JP6517496B2

JP6517496B2 - モータ駆動装置、電動送風機、および電気掃除機

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Publication number: JP6517496B2
Application number: JP2014224517A
Authority: JP
Inventors: 崇山川; 裕次 ▲高▼山; 篠本　洋介; 洋介篠本
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2014-11-04
Filing date: 2014-11-04
Publication date: 2019-05-22
Anticipated expiration: 2034-11-04
Also published as: JP2016087066A

Description

本発明は、バッテリで駆動するモータ駆動装置、電動送風機、および電気掃除機に関する。

従来より、バッテリで駆動するモータ駆動装置を搭載した電気掃除機では、運転時間の延長化を図る種々の提案がなされている。特許文献１に示す従来の電気掃除機では、駆動モータの駆動停止後に、慣性で回転する駆動モータからの発電出力をバッテリに回生させることで、バッテリの充電容量で制限される運転時間の延長化を図ることができる。

特開２００６−２２３６１６号公報

特許文献１の電気掃除機は、駆動モータの慣性動作時の発電出力をバッテリに回生させることで運転時間の延長化を図っているが、バッテリは充放電を繰返すと劣化する可能性があり、リチウムイオン電池であればセルバランスの崩れが生じ、ニッケル水素電池であればメモリ効果が増加する。このようにバッテリの充放電を繰返すと、バッテリが劣化して信頼性を損ねる要因となる。また、インバータ回路を構成するスイッチング素子がリカバリ電流を生じるスイッチングパターンとなったとき、上アームを構成するスイッチング素子と下アームを構成するスイッチング素子とが瞬時短絡の状態となり、このとき発生した急峻なリカバリ電流がバッテリに流れることで、バッテリが瞬間的に過放電の状態となりバッテリが劣化することによる信頼性の低下が懸念される。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、バッテリの信頼性の向上を図ることができるモータ駆動装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るモータ駆動装置は、バッテリと、直列接続される上アームスイッチング素子及び下アームスイッチング素子を夫々有する、並列接続される第１アームおよび第２アームを有し、前記バッテリからの直流電力を交流電力に変換し、変換された交流電力をモータに印加する単相インバータと、を備える。前記上アームスイッチング素子及び前記下アームスイッチング素子は、逆並列ダイオードを夫々有する。前記単相インバータは、前記モータに流れる交流電流の極性の変化点から前記交流電流の極性の次の変化点までの期間に、前記第１アームおよび前記第２アームのうちの一方のアームにおける前記上アームスイッチング素子および前記下アームスイッチング素子のうちの一方がオンにされかつ前記第１アームおよび前記第２アームのうちの他方のアームにおける前記上アームスイッチング素子および前記下アームスイッチング素子のうちの他方がオンにされる第１期間と、前記第１アームおよび前記第２アームのうちの一方のアームの前記上アームスイッチング素子および前記下アームスイッチング素子が共にオフされる第１オフ期間と、前記第１アームの上アームスイッチング素子と前記第２アームの上アームスイッチング素子とが共にオンされるかあるいは前記第１アームの下アームスイッチング素子と前記第２アームの下アームスイッチング素子とが共にオンされる還流期間と、前記第１アームおよび前記第２アームのうちの他方のアームの前記上アームスイッチング素子および前記下アームスイッチング素子が共にオフされる第２オフ期間とが、前記第１期間、前記第１オフ期間、前記還流期間、および前記第２オフ期間の順番で設定されると共に、前記還流期間の後に設定された前記第２オフ期間のみに、前記モータから前記バッテリへの電流回生が実行される。

本発明によれば、バッテリの信頼性の向上を図ることができるという効果を奏する。

本発明の実施の形態に係るモータ駆動装置を搭載した電気掃除機の全体構成図図１の電気掃除機に搭載される電動送風機の構成図電気掃除機の電力制御系統の要部構成図三相インバータ回路の構成図リカバリ電流が生じるスイッチングパターンを示す第１の図リカバリ電流が生じるスイッチングパターンを示す第２の図単相インバータ回路を構成するスイッチング素子の駆動信号のスイッチングパターンを示す図図７に示すスイッチングパターンにより流れる電流の経路を表す図三相インバータ回路を構成するスイッチング素子の駆動信号のスイッチングパターンを示す図図９に示すスイッチングパターンにより流れる電流の経路を表す第１の図図９に示すスイッチングパターンにより流れる電流の経路を表す第２の図

以下に、本発明の実施の形態に係るモータ駆動装置、電動送風機、および電気掃除機を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態．
図１は本発明の実施の形態に係るモータ駆動装置を搭載した電気掃除機の全体構成図である。電気掃除機１００は、掃除機本体１１０に搭載されたバッテリ１０と、掃除機本体１１０の通風路１１１上に配置されバッテリ１０からの電力の供給を受けて掃除機本体１１０内の通風路１１１に吸込み負圧を作用させる電動送風機２０と、電動送風機２０によって発生した吸込み負圧によって通風路１１１に通流する空気中の塵埃を補集する集塵部３０と、吸込口１２１と連通する通風路１１１の内部圧力を検出する圧力センサ４０と、掃除機本体１１０の先端に接続され吸込口１２１から被清掃面の塵埃を吸引する吸込具１２０とを備える。点線矢印は、電動送風機２０が駆動しているときに吸込具１２０の吸込口１２１から吸い込まれ通風路１１１を通じて掃除機本体１１０の上端側へ排出される空気の流れを表す。

図１では図示を省略しているが、電気掃除機１００に搭載されるモータ駆動装置は後述するインバータ２２とバッテリ１０とにより構成される。また掃除機本体１１０には、吸込清掃を開始または停止させるスイッチまたは吸引量の強弱を切り替えるスイッチといった操作手段を有する操作パネルが設けられ、さらに電気掃除機１００の移動操作をするためのレバーが設けられているものとする。また図１にはバッテリ１０を搭載した電気掃除機１００の一例であるスティッククリーナーが示されているが、本実施の形態のモータ駆動装置および電動送風機が適用される電気掃除機はスティッククリーナーに限定されるものではなく、例えば電動送風機と集塵部とバッテリとを有する電気掃除機本体に延長管を接続して構成されるキャニスター型掃除機でもよい。以下、電気掃除機１００を構成する電動送風機２０の構成例と、電動送風機２０に電力を供給すると共に電動送風機２０の動作を制御する電力制御系統の構成例とを説明する。

図２は図１の電気掃除機に搭載される電動送風機の構成図である。電動送風機２０はブロワモータ２１およびインバータ２２を備え、インバータ２２は半導体素子２２ｂと半導体素子２２ｂを配置した回路基板２２ａとで構成される。半導体素子２２ｂは後述する制御部１、駆動信号生成部２、およびインバータ回路９を構成する。ブロワモータ２１は、半導体素子２２ｂから供給される交流電力でモータ本体２１ａ１内の回転子に接続されたシャフト２１ａ２へ駆動力を与える永久磁石を備えたモータ２１ａと、シャフト２１ａ２の回転により負圧を発生するファン２１ｂとで構成される。点線矢印は、ファン２１ｂの回転により電動送風機２０内を通流する空気の流れを表す。例えば図１の吸込口１２１から吸い込まれた空気は、図２のファン２１ｂの下側から電動送風機２０の内部に入り込み、半導体素子２２ｂを通過して電動送風機２０の上部へ排出される。

なお図２の例ではインバータ２２が電動送風機２０の内部に設けられているが、インバータ２２の設置場所は図示例に限定されるものではない。図示例のように電動送風機２０内にインバータ２２を設けた場合、ブロワモータ２１から送り出された風でインバータ２２を効果的に冷却することができる。

図３は電気掃除機の電力制御系統の要部構成図である。図３に示す電力制御系統は、バッテリ１０を電源として電動送風機２０を駆動する構成であり、バッテリ１０の出力端間にはコンデンサ７が接続され、コンデンサ７の両端にはインバータ回路９が接続され、コンデンサ７の一端とインバータ回路９との間にはシャント抵抗８が接続されている。インバータ回路９は制御部１および駆動信号生成部２で制御され、制御部１、駆動信号生成部２、およびインバータ回路９によってインバータ２２が構成され、バッテリ１０およびインバータ２２によってモータ駆動装置が構成される。制御部１には、電圧検出部３で検出されたバッテリ１０の電圧値Ｖｄｃと、バッテリ残量検出部４で検出されたバッテリ残量Ｂｔと、シャント抵抗８の両端に接続された電流検出部５で検出されたインバータ２２へ流れる電流値Ｉｄｃと、図２に示すモータ２１ａの回転位置を検出する位置検出部６からの位置信号Ｖｈとが入力される。制御部１は、電圧値Ｖｄｃ、バッテリ残量Ｂｔ、電流値Ｉｄｃ、および位置信号Ｖｈに基づいて、モータ２１ａ（図２参照）の回転数を制御するための制御信号を生成して駆動信号生成部２へ出力する。駆動信号生成部２は制御部１からの制御信号に基づいて、インバータ回路９を構成する複数のスイッチング素子のオンオフを制御するスイッチング素子駆動信号を生成する。なお、図３では電流検出部５で電流を検出するための手段としてシャント抵抗８が用いられているが、電流検出手段はシャント抵抗８以外でもよい。

図４は三相インバータ回路の構成図である。図４に示す三相インバータ回路は図３に示すインバータ回路９の一例である。図４に示すモータ２１ａは図２に示すモータ２１ａの一例であり、中性点でスター結線されたＵ相、Ｖ相およびＷ相コイルを備える。なおモータ２１ａの結線はデルタ結線でもよい。三相インバータ回路は、上アームを構成する３つのスイッチング素子６１，６３，６５と下アームを構成する３つのスイッチング素子６２，６４，６６とで構成され、各スイッチング素子には寄生ダイオードが形成されている。スイッチング素子６１およびスイッチング素子６２からなる直列回路の中点にモータ２１ａのＵ相が接続され、スイッチング素子６３およびスイッチング素子６４からなる直列回路の中点にモータ２１ａのＶ相が接続され、スイッチング素子６５およびスイッチング素子６６からなる直列回路の中点にモータ２１ａのＷ相が接続されている。スイッチング素子６１のドレイン側に図１に示すバッテリ１０の正極が接続され、スイッチング素子６２のソース側にバッテリ１０の負極が接続されているものとする。図示例では各スイッチング素子にＭＯＳＦＥＴが用いられているが、各スイッチング素子の種類はＭＯＳＦＥＴに限定されるものではない。

三相インバータ回路において、スイッチング素子６１，６４がオンであり、かつ、スイッチング素子６２，６３，６５，６６がオフのとき、モータ電流は（１）の実線の経路で流れ、その後スイッチング素子６１がオフになると（２）の点線のようにモータ２１ａ、スイッチング素子６４、スイッチング素子６２、モータ２１ａの順で電流が流れるが、スイッチング素子６１がオン、スイッチング素子６２がオフになると、スイッチング素子６１とスイッチング素子６２が瞬時短絡の状態となり、スイッチング素子６２の寄生ダイオードに起因するリカバリ電流が（３）の点線のように流れる。これによりバッテリが瞬間的に過放電の状態となり劣化する可能性がある。

図５はリカバリ電流が生じるスイッチングパターンを示す第１の図である。図５に示す上アームゲート信号Ｖ_ＧＳＰと下アームゲート信号Ｖ_ＧＳＮと上アーム電流波形Ｉ_Ｐと下アーム電流波形Ｉ_Ｎは、図４に示すスイッチング素子６１のゲート信号とスイッチング素子６１のゲート信号とスイッチング素子６１に流れる電流の波形とスイッチング素子６２に流れる電流の波形とに相当する。Ｔｄは、同一相の上アームスイッチング素子および下アームスイッチング素子が共にオフするオフ期間であるデッドタイムを表す。図示例のように、上アームゲート信号Ｖ_ＧＳＰがオンからオフになり、上アームゲート信号Ｖ_ＧＳＰと下アームゲート信号Ｖ_ＧＳＮとが共にオフとなるデッドタイムＴｄの経過後に下アームゲート信号Ｖ_ＧＳＮがオフからオンとなると、図５に示す急峻なリカバリ電流が生じる。

図６はリカバリ電流が生じるスイッチングパターンを示す第２の図である。図６には図５と同様に上アームゲート信号Ｖ_ＧＳＰと下アームゲート信号Ｖ_ＧＳＮと上アーム電流波形Ｉ_Ｐと下アーム電流波形Ｉ_Ｎの波形が示されているが、図６に示すデッドタイムＴｄは図５のデッドタイムＴｄよりも長く設定されている。本実施の形態の制御部１では図６に示すように長いデッドタイムＴｄが設定され、デッドタイムＴｄは、スイッチング素子の寄生ダイオードに逆回復電流が流れた時間である逆回復時間とバッテリ電圧とに基づいて設定される。バッテリ電圧は例えばバッテリ１０を構成するセル数とバッテリ１０の充電量により求められ、例えばバッテリ電圧が高まるに従って長くなるデッドタイムＴｄが設定され、または逆回復時間が長くなるに従って長くなるデッドタイムＴｄが設定される。またリカバリ電流の抑制にはデッドタイムＴｄを長くすると共に電流の単位時間当たりの変化量（ｄｉ／ｄｔ）を抑制する必要がある。ｄｉ／ｄｔの抑制には例えばゲート抵抗を大きくすることが考えられるが、ｄｉ／ｄｔの抑制の方法はこれに限定されるものではない。このようにデッドタイムＴｄを長くすることで、リカバリ電流の時間変化量を低くすることができ、リカバリ電流が抑制されることでバッテリの急激な出力を抑制して劣化を防ぐことができる。

図７は単相インバータ回路を構成するスイッチング素子の駆動信号のスイッチングパターンを示す図、図８は図７に示すスイッチングパターンにより流れる電流の経路を表す図である。

図７の５１駆動信号、５２駆動信号、５３駆動信号、および５４駆動信号は、図８に示す単相インバータ回路を構成するスイッチング素子５１、スイッチング素子５２、スイッチング素子５３、およびスイッチング素子５４の駆動信号に相当する。（ａ）の区間は５３駆動信号がオンになってからオフになるまでの時間を表し、（ｂ）の区間は５３駆動信号と５４駆動信号がオフのデッドタイムＴｄを表し、（ｃ）の区間は５１駆動信号と５３駆動信号がオフ、５２駆動信号と５４駆動信号がオンの時間を表し、（ｄ）の区間は５１駆動信号と５２駆動信号がオフのデッドタイムＴｄを表し、（ｅ）の区間は５１駆動信号と５４駆動信号がオン、５２駆動信号と５３駆動信号がオフの時間を表し、（ｆ）の区間は、（ｅ）の時間が経過後に再び５１駆動信号と５２駆動信号がオフとなったときのデッドタイムＴｄを表し、（ｇ）の区間は５１駆動信号と５３駆動信号がオフ、５２駆動信号と５４駆動信号がオンの時間を表し、（ｈ）の区間は（ｇ）の時間が経過後に再び５３駆動信号と５４駆動信号がオフのデッドタイムＴｄを表す。

本実施の形態では制御部１によりデッドタイムＴｄの設定が行われる。例えばバッテリ電圧と逆回復時間に基づいて（ａ），（ｃ），（ｅ），（ｇ）の時間を調整することで、図示例の（ｂ），（ｄ），（ｆ），（ｈ）のデッドタイムＴｄが相対的に長く設定される。図示例では各デッドタイムＴｄが２μｓ、（ｃ），（ｇ）の時間が４０μｓ、（ａ），（ｅ）の時間が１３０μｓ、各駆動信号の１周期の時間が３５０μｓとされている。

図８に示す単相インバータ回路は図３に示すインバータ回路９の一例である。単相インバータ回路では、スイッチング素子５１およびスイッチング素子５２からなる直列回路の中点にモータ２１ａの一端が接続され、スイッチング素子５３およびスイッチング素子５４からなる直列回路の中点にモータ２１ａの他端が接続されている。スイッチング素子５１のドレイン側に図１に示すバッテリ１０の正極が接続され、スイッチング素子５２のソース側にバッテリ１０の負極が接続されているものとする。図示例ではスイッチング素子５１，５２，５３，５４にＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）が用いられているが、スイッチング素子５１，５２，５３，５４の種類はＭＯＳＦＥＴに限定されるものではない。

図８の（ａ）から（ｈ）の符号は図７の（ａ）から（ｈ）の符号に対応し、実線で示す矢印は回路に流れる電流の経路を表す。（ａ）のようにバッテリ、スイッチング素子５３、モータ２１ａ、スイッチング素子５２、バッテリの順で電流が流れているとき、スイッチング素子５３がオフ、スイッチング素子５４がオンになることでリカバリ電流が流れるが、（ｂ）のデッドタイムＴｄによりリカバリ電流が抑制される。

（ｃ）のようにスイッチング素子５４がオンになるとモータ２１ａ、スイッチング素子５２、およびスイッチング素子５４の間で電流が還流する還流モードとなる。還流モードは、インバータ回路９を構成する上アームスイッチング素子群または下アームスイッチング素子群を短絡するモードである。

還流モードで減衰したモータ電流は、（ｄ）のようにデッドタイムＴｄのみ流れるため、電流入力によるバッテリの劣化が抑制される。

（ｅ）のようにモータ電流の極性が切り替わると、バッテリ、スイッチング素子５１、モータ２１ａ、スイッチング素子５４、バッテリの順で電流が流れる。

このように電流が流れているとき、スイッチング素子５１がオフ、スイッチング素子５２がオンになることでリカバリ電流が流れるが、（ｆ）のデッドタイムＴｄでリカバリ電流が抑制される。

スイッチング素子５２がオンになるとモータ２１ａ、スイッチング素子５４、およびスイッチング素子５２の間で電流が還流する還流モードとなる。

還流モードで減衰したモータ電流は、（ｈ）のようにデッドタイムＴｄのみ流れるため、電流入力によるバッテリの劣化が抑制される。

このように本実施の形態のインバータ２２によれば、例えば（ｂ）のデッドタイムＴｄが経過してから（ｅ）のモータ電流の極性が切り替わるまでの間に、（ｃ）の還流モードが設定される。従ってバッテリ１０への回生タイミングは（ｄ）のデッドタイムＴｄのみとされ、回生時のモータ電流が低減されることでバッテリの劣化が抑制される。なお還流モードの時間は回生電流がバッテリを劣化させない値に設定すればよい。

また本実施の形態のインバータ２２では、モータ電流の極性が切り替わる前に還流モードを終了するため、モータ２１ａへのブレーキを抑制することができる。

なお、（ｄ），（ｈ）のデッドタイムＴｄ中に回生されるモータ電流を図１に示すコンデンサ７で吸収させることで、回生によるバッテリの劣化を抑制することができる。また図７の単相変調の動作例は、（ａ）から（ｈ）までの期間を１周期として、各スイッチング素子５１，５２，５３，５４が１回のみオンする１パルスでの駆動例であり、回転速度と同期したスイッチング素子の駆動波形となっている、単相変調の動作例はこれに限定されるものではなく、１周期中に複数回のパルスでの駆動でも良い。

図９は三相インバータ回路を構成するスイッチング素子の駆動信号のスイッチングパターンを示す図、図１０は図９に示すスイッチングパターンにより流れる電流の経路を表す第１の図、図１１は図９に示すスイッチングパターンにより流れる電流の経路を表す第２の図である。図９から図１１には、三相インバータ回路の三相の内の一相を固定して他の二相のみをスイッチングさせる二相変調での制御例が示されている。

図９の６１駆動信号、６２駆動信号、６３駆動信号、６４駆動信号、６５駆動信号、および６６駆動信号は、図１０，１１に示す三相インバータ回路を構成するスイッチング素子６１からスイッチング素子６６の駆動信号に相当する。図９では一例としてＷ相を固定相としているが、固定する相は６０°毎に変更されるものとする。

（ａ）の区間は６１駆動信号と６２駆動信号がオフのデッドタイムＴｄを表し、（ｂ）の区間は６１駆動信号と６４駆動信号がオフ、６２駆動信号と６３駆動信号がオンの時間を表し、（ｃ）の区間は６３駆動信号と６４駆動信号がオフのデッドタイムＴｄを表し、（ｄ）の区間は（ｃ）の時間が経過後に６４駆動信号がオンされる時間を表し、（ｅ）の区間は（ｄ）の時間が経過後に再び６４駆動信号がオフとなったときのデッドタイムＴｄを表し、（ｆ）の区間は（ｅ）の時間が経過後に６３駆動信号がオンになる時間を表し、（ｇ）の区間は（ｅ）の時間が経過後に６１駆動信号と６２駆動信号が再びオフとなるデッドタイムＴｄを表し、（ｈ）の区間は６１駆動信号がオフからオンに変化してから再びオフになるまでの時間を表す。デッドタイムＴｄの設定は、単相インバータ回路の場合と同様に制御部１で行われ、（ｂ），（ｄ），（ｆ），（ｈ）の時間を短くすることで相対的に（ａ），（ｃ），（ｅ），（ｇ）のデッドタイムＴｄが相対的に長くなる。

図１０，１１に示す三相インバータ回路は図３に示すインバータ回路９の一例である。スイッチング素子６１およびスイッチング素子６２からなる直列回路の中点にモータ２１ａのＵ相が接続され、スイッチング素子６３およびスイッチング素子６４からなる直列回路の中点にモータ２１ａのＶ相が接続され、スイッチング素子６５およびスイッチング素子６６からなる直列回路の中点にモータ２１ａのＷ相が接続されている。スイッチング素子６１のドレイン側に図１に示すバッテリ１０の正極が接続され、スイッチング素子６２のソース側にバッテリ１０の負極が接続されているものとする。図示例では各スイッチング素子にＭＯＳＦＥＴが用いられているが、各スイッチング素子の種類はＭＯＳＦＥＴに限定されるものではない。

図１０，１１の（ａ）から（ｈ）の符号は図９の（ａ）から（ｈ）の符号に対応し、実線で示す矢印は回路に流れる電流の経路を表す。

（ａ）のようにバッテリ、スイッチング素子６３、モータ２１ａ、スイッチング素子６１、バッテリの順で電流が流れ、またバッテリ、スイッチング素子６３、モータ２１ａ、スイッチング素子６６、バッテリの順で電流が流れているとき、スイッチング素子６１がオフ、スイッチング素子６２がオンになることでリカバリ電流が流れるが、（ａ）のデッドタイムＴｄを長くすることでリカバリ電流が抑制される。

（ｂ）のようにバッテリ、スイッチング素子６３、モータ２１ａ、スイッチング素子６２、バッテリの順で電流が流れ、またバッテリ、スイッチング素子６３、モータ２１ａ、スイッチング素子６６、バッテリの順で電流が流れているとき、スイッチング素子６３がオフ、スイッチング素子６４がオンになることでリカバリ電流が流れるが、（ｃ）のデッドタイムＴｄを長くすることでリカバリ電流が抑制される。

スイッチング素子６４がオンになることで、モータ２１ａ、スイッチング素子６２、およびスイッチング素子６４の間でモータ電流が還流し、またモータ２１ａ、スイッチング素子６６、およびスイッチング素子６４の間でモータ電流が還流する還流モードとなる。

還流モードで減衰したモータ電流は、（ｅ）のようにデッドタイムＴｄのみ流れるため、電流入力によるバッテリの劣化が抑制される。（ｆ）のようにスイッチング素子６３がオンになることで（ｂ）と同様の経路でモータ電流が流れているとき、スイッチング素子６２がオフ、スイッチング素子６１がオンになることでリカバリ電流が流れるが、（ｇ）のデッドタイムＴｄを長くすることでリカバリ電流が抑制される。（ｈ）では（ａ）と同様の経路で電流が流れ、（ｂ）から（ｇ）と同様の制御が行われる。

なお図９から図１１ではＷ相を固定相とした二相変調での動作例を説明したが、変調方式はこれに限定されるものではない。３相変調の、上側の３つのスイッチング素子が全てオンまたは下側の３つのスイッチング素子が全てオンとなる状態で還流モードとなるため同様な効果を得ることができるのは言うまでもない。ただし三相変調の場合、１周期中に１パルスでの駆動とはならず１周期中に複数回発生するパルスでの駆動となる。

また、インバータ２２を構成する複数のスイッチング素子は、少なくとも一つがワイドバンドギャップ半導体で構成されている。炭化珪素（ＳｉＣ）、窒化ガリウム系材料（ＧａＮ）、ダイヤモンド（Ｃ）といった材料を用いたワイドバンドギャップ半導体は、スイッチング素子の電力損失が小さいため、インバータ２２を構成するスイッチング素子をワイドバンドギャップ半導体で構成することにより、消費電力がより低減され、運転時間の一層の延長化を図ることができる。

なお、本実施の形態では、モータ駆動装置を電気掃除機に搭載した例を説明したが、モータ駆動装置は、電気掃除機に限らず、ハンドドライヤー、焼却炉、粉砕機、乾燥機、集塵機、印刷機械、クリーニング機械、製菓機械、製茶機械、木工機械、プラスチック押出機、ダンボール機械、包装機械、熱風発生機、物体輸送、吸塵用、一般送排風、またはＯＡ機器といった製品にも適用可能である。また本実施の形態では、リカバリ電流発生時のリンギング抑制の手段としてデッドタイムＴｄ区間を長くしているが、これとは逆にデッドタイムＴｄ区間を短くすることにより回生電力を抑制することが可能である。デッドタイムＴｄ区間を長くする方向と短くする方向の何れでも上記と同様の効果が得られる。

以上に説明したように本実施の形態に係るモータ駆動装置は、バッテリ１０と、バッテリ１０からの直流電力を交流電力に変換するインバータ２２と、を備え、インバータ２２は、インバータ２２を構成するスイッチング素子の逆回復時間とバッテリ電圧とに基づく、インバータ２２を構成する同一相の上アームスイッチング素子および下アームスイッチング素子が共にオフするオフ期間であるデッドタイムＴｄを、モータ２１ａからバッテリ１０への回生期間内に設定する。逆回復時間とバッテリ電圧とに基づくデッドタイムＴｄを設定することでリカバリ電流の時間変化量を低くすることができ、回生中におけるリカバリ電流が抑制され、バッテリ１０の劣化が抑制される。従ってモータ駆動装置の信頼性が向上し、またバッテリ１０の長寿命化を図ることができる。

以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１制御部、２駆動信号生成部、３電圧検出部、４バッテリ残量検出部、５電流検出部、６位置検出部、７コンデンサ、８シャント抵抗、９インバータ回路、１０バッテリ、２０電動送風機、２１ブロワモータ、２１ａモータ、２１ａ１モータ本体、２１ａ２シャフト、２１ｂファン、２２インバータ、２２ａ回路基板、２２ｂ半導体素子、３０集塵部、４０圧力センサ、５１，５２，５３，５４，６１，６２，６３，６４，６５，６６スイッチング素子、１００電気掃除機、１１０掃除機本体、１１１通風路、１２０吸込具、１２１吸込口。

Claims

バッテリと、
直列接続される上アームスイッチング素子及び下アームスイッチング素子を夫々有する、並列接続される第１アームおよび第２アームを有し、前記上アームスイッチング素子及び前記下アームスイッチング素子は、逆並列ダイオードを夫々有し、前記バッテリからの直流電力を交流電力に変換し、変換された交流電力をモータに印加する単相インバータと、
を備え、
前記単相インバータは、
前記モータに流れる交流電流の極性の変化点から前記交流電流の極性の次の変化点までの期間に、前記第１アームおよび前記第２アームのうちの一方のアームにおける前記上アームスイッチング素子および前記下アームスイッチング素子のうちの一方がオンにされかつ前記第１アームおよび前記第２アームのうちの他方のアームにおける前記上アームスイッチング素子および前記下アームスイッチング素子のうちの他方がオンにされる第１期間と、前記第１アームおよび前記第２アームのうちの一方のアームの前記上アームスイッチング素子および前記下アームスイッチング素子が共にオフされる第１オフ期間と、前記第１アームの上アームスイッチング素子と前記第２アームの上アームスイッチング素子とが共にオンされるかあるいは前記第１アームの下アームスイッチング素子と前記第２アームの下アームスイッチング素子とが共にオンされる還流期間と、前記第１アームおよび前記第２アームのうちの他方のアームの前記上アームスイッチング素子および前記下アームスイッチング素子が共にオフされる第２オフ期間とが、前記第１期間、前記第１オフ期間、前記還流期間、および前記第２オフ期間の順番で設定されると共に、
前記還流期間の後に設定された前記第２オフ期間のみに、前記モータから前記バッテリへの電流回生が実行されるモータ駆動装置。
前記第１オフ期間および前記第２オフ期間は、前記上アームスイッチング素子および前記下アームスイッチング素子の逆回復時間とバッテリ電圧とに基づいて設定される請求項１に記載のモータ駆動装置。
前記第１オフ期間には、前記第１アームの上アームスイッチング素子と前記第２アームの上アームスイッチング素子との間で電流が還流されるかあるいは前記第１アームの下アームスイッチング素子と前記第２アームの下アームスイッチング素子と間で電流が還流される請求項１に記載のモータ駆動装置。
前記第１オフ期間および前記第２オフ期間は、前記第１アームの上アームスイッチング素子および下アームスイッチング素子のリカバリ電流または前記第２アームの上アームスイッチング素子および下アームスイッチング素子のリカバリ電流を抑制する長さに設定する請求項１に記載のモータ駆動装置。
前記第１アームの上アームスイッチング素子および下アームスイッチング素子と、前記第２アームの上アームスイッチング素子および下アームスイッチング素子は、ワイドバンドギャップ半導体で構成されている請求項１から請求項４の何れか一項に記載のモータ駆動装置。
前記ワイドバンドギャップ半導体は、炭化珪素、窒化ガリウム系材料、またはダイヤモンドである請求項５に記載のモータ駆動装置。
請求項１から請求項６の何れか一項に記載のモータ駆動装置を搭載した電動送風機。
永久磁石を有する前記モータを備える請求項７に記載の電動送風機。
請求項７または請求項８に記載の電動送風機を搭載した電気掃除機。