JP2013233198A - 電気掃除機 - Google Patents

Abstract

【課題】吸込具の電動機の種類に応じて適切な被清掃面の判別閾値が設定される電気掃除機を提供する。
【解決手段】吸引風を発生させる電動送風機２を内蔵する掃除機本体１と、被清掃面の塵埃を吸引する吸込具８に内蔵された回転ブラシ（図示せず）を駆動する電動機１０と、吸込具８に内蔵された電動機検知手段１７と、電動機１０に流れる電流を検出する電流検出手段１４の出力に基づいて被清掃面の種類を判別する制御手段１３とを備え、制御手段１３は、電動機検知手段１７から電動機１０の種類を判別し、判別した電動機１０の種類に応じて、被清掃面の種類を判別するための判別閾値を変えるもので、電気掃除機に装着される吸込具８の電動機１０の種類に応じて適切な被清掃面の判別閾値が設定され、被清掃面の種類が正確に判別できるので、使い勝手のよい電気掃除機を提供することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、電気掃除機に関するものである。

従来の電気掃除機として、図５に示されるようなものがある。図５は、同従来の電気掃除機の概略構成図である。

図５において、従来の電気掃除機の掃除機本体１は、吸引風を発生する電動送風機２を内蔵し、電動送風機２の異なった入力（供給電力）での動作モードを操作する操作部４を有したホース３と、延長管５と、被清掃面に接して塵埃等を吸い込む吸込具８と、吸引した塵埃を蓄積しておく集塵室６とを備え、ホース３と集塵室６は、掃除機本体１に設けた吸気口７を介して接続され、集塵室６と吸気口７とホース３と延長管５と吸込具８で吸気流路２５を形成している。吸込具８には、床面に対向して、床面上の塵埃を掻き上げる回転ブラシ９と、回転ブラシ９を回転駆動するための電動機（図示せず）が内蔵されている。

上記のように構成された従来の電気掃除機は、使用者が操作部４を操作して、制御手段（図示せず）により電動送風機２に電力が供給され、電動送風機２への電力供給が停止している停止モードから、動作モードへ移行すると、吸込具８から吸引された塵埃が、吸気流路２５を経由して集塵室６に蓄積される。

また、制御手段が制御する電動送風機２への供給電力や電動機への供給電力は、使用者が操作部４を操作することにより切り替えられ、使用者は、フローリング等の比較的吸引力が弱く、また、回転ブラシ９による掻き上げ力が弱くても床面上の塵埃除去が可能な床面では、電動送風機２や電動機への供給電力を低めに、絨毯などの毛足の奥の塵埃を掻き出す力と強い吸引力が必要な床面では、電動送風機２や電動機への供給電力を高めに設定するよう、床面の種類に応じて操作部４を操作していた。

以上のように構成された従来の電気掃除機の構成では、床面が変わる毎に使用者が操作部４を操作しなければならず、使い勝手が悪かった。そこで使い勝手を向上させるため、回転ブラシ９を駆動する電動機に流れる電流値の絶対値から被清掃面の判別を行い、それに応じて電動送風機２への供給電力を制御するもの（例えば、特許文献１参照）や、回転ブラシ９を駆動する電動機に流れる瞬間的な電流値の変動幅に基づいて被清掃面の判別を行い、それに応じて電動送風機２への供給電力を制御するもの（例えば、特許文献２参照）が提案されている。

特許第２１２６８１１号公報 特開２０１１−１０８０１号公報

しかしながら、上記特許文献１、２に記載されたような従来の電気掃除機の構成では、回転ブラシ９を駆動する電動機に流れる電流値から抽出した情報（絶対値や変動幅など）に対して閾値判別を行うことで、じゅうたんやフローリングなどの被清掃面の判別を行っており、その判別閾値は、電気掃除機毎にあらかじめ設定され固定されていた。そのため
、回転ブラシを駆動する電動機の種類が変わり、電動機に流れる電流値が変化すると被清掃面の判別が困難になってしまう場合があり、使用者は１種類の吸込具８しか使用できなかったり、サービス部品の共用化ができないなど、汎用性の面で課題があった。

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、電気掃除機に接続される吸込具８に内蔵された電動機の種類に応じて適切な被清掃面の判別閾値が設定され、汎用性の高い使い勝手のよい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は、吸引風を発生させる電動送風機を内蔵した掃除機本体と、被清掃面の塵埃を吸引する吸込具と、前記吸込具に内蔵された回転ブラシを駆動する電動機と、前記吸込具に内蔵された電動機検知手段と、前記電動機に流れる電流を検出する電流検出手段と、前記電流検出手段の出力に基づいて被清掃面の種類を判別する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記電動機検知手段から前記電動機の種類を判別し、判別した前記電動機の種類に応じて、被清掃面の種類を判別するための判別閾値を変えるもので、電気掃除機に接続される吸込具に内蔵された電動機の種類に応じて適切な被清掃面の判別閾値が設定されて、被清掃面の種類が正確に判別できるので、汎用性の高い使い勝手のよい電気掃除機を提供することができる。

本発明の電気掃除機は、電気掃除機に接続される吸込具に内蔵された電動機の種類に応じて適切な被清掃面の判別閾値が設定されるため、汎用性の高い使い勝手のよい電気掃除機を提供することができる。

本発明の実施の形態１における電気掃除機の制御ブロック図 同電気掃除機の床面判別及び電動機判別方法の回路構成図 同電気掃除機の床面判別方法を用いた吸込具のイメージ図 同電気掃除機の床面判別方法の電流検出及び電動機検出方法の説明図 従来の電気掃除機の外観構成図

第１の発明は、吸引風を発生させる電動送風機を内蔵した掃除機本体と、被清掃面の塵埃を吸引する吸込具と、前記吸込具に内蔵された回転ブラシを駆動する電動機と、前記吸込具に内蔵された電動機検知手段と、前記電動機に流れる電流を検出する電流検出手段と、前記電流検出手段の出力に基づいて被清掃面の種類を判別する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記電動機検知手段から前記電動機の種類を判別し、判別した前記電動機の種類に応じて、被清掃面の種類を判別するための判別閾値を変えるもので、電気掃除機に接続される吸込具に内蔵された電動機の種類に応じて適切な被清掃面の判別閾値が設定されて、被清掃面の種類が正確に判別できるので、汎用性の高い使い勝手のよい電気掃除機を提供することができる。

第２の発明は、特に、第１の発明における電気掃除機において、一端が掃除機本体に接続されるホースと、前記掃除機本体から電動機に交流の電力を供給する２本の電力供給線と、前記ホースに設けられ電動送風機および前記電動機の運転動作を制御するためのスイッチを有する操作部と、前記操作部から発せられる操作信号を制御手段に送信する２本の信号線とを備え、前記２本の信号線のうちの片側１本と前記２本の電力供給線のうちの片側１本とを共通線とし、前記共通線のインピーダンスを電流検出手段とするもので、上記インピーダンスを利用して電動機の電流値を検出することができるため、電動機の電流値を検出する専用の回路を設けることなく簡単で安価な構成で電動機の電流値を検出するこ
とができる。

以下、図面を参照しながら本発明の電気掃除機の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、以下の説明では、同一または相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。

（実施の形態１）
本発明の実施の形態１における電気掃除機について、図１〜５を用いて説明する。なお上記従来の電気掃除機と同一構成の部品については同一符号を付し、その説明を省略する。

図１は、本実施の形態における電気掃除機の制御ブロック構成図である。

図１において、本実施の形態における電気掃除機は、電動送風機２と、回転ブラシ９を回転駆動するための電動機１０と、電動送風機２への供給電力を制御する素子である第１の双方向性サイリスタ１１と、電動機１０への供給電力を制御する素子である第２の双方向性サイリスタ１２と、電動送風機２と電動機１０への供給電力を制御する制御手段１３と、電動機１０に流れる電流を検出する電流検出手段１４とを備え、電流検出手段１４で検出される電流値によって、制御手段１３は被清掃面の判別を行うようになっている。

掃除機本体１は、さらに電動機１０の種類を検知する電動機検知手段１７を備え、制御手段１３は、マイクロコンピュータ１６で構成されている（以下、マイクロコンピュータとして説明する）。

マイクロコンピュータ１６は、商用電源のゼロクロスを検出しており、制御手段１３の動作として、ゼロクロスに同期して第１の双方向性サイリスタ１１と第２の双方向性サイリスタ１２を位相制御することにより、電動送風機２と電動機１０への供給電力を制御している。

また、図２に、特に電動機１０を制御するための経路についての回路構成図を示すが、まず、電動機１０に電力を供給する経路として、吸込具８、延長管５、ホース３には、電力供給線１８が配設されており、ホース３においては、操作部４の信号をマイクロコンピュータ１６へと送信する信号線１９の片側と、電力供給線１８の片側を共通とする構成としている。

操作部４は、３つのスイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３を有しており、スイッチＳＷ１は、電動送風機２と電動機１０への電力供給を停止する「停止モード」へ移行させる「停止スイッチ」、スイッチＳＷ３は、最大の吸引力と掻き上げ力を発揮するために電動送風機２と電動機１０への電力供給を最大とするよう制御する「強」モードと、静かさを優先したい時に使用する供給電力を低くした「弱」モードとを、操作する毎に切り替える「強／弱スイッチ」、ＳＷ２は、被清掃面の判別結果によって、電動送風機２と電動機１０への供給電力を自動で切り替える「自動モード」へ移行させる「自動スイッチ」としてそれぞれ設定されている。

スイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３の前後には、抵抗ｒ１、ｒ２、ｒ３、ｒ４があり、スイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３を操作したときの合成抵抗の変化によって、Ｖ１が変化することにより、マイクロコンピュータ１６は、どのスイッチが操作されたかを認識し、操作されたスイッチに対応したモードに切り替え、供給電力の制御を行うようになっている。

また、電動機１０の近傍に設けた電動機検知手段１７は、検知信号をマイクロコンピュータ１６へと送信する信号線１９と、電力供給線１８を両側とも共通線とする構成としており、電動機検知手段１７は抵抗ｒＭで構成されている。この抵抗ｒＭの抵抗値を電動機１０の種類毎に変更することで、ＶＭの値が変化するため、マイクロコンピュータ１６がＶＭの値を読み取り、どの種類の電動機１０が接続されているかを判断する。

図３に吸込具８に設けた回転ブラシ９の構成図を示すが、図３において、吸込具８に設けられ被清掃面に対して開口して被清掃面の塵埃を吸引するための開口部２０のスペースに回転ブラシ９が配設され、電動機１０に電力が供給されると、図３中の矢印に示す方向に回転して動作する。

回転ブラシ９には、回転ブラシ９が回転することにより、回転に同期して定期的に被清掃面に接触し、被清掃面の塵埃を掻き上げる清掃体２１を有している。清掃体２１は、樹脂ブレード、もしくは植毛など、軟質でありながら被清掃面の塵埃を掻き上げるのに適した材質のものを、回転ブラシ９の軸方向に直線状、もしくは、螺旋状に配設している。なお、本実施の形態においては、清掃体２１を３条設けている。

以上のように構成された本実施の形態における電気掃除機の床面判別方法及びそれを用いた電気掃除機の動作を説明するが、本実施の形態においては、被清掃面をフローリングと絨毯の２段階に判別する場合について説明する。

まず、電動機１０に流れる電流をマイクロコンピュータ１６がどのように検出するかについて説明する。

図２において、操作部４の信号は、マイクロコンピュータ１６に信号Ｖ１として入力され、スイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３のいずれかを押さえることにより、有効となる操作部４の抵抗ｒ１、ｒ２、ｒ３、ｒ４と、掃除機本体１側の抵抗ＲにてＶｄｄを分割した電圧が入力され、操作されたスイッチに対応した電圧に応じて、電動送風機２、電動機１０の位相制御を行って、吸い込み能力の制御、または掻き上げ力の制御を行っている。

例えば、ＳＷ２が押された場合は、Ｖ１の信号電圧は、
Ｖ１＝ Ｖｄｄ×Ｒ／（Ｒ＋ｒ＋ｒ０＋ｒ１＋ｒ２） （式１）となる。ここでＶ１の信号線１９上には、図２中に示すホース抵抗ｒ０とｒが存在するが、マイクロコンピュータ１６は、図４に示すようなタイミングＴ１で第２の双方向性サイリスタ１２のトリガオンを行って電動機１０へ供給する電力を位相制御しており、トリガオフの期間のタイミングＴ２にＶ１の信号電圧に対するスイッチの判断を行っている。

このタイミングでは、信号線１９に流れる電流は微小であり、ｒ、ｒ０＜＜Ｒ、ｒ０、ｒ１、ｒ２となる関係で設定しているので、ｒとｒ０での電圧降下は無視できるレベルであり、ｒ、ｒ０＝０Ωとでき、Ｖ１は、
Ｖ１＝ Ｖｄｄ×Ｒ／（Ｒ＋ｒ１＋ｒ２） （式２）とでき、操作部４のスイッチの状態として、スイッチＳＷ２が押されていると判断できる。

また、操作部４が全く押されていないときの、Ｖ１は、
Ｖ１＝ Ｖｄｄ×Ｒ／（Ｒ＋ｒ１＋ｒ２＋ｒ３＋ｒ４） （式３）となる。

また、図２に示すように、信号線１９の片側は、電動機１０へ電力供給するための電力供給線１８の片側と共通（図２中のコモンライン）となる構成としており、マイクロコン
ピュータ１６は、電動機１０がトリガオンした後のタイミングＴ３でもＶ１の電圧を判断している。

この時、第２の双方向性サイリスタ１２は、電動機１０へ電力を供給している状態であり、電力供給線１８には、数百ｍＡ〜数Ａの電流Ｉが流れ、例えば、Ｖｄｄ＝５［Ｖ］、ｒ＝２Ω、Ｉ＝０．５Ａとした時、ｒ×Ｉ＝１［Ｖ］となり、コモンライン側のホース抵抗ｒの両端の電圧（ｒ×Ｉ）に関しては、信号電圧の大きさに対して無視できないレベルとなっており、電動機１０がトリガオンした後のＶ１電圧は、マイクロコンピュータ１６のＧＮＤを基準とすると、操作部４を操作していない状態では
Ｖ１＝ （Ｖｄｄ−ｒ×Ｉ）×Ｒ／（Ｒ＋ｒ０＋ｒ１＋ｒ２＋ｒ３＋ｒ４） （式４）となるが、電流Ｉが流れるのは、コモンライン側であり、信号線１９のＶ１がマイクロコンピュータ１６に入力される経路には流れないので、ｒ０は前述のようにｒ０＝０Ωとすることができ、
Ｖ１＝ （Ｖｄｄ−ｒ×Ｉ）×Ｒ／（Ｒ＋ｒ１＋ｒ２＋ｒ３＋ｒ４） （式５）となり、操作部４を操作していない状態では、Ｖ１には、ＡＣ電流Ｉに応じた電圧が、（式３）で示される信号に重畳した形で、図４に示すような波形があらわれる。電流Ｉは、ＡＣ電流であるので、電流ＩによるＶ１の変化成分としては、
Ｖ１＝ （ｒ×Ｉ）×Ｒ／（Ｒ＋ｒ１＋ｒ２＋ｒ３＋ｒ４） （式６）となって、Ｖ１は電流Ｉの関数として表される関係となり、ホース３の抵抗成分を利用して、操作部４が操作されていない時のＶ１をゼロクロスに対するタイミングＴ３で判断することにより、マイクロコンピュータ１６は、電動機１０に流れる電流を検出することができる。

このように、電力供給線１８のインピーダンスを電流検出手段１４として利用することで、電動機１０の電流値を検出する専用の回路を設ける必要が無く、簡単で安価な構成で実現できる。

電動機１０に電力が供給され、回転ブラシ９が回転すると、清掃体２１が、被清掃面に接触し、被清掃面の塵埃を掻き上げる。このとき、フローリングのような硬質の被清掃面であれば、清掃体２１の接触時に、清掃体２１が被清掃面から受ける機械的な負荷抵抗は、比較的小さく、絨毯のような毛足があり、吸込具８が毛足に沈みがちになり、清掃体２１との接触面積が増えるような被清掃面では、負荷抵抗は大きくなる。

そのため電動機１０に流れる電流Ｉは、フローリングでは小さく、絨毯では大きくなり、検出されるＶ１の電圧に対し判別閾値電圧ＶＳを定める、検出されるＶ１の電圧値が、判別閾値電圧ＶＳより小さければフローリングと判別し、ＶＳより大きければ絨毯と判別するように設定し、被清掃面を判別することができる。

しかしながら、判別閾値電圧ＶＳは、電動機１０に流れる電流値に依存するため、例えば内蔵された電動機１０の種類が違う吸込具８が装着された場合、電動機１０に流れる電流値も異なるため、（式６）のＶ１の値も変わり、設定されていた判別閾値電圧ＶＳに対してうまく被清掃面の判別ができなくなる可能性が高い。

そこで、本実施の形態において、電動機検知手段１７によって、接続されている電動機１０の種類を判別し、判別した電動機１０の種類に応じて被清掃面の判別閾値電圧ＶＳを変える方法を説明する。

まず、電動機検知手段１７によって接続されている電動機１０の種類を判別する方法について図２と図４を用いて説明する。

図２において、電動機１０の種類を表す信号は、マイクロコンピュータ１６に信号ＶＭとして入力される。信号ＶＭは、電動機１０の近傍に設けられた電動機検知手段１７である抵抗ｒＭとホース抵抗ｒ、ｒ５の合成抵抗を掃除機本体１側の抵抗ＲＭにてＶｄｄを分割した電圧であり、
ＶＭ＝ Ｖｄｄ×ＲＭ／（ＲＭ＋ｒ＋ｒ５＋ｒＭ） （式７）となる。ここで図４より、マイクロコンピュータ１６がＶＭを読み取るタイミングは操作部４の信号Ｖ１と同じく、第２の双方向性サイリスタ１２のトリガオフのタイミングＴ２で読み取る。このタイミングでは、信号線１９に流れる電流は微小であり、ｒ、ｒ５＜＜ＲＭ、ｒＭとなる関係で設定することで、ｒとｒ５での電圧降下は無視できるレベルとなり、ｒ、ｒ０＝０Ωとでき、ＶＭは、
ＶＭ＝ Ｖｄｄ×ＲＭ／（ＲＭ＋ｒＭ） （式８）となる。電動機１０の種類に応じて抵抗ｒＭを変えることでＶＭの値が変化し、それを読み取ることで電動機１０の種類を判別することができる。

次に、判別した電動機１０の種類に応じて被清掃面の判別閾値電圧ＶＳをどのように変えるかを説明する。

マイクロコンピュータ１６は、判別閾値電圧ＶＳを、図２における電動機１０の種類を表す信号ＶＭに係数ｍをかけたもの
ＶＳ＝ ｍ×ＶＭ （式９）として設定を行う。ＶＭは掃除機本体１側の抵抗ＲＭと電動機検知手段１７である抵抗ｒＭとの抵抗分割により決まる電圧であり、ＲＭの抵抗値を固定とすると、ＶＳはｒＭの値によって決定することになる。ここで、（式９）に（式８）を代入すると
ｒＭ＝ ＲＭ×（ｍ×Ｖｄｄ−Ｖｓ）／Ｖｓ （式１０）となり、電動機１０の種類に対応した各判別閾値電圧ＶＳから抵抗ｒＭの値が求められる。求めた抵抗値の抵抗ｒＭを電動機１０と合わせて吸込具８に設置することで、マイクロコンピュータ１６は接続された吸込具８に応じて判別閾値電圧ＶＳを変えて、電動機１０の種類に応じた最適な判別閾値電圧ＶＳを設定することができる。また、毎周期ＶＭを検知して判別閾値電圧ＶＳを再設定することにより、電気掃除機を運転中に、使用する吸込具８を変更した場合においても、即座に最適な判別閾値電圧ＶＳを再設定することができる。

このように、電動機１０の種類ごとに抵抗ｒＭの抵抗値を設定することで、接続された吸込具８に応じて最適な被清掃面の判別閾値電圧ＶＳを設定することができるため、使用者が掃除中に数種類の吸込具８を使用した場合においても被清掃面の判別が問題なく行え、さらに吸込具８のサービス部品も共用可能になり、汎用性の高い使い勝手のよい電気掃除機を提供することができるようになる。

以上のように、本発明にかかる電気掃除機は、電気掃除機に装着されている吸込具の電動機の種類に応じて適切な被清掃面の判別閾値が設定される汎用性の高い、使い勝手のよいもので、家庭用、業務用、店舗用の各種電気掃除機に適用できる。

１ 掃除機本体
２ 電動送風機
３ ホース
４ 操作部
８ 吸込具
９ 回転ブラシ
１０ 電動機
１３ 制御手段
１４ 電流検出手段
１７ 電動機検知手段
１８ 電力供給線
１９ 信号線

Claims (2)

1. 吸引風を発生させる電動送風機を内蔵した掃除機本体と、被清掃面の塵埃を吸引する吸込具と、前記吸込具に内蔵された回転ブラシを駆動する電動機と、前記吸込具に内蔵された電動機検知手段と、前記電動機に流れる電流を検出する電流検出手段と、前記電流検出手段の出力に基づいて被清掃面の種類を判別する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記電動機検知手段から前記電動機の種類を判別し、判別した前記電動機の種類に応じて、被清掃面の種類を判別するための判別閾値を変えることを特徴とする電気掃除機。
2. 一端が掃除機本体に接続されるホースと、前記掃除機本体から電動機に交流の電力を供給する２本の電力供給線と、前記ホースに設けられ電動送風機および前記電動機の運転動作を制御するためのスイッチを有する操作部と、前記操作部から発せられる操作信号を制御手段に送信する２本の信号線とを備え、前記２本の信号線のうちの片側１本と前記２本の電力供給線のうちの片側１本とを共通線とし、前記共通線のインピーダンスを電流検出手段とする請求項１に記載の電気掃除機。