(57)【要約】  モータ制御装置２は、モータ電流の検出値であるアナログ信号をディジタル信号に変換するＡＤ変換器３０と、ＡＤ変換器３０からディジタル信号を読み取る制御回路２５とを備える。制御回路２５は、許可期間中に、ＡＤ変換器３０を起動し、許可期間を含む電気半サイクル中に、ＡＤ変換器３０からディジタル信号を読み取る。
2017072884.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
インバータにより駆動されるモータに用いられるモータ制御装置であって、
前記モータに流れる交流電流の検出値であるアナログ信号をディジタル信号に変換するアナログディジタル変換器と、
前記アナログディジタル変換器から前記ディジタル信号を読み取り、前記ディジタル信号を用いて前記インバータを駆動する制御回路と、
を備え、
前記制御回路は、第１の期間中に、前記アナログディジタル変換器を起動し、第２の期間中に、前記アナログディジタル変換器から前記ディジタル信号を読み取り、
前記第２の期間は、前記交流電流の極性の変化点から前記交流電流の極性の次の変化点までの期間であり、
前記第１の期間は、前記第２の期間に含まれ、前記変化点および前記次の変化点を含まない連続する期間であるモータ制御装置。
【請求項２】
前記制御回路は、前記変化点を含む一定の期間である第３の期間中および前記次の変化点を含む一定の期間である第４の期間中には、前記アナログディジタル変換器を起動せず、前記第３の期間と前記第４の期間との間の期間である前記第１の期間中に、前記アナログディジタル変換器を起動し、前記第２の期間中に、前記アナログディジタル変換器から前記ディジタル信号を読み取る請求項１に記載のモータ制御装置。
【請求項３】
前記モータは、ロータを有し、
前記制御回路は、前記ロータの回転位置を検出する位置センサ信号に基づいて、前記ロータの電気角であるロータ回転角を算出し、前記ロータ回転角に基づいて、前記第１から第４の期間を決定する請求項２に記載のモータ制御装置。
【請求項４】
前記制御回路は、前記第２の期間中に前記アナログディジタル変換器から読み取られた複数個の前記ディジタル信号を用いて、前記第４の期間内における前記交流電流を推定する請求項３に記載のモータ制御装置。
【請求項５】
前記制御回路は、三角波キャリアを生成する三角波キャリア生成部を有し、
前記制御回路が前記アナログディジタル変換器を起動するタイミングは、前記三角波キャリアの山点または谷点のタイミングであり、
前記制御回路が前記アナログディジタル変換器から前記ディジタル信号を読み取るタイミングは、前記三角波キャリアの山点または谷点のタイミングである請求項２に記載のモータ制御装置。
【請求項６】
前記制御回路は、前記第２の期間中に、前記アナログディジタル変換器からの前記ディジタル信号の読み取りを２回以上行う請求項１に記載のモータ制御装置。
【請求項７】
前記モータは、ロータを有し、
前記ロータは、複数個の永久磁石を有する請求項１に記載のモータ制御装置。
【請求項８】
前記インバータは、複数個のスイッチング素子を有し、
前記複数個のスイッチング素子のうちの少なくとも１つは、ワイドバンドギャップ半導体を含む請求項１に記載のモータ制御装置。
【請求項９】
前記ワイドバンドギャップ半導体は、炭化珪素、窒化ガリウムまたはダイヤモンドである請求項８に記載のモータ制御装置。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか１項に記載のモータ制御装置と前記インバータと前記モータとを備える電気掃除機。
【請求項１１】
請求項１から９のいずれか１項に記載のモータ制御装置と前記インバータと前記モータとを備えるハンドドライヤー。
【請求項１２】
インバータにより駆動されるモータに用いられるモータ制御装置であって、
前記モータの交流電圧の検出値であるアナログ信号をディジタル信号に変換するアナログディジタル変換器と、
前記アナログディジタル変換器から前記ディジタル信号を読み取り、前記ディジタル信号を用いて前記インバータを駆動する制御回路と、
を備え、
前記制御回路は、第１の期間中に、前記アナログディジタル変換器を起動し、第２の期間中に、前記アナログディジタル変換器から前記ディジタル信号を読み取り、
前記第２の期間は、前記交流電圧の極性の変化点から前記交流電圧の極性の次の変化点までの期間であり、
前記第１の期間は、前記第２の期間に含まれ、前記変化点および前記次の変化点を含まない連続する期間であるモータ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ブラシレスモータを制御するモータ制御装置、電気掃除機およびハンドドライヤーに関する。
【背景技術】
【０００２】
モータ制御装置では、一般にロータ回転位置に応じてステータ巻線の通電を制御する方式が用いられている。【０００３】
このようなモータ制御の一例として、特許文献１では、ロータ回転位置を検出する位置センサを備えたブラシレスモータの制御において、モータ制御装置が、位置センサ信号の第１のエッジに応答してアナログディジタル変換器を起動し、かつ第１のエッジと異なる第２のエッジに応答してアナログディジタル変換器からディジタル信号を読み取ることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第５４７３９７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、モータの制御では、位置センサ信号のエッジをモータ電流のゼロクロス点と同期させた制御をすることがある。すなわち、位置センサ信号によりロータの磁極間を検出するタイミングとモータ電流のゼロクロス点のタイミングとを同期させた制御をすることがある。【０００６】
一方、モータ電流のゼロクロス点では、電流極性の切り替わりに起因してノイズが発生することが知られている。【０００７】
従って、位置センサ信号のエッジをモータ電流のゼロクロス点と同期させた制御をする場合、モータ電流のゼロクロス点のタイミングで発生するノイズがエッジの検出誤差の要因となり、エッジ検出によるロータの磁極間の正確な検出が困難となる。【０００８】
そのため、位置センサ信号の第１のエッジに応答してアナログディジタル変換器を起動し、かつ第１のエッジと異なる第２のエッジに応答してアナログディジタル変換器からディジタル信号を読み取る上記従来の制御によれば、位置センサ信号のエッジとモータ電流のゼロクロス点とが一致する場合には、モータ制御に用いられるディジタル信号に電流極性の切り替わりに起因したノイズが含まれることとなり、モータの安定した制御を実現することが困難となる。【０００９】
特に、ロータ回転位置の検出誤差が増大すると、ステータ巻線の通電切り換えのタイミングがずれてしまい、ステータ巻線を流れる電流とステータ巻線に生じる誘起電圧との力率が低くなってモータ効率が悪化すると共に、モータトルクにムラが生じて振動および騒音が大きくなる。【００１０】
上記ノイズはロータの回転数が１０万ｒｐｍ（revolution  per  minute）以上の高回転数領域で特に顕著となり、上記振動および騒音もこの高回転数領域で特に顕著に現れる。従って、上記ノイズの影響を抑制することは、特に電気掃除機またはハンドドライヤーにおいてモータの安定な制御を実現する上で課題となる。【００１１】
この発明は、上記に鑑みてなされたもので、ノイズの制御への影響を抑制し、安定したモータ制御を実現可能なモータ制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るモータ制御装置は、インバータにより駆動されるモータに用いられるモータ制御装置であって、前記モータに流れる交流電流の検出値であるアナログ信号をディジタル信号に変換するアナログディジタル変換器と、前記アナログディジタル変換器から前記ディジタル信号を読み取り、前記ディジタル信号を用いて前記インバータを駆動する制御回路と、を備え、前記制御回路は、第１の期間中に、前記アナログディジタル変換器を起動し、第２の期間中に、前記アナログディジタル変換器から前記ディジタル信号を読み取り、前記第２の期間は、前記交流電流の極性の変化点から前記交流電流の極性の次の変化点までの期間であり、前記第１の期間は、前記第２の期間に含まれ、前記変化点および前記次の変化点を含まない連続する期間である。
【発明の効果】
【００１３】
この発明によれば、ノイズの制御への影響を抑制し、安定したモータ制御を実現することができる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施の形態１に係るモータ制御システムの構成を示すブロック図
【図２】実施の形態１におけるモータの構成を示す図
【図３】実施の形態１におけるＡＤ変換器の構成の一例を示すブロック図
【図４】実施の形態１においてプロセッサとＡＤ変換器との間の信号の授受の一例を示した図
【図５】実施の形態１においてＡＤ変換器の起動およびＡＤ変換器からのディジタル信号の読み取りのタイミングを説明するためのタイミングチャート
【図６】実施の形態１において禁止範囲を決定するためのフローチャート
【図７】実施の形態１において禁止期間内でのモータ電流の電流値の推定方法を説明するための図
【図８】実施の形態１の変形例に係るモータ制御システムの構成を示すブロック図
【図９】実施の形態２においてＡＤ変換器の起動およびＡＤ変換器からのディジタル信号の読み取りのタイミングを説明するためのタイミングチャート
【図１０】実施の形態３においてＡＤ変換器の起動およびＡＤ変換器からのディジタル信号の読み取りのタイミングを説明するためのタイミングチャート
【図１１】実施の形態４において電気掃除機の構成の一例を示す図
【図１２】実施の形態４においてハンドドライヤーの構成の一例を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に、本発明に係るモータ制御装置、電気掃除機およびハンドドライヤー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この発明が限定されるものではない。
【００１６】
実施の形態１．
図１は、本実施の形態に係るモータ制御システム１の構成を示すブロック図である。図２は、モータ１２の構成を示す図である。図１に示すように、モータ制御システム１は、モータ１２と、モータ１２に接続され、モータ１２に交流電力を出力して、モータ１２を駆動するインバータ１１と、インバータ１１への直流電源となる電源１０と、モータ１２のステータ３に設けられ、モータ１２のロータ４の回転位置であるロータ回転位置を検出する位置センサ２１と、モータ１２に流れる交流電流であるモータ電流を検出する電流検出部である電流センサ２０と、ロータ回転位置とモータ電流とに基づいてインバータ１１を制御するモータ制御装置２とを備える。
【００１７】
モータ１２は、ブラシレスモータであり、環状のステータ３と、ステータ３の内側に配置されたロータ４とを備える。また、ロータ４は周方向に配列された複数個の永久磁石６を有する。これらの複数個の永久磁石６は、着磁方向が周方向に交互に反転するように配置され、ロータ４の複数個の磁極を形成する。また、ステータ３には巻線５が巻回されている。モータ電流は、巻線５に流れる交流電流である。以下では、永久磁石６の個数は図示例のように４個とし、磁極数は４極とするが、これ以外でもよい。
【００１８】
位置センサ２１は、ディジタル信号である位置センサ信号をモータ制御装置２に出力する。位置センサ信号は、ロータ４の回転位置を検出する信号であり、ロータ４からの磁束の方向に応じて高低の二値を示す。従って、位置センサ信号に含まれるエッジは磁極間に相当する。
【００１９】
電力変換器であるインバータ１１は、図示しない上下アームを構成する複数個のスイッチング素子４０を組み合わせて構成される。スイッチング素子４０は、トランジスタに還流ダイオードが逆並列に接続されて構成される。なお、還流ダイオードは寄生ダイオードとすることができる。インバータ１１は例えば単相インバータとしているが、多相インバータでもよい。
【００２０】
電流センサ２０は、モータ１２とインバータ１１との間に接続され、モータ電流を検出する。電流センサ２０の検出値はアナログ信号である。
【００２１】
モータ制御装置２は、電流センサ２０により検出されたモータ電流の検出値であるアナログ信号をディジタル信号に変換するアナログディジタル変換器３０と、アナログディジタル変換器３０から読み取られたモータ電流と位置センサ２１からの位置センサ信号と図示しない回転数指令とに基づいてＰＷＭ（Pulse  Width  Modulation:パルス幅変調）信号を生成する制御回路２５と、制御回路２５から出力されたＰＷＭ信号に基づいてインバータ１１を駆動する駆動信号を生成する駆動信号生成部３２とを備える。
【００２２】
制御回路２５は、プロセッサ３１、三角波キャリア生成部３３およびメモリ３４を有する。制御回路２５は、公知のＰＷＭ制御により、モータ１２に印加すべき電圧指令を生成し、この電圧指令と三角波キャリア生成部３３で生成された三角波キャリアとを比較することでＰＷＭ信号を生成する。駆動信号生成部３２は、制御回路２５からのＰＷＭ信号に基づいて、インバータ１１のスイッチング素子４０のオンまたはオフを制御する駆動信号を生成し、この駆動信号をインバータ１１に出力する。
【００２３】
このように、制御回路２５は、アナログディジタル変換器３０からディジタル信号を読み取り、このディジタル信号を用いてインバータ１１を駆動するためのＰＷＭ信号を生成する。なお、インバータ１１も含めて制御回路２５を定義することもできる。
【００２４】
次に、アナログディジタル変換器３０の構成の一例について説明する。以下では、アナログディジタル変換器３０は逐次比較型である場合について説明するが、アナログディジタル変換器３０の具体的構成は逐次比較型に限定されない。また、以下では、「アナログディジタル変換器」を「ＡＤ変換器３０」と略記し、「アナログディジタル変換」を「ＡＤ変換」と略記することがある。
【００２５】
図３は、ＡＤ変換器３０の構成の一例を示すブロック図である。図３に示すように、ＡＤ変換器３０は、制御回路５１、比較器５２、およびＤＡ（ディジタルアナログ）変換器５３を備える。なお、図３に示すＡＤ変換器３０の動作の詳細については特開平５−１５２９６０号公報に記載されている。
【００２６】
制御回路５１は、図示しないプロセッサを有する。比較器５２は、ＤＡ変換器５３からの比較信号ＣＯＭとアナログ入力信号ＡＩＮとの大小を比較し、比較結果を制御回路５１に出力する。アナログ入力信号ＡＩＮは、モータ電流に相当する。制御回路５１は、比較結果に応じてアナログ入力信号ＡＩＮを近似する制御信号ＣＮをＤＡ変換器５３に出力する。ＤＡ変換器５３は、制御信号ＣＮに相当する比較信号ＣＯＭを比較器５２に出力する。制御回路５１は、比較信号ＣＯＭをアナログ入力信号ＡＩＮに逐次近似する制御を実行することで、アナログ入力信号ＡＩＮに相当するディジタル信号ＤＯＵＴを求める。制御回路５１は、ディジタル信号ＤＯＵＴを図示しないレジスタに保持する。
【００２７】
図４は、プロセッサ３１とＡＤ変換器３０との間の信号の授受の一例を示した図である。まず、プロセッサ３１は、ＡＤ変換器３０に起動信号Ｓ１を出力する。起動信号Ｓ１はＡＤ変換器３０にＡＤ変換の開始を指示する信号である。プロセッサ３１は、起動信号Ｓ１を出力することによりＡＤ変換器３０を起動する。
【００２８】
ＡＤ変換器３０は、起動信号Ｓ１を受けると、アナログ信号をディジタル信号に変換するＡＤ変換処理を開始する。具体的には、ＡＤ変換器３０の制御回路５１が、起動信号Ｓ１を受けると、逐次比較処理を開始する。
【００２９】
ＡＤ変換器３０は、ＡＤ変換完了後、ＡＤ変換が完了したことを示す完了信号Ｓ２をプロセッサ３１に出力する。具体的には、制御回路５１が完了信号Ｓ２をプロセッサ３１に出力する。プロセッサ３１は、ＡＤ変換器３０から完了信号Ｓ２を受けた後、ＡＤ変換器３０からディジタル信号を読み取る。具体的には、プロセッサ３１は、制御回路５１内のレジスタに記憶されたディジタルデータを読み取る。
【００３０】
このように、ＡＤ変換器３０は、プロセッサ３１から起動信号Ｓ１が入力されるとＡＤ変換処理を開始し、ＡＤ変換処理が完了するとプロセッサ３１に完了信号Ｓ２を出力して、ＡＤ変換処理を停止する。
【００３１】
次に、図５を参照して、ＡＤ変換器３０の起動およびＡＤ変換器３０からのディジタル信号の読み取りのタイミングについて説明する。図５は、ＡＤ変換器３０の起動およびＡＤ変換器３０からのディジタル信号の読み取りのタイミングを説明するためのタイミングチャートである。
【００３２】
図５において、「位置センサ信号」は、プロセッサ３１に入力された位置センサ２１の出力信号を表す。なお、位置センサ信号の直下に付された角度はロータ４の機械角である。位置センサ信号は、４極のロータ４に対応して、機械角で０°、９０°、１８０°、２７０°、３６０°にエッジを含む。
【００３３】
「ロータ回転角」は、ロータ４の電気角を表す。すなわち、磁極数をＰとして電気角＝機械角×Ｐ／２で与えられる。プロセッサ３１は、位置センサ信号に基づいてロータ回転角を算出する。なお、ロータ回転角の直下に付された角度は電気角である。
【００３４】
「モータ電流」は、モータ電流の波形を表す。「モータ電流」は、「ロータ回転角」との比較のために示している。図５に示すように、位置センサ信号のエッジはモータ電流のゼロクロス点と同期している。ここでゼロクロス点は、信号の波形における極性の変化点であり、極性が正から負へまたは負から正へ切り替わる点である。図５では、互いに隣り合うゼロクロス点Ａ１，Ａ２を示している。ゼロクロス点Ａ１からゼロクロス点Ａ２までの期間は、ゼロクロス点Ａ１，Ａ２で決まるモータ電流の電気半サイクルである。このように、以下では、まず位置センサ信号のエッジをモータ電流のゼロクロス点と同期させた制御をする場合について説明する。この場合、ロータ回転角は、モータ電流の位相情報を与える。
【００３５】
次に、「ＡＤ変換器動作タイミング」と「三角波キャリア」について説明する。「ＡＤ変換器動作タイミング」はＡＤ変換処理を表し、「三角波キャリア」は三角波キャリアの波形を表す。本実施の形態では、ゼロクロス点を含む一定の位相角範囲はＡＤ変換器３０の起動が禁止された禁止範囲とする。具体的には、ゼロクロス点を中心に前後それぞれαからなる合計２αの位相角範囲を禁止範囲とする。プロセッサ３１は、禁止範囲内においてＡＤ変換器３０に起動信号Ｓ１を出力せず、起動信号Ｓ１が入力されないＡＤ変換器３０はＡＤ変換処理を実行せず、ＡＤ変換処理を完了したことを示す完了信号Ｓ２を出力しない。
【００３６】
禁止範囲以外の範囲は、ＡＤ変換器３０の起動が許可された許可範囲である。すなわち、プロセッサ３１によるＡＤ変換器３０の起動は、許可範囲のみで許可される。なお、禁止範囲か許可範囲かに関係なく、ＡＤ変換器３０からのディジタル信号の読み取りは許可される。許可範囲は、互いに隣り合う禁止範囲間となる。禁止範囲に相当する期間、すなわち禁止範囲を時間に読み替えたものを、以下では禁止期間という。同様に、許可範囲に相当する期間を、以下では許可期間という。禁止期間は禁止範囲と実質同一であり、許可期間は許可範囲と実質同一である。
【００３７】
図６は、禁止範囲を決定するためのフローチャートである。図６に示すように、プロセッサ３１は、位置センサ信号からロータ回転角を算出し（Ｓ１）、算出されたロータ回転角に基づいて、モータ電流のゼロクロス点を算出し（Ｓ２）、ゼロクロス点を含む前後αの範囲を禁止範囲に設定する（Ｓ３）。禁止範囲が決まると許可範囲が決まる。
【００３８】
なお、モータ電流の電気サイクルである周期をＴＩとすると、禁止期間の長さは２×（α／３６０）×ＴＩで与えられ、モータ電流の電気半サイクルである半周期中における許可期間の長さはＴＩ／２−２×（α／３６０）×ＴＩで与えられる。位置センサ信号のエッジとモータ電流のゼロクロス点とが同期しているので、周期ＴＩは、モータ電流の周期であり、位置センサ信号の周期でもある。
【００３９】
αは０よりも大きくかつ９０°未満の予め決められた角度である。図示例では、αは１０°である。この場合、禁止範囲は、−１０°以上かつ１０°以下の範囲、１７０°以上かつ１９０°以下の範囲、３５０°以上かつ３７０°以下の範囲、５３０°以上かつ５５０°以下の範囲、７１０°以上かつ７３０°以下の範囲である。プロセッサ３１は、ロータ回転角を算出した後、ロータ回転角と予め決められたαとに基づいて、禁止範囲および許可範囲を決定する。
【００４０】
また、本実施の形態では、プロセッサ３１によるＡＤ変換器３０の起動およびＡＤ変換器３０からの読み取りは、三角波キャリア生成部３３で発生させる三角波キャリアの山点のタイミングで行うものとする。なお、ＡＤ変換器３０の起動およびＡＤ変換器３０からの読み取りは、三角波キャリアの山点以外のタイミング、例えば谷点のタイミングまたは、山点と谷点両方のタイミングで行ってもよい。また、三角波キャリアによらずにタイミングを決めてもよい。なお、１つのサンプリングデータに対するＡＤ変換処理は、三角波キャリアの周期Ｔｃよりも短い時間で実行されるものとする。
【００４１】
さらに、１つの許可期間は、三角波キャリアの周期Ｔｃの２倍よりも大きいものとする。これにより、同一の許可範囲内には、三角波キャリアの山点が２個以上含まれるので、同一の許可範囲内で、ＡＤ変換器３０の起動とＡＤ変換器３０からの読み取りが可能になる。
【００４２】
「ＡＤ変換器動作タイミング」について詳細に説明する。以下では、「期間」を用いて説明するが「範囲」に読み替えることもできる。プロセッサ３１は、算出されたロータ回転角に基づき、山点のタイミングである時刻ｔ０が許可期間内にあるか否かの判定を行う。時刻ｔ０は、禁止期間内にあるので、プロセッサ３１は、ＡＤ変換器３０の起動を行わない。
【００４３】
次に、プロセッサ３１は、算出されたロータ回転角に基づき、時刻ｔ０に続く山点のタイミングである時刻ｔ１が許可期間内にあるか否かの判定を行う。時刻ｔ１は許可期間内にあるので、プロセッサ３１は、時刻ｔ１において、ＡＤ変換器３０に起動信号Ｓ１を出力する。なお、この場合の許可期間は、ゼロクロス点Ａ１からゼロクロス点Ａ２まで電気半サイクル中に含まれる。ＡＤ変換器３０は、起動信号Ｓ１を受けると、ＡＤ変換処理を実行する。図５では、ＡＤ変換中の範囲を斜線付の「ＡＤ変換」で示している。ＡＤ変換器３０は、ＡＤ変換処理を完了すると、完了信号Ｓ２をプロセッサ３１に出力し、プロセッサ３１はＡＤ変換器３０から完了信号Ｓ２を受ける。
【００４４】
ここでは一つの許可期間内には三角波キャリアの山点が２個以上含まれることを前提としているため、時刻ｔ１に続く山点のタイミングである時刻ｔ２は許可期間内にある。そこで、プロセッサ３１は、時刻ｔ２において、ＡＤ変換器３０からディジタル信号を読み取ると共にＡＤ変換器３０に起動信号Ｓ１を出力する。そして、プロセッサ３１は、このディジタル信号を制御に使用する。ＡＤ変換器３０は、起動信号Ｓ１を受けると、ＡＤ変換処理を実行し、ＡＤ変換後のディジタル信号でレジスタを書き換える。ＡＤ変換器３０は、ＡＤ変換処理を完了すると、完了信号Ｓ２をプロセッサ３１に出力し、プロセッサ３１はＡＤ変換器３０から完了信号Ｓ２を受ける。
【００４５】
次に、プロセッサ３１は、算出されたロータ回転角に基づき、時刻ｔ２に続く山点のタイミングである時刻ｔ３が許可期間内にあるか否かの判定を行う。時刻ｔ３は許可期間内にあるので、プロセッサ３１は、時刻ｔ３において、ＡＤ変換器３０からディジタル信号を読み取ると共にＡＤ変換器３０に起動信号Ｓ１を出力する。そして、プロセッサ３１は、このディジタル信号を制御に使用する。ＡＤ変換器３０は、起動信号Ｓ１を受けると、ＡＤ変換処理を実行し、ＡＤ変換後のディジタル信号でレジスタを書き換える。ＡＤ変換器３０は、ＡＤ変換処理を完了すると、完了信号Ｓ２をプロセッサ３１に出力し、プロセッサ３１はＡＤ変換器３０から完了信号Ｓ２を受ける。
【００４６】
次に、プロセッサ３１は、算出されたロータ回転角に基づき、時刻ｔ３に続く山点のタイミングである時刻ｔ４が許可期間内にあるか否かの判定を行う。時刻ｔ４は許可期間内にあるので、プロセッサ３１は、時刻ｔ４において、ＡＤ変換器３０からディジタル信号を読み取ると共にＡＤ変換器３０に起動信号Ｓ１を出力する。そして、プロセッサ３１は、このディジタル信号を制御に使用する。ＡＤ変換器３０は、起動信号Ｓ１を受けると、ＡＤ変換処理を実行し、ＡＤ変換後のディジタル信号でレジスタを書き換える。ＡＤ変換器３０は、ＡＤ変換処理を完了すると、完了信号Ｓ２をプロセッサ３１に出力し、プロセッサ３１はＡＤ変換器３０から完了信号Ｓ２を受ける。
【００４７】
さらに、プロセッサ３１は、算出されたロータ回転角に基づき、時刻ｔ４に続く山点のタイミングである時刻ｔ５が許可期間内にあるか否かの判定を行う。時刻ｔ５は禁止期間内にあるので、ＡＤ変換器３０に起動信号Ｓ１を出力しない。また、プロセッサ３１は、時刻ｔ５がゼロクロス点Ａ１からゼロクロス点Ａ２まで電気半サイクル中にあるか否かの判定を行う。時刻ｔ５は当該電気半サイクル中にあるので、プロセッサ３１は、時刻ｔ５において、ＡＤ変換器３０からディジタル信号を読み取る。そして、プロセッサ３１は、このディジタル信号を制御に使用する。
【００４８】
プロセッサ３１は、モータ１２の運転中に以上のような動作を繰り返している。
【００４９】
以上の説明では、位置センサ信号のエッジとモータ電流のゼロクロス点とが同期することを前提とした。ここで、位置センサ信号のエッジとモータ電流のゼロクロス点とが同期しない場合の制御について簡単に説明する。
【００５０】
モータ１２は、運転開始時には、位置センサ信号のエッジとモータ電流のゼロクロス点とが同期するようにして運転される。しかし、回転数の増加に伴い、位置センサ信号のエッジとモータ電流のゼロクロス点とが同期しなくなる。特に、回転数が例えば７万ｒｐｍ以上のようないわゆる高回転数領域に達すると、位置センサ信号のエッジとモータ電流のゼロクロス点との非同期が生ずる。このように非同期が生ずると、図６のようにして設定した禁止範囲を再設定する必要が生ずる場合がある。
【００５１】
禁止範囲の再設定は以下のように実施される。プロセッサ３１は、ＡＤ変換器３０から読み取ったディジタル信号を時系列で監視し、同一の許可範囲内でディジタル信号の前回値と今回値とを比較し、前回値と今回値とで極性が切り替わっていないかどうかの判定をする。前回値と今回値とで極性が切り替わった場合は、許可範囲内にゼロクロス点が含まれることになるので、この場合は、検出されたゼロクロス点をもとに、禁止範囲を再設定する。禁止範囲の再設定により、許可範囲も再設定される。以後、プロセッサ３１は、再設定された許可範囲内でのみＡＤ変換器３０の起動およびＡＤ変換器３０からの読み取りを行う。
【００５２】
本実施の形態の効果について説明する。モータ電流のゼロクロス点ではノイズが発生することが知られている。具体的には、インバータ１１のスイッチング素子４０のオンまたはオフ動作に際してノイズが発生することから、電流極性が切り替わるゼロクロス点ではスイッチングに起因するノイズがモータ電流に含まれることになる。また、モータ電流のゼロクロス点では、スイッチング素子４０を構成するトランジスタに逆並列に接続された還流ダイオードにリカバリー電流が流れ、このリカバリー電流もノイズの要因となる。
【００５３】
これに対して、本実施の形態では、モータ電流の各ゼロクロス点を含む一定の期間をＡＤ変換器３０の起動を禁止する禁止期間に設定し、禁止期間と次の禁止期間との間にＡＤ変換器３０の起動を許可する許可期間を設定している。
【００５４】
プロセッサ３１は、許可期間内においてＡＤ変換器３０に起動信号Ｓ１を出力してＡＤ変換器３０を起動し、かつ当該許可期間を含む互いに隣り合うゼロクロス点で決まる電気半サイクル中でＡＤ変換器３０からディジタル信号を読み取る。ここで許可期間は、ゼロクロス点から次のゼロクロス点までの電気半サイクルに含まれ、これらのゼロクロス点を含まない連続する期間である。これにより、プロセッサ３１は、これらのゼロクロス点を含まない許可期間内で起動されたＡＤ変換器３０により変換処理されたディジタル信号を制御に使用することができるので、ノイズの制御への影響を抑制し、安定したモータ制御を実現することが可能となる。
【００５５】
また、ノイズの影響を抑制することができることから、モータ制御システム１を備えた電気機器の品質の向上を図ることができる。さらに、ノイズの影響を抑制することで、モータ制御システム１にノイズ除去用のフィルタを設ける場合でも、フィルタ定数を小さくできることから、フィルタの小型化が可能となる、部品の小型化を図ることができる。
【００５６】
一般に、プロセッサ３１は、第１の期間中に、ＡＤ変換器３０を起動し、第２の期間中に、ＡＤ変換器３０からディジタル信号を読み取る。ここで、第２の期間は、ゼロクロス点から次のゼロクロス点までの電気半サイクルである。第１の期間は、第２の期間に含まれ、ゼロクロス点および次のゼロクロス点を含まない連続する期間、すなわち、許可期間である。また、ゼロクロス点を含む禁止期間を第３の期間とし、次のゼロクロス点を含む禁止期間を第４の期間とすると、第１の期間は第３の期間と第４の期間との間の期間である。
【００５７】
図５の対応では、ゼロクロス点および次のゼロクロス点の組を例えばゼロクロス点Ａ１，Ａ２とした場合に、第１の期間はゼロクロス点Ａ１，Ａ２間の許可期間、第２の期間はゼロクロス点Ａ１からゼロクロス点Ａ２までの電気半サイクル、第３の期間はゼロクロス点Ａ１を含む一定の期間である禁止期間、第４の期間はゼロクロス点Ａ２を含む一定の期間である禁止期間である。第１から第４の期間は、ゼロクロス点および次のゼロクロス点の組に対して決まる。
【００５８】
なお、プロセッサ３１が、第１の期間中に、ＡＤ変換器３０を起動し、かつ、ＡＤ変換器３０からディジタル信号を読み取るようにしてもよい。すなわち、同一の第１の期間中に、ＡＤ変換器３０の起動、およびＡＤ変換器３０からのディジタル信号の読み取りがなされるようにしてもよい。
【００５９】
ここで、禁止期間内におけるモータ制御について説明する。本実施の形態では、禁止期間内は、プロセッサ３１はＡＤ変換器３０の起動を行わないが、禁止期間の直前の許可期間で得られたモータ電流の検出値からモータ電流の電流値を推定し、この推定された電流値を用いてモータ制御を行う。
【００６０】
図７は、禁止期間内でのモータ電流の電流値の推定方法を説明するための図である。図７において、「位置センサ信号」および「モータ電流」は図５と同様である。「検出電流」は、実際に検出された「検出値」と禁止期間内で推定された「推定値」とからなる。なお、「検出値」は黒丸で、「推定値」は白丸で示している。点Ｎ−３から点Ｎ−１は禁止期間の直前の許可期間で検出された３点を示している。これらの検出値は、直前の許可期間を含む電気半サイクル中にＡＤ変換器３０から読み取られたディジタル信号を示している。ここで、電気半サイクルは、隣り合うゼロクロス点で決まる電気半サイクルである。また、点Ｎ＋２および点Ｎ＋３は禁止期間の直後の許可期間で検出された２点を示している。点Ｎおよび点Ｎ＋１は、禁止期間で推定された２点を示している。「推定値」は次のようにして求めることができる。禁止期間内にはゼロクロス点が存在するので、モータ電流は直線で近似可能である。そこで、禁止期間の直前の許可期間で検出された直近の２点Ｎ−２および点Ｎ−１を通る直線を求め、当該直線上に電流値が存在すると推定して点Ｎおよび点Ｎ＋１を求めることができる。
【００６１】
なお、禁止期間内でのモータ電流の推定方法は上記した例に限定されない。例えば禁止期間の直前の許可期間で実測された直近の複数点を用いて、多項式近似により、点Ｎおよび点Ｎ＋１を推定してもよい。
【００６２】
また、モータ制御において、モータ電流を直交２軸のｄｑ軸に分解して制御するベクトル制御を用いる場合、モータ電流を直流成分として扱うことができるため、上記した電流値の推定を精度良く行うことが可能となる。
【００６３】
次に、本実施の形態の変形例を示す。図８は、本実施の形態の変形例に係るモータ制御システムの構成を示すブロック図である。図８では、図１に示す構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付している。
【００６４】
図８に示すように、本変形例に係るモータ制御システム１は、図１に示す構成に加えて、モータ１２とインバータ１１との間でモータ１２の両端の電圧であるモータ電圧を検出する電圧センサ２３と、電圧センサ２３により検出されたモータ電圧の検出値であるアナログ信号をディジタル信号に変換するＡＤ変換器３５とを備える。
【００６５】
ＡＤ変換器３５は、ＡＤ変換器３０と同一の機能を有する。プロセッサ３１からの起動信号Ｓ１によりＡＤ変換器３５にＡＤ変換処理を開始させ、ＡＤ変換器３５からの完了信号Ｓ２を受けてプロセッサ３１がＡＤ変換器３５からディジタル信号を読み取る点も同様である。プロセッサ３１は、ＡＤ変換器３０から読み取ったディジタル信号およびＡＤ変換器３５から読み取ったディジタル信号を用いてインバータ１１を駆動する。
【００６６】
プロセッサ３１は、ＡＤ変換器３５の起動およびＡＤ変換器３５からの読み取りを以下のようにする。すなわち、プロセッサ３１は、許可期間中に、ＡＤ変換器３５を起動し、当該許可期間を含む電気半サイクル中に、ＡＤ変換器３５の起動により変換されたディジタル信号をＡＤ変換器３５から読み取る。ここで、電気半サイクルは、モータ電圧の電気半サイクルであり、モータ電圧のゼロクロス点からモータ電圧の次のゼロクロス点までの期間である。また、許可期間は、モータ電圧のゼロクロス点からモータ電圧の次のゼロクロス点までの期間に含まれ、これらのゼロクロス点を含まない連続する期間である。禁止期間は、許可期間と次の許可期間との間の期間である。
【００６７】
モータ電圧のゼロクロス点でもノイズが発生することが知られているので、モータ電圧のゼロクロス点を含まない連続する期間内で起動されたＡＤ変換器３５により変換処理されたモータ電圧のディジタル信号を制御に使用することで、ノイズの制御への影響を抑制し、安定したモータ制御を実現することが可能となる。
【００６８】
本変形例のその他の構成、動作および効果は本実施の形態で説明した通りである。
【００６９】
なお、本変形例において、プロセッサ３１が、許可期間中に、ＡＤ変換器３５を起動し、当該許可期間を含む電気半サイクル中に、ＡＤ変換器３５からディジタル信号を読み取る動作において、本実施の形態のように、電気半サイクルをモータ電流の互いに隣り合うゼロクロス点から定め、許可期間を当該電気半サイクル中の許可期間とすることもできる。この場合は、モータ電圧のディジタル信号へのモータ電流のゼロクロス点で発生するノイズの影響を抑制することができる。
【００７０】
また、本変形例において、プロセッサ３１が、許可期間中に、ＡＤ変換器３０を起動し、当該許可期間を含む電気半サイクル中に、ＡＤ変換器３０からディジタル信号を読み取る動作において、電気半サイクルをモータ電圧の互いに隣り合うゼロクロス点から定め、許可期間を当該電気半サイクル中の許可期間とすることもできる。この場合は、モータ電流のディジタル信号へのモータ電圧のゼロクロス点で発生するノイズの影響を抑制することができる。
【００７１】
同様にして、モータ電流をモータ１２に関連する交流信号に置き換えることで、本実施の形態を一般化することができる。
【００７２】
本実施の形態では、禁止範囲を規定するαを例えば１０°としたが、これに限定されない。ただし、αをあまり大きくすると、禁止範囲内で推定する電流値の個数が多くなり、αをあまり小さくすると、ゼロクロス点で発生するノイズの影響を受ける可能性がある。そこで、αは例えば５°以上かつ１５°以下の範囲から選択するとよい。また、禁止範囲はゼロクロス点に対して非対称でもよい。
【００７３】
なお、本実施の形態では、モータ１２に位置センサ２１を設け、位置センサ２１からの位置センサ信号に基づいてロータ回転角を算出しているが、位置センサ２１によらずに位置センサ信号を推定してもよい。いわゆるセンサレスモータにおける回転位置の推定については、例えば、特許５６１９１９５号公報に記載されている。
【００７４】
複数のスイッチング素子４０のうちの少なくとも１つは、ワイドバンドギャップ半導体を含んでいる。ワイドギャップ半導体は、例えばＧａＮ（窒化ガリウム）、ＳｉＣ（炭化珪素）またはダイヤモンドである。スイッチング素子４０にワイドバンドギャップ半導体を用いることで、スイッチング素子４０の耐電圧性および許容電流密度が高くなるため、スイッチング素子４０の小型化が可能であり、これらの素子を組み込んだ半導体モジュールの小型化が可能となる。また、ワイドバンドギャップ半導体は、耐熱性も高いため、ヒートシンクの放熱フィンの小型化も可能になる。
【００７５】
実施の形態２．
図９は、ＡＤ変換器３０の起動およびＡＤ変換器３０からのディジタル信号の読み取りのタイミングを説明するためのタイミングチャートである。なお、本実施の形態の構成は、図１から図３に示す構成と同じとする。
【００７６】
図９において、「位置センサ信号」、「三角波キャリア」は図５と同様である。なお、「ロータ回転角」、「モータ電流」も図５と同様であるが、図示は省略している。位置センサ信号の周期はＴＨであり、三角波キャリアの周期はＴＣである。図９に示すように、ＴＨ／２＞ＴＣである。すなわち、位置センサ信号の周期ＴＨは、三角波キャリアの周期ＴＣの２倍よりも長い。
【００７７】
「ＡＤ変換器動作タイミング」では、プロセッサ３１は、時刻ｔ１において、ＡＤ変換器３０に起動信号Ｓ１を出力し、ＡＤ変換器３０は、起動信号Ｓ１を受けると、ＡＤ変換処理を実行する。ＡＤ変換中の範囲を斜線付の「ＡＤ変換」で示している点は図５と同様である。ＡＤ変換器３０は、ＡＤ変換処理を完了すると、完了信号Ｓ２をプロセッサ３１に出力し、プロセッサ３１はＡＤ変換器３０から完了信号Ｓ２を受ける。
【００７８】
次に、プロセッサ３１は、時刻ｔ２において、ＡＤ変換器３０からディジタル信号を読み取ると共にＡＤ変換器３０に起動信号Ｓ１を出力する。ＡＤ変換器３０は、起動信号Ｓ１を受けると、ＡＤ変換処理を実行し、ＡＤ変換後のディジタル信号でレジスタを書き換える。ＡＤ変換器３０は、ＡＤ変換処理を完了すると、完了信号Ｓ２をプロセッサ３１に出力し、プロセッサ３１はＡＤ変換器３０から完了信号Ｓ２を受ける。
【００７９】
次に、プロセッサ３１は、時刻ｔ３において、ＡＤ変換器３０からディジタル信号を読み取るだけで、ＡＤ変換器３０に起動信号Ｓ１を出力しない。
【００８０】
時刻ｔ４から時刻ｔ６も同様であり、プロセッサ３１は、時刻ｔ４では「起動」、時刻ｔ５では「読み取り」および「起動」、時刻ｔ６では「読み取り」を実施する。同様に、プロセッサ３１は、時刻ｔ７では「起動」、時刻ｔ８では「読み取り」および「起動」、時刻ｔ９では「読み取り」を実施する。同様に、プロセッサ３１は、時刻ｔ１０では「起動」、時刻ｔ１１では「読み取り」および「起動」、時刻ｔ１２では「読み取り」を実施する。
【００８１】
本実施の形態では、実施の形態１と同様に、プロセッサ３１は、ＡＤ変換器３０の起動およびＡＤ変換器３０からのディジタル信号の読み取りを行う。実際、図９では、ＡＤ変換器３０は、位置センサ信号のエッジでは動作しないように制御されている。
【００８２】
本実施の形態では、ＴＨ／２＞ＴＣとしているので、位置センサ信号の半周期内、すなわちモータ電流の電気半サイクル中に、山点もしくは谷点がそれぞれ３点以上含まれることとなる。ここで、電気半サイクルはゼロクロス点から次のゼロクロス点までの期間である。そうすると、プロセッサ３１は、この電気半サイクル中に、ＡＤ変換器３０からディジタル信号の読み取りを２回以上行うことができる。
【００８３】
一般に、電気半サイクル中でのディジタル信号の読み取りの回数が多いほど、モータ電流の検出精度が高くなる。従って、本実施の形態のように、電気半サイクル中でのＡＤ変換器３０からのディジタル信号の読み取り回数を２回以上とすることで、安定したモータ制御を実現することができる。
【００８４】
位置センサ信号の周期ＴＨは、モータ１２の回転速度に応じて変化する。モータ１２の回転速度が高速になればなるほど周期ＴＨは小さくなるため、ＴＨ＞２ＴＣを満たすためには、モータ１２の回転速度に応じて三角波キャリアの周期ＴＣも小さくする必要がある。モータ１２の回転速度によらずにＴＨ＞２ＴＣを満たすためには、モータ１２の最大回転数Ｎｍａｘに対応する位置センサ信号の周期ＴＨｍａｘの半分よりもＴｃが小さければよい。こうすることで、すべての回転数において位置センサ信号の半周期内に２回以上のタイミングでＡＤ変換器３０からディジタル信号を読み取ることが可能になる。
【００８５】
なお、ＡＤ変換器３０からのディジタル信号の読み取り回数が多いほど信号の検出精度が上がる一方で、ＡＤ変換器３０の起動の回数およびＡＤ変換器３０からの読み取りの回数の増加は消費電力の増加につながる。モータ１２の回転数範囲が例えば０から１０万ｒｐｍまでのように広範囲に及ぶ場合には、低速領域よりも高速領域でより精度が要求される。そこで、低速領域では、ＡＤ変換器３０の起動およびＡＤ変換器３０からの読み取りの少なくとも一方の動作が可能なすべてのタイミングで当該動作を実施するのではなく、タイミングを選択して当該動作を実施する。すなわち、低速領域では、ＡＤ変換器３０の起動およびＡＤ変換器３０からの読み取りについて間引きを行う。実際には、モータ回転数が増加するにつれて間引き回数が小さくなるように制御をすることで、消費電力を削減しつつ、安定したモータ制御を実現することが可能となる。
【００８６】
なお、本実施の形態のその他の構成、動作および効果は実施の形態１と同様である。また、本実施の形態と実施の形態１とを組み合わせることもできる。
【００８７】
実施の形態３．
図１０は、ＡＤ変換器３０の起動およびＡＤ変換器３０からのディジタル信号の読み取りのタイミングを説明するためのタイミングチャートである。なお、本実施の形態の構成は、図１から図３と同じである。
【００８８】
実施の形態１では、ＡＤ変換器３０は、プロセッサ３１からの起動信号Ｓ１を受けてＡＤ変換処理を開始し、ＡＤ変換完了後は完了信号Ｓ２をプロセッサ３１に出力し、ＡＤ変換処理を停止する。本実施の形態では、ＡＤ変換器３０がプロセッサ３１からの起動信号Ｓ１を受けてＡＤ変換処理を開始する点は実施の形態１と同様であるが、ＡＤ変換器３０を一度起動した後は、ＡＤ変換器３０は、プロセッサ３１から出力された停止信号を受けるまでは、一定の周期でＡＤ変換処理を繰り返すものとする。なお、ＡＤ変換器３０がＡＤ変換処理を繰り返す周期はプロセッサ３１から設定可能である。以下では、この周期をＡＤ変換周期ＴＡＤという。
【００８９】
図１０では、「モータ運転状態」により、モータ１２が「停止」状態から「運転」状態に移行することが示されている。「ＡＤ変換器動作タイミング」に示すように、ＡＤ変換器３０は、モータ１２の運転開始前に起動している。すなわち、モータ制御装置２には電源１０とは異なる図示しない装置電源から電源が供給され、プロセッサ３１は、モータ１２の運転開始前に、ＡＤ変換器３０に起動信号Ｓ１を出力する。ＡＤ変換器３０は、起動信号Ｓ１を受けると、ＡＤ変換周期ＴＡＤでＡＤ変換処理を繰り返す。なお、実際にＡＤ変換処理をする範囲は斜線付の「ＡＤ変換」で示した範囲である。従って、ＡＤ変換器３０は、ＡＤ変換完了後の一定の期間、ＡＤ変換後のディジタルデータを保持している。時刻ｔ０およびｔ１は運転開始前であり、時刻ｔ２から時刻ｔ６は運転開始後である。モータ制御に使用されるディジタル信号は時刻ｔ２以降にＡＤ変換器３０から読み取られる信号である。
【００９０】
また、ＡＤ変換周期ＴＡＤは、三角波キャリアの周期ＴＣの半分に設定されている。プロセッサ３１は、ＡＤ変換器３０からディジタル信号を読み取り、読み取られたディジタル信号を制御に使用する。
【００９１】
従来のＡＤ変換器の起動およびＡＤ変換器からの読み取りは、位置センサ信号のエッジ、またはモータ電流もしくはモータ電圧のゼロクロス点に同期して行うことが一般的であるが、この場合、周期的に発生するノイズによる影響を常に受けることになるので、安定したモータ制御を実現することが容易ではない。
【００９２】
本実施の形態は、位置センサ信号のエッジ、およびモータ電流またはモータ電圧のゼロクロス点とは非同期に、モータ１２の運転開始前にＡＤ変換器３０を一度だけ起動すると共に、ＡＤ変換器３０の起動後でかつモータ１２の運転開始後は、ＡＤ変換周期ＴＡＤでＡＤ変換器３０から最新のディジタル信号を読み取るようにしている。これにより、周期的に発生するノイズによる影響を抑制することができ、安定したモータ制御を実現することができる。
【００９３】
実施の形態４．
実施の形態１から３では、モータ制御装置２、インバータ１１およびモータ１２を備えたモータ制御システム１について説明した。本実施の形態では、実施の形態１から３のいずれかに記載されたモータ制御システム１を備えた電気機器について説明する。電気機器としては、特に電気掃除機とハンドドライヤーについて説明する。
【００９４】
図１１は、電気掃除機６１の構成の一例を示す図である。電気掃除機６１は、延長管６２、吸込口体６３、電動送風機６４、集塵室６５、操作部６６、バッテリー６７およびセンサ６８を備える。電動送風機６４は、実施の形態１から３のいずれかに記載されたモータ制御システム１を備える。電気掃除機６１は、バッテリー６７を電源として電動送風機６４を駆動し、吸込口体６３から吸込みを行い、延長管６２を介して集塵室６５へごみを吸引する。使用の際は操作部６６を持ち、電気掃除機６１を操作する。
【００９５】
操作部６６は、図示しない電源スイッチおよび加速スイッチを有している。ここで、電源スイッチはバッテリー６７から図示しない主回路および制御回路へ電源供給をするためのスイッチである。また、加速スイッチは、電動送風機６４を低速回転から定常回転まで加速させるためのスイッチである。
【００９６】
なお、低速回転とは、定常回転数の１／１０以下の回転をいう。例えば定常回転数が１０万ｒｐｍの場合、１万ｒｐｍ以下の回転が低速回転である。
【００９７】
上記した電源スイッチをオンしバッテリー６７から主回路および制御回路へ電源供給が開始されることでセンサ６８も同時に検出を開始する。
【００９８】
センサ６８は、電気掃除機６１の動きまたは人の動きを検知する。センサ６８から電気掃除機６１の動きまたは人の動きを検知した信号が電動送風機６４内に入力されたことをトリガーとして、電動送風機６４内の図示しないモータが低速起動される。
【００９９】
低速起動後に上記した加速スイッチをオンすることでモータは低速回転から定常回転数まで加速する。なお、電源スイッチをオンするより前に加速スイッチをオンしていた場合は、電源スイッチをオンすることで起動から定常回転数まで加速されて通常動作となる。
【０１００】
また、定常回転数で回転している状態から加速スイッチのみをオフした場合、モータは停止せずに低速回転で運転し続ける。モータが低速回転で運転し続けることで、掃除の合間の移動で、蓄積された塵埃が集塵室６５から延長管６２を伝って排出される可能性を抑制することができる。
【０１０１】
センサ６８は、電気掃除機６１の動きを検知するジャイロセンサまたは人の動きを検知する人感センサである。どちらを用いて起動する場合でも定常回転数までの到達時間を短縮することが可能となる。この際、電気掃除機６１に実施の形態１から３のいずれかに記載されたモータ制御システム１を適用することで、モータ電流またはモータ電圧であるアナログ信号の検出精度が向上するため、より高速な応答においても制御の安定化が可能となる。
【０１０２】
モータが回転する際に発生するトルクＴは、次式のように、トルク定数Ｋｔとモータ電流Ｉａとの積により決定される。
Ｔ＝Ｋｔ×Ｉａ
このように、トルクＴはモータ電流Ｉａに比例するため、加速時間をより短くするためにはより大きなトルクＴを発生させる必要があり、モータ電流Ｉａもより大きくする必要がある。より大きなモータ電流Ｉａを流すことで、消費電力がより大きくなり、加速時間がより短くなることのメリットが低減し、またバッテリー６７を含む部品の信頼性を損ねる。
【０１０３】
このような問題を解決するため、加速レートをコントロールすることが一般的である。例えばモータが通常回転数に至るまでの加速時間を延長させることで、加速時間の延長と部品の信頼性を向上させることができる。この際、電気掃除機６１に実施の形態１から３のいずれかに記載されたモータ制御システム１を適用することで、モータ電流またはモータ電圧であるアナログ信号の検出精度が向上するため、加速時間をコントロールするときに、モータの回転速度の振動を抑制することが可能となる。
【０１０４】
さらに、起動時に流れる電流を抑えることで、部品の発熱量を抑えることができることから、部品の信頼性も向上する。
【０１０５】
また、加速を緩やかにすることで回転数が緩やかに上昇する形となるので、急加速による振動を抑えることができる。振動を抑えることで人体への不快感および周辺装置への影響を抑えることが可能となる。また、振動を抑えることで、機器から発生する音も抑制することが可能である。
【０１０６】
なお、上記のような方法により静止状態から起動する場合は、起動時により大きな力が必要となるため、より多くの電流が必要となる。よって電流のピークを抑えるためには、この起動時の加速度を小さくコントロールすることがより効果的である。電気掃除機６１に実施の形態１から３のいずれかに記載されたモータ制御システム１を適用することで、モータ電流またはモータ電圧であるアナログ信号の検出精度が向上するため、加速度を細かくコントロールすることができる。
【０１０７】
また、これらの加速方法は、使用者が切り替えることができるように切り替えスイッチを設け、使用者が設定できるようにしてもよい。
【０１０８】
ここで、ジャイロセンサを用いた場合の動作について説明する。まず、手動で電源スイッチをオンすることにより、ジャイロセンサが電気掃除機６１の動きを検知した信号を出力開始する。ジャイロセンサから電気掃除機６１の動きを検知した信号が出力されたときに低速回転が開始される。手動により加速スイッチをオンすることにより低速回転から定常回転数まで回転数が加速される。掃除が一部完了し、次の掃除場所へ移動する際は、手動により加速スイッチをオフすることにより低速回転が再開される。再度掃除する場合は、手動で加速スイッチをオンすることにより定常回転数まで加速され、掃除終了する場合は、手動により電源スイッチをオフすることで回転が停止される。
【０１０９】
ジャイロセンサは、電気掃除機６１に取り付けられることで、電気掃除機６１の使用の際に生ずる電気掃除機６１の動きを検知する。電気掃除機６１は使用直前に必ず本体が動く。そこで、電気掃除機６１にジャイロセンサを取り付けることで、電気掃除機６１の動きを検知して電気掃除機６１を予め起動することができる。この際、電気掃除機６１に実施の形態１から３のいずれかに記載されたモータ制御システム１を適用することで、モータ電流またはモータ電圧であるアナログ信号の検出精度が向上するため、より早く定常回転数まで加速することができる。
【０１１０】
図１２は、ハンドドライヤー７０の構成の一例を示す図である。ハンドドライヤー７０は、ケーシング７１、手検知センサ７２、水受け部７３、ドレン容器７４、カバー７６、センサ７７、および吸気口７８を備える。ここで、センサ７７は、ジャイロセンサおよび人感センサのいずれかである。ハンドドライヤー７０では、ケーシング７１内に図示しない電動送風機を有する。電動送風機は、実施の形態１から３のいずれかのモータ制御システム１を有する。ハンドドライヤー７０では、水受け部７３の上部にある手挿入部７９に手を挿入することで電動送風機による送風で水を吹き飛ばし、水受け部７３からドレン容器７４へと水を溜めこむ構造となっている。
【０１１１】
センサ７７が人感センサである場合の動作を説明する。まず、センサ７７により、周囲に人が来たことが検知されてハンドドライヤー７０が低速で起動する。人が手を乾かすためにハンドドライヤー７０に手をかざしたところで定常回転数まで加速される。乾かしが終わり、手挿入部７９から手が外に出たところで低速運転が再開される。低速運転中に次の人の手が検出されると回転数は再度定常回転数まで加速される。周囲の人を検知しなければ運転停止状態が維持される。
【０１１２】
センサ７７は、例えば赤外線、超音波、または可視光を検知するセンサである。この他に、温度センサまたはカメラ認識で人を検知するセンサを用いてもよい。
【０１１３】
人感センサをハンドドライヤー７０に取り付けることで、使用者がハンドドライヤー７０に近づいたことを検知してハンドドライヤー７０を予め起動することができる。この際、ハンドドライヤー７０に実施の形態１から３のいずれかに記載されたモータ制御システム１を適用することで、モータ電流またはモータ電圧であるアナログ信号の検出精度が向上するため、より早く定常回転数まで加速することができる。
【０１１４】
また、電気掃除機６１およびハンドドライヤー７０に共通して、一般的にモータは起動時に大きな電流が流れることから、起動回数が増加するに伴ってバッテリーおよび使用素子の信頼性が低下する。よって、モータを停止させることなく低速で回転させ続けることで起動回数を低減することが望まれる。電気掃除機６１またはハンドドライヤー７０に実施の形態１から３のいずれかに記載されたモータ制御システム１を適用することで、モータ電流またはモータ電圧であるアナログ信号の検出精度が向上するため、安定した低速回転を実現することができ、信頼性を向上させることが可能となる。
【０１１５】
さらに、低速起動から定常回転数までの到達時間が大幅に短くなることから、回転数を細目に低速回転まで落とすことで消費電力を削減することも可能となる。このとき、実施の形態１から３のいずれかに記載されたモータ制御システム１によれば、モータ電流またはモータ電圧であるアナログ信号の検出精度が向上するため、モータの回転速度の振動を抑制でき、無駄な消費電力を削減することが可能となる。
【０１１６】
一般に、電気掃除機６１では、操作部６６のスイッチをオンすることで、起動から定常回転数まで到達するが、予め低速運転させておくモードを設けることで、操作部６６のスイッチをオンして実際に使用するときまでの時間を大幅に低減することが可能となる。このとき、実施の形態１から３のいずれかに記載されたモータ制御システム１を用いることで、モータ電流またはモータ電圧であるアナログ信号の検出精度が向上するため、モータの回転速度の振動を抑制でき、無駄な消費電力を削減することが可能となる。
【０１１７】
例えば、電源供給開始から２０００ｒｐｍまで回転させる時間が１ｓであり、２０００ｒｐｍから定常回転数である１０万ｒｐｍまで回転させる時間が０．４ｓであるとすると、起動から定常回転数に到達するまでに１．４ｓ必要となる。よって時間がかかる起動を予め行っておくことで、実際に使用する際はスイッチオンから定常回転数までわずか０．４ｓで実現することが可能となる。このとき、実施の形態１から３のいずれかに記載されたモータ制御システム１を用いることで、モータ電流またはモータ電圧であるアナログ信号の検出精度が向上するため、より短い起動時間を実現することが可能となる。
【０１１８】
また、入力電流の急峻な立ち上がりが発生する起動時においては、加速レートを低めに設定し急峻な立ち上がりを抑制することで、バッテリーの信頼性を向上させることが可能となる。このとき、実施の形態１から３のいずれかに記載されたモータ制御システム１を用いることで、モータ電流またはモータ電圧であるアナログ信号の検出精度が向上するため、急峻な立ち上がりが懸念される起動時においても迅速な電流遮断を実現することが可能となる。
【０１１９】
また、低速運転までの加速レートを下げることにより起動時のモータへ流れる電流も小さくなることから半導体素子の発熱を抑制することで部品の発熱を抑えることができ、部品の信頼性の向上につながる。このとき、実施の形態１から３のいずれかに記載されたモータ制御システム１を用いることで、モータ電流またはモータ電圧であるアナログ信号の検出精度が向上するため、低い加速レート時の振動を抑制することが可能となる。
【０１２０】
半導体素子の発熱除去は、通常であれば熱伝導の良い放熱フィンを素子表面に取り付けるか、あるいは表面実装素子を使用して実装基板へ熱を分散させる方法がとられる。また、放熱用のファンを設けて半導体素子に風を当てて冷やすか、あるいは水冷で冷却する方法もあるが、冷却にかかるコストおよび設置体積の増加から、これらの方法は小型の装置には適さない。しかしながら、本実施の形態で説明した電動送風機を備えた電気機器であれば、電動送風機が発生させる風の通り道にこれらの発熱素子を配置することで追加部品を備えることなく、現状の構成で熱を逃がすことが可能となる。
【０１２１】
また、追加部品が必要ないことからコストの増加を抑えることが可能となること、および追加部品を備える分のスペースも必要なくなることから更なる小型化を達成することが可能となる。さらに、小型化が可能な分のスペースをバッテリーに割り当てることで運転時間を延長させることも可能となる。このとき、実施の形態１から３のいずれかに記載されたモータ制御システム１を用いることで、モータ電流またはモータ電圧であるアナログ信号の検出精度が向上するため、運転に不必要な無駄な電力を消費することが少なくなり、より運転時間を延長させることが可能となる。
【０１２２】
なお、本実施の形態では、電気掃除機６１およびハンドドライヤー７０について説明したが、実施の形態１から３のいずれかのモータ制御システム１は、モータが搭載された電気機器一般に適用することができる。モータが搭載された電気機器は、例えば、焼却炉、粉砕機、乾燥機、集塵機、印刷機械、クリーニング機械、製菓機械、製茶機械、木工機械、プラスチック押出機、ダンボール機械、包装機械、熱風発生機、またはＯＡ機器のような電動送風機を備えた機器である。
【０１２３】
以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
【符号の説明】
【０１２４】
１  モータ制御システム、２  モータ制御装置、３  ステータ、４  ロータ、５  巻線、６  永久磁石、１０  電源、１１  インバータ、１２  モータ、２０  電流センサ、２１  位置センサ、２３  電圧センサ、２５，５１  制御回路、３０，３５  アナログディジタル変換器、３１  プロセッサ、３２  駆動信号生成部、３３  三角波キャリア生成部、３４  メモリ、４０  スイッチング素子、５２  比較器、５３  ＤＡ変換器、６１  電気掃除機、６２  延長管、６３  吸込口体、６４  電動送風機、６５  集塵室、６６  操作部、６７  バッテリー、６８，７７  センサ、７０  ハンドドライヤー、７１  ケーシング、７２  手検知センサ、７３  水受け部、７４  ドレン容器、７６  カバー、７８  吸気口、７９  手挿入部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【手続補正書】
【提出日】平成30年1月30日(2018.1.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
インバータにより駆動されるモータに用いられるモータ制御装置であって、
前記モータに流れる交流電流の検出値であるアナログ信号をディジタル信号に変換するアナログディジタル変換器と、
前記アナログディジタル変換器から前記ディジタル信号が入力され、前記ディジタル信号を用いて前記インバータを駆動する制御回路と、
を備え、
第１の期間中に、前記アナログディジタル変換器を起動し、第２の期間中に、前記アナログディジタル変換器から前記ディジタル信号を前記制御回路へ入力し、
前記第２の期間は、前記交流電流の極性の変化点から前記交流電流の極性の次の変化点までの期間であり、
前記第１の期間は、前記第２の期間に含まれ、前記変化点および前記次の変化点を含まない連続する期間であるモータ制御装置。
【請求項２】
前記変化点を含む一定の期間である第３の期間中および前記次の変化点を含む一定の期間である第４の期間中には、前記アナログディジタル変換器を起動せず、前記第３の期間と前記第４の期間との間の期間である前記第１の期間中に、前記アナログディジタル変換器を起動し、前記第２の期間中に、前記アナログディジタル変換器から前記ディジタル信号を前記制御回路へ入力する請求項１に記載のモータ制御装置。
【請求項３】
前記モータは、ロータを有し、
前記モータ制御装置は、前記ロータの回転位置を検出する位置センサ信号に基づいて、前記ロータの電気角であるロータ回転角を算出し、前記ロータ回転角に基づいて、前記第１から第４の期間を決定する請求項２に記載のモータ制御装置。
【請求項４】
前記第２の期間中に前記アナログディジタル変換器から入力された複数個の前記ディジタル信号を用いて、前記第４の期間内における前記交流電流を推定する請求項３に記載のモータ制御装置。
【請求項５】
三角波キャリアを生成する三角波キャリア生成部を有し、
前記アナログディジタル変換器を起動するタイミングは、前記三角波キャリアの山点または谷点のタイミングであり、
前記アナログディジタル変換器から前記ディジタル信号が入力されるタイミングは、前記三角波キャリアの山点または谷点のタイミングである請求項２に記載のモータ制御装置。
【請求項６】
前記第２の期間中に、前記アナログディジタル変換器からの前記ディジタル信号の入力を２回以上行う請求項１に記載のモータ制御装置。
【請求項７】
前記モータは、ロータを有し、
前記ロータは、複数個の永久磁石を有する請求項１に記載のモータ制御装置。
【請求項８】
前記インバータは、複数個のスイッチング素子を有し、
前記複数個のスイッチング素子のうちの少なくとも１つは、ワイドバンドギャップ半導体を含む請求項１に記載のモータ制御装置。
【請求項９】
前記ワイドバンドギャップ半導体は、炭化珪素、窒化ガリウムまたはダイヤモンドである請求項８に記載のモータ制御装置。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか１項に記載のモータ制御装置と前記インバータと前記モータとを備える電気掃除機。
【請求項１１】
請求項１から９のいずれか１項に記載のモータ制御装置と前記インバータと前記モータとを備えるハンドドライヤー。
【請求項１２】
インバータにより駆動されるモータに用いられるモータ制御装置であって、
前記モータの交流電圧の検出値であるアナログ信号をディジタル信号に変換するアナログディジタル変換器と、
前記アナログディジタル変換器から前記ディジタル信号が入力され、前記ディジタル信号を用いて前記インバータを駆動する制御回路と、
を備え、
第１の期間中に、前記アナログディジタル変換器を起動し、第２の期間中に、前記アナログディジタル変換器から前記ディジタル信号を前記制御回路へ入力し、
前記第２の期間は、前記交流電圧の極性の変化点から前記交流電圧の極性の次の変化点までの期間であり、
前記第１の期間は、前記第２の期間に含まれ、前記変化点および前記次の変化点を含まない連続する期間であるモータ制御装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るモータ制御装置は、インバータにより駆動されるモータに用いられるモータ制御装置であって、前記モータに流れる交流電流の検出値であるアナログ信号をディジタル信号に変換するアナログディジタル変換器と、前記アナログディジタル変換器から前記ディジタル信号が入力され、前記ディジタル信号を用いて前記インバータを駆動する制御回路と、を備え、第１の期間中に、前記アナログディジタル変換器を起動し、第２の期間中に、前記アナログディジタル変換器から前記ディジタル信号を前記制御回路へ入力し、前記第２の期間は、前記交流電流の極性の変化点から前記交流電流の極性の次の変化点までの期間であり、前記第１の期間は、前記第２の期間に含まれ、前記変化点および前記次の変化点を含まない連続する期間である。
【国際調査報告】
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