(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッテリを電源として単相モータを駆動するモータ駆動装置であって、複数のスイッチング素子を備え、前記単相モータに交流電圧を印加する単相インバータと、前記単相モータに取り付けられ、前記単相モータのロータ回転位置を検出して回転位置検出信号を出力する位置センサと、電圧指令と前記回転位置検出信号とに基づいて、複数の前記スイッチング素子をパルス幅変調制御する制御部とを備え、
前記制御部は、モータ誘起電圧を基準とする前記電圧指令の進み角である進角位相を、特定の回転数に対して、前記単相モータへの前記位置センサの取り付け位置のばらつき範囲に相当する進角調整幅内に変化させるモータ駆動装置。
【請求項２】
前記制御部には、前記回転位置検出信号と前記単相インバータの出力電圧との位相差を調整するための位相調整角が設定され、前記位相調整角と前記進角調整幅とを、前記電圧指令の演算に用いる請求項１に記載のモータ駆動装置。
【請求項３】
複数の前記スイッチング素子は金属酸化膜半導体電界効果型トランジスタであり、
前記制御部は、前記単相インバータに還流電流が流れるタイミングでは、前記還流電流がボディダイオードに流れる前記金属酸化膜半導体電界効果型トランジスタをオンに制御する請求項１に記載のモータ駆動装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記パルス幅変調制御を行うためのパルス幅変調信号を、ユニポーラ変調によって生成する請求項１から３の何れか一項に記載のモータ駆動装置。
【請求項５】
起動時には、前記電圧指令の振幅である電圧振幅指令に予め設定した一定の第１電圧を付与し、加速後の定常運転時には、第１電圧よりも大きな一定の第２電圧を付与する請求項１から４の何れか一項に記載のモータ駆動装置。
【請求項６】
前記制御部は、低速回転域と高速回転域の境界を決める第１回転速度を設定し、
前記単相モータの回転速度が前記第１回転速度以下の場合には、前記パルス幅変調制御の変調率を１以下に設定し、前記回転速度が前記第１回転速度を超えた場合には、前記変調率を、１を超える値に設定する請求項１から４の何れか一項に記載のモータ駆動装置。
【請求項７】
複数の前記スイッチング素子の内の少なくとも一つはワイドバンドギャップ半導体で形成されている請求項１から６の何れか一項に記載のモータ駆動装置。
【請求項８】
前記ワイドバンドギャップ半導体は、炭化珪素、窒化ガリウム又はダイヤモンドである請求項７に記載のモータ駆動装置。
【請求項９】
請求項１から８の何れか１項に記載のモータ駆動装置を備えた電動送風機。
【請求項１０】
請求項９に記載の電動送風機を備えた電気掃除機。
【請求項１１】
複数の前記スイッチング素子が搭載されている基板が、前記電動送風機が発生する風流の通路に設置されている請求項１０に記載の電気掃除機。
【請求項１２】
請求項９に記載の電動送風機を備えたハンドドライヤ。
【請求項１３】
複数の前記スイッチング素子が搭載されている基板が、前記電動送風機が発生する風流の通路に設置されている請求項１２に記載のハンドドライヤ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、単相モータを駆動するモータ駆動装置、モータ駆動装置によって駆動される単相モータを搭載した電動送風機、電気掃除機及びハンドドライヤに関する。
【背景技術】
【０００２】
単相モータには、相数が３つの三相モータと比較して以下の利点がある。
（１）三相モータには三相インバータを用いる必要があるのに対し、単相モータには、三相インバータよりも構成が簡素化された単相インバータを用いればよい。
（２）フルブリッジインバータを用いた三相インバータは６つのスイッチング素子が必要であるのに対し、単相モータは、フルブリッジインバータを用いたとしても、４つのスイッチング素子で構成できる。
（３）上記（１）及び（２）の特徴により、単相モータを用いた装置は、三相モータを用いた装置に比べて、小型化が可能である。【０００３】
単相モータを単相インバータで駆動する場合、単相インバータには、単相モータに流れる電流の高調波成分を低減することが求められる。【０００４】
特許文献１には、高調波成分を低減するため、単相モータに供給する電圧を制御することによって、単相モータに流す電流を正弦波に制御するパルス幅変調（Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｒａｔｉｏｎ：ＰＷＭ）制御する技術が開示されている。単相モータに流れる電流は、以下では単に「モータ電流」と称する場合がある。【０００５】
特許文献２には、位置センサ信号の切り替わりに応じて出力電圧パルスを切り替える方法が開示されている。【０００６】
特許文献３には、三相のセンサレスＤＣブラシレスモータの制御駆動装置において、直流電流を検出して得た消費電力の値に応じて、通電位相の遅延角度を変化させることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１２−２５７４５７号公報
【特許文献２】特許第５５２４９２５号
【特許文献３】特許第３１８３０７１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら電気掃除機に搭載されるモータのように、小径でありかつ高速回転が要求されるモータを駆動するモータ駆動装置では、位置センサの取り付け位置にずれが生じた場合、位置センサ信号とモータ誘起電圧との間に位相差が生じてしまい、駆動回転数にばらつきが発生する。特許文献１，２，３には、このような位相差に起因した駆動回転数のばらつきを抑制する方法が開示されていないといった課題があった。【０００９】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、バッテリから供給される電力で駆動する単相モータを使用する場合でも位置センサの位置ずれに起因した駆動回転数のばらつきを抑制できるモータ駆動装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
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駆動装置は、バッテリを電源として単相モータを駆動するモータ駆動装置であって、複数のスイッチング素子を備え、単相モータに交流電圧を印加する単相インバータと、単相モータに取り付けられ、単相モータのロータ回転位置を検出して回転位置検出信号を出力する位置センサと、電圧指令と回転位置検出信号とに基づいて、複数のスイッチング素子をパルス幅変調制御する制御部とを備え、制御部には、回転位置検出信号と単相インバータの出力電圧との位相差を調整するための位相調整角と、単相モータへの位置センサの取り付け位置のばらつき範囲に相当する進角調整幅とが設定され、制御部は、位相調整角と進角調整幅とを用いて、電圧指令の演算に用いられ特定の回転数に対する進角位相を設定する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係るモータ駆動装置は、バッテリから供給される電力で駆動する単相モータを使用する場合でも位置センサの位置ずれに起因した駆動回転数のばらつきを抑制できる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施の形態に係るモータ駆動装置を含むモータ駆動システムの構成を示すブロック図
【図２】図１に示す単相インバータの回路構成図
【図３】ＰＷＭ信号を生成するための機能構成を示す図
【図４】図３に示すキャリア比較部及びキャリア生成部の詳細に示す図
【図５】図４に示される正側の電圧指令と、負側の電圧指令と、ＰＷＭ信号と、モータ印加電圧とのそれぞれの波形例を示すタイムチャート
【図６】変調率に応じたインバータ出力電圧の変化を示す図
【図７】図３及び図４に示したキャリア生成部及びキャリア比較部へ入力される進角位相を算出するための機能構成を示す図
【図８】進角位相の算出方法の一例を示す図
【図９】位置センサとステータとロータとの位置関係を示す第１の図
【図１０】位置センサとステータとロータとの位置関係を示す第２の図
【図１１】位置センサ信号とモータ誘起電圧とを示す図
【図１２】進角位相を決定するための動作を説明するフローチャート
【図１３】位置センサ信号と、ロータ機械角と、基準位相と、電圧指令との関係を示す図
【図１４】電圧振幅指令の時間変化を示す図
【図１５】インバータ出力電圧の極性によるモータ電流の経路を示す第１の図
【図１６】インバータ出力電圧の極性によるモータ電流の経路を示す第２の図
【図１７】インバータ出力電圧の極性によるモータ電流の経路を示す第３の図
【図１８】実施の形態に係るモータ駆動装置を備えた電気掃除機の構成図
【図１９】実施の形態に係るモータ駆動装置を備えたハンドドライヤの構成図
【図２０】実施の形態に係るモータ駆動装置における変調制御を説明するための図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、本発明の実施の形態に係るモータ駆動装置、電動送風機、電気掃除機及びハンドドライヤ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。
【００１４】
実施の形態．
図１は実施の形態に係るモータ駆動装置を含むモータ駆動システムの構成を示すブロック図である。図１に示すモータ駆動システム１は、単相モータ１２と、単相モータ１２に交流電力を供給して単相モータ１２を駆動するモータ駆動装置２と、モータ駆動装置２に直流電力を供給する直流電源である電源１０と、電源１０からモータ駆動装置２に出力される直流電圧Ｖｄｃを検出する電圧センサ２０と、単相モータ１２に内蔵されるロータ１２ａ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とを備える。
【００１５】
単相モータ１２は不図示の電動送風機を回転させる回転電機として利用され、当該電動送風機及び単相モータ１２は、電気掃除機及びハンドドライヤといった装置に搭載される。
【００１６】
なお本実施の形態では電圧センサ２０が直流電圧Ｖｄｃを検出しているが、電圧センサ２０の検出対象は、電源１０から出力される直流電圧Ｖｄｃに限定されず、モータ駆動装置２の出力電圧であるインバータ出力電圧でもよい。「インバータ出力電圧」は後述する「モータ印加電圧」と同義である。
【００１７】
モータ駆動装置２は、単相モータ１２に接続され、単相モータ１２に交流電圧を印加する単相インバータ１１と、電圧センサ２０により検出された直流電圧Ｖｄｃであるアナログデータをディジタルデータに変換するアナログディジタル変換器３０とを備える。
【００１８】
またモータ駆動装置２は、ＰＷＭ信号Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４を生成する制御部２５と、制御部２５から出力されたＰＷＭ信号Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４に基づいて単相インバータ１１内のスイッチング素子を駆動するための駆動信号を生成する駆動信号生成部３２と、を備える。制御部２５は、アナログディジタル変換器３０で変換された直流電圧と、位置センサ２１から出力された回転位置検出信号である位置センサ信号２１ａと、図示しない装置から出力される回転速度の指令値である回転数指令とに基づいて、ＰＷＭ信号Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４を生成する。位置センサ信号２１ａは、ロータ１２ａで発生する磁束の方向に応じて変化する二値のディジタル信号であり、制御部２５に入力される。
【００１９】
制御部２５は、プロセッサ３１、キャリア生成部３３及びメモリ３４を有する。プロセッサ３１は、ＰＷＭ制御によりＰＷＭ信号Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４を生成する。
【００２０】
プロセッサ３１は、ＰＷＭ制御及び進角制御に関する各種演算を行う処理部である。後述するキャリア比較部３８の機能と、回転速度算出部４２の機能と、進角位相算出部４４の機能は、プロセッサ３１によって実現される。プロセッサ３１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、又はＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）と称されるものでもよい。
【００２１】
メモリ３４には、プロセッサ３１によって読みとられるプログラムが保存される。メモリ３４は、プロセッサ３１が演算処理を行う際の作業領域として使用される。メモリ３４は、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Ｅｒａｓａｂｌｅ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  ＲＯＭ）、ＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ  ＥＰＲＯＭ）といった不揮発性又は揮発性の半導体メモリが一般的である。キャリア生成部３３の構成の詳細は後述する。
【００２２】
駆動信号生成部３２は、プロセッサ３１から出力されたＰＷＭ信号Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４を、単相インバータ１１を駆動するための駆動信号に変換して、単相インバータ１１に出力する。
【００２３】
単相モータ１２はブラシレスモータである。単相モータ１２のロータ１２ａには、図示しない複数個の永久磁石が周方向に配列されている。これらの複数個の永久磁石は、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１２ａの複数個の磁極を形成する。単相モータ１２のステータ１２ｂには図示しない巻線が巻まかれている。当該巻線に流れる交流電流が前述した「モータ電流」に相当する。本実施の形態ではロータ１２ａの磁極数が４極とされるが、ロータ１２ａの磁極数は４極以外でもよい。
【００２４】
図２は図１に示す単相インバータの回路構成図である。単相インバータ１１は、ブリッジ接続された複数のスイッチング素子５１，５２，５３，５４を有する。高電位側に位置する２つのスイッチング素子５１，５３のそれぞれは、上アームのスイッチング素子と称される。低電位側に位置する２つのスイッチング素子５２，５４のそれぞれは、下アームのスイッチング素子と称される。スイッチング素子５１とスイッチング素子５２との接続端、及びスイッチング素子５３とスイッチング素子５４との接続端は、ブリッジ回路における交流端を構成し、これらの交流端には単相モータ１２が接続される。
【００２５】
複数のスイッチング素子５１，５２，５３，５４のそれぞれは、金属酸化膜半導体電界効果型トランジスタであるＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｆｉｅｌｄ−Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）が使用される。ＭＯＳＦＥＴはＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ−Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）の一例である。
【００２６】
スイッチング素子５１には、スイッチング素子５１のドレインとソースとの間に並列接続されるボディダイオード５１ａが形成される。スイッチング素子５２には、スイッチング素子５２のドレインとソースとの間に並列接続されるボディダイオード５２ａが形成される。スイッチング素子５３には、スイッチング素子５３のドレインとソースとの間に並列接続されるボディダイオード５３ａが形成される。スイッチング素子５４には、スイッチング素子５４のドレインとソースとの間に並列接続されるボディダイオード５４ａが形成される。複数のボディダイオード５１ａ，５２ａ，５３ａ，５４ａのそれぞれは、ＭＯＳＦＥＴの内部に形成される寄生ダイオードであり、還流ダイオードとして使用される。
【００２７】
複数のスイッチング素子５１，５２，５３，５４の内の少なくとも一つは、シリコン系材料により形成されたＭＯＳＦＥＴに限定されず、炭化珪素、窒化ガリウム系材料又はダイヤモンドといったワイドバンドギャップ半導体により形成されたＭＯＳＦＥＴでもよい。
【００２８】
一般的にワイドバンドギャップ半導体はシリコン半導体に比べて耐電圧および耐熱性が高い。そのため、複数のスイッチング素子５１，５２，５３，５４の内の少なくとも一つにワイドバンドギャップ半導体を用いることにより、スイッチング素子の耐電圧性及び許容電流密度が高くなり、スイッチング素子を組み込んだ半導体モジュールを小型化できる。またワイドバンドギャップ半導体は、耐熱性も高いため、半導体モジュールで発生した熱を放熱するための放熱部の小型化が可能であり、また半導体モジュールで発生した熱を放熱する放熱構造の簡素化が可能である。
【００２９】
図３はＰＷＭ信号を生成するための機能構成を示す図である。図４は図３に示すキャリア比較部及びキャリア生成部の詳細に示す図である。前述したように、ＰＷＭ信号Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４を生成する機能は、図３に示すキャリア生成部３３及びキャリア比較部３８によって実現できる。
【００３０】
図３においてキャリア比較部３８には、後述する電圧指令Ｖｍを生成するときに用いる進角制御された進角位相θｖと基準位相θｅとが入力される。基準位相θｅは、ロータ１２ａの基準位置からの角度であるロータ機械角θｍを電気角に換算した位相である。ここで、「進角位相」とは、電圧指令の「進み角」である「進角」を位相で表したものである。また、ここでいう「進み角」とは、単相インバータ１１がステータ巻線に印加するモータ印加電圧と、図示しないステータ巻線に誘起されるモータ誘起電圧との間の位相差である。なお、モータ印加電圧がモータ誘起電圧よりも進んでいるときに「進み角」は正の値をとる。
【００３１】
またキャリア比較部３８には、進角位相θｖ及び基準位相θｅ以外にも、キャリア生成部３３で生成されたキャリアと、直流電圧Ｖｄｃと、電圧指令Ｖｍの振幅値である電圧振幅指令Ｖ*とが入力される。キャリア比較部３８は、キャリア、進角位相θｖ、基準位相θｅ、直流電圧Ｖｄｃ及び電圧振幅指令Ｖ*に基づいて、ＰＷＭ信号Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４を生成する。
【００３２】
キャリア生成部３３には、キャリアの周波数であるキャリア周波数ｆＣ［Ｈｚ］が設定される。キャリア周波数ｆＣの矢印の先には、キャリア波形の一例として、“０”と“１”との間を上下する三角波キャリアが示される。なお単相インバータ１１のＰＷＭ制御には、同期ＰＷＭ制御と非同期ＰＷＭ制御とがあるが、非同期ＰＷＭ制御の場合、進角位相θｖにキャリアを同期させる必要はない。
【００３３】
キャリア比較部３８は、図４に示すように、絶対値演算部３８ａ、除算部３８ｂ、乗算部３８ｃ、乗算部３８ｄ、乗算部３８ｆ、加算部３８ｅ、比較部３８ｇ、比較部３８ｈ、出力反転部３８ｉ及び出力反転部３８ｊを有する。
【００３４】
絶対値演算部３８ａでは、電圧振幅指令Ｖ*の絶対値｜Ｖ*｜が演算される。除算部３８ｂでは、絶対値｜Ｖ*｜が、電圧センサ２０で検出された直流電圧Ｖｄｃによって除算される。電源１０がバッテリである場合、バッテリ電圧が変動するが、絶対値｜Ｖ*｜を直流電圧Ｖｄｃで除算することにより、バッテリ電圧の低下によってモータ印加電圧が低下しないように、変調率を増加させることができる。
【００３５】
乗算部３８ｃでは、基準位相θｅ及び進角位相θｖの正弦値が演算され、演算された進角位相θｖの正弦値が除算部３８ｂの出力に乗算される。乗算部３８ｄでは、乗算部３８ｃの出力である電圧指令Ｖｍに１／２が乗算される。加算部３８ｅでは、乗算部３８ｄの出力に１／２が加算される。乗算部３８ｆでは、加算部３８ｅの出力に−１が乗算される。ここで、加算部３８ｅの出力は、複数のスイッチング素子５１，５２，５３，５４の内、上アームの２つのスイッチング素子５１，５３を駆動するための正側の電圧指令Ｖｍとして比較部３８ｇに入力され、乗算部３８ｆの出力は、下アームの２つのスイッチング素子５２，５４を駆動するための負側の電圧指令Ｖｍ２として比較部３８ｈに入力される。
【００３６】
比較部３８ｇの出力はスイッチング素子５１へのＰＷＭ信号Ｑ１となり、比較部３８ｇの出力を反転した出力反転部３８ｉの出力はスイッチング素子５２へのＰＷＭ信号Ｑ２となる。同様に、比較部３８ｈの出力はスイッチング素子５３へのＰＷＭ信号Ｑ３となり、比較部３８ｈの出力を反転した出力反転部３８ｊの出力はスイッチング素子５４へのＰＷＭ信号Ｑ４となる。出力反転部３８ｉにより、スイッチング素子５１とスイッチング素子５２とが同時にオンすることはなく、出力反転部３８ｊにより、スイッチング素子５３とスイッチング素子５４とが同時にオンすることはない。
【００３７】
図５は図４に示される正側の電圧指令と、負側の電圧指令と、ＰＷＭ信号と、モータ印加電圧とのそれぞれの波形例を示すタイムチャートである。図５には上から順に、加算部３８ｅから出力される電圧指令Ｖｍ１の波形と、乗算部３８ｆから出力される電圧指令Ｖｍ２の波形と、ＰＷＭ信号Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４の波形と、モータ印加電圧の波形とが示される。電圧指令Ｖｍ１，Ｖｍ２を使用することによりＰＷＭ信号Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４が生成される。図１に示されるモータ駆動装置２は、ＰＷＭ信号Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４を使用して単相インバータ１１内の複数のスイッチング素子５１，５２，５３，５４を制御することにより、図５に示されるようなモータ印加電圧、すなわちＰＷＭ制御された電圧パルスを、単相モータ１２に印加する。
【００３８】
ところでＰＷＭ信号Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４を生成する際に使用する変調方式としては、正又は負の電位で変化する電圧パルスを出力するバイポーラ変調と、電源半周期ごとに３つの電位で変化する電圧パルス、すなわち正の電位と負の電位と零の電位とに変化する電圧パルスを出力するユニポーラ変調とが知られている。図５に示した波形はユニポーラ変調によるものである。実施の形態に係るモータ駆動装置２には何れの変調方式を用いてもよい。なお、モータ電流波形をより正弦波に制御する必要がある用途では、バイポーラ変調よりも、高調波含有率が少ないユニポーラ変調を採用することが好ましい。
【００３９】
図６は変調率に応じたインバータ出力電圧の変化を示す図である。図６の上段部には、変調率＝１．０である場合の電圧指令Ｖｍとキャリアとインバータ出力電圧とが示される。図６の中段部には、変調率＝１．２である場合の電圧指令Ｖｍとキャリアとインバータ出力電圧とが示される。図６の下段部には、変調率＝２．０である場合の電圧指令Ｖｍとキャリアとインバータ出力電圧とが示される。
【００４０】
図４で説明したように、電圧指令Ｖｍ１は比較部３８ｇにおいてキャリアと比較され、電圧指令Ｖｍ２は比較部３８ｈにおいてキャリアと比較される。電圧指令Ｖｍ１，２がキャリアよりも大きいときは、単相インバータ１１のスイッチング素子がオンとなり、電圧指令Ｖｍ１，２がキャリアよりも小さいときは、単相インバータ１１のスイッチング素子がオフとなる。このため図４に示すようにＰＷＭ制御されたインバータ出力電圧が単相モータ１２に印加される。
【００４１】
変調率の定義は種々なものが存在するが、ここでは、電圧振幅指令Ｖ*と三角波キャリアの振幅との比率、すなわち「電圧振幅指令Ｖ*／三角波キャリア振幅」を変調率と定義する。図６の上段部には、変調率＝１．０の場合の波形が示されるが、変調率が１．０未満の場合も同様な波形となる。変調率が１．０未満の場合、三角波キャリアの周波数に応じてインバータ出力電圧が生成されるため、インバータ出力電圧もキャリア周波数に応じた電圧パルスが出力される。
【００４２】
一方、変調率が１．０を超える場合、図６の中段部及び下段部に示すような波形となる。なお、変調率が１．０を超える場合は「過変調」と称され、変調率が１．０を超える領域は「過変調領域」と称される。過変調領域では、電圧指令Ｖｍがキャリアの振幅を超えるため、キャリア周波数に応じてインバータ駆動信号を生成することができない区間が発生する。この区間では、インバータ出力電圧は、正の電源電圧又は負の電源電圧に固定されるため、インバータ出力電圧は変調率１のときに比べ、大きな出力電圧を得ることができる。
【００４３】
ここで図１に示す電源１０にバッテリが用いられている場合の問題点を説明する。バッテリは構造として内部インピーダンスを有しており、バッテリ出力電圧は、バッテリから出力される電流に応じて大きく変化する。具体的には、２０［Ｖ］のバッテリにおいて、２０［Ａ］の電流を流した場合、バッテリ出力電圧はおよそ１９．５［Ｖ］まで低下することが知られている。また前述した変調率が１以上の領域の場合、出力電圧パルスが少なくなることで、電圧指令に対して出力電圧が正確に得られないという問題が生じる。さらに、インバータによるスイッチングの影響により、バッテリ電流は脈動した電流となるため、バッテリから出力される電圧も脈動することが知られている。それらの問題に対して、進角を一定とすることなく逐次変化させることによって、バッテリからインバータに供給される電圧のばらつきと、インバータが出力する電圧のばらつきとの両方を抑制することができる。
【００４４】
次に本実施の形態における進角制御について説明する。図７は図３及び図４に示したキャリア生成部及びキャリア比較部へ入力される進角位相を算出するための機能構成を示す図である。進角位相θｖを算出するための機能は、図７に示すように回転速度算出部４２及び進角位相算出部４４によって実現できる。
【００４５】
回転速度算出部４２は、位置センサ信号２１ａに基づいて単相モータ１２の回転速度ωを算出し、さらにロータ１２ａの基準位置からの角度であるロータ機械角θｍを電気角に換算した基準位相θｅを算出する。進角位相算出部４４は、回転速度算出部４２が算出した回転速度ω及び基準位相θｅの情報に基づいて、進角位相θｖを算出する。
【００４６】
図８は進角位相の算出方法の一例を示す図である。図８の横軸は回転数であり、図８の縦軸は進角位相である。進角位相θｖは、図８に示すように、回転数Ｎの増加に対して進角位相θｖが増加する関数を用いて決定することができる。図８の例では、１次の線形関数により進角位相θｖを決定しているが、これに限らず、回転数の増加に応じて進角位相θｖが大きくなる関係であれば、１次の線形関数以外の関数を用いてもよい。進角調整幅Δθｄｅｌは、位置センサ２１の取り付け位置のばらつき範囲を示す。
【００４７】
図９は位置センサとステータとロータとの位置関係を示す第１の図である。図１０は位置センサとステータとロータとの位置関係を示す第２の図である。
【００４８】
図９及び図１０には、複数のティース１２ｂ１と、複数のティース１２ｂ１の中央に配置されるロータ１２ａと、位置センサ２１とが示される。中心線ＣＬは、ロータ１２ａの回転方向Ｄ１に隣接する２つのティース１２ｂ１の間の中心と、ロータ１２ａの中心軸ＡＸとを通る線である。
【００４９】
図９に示される位置センサ２１は２つのティース１２ｂ１の間に配置され、位置センサ２１の回転方向Ｄ１における中心は中心線ＣＬと一致する。図１０に示される位置センサ２１は２つのティース１２ｂ１の間に配置され、位置センサ２１の回転方向Ｄ１における中心は中心線ＣＬからずれている。
【００５０】
一般的にモータ制御では、隣接するティース１２ｂ１の間の中心と位置センサ２１の中心とが一致するように位置センサ２１が配置されていることを想定して、位相演算が行われる。ただし実際の単相モータ１２の組み立て工程では、位置センサ２１の中心が隣接するティース１２ｂ１の間の中心からずれた位置で、位置センサ２１が固定される。そのため、この位置のずれ量によって、位置センサ信号２１ａと誘起電圧との間には、位相のずれ、すなわち位相差が発生する。なお位置センサ２１の中心が、隣接するティース１２ｂ１の間の中心からずれていることが予め分かっている場合、そのずれ量が考慮されて位相の算出が行われる。
【００５１】
図１１は位置センサ信号とモータ誘起電圧とを示す図である。点線のモータ誘起電圧の波形は、図９に示すように、隣接するティース１２ｂ１の間の中心と位置センサ２１の中心とが一致するように位置センサ２１が配置されている場合、すなわち位置ずれが生じていない場合の波形である。実線のモータ誘起電圧の波形は、図１０に示すように、隣接するティース１２ｂ１の間の中心と位置センサ２１の中心とがずれるように位置センサ２１が配置されている場合、すなわち位置ずれが生じている場合の波形である。図１１では、位置ずれが生じていない場合を「位置ずれなし」と表記され、位置ずれが生じている場合を「位置ずれ」と表記される。
【００５２】
位置ずれが生じていない場合、位置センサ信号２１ａのエッジとモータ誘起電圧のゼロクロス点とは一致し、位相差が０となる。なお位置センサ信号２１ａのエッジは、信号の立ち上がり時点又は信号の立ち下がり時点を示す。ところが位置センサ２１の位置ずれが生じている場合、位置センサ信号２１ａのエッジとモータ誘起電圧のゼロクロス点とは一致せず、位置センサ信号とモータ誘起電圧との間に位相差が生じる。
【００５３】
位置センサ２１の位置ずれに起因するモータ制御への影響は、制御対象である単相モータ１２に設けられたロータ１２ａのロータ径と、ロータ１２ａが備える磁極数とに応じて、その度合いが変化する。ロータ径が小さくなるほど、ロータ外周面の円弧の距離に応じた位相の変化が大きい。また磁極数が多くなるほど、ロータ１２ａの１回転中の電気角変化率が大きくなる。そのためロータ径が小さく、かつ、磁石の磁極数が多くなるほど、位相差が大きくなる。
【００５４】
上記より、位置ずれに起因して誘起電圧と位置センサ信号２１ａとの位相差が発生することで、モータ制御上設定された回転数に対する進角位相を与えられても、実際とは異なる位相でモータに電圧が印加される。異なる位相で電圧を印加された場合、回転数が特定の値まで増加しないといった問題が発生する。
【００５５】
ここで、特定の回転数に到達しない場合、位相を進角調整幅Δθｄｅｌの範囲で変化させ、予め設定した回転数になる位相で固定させるという方法を用いることにより、位置センサ２１の位置ずれが発生したときでも、特定の回転数を得ることができる。
【００５６】
また、予め複数のモータを利用して、複数のモータのそれぞれの誘起電圧と位置センサ信号２１ａとの位相差を把握することによって、位置センサ２１の位置ずれの最大値を進角調整幅Δθｄｅｌとすることができる。このように進角調整幅Δθｄｅｌの最大値を設定しない場合、モータ制御では、回転数を進角調整幅Δθｄｅｌの最大値よりも上げようとするため、制御が破綻するおそれが有る。従って進角調整幅Δθｄｅｌを予め決定することにより、安定した制御を実現できる。
【００５７】
図１２は進角位相を決定するための動作を説明するフローチャートである。制御部２５は、位置センサ２１のエッジ間の時間に応じて決定される回転数を演算する（Ｓ１）。制御部２５は、演算された回転数と設定された目標回転数と比較する（Ｓ２）。
【００５８】
現在の回転数が目標回転数以下の場合（ステップＳ２，Ｙｅｓ）、制御部２５は、位相調整角θａｄｊに予め決められた位相調整角Δθａｄｊを加算することにより、位相調整角θａｄｊを更新する（Ｓ３）。
【００５９】
現在の回転数が目標回転数を超えている場合（ステップＳ２，Ｎｏ）、制御部２５は、位相調整角θａｄｊから位相調整角Δθａｄｊを差し引くことにより、位相調整角θａｄｊを更新する（Ｓ４）。
【００６０】
次に制御部２５は、位相調整角θａｄｊと進角調整幅Δθｄｅｌを比較する（Ｓ５）。位相調整角θａｄｊが進角調整幅Δθｄｅｌ以上の場合（ステップＳ５，Ｙｅｓ）、制御部２５は、位相調整角θａｄｊが進角調整幅Δθｄｅｌよりも大きくならないようするため、位相調整角θａｄｊを進角調整幅Δθｄｅｌに固定（Ｓ６）し、Ｓ３又はＳ４で求められた位相調整角θａｄｊを進角位相θｖに加算する（Ｓ７）。これにより制御部２５は、最終的な電圧指令Ｖｍを導出する（Ｓ８）。
【００６１】
位相調整角θａｄｊが進角調整幅Δθｄｅｌ未満の場合（ステップＳ５，Ｎｏ）、制御部２５は、Ｓ７の処理を実行して、最終的な電圧指令Ｖｍを導出する（Ｓ８）。
【００６２】
これらの進角位相θｖの設定により、現在の回転数が目標回転数よりも低い場合には位相を進めることで回転数を大きくし、現在の回転数が目標回転数よりも高い場合には位相を遅らせることで回転数を小さくすることができる。
【００６３】
本実施の形態では回転数が目標回転数に追従するような制御をする場合の例を説明したが、本実施の形態の制御例は、回転数が目標回転数に追従するような制御に限定されず、最大回転数を得るように進角位相θｖを調整する制御でもよい。
【００６４】
三相のセンサレスＤＣブラシレスモータにおいては、ロータの位置を直接検出することができず、モータ電流からロータ回転位置を推定する方式が一般的に用いられている。この場合、推定されたロータ回転位置と実際のロータ回転位置との誤差が発生するため、モータ制御で進角を調整することは公知である。
【００６５】
一方、位置センサ付ＤＣブラシレスモータでは、位置センサ信号を直接読むことができるため、磁極間の位置把握が可能となる。ロータ回転位置を把握することが容易となるため、位置センサ付ＤＣブラシレスモータでは、位置センサ２１の取り付け位置のばらつきに起因する補正を、モータ制御で実施する事例は少ない。位置センサ付ＤＣブラシレスモータで進角補正をすることによって、位置センサ２１の取り付け位置のばらつきに起因するモータ制御への影響が抑制され、ロータ位置に応じた高精度な制御を実現することができる。
【００６６】
バッテリ電圧が満充電に近い状態であるとき、バッテリから出力可能な電力も大きいため、インバータによって、バッテリから最大に近い状態で電力を取り出そうとした場合、変調率が１を超えて、出力電圧誤差が大きくなる。その状態においては、制御部２５は、進角位相による回転数変動の影響が大きくなるため、位相調整角θａｄｊを小さくする。また、バッテリ電圧が低下した場合、放電電流の制限により最大出力電力が低下してしまう。そこで制御部２５は、バッテリ電圧が低下した場合には位相調整角θａｄｊを大きくすることで、最大回転数になるまでの時間を早くすることができる。
【００６７】
図１３は位置センサ信号と、ロータ機械角と、基準位相と、電圧指令との関係を示す図である。図１３の最下段部には、ロータ１２ａが時計方向に回転したときのロータ機械角θｍが０°、４５°、９０°、１３５°及び１８０°である単相モータ１２が示される。単相モータ１２のロータ１２ａには４つの磁石が設けられている。ロータ１２ａの外周に４つのティース１２ｂ１が設けられている。ロータ１２ａが時計方向に回転した場合、制御部２５では、ロータ機械角θｍに応じた位置センサ信号２１ａが検出され、検出された位置センサ信号２１ａに応じて電気角に換算された基準位相θｅが算出される。
【００６８】
図１３の中段部に「例１」として示される電圧指令Ｖｍは、進角位相θｖ＝０の場合の電圧指令である。進角位相θｖ＝０の場合、基準位相θｅと同相の正弦波状の電圧指令Ｖｍが出力される。このときの電圧指令Ｖｍの振幅は、前述した電圧振幅指令Ｖ*に基づいて決定される。
【００６９】
図１３の中段部に「例２」として示される電圧指令Ｖｍは、進角位相θｖ＝π／４の場合の電圧指令である。進角位相θｖ＝π／４の場合、基準位相θｅから進角位相θｖの成分、すなわちπ／４進めた正弦波状の電圧指令Ｖｍが出力される。
【００７０】
次に、電圧振幅指令Ｖ*の与え方について説明する。図１４は電圧振幅指令の時間変化を示す図である。本実施の形態において、電圧振幅指令Ｖ*は、図示のように、時間ｔに応じて段階的に変化する動作態様とする。具体的に説明すると、まず、起動時には予め設定した一定の第１電圧Ｖ１が与えられ、加速後の定常運転時には、第１電圧Ｖ１よりも大きな一定の第２電圧Ｖ２が与えらる。また、第１電圧Ｖ１から第２電圧Ｖ２に変化させる加速時には、予め設定した加速レートが得られるように電圧振幅指令Ｖ*を上昇させる。すなわち、本実施の形態では、起動時及び定常運転時には、電圧振幅指令Ｖ*を一定とするように制御している。なお、起動時において、第１電圧Ｖ１を与える時間τ１は制御系の安定時間を考慮した任意の時間を設定することができる。
【００７１】
次に、電圧振幅指令Ｖ*が一定であることの効果について説明する。定常運転時において、電圧振幅指令Ｖ*を一定に制御することにより、以下の効果が得られる。
【００７２】
（１）負荷が急変した場合においても位置センサ信号２１ａから検出された位相を元に、一定の電圧指令を出力できる。
（２）回転数が変動した場合においても電圧指令に影響が及ばないため、出力電圧を安定に保つことができる。
【００７３】
上記の効果は、電気掃除機のように、電気掃除機の吸込口と床面との接触面積に応じて負荷が変動するアプリケーションの場合に有効である。
【００７４】
一般的な電動送風機で実施されている回転数一定制御では、モータに過電流が流れる場合がある。過電流が流れる理由は、負荷変動の際に回転数を一定に保とうとするため、電流が急激に変動するからである。より詳細に説明すると、「負荷が軽い状態」すなわち「負荷トルクが小さい状態」から、「負荷が重い状態」すなわち「負荷トルクが大きい状態」に遷移した際に回転数一定制御を行うと、同一回転数を維持しようしてモータ出力トルクを大きくしなければならず、モータ電流の変化量が大きくなるからである。
【００７５】
一方、本実施の形態の制御では、前述したように、定常運転時において、電圧振幅指令Ｖ*を一定とする制御を行っている。ここで、電圧振幅指令Ｖ*を一定とする場合、負荷が重くなった際には、電圧振幅指令Ｖ*は変化させないので、負荷トルクが大きくなった分、モータ回転数は低下する。この制御により、モータ電流の急峻な変化と過電流とを防止できるので、安定して回転する電動送風機及び電機掃除機を実現することができる。
【００７６】
なお、電動送風機の場合、負荷トルクは、モータの負荷である羽根の回転数の増加によって増加すると共に、風路の径が広くなることでも増加する。風路の径とは、電機掃除機を例とした場合、吸込口の広さを表している。風路の径が広いとき、吸込口に何も接触していない場合、風を吸い込む力が必要となるため、同一回転数で羽根が回転している際の負荷トルクは大きくなる。一方、風路の径が狭いとき、吸込口が何かと接触して塞がれている状態では、風を吸い込む力が必要なくなるため、同一回転数で羽根が回転している際の負荷トルクは小さくなる。
【００７７】
次に、進角制御による効果について説明する。まず、回転数の増加に応じて進角位相θｖを増加させるようにすれば、回転数範囲を広げることができる。進角位相θｖを０とした場合には、モータ印加電圧とモータ誘起電圧とが釣り合う所で回転数が飽和する。回転数を更に増加させるためには、進角位相θｖを進め、電機子反作用によるステータに発生させる磁束を弱めることでモータ誘起電圧を抑制し、回転数を増加させる。よって、進角位相θｖを回転数に応じて選択することで、広い回転数領域を得ることができる。
【００７８】
次に、進角制御に進角調整幅Δθｄｅｌを設けることによる効果について説明する。まず、進角調整幅Δθｄｅｌを設けることで、製造時に位置センサ２１の位置ずれが生じた場合においても、安定して特定の回転数を得ることができる。また、位置センサ固有の感度の特性ずれが発生した場合においても特定の回転数を得ることができる。よって、製造工程上で位置センサ２１の取り付け位置のばらつきを無くすように調整するためのコストの発生を抑制できる。
【００７９】
本実施の形態による進角制御御を電気掃除機に適用する場合には、吸込口の塞ぎ状態の変化によらず、すなわち負荷トルクに関係なく、電圧指令を一定とし、回転速度の増加に応じて電圧指令の進み角である進角位相θｖを増加させるようにすればよい。このように制御すれば、広い回転速度範囲において安定した駆動が可能となる。また、進角調整幅を設けることにより、位置センサ２１の位置ずれが発生した場合においても駆動回転数に与える影響を抑制することができる。
【００８０】
次に、本実施の形態における損失低減手法について説明する。図１５はインバータ出力電圧の極性によるモータ電流の経路を示す第１の図である。図１６はインバータ出力電圧の極性によるモータ電流の経路を示す第２の図である。図１７はインバータ出力電圧の極性によるモータ電流の経路を示す第３の図である。
【００８１】
インバータ出力電圧の極性が正の場合、図１５の太実線（ａ）で示すように、電流は、第１相の上アームであるスイッチング素子５１のチャネルを通って単相モータ１２に流れ込み、第２相の下アームであるスイッチング素子５４のチャネルを通って単相モータ１２から流れ出す。また、インバータ出力電圧の極性が負の場合、図１５の太破線（ｂ）で示すように、電流は、第２相の上アームであるスイッチング素子５３のチャネルを通って単相モータ１２に流れ込み、第１相の下アームであるスイッチング素子５２のチャネルを通って単相モータ１２から流れ出す。
【００８２】
次に、インバータ出力電圧が零、すなわち単相インバータ１１から零電圧が出力された場合の電流経路について説明する。正のインバータ出力電圧が生成された後にインバータ出力電圧が零になると、図１６の太実線（ｃ）で示すように、電源側からは電流が流れず、単相インバータ１１と単相モータ１２との間で電流が行き来する還流モードとなる。このとき、単相モータ１２に直前に流れている電流の向きは変わらないため、単相モータ１２から流れ出した電流は、第２相の下アームであるスイッチング素子５４のチャネルと、第１相の下アームであるスイッチング素子５２のボディダイオード５２ａとを通って単相モータ１２に戻る。なお、負のインバータ出力電圧が生成された後にインバータ出力電圧が零になる場合は、直前に流れていた電流の向きが逆であるため、図１６の太破線（ｄ）で示すように、還流電流の向きは逆となる。具体的に説明すると、単相モータ１２から流れ出した電流は、第１相の上アームであるスイッチング素子５１のボディダイオード５１ａと、第２相の上アームであるスイッチング素子５３のチャネルとを通って単相モータ１２に戻る。
【００８３】
上記の説明の通り、単相モータ１２と単相インバータ１１との間で電流が還流する還流モードでは、第１相及び第２相の内の何れか一方の相ではボディダイオードに電流が流れる。一般的に、ダイオードの順方向に電流を流すことに比べ、ＭＯＳＦＥＴのチャネルに電流を流した方が、導通損失が小さくなることが知られている。そこで、本実施の形態では、還流電流が流れる還流モードにおいて、ボディダイオードに流れる通流電流を小さくすべく、当該ボディダイオードを有する側のＭＯＳＦＥＴがオンに制御される。
【００８４】
還流モードにおいて、図１６の太実線（ｃ）で示す還流電流が流れるタイミングでは、スイッチング素子５２がオンに制御される。このように制御すれば、図１７の太実線（ｅ）で示すように、還流電流の多くは抵抗値の小さいスイッチング素子５２のチャネル側を流れる。これにより、スイッチング素子５２での半導体損失が低減される。また、図１６の太破線（ｄ）で示す還流電流が流れるタイミングでは、スイッチング素子５１がオンに制御される。このように制御すれば、図１７の太破線（ｆ）で示すように、還流電流の多くは抵抗値の小さいスイッチング素子５１のチャネル側を流れる。これにより、スイッチング素子５１での半導体損失が低減される。
【００８５】
前述のように、ボディダイオードに還流電流が流れるタイミングにおいて、当該ボディダイオードを有する側のＭＯＳＦＥＴがオンに制御されることにより、スイッチング素子の損失を低減することができる。このため、ＭＯＳＦＥＴの形状を表面実装タイプにして基板にて放熱可能な構造とし、また、要すればスイッチング素子の一部又は全部をワイドバンドギャップ半導体で形成することにより、基板のみでＭＯＳＦＥＴの発熱を抑制する構造を実現する。なお、基板のみで放熱が可能であれば、ヒートシンクが不要となるため、インバータの小型化に寄与し、製品の小型化にも繋げることができる。
【００８６】
前述の放熱方法に加え、基板を風路に設置することで、更なる放熱効果をも得ることができる。ここで、風路とは、電動送風機のように空気の流れを発生させる部位又は電動送風機が発生する風流の通路である。基板を風路に設置することにより、電動送風機が発生する風によって基板上の半導体素子を放熱できるので、半導体素子の発熱を大幅に抑制することができる。
【００８７】
次に、実施の形態に係るモータ駆動装置の適用例について説明する。図１８は実施の形態に係るモータ駆動装置を備えた電気掃除機の構成図である。電気掃除機６１は、直流電源であるバッテリ６７と、図１に示されるモータ駆動装置２と、図１に示される単相モータ１２により駆動される電動送風機６４と、集塵室６５と、センサ６８と、吸込口体６３と、延長管６２と、操作部６６とを備える。バッテリ６７は図１に示す電源１０に相当する。
【００８８】
電気掃除機６１を使用するユーザは、操作部６６を持ち、電気掃除機６１を操作する。電気掃除機６１のモータ駆動装置２は、バッテリ６７を電源として電動送風機６４を駆動する。電動送風機６４が駆動することにより、吸込口体６３からごみの吸込みが行われ、吸込まれたごみは、延長管６２を介して集塵室６５へ集められる。
【００８９】
電気掃除機６１は、モータ回転数が０［ｒｐｍ］から１０万［ｒｐｍ］まで変動する製品である。このようも単相モータ１２が高速回転する製品を駆動する際には、前述した実施の形態に係る制御手法が好適である。電圧振幅指令Ｖ*を一定とし、回転速度に応じて進角位相θｖを変更することで、低速から高速回転領域まで回転数駆動範囲を広げつつ、負荷急変に対応することができる。また、ＰＷＭ制御によってモータ電流を正弦波に制御することで高効率な駆動ができるため、運転時間の長時間化が望める。
【００９０】
また電気掃除機６１のように小型モータを搭載した製品は、位置センサ２１の取り付け位置のばらつきによる位相差の影響が大きく、制御に大きな影響を与えてしまう。そのため、一般的には製造上で予め位置センサ２１の位置のずれ量が測定され、電気掃除機６１では位置センサ２１の位置のずれ量を考慮した制御が実施される。ただし、この場合、製造工程で位置センサ２１の位置ずれ量を測定する工程が発生するため、製造コストが増大するといった課題がある。そのため、位置センサ２１の位置ずれ量を測定することなく、位置センサの位置ずれによる影響を抑制するモータ制御を実現することで、安価で製品品質の向上を図ることができる。
【００９１】
また実施の形態に係る電気掃除機６１は、前述した放熱部品の削減により小型化及び軽量化することができる。さらに電気掃除機６１は、電流を検出する電流センサが必要なく、高速なアナログディジタル変換器も必要ないことから、コストを抑制することができる。
【００９２】
図１９は実施の形態に係るモータ駆動装置を備えたハンドドライヤの構成図である。ハンドドライヤ９０は、モータ駆動装置２と、ケーシング９１と、手検知センサ９２と、水受け部９３と、ドレン容器９４と、カバー９６と、センサ９７と、吸気口９８と、電動送風機９５とを備える。ここで、センサ９７は、ジャイロセンサ及び人感センサの何れかである。ハンドドライヤ９０では、水受け部９３の上部にある手挿入部９９に手が挿入されることにより、電動送風機９５による送風で水が吹き飛ばされ、吹き飛ばされた水は、水受け部９３で集められた後、ドレン容器９４に溜められる。
【００９３】
ハンドドライヤ９０は、図１８に示す電気掃除機６１と同様に、モータ回転数が０［ｒｐｍ］から１０万［ｒｐｍ］まで変動する製品である。このため、ハンドドライヤ９０においても、前述した実施の形態に係る制御手法が好適であり、電気掃除機６１と同様な効果を得ることができる。
【００９４】
図２０は実施の形態に係るモータ駆動装置における変調制御を説明するための図である。同図の左側には、回転数と変調率の関係が示される。また同図の右側には、変調率が１以下のときのインバータ出力電圧の波形と、変調率が１を超えるときのインバータ出力電圧の波形とが示される。一般的に、回転数の増加に伴い回転体の負荷トルクは大きくなる。このため、回転数の増加に伴いモータ出力トルクを増加させる必要がある。また、一般的にモータ出力トルクはモータ電流に比例して増加し、モータ電流の増加にはインバータ出力電圧の増加が必要である。よって、変調率を上げてインバータ出力電圧を増加させることで、回転数を増加させることができる。
【００９５】
次に、本実施の形態における回転数制御について説明する。なお、以下の説明では、負荷として電動送風機を想定し、電動送風機の運転域を以下の通り区分する。
（Ａ）低速回転域（低回転数領域）：０［ｒｐｍ］から１０万［ｒｐｍ］
（Ｂ）高速回転域（高回転数領域）：１０万［ｒｐｍ］以上
【００９６】
なお、上記（Ａ）と上記（Ｂ）に挟まれた領域はグレーゾーンであり、用途に応じて、低速回転域に含まれる場合もあれば、高速回転域に含まれる場合もある。
【００９７】
まず、低速回転域での制御について説明する。低速回転域では変調率を１以下としてＰＷＭ制御される。なお、変調率を１以下とすることで、モータ電流を正弦波に制御し、モータの高効率化を図ることができる。なお、低速回転域と高速回転域とで同じキャリア周波数で動作させた場合、キャリア周波数は高速回転域に合わせたキャリア周波数となるため、低速回転域ではＰＷＭパルスが必要以上に多くなる傾向にある。このため、低速回転域ではキャリア周波数を低下させ、スイッチング損失を低下させる手法を用いてもよい。また、回転数に同期させてキャリア周波数を可変させることで、回転数に応じてパルス数が変化しないように制御してもよい。
【００９８】
次に、高速回転域での制御について説明する。高速回転域では、変調率が１より大きな値に設定される。変調率を１より大きくすることで、インバータ出力電圧を増加させつつ、インバータ内のスイッチング素子が行うスイッチング回数を低減させることで、スイッチング損失の増加を抑えることができる。ここで、変調率が１を超えることによって、モータ出力電圧は増加するが、スイッチング回数が低下するため、電流の歪が懸念される。しかしながら、高速回転中においては、モータのリアクタンス成分が大きくなり、モータ電流の変化成分であるｄｉ／ｄｔが小さくなるため、低速回転域に比べて電流歪は小さくなり、波形の歪に対する影響は小さくなる。よって、高速回転域では、変調率を１より大きな値に設定し、スイッチングパルス数を低減させる制御を行う。この制御により、スイッチング損失の増加を抑制し、高効率化を図ることができる。
【００９９】
なお、上記の通り、低速回転域と高速回転域の境界は曖昧である。このため、制御部２５には、低速回転域と高速回転域との境界を決める第１回転速度が設定され、制御部２５は、モータ又は負荷の回転速度が第１回転速度以下の場合には変調率を１以下に設定し、モータ又は負荷の回転速度が第１回転速度を超えた場合には１を超える変調率に設定するように制御すればよい。
【０１００】
以上の説明の通り、本実施の形態では、電気掃除機６１及びハンドドライヤ９０にモータ駆動装置２を適用した構成例を説明したが、モータ駆動装置２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、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、物体輸送、吸塵用、一般送排風、又はＯＡ機器といった、電動送風機を備えた機器である。
【０１０１】
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】
【０１０２】
１  モータ駆動システム、２  モータ駆動装置、１０  電源、１１  単相インバータ、１２  単相モータ、１２ａ  ロータ、１２ｂ  ステータ、１２ｂ１  ティース、２０  電圧センサ、２１  位置センサ、２１ａ  位置センサ信号、２５  制御部、３０  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  キャリア生成部、３４  メモリ、３８  キャリア比較部、３８ａ  絶対値演算部、３８ｂ  除算部、３８ｃ，３８ｄ，３８ｆ  乗算部、３８ｅ  加算部、３８ｇ，３８ｈ  比較部、３８ｉ，３８ｊ  出力反転部、４２  回転速度算出部、４４  進角位相算出部、５１，５２，５３，５４  スイッチング素子、５１ａ，５２ａ，５３ａ，５４ａ  ボディダイオード、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、６８  センサ、９０  ハンドドライヤ、９１  ケーシング、９２  手検知センサ、９３  水受け部、９４  ドレン容器、９５  電動送風機、９６  カバー、９７  センサ、９８  吸気口、９９  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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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