JP2001008870A - 電気掃除機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】許容変動幅を前記位相制御回路の位相制御角で
定まる分解能に対応して設定することにより、電気掃除
機の最大仕事率点近傍での電流検出回路の分解能を損な
うことなく、電気掃除機に塵埃が蓄積されていない状態
での入力変動を抑制した電気掃除機を得る。 【解決手段】電動機および送風機からなり塵埃を捕集す
るための吸引空気流を発生する電動送風機７と、前記吸
引空気流中の塵埃を捕集する集塵部と、交流電圧を位相
制御して前記電動送風機の回転を制御する位相制御回路
２０および前記電動機電流を検出する電流検出回路２１
を備えた電気掃除機において、前記位相制御回路は前記
電流検出回路で検出した電動機電流と予め設定した電動
機電流の上限値および下限値を比較する比較回路と、予
め設定した所定間隔毎の位相制御角で位相制御する位相
制御回路２０を備え、電動機電流を前記上限値および下
限値で定める許容変動幅内に制御すると共に、前記許容
変動幅を前記位相制御回路の位相制御角で定まる分解能
に対応して設定した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は電気掃除機にかか
り、特に消費電力を略一定に制御する電気掃除機に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】図５は従来の電気掃除機の構成を示す図
である。図において、１は電気掃除機本体、２はホー
ス、３は手元操作部、４は延長管、５は吸い込み具であ
る。前記電気掃除機本体１はその内部に塵埃を捕集する
ための吸引空気流を発生する電動送風機、前記吸引空気
流中の塵埃を捕集する集塵部、該電動送風機の回転を制
御する制御回路および電力制御素子としての双方向性半
導体スイッチング素子等を内蔵している。

【０００３】図６は従来の電気掃除機の制御回路を示す
図である。図において６は電動送風機の回転を制御する
制御回路、７は電動送風機、８は双方向性半導体スイッ
チング素子である。

【０００４】９は制御回路６に直流電源を供給する直流
電源回路、１０は電源投入時にマイクロコンピュータ１
５をリセットするリセット回路、１１は交流電源のゼロ
クロス点を検出するゼロクロス点検出回路、１２は双方
向性半導体スイッチング素子８を駆動するゲート駆動回
路、１３は電気掃除機の運転状態を表示する表示回路、
１４は基準クロックを発生する発振回路、１５はゲート
駆動回路を駆動して電動送風機の入力を制御するための
演算手段を構成するマイクロコンピュータ、１６は商用
交流電源、１７は前記手元操作部３に配置する手元操作
回路である。

【０００５】２０は双方向性半導体スイッチング素子８
およびゲート駆動回路１２により構成する位相制御回
路、２１は電動送風機に流れる電流を検出する電流検出
回路である。２２は電動送風機に流れる電流を検出する
電流検出部、２３は電流検出部で検出した電流を整流す
る整流手段、２４は整流手段の出力信号を平滑する平滑
手段、２５は平滑手段の出力信号を増幅する増幅手段で
あり、これらにより前記電流検出回路２１を構成する。

【０００６】制御回路６は商用電源１６の交流電圧波形
のゼロクロス点をゼロクロス点検出回路１１で検出し、
この点を基準にして任意の位相角だけ遅らせた位相制御
角でゲート駆動回路を駆動して双方向性半導体スイッチ
ング素子８をターンオンする。そしてこの位相制御角を
調整することで電動送風機に印加される電圧を調整して
電動送風機の入力の制御を行う。

【０００７】一方、電流検出回路２１は電動送風機７に
流れる電流を検出し、検出電流をマイクロコンピュータ
１５に入力する。マイクロコンピュータ１５は予め設定
した電流の上限値および下限値を保持しており、前記検
出電流値が前記下限値に達したとき位相制御角を減少し
て電動送風機に印加される電圧を上昇し、前記検出電流
が前記上限値に達したとき位相制御角を増大して電動送
風機に印加される電圧を下降せしめるように前記双方向
性半導体スイッチング素子を位相制御する。これによ
り、電動送風機に供給する電流値を略一定に制御して、
電気掃除機に入力する電力を略一定に制御している。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】前記位相制御角の調整
はマイクロコンピュータ１５により行われ、マイクロコ
ンピュータ１５は最小位相制御角θminを単位として前
記位相制御角を制御する。

【０００９】ところで、位相制御角を最小位相制御角θ
minだけ減少したとき、電動送風機に印加される電圧の
変化量、すなわち位相制御の分解能は位相制御角が９０
度近傍の場合は大きく、位相制御角が０度近傍の場合は
小さくなる。、なお、位相制御角は通常電気掃除機の集
塵室に塵埃がほとんど蓄積していない状態のとき略９０
度になるように設定し、集塵室に塵埃が多量に蓄積して
いる状態のとき略０度になるように設定している。

【００１０】すなわち、電気掃除機が塵埃を多量に蓄積
していないとき、位相制御角を最小位相制御角θminだ
け減少すると、電動送風機に印加される電圧は大幅に変
動し、電気掃除機が塵埃を多量に蓄積しているとき、位
相制御角を最小位相制御角θminだけ減少すると、電動
送風機に印加される電圧は小幅に変動しすることにな
る。

【００１１】したがって、電流検出回路により検出した
電流値が前記上限値および下限値により規定される許容
変動幅内に止まるように位相制御する場合、前記許容範
囲の幅を位相制御角が９０度近傍の場合の分解能に会わ
せて固定的に設定すると、位相制御角が０度近傍の場合
には、電動送風機に供給する電流値の一定制御を高精度
に実施することができない。

【００１２】一方、前記許容範囲の幅を位相制御角が０
度近傍の場合の分解能に会わせて固定的に設定すると、
位相制御角が９０度近傍の場合には、電動送風機に供給
する電流値の一定制御を安定に実施することができな
い。

【００１３】本発明は前記問題点に鑑みてなされたもの
で、前記許容変動幅を前記位相制御回路の位相制御角で
定まる分解能に応じて設定することにより、位相制御角
が０度近傍（電気掃除機の最大仕事率点近傍）での電流
検出回路の分解能を損なうことなく、位相制御角９０度
近傍（電気掃除機に塵埃が蓄積されていない状態）での
入力変動を抑制した電気掃除機を得る。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の課題を
解決するために次のような手段を採用した。

【００１５】電動機および送風機からなり塵埃を捕集す
るための吸引空気流を発生する電動送風機と、前記吸引
空気流中の塵埃を捕集する集塵部と、交流電圧を位相制
御して前記電動送風機の回転を制御する位相制御回路お
よび前記電動機電流を検出する電流検出回路を備えた電
気掃除機において、前記位相制御回路は前記電流検出回
路で検出した電動機電流と予め設定した電動機電流の上
限値および下限値を比較する比較回路と、予め設定した
所定間隔毎の位相制御角で位相制御する位相制御回路を
備え、電動機電流を前記上限値および下限値で定める許
容変動幅内に制御すると共に、前記許容変動幅を前記位
相制御回路の位相制御角で定まる分解能に対応して設定
したことを特徴とする。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施形態を図１な
いし図４を用いて説明する。図１は本発明の実施形態に
かかる電気掃除機の制御回路を示す図である。図におい
て１５Ａはマイクロコンピュータであり、予め設定した
所定間隔毎の位相制御角で位相制御する位相制御信号を
ゲート制御回路１２に供給し、ゲート制御回路１２を介
して双方向性半導体スイッチング素子を位相制御する。
さらにマイクロコンピュータ１５Ａは、電動機電流を前
記上限値および下限値で定める許容変動幅内に制御する
と共に、前記許容変動幅を前記位相制御回路の位相制御
角で定まる分解能に応じて設定する。なお、図において
図６に示される部分と同一部分については同一符号を付
してその説明を省略する。

【００１７】図２は位相制御回路の動作を説明する図で
ある。図において（ａ）は商用交流電源波形、（ｂ）は
双方向性半導体スイッチング素子に供給するゲートトリ
ガパルス、（ｃ）は位相制御角が略９０度である場合の
電動送風機端子電圧波形、（ｄ）は位相制御角が略０度
である場合の電動送風機端子電圧波形である。

【００１８】制御回路６は商用電源１６の交流電圧波形
ｖ₀のゼロクロス点をゼロクロス点検出回路で検出し、
この点を基準にして任意の位相角θ１だけ遅らせた位相
制御角でゲート駆動回路を駆動して双方向性半導体スイ
ッチング素子８をターンオンする。そしてこの位相制御
角を調整することで電動送風機に印加される電圧を調整
して電動送風機の入力の制御を行う。

【００１９】なお通常位相制御角θは、電気掃除機の集
塵室に塵埃が蓄積していない状態のとき略９０度になる
ように設定して図（ｃ）に示すような電圧波形ｖ₁を電
動送風機に供給し、集塵室に塵埃が多量に蓄積している
状態のとき略０度になるように設定して図（ｄ）に示す
ような電圧波形ｖ₂を電動送風機に供給することは前述
の通りである。

【００２０】図３は電気掃除機の運転モードを示す図で
ある。図において横軸は電動送風機が吸入する風量、縦
軸は真空度Ｈ（Ｐａ）、消費電力Ｐ（Ｗ）および入力電
流Ｉ（Ａ）である。また、Ｑ₁は電気掃除機の集塵室に
塵埃がほとんど蓄積されない状態における電流制御領域
を示し、電動送風機に流れる電流は第１の電流指令値Ｉ
cmd1（許容変動幅はΔＩ₁）になるように制御する。Ｑ₂
は電気掃除機の集塵室に塵埃が蓄積された状態における
電流制御領域を示し、電動送風機に流れる電流は第２の
電流指令値Ｉcmd2（許容変動幅はΔＩ₂）になるように
制御する。Ｑ₃は電気掃除機の集塵室に塵埃がさらに蓄
積された状態における電流制御領域を示し、電動送風機
に流れる電流は第３の電流指令値Ｉcmd3（許容変動幅は
ΔＩ₃）になるように制御する。Ｑ₄は電気掃除機の集塵
室に塵埃がさらに蓄積されて満杯に近い状態における電
流制御領域を示し、電動送風機に流れる電流は第４の電
流指令値Ｉcmd4（許容変動幅はΔＩ₄）になるように制
御する。なお、この領域において図にＰ₀で示す最大吸
い込み仕事率が得られる。Ｑ₅は電気掃除機の集塵室に
塵埃がさらに蓄積されて満杯状態になった場合における
電流制御領域を示し、電動送風機に流れる電流を絞り込
み、電動送風機を過熱から保護する保護領域である。

【００２１】図４は図３に示す電流制御領域Ｑ１を拡大
して示す図である。図に示すように電流指令値をＩcmd1
に設定し、その上下に許容変動幅ΔＩ₁を設定する。

【００２２】まず、電気掃除機は集塵室に塵埃が蓄積さ
れていない状態から塵埃を吸い込み始める。このときの
位相制御角はθ１ａである。吸い込んだ塵埃が蓄積する
とともに電動送風機が吸入する風量Ｑが徐々に低下し、
これに伴い電動送風機に流れる負荷電流は徐々に低下す
る。したがって、前記電流検出回路２１により検出する
電流検出出力Ｉ_iも徐々に低下する。前記マイクロコン
ピュータは前記電流検出出力Ｉｉを監視し、電流検出出
力が電流指令値Ｉcmd1の下限値、すなわち（Ｉcmd1−Δ
Ｉ₁）に達したとき、位相制御角θ１ａを最小位相制御
角θminだけ減少し、新たな位相制御角θ１ｂ（θ１ｂ
＝θ１ａ−θmin）で運転する。

【００２３】新たな位相制御角θ１ｂで運転を継続し、
集塵室に塵埃がさらに蓄積されると、電動送風機が吸入
する風量Ｑが徐々に低下し、これに伴い電動送風機に流
れる負荷電流は徐々に低下する。これに伴い電動送風機
に流れる負荷電流は徐々に低下する。したがって、前記
電流検出回路２１により検出する電流検出出力Ｉ_iも徐
々に低下する。前記マイクロコンピュータは前記電流検
出出力Ｉ_iを監視し、電流検出出力が電流指令値Ｉcmd1
の下限値、すなわち（Ｉcmd1−ΔＩ₁）に達したとき、
位相制御角θ１ｂを最小位相制御角θminだけ減少し、
新たな位相制御角θ１ｃ（θ１ｃ＝θ１ｂ−θmin）で
運転する。

【００２４】以後、同様に位相制御角を最小位相制御角
θminずつ減少して新たな位相制御角θ１ｙ、θ１ｚで
運転を継続する。

【００２５】次に、マイクロコンピュータ１５Ａは位相
制御角θ１ｚで運転継続中に前記風量Ｑが電流制御領域
Ｑ１を越えて低下し、電流制御領域Ｑ₂に達したことを
検知すると電流指令値Ｉcmd1を電流指令値Ｉcmd1よりも
大きい電流指令値Ｉcmd2に変更する。電流制御領域Ｑ₂
においては、電流制御領域Ｑ₁と同様に位相制御角を最
小位相制御角θminずつ減少した新たな位相制御角で運
転を継続する。

【００２６】以後、同様にマイクロコンピュータ１５Ａ
は所定位相制御角で運転継続中に前記風量Ｑが電流制御
領域Ｑ₂を越えて低下し、電流制御領域Ｑ₃に達したこと
を検知すると電流指令値Ｉcmd2を電流指令値Ｉcmd2より
も大きい電流指令値Ｉcmd3に変更する。電流制御領域Ｑ
₃においては、電流制御領域Ｑ₂と同様に位相制御角を最
小位相制御角θminずつ減少した新たな位相制御角で運
転を継続する。

【００２７】さらにマイクロコンピュータ１５Ａは所定
位相制御角で運転継続中に前記風量Ｑが電流制御領域Ｑ
₃を越えて低下し、電流制御領域Ｑ₄に達したことを検知
すると電流指令値Ｉcmd3を電流指令値Ｉcmd3よりも大き
い電流指令値Ｉcmd4に変更する。電流制御領域Ｑ₄にお
いては、電流制御領域Ｑ₃と同様に位相制御角を最小位
相制御角θminずつ減少した新たな位相制御角で運転を
継続する。

【００２８】次に、マイクロコンピュータ１５Ａが所定
位相制御角で運転継続中に前記風量Ｑが電流制御領域Ｑ
₄を越えて低下し、保護領域Ｑ₅に達したことを検知する
と、電流指令値Ｉcmd4を低下して電動送風機に供給する
電力を絞り込み、電動送風機を過熱から保護する。

【００２９】次に、前記電流指令値の許容変動幅につい
て説明する。電気掃除機が塵埃をほとんど蓄積していな
いとき、すなわち位相制御角が９０度近傍で運転してい
る場合、位相制御角を最小位相制御角θminだけ減少す
ると、電動送風機に印加される電圧は大幅に変動し、電
気掃除機が塵埃を多量に蓄積しているとき、すなわち位
相制御角が９０度近傍で運転している場合に、位相制御
角を最小位相制御角θminだけ減少すると、電動送風機
に印加される電圧は小幅に変動することは前述の通りで
ある。すなわち、位相制御回路の分解能は前記電流制御
領域毎に異なり、風量Ｑが小さいほど分解能が小さい
（分解能が密である）。

【００３０】したがって、電流を略一定に制御する際の
電流が一定であると判断する範囲、すなわち前記許容変
動幅ΔＩ₁、ΔＩ₂、ΔＩ₃、およびΔＩ₄を一定値に固定
してしまうと、電気掃除機が塵埃をほとんど蓄積してい
ないとき、すなわち電流制御領域Ｑ１における位相制御
回路の分解能に合わせた許容変動幅（ΔＩ₁）と、電気
掃除機が塵埃を蓄積したとき、すなわち電流制御領域Ｑ
₂、Ｑ₃、Ｑ₄における許容変動幅ΔＩ₂、ΔＩ₃、ΔＩ₄を
同一値にしなければならず、図１に細破線で示すように
電流制御領域Ｑ₂、Ｑ₃，Ｑ₄において十分な精度で電流
一定制御を行うことができない。

【００３１】そこで、本実施例では電流制御領域Ｑ₁，
Ｑ₂、Ｑ₃，Ｑ₄毎に位相制御回路の分解能に応じて許容
変動幅ΔＩ₁、ΔＩ₂、ΔＩ₃、ΔＩ₄ を設定し、電動機
電流を図３に太破線で示す範囲内に制御する。これによ
り、第４電流領域（最大仕事率領域）における電流一定
制御の精度を損なうことなく安定した吸い込み仕事率を
得ることができる。

【００３２】なお、以上の説明では電流領域を４段階に
設定したが、この段階数は任意に設定することができ
る。また、位相制御回路の分解能に合わせて許容変動幅
を設定すれば前記段階数をなくすること、すなわちリニ
アに設定することもできる。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、許
容変動幅を前記位相制御回路の位相制御角で定まる分解
能に対応して設定することにより、位相制御角が０度近
傍（電気掃除機の最大仕事率点近傍）での電流検出回路
の分解能を損なうことなく、位相制御角９０度近傍（電
気掃除機に塵埃がほとんど蓄積されていない状態）での
入力変動を抑制した電気掃除機を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態にかかる電気掃除機の制御回
路を示す図である。

【図２】位相制御回路の動作を説明する図である。

【図３】電気掃除機の運転モードを示す図である。

【図４】図３に示す電流制御領域Ｑ₁を拡大して示す図
である。

【図５】従来の電気掃除機の構成を示す図である。

【図６】従来の電気掃除機の制御回路を示す図である。

【符号の説明】

１ 電気掃除機 ２ ホース ３ 手許操作部 ４ 延長管 ５ 吸い込み具 ６ 制御回路 ７ 電動送風機 ８ 双方向性半導体スイッチング素子 ９ 直流電源回路 １０ リセット回路 １１ ゼロクロス点検出回路 １２ ゲート駆動回路 １３ 表示回路 １４ 発信回路 １５Ａ マイクロコンピュータ １６ 商用交流電源 １７ 手許操作回路 ２０ 位相制御回路 ２１ 電流検出回路 ２２ 電流検出部 ２３ 整流手段 ２４ 平滑手段 ２５ 増幅手段

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電動機および送風機からなり塵埃を捕集
   するための吸引空気流を発生する電動送風機と、 前記吸引空気流中の塵埃を捕集する集塵部と、 交流電圧を位相制御して前記電動送風機の回転を制御す
   る位相制御回路および前記電動機電流を検出する電流検
   出回路を備えた電気掃除機において、 前記位相制御回路は前記電流検出回路で検出した電動機
   電流と予め設定した電動機電流の上限値および下限値を
   比較する比較回路と、 予め設定した所定間隔毎の位相制御角で位相制御する位
   相制御回路を備え、 電動機電流を前記上限値および下限値で定める許容変動
   幅内に制御すると共に、前記許容変動幅を前記位相制御
   回路の位相制御角で定まる分解能に対応して設定したこ
   とを特徴とする電気掃除機。