JP7105914B2 - モータ制御装置、電動送風機及び電気掃除機 - Google Patents

Description

本発明は、モータ制御装置、電動送風機及び電気掃除機に関する。

電池から電力の供給を受けて、モータを駆動することにより動力を得る電気機器が増えている。例えば、電気掃除機では、電池から電力の供給を受けてモータを駆動することにより、ファンを回転させる電動送風機が用いられている。このような電気機器では、使用する用途に合わせて電池から供給される電力を適切に制御しなくてはならない。適切な制御が行われていないと、使用中に電池の残量が尽きてしまう。

これに対して、例えば、特許文献１では、風量検出器を用いることで吸引力が必要なときと、不要なときとに合わせて電力を制御することで、吸引力の確保と使用時間の延長を両立する手段が提案されている。

特開２００６－１６７２３９号公報（図１）

しかしながら、従来の技術は、塵埃の量に対して電力を制御するだけであり、使用者の使用時間又は使用頻度を考慮して電力を制御していないため、用途によっては使用中に電池の残量が尽きてしまう課題がある。

そこで、本発明の１又は複数の態様は、使用者の用途に合わせて、電池から供給を受けて消費する電力を適切に制御することを目的とする。

本発明の一態様に係るモータ制御装置は、電池から電力の供給を受けて、モータを駆動するインバータと、前記インバータを制御するプロセッサと、を備え、前記プロセッサは、前記モータの駆動を終了した際の前記電池の残量に応じて、前記電池を充電して前記モータを次回駆動する際に、前記モータの消費電力を変えることを特徴とする。

本発明の一態様によれば、使用者の用途に合わせて、電池から供給を受けて消費する電力を適切に制御することができる。

実施の形態に係るモータ制御装置を含む電動送風機の構成を概略的に示すブロック図である。 インバータの回路構成を示す概略図である。 ＰＷＭ信号を生成するための機能の構成を示すブロック図である。 キャリア生成部及びキャリア比較部の構成を示す概略図である。 電圧指令、ＰＷＭ信号及びモータ印加電圧の波形例を示すタイムチャートである。 進角位相を算出するための機能の構成を示すブロック図である。 進角位相の算出方法の一例を示す概略図である。 制御部における動作を示すフローチャートである。 電池の電圧と時間との関係を示す第１のグラフである。 電池の電圧と時間との関係を示す第２のグラフである。 （Ａ）～（Ｃ）は、異なる使用者毎の使用時間に対して最適化された電池の出力を示した概略図である。 （Ａ）～（Ｅ）は、余剰電力量を算出して、消費電力を引き上げる場合を説明するための概略図である。 電動送風機を電気掃除機に適用した場合の構成の一例を示す概略図である。 操作部の正面図である。

図１は、実施の形態に係るモータ制御装置１３０を含む電動送風機１００の構成を概略的に示すブロック図である。
図１に示すように、電動送風機１００は、モータ１１０と、ファン１１２と、電池１２０と、モータ制御装置１３０とを備える。

モータ１１０は、内部にロータ１１１を備える単相モータである。モータ１１０は、好ましくはブラシレスモータである。ロータ１１１には、周方向に配列された図示しない複数の永久磁石が配置されている。これらの複数の永久磁石は、着磁方向が周方向に交互に反転するように配置され、ロータ１１１に複数の磁極を形成する。また、図示しないステータには、図示しない巻線が巻かれている。モータ電流は、巻線に流れる交流電流である。なお、本実施の形態では、磁極数は４極とするが、４極以外の磁極数でもよい。
本実施の形態では、モータ１１０の負荷は、風を起こすファン１１２であり、ファン１１２は、モータ１１０に接続されている。

電池１２０は、モータ制御装置１３０に直流電力を供給する直流電源である。

モータ制御装置１３０は、電圧センサ１３１と、アナログデジタル変換器（以下、ＡＤ変換器）１３２と、位置センサ１３３と、制御部１３４と、駆動信号生成部１３８と、インバータ１４０とを備える。

電圧センサ１３１は、電池１２０からの電圧の電圧値を検出する電圧検出部である。電圧センサ１３１は、検出された電圧値を示すアナログ信号をＡＤ変換器１３２に与える。
ＡＤ変換器１３２は、電圧センサ１３１により検出された電圧値のアナログ信号をデジタル信号である電圧信号に変換する。ＡＤ変換器１３２は、その電圧信号を制御部１３４に与える。

位置センサ１３３は、モータ１１０内部のロータ１１１の回転位置を検出する。位置センサ１３３は、検出された回転位置を示すデジタル信号である位置センサ信号を制御部１３４に与える。位置センサ信号は、ロータ１１１の回転位置を示す信号であり、ロータ１１１からの磁束の方向に応じて二値の信号を示す。

制御部１３４は、ＡＤ変換器１３２から与えられる電圧信号、位置センサ１３３から与えられる位置センサ信号、及び、図示しない指令値である電圧指令に基づいて、ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｒａｔｉｏｎ）信号を生成する。
制御部１３４は、プロセッサ１３５と、キャリア生成部１３６と、メモリ１３７とを備える。

プロセッサ１３５は、インバータ１４０を制御することで、モータ１１０の駆動を制御する。例えば、プロセッサ１３５は、インバータ１４０に対してＰＷＭ制御を行うことで、モータ１１０の駆動を制御する。このため、プロセッサ１３５は、後述するように、ＰＷＭ信号を生成する。生成されたＰＷＭ信号は、駆動信号生成部１３８に与えられる。

ここで、プロセッサ１３５は、モータ１１０の駆動を終了した際の電池１２０の残量に応じて、モータ１１０を次回駆動する際に、モータ１１０の消費電力を変える。例えば、プロセッサ１３５は、モータ１１０の回転速度を変えることで、消費電力を変える。

具体的には、プロセッサ１３５は、電池１２０の残量が予め定められた閾値以下である場合に、モータ１１０の回転速度を低下させる。
また、プロセッサ１３５は、電池１２０の残量が予め定められた閾値以下となる場合が複数回続いたときに、モータ１１０の回転速度を低下させてもよい。
ここで、プロセッサ１３５は、予め定められた速度だけ、回転速度を低下させればよい。

さらに、プロセッサ１３５は、電池１２０の残量が予め定められた閾値を超えた場合に、モータ１１０の回転速度を増加させる。
また、プロセッサ１３５は、電池１２０の残量が予め定められた閾値を超えた場合には、モータ１１０の駆動が開始されて、その駆動が終了するまでの時間である今回の使用時間を特定する。そして、プロセッサ１３５は、今回の使用時間が、予め定められた閾値未満である場合に、モータ１１０の回転速度を増加させてもよい。

なお、メモリ１３７に、モータ１１０の過去における使用時間の履歴を記憶させておくことで、プロセッサ１３５は、電池１２０の残量が予め定められた閾値を超えた場合に、モータ１１０の今回の使用時間と、過去における使用時間との平均値を算出し、算出された平均値が、予め定められた閾値未満である場合に、モータ１１０の回転速度を増加させてもよい。
この場合には、プロセッサ１３５は、今回の使用時間が、履歴に含まれている前回の使用時間に対して、予め定められた第１の割合以上、又は、予め定められた第２の割合未満の場合には、モータ１１０の回転速度を変更せず、また、今回の使用時間を履歴に含めないようにすることもできる。

プロセッサ１３５は、予め定められた速度だけ、回転速度を増加させればよい。
また、プロセッサ１３５は、電池１２０の残量が多くなるほど、回転速度が多く増加されるように、回転速度を増加させてもよい。

キャリア生成部１３６は、キャリア周波数を生成する。生成されたキャリア周波数は、プロセッサ１３５に与えられる。
メモリ１３７は、制御部１３４での処理に必要なデータ及びプログラムを記憶する。

駆動信号生成部１３８は、プロセッサ１３５からのＰＷＭ信号に基づいて、インバータ１４０を駆動するための駆動信号を生成する。生成された駆動信号は、インバータ１４０に与えられる。

インバータ１４０は、電池１２０から電力の供給を受けて、モータ１１０を駆動する。例えば、インバータ１４０は、電池１２０からの直流電力を、様々な周波数の交流電力に変換して、モータ１１０に送る。
図２は、インバータ１４０の回路構成を示す概略図である。
インバータ１４０は、ブリッジ接続されたスイッチング素子１４１、１４２、１４３、１４４を有する。高電位側に位置するスイッチング素子１４１、１４３は、上アームのスイッチング素子と称される。また、低電位側に位置するスイッチング素子１４２、１４４は、下アームのスイッチング素子と称される。

スイッチング素子１４１とスイッチング素子１４２の接続端、及びスイッチング素子１４３とスイッチング素子１４４の接続端はブリッジ回路における交流端を成し、これらの交流端にはモータ１１０が接続される回路構成となる。

スイッチング素子１４１、１４２、１４３、１４４には、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ－Ｏｘｉｄｅ－Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）が使用される。ＭＯＳＦＥＴは、ＦＥＴの一例である。スイッチング素子１４１、１４２、１４３、１４４のそれぞれにおいて、ドレインとソースとの間に並列に接続されるダイオードは還流ダイオードと称される。但し、本実施の形態では、ＭＯＳＦＥＴの内部に形成される寄生ダイオードであるボディダイオードを還流ダイオードとして使用する。

また、スイッチング素子１４１、１４２、１４３、１４４のうちの少なくとも一つは、ワイドバンドギャップ半導体を用いて構成することができる。ワイドバンドギャップ半導体は、例えば、ＧａＮ（窒化ガリウム）、ＳｉＣ（シリコンカーバイド）又はダイヤモンドである。スイッチング素子１４１、１４２、１４３、１４４のうちの少なくとも一つにワイドバンドギャップ半導体を用いることで、そのスイッチング素子の耐電圧性及び許容電流密度が高くなるため、そのスイッチング素子を組み込んだ半導体モジュールの小型化が可能となる。また、ワイドバンドギャップ半導体は、耐熱性も高いため、放熱部の小型化及び放熱構造の簡素化が可能になる。

図３は、ＰＷＭ信号を生成するための機能の構成を示すブロック図である。また、図４は、図３に示されているキャリア比較部１５０の構成を示す概略図である。
図３に示されているように、ＰＷＭ信号を生成する機能は、キャリア生成部１３６及びキャリア比較部１５０によって実現可能である。キャリア比較部１５０は、図１に示されているプロセッサ１３５により実現される機能部である。

図３に示されているように、キャリア生成部１３６には、後述する電圧指令Ｖ_ｍ１、Ｖ_ｍ２を生成するときに用いる進角位相θ_ｖが入力される。ここで、「進角位相」は、電圧指令の「進み角」である「進角」を位相で表している。また、ここでいう「進み角」は、インバータ１４０がステータ巻線に印加するモータ印加電圧と、図示しないステータ巻線に誘起されるモータ誘起電圧との間の位相差である。なお、モータ印加電圧がモータ誘起電圧よりも進んでいるときに「進み角」は正の値をとる。

キャリア比較部１５０には、進角制御された進角位相θ_ｖ、直流印加電圧値Ｖ_ｄｃ、及び電圧指令Ｖ_ｍ１、Ｖ_ｍ２の振幅値である電圧振幅指令Ｖ^*が入力される。キャリア生成部１３６は、進角位相θ_ｖに基づいてキャリアを生成する。キャリア比較部１５０は、キャリア、直流印加電圧値Ｖ_ｄｃ及び電圧振幅指令Ｖ^*に基づいて、ＰＷＭ信号Ｑ_１、Ｑ_２、Ｑ_３、Ｑ_４を生成する。

図４に示されているように、キャリア生成部１３６は、キャリア周波数設定部１３６ａを有する。キャリア周波数設定部１３６ａでは、キャリアの周波数であるキャリア周波数ｆｃ［Ｈｚ］が設定され、進角位相θ_ｖに同期したキャリア信号が生成されて、そのキャリア信号がキャリア比較部１５０に出力される。キャリア周波数設定部１３６ａの矢印の先には、キャリア信号の波形の一例として、“０”と“１”との間を上下する三角波キャリアが示されている。なお、インバータ１４０に対するＰＷＭ制御には、同期ＰＷＭ制御と非同期ＰＷＭ制御とがあるが、非同期ＰＷＭ制御の場合には進角位相θ_ｖにキャリア信号を同期させる必要はない。

図４に示されているように、キャリア比較部１５０は、絶対値演算部１５１と、除算部１５２と、乗算部１５３と、乗算部１５４と、加算部１５５Ａと、加算部１５５Ｂと、比較部１５６Ａと、比較部１５６Ｂと、出力反転部１５７Ａと、出力反転部１５７Ｂとを備える。

絶対値演算部１５１は、電圧振幅指令Ｖ^*の絶対値｜Ｖ^*｜を演算する。
除算部１５２は、絶対値｜Ｖ^*｜を、電圧センサ１３１によって検出された直流印加電圧値Ｖ_ｄｃで除算する。電源として電池１２０を用いる場合、バッテリ電圧が変動するが、電圧センサ１３１の検出値で除算することにより、バッテリ電圧の低下によってモータ印加電圧が低下しないように変調率を増加させることができる。なお、図１では、電圧センサ１３１によって直流印加電圧値Ｖ_ｄｃを検出するようにしているが、電池１２０が商用電源に接続されている場合等、電池１２０の出力電圧が安定している場合には、電圧センサ１３１の検出値を使用せずに、内部で生成した値が使用されてもよい。

乗算部１５３は、進角位相θ_ｖの正弦値を演算し、その正弦値を、除算部１５２からの出力に乗算する。
乗算部１５４は、乗算部１５３からの出力に－１を乗算する。
加算部１５５Ａは、乗算部１５３からの出力に１を加算する。
加算部１５５Ｂは、乗算部１５４からの出力に１を加算する。

ここで、加算部１５５Ａの出力は、スイッチング素子１４１、１４２、１４３、１４４のうち、スイッチング素子１４１、１４２を駆動するための正側電圧指令Ｖ_ｍ１として比較部１５６Ａに入力される。
加算部１５５Ｂの出力は、スイッチング素子１４３、１４４を駆動するための負側電圧指令Ｖ_ｍ２として比較部１５６Ｂに入力される。

比較部１５６Ａの出力は、スイッチング素子１４１へのＰＷＭ信号となり、比較部１５６Ａの出力を反転した出力反転部１５７Ａの出力はスイッチング素子１４２へのＰＷＭ信号となる。
同様に、比較部１５６Ｂの出力は、スイッチング素子１４３へのＰＷＭ信号となり、比較部１５６Ｂの出力を反転した出力反転部１５７Ｂの出力は、スイッチング素子１４４へのＰＷＭ信号となる。
出力反転部１５７Ａの存在により、スイッチング素子１４１とスイッチング素子１４２とが同時にオンすることはなく、出力反転部１５７Ｂの存在により、スイッチング素子１４３とスイッチング素子１４４とが同時にオンすることはない。

図５は、電圧指令Ｖ_ｍ１、Ｖ_ｍ２、ＰＷＭ信号及びモータ印加電圧の波形例を示すタイムチャートである。
図５（Ａ）は、位置センサ信号の波形と、ロータ１１１の基準位置からの角度であるロータ機械角θ_ｍとを示している。
図５（Ｂ）は、ロータ機械角θ_ｍを電気角に換算した基準位相θ_ｅを示している。
図５（Ｃ）は、出力電圧の進角位相θ_ｖを示している。
図５（Ｄ）は、加算部１５５Ａから出力される電圧指令Ｖ_ｍ１の波形と、加算部１５５Ｂから出力される電圧指令Ｖ_ｍ２の波形とが示されている。
図５（Ｅ）は、ＰＷＭ信号Ｑ_１、Ｑ_２、Ｑ_３、Ｑ_４を示している。図５（Ｄ）に示されている電圧指令Ｖ_ｍ１、Ｖ_ｍ２を使用することにより、図５（Ｅ）に示されるようなＰＷＭ信号Ｑ_１、Ｑ_２、Ｑ_３、Ｑ_４を生成することができる。
図５（Ｆ）は、インバータ１４０から出力される印加電圧を示す。図５（Ｅ）に示されているＰＷＭ信号Ｑ_１、Ｑ_２、Ｑ_３、Ｑ_４を使用して、インバータ１４０内のスイッチング素子１４１、１４２、１４３、１４４を制御することにより、図５（Ｆ）に示されているようなＰＷＭ制御された電圧パルス波形をモータ１１０に印加することができる。

ところで、ＰＷＭ信号を生成する際に使用する変調方式としては、バイポーラ変調及びユニポーラ変調が知られている。バイポーラ変調は、正又は負の電位で変化する電圧パルスを出力する。ユニポーラ変調は、電源半周期毎に正もしくは零の電位、又は負もしくは零の電位、即ち、正、零又は負の３つの電位で変化する電圧パルスを出力する。

上記図５に示されているＰＷＭ信号Ｑ_１、Ｑ_２、Ｑ_３、Ｑ_４の波形は、ユニポーラ変調によるものである。本実施の形態に係るモータ制御装置１３０としては、何れの変調方式を用いてもよい。なお、モータ電圧の波形をより正弦波に制御する必要がある用途では、バイポーラ変調よりも高調波含有率が少ないユニポーラ変調を採用することが好ましい。

次に、本実施の形態における進角制御について説明する。
図６は、キャリア生成部１３６及びキャリア比較部１５０への入力信号である進角位相θ_ｖを算出するための機能の構成を示すブロック図である。
図６に示されているように、進角位相θ_ｖを算出するための機能は、回転速度算出部１６０と、進角位相算出部１６１とによって実現可能である。回転速度算出部１６０及び進角位相算出部１６１は、図１に示されているプロセッサ１３５により実現される機能部である。

回転速度算出部１６０は、位置センサ１３３からの位置センサ信号に基づいて、モータ１１０の回転速度ω、及び、ロータ１１１の基準位置からの角度であるロータ機械角θ_ｍを電気角に換算した基準位相θ_ｅを算出する。
進角位相算出部１６１は、回転速度算出部１６０が算出した回転速度ω及び基準位相θ_ｅの情報に基づいて、進角位相θ_ｖを算出する。

図７は、進角位相θ_ｖの算出方法の一例を示す概略図である。
進角位相θ_ｖは、図７に示すように、回転数Ｎの増加に対して進角位相θ_ｖが増加する関数を用いて決定することができる。
なお、図７の例では、１次の線形関数により進角位相θ_ｖを決定しているが、これに限らず、回転数の増加に応じて進角位相θ_ｖが大きくなる関係であれば、何れの関数を用いてもよい。

なお、上述のように、図４に示されているキャリア比較部１５０、並びに、図６に示されている回転速度算出部１６０及び進角位相算出部１６１は、図１に示すプロセッサ１３５によって実現可能である。
プロセッサ１３５は、ＰＷＭ制御及び進角制御に関する各種演算を行う処理部である。メモリ１３７には、プロセッサ１３５によって読みとられるプログラムが保存される。メモリ１３７は、プロセッサ１３５が演算処理を行う際の作業領域としても使用される。

なお、プロセッサ１３５は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、又はＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）等と称されるものであってもよい。
また、メモリ１３７は、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ＲＯＭ）、ＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ ＥＰＲＯＭ）といった不揮発性又は揮発性の半導体メモリが一般的である。

図１に示されているように、モータ１１０が電動送風機１００に使用される場合、負荷トルクは、モータ１１０の負荷である羽根の回転数の増加によって増加すると共に、風路の径が広くなることでも増加する。
風路の径は、例えば、電気掃除機を例とした場合、吸込口の広さを表している。風路の径が広いとき、吸込口に何も接触していない場合は、風を吸い込む力が必要となるため、同一回転数で羽根が回転している場合には負荷トルクが大きくなる。一方、風路の径が狭いとき、吸込口が何かと接触し、塞がれている状態では、風を吸い込む力が必要なくなるため、同一回転数で羽根が回転している場合には負荷トルクは小さくなる。

次に、進角制御による効果について説明する。
まず、回転数の増加に応じて進角位相θ_ｖを増加させるようにすれば、回転数範囲を広げることが可能となる。進角位相θ_ｖを０とした場合には、モータ印加電圧とモータ誘起電圧とが釣り合う所で回転数が飽和する。回転数を更に増加させるためには、進角位相θ_ｖを進め、電機子反作用によるステータに発生させる磁束を弱めることでモータ誘起電圧を抑制し、回転数を増加させる。よって、進角位相θ_ｖを回転数に応じて選択することで、広い回転数領域を得ることが可能となる。

本実施の形態による進角制御を電気掃除機に適用する場合には、吸込口の塞ぎ状態の変化によらず、言い換えると、負荷トルクに関係なく、電圧指令を電池１２０の電圧に応じて決定し、回転速度の増加に応じて電圧指令の進み角である進角位相θ_ｖを増加させるようにすればよい。このように制御すれば、広い回転速度範囲において安定した駆動が可能となる。

次に、本実施の形態における電池１２０の電力を過不足なく使い切る手法について説明する。以下の説明では、電気掃除機が、本実施の形態に係る電動送風機１００を搭載した場合を想定して説明するが、本実施の形態に係る電動送風機１００を他の用途へ適用することを除外する趣旨ではない。

図８は、制御部１３４における動作を示すフローチャートである。
図８に示されているフローチャートは、電気掃除機の使用が終了した場合に開始される。ここでは、電気掃除機の使用は、電気掃除機を充電器から外した場合、言い換えると、電池１２０を充電器から外した場合に開始されるものとする。また、電気掃除機の使用は、電気掃除機を充電器にセットした場合、言い換えると、電池１２０を充電器にセットした場合に終了するものとする。

プロセッサ１３５は、電池１２０の残量が予め定められた閾値以下であるか否かを判断する（Ｓ１０）。
電池１２０の残量が減ってくると、電池１２０から供給される電圧が低下するため、プロセッサ１３５は、電圧センサ１３１で検出される電圧値に基づいて、電池１２０の残量を特定すればよい。ここでの閾値は、電池１２０に蓄えられている電力を使い切るために０又は０に近い値であることが望ましい。
電池１２０の残量が予め定められた閾値以下である場合（Ｓ１０でＹｅｓ）には、処理はステップＳ１１に進み、電池１２０の残量が予め定められた閾値を超えている場合（Ｓ１０でＮｏ）には、処理はステップＳ１３に進む。

ステップＳ１１では、プロセッサ１３５は、メモリ１３７に記憶されている前回使用終了時の電池の残量が予め定められた閾値以下であるか否かを判断する。
前回使用終了時の電池の残量が予め定められた閾値以下である場合（Ｓ１１でＹｅｓ）には、処理はステップＳ１２に進み、前回使用終了時の電池の残量が予め定められた閾値を超えている場合（Ｓ１１でＮｏ）には、処理はステップＳ１８に進む。

ステップＳ１２では、プロセッサ１３５は、次回使用時の消費電力を引き下げる。例えば、プロセッサ１３５は、モータ１１０の回転速度を予め定められた第１の速度だけ低下させることで、電池１２０から提供を受けて消費する電力を低下させる。
そして、処理はステップＳ１８に進む。

一方、ステップＳ１０で電池１２０の残量が予め定められた閾値を超えている場合（Ｓ１０でＮｏ）には、ステップＳ１３に進む。ステップＳ１３では、プロセッサ１３５は、今回の使用時間を特定する。例えば、プロセッサ１３５は、電池１２０が充電器から外された時間から、あらためて充電器に付けられるまでの時間を今回の使用時間としてカウントする。

次に、プロセッサ１３５は、メモリ１３７に記憶されている過去における使用時間を取得して、今回の使用時間と、過去における使用時間とにより、使用時間の平均値を算出する（Ｓ１４）。ここで、メモリ１３７には、少なくとも直近の２回の使用時間が記憶されているものとする。

次に、プロセッサ１３５は、ステップＳ１４で算出された使用時間の平均値が予め定められた閾値よりも小さいか否かを判断する（Ｓ１５）。
その平均値が予め定められた閾値よりも小さい場合（Ｓ１５でＹｅｓ）には、処理はステップＳ１６に進み、その平均値が予め定められた閾値以上である場合（Ｓ１５でＮｏ）には、処理はステップＳ１７に進む。

ステップＳ１６では、プロセッサ１３５は、次回使用時の消費電力を引き上げる。例えば、プロセッサ１３５は、モータ１１０の回転速度を予め定められた第２の速度だけ増加させることで、電池１２０から提供を受けて消費する電力を増加させる。そして、処理はステップＳ１７に進む。
ここで、ステップＳ１６における増分である第２の速度は、ステップＳ１２における低下分である第１の速度と同じであっても、異なっていてもよい。例えば、電気掃除機が使用中に電池１２０の残量が０になってしまうことは、使用者にとって大きな不利益となるため、ステップＳ１２の低下分である第１の速度は、ステップＳ１６における増加分である第２の速度よりも大きな値であることが望ましい。

ステップＳ１７では、プロセッサ１３５は、今回の使用時間をメモリ１３７に記憶する。そして、処理はステップＳ１８に進む。

ステップＳ１８では、プロセッサ１３５は、今回の電池１２０の残量をメモリ１３７に記憶する。

以上のように、図８に示されているフローチャートによれば、使用者が電気掃除機を使用している最中で、電池１２０の残量が予め定められた閾値以下になった場合、プロセッサ１３５は、使用者の部屋が広い、又は、使用者は掃除の速度が遅い等の要因から電気掃除機を長時間使用するつもりであると判断する。この場合、プロセッサ１３５は、次回からの使用時においてはモータ１１０の回転速度を低下させることで電池１２０の出力を抑え、電気掃除機の長時間使用が可能となる。

これに対して、電気掃除機の使用を終えた際に今回の使用時間を取得し、ある閾値の時間よりも短かった場合、プロセッサ１３５は、使用者の部屋が狭い、又は、使用者は掃除の速度が速い等の要因から電気掃除機を短時間使用するつもりであると判断する。この場合、プロセッサ１３５は、次回からの使用時においてはモータ１１０の回転速度を増加させることで電池１２０の出力を大きくし、強い吸引力による使用を促すことで使用終了時には電池の残量をちょうど０又は０に近い値にすることが可能となる。

なお、モータ１１０の回転速度の増減は、電圧指令の増減、又は、進角を進めるか、遅らせることで制御することができる。

図１１（Ａ）～（Ｃ）は、異なる使用者毎の使用時間に対して最適化された電池の出力を示した概略図である。
使用者の一般的な電気掃除機の使用時間に応じて、消費電力を調整することで、使用者毎に最適な出力を得ることができる。

図８に示されているフローチャートでは、ステップＳ１１において、前回も電池１２０の残量が予め定められた閾値以下であるか否かを判断しているが、このようなステップを省略してもよい。

図８のステップＳ１３では、プロセッサ１３５は、カウントを行うことで、今回の使用時間を特定しているが、本実施の形態は、このような例に限定されない。
例えば、メモリ１３７に、図９に示されているような、搭載されている電池１２０の電圧と使用時間との対応関係を示すグラフ等の使用時間情報を記憶しておき、電気掃除機を充電器から取り外した際（Ｔ１）に電圧センサ１３１で検出された電圧値と、それをあらためて充電器に取り付けた際（Ｔ２）に電圧センサ１３１で検出された電圧値とから、プロセッサ１３５が今回の使用時間を特定してもよい。図９に示されている例では、Ｔ２－Ｔ１で、今回の使用時間を特定することができる。

この場合、電池１２０が劣化していると、図１０に示されているように使用時間に対して電圧センサ１３１で検出される電圧値が小さくなる。このため、例えば、プロセッサ１３５は、予め定められた電圧Ｖ_ｓとなった場合に、予め定められた時間Δｔにおける、電圧の降下量ΔＶを算出することで、劣化具合に合わせて、電圧と時間との対応関係を示す使用時間情報を更新してもよい。この場合、電圧の降下量ΔＶ毎に、電圧と時間との対応関係を示す使用時間情報がメモリ１３７に記憶されているものとする。

なお、使用時間については、普段の使用と異なる例外が含まれる可能性がある。例えば物をこぼして一部分だけを掃除する場合、又は、普段の使用者でない者が使用する場合等がある。このような例外の使用時間の影響を受けないように、図８に示されているステップＳ１４では、今回の使用時間と、最低でも２回分以上の使用時間との平均値を算出している。なお、ステップＳ１４を行わずに、ステップＳ１３で特定された今回の使用時間を用いて、ステップＳ１５の判断が行われてもよい。

また、ステップＳ１３で取得された使用時間が、メモリ１３７に記憶されている前回の使用時間に対して、予め定められた第１の割合以上、又は、予め定められた第２の割合未満の場合には、取得した使用時間を例外として破棄し、処理が終了してもよい。ここで、例えば、第１の割合は２倍、第２の割合は２分の１とすればよい。

図８に示されているフローチャートでは、ステップＳ１２において、プロセッサ１３５は、予め定められた第１の速度分だけ、回転速度を低下させているが、回転速度の低下のさせ方は、このような例に限定されない。例えば、プロセッサ１３５は、予め定められた低下割合だけ、回転速度を低下させてもよい。
また、ステップＳ１６において、同様に、プロセッサ１３５は、予め定められた増加割合だけ、回転速度を増加させてもよい。
なお、低下割合及び増加割合は、同じ割合であってもよく、異なる割合であってもよい。例えば、上述のような、使用者の不利益を防止するためには、低下割合が、増加割合よりも大きな割合であることが望ましいと考えられる。

図８のステップＳ１６では、モータ１１０の回転速度を予め定められた第２の速度だけ増加させることで、消費電力を引き上げているが、本実施の形態は、このような例に限定されない。
例えば、モータ制御装置１３０は、電池１２０からの電流を検出する電流センサ（図示せず）をさらに備えることで、プロセッサ１３５が、その電流センサで検出された電流と、電圧センサ１３１で検出された電圧とにより、消費電力を算出することができ、その消費電力を積分することで、消費電力量を算出することができるようになる。この場合、プロセッサ１３５は、図８のステップＳ１６において、電池１２０に蓄えられている電力量と、消費電力量とから、余剰電力量を算出して、算出された余剰電力量が消費されるように、消費電力を引き上げることができる。

例えば、図１２（Ａ）～（Ｅ）は、余剰電力量を算出して、消費電力を引き上げる場合を説明するための概略図である。
図１２（Ａ）に示されているように、プロセッサ１３５は、電流センサで検出された電流と、電圧センサ１３１で検出された電圧とにより、その時々の消費電力を算出することができる。
そして、図１２（Ｂ）に示されているように、プロセッサ１３５は、算出された消費電力を積分することで、消費電力量を算出することができる。
また、図１２（Ｃ）に示されているような、電池１２０に蓄えられている電力量は、予めメモリ１３７に記憶されているものとする。
図１２（Ｄ）に示されているように、プロセッサ１３５は、電池１２０の電力量から消費電力量を差し引くことで、余剰電力量１７０を算出することができる。
そして、図１２（Ｅ）に示されているように、プロセッサ１３５は、余剰電力量１７０を、使用時間で除算することで、余剰電力量１７０を使い切るために引き上げる消費電力の増加分１７１を算出することができる。
以上から、プロセッサ１３５は、次回の使用時に、消費電力の増加分１７１に対応する速度だけ、モータ１１０の回転速度を増加させる。

次に、本実施の形態に係る電動送風機１００の適用例について説明する。
図１３は、本実施の形態に係る電動送風機１００を電気掃除機に適用した場合の構成の一例を示す概略図である。
電気掃除機１８０は、直流電源である電池１２０と、モータ１１０、ファン１１２及びモータ制御装置１３０を含む電動送風機本体１８１とを備える。さらに、電気掃除機１８０は、集塵室１８２と、センサ１８３と、吸込口体１８４と、延長管１８５と、操作部１８６とを備える。

電気掃除機１８０は、電池１２０を電源として電動送風機本体１８１を駆動し、吸込口体１８４から吸い込みを行い、延長管１８５を介して集塵室１８２へごみを吸引する。使用の際は、使用者は、操作部１８６を持ち、電気掃除機１８０を操作する。即ち、操作部１８６は、使用者からの指示の入力を受け付ける。

図１４は、操作部１８６の正面図である。
電気掃除機１８０は、図１４に示したような操作部１８６に、運転モードを切り替えるスイッチ１８６ａ、１８６ｂを搭載している。ここでは、運転モードを「強モード」に切り替えるためのスイッチ１８６ａと、「標準モード」に切り替えるためのスイッチ１８６ｂとが備えられている。「強モード」は、「標準モード」よりもモータ１１０の回転速度が高い運転モードである。

本実施の形態における、使用者の用途に合わせてこれら強モード及び標準モードの各々の出力を調整するモードを、「学習モード」とする。
言い換えると、「学習モード」が選択されると、プロセッサ１３５は、今回の使用時間に応じて、次回のモータ１１０の回転速度を変更し、「学習モード」が選択されていない場合には、そのような回転速度の変更を行わない。

図１４に示されている「学習」と示されているスイッチ１８６ｃが「学習モード」のオン（使用許可）及びオフ（使用不可）を切り替えるスイッチである。「学習モード」がオンにされると、表示部としてのＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）１８６ｄが点灯する。これにより、使用者は、学習モードで掃除を行っているかどうかを判断することができる。

以上のように、本実施の形態によれば、多種多様な使用者の用途に合わせて電池１２０の出力を制御することで、使用者は電池１２０を過不足なく使い切ることができる。これにより使用時間の長い人は最後まで電気掃除機１８０を使用することができ、使用時間の短い人にとっては高い吸引力による快適な掃除が可能となる。

以上の説明の通り、本実施の形態では、電動送風機１００の適用例として、電気掃除機１８０について説明したが、モータ１１０が搭載された他の電気機器にも適用することができる。モータ１１０が搭載された電動送風機１００は、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、又はＯＡ機器のような電動送風機を備えた機器である。

また、以上に記載した実施の形態では、電動送風機１００は、モータ１１０の回転速度を増減することにより、消費電力の増減を行っているが、本実施の形態は、このような例に限定されない。
例えば、プロセッサ１３５は、電動送風機１００を構成する１又は複数の部分（図示せず）への電力の供給を停止又は減少させることで、消費電力を引き下げてもよい。また、プロセッサ１３５は、電力の供給を停止又は減少されている１又は複数の部分への、電力の供給又は増加により、消費電力を引き上げてもよい。そのような１又は複数の部分には、例えば、図１３に示されている吸込口体１８４に設けられているローラ（図示せず）を駆動するための他のモータ（図示せず）、センサ１８３、又は、図１４に示されているＬＥＤ１８６ｄが含まれていてもよい。

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、構成の一部を省略又は変更することも可能である。

以上のように、本実施の形態によれば、使用者の用途に応じて、電池１２０の電力を消費することができる。

例えば、本実施の形態では、モータ１１０の回転速度を変えることで、消費電力を変えることができるため、使用者の用途に応じた時間、モータ１１０を使用した作業を行うことができる。

例えば、電池の残量が予め定められた閾値以下となった場合には、次回の使用時にモータ１１０の回転速度を低下させることで、より長い時間、モータ１１０を使用した作業を行うことができる。

なお、電池１２０の残量が予め定められた閾値以下となる場合が複数回続いたときに、モータ１１０の回転速度を低下させることで、通常の使用の仕方とは異なる使用の仕方をした場合に、モータ１１０の回転速度が変更されてしまうことを防止することができる。

なお、予め定められた速度だけ、回転速度を低下させることで、容易に、消費電力を引き下げることができる。

電池１２０の残量が予め定められた閾値を超えた場合に、モータ１１０の回転速度を増加させることで、使用者は、短時間で、効率的に、モータ１１０を使用した作業を行うことができる。

電池１２０の残量が予め定められた閾値を超えた場合には、モータ１１０の今回の使用時間を特定し、その今回の使用時間が、予め定められた閾値未満であるときに、モータ１１０の回転速度を増加させることで、使用者がモータ１１０を使用した作業時間に応じて、モータ１１０の出力を制御することができる。

モータの過去における使用時間の履歴を記憶しておき、電池１２０の残量が予め定められた閾値を超えた場合には、モータ１１０の今回の使用時間と、過去における使用時間との平均値が予め定められた閾値未満である場合に、モータ１１０の回転速度を増加させることで、通常の使用の仕方とは異なる使用の仕方をした場合に、モータ１１０の回転速度が変更されてしまうことを防止することができる。

また、今回の使用時間が、履歴に含まれている前回の使用時間に対して、予め定められた第１の割合以上、又は、予め定められた第２の割合未満の場合には、モータ１１０の回転速度を変更せず、かつ、今回の使用時間を履歴に含めないことで、通常とは異なる使用をした場合の影響を除去することができる。

電池が充電器から外されて、再度、充電器にセットされるまでの時間を、今回の使用時間として特定することで、頻繁に充電する使用者には、より短時間で効率的な使用を行うことができるようにすることができる。

モータ１１０の駆動を開始する際に検出された電圧値と、モータ１１０の駆動を終了する際に検出された電圧値とにより、今回の使用時間を特定することで、使用者の使用時間をカウントしておく必要がなくなり、プロセッサ１３５の処理負荷が軽減される。

モータ１１０の駆動の開始は、電池１２０が充電器から外されたときであり、モータ１１０の駆動の終了は、電池１２０が充電器にセットされるときとすることで、容易に今回の使用時間を特定することができる。

電圧値と、使用時間との対応関係を示す使用時間情報を参照して、今回の使用時間を特定することで、容易に今回の使用時間を特定することができる。

予め定められた時間を空けて検出された二つの電圧値の降下量から、使用時間情報を更新することで、より正確に、今回の使用時間を特定することができる。

予め定められた速度だけ、回転速度を増加させることで、容易に、消費電力を引き上げることができる。

電池１２０の残量が多くなるほど、回転速度が多く増加されるように、回転速度を増加させることで、使用者の使用方法に応じて、モータ１１０の回転速度を増加させることができる。

消費電力を変えさせるか否かを指示する操作部をさらに備えることで、消費電力の変更を望まない使用者にも対応することができる。

１００ 電動送風機、 １１０ モータ、 １１１ ロータ、 １２０ 電池、 １３０ モータ制御装置、 １３１ 電圧センサ、 １３２ ＡＤ変換器、 １３３ 位置センサ、 １３４ 制御部、 １３５ プロセッサ、 １３６ キャリア生成部、 １３６ａ キャリア周波数設定部、 １３７ メモリ、 １３８ 駆動信号生成部、 １４０ インバータ、 １５０ キャリア比較部、 １５１ 絶対値演算部、 １５２ 除算部、 １５３ 乗算部、 １５４ 乗算部、 １５５Ａ 加算部、 １５５Ｂ 加算部、 １５６Ａ 比較部、 １５６Ｂ 比較部、 １５７Ａ 出力反転部、 １５７Ｂ 出力反転部、 １６０ 回転速度算出部、 １６１ 進角位相算出部、 １８０ 電気掃除機、 １８１ 電動送風機本体、 １８２ 集塵室、 １８３ センサ、 １８４ 吸込口体、 １８５ 延長管、 １８６ 操作部。

Claims (19)

1. 電池から電力の供給を受けて、モータを駆動するインバータと、
   前記インバータを制御するプロセッサと、を備え、
   前記プロセッサは、前記モータの駆動を終了した際の前記電池の残量に応じて、前記電池を充電して前記モータを次回駆動する際に、前記モータの消費電力を変えること
   を特徴とするモータ制御装置。
2. 前記プロセッサは、前記モータの回転速度を変えることで、前記消費電力を変えること
   を特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
3. 前記プロセッサは、前記残量が予め定められた閾値以下である場合に、前記モータの回転速度を低下させること
   を特徴とする請求項２に記載のモータ制御装置。
4. 前記プロセッサは、前記残量が予め定められた閾値以下となる場合が複数回続いたときに、前記モータの回転速度を低下させること
   を特徴とする請求項２に記載のモータ制御装置。
5. 前記プロセッサは、予め定められた速度だけ、前記回転速度を低下させること
   を特徴とする請求項３又は４に記載のモータ制御装置。
6. 前記プロセッサは、前記残量が予め定められた閾値を超えた場合に、前記モータの回転速度を増加させること
   を特徴とする請求項２に記載のモータ制御装置。
7. 前記プロセッサは、前記残量が予め定められた閾値を超えた場合には、前記モータの駆動が開始されて、前記モータの駆動が終了するまでの時間である今回の使用時間を特定し、前記今回の使用時間が、予め定められた閾値未満であるときに、前記モータの回転速度を増加させること
   を特徴とする請求項２に記載のモータ制御装置。
8. 前記モータの過去における使用時間の履歴を記憶するメモリをさらに備え、
   前記プロセッサは、前記残量が予め定められた閾値を超えた場合には、前記モータの使用が開始されて、前記モータの使用が終了するまでの時間である今回の使用時間を特定し、前記今回の使用時間と、前記過去における使用時間との平均値を算出し、前記算出された平均値が、予め定められた閾値未満であるときに、前記モータの回転速度を増加させること
   を特徴とする請求項２に記載のモータ制御装置。
9. 前記プロセッサは、前記今回の使用時間が、前記履歴に含まれている前回の使用時間に対して、予め定められた第１の割合以上、又は、予め定められた第２の割合未満の場合には、前記モータの回転速度を変更せず、かつ、前記今回の使用時間を前記履歴に含めないこと
   を特徴とする請求項８に記載のモータ制御装置。
10. 前記プロセッサは、前記電池が充電器から外されて、再度、前記充電器にセットされるまでの時間を、前記今回の使用時間として特定すること
    を特徴とする請求項７から９の何れか一項に記載のモータ制御装置。
11. 前記電池から供給される電圧の電圧値を検出する電圧検出部をさらに備え、
    前記プロセッサは、前記モータの駆動を開始する際に前記電圧検出部で検出された電圧値と、前記モータの駆動を終了する際に前記電圧検出部で検出された電圧値とにより、前記今回の使用時間を特定すること
    を特徴とする請求項７から９の何れか一項に記載のモータ制御装置。
12. 前記モータの駆動の開始は、前記電池が充電器から外されたときであり、前記モータの駆動の終了は、前記電池が前記充電器にセットされるときであること
    を特徴とする請求項１１に記載のモータ制御装置。
13. 前記プロセッサは、電圧値と、使用時間との対応関係を示す使用時間情報を参照して、前記今回の使用時間を特定すること
    を特徴とする請求項１１又は１２に記載のモータ制御装置。
14. 前記プロセッサは、予め定められた時間を空けて、前記電圧検出部により検出された二つの電圧値の降下量から、前記使用時間情報を更新すること
    を特徴とする請求項１３に記載のモータ制御装置。
15. 前記プロセッサは、予め定められた速度だけ、前記回転速度を増加させること
    を特徴とする請求項６から１４の何れか一項に記載のモータ制御装置。
16. 前記プロセッサは、前記残量が多くなるほど、前記回転速度が多く増加されるように、前記回転速度を増加させること
    を特徴とする請求項６から１４の何れか一項に記載のモータ制御装置。
17. 前記電池と、
    前記モータと、
    前記モータに接続されたファンと、
    請求項１から１６の何れか一項に記載されたモータ制御装置と、を備えること
    を特徴とする電動送風機。
18. 請求項１７に記載された電動送風機を備えること
    を特徴とする電気掃除機。
19. 前記プロセッサに、前記消費電力を変えさせるか否かを指示する操作部をさらに備えること
    を特徴とする請求項１８に記載の電気掃除機。

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