JP3658310B2 - Ｐｗｍ制御回路、電動送風機及び電気掃除機 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＰＷＭ制御回路、電動送風機及び電気掃除機に関する。ここでいう電気掃除機は、負圧を用いて様々な固体又は流体を収集領域に集める様々な機器を含む。
【０００２】
【従来の技術】
電動送風機において、起動時の突入電流（オーバーシュート電流）と異常電流を判別する過電流保護機能を備えるものがある。図１２に示すように、電動送風機の起動時に流れる電流は、瞬間的に大きいが、時間とともに下がる。一方、過負荷が継続的にかかったり、電動送風機がロック状態になると、過大な電流が流れ続ける。そこで、過電流検出値Ｉｚと過電流検出時間Ｔｚを設定し、過電流検出値Ｉｚと過電流検出時間Ｔｚを同時に検出するようにすれば、起動時の突入電流と異常電流とを判別することができる。即ち、Ｉｚ＜Ｉで、Ｔｚ＜Ｔｂになると、異常電流と認識し、電流を遮断する。従来、このような機能を有する各種回路構成が提案されている。
【０００３】
しかし、この方法では、時間こそ短いが、起動時に大きな電流が流れてしまい、電気回路上の電子部品に負荷を与えている。そこで、この起動時の突入電流をできるだけ抑える方法が提案されている。例えば、特開昭６２−２７２８７７号公報に開示されている方法は、ＰＷＭインバータ装置において、起動時に一定の時間だけ短いパルス幅の信号を出力し、起動するというものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この従来例では、起動時に短いパルス幅の信号を出力する具体的な手段が記載されていない。
【０００５】
そこで、本発明は、起動時に短いパルス幅の信号を出力する手段として、実現が容易な手段を提供し、起動時の突入電流（オーバーシュート電流）を減らすと共に、特に、電動送風機のような用途に適した、起動時の突入電流を減らす手段を提供するためのものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、搬送波信号と電流制御信号とを比較して当該電流制御信号の大きさに応じて決定されるパルス幅のＰＷＭ信号を発生させ、当該ＰＷＭ信号に基づいて電動送風機のブラシレス電動機を駆動するインバータ回路を制御するＰＷＭ制御回路において、前記電動送風機の起動時に、前記ブラシレス電動機の回転位置検出処理を実行し、当該回転位置検出処理のタイミングで割込処理を実行し、当該割込処理毎に、記電流制御信号を変動させて前記ＰＷＭ信号のパルス幅を増加させるようにした。
【０００７】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の電動送風機のＰＷＭ制御回路において、前記電動送風機の起動時の突入電流より大きな過電流検出値を設定し、前記ブラシレス電動機の巻線に流れる電流が前記過電流検出値を超えたとき、前記電動送風機の回転を停止させる。
【０００８】
請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の電動送風機のＰＷＭ制御回路において、前記電動送風機の起動時に、前記電流制御信号を単調減少させ、前記ＰＷＭ信号のパルス幅を単調増加させる。
【０００９】
請求項４記載の発明は、請求項１，２又は３記載の電動送風機のＰＷＭ制御回路において、前記回転位置検出手段の検出信号のエッジをトリガにして前記割込処理をする。
【００１０】
請求項５記載の発明は、請求項４記載の電動送風機のＰＷＭ制御回路において、前記ＰＷＭ制御回路はマイクロプロセッサを備え、前記割込処理中に、前記回転位置検出手段の検出信号を入力する前記マイクロプロセッサの端子の機能を切替える。
【００１１】
請求項６記載の発明は、ブラシレス電動機と、このブラシレス電動機に連結された送風機と、前記ブラシレス電動機の回転位置を検出する回転位置検出手段と、パルス信号を発生させるＰＷＭ制御回路と、前記パルス信号に基づいて前記ブラシレス電動機を駆動するインバータ回路と、を備え、前記ＰＷＭ制御回路は、搬送波信号を出力する搬送波発生手段と、前記搬送波信号と電流制御信号とを入力して比較し当該電流制御信号の大きさに応じて決定されるＰＷＭ信号を出力する比較手段と、前記ブラシレス電動機の起動時に、前記ブラシレス電動機の回転位置検出処理を実行し、当該回転位置検出処理のタイミングで割込処理を実行し、当該割込処理毎に、前記電流制御信号を変動させて前記パルス信号のパルス幅を増加させる手段と、を有している。
【００１２】
請求項７記載の発明は、請求項６記載の電動送風機において、前記ブラシレス電動機の巻線に流れる電流を検出する電流検出手段と、この電流検出手段によって検出した電流値が、起動時の前記ブラシレス電動機の突入電流よりも大きな過電流検出値を超えたときに、前記ブラシレス電動機の回転を停止させる手段と、を有している。
【００１３】
請求項８記載の発明は、請求項６又は７記載の電動送風機において、前記ＰＷＭ制御回路が、前記ブラシレス電動機の起動時に、前記電流制御信号を単調減少させる手段と、前記パルス幅を単調増加させる手段と、を有する。
【００１４】
請求項９記載の発明は、請求項６，７又は８記載の電動送風機において、前記回転位置検出手段の検出信号のエッジをトリガにして前記割込処理をする手段を有する。
【００１５】
請求項１０記載の発明は、請求項９記載の電動送風機において、前記ＰＷＭ制御回路はマイクロプロセッサを備え、前記割込処理中に、前記回転位置検出手段の検出信号を入力する前記マイクロプロセッサの端子の機能を切替える手段を有する。
【００１６】
請求項１１記載の発明の電気掃除機は、請求項１ないし５の何れか一記載のＰＷＭ制御回路を搭載したことを特徴とする。
【００１７】
請求項１２記載の発明の電気掃除機は、請求項６ないし１０の何れか一記載の電動送風機を搭載したことを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施の形態を図１ないし図１１に基づいて説明する。
図１は、電動送風機１の駆動制御回路２を示す回路図である。この駆動制御回路２は、電源部３を駆動源として高周波駆動されるインバータ回路としてのインバータ回路部４から発生する高周波電流によって電動送風機１のブラシレス電動機５を回転駆動するという動作原理を備え、マイクロプロセッサ６を含むＰＷＭ（ＰＷＭ：Ｐulse Ｗidth Ｍodulation、パルス幅変調）制御回路としてのＰＷＭ制御部７によってインバータ回路部４を駆動制御するような回路構成となっている。以下、各部の詳細を説明する。
【００１９】
電源部３において、商用交流電源ＰＳからの交流電圧は、整流回路８及び平滑コンデンサ９による整流平滑作用により直流電圧に変換され、このような直流電圧の態様でインバータ回路部４に供給される。
【００２０】
インバータ回路部４は、６個の半導体スイッチング素子（スイッチング素子）、例えばパワートランジスタを３相ブリッジ接続すると共に、各パワートランジスタと並列にダイオードを接続した構成になっている。このインバータ回路部４は、マイクロプロセッサ６を主体とするＰＷＭ制御部７によって出力されるＰＷＭ信号に基づいて制御され、交流電流を電動機５の電機子巻線１０に供給する。
【００２１】
ブラシレス電動機５は、３相のブラシレスＤＣ電動機で、２極対の永久磁石１１が埋設された回転子１２と、複数の電機子巻線１０を有する固定子１３とを備える。回転子１２のコアは、高い透磁率を有する珪素鋼等からなっている。
【００２２】
ここで、電動送風機１の駆動制御回路２は、回転子１２の回転位置を検出するための回転位置検出手段としての回転子位置検出手段１４を備える。このような回転子位置検出手段１４としては、電気角の１２０°間隔で設置した３つの磁気センサが用いられている。磁気センサとしては、ホールセンサやホールＩＣ等がある。また、実施に際しては、その他の回転子位置検出手段１４として、光学式パルスエンコーダを使用する構造、電流を流さない非通電期間に電機子巻線１０に誘起される電圧を電圧位相検出手段によって検出する構造などが使用可能である。このような回転子位置検出手段１４によって、回転子１２の一定間隔毎の磁極位置を検出し、ＰＷＭ制御部７のマイクロプロセッサ６は、その検出情報である磁極位置を用いて回転子１２の回転速度や、各相の通流タイミングを演算して、固定子１３の電機子巻線１０に適切な電流を与え、回転磁界を発生させる構造となっている。
【００２３】
また、電動送風機１の駆動制御回路２は、ブラシレス電動機５における電機子巻線１０に流れる電流を検出する電機子電流検出手段１５を備える。この電機子電流検出手段１５は、ブラシレス電動機５における電機子巻線１０に流れる電流を検出する検出手段として構成されている。このような電機子電流検出手段１５は、Ｕ、Ｖ、Ｗの各相の巻線に流れる電流、Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを検知するための３つの電流センサや、３つの抵抗の両端電圧をＰＷＭ制御部７で検出する回路によって構成されている。
【００２４】
さらに、電動送風機１の駆動制御回路２は、電機子巻線１０に流れる電流を検出する前記とは別の手段として、インバータ回路部４に流れる電流Ｉｉｎを検出するインバータ回路電流検出手段１６と、インバータ回路部４への入力電圧Ｖｄｃを検出するインバータ回路入力電圧検出手段１７とを備える。インバータ回路電流検出手段１６は、電機子巻線１０に流れる電流を検出する前記とは別の手段として、インバータ回路部４に流れる電流Ｉｉｎを検出する物理量検出手段として構成されている。このようなインバータ回路電流検出手段１６は、電流センサや、整流回路８と平滑コンデンサ９との間に介在接続された抵抗の両端電圧をＰＷＭ制御部７で検出する回路によって構成されている。
【００２５】
また、インバータ回路入力電圧検出手段１７は、インバータ回路部４への入力電圧Ｖｄｃを検出する物理量検出手段として構成されている。このようなインバータ回路入力電圧検出手段１７は、整流回路８と平滑コンデンサ９によって整流平滑されてインバータ回路部４に入力される入力電圧ＶｄｃをＰＷＭ制御部７で検出する回路によって構成されている。
【００２６】
図２は、遠心型の送風機１８の羽根車２１の形状を示す概略図である。このような遠心型の送風機１８は、電気掃除機用として、従来から広く使用されている。羽根車２１は、主板２２、側板２３及び複数の羽根２４から構成されており、羽根２４には複数の凸部が設けられていて、主板２２と側板２３に設けられた穴に嵌合し加締られて、各々が固定される。
【００２７】
次いで、ＰＷＭ制御部７におけるブラシレス電動機５の制御について説明する。ここでは、上述した電動送風機１のハードウエア構成を共有する制御について説明する。
【００２８】
図３は本実施の形態の機能ブロック図である。ＰＷＭ制御部７が備えるマイクロプロセッサ６は、各種演算処理を実行して各部を集中制御するＣＰＵと各種のメモリとを備えるマイクロコンピュータ（図示せず）であり、メモリに格納された動作プログラムに従い所定の演算処理と各種信号の入出力処理とを実行し、これによって各部を制御する。図３に示す機能ブロック図は、主に、そのようなマイクロプロセッサ６の機能をブロック図化して示している。
【００２９】
ＰＷＭ制御部７は、外部指令部２０から出される指令に基づいて、基本的に電動送風機１のブラシレス電動機５の回転子１２の磁極位置を検出し、各相への通流タイミングをとり、ＰＷＭ信号を出力する。
【００３０】
このようなＰＷＭ制御部７を構成する機能要素として、ＰＷＭ制御部７は、回転子１２の磁極位置、インバータ回路入力電圧及び電流などの電動送風機１に係る物理量の検出部２５，３３，３４、通流タイミング制御部２６、回転速度演算部２８、回転速度制御部２９、電流制御部３１、搬送波発生部３０、及び比較部３２を備えており、マイクロプロセッサ６で処理される。また、これらはソフトウエア処理することも可能である。ソフトウエア処理の利点は、電動送風機１の用途に応じて、ハードウエアを変更することなく、その機能を容易に変更することができることである。
【００３１】
このＰＷＭ制御部７の基本機能は、電流制御部３１において、外部指令部２０から与えられる電流指令値Ｉｉｎ＊及び電動送風機１に関する物理量の検出値に基づいて、電流制御出力値Ｉｏｕｔ＊が生成され、この電流制御出力値Ｉｏｕｔ＊は、ＰＷＭ発生部としての比較部３２に比較入力され、比較基準として搬送波発生部３０から三角波信号が与えられることによって比較部３２の出力にＰＷＭ信号が取り出される。そして、このＰＷＭ信号と、磁極位置検出部２５の検出値に基づく通流タイミング制御部２６から与えられる各相への通流タイミング信号とにより、適切なＰＷＭ信号を発生させる。
【００３２】
こうして生成されたＰＷＭ信号を受けてドライブ回路１９によってインバータ回路部４における半導体スイッチング素子が選択的に駆動制御され、これによって高周波の電圧出力が電動機５の電機子巻線１０に供給されてブラシレス電動機５が駆動される。
【００３３】
次に、回転速度制御部２９の機能について説明する。回転速度制御部２９では、回転子１２の回転子位置検出手段１４によって検出される角度とその経過時間から算出される回転速度演算値Ｒが、機械的強度などから決まる回転子１２の上限回転速度とを比較し、回転速度演算値Ｒが上限回転速度を越えた場合、回転速度を上限回転速度内に抑えるように制御する。
【００３４】
また、回転速度制御部２９では、例えば、比例積分制御系となっており、外部指令部２０の指令に基づいてマイクロプロセッサ６が各種の駆動モードを認識し、各駆動モードに応じて認識される回転速度指令値Ｒｉｎ＊から、回転子１２の回転子位置検出手段１４によって検出される角度とその経過時間から算出される回転速度演算値Ｒとを減算し、その減算結果を参照しつつ、（１）式のような式を用いて回転速度出力値Ｒｏｕｔ＊を得る。
【００３５】
（１）式中、Ｒｏｕｔ＊は回転速度出力値、Ｅは回転速度指令値Ｒｉｎ＊と回転速度演算値Ｒとの誤差、Ｋｐは比例ゲイン、Ｋｉは積分ゲイン、Ｔは回転速度の検出周期を各々示す。
【００３６】
そして、電流制御部３１では、回転速度制御部２９から与えられる回転速度制御出力値Ｒｏｕｔ＊及び電動送風機１に関する物理量の検出値に基づいて電流制御出力値Ｉｏｕｔ＊が生成される。この電流制御出力値Ｉｏｕｔ＊は、ＰＷＭ波形発生部としての比較部３２に比較入力され、比較基準として搬送波発生部３０からの三角波信号が与えられることによって比較部３２の出力にＰＷＭ波形が取り出される。そして、このＰＷＭ波形と、通流タイミング制御部２６から与えられる各相への通流タイミングとにより、適切なＰＷＭ信号を発生させる。
【００３７】
そして前記同様に、生成されたＰＷＭ信号を受けてドライブ回路１９によってインバータ回路部４における半導体スイッチング素子が選択的に駆動制御され、これによって高周波の電圧出力がブラシレス電動機５の電機子巻線１９に供給されてブラシレス電動機５が駆動される。
【００３８】
このような構成において、電動送風機１を構成するブラシレス電動機５は、インバータ回路部４からの電流によって回転駆動され、これによって羽根車２１が回転する。電動送風機１は、羽根車２１の回転によって流体、例えば空気を吸引する。この際、ブラシレス電動機５は、外部指令部２０の状態、ブラシレス電動機５の回転子１２の回転位置、インバータ回路部４に流れる電流等に応じて最適な状態で回転駆動される。
【００３９】
図４は、ＰＷＭの搬送波信号及びＰＷＭ制御部７から出力されるＰＷＭ信号の関係を示すタイミングチャートである。マイクロプロセッサ６は、或る決められた周期で割込信号を発生させるか、又は、外部から割込信号を受け、この割込信号をトリガとして回転位置検出を含む割込処理を始める。そして前述したように、回転速度演算、回転速度制御、各物理量の検出、電流制御などを処理し、電流制御出力値Ｉｏｕｔ＊を演算する。
【００４０】
そして、この電流制御出力値Ｉｏｕｔ＊は、ＰＷＭ発生部としての比較部３２に比較入力され、比較基準として搬送波発生部３０から周期Ｔｐの搬送波が与えられることによって比較部３２の出力にＰＷＭ波形が取り出される。図４に示す例では、搬送波信号の値が、電流制御出力値Ｉｏｕｔ＊以上になると、ＰＷＭ信号がアクティブになる。よって、このＰＷＭ信号の出力周期もＴｐになる。このようにして、電流制御部３１の出力値を、パルス幅に反映し、電機子巻線１０に流れる電流量を制御することによって、所望の出力の電動送風機１を得るようにする。
【００４１】
なお、搬送波発生部３０からの搬送波の周期Ｔｐは可変であり、また、搬送波の値は、所望なタイミングでリセット（ゼロに）することもある。例えば、電動送風機１の各駆動モードに合わせて、割込信号が発生した時に搬送波信号の値をリセットすると、ＰＷＭ制御部７から出力されるパルスの数をより正確に制御することができる。
【００４２】
図５は、ＰＷＭ制御回路部７の主に、マイクロプロセッサ６における起動時の動作制御例を示すフローチャートチャートである。各種レジスタやフラグの設定、搬送波発生方法など、本発明の内容に直接的に関連の薄い動作の記載は、省略している。
【００４３】
このＰＷＭ制御部７において、外部指令部２０などから与えられる指令に基づいて、まず、図５（ａ）に示すように、起動時に（ステップＳ１）、ブラシレス電動機５の回転子１２の停止位置を検出する（Ｓ２）。次に、電流制御出力値Ｉｏｕｔ＊の初期値Ｘ１を設定する（Ｓ４）。この初期値Ｘ１は、目標とする設定値Ｘｍよりも大きく設定する。そして、その電流制御出力値Ｉｏｕｔ＊と搬送波信号とを比較し、ＰＷＭ信号を発生させ（Ｓ５）、先に検出した回転子１２の停止位置に基づいて、適切な相に対応するＰＷＭ信号を出力する（Ｓ６）。このＰＷＭ信号によりインバータ回路部４が動作し、回転子１２が回転を始める。
【００４４】
その後、マイクロプロセッサ６内部のタイマー信号や外部からの信号により、適時、図５（ｂ）に示すように、回転子２１の回転位置を検出する割込処理を行い、その検出値に基づいて適切な相に対応するＰＷＭ信号を出力する（Ｓ１１〜Ｓ１９）。
【００４５】
本実施の形態では、起動時に、前述の回転位置を検出する割込処理の中で（Ｓ１１，Ｓ１２）、搬送波信号と比較する電流制御出力値を変更し、ＰＷＭ信号のパルス幅を増加させる。このような処理は、回転位置を検出する度に、ＰＷＭ信号のパルス幅をスムーズに増加させることができ、電動送風機１を起動する時の突入電流を小さくすることができる。また、電動送風機１の回転制御に必要な回転位置検出を行う割込処理に追加するだけでよいので、新たな割込処理を設定する必要がなく、ソフトウエアの構成も複雑にならず、さらに、メモリ容量の節約になる。
【００４６】
電機子巻線１０に流れる電流は、電機子電流検出手段１５やインバータ回路電流検出手段１６によって検出し、この電流検出値が、起動時の突入電流よりも大きく設定された過電流検出値を超えたとき、ブラシレス電動機５の回転を停止させる。これにより、駆動制御回路２の電子部品の信頼性が向上する。
【００４７】
図５では、時間変数ＤＥＬＡＹを使い（Ｓ３）、起動時に、一定時間が経過する度に（Ｓ１３）、電流制御出力値Ｉｏｕｔ＊（変数）を、例えば、Ｉｏｕｔ＊−２＝Ｉｏｕｔ＊というように単調に減少させ（Ｓ１５〜Ｓ１７）、ＰＷＭ信号のパルス幅ＰＷを単調に増加させている（Ｓ１４）。
【００４８】
この起動時の、時間、電流制御出力値Ｉｏｕｔ＊及びパルス幅ＰＷの関係を図６に示す。このように電流制御出力値Ｉｏｕｔ＊を単調減少させ、ＰＷＭ信号のパルス幅を単調増加させる方法は、設定が容易で、かつ、突入電流を小さくすることができる。なお、電流制御出力値Ｉｏｕｔ＊の単調減少の度合は、本発明の精神を逸脱しない範囲内において多くの設定が可能であることは勿論である。
【００４９】
図７は、回転子位置検出手段１４としてホールＩＣを使用し、３つのホールＩＣを固定子１３に電気角１２０°間隔で設置したときの、ホールＩＣの出力信号とそのホールＩＣの信号のエッジによって割込処理が発生している状態を示している。この方法では、回転子２１が回転を始めれば、電気角６０°毎に自動的に割込処理が始まり、回転位置検出処理とともにＰＷＭ信号のパルス幅を増加させる。この割込処理は、マイクロプロセッサ６でタイマー等による割込信号の作成などを行う必要がないので、設定が簡単である。また、回転数の上昇に伴って、割込処理の発生間隔が短くなり、逆に、始動時の回転数が低いときは、割込処理の発生時間も長くなるので、始動時の初めに、パルス幅の増加の度合を緩やかにすることが容易である。
【００５０】
図８は、ホールＩＣの出力信号を入力するマイクロプロセッサ６の端子３６ａ〜３６ｃの機能を説明した説明図であり、図９は、割込処理中に端子３６ａ〜３６ｃの機能を切替える動作制御を示すフローチャートである。端子３６ａ〜３６ｃは、まず、ホールＩＣ１〜ホールＩＣ３の信号のエッジを検出し割込信号を発生させる機能を与えられている。そして、その割込処理の中で、磁極位置を検出機能に切替える（Ｓ１０）。そして、磁極位置検出が終わると、ホールＩＣ１〜ホールＩＣ３の信号のエッジを検出する機能に戻る（Ｓ２０）。このように、回転子位置検出手段１４の出力信号を入力する端子３６ａ〜３６ｃを有効に使うことによって、マイクロプロセッサ６とセンサとの新たな配線が必要無くなり、また、マイクロプロセッサ６の端子３５の総数を減らすことができる。
【００５１】
また、前述したＰＷＭ制御回路部７や電動送風機１は、電気掃除機に搭載可能である。図１０は、電気掃除機３７の外観構成を示す斜視図である。この電気掃除機３７は、電気掃除機３７の基体をなすハウジング３８に対して、先端部に吸込口体３９を着脱自在に備えた２分割構成の延長管４０が着脱自在に接続されるホース４１が着脱自在に取り付けられて構成されている。
【００５２】
ハウジング３８には、ブラシレス電動機５と送風機１８などからなる電動送風機１が内蔵されている。そして、ホース４１は、その基端が図示しない集塵室を介して電動送風機１の吸込側に連通するようにハウジング３８に接続されており、そのホース４１の先端には後方に向けてホース４１から分岐する形状の手元操作部４３が設けられている。この手元操作部４３は、後方に向けてホース４１から分岐する先端の自由端の部分が握り部４２となっており、この握り部４２を握った操作者の親指で操作可能な位置には操作ボタン４４が設けられている。その操作ボタン４４は、電動送風機１の電源スイッチを兼ね、この電動送風機１を各々異なる駆動状態にする複数種類の運転モードを選択設定することができるように構成されている。つまり、操作ボタン４４は、例えば、停止、弱、中、強の４段階に運転モードを切り換える。さらに、先端部に吸込口体３９を着脱自在に備えた２分割構成の延長管４０は、その手元操作部４３に対して着脱自在に取り付けられている。
【００５３】
電気掃除機３７において、起動時間１〜３秒程度で、電動送風機１の回転数を４００００〜５００００ｒｐｍ程度に上げる必要がある。このような電気掃除機３７用の電動送風機１において、回転子位置検出手段１４の検出信号のエッジをトリガにして割込処理を行い、その割込処理の中で、ＰＷＭ信号のパルス幅を増加させることは大変有効である。というのも、この方法では、回転子２１が回転を始めれば、自動的に割込処理が始まり、回転数の高低に伴って、割込処理の発生間隔が変化する。即ち、始動時の回転数が低いときは、割込処理の発生時間が長く、回転数が高いときは、割込処理の発生間隔が短くなる。従って、起動時の突入電流が大きくなりやすいときは、自動的にパルス幅の増加の度合が緩やかで、突入電流を抑えることができる。さらに、突入電流のピークが過ぎて降下し始めてからは、自動的にパルス幅の増加の度合を加速させ、起動時間１〜３秒程度という短い時間で、４００００〜５００００ｒｐｍという高い回転数に上げることができる。
【００５４】
本実施の形態により、図１１に示すように、突入電流を減少させることができる。
【００５５】
【発明の効果】
本発明によれば、電動送風機の起動時に、前記ブラシレス電動機の回転位置検出処理を実行し、当該回転位置検出処理のタイミングで割込処理を実行し、当該割込処理毎に、前記電流制御信号を変動させて前記ＰＷＭ信号のパルス幅を増加させることによって、容易に突入電流を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】電動送風機の駆動制御回路を示す回路図である。
【図２】遠心型送風機の羽根車を示す概略図である。
【図３】電動送風機の制御に係るＰＷＭ制御部の構成を示す機能ブロック図である。
【図４】ＰＷＭ信号及び搬送波信号を示すタイミングチャートである。
【図５】起動時におけるＰＷＭ制御部の動作を示すフローチャートである。
【図６】起動時における時間、電流制御出力値Ｉｏｕｔ＊及びパルス幅ＰＷの関係を示す説明図である
【図７】磁気センサの信号と割込処理との関係を示す説明図である。
【図８】マイクロプロセッサの端子の機能を示す説明図である。
【図９】マイクロプロセッサの端子の機能変更を含む割込処理動作を示すフローチャートである。
【図１０】電気掃除機の外観構成を示す斜視図である。
【図１１】突入電流及び過電流保護を示す説明図である。
【図１２】従来の技術における突入電流及び過電流保護を示す説明図である。
【符号の説明】
１ 電動送風機
２ 駆動制御回路
４ インバータ回路部
５ ブラシレス電動機
６ マイクロプロセッサ
７ ＰＷＭ制御回路
１０ 巻線
１４ 回転位置検出手段
１５ 電流検出手段
１８ 送風機
３０ 搬送波発生手段
３２ 比較手段
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＰＷＭ制御回路、電動送風機及び電気掃除機に関する。ここでいう電気掃除機は、負圧を用いて様々な固体又は流体を収集領域に集める様々な機器を含む。
【０００２】
【従来の技術】
電動送風機において、起動時の突入電流（オーバーシュート電流）と異常電流を判別する過電流保護機能を備えるものがある。図１２に示すように、電動送風機の起動時に流れる電流は、瞬間的に大きいが、時間とともに下がる。一方、過負荷が継続的にかかったり、電動送風機がロック状態になると、過大な電流が流れ続ける。そこで、過電流検出値Ｉｚと過電流検出時間Ｔｚを設定し、過電流検出値Ｉｚと過電流検出時間Ｔｚを同時に検出するようにすれば、起動時の突入電流と異常電流とを判別することができる。即ち、Ｉｚ＜Ｉで、Ｔｚ＜Ｔｂになると、異常電流と認識し、電流を遮断する。従来、このような機能を有する各種回路構成が提案されている。
【０００３】
しかし、この方法では、時間こそ短いが、起動時に大きな電流が流れてしまい、電気回路上の電子部品に負荷を与えている。そこで、この起動時の突入電流をできるだけ抑える方法が提案されている。例えば、特開昭６２−２７２８７７号公報に開示されている方法は、ＰＷＭインバータ装置において、起動時に一定の時間だけ短いパルス幅の信号を出力し、起動するというものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この従来例では、起動時に短いパルス幅の信号を出力する具体的な手段が記載されていない。
【０００５】
そこで、本発明は、起動時に短いパルス幅の信号を出力する手段として、実現が容易な手段を提供し、起動時の突入電流（オーバーシュート電流）を減らすと共に、特に、電動送風機のような用途に適した、起動時の突入電流を減らす手段を提供するためのものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、搬送波信号と電流制御信号とを比較して当該電流制御信号の大きさに応じて決定されるパルス幅のＰＷＭ信号を発生させ、当該ＰＷＭ信号に基づいて電動送風機のブラシレス電動機を駆動するインバータ回路を制御するＰＷＭ制御回路において、前記電動送風機の起動時に、前記ブラシレス電動機の回転位置検出処理を実行し、当該回転位置検出処理のタイミングで割込処理を実行し、当該割込処理毎に、記電流制御信号を変動させて前記ＰＷＭ信号のパルス幅を増加させるようにした。
【０００７】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の電動送風機のＰＷＭ制御回路において、前記電動送風機の起動時の突入電流より大きな過電流検出値を設定し、前記ブラシレス電動機の巻線に流れる電流が前記過電流検出値を超えたとき、前記電動送風機の回転を停止させる。
【０００８】
請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の電動送風機のＰＷＭ制御回路において、前記電動送風機の起動時に、前記電流制御信号を単調減少させ、前記ＰＷＭ信号のパルス幅を単調増加させる。
【０００９】
請求項４記載の発明は、請求項１，２又は３記載の電動送風機のＰＷＭ制御回路において、前記回転位置検出手段の検出信号のエッジをトリガにして前記割込処理をする。
【００１０】
請求項５記載の発明は、請求項４記載の電動送風機のＰＷＭ制御回路において、前記ＰＷＭ制御回路はマイクロプロセッサを備え、前記割込処理中に、前記回転位置検出手段の検出信号を入力する前記マイクロプロセッサの端子の機能を切替える。
【００１１】
請求項６記載の発明は、ブラシレス電動機と、このブラシレス電動機に連結された送風機と、前記ブラシレス電動機の回転位置を検出する回転位置検出手段と、パルス信号を発生させるＰＷＭ制御回路と、前記パルス信号に基づいて前記ブラシレス電動機を駆動するインバータ回路と、を備え、前記ＰＷＭ制御回路は、搬送波信号を出力する搬送波発生手段と、前記搬送波信号と電流制御信号とを入力して比較し当該電流制御信号の大きさに応じて決定されるＰＷＭ信号を出力する比較手段と、前記ブラシレス電動機の起動時に、前記ブラシレス電動機の回転位置検出処理を実行し、当該回転位置検出処理のタイミングで割込処理を実行し、当該割込処理毎に、前記電流制御信号を変動させて前記パルス信号のパルス幅を増加させる手段と、を有している。
【００１２】
請求項７記載の発明は、請求項６記載の電動送風機において、前記ブラシレス電動機の巻線に流れる電流を検出する電流検出手段と、この電流検出手段によって検出した電流値が、起動時の前記ブラシレス電動機の突入電流よりも大きな過電流検出値を超えたときに、前記ブラシレス電動機の回転を停止させる手段と、を有している。
【００１３】
請求項８記載の発明は、請求項６又は７記載の電動送風機において、前記ＰＷＭ制御回路が、前記ブラシレス電動機の起動時に、前記電流制御信号を単調減少させる手段と、前記パルス幅を単調増加させる手段と、を有する。
【００１４】
請求項９記載の発明は、請求項６，７又は８記載の電動送風機において、前記回転位置検出手段の検出信号のエッジをトリガにして前記割込処理をする手段を有する。
【００１５】
請求項１０記載の発明は、請求項９記載の電動送風機において、前記ＰＷＭ制御回路はマイクロプロセッサを備え、前記割込処理中に、前記回転位置検出手段の検出信号を入力する前記マイクロプロセッサの端子の機能を切替える手段を有する。
【００１６】
請求項１１記載の発明の電気掃除機は、請求項１ないし５の何れか一記載のＰＷＭ制御回路を搭載したことを特徴とする。
【００１７】
請求項１２記載の発明の電気掃除機は、請求項６ないし１０の何れか一記載の電動送風機を搭載したことを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施の形態を図１ないし図１１に基づいて説明する。
図１は、電動送風機１の駆動制御回路２を示す回路図である。この駆動制御回路２は、電源部３を駆動源として高周波駆動されるインバータ回路としてのインバータ回路部４から発生する高周波電流によって電動送風機１のブラシレス電動機５を回転駆動するという動作原理を備え、マイクロプロセッサ６を含むＰＷＭ（ＰＷＭ：Ｐulse Ｗidth Ｍodulation、パルス幅変調）制御回路としてのＰＷＭ制御部７によってインバータ回路部４を駆動制御するような回路構成となっている。以下、各部の詳細を説明する。
【００１９】
電源部３において、商用交流電源ＰＳからの交流電圧は、整流回路８及び平滑コンデンサ９による整流平滑作用により直流電圧に変換され、このような直流電圧の態様でインバータ回路部４に供給される。
【００２０】
インバータ回路部４は、６個の半導体スイッチング素子（スイッチング素子）、例えばパワートランジスタを３相ブリッジ接続すると共に、各パワートランジスタと並列にダイオードを接続した構成になっている。このインバータ回路部４は、マイクロプロセッサ６を主体とするＰＷＭ制御部７によって出力されるＰＷＭ信号に基づいて制御され、交流電流を電動機５の電機子巻線１０に供給する。
【００２１】
ブラシレス電動機５は、３相のブラシレスＤＣ電動機で、２極対の永久磁石１１が埋設された回転子１２と、複数の電機子巻線１０を有する固定子１３とを備える。回転子１２のコアは、高い透磁率を有する珪素鋼等からなっている。
【００２２】
ここで、電動送風機１の駆動制御回路２は、回転子１２の回転位置を検出するための回転位置検出手段としての回転子位置検出手段１４を備える。このような回転子位置検出手段１４としては、電気角の１２０°間隔で設置した３つの磁気センサが用いられている。磁気センサとしては、ホールセンサやホールＩＣ等がある。また、実施に際しては、その他の回転子位置検出手段１４として、光学式パルスエンコーダを使用する構造、電流を流さない非通電期間に電機子巻線１０に誘起される電圧を電圧位相検出手段によって検出する構造などが使用可能である。このような回転子位置検出手段１４によって、回転子１２の一定間隔毎の磁極位置を検出し、ＰＷＭ制御部７のマイクロプロセッサ６は、その検出情報である磁極位置を用いて回転子１２の回転速度や、各相の通流タイミングを演算して、固定子１３の電機子巻線１０に適切な電流を与え、回転磁界を発生させる構造となっている。
【００２３】
また、電動送風機１の駆動制御回路２は、ブラシレス電動機５における電機子巻線１０に流れる電流を検出する電機子電流検出手段１５を備える。この電機子電流検出手段１５は、ブラシレス電動機５における電機子巻線１０に流れる電流を検出する検出手段として構成されている。このような電機子電流検出手段１５は、Ｕ、Ｖ、Ｗの各相の巻線に流れる電流、Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを検知するための３つの電流センサや、３つの抵抗の両端電圧をＰＷＭ制御部７で検出する回路によって構成されている。
【００２４】
さらに、電動送風機１の駆動制御回路２は、電機子巻線１０に流れる電流を検出する前記とは別の手段として、インバータ回路部４に流れる電流Ｉｉｎを検出するインバータ回路電流検出手段１６と、インバータ回路部４への入力電圧Ｖｄｃを検出するインバータ回路入力電圧検出手段１７とを備える。インバータ回路電流検出手段１６は、電機子巻線１０に流れる電流を検出する前記とは別の手段として、インバータ回路部４に流れる電流Ｉｉｎを検出する物理量検出手段として構成されている。このようなインバータ回路電流検出手段１６は、電流センサや、整流回路８と平滑コンデンサ９との間に介在接続された抵抗の両端電圧をＰＷＭ制御部７で検出する回路によって構成されている。
【００２５】
また、インバータ回路入力電圧検出手段１７は、インバータ回路部４への入力電圧Ｖｄｃを検出する物理量検出手段として構成されている。このようなインバータ回路入力電圧検出手段１７は、整流回路８と平滑コンデンサ９によって整流平滑されてインバータ回路部４に入力される入力電圧ＶｄｃをＰＷＭ制御部７で検出する回路によって構成されている。
【００２６】
図２は、遠心型の送風機１８の羽根車２１の形状を示す概略図である。このような遠心型の送風機１８は、電気掃除機用として、従来から広く使用されている。羽根車２１は、主板２２、側板２３及び複数の羽根２４から構成されており、羽根２４には複数の凸部が設けられていて、主板２２と側板２３に設けられた穴に嵌合し加締られて、各々が固定される。
【００２７】
次いで、ＰＷＭ制御部７におけるブラシレス電動機５の制御について説明する。ここでは、上述した電動送風機１のハードウエア構成を共有する制御について説明する。
【００２８】
図３は本実施の形態の機能ブロック図である。ＰＷＭ制御部７が備えるマイクロプロセッサ６は、各種演算処理を実行して各部を集中制御するＣＰＵと各種のメモリとを備えるマイクロコンピュータ（図示せず）であり、メモリに格納された動作プログラムに従い所定の演算処理と各種信号の入出力処理とを実行し、これによって各部を制御する。図３に示す機能ブロック図は、主に、そのようなマイクロプロセッサ６の機能をブロック図化して示している。
【００２９】
ＰＷＭ制御部７は、外部指令部２０から出される指令に基づいて、基本的に電動送風機１のブラシレス電動機５の回転子１２の磁極位置を検出し、各相への通流タイミングをとり、ＰＷＭ信号を出力する。
【００３０】
このようなＰＷＭ制御部７を構成する機能要素として、ＰＷＭ制御部７は、回転子１２の磁極位置、インバータ回路入力電圧及び電流などの電動送風機１に係る物理量の検出部２５，３３，３４、通流タイミング制御部２６、回転速度演算部２８、回転速度制御部２９、電流制御部３１、搬送波発生部３０、及び比較部３２を備えており、マイクロプロセッサ６で処理される。また、これらはソフトウエア処理することも可能である。ソフトウエア処理の利点は、電動送風機１の用途に応じて、ハードウエアを変更することなく、その機能を容易に変更することができることである。
【００３１】
このＰＷＭ制御部７の基本機能は、電流制御部３１において、外部指令部２０から与えられる電流指令値Ｉｉｎ＊及び電動送風機１に関する物理量の検出値に基づいて、電流制御出力値Ｉｏｕｔ＊が生成され、この電流制御出力値Ｉｏｕｔ＊は、ＰＷＭ発生部としての比較部３２に比較入力され、比較基準として搬送波発生部３０から三角波信号が与えられることによって比較部３２の出力にＰＷＭ信号が取り出される。そして、このＰＷＭ信号と、磁極位置検出部２５の検出値に基づく通流タイミング制御部２６から与えられる各相への通流タイミング信号とにより、適切なＰＷＭ信号を発生させる。
【００３２】
こうして生成されたＰＷＭ信号を受けてドライブ回路１９によってインバータ回路部４における半導体スイッチング素子が選択的に駆動制御され、これによって高周波の電圧出力が電動機５の電機子巻線１０に供給されてブラシレス電動機５が駆動される。
【００３３】
次に、回転速度制御部２９の機能について説明する。回転速度制御部２９では、回転子１２の回転子位置検出手段１４によって検出される角度とその経過時間から算出される回転速度演算値Ｒが、機械的強度などから決まる回転子１２の上限回転速度とを比較し、回転速度演算値Ｒが上限回転速度を越えた場合、回転速度を上限回転速度内に抑えるように制御する。
【００３４】
また、回転速度制御部２９では、例えば、比例積分制御系となっており、外部指令部２０の指令に基づいてマイクロプロセッサ６が各種の駆動モードを認識し、各駆動モードに応じて認識される回転速度指令値Ｒｉｎ＊から、回転子１２の回転子位置検出手段１４によって検出される角度とその経過時間から算出される回転速度演算値Ｒとを減算し、その減算結果を参照しつつ、（１）式のような式を用いて回転速度出力値Ｒｏｕｔ＊を得る。
【００３５】
【００３６】
そして、電流制御部３１では、回転速度制御部２９から与えられる回転速度制御出力値Ｒｏｕｔ＊及び電動送風機１に関する物理量の検出値に基づいて電流制御出力値Ｉｏｕｔ＊が生成される。この電流制御出力値Ｉｏｕｔ＊は、ＰＷＭ波形発生部としての比較部３２に比較入力され、比較基準として搬送波発生部３０からの三角波信号が与えられることによって比較部３２の出力にＰＷＭ波形が取り出される。そして、このＰＷＭ波形と、通流タイミング制御部２６から与えられる各相への通流タイミングとにより、適切なＰＷＭ信号を発生させる。
【００３７】
そして前記同様に、生成されたＰＷＭ信号を受けてドライブ回路１９によってインバータ回路部４における半導体スイッチング素子が選択的に駆動制御され、これによって高周波の電圧出力がブラシレス電動機５の電機子巻線１９に供給されてブラシレス電動機５が駆動される。
【００３８】
このような構成において、電動送風機１を構成するブラシレス電動機５は、インバータ回路部４からの電流によって回転駆動され、これによって羽根車２１が回転する。電動送風機１は、羽根車２１の回転によって流体、例えば空気を吸引する。この際、ブラシレス電動機５は、外部指令部２０の状態、ブラシレス電動機５の回転子１２の回転位置、インバータ回路部４に流れる電流等に応じて最適な状態で回転駆動される。
【００３９】
図４は、ＰＷＭの搬送波信号及びＰＷＭ制御部７から出力されるＰＷＭ信号の関係を示すタイミングチャートである。マイクロプロセッサ６は、或る決められた周期で割込信号を発生させるか、又は、外部から割込信号を受け、この割込信号をトリガとして回転位置検出を含む割込処理を始める。そして前述したように、回転速度演算、回転速度制御、各物理量の検出、電流制御などを処理し、電流制御出力値Ｉｏｕｔ＊を演算する。
【００４０】
そして、この電流制御出力値Ｉｏｕｔ＊は、ＰＷＭ発生部としての比較部３２に比較入力され、比較基準として搬送波発生部３０から周期Ｔｐの搬送波が与えられることによって比較部３２の出力にＰＷＭ波形が取り出される。図４に示す例では、搬送波信号の値が、電流制御出力値Ｉｏｕｔ＊以上になると、ＰＷＭ信号がアクティブになる。よって、このＰＷＭ信号の出力周期もＴｐになる。このようにして、電流制御部３１の出力値を、パルス幅に反映し、電機子巻線１０に流れる電流量を制御することによって、所望の出力の電動送風機１を得るようにする。
【００４１】
なお、搬送波発生部３０からの搬送波の周期Ｔｐは可変であり、また、搬送波の値は、所望なタイミングでリセット（ゼロに）することもある。例えば、電動送風機１の各駆動モードに合わせて、割込信号が発生した時に搬送波信号の値をリセットすると、ＰＷＭ制御部７から出力されるパルスの数をより正確に制御することができる。
【００４２】
図５は、ＰＷＭ制御回路部７の主に、マイクロプロセッサ６における起動時の動作制御例を示すフローチャートチャートである。各種レジスタやフラグの設定、搬送波発生方法など、本発明の内容に直接的に関連の薄い動作の記載は、省略している。
【００４３】
このＰＷＭ制御部７において、外部指令部２０などから与えられる指令に基づいて、まず、図５（ａ）に示すように、起動時に（ステップＳ１）、ブラシレス電動機５の回転子１２の停止位置を検出する（Ｓ２）。次に、電流制御出力値Ｉｏｕｔ＊の初期値Ｘ１を設定する（Ｓ４）。この初期値Ｘ１は、目標とする設定値Ｘｍよりも大きく設定する。そして、その電流制御出力値Ｉｏｕｔ＊と搬送波信号とを比較し、ＰＷＭ信号を発生させ（Ｓ５）、先に検出した回転子１２の停止位置に基づいて、適切な相に対応するＰＷＭ信号を出力する（Ｓ６）。このＰＷＭ信号によりインバータ回路部４が動作し、回転子１２が回転を始める。
【００４４】
その後、マイクロプロセッサ６内部のタイマー信号や外部からの信号により、適時、図５（ｂ）に示すように、回転子２１の回転位置を検出する割込処理を行い、その検出値に基づいて適切な相に対応するＰＷＭ信号を出力する（Ｓ１１〜Ｓ１９）。
【００４５】
本実施の形態では、起動時に、前述の回転位置を検出する割込処理の中で（Ｓ１１，Ｓ１２）、搬送波信号と比較する電流制御出力値を変更し、ＰＷＭ信号のパルス幅を増加させる。このような処理は、回転位置を検出する度に、ＰＷＭ信号のパルス幅をスムーズに増加させることができ、電動送風機１を起動する時の突入電流を小さくすることができる。また、電動送風機１の回転制御に必要な回転位置検出を行う割込処理に追加するだけでよいので、新たな割込処理を設定する必要がなく、ソフトウエアの構成も複雑にならず、さらに、メモリ容量の節約になる。
【００４６】
電機子巻線１０に流れる電流は、電機子電流検出手段１５やインバータ回路電流検出手段１６によって検出し、この電流検出値が、起動時の突入電流よりも大きく設定された過電流検出値を超えたとき、ブラシレス電動機５の回転を停止させる。これにより、駆動制御回路２の電子部品の信頼性が向上する。
【００４７】
図５では、時間変数ＤＥＬＡＹを使い（Ｓ３）、起動時に、一定時間が経過する度に（Ｓ１３）、電流制御出力値Ｉｏｕｔ＊（変数）を、例えば、Ｉｏｕｔ＊−２＝Ｉｏｕｔ＊というように単調に減少させ（Ｓ１５〜Ｓ１７）、ＰＷＭ信号のパルス幅ＰＷを単調に増加させている（Ｓ１４）。
【００４８】
この起動時の、時間、電流制御出力値Ｉｏｕｔ＊及びパルス幅ＰＷの関係を図６に示す。このように電流制御出力値Ｉｏｕｔ＊を単調減少させ、ＰＷＭ信号のパルス幅を単調増加させる方法は、設定が容易で、かつ、突入電流を小さくすることができる。なお、電流制御出力値Ｉｏｕｔ＊の単調減少の度合は、本発明の精神を逸脱しない範囲内において多くの設定が可能であることは勿論である。
【００４９】
図７は、回転子位置検出手段１４としてホールＩＣを使用し、３つのホールＩＣを固定子１３に電気角１２０°間隔で設置したときの、ホールＩＣの出力信号とそのホールＩＣの信号のエッジによって割込処理が発生している状態を示している。この方法では、回転子２１が回転を始めれば、電気角６０°毎に自動的に割込処理が始まり、回転位置検出処理とともにＰＷＭ信号のパルス幅を増加させる。この割込処理は、マイクロプロセッサ６でタイマー等による割込信号の作成などを行う必要がないので、設定が簡単である。また、回転数の上昇に伴って、割込処理の発生間隔が短くなり、逆に、始動時の回転数が低いときは、割込処理の発生時間も長くなるので、始動時の初めに、パルス幅の増加の度合を緩やかにすることが容易である。
【００５０】
図８は、ホールＩＣの出力信号を入力するマイクロプロセッサ６の端子３６ａ〜３６ｃの機能を説明した説明図であり、図９は、割込処理中に端子３６ａ〜３６ｃの機能を切替える動作制御を示すフローチャートである。端子３６ａ〜３６ｃは、まず、ホールＩＣ１〜ホールＩＣ３の信号のエッジを検出し割込信号を発生させる機能を与えられている。そして、その割込処理の中で、磁極位置を検出機能に切替える（Ｓ１０）。そして、磁極位置検出が終わると、ホールＩＣ１〜ホールＩＣ３の信号のエッジを検出する機能に戻る（Ｓ２０）。このように、回転子位置検出手段１４の出力信号を入力する端子３６ａ〜３６ｃを有効に使うことによって、マイクロプロセッサ６とセンサとの新たな配線が必要無くなり、また、マイクロプロセッサ６の端子３５の総数を減らすことができる。
【００５１】
また、前述したＰＷＭ制御回路部７や電動送風機１は、電気掃除機に搭載可能である。図１０は、電気掃除機３７の外観構成を示す斜視図である。この電気掃除機３７は、電気掃除機３７の基体をなすハウジング３８に対して、先端部に吸込口体３９を着脱自在に備えた２分割構成の延長管４０が着脱自在に接続されるホース４１が着脱自在に取り付けられて構成されている。
【００５２】
ハウジング３８には、ブラシレス電動機５と送風機１８などからなる電動送風機１が内蔵されている。そして、ホース４１は、その基端が図示しない集塵室を介して電動送風機１の吸込側に連通するようにハウジング３８に接続されており、そのホース４１の先端には後方に向けてホース４１から分岐する形状の手元操作部４３が設けられている。この手元操作部４３は、後方に向けてホース４１から分岐する先端の自由端の部分が握り部４２となっており、この握り部４２を握った操作者の親指で操作可能な位置には操作ボタン４４が設けられている。その操作ボタン４４は、電動送風機１の電源スイッチを兼ね、この電動送風機１を各々異なる駆動状態にする複数種類の運転モードを選択設定することができるように構成されている。つまり、操作ボタン４４は、例えば、停止、弱、中、強の４段階に運転モードを切り換える。さらに、先端部に吸込口体３９を着脱自在に備えた２分割構成の延長管４０は、その手元操作部４３に対して着脱自在に取り付けられている。
【００５３】
電気掃除機３７において、起動時間１〜３秒程度で、電動送風機１の回転数を４００００〜５００００ｒｐｍ程度に上げる必要がある。このような電気掃除機３７用の電動送風機１において、回転子位置検出手段１４の検出信号のエッジをトリガにして割込処理を行い、その割込処理の中で、ＰＷＭ信号のパルス幅を増加させることは大変有効である。というのも、この方法では、回転子２１が回転を始めれば、自動的に割込処理が始まり、回転数の高低に伴って、割込処理の発生間隔が変化する。即ち、始動時の回転数が低いときは、割込処理の発生時間が長く、回転数が高いときは、割込処理の発生間隔が短くなる。従って、起動時の突入電流が大きくなりやすいときは、自動的にパルス幅の増加の度合が緩やかで、突入電流を抑えることができる。さらに、突入電流のピークが過ぎて降下し始めてからは、自動的にパルス幅の増加の度合を加速させ、起動時間１〜３秒程度という短い時間で、４００００〜５００００ｒｐｍという高い回転数に上げることができる。
【００５４】
本実施の形態により、図１１に示すように、突入電流を減少させることができる。
【００５５】
【発明の効果】
本発明によれば、電動送風機の起動時に、前記ブラシレス電動機の回転位置検出処理を実行し、当該回転位置検出処理のタイミングで割込処理を実行し、当該割込処理毎に、前記電流制御信号を変動させて前記ＰＷＭ信号のパルス幅を増加させることによって、容易に突入電流を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】電動送風機の駆動制御回路を示す回路図である。
【図２】遠心型送風機の羽根車を示す概略図である。
【図３】電動送風機の制御に係るＰＷＭ制御部の構成を示す機能ブロック図である。
【図４】ＰＷＭ信号及び搬送波信号を示すタイミングチャートである。
【図５】起動時におけるＰＷＭ制御部の動作を示すフローチャートである。
【図６】起動時における時間、電流制御出力値Ｉｏｕｔ＊及びパルス幅ＰＷの関係を示す説明図である
【図７】磁気センサの信号と割込処理との関係を示す説明図である。
【図８】マイクロプロセッサの端子の機能を示す説明図である。
【図９】マイクロプロセッサの端子の機能変更を含む割込処理動作を示すフローチャートである。
【図１０】電気掃除機の外観構成を示す斜視図である。
【図１１】突入電流及び過電流保護を示す説明図である。
【図１２】従来の技術における突入電流及び過電流保護を示す説明図である。
【符号の説明】
１ 電動送風機
２ 駆動制御回路
４ インバータ回路部
５ ブラシレス電動機
６ マイクロプロセッサ
７ ＰＷＭ制御回路
１０ 巻線
１４ 回転位置検出手段
１５ 電流検出手段
１８ 送風機
３０ 搬送波発生手段
３２ 比較手段
Claims (12)
- 搬送波信号と電流制御信号とを比較して当該電流制御信号の大きさに応じて決定されるパルス幅のＰＷＭ信号を発生させ、当該ＰＷＭ信号に基づいて電動送風機のブラシレス電動機を駆動するインバータ回路を制御するＰＷＭ制御回路において、
前記電動送風機の起動時に、前記ブラシレス電動機の回転位置検出処理を実行し、当該回転位置検出処理のタイミングで割込処理を実行し、当該割込処理毎に、前記電流制御信号を変動させて前記ＰＷＭ信号のパルス幅を増加させるようにしたことを特徴とする電動送風機のＰＷＭ制御回路。 - 前記電動送風機の起動時の突入電流より大きな過電流検出値を設定し、前記ブラシレス電動機の巻線に流れる電流が前記過電流検出値を超えたとき、前記電動送風機の回転を停止させることを特徴とする請求項１記載の電動送風機のＰＷＭ制御回路。
- 前記電動送風機の起動時に、前記電流制御信号を単調減少させ、前記ＰＷＭ信号のパルス幅を単調増加させることを特徴とする請求項１又は２記載の電動送風機のＰＷＭ制御回路。
- 前記回転位置検出手段の検出信号のエッジをトリガにして前記割込処理をすることを特徴とする請求項１，２又は３記載の電動送風機のＰＷＭ制御回路。
- 前記ＰＷＭ制御回路はマイクロプロセッサを備え、前記割込処理中に、前記回転位置検出手段の検出信号を入力する前記マイクロプロセッサの端子の機能を切替えることを特徴とする請求項４記載の電動送風機のＰＷＭ制御回路。
- ブラシレス電動機と、
このブラシレス電動機に連結された送風機と、
前記ブラシレス電動機の回転位置を検出する回転位置検出手段と、
パルス信号を発生させるＰＷＭ制御回路と、
前記パルス信号に基づいて前記ブラシレス電動機を駆動するインバータ回路と、
を備え、
前記ＰＷＭ制御回路は、
搬送波信号を出力する搬送波発生手段と、
前記搬送波信号と電流制御信号とを入力して比較し当該電流制御信号の大きさに応じて決定されるパルス幅のＰＷＭ信号を出力する比較手段と、
前記ブラシレス電動機の起動時に、前記ブラシレス電動機の回転位置検出処理を実行し、当該回転位置検出処理のタイミングで割込処理を実行し、当該割込処理毎に、前記電流制御信号を変動させて前記パルス信号のパルス幅を増加させる手段と、
を有していることを特徴とする電動送風機。 - 前記ブラシレス電動機の巻線に流れる電流を検出する電流検出手段と、この電流検出手段によって検出した電流値が、起動時の前記ブラシレス電動機の突入電流よりも大きな過電流検出値を超えたときに、前記ブラシレス電動機の回転を停止させる手段と、を有していることを特徴とする請求項６記載の電動送風機。
- 前記ＰＷＭ制御回路が、前記ブラシレス電動機の起動時に、前記電流制御信号を単調減少させる手段と、前記パルス幅を単調増加させる手段と、を有することを特徴とする請求項６又は７記載の電動送風機。
- 前記回転位置検出手段の検出信号のエッジをトリガにして前記割込処理をする手段を有することを特徴とする請求項６，７又は８記載の電動送風機。
- 前記ＰＷＭ制御回路はマイクロプロセッサを備え、前記割込処理中に、前記回転位置検出手段の検出信号を入力する前記マイクロプロセッサの端子の機能を切替える手段を有することを特徴とする請求項９記載の電動送風機。
- 請求項１ないし５の何れか一記載のＰＷＭ制御回路を搭載したことを特徴とする電気掃除機。
- 請求項６ないし１０の何れか一記載の電動送風機を搭載したことを特徴とする電気掃除機。
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