JP2009050294A

JP2009050294A - 電気掃除機

Info

Publication number: JP2009050294A
Application number: JP2007217045A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Senoo; 裕之妹尾; Hiroo Oshima; 裕夫大島; Kenji Sone; 健次曾根; Hiroshi Nakao; 浩中尾
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2007-08-23
Filing date: 2007-08-23
Publication date: 2009-03-12

Abstract

【課題】床面の種類・状態によらず使用者の操作と掃除機本体の速度により適切な自走制御を行うことで、使用性の高い電気掃除機を提供することができる。
【解決手段】電気掃除機本体に設けられた複数の車輪のうちの少なくとも１つに駆動手段１４を備えた走行ユニット１１を設け、前記走行ユニット１１から回転数を検出し速度を演算する走行速度演算手段１８を有し、外力によって電気掃除機本体１が動かされたことを、手動速度判断手段２０によって判断した時に、電気掃除機本体１の自走を行うと共に、自走速度を判断して、自走の速さがあらかじめ設定された所定値より大きくなった場合には駆動モータ１４によって車輪の制動を行う。
【選択図】図３

Description

本発明は、自走機能を有する電気掃除機に関するもので、特に電気掃除機の引き回し力を低減して操作に対する自走機能によって使用性を向上させる制御に関するものである。

自走機能を有する電気掃除機に関する課題のひとつとして、どの様にして使用者の意図通りの自走を行なうかというものがある。この課題を解決するための手段として、これまでいくつかの発明が考えられている。例えば、掃除機本体に接続され、使用者が操作するホースの引張力を検知して、その引張力に応じて掃除機本体の駆動力を変えるもの（例えば、特許文献１参照）や、本体の移動速度を検知して、自走開始直前の移動速度に応じて駆動時間を変えるもの（例えば、特許文献２参照）である。

また、操作性を向上させるための発明として、ホースの接続部にあたるパイプの所定部分の位置関係を検出することで操作負荷を軽減する制御を行うもの等がある（例えば、特許文献３参照）。
特開平４−９２６３４号公報特開平４−１０５６２３号公報特開２００６−３１４５６９号公報

しかし、これらの発明によれば、基本的には使用者が掃除機本体を強く引けば速く／長く自走し、弱く引けば遅く／短く自走することになるが、床面の状態例えば、絨毯上で行う場合とフローリング上で行う場合とでは、車輪にかかる負荷が違うため、その力によって自走機能を制御した場合には必ずしも使用者の意図通りの動作とはならず、動き過ぎたり、動き足りなかったりしてしまい、かえって使い勝手が悪くなる場合があるという課題がある。

また、操作力でなくホースの位置関係を検出して本体を動作させる場合においてはそのセンサーをホース部に備える必要から構成が複雑で落下衝撃などの観点からその耐久性にも課題が生じるものであった。

本発明はこれらの課題を解決すべく、簡易な構成を取りつつ掃除機本体の速度に着目し使用者の意図を判断して掃除機本体の自走機能を制御することで操作性のよい電気掃除機を提供することを目的とするものである。

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、電気掃除機本体に設けられた複数の車輪と、前記複数の車輪のうちの少なくとも１つに設けた駆動手段と、前記複数の車輪のうちの少なくとも１つの車輪の回転を検出し走行速度を検知する走行速度演算手段と、前記駆動手段を制御する走行制御手段とを備え、前記走行制御手段は前記駆動手段の停止中に前記走行速度演算手段により走行を検知した場合、前記駆動手段を駆動し自走を行うと共に、自走の速度が予め設定された制動速度より大きくなった場合に前記駆動手段の駆動を停止する或いは前記車輪の制動を行うようにしたもので、自走速度が上がり過ぎる前に掃除機を減速させることができるので、使い勝手の良い電気掃除機を提供することができる。

本発明の電気掃除機によれば、床面の種類・状態によらず使用者の操作と掃除機本体の速度により適切な自走制御を行うことで、使用性の高い電気掃除機を提供することができる。

第１の発明は、電気掃除機本体に設けられた複数の車輪と、前記複数の車輪のうちの少なくとも１つに設けた駆動手段と、前記複数の車輪のうちの少なくとも１つの車輪の回転を検出し走行速度を検知する走行速度演算手段と、前記駆動手段を制御する走行制御手段とを備え、前記走行制御手段は前記駆動手段の停止中に前記走行速度演算手段により走行を検知した場合、前記駆動手段を駆動し自走を行うと共に、自走の速度が予め設定された制動速度より大きくなった場合に前記駆動手段の駆動を停止する或いは前記車輪の制動を行うことを特徴としたもので、自走速度が上がり過ぎる前に掃除機を減速させることができるので、使い勝手の良い電気掃除機を提供することができる。

第２の発明は、電気掃除機本体に設けられた複数の車輪と、前記複数の車輪のうちの少なくとも１つに設けた駆動手段と、前記複数の車輪のうちの少なくとも１つの車輪の回転を検出し走行速度を検知する走行速度演算手段と、前記駆動手段を制御する走行制御手段とを備え、前記走行制御手段は、前記駆動手段の停止中に前記走行速度演算手段により演算された速度が第１の自走開始速度以上に加速した場合、予め定めた駆動則に従って前記駆動手段を駆動し自走を行うようにしたことを特徴としたもので、使用者の手動により速度が加速されることを検知することで使用者が本体を動かそうという意図を判断して掃除機の自走制御を行うので、使い勝手の良い自走機能をもつ電気掃除機を提供することができる。

第３の発明は、電気掃除機本体に設けられた複数の車輪と、前記複数の車輪のうちの少なくとも１つに設けた駆動手段と、前記複数の車輪のうちの少なくとも１つの車輪の回転を検出し走行速度を検知する走行速度演算手段と、前記駆動手段を制御する走行制御手段とを備え、前記走行制御手段は前記駆動手段の停止中に前記走行速度演算手段により演算された速度が第２の自走開始速度以下に減速した場合に、予め定めた駆動則に従って前記駆動手段を駆動し自走を行うようにしたことを特徴としたもので、使用者が手動で少し動かした後、自然に減速することを検知して自走機能により掃除機本体を動作させるようにすることから使用者は軽い操作で掃除機を引き回せ、使い勝手の良い電気掃除機を提供することができる。

第４の発明は、特に第２または３に記載の発明において、走行速度演算手段により演算された速度が予め定めた自走停止速度以上を保持している場合には、駆動手段を停止し自走を行わないようにしたことを特徴としたもので、手動による掃除機本体の速度が十分な値を得られることから、抵抗の軽い床面で十分に操作性が確保できると判断して自走機能をオフすることで無駄な電力消費と掃除機本体の過敏な挙動を抑えた塚がっての電気掃除機を提供することができる。

第５の発明は、特に第２〜４に記載の発明において、掃除機本体の進行方向に対する上下角度を判断する上下角判断手段を設け、走行制御手段は、本体が上り方向にあると判断される場合、自走開始速度および／または駆動手段への通電量を変更することを特徴としたもので、斜面となっている床面において上りになっている場合には、自走開始の判断速度を低くすることで早めに自走を開始する、或いは駆動手段への電力供給量を増やしてパワーアップさせることで、十分な自走性能を確保し使い勝手の良い電気掃除機を提供することができる。

第６の発明は、特に第１〜５に記載の発明において、掃除機本体の進行方向に対する上下角度を判断する上下角判断手段を設け、走行制御手段は、本体が下り方向にあると判断される場合、自走開始速度および／または駆動手段への通電量を変更し、さらに所定値より下り角度が急な場合には駆動手段による制動を行うことを特徴としたもので、斜面となっている床面において下りになっている場合に駆動手段で制動をかけて停止させ、動作させる場合には制動を解除するように掃除機本体を制御することで、使用者の操作性を向上した使用性の高い電気掃除機を提供することができる。

第７の発明は、電気掃除機本体に設けられた複数の車輪と、前記複数の車輪のうちの少なくとも１つに設けた駆動手段と、回転を検出し走行速度を検知する走行速度演算手段と、前記駆動手段を制御する走行制御手段とを備え、前記走行制御手段は、前記走行速度演算手段と前記駆動手段の駆動出力から外力が加わった頻度を判断する外力頻度判断手段を備え、所定時間内に外力が加えられた回数により、前記駆動手段への通電量を変更することを特徴としたもので、使用者が掃除機本体の引き回し意図を所定の時間内に掃除機本体を何回動かそうとしたかを判断することで汲み取り、それに応じて駆動手段による自走を行うことで、使用者の意図に合った自走機能をもつ使用性の高い掃除機を提供できるものである。

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。尚、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
本発明の第１の実施の形態について、図１〜図６を参照しながら説明する。

まず、図１〜図３を用いて各構成要素について説明する。

図１は本発明の電気掃除機の外観で、１は電気掃除機本体でホース２が接続される。３はホース２の先端部分に設けられた操作手段で、使用者は操作手段３を操作して電気掃除機の吸引力を設定可能である。４はホース２と床用吸込具５とを接続する延長管である。本体１の底部にはキャスタから成る４つの補助輪６が配置されている。

図２は電気掃除機本体１を略底部方向から見た図で、補助輪６は電気掃除機本体１の底部外周に４つ配設されている。１１は走行ローラ１０他から構成される走行ユニットで、電気掃除機本体１の底部で略重心位置７に走行ローラ１０をホース２の本体引出し方向と同一方向に向けて固定されている。

図３は電気掃除機のシステム構成ブロック図である。走行ユニット１１には駆動モータ制御手段１７によって駆動される駆動手段である駆動モータ１４と、駆動モータ１４の回転出力を減速して駆動軸１５を回転駆動する減速手段１３と、駆動軸１５の回転に合わせて回転して電気掃除機本体１を自走させる走行ローラ１０と、同じく前記駆動軸１５の回転を検知して回転数及び回転方向に応じたＡ相及びＢ相２つの信号（エンコーダ出力信号）を走行速度演算手段１８に出力する回転数検出手段であるエンコーダ１２を備えている。

ここで減速手段１３は、駆動モータ１４が停止している時には駆動軸１５が回転（空転）自在になるようクラッチ機構（図示せず）が施されていて、駆動モータ１４が停止している時には走行ローラ１０は手で簡単に回転可能である。これは、駆動モータ１４が停止している時に使用者が電気掃除機本体１を移動させる場合など、減速手段１３によって走行ローラ１０の自由な回転が阻害されて移動の妨げになること等を防止するためのものである。

制御手段３０は、操作手段３からの信号に応じて電動送風機駆動手段３１へ位相制御タイミング信号を出力する。３２は電動送風機で、電動送風機駆動手段３１から供給される商用電源（図示せず）を位相制御した電力で運転する。トランジスタなどから構成される駆動モータ駆動手段１７は、走行制御手段２１からの駆動タイミング信号に合わせて電力をＰＷＭ制御して駆動モータ１４へ電力を供給する。

走行制御手段２１には、エンコーダ１２からのＡ相とＢ相から成るエンコーダ出力信号のパルス数の累積又は単位時間当りのパルス数とＡＢ各相の位相とから走行ローラ１０の回転速度即ち電気掃除機本体１の走行速度と走行方向（前進又は後進）を演算可能な走行速度演算手段１８と、更に走行速度演算手段１８の情報と供給電力の情報から電気掃除機本体１の自走速度を判断する自走速度判断手段１９と手動速度を判断する手動速度判断手段２０の情報が入力される。

また、手動速度判断手段２０の情報と計時手段２３の情報とを合わせて所定時間内の手動動作頻度を判断する外力頻度判断手段２４の情報と、ジャイロセンサーなどから構成される電気掃除機本体１の走行ローラに対する上下角度を判断する上下角判断手段２２の情報が走行制御手段２１には入力される。

以上説明してきた各構成要素による動作について、図４〜図６を用いて説明する。

使用者が掃除場所を移動しようとしてホース２を引っ張ると電気掃除機本体１は前記引っ張り力を受けて移動を開始する。その移動によって電気掃除機本体１の底部に配設してある走行ローラ１０が回転する。走行ローラ１０の回転は駆動軸１５によってエンコーダ１２に伝えられ、エンコーダ１２は図４に示すＡ相とＢ相２つの信号を出力する。Ａ相とＢ相の２つの信号は、図４走行ローラの回転方向即ち電気掃除機本体１の前後の移動方向によって信号の位相のずれ方が異なる。これはエンコーダと呼ばれる回転検知手段では極めて一般的な出力信号であるため詳細な説明は省略する。

走行速度演算手段１８はエンコーダ出力信号から、電気掃除機本体１の移動方向は前進か後進かの認識し、その速さとともに走行制御手段２１に情報を送る。同時に、自走速度判断手段１９と手動速度判断手段２０にもその情報を送る。これらには駆動モータ制御手段１７からも情報が送られており、最初にホースを引っ張って電気掃除機本体１が動いた場合には、当然駆動モータ制御手段１７は電力を供給していないので、手動で動かされたと判断し、走行速度演算手段１８で演算された速度は手動速度として判断され、手動速度判断手段２０から走行制御手段２１に情報として送られる。また、駆動モータ１４による走行速度と判断される以上の速度が出ている場合には、自走速度は駆動モータ１４により想定される速度を判断し、それ以上の部分は手動速度を判断する。

走行制御手段２１は、電気掃除機本体１の動作を判断し、例えば後進の場合は何もせず、前進の場合は駆動モータ制御手段１７にＰＷＭタイミング信号を出力する。これは、使用者が電気掃除機本体１を掃除中に足などを使って後方へ押しやった時等を想定し、電気掃除機本体１を後方へ自走させることは、かえって使用感を損ねるものであるとの研究結果に基づいた制御であり、エンコーダ１２の２つに信号を検知することで実現できる制御であることは言うまでも無い。

また、前進の場合であっても、前進即自走という判断で電気掃除機本体１を動作させると過敏に反応してしまい、使い勝手がわるくなることも考えられる。そこで、本実施の形態では、走行速度が所定の速度（第１の自走開始速度、図５のＳ１）に達した場合、駆動モータ１４の駆動を開始している。また、駆動開始の判断としては、速度だけでなく、加速度で判断してもよい。即ち、電気掃除機本体１が少し動いたのか、移動させようという意図で動いたのかを見極めるために、所定の時間で加速していこうとしているのかどうかで判断する方法が有効となる。ただし、実際に使用者がその操作性において煩わしさを感じないためには遅くとも０．１秒以内動作させるべきであり、エンコーダ１２からの信号を数十ミリ秒で判断できるように、この間にエンコーダ１２から１０〜２０個程度の信号が入るように構成する。この信号を受けた走行速度演算手段１８の出力と手動速度判断手段２０の出力から走行制御手段２１は電気掃除機本体１が瞬時的に動いたのか徐々に加速しているかを判断し、手動の引っ張りによる加速状況と判断できれば、駆動モータ制御手段１７に対してＰＷＭタイミング信号を出力し、駆動モータ制御手段１７はそのＰＷＭタイミング信号に応じて供給電力を駆動モータ１４へ出力する。一旦、駆動モータ１４が回転を始めると、減速手段１３のクラッチ機構（図示せず）が連結して駆動モータ１４の回転力が走行ローラ１０に伝達可能となって電気掃除機本体１が自走する。このようにして電気掃除機本体１が自走開始することで以降、使用者の引っ張り力が低減される。

また、電気掃除機本体１の自走速度が上がりすぎた場合には、自走速度判断手段１９の情報を元にあらかじめ定めた所定の速さを越えるようならば駆動モータ制御手段１７に対し、駆動をオフするか、より積極的に制動をかけて停止させる。即ち、図５に示すように、単に自走を停止するべき自走停止速度（図５のＳ３、例えば２０ｃｍ／ｓ）と制動を行うべき制動速度（図５のＳ４、例えば４０ｃｍ／ｓ）と複数段階の電気掃除機本体１の速さに応じた対応をすることで、意図しない急加速が生じたような場合でも安定した動作となり、より操作性のよい掃除が可能となる（図５の（イ）及び（ロ））。

また、床面によって非常に転がりが良い場合には、あえて駆動モータによる自走を行わなくても操作性が確保できる場合、すなわち、加速してすぐに所定の速度（自走停止速度）に達しているような場合には、走行制御手段２１は駆動モータ１４を動作させずにおくことで、無駄な電力消費と過敏な電気掃除機本体１の挙動を抑えることができ、より使い勝手がよくすることができる（図５の（ハ））。

また、手動速度判断手段２０の情報から手動による電気掃除機本体１の速度が上記自走停止速度よりも小さい所定の速度（第２の自走開始速度）以下に減速した場合に、自走を開始するように自走制御手段２１が判断し指示をだす方法も考えられる（図５の（ニ））。即ち、所定の自走時間を終了した後に、連続的に掃除機本体を移動させたい場合に、駆動モータ１４が停止後あるいは転がりのよい床面から移動して、電気掃除機本体１の速度が徐々に減速し、所定の速度まで減速したら駆動モータ１４を動作させ、継続的に電気掃除機本体１を引き回せるようにする。このとき、使用者が意図的に電気掃除機本体１を停止させたと判断できる場合には、自走させないようにすれば、より使い勝手が良くなる。その判断方法としては通常の慣性以上に減速されていたときなどで、それまでの駆動モータ１４の出力状態や速度演算手段に入る信号などから判断することができる。

また、走行方向に対して床面が上り斜面になっている場合には、電気掃除機本体１の自走制御を異なる設定で行うことで、より実感にあった掃除機の挙動をさせることができる。すなわち、所定の速度に達する負荷条件が異なるため、上下角判断手段２２の角度情報に応じて、例えば、図６のように自走を開始する第１の自走開始速度Ｓを傾斜角度０°の時の初期値Ａに対して、１°当たり−２％相当小さく修正することにより自走の開始を早めることが出来るので、より使用者の負荷を増やさないようにできる。同時に駆動モータ１４へ供給する電力を傾斜角度０°の時の初期値Ｂから角度に応じて大きくすることで十分な駆動力を確保することができる。もちろん、角度判断はある程度の幅をもって判断してこの処理の有効な範囲を定めておいてもよい。あまり急な角度であれば走行自体を禁止すべきであるし、数度の僅かな傾斜で細かく設定を変えずシンプルな演算にしてもよい。

また、走行方向に対して床面が下り斜面の場合には、電気掃除機本体１の速度が０であっても制動をかける制御を行った上で、手動速度判断手段２０により使用者が引っ張ったと判断できる場合には、所定時間制動を解除するという制御を行うことで、電気掃除機本体１が勝手に下り斜面を動かないようにでき、操作性のよい掃除ができる。

さらに、これらの自走制御において、使用者がある所定時間内に電気掃除機本体１を引っ張る回数を計時手段２３を備えた外力頻度判断手段２４によって判断し、動かしたい距離が少しなのか長めなのかを判断することで、駆動モータ１４を介して自走させる距離を変更し、使い勝手を浴することもできる。駆動モータ１４によらない電気掃除機本体１の加速が乗じた場合に外力頻度判断手段２４は引っ張られたと判断し計時手段２３の時間情報と共にその頻度を判断し、走行制御手段２１に情報を送る。例えば、３秒間に１回ないし２回の手動引っ張りがあれば、少し移動させたいだけとして、走行制御手段２１は駆動モータ制御手段１７に対し１０ｃｍないし２０ｃｍ程度の動作を意図した信号を出力し、３回以上であれば、３０ｃｍ動作させる意図をもって信号を出力するといった方式を取ることで、より使用者の意図を考慮した使い勝手のよい掃除機を提供することができる。

この判断によれば、使用者の意図と思われる動作を判断することができるので、後進させる手動速度が頻度が高く発生する場合には、後進自走させたり、前進・後進を頻度高く繰り返す場合には、制動をかけて電気掃除機本体１を停止させたりすることで、さらに柔軟な自走制御を行って操作性の向上が図れる。

以上のように、本発明にかかる電気掃除機は、掃除中の疲労感を低減する高付加価値・高機能な電気掃除機や、更には使用者の移動に合わせて追従する機器にも有用な技術である。

本発明の電気掃除機の概観図本発明の電気掃除機の底部視図本発明の電気掃除機のシステム構成ブロック図本発明のエンコーダ出力信号波形説明図本発明の自走制動設定速度図本発明の上り角−加速設定関係図

符号の説明

１電気掃除機本体
２ホース
３操作手段
６キャスタ（補助輪）
７略重心位置（走行ローラ配置部）
１０走行ローラ（車輪）
１１走行ユニット
１２エンコーダ（回転検知手段）
１３減速手段
１４駆動モータ（駆動手段）
１７駆動モータ制御手段
１８走行速度演算手段
１９自走速度判断手段
２０手動速度判断手段
２１走行制御手段
２２上下角判断手段
２４外力頻度判断手段

Claims

電気掃除機本体に設けられた複数の車輪と、前記複数の車輪のうちの少なくとも１つに設けた駆動手段と、前記複数の車輪のうちの少なくとも１つの車輪の回転を検出し走行速度を検知する走行速度演算手段と、前記駆動手段を制御する走行制御手段とを備え、前記走行制御手段は前記駆動手段の停止中に前記走行速度演算手段により走行を検知した場合、前記駆動手段を駆動し自走を行うと共に、自走の速度が予め設定された制動速度より大きくなった場合に前記駆動手段の駆動を停止する或いは前記車輪の制動を行うことを特徴とする自走式電気掃除機。
電気掃除機本体に設けられた複数の車輪と、前記複数の車輪のうちの少なくとも１つに設けた駆動手段と、前記複数の車輪のうちの少なくとも１つの車輪の回転を検出し走行速度を検知する走行速度演算手段と、前記駆動手段を制御する走行制御手段とを備え、前記走行制御手段は、前記駆動手段の停止中に前記走行速度演算手段により演算された速度が第１の自走開始速度以上に加速した場合、予め定めた駆動則に従って前記駆動手段を駆動し自走を行うようにしたことを特徴とする自走式電気掃除機。
電気掃除機本体に設けられた複数の車輪と、前記複数の車輪のうちの少なくとも１つに設けた駆動手段と、前記複数の車輪のうちの少なくとも１つの車輪の回転を検出し走行速度を検知する走行速度演算手段と、前記駆動手段を制御する走行制御手段とを備え、前記走行制御手段は前記駆動手段の停止中に前記走行速度演算手段により演算された速度が第２の自走開始速度以下に減速した場合に、予め定めた駆動則に従って前記駆動手段を駆動し自走を行うようにしたことを特徴とする自走式電気掃除機。
走行速度演算手段により演算された速度が予め定めた自走停止速度以上を保持している場合には、駆動手段を停止し自走を行わないようにしたことを特徴とする請求項２または３記載の自走式電気掃除機。
掃除機本体の進行方向に対する上下角度を判断する上下角判断手段を設け、走行制御手段は、本体が上り方向にあると判断される場合、自走開始速度および／または駆動手段への通電量を変更することを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項記載の自走式電気掃除機。
掃除機本体の進行方向に対する上下角度を判断する上下角判断手段を設け、走行制御手段は、本体が下り方向にあると判断される場合、自走開始速度および／または駆動手段への通電量を変更し、さらに所定値より下り角度が急な場合には駆動手段による制動を行うことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項記載の自走式電気掃除機。
電気掃除機本体に設けられた複数の車輪と、前記複数の車輪のうちの少なくとも１つに設けた駆動手段と、回転を検出し走行速度を検知する走行速度演算手段と、前記駆動手段を制御する走行制御手段とを備え、前記走行制御手段は、前記走行速度演算手段と前記駆動手段の駆動出力から外力が加わった頻度を判断する外力頻度判断手段を備え、所定時間内に外力が加えられた回数により、前記駆動手段への通電量を変更することを特徴とする自走式電気掃除機。