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JP6972084B2 - Vacuum cleaner - Google Patents
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Description

この発明は、電気掃除機に関する。 The present invention relates to a vacuum cleaner.

蓄電装置と、蓄電装置から電力の供給を受けて吸込み力を発生する電動送風機とを備えた電気掃除機が知られている。たとえば、特開2015−342号公報(特許文献1)には、バッテリから電力の供給を受けて吸引源のインペラーを駆動するモータを備えた電気掃除機が開示されている。これによれば、バッテリおよびモータの間にはインバータが設けられている。インバータは、バッテリから供給される直流電圧を、モータを駆動するための交流電圧に変換する。 A vacuum cleaner including a power storage device and an electric blower that receives electric power from the power storage device to generate a suction force is known. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2015-342 (Patent Document 1) discloses an electric vacuum cleaner including a motor for driving an impeller of a suction source by receiving electric power from a battery. According to this, an inverter is provided between the battery and the motor. The inverter converts the DC voltage supplied from the battery into an AC voltage for driving the motor.

上記の電気掃除機においては、モータを高い回転速度で駆動すると、逆起電力が増加して誘起電圧が高くなるため、モータに印加すべき電圧(必要電圧)が高くなる。そのため、この必要電圧がインバータの出力可能電圧を上回る、いわゆる電圧飽和が発生する場合がある。 In the above-mentioned vacuum cleaner, when the motor is driven at a high rotation speed, the counter electromotive force increases and the induced voltage increases, so that the voltage (required voltage) to be applied to the motor increases. Therefore, so-called voltage saturation may occur in which this required voltage exceeds the outputable voltage of the inverter.

このような電圧飽和に対して、たとえば、特開2004−135835号公報(特許文献2)には、昇圧コンバータを利用することで、インバータの出力可能電圧を上昇させるように構成された電気掃除機が開示されている。 In response to such voltage saturation, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-135835 (Patent Document 2) describes an electric vacuum cleaner configured to increase the output voltage of an inverter by using a boost converter. Is disclosed.

特開2015−342号公報JP-A-2015-342 特開2004−135835号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2004-135835

特許文献2に記載される電気掃除機は、昇圧コンバータを作動させない非昇圧運転モードと、昇圧コンバータを作動させる昇圧運転モードとを切替えるように構成されている。非昇圧運転モードでは、バッテリの出力電圧により電動送風機を駆動する。一方、昇圧運転モードでは、昇圧コンバータにより昇圧された出力電圧により電動送風機を駆動する。なお、特許文献2では、弱操作ボタンが操作されたときに非昇圧運転モードに設定され、強操作ボタンが操作されたときに昇圧運転モードに設定される。 The electric vacuum cleaner described in Patent Document 2 is configured to switch between a non-boosting operation mode in which the boost converter is not operated and a boosting operation mode in which the boost converter is operated. In the non-boost operation mode, the electric blower is driven by the output voltage of the battery. On the other hand, in the boost operation mode, the electric blower is driven by the output voltage boosted by the boost converter. In Patent Document 2, the non-boosting operation mode is set when the weak operation button is operated, and the boosting operation mode is set when the strong operation button is operated.

特許文献2に開示されたような、昇圧コンバータの出力電圧をインバータによる交流電圧に変換して電動送風機を駆動する構成では、昇圧コンバータの出力電圧の電圧レベルに従って、電気掃除機の各構成要素での電力損失が変化する。したがって、電気掃除機全体の効率も変化する。 In a configuration for driving an electric blower by converting the output voltage of the boost converter into an AC voltage by an inverter as disclosed in Patent Document 2, each component of the electric vacuum cleaner is used according to the voltage level of the output voltage of the boost converter. Power loss changes. Therefore, the efficiency of the entire vacuum cleaner also changes.

しかしながら、特許文献2には、電気掃除機全体の効率を考慮して、昇圧コンバータを制御することについては開示も示唆もされていない。 However, Patent Document 2 does not disclose or suggest controlling the boost converter in consideration of the efficiency of the entire vacuum cleaner.

それゆえ、この発明の主たる目的は、蓄電装置から電力の供給を受ける電動送風機を搭載した電気掃除機において、高効率を実現することである。 Therefore, a main object of the present invention is to realize high efficiency in a vacuum cleaner equipped with an electric blower that receives electric power from a power storage device.

本発明のある局面に従う電気掃除機は、吸込み力を発生する電動送風機を搭載している。電気掃除機は、交流電動機と、蓄電装置と、昇圧コンバータと、インバータと、制御装置とを備える。交流電動機は、電動送風機を駆動するように構成される。昇圧コンバータは、蓄電装置から受ける直流電圧を昇圧するように構成される。インバータは、昇圧コンバータの出力電圧を、交流電動機を駆動するための交流電圧に変換するように構成される。制御装置は、昇圧コンバータおよびインバータを制御するように構成される。昇圧コンバータは、昇圧運転と非昇圧運転とを選択的に実行するように構成される。昇圧運転は、蓄電装置の電圧に対する出力電圧の比で示される昇圧率を1よりも高くする運転である。非昇圧運転は、昇圧率を1に固定する運転である。電動送風機に要求吸込み力を発生させる場合において、制御装置は、昇圧運転を選択して交流電動機を駆動したときに電気掃除機に生じる第1の電力損失と、非昇圧運転を選択して交流電動機を駆動したときに電気掃除機に生じる第2の電力損失とを演算する。第1の電力損失が第2の電力損失よりも大きいときには、制御装置は、非昇圧運転を実行して交流電動機を駆動するように、昇圧コンバータおよびインバータを制御する。一方、第1の電力損失が第2の電力損失よりも小さいときには、制御装置は、昇圧運転を実行して交流電動機を駆動するように、昇圧コンバータおよびインバータを制御する。 A vacuum cleaner according to a certain aspect of the present invention is equipped with an electric blower that generates a suction force. The vacuum cleaner includes an AC motor, a power storage device, a boost converter, an inverter, and a control device. The AC motor is configured to drive an electric blower. The boost converter is configured to boost the DC voltage received from the power storage device. The inverter is configured to convert the output voltage of the boost converter into an AC voltage for driving the AC motor. The control device is configured to control the boost converter and the inverter. The boost converter is configured to selectively perform boosting operation and non-boosting operation. The boosting operation is an operation in which the boosting rate indicated by the ratio of the output voltage to the voltage of the power storage device is made higher than 1. The non-boosting operation is an operation in which the boosting rate is fixed at 1. When generating the required suction force in the electric blower, the control device selects the first power loss that occurs in the electric vacuum cleaner when the booster operation is selected to drive the AC motor, and the non-boost operation is selected for the AC motor. The second power loss that occurs in the electric vacuum cleaner when driving is calculated. When the first power loss is greater than the second power loss, the controller controls the boost converter and inverter to perform a non-boost operation to drive the AC motor. On the other hand, when the first power loss is smaller than the second power loss, the control device controls the boost converter and the inverter so as to perform a boosting operation to drive the AC motor.

本発明のある局面に従えば、蓄電装置から電力の供給を受ける電動送風機を搭載した電気掃除機において、高効率を実現することができる。 According to a certain aspect of the present invention, high efficiency can be realized in an electric vacuum cleaner equipped with an electric blower that receives electric power from a power storage device.

この発明の実施の形態1に従う電気掃除機の全体構成を示す図である。It is a figure which shows the whole structure of the vacuum cleaner according to Embodiment 1 of this invention. 電源部の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of a power-source part. 昇圧コンバータおよびインバータの構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of a boost converter and an inverter. 実施の形態1に従う電気掃除機における昇圧コンバータの制御に関する制御構成を説明する機能ブロック図である。FIG. 3 is a functional block diagram illustrating a control configuration relating to control of a boost converter in a vacuum cleaner according to the first embodiment. 実施の形態1に従う電気掃除機における昇圧コンバータの制御を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining the control of the boost converter in the vacuum cleaner according to Embodiment 1. FIG. 昇圧運転時における昇圧率の制御を説明する図である。It is a figure explaining the control of the boosting rate at the time of boosting operation. 実施の形態2に従う電気掃除機における昇圧コンバータの制御に関する制御構成を説明する機能ブロック図である。FIG. 3 is a functional block diagram illustrating a control configuration relating to control of a boost converter in a vacuum cleaner according to the second embodiment. 実施の形態2に従う電気掃除機における昇圧率制御を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining the boosting rate control in the vacuum cleaner according to Embodiment 2. 実施の形態3に従う電気掃除機における昇圧コンバータの制御に関する制御構成を説明する機能ブロック図である。FIG. 3 is a functional block diagram illustrating a control configuration relating to control of a boost converter in a vacuum cleaner according to the third embodiment. 制御装置により実行される昇温運転を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the temperature rise operation performed by a control device. 実施の形態3に従う電気掃除機において実行される昇温運転を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining the temperature raising operation performed in the vacuum cleaner according to Embodiment 3.

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The same or corresponding parts in the drawings are designated by the same reference numerals and the description thereof will not be repeated.

実施の形態1.
(電気掃除機の構成)
図1は、この発明の実施の形態1に従う電気掃除機100の全体構成を示す図である。図1(A)は電気掃除機100の正面図であり、図1(B)は電気掃除機100の側面図である。
Embodiment 1.
(Vacuum cleaner configuration)
FIG. 1 is a diagram showing an overall configuration of a vacuum cleaner 100 according to the first embodiment of the present invention. 1 (A) is a front view of the vacuum cleaner 100, and FIG. 1 (B) is a side view of the vacuum cleaner 100.

図1には電気掃除機100の一例としてスティッククリーナーが示されている。電気掃除機100は、スティッククリーナーに限定されるものではなく、たとえば、電動送風機、集塵部および電源部を有する掃除機本体に延長管を接続して構成されるキャニスター型掃除機でもよい。 FIG. 1 shows a stick cleaner as an example of the vacuum cleaner 100. The electric vacuum cleaner 100 is not limited to the stick cleaner, and may be, for example, a canister type vacuum cleaner configured by connecting an extension pipe to a vacuum cleaner main body having an electric blower, a dust collecting unit, and a power supply unit.

図1(A)を参照して、電気掃除機100は、電源部104と、電動送風機106と、集塵室108と、延長管111と、吸込部112とを備える。電源部104、電動送風機106および集塵室108は、筐体110内に収容されている。筐体110の一端には持ち手102が接続されている。筐体110の他端には延長管111が接続されている。 With reference to FIG. 1A, the vacuum cleaner 100 includes a power supply unit 104, an electric blower 106, a dust collecting chamber 108, an extension pipe 111, and a suction unit 112. The power supply unit 104, the electric blower 106, and the dust collecting chamber 108 are housed in the housing 110. A handle 102 is connected to one end of the housing 110. An extension tube 111 is connected to the other end of the housing 110.

電源部104は、バッテリBおよび基板116を含む。バッテリBは、再充電が可能に構成された蓄電装置の代表例として示される。バッテリBは、たとえば、ニッケル水素電池またはリチウムイオン電池等の二次電池である。蓄電装置としては、電気二重層キャパシタなどを用いることも可能である。 The power supply unit 104 includes the battery B and the substrate 116. The battery B is shown as a representative example of a power storage device configured to be rechargeable. The battery B is, for example, a secondary battery such as a nickel hydrogen battery or a lithium ion battery. As the power storage device, it is also possible to use an electric double layer capacitor or the like.

基板116は、後述するように、バッテリBに蓄えられた電力を用いて電動送風機106を駆動するモータ駆動装置を実現する。基板116は、バッテリBから供給される直流電力を、電動送風機106を駆動するための交流電力に変換するための電力変換装置を含んでいる。 As will be described later, the substrate 116 realizes a motor drive device for driving the electric blower 106 using the electric power stored in the battery B. The substrate 116 includes a power conversion device for converting the DC power supplied from the battery B into AC power for driving the electric blower 106.

電動送風機106は、筐体110内に設けられた通風路113上に配置されている。電動送風機106は、バッテリBから電力の供給を受けて通風路113に吸込み負圧を作用させる。電動送風機106は、交流電動機(図2参照)を送風モータとして駆動する。 The electric blower 106 is arranged on the ventilation passage 113 provided in the housing 110. The electric blower 106 receives electric power from the battery B and sucks it into the ventilation passage 113 to apply a negative pressure. The electric blower 106 drives an AC motor (see FIG. 2) as a blower motor.

集塵室108は、延長管111と連通している。吸込部112は、延長管111の先端部に接続されている。吸込部112は、吸込口114から被掃除面の塵埃を吸引する。 The dust collecting chamber 108 communicates with the extension pipe 111. The suction portion 112 is connected to the tip end portion of the extension pipe 111. The suction unit 112 sucks dust on the surface to be cleaned from the suction port 114.

交流電動機を駆動すると、電動送風機106は吸込み負圧を発生する。この吸込み負圧によって被掃除面上の塵埃が空気とともに、吸込部112内部に吸い込まれる。この塵埃を含んだ空気は、延長管111を通って集塵室108に搬送される。空気中の塵埃は集塵室108に捕集される。塵埃を捕集された空気は通風路113を通流し、図示しないフィルタを通過した後、電動送風機106に到達する。その後、当該空気は、通風路113を通じて排気口から筐体110外部へ排出される。 When the AC motor is driven, the electric blower 106 generates a suction negative pressure. Due to this suction negative pressure, dust on the surface to be cleaned is sucked into the suction portion 112 together with air. The air containing the dust is conveyed to the dust collecting chamber 108 through the extension pipe 111. Dust in the air is collected in the dust collecting chamber 108. The air collected with dust passes through the ventilation passage 113, passes through a filter (not shown), and then reaches the electric blower 106. After that, the air is discharged to the outside of the housing 110 from the exhaust port through the ventilation passage 113.

持ち手102には、操作部13および表示部14が設けられている。操作部13は、後述するモータ駆動装置によって電動送風機106を駆動するための複数の操作スイッチを含む。複数の操作スイッチは、吸込清掃を開始または停止させるための操作スイッチ、および各種の運転モードを切替えるための操作スイッチを含む。運転モードを切替えるための操作スイッチには、たとえば、強運転、中運転および弱運転のように、電動送風機106に発生させる吸込み力を切替えるための操作スイッチが含まれている。 The handle 102 is provided with an operation unit 13 and a display unit 14. The operation unit 13 includes a plurality of operation switches for driving the electric blower 106 by a motor drive device described later. The plurality of operation switches include an operation switch for starting or stopping suction cleaning, and an operation switch for switching various operation modes. The operation switch for switching the operation mode includes an operation switch for switching the suction force generated in the electric blower 106, for example, strong operation, medium operation, and weak operation.

表示部14は、電気掃除機100の運転状態(運転モード、バッテリBの状態(充電状態)等)を表示する。表示部14は、後述するように、バッテリBの過熱防止のために運転を停止する際、その旨を表示するように構成される。また、表示部14は、電気掃除機100の起動時においてバッテリBを昇温するための昇温運転を実行する際、その旨を表示するように構成される。なお、表示部14は、持ち手102に設置される形態に限定されず、その他の位置に設けられてもよい。 The display unit 14 displays the operating state (operation mode, battery B state (charging state), etc.) of the vacuum cleaner 100. As will be described later, the display unit 14 is configured to display to that effect when the operation is stopped in order to prevent the battery B from overheating. Further, the display unit 14 is configured to display to that effect when the temperature raising operation for raising the temperature of the battery B is executed at the time of starting the vacuum cleaner 100. The display unit 14 is not limited to the form installed on the handle 102, and may be provided at another position.

(電源部の構成)
次に、図2および図3を用いて、図1における電源部104の構成について説明する。
(Structure of power supply unit)
Next, the configuration of the power supply unit 104 in FIG. 1 will be described with reference to FIGS. 2 and 3.

図2を参照して、基板116は、バッテリBと電動送風機106の交流電動機4との間に設けられており、バッテリBから電力の供給を受けて交流電動機4を駆動するモータ駆動装置を構成する。 With reference to FIG. 2, the substrate 116 is provided between the battery B and the AC motor 4 of the electric blower 106, and constitutes a motor drive device that receives power from the battery B to drive the AC motor 4. do.

具体的には、基板116は、電源スイッチ6、昇圧コンバータ2、インバータ3、および制御装置5を含む。電源スイッチ6は、バッテリBと昇圧コンバータ2との間に設けられる。電源スイッチ6は、制御装置5からの制御信号φs1に基づいてオンオフ制御される。電源スイッチ6は、オン(導通)状態ではバッテリBを昇圧コンバータ2に電気的に接続し、オフ(遮断)状態ではバッテリBを昇圧コンバータ2から電気的に切り離す。操作部13において吸込清掃を開始させるための操作スイッチが操作されると、電源スイッチ6はオンされ、吸込清掃を停止させるための操作スイッチが操作されると、電源スイッチ6はオフされる。 Specifically, the substrate 116 includes a power switch 6, a boost converter 2, an inverter 3, and a control device 5. The power switch 6 is provided between the battery B and the boost converter 2. The power switch 6 is on / off controlled based on the control signal φs1 from the control device 5. The power switch 6 electrically connects the battery B to the boost converter 2 in the on (conducting) state, and electrically disconnects the battery B from the boost converter 2 in the off (disconnect) state. When the operation switch for starting the suction cleaning is operated in the operation unit 13, the power switch 6 is turned on, and when the operation switch for stopping the suction cleaning is operated, the power switch 6 is turned off.

昇圧コンバータ2は、制御装置5からの制御信号φcに基づいて、出力電圧(=正極線PL2および負極線NL間の電圧)Vdcを電圧指令値Vdc*に従って制御する。バッテリBの電圧VBに対して、昇圧コンバータ2は、出力電圧VdcをVdc≧VBの範囲に制御する。すなわち、昇圧コンバータ2は、バッテリBの電圧VBを昇圧する機能を有している。 The boost converter 2 controls the output voltage (= voltage between the positive electrode line PL2 and the negative electrode line NL) Vdc according to the voltage command value Vdc * based on the control signal φc from the control device 5. The boost converter 2 controls the output voltage Vdc in the range of Vdc ≧ VB with respect to the voltage VB of the battery B. That is, the boost converter 2 has a function of boosting the voltage VB of the battery B.

インバータ3は、昇圧コンバータ2と交流電動機4との間に接続される。インバータ3は、制御装置5からの制御信号φiに基づいて、昇圧コンバータ2の出力電圧Vdcを、交流電動機4を駆動するための交流電圧に変換するように構成される。たとえば、制御装置5は、交流電動機4の出力トルクがトルク指令値に従って制御されるように、制御信号φiを生成する。 The inverter 3 is connected between the boost converter 2 and the AC motor 4. The inverter 3 is configured to convert the output voltage Vdc of the boost converter 2 into an AC voltage for driving the AC motor 4 based on the control signal φi from the control device 5. For example, the control device 5 generates a control signal φi so that the output torque of the AC motor 4 is controlled according to the torque command value.

交流電動機4は、たとえば、永久磁石が埋設されたロータを備える三相の永久磁石型同期電動機である。交流電動機4は、U,V,W相の3つのコイル(図示せず)の一端が中性点に共通接続されて構成される。交流電動機4は電動送風機106を回転駆動するためのトルクを発生する。なお、図2の例では、交流電動機4は三相交流モータによって構成されるが、単相交流モータであってもよい。 The AC motor 4 is, for example, a three-phase permanent magnet type synchronous motor including a rotor in which a permanent magnet is embedded. The AC motor 4 is configured such that one end of three coils (not shown) of the U, V, and W phases is commonly connected to the neutral point. The AC motor 4 generates torque for rotationally driving the electric blower 106. In the example of FIG. 2, the AC motor 4 is composed of a three-phase AC motor, but may be a single-phase AC motor.

図3は、昇圧コンバータ2およびインバータ3の構成を示す回路図である。 FIG. 3 is a circuit diagram showing the configurations of the boost converter 2 and the inverter 3.

図3を参照して、昇圧コンバータ2は、いわゆる昇圧チョッパ回路によって構成される。詳細には、昇圧コンバータ2は、リアクトルL1と、半導体スイッチング素子(以下、単に「スイッチング素子」とも称する。)Q7と、ダイオードD7,D8と、コンデンサC1と、バイパススイッチ16とを含む。 With reference to FIG. 3, the boost converter 2 is configured by a so-called boost chopper circuit. Specifically, the boost converter 2 includes a reactor L1, a semiconductor switching element (hereinafter, also simply referred to as “switching element”) Q7, diodes D7 and D8, a capacitor C1, and a bypass switch 16.

リアクトルL1の一方端は正極線PL1に接続され、他方端はダイオードD8のアノードに接続される。ダイオードD8のカノードは正極線PL2に接続される。スイッチング素子Q7は、コレクタがリアクトルL1およびダイオードD8の接続ノードに接続され、エミッタが負極線NLに接続される。ダイオードD7は、スイッチング素子Q7に対して逆並列に接続される。スイッチング素子Q7のオンオフは、制御装置5からの制御信号φcによって制御される。コンデンサC1は、正極線PL2および負極線NLの間に接続される。コンデンサC1は、正極線PL2および負極線NLの間の電圧変動の交流成分を平滑化する。 One end of the reactor L1 is connected to the positive electrode line PL1 and the other end is connected to the anode of the diode D8. The cannula of the diode D8 is connected to the positive electrode line PL2. In the switching element Q7, the collector is connected to the connection node of the reactor L1 and the diode D8, and the emitter is connected to the negative electrode line NL. The diode D7 is connected in antiparallel to the switching element Q7. The on / off of the switching element Q7 is controlled by the control signal φc from the control device 5. The capacitor C1 is connected between the positive electrode line PL2 and the negative electrode line NL. The capacitor C1 smoothes the AC component of the voltage fluctuation between the positive electrode line PL2 and the negative electrode line NL.

バイパススイッチ16は、リアクトルL1に対して電気的に並列に接続されている。バイパススイッチ16は、制御装置5からの制御信号φs2に基づいてオンオフ制御される。バイパススイッチ16は、オン状態ではリアクトルL1を迂回して正極線PL1をダイオードD8のアノードに接続する。 The bypass switch 16 is electrically connected in parallel with the reactor L1. The bypass switch 16 is on / off controlled based on the control signal φs2 from the control device 5. In the on state, the bypass switch 16 bypasses the reactor L1 and connects the positive electrode line PL1 to the anode of the diode D8.

昇圧コンバータ2は、昇圧運転と非昇圧運転とを選択的に実行するように構成される。昇圧運転では、昇圧コンバータ2は、スイッチング素子Q7をオンオフするように制御される。具体的には、スイッチング素子Q7のオン期間Tonでは、バッテリB−リアクトルL1−スイッチング素子Q7を介した電流経路が形成されることにより、リアクトルL1にエネルギが蓄積される。一方、スイッチング素子Q7のオフ期間Toffでは、バッテリB−リアクトルL1−ダイオードD8−コンデンサC1を介した電流経路が形成される。これにより、オン期間TonでリアクトルL1に蓄えられたエネルギがコンデンサC1に供給される。このようにして、バッテリBの電圧VBが昇圧されて正極線PL2および負極線NLの間に出力される。 The boost converter 2 is configured to selectively execute boosting operation and non-boosting operation. In the boost operation, the boost converter 2 is controlled to turn on / off the switching element Q7. Specifically, during the on-period Ton of the switching element Q7, energy is stored in the reactor L1 by forming a current path via the battery B-reactor L1-switching element Q7. On the other hand, in the off period Tof of the switching element Q7, a current path is formed via the battery B-reactor L1-diode D8-capacitor C1. As a result, the energy stored in the reactor L1 during the on-period ton is supplied to the capacitor C1. In this way, the voltage VB of the battery B is boosted and output between the positive electrode line PL2 and the negative electrode line NL.

昇圧コンバータ2は、スイッチング素子Q7のデューティ比(スイッチング周期T(=Ton+Toff)に対するオン期間Tonの割合)を制御することによって、昇圧率を制御することができる。昇圧率は、バッテリBの電圧VBに対する昇圧コンバータ2の出力電圧Vdcの比(=Vdc/VB)で示される。 The boost converter 2 can control the boost rate by controlling the duty ratio of the switching element Q7 (the ratio of the on-period Ton to the switching cycle T (= Ton + Toff)). The boost rate is indicated by the ratio of the output voltage Vdc of the boost converter 2 to the voltage VB of the battery B (= Vdc / VB).

制御装置5は、電圧VB,Vdcの検出値と電圧指令値Vdc*とに従って演算されたデューティ比に従って、スイッチング素子Q7のオンオフを制御する。具体的には、出力電圧Vdcが電圧指令値Vdc*よりも低い場合には、デューティ比を大きくすることによって、出力電圧Vdcを上昇させることができる。一方、出力電圧Vdcが電圧指令値Vdc*よりも高い場合には、デューティ比を小さくすることによって、電圧Vdcを低下させることができる。このように、昇圧運転では、Vdc*>VBに設定されて、スイッチング素子Q7のオンオフ制御によって、昇圧率を1よりも高くすることができる。 The control device 5 controls the on / off of the switching element Q7 according to the duty ratio calculated according to the detected values of the voltages VB and Vdc and the voltage command value Vdc *. Specifically, when the output voltage Vdc is lower than the voltage command value Vdc *, the output voltage Vdc can be increased by increasing the duty ratio. On the other hand, when the output voltage Vdc is higher than the voltage command value Vdc *, the voltage Vdc can be lowered by reducing the duty ratio. As described above, in the boosting operation, Vdc *> VB is set, and the boosting rate can be made higher than 1 by the on / off control of the switching element Q7.

一方、非昇圧運転では、昇圧コンバータ2による昇圧を行なうことなく、Vdc=VBの状態で交流電動機4を制御する。すなわち、非昇圧運転では、昇圧率が1に固定される。非昇圧運転では、スイッチング素子Q7がオフに固定されるので、昇圧コンバータ2での電力損失が低下する。 On the other hand, in the non-boost operation, the AC motor 4 is controlled in the state of Vdc = VB without boosting by the boost converter 2. That is, in the non-boosting operation, the boosting rate is fixed at 1. In the non-boost operation, the switching element Q7 is fixed to off, so that the power loss in the boost converter 2 is reduced.

非昇圧運転ではさらに、バイパススイッチ16がオンに固定される。これにより、バッテリBの電圧VBは、バイパススイッチ16およびダイオードD8を通じてインバータ3に供給される。リアクトルL1を経由せずにインバータ3に電流を送ることで、上述したスイッチング素子Q7のオフ固定に比べて、昇圧コンバータ2での電力損失がさらに低下する。 In non-boost operation, the bypass switch 16 is further fixed on. As a result, the voltage VB of the battery B is supplied to the inverter 3 through the bypass switch 16 and the diode D8. By sending a current to the inverter 3 without passing through the reactor L1, the power loss in the boost converter 2 is further reduced as compared with the above-mentioned fixed off switching element Q7.

インバータ3は、三相インバータの回路構成を有する。インバータ3は、正極線PL2および負極線NLの間に並列に接続されたU相アーム、V相アーム、およびW相アームを含む。U相アームは、正極線PL2および負極線NLの間に直列に接続されたスイッチング素子Q1,Q2を含む。V相アームは、正極線PL2および負極線NLの間に直列に接続されたスイッチング素子Q3,Q4を含む。W相アームは、正極線PL2および負極線NLの間に直列に接続されたスイッチング素子Q5,Q6を含む。各相アームの中間点は、交流電動機4の各相コイルにそれぞれ接続されている。 The inverter 3 has a circuit configuration of a three-phase inverter. The inverter 3 includes a U-phase arm, a V-phase arm, and a W-phase arm connected in parallel between the positive electrode line PL2 and the negative electrode line NL. The U-phase arm includes switching elements Q1 and Q2 connected in series between the positive electrode line PL2 and the negative electrode line NL. The V-phase arm includes switching elements Q3 and Q4 connected in series between the positive electrode line PL2 and the negative electrode line NL. The W-phase arm includes switching elements Q5 and Q6 connected in series between the positive electrode line PL2 and the negative electrode line NL. The intermediate point of each phase arm is connected to each phase coil of the AC motor 4.

インバータ3は、昇圧コンバータ2から直流電圧Vdcが供給されると、制御装置5からの制御信号φiに応答した、スイッチング素子Q1〜Q6のスイッチング動作により直流電圧Vdcを交流電圧に変換して交流電動機4を駆動する。 When the DC voltage Vdc is supplied from the boost converter 2, the inverter 3 converts the DC voltage Vdc into an AC voltage by the switching operation of the switching elements Q1 to Q6 in response to the control signal φi from the control device 5, and is an AC electric motor. 4 is driven.

なお、スイッチング素子Q1〜Q7として、たとえば、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)やMOS(Metal Oxide Semiconductor)トランジスタ等を用いることができる。スイッチング素子Q1〜Q7に対して、ダイオードD1〜D7がそれぞれ逆並列に接続される。 As the switching elements Q1 to Q7, for example, an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), a MOS (Metal Oxide Semiconductor) transistor, or the like can be used. Diodes D1 to D7 are connected in antiparallel to the switching elements Q1 to Q7, respectively.

各スイッチング素子を構成する材料としては、珪素よりもバンドギャップが大きいワイドバンドギャップ半導体を採用することができる。ワイドバンドギャップ半導体は、炭化珪素、窒化ガリウム系材料またはダイヤモンドのいずれかであることが好ましい。 As a material constituting each switching element, a wide bandgap semiconductor having a larger bandgap than silicon can be adopted. The wide bandgap semiconductor is preferably either silicon carbide, gallium nitride based material or diamond.

図2に戻って、電源部104は、電圧センサ7,8,9、電流センサ10,11、温度センサ12、および回転角センサ15をさらに含む。 Returning to FIG. 2, the power supply unit 104 further includes voltage sensors 7, 8, 9, current sensors 10, 11, temperature sensors 12, and rotation angle sensors 15.

電圧センサ7は、バッテリBの電圧VB(以下、電池電圧とも称する。)を検出し、その検出値を制御装置5へ出力する。電圧センサ8は、昇圧コンバータ2の出力電圧Vdcを検出し、その検出値を制御装置5へ出力する。出力電圧Vdcは、インバータ3の直流リンク電圧に相当する。電圧センサ9は、交流電動機4への印加電圧Vm(以下、モータ電圧とも称する。)を検出し、その検出値を制御装置5へ出力する。 The voltage sensor 7 detects the voltage VB of the battery B (hereinafter, also referred to as the battery voltage), and outputs the detected value to the control device 5. The voltage sensor 8 detects the output voltage Vdc of the boost converter 2 and outputs the detected value to the control device 5. The output voltage Vdc corresponds to the DC link voltage of the inverter 3. The voltage sensor 9 detects the voltage Vm applied to the AC motor 4 (hereinafter, also referred to as a motor voltage), and outputs the detected value to the control device 5.

電流センサ10は、バッテリBに流れる電流IB(以下、電池電流とも称する。)を検出し、その検出値を制御装置5へ出力する。温度センサ12は、バッテリBの温度TB(以下、電池温度とも称する。)を検出し、その検出値を制御装置5へ出力する。電流センサ11は、交流電動機4に流れる電流Im(以下、モータ電流とも称する。)を検出し、その検出値を制御装置5へ出力する。 The current sensor 10 detects the current IB (hereinafter, also referred to as battery current) flowing through the battery B, and outputs the detected value to the control device 5. The temperature sensor 12 detects the temperature TB of the battery B (hereinafter, also referred to as the battery temperature), and outputs the detected value to the control device 5. The current sensor 11 detects the current Im (hereinafter, also referred to as motor current) flowing through the AC motor 4, and outputs the detected value to the control device 5.

回転角センサ15は、交流電動機4のロータ回転角θを検出し、その検出値を制御装置5へ出力する。制御装置5は、回転角θに基づき交流電動機4の回転速度Nmを算出することができる。なお、回転角θをモータ電圧Vmまたはモータ電流Imから直接演算することによって、回転角センサを省略してもよい。 The rotation angle sensor 15 detects the rotor rotation angle θ of the AC motor 4 and outputs the detected value to the control device 5. The control device 5 can calculate the rotation speed Nm of the AC motor 4 based on the rotation angle θ. The rotation angle sensor may be omitted by directly calculating the rotation angle θ from the motor voltage Vm or the motor current Im.

制御装置5は、図示しないCPU(Central Processing Unit)およびメモリ等を含むプロセッサを基に構成され、当該メモリに記憶されたマップおよびプログラムに基づいて、各センサによる検出値を用いた演算処理を行なうように構成される。あるいは、制御装置5の少なくとも一部は、電子回路等のハードウェアにより所定の数値・論理演算処理を実行するように構成されてもよい。 The control device 5 is configured based on a processor including a CPU (Central Processing Unit) and a memory (not shown), and performs arithmetic processing using the detection values of each sensor based on the map and the program stored in the memory. It is configured as follows. Alternatively, at least a part of the control device 5 may be configured to execute a predetermined numerical / logical operation process by hardware such as an electronic circuit.

制御装置5は、操作部13から入力された操作指令、および各センサの検出値等に基づいて、昇圧コンバータ2およびインバータ3を制御する。すなわち、制御装置5は、操作指令および各センサの検出値に基づいて制御信号φc,φs2を生成して昇圧コンバータ2へ出力する。また、制御装置5は、操作指令および各センサの検出値に基づいて制御信号φiを生成してインバータ3へ出力する。 The control device 5 controls the boost converter 2 and the inverter 3 based on the operation command input from the operation unit 13, the detection value of each sensor, and the like. That is, the control device 5 generates control signals φc and φs2 based on the operation command and the detection value of each sensor and outputs them to the boost converter 2. Further, the control device 5 generates a control signal φi based on the operation command and the detection value of each sensor and outputs the control signal φi to the inverter 3.

ここで、上述したように、昇圧コンバータ2は、昇圧運転と非昇圧運転とを選択的に実行するように構成される。制御装置5は、昇圧コンバータ2の制御について、電気掃除機100に発生する電力損失に応じて、昇圧運転と非昇圧運転とを選択的に実行する。以下では、制御装置5における昇圧コンバータ2の制御について説明する。 Here, as described above, the boost converter 2 is configured to selectively execute the boosting operation and the non-boosting operation. The control device 5 selectively executes the boosting operation and the non-boosting operation for the control of the boost converter 2 according to the power loss generated in the vacuum cleaner 100. Hereinafter, the control of the boost converter 2 in the control device 5 will be described.

(昇圧コンバータの制御)
図4は、実施の形態1に従う電気掃除機100における昇圧コンバータ2の制御に関する制御構成を説明する機能ブロック図である。図4を含めて、以下で説明される機能ブロック図に記載された各機能ブロックは、制御装置5によるハードウェア的あるいはソフトウェア的な処理によって実現される。
(Control of boost converter)
FIG. 4 is a functional block diagram illustrating a control configuration relating to control of the boost converter 2 in the vacuum cleaner 100 according to the first embodiment. Each functional block described in the functional block diagram described below, including FIG. 4, is realized by hardware-like or software-like processing by the control device 5.

図4を参照して、制御装置5は、電力損失演算部20と、電圧指令値生成部22と、スイッチング制御部24とを含む。 With reference to FIG. 4, the control device 5 includes a power loss calculation unit 20, a voltage command value generation unit 22, and a switching control unit 24.

電力損失演算部20は、操作部13からの操作指令を受けると、当該操作指令で指定された吸込み力(以下、「要求吸込み力」とも称する。)を電動送風機106に発生させるのに必要な交流電動機4の出力(回転速度×トルク)を設定する。 Upon receiving an operation command from the operation unit 13, the power loss calculation unit 20 is required to generate a suction force (hereinafter, also referred to as “required suction force”) specified by the operation command in the electric blower 106. Set the output (rotational speed x torque) of the AC motor 4.

たとえば、操作部13において強運転設定用の操作スイッチが操作された場合には、電力損失演算部20は、交流電動機4への出力要求を、強運転モードに対応した出力に設定する。一方、操作部13において中運転設定用の操作スイッチが操作された場合には、電力損失演算部20は、出力要求を、中運転モードに対応した出力に設定する。また、操作部13において弱運転設定用の操作スイッチが操作された場合には、電力損失演算部20は、出力要求を、弱運転モードに対応した出力に設定する。なお、弱運転モード時の出力要求が最も小さく、強運転モード時の出力要求が最も大きい。 For example, when the operation switch for setting the strong operation is operated in the operation unit 13, the power loss calculation unit 20 sets the output request to the AC motor 4 to the output corresponding to the strong operation mode. On the other hand, when the operation switch for setting the medium operation is operated in the operation unit 13, the power loss calculation unit 20 sets the output request to the output corresponding to the medium operation mode. Further, when the operation switch for setting the weak operation is operated in the operation unit 13, the power loss calculation unit 20 sets the output request to the output corresponding to the weak operation mode. The output request in the weak operation mode is the smallest, and the output request in the strong operation mode is the largest.

操作部13の操作指令に応じて交流電動機4に対する出力要求が設定されると、電力損失演算部20は、設定された出力要求に対応させて電圧指令値Vdc*を算出する。 When an output request to the AC motor 4 is set in response to an operation command of the operation unit 13, the power loss calculation unit 20 calculates a voltage command value Vdc * corresponding to the set output request.

交流電動機4では、回転速度および/またはトルクが増加すると、逆起電力が増加して誘起電圧が高くなるため、その必要電圧が高くなる。これに伴い、昇圧コンバータ2の出力電圧Vdcは、この必要電圧よりも高く設定する必要がある。その一方で、昇圧コンバータ2の昇圧には限界があり、その出力電圧Vdcには上限値が存在する。したがって、電力損失演算部20は、モータ必要電圧(誘起電圧)から昇圧コンバータ2の出力最大電圧までの電圧範囲内において、電圧指令値Vdc*を設定する。電圧指令値Vdc*は、電池電圧VBよりも高く設定される(Vdc*>VB)。すなわち、昇圧コンバータ2は昇圧運転を実行する。 In the AC motor 4, when the rotation speed and / or the torque increases, the counter electromotive force increases and the induced voltage increases, so that the required voltage increases. Along with this, the output voltage Vdc of the boost converter 2 needs to be set higher than this required voltage. On the other hand, there is a limit to the boosting of the boost converter 2, and there is an upper limit to the output voltage Vdc. Therefore, the power loss calculation unit 20 sets the voltage command value Vdc * within the voltage range from the required motor voltage (induced voltage) to the maximum output voltage of the boost converter 2. The voltage command value Vdc * is set higher than the battery voltage VB (Vdc *> VB). That is, the boost converter 2 executes the boost operation.

なお、交流電動機4に対する出力要求が大きくなるほど、モータ必要電圧(誘起電圧)が高くなる。したがって、強運転モード時の出力要求に対応するモータ必要電圧は、弱運転モード時の出力要求に対応するモータ必要電圧よりも高くなる。モータ必要電圧が電池電圧VB以下となる運転モードであれば、出力電圧Vdcを電池電圧VBに設定することもできる。すなわち、昇圧コンバータ2は非昇圧運転を実行できる。 The larger the output requirement for the AC motor 4, the higher the required motor voltage (induced voltage). Therefore, the required motor voltage corresponding to the output requirement in the strong operation mode is higher than the required motor voltage corresponding to the output requirement in the weak operation mode. If the operation mode is such that the required voltage of the motor is equal to or less than the battery voltage VB, the output voltage Vdc can be set to the battery voltage VB. That is, the boost converter 2 can execute the non-boost operation.

次に、電力損失演算部20は、出力要求に従って交流電動機4を駆動した場合における電気掃除機100での電力損失Plossを推定する。 Next, the power loss calculation unit 20 estimates the power loss Plus in the vacuum cleaner 100 when the AC motor 4 is driven according to the output request.

この電力損失Plossの推定においては、電力損失演算部20は、昇圧運転を選択して交流電動機4を駆動したときに電気掃除機100での電力損失Ploss1(以下、「昇圧時電力損失」とも称する。)を算出する。昇圧時電力損失Ploss1は、電圧指令値Vdc*をバッテリBの電圧VBよりも高く設定した場合における電気掃除機100での電力損失に対応する。 In the estimation of the power loss Plus, the power loss calculation unit 20 selects the boosting operation to drive the AC motor 4, and the power loss in the electric vacuum cleaner 100 is Plus1 (hereinafter, also referred to as “power loss during boosting”). .) Is calculated. The boosted power loss Plus 1 corresponds to the power loss in the vacuum cleaner 100 when the voltage command value Vdc * is set higher than the voltage VB of the battery B.

また、電力損失演算部20は、非昇圧運転を選択して交流電動機4を駆動したときに電気掃除機100に生じる電力損失Ploss2(以下、「非昇圧時電力損失」とも称する。)を算出する。非昇圧時電力損失Ploss2は、電圧指令値Vdc*=VBに設定した場合における電気掃除機100での電力損失に対応する。 Further, the power loss calculation unit 20 calculates the power loss Plus 2 (hereinafter, also referred to as “non-boost power loss”) that occurs in the vacuum cleaner 100 when the non-boost operation is selected and the AC motor 4 is driven. .. The non-boost power loss Plus 2 corresponds to the power loss in the vacuum cleaner 100 when the voltage command value Vdc * = VB is set.

次に、昇圧時電力損失Ploss1および非昇圧時電力損失Ploss2の算出について詳細に説明する。 Next, the calculation of the boosted power loss Plus1 and the non-boosted power loss Plus2 will be described in detail.

[1]昇圧時電力損失Ploss1の算出
電力損失演算部20は、昇圧運転を選択して交流電動機4を駆動したときのバッテリBにおける電力損失Pbat、昇圧コンバータ2における電力損失Pcon、インバータ3における電力損失Pinv、および交流電動機4における電力損失Pmotを合計することにより、昇圧時電力損失Ploss1を算出する。すなわち、昇圧時電力損失Ploss1は、次式によって表される。
[1] Calculation of Power Loss at Boost 1 The power loss calculation unit 20 selects the boost operation to drive the AC electric motor 4, the power loss Pbat in the battery B, the power loss Pcon in the boost converter 2, and the power in the inverter 3. The power loss Ploss 1 at the time of boosting is calculated by summing the loss Pinv and the power loss Pmot in the AC electric motor 4. That is, the boosted power loss Plus1 is expressed by the following equation.

Ploss1=Pbat+Pcon+Pinv+Pmot …(1)
電力損失演算部20は、電圧指令値Vdc*および各センサの検出値を用いて、以下に示す方法によって、電力損失Pbat,Pcon,Pinv,Pmotの各々を算出する。
Plus1 = Pbat + Pcon + Pinv + Pmot ... (1)
The power loss calculation unit 20 calculates each of the power losses Pbat, Pcon, Pinv, and Pmot by the method shown below using the voltage command value Vdc * and the detection value of each sensor.

バッテリBにおける電力損失Pbatは、主に内部抵抗でのジュール損失であり、内部抵抗値Rbatおよび電池電流IBを用いてRbat・IB2で示される。なお、内部抵抗値Rbatは、電池温度TBに依存して変化する。一般的に、電池温度TBが低いほど、内部抵抗値Rbatは高くなる。 The power loss Pbat in the battery B is mainly the Joule loss in the internal resistance, and is represented by Rbat · IB2 using the internal resistance value Rbat and the battery current IB. The internal resistance value Rbat changes depending on the battery temperature TB. Generally, the lower the battery temperature TB, the higher the internal resistance value Rbat.

ここで、昇圧運転時の電池電流IBは、平均電流(直流成分)にリップル電流(交流成分)が重畳されたものとなる。リップル電流は、出力電圧Vdcと電池電圧VBとの電圧差|Vdc−VB|に応じて増大する。 Here, the battery current IB during boosting operation is the average current (DC component) superimposed with the ripple current (AC component). The ripple current increases according to the voltage difference | Vdc-VB | between the output voltage Vdc and the battery voltage VB.

電力損失Pbatは、平均電流の二乗に比例した電力損失と、リップル電流の二乗に比例した電力損失との和で示される。このうち、平均電流の二乗に比例した電力損失は、バッテリBの出力電力、すなわち、交流電動機4への供給電力に対応するため、出力電圧Vdcに依存して変化しない。一方、リップル電流の二乗に比例した電力損失は、上記電圧差|Vdc−VB|の上昇に応じて増加する。 The power loss Pbat is represented by the sum of the power loss proportional to the square of the average current and the power loss proportional to the square of the ripple current. Of these, the power loss proportional to the square of the average current corresponds to the output power of the battery B, that is, the power supplied to the AC motor 4, and therefore does not change depending on the output voltage Vdc. On the other hand, the power loss proportional to the square of the ripple current increases as the voltage difference | Vdc-VB | increases.

したがって、電力損失Pbatについては、電池温度TBおよび電圧差|Vdc−VB|をパラメータとするマップを予め作成することにより、電圧指令値Vdc*に対する電力損失Pbatを算出することができる。 Therefore, for the power loss Pbat, the power loss Pbat with respect to the voltage command value Vdc * can be calculated by creating a map in advance with the battery temperature TB and the voltage difference | Vdc-VB | as parameters.

昇圧コンバータ2における電力損失Pconは、主に、スイッチング素子Q7でのスイッチング損失Pconswと、リアクトルL1を含む配線インピーダンスによる損失Pconlineとの和となる(Pcon=Pconsw+Pconline)。なお、配線インピーダンスは、昇圧コンバータ2を構成する配線の材質(抵抗率)、断面積および配線長によって決まる。 The power loss Pcon in the boost converter 2 is mainly the sum of the switching loss Pconsw in the switching element Q7 and the loss Pconline due to the wiring impedance including the reactor L1 (Pcon = Pconsw + Pconline). The wiring impedance is determined by the material (resistivity), cross-sectional area, and wiring length of the wiring constituting the boost converter 2.

スイッチング損失Pconswは、1回のスイッチング当たりの電力損失とスイッチング周波数との積で示される。すなわち、スイッチング損失Pconswは、スイッチング周波数に比例した値となり、スイッチング周波数の上昇に従って増大する。また、同一スイッチング周波数のもとでは、出力電圧Vdcの上昇に応じてスイッチング素子Q7のスイッチング電圧が上昇することにより、スイッチング損失Pconswが増大する。 The switching loss Pconsw is expressed as the product of the power loss per switching and the switching frequency. That is, the switching loss Pconsw becomes a value proportional to the switching frequency and increases as the switching frequency increases. Further, under the same switching frequency, the switching voltage of the switching element Q7 increases as the output voltage Vdc increases, so that the switching loss Pconsw increases.

配線インピーダンスによる損失Pconlineは、昇圧コンバータ2の通過電流(すなわち、電池電流IB)が大きいほど、かつ、出力電圧Vdcが高いほど大きくなる。電池電流IBにおけるリップル電流が増大すると、電流の二乗に依存する損失が増加するため、損失Pconlineは、電圧差|Vdc−VB|に依存して変化する。 The loss Pconline due to the wiring impedance increases as the passing current (that is, battery current IB) of the boost converter 2 increases and the output voltage Vdc increases. As the ripple current in the battery current IB increases, the loss depending on the square of the current increases, so that the loss Pconline changes depending on the voltage difference | Vdc-VB |.

したがって、電力損失Pconについては、スイッチング周波数、および電池電流IBの二乗に応じたものとなる。上述したように、電池電流IBのうちの平均電流は、出力電圧Vdcに依存して変化しない。そのため、電力損失Pconとしては、リップル電流、すなわち電圧差|Vdc−VB|を主に考慮すればよい。よって、昇圧コンバータ2のスイッチング周波数および電圧差|Vdc−VB|をパラメータとするマップを予め作成することにより、電圧指令値Vdc*に対する電力損失Pconを算出することができる。 Therefore, the power loss Pcon depends on the switching frequency and the square of the battery current IB. As described above, the average current of the battery current IB does not change depending on the output voltage Vdc. Therefore, as the power loss Pcon, the ripple current, that is, the voltage difference | Vdc-VB | may be mainly considered. Therefore, the power loss Pcon with respect to the voltage command value Vdc * can be calculated by creating a map in advance with the switching frequency and the voltage difference | Vdc-VB | of the boost converter 2 as parameters.

インバータ3における電力損失Pinvは、主に、スイッチング素子Q1〜Q6でのスイッチング損失Pinvswと、配線インピーダンスによる損失Pinvlineとの和となる(Pinv=Pinvsw+Pinvline)。配線インピーダンスは、インバータ3を構成する配線の材質(抵抗率)、断面積および配線長によって決まる。 The power loss Pinv in the inverter 3 is mainly the sum of the switching loss Pinvsw in the switching elements Q1 to Q6 and the loss Pinvline due to the wiring impedance (Pinv = Pinvsw + Pinvline). The wiring impedance is determined by the material (resistivity), cross-sectional area, and wiring length of the wiring constituting the inverter 3.

スイッチング損失Pinvswは、上記のスイッチング損失Pconswと同様に、インバータ3のスイッチング周波数に比例した値となる。同一トルク出力時には、出力電圧Vdcの上昇に応じて各スイッチング素子のスイッチング電圧が上昇することにより、スイッチング損失Pinvswが増大する。配線インピーダンスによる損失Pinvlineは、インバータ3の通過電流(すなわち、モータ電流Im)が大きいほど大きくなる。したがって、同一トルク出力のもとでは、出力電圧Vdcの上昇に応じてモータ電流Imが小さくなるため、損失Pinvlineが低下する。 The switching loss Pinvsw is a value proportional to the switching frequency of the inverter 3, similar to the switching loss Pconsw described above. At the same torque output, the switching voltage of each switching element increases in response to the increase in the output voltage Vdc, so that the switching loss Pinvsw increases. The loss Pinvline due to the wiring impedance increases as the passing current of the inverter 3 (that is, the motor current Im) increases. Therefore, under the same torque output, the motor current Im decreases as the output voltage Vdc increases, so that the loss Pinvline decreases.

したがって、電力損失Pinvについては、インバータ3のスイッチング周波数および出力電圧Vdcをパラメータとするマップを予め作成することにより、電圧指令値Vdc*に対する電力損失Pinvを算出することができる。 Therefore, for the power loss Pinv, the power loss Pinv with respect to the voltage command value Vdc * can be calculated by creating a map in advance with the switching frequency of the inverter 3 and the output voltage Vdc as parameters.

交流電動機4での電力損失Pmotは、各相コイル巻線に流れる電流によって発生する銅損と、鉄心部の磁束変化によって発生する鉄損との和となる。同一トルク出力のもとでは、出力電圧Vdcの上昇に応じてモータ電流Imが小さくなることにより、銅損が低下する。電力損失Pmotについては、一般的に、交流電動機4の動作状態(回転速度およびトルク)に基づいて推定することができる。たとえば、交流電動機4の動作状態および出力電圧Vdcと、交流電動機4での電力損失との関係を求めておくことにより、交流電動機4への出力要求および電圧指令値Vdc*に基づいて、電力損失Pmotを推定するマップを設定することができる。 The power loss Pmot in the AC motor 4 is the sum of the copper loss generated by the current flowing in each phase coil winding and the iron loss generated by the change in the magnetic flux of the iron core portion. Under the same torque output, the copper loss decreases as the motor current Im decreases as the output voltage Vdc increases. The power loss Pmot can generally be estimated based on the operating state (rotational speed and torque) of the AC motor 4. For example, by obtaining the relationship between the operating state and output voltage Vdc of the AC motor 4 and the power loss in the AC motor 4, the power loss is based on the output request to the AC motor 4 and the voltage command value Vdc *. A map for estimating Pmot can be set.

このようにして、電力損失演算部20は、交流電動機4の動作状態、出力電圧Vdc、電池電圧VB、電池温度TB、および昇圧コンバータ2およびインバータ3におけるスイッチング周波数のうちの少なくとも1つをパラメータとして、電力損失Pbat,Pcon,Pinv,Pmotの各々を推定することができる。 In this way, the power loss calculation unit 20 uses at least one of the operating state of the AC motor 4, the output voltage Vdc, the battery voltage VB, the battery temperature TB, and the switching frequency in the boost converter 2 and the inverter 3 as parameters. , Power loss Pbat, Pcon, Inv, Motor can be estimated respectively.

たとえば、電力損失演算部20は、電池温度TBおよび電圧差|Vdc−VB|をパラメータとするマップを予め作成しておき、当該マップを参照することにより、電圧指令値Vdc*における電力損失Pbatを算出する。また、電力損失演算部20は、電圧差|Vdc−VB|および昇圧コンバータ2のスイッチング周波数をパラメータとするマップを予め作成しておき、当該マップを参照することにより、電圧指令値Vdc*における電力損失Pconを算出する。 For example, the power loss calculation unit 20 creates a map in advance with the battery temperature TB and the voltage difference | Vdc-VB | as parameters, and by referring to the map, the power loss Pbat at the voltage command value Vdc * can be obtained. calculate. Further, the power loss calculation unit 20 prepares in advance a map with the voltage difference | Vdc-VB | and the switching frequency of the boost converter 2 as parameters, and by referring to the map, the power at the voltage command value Vdc * Calculate the loss Pcon.

電力損失演算部20は、さらに、交流電動機4の動作状態、出力電圧Vdcおよびインバータ3のスイッチング周波数をパラメータとするマップを予め作成しておき、当該マップを参照することにより、電圧指令値Vdc*における電力損失Pinvを算出する。また、電力損失演算部20は、交流電動機4の動作状態および出力電圧Vdcをパラメータとするマップを予め作成しておき、当該マップを参照することにより、電圧指令値Vdc*における電力損失Pmotを算出する。 The power loss calculation unit 20 further creates a map in advance using the operating state of the AC motor 4, the output voltage Vdc, and the switching frequency of the inverter 3 as parameters, and by referring to the map, the voltage command value Vdc * The power loss Pinv in is calculated. Further, the power loss calculation unit 20 creates a map in advance using the operating state of the AC motor 4 and the output voltage Vdc as parameters, and calculates the power loss Pmot at the voltage command value Vdc * by referring to the map. do.

上述した方法によって、電力損失Pbat,Pcon,Pinv,Pmotの各々が算出されると、電力損失演算部20は、算出された各電力損失を式(1)に代入することにより、昇圧時電力損失Ploss1を算出する。 When each of the power losses Pbat, Pcon, Pinv, and Pmot is calculated by the above-mentioned method, the power loss calculation unit 20 substitutes each calculated power loss into the equation (1) to obtain a power loss during boosting. Calculate Plus1.

[2]非昇圧時電力損失Ploss2の算出
電力損失演算部20は、非昇圧運転を選択して交流電動機4を駆動したときのバッテリBにおける電力損失Pbat、昇圧コンバータ2における電力損失Pcon、インバータ3における電力損失Pinv、および交流電動機4における電力損失Pmotを合計することにより、非昇圧時電力損失Ploss2を算出する。すなわち、非昇圧時電力損失Ploss2は、次式によって表される。
[2] Calculation of non-boost power loss Plus 2 The power loss calculation unit 20 selects the non-boost operation to drive the AC motor 4, the power loss Pbat in the battery B, the power loss Pcon in the boost converter 2, and the inverter 3. The power loss Post 2 at the time of non-boost is calculated by summing the power loss Pinv in the power loss Pinv and the power loss Pmot in the AC motor 4. That is, the non-boost power loss Plus2 is expressed by the following equation.

Ploss2=Pbat+Pcon+Pinv+Pmot …(2)
電力損失演算部20は、電圧指令値Vdc*を電池電圧VBに設定すると(Vdc*=VB)、電圧指令値Vdc*および各センサの検出値を用いて、以下に示す方法によって、電力損失Pbat,Pcon,Pinv,Pmotの各々を算出する。
Plus2 = Pbat + Pcon + Pinv + Pmot ... (2)
When the power loss calculation unit 20 sets the voltage command value Vdc * to the battery voltage VB (Vdc * = VB), the power loss calculation unit 20 uses the voltage command value Vdc * and the detection value of each sensor by the method shown below to obtain the power loss Pbat. , Pcon, Pinv, Pmot are calculated.

非昇圧運転時の電池電流IBは、平均電流(直流成分)のみとなるため、非昇圧運転での電力損失Pbatは、内部抵抗値Rbatと平均電流の二乗との積で示される。したがって、電力損失Pbatについては、平均電流(直流)、すなわち交流電動機4の動作状態、および電池温度TBをパラメータとするマップを予め作成することにより、電圧指令値Vdc*(=VB)に対する電力損失Pbatを算出することができる。 Since the battery current IB during non-boost operation is only the average current (DC component), the power loss Pbat in non-boost operation is indicated by the product of the internal resistance value Rbat and the square of the average current. Therefore, for the power loss Pbat, the power loss with respect to the voltage command value Vdc * (= VB) by creating a map in advance with the average current (direct current), that is, the operating state of the AC motor 4 and the battery temperature TB as parameters. Pbat can be calculated.

非昇圧運転での電力損失Pconは、スイッチング素子Q7がオフ固定されるため、配線インピーダンスによる損失Pconlineで示される(Pcon=Pconline)。この損失Pconlineには、バイパススイッチ16での導通損失が含まれる。電力損失Pconについても、バッテリBの平均電流、すなわち交流電動機4の動作状態に基づいて算出できる。 The power loss Pcon in the non-boost operation is represented by the loss Pconline due to the wiring impedance because the switching element Q7 is fixed off (Pcon = Pconline). This loss Pconline includes the conduction loss at the bypass switch 16. The power loss Pcon can also be calculated based on the average current of the battery B, that is, the operating state of the AC motor 4.

電力損失Pinv,Pmotについては、昇圧時電力損失Ploss1と同様に、交流電動機4の動作状態および出力電圧Vdcをパラメータとするマップを参照することにより、電圧指令値Vdc*における電力損失Pinv,Pmotを算出することができる。 For the power loss Pinv and Pmot, the power loss Pinv and Pmot at the voltage command value Vdc * can be determined by referring to the map with the operating state of the AC motor 4 and the output voltage Vdc as parameters, as in the case of boosting power loss Plus1. Can be calculated.

上述した方法によって、電力損失Pbat,Pcon,Pinv,Pmotの各々が算出されると、電力損失演算部20は、算出された各電力損失を式(2)に代入することにより、非昇圧時電力損失Ploss2を算出する。 When each of the power losses Pbat, Pcon, Pinv, and Pmot is calculated by the above-mentioned method, the power loss calculation unit 20 substitutes each calculated power loss into the equation (2) to obtain the non-boost power. Calculate the loss Plus2.

電圧指令値生成部22は、電力損失演算部20によって算出された昇圧時電力損失Ploss1および非昇圧時電力損失Ploss2を受けると、これら2つの電力損失Ploss1,Ploss2の大小を比較する。昇圧時電力損失Ploss1が非昇圧時電力損失Ploss2よりも小さい場合(Ploss1<Ploss2)、電圧指令値生成部22は、昇圧運転を選択する。この場合、電圧指令値生成部22は、電圧指令値Vdc*を、交流電動機4への出力要求に対応する電圧であって、電池電圧VBよりも高い電圧値に設定する。 When the voltage command value generation unit 22 receives the boosted power loss Plus1 and the non-boosted power loss Plus2 calculated by the power loss calculation unit 20, the magnitude of these two power losses Plus1 and Plus2 is compared. When the boosted power loss Plus1 is smaller than the non-boosted power loss Plus2 (Ploss1 <Ploss2), the voltage command value generation unit 22 selects the boosting operation. In this case, the voltage command value generation unit 22 sets the voltage command value Vdc * to a voltage corresponding to the output request to the AC motor 4 and higher than the battery voltage VB.

これに対して、非昇圧時電力損失Ploss2が昇圧時電力損失Ploss1よりも小さい場合には(Ploss1>Ploss2)、電圧指令値生成部22は、非昇圧運転を選択する。この場合、電圧指令値生成部22は、電圧指令値Vdc*を電池電圧VBに設定する。 On the other hand, when the non-boosting power loss Plus2 is smaller than the boosting power loss Plus1 (Ploss1> Pluss2), the voltage command value generation unit 22 selects the non-boosting operation. In this case, the voltage command value generation unit 22 sets the voltage command value Vdc * to the battery voltage VB.

すなわち、電圧指令値生成部22は、昇圧時電力損失Ploss1および非昇圧時電力損失Ploss2のうちの小さい方の電圧指令値に基づいて、最終的な電圧指令値Vdc*を設定する。これにより、電気掃除機100全体の電力損失が最小となるような出力電圧Vdcが得られるように、電圧指令値Vdc*が設定される。 That is, the voltage command value generation unit 22 sets the final voltage command value Vdc * based on the smaller voltage command value of the boosted power loss Plus1 and the non-boosted power loss Plus2. As a result, the voltage command value Vdc * is set so that the output voltage Vdc that minimizes the power loss of the entire vacuum cleaner 100 can be obtained.

スイッチング制御部24は、電圧指令値生成部22で設定された電圧指令値Vdc*に従って、昇圧コンバータ2の制御信号φs2,φcを生成する。具体的には、Vdc*>VBの場合、スイッチング制御部24は、出力電圧Vdcが電圧指令値Vdc*と等しくなるように制御信号φcを生成する。スイッチング制御部24は、さらに、バイパススイッチをオフ固定するための制御信号φs2を生成する。昇圧コンバータ2は、制御信号φcに応答してスイッチング素子Q7のデューティ比が設定され、昇圧率はデューティ比に応じたものとなる。 The switching control unit 24 generates the control signals φs2 and φc of the boost converter 2 according to the voltage command value Vdc * set by the voltage command value generation unit 22. Specifically, when Vdc *> VB, the switching control unit 24 generates a control signal φc so that the output voltage Vdc becomes equal to the voltage command value Vdc *. The switching control unit 24 further generates a control signal φs2 for fixing the bypass switch off. In the boost converter 2, the duty ratio of the switching element Q7 is set in response to the control signal φc, and the boost ratio corresponds to the duty ratio.

一方、Vdc*=VBの場合、スイッチング制御部24は、スイッチング素子Q7をオフ固定するように制御信号φcを生成する。スイッチング制御部24は、さらに、バイパススイッチをオン固定するための制御信号φs2を生成する。昇圧コンバータ2は、電池電圧VBをバイパススイッチおよびダイオードを介してインバータ3に供給する。 On the other hand, when Vdc * = VB, the switching control unit 24 generates a control signal φc so as to fix the switching element Q7 off. The switching control unit 24 further generates a control signal φs2 for fixing the bypass switch on. The boost converter 2 supplies the battery voltage VB to the inverter 3 via the bypass switch and the diode.

スイッチング制御部24は、さらに、電圧指令値Vdc*に従って、インバータ3の制御信号φiを生成する。制御信号φiに従ってインバータ3がスイッチング制御されることにより、出力要求に従ったトルクを出力するための交流電圧が交流電動機4に印加される。 The switching control unit 24 further generates a control signal φi of the inverter 3 according to the voltage command value Vdc *. By switching control of the inverter 3 according to the control signal φi, an AC voltage for outputting torque according to the output request is applied to the AC motor 4.

図5は、実施の形態1に従う電気掃除機100における昇圧コンバータ2の制御を説明するフローチャートである。 FIG. 5 is a flowchart illustrating control of the boost converter 2 in the vacuum cleaner 100 according to the first embodiment.

図5を参照して、制御装置5は、ステップS01により、操作指令で指定された要求吸込み力に対応して交流電動機4への出力要求(回転速度×トルク)を設定する。制御装置5は、ステップS02により、交流電動機4への出力要求に従い、交流電動機4の誘起電圧に対応させてモータ必要電圧を算出する。モータ必要電圧は、交流電動機4の誘起電圧以上に設定される。 With reference to FIG. 5, the control device 5 sets an output request (rotational speed × torque) to the AC motor 4 in accordance with the required suction force specified by the operation command in step S01. In step S02, the control device 5 calculates the required motor voltage in accordance with the induced voltage of the AC motor 4 in accordance with the output request to the AC motor 4. The required voltage of the motor is set to be equal to or higher than the induced voltage of the AC motor 4.

続いて制御装置5は、ステップS03により、ステップS02で求めたモータ必要電圧から、昇圧コンバータ2の最大出力電圧までの電圧範囲内において、電圧指令値Vdc*を設定する。電圧指令値Vdc*は、電池電圧VBよりも高く設定される(Vdc*>VB)。ステップS03では、昇圧運転のための電圧指令値Vdc*が設定される。 Subsequently, the control device 5 sets the voltage command value Vdc * in the voltage range from the required motor voltage obtained in step S02 to the maximum output voltage of the boost converter 2 in step S03. The voltage command value Vdc * is set higher than the battery voltage VB (Vdc *> VB). In step S03, the voltage command value Vdc * for boosting operation is set.

次に、制御装置5は、ステップS04により、ステップS02で求めたモータ必要電圧が電池電圧VB以下であるか否かを判定する。モータ必要電圧が電池電圧VBよりも高い場合(S04のNO判定時)、ステップS08に進み、昇圧運転を選択する。これは、モータ必要電圧が電池電圧VBよりも高ければ、出力電圧Vdc=VBの状態で交流電動機4を駆動すると電圧飽和が発生してしまうためである。 Next, the control device 5 determines in step S04 whether or not the required motor voltage obtained in step S02 is equal to or less than the battery voltage VB. When the required motor voltage is higher than the battery voltage VB (when NO is determined in S04), the process proceeds to step S08, and boosting operation is selected. This is because if the required voltage of the motor is higher than the battery voltage VB, voltage saturation will occur when the AC motor 4 is driven in the state of the output voltage Vdc = VB.

一方、モータ必要電圧が電池電圧VB以上である場合(S04のYES判定時)、制御装置5は、ステップS05により、ステップS03で設定した電圧指令値Vdc*における電気掃除機100での電力損失、すなわち昇圧時電力損失Ploss1を算出する。ステップS05では、制御装置5は、電圧指令値Vdc*におけるバッテリBでの電力損失Pbat、電圧指令値Vdc*における昇圧コンバータ2での電力損失Pcon、電圧指令値Vdc*におけるインバータ3での電力損失Pinv、および電圧指令値Vdc*における交流電動機4での電力損失Pmotを算出する。そして、制御装置5は、算出された電力損失Pbat,Pcon,Pinv,Pmotを合計することにより、昇圧時電力損失Ploss1を算出する。 On the other hand, when the required voltage of the motor is equal to or higher than the battery voltage VB (when YES is determined in S04), the control device 5 determines the power loss in the electric vacuum cleaner 100 at the voltage command value Vdc * set in step S03 by step S05. That is, the boosted power loss Voltage 1 is calculated. In step S05, the control device 5 has a power loss Pbat in the battery B at the voltage command value Vdc *, a power loss Pcon in the boost converter 2 at the voltage command value Vdc *, and a power loss at the inverter 3 at the voltage command value Vdc *. The power loss Pmot in the AC electric motor 4 at the Pinv and the voltage command value Vdc * is calculated. Then, the control device 5 calculates the boosted power loss Plus1 by summing the calculated power losses Pbat, Pcon, Pinv, and Pmot.

続いて制御装置5は、ステップS06により、電圧指令値Vdc*=VBにおける電気掃除機100での電力損失、すなわち非昇圧時電力損失Ploss2を算出する。ステップS05では、制御装置5は、Vdc*=VBにおけるバッテリBでの電力損失Pbat、昇圧コンバータ2での電力損失Pcon、インバータ3での電力損失Pinv、および交流電動機4での電力損失Pmotを算出する。そして、制御装置5は、算出された電力損失Pbat,Pcon,Pinv,Pmotを合計することにより、非昇圧時電力損失Ploss2を算出する。 Subsequently, in step S06, the control device 5 calculates the power loss in the vacuum cleaner 100 at the voltage command value Vdc * = VB, that is, the power loss during non-boost, Ploss 2. In step S05, the control device 5 calculates the power loss Pbat in the battery B at Vdc * = VB, the power loss Pcon in the boost converter 2, the power loss Pinv in the inverter 3, and the power loss Pmot in the AC motor 4. do. Then, the control device 5 calculates the non-boost power loss Ploss 2 by summing the calculated power losses Pbat, Pcon, Pinv, and Pmot.

制御装置5は、ステップS07により、ステップS05で算出された昇圧時電力損失Ploss1と、ステップS06で算出された非昇圧時電力損失Ploss2とを比較する。昇圧時電力損失Ploss1が非昇圧時電力損失Ploss2よりも小さい場合(ステップS07のYES判定時)、制御装置5は、ステップS08に進み、昇圧運転を選択する。制御装置5は、交流電動機4の駆動に用いる電圧指令値Vdc*を、ステップS03で設定された電圧指令値Vdc*に設定する。 The control device 5 compares the boosted power loss Plus1 calculated in step S05 with the non-boosted power loss Plus2 calculated in step S06 in step S07. When the boosted power loss Plus1 is smaller than the non-boosted power loss Plus2 (when YES is determined in step S07), the control device 5 proceeds to step S08 and selects boosting operation. The control device 5 sets the voltage command value Vdc * used for driving the AC motor 4 to the voltage command value Vdc * set in step S03.

これに対して、昇圧時電力損失Ploss1が非昇圧時電力損失Ploss2以上である場合(S07のNO判定時)、制御装置5は、ステップS09に進み、非昇圧運転を選択する。制御装置5は、交流電動機4の駆動に用いる電圧指令値Vdc*を、電池電圧VBに設定する。 On the other hand, when the boosted power loss Plus1 is equal to or greater than the non-boosted power loss Plus2 (NO determination in S07), the control device 5 proceeds to step S09 and selects the non-boost operation. The control device 5 sets the voltage command value Vdc * used for driving the AC motor 4 to the battery voltage VB.

続いて、制御装置5は、ステップS10に進み、ステップS08またはS09で設定された電圧指令値Vdc*に従って、昇圧コンバータ2の制御信号φs2,φcおよびインバータ3の制御信号φiを生成する。昇圧コンバータ2は、制御信号φcに応答したスイッチング素子Q7のオンオフ動作により、電圧指令値Vdc*に従った電圧Vdcをインバータ3に供給する。インバータ3は、制御信号φiに応答したスイッチング素子Q1〜Q6のオンオフ動作により、要求出力に従って交流電動機4を駆動する。 Subsequently, the control device 5 proceeds to step S10 and generates the control signals φs2 and φc of the boost converter 2 and the control signal φi of the inverter 3 according to the voltage command value Vdc * set in step S08 or S09. The boost converter 2 supplies the voltage Vdc according to the voltage command value Vdc * to the inverter 3 by the on / off operation of the switching element Q7 in response to the control signal φc. The inverter 3 drives the AC motor 4 according to the required output by the on / off operation of the switching elements Q1 to Q6 in response to the control signal φi.

以上説明したように、実施の形態1に従う電気掃除機によれば、電動送風機に要求吸込み力を発生させる場合において、昇圧時電力損失および非昇圧時電力損失の推定に基づき、電気掃除機全体での電力損失が小さくなるように、昇圧運転および非昇圧運転を選択的に実行することができる。これにより、電気掃除機全体の効率を向上させることができる。この結果、電気掃除機において、一充電当たりの連続使用時間を長くすることができる。 As described above, according to the electric vacuum cleaner according to the first embodiment, when the required suction force is generated in the electric blower, the electric vacuum cleaner as a whole is based on the estimation of the boosted power loss and the non-boosted power loss. Boosting and non-boosting operations can be selectively performed so that the power loss of the power loss is small. As a result, the efficiency of the entire vacuum cleaner can be improved. As a result, in the vacuum cleaner, the continuous use time per charge can be lengthened.

実施の形態2.
実施の形態2では、実施の形態1に従う電気掃除機100における、昇圧運転時の昇圧率の制御について説明する。したがって、電気掃除機100の構成(図1〜図3)および、制御装置5における昇圧運転および非昇圧運転の選択などの実施の形態1との共通部分については、詳細な説明は繰り返さない。
Embodiment 2.
In the second embodiment, the control of the boosting rate during the boosting operation in the vacuum cleaner 100 according to the first embodiment will be described. Therefore, detailed description of the configuration of the vacuum cleaner 100 (FIGS. 1 to 3) and common parts with the first embodiment such as selection of step-up operation and non-boost-up operation in the control device 5 will not be repeated.

図6は、昇圧運転時における昇圧率の制御を説明する図である。図6には、昇圧コンバータ2の出力電圧Vdc、電池電圧VB、および昇圧率(Vdc/VB)の各々とバッテリBの残存容量(電池容量)との関係が示される。なお、図6に示す関係は、バッテリBがリチウムイオン電池であるときの放電特性に基づいている。 FIG. 6 is a diagram illustrating control of the boosting rate during the boosting operation. FIG. 6 shows the relationship between each of the output voltage Vdc, the battery voltage VB, and the boost rate (Vdc / VB) of the boost converter 2 and the remaining capacity (battery capacity) of the battery B. The relationship shown in FIG. 6 is based on the discharge characteristics when the battery B is a lithium ion battery.

図6を参照して、昇圧運転時には、要求吸込み力に応じた交流電動機4への出力要求(回転速度×トルク)に対応して、電圧指令値Vdc*が設定される。電圧指令値Vdc*は、電池電圧VBよりも高い電圧V1に設定されるものとする(V1>VB)。制御装置5は、電圧指令値Vdc*および電圧センサ7,8の検出値に基づいて、昇圧コンバータ2の出力電圧Vdcが電圧指令値Vdc*と等しくなるように制御信号φcを生成する。 With reference to FIG. 6, during the boosting operation, the voltage command value Vdc * is set in response to the output request (rotational speed × torque) to the AC motor 4 according to the required suction force. It is assumed that the voltage command value Vdc * is set to a voltage V1 higher than the battery voltage VB (V1> VB). The control device 5 generates a control signal φc so that the output voltage Vdc of the boost converter 2 becomes equal to the voltage command value Vdc * based on the voltage command value Vdc * and the detection values of the voltage sensors 7 and 8.

昇圧コンバータ2は、バッテリBから供給された電圧VBを昇圧した電圧Vdcをインバータ3へ供給する。昇圧運転の実行中、電池電圧VBは電池容量に依存して変化する。図6の横軸において、MAXは予め設定された電池容量の管理範囲の上限値を示し、MINは当該管理範囲の下限値を示している。電池容量が上限値MAXであるとき、電池電圧VBは最大値VB1を示す。電池容量が上限値MAXから低下すると、電池電圧VBも最大値VB1から低下する。電池容量が閾値Thであるときには、電池電圧VB=VB2となる。電池容量が閾値Thを下回ると、電池電圧VBはVB2からさらに低くなる。 The boost converter 2 supplies the voltage Vdc obtained by boosting the voltage VB supplied from the battery B to the inverter 3. During the boosting operation, the battery voltage VB changes depending on the battery capacity. On the horizontal axis of FIG. 6, MAX indicates an upper limit value of a preset battery capacity management range, and MIN indicates a lower limit value of the management range. When the battery capacity is the upper limit value MAX, the battery voltage VB indicates the maximum value VB1. When the battery capacity decreases from the upper limit value MAX, the battery voltage VB also decreases from the maximum value VB1. When the battery capacity is the threshold value Th, the battery voltage VB = VB2. When the battery capacity falls below the threshold Th, the battery voltage VB becomes even lower than VB2.

なお、電池容量に対する電池電圧VBの低下率は、電池容量が閾値Thを下回ると、電池容量が閾値Thよりも大きいときに比べて高くなる。電池容量に対する電池電圧VBの低下率とは、単位容量当たりの電池電圧VBの低下量を示す。 The rate of decrease in the battery voltage VB with respect to the battery capacity becomes higher when the battery capacity is lower than the threshold value Th, as compared with the case where the battery capacity is larger than the threshold value Th. The rate of decrease in the battery voltage VB with respect to the battery capacity indicates the amount of decrease in the battery voltage VB per unit capacity.

この電池容量に対する電池電圧VBの低下率を用いて、電池電流IB(放電電流)を一定に保って昇圧運転を実行した場合における電池電圧VBの時間的変化率、すなわち単位時間内の電池電圧VBの変化量に着目すると、電池容量が閾値Thを下回ると、電池電圧VBの時間的変化率が上昇することが理解される。 Using the rate of decrease in battery voltage VB with respect to this battery capacity, the rate of change over time in battery voltage VB when boosting operation is performed while keeping the battery current IB (discharge current) constant, that is, the battery voltage VB within a unit time. Focusing on the amount of change in the battery voltage, it is understood that when the battery capacity falls below the threshold Th, the rate of change in the battery voltage VB over time increases.

ここで、昇圧率を一定値に固定して昇圧運転を実行する場合を考える。図6では、破線で示すように、電池容量が上限値MAXであるときの電池電圧VB1と、電圧指令値Vdc*=V1とに基づいて、昇圧率をV1/VB1に固定するものとする。 Here, consider a case where the boosting rate is fixed to a constant value and the boosting operation is executed. In FIG. 6, as shown by the broken line, the boost rate is fixed to V1 / VB1 based on the battery voltage VB1 when the battery capacity is the upper limit value MAX and the voltage command value Vdc * = V1.

昇圧率を一定(=V1/VB1)とした場合、電池容量の低下に従って電池電圧VBが低下すると、昇圧コンバータ2の出力電圧Vdcも低下する。その結果、図6において破線で示すように、出力電圧Vdcは、電圧指令値Vdc*であるV1よりも低い電圧となる。そのため、電池容量の低下が進むと、交流電動機4の出力が出力要求に満たず、結果的に電動送風機106が発生する吸込み力も低下することになる。 When the boost rate is constant (= V1 / VB1), when the battery voltage VB decreases as the battery capacity decreases, the output voltage Vdc of the boost converter 2 also decreases. As a result, as shown by the broken line in FIG. 6, the output voltage Vdc becomes a voltage lower than V1 which is the voltage command value Vdc *. Therefore, as the battery capacity decreases, the output of the AC motor 4 does not meet the output requirement, and as a result, the suction force generated by the electric blower 106 also decreases.

このように、昇圧率を一定値に固定して昇圧運転を実行した場合では、バッテリBの電池容量の低下に従って、電気掃除機100の吸込み力が落ちていくという問題が生じてしまう。これにより、意図しない吸込み力の低下に対して、ユーザが不満を感じる可能性がある。 As described above, when the boosting operation is executed with the boosting rate fixed at a constant value, there arises a problem that the suction power of the vacuum cleaner 100 decreases as the battery capacity of the battery B decreases. As a result, the user may be dissatisfied with the unintended decrease in suction power.

そこで、実施の形態2に従う電気掃除機では、電池容量に対して出力電圧Vdcが一定となるように、電池容量に応じて昇圧率を変化させる。具体的には、図6において実線で示すように、電圧指令値Vdc*=V1に設定されている場合、電池容量が低下するに従って、昇圧率は高く設定される。これによれば、電池容量が上限値MAXのときの昇圧率(=V1/VB1)に比べて、電池容量が閾値Thのときの昇圧率(=V1/VB2)は高く設定される。 Therefore, in the vacuum cleaner according to the second embodiment, the boost rate is changed according to the battery capacity so that the output voltage Vdc is constant with respect to the battery capacity. Specifically, as shown by the solid line in FIG. 6, when the voltage command value Vdc * = V1 is set, the boost rate is set higher as the battery capacity decreases. According to this, the boost rate (= V1 / VB2) when the battery capacity is the threshold value Th is set higher than the boost rate (= V1 / VB1) when the battery capacity is the upper limit value MAX.

このようにすると、電池容量が上限値MAXから閾値Thまでの範囲内において、出力電圧Vdcを電圧指令値Vdc*であるV1に保つことができる。したがって、電池容量が低下しても、交流電動機4の出力が出力要求を満たし、結果的に電気掃除機100の吸込み力を維持することができる。 By doing so, the output voltage Vdc can be maintained at V1, which is the voltage command value Vdc *, within the range of the battery capacity from the upper limit value MAX to the threshold value Th. Therefore, even if the battery capacity decreases, the output of the AC motor 4 satisfies the output requirement, and as a result, the suction power of the vacuum cleaner 100 can be maintained.

ただし、電池容量が閾値Thを下回ると、電池容量に対する電池電圧VBの低下率が高くなる。そのため、出力電圧VdcをV1に保つためには、昇圧率をさらに上昇させることになり、バッテリBの放電電流を増大させることになる。これにより、バッテリBの過放電が発生する可能性がある。また、この状態でバッテリBの使用を継続すると、出力電圧Vdcが不安定になり、結果的に交流電動機4の回転速度が変動する可能性がある。さらに、バッテリBの過放電によって出力電圧Vdcが急激に低下することで、電気掃除機100の誤作動を引き起こす可能性がある。 However, when the battery capacity is lower than the threshold value Th, the rate of decrease of the battery voltage VB with respect to the battery capacity becomes high. Therefore, in order to keep the output voltage Vdc at V1, the boost rate is further increased, and the discharge current of the battery B is increased. This may result in over-discharging of the battery B. Further, if the battery B is continuously used in this state, the output voltage Vdc may become unstable, and as a result, the rotation speed of the AC motor 4 may fluctuate. Further, the over-discharge of the battery B causes the output voltage Vdc to drop sharply, which may cause the vacuum cleaner 100 to malfunction.

そこで、上述した昇圧率制御の実行中において、電池容量が閾値Thを下回ると、制御装置5は、昇圧運転を停止する。具体的には、制御装置5は、スイッチング素子Q7をオフに固定する。このとき、制御装置5はスイッチング素子Q7をオフ固定するとともに、バイパススイッチをオンしてもよい。したがって、電池容量が閾値Thよりも低いときの昇圧率は1となり、出力電圧Vdcは電池電圧VBと等しくなる。 Therefore, when the battery capacity falls below the threshold value Th during the execution of the boost rate control described above, the control device 5 stops the boost operation. Specifically, the control device 5 fixes the switching element Q7 to off. At this time, the control device 5 may turn off the switching element Q7 and turn on the bypass switch. Therefore, when the battery capacity is lower than the threshold value Th, the boost rate is 1, and the output voltage Vdc is equal to the battery voltage VB.

制御装置5はさらに、インバータ3の運転を停止する。交流電動機4の駆動を停止することで、バッテリBの放電を停止する。これにより、バッテリBの過放電を防止することができる。 The control device 5 further stops the operation of the inverter 3. By stopping the drive of the AC motor 4, the discharge of the battery B is stopped. This makes it possible to prevent the battery B from being over-discharged.

図7は、実施の形態2に従う電気掃除機100における昇圧コンバータ2の制御に関する制御構成を説明する機能ブロック図である。実施の形態2に従う電気掃除機100における制御装置5は、図4に示される制御装置5に対して、電池容量推定部26を追加したものである。 FIG. 7 is a functional block diagram illustrating a control configuration relating to control of the boost converter 2 in the vacuum cleaner 100 according to the second embodiment. The control device 5 in the vacuum cleaner 100 according to the second embodiment is obtained by adding the battery capacity estimation unit 26 to the control device 5 shown in FIG.

電池容量推定部26は、電圧センサ7によって検出された電池電圧VBに基づいて、バッテリBの電池容量を推定する。具体的には、電池容量推定部26は、電池電圧VBの大きさおよび/または電池容量の時間的変化率に基づいて電池容量を推定する。具体的には、電池容量推定部26は、図6に示すような電池電圧VBと電池容量との関係を示すマップまたは数式等を用いて、電圧センサ7の検出値から電池容量を推定する。 The battery capacity estimation unit 26 estimates the battery capacity of the battery B based on the battery voltage VB detected by the voltage sensor 7. Specifically, the battery capacity estimation unit 26 estimates the battery capacity based on the magnitude of the battery voltage VB and / or the temporal change rate of the battery capacity. Specifically, the battery capacity estimation unit 26 estimates the battery capacity from the detected value of the voltage sensor 7 by using a map or a mathematical formula showing the relationship between the battery voltage VB and the battery capacity as shown in FIG.

電圧指令値生成部22は、昇圧運転時には、交流電動機4への出力要求に対応させて電圧指令値Vdc*を設定する。スイッチング制御部24は、設定された電圧指令値Vdc*に対して、電池容量推定部26によって推定された電池容量に応じて昇圧率を変化させる。具体的には、電池容量の低下に応じて電池電圧VBが低下するため(図6参照)、電圧指令値生成部22は、電池容量の低下に対応させて昇圧率を上昇させる。その結果、同一の電圧指令値Vdc*のもとで、電圧センサ7の検出値VBが第1の値のときの昇圧率は、電圧センサ7の検出値VBが上記第1の値よりも高い第2の値のときの昇圧率よりも高くなる。 The voltage command value generation unit 22 sets the voltage command value Vdc * in response to the output request to the AC motor 4 during the boosting operation. The switching control unit 24 changes the boost rate according to the battery capacity estimated by the battery capacity estimation unit 26 with respect to the set voltage command value Vdc *. Specifically, since the battery voltage VB decreases as the battery capacity decreases (see FIG. 6), the voltage command value generation unit 22 increases the boost rate in response to the decrease in the battery capacity. As a result, under the same voltage command value Vdc *, the boost rate when the detected value VB of the voltage sensor 7 is the first value is higher than the first value of the detected value VB of the voltage sensor 7. It is higher than the boost rate at the second value.

これにより、電池容量の低下に拘わらず、昇圧コンバータ2は、電圧指令値Vdc*に一致した電圧Vdcをインバータ3へ供給し続けることができる。したがって、交流電動機4の出力不足が抑制されるため、電動送風機106は要求吸込み力に従った吸込み力を発生することができる。 As a result, the boost converter 2 can continue to supply the voltage Vdc corresponding to the voltage command value Vdc * to the inverter 3 regardless of the decrease in the battery capacity. Therefore, since the output shortage of the AC motor 4 is suppressed, the electric blower 106 can generate a suction force according to the required suction force.

スイッチング制御部24はさらに、電池容量推定部26によって推定された電池容量が閾値Thを下回ると、昇圧運転を停止するとともに、インバータ3の運転を停止することにより、バッテリBの過放電を防止する。 Further, when the battery capacity estimated by the battery capacity estimation unit 26 falls below the threshold value Th, the switching control unit 24 stops the boosting operation and stops the operation of the inverter 3 to prevent the battery B from being over-discharged. ..

なお、バッテリBの過熱防止のために昇圧運転およびインバータ3の運転を停止する際には、制御装置5は、その旨を表示部14に表示させる。これにより、予期せずに電気掃除機100の運転が停止したとユーザが感じることを防止する。 When the boosting operation and the operation of the inverter 3 are stopped in order to prevent the battery B from overheating, the control device 5 causes the display unit 14 to indicate to that effect. This prevents the user from feeling that the operation of the vacuum cleaner 100 has stopped unexpectedly.

図8は、実施の形態2に従う電気掃除機100における昇圧率制御を説明するフローチャートである。 FIG. 8 is a flowchart illustrating the boosting rate control in the vacuum cleaner 100 according to the second embodiment.

図8を参照して、制御装置5は、ステップS11により、昇圧コンバータ2において昇圧運転が選択されているか否かを判定する。昇圧運転が選択されていない、すなわち、非昇圧運転が選択されている場合(S11のNO判定時)、制御装置5は、以降の処理をスキップする。 With reference to FIG. 8, the control device 5 determines in step S11 whether or not the boosting operation is selected in the boosting converter 2. When the boosting operation is not selected, that is, when the non-boosting operation is selected (NO determination in S11), the control device 5 skips the subsequent processing.

一方、昇圧運転が選択されている場合(S11のYES判定時)、制御装置5は、ステップS12により、電圧センサ7から電池電圧VBの検出値を受ける。そして、制御装置5は、ステップS13により、電池電圧VBの検出値に基づいてバッテリBの電池容量を推定する。 On the other hand, when boosting operation is selected (when YES is determined in S11), the control device 5 receives the detected value of the battery voltage VB from the voltage sensor 7 in step S12. Then, the control device 5 estimates the battery capacity of the battery B based on the detected value of the battery voltage VB in step S13.

制御装置5は、続いて、ステップS14により、電池容量が閾値Th以上であるか否かを判定する。電池容量が閾値Th以上である場合(S14のYES判定時)、制御装置5は、ステップS15に進み、交流電動機4への出力要求に対応させて電圧指令値Vdc*を設定する。 The control device 5 subsequently determines in step S14 whether or not the battery capacity is equal to or greater than the threshold value Th. When the battery capacity is equal to or higher than the threshold value Th (when YES is determined in S14), the control device 5 proceeds to step S15 and sets the voltage command value Vdc * in response to the output request to the AC motor 4.

次に、制御装置5は、ステップS16により、ステップS15で設定された電圧指令値Vdc*に従って、昇圧コンバータ2の制御信号φs2,φcおよびインバータ3の制御信号φiを生成する。このとき、制御装置5は、電池容量の低下に対応させて昇圧率が上昇するように、制御信号φcを生成する。 Next, in step S16, the control device 5 generates the control signals φs2 and φc of the boost converter 2 and the control signal φi of the inverter 3 according to the voltage command value Vdc * set in step S15. At this time, the control device 5 generates a control signal φc so that the boost rate increases in response to the decrease in battery capacity.

昇圧コンバータ2は、制御信号φcに応答したスイッチング素子Q7のオンオフ動作により、電圧指令値Vdc*に従った電圧Vdcをインバータ3に供給する。インバータ3は、制御信号φiに応答したスイッチング素子Q1〜Q6のオンオフ動作により、要求出力に従って交流電動機4を駆動する。 The boost converter 2 supplies the voltage Vdc according to the voltage command value Vdc * to the inverter 3 by the on / off operation of the switching element Q7 in response to the control signal φc. The inverter 3 drives the AC motor 4 according to the required output by the on / off operation of the switching elements Q1 to Q6 in response to the control signal φi.

一方、電池容量が閾値Thより小さい場合(S14のNO判定時)、制御装置5は、ステップS17により昇圧運転を停止するとともに、ステップS18によりインバータ3の運転を停止する。 On the other hand, when the battery capacity is smaller than the threshold value Th (at the time of NO determination in S14), the control device 5 stops the boosting operation in step S17 and stops the operation of the inverter 3 in step S18.

以上説明したように、実施の形態2に従う電気掃除機によれば、昇圧運転時には、要求吸込み力に基づいて設定された電圧指令値に対して、電池電圧VBが第1の値のときの昇圧率を、電池電圧VBが上記第1の値よりも高い第2の値のときの昇圧率よりも高くする。このようにすると、電池容量の低下に拘わらず、昇圧コンバータ2は、上記電圧指令値に一致した電圧Vdcをインバータ3へ供給し続けることができる。これにより、出力要求に従って交流電動機4が駆動されるため、電気掃除機の吸込み力を維持することができる。よって、意図しない吸込み力の低下によるユーザの不満を解消することができる。 As described above, according to the electric vacuum cleaner according to the second embodiment, during the step-up operation, the voltage is boosted when the battery voltage VB is the first value with respect to the voltage command value set based on the required suction force. The rate is made higher than the boost rate when the battery voltage VB is a second value higher than the first value. In this way, the boost converter 2 can continue to supply the voltage Vdc corresponding to the voltage command value to the inverter 3 regardless of the decrease in the battery capacity. As a result, the AC motor 4 is driven according to the output request, so that the suction power of the vacuum cleaner can be maintained. Therefore, it is possible to eliminate the user's dissatisfaction due to an unintended decrease in suction power.

また、昇圧率制御によって昇圧コンバータ2の出力電圧Vdcを所定範囲内に収めることができるため、インバータ3および交流電動機4では、当該所定範囲に対応した印加電圧に基づいて設計すればよいことになる。たとえば、特性値の電流依存度が大きいリアクトルを用いた場合でも、当該所定電圧範囲に最適な特性値に設定することができるため、電気掃除機の効率を向上させることができる。 Further, since the output voltage Vdc of the boost converter 2 can be kept within a predetermined range by the boost rate control, the inverter 3 and the AC motor 4 may be designed based on the applied voltage corresponding to the predetermined range. .. For example, even when a reactor having a large current dependence of the characteristic value is used, the characteristic value can be set to the optimum value in the predetermined voltage range, so that the efficiency of the vacuum cleaner can be improved.

また、交流電動機4の出力が同一のもとでは、電池容量の低下に応じて昇圧率を低下させる場合に比べると、出力電圧Vdcが高いため、インバータ3および交流電動機4での電力損失を小さくすることができる。 Further, under the same output of the AC motor 4, the output voltage Vdc is higher than that in the case where the boost rate is lowered according to the decrease in the battery capacity, so that the power loss in the inverter 3 and the AC motor 4 is small. can do.

実施の形態3.
バッテリBとして代表的に用いられる二次電池は、電池温度が低下すると放電特性が低下する。そのため、電池温度が低いときに電気掃除機100が起動されると、交流電動機4の出力が不足し、要求吸込み力に等しい吸込み力を発生できない場合が起こり得る。
Embodiment 3.
The discharge characteristics of a secondary battery typically used as the battery B deteriorate as the battery temperature decreases. Therefore, if the vacuum cleaner 100 is started when the battery temperature is low, the output of the AC motor 4 may be insufficient and a suction force equal to the required suction force may not be generated.

そこで、電池温度が低い場合には、電気掃除機100の起動時には速やかにバッテリBを昇温する必要がある。実施の形態3では、バッテリBを昇温するための昇温運転について説明する。なお、電気掃除機100の構成(図1、図2)および、制御装置5における昇圧運転および非昇圧運転の選択などの実施の形態1との共通部分については、詳細な説明は繰り返さない。 Therefore, when the battery temperature is low, it is necessary to raise the temperature of the battery B promptly when the vacuum cleaner 100 is started. In the third embodiment, a temperature raising operation for raising the temperature of the battery B will be described. The details of the configuration of the vacuum cleaner 100 (FIGS. 1 and 2) and the common parts with the first embodiment such as selection of step-up operation and non-boost-up operation in the control device 5 will not be repeated.

図9は、実施の形態3に従う電気掃除機100における昇圧コンバータ2の制御に関する制御構成を説明する機能ブロック図である。実施の形態3に従う電気掃除機100における制御装置5は、図4に示される制御装置5に対して、電池容量推定部26および昇温制御部28を追加したものである。 FIG. 9 is a functional block diagram illustrating a control configuration relating to control of the boost converter 2 in the vacuum cleaner 100 according to the third embodiment. The control device 5 in the vacuum cleaner 100 according to the third embodiment is obtained by adding a battery capacity estimation unit 26 and a temperature rise control unit 28 to the control device 5 shown in FIG.

昇温制御部28は、操作部13(図1)において吸込清掃を開始させるための操作スイッチが操作されると、温度センサ12によって検出された電池温度TBに基づいて、バッテリBを昇温するための昇温運転を実施するか否かを判定する。具体的には、昇温制御部28は、電池温度TBが所定の下限(図10の下限温度TBL)よりも低いとき、昇温運転を実施するものと判定する。昇温制御部28は、電圧指令値生成部22に対して昇温運転の実施を指示する。 When the operation switch for starting the suction cleaning is operated in the operation unit 13 (FIG. 1), the temperature rise control unit 28 raises the temperature of the battery B based on the battery temperature TB detected by the temperature sensor 12. It is determined whether or not to carry out the temperature raising operation for the purpose. Specifically, the temperature rise control unit 28 determines that the temperature rise operation is performed when the battery temperature TB is lower than a predetermined lower limit (lower limit temperature TBL in FIG. 10). The temperature rise control unit 28 instructs the voltage command value generation unit 22 to perform the temperature rise operation.

電圧指令値生成部22は、昇温制御部28からの指示を受けると、電池電圧TBが下限温度TBL以上になるように、昇温運転を実施する。図10は、制御装置5により実行される昇温運転を説明するための図である。図10には、吸込清掃を開始するための操作スイッチがオンされたタイミング以降の、昇圧コンバータ2の出力電圧Vdcおよび電池温度TBの変化が示されている。 Upon receiving an instruction from the temperature rise control unit 28, the voltage command value generation unit 22 performs a temperature rise operation so that the battery voltage TB becomes equal to or higher than the lower limit temperature TBL. FIG. 10 is a diagram for explaining a temperature raising operation executed by the control device 5. FIG. 10 shows changes in the output voltage Vdc and the battery temperature TB of the boost converter 2 after the timing when the operation switch for starting the suction cleaning is turned on.

図10を参照して、操作スイッチがオンされた時刻t1において、電池温度TBが下限温度TBLよりも低い場合、昇温運転が開始される。昇温運転では、昇圧コンバータ2は、昇圧運転を実行するように制御される。 With reference to FIG. 10, when the battery temperature TB is lower than the lower limit temperature TBL at the time t1 when the operation switch is turned on, the temperature raising operation is started. In the temperature rise operation, the boost converter 2 is controlled to execute the boost operation.

具体的には、電圧指令値生成部22(図9)は、電圧指令値Vdc*を、電池電圧VBよりも高い所定の電圧V2に設定する。交流電動機4への出力要求に基づいて設定される電圧指令値Vdc*を電圧V1とすると、電圧V2は、電圧V1よりも低く設定される。すなわち、昇温運転のための電圧指令値Vdc*は、通常運転のための電圧指令値Vdc*よりも低く設定される。 Specifically, the voltage command value generation unit 22 (FIG. 9) sets the voltage command value Vdc * to a predetermined voltage V2 higher than the battery voltage VB. Assuming that the voltage command value Vdc * set based on the output request to the AC motor 4 is the voltage V1, the voltage V2 is set lower than the voltage V1. That is, the voltage command value Vdc * for the temperature rise operation is set lower than the voltage command value Vdc * for the normal operation.

スイッチング制御部24は、電圧指令値生成部22で設定された電圧指令値Vdc*に従って、昇圧コンバータ2の制御のための制御信号φs2,φcを生成する。スイッチング制御部24は、出力電圧Vdcが電圧指令値Vdc*と等しくなるように制御信号φcを生成する。スイッチング制御部24は、さらに、バイパススイッチ16(図3)をオフ固定するための制御信号φs2を生成する。昇圧コンバータ2は、制御信号φcに応答してスイッチング素子Q7のデューティ比が設定され、昇圧率はデューティ比に応じたものとなる。 The switching control unit 24 generates control signals φs2 and φc for controlling the boost converter 2 according to the voltage command value Vdc * set by the voltage command value generation unit 22. The switching control unit 24 generates a control signal φc so that the output voltage Vdc becomes equal to the voltage command value Vdc *. The switching control unit 24 further generates a control signal φs2 for fixing the bypass switch 16 (FIG. 3) off. In the boost converter 2, the duty ratio of the switching element Q7 is set in response to the control signal φc, and the boost ratio corresponds to the duty ratio.

昇圧コンバータ2が昇圧運転を実行することにより、バッテリBにおいてリップル電流(交流成分)が発生する。リップル電流は、出力電圧Vdcと電池電圧VBとの電圧差|Vdc−VB|に応じて増大する。リップル電流が発生することにより、バッテリBの内部抵抗が発熱するため、バッテリBの温度が上昇する。すなわち、昇温運転では、昇圧運転を実行することで、バッテリBを内部から昇温させる。 When the boost converter 2 executes the boost operation, a ripple current (alternating current component) is generated in the battery B. The ripple current increases according to the voltage difference | Vdc-VB | between the output voltage Vdc and the battery voltage VB. When the ripple current is generated, the internal resistance of the battery B generates heat, so that the temperature of the battery B rises. That is, in the temperature raising operation, the battery B is heated from the inside by executing the boosting operation.

したがって、リップル電流を大きくすれば、すなわち、電圧差|Vdc−VB|を大きくすれば、バッテリBを効果的に昇温することができる。しかしながら、リチウムイオン電池やニッケル水素電池に代表される二次電池は、一般的に、温度が低下すると内部抵抗値が高くなる。そのため、リップル電流を大きくすると、内部抵抗に発生する電圧が大きくなり、二次電池の電圧が、安全性および耐久性上許容される上限電圧を超えてしまう虞がある。そこで、昇温運転時には、バッテリBの電圧が上限電圧を超えない範囲で、リップル電流が最大となるように、電圧指令値Vdc*を設定する。これにより、バッテリBに負担をかけることなく、バッテリBを昇温することができる。ただし、昇温運転時の出力電圧Vdcは、本来出力すべき電圧V1よりも低いため、交流電動機4の出力が制限されることになる。 Therefore, if the ripple current is increased, that is, if the voltage difference | Vdc-VB | is increased, the temperature of the battery B can be effectively raised. However, in a secondary battery represented by a lithium ion battery or a nickel hydrogen battery, the internal resistance value generally increases as the temperature decreases. Therefore, if the ripple current is increased, the voltage generated in the internal resistance becomes large, and the voltage of the secondary battery may exceed the upper limit voltage permitted in terms of safety and durability. Therefore, during the temperature rise operation, the voltage command value Vdc * is set so that the ripple current becomes maximum within the range where the voltage of the battery B does not exceed the upper limit voltage. As a result, the temperature of the battery B can be raised without imposing a burden on the battery B. However, since the output voltage Vdc during the temperature rise operation is lower than the voltage V1 that should be originally output, the output of the AC motor 4 is limited.

昇温運転によってバッテリBが昇温し、電池温度TBが下限温度TBL以上になると(時刻t3)、制御装置5は、昇温運転を終了し、電気掃除機100を通常運転に移行させる。通常運転では、昇圧コンバータ2は、電圧指令値Vdc*に従った電圧Vdc(=V1)をインバータ3に供給する。インバータ3は、要求出力に従って交流電動機4を駆動する。 When the battery B is heated by the temperature raising operation and the battery temperature TB becomes equal to or higher than the lower limit temperature TBL (time t3), the control device 5 ends the temperature raising operation and shifts the vacuum cleaner 100 to the normal operation. In normal operation, the boost converter 2 supplies the voltage Vdc (= V1) according to the voltage command value Vdc * to the inverter 3. The inverter 3 drives the AC motor 4 according to the required output.

さらに、通常運転の実行中、電池温度TBが上昇し、所定の上限(図10の上限温度TBH)に達すると(時刻t4)、制御装置5は、昇圧運転を停止するとともに、インバータ3の運転を停止する。これにより、バッテリBの過熱を防止する。 Further, when the battery temperature TB rises during the execution of the normal operation and reaches a predetermined upper limit (upper limit temperature TBH in FIG. 10) (time t4), the control device 5 stops the boosting operation and operates the inverter 3. To stop. This prevents the battery B from overheating.

図11は、実施の形態3に従う電気掃除機100において実行される昇温運転を説明するフローチャートである。 FIG. 11 is a flowchart illustrating a temperature raising operation executed in the vacuum cleaner 100 according to the third embodiment.

図11を参照して、制御装置5は、ステップS21により、操作部13にて吸込清掃を開始するための操作スイッチがオンされたか否かを判定する。操作スイッチがオンされていないと判定された場合(S21のNO判定時)、制御装置5は、以降の処理をスキップする。 With reference to FIG. 11, the control device 5 determines in step S21 whether or not the operation switch for starting the suction cleaning is turned on by the operation unit 13. When it is determined that the operation switch is not turned on (NO determination in S21), the control device 5 skips the subsequent processing.

一方、操作スイッチがオンされたと判定されると(S21のYES判定時)、制御装置5は、ステップS22により、温度センサ12から電池温度TBの検出値を受ける。制御装置5は、ステップS23により、電池温度TBが所定の下限温度TBLよりも低いか否かを判定する。電池温度TBが下限温度TBLよりも低い場合(S23のYES判定時)、制御装置5は、ステップS24に進み、昇温運転を実行する。制御装置5は、昇圧コンバータ2に昇圧運転を実行させることで、バッテリBを昇温する。 On the other hand, when it is determined that the operation switch is turned on (when YES is determined in S21), the control device 5 receives the detected value of the battery temperature TB from the temperature sensor 12 in step S22. The control device 5 determines in step S23 whether or not the battery temperature TB is lower than the predetermined lower limit temperature TBL. When the battery temperature TB is lower than the lower limit temperature TBL (when YES is determined in S23), the control device 5 proceeds to step S24 and executes the temperature raising operation. The control device 5 raises the temperature of the battery B by causing the boost converter 2 to perform a boosting operation.

一方、電池温度TBが下限温度TBL以上である場合(S23のNO判定時)、制御装置5は、ステップS25に進み、通常運転を実行する。制御装置5は、交流電動機4への要求出力に対応する電圧指令値Vdc*に従って、昇圧コンバータ2を制御する。 On the other hand, when the battery temperature TB is equal to or higher than the lower limit temperature TBL (at the time of NO determination in S23), the control device 5 proceeds to step S25 and executes normal operation. The control device 5 controls the boost converter 2 according to the voltage command value Vdc * corresponding to the required output to the AC motor 4.

制御装置5は、ステップS26により、電池温度TBが所定の上限温度TBHよりも高いか否かを判定する。電池温度TBが上限温度TBH以下である場合(S26のNO判定時)、制御装置5は、以降の処理をスキップする。 The control device 5 determines in step S26 whether or not the battery temperature TB is higher than the predetermined upper limit temperature TBH. When the battery temperature TB is equal to or lower than the upper limit temperature TBH (at the time of NO determination in S26), the control device 5 skips the subsequent processing.

一方、電池温度TBが上限温度TBHよりも高い場合(S26のYES判定時)、制御装置5は、ステップS27に進み、昇圧運転を停止する。制御装置5はさらに、ステップS28により、インバータ3の運転を停止する。 On the other hand, when the battery temperature TB is higher than the upper limit temperature TBH (when YES determination in S26), the control device 5 proceeds to step S27 and stops the boosting operation. The control device 5 further stops the operation of the inverter 3 by step S28.

なお、昇温運転の実行中、昇圧コンバータ2は、交流電動機4への出力要求に対応した電圧V1よりも低い電圧V2をインバータ3に供給する。そのため、交流電動機4の出力不足による吸込み力の低下が発生し、ユーザに違和感を与えてしまう可能性がある。そこで、制御装置5は、昇温運転の実行中であることを表示部14(図1)に表示させることで、吸込み力の低下が、バッテリBが昇温するまでの一時的なものであることをユーザに報知する。これにより、ユーザに与える違和感を防止することができる。 During the temperature rise operation, the boost converter 2 supplies the inverter 3 with a voltage V2 lower than the voltage V1 corresponding to the output request to the AC motor 4. Therefore, the suction force may be lowered due to insufficient output of the AC motor 4, which may give the user a sense of discomfort. Therefore, the control device 5 causes the display unit 14 (FIG. 1) to indicate that the temperature rising operation is being executed, so that the decrease in the suction force is temporary until the battery B heats up. Notify the user of this. This makes it possible to prevent a feeling of strangeness given to the user.

さらに、制御装置5は、バッテリBの過熱防止のために昇圧運転およびインバータ3の運転を停止するときにも、その旨を表示部14に表示させる。これにより、予期せずに電気掃除機100の運転が停止したとユーザが感じることを防止することができる。 Further, the control device 5 causes the display unit 14 to display to that effect even when the boosting operation and the operation of the inverter 3 are stopped in order to prevent the battery B from overheating. This makes it possible to prevent the user from feeling that the operation of the vacuum cleaner 100 has stopped unexpectedly.

なお、上記の実施の形態では、蓄電装置から電力の供給を受けて電動送風機を駆動する交流電動機を備えた電気掃除機について説明したが、本発明は、電気掃除機に限らず、蓄電装置に蓄えられた電力で駆動する交流電動機を駆動源とする製品に広く適用することが可能である。たとえば、ハンドドライヤーなどの電動送風機を備えた製品に対して、本発明を適用することが可能である。 In the above embodiment, an electric vacuum cleaner provided with an AC motor that receives power from a power storage device to drive an electric blower has been described, but the present invention is not limited to the electric vacuum cleaner, but the power storage device. It can be widely applied to products whose drive source is an AC motor driven by stored electric power. For example, the present invention can be applied to a product provided with an electric blower such as a hand dryer.

今回開示された実施の形態がすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 It should be considered that the embodiments disclosed this time are exemplary in all respects and not restrictive. The scope of the present invention is shown by the scope of claims rather than the above description, and is intended to include all modifications within the meaning and scope of the claims.

2 昇圧コンバータ、3 インバータ、4 交流電動機、5 制御装置、6 電源スイッチ、7,8,9 電圧センサ、10,11 電流センサ、12 温度センサ、13 操作部、14 表示部、15 回転角センサ、16 バイパススイッチ、20 電力損失演算部、22 電圧指令値生成部、24 スイッチング制御部、26 電池容量推定部、28 昇温制御部、100 電気掃除機、102 持ち手、104 電源部、106 電動送風機、108 集塵室、110 筐体、112 吸込部、113 通風路、114 吸込口、116 基板、B バッテリ、L1 リアクトル、C1 コンデンサ、Q1〜Q7 スイッチング素子、D1〜D8 ダイオード。
2 Boost converter, 3 Inverter, 4 AC motor, 5 Controller, 6 Power switch, 7,8,9 Voltage sensor, 10,11 Current sensor, 12 Temperature sensor, 13 Operation unit, 14 Display unit, 15 Rotation angle sensor, 16 Bypass switch, 20 Power loss calculation unit, 22 Voltage command value generation unit, 24 Switching control unit, 26 Battery capacity estimation unit, 28 Temperature rise control unit, 100 Electric vacuum cleaner, 102 Handle, 104 Power supply unit, 106 Electric blower , 108 Dust collection chamber, 110 housing, 112 suction part, 113 ventilation path, 114 suction port, 116 board, B battery, L1 reactor, C1 capacitor, Q1 to Q7 switching element, D1 to D8 diode.

Claims (9)

電動送風機を駆動するように構成された交流電動機と、
蓄電装置と、
前記蓄電装置から受ける直流電圧を昇圧するように構成された昇圧コンバータと、
前記昇圧コンバータの出力電圧を、前記交流電動機を駆動するための交流電圧に変換するインバータと、
前記昇圧コンバータおよび前記インバータを制御するように構成された制御装置とを備え、
前記昇圧コンバータは、前記蓄電装置の電圧に対する前記出力電圧の比で示される昇圧率を1よりも高くする昇圧運転と、前記昇圧率を1に固定する非昇圧運転とを選択的に実行するように構成され、
前記昇圧運転時には、前記蓄電装置の残存容量に対して前記出力電圧が一定となるように、前記蓄電装置の残存容量の低下に対応させて前記昇圧率を上昇させる、電気掃除機。
AC motors configured to drive electric blowers and
Power storage device and
A boost converter configured to boost the DC voltage received from the power storage device, and
An inverter that converts the output voltage of the boost converter into an AC voltage for driving the AC motor, and
It comprises a boost converter and a control device configured to control the inverter.
The boost converter selectively executes a boosting operation in which the boosting rate indicated by the ratio of the output voltage to the voltage of the power storage device is higher than 1, and a non-boosting operation in which the boosting rate is fixed at 1. Consists of
A vacuum cleaner that increases the boosting rate in response to a decrease in the remaining capacity of the power storage device so that the output voltage becomes constant with respect to the remaining capacity of the power storage device during the boosting operation.
前記蓄電装置の電圧を検出する電圧センサをさらに備え、
前記制御装置は、前記昇圧運転時には、要求吸込み力に基づいて設定された電圧指令値に対して、前記電圧センサの検出値が第1の値のときの前記昇圧率を、前記電圧センサの検出値が前記第1の値よりも高い第2の値のときの前記昇圧率よりも高くする、請求項1に記載の電気掃除機。
Further equipped with a voltage sensor for detecting the voltage of the power storage device,
During the boosting operation, the control device detects the boosting rate when the detection value of the voltage sensor is the first value with respect to the voltage command value set based on the required suction force. The electric vacuum cleaner according to claim 1, wherein the value is higher than the boosting rate when the value is higher than the first value and the second value is higher than the first value.
前記制御装置は、前記昇圧運転時には、前記電圧センサの検出値に基づいて前記蓄電装置の残存容量を推定し、
前記残存容量が所定の閾値以下に低下すると、前記昇圧運転を停止するとともに、前記インバータの運転を停止する、請求項2に記載の電気掃除機。
The control device estimates the remaining capacity of the power storage device based on the detection value of the voltage sensor during the boosting operation.
The vacuum cleaner according to claim 2, wherein when the remaining capacity drops below a predetermined threshold value, the boosting operation is stopped and the operation of the inverter is stopped.
前記電動送風機に要求吸込み力を発生させる場合において、
前記昇圧運転を選択して前記交流電動機を駆動したときに前記電気掃除機に生じる第1の電力損失と、前記非昇圧運転を選択して前記交流電動機を駆動したときに前記電気掃除機に生じる第2の電力損失とを演算し、
前記第1の電力損失が前記第2の電力損失よりも大きいときには、前記非昇圧運転を実行して前記交流電動機を駆動するように、前記昇圧コンバータおよび前記インバータを制御する一方で、
前記第1の電力損失が前記第2の電力損失よりも小さいときには、前記昇圧運転を実行して前記交流電動機を駆動するように、前記昇圧コンバータおよび前記インバータを制御する、請求項1から3のいずれか1項に記載の電気掃除機。
In the case of generating the required suction force in the electric blower,
The first power loss that occurs in the electric vacuum cleaner when the boosting operation is selected and the AC motor is driven, and the first power loss that occurs in the electric vacuum cleaner when the non-boosting operation is selected and the AC motor is driven. Calculate the second power loss and
When the first power loss is greater than the second power loss, the boost converter and the inverter are controlled to perform the non-boost operation to drive the AC motor, while controlling the boost converter and the inverter.
Claims 1 to 3, wherein when the first power loss is smaller than the second power loss, the step-up converter and the inverter are controlled so as to execute the step-up operation to drive the AC motor. The electric vacuum cleaner according to any one of the items.
前記制御装置は、
前記昇圧運転を選択して前記交流電動機を駆動したときの前記蓄電装置における電力損失、前記昇圧コンバータにおける電力損失、前記インバータにおける電力損失、および前記交流電動機における電力損失を合計することにより、前記第1の電力損失を演算し、
前記非昇圧運転を選択して前記交流電動機を駆動したときの前記蓄電装置における電力損失、前記昇圧コンバータにおける電力損失、前記インバータにおける電力損失、および前記交流電動機における電力損失を合計することにより、前記第2の電力損失を演算する、請求項4に記載の電気掃除機。
The control device is
By summing up the power loss in the power storage device, the power loss in the boost converter, the power loss in the inverter, and the power loss in the AC motor when the boosting operation is selected and the AC motor is driven, the first step is performed. Calculate the power loss of 1 and
The power loss in the power storage device, the power loss in the boost converter, the power loss in the inverter, and the power loss in the AC motor when the non-boosting operation is selected and the AC motor is driven are summed up. The electric cleaner according to claim 4, wherein the second power loss is calculated.
前記昇圧コンバータは、
リアクトルおよびスイッチング素子を有する昇圧チョッパ回路と、
前記リアクトルに対して電気的に並列に接続されるバイパススイッチとを含み、
前記制御装置は、前記非昇圧運転の選択時には、前記バイパススイッチをオンすることにより、前記蓄電装置の電圧を前記インバータに供給する、請求項1から5のいずれか1項に記載の電気掃除機。
The boost converter
A step-up chopper circuit with a reactor and a switching element,
Including a bypass switch electrically connected in parallel to the reactor.
The vacuum cleaner according to any one of claims 1 to 5, wherein the control device supplies the voltage of the power storage device to the inverter by turning on the bypass switch when the non-boost operation is selected. ..
前記蓄電装置の温度を検出する温度センサをさらに備え、
前記制御装置は、
前記電気掃除機の起動時において前記温度センサの検出値が所定の下限値よりも低い場合には、前記昇圧運転によって前記蓄電装置の温度を上昇させる昇温運転を実行し、
前記昇温運転の実行中に前記温度センサの検出値が前記所定の下限値を超えると、前記昇温運転を終了し、前記電動送風機が要求吸込み力を発生するように前記昇圧コンバータおよび前記インバータを制御する、請求項1に記載の電気掃除機。
Further equipped with a temperature sensor for detecting the temperature of the power storage device,
The control device is
When the detection value of the temperature sensor is lower than a predetermined lower limit value at the time of starting the vacuum cleaner, a temperature raising operation for raising the temperature of the power storage device by the boosting operation is executed.
When the detection value of the temperature sensor exceeds the predetermined lower limit value during the execution of the temperature rise operation, the temperature rise operation is terminated and the boost converter and the inverter are used so that the electric blower generates the required suction force. The electric vacuum cleaner according to claim 1.
前記制御装置は、前記昇圧運転時には、電圧指令値に従って前記昇圧コンバータの出力電圧を制御するように構成され、
前記昇温運転時における前記電圧指令値は、要求吸込み力に基づいて設定された前記電圧指令値よりも低くなるように設定される、請求項7に記載の電気掃除機。
The control device is configured to control the output voltage of the boost converter according to the voltage command value during the boost operation.
The vacuum cleaner according to claim 7, wherein the voltage command value during the temperature rise operation is set to be lower than the voltage command value set based on the required suction force.
前記制御装置は、前記電気掃除機の運転時において前記温度センサの検出値が所定の上限値よりも高くなると、前記昇圧運転を停止するとともに、前記インバータの運転を停止する、請求項7または8に記載の電気掃除機。 7. The vacuum cleaner described in.
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