JP3047995B2

JP3047995B2 - 電気掃除機

Info

Publication number: JP3047995B2
Application number: JP2329073A
Authority: JP
Inventors: 成彦鈴木; 正郎砂川; 勝之篠原
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1990-11-30
Filing date: 1990-11-30
Publication date: 2000-06-05
Anticipated expiration: 2015-06-05
Also published as: JPH04200427A

Description

【発明の詳細な説明】【産業上の利用分野】

本発明は電気掃除機に係り、さらに詳細には、電動送
風機、特にインバータ駆動によるブラシレス電動送風機
の電源部及び制御回路の冷却及びバランス良い実装に関
するものである。

【従来の技術】

電気掃除機の電動送風機には、一般にたとえば実開昭
58−98057号公報に示されているように、カーボンブラ
シを有する電動送風機が用いられている。そして、カーボンブラシを有する電動送風機の場合、
その入力制御用自己発熱素子の冷却は、電動送風機の排
気流で可能であり、また制御回路はサイリスタなどの自
己発熱素子以外は、弱電回路であるので、特に冷却に気
を使う必要が無く、掃除機本体内へ実装する場合でも、
特に気づかうことなく、空いているスペースへ配置すれ
ばよいものであった。

【発明が解決しようとする課題】

しかしながら、最近、電動送風機として、回転数制御
を自在に行なうことのできる、インバータ制御によるブ
ラシレス電動送風機の採用が検討されているが、このイ
ンバータ制御によるブラシレス電動送風機を電気掃除機
に実装した場合、インバータのスイッチング素子である
パワーモジュール、さらには整流ダイオードなどの半導
体素子は自己発熱が140〜150℃と相当に高いことから、
電動送風機内を通過して或る程度昇温された排気流、す
なわち電動送風機内を通過することによって当該送風機
からの発熱分を含んだ排気流による冷却では不十分であ
る。一方、力率を改善するLC回路を構成するリアクトルや
電解コンデンサなどの比較的重量のある電気部品で且つ
電動送風機からの排気風で冷却可能なものの、可搬物で
ある掃除機への実装はあまり例がなく、取付強度、冷却
効果を考慮すると共に、重心の位置、すなわち実装後の
掃除機本体のバランスをも考慮して配置を決める必要が
ある。また、制御回路に電源部の接続のための内部配線は多
数必要となる。なぜならば、限られた掃除機本体内のス
ペースで実装するためには、一枚のプリント基板上に実
装すると、掃除機本体の大形化を招くことになるため、
ある程度、回路を分離した形での実装となるのが一般的
である。従って複雑となる内部配線に対して、結線状態
の確認等が容易であることが、サービス性向上、生産性
向上につながるものであり、この点を鑑みる必要があ
る。本発明は、以上の点を考慮してなされたものであっ
て、その目的とするところは、電気部品の効果的な冷却
とバランスよい配置を成す実装を実現し、サービスメン
テナンス性、作業性に優れる電気掃除機を提供すること
である。

【課題を解決するための手段】

上記目的を達成するために本発明の特徴とするところ
は、電動送風機及び集塵室を有する掃除機本体と、前記
電動送風機を駆動する制御回路を構成する自己発熱素子
と、該自己発熱素子を取着する放熱材とを有する電気掃
除機において、前記集塵室に開口部を形成すると共に、
前記放熱材の前記発熱素子を取着していない側の面を前
記集塵室の開口部に向けて配置し、かつ前記た開口部の
格子状のリブ体を設けたことにある。

【作用】

しかして、前記構成の本発明によれば、冷却が必要な
自己発熱素子を集塵ケースの開口部に取付けた放熱材に
取着したことによって発熱素子は、集塵室内を通過する
冷たい吸気流により冷却される。また、開口部は格子状
のリブ体によって仕切られたスリット状になっているた
め熱をもった放熱材に誤って触れることがない。また、
発熱素子は、感電防止用絶縁材によって電気的に放熱材
と絶縁されている。また格子状のリブ体は主に集塵室を
流れる風の向きと平行に設けられ、リブ体を補強するた
めの横リブは流れをみださないように低くなっている。さらに、発熱素子は集塵ケースの上面に位置し、外部
ケースを取はずしたり状態で目視できる位置にあり内部
配線の状況が容易に確認できるので、サービス性、作業
性に優れた電気掃除機を提供できる。さらに、放熱材は、集塵ケースの外側（正圧側）に気
密パッキンを介して固定されているため、吸込力が働い
た時でも、集塵ケースの内外の圧力差によって放熱板は
集塵ケースの外面に押圧されるためリークする恐れがな
い。

【実施例】

以下、本発明の一実施例を、図面を用いて説明する。第１図は、本発明の一実施例を示す電気掃除機の縦断
面図、第２図は、第１図においてＰ方向から見た横断面
図、第３図は、第１図においてＱ方向から見た断面図、
第４図は集塵ケース斜視図、第５図は本体の斜視図であ
る。掃除機本体１は、上ケース２、下ケース３により構成
し、下方に下ケース３と回動自在に取付けた車輪台４
を、前方に集塵フィルター５の交換のための開閉自在の
集塵蓋６を有している。65は、集塵蓋６を係止するクラ
ンプである。上ケース２の上面には持ち運ぶためのハン
ドル70がある。内部には、電気掃除機の駆動源として、機械的なブラ
シを持たず、それ故長寿命で、また制御応答性の良いイ
ンバータ駆動のブラシレス電動送風機７を内蔵する電動
送風機室８、集塵フィルター５を収納する集塵室９、電
源を供給する電源コード10を巻き取るコードリール11、
およびコードリールの巻き取り操作をするペダル91があ
る。電動送風室８は、ブラシレス電動送風機７の反ファ
ン側部14を略球状に、側面部15を略円筒状に構成するこ
とにより、剛性を高めた電動送風機ケース16、17により
構成しており、内側に吸音材18を貼り付けている。ここ
で、電動送風機ケース16、17の反ファン側部14を略球状
に、側面部15を略円筒状に構成することによりケース自
体の剛性の強化によって、電動送風機ケース16、17から
の透過音、特に電機掃除機の騒音で問題となる1000Hz以
下の低周波数域の透過音低減に効果がある。この電動送
風機室８は、第２図で示す如く滑らかにしたケース３内
にリング状に構成した排気ダクト室19に接続しており、
電動送風機室８と同様に、内側に吸音材（底面）20を貼
り付けている。また、電動送風機室８の排気部には、排
気風量を最適に調節して排気音を低減するための、絞り
部21を電動送風機ケース16と一体に構成している。排気
ダクト室19は、下側を下ケース３で、上側を排気ダクト
カバー22で構成し、終端を滑らかに下ケース３と下方に
下ケース３と回動軸23を中心に回動自在に取付けた車輪
台４に中間排気口24をもって開放している。車輪台４に
は、４ヶ所のキャスター取付部25があり、キャスター軸
26を回動中心としてキャスター27を回動自在に設けてお
り、外周に家具等への傷付きを防ぐためのバンパー28を
取付けている。下ケース３の下方には、複数個（通常３
〜４個）の車輪29があり、車輪台４の内面上をギャップ
をもって下ケース３が回動できるように構成している。
また、この下ケース３と車輪台４とのギャップ空間を、
中間排気口24から排出された排気流の分散排気室30とし
て活用している。集塵室９は、第２図で示す如く平面と
曲面で構成した箱状の集塵ケース31と集塵蓋６の内側に
ある集塵蓋カバー32により構成し、内側に高性能フィル
ター、すなわち0.3μｍ程度の塵埃を99％以上まで捕集
可能なミクロフィルター33を取付けている。また、箱状
のフィルターケース58を有し、この内側に集塵フィルタ
ー５を収納している。フィルターケース58の吸込側外周
には気密パッキン34を嵌着させて、集塵蓋カバー32と集
塵ケース31の気密をとっている。ブラシレス電動送風機
７は、両側を防振ゴム36、防振ゴム37を介して電動送風
機室８内で防振支持し回転振動音が電動送風機ケース17
に直接伝わらないようにし、防振ゴム68によって集塵ケ
ース31との気密をとって集塵室９の空気洩れを防ぐよう
にしている。ここで68は、防振ゴムに一体に設けたリッ
プで、集塵ケース31との気密を確実にとっている。ブラ
シレス電動送風機７の端部には、回転子（図示せず）の
回転数を検知するため位置検出部（図示せず）がある
が、この部分に細塵が侵入すると位置検出の信頼性が低
下するため、細塵の浸入防止が必要である。本実施例の
場合には、ブラシレス電動送風機７の吸気側にミクロフ
ィルタ33を配置しているため、位置検出部へ微細塵が浸
入する必要はない。集塵蓋６の前部には、ホース（図示
せず）を回動自在に取付支持するホース差込口41があ
り、気密パッキン（吸込口）42を介して集塵蓋カバー32
と気密をとっている。また、集塵蓋カバー32に取付けた
気密パッキン（図示せず）で集塵蓋カバー32に取付けた
気密パッキン（図示せず）で集塵蓋カバー32と紙袋フィ
ルター５の当板部44の気密をとっている。次に、電気部
品関係について説明する。第６図に本実施例の全体回路
図を示す。図において、交流100V電源44を、コンデンサ
45とリアクトル46で構成する力率改善部47、ノイズフィ
ルター48を通したのち、整流回路49で整流し、平滑用コ
ンデンサ50により平滑にしてインバータ回路51に直流電
圧200Vを供給するものである。ブラシレス電動送風機７
は、２極の永久磁石から成る回転子と、三相の固定子巻
線を有している。ブラシレス電動送風機７の速度制御
は、回転子の磁極位置を検知する位置検出部、インバー
タ回路51内のトランジスタを駆動するベースドライバー
52および、位置検出部より得られた検出信号に基づいて
ベースドライバー52を駆動するマイクロコンピューター
（図示せず）とから主要構成している。マイクロコンピ
ューターは制御部54に収納し、この制御部54へ実際の使
用者が操作する起動スイッチ、吸口（図示せず）に設け
た回転ブラシ（図示せず）の起動を操作するスイッチ等
を含む手元操作回路55がつながっている。ブラシレス電
動送風機７は、固定子巻線に流れる電流が電動機の出力
トルクに対流するので逆に印加電流を変えれば出力トル
クを可変にできる。すなわち、印加電流を調整すること
により、電動機の出力トルクを連続的に任意に変えるこ
とができる。又、インバータの駆動周波数を変えること
により回転速度を自由に変えることができる。次に、各
電気部品の掃除機本体１への実装について説明する。力
率改善用のコンデンサ45は、円筒形のものを用い、第２
図に示す如く端子側を上向きにして、難燃材からなる基
板ケース57内に収納する。ここで端子側を上向きにする
のは、端子側に防爆弁があるためで、万一、コンデンサ
が劣化した場合に内部の電解液が流出するという最悪の
事態を想定して、最も被害の少ないように電解液が流出
する防爆弁を上側に位置させて、直接垂れ流れないよう
にするものである。一方、平滑用コンデンサ50は、電源
基板59に６個に分割して実装している。６個に分割する
のはそれぞれに流れる電流を減らすことにより、発熱量
を低減するためである。また、基板ケース57に収納する
ものは、不慮の欠陥が生じコンデンサ45あるいは平滑用
コンデンサ50が爆発あるいは洩れ出た電解液による短絡
などによる発煙、発火を最小限にとどめる。すなわち、
基板ケース57外への類焼を防止するためである。インバータ回路51は、モジュール化し、集塵ケース31
の上面にスポンジゴム製の気密用パッキン92を介して取
付けられる金属製の放熱材95に感電防止用絶縁材94を介
してネジ93によって固定される。これによりインバータ
回路51は常に吸気によって冷却されるので冷却効果が高
く、発熱量の多いインバータ回路51は十分冷却される。また、放熱材を電気的に絶縁するのは、フィルターケ
ース58をミクロフィルター33のメンテナンス等のために
集塵ケース31と着脱自在に構成しているためで、インバ
ータ回路51と集塵ケース31とは一次的に電気絶縁してい
るものの、万一に備え、これを二重に絶縁するためであ
る。また、放熱材95の近接する集塵ケース31の上面開口部
96はスリット状に仕切られており、集塵室９の内側を流
れる空気流の方向と同一方向のリブ体97と、空気流と直
角方向の横リブ98によって格子状に成形されている。こ
れにより、熱くなった放熱材に誤って触れることがな
い。また開口部96は集塵ケース31上面に位置しているた
め、重いゴミが、集塵フィルター５にたまった場合で
も、上方での空気流は確保され冷却効果は失われること
がない。力率改善用のリアクトル46は、単品での重量が重いた
め、下ケース３の回動軸23上で、平面方向から見て掃除
機本体１の略中央部の最も安定して強固に支持できる個
所に配置している。ノイズフィルター48及び整流回路49
は、平滑用コンデンサ50と共に一つの基板にまとめ電源
基板59とし、ベースドライバー52（基板化している）と
を、第２図に示す如く、実装状態で基板が略垂直になる
ように、基板ケース57内に収納している。ここで、基板
ケース57内に収納するのは、不慮の場合の発煙、発火に
対する類焼防止と、電波障害となるノイズ発生を制御す
るためである。マイクロコンピューターを含む制御部54
は、電動送風機室８の上方に配置している。尚、コード
リール11は集塵ケース31をはさんで基板ケースと反対側
に位置させ、制御部54は、電動送風機の支持板63に搭載
している。集塵ケース31上には、吸込力の程度を表示す
るLED点灯式のパワーインジケータ67がある。電動送風
機ケース16、17は、それぞれ防振ゴム68、69を介して排
気ダクトカバー22と支持板63で挾持し、電動送風機７か
ら見ると二重に防振されている構成であり、電動送風機
７の回転振動音を効果的低減できるものである。以上説明してきた電動送風機内の風の流れについて説
明する。各図に白抜きの矢印で示したのが風の流れであ
る。吸込気流は、塵埃と共にホース差込口より集塵室８
に流入し、集塵フィルター５で塵埃を濾過したあと、フ
ィルターケース58のミクロフィルター33を通過し、ブラ
シレス電動送風機７内に入る。ミクロフィルター33を通
過することによって、0.3μｍ程度の微細塵が99％以上
取り除かれた状態で、ブラシレス電動送風機室７内に入
る。ブラシレス電動送風機７から排出された気流は、通
気性で且つ難燃性をもつ吸音カバー77を通過して電動送
風機室８内に入り、内貼した吸音材18により減音された
後、排気ダクト室19へ滑らかに導かれる。ここで、第２
図に示すように、ブラシレス電動送風機室８の排気出口
72の近傍からは一部の排気が排気ダクト室19へ直接導か
れるが、その他の排気は電動送風機室８内を時計回りに
流れる形で吸音材18によって効果的に吸音される。ここ
で、排気出口72の近傍から一部の排気を排気ダクト室19
へ直接導く風量は、ブラシレス電動送風機７の性能と電
動送風機室８の容積によって決まる。すなわち、ブラシ
レス電動送風機７の性能が高く、排気風量が多い場合
に、排気全体を時計回りに流すと、排気風速が上がって
しまい、吸音材18による吸音効果が減ってしまう場合が
ある。この場合は、一部の排気を直接排気ダクト室19へ
導く方が全体の排気風速が下がり、吸音材18による吸音
効果が高まって全体の騒音レベルを下げることができ
る。また、ブラシレス電動送風機７の性能が高く、排気
風速が高い場合でも、電動送風機室８の容積を大きくで
きれば、排気風速を適当なものとできるので、排気全体
を時計回りに流して吸音材18により効果的に消音できる
が、電動送風機室８の容積を大きくする程、掃除機本体
１の寸法が大きくなるため取扱性が低下することにな
る。従って、ブラシレス電動送風機７の性能はブラシレ
ス電動送風機室18の容積のバランスを考慮して一部の排
気を直接排気ダクト室19へ導く風量を決めることにな
る。次に排気出口72には、電動送風機ケース16と一体に
形成した絞り部21があるが、この高さを適当なものに設
定することにより、排気ダクト室19へ導かれる排気風の
風速を最適に調節することができる。排気ダクト室19は
下ケース３と排気ダクトカバー22で構成しているが、こ
こに流れ込んだ排気流は、円環状の案内リブ61に沿って
下ケース３上を回り、吸音材（底面）20によって充分吸
音された後、中間排気口24より車輪台４の分散排気室30
へ流入する。ここで、中間排気口42へは、排気ダクトカ
バー22と下ケース３により構成した大きな曲率半径をも
った案内部により滑らかに排出される。また中間排気口
には、金網などの素材の整流ネットを設けており、これ
によってスムーズに排気流を分散排気室30へ導くことが
できる。分散排気室30からは下ケース３と車輪台４との
空間に添って掃除機本体１の全周に設けた排気口76より
低風速にて排出される。従って、排気風によって床面の
塵埃をまき上げることは最小に抑えることができる。一方、電動送風機室８から排気ダクト室19へ導かれた
排気風の一部は、リアクトル46の収納室64に導かれ、リ
アクトル46を十分冷却した後、再び排気ダクト室19の出
口近傍へ流出し、中間排気口24より排出される。また一
部の排気風は、基板ケース57内へ導かれ、平滑用コンデ
ンサ50、力率改善用コンデンサ45、及びノイズフィルタ
48などを冷却した後、本体内に排出し、最終的に電源コ
ード10の出口となるコード出口12より掃除機本体外へ排
出される。さらに排気ダクト室19内で十分に吸音された
排気風の一部をコードリール11の収納室13へ導き、電源
コード10を十分冷却した後、そのほとんどが再び排気ダ
クト室19の出口近傍へ流出し、中間排気口24より排出さ
れ、一部はコード出口12より排出される。以上述べてきたように、本実施例によれば、電気部品
を電源部、制御回路、表示部に分離し、さらに電源部を
電源基板59、整流ダイオード38、インバータ回路51、リ
アクトル46等に分離しているので、各々が必要且つ十分
な冷却方法もって冷却され、また重量的にもバランスが
取れ、掃除機本体内のスペースを有効に活用でき、掃除
機本体の小形化が図れるという大きな効果がある。さら
に、上ケース２を取りはずせば、表示部、制御回路、電
源部が露出し、それぞれの結線状態が目視できるので、
サービス性、作業性のよい電気掃除機を提供できるとい
う効果がある。

【発明の効果】

本発明によれば、発熱量の多いインバータ回路や整流
ダイオードは、集塵ケースに取付けた放熱材によって冷
たい吸気流によって、十分冷却される。また、集塵ケースの開口部は格子状リブ体が設けてあ
り、熱くなった放熱材に誤って触れることがない。また、発熱素子は、感電防止用絶縁材によって放熱材
と電気的に絶縁されているため安全である。また格子状リブの高さの高いリブは集塵室を流れる空
気流と同一方向に、空気流と直角方向となる補強用の横
リブは低く設けてあり風の流れをさまたげない。さらに、集塵ケースの上面に開口部を設けているた
め、重い砂ゴミを吸って集塵フィルターがいっぱいにな
ってきた場合でも集塵ケースの上方での風の流れは失わ
れず、素子の冷却効果は変化しない。また、放熱材は、集塵ケースの外側（正圧側）に気密
パッキンを介して固定されているので、吸込力が働いた
時には、放熱材は集塵ケースに密着する方向で、リーク
する恐れがない。さらにまた、放熱板と集塵ケースはシールされている
ため、発熱素子を放熱材の上面に多数配設した場合で
も、特にシール構造に変わりなく、組立作業性も失われ
ることがない。

【図面の簡単な説明】

図面は、本発明の一実施例を示し、第１図は電気掃除機
の縦断面図、第２図は、第１図においてＰ方向から見た
横断面図、第３図は、第１図においてＱ方向から見た断
面図、第４図は集塵ケースの斜視図、第５図は本体の斜
視図、第６図は本実施例で使用しているブラシレス電動
送風機を用いた場合の駆動及び制御回路図である。１…掃除機本体,2…上ケース,7…ブラシレス電動送風
機,8…電動送風機室,9…集塵室,10…電源コード,11…コ
ードリール,15…側面部,16、17…電動送風機ケース,18
…吸音材,19…排気ダクト室,20…吸音材（底面）,21…
絞り部,22…排気ダクトカバー,24…中間排気口,30…分
散排気室,31…集塵ケース,46…リアクトル,51…インバ
ータ回路,54…制御部,59…電源基板,61…案内リブ,67…
パワーインジケータ,72…排気出口,73…排気流路接続
部,74…案内部,76…排気口,9…集塵室,1…掃除機本体,5
4…制御部,11…コードリール,67…パワーインジェクタ,
10…電源コード,57…基板ケース,51…インバータ回路,3
1…集塵ケース,46…リアクトル,59…電源基板。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平４−54929（ＪＰ，Ａ) 実公昭51−32294（ＪＰ，Ｙ２) 実公昭47−30207（ＪＰ，Ｙ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) A47L 9/28 A47L 9/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】電動送風機及び集塵室を有する掃除機本体
と、前記電動送風機を駆動する制御回路を構成する自己
発熱素子と、該自己発熱素子を取着する放熱材とを有す
る電気掃除機において、前記集塵室に開口部を形成すると共に、前記放熱材の前
記発熱素子を取着していない側の面を前記集塵室の開口
部に向けて配置し、かつ前記た開口部に格子状のリブ体
を設けたことを特徴とする電気掃除機。
【請求項２】請求項１において、前記リブ体の間に開口したスリット状の開口部の向き
を、前記集塵室内の風の流れる方向と平行な方向に形成
したことを特徴とする電気掃除機。
【請求項３】請求項２において、前記集塵室内を流れる風の方向と平行に立てた前記リブ
体をつなぐ横リブを設け、該横リブを前記リブ体よりも
低くしたことを特徴とする電気掃除機。
【請求項４】請求項１において、前記発熱素子を前記放熱材をはさんで前記開口部の裏側
となる位置に配置したことを特徴とする電気掃除機。
【請求項５】請求項１において、前記開口部を前記集塵室の上面となる位置に配置したこ
とを特徴とする電気掃除機。
【請求項６】請求項１において、前記放熱材を金属材によって構成すると共に前記放熱材
と前記発熱素子との間に感電防止用絶縁材を施したこと
を特徴とする電気掃除機。
【請求項７】請求項１において、前記放熱材を前記集塵部の外側（正圧側）に配置したこ
とを特徴とする電気掃除機。
【請求項８】請求項７において、前記放熱材と前記集塵部の間に気密用パッハンを配置す
ると共に、前記放熱材と前記発熱素子を同一のネジによ
って前記集塵部に固定したことを特徴とする電気掃除
機。
【請求項９】請求項８において、前記放熱材に複数の発熱素子を配置したことを特徴とす
る電気掃除機。