JP2010051628A

JP2010051628A - 電気掃除機

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Publication number: JP2010051628A
Application number: JP2008220910A
Authority: JP
Inventors: Shigeki Inui; 乾　　誠貴
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd; Sanyo Consumer Electronics Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2008-08-29
Filing date: 2008-08-29
Publication date: 2010-03-11
Anticipated expiration: 2028-08-29
Also published as: JP5247310B2

Abstract

【課題】単純且つ安価な方法でブラシ用モータの負荷を検出し、本体モータを制御することのできる電気掃除機を提供する。
【解決手段】ブラシ用モータ22により回転する回転ブラシ24を有する床用吸込具20と、吸引用の本体モータ12を具えた掃除機本体11と、床用吸込具と掃除機本体とを接続するホース13とを具え、前記ブラシ用モータを制御するブラシ用モータ制御回路44及び本体モータを制御する本体モータ制御回路43とを有する制御部40と、ブラシ用モータを操作する手元運転スイッチ15と、を具えた電気掃除機において、ブラシ用モータ及び手元運転スイッチは、ホース内に配備された配線30,31,32により制御部に電気的に接続されており、制御部には、前記配線の鋼線インピーダンスによって生ずる電圧によって、ブラシ用モータの負荷電流を検出する負荷電流検出器50を具える。
【選択図】図２

Description

本発明は、ブラシ用モータにより回転する回転ブラシを内蔵した床用吸込具を具えた電気掃除機に関するものであり、より具体的にはブラシ用モータの負荷電流に基づいて、吸引用の本体モータの運転状態を制御することのできる電気掃除機に関するものである。

掃除機本体にホースや伸縮パイプを介して接続される床用吸込具に、床面のゴミ等を掻き上げる回転ブラシを配備した掃除機が知られている。回転ブラシは、掻き上げ力を高めるために、ブラシ用モータにより強制的に回転させるようにしている(例えば特許文献１参照)。

一方、本体モータの運転状態を、回転ブラシに作用する負荷により制御する電気掃除機も提案されている。回転ブラシの負荷は、ブラシ用モータにより検知することができ、ブラシ用モータに専用の抵抗を取り付け、該抵抗に発生する電圧を検出することによってブラシ用モータの負荷電流を検出し、該負荷電流に基づいて床面の状態を判断し、掃除機本体の吸引用の本体モータの運転状態を制御している。

特開２０００−２６２４５０号公報

しかしながら、上記の通り、ブラシ用モータに専用の抵抗を接続する必要があるため、さらに単純で安価にブラシ用モータの負荷を検出することのできる電気掃除機が求められている。

本発明は、単純且つ安価な方法でブラシ用モータの負荷を検出し、本体モータを制御す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。

上記課題を解決するために、本発明の電気掃除機は、
ブラシ用モータにより回転する回転ブラシを有する床用吸込具と、吸引用の本体モータを具えた掃除機本体と、床用吸込具と掃除機本体とを接続するホースとを具えた電気掃除機であって、前記ブラシ用モータを制御するブラシ用モータ制御回路及び及び本体モータを制御する本体モータ制御回路を有する制御部と、制御部に電気的に接続され、ブラシ用モータのオン、オフを操作する手元運転スイッチと、を具えた電気掃除機において、
ブラシ用モータ及び手元運転スイッチは、ホース内に配備された配線により制御部に電気的に接続されており、
制御部には、前記配線の鋼線インピーダンスによって生ずる電圧によって、ブラシ用モータの負荷電流を検出する負荷電流検出器を具える。

回転ブラシを回転させるブラシ用モータを駆動すると、ホース内を通る配線の鋼線インピーダンスによって電圧降下が発生する。電圧降下は、回転ブラシへ作用する負荷、即ち、ブラシ用モータの負荷に応じて変動するから、鋼線インピーダンスによる電圧を負荷電流として負荷電流検出器により測定することで、別途専用抵抗を配備することなく、ブラシ用モータの負荷を検出できる。

具体的には、フローリング等の硬い床面では、回転ブラシと床面との接触抵抗が小さいから、床用吸込具を床面上で前後に往復移動させたときに、回転ブラシの回転方向と床用吸込具の進行方向が一致したときと、逆になったときでは、負荷電流の変化量は小さい。
一方、絨毯等の柔らかい床面では、回転ブラシと床面との接触抵抗が大きいことに加え、一般的に床用吸込具を床面上で前進させたときには、床用吸込具が使用者によって床面(絨毯等)に押し付けられ、逆に、床用吸込具を後退させたときには、床用吸込具が使用者によって床面から僅かに持ち上げられる傾向にあるため、前進と後退では床面との接触抵抗が大きく変化するから、ブラシ用モータの負荷も大きく変動し、鋼線インピーダンスの電圧変動も大きくなる。
従って、鋼線インピーダンスによる電圧を負荷電流として測定することにより、ブラシ用モータの負荷を検出できる。

制御部は、例えば、上記負荷電流から所定時間における負荷電流変化量を算出し、該負荷電流変化量に基づいて床面の状態を判断して、本体モータの運転状態を切り替えることにより、床面に応じた吸引力による掃除を行なうようにすることができる。

電気掃除機(10)は、図１に示すように、吸引用の本体モータ(12)を内蔵した掃除機本体(11)と、該掃除機本体(11)に接続される可撓性のホース(13)、該ホース(13)に伸縮性の延長パイプ(17)を介して又は直接接続される床用吸込具(20)を有する。床用吸込具(20)には、回転ブラシ(24)と該回転ブラシ(24)を回転させるブラシ用モータ(22)が内蔵されている。

可撓性ホース(13)の先端には、使用者の掴むハンドル(14)及び手元運転スイッチ(15)が配備されており、手元運転スイッチ(15)と掃除機本体(11)は、可撓性ホース(13)内に配備された配線(30)(31)(33)により電気的に接続可能となっている。また、手元運転スイッチ(15)と、床用吸込具(20)内のブラシ用モータ(22)は、パイプ(17)内に配備された配線(35)(36)により電気的に接続され、回転駆動可能となっている。

以下、本発明の電気掃除機(10)について、掃除機本体(11)から手元運転スイッチ(15)までの配線をブラシ用モータ(22)への給電用の２本の配線(30)(31)と手元運転スイッチ(15)用の信号線(33)の３線から構成し、手元運転スイッチ(15)からブラシ用モータ(22)への配線をブラシ用モータ(22)への給電用の２線(35)(36)とした例について説明する。勿論、配線の数はこれに限定されるものではない。

図２は、電気掃除機の要部ブロック図である。
電気掃除機(10)は、掃除機本体(11)の適所に配置された制御基板(41)上に制御部(40)と電源部(46)を有しており、制御部(40)には、手元運転スイッチ(15)、吸引用の本体モータ(12)及び回転ブラシを回転するブラシ用モータ(22)が電気的に接続されている。
電源部(46)は、商用電源(ＡＣ１００Ｖ)(50)に接続可能であり、全波整流回路を有し、本体モータ(12)及びブラシ用モータ(22)へ全波整流された直流電力を印加する。

制御部(40)には、ＣＰＵ(42)と各モータ(12)(22)を制御する本体モータ制御回路(43)及びブラシ用モータ制御回路(44)が接続されており、また、手元運転スイッチ(15)の信号線(33)とＣＰＵ(42)との間には、ブラシ用モータ(22)の負荷電流を検出する負荷電流検出器(50)が電気的に接続されている。
また、ＣＰＵ(42)には、モータ(12)(22)に印加される全波整流された直流電力のゼロクロスポイントを検知するゼロクロス検出器(47)が接続されている。

本体モータ(12)は、図示省略するファンに動力伝達可能に接続されており、ファンの回転によりゴミ等を含んだ空気が掃除機本体(11)に吸い込まれ、フィルター等を通って外部に排出される。本体モータ(12)は、本体モータ制御回路(43)により使用者の操作又は後述する自動制御運転のフローに従って、出力を変えた駆動が可能となっている。

ブラシ用モータ(22)は、正逆回転可能な直流モータを例示することができ、ブラシ用モータ(22)への電源の供給は、ブラシ用モータ制御回路(44)と手元運転スイッチ(15)を介して、配線(30)(31)(35)(36)によって行なわれる。ブラシ用モータ制御回路(44)は、ハイ側をトランジスタ、ロー側をＦＥＴにより構成したＨブリッジ回路を例示することができる。トランジスタとＦＥＴの切り替えにより、ブラシ用モータ(22)を正逆方向に回転させることができる。

ブラシ用モータ(22)への配線(35)又は(36)中には、図１及び図２に示すように、床用吸込具(20)の底面に赤外線センサや接触式スイッチ(以下「接触感知センサ(26)」という)が直列に接続されている。なお、図２では、配線(36)中に接触感知センサ(26)を配備している。
床用吸込具(20)が床面に接触又は接近していない状態では、接触感知センサ(26)によりブラシ用モータ(22)への通電が遮断されて、ブラシ用モータ(22)が停止し、回転ブラシ(24)が空転しないように構成している。
また、ブラシ用モータ(22)は、床用吸込具(20)内に回転可能に配備された回転ブラシ(24)に動力伝達可能に接続されており、ブラシ用モータ(22)の駆動により、回転ブラシ(24)が回転する。

手元運転スイッチ(15)は、図１に示すように複数の操作スイッチ(16)(16)を有する。操作スイッチ(16)(16)は、電気掃除機(10)、即ち、本体モータ(12)のオン、オフや、本体モータ(12)の出力調整(例えば「強」「中」「弱」)、ブラシ用モータ(22)のオン、オフ、自動制御運転のオン、オフ等を切り替える。なお、自動制御運転については詳細を後述する。
手元運転スイッチ(15)は、複数の抵抗とスイッチ素子とを内蔵した構成とすることができ、使用者が何れかの操作スイッチ(16)(16)を選択することによって、抵抗値が変化するものを例示できる。

手元運転スイッチ(15)は、信号線(33)を介して制御部(40)に電気的に接続されており、手元運転スイッチ(15)による操作信号は、信号線(33)を経由して制御部(40)に送信される。

負荷電流検出器(50)は、手元運転スイッチ(15)とＣＰＵ(42)との間に配備され、手元運転スイッチ(15)と信号線(33)により電気的に接続されている。負荷電流検出器(50)は、抵抗を介してＶＤＤに接続された分圧回路を例示することができる。

制御部(40)は、信号線(33)の電圧を負荷電流検出器(50)にて分圧し、電流値に換算することで、使用者の選択した操作スイッチを特定する。操作スイッチの電流値は、上記ゼロクロス検出器(47)によって電力波形が最小となったタイミング(ゼロクロスポイント)で行なう。これにより、手元運転スイッチ(15)の抵抗値を検出でき、使用者の選択した操作スイッチが判別される。ＣＰＵ(42)は、入力された操作スイッチに基づく制御信号を本体モータ制御回路(43)やブラシ用モータ制御回路(44)に送信し、本体モータ(12)やブラシ用モータ(22)を制御する。

信号線(33)は、ブラシ用モータ(22)を回転させることで、ブラシ用モータ(22)の負荷に応じた負荷電流が流れ、該負荷電流により信号線(33)の鋼線インピーダンスに基づく電圧降下が生じる。この電圧降下を、分圧回路を内蔵した負荷電流検出器(50)により測定し、電流値として換算することで、床面によって変動する回転ブラシ(24)の負荷をブラシ用モータ(22)の負荷電流として、別途専用の抵抗等を設けることなく検出することができる。

ブラシ用モータ(22)の負荷電流の測定は、隣り合うゼロクロスポイントどうしの間(以下「負荷電流検出ポイント」と称する)で行なう。
即ち、制御部(40)は、ゼロクロス検出器(47)によりゼロクロスポイントを取得し、該ゼロクロスポイントどうしの例えば中間における負荷電流検出ポイントのタイミングで負荷電流を検出するようにすればよい。負荷電流検出器(50)により、負荷電流検出ポイントの負荷電流値を所定時間検出した後、その間における最大負荷電流値と最小負荷電流値を得て、これら値から負荷電流変化量(最大負荷電流値−最小負荷電流値)を制御部(40)にて算出する。
算出された負荷電流変化量は、予めサンプリング等により設定された負荷電流変化量と比較し、以下の如く床面の判定に用いることができる。

算出された負荷電流変化量は、フローリング等の硬い床面の場合は、床用吸込具(20)を前後させても回転ブラシ(24)が沈み込まないから小さい値となる。一方、絨毯等の柔らかい床面の場合は、床用吸込具(20)を前進させると、回転ブラシ(24)が床面に沈み込み、逆に後退の場合には、使用者は床用吸込具(20)を少し持ち上げ気味に動かすため、回転ブラシ(24)は床面から少し浮き上がるから、負荷電流の変動、即ち、負荷電流変化量は大きくなる。この負荷電流変化量の大きさに基づいて床面を判定し、制御部(40)にて、床面に応じた最適な吸込み力となるように本体モータ(12)の出力を制御することで、無駄な消費電力をなくし、省エネ化を実現することができる。

具体的には、負荷電流変化量が所定の負荷電流変化量よりも大きい場合には、床面は柔らかい絨毯等であると判断され、制御部(40)は、本体モータ(12)の回転数を大きくして、絨毯等のゴミを十分に吸込みできるようにする。
逆に、負荷電流変化量が所定の負荷電流変化量より小さい場合には、床面は硬いフローリング等であると判断し、制御部(40)は、本体モータ(12)の回転数を小さくして、不要な消費電力を抑えて、床面に応じた弱い吸込み力で作動させる。

本発明では、負荷電流値に基づいて床面の判断をするのではなく、負荷電流変化量を用いているが、これは、仕様電源電圧や周囲温度等の使用環境による制御精度の低下を抑制するためである。

図３は、自動制御運転スイッチを使用者が操作した場合における床面の状態判断と本体モータ(12)の出力調整に関するフローチャート図である。
掃除機本体(11)が電源(50)に接続されると、信号線(33)を介して、手元運転スイッチ(15)に全波整流された波形の電圧が印加される。ゼロクロス検出器(47)は、その電圧波形からゼロクロスポイントを取得する(ステップ１)。
制御部(40)は、ゼロクロスポイントにおける電圧状態を監視しており、この状態で使用者が手元運転スイッチ(15)を操作すると(ステップ２)、選択した操作ボタンに応じた電圧降下が生じ、この電圧変動が負荷電流検出器(50)により負荷電流値に換算されて、ＣＰＵ(42)にて操作内容が判別される。なお、入力がない場合にはそのままの運転状態が維持される。
ステップ２の次に、所定の読み込み時間が経過した後(ステップ３)、負荷電流検出ポイントにおけるブラシ用モータ(22)の負荷電流を検出する(ステップ４)。
上記ステップ１〜４を所定時間繰り返し(ステップ５)、その間の最大負荷電流値と最小負荷電流値から負荷電流変化量を算出する(ステップ６)。

負荷電流変化量が算出されると、負荷電流変化量を予め設定された負荷電流変化量と比較し(ステップ７)、負荷電流変化量が所定値以上であれば、床面が柔らかいと判断し、本体モータ(12)の出力を上げて、吸込み力を増大させる(ステップ８)。逆に、負荷電流変化量が所定値よりも小さければ、床面が硬いと判断し、本体モータ(12)の出力を下げて、吸込み力を減少させる(ステップ９)。なお、ステップ８において、本体モータ(12)の出力が最大になっている場合には、それ以上出力は上げずに現状を維持する。同様に、ステップ９において、本体モータ(12)の出力が最小になっている場合には、それ以上出力を下げずに現状を維持する。

上記制御により、ブラシ用モータ(22)の負荷電流変化量に応じて、床面の状態を判断でき、最適な吸込み力で本体モータ(12)を制御し、掃除を行なうことができる。

掃除場所の移動等のために、床用吸込具(20)を使用者が持ち上げると、床用吸込具(20)に設けられた接触感知センサ(26)が反応して、ブラシ用モータ(22)の回転を停止する。このため、ブラシ用モータ(22)には負荷電流が流れなくなって、検出される負荷電流値の最小値が小さくなる結果、負荷電流変化量は大きくなるから、本体モータ(12)の出力は、床面の状態に関係なく上昇してしまう。
また、使用者が、床用吸込具(20)を外して掃除をしたり、隅掃除用の細いノズルに取り替えて掃除をする場合もあり、このときも、ブラシ用モータ(22)の負荷電流は検出されなくなる結果、負荷電流変化量が大きくなってしまう。

このため、フローチャート図３におけるステップ６とステップ７との間に、フローチャート図４に示すように、負荷電流値の大きさを判断するステップ６’を挿入し、負荷電流値が一定値以上である場合、即ち、ブラシ用モータ(22)に負荷電流が流れている場合には、フローチャート図３と同様の制御を行ない、ブラシ用モータ(22)の負荷電流値が一定値に満たない場合には、フローチャート図４に示すように、所定時間(例えば３秒程度)が経過するまでは(ステップ１０のＮｏ)、吸込み力の変化を行なわず(ステップ１２)、本体モータ(12)の出力を維持するようにしている。逆に、所定時間が経過した後(ステップ１０のＹｅｓ)は、使用者が隅掃除や細かな場所を掃除すると判断して、本体モータ(12)の出力を上げる(ステップ１１１)。これにより、掃除時間を短縮して掃除効率を高めることができる利点がある。
なお、ステップ１０において、本体モータ(12)の出力が最大の場合には、前記と同様、それ以上は出力を上げずに現状を維持すればよい。

上記のように、ブラシ用モータ(22)の負荷電流変化量だけでなく、負荷電流値を参照して、本体モータ(12)の出力を制御することで、使用者のニーズに応じた最適な状態で掃除を行なうことができる。

本発明は、単純且つ安価な方法でブラシ用モータの負荷し、本体モータの出力を制御することのできる電気掃除機として有用である。

電気掃除機の斜視図である。本発明の電気掃除機の要部ブロック図である。ブラシ用モータの負荷電流変化量に基づき、本体モータを制御するフローチャート図である。ブラシ用モータの負荷電流変化量と負荷電流値に基づき、本体モータを制御するフローチャート図である。

符号の説明

(10) 電気掃除機
(12) 本体モータ
(13) ホース
(15) 手元運転スイッチ
(20) 床用吸込具
(22) ブラシ用モータ
(24) 回転ブラシ
(40) 制御部
(30)(31)(32) 配線

Claims

ブラシ用モータにより回転する回転ブラシを有する床用吸込具と、吸引用の本体モータを具えた掃除機本体と、床用吸込具と掃除機本体とを接続するホースとを具えた電気掃除機であって、前記ブラシ用モータを制御するブラシ用モータ制御回路及び及び本体モータを制御する本体モータ制御回路を有する制御部と、ブラシ用モータのオン、オフを操作する手元運転スイッチと、を具えた電気掃除機において、
ブラシ用モータ及び手元運転スイッチは、ホース内に配備された配線により制御部に電気的に接続されており、
制御部には、前記配線の鋼線インピーダンスによって生ずる電圧によって、ブラシ用モータの負荷電流を検出する負荷電流検出器を具えることを特徴とする電気掃除機。
制御部は、所定時間における負荷電流検出器により測定されたブラシ用モータの負荷電流変化量の変化に基づいて、掃除中の床面の状態を判断し、本体モータの運転状態を切り替える請求項１に記載の電気掃除機。
制御部は、負荷電流検出器により測定されたブラシ用モータの負荷電流値及び所定時間における負荷電流変化量に基づいて、本体モータの運転状態を切り替える請求項１又は請求項２に記載の電気掃除機。