JP2015054155A - 電気掃除機 - Google Patents

Abstract

【課題】交流電力および直流電力の双方で十分な塵取れ性を確保できる軽量な電気掃除機を提供すること。【解決手段】本体に収納され、吸引風を発生させる電動送風機３と、被掃除面に接触して使用され、被掃除面から塵埃を吸い込むための吸込み具３２と、前記吸込み具に設けられた塵埃掻き上げ用の回転ブラシ３３と、前記ブラシを商用電源１から供給される交流電力および二次電池２から供給される直流電力のいずれでも回転駆動可能な電動機２６と、前記商用電源１から供給される交流電圧の半波のうち、少なくとも２回以上オンオフした電力を前記電動機２６に供給することで、二次電池２の直流電力の値と略等しくする制御手段を具備することによって、交流電力および直流電力の双方で十分な塵取れ性能を確保できる軽量な電気掃除機を提供することが可能となる。【選択図】図２

Description

本発明は、交流電力および直流電力の両方で使用可能な電気掃除機に関するものである。

従来のこの種の電気掃除機として、商用電源で動作する交流式と、充電された二次電池にて動作する充電式の両方にて使用できる交直両用掃除機がある。この掃除機には商用電源から供給される交流電力ならびに二次電池から供給される直流電力のいずれも駆動可能な電動送風機を備えている。

ところがこの電気掃除機では商用電源からの電動送風機への交流電力の入力が、二次電池からの電動送風機への直流電力の入力に比べ、大きくなるため、二次電池からの直流電力で電動送風機を動作させた際に、この電動送風機による吸引力が、商用電源からの交流電力で電動送風機を駆動させた場合に比べ、極端に低くなる。

この交流電力で駆動させた場合と直流電力で駆動させた場合の吸引力を略等しくするために、商用電源からの交流電力と二次電池からの直流電力を略等しくするための交流制御回路を備え、この交流制御回路はトライアック素子により交流電力を図４に示すように位相制御し電動機へ供給しているものや、位相制御した後に平滑回路にて平滑して、電動機へ供給する発明が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００３−３３９６００号公報

しかしながら、商用電源からの交流電力をトライアック素子により位相制御し電動機へ供給する場合は、二次電池からの直流電力と同じ電動機出力を得ようとし、図４のように交流電圧の最大振幅値近傍で通電すると、電動機への電流が急激に立ち上がることで、電動機の力率が悪く、発熱も大きくなり、電動機を直流で駆動する場合に比べ大きくしなければならない。

また、商用電源を位相制御した後に平滑回路で平滑し、電動機を駆動する場合は、電動機の力率は二次電池からの直流電力での駆動と同様になるが、平滑回路が大きくなり、電気掃除機の小型化、軽量化が容易ではない。

特に交流式の電気掃除機の電動送風機は約１０００Ｗが主流であり、このように入力の大きな電動機では、同じ出力を得ようとすることは小型化、軽量化は特に容易ではない。

ところで、電気掃除機の塵取れ性能に影響を与えるのは電動送風機の吸引力だけでなく、吸込み具の掻き上げ性能も大きく影響する。吸込み具により塵埃を床面から浮かすことが出来れば、電動送風機の吸引力が弱くとも塵埃を吸い込むことができる。この吸込み具の掻き上げ性能を高めるためは回転ブラシを電動機で駆動する方法があるが、この回転ブラシ駆動用の電動機も、交流電力を位相制御により、二次電池からの直流電力を略等しくすると、同様に電動機の力率が悪く、発熱も大きくなり、電動機を直流定格仕様に比べ大きくしなければならない。平滑回路で平滑し、電動機を駆動する場合も同様に、平滑回路
が大きくなり、電気掃除機の小型化、軽量化が容易ではない。

本発明は前記従来の課題を解決するもので、交流電力および直流電力の双方で十分な塵取れ性を確保できる軽量な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、本体に収納され、吸引風を発生させる電動送風機と、被掃除面に接触して使用され、被掃除面から塵埃を吸い込むための吸込み具と、前記吸込み具に設けられた塵埃掻き上げ用回転ブラシと、前記ブラシを商用電源から供給される交流電力および二次電池から供給される直流電力のいずれでも回転駆動可能にする電動機と、前記商用電源から供給される交流電圧を少なくとも半波の内、２回以上オンオフした電力を前記電動機に供給することで、二次電池の直流電力の値と略等しくする制御手段を具備するようにした。

これにより、交流電力および直流電力の双方で十分な塵取れ性を確保できる軽量な電気掃除機を提供することが可能となる。

本発明の電気掃除機は商用電源からの交流電力を二次電池からの直流電力の値に制御手段にて略等しくして、吸込み具の回転ブラシ駆動用電動機を駆動するので、商用電源と二次電池にて電動機を駆動させる場合で回転ブラシの回転数を略等しく出来るから、交流電力および直流電力の双方で塵取れ性を十分に確保できる軽量な電気掃除機を提供するものである。

本発明の実施の形態１における電気掃除機の概略図 本発明の実施の形態１における制御ブロック図 本発明の実施の形態１における回転ブラシ駆動用電動機へ供給する交流電力の説明図 従来の電気掃除機の位相制御の説明図

第１の発明は、本体に収納され、吸引風を発生させる電動送風機と、被掃除面に接触して使用され、被掃除面から塵埃を吸い込むための吸込み具と、前記吸込み具に設けられた塵埃掻き上げ用回転ブラシと、前記ブラシを商用電源から供給される交流電力および二次電池から供給される直流電力のいずれでも回転駆動可能にする電動機と、前記商用電源から供給される交流電圧の半波のうち、少なくとも２回以上オンオフした電力を前記電動機に供給することで、二次電池の直流電力の値と略等しくする制御手段を具備することによって、交流電力および直流電力の双方で十分な塵取れ性能を確保できる軽量な電気掃除機を提供することが可能となる。

第２の発明は、前記商用電源から供給される交流電圧の半波のうち、少なくとも２回以上オンオフした電力を供給することで、二次電池の直流電力の値と略等しくする制御手段を具備し、供給する電力の少なくとも１つは、この半波のうち位相の９０度以内でオンすることにより、電動機の効率が向上し、交流電力および直流電力の双方で十分な塵取れ性能を確保できる、より軽量な電気掃除機を提供することが可能となる。

第３の発明は、商用電源から供給される交流電圧の半波のうち、少なくとも２回以上オンオフした電力を供給することで、二次電池の直流電力の値と略等しくする制御手段を具備し、供給する電力は等間隔でオンオフすることにより、電動機へ供給する電力の調整が
容易となり、使用状態に合わせ吸込み具の回転ブラシの回転数を容易に調整でき、より使用性を向上することができる。

第４の発明は、商用電源の電圧値に応じて、供給する交流電力値を変更し、二次電池の直流電力の値と略等しくすることで、交流電圧が高いときに電動機へ大きな負荷が掛かることがなく、また電圧が低いときは二次電池からの直流電力と略等しくすることにより、より使用性を向上することができる。

第５の発明は、二次電池の電圧値に応じて、供給する直流電力値を変更し、商用電力の交流電力の値と略等しくすることで、二次電池２の容量が減り電池電圧が低くなったときは商用電源からの交流電力と略等しくすることで吸込み具３２の回転ブラシの回転数を交流電力と直流電力双方とも略等しくすることができ、より使用性を向上することができる。

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）
本発明の実施の形態１における電気掃除機について、図１〜３を用いて説明する。

図１は実施の形態１における電気掃除機の全体図である。２８は掃除機本体であり、３は掃除機本体２８に内蔵された吸引風を発生させる電動送風機であり、電動送風機３は交流電力および直流電力のいずれかの供給で駆動する。この電動送風機３の吸引風はホース２９と延長管３１を通じて吸込み具３２へ伝わり、吸込み具３２の吸引口から床面の塵埃を吸引する。吸込み具３２には塵埃掻き上げ用の回転ブラシ３３とその回転ブラシ３３を回転駆動する電動機２６を備えている。この電動機２６は交流電力および直流電力のいずれかの供給で駆動する。

掃除機本体２８とホース２９、ホース２９と延長管３１、延長管３１と吸込み具３２はそれぞれ着脱可能であり、ホース２９と延長管３１接続部については延長管３１を外してホース２９側から、延長管３１と吸込み具３２接続部については吸込み具３２を外して延長管３１側から塵埃を吸引することができる。

また、延長管３１との接続部には使用者が持つための把手部３０を備え、把手部３０には電動送風機３と電動機２６の動作および停止を指示するための操作部２５を備える。

また、掃除機本体２８の後部には、コンセント（商用電源）に接続して、掃除機本体２８に内蔵されている回路基板３４（図示せず）に電源を供給する電源コード２３（図示せず）が設けられている。

さらに掃除機本体２８内の電動送風機３の横には二次電池としての二次電池２（図示せず）が取り外し可能に収納されている。この二次電池２から回路基板３４に電力を供給し、電動送風機３と電動機２６を駆動する。また、掃除機本体２８の二次電池２の下部分には、図示しない外部電源に着脱可能に接続されて、この外部電源から供給される電力を二次電池２に供給して、この二次電池２を充電させる図示しない充電端子が取り付けられている。

次に図２を用いて制御回路構成を説明する。回路図上の各回路ブロック３４ａ、３４ｂ、３４ｃは、それぞれ掃除機本体２８、ホース２９および吸込み具３２に配されるものである。

商用電源１には電源波形のゼロクロスを検出するためのゼロクロス検出回路４と、商用電源１の電源電圧を検出するための電源電圧検出回路２４と信号制御手段５に電源を供給する電源回路２７と電動送風機３と電動機２６が接続されている。

二次電池２はプラス端子が商用電源１の片側は接続されており、商用電源１と同様にゼロクロス検出回路４と電源電圧検出回路２４と電源回路２７と電動送風機３と電動機２６が接続されている。

ゼロクロス回路は、二次電池２に接続されている場合はゼロクロス信号が出力されないため、二次電池２に接続されていることが判別できる。また、電源電圧検出回路２４は二次電池２電圧を検出し信号制御手段５に入力する。

切替手段Ａ６と切替手段Ｂ７は商用電源１から供給される交流電力と二次電池２から供給される直流電力を必要に応じて切り替えて電動送風機３に供給する交流・直流切替手段である。それぞれ切替手段駆動回路Ａ１０と切替手段駆動回路Ｂ１１を介し信号制御手段５により切替を行うよう構成されている。同様に切替手段Ｃ８と切替手段Ｄ９は電動機２６の交流・直流切替手段であり、切替手段駆動回路Ｃ１２と切替手段駆動回路Ｄ１３を介し信号制御手段５により切り替えを行うよう構成されている。

電動送風機３は交流時にはトライアック１４、直流時はＭＯＳＦＥＴＡ１５で駆動し、それぞれ駆動回路Ａ１９と駆動回路Ｂ２０を介し信号制御手段５により制御されるよう構成されている。電動機２６は交流時にはＭＯＳＦＥＴＣ１７とＭＯＳＦＥＴＤ１８、直流時はＭＯＳＦＥＴＢ１６で駆動し、それぞれ駆動回路Ｃ２１と駆動回路Ｄ２２を介し信号制御手段５で制御される。

このＭＯＳＦＥＴＣ１７とＭＯＳＦＥＴＤ１８はそれぞれのソース端子を接続することで、駆動回路Ｃ２１により商用電源をオンオフすることができ、図３に示すように、交流電圧をパルス上にオンオフした電圧を電動機２６に印加し、制御する。位相制御で制御する場合に比べ、交流電圧の低い電圧からオンするので、電流が急峻に立ち上がることがなく、位相制御に比べ電動機の力率も改善でき、モータの効率が改善できる。

電動送風機３と電動機２６は、信号制御手段５に接続された操作部２５の各運転ボタンからの入力信号により、それぞれの入力制御値が決定される。トライアック１４は位相制御で、ＭＯＳＦＥＴＣ１７、ＭＯＳＦＥＴＤ１８を交流電圧のオンするパルス幅で入力を制御する。それぞれの制御に必要となるゼロクロス検出回路４は信号制御手段５に接続されている。ＭＯＳＦＥＴＡ１５とＭＯＳＦＥＴＢ１６はＰＷＭ制御で入力を制御する。電源電圧検出回路２４は商用電源１あるいは二次電池２の電圧により電動機２６の入力を補正するための電源電圧を検出する回路で、信号制御手段５に接続されている。

次に、上記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動作、作用について説明する。

まず、直流運転の場合、ゼロクロス検出回路４からゼロクロス信号が出力されないので、交流電力が供給されていないことを信号制御手段５が認識し、切替手段Ｂ７と切替手段Ｄ９をオンし、切替手段Ａ６と切替手段Ｃ８をオフすることで、直流側へ切り替える。次にＭＯＳＦＥＴＡ１５とＭＯＳＦＥＴＢ１６を信号制御手段５により制御し、ＭＯＳＦＥＴＡ１５とＭＯＳＦＥＴＢ１６がオンすることで、電動送風機３と電動機２６に直流電力が供給され、それぞれが駆動する。

次に交流運転の場合、ゼロクロス検出回路４からゼロクロス信号が出力されるので、交流電力が供給されていることを信号制御手段５が認識し、切替手段Ｂ７と切替手段Ｄ９をオフし、切替手段Ａ６と切替手段Ｃ８をオンすることで、交流側へ切り替える。

次にトライアック１４とＭＯＳＦＥＴＣ１７、ＭＯＳＦＥＴＤ１８を信号制御手段５により制御し、それぞれをオンすることで電動送風機３と電動機２６に交流電力が供給され、それぞれが駆動する。ＭＯＳＦＥＴＣ１７、ＭＯＳＦＥＴＤ１８はゼロクロス検出回路４からのゼロクロス点を基準とし、交流電圧をオンオフすることで、電動機２６に交流電力を供給する。この際、オンするパルス幅を調整し、電動機２６に供給する交流電力を、二次電池２から供給される直流電力の値に等しくできる。

このため、二次電池２から供給される直流電力にて電動機２６を駆動させる場合と、商用電源からの交流電力にて電動機２６を駆動させる場合それぞれにおける電動機２６の回転を等しくできるので、交流電力および直流電力の双方で塵取れ性を十分に確保できる。

また、交流電圧を少なくとも２回以上オンオフした電圧を直接電動機へ供給するので、位相制御により直流電力と等しい電力を供給する場合にくらべ、急峻な電流の立ち上がりがないため、電動機の力率が良く、電動機の大きさも直流定格の電動機と同等な大きさで構成できる。また、位相制御後に平滑回路にて平滑した電力を電動機に供給する場合に比べ、制御回路の構成を簡略にできるから、交流回路をより小型、軽量化できる。

（実施の形態２）
本発明の第２の実施の形態について図２〜３を用いて説明する。なお、実施の形態１と同一構成の部品については同一符号を付し、説明を省略する。

実施の形態１と異なる点は、電動機２６へ供給する交流電力の供給する電力の少なくとも１つは、この半波のうち位相の９０度以内でオンした電力を供給することである。

以上のような構成とすることで、電動機２６の効率が向上し、交流電力および直流電力の双方で十分な塵取れ性を確保できる、より軽量な電気掃除機を提供することが可能となる。

（実施の形態３）
本発明の第３の実施の形態について図２〜３を用いて説明する。なお、実施の形態１と同一構成の部品については同一符号を付し、説明を省略する。

実施の形態１と異なる点は、電動機２６へ供給する交流電力を等間隔でオンオフし、供給することである。

以上のような構成とすることで、電動機２６へ供給する電力の調整が容易となり、使用状態に合わせ吸込み具３２の回転ブラシの回転数を容易に調整でき、より使用性を向上することができる。

（実施の形態４）
本発明の第４の実施の形態について図２を用いて説明する。商用電源１の電圧値を電源電圧検出回路２４で検出し、その電圧値により、電動機２６へ供給する交流電力を、二次電池２からの直流電力と略等しくなるよう変更して電動機２６へ供給する。

以上のような構成とすることで、交流電圧が高いときに電動機２６へ大きな負荷が掛かることがなく、また電圧が低いときは二次電池２からの直流電力と略等しくすることで吸
込み具３２の回転ブラシの回転数を交流電力と直流電力双方とも略等しくすることができ、使用性を向上することができる。

（実施の形態５）
本発明の第５の実施の形態について図２を用いて説明する。二次電池２の電圧値を電源電圧検出回路２４で検出し、その電圧値により、電動機２６へ供給する直流電力を、商用電源からの交流電力と略等しなるよう変更して電動機２６へ供給する。

以上のような構成とすることで、二次電池２の容量が減り電池電圧が低くなったときも商用電源からの交流電力と略等しくすることで吸込み具３２の回転ブラシの回転数を交流電力と直流電力双方とも略等しくすることができ、使用性を向上することができる。

以上のように、本説明にかかる電気掃除機は、商用電源からの交流電力を二次電池からの直流電力の値に制御手段にて略等しくして、吸込み具の回転ブラシ駆動用電動機を駆動するので、商用電源と二次電池にて電動機を駆動させる場合で回転ブラシの回転数を略等しく出来るから、交流電力および直流電力の双方で塵取れ性を十分に確保できる軽量な電気掃除機の提供が可能になるものである。そのため、家庭用、業務用を問わず交直両用の掃除機全般に利用することが可能である。

１ 商用電源
２ 二次電池
３ 電動送風機
４ ゼロクロス検出回路
５ 信号制御手段
６ 切替手段Ａ
７ 切替手段Ｂ
８ 切替手段Ｃ
９ 切替手段Ｄ
１０ 切替手段駆動回路Ａ
１１ 切替手段駆動回路Ｂ
１２ 切替手段駆動回路Ｃ
１３ 切替手段駆動回路Ｄ
１４ トライアック
１５ ＭＯＳＦＥＴＡ
１６ ＭＯＳＦＥＴＢ
１７ ＭＯＳＦＥＴＣ
１８ ＭＯＳＦＥＴＤ
１９ 駆動回路Ａ
２０ 駆動回路Ｂ
２１ 駆動回路Ｃ
２２ 駆動回路Ｄ
２４ 電源電圧検出回路
２５ 操作部
２６ 電動機
２７ 電源回路
２８ 掃除機本体
２９ ホース
３０ 把手部
３１ 延長管
３２ 吸込み具
３３ 回転ブラシ

Claims (5)

1. 本体に収納され、吸引風を発生させる電動送風機と、被掃除面に接触して使用され、被掃除面から塵埃を吸い込むための吸込み具と、前記吸込み具に設けられた塵埃掻き上げ用回転ブラシと、前記回転ブラシを商用電源から供給される交流電力および二次電池から供給される直流電力のいずれでも回転駆動可能にする電動機と、前記商用電源から供給される交流電圧の半波のうち、少なくとも２回以上オンオフした電力を前記電動機に供給することで、二次電池の直流電力の値と略等しくする制御手段を具備することを特徴とする電気掃除機。
2. 前記商用電源から供給される交流電圧の半波のうち、少なくとも２回以上オンオフした電力を供給することで、二次電池の直流電力の値と略等しくする制御手段を具備し、供給する電力の少なくとも１つは、この半波のうち位相の９０度以内でオンすることを特徴とする請求項１に記載の電気掃除機。
3. 商用電源から供給される交流電圧の半波のうち、少なくとも２回以上オンオフした電力を供給することで、二次電池の直流電力の値と略等しくする制御手段を具備し、供給する電力は等間隔でオンオフすることを特徴とした請求項１又は請求項２に記載の電気掃除機。
4. 商用電源の電圧値に応じて、供給する交流電力値を変更し、二次電池の直流電力の値と略等しくすることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の電気掃除機。
5. 二次電池の電圧値に応じて、供給する直流電力値を変更し、商用電力の交流電力の値と略等しくすることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の電気掃除機。

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