JP2008018006A - Vacuum cleaner - Google Patents
Vacuum cleaner Download PDFInfo
- Publication number
- JP2008018006A JP2008018006A JP2006191852A JP2006191852A JP2008018006A JP 2008018006 A JP2008018006 A JP 2008018006A JP 2006191852 A JP2006191852 A JP 2006191852A JP 2006191852 A JP2006191852 A JP 2006191852A JP 2008018006 A JP2008018006 A JP 2008018006A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- voltage
- brushless motor
- vacuum cleaner
- motor
- circuit
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)
- Electric Vacuum Cleaner (AREA)
Abstract
Description
本発明は、電気掃除機に関し、特にインバータ駆動によるブラシレスモータを用いた電気掃除機に関する。 The present invention relates to a vacuum cleaner, and more particularly to a vacuum cleaner using a brushless motor driven by an inverter.
従来の掃除機においては、コンパクトな形状で高い吸込み力を実現するために、高効率であって、回転数20000rpmを超える高速で回転する整流子モータと高速回転によって大きな吸い込み風量及び真空圧を発生する吸い込みファンとを一体化した送風機が使用されている。整流子モータは、回転子が巻線タイプの電機子であることから、電機子に設けられ高速回転する整流子に固定されたブラシが接触して、電流を供給する。 In conventional vacuum cleaners, in order to achieve a high suction force with a compact shape, a high efficiency, commutator motor that rotates at a high speed exceeding 20000 rpm and a high suction speed generate a large suction air volume and vacuum pressure. A blower integrated with a suction fan is used. In the commutator motor, since the rotor is a winding-type armature, a brush fixed to a commutator that is provided in the armature and rotates at high speed contacts and supplies current.
家庭用電気掃除機の分野では、長年にわたって、電気掃除機の性能指標としてJISに基づく「吸込仕事率=真空度×風量×0.01666(W)」の向上が進められており、近年では、吸込仕事率500W以上に達している。その結果、掃除機の消費電力は、1000W程度に達している。 In the field of household vacuum cleaners, improvement of “suction work rate = vacuum degree × air volume × 0.01666 (W)” based on JIS as a performance index of a vacuum cleaner has been promoted for many years. The suction work rate has reached 500W or more. As a result, the power consumption of the vacuum cleaner has reached about 1000W.
消費電力を大きくすることにより、より大きな吸込仕事率を得ることも可能であるが、省エネルギー、安全性、ブレーカ容量の観点から、家庭用電気掃除機の現状以上の消費電力増加は限界に来ているため、吸込仕事率の向上も限界に来ている。 It is possible to obtain a higher suction work rate by increasing the power consumption, but from the viewpoint of energy saving, safety and breaker capacity, the increase in power consumption beyond the current level of household vacuum cleaners has reached its limit. Therefore, the improvement of the suction work rate has come to the limit.
掃除機の整流子モータにおいてはカーボンブラシが採用されている。ブラシと整流子が接触していることから、運転するにつれてブラシが消耗し、ブラシの屑であるカーボン微粒子が飛散する。掃除機外部にカーボン屑を放出しないためには、吸込用ファンモータの排気部にカーボン屑除去用のフィルタを設置する必要がある。 Carbon brushes are used in commutator motors of vacuum cleaners. Since the brush and the commutator are in contact with each other, the brush is consumed as it is operated, and the carbon fine particles that are scraps of the brush are scattered. In order not to release carbon debris outside the vacuum cleaner, it is necessary to install a filter for removing carbon debris in the exhaust part of the suction fan motor.
カーボン屑除去用のフィルタの設置はコストアップ要因になるため、このようなフィルタに依存しない対策として整流子モータの代わりにブラシレスモータを搭載することが考えられる。ブラシレスモータを用いれば、カーボン微粒子が飛散しないことは自明である。特許文献1にはブラシレスモータを使用した掃除機が開示されている。 Since the installation of a filter for removing carbon debris is a cost increase factor, it is conceivable to install a brushless motor instead of the commutator motor as a countermeasure not depending on such a filter. If a brushless motor is used, it is obvious that the carbon fine particles do not scatter. Patent Document 1 discloses a vacuum cleaner using a brushless motor.
電気掃除機において、消費電力と吸込仕事率の関係は、概ね、
吸込仕事率=消費電力×総合効率
ここで、総合効率=回路効率×モータ効率×ファン効率
と表すことができる。
消費電力の限界が1000Wであっても、回路効率、モータ効率及びファン効率の積で表された総合効率を向上させることにより、吸込仕事率を向上させることが可能である。
In vacuum cleaners, the relationship between power consumption and suction power is roughly
Suction work rate = power consumption × total efficiency Here, total efficiency = circuit efficiency × motor efficiency × fan efficiency.
Even if the limit of power consumption is 1000 W, it is possible to improve the suction work rate by improving the overall efficiency represented by the product of circuit efficiency, motor efficiency, and fan efficiency.
図10に、消費電力を1000Wとした場合の整流子モータ掃除機とブラシレスモータ掃除機(従来例)の各部の効率と吸込仕事率の実験結果の一例を示す。 In FIG. 10, an example of the experimental result of the efficiency and suction | inhalation work rate of each part of a commutator motor cleaner and a brushless motor cleaner (conventional example) when power consumption is 1000W is shown.
ブラシレスモータを高速回転させるためには、高周波電源で駆動する必要がある。このため、交流電源から供給される交流電圧を整流して一旦直流電圧に変換したのち、直流電圧を高周波の交流電圧に変換するインバータ電源が必要である。このように、インバータ電源にて交直/直交の変換を行うため、通常、ブラシレスモータの駆動電源部の回路効率は整流子モータ駆動回路の回路効率より低下する。 In order to rotate the brushless motor at high speed, it is necessary to drive the brushless motor with a high frequency power source. For this reason, an inverter power source is required that rectifies an AC voltage supplied from an AC power source and converts it into a DC voltage and then converts the DC voltage to a high-frequency AC voltage. As described above, since AC / DC conversion is performed by the inverter power supply, the circuit efficiency of the drive power supply unit of the brushless motor is usually lower than the circuit efficiency of the commutator motor drive circuit.
ブラシレスモータは、同程度の出力の整流子モータと比較してモータ効率は高いが、回路効率の低下がモータ効率の向上より大きいため、総合効率は低下し、消費電力を一定値に制限した場合、吸込仕事率が低下する。 Brushless motors have higher motor efficiency than commutator motors with comparable output, but the overall efficiency decreases because the reduction in circuit efficiency is greater than the improvement in motor efficiency, and the power consumption is limited to a fixed value. , The suction work rate decreases.
図10の例では、両者の回路効率には98%と83%で約15%の差があるため、整流子モータを搭載した掃除機が500Wの吸込仕事率であれば、ブラシレスモータを搭載した掃除機では425W程度に低下することになる。 In the example of FIG. 10, there is a difference of about 15% between 98% and 83% in both circuit efficiency, so if the vacuum cleaner equipped with the commutator motor has a suction power of 500 W, a brushless motor is installed. In a vacuum cleaner, it will drop to about 425W.
現在販売されている掃除機の実例でも、消費電力1000W程度の掃除機で、整流子モータを搭載した掃除機では吸込仕事率が500Wを超えるものが主流であるのに対し、ブラシレスモータを搭載した掃除機では吸込仕事率が500W以下にとどまっている。 Even in the actual examples of vacuum cleaners that are currently being sold, vacuum cleaners with a power consumption of about 1000W and those with commutator motors that have a suction power of over 500W are the mainstream, while brushless motors are installed. In the vacuum cleaner, the suction work rate stays below 500W.
特許文献2には、掃除機に適したブラシレスモータが開示されている。これは、ブラシレスモータとして、チョッパ制御通流率100%で運転される領域を有するブラシレス直流モータを具備することによって、簡便に過負荷運転の防止、更には制御装置の回転指令値異常による高速回転の防止を図るものである。 Patent Document 2 discloses a brushless motor suitable for a vacuum cleaner. As a brushless motor, a brushless DC motor having a region that is operated at a chopper control continuity of 100% is provided to easily prevent overload operation, and further, high-speed rotation due to an abnormal rotation command value of the control device. It is intended to prevent this.
また、特許文献2において、この高速回転の防止以外の発明の効果として、負荷が大きくなる領域である許容入力上限値近傍では通流率が100%近くなるため、電流断続により生じる高調波成分が少ないことから、インバータ装置、ブラシレス直流モータを含むシステム効率が最良の状態となり、高負荷側で高効率とすることができ、例えば発熱を低減することができることが開示されている。 Further, in Patent Document 2, as an effect of the invention other than the prevention of the high-speed rotation, since the conduction rate is close to 100% in the vicinity of the allowable input upper limit value, which is a region where the load becomes large, harmonic components generated due to current interruption are reduced. Therefore, it is disclosed that the system efficiency including the inverter device and the brushless DC motor is in the best state, and the efficiency can be increased on the high load side, for example, heat generation can be reduced.
しかしながら、この特許文献2は回路効率の具体的な向上策が実施例として記載されていないことから、当業者は、消費電力1000W程度の掃除機で、整流子モータを搭載した掃除機と同等の500Wを超える吸込仕事率を容易に実現することができない。 However, since this patent document 2 does not describe a specific measure for improving the circuit efficiency as an example, a person skilled in the art is a vacuum cleaner with power consumption of about 1000 W, which is equivalent to a vacuum cleaner equipped with a commutator motor. A suction power exceeding 500 W cannot be easily realized.
特許文献3には、交流電流指令波形を使用せずに簡単な回路構成で交流電源を整流して直流に変換し、特に力率の改善を図った電源装置が開示されている。即ち、力率改善回路に用いられるスイッチング素子の動作を規定する通流比を、負荷状態情報に合わせて設定される係数と電源電流情報との積に基づいて作成し、その通流比でスイッチング素子を動作させている。
そこで、消費電力が予め設定された所定値である条件下で、コンバータ部の昇圧回路により直流電圧を昇圧した場合に、インバータ部の電圧利用率が最大となるように、ブラシレスモータの電気定数を最適化設計する点で解決すべき課題がある。 Therefore, the electric constant of the brushless motor is set so that the voltage utilization factor of the inverter unit becomes maximum when the DC voltage is boosted by the booster circuit of the converter unit under the condition that the power consumption is a predetermined value set in advance. There is a problem to be solved in terms of optimization design.
本発明の目的は、インバータ制御され、かつ、整流子モータの持つカーボン屑飛散を解消した清潔なブラシレスモータを搭載した電気掃除機において、回路効率を向上することにより、総合効率を向上させ、整流子モータを採用した電気掃除機と同等ないしはそれ以上の吸込仕事率を実現することである。 The object of the present invention is to improve the overall efficiency by improving circuit efficiency in a vacuum cleaner equipped with a clean brushless motor that is inverter-controlled and eliminates the carbon dust scattering of the commutator motor. This is to achieve a suction power equivalent to or higher than that of a vacuum cleaner employing a child motor.
上記目的を達成するために、本発明による電気掃除機は、送風ファンを有し当該送風ファンを駆動するブラシレスモータを内蔵している電動送風機と、前記ブラシレスモータ制御用の制御部と、交流電源から供給される交流電圧を整流して直流電圧に変換するコンバータ部、及び該直流電圧を交流電圧に変換して当該交流電圧を前記ブラシレスモータに供給するインバータ部を有する電源部と、を備えた電気掃除機において、該電気掃除機の運転時に前記ブラシレスモータの消費電力が所定消費電力値となる運転負荷条件で前記インバータ部の電圧利用率が略最大となるように前記ブラシレスモータの電気定数を最適化設計するとともに、前記コンバータ部に昇圧回路を設け該昇圧回路によって前記直流電圧を昇圧することによって前記交流電源の力率改善を行うことを特徴としている。 In order to achieve the above object, an electric vacuum cleaner according to the present invention includes an electric blower having a blower fan and a brushless motor that drives the blower fan, a control unit for controlling the brushless motor, and an AC power supply. A converter unit that rectifies the AC voltage supplied from the converter and converts it into a DC voltage, and a power source unit that includes an inverter unit that converts the DC voltage into an AC voltage and supplies the AC voltage to the brushless motor. In the vacuum cleaner, the electric constant of the brushless motor is set so that the voltage utilization rate of the inverter unit is substantially maximized under an operating load condition in which the power consumption of the brushless motor becomes a predetermined power consumption value during operation of the vacuum cleaner. In addition to the optimization design, the converter unit is provided with a booster circuit to boost the DC voltage by the booster circuit. It is characterized by performing the power factor correction sources.
この電気掃除機によれば、掃除機の消費電力が掃除機の性能評価に採用される定格値である予め設定した所定値となるように制御した場合にインバータ部の電圧利用率が最大となるようにブラシレスモータの電気定数を最適化設計する、即ち、巻線形、巻数、マグネットと巻線の位置関係設定などの設計を行う、ことによりブラシレスモータの定格負荷時における回路効率を改善する。更に、コンバータ部に昇圧回路を採用し直流電圧を昇圧することにより交流電源の力率を改善し、回路効率を改善する。 According to this electric vacuum cleaner, when the power consumption of the vacuum cleaner is controlled so as to be a predetermined value that is a rated value adopted for the performance evaluation of the vacuum cleaner, the voltage utilization rate of the inverter unit becomes maximum. Thus, the circuit efficiency at the rated load of the brushless motor is improved by designing the electric constants of the brushless motor in an optimized manner, that is, by designing the winding shape, the number of turns, and the positional relationship between the magnet and the winding. Further, the converter unit employs a booster circuit to boost the DC voltage, thereby improving the power factor of the AC power supply and improving the circuit efficiency.
また、インバータ部は、ブラシレスモータの回転数をPWM方式により制御し、ブラシレスモータの電気定数を、PWMデューティ比100%でインバータ部の電圧利用率が最大となるよう設計することにより、ブラシレスモータの定格負荷時における回路効率を改善する。 The inverter unit controls the rotational speed of the brushless motor by the PWM method, and the brushless motor is designed so that the electric constant of the brushless motor is maximized at a PWM duty ratio of 100%. Improve circuit efficiency at rated load.
また、コンバータ部は、倍電圧整流を行い、電源側に直列に接続されたリアクトルを介して交流電源を強制的に短絡通電させる昇圧回路構成とすることにより回路効率を改善する。 In addition, the converter unit performs voltage doubler rectification and improves circuit efficiency by adopting a booster circuit configuration in which an AC power supply is forcibly short-circuited through a reactor connected in series on the power supply side.
更に、具体的には、前記リアクトルのインダクタンスが1〜3mHとする。 Furthermore, specifically, the inductance of the reactor is set to 1 to 3 mH.
また、前記所定消費電力値は、1000Wとする。 The predetermined power consumption value is 1000 W.
この発明による電気掃除機によれば、ブラシレスモータを用いることにより、従来の整流子モータを使用した電気掃除機で課題であった、ブラシの寿命が短いという問題やカーボン屑が発生するといった問題を解消することができる。また、ブラシレスモータを用いることにより、従来の整流子モータを使用した電気掃除機に比べモータ効率を向上することができる。 According to the vacuum cleaner of the present invention, by using a brushless motor, there are problems with a conventional vacuum cleaner using a commutator motor, such as a problem that the life of the brush is short and a problem that carbon dust is generated. Can be resolved. Further, by using a brushless motor, the motor efficiency can be improved as compared with a conventional vacuum cleaner using a commutator motor.
昇圧回路により電源力率を大きく向上することが可能であるため、従来の昇圧回路なしのブラシレスモータ掃除機に比べ、リアクトルのインダクタンスを小さくできることから、リアクトルの軽量小型化が図れる。そのため、従来のブラシレスモータ掃除機に比べ、掃除機の軽量化が図れる。 Since the power source power factor can be greatly improved by the booster circuit, the inductance of the reactor can be reduced as compared with the conventional brushless motor cleaner without the booster circuit, so that the reactor can be reduced in weight and size. Therefore, the weight of the vacuum cleaner can be reduced as compared with the conventional brushless motor vacuum cleaner.
更に、予め設定した最大消費電力の全負荷状態において、電源力率が最も高くなる直流電圧でインバータ部の電圧利用率が最大となるように、モータの電気定数を最適化設計することにより、従来のブラシレスモータ掃除機に比べ、回路効率を大きく改善することができる。 Furthermore, by designing the electric constant of the motor so that the voltage utilization factor of the inverter is maximized at the DC voltage at which the power source power factor becomes the highest in the full load state with the preset maximum power consumption, Compared with the brushless motor vacuum cleaner, the circuit efficiency can be greatly improved.
また、この発明による電気掃除機においてインバータ部にPWM制御方式を採用した場合には、PWMデューティ比100%とすることにより、インバータ部のスイッチング損失の低減やスイッチングノイズの低減など回路面の効果に加え、波形が正弦波に近似することから、スイッチングにより発生する高調波成分が低減し、モータの鉄損低減及びモータ効率向上が図れる。 In addition, when the PWM control method is adopted for the inverter part in the vacuum cleaner according to the present invention, by setting the PWM duty ratio to 100%, the effect of the circuit surface such as reduction of switching loss of the inverter part and reduction of switching noise can be achieved. In addition, since the waveform approximates a sine wave, the harmonic component generated by switching is reduced, and the motor iron loss can be reduced and the motor efficiency can be improved.
また、この発明による電気掃除機において、昇圧回路を交流電源を強制的に短絡通電させた場合には、簡単な構成で昇圧回路が実現できる。また、一般にアクティブフィルタ方式と呼ばれる方法が高周波でスイッチングを行うのに対して、本発明は電源半周期の間に、1回スイッチングする手法であり、スイッチング損失が少なくなるため、回路損失の低減は図れる。 In the vacuum cleaner according to the present invention, when the booster circuit is forcibly short-circuited with an AC power supply, the booster circuit can be realized with a simple configuration. In addition, while a method called an active filter method generally performs switching at a high frequency, the present invention is a method of performing switching once during a half cycle of the power supply, and switching loss is reduced. I can plan.
また、本発明は、アクティブフィルタ方式と比較して、消費電力量が500W程度の半負荷状態での電源力率は低いが、予め設定した最大消費電力である1000W程度の全負荷状態での電源力率は大差ない。したがって、電気掃除機で表示吸込仕事率の測定条件である最大消費電力での運転性能を重視した方式といえる。 In addition, the present invention has a lower power factor in a half load state where the power consumption is about 500 W than the active filter method, but a power source in a full load state where the preset maximum power consumption is about 1000 W. Power factor is not much different. Therefore, it can be said that this is a method that places importance on the driving performance at the maximum power consumption, which is the measurement condition of the display suction work rate in the vacuum cleaner.
上記短絡される昇圧回路を用い、リアクトルのインダクタンスを1〜3mHとすることにより、電源力率を向上させるとともに、リアクトルの小型・軽量化が図れる。そのため、従来のブラシレスモータ掃除機に比べ、回路効率を改善し、掃除機の小型・軽量化が図れる。 By using the boosting circuit to be short-circuited and setting the inductance of the reactor to 1 to 3 mH, the power factor can be improved, and the reactor can be reduced in size and weight. Therefore, compared with the conventional brushless motor cleaner, the circuit efficiency can be improved, and the cleaner can be reduced in size and weight.
更に、一般的な整流子モータ掃除機と同等の略1000Wの消費電力とすることにより、大きな吸込み性能を発揮することができる。 Furthermore, a large suction performance can be exhibited by using approximately 1000 W of power consumption equivalent to that of a general commutator motor cleaner.
以上により、本発明のブラシレスモータ掃除機は、従来のブラシレスモータ掃除機に比べ回路効率を大きく向上し、PWMデューティ比100%とすることによりモータ効率の向上も図れるため、吸込仕事率を大きく向上することができる。また、従来の整流子モータ掃除機と本発明のブラシレスモータ掃除機のファン効率を同等とすると、本発明のブラシレスモータ掃除機は、従来の整流子モータ掃除機と同等の吸込仕事率が得られるとともに、従来の整流子モータ掃除機で課題であったブラシ寿命に起因した電動機寿命の制約、あるいはカーボン微粉の発生といった問題を解消することができ、吸込み性能が高く、寿命が長く、排気がきれいな掃除機が実現できる。 As described above, the brushless motor cleaner of the present invention greatly improves the circuit efficiency compared with the conventional brushless motor cleaner, and the motor efficiency can be improved by setting the PWM duty ratio to 100%, so the suction work rate is greatly improved. can do. Further, assuming that the fan efficiency of the conventional commutator motor cleaner and the brushless motor cleaner of the present invention are equivalent, the brushless motor cleaner of the present invention can obtain the suction work rate equivalent to that of the conventional commutator motor cleaner. At the same time, it can solve the problems of the motor life limitation due to the brush life or the generation of carbon fines, which has been a problem with conventional commutator motor cleaners, and has high suction performance, long life, and clean exhaust. A vacuum cleaner can be realized.
[実施例1]
図1には、掃除機用ブラシレスモータ駆動装置が示されている。交流電源1に直列に接続されたリアクトル7と、このリアクトル7の後段に接続され且つダイオードのブリッジ回路から構成される第1整流器9と、この第1整流器9に並列接続され且つ交流電源1を短絡開放する第1スイッチング素子10及びその第1ドライブ回路11とから昇圧回路が構成されている。
[Example 1]
FIG. 1 shows a brushless motor driving device for a vacuum cleaner. A reactor 7 connected in series to the AC power source 1, a first rectifier 9 connected to a subsequent stage of the reactor 7 and composed of a diode bridge circuit, and connected in parallel to the first rectifier 9 and connected to the AC power source 1 A booster circuit is constituted by the first switching element 10 and the first drive circuit 11 that are opened in a short circuit.
この昇圧回路とリアクトル7の後段に接続され且つダイオードブリッジ回路から構成される第2整流器15と、この第2整流器15の直流側に並列接続されたコンデンサの直列体からなる倍電圧コンデンサ16a,16bとからコンバータ部2が構成されている。 The voltage doubler capacitors 16a and 16b are composed of a series body of a second rectifier 15 connected to the subsequent stage of the booster circuit and the reactor 7 and formed of a diode bridge circuit, and a capacitor connected in parallel to the DC side of the second rectifier 15. The converter part 2 is comprised from these.
コンバータ部2に発生する直流電圧を電源とし、ブラシレスモータ3に回転磁界を与えることで駆動するインバータ部4と、インバータ部4の第2ドライブ回路14とからモータ駆動回路が構成されている。 A motor drive circuit is composed of an inverter unit 4 that is driven by applying a rotating magnetic field to the brushless motor 3 using a DC voltage generated in the converter unit 2 as a power source, and a second drive circuit 14 of the inverter unit 4.
ここで、インバータ部4は、3相バイポーラ接続された第2スイッチング素子13u〜13zとフライホイール・ダイオードなどにより構成されている。詳しくは、13uはU相上側に接続されたIGBT、13vはV相上側に接続されたIGBT、13wはW相上側に接続されたIGBT、13xはU相下側に接続されたIGBT、13yはV相下側に接続されたIGBT、13zはW相下側に接続されたIGBTである。 Here, the inverter unit 4 includes second switching elements 13u to 13z that are three-phase bipolar connected, a flywheel diode, and the like. Specifically, 13u is an IGBT connected to the upper side of the U phase, 13v is an IGBT connected to the upper side of the V phase, 13w is an IGBT connected to the upper side of the W phase, 13x is an IGBT connected to the lower side of the U phase, and 13y is IGBTs 13z connected to the lower side of the V phase are IGBTs connected to the lower side of the W phase.
演算制御手段としてのマイコン6は、交流電源のゼロクロス点検出回路8の出力信号、ブラシレスモータ3の磁極位置検出回路5の出力信号、倍電圧コンデンサ16a,16bの直列体の両端の電圧を検出する直流電圧検出回路12の出力信号、及び図示しない上位制御装置からのブラシレスモータ運転制御指令を入力して、所定の制御演算を行って、昇圧回路の第1スイッチング素子10を短絡開放する第1ドライブ回路11への動作信号出力、及びブラシレスモータ3をPWM駆動する第2のドライブ回路14への動作信号出力を行う。 The microcomputer 6 as an arithmetic control means detects the output signal of the zero cross point detection circuit 8 of the AC power supply, the output signal of the magnetic pole position detection circuit 5 of the brushless motor 3, and the voltage across the series body of the voltage doubler capacitors 16a and 16b. A first drive that inputs an output signal of the DC voltage detection circuit 12 and a brushless motor operation control command from a host controller (not shown), performs a predetermined control calculation, and opens the first switching element 10 of the booster circuit in a short circuit. An operation signal output to the circuit 11 and an operation signal output to the second drive circuit 14 that drives the brushless motor 3 by PWM are performed.
次に、コンバータ部2の詳細な動作を説明する。第1スイッチング素子10が開放のままのコンバータ部2は通常の倍電圧整流回路であるため、交流電源1の電圧が100Vの場合、得られる直流電圧は、理論的には、100×1.41×2=282(V)である。 Next, the detailed operation of the converter unit 2 will be described. Since the converter unit 2 with the first switching element 10 left open is a normal voltage doubler rectifier circuit, when the voltage of the AC power supply 1 is 100 V, the obtained DC voltage is theoretically 100 × 1.41. X2 = 282 (V).
しかし、リアクトル7の電圧降下等があるため、ブラシレスモータ3駆動時は230V程度となる。また、第1スイッチング素子10が開放のままのコンバータ部2では、交流電源1からの入力電流がコンデンサインプット形のままであるため、入力電流の波高値が高く、回路の力率が悪い。また、同時に高調波電流も発生してしまう。 However, since there is a voltage drop of the reactor 7 or the like, the voltage is about 230 V when the brushless motor 3 is driven. Further, in the converter unit 2 in which the first switching element 10 remains open, the input current from the AC power supply 1 remains in the capacitor input type, so that the peak value of the input current is high and the circuit power factor is poor. At the same time, harmonic current is also generated.
そこで、昇圧回路を用いて力率を改善する。図2を用いて昇圧回路の動作を説明する。ゼロクロス検出回路8で入力電圧のゼロクロス点を検出し、500μs程度の予め設定した遅延時間T1の後、第1スイッチング素子10を短絡する。 Therefore, the power factor is improved using a booster circuit. The operation of the booster circuit will be described with reference to FIG. The zero-crossing point of the input voltage is detected by the zero-crossing detection circuit 8, and the first switching element 10 is short-circuited after a preset delay time T 1 of about 500 μs.
更に、短絡時間T2の後、第1スイッチング素子10を開放する。その後、次のゼロクロス点を検出し、この前記の動作を繰り返す。この短絡時間T2を長くすると直流電圧の昇圧の程度は大きくなるため、直流電圧検出回路12で検出した直流電圧が予め設定した目標直流電圧となるように短絡時間T2を増減する。この第1スイッチング素子10の短絡開放制御により、入力電流の波高値を抑える効率的な運転を行うとともに、入力電流の通電位相角(電源周波数半周期中の通流時間)を大きくする力率を改善した運転を行う。 Furthermore, after the short time T 2, to open the first switching element 10. Thereafter, the next zero cross point is detected, and this operation is repeated. Since the degree of boosting of the short circuit and the time T 2 the longer the DC voltage is increased, to increase or decrease the short time T 2 as detected DC voltage becomes a target DC voltage set in advance by the DC voltage detection circuit 12. With this short circuit opening control of the first switching element 10, an efficient operation that suppresses the peak value of the input current is performed, and the power factor that increases the energization phase angle of the input current (the conduction time during the half cycle of the power supply frequency) is increased. Perform improved driving.
ここで、図3に本実施例の昇圧回路の特性を示す。これらは、100V交流電源1において、入力電力を1000W一定となるように、ブラシレスモータ3を駆動した場合の、直流電圧と短絡時間、力率、入力電流の関係を表す実験結果である。 FIG. 3 shows the characteristics of the booster circuit of this embodiment. These are experimental results representing the relationship between the DC voltage, the short-circuit time, the power factor, and the input current when the brushless motor 3 is driven so that the input power is kept constant at 1000 W in the 100 V AC power supply 1.
図3(a)に示すように短絡時間を長くすれば、直流電圧を高くすることができる。直流電圧を約250Vに制御すると力率は最大となり(図3(b)参照)、入力電流は最小となる(図3(c)参照)。電流が小さいほど、入力電流が流れる部品であるリアクトル7や第2整流器15などの電気抵抗で発生する損失は小さくなるため、コンバータ部2の回路効率が良くなる。つまり、この場合は、目標直流電圧を250Vと予め設定しておくと良い。 As shown in FIG. 3A, the DC voltage can be increased by increasing the short circuit time. When the DC voltage is controlled to about 250 V, the power factor becomes maximum (see FIG. 3B) and the input current becomes minimum (see FIG. 3C). The smaller the current, the smaller the loss generated by the electrical resistance of the reactor 7 and the second rectifier 15 that are components through which the input current flows, so the circuit efficiency of the converter unit 2 is improved. That is, in this case, the target DC voltage may be set in advance as 250V.
次に、リアクトル7について詳細に説明する。図4は、インダクタンスの異なる数種類のリアクトルを用いて実験した結果(リアクトルの特性図)である。 Next, the reactor 7 will be described in detail. FIG. 4 is a result of experiments using several types of reactors having different inductances (reactor characteristic diagram).
図4(a)は、消費電力1000Wで、昇圧回路なしの場合と昇圧回路ありの場合のリアクトルのインダクタンスと電源力率の関係を示したものである。従来の昇圧回路なしのブラシレスモータ掃除機の場合、電源力率を高くするためにリアクトルのインダクタンスを大きくする必要があったが、昇圧回路を用いると、用いない場合と比べて全体的に電源力率を大きく向上することが可能であるため、従来の昇圧回路なしのブラシレスモータ掃除機に比べリアクトルのインダクタンスを小さくすることができる。 FIG. 4A shows the relationship between the reactor inductance and the power factor of power when the power consumption is 1000 W and there is no booster circuit and when there is a booster circuit. In the case of a conventional brushless motor cleaner without a booster circuit, it was necessary to increase the inductance of the reactor in order to increase the power factor. However, when the booster circuit is used, the overall power supply power Since the rate can be greatly improved, the inductance of the reactor can be reduced as compared with a conventional brushless motor cleaner without a booster circuit.
図4(b)は、昇圧回路を用いた場合に消費電力をパラメータとして、リアクトルのインダクタンスと電源力率の関係を示したものである。同図より、1000W程度の消費電力の全負荷状態において90%以上の高い電源力率を得るためには、リアクトルのインダクタンスは概ね1mH以上あれば良い。一方、500W程度の消費電力の半負荷状態において、90%以上の高い電源力率を得るためには、リアクトルのインダクタンスは概ね6mH以上の値が必要となる。 FIG. 4B shows the relationship between the reactor inductance and the power source power factor with the power consumption as a parameter when a booster circuit is used. From the figure, in order to obtain a high power factor of 90% or more in a full load state with power consumption of about 1000 W, the reactor inductance should be approximately 1 mH or more. On the other hand, in order to obtain a high power factor of 90% or more in a half load state with power consumption of about 500 W, the reactor inductance needs to have a value of approximately 6 mH or more.
一般的な電気掃除機に適用することを考えると、全負荷状態での電源力率が重要であり、半負荷状態で力率がやや低下しても、消費電力自体が大きくないため、入力電流の絶対値は小さく、電源高調波への影響や電源コードの発熱も小さく特に問題はない。 Considering application to general vacuum cleaners, the power source power factor in the full load state is important, and even if the power factor drops slightly in the half load state, the power consumption itself is not large, so the input current The absolute value of is small, the influence on the power harmonics and the heat generation of the power cord are small, and there is no particular problem.
また、インダクタンスを大きくするためにはインダクタンスに比例してリアクトルの巻数を多くする必要があるが、リアクトルの鉄心寸法を一定とすれば線径を細くして断面積を縮小する必要があることから、インダクタンスの二乗に比例して巻線抵抗が増加し、したがって銅損が増加する。あるいは、リアクトルの鉄心寸法を大きくして、線径を細くするのを避けると、拡大した鉄心寸法に伴って励磁電流が増加し、したがって鉄損が増加する。このように、インダクタンスを大きくすると、リアクトルの銅損及び鉄損が増加し、回路効率が低下する。 In order to increase the inductance, it is necessary to increase the number of turns of the reactor in proportion to the inductance. However, if the core size of the reactor is constant, it is necessary to reduce the cross-sectional area by reducing the wire diameter. The winding resistance increases in proportion to the square of the inductance, and thus the copper loss increases. Alternatively, if the core size of the reactor is increased to avoid thinning the wire diameter, the exciting current increases with the expanded core size, thus increasing the iron loss. Thus, if inductance is enlarged, the copper loss and iron loss of a reactor will increase, and circuit efficiency will fall.
ただし、以上は、入力電流一定として比較しているが、インダクタンスが大きくなると概ね電源力率が上昇するため、同一出力に対して入力電流が小さくなり、回路効率の低下は緩和される。 However, although the above is compared with the case where the input current is constant, the power source power factor generally increases as the inductance increases, so the input current decreases for the same output, and the reduction in circuit efficiency is mitigated.
図4(c)は、全負荷状態(消費電力1000W)のリアクトルのインダクタンスと回路効率の関係を示したものである。同図より、概ね3mHで回路効率が最大となる。 FIG. 4C shows the relationship between the inductance of the reactor in the full load state (power consumption 1000 W) and the circuit efficiency. From the figure, the circuit efficiency is maximized at about 3 mH.
次に、図4(d)は、リアクトルのインダクタンスと重量の関係を示したものである。リアクトルのインダクタンスを大きくするためには、リアクトルが大型化し重量が増加する傾向にあるが、掃除機の運搬時の負担や操作性を考えると、リアクトルも軽量小型化が必要である。 Next, FIG. 4D shows the relationship between the inductance and the weight of the reactor. In order to increase the inductance of the reactor, the reactor tends to increase in size and weight, but considering the burden and operability during transportation of the vacuum cleaner, the reactor also needs to be lighter and smaller.
図4(c)、(d)より、1000Wクラスの家庭用電気掃除機の場合、回路効率と重量の両方を考慮すると、リアクトルのインダクタンスは概ね1〜3mHであることが望ましい。 4C and 4D, in the case of a household vacuum cleaner of 1000 W class, it is desirable that the inductance of the reactor is approximately 1 to 3 mH in consideration of both circuit efficiency and weight.
次にインバータ部4の詳細な動作を説明する。掃除機用ブラシレスモータを運転するための電力は、モータ駆動装置に接続された交流電源1から供給される。その交流入力はコンバータ部2により直流化され、インバータ部4へ入力される。マイコン6は、ブラシレスモータ3を駆動するためのPWM波形を、ロータ位置検出部5からの位置信号を用いて演算生成し、第2ドライブ回路14へ出力する。 Next, the detailed operation of the inverter unit 4 will be described. Electric power for operating the brushless motor for a vacuum cleaner is supplied from an AC power source 1 connected to the motor driving device. The AC input is converted to DC by the converter unit 2 and input to the inverter unit 4. The microcomputer 6 calculates and generates a PWM waveform for driving the brushless motor 3 using the position signal from the rotor position detector 5 and outputs it to the second drive circuit 14.
そこでPWM波形はIGBT駆動電圧に変換され、13u,13v,13w,13x,13y,13zのIGBTスイッチングを行う。このようにしてインバータ部4よりブラシレスモータ3へ電力が供給されることによりブラシレスモータ3が回転駆動されて掃除機が運転される。 Therefore, the PWM waveform is converted into an IGBT drive voltage, and IGBT switching of 13u, 13v, 13w, 13x, 13y, and 13z is performed. Thus, by supplying electric power from the inverter unit 4 to the brushless motor 3, the brushless motor 3 is rotationally driven to operate the cleaner.
ここで、インバータ部4は、120度通電形PWMインバータであり、ロータ位置信号とインバータ駆動信号の関係は図5のようになる。マイコン6は、ロータ位置信号に基づき、インバータ駆動信号を作成する。インバータ駆動信号は、例えばロータ位置信号Huの立ち上がりエッジが検出されれば、U相上側のスイッチング素子(図1では13u)をONさせる。次にHvの立ち上がりエッジが検出されると、U相上側のスイッチング素子13uをOFFさせ、V相上側のスイッチング素子13vをONさせる。 Here, the inverter unit 4 is a 120-degree conduction type PWM inverter, and the relationship between the rotor position signal and the inverter drive signal is as shown in FIG. The microcomputer 6 creates an inverter drive signal based on the rotor position signal. For example, when the rising edge of the rotor position signal Hu is detected, the inverter drive signal turns on the switching element on the upper side of the U phase (13u in FIG. 1). Next, when the rising edge of Hv is detected, the switching element 13u on the upper side of the U phase is turned off, and the switching element 13v on the upper side of the V phase is turned on.
また、Hwの立ち下がり信号が検出されると、V相下側のスイッチング素子13yからW相下側のスイッチング素子13zを転流させる。このようにロータ位置信号のエッジを検出する毎に順次インバータ回路のスイッチング素子を転流させて、ブラシレスモータを駆動する。 When a falling signal of Hw is detected, the switching element 13z on the lower side of the W phase is commutated from the switching element 13y on the lower side of the V phase. Thus, every time the edge of the rotor position signal is detected, the switching elements of the inverter circuit are sequentially commutated to drive the brushless motor.
また回転数とトルクを制御するため、駆動信号にPWMチョッピングを重畳させて、モータ印加電圧、電流を制御する。つまり、直流電圧をPWM変調することにより、PWMデューティ比が小さい場合は、モータ印加電圧は小さくなり、モータ出力が小さくなる。逆に、PWMデューティ比が大きい場合は、モータ印加電圧も大きくなり、モータ出力も大きくなる。 Further, in order to control the rotation speed and torque, the motor applied voltage and current are controlled by superimposing PWM chopping on the drive signal. In other words, by applying PWM modulation to the DC voltage, when the PWM duty ratio is small, the motor applied voltage becomes small and the motor output becomes small. Conversely, when the PWM duty ratio is large, the motor applied voltage also increases and the motor output also increases.
ここで、モータ印加電圧と直流電圧とPWMデューティ比とは、
モータ印加電圧(V)=直流電圧(V)×PWMデューティ比×K
の関係がある。Kは、駆動信号の通電幅から求められる比例定数であり、
K=通電角度/180となる。
Here, the motor applied voltage, DC voltage and PWM duty ratio are:
Motor applied voltage (V) = DC voltage (V) x PWM duty ratio x K
There is a relationship. K is a proportionality constant obtained from the energization width of the drive signal,
K = energization angle / 180.
したがって、本実施例の120度通電形PWMインバータでは、K=120/180=2/3となる。 Therefore, in the 120-degree conduction type PWM inverter of this embodiment, K = 120/180 = 2/3.
この関係より、インバータ部の電圧利用率が最大となるのは、PWMデューティ比が100%(1.0)の場合である。 From this relationship, the voltage utilization rate of the inverter section is maximized when the PWM duty ratio is 100% (1.0).
コンバータ部に昇圧回路を有しないブラシレスモータ駆動装置の場合は、PWMデューティ比が100%となると、それ以上モータ印加電圧を上昇させることは不可能となり、モータ出力も限界に達する。PWMデューティ比が100%の場合のロータ位置信号とインバータ駆動信号の関係は図6のようになる。 In the case of a brushless motor driving device that does not have a booster circuit in the converter unit, when the PWM duty ratio reaches 100%, the motor applied voltage cannot be increased any more, and the motor output reaches the limit. The relationship between the rotor position signal and the inverter drive signal when the PWM duty ratio is 100% is as shown in FIG.
一方、本実施例のようにコンバータ部に昇圧回路を有するブラシレスモータ駆動装置の場合は、PWMデューティ比が100%となった後も昇圧回路で直流電圧を昇圧することにより、モータ印加電圧を上昇させることが可能であり、更にモータ出力を大きくすることができる。 On the other hand, in the case of a brushless motor driving apparatus having a booster circuit in the converter as in this embodiment, the motor applied voltage is increased by boosting the DC voltage with the booster circuit even after the PWM duty ratio reaches 100%. It is possible to increase the motor output.
ただし、図3に示すように、直流電圧を大きく昇圧するとコンバータ部の回路効率が低下することから、直流電圧の昇圧は、力率が低下しない範囲とすべきである。
コンバータ部の回路効率を考慮し、直流電圧を250Vとすると、モータ印加電圧の最大値は、
モータ印加電圧最大値(V)=250(V)×1.0×2/3≒167(V)
となる。
However, as shown in FIG. 3, if the DC voltage is boosted greatly, the circuit efficiency of the converter section decreases. Therefore, the boosting of the DC voltage should be in a range where the power factor does not decrease.
Considering the circuit efficiency of the converter unit, when the DC voltage is 250 V, the maximum value of the motor applied voltage is
Motor applied voltage maximum value (V) = 250 (V) × 1.0 × 2 / 3≈167 (V)
It becomes.
次にブラシレスモータについて詳細に説明する。図7にモータAとモータBの2つのブラシレスモータの電気定数を示す。モータAは従来の掃除機用ブラシレスモータの一例であり、モータBは本実施例の掃除機用ブラシレスモータである。 Next, the brushless motor will be described in detail. FIG. 7 shows electric constants of two brushless motors, motor A and motor B. The motor A is an example of a conventional brushless motor for a vacuum cleaner, and the motor B is a brushless motor for a vacuum cleaner of this embodiment.
モータA、Bは、ステータの巻数が異なる他は同じ形状、同じ材質である。モータBの巻数がモータAの巻数の約2倍であるため、誘起電圧定数、インダクタンス、巻線抵抗とも約2倍となっている。 The motors A and B have the same shape and the same material except that the number of windings of the stator is different. Since the number of turns of the motor B is about twice that of the motor A, the induced voltage constant, inductance, and winding resistance are both about twice.
また、図8に示すブラシレスモータ駆動回路と図7のブラシレスモータとの組み合わせで実験を行い、PWMデューティ比(通流率)が最大の100%あるいは消費電力が1000Wとなった時の実験結果を図9に示す。 In addition, an experiment was performed with a combination of the brushless motor driving circuit shown in FIG. 8 and the brushless motor shown in FIG. 7, and the experimental results when the PWM duty ratio (conduction ratio) was 100% at the maximum or the power consumption was 1000 W were obtained. As shown in FIG.
回路Aは全波整流回路であるため、交流電源の電圧が100Vの場合、得られる直流電圧は、理論的には、電源電圧の最大値100×1.41=141(V)である。しかし、リアクトルの電圧降下等があるため、ブラシレスモータ駆動時は115V程度となる。 Since the circuit A is a full-wave rectifier circuit, when the voltage of the AC power supply is 100 V, the obtained DC voltage is theoretically the maximum value of the power supply voltage 100 × 1.41 = 141 (V). However, due to the voltage drop of the reactor, etc., it becomes about 115V when the brushless motor is driven.
回路Bは、上記のコンバータ部2の説明の通り、倍電圧整流回路と昇圧回路により、直流電圧は250Vとなる。 As described for the converter unit 2, the circuit B has a DC voltage of 250 V due to the voltage doubler rectifier circuit and the booster circuit.
実験No.1が従来のインバータ掃除機の一例であり、実験No.4が本実施例のインバータ掃除機であり。実験No.2とNo.3は参考データである。 Experiment No. 1 is an example of a conventional inverter cleaner. 4 is the inverter cleaner of this embodiment. Experiment No. 2 and No. 3 is reference data.
実験No.1と実験No.4を比較すると、モータBの誘起電圧定数はモータAの約2倍であるため、モータ印加電圧は約2倍となっているが、逆にモータ電流は約1/2となっている。ここで、インバータ部4の損失は、モータ印加電圧の増減よりもモータ電流の増減の影響の方が大きく、モータ電流が約1/2となると、インバータ部の損失も約1/2となる。そのため、回路効率も向上している。 Experiment No. 1 and Experiment No. 4, the induced voltage constant of the motor B is about twice that of the motor A, so the motor applied voltage is about twice, but conversely, the motor current is about ½. Here, the loss of the inverter unit 4 is more influenced by the increase / decrease of the motor current than the increase / decrease of the motor applied voltage. When the motor current becomes about ½, the loss of the inverter unit also becomes about ½. Therefore, the circuit efficiency is also improved.
また、実験No.2の組み合わせでは、モータと回路のマッチングが悪く、消費電力500WでPWMデューティ比100%(1.0)に達してしまい、これ以上、出力を大きくすることができない。そのため、実験No.2の組み合わせのモータ駆動装置を掃除機に搭載した場合には他の組み合わせに比べ吸込仕事率の最大値が小さくなる。 In addition, Experiment No. With the combination of 2, the matching between the motor and the circuit is poor, and the PWM duty ratio reaches 100% (1.0) at a power consumption of 500 W, and the output cannot be increased any more. Therefore, Experiment No. When the motor drive device of the combination of 2 is mounted on the vacuum cleaner, the maximum value of the suction work rate is smaller than that of other combinations.
更に、実験No.3の組み合わせでは、PWMデューティ比が100%に達していないため、更に回転数を上昇し、大きな消費電力を得て、大きな吸込仕事率を実現することも可能であるが、省エネルギーの観点や掃除を行う際に電気掃除機以外の製品を同じ交流電源で同時に使用した場合にブレーカが落ちる危険性など考慮すると、家庭用電化製品としてこれ以上の消費電力増加は望ましくない。 Furthermore, Experiment No. With the combination of 3, since the PWM duty ratio has not reached 100%, it is possible to further increase the rotational speed, obtain a large power consumption, and realize a large suction work rate. Considering the risk of breakers falling when a product other than a vacuum cleaner is used at the same time with the same AC power source when performing the operation, further increase in power consumption is not desirable for household appliances.
同じ消費電力1000Wで比較すると、実験No.3の回路効率は、実験No.4よりはるかに劣るため、吸込仕事率も実験No.3は実験No.4より小さくなる。 When compared with the same power consumption of 1000 W, Experiment No. The circuit efficiency of No. 3 is shown in Experiment No. 4 is much inferior to 4, so the suction power is also the same as that of Experiment No. 3 is Experiment No. Less than 4.
このように、力率が最も良くなる直流電圧(本実施例では250V)で、インバータ部の電圧利用率が最大(本実施例ではPWMデューティ比100%)となるときの、予め設定した最大消費電力(本実施例では1000W)となるように、モータの電気定数を最適化設計すると、従来例に比べ回路効率を大きく改善することができる。 Thus, the preset maximum consumption when the voltage utilization factor of the inverter section is maximum (PWM duty ratio 100% in this embodiment) at the DC voltage (250 V in this embodiment) with the best power factor. If the electric constant of the motor is optimized and designed so that the electric power (1000 W in this embodiment) is obtained, the circuit efficiency can be greatly improved as compared with the conventional example.
また、PWMデューティ比100%(1.0)とすることにより、インバータ部のスイッチング損失の低減やスイッチングノイズの低減など回路面の効果に加え、スイッチングにより発生するモータ電流のリップルに起因するモータの鉄損低減及びモータ効率向上が図れる。 Further, by setting the PWM duty ratio to 100% (1.0), in addition to circuit effects such as switching loss reduction and switching noise reduction of the inverter section, motor current ripple caused by switching is caused by motor current ripple. Iron loss can be reduced and motor efficiency can be improved.
図10に整流子モータ掃除機とブラシレスモータ掃除機(従来例)とブラシレスモータ掃除機(本実施例)の各部の効率と吸込仕事率の実験結果の一例を示す。本実施例により、従来例に比べ回路効率を大きく向上している。(図10では、83%から93%に向上している。) FIG. 10 shows an example of the experimental results of the efficiency and suction power of each part of the commutator motor cleaner, the brushless motor cleaner (conventional example), and the brushless motor cleaner (this embodiment). According to this embodiment, the circuit efficiency is greatly improved as compared with the conventional example. (In FIG. 10, it is improved from 83% to 93%.)
つまり、整流子モータ掃除機とブラシレスモータ掃除機(本実施例)の回路効率の差(図10では、5%)は小さくなり、モータ効率は整流子モータに比べブラシレスモータの方が(図10では、5%)勝っているため、ファン効率を同等(図10では、65%)とすると、ブラシレスモータ掃除機(本実施例)は、整流子モータ掃除機と同等の吸込仕事率(図10では、約540W)が得られる。 That is, the difference in circuit efficiency (5% in FIG. 10) between the commutator motor cleaner and the brushless motor cleaner (this embodiment) is smaller, and the motor efficiency is higher for the brushless motor than for the commutator motor (FIG. 10). Therefore, if the fan efficiency is equivalent (65% in FIG. 10), the brushless motor cleaner (this example) has the same suction power (FIG. 10) as the commutator motor cleaner. Then, about 540 W) is obtained.
[実施例2]
実施例1では、コンバータ部は、倍電圧整流を行うとともに、昇圧回路は、電源側に直列に接続されたリアクトルを介して前記交流電源を強制的に短絡通電させる昇圧回路としたが、特許文献3で開示されているような一般にアクティブフィルタ方式と呼ばれる方法を用いても良い。
[Example 2]
In the first embodiment, the converter unit performs voltage doubler rectification, and the booster circuit is a booster circuit that forcibly short-circuits the AC power supply via a reactor connected in series on the power supply side. A method generally called an active filter method as disclosed in 3 may be used.
これは、コンバータ部は、全波整流を行うとともに、全波整流回路とインバータ部との間にリアクトル及び昇圧チョッパ回路を設け、リアクトルに対するエネルギーの蓄積及び放出を制御するスイッチング高周波数PWM信号に基づき、スイッチのオンオフをスイッチング制御することによって、入力ラインに、入力電圧に比例した電流を流すように制御し、力率改善と昇圧とを行うというものである。なお、インバータ部やブラシレスモータなど他の部分については、実施例1と同じようにすれば、実施例1と同様の効果が得られる。 This is based on a switching high-frequency PWM signal in which the converter unit performs full-wave rectification, and a reactor and a step-up chopper circuit are provided between the full-wave rectifier circuit and the inverter unit, and controls the accumulation and release of energy with respect to the reactor. By controlling the switching on and off of the switch, control is performed so that a current proportional to the input voltage flows through the input line, and power factor improvement and boosting are performed. In addition, if other parts such as the inverter unit and the brushless motor are made the same as in the first embodiment, the same effect as in the first embodiment can be obtained.
[実施例3]
実施例1では、インバータ部は120度通電形PWMインバータとしたが、通電幅は120度に限定する必要はなく、150度通電形PWMインバータなどでも構わない。
[Example 3]
In the first embodiment, the inverter unit is a 120-degree conduction type PWM inverter, but the conduction width need not be limited to 120 degrees, and may be a 150-degree conduction type PWM inverter.
150度通電形PWMインバータの場合も120度通電形PWMインバータと同様に、PWMデューティ比が100%(1.0)の場合にインバータ部の電圧利用率が最大となり、コンバータ部の回路効率を考慮し、直流電圧を250Vとすると、モータ印加電圧の最大値は、
150度通電形のモータ印加電圧最大値(V)=
250(V)×1.0×150/180≒208(V)
となる。
Similarly to the 120-degree conduction type PWM inverter, the 150-degree conduction type PWM inverter also maximizes the inverter voltage utilization when the PWM duty ratio is 100% (1.0), and considers the circuit efficiency of the converter part. When the DC voltage is 250V, the maximum value of the motor applied voltage is
150-degree conduction type motor applied voltage maximum value (V) =
250 (V) × 1.0 × 150 / 180≈208 (V)
It becomes.
このように、120度通電形PWMインバータに比べ通電幅の広い150度通電形PWMインバータのモータ印加電圧最大値(例えば208V)は、120度通電形PWMインバータのモータ印加電圧最大値(例えば167V)に比べ大きくなるため、この条件で予め設定した全負荷状態での消費電力(実施例1では1000W)となるように、モータの電気定数を最適化設計すればよい。具体的には、図3のモータBより更に巻線ターン数を大きくするなどすればよい。 Thus, the maximum motor applied voltage (for example, 208 V) of the 150-degree conduction type PWM inverter having a wider conduction width than the 120-degree conduction type PWM inverter is the maximum motor applied voltage (for example, 167 V) of the 120-degree conduction type PWM inverter. Therefore, the electric constant of the motor may be optimized and designed so that the power consumption in the full load state preset in this condition (1000 W in the first embodiment) is obtained. Specifically, the number of winding turns may be made larger than that of the motor B in FIG.
更には、インバータ部は120度通電形PWMインバータではなく、180度正弦波PWMインバータとしてもよい。この場合、変調率が100%の時にインバータ部の電圧利用率が最大となるが、この時のモータ印加電圧最大値の条件で予め設定した最大消費電力(実施例1では1000W)となるように、モータの電気定数を最適化設計すればよい。 Furthermore, the inverter unit may be a 180 degree sine wave PWM inverter instead of a 120 degree conduction type PWM inverter. In this case, the voltage utilization rate of the inverter unit is maximized when the modulation rate is 100%, but the maximum power consumption (1000 W in the first embodiment) set in advance under the condition of the maximum motor applied voltage at this time is obtained. What is necessary is just to optimize the electrical constant of the motor.
なお、コンバータ部など他の部分については、実施例1と同じようにすれば、実施例1と同様の効果が得られる。 For other parts such as the converter section, the same effects as those of the first embodiment can be obtained if they are the same as those of the first embodiment.
[実施例4]
実施例1では、巻線ターン数を従来例に比べ多くすることにより、消費電力が予め設定した所定値で、コンバータ部の昇圧回路により、昇圧を行わない場合に比べ交流電源の力率が良くなるように直流電圧が昇圧された場合に、インバータ部の電圧利用率が最大となるように、ブラシレスモータの電気定数を最適化設計したが、ブラシレスモータの電気定数の最適化設計は、巻線線形や巻数に限定されるものではなく、ロータ磁石の量や種類などを変更することにより、誘起電圧定数を調整して最適化設計してもよい。
[Example 4]
In the first embodiment, by increasing the number of winding turns as compared with the conventional example, the power factor of the AC power supply is better than that in the case where the boosting circuit of the converter unit does not perform boosting at a predetermined value of power consumption. When the DC voltage is boosted, the electric constant of the brushless motor is optimized and designed so that the voltage usage rate of the inverter is maximized. The design is not limited to the linearity or the number of turns, and the design may be optimized by adjusting the induced voltage constant by changing the amount or type of the rotor magnet.
なお、コンバータ部やインバータ部など他の部分については、実施例1と同じようにすれば、実施例1と同様の効果が得られる。 In addition, if other parts such as the converter unit and the inverter unit are the same as those in the first embodiment, the same effects as those in the first embodiment can be obtained.
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で上記実施形態に多くの修正及び変更を加え得ることは勿論である。 In addition, this invention is not limited to the said embodiment, Of course, many corrections and changes can be added to the said embodiment within the scope of the present invention.
1 交流電源
2 コンバータ部
3 ブラシレスモータ
4 インバータ部
5 磁極位置検出回路
6 マイコン
7 リアクトル
8 ゼロクロス点検出回路
9 第1整流器
10 第1スイッチング素子
11 第1ドライブ回路
12 直流電圧検出回路
13u〜13z 第2スイッチング素子
14 第2ドライブ回路
15 第2整流器
16a,16b 倍電圧コンデンサ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 AC power supply 2 Converter part 3 Brushless motor 4 Inverter part 5 Magnetic pole position detection circuit 6 Microcomputer 7 Reactor 8 Zero cross point detection circuit 9 1st rectifier 10 1st switching element 11 1st drive circuit 12 DC voltage detection circuit 13u-13z 2nd Switching element 14 Second drive circuit 15 Second rectifier 16a, 16b Voltage doubler capacitor
Claims (5)
前記ブラシレスモータ制御用の制御部と、
交流電源から供給される交流電圧を整流して直流電圧に変換するコンバータ部、及び該直流電圧を交流電圧に変換して当該交流電圧を前記ブラシレスモータに供給するインバータ部を有する電源部と、
を備えた電気掃除機において、
該電気掃除機の運転時に前記ブラシレスモータの消費電力が所定消費電力値となる運転負荷条件で前記インバータ部の電圧利用率が略最大となるように前記ブラシレスモータの電気定数を最適化設計するとともに、
前記コンバータ部に昇圧回路を設け該昇圧回路によって前記直流電圧を昇圧することによって前記交流電源の力率改善を行うことを特徴とする電気掃除機。 An electric blower having a blower fan and having a built-in brushless motor for driving the blower fan;
A control unit for controlling the brushless motor;
A converter unit that rectifies an AC voltage supplied from an AC power source and converts it into a DC voltage; and a power source unit that includes an inverter unit that converts the DC voltage into an AC voltage and supplies the AC voltage to the brushless motor;
In the vacuum cleaner with
In addition to optimizing the electric constant of the brushless motor so that the voltage utilization rate of the inverter is substantially maximized under the operating load condition in which the power consumption of the brushless motor becomes a predetermined power consumption value during operation of the vacuum cleaner. ,
A vacuum cleaner characterized in that a booster circuit is provided in the converter section and the DC voltage is boosted by the booster circuit to improve the power factor of the AC power supply.
前記ブラシレスモータの前記電気定数を、前記インバータ部の電圧利用率がPWMデューティ比100%において最大となるよう設計することを特徴とする請求項1記載の電気掃除機。 The inverter unit controls the rotation speed of the brushless motor by a PWM control method,
2. The electric vacuum cleaner according to claim 1, wherein the electric constant of the brushless motor is designed so that the voltage utilization rate of the inverter is maximized when the PWM duty ratio is 100%.
前記昇圧回路は、前記電源部の前記交流電源側に直列に接続されたリアクトルを介して前記交流電源を強制的に短絡通電させる昇圧回路であることを特徴とする請求項1又は2記載の電気掃除機。 The converter unit performs voltage doubler rectification,
3. The electric circuit according to claim 1, wherein the booster circuit is a booster circuit for forcibly short-circuiting the AC power supply via a reactor connected in series to the AC power supply side of the power supply unit. Vacuum cleaner.
The vacuum cleaner according to any one of claims 1 to 4, wherein the predetermined power consumption value is 1000W.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006191852A JP2008018006A (en) | 2006-07-12 | 2006-07-12 | Vacuum cleaner |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006191852A JP2008018006A (en) | 2006-07-12 | 2006-07-12 | Vacuum cleaner |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2008018006A true JP2008018006A (en) | 2008-01-31 |
Family
ID=39074446
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2006191852A Pending JP2008018006A (en) | 2006-07-12 | 2006-07-12 | Vacuum cleaner |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2008018006A (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9314900B2 (en) | 2013-10-18 | 2016-04-19 | Black & Decker Inc. | Handheld grinder with a brushless electric motor |
US9762153B2 (en) | 2013-10-18 | 2017-09-12 | Black & Decker Inc. | Cycle-by-cycle current limit for power tools having a brushless motor |
US10050572B2 (en) | 2014-12-19 | 2018-08-14 | Black & Decker Inc. | Power tool with electric motor and auxiliary switch path |
-
2006
- 2006-07-12 JP JP2006191852A patent/JP2008018006A/en active Pending
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9314900B2 (en) | 2013-10-18 | 2016-04-19 | Black & Decker Inc. | Handheld grinder with a brushless electric motor |
US9762153B2 (en) | 2013-10-18 | 2017-09-12 | Black & Decker Inc. | Cycle-by-cycle current limit for power tools having a brushless motor |
US10411558B2 (en) | 2013-10-18 | 2019-09-10 | Black & Decker Inc. | Cycle-by-cycle current limit for a power tool having a brushless motor |
US10658903B2 (en) | 2013-10-18 | 2020-05-19 | Black & Decker Inc. | Current limit for a power tool powered by different power supplies |
US10050572B2 (en) | 2014-12-19 | 2018-08-14 | Black & Decker Inc. | Power tool with electric motor and auxiliary switch path |
US10469006B2 (en) | 2014-12-19 | 2019-11-05 | Black & Decker Inc. | Power tool with electric motor and auxiliary switch path |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4799512B2 (en) | Power converter and air conditioner using the same | |
JP4969653B2 (en) | AC / DC converter, compressor driving device using the same, and air conditioner | |
JP4340518B2 (en) | Load drive device | |
Singh et al. | Power quality improved PMBLDCM drive for adjustable speed application with reduced sensor buck-boost PFC converter | |
Singh et al. | A PFC based BLDC motor drive using a Bridgeless Zeta converter | |
CN110784102B (en) | Control method, control device, household appliance and computer readable storage medium | |
CN108233785A (en) | Electric tool | |
US7508156B2 (en) | Electrical machine having a series chopper circuit | |
JP4178367B2 (en) | Power supply | |
JP4927521B2 (en) | Vacuum cleaner | |
JP4383576B2 (en) | Vacuum cleaner and inverter device | |
JP2008018006A (en) | Vacuum cleaner | |
JP4929194B2 (en) | Induction heating cooker | |
JP4095865B2 (en) | Electric motor drive device and electric motor application device | |
WO2012108158A1 (en) | Motor drive device | |
JP2010074869A (en) | Power conversion equipment | |
JP6462821B2 (en) | Motor drive device | |
KR101449513B1 (en) | Motor Driving Apparatus Having Power Return Function and Driving Method thereof | |
Singh et al. | PFC bridge converter for voltage-controlled adjustable-speed PMBLDCM drive | |
JP5962060B2 (en) | Air conditioner | |
Singh et al. | Single-phase SEPIC based PFC converter for PMBLDCM drive in air-conditioning system | |
TW201042889A (en) | Integrated high voltage brushless axle fan motor | |
JP5326641B2 (en) | Motor drive device | |
JP2003135341A (en) | Vacuum cleaner | |
JP2011112334A (en) | Air conditioning system |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20080806 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20090528 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20090616 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20091110 |