JP2011505212A - 電気掃除機のモータ出力制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】品物が吸い込みノズルに詰まったときに、それらの装置が操作者の利便性を高めて、吸い込みノズルから閉塞を取り除くことをより容易にする。
【解決手段】モータ出力を制御または調整する配置（２４）（調整装置）と、吸い込みノズル（１８）の領域内に存在している負圧を検出する第１のセンサ（３２）とを有し、負圧の時間増大率が所定値を上回っているとき、所定期間モータ（２２）の電源を切るように調整装置（２４）が設計されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、少なくともモータと、ごみ分離装置と、吸い込みノズルと、を有している電気掃除機のモータ出力を制御または調整する装置に関するものである。

電気掃除機のモータ出力を制御または調整するこの種類の装置は一般に知られており、多くの場合円筒形電気掃除機に使用されている。前記装置は、検出された押し動かす力、すなわち、掃除機をかける床面上で床面吸い込みノズルまたは一般に吸い込みノズル（例えば、すき間ノズルなど）を押したり、または引いたりするのに必要な力、が大きくなり過ぎたときに、特にモータ出力を減じる働きをする。これは、例えば、硬い床から非常に柔らかいフロア・カーペットへ床面吸い込みノズルを動かすときに起こる可能性がある。柔らかい材料特性のせいで、外部から床面吸い込みノズルに入る空気が減少するため、前記床面吸い込みノズル内に広がっている負圧が増大する。この負圧の増大は、それに対応して押し動かす力の増大を引き起こす。

先行技術は押し動かす力を再び減少させるさまざまな方法を含んでおり、１つの解決方法は、例えば、モータ出力を落とすことを含んでいる。他の解決方法は、例えば、床面吸い込みノズルを持ち上げて、より多くの空気が流れ込めるようにしたり、または、例えば、補助的な空気流路を開けて、このようにして負圧を低減したりすることを提供する。

この種類の電気掃除機を使用するときには、品物を吸い込んで、それが吸い込みノズルを詰まらせて、さらなる使用をできなくさせる可能性が常に存在している。使用者は、まず初めに吸い込みノズルまたは床面吸い込みノズルから品物を取り除かなければならず、これは困難で骨の折れる仕事である。
こうした背景に対して、本発明の目的は、この種類の装置を開発して、特に、品物が吸い込みノズルに詰まったときに、それらの装置が操作者の利便性を高めて、吸い込みノズルから閉塞を取り除くことをより容易にすることである。

この目的は、モータ出力を制御または調整する配置（後続の本文中では略して調整装置と言う）と、吸い込みノズルの領域内の負圧を検出する第１のセンサと、を有する制御装置において、負圧の増大率が所定値を上回っているとき、所定期間モータの電源を切る（switch off）ように調整装置を設計することで達成される。
言い換えれば、本調整装置は負圧の変化を監視して、例えば、０．１秒以内で１００ｈＰａ付近の非常に急激な負圧の増大が起こった場合、調整装置は、例えば、床面吸い込みノズルなどの吸い込みノズルが突然詰まったという結論を出して、短期間モータの電源を切る。モータの電源を切ることで、吸い込んだ品物を吸い込みノズルから再び排出するか、または前記品物を使用者がきわめて容易に少なくとも取り除くことができる。

所定期間が経過した後には、モータを通常のように再始動して、装置は通常の制御または調整モードで動作する。
この装置の利点は、この目的のため技術的な手段を付加する必要なく、操作者の利便性を向上させることである。負圧を検出するセンサは他の目的のために既に多く存在しているため、本調整装置に、センサに対応するように調整アルゴリズムを付加することだけが必要である。

好ましい発展では、調整装置は、センサからの信号を時間に関して微分する微分ユニットを有している。この手段は、負圧の増大率を非常に効率的かつ正確に決定できるという利点を有している。
調整装置は比較器ユニットを有していることが好ましく、この比較器ユニットは、まず第一に微分ユニットからの出力信号を与えられ、第二に所定の比較値を与えられる。この手段を用いて、増大率の大きさでもある微分ユニットから決定された値を、所定の比較値と比べる。

好ましい発展では、アナログ式の圧力センサの形でセンサを提供している。アナログ式の圧力センサは複雑さが少なく、したがって好ましい要素であるため、この手段は費用の点で有利である。
好ましい発展では、第１のセンサは調整装置とともに第１の制御ループを形成して、前記センサからの信号に基づいて、負圧、したがって押し動かす力を、所定値よりも小さい大きさに保持する。この手段は、負圧の検出をさらに使用して押し動かす力を調整することができ、すなわち、前記押し動かす力を、押し動かす力の所定の最大値よりも小さい大きさに保持できるという利点を有している。負圧は押し動かす力に比例しているため、検出された負圧を使用して押し動かす力に関する結論を出すことができる。結果として、例えば、ひずみゲージの形の、より複雑で付加的な力測定センサを提供する必要はない。

好ましい発展では、体積空気流量を検出する第２のセンサを提供しており、この第２のセンサは調整装置とともに第２の制御ループを形成して、第２のセンサからの信号に基づいて、体積空気流量を、所定の体積空気流量値に保持しており、および２つのセンサからの信号に応じて２つの制御ループのうちの１つを起動する制御ループ選択装置を提供している。

すなわち、言い換えれば、本発明のモータ出力調整装置は、同時に動作することはない２つの制御ループを有している。同時に動作することはない代わりに、制御ループ選択装置は、具体的に２つのセンサが与える値に応じて、モータ出力を調整する２つの制御ループのうちの１つを選択する。例えば、所定値よりも大きい押し動かす力を第１のセンサが信号で伝えるとき、制御ループ選択装置は体積空気流量調整を実行する一方の制御ループから、押し動かす力調整を実行するもう一方の制御ループに切り替える。押し動かす力が所定の最大値を再び下回ったという信号を制御ループ選択装置が第１のセンサから受信するまで、この制御ループは動作し続ける。この手段を使用して、まず第一に吸引結果を、第二に操作者の利便性を、さらに向上させることができる。

好ましい発展では、第１のセンサにより検出された負圧が所定値よりも大きくなったときにだけ、モータの電源を切るように調整装置を設計している。この手段は、急激な負圧の増大は確認されているが特定の負圧にはまだ達していないような特定の状況に対しては、スイッチ・オフ動作を回避できるという利点を有している。このような状況は、例えば、非常に硬い床から非常に柔らかい床へ吸い込みノズルを動かすときに生じる可能性がある。この場合、負圧の増大は非常に大きいであろうが、吸い込みノズルが詰まっているわけではないため、負圧は所定値には達しないであろう。

また、本発明が対処する問題は、吸い込みノズルにおける負圧を検出するステップと、検出された負圧の増大率を計算するステップと、増大率が所定値を上回っているとき、所定期間モータの電源を切るステップと、を含む、電気掃除機のモータ出力を制御または調整する方法により解決される。この方法に伴う利点については既に上述したため、ここでは、これらの利点を繰り返すことを省くことができる。

好ましい発展では、検出された負圧を時間に関して微分して、その後、所定値と比較する。この手段を用いると特に効率的かつ正確に増大率を決定できる。
好ましい発展では、押し動かす力が所定値よりも小さくなるようにモータの出力を調整する。この手段は、最大の所定値よりも小さい力で使用者が床面吸い込みノズルを常に動かすことができるため、操作者の利便性を向上させる利点を有している。

また、本発明が対処する問題は、本発明の調整装置を含んでいる円筒形電気掃除機により解決される。
本発明のさらなる利点および改良形態は、説明および添付図面の中に見つけることができる。
上述した特徴およびさらに後述する特徴は、個々に特定された組み合わせにおいてだけでなく、他の組み合わせで、またはそれら単独でも、本発明の範囲を逸脱することなく使用できることは明らかである。

電気掃除機の模式図を示している。 電気掃除機で使用される調整装置の模式的ブロック図を示している。 調整装置の動作方法を説明するグラフを示している。

ここで、本発明は、例示的実施形態を参照することにより図面を用いて詳細に説明されるであろう。
図１は、参照記号１０で特定される電気掃除機、特に円筒形電気掃除機を模式的に示している。円筒形電気掃除機１０はハウジング１２を有しており、このハウジング１２はモータ（図示せず）に加えて、ごみ分離装置、特に、集塵袋１５を含む集塵袋収容装置１４を収容している。また、ハウジング１２はモータを制御または調整するのに必要な電子機器を含んでおり、モータの出力は、いわゆる位相ゲート・コントローラを用いて通常調整されている。

ホースおよび／またはパイプ１６が電気掃除機ハウジング１２から、吸い込みノズル、特に、掃除のために床面上で押し動かされる床面吸い込みノズル１８までつながっている。後続の本文で床面吸い込みノズルだけについて検討している場合でも、前記床面吸い込みノズルの代わりに他の任意の種類の吸い込みノズルも提供できることは明らかである。この種類の円筒形電気掃除機の一般設計は公知であるため、前記円筒形電気掃除機のさらなる詳細を提供することは行わない。

モータにより吸い込まれた空気は床面吸い込みノズル１８とホース１６とを介して、塵あい粒子を除去する集塵袋１５に入り、その後、モータを通って、電気掃除機ハウジング１２から再び出て行く。
吸引結果を一定に保持するためには、集塵袋により引き起こされて連続的に変化し続ける流れ抵抗を補償する必要がある。具体的には、良好な吸引結果を得るためには集塵袋とモータの間の体積空気流量が一定でなければならない。

このように体積空気流量を一定に保持するために、円筒形電気掃除機１０は制御ループを含んでいる。この制御ループは、ごみ分離装置、特に、集塵袋収容装置１４と、モータとの間の体積空気流量を検出するセンサを有し、前記体積空気流量に応じてモータの出力を調整する。
体積空気流量コントローラが動作しているときに硬い床から柔らかいカーペット床へ床面吸い込みノズル１８を押し動かすと、外部から床面吸い込みノズル１８の中への空気の流れ、したがって集塵袋への空気の流れが大幅に減少する。この結果、一定の所定体積流速に再び達するように、体積空気流量コントローラは減少した体積流速に基づいてモータの出力を増加させることになる。

しかしながら、これは、床面吸い込みノズルが吸引力で床面に対してより強く吸い付いて、その結果、床面吸い込みノズルを押し動かすのに必要な力（押し動かす力）がさらに大きくなり、これにより使用が大幅に困難になる。
体積空気流量コントローラのこの欠点を克服するために、センサを用いて押し動かす力を検出して、押し動かす力が所定値を上回らないようにモータ出力を調整する、さらなる制御ループを提供する。

その後、これらの２つの制御ループを互いに接続して、押し動かす力が所定値を上回ったときには押し動かす力に影響を及ぼす第１の制御ループを常に使用するようになっている。この場合、体積空気流量制御を実行する第２の制御ループの動作を停止させる。押し動かす力が所定値を下回るまで、第１の制御ループを用いて押し動かす力を調整する。その後、第２の制御ループを再び起動して、第１の制御ループの動作を停止させる。

したがって、提供された２つの制御ループを所定の基準またはルールに基づいて使用して、常に２つの制御ループのうちの一方だけが動作しており、その間、もう一方の制御ループは停止している。説明した例示的実施形態では、起動されるべきコントローラは、この場合、検出された押し動かす力に基づいて選択される。所定の押し動かす力を上回るとき、これは第１の制御ループの起動を引き起こし、他方、所定の押し動かす力を下回るときには第２の制御ループが起動する。

掃除機をかけている間に、意図せずに吸い込んでしまった品物で床面吸い込みノズルが詰まる可能性は常にある。その結果、所定の体積空気流量値を保持するために、体積流量コントローラはモータをその最大出力に切り替える。次に、このことはモータの最大出力で品物を吸い込むことを意味している。
この閉塞を取り除くためには、使用者は、吸引力に逆らって床面吸い込みノズル１８から品物を引っ張り出すか、またはモータの電源を切って吸引力を減少させるかのどちらかを行う必要がある。これは掃除機をかけることをより困難にするとともに、掃除機をかけることの利便性向上にも役立たない。

このため、円筒形電気掃除機１０は、制御または調整回路（後続の本文中では単に調整回路と言う）を有しており、この調整回路は特定時間以内での負圧の増大（または圧力低下）が非常に大きいときに短期間モータ出力を切る。負圧が、例えば、０．１秒以内に１００ｈＰａ増大するとき、このことから調整回路は、吸い込んでしまった特定の品物のために床面吸い込みノズル１８が詰まっているとの結論を出すことができる。

この場合、短期間モータの電源が切れて、吸い込んでしまった、例えば、カーテンなどの品物から床面吸い込みノズル１８を容易に引き離すことができ、または使用者は吸い込んでしまった品物を床面吸い込みノズル１８から容易に取り除くことができる。
さらにまた、調整回路は測定された負圧と所定値とを比較して、この値よりも大きいときにはモータの電源を切ることも可能である。

上述した機能を達成するために、図２に示すように調整装置を設計している。
図２は調整システムの設計の模式図であり、床面吸い込みノズル１８と集塵袋収容装置１４とをブロックで図示しており、それぞれ流れ抵抗を表している。調整切換装置２０は、例えば、マイクロプロセッサ２５の形の調整回路２４を含んでおり、この調整回路２４はライン３６を介して特定の入力信号を受信して、前記信号を評価し、前記信号をモータ２２に出力調整信号の形で出力する。

調整装置２０は、床面吸い込みノズル１８と関連しており床面吸い込みノズル１８内に広がっている負圧（または圧力）を測定する圧力センサ３２を含んでいる。圧力センサ３２は、床面吸い込みノズル１８の領域内、または円筒形電気掃除機のハウジング１２のホース１６の端部、のどちらに設けることもできる。アナログ式の圧力センサ３３の形で圧力センサ３２を提供している。

調整装置２０は、ハウジング１２の内部の集塵袋収容装置１４とモータ２２の間に配置された、さらなる圧力センサ３４を有している。
２つのセンサ３２、３４は、それらの信号をライン３６を介して調整回路２４に出力する。２つの制御ループ４０、４２はこのようにして構成されており、第２の制御ループ４０は圧力センサ３４と調整回路２４とを含み、第１の制御ループ４２は圧力センサ３２と調整回路２４とを含んでいる。

上述したように、第２の制御ループ４０は集塵袋収容装置１４とモータ２２の間で一定の体積空気流量を保持する働きをして、第１の制御ループ４２は押し動かす力が特定値を上回らないことを確保している。
ここで、本例示的実施形態では、力センサを用いて押し動かす力を決定するのではなく、床と床面吸い込みノズル１８との間の負圧を測定することにより押し動かす力を決定することに注目すべきである。押し動かす力と負圧の間には比例関係があるため、負圧を検出することにより必要とされる押し動かす力について結論を引き出すことができる。床面吸い込みノズル１８における負圧が大きいほど、床面を横切って床面吸い込みノズルを押したり、または引いたりするのに必要な力も大きくなる。

圧力センサ３２と同様に、圧力センサ３４もまたアナログ式の圧力センサ３５の形で設計されており、測定された圧力を用いて空気の流速について、したがって、体積空気流量について結論を引き出すことができる。したがって、流速測定センサは不要であるが、流速測定センサを圧力センサ３４の代わりに代替手段として提供することも十分可能である。

調整回路２４内に設けてある制御ループ選択装置２８により、第２または第１の制御ループ４０、４２を起動する。
圧力センサ３２により出力される信号に応じて、第１の制御ループまたは第２の制御ループ４２、４０のどちらかを起動する。
上述したように、制御ループ選択装置２８は、床面吸い込みノズル１８における負圧が所定値よりも小さいときには第２の制御ループ４０を起動し、センサ３２からの信号、すなわち、そこで測定された負圧、が所定値よりも大きくなったときには第１の制御ループ４２に切り替える。

したがって、調整装置２０は、集塵袋が徐々にいっぱいになって、そのために流れ抵抗が大きくなったときでも、体積空気流量を一定に保持することをまず第一に確保する。この場合、調整回路２４はモータ２２の出力を増加させる。第二に、床面吸い込みノズル１８における負圧、したがって、押し動かす力、の過剰な増大を引き起こす、この調整動作を回避するために、この場合には第１の制御ループを起動して、前記第１の制御ループは、負圧、したがって、押し動かす力が最大値を下回るまでモータ出力を再び減少させる。

言及したようにモータの電源を一時的に切るために、調整回路２４はセンサ３２からの信号を与えられる微分器５０を有している。この微分器５０は、床面吸い込みノズル１８において測定された負圧を微分して、その結果を比較器５２に提供する。比較器５２は、微分器により提供された、負圧の変化率の大きさでもある値と、所定値とを比較して、結果を参照記号５４で特定されるモータ出力コントローラに転送する。

所定値を上回っていることを比較器５２からの出力信号が示しているとき、短期間、例えば、数秒間モータの電源を切る。その後、再びモータの電源を入れて、２つの制御ループ４０、４２のうちの１つが起動する。
調整回路２４は、さらなる比較器を必要に応じて有することができ、このさらなる比較器は、まず第一に第１のセンサ３２により検出された負圧値を与えられ、第二に所定値を与えられる。検出された負圧値が所定値よりも大きいときには、たとえ増大率が所定値よりも大きくても、モータのスイッチ・オフは阻止され、すなわち、スイッチ・オフは実行されない。

図３に示すグラフは、床面吸い込みノズル１８における異なる負圧プロファイルを示す３つの事例を図示している。
事例１は時間に関して一定の負圧プロファイルを示しており、したがって、モータのスイッチ・オフ動作を起動する必要はない。事例２では、圧力がタイム・ウィンドウΔtの範囲内で３００ｈＰａから２２５ｈＰａに低下している（負圧の増大と等しい）。例えば、０．１秒の期間Δtの範囲内での負圧の増大は、比較器５２に適用される所定値よりも小さく、したがって、この場合もモータの電源を切らない。

図示の事例３では、負圧が１００ｈＰａ増大し、すなわち、圧力が時間Δtの範囲内で３００ｈＰａから２００ｈＰａに低下している。この急激な負圧の増大は、その差分値（例えば、１００ｈＰａを０．１秒で割った）が所定値よりも大きいため、床面吸い込みノズル１８の閉塞と判断される。モータ出力コントローラ５４は対応する出力信号を比較器５２から受信して、所定期間モータの電源を切ることを可能にする。その期間が経過した後に、再びモータの電源を入れる。ここで、選択された圧力値は、あくまで例を示したに過ぎず、本発明を説明する役目を果たすだけであり、本発明を前記値に限定すべきではないことに注目すべきである。

第１および第２の制御ループとは完全に無関係に、負圧の増大に応じてモータのスイッチを切る。特に、２つの制御ループなしにモータの電源を切ることができる。圧力の増大に応じてモータの電源を切るためには、モータ出力コントローラ５４とともに、圧力センサ３２と、微分器５０および比較器５２とを提供する必要があるだけである。この場合、例えば、体積空気流量調整用のセンサ３４は使用しない。

しかしながら、２つの制御ループと、説明した制御ループ選択とを組み合わせて本発明のモータのスイッチ・オフを実施することは、それにより技術的費用は一定のままで利便性を高める多数の機能を実現できるため、特に有利である。

Claims (14)

1. 少なくともモータと、ごみ分離装置と、吸い込みノズルと、を有する電気掃除機のモータ出力制御装置において、
   前記モータ出力を制御または調整する装置（２４）と、前記吸い込みノズル（１８）の領域内に存在している負圧を検出する第１のセンサ（３２）と、を有し、
   前記負圧の増大率が所定値を上回っているとき、所定期間前記モータ（２２）の電源を切るように前記調整装置（２４）が設計されていることを特徴とする、電気掃除機のモータ出力制御装置。
2. 前記調整装置（２４）が、前記センサ（３２）からの信号を時間に関して微分する微分ユニット（５０）を有していることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
3. 前記調整装置（２４）が比較器ユニット（５２）を有しており、この比較器ユニット（５２）は、まず第一に前記微分ユニット（５０）からの出力信号を与えられ、第二に所定の比較値を与えられることを特徴とする、請求項２に記載の装置。
4. アナログ式の圧力センサ（３３）の形で前記センサ（３２）を提供していることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の装置。
5. 前記第１のセンサ（３２）が前記調整装置（２４）とともに第１の制御ループ（４２）を形成し、前記センサ（３２）からの前記信号に基づいて、前記負圧、したがって押し動かす力を、所定値よりも小さい大きさに保持することを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の装置。
6. 体積空気流量を検出する第２のセンサ（３４）を有し、この第２のセンサ（３４）は前記調整装置とともに第２の制御ループ（４０）を形成し、前記第２のセンサ（３４）からの信号に基づいて、前記体積空気流量を、所定の体積空気流量値に保持しており、
   前記２つのセンサ（３２、３４）からの前記信号に応じて前記２つの制御ループ（４０、４２）のうちの１つを起動する制御ループ選択装置（２８）を有する、
   請求項１〜５のいずれか１項に記載の装置。
7. 前記第２のセンサ（３４）が圧力センサ（３５）であることを特徴とする、請求項６に記載の装置。
8. 前記第１のセンサにより検出された前記負圧が所定値よりも大きくなったときにだけ、前記モータの電源を切るように前記調整装置（２４）を設計していることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載の装置。
9. 少なくともモータと、ごみ分離装置と、吸い込みノズルと、を有している電気掃除機のモータ出力を制御する方法であって、
   前記吸い込みノズルにおける負圧を検出するステップと、
   前記検出された負圧の増大率を計算するステップと、
   前記増大率が所定値を上回っているとき、所定期間前記モータの電源を切るステップと、を含む、
   電気掃除機のモータ出力を制御する方法。
10. 前記検出された負圧を時間に関して微分して、その後、所定値と比較することを特徴とする、請求項９に記載の方法。
11. 押し動かす力が所定値よりも小さくなるように前記モータの前記出力を調整することを特徴とする、請求項９または１０に記載の方法。
12. 前記ごみ分離装置と前記モータの間の体積空気流量を検出するステップと、
    前記検出された負圧が所定値よりも大きいときには前記負圧が所定値よりも小さくなるように前記モータの前記出力を調整し、前記検出された負圧が所定値以下のときには所定の体積空気流量値を保持するように前記モータの前記出力を調整するステップと、をさらに含む、
    請求項９〜１１のいずれか１項に記載の方法。
13. 前記吸い込みノズルにおいて前記検出された負圧が所定値をもまた上回っているときにだけ、前記モータの電源を切ることを特徴とする、請求項９〜１２のいずれか１項に記載の方法。
14. モータと、集塵袋を収容することができるごみ分離装置と、吸い込み管を介して前記モータに接続されている吸い込みノズルと、を有する電気掃除機であって、請求項１〜８のいずれか１項に記載の調整装置を有することを特徴とする、電気掃除機。

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