CN111657787A

CN111657787A - 电动吸尘器

Info

Publication number: CN111657787A
Application number: CN202010118545.8A
Authority: CN
Inventors: 石泽明弘
Original assignee: Toshiba Lifestyle Products and Services Corp
Current assignee: Toshiba Lifestyle Products and Services Corp
Priority date: 2019-03-08
Filing date: 2020-02-26
Publication date: 2020-09-15
Anticipated expiration: 2040-02-26
Also published as: JP2020142021A; JP7153588B2; CN111657787B

Abstract

本发明提供一种能够抑制开关元件中的开关损耗的电动吸尘器。电动吸尘器(11)具有电动机(41)及刷用马达(35)、开关元件(SW1)、(SW2)、第一及第二电流检测单元(42)、(43)、以及控制单元(16)。开关元件(SW1)、(SW2)设于向电动机(41)以及刷用马达(35)供电的供电路径。第一以及第二电流检测单元(42)、(43)检测电动机(41)以及刷用马达(35)的功率。控制单元(16)通过开关元件(SW1)、(SW2)的开关对电动机(41)以及刷用马达(35)进行PWM控制，并且根据由第一以及第二电流检测单元(42)、(43)检测出的电动机(41)以及刷用马达(35)的功率分别可变地设定PWM频率。

Description

电动吸尘器

技术领域

本发明的实施方式涉及通过开关元件的开关对电动机进行PWM控制的电动吸尘器。

背景技术

以往，例如无刷马达等电动机通过进行PWM(Pulse Width Modulation：脉冲宽度调制)控制，降低电力损耗并提高电路效率。作为这样的构成，存在根据电动机的加速、减速、稳定旋转中的某一种驱动状态来切换PWM频率的构成。在该构成中，为了在稳定旋转时以较高的分辨率驱动电动机而将PWM频率设定得较高。然而，在电流较大的情况下，若PWM频率较高，则FET等开关元件中的开关损耗增加。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2004－7894号公报

发明内容

发明要解决的课题

本发明要解决的课题为，提供一种能够抑制开关元件中的开关损耗的电动吸尘器。

用来解决课题的手段

实施方式的电动吸尘器具有电动机、开关元件、功率检测单元、以及控制单元。开关元件设于向电动机供电的供电路径。功率检测单元检测电动机的功率。控制单元通过开关元件的开关对电动机进行PWM控制，并且根据由功率检测单元检测出的电动机的功率来可变地设定PWM频率。

附图说明

图1是表示一实施方式的电动吸尘器的内部构造的电路图。

图2是表示上述电动吸尘器的立体图。

图3是表示上述电动吸尘器的控制的流程图。

附图标记说明

11 电动吸尘器

15 电动鼓风机

16 控制单元

24 作为吸入口体的地板刷

34 作为旋转清扫体的旋转刷

35 作为电动机的刷用马达

41 电动机

42 作为功率检测单元的第一电流检测单元

43 作为功率检测单元的第二电流检测单元

SW1、SW2 开关元件

具体实施方式

以下，参照附图对一实施方式的构成进行说明。

在图2中，11表示所谓的卧式的电动吸尘器，该电动吸尘器11具有：吸尘器主体12；以及作为能够装卸地连接于该吸尘器主体12的风路形成体的管部13。

吸尘器主体12能够在作为被吸尘面的地板面上转弯以及行进，收容有电动鼓风机15、作为控制该电动鼓风机15的动作的主体控制部的控制单元16、以及向这些电动鼓风机15及控制单元16等供电的电源部17等，并且具备与电动鼓风机15的吸入侧连通的集尘部18。另外，在吸尘器主体12的前部开口形成有主体吸入口19，该主体吸入口19与集尘部18连通，并且供管部13的基端侧连接。另外，在本实施方式中，作为集尘部18，例如使用旋风分离式的集尘部，但也能够使用例如纸袋、过滤器等任意的集尘部。

管部13具备：软管体21；能够相对于该软管体21装卸的例如合成树脂制的延长管22；以及作为能够相对于该延长管22装卸的吸入口体的地板刷24。

软管体21具有：具有挠性的软管部25；设于该软管部25的基端侧(下游侧)并与主体吸入口19连接的连接管部26；以及设于软管部25的前端侧(上游侧)的手边操作部27。

延长管22的基端侧(下游侧)能够装卸地连接于手边操作部27。另外，在该手边操作部27中，供使用者把持的把持部28向基端侧突出而形成，在该把持部28配置有设定按钮29，该设定按钮29是用于在控制单元16设定电动鼓风机15的动作模式、地板刷24的动作等的设定单元。

地板刷24通过在地板面上行进来吸入地板面上的尘埃。该地板刷24具备：形成为沿左右方向延伸的长条状即横长的壳体31；以及能够旋转地连接于该壳体31的后部，并能够装卸地连接于延长管22的前端侧(上游侧)的连接管32。而且，在壳体31的与地板面对置的下部，与连接管32连通地设置有吸入尘埃的未图示的吸入口。在该吸入口，能够旋转地安装有作为旋转清扫体的旋转刷34。该旋转刷34被作为(吸入口体用)电动机的刷用马达35旋转驱动，从而进行扫出地板面的尘埃或擦刷地板面等的吸尘辅助动作。

接下来，对上述一实施方式的内部构造进行说明。

如图1所示，(第一)开关元件SW1、设于电动鼓风机15的电动机41、作为(第一)功率检测单元的第一电流检测单元42的串联电路，以及(第二)开关元件SW2、刷用马达35、作为(第二)功率检测单元的第二电流检测单元43的串联电路，相对于电源部17被并联地电连接。即，开关元件SW1、SW2分别设于从电源部17向电动鼓风机15(电动机41)以及刷用马达35供电的供电路径中。

电动机41使电动鼓风机15的风扇旋转。作为该电动机41，在本实施方式中例如使用无刷马达等。

第一电流检测单元42通过检测流经电动机41的电流，来检测电动机41的功率以及与电动鼓风机15的吸入侧连通的风路(集尘部18(图2))的堵塞状态。即，该第一电流检测单元42具有堵塞检测单元的功能。另外，第二电流检测单元43通过检测流经刷用马达35的电流来检测刷用马达35的功率。而且，这些第一以及第二电流检测单元42、43分别与控制单元16电连接，将检测出的电流值输出至控制单元16。

开关元件SW1、SW2分别使用例如FET等。这些开关元件SW1、SW2分别由控制单元16进行开关。另外，在这些开关元件SW1、SW2分别安装有未图示的散热板即散热器，构成为释放因开关损耗而产生的发热。

在控制单元16电连接有操作单元47，该操作单元47根据设定按钮29的操作来生成电动鼓风机15的动作模式、旋转刷34(图2)的旋转的接通断开(刷用马达35的旋转的接通断开)等的操作信号。然后，该控制单元16根据来自操作单元47的操作信号控制开关元件SW1或开关元件SW2的开关、即占空比，从而对电动鼓风机15的电动机41或刷用马达35进行PWM控制。

具体而言，控制单元16例如在通过设定按钮29而成为吸入力相对较强的动作模式(例如强模式)的情况下，相对增大占空比而增大电动鼓风机15的电动机41的输入(通电时间)，在通过设定按钮29而成为吸入力相对较弱的动作模式(例如弱模式)的情况下，相对减小占空比而减小电动鼓风机15的电动机41的输入(通电时间)。

另外，该控制单元16根据由第一电流检测单元42或第二电流检测单元43检测到的电动机41或刷用马达35的功率(电流值)，可变地设定PWM频率(载波频率)。

在此，控制单元16在由第一电流检测单元42或第二电流检测单元43检测出的电动机41或刷用马达35的功率(电流值)相对较大时，将PWM频率设定得相对较小，在由第一电流检测单元42或第二电流检测单元43检测到的电动机41或刷用马达35的功率(电流值)相对较小时，将PWM频率设定得相对较大。具体而言，控制单元16具有单个或多个规定的功率阈值(电流阈值)，根据与该功率阈值(电流阈值)的大小的比较结果来设定PWM频率的大小。在本实施方式中，将电动鼓风机15的电动机41的功率阈值设为500W，将刷用马达35的功率阈值设为20W。

作为电源部17，在本实施方式中例如使用二次电池等直流电源。

接下来，对上述一实施方式的电动吸尘器11的吸尘动作的概略进行说明。

在吸尘时，首先，使用者经由连接管部26将软管体21连通连接于吸尘器主体12的主体吸入口19，并将延长管22以及地板刷24的连接管32依次连通连接于该软管体21的前端侧的手边操作部27。因而，地板刷24的吸入口与电动鼓风机15的吸入侧连通。

接着，将地板刷24载置于地板面上，并设为能够从电源部17向控制单元16以及电动鼓风机15供电的状态，当把持着把持部28的使用者对规定的设定按钮29进行操作时，控制单元16以与对应于通过该设定按钮29设定好的动作模式而从操作单元47输出的操作信号相对应的占空比来对开关元件SW1进行开关，对电动鼓风机15的电动机41的输入进行PWM控制，从而驱动电动鼓风机15。

另外，使用者根据地板面的种类而使旋转刷34适当旋转。此时，当使用者对规定的设定按钮29进行操作时，控制单元16根据对应于该设定按钮29的操作而从操作单元47输出的操作信号，以规定的占空比对开关元件SW2进行开关，对刷用马达35的输入进行PWM控制，从而驱动刷用马达35，并驱动旋转刷34。

然后，使用者使地板刷24在地板面上沿前后行进，从而通过由电动鼓风机15的驱动产生的负压的作用，从地板刷24的前端侧的吸入口将尘埃与空气一起吸入，此外进行利用被驱动的旋转刷34扫出地板面的尘埃或擦刷地板面等的吸尘辅助动作。

被吸入到地板刷24的空气成为吸入风，经由延长管22以及软管体21将尘埃从主体吸入口19向集尘部18运送，由该集尘部18捕集尘埃。

之后，去除了尘埃的吸入风被向电动鼓风机15吸入，通过该电动鼓风机15而成为排气风，从设于吸尘器主体12的后部等的未图示的排气口向吸尘器主体12的外部排气。

然后，吸尘结束，在收纳电动吸尘器11时，通过操作设定按钮29，控制单元16使电动鼓风机15停止。此时，在使旋转刷34驱动的情况下，控制单元16也使刷用马达35停止。

接下来，也参照图3所示的流程图对电动机41以及刷用马达35的控制进行说明。

控制单元16通过经由第一以及第二电流检测单元42、43检测电动机41以及刷用马达35的电流，来分别检测这些电动机41以及刷用马达35的功率(步骤S1)。

接着，控制单元16判断在步骤S1中检测出的电动机41或刷用马达35的功率是否(相对)较大、即在步骤S1中检测出的功率是否为规定的功率阈值以上(步骤S2)。

在该步骤S2中判断为功率为规定的功率阈值以上的情况下，控制单元16将PWM频率设定得相对较小(步骤S3)。即，在判断为电动机41的功率为规定的(第一)功率阈值以上、例如500W以上的情况下，控制单元16将开关元件SW1的PWM频率设定得相对较小。另外，在判断为刷用马达35的功率为规定的(第二)功率阈值以上、例如20W以上的情况下，控制单元16将开关元件SW2的PWM频率设定得相对较小。

另一方面，在步骤S2中判断为功率不为规定的功率阈值以上(小于功率阈值)的情况下，控制单元16将PWM频率设定得相对较大(步骤S4)。即，在判断为电动机41的功率不为规定的(第一)功率阈值以上、例如500W以上的情况下，控制单元16将开关元件SW1的PWM频率设定得相对较大。另外，在判断为刷用马达35的功率不为规定的(第二)功率阈值以上、例如20W以上的情况下，控制单元16将开关元件SW2的PWM频率设定得相对较大。

然后，在步骤S3或步骤S4之后，控制单元16以所设定的PWM频率对电动机41以及刷用马达35进行PWM控制(步骤S5)。

因而，在使用者通过设定按钮29的操作将电动吸尘器11设定为例如强模式时，控制单元16使电动鼓风机15的电动机41的输入(通电时间)相对增加，基本上在起动时设为500W以上的输入，因此将开关元件SW1的PWM控制的PWM频率设定得相对较小。但是，即使在该强模式时，在由于集尘部18等风路的堵塞而电动机41的电流降低了的情况下，由于电动机41的功率降低，因此当输入(通电时间)小于功率阈值时，控制单元16也将开关元件SW1的PWM控制的PWM频率设定得相对较大。

另外，在使用者通过设定按钮29的操作将电动吸尘器11设定为例如弱模式时，控制单元16使电动鼓风机15的电动机41的输入(通电时间)相对减少，因此将开关元件SW1的PWM控制的PWM频率设定得相对较大。

而且，在将地板刷24载置于地板面上的状态下接通了刷用马达35的情况下，控制单元16将开关元件SW2的PWM控制的PWM频率设定得相对较小。

另外，当使用者在使旋转刷34驱动的状态下将地板刷24从地板面抬起时，由于流经刷用马达35的电流降低而功率降低，因此控制单元16将开关元件SW2的PWM控制的PWM频率设定得相对较大。

如此，根据上述一实施方式，根据由第一电流检测单元42或第二电流检测单元43检测出的电动鼓风机15的电动机41或刷用马达35的功率，控制单元16可变地设定基于开关元件SW1或开关元件SW2的开关的PWM控制的PWM频率，从而能够抑制开关元件SW1或开关元件SW2的开关损耗。

具体而言，在由第一电流检测单元42检测出的电动鼓风机15的电动机41的功率相对较大时，控制单元16将基于开关元件SW1的开关的PWM控制的PWM频率设定得相对较小，从而能够抑制开关元件SW1的开关损耗，也能够减小开关元件SW1的大小、安装于开关元件SW1的散热器的大小，能够实现小型化以及轻量化。

同样，在由第二电流检测单元43检测出的旋转刷34的旋转驱动用的刷用马达35的功率相对较大时，控制单元16将基于开关元件SW2的开关的PWM控制的PWM频率设定得相对较小，从而能够抑制开关元件SW2的开关损耗，也能够减小开关元件SW2的大小、安装于开关元件SW2的散热器的大小，能够实现小型化以及轻量化。

另外，在由第一电流检测单元42检测出的电动鼓风机15的电动机41的功率相对较小时，控制单元16将基于开关元件SW1的开关的PWM控制的PWM频率设定得相对较大，从而能够减少电动机41的火花放电，能够延长电动机41(电动鼓风机15)的寿命。

同样，在由第二电流检测单元43检测出的旋转刷34的旋转驱动用的刷用马达35的功率相对较小时，控制单元16将基于开关元件SW2的开关的PWM控制的PWM频率设定得相对较大，从而能够减少刷用马达35的火花放电，能够延长刷用马达35的寿命。

特别是，在电动吸尘器11的情况下，由于使电动机41以及刷用马达35高速旋转(电动机41例如以30000rpm以上、刷用马达35例如以3000rpm以上等进行旋转)，因此损耗容易变大，所以如上述那样能够抑制开关损耗的构成变得更加有效。

另外，在上述一实施方式中，将开关元件SW1、SW2(电动鼓风机15(电动机41)以及刷用马达35)并联连接于电源部17，但也能够分别单独地取得电源。

另外，电动机41以及刷用马达35也可以分别由不同的控制单元进行PWM控制。

而且，作为功率检测单元，也可以检测例如电动机41、刷用马达35的输入(通电时间)。

另外，作为电源部17，也能够使用商用交流电源等交流电源。在这样的情况下，作为开关元件SW1、SW2，通过分别使用三端双向交流开关等交流用的开关元件，能够同样地构成。

而且，根据功率的大小而可变地设定PWM频率的构成也可以仅应用于电动鼓风机15的电动机41和刷用马达35中的任一个。

另外，由控制单元16进行的PWM频率的可变设定例如也能够应用于如下情况：将电动鼓风机15的动作模式设定为根据由尘埃量检测单元检测出的被吸入到集尘部18的尘埃量而使输入可变的自动模式。

而且，作为电动吸尘器11，并不局限于卧式，例如在上下方向上长条状的吸尘器主体12的下部连接有地板刷24的连接管32的所谓的立式、能够将延长管22直接连接于吸尘器主体12的杆式、手持式、或者能够自主行进的扫地机器人等中也能够相应地使用。

对本发明的一实施方式进行了说明，但该实施方式是作为例子而提示的，并不意图将发明的范围限定于该实施方式。该新的实施方式能够以其他各种方式来实施，在不脱离发明的主旨的范围内，能够进行各种省略、替换、变更。该实施方式、其变形包含在发明的范围、主旨内，并且包含在权利要求书所记载的发明及其等价的范围内。

Claims

1.一种电动吸尘器，其特征在于，具备：

电动机；

开关元件，设于向该电动机供电的供电路径中；

功率检测单元，检测所述电动机的功率；以及

控制单元，通过所述开关元件的开关对所述电动机进行PWM控制，并且根据由所述功率检测单元检测出的所述电动机的功率可变地设定PWM频率。

2.如权利要求1所述的电动吸尘器，其特征在于，

在由功率检测单元检测出的功率相对较大时，控制单元将PWM频率设定得相对较小。

3.如权利要求1或2所述的电动吸尘器，其特征在于，

在由功率检测单元检测出的功率相对较小时，控制单元将PWM频率设定得相对较大。

4.如权利要求1至3中任一项所述的电动吸尘器，其特征在于，

所述电动吸尘器具备电动鼓风机，该电动鼓风机通过驱动来吸入尘埃，

电动机设于所述电动鼓风机。

5.如权利要求1至4任一项所述的电动吸尘器，其特征在于，

所述电动吸尘器具备吸入口体，该吸入口体具备旋转清扫体，

电动机对所述旋转清扫体进行驱动。