JP2009136616A - 電気掃除機 - Google Patents

Abstract

【課題】フィルタ表面への塵埃付着を極小化できる電気掃除機を提供する。
【解決手段】フィルタ（図示せず）の下流に配された電動送風機２と、塵埃を含まない気流を塵埃を含む気流とは逆方向から導入する切換えバルブ４を開閉してフィルタに付着した細塵を取り除く細塵除去手段３と、切換えバルブ４を制御する電動機６を駆動する電動機駆動手段５と、電動機６の瞬時電流値を測定する瞬時電流測定手段７と、電動機６の駆動電流の上限値を複数個の値の中から選択する駆動電流選択手段８と、所定値に対する瞬時電流値が継続する時間を測定する時間測定手段９とを設け、電動機駆動手段５の瞬時電流値とその経過時間に応じて、電動機６への駆動電流を変えるもので、それにより切換えバルブ４の開閉速度を制御して、フィルタに流れる気流の時間を制御できる。
【選択図】図２

Description

本発明は、電気掃除機に関するものであり、特に、塵埃を捕捉するフィルタの目詰まり防止に関するものである。

電気掃除機においては、塵埃を捕捉するフィルタの目詰まりによる吸い込み力の低下が問題になっており、従来から様々な技術が提案されてきている。

その中でも多いのは、フィルタ自体にブラシを当てて、その表面に付着した塵埃、特に細塵をこすり落とすというものである。

しかしこの方法はフィルタ表面に機械的な力を加えるため、フィルタを傷つけたり破ったりすることがある。そこで空気流でフィルタ表面に付着した細塵を吹き飛ばす方法が近年提案されている（例えば、特許文献１参照）。

図６〜図９を用いて、従来の電気掃除機について以下簡単に説明する。

図６は、上記特許文献１に記載された従来の電気掃除機の電動機の回転に伴う切換えバルブの開閉状態を示す図、図７は、同切換えバルブが閉状態の場合の集塵室内での気流の流れを示す図、図８は、同切換えバルブが開状態の場合の同集塵室内での気流の流れを示す図、図９は、同電気掃除機のカムの駆動回路ブロック図とフィルタの斜視図である。

図６〜９において、集塵室３８内にはフィルタ５４が設けられており、切換えバルブ７２の開閉により、フィルタ５４の全面積の一部に上流側から塵埃を含まない空気を集塵室３８側に導入することにより、フィルタ５４の下流側に付着した塵埃を除塵する様に構成し、カム７６が１回転する間にフィルタ５４の全面積に対する除塵が完了するようにしている。

通常は、図６（ａ）のように切換えバルブ７２は閉じているため、図７のように塵埃を含んだ空気を取り入れ、矢印のように下から上方向即ち下流から上流側に向かって流れるため、フィルタ５４にて塵埃が捕捉される。

カム７６が回転して、図６（ｂ）の位置に来ると、切換えバルブ７２が開き、図８のように塵埃を含んでいないきれいな空気を取り入れ矢印のように上から下方向即ち上流から下流側に向かって流れるため、フィルタ５４に付着した塵埃がフィルタ５４の表面から取り除かれることになる。なお、このカム７６は、図９のように電動機９０にて駆動されるようになっている。
米国特許出願公開第２００７／００６７９４４号明細書

このように、カム７６の回転によって、フィルタ５４の表面に付着した塵埃が除去されるが、カム７６の回転速度によって、フィルタ５４の表面への塵埃の付着量が変化するという課題があった。

本発明は、上記従来の課題を解決し、フィルタの表面への塵埃付着を極小化できる制御を行う電気掃除機を提供する。

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、塵埃を捕捉するためのフィルタと、そのフィルタの下流側に設けられ塵埃を吸引するための電動送風機と、切換えバルブを開閉して前記フィルタの下流側から塵埃を含まない気流を導入して前記フィルタに付着した細塵を取り除く細塵除去手段と、前記切換えバルブを開閉制御する電動機と、前記電動機を駆動する電動機駆動手段と、前記電動機の駆動電流を測定する瞬時電流測定手段と、前記電動機の駆動電流の上限値を、複数の値から選択する駆動電流選択手段と、前記瞬時電流測定手段で測定した電流値が所定の値を継続する時間を測定する時間測定手段とを備え、前記時間測定手段で測定した時間に応じて、前記電動機への駆動電流を変えるようにしたもので、電動機の駆動電流を変更することで切換えバルブの開閉速度を制御でき、フィルタに流れる気流の時間を適切に制御して、フィルタの表面への塵埃付着を極小化できる。

本発明の電機掃除機は、電動機の駆動電流の上限値を変更することにより、カムなどの機械的負荷状態に応じてカムの回転速度を適正化でき、切換えバルブの開閉速度を制御でき、除塵の為にフィルタの上流から下流方向に塵埃を含まない空気を導入する時間を適切に制御して、フィルタの表面への塵埃付着を極小化できる。

第１の発明は、塵埃を捕捉するためのフィルタと、そのフィルタの下流側に設けられ塵埃を吸引するための電動送風機と、切換えバルブを開閉して前記フィルタの下流側から塵埃を含まない気流を導入して前記フィルタに付着した細塵を取り除く細塵除去手段と、前記切換えバルブを開閉制御する電動機と、前記電動機を駆動する電動機駆動手段と、前記電動機の駆動電流を測定する瞬時電流測定手段と、前記電動機の駆動電流の上限値を、複数の値から選択する駆動電流選択手段と、前記瞬時電流測定手段で測定した電流値が所定の値を継続する時間を測定する時間測定手段とを備え、前記時間測定手段で測定した時間に応じて、前記電動機への駆動電流を変えるようにしたもので、電動機の駆動電流を変更することで切換えバルブの開閉速度を制御でき、フィルタに流れる気流の時間を適切に制御して、フィルタの表面への塵埃付着を極小化できる。

第２の発明は、特に、第１の発明の時間測定手段で測定した時間が予め設定した時間を超えた場合には、電動機の駆動電流の上限値を上昇させるように制御するもので、集塵室内の回転機構部などへの塵埃付着によって駆動トルクが大きくなった場合でも、一定の時間内にフィルタ清掃を行うことができる。

第３の発明は、特に、第１の発明の時間測定手段で測定した時間が予め設定した時間を超えない場合には、電動機の駆動電流を低下させるように制御するもので、集塵室内の回転機構部などの駆動トルクが小さくなった場合でも、短時間にではなく一定の時間をかけてフィルタの清掃を行うことができる。

第４の発明は、特に、第１の発明の電動機駆動手段の瞬時電流値の時間微分値が予め設定した値を超えている場合には、電動機の駆動電流の上限値を上昇させるように制御するもので、集塵室内の回転機構部などへの塵埃付着によって駆動トルクが大きくなった場合でも、一定の時間内にフィルタの清掃を行うことができる。

第５の発明は、特に、第１の発明の電気掃除機に、電動機の回転数を検知する回転数検知手段と、瞬時電流測定手段の積算和を前記回転数検知手段で検知された回転数の値で除した平均電流値を演算する平均電流演算手段を設け、平均電流値に応じて前記電動機の駆動電流の上限値を変えるようにしたもので、同様に集塵室内の回転機構部などへの塵埃付着によって駆動トルクが大きくなった場合でも、一定の時間内にフィルタの清掃を行うことができる。

第６の発明は、特に、第１〜５のいずれか一つの発明の電動送風機の入力に応じて、電動機の回転速度を変えるようにしたもので、電動送風機の入力に応じたフィルタ清掃を行うことができる。

第７の発明は、特に、第１〜６のいずれか一つの発明の電動機の駆動電流選択手段が予め設定した最大電流値を超えた場合には、前記電動機の駆動を停止するようにしたもので、電動機に無理な負荷駆動を継続させることはないので電動機の異常過熱を防止できる。

第８の発明は、特に、第１〜７のいずれか一つの発明の電動機の駆動電流選択手段で選択した駆動電流の上限値を記憶する記憶手段を設け、掃除終了時にその値を前記記憶手段に記憶し、次回掃除時に、前記記憶手段から前回の駆動電流の上限値を読み出して、前記電動機の駆動電流の上限値とするもので、電動機は最新のフィルタ状態によるフィルタ清掃を行うことができる。

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この発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態における電気掃除機の斜視図、図２は、同電気掃除機の回路ブロック図、図３は、同電気掃除機の電動機の特性曲線、図４は、同電動機の回転に伴う切換えバルブの動作状態を示す図、図５は電動機の駆動電流の変化を示すグラフである。なお、図１〜５で示す以外の詳細な部分は、特許文献１と同様であり、説明は省略する。

図１、２において、１は、塵埃を捕捉するためのフィルタ、２は、そのフィルタ１の下流に設けられ、塵埃を吸引するための電動送風機である。

３は、塵埃を含まない気流を、塵埃を含む気流とは逆方向から導入する切換えバルブ４を開閉制御して、前記フィルタ１に付着した細塵を取り除く細塵除去手段、５は、この切換えバルブ４を開閉制御する電動機６を駆動する電動機駆動手段である。

本実施の形態では、電動送風機２が起動されるごとに、電動機６の駆動が開始され、フィルタ１を一周した時点で、駆動を停止するように設定している。

電動機６としては、その最大出力（図３のＷａ）を得られるトルクをやや超えたトルク点を定格トルクとする（定格負荷トルクになる）電動機を選定するのが一般的である。

本実施の形態では、カム１４の位置により、切換バルブ４を閉じた状態でトルクをあまり必要としない状態（図４（ａ））または切換バルブ４を開いた状態でカム１４を乗り越えるために大きなトルクを必要とする状態図（図４（ｂ））に対応する２種類のトルクが定格となるが、同図（ｂ）の方が、大きいトルクを必要とするため本実施の形態では、このトルクに対応できる電動機を選定している。

しかし、このトルクを常に供給できるように駆動電流、すなわち電動機最大供給電流を選定すると、同図（ａ）などの状態では、不要な電力を供給することになってしまう。

したがって、必要なトルクに応じた駆動電流を電動機６に与えれば、効率的な駆動ができることが分かる。

７は、前記電動機６の駆動電流を測定する瞬時電流測定手段で、０．１秒ごとの瞬時電流を測定している。８は、前記電動機６への駆動電流の上限値を複数個の電流値から選択する駆動電流選択手段であり、上記のように必要な負荷トルクに応じた駆動電流の選択を行うようにしている。

９は、瞬時電流測定手段７で測定した電流値が所定値に対して継続する時間を測定する時間測定手段であり、本実施の形態では、電動機６の最高出力を確保できる電流値（図３のＩａ）よりも小さいか、最高効率を確保できる電流値（図３のＩｂ）よりも大きくなる電流、すなわち安定したトルクが得られる場合以外の時間を各々測定している。

１０は、前記電動機６の回転数を検知する回転数検知手段、１１は、前記瞬時電流測定手段７の積算和を、この回転数検知手段１０で検知した回転数で除した平均電流値を演算する平均電流演算手段であり、本実施の形態では、カム１４が１回転、即ち、フィルタ１を一周する場合の平均電流を演算している。

１２は、前記電動送風機２を駆動する電動送風機制御手段、１３は、前記電動機６の駆動電流選択手段８の最新値を更新し、掃除終了時にその値を記憶する記憶手段であり、次回掃除時には、この記憶手段１３から最新値を読み出して電動機６の駆動電流を設定するように構成している。

以上のように構成された本実施の形態における電気掃除機について、以下その動作、作用の説明を行なう。

掃除を開始するため、使用者が、図示しないスイッチを操作すると、電動送風機２の駆動と同時に、電動機６が駆動される。これに伴い回転するカム１４によって切換えバルブ４の開閉が行われる。

図４は、前記電動機６の回転によって切換えバルブ４が開閉する様子を示しており、同図（ａ）は、通常状態で切換えバルブ４が閉じている状態を、同図（ｂ）は、切換えバルブ４が開いている状態を示している。

切換えバルブ４が閉じている場合には、フィルタ１には塵埃を含む空気が流れ、バブル４が開いている場合には、ここからきれいな空気を取り入れるため、フィルタ１には、塵埃を含まないきれいな空気が流れ、この時フィルタ１の表面に付着した細塵を吹き飛ばす。

フィルタ１の細塵を吹き飛ばす時間は駆動電流選択手段８にて設定された電流で決定され、時間を少しでも長く確保した方がフィルタ１の表面の清掃がより確実に行われることになる。

したがって、電動機６は、その最高速度よりも低速で回転するようにＰＷＭ制御されている（本実施の形態では、駆動上限電流：０．２Ａ、駆動周波数：２ｋＨｚ、デューティ：５０％に初期設定している）。

図４（ａ）から同図（ｂ）に移行する状態では、電動機６は、カム１４の山１４ａを乗り越えようとするため、機械的負荷が大きくなり、電動機６の電流が上昇していく。この時、電動機６の電流は、瞬時電流測定手段７によって０．１秒ごとに測定されており、もし電流が、電動機６の最高効率を確保できる電流値（Ｉｂ）よりも大きい場合には、それが継続する時間を時間測定手段９で測定する。

もし、カム１４や切換えバルブ４などからなる細塵除去手段３に塵埃が付着するなどで機械的損失が増加すると、時間測定手段９での測定時間が長くなり、予め設定した時間を越えて継続した場合、その時間に応じて電動機６の駆動電流を上昇させるように駆動上限電流０．２Ａを０．２５Ａ、０．３Ａ・・・と増加させて電動機駆動手段５に出力し、電動機６の駆動電流が上昇することで、より高トルクで回転を継続することができる。

逆に、カム１４や切換えバルブ４などからなる細塵除去手段３が滑らかな場合には、機械的損損失は減少するので、時間測定手段９での測定時間が短く、予め設定した時間を超えない場合は、その時間に応じて電動機６の駆動電流を減少させるように駆動上限電流０．２Ａを０．１５Ａ、０．１Ａ・・・と減少させて電動機駆動手段５に出力し、電動機６の駆動電流が減少することで、より低電流で回転を継続することができる。この場合には無駄な電力を消費せず効率的に電動機６を駆動することになる。

更に、図５を用いて詳細に説明する。

図５は、カム１４の１つの山を乗り越える時（弁を開く時）の電動機６の駆動電流の変化を示すグラフであるが、機械的損失が無い場合は実線で示す電流変化を行い、スムーズな開閉が行われる。しかし、機械的損失が増加することにより電動機６への付加が高くなると点線で示す様に駆動電流の上限値（上限電流Ａ）で駆動電流が制限されるため必要なトルクを得ることが出来ず速度が低下し、開閉に時間を要することになる。そこで、本実施の形態では、図に示すように所定の電流を越えている時間ｔ２を計測することで、負荷のない場合の時間ｔ１に比べ時間がかかっていることで負荷が高くなっていることを検知し、駆動電流の上限値を上限電流Ｂに変更し、図の一点鎖線で示すように十分な駆動電流を与えることで、スムーズな回転を維持する様にしている。

なお、電動機６の瞬時電流値の時間変化率は、図４（ａ）から（ｂ）に移行する過程で最大になるが、同様に細塵除去手段３の機械的損失が増加すると、この変化率もより大きくなる。したがって瞬時電流値の時間微分値（即ち図６で示す電流変化の上昇時の傾斜角度）を求めそれが予め設定した値を超えている場合にも、電動機６の回転速度を上昇させるように駆動上限電流０．２Ａを０．２５Ａ、０．３Ａ・・・と増加させて電動機駆動手段５に出力し、電動機６の回転数が上昇することで、回転を継続することができる。

また、カム１４が一回転、即ちフィルタ１を一周した時点で、電動機６の駆動が停止するが、平均電流演算手段１１にてフィルタ１の一周に要した電動機６の平均電流値を、下記計算式にて求める。
（電動機６の平均電流値）＝（瞬時電流測定手段７の積算和）÷（回転数検知手段１０で検知した電動機６の回転数）

そしてこの平均電流値を、駆動電流選択手段８に出力して、電動機６の駆動電流を上昇させるように駆動上限電流を増加させて電動機駆動手段５に出力する。

また、使用者が掃除を終了してスイッチを切ると、駆動電流選択手段８にて更新設定された値は、記憶手段１３に記憶され、使用者が次にスイッチをオンすると、駆動電流選択手段８はこの記憶手段１３から最新の駆動電流値を読み込んでその最新電流値で電動機６は回転を行う。

なお、電動機６の駆動電流選択手段８が予め設定した最大電流値（本発明では１Ａ）を超えた場合には、この電動機６の拘束電流で駆動することを意味しており、この状態は、組み込んでいる電動機６では起動できないことを意味している訳なので、電動機６を動作させてはならない状態となっている。つまり、電動機６に無理な負荷駆動を継続させることはないので電動機６の異常過熱を防止できる。

また、電動送風機制御手段１２により電動送風機２の入力に応じて電動機６の回転速度を変えるように構成して、入力に応じたフィルタ１の清掃を行っても良い。

以上のように、本発明にかかる電気掃除機は、電動機６の回転速度を制御することによりフィルタ１に流れる気流の時間を制御してフィルタ清掃を最適化することができる。

本発明の実施の形態１における電気掃除機の斜視図 同電気掃除機の回路ブロック図 同電気掃除機の電動機の特性曲線図 （ａ）同電動機の回転に伴う切換えバルブの動作状態を示す図（切換えバルブが閉状態）、（ｂ）同切換えバルブの動作状態を示す図（切換えバルブが開状態） 同電気掃除機の電動機の駆動電流の変化を示すグラフ （ａ）従来の電気掃除機の電動機の回転に伴う切換えバルブの開閉状態を示す図（切換えバルブが閉状態）、（ｂ）同切換えバルブの開閉状態を示す図（切換えバルブが開状態） 同切換えバルブが閉状態の場合の集塵室内での気流の流れを示す図 同切換えバルブが開状態の場合の同集塵室内での気流の流れを示す図 （ａ）同電気掃除機のカムの駆動回路ブロック図、（ｂ）同電気掃除機のフィルタの斜視図

符号の説明

１ フィルタ
２ 電動送風機
３ 細塵除去手段
４ 切換えバルブ
５ 電動機駆動手段
６ 電動機
７ 瞬時電流測定手段
８ 駆動電流選択手段
９ 時間測定手段
１０ 回転数検知手段
１１ 平均電流演算手段
１２ 電動送風機制御手段
１３ 記憶手段
１４ カム

Claims (8)

1. 塵埃を捕捉するためのフィルタと、そのフィルタの下流側に設けられ塵埃を吸引するための電動送風機と、切換えバルブを開閉して前記フィルタの下流側から塵埃を含まない気流を導入して前記フィルタに付着した細塵を取り除く細塵除去手段と、前記切換えバルブを開閉制御する電動機と、前記電動機を駆動する電動機駆動手段と、前記電動機の駆動電流を測定する瞬時電流測定手段と、前記電動機の駆動電流の上限値を、複数の値から選択する駆動電流選択手段と、前記瞬時電流測定手段で測定した電流値が所定の値を継続する時間を測定する時間測定手段とを備え、前記時間測定手段で測定した時間に応じて、前記電動機への駆動電流を変えるようにした電気掃除機。
2. 時間測定手段で測定した時間が予め設定した時間を超えた場合には、電動機の駆動電流の上限値を上昇させるように制御する請求項１に記載の電気掃除機。
3. 時間測定手段で測定した時間が予め設定した時間を超えない場合には、電動機の駆動電流を低下させるように制御する請求項１に記載の電気掃除機。
4. 電動機駆動手段の瞬時電流値の時間微分値が予め設定した値を超えている場合には、電動機の駆動電流の上限値を上昇させるように制御する請求項１に記載の電気掃除機。
5. 電動機の回転数を検知する回転数検知手段と、瞬時電流測定手段の積算和を前記回転数検知手段で検知された回転数の値で除した平均電流値を演算する平均電流演算手段を設け、平均電流値に応じて前記電動機の駆動電流の上限値を変えるようにした請求項１に記載の電気掃除機。
6. 電動送風機の入力に応じて、電動機の回転速度を変えるようにした請求項１〜５のいずれか１項に記載の電気掃除機。
7. 電動機の駆動電流選択手段が予め設定した最大電流値を超えた場合には、前記電動機の駆動を停止するようにした請求項１〜６のいずれか１項に記載の電気掃除機。
8. 電動機の駆動電流選択手段で選択した駆動電流の上限値を記憶する記憶手段を設け、掃除終了時にその値を前記記憶手段に記憶し、次回掃除時に、前記記憶手段から前回の駆動電流の上限値を読み出して、前記電動機の駆動電流の上限値とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の電気掃除機。