JP4927521B2 - 電気掃除機 - Google Patents
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(1)図1の回路構成
図1(1)は、本発明によるモータ駆動装置の一実施形態を示す回路図である。図1(1)に示されているモータ駆動装置は、直流電源8の直流電圧をインバータ部14により所要の周波数の交流電圧に変換してモータ15に供給する回路である。直流電源8の出力直流電圧値は可変できるものとする。直流電圧検出手段12は、直流電源8が出力する直流電圧を検出するためのもので、例えば分圧抵抗で構成される。直流電流検出手段13は、直流電源8からの直流電流を検出するためのもので、例えばシャント抵抗で構成される。インバータ部14は、スイッチング素子Tr1〜Tr6(及びドライブ回路)から構成されており、直流電源8の電圧を交流電圧に変換する。
駆動制御装置17の制御内容について説明する。図1(2)には、駆動制御装置の構成の概略を表すブロック図が示されている。駆動制御装置17は、ロータ位置検出手段16の出力信号の入力を受けて、当該出力信号に基づいて、インバータ部14の各スイッチング素子Tr1〜Tr6のオン/オフを制御する。また、駆動制御装置17は電力検出手段を備えており、直流電圧検出手段12の電圧検出値及び直流電流検出手段13の電流検出値の入力を受けて、「電圧検出値×電流検出値」の平均値を取る等の演算により、電力値を演算・検出する。なお、直流電源電圧が一定の場合には、直流電源電圧検出手段12を省略し、電力演算の際には、電圧値は所定の定数を用いる等として電流検出値のみで演算・検出し得る。また、電力検出については、直流電圧と直流電流ではなく、モータ電圧とモータ電流を検出し演算するようにしても良い。
図2は、本発明によるモータ駆動装置の図1とは別の実施形態を示す回路構成図である。図2に示す回路構成は、図1における直流電源部8を、交流電源1と、交流電源1の電圧を直流電圧に変換するコンバータ部9とで構成したものである。交流電源1の交流電圧をコンバータ部9で直流電圧に変換し、インバータ部14に供給し、インバータ部14で直流電圧を所要の周波数の交流電圧に変換してモータ15を駆動する。交流電圧検出手段10は、交流電圧を検出するためのものであり、また、交流電圧のゼロクロスを検出する。交流電流検出手段11は、交流電流を検出するためのものであり、例えばCT(カレントトランス)で構成される。インバータ部14の構成は、図1と同様である。
(1)インバータ駆動信号の説明
図3は、本発明によるモータ駆動装置のインバータ部における駆動信号を説明するための波形図の例である。図3(1)には、(a)誘起電圧波形(U相1相分のみ)と、(b)位置検出信号Ha〜Hcの波形、(c)インバータ通電駆動信号Tr1の波形を示している。なお、同図(a)誘起電圧波形と(b)位置検出信号との関係は、位置検出センサの取付け位置により変わるが、同図はその1例である。
次に、本発明の駆動信号の生成制御方法の例について示す。駆動制御装置17は、位置検出信号の間隔より、360度区間のT[s]を測定する。なお、モータの実働回転数は、回転数[rpm]=60/(T×モータ極対数)で測定される。
t[s]=T[s]×(120[度]−通電角[度]/2)/360[度]
進み角制御を行う場合には、
t[s]=T[s]×(120[度]−通電角[度]/2−進み角[度])/360[度]
通電角分の時間は、通電角時間[s]=T[s]×通電角[度]/360[度]
ただし通電角は、0度≦通電角≦180度である。なお、進み角は、負の値として、遅れ位相として駆動することも可能である。これらは駆動制御手段にタイマ機能があれば、容易に設定でき、通電角及び進み角は細かく調整可能である。
なお、基準信号とするHaの立ち上がりエッジよりも、進み角をより大きくして進め位相としたい場合には、Hcの立ち下がりエッジを基準にしても良い。その場合には、
t[s]=T[s]×(180[度]−通電角[度]/2−進み角[度])/360[度]となる。
上述のように、インバータ駆動信号Tr1〜Tr6を制御し、モータへ印加する方形波1パルスの通電角と進み角を制御する。本発明によるモータ駆動装置では、更に、インバータ部へ供給される直流電圧値を制御するようにする。
次に、図4を参照して各制御パラメータと駆動効率との関係を説明する。図4のグラフは、突極性をもつIPMSM(ロータ内部に永久磁石を埋め込んだ埋込磁石構造の永久磁石同期モータ)を駆動させたときの特性を描いたイメージ図である。
次に、図5を参照して制御フローについて説明する。図5(1)は電力を所望目標値近くに略一定に調整制御するときの制御フローチャートの一例である。図5(1)に示すフローチャートにおいて、ステップS11にて、電力値の検出を行う。ステップS12にて、検出電力値と目標設定電力値とを比較する。検出電力値のほうが低いと判断した場合には(ステップS12にてYES)、処理はステップS13へと移される。そうでない場合には(ステップS12にてNO)、処理はステップS14へ移される。ステップS13にて、電力アップ調整制御を行う。ステップS14にて、電力ダウン調整制御を行う。
駆動制御装置17は、一定時間ごとに図5(1)の処理を行うようにする。なお、S11の電力値の検出は、上述のとおり、駆動制御装置17は電圧検出値及び電流検出値等を用いて演算する。
なお通電角が小さく、モータ回転数が安定しないなど駆動が不安定な場合には、直流電
圧を小さく、進み角を小さくし、通電角がある程度大きくなるようにする。
図5(2)は電力モード(目標設定電力の大きさ)を変更するときの制御フローチャートの一例である。図5(2)に示すフローチャートにおいて、ステップS21にて、電力モード切替を行うかどうかを判断する。切替えを行うと判断した場合には(ステップS21にてYES)、処理はステップS22へ移される。ステップS22にて、目標電力を高く上げるかどうかを判断する。目標電力を上げると判断した場合には(ステップS22にてYES)、処理はステップS23へ移される。目標電力を下げると判断した場合には(ステップS22にてNO)、処理はステップS24へ移される。ステップS23にて目標設定電力値は大きくされ、ステップS24にて目標設定電力値は小さくされる。
図5(3)は起動時にPWM制御を行う場合の制御フローチャートの一例である。図5(3)に示すフローチャートにおいて、ステップS31にて、起動を開始するかどうかを判断する。開始すると判断した場合には(ステップS31にてYES)、処理はステップS32へ移される。ステップS32にて、PWM制御をON(有効)にし、PWM制御を行う。ステップS33にて、起動が適切に完了したかどうかを判断する。完了したと判断した場合には(ステップS33にてYES)、処理はステップS34へ移される。まだ完了していないと判断した場合には(ステップS33にてNO)、処理はステップS33に戻される。ステップS34にて、PWM制御はOFF(無効)にされ、モータはPWM制御なしで駆動される。
これまで上述したモータ駆動装置を、ブラシレスモータを吸込み用の送風モータとした電気掃除機(図示せず)に用いることができる。電気掃除機においては、家庭の電源容量内で高い吸込み能力が求められ、且つ数万回転等のような高回転数でモータが駆動される。上述のような構成の制御装置とすることで、電気掃除機において、モータの高出力・高速駆動が可能となり、低損失化を図り、限られた入力電力で高いモータ出力を得られるように駆動できる。高速駆動の際、細かなPWM制御を必要としないので、スイッチング損失を低減化することができ、駆動制御手段として安価なマイコン等で構成することで、装置を複雑化せず、構造を可及的に小型・軽量とし、掃除機本体を大型化せず、掃除作業のとりまわし性を悪化させないようにすることができる。電源装置には図2のような構成で対応できる。
なお、本発明に係る装置は、電気掃除機に関わらず、その他、モータを用いる電機製品全般に適用することができる。
以上のように、従来の120度矩形波通電PWM制御に比べ、本発明による方法では、起動時以外はPWM制御スイッチングを行わないので、スイッチング損失の低減化を図ることができる。通電角、進み角及び直流電圧値の3つのパラメータを制御するようにし、それらの制御パラメータ値を大きくすることで高出力・高回転数駆動が可能であり、また効率がよくなるようにこれらの制御パラメータを最適に調整することで、可能な限り損失を抑え電力を有効に活用することができる。電気掃除機に適用した場合には、高い吸込み能力(高い吸込仕事率)を実現することができる。また、制御パラメータを最適に制御し、低回転数時などの電力をあまり必要としないときも、損失を抑えて、省エネでの駆動を図ることができる。
4 リアクトル 5 短絡スイッチ
6 平滑用コンデンサ 8 直流電源
9 コンバータ部 10 交流電圧検出手段
11 交流電流検出手段 12 直流電圧検出手段
13 直流電流検出手段 14 インバータ部
15 モータ(ブラシレスモータ) 16 ロータ位置検出手段
17 駆動制御装置
Claims (4)
- 直流電源の可変な直流電圧を方形波交流電圧に変換し、ブラシレスモータに電力を供給するインバータ部と、
前記ブラシレスモータのロータ位置を検出するロータ位置検出手段と、
前記インバータ部の通電信号の通電角を制御する駆動制御手段と
を備えた電気掃除機において、
モータ駆動に使用されている電力値を検出する電力検出手段を更に備え、
前記駆動制御手段は、前記電力検出手段により検出された電力値が所定の目標電力値に略一定となるように、前記通電角に加えて、モータ印加電圧位相又はモータ電流位相の進み角、及び前記直流電源の直流電圧値を制御し、
前記ブラシレスモータを吸込み用の送風モータとして備えてなる
ことを特徴とする電気掃除機。 - 請求項1記載の電気掃除機において、
前記直流電源は、交流電源電圧と、前記交流電源電圧を直流電圧に変換するコンバータ部とで構成される
ことを特徴とする電気掃除機。 - 請求項1記載の電気掃除機において、
前記駆動制御手段は、運転モードに応じて前記所定の目標電力値を切替える
ことを特徴とする電気掃除機。 - 請求項1〜3のいずれか一項記載の電気掃除機において、
前記駆動制御手段は、前記インバータ部の交流変換時において、高周波PWM信号を生成し、PWM信号デューティ比を制御するPWM制御手段を備えてなる
ことを特徴とする電気掃除機。
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