JPS63249489A - Vacuum cleaner - Google Patents

Vacuum cleaner

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Publication number
JPS63249489A
JPS63249489A JP62080952A JP8095287A JPS63249489A JP S63249489 A JPS63249489 A JP S63249489A JP 62080952 A JP62080952 A JP 62080952A JP 8095287 A JP8095287 A JP 8095287A JP S63249489 A JPS63249489 A JP S63249489A
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JP
Japan
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motor
speed
brushless
vacuum cleaner
inverter
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Pending
Application number
JP62080952A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
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
Yoshitaro Ishii
石井 吉太郎
Fumio Joraku
文夫 常楽
Shuji Watanabe
渡辺 修自
Hisanori Toyoshima
久則 豊島
Koichi Saito
幸一 斉藤
Wakichiro Hishi
菱 和吉郎
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
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  • Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)

Abstract

PURPOSE:To prevent resping noise by using an inverter-controlled brushless DC motor for a vacuum cleaner, controlling a closed loop speed, correcting a speed command from a load circuit, and delaying the timing of the correction amount. CONSTITUTION:An inverter controller 10 obtains a DC voltage Ed through a rectifier 15 and a smoothing condenser 16 from an AC power source 14, and drives a brushless DC motor 9 through an inverter 20. The speed controller of the motor 9 is composed of a microcomputer 13, a pole position detector 12 for a rotor 9-2, a load current ID detector 17, a base driver 19, a speed command circuit 18, etc. The controller 10 controls the motor 9 by a closed loop current on the basis of a speed command, and, the command is corrected according to load current value of the motor 9. Further, a correction amount corresponding to the load current value is delayed at its timing. Thus, the abrupt change of the rotating speed of the motor 9 can be suppressed.

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、特にその駆動源となる電動
機の速度制御装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a vacuum cleaner, and more particularly to a speed control device for an electric motor serving as a drive source for the vacuum cleaner.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

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
からなる機械的摺動を伴い、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
花を発生し、ブラシ寿命が短いと言う問題がある。
An electric blower consisting of a fan and an AC commutator is used as the drive source for a vacuum cleaner. However, it involves mechanical sliding between a brush and a commutator, and with the recent trend toward smaller size and lighter weight due to higher speeds, commutation conditions have become stricter, causing sparks to be generated from the brushes and resulting in a shortened brush life.

この対策として、特開昭60−242827号公報記載
のように、ブラシレス直流電動機を用いた電動送風機が
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。
As a countermeasure against this problem, an electric blower using a brushless DC motor has been proposed as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-242827. However, no consideration has been given to a speed control method for brushless DC motors suitable for vacuum cleaners.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

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、Wi電気
掃除機負荷状態変化に対応できない問題があった。
The above-mentioned conventional technology does not consider the speed control method of a brushless DC motor suitable for a vacuum cleaner, and has the problem of not being able to respond to changes in the Wi vacuum cleaner load state.

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
ス直流電動機の最適な速度制御を行うことにある。
An object of the present invention is to perform optimal speed control of a brushless DC motor depending on the load condition of a vacuum cleaner.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

上記目的は、ブラシレス直流電動機をインバータ制御装
置により、速度指令に基づいた閉ループ速度制御を行い
、さらに速度指令を該電動機の負荷電流値に応じて補正
すると共にこの補正量を時間的に遅らせることにより、
達成される。
The above purpose is to perform closed-loop speed control of a brushless DC motor using an inverter control device based on a speed command, further correct the speed command according to the load current value of the motor, and delay this correction amount in time. ,
achieved.

〔作用〕[Effect]

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
動機であるが、インバータ制御装置で前記電動機を速度
指令に基づいた閉ループ速度制御を行うと共に速度指令
を該電動機の負荷電流値に応じて補正することにより、
直巻特性化が図れる。
A brushless DC motor is a synchronous motor that uses a permanent magnet for the field, and an inverter control device performs closed-loop speed control of the motor based on a speed command, and also corrects the speed command according to the load current value of the motor. By this,
Direct winding characteristics can be achieved.

さらに、前記負荷電流値に応じた補正量を時間的に遅ら
せることにより、該電動機の回転数の急激な変化を抑え
られるので、掃除している時の回転数変化による騒音を
防止できる。
Furthermore, by temporally delaying the amount of correction according to the load current value, sudden changes in the rotational speed of the motor can be suppressed, thereby preventing noise caused by changes in the rotational speed during cleaning.

〔実施例〕〔Example〕

電気掃除機用電動機は従来から機械的なカーボンブラシ
を用いた交流整流子電動機が主に使用されている。しか
し、より以上の高速化、高性能化の要求に対して、イン
バータで駆動される前記ブラシを必要としない電動機も
提案されている。
Conventionally, AC commutator motors using mechanical carbon brushes have been mainly used as electric motors for vacuum cleaners. However, in response to demands for higher speeds and higher performance, electric motors that are driven by inverters and do not require the brushes have been proposed.

前記ブラシを具備せず、インバータで駆動できる電動機
としては、ブラシレス直流電動機を始めとして、誘導電
動機、リラクタンスモータ、更にはヒステリシスモータ
等があり、電気掃除機用電動機としていずれも使用する
ことが可能である。
Examples of electric motors that are not equipped with brushes and can be driven by an inverter include brushless DC motors, induction motors, reluctance motors, and even hysteresis motors, all of which can be used as vacuum cleaner motors. be.

本発明はこのようにいずれの電動機の駆動装置にも適用
可能なものであるが、本発明の実施例としては便宜上イ
ンバータで駆動するブラシレス直流電動機を例として説
明する。
Although the present invention is thus applicable to any electric motor drive device, for convenience, a brushless DC motor driven by an inverter will be described as an example of the present invention.

以下、本発明の一実施例を第1図〜第4図により説明す
る。
An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 to 4.

第2図は本発明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を示したも
のである。
FIG. 2 shows the overall configuration of a speed control device comprising a brushless DC motor and an inverter control device according to the present invention.

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Edを
得て、インバータ20に供給するものである。
The inverter control device 10 connects the AC power source 14 to the rectifier circuit 1.
5 and the smoothing capacitor 16, the DC voltage Ed shown in the figure is obtained and supplied to the inverter 20.

このインバータ20は、トランジスタT R1〜T R
eと還流ダイオードD s = 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E4の正電位側トランジスタT Rs〜T
 Ra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することにより制御されるものとし
ている。
This inverter 20 includes transistors TR1 to TR
This is a 120 degree conduction type inverter consisting of a freewheeling diode D s = De
It is assumed that the conduction period (120 electrical degrees) of Ra is controlled by chopper operation under pulse width modulation.

また、トランジスタT R4〜TRBの共通エミッタ端
子と環流ダイオードD4〜Daとの共通アノード端子間
に低抵抗R1が接続されているものである。
Furthermore, a low resistance R1 is connected between the common emitter terminals of the transistors TR4 to TRB and the common anode terminals of the freewheeling diodes D4 to Da.

ブラシレス直流電動機9は2極の永久磁石を界磁とした
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IQを検出できることにな
る。
The brushless DC motor 9 consists of a rotor 9-2 whose field is a two-pole permanent magnet and a stator into which an armature winding 9-1 is inserted, and the winding current flowing through the armature winding 9-1 is as follows. Since the voltage also flows through the low resistance R1, the load current IQ of the motor 9 can be detected by the voltage drop across the low resistance R1.

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13.回転子9−2の磁極位置を
ホール素子11からの出力を受けて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Ioの
値を検出する電流検出回路17.トランジスタT R1
”−T Re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17から構成されている。
The control circuit that controls the speed of the brushless DC motor 9 is
Microcomputer 13. A magnetic pole position detection circuit 12 that receives the output from the Hall element 11 and detects the magnetic pole position of the rotor 9-2. Current detection circuit 17 that detects the value of load current Io from the voltage drop across low resistance R1. Transistor T R1
A pace driver 19 that drives the ``-T Re'' is composed of a speed command circuit 17 that transmits a reference speed to the microcomputer 13.

磁極位置検出回路12はホール素子11からの出力を受
けて1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、ブラシレス直流電動機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。
The magnetic pole position detection circuit 12 is a circuit that receives the output from the Hall element 11 and forms a position detection signal 12S corresponding to one rotor position. Then, using this position detection signal 12S, the rotational speed of the brushless DC motor 9 is calculated and determined by the microcomputer 13.

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Io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。
The current detection circuit 17 is a circuit that detects the load current Io in response to a voltage drop across the low resistance R1, and forms a current detection signal 17S using an A/D converter (not shown) or the like.

また、前記のマイクロコンピュータ13は、CPU、R
OM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。
Further, the microcomputer 13 includes a CPU, R
It is composed of OM, RAM, etc., and is connected to each other by an address bus, a data bus, and a control bus (not shown).

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わる
ものが記憶されている。
The ROM stores various processing programs necessary to drive the brushless DC motor 9, such as speed calculation processing, command acquisition processing, speed control processing, and the like.

一方、前記のRAMは、iw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。
On the other hand, the RAM mentioned above is composed of a storage section for reading and writing various data required when executing various processing programs described in iw.

トランジスタT Rs ” T Ra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。
The transistor T Rs '' T Ra receives an ignition signal 13S from the microcomputer 13 and is driven by the pace driver 19.The voltage command circuit 21 forms a chopper signal as described later.

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
線電流を回転子位置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。
In other words, in a brushless DC motor, the winding current flowing through the armature winding corresponds to the output torque of the motor, and by controlling the winding current for each rotor position, continuous control of the output torque is possible. It is something.

第1図は本発明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って速度指令Nネを
出力する。この速度指令N串を電圧指令回路21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、その出力がペースドライバ1
9に入力され、ブラシレス直流電動機9に印加される電
圧が決定される。そして、磁極位置検出回路12からの
信号12Sを受けてマイクロコンピュータ13で速度演
算処理を行い、回転数Nを算出し、指令値N傘とつき合
わせる構成としている。この結果、ブラシレス直流電!
I!jJ機9は常に速度指令N傘どうりになるように制
御される。
FIG. 1 is a schematic block diagram showing the control circuit of the present invention. In the figure, when a command is input from the speed command circuit 18 to the microcomputer 13, the microcomputer 13 performs a command acquisition process and outputs a speed command N. This speed command N skewer is converted to D/ of the voltage command circuit 21.
This output is input to the A converter, this output is compared with the output of the triangular wave generation circuit by a comparator, and the output is the pace driver 1.
9 and the voltage applied to the brushless DC motor 9 is determined. Then, upon receiving the signal 12S from the magnetic pole position detection circuit 12, the microcomputer 13 performs speed calculation processing, calculates the number of rotations N, and compares it with the command value N. As a result, brushless DC power!
I! The JJ machine 9 is always controlled to follow the speed command N.

さらに、電流検出回路17の出力17Sをマイクロコン
ピュータ】−3に入力し、マイクロコンピュータ13で
負荷電流IOを演算して基準値IDIとの差(Ior−
Io)を求め、ゲインにでΔNを算出し、遅延処理を行
って速度指令N傘と加算する構成としている。この結果
、ブラシレス直流電動機9は負荷変化に対応した負荷電
流Ioの値によって速度指令N−が時間的に遅れて補正
され、この新しい速度指令N−+ΔNに基づいて閉ルー
プ速度制御で運転されるので、回転数が負荷電流Inの
減少と共に増加して直巻特性化が図れ、かつ急激な回転
数変化を防止できるので、騒音を抑え、吸込性能を向上
した電気掃除機が得られる。
Furthermore, the output 17S of the current detection circuit 17 is input to the microcomputer ]-3, the microcomputer 13 calculates the load current IO, and calculates the difference (Ior-3) from the reference value IDI.
Io) is calculated, ΔN is calculated using the gain, delay processing is performed, and the result is added to the speed command N. As a result, the speed command N- of the brushless DC motor 9 is corrected with a time delay depending on the value of the load current Io corresponding to the load change, and the brushless DC motor 9 is operated under closed-loop speed control based on this new speed command N-+ΔN. Since the rotational speed increases as the load current In decreases, a series winding characteristic can be achieved, and sudden changes in the rotational speed can be prevented, a vacuum cleaner with suppressed noise and improved suction performance can be obtained.

第3図は本発明の速度制御装置でブラシレス直流電動機
を駆動した電気掃除機の性能曲線を示し、横軸に電気掃
除機内を通る風の風量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P。uty電動機の回転数及び
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。これより、ブ
ラシレ、ス直流電動機が風ff1Qの変化に対し直巻特
性化となっている。
Figure 3 shows the performance curve of a vacuum cleaner in which a brushless DC motor is driven by the speed control device of the present invention.The horizontal axis represents the air volume Q passing through the vacuum cleaner, and the vertical axis represents the suction performance The suction power P. Uty represents the rotational speed and load current Io of the electric motor, and the range from the maximum operating point to the minimum operating point is the operating range of the vacuum cleaner. From this, the brushless direct current motor has series winding characteristics with respect to changes in the wind ff1Q.

第4図は吸口の状態変化に対する回転数の変化を示した
もので、鎖線は遅延処理なし、実線は本発明の遅延処理
ありの場合である。これより、遅延回路なしでは負荷状
態によって時間tに対して電動機回転数Nが急激に変動
しくユーザーが吸口を前後に動かして掃除している時)
、この時に回転数変化によって音が波うつ耳障りな騒音
を発生する。これに対し、遅延回路ありでは時間りに対
して回転数の変化が遅れ、急激な回転数変動を抑えるこ
とができるので、耳障りな騒音を防止できる効果がある
FIG. 4 shows changes in the rotational speed with respect to changes in the state of the mouthpiece, where the chain line shows the case without delay processing and the solid line shows the case with delay processing of the present invention. From this, without a delay circuit, the motor rotation speed N would fluctuate rapidly with respect to time t depending on the load condition (when the user is cleaning by moving the suction mouth back and forth)
At this time, the sound waves as the rotation speed changes, creating a harsh noise. On the other hand, with a delay circuit, the change in rotational speed is delayed with respect to time, and rapid fluctuations in rotational speed can be suppressed, which has the effect of preventing harsh noise.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

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、速度指令に基づいた閉ル
ープ速度制御を行い、さらに速度指令を負荷電流に応じ
て補正すると共にその補正量を時間的に遅らせることに
より、急激な回転数変動を抑えられるので、耳障りな騒
音の発生をなくした電気掃除機が得られる効果がある。
According to the present invention, an inverter-controlled brushless DC motor is used as the drive source of the vacuum cleaner, closed-loop speed control is performed based on a speed command, and the speed command is corrected according to the load current, and the amount of correction is changed over time. By delaying the rotation speed, rapid fluctuations in the rotation speed can be suppressed, which has the effect of providing a vacuum cleaner that does not generate harsh noise.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明のブラシレス直流電動機駆動用の制御回
路をブロック的に示した概略構成図、第2図は本発明に
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3図は電気掃除機の性
能曲線図、第4図は吸口の状態変化に対する回転数の変
化を示したものである。 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、18・・
・速度指令回路、19・・・ペースドライバ、20・・
・インバータ、21・・・電圧指令回路。 亭2図
FIG. 1 is a schematic block diagram showing a control circuit for driving a brushless DC motor according to the present invention, and FIG. 2 is an overall configuration diagram of a speed control device comprising a brushless DC motor and an inverter control device according to the present invention. FIG. 3 is a performance curve diagram of the vacuum cleaner, and FIG. 4 shows changes in the rotational speed with respect to changes in the state of the suction port. 9... Brushless DC motor, 10... Inverter control device, 11... Hall element, 12... Magnetic pole position detection circuit, 13... Microcomputer, 18...
・Speed command circuit, 19... Pace driver, 20...
- Inverter, 21...voltage command circuit. Pavilion 2

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、駆動源に電動機とこれを可変速する速度制御装置を
用いた電気掃除機において、 前記速度制御回路はマイクロコンピュータ、速度検出回
路、電流検出回路及び速度指令回路を含み、前記マイク
ロコンピュータで前記電動機を速度制御するように構成
すると共に、この速度指令を負荷電流値で補正し、かつ
この補正に時間遅れをもたせ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項記載のものにおいて、 前記電動機はブラシレス直流電動機であり、速度制御装
置はインバータ制御装置による閉ループ速度制御である
ことを特徴とする電気掃除機。
[Claims] 1. In a vacuum cleaner using an electric motor as a drive source and a speed control device for variable speeding the electric motor, the speed control circuit includes a microcomputer, a speed detection circuit, a current detection circuit, and a speed command circuit. . A vacuum cleaner characterized in that the microcomputer is configured to control the speed of the electric motor, the speed command is corrected by a load current value, and this correction has a time delay. 2. The vacuum cleaner according to claim 1, wherein the electric motor is a brushless DC motor, and the speed control device is a closed-loop speed control using an inverter control device.
JP62080952A 1987-04-03 1987-04-03 Vacuum cleaner Pending JPS63249489A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02174547A (en) * 1988-12-23 1990-07-05 Matsushita Electric Works Ltd Dc brushless motor

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02174547A (en) * 1988-12-23 1990-07-05 Matsushita Electric Works Ltd Dc brushless motor

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