JP2019033623A - モータ制御装置、送風装置、及び、掃除機 - Google Patents

Abstract

【課題】駆動電圧値と、回転数指示値と、基準値セットとに基づいて、比例計算を行って前記回転数閾値を算出し、ブラシレスＤＣモータを適切に動作させることができるモータ制御装置を提供する。【解決手段】モータの駆動電圧を取得する電圧取得部と、前記モータの回転数を取得する回転数取得部と、前記モータの回転数指示値を設定する設定部と、前記回転数指示値に応じて前記モータの回転数閾値を算出する算出部と、前記回転数取得部で取得した回転数が前記回転数閾値を超えた場合に、前記回転数指示値を変更する変更部と、前記回転数閾値を算出する基準データを記憶する記憶部と、を有する。【選択図】図４

Description

本発明は、モータ制御装置、送風装置、及び、掃除機に関する。

特開２００３−１１１４７５号公報には、異常回転数検出装置を備える可変速度ファンモータが開示される。この可変速度ファンモータは、警報発生の回転数閾値を回転数指令値と連動して変化させ比較回路に入力できる構成になっている。

特開２００３−１１１４７５号公報

ところで、例えば掃除機等に用いられる送風装置においては、空気の流れによる冷却が十分に得られない場合に、モータの温度が上昇し易くなる。モータの温度上昇は、回転数指令値が高い場合の他に、駆動電圧が高い場合にも大きくなり易い。このような傾向に鑑みると、特開２００３−１１１４７５号公報に開示されるように回転数指令値の変更に連動して回転数閾値を変更するだけでは十分ではなく、回転数指令値及び駆動電圧に基づいて回転数の閾値を変更することが望まれる。

本発明は、駆動電圧値及び回転数指示値に応じた適切な回転数閾値を設定して、ブラシレスＤＣ（Direct Current）モータを適切に動作させることができる技術を提供することを目的とする。

本発明の例示的なモータ制御装置は、ブラシレスＤＣモータ用のモータ制御装置であって、前記モータの駆動電圧を取得する電圧取得部と、前記モータの回転数を取得する回転数取得部と、外部から入力される指示に従って前記モータの回転数指示値を設定する設定部と、前記回転数指示値に応じて前記モータの回転数閾値を算出する算出部と、前記回転数取得部で取得した回転数が前記回転数閾値を超えた場合に、前記回転数指示値を変更する変更部と、前記回転数閾値を算出する基準データを記憶する記憶部と、を有する。前記基準データには、基準駆動電圧値、基準回転数指示値、及び、基準回転数閾値で構成される基準値セットが少なくとも３種類含まれる。前記算出部は、前記電圧取得部で取得される現在の駆動電圧値と、前記設定部で設定された現在の前記回転数指示値と、前記基準値セットとに基づいて、比例計算を行って前記回転数閾値を算出する。

例示的な本発明は、駆動電圧値及び回転数指示値に応じた適切な回転数閾値を設定して、ブラシレスＤＣモータを適切に動作させることができる技術を提供する。

図１は、本発明の実施形態に係る掃除機の斜視図である。 図２は、本発明の実施形態に係る送風装置の斜視図である。 図３は、本発明の実施形態に係る送風装置の垂直断面図である。 図４は、本発明の実施形態に係るモータ制御装置の構成を説明するためのブロック図である。 図５は、本発明の実施形態に係るモータ制御装置によって実行される制御フローを示すフローチャートである。 図６は、記憶部に記憶される複数種類の基準値セットを説明するためのグラフである。 図７は、基準値セットに基づいて区画された複数の領域について説明するためのグラフである。

以下、本発明の例示的な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本明細書では、ブラシレスＤＣモータ１及び送風装置１００において、ブラシレスＤＣモータ１の中心軸Ｃと平行な方向を「軸方向」、ブラシレスＤＣモータ１の中心軸Ｃに直交する方向を「径方向」、ブラシレスＤＣモータ１の中心軸Ｃを中心とする円弧に沿う方向を「周方向」とそれぞれ称する。

また、本明細書では、送風装置１００において、軸方向を上下方向とし、ブラシレスＤＣモータ１に対して羽根車２側を上として、各部の形状や位置関係を説明する。上下方向は単に説明のために用いられる名称であって、実際の位置関係及び方向を限定しない。

また本明細書では、掃除機２００において、図１の床面Ｆ（被清掃面）に近づく方向を「下方」とするとともに床面Ｆから離れる方向を「上方」として、各部の形状や位置関係を説明する。なお、これらの方向は単に説明のために用いられる名称であって、実際の位置関係及び方向を限定しない。

また、「上流」及び「下流」は羽根車２を回転させた際に吸気口１０２から吸い込まれる空気の流通方向の上流及び下流をそれぞれ示す。

＜１．掃除機＞
図１は、本発明の実施形態に係る掃除機２００の斜視図である。本実施形態では、掃除機２００は送風装置１００を有する。掃除機２００は所謂スティック型の電気掃除機である。なお、掃除機２００は、所謂ロボット型、キャニスター型またはハンディ型の電気掃除機でもよい。

掃除機２００は、下面及び上面にそれぞれ吸気部２０２及び排気部２０３が設けられた筐体２０１を有する。掃除機２００は、充電式のバッテリ（不図示）を有し、当該バッテリから供給される電力によって作動する。ただし、掃除機２００は、電源コード（不図示）を有し、例えば居室の壁面に設けられた電源コンセント（不図示）に接続された電源コードを介して供給される電力によって作動してもよい。

筐体２０１内には、吸気部２０２と排気部２０３とを連結する空気通路（不図示）が形成される。空気通路内には吸気部２０２（上流）から排気部２０３（下流）に向かって集塵部（不図示）、フィルタ（不図示）及び送風装置１００が順に配置される。空気通路内を流通する空気に含まれる塵埃等のゴミはフィルタにより捕集され、容器状に形成される集塵部内に集塵される。集塵部及びフィルタは、筐体２０１に対して着脱可能に構成される。なお、送風装置１００は、自ら発生させた空気の流れで、自らが有するブラシレスＤＣモータ１（図３参照）を冷却する自己冷却機能を備えている。

筐体２０１の上部には把持部２０４及び操作部２０５が設けられる。使用者は把持部２０４を把持して掃除機２００を移動させることができる。操作部２０５は複数のボタン２０５ａを有する。使用者は、ボタン２０５ａの操作によって掃除機２００の動作設定を行う。例えば、ボタン２０５ａの操作により、送風装置１００の駆動開始、駆動停止、及び回転数の変更等が指示される。

本実施形態では、複数のボタン２０５ａの中には、送風装置１００の目標回転数を設定するためのボタンが含まれる。目標回転数の設定は、数値の入力によって設定される構成でもよい。また、別の例として、設定可能な目標回転数が予め複数準備され、これらの中からいずれか１つが使用者によって選択されることにより目標回転数が設定される構成でもよい。例えば、ボタン２０５ａによって、目標回転数の大きさに応じて区分された「強」、「中」、「弱」のうちの１つが選択できる構成とし、使用者による「強」、「中」、「弱」のうちのいずれか１つの選択によって目標回転数の設定が行われる構成とされてよい。

吸気部２０２には棒状の吸引管２０６が接続される。吸引管２０６の上流端には吸引ノズル２０７が吸引管２０６に対して着脱可能に取り付けられる。吸引ノズル２０７を床面Ｆ上で動かすことにより、床面Ｆ上のゴミを吸い込むことができる。なお、吸引管２０６の上流端は、図１において吸引管２０６の下端である。

掃除機２００においては、例えば空気通路の閉塞によって送風装置１００への空気の流入量が低下すると、送風装置１００が有するブラシレスＤＣモータ１（図３参照）の回転数が増加する。空気の流入量が低下した状態では空気の流れによる冷却機能が得られないので、ブラシレスＤＣモータ１は、そのまま回転を続けることによって温度上昇を起す。しかし、本実施形態の掃除機２００は、後述のモータ制御装置３を有するために、閉塞等によって空気の流入量が低下したことを、ブラシレスＤＣモータ１の回転数で感知することができる。そして、空気の流入量が低下してブラシレスＤＣモータ１の回転数が増加した場合に、当該モータへの電力の入力を抑えることによって、ブラシレスＤＣモータ１の温度が異常に上昇することを抑制することができる。

＜２．送風装置＞
図２は、本発明の実施形態に係る送風装置１００の斜視図である。図３は、本発明の実施形態に係る送風装置１００の垂直断面図である。送風装置１００は、掃除機２００に搭載されて空気を吸引する。送風装置１００は、ブラシレスＤＣモータ１と、羽根車２とを有する。

送風装置１００は、水平断面円形の筒状のファンケーシング１０１を有する。ファンケーシング１０１は、ブラシレスＤＣモータ１及び羽根車２を内部に収納する。ファンケーシング１０１の上部には、上下方向に開口する吸気口１０２が設けられる。吸気口１０２には、上端から径方向内側に傾斜して下方に延びるベルマウス１０２ａが設けられる。これにより、吸気口１０２の直径は上方から下方に向かうに従って滑らかに小さくなる。ファンケーシング１０１の下面は上下方向に開口する。

ブラシレスＤＣモータ１は、水平断面円形の筒状のモータハウジング１０を有する。ファンケーシング１０１とモータハウジング１０との隙間に、流路１０３が形成される。流路１０３は上端（上流端）で羽根車２に連通し、流路１０３の下端（下流端）には排気口１０４が形成される。後述のステータ１１の下方には、円板状の下蓋１０ｂが配置される。下蓋１０ｂによりモータハウジング１０の下面が覆われる。下蓋１０ｂは、不図示の螺子によってモータハウジング１０に取り付けられる。

モータハウジング１０の外周面には、複数の静翼１０ａが周方向に並んで設けられる。静翼１０ａは、板状に構成される。静翼１０ａは、上方へ行くほど羽根車２の回転方向Ｒ（図２参照）と反対方向に向かって傾斜する。静翼１０ａは、上側が凸に湾曲する。複数の静翼１０ａの外縁は、ファンケーシング１０１の内面に接する。静翼１０ａは、送風装置１００の駆動によって、矢印Ｓに示すように気流を下方に案内する。

（２−１．ブラシレスＤＣモータ）
ブラシレスＤＣモータ１はインナーロータ型のモータである。ただし、ブラシレスＤＣモータ１はアウターロータ型のモータであってよい。ブラシレスＤＣモータ１は、ステータ１１、ロータ１２、軸受部１３、及び、回路基板１４を有する。

ステータ１１は、ロータ１２の径方向外方に配置される。ステータ１１は、ステータコア１１１、インシュレータ１１２、及び、コイル１１３を有する。ステータコア１１１は、電磁鋼板が軸方向に積層された積層鋼板からなる。ステータコア１１１は、環状のコアバック１１１ａと、複数のティース１１１ｂと、を有する。複数のティース１１１ｂは、コアバック１１１ａの内周面から径方向内方に延びて放射状に配置される。複数のティース１１１ｂは、周方向に等間隔に配列される。

インシュレータ１１２は、樹脂等の絶縁材料により構成され、ステータコア１１１の少なくとも一部を覆う。コイル１１３は、インシュレータ１１２を介してティース１１１ｂの周囲に導線を巻き回して構成される。すなわち、コイル１１３とティース１１１ｂとの間には、インシュレータ１１２が配置される。インシュレータ１１２により、ティース１１１ｂとコイル１１３とが絶縁される。ステータ１１は複数相のコイル１１３を含む。本実施形態では、ステータ１１はＵ相、Ｖ相、及び、Ｗ相のコイル１１３を含む。

ロータ１２は、シャフト１２０とロータハウジング１２１とを有する。シャフト１２０は中心軸Ｃに沿って配置される。シャフト１２０は、軸方向からの平面視において円形状である。シャフト１２０は柱状又は筒状であってよい。ロータハウジング１２１は円筒形状である。ロータハウジング１２１はシャフト１２０を保持する。ロータハウジング１２１は磁性材によって構成される。

ロータハウジング１２１の外周面には、マグネット１２２が配置される。マグネット１２２は、複数マグネット片で構成されてよい。この場合、各マグネット片の径方向外側の面は、各ティース１１１ｂの径方向内側の端面と対向する。複数のマグネット片は、Ｎ極の磁極面とＳ極の磁極面とが交互に並び、周方向に等間隔に配置される。別の例として、マグネット１２２は環状マグネットであってもよい。この場合、マグネットの外周面にＮ極とＳ極とが周方向に交互に着磁される。

軸受部１３は、ロータハウジング１２１に保持されたシャフト１２０を回転可能に支持する。シャフト１２０は、中心軸Ｃを中心としてロータハウジング１２１とともに回転する。回転方向は、図２に示すＲ方向である。上方の軸受部１３ａは、モータハウジング１０の上部の中央部に支持される。下方の軸受部１３ｂは、下蓋１０ｂの中央部に支持される。本実施形態では、上方の軸受部１３ａはボールベアリングを有し、下方の軸受部１３ｂはすべり軸受を有する。なお、上下の軸受部１３ａ、１３ｂは他の方式の軸受を有してもよい。例えば、上下の軸受部１３ａ、１３ｂは、いずれもボールベアリングを有してもよい。

回路基板１４は、下蓋１０ｂの下方に配置される。回路基板１４は、円形状であり、例えばエポキシ樹脂等の樹脂により形成される。回路基板１４上には、電子部品１４１が配置される。電子部品１４１には、本発明の例示的な実施形態に係るモータ制御装置３が含まれる。換言すると、送風装置１００はモータ制御装置３を有する。回路基板１４は、不図示の接続端子によってステータ１１と電気的に接続される。不図示のバッテリから回路基板１４を介してコイル１１３に電力が供給されることによって、ブラシレスＤＣモータ１は駆動する。なお、電源が充電式のバッテリではなく商用電源である場合には、商用電源から供給されるＡＣ（Alternating Current）電力をＤＣ電力に変換するＡＣ／ＤＣコンバータが回路基板１４に配置されてもよい。

（２−２．羽根車）
羽根車２は所謂斜流インペラである。ただし、羽根車２は軸流型、遠心型等の他の形状のインペラであってよい。羽根車２は、ベース部２０及び複数の羽根２１を有する。ベース部２０の直径は下方に向かうにつれて大きくなる。すなわち、ベース部２０は下方に向かって漸次拡径する。ベース部２０の上端部（先端部）はベルマウス１０２ａの下端と略同じ高さに配置される。複数の羽根２１はベース部２０の外周面上に周方向に並んで配置される。羽根２１の上部は羽根２１の下部よりも回転方向Ｒ前方に配置される。

羽根車２はブラシレスＤＣモータ１に取り付けられる。本実施形態では、羽根車２はシャフト１２０に取り付けられる。詳細には、羽根車２は、ベース部２０の中心軸Ｃが通る中心部の下部側に設けられるボス部２２を有する。シャフト１２０の上端部は、ボス部２２の軸方向に延びる孔部２２ａに圧入される。孔部２２ａの中心は中心軸Ｃに一致する。なお、羽根車２は、例えばロータハウジング１２１等、ロータ１２を構成するシャフト１２０以外の部材に取り付けられてもよい。

ブラシレスＤＣモータ１が駆動すると、シャフト１２０と共に羽根車２が中心軸Ｃを中心として回転する。これにより、送風装置１００は風の流れを発生させる。送風装置１００においては、空気の流れが低下すると、ブラシレスＤＣモータ１の回転数が増加する。空気の流入量が低下した状態では空気の流れによる冷却機能が得られないので、ブラシレスＤＣモータ１は、そのまま回転を続けることによって温度上昇を起す。しかし、本実施形態の送風装置１００は、後述のモータ制御装置３を有するために、空気の流れが低下してモータの冷却効率が低下したことを、ブラシレスＤＣモータ１の回転数で感知することができる。そして、回転数が増加した場合に、当該モータへの電力の入力を抑えることによって、ブラシレスＤＣモータ１の温度が異常に上昇することを抑制できる。

＜３．モータ制御装置＞
次に、モータ制御装置３について詳細に説明する。モータ制御装置３は、ブラシレスＤＣモータ１用のモータ制御装置である。図４は、本発明の実施形態に係るモータ制御装置３の構成を説明するためのブロック図である。図４には、モータ制御装置３の他に、モータ制御装置３と関連する、送風装置１００に含まれる構成要素も記載されている。

本実施形態では、モータ制御装置３はマイクロコンピュータである。モータ制御装置３は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）３１及び記憶部３２を有する。記憶部３２は、詳細には、ＲＡＭ（Random Access Memory）及びＲＯＭ（Read Only Memory）を含む。ＲＡＭは、演算処理に用いる情報を一時的に記憶する。ＲＯＭは、コンピュータプログラム及びデータを記憶する。モータ制御装置３は、記憶部３２に記憶されたコンピュータプログラムの実行によって、ブラシレスＤＣモータ１の制御に必要な各種の機能を実現する。

モータ制御装置３は、インバータ回路１０５をＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御してブラシレスＤＣモータ１の回転を制御する。インバータ回路１０５は、複数のスイッチング素子を含む公知の回路である。電源部１０６は、インバータ回路１０５を介してブラシレスＤＣモータ１に電力を供給する。本実施形態では、電源部１０６は充電式のバッテリを有し、ＤＣ電源である。なお、電源部１０６はＡＣ電源であってよい。この場合には、電源部１０６は、ＡＣ／ＤＣコンバータによってＡＣ電力をＤＣ電力に変換してインバータ回路１０５に電力を供給すればよい。

モータ制御装置３は、電圧取得部３１１と、回転数取得部３１２と、設定部３１３と、算出部３１４と、変更部３１５と、を有する。各部３１１〜３１５の機能は、記憶部３２に記憶されたコンピュータプログラムにしたがってＣＰＵ３１が演算処理を実行することによって実現される。

なお、本実施形態では、コンピュータプログラムに従ったＣＰＵ３１の演算処理によってソフトウェア的に各部３１１〜３１５の機能が実現されるが、これらの機能のうちの少なくとも一部は電気的なハードウェア回路により実現されてもよい。また、各部３１１〜３１５は概念的な構成要素である。１つの構成要素が実行する機能を複数の構成要素に分散させたり、複数の構成要素が有する機能を１つの構成要素に統合したりしてよい。

電圧取得部３１１は、ブラシレスＤＣモータ１の駆動電圧を取得する。送風装置１００は、電源部１０６からブラシレスＤＣモータ１に供給される駆動電圧を測定する電圧検出部１０７を有する。電圧取得部３１１は、電圧検出部１０７によって測定された駆動電圧値を取得する。本実施形態では、電源部１０６に充電式のバッテリを使用する。バッテリの充電状態によって、ブラシレスＤＣモータ１の駆動電圧は変動する。本実施形態では、ブラシレスＤＣモータ１の定格電圧は２５．２Ｖである。ブラシレスＤＣモータ１の駆動電圧値の上限値は２９．２Ｖ、下限値は２１Ｖである。

回転数取得部３１２は、ブラシレスＤＣモータ１の回転数を取得する。ブラシレスＤＣモータ１は、ロータ１２の回転位置を検出する回転位置検出部１０８を有する。回転位置検出部１０８は、例えばホール素子であってよい。ただし、回転位置検出部１０８は、ロータ１２の回転に起因してコイル１１３で発生する誘起電圧に基づいて、ロータ１２の回転位置を検出する構成であってもよい。回転数取得部３１２は、回転位置検出部１０８からロータ１２の回転位置を取得し、当該回転位置情報に基づいてブラシレスＤＣモータ１の回転数を取得する。

設定部３１３は、外部から入力される指示に従ってブラシレスＤＣモータ１の回転数指示値を設定する。回転数指示値は、ブラシレスＤＣモータ１を使用者の要求に応じた回転数とするための指示値である。本実施形態では、回転数指示値はコイル１１３に印加する電圧のデューティ比（％）である。送風装置１００が有する入力部１０９は、本実施形態では、掃除機２００が有する操作部２０５に含まれる。設定部３１３は、使用者が入力部１０９によって入力した目標回転数に関する情報を受け取る。設定部３１３は、受け取った情報に応じて回転数指示値を設定する。なお、本実施形態では、モータ制御装置３は、設定された回転数指示値に従ってオープンループ制御でブラシレスＤＣモータ１を回転させる。すなわち、モータ制御装置３は、ブラシレスＤＣモータ１の回転数を目標回転数とするためのフィードバック制御は行わない。

算出部３１４は、回転数指示値に応じてブラシレスＤＣモータ１の回転数閾値を算出する。本実施形態では、回転数閾値は、掃除機２００において空気の流れが低下する閉塞が生じたことを感知できるように設定される。上述のように、閉塞が生じると、ブラシレスＤＣモータ１の回転数が上昇する。閉塞による回転数の上昇を検出できるように、回転数閾値は決められる。

詳細には、記憶部３２が回転数閾値を算出する基準データ３２１を記憶する。基準データ３２１には、基準駆動電圧値、基準回転数指示値、及び、基準回転数閾値で構成される基準値セットが少なくとも３種類含まれる。算出部３１４は、電圧取得部３１１で取得される現在の駆動電圧値と、設定部３１３で設定された現在の回転数指示値と、基準値セットとに基づいて、比例計算を行って回転数閾値を算出する。本実施形態によれば、現在の駆動電圧値及び回転数指示値に適した回転数閾値を単純な計算式で算出することができるために、モータ制御装置３における演算負荷を低減することができる。回転数閾値の更に具体的な算出方法については後述する。

なお、基準値セットの数は５つ以上であることが好ましい。これにより、比例計算に用いる基準値セットの組を、現在の駆動電圧値及び回転数指示値に応じて適切に選択することができ、適切な回転数閾値を算出することができる。本実施形態では、後述のように、基準値セットの数は５つである。

変更部３１５は、回転数取得部３１２で取得した回転数について所定の確認を行う。変更部３１５は、回転数取得部３１２で取得した回転数が回転数閾値を超えた場合に、回転数指示値を変更する。詳細には、変更部３１５は、回転数取得部３１２で取得した回転数が回転数閾値を超えた場合に、回転数指示値を小さくする。これによれば、ブラシレスＤＣモータ１の回転数が回転数閾値を超えた場合に、モータ１への入力電力が抑えられる。この結果、空気の流れが低下して冷却機能が低下したブラシレスＤＣモータ１が高い回転数指示値で回転を続けることを防止して、モータ１の温度が上昇することを適切に抑制できる。

なお、本実施形態では、変更部３１５は、回転数取得部３１２によって取得された回転数が回転数閾値を超えた場合に、ブラシレスＤＣモータ１の駆動を停止する処理を行う。すなわち、変更部３１５は回転数指示値を０％とする。これによれば、空気の流れが低下して冷却機能が低下したブラシレスＤＣモータ１の回転が停止されるために、モータ１の温度上昇を抑制できる。

ただし、変更部３１５は、回転数取得部３１２によって取得された回転数が回転数閾値を超えた場合に、回転数指示値を第２の所定値以下としてブラシレスＤＣモータ１を回転させてもよい。第２の所定値は、例えば５０％であってよい。冷却機能が低下したブラシレスＤＣモータ１が回転を続けても、モータの温度上昇が問題とならない範囲で、第２の所定値は設定されればよい。この構成によれば、ブラシレスＤＣモータ１の回転数が回転数閾値を超えた場合でも、モータの温度上昇が生じ難い回転数に下げてモータ１を駆動させ続けることができる。

図５は、本発明の実施形態に係るモータ制御装置３によって実行される制御フローを示すフローチャートである。図５は、詳細には、モータ制御装置３によって実行される、回転数閾値の算出、及び、回転数閾値に基づくブラシレスＤＣモータ１の回転制御に関する制御フローを示す。モータ制御装置３は、ブラシレスＤＣモータ１の駆動が開始されると、図５に示すフローチャートを実行する。

まず、回転数取得部３１２によって、ブラシレスＤＣモータ１の回転数が取得される（ステップＳ１）。取得した回転数は、記憶部３２に一時的に記憶される。

本実施形態では、変更部３１５によって、回転数取得部３１２で取得された回転数が所定の回転数以下であるか否かが確認される（ステップＳ２）。所定の回転数は、ブラシレスＤＣモータ１の回転数が想定外の回転数となって不具合が生じることを防止する目的で設定される。例えば、所定の回転数は９００００ｒｐｍに設定される。変更部３１５は、回転数取得部３１２によって取得された回転数が所定の回転数を超えた場合に（ステップＳ２でＮｏ）、後述のステップＳ７を実行する。

一方、回転数取得部３１２によって取得された回転数が所定の回転数以下である場合に（ステップＳ２でＹｅｓ）、電圧取得部３１１によって、ブラシレスＤＣモータ１の駆動電圧値が取得される（ステップＳ３）。取得した駆動電圧値は、記憶部３２に一時的に記憶される。

なお、ステップＳ１の回転数の取得と、ステップＳ３の駆動電圧値の取得とは、同じタイミングで実行されてよい。また、場合によっては、駆動電圧値の取得の方が、回転数の取得より先に行われてもよい。

次に、算出部３１４は、現在の駆動電圧値及び回転数指示値の組み合わせが複数種類の基準値セットに基づいて予め区画された複数の領域のいずれに属するかを判定する（ステップＳ４）。これについて、図６及び図７を参照しながら詳細に説明する。図６は、記憶部３２に記憶される複数種類の基準値セットを説明するためのグラフである。図７は、基準値セットに基づいて区画された複数の領域について説明するためのグラフである。なお、図６及び図７のグラフの横軸は回転数指示値（％）であり、縦軸は回転数閾値（ｒｐｍ）である。また、図６及び図７のグラフにおいて同一の図形で示される点は、電圧値が同じであることを示す。

まず、図６を参照して、複数種類の基準値セットについて説明する。

図６に示すように、本実施形態では、基準値セットの数は５つである。詳細には、５つの基準値セットは、第１基準値セットＲＳ１（２９．２Ｖ，１００％，９４０００ｒｐｍ）、第２基準値セットＲＳ２（２５．２Ｖ，１００％，８３０００ｒｐｍ）、第３基準値セットＲＳ３（２５．２Ｖ，７０％，６８０００ｒｐｍ）、第４基準値セットＲＳ４（２５．２Ｖ，５０％，５４０００ｒｐｍ）、第５基準値セットＲＳ５（２１．０Ｖ，１００％，７１０００ｒｐｍ）で構成される。各基準値セットにおいて、括弧内の数字は、順に、基準駆動電圧値、基準回転数指示値、基準回転数閾値である。

本実施形態では、５つの基準値セットには、基準駆動電圧値が同じ、且つ、基準回転数指示値が互いに異なる３つの基準値セットが含まれる。基準駆動電圧値がいずれも２５．２Ｖである第２基準値セットＲＳ２、第３基準値セットＲＳ３、及び、第４基準値セットＲＳ４が、この３つの基準値セットに該当する。また、５つの基準値セットには、基準回転数指示値が同じ、且つ、基準駆動電圧値が互いに異なる３つの基準値セットと、が含まれる。基準回転数指示値がいずれも１００％である第１基準値セットＲＳ１、第２基準値セットＲＳ２、及び、第５基準値セットＲＳ５が、この３つの基準値セットに該当する。

これによれば、基準駆動電圧値一定で基準回転数指示値を変更した３つの基準値セットと、基準回転数指示値一定で基準駆動電圧値を変更した３つの基準値セットとを、６つではなく５つの基準値セットで実現している。このために、基準値セットの数が多くなりすぎず、回転数閾値の計算を容易に行うことができる。

本実施形態では、基準駆動電圧値が同じ、且つ、基準回転数指示値が互いに異なる３つの基準値セットにおいて、基準駆動電圧値はブラシレスＤＣモータ１の定格電圧である。詳細には、基準駆動電圧値が同じである第２基準値セットＲＳ２、第３基準値セットＲＳ３、及び、第４基準値セットＲＳ４の基準駆動電圧値は、定格電圧と同じ２５．２Ｖである。これによれば、最も頻繁に使用される定格電圧を複数の基準値セットに含めているので、より適切な回転数閾値を設定することが可能になる。

本実施形態では、基準回転数指示値が同じ、且つ、基準駆動電圧値が互いに異なる３つの基準値セットにおいて、基準回転数指示値は、当該指示値の設定可能な最大値である。詳細には、基準回転数指示値が同じである第１基準値セットＲＳ１、第２基準値セットＲＳ２、及び、第５基準値セットＲＳ５の基準回転数指示値は、回転数指示値の設定可能な最大値と同じ１００％である。これによれば、ブラシレスＤＣモータ１の温度上昇が最も問題となりやすい回転数指示値を複数の基準値セットに含めているので、より適切な回転数閾値を設定することができる。

複数の基準値セットの中に、基準回転数指示値が同じ、且つ、基準駆動電圧値が互いに異なる３つの基準値セットが含まれる場合において、中間の基準駆動電圧値を有する基準値セットを基準として、基準駆動電圧値が大きくなる方向に変動する場合の方が小さくなる方向に変動する場合に比べて、基準回転数閾値の変動割合が小さいことが好ましい。

本実施形態では、上述のように、第１基準値セットＲＳ１、第２基準値セットＲＳ２、及び、第５基準値セットＲＳ５が、基準回転数指示値が同じ、且つ、基準駆動電圧値が互いに異なる３つの基準値セットに該当する。第１基準値セットＲＳ１、第２基準値セットＲＳ２、第５基準値セットＲＳ５の順に、基準駆動電圧値は、２９．２Ｖ、２５．２Ｖ、２１．０Ｖである。すなわち、これら３つの基準値セットＲＳ１、ＲＳ２、ＲＳ５のうち、第２基準値セットＲＳ２が中間の基準駆動電圧値を有する。第２基準値セットＲＳ２を基準として、基準回転数閾値の変動割合は、第１基準値セットＲＳ１が２７５０ｒｐｍ／Ｖ（＝｜９４０００−８３０００｜／（｜２９．２−２５．２｜）、第５基準セットＲＳ５が２８５７ｒｐｍ／Ｖ（＝｜７１０００−８３０００｜／｜２１．０−２５．２｜）である。すなわち、第２基準値セットＲＳ２を基準として、基準駆動電圧値が大きくなる第１基準値セットＲＳ１に向かう場合の方が、基準駆動電圧値が小さくなる第５基準値セットＲＳ５に向かう場合に比べて、基準回転数閾値の変動割合が小さい。

これによれば、ブラシレスＤＣモータ１の温度上昇が問題となりやすい高電圧時の方が低電圧時に比べて、電圧変動に伴う回転数閾値の変動割合が小さくなっている。このために、低電圧時に比べて高電圧時の方が、回転数の異常を感知する閾値が低目に設定されることになり、回転数の異常を敏感に感知することができる。これにより、ブラシレスＤＣモータ１への電力の入力を適切なタイミングで抑えることができ、モータ１の温度上昇を適切に防ぐことができる。

複数の基準値セットの中に、基準駆動電圧値が同じ、且つ、基準回転数指示値が互いに異なる３つの基準値セットが含まれる場合において、中間の基準回転数指示値を有する基準値セットを基準として、基準回転数指示値が大きくなる方向に変動する場合の方が小さくなる方向に変動する場合に比べて、基準回転数閾値の変動割合が小さいことが好ましい。

本実施形態では、上述のように、第２基準値セットＲＳ２、第３基準値セットＲＳ３、及び、第４基準値セットＲＳ４が、基準駆動電圧値が同じ、且つ、基準回転数指示値が互いに異なる３つの基準値セットに該当する。第２基準値セットＲＳ２、第３基準値セットＲＳ３、第４基準値セットＲＳ４の順に、基準回転数指示値は、１００％、７５％、５０％である。すなわち、これら３つの基準値セットＲＳ２、ＲＳ３、ＲＳ４のうち、第３基準値セットＲＳ３が中間の基準回転数指示値を有する。第３基準値セットＲＳ３を基準として、基準回転数閾値の変動割合は、第２基準値セットＲＳ２が５００ｒｐｍ／％（＝｜８３０００−６８０００｜／（｜１００−７０｜）、第４基準セットＲＳ４が７００ｒｐｍ／％（＝｜５４０００−６８０００｜／｜５０−７０｜）である。すなわち、第３基準値セットＲＳ３を基準として、基準回転数指示値が大きくなる第２基準値セットＲＳ２に向かう場合の方が、基準回転数指示値が小さくなる第４基準値セットＲＳ４に向かう場合に比べて、基準回転数閾値の変動割合が小さい。

これによれば、ブラシレスＤＣモータ１の温度上昇が問題となりやすい回転数指示値が高い場合の方が、回転数指示値が低い場合に比べて、回転数指示値の変動に伴う回転数閾値の変動割合が小さくなっている。このために、回転数指示値が低い場合に比べて回転数指示値が高い場合の方が、回転数の異常を検知する閾値が低目に設定されることになり、回転数の異常を敏感に感知することができる。これにより、ブラシレスＤＣモータ１への電力の入力を適切なタイミングで抑えることができ、モータ１の温度上昇を適切に防ぐことができる。

図７を参照して、基準値セットに基づいて区画された複数の領域について説明する。

図７に示すように、本実施形態では、５つの基準基セットＲＳ１〜ＲＳ５に基づいて区画された６つの領域Ｒ１〜Ｒ６が存在する。図７においては、基準駆動電圧値が同じ（２５．２Ｖ）３つの基準値セットＲＳ２、ＲＳ３、ＲＳ４の対応点のうち、第２基準セットＲＳ２と第３基準値セットＲＳ３の組と、第３基準セットＲＳ３と第４基準値セットＲＳ４の組とを、それぞれ直線で結んで太線で示している。

本実施形態では、算出部３１４は、駆動電圧値が同一の場合、第１の所定値以下の回転数指示値に対する回転数閾値を同一とする。第１の所定値は、図７に示す例では５０％である。このことを考慮して、前述の太線は、基準回転数指示値が５０％である第４基準値セットＲＳ４の対応点から、当該対応点と回転数閾値が同じとなる点を結んで、回転数指示値が５０％より小さくなる方向に延長されている。

各領域Ｒ１〜Ｒ６は、上述の駆動電圧値が２５．２Ｖの回転数指示値と回転数閾値の関係を示す太線を基準として区画されている。第１領域Ｒ１は、駆動電圧値が２５．２Ｖ以上、回転数指示値が７０％以上の場合に使用される領域である。第２領域Ｒ２は、駆動電圧値が２５．２Ｖ以上、回転数指示値が５０％以上７０％未満の場合に使用される領域である。第３領域Ｒ３は、駆動電圧値が２５．２Ｖ以上、回転数指示値が５０％未満の場合に使用される領域である。第４領域Ｒ４は、駆動電圧値が２５．２Ｖ未満、回転数指示値が７０％以上の場合に使用される領域である。第５領域Ｒ５は、駆動電圧値が２５．２Ｖ未満、回転数指示値が５０％以上７０％未満の場合に使用される領域である。第６領域Ｒ６は、駆動電圧値が２５．２Ｖ未満、回転数指示値が５０％未満の場合に使用される領域である。

例えば、電圧取得部３１１で取得した駆動電圧値が２７．２Ｖ、設定部３１３で設定された回転数指示値が８０％である場合、算出部３１４は、現在の駆動電圧値及び回転数指示値の組み合わせが第１領域Ｒ１に属すると判定する。例えば、電圧取得部３１１で取得した駆動電圧値が２４Ｖ、設定部３１３で設定された回転数指示値が６０％である場合、算出部３１４は、現在の駆動電圧値及び回転数指示値の組み合わせが第５領域Ｒ５に属すると判定する。例えば、電圧取得部３１１で取得した駆動電圧値が２４Ｖ、設定部３１３で設定された回転数指示値が４０％である場合、算出部３１４は、現在の駆動電圧値及び回転数指示値の組み合わせが第６領域Ｒ６に属すると判定する。

図５に示すように、属性領域Ｒ１〜Ｒ６の確認を行うと、算出部３１４は、判定された領域に応じた基準値セットを用いて回転数閾値を算出する（ステップＳ５）。これによると、現在の駆動電圧値と回転数指示値とに適した回転数閾値を単純な計算で求めることができる。また、本実施形態では、駆動電圧値が同一である場合に、回転数指示値の変動によるモータ１の温度上昇が問題とならない範囲において、回転数指示値が変動しても回転数閾値を一定としている。このために、算出部３１４における演算を減らすことができ、ＣＰＵ３１にかかる負荷を低減することができる。

具体例を３つ挙げて説明する。

取得駆動電圧値が２７．２Ｖ、設定回転数指示値が８０％である場合、上述のように、算出部３１４は、現在の駆動電圧値及び回転数指示値の組み合わせが第１領域Ｒ１に属すると判定する。この場合、算出部３１４は、第１基準値セットＲＳ１、第２基準値セットＲＳ２及び第３基準値セットＲＳ３を用いて回転数閾値を算出する。第１基準値セットＲＳ１と第２基準値セットＲＳ２とを用いて、駆動電圧値２７Ｖ、回転数指示値１００％の場合の回転数閾値を、比例計算を行って算出する。これにより、駆動電圧値２７Ｖ、回転数指示値１００％の場合の回転数閾値Ｘ１＝８７９５０ｒｐｍと得られる。なお、Ｘ１は、以下の式（１）を解くことによって得られる。
（９４０００−８３０００）／（２９．２−２５．２）＝（９４０００−Ｘ１）／（２９．２−２７） ・・・（１）
また、第２基準値セットＲＳ２と第３基準値セットＲＳ３とを用いて、駆動電圧値２５．２Ｖ、回転数指示値８０％の場合の回転数閾値を、比例計算を行って算出する。これにより、駆動電圧値２５．２Ｖ、回転数指示値８０％の場合の回転数閾値がＹ１＝７３０００ｒｐｍと得られる。第２基準値セットＲＳ２の回転数閾値と、Ｘ１と、Ｙ１とを用いた比例計算により、目的の駆動電圧値２７Ｖ、回転数指示値８０％の場合の回転数閾値が、７７０３７ｒｐｍと得られる。

取得駆動電圧値が２４Ｖ、設定回転数指示値が６０％である場合、上述のように、算出部３１４は、現在の駆動電圧値及び回転数指示値の組み合わせが第５領域Ｒ５に属すると判定する。この場合、算出部３１４は、第２基準値セットＲＳ２、第３基準値セットＲＳ３、第４基準値セットＲＳ４及び第５基準値セットＲＳ５を用いて回転数閾値を算出する。第２基準値セットＲＳ２と第５基準値セットＲ５とを用いて、駆動電圧値２４Ｖ、回転数指示値１００％の場合の回転数閾値を、比例計算を行って算出する。これにより、駆動電圧値２４Ｖ、回転数指示値１００％の場合の回転数閾値がＸ２＝７９５７１ｒｐｍと得られる。また、第３基準値セットＲＳ３と第４基準値セットＲＳ４とを用いて、駆動電圧値２５．２Ｖ、回転数指示値６０％の場合の回転数閾値を、比例計算を行って算出する。これにより、駆動電圧値２５．２Ｖ、回転数指示値６０％の場合の回転数閾値がＹ２＝６１０００ｒｐｍと得られる。第２基準値セットＲＳ２の回転数閾値と、Ｘ２と、Ｙ２とを用いた比例計算により、目的の駆動電圧値２４Ｖ、回転数指示値６０％の場合の回転数閾値が、５８４８０ｒｐｍと得られる。

取得駆動電圧値が２４Ｖ、設定回転数指示値が４０％である場合、上述のように、算出部３１４は、現在の駆動電圧値及び回転数指示値の組み合わせが第６領域Ｒ６に属すると判定する。この場合、算出部３１４は、第２基準値セットＲＳ２、第４基準値セットＲＳ４及び第５基準値セットＲＳ５を用いて回転数閾値を算出する。第２基準値セットＲＳ２と第５基準値セットＲ５とを用いて、駆動電圧値２４Ｖ、回転数指示値１００％の場合の回転数閾値を、比例計算を行って算出する。これは、取得駆動電圧値が２４Ｖ、設定回転数指示値が６０％の場合と同様であり、Ｘ２＝７９５７１ｒｐｍが得られる。第２基準値セットＲＳ２の回転数閾値と、第４基準値セットＲＳ４の回転数閾値と、Ｘ２とを用いた比例計算により、駆動電圧値２４Ｖ、回転数指示値５０％の場合の回転数閾値がＹ３＝５１７６９ｒｐｍと得られる。同一駆動電圧値においては、回転数指示値５０％以下では回転数閾値が同じであるために、目的の駆動電圧値２４Ｖ、回転数指示値４０％の場合の回転数閾値が、５１７６９ｒｐｍと得られる。

図５に示すように、回転数閾値を算出すると、変更部３１５は、回転数取得部３１２で取得した現在の回転数が回転数閾値以下であるか否かを確認する（ステップＳ６）。変更部３１５は、現在の回転数が回転数閾値である場合、ブラシレスＤＣモータ１の回転数が異常でないと判断し、回転数指示値の変更は行わない。現在の回転数が回転数閾値以下である場合（ステップＳ６でＹｅｓ）、ステップＳ１に戻って、ステップＳ１以降が繰り返される。

一方、現在の回転数が回転数閾値を超えた場合（ステップＳ６でＮｏ）、変更部３１５は回転数指示値を変更する。具体的には、変更部３１５、回転数指示値を０％として、ブラシレスＤＣモータ１の駆動を停止する処理を行う（ステップＳ７）。上述のように、変更後の回転数指示値は０％でなくてもよい。

なお、変更部３１５は、現在の回転数が回転数閾値を超えた場合に、即座に回転数指示値を変更してよい。ただし、別の例として、変更部３１５は、回転数取得部３１２によって取得される回転数が所定時間継続して回転数閾値を超えた場合に、回転数指示値を変更する構成としてよい。例えば、１ミリ秒毎に回転数を監視し、回転数が継続して５秒以上回転数閾値を超えた場合に、回転数指示値を変更する構成としてよい。これによれば、ブラシレスＤＣモータ１の回転数が瞬間的に回転数閾値を超えただけの場合には、回転数指示値を変更することなく、現在の回転数設定を維持してブラシレスＤＣモータ１の駆動を継続することができる。

また、本実施形態では、変更部３１５は、回転数取得部３１２によって取得された回転数が所定の回転数を超えた場合に（ステップＳ２でＮｏ）、回転数閾値によらず、回転数指示値を変更する。具体的には、変更部３１５、回転数指示値を０％として、ブラシレスＤＣモータ１の駆動を停止する処理を行う（ステップＳ７）。上述のように、変更後の回転数指示値は０％でなくてもよい。これによれば、回転数が異常に高くなった場合において回転数指示値を強制的に変更して、ブラシレスＤＣモータ１に不具合が生じることを防止できる。

＜４．留意事項＞
本明細書中に開示されている種々の技術的特徴は、その技術的創作の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能である。また、本明細書中に示される複数の実施形態及び変形例は可能な範囲で組み合わせて実施されてよい。

本発明は、例えば掃除機等の送風装置を有する家電製品等に利用することができる。

１・・・ブラシレスＤＣモータ
２・・・羽根車
３・・・モータ制御装置
３２・・・記憶部
１００・・・送風装置
２００・・・掃除機
３１１・・・電圧取得部
３１２・・・回転数取得部
３１３・・・設定部
３１４・・・算出部
３１５・・・変更部
３２１・・・基準データ
Ｒ１〜Ｒ６・・・領域
ＲＳ１〜ＲＳ５・・・基準値セット

Claims (15)

1. ブラシレスＤＣモータ用のモータ制御装置であって、
   前記モータの駆動電圧を取得する電圧取得部と、
   前記モータの回転数を取得する回転数取得部と、
   外部から入力される指示に従って前記モータの回転数指示値を設定する設定部と、
   前記回転数指示値に応じて前記モータの回転数閾値を算出する算出部と、
   前記回転数取得部で取得した回転数が前記回転数閾値を超えた場合に、前記回転数指示値を変更する変更部と、
   前記回転数閾値を算出する基準データを記憶する記憶部と、
   を有し、
   前記基準データには、基準駆動電圧値、基準回転数指示値、及び、基準回転数閾値で構成される基準値セットが少なくとも３種類含まれ、
   前記算出部は、前記電圧取得部で取得される現在の駆動電圧値と、前記設定部で設定された現在の前記回転数指示値と、前記基準値セットとに基づいて、比例計算を行って前記回転数閾値を算出する、モータ制御装置。
2. 前記算出部は、現在の前記駆動電圧値及び前記回転数指示値の組み合わせが複数種類の前記基準値セットに基づいて予め区画された複数の領域のいずれに属するかを判定し、判定された前記領域に応じた前記基準値セットを用いて前記回転数閾値を算出する、請求項１に記載のモータ制御装置。
3. 前記算出部は、前記駆動電圧値が同一の場合、第１の所定値以下の前記回転数指示値に対する前記回転数閾値を同一とする、請求項１又は２に記載のモータ制御装置。
4. 前記基準値セットの数は５つ以上である、請求項１から３のいずれか１項に記載のモータ制御装置。
5. 複数の前記基準値セットの中に、前記基準回転数指示値が同じ、且つ、前記基準駆動電圧値が互いに異なる３つの基準値セットが含まれる場合において、
   中間の前記基準駆動電圧値を有する前記基準値セットを基準として、前記基準駆動電圧値が大きくなる方向に変動する場合の方が小さくなる方向に変動する場合に比べて、前記基準回転数閾値の変動割合が小さい、請求項１から４のいずれか１項に記載のモータ制御装置。
6. 複数の前記基準値セットの中に、前記基準駆動電圧値が同じ、且つ、前記基準回転数指示値が互いに異なる３つの基準値セットが含まれる場合において、
   中間の前記基準回転数指示値を有する前記基準値セットを基準として、前記基準回転数指示値が大きくなる方向に変動する場合の方が小さくなる方向に変動する場合に比べて、前記基準回転数閾値の変動割合が小さい、請求項１から５のいずれか１項に記載のモータ制御装置。
7. 前記基準値セットの数は５つであり、
   ５つの前記基準値セットには、
   前記基準駆動電圧値が同じ、且つ、前記基準回転数指示値が互いに異なる３つの基準値セットと、
   前記基準回転数指示値が同じ、且つ、前記基準駆動電圧値が互いに異なる３つの基準値セットと、
   が含まれる、請求項１から６のいずれか１項に記載のモータ制御装置。
8. 前記基準駆動電圧値が同じ、且つ、前記基準回転数指示値が互いに異なる３つの基準値セットにおいて、前記基準駆動電圧値は当該モータの定格電圧である、請求項７に記載のモータ制御装置。
9. 前記基準回転数指示値が同じ、且つ、前記基準駆動電圧値が互いに異なる３つの基準値セットにおいて、前記基準回転数指示値は、当該指示値の設定可能な最大値である、請求項７又は８に記載のモータ制御装置。
10. 前記変更部は、前記回転数取得部によって取得される回転数が所定時間継続して前記回転数閾値を超えた場合に、前記回転数指示値を変更する、請求項１から９のいずれか１項に記載のモータ制御装置。
11. 前記変更部は、前記回転数取得部によって取得された回転数が所定の回転数を超えた場合に、前記回転数閾値によらず、前記回転数指示値を変更する、請求項１から１０のいずれか１項に記載のモータ制御装置。
12. 前記変更部は、前記回転数取得部によって取得された回転数が前記回転数閾値を超えた場合に、前記回転数指示値を第２の所定値以下として前記モータを回転させる、請求項１から１１のいずれか１項に記載のモータ制御装置。
13. 前記変更部は、前記回転数取得部によって取得された回転数が前記回転数閾値を超えた場合に、前記モータの駆動を停止する処理を行う、請求項１から１１のいずれか１項に記載のモータ制御装置。
14. 請求項１から１３のいずれか１項に記載のモータ制御装置と、
    前記ブラシレスＤＣモータと、
    前記ブラシレスＤＣモータに取り付けられる羽根車と、
    を有する、送風装置。
15. 請求項１４に記載される送風装置を有する、掃除機。

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