JPH1056772A - 電源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高調波の発生を抑えて、負荷に供給する電力
を調整することのできる電源装置を提供する。 【解決手段】 交流電源３１の電流を電動送風機１１に
流すためのトライアック３４と、トライアック３４に供
給する電力の大きさを設定する操作スイッチ２２〜２６
とを備えた電源装置において、操作スイッチ２２〜２６
によって設定された電力の大きさに応じて、トライアッ
ク３４をオン、オフして交流電圧を位相制御した際に、
高調波の発生が多い設定範囲では、高調波の発生を少な
くするために大小両方の位相角を用いて、かつ、大小の
位相角による電力が設定された電力に対応するようにト
ライアック３４を位相制御する制御部３５を設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、負荷に供給する
電力の大きさを設定する設定手段を備えた電源装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、例えば電気掃除機の電動モー
タに電力を供給する電源装置が知られている。かかる電
源装置は、トライアック等を有しており、このトライア
ックにより位相制御して電動モータに供給する電力の大
きさを調整するようになっている。この供給電力の大き
さを調整することにより被清掃体の状態に応じて効率よ
く塵埃を吸引していくものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな電源装置にあっては、位相制御を行っているので電
動モータに高電圧が急激に印加する状態になったりす
る。このため、電動モータに流れる電流の波形が歪んで
高調波が発生し、他の機器に悪影響を与える等の問題が
あった。

【０００４】この発明は、上記問題点に鑑みてなされた
もので、その目的は、高調波の発生を抑えて、負荷に供
給する電力を調整することのできる電源装置を提供する
ことにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この発明は、上記目的を
達成するために、請求項１の発明は、交流電源の電流を
負荷に流すためのスイッチ手段と、前記負荷に供給する
電力の大きさを設定する設定手段とを備えた電源装置に
おいて、前記設定手段によって設定された電力の大きさ
に応じて、前記スイッチ手段をオン、オフして交流電圧
を位相制御した際に、高調波の発生が多い設定範囲で
は、高調波の発生を少なくするために大小両方の位相角
を用いて、かつ、大小の位相角による電力が設定された
電力に対応するように前記スイッチ手段を位相制御する
制御手段を設けたことを特徴とする。

【０００６】請求項２の発明では、前記制御手段は、大
小両方の位相角を用いて前記スイッチ手段を位相制御す
るとき、前記設定手段によって設定された電力の大きさ
に応じて前記スイッチ手段をオンする時間に比べて長い
オン時間の位相制御と短いオン時間の位相制御とを交互
に行うことを特徴とする。

【０００７】請求項３の発明では、前記制御手段は、長
いオン時間の位相制御と短いオン時間の位相制御とを交
互に行うとき、正極性側の交流電圧と負極性側の交流電
圧とが均等になるようにすることを特徴とする。

【０００８】請求項４の発明では、前記制御手段は、大
小両方の位相角を用いて前記スイッチ手段を位相制御す
るとき、正極性側の交流電圧と負極性側の交流電圧とが
複数サイクル中で均等になるようにすることを特徴とす
る。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、この発明に係わる電源装置
を適用した電気掃除機の実施の形態１を図面に基づいて
説明する。

【００１０】図１において、１０は電気掃除機本体で、
この本体１０内には電動送風機（負荷）１１と、集塵フ
ィルタ１２と、電動送風機１１に電力を供給する電源装
置３０（図２参照）等が設けられている。１３は掃除機
本体１０に接続されるホース、１４は延長管１５を介し
てホース１３に接続される吸込口体であり、吸込口体１
４には図示しない回転ブラシとこの回転ブラシを回転さ
せるブラシモータ１６等が設けられている。

【００１１】２１〜２７はホース１３の手元操作部２０
に設けられた操作スイッチ（設定手段）で、２１はオフ
スイッチ、２２がハイパワースイッチ、２３が強スイッ
チ、２４が中スイッチ、２５が弱スイッチ、２６が静音
スイッチ、２７がブラシモータ１６を操作するブラシ操
作スイッチである。２８は把手部である。操作スイッチ
２２〜２６は電動送風機１１に供給される電力の大きさ
を設定するものである。

【００１２】図２は電源装置３０の構成を示したブロッ
ク図であり、図２において、３１は交流電源、３２は交
流電源３１の交流電圧を整流する全波整流回路、３３は
整流された整流電圧からゼロクロス点を検出してそのゼ
ロクロス点でゼロクロスパルスを出力するゼロクロス検
出回路、３４は電動送風機１１に交流電源３１からの交
流電流を流すためのトライアック（スイッチ手段）、３
６はブラシモータ１６に交流電源３１からの交流電流を
流すためのトライアックである。

【００１３】３５はＣＰＵ等からなる制御部（制御手
段）であり、この制御部３５は操作スイッチ２１〜２６
の操作に基づいて電動送風機１１に供給する電力を制御
するものである。また、制御部３５はブラシ操作スイッ
チ２７の操作に基づいてブラシモータ１６に供給する電
力のオン、オフを制御するものである。

【００１４】次に、上記実施の形態１の動作を図３ない
し図５のフロー図を参照しながら説明する。なお、図面
ではステップをＳで表記する。

【００１５】操作スイッチ２２〜２６のいずれかが押さ
れると、入力設定ルーチンがスタートする。そして、ス
テップ１では、ａ〜ｅ＝０に設定される。ステップ２で
はハイパワースイッチ２２が押されたか否かが判断さ
れ、イエスであればステップ７でａ＝１、ｂ〜ｅ＝０に
設定されて入力処理ルーチンへ移行する。ノーであれば
ステップ３へ進む。

【００１６】ステップ３では、強スイッチ２３が押され
たか否かが判断され、イエスであればステップ８でｂ＝
１、ａ,ｃ〜ｅ＝０に設定されて入力処理ルーチンへ移
行する。ノーであればステップ４へ進む。

【００１７】ステップ４では、中スイッチ２４が押され
たか否かが判断され、イエスであればステップ９でｃ＝
１、ａ,ｂ,ｄ,ｅ＝０に設定されて入力処理ルーチンへ
移行する。ノーであればステップ５へ進む。

【００１８】ステップ５では、弱スイッチ２５が押され
たか否かが判断され、イエスであればステップ１０でｄ
＝１、ａ〜ｃ,ｅ＝０に設定されて入力処理ルーチンへ
移行する。ノーであればステップ６へ進む。

【００１９】ステップ６では、静音スイッチ２６が押さ
れたか否かが判断され、イエスであればステップ１１で
ｅ＝１、ａ〜ｄ＝０に設定されて入力処理ルーチンへ移
行する。ノーであればそのまま入力処理ルーチンへ進
む。

【００２０】入力処理ルーチンに移行すると、ステップ
２０ではａ＝１であるか否かが判断される。すなわち、
ハイパワースイッチ２２が押されているか否かが判断さ
れ、イエスであればステップ２５でゼロクロスが検出さ
れてからトライアック３４がオンされてリターンする。
ここでは、図６に示すように、トライアック３４のオン
を継続し続けて交流電源３１の交流電流をそのまま電動
送風機１１に流し、電動送風機１１の出力を最大とする
ものである。

【００２１】ステップ２０でノーと判断されるとステッ
プ２１へ進む。ステップ２１では、ｂ＝１であるか否か
が判断される。すなわち、強スイッチ２３が押されてい
るか否かが判断され、イエスであればステップ２６でｂ
＝０、ｘ＝０、ｙ＝０、Ｔ１＝Ｂに設定されて位相制御
ルーチンへ移行する。

【００２２】ステップ２１でノーと判断されると、ステ
ップ２２へ進み、ステップ２２ではｃ＝１であるか否か
が判断される。すなわち、中スイッチ２３が押されてい
るか否かが判断され、イエスであればステップ２７でｃ
＝０、ｘ＝１、ｙ＝０、Ｔ１＝Ｃ１、Ｔ２＝Ｃ２に設定
されて位相制御ルーチンへ移行する。

【００２３】ステップ２２でノー判断されると、ステッ
プ２３へ進み、ステップ２３では弱スイッチ２５が押さ
れているか否かが判断され、イエスであればステップ２
８でｄ＝０、ｘ＝０、ｙ＝０、Ｔ１＝Ｄに設定されて位
相制御ルーチンへ移行する。

【００２４】ステップ２３でノー判断されると、ステッ
プ２４へ進み、ステップ２４では静音スイッチ２６が押
されているか否かが判断され、イエスであればステップ
２９でｅ＝０、ｘ＝０、ｙ＝０、Ｔ１＝Ｅに設定されて
位相制御ルーチンへ移行する。

【００２５】位相制御ルーチンへ移行する場合、先の入
力処理ルーチンでステップ２６の設定の後で位相制御ル
ーチンへ移行すると、ステップ３０でゼロクロス検出回
路３３がゼロクロス点を検出し、このゼロクロス点でゼ
ロクロスパルスを出力する。同時に、内部タイマ(図示
せず)をｔ＝０からスタートさせる。内部タイマがスタ
ートするとステップ３１進む。

【００２６】ステップ３１では、ｘ＝１であるか否かが
判断される。先のステップ２６でｂ＝０、ｘ＝０、ｙ＝
０、Ｔ１＝Ｂに設定されているのでノーであり、ステッ
プ３２へ進む。

【００２７】ステップ３２では、内部タイマのカウント
を調べて、ステップ３３へ進む。ステップ３３では、ス
テップ３２で調べたカウントであるｔが時間Ｔ１（＝
Ｂ）以上であるか否か、つまり、内部タイマがスタート
して時間Ｂが経過したか否かが判断される。ノーである
とステップ３３を繰り返す。イエスであるとステップ３
４に進み、ステップ３４では、トライアック３４がオン
され、ステップ３４の後リターンする。そして、これら
動作が繰り返し行われて、位相制御が行われる。時間Ｂ
は７５％の位相制御が行われるように設定されている。
この位相角による位相制御は各ゼロクロス点から時間Ｂ
の経過後、電源の正極性側および負極性側で常に行わ
れ、単一のタイミングで位相制御する単一位相制御であ
る。

【００２８】位相制御ルーチンへ移行する場合、先の入
力処理ルーチンでステップ２７の設定の後で位相制御ル
ーチンへ移行すると、ステップ３０でゼロクロス検出回
路３３がゼロクロス点を検出し、このゼロクロス点でゼ
ロクロスパルスを出力する。同時に、内部タイマ(図示
せず)をｔ＝０からスタートさせる。内部タイマがスタ
ートするとステップ３１進む。

【００２９】ステップ３１では、ｘ＝１であるか否かが
判断される。先のステップ２７でｃ＝０、ｘ＝１、ｙ＝
０、Ｔ１＝Ｃ１、Ｔ２＝Ｃ２に設定されているのでイエ
スであり、ステップ３５へ進む。

【００３０】ステップ３５では、ｙ＝１であるか否かが
判断される。先のステップ２７でｃ＝０、ｘ＝１、ｙ＝
０、Ｔ１＝Ｃ１、Ｔ２＝Ｃ２に設定されているのでノー
であり、ステップ３６へ進む。ステップ３６では、ｙ＝
０をｙ＝１に変更してステップ３２へ進む。

【００３１】ステップ３２では、内部タイマのカウント
を調べて、ステップ３３へ進む。ステップ３３では、ス
テップ３２で調べたカウントであるｔが時間Ｔ１（＝Ｃ
１）以上であるか否か、つまり、内部タイマがスタート
して時間Ｃ１が経過したか否かが判断される。ノーであ
るとステップ３３を繰り返す。イエスであるとステップ
３４に進み、ステップ３４では、トライアック３４がオ
ンされ、ステップ３４の後リターンする。このときの設
定内容は、ｃ＝０、ｘ＝１、ｙ＝１、Ｔ１＝Ｃ１、Ｔ２
＝Ｃ２である。

【００３２】リターンすると、再びステップ３０でゼロ
クロス検出回路３３がゼロクロス点を検出し、このゼロ
クロス点でゼロクロスパルスを出力する。同時に、内部
タイマ(図示せず)をｔ＝０からスタートさせる。内部タ
イマがスタートするとステップ３１進む。

【００３３】ステップ３１では、ｘ＝１であるか否かが
判断される。先のステップ２７でｃ＝０、ｘ＝１、ｙ＝
１、Ｔ１＝Ｃ１、Ｔ２＝Ｃ２に設定されているのでイエ
スであり、ステップ３５へ進む。

【００３４】ステップ３５では、ｙ＝１であるか否かが
判断される。先のステップ２７でｃ＝０、ｘ＝１、ｙ＝
１、Ｔ１＝Ｃ１、Ｔ２＝Ｃ２に設定されているのでイエ
スであり、ステップ３７へ進む。ステップ３７では、ｙ
＝１をｙ＝０に変更してステップ３８へ進む。

【００３５】ステップ３８では、内部タイマのカウント
を調べて、ステップ３９へ進む。ステップ３９では、ス
テップ３８で調べたカウントであるｔが時間Ｔ２（＝Ｃ
２）以上であるか否か、つまり、内部タイマがスタート
して時間Ｃ２が経過したか否かが判断される。ノーであ
るとステップ３９を繰り返す。イエスであるとステップ
４０に進み、ステップ４０では、トライアック３４がオ
ンされ、ステップ４０の後リターンする。このときの設
定内容は、ｃ＝０、ｘ＝１、ｙ＝０、Ｔ１＝Ｃ１、Ｔ２
＝Ｃ２である。

【００３６】以後、これら動作が繰り返し行われて位相
制御が行われる。時間Ｃ１，Ｃ２は６０％の位相制御が
行われるように設定されている。この位相制御は各ゼロ
クロス点から時間Ｃ１，Ｃ２の経過後、電源の正極性側
および負極性側で常に行われ、２つのタイミングで位相
制御する複数位相制御である。

【００３７】この複数位相制御に際して、ｘを用いて複
数制御するか否かを決め、ｙを用いて図５のフロー図の
ルートａ又はルートｂのどちらを処理するかを決める。
そして、ルートａではゼロクロスパルスの発生からＣ１
時間が経過した後で、トライアック３４がオンされ、ル
ートｂではゼロクロスパルスの発生からＣ２時間が経過
した後で、トライアック３４がオンされる。つまり、２
つのタイミングによる複数位相制御が行われる。

【００３８】位相制御ルーチンへ移行する場合、先の入
力処理ルーチンでステップ２８の設定の後で位相制御ル
ーチンへ移行すると、ステップ３０でゼロクロス検出回
路３３がゼロクロス点を検出し、このゼロクロス点でゼ
ロクロスパルスを出力する。同時に、内部タイマ(図示
せず)をｔ＝０からスタートさせる。内部タイマがスタ
ートするとステップ３１進む。

【００３９】ステップ３１では、ｘ＝１であるか否かが
判断される。先のステップ２８でｂ＝０、ｘ＝０、ｙ＝
０、Ｔ１＝Ｄに設定されているのでノーであり、ステッ
プ３２へ進む。

【００４０】ステップ３２では、内部タイマのカウント
を調べて、ステップ３３へ進む。ステップ３３では、ス
テップ３２で調べたカウントであるｔが時間Ｔ１（＝
Ｄ）以上であるか否か、つまり、内部タイマがスタート
して時間Ｄが経過したか否かが判断される。ノーである
とステップ３３を繰り返す。イエスであるとステップ３
４に進み、ステップ３４では、トライアック３４がオン
され、ステップ３４の後リターンする。そして、これら
動作が繰り返し行われて位相制御が行われる。時間Ｄは
４０％の位相制御が行われるように設定されている。こ
の位相制御は各ゼロクロス点から時間Ｄの経過後、電源
の正極性側および負極性側で常に行われ、単一のタイミ
ングで位相制御する単一位相制御である。

【００４１】位相制御ルーチンへ移行する場合、先の入
力処理ルーチンでステップ２９の設定の後で位相制御ル
ーチンへ移行すると、ステップ３０でゼロクロス検出回
路３３がゼロクロス点を検出し、このゼロクロス点でゼ
ロクロスパルスを出力する。同時に、内部タイマ(図示
せず)をｔ＝０からスタートさせる。内部タイマがスタ
ートするとステップ３１進む。

【００４２】ステップ３１では、ｘ＝１であるか否かが
判断される。先のステップ２９でｂ＝０、ｘ＝０、ｙ＝
０、Ｔ１＝Ｅに設定されているのでノーであり、ステッ
プ３２へ進む。

【００４３】ステップ３２では、内部タイマのカウント
を調べて、ステップ３３へ進む。ステップ３３では、ス
テップ３２で調べたカウントであるｔが時間Ｔ１（＝
Ｅ）以上であるか否か、つまり、内部タイマがスタート
して時間Ｅが経過したか否かが判断される。ノーである
とステップ３３を繰り返す。イエスであるとステップ３
４に進み、ステップ３４では、トライアック３４がオン
され、ステップ３４の後リターンする。そして、これら
動作が繰り返し行われて位相制御が行われる。時間Ｅは
２５％の位相制御が行われるように設定されている。こ
の位相制御は各ゼロクロス点から時間Ｅの経過後、電源
の正極性側および負極性側で常に行われ、単一のタイミ
ングで位相制御する単一位相制御である。

【００４４】このように、実施の形態１では高調波の発
生の少ない「強」「弱」「静音」のとき単一位相制御を
行い、高調波の発生の多い「中」のとき複数位相制御を
する。これにより、「中」のときに高調波の発生を少な
くすることができ、同時に、交流電圧の正極性側と負極
性側で位相制御するので、電動送風機１１の滑らかな制
御を可能にし耳障りな音を少なくすることができる。

【００４５】実施の形態２の動作を図７のフローに基づ
いて簡単に説明する。

【００４６】例えば、中スイッチ２４が押されると、ス
テップ５０，５１（図５のステップＳ３０，３１を参
照）の後、変数ｍを導入しｍ＝２にしてステップ５３に
進む。ステップ５３ないしステップ５５では、図８に示
すように、Ｃ１のタイミングでトライアック３４がオン
される（図５のステップＳ３２ないしステップ３４を参
照）。ステップ５５の後、ステップ５６でｍ＝２か否か
が判断され、ノーであればステップ５７へ進む。ステッ
プ５７では、現在のｍにｍ＝ｍ＋１を代入する。ステッ
プ５２でｍ＝１に設定されているので、ｍが２になる。

【００４７】ステップ５２での設定の後、ステップ５３
でゼロクロス検出回路３３がゼロクロス点を検出し、こ
のゼロクロス点でゼロクロスパルスを出力する。この
後、ステップ５３ないしステップ５５を繰り返して、Ｃ
１のタイミングでトライアック３４がオンされる。ステ
ップ５５の後、ステップ５６でｍ＝２か否かが判断さ
れ、先のステップ５７でｍ＝２に設定されているので、
イエスと判断されリターンする。

【００４８】この後、変数ｎを用いて同じような処理、
つまり、ステップ６２ないしステップ６９を行い、Ｃ２
のタイミングでトライアック３４を２回連続してオンす
る。

【００４９】この実施の形態２によれば、正極性側の交
流電圧と負極性側の交流電圧とが均一になるようにして
いる。これにより、高調波の発生を減少することができ
ると共に、交流電圧の平均の値がゼロになるので、電動
送風機１１に対する直流成分を除くことができる。

【００５０】実施の形態３では、図９に示すように、交
流電源の４サイクルを１組として、正極性側の交流電圧
と負極性側の交流電圧とが均一になるようにしている。
このようにしても、高調波の発生を減少することができ
ると共に、交流電圧の平均の値がゼロになるので、電動
送風機１１に対する直流成分を除くことができる。

【００５１】実施の形態３では、４サイクルを１組とし
たが、任意のサイクルを１組として、位相制御をしても
よい。例えば、３サイクルを１組とする場合、小さい位
相角で位相制御した２つの波形と、大きい位相角で位相
制御した１つの波形を１組として、３サイクル中で２組
用いることにより、また、小さい位相角で位相制御した
１つの波形と、大きい位相角で位相制御した２つの波形
を１組として、３サイクル中で２組用いることにより、
６０％前後での位相制御を可能にし、位相制御の自由度
を拡大することができる。また、図１０のＳＩＧ１，
２，３に示すように、正極性側の交流電圧と負極性側の
交流電圧とが３サイクル中で均等になるように、各波形
を配置しても良い。

【００５２】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１の発明
は、スイッチ手段をオン、オフして交流電圧を位相制御
した際に、高調波の発生が多い設定範囲では、高調波の
発生を少なくするために大小両方の位相角を用いて、か
つ、大小の位相角による電力が設定された電力に対応す
るようにスイッチ手段を位相制御するので、高調波の発
生を抑えることができる。また、交流電圧の広範囲な制
御を可能にし、かつ、制御を行うために新たに部品を追
加することを不要にすることができる。

【００５３】請求項２の発明は、設定手段によって設定
された電力の大きさに応じてスイッチ手段をオンする時
間に比べて長いオン時間と短いオン時間の位相制御を交
互に行うので、長いオン時間と短いオン時間の設定によ
り、高調波の発生を大幅に減少することができる。

【００５４】請求項３の発明は、正極性側の交流電圧と
負極性側の交流電圧とが均等になるようにするので、設
定手段の設定に応じた負荷の滑らかな制御を可能にす
る。また、負荷がモータ類である場合、耳障りな音を少
なくすることができる。

【００５５】請求項４の発明は、正極性側の交流電圧と
負極性側の交流電圧とが複数サイクル中で均等になるよ
うにするので、制御手段の多様な制御を可能にする。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明にかかる電源装置を利用した電気掃除
機を示した斜視図である。

【図２】この発明にかかる電源装置の構成を示したブロ
ック図である。

【図３】入力設定の動作を示したフロー図である。

【図４】トライアックの制御を示すフロー図である。

【図５】トライアックの制御を示すフロー図である。

【図６】トライアックの動作を示した波形図である。

【図７】実施の形態２の動作を示したフロー図である。

【図８】トライアックの動作を示した波形図である。

【図９】トライアックの動作を示した波形図である。

【図１０】トライアックの動作を示した波形図である。

【符号の説明】

１１ 電動送風機 ２１〜２７ 操作スイッチ（設定手段） ３１ 交流電源 ３４，３６ トライアック（スイッチ手段） ３５ 制御部（制御手段）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】交流電源の電流を負荷に流すためのスイッ
   チ手段と、前記負荷に供給する電力の大きさを設定する
   設定手段とを備えた電源装置において、 前記設定手段によって設定された電力の大きさに応じ
   て、前記スイッチ手段をオン、オフして交流電圧を位相
   制御した際に、高調波の発生が多い設定範囲では、高調
   波の発生を少なくするために大小両方の位相角を用い
   て、かつ、大小の位相角による電力が設定された電力に
   対応するように前記スイッチ手段を位相制御する制御手
   段を設けたことを特徴とする電源装置。
2. 【請求項２】前記制御手段は、大小両方の位相角を用い
   て前記スイッチ手段を位相制御するとき、前記設定手段
   によって設定された電力の大きさに応じて前記スイッチ
   手段をオンする時間に比べて長いオン時間の位相制御と
   短いオン時間の位相制御とを交互に行うことを特徴とす
   る請求項１記載の電源装置。
3. 【請求項３】前記制御手段は、長いオン時間の位相制御
   と短いオン時間の位相制御とを交互に行うとき、正極性
   側の交流電圧と負極性側の交流電圧とが均等になるよう
   にすることを特徴とする請求項２記載の電源装置。
4. 【請求項４】前記制御手段は、大小両方の位相角を用い
   て前記スイッチ手段を位相制御するとき、正極性側の交
   流電圧と負極性側の交流電圧とが複数サイクル中で均等
   になるようにすることを特徴とする請求項１記載の電源
   装置。