(57)【要約】【課題】構成を簡単にするとともに消費電力のばらつきの調整制御を短時間で行う。【解決手段】モータ５に流れる負荷電流を電流検出部３で検出する。また、モータに印加する電源電圧のゼロクロスをゼロクロス検出部が検出する。マイクロプロセッサ７はゼロクロス検出部からのゼロクロス検出信号を取込むとともに電流検出部が検出した負荷電流を所定のサンプリング周期で取込む。そして、サンプリング毎に負荷電流瞬時値を取込むとともに正弦関数値テーブルから該当する正弦関数値を取得して負荷電流瞬時補正値を算出する。この負荷電流瞬時補正値を所定サンプリング回数分について加算して負荷電流補正合計値を算出し、この負荷電流補正合計値を負荷電流設定値と比較し、その誤差に応じてトリガ信号の出力タイミングを決める遅延時間の指示値を制御し、モータ５の消費電力を所定の範囲内に制御する。【選択図】      図１
2005328683.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トリガ信号で駆動するスイッチング素子を介して交流電源に接続される交流駆動形のモータと、前記スイッチング素子にトリガ信号を供給する制御部と、前記モータに印加する交流電圧のゼロクロスポイントを検出するゼロクロス検出部と、前記モータに流れる負荷電流を検出する電流検出部とを備え、
前記制御部は、
前記電流検出部が検出した負荷電流を所定のサンプリング周期でサンプリングし負荷電流瞬時値として取込む負荷電流瞬時値取込み手段と、
負荷電流のサンプリング周期に応じて正弦関数値を出力する関数値出力手段と、
前記負荷電流瞬時値取込み手段が取込んだ負荷電流瞬時値と関数値出力手段が出力した正弦関数値とから負荷電流瞬時補正値を求め、この負荷電流瞬時補正値を所定サンプリング回数分加算して負荷電流補正合計値を算出する合計値算出手段と、
この合計値算出手段が算出した負荷電流補正合計値を、予め設定した負荷電流設定値、または、予め設定した関係式に基づいて算出した負荷電流設定値と比較して誤差を求め、その誤差の値に応じて、前記モータの消費電力が予め設定した範囲になるように、前記スイッチング素子へ出力されるトリガ信号のタイミングを決定するタイミング決定手段と、を備えたことを特徴とするモータ制御装置。
【請求項２】
合計値算出手段は、スイッチング素子へトリガ信号を出力してから負荷電流瞬時補正値を算出することを特徴とする請求項１記載のモータ制御装置。
【請求項３】
合計値算出手段は、モータに印加する交流電圧の少なくとも半周期単位で負荷電流補正合計値を算出することを特徴とする請求項１記載のモータ制御装置。
【請求項４】
制御部は、モータに印加する交流電圧の周期よりも短く、かつ、この交流電圧の１／４周期以上の周期における、負荷電流のサンプリング数に相当する数の正弦関数値を持った正弦関数値テーブルを備え、関数値出力手段は、負荷電流のサンプリング周期に応じて前記正弦関数値テーブルから該当する正弦関数値を読み出して前記モータに印加する交流電圧の周期内で繰り返して出力することを特徴とする請求項１記載のモータ制御装置。
【請求項５】
タイミング決定手段は、負荷電流補正合計値が負荷電流設定値よりも小さくなった時に、スイッチング素子へ出力するトリガ信号のタイミングを早めることを特徴とする請求項１記載のモータ制御装置。
【請求項６】
負荷電流設定値は、制御部が出力するトリガ信号の各タイミングに対応して、予め設定されていることを特徴とする請求項１記載のモータ制御装置。
【請求項７】
制御部は負荷電流設定値を複数備え、タイミング決定手段は、スイッチング素子へ出力するトリガ信号のタイミングの変更に伴って、前記負荷電流設定値を変更することを特徴とする請求項１記載のモータ制御装置。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか１記載のモータ制御装置と、このモータ制御装置のモータによって駆動される駆動部を設けた電気機器本体とからなることを特徴とする電気機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、交流駆動形のモータを駆動制御するモータ制御装置及びこのモータ制御装置を使用した電気機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
交流モータは、モータに流れる負荷電流を検出し、この検出電流値に基づいて電力制御が行われる。しかしながら、モータは巻線を備え誘導性の特性を持っているため、電圧と電流に位相差が生じる。そして、個々のモータ間においては、巻線インピーダンスのばらつきがある。このため、モータに流れる負荷電流が同じであっても、個々のモータ間の電圧と電流との位相差の違いにより消費電力が異なるという現象が生じる。このために所定の電圧をモータに印加しても、個々のモータ間で消費電力がばらつき、これらのばらつきを調整する必要があった。
【０００３】
このような消費電力のばらつきを調整する従来の技術が、例えば、特許文献１や特許文献２などに開示されている。
【特許文献１】特開平０９−１２２０５２号公報
【特許文献２】特開２０００−１６６８３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、一般に行われている消費電力の調整方法は、電流および電圧を所定の方法で検出し、これらの値に基づいて消費電力のばらつきを調整する方法が採用されているが、電流および電圧をそれぞれ検出する必要があるので、回路構成が複雑になる等の問題点があった。
【０００５】
そこで本願発明は、個々のモータに巻線インピーダンスのばらつきがあっても、簡単な回路構成を用いて消費電力のばらつきを軽減することができるモータ制御装置およびそれを用いた電気機器を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、トリガ信号で駆動するスイッチング素子を介して交流電源に接続した交流駆動形のモータと、スイッチング素子にトリガ信号を供給する制御部と、モータに印加する交流電圧のゼロクロスポイントを検出するゼロクロス検出部と、モータに流れる負荷電流を検出する電流検出部とを備え、制御部は、電流検出部が検出した負荷電流を所定のサンプリング周期でサンプリングし負荷電流瞬時値として取込む負荷電流瞬時値取込み手段と、負荷電流のサンプリング周期に応じて正弦関数値を出力する関数値出力手段と、負荷電流瞬時値取込み手段が取込んだ負荷電流瞬時値と関数値出力手段が出力した正弦関数値とから負荷電流瞬時補正値を求め、この負荷電流瞬時補正値を所定サンプリング回数分加算して負荷電流補正合計値を算出する合計値算出手段と、算出した負荷電流補正合計値を、予め設定した負荷電流設定値、または、予め設定した関係式に基づいて算出した負荷電流設定値、と比較して誤差を求め、その誤差の値に応じて、モータの消費電力が予め設定した範囲になるように、スイッチング素子へ出力されるトリガ信号のタイミングを決定するタイミング決定手段とを備えたものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、モータに印加する電圧を検出するための検出回路を不要とすることで構成を簡単にでき、また、モータに印加する交流電圧とモータに流れる負荷電流との位相差を加味して、消費電力のばらつきを低減する制御が短時間で迅速にできるモータ制御装置を提供できる。また、このモータ制御装置を使用した電気機器を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。  
（第１の実施の形態）
図１に基づいて説明する。この図１は、本発明の一実施の形態における電動送風機を制御する回路構成を示す。商用交流電源１に、トリガ信号で駆動するスイッチング素子、例えば、双方向性３端子サイリスタ（以下「３端子サイリスタ」と称する。）２、電流検出部３、電流ヒューズ４、および交流駆動形のモータ５が直列に接続されている。なお、スイッチング素子としては、３端子サイリスタ以外のものであってもよい。
【０００９】
前記モータ５は、整流子を備えた電機子５ａと界磁巻線５ｂ，５ｃとから構成されるユニバーサルモータである。前記電流検出部３は、例えば、電流トランスやシャント抵抗からなり、モータ５に流れる負荷電流を検出する。前記モータ５に印加する交流電圧のゼロクロスポイントは、ゼロクロス検出部６で検出される。
【００１０】
また、制御部１０は、マイクロプロセッサ７、メモリ８およびＡ／Ｄ変換の機能を有するＩ／Ｏポート９から構成される。前記メモリ８には、マイクロプロセッサ７が実行する制御プログラムならびに必要な定数などのデータが予め記憶されている。また、このメモリ８には、マイクロプロセッサ７からのデータなどを一時記憶しておくデータ記憶領域ならびに作業領域が設けられている。
【００１１】
そして、電流検出部３が検出した検出電流は、全波整流器１１で全波整流された後、Ｉ／Ｏポート９に入力される。Ｉ／Ｏポート９は、全波整流した検出電流をデジタル変換して取込むようになっている。さらに、ゼロクロス検出部６は、検出したゼロクロス検出信号を、Ｉ／Ｏポート９に入力する。
【００１２】
また、基準電圧源１２及び操作部１３を設け、基準電圧源１２から基準電圧がＩ／Ｏポート９に入力されるとともに、操作部１３からの指示信号等がＩ／Ｏポート９に入力される。  
そして、制御部１０は、負荷電流の取込み、ゼロクロス信号の取込み、基準電圧値の取込み、および指示信号等の取込みを行うとともに、３端子サイリスタ２のゲート端子にトリガ信号を出力するようになっている。
【００１３】
このモータ制御装置１００では、商用交流電源１から図２の(a)に示す波形を持った電源電圧が印加され、制御部１０から３端子サイリスタ２のゲート端子に図２の(c)に示すタイミングでトリガ信号が供給されると、３端子サイリスタ２がトリガ信号によって電源電圧が反転するまで導通するので、モータ５の端子間には図２の(d)に示す電圧が発生する。
【００１４】
このとき、ゼロクロス検出部６からは、図２の(b)に示すゼロクロス検出信号が制御部１０のＩ／Ｏポート９に入力される。また、電流検出部３が検出し全波整流器１１が全波整流した負荷電流検出波形は、図２の(e)に示すようになる。電源電圧の周期をＴv(sec)、この電源電圧のゼロクロスポイントからトリガ信号が出力するまでの時間をｔ(sec)とすると、３端子サイリスタ２の導通角φ（％）は、
φ＝｛（Ｔv／２）−ｔ｝／（Ｔv／２）×１００
の式から求められる。以下、電源電圧のゼロクロスポイントからトリガ信号が出力するまでの時間ｔ(sec)を、遅延時間と呼ぶ。
【００１５】
ここで、制御部１０が有する各機能について図４を用いて説明する。  
制御部１０は、負荷電流瞬時値取込み部５１、関数値出力部５２、合計値算出部５３、およびタイミング決定部５４からなる。前記負荷電流瞬時値取込み部５１は、所定のサンプリング周期で電流検出部３から検出された負荷電流瞬時値ｉnを取得し、その負荷電流瞬時値ｉnを前記合計値算出部５３に渡す。前記関数値出力部５２は、負荷電流瞬時値ｉnのサンプリング回数に応じて正弦関数値Ａnを取得し、その正弦関数値Ａnを前記合計値算出部５３に渡す。
【００１６】
前記合計値算出部５３の機能は、負荷電流瞬時値ｉnと正弦関数値Ａnとを掛け合わせ負荷電流瞬時補正値Ｊnを算出する。そして、その負荷電流瞬時補正値Ｊnを所定のサンプリング回数分加算して負荷電流補正合計値Ｊsumを算出し、その負荷電流補正合計値Ｊsumを前記タイミング決定部５４へ渡す。タイミング決定部５４は、負荷電流補正合計値Ｊsumと予め設定された負荷電流設定値Ｊgとを比較して誤差を求め、その誤差から遅延時間の指示値ｔsを算出し、その指示値ｔsに応じてトリガ信号を出力する。
【００１７】
次に、各制御ルーチンの説明をする。前記制御部１０は、メモリ８に予め記憶された制御プログラムに従って図５に示すメインルーチンの処理を行う。  
このメインルーチンでは、先ず、ステップＳ１にて、各種初期設定を行う。そして、ステップＳ２にて、操作部１３からの指示信号の取込みを判断すると、ステップＳ３にて、負荷電流設定値Ｊgを設定する。そして、ステップＳ４にて、例えば、遅延時間の指示値ｔsを２Ｔv／５、遅延時間の初期設定値をｔfに設定する。この時、導通角φは、
φ＝｛（Ｔv／２）−（２Ｔv／５）｝／（Ｔv／２）×１００＝２０％
となる。なお、（２Ｔv／５）＞ｔｆである。
【００１８】
そして、指示値ｔsが初期設定値ｔfに達するまで、ステップＳ５の判断とステップＳ６の指示値ｔsへの所定値αの減算を繰り返し、モータ５への投入電力を徐々に大きくして、ソフトスタートを実行する。そして、ステップＳ５にて、指示値ｔsが初期設定値ｔfに達したと判断すると、ステップＳ７に進み、メインループとなる。
【００１９】
メインループの処理を実行している状態で、負荷電流瞬時値取込み部５１は、タイマ（図示せず）等によって定期的に図６に示す電流検出ルーチンを実行する。  
先ず、ステップＳ１１にて、電流検出ルーチン実行回数をカウントする。すなわち、電流検出ルーチンを実行することは電流サンプリングを実行することであり、タイマは電流サンプリング周期を設定することになる。例えば、５０Ｈｚの交流電源のもとで電流サンプリング周期を０．２msecに設定すると、電源電圧の１周期（２０msec）の間に１００回、電流をサンプリングすることになる。従って、電流検出ルーチン実行回数を１００回カウントすると電源電圧の１周期分が終了することになる。
【００２０】
続いて、ステップＳ１２にて、負荷電流瞬時値取込み部５１は、Ｉ／Ｏポート９から負荷電流瞬時値ｉnを取込み、ステップＳ１３にて、関数値出力部５２が、図３に示す構成の正弦関数値テーブル１５から電流検出ルーチン実行回数のカウント値に基づいて、メモリ８に記憶されている正弦関数値テーブル１５から該当する正弦関数値Ａnを取得する。
【００２１】
電流検出ルーチンの実行周期、すなわち、サンプリング周期をＴiとすると、正弦関数値テーブル１５には、角度差θ(n)−θ(n-1)毎のｓｉｎ値を設定する。θ(n)−θ(n-1)は、３６０°／（Ｔv／Ｔi）で表わされ、５０Ｈｚの交流電源で、例えば、Ｔi＝０．２msecのときには、３．６°毎のｓｉｎ値を設定することになる。
【００２２】
正弦関数値テーブル１５に設定する正弦関数値Ａnは電源電圧の１周期分設定してもよいが、正弦波関数の絶対値は、最初の半サイクルの数値が次の半サイクルの数値になっている。よって、正弦関数値テーブル１５には半周期分の正弦関数値Ａnを設定し、正弦関数値テーブル１５から取得する正弦関数値Ａnを半周期毎に繰り返せばよい。
【００２３】
従って、サンプリング周期Ｔiが０．２msecの場合は、正弦関数値テーブル１５には正弦関数値Ａ1〜Ａ50が設定され、電流検出ルーチン実行回数のカウント値が「１」のときに正弦関数値Ａ1を取得した場合は、カウント値が「５１」のときも同じく正弦関数値Ａ1を取得することになる。
【００２４】
続いて、ステップＳ１４にて、合計値算出部５３が、負荷電流瞬時値ｉnと正弦関数値Ａnと、を乗算して負荷電流瞬時補正値Ｊnを算出する。そして、ステップＳ１５にて、それまで得られた負荷電流瞬時補正値Ｊnを加算して負荷電流補正合計値Jsumを算出する。そして、メインループを実行するステップＳ７にリターンする。このＪsum＝Σ（Ｊn）の計算は、サンプリング周期毎に、所定回数繰り返される。例えば、５０Ｈｚの交流電源、Ｔi＝０．２msec、Σ計算の周期を電源電圧の半周期にすると、ゼロクロスポイントから次のゼロクロスポイントまで５０回分のＪnが加算される（２０msec／２÷０．２msec＝５０）。または、例えば、Σ計算の周期を電源電圧の１周期にすると、ゼロクロスポイントから２回目のゼロクロスポイントまでの１００回分のＪnが加算される。
【００２５】
また、制御部１０は、メインループの処理を実行している状態で、ゼロクロス検出部６からのゼロクロス検出信号によってゼロクロスポイントを検出すると、図８に示すゼロクロスルーチンを実行する。このゼロクロスルーチンでは、タイミング決定部５４が、トリガ信号の出力タイミングを決める遅延時間の指示値ｔsを決定する。
【００２６】
この遅延時間の指示値ｔsは、負荷電流設定値Ｊgと負荷電流補正合計値Ｊsumとの誤差によって決まる。すなわち、制御部１０は、予め設定された負荷電流設定値Ｊgと算出した負荷電流補正合計値Ｊsumとを比較し、その比較誤差に基づいて遅延時間の指示値ｔsを変化させ、モータ５の消費電力を予め設定した範囲になるように制御する。
【００２７】
引き続き、遅延時間の指示値ｔsの決定方法における具体例を説明する。図８に示すゼロクロスルーチンでは、先ず、ステップＳ２１及びＳ２２にて、タイミング決定部５４は、負荷電流設定値Ｊgと負荷電流補正合計値Ｊsumとの比較を行う。そして、負荷電流補正合計値Ｊsumと負荷電流設定値Ｊgとの誤差がΔＪ1以内の場合は、遅延時間の指示値ｔsをそのままにする。そして、Ｓ２４にて、電流検出実行回数カウンタ値をクリアし、ステップＳ２５にて、負荷電流補正合計値Ｊsumをクリアし、ステップＳ２６にて、遅延タイマの値をクリアして再スタートさせてから、メインループを実行するステップＳ７にリターンする。この場合、モータ制御装置１００は、モータ５が設定した消費電力の範囲で動作していると判断する。
【００２８】
または、負荷電流設定値Ｊgから負荷電流補正合計値Ｊsumを引き算した値がΔＪ1よりも大きい場合は、ステップＳ２７にて、遅延時間の指示値ｔsをγだけ小さくする。そして、ステップＳ２４にて、電流検出実行回数カウンタ値をクリアし、ステップＳ２５にて、負荷電流補正合計値Ｊsumをクリアし、ステップＳ２６にて、遅延タイマの値をクリアして再スタートさせてから、メインループを実行するステップＳ７にリターンする。この場合、モータ制御装置１００は、モータ５の消費電力が設定した消費電力の範囲よりも低くなっていると判断し、３端子サイリスタ２の導通角を大きくして、モータ５への投入電力を増加させる。
【００２９】
逆に、負荷電流補正合計値Ｊsumから負荷電流設定値Ｊgを引き算した値がΔＪ1よりも大きい場合は、ステップＳ２３にて、遅延時間の指示値ｔsをβだけ大きくする。そして、前述と同様に、ステップＳ２４にて、電流検出実行回数カウンタ値をクリアし、ステップＳ２５にて、負荷電流補正合計値Ｊsumをクリアし、ステップＳ２６にて、遅延タイマの値をクリアして再スタートさせてから、ステップＳ７にリターンする。この場合、モータ制御装置１００は、モータ５の消費電力が設定した消費電力の範囲よりも大きくなっている判断し、３端子サイリスタ２の導通角を小さくして、モータ５への投入電力を減少させる。
【００３０】
最後に、タイミング決定手段５４は、クリアされた遅延タイマ（図示せず）によって、ゼロクロスポイントからの遅延時間の測定を始め、定期的に図７に示すトリガ信号出力ルーチンを実行する。すなわち、ステップＳ３１にて、遅延タイマのカウント時間が遅延時間の指示値ｔsに達したかをチェックする。もし、達していなければステップＳ７にリターンする。そして、遅延タイマのカウント時間が遅延時間の指示値ｔsに達した時に、ステップＳ３２にて、Ｉ／Ｏポート９から３端子サイリスタ２へのトリガ信号を出力する。そして、ステップＳ７にリターンする。
【００３１】
上述したように、本実施の形態のモータ制御装置１００は、負荷電流瞬時値ｉｎと、電源電圧のゼロクロスポイントを基準にした正弦関数値Ａnと、から負荷電流補正合計値Ｊsumを算出している。よって、この負荷電流補正合計値Ｊsumは、電源電圧波形と負荷電流波形との位相差が加味された負荷電流情報である。
【００３２】
さらに、この負荷電流補正合計値Ｊsumと予め設定した負荷電流設定値Ｊgとの比較誤差によって、トリガ信号の遅延時間の指示値ｔsを決定し、モータ５の消費電力を制御している。よって、モータ間で巻線のばらつき等に伴って電源電圧波形と負荷電流波形の位相差にばらつきが生じ、結果として、モータ間の消費電力にばらつきが生じる場合に、本実施の形態のモータ制御装置１００を適用することにより、各モータの消費電力のばらつきを軽減させて駆動できることになる。
【００３３】
さらに、マイクロプロセッサ７内の演算処理に比べて、Ａ／Ｄ変換処理は時間を要するが、本実施の形態のモータ制御装置１００では、電流値のみのＡ／Ｄ変換処理しか実施していないので、位相を加味した消費電力の制御を短時間で迅速にできる。
【００３４】
さらに本実施の形態のモータ制御装置１００では、負荷電流瞬時補正値Ｊnを所定のサンプリング期間、例えば電源電圧の半周期に亘って加算して負荷電流補正合計値Ｊsumを求めている。従って、ノイズによって、あるサンプリング時における負荷電流瞬時値ｉnが影響を受けても、負荷電流補正合計値Ｊsumのノイズの影響は軽減される。
【００３５】
しかも、本実施の形態のモータ制御装置１００では、ゼロクロス検出部６、電流検出部３の他に、モータの特別な物理量検出手段を必要としないため、モータ制御装置の構成を簡素化できる。
【００３６】
なお、上述した関数値出力部５２では、サンプリング周期毎の正弦関数値Ａnを予め設定した正弦関数値テーブル１５から取得したが、関数値出力部５２はこの方法に限定するものではなく、マイクロプロセッサ７に専用の正弦関数値演算器を設け、サンプリング周期毎に逐次正弦関数値を算出する方法でもよい。
【００３７】
また、上記で説明した制御部１０は、電源電圧のゼロクロスクロスポイントを検出してからトリガ信号を３端子サイリスタ２に出力するまでの期間において、電流検出ルーチンを定期的に実行し、負荷電流瞬時値ｉｎを取得していた。しかし、この期間における電流検出ルーチンの実行を停止するようにしてもよい。すなわち、この期間はモータ５への電力投入は行われていないので、本来であれば負荷電流はゼロとなる。しかし、実際にはノイズ等により負荷電流瞬時値ｉnはゼロとならず、従って、この期間の負荷電流補正合計値Ｊsumもゼロにならない場合がある。そこで、制御部１０が、この期間における電流検出ルーチンの実行を停止すれば、この期間の負荷電流補正合計値Ｊsumは算出されないので、ノイズ等による誤差を確実にゼロにできる。
【００３８】
また、制御部１０の、負荷電流瞬時値取込み部５１、関数値出力部５２、合計値算出部５３、およびタイミング決定部５４が行う処理は、メモリ８に実装されたソフトウエアにより実行される場合に限定するものではなく、そのソフトウエアの為す機能をハードウェアとして備え、実行してもよい。
【００３９】
図９は、この制御を実現するための電流検出ルーチンを示す流れ図である。先ず、ステップＳ４１にて、電流検出ルーチン実行回数をカウントする。続いて、ステップＳ４２にて、実行回数のカウント数と、負荷電流瞬時値ｉｎの検出周期、すなわちサンプリング周期とを乗算して得られる経過時間が、遅延時間の指示値ｔsよりも小さいか否かを判断する。そして、経過時間が遅延時間の指示値ｔsよりも小さい場合にはステップＳ７にリターンする。
【００４０】
そして、経過時間が遅延時間の指示値ｔsに達すると、Ｓ４３にて、Ｉ／Ｏポート９から負荷電流瞬時値ｉnを取込み、Ｓ４４にて、正弦関数値テーブル１５から電流検出ルーチン実行回数のカウント値に基づいて、該当する正弦関数値Ａnを取得する。続いて、ステップＳ４５にて、負荷電流瞬時値ｉnと取得した正弦関数値Ａnとを乗算して負荷電流瞬時補正値Ｊnを算出し、ステップＳ４６にて、それまで得られた負荷電流瞬時補正値ＪnからΣ（Ｊn）を計算し、負荷電流補正合計値Ｊsumを算出する。そして、ステップＳ７にリターンする。
【００４１】
このような電流検出ルーチンを実行することで、トリガ信号が出力されてから次に電源電圧のゼロクロスポイントが検出されるまでの期間において、サンプリングした負荷電流瞬時値ｉnと正弦関数値Ａnから求めた負荷電流瞬時補正値Ｊnを加算した負荷電流補正合計値Ｊsumが得られる。
【００４２】
また、ステップＳ４２の判断は、必ずしもこのタイミングで行う必要はなく、ステップＳ４６の負荷電流補正合計値Ｊsumを算出するよりも前のタイミングであればどのタイミングで実行してもよい。特に、マイクロプロセッサ７内の演算処理に比べて、Ａ／Ｄ変換処理は時間がかかるので、Ａ／Ｄ変換処理を行うステップＳ４３の前にステップＳ４２の判断をするのがより好ましい。
【００４３】
この制御は、電源電圧のゼロクロスポイント間の半周期単位で算出する負荷電流補正合計値Ｊsumの精度を向上できることになり、結果として、モータ５の消費電力のばらつきも軽減される。さらに、マイクロプロセッサ７の処理負荷も軽減でき、その分、マイクロプロセッサ７を他の制御に当てることができる。
【００４４】
また、上記で説明した実施の形態では、電流検出部３が検出した波形を全波整流器１１で全波整流し、この全波整流した図２の(e)に示す負荷電流検出波形を、電源電圧の半周期毎に所定のサンプリング周期でサンプリングして負荷電流補正合計値Ｊsumを算出するようにした。しかし、これに限定するものではなく、全波整流器１１の代りにダイオードを使用して半波整流することで、図２の(e)に点線の波形で示す負荷電流検出波形を取り出し、この負荷電流検出波形を使用して電源電圧の半周期おきに所定のサンプリング周期でサンプリングして負荷電流補正合計値Ｊsumを算出するようにしてもよい。このような半波整流により得られた負荷電流検出波形を用いて電源電圧の半サイクルおきに負荷電流補正合計値Ｊsumを算出しても、本実施の形態の効果には何ら支障はないことを本発明者は確認した。
【００４５】
また、ダイオードなどの回路素子を使用せずに、全波整流器を使用した状態のもとでプログラム処理によって電源電圧の半周期おきに負荷電流補正合計値Ｊsumを算出してもよい。これを実現するには電流検出ルーチンにおいて、電源電圧の半周期における負荷電流補正合計値Ｊsumの算出を行うと、次の半周期においては、負荷電流補正合計値Ｊsumの算出を行わずに、リターンする処理にすればよい。
【００４６】
このように、電源電圧の半周期おきに負荷電流補正合計値Ｊsumを算出する処理を行わせることで、マイクロプロセッサ７の実行負荷を軽減でき、その分マイクロプロセッサ７を他の制御に当てることができる。
【００４７】
また、上記説明の実施の形態では、正弦関数値テーブル１５として電源電圧の半周期におけるサンプリング数に対応する正弦関数値Ａnを設定したものを使用した。本実施の形態ではこの正弦関数値テーブル１５に限定するものではなく、少なくとも電源電圧の１／４周期におけるサンプリング数に対応する正弦関数値Ａnを設定していればよい。すなわち、正弦関数値Ａnは正弦波に基づいて設定された値であり、正弦関数値テーブルに１／４周期分の正弦関数値Ａnが設定されていれば、関数値出力部５２は、最初の１／４サイクルでは正弦関数値をＡ1〜Ａnの順に出力し、次の１／４サイクルでは正弦関数値をＡn〜Ａ1の順に出力し、次の１／４サイクルでは同様にＡ1〜Ａnの順に出力し、最後の１／４サイクルでも同様にＡn〜Ａ1の順に出力すればよい。  
このような方法により、正弦関数値テーブル１５に設定するデータ量を減らすことができ、従って、メモリ８の使用量を節約することができる。
【００４８】
（第２の実施の形態）
この実施の形態は、前述した実施の形態のモータ制御装置を電機機器、例えば、電気掃除機に適用したものについて述べる。  
図１０を用いて電気掃除機の構成を説明する。電気掃除機本体２１は、上面を開口した下部ケース２２とこの下部ケース２２の後部上面を閉塞する上部ケース２３とを前面を含む周縁にバンパ２４を狭持して接合している。そして、前側上面部の開口を閉塞する蓋体２５を開閉自在に設けている。
【００４９】
電気掃除機本体２１は、内部に電動送風機２６、集塵パック２７を設け、電動送風機２６の吸気風を、集塵パック２７内を通過させることでこの集塵パック２７で塵埃を分離し集塵するようになっている。  
電気掃除機本体２１の進行方向となる前側下面に旋回自在な旋回輪（図示せず）を設けている。また、電気掃除機本体２１の後側側面に大径の従動後輪２８を設けている。
【００５０】
電気掃除機本体２１の前側略中央には、外部から空気を吸引する本体吸込口２９を開口している。そして、この本体吸込口２９に伸縮自在で湾曲可能な略円筒状のホース体３０の一端を連通接続している。前記ホース体３０の他端は手元操作部３１に連通している。
【００５１】
手元操作部３１は電動送風機２６の動作モードを「ＯＦＦ」も含めて選択する操作ボタン３２を設けるとともに、掃除する際に作業者が把持する把持部３３を設けている。手元操作部３１の先端に延長管３４を着脱可能に連通し、この延長管３４とホース体３０が手元操作部３１を経由して連通するようになっている。延長管３４は大径管３４ａとこの大径管３４ａ内に挿入される小径管３４ｂからなり、小径管３４ｂを大径管３４ａに対してスライドさせることで延長管全体を伸縮可能にしている。そして、この延長管３４の先端に被掃除面上の塵埃を吸い込む吸込口を設けた床ブラシ部材３５を着脱自在に取付けている。
【００５２】
電気掃除機本体２１内には、電動送風機２６への電力供給量を制御する電動送風機制御装置を実装した回路基板が組み込まれている。この電動送風機制御装置の構成は前述した第１の実施の形態における図１のモータ制御装置１００の構成と基本的には同じであり、異なる点はモータ５に代えて、モータ５にファン（図示せず）を装着した電動送風機２６を接続し、操作部１３に代えて手元操作部３１を接続している点である。
【００５３】
また、この電動送風機制御装置は、メモリ８に図１２に示す構成のデータテーブル１６を設けている。このデータテーブル１６には、トリガ信号の出力タイミングである遅延時間指令値ｔsとしてｎ＋１個の遅延時間設定値Ｕ0、Ｕ1、Ｕ2、…、Ｕn（但し、Ｕn＜…＜Ｕ2＜Ｕ1＜Ｕ0である。）を設定するとともに、この遅延時間指令値ｔsに応じた負荷電流設定値Ｊg1として、ｎ個の負荷電流設定値Ｘ1，Ｘ2，Ｘ3，…，Ｘn（但し、Ｘn＞…＞Ｘ3＞Ｘ2＞Ｘ1である。）と、同様に負荷電流設定値Ｊg2として、ｎ個の負荷電流設定値Ｙ1，Ｙ2，Ｙ3，…，Ｙn（但し、Ｙn＞…＞Ｙ3＞Ｙ2＞Ｙ1である。）を設定している。これら電力設定値Ｊg1とＪg2との大小関係は、図１１に示すように、Ｘ1＜Ｘ2＜Ｙ1＜Ｘ3＜Ｙ2＜Ｘ4＜Ｙ3＜Ｘ5＜Ｙ5＜…、Ｘn＜Ｙn-1＜Ｙnとなっている。
【００５４】
この電動送風機制御装置は、制御部１０から３端子サイリスタ２にトリガ信号を出力することで電動送風機２６を駆動する。そして、集塵パック２７に全くゴミが集塵されていない状態で、制御部１０は、電動送風機２６の消費電力に対応する吸気風量がＱ0以上になるように、遅延時間指示値ｔsをＵ0に設定する。この時、例えば、電動送風機２６の動作点は図１１のＡ点になる。
【００５５】
この状態で、電動送風機２６を駆動して掃除を開始することで集塵パック２７に塵埃が集塵されるようになる。集塵が進むにつれて、集塵パック２７の風路抵抗が大きくなり、電動送風機２６の吸気風量が低下する。これに伴い、負荷電流補正合計値ＪsumがＡ点から負荷電流設定値Ｘ1に向かって徐々に低下する。
【００５６】
そして、負荷電流補正合計値Ｊsumが負荷電流設定値Ｘ1以下になると、トリガ信号を出力するタイミングを決める遅延時間の指令値ｔsを、Ｕ0からＵ1へ短く変更し、３端子サイリスタ２の導通角を大きくし、電動送風機２６の吸気風量を増大させる。このとき、負荷電流補正合計値ＪsumはＹ1となり、電動送風機２６の消費電力は増大する。
【００５７】
さらにその後、集塵が進むにつれて、集塵パック２７風路抵抗がさらに大きくなり電動送風機２６の吸気風量が低下する。これにより、負荷電流補正合計値Ｊsumが今度は負荷電流設定値Ｘ2に向かって徐々に低下する。
【００５８】
そして、負荷電流補正合計値Ｊsumが負荷電流設定値Ｘ2以下になると、トリガ信号を出力するタイミングを決める遅延時間の指令値ｔsを、Ｕ1からＵ2に短く変更し、３端子サイリスタ２の導通角をさらに大きくし、電動送風機２６の吸気風量を増大させる。このとき、負荷電流補正合計値ＪsumはＹ2となり、電動送風機２６の消費電力は増大する。
【００５９】
このように、集塵パック２７への集塵が進むにつれて、負荷電流補正合計値Ｊsumが、それぞれ負荷電流設定値Ｘ1、Ｘ2、Ｘ3、Ｘ4、…以下になることで、遅延時間指令値ｔsをＵ0、Ｕ1、Ｕ2、Ｕ3、…へと変化させる。そして、最終的に、負荷電流補正合計値Ｊsumが負荷電流設定値Ｘn以下になって、遅延時間の指令値ｔsをＵnとした後は、集塵パック２７に充分な塵埃が集塵されたと判断し、以降は負荷電流補正合計値Ｊsumが低下しても遅延時間の指令値ｔsを変更しない。この場合は、例えば、負荷電流補正合計値Ｊsumがある設定値を下回ると、集塵パック２７が満杯と判断し、集塵パック２７の交換を促すことをＬＥＤ等で知らせることになる。
【００６０】
このような第２の実施の形態においても、上述したように、算出した負荷電流補正合計値Ｊsumを予め設定した負荷電流設定値Ｊg1と比較して誤差を求め、その誤差によって、電動送風機２６の消費電力が予め設定した範囲になるように、スイッチング素子２に出力するトリガ信号のタイミングを決定する遅延時間の指示値ｔsを変更する制御を行っている。この場合、電動送風機２６の吸込風量に応じて、負荷電流設定値Ｊg1が変化し、それに伴い、予め設定した消費電力の範囲も変化することになる。
【００６１】
ここで、図１３を用いて、制御部１０が、このような電動送風機２６の制御を行うためのゼロクロスルーチンについて説明する。このゼロクロスルーチンでは、先ず、ステップＳ５１にて、タイミング決定部５４が、現在の遅延時間の指令値ｔsを確認する。そして、ステップＳ５２にて、その指令値ｔsに応じた負荷電流設定値Ｊg1を取得する。そして、ステップＳ５３にて、負荷電流設定値Ｊg1と負荷電流補正合計値Ｊsumを比較し、Ｊsum−Ｊg1＞０であれば、ステップＳ５４にて、電流検出ルーチンの実行回数カウンタをクリアし、ステップＳ５５にて、負荷電流補正合計値Ｊsumをクリアし、ステップＳ５６にて、遅延タイマをクリアして再スタートさせた後、ステップＳ７のメインループにリターンさせる。
【００６２】
または、ステップＳ５３において、Ｊsum−Ｊg1≦０であれば、ステップＳ５７にて、遅延時間指令値ｔsを１段階短くする。例えば、指令値がＵ0であればＵ1にする。そして、同様に、ステップＳ５４にて、電流検出ルーチンの実行回数カウンタをクリアし、ステップＳ５５にて、負荷電流補正合計値Ｊsumをクリアし、ステップＳ５６にて、遅延タイマをクリアして再スタートさせた後、ステップＳ７のメインループにリターンさせる。
【００６３】
このように、第２の実施の形態においても、前述した第１の実施の形態と同様に、電源電圧波形と負荷電流波形の位相差を加味して電動送風機２６の消費電力を制御することができ、第１の実施の形態と同様の作用効果が得られるものである。
【００６４】
さらに、第２の実施の形態では、負荷電流補正合計値Ｊsumを算出し、集塵パック２７内の塵埃量に応じて、遅延時間の指示値ｔsと負荷電流設定値Ｊg1を変化させ、電動送風機２６の消費電力を予め設定した適切な範囲に制御しているので、掃除機としての吸込性能を持続させることができる。同時に、電動送風機２６間に巻線インピーダンスばらつきがあった場合でも、吸込性能としてはばらつきの少ない電気掃除機を提供できる。
【００６５】
なお、この第２の実施の形態では、タイミング決定部５４が、データテーブル１６のｎ個の負荷電流設定値Ｘ1、Ｘ2、Ｘ3、…、Ｘnから、その時点の遅延時間指示値ｔsに応じて、負荷電流値Ｊg1を取得した。この第２の実施の形態では、このデータテーブル方式に限定するものではなく、タイミング決定部５４が、１段目の負荷電流設定値をＸ1とすると、ｎ段目の負荷電流設定値Ｘnを、Ｘn＝Ｘ1＋ζ・（ｎ−１）・ｔs等の演算式によって、トリガ信号を出力するものであってもよい。
【００６６】
上述した第２の実施の形態では、集塵パック２７内の塵埃量が増加し風路の抵抗が大きくなり、算出する負荷電流補正合計値Ｊsumの値が低下するという場合を想定した制御であった。逆に、使用者が電気掃除機を使用している時に、床ブラシ部材３５と掃除面との位置関係や、ホース体３０の曲がり角度により、風路抵抗が減少し、吸込風量が急激に大きくなる場合がある。そこで、このような使用状況を想定して、図１１および図１２に示すような、負荷電流設定値Ｊg1とは別の設定値Ｊg2が必要となる。
【００６７】
すなわち、例えば、電動送風機２６の動作点がＢにある時に、負荷電流補正合計値Ｊsumが負荷電流設定値Ｙ3以上になると、トリガ信号を出力するタイミングを決める遅延時間の指令値ｔsを、Ｕ3からＵ2に長く変更し、３端子サイリスタ２の導通角を小さくし、電動送風機２６の吸気風量を減少させる。このとき、負荷電流補正合計値ＪsumはＸ3となり、電動送風機２６の消費電力は減少する。
【００６８】
この制御方法を、図１４を用いて説明する。このルーチンは、ゼロクロスルーチンであり、上述した図１３のルーチンに、ステップＳ６８とＳ６９が追加されたものである。従って、ステップＳ６１，Ｓ６３〜Ｓ６７についてはステップＳ５１，Ｓ５３〜Ｓ５７と同一である。また、ステップＳ６２は、Ｓ５２とは負荷電流設定値Ｊg1とＪg2の２つを取得する点が異なる。
【００６９】
ステップＳ６８において、Ｊsum−Ｊg2≧０であれば、ステップＳ６９にて、遅延時間指令値ｔsを１段階長くする。例えば、指令値がＵ3であればＵ2にする。このように、負荷電流補正合計値Ｊsumを算出し、集塵パック２７内の塵埃量に応じて、遅延時間の指示値ｔs、負荷電流設定値Ｊg1、および負荷電流設定値Ｊg2を変化させ、電動送風機２６の消費電力を予め設定した適切な範囲に制御している。
【００７０】
また、遅延時間の指示値ｔsの間隔Ｕn−Ｕn-1＝ΔＵn、負荷電流設定値の間隔Ｘn−Ｘn-1＝ΔＸn、およびＹn−Ｙn-1＝ΔＹnは、一定間隔である必要はなく、制御対象であるモータの用途に応じて設定してかまわない。
【００７１】
なお、この実施の形態はモータ制御装置を使用した電気機器として電気掃除機を使用したものについて述べたがこれに限定するものではなく、ジューサやミキサーなどの電気調理機器やドリルやチェーンソーなどの電動工具などの電気機器であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明の、第１の実施の形態に係るモータ制御装置の回路構成を示す図。
【図２】同実施の形態における各部の電圧、電流、信号波形を示す図。
【図３】同実施の形態で使用する正弦関数値テーブルの構成を示す図。
【図４】同実施の形態における制御部の機能ブロック図。
【図５】同実施の形態のマイクロプロセッサが実行するメインルーチンを示す流れ図。
【図６】同実施の形態のマイクロプロセッサが実行する電流検出ルーチンを示す流れ図。
【図７】同実施の形態のマイクロプロセッサが実行するトリガ信号出力ルーチンを示す流れ図。
【図８】同実施の形態のマイクロプロセッサが実行するゼロクロスルーチンを示す流れ図。
【図９】同実施の形態のマイクロプロセッサが実行する電流検出ルーチンの変形例を示す流れ図。
【図１０】本発明の、第２の実施の形態に係る電気掃除機の構成を示す斜視図。
【図１１】同実施の形態の電気掃除機を駆動したときの、電動送風機の吸気風量と合計電力値との関係を、電力設定値と電力閾値の変化をパラメータとして示したグラフ。
【図１２】同実施の形態で使用する電力データテーブルの構成を示す図。
【図１３】同実施の形態のマイクロプロセッサが実行するゼロクロスルーチンを示す流れ図。
【図１４】同実施の形態のマイクロプロセッサが実行するゼロクロスルーチンの変形例を示す流れ図。
【符号の説明】
【００７３】
２…双方向性３端子サイリスタ、３…電流検出部、５…交流駆動形のモータ、６…ゼロクロス検出部、７…マイクロプロセッサ、８…メモリ、１０…制御部、１５…正弦関数値テーブル。
【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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