JP2010213797A - 電気掃除機 - Google Patents

Abstract

【課題】誤検出がなく信頼性よくかつ、異常検出の安定性に優れて、電動送風機の整流子とカーボンブラシとの摩擦によって発生する火花を検出して電動送風機への電力供給量を減らすことで、火花量を減らして、電動送風機の発煙・発火を抑制し、かつ運転が突然停止するのを回避し、安全で信頼性があり、使い勝手がよい電気掃除機を提供する。
【解決手段】本電気掃除機は、集塵室に吸引負圧を作用させる電動送風機の整流子とカーボンブラシとの摩擦によって発生する火花を検出する火花検出手段と、この火花検出手段からの火花検出情報に基づき、電動送風機への電力供給量を制御する電力量可変制御手段を備え、火花検出手段は、サンプリングした値が予め設定した火花量閾値より大きい場合に、火花が発生したと判断し、電力量可変制御手段は、火花検出手段が火花発生と判断したら、電力量可変制御手段により電動送風機への電力供給量を減少させる。
【選択図】 図４

Description

本発明は電気掃除機に係り、特に電動送風機の整流子とカーボンブラシとの摩擦によって発生する火花を検出する火花検出手段を備えた電気掃除機に関する。

この種電気掃除機に用いる電動送風機では、整流子とカーボンブラシとの摩擦により火花を発生するが、その火花量は比較的安定して少量であるが、長時間の運転により、急激に増加する傾向にある。

従来、電動送風機から発生する発煙・発火を防止するために、電動送風機の整流子とカーボンブラシとの摩擦によって発生する火花を火花検出手段で検出して、電動送風機を制御する電気掃除機が提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。

特許文献１に記載の電気掃除機に用いる火花検出手段は、Ａ／Ｄ変換手段がサンプリングしたデジタル値の今回データと前回データを求め、この求めた差の値が予め設定した所定の火花判断レベルより大きい時、火花異常と判断する。また、所定時間内における最大値と最小値の差を求め、この求めた差の値が予め設定した所定の火花判断レベルより大きい時、火花異常と判断する。

また、特許文献２に記載の電気掃除機は、電動送風機の整流子とカーボンブラシとの摩擦によって発生する火花を検出する光検出手段を設け、この光検出手段により火花を検出して電動送風機の異常を検出し、電動送風機を停止する。

特開２００８−８６１２４号公報 特開２００６−２０４４７０号公報

しかしながら、特許文献１に記載の電気掃除機は、Ａ／Ｄ変換手段がサンプリングしたデジタル値の今回データと前回データを求め、この求めた差の値が予め設定した所定の火花判断レベルより大きい時、火花異常と判断する場合、予め設定した所定の火花判断レベルが間違っていた場合や誤差を含んだ値でない場合は誤検出する可能性があった。さらに、所定時間内における最大値と最小値の差を求め、この求めた差の値が予め設定した所定の火花判断レベルより大きい時、火花異常と判断する場合、ノイズも検出してしまい、誤検出する可能性があり、異常検出の安定性に欠けて信頼性に問題があった。また、異常と判断して電動送風機を停止させてしまうため、使用者にとっては、運転が突然止まり、使い勝手がよくないという問題がある。

また、特許文献２に記載の電気掃除機は、光を検出する手段はスパークが発生する光の量が大きくても、時間とともに収束する場合もあり、光検出の安定性に欠けて、異常検出の安定性に欠け信頼性が劣り、さらに、異常と判断して電動送風機を停止させてしまうため、使用者にとっては、運転が突然止まり、使い勝手がよくないという問題がある。

本発明は上述した事情を考慮してなされたもので、誤検出がなく信頼性よくかつ、異常検出の安定性に優れて、電動送風機の整流子とカーボンブラシとの摩擦によって発生する火花を検出して電動送風機への電力供給量を減らすことで、火花量を減らして、電動送風機の発煙・発火を抑制し、かつ運転が突然停止するのを回避し、安全で信頼性があり、使い勝手がよい電気掃除機を提供することを目的とする。

上述した目的を達成するため、本発明に係る電気掃除機は、掃除機本体に設けた集塵室と、この集塵室に吸引負圧を作用させる電動送風機と、この電動送風機の整流子とカーボンブラシとの摩擦によって発生する火花を検出する火花検出手段と、この火花検出手段からの火花検出情報に基づき、前記電動送風機への電力供給量を制御する電力量可変制御手段を備えた電気掃除機において、前記火花検出手段は、サンプリングした値が予め設定した火花量閾値より大きい場合に、火花が発生したと判断し、前記電力量可変制御手段は、前記火花検出手段が火花発生と判断したら、前記電力量可変制御手段により前記電動送風機への電力供給量を減少させることを特徴とする。

本発明に係る電気掃除機によれば、誤検出がなく信頼性よくかつ、異常検出の安定性に優れて、電動送風機の整流子とカーボンブラシとの摩擦によって発生する火花を検出して電動送風機への電力供給量を減らすことで、火花量を減らして、電動送風機の発煙・発火を抑制し、かつ運転が突然停止するのを回避し、安全で信頼性があり、使い勝手がよい電気掃除機を提供することができる。

本発明の一実施形態の電気掃除機の概念図。 本発明の一実施形態の電気掃除機に用いる電動送風機を一部切欠した側面図。 本発明の一実施形態の電気掃除機に用いる電動送風機用制御回路のブロック図。 本発明の一実施形態の電気掃除機の制御フローチャート図。 本発明の一実施形態の電気掃除機の火花検出のフローチャート図。 本発明の一実施形態の電気掃除機の火花検出に用いるサンプリング方法の概念図。 一般の電気掃除機の運転モードと火花量との相関を示す表図。 一般の電気掃除機の運転モードと火花量との相関を示す線図。

本発明の一実施形態に係る電気掃除機について、図面を参照して説明する。

図１に示すように、本発明の一実施形態に係る電気掃除機１は、掃除機本体２と、この掃除機本体２の前部に形成されたホース接続口２ａに一端が着脱可能に接続された集塵ホース３と、この集塵ホース３の他端の手元操作パイプ４に着脱自在に接続された延長管５と、この延長管５の先端に着脱自在に接続された吸込口体６とを備える。

掃除機本体２の内部には、集塵ホース３に連通し、いずれも図示しない、第１の塵埃除去手段と高速で流れる空気中に含まれる塵埃を重力差で分離する高速分離方式を採用し、第２の塵埃分離手段として、プリーツフィルタとから構成される集塵ユニットを備えた集塵室７と、この集塵室７に吸込負圧を作用させる電動送風機１０とが設けられる。

図２に示すように、電動送風機１０は、吸気口１１を有する遠心ファン部１２と、排気口１３を有するモータ部１４とから構成される。

このモータ部１４は、排気口１３を有するモータハウジング１５と、モータハウジング１５の内周面１５ａに設けられた固定子１６と、モータハウジング１５内に回動自在に軸支された回転子１７と、モータハウジング１５に設けられ、回転子１７に電気的に接続された一対のブラシ機構１８とから構成され、固定子１６と、回転子１７と、一対のブラシ機構１８とでモータ２０が構成される。

回転子１７は、固定子１６の内側に配設される。回転子１７は、その軸芯に配置されたロータ軸２１と、このロータ軸２１に巻回されたフィールド巻線２２（回転子巻線）と、このフィールド巻線２２に電気的に接続され、ロータ軸２１に設けられた整流子２３とを備える。

また、ブラシ機構１８は、ブラシホルダ固定部２４に貫設されたブラシホルダ２５と、このブラシホルダ２５に摺動自在に収容されたカーボンブラシ２６と、このカーボンブラシ２６を回転子１７の整流子２３に押圧付勢させるコイルバネ２７とを備える。

図３に示すように、電動送風機用制御回路３０には、電動送風機１０と、火花検出手段３１と、電力量可変制御手段３２と、電力量調整部３３と、電源電圧検知手段３４が設けられる。

火花検出手段３１には、電動送風機１０の電流を検出するカレントトランスを用い、このカレントトランスで検出した電流は電圧値に変換される。電源には例えば商用電源定格１００Ｖを用いる。

ブラシ機構（図２）に火花が発生すると、電流値が低下する傾向にある。

電力量可変制御手段３２はＣＰＵ３２ａ、不揮発性メモリ３２ｂ、メモリを備え、ＣＰＵ３２ａには火花検出手段３１が検知する火花検知信号が入力される、また、電力量調整部３３には例えばトライアックが用いられ、通電位相制御方式である。

火花検出手段３１で電動送風機１０を流れた電流を検出し、火花検出情報に基づき、電力量可変制御手段３２、電力量調整部３３を介して電動送風機１０を制御する。

また、電源電圧検知手段３４は電源電圧を検知し、電源電圧情報を電力量可変制御手段３２に入力する。

次に電動送風機用制御回路３０による火花検出について、図４に示す電動送風機の制御フローチャート図に沿って説明する。

不揮発性メモリ３２ｂには、予め例えば前回の電動送風機の運転停止時の電力量設定値、火花量閾値が記憶されている。
不揮発性メモリ３２ｂから呼び出された電力量限界値を参照する（Ｓ１）。
電力量設定値が電力量限度値以下かを判断する（Ｓ２）。

この電力量限度値は、この値以下では電動送風機が正常な運転を継続できない値である。
電力量限度値以下でない場合（ＮＯ）、電力量設定値に応じた電動送風機１０の運転を行ない、掃除を行う。
電動送風機１０の運転が行なわれると、火花検出手段３１により、火花の検出が行われる（Ｓ４）。
火花検出手段３１による火花量の検出は、Ｓ１１〜Ｓ１４で示すフローチャート図（図５）に沿って行われる。

検出された火花が電力量に応じた火花量閾値以上か判断する（Ｓ５）。
この火花量閾値は不揮発性メモリ３２ｂに記憶された火花量閾値を呼び出して用いる。 検出された火花が電力量に応じた火花量閾値以上の場合（ＹＥＳ）、電力供給量を減じ、新たな電力量値を設定する（Ｓ６）。

火花量閾値以上の場合は、ブラシ機構１８に火花が発生している状態であり、電力供給量を、図８に示すように、フル入力の例えば９１５Ｗ（動作モード強並）状態から、低減入力の例えば７５４Ｗ（動作モード中並）に電力量を低減した状態で電動送風機１０の運転を継続させる。
この低減された例えば「中」並の電力量値を新たな設定とし、この新な「中」並の電力量値と電力量値に応じた「中」並の火花量閾値を設定して、不揮発性メモリ３２ｂへ書き込む（Ｓ７）。

そして、低減された「中」並の電力量で電動送風機１０の運転を継続させる。この低減電力量での電動送風機１０の運転は、運転モード「強」（フル入力）ではないが、動作モード「中」程度での運転が可能となり、電動送風機１０の突然の停止は回避される。
新たな電力量値が電力量限界値以下かを判断する（Ｓ８）。
新たな電力量値が電力量限界値以下の場合（ＹＥＳ）、電動送風機１０は運転を停止する（Ｓ９）。

Ｓ２のステップにおいて、電力量限度値以下の場合（Ｓ２のＮＯ）、Ｓ９に行き、電動送風機１０は運転を停止する（Ｓ９）。
電力量限度値以下では電動送風機が正常な運転を継続できないため、電動送風機１０の運転は停止する。

Ｓ５のステップにおいて、火花が電力量に応じた火花量閾値以上でない場合（Ｓ５のＮＯ）、Ｓ３に戻り、Ｓ３〜Ｓ５のステップを繰り返す。
このＳ３〜Ｓ５のステップでは、電力量低減運転が１度も行われていない場合、電力量設定値、火花量閾値は、火花量が少ない（正常な）出荷時あるいは、正常運転の前回の電動送風機の運転停止時の電力量設定値、火花量閾値を用いるものであり、火花が火花量閾値以上でない場合は、電動送風機１０は正常運転状態にあり、図８に示すように、フル入力である運転モード「強」、「中」、「弱」運転が可能である。
これに対して、電力量低減運転が一旦行われると、その低減した新たな電力量設定値に応じた新たな火花量閾値を用いる。

Ｓ８のステップにおいて、電力量設定値が電力量設定値以下でない場合（Ｓ８のＮＯ）、Ｓ３〜Ｓ８のステップを繰り返す。
このＳ３〜Ｓ８のステップは、電力量を低減した、例えば「中」並の新たな電力量設定値、この新たな電力量設定値に応じた新たな火花量閾値によって、電動送風機１０は運転され、制御される。
このように、「中」並で運転される電動送風機１０は、電力量が低減されることで、火花の発生は抑制され、「中」並の運転継続が可能になる。

この「中」並の運転が継続され、「中」並電力量に応じた火花量閾値以上の火花が検知されると、新たな電力量設定値例えば「弱」並み電力量設定値が設定され、「弱」並電力量に応じた火花量閾値が設定され、記憶される。
Ｓ９のステップにおいて、「中」並、「弱」並の電力量設定値が電力量限界値以下の場合（Ｓ８のＹＥＳ）、電動送風機１０は運転を停止する（Ｓ９）。
順次、新たなより小さい火花量閾値を設定することで、より細かな火花検知と電動送風機の制御を行うことができる。

なお、本実施形態では、電力量設定値を例えば「強」並、「中」並、「弱」並の３段階に切り替える例で説明したが、「強」並、「中」並あるいは「弱」並と２段階に切り替えるようにしてもよい。

また、Ｓ４における火花検出手段３１による火花（量）の検出を、Ｓ１１〜Ｓ１４で示すフローチャート図である図５及び図６に従って、説明する。

Ｓ４において火花検出が行われる。この火花検出は等時間間隔で複数のサンプリングを行う。このサンプリングは、例えば、５０Ｈｚの半周波数で、１０ｍｓ、１００ポイントのサンプリング間隔で行う。位相制御が行われている場合は、電流が流れている間だけ、サンプリングする。
例えば、火花検出手段３１で電動送風機１０を流れた電流を検知し、電圧に変換する（Ｓ４）。

この電圧値をサンプリング（ｎ−２）の前回実測値Ｉａとして電力量可変制御手段３２に記憶し、さらに、火花検出手段３１で電動送風機１０を流れた電流を検知し、電圧に変換する（Ｓ１１）。
この電圧値をサンプリング（ｎ−１）の今回実測値Ｉｂとして電力量可変制御手段３２のメモリに記憶する（Ｓ１２）。
電力量可変制御手段３２により予測値Ｉｎｅを演算する（Ｓ１３）。

予測値Ｉｎｅは前回実測値Ｉａと今回実測値Ｉｂから予測され、前回実測値Ｉａと今回実測値Ｉｂの差に今回実測値Ｉｂを加えた値である。
すなわち、Ｉｎｅ＝Ｉｂ＋（Ｉｂ−Ｉａ）である。

電力量可変制御手段３２は、予測値Ｉｎｅと実測値Ｉｎの差の絶対値が、所定値Ｉｓより大きいか否かを判断する（Ｓ１４）。
すなわち、｜Ｉｎ−Ｉｎe｜＞Ｉｓの判断をする。
サンプリングｎにおける電流値が実測値Ｉｎとして用いられ、所定値Ｉｓは予め実験によって求められ、カーボンブラシ２６が正常な状態の値である。
予測値Ｉｎｅと実測値Ｉｎの差の絶対値が、火花量として用いられ、火花量として、Ｓ５に入力される。

また、Ｓ６において、新しい電力量値を設定すると、新しい電力量値に応じかつ、Ｓ５における火花量閾値より小さい新しい火花量閾値を設定し、不揮発性メモリ３２ｂに記憶ようにする。

上記のように、電動送風機１０の検知火花が、予め設定された火花量閾値と比較して、この火花量閾値以上の場合は、電力量値を低減して、火花の発生・発火を未然に防ぐことができる。

さらに、図７および図８に示すように、一般に整流子とカーボンブラシを備えた電動送風機は、電力供給量を減少させることで、火花量が減少する。
例えば、電気掃除機の動作モード「強」（５０Ｈｚ）の場合、入力９１５Ｗ、力率０．６９２とすると、火花量（スパーク値ＭＡＸ（マイコン）の１０進値）は５６３であり、動作モード「中」の場合、入力７５４Ｗ、力率０．６１６とすると、火花量は５１５であり、「強」に比べて約８．５％減少する。また、動作モード「弱」の場合、入力２４１Ｗ、力率０．３３３とすると、火花量は３４１であり、「強」に比べて約３９．４％減少し、「中」に比べて約３３．８％減少する。

従って、火花検出手段は、サンプリングした値が予め設定した火花量閾値より大きい場合に、火花が発生したと判断し、電力量可変制御手段により電動送風機への「強」→「中」に電力量供給量を減少させることで、火花量を減少させ、突然運転を止めることなく、運転を継続させることができる。

従来の電動送風機が予め設定された火花量閾値以上の場合、異常と判断して電動送風機を停止させてしまい、使用者にとっては、運転が突然止まり、使い勝手がよくないのとは異なり、本発明の電動送風機は、フルパワーではないが、出力を下げて運転を継続させることができ、運転が突然止まることは回避され、使い勝手が向上する。

本実施形態の電気掃除機によれば、誤検出がなく信頼性よくかつ、異常検出の安定性に優れて、電動送風機の整流子とカーボンブラシとの摩擦によって発生する火花を検出して電動送風機への電力供給量を減らすことで、火花量を減らして、電動送風機の発煙・発火を抑制し、かつ運転が突然停止するのを回避し、安全で信頼性があり、使い勝手がよい電気掃除機が実現する。

１ 電気掃除機
２ 掃除機本体
２ａ ホース接続口
３ 集塵ホース
４ 手元操作パイプ
５ 延長管
６ 吸込口体
７ 集塵室
１０ 電動送風機
１１ 吸気口
１２ 遠心ファン部
１３ 排気口
１４ モータ部
１５ モータハウジング
１５ａ 内周面
１６ 固定子
１７ 回転子
１８ ブラシ機構
２０ モータ
２１ ロータ軸
２２ フィールド巻線
２３ 整流子
２４ ブラシホルダ固定部
２５ ブラシホルダ
２６ カーボンブラシ
２７ コイルバネ
３０ 電動送風機用制御回路
３１ 火花検出手段
３２ 電力量可変制御手段
３２ａ ＣＰＵ
３２ｂ 不揮発性メモリ
３３ 電力量調整部
３４ 電源電圧検知手段

Claims (3)

1. 掃除機本体に設けた集塵室と、この集塵室に吸引負圧を作用させる電動送風機と、この電動送風機の整流子とカーボンブラシとの摩擦によって発生する火花を検出する火花検出手段と、この火花検出手段からの火花検出情報に基づき、前記電動送風機への電力供給量を制御する電力量可変制御手段を備えた電気掃除機において、
   前記火花検出手段は、サンプリングした値が予め設定した火花量閾値より大きい場合に、火花が発生したと判断し、
   前記電力量可変制御手段は、前記火花検出手段が火花発生と判断したら、前記電力量可変制御手段により前記電動送風機への電力供給量を減少させることを特徴とする電気掃除機。
2. 前記電動送風機への供給電力量を低減した後は、前記閾値より小さい新たな閾値を設定することを特徴とする請求項１記載の電気掃除機。
3. 前記新たな閾値あるいはこの閾値に対応する変数を電力量可変制御手段に設けた不揮発性メモリに記憶させることを特徴とする請求項２記載の電気掃除機。

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