JP2010273983A

JP2010273983A - 電気掃除機

Info

Publication number: JP2010273983A
Application number: JP2009131347A
Authority: JP
Inventors: Akihiro Ishizawa; 明弘石澤; Masamichi Une; 正道宇根
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Consumer Electronics Holdings Corp; Toshiba Home Appliances Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Toshiba Lifestyle Products and Services Corp
Priority date: 2009-05-29
Filing date: 2009-05-29
Publication date: 2010-12-09
Anticipated expiration: 2029-05-29
Also published as: JP5364449B2

Abstract

【課題】正常運転の電動送風機を停止させることなく、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の運転を停止し、電動送風機の発煙・発火を未然に防ぎかつ信頼性に優れた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く検出値が所定値より大きいとき、電動送風機を制御する制御手段とを備え、所定値は複数設定されかつ、排気系下流側温度が所定温度より低い場合は、第１の所定値が設定され、所定温度より高い場合は、第１の所定値より低い所定値が設定される。
【選択図】図４

Description

本発明は電気掃除機に係り、特に、電動送風機から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。

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、電動送風機を停止させる。

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、求めた差の値が予め設定した所定の火花判断レベルすなわち限界値より大きい時、火花異常と判断する。また、一般に電動送風機の起動時に火花が高めに発生し、その後、下がっていく傾向にあるが、この傾向を考慮した火花検出手段と電動送風機の制御にはなっておらず、さらに、所定値（限界値）が１個では、電動送風機をある程度運転し、カーボンブラシの近傍あるいは排気近傍の温度が上昇し安定した時の火花に合わせて所定値を設定した場合には、起動時や周囲温度が低い時に、カーボンブラシの近傍あるいは排気近傍の温度が低めで、火花が高めに発生したときに、所定値より高くなり、電動送風機を正常運転状態でも停止させてしまう不都合がある。

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信頼性に劣る。

本発明は上述した事情を考慮してなされたもので、正常運転の電動送風機を停止させることなく、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の運転を停止し、電動送風機の発煙・発火を未然に防ぎかつ信頼性に優れた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く検出値が所定値より大きいとき、前記電動送風機を制御する制御手段を備えた電気掃除機において、前記所定値は複数設定されかつ、温度検出手段により検出された前記電動送風機の排気系下流側温度が所定温度より低い場合は、第１の所定値が設定され、所定温度より高い場合は、前記第１の所定値より低い所定値が設定されることを特徴とする。

本発明に係る電気掃除機によれば、正常運転の電動送風機を停止させることなく、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の運転を停止し、電動送風機の発煙・発火を未然に防ぎかつ信頼性に優れた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に用いる電動送風機の制御フローチャート。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。本発明の一実施形態の電気掃除機に用いる電動送風機の運転時間と火花量の相関図。本発明の一実施形態の電気掃除機に用いる電源電圧区分と所定値との相関図表。

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とを備えている。

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、このモータハウジング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。

電動送風機１０内には、遠心ファン部１２から導入された空気をモータ部１４、カーボンブラシ２６を冷却して排気口１３から排出する排気系が形成される。

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、制御手段３２と、電力調整部３３と、電源電圧検知手段３４と、温度検出手段３５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。

制御手段３２はマイコン、メモリを備え、電力調整部３３には例えばトライアックが用いられる。

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、制御手段３２、電力調整部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、電源電圧情報を制御手段３２に入力する。

温度検出手段３５は、電動送風機１０の排気系下流側温度を検出するもので、温度検出手段３５によりカーボンブラシ２６（図２）の温度が、直接あるいは間接的に検出されるように、温度検出手段３５は、カーボンブラシ２６に直接またはブラシホルダ２５（図２）を介して、あるいは、排気口１３（図２）に設けられる。温度検出手段３５は検出した温度を制御手段３２に入力する。

次に、本電気掃除機の電動送風機に用いるカーボンブラシの火花検出と電動送風機の制御について説明する。

電動送風機の排気系下流側温度（カーボンブラシ近傍あるいは排気の温度）が低い場合は、電流も高めになり火花も高めに発生し、逆に温度が高い場合は、電流も低めになり、火花も低めに発生するとの知見を得ている。

そこで、この知見に基づき、本電気掃除機では、排気系下流側温度が所定温度より低い場合と所定温度より高い場合に分けて、異なる火花の所定値を設定し、電動送風機を制御、例えば停止する。

以下、図４に示す電動送風機の制御のフローチャートに従って、電動送風機の制御の具体例について説明する。

電気掃除機１が使用され、制御手段３２により電動送風機１０が起動される（Ｓ１）。

温度検出手段３５により、排気温度の検出が行われ、温度情報（信号）が制御手段３２に送信され、記憶される（Ｓ２）。

火花検出手段３１により、火花検出が行われ、火花検出情報（信号）が制御手段３２に送信され、記憶される（Ｓ３）。

この火花検出は、図５に示すように、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を流れた電流を検出し、電圧に変換する。この電圧値をサンプリング（ｎ−２）の前回実測値Ｉａとして制御手段３２に記憶する。さらに、火花検出手段３１で電動送風機１０を流れた電流を検出し、電圧に変換する。この電圧値をサンプリング（ｎ−１）の今回実測値Ｉｂとして制御手段３２に記憶する。

制御手段３２により予測値Ｉｎｅを演算する。
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。

制御手段３２は、予測値Ｉｎｅと実測値Ｉｎの差の絶対値が、火花検出情報に基づく検出値（火花量）として、制御手段３２の記憶手段に記憶する。

図６は電動送風機の起動後の火花量と所定値の相関を示す。

一般的な電動送風機と同様に、電動送風機１０は、収納場所から取り出した、使用し始める起動時には、図６の火花曲線Ａに示すように、火花は高めに発生し、その後、低めに下がっていく傾向にあり、一方、最初に掃除する部屋の掃除が終了し、次の部屋を掃除する場合、電動送風機内は暖まっており、再起動後の火花は、火花曲線Ｂに示すように、低めに発生し、その後もほぼその水準を保つ。

従って、排気温度が所定温度より低い場合と所定温度より高い場合に分けて、異なる火花の所定値を設定し、電動送風機を制御することは、誤動作の防止に役立ち、有意義である。

制御手段３２は、Ｓ２で検出された排気温度が、所定温度より低いか否か判断する（Ｓ４）。

所定温度は、例えば、通常の運転時の排気温度は約６０℃であり、室温最高例えば４０℃を考慮して、５０℃に設定する。

排気温度が、所定温度より低い場合には、第１の所定値が設定され、所定温度より高い場合には、第１の所定値より低い第２の所定値が設定される。

排気温度が所定温度より低い場合（Ｓ４のＹｅｓ）、Ｓ３で検出された火花量が、所定値１より大きいか否か判断する（Ｓ５）。

なお、所定値の決め方は次のような実験によって決定される。

電動送風機の起動から火花量が安定するまでの時間と火花量を測定する。これを複数の電動送風機で確認する。この実験から起動時の最も高い火花量と、火花量が安定する時間と火花量を求め、安全係数を掛けて所定値を設定する。

ここで、第１の所定値は、図６に示す最大検出値に、誤作動を防止する安全係数（例えば１．１）を考慮した値である。

検出値（排気温度）が第１の所定値より大きい場合（Ｓ５のＹｅｓ）、制御手段３２は、電動送風機１０の運転を停止させる（Ｓ６）。

電動送風機１０の発煙・発火を未然に防ぐ。

Ｓ４において、Ｓ２で検出された排気温度が、所定温度より低くない場合（Ｓ４のＮｏ）、制御手段３２は、検出値が第２の所定値より大きいか否かを判断する（Ｓ７）。

ここで、第２の所定値は、図６に示す安定値に誤作動を防止する安全係数（例えば１．４）を考慮した値である。

検出値が第２の所定値より大きい場合（Ｓ７のＹｅｓ）、制御手段３２は、電動送風機１０を停止させる（Ｓ６）。

Ｓ５において、検出値が第１の所定値より大きくない場合（Ｓ５のＮｏ）、Ｓ２に戻り、以下Ｓ２以降の動作を繰り返す。

また、Ｓ７において、検出値が第２の所定値より大きくない場合（Ｓ７のＮｏ）、Ｓ２に戻り、以下Ｓ２以降の動作を繰り返す。

このように、Ｓ５及びＳ７において、検出値が第１の所定値及び第２の所定値より大きくない場合は、電動送風機１０が電動送風機１０の整流子２３とカーボンブラシ２６との摩擦による火花の発生がないことを示すため、電動送風機１０の運転を継続する。

なお、図６における起動後の運転時間と火花量の相関及び第１の所定値と第２の所定値は、図７に示すように、電源電圧の区分毎に決定され、例えばＡＣ９０Ｖ≦電源電圧＜ＡＣ１００Ｖでは、第１の所定値はＣ１、第２の所定値はＣ２である。

これらの所定値は、電源電圧毎、電動送風機の動作運転モード毎、電源周波数あるいはこれらの組み合わせにより、それぞれ変更される。

本実施例は電源電圧を大きく４つに分けて設定しているが、電源電圧値に比例して係数などを使用し、リニアに設定しても良い。

このようなマトリックステーブルを各動作モード、電源周波数ごとに設ける。

所定値１＞所定値２の関係となるため、Ａ１＞Ａ２、Ｂ１＞Ｂ２、Ｃ１＞Ｃ２、Ｄ１＞Ｄ２となる。

このように設定することで、さまざまな条件、ばらつきに対応し、誤検出を防ぐことができる。

上述のように、本電気掃除機によれば、排気温度が所定温度より低い場合でかつ、火花検出情報に基づく検出値が、第１の所定値より大きい場合に、電動送風機は制御、例えば停止され、所定温度より高い場合でかつ、火花検出情報に基づく検出値が、第２の所定値より大きい場合に、電動送風機は制御、例えば停止される。

また、本電気掃除機は、所定値を複数持つことにより、排気温度が所定温度より低い場合は、高めの所定値に設定し、排気温度が所定温度より高い場合は、低めの所定値に設定することにより、誤検出して正常な電動送風機が停止することを防ぐことができる。

従って、所定時間内に対する大きな所定値を１個設定し、安定時の異常火花を検知しても電動送風機を停止できない、あるいは安定運転時に対する小さな所定値を１個設定し、起動時に正常運転であるにもかかわらず、電動送風機を停止させる従来とは異なり、本実施形態の電気掃除機は、正常運転の電動送風機を停止させることなく、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の運転を停止し、電動送風機の発煙・発火を未然に防ぐことができる。

なお、本実施形態では、１個の所定温度と、所定値は第１の所定値とこの第１の所定値より低い第２の所定値との２個の所定値としたが、さらに、第２の所定値より低い第３の所定値、さらに、同様に複数の所定温度と所定値を設定してもよい。また、電源は交流電源に限らず、コードレスの充電方式であってもよい。

本実施形態の電気掃除機によれば、正常運転の電動送風機を停止させることなく、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の運転を停止し、電動送風機の発煙・発火を未然に防ぎかつ信頼性に優れた電気掃除機が実現される。

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制御手段
３３電力調整部
３４電源電圧検知手段
３５温度検出手段

Claims

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く検出値が所定値より大きいとに前記電動送風機を制御する制御手段とを備えた電気掃除機において、前記所定値は複数設定されかつ、温度検出手段により検出された前記電動送風機の排気系下流側温度が所定温度より低い場合は、第１の所定値が設定され、所定温度より高い場合は、前記第１の所定値より低い所定値が設定されることを特徴とする電気掃除機。
前記複数の所定値は、前記電動送風機の動作運転モード毎に設定され、動作運転モードを切り換えることにより、変更されることを特徴とする請求項１記載の電気掃除機。
前記複数の所定値は、電源周波数毎に設定され、電源周波数を検知し、この検知結果に基づいて変更されることを特徴とする請求項１記載の電気掃除機。
前記複数の所定値は、電源電圧値区分毎に設定され、電源電圧値を検知し、この検知結果に基づいて変更されることを特徴とする請求項１記載の電気掃除機。