JP2011072708A - 電気掃除機 - Google Patents

Abstract

【課題】電動送風機の負荷電流を検出することなく、電動送風機の回転数を最適に制御して吸込み性能の向上を図り、またモータの過熱による故障などから保護してモータ寿命の向上を図る。
【解決手段】ＰＷＭ駆動手段１６を制御する制御手段１８を備えたインバータ制御の電気掃除機において、ＰＷＭ制御のデューティ比から電気掃除機のごみ量を演算し、電動送風機２を制御する。
【選択図】図２

Description

本発明は電気掃除機に関し、特にモータの動作をインバータ制御する電気掃除機の制御方法に関するものである。

従来の電気掃除機では、駆動源としてファンと交流の整流子モータとからなる電動送風機が用いられている。しかし、整流子モータはブラシと整流子との機械的摺動に伴う磨耗と、また最近の高速化と小型軽量指向により使用環境が厳しくなり、モータ寿命が短くなる傾向であった。

近年この対策として、ブラシレスＤＣモータを用いた電動送風機が提案されている。例えば、電気掃除機の負荷変動に応じてブラシレスＤＣモータの回転数を最適に制御し、吸込み性能の向上を図るものである（例えば、特許文献１参照）。

また、モータの負荷電流と回転数とから負荷状態（例えば風量や静圧、ごみ量）を演算し、この演算結果を基にモータの回転数を調整することにより、最適な制御を行うものもあった（例えば、特許文献２参照）。

特開昭６３−９５８８４号公報 特開平４−４７８８号公報

しかしながら、従来の電気掃除機の制御装置では、ブラスレスＤＣモータを搭載した電動送風機の負荷電流を検出すために低定数の抵抗を用いて、この低定数の抵抗に流れる電流の電圧降下により検出するものであった。しかし低定数の抵抗は単品でのバラツキが多く、また周囲温度による影響も受けて精度良く負荷電流を検出することができず、すなわちきめ細かなモータ制御に適していないという課題を有していた。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、電動送風機の負荷電流を検出することなく、電動送風機の回転数を最適に制御して吸込み性能の向上を図り、またモータの過熱による故障などから保護してモータ寿命の向上を図ることにより、利用者の使い勝手を向上する電気掃除機を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の電気掃除機の制御装置は、ブラシレスＤＣモータを搭載した電動送風機と、電動送風機を駆動するインバータ部と、インバータ部をＰＷＭ制御するＰＷＭ駆動手段と、ブラシレスＤＣモータのロータ磁極位置を検出する磁極位置検出手段と、磁極位置検出手段の出力から電動送風機の回転数を演算し、電動送風機の回転数が一定になるようＰＷＭ駆動手段を制御する制御手段を備えたインバータ制御の電気掃除機において、ＰＷＭ制御のデューティ比（通電率ともいう）から電気掃除機のごみ量を演算するものである。

これによって、電動送風機の負荷電流を検出することなく、前記にて演算した電気掃除機のごみ量に従って電動送風機の回転数を最適に制御し、吸込み性能の向上を図るもので
ある。

本発明の電気掃除機の制御装置は、電動送風機の回転数を最適に制御して吸込み性能の向上し、またモータ寿命の向上を図ることにより、利用者の使い勝手を向上することができる。

本発明の実施の形態１における電気掃除機の斜視概観図 同第１の制御例を示すブロック図 同第１の制御例の動作を説明するフローチャート 同第１の制御例の動作を補足するタイムチャート 同第１の制御例の動作を補足する特性図 同第２の制御例を示す動作特性図 同第３の制御例を示す動作特性図 同第４の制御例を示す動作特性図 同第４の制御例の動作を補足するタイムチャート 同第５の例の表示手段を示す概略図

第１の発明は、ブラシレスＤＣモータを搭載した電動送風機と、前記電動送風機を駆動するインバータ部と、インバータ部をＰＷＭ制御するＰＷＭ駆動手段と、前記ブラシレスＤＣモータのロータ磁極位置を検出する磁極位置検出手段と、前記磁極位置検出手段の出力から前記電動送風機の回転数を演算し、前記電動送風機の回転数が一定になるよう前記ＰＷＭ駆動手段を制御する制御手段を備えたインバータ制御の電気掃除機において、ＰＷＭ制御のデューティ比（通電率）から電気掃除機のごみ量を演算することで、前記電動送風機の回転数を最適に制御し、吸込み性能の向上を図ることができる。

第２の発明は、特に、第１の発明において、ＰＷＭ制御のデューティ比から演算したごみ量を基に、ごみ量が所定の満杯の量に達した時、前記電動送風機の回転を停止するよう制御することで、前記電動送風機の過負荷状態に対して前記ブラシレスＤＣモータの過熱による故障等から保護することができる。

第３の発明は、特に、第１〜２のいずれか１つの発明において、ＰＷＭ制御のデューティ比から演算したごみ量を基に、ごみの増加による風量の低下を防ぐために前記電動送風機の回転数を段階的に上げるよう制御することで、一定の風量を持続し、吸込み性能の向上を図ることができる。

第４の発明は、特に、第３の発明において、前記電動送風機の回転数を段階的に上げてゆき、その後ＰＷＭ制御のデューティ比が１００％に達した時、前記電動送風機の回転を停止するよう制御することで、前記電動送風機の過負荷状態に対して前記ブラシレスＤＣモータの過熱による故障等から保護することができる。

第５の発明は、特に、第１〜４のいずれか１つの発明において、ごみの量を表示する表示手段を備えることにより、利用者の使い勝手を良くすることができる。

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って本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における電気掃除機の斜視概観図である。図１において、掃除機本体１（以下、本体と称す）の内には後述するブラシレスＤＣモータ（以下、モータと称す）を搭載した電動送風機２が収納され吸引力を発生させる。本体１にはホース３が接続され、その一部に利用者が操作する操作部４が設けられている。さらにホース３から延長管５を介して床ノズル６が接続される。また、本体１内には集塵袋を収納した集塵室７と、電動送風機２を制御する制御装置９が収納されている。

図２は、本実施の形態における電気掃除機の制御装置の第１の制御例を示すブロック図、図３は、動作を説明するフローチャートである。図４は、動作の説明を補足するタイムチャート、図５は、動作の説明を補足する特性図である。

図２において、入力交流電源１１の交流電流は整流回路１２にて整流され平滑回路１３にて直流電流に変換される。この直流電流はインバータ部１４に供給され、モータ１５を駆動する。ＰＷＭ駆動手段１６はインバータ部１４をＰＷＭ制御し、磁極位置検出手段１７は回転するモータ１５のロータ磁極位置を検出する。制御手段１８は、磁極位置検出手段１７によって検出されたロータ磁極位置の信号からモータ１５の回転数を演算し、その結果を基にＰＷＭ制御のパラメータを演算しＰＷＭ駆動手段１６に信号を出力する。ここでＰＷＭ制御のパラメータとは、モータ１５の狙いとする指令回転数とＰＷＭ制御を行うＯＮ信号のパルス幅である。またごみ量演算手段１９は、ＰＷＭ駆動手段１６からの信号とごみ量特性記憶手段２０に記憶されているデータを基に、電気掃除機のごみ量を演算し、その結果を制御手段１８に出力する。

以上のように構成された電気掃除機の制御装置について、以下その動作、作用を説明する。 利用者は操作部４の開始スイッチを押すとモータ１５が起動し（ステップ１）、掃除機が動作する。モータ１５が回転すると磁極位置検出手段１７は、モータ１５のロータ磁極位置を検出し制御手段１８に出力する（ステップ２）。制御手段１８は磁極位置検出手段１７の信号からモータ１５の回転数を演算する（ステップ３）。さらに制御手段１８は演算した回転数が狙いの回転数かどうかを監視し、モータ１５が狙いの回転数になるようＰＷＭ制御のパラメータである指令回転数とＯＮ信号のパルス幅を求め、ＰＷＭ駆動手段１６に信号を出力する（ステップ４）。ＰＷＭ制御手段１６はこの信号を受けてインバータ部１４をＰＷＭ制御し（ステップ５）、モータ１５を動作させる。

一方、ごみ量演算手段１９はＰＷＭ駆動手段１６からの信号とごみ量特性記憶手段２０に記憶されているデータとを基に、電気掃除機のごみ量を演算する（ステップ６）。ＰＷＭ駆動手段１６からの信号としては、狙いとする指令回転数とＯＮ信号のパルス幅から得られるＰＷＭ制御のデューティ比である。

ここでＰＷＭ制御のデューティ比は図４に示すとおり、所定の周期Ｔに対するＯＮ信号のパルス幅の割合であり、次式により求めることができる。
ＰＷＭ制御のデューティー比＝（Ｔｏｎ／Ｔ）×１００（％）
例えば、ＯＮ信号のパルス幅が所定周囲Ｔの１／２の場合、デューティ比は５０％となり、ＯＮ信号のパルス幅が広くなるとデューティ比は高くなり（例えば、８０％）、ＯＮ信号のパルス幅が狭くなるとデューティ比は低くなる（例えば、２０％）。

また図５の特性図は、モータ１５の回転数がＮ［ｒｐｍ］の時のごみ量とＰＷＭ制御のデューティ比との関係を表したものである。これによると、特定の回転数Ｎでモータが回転する時、掃除機のごみ量が少ないとデューティ比は高いが、ごみが増えてごみ量が多くなるとデューティ比が低くなる特性を示す。この特性を利用してＰＷＭ制御のデューティ比から特定の回転数における電気掃除機のごみ量を演算することができる。ごみ量特性記憶手段２０には、図５で示した特性を含め、モータ１５の回転数ごとにごみ量とデューテ
ィ比との関係のデータが記憶されている。

そしてごみ量演算手段１９にて演算されたごみ量の結果は制御手段１８に出力され、制御手段１８は求められたごみ量を基に電気掃除機を最適に制御する。

以上のように、本実施の形態によれば、ＰＷＭ制御のデューティ比から電気掃除機のごみ量を演算することで、電動送風機２の回転数を最適に制御し、吸込み性能の向上を図ることができる。

図６は、本実施の形態における電気掃除機の制御装置の第２の制御例を示す動作特性図である。図６において、回転数Ｎにて電動送風機２を運転し、次第にごみ量が増え、ＰＷＭ制御のデューティ比から演算したごみ量があらかじめ設定したごみ量を満杯とする設定値より下がった時、電動送風機２の運転を停止する。

従って、ＰＷＭ制御のデューティ比から演算したごみ量があらかじめ設定したごみ量を満杯とする設定値より下がった時、電動送風機２の回転を停止するよう制御することで、電動送風機２の過負荷状態に対してモータ１５の過熱による故障等から保護することができる。

図７は、本実施の形態における電気掃除機の制御装置の第３の制御例を示す動作特性図である。図７において、まず回転数Ｎ１（例えば、２０，０００ｒｐｍ）にて電動送風機２を運転し、次第にごみ量が増加しＰＷＭ制御のデューティ比が低くなると、回転数をＮ２（例えば、３０，０００ｒｐｍ）に上げる。そして更にごみ量が増加し再びＰＷＭ制御のデューティ比が低くなると、回転数をＮ３（例えば、４０，０００ｒｐｍ）に上げる。ここで回転数を切り替えるポイントは実験的にあらかじめ求められた結果を基に、図７に示すとおりごみ量に対する狙いの風量特性で表される。

従って、ごみの増加による風量の低下を防ぎ目標の風量を持続するために電動送風機２の回転数を段階的に上げるよう制御することで、一定の風量を持続し、吸込み性能の向上を図ることができる。

図８は、本実施の形態における電気掃除機の制御装置の第４の制御例を示す動作特性図である。図９は、動作の説明を補足する特性図である。図８において、第３の制御例に示すとおり電動送風機２の回転数を次第に上げてゆき、ＰＷＭ制御のデューティ比が１００％になると、電動送風機２の運転を停止する。図９に示すとおり、デューティ比が１００％になると、それ以上ＯＮ信号のパルス幅を大きくすることはできなく、更にごみ量が増えると電動送風機２の風量が低下し狙いの風量を持続することが不可能となり、またこのような過負荷状態ではモータ１５が過熱し故障等の原因となる。

従って、ＰＷＭ制御のデューティ比が１００％になった時、電動送風機２の回転を停止するよう制御することで、電動送風機２の過負荷状態に対してモータ１５の過熱による故障等から保護することができる。

図１０は、第５の例を示す表示手段２１の概略図である。表示手段２１は、例えば複数のＬＥＤや液晶表示などにより構成されており、ごみの量やごみの満杯を表示することにより、利用者の使い勝手を良くすることができる。

以上のように、本発明にかかる電動掃除機の制御装置は、利用者の使用状態に応じて最適に電動送風機のインバータ制御を行うことができるので、きめ細かな運転制御を行う電
気掃除機に特に有用である。

１ 掃除機本体
２ 電動送風機
３ ホース
４ 操作部
５ 延長管
６ 床ノズル
７ 集塵室
９ 制御装置
１１ 入力交流電源
１２ 整流回路
１３ 平滑回路
１４ インバータ部
１５ ブラシレスＤＣモータ
１６ ＰＷＭ駆動手段
１７ 磁極位置検出手段
１８ 制御手段
１９ ごみ量演算手段
２０ ごみ量特性記憶手段
２１ 表示手段

Claims (5)

1. ブラシレスＤＣモータを搭載した電動送風機と、前記電動送風機を駆動するインバータ部と、インバータ部をＰＷＭ制御するＰＷＭ駆動手段と、前記ブラシレスＤＣモータのロータ磁極位置を検出する磁極位置検出手段と、前記磁極位置検出手段の出力から前記電動送風機の回転数を演算し、前記電動送風機の回転数が一定になるよう前記ＰＷＭ駆動手段を制御する制御手段を備えたインバータ制御の電気掃除機において、ＰＷＭ制御のデューティ比から電気掃除機のごみ量を演算することを特徴とした電気掃除機。
2. ＰＷＭ制御のデューティ比から演算したごみ量が所定の満杯の量に達した時、電動送風機の回転を停止すること特徴とした請求項１に記載の電気掃除機。
3. ＰＷＭ制御のデューティ比から演算したごみ量を基に、ごみの増加による風量の低下を防ぐために前記電動送風機の回転数を段階的に上げるようすることを特徴とした請求項１または２に記載の電気掃除機。
4. 電動送風機の回転数を段階的に上げてゆき、その後ＰＷＭ制御のデューティ比が１００％に達した時、前記電動送風機の回転を停止すること特徴とした請求項３に記載の電気掃除機。
5. 演算したごみ量を表示する表示手段を備えたことを特徴とした請求項１〜４のいずれか１項に記載の電機掃除機。