權(quán)利要求書： 1.一種馬達驅(qū)動裝置，其中，

具備逆變器，該逆變器將從電池輸出的直流電壓轉(zhuǎn)換為交流電壓，輸出所述交流電壓作為對馬達施加的施加電壓，從所述電池輸出的電壓包括第1電壓、低于所述第1電壓的第2電壓和高于所述第1電壓的第3電壓，所述第3電壓是從所述電池的放電開始到經(jīng)過預(yù)定時間后的第1時刻的電壓，所述第1電壓是從所述第1時刻到經(jīng)過預(yù)定時間后的第2時刻的電壓，所述第2電壓是從所述第

2時刻到電池的放電結(jié)束的電壓，

其中，當(dāng)所述直流電壓為高于所述第1電壓的所述第3電壓時的所述施加電壓低于當(dāng)所述直流電壓為所述第1電壓時的所述施加電壓。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的馬達驅(qū)動裝置，其中，當(dāng)所述直流電壓為低于所述第1電壓的所述第2電壓時的所述施加電壓低于當(dāng)所述直流電壓為所述第1電壓時的所述施加電壓。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的馬達驅(qū)動裝置，其中，具備位置傳感器，該位置傳感器檢測所述馬達具有的轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)位置，輸出表示檢測出的所述旋轉(zhuǎn)位置的旋轉(zhuǎn)位置信息，其中，當(dāng)所述施加電壓從所述第1電壓時的施加電壓變?yōu)樗龅?電壓時的所述施加電壓時，使超前角從第1超前角變?yōu)樾∮谒龅?超前角的第2超前角，該超前角是使用所述旋轉(zhuǎn)位置信息計算的、所述施加電壓相對于在所述馬達中產(chǎn)生的感應(yīng)電壓的提前角。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的馬達驅(qū)動裝置，其中，當(dāng)所述直流電壓為高于第1電壓的所述第3電壓時，大于所述第1超前角的第3超前角被設(shè)定為所述超前角。

5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中的任意一項所述的馬達驅(qū)動裝置，其中，所述逆變器具有多個開關(guān)元件，多個所述開關(guān)元件中的至少一個由寬帶隙半導(dǎo)體構(gòu)成。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的馬達驅(qū)動裝置，其中，所述寬帶隙半導(dǎo)體為碳化硅、氮化鎵或金剛石。

7.一種電動送風(fēng)機，其中，

具備權(quán)利要求1至6中的任意一項所述的馬達驅(qū)動裝置。

8.一種吸塵器，其中，

具備權(quán)利要求7所述的電動送風(fēng)機。

9.一種干手器，其中，

具備權(quán)利要求7所述的電動送風(fēng)機。

說明書： 馬達驅(qū)動裝置、電動送風(fēng)機、吸塵器以及干手器技術(shù)領(lǐng)域[0001] 本發(fā)明涉及驅(qū)動馬達的馬達驅(qū)動裝置、具備馬達驅(qū)動裝置的電動送風(fēng)機、吸塵器以及干手器。背景技術(shù)[0002] 專利文獻1中公開了如下技術(shù)：能夠根據(jù)馬達的種類改變從馬達驅(qū)動控制電路施加至馬達的電壓并且將施加至馬達的電壓保持為恒定。[0003] 現(xiàn)有技術(shù)文獻[0004] 專利文獻[0005] 專利文獻1：日本特許第5541332號公報發(fā)明內(nèi)容[0006] 發(fā)明所要解決的技術(shù)課題[0007] 然而，在專利文獻1所公開的技術(shù)中，由于電壓指令被控制為恒定以便使施加至馬達的電壓保持為恒定，因此例如在馬達的電力供給源為電池的情況下，當(dāng)電池的剩余容量降低而電池的輸出電壓降低時，電池的放電電流增加。因此存在如下技術(shù)課題：由于放電電流的增加而電池的溫度上升，電池的性能降低并且壽命變短。[0008] 本發(fā)明是鑒于上述技術(shù)課題而做出的，目的在于得到能夠抑制電池的溫度上升的馬達驅(qū)動裝置。[0009] 用于解決技術(shù)課題的技術(shù)方案[0010] 為了解決上述技術(shù)課題并達到目的，本發(fā)明的馬達驅(qū)動裝置具備將從電池輸出的直流電壓轉(zhuǎn)換為交流電壓、輸出交流電壓作為對馬達施加的施加電壓的逆變器。當(dāng)直流電壓為低于第1電壓的第2電壓時的施加電壓低于當(dāng)直流電壓為第1電壓時的施加電壓。[0011] 發(fā)明效果[0012] 本發(fā)明的馬達驅(qū)動裝置實現(xiàn)能夠抑制電池的溫度上升的效果。附圖說明[0013] 圖1為示出具備本發(fā)明的實施方式的馬達驅(qū)動裝置的馬達驅(qū)動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的圖。[0014] 圖2為示出圖1所示的單相逆變器的電路結(jié)構(gòu)的圖。[0015] 圖3為示出用于生成圖1所示的脈沖寬度調(diào)制(PulseWidthModulation：PWM)信號的功能結(jié)構(gòu)的圖。[0016] 圖4為詳細示出圖3所示的載波比較部及載波生成部的圖。[0017] 圖5為示出圖4所示的電壓指令、PWM信號和馬達施加電壓的波形的時序圖。[0018] 圖6為示出圖4所示的電壓指令被調(diào)制時的波形、PWM信號的波形和馬達施加電壓的波形的時序圖。[0019] 圖7為示出用于計算圖3及圖4所示的超前相位及電壓振幅指令的功能結(jié)構(gòu)的圖。[0020] 圖8為示出圖1所示的電源的放電特性的圖。[0021] 圖9為示出圖8所示的直流電壓與電壓指令的關(guān)系的圖。[0022] 圖10為說明由圖7所示的電壓振幅指令控制部執(zhí)行的電壓指令控制的工作的流程圖。[0023] 圖11為示出圖7所示的超前相位的計算方法的一例的圖。[0024] 圖12為示出基于逆變器輸出電壓的極性的馬達電流的路徑的第1圖。[0025] 圖13為示出基于逆變器輸出電壓的極性的馬達電流的路徑的第2圖。[0026] 圖14為示出基于逆變器輸出電壓的極性的馬達電流的路徑的第3圖。[0027] 圖15為示出能夠用作圖2所示的開關(guān)元件的MOSFET(Metal?Oxide?SemiconductorField?EffectTransistor，金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管)的概略構(gòu)造的示意性剖視圖。[0028] 圖16為具備本發(fā)明的實施方式的馬達驅(qū)動裝置的吸塵器的結(jié)構(gòu)圖。[0029] 圖17為具備本發(fā)明的實施方式的馬達驅(qū)動裝置的干手器的結(jié)構(gòu)圖。[0030] 圖18為用于說明本發(fā)明的實施方式的馬達驅(qū)動裝置中的調(diào)制控制的圖。[0031] 附圖標(biāo)記[0032] 1：馬達驅(qū)動系統(tǒng)；2：馬達驅(qū)動裝置；10：電源；11：單相逆變器；11?1、11?2：連接端；12：單相馬達；12a：轉(zhuǎn)子；12b：定子；20：電壓傳感器；21：位置傳感器；21a：位置傳感器信號；

25：控制部；31：處理器；32：驅(qū)動信號生成部；33：載波生成部；33a：載頻設(shè)定部；34：存儲器；

38：載波比較部；38a：絕對值運算部；38b：除法部；38c、38d：乘法部；38e、38f：加法部；38g、

38h：比較部；38i、38j：輸出反轉(zhuǎn)部；42：轉(zhuǎn)速計算部；44：超前相位計算部；45：電壓振幅指令控制部；51、52、53、54：開關(guān)元件；51a、52a、53a、54a：體二極管；61：吸塵器；62：延長管；63：

吸入口體；64、95：電動送風(fēng)機；65：集塵室；66：操作部；67：電池；68、97：傳感器；90：干手器；

91：殼體；92：手檢測傳感器；93：接水部；94：排水容器；96：蓋；98：吸氣口；99：手插入部；

600：半導(dǎo)體基板；601、603：區(qū)域；602：氧化絕緣膜；604：溝道。

具體實施方式[0033] 以下基于附圖詳細說明本發(fā)明的實施方式的馬達驅(qū)動裝置、電動送風(fēng)機、吸塵器以及干手器。此外，本發(fā)明不受此實施方式的限定。[0034] 實施方式[0035] 圖1為示出具備本發(fā)明的實施方式的馬達驅(qū)動裝置的馬達驅(qū)動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的圖。本發(fā)明的實施方式的馬達驅(qū)動系統(tǒng)1具備電源10、馬達驅(qū)動裝置2以及單相馬達12。

[0036] 電源10為對馬達驅(qū)動裝置2供給直流電力的電池。[0037] 單相馬達12為具備永磁型的轉(zhuǎn)子12a和定子12b的無刷馬達。此外，單相馬達12只要為產(chǎn)生感應(yīng)電壓的永磁型馬達即可，不限定于無刷馬達。設(shè)為在轉(zhuǎn)子12a中在周向上排列有4個永磁體。這些永磁體各自的磁極的方向被配置為在周向上交替反轉(zhuǎn)，形成轉(zhuǎn)子12a的多個磁極。未圖示的繞組纏繞于定子12b。馬達電流流過該繞組。馬達電流等于從單相逆變器11向單相馬達12供給的交流電流。[0038] 馬達驅(qū)動裝置2為對單相馬達12供給交流電力以驅(qū)動單相馬達12的裝置。馬達驅(qū)動裝置2具備電壓傳感器20、位置傳感器21、單相逆變器11、控制部25以及驅(qū)動信號生成部32。

[0039] 電壓傳感器20檢測從電源10輸出的直流電壓dc。此外，電壓傳感器20可以檢測施加至馬達驅(qū)動裝置2的輸入端的電壓，也可以檢測向連接于電源10的輸出端的布線施加的直流電壓。[0040] 位置傳感器21檢測轉(zhuǎn)子12a的旋轉(zhuǎn)位置即轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)位置，輸出檢測出的旋轉(zhuǎn)位置信息作為位置傳感器信號21a。位置傳感器信號21a為根據(jù)從轉(zhuǎn)子12a產(chǎn)生的磁通的方向而取高電平或低電平的2值電位的信號。[0041] 單相逆變器11為具有將從電源10供給的直流電力轉(zhuǎn)換為交流電力并施加于馬達的直流交流轉(zhuǎn)換功能的電力轉(zhuǎn)換器。[0042] 控制部25基于直流電壓dc和從位置傳感器21輸出的位置傳感器信號21a來生成PWM信號Q1、Q2、Q3、Q4。以下有時將PWM信號Q1、Q2、Q3、Q4簡稱為PWM信號。[0043] 驅(qū)動信號生成部32將從控制部25輸出的PWM信號放大，輸出放大后的信號作為用于驅(qū)動單相逆變器11內(nèi)的開關(guān)元件的驅(qū)動信號S1、S2、S3、S4。驅(qū)動信號S1為PWM信號Q1被放大后的信號，驅(qū)動信號S2為PWM信號Q2被放大后的信號，驅(qū)動信號S3為PWM信號Q3被放大后的信號，驅(qū)動信號S4為PWM信號Q4被放大后的信號。[0044] 控制部25具有處理器31、載波生成部33以及存儲器34。處理器31為進行關(guān)于PWM控制及超前角控制的各種運算的處理部。PWM控制及超前角控制的詳情將在后說明。作為處理器31，能夠例示CPU(也稱為中央處理單元(CentralProcessingUnit)、中央處理裝置、處理裝置、運算裝置、微處理器、微型計算機、處理器、DSP(DigitalSignalProcessor，數(shù)字信號處理器))或系統(tǒng)LSI(LargeScaleIntegration，大規(guī)模集成電路)。[0045] 作為存儲器34，能夠例示如RAM(RandomAccessMemory，隨機存取存儲器)、ROM(ReadOnlyMemory，只讀存儲器)、閃存、EPROM(ErasableProgrammableReadOnlyMemory，可擦除可編程只讀存儲器)、EEPROM(注冊商標(biāo))(ElectricallyErasableProgrammableReadOnlyMemory，電可擦除可編程只讀存儲器)這樣的非易失性或易失性半導(dǎo)體存儲器。另外，存儲器34不限定于這些，也可以為磁盤、光盤、壓縮光盤、迷你盤或DD(DigitalersatileDisc，數(shù)字多功能光盤)。存儲器34中保存由處理器31讀取的程序。存儲器34被用作處理器31進行運算處理時的工作區(qū)域。此外，圖1所示的載波生成部33的功能可以由執(zhí)行存儲器34中儲存的專用程序的處理器來實現(xiàn)，也可以由專用硬件來實現(xiàn)。載波生成部33的結(jié)構(gòu)的詳情將在后說明。[0046] 圖2為示出圖1所示的單相逆變器的電路結(jié)構(gòu)的圖。單相逆變器11具有橋式連接的多個開關(guān)元件51、52、53、54。在圖2中除了單相逆變器11具有的多個開關(guān)元件51、52、53、54之外，還示出了連接于單相逆變器11的單相馬達12。位于高電位側(cè)的兩個開關(guān)元件51、53各自被稱為上支路的開關(guān)元件。位于低電位側(cè)的兩個開關(guān)元件52、54各自被稱為下支路的開關(guān)元件。[0047] 開關(guān)元件51向開關(guān)元件52的連接端11?1和開關(guān)元件53向開關(guān)元件54的連接端11?2構(gòu)成橋式電路中的交流端。單相馬達12連接于連接端11?1及連接端11?2。

[0048] 開關(guān)元件51中形成有在開關(guān)元件51的漏極與源極之間并聯(lián)連接的體二極管51a。開關(guān)元件52中形成有在開關(guān)元件52的漏極與源極之間并聯(lián)連接的體二極管52a。開關(guān)元件

53中形成有在開關(guān)元件53的漏極與源極之間并聯(lián)連接的體二極管53a。開關(guān)元件54中形成有在開關(guān)元件54的漏極與源極之間并聯(lián)連接的體二極管54a。體二極管51a、52a、53a、54a分別為形成于MOSFET的內(nèi)部的寄生二極管，被用作回流二極管。

[0049] 作為多個開關(guān)元件51、52、53、54的各個開關(guān)元件，能夠例示由硅基材料構(gòu)成的MOSFET。但是，多個開關(guān)元件51、52、53、54的各個開關(guān)元件不限定于由硅基材料構(gòu)成的MOSFET，多個開關(guān)元件51、52、53、54中的至少1個可以為由碳化硅、氮化鎵基材料或金剛石這樣的寬帶隙半導(dǎo)體構(gòu)成的MOSFET。[0050] 一般而言，與硅半導(dǎo)體相比，寬帶隙半導(dǎo)體的耐電壓及耐熱性高。因此，通過使用寬帶隙半導(dǎo)體作為多個開關(guān)元件51、52、53、54中的至少1個，開關(guān)元件51、52、53、54的耐電壓性及容許電流密度變高，能夠使裝入有開關(guān)元件51、52、53、54的半導(dǎo)體模塊的尺寸變小。另外由于寬帶隙半導(dǎo)體的耐熱性也高，能夠使用于散發(fā)半導(dǎo)體模塊中產(chǎn)生的熱量的散熱部的尺寸變小，還能夠使散發(fā)半導(dǎo)體模塊中產(chǎn)生的熱量的散熱構(gòu)造簡化。

[0051] 圖3為示出用于生成圖1所示的PWM信號的功能結(jié)構(gòu)的圖。圖4為詳細示出圖3所示的載波比較部及載波生成部的圖。生成PWM信號Q1、Q2、Q3、Q4的功能能夠由圖3所示的載波生成部33及載波比較部38來實現(xiàn)。載波比較部38的功能由圖1所示的處理器31來實現(xiàn)。對載波比較部38輸入超前相位θv、基準(zhǔn)相位θe、由載波生成部33生成的載波、直流電壓dc和電壓指令m的振幅值即電壓振幅指令*。載波比較部38基于超前相位θv、基準(zhǔn)相位θe、載波、直流電壓dc及電壓振幅指令*來生成PWM信號。[0052] 超前相位θv及基準(zhǔn)相位θe被用于生成圖4所示的電壓指令m1、m2。超前相位θv由后述的超前相位計算部來計算?！俺跋辔弧笔侵敢韵辔粊肀硎倦妷褐噶畹奶崆敖羌闯敖铅葀v?！疤崆敖恰笔侵竼蜗嗄孀兤?1對定子繞組施加的馬達施加電壓與未圖示的定子繞組中感應(yīng)的馬達感應(yīng)電壓之間的相位差。馬達施加電壓與單相逆變器11的輸出電壓即逆變器輸出電壓同義。當(dāng)馬達施加電壓比馬達感應(yīng)電壓提前時，“提前角”取正值?；鶞?zhǔn)相位θe由后述的轉(zhuǎn)速計算部來計算?；鶞?zhǔn)相位θe為將轉(zhuǎn)子12a從基準(zhǔn)位置起的角度即轉(zhuǎn)子機械角換算為電角而得到的相位。[0053] 如圖4所示，載波生成部33具有載頻設(shè)定部33a。在載頻設(shè)定部33a中設(shè)定載波的頻率即載頻fC[Hz]。通過載頻設(shè)定部33a生成與超前相位θv的周期同步的載波。生成的載波被輸出至載波比較部38。圖4中示出作為載波的一例的三角波的波形。三角波是其峰值為“1”、其谷值為“0”的信號波。此外，單相逆變器11的PWM控制包括同步PWM控制和非同步PWM控制。在非同步PWM控制時，不需要使載波與超前相位θv同步。

[0054] 載波比較部38具有絕對值運算部38a、除法部38b、乘法部38c、乘法部38d、加法部38e、加法部38f、比較部38g、比較部38h、輸出反轉(zhuǎn)部38i以及輸出反轉(zhuǎn)部38j。

[0055] 絕對值運算部38a運算電壓振幅指令*的絕對值|*|。在除法部38b中，絕對值|*|除以直流電壓dc。例如，即使在電源10的電壓降低了的情況下，通過將絕對值|*|除以直流電壓dc，與電池電壓降低且不除以直流電壓dc的情況相比，能夠使調(diào)制率增加，從而避免馬達施加電壓由于電源10的電壓降低而降低。電池電壓表示電池的輸出電壓。[0056] 乘法部38c將超前相位θv與基準(zhǔn)相位θe相加，并運算相加后的結(jié)果的正弦。乘法部38c通過對運算出的正弦乘以除法部38b的輸出來運算電壓指令m。

[0057] 加法部38e對作為乘法部38c的輸出的電壓指令m加上1。加法部38e的輸出作為用于驅(qū)動圖2所示的兩個開關(guān)元件51、52的電壓指令m1被輸入至比較部38g。電壓指令m1及載波被輸入至比較部38g。比較部38g對電壓指令m1和載波進行比較，比較結(jié)果為PWM信號Q2。[0058] 輸出反轉(zhuǎn)部38i對比較部38g的輸出進行反轉(zhuǎn)。輸出反轉(zhuǎn)部38i的輸出為PWM信號Q1。利用輸出反轉(zhuǎn)部38i，開關(guān)元件51和開關(guān)元件52不會同時接通。[0059] 乘法部38d對作為乘法部38c的輸出的電壓指令m乘以－1。加法部38f對乘法部38d的輸出加上1。加法部38f的輸出作為用于驅(qū)動圖2所示的兩個開關(guān)元件53、54的電壓指令m2被輸入至比較部38h。電壓指令m2及載波被輸入至比較部38h。比較部38h對電壓指令m2和載波進行比較，比較結(jié)果為PWM信號Q4。

[0060] 輸出反轉(zhuǎn)部38j對比較部38h的輸出進行反轉(zhuǎn)。輸出反轉(zhuǎn)部38j的輸出為PWM信號Q3。利用輸出反轉(zhuǎn)部38j，開關(guān)元件53和開關(guān)元件54不會同時接通。[0061] 圖5為示出圖4所示的電壓指令、PWM信號和馬達施加電壓的波形的時序圖。圖5中示出位置傳感器信號、轉(zhuǎn)子機械角θm、基準(zhǔn)相位θe、超前相位θv、電壓指令m1、電壓指令m2、載波、PWM信號Q1、Q2、Q3、Q4以及馬達施加電壓的波形。電壓指令m1的波形由虛線示出，電壓指令m2的波形由單點劃線示出。這些波形例如為具備4個永磁體的轉(zhuǎn)子12a旋轉(zhuǎn)一周時檢測出的波形。圖5中由箭頭示出的A、B、C、D、E表示在纏繞于單相馬達12的定子12b的線圈流過的電流換流的定時。[0062] 圖4所示的載波比較部38能夠使用圖5所示的波形的電壓指令m1、m2來生成PWM信號Q1、Q2、Q3、Q4。另外，通過利用這樣的PWM信號Q1、Q2、Q3、Q4來控制單相逆變器11內(nèi)的開關(guān)元件51、52、53、54，從而PWM控制后的馬達施加電壓被施加于單相馬達12。馬達施加電壓為取高電平、低電平或零電平的電位的信號。[0063] 另外，作為在生成PWM信號Q1、Q2、Q3、Q4時使用的調(diào)制方式，已知雙極調(diào)制方式和單極調(diào)制方式。雙極調(diào)制方式為輸出以正或負的電位變化的電壓脈沖的調(diào)制方式。單極調(diào)制方式為輸出每電源半周期以3個電位變化的電壓脈沖、即在正電位、負電位和零電位之間變化的電壓脈沖的調(diào)制方式。[0064] 圖5所示的PWM信號Q1、Q2、Q3、Q4的波形為基于單極調(diào)制的波形。在本實施方式的馬達驅(qū)動裝置2中可以使用任意的調(diào)制方式。此外，在需要使馬達施加電壓的波形和流過單相馬達12的線圈的電流的波形更加接近正弦波的用途中，相比雙極調(diào)制，優(yōu)選采用諧波含量少的單極調(diào)制。[0065] 如上所述，馬達施加電壓是通過對載波和電壓指令進行比較來決定的。由于馬達轉(zhuǎn)數(shù)越升高，電壓指令的頻率越增加，因此在一個電角周期中輸出的馬達施加電壓中包含的電壓脈沖的數(shù)量越減少。因此，電壓脈沖的數(shù)量對電流波形的失真造成的影響變大。一般而言，在電壓脈沖的數(shù)量為偶數(shù)次時，馬達施加電壓被疊加偶次諧波，正側(cè)波形與負側(cè)波形的對稱性消失。因而，為了使流過單相馬達12的線圈的電流的波形接近抑制諧波含量后的正弦波，優(yōu)選以一個電角周期中的電壓脈沖的數(shù)量為奇數(shù)次的方式進行控制。通過以一個電角周期中的電壓脈沖的數(shù)量為奇數(shù)次的方式進行控制，從而能夠使流過單相馬達12的線圈的電流的波形接近正弦波。[0066] 圖6為示出圖4所示的電壓指令被調(diào)制時的波形、PWM信號的波形和馬達施加電壓的波形的時序圖。圖6中示出在過調(diào)制時表示出恒定值的電壓指令m1及電壓指令m2。過調(diào)制是指調(diào)制率超過1。如圖6所示，當(dāng)過調(diào)制時的電壓指令m1及電壓指令m2超過載波的峰值時，與調(diào)制率為1以下的情況相比，PWM信號的脈沖數(shù)變少。由于當(dāng)PWM信號的脈沖數(shù)變少時，設(shè)置于單相逆變器11的開關(guān)元件的控制性降低，因此當(dāng)電池的放電電壓發(fā)生變動時，單相逆變器11的輸出電壓、即馬達施加電壓也有可能發(fā)生變動。例如，剛充滿電后的電池的放電電壓的值高于從放電開始到放電結(jié)束的電壓的平均值，因此當(dāng)在放電電壓的值高的狀態(tài)下電壓指令m1及電壓指令m2被控制為恒定值時，馬達施加電壓也變高。因此，有時不僅電池的放電電流會增加，而且單相馬達12中也會流過過量的電流。[0067] 另外，當(dāng)在過調(diào)制區(qū)域中電壓指令m1及電壓指令m2變?yōu)楹愣〞r，電流被控制以使馬達施加電壓變?yōu)楹愣ǎ虼水?dāng)例如電池的剩余容量變少而電池的輸出電壓降低時，電壓指令被控制為恒定從而電池的放電電流增加。因此，放電電流增加，從而有可能電池的溫度上升，電池的性能降低并且壽命變短。[0068] 像這樣，當(dāng)在過調(diào)制區(qū)域中電壓指令m1及電壓指令m2被控制為恒定時，馬達施加電壓有時會變高，并且電池的壽命有可能變短。為了解決這樣的問題的本實施方式的馬達驅(qū)動裝置2構(gòu)成為當(dāng)電池的電壓降低時，過調(diào)制區(qū)域中的電壓指令m1及電壓指令m2降低。[0069] 圖7為示出用于計算圖3及圖4所示的超前相位及電壓振幅指令的功能結(jié)構(gòu)的圖。圖7所示的轉(zhuǎn)速計算部42、超前相位計算部44及電壓振幅指令控制部45各自的功能由圖1所示的處理器31及存儲器34來實現(xiàn)。即，事先將用于執(zhí)行轉(zhuǎn)速計算部42、超前相位計算部44及電壓振幅指令控制部45的處理的計算機程序儲存于存儲器34，通過處理器31讀出并執(zhí)行程序，從而實現(xiàn)轉(zhuǎn)速計算部42、超前相位計算部44及電壓振幅指令控制部45的功能。

[0070] 轉(zhuǎn)速計算部42基于位置傳感器信號21a來計算單相馬達12的轉(zhuǎn)速ω和基準(zhǔn)相位θe?；鶞?zhǔn)相位θe為將轉(zhuǎn)子12a從基準(zhǔn)位置起的旋轉(zhuǎn)角度即轉(zhuǎn)子機械角θm換算為電角而得到的相位。超前相位計算部44基于由轉(zhuǎn)速計算部42計算出的轉(zhuǎn)速ω及基準(zhǔn)相位θe來計算超前相位θv。[0071] 接下來對電壓指令的控制工作進行說明。圖8為示出圖1所示的電源的放電特性的圖。圖9為示出圖8所示的直流電壓與電壓指令的關(guān)系的圖。圖10為說明由圖7所示的電壓振幅指令控制部執(zhí)行的電壓指令控制的工作的流程圖。[0072] 圖8中示出電池的放電特性，縱軸表示電池的輸出電壓，橫軸表示電池的放電時間。剛充滿電后的電池從開始放電到經(jīng)過一定時間后的時刻T1的輸出電壓A表示出高于從時刻T1到經(jīng)過一定時間后的時刻T2的輸出電壓B的值。另外，從時刻T2到經(jīng)過一定時間后的時刻T3的輸出電壓c表示出低于輸出電壓B的值。輸出電壓B為第1電壓。輸出電壓c為第2電壓。輸出電壓A為第3電壓。電壓1表示例如放電開始電壓，電壓3表示例如放電結(jié)束電壓，電壓2表示例如對從放電開始到放電結(jié)束的輸出電壓進行平均得到的平均電壓。此外，電壓1、電壓2及電壓3只要具有1＞2＞3的關(guān)系即可，電壓1可以為低于放電開始電壓的電壓，電壓3可以為高于放電結(jié)束電壓的電壓，電壓2可以為高于平均電壓的電壓或低于平均電壓的電壓。[0073] 圖9的橫軸表示電池的輸出電壓，圖9的縱軸表示電壓振幅指令。由實線示出的*x為在電壓指令被控制為恒定時所利用的電壓振幅指令。由虛線示出的*為從本實施方式的電壓振幅指令控制部45輸出的電壓振幅指令。在電壓振幅指令控制部45中設(shè)定有表示由虛線示出的輸出電壓與電壓振幅指令的對應(yīng)關(guān)系的表格。*1為與電壓1對應(yīng)的電壓振幅指令。*3為與電壓3對應(yīng)的電壓振幅指令。*2為與電壓2對應(yīng)的電壓振幅指令。電壓振幅指令*1及*3低于電壓振幅指令*2。[0074] 電壓振幅指令控制部45通過參照該表格來判斷電池的輸出電壓即直流電壓dc是否為電壓2以下(步驟S1)。[0075] 在直流電壓dc為電壓2以下時(步驟S1為是)，電壓振幅指令控制部45輸出高于電壓振幅指令*3且低于電壓振幅指令*2的電壓振幅指令*(步驟S2)。[0076] 在直流電壓dc高于電壓2時(步驟S1為否)，電壓振幅指令控制部45輸出高于電壓振幅指令*1且低于電壓振幅指令*2的電壓振幅指令*(步驟S3)。[0077] 從電壓振幅指令控制部45輸出的電壓振幅指令*被輸入至載波比較部38。在載波比較部38中，由于生成了低于與電壓振幅指令*2對應(yīng)的電壓指令m的電壓指令，根據(jù)該電壓指令，以低于當(dāng)被輸入電壓振幅指令*2時的調(diào)制率的調(diào)制率來生成載波信號。對單相馬達12施加低于當(dāng)被輸入電壓振幅指令*2時的馬達施加電壓的電壓。[0078] 像這樣，在馬達驅(qū)動裝置2中，當(dāng)作為電池的輸出電壓的直流電壓從第1電壓變?yōu)榈?電壓時，使施加于馬達的電壓從第1施加電壓變?yōu)榈陀诘?施加電壓的第2施加電壓。另外，在馬達驅(qū)動裝置2中，當(dāng)直流電壓為高于第1電壓的第3電壓時，低于第1施加電壓的第3施加電壓被輸出為馬達施加電壓。據(jù)此，與電壓指令被控制為恒定的情況相比，馬達施加電壓降低，電池的放電電流降低。由于放電電流降低從而電池的發(fā)熱被抑制，因此能夠抑制電池的性能降低，并且能夠使電池的壽命變長。另外，由于減少了在構(gòu)成單相逆變器11的電阻器及開關(guān)元件等發(fā)熱部件流過的電流，因此抑制了這些發(fā)熱部件的發(fā)熱，能夠?qū)崿F(xiàn)發(fā)熱部件的壽命延長。另外，由于能夠通過抑制電流的增加來最大限度地使用電池的容量，因此能夠延長裝配有馬達驅(qū)動裝置2的產(chǎn)品的運行時間。[0079] 接下來對本實施方式中的超前角控制進行說明。圖11為示出圖7所示的超前相位的計算方法的一例的圖。圖11的橫軸為馬達轉(zhuǎn)數(shù)N，圖11的縱軸為超前相位θv。馬達轉(zhuǎn)數(shù)N為每單位時間的轉(zhuǎn)數(shù)，與轉(zhuǎn)速對應(yīng)。如圖11所示，超前相位θv能夠使用相對于馬達轉(zhuǎn)數(shù)N的增加而超前相位θv增加的函數(shù)來確定。在圖11的例子中，利用一階線性函數(shù)來確定超前相位θv，但不限于此，只要是與馬達轉(zhuǎn)數(shù)N的增加相應(yīng)地超前相位θv變?yōu)橄嗤年P(guān)系或超前相位θv變大的關(guān)系即可，可以使用一階線性函數(shù)以外的函數(shù)。[0080] 此外，在電動送風(fēng)機的情況下，負載轉(zhuǎn)矩隨著作為馬達負載的葉片的轉(zhuǎn)數(shù)增加而增加，并且還由于風(fēng)路直徑變寬而增加。在以吸塵器為例的情況下，風(fēng)路直徑表示吸入口的寬度。[0081] 例如，在由于沒有東西接觸吸入口，因此風(fēng)路直徑寬時，需要吸入風(fēng)的力量。因此，在葉片以相同轉(zhuǎn)數(shù)旋轉(zhuǎn)時，負載轉(zhuǎn)矩變大。另一方面，在有東西接觸吸入口而吸入口堵塞的狀態(tài)下，風(fēng)路直徑變窄，不需要吸入風(fēng)的力量。因此，在葉片以相同轉(zhuǎn)數(shù)旋轉(zhuǎn)時，負載轉(zhuǎn)矩變小。[0082] 接下來對超前角控制的效果進行說明。首先，能夠通過使超前相位θv與轉(zhuǎn)數(shù)的增加相應(yīng)地增加來擴大轉(zhuǎn)數(shù)范圍。在將超前相位θv設(shè)為“0”時，轉(zhuǎn)數(shù)在馬達施加電壓與馬達感應(yīng)電壓匹配處飽和。為了使轉(zhuǎn)數(shù)進一步增加，通過將超前相位θv提前，減弱由于電樞反應(yīng)導(dǎo)致的定子中產(chǎn)生的磁通，從而馬達感應(yīng)電壓的增加被抑制，轉(zhuǎn)數(shù)增加。因而，能夠通過與轉(zhuǎn)數(shù)相應(yīng)地選擇超前相位θv來得到寬的轉(zhuǎn)數(shù)區(qū)域。[0083] 在本實施方式中，在例如馬達驅(qū)動裝置2被應(yīng)用于吸塵器時，不論吸入口的狀態(tài)怎么變化，即不論負載轉(zhuǎn)矩怎么變化，都進行電壓振幅指令*與電池的電壓相應(yīng)地降低的控制以及馬達轉(zhuǎn)數(shù)N越變低則超前相位θv越變小的控制。即，在馬達驅(qū)動裝置2中，當(dāng)馬達施加電壓從第1施加電壓變?yōu)榈?施加電壓時，使用旋轉(zhuǎn)位置信息計算的超前角θvv從第1超前角變?yōu)樾∮诘?超前角的第2超前角。另外，在馬達驅(qū)動裝置2中，當(dāng)直流電壓為高于第1電壓的第3電壓時，大于第1超前角的第3超前角被設(shè)定為超前角θvv。像這樣，除了電壓振幅指令*的控制之外，超前角θvv被控制為與馬達轉(zhuǎn)數(shù)N相應(yīng)地變化，從而與超前角θvv被控制為恒定的情況相比，功率因數(shù)的降低被抑制，功耗的降低被抑制。另外，能夠在抑制功耗降低的同時在寬的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)得到大的轉(zhuǎn)矩，從而能夠?qū)崿F(xiàn)單相馬達12的穩(wěn)定驅(qū)動。[0084] 接下來，參照圖12至圖15對本實施方式的損耗減少方法進行說明。圖12為示出基于逆變器輸出電壓的極性的馬達電流的路徑的第1圖。圖13為示出基于逆變器輸出電壓的極性的馬達電流的路徑的第2圖。圖14為示出基于逆變器輸出電壓的極性的馬達電流的路徑的第3圖。圖15為示出能夠用作圖2所示的開關(guān)元件的MOSFET的概略構(gòu)造的示意性剖視圖。以下首先參照圖15說明MOSFET的概略的構(gòu)造，之后參照圖12至圖14說明馬達電流的路徑。[0085] 圖15中例示了n型MOSFET。在n型MOSFET的情況下，如圖15所示，使用p型半導(dǎo)體基板600。在半導(dǎo)體基板600上形成有源極電極S、漏極電極D及柵極電極G。在與源極電極S及漏極電極D相接的部位被離子注入高濃度雜質(zhì)而形成有n型區(qū)域601。另外，在半導(dǎo)體基板600中，在未形成有n型區(qū)域601的部位與柵極電極G之間，形成有氧化絕緣膜602。即，氧化絕緣膜602位于柵極電極G與半導(dǎo)體基板600中的p型區(qū)域603之間。[0086] 當(dāng)柵極電極G被施加正電壓時，電子被吸引至半導(dǎo)體基板600中的p型區(qū)域603與氧化絕緣膜602之間的邊界面，該邊界面帶負電。在電子聚集處，電子密度變得高于空穴密度而變?yōu)閚型。該n型化后的部分成為電流的流通路徑而被稱為溝道604。在圖15的例子中，溝道604為n型溝道。通過將MOSFET控制為接通，從而相比形成于p型區(qū)域603的體二極管，流過的電流更多流過溝道604。[0087] 在逆變器輸出電壓的極性為正時，如由圖12的粗實線(a)所示，電流通過第1相的上支路即開關(guān)元件51的溝道而流入單相馬達12，通過第2相的下支路即開關(guān)元件54的溝道而從單相馬達12流出。另外，在逆變器輸出電壓的極性為負時，如由圖12的粗虛線(b)所示，電流通過第2相的上支路即開關(guān)元件53的溝道而流入單相馬達12，通過第1相的下支路即開關(guān)元件52的溝道而從單相馬達12流出。[0088] 接下來，對逆變器輸出電壓為零、即從單相逆變器11輸出零電壓時的電流路徑進行說明。當(dāng)在生成了正的逆變器輸出電壓之后逆變器輸出電壓變?yōu)榱銜r，如由圖13的粗實線(c)所示，成為回流模式，在回流模式中電流不從電源側(cè)流動，電流在單相逆變器11與單相馬達12之間往返。此時，由于剛流過單相馬達12的電流的方向不變，因此從單相馬達12流出的電流通過第2相的下支路即開關(guān)元件54的溝道和第1相的下支路即開關(guān)元件52的體二極管52a返回單相馬達12。此外，由于在生成了負的逆變器輸出電壓之后逆變器輸出電壓變?yōu)榱銜r，剛剛流過的電流的方向是相反的，因此如由圖13的粗虛線(d)所示，回流電流的方向變?yōu)橄喾?。如果具體地說明，則從單相馬達12流出的電流通過第1相的上支路即開關(guān)元件51的體二極管51a和第2相的上支路即開關(guān)元件53的溝道而返回單相馬達12。

[0089] 如上述的說明那樣，在電流在單相馬達12與單相逆變器11之間回流的回流模式中，在第1相及第2相中的任意一相中電流流過體二極管。一般而言，已知與使電流沿二極管的正向流過相比，使電流流過MOSFET的溝道的導(dǎo)通損耗更小。于是在本實施方式中，在流過回流電流的回流模式中，為了使流過體二極管的流過電流變小，具有該體二極管的一側(cè)的MOSFET被控制為接通。[0090] 在回流模式中，在由圖13的粗實線(c)所示的回流電流流過的定時，開關(guān)元件52被控制為接通。如果以這種方式進行控制，則如由圖14的粗實線(e)所示，回流電流大多流過電阻值小的開關(guān)元件52的溝道側(cè)。據(jù)此，減少了開關(guān)元件52中的導(dǎo)通損耗。另外，在由圖13的粗虛線(d)所示的回流電流流過的定時，開關(guān)元件51被控制為接通。如果以這種方式進行控制，則如由圖14的粗虛線(f)所示，回流電流大多流過電阻值小的開關(guān)元件51的溝道側(cè)。據(jù)此減少了開關(guān)元件51中的導(dǎo)通損耗。

[0091] 如上述那樣，在回流電流流過體二極管的定時，具有該體二極管的一側(cè)的MOSFET被控制為接通，從而能夠減少開關(guān)元件的損耗。因此，將MOSFET的形狀設(shè)為表面安裝型而做成能夠在基板上散熱的構(gòu)造，另外通過以寬帶隙半導(dǎo)體形成開關(guān)元件的一部分或全部，從而實現(xiàn)僅通過基板來抑制MOSFET的發(fā)熱的構(gòu)造。此外，由于如果能夠僅通過基板散熱，則不需要散熱器，因此有助于使逆變器的尺寸變小，也能夠使得產(chǎn)品的尺寸變小。[0092] 除了上述散熱方法之外，通過將基板設(shè)置于風(fēng)路中，也能夠得到更進一步的散熱效果。在此，風(fēng)路是指像電動送風(fēng)機那樣使空氣產(chǎn)生流動的風(fēng)扇的周圍的空間或電動送風(fēng)機產(chǎn)生的風(fēng)流動的通路。因為通過將基板設(shè)置于風(fēng)路中，能夠利用電動送風(fēng)機產(chǎn)生的風(fēng)來使基板上的半導(dǎo)體元件散熱，因此能夠大幅抑制半導(dǎo)體元件的發(fā)熱。[0093] 接下來，對實施方式的馬達驅(qū)動裝置的應(yīng)用例進行說明。圖16為具備本發(fā)明的實施方式的馬達驅(qū)動裝置的吸塵器的結(jié)構(gòu)圖。吸塵器61具備作為直流電源的電池67、圖1所示的馬達驅(qū)動裝置2、由圖1所示的單相馬達12驅(qū)動的電動送風(fēng)機64、集塵室65、傳感器68、吸入口體63、延長管62和操作部66。電池67與圖1所示的電源10相當(dāng)。[0094] 使用吸塵器61的用戶抓握操作部66，操作吸塵器61。吸塵器61的馬達驅(qū)動裝置2以電池67作為電源來驅(qū)動電動送風(fēng)機64。電動送風(fēng)機64被驅(qū)動，從而從吸入口體63進行灰塵的吸入，被吸入的灰塵經(jīng)由延長管62匯集到集塵室65。[0095] 在吸塵器61中，電池67、電動送風(fēng)機64及未圖示的逆變器基板等多個發(fā)熱部件密集于局部部位，并且為馬達轉(zhuǎn)速變動大的產(chǎn)品。當(dāng)驅(qū)動像這樣構(gòu)成為多個發(fā)熱部件密集的產(chǎn)品時，上述實施方式的控制方法是適合的。即，在吸塵器61中，由于電壓振幅指令*與電池67的電壓相應(yīng)地降低，因此減少了流過多個發(fā)熱部件的電流。因此，抑制了多個發(fā)熱部件的發(fā)熱，能夠?qū)崿F(xiàn)多個發(fā)熱部件的壽命延長。另外，由于抑制了多個發(fā)熱部件的發(fā)熱，因此能夠減少用于對多個發(fā)熱部件產(chǎn)生的熱量進行散熱的散熱部件。因此能夠?qū)崿F(xiàn)使吸塵器61的尺寸變小及重量變輕。另外，由于能夠通過抑制電流的增加來最大限度地使用電池67的容量，因此能夠延長吸塵器61的運行時間。[0096] 圖17為具備本發(fā)明的實施方式的馬達驅(qū)動裝置的干手器的結(jié)構(gòu)圖。干手器90具備馬達驅(qū)動裝置2、殼體91、手檢測傳感器92、接水部93、排水容器94、蓋96、傳感器97、吸氣口98及電動送風(fēng)機95。在此，傳感器97為陀螺儀傳感器和人體感應(yīng)器中的任意傳感器。在干手器90中，通過將手插入位于接水部93的上部的手插入部99，從而水被由電動送風(fēng)機95進行的送風(fēng)吹走，被吹走的水在接水部93匯集之后，留存于排水容器94。

[0097] 與圖16所示的吸塵器61同樣地，干手器90為多個發(fā)熱部件密集且馬達轉(zhuǎn)速變動大的產(chǎn)品。因此，在干手器90中，上述實施方式的控制方法也是適合的，能夠得到與吸塵器61同樣的效果。[0098] 圖18為用于說明本發(fā)明的實施方式的馬達驅(qū)動裝置中的調(diào)制控制的圖。該圖的左側(cè)示出了轉(zhuǎn)數(shù)與調(diào)制率的關(guān)系。另外在該圖的右側(cè)示出了當(dāng)調(diào)制率為1.0以下時的逆變器輸出電壓的波形和當(dāng)調(diào)制率超過1.0時的逆變器輸出電壓的波形。一般而言，旋轉(zhuǎn)體的負載轉(zhuǎn)矩隨著轉(zhuǎn)數(shù)的增加而變大。因此，隨著轉(zhuǎn)數(shù)的增加，需要使馬達輸出轉(zhuǎn)矩增加。另外，一般而言，馬達輸出轉(zhuǎn)矩與馬達電流成比例地增加，為了增加馬達電流需要增加逆變器輸出電壓。因而，通過提高調(diào)制率使逆變器輸出電壓增加，能夠使轉(zhuǎn)數(shù)增加。[0099] 接下來，對本實施方式中的轉(zhuǎn)數(shù)控制進行說明。此外，在以下的說明中，設(shè)想電動送風(fēng)機作為負載，對電動送風(fēng)機的運行范圍進行如下區(qū)分。[0100] (A)低速旋轉(zhuǎn)范圍(低轉(zhuǎn)數(shù)區(qū)域)：0[rpm]至10萬[rpm][0101] (B)高速旋轉(zhuǎn)范圍(高轉(zhuǎn)數(shù)區(qū)域)：10萬[rpm]以上[0102] 此外，介于上述(A)和上述(B)間的區(qū)域為灰色區(qū)域，根據(jù)用途，有時被包含于低速旋轉(zhuǎn)范圍，也有時被包含于高速旋轉(zhuǎn)范圍。[0103] 首先，對低速旋轉(zhuǎn)范圍中的控制進行說明。在低速旋轉(zhuǎn)范圍中，將調(diào)制率設(shè)為1.0以下而進行PWM控制。此外，通過將調(diào)制率設(shè)為1.0以下來將馬達電流控制為正弦波，能夠?qū)崿F(xiàn)馬達的效率提高。此外，由于當(dāng)在低速旋轉(zhuǎn)范圍和高速旋轉(zhuǎn)范圍中使得以相同載頻進行工作時，載頻變?yōu)榕c高速旋轉(zhuǎn)范圍相配的載頻，因此在低速旋轉(zhuǎn)范圍中PWM脈沖傾向于增多得超過所需。因此，可以使用在低速旋轉(zhuǎn)范圍中使載頻降低、使開關(guān)損耗降低的方法。另外，也可以進行控制以使載頻與轉(zhuǎn)數(shù)同步地變化從而避免脈沖數(shù)與轉(zhuǎn)數(shù)相應(yīng)地變化。[0104] 接下來，對高速旋轉(zhuǎn)范圍中的控制進行說明。在高速旋轉(zhuǎn)范圍中，調(diào)制率被設(shè)定為大于1.0的值。通過將調(diào)制率設(shè)為大于1.0，能夠使逆變器輸出電壓增加，并且通過使逆變器內(nèi)的開關(guān)元件所進行的開關(guān)次數(shù)降低，能夠抑制開關(guān)損耗的增加。在此，由于調(diào)制率超過1.0而馬達輸出電壓增加，但是由于開關(guān)次數(shù)降低，因此擔(dān)心產(chǎn)生電流的失真。然而在高速旋轉(zhuǎn)中，由于馬達的電抗分量變大，馬達電流的變化分量即di/dt變小，因此與低速旋轉(zhuǎn)范圍相比，電流失真變小，對于波形失真的影響變小。因而在高速旋轉(zhuǎn)范圍中，將調(diào)制率設(shè)定為大于1.0的值并且進行使開關(guān)脈沖數(shù)降低的控制。利用該控制，抑制了開關(guān)損耗的增加，能夠?qū)崿F(xiàn)效率提高。

[0105] 此外，如上所述，低速旋轉(zhuǎn)范圍與高速旋轉(zhuǎn)范圍的邊界是模糊的。因此在控制部25中，設(shè)定了規(guī)定低速旋轉(zhuǎn)范圍與高速旋轉(zhuǎn)范圍的邊界的第1轉(zhuǎn)速，控制部25只要以在馬達或負載的轉(zhuǎn)速為第1轉(zhuǎn)速以下時將調(diào)制率設(shè)定為1.0以下、在馬達或負載的轉(zhuǎn)速超過第1轉(zhuǎn)速時設(shè)定為超過1的調(diào)制率的方式進行控制即可。[0106] 如以上說明的那樣，在本實施方式中，對將馬達驅(qū)動裝置2應(yīng)用于吸塵器61及干手器90的結(jié)構(gòu)例進行了說明，馬達驅(qū)動裝置2能夠應(yīng)用于裝配有馬達的電氣設(shè)備。裝配有馬達的電氣設(shè)備為焚化爐、粉碎機、干燥機、集塵機、印刷設(shè)備、清潔設(shè)備、糖果設(shè)備、制茶設(shè)備、木工設(shè)備、塑料擠出機、紙板設(shè)備、包裝設(shè)備、熱風(fēng)產(chǎn)生機、OA設(shè)備、電動送風(fēng)機等。電動送風(fēng)機為物品運輸用、吸塵用或一般送風(fēng)排風(fēng)用的送風(fēng)裝置。[0107] 以上實施方式所示的結(jié)構(gòu)為示出本發(fā)明的內(nèi)容的一例，還能夠與其它公知技術(shù)結(jié)合，在不脫離本發(fā)明主旨的范圍內(nèi)，還能夠?qū)Y(jié)構(gòu)的一部分進行省略、變更。