(57)【要約】【課題】無駄な待機電力を発生させず、運転指示が入力されてからモータが定常回転数に到達するまでに要する時間を短縮することができるモータ制御装置を得ること。【解決手段】直流電圧を交流電圧に変換するインバータ１１と、インバータ１１により駆動されるモータ１２と、起動信号を出力する起動信号出力部１３と、加速信号を出力する加速信号出力部１４と、起動信号の入力を検出した場合に、モータ１２を設定された第１速度で駆動させる第１信号をインバータ１１に供給し、加速信号が入力された場合に、モータ１２を第１速度よりも速い速度で駆動させる第２信号をインバータ１１に供給する供給部１５とを備える。【選択図】図１
2016220474.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電圧を交流電圧に変換するインバータと、
前記インバータにより駆動されるモータと、
起動信号を出力する起動信号出力部と、
加速信号を出力する加速信号出力部と、
前記起動信号が入力された場合に、前記モータを設定された第１回転数で駆動させる第１駆動信号を前記インバータに供給し、前記加速信号が入力された場合に、前記モータを前記第１回転数よりも大きい第２回転数で駆動させる第２駆動信号を前記インバータに供給する供給部とを備えるモータ制御装置。
【請求項２】
前記起動信号出力部または前記加速信号出力部は、角速度を検出するジャイロセンサまたは動体を検知する人感センサである請求項１に記載のモータ制御装置。
【請求項３】
前記モータは、回転子に永久磁石が用いられている請求項１または２に記載のモータ制御装置。
【請求項４】
前記インバータは、スイッチング素子がワイドバンドギャップ半導体により構成されている請求項１、２または３に記載のモータ制御装置。
【請求項５】
前記ワイドバンドギャップ半導体は、炭化珪素、窒化ガリウム系材料またはダイヤモンドである請求項４に記載のモータ制御装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一項に記載のモータ制御装置を備える電動送風機において、
前記モータのモータ軸に取り付けられるファンを備える電動送風機。
【請求項７】
請求項６に記載の電動送風機を備える掃除機。
【請求項８】
請求項６に記載の電動送風機を備えるハンドドライヤーにおいて、
前記起動信号出力部は、物体を検知する人感センサにより構成され、前記人感センサにより物体を検知した場合、前記起動信号を出力するハンドドライヤー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータの駆動を制御するモータ制御装置、電動送風機、掃除機およびハンドドライヤーに関する。
【背景技術】
【０００２】
モータを備えた装置では、一般的に、電源スイッチが操作されてからモータの起動が開始する。当該装置は、電源スイッチの操作からモータが設定されている回転数に到達するまでに多くの時間がかかる。
【０００３】
特許文献１には、モータが起動する時間を短縮する方法が開示されている。具体的には、特許文献１は、コンセントプラグを電源コンセントに投入し、インバータ制御回路の電源電圧が確立した後、インバータによってモータを自動的に低速領域まで起動し、運転スイッチからの運転指令待ちの待機状態を確立した後、運転スイッチの操作に基づく運転指示が入力されてからモータを定常回転数まで駆動する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１−４３２２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の方法によれば、電源コンセントを投入してから運転スイッチの操作に基づく運転指示が入力されるまでに時間を要する場合には、当該時間分モータが低速で回転し続けるため、無駄な待機電力が発生してしまう。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、無駄な待機電力を発生させず、運転指示が入力されてからモータが定常回転数に到達するまでに要する時間を短縮することができるモータ制御装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るモータ制御装置は、直流電圧を交流電圧に変換するインバータと、インバータにより駆動されるモータと、起動信号を出力する起動信号出力部と、加速信号を出力する加速信号出力部と、起動信号が入力された場合に、モータを設定された第１回転数で駆動させる第１駆動信号をインバータに供給し、加速信号が入力された場合に、モータを第１回転数よりも大きい第２回転数で駆動させる第２駆動信号をインバータに供給する供給部とを備える。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、無駄な待機電力を発生させず、モータが起動するまでに要する時間を短縮することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態１に係るモータ制御装置の構成図
【図２】実施の形態１にかかる制御部の具体的な動作についての説明に供するフローチャート
【図３】経過時間におけるモータの回転数の変化を示す図
【図４】経過時間におけるモータの回転数の変化を示す図
【図５】経過時間におけるモータの回転数の変化を示す図
【図６】実施の形態１にかかるモータ制御装置を実現するためのハードウェア構成例を示す図
【図７】実施の形態２にかかる電動送風機の分解斜視図
【図８】実施の形態３にかかる掃除機の構成図
【図９】実施の形態３にかかる掃除機の動作についての説明に供するフローチャート
【図１０】実施の形態４にかかるハンドドライヤーの構成図
【図１１】実施の形態４にかかるハンドドライヤーの動作についての説明に供するフローチャート
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、本発明の実施の形態に係るモータ制御装置、電動送風機、掃除機およびハンドドライヤーを図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１１】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係るモータ制御装置の構成を示す図である。図２は、実施の形態１にかかる制御部の具体的な動作についての説明に供するフローチャートである。図３、図４および図５は、経過時間におけるモータの回転数の変化を示す図である。図６は、実施の形態１にかかるモータ制御装置の供給部を実現するためのハードウェア構成例を示す図である。
【００１２】
モータ制御装置１は、直流電圧を交流電圧に変換するインバータ１１と、インバータ１１により駆動されるモータ１２と、起動信号Ｓ１を出力する起動信号出力部１３と、加速信号Ｓ２を出力する加速信号出力部１４と、インバータ１１に信号を供給する供給部１５とを備える。また、モータ制御装置１は、電源を供給する電源部１６と、電源電圧を検出する電圧検出部１７と、直流電圧を平滑する平滑コンデンサ１８と、電流を検出する電流検出部１９と、モータ１２の回転位置を検出する回転検出器２０を備える。
【００１３】
インバータ１１は、スイッチング素子がワイドバンドギャップ半導体により構成されていてもよい。また、ワイドバンドギャップ半導体は、炭化珪素、窒化ガリウム系材料またはダイヤモンドである。
【００１４】
モータ１２は、回転子に永久磁石が用いられている。なお、回転子は、コイルを用いた電磁石で構成されていてもよい。
【００１５】
起動信号出力部１３は、角速度を検出するジャイロセンサ、動体を検知する人感センサ、圧力を検知する圧力センサまたは機械的なスイッチにより構成される。ジャイロセンサは、回転角速度の測定を行う慣性センサの一種であり、角速度センサとも称されている。なお、角速度は、ある物体の角度が単位時間当たりどれだけ変化しているか、つまり物体が回転している速度を表す物理量である。人感センサには、赤外線、超音波、可視光を利用して動体を検知するものがある。また、人感センサの代わりに、温度センサを用いてもよい。また、人感センサの代わりに、カメラで撮像した画像から動体を認識する装置を用いてもよい。圧力センサには、隔膜に加わる圧力を膜の変形を検出するものがある。
【００１６】
起動信号出力部１３は、ジャイロセンサによって構成される場合には、モータ制御装置１がユーザによって持ち上げられ、設定されている角速度を検出した場合に、起動信号Ｓ１を生成する。また、起動信号出力部１３は、人感センサによって構成される場合には、モータ制御装置１にユーザが近づいてきて、設定されている温度変化を感知した場合に、起動信号Ｓ１を生成する。また、起動信号出力部１３は、圧力センサによって構成される場合には、モータ制御装置１をユーザが手に持ったときに、設定されている圧力変化を検知した場合に、起動信号Ｓ１を生成する。また、起動信号出力部１３は、スイッチにより構成されている場合には、ユーザによりスイッチが操作された場合に、起動信号Ｓ１を生成する。
【００１７】
加速信号出力部１４は、角速度を検出するジャイロセンサ、動体を検知する人感センサ、圧力を検知する圧力センサまたは機械的なスイッチにより構成される。加速信号出力部１４は、ジャイロセンサによって構成される場合には、モータ制御装置１がユーザによって持ち上げられ、設定されている角速度を検出した場合に、加速信号Ｓ２を生成する。また、加速信号出力部１４は、人感センサによって構成される場合には、モータ制御装置１にユーザが近づいてきて、設定されている温度変化を感知した場合に、加速信号Ｓ２を生成する。また、加速信号出力部１４は、圧力センサによって構成される場合には、モータ制御装置１をユーザが手に持ったときに、設定されている圧力変化を検知した場合に、加速信号Ｓ２を生成する。また、加速信号出力部１４は、スイッチにより構成されている場合には、ユーザによりスイッチが操作された場合に、加速信号Ｓ２を生成する。
【００１８】
また、起動信号出力部１３がジャイロセンサで構成され、加速信号出力部１４が機械的なスイッチで構成される場合には、起動信号出力部１３は、モータ制御装置１がユーザによって持ち上げられ、設定されている角速度を検出した場合に、起動信号Ｓ１を生成する。そして、加速信号出力部１４は、ユーザによりスイッチが操作された場合に、加速信号Ｓ２を生成する。
【００１９】
供給部１５は、起動信号Ｓ１が入力された場合に、モータ１２を設定された第１回転数で駆動させる第１駆動信号Ｓ３をインバータ１１に供給し、加速信号Ｓ２が入力された場合に、モータ１２を第１回転数よりも大きい第２回転数で駆動させる第２駆動信号Ｓ４をインバータ１１に供給する。
【００２０】
電源部１６は、電池で構成されてもよいし、送電設備から電力が供給される交流電源部で構成されてもよい。電源部１６が交流電源部で構成される場合には、平滑コンデンサ１８の前段部に、当該交流電源部から供給される交流電圧を直流電圧に変換するコンバータを備える。
【００２１】
電流検出部１９は、シャント抵抗１９ａの両端の電圧を測定することで電流値を測定する構成を示しているが、当該構成に限られず、熱電対を用いて電流値を測定してもよい。
【００２２】
ここで、供給部１５の構成について説明する。供給部１５は、インバータ１１を制御する制御部２１と、第１駆動信号Ｓ３または第２駆動信号Ｓ４を生成する駆動信号生成部２２とを備えている。制御部２１は、電圧検出部１７により検出された電圧値Ｖｄｃと、電流検出部１９により検出された電流値Ｉｄｃと、回転検出器２０により検出された回転位置Ｖｈとに基づいて、モータ１２が設定された回転数に到達するように制御信号Ｓ５を生成する。駆動信号生成部２２は、制御信号Ｓ５に基づいて、インバータ１１を駆動させる駆動信号を生成する。駆動信号は、パルス幅変調された信号である。
【００２３】
また、制御部２１は、起動信号出力部１３から出力された起動信号Ｓ１および加速信号出力部１４から出力された加速信号Ｓ２に基づいて、運転モードを決定し、決定した運転モードに対応した制御信号Ｓ５を生成する。
【００２４】
運転モードには、モータ１２を停止させる停止モードと、モータ１２を第１回転数で駆動させる低速起動モードと、モータ１２を第２回転数で駆動させる加速モードと、モータ１２を一定の回転数で駆動させる定常運転モードとがある。
【００２５】
駆動信号生成部２２は、低速起動モードに対応した制御信号Ｓ５に基づいて、第１駆動信号Ｓ３を生成する。駆動信号生成部２２は、加速モードに対応した制御信号Ｓ５に基づいて、第２駆動信号Ｓ４を生成する。
【００２６】
ここで、制御部２１の具体的な動作について、図２に示すフローチャートを用いて説明する。
【００２７】
ステップＳＴ１において、制御部２１は、電源部１６から電源が供給されているかどうかを判断する。電源が供給されていると判断した場合（Ｙｅｓ）には、ステップＳＴ２に進み、電源が供給されていないと判断した場合（Ｎｏ）には、ステップＳＴ８に進む。
【００２８】
ステップＳＴ２において、制御部２１は、起動信号Ｓ１が入力されたかどうかを判断する。起動信号Ｓ１が入力されたと判断した場合（Ｙｅｓ）には、ステップＳＴ３に進み、起動信号Ｓ１が入力されていない判断した場合（Ｎｏ）には、ステップＳＴ４に進む。
【００２９】
ステップＳＴ３において、制御部２１は、加速信号Ｓ２が入力されたかどうかを判断する。加速信号Ｓ２が入力されたと判断した場合（Ｙｅｓ）には、ステップＳＴ６に進み、加速信号Ｓ２が入力されていない判断した場合（Ｎｏ）には、ステップＳＴ５に進む。
【００３０】
ステップＳＴ４において、制御部２１は、加速信号Ｓ２が入力されたかどうかを判断する。加速信号Ｓ２が入力されたと判断した場合（Ｙｅｓ）には、ステップＳＴ６に進み、加速信号Ｓ２が入力されていない判断した場合（Ｎｏ）には、ステップＳＴ８に進む。
【００３１】
ステップＳＴ５において、制御部２１は、モータ１２を第１回転数で駆動させる低速起動モードに対応した制御信号Ｓ５を生成する。駆動信号生成部２２は、当該低速起動モードに対応した制御信号Ｓ５に基づいて第１駆動信号Ｓ３を生成する。インバータ１１は、第１駆動信号Ｓ３に基づいて、スイッチングを行う。モータ１２は、インバータ１１から供給される交流電圧に基づいて、徐々に回転数を上げ、第１回転数に到達したら、第１回転数を維持する。ステップＳＴ５の工程の処理が完了した後、ステップＳＴ３に戻る。
【００３２】
ステップＳＴ６において、制御部２１は、モータ１２を第２回転数で加速させる加速モードに対応する制御信号Ｓ５を生成する。駆動信号生成部２２は、当該加速モードに対応する制御信号Ｓ５に基づいて、第２駆動信号Ｓ４を生成する。インバータ１１は、第２駆動信号Ｓ４に基づいて、スイッチングを行う。モータ１２は、インバータ１１から供給される交流電圧に基づいて、徐々に回転数を上げ、第２回転数まで加速する。なお、制御部２１は、回転検出器２０により検出された回転位置Ｖｈに基づいて、モータ１２が停止していると判断した場合には、起動の制御を行った後に第２回転数で加速するように制御を行う。
【００３３】
ステップＳＴ７において、制御部２１は、モータ１２が第２回転数まで到達したことを確認した場合には、定常運転モードに対応した制御信号Ｓ５を生成する。駆動信号生成部２２は、当該定常運転モードに対応した制御信号Ｓ５に基づいて、駆動信号を生成する。インバータ１１は、当該駆動信号に基づいて、スイッチングを行う。モータ１２は、インバータ１１から供給される交流電圧に基づいて、加速を停止し、第２回転数を維持する。
【００３４】
ステップＳＴ８において、制御部２１は、モータ１２を停止させる停止モードに対応した制御信号Ｓ５を生成する。駆動信号生成部２２は、当該停止モードに対応した制御信号Ｓ５に基づいて、停止信号を生成する。インバータ１１は、当該停止信号に基づいて、スイッチングを停止する。モータ１２は、インバータ１１から交流電圧が供給されないため、停止する。
【００３５】
ここで、モータ１２の回転数について説明する。なお、回転数とは、回転速度のことであり、単位時間あたりにモータ１２の回転子が回転する回数のことである。低速起動モードにおける第１回転数は、定常運転モードにおける第２回転数の１０分の１以下の回転数でもよい。つまり、第２回転数が１０万回転／分の場合には、第１回転数は、１万回転／分以下である。以下では、低速起動モードにおける第１回転数を低速回転数とも称し、定常運転モードにおける第２回転数を定常回転数とも称する。
【００３６】
図３は、経過時間におけるモータ１２の回転数の変化を示す図である。図３中のＡ１は、制御部２１により低速回転数Ｒ１で待機させた後に定常回転数Ｒ２まで上昇させた場合のモータ１２の回転数の変化を示す波形である。図３中のＢ１は、制御部２１により低速回転数Ｒ１で待機させずに定常回転数Ｒ２まで上昇させた場合のモータ１２の回転数の変化を示す波形である。なお、以下では、起動信号Ｓ１が入力される時刻をｔ１とし、加速信号Ｓ２が入力される時刻をｔ２とする。
【００３７】
制御部２１は、起動信号Ｓ１が入力された場合、モータ１２を起動させ、低速回転数Ｒ１まで駆動させる。制御部２１は、モータ１２が低速回転数Ｒ１に到達した場合、低速回転数Ｒ１で待機させる。そして、制御部２１は、運転開始の指示である加速信号Ｓ２が入力された場合、モータ１２を定常回転数Ｒ２まで加速させる。制御部２１は、モータ１２が定常回転数Ｒ２に到達した場合、定常回転数Ｒ２を維持させる。運転開始の指示である加速信号Ｓ２が入力されてから、モータ１２が定常回転数Ｒ２に到達するまでに要する加速時間は、Ｔ１である。
【００３８】
一方、低速回転数Ｒ１で待機させずに、運転開始の指示である加速信号Ｓ２が入力されてから、モータ１２を起動し、定常回転数まで到達させた場合、運転開始の指示である加速信号Ｓ２が入力されてから、モータ１２が定常回転数Ｒ２に到達するまでに要する加速時間は、Ｔ２である。図３に示すように、「Ｔ１＜Ｔ２」である。
【００３９】
よって、モータ制御装置１は、起動信号Ｓ１の入力に基づいてモータ１２を低速回転数Ｒ１で待機させておき、加速信号Ｓ２の入力に基づいてモータ１２を低速回転数Ｒ１から定常回転数Ｒ２まで加速させるので、モータ１２が定常回転数に到達するまでに要する時間を短縮することができる。
【００４０】
ところで、モータ１２が回転する際に発生するトルクＴは、（１）式に示すように、トルク定数Ｋｔとモータ電流Ｉａとの積により決定される。
Ｔ＝Ｋｔ×Ｉａ  ・・・（１）
【００４１】
トルクＴは、モータ電流Ｉａが大きいほど大きくなる。よって、加速時間を短くするためには、より大きなトルクＴを発生させる必要があり、モータ電流Ｉａを大きくする必要がある。
【００４２】
しかし、大きなモータ電流Ｉａを流すと、消費電力が大きくなり、運転時間が短くなってしまい、また、モータ制御装置１を構成する部品の信頼性を損ねてしまうことになる。なお、モータ制御装置１を構成する部品とは、電源部１６、半導体素子およびコンデンサである。
【００４３】
そこで、モータ制御装置１は、起動時に電源部１６からモータ１２へ流れる電流を抑えるために、加速の割合を示す加速レートを低く設定する。なお、加速レートが低いほど、回転数の上昇は緩やかになる。
【００４４】
図４は、経過時間におけるモータ１２の回転数の変化を示す図である。図４中のＡ２は、制御部２１により加速レートを低く設定した場合のモータ１２の回転数の変化を示す波形である。図４中のＢ２は、制御部２１により加速レートを低く設定しなかった場合のモータ１２の回転数の変化を示す波形である。
【００４５】
モータ制御装置１は、加速レートを低く設定し、モータ１２が定常回転数Ｒに到達するまでの時間を延長させ、起動時に大きなモータ電流Ｉａを流さないようにするので、モータ制御装置１を構成する部品の発熱量を抑えることができ、当該部品の信頼性を損ねない。
【００４６】
また、モータ制御装置１は、加速が緩やかに上昇するように制御することにより、回転数が緩やかに上昇するので、急加速により生じる振動を抑えることができる。モータ制御装置１は、振動を抑えることにより、人体への不快感および周辺装置への影響を少なくすることができ、内部から発生する音も抑制することができる。
【００４７】
また、図５は、経過時間におけるモータ１２の回転数の変化を示す図である。図５中のＡ３は、制御部２１により加速レートを低く設定し、モータ１２の回転数の変化を示す波形である。図５中のＢ３は、制御部２１により加速レートを低く設定しなかった場合のモータ１２の回転数の変化を示す波形である。
【００４８】
図５に示すように、制御部２１は、起動から時刻ｔ１までは緩やかに回転数を変化させる制御を行い、時刻ｔ１から時刻ｔ２までは大きく回転数を変化させる制御を行い、時刻ｔ１から定常回転数Ｒに到達する時刻ｔ３までは再び緩やかに回転数を変化させる制御を行う。
【００４９】
よって、モータ制御装置１は、起動時の回転数を緩やかに上昇させることにより、起動時の振動を抑えることができ、また、モータ１２に流れるモータ電流の値も低い値に抑制することができる。
【００５０】
なお、モータ１２は、すでに回転している回転子を回転させる力よりも、停止している回転子を回転させる力の方が大きく、大きな電流が必要となる。よって、電流の値を低く抑えるためには、起動時の加速度を小さくすることがより効果的であることがいえる。また、モータ１２の加速の制御は、ユーザが任意に切り替えることができるように切り替えスイッチを設け、ユーザが自由に設定できるようにしてもよい。
【００５１】
また、モータ１２は、起動時に大きな電流が流れることから、起動の回数が多くなるほどモータ制御装置１を構成する電源部１６を含む部品の負担が大きくなる。よって、モータ制御装置１は、モータ１２を停止させることなく低速で回転させ続けることにより、起動の回数を低減して、モータ制御装置１を構成する部品の負担を少なくし、当該部品の信頼性を向上させることができる。さらに、モータ制御装置１は、低速回転数による駆動から定常回転数による駆動までの到達時間が短くなることから、低速回転数による駆動で待機することにより、消費電力を削減することができる。
【００５２】
また、モータ制御装置１は、使用されるかどうかわからない状態で待機するのではなく、実際にユーザに使用される状態で待機するため、待機時間は短くてすみ、無駄な待機電力を発生させない。
【００５３】
なお、実施の形態１にかかるモータ制御装置１は、図６に示すように、演算を行うＣＰＵ１０１と、ＣＰＵ１０１により読み取られるプログラムが保存されるＲＯＭ１０２と、ＲＯＭ１０２に保存されているプログラムが展開されるＲＡＭ１０３と、信号の入出力を行うインターフェイス１０４とから構成されてもよい。
【００５４】
具体的には、ＲＯＭ１０２には、供給部１５の機能を実行するプログラムが格納されている。ＣＰＵ１０１は、ＲＯＭ１０２に保存されているプログラムをＲＡＭ１０３に読み出し、起動信号Ｓ１が入力された場合に、モータ１２を設定された第１回転数で駆動させる第１駆動信号Ｓ３を生成し、加速信号Ｓ２が入力された場合に、モータ１２を第１回転数よりも大きい第２回転数で駆動させる第２駆動信号Ｓ４を生成する。第１駆動信号Ｓ３および第２駆動信号Ｓ４は、インターフェイス１０４を介してインバータ１１に出力される。
【００５５】
実施の形態２．
図７は、実施の形態２にかかる電動送風機２の分解斜視図である。電動送風機２は、実施の形態１にかかるモータ制御装置１を備え、モータ制御装置１のモータ１２の回転軸１２ａに取り付けられるファン２ａを備える。ファン２ａは、回転軸１２ａの回転に伴って回転する。ファン２ａの回転数に基づいて、風の強さが変わる。
【００５６】
電動送風機２は、起動信号出力部１３がジャイロセンサで構成され、加速信号出力部１４が機械的なスイッチで構成されてもよい。
【００５７】
起動信号出力部１３は、電動送風機２がユーザによって持ち上げられ、設定されている角速度を検出した場合に、起動信号Ｓ１を生成する。そして、加速信号出力部１４は、ユーザによりスイッチが操作された場合に、加速信号Ｓ２を生成する。
【００５８】
電動送風機２は、起動信号Ｓ１に基づいて、第１回転数でモータ１２の回転軸１２ａを回転させ、ファン２ａを低速で回転させる。そして、電動送風機２は、加速信号Ｓ２に基づいて、第２回転数でモータ１２の回転軸１２ａに取り付けられているファン２ａを回転させる。
【００５９】
よって、電動送風機２は、起動信号Ｓ１の入力に基づいてモータ１２を低速回転数で待機させておき、加速信号Ｓ２の入力に基づいてモータ１２を低速回転数から定常回転数まで加速させるので、モータ１２が定常回転数に到達するまでに要する時間を短縮することができる。
【００６０】
実施の形態３．
図８は、実施の形態３にかかる掃除機３を示す図である。図９は、実施の形態３にかかる掃除機の動作についての説明に供するフローチャートである。
【００６１】
掃除機３は、ファン２ａを回転させて送風する電動送風機２と、外部から塵を吸い込む吸込口体３１と、吸込口体３１から吸い込んだ塵が通過する延長管３２と、塵を集める集塵室３３と、ユーザにより把持される把持部３４とを備える。電源部１６は、電池であり、電池収納部３５に格納される。起動信号出力部１３は、集塵室３３の周辺に配置されるとするが、把持部３４の周辺に配置されてもよい。
【００６２】
掃除機３は、ファン２ａが回転することにより、吸込口体３１から吸い込まれた塵が、延長管３２を介して、集塵室３３に吸い込まれる。また、塵とともに吸い込まれた空気は、フィルタ３６で濾過され、モータ１２を冷却しながら排気口３７から排出される。
【００６３】
把持部３４は、スイッチ３８を備える。スイッチ３８は、電源スイッチと加速スイッチとを備える。
【００６４】
電源スイッチがオン操作された場合、電源部１６から電源を供給させるオン信号が出力され、掃除機３が使用可能な状態になる。電源スイッチがオフ操作された場合、電源部１６から電源の供給を停止させるオフ信号が出力される。加速スイッチがオン操作された場合、モータ１２を定常回転数で駆動させる加速信号Ｓ２が出力される。加速スイッチがオフ操作された場合、モータ１２を低速回転数で駆動させる信号が出力される。加速スイッチは、加速信号出力部１４に相当する。
【００６５】
ここで、掃除機３の動作について、図９のフローチャートを用いて説明する。なお、起動信号出力部１３がジャイロセンサによって構成されているものとする。ジャイロセンサは、設定されている角速度が検出された場合、起動信号Ｓ１を出力する。
【００６６】
ステップＳＴ１１において、掃除機３は、電源スイッチがオン操作された場合、電源部１６から電源の供給が開始される。ジャイロセンサは、角速度の検出を開始する。
【００６７】
ステップＳＴ１２において、掃除機３は、ジャイロセンサにより設定されている角速度が検出された場合、起動信号Ｓ１を出力し、モータ１２を低速回転数で駆動させる。
【００６８】
ステップＳＴ１３において、掃除機３は、加速スイッチがオン操作された場合、モータ１２を定常回転数で駆動させる。
【００６９】
ステップＳＴ１４において、掃除機３は、加速スイッチがオフ操作された場合、モータ１２を定常回転数から低速回転数に減速させる。
【００７０】
ステップＳＴ１５において、掃除機３は、加速スイッチがオン操作された場合、モータ１２を低速回転数から定常回転数に加速させる。ユーザが掃除を続ける場合には、ステップＳＴ１４の工程とステップＳＴ１５の工程を繰り返すことになる。
【００７１】
ステップＳＴ１６において、掃除機３は、電源スイッチがオフ操作された場合、電源部１６の電源の供給が停止される。モータ１２は、駆動を停止する。
【００７２】
よって、掃除機３は、電源スイッチがオン操作され、ジャイロセンサにより設定されている角速度が検出された場合、モータ１２を低速回転数で駆動し、加速スイッチがオン操作された場合に、モータ１２を低速回転数から定常回転数に加速させるので、モータ１２が定常回転数に到達するまでに要する時間を短縮することができる。また、掃除機３は、低速回転数で待機する機能を有さない装置に比べて、短時間で定常回転数による吸引力を発揮することができる。
【００７３】
また、集塵部の鉛直下方向に延長管が配置されている掃除機において、モータ１２が停止した状態において、持ち運びを行った場合、集塵部に蓄積された塵が延長管を伝って外部に排出されてしまう可能性がある。
【００７４】
実施の形態３に係る掃除機３は、加速スイッチがオフ操作された場合、モータ１２を定常回転数から低速回転数まで減速させ、低速回転数で待機させておき、吸引力が働いた状態にしておくので、延長管に外部から集塵部へ向かう風が流れ、集塵室３３から塵が逆流して外部に排出されることを防止することができる。
【００７５】
また、図４は、ジャイロセンサの検出によってモータ１２を低速回転数まで駆動し、加速スイッチがオン操作されたときにモータ１２を定常回転数まで駆動するときの、経過時間におけるモータ１２の回転数の変化とみることができる。一般的な掃除機は、電源スイッチがオン操作されることにより、モータ１２が起動されて、定常回転数に到達する。実施の形態３にかかる掃除機３は、予め低速運転させておくモードが発生することから、加速スイッチをオン操作して、実際に使用するまでにかかる時間を大幅に軽減することができる。
【００７６】
また、モータ１２の起動開始から低速回転数である２０００ｒｐｍまでに要する時間を１ｓとし、２０００ｒｐｍから定常回転数である１０万ｒｐｍまでに要する時間を０．４ｓとすると、起動開始から定常回転数までに要する時間は、１．４ｓになる。よって、掃除機３は、加速スイッチのオン操作から０．４ｓでモータ１２を定常回転数に到達させることができる。
【００７７】
なお、起動信号出力部１３を圧力センサによって構成し、加速信号出力部１４をジャイロセンサによって構成してもよい。圧力センサは、把持部３４に配置する。当該構成によれば、圧力センサは、ユーザにより把持部３４が把持され、設定されている圧力を検出した場合、起動信号Ｓ１を出力する。ジャイロセンサは、掃除機３が移動され、設定されている角速度を検出した場合、加速信号Ｓ２を出力する。
【００７８】
また、起動信号出力部１３をジャイロセンサによって構成し、加速信号出力部１４を圧力センサによって構成してもよい。圧力センサは、把持部３４に配置する。当該構成によれば、ジャイロセンサは、掃除機３が移動され、設定されている角速度を検出した場合、起動信号Ｓ１を出力する。圧力センサは、ユーザにより把持部３４が把持され、設定されている圧力を検出した場合、加速信号Ｓ２を出力する。
【００７９】
実施の形態４．
図１０は、実施の形態４にかかるハンドドライヤー４を示す図である。図１１は、実施の形態４にかかるハンドドライヤーの動作についての説明に供するフローチャートである。
【００８０】
ハンドドライヤー４は、ファン２ａを回転させて送風する電動送風機２を内部に備えている。ハンドドライヤー４は、電動送風機２を内蔵するケーシング４１と、ユーザの手が挿入される手挿入部４２と、手挿入部４２に挿入されたユーザの手を検知する手検知センサ４３と、水を受ける水受け部４４と、水受け部４４に設けられた排水口４５から滴下する水を貯留するドレン容器４６と、動体を検知する人感センサ４７と、空気を吸い込む吸気口４８とを備える。手検知センサ４３は、加速信号出力部１４に相当する。人感センサ４７は、起動信号出力部１３に相当する。
【００８１】
ハンドドライヤー４は、手挿入部４２に手が挿入され、手検知センサ４３により挿入された手が検知された場合に、電動送風機２から風が吹き出され、風によって手に付着している水を吹き飛ばし、吹き飛ばした水を水受け部４４で受け、ドレン容器４６へと水を溜めこむ構造となっている。
【００８２】
ここで、ハンドドライヤー４の動作について、図１１に示すフローチャートを用いて説明する。
【００８３】
ステップＳＴ２１において、ハンドドライヤー４は、人感センサ４７により動体が検知された場合、モータ１２を低速回転数で駆動させる。
【００８４】
ステップＳＴ２２において、ハンドドライヤー４は、手挿入部４２に手が挿入され、手検知センサ４３により挿入された手が検知された場合、モータ１２を低速回転数から定常回転数に加速させる。モータ１２が定常回転数に加速されることにより、強い風が出力される。
【００８５】
ステップＳＴ２３において、ハンドドライヤー４は、手挿入部４２から手が抜かれ、手検知センサ４３による検知が行われなくなった場合、モータ１２を定常回転数から低速回転数に減速させる。
【００８６】
ステップＳＴ２４において、ハンドドライヤー４は、人感センサ４７により動体が検知された場合、モータ１２を低速回転数で駆動させる。ステップＳＴ２４の工程では、最初のユーザがハンドドライヤー４の使用を完了し、続けて次のユーザがハンドドライヤー４を使用する場合が想定される。
【００８７】
ステップＳＴ２５において、ハンドドライヤー４は、手挿入部４２から手が抜かれ、手検知センサ４３による検知が行われなくなった場合、モータ１２を定常回転数から低速回転数に減速させる。
【００８８】
ステップＳＴ２６において、ハンドドライヤー４は、人感センサ４７により動体が検知されない場合、モータ１２を停止させる。
【００８９】
よって、ハンドドライヤー４は、人感センサ４７により動体を検知された場合、モータ１２を低速回転数で駆動し、手検知センサ４３により手が検知された場合、モータ１２を低速回転数から定常回転数に加速させるので、モータ１２が定常回転数に到達するまでに要する時間を短縮することができる。また、ハンドドライヤー４は、低速回転数で待機する機能を有さない装置に比べて、短時間で定常回転数による風を出力することができる。
【００９０】
ここで、実施の形態１にかかるモータ制御装置１、実施の形態２にかかる電動送風機２、実施の形態３にかかる掃除機３および実施の形態４にかかるハンドドライヤー４に共通する効果について述べる。
【００９１】
モータ１２の起動時においては、加速レートを低めに設定し、急峻な立ち上がりを抑制することにより、電源部１６である電池の信頼性を向上することができる。
【００９２】
また、低速回転数までの加速レートを下げることにより、起動時にモータ１２に流れる電流を小さくできることから、装置を構成する半導体素子を含む部品の発熱を抑制することができ、当該部品の信頼性を向上することができる。
【００９３】
また、半導体素子を冷却する手法は、熱伝導のよい放熱フィンを素子表面に取り付ける手法、表面実装素子を使用して実装基板へ熱を分散させる手法、放熱用のファンを設置し、風を当てて冷ます手法、および、水冷で冷却する手法がある。上述した手法では、冷却部品にかかるコストおよび冷却部品を設置するスペースが必要になり、装置の小型化を図ることが困難になる。
【００９４】
そこで、実施の形態２にかかる電動送風機２を備える装置において、電動送風機２により発生される風の通り道に半導体素子を配置する構成を採用することにより、半導体素子を冷却することができる。
【００９５】
よって、当該構成によれば、冷却部品にかかるコストを抑えることができるので、低価格化を実現でき、また、冷却部品を設置するスペースが不要になることから、装置の小型化を図ることができる。また、冷却部品を設置するスペースに電池を追加で配置することにより、装置の運転時間を延長することができる。
【００９６】
なお、実施の形態２にかかる電動送風機２は、実施の形態３にかかる掃除機３および実施の形態４にかかるハンドドライヤー４に適用した場合について説明したが、電動送風機を備える装置であればよく、焼却炉、粉砕機、乾燥機、集塵機、印刷機械、クリーニング機械、製菓機械、製茶機械、木工機械、プラスチック押出機、ダンボール機械、包装機械、熱風発生機、物体輸送、吸塵用、一般送排風、ＯＡ機器に適用することができる。
【００９７】
以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
【符号の説明】
【００９８】
１  モータ制御装置、２  電動送風機、２ａ  ファン、３  掃除機、４  ハンドドライヤー、１１  インバータ、１２  モータ、１２ａ  回転軸、１３  起動信号出力部、１４  加速信号出力部、１５  供給部、１６  電源部、１７  電圧検出部、１８  平滑コンデンサ、１９  電流検出部、２０  回転検出器、２１  制御部、２２  駆動信号生成部、３１  吸込口体、３２  延長管、３３  集塵室、３４  把持部、３５  電池収納部、３６  フィルタ、３７  排気口、４１  ケーシング、４２  手挿入部、４３  手検知センサ、４４  水受け部、４５  排水口、４６  ドレン容器、４７  人感センサ、４８  吸気口。
【図１】
2016220474.tif 000003
【図２】
2016220474.tif 000004
【図３】
2016220474.tif 000005
【図４】
2016220474.tif 000006
【図５】
2016220474.tif 000007
【図６】
2016220474.tif 000008
【図７】
2016220474.tif 000009
【図８】
2016220474.tif 000010
【図９】
2016220474.tif 000011
【図１０】
2016220474.tif 000012
【図１１】
2016220474.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成28年9月12日(2016.9.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電圧を交流電圧に変換するインバータと、
前記インバータにより駆動されるモータと、
起動信号を出力する起動信号出力部と、
加速信号を出力する加速信号出力部と、
前記モータを設定された第１回転数で駆動させる第１駆動信号を前記インバータに供給し、または、前記モータを前記第１回転数よりも大きい第２回転数で駆動させる第２駆動信号を前記インバータに供給する供給部と、
を備え、
前記供給部は、前記起動信号が入力され、且つ、前記加速信号が入力されない場合には、前記第１駆動信号を前記インバータに供給して前記モータを前記第１回転数で駆動する低速起動モードで動作させ、前記加速信号が入力されるまで前記低速起動モードを維持する
モータ制御装置。
【請求項２】
前記供給部は、前記起動信号が入力されたか否かに関わらず前記加速信号が入力された場合には、前記第２駆動信号を前記インバータに供給して前記モータを前記第２回転数で駆動する加速モードで動作させる請求項１に記載のモータ制御装置。
【請求項３】
前記起動信号出力部または前記加速信号出力部は、角速度を検出するジャイロセンサまたは動体を検知する人感センサである請求項１または２に記載のモータ制御装置。
【請求項４】
前記モータは、回転子に永久磁石が用いられている請求項１から３のいずれか一項に記載のモータ制御装置。
【請求項５】
前記インバータは、スイッチング素子がワイドバンドギャップ半導体により構成されている請求項１から４のいずれか一項に記載のモータ制御装置。
【請求項６】
前記ワイドバンドギャップ半導体は、炭化珪素、窒化ガリウム系材料またはダイヤモンドである請求項５に記載のモータ制御装置。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか一項に記載のモータ制御装置を備える電動送風機において、
前記モータのモータ軸に取り付けられるファンを備える電動送風機。
【請求項８】
請求項７に記載の電動送風機を備える掃除機。
【請求項９】
請求項７に記載の電動送風機を備えるハンドドライヤーにおいて、
前記起動信号出力部は、物体を検知する人感センサにより構成され、前記人感センサにより物体を検知した場合、前記起動信号を出力するハンドドライヤー。