JP2015155003A - 電気掃除機 - Google Patents

Abstract

【課題】制御基板の配置の自由度を向上することができる電気掃除機を提供する。
【解決手段】外郭となる掃除機本体１と、掃除機本体１に設けられ、塵埃を吸引するための風を発生させる電動送風機２４と、電動送風機２４により生じる吸気風３７の経路と排気風３８の経路とは独立した空間４０が形成されるように、掃除機本体１の内部において前記吸気風３７の経路上又は前記排気風３８の経路上に設けられた壁３９と、空間４０に配置され、電動送風機２４に供給する電力を制御するためのワイドバンドギャップ半導体３０と、空間４０に配置され、ワイドバンドギャップ半導体３０を搭載した制御基板４１と、を備え、前記壁３９は、前記制御基板４１を上面側から囲むように直方体状に設けられた。
【選択図】図３

Description

この発明は、電気掃除機に関するものである。

電気掃除機には、外郭となる掃除機本体が設けられる。掃除機本体内には、電動送風機が設けられる。電動送風機に供給される電力は、制御基板の双方向性半導体素子を介して制御される。双方向性半導体素子は、例えば、珪素半導体からなる。双方向性半導体素子は、発熱部品である。このため、双方向性半導体素子の近傍には、フィンが設けられる。このフィンは、電動送風機により生じる吸気風又は排気風があたるように配置される。このフィンに吸気風又は排気風があたることで、双方向性半導体素子が冷却される（例えば、特許文献１参照）。

特許第３７６７１１９号公報

しかしながら、特許文献１等に記載のものにおいては、フィンを吸気風又は排気風にあたる位置に配置する必要がある。このため、制御基板の配置が制限される。すなわち、空いている空間に制御基板を配置することができず、掃除機本体の小型化を図ることができない。また、発熱部品である双方向性半導体素子を放熱するためのフィンを取り付ける必要がある。このため、制御基板の小型化を図ることができない。その結果、制御基板の重量が増し、掃除機本体の軽量化を図ることができない。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は、制御基板の配置の自由度を向上し、制御基板の小型化、軽量化と掃除機本体の小型化、軽量化を図ることができる電気掃除機を提供することである。

この発明に係る電気掃除機は、外郭となる掃除機本体と、前記掃除機本体に設けられ、塵埃を吸引するための風を発生させる電動送風機と、前記電動送風機により生じる吸気風の経路と排気風の経路とは独立した空間が形成されるように、前記掃除機本体の内部において前記吸気風の経路上又は前記排気風の経路上に設けられた壁と、前記空間に配置され、前記電動送風機に供給する電力を制御するためのワイドバンドギャップ半導体と、前記空間に配置され、前記ワイドバンドギャップ半導体を搭載した制御基板と、を備え、前記壁は、前記制御基板を上面側から囲むように直方体状に設けられたものである。

この発明によれば、制御基板の配置の自由度を向上し、制御基板の小型化、軽量化と掃除機本体の小型化、軽量化を図ることができる。

この発明の実施の形態１における電気掃除機の斜視図である。 この発明の実施の形態１における電気掃除機の本体の斜視図である。 この発明の実施の形態１における電気掃除機の本体の縦断面図である。 この発明の実施の形態１における電気掃除機の回路構成図である。 この発明の実施の形態２における電気掃除機の本体の縦断面図である。

この発明を実施するための形態について添付の図面に従って説明する。なお、各図中、同一又は相当する部分には同一の符号を付しており、その重複説明は適宜に簡略化ないし省略する。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１における電気掃除機の斜視図である。

図１において、１は掃除機本体である。掃除機本体１の後部両側には、車輪２が設けられる。掃除機本体１の前部下面には、前キャスター（図示せず）が設けられる。掃除機本体１の後部には、電源コード３が接続される。

掃除機本体１の前部には、ホース４の一端が接続される。ホース４は、可撓性を有するように蛇腹状に形成される。ホース４の他端には、手元ホース５の一端が接続される。手元ホース５には、取手６が設けられる。取手６には、操作スイッチ７が設けられる。手元ホース５の他端には、延長パイプ８の一端が接続される。延長パイプ８は、円筒状に真っ直ぐに形成される。

延長パイプ８の他端には、吸込具９が接続される。吸込具９には、回転ブラシ（図示せず）が設けられる。回転ブラシの外周面には、毛（図示せず）が植え付けられる。吸込具９には、電動機（図１においては図示せず）が内蔵される。電動機と回転ブラシとには、ベルト（図示せず）が巻き回される。

次に、図２と図３とを用いて、掃除機本体１を説明する。
図２はこの発明の実施の形態１における電気掃除機の本体の斜視図である。図３はこの発明の実施の形態１における電気掃除機の本体の縦断面図である。

図２に示すように、掃除機本体１は、本体ケース１０、集塵容器１１、接続部品１２を備える。本体ケース１０と集塵容器１１とは、接続部品１２によって着脱自在に接続される。

本体ケース１０は、掃除機本体１の外郭を構成する。具体的には、本体ケース１０は、下ケース１３と上ケース１４とを備える。下ケース１３は、上方に開口する。上ケース１４は、下ケース１３の開口部を覆う。上ケース１４の上面には、集塵容器１１の載置面が形成される。本体ケース１０の前部には、ホース接続口１５が形成される。

上ケース１４の一側には、本体パイプ１６が載置される。本体パイプ１６は、集塵容器１１の長手方向に沿うように配置される。本体パイプ１６は、各種樹脂で形成される。本体パイプ１６の後部では、集塵容器接続口１７が開口する。

上ケース１４の他側の後部では、本体流入口１８が開口する。本体ケース１０の他側には、排気孔１９が配置される。排気孔１９は、集塵容器１１を中心に本体パイプ１６と略左右対称の位置に配置される。排気孔１９には、多数の孔が設けられる。上ケース１４の後部には、固定穴２０が形成される。

集塵容器１１は、略筒状の箱体である。集塵容器１１の後部の一側には、集塵容器流入口２１が開口する。集塵容器１１の後部の他側には、集塵容器流出口２２が開口する。集塵容器１１の内部には、旋回室と集塵室とが設けられる。集塵容器１１の後部には、固定部２３が設けられる。固定部２３は鉤状に形成される。

図３は本体流入口１８を通る縦断面である。図３に示すように、下ケース１３の内部には、電動送風機２４が設けられる。電動送風機２４は、本体流入口１８のほぼ真下に配置される。

本体流入口１８と電動送風機２４との間の経路上には、１次フィルター２５が設けられる。１次フィルター２５は、ハニカム形状、コルゲート形状、プリーツ形状、平板形状の不織布等で形成される。１次フィルター２５と電動送風機２４との間の経路上には、２次フィルター２６が設けられる。２次フィルター２６は、ハニカム形状、コルゲート形状、プリーツ形状、平板形状の不織布等で形成される。２次フィルター２６の目は１次フィルター２５の目よりも細かく形成される。

この掃除機本体１においては、集塵容器接続口１７と集塵容器流入口２１とが接続するとともに、本体流入口１８と集塵容器流出口２２とが接続するように、集塵容器１１が本体ケース１０の上面に載置される。この状態で、固定穴２０に固定部２３が係合される。この係合により、集塵容器１１が本体ケース１０に着脱自在に固定される。

次に、電気掃除機の使用方法を説明する。
まず、電源コード３が外部の商用交流電源に接続される。この接続により、掃除機本体１に電力が供給される。この状態で、掃除機本体１は、前キャスターと車輪２とを利用して床面やじゅうたん等の被掃除面近傍へ移動される。

その後、操作スイッチ７が操作されると、電動送風機２４と電動機とが駆動する。電動送風機２４の駆動により、吸引風が発生する。電動機の駆動により、回転ブラシが駆動する。この回転により、毛が被掃除面に接触する。この接触により、被掃除面上の塵が掻き上げられる。当該塵は、空気とともに吸込具９内へ吸い込まれる。当該含塵空気は、延長パイプ８、手元ホース５、ホース４を介して掃除機本体１のホース接続口１５に搬送される。

すなわち、吸込具９、延長パイプ８、手元ホース５、ホース４は、含塵空気を掃除機本体１の外から内部に流入させるための吸引経路の一部として機能する。ホース接続口１５は、掃除機本体１の含塵空気の入口として機能する。

当該含塵空気は、本体パイプ１６、集塵容器接続口１７、集塵容器流入口２１を通過して、集塵容器１１に搬送される。当該含塵空気中の塵埃は、集塵容器１１に捕集される。塵埃を捕集された空気は、集塵容器流出口２２と本体流入口１８を通過して、本体ケース１０内に侵入する。すなわち、集塵容器１１は、ホース接続口１５から電動送風機２４へ至る吸引経路の一部として機能する。

その後、当該空気は、１次フィルター２５を通過する。このとき、当該空気に含まれる微細な塵埃は、１次フィルター２５に捕集される。その後、当該空気は、２次フィルター２６を通過する。このとき、１次フィルター２５を通過した微細な塵埃は、２次フィルター２６に捕集される。その後、当該空気は、電動送風機２４に達する。その後、当該空気は、内部通路（図示せず）を通過して、排気孔１９から外部へ排気される。

集塵容器１１に塵埃が溜まった場合、集塵容器１１が本体ケース１０から取り外される。その後、当該塵埃は、集塵容器１１から廃棄される。

次に、図４を用いて、電気掃除機の回路構成を説明する。
図４はこの発明の実施の形態１における電気掃除機の回路構成図である。なお、図４においては、吸込具９の電動機２７も示される。

図４において、２８は商用交流電源である。商用交流電源２８には、電動送風機２４が接続される。商用交流電源２８の一側と電動送風機２４の一側との間には、１５Ａ電流フューズ２９が接続される。１５Ａ電流フューズ２９は、電動送風機２４がロック等になった場合や回路短絡異常になった場合の保護装置である。

商用交流電源２８の他側と電動送風機２４の他側との間には、双方向性半導体素子３０が接続される。電動送風機２４と双方向性半導体素子３０とよりも電動機２７側には、電解コンデンサＣ１とダイオードＤ１とが直列に接続される。ダイオードＤ１は、商用交流電源２８の出力を整流する。

電解コンデンサＣ１とダイオードＤ１とよりも電動機２７側では、商用交流電源２８の一側と電動機２７の一側との間に双方向性半導体素子３１が接続される。電解コンデンサＣ１とダイオードＤ１とよりも電動送風機２４側では、商用交流電源２８の他側と電動機２７の他側との間に４Ａ電流フューズ３２が接続される。４Ａ電流フューズ３２は、電動機２７がロック等になった場合や回路短絡異常になった場合の保護装置である。

３３は直流電源装置である。直流電源装置３３の入力側は、電解コンデンサＣ１に接続される。直流電源装置３３は、所定の直流電圧を出力する。直流電源装置３３の出力側には、定電圧電源３４の入力が接続される。定電圧電源３４は、所定の定電圧を出力する。

定電圧電源３４の入力側には、電解コンデンサＣ２が接続される。電解コンデンサＣ２は、定電圧電源３４の発振を押さえる。定電圧電源３４の出力側には、電解コンデンサＣ３が接続される。電解コンデンサＣ３は、定電圧電源３４の出力を安定化させる。

３５はマイクロコンピュータ（制御手段）である。マイクロコンピュータ３５の入力側とグランドとの間には、抵抗Ｒ４が接続される。マイクロコンピュータ３５は、定電圧電源３４から５Ｖ電圧の供給を受ける。

ホース４には、３本のピアノ線が内蔵される。これらのピアノ線は、信号線としても機能する。手元ホース５の操作スイッチ７は、定電圧電源３４から５Ｖ電圧の供給を受ける。

操作スイッチ７は、スイッチＳＷ１〜ＳＷ４と抵抗Ｒ６〜Ｒ１０を内蔵する。スイッチＳＷ１〜ＳＷ４は、それぞれ抵抗Ｒ７〜Ｒ１０と直列に接続される。スイッチＳＷ１〜ＳＷ４は、押圧（ＯＮ）されたときに、それぞれ抵抗Ｒ７〜Ｒ１０との回路を閉じる。スイッチＳＷ１〜ＳＷ４は、押圧から開放されると、それぞれ抵抗Ｒ７〜Ｒ１０との回路を開く。スイッチＳＷ１〜ＳＷ４が押圧されていない場合は、抵抗Ｒ６の回路のみが閉じる。

吸込具９内では、電動機２７と直列に安全スイッチ３６が接続される。安全スイッチ３６は、吸込具９が空中に持ち上げられた場合に開放して、電動機２７を停止させる。

このような電気掃除機においては、スイッチＳＷ１〜ＳＷ４の全てがＯＦＦのとき、マイクロコンピュータ３５の入力電圧は、抵抗Ｒ４と抵抗Ｒ６にとによって分圧される。これに対し、スイッチＳＷ１〜ＳＷ４のいずれかがＯＮのとき、マイクロコンピュータ３５の入力電圧は、抵抗Ｒ６及び抵抗Ｒ７、Ｒ８、Ｒ９、Ｒ１０のいずれかの並列抵抗とＲ４とによって分圧される。

これらの入力電圧に基づいて、マイクロコンピュータ３５は、運転モードを判断する。この運転モードに応じて、マイクロコンピュータ３５は、双方向性半導体素子３０、３１を制御することで、電動送風機２４への供給電力と電動機２７の制御を行う。その結果、電動送風機２４が発生させる吸引風の強さが変化する。

次に、図３を再び用いて、双方向性半導体素子３０、３１を具体的に説明する。
図３において、３７は電動送風機２４の吸気風である。吸気風３７の経路は、本体流入口１８と電動送風機２４との間に形成される。３８は電動送風機２４の排気風である。排気風３８の経路は、電動送風機２４と排気孔１９との間に形成される。

掃除機本体１内部の下部では、排気風３８の経路上に、独立空間壁３９が形成される。独立空間壁３９より下方には、独立空間４０が形成される。独立空間４０は、吸気風３７の経路と排気風３８の経路とから独立する。

独立空間４０には、制御基板４１が配置される。制御基板４１の上面の電動送風機２４側に近接して、双方向性半導体素子３０が搭載される。同様に、制御基板４１の上面に、双方向性半導体素子３１（図３においては図示せず）が搭載される。双方向性半導体素子３０、３１は、ワイドバンドギャップ半導体からなる。例えば、双方向性半導体素子３０、３１は、炭化珪素、窒化ガリウム系材料又はダイヤモンドで形成される。

本実施の形態においては、制御基板４１に吸気風３７、排気風３８があたらないように、独立空間壁３９が形成される。理想的には、独立空間４０を他の空間から分離するように、直方体状の独立空間壁３９が形成される。

双方向性半導体素子３０、３１には、吸気風３７、排気風３８があたらない。しかしながら、ワイドバンドギャップ半導体の耐熱温度は高い。このため、双方向性半導体素子３０、３１を冷却する必要はない。すなわち、双方向性半導体素子３０、３１には、吸気風３７、排気風３８をあてる必要はない。

以上で説明した実施の形態１によれば、双方向性半導体素子３０、３１としてワイドバンドギャップ半導体が用いられる。このため、空いている独立空間４０に制御基板４１を配置することができる。すなわち、制御基板４１の配置の自由度を向上することができる。これに伴い、制御基板４１の設計の自由度を向上することができる。その結果、制御基板４１の小型化、軽量化と掃除機本体の小型化、軽量化を図ることができる。

また、制御基板４１には、吸気風３７、排気風３８があたらない。このため、制御基板４１に対する防塵、防水、防ノイズ対策を向上することができる。その結果、電気掃除機の安全性を更に向上するとともに、掃除機本体１の誤動作を軽減することができる。

ワイドバンドギャップ半導体は、発熱を防止する放熱材を必要としない。このため、双方向性半導体素子３０、３１を小さくすることができる。その結果、双方向性半導体素子３０、３１を制御基板４１上の自由な位置に配置することができる。また、双方向性半導体素子３０、３１の小型化に伴い、制御基板４１も小さくすることができる。このため、制御基板４１を軽くすることができる。その結果、掃除機本体１を軽くすることができる。

ワイドバンドギャップ半導体は、放熱フィンを必要としない。また、放熱フィンを使う場合でも、放熱フィンを小さくすることができる。このため、掃除機本体１が落下した際に、放熱フィンの重さによる制御基板４１の割れや制御基板４１上の回路パターンのはがれを防止することができる。

また、ワイドバンドギャップ半導体は、例えば、炭化珪素、窒化ガリウム系材料又はダイヤモンドで形成される。ワイドバンドギャップ半導体は、耐電圧性に優れる。また、ワイドバンドギャップ半導体の許容電流密度は高い。このため、双方向性半導体素子３０、３１の小型化が可能となる。これに伴い、双方向性半導体素子３０、３１を組み込んだ半導体モジュールの小型化が可能となる。

また、ワイドバンドギャップ半導体は耐熱性に優れる。このため、ヒートシンクの放熱フィンの小型化や水冷部の空冷化が可能となる。その結果、半導体モジュールの一層の小型化が可能となる。

また、ワイドバンドギャップ半導体の電力損失は低い。このため、双方向性半導体素子３０、３１の高効率化が可能となる。延いては、半導体モジュールの高効率化が可能となる。

実施の形態２．
図５はこの発明の実施の形態２における電気掃除機の本体の縦断面図である。なお、実施の形態１と同一又は相当部分には同一符号を付して説明を省略する。

実施の形態２の電気掃除機は、実施の形態１の電気掃除機に、第１樹脂カバー４２、第２樹脂カバー４３、金属カバー４４を付加したものである。

第１樹脂カバー４２は、難燃性又は不燃性の樹脂で形成される。第１樹脂カバー４２は、独立空間４０内で、制御基板４１を囲むように配置される。第１樹脂カバー４２においては、制御基板４１の配線を通す隙間以外の隙間が塞がれる。

第２樹脂カバー４３は、難燃性又は不燃性の樹脂で形成される。第２樹脂カバー４３は、独立空間４０内で、制御基板４１とは反対側から第１樹脂カバー４２を囲むように配置される。第２樹脂カバー４３の上面は、制御基板４１を覆う。

金属カバー４４は、板金からなる。金属カバー４４は、独立空間４０内で、制御基板４１とは反対側から第２樹脂カバー４３を隙間なく完全に覆う。

以上で説明した実施の形態２によれば、制御基板４１は、第１樹脂カバー４２、第２樹脂カバー４３、金属カバー４４によって、隙間なく覆われる。その結果、外部からの空気が制御基板４１近傍に流入することを防止できる。また、制御基板４１近傍の空気が外部へ流出することを防止できる。

このため、制御基板４１に対する防塵、防水、防ノイズ対策をより向上することができる。その結果、電気掃除機の安全性を更に向上するとともに、掃除機本体１の誤動作をより軽減することができる。

なお、実施の形態１及び２においては、排気風３８側に独立空間４０を形成した。しかしながら、吸気風３７側に独立空間４０を形成してもよい。

また、実施の形態１及び２の集塵容器１１の集塵方式はサイクロン方式であった。しかしながら、集塵方式は、紙パック方式等であってもよい。

１ 掃除機本体
２ 車輪
３ 電源コード
４ ホース
５ 手元ホース
６ 取手
７ 操作スイッチ
８ 延長パイプ
９ 吸込具
１０ 本体ケース
１１ 集塵容器
１２ 接続部品
１３ 下ケース
１４ 上ケース
１５ ホース接続口
１６ 本体パイプ
１７ 集塵容器接続口
１８ 本体流入口
１９ 排気孔
２０ 固定穴
２１ 集塵容器流入口
２２ 集塵容器流出口
２３ 固定部
２４ 電動送風機
２５ １次フィルター
２６ ２次フィルター
２７ 電動機
２８ 商用交流電源
２９ １５Ａ電流フューズ
３０ 双方向性半導体素子
３１ 双方向性半導体素子
３２ ４Ａ電流フューズ
３３ 直流電源装置
３４ 定電圧電源
３５ マイクロコンピュータ
３６ 安全スイッチ
３７ 吸気風
３８ 排気風
３９ 独立空間壁
４０ 独立空間
４１ 制御基板
４２ 第１樹脂カバー
４３ 第２樹脂カバー
４４ 金属カバー

Claims (4)

1. 外郭となる掃除機本体と、
   前記掃除機本体に設けられ、塵埃を吸引するための風を発生させる電動送風機と、
   前記電動送風機により生じる吸気風の経路と排気風の経路とは独立した空間が形成されるように、前記掃除機本体の内部において前記吸気風の経路上又は前記排気風の経路上に設けられた壁と、
   前記空間に配置され、前記電動送風機に供給する電力を制御するためのワイドバンドギャップ半導体と、
   前記空間に配置され、前記ワイドバンドギャップ半導体を搭載した制御基板と、
   を備え、
   前記壁は、前記制御基板を上面側から囲むように直方体状に設けられた電気掃除機。
2. 前記壁内に形成された前記空間の中に配置された前記制御基板は、その上面側から難燃性又は不燃性の樹脂カバーで外部との隙間を形成することなく、配線を通す隙間以外の隙間を塞ぐように覆われた請求項１記載の電気掃除機。
3. 前記樹脂カバーは、隙間なく金属カバーで覆われている請求項２記載の電気掃除機。
4. 前記ワイドバンドギャップ半導体は、炭化珪素、窒化ガリウム系材料又はダイヤモンドからなる請求項１〜請求項３のいずれかに記載の電気掃除機。

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