JP3326126B2 - 電気掃除機 - Google Patents

電気掃除機

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JP3326126B2 JP33985398A JP33985398A JP3326126B2 JP 3326126 B2 JP3326126 B2 JP 3326126B2 JP 33985398 A JP33985398 A JP 33985398A JP 33985398 A JP33985398 A JP 33985398A JP 3326126 B2 JP3326126 B2 JP 3326126B2
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【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は電気掃除機内の電動
送風機の電流を検出し、その検出値により消費電力(又
は回転数)制御を行うものに関する。
【0002】
【従来の技術】従来、電気掃除機の入力を行うものとし
て掃除機内の負圧を検出して、その負圧の状態により電
力制御を行うものがあるがその風量−圧力特性の代表的
なものは図2に示すようなものであった。電動送風機の
特性として風量Q減少と共に消費電力は減少する傾向に
あるため、吸込仕事率Poにおける風量Qpの点では初
期状態Q1においての消費電力に比べて消費電力が減少
するため十分な吸込性能を得ることができなかった。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上記、従来技術は電動
送風機の特性に対し、最もパワーが得られず、吸込性能
の点から十分な配慮がなされていなかった。本発明の目
的は従来のこうした欠点をなくし、最もパワーが必要な
吸込仕事率のピーク点において十分な電力を電動送風機
が消費し得る制御方法を有する電気掃除機を供給するも
のである。
【0004】
【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、掃除機本体ケースとこ
れに内蔵された電動送風機と、該電動送風機の消費電力
または回転数制御を行う制御手段を有すると共に、前記
電動送風機に流れる電流を検出する電流検出手段を有
し、この電流検出手段から送られる信号に基づいて前記
制御手段が前記電動送風機の消費電力又は回転数制御を
行う電気掃除機であって、吸込仕事率最大点における消
費電力又は回転数を、電動送風機の電流検出から得られ
る信号に基づいて得て、この電流検出によって得られた
消費電力又は回転数と目標とする消費電力又は回転数と
を一致させるべく制御することにある。
【0005】
【作用】電動送風機の電流を検出することで、消費電力
=電圧×電流×力率により消費電力は演算できる。これ
を予め、設定された目標値と比較し、一致させるように
制御することにより、掃除機における風量と圧力の状態
が変わっても所定の点で目標とする消費電力又は回転数
に制御することが可能である。
【0006】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例を図面に
基づいて説明する。図1は本発明の一実施例による電気
掃除機の制御ブロック図である。1は交流電源、2は電
流ヒュ−ズ、3はノイズ低減用の雑音防止コンデンサ、
4は電動送風機、5は電動送風機4の動作停止を行うス
イッチング用の双方向性半導体素子、6は電動送風機4
に流れる電流iを検出するための電流検出素子、7は検
出した電流iの信号処理を行う電流検出回路である。そ
の中で8は電流検出素子6により検出された電流iの信
号Viを増幅する増幅回路、9は増幅された信号を低周
波数信号成分のみとり出す低周波数信号出力回路、10
は増幅された信号を一定以上の高い周波数成分のみとり
出す高周波数信号出力回路又は、増幅された信号を中間
帯域の周波数成分のみとり出す中間帯域周波数信号出力
回路である。11は制御回路を駆動するための電源回
路、12は双方向性半導体素子5をON−OFFするた
め、G端子へトリガ信号を送るトリガ回路、13は掃除
機内の負圧を検出して電気信号に変換するための圧力セ
ンサ回路、14は使用者が電気掃除機の運転停止及び複
数の運転モードの中の一つを選択するといったスイッチ
を含み、ホ−ス手元部に制御回路が位置するホース手元
スイッチ回路、15はマイクロコンピュータ、16は電
気掃除機の運転状態等を例えば発光ダイオードの点灯、
消灯で表示するような表示回路、17は掃除機内の温度
を検出して電気信号に変換する温度センサ回路、18は
マイクロコンピュータ15を動作させるための発振回路
である。
【0007】次に制御回路の動作について説明する。使
用者が図4に示すように掃除機本体a、ホースb、延長
管c、吸口dを接続した状態で電源プラグを投入し、ホ
ース手元スイッチ回路14内にあるスイッチを押すと電
気掃除機が運転を始める(即ち、電動送風機が回転す
る)。このとき、マイクロコンピュータ15はホース手
元SW回路から運転指令信号をD2端子でOUT端子か
らトリガ信号をトリガ回路12を通して双方向性半導体
素子5のG端子へ送られる。双方向性半導体素子5はG
端子へトリガ信号が送られると主電極T1、T2間が導通
(ON)状態になり、電動送風機4が回転する。実際上
の電動送風機にかかる端子電圧とトリガ信号の関係は図
5のようになり、トリガ信号の出力されるタイミングに
より電動送風機に印加される電圧が変わる。従って電流
も変化し、消費電力も変えることができる(このような
制御方法を一般に交流位相制御といい、t/Tを交流位
相制御角θとする)。
【0008】図6は電流検出回路の各部の電圧波形で電
動送風機4に流れる電流は、電流検出素子6から電圧V
2に変換され、増幅回路8を通した後の電圧V3となり、
低周波信号出力回路9を通してマイクロコンピュータ1
5のA/D1端子に入り、その波形は(C)に示すよう
な正弦波形になる。一方、高周波数信号出力回路又は中
間周波数出力回路10を通った波形はマイクロコンピュ
ータ15のD1端子に(d)に示すような方形波パルス
になる。(a)の電流波形に出ている低周波の正弦波形
にのっている高周波リップル成分は電動送風機のモータ
部分は一般に整流子モータであり、整流子モータの電機
子の有するスロットによって起きる磁束脈動によるもの
であり、モータ回転数N×電機子スロット数S=リップ
ル周波数Fの関係により発生するものである。このリッ
プル成分を図6(d)のように検出することでその周波
数をカウントして電機子スロット数Sで割ることにより
モ−タ回転数Nがわかる。又、図6(c)のように電流
iも求めているので、掃除機の風量Qは一般にQ∝i・
N即ちQ=K・i・N(Kは比例定数)で与えられ、マ
イクロコンピュータ内で演算を行うことにより、風量Q
を求めることができる。さらに掃除機の消費電力W=i
・Vcosψで与えられる。そこで図7に示すフローチ
ャートのようなアルゴリズムで電力を目標値に一致させ
ることができる。ここで電動送風機は交流位相制御を行
うと力率cosψは正弦波電圧を印加した時より、電流
変動が大きく、鉄損も増加し、高調波成分が増加するた
め、一般的には力率cosψは低下する。そこで予め、
交流位相制御角θと力率cosψとの関係を求めてお
き、電動送風機の製作公差により交流位相制御角θが変
化しても各々θに対応したcosψを与えることで電力
を目標値に近づけることができる。
【0009】図2は従来、電力制御を行わない場合の風
量Qに対する圧力(真空度)H、消費電力W、吸込仕事
率Pの関係を示す。このグラフからわかるように従来例
では吸込仕事率Pの最大点Q=Qpにおいては開放風量
Q=Q1に比べて消費電力が低下していることがわか
る。即ち、十分な吸込性能が得られないことになる。こ
れに対し、図3の二点鎖線・一点鎖線・実線は本発明の
一実施例による制御の風量Qに対する圧力(真空度)
H、消費電力W、吸込仕事率Pの関係を示すものである
(点線部分は従来例を示している)。即ち、吸込仕事率
Pの最大点Q=Qpにおける消費電力は制御なしの場合
の開放風量Q=Q1における消費電力とほぼ同一であ
り、目標値に一致させることができる。これは前述の通
り、電動送風機の製作公差に関係なく又、交流位相制御
角の変動についてもcosψを変化させることで対応す
るため、精度よく、電力制御を実現できるものである。
又、風量演算も可能なため、図3に示すように吸口を空
中に持ち上げて掃除を行っていない状態と見なされる大
風量側(Q>Q2)ではそれほど電力消費を必要としな
いため、電力を下げて運転する。又、低風量側(Q<Q
3)ではフィルタの目詰り・流路の閉寒(障害物が延長
管・ホース等に詰ったことによる)又はそれに近い状態
と見なされるため、実質的には掃除ができない状態であ
り、電動送風機の過熱を防ぐ意味でも消費電力は大幅に
下げる必要があることによるものである。
【0010】以上、本発明の一実施例によれば電動送風
機の製作公差やそれに関係する交流位相制御角のθの変
動に影響を受けることなく、吸込仕事率Pの最大点にお
いて消費電力Wを目標とする値にほぼ一定に制御するこ
とが可能であり、電動送風機に吸込仕事率最大点Q=Q
pにおいて必要十分な電力で運転することが可能であ
り、その性能を十分引き出すことが可能であり、従って
十分な吸込性能を得ることができる。又、本実施例では
圧力センサを使用しているが風量演算が可能なため、圧
力センサを特に用いなくても前述の制御は可能であり、
特別な風量センサ、圧力センサを用いることなく、最適
な電力(又は回転数)制御を行うことが低コストにて可
能となる。又、大風量側(Q>Q2)及び小風量側(Q
<Q3)で余分な電力を消費することなく、省エネルギ
−となり、騒音も低減できる。本実施例では電動送風機
の回転数も検出できるので電力制御だけでなく、回転数
制御も可能で回転数に依存する吸込性能は、実際の使用
上よりきめ細かな制御が可能となる。即ち予め、回転数
と吸込み性能との関係を求めておき、吸口がどの床面上
を掃除しているかを圧力センサ(圧力レベル・圧力変動
を検出する)等のデ−タにより床面を判定し、目的とす
る回転数に電動送風機を制御することが可能である。
【0011】
【発明の効果】本発明は従来の欠点であった掃除機の風
量が減少すると消費電力が減少して吸込仕事率のピ−ク
点において十分な電力を与えられず、目標とする吸込性
能が得られない点により目的の吸込性能を得ることがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例による電機掃除機の制御回路
ブロック図である。
【図2】従来の電機掃除機の風量−圧力(真空度)・消
費電力・吸込仕事率の関係を示す図である。
【図3】本発明の一実施例による電機掃除機の風量−圧
力(真空度)・消費電力・吸込仕事率の関係を示す図で
ある。
【図4】電機掃除機の基本構成図である。
【図5】交流位相制御を説明する電圧波形である。
【図6】電流検出回路各部における電圧波形である。
【図7】発明の一実施例による電力制御を示すフロ−チ
ャ−トである。
【符号の説明】
4…電動送風機、5…双方向性半導体素子、6…電流検
出素子、7…電流検出回路、9…低周波数信号出力回
路、10…高周波数信号出力回路又は、中間周波数信号
出力回路、15…マイクロコンピュータ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平3−176021(JP,A) 特開 平2−237492(JP,A) 特開 昭63−309230(JP,A) 特開 平5−23273(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) A47L 9/28

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】掃除機本体ケースとこれに内蔵された電動
    送風機と、該電動送風機の消費電力制御を行う制御手
    段を有すると共に、前記電動送風機に流れる電流を検出
    する電流検出手段を有し、この電流検出手段で検出され
    信号に基づいて前記制御手段が前記電動送風機の消費
    力制御を行う電気掃除機であって、 吸込仕事率最大点における消費電力の目標値を通常の消
    費電力よりも高い値に設定すると共に、吸込仕事率最大
    点よりも大風量側あるいは低風量側における消費電力の
    目標値を通常の消費電力よりも低い値に設定し、前記電
    流検出手段で検出された信号に基づいて得られる消費電
    力をこれらの目標値にほぼ一致させるべく制御すること
    を特徴とする電気掃除機。
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