JP6972084B2 - 電気掃除機 - Google Patents

Description

この発明は、電気掃除機に関する。

蓄電装置と、蓄電装置から電力の供給を受けて吸込み力を発生する電動送風機とを備えた電気掃除機が知られている。たとえば、特開２０１５−３４２号公報（特許文献１）には、バッテリから電力の供給を受けて吸引源のインペラーを駆動するモータを備えた電気掃除機が開示されている。これによれば、バッテリおよびモータの間にはインバータが設けられている。インバータは、バッテリから供給される直流電圧を、モータを駆動するための交流電圧に変換する。

上記の電気掃除機においては、モータを高い回転速度で駆動すると、逆起電力が増加して誘起電圧が高くなるため、モータに印加すべき電圧（必要電圧）が高くなる。そのため、この必要電圧がインバータの出力可能電圧を上回る、いわゆる電圧飽和が発生する場合がある。

このような電圧飽和に対して、たとえば、特開２００４−１３５８３５号公報（特許文献２）には、昇圧コンバータを利用することで、インバータの出力可能電圧を上昇させるように構成された電気掃除機が開示されている。

特開２０１５−３４２号公報 特開２００４−１３５８３５号公報

特許文献２に記載される電気掃除機は、昇圧コンバータを作動させない非昇圧運転モードと、昇圧コンバータを作動させる昇圧運転モードとを切替えるように構成されている。非昇圧運転モードでは、バッテリの出力電圧により電動送風機を駆動する。一方、昇圧運転モードでは、昇圧コンバータにより昇圧された出力電圧により電動送風機を駆動する。なお、特許文献２では、弱操作ボタンが操作されたときに非昇圧運転モードに設定され、強操作ボタンが操作されたときに昇圧運転モードに設定される。

特許文献２に開示されたような、昇圧コンバータの出力電圧をインバータによる交流電圧に変換して電動送風機を駆動する構成では、昇圧コンバータの出力電圧の電圧レベルに従って、電気掃除機の各構成要素での電力損失が変化する。したがって、電気掃除機全体の効率も変化する。

しかしながら、特許文献２には、電気掃除機全体の効率を考慮して、昇圧コンバータを制御することについては開示も示唆もされていない。

それゆえ、この発明の主たる目的は、蓄電装置から電力の供給を受ける電動送風機を搭載した電気掃除機において、高効率を実現することである。

本発明のある局面に従う電気掃除機は、吸込み力を発生する電動送風機を搭載している。電気掃除機は、交流電動機と、蓄電装置と、昇圧コンバータと、インバータと、制御装置とを備える。交流電動機は、電動送風機を駆動するように構成される。昇圧コンバータは、蓄電装置から受ける直流電圧を昇圧するように構成される。インバータは、昇圧コンバータの出力電圧を、交流電動機を駆動するための交流電圧に変換するように構成される。制御装置は、昇圧コンバータおよびインバータを制御するように構成される。昇圧コンバータは、昇圧運転と非昇圧運転とを選択的に実行するように構成される。昇圧運転は、蓄電装置の電圧に対する出力電圧の比で示される昇圧率を１よりも高くする運転である。非昇圧運転は、昇圧率を１に固定する運転である。電動送風機に要求吸込み力を発生させる場合において、制御装置は、昇圧運転を選択して交流電動機を駆動したときに電気掃除機に生じる第１の電力損失と、非昇圧運転を選択して交流電動機を駆動したときに電気掃除機に生じる第２の電力損失とを演算する。第１の電力損失が第２の電力損失よりも大きいときには、制御装置は、非昇圧運転を実行して交流電動機を駆動するように、昇圧コンバータおよびインバータを制御する。一方、第１の電力損失が第２の電力損失よりも小さいときには、制御装置は、昇圧運転を実行して交流電動機を駆動するように、昇圧コンバータおよびインバータを制御する。

本発明のある局面に従えば、蓄電装置から電力の供給を受ける電動送風機を搭載した電気掃除機において、高効率を実現することができる。

この発明の実施の形態１に従う電気掃除機の全体構成を示す図である。 電源部の構成を示すブロック図である。 昇圧コンバータおよびインバータの構成を示す回路図である。 実施の形態１に従う電気掃除機における昇圧コンバータの制御に関する制御構成を説明する機能ブロック図である。 実施の形態１に従う電気掃除機における昇圧コンバータの制御を説明するフローチャートである。 昇圧運転時における昇圧率の制御を説明する図である。 実施の形態２に従う電気掃除機における昇圧コンバータの制御に関する制御構成を説明する機能ブロック図である。 実施の形態２に従う電気掃除機における昇圧率制御を説明するフローチャートである。 実施の形態３に従う電気掃除機における昇圧コンバータの制御に関する制御構成を説明する機能ブロック図である。 制御装置により実行される昇温運転を説明するための図である。 実施の形態３に従う電気掃除機において実行される昇温運転を説明するフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

実施の形態１．
（電気掃除機の構成）
図１は、この発明の実施の形態１に従う電気掃除機１００の全体構成を示す図である。図１（Ａ）は電気掃除機１００の正面図であり、図１（Ｂ）は電気掃除機１００の側面図である。

図１には電気掃除機１００の一例としてスティッククリーナーが示されている。電気掃除機１００は、スティッククリーナーに限定されるものではなく、たとえば、電動送風機、集塵部および電源部を有する掃除機本体に延長管を接続して構成されるキャニスター型掃除機でもよい。

図１（Ａ）を参照して、電気掃除機１００は、電源部１０４と、電動送風機１０６と、集塵室１０８と、延長管１１１と、吸込部１１２とを備える。電源部１０４、電動送風機１０６および集塵室１０８は、筐体１１０内に収容されている。筐体１１０の一端には持ち手１０２が接続されている。筐体１１０の他端には延長管１１１が接続されている。

電源部１０４は、バッテリＢおよび基板１１６を含む。バッテリＢは、再充電が可能に構成された蓄電装置の代表例として示される。バッテリＢは、たとえば、ニッケル水素電池またはリチウムイオン電池等の二次電池である。蓄電装置としては、電気二重層キャパシタなどを用いることも可能である。

基板１１６は、後述するように、バッテリＢに蓄えられた電力を用いて電動送風機１０６を駆動するモータ駆動装置を実現する。基板１１６は、バッテリＢから供給される直流電力を、電動送風機１０６を駆動するための交流電力に変換するための電力変換装置を含んでいる。

電動送風機１０６は、筐体１１０内に設けられた通風路１１３上に配置されている。電動送風機１０６は、バッテリＢから電力の供給を受けて通風路１１３に吸込み負圧を作用させる。電動送風機１０６は、交流電動機（図２参照）を送風モータとして駆動する。

集塵室１０８は、延長管１１１と連通している。吸込部１１２は、延長管１１１の先端部に接続されている。吸込部１１２は、吸込口１１４から被掃除面の塵埃を吸引する。

交流電動機を駆動すると、電動送風機１０６は吸込み負圧を発生する。この吸込み負圧によって被掃除面上の塵埃が空気とともに、吸込部１１２内部に吸い込まれる。この塵埃を含んだ空気は、延長管１１１を通って集塵室１０８に搬送される。空気中の塵埃は集塵室１０８に捕集される。塵埃を捕集された空気は通風路１１３を通流し、図示しないフィルタを通過した後、電動送風機１０６に到達する。その後、当該空気は、通風路１１３を通じて排気口から筐体１１０外部へ排出される。

持ち手１０２には、操作部１３および表示部１４が設けられている。操作部１３は、後述するモータ駆動装置によって電動送風機１０６を駆動するための複数の操作スイッチを含む。複数の操作スイッチは、吸込清掃を開始または停止させるための操作スイッチ、および各種の運転モードを切替えるための操作スイッチを含む。運転モードを切替えるための操作スイッチには、たとえば、強運転、中運転および弱運転のように、電動送風機１０６に発生させる吸込み力を切替えるための操作スイッチが含まれている。

表示部１４は、電気掃除機１００の運転状態（運転モード、バッテリＢの状態（充電状態）等）を表示する。表示部１４は、後述するように、バッテリＢの過熱防止のために運転を停止する際、その旨を表示するように構成される。また、表示部１４は、電気掃除機１００の起動時においてバッテリＢを昇温するための昇温運転を実行する際、その旨を表示するように構成される。なお、表示部１４は、持ち手１０２に設置される形態に限定されず、その他の位置に設けられてもよい。

（電源部の構成）
次に、図２および図３を用いて、図１における電源部１０４の構成について説明する。

図２を参照して、基板１１６は、バッテリＢと電動送風機１０６の交流電動機４との間に設けられており、バッテリＢから電力の供給を受けて交流電動機４を駆動するモータ駆動装置を構成する。

具体的には、基板１１６は、電源スイッチ６、昇圧コンバータ２、インバータ３、および制御装置５を含む。電源スイッチ６は、バッテリＢと昇圧コンバータ２との間に設けられる。電源スイッチ６は、制御装置５からの制御信号φｓ１に基づいてオンオフ制御される。電源スイッチ６は、オン（導通）状態ではバッテリＢを昇圧コンバータ２に電気的に接続し、オフ（遮断）状態ではバッテリＢを昇圧コンバータ２から電気的に切り離す。操作部１３において吸込清掃を開始させるための操作スイッチが操作されると、電源スイッチ６はオンされ、吸込清掃を停止させるための操作スイッチが操作されると、電源スイッチ６はオフされる。

昇圧コンバータ２は、制御装置５からの制御信号φｃに基づいて、出力電圧（＝正極線ＰＬ２および負極線ＮＬ間の電圧）Ｖｄｃを電圧指令値Ｖｄｃ＊に従って制御する。バッテリＢの電圧ＶＢに対して、昇圧コンバータ２は、出力電圧ＶｄｃをＶｄｃ≧ＶＢの範囲に制御する。すなわち、昇圧コンバータ２は、バッテリＢの電圧ＶＢを昇圧する機能を有している。

インバータ３は、昇圧コンバータ２と交流電動機４との間に接続される。インバータ３は、制御装置５からの制御信号φｉに基づいて、昇圧コンバータ２の出力電圧Ｖｄｃを、交流電動機４を駆動するための交流電圧に変換するように構成される。たとえば、制御装置５は、交流電動機４の出力トルクがトルク指令値に従って制御されるように、制御信号φｉを生成する。

交流電動機４は、たとえば、永久磁石が埋設されたロータを備える三相の永久磁石型同期電動機である。交流電動機４は、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の３つのコイル（図示せず）の一端が中性点に共通接続されて構成される。交流電動機４は電動送風機１０６を回転駆動するためのトルクを発生する。なお、図２の例では、交流電動機４は三相交流モータによって構成されるが、単相交流モータであってもよい。

図３は、昇圧コンバータ２およびインバータ３の構成を示す回路図である。

図３を参照して、昇圧コンバータ２は、いわゆる昇圧チョッパ回路によって構成される。詳細には、昇圧コンバータ２は、リアクトルＬ１と、半導体スイッチング素子（以下、単に「スイッチング素子」とも称する。）Ｑ７と、ダイオードＤ７，Ｄ８と、コンデンサＣ１と、バイパススイッチ１６とを含む。

リアクトルＬ１の一方端は正極線ＰＬ１に接続され、他方端はダイオードＤ８のアノードに接続される。ダイオードＤ８のカノードは正極線ＰＬ２に接続される。スイッチング素子Ｑ７は、コレクタがリアクトルＬ１およびダイオードＤ８の接続ノードに接続され、エミッタが負極線ＮＬに接続される。ダイオードＤ７は、スイッチング素子Ｑ７に対して逆並列に接続される。スイッチング素子Ｑ７のオンオフは、制御装置５からの制御信号φｃによって制御される。コンデンサＣ１は、正極線ＰＬ２および負極線ＮＬの間に接続される。コンデンサＣ１は、正極線ＰＬ２および負極線ＮＬの間の電圧変動の交流成分を平滑化する。

バイパススイッチ１６は、リアクトルＬ１に対して電気的に並列に接続されている。バイパススイッチ１６は、制御装置５からの制御信号φｓ２に基づいてオンオフ制御される。バイパススイッチ１６は、オン状態ではリアクトルＬ１を迂回して正極線ＰＬ１をダイオードＤ８のアノードに接続する。

昇圧コンバータ２は、昇圧運転と非昇圧運転とを選択的に実行するように構成される。昇圧運転では、昇圧コンバータ２は、スイッチング素子Ｑ７をオンオフするように制御される。具体的には、スイッチング素子Ｑ７のオン期間Ｔｏｎでは、バッテリＢ−リアクトルＬ１−スイッチング素子Ｑ７を介した電流経路が形成されることにより、リアクトルＬ１にエネルギが蓄積される。一方、スイッチング素子Ｑ７のオフ期間Ｔｏｆｆでは、バッテリＢ−リアクトルＬ１−ダイオードＤ８−コンデンサＣ１を介した電流経路が形成される。これにより、オン期間ＴｏｎでリアクトルＬ１に蓄えられたエネルギがコンデンサＣ１に供給される。このようにして、バッテリＢの電圧ＶＢが昇圧されて正極線ＰＬ２および負極線ＮＬの間に出力される。

昇圧コンバータ２は、スイッチング素子Ｑ７のデューティ比（スイッチング周期Ｔ（＝Ｔｏｎ＋Ｔｏｆｆ）に対するオン期間Ｔｏｎの割合）を制御することによって、昇圧率を制御することができる。昇圧率は、バッテリＢの電圧ＶＢに対する昇圧コンバータ２の出力電圧Ｖｄｃの比（＝Ｖｄｃ／ＶＢ）で示される。

制御装置５は、電圧ＶＢ，Ｖｄｃの検出値と電圧指令値Ｖｄｃ＊とに従って演算されたデューティ比に従って、スイッチング素子Ｑ７のオンオフを制御する。具体的には、出力電圧Ｖｄｃが電圧指令値Ｖｄｃ＊よりも低い場合には、デューティ比を大きくすることによって、出力電圧Ｖｄｃを上昇させることができる。一方、出力電圧Ｖｄｃが電圧指令値Ｖｄｃ＊よりも高い場合には、デューティ比を小さくすることによって、電圧Ｖｄｃを低下させることができる。このように、昇圧運転では、Ｖｄｃ＊＞ＶＢに設定されて、スイッチング素子Ｑ７のオンオフ制御によって、昇圧率を１よりも高くすることができる。

一方、非昇圧運転では、昇圧コンバータ２による昇圧を行なうことなく、Ｖｄｃ＝ＶＢの状態で交流電動機４を制御する。すなわち、非昇圧運転では、昇圧率が１に固定される。非昇圧運転では、スイッチング素子Ｑ７がオフに固定されるので、昇圧コンバータ２での電力損失が低下する。

非昇圧運転ではさらに、バイパススイッチ１６がオンに固定される。これにより、バッテリＢの電圧ＶＢは、バイパススイッチ１６およびダイオードＤ８を通じてインバータ３に供給される。リアクトルＬ１を経由せずにインバータ３に電流を送ることで、上述したスイッチング素子Ｑ７のオフ固定に比べて、昇圧コンバータ２での電力損失がさらに低下する。

インバータ３は、三相インバータの回路構成を有する。インバータ３は、正極線ＰＬ２および負極線ＮＬの間に並列に接続されたＵ相アーム、Ｖ相アーム、およびＷ相アームを含む。Ｕ相アームは、正極線ＰＬ２および負極線ＮＬの間に直列に接続されたスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２を含む。Ｖ相アームは、正極線ＰＬ２および負極線ＮＬの間に直列に接続されたスイッチング素子Ｑ３，Ｑ４を含む。Ｗ相アームは、正極線ＰＬ２および負極線ＮＬの間に直列に接続されたスイッチング素子Ｑ５，Ｑ６を含む。各相アームの中間点は、交流電動機４の各相コイルにそれぞれ接続されている。

インバータ３は、昇圧コンバータ２から直流電圧Ｖｄｃが供給されると、制御装置５からの制御信号φｉに応答した、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のスイッチング動作により直流電圧Ｖｄｃを交流電圧に変換して交流電動機４を駆動する。

なお、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ７として、たとえば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）やＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor）トランジスタ等を用いることができる。スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ７に対して、ダイオードＤ１〜Ｄ７がそれぞれ逆並列に接続される。

各スイッチング素子を構成する材料としては、珪素よりもバンドギャップが大きいワイドバンドギャップ半導体を採用することができる。ワイドバンドギャップ半導体は、炭化珪素、窒化ガリウム系材料またはダイヤモンドのいずれかであることが好ましい。

図２に戻って、電源部１０４は、電圧センサ７，８，９、電流センサ１０，１１、温度センサ１２、および回転角センサ１５をさらに含む。

電圧センサ７は、バッテリＢの電圧ＶＢ（以下、電池電圧とも称する。）を検出し、その検出値を制御装置５へ出力する。電圧センサ８は、昇圧コンバータ２の出力電圧Ｖｄｃを検出し、その検出値を制御装置５へ出力する。出力電圧Ｖｄｃは、インバータ３の直流リンク電圧に相当する。電圧センサ９は、交流電動機４への印加電圧Ｖｍ（以下、モータ電圧とも称する。）を検出し、その検出値を制御装置５へ出力する。

電流センサ１０は、バッテリＢに流れる電流ＩＢ（以下、電池電流とも称する。）を検出し、その検出値を制御装置５へ出力する。温度センサ１２は、バッテリＢの温度ＴＢ（以下、電池温度とも称する。）を検出し、その検出値を制御装置５へ出力する。電流センサ１１は、交流電動機４に流れる電流Ｉｍ（以下、モータ電流とも称する。）を検出し、その検出値を制御装置５へ出力する。

回転角センサ１５は、交流電動機４のロータ回転角θを検出し、その検出値を制御装置５へ出力する。制御装置５は、回転角θに基づき交流電動機４の回転速度Ｎｍを算出することができる。なお、回転角θをモータ電圧Ｖｍまたはモータ電流Ｉｍから直接演算することによって、回転角センサを省略してもよい。

制御装置５は、図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit）およびメモリ等を含むプロセッサを基に構成され、当該メモリに記憶されたマップおよびプログラムに基づいて、各センサによる検出値を用いた演算処理を行なうように構成される。あるいは、制御装置５の少なくとも一部は、電子回路等のハードウェアにより所定の数値・論理演算処理を実行するように構成されてもよい。

制御装置５は、操作部１３から入力された操作指令、および各センサの検出値等に基づいて、昇圧コンバータ２およびインバータ３を制御する。すなわち、制御装置５は、操作指令および各センサの検出値に基づいて制御信号φｃ，φｓ２を生成して昇圧コンバータ２へ出力する。また、制御装置５は、操作指令および各センサの検出値に基づいて制御信号φｉを生成してインバータ３へ出力する。

ここで、上述したように、昇圧コンバータ２は、昇圧運転と非昇圧運転とを選択的に実行するように構成される。制御装置５は、昇圧コンバータ２の制御について、電気掃除機１００に発生する電力損失に応じて、昇圧運転と非昇圧運転とを選択的に実行する。以下では、制御装置５における昇圧コンバータ２の制御について説明する。

（昇圧コンバータの制御）
図４は、実施の形態１に従う電気掃除機１００における昇圧コンバータ２の制御に関する制御構成を説明する機能ブロック図である。図４を含めて、以下で説明される機能ブロック図に記載された各機能ブロックは、制御装置５によるハードウェア的あるいはソフトウェア的な処理によって実現される。

図４を参照して、制御装置５は、電力損失演算部２０と、電圧指令値生成部２２と、スイッチング制御部２４とを含む。

電力損失演算部２０は、操作部１３からの操作指令を受けると、当該操作指令で指定された吸込み力（以下、「要求吸込み力」とも称する。）を電動送風機１０６に発生させるのに必要な交流電動機４の出力（回転速度×トルク）を設定する。

たとえば、操作部１３において強運転設定用の操作スイッチが操作された場合には、電力損失演算部２０は、交流電動機４への出力要求を、強運転モードに対応した出力に設定する。一方、操作部１３において中運転設定用の操作スイッチが操作された場合には、電力損失演算部２０は、出力要求を、中運転モードに対応した出力に設定する。また、操作部１３において弱運転設定用の操作スイッチが操作された場合には、電力損失演算部２０は、出力要求を、弱運転モードに対応した出力に設定する。なお、弱運転モード時の出力要求が最も小さく、強運転モード時の出力要求が最も大きい。

操作部１３の操作指令に応じて交流電動機４に対する出力要求が設定されると、電力損失演算部２０は、設定された出力要求に対応させて電圧指令値Ｖｄｃ＊を算出する。

交流電動機４では、回転速度および／またはトルクが増加すると、逆起電力が増加して誘起電圧が高くなるため、その必要電圧が高くなる。これに伴い、昇圧コンバータ２の出力電圧Ｖｄｃは、この必要電圧よりも高く設定する必要がある。その一方で、昇圧コンバータ２の昇圧には限界があり、その出力電圧Ｖｄｃには上限値が存在する。したがって、電力損失演算部２０は、モータ必要電圧（誘起電圧）から昇圧コンバータ２の出力最大電圧までの電圧範囲内において、電圧指令値Ｖｄｃ＊を設定する。電圧指令値Ｖｄｃ＊は、電池電圧ＶＢよりも高く設定される（Ｖｄｃ＊＞ＶＢ）。すなわち、昇圧コンバータ２は昇圧運転を実行する。

なお、交流電動機４に対する出力要求が大きくなるほど、モータ必要電圧（誘起電圧）が高くなる。したがって、強運転モード時の出力要求に対応するモータ必要電圧は、弱運転モード時の出力要求に対応するモータ必要電圧よりも高くなる。モータ必要電圧が電池電圧ＶＢ以下となる運転モードであれば、出力電圧Ｖｄｃを電池電圧ＶＢに設定することもできる。すなわち、昇圧コンバータ２は非昇圧運転を実行できる。

次に、電力損失演算部２０は、出力要求に従って交流電動機４を駆動した場合における電気掃除機１００での電力損失Ｐｌｏｓｓを推定する。

この電力損失Ｐｌｏｓｓの推定においては、電力損失演算部２０は、昇圧運転を選択して交流電動機４を駆動したときに電気掃除機１００での電力損失Ｐｌｏｓｓ１（以下、「昇圧時電力損失」とも称する。）を算出する。昇圧時電力損失Ｐｌｏｓｓ１は、電圧指令値Ｖｄｃ＊をバッテリＢの電圧ＶＢよりも高く設定した場合における電気掃除機１００での電力損失に対応する。

また、電力損失演算部２０は、非昇圧運転を選択して交流電動機４を駆動したときに電気掃除機１００に生じる電力損失Ｐｌｏｓｓ２（以下、「非昇圧時電力損失」とも称する。）を算出する。非昇圧時電力損失Ｐｌｏｓｓ２は、電圧指令値Ｖｄｃ＊＝ＶＢに設定した場合における電気掃除機１００での電力損失に対応する。

次に、昇圧時電力損失Ｐｌｏｓｓ１および非昇圧時電力損失Ｐｌｏｓｓ２の算出について詳細に説明する。

［１］昇圧時電力損失Ｐｌｏｓｓ１の算出
電力損失演算部２０は、昇圧運転を選択して交流電動機４を駆動したときのバッテリＢにおける電力損失Ｐｂａｔ、昇圧コンバータ２における電力損失Ｐｃｏｎ、インバータ３における電力損失Ｐｉｎｖ、および交流電動機４における電力損失Ｐｍｏｔを合計することにより、昇圧時電力損失Ｐｌｏｓｓ１を算出する。すなわち、昇圧時電力損失Ｐｌｏｓｓ１は、次式によって表される。

Ｐｌｏｓｓ１＝Ｐｂａｔ＋Ｐｃｏｎ＋Ｐｉｎｖ＋Ｐｍｏｔ …（１）
電力損失演算部２０は、電圧指令値Ｖｄｃ＊および各センサの検出値を用いて、以下に示す方法によって、電力損失Ｐｂａｔ，Ｐｃｏｎ，Ｐｉｎｖ，Ｐｍｏｔの各々を算出する。

バッテリＢにおける電力損失Ｐｂａｔは、主に内部抵抗でのジュール損失であり、内部抵抗値Ｒｂａｔおよび電池電流ＩＢを用いてＲｂａｔ・ＩＢ２で示される。なお、内部抵抗値Ｒｂａｔは、電池温度ＴＢに依存して変化する。一般的に、電池温度ＴＢが低いほど、内部抵抗値Ｒｂａｔは高くなる。

ここで、昇圧運転時の電池電流ＩＢは、平均電流（直流成分）にリップル電流（交流成分）が重畳されたものとなる。リップル電流は、出力電圧Ｖｄｃと電池電圧ＶＢとの電圧差｜Ｖｄｃ−ＶＢ｜に応じて増大する。

電力損失Ｐｂａｔは、平均電流の二乗に比例した電力損失と、リップル電流の二乗に比例した電力損失との和で示される。このうち、平均電流の二乗に比例した電力損失は、バッテリＢの出力電力、すなわち、交流電動機４への供給電力に対応するため、出力電圧Ｖｄｃに依存して変化しない。一方、リップル電流の二乗に比例した電力損失は、上記電圧差｜Ｖｄｃ−ＶＢ｜の上昇に応じて増加する。

したがって、電力損失Ｐｂａｔについては、電池温度ＴＢおよび電圧差｜Ｖｄｃ−ＶＢ｜をパラメータとするマップを予め作成することにより、電圧指令値Ｖｄｃ＊に対する電力損失Ｐｂａｔを算出することができる。

昇圧コンバータ２における電力損失Ｐｃｏｎは、主に、スイッチング素子Ｑ７でのスイッチング損失Ｐｃｏｎｓｗと、リアクトルＬ１を含む配線インピーダンスによる損失Ｐｃｏｎｌｉｎｅとの和となる（Ｐｃｏｎ＝Ｐｃｏｎｓｗ＋Ｐｃｏｎｌｉｎｅ）。なお、配線インピーダンスは、昇圧コンバータ２を構成する配線の材質（抵抗率）、断面積および配線長によって決まる。

スイッチング損失Ｐｃｏｎｓｗは、１回のスイッチング当たりの電力損失とスイッチング周波数との積で示される。すなわち、スイッチング損失Ｐｃｏｎｓｗは、スイッチング周波数に比例した値となり、スイッチング周波数の上昇に従って増大する。また、同一スイッチング周波数のもとでは、出力電圧Ｖｄｃの上昇に応じてスイッチング素子Ｑ７のスイッチング電圧が上昇することにより、スイッチング損失Ｐｃｏｎｓｗが増大する。

配線インピーダンスによる損失Ｐｃｏｎｌｉｎｅは、昇圧コンバータ２の通過電流（すなわち、電池電流ＩＢ）が大きいほど、かつ、出力電圧Ｖｄｃが高いほど大きくなる。電池電流ＩＢにおけるリップル電流が増大すると、電流の二乗に依存する損失が増加するため、損失Ｐｃｏｎｌｉｎｅは、電圧差｜Ｖｄｃ−ＶＢ｜に依存して変化する。

したがって、電力損失Ｐｃｏｎについては、スイッチング周波数、および電池電流ＩＢの二乗に応じたものとなる。上述したように、電池電流ＩＢのうちの平均電流は、出力電圧Ｖｄｃに依存して変化しない。そのため、電力損失Ｐｃｏｎとしては、リップル電流、すなわち電圧差｜Ｖｄｃ−ＶＢ｜を主に考慮すればよい。よって、昇圧コンバータ２のスイッチング周波数および電圧差｜Ｖｄｃ−ＶＢ｜をパラメータとするマップを予め作成することにより、電圧指令値Ｖｄｃ＊に対する電力損失Ｐｃｏｎを算出することができる。

インバータ３における電力損失Ｐｉｎｖは、主に、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６でのスイッチング損失Ｐｉｎｖｓｗと、配線インピーダンスによる損失Ｐｉｎｖｌｉｎｅとの和となる（Ｐｉｎｖ＝Ｐｉｎｖｓｗ＋Ｐｉｎｖｌｉｎｅ）。配線インピーダンスは、インバータ３を構成する配線の材質（抵抗率）、断面積および配線長によって決まる。

スイッチング損失Ｐｉｎｖｓｗは、上記のスイッチング損失Ｐｃｏｎｓｗと同様に、インバータ３のスイッチング周波数に比例した値となる。同一トルク出力時には、出力電圧Ｖｄｃの上昇に応じて各スイッチング素子のスイッチング電圧が上昇することにより、スイッチング損失Ｐｉｎｖｓｗが増大する。配線インピーダンスによる損失Ｐｉｎｖｌｉｎｅは、インバータ３の通過電流（すなわち、モータ電流Ｉｍ）が大きいほど大きくなる。したがって、同一トルク出力のもとでは、出力電圧Ｖｄｃの上昇に応じてモータ電流Ｉｍが小さくなるため、損失Ｐｉｎｖｌｉｎｅが低下する。

したがって、電力損失Ｐｉｎｖについては、インバータ３のスイッチング周波数および出力電圧Ｖｄｃをパラメータとするマップを予め作成することにより、電圧指令値Ｖｄｃ＊に対する電力損失Ｐｉｎｖを算出することができる。

交流電動機４での電力損失Ｐｍｏｔは、各相コイル巻線に流れる電流によって発生する銅損と、鉄心部の磁束変化によって発生する鉄損との和となる。同一トルク出力のもとでは、出力電圧Ｖｄｃの上昇に応じてモータ電流Ｉｍが小さくなることにより、銅損が低下する。電力損失Ｐｍｏｔについては、一般的に、交流電動機４の動作状態（回転速度およびトルク）に基づいて推定することができる。たとえば、交流電動機４の動作状態および出力電圧Ｖｄｃと、交流電動機４での電力損失との関係を求めておくことにより、交流電動機４への出力要求および電圧指令値Ｖｄｃ＊に基づいて、電力損失Ｐｍｏｔを推定するマップを設定することができる。

このようにして、電力損失演算部２０は、交流電動機４の動作状態、出力電圧Ｖｄｃ、電池電圧ＶＢ、電池温度ＴＢ、および昇圧コンバータ２およびインバータ３におけるスイッチング周波数のうちの少なくとも１つをパラメータとして、電力損失Ｐｂａｔ，Ｐｃｏｎ，Ｐｉｎｖ，Ｐｍｏｔの各々を推定することができる。

たとえば、電力損失演算部２０は、電池温度ＴＢおよび電圧差｜Ｖｄｃ−ＶＢ｜をパラメータとするマップを予め作成しておき、当該マップを参照することにより、電圧指令値Ｖｄｃ＊における電力損失Ｐｂａｔを算出する。また、電力損失演算部２０は、電圧差｜Ｖｄｃ−ＶＢ｜および昇圧コンバータ２のスイッチング周波数をパラメータとするマップを予め作成しておき、当該マップを参照することにより、電圧指令値Ｖｄｃ＊における電力損失Ｐｃｏｎを算出する。

電力損失演算部２０は、さらに、交流電動機４の動作状態、出力電圧Ｖｄｃおよびインバータ３のスイッチング周波数をパラメータとするマップを予め作成しておき、当該マップを参照することにより、電圧指令値Ｖｄｃ＊における電力損失Ｐｉｎｖを算出する。また、電力損失演算部２０は、交流電動機４の動作状態および出力電圧Ｖｄｃをパラメータとするマップを予め作成しておき、当該マップを参照することにより、電圧指令値Ｖｄｃ＊における電力損失Ｐｍｏｔを算出する。

上述した方法によって、電力損失Ｐｂａｔ，Ｐｃｏｎ，Ｐｉｎｖ，Ｐｍｏｔの各々が算出されると、電力損失演算部２０は、算出された各電力損失を式（１）に代入することにより、昇圧時電力損失Ｐｌｏｓｓ１を算出する。

［２］非昇圧時電力損失Ｐｌｏｓｓ２の算出
電力損失演算部２０は、非昇圧運転を選択して交流電動機４を駆動したときのバッテリＢにおける電力損失Ｐｂａｔ、昇圧コンバータ２における電力損失Ｐｃｏｎ、インバータ３における電力損失Ｐｉｎｖ、および交流電動機４における電力損失Ｐｍｏｔを合計することにより、非昇圧時電力損失Ｐｌｏｓｓ２を算出する。すなわち、非昇圧時電力損失Ｐｌｏｓｓ２は、次式によって表される。

Ｐｌｏｓｓ２＝Ｐｂａｔ＋Ｐｃｏｎ＋Ｐｉｎｖ＋Ｐｍｏｔ …（２）
電力損失演算部２０は、電圧指令値Ｖｄｃ＊を電池電圧ＶＢに設定すると（Ｖｄｃ＊＝ＶＢ）、電圧指令値Ｖｄｃ＊および各センサの検出値を用いて、以下に示す方法によって、電力損失Ｐｂａｔ，Ｐｃｏｎ，Ｐｉｎｖ，Ｐｍｏｔの各々を算出する。

非昇圧運転時の電池電流ＩＢは、平均電流（直流成分）のみとなるため、非昇圧運転での電力損失Ｐｂａｔは、内部抵抗値Ｒｂａｔと平均電流の二乗との積で示される。したがって、電力損失Ｐｂａｔについては、平均電流（直流）、すなわち交流電動機４の動作状態、および電池温度ＴＢをパラメータとするマップを予め作成することにより、電圧指令値Ｖｄｃ＊（＝ＶＢ）に対する電力損失Ｐｂａｔを算出することができる。

非昇圧運転での電力損失Ｐｃｏｎは、スイッチング素子Ｑ７がオフ固定されるため、配線インピーダンスによる損失Ｐｃｏｎｌｉｎｅで示される（Ｐｃｏｎ＝Ｐｃｏｎｌｉｎｅ）。この損失Ｐｃｏｎｌｉｎｅには、バイパススイッチ１６での導通損失が含まれる。電力損失Ｐｃｏｎについても、バッテリＢの平均電流、すなわち交流電動機４の動作状態に基づいて算出できる。

電力損失Ｐｉｎｖ，Ｐｍｏｔについては、昇圧時電力損失Ｐｌｏｓｓ１と同様に、交流電動機４の動作状態および出力電圧Ｖｄｃをパラメータとするマップを参照することにより、電圧指令値Ｖｄｃ＊における電力損失Ｐｉｎｖ，Ｐｍｏｔを算出することができる。

上述した方法によって、電力損失Ｐｂａｔ，Ｐｃｏｎ，Ｐｉｎｖ，Ｐｍｏｔの各々が算出されると、電力損失演算部２０は、算出された各電力損失を式（２）に代入することにより、非昇圧時電力損失Ｐｌｏｓｓ２を算出する。

電圧指令値生成部２２は、電力損失演算部２０によって算出された昇圧時電力損失Ｐｌｏｓｓ１および非昇圧時電力損失Ｐｌｏｓｓ２を受けると、これら２つの電力損失Ｐｌｏｓｓ１，Ｐｌｏｓｓ２の大小を比較する。昇圧時電力損失Ｐｌｏｓｓ１が非昇圧時電力損失Ｐｌｏｓｓ２よりも小さい場合（Ｐｌｏｓｓ１＜Ｐｌｏｓｓ２）、電圧指令値生成部２２は、昇圧運転を選択する。この場合、電圧指令値生成部２２は、電圧指令値Ｖｄｃ＊を、交流電動機４への出力要求に対応する電圧であって、電池電圧ＶＢよりも高い電圧値に設定する。

これに対して、非昇圧時電力損失Ｐｌｏｓｓ２が昇圧時電力損失Ｐｌｏｓｓ１よりも小さい場合には（Ｐｌｏｓｓ１＞Ｐｌｏｓｓ２）、電圧指令値生成部２２は、非昇圧運転を選択する。この場合、電圧指令値生成部２２は、電圧指令値Ｖｄｃ＊を電池電圧ＶＢに設定する。

すなわち、電圧指令値生成部２２は、昇圧時電力損失Ｐｌｏｓｓ１および非昇圧時電力損失Ｐｌｏｓｓ２のうちの小さい方の電圧指令値に基づいて、最終的な電圧指令値Ｖｄｃ＊を設定する。これにより、電気掃除機１００全体の電力損失が最小となるような出力電圧Ｖｄｃが得られるように、電圧指令値Ｖｄｃ＊が設定される。

スイッチング制御部２４は、電圧指令値生成部２２で設定された電圧指令値Ｖｄｃ＊に従って、昇圧コンバータ２の制御信号φｓ２，φｃを生成する。具体的には、Ｖｄｃ＊＞ＶＢの場合、スイッチング制御部２４は、出力電圧Ｖｄｃが電圧指令値Ｖｄｃ＊と等しくなるように制御信号φｃを生成する。スイッチング制御部２４は、さらに、バイパススイッチをオフ固定するための制御信号φｓ２を生成する。昇圧コンバータ２は、制御信号φｃに応答してスイッチング素子Ｑ７のデューティ比が設定され、昇圧率はデューティ比に応じたものとなる。

一方、Ｖｄｃ＊＝ＶＢの場合、スイッチング制御部２４は、スイッチング素子Ｑ７をオフ固定するように制御信号φｃを生成する。スイッチング制御部２４は、さらに、バイパススイッチをオン固定するための制御信号φｓ２を生成する。昇圧コンバータ２は、電池電圧ＶＢをバイパススイッチおよびダイオードを介してインバータ３に供給する。

スイッチング制御部２４は、さらに、電圧指令値Ｖｄｃ＊に従って、インバータ３の制御信号φｉを生成する。制御信号φｉに従ってインバータ３がスイッチング制御されることにより、出力要求に従ったトルクを出力するための交流電圧が交流電動機４に印加される。

図５は、実施の形態１に従う電気掃除機１００における昇圧コンバータ２の制御を説明するフローチャートである。

図５を参照して、制御装置５は、ステップＳ０１により、操作指令で指定された要求吸込み力に対応して交流電動機４への出力要求（回転速度×トルク）を設定する。制御装置５は、ステップＳ０２により、交流電動機４への出力要求に従い、交流電動機４の誘起電圧に対応させてモータ必要電圧を算出する。モータ必要電圧は、交流電動機４の誘起電圧以上に設定される。

続いて制御装置５は、ステップＳ０３により、ステップＳ０２で求めたモータ必要電圧から、昇圧コンバータ２の最大出力電圧までの電圧範囲内において、電圧指令値Ｖｄｃ＊を設定する。電圧指令値Ｖｄｃ＊は、電池電圧ＶＢよりも高く設定される（Ｖｄｃ＊＞ＶＢ）。ステップＳ０３では、昇圧運転のための電圧指令値Ｖｄｃ＊が設定される。

次に、制御装置５は、ステップＳ０４により、ステップＳ０２で求めたモータ必要電圧が電池電圧ＶＢ以下であるか否かを判定する。モータ必要電圧が電池電圧ＶＢよりも高い場合（Ｓ０４のＮＯ判定時）、ステップＳ０８に進み、昇圧運転を選択する。これは、モータ必要電圧が電池電圧ＶＢよりも高ければ、出力電圧Ｖｄｃ＝ＶＢの状態で交流電動機４を駆動すると電圧飽和が発生してしまうためである。

一方、モータ必要電圧が電池電圧ＶＢ以上である場合（Ｓ０４のＹＥＳ判定時）、制御装置５は、ステップＳ０５により、ステップＳ０３で設定した電圧指令値Ｖｄｃ＊における電気掃除機１００での電力損失、すなわち昇圧時電力損失Ｐｌｏｓｓ１を算出する。ステップＳ０５では、制御装置５は、電圧指令値Ｖｄｃ＊におけるバッテリＢでの電力損失Ｐｂａｔ、電圧指令値Ｖｄｃ＊における昇圧コンバータ２での電力損失Ｐｃｏｎ、電圧指令値Ｖｄｃ＊におけるインバータ３での電力損失Ｐｉｎｖ、および電圧指令値Ｖｄｃ＊における交流電動機４での電力損失Ｐｍｏｔを算出する。そして、制御装置５は、算出された電力損失Ｐｂａｔ，Ｐｃｏｎ，Ｐｉｎｖ，Ｐｍｏｔを合計することにより、昇圧時電力損失Ｐｌｏｓｓ１を算出する。

続いて制御装置５は、ステップＳ０６により、電圧指令値Ｖｄｃ＊＝ＶＢにおける電気掃除機１００での電力損失、すなわち非昇圧時電力損失Ｐｌｏｓｓ２を算出する。ステップＳ０５では、制御装置５は、Ｖｄｃ＊＝ＶＢにおけるバッテリＢでの電力損失Ｐｂａｔ、昇圧コンバータ２での電力損失Ｐｃｏｎ、インバータ３での電力損失Ｐｉｎｖ、および交流電動機４での電力損失Ｐｍｏｔを算出する。そして、制御装置５は、算出された電力損失Ｐｂａｔ，Ｐｃｏｎ，Ｐｉｎｖ，Ｐｍｏｔを合計することにより、非昇圧時電力損失Ｐｌｏｓｓ２を算出する。

制御装置５は、ステップＳ０７により、ステップＳ０５で算出された昇圧時電力損失Ｐｌｏｓｓ１と、ステップＳ０６で算出された非昇圧時電力損失Ｐｌｏｓｓ２とを比較する。昇圧時電力損失Ｐｌｏｓｓ１が非昇圧時電力損失Ｐｌｏｓｓ２よりも小さい場合（ステップＳ０７のＹＥＳ判定時）、制御装置５は、ステップＳ０８に進み、昇圧運転を選択する。制御装置５は、交流電動機４の駆動に用いる電圧指令値Ｖｄｃ＊を、ステップＳ０３で設定された電圧指令値Ｖｄｃ＊に設定する。

これに対して、昇圧時電力損失Ｐｌｏｓｓ１が非昇圧時電力損失Ｐｌｏｓｓ２以上である場合（Ｓ０７のＮＯ判定時）、制御装置５は、ステップＳ０９に進み、非昇圧運転を選択する。制御装置５は、交流電動機４の駆動に用いる電圧指令値Ｖｄｃ＊を、電池電圧ＶＢに設定する。

続いて、制御装置５は、ステップＳ１０に進み、ステップＳ０８またはＳ０９で設定された電圧指令値Ｖｄｃ＊に従って、昇圧コンバータ２の制御信号φｓ２，φｃおよびインバータ３の制御信号φｉを生成する。昇圧コンバータ２は、制御信号φｃに応答したスイッチング素子Ｑ７のオンオフ動作により、電圧指令値Ｖｄｃ＊に従った電圧Ｖｄｃをインバータ３に供給する。インバータ３は、制御信号φｉに応答したスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のオンオフ動作により、要求出力に従って交流電動機４を駆動する。

以上説明したように、実施の形態１に従う電気掃除機によれば、電動送風機に要求吸込み力を発生させる場合において、昇圧時電力損失および非昇圧時電力損失の推定に基づき、電気掃除機全体での電力損失が小さくなるように、昇圧運転および非昇圧運転を選択的に実行することができる。これにより、電気掃除機全体の効率を向上させることができる。この結果、電気掃除機において、一充電当たりの連続使用時間を長くすることができる。

実施の形態２．
実施の形態２では、実施の形態１に従う電気掃除機１００における、昇圧運転時の昇圧率の制御について説明する。したがって、電気掃除機１００の構成（図１〜図３）および、制御装置５における昇圧運転および非昇圧運転の選択などの実施の形態１との共通部分については、詳細な説明は繰り返さない。

図６は、昇圧運転時における昇圧率の制御を説明する図である。図６には、昇圧コンバータ２の出力電圧Ｖｄｃ、電池電圧ＶＢ、および昇圧率（Ｖｄｃ／ＶＢ）の各々とバッテリＢの残存容量（電池容量）との関係が示される。なお、図６に示す関係は、バッテリＢがリチウムイオン電池であるときの放電特性に基づいている。

図６を参照して、昇圧運転時には、要求吸込み力に応じた交流電動機４への出力要求（回転速度×トルク）に対応して、電圧指令値Ｖｄｃ＊が設定される。電圧指令値Ｖｄｃ＊は、電池電圧ＶＢよりも高い電圧Ｖ１に設定されるものとする（Ｖ１＞ＶＢ）。制御装置５は、電圧指令値Ｖｄｃ＊および電圧センサ７，８の検出値に基づいて、昇圧コンバータ２の出力電圧Ｖｄｃが電圧指令値Ｖｄｃ＊と等しくなるように制御信号φｃを生成する。

昇圧コンバータ２は、バッテリＢから供給された電圧ＶＢを昇圧した電圧Ｖｄｃをインバータ３へ供給する。昇圧運転の実行中、電池電圧ＶＢは電池容量に依存して変化する。図６の横軸において、ＭＡＸは予め設定された電池容量の管理範囲の上限値を示し、ＭＩＮは当該管理範囲の下限値を示している。電池容量が上限値ＭＡＸであるとき、電池電圧ＶＢは最大値ＶＢ１を示す。電池容量が上限値ＭＡＸから低下すると、電池電圧ＶＢも最大値ＶＢ１から低下する。電池容量が閾値Ｔｈであるときには、電池電圧ＶＢ＝ＶＢ２となる。電池容量が閾値Ｔｈを下回ると、電池電圧ＶＢはＶＢ２からさらに低くなる。

なお、電池容量に対する電池電圧ＶＢの低下率は、電池容量が閾値Ｔｈを下回ると、電池容量が閾値Ｔｈよりも大きいときに比べて高くなる。電池容量に対する電池電圧ＶＢの低下率とは、単位容量当たりの電池電圧ＶＢの低下量を示す。

この電池容量に対する電池電圧ＶＢの低下率を用いて、電池電流ＩＢ（放電電流）を一定に保って昇圧運転を実行した場合における電池電圧ＶＢの時間的変化率、すなわち単位時間内の電池電圧ＶＢの変化量に着目すると、電池容量が閾値Ｔｈを下回ると、電池電圧ＶＢの時間的変化率が上昇することが理解される。

ここで、昇圧率を一定値に固定して昇圧運転を実行する場合を考える。図６では、破線で示すように、電池容量が上限値ＭＡＸであるときの電池電圧ＶＢ１と、電圧指令値Ｖｄｃ＊＝Ｖ１とに基づいて、昇圧率をＶ１／ＶＢ１に固定するものとする。

昇圧率を一定（＝Ｖ１／ＶＢ１）とした場合、電池容量の低下に従って電池電圧ＶＢが低下すると、昇圧コンバータ２の出力電圧Ｖｄｃも低下する。その結果、図６において破線で示すように、出力電圧Ｖｄｃは、電圧指令値Ｖｄｃ＊であるＶ１よりも低い電圧となる。そのため、電池容量の低下が進むと、交流電動機４の出力が出力要求に満たず、結果的に電動送風機１０６が発生する吸込み力も低下することになる。

このように、昇圧率を一定値に固定して昇圧運転を実行した場合では、バッテリＢの電池容量の低下に従って、電気掃除機１００の吸込み力が落ちていくという問題が生じてしまう。これにより、意図しない吸込み力の低下に対して、ユーザが不満を感じる可能性がある。

そこで、実施の形態２に従う電気掃除機では、電池容量に対して出力電圧Ｖｄｃが一定となるように、電池容量に応じて昇圧率を変化させる。具体的には、図６において実線で示すように、電圧指令値Ｖｄｃ＊＝Ｖ１に設定されている場合、電池容量が低下するに従って、昇圧率は高く設定される。これによれば、電池容量が上限値ＭＡＸのときの昇圧率（＝Ｖ１／ＶＢ１）に比べて、電池容量が閾値Ｔｈのときの昇圧率（＝Ｖ１／ＶＢ２）は高く設定される。

このようにすると、電池容量が上限値ＭＡＸから閾値Ｔｈまでの範囲内において、出力電圧Ｖｄｃを電圧指令値Ｖｄｃ＊であるＶ１に保つことができる。したがって、電池容量が低下しても、交流電動機４の出力が出力要求を満たし、結果的に電気掃除機１００の吸込み力を維持することができる。

ただし、電池容量が閾値Ｔｈを下回ると、電池容量に対する電池電圧ＶＢの低下率が高くなる。そのため、出力電圧ＶｄｃをＶ１に保つためには、昇圧率をさらに上昇させることになり、バッテリＢの放電電流を増大させることになる。これにより、バッテリＢの過放電が発生する可能性がある。また、この状態でバッテリＢの使用を継続すると、出力電圧Ｖｄｃが不安定になり、結果的に交流電動機４の回転速度が変動する可能性がある。さらに、バッテリＢの過放電によって出力電圧Ｖｄｃが急激に低下することで、電気掃除機１００の誤作動を引き起こす可能性がある。

そこで、上述した昇圧率制御の実行中において、電池容量が閾値Ｔｈを下回ると、制御装置５は、昇圧運転を停止する。具体的には、制御装置５は、スイッチング素子Ｑ７をオフに固定する。このとき、制御装置５はスイッチング素子Ｑ７をオフ固定するとともに、バイパススイッチをオンしてもよい。したがって、電池容量が閾値Ｔｈよりも低いときの昇圧率は１となり、出力電圧Ｖｄｃは電池電圧ＶＢと等しくなる。

制御装置５はさらに、インバータ３の運転を停止する。交流電動機４の駆動を停止することで、バッテリＢの放電を停止する。これにより、バッテリＢの過放電を防止することができる。

図７は、実施の形態２に従う電気掃除機１００における昇圧コンバータ２の制御に関する制御構成を説明する機能ブロック図である。実施の形態２に従う電気掃除機１００における制御装置５は、図４に示される制御装置５に対して、電池容量推定部２６を追加したものである。

電池容量推定部２６は、電圧センサ７によって検出された電池電圧ＶＢに基づいて、バッテリＢの電池容量を推定する。具体的には、電池容量推定部２６は、電池電圧ＶＢの大きさおよび／または電池容量の時間的変化率に基づいて電池容量を推定する。具体的には、電池容量推定部２６は、図６に示すような電池電圧ＶＢと電池容量との関係を示すマップまたは数式等を用いて、電圧センサ７の検出値から電池容量を推定する。

電圧指令値生成部２２は、昇圧運転時には、交流電動機４への出力要求に対応させて電圧指令値Ｖｄｃ＊を設定する。スイッチング制御部２４は、設定された電圧指令値Ｖｄｃ＊に対して、電池容量推定部２６によって推定された電池容量に応じて昇圧率を変化させる。具体的には、電池容量の低下に応じて電池電圧ＶＢが低下するため（図６参照）、電圧指令値生成部２２は、電池容量の低下に対応させて昇圧率を上昇させる。その結果、同一の電圧指令値Ｖｄｃ＊のもとで、電圧センサ７の検出値ＶＢが第１の値のときの昇圧率は、電圧センサ７の検出値ＶＢが上記第１の値よりも高い第２の値のときの昇圧率よりも高くなる。

これにより、電池容量の低下に拘わらず、昇圧コンバータ２は、電圧指令値Ｖｄｃ＊に一致した電圧Ｖｄｃをインバータ３へ供給し続けることができる。したがって、交流電動機４の出力不足が抑制されるため、電動送風機１０６は要求吸込み力に従った吸込み力を発生することができる。

スイッチング制御部２４はさらに、電池容量推定部２６によって推定された電池容量が閾値Ｔｈを下回ると、昇圧運転を停止するとともに、インバータ３の運転を停止することにより、バッテリＢの過放電を防止する。

なお、バッテリＢの過熱防止のために昇圧運転およびインバータ３の運転を停止する際には、制御装置５は、その旨を表示部１４に表示させる。これにより、予期せずに電気掃除機１００の運転が停止したとユーザが感じることを防止する。

図８は、実施の形態２に従う電気掃除機１００における昇圧率制御を説明するフローチャートである。

図８を参照して、制御装置５は、ステップＳ１１により、昇圧コンバータ２において昇圧運転が選択されているか否かを判定する。昇圧運転が選択されていない、すなわち、非昇圧運転が選択されている場合（Ｓ１１のＮＯ判定時）、制御装置５は、以降の処理をスキップする。

一方、昇圧運転が選択されている場合（Ｓ１１のＹＥＳ判定時）、制御装置５は、ステップＳ１２により、電圧センサ７から電池電圧ＶＢの検出値を受ける。そして、制御装置５は、ステップＳ１３により、電池電圧ＶＢの検出値に基づいてバッテリＢの電池容量を推定する。

制御装置５は、続いて、ステップＳ１４により、電池容量が閾値Ｔｈ以上であるか否かを判定する。電池容量が閾値Ｔｈ以上である場合（Ｓ１４のＹＥＳ判定時）、制御装置５は、ステップＳ１５に進み、交流電動機４への出力要求に対応させて電圧指令値Ｖｄｃ＊を設定する。

次に、制御装置５は、ステップＳ１６により、ステップＳ１５で設定された電圧指令値Ｖｄｃ＊に従って、昇圧コンバータ２の制御信号φｓ２，φｃおよびインバータ３の制御信号φｉを生成する。このとき、制御装置５は、電池容量の低下に対応させて昇圧率が上昇するように、制御信号φｃを生成する。

昇圧コンバータ２は、制御信号φｃに応答したスイッチング素子Ｑ７のオンオフ動作により、電圧指令値Ｖｄｃ＊に従った電圧Ｖｄｃをインバータ３に供給する。インバータ３は、制御信号φｉに応答したスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のオンオフ動作により、要求出力に従って交流電動機４を駆動する。

一方、電池容量が閾値Ｔｈより小さい場合（Ｓ１４のＮＯ判定時）、制御装置５は、ステップＳ１７により昇圧運転を停止するとともに、ステップＳ１８によりインバータ３の運転を停止する。

以上説明したように、実施の形態２に従う電気掃除機によれば、昇圧運転時には、要求吸込み力に基づいて設定された電圧指令値に対して、電池電圧ＶＢが第１の値のときの昇圧率を、電池電圧ＶＢが上記第１の値よりも高い第２の値のときの昇圧率よりも高くする。このようにすると、電池容量の低下に拘わらず、昇圧コンバータ２は、上記電圧指令値に一致した電圧Ｖｄｃをインバータ３へ供給し続けることができる。これにより、出力要求に従って交流電動機４が駆動されるため、電気掃除機の吸込み力を維持することができる。よって、意図しない吸込み力の低下によるユーザの不満を解消することができる。

また、昇圧率制御によって昇圧コンバータ２の出力電圧Ｖｄｃを所定範囲内に収めることができるため、インバータ３および交流電動機４では、当該所定範囲に対応した印加電圧に基づいて設計すればよいことになる。たとえば、特性値の電流依存度が大きいリアクトルを用いた場合でも、当該所定電圧範囲に最適な特性値に設定することができるため、電気掃除機の効率を向上させることができる。

また、交流電動機４の出力が同一のもとでは、電池容量の低下に応じて昇圧率を低下させる場合に比べると、出力電圧Ｖｄｃが高いため、インバータ３および交流電動機４での電力損失を小さくすることができる。

実施の形態３．
バッテリＢとして代表的に用いられる二次電池は、電池温度が低下すると放電特性が低下する。そのため、電池温度が低いときに電気掃除機１００が起動されると、交流電動機４の出力が不足し、要求吸込み力に等しい吸込み力を発生できない場合が起こり得る。

そこで、電池温度が低い場合には、電気掃除機１００の起動時には速やかにバッテリＢを昇温する必要がある。実施の形態３では、バッテリＢを昇温するための昇温運転について説明する。なお、電気掃除機１００の構成（図１、図２）および、制御装置５における昇圧運転および非昇圧運転の選択などの実施の形態１との共通部分については、詳細な説明は繰り返さない。

図９は、実施の形態３に従う電気掃除機１００における昇圧コンバータ２の制御に関する制御構成を説明する機能ブロック図である。実施の形態３に従う電気掃除機１００における制御装置５は、図４に示される制御装置５に対して、電池容量推定部２６および昇温制御部２８を追加したものである。

昇温制御部２８は、操作部１３（図１）において吸込清掃を開始させるための操作スイッチが操作されると、温度センサ１２によって検出された電池温度ＴＢに基づいて、バッテリＢを昇温するための昇温運転を実施するか否かを判定する。具体的には、昇温制御部２８は、電池温度ＴＢが所定の下限（図１０の下限温度ＴＢＬ）よりも低いとき、昇温運転を実施するものと判定する。昇温制御部２８は、電圧指令値生成部２２に対して昇温運転の実施を指示する。

電圧指令値生成部２２は、昇温制御部２８からの指示を受けると、電池電圧ＴＢが下限温度ＴＢＬ以上になるように、昇温運転を実施する。図１０は、制御装置５により実行される昇温運転を説明するための図である。図１０には、吸込清掃を開始するための操作スイッチがオンされたタイミング以降の、昇圧コンバータ２の出力電圧Ｖｄｃおよび電池温度ＴＢの変化が示されている。

図１０を参照して、操作スイッチがオンされた時刻ｔ１において、電池温度ＴＢが下限温度ＴＢＬよりも低い場合、昇温運転が開始される。昇温運転では、昇圧コンバータ２は、昇圧運転を実行するように制御される。

具体的には、電圧指令値生成部２２（図９）は、電圧指令値Ｖｄｃ＊を、電池電圧ＶＢよりも高い所定の電圧Ｖ２に設定する。交流電動機４への出力要求に基づいて設定される電圧指令値Ｖｄｃ＊を電圧Ｖ１とすると、電圧Ｖ２は、電圧Ｖ１よりも低く設定される。すなわち、昇温運転のための電圧指令値Ｖｄｃ＊は、通常運転のための電圧指令値Ｖｄｃ＊よりも低く設定される。

スイッチング制御部２４は、電圧指令値生成部２２で設定された電圧指令値Ｖｄｃ＊に従って、昇圧コンバータ２の制御のための制御信号φｓ２，φｃを生成する。スイッチング制御部２４は、出力電圧Ｖｄｃが電圧指令値Ｖｄｃ＊と等しくなるように制御信号φｃを生成する。スイッチング制御部２４は、さらに、バイパススイッチ１６（図３）をオフ固定するための制御信号φｓ２を生成する。昇圧コンバータ２は、制御信号φｃに応答してスイッチング素子Ｑ７のデューティ比が設定され、昇圧率はデューティ比に応じたものとなる。

昇圧コンバータ２が昇圧運転を実行することにより、バッテリＢにおいてリップル電流（交流成分）が発生する。リップル電流は、出力電圧Ｖｄｃと電池電圧ＶＢとの電圧差｜Ｖｄｃ−ＶＢ｜に応じて増大する。リップル電流が発生することにより、バッテリＢの内部抵抗が発熱するため、バッテリＢの温度が上昇する。すなわち、昇温運転では、昇圧運転を実行することで、バッテリＢを内部から昇温させる。

したがって、リップル電流を大きくすれば、すなわち、電圧差｜Ｖｄｃ−ＶＢ｜を大きくすれば、バッテリＢを効果的に昇温することができる。しかしながら、リチウムイオン電池やニッケル水素電池に代表される二次電池は、一般的に、温度が低下すると内部抵抗値が高くなる。そのため、リップル電流を大きくすると、内部抵抗に発生する電圧が大きくなり、二次電池の電圧が、安全性および耐久性上許容される上限電圧を超えてしまう虞がある。そこで、昇温運転時には、バッテリＢの電圧が上限電圧を超えない範囲で、リップル電流が最大となるように、電圧指令値Ｖｄｃ＊を設定する。これにより、バッテリＢに負担をかけることなく、バッテリＢを昇温することができる。ただし、昇温運転時の出力電圧Ｖｄｃは、本来出力すべき電圧Ｖ１よりも低いため、交流電動機４の出力が制限されることになる。

昇温運転によってバッテリＢが昇温し、電池温度ＴＢが下限温度ＴＢＬ以上になると（時刻ｔ３）、制御装置５は、昇温運転を終了し、電気掃除機１００を通常運転に移行させる。通常運転では、昇圧コンバータ２は、電圧指令値Ｖｄｃ＊に従った電圧Ｖｄｃ（＝Ｖ１）をインバータ３に供給する。インバータ３は、要求出力に従って交流電動機４を駆動する。

さらに、通常運転の実行中、電池温度ＴＢが上昇し、所定の上限（図１０の上限温度ＴＢＨ）に達すると（時刻ｔ４）、制御装置５は、昇圧運転を停止するとともに、インバータ３の運転を停止する。これにより、バッテリＢの過熱を防止する。

図１１は、実施の形態３に従う電気掃除機１００において実行される昇温運転を説明するフローチャートである。

図１１を参照して、制御装置５は、ステップＳ２１により、操作部１３にて吸込清掃を開始するための操作スイッチがオンされたか否かを判定する。操作スイッチがオンされていないと判定された場合（Ｓ２１のＮＯ判定時）、制御装置５は、以降の処理をスキップする。

一方、操作スイッチがオンされたと判定されると（Ｓ２１のＹＥＳ判定時）、制御装置５は、ステップＳ２２により、温度センサ１２から電池温度ＴＢの検出値を受ける。制御装置５は、ステップＳ２３により、電池温度ＴＢが所定の下限温度ＴＢＬよりも低いか否かを判定する。電池温度ＴＢが下限温度ＴＢＬよりも低い場合（Ｓ２３のＹＥＳ判定時）、制御装置５は、ステップＳ２４に進み、昇温運転を実行する。制御装置５は、昇圧コンバータ２に昇圧運転を実行させることで、バッテリＢを昇温する。

一方、電池温度ＴＢが下限温度ＴＢＬ以上である場合（Ｓ２３のＮＯ判定時）、制御装置５は、ステップＳ２５に進み、通常運転を実行する。制御装置５は、交流電動機４への要求出力に対応する電圧指令値Ｖｄｃ＊に従って、昇圧コンバータ２を制御する。

制御装置５は、ステップＳ２６により、電池温度ＴＢが所定の上限温度ＴＢＨよりも高いか否かを判定する。電池温度ＴＢが上限温度ＴＢＨ以下である場合（Ｓ２６のＮＯ判定時）、制御装置５は、以降の処理をスキップする。

一方、電池温度ＴＢが上限温度ＴＢＨよりも高い場合（Ｓ２６のＹＥＳ判定時）、制御装置５は、ステップＳ２７に進み、昇圧運転を停止する。制御装置５はさらに、ステップＳ２８により、インバータ３の運転を停止する。

なお、昇温運転の実行中、昇圧コンバータ２は、交流電動機４への出力要求に対応した電圧Ｖ１よりも低い電圧Ｖ２をインバータ３に供給する。そのため、交流電動機４の出力不足による吸込み力の低下が発生し、ユーザに違和感を与えてしまう可能性がある。そこで、制御装置５は、昇温運転の実行中であることを表示部１４（図１）に表示させることで、吸込み力の低下が、バッテリＢが昇温するまでの一時的なものであることをユーザに報知する。これにより、ユーザに与える違和感を防止することができる。

さらに、制御装置５は、バッテリＢの過熱防止のために昇圧運転およびインバータ３の運転を停止するときにも、その旨を表示部１４に表示させる。これにより、予期せずに電気掃除機１００の運転が停止したとユーザが感じることを防止することができる。

なお、上記の実施の形態では、蓄電装置から電力の供給を受けて電動送風機を駆動する交流電動機を備えた電気掃除機について説明したが、本発明は、電気掃除機に限らず、蓄電装置に蓄えられた電力で駆動する交流電動機を駆動源とする製品に広く適用することが可能である。たとえば、ハンドドライヤーなどの電動送風機を備えた製品に対して、本発明を適用することが可能である。

今回開示された実施の形態がすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

２ 昇圧コンバータ、３ インバータ、４ 交流電動機、５ 制御装置、６ 電源スイッチ、７，８，９ 電圧センサ、１０，１１ 電流センサ、１２ 温度センサ、１３ 操作部、１４ 表示部、１５ 回転角センサ、１６ バイパススイッチ、２０ 電力損失演算部、２２ 電圧指令値生成部、２４ スイッチング制御部、２６ 電池容量推定部、２８ 昇温制御部、１００ 電気掃除機、１０２ 持ち手、１０４ 電源部、１０６ 電動送風機、１０８ 集塵室、１１０ 筐体、１１２ 吸込部、１１３ 通風路、１１４ 吸込口、１１６ 基板、Ｂ バッテリ、Ｌ１ リアクトル、Ｃ１ コンデンサ、Ｑ１〜Ｑ７ スイッチング素子、Ｄ１〜Ｄ８ ダイオード。

Claims (9)

1. 電動送風機を駆動するように構成された交流電動機と、
   蓄電装置と、
   前記蓄電装置から受ける直流電圧を昇圧するように構成された昇圧コンバータと、
   前記昇圧コンバータの出力電圧を、前記交流電動機を駆動するための交流電圧に変換するインバータと、
   前記昇圧コンバータおよび前記インバータを制御するように構成された制御装置とを備え、
   前記昇圧コンバータは、前記蓄電装置の電圧に対する前記出力電圧の比で示される昇圧率を１よりも高くする昇圧運転と、前記昇圧率を１に固定する非昇圧運転とを選択的に実行するように構成され、
   前記昇圧運転時には、前記蓄電装置の残存容量に対して前記出力電圧が一定となるように、前記蓄電装置の残存容量の低下に対応させて前記昇圧率を上昇させる、電気掃除機。
2. 前記蓄電装置の電圧を検出する電圧センサをさらに備え、
   前記制御装置は、前記昇圧運転時には、要求吸込み力に基づいて設定された電圧指令値に対して、前記電圧センサの検出値が第１の値のときの前記昇圧率を、前記電圧センサの検出値が前記第１の値よりも高い第２の値のときの前記昇圧率よりも高くする、請求項１に記載の電気掃除機。
3. 前記制御装置は、前記昇圧運転時には、前記電圧センサの検出値に基づいて前記蓄電装置の残存容量を推定し、
   前記残存容量が所定の閾値以下に低下すると、前記昇圧運転を停止するとともに、前記インバータの運転を停止する、請求項２に記載の電気掃除機。
4. 前記電動送風機に要求吸込み力を発生させる場合において、
   前記昇圧運転を選択して前記交流電動機を駆動したときに前記電気掃除機に生じる第１の電力損失と、前記非昇圧運転を選択して前記交流電動機を駆動したときに前記電気掃除機に生じる第２の電力損失とを演算し、
   前記第１の電力損失が前記第２の電力損失よりも大きいときには、前記非昇圧運転を実行して前記交流電動機を駆動するように、前記昇圧コンバータおよび前記インバータを制御する一方で、
   前記第１の電力損失が前記第２の電力損失よりも小さいときには、前記昇圧運転を実行して前記交流電動機を駆動するように、前記昇圧コンバータおよび前記インバータを制御する、請求項１から３のいずれか１項に記載の電気掃除機。
5. 前記制御装置は、
   前記昇圧運転を選択して前記交流電動機を駆動したときの前記蓄電装置における電力損失、前記昇圧コンバータにおける電力損失、前記インバータにおける電力損失、および前記交流電動機における電力損失を合計することにより、前記第１の電力損失を演算し、
   前記非昇圧運転を選択して前記交流電動機を駆動したときの前記蓄電装置における電力損失、前記昇圧コンバータにおける電力損失、前記インバータにおける電力損失、および前記交流電動機における電力損失を合計することにより、前記第２の電力損失を演算する、請求項４に記載の電気掃除機。
6. 前記昇圧コンバータは、
   リアクトルおよびスイッチング素子を有する昇圧チョッパ回路と、
   前記リアクトルに対して電気的に並列に接続されるバイパススイッチとを含み、
   前記制御装置は、前記非昇圧運転の選択時には、前記バイパススイッチをオンすることにより、前記蓄電装置の電圧を前記インバータに供給する、請求項１から５のいずれか１項に記載の電気掃除機。
7. 前記蓄電装置の温度を検出する温度センサをさらに備え、
   前記制御装置は、
   前記電気掃除機の起動時において前記温度センサの検出値が所定の下限値よりも低い場合には、前記昇圧運転によって前記蓄電装置の温度を上昇させる昇温運転を実行し、
   前記昇温運転の実行中に前記温度センサの検出値が前記所定の下限値を超えると、前記昇温運転を終了し、前記電動送風機が要求吸込み力を発生するように前記昇圧コンバータおよび前記インバータを制御する、請求項１に記載の電気掃除機。
8. 前記制御装置は、前記昇圧運転時には、電圧指令値に従って前記昇圧コンバータの出力電圧を制御するように構成され、
   前記昇温運転時における前記電圧指令値は、要求吸込み力に基づいて設定された前記電圧指令値よりも低くなるように設定される、請求項７に記載の電気掃除機。
9. 前記制御装置は、前記電気掃除機の運転時において前記温度センサの検出値が所定の上限値よりも高くなると、前記昇圧運転を停止するとともに、前記インバータの運転を停止する、請求項７または８に記載の電気掃除機。

Images