JPS63234930A - 電気掃除機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は電気掃除機に係り、特にその駆動源となる電動
機の速度制御装置に関する。

〔従来の技術〕

電気掃除機の駆動源にはファンと交流整流子機からなる
電動送風機が用いられている。しかし、ブラシと整流子
からなる機械的摺動を伴い、また、最近の高速化による
小形軽量化指向で整流条件が厳しくなってブラシから火
花を発生し、ブラシ寿命が短いと言う問題がある。

この対策として、特開昭６０−２４２８２７号公報に記
載のように、ブラシレス直流電動機を用いた電動送風機
が提案されている。しかし、電気掃除機に適したブラシ
レス直流電動機の速度制御方法については配慮されてい
ない。

また、従来の交流整流子機でも、インバータで駆動され
る電動機でも吸気経路中に異物が入ったりして密封状態
になった時の制御方法については明らかにされていない
。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来技術は電気掃除機に適したブラシレス直流電動
機の速度制御方法について配慮されておらず、フィルタ
ーの目詰り等による電気掃除機の必要以上の過回転に対
応できない問題があった。

本発明の目的は電気掃除機の負荷状態が最少動作点以下
になっても、その時の回転数を保持して過回転によるフ
ァン等の破壊を防止することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、電気掃除機の負荷電流を検出し、検出した
電流値と所定の電流値とを比較し、検出した電流値が所
定あ電流値より小さければ、速度制御装置の速度指令を
補正して一定回転になるように制御することにより達成
される。

〔作用〕

交流整流子機の他にインバータで駆動される電動機は誘
導電動機やブラシレス直流電動機等があるがいずれの電
動機においても負荷電流と電流変化状態から吸気経路の
詰りゃフィルタの目詰り等を判断し、前記電動係の速度
制御を行う。それによって、電気掃除機が密封状態にな
ったとしても、最少動作範囲における回転数以上になる
ことがなく、操作性の良い電気掃除機が得られる。

〔実施例〕

電気掃除機用電動機は従来から機械的なカーボンブラシ
を用いた交流整流子電動機が主に使用されている。しか
し、より以上の高速化、高性能化の要求に対して、イン
バータで駆動される前記ブラシを必要としない電動機も
提案されている。

前記ブラシを具備せず、インバータで駆動できる電動機
としては、ブラシレス直流電動機を始めとして、誘導電
動機、リラクタンスモータ、更にはヒステリシスモータ
等があり、電気掃除機用電動機としていずれも使用する
ことが可能である。

本発明はこのようにいずれの電動機の駆動装置にも適用
可能なものであるが１本発明の実施例としては便宜上イ
ンバータで駆動するブラシレス直流電動機を例として説
明する。

以下、本発明の一実施例を第１図〜第４図により説明す
る。

第２図は′本発明に係るブラシレス直流電動機とインバ
ータ制御装置からなる速度制御装置の全体構成を示した
ものである。

インバータ制御袋＠１０は交流電源１４から整流回路１
５及び平滑コンデンサ１６より、図示の直流電圧Ｅａを
得て、インバータ２０に供給するものである。

このインバータ２０は、トランジスタＴｒｔ〜Ｔｒｓと
環流ダイオードＤ１〜Ｄ８とから構成された１２０度通
電形インバータであ１、その交流出力電圧は、直流電圧
Ｅ−の正電位側トランジスタＴ「１〜Ｔ　ｒ　ａの通流
期間（電気角１２０度）がパルス幅変調を受けてチョッ
パ動作することにより制御されるものとしている。

また、トランジスタＴＲ４〜ＴＲｅの共通エミッタ端子
と環流ダイオードＤ４〜ＤＢとの共通アノード端子間に
低抵抗Ｒ１が接続されているものである。

ブラシレス直流電動機９は２極の永久磁石を界磁とした
回転子９−２と電機子巻線９−１を挿入した固定子から
なり、電機子巻線９−１に流れる巻線電流は、前記低抵
抗Ｒ１にも流れるので、この低抵抗Ｒ１の電圧降下によ
って前記電動機９の負荷電流Ｉｏを検出できることにな
る。

ブラシレス直流電動機９の速度を制御する制御回路は、
マイクロコンピュータ１３２回転子９−２の磁極位置を
ホール素子１１がらの出力を受けて検出する磁極位置検
出回路１２．低抵抗Ｒ１の電圧降下から負荷電流ＩＤの
値を検出する電流検出回路１７．トランジスタＴ　Ｒｔ
　”　Ｔ　ＲＢを駆動するペースドライバ１９．マイク
ロコンピュータ１３に基準となる速度を伝える速度指令
回路１７から構成されている。

磁極位置検出回路１２はホール素１１がらの出力を受け
て、回転子位置に対応した位置検出信号１２Ｓを形成す
る回路である。そして、この位置検出信号１２Ｓを用い
て、ブラシレス直流電動機９の回転速度を、マイクロコ
ンピュータ１３において演算して求めるものである。

電流検出回路１７は、低抵抗Ｒ１の電圧降下を受けて負
荷電流ＩＤを検出し、Ａ／Ｄ変換器（図示せず）等によ
り電流検出信号１７Ｓを形成する回路である。

また、前記のマイクロコンピュータ１３は、ＣＰＵ、Ｒ
ＯＭ及びＲＡＭ等から構成され、それぞれ、アドレスバ
ス、データバス及びコントロールノ“くス（図示せず）
によって接続されているものである。

そして、前記のＲＯＭは、ブラシレス直流電動機９を駆
動するのに必要な各種処理プログラム。

例えば速度演算処理、指令取り込み処理及び速度制御処
理などに係るものが記憶されている。

一方、前記のＲＡＭは、前記の各種処理プログラムを実
行するに際して必要となる各種データを読み書きするた
めの記憶部からなるものである。

トランジスタＴ　Ｒ１〜ＴＲＩはマイクロコンピュータ
１３から点弧信号１３８を受けてペースドライバ１９に
より駆動される。なお、電圧指令回路２１は後述するよ
うにチョッパ信号を形成するものである。

すなわち、ブラシレス直流電動機では、電機子巻線に流
れる巻線電流は、その電動機の出力トルクに対応し、巻
線電流を回転子位置毎に制御することにより、出力トル
クの連続制御が可能となるものである。

第３図は駆動源にブラシレス直流電動機を用いた電気掃
除機の性能曲線を示したもので、横軸に電気掃除機内を
通る風の風量Ｑをとり、縦軸に電気掃除機の吸込性能を
表す吸込仕事率Ｐ。ｕｔ　、電動機の回転数Ｎ及び負荷
電流Ｉｎを表したもので、最大動作点から最小動作点の
範囲が電気掃除機の動作範囲である。ところで、フィル
ターの目詰りに対する動作点は、目詰り量に応じて風量
Ｑが減少するため、最大動作点から最小動作点に移行す
る。これより、目詰り量が多くなる程、Ｐｍａｘ　を境
にして吸込仕事率Ｐｏｕｔが小さくなり、電気掃除機と
しての性能が不足する。さらに、目詰りあるいは吸気経
路内に異物がつまったり等の吸気経路内での密封度が高
くなると必要以上に回転数が大きくなり、ｆｆｉ動機の
機械強度及びベアリングの寿命上から問題となる。そこ
で本発明はブラシレス電動機の負荷電流を検出し、その
電流の大きさから運転状態を判断し、特に負荷電流があ
る所定の値以下になったら回転数を一定に制御し、過回
転を防止することにある。

第４図は運転状態に対する負荷電流の変化を示したもの
で、第３図に示した風量Ｑが大きいＡの場合は目詰りな
しの場合を示し、鎖線で示した最少電流設定値Ｉｎｓと
の差が大きい。これに対し、風量Ｑが小さいＢの場合は
目詰りあるいは吸気経路内に異物を吸入して密封度があ
がった状態を示し、鎖線で示した最少電流設定値Ｉｎｓ
より電流変化の最少値Ｉｏｚが小さくなるので、この値
で吸入径′路あるいはフィルタによる目詰りをセンサが
無くても正確に判断することができる。

第１図は本発明のブラシレス直流電動機を駆動する制御
回路をブロック的に示した概略構成図である。なお、速
度制御系は一例として開ループ電圧制御系で示した。図
において、速度指令回路１８より指令がマイクロコンピ
ュータ１３に入力されると、マイクロコンピュータ１３
は指令取込処理を行って速度指令Ｎ拳を出力し、ゲイン
Ｋ（Ｋｘ＞Ｋｇ）でに１を最初に選択し、電圧出力デー
タＶ＊を電圧指令回路２１のＤ／Ａ変換器に入力し、こ
の出力と三角波発生回路の出力とをコンパレータで比較
し、その出力がペースドライバ１９に入力され、ブラシ
レス直流電動機９に印加される電圧が決定され、該電動
機が基準の電圧で駆動される。

次にマイクロコンピュータ１３は負荷電流検出回路１２
から信号１２Ｓを受けて電流比較処理を行い、切替判定
処理部において負荷電流ＩＤが最少電流設定値Ｉｏｓよ
り小さいか大きいかを判断し。

負荷電流Ｉｎが最少電流設定値Ｉｏｓより小さければ吸
気経路を密封するような異物（ハンカチ、ナイロンシー
ト等）が入ったとして目詰り状態と判断し、ゲインに２
により電圧補正分ΔＶを減算してブラシレス直流電動機
の電圧指令を補正するので（言い換えれば、速度指令が
補正される）、電動機回転数を必要以上に増加させるこ
とがなく、過回転を防止することができる効果がある。

〔発明の効果〕

本発明によれば、電気掃除機の吸気経路の異物吸入によ
る密封状態あるいはフィルタの目詰り状態を検出センサ
を用いずにセンサレスで判断し、この結果に基づいて回
転数一定制御を行うことができるので、電動機の寿命を
伸ばし、かつファンの破壊の恐れがない安全性向上と静
音化を図った電気掃除機が得られる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のブラシレス直流電動機駆動用の制御回
路をブロック的に示した概略構成図、第２図は本発明に
係るブラシレス直流電動機とインバータ制御装置からな
る速度制御装置の全体構成図、第３図は電気掃除機の性
能曲線図、第４図は吸気経路の異物吸入及びフィルタの
目詰りに対する電流の変化を示したものである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、駆動源に電動機とこれを可変速化する速度制御装置
   を用いた電気掃除機において、前記速度制御装置の制御
   回路をマイクロコンピュータ、電流検出回路及び速度指
   令回路で構成し、該マイクロコンピュータで前記電動機
   の速度制御を行うと共に、掃除状態における該電動機の
   負荷電流を検出し、該検出電流値と予め設定してある最
   少電流設定値とで比較処理を行い、検出電流の方が小さ
   い場合は速度指令を補正するようにしたことを特徴とし
   た電気掃除機。 ２、前記特許請求の範囲第１項記載のものにおいて、負
   荷電流が最少設定電流以下になる時点の回転数を保持す
   るように速度指令を補正するようにしたことを特徴とす
   る電気掃除機。 ３、前記特許請求の範囲第１項記載のものにおいて、前
   記電動機がブラシレス直流電動機であると共に前記速度
   制御装置がインバータ制御装置であることを特徴とする
   電気掃除機。