(57)【要約】【課題】高入力化が可能で、位相制御による入力制御が幅広い範囲で実現できるモータの制御装置を提供することを目的とする。【解決手段】入力設定手段４で設定した入力に応じて位相制御により電動送風機（モータ負荷）２への電力を制御する入力制御手段３と、電動送風機２に直列に接続され電動送風機２の起動時に発生する起動電流を抑制するコイル（電流制限手段）５と、コイル５に並列に接続されコイル５を短絡するコイル短絡手段６とを備え、コイル短絡手段６は、入力制御手段３が電動送風機２への電力供給を開始する位相角に同期して、所定時間コイル５の短絡を解除するもので、入力制御手段３が電動送風機２への電力供給を開始する際、所定時間、必ずコイル５が接続されるので、高入力の実現と位相制御時の高調波電流の低減を図ることが可能になり、高調波電流低減対応が可能な制御が実現できるものである。【選択図】図１
2007151292.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータ負荷と、前記モータ負荷の入力を設定する入力設定手段と、前記入力設定手段で設定した設定入力に応じて交流半周期内において所定の位相角で前記モータ負荷への電力供給を開始して半周期終了の０Ｖ（１８０°位相）近辺で電力供給を停止する位相制御により前記モータ負荷への電力を制御するモータ入力制御手段と、前記モータ負荷に直列に接続され前記モータ負荷のＯＮ時に発生する電流を抑制する電流制限手段と、前記電流制限手段を短絡する短絡手段とを備え、前記短絡手段は、前記モータ入力制御手段が前記モータ負荷への電力供給を開始する位相角に同期して、所定時間前記電流制限手段の短絡を解除する構成としたことを特徴とするモータの制御装置。
【請求項２】
短絡手段は、電流制限手段の短絡を解除するタイミングを、モータ入力制御手段がモータ負荷への電力供給を開始する位相角よりも必ず先になるように設定したことを特徴とする請求項１に記載のモータの制御装置。
【請求項３】
短絡手段は、モータ入力制御のモータ負荷への電力供給を開始する位相角が、９０°位相を中心として前後所定の位相角の範囲内に設定されているときのみ、前記位相角に同期して所定時間前記電流制限手段の短絡を解除する制御を行うことを特徴とする請求項１または２に記載のモータの制御方法。
【請求項４】
短絡手段は、モータ負荷の起動開始時から所定時間は、電流制限手段を短絡しない構成としたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のモータの制御装置。
【請求項５】
短絡手段がモータ負荷の起動開始時から電流制限手段を短絡するまでの所定時間Ｔｓを、２０ｍｓ≦Ｔｓ≦１ｓｅｃに設定したことを特徴とする請求項４に記載のモータの制御装置。
【請求項６】
モータ負荷は整流子電動機とした請求項１〜５のいずれか１項に記載のモータの制御装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載のモータの制御装置を用いた電気掃除機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータを用いた制御装置に関するものであり、とくに整流子電動機を用いた電動送風機を有する電気掃除機等に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
交流電源に接続される機器のモータ制御方式としては、一般的に位相制御方式が広く用いられている。
【０００３】
この方式は、交流電源とモータ及び前記モータに印加する電圧を位相制御する双方向サイリスタを直列に接続し、前記モータが所定の入力になるように前記双方向サイリスタを所定の（一定の）位相角でオンするというものである。
【０００４】
しかし、常に位相角が一定であるということは、生成される高調波電流成分も偏り、結果として大きな高調波電流の発生に繋がる。特に位相角が９０°に近い時に、生成される高調波電流が（特に奇数次周波数において）大きくなることは既に周知の事実である。
【０００５】
この対策として、近年様々な制御方法が提案されおり、その中でも効果の高いものとして、位相角を一定にするのではなく、位相角を狙いの近辺で大小に変化させることにより、生成される周波数成分ごとの高調波電流の値を低減させる方式が、提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開昭６３−２７４３９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
近年、欧州など海外市場では高入力の電気掃除機が求められ、それに搭載するモータもより高入力のものを搭載する必要があるが、高調波電流は法的に規制されており、ある一定の閾値以上発生させてはならず、この規制値を満足しなければ商品化できない。
【０００７】
しかしながら前記従来の構成においては、より高入力のモータに対して高調波電流を抑えようとする場合には、位相角の変化量をかなり大きく（入力に換算すると、１５００Ｗモータを使用する場合、９０°位相の時に２００Ｗ以上の変化量を）取る必要があり、そのために位相角の変化時に変化量に応じた振動が発生して騒音が大きくなったり、モータ寿命が短くなるという課題があり、今後の家庭用電化機器の高性能化に伴うモータの高出力化に対して、従来の方式では限界の感があった。また、複数入力タップを有するモータを搭載し、高調波電流が規制値を超える入力領域を避けるよう、入力タップを切り替えながら入力を可変させる方式を採用することで高入力の電気掃除機を実現しているものもあるが、この方式でも回路構成が複雑化すると同時に、切替回路やモータが高コストとなり安価に実現することが困難であった。
【０００８】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、市場要望に応える高入力を実現する電気掃除機を高信頼性かつ安価に提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記従来の課題を解決するために、本発明のモータ制御方法は、モータ負荷と、前記モータ負荷の入力を設定する入力設定手段と、前記入力設定手段で設定した設定入力に応じて交流半周期内において所定の位相角で前記モータ負荷への電力供給を開始して半周期終了の０Ｖ（１８０°位相）近辺で電力供給を停止する位相制御により前記モータ負荷への電力を制御するモータ入力制御手段と、前記モータ負荷に直列に接続され前記モータ負荷のＯＮ時に発生する電流を抑制する電流制限手段と、前記電流制限手段を短絡する短絡手段とを備え、前記短絡手段は、前記モータ入力制御手段が前記モータ負荷への電力供給を開始する位相角に同期して、所定時間前記電流制限手段の短絡を解除する構成としたものである。
【００１０】
これによって、前記モータ入力制御手段が前記モータ負荷への電力供給を開始する際に、所定時間、必ず前記電流制限手段が接続されるので、高入力の実現と、位相制御時の高調波電流の低減を図ることが可能になり、高調波電流低減対応ができる制御が実現できるものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のモータの制御装置は、高入力化が可能で、しかも機器の異常振動やモータの寿命低下もない高信頼性かつ安価な高調波電流低減対応が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
第１の発明はモータ負荷と、前記モータ負荷の入力を設定する入力設定手段と、前記入力設定手段で設定した設定入力に応じて交流半周期内において所定の位相角で前記モータ負荷への電力供給を開始して半周期終了の０Ｖ（１８０°位相）近辺で電力供給を停止する位相制御により前記モータ負荷への電力を制御するモータ入力制御手段と、前記モータ負荷に直列に接続され前記モータ負荷のＯＮ時に発生する電流を抑制する電流制限手段と、前記電流制限手段を短絡する短絡手段とを備え、前記短絡手段は、前記モータ入力制御手段が前記モータ負荷への電力供給を開始する位相角に同期して、所定時間前記電流制限手段の短絡を解除する構成としたことにより、モータが起動された瞬間は前記電流制限手段が起動電流を抑制し、起動後通常入力でモータが運転するときには前記短絡手段が前記電流制限手段を短絡することにより、前記モータ入力制御手段が前記モータ負荷への電力供給を開始する際に、所定時間、必ず前記電流制限手段が接続されるので、高入力化が可能で、しかも機器の異常振動やモータの寿命低下もない高信頼性かつ安価な高調波電流低減対応が可能となる。
【００１３】
第２の発明は、第１の発明の短絡手段が電流制限手段の短絡を解除するタイミングを、モータ入力制御手段がモータ負荷への電力供給を開始する位相角よりも必ず先になるように設定したことにより、前記モータ入力制御手段が前記モータ負荷への電力供給を開始するタイミングでは、タイミングの遅れなく必ず前記電流制限手段が接続されることになるので、より確実に位相制御時の高調波電流の低減を図ることができるものである。
【００１４】
第３の発明は、第１または第２の発明の短絡手段をモータ入力制御のモータ負荷への電力供給を開始する位相角が、９０°位相を中心として前後所定の位相角の範囲内に設定されているときのみ、前記位相角に同期して所定時間前記電流制限手段の短絡を解除する制御を行うようにしたことにより、高調波電流が規制値を超えない位相角で位相制御しているときには前記電流制限手段が短絡していることで、前記電流制限手段による無駄な損失が低減できるので、より効率的で使用性の高いモータの制御装置を提供することができるものである。
【００１５】
第４の発明は、第１〜第３のいずれか１つの発明の短絡手段が、モータ負荷の起動開始時から所定時間は、電流制限手段を短絡しない構成としたことにより、前記電流制限手段がモータ負荷の起動開始時に発生する起動電流も抑制し、一つの電流制限手段でこの起動電流による商用電源のドロップ割合（‘フリッカ’として高調波電流同様地域により法的に規制されている）も同時に低減できるので、従来フリッカ対策として搭載していたスロースタート（起動瞬間に入力を低く設定し、その後通常入力に戻る制御）を行う制御等の回路が不要となり、更に安価で信頼性の高いモータの制御装置を提供することができるものである。
【００１６】
第５の発明は、第４の発明の短絡手段がモータ負荷の起動開始時から電流制限手段を短絡するまでの所定時間Ｔｓを、２０ｍｓ≦Ｔｓ≦１ｓｅｃに設定したことにより、起動時の前記電流制限手段がモータ負荷に接続されている時間を適正に設定できるので、前記電流制限手段で発生する損失を効果的に防止すると共に起動時の運転に違和感のない制御を実現することができるものである。
【００１７】
第６の発明は、第１〜第５のいずれか１つの発明のモータ負荷を整流子電動機としたことにより、整流子電動機における高調波電流対策が実現できるので、整流子電動機を用いた制御においても高調波電流対応できる制御が実現できるものである。
【００１８】
第７の発明は、第１〜第６のいずれか１つの発明のモータの制御装置を備えた電気掃除機としたもので、電気掃除機の高入力化と、高調波対策が安価に実現できるので、使用性が高く安価な電気掃除機を提供できるものである。
【００１９】
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。
【００２０】
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１について図１および図２を用いて説明する。説明は一例として整流子電動機からなる電動送風機を搭載した電気掃除機と、その制御を例にとって説明する。
【００２１】
図１において、電気掃除機１本体内には電動送風機２が搭載され、電動送風機２は双方向性サイリスタ３ａと位相制御回路３ｂからなる入力制御手段３に接続され、入力制御手段３は入力設定手段４からの入力設定信号に応じて所定の位相角で電動送風機２を位相制御することで、入力設定手段４で設定した入力になるよう電動送風機２を制御している。また、電動送風機２には直列に、電動送風機２の起動開始時及び位相制御ＯＮ時に発生する電流を抑制するためのコイル５が接続されていると共に、コイル５にはコイル５を短絡する双方向性を形成したスイッチング素子６ａ、６ｂが並列に接続され、コイル短絡手段６はこのスイッチング素子６ａ、６ｂとこのスイッチング素子６ａ、６ｂをＯＮ／ＯＦＦ制御するスイッチング制御手段６ｃとで構成されている。
【００２２】
以上のように構成された電気掃除機について、以下その動作、作用を説明する。
【００２３】
まず、電気掃除機１本体に電源スイッチ（図示せず）を操作して交流電源（Ｖａｃ）が印加されると、入力制御手段３は電動送風機２を入力設定手段４により設定された所定の入力に応じた位相角で位相制御する。このとき起動開始時にはコイル短絡手段６のスイッチング素子６ａ、６ｂは共にＯＦＦ状態であり、起動開始から所定時間Ｔｓが経過するまでスイッチング素子６ａ、６ｂのＯＦＦ状態は継続されるので、その間電動送風機２に流れる起動電流はコイル５によって所定レベルに制限される。
【００２４】
次に、所定時間Ｔｓが経過し、入力設定手段４により設定された入力制御手段３の位相角α´が交流半周期内において９０°±３０°の範囲外にあれば、コイル短絡手段６のスイッチング制御手段６ｃは、交流電源（Ｖａｃ）の正負波形に同期してスイッチング素子６ａ、６ｂを交互にＯＮさせることで、電動送風機２の電流はコイル５を介さず流される。ここで、入力設定手段４が操作され、入力制御手段３の位相角α´がα″に変化して、交流半周期内において９０°±３０°の範囲内（位相制御により発生する高調波電流レベルが規格値を超えてしまう入力範囲）に設定されると、コイル短絡手段６のスイッチング制御手段６ｃは、同様に交流電源（Ｖａｃ）の正負波形に同期してスイッチング素子６ａ、６ｂを、位相角α″の前後所定期間ｔだけＯＦＦする制御を交互に繰り返す。つまり、その所定期間ｔの間電動送風機２の電流はコイル５を介して流れるため、電動送風機２のＯＮ時に発生する高調波電流がコイル５によって抑制されることとなる。
【００２５】
以上のように、本実施の形態においては、入力制御手段３の位相角が交流半周期内において９０°±３０°の範囲内（位相制御により発生する高調波電流レベルが規格値を超えてしまう入力範囲）にある場合は、その位相角のタイミングに同期して、その前後所定期間ｔの間電動送風機２の電流はコイル５を介して流れるため、コイル５により高調波電流成分を抑制することができると共に、入力制御手段３の位相角が交流半周期内において９０°±３０°の範囲外にある場合は、常に電動送風機２の電流はコイル５を介さずに流れるため、コイル５による無駄な損失が低減できる。従って、本実施例の形態の電動送風機制御を行えば、従来位相角を振幅させて高調波電流を抑制する制御やタップ式モータによる入力切替制御等が不要となり、高調波抑制制御に伴う異常振やモータの寿命低下もない高信頼性かつ安価な高調波電流低減対応が可能となる。
【００２６】
また、本実施の形態においては、電動送風機２起動直後一定期間（Ｔｓ）はコイル５を電動送風機２に接続することにより、特に、コイル５によって電動送風機２に流れる起動電流が所定レベルに制限されることとなり、フリッカのレベルを規制値内に低減することができる。なお、起動時コイル５を介して運転される時間Ｔｓは、短すぎるとフリッカの悶値を越える可能性があり、また、長すぎるとコイル５による損失が増加して非効率であると同時に所望の運転入力に移行するまでの時間が多くかかり使用性にかけるため、Ｔｓの時間設定は、２０ｍｓｅｃ＜Ｔｓ＜１ｓｅｃ程度に設定することが好ましい。
【００２７】
本実施の形態では、電流制限手段をコイルの例で説明したが、抵抗成分からなる部品であっても同様の効果が得られるものである。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
以上のように、本発明のモータ制御方法は、高入力化が可能で、しかも機器の異常振動やモータの寿命低下もない高信頼性かつ安価な高調波電流低減対応が可能となるので、整流子電動機等を用いる電気掃除機等の用途にも幅広く適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施の形態１における電気掃除機の回路ブロック図
【図２】同回路ブロック図の動作波形図
【符号の説明】
【００３０】
２    電動送風機（モータ負荷）
３    入力制御手段（モータ入力制御手段）
４    入力設定手段
５    コイル（電流制限手段）
６    コイル短絡手段（短絡手段）
６ａ、６ｂ  双方向性を形成したスイッチング素子
６ｃ  スイッチング制御手段
【図１】
2007151292.tif 000003
【図２】
2007151292.tif 000004