(57)【要約】  第１および第２の磁気センサ（２４Ａ，２４Ｂ）は、単相交流モータ（１０）のロータの回転方向に沿って互いに離間する位置に配置される。静止状態のロータを第１の方向に起動するための起動処理において、コントローラ（１６）は、インバータ（１４）からステータに第１の極性の駆動電圧を印加してロータを駆動する。コントローラ（１６）は、ロータが静止状態のとき、および、ロータが回転しているときの各第１および第２の磁気センサ（２４Ａ，２４Ｂ）の検出信号に基づいて、ロータの回転方向を検出する。コントローラ（１６）は、ロータの回転方向が第１の方向とは反対の第２の方向であると検出されたときには、駆動電圧の第１の極性を、第２の極性に反転する。
2017077574.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
単相交流モータの制御装置であって、
前記単相交流モータは、
複数の磁極が設けられたロータと、
回転磁界を生成するためのステータとを含み、
前記制御装置は、
前記単相交流モータの駆動電圧を前記ステータに印加するように構成されたインバータと、
前記ロータの磁極位置を検出する第１および第２の磁気センサと、
前記第１および第２の磁気センサの検出信号に基づいて、前記インバータを制御するように構成されたコントローラとを備え、
前記第１および第２の磁気センサは、前記ロータの回転方向に沿って互いに離間する位置に配置され、
前記コントローラは、静止状態の前記ロータを第１の方向に起動するための起動処理を実行するように構成され、
前記起動処理において、前記コントローラは、
前記インバータから前記ステータに第１の極性の電圧を印加して前記ロータを駆動し、
前記ロータが前記静止状態のとき、および、前記ロータが回転しているときの各前記第１および第２の磁気センサの前記検出信号に基づいて、前記ロータの回転方向を検出し、かつ、
前記ロータの回転方向が前記第１の方向とは反対の第２の方向であると検出されたときには、前記電圧の前記第１の極性を、第２の極性に反転する、単相交流モータの制御装置。
【請求項２】
前記検出信号は、前記磁極位置に応じて、２値の間で論理レベルが切替わるように構成され、
前記コントローラは、前記ステータに前記第１の極性の前記駆動電圧を印加してから、最初に、前記第１および第２の磁気センサのいずれか一方の前記検出信号の論理レベルが切替わるタイミングにおいて、前記ロータの回転方向を検出する、請求項１に記載の単相交流モータの制御装置。
【請求項３】
前記第１の磁気センサの前記検出信号と、前記第２の磁気センサの前記検出信号とは、論理レベルが切替わるタイミングが１／４周期ずれている、請求項２に記載の単相交流モータの制御装置。
【請求項４】
前記ロータの磁極数をＰとし、ｎを１以上Ｐ以下の整数とした場合、前記第１の磁気センサと前記第２の磁気センサとは、前記ロータの回転軸を中心とする同一円上に、１８０×｛１＋（２ｎ−１）｝／Ｐの角度間隔をおいて配置される、請求項１または２に記載の単相交流モータの制御装置。
【請求項５】
前記ステータに流れる電流を検出する電流センサをさらに備え、
前記コントローラは、前記第１および第２の磁気センサの前記検出信号および前記電流センサの検出信号に少なくとも基づいて、前記ロータの回転速度の可変制御を実行する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の単相交流モータの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、単相交流モータの制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気掃除機やハンドドライヤーのように、単相交流モータを駆動源とした製品においては、製品の仕様上、単相交流モータを一方向のみに回転駆動させるものがある。また、このような製品には、単相交流モータを停止状態から短時間で起動することが求められるものがある。【０００３】
このような単相交流モータの回転を制御するための制御装置においては、単相交流モータのロータの回転方向を検出するために、ロータの磁極位置を検出する磁気センサを備えたものがある。磁気センサとしては、一般的に、ホールＩＣ（Integrated  Circuit）が用いられている。ホールＩＣとは、ホール効果を利用した磁気センサ素子と、当該素子の出力信号をデジタル信号に変換する回路とが１つのパッケージに収められたＩＣである。【０００４】
上記制御装置においては、単相交流モータを一方向にのみ回転駆動させるために、静止状態の単相交流モータを、当該一方向に起動させるための工夫がなされている。【０００５】
たとえば、特許第５４６９７３０号公報（特許文献１）には、モータを正転方向に起動させる方法が開示される。特許文献１では、モータのロータの磁極位置を検出するための１個のホールＩＣを用いている。【０００６】
特許文献１では、モータを始動する際、コントローラは、最初に、モータが静止しているときにホールＩＣが出力する検出信号に基づいて、正の励起トルクを発生させるように、巻線を励起させる。そして、励起中の第１期間内に検出信号のエッジが検出されれば、ロータが正転方向に回転していると判断する。当該第１期間内に検出信号のエッジが検出されなければ、ロータが逆転方向に回転していると判断する。【０００７】
なお、特許文献１において、第１期間は、ロータが静止状態から少なくとも３６０°／Ｎの機械角度（Ｎは磁極数）に亘って回転するのに十分な時間に設定されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許第５４６９７３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記特許文献１では、１個の磁気センサの検出信号のエッジを検出することで、ロータの回転方向を検出するように構成されている。そのため、ロータの回転方向を検出するのに必要な時間である第１期間を、検出信号にエッジが現われるのに十分な時間に設定する必要がある。そのため、モータを短時間で起動させることが難しいという問題がある。【００１０】
また、磁気センサの取付け精度または、モータ定数（巻線インダクタンスや巻線抵抗など）の個体ばらつきによっては、予め定めた第１期間内に検出信号のエッジを検出できない場合が起こり得る。その結果、モータを起動できない、もしくは、ロータが逆転方向に回転するといった不具合が生じる可能性がある。この場合、磁気センサの取付け位置やモータ定数を考慮して、第１期間の設定を変更する必要がある。しかしながら、第１期間が長くなると、モータの回転方向の検出にさらに時間がかかってしまい、結果的に、短時間での起動が一層困難となる。【００１１】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、その目的は、単相交流モータの短時間で起動することができる単相交流モータの制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明のある局面に従う単相交流モータの制御装置は、複数の磁極が設けられたロータと、回転磁界を生成するためのステータとを含む単相交流モータの制御装置である。制御装置は、単相交流モータの駆動電圧をステータに印加するように構成されたインバータと、ロータの磁極位置を検出する第１および第２の磁気センサと、コントローラとを備える。コントローラは、第１および第２の磁気センサの検出信号に基づいて、インバータを制御するように構成される。第１および第２の磁気センサは、ロータの回転方向に沿って互いに離間する位置に配置される。コントローラは、静止状態のロータを第１の方向に起動するための起動処理を実行するように構成される。起動処理において、コントローラは、インバータからステータに第１の極性の電圧を印加してロータを駆動する。コントローラは、ロータが静止状態のとき、および、ロータが回転しているときの各第１および第２の磁気センサの検出信号に基づいて、ロータの回転方向を検出する。コントローラは、ロータの回転方向が第１の方向とは反対の第２の方向であると検出されたときには、電圧の第１の極性を、第２の極性に反転する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のある実施形態に従えば、単相交流モータを短時間で起動することが可能な単相交流モータの制御装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施の形態に従う単相交流モータの制御装置の概略構成を示す図である。
【図２】図１における単相交流モータの概略構成図である。
【図３】本実施の形態に従う単相交流モータの制御装置の制御構成を示すブロック図である。
【図４】ロータと磁気センサとの位置関係が時間的に遷移する様子を模式的に示す図である。
【図５】図４に示す磁気センサが出力する位置検出信号の波形を示す図である。
【図６】図４に示す磁気センサが出力する位置検出信号の論理表を示す図である。
【図７】ロータを第１の方向に起動させるための起動処理の流れを説明するための図である。
【図８】図７（ａ）に示す起動処理の流れに対応するタイミングチャートである。
【図９】図７（ｂ）に示す起動処理の流れに対応するタイミングチャートである。
【図１０】本実施の形態に従う起動処理を説明するためのフローチャートである。
【図１１】図１に示す制御装置が適用される電気掃除機の概略構成図である。
【図１２】図１１に示す電動送風機の制御構成を示すブロック図である。
【図１３】図１に示す制御装置が適用されるハンドドライヤーの概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。図中の同一または相当部分については、同一符号を付してその説明は繰返さない。
【００１６】
［単相交流モータの制御装置の構成］
図１は、本発明の実施の形態に従う単相交流モータの制御装置の概略構成を示す図である。
【００１７】
図１を参照して、単相交流モータ１０を制御する制御装置１００は、電源１２と、インバータ１４と、コントローラ１６と、アナログデジタル変換器（ＡＤＣ）１８と、ゲートドライバ２０と、電流センサ２２と、磁気センサ２４Ａ，２４Ｂとを備える。
【００１８】
単相交流モータ１０は、単相の交流同期モータであり、たとえば、表面磁石型同期モータである。図２は、図１における単相交流モータ１０の概略構成図である。
【００１９】
図２を参照して、単相交流モータ１０は、ロータ２と、ステータ３とを含む。ロータ２は、複数の磁極を有する。ロータ２には永久磁石が設けられる。
【００２０】
ステータ３は、ステータコア４と、ステータコア４のティース５に巻回されたステータコイル６とを含む。ステータ３は、ロータ２の周囲を覆っている。ステータ３が生成する回転磁界によってロータ２が回転駆動される。
【００２１】
本実施の形態では、ロータ２の磁極数が４であり、ステータ３のティース５の数が４である、単相交流モータ１０を制御する制御装置１００について説明する。ただし、本発明が適用される単相交流モータ１０の磁極数およびティースの数はこれに限定されるものではない。
【００２２】
再び図１を参照して、電源１２は、直流電源であり、たとえば、充放電可能に構成された蓄電装置である。電源１２は、直流電源に限られず、単相交流電源から供給される単相交流電圧を直流電圧に変換するコンバータであってもよい。この場合、コンバータは、たとえば、４個のダイオードによって構成されるダイオードブリッジ整流回路と、平滑コンデンサとを含むことができる。
【００２３】
インバータ１４は、単相インバータである。インバータ１４は、電源１２から電力線ＰＬ，ＮＬを介して供給される直流電圧を、単相交流モータ１０の駆動電圧に変換して単相交流モータ１０のステータ３（ステータコイル６）に印加する。インバータ１４はさらに、静止状態のロータ２を起動するための起動処理において、正または負の極性の駆動電圧を、単相交流モータ１０のステータ３に印加することができる。インバータ１４の構成については、図３にて詳細に説明する。
【００２４】
電流センサ２２は、単相交流モータ１０のステータコイル６に流れる電流（以下、「モータ電流」とも称する）を検出する。ＡＤＣ１８は、アナログ信号である電流センサ２２の検出信号を、デジタル信号に変換する。デジタル変換された検出信号は、コントローラ１６に入力される。
【００２５】
磁気センサ２４Ａ，２４Ｂは、単相交流モータ１０のロータ２の磁極位置を検出する。磁気センサ２４Ａ，２４Ｂの検出信号は、コントローラ１６に入力される。以下の説明では、磁気センサ２４Ａ（第１の磁気センサ）の検出信号を、「位置検出信号ＳＡ」とも称する。また、磁気センサ２４Ｂ（第２の磁気センサ）の検出信号を、「位置検出信号ＳＢ」とも称する。磁気センサ２４Ａ，２４Ｂとしては、代表的にホールＩＣを用いることができる。
【００２６】
図１に示されるように、磁気センサ２４Ａと磁気センサ２４Ｂとは、ロータ２の回転方向に沿って互いに離間した位置に配置される。したがって、位置検出信号ＳＡと位置検出信号ＳＢとの間には、磁気センサ２４Ａと磁気センサ２４Ｂとの間の角度間隔に応じた位相差が発生する。
【００２７】
コントローラ１６は、図示しないＣＰＵおよびメモリなどを含むプロセッサを基に構成され、単相交流モータ１０の制御装置１００全体の動作を制御する。たとえば、コントローラ１６は、電流センサ２２の検出信号、および磁気センサ２４Ａ，２４Ｂの位置検出信号ＳＡ，ＳＢに基づいて、インバータ１４を制御するための制御信号を生成する。
【００２８】
ゲートドライバ２０は、コントローラ１６によって生成された制御信号に従って、インバータ１４を構成する複数の半導体スイッチング素子（図３参照）のスイッチングを制御する。
【００２９】
図３は、本実施の形態に従う単相交流モータ１０の制御装置１００の制御構成を示すブロック図である。
【００３０】
図３を参照して、電源１２（図１）は、電力線ＰＬ，ＮＬに直流電圧Ｖｄｃを供給する。インバータ１４は、電源１２から直流電圧Ｖｄｃが供給されると、ゲートドライバ２０からの駆動信号に応じて、直流電圧Ｖｄｃを単相交流電圧に変換して単相交流モータ１０を駆動する。
【００３１】
インバータ１４は、４個の半導体スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４と、これらの半導体スイッチング素子に対して並列かつ逆バイアス方向にそれぞれ接続された、４個のダイオードＤ１〜Ｄ４とを含む。図３の例では、半導体スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４の各々はＭＯＳＦＥＴ（Metal  Oxide  Semiconductor  Field  Effect  Transistor）によって構成されるが、ＩＧＢＴ（Insulated  Gate  Bipolar  Transistor）またはバイポーラトランジスタなどであってもよい。
【００３２】
各半導体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。
【００３３】
半導体スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２は、電力線ＰＬと電力線ＮＬとの間に直列に接続される。半導体スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の接続ノードＮ１は、単相交流モータ１０のステータコイル６に接続される。半導体スイッチング素子Ｑ３，Ｑ４は、電力線ＰＬと電力線ＮＬとの間に直列に、かつ、直列接続された半導体スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の全体と並列に接続される。半導体スイッチング素子Ｑ３，Ｑ４の接続ノードＮ２は、単相交流モータ１０のステータコイル６に接続される。
【００３４】
次に、インバータ１４の動作について簡単に説明する。
ゲートドライバ２０は、半導体スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のゲート端子と電気的に接続される。ゲートドライバ２０は、半導体スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のスイッチングを制御する。
【００３５】
具体的には、ゲートドライバ２０は、コントローラ１６からの制御信号に応答して、各半導体スイッチング素子のゲート端子に印加する制御電圧を制御する。この制御電圧の大きさに応じて、各半導体スイッチング素子は、導通状態（オン状態）または非導通状態（オフ状態）となる。
【００３６】
半導体スイッチング素子Ｑ１，Ｑ４がオン状態となり、半導体スイッチング素子Ｑ２，Ｑ３がオフ状態となるとき、ステータコイル６には、正の直流電圧（＋Ｖｄｃ）が印加される。一方、半導体スイッチング素子Ｑ２，Ｑ３がオン状態となり、半導体スイッチング素子Ｑ１，Ｑ４がオフ状態となるとき、ステータコイル６には、負の直流電圧（−Ｖｄｃ）が印加される。なお、半導体スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４がすべてオフ状態となるときには、ステータコイル６に印加される電圧は０となる。以下の説明では、単相交流モータ１０のステータコイル６に印加される電圧（単相交流モータ１０の駆動電圧）を、「モータ電圧Ｖｍ」とも称する。
【００３７】
単相交流モータ１０の運転時は、半導体スイッチング素子Ｑ１，Ｑ４のオン状態と、半導体スイッチング素子Ｑ２，Ｑ３のオン状態とが交互に繰返されることによって、モータ電圧Ｖｍは、＋Ｖｄｃと−Ｖｄｃとが交互に切替わる。これにより、ステータ３に回転磁界が生成される。
【００３８】
（単相交流モータの可変速制御）
コントローラ１６は、起動処理部３０と、速度制御部３２と、電流制御部３４と、ＰＷＭ（Pulse  Width  Modulation）制御部３６とを含む。
【００３９】
単相交流モータ１０の駆動時、速度制御部３２、電流制御部３４およびＰＷＭ制御部３６は、互いに協働して、単相交流モータ１０の回転速度の可変制御（以下、「可変速制御」とも称する）を実行することができる。以下、単相交流モータ１０の可変速制御について簡単に説明する。
【００４０】
速度制御部３２、電流制御部３４およびＰＷＭ制御部３６は、回転速度の目標値に基づいて、単相交流モータ１０の回転速度をフィードバック制御するように構成される。
【００４１】
具体的には、速度制御部３２は、磁気センサ２４Ａ，２４Ｂの位置検出信号ＳＡ，ＳＢを受け、回転速度の目標値を示す速度指令ω＊を受ける。速度制御部３２は、磁気センサ２４Ａ，２４Ｂの位置検出信号ＳＡ，ＳＢに基づいて、ロータ２の磁極位置および回転速度を検出する。速度制御部３２は、速度指令ω＊と回転速度検出値との偏差にＰＩ（比例および積分）制御を施すことにより、モータ電流の目標値を算出する。
【００４２】
電流制御部３４は、モータ電流の目標値を示す電流指令ｉ＊を受け、電流センサ２２の検出信号を受け、磁気センサ２４Ａ，２４Ｂの位置検出信号ＳＡ，ＳＢを受ける。電流制御部３４は、位置検出信号ＳＡ，ＳＢから得られるロータ２の磁極位置を用いて、モータ電流の位相を決定する。電流制御部３４は、電流指令ｉ＊とモータ電流検出値との偏差にＰＩ制御を施すことにより、単相交流モータ１０に印加する電圧の目標値を算出する。電流制御部３４は、単相交流モータ１０に印加する電圧の目標値を示す電圧指令ｖ＊をＰＷＭ制御部３６へ出力する。
【００４３】
ＰＷＭ制御部３６は、電圧指令ｖ＊に基づいて、インバータ１４を構成する半導体スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４をＰＷＭ制御するための制御信号を生成する。ＰＷＭ制御部３６は、生成した制御信号をゲートドライバ２０に出力する。
【００４４】
上記の速度制御部３２、電流制御部３４およびＰＷＭ制御部３６によって構成されるフィードバック制御の構成は一般的なものである。ただし、本実施の形態では、２つの位置検出信号ＳＡ，ＳＢを用いてロータ２の磁極位置を検出するため、単一の位置検出信号を用いる場合に比べて、より細かいタイミングで磁極位置を検出することができる。したがって、磁極位置の検出精度を高めることができる。
【００４５】
磁極位置の検出精度が高められることで、上記のフィードバック制御の応答性が向上するため、単相交流モータ１０の回転速度を速度指令ω＊に追従させることができる。特に、単相交流モータ１０の加速時には、速度指令ω＊を上昇させていく過程において、回転速度を速度指令ω＊に追従させることができる。この結果、単相交流モータ１０の出力トルクの変動によって単相交流モータ１０に振動が発生することを抑制できる。
【００４６】
（起動処理）
単相交流モータ１０の運転停止状態において、起動処理部３０は、静止状態のロータ２を第１の回転方向に起動するための起動処理を実行する。本実施の形態では、「第１の回転方向」を正転方向（時計回り）とし、第１の回転方向と反対方向である「第２の回転方向」を逆転方向（反時計回り）とする。なお、「第１の回転方向」を逆転方向とし、「第２の回転方向」を正転方向とすることもできる。
【００４７】
以下、起動処理について説明する。
起動処理では、起動処理部３０は、最初に、ロータ２が静止しているときの磁気センサ２４Ａ，２４Ｂの位置検出信号ＳＡ，ＳＢを取得する。次に、第１の極性のモータ電圧Ｖｍを、単相交流モータ１０のステータコイル６に印加する。ステータコイル６が通電されることにより、ステータ３が励磁される。第１の極性は、正の極性であってもよいし、負の極性であってもよい。
【００４８】
ステータ３が励磁されると、ステータ３のティース５とロータ２の各磁極との間に生じる磁力（吸引力および反発力）によって、ロータ２が起動する。起動処理部３０は、ロータ２が静止していたとき、および、ロータ２が回転しているときの位置検出信号ＳＡ，ＳＢに基づいて、ロータ２の回転方向を検出する。
【００４９】
ロータ２の回転方向が正転方向（第１の回転方向）であると検出されると、起動処理部３０は、その状態で、単相交流電圧からなるモータ電圧Ｖｍをステータコイル６に印加する。これにより、ステータ３が生成する回転磁界によって、ロータ２が正転方向に回転する。
【００５０】
一方、ロータ２の回転方向が逆転方向（第２の回転方向）であると検出されると、起動処理部３０は、モータ電圧Ｖｍの印加を一時的に停止した後、第１の極性とは異なる第２の極性のモータ電圧Ｖｍをステータコイル６に印加する。モータ電圧Ｖｍの極性が反転したことで磁力の向きが切替わるため、ロータ２は、以前の回転方向とは逆向き、すなわち、正転方向に回転し始める。ロータ２の回転方向が正転方向に切替わったことが検出されると、起動処理部３０は、単相交流電圧からなるモータ電圧Ｖｍをステータコイル６に印加する。これにより、ステータ３が生成する回転磁界によって、ロータ２が正転方向に回転する。
【００５１】
なお、本実施の形態では、上記起動処理において、運転停止状態の単相交流モータ１０に第１の極性の電圧を印加してからロータ２の回転方向が正転方向であることを検出するまでの時間を、「起動時間」と定義する。後述するように、本実施の形態に従う単相交流モータの制御装置１００は、起動時間の短縮を実現するものである。
【００５２】
（ロータの回転方向の検出）
以下、図４〜図６を用いて、本実施の形態に従うロータ２の回転方向の検出方法の原理について説明する。
【００５３】
図４は、単相交流モータ１０のロータ２が正転方向に回転した場合における、ロータ２と磁気センサ２４Ａ，２４Ｂとの位置関係が時間的に遷移する様子を模式的に示す図である。
【００５４】
図４の例では、磁気センサ２４Ａは、ロータ２の回転角（機械角）が０°となる位置に配置されている。磁気センサ２４Ｂは、ロータ２の回転角（機械角）が４５°となる位置に配置されている。すなわち、磁気センサ２４Ａと磁気センサ２４Ｂとは、ロータ２の回転軸１を中心とする同一円上に、４５°の角度間隔をおいて配置されている。
【００５５】
図４では、ロータ２は正転方向に回転する。図４（ａ）〜（ｅ）は、それぞれ、ロータ２の回転角（機械角）が０°，４５°，９０°，１３５°，１８０°となるときのロータ２と磁気センサ２４Ａ，２４Ｂとの位置関係を表わしている。なお、ロータ２の磁極数が４であるため、機械角１８０°は電気角３６０°に相当する。
【００５６】
磁気センサ２４Ａは、ロータ２の磁極から外周方向に向かって延びる磁束線を検出したとき、すなわち、ロータ２のＮ極を検出したとき、論理レベル“１”の位置検出信号ＳＡを出力する。一方、磁気センサ２４Ａは、ロータ２の磁極から内周方向に向かって延びる磁束線を検出したとき、すなわち、ロータ２のＳ極を検出したとき、論理レベル“０”の位置検出信号ＳＡを出力する。
【００５７】
磁気センサ２４Ｂは、磁気センサ２４Ａと同様に、ロータ２のＮ極を検出したとき、論理レベル“１”の位置検出信号ＳＢを出力し、ロータ２のＳ極を検出したとき、論理レベル“０”の位置検出信号ＳＢを出力する。
【００５８】
図５は、図４に示す磁気センサ２４Ａ，２４Ｂが出力する位置検出信号ＳＡ，ＳＢの波形を示す図である。図５では、図４（ａ）〜（ｅ）に示すタイミング、すなわち、ロータ２の回転角（機械角）が０°，４５°，９０°，１３５°，１８０°となるタイミングが、それぞれ、矢印で示されている。
【００５９】
図５を参照して、位置検出信号ＳＡ，ＳＢの各々は、機械角９０°の間隔（電気角１８０°の間隔に相当）で、“１”と“０”との間を交互に切替わる。位置検出信号ＳＡは、ロータ２の回転角が０°〜９０°のとき（図４（ａ）〜（ｃ）の状態）、“０”となり、回転角が９０°〜１８０°のとき（図４（ｃ）〜（ｅ）の状態）、“１”となる。位置検出信号ＳＢは、ロータ２の回転角が０°〜４５°（図４（ａ）〜（ｂ）の状態）、および回転角が１３５°〜１８０°のとき（図４（ｄ）〜（ｅ）の状態）、“１”となり、回転角が４５°〜１３５°のとき（図４（ｂ）〜（ｄ）の状態）、“０”となる。
【００６０】
図４の例では、磁気センサ２４Ａと磁気センサ２４Ｂとは、ロータ２の回転方向に沿って４５°の角度間隔をおいて配置されている。そのため、図５の波形図において、位置検出信号ＳＡと位置検出信号ＳＢとは、機械角４５°の位相差を有している。なお、ロータ２の磁極数が４であるため、当該位相差は電気角９０°（＝４５°×４／２）の位相差に相当する。これにより、ロータ２が回転しているときに位置検出信号ＳＡ，ＳＢがとり得る論理レベルの組合せは、図６に示される４通りにまとめることができる。
【００６１】
図６は、図４に示す磁気センサ２４Ａ，２４Ｂが出力する位置検出信号ＳＡ，ＳＢの論理表を示す図である。図５および図６では、図４（ａ）〜（ｂ）の状態を［１］と表記し、図４（ｂ）〜（ｃ）の状態を［２］と表記し、図４（ｃ）〜（ｄ）の状態を［３］と表記し、図４（ｄ）〜（ｅ）の状態を［４］と表記している。図６には、これら４つの状態［１］〜［４］の各々における、位置検出信号ＳＡ，ＳＢの組合せが示されている。
【００６２】
図６を参照して、位置検出信号ＳＡ，ＳＢの組合せを（ＳＡ，ＳＢ）と表した場合、（ＳＡ，ＳＢ）は、状態［１］では（０，１）となり、状態［２］では（０，０）となり、状態［３］では（１，０）となり、状態［４］では（１，１）となる。
【００６３】
たとえば、静止状態のロータ２が［１］の状態である場合において、ロータ２が正転方向に回転すると、ロータ２の状態は、［１］→［２］→［３］→［４］→［１］→［２］・・・の順で遷移する。一方、ロータ２が逆転方向に回転すると、ロータ２の状態は、［１］→［４］→［３］→［２］→［１］→［２］・・・の順で遷移する。
【００６４】
ここで、静止状態のロータ２が［２］の状態である場合を想定する。この場合、ロータ２が正転方向に回転すると、ロータ２の状態は［２］から［３］に遷移する。一方、ロータ２が逆転方向に回転すると、ロータ２の状態は［２］から［１］に遷移する。すなわち、ロータ２の回転方向によって、静止状態の次に遷移する状態が異なってくる。したがって、静止しているときのロータ２の状態（以下、「初期状態」とも称する）と、その次に遷移する状態とを把握することができれば、ロータ２の回転方向が正転方向か逆転方向かを検出することができる。
【００６５】
詳細には、ロータ２の初期状態は、ロータ２が静止状態での（ＳＡ，ＳＢ）から検出することができる。静止状態のロータ２が起動すると、回転方向に応じて、最初に、位置検出信号ＳＡ，ＳＢのいずれか一方が切替わる。いずれの位置検出信号が最初に切替わるかを把握することができれば、ロータ２の回転方向を検出することができる。これによれば、ロータ２が回転し始めてから最初の位置検出信号が切替わるタイミングで、ロータ２の回転方向を検出することができる。
【００６６】
これを、上記の初期状態が［２］の状態である場合に当て嵌めると、初期状態（＝［２］）での（ＳＡ，ＳＢ）は（０，０）である。回転方向が正転方向であれば、最初に、位置検出信号ＳＡが“０”から“１”に切替わる。一方、回転方向が逆転方向であれば、最初に、位置検出信号ＳＢが“０”から“１”に切替わる。いずれの回転方向においても、最初の位置検出信号の切替えは、ロータ２が静止状態から４５°回転するまでの間に起きている。したがって、ロータ２が静止状態から４５°回転するまでの間に、ロータ２の回転方向を検出することができる。
【００６７】
このように、本実施の形態では、複数の磁気センサの位置検出信号を用いることにより、複数の位置検出信号のうちのいずれかが切替るタイミングを捉えることで、ロータ２の回転方向を検出することができる。これによれば、１個の磁気センサの位置検出信号を用いる従来技術のように、個々の磁気センサの取付け精度やモータ定数のばらつきに影響されず、ロータ２の起動処理を安定して行なうことができる。
【００６８】
また、上記特許文献１に記載される従来技術に比べて、短時間でロータ２の回転方向を検出することができる。以下、その理由について説明する。
【００６９】
従来技術では、ステータコイルを励起させてから、磁気センサの検出信号の切替わりを第１期間の間に検出したときに、ロータが正転方向に回転していると判断する。一方、第１期間の間に検出信号の切替わりを検出しなければ、ロータが逆転方向に回転していると判断する。この第１期間は、ロータが静止しているときから少なくとも３６０°／磁極数の機械角に亘って回転するのに十分な時間に設定されている。すなわち、ロータの磁極数が４である場合、静止状態のロータが回転し始めてから回転方向が検出されるまでのロータの回転角（機械角）は最大９０°となる。
【００７０】
これに対して、本実施の形態では、ロータ２の機械的回転周期を機械角３６０°とすると、ロータ２の磁極数が４であるため、各位置検出信号の１周期は機械角１８０°となる。位置検出信号ＳＡと位置検出信号ＳＢとの位相差は４５°（機械角）であるため、当該１周期内で、機械角４５°おきに、いずれかの位置検出信号が切替わる。したがって、静止状態のロータ２が回転し始めてから回転方向が検出されるまでのロータ２の回転角は、最大４５°となる。上記の従来技術と比べると、回転方向が検出されるまでのロータ２の回転角が半分以下となっていることが分かる。これにより、ロータ２が回転し始めてから回転方向が検出されるまでの時間を、半分以下に短縮することができる。この結果、単相交流モータの短時間で起動することができる。
【００７１】
（磁気センサの配置）
次に、磁気センサ２４Ａ，２４Ｂの配置について説明する。以下の説明では、図４と同様に、磁気センサ２４Ａがロータ２の回転角（機械角）が０°となる位置に配置されているものとする。また、ロータ２の磁極数をＰとする。この状態における、磁気センサ２４Ｂの好適な位置について説明する。
【００７２】
本実施の形態では、図５の波形図に示されるように、位置検出信号ＳＡと位置検出信号ＳＢとの間に位相差を持たせることで、位置検出信号ＳＡが切替わるタイミングと、位置検出信号ＳＢが切替わるタイミングと異ならせている。このようにすると、ロータ２の回転によって生じる、位置検出信号ＳＡ，ＳＢの組合せの遷移に基づいて、ロータ２の回転方向を検出することができる。
【００７３】
位置検出信号ＳＡと位置検出信号ＳＢとの間で切替わるタイミングを異ならせるためには、少なくとも、磁気センサ２４Ｂを「１８０×ｎ／（Ｐ／２）」を満たす位置以外の位置に配置する必要がある（ｎは１以上Ｐ以下の整数）。「１８０×ｎ／（Ｐ／２）」を満たす位置とは、位置検出信号ＳＡが切替わるタイミングに相当する。したがって、当該位置以外の位置に磁気センサ２４Ｂを配置することで、ロータ２の回転方向を検出することができる。
【００７４】
より好ましくは、磁気センサ２４Ｂを、磁気センサ２４Ａに対して、ロータ２の回転軸１を中心とする同一円上に、「１８０×｛１＋（２ｎ−１）｝／Ｐ」の角度間隔をおいてする。このようにすると、ロータ２の回転方向の検出に加えて、ロータ２の磁極位置の検出精度を高めることができる。
【００７５】
たとえば、磁極数Ｐ＝４の場合、磁気センサ２４Ｂを、４５°，１３５°，２２５°，３１５°のいずれかの位置に配置することが好ましい。なお、図４の例は、磁気センサ２４Ｂを４５°の位置に配置した場合を示している。
【００７６】
このようにすると、位置検出信号ＳＡと位置検出信号ＳＢとの間に、機械角４５°もしくは１３５°の位相差を持たせることができる。機械角４５°の位相差は、位置検出信号ＳＡ，ＳＢの１／４周期に相当する。機械角１３５°の位相差は、位置検出信号ＳＡ，ＳＢの３／４周期に相当する。したがって、位置検出信号ＳＡと位置検出信号ＳＢとの間で切替わるタイミングは１／４周期分異なることになる。
【００７７】
これによれば、コントローラ１６は、ロータ２が１回転（機械角３６０°）する間に、１／４周期おきに合計４回の位置検出信号の切替わりを検出することになる。したがって、単一の位置検出信号を用いる場合に比べて、より細かいタイミングでロータ２の磁極位置を検出することが可能となる。その結果、磁極位置の検出精度を高めることができる。
【００７８】
（起動処理の詳細）
次に、図７〜図９を用いて、本実施の形態に従う起動処理の詳細について説明する。
【００７９】
図７は、ロータ２を第１の方向（正転方向）に起動させるための起動処理の流れを説明するための図である。図７（ａ）は、ステータ３の励磁により、ロータ２が初期状態から正転方向に回転し始めた場合の起動処理の流れを示している。図７（ｂ）は、ステータ３の励磁により、ロータ２が初期状態から逆転方向に回転し始めた場合の処理の流れを示している。図８は、図７（ａ）に示す起動処理の流れに対応するタイミングチャートである。図９は、図７（ｂ）に示す起動処理の流れに対応するタイミングチャートである。
【００８０】
なお、図７（ａ），（ｂ）では、ステータ３に生じる回転磁界を、ロータ２を中心として４分割された領域で表している。磁気センサ２４Ａ，２４Ｂの配置は、図４に示した配置と同じである。また、説明を容易にするために、図７（ａ）と図７（ｂ）との間で、ロータ２の初期状態を共通とする一方で、ステータ３（ステータコイル）に印加する、第１の極性のモータ電圧Ｖｍの極性を異ならせている。
【００８１】
図７（ａ）を参照して、時刻ｔＡにおいて、ロータ２は初期状態であるとする。なお、初期状態において、ロータ２は、０°から正転方向に所定角度ずれた位置で静止している。これにより、ステータ３の励磁により生じる磁力を、ロータ２の回転力に変換することができる。このような静止状態は、たとえば、ステータ３のティースとロータとの間隙を調整することで実現できる。
【００８２】
図７の例では、ロータ２の初期状態は、図５の［１］の状態となっている。よって、磁気センサ２４Ａ，２４Ｂにおいて、（ＳＡ，ＳＢ）は（０，１）である（図８参照）。
【００８３】
図７（ａ）および図８を参照して、初期状態において、起動処理部３０は、インバータ１４からステータコイルに対して、第１の極性のモータ電圧Ｖｍを印加する。図７（ａ）では、「第１の極性」を、正の極性とする。起動処理部３０は、半導体スイッチング素子Ｑ１，Ｑ４がオン状態となり、半導体スイッチング素子Ｑ２，Ｑ３がオフ状態となるように、インバータ１４を制御する。これにより、モータ電圧Ｖｍとして、正の直流電圧（＋Ｖｄｃ）がステータコイルに印加される。
【００８４】
モータ電圧Ｖｍ（＝＋Ｖｄｃ）を受けてステータ３が励磁されると、ステータ３のティースに生じる磁界とロータ２の磁極との間に生じる磁力によって、ロータ２が正転方向（時計回り）に回転し始める。
【００８５】
時刻ｔＢにおいて、ロータ２の回転角が４５°となると、図５に示したように、磁気センサ２４Ｂの位置検出信号ＳＢが“１”から“０”に切替わる。起動処理部３０は、ロータ２が回転し始めてから最初に位置検出信号ＳＢが切替わったことに基づいて、ロータ２の回転方向が正転方向であると検出する。
【００８６】
ロータ２の回転方向が正転方向であると検出されると、起動処理部３０は、ロータ２が所望の回転方向に回転していると判断する。したがって、時刻ｔＣにおいて、起動処理部３０は、インバータ１４からステータコイルに対して、単相交流電圧であるモータ電圧Ｖｍを供給する。
【００８７】
なお、ロータ２を引き続き正転方向に回転させるために、時刻ｔＣにおけるモータ電圧Ｖｍの極性は、第１の極性と同じ極性とする。これにより、時刻ｔＣ以降、モータ電圧Ｖｍを受けてステータ３に回転磁界が生じることによって、ロータ２は正転方向に回転する。
【００８８】
これに対して、図７（ｂ）では、第１の極性を、負の極性とする。起動処理部３０は、半導体スイッチング素子Ｑ２，Ｑ３がオン状態となり、半導体スイッチング素子Ｑ１，Ｑ４がオフ状態となるように、インバータ１４を制御する。これにより、モータ電圧Ｖｍとして、負の直流電圧（−Ｖｄｃ）がステータコイルに印加される。
【００８９】
図７（ｂ）および図９を参照して、時刻ｔＡにおいて、起動処理部３０は、インバータ１４からステータコイルに対して、負の極性のモータ電圧Ｖｍ（＝−Ｖｄｃ）を印加する。図７（ｂ）では、図７（ａ）とモータ電圧Ｖｍの極性が異なるため、図７（ａ）に対してステータ３のティースに生じる磁界が反転している。その結果、ロータ２は逆転方向（反時計回り）に回転し始める。
【００９０】
時刻ｔＢにおいて、ロータ２の回転角が０°となると、図５に示したように、磁気センサ２４Ａの位置検出信号ＳＡが“０”から“１”に切替わる。起動処理部３０は、ロータ２が回転し始めてから最初に位置検出信号ＳＡが切替わったことに基づいて、ロータ２の回転方向が逆転方向であると検出する。
【００９１】
ロータ２の回転方向が逆転方向であると検出されると、起動処理部３０は、ロータ２が所望の回転方向とは反対方向に回転していると判断する。そこで、起動処理部３０は、半導体スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４がすべてオフ状態となるように、インバータ１４を制御することにより、ステータコイルへのモータ電圧Ｖｍの印加を一旦停止する。
【００９２】
モータ電圧Ｖｍの印加を停止したことによって、ステータ３に発生していた磁界が消滅するため、ロータ２は初期状態に戻ろうとする。そのため、ロータ２は正転方向に回転し始める。その結果、時刻ｔＣにおいて、再びロータ２の回転角が０°となり、位置検出信号ＳＡが“１”から“０”に切替わる。
【００９３】
時刻ｔＣにおいて、位置検出信号ＳＡの切替わりが検出されると、起動処理部３０は、インバータ１４からステータコイルに対して、第２の極性のモータ電圧Ｖｍ（すなわち、正の極性のモータ電圧Ｖｍ）を印加する。これにより、ステータ３のティースには、図７（ａ）と同様の磁界が生じる。
【００９４】
時刻ｔＤにおいて、ロータ２が初期状態に戻ると、ステータ３のティースに生じる磁界とロータ２の磁極との間に生じる磁力によって、ロータ２は引き続き正転方向に回転する。そして、時刻ｔＥにおいて、ロータ２の回転角が４５°となると、図５に示したように、磁気センサ２４Ｂの位置検出信号ＳＢが“１”から“０”に切替わる。起動処理部３０は、モータ電圧Ｖｍの極性を第２の極性に反転させてから最初に位置検出信号ＳＢが切替わったことに基づいて、ロータ２の回転方向が正転方向であると検出する。
【００９５】
ロータ２の回転方向が正転方向であると検出されると、起動処理部３０は、ロータ２が所望の回転方向に回転していると判断する。したがって、時刻ｔＥにおいて、起動処理部３０は、インバータ１４からステータコイルに対して、単相交流電圧であるモータ電圧Ｖｍを印加する。このとき、起動処理部３０は、ロータ２を引き続き正転方向に回転させるため、時刻ｔＥにおけるモータ電圧Ｖｍの極性を、第２の極性と同じ極性とする。これにより、時刻ｔＣ以降、モータ電圧Ｖｍを受けてステータ３に回転磁界が生じることによって、ロータ２が正転方向に回転する。
【００９６】
以上説明したように、起動処理部３０は、時刻ｔＡにて、単相交流モータ１０のステータコイルに第１の極性のモータ電圧Ｖｍを印加すると、時刻ｔＡからのロータ２の回転角が４５°に満たない時刻ｔＢにおいて、ロータ２の回転方向を検出することができる。
【００９７】
図７（ａ）の例では、時刻ｔＢにて検出される回転方向が正転方向であるため、起動時間は、時刻ｔＡから時刻ｔＢまでの時間となる。図７（ａ）の場合、時刻ｔＢ以降直ちに、ロータ２を正転方向に駆動することができる。
【００９８】
一方、図７（ｂ）の例では、時刻ｔＢにおいて検出されるロータ２の回転方向が逆転方向であるため、時刻ｔＣにてモータ電圧Ｖｍの極性を第２の極性に反転させる。したがって、時刻ｔＣからのロータ２の回転角が４５°となる時刻ｔＥにおいて、ロータ２の回転方向が正転方向であると検出することができる。すなわち、図７（ｂ）の場合、起動時間は、時刻ｔＡから時刻ｔＥまでの時間となる。これにより、時刻ｔＥ以降、ロータ２を正転方向に駆動することができる。
【００９９】
上述のように、本実施の形態によれば、ロータ２の回転開始後の短時間でロータ２の回転方向を検出することができる。その結果、起動時間を短縮することができる。
【０１００】
なお、図示は省略するが、単相交流モータ１０において、ロータ２が回転しない異常が発生している場合には、モータ電圧Ｖｍを印加しても、位置検出信号ＳＡ，ＳＢが切替わらないケースが起こり得る。このようなケースにおいて、モータ電圧Ｖｍを印加し続けると、ステータコイルに直流電流が流れ続けることによってステータコイルが過熱される場合がある。その結果、ステータ３を焼損させてしまう可能性がある。
【０１０１】
ステータ３を過熱から保護するためには、たとえば、インバータ１４の各半導体スイッチング素子の周辺に温度検知素子（サーミスタ等）を設置し、過熱を検知してインバータ１４の運転を停止する方法を採ることができる。あるいは、位置検出信号ＳＡ，ＳＢが切替わらない状態が所定時間を超えて継続した場合に、インバータ１４の運転を停止する方法を採ることができる。
【０１０２】
図１０は、本実施の形態に従う起動処理を説明するためのフローチャートである。
図１０を参照して、単相交流モータ１０を起動させるにあたり、コントローラ１６は、最初に、ステップＳ０１により、ロータ２が静止しているときの磁気センサ２４Ａ，２４Ｂの位置検出信号ＳＡ，ＳＢを取得する。これにより、ロータ２の初期状態を把握できる。
【０１０３】
ステップＳ０２では、コントローラ１６は、単相交流モータ１０のステータコイル６に第１の極性のモータ電圧Ｖｍを印加する。これにより、単相交流モータ１０のロータ２が起動する。
【０１０４】
ステップＳ０３にて、ロータ２が回転しているときの磁気センサ２４Ａ，２４Ｂの位置検出信号ＳＡ，ＳＢを取得すると、コントローラ１６は、ステップＳ０４により、ロータ２が静止しているときの位置検出信号ＳＡ，ＳＢと、ロータ２が回転しているときの位置検出信号ＳＡ，ＳＢとに基づいて、ロータ２の回転方向を検出する。ここでは、コントローラ１６は、位置検出信号ＳＡ，ＳＢから、ロータ２の初期状態と、その次に遷移する状態とを把握することにより、ロータ２の回転方向を検出することができる。
【０１０５】
ステップＳ０５では、コントローラ１６は、ロータ２の回転方向が第１の回転方向か否かを判定する。ロータ２の回転方向が第１の回転方向である場合（Ｓ０５のＹＥＳ判定時）、コントローラ１６は、ステップＳ０５に進み、単相交流電圧であるモータ電圧Ｖｍをステータコイル６に印加する。これにより、ロータ２を第１の回転方向に駆動する。
【０１０６】
一方、ロータ２の回転方向が第１の回転方向でない場合（Ｓ０５のＮＯ判定時）には、コントローラ１６は、ステップＳ０７に進み、インバータ１４の半導体スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４をすべてオフ状態とすることにより、ステータコイル６へのモータ電圧Ｖｍの印加を停止する。これにより、ロータ２は、初期状態に戻ろうとして第１の回転方向に回転し始める。
【０１０７】
続いて、コントローラ１６は、ステップＳ０８により、ステータコイル６に第２の極性のモータ電圧Ｖｍを印加する。さらにステップＳ０５に戻って、コントローラ１６は、位置検出信号ＳＡ，ＳＢに基づいて、ロータ２の回転方向を検出する。ステップＳ０５にて、ロータ２の回転方向が第１の回転方向であると判定されると、コントローラ１６は、ステップＳ０６にて、単相交流電圧であるモータ電圧Ｖｍをステータコイル６に印加することにより、ロータ２を第１の回転方向に駆動する。
【０１０８】
（適用例）
次に、本実施の形態に従う単相交流モータの制御装置の適用例について説明する。以下では、図１に示す制御装置１００を電気掃除機に適用した例（図１１および図１２参照）と、制御装置１００をハンドドライヤーに適用した例（図１３参照）とを説明する。
【０１０９】
（１）電気掃除機
図１１は、図１に示す制御装置１００が適用される電気掃除機の概略構成図である。
【０１１０】
図１１を参照して、本実施の形態に従う電気掃除機６１は、延長管６２と、吸込口体６３と、電動送風機６４と、集塵室６５と、操作部６６と、電源１２と、センサ６８とを備える。電動送風機６４は、図１に示す単相交流モータ１０および制御装置１００を含む。
【０１１１】
電動送風機６４は、単相交流モータ１０を送風モータとして駆動する。単相交流モータ１０を回転駆動すると、吸引風が発生する。吸引風によって、被掃除面（図示せず）上の塵が空気とともに、吸込口体６３内部に吸い込まれる。
【０１１２】
この塵を含んだ空気は、延長管６２を通って集塵室６５に搬送される。空気中の塵は集塵室６５に捕集される。塵を捕集された空気は図示しないフィルタを通過した後、電動送風機６４に到達する。その後、当該空気は、内部通路を通って排気口（ともに図示せず）から外部へ排出される。
【０１１３】
なお、図１１の例では、制御装置１００の電源は、電気掃除機６１の電源１２と共通である。また、制御装置１００のコントローラ１６は、電気掃除機６１全体の動作を制御することが可能に構成されている。
【０１１４】
操作部６６は、電源スイッチ６６ａおよび加速スイッチ６６ｂを含む（図１２参照）。電源スイッチ６６ａは、電源１２から電気掃除機６１の各部に対する電源供給および遮断を切替えるためのスイッチである。加速スイッチ６６ｂは、電動送風機６４における単相交流モータ１０を低速回転速度から定常回転速度まで加速するためのスイッチである。低速回転速度は、定常回転速度の１０分の１以下の回転速度をいう。たとえば、定常回転速度が１０万ｒｐｍである場合、低速回転速度は１万ｒｐｍ以下となる。
【０１１５】
単相交流モータ１０が低速回転速度で駆動しているときにユーザによって加速スイッチ６６ｂがオン操作されると、制御装置１００は、単相交流モータ１０の回転速度が定常回転速度に達するように、図３で説明した回転速度の可変速制御を実行する。この回転速度の可変速制御では、回転速度が低速回転速度から定常回転速度に到達するまでの加速度（以下、「加速レート」とも称する）を調整することができる。
【０１１６】
センサ６８は、電気掃除機６１の動きもしくは人の動きを検知する。センサ６８として、たとえば、ジャイロセンサまたは人感センサ等を用いることができる。センサ６８の検知信号はコントローラ１６に入力される。
【０１１７】
次に、図１２を用いて、電気掃除機６１における電動送風機６４（単相交流モータ１０）の動作について説明する。図１２は、電動送風機６４の制御構成を示すブロック図である。
【０１１８】
まず、ユーザによって電源スイッチ６６ａがオン操作されると、電源１２から電力供給を受けて電気掃除機６１の主回路、制御装置１００およびセンサ６８等が起動する。
【０１１９】
センサ６８は、たとえば、ジャイロセンサである。センサ６８は、電気掃除機６１の動きを検知し、検知信号を制御装置１００のコントローラ１６に出力する。
【０１２０】
具体的には、ジャイロセンサは、電気掃除機６１に取付けられることで、電気掃除機６１の使用の際に生じる電気掃除機６１の動きを検知することができる。電気掃除機６１の使用直前には必ず本体が動く。この使用直前の動きをセンサ６８が検知することで、以下に述べるように、加速スイッチ６６ｂがオン操作されるよりも前に、電動送風機６４（単相交流モータ１０）を起動することができる。
【０１２１】
コントローラ１６は、センサ６８の検知信号をトリガとして単相交流モータ１０を起動し、単相交流モータ１０を低速回転速度で駆動する。なお、単相交流モータ１０を起動する際、コントローラ１６は、上述した起動処理を実行する。これにより、短時間で単相交流モータ１０のロータ２を所望の回転方向（第１の回転方向）に起動することができる。ロータ２が起動すると、コントローラ１６は、単相交流モータ１０を低速回転速度まで加速する。
【０１２２】
低速回転速度での駆動時に加速スイッチ６６ｂがオン操作されると、コントローラ１６は、単相交流モータ１０を定常回転速度まで加速する。なお、電源スイッチ６６ａよりも先に加速スイッチ６６ｂがオン操作されていた場合には、電源スイッチ６６ａがオン操作されると、コントローラ１６は、起動処理の実行後、単相交流モータ１０を直ちに定常回転速度まで加速する。
【０１２３】
定常回速度での駆動時において加速スイッチ６６ｂがオフ操作されると、コントローラ１６は、単相交流モータ１０の駆動を停止せずに、単相交流モータ１０を低速回転速度まで減速して駆動し続ける。低速回転速度で駆動し続けることによって、集塵室６５に捕集された塵が、延長管６２を通って吸込口体６３から排出されることを防止できる。
【０１２４】
上述したように、本実施の形態に従う電気掃除機６１では、電源スイッチ６６ａがオン操作されると、センサ６８の検知信号をトリガとして、単相交流モータ１０を低速回転速度で駆動する。これにより、ユーザが実際に電気掃除機６１を使用する際に、加速スイッチ６６ｂをオン操作してから単相交流モータ１０が定常回転速度に到達するまでの時間を短縮することができる。
【０１２５】
たとえば、電源供給を開始してから単相交流モータ１０が低速回転速度（たとえば、２０００ｒｐｍ）に達するまでの時間が１秒であり、かつ、低速回転速度から定常回転速度（たとえば、１０万ｒｐｍ）に達するまでの時間が０．４秒であると仮定する。この場合、電源供給を開始してから単相交流モータ１０が定常回転速度に到達するまでには、１．４秒の時間が必要となる。本実施の形態では、加速スイッチ６６ｂがオン操作されるときには、既に単相交流モータ１０が低速回転速度で駆動している。したがって、ユーザが実際に電気掃除機６１を使用する際には、加速スイッチ６６ｂをオン操作してから僅か０．４秒で、単相交流モータ１０を定常回転速度に到達させることができる。
【０１２６】
その一方で、単相交流モータ１０を起動するためには、単相交流モータ１０が定常回転しているときに比べて、より大きなトルクを発生させる必要がある。そのため、単相交流モータ１０に大きなモータ電流を流す必要がある。しかしながら、モータ電流を大きくすると、消費電力が増えるとともに、単相交流モータ１０および電源１２を含む部品における発熱量も増加する。たとえば、電源１２が二次電池等の蓄電装置である場合には、消費電力が増えることで、電気掃除機６１の連続運転時間が短くなる。また、部品の発熱量が増えることで、部品の信頼性を損なう可能性がある。
【０１２７】
このような問題を解決するためには、単相交流モータ１０を起動するときの加速レートを低下させることが有効である。加速レートを低下させることでモータ電流の急峻な立上りが抑えられるため、消費電力および部品の発熱量の増加を防ぐことができる。
【０１２８】
なお、本実施の形態では、上記の起動処理を行なうことにより、起動時間を短縮することが可能となる。そのため、起動時の加速レートを低下させたことに起因して、単相交流モータ１０の起動に要する時間が延長することを防ぐことができる。
【０１２９】
また、本実施の形態によれば、単相交流モータ１０の可変速制御を２つの位置検出信号ＳＡ，ＳＢを用いて実行するため、ロータ２の磁極位置の検出精度を向上させることができる。その結果、可変速制御の応答性を高めることができる。したがって、可変レートを低下させる場合に、単相交流モータ１０の出力トルクの変動によって単相交流モータ１０に振動が発生することを抑制することができる。
【０１３０】
なお、電気掃除機６１においては、単相交流モータ１０を低速回転速度から定常回転速度まで加速するときにおいても、加速レートを低下させることで、加速による電力消費を抑えることができる。このときも、可変速制御の応答性が良好であるため、単相交流モータ１０に振動が発生することを抑制することができる。
【０１３１】
（２）ハンドドライヤー
図１３は、図１に示す制御装置１００が適用されるハンドドライヤーの概略構成図である。本実施の形態に従うハンドドライヤー７０は、ユーザが手を洗った後に、水で濡れた手に乾燥風を当てて、手を乾燥させるための装置である。
【０１３２】
図１３を参照して、本実施の形態に従うハンドドライヤー７０は、ケーシング７１と、手挿入部７２と、水受け部７３と、ドレン容器７４と、カバー７６と、センサ７７と、吸気口７８とを備える。
【０１３３】
ケーシング７１は、ユーザの手を挿入するための凹部の空間、すなわち手挿入部７２を形成する。水受け部７３は、ユーザの濡れた手から飛沫した水滴を受ける。ドレン容器７４は、ケーシング７１に着脱可能に取付けられており、水受け部７３が受けた水滴を蓄積する。カバー７６は、ケーシング７１と結合され、ハンドドライヤー７０の前面を構成する。
【０１３４】
ケーシング７１内には、電動送風機（図示せず）およびセンサ７７が搭載されている。電動送風機は、図１に示す単相交流モータ１０および制御装置１００を含む。制御装置１００のコントローラ１６は、ハンドドライヤー７０全体の動作を制御することが可能に構成されている。
【０１３５】
電動送風機は、単相交流モータ１０を送風モータとして駆動する。単相交流モータ１０を回転駆動すると、乾燥風が発生する。乾燥風は、ケーシング７１に設けられた送風口（図示せず）から手挿入部７２に向けて吹出される。
【０１３６】
センサ７７は、ハンドドライヤー７０にユーザが接近したことを検知する。センサ７７はさらに、手挿入部７２にユーザの手が挿入されたことを検知する。センサ７７として、たとえば、人感センサ等を用いることができる。センサ７７の検知信号は、制御装置１００のコントローラ１６に入力される。
【０１３７】
次に、ハンドドライヤー７０における電動送風機（単相交流モータ１０）の動作について説明する。
【０１３８】
電動送風機は、ハンドドライヤー７０にユーザが接近していないときには、単相交流モータ１０の駆動を休止する待機状態となっている。電動送風機の待機状態において、センサ７７は、ハンドドライヤー７０に人が接近したか否かを検知している。そして、ハンドドライヤー７０に人が接近したことを検知すると、センサ７７は、検知信号を制御装置１００のコントローラ１６に出力する。
【０１３９】
コントローラ１６は、センサ７７の検知信号をトリガとして単相交流モータ１０を起動し、単相交流モータ１０を低速回転速度で駆動する。なお、単相交流モータ１０を起動する際、コントローラ１６は、上述した起動処理を実行する。これにより、短時間で単相交流モータ１０のロータ２を所望の回転方向（第１の回転方向）に起動することができる。ロータ２が起動すると、コントローラ１６は、単相交流モータ１０を低速回転速度まで加速する。
【０１４０】
低速回転速度での駆動時において、ユーザの手が手挿入部７２に挿入されたことがセンサ７７により検知されると、コントローラ１６は、単相交流モータ１０を定常回転速度まで加速する。
【０１４１】
定常回速度での駆動時において、手挿入部７２からユーザの手が抜かれると、コントローラ１６は、単相交流モータ１０の駆動を停止せずに、所定時間、単相交流モータ１０を低速回転速度まで減速して駆動し続ける。当該所定時間の間に、次のユーザの手が手挿入部７２に挿入された場合、コントローラ１６は、単相交流モータ１０を再度、定速回転速度まで加速する。一方、当該所定時間の間に、ハンドドライヤー７０に人が接近したことが検知されない場合には、コントローラ１６は、単相交流モータ１０を停止し、電動送風機を待機状態とする。
【０１４２】
本実施の形態に従うハンドドライヤー７０では、ハンドドライヤー７０にユーザが接近したことを示す検知信号をトリガとして、単相交流モータ１０を低速回転速度で駆動する。これにより、ユーザの手が手挿入部７２に挿入された際に、単相交流モータ１０が定常回転速度に到達するまでの時間を短縮することができる。
【０１４３】
また、図１１に示した電気掃除機６１と同様に、ハンドドライヤー７０においても、単相交流モータ１０を起動するためには、大きなモータ電流が必要となる。大きなモータ電流は、消費電力の増加や部品の発熱量の増加を招く可能性がある。本実施の形態によれば、上記の起動処理を行なうことにより、起動時間を短縮することができる。これにより、大きなモータ電流が長時間にわたって流れることを抑制できるため、結果的に、起動時における消費電力および発熱量の増加を抑えることができる。
【０１４４】
なお、上記の実施の形態では、本実施の形態に従う単相交流モータ１０の制御装置１００を、電気掃除機およびハンドドライヤーに適用した構成について説明したが、本発明は、これらに限らず、単相交流モータ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、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、段ボール機械、包装機械、熱風発生機、ＯＡ機器、一般送排風用途など、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。
【０１４５】
本発明は、請求の範囲に記載された範囲内において、複数の実施形態の任意の組み合わせ、いずれかの実施形態に含まれる任意の構成要素の変形、あるいは、いずれかの実施形態に含まれる任意の構成要素の省略が可能である。
【０１４６】
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。
【符号の説明】
【０１４７】
１  回転軸、２  ロータ、３  ステータ、４  ステータコア、５  ティース、６  ステータコイル、１０  単相交流モータ、１２  電源、１４  インバータ、１６  コントローラ、１８  ＡＤＣ、２０  ゲートドライバ、２２  電流センサ、２４Ａ，２４Ｂ  磁気センサ、３０  起動処理部、３２  速度制御部、３４  電流制御部、３６  ＰＷＭ制御部、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、６６ａ  電源スイッチ、６６ｂ  加速スイッチ、６８，７７  センサ、７０  ハンドドライヤー、７１  ケーシング、７２  手挿入部、７３  水受け部、７４  ドレン容器、７６  カバー、７８  吸気口、１００  制御装置、Ｑ１〜Ｑ４  半導体スイッチング素子、Ｄ１〜Ｄ４  ダイオード。
【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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【図１３】
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【手続補正書】
【提出日】平成30年1月24日(2018.1.24)
【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】
単相交流モータの制御装置であって、
前記単相交流モータは、
複数の磁極が設けられたロータと、
回転磁界を生成するためのステータとを含み、
前記制御装置は、
前記単相交流モータの駆動電圧を前記ステータに印加するように構成されたインバータと、
前記ロータの磁極位置を検出する第１および第２の磁気センサと、
前記第１および第２の磁気センサの検出信号に基づいて、前記インバータを制御するように構成されたコントローラとを備え、
前記第１および第２の磁気センサは、前記ロータの回転方向に沿って互いに離間する位置に配置され、かつ、前記第１および第２の磁気センサの検出信号は、前記磁極位置に応じて、２値の間で論理レベルが切替わるように構成され、
静止状態の前記ロータを第１の方向に起動するための起動処理において、
前記インバータから前記ステータに第１の極性の駆動電圧を印加して前記ロータを駆動し、
前記ステータに前記第１の極性の前記電圧を印加してから、最初に、前記第１および第２の磁気センサのいずれか一方の前記検出信号の論理レベルが切替わるタイミングにおいて、前記ロータの回転方向を検出する、単相交流モータの制御装置。
【請求項２】
前記起動処理において、前記ロータの回転方向が前記第１の方向とは反対の第２の方向であると検出されたときには、前記電圧の前記第１の極性を、第２の極性に反転する、請求項１に記載の単相交流モータの制御装置。
【請求項３】
前記第１の磁気センサの前記検出信号と、前記第２の磁気センサの前記検出信号とは、論理レベルが切替わるタイミングが１／４周期ずれている、請求項１または２に記載の単相交流モータの制御装置。
【請求項４】
前記ロータの磁極数をＰとし、ｎを１以上Ｐ以下の整数とした場合、前記第１の磁気センサと前記第２の磁気センサとは、前記ロータの回転軸を中心とする同一円上に、１８０×｛１＋（２ｎ−１）｝／Ｐの角度間隔をおいて配置される、請求項１または２に記載の単相交流モータの制御装置。
【請求項５】
前記ステータに流れる電流を検出する電流センサをさらに備え、
前記第１および第２の磁気センサの前記検出信号および前記電流センサの検出信号に少なくとも基づいて、前記ロータの回転速度の可変制御を実行する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の単相交流モータの制御装置。
【国際調査報告】
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2017077574.tif 000017
2017077574.tif 000018
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