(57)【要約】【課題】電動送風機の負荷電流を検出することなく、電動送風機の回転数を最適に制御して吸込み性能の向上を図り、またモータの過熱による故障などから保護してモータ寿命の向上を図る電気掃除機の制御装置を提供する。【解決手段】ブラシレスＤＣモータ１５を搭載した電動送風機２と、電動送風機２を駆動するインバータ部１４と、インバータ部１４をＰＷＭ制御するＰＷＭ駆動手段１６と、ブラシレスＤＣモータ１５のロータ磁極位置を検出する磁極位置検出手段１７と、磁極位置検出手段１７の出力から電動送風機２の回転数を演算し、電動送風機２の回転数が一定になるようＰＷＭ駆動手段１６を制御する制御手段１８を備えたインバータ制御の電気掃除機において、ＰＷＭ制御のデューティ比から電気掃除機の風量を演算し、電動送風機２を制御するものである。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ブラシレスＤＣモータを搭載した電動送風機と、前記電動送風機を駆動するインバータ部と、該インバータ部をＰＷＭ制御するＰＷＭ駆動手段と、前記ブラシレスＤＣモータのロータ磁極位置を検出する磁極位置検出手段と、前記磁極位置検出手段の出力から前記電動送風機の回転数を演算し、前記電動送風機の回転数が一定になるよう前記ＰＷＭ駆動手段を制御する制御手段を備えたインバータ制御の電気掃除機において、ＰＷＭ制御のデューティ比から電気掃除機の風量を演算することを特徴とした電気掃除機の制御装置。
【請求項２】
ＰＷＭ制御のデューティ比から演算した風量を基に、目標の風量を持続するために電動送風機の回転数を段階的に上げるよう制御することを特徴とした請求項１記載の電気掃除機の制御装置。
【請求項３】
ＰＷＭ制御のデューティ比から演算した風量が予め設定した入力ダウンを開始する設定値より下がった時、電動送風機の回転数を下げるよう制御すること特徴とした請求項１または２に記載の電気掃除機の制御装置。
【請求項４】
電動送風機の回転数を下げた後、ＰＷＭ制御のデューティ比が予め設定した風量復帰する設定値より上がった時、前記電動送風機の回転数を上げて風量を復帰するよう制御することを特徴とした請求項３記載の電気掃除機の制御装置。
【請求項５】
ＰＷＭ制御のデューティ比から演算した風量が予め設定した入力ダウンを開始する設定値より下がった時、電動送風機を停止するよう制御すること特徴とした請求項１または２に記載の電気掃除機の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電気掃除機に関し、特にモータの動作をインバータ制御する電気掃除機の制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の電気掃除機では、駆動源としてファンと交流の整流子モータとからなる電動送風機が用いられている。しかし、整流子モータはブラシと整流子との機械的摺動に伴う磨耗や、また、最近ではファンの高速化による高吸込仕事率化或いは、掃除機本体の小型・軽量化志向等により、電動送風機の使用環境が厳しくなり、モータ寿命が短くなる傾向であった。
【０００３】
近年この対策として、ブラシレスＤＣモータを用いた電動送風機が提案されている。例えば、電気掃除機の負荷変動に応じてブラシレスＤＣモータの回転数を最適に制御し、吸込み性能の向上を図るものである（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、モータの負荷電流と回転数とから負荷状態（例えば、風量や静圧）を演算し、この演算結果を基にモータの回転数を調整することにより、最適な制御を行うものもあった（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開昭６３−０９５８８４号公報
【特許文献２】特開平０４−００４７８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の電気掃除機の制御装置では、ブラスレスＤＣモータを搭載した電動送風機の負荷電流を検出すために低定数の抵抗を用いて、この低定数の抵抗に流れる電流の電圧降下により検出するものであった。しかし、低定数の抵抗は単品でのバラツキが大きく、また周囲温度による影響も受けやすいので精度良く負荷電流を検出することができず、即ち、きめ細かなモータ制御に適していないという課題を有していた。
【０００６】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、電動送風機の負荷電流を検出することなく、電動送風機の回転数を最適に制御して吸込み性能の向上を図り、またモータの過熱による故障を防止することでモータ寿命の向上を図る電動送風機の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】
【０００７】
前記従来の課題を解決するために、本発明の電気掃除機の制御装置は、ブラシレスＤＣモータを搭載した電動送風機と、前記電動送風機を駆動するインバータ部と、該インバータ部をＰＷＭ制御するＰＷＭ駆動手段と、前記ブラシレスＤＣモータのロータ磁極位置を検出する磁極位置検出手段と、前記磁極位置検出手段の出力から前記電動送風機の回転数を演算し、前記電動送風機の回転数が一定になるよう前記ＰＷＭ駆動手段を制御する制御手段を備えたインバータ制御の電気掃除機において、ＰＷＭ制御のデューティ比から電気掃除機の風量を演算するものである。
【０００８】
これによって、電動送風機の負荷電流を検出することなく、演算した電気掃除機の風量に従って電動送風機の回転数を最適に制御し、吸込み性能の向上を図るものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の電気掃除機の制御装置は、電動送風機の回転数を最適に制御して吸込み性能を向上し、またモータ寿命の向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
第１の発明は、ブラシレスＤＣモータを搭載した電動送風機と、前記電動送風機を駆動するインバータ部と、該インバータ部をＰＷＭ制御するＰＷＭ駆動手段と、前記ブラシレスＤＣモータのロータ磁極位置を検出する磁極位置検出手段と、前記磁極位置検出手段の出力から前記電動送風機の回転数を演算し、前記電動送風機の回転数が一定になるよう前記ＰＷＭ駆動手段を制御する制御手段を備えたインバータ制御の電気掃除機において、ＰＷＭ制御のデューティ比から電気掃除機の風量を演算することにより、前記電動送風機の回転数を最適に制御し、吸込み性能の向上を図ることができる。
【００１１】
第２の発明は、特に、第１の発明において、ＰＷＭ制御のデューティ比から演算した風量を基に、目標の風量を持続するために電動送風機の回転数を段階的に上げるよう制御することにより、一定の風量を持続し、吸込み性能の向上を図ることができる。
【００１２】
第３の発明は、特に、第１または第２の発明において、ＰＷＭ制御のデューティ比から演算した風量が予め設定した入力ダウンを開始する設定値より下がった時、電動送風機の回転数を下げるよう制御することにより、電動送風機の過負荷状態に対して前記ブラシレスＤＣモータの過熱による故障等から保護することができる。
【００１３】
第４の発明は、特に、第３の発明において、電動送風機の回転数を下げた後、ＰＷＭ制御のデューティ比が予め設定した風量復帰する設定値より上がった時、前記電動送風機の回転数を上げて風量を復帰するよう制御することにより、吸込み性能を向上することができる。
【００１４】
第５の発明は、特に、第１または第２の発明において、ＰＷＭ制御のデューティ比から演算した風量が予め設定した入力ダウンを開始する設定値より下がった時、電動送風機を停止するよう制御することにより、電動送風機の過負荷状態に対して前記ブラシレスＤＣモータの過熱による故障等から保護することができる。
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００１６】
（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態における電気掃除機の外観斜視図である。
【００１７】
図１において、掃除機本体１（以下、本体と称す）の内部には後述するブラシレスＤＣモータ（以下、モータと称す）を搭載した電動送風機２が収納され吸引力を発生させる。本体１の吸気口８にはホース３の一端が接続され、他端には使用者が操作する操作部４が設けられている。前記ホース３の他端には延長管５を介して床ノズル６が接続される。また、本体１内には集塵袋を収納した集塵室７と、電動送風機２を制御する制御装置９が収納されている。
【００１８】
図２は、本実施の形態における電気掃除機の制御装置の第１の制御例を示すブロック図、図３は、動作を説明するフローチャートである。図４は、動作の説明を補足するタイムチャート、図５は、動作の説明を補足する特性図である。
【００１９】
図２において、入力交流電源１１の交流電流は整流回路１２にて整流され平滑回路１３にて直流電流に変換される。この直流電流はインバータ部１４に供給され、モータ１５を駆動する。ＰＷＭ駆動手段１６はインバータ部１４をＰＷＭ制御し、磁極位置検出手段１７は回転するモータ１５のロータ磁極位置を検出する。制御手段１８は、磁極位置検出手段１７によって検出されたロータ磁極位置の信号からモータ１５の回転数を演算し、その結果を基にＰＷＭ制御のパラメータを演算しＰＷＭ駆動手段１６に信号を出力する。ここでＰＷＭ制御のパラメータとは、モータ１５の狙いとする指令回転数とＰＷＭ制御を行うＯＮ信号のパルス幅である。また風量演算手段１９は、ＰＷＭ駆動手段１６からの信号と風量特性記憶手段２０に記憶されているデータを基に、電気掃除機の風量を演算し、その結果を制御手段１８に出力する。
【００２０】
以上のように構成された電気掃除機の制御装置について、以下その動作、作用を説明する。
【００２１】
図３において、使用者により操作部４の設定スイッチを押圧操作するとモータ１５が起動し（ステップ１）、掃除機本体１が動作する。モータ１５が回転すると磁極位置検出手段１７は、モータ１５のロータ磁極位置を検出し制御手段１８に出力する（ステップ２）。制御手段１８は磁極位置検出手段１７の信号からモータ１５の回転数を演算する（ステップ３）。さらに制御手段１８は演算した回転数が狙いの回転数かどうかを監視し、モータ１５が狙いの回転数になるようＰＷＭ制御のパラメータである指令回転数とＯＮ信号のパルス幅を求め、ＰＷＭ駆動手段１６に信号を出力する（ステップ４）。ＰＷＭ駆動手段１６はこの信号を受けてインバータ部１４をＰＷＭ制御し（ステップ５）、モータ１５を動作させる。
【００２２】
一方、風量演算手段１９はＰＷＭ駆動手段１６からの信号と風量特性記憶手段２０に記憶されているデータとを基に、電気掃除機の負荷である風量を演算する（ステップ６）。ＰＷＭ駆動手段１６からの信号としては、狙いとする指令回転数とＯＮ信号のパルス幅から得られるＰＷＭ制御のデューティ比（通電率）である。
【００２３】
ここでＰＷＭ制御のデューティ比は図４に示すとおり、所定の周期Ｔに対するＯＮ信号のパルス幅の割合であり、（数１）により求めることができる。例えば、ＯＮ信号のパルス幅が所定周囲Ｔの１／２の場合、デューティ比は５０％となり、ＯＮ信号のパルス幅が広くなるとデューティ比は高くなり（例えば、８０％）、ＯＮ信号のパルス幅が狭くなるとデューティ比は低くなる（例えば、２０％）。
【００２４】
【数１】
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【００２５】
また、図５の特性図は、モータ１５の回転数がＮ［ｒｐｍ］の時の風量とＰＷＭ制御のデューティ比との関係を表したものである。これによると、特定の回転数Ｎでモータが回転する時、電気掃除機の負荷が軽く風量が多いとデューティ比は高いが、負荷が増して風量が少なくなるとデューティ比が低くなる特性を示す。この特性を利用してＰＷＭ制御のデューティ比から特定の回転数における電気掃除機の風量を演算することができる。風量特性記憶手段２０には、図５で示した特性を含め、モータ１５の回転数ごと（例えば強、中、弱等の運転ポジション）に風量とデューティ比との関係のデータが記憶されている。そして風量演算手段１９にて演算された風量の結果は制御手段１８に出力され、制御手段１８は求められた風量を基に電気掃除機を最適に制御する。
【００２６】
以上のように、本実施の形態によれば、ＰＷＭ制御のデューティ比から電気掃除機の風量を演算することで、電動送風機２の回転数を最適に制御し、吸込み性能の向上を図ることができる。
【００２７】
図６は、本実施の形態における電気掃除機の制御装置の第２の制御例を示す動作特性図である。
【００２８】
図６において、まず回転数Ｎ１（例えば、２０，０００ｒｐｍ）にて電動送風機２を運転し塵埃が集塵室７に蓄積されていくと次第に風量が低下しＰＷＭ制御のデューティ比が低くなると、回転数をＮ２（例えば、３０，０００ｒｐｍ）に上げる。そして更に風量が低下し再びＰＷＭ制御のデューティ比が低くなると、回転数をＮ３（例えば、４０，０００ｒｐｍ）に上げる。
【００２９】
従って、目標の風量を持続するために電動送風機２の回転数を段階的に上げるよう制御することで、一定の風量を持続し、吸込み性能の向上を図ることができる。
【００３０】
図７は、本実施の形態における電気掃除機の制御装置の第３の制御例を示す動作特性図である。
【００３１】
図７において、回転数Ｎ３（例えば、４０，０００ｒｐｍ）にて電動送風機２を運転し、次第に風量が低下し、ＰＷＭ制御のデューティ比から演算した風量があらかじめ設定した入力ダウンを開始する設定値より下がった時、回転数をＮ１（例えば、２０，０００ｒｐｍ）に下げる。
【００３２】
従って、ＰＷＭ制御のデューティ比から演算した風量があらかじめ設定した入力ダウンを開始する設定値より下がった時、電動送風機２の回転数を下げるよう制御することで、電動送風機２の過負荷状態に対してモータ１５の過熱による故障等から保護することができる。
【００３３】
図８は、本実施の形態における電気掃除機の制御装置の第４の制御例を示す動作特性図である。
【００３４】
図８において、第３の制御例に示すとおり電動送風機２の回転数をＮ１（例えば、２０，０００ｒｐｍ）に下げた後、次第に風量が増えＰＷＭ制御のデューティ比があらかじめ設定した風量復帰する設定値より上がった時、回転数をＮ３（例えば、４０，０００ｒｐｍ）に上げる。
【００３５】
従って、電動送風機２の回転数を下げた後、ＰＷＭ制御のデューティ比があらかじめ設定した風量復帰する設定値より上がった時、電動送風機２の回転数を上げて風量を復帰するよう制御することで、吸込み性能を向上することができる。
【００３６】
図９は、本実施の形態における電気掃除機の制御装置の第５の制御例を示す動作特性図である。
【００３７】
図９において、回転数Ｎにて電動送風機２を運転し、次第に風量が低下し、ＰＷＭ制御のデューティ比から演算した風量があらかじめ設定した入力ダウンを開始する設定値より下がった時、電動送風機２の運転を停止する。
【００３８】
従って、ＰＷＭ制御のデューティ比から演算した風量があらかじめ設定した入力ダウンを開始する設定値より下がった時、電動送風機２を停止するよう制御することで、電動送風機２の過負荷状態に対してモータ１５の過熱による故障等から保護することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
以上のように、本発明にかかる電動掃除機の制御装置は、利用者の使用状態に応じて最適に電動送風機のインバータ制御を行うことができるので、きめ細かな運転制御を行う電気掃除機に特に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の実施の形態１における電気掃除機の外観斜視図
【図２】同第１の制御例を示すブロック図
【図３】同第１の制御例の動作を説明するフローチャート
【図４】同第１の制御例の動作を補足するタイムチャート
【図５】同第１の制御例の動作を補足する特性図
【図６】同第２の制御例を示す動作特性図
【図７】同第３の制御例を示す動作特性図
【図８】同第４の制御例を示す動作特性図
【図９】同第５の制御例を示す動作特性図
【符号の説明】
【００４１】
１  掃除機本体
２  電動送風機
３  ホース
４  操作部
５  延長管
６  床ノズル
７  集塵室
９  制御装置
１１  入力交流電源
１２  整流回路
１３  平滑回路
１４  インバータ部
１５  ブラシレスＤＣモータ
１６  ＰＷＭ駆動手段
１７  磁極位置検出手段
１８  制御手段
１９  風量演算手段
２０  風量特性記憶手段
【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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