(57)【要約】【課題】モータの起動時のうなり音を回避し、使用者に不快感を与えることなく使用できる小型電気機器を提供することを課題とする。【解決手段】ＤＣモータ１１の起動時に、ＤＣモータ１１の回転数が安定した安定動作時のスイッチングパルス幅と同等のスイッチングパルス幅でスイッチング素子１３をスイッチング制御し、ＤＣモータ１１が安定動作しているときと同等の駆動電圧をＤＣモータ１１に供給してＤＣモータ１１を起動するように構成される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池と、
前記電池の最大出力電圧以下で予め任意に設定される一定の駆動電圧で駆動されるＤＣモータと、
予め設定されたスイッチングパルス幅（オン時間）でスイッチング制御されて、前記電池から前記ＤＣモータへ駆動電圧を供給するスイッチング素子と、
前記電池の電圧を検出し、検出した電圧に対応して予め設定されたスイッチングパルス幅で前記スイッチング素子をスイッチング制御し、前記スイッチング素子を介して前記電池から前記ＤＣモータに駆動電圧を供給制御するコントロールユニットとを有し、
前記コントロールユニットは、前記ＤＣモータの起動時に、前記ＤＣモータの回転数が安定した安定動作時のスイッチングパルス幅と同等のスイッチングパルス幅で前記スイッチング素子をスイッチング制御し、前記ＤＣモータが安定動作しているときと同等の駆動電圧を前記ＤＣモータに供給して前記ＤＣモータを起動させる
ことを特徴とする小型電気機器。
【請求項２】
前記コントロールユニットは、前記電池の出力電圧とスイッチングパルス幅との対応関係を示すテーブルデータを備え、前記テーブルデータを参照してスイッチングパルス幅を設定する
ことを特徴とする請求項１に記載の小型電気機器。
【請求項３】
前記コントロールユニットは、前記電池の出力電圧を変数とする算出式によりスイッチングパルス幅を算出する算出手段
を有することを特徴とする請求項１に記載の小型電気機器。
【請求項４】
前記コントロールユニットは、前記電池の出力電圧ならびに前記ＤＣモータの駆動電圧を変数とする算出式によりスイッチングパルス幅を算出する算出手段
を有することを特徴とする請求項１に記載の小型電気機器。
【請求項５】
前記コントロールユニットは、アナログ値として予め入力された前記電池の出力電圧ならびに前記ＤＣモータの駆動電圧をデジタル値にＡ／Ｄ変換し、
前記算出手段は、Ａ／Ｄ変換によって得られたデジタル値の前記電池の出力電圧ならびに前記ＤＣモータの駆動電圧を算出式に代入してスイッチングパルス幅を算出する
ことを特徴とする請求項４に記載の小型電気機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一次電池もしくは二次電池を電源とし、電池に接続されたスイッチング素子を介して駆動電圧が供給されて駆動されるＤＣモータを備えた小型電気機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の技術としては、例えば以下に示す文献に記載されたものが知られている（特許文献１参照）。この文献には、電気かみそりに備えられたモータの通電回路中にスイッチング部を介装し、スイッチング部におけるオン／オフの割合、すなわちスイッチング信号のデューティ比を無段階に変更可能とし、モータに印加される平均電圧を連続的に変更できるようにした技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】実公平４−２７５１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来の技術においては、電池の出力電圧よりも低い一定の電圧でモータを駆動させるときに、起動時と起動後の安定動作時とのスイッチング信号のデューティ比が異なっていた。このような場合には、起動から安定動作に移行する際にモータに供給される駆動電圧が異なることになる。駆動電圧が異なると、その電位差がモータの回転数差となり、その回転数差がモータの動作音となって現れ、所謂うなり音が発生し、使用者に違和感を与えるおそれがあった。
【０００５】
そこで、本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、モータの起動時のうなり音を回避し、使用者に不快感を与えることなく使用できる小型電気機器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明に係る小型電気機器は、電池と、電池の最大出力電圧以下で予め任意に設定される一定の駆動電圧で駆動されるＤＣモータと、予め設定されたスイッチングパルス幅（オン時間）でスイッチング制御されて、電池から前記ＤＣモータへ駆動電圧を供給するスイッチング素子と、電池の電圧を検出し、検出した電圧に対応して予め設定されたスイッチングパルス幅でスイッチング素子をスイッチング制御し、スイッチング素子を介して電池からＤＣモータに駆動電圧を供給制御するコントロールユニットとを有し、コントロールユニットは、ＤＣモータの起動時に、ＤＣモータの回転数が安定した安定動作時のスイッチングパルス幅と同等のスイッチングパルス幅でスイッチング素子をスイッチング制御し、ＤＣモータが安定動作しているときと同等の駆動電圧をＤＣモータに供給してＤＣモータを起動させることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明に係る小型電気機器は、起動時に安定動作時と同等のスイッチングパルス幅でスイッチング素子をスイッチング制御して、安定動作時と同等の駆動電圧でＤＣモータを起動している。これにより、ＤＣモータの起動時にうなり音が発生することは回避され、使用者に不快感を与えることなく使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施形態１に係る小型電気機器の構成を示す図である。
【図２】本発明の実施形態１に係る電池電圧（ＶＢ）とスイッチングパルス幅（τ）との関係を示すテーブルデータである。
【図３】本発明の実施形態２に係る、電池電圧（ＶＢ）とスイッチングパルス幅（τ）との関係を示す図である。
【図４】本発明の実施形態例３に係る、ＤＣモータの駆動電圧（ＶＭ）に対する電池電圧（ＶＢ）とスイッチングパルス幅（τ）との関係を示す図である。
【図５】本発明の実施形態３に係る、ＤＣモータの駆動電圧と図４の縦軸のスイッチングパルス幅の切片との関係を示す図である。
【図６】本発明の実施形態３に係る、スイッチングパルス幅を算出する算出式で用いられる駆動電圧（ＶＭ）をコントロールユニットに入力する入力例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を用いて本発明を実施するための実施形態を説明する。
【００１０】
（実施形態１）
図１は本発明の実施形態１に係る小型電気機器の構成を示す図である。図１に示す実施形態１の小型電気機器は、ＤＣモータ１１、電池１２、スイッチング素子１３、コントロールユニット１４を備えて構成されている。本発明の小型電気機器は、例えば電気かみそり、電動バリカン、脱毛器、電動歯ブラシなどに適用することができる。
【００１１】
ＤＣモータ１１は、電池１２の電池電圧（ＶＢ）よりも低い一定の駆動電圧で駆動される。ＤＣモータ１１は、起動時と、起動後に回転数が安定した安定動作時との駆動電圧が同等となるように駆動制御される。ここで、駆動電圧は、本発明の小型電気機器が適用される各機器によって異なる。例えば電気かみそりに適用した場合には、剃り味や電池１２が最大電圧を出力できる状態で使用可能な時間などによって予め任意に設定されるものである。
【００１２】
電池１２は、一次電池もしくは二次電池で構成されている。電池１２が二次電池で構成されている場合には、例えばＡＣアダプターを介して商用電源から充電できるように構成されている。
【００１３】
スイッチング素子１３は、例えばＰチャネルのＦＥＴ（電界効果トランジスタ）で構成され、ドレイン端子がＤＣモータ１１に接続され、ソース端子が電池１２に接続され、ＤＣモータ１１と電池１２との間に接続されている。スイッチング素子１３は、電池電圧（ＶＢ）に対応して予め設定されたデューティ比のスイッチング信号によりスイッチング制御される。
【００１４】
スイッチング素子１３を構成するＦＥＴは、そのゲート端子がトランジスタ１５のコレクタ端子に接続されている。トランジスタ１５は、そのベース端子が抵抗を介してコントロールユニット１４に接続され、エミッタ端子が接地され、コントロールユニット１４から与えられるパルス信号によりオン／オフ制御される。スイッチング素子１３を構成するＦＥＴは、トランジスタ１５のオン／オフに応じてオン／オフしてスイッチング制御される。
【００１５】
コントロールユニット１４は、本小型電気機器の動作を制御する制御中枢として機能し、プログラムに基づいて各種動作処理を制御するコンピュータに必要な、ＣＰＵや記憶装置等のハードウェア資源を備えた例えばマイクロコンピュータ等により実現される。したがって、コントロールユニット１４を構成するマイクロコンピュータのＣＰＵで処理プログラムが実行されることによって、ＤＣモータ１１を駆動するための各種機能が実現される。
【００１６】
コントロールユニット１４は、電池電圧（ＶＢ）を入力し、この電池電圧（ＶＢ）にしたがってスイッチング素子１３をスイッチング制御する際のデューティ比を設定する。このデューティ比は、例えば図２に示すテーブルデータとして予め用意されてコントロールユニット１４の記憶装置に記憶されている。
【００１７】
図２（ａ）は一定の駆動電圧で安定動作しているときの電池電圧（ＶＢ）と、スイッチング信号の１周期Ｔに対するハイレベルの期間（τ）（スイッチング素子１３がオンするスイッチングパルス幅）との関係を示す図であり、同図（ｂ）はスイッチング信号の１周期Ｔとハイレベルの期間（τ）を示す波形図である。図２（ａ）において、スイッチング信号のデューティ比として、電池１２の最大出力電圧を例えば４．２Ｖとすると、４．２Ｖ以下で０．１Ｖ刻みの電池電圧（ＶＢ）に対して、１周期Ｔに対するハイレベルの期間（τ）（スイッチング素子１３がオンするスイッチングパルス幅）が設定されている。例えば電池電圧（ＶＢ）が３．６Ｖ程度の場合には、１周期Ｔ（＝２５６）に対してτ＝１５４となるようにデューティ比Ｄ＝τ／Ｔ＝１５４／２５６が設定されている。コントロールユニット１４は、このようにして設定されたデューティ比のスイッチング信号でスイッチング素子１３がスイッチング制御されるように、トランジスタ１５をオン／オフ制御する。
【００１８】
このような構成の小型電気機器において、スイッチング素子１３をスイッチング制御する際のスイッチング信号のデューティ比は、電池電圧（ＶＢ）に応じて一通りに設定されている。したがって、ＤＣモータ１１は、起動時から回転数が安定する安定動作時に至るまで、予め設定されたデューティ比のスイッチング信号によりオン／オフ制御されたスイッチング素子１３を介して供給される一定の駆動電圧によって駆動される。すなわち、ＤＣモータ１１は、起動時から回転数が安定する安定動作時に至るまで、同じ一定の駆動電圧で駆動されることになる。したがって、ＤＣモータ１１は、起動時から安定動作時に移行する際に駆動電圧差は発生しない。これにより、ＤＣモータ１１の回転数差はなくなるので、回転数差に起因する動作音の差もなくなる。この結果、うなり音を回避することが可能となり、使用者に不快感を与えることなく使用することができる。
【００１９】
（実施形態２）
次に、本発明の実施形態２について説明する。
【００２０】
先の実施形態１では、スイッチング素子１３をスイッチング制御する際のデューティ比をテーブルデータから求めているのに対して、この実施形態２の特徴とするところは、テーブルデータに代えて算出式により算出するようにしたことであり、他は先の実施形態１と同様である。
【００２１】
図３は電池電圧（ＶＢ）（横軸）と、ＤＣモータ１１の駆動電圧（ＶＭ）が３．６Ｖ程度となるスイッチングパルス幅（τ）（縦軸）との関係を示す図である。図３において、電池電圧（ＶＢ）が３．７Ｖ、３．８Ｖ、３．８Ｖ、４．０Ｖ、４．１Ｖ、４．２Ｖの各電圧に対して、図示するようにスイッチングパルス幅（τ）が実測されている。このような実測結果から、電池電圧（ＶＢ）とスイッチングパルス幅（τ）とは、概ね線形に変化することがわかり、次式（１）に示すように一次式で表すことができる。
【００２２】
（数１）
スイッチングパルス幅（τ：ＶＢ＝３．６Ｖ）
＝−９０．２８６×ＶＢ（電池１２の電圧）＋４９１．６３  …（１）
コントロールユニット１４は、上式（１）を算出手段として備え、コントロールユニット１４に入力された電池電圧（ＶＢ）を代入することで、スイッチングパルス幅（τ）を算出する。上記算出式（１）は、ＤＣモータ１１の駆動電圧（ＶＭ）が３．６Ｖ程度に対応したものであるが、このような算出式は、上述したように任意に設定される駆動電圧（ＶＭ）に対応して予め用意されて、記憶装置などに記憶される。
【００２３】
このように、テーブルデータに代えて算出式によりスイッチングパルス幅（τ）を算出して設定することで、テーブルデータを参照するのに比べてデータ量を格段に削減することが可能となり、記憶装置などが小型となり、機器全体を小型化することが可能となる。
【００２４】
（実施形態３）
次に、本発明の実施形態３について説明する。
【００２５】
先の実施形態２では、電池電圧（ＶＢ）を変数とする算出式によりスイッチングパルス幅（τ）を算出している。このとき用いる算出式は、図５に示すようにＤＣモータ１１の駆動電圧（ＶＭ）によって異なる。
【００２６】
図４は先の図３と同様に電池電圧（ＶＢ）（横軸）とスイッチングパルス幅（τ）（縦軸）との関係を示す図であり、駆動電圧（ＶＭ）＝３．３Ｖ、３．４Ｖ、３．４５Ｖ、３．５Ｖのぞれぞれに対するスイッチングパルス幅（τ）の違いを示している。図４において、上記それぞれの駆動電圧（ＶＭ）に対して、スイッチングパルス幅（τ）は、次式（２）〜（５）に示すように一次式で表される。
【００２７】
（数２）
スイッチングパルス幅（τ：ＶＭ＝３．３）
＝−７０．１１９×ＶＢ＋３８８．８３  …（２）
（数３）
スイッチングパルス幅（τ：ＶＭ＝３．４）
＝−７０×ＶＢ＋３９３．８６  …（３）
（数４）
スイッチングパルス幅（τ：ＶＭ＝３．４５
＝−６９．１４３×ＶＢ＋３９３．１１  …（４）
（数５）
スイッチングパルス幅（τ：ＶＭ＝３．５）
＝−７０．５７１×ＶＢ＋４０１．０２  …（５）
上式（２）〜（５）において、スイッチングパルス幅（τ）は、駆動電圧（ＶＭ）によって傾きは概ね同様となるが、定数項（縦軸の切片）は異なっている。
【００２８】
そこで、定数項（縦軸の切片）と駆動電圧（ＶＭ）との関係をみてみると、図５に示すようになる。図５は駆動電圧（ＶＭ）（横軸）と上記定数項（図４の縦軸の切片）との関係を示す図である。図６からわかるように、駆動電圧（ＶＭ）と定数項（図４の縦軸の切片）とは、概ね線形に変化しており、両者は次式（６）に示すように一次式で表すことができる。
【００２９】
（数６）
定数項＝５３．１４３×ＶＭ＋２１４．４    …（６）
したがって、スイッチングパルス幅（τ）は、上式（６）を用いて、電池電圧（ＶＢ）ならびに駆動電圧（ＶＭ）を変数とする算出式として、次式（７）で示すように表される。
【００３０】
スイッチングパルス幅（τ）
＝−７０×（ＶＢmax×ＶＢ（Ｄ）／ＶＢmax（Ｄ） ）＋｛５４×（（ＶＭ（Ｄ）／１    ０２４）×５．６）＋２１２｝    …（７）
ここで、ＶＢmaxは、電池１２の最大出力電圧であり、ＶＢ（Ｄ）は起動前にコントロールユニット１４が検出して読み込んだアナログ値の電池電圧（ＶＢ）をＡ／Ｄ変換して得られたデジタル値である。ＶＢmax（Ｄ）は、電池１２の最大出力電圧（アナログ値）をＡ／Ｄ変換して得られたデジタル値であり、小型電気機器で使用する電池１２に応じて予めコントロールユニット１４に書き込まれて記憶されているものである。
【００３１】
ＶＭ（Ｄ）は、上述したように任意に設定される駆動電圧のデジタル値である。この駆動電圧は、例えば適用する機器の種類や仕様に応じて外部からコントロールユニット１４に書き込まれて設定される。この場合に、例えば図６に示すように、駆動電圧（ＶＭ）を外部からＤＣモータ１１の両端に印加し、印加された駆動電圧がコントロールユニット１４に入力されてＡ／Ｄ変換され、デジタル値（ＶＭ（Ｄ））として書き込まれて設定される。もしくは、コントロールユニット１４の所定の入力端子からアナログ値の駆動電圧（ＶＭ）を入力してＡ／Ｄ変換しデジタル値（ＶＭ（Ｄ））として書き込んで設定してもよい。
【００３２】
コントロールユニット１４は、上記算出式（７）を算出手段として備え、コントロールユニット１４に入力された電池電圧（ＶＢ）ならびに駆動電圧（ＶＭ）のデジタル値を代入することで、スイッチングパルス幅（τ）を算出する。
【００３３】
このように、駆動電圧（ＶＭ）を考慮した算出式によりスイッチングパルス幅（τ）を算出して設定することで、先の実施例２に比べてスイッチングパルス幅（τ）を算出する算出式を削減することが可能となる。これにより、算出式を記憶する記憶装置などが小型となり、機器全体を小型化することが可能となる。
【符号の説明】
【００３４】
１１…ＤＣモータ
１２…電池
１３…スイッチング素子
１４…コントロールユニット
１５…トランジスタ
【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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