JP2008173364A - 電気掃除機 - Google Patents

Abstract

【課題】モータ電流をＡ／Ｄ変換器で検出するに当たり、ノイズ成分を抽出するためのハイパスフィルターを設けることなく、また、Ａ／Ｄ変換器で検出した値を積分器で積分する必要もなく、Ａ／Ｄ変換器の変換速度も高速のものでなく、安価で簡便で検出精度の高い検出と、その検出結果から電動機の余寿命を予測し、その結果を報知可能な電気掃除機を得る。
【解決手段】モータ電流を測定する電流検出手段３１の出力をノイズ成分のみを抽出することはなく、所定の位相角におけるモータ電流値を測定するように、商用電源１の半周期毎に、商用電源電圧のゼロクロスから所定のタイミングＴ１で、所定回数例えば１回だけＡ／Ｄ変換器３３でサンプリングし、サンプリングした電流の検出値の今回データと前回データとの差と判断レベルとの大小から電動機２の余寿命を予測し、寿命に関する情報を報知するようにした。
【選択図】図２

Description

この発明は、電気掃除機に関し、特に、整流子とブラシとを有する電動機を搭載した電気掃除機に関するものである。

従来の電気掃除機は、例えば、「ファンと整流子モータから成る電動送風機と、前記整流子モータより発生するスパークを検出するスパーク検出手段を備え、前記スパーク検出手段による出力に応じて、整流子モータを制御する…」ものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００１−１３６７８０号公報

従来の電気掃除機は、電動機を制御する制御装置において、ハイパスフィルターを使用し、商用電源電圧のゼロクロスから所定のタイミングＴ１まで、所定の周期で電流センサーの出力をＡ／Ｄ変換器でサンプリングして、前回サンプリングした電圧と今回サンプリングした電圧レベルの比較を行うようにしたもので、電源から供給される１周波数内で変化する電圧の大小変化が連続的に変化していればスパーク（以下、火花ともいう）が発生していないと判断し、電圧の大小変化が不連続の場合、火花が発生していると判断するようにしたものである。しかし本構成ではノイズ成分を抽出するように構成されているので、本来の測定ノイズ成分以外の外来ノイズも測定することになり、従って、火花発生の誤判断をする恐れがあり、火花検出の精度が低くなるという課題があった。

また、所定のタイミングＴ１から、所定のサンプリング周期でサンプリングするように構成されているが、サンプリング周期はＡ／Ｄ変換器のＡ／Ｄ変換時間以上である必要があるため、火花判断の精度を高くするためにサンプリング周期を小さくすると、火花の発生を判断するためのデータ処理や、他のプロセスの処理ができるようにするために、結果的に処理速度が速い高性能なマイコン等が必要となり、コストが高くなるという課題があった。特に電源から供給される電流の１周期における変化をハイパスフィルターにより抽出する従来技術ではこの問題が顕著となる。

つまり、火花発生の判断を電源から供給される電流の１周期における変化をハイパスフィルターにより抽出する従来技術では、今回測定と前回測定とを比較するサンプリング周期を、少なくとも火花によるノイズ成分の大小の差が生ずる電源から供給される電流の１周波数よりさらに非常に短い時間の範囲内である必要があり、Ａ／Ｄ変換器の変換速度及びこの信号を処理して火花発生の判断をする処理速度が速い高性能なマイコン等が必要となり、コストが高くなるという課題があった。

また、サンプリング周期が小さい場合には今回測定と前回測定との差は、火花発生によるノイズ成分のみの小さな値となるために、Ａ／Ｄ変換器は高分解能又は高精度のものが必要となり、コストが高くなるという課題があった。

加えて従来の電気掃除機は、スパークを検出してその発生時に電動機の回転を低下させるなどの制御によりスパーク発生を抑制するだけのものであるため、ブラシ摩耗による電動機の寿命末期が近づくと、頻繁に電動機の回転が低下して、低い能力での吸込みしかできず、使用者に製品故障と受け取られかねないという課題があった。

また、頻繁にスパークが発生するような、ブラシ摩耗による電動機の寿命末期時には、スパークを抑制してはいるものの電動機は回転を続けているので、完全にスパークを除去することができず、整流子が過熱して電動機の巻線被覆の溶融などに伴う発煙・発火が生じるという課題もあった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、火花発生の検出を、検出精度が高く、安価な構成で実現することができ、また、電気掃除機の余寿命に関する情報を使用者に報知することができ、さらに寿命末期時の異常過熱による発煙・発火を防止する電気掃除機を提供することを目的とする。

この発明に係る電気掃除機は、整流子とブラシとを有する電動機と、前記電動機で発生する火花の発生を所定のサンプリングタイミングで検出する火花検出手段と、前記火花検出手段の出力から火花発生レベルを検出し、該火花発生レベルに基づき当該電動機の余寿命を予測する寿命予測手段と、前記寿命予測手段が予測した余寿命に関する情報を報知する伝達手段とを備えたものである。

この発明の電気掃除機は、整流子とブラシとを有する電動機で発生する火花の発生を検出して火花の発生レベルを検出し、この火花発生レベルから余寿命予測し、予測した余寿命に関する情報を報知することで、火花発生の検出を、検出精度が高く、安価な構成で実現することができ、また、電気掃除機の余寿命に関する情報を使用者に報知することができ、また、寿命末期時の異常過熱による発煙・発火を防止することができる。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１における電気掃除機の概略構成図である。図１において、本実施の形態１における電気掃除機は、電気掃除機本体１００、ホースユニット１２０、延長管１３０、床用吸込具１４０により構成されており、電気掃除機本体１００には、空気を塵埃と共に吸上げる動力としての電動送風機１０１が内蔵され、電動送風機１０１の上流側には集塵室１０２が設けられている。この電動送風機１０１は、整流子とブラシとを有する電動機２とこの電動機２により回転駆動するファンとから成っており、この電動機２は制御装置１１０（図２参照）により運転が制御される。また、電気掃除機本体１００の吸入口１０３には、延長目的でホースユニット１２０が接続され、このホースユニット１２０を構成するホース１２１の一端には電気掃除機本体１００の吸入口１０３に着脱可能に連結される接続部１２２が設けられており、他端に手元ハンドル１２３が設けられている。この手元ハンドル１２３には、例えば液晶表示素子などにより所定の情報を使用者に報知する伝達手段６が取り付けられている。そして、手元ハンドル１２３には延長管１３０が着脱可能に連結され、さらに延長管１３０の上流側には床用吸込具１４０が着脱可能に連結されて、電動送風機１０１の動作により、床用吸込具１４０から塵埃と共に集塵室１０２までの間に負圧の風路、集塵室１０２の下流側から排気口１０４の間には排気風路が形成されている。

図２はこの発明の実施の形態１における制御装置のブロック構成図である。図２において、制御装置１１０は、火花検出手段３と、寿命予測手段４と、駆動手段５と、伝達手段６と、風路遮断手段７と、開閉手段８により構成され、商用電源１から供給される電力により駆動される整流子とブラシとを有する電動機２の運転を制御し、また後述の動作により電動機２の寿命予測及び風路２００（後述）の遮断を行うものである。さらに火花検出手段３は、電動機２に流れる電流を検出する電流検出手段３１と、電流検出手段３１の出力を整流するための整流手段３２と、整流手段３２の出力をデジタル値として検出するＡ／Ｄ変換手段３３とにより構成されている。また、寿命予測手段４は、Ａ／Ｄ変換手段３３の検出結果から火花の発生レベルを検出して、この火花発生レベルに基づき電動機２の余寿命を予測して予測結果を伝達手段６及び風路遮断手段７へ出力する。伝達手段６は、例えば、液晶表示素子等からなり、寿命予測手段４の出力に基づいて電動機２の余寿命に関する情報や余寿命に応じた所定のメンテナンス事項などの情報を表示する。風路遮断手段７は、寿命予測手段４の出力に基づいて、電気掃除機本体１００の風路２００（後述）を遮断する。開閉手段８は、例えば、リレーの自己保持回路等で構成され、後述する動作により、回路を遮断することで電動機２への商用電源１の供給を断つ。このような構成による本実施の形態１の動作の詳細を、図３〜図７に基づき次に説明する。

図３はこの発明の実施の形態１における商用電源波形を示す波形図、図４はこの発明の実施の形態１における火花検出手段の検出波形を示す波形図であり、図４（ａ）は火花が発生しておらず正常な時の電動機２に流れる電流を電流検出手段３１が検出した波形図、図４（ｂ）は火花が異常の時の電動機２に流れる電流を電流検出手段３１が検出した波形図、図４（ｃ）は電流検出手段３１の出力を整流手段３２により整流した波形図である。図５はこの発明の実施の形態１における火花検出手段の検出タイミング及び寿命予測手段の動作を示す図であり、図５（ａ）は整流手段３２の出力をＡ／Ｄ変換手段３３により検出するサンプリングのタイミング図、図５（ｂ）は整流手段３２の出力をＡ／Ｄ変換手段３３で検出した検出値、図５（ｃ）はＡ／Ｄ変換手段３３の検出値の今回データと前回データとの差の絶対値である変化量と寿命予測手段４の判断レベルを示す図、図５（ｄ）は寿命予測手段４の寿命予測判断結果を示す図である。また、図６はこの発明の実施の形態１における電動機の内部構成及び火花とモータ電流との関係を示す図であり、図６（ａ）は整流子とブラシとの間で発生する火花の大きさとモータ電流との関係を説明するための電動機２の模式図、図６（ｂ）は火花電圧Ｖａとモータ電流Ｉｍとの関係を示す概略図である。

まず、電動機２が駆動していない場合には当然火花は発生していないため寿命予測手段４は正常と判断し、駆動手段５によって、図３に示す商用電源電圧が電動機２に供給され、電動機２は運転を開始する。また、開閉手段８は、寿命予測手段４が正常と判断した間は、閉路状態となっている。運転開始後の火花が正常な場合の電流検出手段３１の検出波形は図４（ａ）に示すような波形となるが、電動機２に火花が発生すると火花による電圧降下が生じて、電動機２に作用する電圧が低下するために電動機２に流れる電流（以下、モータ電流という）も低下し、電流検出手段３１の検出波形は図４（ｂ）のようになる。この現象において、火花は不安定なために電動機２に作用する電圧の低下も不安定なものとなり、結果的にモータ電流も不安定な状態となる。このような現象について、さらに詳細な説明を、図６を用いて説明する。

図６（ａ）において、ステータ巻線が巻設された整流子２ｂとブラシ２ｃとの間に発生する火花の火花電圧Ｖａと、電動機２に流れるモータ電流Ｉｍとの関係は、商用電源１の電圧をＶｓ、電動機２のインピーダンスをＺｍとしたとき、ブラシ２ｃ１、２ｃ２の２箇所での火花電圧が２Ｖａとなるため、Ｉｍ＝（Ｖｓ−２Ｖａ）／Ｚｍとみなすことができる。ここで、便宜上、Ｚｍが火花の発生により大きさが変化しないものとすると、火花が発生していないときの電動機２に流れるモータ電流Ｉｍ１は、火花電圧Ｖａ＝０（ゼロ）であるため、Ｉｍ１＝Ｖｓ／Ｚｍとなる。しかし、火花が発生すると火花電圧Ｖａが発生するため、このときの電動機２に流れる電流をＩｍ２とすると、Ｉｍ２＝（Ｖｓ−２Ｖａ）／Ｚｍとなる。Ｖａは０と同じかそれより大きい値であるから、上記ケースでモータ電流Ｉｍを考えると、Ｉｍ１＞Ｉｍ２となる。この時、火花電圧Ｖａは火花の大きさに比例して変化するから、前述の電動機２に流れるモータ電流Ｉｍを表す式にあてはめると、結果的に火花の大きさに比例して、モータ電流Ｉｍも変化することになる。

この火花電圧Ｖａとモータ電流Ｉｍとの関係は、図６（ｂ）に示すようになり、火花は不安定であるため、火花電圧Ｖａは、モータ電流Ｉｍのピーク値を不安定とする一つの変数的な作用をする。つまり、モータ電流Ｉｍのピーク電流を計測すると、商用電源１の電圧の最大値とほぼ同期して、電流のピークが現れる。そして、火花が発生した際には、その大きさに比例した火花電圧Ｖａが発生するため、モータ電流Ｉｍの実効値や瞬時値の値を不安定にする要素となっている。さらに、整流子２ｂとブラシ２ｃとの接触状態も不安定なために接触抵抗値も不安定となり、この影響も受けてモータ電流は不安定になっている。すなわち、火花の発生をモータ電流のピーク値の変化量により判断することが可能となり、且つそのピーク値から火花の発生の大きさまで推測することが可能となる。

このような電動機２では、ブラシ２ｃ１、２ｃ２が摩耗していない状態では、火花の発生程度も小さいため、モータ電流のピーク値の変化量も小さいが、ブラシ２ｃ１、２ｃ２が摩耗していくとブラシ２ｃ１、２ｃ２を整流子２ｂに押し付けているスプリング２ｄ１、２ｄ２の押出し力が低下していくため、ブラシ２ｃ１、２ｃ２と整流子２ｂとの接触力が低下し、火花の発生頻度が高まるとともに、火花の大きさも大きくなる。更にブラシ２ｃ１、２ｃ２の摩耗が進むと、更に大きな火花が生じ、ブラシ２ｃ１、２ｃ２と整流子２ｂの接触が保てなくなる時点で寿命となる。つまり、寿命が近づくにつれ、火花が大きくなっていく。

このような考え方に基づき、モータ電流を検出する電流検出手段３１の出力を、図４（ｃ）に示すように、整流手段３２によって、ダイオードブリッジ（図示していない）などにより例えば全波整流する。Ａ／Ｄ変換手段３３は、整流手段３２の出力を、商用電源１の周期に同期して、所定の時間の位相差で所定回数サンプリングする。即ち、図５（ａ）に示すように、商用電源電圧の正極側及び負極側の各ゼロクロス（図３のゼロクロス１〜ゼロクロス６）から所定のタイミングＴ１後に、例えば商用電源１の１／４周期の時間（商用電源の周波数が５０Ｈｚの場合、Ｔ１＝５ｍｓ）で、図４（ｃ）に示した、整流手段３２の出力を例えば１回サンプリングする。このようにしてＡ／Ｄ変換手段３３によりサンプリングした検出値は図５（ｂ）に示すようになる。

次に、寿命予測手段４は、図５（ｃ）に示すように、Ａ／Ｄ変換手段３３がサンプリングしたデジタル値の今回データ値と前回データ値との変化量（差の絶対値）を求め、これを逐次繰り返す。この時、寿命予測手段４は、求めた変化量と、予め複数設定してある所定の判断レベルとを比較して、変化量が判断レベルを超えたとき、当該判断レベルに応じて、電動機２が所定の余寿命であると予測する。尚、判断レベルは電動機２によって異なるため、実際の変化量等を計測した実験値などで設定するのが良い。

寿命予測手段４は、図５（ｄ）に示すように、図５（ｃ）の電流変化量ΔＩ１〜ΔＩ３までは、変化量が判断レベルより小さく、つまり火花発生レベルが小さく、余寿命を予測するための変化量に達していないため、電動機２が正常状態であると判断する。一方、電流変化量ΔＩ４〜ΔＩ６では電流変化量が判断レベルより大きく、即ち火花発生レベルが大きく、変化量が超えた判断レベル１〜３に応じて、所定の余寿命（例えば、寿命１〜寿命３）であると予測する。

伝達手段６は、寿命予測手段４により、例えば寿命１〜寿命３の余寿命が予測されると、手元ハンドル１２３に設けられた例えば液晶表示素子などに、予測された余寿命に関する情報（例えば、寿命までの期間、インジケータ表示など）と、この余寿命に応じた当該電気掃除機のメンテナンス内容の情報（例えば、部品交換を促すメッセージなど）を表示させる。

さらに、風路遮断手段７は、寿命予測手段４により予測された余寿命が所定の余寿命のとき、例えば、図５（ｄ）の寿命３の余寿命と判断されたとき、電気掃除機本体１００の吸入口１０３と排気口１０４とを連通する風路２００を遮断する。これにより、大きな火花発生に伴う発煙を当該電気掃除機本体１００外へ排出しないようにする。その詳細な説明を、図７を用いて次に説明する。

図７はこの発明の実施の形態１における電気掃除機本体内部の概略構成図であり、図７（ａ）は、電動機２が動作して風路２００を形成した際の内部構成図、図７（ｂ）は、風路遮断手段７が動作して風路２００を遮断した際の内部構造図である。図７（ａ）に示すように、電動送風機１０１の周囲にはモータカバー１０５が設けられ、このモータカバー１０５の下部には開口１０６が形成されている。また、開口１０６と排気口１０４とを連通する排気風路１０７が形成される。さらに、電動送風機１０１と集塵室１０２との間には風路遮断手段７が設けられ、この風路遮断手段７は、例えば上下に動作するシャッター７ａとバイメタル等のばね材７ｂで構成される。このような構成により、電動送風機１０１の動作によって吸入口１０３から吸入された空気が、集塵室１０２を経てモータカバー１０５の開口１０６から排気風路１０７を通って排気口１０４から排出される。即ち、電気掃除機本体１００の吸入口１０３と排気口１０４とを連通する風路２００が形成されている。

風路遮断手段７は、図７（ａ）に示すように、通常は風路２００を開放状態としてばね材７ｂで保持した状態となっている。上述したように、電動機２の寿命が近づくことで火花発生レベルが大きくなり、寿命予測手段４により、発煙の可能性が高い寿命末期として、所定の余寿命（例えば、寿命３）であると判断されたとき、風路遮断手段７は、図７（ｂ）に示すように、ばね材７ｂに通電してばね材７ｂを変形させ、シャッター７ａを下方に移動させて風路２００を遮断する。この風路２００を遮断することにより、電動機２より生じた発煙を電気掃除機本体１００外へ排出するのを防止する。

また、開閉手段８は、寿命予測手段４により予測された余寿命が所定の余寿命のとき、例えば、図５（ｄ）の寿命３の余寿命と判断されたとき、電動機２に供給される商用電源１の供給を遮断して、電動機２の運転を停止させる。尚、開閉手段８は、風路遮断手段７が風路２００を遮断したとき、これに連動して遮断動作を行っても良い。また、この開閉手段８は、例えばリレーの自己保持回路等、電源供給を遮断した後、電源供給の遮断を保持する開閉装置を用いる。

伝達手段６は、開閉手段８が電動機２への電源供給を遮断して、電動機２の運転を停止させた際には、それが寿命末期の判断による旨を表示する。これにより、何故、運転が停止したのかを使用者に報知することが可能となる。

以上のように、本実施の形態１においては、電動機２で発生する火花の検出を、１周期で２回のサンプリングで、検出精度が高く、安価な構成で実現することができ、さらに、検出した火花のレベルにより電動機２の余寿命を予測し、この予測に応じて余寿命に関する情報及び必要なメンテナンス情報を使用者に報知することができる。

また、電動機２に流れるモータ電流を検出し、検出したモータ電流を整流した出力をデジタル値としてサンプリングすることにより、ノイズ成分を抽出するためのハイパスフィルターなどが不要となり、また、外来ノイズを測定してしまうことにより火花発生の誤判断を行うことが極力防止され、火花発生の検出を、検出精度が高く、安価な構成で実現することができる。従って、電気掃除機の制御装置１１０を極めて簡便で、部品点数も少なく安価で信頼性が高いものとすることができ、さらに電動機２の寿命末期における火花異常による発煙・発火が無い安全な電気掃除機を提供することが可能である。

また、モータ電流のサンプリングにおいて、所定の位相角におけるモータ電流値をサンプリングするように、商用電源電圧の半周期毎に、商用電源電圧のゼロクロスから所定のタイミングＴ１で、１回サンプリングしているので、高速のＡ／Ｄ変換やデータ処理を必要とする必要がなく、一般的な変換速度のＡ／Ｄ変換器や一般的なデータ処理速度のマイコン等で良く、従って、電気掃除機の制御装置１１０を安価な構成とすることができ、さらに電動機２の寿命末期における火花異常による発煙・発火が無い安全な電気掃除機を提供することが可能である。

また、寿命予測手段４は、Ａ／Ｄ変換手段３３がサンプリングしたデジタル値の今回データ値と前回データ値との変化量（差の絶対値）を求め、求めた変化量と火花異常判断レベルとを比較して火花異常と判断しているので、少量の検出値を加算して積み上げる積分手段などが不要となり、火花発生の検出を安価な構成で実現することができる。従って、安価な構成で、寿命末期における火花異常による発煙・発火が無い安全な電気掃除機を提供することが可能である。

また、寿命予測手段４が寿命末期と判断したときは、電気掃除機の風路２００を遮断することで電動機２からの発煙を電気掃除機本体１００外に排出するのを防止することができ、更に開閉手段８を遮断させることで電動機２への電力供給を遮断して運転を停止できるので、発煙・発火が無い安全な電気掃除機を提供することが可能である。加えて、伝達手段６により電動機２の寿命に関する情報を表示することにより、使用者に電動機２の寿命を知らしめることができる。

尚、本実施の形態１では、モータ電流の検出を商用電源電圧の正極側及び負極側の各ゼロクロス毎（図３のゼロクロス１〜ゼロクロス６）に行う場合を説明したが、本発明はこれに限らず、正極側（図３のゼロクロス１、３、５）又は負極側（図３のゼロクロス２、４、６）の何れか一方の極側のみで行っても同様の検出が可能である。このような構成とすれば測定精度をほぼ前記説明と同様のレベルに維持しながら、更なるコストダウンを図ることができる上、これにより外来ノイズの影響をさらに低減することができる。さらには、検出する波形を例えば１０個に１個、２０個に１個と絞る構成でも良い。このように構成すれば更なるコストダウンを図ることができる。しかしあまり絞りすぎると電源電圧変動等が火花発生の検出などに影響を及ぼすため望ましくないため、少なくとも１秒に１回以上を対象としてサンプリングすることが望ましい。

さらに、本実施の形態１では、モータ電流を測定するための整流手段３２の出力をＡ／Ｄ変換するための所定のタイミングＴ１を、商用電源電圧のゼロクロスから商用電源１の１／４周期の時間、例えばＴ１＝５ｍｓ、とした場合を説明したが、本発明はこれに限らず、例えば、４ｍｓでも６ｍｓでも良く、モータ電流のＡ／Ｄ変換後における今回データ値と前回データ値とを比較する際に、所定のタイミングＴ１が同じであれば問題なく同様の検出ができることは言うまでも無い。

さらに、本実施の形態１では、電流検出手段３１の出力を商用電源電圧の周波数成分とノイズ成分を分別することなく、Ａ／Ｄ変換手段３３でサンプリングするように構成しているが、火花によるノイズ成分の影響が強い場合や外来ノイズの影響を受ける場合には、適切なカットオフ周波数を設定し、回路の適切な位置、例えば、Ａ／Ｄ変換手段３３の前段又は電流検出手段３１の後段に、ローパスフィルターを設けることで、さらに確実な火花検知ができることは言うまでも無い。このように構成することでノイズ成分をより良好に除去することができ、正確な火花検知を行うことで安全性等を高めることができる。

さらに、本実施の形態１では、電流検出手段３１の出力を整流手段３２で整流した後にＡ／Ｄ変換手段３３でデジタル値を検出しているが、整流手段３２を設けることなく適当に電子回路を設計したり、適当にＡ／Ｄ変換手段３３の検出値をデータ処理することで、電流検出手段３１の出力を直接Ａ／Ｄ変換手段３３で検出しても同様の効果が得られることは言うまでも無い。

さらに、本実施の形態１では、整流手段３２は、ダイオードブリッジなどにより全波整流する場合を説明をしたが、半波整流回路でもＡ／Ｄ変換手段３３のサンプリングするタイミングを適当にすれば、同様の効果が得られることは言うまでも無い。このような構成とすれば測定精度をほぼ前記説明と同様のレベルに維持しながら、更なるコストダウンを図ることができる上、これにより外来ノイズの影響をさらに低減することができる。

さらに、本実施の形態１では、所定のタイミングＴ１後に、１回だけＡ／Ｄ変換するような構成で説明したが、所定のタイミングＴ１後に複数回数のＡ／Ｄ変換をする場合には、複数回数のＡ／Ｄ変換して得られたデータについて平均値処理を施して、所定のタイミングＴ１後のデータとしてその平均値処理した値を扱うことでも良い。このように構成した場合より高性能な回路素子やマイコンなどが必要とされるが、より火花検知の精度を向上させることが可能である。

さらに、本実施の形態１では、所定のタイミングＴ１は、商用電源電圧のゼロクロスを基点として説明したが、商用電源電圧の所定の電圧値を基点として構成しても同様の効果が得られることは言うまでも無い。

さらに、本実施の形態１では、伝達手段６の搭載場所を手元ハンドル１２３としたが、これに限らず任意の場所、例えば電気掃除機本体１００に取り付けても良い。

さらに、本実施の形態１では、伝達手段６は、例えば液晶表示素子などを用いる場合を説明したが、ＬＥＤ等で構成された表示素子や、スピーカー等の音によるものでも良い。

さらに、本実施の形態１では、風路遮断手段７を電動送風機１０１と集塵室１０２との間に設けた場合を説明したが、これに限らず風路２００を遮断することができる任意の場所、例えば吸入口１０３又は排気口１０４に設けても良い。

実施の形態２．
本実施の形態２では、制御装置１１０が位相制御によって電動機２に供給する電力の制御を行う形態について説明する。以下、本実施の形態２について、実施の形態１で説明した図２〜図７を併用しながら、図８〜図１１を用いて説明する。尚、本実施の形態２における電気掃除機の構成及び電気掃除機本体１００の内部構成は上記実施の形態１と同様である。また、上記実施の形態１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。

図８はこの発明の実施の形態２における制御装置のブロック構成図である。図８において、本実施の形態２では、上記実施の形態１の構成に加え、電動機２の回転数を制御するために駆動手段５の通電位相を制御する位相制御手段９と、Ａ／Ｄ変換手段３３がサンプリングするタイミング時間（以下、サンプリングタイミングという）を通電位相に応じて設定するためのサンプリング設定手段１０とにより構成されている。

図９はこの発明の実施の形態２における火花検出手段の検出波形及び検出タイミングを示す図であり、図９（ａ）は、火花が発生しておらず正常な時の電動機２に流れる電流を電流検出手段３１が検出した波形図で、位相制御手段９により駆動手段５の位相制御をした場合の通電位相０ｍｓの時（波形Ａ：破線）と、通電位相５ｍｓの時（波形Ｂ：実線）を示したものであり、図９（ｂ）は、火花が異常の時の電動機２に流れる電流を電流検出手段３１が検出し、整流手段３２で全波整流した波形図で、位相制御手段９による通電位相５ｍｓの時を例として示したものであり、さらに、図９（ｃ）は、整流手段３２の出力をＡ／Ｄ変換手段３３により検出するサンプリングのタイミング図である。図１０はこの発明の実施の形態２における通電位相とピーク電流位相との関係を示した特性図である。また、図１１はこの発明の実施の形態２における寿命予測手段の第２の判断方法を示す図であり、図１１（ａ）は通電位相５ｍｓの時のＡ／Ｄ変換手段３３で検出したピーク電流値を示す図で、図１１（ｂ）は図１１（ａ）で検出したピーク電流値の最大値と最小値の差である変化量ΔＩについて、予め設定してある寿命判断レベルと比較した場合の図である。

まず、位相制御手段９は、火花が正常な場合には適当な通電位相で駆動手段５により電動機２を制御して運転を開始し、電動機２には電流が流れ、電動機２が回転する。図９（ａ）に示すように、電流検出手段３１の検出波形は、位相制御手段９の通電位相０ｍｓの場合、点線で示した波形Ａのようになり、通電位相５ｍｓの場合、実線で示した波形Ｂのようになる。

通電位相０ｍｓの時における電動機２の電流を検出して最終的に寿命予測手段４が火花が正常か、判定レベルを越えているかの判断をするまでの波形及び動作は、上述した実施の形態１と同様であるので、ここでは詳細な動作説明は割愛する。

次に、電動機２の回転数を低くするように制御するため、例えば、通電位相を５ｍｓとした場合には、電流検出手段３１の検出波形は、図９（ａ）の実線で示した波形Ｂのようになる。この時、電流がピーク値をとる時間は、通電位相０ｍｓの時と通電位相５ｍｓの時では、Δｔの時間のズレが生じている。この電流検出手段３１の出力を整流手段３２で整流した検出波形が図９（ｂ）である。

図９（ｂ）に示すように、波形Ｂの整流後の波形に対してデジタル値を検出するＡ／Ｄ変換手段３３のサンプリングタイミングは、ピーク値において通電位相０ｍｓの時と通電位相５ｍｓの時とでは、時間差がΔｔあるため、通電位相０ｍｓで制御した場合と同様の電流波形である上記実施の形態１における、商用電源電圧のゼロクロスから所定のタイミングＴ１よりもΔｔだけ遅い所定のタイミングＴ２でサンプリングする必要がある。図９（ｃ）は、このようにΔｔだけ遅くした所定のタイミングＴ２でＡ／Ｄ変換手段３３のサンプリングのタイミングを表したものである。

これによって、Ａ／Ｄ変換手段３３は、電流のピーク値でサンプリングすることができ、サンプリングした以降のＡ／Ｄ変換手段３３の出力波形、ピーク電流値の変化量、寿命予測判断については、上述した実施の形態１における図５（ａ）〜図５（ｃ）と同様となり、火花の正常又は判定レベルを越えているかの判断が可能となる。

前記の説明では、電動機２のピーク電流において、通電位相５ｍｓの時と通電位相０ｍｓの時とでΔｔの時間差があることを述べたが、電動機２の回転数制御はこの通電位相５ｍｓのみとは限らない。図１０は、電源周波数５０Ｈｚを例とした電動機２の通電位相を０ｍｓから８ｍｓまで変化させた時のピーク電流が発生する位相との関係を示した例であり、電動機２の種類や出力などや駆動手段５の特性などでも異なってくる。

図１０において、通電位相０ｍｓから４ｍｓまでのピーク電流発生位相は５ｍｓであり、通電位相０ｍｓの時との差は無くΔｔ＝０である。このため、Ａ／Ｄ変換手段３３がサンプリングするための商用電源電圧のゼロクロスからの所定のタイミングＴ２は５ｍｓでピーク電流を検出することができる。ところが通電位相５ｍｓでは、ピーク電流発生位相はΔｔ＝１ｍｓとなって６ｍｓで発生しているため、所定のタイミングＴ２は６ｍｓで行う必要があり、以下通電位相６ｍｓでは、所定のタイミングＴ２は７ｍｓとなるように、通電位相によって所定のタイミングＴ２を変える事によって、Ａ／Ｄ変換手段３３はピーク電流値を検出することができる。

この通電位相は、電動機２を制御するために予め決められた既知の値であるため、図１０に示した通電位相の値に基づいて、ピーク電流発生位相の時間のタイミングＴ２でサンプリングすれば良い。通電位相の値に応じてサンプリングするタイミングＴ２を予め測定しておき、これに基づいてサンプリング設定手段１０からＡ／Ｄ変換手段３３にサンプリングするためのタイミングを出力するものである。

このような構成にすることでピーク電流値を精度良く検出することができるため、電動機２の回転数を制御するための位相制御の幅広い通電位相での寿命予測ができるようになり、寿命末期時には、風路遮断手段７で風路２００を塞ぎ、開閉手段８を遮断し、電動機２への電力供給を遮断して運転を停止するように制御することで、電動機２からの発煙・発火を精度良く防止でき、安全が確保できる。

また、位相制御により通電位相を変化させると、図９に示すように、電流値のピーク電流値が変化する。このため、制御される通電位相に合わせて判定レベルを複数有しているのが良い。このようにすることで制御される位相に左右されないで電流値のピーク電流値に合わせた、より精度のよい火花発生を検知でき、制御する位相にあわせ常に火花の発生の検知を精度良く行うことが可能となる。

以上のように、本実施の形態２においては、上記実施の形態１の効果に加え、電動機２の回転数を制御するために幅広い通電位相を変えて制御した場合に、通電位相に応じて、サンプリングタイミングを設定することにより、モータ電流のサンプリングが精度良く検出できるので、寿命予測がより正確に行うことができる。これによって、電動機２の寿命末期における発煙・発火を防止して安全な電気掃除機を提供することが可能である。

尚、本実施の形態２では、寿命予測手段４の判断方法において、実施の形態１と同様に、Ａ／Ｄ変換手段３３の今回データ値と前回データ値との変化量を、判定レベルと比較することで、寿命を予測する場合を説明をしたが、これに限らず、寿命予測手段４は、Ａ／Ｄ変換手段３３がサンプリングしたデジタル値の所定時間内における最大値と最小値との差を求め、求めた差の値が予め設定した所定の判定レベルより大きいとき、寿命を予測する第２の判断方法を用いても良い。例えば、図１１（ａ）に示すように、Ａ／Ｄ変換手段３３がサンプリングしたデータ値について、所定の時間Ｔ３内におけるデータ値Ｉｐ１〜Ｉｐ６において、最大値と最小値を求め、例えば最大値＝Ｉｐ１、最小値＝Ｉｐ５のとき、図１１（ｂ）に示すように、この最大値と最小値との差である変化量ΔＩ＝Ｉｐ１−Ｉｐ５を求め、この所定の時間内Ｔ３内における差であるΔＩと予め設定してある寿命判断レベルと比較して、変化量ΔＩが寿命判断レベルよりも大きい場合に電動機２が所定の余寿命であると判断し、寿命予測手段４から予測結果を出力する。このような動作においても同様の効果を得ることができる。

また、上述した第２の判断方法において、寿命予測手段４は、所定の時間Ｔ３内で、最大値と最小値との変化量ΔＩが、予め設定してある判定レベルと比較して一度でも大きい場合には、寿命の予測結果を出力する場合を示したが、所定の時間Ｔ３で１回の判定ではなく、所定の繰り返し回数の判定を行っても良く、所定の時間Ｔ３での変化量ΔＩが判定レベルを超えることが連続した場合、若しくは所定の時間Ｔ３の所定の繰り返し回数のうちに変化量ΔＩが判定レベルを超えることが所定の回数があったときに、寿命予測手段４から最終的に寿命予測を出力するようにしても良い。

また、上述した第２の判断方法において、変化量ΔＩと予め設定してある寿命判断レベルと比較して、変化量ΔＩが寿命判断レベルよりも大きい場合に電動機２が所定の余寿命であると判断する場合を示したが、上述した実施の形態１と同様に、寿命判断レベルを複数設定して、変化量ΔＩが超えた各判断レベルに応じて、所定の余寿命（例えば、寿命１〜寿命３）であると予測するようにしても良い。

この発明の実施の形態１における電気掃除機の概略構成図である。 この発明の実施の形態１における制御装置のブロック構成図である。 この発明の実施の形態１における商用電源波形を示す波形図である。 この発明の実施の形態１における火花検出手段の検出波形を示す波形図である。 この発明の実施の形態１における火花検出手段の検出タイミング及び寿命判断手段の動作を示す図である。 この発明の実施の形態１における電動機の内部構成及び火花とモータ電流との関係を示す図である。 この発明の実施の形態１における電気掃除機本体内部の概略構成図である。 この発明の実施の形態２における制御装置のブロック構成図である。 この発明の実施の形態２における火花検出手段の検出波形及び検出タイミングを示す図である。 この発明の実施の形態２における通電位相とピーク電流位相との関係を示した特性図である。 この発明の実施の形態２における寿命推定手段の第２の判断方法を示す図である。

符号の説明

１ 商用電源、２ 電動機、２ｂ 整流子、２ｃ ブラシ、２ｄ スプリング、３ 火花検出手段、４ 寿命予測手段、５ 駆動手段、６ 伝達手段、７ 風路遮断手段、７ａ シャッター、７ｂ ばね材、８ 開閉手段、９ 位相制御手段、１０ サンプリング設定手段、３１ 電流検出手段、３２ 整流手段、３３ Ａ／Ｄ変換手段、１００ 電気掃除機本体、１０１ 電動送風機、１０２ 集塵室、１０３ 吸入口、１０４ 排気口、１０５ モータカバー、１０６ 開口、１０７ 排気風路、１１０ 制御装置、１２０ ホースユニット、１２１ ホース、１２２ 接続部、１２３ 手元ハンドル、１３０ 延長管、１４０ 床用吸込具、２００ 風路、Ｉｍ モータ電流、Ｖａ 火花電圧、Ｖｓ 商用電源電圧、Ｚｍ インピーダンス。

Claims (18)

1. 整流子とブラシとを有する電動機と、
   前記電動機で発生する火花の発生を所定のサンプリングタイミングで検出する火花検出手段と、
   前記火花検出手段の出力から火花発生レベルを検出し、該火花発生レベルに基づき当該電動機の余寿命を予測する寿命予測手段と、
   前記寿命予測手段が予測した余寿命に関する情報を報知する伝達手段と
   を備えたことを特徴とする電気掃除機。
2. 整流子とブラシとを有する電動機と、
   前記電動機の運転を制御する駆動手段と、
   前記駆動手段の通電位相を制御する位相制御手段と、
   前記通電位相に応じて、サンプリングタイミングを設定するサンプリング設定手段と、
   前記電動機で発生する火花の発生を、前記サンプリングタイミングで検出する火花検出手段と、
   前記火花検出手段の出力から火花発生レベルを検出し、該火花発生レベルに基づき当該電動機の余寿命を予測する寿命予測手段と、
   前記寿命予測手段が予測した余寿命に関する情報を報知する伝達手段と
   を備えたことを特徴とする電気掃除機。
3. 前記寿命予測手段が予測した余寿命に応じて、電気掃除機本体の吸入口と排気口とを連通する風路を遮断する風路遮断手段を備えたことを特徴とする請求項１又は２記載の電気掃除機。
4. 前記風路遮断手段は、前記寿命予測手段により予測された余寿命が所定の余寿命のとき、前記風路を遮断することを特徴とする請求項３記載の電気掃除機。
5. 前記風路遮断手段は、前記風路を遮断した後、前記風路の連通を復帰させないことを特徴とする請求項３又は４記載の電気掃除機。
6. 前記寿命予測手段が予測した余寿命に応じて、前記電動機への電源供給を遮断する開閉手段を備えたことを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の電気掃除機。
7. 前記開閉手段は、前記風路遮断手段が前記風路を遮断したとき、前記電動機への電源供給を遮断することを特徴とする請求項６記載の電気掃除機。
8. 前記開閉手段は、前記電動機への電源供給を遮断した後、電源供給の遮断を保持する開閉装置を用いることを特徴とする請求項６又は７記載の電気掃除機。
9. 前記伝達手段は、前記寿命予測手段が予測した余寿命に応じて、所定のメンテナンス情報を報知することを特徴とする請求項１〜８の何れかに記載の電気掃除機。
10. 前記火花検出手段は、前記電動機に供給される電流の絶対値を検出することを特徴とする請求項１〜９の何れかに記載の電気掃除機。
11. 前記火花検出手段は、
    前記電動機に流れる電流を検出する電流検出手段と、
    前記電流検出手段の出力を整流する整流手段と、
    前記整流手段の出力をデジタル値としてサンプリングするＡ／Ｄ変換手段と
    を備えたことを特徴とする請求項１〜１０の何れかに記載の電気掃除機。
12. 前記Ａ／Ｄ変換手段は、前記電動機に供給される商用電源の周期に同期して、所定の時間の位相差で所定回数、前記電動機に流れる電流をサンプリングすることを特徴とする請求項１１記載の電気掃除機。
13. 前記Ａ／Ｄ変換手段は、前記所定の時間の位相差を、前記商用電源の周期の１／４の時間とすることを特徴とする請求項１２記載の電気掃除機。
14. 前記Ａ／Ｄ変換手段は、前記所定回数を、前記商用電源の半周期毎に１回とすることを特徴とする請求項１２又は１３記載の電気掃除機。
15. 前記Ａ／Ｄ変換手段は、前記サンプリング設定手段により設定されたサンプリングタイミングで、前記電動機に流れる電流をサンプリングすることを特徴とする請求項２に従属する請求項１１記載の電気掃除機。
16. 前記寿命予測手段は、前記Ａ／Ｄ変換手段がサンプリングした前記デジタル値の今回データと前回データとの差を求め、求めた差の値が予め設定した所定の判断レベルより大きいとき、前記電動機が所定の余寿命であると予測することを特徴とする請求項１１〜１５の何れかに記載の電気掃除機。
17. 前記寿命予測手段は、前記Ａ／Ｄ変換手段がサンプリングした前記デジタル値の所定時間内における最大値と最小値との差を求め、求めた差の値が予め設定した所定の判断レベルより大きいとき、前記電動機が所定の余寿命であると予測することを特徴とする請求項１１〜１５の何れかに記載の電気掃除機。
18. 前記寿命予測手段は、前記所定の判断レベルを複数設定し、前記電動機の余寿命を多段階に予測することを特徴とする請求項１６又は１７記載の電気掃除機。

Images