JPH02237492A

JPH02237492A - 電動送風機

Info

Publication number: JPH02237492A
Application number: JP1053571A
Authority: JP
Inventors: Hirotaka Kawasaki; 啓宇川崎; Yoshihiro Noguchi; 善弘野口
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1989-03-06
Filing date: 1989-03-06
Publication date: 1990-09-20
Anticipated expiration: 2011-09-04
Also published as: JP2531779B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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。

［従来の技術コ第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じて供給される．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に流れる負荷電流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
Ｆ！！１１２によりＡ／Ｄ変換されて前記のマイクロコ
ンピュータ１０へ入力される．マイクロコンピュータ１
０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１ｏ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ＩＤ，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がらの信号を受けて、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＊＋Δ
Ｎ−Ｎを電圧指令回路１４のＡ／Ｄ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夕で比較
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．この上うな制御方
法を直巻化制御と呼んでいる。

上述の直巻化Ｍ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で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ＩＤ，を
基準として、風ｉＱの変化に対応して負荷電流ＩＤが減
少した分（ＩＤ１１Ｄ）から速度補正分ΔＮを求め、風
量Ｑが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
吸込口を掃除対象く例えば床面）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ＪＬＱ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が最大となる時
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
ができ、電気掃除機に適用したぱあいには、掃除を行う
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コ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．［作用コ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
例を示す回路図で、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
されてプラシレス電動機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２ｌを回転させて送風力として出力される．〃郵し信号伝達される．インバータ回路２０は、モスフェット
（ＭＯＦＥＴ）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図のもののようにハイボ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■を検出するための抵抗で、２４はオペレーション
アンプＯＰ，と抵抗Ｒｌ，Ｒ２，Ｒ，，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
ＯＰ．抵抗Ｒ，，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２３，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ＯＰ，と抵抗Ｒａ　，　Ｒ９　，　ＲＩＯＩ
　Ｒｌｌ及びコンデンサＣ２で構成された電流制御回路
である。２９は三角波発生器で、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ｌとの電圧の大小を比較し２値出力を出すコンバレー
夕である．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ａｌｌ５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のモスフエット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■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で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Ｉ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以下の低周波域ではゲインがＲ６
／？５でフラットな特性となり、折点Ａ＠−越える高周
波域では−２０　（ｄＢ）／１　０　（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
直流成分だけ奪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から出方される電流指令値一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以下の低周波域−２０　（ｄＢ）／１０　（ｒａｄ／
ｓ）の傾きで減衰し、折点Ｂを越える高周波域ではゲイ
ンがＲ■！／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工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ズｏｐ．．の能力やコンデンサ
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ｌは三角波発生器２９の三角波信号ｋとコン
バレータ３０において比較され、信号１が三角波信号ｋ
より大きければ゛Ｈ゜゛が、逆に信号ｌ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へ電力が供給され、“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■の平均値が電流指令値一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
値が電流指令値一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工の平均値は常に
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とは個別に構成しても、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一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
Ｒｌ５の組合わせでフィルタ特性が決まり、抵抗Ｒｌ２
．Ｒ１３＋コンデンサＣ，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ｌ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ｌ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、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
フィ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
交流電源、５はブラシレス電動機、６は電機子巻線、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は三角波発生器、３０はコンパレー夕、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．代理人　大　岩　増　雄（他２名）第１図第２図第図第４図第図第図ＨαＣ−リ手続補正書（自発）１．事件の表示早持願喀１−０５３５７１号２．発明の名称電動送風機３．補正をする者事件との関係　特許出願人住　所　　　　東京都千代田区丸の内二丁目２番３号名
　称　　（６０１）三菱電機株式会社代表者志岐守哉４．代理人（３！！絡先０３（２１３）３４２１待許部）５．補正
の対象《１》，明細書の発明の詳細な説明の欄。（２）．図面．６．補正の内容（！）．明細書の第４頁第１４行目のｒＡ／Ｄ変換」の
記載をｒＤ／Ａ変換」と補正する。（２）．明細書の第９頁第４行目の「モスフェット（Ｍ
ＯＦＥＴ）Ｊの記載を「電界効果トランジスタ（ＭＯＳ
　　ＦＥＴ）」と補正する．（３》．明細書の第９頁第
７行目の「ハイボーラトランジスタ」の記載を「バイボ
ーラトランジスタ」と補正する．（４）．明細書の第１０頁第１０行目の「モスフエット
」の記載を「電界効果トランジスタ」と補正する．（５）．図面における第１図と第５図をそれぞれ別紙の
とおり補正する．以上

Claims

【特許請求の範囲】

（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、上記電流指令回路
の電流指令値と、上記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とが一致するように
上記インバータ回路へ流れる電流値の平均値を制御すべ
く、上記電流検出回路又は電流制御回路にフィルタ回路
を具備させたことを特徴とする電動送風機。
（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、上記電流指令回路
の電流指令値と、上記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とが一致するように
上記インバータ回路へ流れる電流値の平均値を制御すべ
く、上記電流制御回路を比例・積分回路としたことを特
徴とする電動送風機。