation fan 4 is equipped with a fan 5, a DC motor 6 that rotates the fan 5, and a DC motor control device 7 that controls the DC motor 6. In this embodiment, the DC motor control device 7 is built in the DC motor 6.

電源回路3は、この実施の形態では、図示してないがAC100Vが入力され、そのAC100Vから、DC140V、DC15V、DC5Vの各直流電圧を変換生成する。DC140Vは、正極端子aと負極端子dとの間に出力される。DC15Vは、正極端子bと負極端子dとの間に出力される。DC5Vは、正極端子cと負極端子dとの間に出力される。なお、AC200V系で用いる換気装置での電源回路では、DC140Vに代えてDC280Vが変換生成される。   In this embodiment, the power supply circuit 3 receives AC 100 V (not shown), and converts and generates DC voltages of DC 140 V, DC 15 V, and DC 5 V from the AC 100 V. DC140V is output between the positive terminal a and the negative terminal d. DC15V is output between the positive terminal b and the negative terminal d. DC5V is output between the positive terminal c and the negative terminal d. In the power supply circuit in the ventilator used in the AC200V system, DC280V is converted and generated instead of DC140V.

DCモータ制御装置7は、回路基板上に、制御回路10と、インバータ回路11と、電流検知回路を構成するシャント抵抗器12および増幅回路13とを備えている。また、回路基板上に、電源回路3に対する電源端子14a,14b,14c,14dと、コントローラ2に対する信号端子15a,15b,15cとが設けられている。   The DC motor control device 7 includes a control circuit 10, an inverter circuit 11, and a shunt resistor 12 and an amplifier circuit 13 that constitute a current detection circuit on a circuit board. On the circuit board, power terminals 14a, 14b, 14c, 14d for the power circuit 3 and signal terminals 15a, 15b, 15c for the controller 2 are provided.

電源回路3の負極端子dが接続される電源端子14dは、DCモータ制御装置7を搭載する回路基板の回路グランドGNDに接続されている。インバータ回路11の変換対象電源は、電源回路3の正極端子aから電源端子14aに供給される直流電圧(DC140V)である。制御回路10の動作電源は、電源回路3の正極端子bから電源端子14bに供給される直流電圧(DC15V)である。増幅回路13の動作電源は、電源回路3の正極端子cから電源端子14cに供給される直流電圧(DC5V)である。なお、電源端子14aは、制御回路10にも接続されている。これは、インバータ回路11に印加される直流電圧(DC140V)をトルク電流情報の生成演算に利用するためである。   A power supply terminal 14 d to which the negative electrode terminal d of the power supply circuit 3 is connected is connected to a circuit ground GND of a circuit board on which the DC motor control device 7 is mounted. The conversion target power supply of the inverter circuit 11 is a direct-current voltage (DC 140 V) supplied from the positive terminal a of the power supply circuit 3 to the power supply terminal 14 a. The operating power supply of the control circuit 10 is a DC voltage (DC15V) supplied from the positive terminal b of the power supply circuit 3 to the power supply terminal 14b. The operating power supply of the amplifier circuit 13 is a DC voltage (DC5V) supplied from the positive terminal c of the power supply circuit 3 to the power supply terminal 14c. The power supply terminal 14a is also connected to the control circuit 10. This is because the DC voltage (DC 140 V) applied to the inverter circuit 11 is used for the generation calculation of torque current information.

コントローラ2と制御回路10との間では、コントローラ2は、速度指令を信号端子15a経由で制御回路10に出力する。また、コントローラ2は、制御回路10が生成した回転パルス信号とトルク電流情報とを信号端子15b,信号端子15c経由でそれぞれ取り込むようになっている。   Between the controller 2 and the control circuit 10, the controller 2 outputs a speed command to the control circuit 10 via the signal terminal 15a. The controller 2 takes in the rotation pulse signal and torque current information generated by the control circuit 10 via the signal terminal 15b and the signal terminal 15c, respectively.

制御回路10からPWM駆動信号が入力されるインバータ回路11は、スイッチング回路11aのみを示してあるが、このスイッチング回路11aの正極母線Pが電源端子14aに接続され、負極母線Nがシャント抵抗器12を介して回路グランドGNDに接続されている。   The inverter circuit 11 to which the PWM drive signal is input from the control circuit 10 shows only the switching circuit 11a, but the positive bus P of the switching circuit 11a is connected to the power supply terminal 14a, and the negative bus N is the shunt resistor 12. Is connected to the circuit ground GND.

スイッチング回路11aの負極母線Nとシャント抵抗器12の接続端は、増幅回路13の入力端子に接続され、増幅回路13の出力端子は、制御回路10のモータ電流監視ポートに接続されている。   The connection end of the negative bus N of the switching circuit 11 a and the shunt resistor 12 is connected to the input terminal of the amplifier circuit 13, and the output terminal of the amplifier circuit 13 is connected to the motor current monitoring port of the control circuit 10.

以上の構成において、制御回路10は、コントローラ2から信号端子15aを介して入力される速度指令に従ってPWM駆動信号を生成し、インバータ回路11に出力する。これによって、インバータ回路11では、スイッチング回路11aが駆動され、印加される直流電圧(DC140V)から三相の交流電圧が生成され、DCモータ6に供給される。スイッチング回路11aの負極母線Nには、DCモータ6に供給される三相分のモータ電流を平均した電流が流れる。その平均したモータ電流がシャント抵抗器12にて検出(電圧変換)され、増幅回路13にて所定ゲインで増幅され、制御回路10に入力される。このように、制御回路10には、DC15VあるいはDC5Vの消費電流(つまり誤差分電流)を含まない純粋なモータ電流を示す電圧信号が入力される。   In the above configuration, the control circuit 10 generates a PWM drive signal in accordance with a speed command input from the controller 2 via the signal terminal 15 a and outputs the PWM drive signal to the inverter circuit 11. Thereby, in the inverter circuit 11, the switching circuit 11 a is driven, and a three-phase AC voltage is generated from the applied DC voltage (DC 140 V) and supplied to the DC motor 6. A current obtained by averaging three-phase motor currents supplied to the DC motor 6 flows through the negative electrode bus N of the switching circuit 11a. The averaged motor current is detected (voltage conversion) by the shunt resistor 12, amplified by the amplification circuit 13 with a predetermined gain, and input to the control circuit 10. In this way, the control circuit 10 is supplied with a voltage signal indicating a pure motor current that does not include DC15V or DC5V consumption current (that is, error current).

制御回路10は、増幅回路13から検出されたモータ電流に対応する検出電圧が入力されると、この実施の形態に関わる動作を行う。すなわち、制御回路10は、増幅回路13の出力電圧とインバータ11に印加される直流電圧(DC140V)とを用いて、DCモータ6のトルク電流情報と回転速度を示す回転パルス信号とをそれぞれ生成し、信号端子15b,15cを介してコントローラ2へ出力する。   When a detection voltage corresponding to the motor current detected from the amplifier circuit 13 is input, the control circuit 10 performs an operation related to this embodiment. That is, the control circuit 10 generates torque current information of the DC motor 6 and a rotation pulse signal indicating the rotation speed, respectively, using the output voltage of the amplifier circuit 13 and the DC voltage (DC 140 V) applied to the inverter 11. And output to the controller 2 through the signal terminals 15b and 15c.

以下、図2〜図4を参照して、制御回路10が行うこの実施の形態に関わる動作について具体的に説明する。なお、図2は、図1に示す制御回路がコントローラへ出力するトルク電流情報の一例を説明する図である。図3は、図1に示す制御回路がコントローラへ出力する回転パルス信号の一例を説明する図である。図4は、図1に示す制御回路が増幅回路のオフセット電圧をキャンセルしたモータ電流を生成する手順を説明するフローチャートである。   Hereinafter, with reference to FIG. 2 to FIG. 4, the operation related to this embodiment performed by the control circuit 10 will be specifically described. FIG. 2 is a diagram for explaining an example of torque current information output to the controller by the control circuit shown in FIG. FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a rotation pulse signal output from the control circuit shown in FIG. 1 to the controller. FIG. 4 is a flowchart illustrating a procedure for generating a motor current in which the control circuit shown in FIG. 1 cancels the offset voltage of the amplifier circuit.

<コントローラ2へ出力するトルク電流情報の生成動作>
トルク電流は、PWM駆動信号のデューティのON領域においてDCモータ6に流れる電流すなわちピーク電流であり、DCモータ6の回転速度と比例的な関係を有している。そこで、制御回路10は、まず、速度指令とそれに対するDCモータ6への駆動電圧との関係テーブルから、コントローラ2から入力された速度指令に対するモータ駆動電圧を取り出し、その取り出したモータ駆動電圧をインバータ11に印加される直流電圧(DC140V)で除算する。つまり、実際にDCモータ6へ印加している駆動電圧のインバータ11に供給される直流電圧(DC140V)に対する割合を求める。そして、求めた割合で、増幅回路13の出力電圧が示すモータ電流を除算してトルク電流を求める。
<Generation operation of torque current information output to controller 2>
The torque current is a current that flows in the DC motor 6 in the ON region of the duty of the PWM drive signal, that is, a peak current, and has a proportional relationship with the rotational speed of the DC motor 6. Therefore, the control circuit 10 first extracts the motor drive voltage corresponding to the speed command input from the controller 2 from the relationship table between the speed command and the corresponding drive voltage to the DC motor 6, and converts the extracted motor drive voltage to the inverter. 11 is divided by the direct current voltage (DC 140 V) applied to 11. That is, the ratio of the drive voltage actually applied to the DC motor 6 to the DC voltage (DC 140 V) supplied to the inverter 11 is obtained. Then, the motor current indicated by the output voltage of the amplifier circuit 13 is divided by the obtained ratio to obtain the torque current.

求めたトルク電流をコントローラ2へ出力する方法としては、例えば、2つの方法が考えられる。トルク電流情報とは、この2つの方法のいずれかにより生成される信号を指している。
第1の方法は、求めたトルク電流値は、ディジタル値であるから、例えば図2に示すように、所定の電圧範囲内に割り付けたアナログ電圧に変換して出力する方法である。図2において、縦軸はトルク電流であり、横軸はD/A出力である。図2では、0A〜1Aのトルク電流に対し、0V〜5Vのアナログ電圧を割り付けた例が示されている。なお、トルク電流値の上限は、実際に使用する領域に合わせて設定される。
第2の方法は、アナログ電圧出力の代わりに、トルク電流値を一定期間内のパルス数として出力する方法である。
As a method for outputting the obtained torque current to the controller 2, for example, two methods are conceivable. Torque current information refers to a signal generated by either of these two methods.
In the first method, since the obtained torque current value is a digital value, it is converted into an analog voltage assigned within a predetermined voltage range and output, for example, as shown in FIG. In FIG. 2, the vertical axis represents torque current, and the horizontal axis represents D / A output. FIG. 2 shows an example in which an analog voltage of 0V to 5V is assigned to a torque current of 0A to 1A. Note that the upper limit of the torque current value is set in accordance with the region actually used.
The second method is a method of outputting the torque current value as the number of pulses within a certain period instead of the analog voltage output.

これによって、コントローラ2は、定風量制御を行う上で必要となるトルク電流情報を精度良く得ることができる。したがって、コントローラ2は、どんな種類のDCモータ制御装置7に対しても、そのDCモータ制御装置7から得られるトルク電流と回転速度との関係に基づいて制御すればよいので、コントローラ2を換気扇4の機種毎に使い分ける必要がなく、標準化が図れる。   As a result, the controller 2 can obtain the torque current information necessary for performing the constant air volume control with high accuracy. Therefore, the controller 2 can control any type of DC motor control device 7 based on the relationship between the torque current obtained from the DC motor control device 7 and the rotational speed. There is no need to use it separately for each model, and standardization is possible.

また、DCモータ制御装置7は、精度のよいトルク電流情報を出力できるので、上記のようにコントローラ2側からも使いやすくなり、DCモータ制御装置7自体の標準化につながる。さらに、DCモータ制御装置7をDCモータ6に内蔵することにより、換気扇に汎用的に使用できるDCモータが得られ、換気扇4の標準化が図れる。   Further, since the DC motor control device 7 can output accurate torque current information, it becomes easy to use from the controller 2 side as described above, leading to standardization of the DC motor control device 7 itself. Furthermore, by incorporating the DC motor control device 7 in the DC motor 6, a DC motor that can be used for a general purpose fan can be obtained, and the ventilation fan 4 can be standardized.

<コントローラ2へ出力する回転パルス信号の生成動作>
コントローラ2は、入力される回転パルス信号を、速度指令を生成する際の基礎データとして用いる。この実施の形態では、コントローラ2が高価なマイコンに依らず、簡易な構成で速度指令を生成でき、風量制御が行えるようにすることを企図している。
<Generation operation of rotation pulse signal output to controller 2>
The controller 2 uses the input rotation pulse signal as basic data when generating a speed command. In this embodiment, it is intended that the controller 2 can generate a speed command with a simple configuration and perform air volume control without depending on an expensive microcomputer.

コントローラ2へ出力する回転パルス信号を、従来と同様にデューティ50%固定で、周期を回転速度に応じて可変させる方式を採ると、デューティ50%固定のパルス信号は積分すると、全て同じ電圧レベルの信号になってしまうので、コントローラ2においてパルス信号を積分してアナログ処理する方法は採用できず、高価なマイコンを用いてディジタル処理することになる。   If the rotation pulse signal output to the controller 2 is fixed at a duty of 50% as in the prior art and the cycle is varied according to the rotation speed, the pulse signals with a fixed duty of 50% are all integrated at the same voltage level. Therefore, the controller 2 cannot integrate the pulse signal and perform analog processing, and digital processing is performed using an expensive microcomputer.

そこで、この実施の形態では、コントローラ2において簡易なアナログ処理により速度指令を生成できるようにするため、制御回路10は、コントローラ2へ出力する回転パルス信号を、周期を変えずにデューティを回転速度に応じて可変させるようにしている。   Therefore, in this embodiment, in order to enable the controller 2 to generate a speed command by simple analog processing, the control circuit 10 sets the duty of the rotation pulse signal to be output to the controller 2 without changing the cycle. It is made to change according to.

制御回路10は、トルク電流とそれに比例関係にあるDCモータ6の回転速度との関係テーブルを備えている。制御回路10は、上記のように、シャント抵抗器12にてトルク電流が検出され、増幅回路13から検出電圧が入力されると、その検出電圧に対応するトルク電流を検索キーとして関係テーブルからDCモータ6の回転速度を取り出し、速度範囲を判定する。そして、例えば、図3に示すように、(1)低速では、デューティ20%の回転パルス信号を生成出力し、(2)中速では、デューティ50%の回転パルス信号を生成出力し、(2)高速では、デューティ80%の回転パルス信号を生成出力する。なお、コントローラ2への出力は、PWM駆動信号のデューティに同期させることも可能である。   The control circuit 10 includes a relationship table between the torque current and the rotational speed of the DC motor 6 that is proportional to the torque current. As described above, when the torque current is detected by the shunt resistor 12 and the detection voltage is input from the amplifier circuit 13, the control circuit 10 uses the torque current corresponding to the detection voltage as a search key to search the DC from the relation table. The rotational speed of the motor 6 is taken out and the speed range is determined. For example, as shown in FIG. 3, (1) a rotation pulse signal with a duty of 20% is generated and output at low speed, and (2) a rotation pulse signal with a duty of 50% is generated and output at medium speed, (2 ) At high speed, a rotation pulse signal with a duty of 80% is generated and output. The output to the controller 2 can be synchronized with the duty of the PWM drive signal.

そうすると、コントローラ2では、例えば、入力された回転パルス出力を積分した回転速度信号(アナログ信号)と、入力されたトルク電流信号(アナログ信号)とをエラーアンプ構成にし、比例積分した信号を速度指令として制御回路10に出力する構成を採ることができる。   Then, in the controller 2, for example, the rotation speed signal (analog signal) obtained by integrating the input rotation pulse output and the input torque current signal (analog signal) are configured as an error amplifier, and the proportionally integrated signal is set as a speed command. The configuration of outputting to the control circuit 10 can be taken.

このように、コントローラ2へ出力する回転パルス信号を、周期を変えずにデューティを回転速度に応じて可変させるようにしたので、コントローラ2では、高価なマイコンを使用せずに、簡易なアナログ処理によって定風量制御を行うことができる。   In this way, the rotation pulse signal output to the controller 2 is made variable according to the rotation speed without changing the cycle, so that the controller 2 can perform simple analog processing without using an expensive microcomputer. Can control the constant air flow.

<増幅回路13のオフセット電圧をキャンセルしたモータ電流を生成する動作>
シャント抵抗器12は、抵抗損失を低減するため、低抵抗値のものを使用しており、両端に発生する電圧値は極めて小さい値である。したがって、シャント抵抗器12の変換電圧をそのまま制御回路10に入力した場合、制御回路10においてモータ電流の判定精度が悪くなる。増幅回路13は、制御回路10においてモータ電流の判定精度を高めるために設けられている。
<Operation for Generating Motor Current Canceling Offset Voltage of Amplifier Circuit 13>
The shunt resistor 12 has a low resistance value in order to reduce resistance loss, and the voltage value generated at both ends is extremely small. Therefore, when the converted voltage of the shunt resistor 12 is input to the control circuit 10 as it is, the determination accuracy of the motor current in the control circuit 10 is deteriorated. The amplifier circuit 13 is provided in the control circuit 10 in order to increase the accuracy of determining the motor current.

ところが、増幅回路13は、いわゆるOPアンプで構成されるので、増幅回路13の出力電圧には、オフセット電圧も含まれている。このオフセット電圧は、風量制御に誤差を生じさせる要因になる。そのため、この実施の形態では、増幅回路13のオフセット電圧をキャンセルして純粋なモータ電流が得られるようにするが、オフセット電圧は、製品毎に異なるので、OPアンプの製品仕様で定めるオフセット電圧を用いて一律にキャンセルするのではなく、例えば図4に示す手順で、実際に使用している増幅回路13のオフセット電圧をキャンセルして、純粋なモータ電流が得られるようにした。なお、このオフセット電圧キャンセル処理は、電源投入時の初回のみ実施するか、或いは、所定時間毎に逐次実施するかは特に制限しない。   However, since the amplifier circuit 13 is configured by a so-called OP amplifier, the output voltage of the amplifier circuit 13 includes an offset voltage. This offset voltage causes an error in the air volume control. Therefore, in this embodiment, the offset voltage of the amplifier circuit 13 is canceled so that a pure motor current can be obtained. However, since the offset voltage differs for each product, the offset voltage determined by the product specifications of the OP amplifier is not used. The offset voltage of the amplifier circuit 13 actually used is canceled by the procedure shown in FIG. 4, for example, so that a pure motor current can be obtained. Note that the offset voltage canceling process is not particularly limited as to whether it is performed only for the first time when the power is turned on or whether it is sequentially performed every predetermined time.

図4において、制御回路10は、インバータ回路11にPMW駆動信号を出力することを中止してDCモータ6を運転停止状態とし(ST1)、増幅回路13の出力電圧を取り込み、その電圧値をオフセット電圧Aとして設定する(ST2)。その後、制御回路10は、インバータ回路11にPMW駆動信号を出力することを開始してDCモータ6を運転状態とする(ST3)。DCモータ6が運転を開始すると、制御回路10は、増幅回路13の出力電圧からオフセット電圧Aを差し引いた値(検出モータ電流変換電圧値)が示すモータ電流を使用する(ST4)。   In FIG. 4, the control circuit 10 stops outputting the PMW drive signal to the inverter circuit 11 and puts the DC motor 6 into the operation stop state (ST1), takes in the output voltage of the amplifier circuit 13, and offsets the voltage value. The voltage A is set (ST2). Thereafter, the control circuit 10 starts outputting a PMW drive signal to the inverter circuit 11 and puts the DC motor 6 into an operating state (ST3). When the DC motor 6 starts operation, the control circuit 10 uses the motor current indicated by the value (detected motor current conversion voltage value) obtained by subtracting the offset voltage A from the output voltage of the amplifier circuit 13 (ST4).

このように、増幅回路の誤差を吸収して精度良くモータ電流を検出することが可能となるため、さらに精度のよいトルク電流情報をコントローラ2へ出力することができる。   As described above, it is possible to detect the motor current with high accuracy by absorbing the error of the amplifier circuit, so that more accurate torque current information can be output to the controller 2.

なお、図1では、シャント抵抗器12を用いて電流検出回路を構成しているが、カレントトランスを用いて電流検出回路を構成してもよい。この場合は、カレントトランスの二次巻線を流れる電流を電圧変換して増幅回路に入力させる構成となる。また、DCモータ制御装置7では、DC140VからDC15VやDC5Vを降圧生成する電源回路を搭載する構成も採用することができる。この構成によれば、外部配線の簡素化が図れる。降圧生成されるDC15VやDC5Vの制御電源は、使用する部品の定格に応じて適切な電圧値を生成する必要があることは言うまでもない。   In FIG. 1, the current detection circuit is configured using the shunt resistor 12, but the current detection circuit may be configured using a current transformer. In this case, the current flowing through the secondary winding of the current transformer is voltage-converted and input to the amplifier circuit. The DC motor control device 7 can also employ a configuration in which a power supply circuit that generates a step-down voltage from DC140V to DC15V or DC5V is mounted. According to this configuration, the external wiring can be simplified. It goes without saying that the DC 15V or DC 5V control power supply generated by the step-down generation needs to generate an appropriate voltage value according to the rating of the component to be used.

以上のように、本発明にかかるDCモータ制御装置は、DCモータの回転数とトルク電流とが比例関係にあることを利用して換気扇の定風量制御が行える換気装置で用いるDCモータ制御装置として有用である。   As described above, the DC motor control device according to the present invention is a DC motor control device used in a ventilation device that can perform constant air volume control of a ventilation fan by utilizing the proportional relationship between the rotational speed of the DC motor and the torque current. Useful.

1 換気装置
2 コントローラ
3 電源回路
4 換気扇
5 ファン
6 DCモータ
7 DCモータ制御装置
10 制御回路
11 インバータ回路
11a スイッチング回路
12 シャント抵抗器
13 増幅回路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Ventilation device 2 Controller 3 Power supply circuit 4 Ventilation fan 5 Fan 6 DC motor 7 DC motor control device 10 Control circuit 11 Inverter circuit 11a Switching circuit 12 Shunt resistor 13 Amplifier circuit

Claims (7)

直流電圧をPWM駆動信号に基づきスイッチングしてDCモータへの駆動電圧を出力するインバータ回路と、
前記インバータ回路のスイッチング回路における母線電流をモータ電流として検出するモータ電流検出回路と、
外部のコントローラからの速度指令に従い前記PWM駆動信号を生成出力し、検出された前記モータ電流を前記駆動電圧の前記直流電圧に対する割合で除算してトルク電流を求め、求めた前記トルク電流の情報と、モータ回転速度を示す回転パルス信号とを外部へ出力する制御回路と
を備え
前記制御回路は、PWM駆動信号を前記インバータ回路へ出力し、前記トルク電流の情報及び前記回転パルス信号を外部のコントローラへ出力し、
前記制御回路は、モータ回転速度が多段階の速度範囲のいずれに属するのか判定し、
前記制御回路は、前記回転パルス信号のデューティを、モータ回転速度が属する速度範囲に応じたデューティに変更する
ことを特徴とするDCモータ制御装置。
An inverter circuit that switches a DC voltage based on a PWM drive signal and outputs a drive voltage to a DC motor;
A motor current detection circuit for detecting a bus current in the switching circuit of the inverter circuit as a motor current;
The PWM drive signal is generated and output in accordance with a speed command from an external controller , the detected motor current is divided by a ratio of the drive voltage to the DC voltage, a torque current is obtained, and the obtained torque current information and A control circuit for outputting a rotation pulse signal indicating the motor rotation speed to the outside ;
Equipped with a,
The control circuit outputs a PWM drive signal to the inverter circuit, outputs the torque current information and the rotation pulse signal to an external controller,
The control circuit determines which of the multi-stage speed range the motor rotation speed belongs to,
The control circuit changes the duty of the rotation pulse signal to a duty corresponding to a speed range to which the motor rotation speed belongs .
前記モータ電流検出回路は、前記インバータ回路のスイッチング回路における負極母線と回路グランドとの間に設けられる抵抗器と、前記抵抗器での変換電圧を所定ゲインで増幅する増幅回路とを備え、前記制御回路は、前記増幅回路の出力電圧に基づき前記トルク電流を算出することを特徴とする請求項1に記載のDCモータ制御装置。   The motor current detection circuit includes a resistor provided between a negative bus in the switching circuit of the inverter circuit and a circuit ground, and an amplifier circuit that amplifies a conversion voltage at the resistor with a predetermined gain, and the control The DC motor control device according to claim 1, wherein the circuit calculates the torque current based on an output voltage of the amplifier circuit. 前記モータ電流検出回路は、前記インバータ回路のスイッチング回路における負極母線に一次巻線が介挿されるカレントトランスと、前記カレントトランスの二次巻線に流れる電流の変換電圧を所定ゲインで増幅する増幅回路とを備え、前記制御回路は、前記増幅回路の出力電圧に基づき前記トルク電流を算出することを特徴とする請求項1に記載のDCモータ制御装置。   The motor current detection circuit includes a current transformer in which a primary winding is inserted in a negative bus in the switching circuit of the inverter circuit, and an amplification circuit that amplifies a conversion voltage of a current flowing in the secondary winding of the current transformer with a predetermined gain. The DC motor control device according to claim 1, wherein the control circuit calculates the torque current based on an output voltage of the amplifier circuit. 前記制御回路は、前記外部へ出力するトルク電流情報は、トルク電流を所定の電圧範囲に割り付けたアナログ電圧信号として生成することを特徴とする請求項1〜3のいずれか一つに記載のDCモータ制御装置。   4. The DC according to claim 1, wherein the control circuit generates the torque current information to be output to the outside as an analog voltage signal in which the torque current is assigned to a predetermined voltage range. 5. Motor control device. 前記制御回路は、前記外部へ出力するトルク電流情報は、トルク電流を一定時間内のパルス数で規定したパルス信号として生成することを特徴とする請求項1〜3のいずれか一つに記載のDCモータ制御装置。   The said control circuit produces | generates the torque current information output to the said exterior as a pulse signal which prescribed | regulated torque current with the pulse number in a fixed time, The Claim 1 characterized by the above-mentioned. DC motor control device. 前記制御回路は、前記DCモータの運転を開始する前に前記増幅回路のオフセット電圧を検出し、前記DCモータの運転を開始すると、前記増幅回路の出力電圧から前記オフセット電圧を差し引いた値を検出されたモータ電流として使用することを特徴とする請求項2または3に記載のDCモータ制御装置。   The control circuit detects the offset voltage of the amplifier circuit before starting the operation of the DC motor, and detects the value obtained by subtracting the offset voltage from the output voltage of the amplifier circuit when the operation of the DC motor is started. The DC motor control device according to claim 2, wherein the DC motor control device is used as a motor current. 請求項1〜のいずれか一つに記載のDCモータ制御装置が内蔵されたDCモータおよび前記DCモータにより回転駆動され換気風の流れを引き起こすファンが搭載された換気扇と、
前記DCモータ制御装置からのトルク電流情報と回転パルス信号とに基づき前記DCモータ制御装置に速度指令を与えて前記換気扇の風量制御を行うコントローラと
を備えたことを特徴とする換気装置。
A DC motor in which the DC motor control device according to any one of claims 1 to 6 is incorporated, and a ventilation fan mounted with a fan that is rotationally driven by the DC motor and causes a flow of ventilation air.
A ventilator comprising: a controller that gives a speed command to the DC motor control device based on torque current information and a rotation pulse signal from the DC motor control device and controls the air volume of the ventilation fan.
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