(57)【要約】【課題】電源に余分な負荷を与えることなく、電力効率を高く保ちながら小型機器にも搭載可能な回路を用いて、ユニバーサルモータの整流ブラシに起因するカーボン粒子の排出を低減させることが可能なユニバーサルモータ制御方法と、排気中に含まれる微粒子を低減させることが可能な電気掃除機を提供する。【解決手段】ユニバーサルモータ制御方法は、界磁巻線１３２と整流ブラシ１３４と電機子巻線１３３を有する回転子と整流子１３５とを有するユニバーサルモータ１３０の駆動手段であって、ユニバーサルモータ１３０と直列に接続されるＩＧＢＴ１２１と、ユニバーサルモータ１３０と並列に接続される高速ダイオード１２２と、商用交流電源１１０を整流してユニバーサルモータ１３０に電力を供給する整流手段とを備える制御回路１００において、電流波高率が１以上２．２未満の値になるようにＩＧＢＴ１２１を制御する。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
界磁巻線と、前記界磁巻線に接続される整流ブラシと、電機子巻線を有する回転子と、前記電機子巻線と接続される整流子とを有するユニバーサルモータの駆動手段であって、前記ユニバーサルモータと直列に接続される第一の切替手段と、前記ユニバーサルモータと並列に接続される第二の切替手段と、商用交流電源を整流して前記ユニバーサルモータに電力を供給する整流手段とを備える駆動手段において、
電流波高率が１以上２．２未満の値になるように前記第一の切替手段を制御する、ユニバーサルモータ制御方法。
【請求項２】
電流波高率が１以上√２以下の値になるように前記第一の切替手段を制御する、請求項１に記載のユニバーサルモータ制御方法。
【請求項３】
商用交流電源の半周期毎に、０＜θ１＜π／２＜θ２＜πとなる関係を満たす位相角θ１と位相角θ２について、商用交流電源の位相角が０以上θ１以下およびθ２以上π以下の位相角である場合には、前記第一の切替手段によって前記ユニバーサルモータが連続通電状態となるように制御する、請求項１または請求項２に記載のユニバーサルモータ制御方法。
【請求項４】
商用交流電源の半周期毎に、０＜θ１＜π／２＜θ２＜πとなる関係を満たす位相角θ１と位相角θ２について、商用交流電源の位相角がθ１以上かつ位相角θ２以下の位相角である場合には、前記ユニバーサルモータの電流瞬時値が略一定となるように前記第一の切替手段を制御する、請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のユニバーサルモータ制御方法。
【請求項５】
前記駆動手段は、前記ユニバーサルモータの電流瞬時値を検出するための電流検出手段を有し、前記電流検出手段によって検出される電流瞬時値が任意の電流指令値に追従するように、前記第一の切替手段をデューティ制御する、請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載のユニバーサルモータ制御方法。
【請求項６】
前記駆動手段は、商用交流電源から前記ユニバーサルモータに供給される電力を検出するための入力電力検出手段を有し、前記入力電力検出手段によって検出される電力値が任意の電力指令値に追従するように、前記第一の切替手段を制御する、請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載のユニバーサルモータ制御方法。
【請求項７】
吸気を発生させるための電動送風機として前記ユニバーサルモータを備え、
前記ユニバーサルモータは、請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載のユニバーサルモータ制御方法によって制御される、電気掃除機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ユニバーサルモータの制御方法と、ユニバーサルモータを備える電気掃除機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、一般家庭に普及している、商用交流電源に接続して用いる電気掃除機においては、送風手段としてユニバーサルモータが用いられている。ユニバーサルモータは、交流／直流双方の電源で動作可能であり、その動作原理は自励直巻型直流ブラシモータと同じである。
【０００３】
電気掃除機においては、集塵手段として備えられるサイクロン集塵装置や紙パックの圧力損失が大きい。そのため、電気掃除機のモータとしては、十分な吸気の流量を得るために、高速回転が容易に得られるファンモータが適している。ユニバーサルモータには、高速回転を容易に得られるという特徴があるので、電気掃除機には一般にユニバーサルモータが用いられている。また、ユニバーサルモータは、商用交流周波数を入力することによってそのまま駆動することができるので、回路構成が簡易なトライアック（双方向サイリスタ）を用いて、商用交流電圧に位相制御を施し、モータの電力調整をすることが一般的である。
【０００４】
図１７は、従来の代表的な位相制御回路の構成を示す図である。
【０００５】
図１７に示すように、従来の代表的な位相制御回路９００においては、商用交流電源９１０からトライアック９０３を経てユニバーサルモータ９３０へ電力を供給する構成になっている。ユニバーサルモータ９３０に供給する電力に応じて、位相制御手段９０２によってトライアック９０３の導通を開始する位相角を設定する。
【０００６】
このような、電気掃除機において従来から採用されているユニバーサルモータの位相制御は、いわゆる高周波によるインバータ制御と比較すると、以下の点において優位である。インバータ制御は、例えばエアコン等の家電製品の同期モータ、誘導モータで必須となる。
【０００７】
インバータ制御回路と比較すると、位相制御回路は、電力制御デバイスとしてトライアックが１つのみで成立するため、回路コスト的に優位である。また、制御手法としては、トライアックに対して商用交流半周期毎に位相角のタイミングでパルスを出力するだけでよく、制御手法が容易で制御回路のコスト的にも優位である。電気掃除機においては、バッテリー駆動のコードレスタイプを除いて、現在でも位相制御が採用されている。
【０００８】
さらに、回路の損失面では、位相制御回路ではトライアックが１つであるのに対し、インバータ制御では半導体スイッチデバイスが複数個必要となるため、インバータ制御はデバイスでの導通損が多い。またデバイスのスイッチング回数についても、位相制御では商用交流周波数の２倍、すなわち、１秒間に１００回程度であるのに対し、いわゆるインバータ制御では、スイッチング周波数を１０ｋＨｚとすればスイッチング回数が１秒間に１００００回程度に及ぶため、インバータ制御はデバイスでの損失が格段に多い。このように、位相制御はインバータ制御と比べて回路損失が極めて少ないという優位性がある。
【０００９】
図１８は、従来の位相制御を行った場合の商用交流電源電圧（Ａ）、モータ電圧（Ｂ）、モータ電流（Ｃ）の波形シミュレーションと、従来の位相制御を行ったときに観測される観測波形（Ｄ）を示す図である。
【００１０】
図１８に示すように、位相制御の一例として、位相角π／２でトライアックを導通開始するように制御を行うと、図１８の（Ｂ）と（Ｃ）に示すように、トライアックは位相角π／２からπの期間でのみ導通しているために、図１８の（Ｃ）と（Ｄ）に示すように、実効値に対してモータ電流のピーク値が大きく、脈動が大きい電流波形になることが特徴的である。従来から一般に用いられているこのような位相制御のように、モータ電流の脈動が大きい場合、モータにおいて整流火花が発生しやすい事が知られている。
【００１１】
ところで、電気掃除機の重要な性能評価指標のひとつとして、吸引力（吸い込み仕事率）がある。電気掃除機の開発においては、吸引力を高めるために、電気掃除機内の空気流路、集塵手段等の圧力損失低減等さまざまな工夫改善がなされると共に、限られた電力を極力多くユニバーサルモータに投入し、空気の流量を多くする必要がある。上述したように、位相制御は回路損失が少ない制御であることから、専ら電気掃除機に採用されている。
【００１２】
ユニバーサルモータはその原理上、モータ電流経路に二つの整流ブラシと複数の整流子片を備えており、整流ブラシと整流子片間を接触・開放することで回転子に備わる電機子巻線への電流を整流して供給している。この整流ブラシと整流子片の接触・開放に伴う摩擦、あるいは整流火花発生により、カーボン等の整流ブラシ材料に起因するサブミクロンクラスの微粒子（以下カーボン粒子）がモータ下流に排出されていることが知られている。
【００１３】
近年、健康意識の高まりから、電気掃除機の排気中に含まれる微粒子の低減が望まれており、集塵手段の性能向上により電気掃除機の排気中に含まれる微粒子の排出抑制技術が各方面で検討されている。しかし、ユニバーサルモータは集塵手段の下流側に配置されるため、集塵手段の性能が極限まで向上しても、ユニバーサルモータから排出されるカーボン粒子を集塵手段によって捕集することができない。したがって、集塵性能のよい集塵手段を備える電気掃除機であっても、依然として電気掃除機から外部にカーボン粒子が排出されており、このようなユニバーサルモータのカーボン粒子排出量を抑制する技術が必要となっている。
【００１４】
従来の位相制御によって発生する整流火花は、ユニバーサルモータのカーボン粒子の排出増加の一因となっていると考えられる。すなわち、位相制御のように電流の脈動が大きい手法でユニバーサルモータを制御することは、ユニバーサルモータからのカーボン粒子排出増加の一因であると考えることができる。
【００１５】
例えば、特開平１１−７５３９３号公報（特許文献１）には、上述のような位相制御の制御パターンを工夫して整流ブラシの寿命低下を抑制する手法が記載されている。また、特開２００１−３３９９７４号公報（特許文献２）には、界磁巻線が不要な永久磁石界磁型直流ブラシモータの回路構成及び制御において整流火花を抑制する手法が記載されている。整流ブラシの寿命低下は整流ブラシの磨耗が主要因とされていることから、これらの手法を用いることによってカーボン粒子の排出を低減することができると考えられる。
【００１６】
また、電気掃除機の外部へのカーボン粒子の排出を抑制する別の手段として、モータの下流側にＨＥＰＡフィルタ等を配置して、モータから排出されたカーボン粒子が電気掃除機の外部に排出されることを抑制する手法がとられている場合がある。
【特許文献１】特開平１１−７５３９３号公報
【特許文献２】特開２００１−３３９９７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
しかしながら、特開平１１−７５３９３号公報（特許文献１）では、位相制御の位相角による導通と全区間導通を商用交流電源周期で切りかえているために、商用交流電源から供給する電力を商用交流周波数（日本では５０／６０Ｈｚ）以下の周波数で変動させていることになる。その結果、家屋内の電源母線電圧に低周波変動が発生し、例えば照明器具にフリッカを発生させるという問題が生じる。
【００１８】
また、特開２００１−３３９９７４号公報（特許文献２）に記載されているような永久磁石型直流ブラシモータでは、電流スイッチのオン期間には、モータの回転中に常時生じている逆起電力と略同等の電圧をモータに入力する必要がある。そのため、整流電圧を平滑する手段が必要である。特開２００１−３３９９７４号公報（特許文献２）に記載の回路は、整流電圧を平滑するための平滑コンデンサを備える。実際の１ｋＷ級容量の電気掃除機が平滑手段を有する場合、入力力率の低下を抑えるためには、鉄心を備えた、重量の大きい平滑リアクトルが必要となる。発明者の検討では、本体重量約４ｋｇの電気掃除機がこのような重い平滑リアクトルを備えると、電気掃除機全体の重量が約１ｋｇ程度増加してしまう。このような重量の増加は、電気掃除機のように、使用者が持ち運んで使用する場合がある機器としては不都合である。また、永久磁石型直流ブラシモータを用いる場合には、コンデンサで平滑された母線電圧の脈動が大きいと、モータの逆起電力が母線電圧を上回り、電力回生現象が生じる。モータの逆起電力が母線電圧を上回ると、入力側に戻る電力分だけ過剰に電力を供給する必要があり、効率的ではない。そこで、電力回生現象が生じないように制御するための電圧検出手段や電流検出手段を備える必要がある。
【００１９】
また、モータの下流側にＨＥＰＡフィルタ等を配置し、カーボン粒子の排出を抑制する手法では、ＨＥＰＡフィルタによって圧力損失が増加するため、所望の流量を得るためにモータの回転数を増加させなければならない。モータの回転数を増加させると、ユニバーサルモータの整流ブラシと整流子片の接触・開放回数が増加してモータからのカーボン粒子排出量が増加する。したがって、モータから排出されるカーボン粒子をＨＥＰＡフィルタで捕集しているものの、モータから排出されるカーボン粒子の量自体は増加しており、根本的解決にはなっていない。
【００２０】
そこで、この発明の目的は、ユニバーサルモータ使用機器において、電源に余分な負荷を与えることなく、電力効率を高く保ちながら小型機器にも搭載可能な回路を用いて、ユニバーサルモータの整流ブラシに起因するカーボン粒子の排出を低減させることが可能なユニバーサルモータ制御方法と、排気中に含まれる微粒子を低減させることが可能な電気掃除機を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
この発明に従ったユニバーサルモータ制御方法は、界磁巻線と、界磁巻線に接続される整流ブラシと、電機子巻線を有する回転子と、電機子巻線と接続される整流子とを有するユニバーサルモータの駆動手段であって、ユニバーサルモータと直列に接続される第一の切替手段と、ユニバーサルモータと並列に接続される第二の切替手段と、商用交流電源を整流してユニバーサルモータに電力を供給する整流手段とを備える駆動手段において、電流波高率が１以上２．２未満の値になるように第一の切替手段を制御する。
【００２２】
電流波高率は、（電流波高値）／（実効電流値）で表され、モータ電流波形の脈動度合いが示されるものである。電流波高率が１に近いほどモータ電流の脈動が小さく、脈動の全く無い直流電流の電流波高率は１となる。
【００２３】
このように、ユニバーサルモータの電流波高率を１に近づけるように極力小さくすることによって、すなわち、電流の脈動を極力抑えることによって、ユニバーサルモータのカーボン粒子排出量を抑制することができる。
【００２４】
また、ユニバーサルモータを用いることによって、永久磁石型直流ブラシモータを用いる回路が備えるような重い平滑リアクトルが不要となる。また、電力回生現象が生じないように制御するための電圧検出手段や電流検出手段が不要となる。
【００２５】
このようにすることにより、ユニバーサルモータ使用機器において、電源に余分な負荷を与えることなく、電力効率を高く保ちながら小型機器にも搭載可能な回路を用いて、ユニバーサルモータの整流ブラシに起因するカーボン粒子の排出を低減させることが可能なユニバーサルモータ制御方法を提供することができる。
【００２６】
この発明に従ったユニバーサルモータ制御方法は、電流波高率が１以上√２以下の値になるように第一の切替手段を制御することが好ましい。
【００２７】
ユニバーサルモータの電流波形は商用交流電源の全波整流波形（波高率√２）と相似形にすることが現実的である。この場合、位相制御に比べてカーボン粒子の排出を大きく低減することができ、位相制御時のカーボン粒子排出量と比較して５０％の低減が見込まれる。
【００２８】
また、ユニバーサルモータの励磁巻線部鉄心の磁気飽和の影響で、モータ入力電力が大きくなるほど、モータ電流には波形歪みが生じ、電流波高率が大きくなる。電流波高率が大きくなることによって、巻線抵抗による損失が増加し、磁気エネルギーへの変換効率が悪くなる。すなわち、電流波高率を低減させることで、モータ入出力の効率を向上させることができる。
【００２９】
この発明に従ったユニバーサルモータ制御方法は、商用交流電源の半周期毎に、０＜θ１＜π／２＜θ２＜πとなる関係を満たす位相角θ１と位相角θ２について、商用交流電源の位相角が０以上θ１以下およびθ２以上π以下の位相角である場合には、第一の切替手段によってユニバーサルモータが連続通電状態となるように制御することが好ましい。
【００３０】
特開２００１−３３９９７４号公報（特許文献２）に記載されているような、高周波チョッパ制御の概念をそのまま適用した回路では、上述したインバータ制御のように回路損失が増加し、モータへの投入電力が減少する。このような回路を電気掃除機に用いると、結果的に電気掃除機の吸引力が低下することになるので、電気掃除機の制御としては好ましくない。
【００３１】
そこで、商用交流電源の半周期毎に、０＜θ１＜π／２＜θ２＜πとなる関係を満たす位相角θ１と位相角θ２について、商用交流電源の位相角が０以上θ１以下およびθ２以上π以下の位相角である場合には、第一の切替手段によってユニバーサルモータが連続通電状態となるように制御することにより、商用交流電源周波数の半周期内のスイッチング回数を削減しつつ、電流波高率を約√２とすることが可能となる。すなわち、回路損失を抑制するとともに、カーボン粒子の排出を抑制することもできる。
【００３２】
この発明に従ったユニバーサルモータ制御方法は、商用交流電源の半周期毎に、０＜θ１＜π／２＜θ２＜πとなる関係を満たす位相角θ１と位相角θ２について、商用交流電源の位相角がθ１以上かつ位相角θ２以下の位相角である場合には、ユニバーサルモータの電流瞬時値が略一定となるように第一の切替手段を制御することが好ましい。
【００３３】
このようにすることにより、さらにモータ電流波高率を低減することができ、さらにカーボン粒子の排出を抑制することができる。
【００３４】
この発明に従ったユニバーサルモータ制御方法においては、駆動手段は、ユニバーサルモータの電流瞬時値を検出するための電流検出手段を有し、電流検出手段によって検出される電流瞬時値が任意の電流指令値に追従するように、第一の切替手段をデューティ制御することが好ましい。
【００３５】
このようにすることにより、簡易な方法でモータ電流波高率を抑制するように制御することができる。
【００３６】
この発明に従ったユニバーサルモータ制御方法においては、駆動手段は、商用交流電源からユニバーサルモータに供給される電力を検出するための入力電力検出手段を有し、入力電力検出手段によって検出される電力値が任意の電力指令値に追従するように、第一の切替手段を制御することが好ましい。
【００３７】
このようにすることにより、例えば、ユニバーサルモータを送風手段として使用する場合、気流流路の圧力損失が変化しても、予め定められている電力をユニバーサルモータに入力することが可能である。
【００３８】
この発明に従った電気掃除機は、吸気を発生させるための電動送風機としてユニバーサルモータを備え、ユニバーサルモータは、上記のいずれかのユニバーサルモータ制御方法によって制御されることが好ましい。
【００３９】
このようにすることにより、排気中に含まれるカーボン粒子を低減した電気掃除機を提供することが可能となる。
【発明の効果】
【００４０】
以上のように、この発明によれば、電源に余分な負荷を与えることなく、電力効率を高く保ちながら小型機器にも搭載可能な回路を用いて、ユニバーサルモータの整流ブラシに起因するカーボン粒子の排出を低減させることが可能なユニバーサルモータ制御方法と、排気中に含まれる微粒子を低減させることが可能な電気掃除機を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
本発明者は、簡単な構成で、ユニバーサルモータ使用機器において、電源に余分な負荷を与えることなく、電力効率を高く保ちながら小型機器にも搭載可能な回路を用いて、ユニバーサルモータの整流ブラシに起因するカーボン粒子の排出を低減させることが可能なユニバーサルモータ制御方法と、排気中に含まれる微粒子を低減させることが可能な電気掃除機を得るために、以下のとおり検討した。
【００４２】
図１は、電流波高値とカーボン粒子排出数との相関を示す図である。
【００４３】
図１に示すように、電流波高値をモータ電流の脈動度合を示す指標として考えると、電流波高値が最も大きい、すなわち、モータ電流の脈動度合いが最も大きい、従来の位相制御を行なった電流の場合には、カーボン粒子の排出量も最も多い。次に、電流波高値が中程度、すなわち、モータ電流の脈動度合いが中程度となる正弦波電流の場合には、カーボン粒子の排出量も中程度である。一方、電流波高値が最も小さい、すなわち、モータ電流の脈動度合いが最も小さい直流電流の場合には、カーボン粒子の排出量も最も少ない。このように、電流波高値とカーボン粒子排出数の間には明らかな相関が見られる。
【００４４】
本発明の発明者は、これを定量的に裏付けるために、従来の位相制御を行った場合にモータから排出されるカーボン粒子を基準として、ユニバーサルモータに入力される電流が正弦波電流の場合と直流電流の場合について、低減されるカーボン粒子排出量を比較した。カーボン粒子排出量は、ユニバーサルモータを備える電気掃除機に、位相制御、正弦波電圧、直流電圧を印加することによって１ｋＷの電力を供給して、電気掃除機の排気中に含まれる０．１ｕｍ以上の粒子径のカーボン粒子の数をパーティクルカウンタで計測した。位相制御の場合には、入力電圧が１００Ｖ、周波数が６０Ｈｚ、制御角が９０°であった。正弦波電圧の場合には、入力電圧が８０Ｖ、周波数が６０Ｈｚであった。直流電圧の場合には、入力電圧が８０Ｖであった。モータの回転数は略同等であった。
【００４５】
図２は、電流波高率と、モータから排出されるカーボン粒子の低減率との関係を示す図である。
【００４６】
図２に示すように、従来の位相制御（制御角９０°）を行った場合には、電流波高率が２．２、正弦波電圧の場合には１．７、直流電圧の場合には１となる。また、従来の位相制御を行った場合にモータから排出されるカーボン粒子を基準として、正弦波電流の場合と直流電流の場合に低減されるカーボン粒子排出量を比較すると、正弦波の場合には位相制御した場合に対して約５０％、直流の場合には位相制御した場合に対して約７５％、モータから排出されるカーボン粒子の量が低減している。すなわち、モータから排出されるカーボン粒子の量は、正弦波の場合には位相制御した場合の約５０％、直流の場合には位相制御した場合の約２５％となる。なお、正弦波電圧をユニバーサルモータに印加する場合、電流波高率は、理想的には√２（≒１．４１）であるが、ユニバーサルモータの励磁巻線部鉄心の磁気飽和の影響等で電流波形歪が生じた結果、若干大きい値（１．７）になっている。
【００４７】
そこで、本発明の発明者は、種々の検討をした結果、ユニバーサルモータと直列に接続される第一の切替手段と、ユニバーサルモータと並列に接続される第二の切替手段と、商用交流電源を整流してユニバーサルモータに電力を供給する整流手段とを備える駆動手段において、電流波高率が１以上２．２未満の値になるように第一の切替手段を制御することによって、ユニバーサルモータ使用機器において、電源に余分な負荷を与えることなく、電力効率を高く保ちながら小型機器にも搭載可能な回路を用いて、ユニバーサルモータの整流ブラシに起因するカーボン粒子の排出を低減させることが可能であることを見出した。
【００４８】
このような発明者の知見に基づいて、この発明のユニバーサルモータ制御方法は、界磁巻線と、界磁巻線に接続される整流ブラシと、電機子巻線を有する回転子と、電機子巻線と接続される整流子とを有するユニバーサルモータの駆動手段であって、ユニバーサルモータと直列に接続される第一の切替手段と、ユニバーサルモータと並列に接続される第二の切替手段と、商用交流電源を整流してユニバーサルモータに電力を供給する整流手段とを備える駆動手段において、電流波高率が１以上２．２未満の値になるように第一の切替手段を制御する。また、このような発明者の知見に基づいて、この発明の電気掃除機は、吸気を発生させるための電動送風機としてユニバーサルモータを備え、ユニバーサルモータは、上記のいずれかのユニバーサルモータ制御方法によって制御されることが好ましい。
【００４９】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００５０】
（第１実施形態）
図３は、この発明の第１実施形態として、電気掃除機の全体の構成を模式的に示す図である。図中の二点鎖線の矢印は、吸気の流れを示す。
【００５１】
図３に示すように、電気掃除機１においては、電気掃除機１の外部の気体とともに塵埃を吸引するための吸込口体１０は、延長管１１、取手を有する接続管１２、折り曲げ自在のサクションホース１３と順次連結され、連結部１４を経由して本体部２０に接続されている。本体部２０の側面には、回転自在に設けられ、本体部２０を床面３０上において移動自在に支持する車輪２４が備えられている。
【００５２】
図４は、電気掃除機の本体部の構成を模式的に示す図である。
【００５３】
図４に示すように、本体部２０には、ユニバーサルモータ１３０、サイクロン集塵部２１、コードリール（図示せず）、ユニバーサルモータ１３０の通電を制御する制御回路等が収容されている。ユニバーサルモータ１３０には、ファン１３１と、電機子巻線１３３を有する回転子と、電機子巻線１３３に接続される整流子１３５と、界磁巻線１３２と、整流ブラシ１３４とが内包されている。
【００５４】
図３と図４に示すように、本体部２０のユニバーサルモータ１３０が駆動すると、ファン１３１により吸気が発生し、吸込口体１０から塵埃を含む空気が吸引され、塵埃を含む空気が、延長管１１、接続管１２、サクションホース１３、連結部１４を通って本体部２０へと搬送される。本体部２０に吸引された塵埃を含む気体は、サイクロン集塵部２１、接続部２２、ユニバーサルモータ１３０を通って、排気口２３から本体部２０の外部に排出される。このようにして吸込口体１０から電気掃除機１の本体部２０に吸引された塵埃は、サイクロン集塵部２１に集積される。また、塵埃がサイクロン集塵部２１に捕集されることによって、塵埃が取り除かれて清浄になった空気は、ユニバーサルモータ１３０を冷却するためにユニバーサルモータ１３０の内部を通過し、本体部２０の外に排気される構造となっている。
【００５５】
図５は、この発明の第１実施形態の駆動手段として、図３に示す電気掃除機が備えるユニバーサルモータの制御回路の構成を示す図である。
【００５６】
図４と図５に示すように、電気掃除機１が備えるユニバーサルモータ１３０の制御回路１００の概要としては、一般に周知のバックコンバータ（降圧チョッパ）構成であり、インダクタンス成分としてはユニバーサルモータ１３０の界磁巻線１３２及び電機子巻線１３３のインダクタンスを用いている。第一の切替手段として、ユニバーサルモータ１３０と直列に接続されるＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）１２１を用いている。ＩＧＢＴ制御手段１２３は、ＣＰＵ等から構成され、所望するモータ電力に応じてＩＧＢＴ１２１を駆動するタイミングを生成し、ＩＧＢＴ１２１のゲートに電圧を印加する。なお、ＩＧＢＴ１２１は逆方向電圧を印加されると破壊しやすいため、ＩＧＢＴ１２１を保護する目的で逆並列にダイオード１２４が接続されている。またモータに逆並列に接続される第二の切替手段としては、高速ダイオード１２２を用いている。高速ダイオード１２２は、ＩＧＢＴ１２１をＯＦＦした瞬間の界磁巻線等に蓄積された磁気エネルギーによるフライホイール動作に伴ってＩＧＢＴ１２１のＯＮ・ＯＦＦ動作に相反して導通する。従って、高速ダイオード１２２に対して特に別途制御回路を設ける必要は無く、制御端子を有しない高速ダイオード１２２で切替手段としての機能を満たす事は周知である。商用交流電源１１０は、整流手段として整流回路１２５で整流され、ユニバーサルモータ１３０へ電力供給する。なお、整流回路１２５には、コンデンサとコイルで構成されたローパスフィルタ１２６が接続されている。これは、スイッチングに伴う高周波成分のリプル電流が商用交流電源１１０側に逆流するのを防ぐために設けられるものである。ローパスフィルタ１２６の質量及び体積は小さく、電気掃除機１全体の質量及び体積を大きく増加させるなどの影響を与えるものではない。
【００５７】
図６は、この発明の第１実施形態として、商用交流電源の半周期間において任意の固定したデューティ比でＩＧＢＴを駆動した場合の波形の例を示す図である。図７は、図６に示す波形からスイッチングに伴う高周波成分を除去した商用交流電源電圧、モータ電圧及びモータ電流の各部波形である。
【００５８】
図６と図７に示すように、例えば、ユニバーサルモータ１３０を、商用交流電源電圧による入力１ｋＷ時に、スイッチング周波数１０ｋＨｚ、デューティ比０．８程度で駆動する場合、モータ電流の脈動は、図１８の（Ｄ）に示す従来の位相制御時のモータ電流の脈動よりも小さい。図１８の（Ｄ）に示すように、位相制御時の電流波高率が２．２であるのに対し、図６と図７に示すように、第１実施形態のユニバーサルモータ制御方法による制御を行うユニバーサルモータ１３０の電流波高率は１．７である。このようにすることにより、ユニバーサルモータ１３０において発生し、電気掃除機１の外部に排出されるカーボン粒子の数が低減する。このことは、カーボン電極の磨耗が減少することも意味しており、ユニバーサルモータ１３０の寿命が延長されることにもつながる。
【００５９】
第１実施形態では、第一の切替手段としてＩＧＢＴ１２１を適用して説明しているが、本目的を達成することができるものであればこの限りではない。第一の切替手段の他の例としては、ＭＯＳ−ＦＥＴ、バイポーラトランジスタ等が挙げられる。
【００６０】
また、第１実施形態では、第二の切替手段として高速ダイオード１２２を適用して説明しているが、本目的を達成することができるものであればこの限りではない。第二の切替手段の他の例としては、ＭＯＳ−ＦＥＴをユニバーサルモータ１３０と逆並列に接続することが考えられる。この場合、第二の切替手段としてのＭＯＳ−ＦＥＴを駆動する制御手段が必要となるが、ＭＯＳ−ＦＥＴを第一の切替手段のＯＮ・ＯＦＦと相反するタイミングで駆動し、一般に周知の同期整流を行えば、ＭＯＳ−ＦＥＴでの電力損失を低減することが期待できる。
【００６１】
このように、第１実施形態のユニバーサルモータ制御方法は、界磁巻線１３２と、界磁巻線１３２に接続される整流ブラシ１３４と、電機子巻線１３３を有する回転子と、電機子巻線１３３と接続される整流子１３５とを有するユニバーサルモータ１３０の駆動手段であって、ユニバーサルモータ１３０と直列に接続されるＩＧＢＴ１２１と、ユニバーサルモータ１３０と並列に接続される高速ダイオード１２２と、商用交流電源１１０を整流してユニバーサルモータ１３０に電力を供給する整流手段とを備える制御回路１００において、電流波高率が１以上２．２未満の値になるようにＩＧＢＴ１２１を制御する。
【００６２】
電流波高率は、（電流波高値）／（実効電流値）で表され、モータ電流波形の脈動度合いが示されるものである。電流波高率が１に近いほどモータ電流の脈動が小さく、脈動の全く無い直流電流の電流波高率は１となる。
【００６３】
このように、ユニバーサルモータ１３０の電流波高率を１に近づけるように極力小さくすることによって、すなわち、電流の脈動を極力抑えることによって、ユニバーサルモータ１３０のカーボン粒子排出量を抑制することができる。
【００６４】
また、ユニバーサルモータ１３０を用いることによって、永久磁石型直流ブラシモータを用いる回路が備えるような重い平滑リアクトルが不要となる。また、電力回生現象が生じないように制御するための電圧検出手段や電流検出手段が不要となる。
【００６５】
このようにすることにより、ユニバーサルモータ１３０を使用した機器において、電源に余分な負荷を与えることなく、電力効率を高く保ちながら小型機器にも搭載可能な回路１００を用いて、ユニバーサルモータ１３０の整流ブラシ１３４に起因するカーボン粒子の排出を低減させることが可能なユニバーサルモータ制御方法を提供することができる。
【００６６】
また、電気掃除機１は、吸気を発生させるための電動送風機としてユニバーサルモータ１３０を備え、ユニバーサルモータ１３０は、上記のユニバーサルモータ制御方法によって制御される。
【００６７】
このようにすることにより、排気中に含まれるカーボン粒子を低減した電気掃除機１を提供することが可能となる。
【００６８】
（第２実施形態）
図８は、この発明の第２実施形態の駆動手段として、ユニバーサルモータ制御回路の構成を示す図である。
【００６９】
図８に示すように、ユニバーサルモータ制御回路２００の基本的な構成は第１実施形態の制御回路１００と同様である。ユニバーサルモータ２３０の制御回路２００の概要としては、一般に周知のバックコンバータ（降圧チョッパ）構成であり、インダクタンス成分としてはユニバーサルモータ２３０の界磁巻線１３２及び電機子巻線１３３（図４）のインダクタンスを用いている。第一の切替手段として、ユニバーサルモータ２３０と直列に接続されるＩＧＢＴ２２１を用いている。ＩＧＢＴ制御手段２２３は、ＣＰＵ等から構成され、所望するモータ電力に応じてＩＧＢＴ２２１を駆動するタイミングを生成し、ＩＧＢＴ２２１のゲートに電圧を印加する。ＩＧＢＴ２２１を保護する目的で逆並列にダイオード２２４が接続されている。またモータに逆並列に接続される第二の切替手段としては、高速ダイオード２２２を用いている。高速ダイオード２２２は、ＩＧＢＴ２２１をＯＦＦした瞬間の界磁巻線等に蓄積された磁気エネルギーによるフライホイール動作に伴ってＩＧＢＴ２２１のＯＮ・ＯＦＦ動作に相反して導通する。商用交流電源２１０は、整流手段として整流回路２２５で整流され、ユニバーサルモータ２３０へ電力供給する。整流回路２２５には、コンデンサとコイルで構成されたローパスフィルタ２２６が接続されている。
【００７０】
ユニバーサルモータ制御回路２００は、第１実施形態の制御回路１００と異なる点としては、電流検出手段としてモータ電流検出手段２４０と、整流電圧検出手段２５０を備える。モータ電流検出手段２４０と整流電圧検出手段２５０は、それぞれ、検出した電流値と電圧値をＩＧＢＴ制御手段２２３にフィードバックし、ＩＧＢＴ２２１の駆動タイミングを生成することができる構成になっている。
【００７１】
モータ電流検出手段２４０は、ユニバーサルモータ２３０に入力される電流値をカレントトランス２４１で電圧に変換し、バッファ回路２４２を経て電圧値として検出する。また、整流電圧検出手段２５０は、整流回路２２５の出力電圧を抵抗群２５１で分圧し、バッファ回路２５２を経て電圧値として検出する。モータ電流検出手段２４０と、整流電圧検出手段２５０のそれぞれによって検出された電圧値は、ＩＧＢＴ制御手段２２３に備わるＡ／Ｄコンバータ、ＣＰＵ（図示しない）を経てＩＧＢＴ２２１の制御条件にフィードバックされる。
【００７２】
第２実施形態のユニバーサルモータ制御方法は、モータ電流検出手段２４０によって検出される電流の瞬時値と整流電圧検出手段２５０によって検出される電圧の瞬時値との比が常に一定になるようにデューティ比を随時変更して、ＩＧＢＴ２２１を駆動する。このように、モータ電流検出手段２４０によって検出される電流の瞬時値と整流電圧検出手段２５０によって検出される電圧の瞬時値との比が常に一定になるようにすることにより、モータ電流波形は商用交流電圧、すなわち、正弦波の絶対値の波形となるので、波高率は、全波整流波形と同じく波高率√２の波形となる。このようにして、第１実施形態と比べてモータ電流波高率を抑えることができる。従来の位相制御時の電流波高値が２．２であるのに対し、第２実施形態のユニバーサルモータ制御方法による制御時には、電流波高値が１．４となる。また、このように制御されるユニバーサルモータ２３０を図３に示す電気掃除機１に備えることによって、電気掃除機１から排出されるカーボン粒子数を低減することができる。
【００７３】
このように、第２実施形態のユニバーサルモータ制御方法は、電流波高率が１以上√２以下の値になるようにＩＧＢＴ２２１を制御する。
【００７４】
ユニバーサルモータ２３０の電流波形は商用交流電源の全波整流波形（波高率√２）と相似形にすることが現実的である。この場合、位相制御に比べてカーボン粒子の排出を大きく低減することができ、位相制御時のカーボン粒子排出量と比較して５０％の低減が見込まれる。
【００７５】
また、ユニバーサルモータ２３０の励磁巻線部鉄心の磁気飽和の影響で、モータ入力電力が大きくなるほど、モータ電流には波形歪みが生じ、電流波高率が大きくなる。電流波高率が大きくなることによって、巻線抵抗による損失が増加し、磁気エネルギーへの変換効率が悪くなる。すなわち、電流波高率を低減させることで、モータ入出力の効率を向上させることができる。
【００７６】
第２実施形態のユニバーサルモータ制御方法と、第２実施形態のユニバーサルモータ制御方法によって制御されるユニバーサルモータ２３０を備える電気掃除機１のその他の構成と効果は、第１実施形態と同様である。
【００７７】
（第３実施形態）
この発明の第３実施形態のユニバーサルモータ制御方法の駆動手段としての制御回路は、実施形態１の制御回路１００（図５）と同様である。
【００７８】
第１実施形態および第２実施形態においては、商用交流電源の半周期間の全域で高周波スイッチングを行い、モータ電流波高率の低減を図っているが、スイッチングに伴う第一の切替手段としてＩＧＢＴのスイッチングロスが発生しており、結果としてユニバーサルモータ駆動系の電力変換効率が低下してしまう。
【００７９】
そこで、第３実施形態においては、第１実施形態と第２実施形態のユニバーサルモータ制御方法に位相制御の要素を加えて、スイッチングロスをできる限り抑えながら、モータ電流の波高率も抑えることを目的としている。
【００８０】
具体的には、ユニバーサルモータ１３０（図５）に対して所望する電力に応じて、商用交流電源周波数の半周期内で０＜θ１＜π／２＜θ２＜πとなる任意の位相角θ１とθ２を設定し、商用交流電源電圧の瞬時電圧値が小さい位相角０〜θ１及び位相角θ２〜πの期間はＩＧＢＴ１２１を連続通電状態とする。一方、モータ電流波高率に影響を与える位相角θ１〜θ２の期間は、ＩＧＢＴ制御手段１２３によってデューティ制御を行うことにより、モータ電流波高値を抑えることができる。
【００８１】
図９は、入力１ｋＷ時の商用交流電源の半周期間において、位相角θ１〜θ２の期間は任意の固定したデューティ比でＩＧＢＴを駆動した場合の商用交流電源電圧とモータ電圧の波形を示す図である。図１０は、図９に示す波形からスイッチングに伴う高周波成分を除去した商用交流電源電圧、モータ電圧およびモータ電流の各部波形である。
【００８２】
図９と図１０に示すように、位相角θ１〜θ２間のスイッチング周波数１０ｋＨｚ、デューティ比０．８程度でＩＧＢＴ１２１を駆動する。例えば、θ１は（１／４）π、θ２は（３／４）πである。ユニバーサルモータの位相制御時の電流波高値２．２に対し、第３実施形態のユニバーサルモータ制御方法による制御時には電流波高値が１．７となる。このように電流波高値が小さくなることによって、図１および図２に示すように、カーボン粒子排出数は低減する。
【００８３】
このように、第３実施形態のユニバーサルモータ制御方法は、商用交流電源の半周期毎に、０＜θ１＜π／２＜θ２＜πとなる関係を満たす位相角θ１と位相角θ２について、商用交流電源の位相角が０以上θ１以下およびθ２以上π以下の位相角である場合には、ＩＧＢＴ１２１によってユニバーサルモータ１３０が連続通電状態となるように制御する。
【００８４】
高周波チョッパ制御の概念をそのまま適用した回路では、インバータ制御のように回路損失が増加し、モータへの投入電力が減少する。このような回路を電気掃除機に用いると、結果的に電気掃除機の吸引力が低下することになるので、電気掃除機の制御としては好ましくない。
【００８５】
そこで、商用交流電源の半周期毎に、０＜θ１＜π／２＜θ２＜πとなる関係を満たす位相角θ１と位相角θ２について、商用交流電源の位相角が０以上θ１以下およびθ２以上π以下の位相角である場合には、ＩＧＢＴ１２１によってユニバーサルモータ１３０が連続通電状態となるように制御することにより、商用交流電源周波数の半周期内のスイッチング回数を削減しつつ、電流波高率を約√２とすることが可能となる。すなわち、回路損失を抑制するとともに、カーボン粒子の排出を抑制することもできる。
【００８６】
第３実施形態のユニバーサルモータ制御方法と、第３実施形態のユニバーサルモータ制御方法によって制御されるユニバーサルモータを備える電気掃除機のその他の構成と効果は、第１実施形態と同様である。
【００８７】
（第４実施形態）
この発明の第４実施形態のユニバーサルモータ制御方法の駆動手段としての回路は、第２実施形態の制御回路２００（図８）と同様である。
【００８８】
第４実施形態として、ユニバーサルモータ制御回路２００（図８）は、モータ電流検出手段２４０を備えており、モータ電流検出手段２４０によって検出された電流値をＩＧＢＴ制御手段２２３にフィードバックし、ＩＧＢＴ２２１の駆動タイミングを生成することができる構成になっている。
【００８９】
図１１は、この発明の第４実施形態として、ユニバーサルモータ制御方法によって制御されるユニバーサルモータのシミュレーション波形の例を示す図である。図１２は、図１１に示す波形からスイッチングに伴う高周波成分を除去した商用交流電源電圧、モータ電圧及びモータ電流の各部波形である。
【００９０】
図１１と図１２に示すように、所望する電力に応じて、商用交流電源周波数の半周期内で０＜θ１＜π／２＜θ２＜πとなる任意の位相角θ１とθ２を設定し、商用交流電源電圧の瞬時電圧値が小さい位相角０〜θ１及び位相角θ２〜２／πの期間はＩＧＢＴ２２１を連続通電状態とし、モータ電流波高率に影響を与える位相角θ１〜θ２の期間は、ＩＧＢＴでデューティー制御を行っている。この時、位相角θ１時点での電流瞬時値を位相角θ１〜θ２期間内においても維持するように、デューティ比を随時変更してＩＧＢＴ２２１を駆動している。例えば、θ１は（１／３）π、θ２は（２／３）πとし、モータ電流瞬時値が位相角θ１における電流瞬時値よりも大きい場合にはデューティ比を小さくし、モータ電流瞬時値が位相角θ１における電流瞬時値よりも小さい場合にはデューティ比を大きくする。このようにすることにより、モータ電流波形は全波整流波形をクランプしたような概略台形状の波形となり、電流波高率が√２以下となる。このように、第３実施形態と比べて、さらにモータ電流波高率を抑える結果を得ることができ、カーボン粒子排出数を低減することができる。
【００９１】
第４実施形態では、モータ電流検出手段２４０から得た検出値を基にＩＧＢＴ２２１を制御する構成になっているが、ユニバーサルモータ２３０に入力される電源電圧は商用交流電源電圧を全波整流したものであることが予め分かっているので、モータ電流検出手段２４０を用いずにＩＧＢＴ制御手段２２３内に制御パターンを予め設定し、これに基づいて制御する構成も可能である。
【００９２】
このように、第４実施形態のユニバーサルモータ制御方法は、商用交流電源の半周期毎に、０＜θ１＜π／２＜θ２＜πとなる関係を満たす位相角θ１と位相角θ２について、商用交流電源の位相角がθ１以上かつ位相角θ２以下の位相角である場合には、ユニバーサルモータ２３０の電流瞬時値が略一定となるようにＩＧＢＴ２２１を制御する。
【００９３】
このようにすることにより、さらにモータ電流波高率を低減することができ、さらにカーボン粒子の排出を抑制することができる。
【００９４】
第４実施形態のユニバーサルモータ制御方法と、第４実施形態のユニバーサルモータ制御方法によって制御されるユニバーサルモータを備える電気掃除機のその他の構成と効果は、第１実施形態と同様である。
【００９５】
（第５実施形態）
第５実施形態のユニバーサルモータ制御方法の駆動手段としての回路は、第２実施形態の制御回路２００（図８）と同様であるが、第２実施形態の制御方法と異なる点として、商用交流電源周波数の半周期内全区間をθ１とθ２のタイミング生成も含めて統一的かつ簡易に制御可能なＩＧＢＴ制御手段２２３を実現している。
【００９６】
図１３は、この発明の第５実施形態の駆動手段としての制御回路が備えるＩＧＢＴ制御手段に内包されている、ＩＧＢＴ駆動タイミングを生成する回路の構成を示す図である。
【００９７】
図１３の（Ａ）に示すように、ＩＧＢＴ制御手段２２３（図８）に内包されている差動増幅器５６１には、モータ電流検出手段２４０（図８）から出力される電圧信号Ｖ１と任意の基準電圧信号Ｖ２が入力され、これらの差分を増幅した誤差電圧Ｖεがコンパレータ５６２へ出力される。コンパレータ５６２には誤差電圧Ｖεと図１３の（Ｂ）に示す鋸波電圧Ｖｓが入力され、コンパレータ５６２からは、誤差電圧Ｖεと鋸波電圧Ｖｓを比較した結果である駆動タイミングパルスＶ３を出力する。このタイミングパルスＶ３の出力波形と同じタイミングでＩＧＢＴドライバ（図示しない）によってＩＧＢＴ２２１（図８）を駆動することによって、モータ電流をフィードバックしモータ電流が一定値に安定化される。
【００９８】
図１４は、この発明の第５実施形態のユニバーサルモータ制御方法としてＩＧＢＴの駆動タイミングを示す図である。図１５は、この発明の第５実施形態として、ユニバーサルモータ制御方法によって制御されるユニバーサルモータのシミュレーション波形の例を示す図である。図１５には、スイッチングに伴う高周波成分を除去した商用交流電源電圧、モータ電圧及びモータ電流の各部波形を示す。
【００９９】
図１４の（Ａ）と（Ｂ）に示すように、第５実施形態のユニバーサルモータ制御方法は、誤差電圧Ｖεと鋸波電圧Ｖｓの波高値の関係がＶε＞Ｖｓとなる場合には、ＩＧＢＴ２２１をＯＮにし、誤差電圧Ｖεと鋸波電圧Ｖｓの波高値の関係がＶε＞Ｖｓとなる場合には、ＩＧＢＴ２２１をＯＦＦするように制御する。図中のＨはＩＧＢＴ２２１のＯＮ状態、ＬはＩＧＢＴ２２１のＯＦＦ状態を示す。商用交流電源の整流電圧波形の瞬時値が小さい区間、すなわち、図１５の期間ａ（位相角０〜θ１および位相角θ２〜πの期間）はモータ電流も小さいため、図１４の（Ａ）に示すように、誤差電圧Ｖεが常に鋸波電圧Ｖｓよりも大きくなり、ＩＧＢＴ２２１は常時ＯＮ状態（Ｈ）となる。また、整流電圧波形の瞬時値が大きい区間、すなわち、図１５の期間ｂ（位相角θ１〜θ２の期間）は、図１４の（Ｂ）に示すように、ＯＮ状態（Ｈ）とＯＦＦ状態（Ｌ）とが繰り返される。モータ電流が大きくなることを抑制するようにフィードバックが働く。このようにすることにより、図１５に示す期間ｂ（位相角θ１〜θ２の期間）においては、モータ電流瞬時値は一定に制御される。このように、図１５に示すように、位相角θ１、θ２のタイミングを別途生成することなく、モータ電流波形は全波整流波形をクランプした様な概略台形上の波形となり、簡易な構成で第３実施形態のユニバーサルモータ制御方法と比べて、モータ電流波高値を抑え、カーボン粒子排出が抑制することが可能な駆動が可能となる。
【０１００】
このように、第５実施形態のユニバーサルモータ制御方法においては、制御回路２００は、ユニバーサルモータ２３０の電流瞬時値を検出するためのモータ電流検出手段２４０を有し、モータ電流検出手段２４０によって検出される電流瞬時値が任意の電流指令値に追従するように、ＩＧＢＴ２２１をデューティ制御する。
【０１０１】
このようにすることにより、簡易な方法でモータ電流波高率を抑制するように制御することができる。
【０１０２】
第５実施形態のユニバーサルモータ制御方法と、第５実施形態のユニバーサルモータ制御方法によって制御されるユニバーサルモータを備える電気掃除機のその他の構成と効果は、第１実施形態と同様である。
【０１０３】
（第６実施形態）
図１６は、この発明の第６実施形態として、駆動手段としてユニバーサルモータ制御回路の構成を示す図である。
【０１０４】
図１６に示すように、ユニバーサルモータ６３０の制御回路６００の概要としては、一般に周知のバックコンバータ（降圧チョッパ）構成であり、インダクタンス成分としてはユニバーサルモータ６３０の界磁巻線１３２及び電機子巻線１３３（図４）のインダクタンスを用いている。第一の切替手段として、ユニバーサルモータ６３０と直列に接続されるＩＧＢＴ６２１を用いている。ＩＧＢＴ制御手段６２３は、ＣＰＵ等から構成され、所望するモータ電力に応じてＩＧＢＴ６２１を駆動するタイミングを生成し、ＩＧＢＴ６２１のゲートに電圧を印加する。ＩＧＢＴ６２１を保護する目的で逆並列にダイオード６２４が接続されている。またモータに逆並列に接続される第二の切替手段としては、高速ダイオード６２２を用いている。高速ダイオード６２２は、ＩＧＢＴ６２１をＯＦＦした瞬間の界磁巻線１３２等に蓄積された磁気エネルギーによるフライホイール動作に伴ってＩＧＢＴ６２１のＯＮ・ＯＦＦ動作に相反して導通する。商用交流電源６１０は、整流手段として整流回路６２５で整流され、ユニバーサルモータ６３０へ電力供給する。整流回路６２５には、コンデンサとコイルで構成されたローパスフィルタ６２６が接続されている。モータ電流検出手段６４０は、検出した電流値をＩＧＢＴ制御手段６２３にフィードバックし、ＩＧＢＴ６２１の駆動タイミングを生成することができる構成になっている。モータ電流検出手段６４０は、ユニバーサルモータ６３０に入力される電流値をカレントトランス６４１で電圧に変換し、バッファ回路６４２を経て電圧値として検出する。
【０１０５】
このように、第６実施形態のユニバーサルモータ制御回路６００の基本構成は第２実施形態の制御回路２００と同様であるが、第２実施形態の制御回路２００と異なる点として、商用交流電源６１０からの入力電力検出手段を備えている。入力電力検出手段は、入力電流検出手段６８０、整流電圧検出手段６７０及びＩＧＢＴ制御手段６２３に含まれるＣＰＵから構成されている。入力電流検出手段６８０は、整流回路６２５に入力される電流値をカレントトランス６８１で電圧値として検出、これを信号整流平滑手段６８２で整流平滑した電圧値を、バッファ回路６８３を経てＩＧＢＴ制御手段６２３へ出力する。整流電圧検出手段６７０は、整流回路６２５の出力電圧を抵抗群６５１で分圧した電圧値を、バッファ回路６５２を経てＩＧＢＴ制御手段６２３へ出力する。入力電流検出手段６８０と整流電圧検出手段６７０が検出したそれぞれの電圧値は、ＩＧＢＴ制御手段６２３に備わる特に図示しないＡ／Ｄコンバータを経てＣＰＵで処理され、入力電力値を判定し、ＩＧＢＴ制御条件にフィードバックする。
【０１０６】
一般的な電気掃除機は、使用者が手元のスイッチを通して吸引力の調整をすることができるように構成されている。使用者の手元のスイッチには、吸引力を「強」「中」「弱」等から選択することができるスイッチが配置され、例えば、使用者が「強」を選択すると１０００Ｗ、「中」を選択すると７００Ｗ、「弱」を選択すると３００Ｗの電力を電気掃除機が備えるユニバーサルモータに入力するように、予め定められている。このような電気掃除機を用いて掃除をする場合、フィルタに塵埃が付着して気流路の圧力損失が変化すると、電気掃除機が備えるユニバーサルモータに予め定められた電力を入力するためのθ１、θ２やデューティ比等の条件が変化する。そこで、このようにして、入力電力検出手段により得られた結果と予め定めた任意の電力値が一致するように、ユニバーサルモータ６３０を制御する。
【０１０７】
制御回路６００の基本構成については、第２実施形態を基本に説明したが、制御回路６００の構成については、この限りではない。
【０１０８】
このように、第６実施形態のユニバーサルモータ制御方法は、制御回路６００は、商用交流電源６１０からユニバーサルモータ６３０に供給される電力を検出するための整流電圧検出手段６７０と入力電流検出手段６８０を有し、整流電圧検出手段６７０と入力電流検出手段６８０によって検出される電力値が任意の電力指令値に追従するように、ＩＧＢＴ６２１を制御する。
【０１０９】
このようにすることにより、例えば、ユニバーサルモータ６３０を送風手段として使用する場合、気流流路の圧力損失が変化しても、予め定められている電力をユニバーサルモータに入力することが可能である。
【０１１０】
第６実施形態のユニバーサルモータ制御方法と、第６実施形態のユニバーサルモータ制御方法によって制御されるユニバーサルモータ６３０を備える電気掃除機のその他の構成と効果は、第１実施形態と同様である。
【実施例】
【０１１１】
本発明のひとつの効果として、電機掃除機から排出されるカーボン粒子数を低減することについて説明する。
【０１１２】
この発明の第１実施形態と第３実施形態のユニバーサルモータ制御方法を適用した電気掃除機について、排気中のカーボン粒子数を計測し、従来の位相制御を適用した電気掃除機の排気中のカーボン粒子数と比較した。カーボン粒子排出量は、ユニバーサルモータを備える電気掃除機のユニバーサルモータを、従来の位相制御、または、第１実施形態と第３実施形態のユニバーサルモータ制御方法によって制御することによって、ユニバーサルモータに１ｋＷの電力を供給して、電気掃除機の排気中に含まれる０．１ｕｍ以上の粒子径のカーボン粒子の数をパーティクルカウンタで計測した。位相制御の場合には、入力電圧が１００Ｖ、周波数が６０Ｈｚ、制御角が９０°とした。モータの回転数は略同等であった。
【０１１３】
この発明の第１実施形態のユニバーサルモータ制御方法を適用した電気掃除機の排気中の粒子径０．１ｕｍ以上のカーボン粒子数は、従来の位相制御を適用した電気掃除機の排気中のカーボン粒子数と比較して、約４５％低減した。
【０１１４】
この発明の第３実施形態のユニバーサルモータ制御方法を適用した電気掃除機の排気中の粒子径０．１ｕｍ以上のカーボン粒子数は、従来の位相制御を適用した電気掃除機の排気中のカーボン粒子数と比較して、約４５％低減した。また、第１実施形態のユニバーサルモータ制御方法を用いる場合と比較して、ユニバーサルモータ駆動回路での電力損失は約１５Ｗ低減した。
【０１１５】
以上に開示された実施の形態と実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考慮されるべきである。本発明の範囲は、以上の実施の形態と実施例ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての修正と変形を含むものである。
【図面の簡単な説明】
【０１１６】
【図１】電流波高値とカーボン粒子排出数との相関を示す図である。
【図２】電流波高率と、モータから排出されるカーボン粒子の低減率との関係を示す図である。
【図３】この発明の第１実施形態として、電気掃除機の全体の構成を模式的に示す図である。
【図４】電気掃除機の本体部の構成を模式的に示す図である。
【図５】この発明の第１実施形態の駆動手段として、図３に示す電気掃除機が備えるユニバーサルモータの制御回路の構成を示す図である。
【図６】この発明の第１実施形態として、商用交流電源の半周期間において任意の固定したデューティ比でＩＧＢＴを駆動した場合の波形の例を示す図である。
【図７】図６に示す波形からスイッチングに伴う高周波成分を除去した商用交流電源電圧、モータ電圧及びモータ電流の各部波形である。
【図８】この発明の第２実施形態の駆動手段として、ユニバーサルモータ制御回路の構成を示す図である。
【図９】入力１ｋＷ時の商用交流電源の半周期間において、位相角θ１〜θ２の期間は任意の固定したデューティ比でＩＧＢＴを駆動した場合の商用交流電源電圧とモータ電圧の波形を示す図である。
【図１０】図９に示す波形からスイッチングに伴う高周波成分を除去した商用交流電源電圧、モータ電圧およびモータ電流の各部波形である。
【図１１】この発明の第４実施形態として、ユニバーサルモータ制御方法によって制御されるユニバーサルモータのシミュレーション波形の例を示す図である。
【図１２】図１１に示す波形からスイッチングに伴う高周波成分を除去した商用交流電源電圧、モータ電圧及びモータ電流の各部波形である。
【図１３】この発明の第５実施形態の駆動手段としての制御回路が備えるＩＧＢＴ制御手段に内包されている、ＩＧＢＴ駆動タイミングを生成する回路の構成を示す図である。
【図１４】この発明の第５実施形態のユニバーサルモータ制御方法としてＩＧＢＴの駆動タイミングを示す図である。
【図１５】この発明の第５実施形態として、ユニバーサルモータ制御方法によって制御されるユニバーサルモータのシミュレーション波形の例を示す図である。
【図１６】この発明の第６実施形態として、駆動手段としてユニバーサルモータ制御回路の構成を示す図である。
【図１７】従来の代表的な位相制御回路の構成を示す図である。
【図１８】従来の位相制御を行った場合の商用交流電源電圧（Ａ）、モータ電圧（Ｂ）、モータ電流（Ｃ）の波形シミュレーションと、従来の位相制御を行ったときに観測される観測波形（Ｄ）を示す図である。
【符号の説明】
【０１１７】
１：電気掃除機、１１０，２１０，６１０：商用交流電源、１２１，２２１，６２１：ＩＧＢＴ、１２２，２２２，６２２：高速ダイオード、１２５，２２５，６２５：整流回路、２４０：電流検出手段、１３０，２３０，６３０：ユニバーサルモータ、１３２：界磁巻線、１３４：整流ブラシ、１３５：回転子、２４０，６４０：モータ電流検出手段、６７０：整流電圧検出手段、６８０：入力電流検出手段。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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