JP2001340276A - 電気掃除機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電動送風機の電動機の駆動電源として交流電
源を用いる電気掃除機において、吸い込み力の一時的な
パワーアップを可能とすること。 【解決手段】 電動送風機の電動機の駆動電源として交
流電源を用いる電気掃除機において、交流電源からの交
流電圧を制御する双方向性半導体素子を有し、電動機に
交流電圧を供給する第１の電源電圧供給系と、交流電源
からの交流電圧を整流する整流手段と、該整流手段から
入力された電源電圧を昇圧する昇圧手段とを有し、電動
機に直流電圧を供給する第２の電源電圧供給系と、第１
の電源電圧供給系からの出力と前記第２の電源電圧供給
系からの出力を択一選択して、電動機に切り替え出力す
る交流／直流電圧切り替え手段とを、具備する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、必要に応じて吸い
込み力のアップを可能とした電気掃除機に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】電動送風機用の電動機の駆動電源とし
て、交流電源（商用交流電源）を用いる電気掃除機にお
いては、電動送風機用の電動機として一般的に交流整流
子電動機を用いており、交流電源からの交流電圧を双方
向性サイリスタによって制御して、電動機（電動送風
機）を駆動制御するようになっていた。ところが、この
ような構成をとると、交流電源（商用交流電源）の電圧
によって電動機（電動送風機）の消費電力が規制される
ため、吸い込み力を上げることができないという問題が
ある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記したように従来技
術においては、交流電源駆動の電動送風機における吸い
込み力は、交流電源（商用交流電源）の電圧に依存する
ため、吸い込み力を所定以上にはアップさせることがで
きず、例えば、一時的に非常に強い吸い込み力が求めら
れる場合に、これに対処することができなかった。

【０００４】なお、交流電源を整流した後、昇圧コンバ
ータによって昇圧した直流電圧をインバータに供給し、
インバータによって電動機を駆動制御するようにした技
術も知られているが、この場合はＰＷＭ制御されるイン
バータを設けているので、回路構成が複雑なものとな
り、また、ブラシレスの誘導電動機などを用いる必要が
あり、交流電源駆動の電気掃除機において、最も一般的
で、構造が簡易でかつ制御も簡単な交流整流子電動機を
用いることができない。

【０００５】本発明は上記の点に鑑みなされたもので、
その目的とするところは、電動送風機の電動機の駆動電
源として交流電源を用いる電気掃除機において、吸い込
み力の一時的なパワーアップを可能とすることにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は上記した目的を
達成するため、電動送風機の電動機の駆動電源として交
流電源を用いる電気掃除機において、前記交流電源から
の交流電圧を制御する双方向性半導体素子を有し、前記
電動機に交流電圧を供給する第１の電源電圧供給系と、
前記交流電源からの交流電圧を整流する整流手段と、該
整流手段から入力された電源電圧を昇圧する昇圧手段と
を有し、前記電動機に直流電圧を供給する第２の電源電
圧供給系と、前記第１の電源電圧供給系からの出力と前
記第２の電源電圧供給系からの出力を択一選択して、前
記電動機に切り替え出力する交流／直流電圧切り替え手
段とを、具備した構成をとる。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
面を用いて説明する。図１は、本発明の１実施形態に係
る電気掃除機の制御系の構成を示すブロック図である。

【０００８】図１において、１は交流電源（商用交流電
源）、２は高周波ノイズが電源回路に漏出するのを防止
するラインフィルタ、３は双方向性サイリスタ、４はダ
イオードブリッジよりなる整流回路４ａと昇圧形コンバ
ータ回路４ｂとで構成される直流電圧発生回路、５は直
流電圧制御回路、６は電圧制御抵抗回路、７は出力電圧
フィードバック抵抗、８は掃除機全体のシステム制御を
司るマイクロコンピュータ（以下、マイコンと称す）、
９は双方向性サイリスタ３を駆動制御するトリガ回路、
１０はリレーで切り替え制御される交流／直流電圧切り
替えスイッチ、１１は交流／直流電圧切り替えスイッチ
１０を駆動するリレー駆動回路、１２は電動送風機の交
流整流子電動機、１３はマイコン８などの制御回路へ直
流電圧を供給するための制御回路用電源回路、１４は電
動送風機の風量に応じて電気掃除機の集塵室内の負圧を
検出する圧力検知回路、１５は電動送風機に流れる電流
を検出する電流検知回路、１６は運転状態や設定されて
いる運転モード等を表示する表示部、１７は使用者が電
動送風機のオンオフや運転モードを設定するための操作
入力部である。

【０００９】図１に示す構成から明らかなように、本実
施形態においては、交流整流子電動機１２への電源電圧
供給系として、交流電源２からの交流電圧を制御するた
めの双方向性サイリスタ３を有し、電動機１２に交流電
圧を供給する第１の電源電圧供給系と、直流電圧発生回
路４（交流電源からの交流電圧を整流する整流回路４
ａ、および、整流回路４ａから入力された電源電圧を昇
圧して直流電圧を出力する昇圧形コンバータ回路４ｂ）
を有し、電動機１２に昇圧された直流電圧を供給する第
２の電源電圧供給系とを、備えたものとなっている。そ
して、第１の電源電圧供給系からの交流電圧と第２の電
源電圧供給系からの直流電圧は、交流／直流電圧切り替
えスイッチ１０によって択一選択されて、交流整流子電
動機１２に供給されるようになっている。

【００１０】図２は、操作入力部１７の１例を示す図で
ある。同図において、１７ａは標準運転モードボタン、
１７ｂは強運転モードボタン、１７ｃはフラッシュ運転
モードボタン、１７ｄは運転切（停止）ボタンである。

【００１１】標準運転モードボタン１７ａおよび強運転
モードボタン１７ｂは、ともに第１の電源電圧供給系か
らの交流電圧供給によって、電動機１２の運転を指示す
るためのもので、ボタン１７ａまたは１７ｂが使用者に
よって押された場合は、マイコン８は、交流／直流電圧
切り替えスイッチ１０に第１の電源電圧供給系の出力
（交流電圧）の選択状態をとらせる。標準運転モードボ
タン１７ａが押された場合には、マイコン８は、第１の
電源電圧供給系からの交流電圧の供給モードとして、標
準の吸い込み力となる標準モードをとって、予め定めら
れた制御プログラムにしたがって、トリガ回路９を介し
て双方向性サイリスタ３を制御して、所定の交流電圧
（例えば、７０Ｖ）を交流整流子電動機１２に供給し、
標準運転モードによる運転を実行させる。また、強運転
モードボタン１７ｂが押された場合は、マイコン８は、
第１の電源電圧供給系からの交流電圧の供給モードとし
て、標準運転モードよりも吸い込み力の大きい強運転モ
ードをとって、予め定められた制御プログラムにしたが
って、トリガ回路９を介して双方向性サイリスタ３を制
御して、所定の交流電圧（例えば、１００Ｖ）を交流整
流子電動機１２に供給し、強運転モードによる運転を実
行させる。

【００１２】また、フラッシュ運転モードボタン１７ｃ
は、第２の電源電圧供給系からの直流電圧供給によっ
て、電動機１２の運転を指示するためのもので、ボタン
１７ｃが使用者によって押された場合は、マイコン８
は、交流／直流電圧切り替えスイッチ１０に第２の電源
電圧供給系の出力（直流電圧）の選択状態をとらせる。
このフラッシュ運転モードボタン１７ｃは、交流運転時
の先の強運転モードよりも大きな吸い込み力を発揮する
運転モードとなっており、直流電圧発生回路４によって
昇圧された所定値の直流電圧が、交流整流子電動機１２
に所定時間だけ供給されて、フラッシュ運転モードによ
る運転が所定時間だけ実行されるようになっている。

【００１３】上記のようにフラッシュ運転モードによる
運転時間を制限する所以は、交流整流子電動機１２は、
界磁巻線と電機子が直列に接続（直巻）されたモータ
で、直流電源でも運転が可能という特長を持っている
が、電気掃除機に用いられる交流整流子電動機は、一般
の直流電動機と異なり、補償巻線などを持たないため、
直流で動作させた場合には整流子とブラシの整流条件が
非常に厳しくなり、直流動作をむやみに続けるとブラシ
寿命が短くなるからである。

【００１４】ここで、本実施形態では、フラッシュ運転
モードへの移行は、標準運転モードによる運転時または
強運転モードによる運転時に、フラッシュ運転モードボ
タン１７ｃが押されたときに行われ、フラッシュ運転モ
ードによる運転後は、元の標準運転モードによる運転ま
たは強運転モードによる運転に復帰するように、マイコ
ン８が制御を行うようになっている。なお、停止モード
からフラッシュ運転モードボタン１７ｃが押された場合
に、フラッシュ運転モードによる運転を所定時間行った
後、停止する、なしいは、標準運転モードによる運転ま
たは強運転モードによる運転に移行するようにすること
も可能である。

【００１５】次に、直流電圧発生回路４について説明す
る。直流電圧発生回路４は、商用交流電源を整流して直
流電圧を出力する整流回路４ａである全波整流ダイオー
ドブリッジと、コンデンサＣの充電回路として作用す
る、スイッチングレギュレータの一種である昇圧形コン
バータ回路４ｂとで、構成される。昇圧形コンバータ回
路４ｂは、スイッチング素子Ｓのオン期間にコイルＬに
蓄えた電磁エネルギーを、スイッチング素子Ｓがオフす
ることによって電圧に変換されたものを入力電圧に重畳
することにより、コンデンサＣに昇圧した電圧を供給し
て電荷を蓄え、平滑化処理した直流電圧を出力する公知
の構成をとっている。なお、ダイオードＤは、コンデン
サＣに蓄えた電荷の逆流を阻止して、直流出力電圧を安
定化する。

【００１６】昇圧形コンバータ回路４ｂの昇圧量は、ス
イッチング素子Ｓのオン／オフ周期に対するオン時間比
によって変化する。全波整流ダイオードブリッジ（整流
回路４ａ）によって全波整流して得られる直流電圧は、
商用交流電源１がＡＣ１００Ｖの場合、√２倍の約１４
０Ｖである。昇圧形コンバータ回路４ｂは、この全波整
流電圧を、２倍以上の電圧範囲で可変制御して出力可能
となっている。スイッチング素子Ｓとしては、ＩＧＢＴ
やＭＯＳ−ＦＥＴのように、自力でオフする機能を備え
た半導体素子が好適である。

【００１７】直流電圧発生回路４について、図３を用い
ていま少し詳細に説明する。図３の（ａ）は、ダイオー
ドブリッジにより全波整流された整流回路４ａの出力電
圧Ｖ _INを示しており、このときのＶ_IN（昇圧形コンバー
タ回路４ｂへの入力電圧）のピーク値は√２×商用電圧
となる。図３の（ｂ）は、昇圧形コンバータ回路４ｂに
おけるダイオードＤの前段の電圧Ｖ₁ と、ダイオードＤ
の後段、すなわち昇圧形コンバータ回路４ｂ（直流電圧
発生回路４）の出力電圧Ｖ₀ を示している。スイッチン
グ素子Ｓのオン時にコイルＬにエネルギーとしてＷ＝Ｌ
Ｉ_S ²／２を蓄え（Ｉ_S はスイッチング素子Ｓに流れる電
流）、スイッチング素子Ｓのオフ時にダイオードＤを通
じて出力電圧として供給される。このときの出力電圧Ｖ
₁ は、入力電圧Ｖ_INより高い波高値をもつパルス電圧と
なり、これがダイオードＤとコンデンサＣにより平滑さ
れて、入力電圧Ｖ_INより高い直流の出力電圧Ｖ₀ が、直
流電圧発生回路４から出力される。

【００１８】直流電圧発生回路４を制御する直流電圧制
御回路５は、直流電圧発生回路４の出力電圧を出力電圧
フィードバック抵抗７と電圧制御抵抗回路６によって分
圧して帰還する検出電圧を参照して、この検出電圧が所
定値となるようにスイッチング素子Ｓのオン／オフ時間
比を制御する。本実施形態においては、上記の検出電圧
の所定値は、フラッシュ運転モードにおいて求められる
であろう強力な吸い込み力となるように、約３００Ｖの
出力電圧のときに得られる検出電圧に相当する値とし
た。ここで、本実施形態では、マイコン８からの制御信
号により制御される最も低い電動送風機（交流整流子電
動機１２）への直流による供給電圧は、上記の約３００
Ｖとなるように設定したものとしたが、フラッシュ運転
モードにおける交流整流子電動機１２への直流供給電圧
は、前記した強モード運転における吸い込み力よりも大
きな吸い込み力となるものであれば、任意の値が採用可
能である。

【００１９】直流電圧制御回路５は、上記のように検出
電圧が所定値（出力電圧約３００Ｖに相当する値）とな
るように、直流電圧発生回路４を制御する。そして、所
定の出力電圧（約３００Ｖ）で電圧制御抵抗回路６の制
御端子の総てを開放状態としたときの検出電圧が、所定
値となるように回路定数を設定しておく。したがって、
マイコン８が電圧制御抵抗回路６の総ての制御端子を開
放状態にすることにより、直流電圧制御回路５は、所定
の出力電圧（約３００Ｖ）が得られるように、直流電圧
発生回路４を制御する。また、直流電圧発生回路４の出
力電圧を上昇させるときには、マイコン８は、電圧制御
抵抗回路６の制御端子を短絡（接続）することにより、
直流電圧制御回路５に帰還する検出電圧を低下させる。
このようにすると、直流電圧制御回路５は、低下した検
出電圧を所定の検出電圧まで上昇させるように直流電圧
発生回路４の出力電圧を上昇させる制御を実行する。つ
まり、本実施形態においては、電圧制御抵抗回路６の制
御端子を開閉制御することにより、直流電圧発生回路４
の出力電圧が２段階（例えば、３００Ｖ、（３００＋
α）Ｖ）に変化するようにしてある。

【００２０】本実施形態では、マイコン８の制御信号は
電圧制御抵抗回路６の抵抗を開放するか否かで表わされ
る（換言するなら、直流電圧制御回路５のバイアス電圧
として与えられる）が、この代わりに、デジタル信号と
して制御信号を発生させる方法であっても良い。すなわ
ち、最終的にスイッチング素子（半導体スイッチ）Ｓの
オン／オフ時間（またはデューティでも良い）が制御さ
れ、希望の電圧がコンデンサＣの端子間に現れるように
すれば良い。このように、マイコン８からデジタル信号
として制御信号を発生させる手法をとり、電圧制御抵抗
回路６をデジタル制御入力によって回路定数を可変させ
る電圧調整回路に代替すれば、直流電圧発生回路４の直
流出力電圧を任意の多段階（例えば、１５５Ｖ、２４０
Ｖ、３００Ｖ、３５０Ｖなど）に調整することも可能と
なる。

【００２１】上記した構成をとる本実施形態において、
先にも述べたように、標準運転モードによる運転時また
は強運転モードによる運転時には、交流／直流電圧切り
替えスイッチ１０に第１の電源電圧供給系の出力（交流
電圧）の選択状態をとらせ、標準運転モードにおいては
標準の吸い込み力となるように、所定の交流電圧（７０
Ｖ）を交流整流子電動機１２に供給し、また、強運転モ
ードにおいては標準モードよりも大きい吸い込み力とな
るように、所定の交流電圧（１００Ｖ）を交流整流子電
動機１２に供給する。図４に示すように、交流電圧によ
る運転（標準運転モードまたは強運転モードによる運
転）を行っているときに、フラッシュ運転モードボタン
１７ｃが押されると（図４のｔ１時点）、マイコン８
は、交流／直流電圧切り替えスイッチ１０を切り替えて
第２の電源電圧供給系の出力（直流電圧）の選択状態を
とらせ、所定の直流電圧（ここでは、３００Ｖ）を交流
整流子電動機１２に供給し、フラッシュ運転モードへ移
行させる。マイコン８は、フラッシュ運転モードへ移行
したタイミング（ｔ１時点）からの時間を計測し、予め
定めた所定時間Ｔｃが経過したタイミング（図４のｔ２
時点）で、交流／直流電圧切り替えスイッチ１０を再び
切り替えて第１の電源電圧供給系の出力（交流電圧）の
選択状態をとらせて、フラッシュ運転モードを終了させ
ると共に、元の交流電圧による運転モード（標準運転モ
ードまたは強運転モード）に再び移行（復帰）させる。

【００２２】ここで、上記したフラッシュ運転モードに
よる運転時間Ｔｃは、任意の値をとることができるが、
フラッシュ運転モードによる強力な吸い込み力が使用者
によって期待されるであろう時間と、高電圧の直流駆動
によって交流整流子電動機１２へ与えるダメージ度との
双方を勘案して、本実施形態では、フラッシュ運転モー
ドによる運転時間Ｔｃを１０〜３０秒の範囲中の適宜の
値に設定してある。

【００２３】なお、標準運転モードからフラッシュ運転
モードに切り替えた場合と、強運転モードからフラッシ
ュ運転モードに切り替えた場合とで、フラッシュ運転モ
ードによる運転時間Ｔｃ、および／または、供給する直
流電圧の値（吸い込み力の程度）を異ならせるようにし
てもよい。例えば、標準運転モードからフラッシュ運転
モードに切り替えた場合には、供給する直流電圧値を２
５０Ｖ、フラッシュ運転モードによる運転時間Ｔｃを２
０秒とし、強運転モードからフラッシュ運転モードに切
り替えた場合には、供給する直流電圧値を３２０Ｖ、フ
ラッシュ運転モードによる運転時間Ｔｃを１０秒とする
などしてもよい。かような制御手法をとると、強運転モ
ードからフラッシュ運転モードに切り替えた際には、標
準運転モードからフラッシュ運転モードに切り替えとき
よりも、より強力な吸い込み力が得られることとなっ
て、使い勝手が大いに向上する。ただし、交流整流子電
動機１２へ与えるダメージを勘案して、強運転モードか
らフラッシュ運転モードに切り替えた際には、標準運転
モードからフラッシュ運転モードに切り替えときより
も、フラッシュ運転モードによる運転時間Ｔｃは短くす
べきである。

【００２４】以上に述べた実施形態においては、電動送
風機用の交流整流子電動機に供給する電源電圧を交流電
圧から、昇圧された直流電圧に一時的に切り替えること
により、吸い込み力を大幅にアップさせることが出来る
上、昇圧された直流電圧による交流整流子電動機の運転
期間を制限するようにしているので、交流整流子電動機
に与えるダメージも可及的に抑えることができ、使い勝
手がよく、かつ、モータ寿命に対する信頼性の高い電気
掃除機を提供することができる。また、一定時間吸い込
み力をアップさせることができるので、消費電力の小さ
い電動送風機を採用して、通常運転時の消費電力を低く
押さえて、省エネに貢献することも可能となる。

【００２５】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、電動送風
機に供給する電源電圧を交流電圧から、昇圧された直流
電圧に一時的に切り替えることにより、吸い込み力を大
幅にアップさせることが出来る上、昇圧された直流電圧
による電動送風機の運転期間を制限するようにしている
ので、電動機に与えるダメージも可及的に抑えることが
でき、使い勝手がよく、かつ、モータ寿命に対する信頼
性の高い電気掃除機を提供することができる。また、一
定時間吸い込み力をアップさせることができるので、消
費電力の小さい電動送風機を採用して、通常運転時の消
費電力を低く押さえて、省エネに貢献することも可能と
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１実施形態に係る電気掃除機におけ
る、制御系の構成を示すブロック図である。

【図２】図１中の操作入力部の１例を示す説明図であ
る。

【図３】図１中の直流電圧発生回路の動作を示す波形図
である。

【図４】本発明の１実施形態に係る電気掃除機におけ
る、フラッシュ運転モードへの切り替えおよびフラッシ
ュ運転モードからの切り替えに伴う電源電圧波形の遷移
を示す説明図である。

【符号の説明】

１ 交流電源（商用交流電源） ２ ラインフィルタ ３ 双方向性サイリスタ ４ 直流電圧発生回路 ４ａ 整流回路 ４ｂ 昇圧形コンバータ回路 ５ 直流電圧制御回路 ６ 電圧制御抵抗回路 ７ 出力電圧フィードバック抵抗 ８ マイクロコンピュータ（マイコン） ９ トリガ回路 １０ 交流／直流電圧切り替えスイッチ １１ リレー駆動回路 １２ 交流整流子電動機 １３ 制御回路用電源回路 １４ 圧力検知回路 １５ 電流検知回路 １６ 表示部 １７ 操作入力部 １７ａ 標準運転モードボタン １７ｂ 強運転モードボタン １７ｃ フラッシュ運転モードボタン １７ｄ 運転切（停止）ボタン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鯉渕 宏之 茨城県日立市東多賀町一丁目１番１号 株 式会社日立多賀エレクトロニクス内 Ｆターム(参考） 3B057 DA04 DD01

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電動送風機の電動機の駆動電源として交
   流電源を用いる電気掃除機において、 前記交流電源からの交流電圧を制御する双方向性半導体
   素子を有し、前記電動機に交流電圧を供給する第１の電
   源電圧供給系と、 前記交流電源からの交流電圧を整流する整流手段と、該
   整流手段から入力された電源電圧を昇圧する昇圧手段と
   を有し、前記電動機に直流電圧を供給する第２の電源電
   圧供給系と、 前記第１の電源電圧供給系からの出力と前記第２の電源
   電圧供給系からの出力を択一選択して、前記電動機に切
   り替え出力する交流／直流電圧切り替え手段とを、設け
   たことを特徴とする電気掃除機。
2. 【請求項２】 請求項１記載において、 前記電動機は交流整流子電動機であることを特徴とする
   電気掃除機。
3. 【請求項３】 請求項１または２記載において、 前記第２の電源電圧供給系からは、前記第１の電源電圧
   供給系から出力される交流電圧よりも高い電圧値の直流
   電圧が、複数段階に可変して出力可能とされたことを特
   徴とする電気掃除機。
4. 【請求項４】 請求項１または２記載において、 前記第１の電源電圧供給系からの出力によって前記電動
   機を運転している際に、前記第２の電源電圧供給系から
   の出力によって前記電動機を運転するよう指示する信号
   が到来したことを認知して、前記交流／直流電圧切り替
   え手段を切り替えて、交流電圧による運転から直流電圧
   による運転に移行させ、この直流電圧による運転を一定
   時間行った後、前記前記交流／直流電圧切り替え手段を
   切り替えて、直流電圧による運転から交流電圧による運
   転に戻す制御手段を、有することを特徴とする電気掃除
   機。
5. 【請求項５】 請求項４記載において、 前記第１の電源電圧供給系からの交流電圧の供給モード
   として、標準の吸い込み力となる標準モードと、該標準
   モードよりも吸い込み力の大きい強モードとが少なくと
   も設けられ、 前記制御手段は、前記標準モードによる交流電圧運転か
   ら直流電圧運転に切り替えた際と、前記強モードによる
   交流電圧運転から直流電圧運転に切り替えた際とで、前
   記電動機に供給する直流電圧のレベルが前者よりも後者
   の方が高くなるように制御することを特徴とする電気掃
   除機。
6. 【請求項６】 請求項５記載において、 前記制御手段は、前記標準モードによる交流電圧運転か
   ら直流電圧運転に切り替えた際の直流電圧による運転時
   間を、前記強モードによる交流電圧運転から直流電圧運
   転に切り替えた際の直流電圧による運転時間よりも、長
   くなるように制御することを特徴とする電気掃除機。