(57)【要約】【課題】小型軽量、低コストな構成で電源環境によらないモータ駆動装置を実現すること。【解決手段】モータ駆動装置２０は、外部からの交流電源１を入力し任意の周波数の電力に変換し外部接続されたモータ８を駆動するインバータ回路２２と、インバータ回路２２の入出力側に接続された蓄電池１４と、モータ８の駆動時には、蓄電池１４の電力もしくは外部交流電源１の電力を用いてインバータ回路２２によりモータ８を駆動すると共に、蓄電池１４の充電時には、インバータ回路２２の出力の内の１相に直流電力を出力し、その直流電力を用いて蓄電池１４の充電を行う制御機能を有した制御手段１５とを有することにより、小型、軽量、低コストで、電源環境によらないモータ駆動装置２０を実現することができる。【選択図】図１
2013093988.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流の外部電源を入力とし前記外部電源の電力を任意の周波数の電力に変換し外部接続されたモータを駆動するインバータ回路と、前記インバータ回路の入出力側に接続された蓄電池と、前記モータの駆動時には、前記蓄電池の電力もしくは前記外部電源の電力を用いて前記インバータ回路によりモータを駆動すると共に、前記蓄電池の充電時には、前記インバータ回路の出力の内の１相に直流電力を出力し、その直流電力を用いて前記蓄電池の充電を行う制御機能を有した制御手段とを備えたことを特徴とするモータ駆動装置。
【請求項２】
交流の外部電源を入力とし前記外部電源の電力を直流に変換するコンバータと、前記コンバータの出力する電力を入力とし任意の周波数の電力に変換し外部接続されたモータを駆動するインバータ回路と、前記インバータ回路の入出力側に接続された蓄電池と、前記モータの駆動時には、前記蓄電池の電力もしくは外部電源の電力を用いて前記インバータ回路によりモータを駆動すると共に、前記蓄電池の充電時には、前記インバータ回路の出力の内の１相に直流電力を出力し、その直流電力を用いて前記蓄電池の充電を行う制御機能を有した制御手段とを備えたことを特徴とするモータ駆動装置。
【請求項３】
前記インバータ回路は、直列に接続されたスイッチング素子２個を１相分として３相分のスイッチング素子を備え、前記制御手段は、前記モータの駆動時には、３相分のスイッチング素子をスイッチングすることにより３相の任意の周波数の電力を出力して３相のモータを駆動し、前記蓄電池の充電時には、前記インバータ回路の３相分のスイッチング素子の内、１相分のスイッチング素子のみスイッチングを行うことにより直流電力を出力する制御を行うことを特徴とする請求項１または２に記載のモータ駆動装置。
【請求項４】
前記インバータ回路は、スイッチング素子２個を１相分として２相分のスイッチング素子を備え、前記制御手段は、前記モータの駆動時には、２相分のスイッチング素子をスイッチングすることにより２相の任意の周波数の電力を出力して２相のモータを駆動し、前記蓄電池の充電時には、前記インバータ回路の２相分のスイッチング素子の内、１相分のスイッチング素子のみスイッチングを行うことにより直流電力を出力する制御を行うことを特徴とする請求項１または２に記載のモータ駆動装置。
【請求項５】
前記蓄電池と前記インバータ回路の入力側の間には第１のスイッチが備えられ、前記蓄電池と前記インバータ回路の出力側の間には第２のスイッチが備えられ、前記制御手段は、前記蓄電池の電力でモータを駆動するときに第１のスイッチをオンとし、前記外部電源から電力で蓄電池を充電するときに第２のスイッチをオンとすることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のモータ駆動装置。
【請求項６】
前記インバータ回路の入力側には、入力部の電圧を検出する電圧検出手段を備え、検出された電圧が所定の値以下の場合、前記蓄電池の電力でモータを駆動すると共に、検出された電圧が前記所定の値以上の場合、前記外部電源の電力でモータを駆動、もしくは蓄電池を充電する制御を行う制御手段を備えたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のモータ駆動装置。
【請求項７】
前記コンバータの外部電源からの入力側には、入力の電圧を検出する電圧検出手段を備え、検出された電圧が所定の値以下の場合、前記蓄電池の電力でモータを駆動すると共に、検出された電圧が前記所定の値以上の場合、前記外部電源からの電力でモータを駆動、もしくは蓄電池を充電する制御を行う制御手段を備えたことを特徴とする請求項２〜５のいずれか１項に記載のモータ駆動装置。
【請求項８】
前記インバータ回路の入力側に接続された昇圧回路を備え、前記蓄電池の出力は昇圧回路
の入力側に接続されたことを特徴とする請求項１〜７記載のいずれか１項に記載のモータ駆動装置。
【請求項９】
前記昇圧回路の入力側には、入力部の電圧を検出する電圧検出手段を備え、検出された電圧が所定の値以下の場合、前記蓄電池の電力でモータを駆動すると共に、検出された電圧が前記所定の値以上の場合、前記外部電源の電力でモータを駆動、もしくは蓄電池を充電する制御を行う制御手段を備えたことを特徴とする請求項８に記載のモータ駆動装置。
【請求項１０】
前記外部電源からの入力側には第３のスイッチが備えられ、前記制御手段は、前記外部電源からの電力でモータを駆動、もしくは蓄電池を充電するときに第３のスイッチをオンとすることを特徴とする請求項２〜９のいずれか１項に記載のモータ駆動装置。
【請求項１１】
ファンモータの駆動装置が、請求項１〜１０のいずれか１つのモータ駆動装置により構成されたことを特徴とする電気掃除機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、交流電源、もしくは蓄電池の直流電源からの電力を所望の周波数の交流に変換し、負荷としてモータの駆動を行うモータ駆動装置、およびそれを用いた電気掃除機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の外部交流電源からの電力で電動機を駆動すると共に、内部に備えた蓄電池の電力によっても電動機を駆動する機能を有した装置として、発電機の出力をインバータにより交流に変換し圧縮機モータを駆動すると共に、内部の蓄電池を発電機の出力により充電回路を用いて充電し、発電機の出力が低下した場合には蓄電池の電力を用いて圧縮機モータを駆動することにより安定した冷凍能力を実現した冷凍車用冷凍装置が考案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
この冷凍車用冷凍装置においては、インバータの整流回路とスイッチング回路の間に充電回路と蓄電池からなる蓄電池ユニットが設けられ、充電時には、充電回路により蓄電池に定電圧を供給し充電を行っている。
【０００４】
また、停電時において僅かな停止も許されない場合や、停電時において非常用動力として立上げされる交流電動機を駆動する場合に、バックアップ電源として蓄電池を搭載し、停電発生時には蓄電池で蓄積された電力を用いて交流電動機を駆動する交流電動機駆動装置が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
この交流電動機駆動装置においては、交流電源に接続された充電器および充電制御回路が備えられ、それを用いて蓄電池を充電すると共に、停電発生時には、蓄電池に充電された電力を昇圧チョッパにより昇圧し、インバータを経由して交流電動機に給電して交流電動機を運転可能としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−５６１７０号公報
【特許文献２】特開２０１０−１５４６５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
このようなモータ駆動装置においては、非常電源としての蓄電池を充電するときには、外部電源からの電力を降圧チョッパ回路などにより充電可能な電圧に制御すると共に、蓄電池に流れる電流を充電可能な電流に制御する機能を有した充電回路が必要であった。この充電回路は、降圧するためのコイル、スイッチング素子、制御ＩＣなどから構成されるが、コスト、サイズ共に大きく、装置全体としてのコストアップ、大型化の大きな要因となるものであった。
【０００８】
本願発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、蓄電池を搭載し、停電発生時や外部電源の入力電力が低下した場合には、蓄電池で蓄積された電力を用いてモータを駆動するモータ駆動装置において、蓄電池の充電をモータ駆動装置に備えられたインバータを利用して行うことにより、小型、軽量、低コストで、電源環境によらないモータ駆動装置、およびそれを用いた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】
【０００９】
本発明に係るモータ駆動装置は、直流の外部電源を入力とし外部電源の電力を任意の周波数の電力に変換し外部接続されたモータを駆動するインバータ回路と、インバータ回路の入出力側に接続された蓄電池と、モータの駆動時には、蓄電池の電力もしくは外部電源の電力を用いてインバータ回路によりモータを駆動すると共に、蓄電池の充電時にはインバータ回路の出力の内の１相に直流電力を出力し、その直流電力を用いて蓄電池の充電を行う制御機能を有した制御手段とを有したものである。
【００１０】
このことにより、直流の外部電源を入力とし、小型、軽量、低コストの回路で構成された電源環境に強いモータ駆動装置が実現される。
【発明の効果】
【００１１】
以上のように本発明によれば、小型、軽量、低コストの回路で構成され、電源環境に強いモータ駆動装置、およびそれを用いた電気掃除機が実現される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態１に係るモータ駆動装置の全体構成を示す回路構成図
【図２】同、モータ駆動装置の制御手段の動作を示すフローチャート
【図３】同、モータ駆動装置におけるインバータ回路でのモータ駆動時のスイッチングの推移を示す状態図
【図４】同、モータ駆動装置におけるインバータ回路での蓄電池充電時のスイッチングの推移を示す状態図
【図５】本発明の実施の形態２に係るモータ駆動装置の全体構成を示す回路構成図
【図６】同、モータ駆動装置におけるインバータ回路でのモータ駆動時のスイッチングの推移を示す状態図
【図７】同、モータ駆動装置におけるインバータ回路での蓄電池充電時のスイッチングの推移を示す状態図
【図８】本発明の実施の形態３に係る電気掃除機の主要構成を示す構成図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
第１の発明は、直流の外部電源を入力とし外部電源の電力を任意の周波数の電力に変換し外部接続されたモータを駆動するインバータ回路と、インバータ回路の入出力側に接続された蓄電池と、モータの駆動時には、蓄電池の電力もしくは外部電源の電力を用いてインバータ回路によりモータを駆動すると共に、蓄電池の充電時にはインバータ回路の出力の内の１相に直流電力を出力し、その直流電力を用いて蓄電池の充電を行う制御機能を有した制御手段とを備えたものである。
このことにより、直流の外部電源を入力とし、小型、軽量、低コストの回路で構成された電源環境に強いモータ駆動装置が実現される。
【００１４】
第２の発明は、交流の外部電源を入力とし外部電源の電力を直流に変換するコンバータと、コンバータの出力する電力を入力とし任意の周波数の電力に変換し外部接続されたモータを駆動するインバータ回路と、インバータ回路の入出力側に接続された蓄電池と、モータの駆動時には、蓄電池の電力もしくは外部電源の電力を用いてインバータ回路によりモータを駆動すると共に、蓄電池の充電時には、インバータ回路の出力の内の１相に直流電力を出力し、その直流電力を用いて蓄電池の充電を行う制御機能を有した制御手段とを備えたものである。
このことにより、交流の外部電源を入力とし、小型、軽量、低コストの回路で構成された電源環境に強いモータ駆動装置が実現される。
【００１５】
第３の発明は、特に、第１または第２の発明のインバータ回路は、直列に接続されたスイッチング素子２個を１相分として３相分のスイッチング素子を備え、モータの駆動時には、３相分のスイッチング素子をスイッチングすることにより３相の任意の周波数の電力を出力し３相のモータを駆動し、蓄電池の充電時には、インバータ回路の３相分のスイッチング素子の内、１相分のスイッチング素子のみスイッチングを行うことにより直流電力を出力する制御を行う制御手段とを有したものである。
このことにより、小型、軽量、低コストの回路で構成され、３相モータを駆動する機能を有した電源環境に強いモータ駆動装置が実現される。
【００１６】
第４の発明は、特に、第１または第２の発明のインバータ回路は、スイッチング素子２個を１相分として２相分のスイッチング素子を備え、前記制御手段は、前記モータの駆動時には、２相分のスイッチング素子をスイッチングすることにより２相の任意の周波数の電力を出力して２相のモータを駆動し、前記蓄電池の充電時には、前記インバータ回路の２相分のスイッチング素子の内、１相分のスイッチング素子のみスイッチングを行うことにより直流電力を出力する制御を行うことを特徴としたものである。
このことにより、小型、軽量、低コストの回路で構成され、２相モータを駆動する機能を有した電源環境に強いモータ駆動装置が実現される。
【００１７】
第５の発明は、特に、第３または第４の発明において、蓄電池とインバータ回路の入力側の間には第１のスイッチが備えられ、蓄電池とインバータ回路の出力側の間には第２のスイッチが備えられ、制御手段は、蓄電池の電力でモータを駆動するときに第１のスイッチをオンとし、外部電源から電力で蓄電池を充電するときに第２のスイッチをオンとする制御を行う制御手段とを有したものである。
このことにより、小型、軽量、低コストの回路で構成され、モータ駆動と蓄電池充電が容易に切り替え可能な電源環境に強いモータ駆動装置が実現される。
【００１８】
第６の発明は、特に、第１〜第４のいずれか１つの発明において、インバータ回路の入力側には、入力部の電圧を検出する電圧検出手段を備え、検出された電圧が所定の値以下の場合、蓄電池の電力でモータを駆動すると共に、検出された電圧が所定の値以上の場合、外部電源の電力でモータを駆動、もしくは蓄電池を充電する制御を行う制御手段とを備えたものである。
このことにより、小型、軽量、低コストの回路で構成され、外部電源駆動と、蓄電池駆動が自動的に切り替わる安全性に優れた電源環境に強いモータ駆動装置が実現される。
【００１９】
第７の発明は、特に、第２〜第５のいずれか１つの発明において、コンバータの外部電源からの入力側には、入力の電圧を検出する電圧検出手段を備え、検出された電圧が所定の値以下の場合、蓄電池の電力でモータを駆動すると共に、検出された電圧が所定の値以上の場合、外部電源からの電力でモータを駆動、もしくは蓄電池を充電する制御を行う制御手段を備えたものである。
このことにより、小型、軽量、低コストの回路で構成され、交流電源入力で機能するモータ駆動装置において、外部電源駆動と蓄電池駆動が自動的に切り替わる安全性に優れた電源環境に強いモータ駆動装置が実現される。
【００２０】
第８の発明は、特に、第１〜第７のいずれか１つの発明において、インバータ回路の入力側に接続された昇圧回路を備え、蓄電池の出力は昇圧回路の入力側に接続されたものである。
このことにより、小型、軽量、低コストの回路で構成され、電源環境によらずにモータ駆動電圧を確保できるモータ駆動装置が実現される。
【００２１】
第９の発明は、特に、第８の発明において、昇圧回路の入力側には、入力部の電圧を検
出する電圧検出手段を備え、検出された電圧が所定の値以下の場合、蓄電池の電力でモータを駆動すると共に、検出された電圧が所定の値以上の場合、外部電源の電力でモータを駆動、もしくは蓄電池を充電する制御を行う制御手段とを備えたものである。
このことにより、小型、軽量、低コストの回路で構成され、電源環境によらずにモータ駆動電圧を確保でき、自動的に外部電源と蓄電池電源が切り替わる安全性に優れたモータ駆動装置が実現される。
【００２２】
第１０の発明は、特に、第２〜第９のいずれか１つの発明において、外部電源からの入力側には第３のスイッチが備えられ、前記制御手段は、前記外部電源からの電力でモータを駆動、もしくは蓄電池を充電するときに第３のスイッチをオンとすることを特徴としたものである。
このことにより、小型、軽量、低コストの回路で構成され、電源環境によらずにモータ駆動電圧を確保でき、自動的に外部電源と蓄電池電源が切り替わる安全性に優れたモータ駆動装置が実現される。
【００２３】
第１１の発明は、ファンモータの駆動装置が、第１〜第１０のいずれか１つの発明のモータ駆動装置により構成されたことを特徴としたものである。
このことにより、電源環境によらず、外部交流電源によっても、内部蓄電池の電力によってもファンモータを安定して駆動し掃除機機能が得られる、小型、低コストの電気掃除機が実現されるものである。
【００２４】
以下、本発明の実施の形態を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）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係るモータ駆動装置２０の全体構成を示す回路構成図である。
交流電源１より与えられる交流電力は、交流電力の電圧を検出する交流電圧検出手段１９、および交流電源の接続をオンオフする交流側スイッチ１８を通して全波整流用のダイオードブリッジで構成される整流回路９により直流に変換される。
【００２６】
この整流回路９により変換された直流電力は、昇圧コイル１０、昇圧用スイッチング素子１２、ダイオード１１、平滑コンデンサ１３とから構成される一般的な昇圧チョッパ方式回路である昇圧回路２１により昇圧される。例えば、交流電源１の入力がＡＣ１００Ｖの場合、整流回路９の出力は約０Ｖ〜１４０Ｖの変動電圧となるが、昇圧回路２１により例えば、１４０Ｖ〜３００Ｖ程度の任意の平滑された直流電圧に昇圧させることができる。
【００２７】
この昇圧回路２１により昇圧された直流電力は、スイッチング素子２ａ〜７ａおよび、それに並列に接続されたダイオード２ｂ〜７ｂにより構成されるスイッチング回路２〜７から構成されるインバータ回路２２に入力される。インバータ回路２２においては、任意の周波数の交流に変換され、上アーム側のスイッチング回路２、４、６と下アーム側のスイッチング回路３、５、７の相互接続点に接続されたモータ８に供給される。このことにより、モータ８を任意の回転数で駆動することができる。
【００２８】
制御手段１５は、モータ８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回路２２が出力するように、スイッチング素子２ａ〜７ａ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、素子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。
【００２９】
さらに、モータ駆動装置２０内には、蓄電池１４が備えられ、その一端は整流回路９と昇圧回路２１の接続点に放電スイッチ１６を通して接続される。また、さらに他の一端には、インバータ回路２２からモータ８に接続された３相の電力線の内の１相の電力線に、充電スイッチ１７を通して接続される。
【００３０】
モータ８を駆動する電力は、交流電源１からの電力を使用することも可能であると共に、蓄電池１４からの電力を使用することも可能な構成となっている。交流電源１からの電力を使用する場合には、交流側スイッチ１８がオン、放電スイッチ１６がオフと設定され、蓄電池１４からの電力を使用する場合には、交流側スイッチ１８がオフ、放電スイッチ１６がオンと設定される。
【００３１】
このことにより、交流電源１からの電力を使用する場合には、交流電源１からの電力が昇圧回路２１の入力端に供給され、蓄電池１４からの電力を使用する場合には、蓄電池１４の電力が昇圧回路２１の入力端に供給されることにより、モータ８を駆動する構成となっている。制御手段１５は、この使用する電力の切り替えを交流側スイッチ１８、放電スイッチ１６を制御することにより行う。
【００３２】
さらに、充電の際には交流側スイッチ１８がオン、放電スイッチ１６がオフ、充電スイッチ１７がオンと設定される。それにより、交流電源１からの電力が昇圧回路２１を通してインバータ回路２２に入力され、インバータ回路２２の３相出力の内、１相から出力される直流電力が、蓄電池１４に供給され充電が行われる。
【００３３】
次に、制御手段１５における動作モードの切り替え制御機能について説明する。図２は、本実施の形態１に係るモータ駆動装置の制御手段１５の動作を示すフローチャートである。このモータ駆動装置においては、モータを駆動するモード、もしくは蓄電池を充電するモードを有する。ユーザの操作によりモータが駆動される場合以外は、蓄電池１４を充電するモードに設定される。
【００３４】
ステップＳ１０１においてモードが判断されると、モータ駆動モードの場合には、ステップＳ１０２において、交流電力の電圧を検出する交流電圧検出手段１９により検出された交流電圧の値を入力し、交流電圧の値が所定の電圧値（電圧Ａ）を超えている場合には、外部電源から電力が供給されていると判断され、逆に所定の電圧値（電圧Ａ）以下の場合には、外部電源から電力が供給されていないと判断される。この所定の電圧値は、モータを駆動することが可能な最低電圧値に設定される。
【００３５】
外部電源から電力が供給されていると判断された場合には、ステップ１０４において、交流側スイッチ１８がオン、放電スイッチ１６がオフ、充電スイッチ１７がオフと設定される。これにより、交流電源１からの電力が昇圧回路２１の入力端に供給され、さらにインバータ回路２２に供給されることにより、モータ８を駆動する構成となる。
【００３６】
逆に、外部電源から電力が供給されていないと判断された場合には、ステップ１０５において、交流側スイッチ１８がオフ、放電スイッチ１６がオン、充電スイッチ１７がオフと設定される。これにより、蓄電池１４の電力が昇圧回路２１の入力端に供給され、さらにインバータ回路２２に供給されることにより、モータ８を駆動する構成となる。その後、ステップ１０６においてインバータ回路２２から３相交流を出力するようにスイッチング素子２ａ〜７ａを制御することにより、モータ駆動を行う。
【００３７】
一方、ステップＳ１０１においてモードが判断され、蓄電池充電モードの場合には、ステップＳ１０７において、交流側スイッチ１８がオン、放電スイッチ１６がオフ、充電スイッチ１７がオンと設定される。これにより、交流電源１からの電力が昇圧回路２１の入
力端に供給され、さらにインバータ回路２２に供給され、さらにインバータ回路２２の３相出力の内、１相から出力される直流電力が、蓄電池１４に供給される構成となる。その後、ステップ１０８においてインバータ回路２２から直流電力を出力するようにスイッチング素子２ａ〜７ａを制御することにより、蓄電池１４の充電を行う。
【００３８】
図３は、本発明の第１の実施の形態に係るモータ駆動装置２０のインバータ回路２２のモータ駆動時のスイッチングの推移を示す状態図である。モータ８を駆動するインバータ回路２２が３相交流を出力するように、スイッチング素子２ａ〜７ａのスイッチングが、制御手段１５により制御される。スイッチング手法としては、パルス幅により出力電圧を制御するＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）方式により行う。ＰＷＭ方式におけるキャリア波としては、周期がＴｃ、振幅がＶｃの三角波が使用され、出力する交流の３相電圧との比較によりスイッチング素子２ａ〜７ａのスイッチングタイミングを決定する。
【００３９】
インバータ回路２２の３相交流をＵ相、Ｖ相、Ｗ相の３相とした時に、Ｕ相の出力電圧に対し、対応したスイッチング素子２ａ、３ａは、図３のように時刻ｔ０〜ｔ５の間はスイッチング素子２ａがオン、スイッチング素子３ａがオフとなるようにスイッチングされる。これにより、出力すべきＵ相の出力電圧と平均電圧で同じとなる電圧が、インバータ回路２２の３相交流出力の内の１相であるＵ相から出力される。同様に、Ｖ相の出力電圧に対し、対応したスイッチング素子４ａ、５ａは、図３のように時刻ｔ１〜ｔ４の間はスイッチング素子４ａがオン、スイッチング素子５ａがオフとなるようにスイッチングされる。
【００４０】
Ｗ相の出力電圧に対し、対応したスイッチング素子６ａ、７ａは、図３のように時刻ｔ２〜ｔ３の間はスイッチング素子６ａがオン、スイッチング素子７ａがオフとなるようにスイッチングされる。これにより、３相交流出力がインバータ回路２２より出力され、さらに接続されたモータ８を駆動する。
【００４１】
図４は、本発明の第１の実施の形態に係るモータ駆動装置２０のインバータ回路２２の蓄電池充電時のスイッチングの推移を示す状態図である。インバータ回路２２の３相交流出力をＵ相、Ｖ相、Ｗ相の３相とし、スイッチング素子２ａ、３ａに対応した相をＵ相、スイッチング素子４ａ、５ａに対応した相をＶ相、スイッチング素子６ａ、７ａに対応した相をＷ相とした時に、充電時には、インバータ回路２２のＶ相の出力が、オン設定された充電スイッチ１７を通して蓄電池１４に供給される。そのために、Ｕ相に対応したスイッチング素子２ａ、３ａをスイッチングすることにより、モータ８のインダクタンスを利用し電圧を降下させる。これにより、インバータ回路２２により降圧チョッパ回路を構成することによる充電電圧制御が可能となる。
【００４２】
インバータ回路２２のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の３相交流出力の内、Ｕ相に対応したスイッチング素子２ａ、３ａのみスイッチングを行う。蓄電池１４を充電するための充電電圧に対し、スイッチング素子２ａ、３ａは、図４のように時刻ｔ６〜ｔ７の間はスイッチング素子２ａがオン、スイッチング素子３ａがオフとなるようにスイッチングされる。
【００４３】
同じキャリア周期内での他の区間においては、それとは逆のスイッチング素子２ａがオフ、スイッチング素子３ａがオンとなるようにスイッチングされる。他のＶ相、Ｗ相に対応したスイッチング素子４ａ〜７ａは、常時オフに設定される。
【００４４】
これにより、出力すべき充電電圧と平均電圧で同じとなる電圧が、インバータ回路２２の３相交流出力の内のＵ相とは別の相であるＶ相、もしくはＷ相から出力される。本実施例においては、Ｖ相からの出力がオンと設定された充電スイッチ１７を通して蓄電池１４
に供給される。蓄電池１４を充電するための充電電圧値は、蓄電池１４に対し最適な電圧値に設定され、所定の充電電流を実現するための電圧値に設定されてもよいことは言うまでもない。
【００４５】
このように、本実施の形態１におけるモータ駆動装置においては、交流電源１より与えられる交流電力は、整流回路９により直流電力に変換され、昇圧回路２１により昇圧された後、インバータ回路２２に入力され、任意の周波数の交流に変換され、接続されたモータ８に供給されることにより、モータ８が任意の回転数で駆動される。
【００４６】
さらに、モータ駆動装置２０内に備えられた蓄電池１４の電力は、放電スイッチ１６を通して昇圧回路２１に出力され、インバータ回路２２に供給されることにより、蓄電池の電力によってもモータ８が駆動される。また、蓄電池１４は、インバータ回路２２からモータ８に接続された３相の電力線の内の１相の電力線に出力される直流電力により充電される。
【００４７】
このことにより、小型、低コストの回路で外部交流電源によっても、内部蓄電池の電力によっても３相のモータを安定して駆動することができるモータ駆動装置が実現されるものである。
【００４８】
（実施の形態２）
図５は、本発明の第２の実施の形態に係るモータ駆動装置４７の全体構成を示す回路構成図である。このモータ駆動装置４７により駆動されるモータ４０としては、２相のＳＲ（Ｓｗｉｔｃｈｅｄ  Ｒｅｌｕｃｔａｎｃｅ）モータなどが使用される。ＳＲモータの駆動装置は、各相のスイッチング回路が独立したインバータ回路４８で構成される。
【００４９】
交流電源３１より与えられる交流電力は、全波整流用のダイオードブリッジで構成される整流回路４１により直流に変換される。この整流回路４１により変換された直流電力は、平滑コンデンサ４２が接続された直流部を介して、スイッチング素子３２ａ〜３５ａ、それに並列に接続されたダイオード３２ｂ〜３５ｂとからなるスイッチング回路３２〜３５、さらに直流部の端子間にスイッチング素子３２ａ〜３５ａと直列に接続されたダイオード３６〜３９とから構成されるインバータ回路４８に入力される。
【００５０】
モータ４０は２つの巻線（Ｘ相、Ｙ相）を有し、インバータ回路４８は、それに対応した２組のスイッチング回路から構成される。インバータ回路４８においては、入力された直流電力は任意の周波数のパルス電流に変換され、スイッチング素子３２ａ〜３５ａとダイオード３６〜３９の相互接続点に接続されたモータ４０に供給されることにより、モータ４０を任意の回転数で駆動することができる。
【００５１】
さらに、モータ駆動装置４７内には蓄電池４３が備えられ、その一端は整流回路４１とインバータ回路２２の接続点に、放電スイッチ４５とダイオード５４を通してダイオード５４のカソード端で接続される。また、さらに他の一端には、インバータ回路４８からモータ４０に接続された２相の電力線４本の内の１本の電力線に、充電スイッチ４６を通して接続される。
【００５２】
モータ４０を駆動する電力は、交流電源３１からの電力を使用することも可能であると共に、蓄電池４３からの電力を使用することも可能な構成となっている。交流電源３１からの電力を使用する場合には、放電スイッチ４５、充電スイッチ４６がオフと設定され、蓄電池４３からの電力を使用する場合には、放電スイッチ４５がオン、充電スイッチ４６がオフと設定される。このことにより、交流電源３１からの電力を使用する場合には、交流電源３１からの電力がインバータ回路２２の入力端に供給され、蓄電池４３からの電力
を使用する場合には、蓄電池４３の電力がインバータ回路２２の入力端に供給されることにより、モータ４０を駆動する構成となっている。制御手段４４は、この使用する電力の切り替えを放電スイッチ４５、充電スイッチ４６を制御することにより行うものである。
【００５３】
さらに、充電の際には、放電スイッチ４５がオフ、充電スイッチ４６がオンと設定される。それにより、交流電源３１からの電力がインバータ回路４８に入力され、インバータ回路４８の２相出力の内、１相から出力される直流電力が、蓄電池４３に供給され充電が行われる。
【００５４】
さらに、インバータ回路４８の入力端には電圧検出手段４９が備えられ、直流部の電圧が検出される。この電圧の値が所定の電圧値を超えている場合には、交流電源３１から電力が供給されていると判断され、逆に所定の電圧値以下の場合には、交流電源から電力が供給されていないと判断される。この所定の電圧値は、モータを駆動することが可能な最低電圧値に設定される。
【００５５】
交流電源から電力が供給されていると判断された場合には、放電スイッチ４５がオフ、充電スイッチ４６がオフと設定される。これにより、交流電源３１からの電力がインバータ回路４８の入力端に供給されることにより、モータ４０を駆動する構成となる。さらに充電の際には、放電スイッチ４５がオフ、充電スイッチ４６がオンと設定されることにより、交流電源３１からの電力がインバータ回路４８の入力端に供給されることにより、蓄電池４３を充電する構成となる。
【００５６】
逆に、交流電源から電力が供給されていないと判断された場合には、放電スイッチ４５がオン、充電スイッチ４６がオフと設定される。これにより、蓄電池４３の電力がインバータ回路２２に供給されることにより、モータ４０を駆動する構成となる。
【００５７】
制御手段４４は、モータ４０が所望の回転数で回転するような電力をインバータ回路４８が出力するように、スイッチング素子３２ａ〜３５ａ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、モータ４０の回転角度に同期してモータ電流が流れるように素子の駆動パルスを発生させる方法により制御する。
【００５８】
図６は、本発明の第２の実施の形態に係るモータ駆動装置４７のインバータ回路４８のモータ駆動時のスイッチングの推移を示す状態図である。モータ４０を駆動するインバータ回路４８が２相の電力を出力するように、スイッチング素子３２ａ〜３５ａが行われる。例えば、時刻ｔ２０〜ｔ２１の区間においては、スイッチング素子３２ａ、３３ａが所定の通流率でスイッチングされ、時刻ｔ２２〜ｔ２３の区間においては、スイッチング素子３４ａ、３５ａが所定の通流率でスイッチングされる。これにより、モータ４０の２相の巻線（Ｘ相巻線、Ｙ相巻線）には、交互に一定周期で電流が流れ、それによりモータ４０がその周期に合わせて駆動される。この制御は、制御手段４４により制御される。
【００５９】
図７は、本発明の第２の実施の形態に係るモータ駆動装置４７のインバータ回路４８の蓄電池充電時のスイッチングの推移を示す状態図である。充電時には、インバータ回路４８のＸ相の一端の出力が、オン設定された充電スイッチ４６を通して蓄電池４３に供給される。そのために、Ｘ相に対応したスイッチング素子３２ａをスイッチングすることにより、モータ４０のインダクタンスを利用し電圧を降下させる。これにより、インバータ回路４８により降圧チョッパ回路を構成することによる充電電圧制御が可能となる。
【００６０】
インバータ回路４８のＸ相、Ｙ相の２相出力の内、Ｘ相に対応したスイッチング素子３２ａのみスイッチングを行う。蓄電池４３を充電するための充電電圧に対し、スイッチング素子３２ａは、図７のように時刻ｔ１０〜ｔ１１の間はスイッチング素子３２ａがオン
となるようにスイッチングされる。また、時刻ｔ１１〜ｔ１２の間はスイッチング素子３２ａがオフとなるように設定される。他のスイッチング素子３３ａ〜３５ａは、常時オフに設定される。
【００６１】
これにより、出力すべき充電電圧と平均電圧で同じとなる電圧が、インバータ回路４８の出力の内のＸ相の一端から出力され、所定の充電電流が供給される。さらに、オン設定された充電スイッチ４６を通して蓄電池４３に供給される。蓄電池４３を充電するための充電電圧値は、蓄電池４３に対し最適な電圧値に設定され、所定の充電電流を実現するための電圧値に設定されてもよいことは言うまでもない。
【００６２】
このように、本実施の形態２におけるモータ駆動装置においては、交流電源３１より与えられる交流電力は、整流回路４１により直流電力に変換され、インバータ回路４８に入力され、任意の周波数の電力に変換され、接続されたモータ４０に供給される。このことにより、モータ４０が任意の回転数で駆動される。さらに、モータ駆動装置４７内に備えられた蓄電池４３の電力は、放電スイッチ４５、ダイオード５４を通してインバータ回路４８に供給されることにより、蓄電池４３の電力によってもモータ４０が駆動される。
【００６３】
また、蓄電池４３は、インバータ回路４８からモータ４０に接続された２相の電力線の内の１相の電力線に出力される直流電力により充電される。このことにより、小型、低コストの回路で外部交流電源によっても、内部蓄電池の電力によっても２相のモータを安定して駆動することができるモータ駆動装置が実現されるものである。
【００６４】
尚、上記実施の形態２における、制御手段１５、および制御手段４４は、マイコンのようなソフトウェア論理で動作するもので実現されてもよいし、ハードウェア論理回路により実現されても良いことはいうまでもない。
【００６５】
（実施の形態３）
図８は、本発明の第３の実施の形態に係る電気掃除機の詳細構成を示す構成図である。この電気掃除機内には、ファンモータ５０と、それを駆動するためのモータ駆動装置５１と、その内部に設けられた蓄電池５２が備えられる。
【００６６】
そして交流電源ケーブル５３から供給される交流電力により、モータ駆動装置５１がファンモータ５０を駆動することによりファンが回転し、掃除機の吸引機能を実現する。さらに、交流電源ケーブル５３から交流電力が供給されない場合には、内部に備えられた蓄電池５２の電力を用いて、ファンモータ５０を駆動しファンが回転する。さらに、蓄電池５２の充電は、交流電源ケーブル５３から与えられる交流電力を内部のモータ駆動装置５１により直流電力に変換することにより実現される。
【００６７】
このように、本実施の形態３における電気掃除機においては、交流電源ケーブル５３より与えられる交流電力が、モータ駆動装置５１により任意の周波数の電力に変換され、接続されたファンモータ５０を駆動し、掃除機能を実現する。さらに、蓄電池５２の電力によってもファンモータ５０が駆動されるので、外部から電源が供給されない場合でも掃除機能が実現される。さらに、モータ駆動装置５１内のインバータ回路により蓄電池５２が充電されるので、外部交流電源によっても、内部蓄電池の電力によっても掃除機機能を得られる、小型、低コストの電気掃除機が実現されるものである。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
以上説明したように本発明は、モータを駆動するモータ駆動装置に関し、特に外部電源によっても、内部の蓄電池によっても動作させることができ、さらに小型、軽量、低コストを実現するモータ駆動装置に関して有用である。また、それを用いた電気掃除機に関し
て有用である。
【符号の説明】
【００６９】
１  交流電源
２  スイッチング回路
２ａ  スイッチング素子
３  スイッチング回路
３ａ  スイッチング素子
４  スイッチング回路
４ａ  スイッチング素子
５  スイッチング回路
５ａ  スイッチング素子
６  スイッチング回路
６ａ  スイッチング素子
７  スイッチング回路
７ａ  スイッチング素子
８  モータ
９  整流回路
１０  昇圧コイル
１１  ダイオード
１２  昇圧用スイッチング素子
１３  平滑コンデンサ
１４  蓄電池
１５  制御手段
２０  モータ駆動装置
２２  インバータ回路
３１  交流電源
３２  スイッチング回路
３２ａ  スイッチング素子
３３  スイッチング回路
３３ａ  スイッチング素子
３４  スイッチング回路
３４ａ  スイッチング素子
３５  スイッチング回路
３５ａ  スイッチング素子
４０  モータ
４１  整流回路
４２  平滑コンデンサ
４３  蓄電池
４４  制御手段
４７  モータ駆動装置
４８  インバータ回路
５０  ファンモータ
５１  モータ駆動装置
５２  蓄電池
５４  ダイオード
【図１】
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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２】
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【図８】
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