JP2008104561A - 電気掃除機 - Google Patents

Abstract

【課題】電気掃除機において、電動送風機に流れる電流に応じて、電力を安定して滑らかに変化させること。
【解決手段】電動送風機２に流れる電流を検出する電流検出手段１３と、複数の位相角と前記位相角の各々に１対１に対応し電流検出手段１３の出力に対して位相角を切り換えるための電流判定値とで構成される位相−電流判定値特性とを有し、マイクロコンピュータ（制御手段）１５は、電流検出手段１３の検出する電流値が、下降するときと上昇するときとで、異なった位相−電流判定値特性を有して位相角を制御する構成とした。これにより、上昇するときと下降するときとで、各々所望の電流―電力特性で、電動送風機に流れる電流に応じて電力を安定して滑らかに変化させることができるようになる。
【選択図】図１

Description

本発明は、一般家庭用もしくは業務用の電気掃除機における電動送風機の制御に関するものである。

図１４に従来の電気掃除機の概略構成図を示す。図１４において、１は電気掃除機本体であり、２は本体１に内蔵し、吸い込み力を発生する電動送風機であり、３は操作手段４を有したホースであり、５は延長管であり、６は吸引した塵埃を蓄積しておく集塵室であり、ホース３と集塵室６は、本体１に設けた吸気口７を介して接続され、集塵室６とホース３、または、集塵室６とホース３と延長管５で吸気経路を形成している。８は電源プラグを有した電源コードであり、商用電源に電源プラグを接続する事により、機器に電力を供給する。

電源コード８が商用電源に接続された状態で、操作手段４を操作して、電動送風機２を起動すると、電流検出手段（図示せず）によって検出された電流値の信号が、制御手段（図示せず）にフィードバックされ、制御手段は、電流値に応じて予め設定された位相で電動送風機２をトリガオンし、位相制御によって所望の電力もしくは電流値となるよう制御される。

下記、特許文献１に記載の電気掃除機においては、段階的に変化させ得る複数の位相角に対応した電流設定値と、電流検出手段によって検出した入力電流が異なる場合は、電流設定値と入力電流が一致するよう、位相角とその位相角に対応した電流設定値を段階的に変化させる事により、音の発生を抑制しながら滑らかに変化させ、電動送風機２に流れる電流を一定にすることができるものである。

また、下記、特許文献２に記載の掃除機は、位相角とその位相角に対応する電流設定値の集合を目標電流特性とし、目標電流特性を、ゴミの量が変化しても電力が一定となるように予め設定しておく事によって、電流検出手段のみで電力一定制御を実現できるものであり、特許文献１と同様に、位相角とその位相角に対応した電流設定値を段階的に切り換えることによって、滑らかに変化させ、電力が一定となる部分を作り出している。

特許文献１と特許文献２に記載の構成おいては、電流検出手段によって検出される電流値と設定電流値が一致するまで、位相を変化させるため、狙いの電力を変化させようとすると、電流値が設定電流値の近傍にある場合や、電流にリップルがのっている場合等、位相角が安定せず電動送風機２への供給電力が変動してしまう可能性がある。

そこで、電流値（風量）の上昇と下降の傾向を判断して、上昇用の閾値もしくは、下降用の閾値を設定して、電流のリップルや供給電力変更後の電動送風機の供給電力の変動を抑えるものもある（例えば、特許文献３参照）。
特許第３０４９３３１号公報 特許第３５９８４８１号公報 特許第３２９９４０５号公報

しかしながら、特許文献１や特許文献２の構成は、電力や電流を一定にするような、段階的に変化させる位相角の隣り合った位相間の変化幅が比較的小さい場合には、電動送風機の動作音が滑らかな変化となるが、変化幅が大きいと、電流値の変化幅も大きくなり、電動送風機への供給電力が不安定になってしまうため、狙いとなる電力もしくは電流を徐々に変化させるような制御には向いていない。また特許文献３の構成においては、電流値の閾値近辺での変動やリップルに対する電動送風機への供給電力の変動防止を目的として、電流値上昇用の閾値もしくは下降用の閾値を設定して判断しているが、電流値の動きによって電力が異なり、所望の電力を得る事ができないという課題を有している。

更に特許文献３の構成においては、電流値が上昇する時と下降する時とでは、電動送風機への供給電力が異なるため、特許文献１および特許文献２の構成のように電力や電流を一定に制御しようとしても、吸引するゴミの量や状況等による電流の変化によって、意図通りの電力や電流を得られないという課題を有していた。

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、所望の位相―電流判定値で、電動送風機に流れる電流に応じて電力を安定して滑らかに変化させることができ、更に所定の領域については、電流の上昇・下降に関わらず、狙いの電力に対して変動がなく、滑らかに変化させることのできる電気掃除機を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の電気掃除機は、吸引風を発生させる電動送風機と、前記電動送風機に流れる電流を検出する電流検出手段と、複数の位相角と前記位相角の各々に１対１に対応して前記電流検出手段の出力に対して位相角を切り換えるための電流判定値とで構成される位相−電流判定値特性とを有し、前記電流検出手段の出力が前記位相−電流判定値特性上の電流値とほぼ一致するように、前記位相角と前記位相角と対になる前記電流判定値とを段階的に切り換えて、前記電動送風機への供給電力を制御する制御手段を有する電気掃除機において、前記制御手段は、前記電流検出手段の検出する電流値が下降するときと、上昇するときとで、異なった位相−電流判定値特性を有して前記位相角を制御する構成としたものである。

これによって、電動送風機に流れる電流が上昇するときと下降するときとで、異なった位相−電流判定値特性を有して電動送風機への供給電力を段階的に変化させることにより、上昇するときと下降するときで、各々、所望の電流―電力特性で、電動送風機に流れる電流に応じて電力を安定して滑らかに変化させることができる。

また、所定の領域については、電流の上昇用と下降用の異なる位相−電流判定値特性の所定の領域に対応した箇所の位相−電流判定値をほぼ同一にし、電流が変化しても電力の変動が無く、安定した動作とすることができる。

狙いの電力が大きく変化しても、所望の電流―電力特性で、電動送風機に流れる電流に応じて電力を安定して滑らかに変化させることができ、所望の領域については、電流の上昇・下降に関わらず、狙いに対して変動がない安定した電力を得ることができる。

第１の発明は、吸引風を発生させる電動送風機と、前記電動送風機に流れる電流を検出する電流検出手段と、複数の位相角と前記位相角の各々に１対１に対応して前記電流検出手段の出力に対して位相角を切り換えるための電流判定値とで構成される位相−電流判定値特性とを有し、前記電流検出手段の出力が前記位相−電流判定値特性上の電流値とほぼ一致するように、前記位相角と前記位相角と対になる前記電流判定値とを段階的に切り換えて、前記電動送風機への供給電力を制御する制御手段を有する電気掃除機において、前記制御手段は、前記電流検出手段の検出する電流値が下降するときと、上昇するときとで、異なった位相−電流判定値特性を有して前記位相角を制御する構成としたので、上昇するときと下降するときとで、異なった位相−電流判定値特性を有して電動送風機への供給電力を段階的に変化させることにより、上昇時と下降時で、各々、所望の電流―電力特性で、電動送風機に流れる電流に応じて電力を安定して滑らかに変化させることができる。

第２の発明は、第１の発明に加えて、ゴミの入っていない開放風量付近の位相−電流判定値特性は、電流検出手段の検出する電流の下降時と上昇時で略同一とする構成としたので、開放風量付近は、電流の上昇、下降に関わらず、変動のない安定した電力で電動送風機を制御することができる。

第３の発明は、第１の発明に加えて、消費電力が最大となる風量付近の位相−電流判定値特性は、電流検出手段の検出する電流の下降時と上昇時で略同一とする構成としたので、電流の変動が発生しても、最大の消費電力以下で、電力の制御を行うことができる。

第４の発明は、第１の発明に加えて、吸い込み仕事率が最大となる風量付近の位相−電流判定値特性は、電流検出手段の検出する電流の下降時と上昇時で略同一とする構成としたので、電流の変動に関わらず、吸い込み仕事率が最大となる風量付近の電力を安定させることができ、安定した最大の吸い込み仕事率を得ることができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態により本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
以下、本発明の第１の実施の形態について図１〜図１３を用いて説明する。なお、従来例と同一構成の部品については同一符号を付し、説明を省略する。

図１は、本発明の実施の形態１における電気掃除機における制御部分のブロック図である。

図１において、２は電動送風機であり、１２は電動送風機２を駆動する双方向性サイリスタであり、１３は電動送風機２に流れる電流を検出し、信号レベル電圧へ変換して出力する電流検出手段であり、１４は電流検出手段１３の出力する信号を増幅する増幅手段である。増幅手段１４は、電流検出手段１３が出力する電流信号を、増幅度の異なる２つの増幅信号「増幅１」と「増幅２」に変換して出力している。

ここで、図２に電動送風機２に流れる電流と風量の関係（風量−電流特性）を示すが、電動送風機２の特性が決まれば、電動送風機２に流れる電流と風量の関係は、１対１で決まり、風量と電流値の関係を予め設定してやれば、電流検出手段１３により、風量の検出が可能となる。従って、本実施例では、電流検出手段１３は風量を検出する風量検出手段の役割も兼ねる。

１５は、マイクロコンピュータであり、電動送風機２への供給電力を制御する制御手段も兼ねている。また、マイクロコンピュータ１５は、Ａ／Ｄ（アナログ／ディジタル）変換機能を有しており、「増幅１」を「ＡＤ１」へ、「増幅２」を「ＡＤ２」へ、入力している。「増幅１」と「増幅２」から入力される信号は、マイクロコンピュータ１５内の処理の用途に応じて使い分けされる。

１１はＡＣ１００Ｖの商用電源であり、１６は、マイクロコンピュータ１５の電源Ｖｄｄ（５Ｖ）を作る電源回路であり、１７は、商用電源のゼロクロスを検出してゼロクロスのタイミング信号を出力するゼロクロス検出回路である。ゼロクロスとは、ＡＣである商用電源の極性が反転する時に、０Ｖを通過するタイミングである。

マイクロコンピュータ１５は、ゼロクロス検出手段１６から入力されるゼロクロスのタイミング信号により、ゼロクロスのタイミングを認識し、ゼロクロスに同期して、所定のタイミングで、双方向性サイリスタ１２をトリガオンし、電動送風機２への供給電力を制御する位相制御を行う。

図３に商用電源周波数の一周期分（商用電源１１の周波数が５０Ｈｚであれば２０ｍｓとなり、６０Ｈｚであれば１６．６６ｍｓとなる）の波形を示すが、斜線部が通電している領域であり、図３中の入力ライン１がフル通電、つまり、ゼロクロスと同時に、双方向性サイリスタ１２をトリガオンしている波形である。入力ライン２、入力ライン３、入力ライン４となるに従って、トリガオンのタイミングが後ろへ遅れてゆき、電動送風機２に印可される電圧の実効値も低下し、供給電力も低下する。

ここで、位相制御による電動送風機２への供給電力について図４を用いて説明する。図４において、固定された異なる位相で位相制御される入力ラインＡと入力ラインＢという風量−電力特性がある。入力ラインＡの方が、トリガオンのタイミングが、ゼロクロスに近く、印可電圧も高いため、供給電力も高くなる。今、電動送風機２の消費電力を測定しようとした時、入力ラインＡで、風量Ｑａとなる状況に設定した時と、入力ラインＢで風量Ｑｂとした時とでは、同じ電力の値を示すことになる。つまり、電動送風機２にて実際に消費される電力は、電動送風機２が吸引する風量によっても異なるため、以降、入力ラインに関わらず、実際に消費される電力を「電力」と称し、双方向性サイリスタ１２をトリガオンするタイミングによって固定される入力ラインを「供給電力」と称する。なお、印可電圧とは、図３に示す、斜線部の領域の実効値を言う事にする。

また、電動送風機２に吸引される風量は、図５に示すように、集塵室に蓄積される塵埃の量と関係があり、塵埃の配合を所定の配合に固定して、塵埃の量（質量）と風量の関係を測定すると、図５に示すような特性となる。図５に示すように、双方向性サイリスタ１２のトリガタイミングを、ゼロクロス、つまり、全導通（入力ライン１）に近づければ近づけるほど、同一質量の塵埃を吸引した時の風量の低下が遅く、吸引できる塵埃の量（質量）も多くなる。

図２に示す電動送風機２の風量−電流特性は、全導通（入力ライン１）での特性と一致し、各供給電力での風量−電流特性を算出することができる。図６（ｂ）に各供給電力毎の風量−電流検出手段出力特性を示すが、電流検出手段１３の出力は、電流値を信号レベルに変換したものであるので、各供給電力毎の風量−電流特性として見ることができる。各供給電力毎の風量−電流特性と、図５に示す各供給電力毎の塵埃量−風量特性が分かれば、電流検出手段１３の出力により、集塵室６に吸引されている塵埃の量に応じて電動送風機２への供給電力を可変し、電力を制御する事ができるが、塵埃量と風量の関係は分かっているので、ここでは、風量に対しての動作で説明する。

また、マイクロコンピュータ１５の内部には、予め設定された上昇用位相−電流判定値特性と下降用位相−電流判定値特性を有しており、「ＡＤ１」から取り込まれる信号に応じて、上昇用位相−電流判定値特性もしくは、下降用位相−電流判定値特性上の位相とその位相と対になったＡＤ１の入力値に対する判定値が設定され、設定された位相、つまり、トリガタイミングで、双方向サイリスタ１２をオンし、所定の供給電力で制御される。マイクロコンピュータ１５は、上昇用位相−電流判定値特性もしくは、下降用位相−電流判定値特性上の、位相とその位相と対になるＡＤ１の入力に対する判定値を、段階的に順次切り替えながら、電動送風機２への供給電力を制御する。

以上のように構成された電気掃除機について、以下その動作を説明する。

表１に、マイクロコンピュータ１５に設定する位相−電流判定値特性の値を、図７に表１に基づいた、位相と電流判定値（「ＡＤ１」から入力される値に対する判定値）と風量と電力の関係を示す。

図７と表１を用いて、位相−電流判定値特性の作り方と、電動送風機２の制御の基本の考え方を説明する。

図７において、位相角θと電力Ｗと電流値Ｉと風量Ｑの４つのパラメータが存在し、これらのパラメータの組み合わせにより、６つの特性を導き出す事ができる。

特性を導き出す時の考え方にいくつかあるが、１つは、電力に対して電流値（電流判定値）を導き、設定する考え方である。図７に示すように、位相θが固定され、位相θ上の所定の電流値が決定されれば、位相θでの電力が一義的に決まる。言い換えると、例えば、位相θ９での所望の電力Ｗ９を設定しようとした時には、電流値（電流判定値）Ｉ９が一義的に決まる。従って、異なる２つの狙いの電力間を滑らかに結ぼうとすると、段階的に切り換えようとする位相角の始点（θ９）と終端（θｐ）と、それぞれの位相角での狙いの電力が分かっている場合、始点の電力と終端の電力を徐々に変化させて結ぶような狙いの電力と、位相角θ８〜θ０を決定すると、各位相での狙いの電力に対する電流値（電流判定値）Ｉ８〜Ｉ０も決まるので、風量には関係なく、電流−電力特性を導く事ができる。

位相θ８〜θ０は、位相を切り換えた時に、電力をどれだけ変化させたいかで決定できる。図７においては、始点と終端の位相付近では、オーバーシュート等を防ぎ、電力を安定させるため、位相切り換え時の電力の変化を小さくするように設定している。

その結果、図７中の太線の実線で示す、風量−電力特性や、太線の点線で示す風量−電流特性（風量−電流検出手段出力特性）が得られる。

また、特性を導き出す、他の考え方として、風量に対して、どれだけの電力としたいかで、位相角と電流判定値を決定する考え方である。これは、図７中の太線の実線で示した風量−電力特性を決定し、位相角を決定すれば、風量−電力特性を得るための各位相角に対する電流判定値Ｉ０〜Ｉ９が決定されるものであり、結果、位相−電流判定値特性が得られ、電流−電力特性も得られる。

前者の考え方は、位相角、電力、電流値の３つのパラメータで、特性を導く事ができるというメリットを有しているが、後者の考え方は、逆に、風量、位相角、電力、電流値の４つのパラメータで、特性を導かなくてはならないというデメリットを有している。

従って、吸い込み仕事率が最大となる風量付近で、電力が最大となるような電力が得たい場合等、つまり所望の領域が風量に依存する場合のみ、後者の考え方で、所望の風量−電力特性となるように、位相−電流判定値特性を設定するとよい。

従って、位相−電流判定値特性を作成するに当たり、まず、ゴミの入っていない開放風量付近の電力を決定するが、この付近では、集塵室６には、ほとんど塵埃は蓄積していないので、吸引力は必要ではなく、省電力化と静音化のために、電力が低くなるようにし、そうでない、ゴミの入っている領域に存在する全導通となる風量Ｑｐ付近では、吸引力が必要と判断して、電力が高くなるようにし、異なる電力となる開放状態での位相角θ９付近と位相角θｐ付近の位相角と電力を徐々に変化させ、スムーズに電動送風機２への供給電力を可変するような電流−電力特性を得る。

図７において、開放風量とは異なる任意の風量で設定される、位相−電流判定値特性の終端となる所定の位相角を全導通θｐとし、入力ラインに対応する位相の数を、θ０〜θ９とθｐの１１本としている。尚、θ９は、開放時の位相となる。

表１において、電力と電流判定値と位相角は全てが対応して関連づけられている。例えば、図７において、全導通θｐの入力ラインの風量−電力特性上の電力がＷｐとなる電流検出手段出力（電流値）はＩｐ、となるように一義的に決定しておく。

ここで、Ｗｐは、最大の電力であり、他の位相θ０〜θ９において設定される電力Ｗ０〜Ｗ９は、Ｗｐ以下となるよう設定し、また、特に、位相θｐの付近と、開放位相θ９付近の位相での話であるが、Ｗｐ≧Ｗ０、Ｗｎ≧Ｗｎ＋１（ｎ＝０〜８）となるよう設定する。これは、例えば、Ｗ０＜Ｗ１とするより、Ｗ０≧Ｗ１とした方が、電流変化による電力の変化幅が小さくなり、電動送風機２の電力がより安定するからである。

まず、所望の電流−電力特性を作成するにあたって、開放、つまり集塵室６に全く塵埃が蓄積されていない状態での、目標電力Ｗ９を決定する。そして、開放状態で電力がＷ９となる位相θ９を決定する。この時風量Ｑ９と電流検出手段出力に対する判定値Ｉ９は一義に決定する。このＩ９とＷ９が電流−電力特性の一端となり、θ９とＩ９が位相−電流判定値特性の一端となる。

次に、位相−電流判定値特性の他端の位相を決定するが、本実施の形態では、θｐとしており既に決定している。θｐはフル通電であり、高い吸い込み力が発揮されることが期待される入力ラインである。

吸い込み力（吸い込み仕事率）は、図７にも示すように、２次近似が可能な特性であり、電動送風機２と本体１の特性や構成によって決まる所定の風量でピークが出現する特性であるので、ピークの出現する風量より、やや開放側の風量で、θｐに切り換える設定が、最も効率的に最大の吸い込み力を得ることができるため、ピークの出現する風量よりやや開放側の風量をＱｐと設定し、位相θｐの風量−電力特性上の風量Ｑｐとなる電力Ｗｐを決定する考え方と、Ｗｐそのものを上限の電力として決定してしまう考え方があるが、状況に応じて決定すればよい。

いずれにしても、Ｑｐ、もしくはＷｐが決定すれば、電流検出手段出力に対する判定値Ｉｐは一義的に決定される。このＱｐとＷｐが風量−電力特性の他端となり、ＩｐとＷｐが電流−電力特性となり、θｐとＩｐが位相−電流判定値特性の他端となる。

位相切り換えの動作については後述するが、位相θｐは到達位相であるため、Ｉｐは、位相をＩ０へ切り換えるための判定値となる。従って、次に、位相θ０から位相θｐへ切り換えるための設定を行う。

Ｉ０の設定については、位相θｐ付近を拡大した図９を参照して行う。

θ０はθｐと最も近接した位相であり、電力Ｗ０を、Ｗ０≦Ｗｐとなるように設定する場合、Ｗ０とＷｐの差が大きくなれば、位相が切り替わった時の電動送風機２の電力の変動が大きくなり、位相切り替わり時の過渡的な電流値の増加等により、Ｗｐを越えてしまう可能性がある。従って、位相をθｐに向けて変化させる時、θｐ付近では、徐々に電力の変化率が小さくなるようなＷ０を狙いの電力として設定する。位相θ０が明確になっているので、このＷ０に対しては、風量Ｑ０が一義的に決まり、電流検出手段出力に対する判定値Ｉ０も決まる。

同様に、θｐに向けて徐々に電力の変化率を小さくしていくように、θ１、θ２、θ３についても、電力を決定し、電流判定値を決定する。

図８に、開放状態付近、つまり、位相θ９付近の特性グラフを示すが、開放状態は、集塵室６に塵埃がほとんど蓄積していない状態であり、高い吸い込み力も不要であるので、なるべく、低消費電力となるよう設定し、風量の変化、つまり、塵埃の蓄積量による変化に対しても、あまり電力を変化させないようにする。これは、電動送風機２や本体１の製造における個体のバラツキ等に起因する特性公差によって、塵埃の全く入っていない風量に対する全導通での消費電力と電流値の異なる２つの固体が存在しても、電力はほぼ一定となり、特性公差を吸収できる効果も有している。更に、開放状態での、消費電力の検査や騒音の検査等においても、バラツキが改善されるため、製造管理もしやすくなるという利点も有している。

従って、開放の風量Ｑ９に対して、電力変化を極小で抑えたい風量幅を決定し、その風量幅に対応した絶対値での風量をＱ８として決定すると、位相θ９での電力Ｗ９に対して、変化量を極小にしたＷ８を決定する。風量Ｑ８と電力Ｗ９が決定されると、位相θ８と電流検出手段出力判定値Ｉ８も一義的に決まる。

風量−電力特性の両端付近の特性は決定したので、後は、両端の電力を結ぶ特性を作成する。位相θ７〜位相θ３までを特性を結ぶ領域に使用される。このとき、風量に対して、この領域の電力の変化率がなるべく小さくする方が、安定して電力を切り換える事ができる。更にいうと、電流値に対しての電力の変化率がなるべく小さくする方がより安定する。

上記のθｐ、θ０、θ８、θ９と同様に、風量と電力と位相と電流検出手段出力判定値を決定し、最終的に、表１に示す特性ができあがる。表１の中で、実際にマイクロコンピュータ１５が、使用するパラメータは、電流判定値と位相値の２つであり、これらが位相−電流判定値特性となり、マイクロコンピュータ１５が、ＡＤ１の入力に応じて、位相角を段階的に切り換えることにより、図７の実線で示すような、風量に対する電力の軌跡を得ることもできる。

ここで、ＡＤ１の入力値、つまり、電流値に対する判定値の設定の前提条件として、必ず、Ｉ_n＜Ｉ_n+1（ｎ：ｐ，０〜８）としなければならない。この関係が逆転していたりすると、位相が切り換わった後に、また、下の位相に戻ったりと、不安定な動作を引き起こす可能性がある。つまり、図７の横軸に風量を、縦軸に電流の信号値をとったグラフに示す、太点線の特性で、傾きが大きな（信号値の変化率が大きな）方が、安定して電力を切り換えられる。従って、開放状態付近と全導通θｐ付近を結ぶ、電力の変化率の大きなエリアは、太点線の傾きが小さく、不安定に近いエリアとなっている。この傾きを大きくするには、その領域に割り当てる位相（入力ライン）の密度を高くすればよい。

次に、ＡＤ１の変化による位相切り換えの動作を図１０と図１１を参照しながら説明する。図１０は、風量の変化に対する位相の切り換えを示した図であり、図１１はその動作のフローチャートを示す。

図１０において、今、集塵室６に蓄積している塵埃の量が、位相θｓ３で風量Ｑｓ３となる状態であった所に、電動送風機２の更なる吸引により、蓄積される塵埃の量が増え、位相θｓ１で風量ＱＳ１となる状態に変化したとする。位相θｓ１で風量ＱＳ１となる塵埃の量では、位相θｓ３においては、ＱＳ１より小さな風量となるため、位相θｓ３における電流値が図１０中の太点線で示すように低下する。すると、図１１のフローチャートに示すように、Ｉ＜Ｉｊｄｊとなるため、位相をθｓ２に切り換えて、同時にＡＤ１の入力に対する判定値もＩｓ２に切り替わって、供給電力を上昇して電動送風機２が制御される。

供給電力を上昇させるよう位相が切り換わると、吸い込み力も上昇するため、集塵室６に蓄積している塵埃の量が同じであれば、つまり、空気的な負荷が同じであれば、位相切り換わり直後の風量は、一旦、上昇方向に移行する。同様の原理で、位相θＳ１での風量Ｑｓ１となる塵埃量では、位相θＳ３では、風量Ｑｓ１未満となる。

しかし、位相切り換わり後、実線で示すようにＩｓ２まで電流値が低下した後、位相θｓ２においても、風量はＱｓ１より小さくなるため、電流値が太点線のように低下し、位相がθｓ１に切り換わる。ここでも、位相がθｓ１に切り換わった直後は、風量が、一旦回復するが、電流値が低下し、Ｉｓ１で平衡するため、位相の切り換えは発生せず、以降、塵埃の蓄積量が変化するまで、電動送風機２への供給電力は、位相θｓ１で制御される。

図１０に示すように、位相が切り換わる瞬間にΔＷの電力変動が必ず発生する。しかし、隣あった位相の間隔を狭くすることによって、ΔＷは小さくでき、計測器で検出できる位相切り換わり時の電力の変動を微小にしたり、聴感上は全く判別する事ができないレベルまでにする事が可能である。

本実施の形態においては、開放風量とは異なる風量で設定される、位相−電流判定値特性の終端となる所定の位相角としては、全導通θｐを設定しており、また、位相（入力ライン）の数を１１本に分割した例で説明したが、実際は、終端の位相は、任意の位相に設定してもよく、また、入力ラインの数も、多くしても良い。商用電源のゼロクロスを基点とした位相制御においては、双方向性サイリスタ１２のトリガオンのタイミングは、商用電源周波数が５０Ｈｚで１０ｍｓ未満であり、６０Ｈｚで８．３３ｍｓ未満である。従って、位相の分割数、入力ラインの数を増やせば増やすほど、段階的に変化させる位相の間隔が狭くなり、位相を切り換えた時の電動送風機２の電力変動が抑えられ、動作音の変化がスムーズになり、違和感を感じることがなくなる。但し、位相の分割数を増やす場合には、分割した各位相に対応した電流判定値の分解能も必要になってくる。近年では、この手の位相制御は、マイクロコンピュータ１５にて実現し、電流値の判断は、マイクロコンピュータ１５の有するＡ／Ｄ機能を使用して行うが、一般に、民生用のマイクロコンピュータの有するＡ／Ｄ機能の分解能は、１０ビット前後であり、現実的には限界がある。また、増幅手段１４の増幅率を上げて、電流検出の精度を上げる手段もあるが、電動送風機２の受ける電気的、物理的な外乱も増幅されてしまう欠点がある。

また、限られた位相分割数では、位相−電流判定値特性により電力や電流が一定となるような制御を行う場合に比べ、異なる電力間を結ぶような特性で電力を制御する場合の方が、位相−電流判定値特性の始点と終端の位相差の幅が大きくなり、位相−電流判定値特性上の隣り合った位相間の幅が大きくなるため、位相を切り換えた時の電動送風機２の動作が不安定になりやすいという特徴を有している。

マイクロコンピュータ１５の有する上昇用位相−電流判定値特性と下降用位相−電流判定値特性は、前述した考え方に従って作成した結果、図１２に示す風量−電力特性となる。

制御による結果を、風量−電力特性で表現したのは、電流検出手段１３の検出する電流値によって、電力を制御していても、機器としては、ゴミの量、つまり、風量によって電力が決定されるよう動作するからである。

図１２において、太実線で示した風量−電力特性が、下降用位相−電流判定値特性に対応しものであり、太点線で示した風量−電力特性が、上昇用位相−電流判定値特性に対応したものである。

図１２の領域Ａとして、囲んだ領域は、前述したように、最大の電力Ｗｐを越えないように、尚かつ、全導通θｐとなる風量Ｑｐでは、確実にＷｐを確保して、吸い込み力を最大限に発揮させたいため、電力の変化率を徐々に下げていき、電力の変動を極力抑えたい領域であるため、電流値の上昇時であっても、下降時であっても、同一の電力−風量特性となるような、下降用位相−電流判定値特性と、上昇用位相−電流判定値特性としている。

図１２中の領域Ｂとして囲んだエリアについても、前述したように、電力の変動を極力抑えたいエリアであり、電流値の上昇時であっても、下降時であっても、同一の電力−風量特性となるような、下降用位相−電流判定値特性と、上昇用位相−電流判定値特性としている。

表２に、上昇用位相−電流判定値特性と下降用位相−電流判定値特性の設定例を示す。

上記設定例においては、下降用位相−電流判定値特性と上昇用位相−電流判定値特性の分割数を同じにし、また、各々の分割における位相角を一致させている。こうすることによって、マイクロコンピュータ１５内で、この制御を実現する処理を作成する際、簡単な構成で実現できるという利点を有するからである。また、同一の位相角に対しては、下降用の電流判定値Ｉｄｎ（ｎ：０〜８）と、上昇用の電流判定値Ｉｕｎ（ｎ：０〜８）は、必ず、Ｉｄｎ≦Ｉｕｎとなるように設定する。尚、同一の位相に対して前記関係が維持できればよく、下降用と上昇用とで、必ずしも、ｎが一致している必要はない。下降時と上昇時とで、各々異なった所望の風量−電力特性となるようにした場合、同じ位相でも、出現する段階、順序が異なる場合もある。

また、下降用位相−電流判定値特性の分割数と上昇用位相−電流判定値特性の分割数は、同じにする必要はなく、異なっても良いが、同一位相では、Ｉｄｎ≦Ｉｕｎとなるような、関係は維持しておく。

マイクロコンピュータ１５は、図１３のフローチャートに示すように、ステップ１では、まず、開放状態での位相となるθ９を設定すると共に、下降用のＡＤ１の入力に対する判定値ＩｄｊｄｇをＩｄ９に設定する。図１３においては、上昇用の判定値Ｉｕｊｄｇは、Ｉｕ９としているが、θ９は、上昇用位相−電流判定値特性の開放側に一端であり、表２にも記載しているようにＩｕ９は存在せず、ダミーデータを設定しておく。

ステップ２では、設定された位相のタイミングで、双方向性サイリスタ１２をトリガオンする。ここでは、位相θ９にて、電動送風機２の供給電力が制御される。

ステップ３では、電動送風機２に流れている電流を検知し、ＡＤ１より入力する。ここでは、位相θ９で運転されている時の電流値が信号として入力されるが、集塵室６に蓄積された塵埃の量によって、その値は異なってくる。

ステップ４では、下降用のＡＤ１の入力値に対する判定値と、ＡＤ１で入力された値を比較し、判定値未満であれば、ステップ６に進み、未満でなければステップ５へ進む。

ステップ５では、上昇用のＡＤ１の入力値に対する判定値と、ＡＤ１で入力された値を比較し、判定値より大であれば、ステップ７に進み、そうでなければ全ての設定をそのままにして、ステップ２へと戻る。

ステップ６においては、電流値が下降している、つまり集塵室６の塵埃の量が増えたと判断されて通過するステップであり、下降用位相−電流判定値特性を、供給電力を１段階上昇させる設定を行い、ステップ８へ進む。

ステップ７においては、電流値が上昇している、つまり何らかの理由により、一旦、風量が低下していたが、風量を低下させていた原因が解除され、風量が増えたと判断されて通過するステップであり、上昇用位相−電流判定値特性を、供給電力を１段階下降させる設定を行い、ステップ８へ進む。

ステップ８においては、ステップ６、もしくはステップ７にて行われた設定をもとに、次のループで出力する位相と、下降用のＡＤ１の入力値に対する判定値と、上昇用のＡＤ１の入力値に対する判定値とを設定して、ステップ２へと戻る。

以降、下降用の判定値と上昇用の判定値と位相を、下降用位相−電流判定値特性、もしくは、上昇用位相−電流判定値特性に従って切り換え、これを繰り返し、電動送風機２への供給電力制御を行う。

従って、下降時に位相が切り換わる場合、ＡＤ１の入力値（電流値）は、必ず、その位相での電流判定値を通過し、位相が切り換わる毎に繰り返すので、風量に応じて下降用位相−電流判定値特性上の電流判定値の前後を推移することになり、常に、電流判定値とほぼ一致した電流値となる。上昇時にも、同様に、上昇用位相−電流判定値特性上の電流判定値とほぼ一致した電流値となる。

上記の構成によって、下降時と上昇時で、異なる位相−電流判定値特性を作成しながら、同一の位相においては、位相を切り換えるための電流判定値に幅ができるため、位相切り換わり時の電力を、より安定させることができる。また、下降用位相−電流判定値特性と上昇用位相−電流判定値特性として、下降時と上昇時で、所望の風量−電力特性となるよう設定すれば、同一位相での下降用の電流判定値と上昇用の電流判定値の幅を、意識することなく特性に合わせて可変でき、下降用位相−電流判定値特性と上昇用位相−電流判定値特性が合流して、同一の特性になる付近においても、滑らかに合流、もしくは分岐する事ができるので、安定した電力を得ることができる。

限られた位相分割数の中では、図７や図１２に示すように、電力の変動を抑えたいエリアの位相の密度が高くなり、そうでないところの密度が低くなってしまうが、本来、高い密度が必要な電力の狙いが変化するエリアの密度を低くせざるを得ないため、領域Ｂと領域Ａを結ぶ中間のエリアが、非常に電力が不安定になる領域になってしまう。しかしながら、下降時と上昇時の異なった位相電流判定値特性を有して、下降時と上昇時とで異なった軌跡で電力供給できる事により、領域Ａと領域Ｂの位相の密度（入力ラインの数）を更に高くでき、領域Ａと領域Ｂの電力の安定性を向上できるのみではなく、領域Ａと領域Ｂを結ぶ電力変化の大きなエリアも、位相切り換わり後の、位相戻り等の不安定な動作もなく、塵埃の量に応じて、所望の風量−電力特性でスムーズに広範囲な電力の変化を行う制御ができる。

また、領域Ａと領域Ｂでは、風量の上昇、下降に関わらず、変動のない狙い通りの電力で、電動送風機２を制御する事ができる。

また、吸い込み力（吸い込み仕事率）が最大となる風量が、Ｑｐと異なる場合は、図１２中の領域Ａのエリアを、吸い込み力（吸い込み仕事率）が最大となる風量を含むように設定する事によって、安定した最大の吸い込み力を得る事ができる。

また、本手法のメリットとしては、電動送風機２の位相制御を構築する際、一旦、塵埃の量、風量を無視して電流と位相と電力のみで構築できる点もある。

尚、本実施の形態においては、表２に示すような組み合わせデータとして、特性の値そのものを予め設定する構成とし、下降用位相−電流判定値特性と上昇用位相−電流判定値特性とで、位相が共通になるようなデータとしたが、これらの特性のデータを位相を異ならせて作成し、そのデータから、現在の位相に対して、下降用の電流判定値と上昇用の電流判定値を演算して算出し、位相切り換えの判断をしてもよい。

また、本実施の形態においては、位相−電流判定値特性を、表２に示すような組み合わせのデータとして、特性の値そのものを予め設定する構成を取ったが、前述したように、所望の位相−電流判定値特性を得られれば、特性を算出するためのパラメータを設定して、位相に対する電流判定値を演算により算出し、判断しても、同様の制御が実現可能であることは言うまでもない。

また、本発明においては、電流検出手段１３を用いて、電動送風機２の負荷状態を検出し、供給電力の制御を行ったが、図２にも示すように、電動送風機２の特性、もしくは、電動送風機２と本体１を組み合わせた特性が決まれば、吸引される風量と電流と電動送風機２の回転数と真空圧力は相関があり、いずれかが分かれば、同様の制御が可能であり、電流検出手段１３を、風量検出手段や回転数検出手段や、圧力検出手段で構成しても良い事は言うまでもない。

以上のように、本発明にかかる電気掃除機は、電動送風機に加わる空気的な負荷を検出し、負荷の状況に応じて、位相制御により電動送風機への供給電力を、所望の電力となるよう滑らかに可変制御し、安定した制御状態を作り出せるものであり、電気掃除機に限らず、電動送風機を搭載した機器の電力制御にも適用できる。

本発明の実施の形態１における電気掃除機の回路構成図 同、電気掃除機の電動送風機の特性説明図 同、電気掃除機の位相制御の説明図 同、電気掃除機の電力と供給電力の説明図 同、電気掃除機の塵埃量−風量特性説明図 同、電気掃除機の風量と電流検出手段出力説明図 同、電気掃除機の各特性図 同、電気掃除機の第１の各特性拡大図 同、電気掃除機の第２の各特性拡大図 同、電気掃除機の位相切り換え説明図 同、電気掃除機の位相切り換えフローチャート 同、電気掃除機の狙いの風量−電力特性説明図 同、電気掃除機の処理のフローチャート 従来の電気掃除機の外観斜視図

符号の説明

２ 電動送風機
１２ 双方向性サイリスタ
１３ 電流検出手段
１４ 増幅手段
１５ マイクロコンピュータ（制御手段）

Claims (4)

1. 吸引風を発生させる電動送風機と、前記電動送風機に流れる電流を検出する電流検出手段と、複数の位相角と前記位相角の各々に１対１に対応した、前記電流検出手段の出力に対して位相角を切り換えるための電流判定値とで構成される位相−電流判定値特性とを有し、前記電流検出手段の出力が前記位相−電流判定値特性上の電流値とほぼ一致するように、前記位相角と前記位相角と対になる前記電流判定値とを段階的に切り換えて、前記電動送風機への供給電力を制御する制御手段を有する電気掃除機において、前記制御手段は、前記電流検出手段の検出する電流値が下降するときと、上昇するときとで、異なった位相−電流判定値特性を有して前記位相角を制御する電気掃除機。
2. ゴミの入っていない開放風量付近の位相−電流判定値特性は、電流検出手段の検出する電流の下降時と上昇時で略同一とする請求項１記載の電気掃除機。
3. 消費電力が最大となる風量付近の位相−電流判定値特性は、電流検出手段の検出する電流の下降時と上昇時で略同一とする請求項１記載の電気掃除機。
4. 吸い込み仕事率が最大となる風量付近の位相−電流判定値特性は、電流検出手段の検出する電流の下降時と上昇時で略同一とする請求項１記載の電気掃除機。

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