JPS63249487A

JPS63249487A - 電気掃除機

Info

Publication number: JPS63249487A
Application number: JP62080950A
Authority: JP
Inventors: Haruo Oharagi; 春雄小原木; Kazuo Tawara; 田原　和雄; Tsunehiro Endo; 常博遠藤; Kunio Miyashita; 邦夫宮下; Hisanori Toyoshima; 久則豊島
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1987-04-03
Filing date: 1987-04-03
Publication date: 1988-10-17

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〕本発明は電気掃除機に係り、特にその駆・ｌ！Ｉ＋源と
なる電動機の速度制御装置に関する。

〔従来の技術〕

電気掃除機の駆動源にはファンと交流整流子機からなる
電動送風機が用いられている。しかし、ブラシと整流子
からなる機械的摺・肋を伴い、また最近の高速化による
小形軽量化指向で整流条件が厳しくなってブラシから火
花ｔ！：発生し、ブラシ寿命が短いと言う問題がある。

この対策として、特開昭６０−２４２８２７壮公報記載
のように、ブラシレス直流社動機を用いた′、、ｕ　＋
１＋送風機が提案されている。しかし、電気掃除機に適
したブラシレス直流電動機の速度制御方法については配
慮されていない。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来技術は電気掃除機に適したブラシレス直流電動
機の速度制御方法について配慮されておらず、電気掃除
機の負荷状態変化に対応できない問題があった。

本発明の目的は電気掃除機の負荷状態に応じてブラシレ
ス直流電動機の速度制御を行うことにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は電気掃除機の負荷状態をブラシレス直流電動
機の回転数と負荷電流とから判断し、この結果に基づい
てブラシレス直流電動機をインバータ制御装置で速度制
御すことにより、達成される。

〔作用〕

ブラシレス直流電動機は界磁に永久磁石を用いた同期電
動機であり、インバータ制御装置は前記電動機の回転数
と負荷電流とから電気掃除機の負荷状態を判断し、前記
電動機の重負荷及び軽負荷時にパワーセーブするように
、インバータ制御装置の通流率を変化させ、ブラシレス
直流電動機に加える電圧、もしくは電流を制御するよう
に動作する。それによって、電流掃除機がゴミを吸い込
んで仕事をしている以外はパワーセーブが行えるので省
電力が図れ、かつ静音化が図れる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図ないし第５図により説
明する。

第１図は本発明のブラシレス直流電動機とインバータ制
御装置からなる速度制御装置の全体構成を示したもので
ある。

インバータ制御装置１０は交流電源１４から整流回路１
５及び平滑コンデンサ１６より、図示の直流電圧Ｅ、を
得て、インバータ２０に供給するものである。

このインバータ２０は、トランジスタＴ　Ｒ１〜Ｔ　Ｒ
ｅと環流ダイオードＤ　ｔ　−Ｄ　ｅとから構成された
１２０度通電形インバータであり、その交流出力電圧は
、直流電圧Ｅ、の正電位側トランジスタＴＲ工〜ＴＲ３
の通流期間（電気角１２０度）がパルス幅変調を受けて
チョッパ動作をすることにより制御されるものとしてい
る。

ま球、１〜ランジスタＴ　Ｒ４〜ＴＲｏの共通エミッタ
端子と環流ダイオードＤ４〜ＤＢとの共通アノード晶子
間に低抵抗Ｒ１が接続されているものである。

ブラシレス直流電動機９は２他の永久磁石を界磁として
回転子９−２と電機子巻線９−１を挿入した固定子から
なり、電機子巻線９−１に流れる巻線電流は、前記低抵
抗Ｒ１にも流れるので、この低抵抗Ｒ１の電圧降下によ
って前記電動機９の負荷電流ｒｏを検出できることにな
る。

ブラシレス直流電動機９の速度を制御する制御回路は、
マイクロコンピュータ１３９回転子９−２の磁極位置を
ホール素子１１からの出力を受はイ検出する磁極位置検
出回路１２．低抵抗Ｒ１の電圧降下から負荷電流Ｔｏの
値を検出する電流検出回路１７．トランジスタＴ　Ｒｌ
〜ＴＲｅを駆動するペースドライバ１９．マイクロコン
ピュータ１３に基準となる速度を伝える速度指令回路１
７から構成されている。

磁極検出回路１２は、ホール素子１１からの出力を受け
て、回転子位置に対応した位置検出信号１２Ｓを形成す
る回路である。そして、この位置検出信号１２Ｓを用い
て、ブラシレス直流’＋２！１！ＩＩ機９の回転速度を
、マイクロコンピュータ１３において演算して求めるも
のである。

電流検出回路１７は、低抵抗Ｒ１の電圧降下を受けて負
荷電流ｒｏを検出し、Ａ／Ｄ変換器（図示せず）等によ
り電流検出信号１７Ｓを形成する回路である。

また、前記のマイクロコンピュータ１３は。

ＣＰＵ、ＲＯＭ及びＲＡＭ等から構成され、それぞれア
ドレスバス、データバス及びコントロールバス（図示せ
ず）によって接続されているものである。

そして、前記のＲＯＭは、ブラシレス直流電動機９を駆
動するのに必要な各種処理プログラム、例えば速度演算
処理、指令取り込み処理及び速度制御処理などに係るも
のが記憶されている。

一方、前記のＲＡＭは、前記の各種処理プログラムを実
行するに際して必要となる各種データを読み書きするた
めの記憶部からなるものである。

トランジスタＴ　Ｒ１〜ＴＲｅはマイクロコンピュータ
１３から点弧信号１３Ｓを受けてペースドライバ１９に
より駆動される。なお、電圧指令回路２１は後述するよ
うにチョッパ信号を形成するものである。すなわち、ブ
ラシレス直流電動機では、電機子巻線に流れる巻線電流
は、その電動機の出力トルクに対応し、巻線電流を回転
位に毎に制御することにより、出力トルクの連続制御が
可能となるものである。

第２図は駆動源にブラシレス直流電動機を用いた電気掃
除機の性能曲線を示したもので、横軸に電気掃除機内を
通る風量Ｑをとり、縦軸に電気掃除機の吸込性能を表す
吸込仕事率Ｐｏｕｔ　、電動機の回転数Ｎ及び負荷電流
Ｉｏを表したもので、最大動作点から最小動作点の範囲
が電気掃除機の動作範囲である。ところで、最大動作点
近傍は吸込口が被掃除面から離れた状態に相当し、この
時が最大の電力を必要とする。また、最小動作点近傍は
吸込口が床面に密着した状態に相当し、この時が最小の
電力となる。

ところで、電気掃除機の負荷状態は例えばタタミ、シュ
ウタン等の床面では軽くなり、吸込仕事率の最大近傍が
動作点となる。すなわち、実質的な動作範囲は吸込仕事
率が最大の点から最小動作点までの間である。また、最
小動作点近傍においては先に述べたように、吸口が床面
に密着した状態であるから、掃除機としての仕事はせず
、逆に吸口が床面から離れに＜＜、掃除しづらい面があ
った。

そこで、本発明は電力の有効利用を図るため、ユーザー
がゴミを吸って掃除している時はブラシレス直流電動機
をフル回転させ、それ以外はパワーセーブを行うことに
ある。

第３図は本発明のパワーセーブ機能を有する電気掃除機
の性能曲線を表わしたもので、横軸及び縦軸は第２図と
同様にて示してあり、鎖線は低出力開ループ制御により
パワーセーブを行った場合。

実線は高出力開ループ制御により速度制御を行った場合
を示している。すなわち、ブラシレス直流電動機の回転
数をインバータ制御装巴で最大動作点Ａまで上昇させ、
低出力開ループで速度制御を行う。この時、ブラシレス
直流電動機はパワーセーブ状態となり、回転数が低いの
で静音化が図られ、かつ省電力化が達成できる。次に、
開ループの速度制御を行っているので、負荷条件が変わ
ると（負荷が軽くなる方向）、ブラシレス直流′？ｒｉ
動機の負荷電流が小さくなる。負荷電流ＩＤが■２に減
少した時、低出力開ループ制御から高出力開ループ制御
に切り替え。ブラシレス直流電動機を風量に対し、実線
で示す回転数の変化する線上でフル回転させる。一方、
ブラシレス直流電動機の回転数が上昇してＮ１に達した
時にもパワーセーブ状態（低出力開ループ制御）に切り
替える。この状態では、今度はｉｐに負荷が重くなる方
向に負荷条件が変わると、ブラシレス直流電動機の負荷
電流ＩＯが大きくなる。負荷電流Ｉｎが■１に増加した
時、再度高出力開ループ制御に切り替え、先と同様にブ
ラシレス直流電動機をフル回転させる。

そして、ブラシレス直流電動機の回転数が減少してＮ２
に達した時に、パワーセーブ状態（低出力開ループ制御
）に切り替え、元の状態に戻る。

この結果、負荷状態検出センサ（風量センサ等）を用い
ずにセンサレスで負荷状態を判断でき、ユーザーが掃除
する時のみブラシレス直流電動機をフル回転させ、それ
以外はパワーセーブすることができ、掃除待機状態にお
いて、静音化、省電力化が図れる効果がある。

第４図は第３図の性能を達成するための制御回路をブロ
ック的に示した概略構成図である。図において、速度指
令回路１８より指令がマイクロコンピュータ１３に入力
されると、マイクロコンピュータ１３は指令取込処理を
行い、ゲインにでＫ　ｌ（低出力開ループ制御時のゲイ
ン）を最初選択し、電圧出力データを電圧指令回路２１
のｌ）　／　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、その出力がペー
スドライバ１９に入力され、ブラシレス直流電動機９に
印加される電圧（もしくは電流）が決定され、ブラシレ
ス直流電動機はパワーセーブ状態となる。

次に、マイクロコンピュータ１３は磁極位置検出回路１
２からの信号を受けて速度演算処理、電流検出回路Ｌ７
の信号を受けて電流演算処理を行い、その両者の結果か
ら切替判定を行って、掃除状態に入るとゲインに１をＫ
ｚ（高出力開ループ制御時のゲインでＫ　１　＜　Ｋ　
２　）に切り替え、ブラシレス直流電動機をフル回転さ
せる。

第５図は本実施例におけるマイクロコンピュータの処理
動作の順序を示したものである。

すなわち、起動待ちの状態を繰り返し、起動指令が入る
と、ブラシレス直流電動機を所定の回転数（最大動作点
の回転数）まで起動し、低出力開ループ制御に入ってパ
ワーセーブ状態となる。そして、負荷電流ＩＯが工０（
Ｉ　ｓ、　Ｉ　ｏ＞　Ｉ　２の関係にあれば、低出力開
ループ制御を継続する。次に、負荷電流ＩｎがＩｆ＜Ｉ
Ｑ＜Ｉ２の関係になると、高出力開ループ制御に入って
ブラシレス直流電動機がフル回転し、回転数ＮがＮ　１
　＜　Ｎ　＜　Ｎ　２の関係にあれば、高出力開ループ
制御を継続する。そして、回転数ＮがＮ　＞　Ｎ　１　
、　Ｎ　＜　Ｎ　ｘの関係になると、低出力開ループ制
御に入ってパワーセーブ状態となる。

したがって、本発明によれば、ユーザーがゴミを吸って
掃除している時はブラシレス直流電動機をフル回転させ
、それ以外の掃除待機状態ではパワーセーブ運転とする
ことにより、静音化、省電力化が図れる効果がある。

〔発明の効果〕

本発明によれば、電気掃除機の駆動源にインバータ制御
ブラシレス直流電動機を用い、負荷状態検出センサを用
いずにセンサレスで負荷状態を判断し、この負荷状態の
軽負荷及び重負荷時にパワーセーブを行うことにより、
掃除待機状態において、静音化、省電力化が図れる効果
がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係るブラシレス直流電動機
とインバータ制御装置からなる速度制御装置の全体構成
図、第２図は電気掃除機の性能曲線図、第３図はパワー
セーブ機能を備えた電気掃除機の性能曲線図、第４図は
制御回路をブロック的に示した概略構成図、第５図はマ
イクロコンピュータの処理動作を示す説明図である。９・・・ブラシレス直流電動機、１０・・・インバータ
制御装置、１１・・・ホール素子、１２・・・磁極位置
検出回路、１３・・・マイクロコンピュータ、１７・・
・電流検出回路、１８・・・速度指令回路、１９・・・
ベースド第　１　■ 第　２　図第　３　目＃童　ＱＬ（戦％ｉｎ　）第　５　目

Claims

【特許請求の範囲】１、駆動源にブラシレス直流電動機とインバータ制御装
置からなる速度制御装置を用いた電気掃除機において、前記インバータ制御装置の制御回路をマイロコンピュー
タ、電流検出回路、磁極位置検出回路及び速度指令回路
で構成すると共に、該マイクロコンピュータで前記ブラ
シレス直流電動機の負荷電流と回転数から掃除機の負荷
状態を演算し、その結果に基づいて該ブラシレス直流電
動機の重負荷及び軽負荷時の少なくとも一方をパワーセ
ーブするように、該ブラシレス直流電動機に加える電圧
、、しくは電流を制御するように構成したことを特徴と
する電気掃除機。２、前記特許請求の範囲第１項に記載のものにおいて、前記パワーセーブする手段として、速度制御を少なくと
も２つの開ループ制御とし、低出力開ループ制御をパワ
ーセーブとし、この時のブラシレス直流電動機の負荷電
流値によって高出力開ループ制御に切り替え、高出力開
ループ制御時のブラシレス直流電動機の回転数値によっ
て低出力開ループ制御に切り替えることを特徴とする電
気掃除機。