JP2016152887A - 充電式掃除機 - Google Patents
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詳しくは、先行技術では、電池の電圧低下や集塵室の目詰まり等により電動送風機の駆動電流が低下したことを検出した場合に、駆動電流の減少に応じて駆動電流パルスのデューティ比を増大して電動送風機に供給される駆動電流の低減が防止している。
上記の先行技術によれば、満充電後の使用開始時の出力電圧が高い状況における駆動電流の制御については考慮されていない。このため、使用開始時の充電式電気掃除機は、上記の駆動電流の制御が行われる時より、大きな吸い込み性能で駆動されている。
使用開始時の電池の出力電圧に合わせて、上記の先行技術を適用することもできるが、この場合には、駆動電流パルスのデューティ比の調整範囲が広くなる問題がある。
本実施例の充電式掃除機100は、スティック型・ハンディ型両用可能な電気掃除機となっており、図1にスティック型構成とした時の外観図を、図2にハンディ型構成とした時の外観図を示している。
なお、以下では、前後上下左右の方向として、スティック型およびハンディ型として使用する場合には、図1に示す前後上下左右方向を基準として説明する。
図2に示すように、伸縮パイプ20は、該伸縮パイプ20のほぼ全体が本体部10内に収納されるようになっている。
図3に示すように、本体部10のモータケース部11には、電動送風機40が収容されている。また、モータケース部11内には、電動送風機40を固定するための固定ケース11aが設けられている。固定ケース11a内には、電動送風機40の後方に、掃除機本体1を制御する本体基板50(制御基板)が固定されている。この固定ケース11aを覆う形でモータケース部11が構成されている。
本体基板50(制御基板)は、蓄電池60の充電制御を行う電池充電制御部509と、蓄電池60を電源にして電動送風機40を駆動するインバータ回路501と、前記インバータ回路501をドライブするドライブ回路505を備えている。
また、掃除機本体1の運転状態や蓄電池60の充電状態を表示する本体LED51である表示部506と、スティック型として使用する場合に操作される操作ボタン31aおよびハンディ型として使用する場合に操作される操作ボタン31bであるスイッチ507と、が設けられ、使用者の操作指令の検出や、掃除機本体1の状態を使用者に通知する。
吸口制御部514は、パワーブラシ等の吸口体3の制御を行う。後述するが、本実施例の充電式掃除機100は、パワーブラシが装着されているときと、回転ブラシ80や隙間ノズルや応用吸口体を装着したときで、異なる動作モードで吸込みを行う。このため、吸口制御部514は、パワーブラシ等の吸口体3の装着の有無を判定する。
また、吸口制御部514は、回転ブラシモータの電流検知や回転ブラシモータのPWM(pulse width modulation)信号を出力する。
例えば、制御部500は、スイッチ507を介して、使用者の「強」または「標準」の動作モードによる検知すると、ドライブ回路505を介してインバータ回路501を制御し、動作モードに対応する所定の吸込仕事率を得られるように、電動送風機40を制御・駆動する。
また、電動送風機40の駆動に並行して、電圧検知手段512の検出電圧(蓄電池60の出力電圧)に従って、表示部506に掃除機本体1の運転状態や蓄電池60の充電状態を表示する。
以下に、制御部500の制御内容をより詳細に説明する。
運転モード制御部600は、モータ駆動電流・モータ印加電圧(電池電圧)、運転モードを示すスイッチ信号、電池残量、吸口有無に基づいて、本実施例の充電式掃除機100の運転モードを判定し、運転モードと動作状態ごとに所定の吸込仕事率に対応したモータ駆動指令(電流指令値)を出力する。
運転モード制御部600は、電池残量判定部603の動作停止の判定結果に基づいて、掃除機本体1の動作を停止する。
詳しくは、操作ボタン31aでは、「強」、「標準」、「切」の3つのボタンを監視して、使用者の押下したボタンにより、操作指令を判別する。また、操作ボタン31bでは、ボタンを監視して、使用者のボタン押下の度に、操作指令を「標準」、「強」、「切」の順にサイクリックに変更する。
このスイッチ信号の判定は、電動送風機40の駆動制御や蓄電池60の充電中、充電式掃除機100の放置中にも行う。
目詰まりが発生すると、電動送風機40の吸込風量が低下して電動送風機40の駆動電流も小さくなる。このため、目詰まり検知部605は、目詰まりを検知することができる。
運転モード制御部600は、「強」の動作モードで制御中に、目詰まり検知部605で目詰まり検知すると、動作モードを「標準」に変更して、電動送風機40や本体基板50(制御基板)の過熱を防止する。
蓄電池60(バッテリ)は、バッテリの残量低下に伴い、バッテリの出力電圧は低下する特性をもっている。このため、満充電状態の蓄電池60(バッテリ)の出力電圧は、定格状態の動作点より高い出力電圧となっている。この状態で、電動送風機40を定格動作のモータ駆動指令(電流指令値)により駆動すると、定格値より大きな吸込仕事率が生じることとなる
電動送風機40の動作条件は、充電式掃除機100の「強」「標準」の運転モードと、吸口体3(パワーブラシ)の有無、「定格」「警報」の動作状態との組み合わせに応じて、図の電流指令値の内容に設定されている。ここで、「警報」の動作状態とは、蓄電池60の電池残量が、所定残量より少なくなり(所定の検知電圧値より低くなり)、使用可能な時間が短いことを使用者に通知している状態を意味する。
なお、「強」の運転モードでの警報の動作状態の電流指令値の内容の設定については後述する。
図8(a)は、「強」の運転モードで、吸口体3が装着されていない吸口無のときの、電動送風機40の駆動電流の時間変化を示す図である。(b)は、「強」の運転モード・吸口有のときの、電動送風機40の駆動電流の時間変化を示し、(c)は、「標準」の運転モードで、吸口無と吸口有のときを合わせて、電動送風機40の駆動電流の時間変化を表わしたものである。
以下に、それぞれの動作状態を説明する。
図7に示したように、定格動作状態では、電流指令値の内容を17.0Aの電流一定として電動送風機40を駆動する。この状態は、図8(a)のPa1からPa2に対応する。
図では、運転時刻t0からt1(Pa0からPa1)の電流変化が直線で表示されているが、蓄電池60(バッテリ)の放電特性に合わせて曲線変化する場合もある。
そして、電力一定制御で駆動中に、モータ駆動電流が所定の値(定格電流)以上になると、電動送風機40の駆動を電流一定制御に移行する(図のPa1に対応)。
そして、電流一定制御の駆動では、蓄電池60(バッテリ)の出力電圧を監視し、出力電圧が電池残量少検知電圧になると、「警報」の動作状態の制御に移行する(図のPa2に対応)。
図7に示したように、定格動作状態では、電流指令値の内容を15.0Aの電流一定として電動送風機40を駆動する。この状態は、図8(b)のPb1からPb2に対応する。
図8(b)は、図8(a)と、運転時刻t2からt3(Pb2からPb3)の「警報」の動作状態における駆動方法が異なる。
このように、徐々に電流指令値の内容を減少させることで、電動送風機40の吸込仕事率を小さくする。これにより、警報期間の延長を図るようにした。
図7に示したように、「標準」の運転モードで吸口無の場合には、電動送風機40の駆動電流を4.6Aの電流指令値とし、「標準」の運転モードで吸口有の場合には、電動送風機40の駆動電流を3.4Aの電流指令値とする。
図8(c)では、蓄電池60(バッテリ)が満充電後の放電初期から放電終止検知電圧になるまで(運転時刻t0からt3)、電動送風機40を電流一定制御で駆動する。
本実施例では、蓄電池60(バッテリ)の内部抵抗による電流損失が大きな「強」運転モードで、満充電後の放電初期に電動送風機40の電力一定制御を行うことにより、蓄電池60(バッテリ)の出力電流を低減して、蓄電池60(バッテリ)の内部抵抗による電力損失の低減を図っている。
まず、運転モード制御部600は、スイッチ信号判定部604の出力から電動送風機40の動作モードを判定する(S901)。
ステップS901で、電動送風機40の動作モードが標準運転モードの場合(S901の標準運転)には、ステップS910に進む。
ここでの電圧判定は、電動送風機40を駆動していない状態の蓄電池60(バッテリ)の出力電圧により行う。
ステップS902で、蓄電池60(バッテリ)の出力電圧が、初期電圧より大きい場合(S902のYes)には、吸口体3の装着の有無を判定する(S903)。
ステップS903で、吸口体3の装着の有無を判定し、吸口体3が装着されている場合(S903の有)には、ステップS904に移行し、吸口体3が装着されていない場合(S903の無)には、ステップS906に移行する。
なお、ステップS904の初回の処理では、電動送風機40を駆動していない無負荷の蓄電池60(バッテリ)の出力電圧を参照する。
そして、ステップ908に移行する。
なお、ステップS906の初回の処理では、電動送風機40を駆動していない無負荷の蓄電池60(バッテリ)の出力電圧を取得する。
そして、ステップ908に移行する。
「切」操作されていない場合には(S908のNo)、ステップS909に進む。
「切」操作されている場合には(S908のYes)、図9BのステップS921に移行し、モータ停止指令をドライバ制御部601に出力し、電動送風機40を停止する。これにより、充電式掃除機100の吸込動作が終了する。
ステップS909で、駆動電流<定格電流の場合(S909のNo)には、ステップS903に戻り、電動送風機40の電力一定制御を継続する。この繰り返し周期は、約100ms程度であればよい。
ステップS909で、駆動電流≧定格電流の場合(S909のYes)には、電動送風機40の電力一定制御を終わり、電動送風機40の電流一定制御をおこなうために、ステップS910に進む。
そして、ステップ915に移行する。
そして、ステップ915に移行する。
「切」操作されていない場合(S915のNo)には、ステップS916に進む。
「切」操作されている場合(S915のYes)には、図9BのステップS921に移行し、モータ停止指令をドライバ制御部601に出力し、電動送風機40を停止する。これにより、充電式掃除機100の吸込動作が終了する。
ステップS916で、バッテリ出力電圧が電池残量少検知電圧より大であれば(S916のNo)、ステップS910に戻り、電動送風機40の電流一定制御による駆動を継続する。
以後、図9Bにより、充電式掃除機100の「警報」の動作状態(図8の運転時刻t2からt3)における電動送風機40の駆動制御フローを説明する。
ステップS917で、電池残量表示制御部602は、本体LED51の緑色点滅を開始して、使用者に使用可能な時間が短いことを通知し、充電を促す。
「切」操作されていない場合(S918のNo)には、ステップS919に進む。
「切」操作されている場合(S918のYes)には、ステップS920に進み、本体LED51の消燈処理をおこなった後に、モータ停止指令をドライバ制御部601に出力し(S921)、電動送風機40を停止する。これにより、充電式掃除機100の吸込動作が終了する。
バッテリ出力電圧が放電終止検知電圧以下であれば(S919のYes)、ステップS920に進み、本体LED51の消燈処理をおこなった後に、モータ停止指令をドライバ制御部601に出力し(S921)、電動送風機40を停止する。これにより、充電式掃除機100の吸込動作が終了する。
電動送風機40の運転モードが標準運転モードの場合(S922の標準)には、ステップS923に進む。
そして、ステップ918に戻り、標準運転モードの吸口有における電動送風機40の「警報」の動作状態の駆動制御を継続する。この繰り返し周期は、約100ms程度であればよい。
そして、ステップ918に戻り、標準動作モードの吸口無における電動送風機40の「警報」の動作状態の駆動制御を継続する。この繰り返し周期は、約100ms程度であればよい。
ステップS928では、吸口体3の装着の有無を判定し、吸口体3が装着されている場合(S928の有)には、ステップS929に移行し、吸口体3が装着されていない場合(S928の無)には、ステップS931に移行する。
そして、ステップ918に戻り、強運転動作モードの吸口有における電動送風機40の「警報」の動作状態の駆動制御を継続する。この繰り返し周期は、約100ms程度であればよい。
ステップS931で、駆動電流<設定電流の場合(S931のNo)には、定率減少する電流指定値を設定し、設定した電流指令値によるモータ駆動指令をドライバ制御部601に出力し、電動送風機40を電流一定制御で駆動する(S933)。
そして、ステップ918に戻り、強運転動作モードの吸口無における電動送風機40の「警報」の動作状態の駆動制御を継続する。この繰り返し周期は、約100ms程度であればよい。
そして、ステップ918に戻り、強運転動作モードの吸口無における電動送風機40の「警報」の動作状態の駆動制御を継続する。この繰り返し周期は、約100ms程度であればよい。
50 本体基板(制御基板)
60 蓄電池
500 制御部
501 インバータ回路
502 ブラシレスDCモータ
503 送風ファン
504 平滑コンデンサ
505 ドライブ回路
506 表示部
507 スイッチ
508 基板サーミスタ
509 電池充電制御部
512 電圧検知手段
513 電流検知手段
514 吸口制御部
Claims (5)
- 残容量に応じて出力電圧が変わる蓄電池と、
前記蓄電池を電源とする吸引用の電動送風機と、
前記蓄電池の出力電圧を検出する電圧検知手段と、
前記電圧検知手段の検出値に基づいて前記電動送風機の駆動電力が一定になるように前記電動送風機の電流指令値を求めて、前記電動送風機の駆動を電力一定制御する制御部と、
を備えたことを特徴とする充電式掃除機。 - 請求項1に記載の充電式掃除機において、
前記制御部は、前記電力一定制御と、定格動作時の電流指令値で前記電動送風機を駆動する電流一定制御とにより、前記電動送風機の駆動を制御する
ことを特徴とする充電式掃除機。 - 請求項2に記載の充電式掃除機において、
前記蓄電池から前記電動送風機に供給される駆動電流を検出する電流検知手段を有し、
前記制御部は、前記電流検知手段により検出した駆動電流が、定格動作時の前記電動送風機の定格電流以上になったことを判定したときに、前記電動送風機の駆動を電力一定制御から電流一定制御に変える
ことを特徴とする充電式掃除機。 - 請求項1に記載の充電式掃除機において、
前記制御部は、前記電動送風機の駆動が電力一定となるバッテリ電圧と電流指令値の関係を記憶するメモリを備える
ことを特徴とする充電式掃除機。 - 請求項1に記載の充電式掃除機において、
前記充電式掃除機は、標準運転モードと、前記標準運転モードより前記電動送風機の駆動電流が大きい強運転モードとを有し、
前記制御部は、前記強運転モードのときに、前記電力一定制御と前記電流一定制御で前記電動送風機を駆動し、
前記標準運転モードのときに、前記電流一定制御で前記電動送風機を駆動する
ことを特徴とする充電式掃除機。
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