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JP2013093988A - Motor drive unit and vacuum cleaner using the same - Google Patents

Motor drive unit and vacuum cleaner using the same Download PDF

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JP2013093988A
JP2013093988A JP2011234867A JP2011234867A JP2013093988A JP 2013093988 A JP2013093988 A JP 2013093988A JP 2011234867 A JP2011234867 A JP 2011234867A JP 2011234867 A JP2011234867 A JP 2011234867A JP 2013093988 A JP2013093988 A JP 2013093988A
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JP
Japan
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motor
power
storage battery
inverter circuit
phase
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Pending
Application number
JP2011234867A
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Japanese (ja)
Inventor
Keizo Matsui
敬三 松井
Shin Imai
慎 今井
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.)
Panasonic Corp
Original Assignee
Panasonic Corp
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Publication date
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02E60/10Energy storage using batteries

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  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a small and light weight motor drive unit independent from the power supply conditions at a low cost.SOLUTION: A motor drive unit 20 includes: an inverter circuit 22 that receives an AC power 1 from the outside and converts the same into a power with a desired frequency to drive a motor 8 externally connected thereto; a storage battery 14 connected to the I/O side of the inverter circuit 22; and a control unit 15 having control functions that, when driving the motor 8, drives the motor 8 through the inverter circuit 22 by using the power from the storage battery 14 or a power from an external AC power 1; and when charging the storage battery 14, outputs a DC power to one phase of the outputs in the inverter circuit 22 to charge the storage battery 14 using the DC power. The motor drive unit 20 which is small and light weight and independent from the power supply conditions can be achieved at a low cost.

Description

本発明は、交流電源、もしくは蓄電池の直流電源からの電力を所望の周波数の交流に変換し、負荷としてモータの駆動を行うモータ駆動装置、およびそれを用いた電気掃除機に関するものである。   The present invention relates to an AC power source or a motor driving device that converts electric power from a DC power source of a storage battery into alternating current of a desired frequency and drives a motor as a load, and a vacuum cleaner using the motor driving device.

従来の外部交流電源からの電力で電動機を駆動すると共に、内部に備えた蓄電池の電力によっても電動機を駆動する機能を有した装置として、発電機の出力をインバータにより交流に変換し圧縮機モータを駆動すると共に、内部の蓄電池を発電機の出力により充電回路を用いて充電し、発電機の出力が低下した場合には蓄電池の電力を用いて圧縮機モータを駆動することにより安定した冷凍能力を実現した冷凍車用冷凍装置が考案されている(例えば、特許文献1参照)。   As a device that has the function of driving the electric motor with the electric power of the storage battery provided inside while driving the electric motor with the electric power from the conventional external AC power source, the output of the generator is converted into alternating current with an inverter, and the compressor motor is installed. In addition to driving, the internal storage battery is charged by the output of the generator using a charging circuit, and when the output of the generator is reduced, the compressor motor is driven using the power of the storage battery to provide a stable refrigerating capacity. An realized refrigeration apparatus for a refrigerator car has been devised (see, for example, Patent Document 1).

この冷凍車用冷凍装置においては、インバータの整流回路とスイッチング回路の間に充電回路と蓄電池からなる蓄電池ユニットが設けられ、充電時には、充電回路により蓄電池に定電圧を供給し充電を行っている。   In this refrigeration vehicle refrigeration apparatus, a storage battery unit including a charging circuit and a storage battery is provided between a rectifier circuit and a switching circuit of an inverter, and charging is performed by supplying a constant voltage to the storage battery by the charging circuit.

また、停電時において僅かな停止も許されない場合や、停電時において非常用動力として立上げされる交流電動機を駆動する場合に、バックアップ電源として蓄電池を搭載し、停電発生時には蓄電池で蓄積された電力を用いて交流電動機を駆動する交流電動機駆動装置が提案されている(例えば、特許文献2参照)。   In addition, when a power outage is not permitted during a power failure or when driving an AC motor that is started up as emergency power during a power outage, a storage battery is installed as a backup power source. There has been proposed an AC motor drive device that drives an AC motor by using (see, for example, Patent Document 2).

この交流電動機駆動装置においては、交流電源に接続された充電器および充電制御回路が備えられ、それを用いて蓄電池を充電すると共に、停電発生時には、蓄電池に充電された電力を昇圧チョッパにより昇圧し、インバータを経由して交流電動機に給電して交流電動機を運転可能としている。   In this AC motor drive device, a charger and a charge control circuit connected to an AC power source are provided, and the storage battery is charged using the charger, and when a power failure occurs, the power charged in the storage battery is boosted by a boost chopper. The AC motor can be operated by supplying power to the AC motor via the inverter.

特開2001−56170号公報JP 2001-56170 A 特開2010−154650号公報JP 2010-154650 A

このようなモータ駆動装置においては、非常電源としての蓄電池を充電するときには、外部電源からの電力を降圧チョッパ回路などにより充電可能な電圧に制御すると共に、蓄電池に流れる電流を充電可能な電流に制御する機能を有した充電回路が必要であった。この充電回路は、降圧するためのコイル、スイッチング素子、制御ICなどから構成されるが、コスト、サイズ共に大きく、装置全体としてのコストアップ、大型化の大きな要因となるものであった。   In such a motor drive device, when charging a storage battery as an emergency power supply, the power from the external power supply is controlled to a voltage that can be charged by a step-down chopper circuit or the like, and the current flowing through the storage battery is controlled to a chargeable current. There is a need for a charging circuit having the function of: This charging circuit is composed of a coil for step-down voltage, a switching element, a control IC, and the like, but both the cost and size are large, which is a major factor in increasing the cost and size of the entire apparatus.

本願発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、蓄電池を搭載し、停電発生時や外部電源の入力電力が低下した場合には、蓄電池で蓄積された電力を用いてモータを駆動するモータ駆動装置において、蓄電池の充電をモータ駆動装置に備えられたインバータを利用して行うことにより、小型、軽量、低コストで、電源環境によらないモータ駆動装置、およびそれを用いた電気掃除機を実現することを目的としている。   The present invention has been made in view of such a point, and the object of the present invention is to install a storage battery, and to reduce the power stored in the storage battery when a power failure occurs or when the input power of the external power source decreases. In a motor drive device that uses a motor to drive the battery, the storage battery is charged by using an inverter provided in the motor drive device. The purpose is to realize an electric vacuum cleaner that uses the.

本発明に係るモータ駆動装置は、直流の外部電源を入力とし外部電源の電力を任意の周波数の電力に変換し外部接続されたモータを駆動するインバータ回路と、インバータ回路の入出力側に接続された蓄電池と、モータの駆動時には、蓄電池の電力もしくは外部電源の電力を用いてインバータ回路によりモータを駆動すると共に、蓄電池の充電時にはインバータ回路の出力の内の1相に直流電力を出力し、その直流電力を用いて蓄電池の充電を行う制御機能を有した制御手段とを有したものである。   A motor driving device according to the present invention is connected to an inverter circuit that drives an externally connected motor by converting the power of the external power source into power of an arbitrary frequency by using a DC external power source as input, and is connected to the input / output side of the inverter circuit. When driving the storage battery and the motor, the motor is driven by the inverter circuit using the power of the storage battery or the power of the external power source, and when the storage battery is charged, DC power is output to one phase of the output of the inverter circuit. And a control unit having a control function of charging the storage battery using DC power.

このことにより、直流の外部電源を入力とし、小型、軽量、低コストの回路で構成された電源環境に強いモータ駆動装置が実現される。   As a result, a motor drive device that is resistant to a power supply environment, which is constituted by a small, lightweight, and low-cost circuit using a DC external power supply as an input, is realized.

以上のように本発明によれば、小型、軽量、低コストの回路で構成され、電源環境に強いモータ駆動装置、およびそれを用いた電気掃除機が実現される。   As described above, according to the present invention, a motor driving device that is configured with a small, light, and low-cost circuit and is strong in a power supply environment, and a vacuum cleaner using the motor driving device are realized.

本発明の実施の形態1に係るモータ駆動装置の全体構成を示す回路構成図1 is a circuit configuration diagram showing the overall configuration of a motor drive device according to Embodiment 1 of the present invention. 同、モータ駆動装置の制御手段の動作を示すフローチャートThe flowchart showing the operation of the control means of the motor drive device 同、モータ駆動装置におけるインバータ回路でのモータ駆動時のスイッチングの推移を示す状態図The same state diagram showing the transition of switching during motor drive in the inverter circuit of the motor drive device 同、モータ駆動装置におけるインバータ回路での蓄電池充電時のスイッチングの推移を示す状態図The same, the state diagram which shows the transition of switching at the time of storage battery charge with the inverter circuit in the motor drive device 本発明の実施の形態2に係るモータ駆動装置の全体構成を示す回路構成図FIG. 3 is a circuit configuration diagram showing an overall configuration of a motor drive device according to a second embodiment of the present invention. 同、モータ駆動装置におけるインバータ回路でのモータ駆動時のスイッチングの推移を示す状態図The same state diagram showing the transition of switching during motor drive in the inverter circuit of the motor drive device 同、モータ駆動装置におけるインバータ回路での蓄電池充電時のスイッチングの推移を示す状態図The same, the state diagram which shows the transition of switching at the time of storage battery charge with the inverter circuit in the motor drive device 本発明の実施の形態3に係る電気掃除機の主要構成を示す構成図The block diagram which shows the main structures of the vacuum cleaner which concerns on Embodiment 3 of this invention.

第1の発明は、直流の外部電源を入力とし外部電源の電力を任意の周波数の電力に変換し外部接続されたモータを駆動するインバータ回路と、インバータ回路の入出力側に接続された蓄電池と、モータの駆動時には、蓄電池の電力もしくは外部電源の電力を用いてインバータ回路によりモータを駆動すると共に、蓄電池の充電時にはインバータ回路の出力の内の1相に直流電力を出力し、その直流電力を用いて蓄電池の充電を行う制御機能を有した制御手段とを備えたものである。
このことにより、直流の外部電源を入力とし、小型、軽量、低コストの回路で構成された電源環境に強いモータ駆動装置が実現される。
According to a first aspect of the present invention, there is provided an inverter circuit for driving a motor externally connected by converting a power of an external power source into a power of an arbitrary frequency with a DC external power source as an input, and a storage battery connected to an input / output side of the inverter circuit; When the motor is driven, the motor is driven by the inverter circuit using the power of the storage battery or the power of the external power source. At the time of charging the storage battery, DC power is output to one phase of the output of the inverter circuit. And a control means having a control function for charging the storage battery.
As a result, a motor drive device that is resistant to a power supply environment, which is constituted by a small, lightweight, and low-cost circuit using a DC external power supply as an input, is realized.

第2の発明は、交流の外部電源を入力とし外部電源の電力を直流に変換するコンバータと、コンバータの出力する電力を入力とし任意の周波数の電力に変換し外部接続されたモータを駆動するインバータ回路と、インバータ回路の入出力側に接続された蓄電池と、モータの駆動時には、蓄電池の電力もしくは外部電源の電力を用いてインバータ回路によりモータを駆動すると共に、蓄電池の充電時には、インバータ回路の出力の内の1相に直流電力を出力し、その直流電力を用いて蓄電池の充電を行う制御機能を有した制御手段とを備えたものである。
このことにより、交流の外部電源を入力とし、小型、軽量、低コストの回路で構成された電源環境に強いモータ駆動装置が実現される。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a converter for converting an external power supply into a direct current with an AC external power supply as an input, and an inverter for driving an externally connected motor by converting the power output from the converter into an arbitrary frequency power. When the motor is driven, the motor is driven by the inverter circuit using the power of the storage battery or the power of the external power source, and when the battery is charged, the output of the inverter circuit Control means having a control function of outputting DC power to one phase of the battery and charging the storage battery using the DC power.
As a result, a motor drive device that is resistant to a power supply environment that is constituted by a small, lightweight, and low-cost circuit using an AC external power supply as an input is realized.

第3の発明は、特に、第1または第2の発明のインバータ回路は、直列に接続されたスイッチング素子2個を1相分として3相分のスイッチング素子を備え、モータの駆動時には、3相分のスイッチング素子をスイッチングすることにより3相の任意の周波数の電力を出力し3相のモータを駆動し、蓄電池の充電時には、インバータ回路の3相分のスイッチング素子の内、1相分のスイッチング素子のみスイッチングを行うことにより直流電力を出力する制御を行う制御手段とを有したものである。
このことにより、小型、軽量、低コストの回路で構成され、3相モータを駆動する機能を有した電源環境に強いモータ駆動装置が実現される。
According to a third aspect of the invention, in particular, the inverter circuit according to the first or second aspect of the invention includes a switching element for three phases, with two switching elements connected in series as one phase, and when the motor is driven, By switching the switching element for 3 minutes, the power of 3 phases is output and the motor of 3 phases is driven. When charging the storage battery, the switching circuit for 1 phase is switched among the switching elements for 3 phases of the inverter circuit. And control means for performing control to output DC power by switching only the elements.
As a result, a motor drive device that is configured with a small, light, and low-cost circuit and that has a function of driving a three-phase motor and is resistant to a power supply environment is realized.

第4の発明は、特に、第1または第2の発明のインバータ回路は、スイッチング素子2個を1相分として2相分のスイッチング素子を備え、前記制御手段は、前記モータの駆動時には、2相分のスイッチング素子をスイッチングすることにより2相の任意の周波数の電力を出力して2相のモータを駆動し、前記蓄電池の充電時には、前記インバータ回路の2相分のスイッチング素子の内、1相分のスイッチング素子のみスイッチングを行うことにより直流電力を出力する制御を行うことを特徴としたものである。
このことにより、小型、軽量、低コストの回路で構成され、2相モータを駆動する機能を有した電源環境に強いモータ駆動装置が実現される。
According to a fourth aspect of the present invention, in particular, the inverter circuit of the first or second aspect of the invention includes two switching elements for one phase, and the control means is configured to output 2 at the time of driving the motor. By switching the phase switching elements, two-phase arbitrary frequency power is output to drive the two-phase motor, and when charging the storage battery, one of the two-phase switching elements of the inverter circuit is 1 Control is performed to output DC power by switching only the switching elements for the phase.
As a result, a motor drive device that is configured with a small, light, and low-cost circuit and that has a function of driving a two-phase motor and is resistant to a power supply environment is realized.

第5の発明は、特に、第3または第4の発明において、蓄電池とインバータ回路の入力側の間には第1のスイッチが備えられ、蓄電池とインバータ回路の出力側の間には第2のスイッチが備えられ、制御手段は、蓄電池の電力でモータを駆動するときに第1のスイッチをオンとし、外部電源から電力で蓄電池を充電するときに第2のスイッチをオンとする制御を行う制御手段とを有したものである。
このことにより、小型、軽量、低コストの回路で構成され、モータ駆動と蓄電池充電が容易に切り替え可能な電源環境に強いモータ駆動装置が実現される。
According to a fifth invention, in particular, in the third or fourth invention, a first switch is provided between an input side of the storage battery and the inverter circuit, and a second switch is provided between the output side of the storage battery and the inverter circuit. A switch is provided, and the control means performs control to turn on the first switch when driving the motor with the power of the storage battery and to turn on the second switch when charging the storage battery with the power from an external power source. Means.
This realizes a motor drive device that is configured with a small, light, and low-cost circuit and that is resistant to a power supply environment in which motor drive and storage battery charging can be easily switched.

第6の発明は、特に、第1〜第4のいずれか1つの発明において、インバータ回路の入力側には、入力部の電圧を検出する電圧検出手段を備え、検出された電圧が所定の値以下の場合、蓄電池の電力でモータを駆動すると共に、検出された電圧が所定の値以上の場合、外部電源の電力でモータを駆動、もしくは蓄電池を充電する制御を行う制御手段とを備えたものである。
このことにより、小型、軽量、低コストの回路で構成され、外部電源駆動と、蓄電池駆動が自動的に切り替わる安全性に優れた電源環境に強いモータ駆動装置が実現される。
In a sixth aspect of the invention, in particular, in any one of the first to fourth aspects of the invention, the input side of the inverter circuit includes voltage detection means for detecting the voltage of the input section, and the detected voltage is a predetermined value. In the following cases, the motor is driven by the power of the storage battery, and when the detected voltage is equal to or higher than a predetermined value, the motor is driven by the power of the external power source or the control means for controlling the storage battery is provided. It is.
As a result, a motor drive device that is configured with a small, light, and low-cost circuit and that is excellent in safety and in which the external power supply drive and the storage battery drive are automatically switched is realized.

第7の発明は、特に、第2〜第5のいずれか1つの発明において、コンバータの外部電源からの入力側には、入力の電圧を検出する電圧検出手段を備え、検出された電圧が所定の値以下の場合、蓄電池の電力でモータを駆動すると共に、検出された電圧が所定の値以上の場合、外部電源からの電力でモータを駆動、もしくは蓄電池を充電する制御を行う制御手段を備えたものである。
このことにより、小型、軽量、低コストの回路で構成され、交流電源入力で機能するモータ駆動装置において、外部電源駆動と蓄電池駆動が自動的に切り替わる安全性に優れた電源環境に強いモータ駆動装置が実現される。
According to a seventh aspect of the invention, in particular, in any one of the second to fifth aspects of the invention, the input side from the external power source of the converter is provided with voltage detection means for detecting an input voltage, and the detected voltage is predetermined. When the detected voltage is equal to or higher than a predetermined value, the motor is driven by the electric power from the external power source or the control means for controlling the charging of the storage battery is provided. It is a thing.
As a result, a motor drive device that is composed of a small, light, and low-cost circuit and that functions with an AC power supply input. The motor drive device that is resistant to a power supply environment that automatically switches between external power supply drive and storage battery drive. Is realized.

第8の発明は、特に、第1〜第7のいずれか1つの発明において、インバータ回路の入力側に接続された昇圧回路を備え、蓄電池の出力は昇圧回路の入力側に接続されたものである。
このことにより、小型、軽量、低コストの回路で構成され、電源環境によらずにモータ駆動電圧を確保できるモータ駆動装置が実現される。
In an eighth aspect of the invention, in particular, in any one of the first to seventh aspects, a booster circuit connected to the input side of the inverter circuit is provided, and the output of the storage battery is connected to the input side of the booster circuit. is there.
As a result, a motor drive device that is configured with a small, light, and low-cost circuit and that can secure the motor drive voltage regardless of the power supply environment is realized.

第9の発明は、特に、第8の発明において、昇圧回路の入力側には、入力部の電圧を検
出する電圧検出手段を備え、検出された電圧が所定の値以下の場合、蓄電池の電力でモータを駆動すると共に、検出された電圧が所定の値以上の場合、外部電源の電力でモータを駆動、もしくは蓄電池を充電する制御を行う制御手段とを備えたものである。
このことにより、小型、軽量、低コストの回路で構成され、電源環境によらずにモータ駆動電圧を確保でき、自動的に外部電源と蓄電池電源が切り替わる安全性に優れたモータ駆動装置が実現される。
According to a ninth aspect of the invention, in particular, in the eighth aspect of the invention, the input side of the booster circuit is provided with voltage detection means for detecting the voltage of the input unit, and when the detected voltage is not more than a predetermined value, the power of the storage battery And a control means for controlling the driving of the motor with the power of the external power source or the charging of the storage battery when the detected voltage is equal to or higher than a predetermined value.
As a result, a small, lightweight, low-cost circuit is realized, a motor drive voltage can be secured regardless of the power supply environment, and a motor drive device with excellent safety that automatically switches between an external power supply and a storage battery power supply is realized. The

第10の発明は、特に、第2〜第9のいずれか1つの発明において、外部電源からの入力側には第3のスイッチが備えられ、前記制御手段は、前記外部電源からの電力でモータを駆動、もしくは蓄電池を充電するときに第3のスイッチをオンとすることを特徴としたものである。
このことにより、小型、軽量、低コストの回路で構成され、電源環境によらずにモータ駆動電圧を確保でき、自動的に外部電源と蓄電池電源が切り替わる安全性に優れたモータ駆動装置が実現される。
In a tenth aspect of the invention, in particular, in any one of the second to ninth aspects of the invention, a third switch is provided on an input side from an external power source, and the control means is a motor using electric power from the external power source. The third switch is turned on when driving the battery or charging the storage battery.
As a result, a small, lightweight, low-cost circuit is realized, a motor drive voltage can be secured regardless of the power supply environment, and a motor drive device with excellent safety that automatically switches between an external power supply and a storage battery power supply is realized. The

第11の発明は、ファンモータの駆動装置が、第1〜第10のいずれか1つの発明のモータ駆動装置により構成されたことを特徴としたものである。
このことにより、電源環境によらず、外部交流電源によっても、内部蓄電池の電力によってもファンモータを安定して駆動し掃除機機能が得られる、小型、低コストの電気掃除機が実現されるものである。
The eleventh aspect of the invention is characterized in that the fan motor drive device is constituted by the motor drive device of any one of the first to tenth inventions.
This realizes a small and low-cost vacuum cleaner that can stably drive the fan motor and obtain the vacuum cleaner function regardless of the power supply environment, either by the external AC power supply or by the power of the internal storage battery. It is.

以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.

(実施の形態1)
図1は、本発明の第1の実施の形態に係るモータ駆動装置20の全体構成を示す回路構成図である。
交流電源1より与えられる交流電力は、交流電力の電圧を検出する交流電圧検出手段19、および交流電源の接続をオンオフする交流側スイッチ18を通して全波整流用のダイオードブリッジで構成される整流回路9により直流に変換される。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a circuit configuration diagram showing the overall configuration of the motor drive device 20 according to the first embodiment of the present invention.
The AC power supplied from the AC power source 1 is a rectifier circuit 9 composed of a full-wave rectifier diode bridge through an AC voltage detecting means 19 for detecting the voltage of the AC power and an AC switch 18 for turning on / off the connection of the AC power source. Is converted to direct current.

この整流回路9により変換された直流電力は、昇圧コイル10、昇圧用スイッチング素子12、ダイオード11、平滑コンデンサ13とから構成される一般的な昇圧チョッパ方式回路である昇圧回路21により昇圧される。例えば、交流電源1の入力がAC100Vの場合、整流回路9の出力は約0V〜140Vの変動電圧となるが、昇圧回路21により例えば、140V〜300V程度の任意の平滑された直流電圧に昇圧させることができる。   The DC power converted by the rectifier circuit 9 is boosted by a booster circuit 21 which is a general booster chopper circuit composed of a booster coil 10, a boosting switching element 12, a diode 11, and a smoothing capacitor 13. For example, when the input of the AC power supply 1 is AC100V, the output of the rectifier circuit 9 becomes a fluctuation voltage of about 0V to 140V, but is boosted to an arbitrary smoothed DC voltage of about 140V to 300V by the booster circuit 21, for example. be able to.

この昇圧回路21により昇圧された直流電力は、スイッチング素子2a〜7aおよび、それに並列に接続されたダイオード2b〜7bにより構成されるスイッチング回路2〜7から構成されるインバータ回路22に入力される。インバータ回路22においては、任意の周波数の交流に変換され、上アーム側のスイッチング回路2、4、6と下アーム側のスイッチング回路3、5、7の相互接続点に接続されたモータ8に供給される。このことにより、モータ8を任意の回転数で駆動することができる。   The DC power boosted by the booster circuit 21 is input to an inverter circuit 22 composed of switching elements 2a to 7a and switching circuits 2 to 7 composed of diodes 2b to 7b connected in parallel thereto. In the inverter circuit 22, it is converted into alternating current of an arbitrary frequency and supplied to the motor 8 connected to the interconnection point of the switching circuits 2, 4, 6 on the upper arm side and the switching circuits 3, 5, 7 on the lower arm side. Is done. As a result, the motor 8 can be driven at an arbitrary rotational speed.

制御手段15は、モータ8が所望の回転数で回転するような交流電力をインバータ回路22が出力するように、スイッチング素子2a〜7aのスイッチングを制御する。スイッチングの方法としては、素子の駆動パルスの時間幅により出力電圧を制御する、一般的なパルス幅変調(PWM)方式が用いられる。   The control means 15 controls the switching of the switching elements 2a to 7a so that the inverter circuit 22 outputs AC power that causes the motor 8 to rotate at a desired rotational speed. As a switching method, a general pulse width modulation (PWM) method in which the output voltage is controlled by the time width of the drive pulse of the element is used.

さらに、モータ駆動装置20内には、蓄電池14が備えられ、その一端は整流回路9と昇圧回路21の接続点に放電スイッチ16を通して接続される。また、さらに他の一端には、インバータ回路22からモータ8に接続された3相の電力線の内の1相の電力線に、充電スイッチ17を通して接続される。   Furthermore, a storage battery 14 is provided in the motor drive device 20, and one end thereof is connected to a connection point between the rectifier circuit 9 and the booster circuit 21 through the discharge switch 16. Further, the other end is connected to the one-phase power line of the three-phase power lines connected from the inverter circuit 22 to the motor 8 through the charging switch 17.

モータ8を駆動する電力は、交流電源1からの電力を使用することも可能であると共に、蓄電池14からの電力を使用することも可能な構成となっている。交流電源1からの電力を使用する場合には、交流側スイッチ18がオン、放電スイッチ16がオフと設定され、蓄電池14からの電力を使用する場合には、交流側スイッチ18がオフ、放電スイッチ16がオンと設定される。   The electric power for driving the motor 8 can use electric power from the AC power source 1 and can also use electric power from the storage battery 14. When the power from the AC power source 1 is used, the AC side switch 18 is set to ON and the discharge switch 16 is set to OFF. When the power from the storage battery 14 is used, the AC side switch 18 is set to OFF. 16 is set to ON.

このことにより、交流電源1からの電力を使用する場合には、交流電源1からの電力が昇圧回路21の入力端に供給され、蓄電池14からの電力を使用する場合には、蓄電池14の電力が昇圧回路21の入力端に供給されることにより、モータ8を駆動する構成となっている。制御手段15は、この使用する電力の切り替えを交流側スイッチ18、放電スイッチ16を制御することにより行う。   Accordingly, when using power from the AC power source 1, power from the AC power source 1 is supplied to the input terminal of the booster circuit 21, and when using power from the storage battery 14, the power of the storage battery 14 is used. Is supplied to the input terminal of the booster circuit 21 to drive the motor 8. The control means 15 switches the power to be used by controlling the AC side switch 18 and the discharge switch 16.

さらに、充電の際には交流側スイッチ18がオン、放電スイッチ16がオフ、充電スイッチ17がオンと設定される。それにより、交流電源1からの電力が昇圧回路21を通してインバータ回路22に入力され、インバータ回路22の3相出力の内、1相から出力される直流電力が、蓄電池14に供給され充電が行われる。   Further, at the time of charging, the AC side switch 18 is turned on, the discharge switch 16 is turned off, and the charge switch 17 is turned on. As a result, power from the AC power source 1 is input to the inverter circuit 22 through the booster circuit 21, and DC power output from one phase of the three-phase output of the inverter circuit 22 is supplied to the storage battery 14 and charged. .

次に、制御手段15における動作モードの切り替え制御機能について説明する。図2は、本実施の形態1に係るモータ駆動装置の制御手段15の動作を示すフローチャートである。このモータ駆動装置においては、モータを駆動するモード、もしくは蓄電池を充電するモードを有する。ユーザの操作によりモータが駆動される場合以外は、蓄電池14を充電するモードに設定される。   Next, the operation mode switching control function in the control means 15 will be described. FIG. 2 is a flowchart showing the operation of the control means 15 of the motor drive device according to the first embodiment. This motor drive device has a mode for driving a motor or a mode for charging a storage battery. The mode is set to charge the storage battery 14 except when the motor is driven by a user operation.

ステップS101においてモードが判断されると、モータ駆動モードの場合には、ステップS102において、交流電力の電圧を検出する交流電圧検出手段19により検出された交流電圧の値を入力し、交流電圧の値が所定の電圧値(電圧A)を超えている場合には、外部電源から電力が供給されていると判断され、逆に所定の電圧値(電圧A)以下の場合には、外部電源から電力が供給されていないと判断される。この所定の電圧値は、モータを駆動することが可能な最低電圧値に設定される。   When the mode is determined in step S101, in the case of the motor drive mode, in step S102, the value of the AC voltage detected by the AC voltage detecting means 19 for detecting the voltage of the AC power is input and the value of the AC voltage is obtained. Is greater than a predetermined voltage value (voltage A), it is determined that power is supplied from the external power source. Conversely, if the voltage is equal to or lower than the predetermined voltage value (voltage A), power is supplied from the external power source. Is determined not to be supplied. The predetermined voltage value is set to the lowest voltage value that can drive the motor.

外部電源から電力が供給されていると判断された場合には、ステップ104において、交流側スイッチ18がオン、放電スイッチ16がオフ、充電スイッチ17がオフと設定される。これにより、交流電源1からの電力が昇圧回路21の入力端に供給され、さらにインバータ回路22に供給されることにより、モータ8を駆動する構成となる。   If it is determined that power is supplied from the external power supply, in step 104, the AC side switch 18 is turned on, the discharge switch 16 is turned off, and the charge switch 17 is turned off. As a result, power from the AC power supply 1 is supplied to the input terminal of the booster circuit 21 and further supplied to the inverter circuit 22, thereby driving the motor 8.

逆に、外部電源から電力が供給されていないと判断された場合には、ステップ105において、交流側スイッチ18がオフ、放電スイッチ16がオン、充電スイッチ17がオフと設定される。これにより、蓄電池14の電力が昇圧回路21の入力端に供給され、さらにインバータ回路22に供給されることにより、モータ8を駆動する構成となる。その後、ステップ106においてインバータ回路22から3相交流を出力するようにスイッチング素子2a〜7aを制御することにより、モータ駆動を行う。   On the other hand, if it is determined that no power is supplied from the external power supply, in step 105, the AC side switch 18 is turned off, the discharge switch 16 is turned on, and the charge switch 17 is turned off. Thereby, the electric power of the storage battery 14 is supplied to the input terminal of the booster circuit 21 and further supplied to the inverter circuit 22, thereby driving the motor 8. Thereafter, in step 106, the motor is driven by controlling the switching elements 2a to 7a so as to output the three-phase alternating current from the inverter circuit 22.

一方、ステップS101においてモードが判断され、蓄電池充電モードの場合には、ステップS107において、交流側スイッチ18がオン、放電スイッチ16がオフ、充電スイッチ17がオンと設定される。これにより、交流電源1からの電力が昇圧回路21の入
力端に供給され、さらにインバータ回路22に供給され、さらにインバータ回路22の3相出力の内、1相から出力される直流電力が、蓄電池14に供給される構成となる。その後、ステップ108においてインバータ回路22から直流電力を出力するようにスイッチング素子2a〜7aを制御することにより、蓄電池14の充電を行う。
On the other hand, the mode is determined in step S101, and in the case of the storage battery charging mode, in step S107, the AC side switch 18 is turned on, the discharge switch 16 is turned off, and the charge switch 17 is turned on. As a result, the power from the AC power source 1 is supplied to the input terminal of the booster circuit 21 and further supplied to the inverter circuit 22, and the DC power output from one phase of the three-phase outputs of the inverter circuit 22 is stored in the storage battery. 14 is provided. Thereafter, in step 108, the storage battery 14 is charged by controlling the switching elements 2a to 7a so as to output DC power from the inverter circuit 22.

図3は、本発明の第1の実施の形態に係るモータ駆動装置20のインバータ回路22のモータ駆動時のスイッチングの推移を示す状態図である。モータ8を駆動するインバータ回路22が3相交流を出力するように、スイッチング素子2a〜7aのスイッチングが、制御手段15により制御される。スイッチング手法としては、パルス幅により出力電圧を制御するPWM(Pulse Width Modulation)方式により行う。PWM方式におけるキャリア波としては、周期がTc、振幅がVcの三角波が使用され、出力する交流の3相電圧との比較によりスイッチング素子2a〜7aのスイッチングタイミングを決定する。   FIG. 3 is a state diagram showing a transition of switching during motor driving of the inverter circuit 22 of the motor driving device 20 according to the first embodiment of the present invention. Switching of the switching elements 2a to 7a is controlled by the control means 15 so that the inverter circuit 22 that drives the motor 8 outputs a three-phase alternating current. As a switching method, a PWM (Pulse Width Modulation) method for controlling an output voltage with a pulse width is used. As a carrier wave in the PWM system, a triangular wave having a period of Tc and an amplitude of Vc is used, and the switching timing of the switching elements 2a to 7a is determined by comparison with the output AC three-phase voltage.

インバータ回路22の3相交流をU相、V相、W相の3相とした時に、U相の出力電圧に対し、対応したスイッチング素子2a、3aは、図3のように時刻t0〜t5の間はスイッチング素子2aがオン、スイッチング素子3aがオフとなるようにスイッチングされる。これにより、出力すべきU相の出力電圧と平均電圧で同じとなる電圧が、インバータ回路22の3相交流出力の内の1相であるU相から出力される。同様に、V相の出力電圧に対し、対応したスイッチング素子4a、5aは、図3のように時刻t1〜t4の間はスイッチング素子4aがオン、スイッチング素子5aがオフとなるようにスイッチングされる。   When the three-phase alternating current of the inverter circuit 22 is changed to the U-phase, V-phase, and W-phase, the switching elements 2a and 3a corresponding to the output voltage of the U-phase have the time t0 to t5 as shown in FIG. Switching is performed so that the switching element 2a is turned on and the switching element 3a is turned off. As a result, a voltage that is the same as the U-phase output voltage to be output and the average voltage is output from the U-phase, which is one of the three-phase AC outputs of the inverter circuit 22. Similarly, the switching elements 4a and 5a corresponding to the V-phase output voltage are switched so that the switching element 4a is turned on and the switching element 5a is turned off between times t1 and t4 as shown in FIG. .

W相の出力電圧に対し、対応したスイッチング素子6a、7aは、図3のように時刻t2〜t3の間はスイッチング素子6aがオン、スイッチング素子7aがオフとなるようにスイッチングされる。これにより、3相交流出力がインバータ回路22より出力され、さらに接続されたモータ8を駆動する。   The switching elements 6a and 7a corresponding to the W-phase output voltage are switched so that the switching element 6a is turned on and the switching element 7a is turned off between times t2 and t3 as shown in FIG. Thereby, a three-phase alternating current output is output from the inverter circuit 22, and the connected motor 8 is driven.

図4は、本発明の第1の実施の形態に係るモータ駆動装置20のインバータ回路22の蓄電池充電時のスイッチングの推移を示す状態図である。インバータ回路22の3相交流出力をU相、V相、W相の3相とし、スイッチング素子2a、3aに対応した相をU相、スイッチング素子4a、5aに対応した相をV相、スイッチング素子6a、7aに対応した相をW相とした時に、充電時には、インバータ回路22のV相の出力が、オン設定された充電スイッチ17を通して蓄電池14に供給される。そのために、U相に対応したスイッチング素子2a、3aをスイッチングすることにより、モータ8のインダクタンスを利用し電圧を降下させる。これにより、インバータ回路22により降圧チョッパ回路を構成することによる充電電圧制御が可能となる。   FIG. 4 is a state diagram showing the transition of switching during charging of the storage battery of the inverter circuit 22 of the motor drive device 20 according to the first embodiment of the present invention. The three-phase AC output of the inverter circuit 22 is U-phase, V-phase, and W-phase, the phase corresponding to the switching elements 2a and 3a is U-phase, the phase corresponding to the switching elements 4a and 5a is V-phase, and the switching element When the phase corresponding to 6a and 7a is the W phase, the V-phase output of the inverter circuit 22 is supplied to the storage battery 14 through the charging switch 17 set to ON during charging. For this purpose, the switching element 2a, 3a corresponding to the U-phase is switched to lower the voltage using the inductance of the motor 8. Thereby, charging voltage control by configuring a step-down chopper circuit by the inverter circuit 22 becomes possible.

インバータ回路22のU相、V相、W相の3相交流出力の内、U相に対応したスイッチング素子2a、3aのみスイッチングを行う。蓄電池14を充電するための充電電圧に対し、スイッチング素子2a、3aは、図4のように時刻t6〜t7の間はスイッチング素子2aがオン、スイッチング素子3aがオフとなるようにスイッチングされる。   Of the three-phase AC outputs of the U-phase, V-phase, and W-phase of the inverter circuit 22, only the switching elements 2a and 3a corresponding to the U-phase are switched. With respect to the charging voltage for charging the storage battery 14, the switching elements 2a and 3a are switched so that the switching element 2a is on and the switching element 3a is off between times t6 and t7 as shown in FIG.

同じキャリア周期内での他の区間においては、それとは逆のスイッチング素子2aがオフ、スイッチング素子3aがオンとなるようにスイッチングされる。他のV相、W相に対応したスイッチング素子4a〜7aは、常時オフに設定される。   In other sections within the same carrier period, switching is performed such that the switching element 2a opposite to that is turned off and the switching element 3a is turned on. The switching elements 4a to 7a corresponding to the other V and W phases are always set to off.

これにより、出力すべき充電電圧と平均電圧で同じとなる電圧が、インバータ回路22の3相交流出力の内のU相とは別の相であるV相、もしくはW相から出力される。本実施例においては、V相からの出力がオンと設定された充電スイッチ17を通して蓄電池14
に供給される。蓄電池14を充電するための充電電圧値は、蓄電池14に対し最適な電圧値に設定され、所定の充電電流を実現するための電圧値に設定されてもよいことは言うまでもない。
As a result, a voltage that is the same as the charging voltage to be output and the average voltage is output from the V phase or the W phase, which is a different phase from the U phase in the three-phase AC output of the inverter circuit 22. In the present embodiment, the storage battery 14 passes through the charging switch 17 in which the output from the V phase is set to ON.
To be supplied. It goes without saying that the charging voltage value for charging the storage battery 14 may be set to an optimum voltage value for the storage battery 14 and set to a voltage value for realizing a predetermined charging current.

このように、本実施の形態1におけるモータ駆動装置においては、交流電源1より与えられる交流電力は、整流回路9により直流電力に変換され、昇圧回路21により昇圧された後、インバータ回路22に入力され、任意の周波数の交流に変換され、接続されたモータ8に供給されることにより、モータ8が任意の回転数で駆動される。   As described above, in the motor drive device according to the first embodiment, AC power supplied from the AC power supply 1 is converted into DC power by the rectifier circuit 9, boosted by the booster circuit 21, and then input to the inverter circuit 22. Then, the motor 8 is driven at an arbitrary number of revolutions by being converted into alternating current of an arbitrary frequency and supplied to the connected motor 8.

さらに、モータ駆動装置20内に備えられた蓄電池14の電力は、放電スイッチ16を通して昇圧回路21に出力され、インバータ回路22に供給されることにより、蓄電池の電力によってもモータ8が駆動される。また、蓄電池14は、インバータ回路22からモータ8に接続された3相の電力線の内の1相の電力線に出力される直流電力により充電される。   Furthermore, the electric power of the storage battery 14 provided in the motor drive device 20 is output to the booster circuit 21 through the discharge switch 16 and supplied to the inverter circuit 22, whereby the motor 8 is driven by the electric power of the storage battery. In addition, the storage battery 14 is charged with DC power output from the inverter circuit 22 to a one-phase power line among the three-phase power lines connected to the motor 8.

このことにより、小型、低コストの回路で外部交流電源によっても、内部蓄電池の電力によっても3相のモータを安定して駆動することができるモータ駆動装置が実現されるものである。   As a result, a motor drive device that can stably drive a three-phase motor with an external AC power source or with the power of an internal storage battery in a small, low-cost circuit is realized.

(実施の形態2)
図5は、本発明の第2の実施の形態に係るモータ駆動装置47の全体構成を示す回路構成図である。このモータ駆動装置47により駆動されるモータ40としては、2相のSR(Switched Reluctance)モータなどが使用される。SRモータの駆動装置は、各相のスイッチング回路が独立したインバータ回路48で構成される。
(Embodiment 2)
FIG. 5 is a circuit configuration diagram showing the overall configuration of the motor drive device 47 according to the second embodiment of the present invention. As the motor 40 driven by the motor drive device 47, a two-phase SR (Switched Reluctance) motor or the like is used. The SR motor drive device is composed of an inverter circuit 48 in which each phase switching circuit is independent.

交流電源31より与えられる交流電力は、全波整流用のダイオードブリッジで構成される整流回路41により直流に変換される。この整流回路41により変換された直流電力は、平滑コンデンサ42が接続された直流部を介して、スイッチング素子32a〜35a、それに並列に接続されたダイオード32b〜35bとからなるスイッチング回路32〜35、さらに直流部の端子間にスイッチング素子32a〜35aと直列に接続されたダイオード36〜39とから構成されるインバータ回路48に入力される。   AC power supplied from the AC power supply 31 is converted into DC by a rectifier circuit 41 formed of a diode bridge for full-wave rectification. The direct current power converted by the rectifier circuit 41 is connected to switching elements 32a to 35a composed of switching elements 32a to 35a and diodes 32b to 35b connected in parallel to the direct current part to which the smoothing capacitor 42 is connected. Furthermore, it is input to an inverter circuit 48 constituted by diodes 36 to 39 connected in series with switching elements 32a to 35a between terminals of the DC part.

モータ40は2つの巻線(X相、Y相)を有し、インバータ回路48は、それに対応した2組のスイッチング回路から構成される。インバータ回路48においては、入力された直流電力は任意の周波数のパルス電流に変換され、スイッチング素子32a〜35aとダイオード36〜39の相互接続点に接続されたモータ40に供給されることにより、モータ40を任意の回転数で駆動することができる。   The motor 40 has two windings (X phase and Y phase), and the inverter circuit 48 includes two sets of switching circuits corresponding thereto. In the inverter circuit 48, the input DC power is converted into a pulse current having an arbitrary frequency and supplied to the motor 40 connected to the interconnection point of the switching elements 32 a to 35 a and the diodes 36 to 39. 40 can be driven at an arbitrary rotational speed.

さらに、モータ駆動装置47内には蓄電池43が備えられ、その一端は整流回路41とインバータ回路22の接続点に、放電スイッチ45とダイオード54を通してダイオード54のカソード端で接続される。また、さらに他の一端には、インバータ回路48からモータ40に接続された2相の電力線4本の内の1本の電力線に、充電スイッチ46を通して接続される。   Further, a storage battery 43 is provided in the motor drive device 47, and one end thereof is connected to a connection point between the rectifier circuit 41 and the inverter circuit 22 at the cathode end of the diode 54 through the discharge switch 45 and the diode 54. Further, the other end is connected to one of the four two-phase power lines connected from the inverter circuit 48 to the motor 40 through the charging switch 46.

モータ40を駆動する電力は、交流電源31からの電力を使用することも可能であると共に、蓄電池43からの電力を使用することも可能な構成となっている。交流電源31からの電力を使用する場合には、放電スイッチ45、充電スイッチ46がオフと設定され、蓄電池43からの電力を使用する場合には、放電スイッチ45がオン、充電スイッチ46がオフと設定される。このことにより、交流電源31からの電力を使用する場合には、交流電源31からの電力がインバータ回路22の入力端に供給され、蓄電池43からの電力
を使用する場合には、蓄電池43の電力がインバータ回路22の入力端に供給されることにより、モータ40を駆動する構成となっている。制御手段44は、この使用する電力の切り替えを放電スイッチ45、充電スイッチ46を制御することにより行うものである。
The electric power for driving the motor 40 can use electric power from the AC power source 31 and can also use electric power from the storage battery 43. When the power from the AC power supply 31 is used, the discharge switch 45 and the charge switch 46 are set to off. When the power from the storage battery 43 is used, the discharge switch 45 is on and the charge switch 46 is off. Is set. As a result, when power from the AC power supply 31 is used, power from the AC power supply 31 is supplied to the input terminal of the inverter circuit 22, and when power from the storage battery 43 is used, the power of the storage battery 43 is used. Is supplied to the input terminal of the inverter circuit 22 so that the motor 40 is driven. The control means 44 performs switching of the electric power to be used by controlling the discharge switch 45 and the charge switch 46.

さらに、充電の際には、放電スイッチ45がオフ、充電スイッチ46がオンと設定される。それにより、交流電源31からの電力がインバータ回路48に入力され、インバータ回路48の2相出力の内、1相から出力される直流電力が、蓄電池43に供給され充電が行われる。   Further, at the time of charging, the discharge switch 45 is set off and the charge switch 46 is set on. As a result, power from the AC power supply 31 is input to the inverter circuit 48, and DC power output from one phase of the two-phase outputs of the inverter circuit 48 is supplied to the storage battery 43 and charged.

さらに、インバータ回路48の入力端には電圧検出手段49が備えられ、直流部の電圧が検出される。この電圧の値が所定の電圧値を超えている場合には、交流電源31から電力が供給されていると判断され、逆に所定の電圧値以下の場合には、交流電源から電力が供給されていないと判断される。この所定の電圧値は、モータを駆動することが可能な最低電圧値に設定される。   Further, voltage detection means 49 is provided at the input end of the inverter circuit 48 to detect the voltage of the DC section. When the voltage value exceeds the predetermined voltage value, it is determined that power is supplied from the AC power supply 31, and conversely, when the voltage value is equal to or lower than the predetermined voltage value, power is supplied from the AC power supply. It is judged that it is not. The predetermined voltage value is set to the lowest voltage value that can drive the motor.

交流電源から電力が供給されていると判断された場合には、放電スイッチ45がオフ、充電スイッチ46がオフと設定される。これにより、交流電源31からの電力がインバータ回路48の入力端に供給されることにより、モータ40を駆動する構成となる。さらに充電の際には、放電スイッチ45がオフ、充電スイッチ46がオンと設定されることにより、交流電源31からの電力がインバータ回路48の入力端に供給されることにより、蓄電池43を充電する構成となる。   When it is determined that electric power is supplied from the AC power supply, the discharge switch 45 is set off and the charge switch 46 is set off. Thus, the electric power from the AC power supply 31 is supplied to the input terminal of the inverter circuit 48, so that the motor 40 is driven. Further, when charging, the discharge switch 45 is turned off and the charge switch 46 is turned on, so that power from the AC power supply 31 is supplied to the input terminal of the inverter circuit 48 to charge the storage battery 43. It becomes composition.

逆に、交流電源から電力が供給されていないと判断された場合には、放電スイッチ45がオン、充電スイッチ46がオフと設定される。これにより、蓄電池43の電力がインバータ回路22に供給されることにより、モータ40を駆動する構成となる。   Conversely, when it is determined that power is not supplied from the AC power supply, the discharge switch 45 is set on and the charge switch 46 is set off. As a result, the electric power of the storage battery 43 is supplied to the inverter circuit 22 to drive the motor 40.

制御手段44は、モータ40が所望の回転数で回転するような電力をインバータ回路48が出力するように、スイッチング素子32a〜35aのスイッチングを制御する。スイッチングの方法としては、モータ40の回転角度に同期してモータ電流が流れるように素子の駆動パルスを発生させる方法により制御する。   The control means 44 controls the switching of the switching elements 32a to 35a so that the inverter circuit 48 outputs power that causes the motor 40 to rotate at a desired rotational speed. As a switching method, control is performed by a method of generating a drive pulse of the element so that the motor current flows in synchronization with the rotation angle of the motor 40.

図6は、本発明の第2の実施の形態に係るモータ駆動装置47のインバータ回路48のモータ駆動時のスイッチングの推移を示す状態図である。モータ40を駆動するインバータ回路48が2相の電力を出力するように、スイッチング素子32a〜35aが行われる。例えば、時刻t20〜t21の区間においては、スイッチング素子32a、33aが所定の通流率でスイッチングされ、時刻t22〜t23の区間においては、スイッチング素子34a、35aが所定の通流率でスイッチングされる。これにより、モータ40の2相の巻線(X相巻線、Y相巻線)には、交互に一定周期で電流が流れ、それによりモータ40がその周期に合わせて駆動される。この制御は、制御手段44により制御される。   FIG. 6 is a state diagram showing a transition of switching during motor driving of the inverter circuit 48 of the motor driving device 47 according to the second embodiment of the present invention. The switching elements 32a to 35a are performed so that the inverter circuit 48 that drives the motor 40 outputs two-phase power. For example, the switching elements 32a and 33a are switched at a predetermined conduction rate during a period from time t20 to t21, and the switching elements 34a and 35a are switched at a certain conduction ratio during a period from time t22 to t23. . As a result, current flows alternately through the two-phase windings (X-phase winding and Y-phase winding) of the motor 40 at a constant cycle, whereby the motor 40 is driven in accordance with the cycle. This control is controlled by the control means 44.

図7は、本発明の第2の実施の形態に係るモータ駆動装置47のインバータ回路48の蓄電池充電時のスイッチングの推移を示す状態図である。充電時には、インバータ回路48のX相の一端の出力が、オン設定された充電スイッチ46を通して蓄電池43に供給される。そのために、X相に対応したスイッチング素子32aをスイッチングすることにより、モータ40のインダクタンスを利用し電圧を降下させる。これにより、インバータ回路48により降圧チョッパ回路を構成することによる充電電圧制御が可能となる。   FIG. 7 is a state diagram showing the transition of switching during charging of the storage battery of the inverter circuit 48 of the motor drive device 47 according to the second embodiment of the present invention. At the time of charging, the output of one end of the X phase of the inverter circuit 48 is supplied to the storage battery 43 through the charging switch 46 set to ON. For this purpose, the voltage is dropped using the inductance of the motor 40 by switching the switching element 32a corresponding to the X phase. As a result, the charging voltage can be controlled by configuring the step-down chopper circuit by the inverter circuit 48.

インバータ回路48のX相、Y相の2相出力の内、X相に対応したスイッチング素子32aのみスイッチングを行う。蓄電池43を充電するための充電電圧に対し、スイッチング素子32aは、図7のように時刻t10〜t11の間はスイッチング素子32aがオン
となるようにスイッチングされる。また、時刻t11〜t12の間はスイッチング素子32aがオフとなるように設定される。他のスイッチング素子33a〜35aは、常時オフに設定される。
Of the two-phase outputs of the X-phase and Y-phase of the inverter circuit 48, only the switching element 32a corresponding to the X-phase is switched. With respect to the charging voltage for charging the storage battery 43, the switching element 32a is switched so that the switching element 32a is turned on between times t10 and t11 as shown in FIG. Moreover, it sets so that the switching element 32a may be turned off between the time t11-t12. The other switching elements 33a to 35a are always set to off.

これにより、出力すべき充電電圧と平均電圧で同じとなる電圧が、インバータ回路48の出力の内のX相の一端から出力され、所定の充電電流が供給される。さらに、オン設定された充電スイッチ46を通して蓄電池43に供給される。蓄電池43を充電するための充電電圧値は、蓄電池43に対し最適な電圧値に設定され、所定の充電電流を実現するための電圧値に設定されてもよいことは言うまでもない。   As a result, a voltage that is the same as the charging voltage to be output and the average voltage is output from one end of the X phase in the output of the inverter circuit 48, and a predetermined charging current is supplied. Further, it is supplied to the storage battery 43 through the charging switch 46 set to ON. It goes without saying that the charging voltage value for charging the storage battery 43 may be set to an optimum voltage value for the storage battery 43 and set to a voltage value for realizing a predetermined charging current.

このように、本実施の形態2におけるモータ駆動装置においては、交流電源31より与えられる交流電力は、整流回路41により直流電力に変換され、インバータ回路48に入力され、任意の周波数の電力に変換され、接続されたモータ40に供給される。このことにより、モータ40が任意の回転数で駆動される。さらに、モータ駆動装置47内に備えられた蓄電池43の電力は、放電スイッチ45、ダイオード54を通してインバータ回路48に供給されることにより、蓄電池43の電力によってもモータ40が駆動される。   As described above, in the motor drive device according to the second embodiment, the AC power supplied from the AC power supply 31 is converted into DC power by the rectifier circuit 41, input to the inverter circuit 48, and converted to power of an arbitrary frequency. And supplied to the connected motor 40. As a result, the motor 40 is driven at an arbitrary rotational speed. Furthermore, the electric power of the storage battery 43 provided in the motor driving device 47 is supplied to the inverter circuit 48 through the discharge switch 45 and the diode 54, so that the motor 40 is also driven by the electric power of the storage battery 43.

また、蓄電池43は、インバータ回路48からモータ40に接続された2相の電力線の内の1相の電力線に出力される直流電力により充電される。このことにより、小型、低コストの回路で外部交流電源によっても、内部蓄電池の電力によっても2相のモータを安定して駆動することができるモータ駆動装置が実現されるものである。   In addition, the storage battery 43 is charged by DC power output from the inverter circuit 48 to the one-phase power line of the two-phase power lines connected to the motor 40. As a result, a motor driving device that can stably drive a two-phase motor with an external AC power source or with the power of an internal storage battery in a small, low-cost circuit is realized.

尚、上記実施の形態2における、制御手段15、および制御手段44は、マイコンのようなソフトウェア論理で動作するもので実現されてもよいし、ハードウェア論理回路により実現されても良いことはいうまでもない。   Note that the control means 15 and the control means 44 in the second embodiment may be realized by software logic such as a microcomputer, or may be realized by a hardware logic circuit. Not too long.

(実施の形態3)
図8は、本発明の第3の実施の形態に係る電気掃除機の詳細構成を示す構成図である。この電気掃除機内には、ファンモータ50と、それを駆動するためのモータ駆動装置51と、その内部に設けられた蓄電池52が備えられる。
(Embodiment 3)
FIG. 8: is a block diagram which shows the detailed structure of the vacuum cleaner which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. In this electric vacuum cleaner, a fan motor 50, a motor driving device 51 for driving the fan motor 50, and a storage battery 52 provided therein are provided.

そして交流電源ケーブル53から供給される交流電力により、モータ駆動装置51がファンモータ50を駆動することによりファンが回転し、掃除機の吸引機能を実現する。さらに、交流電源ケーブル53から交流電力が供給されない場合には、内部に備えられた蓄電池52の電力を用いて、ファンモータ50を駆動しファンが回転する。さらに、蓄電池52の充電は、交流電源ケーブル53から与えられる交流電力を内部のモータ駆動装置51により直流電力に変換することにより実現される。   The motor drive device 51 drives the fan motor 50 by the AC power supplied from the AC power cable 53, so that the fan rotates, thereby realizing the suction function of the vacuum cleaner. Further, when AC power is not supplied from the AC power supply cable 53, the fan motor 50 is driven using the power of the storage battery 52 provided therein to rotate the fan. Furthermore, the charging of the storage battery 52 is realized by converting the AC power supplied from the AC power cable 53 into DC power by the internal motor driving device 51.

このように、本実施の形態3における電気掃除機においては、交流電源ケーブル53より与えられる交流電力が、モータ駆動装置51により任意の周波数の電力に変換され、接続されたファンモータ50を駆動し、掃除機能を実現する。さらに、蓄電池52の電力によってもファンモータ50が駆動されるので、外部から電源が供給されない場合でも掃除機能が実現される。さらに、モータ駆動装置51内のインバータ回路により蓄電池52が充電されるので、外部交流電源によっても、内部蓄電池の電力によっても掃除機機能を得られる、小型、低コストの電気掃除機が実現されるものである。   As described above, in the vacuum cleaner according to the third embodiment, the AC power supplied from the AC power supply cable 53 is converted into power having an arbitrary frequency by the motor driving device 51 to drive the connected fan motor 50. Realize the cleaning function. Furthermore, since the fan motor 50 is driven also by the electric power of the storage battery 52, a cleaning function is realized even when power is not supplied from the outside. Furthermore, since the storage battery 52 is charged by the inverter circuit in the motor drive device 51, a small and low-cost vacuum cleaner that can obtain a vacuum cleaner function by both the external AC power supply and the power of the internal storage battery is realized. Is.

以上説明したように本発明は、モータを駆動するモータ駆動装置に関し、特に外部電源によっても、内部の蓄電池によっても動作させることができ、さらに小型、軽量、低コストを実現するモータ駆動装置に関して有用である。また、それを用いた電気掃除機に関し
て有用である。
As described above, the present invention relates to a motor drive device that drives a motor, and particularly useful for a motor drive device that can be operated by an external power source or an internal storage battery, and that further achieves a small size, light weight, and low cost. It is. Moreover, it is useful regarding the vacuum cleaner using it.

1 交流電源
2 スイッチング回路
2a スイッチング素子
3 スイッチング回路
3a スイッチング素子
4 スイッチング回路
4a スイッチング素子
5 スイッチング回路
5a スイッチング素子
6 スイッチング回路
6a スイッチング素子
7 スイッチング回路
7a スイッチング素子
8 モータ
9 整流回路
10 昇圧コイル
11 ダイオード
12 昇圧用スイッチング素子
13 平滑コンデンサ
14 蓄電池
15 制御手段
20 モータ駆動装置
22 インバータ回路
31 交流電源
32 スイッチング回路
32a スイッチング素子
33 スイッチング回路
33a スイッチング素子
34 スイッチング回路
34a スイッチング素子
35 スイッチング回路
35a スイッチング素子
40 モータ
41 整流回路
42 平滑コンデンサ
43 蓄電池
44 制御手段
47 モータ駆動装置
48 インバータ回路
50 ファンモータ
51 モータ駆動装置
52 蓄電池
54 ダイオード
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 AC power supply 2 Switching circuit 2a Switching element 3 Switching circuit 3a Switching element 4 Switching circuit 4a Switching element 5 Switching circuit 5a Switching element 6 Switching circuit 6a Switching element 7 Switching circuit 7a Switching element 8 Motor 9 Rectification circuit 10 Boosting coil 11 Diode 12 Step-up switching element 13 Smoothing capacitor 14 Storage battery 15 Control means 20 Motor drive device 22 Inverter circuit 31 AC power supply 32 Switching circuit 32a Switching element 33 Switching circuit 33a Switching element 34 Switching circuit 34a Switching element 35 Switching circuit 35a Switching element 40 Motor 41 Rectification Circuit 42 Smoothing capacitor 43 Storage battery 4 Control means 47 a motor driving device 48 inverter circuit 50 fan motor 51 motor driving device 52 storage battery 54 diode

Claims (11)

直流の外部電源を入力とし前記外部電源の電力を任意の周波数の電力に変換し外部接続されたモータを駆動するインバータ回路と、前記インバータ回路の入出力側に接続された蓄電池と、前記モータの駆動時には、前記蓄電池の電力もしくは前記外部電源の電力を用いて前記インバータ回路によりモータを駆動すると共に、前記蓄電池の充電時には、前記インバータ回路の出力の内の1相に直流電力を出力し、その直流電力を用いて前記蓄電池の充電を行う制御機能を有した制御手段とを備えたことを特徴とするモータ駆動装置。 An inverter circuit that drives a motor externally connected by converting the power of the external power source into power of an arbitrary frequency using a DC external power source as input, a storage battery connected to the input / output side of the inverter circuit, and the motor At the time of driving, the motor is driven by the inverter circuit using the power of the storage battery or the power of the external power source, and at the time of charging the storage battery, DC power is output to one phase of the output of the inverter circuit, A motor drive device comprising: control means having a control function of charging the storage battery using DC power. 交流の外部電源を入力とし前記外部電源の電力を直流に変換するコンバータと、前記コンバータの出力する電力を入力とし任意の周波数の電力に変換し外部接続されたモータを駆動するインバータ回路と、前記インバータ回路の入出力側に接続された蓄電池と、前記モータの駆動時には、前記蓄電池の電力もしくは外部電源の電力を用いて前記インバータ回路によりモータを駆動すると共に、前記蓄電池の充電時には、前記インバータ回路の出力の内の1相に直流電力を出力し、その直流電力を用いて前記蓄電池の充電を行う制御機能を有した制御手段とを備えたことを特徴とするモータ駆動装置。 A converter for converting the power of the external power source into a direct current using an AC external power source as an input; an inverter circuit for driving an externally connected motor by converting the power output from the converter into an electric power of an arbitrary frequency; A storage battery connected to the input / output side of the inverter circuit, and when driving the motor, the inverter circuit uses the power of the storage battery or the power of the external power source to drive the motor, and when charging the storage battery, the inverter circuit A motor drive device comprising: control means having a control function for outputting direct current power to one phase of the outputs of the output and charging the storage battery using the direct current power. 前記インバータ回路は、直列に接続されたスイッチング素子2個を1相分として3相分のスイッチング素子を備え、前記制御手段は、前記モータの駆動時には、3相分のスイッチング素子をスイッチングすることにより3相の任意の周波数の電力を出力して3相のモータを駆動し、前記蓄電池の充電時には、前記インバータ回路の3相分のスイッチング素子の内、1相分のスイッチング素子のみスイッチングを行うことにより直流電力を出力する制御を行うことを特徴とする請求項1または2に記載のモータ駆動装置。 The inverter circuit includes a switching element for three phases, with two switching elements connected in series as one phase, and the control means switches the switching elements for three phases when the motor is driven. Three-phase arbitrary frequency power is output to drive a three-phase motor, and at the time of charging the storage battery, only one of the three-phase switching elements of the inverter circuit is switched. The motor driving apparatus according to claim 1, wherein control for outputting direct-current power is performed. 前記インバータ回路は、スイッチング素子2個を1相分として2相分のスイッチング素子を備え、前記制御手段は、前記モータの駆動時には、2相分のスイッチング素子をスイッチングすることにより2相の任意の周波数の電力を出力して2相のモータを駆動し、前記蓄電池の充電時には、前記インバータ回路の2相分のスイッチング素子の内、1相分のスイッチング素子のみスイッチングを行うことにより直流電力を出力する制御を行うことを特徴とする請求項1または2に記載のモータ駆動装置。 The inverter circuit includes a switching element for two phases, with two switching elements for one phase, and the control means switches any two-phase switching element by switching the switching elements for two phases when the motor is driven. Outputs power at a frequency to drive a two-phase motor, and when charging the storage battery, outputs DC power by switching only one of the two-phase switching elements of the inverter circuit. The motor driving apparatus according to claim 1, wherein control is performed. 前記蓄電池と前記インバータ回路の入力側の間には第1のスイッチが備えられ、前記蓄電池と前記インバータ回路の出力側の間には第2のスイッチが備えられ、前記制御手段は、前記蓄電池の電力でモータを駆動するときに第1のスイッチをオンとし、前記外部電源から電力で蓄電池を充電するときに第2のスイッチをオンとすることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載のモータ駆動装置。 A first switch is provided between the storage battery and the input side of the inverter circuit, and a second switch is provided between the storage battery and the output side of the inverter circuit. The first switch is turned on when the motor is driven with electric power, and the second switch is turned on when the storage battery is charged with electric power from the external power source. The motor drive device according to item. 前記インバータ回路の入力側には、入力部の電圧を検出する電圧検出手段を備え、検出された電圧が所定の値以下の場合、前記蓄電池の電力でモータを駆動すると共に、検出された電圧が前記所定の値以上の場合、前記外部電源の電力でモータを駆動、もしくは蓄電池を充電する制御を行う制御手段を備えたことを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載のモータ駆動装置。 The input side of the inverter circuit is provided with voltage detection means for detecting the voltage of the input unit. When the detected voltage is a predetermined value or less, the motor is driven by the power of the storage battery and the detected voltage is The motor according to any one of claims 1 to 5, further comprising control means for controlling the driving of the motor with the electric power of the external power source or charging the storage battery when the predetermined value or more is reached. Drive device. 前記コンバータの外部電源からの入力側には、入力の電圧を検出する電圧検出手段を備え、検出された電圧が所定の値以下の場合、前記蓄電池の電力でモータを駆動すると共に、検出された電圧が前記所定の値以上の場合、前記外部電源からの電力でモータを駆動、もしくは蓄電池を充電する制御を行う制御手段を備えたことを特徴とする請求項2〜5のいずれか1項に記載のモータ駆動装置。 On the input side from the external power source of the converter is provided with voltage detection means for detecting the voltage of the input, and when the detected voltage is below a predetermined value, the motor is driven by the power of the storage battery and detected 6. The control device according to any one of claims 2 to 5, further comprising control means for controlling the motor to be driven by the electric power from the external power source or to charge the storage battery when the voltage is equal to or higher than the predetermined value. The motor drive device described. 前記インバータ回路の入力側に接続された昇圧回路を備え、前記蓄電池の出力は昇圧回路
の入力側に接続されたことを特徴とする請求項1〜7記載のいずれか1項に記載のモータ駆動装置。
The motor drive according to any one of claims 1 to 7, further comprising a booster circuit connected to an input side of the inverter circuit, wherein an output of the storage battery is connected to an input side of the booster circuit. apparatus.
前記昇圧回路の入力側には、入力部の電圧を検出する電圧検出手段を備え、検出された電圧が所定の値以下の場合、前記蓄電池の電力でモータを駆動すると共に、検出された電圧が前記所定の値以上の場合、前記外部電源の電力でモータを駆動、もしくは蓄電池を充電する制御を行う制御手段を備えたことを特徴とする請求項8に記載のモータ駆動装置。 The input side of the booster circuit is provided with voltage detection means for detecting the voltage of the input unit. When the detected voltage is a predetermined value or less, the motor is driven by the power of the storage battery and the detected voltage is 9. The motor driving apparatus according to claim 8, further comprising control means for controlling the motor to be driven by the electric power of the external power source or to charge the storage battery when the predetermined value is exceeded. 前記外部電源からの入力側には第3のスイッチが備えられ、前記制御手段は、前記外部電源からの電力でモータを駆動、もしくは蓄電池を充電するときに第3のスイッチをオンとすることを特徴とする請求項2〜9のいずれか1項に記載のモータ駆動装置。 A third switch is provided on the input side from the external power source, and the control means turns on the third switch when driving the motor with the power from the external power source or charging the storage battery. The motor drive device according to claim 2, wherein the motor drive device is a motor drive device. ファンモータの駆動装置が、請求項1〜10のいずれか1つのモータ駆動装置により構成されたことを特徴とする電気掃除機。 An electric vacuum cleaner characterized in that the fan motor drive device is constituted by the motor drive device according to any one of claims 1 to 10.
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