JPWO2018047274A1 - モータ駆動装置、電動送風機、および電気掃除機 - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、本発明の実施の形態に係るモータ駆動装置の構成を示す図である。モータ駆動装置1は、蓄電池である電源10と、モータ12に接続されており、蓄電池である電源10から印加される電力によってモータ12を駆動するインバータ11と、モータ12に流れる交流電流であるモータ電流を検出する電流検出部20と、モータ12のロータの回転位置を検出する回転検出部21と、電源10から印加される電圧を検出する電源電圧検出手段22と、モータ電流とロータ回転位置とに基づいてインバータ11を制御する制御部15を備える。制御部15は、アナログ・ディジタル変換器30と、プロセッサ31と、駆動信号生成部32とを含む。
本実施の形態ではインバータ11によってモータ12を駆動する際に、PWM制御(Pulse Width Modulation)を用いる。PWM制御とは出力電圧パルスの幅を変化させて変調する変調方法であり、三相モータを駆動する際には一般的によく使用されるが、本実施の形態では、単相モータをPWM制御する方法について説明する。
図8は、インバータで出力した電圧パルスによりモータに流れる電流経路を示した図である。駆動信号生成部32からインバータ11に正の電圧パルスが出力された際には図8(a)に示す半導体スイッチング素子51a,54aを経由する電流経路でモータ12に電流が流れる。次に、零電圧パルスが出力された際には図8(b)または図8(d)に示す半導体スイッチング素子52a,54aを経由する電流経路または半導体スイッチング素子51a,53aを経由する電流経路でモータ12に電流が流れる。これは電源側からは電流が流れず、モータとインバータの間で電流が還流するモードとなる。
図8(b)および図8(d)において、モータとインバータの間で電流が還流するモードでは各相のどちらか一方の半導体スイッチング素子をオンすることで、ボディダイオード51b、53bもしくはボディダイオード52b、54bの通流時間を短くすることができる。一般的に半導体スイッチング素子に逆並列に接続されたボディダイオードに電流を流すことに比べ、半導体スイッチング素子に電流を流した方が導通損失を低減させることが知られている。よって、ボディダイオード51b〜54bに流れる時間を短くすることで損失を低減させることが可能となる。
半導体素子の損失は、電流が半導体素子を流れた際に発生する導通損と半導体がスイッチングする際に発生するスイッチング損との合計値から決定される。半導体素子は電流増加により、上記損失が増加することで発熱を伴う。その対策として一般的に素子の表面に熱伝導率の高い金属(ヒートシンク)を取り付け、放熱性を高めることがよく行なわれている。ただし、ヒートシンクを取り付けると、放熱性を高めることができる代わりに、ヒートシンクを取り付けるための設置スペースが増加するため、小型の製品に向けては適用しにくい。また、ヒートシンク分の重量が増加してしまうため、軽量化が求められる製品への適用も難しい。
図9は、回転速度に対する変調率の関係を示す図である。回転速度の増加に伴い回転体の負荷トルクは大きくなるため、モータ出力トルクを増加させる必要がある。一般的にモータ出力トルクはモータ電流に比例して増加し、モータ電流の増加にはインバータの出力電圧の増加が必要である。よって、変調率を上げインバータ出力電圧を増加させることによって無理なく回転速度を増加させることが可能となる。
インバータ出力電圧の電圧パルスは三角波キャリア電圧値Vcと電圧指令値Vm*を比較することにより決定される。高速回転中においては電圧指令値Vm*の周波数も増加し、電気角一周期中に出力される電圧パルスの数が減少するため、出力電圧パルスが電流波形の歪へもたらす影響も大きくなる。一般的に、偶数回の電圧パルスを印加した場合には偶数次高調波が重畳され、正側と負側の波形の対称性が無くなる。よって、モータ電流波形が高調波の含有率を抑えた正弦波に近づくようにするため、本実施の形態では、出力電圧パルスの数が電気角半周期中に奇数となるように制御する。
以上説明した本実施の形態のモータ駆動装置について、再び図1、図2を参照して総括する。モータ駆動装置1は、単相交流にて駆動する単相モータ12を駆動する。モータ駆動装置1は、単相モータ12を駆動するインバータ11と、インバータ11を制御する制御部15とを備える。
本発明における実際の製品適用例における効果について以下説明を行なう。電気機器としては、特に電気掃除機とハンドドライヤーについて説明する。
図10は、実施の形態のモータ駆動装置が適用された電気掃除機の構成の一例を示す図である。電気掃除機61は、延長管62、吸込口体63、電動送風機64、集塵室65、操作部66、蓄電池である電源10およびセンサ68を備える。電動送風機64は、実施の形態に記載されたモータ駆動装置1を備える。電気掃除機61は、蓄電池である電源10によって電動送風機64を駆動し、吸込口体63から吸込みを行ない、延長管62を介して集塵室65へごみを吸引する。使用の際は操作部66を持ち、電気掃除機61を操作する。
図11は、実施の形態のモータ駆動装置が適用されたハンドドライヤーの構成の一例を示す図である。図11に示すハンドドライヤーは、ケーシング71、手検知センサ72、水受け部73、ドレン容器74、カバー76、センサ77、および吸気口78を備える。ここで、センサ77は、ジャイロセンサおよび人感センサのいずれかである。ハンドドライヤーは、ケーシング71内に図示しない電動送風機を有する。ハンドドライヤーでは、水受け部73の上部にある手挿入部79に手を挿入することで電動送風機による送風で水を吹き飛ばし、水受け部73からドレン容器74へと水を溜めこむ構造となっている。
水受け部、74 ドレン容器、76 カバー、78 吸気口、79 手挿入部。
Claims (6)
- 単相交流にて駆動する単相モータを蓄電池から印加される電力によって駆動するモータ駆動装置であって、
前記単相モータを駆動するインバータを備え、
前記インバータは、
直列に接続された第1の半導体素子および第2の半導体素子と、
直列に接続された第3の半導体素子および第4の半導体素子を含み、
前記第1の半導体素子および前記第2の半導体素子と、前記第3の半導体素子および前記第4の半導体素子は並列に接続され、
前記単相モータは、前記第1の半導体素子と前記第2の半導体素子の間と前記第3の半導体素子と前記第4の半導体素子との間に接続され、
前記蓄電池の電圧が低くなるほど前記単相モータに加えられる電圧のパルス幅が広くなるモータ駆動装置。 - 電気角半周期中に前記インバータに奇数の電圧パルスを発生させる請求項1に記載のモータ駆動装置。
- 前記第1〜第4の半導体素子は、基板上に表面実装され、前記基板以外の放熱材を使用しない、請求項1または2に記載のモータ駆動装置。
- 前記第1〜第4の半導体素子は、ワイドバンドギャップ半導体である、請求項1〜3のいずれか1項に記載のモータ駆動装置。
- 請求項1〜4のいずれか1項に記載のモータ駆動装置を備える、電動送風機。
- 請求項5に記載の電動送風機を備える、電気掃除機。
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