JPS63249491A - 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。

〔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、特に電動
送風機の機械的強度が考慮されていない問題があった。

本発明の目的は電気掃除機の駆動源である電動送風機の
機械的強度に応じてブラシレス直流電動機の最適な速度
制御を行い、安全性を向上した電気掃除機を得ることに
ある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、マイクロコンピュータ中に回転数の上限リ
ミッタ処理部を設け、このマイクロコンピュータを用い
たインバータ制御装置でブラシレス直流電動機を駆動す
ることにより、達成される。

〔作用〕

ブラシレス直流電動機は界磁に永久磁石を用いた同期電
動機であるが、上限リミッタ処理部を有するマイクロコ
ンピュータを用い、このマイクロコンピュータによるイ
ンバータ制御装置でブラシレス直流電動機を速度制御す
ることにより、ブラシレス直流電動機の過回転を防止で
きる。それによって、ブラシレス直流電動機の回転子の
遠心力による破壊や電動送風機のファン部の遠心力破壊
を防止できるので、安全性を向上した電気掃除機が得ら
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、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。

インバータ制御装置１ｏは交流電源１４から整Ｊε回路
１５及び平滑コンデンサ１６より、図示の直流電圧Ｅｄ
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Ｔ　Ｒ１〜Ｔ　Ｒ
ａと還流ダイオードＤ１〜Ｄ６とから構成された１２０
度通電形インバータであり、その交流出力電圧は、直流
電圧Ｅｄの正電位側トランジスタＴ　Ｒ！−Ｔ　Ｒ３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Ｔ　Ｒ４〜ＴＲｅの共通エミッタ端
子とｉｌ流ダイオードＤ４〜Ｄ６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１３８回転子９−２の磁極位置を
ホール素子１１か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Ｉｎ
の値を検出する電流検出口路１７．トランジスタＴ　Ｒ
ｌ−Ｔ　Ｒｅ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はホール素子１１からの出力を受
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１１１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Ｉｏ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バス（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ｖ＆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わ
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　Ｒｓ〜ＴＲｏはマイクロコンピュータ
１３から点弧信号１３Ｓ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１〜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１図は本発明の制御回路をブロック的に表した概略構
成図である。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Ｎ１１
を決定し、ゲインにで電圧指令Ｖ−を出力する。この電
圧指令ｖネを電圧指令回路２１のＤ／Ａ変換器に入力し
、この出力と三角波発生器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る。こ
の結果、ブラシレス直流電動機９は速度指令Ｎ傘に基づ
いた開ループ電圧制御で運転されるので、該電動機の垂
下特性により回転数が掃除機の負荷変化（例えば、掃除
機本体のフィルターの目詰りや吸口が床面に接している
時の被掃除面の変化等）に応じて変化し、負荷が軽いと
回転数が増加、負荷が重くなると回転数が減少する。

すなわち、交流整流子電動機と同じ特性が得られ、電気
掃除機に適した電動機制御が行える効果がある。

ところで、ブラシレス直流電動機は界磁に永久磁石を用
いており、この永久磁石が電機子巻線による電機子反作
用磁束によって減磁する。すなわち、運転初期と長時間
運転した後では永久磁石の磁束量が異なる可能性がある
。この結果、運転初期に対して長時間運転した後では同
じ速度指令でも回転数が高くなり、最悪の場合は電動機
回転数が回転子及び電動送風機のファン部の破壊回転数
より大きくなる。

そこで、磁極位置検出回路１２からの信号を受けてマイ
クロコンピュータ１３で速度演算処理を行って電動機の
実速度Ｎを算出し、この実速度Ｎが前述した破壊回転数
より大きくなると上限リミッタ処理を行って電圧補正信
号ΔＶを求め、電圧指令Ｖ＊とつき合わせる構成として
いる。この結果、ブラシレス直流電動機は回転数Ｎの値
によって電圧指令ｖ１１が補正され（言い換えれば速度
指令が補正される）、この新しい電圧指令Ｖ−−ΔＶに
基づいて開ループ電圧制御で運転されるので、回転数が
過大になることがない。

第３図は本発明の速度制御装置によってブラシレス直流
電動機を駆動した電気掃除機であって、横ψ＋Ｉｌに電
気掃除機内を通る風の風量Ｑをとり、縦軸に電動機の回
転数Ｎを表したＱ　　Ｎ曲線図である。回転数の上限リ
ミッタ値をＮｌとすると、鎖線は永久磁石の減磁なしの
場合で、風量Ｑに応じて回転数が変化する。これに対し
、永久磁石が減磁した実線の減磁■、一点鎖線の減磁■
とも風量Ｑに応じて回転数は増加するが、回転数の上限
リミッタ値Ｎ１になると速度指令が補正されるので、常
に電動機が破壊回転数以下で運転されることにより、安
全性を向上した電気掃除機が得られる効果がある。

〔発明の効果〕

本発明によれば、電気掃除機の駆動源にインバータ制御
ブラシレス直流電動機を用い、速度指令に基づいた開ル
ープ電圧制御を行い、さらに実際の電動機回転数に応じ
て上限リミッタ処理を行って速度指令を補正することに
より、過回転を防止できるので、安全性を向上した電気
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Ｑ
−Ｎ曲線図である。 ９・・・ブラシレス直流電動機、１０・・・インバータ
制御装置、１１・・・ホール素子、１２・・・磁極位置
検出回路、１３・・・マイクロコンピュータ、１８・・
・速度指令回路、１９・・・ペースドライバ、２ｏ・・
・インバ第２−図 躬３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、駆動源に電動機とファンからなる電動送風機とこれ
   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、
   速度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、該マ
   イクロコンピュータに回転数の上限リミッタ処理部を設
   けたことを特徴とする電気掃除機。 ２、前記特許請求の範囲第１項記載のものにおいて、 前記回転数の上限リミッタ値を前記電動機あるいは前記
   ファンの破壊回転数より小さく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、 前記電動機の速度制御を開ループ電圧制御で行ったこと
   を特徴とする電気掃除機。 ４、前記特許請求の範囲第１項記載のものにおいて、 前記電動機の回転数を前記上限リミッタ処理部に入力し
   、上限リミッタ処理部を介して速度指令に補正を付加し
   たことを特徴とする電気掃除機。 ５、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。