JPWO2009047831A1 - モータ制御装置、電気掃除機及び手乾燥装置 - Google Patents

Abstract

火花発生の検出を安価な構成で実現でき、寿命末期時の異常過熱による発煙・発火を防止する電気掃除機を提供する。整流子１１ｆとブラシ１１ｊとを有するモータ７に流れる電流を検出する電流検出部３ａと、電流検出部３ａの出力を整流する整流部３ｂと、整流部３ｂの出力をデジタル値としてサンプリングするＡ／Ｄ変換部３ｃと、Ａ／Ｄ変換部３ｃによりサンプリングされたデジタル値が第１の閾値を超えたときに、モータ７に異常火花が発生したと判断する火花判断手段４と、火花判別手段４により異常火花と判断されたときにモータ７への電源供給を遮断し運転を停止させる駆動手段５とを備えた。

Description

本発明は、整流子とブラシとを有するモータを制御するモータ制御装置、それを搭載した電気掃除機及び手乾燥装置に関するものである。

従来のモータ制御装置は、例えば、ファンと整流子モータからなる電動送風機、整流子モータに流れる電流を検出する電流センサ、ハイパスフィルタ等を有し、商用電源電圧のゼロクロスを基点とする所定のタイミングから所定周期で電流センサの出力をＡ／Ｄ変換器でサンプリングし、前回サンプリングした電圧と今回サンプリングした電圧とを比較し、商用電源から供給される１周波数内で変化する電圧の大小変化が連続的に変化していればスパーク（以下、「火花」という）が発生していないと判断し、電圧の大小変化が不連続の場合には、火花が発生していると判断する（例えば、特許文献１参照）。

特開２００１−１３６７８０号公報

前述した従来のモータ制御装置では、ノイズ成分を抽出するように構成されているので、本来の測定ノイズ成分以外の外来ノイズも測定することになり、このため、火花発生の誤判断をする恐れがあり、火花判断の精度が低くなるという課題があった。

また、所定のタイミングから所定のサンプリング周期でサンプリングするように構成されているが、サンプリング周期はＡ／Ｄ変換器のＡ／Ｄ変換時間以上である必要があるため、火花判断の精度を高くするためにサンプリング周期を小さくすると、火花の発生を判断するためのデータ処理や、他のプロセスの処理ができるようにするために、結果的に処理速度が速い高性能なマイコン等が必要となり、コストが高くなるという課題があった。特に電源から供給される電流の１周期における変化をハイパスフィルタにより抽出する従来技術ではこの課題が顕著となる。

つまり、火花発生の判断を電源から供給される電流の１周期における変化をハイパスフィルタにより抽出する従来技術では、今回測定と前回測定とを比較するサンプリング周期を、少なくとも火花によるノイズ成分の大小の差が生ずる電源から供給される電流の１周波数よりさらに非常に短い時間の範囲内である必要があり、Ａ／Ｄ変換器の変換速度及びこの信号を処理して火花発生の判断をする処理速度が速い高性能なマイコン等が必要となり、コストが高くなるという課題があった。

また、サンプリング周期が小さい場合には今回測定と前回測定との差は、火花発生によるノイズ成分のみの小さな値となるために、Ａ／Ｄ変換器は高分解能又は高精度のものが必要となり、コストが高くなるという課題があった。

加えて従来のモータ制御装置は、火花を検出してその発生時にモータの回転を低下させるなどの制御により火花発生を抑制するだけのものであるため、ブラシ摩耗によるモータの寿命末期が近づくと、頻繁にモータの回転が低下し、低い能力での吸込みしかできず、使用者に製品故障と受け取られかねないという課題があった。

また、頻繁に火花が発生するような、ブラシ摩耗によるモータの寿命末期時には、火花を抑制してはいるもののモータは回転を続けているので、完全に火花を除去することができず、整流子が過熱してモータの巻線被覆の溶融などに伴う発煙・発火が生じるという課題もあった。

本発明は、前記のような課題を解決するためになされたもので、火花発生の検出を安価な構成で実現でき、寿命末期時の異常過熱による発煙・発火を防止することができ、さらには、フトン圧縮袋吸込時、隙間ノズル装着時等の風量負荷が急変しやすい状況においても、火花による電流変動と区別することができ、火花判断精度が向上したモータ制御装置、電気掃除機及び手乾燥装置を提供することを目的とする。

本発明に係るモータ制御装置は、整流子とブラシとを有するモータに流れる電流を検出する電流検出手段と、電流検出手段の出力を整流する整流手段と、整流手段の出力をデジタル値としてサンプリングするＡ／Ｄ変換手段と、Ａ／Ｄ変換手段によりサンプリングされたデジタル値が第１の閾値を超えたときに、モータに異常火花が発生したと判断する火花判断手段と、火花判別手段により異常火花と判断されたときにモータへの電源供給を遮断し運転を停止させる駆動手段とを備えたものである。

本発明によれば、整流子とブラシとを有するモータに流れる電流を検出し、この検出電流をデジタル値としてサンプリングし、デジタル値が第１の閾値を超えたときに、モータに異常火花が発生していると判断して、モータへの電源供給を遮断し運転を停止させるようにしたので、異常火花の検出を精度良く、安価な構成で実現でき、寿命末期時の異常過熱による発煙・異臭を防止することが可能になる。

本発明の実施の形態１に係るモータ制御装置の構成を示すブロック図である。 商用電源の電圧を示す波形図である。 本発明の実施の形態１における火花検出手段の電流検出部及び整流部の出力を示す波形図である。 本発明の実施の形態１における火花検出手段のＡ／Ｄ変換部の検出タイミングを示す図である。 本発明の実施の形態１における電動送風機のモータの概略回路、及び火花とモータ電流との関係を示す図である。 本発明の実施の形態１における電流検出部の出力を整流部により整流した電流の波形図である。 図６に示す整流電流をＡ／Ｄ変換部でサンプリングしたときの状態を示す図である。 本発明の実施の形態２を示す電気掃除機の概略構成図である。 電動送風機の構成を示す縦断面図である。 本発明の実施の形態３を示す手乾燥装置の外観斜視図である。

符号の説明

１ 商用電源、２ モータ制御装置、３ 火花検出手段、３ａ 電流検出部、３ｂ 整流部、３ｃ Ａ／Ｄ変換部、４ 火花判断手段、５ 駆動手段、６ 報知手段、７ モータ、１０ 電気掃除機本体、１１ 電動送風機、１１ｅ 電機子、１１ｆ 整流子、
１１ｇ 固定子、１１ｉ 排気口 １１ｊ ブラシ、１１ｋ スプリング、１１ｍ 回転軸、１２ 集塵室、１３ 吸入口、１４ ホースユニット、１５ ホース、１６ 接続部、１７ 手元ハンドル、１８ 延長管、１９ 床用吸込具、２０ 排気口、３０ 本体ケース、３１ 高圧空気流発生部、３２ 水受部、３３ 手挿入部、３４ エアーノズル、３５ 吸込口、３６ 排水孔、３７ 導水枠、３８ 水受け板、３９ ドレン容器、
Ｉｍ モータ電流、Ｖａ 火花電圧、Ｖｓ 商用電源電圧、Ｚｍ インピーダンス。

実施の形態１．
まず、本発明のモータ制御装置により制御される電動送風機について図９を用いて説明する。図９は電動送風機の構成を示す縦断面図である。
図９に示す電動送風機１１は、ファンカバー１１ａ、ファンカバー１１ａの中心部に設けられた吸気口１１ｂ、回転軸１１ｍに取り付けられたファン１１ｃ、案内羽根１１ｄ、回転軸１１ｍに固着された電機子１１ｅ及び整流子１１ｆ、固定子１１ｇ、モータフレーム１１ｈ、このモータフレーム１１ｈに設けられた排気口１１ｉ、カーボン製のブラシ１１ｊ、このブラシ１１ｊを整流子１１ｆに押し付けるスプリング１１ｋより構成されている。

このように構成された電動送風機１１に電力が供給され、電機子１１ｅと固定子１１ｇの巻線に電流が流れると、固定子１１ｇにより励磁された磁界により、電機子１１ｅに回転方向の力が発生する。この時、回転軸１１ｍに取り付けられたファン１１ｃも回転を始め、吸気口１１ｂから空気を吸入する。吸入された空気は、案内羽根１１ｄを経由し、モータフレーム１１ｈの筒内に配置された電機子１１ｅとブラシ１１ｊを冷却しつつ、モータフレーム１１ｈに設けられた排気口１１ｉから外部へ排気され、電動送風機１１の冷却が保たれている。

次に、本発明のモータ制御装置について図１から図７の図面を用いて説明する。
図１は本発明の実施の形態１に係るモータ制御装置の構成を示すブロック図である。
このモータ制御装置２は、火花検出手段３と、火花判断手段４と、この火花判断手段４により異常火花と判断されたときにモータ７への電源供給を遮断し運転を停止させる駆動手段５と、火花判断手段４により異常火花と判断されたときに、モータ７の寿命末期による運転停止の旨を報知する報知手段６とから構成されている。火花検出手段３は、モータ７に流れる電流を検出する電流検出部３ａと、電流検出部３ａにより検出された電流を整流する整流部３ｂと、整流部３ｂの出力をデジタル値としてサンプリングするＡ／Ｄ変換部３ｃとから構成されている。図中のモータ７は、前述した電動送風機１１に設けられ、電機子１１ｅ及び整流子１１ｆと、固定子１１ｇと、ブラシ１１ｊとから構成されている。

図２は商用電源の電圧を示す波形図、図３は本発明の実施の形態１における火花検出手段の電流検出部及び整流部の出力を示す波形図である。図３（ａ）はモータ７に火花が発生していないときに電流検出部３ａにより検出された電流（出力）の波形を示し、図３（ｂ）はモータ７に火花が発生しているときに電流検出部３ａにより検出された電流（出力）の波形を示し、図３（ｃ）は火花発生時に整流部３ｂにより整流された電流（出力）の波形を示す。

図４は本発明の実施の形態１における火花検出手段のＡ／Ｄ変換部の検出タイミングを示す図である。図４（ａ）は整流部３ｂの出力をサンプリングするタイミングを示し、図４（ｂ）は整流部３ｂの出力をＡ／Ｄ変換部３ｃによりサンプリングしたときの電流値（デジタル値）を示す。

図５は本発明の実施の形態１における電動送風機のモータの概略回路、及び火花とモータ電流との関係を示す図である。図５（ａ）はモータ７の整流子１１ｆとブラシ１１ｉの間で発生する火花の大きさとモータ電流Ｉｍとの関係を説明するためのモータ７の模式図を示し、図５（ｂ）は火花電圧Ｖａとモータ電流Ｉｍの関係及び火花の大きさとモータ７の寿命の関係を示している。

まず、火花発生とモータ電流Ｉｍの関係について説明する。
モータ７が回転する前は当然火花が発生していないため、火花判断手段４は正常と判断し、駆動手段５は、商用電源１の電圧をモータ７に供給し、モータ７の運転を開始する。運転開始後の火花が正常な場合の電流検出部３ａの検出電流は図３（ａ）に示す波形となるが、モータ７の整流子１１ｆとブラシ１１ｊとの間に火花が発生した場合には、火花による電圧降下が生じてモータ７に作用する電圧が低下し、モータ７に流れる電流（以下、「モータ電流Ｉｍ」という）も低下する。このため、電流検出部３ａの検出電流は図３（ｂ）に示すような波形となり、整流部３ｂの出力（整流）は図３（ｃ）のようになる。この現象においては、火花が不安定なためにモータ７に作用する電圧の低下も不安定なものとなり、これに伴ってモータ電流Ｉｍも不安定な状態となる。

このようなモータ７では、ブラシ１１ｊの摩耗が少ない状態のときには、火花の発生程度も小さいため、モータ電流Ｉｍのピーク値の変化量も小さいが、ブラシ１１ｊが摩耗していくと、整流子１１ｆにブラシ１１ｊを押し付けているスプリング１１ｋの押出し力が低下していくため、ブラシ１１ｊと整流子１１ｆとの接触力が低下し、火花の発生頻度が高まるとともに、火花の大きさも大きくなる。さらに、ブラシ１１ｊの摩耗が進んだ場合には、さらに大きな火花が発生し、ブラシ１１ｊと整流子１１ｆの接触が保てなくなる時点でモータ７の寿命が短くなり、ブラシ１１ｊと整流子１１ｆの間に発生する火花が大きくなっていく。火花が大きくなるに従い、カーボン製のブラシ１１ｊ及び整流子１１ｆの温度上昇も大きくなるため、これらに混合された樹脂が融点又は沸点に達すると融解及び気化を起こす。このときに発生した異臭が電動送風機１１の排気口１１ｉから外部に排気される。また、製造品質が悪く、ブラシ１１ｊの摩耗がなくとも火花が異常な場合には、前記と同様に異臭が発生し電動送風機１１の排気口１１ｉから排気される。

次に、モータ電流Ｉｍについて定量的に説明する。図５（ａ）において、固定子巻線７ａと接続されたブラシ１１ｊと整流子１１ｆとの間に火花が発生したときの火花電圧Ｖａと、モータ電流Ｉｍとの関係は、商用電源１の電圧をＶｓ、モータ７のインピーダンスをＺｍとしたとき、ブラシ１１ｊの２箇所での火花電圧が２Ｖａとなるため、Ｉｍ＝（Ｖｓ−２Ｖａ）／Ｚｍとみなすことができる。
ここで、便宜上、Ｚｍが火花の発生により大きさが変化しないものとすると、火花が発生していないときのモータ７に流れるモータ電流Ｉｍ１は、火花電圧Ｖａ＝０（ゼロ）であるため、Ｉｍ１＝Ｖｓ／Ｚｍとなる。しかし、火花が発生すると火花電圧Ｖａが発生するため、このときのモータ７に流れる電流をＩｍ２とすると、Ｉｍ２＝（Ｖｓ−２Ｖａ）／Ｚｍとなる。Ｖａは０と同じかそれより大きい値であるから、前記のケースでモータ電流Ｉｍを考えると、Ｉｍ１＞Ｉｍ２となる。この場合、火花電圧Ｖａは火花の大きさに比例して変化するから、モータ７に流れるモータ電流Ｉｍを表す式にあてはめると、結果的に火花の大きさに比例して、モータ電流Ｉｍも変化することになる。

この火花電圧Ｖａとモータ電流Ｉｍとの関係は、図５（ｂ）に示すようになり、火花は不安定であるため、火花電圧Ｖａは、モータ電流Ｉｍのピーク値を不安定とする一つの変数的な作用をする。つまり、モータ電流Ｉｍのピーク電流を計測すると、商用電源１の電圧の最大値とほぼ同期して、モータ電流Ｉｍのピークが現れる。そして、火花が発生した際には、その大きさに比例した火花電圧Ｖａが発生するため、モータ電流Ｉｍの実効値や瞬時値の値を不安定にする要素となっている。さらに、整流子１１ｆとブラシ１１ｊとの接触状態も不安定なために接触抵抗値も不安定となり、この影響も受けてモータ電流Ｉｍは不安定になっている。

このような考え方に基づき、モータ電流Ｉｍを検出する電流検出部３ａの出力を、図３（ｃ）に示すように、例えばダイオードブリッジ（図示せず）等からなる整流部３ｂによって全波整流する。Ａ／Ｄ変換部３ｃは、整流部３ｂの出力を商用電源１の周期に同期して、所定の時間の位相差で所定回数サンプリングする。即ち、図４（ａ）に示すように、商用電源１の電圧の正極側及び負極側の各ゼロクロス（図２のゼロクロス１〜ゼロクロス６）から所定のタイミングＴ１後に、例えば商用電源１の１／４周期の時間（商用電源１の周波数が５０Ｈｚの場合、Ｔ１＝５ｍｓ）で、図３（ｃ）に示す整流部３ｂの出力を例えば１回サンプリングする。このようにしてＡ／Ｄ変換部３ｃによりサンプリングされた電流値（デジタル値）は図４（ｂ）のようになる。

ところで、電動送風機１１を用いた装置の場合、高風量と低風量（場合によっては密閉状態）を繰り返し、風量負荷が急変しやすい状況を無視することができなくなっている。即ち、火花判断手段４は、使用環境に伴う電流変化と火花発生時の電流変化の区別も考慮したうえで火花を判断しなければならず、誤った火花判断を行なってしまうと、誤検知による早期市場不良を招くことになる。そこで、火花発生時の電流変化と使用環境変化とによる電流変化の相違点について以下に説明する。

図６は本発明の実施の形態１における電流検出部の出力を整流部により整流した電流の波形図である。図６（ａ）は火花の発生及びモータ７の負荷変動がそれぞれないときの整流電流の波形を示し、図６（ｂ）は異常火花が発生しているときの整流電流の波形を示し、図６（ｃ）は火花が発生していないものの、モータ７の負荷変動があったときの整流電流の波形を示す。

図７は図６に示す整流電流をＡ／Ｄ変換部でサンプリングしたときの状態を示す図である。図７（ａ）は火花の発生及びモータ７の負荷変動がそれぞれないときのサンプリング状態を示し、図７（ｂ）は異常火花が発生しているときのサンプリング状態を示し、図７（ｃ）は火花が発生していないものの、モータ７の負荷変動があったときのサンプリング状態を示す。

前述したように、火花が発生した際には、その大きさに比例した火花電圧Ｖａが発生するため、モータ電流Ｉｍの実効値や瞬時値の値を不安定にするが、この電気的接触が不安定な状態は、電機子１１ｅの回転周波数、あるいはブラシ１１ｊのスプリング１１ｋの振幅等に起因するため、電流変動の振幅周期は２００Ｈｚ以上となり商用周波数を大きく上回り、電流検出部３ａの検出電流の波形は商用周波数の振動数である１０ｍｓ以下の短い周期で変動する。このため、前述の異常火花の発生時における、火花正常時のモータ電流Ｉｍに対する電流低下（Ｖｓ−２Ｖａ）／Ｚｍも、商用周波数に比べて短い周期で変動することになり、整流部３ｂの出力（電流）は図６（ｂ）のような波形となる。この場合、電気的接触が不安定な状態においても、商用周波数の周期に比べて非常に短い周期で火花電圧Ｖａがゼロに近くなる瞬間があるため、図７（ｂ）に示すように、検知区間１内の最大値であるｍａｘ１と最小値であるｍｉｎ１との差が大きくなり、次の検知区間２内においても最大値であるｍａｘ２と最小値であるｍｉｎ２との差が大きくなる傾向にある。

一方、使用環境の変化によりモータ７が負荷変動を受けた場合、少なくとも商用周波数の数倍以上長い周期の電流変化の影響を受けるため、整流部３ｂの出力（電流）は図６（ｃ）のような波形となる。この場合、電気的に安定し、商用周波数の数倍以上の周期で電流値が変動するため、図７（ｃ）に示すように、検知区間１内の最大値であるｍａｘ１と次の検知区間２内の最大値であるｍａｘ２との差が大きくなり、また、検知区間２内の最大値であるｍａｘ２と次の検知区間３内の最大値であるｍａｘ３との差が大きくなりやすい傾向にある。

本実施の形態１においては、前述した傾向を利用して異常火花が発せしたか否か、また、使用環境の変化によるものか否かを火花判断手段４で判断するようにしたものであり、以下、図７を参照しながらモータ制御装置２の動作を説明する。
Ａ／Ｄ変換部３ｃは、図７に示すように、１／Ｔ秒のｎ倍（図７はｎ＝５で示してある）の区間を一つの検知区間として、整流部３ｂの出力をゼロクロスから商用電源１の１／４周期の時間でサンプリングしてデジタル値に変換し、これを繰り返し行う。一方、火花判断手段４は、Ａ／Ｄ変換部３ｃによりサンプリングされたデジタル値を読み込んで、検知区間内の最大値と最小値のデジタル値を判別して変化量を算出し、第１の閾値と比較して異常火花が発生したか否かを判断する。図７（ｂ）に示すように、検知区間１内の最大値がｍａｘ１、最小値がｍｉｎ１の場合、ｍａｘ１とｍｉｎ１の差を求め、その変化量と第１の閾値とを比較し、変化量が第１の閾値を超えたときは、異常火花と判断する。また、変化量が第１の閾値以下の場合は、異常火花でないと判断して、検知区間２内の最大値（ｍａｘ２）と最小値（ｍｉｎ２）を判別して変化量を求め、前記と同様に第１の閾値と比較する。これを検知区間毎に行って異常火花が発生しているか否かを判断する。

また、火花判断手段４は、検知区間１、２において、異常火花が発生していないと判断したときは、図７（ｃ）に示すように検知区間１の最大値（ｍａｘ１）と検知区間２の最大値（ｍａｘ２）の差を求め、その変化量（Δｍａｘ１）と第２の閾値（第１の閾値＞第２の閾値）とを比較する。変化量が第２の閾値を超えたときは、使用環境の変化による電流変化と判断して、検知区間３内で異常火花が発生したか否かの判断に入る。検知区間２、３において、異常火花が発生していないと判断したときは、検知区間２の最大値（ｍａｘ２）と検知区間３の最大値（ｍａｘ３）の差を求め、その変化量（Δｍａｘ２）と第２の閾値とを比較する。即ち、一つの検知区間内の最大値と最小値の差が第１の閾値を超え、かつ、二つの検知区間のそれぞれの最大値の差が第２の閾値以下の場合のみ、真の異常火花の発生と判断する。

火花判断手段４は、異常火花と判断したとき、その旨を駆動手段５と報知手段６とに通知する。駆動手段５は、その通知を受けたときにモータ７への電源供給を遮断し運転を停止する。これにより、未然にカーボン製のブラシ１１ｊと整流子１１ｆとの間に発生する異常火花による異臭の発生を防ぐことが可能となる。また、報知手段６は、異常火花の検知の通知を受けたときに、モータ７の寿命末期である旨を表示する。これにより、何故に運転が停止したのかを使用者に報知することが可能となる。

以上のように実施の形態１によれば、モータ７に流れるモータ電流Ｉｍを検出し、検出したモータ電流Ｉｍを整流し、この電流Ｉｍをデジタル値としてサンプリングすることにより、ノイズ成分を抽出するためのハイパスフィルタなどが不要となり、さらに、外来ノイズを測定してしまうことによる火花発生の誤判断を極力防止することができる。また、モータ７の負荷変動による電流変化と火花発生による電流変化を区別して検出することができるため、検出精度が高く、安価な構成で実現することができる。

また、モータ電流Ｉｍのサンプリングにおいて、所定の位相角におけるモータ電流Ｉｍをサンプリングするように、商用電源電圧の半周期毎に、商用電源電圧のゼロクロスから所定のタイミングＴ１で１回サンプリングするようにしているので、高速のＡ／Ｄ変換器やデータ処理を必要とすることがなく、一般的な変換速度のＡ／Ｄ変換器や一般的なデータ処理速度のマイコン等で良く、このため、モータ制御装置２を安価な構成とすることができ、さらに、モータ７の寿命末期における異常火花による発煙・発火が無い安全なモータ制御装置２を提供することが可能である。

また、火花判別手段４は、Ａ／Ｄ変換部３ｃがサンプリングした今回のデジタル値と前回のデジタル値との変化量（差の絶対値）を求め、その変化量と第１の閾値とを比較して異常火花か否かを判断するようにしているので、少量の検出値を加算して積み上げる積分手段などが不要となり、火花発生の検出を安価な構成で実現することができる。このため、安価な構成で、寿命末期における異常火花による発煙・発火が無い安全なモータ制御装置を提供することが可能である。

なお、前述した実施の形態１では、モータ電流Ｉｍの検出を商用電源電圧の正極側及び負極側の各ゼロクロス毎（図２に示すゼロクロス１〜ゼロクロス６）に行う場合を説明したが、これに限定されるものではなく、正極側（図２に示すゼロクロス１、３、５）又は負極側（図２に示すゼロクロス２、４、６）の何れか一方のみで行っても同様の検出が可能である。このような構成とした場合、測定精度をほぼ前記と同様のレベルに維持しながら、さらなるコストダウンを図ることができる上に、外来ノイズの影響をさらに低減することができる。また、サンプリングする波形を例えば１０個に１個、２０個に１個と絞る構成でも良く、さらなるコストダウンを図ることができる。しかしあまり絞りすぎると商用電源１の電圧変動等が火花発生の検出などに影響を及ぼすため、少なくとも１秒に１回以上を対象としてサンプリングすることが望ましい。

さらに、実施の形態１では、整流部３ｂの出力をサンプリングするための所定のタイミングＴ１を、商用電源電圧のゼロクロスから商用電源１の１／４周期の時間、例えばＴ１＝５ｍｓとしたが、これに限定されるものではなく、例えば、４ｍｓでも６ｍｓでも良く、モータ電流ＩｍのＡ／Ｄ変換後における今回のデジタル値と前回のデジタル値とを比較する際に、所定のタイミングＴ１が同じであれば問題なく同様の検出ができることは言うまでもない。

また、電流検出部３ａの出力を商用電源電圧の周波数成分とノイズ成分を分別することなく、Ａ／Ｄ変換部３ｃでサンプリングするように構成しているが、火花によるノイズ成分の影響が強い場合や外来ノイズの影響を受ける場合には、適切なカットオフ周波数を設定し、回路の適切な位置、例えば、Ａ／Ｄ変換部３ｃの前段又は電流検出部３ａの後段に、ローパスフィルタを設けることで、異常火花をさらに確実に検知ができることは言うまでもない。このように構成することでノイズ成分をより良好に除去することができ、正確な異常火花の検知を行うことができ安全性等を高めることが可能になる。

また、電流検出部３ａの出力を整流部３ｂで整流した後にＡ／Ｄ変換部３ｃによりデジタル値に変換しているが、整流部３ｂを設けることなく適当に電子回路を設計したり、適当にＡ／Ｄ変換部３ｃのデジタル値をデータ処理することで、電流検出部３ａの出力を直接Ａ／Ｄ変換部３ｃでデジタル値に変換するようにしても同様の効果が得られることは言うまでもない。

また、整流部３ｂは、電流検出部３ａの出力を全波整流するダイオードブリッジからなっていることを説明したが、半波整流回路でもＡ／Ｄ変換部３ｃのサンプリングするタイミングを適当にすれば、同様の効果が得られることは言うまでもない。このような構成とした場合、測定精度をほぼ前記と同様のレベルに維持しながら、さらなるコストダウンを図ることができる上に、外来ノイズの影響をさらに低減することができる。

また、所定のタイミングＴ１後に、１回だけＡ／Ｄ変換するような構成で説明したが、所定のタイミングＴ１後に複数回数のＡ／Ｄ変換を行うようにしても良い。この場合は、複数回数のＡ／Ｄ変換して得られたデジタル値から平均値を算出し、所定のタイミングＴ１後のデジタル値としてその平均値を扱う。このように構成した場合、より高性能な回路素子やマイコンなどが必要とされるが、より異常火花の検知精度を向上させることが可能となる。

さらに、所定のタイミングＴ１は、商用電源電圧のゼロクロスを基点として説明したが、商用電源電圧の所定の電圧値を基点としても良く、同様の効果が得られることは言うまでもない。

実施の形態２．
図８は本発明の実施の形態２を示す電気掃除機の概略構成図である。
図中に示す電気掃除機は、電気掃除機本体１０、ホースユニット１４、延長管１８、及び床用吸込具１９より構成されており、電気掃除機本体１０には、空気を塵埃と共に吸上げる動力としての電動送風機１１が内蔵され、電動送風機１１の上流側には集塵室１２が設けられている。その電動送風機１１は、実施の形態１で述べた電動送風機１１と同じものである（図９参照）。

ホースユニット１４は、可撓性を有するホース１５及びホース１５の一端（上流側）に取り付けられた手元ハンドル１７からなり、ホース１５の他端（下流側）が電気掃除機本体１０の吸入口１３側に設けられた接続部１６に着脱可能に連結されている。延長管１８は、一端（下流側）が手元ハンドル１７に着脱可能に連結され、他端（上流側）が床用吸込具１９に着脱可能に連結されている。電動送風機１１が動作しているときは、床用吸込具１９から集塵室１２までが負圧の風路となり、集塵室１２の下流側から排気口２０までが排気風路となっている。

また、この電気掃除機には、図８に示していないが、実施の形態１のモータ制御装置２が用いられている。モータ制御装置２の火花検出手段３，火花判断手段４及び電動送風機１１のモータ７を駆動する駆動手段５が電気掃除機本体１０内に設けられ、モータ制御装置２の報知手段６が例えばホースユニット１４の手元ハンドル１７に配設されている。

前記のように構成された電気掃除機においては、電動送風機１１が駆動しているときモータ制御装置２がモータ７の整流子１１ｆとブラシ１１ｊとの間に異常火花が発生しているか否かを判別している。実施の形態１で述べたように、モータ制御装置２の火花判断手段４は、Ａ／Ｄ変換部３ｃによりサンプリングされたデジタル値を読み込み、検知区間毎に最大値と最小値のデジタル値を判別して変化量を算出し、それぞれ第１の閾値と比較して異常火花が発生したか否かを判断する。変化量が第１の閾値以下の場合は、異常火花でないと判断し、変化量が第１の閾値を超えたときは、異常火花と判断して、その旨を駆動手段５に通知してモータ７への電源供給を遮断させて運転を停止させ、手元ハンドル１７上の報知手段６に通知してモータ７の寿命末期による運転停止の旨を表示させる。

また、一つの検知区間内で異常火花が発生していないと判断したときは、前回の検知区間内の最大値と今回の検知区間内の最大値の差を求め、その変化量と第２の閾値（第１の閾値＞第２の閾値）とを比較し、変化量が第２の閾値を超えたときは、使用環境の変化による電流変化と判断する。これは、床用吸込具１９に代えてノズルを用いた布団圧縮袋の吸込みや、エアコンフィルタの吸込み等、高風量と低風量（場合によっては密閉状態）を繰り返している状態で、この場合は、次の検知区間内で異常火花が発生したか否かの判断に入る。即ち、一つの検知区間内の最大値と最小値の差が第１の閾値を超え、かつ、二つの検知区間のそれぞれの最大値の差が第２の閾値以下の場合のみ、真の異常火花の発生と判断する。

以上のように実施の形態２によれば、電気掃除機本体１０内に実施の形態１のモータ制御装置２を設けて電動送風機１１の制御を行うようにしたので、モータ７の異常火花に伴う発煙や発火を防止することができ、このため、掃除中の室内に煙を排出することがなくなり、また、煙で不快な臭いが付着することもなくなり、異常火花による室内の衛生面を損なうことがない。また、モータ７の発火を防止して火災に関連する安全性の高い電気掃除機を提供することができる。さらに、電気掃除機の制御装置を極めて簡便で、部品点数も少なく安価で信頼性が高いものとすることができる。

また、床用吸込具１９に代えてノズルを用いた布団圧縮袋の吸込みや、エアコンフィルタの吸込み等、高風量と低風量（場合によっては密閉状態）を繰り返すようなことがあっても、モータ７の負荷変動による電流変化と異常火花の発生による電流変化とを区別することができるため、検出精度が高く、安価な構成で実現することができる。

また、異常火花の検知により駆動手段５がモータ７への電源供給を遮断して運転を停止させた際には、報知手段６を通してモータ７の寿命末期を知らせるようにしているので、使用者が何故に運転が停止したのかを容易にわかるという効果がある。

なお、実施の形態２では、報知手段６をホースユニット１４の手元ハンドル１７に設けたことを述べたが、報知手段６を電気掃除機本体１０の上部に設けてもよい。この報知手段６は、例えば液晶表示素子、ＬＥＤ等で構成された表示素子や、スピーカ等の音によるものでも良い。

実施の形態３．
図１０は本発明の実施の形態３を示す手乾燥装置の外観斜視図である。
図中に示す手乾燥装置は例えば埋込型で、本体ケース３０内の上部に高圧空気流発生部３１が組み込まれ、本体ケース３０の下部に水受部３２が設けられている。高圧空気流発生部３１と水受部３２との間には、手の出し入れが可能な空間を有する手挿入部３３が形成されている。高圧空気流発生部３１は、この図には示していないが、整流子とブラシとを有するモータ７と、このモータ７により回転駆動するターボファン（図示せず）とで構成されている。モータ７は、本体ケース３０内に設けられた実施の形態１のモータ制御装置２により制御される。このモータ制御装置２のうち報知手段６は本体ケース３０の前面上部に配置され、例えばＬＥＤよりなっている。

高圧空気流発生部３１の下部側には本体ケース３０の幅方向に延びて形成されエアーノズル３４が設けられ、エアーノズル３４の両側に外気を吸引するための吸込口３５が設けられている。モータ７によってターボファンが回転駆動すると、吸込口３５から外気を吸引し、ターボファンによりその外気を圧縮して高圧空気を生成し、エアーノズル３４から水受部３２に向けて高速の気流を吹き出す。水受部３２には、エアーノズル３４からの高速気流によって吹き飛ばされた手に付着の水を排水孔３６に導く導水枠３７、この導水枠３７に着脱可能に保持された水受け板３８、排水孔３６からの水を受容するドレイン容器３９などから構成されている。このドレイン容器３９は、水受部３２に着脱可能に取り付けられている。

前記のように構成された手乾燥装置においては、ターボファンの回転駆動によりエアーノズル３４から高速気流が噴射されているとき、モータ制御装置２がモータ７の整流子１１ｆとブラシ１１ｊとの間に異常火花が発生しているか否かを判別している。実施の形態１、２で述べたように、モータ制御装置２の火花判断手段４は、Ａ／Ｄ変換部３ｃによりサンプリングされたデジタル値を読み込み、検知区間毎に最大値と最小値のデジタル値を判別して変化量を算出し、それぞれ第１の閾値と比較して異常火花が発生したか否かを判断する。変化量が第１の閾値以下の場合は、異常火花でないと判断し、変化量が第１の閾値を超えたときは、異常火花と判断して、その旨を駆動手段５に通知してモータ７への電源供給を遮断させてターボファンによる高速気流の噴射を停止させ、報知手段６であるＬＥＤを点灯あるいは点滅させてモータ７の寿命末期による運転停止の旨を報知する。

また、一つの検知区間内で異常火花が発生していないと判断したときは、前回の検知区間内の最大値と今回の検知区間内の最大値の差を求め、その変化量と第２の閾値（第１の閾値＞第２の閾値）とを比較し、変化量が第２の閾値を超えたときは、使用環境の変化、例えば使用者により吸込口３５やエアーノズル３４が塞がれたことによる電流変化と判断して、次の検知区間内で異常火花が発生したか否かの判断に入る。この場合も一つの検知区間内の最大値と最小値の差が第１の閾値を超え、かつ、二つの検知区間のそれぞれの最大値の差が第２の閾値以下の場合のみ、真の異常火花の発生と判断する。

以上のように本実施の形態３よれば、実施の形態１のモータ制御装置２を搭載し、モータ７とターボファンとから成る高圧空気流発生部３１の制御を行うことにより、モータ７の異常火花の発生による発煙・発火を防止できるので、手挿入部３３に挿入して乾燥をしようとした手に炎が噴出して火傷するようなことはなく、また、乾燥をしようとした手に煙が掛かって異臭が付着することもなく、また、煙を体内に吸込むこともなくなる。さらに、エアーノズル３４から煙や炎が出ないために慌てて乾燥しようとしていた手を遠ざけた際に、思わぬところに当たって怪我をすることもなく、かつ、火災関連の安全性が高く、怪我に対する安全性も高く、衛生的にも高い手乾燥装置を提供することができる。

なお、前記の実施の形態１〜３では、異常火花が発生しているか否かを一つの検知区間毎に行うようにしたが、複数の検知区間の中から最大値と最小値を判別して差を求め、その変化量と第１の閾値とを比較するようにしても良い。この場合、変化量が第１の閾値を超える状態が所定回数連続したときに異常火花と判断する。このようにすることにより、異常火花の検知精度を向上させることが可能となる。

また、電源投入時にモータ７に流れる突入電流で異常火花を検知しないように第１の閾値より高い第３の閾値を火花判断手段４に別途設定しておき、電源投入から所定時間の間、第３の閾値と変化量（最大値と最小値の差）とを比較するようにし、その後、第１の閾値と比較するようにしても良い。このようにすることにより、突入電流の影響による異常火花の誤検知がなくなり、異常火花の検知精度を向上させることが可能になる。

また、モータ７を最初に運転してからの累積運転時間が所定時間経過するまで第１の閾値より高い第４の閾値（但し第４の閾値は第３の閾値よりも低い）で異常火花が発生したか否かを判断するようにしても良い。これは、モータ７が新しいときカーボン製のブラシ１１ｊと整流子１１ｆの接触面積が小さく、運転時には大きな火花が発生するからである。つまり、接触面積により大きな火花が発生しない所定時間経過するまで第４の閾値を用いて異常火花と判断しないようにし、所定時間経過後に第１の閾値を用いるようにする。このようにすることにより、異常火花の誤検知がなくなり、異常火花の検知精度を向上させることが可能になる。

本発明に係るモータ制御装置は、整流子とブラシとを有するモータに流れる電流を検出する電流検出手段と、電流検出手段の出力を整流する整流手段と、整流手段の出力をデジタル値としてサンプリングするＡ／Ｄ変換手段と、Ａ／Ｄ変換手段によりサンプリングされたデジタル値が第１の閾値を超えたときに、モータに異常火花が発生したと判断する火花判断手段と、火花判断手段により異常火花と判断されたときにモータへの電源供給を遮断し運転を停止させる駆動手段とを備えたものである。

Claims (9)

1. 整流子とブラシとを有するモータに流れる電流を検出する電流検出手段と、
   該電流検出手段の出力を整流する整流手段と、
   該整流手段の出力をデジタル値としてサンプリングするＡ／Ｄ変換手段と、
   該Ａ／Ｄ変換手段によりサンプリングされたデジタル値が第１の閾値を超えたときに、前記モータに異常火花が発生したと判断する火花判断手段と、
   該火花判別手段により異常火花と判断されたときに前記モータへの電源供給を遮断し運転を停止させる駆動手段と
   を備えたことを特徴とするモータ制御装置。
2. 前記Ａ／Ｄ変換手段は、前記モータに供給される商用電源の周期に同期して、所定の位相差で所定回数、前記モータに流れる電流をサンプリングし、
   前記火花判断手段は、前記Ａ／Ｄ変換手段によりサンプリングされたデジタル値の所定時間内における最大値と最小値との差を求め、その変化量が前記第１の閾値を超えたときに、前記モータに異常火花が発生したと判断することを特徴とする請求項１記載のモータ制御装置。
3. 前記火花判断手段は、前記Ａ／Ｄ変換手段によりサンプリングされたデジタル値の所定時間内における最大値と最小値との差を求め、その変化量が前記第１の閾値より予め設定された連続回数大きかったときに、前記モータに異常火花が発生したと判断することを特徴とする請求項１又は２記載のモータ制御装置。
4. 前記火花判断手段は、前記Ａ／Ｄ変換手段によりサンプリングされたデジタル値の所定時間内における最大値と、前記所定時間以外の区間でサンプリングされた所定時間内における最大値との差を求め、その変化量が前記第１の閾値より低い第２の閾値を超えたときに、前記モータに発生する火花が異常でないと判断することを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載のモータ制御装置。
5. 前記火花判断手段は、前記モータへの電源投入開始から所定時間経過するまで、前記変化量を前記第１の閾値より高い第３の閾値と比較し、前記モータに流れる突入電流による火花を異常と判断しないようにしたことを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載のモータ制御装置。
6. 前記火花判断手段は、前記モータを最初に運転してからの累積運転時間が所定時間経過するまで、前記変化量を前記第１の閾値より高く前記第３の閾値より低い第４の閾値と比較し、前記モータに発生する火花を異常と判断しないようにしたことを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載のモータ制御装置。
7. 前記火花判断手段により判断された異常火花に関する情報を報知する報知手段を備えたことを特徴とする請求項１乃至６の何れかに記載のモータ制御装置。
8. 整流子とブラシとを有するモータと、請求項１乃至７の何れかに記載のモータ制御装置とを備えたことを特徴とする電気掃除機。
9. 整流子とブラシとを有するモータと、請求項１乃至７の何れかに記載のモータ制御装置とを備えたことを特徴とする手乾燥装置。

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