JP2531779B2 - 電動送風機 - Google Patents

電動送風機

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JP2531779B2
JP2531779B2 JP1053571A JP5357189A JP2531779B2 JP 2531779 B2 JP2531779 B2 JP 2531779B2 JP 1053571 A JP1053571 A JP 1053571A JP 5357189 A JP5357189 A JP 5357189A JP 2531779 B2 JP2531779 B2 JP 2531779B2
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] この発明は電気掃除機等に使われる電動送風機、より
詳しくはインバータ制御装置により駆動されるブラシレ
ス電動機とファンとを備えた電動送風機の制御装置に関
するものである。
[従来の技術] 第7図は例えば特開昭63−95884号公報に開示されて
いるブラシレス電動機とインバータ制御装置とからなる
速度制御回路を示したものである。同図において、交流
電源1は整流回路2及び平滑コンデンサ3により直流電
圧Edに変換され、インバータ回路4により120度通電形
の交流電圧に変換されてブラシレス電動機5の電機子巻
線6に電気エネルギーとして供給される。この電機子巻
線6に供給された電気エネルギーは永久磁石を界磁とし
た回転子7と電機子巻線6とにより機械エネルギーに変
換され、回転子7に回転トルクを発生し、回転子7の回
転軸に取付けられたファン(図示しない)を回転させて
送風を行う。
図における8は上記回転子7による磁気信号を電気信
号に変換するホール素子で、磁極位置検出回路9に信号
を出力する。磁極位置検出回路9は回転子位置に対応し
た位置信号を形成する。この位置信号はマイクロコンピ
ュータ10へ入力される。
一方、電機子巻線6に流れる負荷電極ID(電機子電
流)は抵抗11の電圧降下によりとり出され、電流検出回
路12によりA/D変換されて前記のマイクロコンピュータ1
0へ入力される。マイクロコンピュータ10には上記した
磁極位置検出回路9と、電流検出回路12との入力の他
に、速度指令回路13からの指令信号も入力される。
マイクロコンピュータ10による制御内容は第8図のブ
ロック図で示すとおりである。即ち、速度指令回路13よ
り指令信号がマイクロコンピュータ10に入力されると、
マイクロコンピュータ10は指令取込処理を行って速度指
令N*を出力する。さらに電流検出回路12の出力を取込
み負荷電流IDを演算して基準値ID1との差(ID1−ID)を
求め、ゲインK倍してΔNとし、前記速度指令N*と加
算してN*+ΔNを算出する。一方磁極位置検出回路9
からの信号を受けて、マイクロコンピュータ10で速度演
算処理を行い、回転数Nを算出して前述の指令値N*+
ΔNからこれを減算し、N*+ΔN−Nを電圧指令回路
14のD/A変換器に入力し、この出力と三角波発生回路の
出力とをコンパレータで比較し、その出力がベースドラ
イバ15に入力される。ベースドライバ15の出力によりイ
ンバータ回路4のトランジスタがチョッパ動作され、こ
れによりブラシレス電動機5に印加される電圧が決定さ
れる。このような制御方法を直巻化制御と呼んでいる。
上述の直巻化制御で制御されるブラシレス電動機を駆
動源とする電動送風機を備えた電気掃除機においては第
6図における一点鎖線て示されている性能曲線を呈す
る。即ち、直巻化制御では、最大風量時の負荷電流ID1
を基準として、風量Qの変化に対応して負荷電流IDが減
少した分(ID1−ID)から速度補正分ΔNを求め、風量
Qか絞られた場合に回転数Nが増加するように制御して
吸込仕事率Poutを増大させ、吸込性能を向上させてい
る。
[発明が解決しようとする課題] 従来のブラシレス電動機を駆動源とする電動送風機は
直巻化制御で、風量Qが絞られると負荷電流IDが必ず減
少するため吸込仕事率Poutを充分に増大させることがで
きない。また例えば電気掃除機について実際の使用状態
を考えると、風量Qが最大となるのは電気掃除機の吸込
口を掃除対象(例えば床面)から離反させている時であ
り、掃除機能(ゴミ取り)をしていない時であり、風量
Qが絞られるのは吸込口を掃除対象に近接させ、ゴミ取
りをしている時である。従って、風量Qが絞られた状態
の時に電源入力を増やし、風量Qが増大となる時には電
源入力を控えて吸込仕事率Poutを増大させたほうが、掃
除を行う全動作域で高水準のブロワ出力が得られ、効果
的な掃除が実施できる。ところが、従来の直巻化制御で
はこれとは逆の特性となってしまうといった解決すべき
課題を含んでいる。
この発明はかかる従来の課題を解決するためになされ
たもので、風量とは無関係に負荷電流を一定に保って、
風量が絞られた場合に吸込仕事率を充分に増大させるこ
とかでき、電気掃除機に適用したばあいには、掃除を行
い全動作で効果的な特性を発揮する電動送風機を得るこ
とを目的とするものである。
[課題を解決するための手段] この発明に係る電動送風機は、インバータ制御装置に
より駆動されるブラシレス電動機とファンを備えた電動
送風機であって、インバータ制御装置をインバータ回
路、電流検出回路、電流指令回路、電流制御回路で構成
し、電流指令回路の電流指令値と、インバータ回路へ流
れる電流値を検出する電流検出回路の電流検出値の平均
値とを一致させるべく、上記電流検出回路又は電流制御
回路にフィルタ回路を具備させたものである。
またこの発明に係る他の電動送風機は、インバータ制
御装置をインバータ回路、電流検出回路、電流指令回
路、電流制御回路で構成し、電流指令回路の電流指令値
と、インバータ回路へ流れる電流値を検出する電流検出
回路の電流検出値の平均値とを一致させるべく、電流制
御回路を比例・積分回路としたものである。
[作用] この発明の電動送風機においては、インバータ回路へ
流れる電流の平均値が、電流検出回路又は電流制御回路
のフィルタ回路により電流指令回路の電流指令値と一致
するように制御されることになる。
またこの発明の他の電動送風機においては、インバー
タ回路へ流れる電流の平均値が、比例・積分回路により
電流指令回路の電流指令値と一致するように制御される
ことになる。
[実施例] 第1図はこの発明による電動送風機の制御回路の一実
施例を示す回路で、第2図はその各部の信号波形を示し
ている。第1図において、交流電源1は整流回路2及び
平滑コンデンサ3により直流電圧Edに変換され、インバ
ータ回路20により120度通電形の交流電圧に変換されて
ブラシレス電動機5の電機子巻線6に電気エネルギーと
して供給される。この電機子巻線6に供給された電気エ
ネルギーは永久磁石を界磁とした回転子7と電機子巻線
6とにより機械エネルギーに変換され、回転子7に回転
トルクを発生し、回転子7の回転軸に取付けられたファ
ン21を回転させて送風力として出力される。
回転子7の回転による磁気信号はホールIC22で電気信
号に変換され、磁極位置を検出して相切換回路31に信号
伝達される。インバータ回路20は、電界効果トランジス
タ(MOS FET)Q1〜Q6及びダイオードD1〜D6で構成され
ているものが示されているが、従来例として示した第7
図のもののようにバイポーラトランジスタとダイオード
によって構成しても、あるいは他のパワー素子を用いて
構成しても構わない。
第1図における23はインバータ回路20に流入出する電
流Iを検出するための抵抗で、24はオペレーションアン
プOP1と抵抗R1,R2,R3,R4とで構成された差動増幅回路で
ある。25はオペレーションアンプOP2,抵抗R5,R6,R7及び
コンデンサC1で構成されたフィルタ回路で、26は抵抗2
3,差動増幅回路24及び上記フィルタ回路25で構成された
電流検出回路である。27は電流指令回路で、28はオペレ
ーションアンプOP3と抵抗R8,R9,R10,R11及びコンデンサ
C2で構成された電流制御回路である。29は三角発生器
で、30はこの三角波発生器29の三角波信号kと上記電流
制御回路28の出力信号1との電圧の大小を比較し2値出
力を出すコンパレータである。31は前記ホールIC22の出
力信号a,b,c及び前記コンパレータ30の出力信号dを入
力し、ブラシレス電動機5の電機子巻線6への通電位相
を決定する相切換回路で、32はこの相切換回路31からの
出力信号をインバータ回路20の電界効果トランジスタQ1
〜Q6のゲートへ入力するのに適する信号に変換するゲー
トアンプである。
インバータ回路20に流入出する電流Iは第2図に示す
ようにのこぎり波状の波形である。この電流Iは差動増
幅回路24信号処理するのに適当な大きさの信号mに増幅
される。この信号mはフィルタ回路25で高周波成分を除
去され電流Eの平均値信号nとなる。フィルタ回路25の
特性は第3図のボード線図に示すように、折点A以下の
低周波数ではゲインがR6/R5でフラットな特性となり、
折点Aを越える高周波域では−20(dB)/10(rad/s)の
傾きで減衰する特性となり、信号mの平均値に相当する
直流成分だけを通過させ平均値信号nとして取り出すこ
とができる。
フィルタ回路25で取り出された平均値信号nは、電流
指令回路27から出力される電流指令値−rの補数rと加
算され、電流制御回路28に入力される。電流制御回路28
の特性は第4図のボード線図に示すように、折点B以下
の低周波数−20(dB)/10(rad/s)の傾きで減衰し、折
点Bを越える高周波数ではゲインがR11/R8でフラットな
比例・積分特性となる。従って制御対象としている電流
Iの平均値に対しては理想的には無限大のゲインで増幅
される(ただし、実際にはオペレーションアンプOP3
能力やコンデンサC2の漏れ電流により制限され、無限大
のゲインとはならない)。なお、この制御回路構成は一
般に比例・積分制御回路と称されているものである。
電流制御回路28の出力信号1は三角波発生器29の三角
波信号kとコンパレータ30において比較され、信号1が
三角波信号より大きければ“H"が、逆に信号1が三角波
信号kより小さければ“L"が出力信号dとしてコンパレ
ータ30より出力される。信号dはホールIC22の出力信号
a,b,cとともに相切換回路31に入力され、第2図に示さ
れるようなロジックに従ってコンパレータ30の出力信号
が“H"ならばインバータ回路20からブラシレス電動機5
へ電流が供給され、“L"ならインバータ回路20からのブ
ラシレス電動機5への電力が停止されるといった制御が
なされる。
こうした制御により、インバータ回路20へ流入出する
電流Iの平均値が電流指令値−rと一致するように駆動
される。インバータ回路20へ流入出する電流Iの平均値
が電流指令値−rになるこの制御方式を従来例にみる直
巻制御方式に対して定入力電流制御方式と称することが
できる。上述の定入力電流制御方式による場合の送風性
能は第6図の実線で示すようになる。即ち、風量Qが絞
られた場合にも電流Iの平均値は常に電流指令値と一致
することになる。
なお、フィルタ回路25と電流制御回路28とは別個に構
成しても、第5図に示すようにまとめた回路構成にして
も良い。これを示した第5図において、24は前述の実施
例で示した差動増幅回路であるが、入力の極性が逆であ
るため信号−mが出力される。33はフィルタ回路25と電
流制御回路28とを一つにまとめた回路で、コンデンサC4
と抵抗R15の組合わせでフィルタ特性が決まり、抵抗
R12,R13,コンデンサC3で積分特性が決まる。また上記の
各実施例では検出電流をフィルタに通して電流Iの平均
値を求めた後にその平均値を制御するものであるが、電
流制御回路28に積分特性がある場合には、電流検出値が
電流指令値に対して平均的に一致する特性となることか
ら、第5図の回路からコンデンサC4を除去した回路(単
なる比例・積分回路である)としても上述の実施例と同
様の作用効果が得られる。さらに、上記各実施例はアナ
ログ制御であるが、マイクロコンピュータによる演算で
上述したような制御を行うように構成することもでき
る。この場合のアルゴリズムは、“電流検出値から平均
値を求め、電流指令値との差分をとって、比例・積分演
算を行い、信号1又は信号dに相当する信号を出力す
る”もしくは、“電流検出値と電流指令値との差分を平
均して、比例・積分演算を行い、信号1又は信号dに相
当する信号を出力する”もしくは、“電流検出値と電流
指令値との差分を比例・積分演算し、信号1又は信号d
に相当する信号を出力する”となる。
即ち、この電動送風機では風量Qとは無関係に負荷電
流が一定に保たれ、風量Qが絞られた場合にも吸込仕事
率Poutを充分に増大させることができ、電気掃除機への
適用においては掃除を行う全動作域で高水水準のブロワ
出力が得られ、高い掃除効果を発揮することになる。ま
た、定常運転時のみでなく、電動送風機起動時に生じる
大きな起動電流を抑制する効果もあり、同一コンセント
等で使用される他の電気機器への影響を軽減することも
できる。
[発明の効果] 以上のようにこの発明の電動送風機によれば、電動指
令回路の電流指令値と、インバータ回路へ流れる電流値
を検出する電流検出回路の電流検出値の平均値とが一致
するように制御されるから、風量とは無関係に負荷電流
が一定に保たれ、風量が絞られた場合にも吸込仕事率を
充分に増大させることができ、また、結果的には風量が
変化しても電源電流の変化もない送風特性となるので、
電気掃除機への適用においては電源電流が電源コンセン
トの容量等の電源の電流供給能力の上限値となるように
電流指令値を設定すると、掃除を行う全動作域で高水準
のブロワ出力が得られる効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明による電動送風機の制御回路図、第2
図は第1図の各部分の信号波形を示す説明図、第3図は
フイルタ回路のボード線図、第4図は比例・積分回路の
ボード線図、第5図は他の実施例を示す制御回路図、第
6図は従来例と実施例との電動送風機特性を比較して示
す説明図、第7図は従来例の電動送風機の制御回路図、
第8図はその制御ブロック図である。図において、1は
交流電流、5はブラシレス電動機、6は電気子巻線、7
は回転子、20はインバータ回路、21はファン、22はホー
ルIC、23は抵抗、24は差動増幅回路、25はフィルタ回
路、27は電流指令回路、28は電流制御回路、29は三角発
生器、30はコンパレータ、31は相切換回路、32はゲート
アンプである。なお、図中同一符号は、同一又は相当部
分を示す。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】インバータ制御装置により駆動されるブラ
    シレス電動機とファンを備えた電動送風機において、上
    記インバータ制御装置をブラシレス電動機を駆動させる
    インバータ回路と、このインバータ回路に流れる電流を
    検出する電流検出回路と、この電流検出回路の電流検出
    値の平均値を生成するフィルタ回路と、電流指令値を出
    力する電流指令回路と、上記インバータ回路を駆動させ
    る駆動信号を生成するための信号を出力する電流制御回
    路で構成し、上記電流制御回路は、上記フィルタ回路に
    て生成した電流検出値の平均値と上記電流指令回路の電
    流指令値との差を入力し、上記フィルタ回路にて生成し
    た電流検出値の平均値が上記電流指令回路の電流指令値
    と一致する定電流になるように上記インバータ回路を駆
    動させることを特徴とする電動送風機。
  2. 【請求項2】インバータ制御装置により駆動されるブラ
    シレス電動機とファンを備えた電動送風機において、上
    記インバータ制御装置をブラシレス電動機を駆動させる
    インバータ回路と、このインバータ回路に流れる電流を
    検出する電流検出回路と、電流指令値を出力する電流指
    令回路と、比例・積分回路で構成され、上記インバータ
    回路を駆動させる駆動信号を生成するための信号を出力
    する電流制御回路で構成し、上記電流制御回路は、上記
    電流検出回路の電流検出値と上記電流指令回路を電流指
    令値との差を入力し、上記インバータ回路に流れる電流
    値の平均値が上記電流指令回路の電流指令値と一致する
    定電流になるように上記インバータ回路を駆動させるこ
    とを特徴とする電動送風機。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS6268090A (ja) * 1985-09-20 1987-03-27 Hitachi Ltd 無刷子直流電動機
JPS6399791A (ja) * 1986-10-15 1988-05-02 Hitachi Ltd 分巻電動機の制御装置

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