(57)【要約】【課題】運転停止時のモータ、インバータ部の温度過昇を回避し、信頼性の高い電気掃除機を提供する。【解決手段】インペラ（図示せず）および前記インペラを駆動すると共に前記インペラにより冷却されるブラシレスモータ（図示せず）とから構成されたファンモータ１５と、前記ファンモータ１５により冷却されるスイッチング素子２５ａ〜３０ａから構成されると共に前記ファンモータ１５を駆動するインバータ部１６と、外部から停止指令が入力された後に、所定の時間、前記ファンモータ１５を運転した後に、停止させる制御手段３１とを具備したもので、運転停止時のモータ、インバータ部１６の温度過昇が回避され、信頼性の高い電気掃除機が実現される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ファンおよび前記ファンを駆動すると共に前記ファンにより冷却されるモータとから構成されたファンモータと、前記ファンモータにより冷却される半導体素子から構成されると共に前記ファンモータを駆動するインバータ部と、外部から停止指令が入力された後に、所定の時間、前記ファンモータを運転した後に、停止させる制御手段とを具備したことを特徴とする電気掃除機。
【請求項２】
制御手段は、停止指令入力後、ファンモータの回転数を、停止指令入力時の回転数より低い値とすることを特徴とする請求項１に記載の電気掃除機。
【請求項３】
制御手段は、停止指令入力後、ファンモータの回転数を停止指令入力時の回転数の略７割の値とすることを特徴とする請求項１又は２に記載の電気掃除機。
【請求項４】
制御手段は、外部からの停止指令入力後、ファンモータの停止により半導体素子、およびモータの温度が、それらの破壊温度以上に上昇しない状態まで冷却されるまでの間、前記ファンモータを低速で運転することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の電気掃除機。
【請求項５】
ファンおよび前記ファンを駆動すると共に前記ファンにより冷却されるモータとから構成されたファンモータと、前記ファンモータにより冷却される半導体素子から構成されると共に前記ファンモータを駆動するインバータ部と、外部から停止指令が入力された後に、前記ファンモータの回転数を複数回段階的に低下させる制御手段とを具備したことを特徴とする電気掃除機。
【請求項６】
段階的に低下させる回転数の設定値を、直前の回転数の略７割の値とすることを特徴とする請求項５に記載の電気掃除機。
【請求項７】
制御手段は、ファンモータの複数回の運転時間を、前記ファンモータによる半導体素子及び／もしくはモータの冷却量が、前記半導体素子及び／もしくは前記モータの発熱量と同等になるまでの時間に設定することを特徴とする請求項５又６に記載の電気掃除機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気掃除機に関するもので、特に、ファンモータ、およびその回転数を制御する駆動回路を有した電気掃除機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電源からの交流電力を用いて、ファンが直結されたモータを駆動し、それにより発生する空気の吸い込み力を利用して掃除を行う電気掃除機において、近年、その良好な保守性、排気の清潔さ、などからブラシレスモータを利用した電気掃除機が実用化されている。そのブラシレスモータの駆動にはインバータが使用され、その回転数は、その交流出力の周波数を変化させることにより制御されている。
【０００３】
そのような駆動回路を用いたファンモータの構造の一例として、図７に示されるようなものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
図７は、上記特許文献１に記載された従来の電気掃除機のファンモータの縦半断面図及び排気側から見た平面図である。
【０００５】
図７において、ファンモータ１５は、回転軸３を有した回転子１と、巻き線４を有した固定子２と、固定子２を内包し、回転軸３を支持する軸受け６、７を保持したフレーム５とにより構成されたブラシレスモータ１５ａを備えるとともに、複数枚のブレード８ａを有し、回転軸３に固着されたインペラ８と、インペラ８の外周に配置されたエアガイド９と、インペラ８およびエアガイド９を内包し、中央部に吸気口１１を配置し、フレーム５に固定されたファンケース１０とを備えている。
【０００６】
フレーム５の外側には、外筒１２を設け、インペラ８によって発生し、エアガイド９に導かれた空気をフレーム５の外周に沿って流す通気路１３を、外筒１２とフレーム５間に構成し、この間に多孔質体のフィルタ１９を設置し、このフィルタ１９の下流側に、駆動用半導体素子１４を設置している。この構成により、外筒１２を放熱フィンとして利用でき、またフィルタ１９を設置しているので、清浄な空気で直接、駆動用半導体素子１４を冷却できるため、コンパクトでかつ安全な冷却構成を実現している。
【０００７】
風上側に備えられたインペラ８から構成されるファンは、下流側に直結された回転子１と固定子２とから構成されるブラシレスモータ１５ａにより駆動され、そのファンにより空気の流れが発生し、掃除機の吸引力となっている。ブラシレスモータ１５ａの下流部に近接した部位に、その駆動を行う回路の駆動用半導体素子１４が設けられ、その回路出力である交流出力により駆動されている。
【０００８】
ブラシレスモータ１５ａは、ファンモータ駆動時に、ブラシレスモータ１５ａの巻き線４、および固定子３の鉄芯が発熱するが、その発熱は、ファンにより発生する風により冷却されるものである。また、回路においても、その出力を制御するためのＩＧＢＴなどの駆動用半導体素子１４は、そこを流れる電流により熱が発生するが、これもブラシレスモータ１５ａの場合と同様に、ファンにより発生する風により冷却されるものである。
【０００９】
このようなファン風による冷却構成により、ブラシレスモータ１５ａの巻き線４、鉄芯の過度な温度上昇によるブラシレスモータ１５ａの電気的な絶縁破壊、構造物の変形による構造破壊などを回避している。また、回路の半導体素子の過度な温度上昇による半導体素子の破壊、発火を回避している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平１１−３３６６９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、このようなファンモータの冷却構成を有した電気掃除機においては、通常運転時には、ファンモータ１５が回転することにより空気の流れが発生し、ブラシレスモータ１５ａおよび駆動用半導体素子１４が冷却され、温度上昇による破壊が回避されるが、電気掃除機の停止時には、ファンモータ１５の回転が停止して、冷却のための空気の流れが発生しないため、ブラシレスモータ１５ａおよび駆動用半導体素子１４の温度が、過度に上昇することがあった。それにより、ブラシレスモータ１５ａの電気的な絶縁破壊、構造物の変形による構造破壊、および回路の駆動用半導体素子１４の温度過昇による破壊、発火の発生の危険性があった。
【００１２】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、モータ、およびその回転数を制御する駆動回路を有したファンモータから構成される電気掃除機において、その運転停止時のモータ、駆動回路の温度過昇を回避し、信頼性の高い電気掃除機を実現することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記従来の課題を解決するために、本発明の電気掃除機は、ファンおよび前記ファンを駆動すると共に前記ファンにより冷却されるモータとから構成されたファンモータと、前記ファンモータにより冷却される半導体素子から構成されると共に前記ファンモータを駆動するインバータ部と、外部から停止指令が入力された後に、所定の時間、前記ファンモータを運転した後に停止させる制御手段とを具備したもので、運転停止時のモータ、駆動回路の温度過昇が回避され、信頼性の高い電気掃除機が実現される。
【００１４】
また、本発明の電気掃除機は、ファンおよび前記ファンを駆動すると共に前記ファンにより冷却されるモータとから構成されたファンモータと、前記ファンモータにより冷却される半導体素子から構成されると共に前記ファンモータを駆動するインバータ部と、外部から停止指令が入力された後に、前記ファンモータの回転数を複数回段階的に低下させる制御手段とを具備したもので、運転停止時のモータ、駆動回路の温度が充分低い値に、速やかに低減され、信頼性の高い電気掃除機が実現される。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の電気掃除機は、その運転停止時のモータ、駆動回路の温度過昇が回避され、信頼性の高いものである。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１の実施の形態における電気掃除機の駆動回路のブロック構成図
【図２】同電気掃除機の停止時のファン回転数の変更値の一例を表す推移図
【図３】同電気掃除機のファン回転数に対する冷却量及び発熱量を表す特性図
【図４】同電気掃除機の停止時のモータ及び半導体素子の温度変化の一例を表す推移図
【図５】本発明の第２の実施の形態における電気掃除機の停止時のファン回転数の変更値の一例を表す推移図
【図６】同電気掃除機のファン回転数に対する冷却量及び発熱量を表す特性図
【図７】（ａ）従来の電気掃除機のファンモータの縦半断面図、（ｂ）同ファンモータの排気側から見た平面図
【発明を実施するための形態】
【００１７】
第１の発明は、ファンおよび前記ファンを駆動すると共に前記ファンにより冷却されるモータとから構成されたファンモータと、前記ファンモータにより冷却される半導体素子から構成されると共に前記ファンモータを駆動するインバータ部と、外部から停止指令が入力された後に所定の時間、前記ファンモータを運転した後に、停止させる制御手段とを具備したもので、運転停止時のモータ、インバータ部の温度過昇が回避され、信頼性の高い電気掃除機が実現される。
【００１８】
第２の発明は、特に、第１の発明の制御手段は、停止指令入力後、ファンモータの回転数を、停止指令入力時の回転数より低い値とするもので、運転停止時のモータ、インバータ部の温度が速やかに低減され、モータ、インバータ部が破壊しない、信頼性の高い電気掃除機が実現される。
【００１９】
第３の発明は、特に、第１又は第２の発明の制御手段は、停止指令入力後、ファンモータの回転数を停止指令入力時の回転数の略７割の値とするもので、運転停止時のモータ、インバータ部の温度が最短時間で低減され、モータ、インバータ部が破壊しない、信頼性の高い電気掃除機が実現される。
【００２０】
第４の発明は、特に、第１〜３のいずれか一つの発明の制御手段は、外部からの停止指令入力後、ファンモータの停止により半導体素子、およびモータの温度が、それらの破壊温度以上に上昇しない状態まで冷却されるまでの間、前記ファンモータを低速で運転するもので、運転停止時のモータ、インバータ部の温度がその破壊温度まで上昇することなく低減され、信頼性の高い電気掃除機が実現される。
【００２１】
第５の発明は、ファンおよび前記ファンを駆動すると共に前記ファンにより冷却されるモータとから構成されたファンモータと、前記ファンモータにより冷却される半導体素子から構成されると共に前記ファンモータを駆動するインバータ部と、外部から停止指令が入力された後に、前記ファンモータの回転数を複数回段階的に低下させる制御手段とを具備したもので、運転停止時のモータ、インバータ部の温度が充分低い値に、速やかに低減され、信頼性の高い電気掃除機が実現される。
【００２２】
第６の発明は、特に、第５の発明の段階的に低下させる回転数の設定値を、直前の回転数の略７割の値とするもので、運転停止時のモータ、インバータ部の温度が充分低い値に、短い時間で低減され、信頼性の高い電気掃除機が実現される。
【００２３】
第７の発明は、特に、第５又は第６の発明の制御手段は、ファンモータの複数回の運転時間を、前記ファンモータによる半導体素子及び／もしくはモータの冷却量が、前記半導体素子及び／もしくは前記モータの発熱量と同等になるまでの時間に設定するもので、運転停止時のモータ、インバータ部の温度が充分低い値に、最短時間で低減され、信頼性の高い電気掃除機が実現される。
【００２４】
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。
【００２５】
（実施の形態１）
以下、本発明の第１の実施の形態における電気掃除機について、図１〜５に基づいて詳細に説明する。なお、上記従来の電気掃除機のファンモータ１５と同一部分には、同一符号を付してその説明を省略する。
【００２６】
図１は、この実施の形態における電気掃除機の駆動回路のブロック構成図である。
【００２７】
図１において、交流電源２０より与えられる交流電力は、電気掃除機内の駆動回路２１に備えられた整流回路２３、平滑コンデンサ２４により一旦、直流化され、その後、還流ダイオード２５ｂ〜３０ｂが並列に備えられた半導体素子からなるスイッチング素子２５ａ〜３０ａにより構成されるインバータ部１６に供給される。
【００２８】
インバータ部１６は、上アーム側のスイッチング素子２５ａ，２６ａ、２７ａと、下アーム側のスイッチング素子２８ａ，２９ａ，３０ａによる直列回路を３相分有し、これら直列回路における上アームと下アームの相互接続点が、負荷であるファンモータ１５に接続された構成となっている。
【００２９】
制御手段３１は、マイクロコンピュータにより構成され、特にその内部に有するタイマ機能を用いて、ファンモータ１５が所望の回転数で回転するような交流電力をインバータ部１６が出力するように、スイッチング素子２５ａ〜３０ａのスイッチングを制御する。スイッチングの方法としては、スイッチング素子２５ａ〜３０ａの駆動パルスの時間幅により出力電圧を制御する。一般的なパルス幅変調（ＰＷＭ）方式が用いられる。
【００３０】
また、スイッチング素子２５ａ〜３０ａとしては、例えばＩＧＢＴのような高速スイッチングが可能なデバイスが用いられる。このように制御手段３１は、ファンモータ１５に出力する交流をスイッチング素子２５ａ〜３０ａにおいてパルス幅変調（ＰＷＭ）により作成するためのスイッチングパターンを出力する。このような構成によりファンモータ１５を所望の回転数にて回転させることにより、電気掃除機の吸い込み力を発生させて掃除機としての機能を実現する。
【００３１】
電気掃除機内の駆動回路２１におけるファンモータ１５、およびスイッチング素子２５ａ〜３０ａは、図７に示す従来例と同じような形態で構成される。つまり、ファンモータ１５およびスイッチング素子２５ａ〜３０ａは、ファンにより冷却される位置に設置される。
【００３２】
制御手段３１は、外部より停止指示が与えられた場合、電気掃除機の動作を停止させるために、図２に示す停止時のファン回転数の変更値の推移図に従ってファンモータ１５の回転数を制御する。まず、時刻ｔ０において停止指示が与えられると、それまで回転していた回転数Ｆ０から、その約７割の回転数であるＦ１に低下させる。その後、時刻ｔ１において完全にファンモータ１５の回転を停止する。
【００３３】
この回転数Ｆ１は、以下に示す原理によりファンモータ１５およびスイッチング素子２５ａ〜３０ａの冷却のために最適なものである。図３に、電気掃除機のファン回転数に対するファンモータ１５およびスイッチング素子２５ａ〜３０ａの冷却量及び発熱量を表す特性図を示す。
【００３４】
横軸は、定常時のファン回転数に対する相対的な回転数を示す。このように定常時のファン回転数に対して回転数を変更した場合、ファンモータ１５およびスイッチング素子２５ａ〜３０ａの発熱量、および冷却量はこの図のように変化する。つまり、冷却量は、ファン風量に比例するので回転数に比例するものである。
【００３５】
一方、ファンモータ１５およびスイッチング素子２５ａ〜３０ａの発熱量は、電流の二乗に比例するが、その電流は、回転数の二乗負荷であるファンのトルク特性により回転数の二乗に比例するものである。
【００３６】
従って、発熱量は、回転数の四乗に比例することとなる。その結果、回転数に対して冷却量、および発熱量は、この図のような変化を示すこととなる。ここで、（冷却量−発熱量）が、最終的な冷却量であるので、その値の変化を計算すると、回転数が約７０％の時に最大となることが分かる。従って、ファンの回転数を定常時の約７割に低下させることにより、モータおよびスイッチング素子を最大限に冷却することが可能となる。
【００３７】
図４に本実施の形態に係る電気掃除機の停止時のファンモータ１５およびスイッチング素子２５ａ〜３０ａの温度変化の一例を表す。曲線（Ｂ）に示すのは、本実施の形態に係る電気掃除機の停止時のファンモータ１５およびスイッチング素子２５ａ〜３０ａの温度変化であり、曲線（Ａ）に示すのは、停止指示発生後、直ぐにファンモータ１５を完全停止した場合の温度変化である。
【００３８】
このように、直ぐにファンモータ１５を完全停止した場合には、冷却風が停止されたことによる温度のオーバーシュートが発生し、時刻ｔ１において最大温度Ｔ１まで上昇する。この最大温度Ｔ１が、ファンモータ１５およびスイッチング素子２５ａ〜３０ａの破壊温度を超えると、ファンモータ１５およびスイッチング素子２５ａ〜３０ａは破壊し、電気掃除機の動作が不能となるものである。
【００３９】
それに対し、曲線（Ｂ）に示した本実施の形態に係る電気掃除機の停止時のファンモータ１５およびスイッチング素子２５ａ〜３０ａの温度変化においては、停止指示後、低回転数でファンモータ１５の駆動を継続することにより、ファンモータ１５およびスイッチング素子２５ａ〜３０ａの温度は、急速に低下するため、ファンモータ１５およびスイッチング素子２５ａ〜３０ａが破壊することがない信頼性の高い電気掃除機が実現できるものである。
【００４０】
（実施の形態２）
図５は、本発明の第２の実施の形態における電気掃除機の停止時のファン回転数の変更値の一例を表す推移図である。なお、本実施の形態における電気掃除機の駆動回路のブロック構成図は、上記第１の実施の形態における電気掃除機のものと同様であるため、同一部分には同一符号を付してその説明を省く。
【００４１】
図５において、制御手段３１は、外部より停止指示が与えられた場合、電気掃除機の動作を停止させるために、図５に示す停止時のファン回転数の変更値の推移図に従って、ファンモータ１５の回転数を制御する。
【００４２】
まず、時刻ｔ０において停止指示が与えられると、それまで回転していた回転数Ｆ０から、その約７割の回転数であるＦ１に低下させる。その後、時刻ｔ１において、直前の回転数Ｆ１から、その約７割の回転数であるＦ２に低下させる。さらに、時刻ｔ２において、直前の回転数Ｆ２から、その約７割の回転数であるＦ３に低下させる。その後、時刻ｔ３において、完全にファンモータ１５の回転を停止する。
【００４３】
このような回転数の複数段での低減方法は、以下に示す原理により、ファンモータ１５およびスイッチング素子２５ａ〜３０ａの冷却のために最適なものである。図６に冷却が進んだ後の電気掃除機のファン回転数に対するファンモータ１５およびスイッチング素子２５ａ〜３０ａの冷却量及び発熱量を表す特性図を示す。
【００４４】
横軸は、定常時のファン回転数に対する相対的な回転数である。冷却がある程度進むと、ファンによるファンモータ１５およびスイッチング素子２５ａ〜３０ａの冷却量は、その温度が低下するために減少する。つまり、図３に示した値に対して、この場合、約半分
にまで低下している。その時の、ファン回転数に対するファンモータ１５およびスイッチング素子２５ａ〜３０ａの発熱量は、回転数の四乗に比例するのは、図３に示した場合と同様である。
【００４５】
従って、（冷却量−発熱量）となる最終的な冷却量は、その回転数が定常時の約半分にしたときに最大となる。このように、ファンモータ１５およびスイッチング素子２５ａ〜３０ａの冷却は進行するに従い、ファンの回転数をさらに低減していくことにより、最短時間で冷却を終了することができる。このように、本実施の形態における電気掃除機においては、図５に示すようにファンの回転数を変更していくことにより、ファンモータ１５およびスイッチング素子２５ａ〜３０ａを最短時間で冷却させることが可能となり、そのことにより、ファンモータ１５およびスイッチング素子２５ａ〜３０ａの破壊の生じない非常に信頼性の高い電気掃除機が実現される。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
以上説明したように、本発明に係る電気掃除機は、モータ、およびその回転数を制御する駆動回路を有したファンモータから構成される電気掃除機に関し、モータおよびスイッチング素子の信頼性の高い動作が必要な電気掃除機について有用である。
【符号の説明】
【００４７】
８  インペラ（ファン）
１５  ファンモータ
１５ａ  ブラシレスモータ（モータ）
２０  交流電源
２１  駆動回路
２３  整流回路
２４  平滑コンデンサ
２５ａ〜３０ａ  スイッチング素子（半導体素子）
２５ｂ〜３０ｂ  還流ダイオード
３１  制御手段
【図１】
2012245302.tif 000003
【図２】
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【図４】
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【図５】
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【図３】
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【図６】
2012245302.tif 000008
【図７】
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