JP3334585B2

JP3334585B2 - 電気掃除機

Info

Publication number: JP3334585B2
Application number: JP35435497A
Authority: JP
Inventors: 春雄小原木; 和雄田原; 俊幸安島; 常博遠藤; 久央須賀; 光久川又; 文夫常楽; 吉太郎石井
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1997-12-24
Filing date: 1997-12-24
Publication date: 2002-10-15
Anticipated expiration: 2017-10-15
Also published as: JPH10146303A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は電気掃除機に関し、特
に、吸口にロータリブラシを設けたパワーブラシ吸口を
使用し、掃除対象の床面や使用吸口に応じて最適運転さ
れる電気掃除機に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の電気掃除機は、特開昭63−309232
号公報に記載のように、吸口に設けたノズルモータに流
れる電流がある設定値をある設定時間以上超えたときに
ノズルモータへの給電をオフし、特開昭64−52430 号公
報に記載のように、吸口に設けたノズルモータに流れる
電流の変化から被掃除面が何であるかを検知し、その結
果をもとにファンモータの入力を制御していた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、吸口
に設けたノズルモータに流れる電流が吸口を操作する人
によって異なり、また掃除床面によってはその大きさが
異なることから、その電流の設定値と設定時間の値によ
っては煩雑にロータリブラシのロックと判定する可能性
があり、電流の設定値と設定時間の値を大きくしすぎる
と逆にモータを損傷する問題があった。他の従来技術
は、例えば、吸口に設けたノズルモータに流れる電流が
吸口を操作する人によって異なり、その大きさをもって
床面を検知する方式では、床面の判断間違いが生じる問
題があった。

【０００４】

【０００５】

【０００６】

【０００７】本発明の第１の目的は、電源電圧変動時に
おいてもファンモータを保護できる電気掃除機を提供す
ることにある。

【０００８】本発明の第２の目的は、電気掃除機の異常
状態時において不具合部分を特定できる電気掃除機を提
供することにある。

【０００９】

【００１０】

【００１１】

【００１２】

【課題を解決するための手段】また上記第１の目的を達
成するために本発明の特徴とするところは、塵埃を捕集
するフィルタと、掃除機に吸引力を与える可変速のファ
ンモータと、掃除機本体ケース中に該フィルタの目詰ま
りを検知するための圧力センサと、パワーブラシ吸口に
収納したロータリブラシ駆動用ノズルモータの電流を検
出する回路とを有する電気掃除機において、前記電気掃
除機の運転スイッチとして該電気掃除機の全システムの
異常の有無をチェックするための自己診断運転スイッチ
を設け、この自己診断運転スイッチＯＮ時には定速運転
し、該掃除機本体内に設けた温度センサの出力を温度検
出回路と温度検出処理を行って検出し、前記圧力センサ
からの出力を静圧検出回路と静圧検出処理を行って検出
し、前記ノズルモータの電流をノズルモータ電流検出回
路とノズルモータ電流検出処理を行って検出し、前記フ
ァンモータの電流をファンモータ電流検出回路とファン
モータ電流検出処理を行って検出し、これらの検出結果
から異常部を判定するとともに該掃除機本体上に設けた
表示回路に判定結果を表示するようにしたことにある。

【００１３】

【００１４】

【００１５】

【００１６】

【作用】また、本発明の第１の手段によれば、掃除機が
異常停止した時にその故障個所を特定できるように、自
己診断運転モードを設けているので、使用者への迷惑を
最小限にできる電気掃除機が得られる。

【００１７】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図１〜図２３によ
り説明する。本実施例では掃除機の駆動源として可変速
モータをファンモータとして使用することを前提として
いる。可変速モータとしては、入力を制御することによ
って速度が変わる交流整流子モータ，位相制御モータ，
インバータ駆動のインダクションモータ，リラクタンス
モータ、あるいはブラシレスモータ等が考えられるが、
本一実施例では、機械的な摺動を伴うブラシを持たず、
それ故長寿命で、また、制御応答性の良いブラシレスモ
ータをファンモータとして用いた例について説明する。

【００１８】さらに、本発明では基本的には吸口にロー
タリブラシを駆動するノズルモータを有するものを前提
とし、ノズルモータとしては直流マグネットモータ，交
流整流子モータが考えられるが、本一実施例では整流回
路内蔵の直流マグネットモータを用いた例について説明
する。また、掃除機本体中にフィルタの目詰まり検出の
ための圧力センサ（半導体圧力センサ）およびファンモ
ータあるいは制御回路の過温度保護のための温度センサ
（サーミスタなど）を設けた例について説明する。

【００１９】図１は制御回路の概略構成を示すブロック
図、図２は制御回路の全体構成を示す。

【００２０】図において、１６はインバータ制御装置を
示している。２９は交流電源で、この電源２９を整流回
路２１で整流し、コンデンサ２２にて平滑してインバー
タ回路２０に直流電圧Ｅ_dを供給するものである。イン
バータ回路２０はＴＲ₁〜ＴＲ₆と、それぞれのトラン
ジスタＴＲ₁〜ＴＲ₆に並列に接続された還流ダイオード
Ｄ₁〜Ｄ₆から構成された１２０度通電形インバータであ
る。トランジスタＴＲ₁〜ＴＲ₃は、正のア−ムを構成す
る。トランジスタＴＲ₄〜ＴＲ₆は負のアームを構成し、
それぞれの通流期間は電気角の１２０度で、三角波発生
回路３８とのつきあわせによりパルス幅変調（ＰＷＭ）
される。Ｒ₁は、負アームを構成するトランジスタＴＲ
₄〜ＴＲ₆のエミッタ側とコンデンサ２２のマイナス側と
の間に接続された比較的低い抵抗である。

【００２１】ＦＭはファン駆動用モータであるブラシレ
スモータで（以下、ファンモータと称す）、２極の永久
磁石からなる回転子Ｒと、電機子巻線Ｕ，Ｖ，Ｗとを有
している。これらの巻線Ｕ，Ｖ，Ｗに流れる負荷電流Ｉ
_Dは前記抵抗Ｒ₁の電圧降下として検出できる。ファンモ
ータＦＭの速度制御回路は、回転子Ｒの磁極位置をホー
ル素子１７等で検出する磁極位置検出回路１８，前述し
た負荷電流Ｉ_Dを検出し増幅するファンモータ電流検出
回路２３，前記トランジスタＴＲ₁〜ＴＲ₆を駆動するベ
ースドライバ１５、及び前記検出回路１８から得られた
検出信号１８Ｓにもとづいてベースドライバ１５を駆動
するマイクロコンピュータ１９とから主要構成される。
３０は実際の使用者が操作する運転スイッチ、３６はサ
ービスマンが操作する自己診断運転スイッチである。

【００２２】一方、２６は掃除機の吸口側に設けられた
ロータリブラシ１０を駆動するノズルモータであり、交
流電源２９をトライアック(ＦＬＳ)２５で位相制御する
ことにより電力が供給される。２４はトライアック２５
の点孤回路で点孤信号２４Ｓを出力し、２７はノズルモ
ータ２６に流れる負荷電流Ｉ_Nの電流検出器であり、２
８は電流検出器２７の出力信号を検出し増幅するノズル
モータ電流検出回路である。

【００２３】磁極位置検出回路１８はホール素子１７か
らの信号を受けて、回転子Ｒの磁極位置信号１８Ｓを生
成するものである。この磁極位置信号１８Ｓは電機子巻
線Ｕ，Ｖ，Ｗの電流切り替え（転流）に用いることに加
え、回転速度を検出する信号としても用いるものであ
る。マイクロコンピュータ１９は、この磁極位置信号１
８Ｓを一定のサンプリング内の数を数えることにより、
速度を求めるものである。

【００２４】ファンモータＦＭの負荷電流Ｉ_Dの検出回
路２３は、抵抗Ｒ₁の電圧降下をピークホールド回路
（図示せず）を介して直流分に変換し、かつ増幅してフ
ァンモータＦＭの負荷電流Ｉ_Dを得るものである。

【００２５】ノズルモータ（整流回路を内蔵している）
２６の負荷電流Ｉ_N用の検出回路２８は、電流検出器２
７の出力信号が交流であるので、整流して直流分に変換
し、かつ増幅してノズルモータ２６の負荷電流Ｉ_Nを得
るものである。

【００２６】マイクロコンピュータ１９は、セントラル
プロセッシングユニット（ＣＰＵ）１９−１，リードオ
ンリーメモリ（ＲＯＭ）１９−２、およびランダムアク
セスメモリ（ＲＡＭ）１９−３を含んでおり、これらは
図示しないがアドレスバス及びコントロールバスなどに
よって相互に接続されている。そして、ＲＯＭ１９−２
には、ファンモータＦＭを駆動するのに必要なプログラ
ム、例えば、速度の演算処理，速度制御処理（ＡＳ
Ｒ），電流制御処理（ＡＣＲ），ノズルモータの電流検
出処理，ファンモータの電流検出処理及び静圧検出処理
等を記憶させてある。ＲＡＭ１９−３は、前記ＲＯＭ１
９−２に記憶させた種々のプログラムを実行するのに際
し、必要な各種の外部データを読み書きするのに用いら
れる。

【００２７】トランジスタＴＲ₁〜ＴＲ₆は、マイクロコ
ンピュータで生成，処理された点孤信号１９Ｓに応じ、
ベースドライバ１５によりそれぞれ駆動される。

【００２８】トライアック２５は、交流電源２９のゼロ
クロス検出回路３２にもとづいて同じくマイクロコンピ
ュータ１９で処理，生成された点孤信号１９Ｄに応じ、
点孤回路２４により駆動される。

【００２９】静圧検出回路３１は掃除機本体内の圧力セ
ンサ８の出力を静圧に変換するとともに、マイクロコン
ピュータ１９からの信号を受けて変換ゲインを決定し、
温度検出回路３４は掃除機本体内に設けた温度センサ３
７からファンモータ１７あるいはインバータ制御装置１
６の動作温度を検出する。

【００３０】デューティ１００％検出回路３３はファン
モータＦＭの電機子巻線Ｕ，Ｖ，Ｗの電流切り替え（転
流）信号である点孤信号１９Ｄと三角波信号３８Ｓとの
比較によりパルス幅変調された点孤信号１５Ｓからトラ
ンジスタＴＲ₁〜ＴＲ₆がチョッピングされていないこと
を検出したものである。３５はインバータ制御装置１６
により駆動されるファンモータＦＭの運転状態を表すた
めの表示回路である。

【００３１】この種のブラシレスファンモータＦＭは、
電機子巻線に流れる電流がモータの出力トルクに対応す
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、モータ
の出力を連続的に任意に変えることができる。また、イ
ンバータの駆動周波数を変えることにより、ファンモー
タＦＭの回転速度を自由に変えることができる。

【００３２】本発明の電気掃除機は、このようなブラシ
レスモータを用いるものである。

【００３３】次に、図３は掃除機の全体構成、図４はパ
ワーブラシ吸口の内部構造を示したものである。

【００３４】図３と図４において、１は掃除床面、２は
掃除機の本体、３はホース、４は手元スイッチ部、５は
延長管、６はロータリブラシ１０を駆動するノズルモー
タ２６内蔵のパワーブラシ吸口、７はフィルタ、８はフ
ィルタ７の目詰まり度合いを検知する圧力センサ、３７
はファンモータＦＭあるいはインバータ制御装置１６の
過温度を検知する温度センサ、３５は掃除機の運転状態
を示すＬＥＤなどから構成される表示回路である。パワ
ーブラシ吸口６の吸口ケース６Ａの内部には、ノズルモ
ータ２６，ロータリブラシ１０、それに取り付けられた
ハケ１１がある。１２はノズルモータ２６の駆動力をロ
ータリブラシ１０に伝えるタイミングベルト、１３は吸
引延長管、１４はローラである。ノズルモータ２６の電
源リード線９は、延長管５中に設けられた電源線５Ａに
接続されている。

【００３５】これより、ノズルモータ２６が電力供給さ
れ回転すると、タイミングベルト１２を介してロータリ
ブラシ１０が回転する。ロータリブラシ１０が回転して
いる時にパワーブラシ吸口６を床面１に接触させると、
ロータリブラシ１０にはハケ１１が付いているので、ハ
ケ１１が床面１に接し、ノズルモータ２６の負荷電流Ｉ
_Nが大きくなる。ところで、種々実験の結果、ノズルモ
ータ２６は、一方向回転なのでロータリブラシ１０も一
方向回転となり、パワーブラシ吸口６を前後に操作した
場合、ロータリブラシ１０を回転させた時にパワーブラ
シ吸口６が進む方向にパワーブラシ吸口６を操作した場
合にはノズルモータ２６の負荷電流Ｉ_Nが小さくなり、
逆方向にパワーブラシ吸口６を操作した場合にはノズル
モータ２６の負荷電流Ｉ_Nが大さくなることがわかっ
た。

【００３６】そこで、次に吸口操作に応じたノズルモー
タの負荷電流の変化について説明する。まず、図５はノ
ズルモータの位相制御用のゼロクロス検出回路、図６は
ノズルモータに印加される電圧，電流波形を示したもの
である。

【００３７】図５と図６において、交流電源２９が図６
（イ）中の電圧Ｖ_Sであると、抵抗Ｒ₂，フォトカプラ
ＰＳ，抵抗Ｒ₃からなるゼロクロス検出回路３２によ
り、図６（ロ）に示すゼロクロス信号３２Ｓが得られ
る。マイクロコンピュータ１９はこのゼロクロス信号３
２Ｓの立上りに同期している図６（ハ）に示すカウント
タイマを同期させ、カウントタイマがゼロになった時、
マイクロコンピュータ１９からＦＬＳ２５への点孤信号
１９Ｄを出力する（図示していないが、ゼロクロス信号
の立ち下がりに同期してカウントタイマを動作させるよ
うにゼロクロス信号３２Ｓを反転させてもよい）。これ
によって、ノズルモータ２６には図６（イ）に示す負荷
電流Ｉ_Nが流れ、位相制御によってノズルモータ２６の
回転速度、いわゆる入力が制御される。

【００３８】図７はノズルモータの電流検出回路構成と
出力例を示したものである。ノズルモータ２６へ供給さ
れる負荷電流Ｉ_Nは図６（イ）に示したように断続した
交流電流波形であるので、カレントトランスからなる電
流検出器２７で負荷電流Ｉ_Nを検出し、電流検出回路２
８に入力する。そして、電流検出回路２８は全波整流増
幅回路２８Ａ，ダイオードＤ₁₀，ピークホールド回路２
８Ｂにより、図（ロ）に示す負荷電流Ｉ_Nのピーク電流
に対応した直流電圧信号Ｖ_DPに変換する（負荷電流Ｉ_N
のピーク電流を検出するのは、ノズルモータ２６に悪影
響を与えるのはピーク電流であり、かつ吸口操作に対し
て顕著に変化するのはこのピーク電流であるからであ
る）。この出力信号Ｖ_DPは吸口操作時には図７（ハ）に
示すように、吸口の操作に対応して電圧Ｖ_MXとＶ_MNの間
で変化する。この両電圧の差（Ｖ_MX−Ｖ_MN）を検出電圧
の変動幅Ｖ_MB、この両電圧の平均値（Ｖ_MX−Ｖ_MN）／２
である検出電圧の平均値Ｖ_AVとする。

【００３９】図８はロータリブラシロック時の位相制御
角の変化に対する検出電圧の平均値Ｖ_AVを示したもので
ある。ロータリブラシのロック時、位相制御角が大きい
場合にはノズルモータへの印加電圧が小さいので検出電
圧の平均値Ｖ_AVも小さいが、位相制御角を小さくするに
従ってノズルモータへの印加電圧が大きくなるので検出
電圧の平均値Ｖ_AVも大きくなる。従って、この検出電圧
の平均値Ｖ_AVの大きさからロータリブラシのロックを検
出できることになるが、吸口操作によってこの検出電圧
の平均値Ｖ_AVが変化する。

【００４０】図９は吸口操作中にロータリブラシがロッ
クした時の検出電圧の平均値Ｖ_AVの変化を示したもので
ある。掃除機を駆動して吸口を操作すると、検出電圧の
平均値Ｖ_AVには図中に示す変動が現れるが（ノズルモー
タの位相制御角θ₁）、ロータリブラシがロックすると
検出電圧の平均値Ｖ_AVがピークホールド回路の作用によ
り急増する。この時、第１の設定値Ｖ₀₁以上の平均値Ｖ
_AVが連続して第１の設定時間Ｔ₁以上経過すればロータ
リブラシのロック状態と判定する。ロータリブラシがロ
ック状態の時には、ノズルモータの負荷電流が非常に大
きくなるので、ノズルモータの運転を停止すればノズル
モータの整流子周りの損傷を防ぐことができることにな
るが、操作者の意図と異なる場合も生じ、かえって使い
勝手上からは不便となる。

【００４１】そこで、ロータリブラシのロック状態と判
定した時には、位相制御角をθ₂に大きくしてノズルモ
ータへの印加電圧を下げ、この時に第２の設定値Ｖ₀₂以
上の平均値Ｖ_AVが連続して第２の設定時間Ｔ₂以上経過
すればロータリブラシのロックと判定し、ノズルモータ
の運転を停止する。これにより、操作者が例えば吸口を
床面に放置した状態において、検出電圧の平均値Ｖ_AVが
第１の設定値Ｖ₀₁を超えた場合およびロータリブラシの
ロック状態と判定時に操作者がまた吸口を操作すれば、
ロータリブラシが回転するのでロータリブラシのロック
判定が解除される。ここで、ロータリブラシのロック状
態と判定した場合にはノズルモータへの印加電圧を下げ
ているので、ノズルモータに流れる負荷電流が小さく、
整流子周りの損傷を防ぐことができる。なお、図１０に
は上記ロータリブラシのロック判定のフローチャートを
示している。図中の点線で示した処理は、図８中に示し
たように、位相制御角θによって検出電圧の平均値Ｖ_AV
が変化することから、ロータリブラシのロック判定の精
度をより高めるために一点鎖線で示す第１の設定値
Ｖ_AV′にした時に、このＶ_AV′を演算にて求めるもので
ある。

【００４２】次に、掃除床面の判定方法について説明す
る。まず、図１１はノズルモータの低速回転における、
吸口操作時のノズルモータの負荷電流の変化に対応した
検出電圧の変動幅Ｖ_MBを、床面に応じて測定した結果を
示したものである。ここで、ファンモータの回転速度は
回転速度から回転速度の順に大きくなり、言い替え
れば順に吸込力が大きくなる。また、じゅうたんから
じゅうたんは毛足の長さを表しており、順に長くな
る。図１１において、検出電圧の変動幅Ｖ_MBから掃除床
面の種類を推定できるか否かについて考える。回転速度
の吸込力が弱い時には、変動幅Ｖ_MBがゆかのときゼロ
であるのに対し、たたみ順目（いぐさの並び方向に吸口
を操作した場合），たたみ逆目（いぐさの並び方向と直
交して吸口を操作した場合），じゅうたんの順に大きく
なるが、たたみ逆目の場合がじゅうたんより大きくな
っている。回転速度，回転速度の場合についても同
様となり、単に変動幅Ｖ_MBの大小で床面の種類を判定で
きない。しかし、ゆかとそれ以外の判定はできることが
わかる。

【００４３】図１２はノズルモータの高速回転におけ
る、吸口操作時のノズルモータの負荷電流の変化に対応
した検出電圧の変動幅Ｖ_MBを、床面に応じて測定した結
果を示したものである。図１２において、ノズルモータ
が高速回転の時には、ファンモータの回転速度から回
転速度にほとんど係らず、検出電圧の変動幅Ｖ_MBがゆ
か，たたみ，じゅうたん〜の順に大きくなっている
ので、ここで床面の種類が何であるかを判定できること
になる。すなわち、床面の判定結果に応じてノズルモー
タとファンモータの回転速度を調整することにより、検
出電圧の変動幅Ｖ_MBを用いて掃除床面を判定できること
になる。

【００４４】今までは、ノズルモータの電流のピーク値
である検出電圧の変動幅Ｖ_MBを用いた床面判定について
述べたが、掃除機本体中に設けた圧力センサの出力を用
いた床面の判定方法について説明する。

【００４５】図１３はファンモータの回転速度に対する
静圧の変動幅Ｈ_MBを、床面に応じて測定した結果を示し
たものである。図１３において、ファンモータの回転速
度にもよるが、ゆかとたたみは判定できるが、たたみか
じゅうたんかの区別ができないことがわかる。

【００４６】また、検出電圧の変動幅Ｖ_MBと静圧の変動
幅Ｈ_MBは、使用者の操作力や掃除床面の状態およびロー
タリブラシのハケの種類によっても異なるので、単なる
床面判定では判定間違いを起こす可能性がある。そこ
で、あいまいさを考慮できるＦ_uzzy推論を用いて掃除床
面の判定間違いをカバーする。

【００４７】まず、図１４はファンモータの運転モ−ド
を示したものである。ここで、掃除機の吸込力Ｐ₀は風
量Ｑと静圧Ｈとの積に比例する。図１４において、風量
Ｑ一定制御は吸口部での必要最小限の風量を常に確保す
るもので、フィルタの目詰まりに応じてその圧力損失分
だけ静圧が大きくなる。静圧Ｈ一定制御は床面と吸口部
との密着性を緩和するもので、例えば吸口に異物がくっ
ついても静圧がある程度までしか上昇しないので、その
異物を排除し易くなるという利点があり、風量が小さく
なるに従って静圧が増加しているのは、フィルタ後部の
静圧一定制御であるためにフィルタ部の圧力損失分だけ
吸口側では静圧が増加することによる。なお、風量が小
さくなった場合には、ほとんど吸込力がないので、回転
速度Ｎ一定制御に移行させ、むだなパワーを省く。この
風量Ｑ一定と静圧Ｈ一定の範囲をＦ_uzzy制御で制御す
る。

【００４８】一方、掃除していない時にファンモータの
パワーを上げていると、運転音がうるさいばかりでな
く、パワーのむだである。そこで、待機運転モードを設
け、吸口を操作して掃除しているときのみパワーアップ
してＦ_uzzy制御に移行し、そうでないときはパワーダウ
ンして待機運転状態に戻るモードとした。待機運転モー
ドでは掃除状態か否かの判定精度を高めるために、回転
速度Ｎ一定制御からある風量になったら風量一定制御と
し、ある静圧になったら回転速度一定制御とした。

【００４９】次に、Ｆ_uzzy制御について述べる。図１５
は一般的なＦ_uzzy推論法を示したものである。すなわ
ち、Ｆ_uzzy推論では『if−thenルール』の前件部と後件
部からなり、ルール１では前件部の入力ｘ₁のメンバシ
ップＡ₁₁に対する適合度と入力ｘ₂のメンバシップＡ₁₂
に対する適合度の小さい方の適合度から、後件部の出力
のメンバシップＢ₁の面積を求める。ルール２でも同様
にして出力のメンバシップＢ₂の面積を求める。そし
て、ルール数分の面積を重ね合わせ、重心を求めるもの
である。

【００５０】図２３は電気掃除機用に検討したルール表
を示したものである。前件部のメンバシップ関数として
ＶＳ〜ＶＬを用い、Ｆ_uzzy推論の入力としてノズルモー
タの電流の変動幅Δｐｂｉ（もしくは静圧の変動幅Δ
Ｈ）と風量Ｑ(もしくは静圧Ｈ)を用いた（表中には判り
易いように例としてメンバシップ関数と変動幅Δｐｂ
ｉ、メンバシップ関数と変動幅ΔＨとを対応させて示し
ている）。後件部のメンバシップ関数としてはＮＢ〜Ｐ
Ｂを用い、ＺＯが制御の落ち着く先である。図１６は電
気掃除機用に検討した入力とメンバシップ関数の関係で
ある。規格化入力の変動幅Δｐｂｉ（ΔＨ）と風量Ｑ
（静圧Ｈ）および出力Δｙを１５ステップにプリスケー
ルし、それぞれの適合度を８ステップとした。図１７は
Ｆ_uzzy演算による風量指令Ｑcmdと静圧指令Ｈcmdの算出
方法を示したものである。図２３に示したＦ_uzzy推論ル
ールに従い、変動幅Δｐｂｉ（もしくは変動幅ΔＨ）と
風量指令Ｑcmd（もしくは静圧指令Ｈcmd）をプリスケー
ルしてＦ_uzzy演算と重心演算とを行って出力の変化分Δ
ｙを求め、それを積分してＦ_uzzy演算の出力とし、最後
にポストスケールして風量指令Ｑcmd（もしくは静圧指
令Ｈcmd）を求めるようにした。出力の変化分Δｙを積
分してＦ_uzzy演算の出力としたのは、出力の安定性を持
たせるためである。図１８は電流変動幅Δｐｂｉに対す
る風量指令Ｑcmd の出力例を示したものである。これよ
り、入力である変動幅Δｐｂｉ（もしくは変動幅ΔＨ）
の大きさに応じて出力の風量指令Ｑcmd（もしくは静圧
指令Ｈcmd）が階段状に変化していることがわかる。出
力を階段状にしたのは、掃除床面がゆからしい，たたみ
らしい、およびじゅうたんらしい時に出力を一定化する
ためである。すなわち、Ｆ_uzzy演算を用い、さらに操作
者によって異なる入力の差異を補うために風量指令Ｑcm
d（もしくは静圧指令Ｈcmd）を階段状にしたことによ
り、操作者に関係なく掃除床面に応じて最適な吸込力に
制御できる。

【００５１】次に、風量一定制御においては風量の演算
方法が問題となる。図１９は風量演算式と風量一定制御
結果を示したものである。ファンモータの一般流体理論
とモータの特性式から、風量演算式として次の２つの式
が得られる。

【００５２】

【数１】Ｑdata＝Ｉ／Ｎ …（数１）

【００５３】

【数２】Ｑdata＝Ｉ×Ｎ／Ｈ …（数２）ここで、Ｑdataは風量演算値、Ｉはファンモータのトル
ク電流、Ｎはファンモータの回転速度、Ｈは静圧であ
る。図１９（イ）は風量演算式として（数１）式のＩ／
Ｎ方式と（数２）式のＩ×Ｎ／Ｈ方式を用いた風量一定
制御結果を示し、図１９（ロ）は風量演算式として（数
１）式と（数２）式の平均である（Ｉ／Ｎ＋Ｉ×Ｎ／
Ｈ）／２方式を用いた風量一定制御結果を示している。
風量一定制御方法は、風量指令値の上限値と下限値の間
に風量演算値が入るようにファンモータの回転速度を調
整するものである。これより、風量指令どうり吸口部で
の風量を一定に制御できているが、精度が良いのは
（ロ）の方式である。図示していないが、静圧一定制御
方法は、同様に静圧指令値の上限値と下限値の間に静圧
検出値が入るようにファンモータの回転速度を調整する
ものである。

【００５４】図１４で述べた吸口操作に対応したパワー
アップ，ダウンは、静圧の変化を検出して判定する。図
２０は待機運転時とＦ_uzzy制御時の静圧の変化を示した
ものである。図２０（イ）は圧力センサの出力ゲインを
高くした（感度アップ）待機運転時に、吸口を床面にお
いて前後に操作した場合における静圧の変化と、吸口を
持ち上げた状態から床面に着けた場合における静圧の変
化を示したものである。掃除状態であるか否かは鎖線で
囲んだ部分、すなわち静圧の微小な正方向変化を検出し
て判定する。そして、掃除状態であると判定した場合に
はパワーアップして制御状態をＦ_uzzy制御に移行する。
図２０（ロ）は圧力センサの出力ゲインを小さくした
（感度ダウン）Ｆ_uzzy制御運転時に、掃除中に吸口を掃
除床面に放置した掃除状態でない場合の静圧の変化と、
吸口を床面に着けた状態から持ち上げた場合における静
圧の変化を示したものである。掃除状態であるか否かは
鎖線で囲んだ部分、すなわち静圧の負方向変化を検出し
て判定する。そして、掃除状態でないと判定した場合に
はパワーダウンして制御状態を待機運転に移行する。な
お、掃除状態でないとの判定に静圧の負方向変化を検出
して行う例について述べたが、静圧の変化がないことを
検出して判定に用いても良い。

【００５５】次に、使用吸口の判定について述べる。パ
ワーブラシ吸口とパワーブラシ吸口でないその他の吸口
との区別は、ノズルモータにゼロクロス信号をもとに瞬
間電圧を印加し、電流を検知すればパワーブラシ吸口，
検知できなければその他の吸口と判定し、パワーブラシ
吸口と判定すればＦ_uzzy演算の入力にノズルモータの電
流の変動幅Δｐｂｉを用い、パワーブラシ吸口でないそ
の他の吸口と判定すればＦ_uzzy演算の入力に静圧の変動
幅ΔＨを用いる。

【００５６】次に、電源瞬断時の判定処理について述べ
る。電源瞬断が発生すると、ファンモータの制御系は速
度指令の回転速度とするために、電流指令を増加して最
後にはデューティ１００％となって電圧制御状態（無制
御状態）となる。この時、電源電圧が復帰すればファン
モータの制御系が電圧制御状態となっているので、ファ
ンモータに過大電流が流れ、マグネットが減磁する恐れ
がある。このため、電源周波数の半サイクル時間の間に
ゼロクロス信号を検知できなければ電源瞬断状態と判定
し、ファンモータの回転速度指令を例えば最小として常
に回転速度制御状態にし、所定の時間以上ゼロクロス信
号を検知できなければ電源瞬断と判定し、掃除機の運転
を停止し、停止条件を表示回路に表示する。

【００５７】次に、デューティ１００％の判定処理につ
いて述べる。デューティ１００％になれば上記した不具
合を生じる。デューティ１００％に至る条件としては、
上記の電源瞬断と電源電圧の低下がある。電源電圧の低
下時にファンモータの制御系は速度指令の回転速度とす
るために、電流指令を増加して最後には電圧制御状態の
デューティ１００％に至り、この時、電源電圧が復帰す
れば電源瞬断と同一の不具合を生じることになる。図２
１にデューティ１００％の検出回路を示す。デューティ
１００％検出回路３３は、電流指令とモータ電流検出値
を入力とした（比例＋積分）回路と三角波発生回路３８
の出力を入力としたコンパレータからなるチョッパ信号
発生回路３３Ａ，三角波発生回路３８と（比例＋積分）
回路とを介してデューティ１００％信号を作成するデュ
ーティ１００％信号発生回路３３Ｂからなる。図２２は
デューティ１００％信号の一例を示したものである。す
なわち、例えば電源電圧の直流電圧が徐々に低下する
と、デューティ１００％信号が徐々に現れ、最後には完
全なデューティ１００％となる。従って、デューティ１
００％信号が確立したときにデューティ１００％と判定
し、デューティ１００％信号がなくなるようにファンモ
ータの速度指令を下げる方向に補正する。これにより、
常に回転速度制御状態となり、上記した不具合を解消で
きることになる。また、デューティ１００％になっても
ファンモータが高速で回転していれば、逆起電力が大き
く、電源電圧の変動に対して過大電流が流れることがな
いので、回転速度の大きさに応じてデューティ１００％
運転処理を行えば良い。

【００５８】次に、フィルタ目詰まり判定処理について
述べる。フィルタの目詰まり判定は静圧の大きさから判
定できるが、吸口を掃除床面に着けても静圧が変化する
ため、判定間違いを生じる可能性がある。そこで、ファ
ンモータの一般流体理論からフィルタの目詰まりをＨ／
Ｎ₂の大きさで判定することにした。フィルタが目詰ま
った時には吸口部から流入する風量も少なくなるので、
ファンモータの冷却性能が低下し、モータの異常発熱が
予想されるので、運転状態を図１４に示したようにＦ
_uzzy制御状態から待機運転状態に制御状態を移行させ、
モータに供給するパワーを小さくしてモータの異常発熱
を抑えるようにした。

【００５９】次に、吸口密閉の判定処理について述べ
る。吸口密閉は上述したフィルタの目詰まりから更に風
量が小さくなり、完全密閉では風量がゼロとなる。この
時、モータの異常発熱が早くなり、引いては発煙する恐
れがあるため、吸口密閉の正確な判定が必要となる。吸
口密閉の判定方法としては、フィルタの目詰まりや吸口
密閉近傍では図１４に示したように、回転速度一定運転
状態であるので、風量の大きさが負荷状態を左右する。
そこで、負荷状態が軽くなる、すなわち風量が小さくな
るに従ってファンモータの負荷電流が小さくなるので、
負荷電流がある設定値より連続してある設定時間以上小
さくなったら吸口密閉と判定し、掃除機の運転を停止
し、その状態を本体側に設けた表示回路に表示する。掃
除機の場合、使用者がコンセントプラグを抜いてまた初
期から運転すると、上記と同じ判定を繰り返すため、モ
ータの異常発熱を防止できない恐れがある。従って、こ
の対策としては、モータの負荷電流の大きさによって設
定時間を可変する、すなわち負荷電流が小さくなるに従
って設定時間を小さくすることで対応できる。

【００６０】さらに、自己診断運転処理について説明す
る。掃除機は家庭の必需品であるため、もし制御回路の
保護機能が作用して運転を停止したら速やかに復帰させ
る必要がある。本実施例で示した制御回路システムでは
構成が複雑になっているのでサービスマンに故障個所を
正確に特定させる必要がある。その機能を担うのが自己
診断運転である。本実施例では自己診断運転スイッチを
設け（このスイッチは手元回路あるいは本体内制御回路
に設けるか、両回路に設けても良い）、このスイッチが
押されたことを検知して自己診断運転に入る。自己診断
運転では、一定回転速度で運転するモードと同期始動運
転モードがある。一定回転運転モードでは、各センサ、
すなわち圧力センサ，ノズルモータの電流検出器，ファ
ンモータの電流検出回路に異常があるかないかの診断、
それと磁極位置検出回路が正常に機能しているかの診断
（図示せず）などを行う。例えば、ファンモータの電流
検出回路の出力の大きさから、ファンモータが減磁して
いないかの判定が行える。同期始動運転モードは、一定
回転運転モードが機能しなかったときに各センサの診断
を行うものであり、同期始動で運転できれば制御回路の
主回路は正常であり、異常部分はマイコン回りの制御回
路と特定できることになる。両運転モードで運転できな
いときには故障回路の詳細検討が必要であると特定でき
る。この自己診断運転モードでは両運転モードを併用し
ていることから、故障個所の特定が正確に行えることに
なる。

【００６１】次に、図１を主に用いてマイクロコンピュ
ータ１９の具体的な制御，処理内容を説明する。

【００６２】手順１・・・運転スイッチ３０が入ると運
転指令取込処理および起動処理（処理７）を行ってファ
ンモータＦＭの回転速度を最少回転速度まで立ち上げ
る。

【００６３】手順２・・・磁極位置検出回路１８からの
信号１８Ｓを受けて回転速度Ｎを演算する（処理１）。
静圧検出回路３１の信号３１Ｓを受けて静圧検出処理
（処理１３）を行って静圧Ｈを検出する。そして、回転
速度Ｎ，静圧ＨおよびファンモータＦＭの電流指令Ｉ^*
（負荷電流に相当し、ファンモータの電流検出値を用い
ても良い）とから風量Ｑを演算する（Ｑdata）。

【００６４】手順３・・・起動処理の後、待機運転モー
ドに移行させることにより、フィルタの目詰まりに応じ
て回転速度一定制御あるいは風量一定制御で動作する。
待機運転モードであるから、圧力センサのゲインはアッ
プされている（処理１５）。手順４・・・ノズルモータ２６にゼロクロス検出回路３
２の信号を受けて瞬間電圧を印加し、ノズルモータ電流
検出回路２４の信号２４Ｓを受けてノズルモータ電流検
出処理（処理２）を行い、吸口判定（処理１４）におい
て、ノズルモータ電流を検知すればパワーブラシ吸口、
検知できなければパワーブラシ吸口以外のその他の吸口
と判定する。

【００６５】手順５・・・吸口判定の結果がパワーブラ
シ吸口であれば、待機運転モードであるので、ゼロクロ
ス検出回路３２の信号をもとにロータリブラシ１０の回
転速度が３００〜５００回転となるようにノズルモータ
の位相制御角を設定する。ロータリブラシ１０の回転速
度が３００〜５００回転とするのは、待機運転時にむだ
なパワーを省くことと、使用者とその回りにロータリブ
ラシ１０が回っていますよと注意を喚起することなどに
ある。

【００６６】手順６・・・静圧Ｈと回転速度の関係から
フィルタの目詰まり検出処理（処理５）を行ってフィル
タの目詰まり度合いを検出し、本体側表示回路に表示す
る。手順７・・・静圧検出処理（処理１３）において、静圧
の正方向変化ΔＨが検出すれば掃除状態と判定して（処
理６）Ｆ_uzzy制御に移行させ、検出できない時はそのま
ま待機運転を続行する。Ｆ_uzzy制御に移行させる場合は
圧力センサのゲインはダウンさせる（処理１５）。

【００６７】手順８・・・Ｆ_uzzy制御に移行した場合、
吸口操作時のノズルモータ電流のピーク値の変動幅Δｐ
ｂｉ，静圧の変動幅ΔＨを変動幅検出処理（処理４）に
て検出する。

【００６８】手順９・・・吸口判定（処理１４）におい
て、パワーブラシ吸口であれば変動幅Δｐｂｉ、パワー
ブラシ吸口以外のその他の吸口であれば変動幅ΔＨを入
力としたＦ_uzzy演算を選択する。

【００６９】手順１０・・Ｆ_uzzy演算部１９Ａでは風量
指令Ｑcmd を作成するＦ_uzzy演算部，静圧指令Ｈcmd を
作成するＦ_uzzy演算部とからなる。パワーブラシ吸口の
場合は変動幅Δｐｂｉと風量指令Ｑcmd とを入力とした
Ｆ_uzzy演算部および変動幅Δｐｂｉと静圧指令Ｈcmd と
を入力としたＦ_uzzy演算部を選択し、パワーブラシ吸口
以外のその他の吸口の場合は変動幅ΔＨと風量指令Ｑcm
d とを入力としたＦ_uzzy演算部および変動幅ΔＨと静圧
指令Ｈcmd とを入力としたＦ_uzzy演算部を選択し、Ｆ
_uzzy演算結果から新しい風量指令Ｑcmdと静圧指令Ｈcmd
を作成する。手順１１・・風量指令Ｑcmdを入力としたＦ_uzzy演算部
か静圧指令Ｈcmdを入力としたＦ_uzzy演算部かの選択は
風量一定制御領域か静圧一定制御領域かで行う。手順１２・・風量一定制御（Ｑ一定），静圧一定制御
（Ｈ一定）および回転速度一定制御（Ｎ一定）の選択
は、風量指令Ｑcmd （あるいは風量演算値Ｑdata）や静
圧Ｈの大きさに応じて運転モード設定処理（処理１６）
で行う。

【００７０】手順１３・・ノズルモータ２６は、Ｆ_uzzy
演算結果とゼロクロス検出回路３２の出力を入力とした
位相制御角設定処理（処理８）で位相制御角を決定し、
点呼信号処理（処理９）を介して駆動する。

【００７１】手順１４・・風量Ｑ一定制御もしくは静圧
Ｈ一定制御では、静圧指令Ｈcmd と静圧の検出値Ｈdata
もしくは風量指令Ｑcmd と風量演算値Ｑdataとの突き合
わせを行って速度指令Ｎ^*を出力する。

【００７２】手順１５・・そして、ファンモータ電流検
出回路２３の信号２３Ｓを受けてファンモータ電流検出
処理（処理３）を行って負荷電流Ｉ_Dを検出する。この
負荷電流Ｉ_D，回転速度Ｎ(処理１)と速度指令Ｎ^*とを
受けて速度制御処理(ＡＳＲ)，電流制御処理（ＡＣＲ）
の処理１１から電流指令Ｉ^*を出力する。この電流指令
Ｉ^*を受けて点呼信号発生処理（処理１０）にてベース
ドライバ信号１９Ｓを出力する。ファンモータＦＭはベ
ースドライバ信号１９Ｓを受けて所望の回転速度に制御
することができる。

【００７３】これより、吸口操作時のノズルモータ電流
のピーク値の変動幅Δｐｂｉ(Ｖ_MB)と静圧の変動幅ΔＨ
（Ｈ_MB）の大きさに応じてファンモータＦＭとノズルモ
ータ２６の回転速度を調整できるので、掃除床面に応じ
た最適な吸込力が得られることになる。

【００７４】図１に示した各処理で異常処理としては、
パワーブラシ（ｐｂ）ロック判定処理（処理１４），電
源瞬断判定処理（処理２０）およびデューティ１００％
判定処理(処理１７)がある（電気掃除機として見た場合
であり、モータ制御系も含めると過温度処理、図示して
いないが過回転処理および過電流処理がある）。ここ
で、ｐｂロック判定処理はパワーブラシ吸口であっても
変動幅として静圧変動幅ΔＨを選択するものであり、電
源瞬断判定処理は運転指令をＦ_uzzy演算部１９Ａの出力
から切り離し、瞬断運転指令を選択するものであり、そ
してデューティ１００％判定処理は同様に運転指令をＦ
_uzzy演算部１９Ａの出力から切り離し、デューティ１０
０％運転処理の出力である運転指令を選択するものであ
る。

【００７５】

【発明の効果】本発明によれば、吸口が密閉された時に
ファンモータの運転を停止するようにしたので、ファン
モータを熱的影響から保護することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電気掃除機用制御回路の概略構成を示
すブロック図。

【図２】その制御回路の全体構成図。

【図３】掃除機の全体構成図。

【図４】パワーブラシ吸口の内部構造図。

【図５】交流電源電圧のゼロクロス検出回路図。

【図６】ノズルモータに印加される電圧，電流波形，ゼ
ロクロス信号，カウントタイマおよびＦＬＳトリガ信号
を示す図。

【図７】ノズルモータ電流の検出回路構成とその出力例
を示す図。

【図８】ロータリブラシロック時の位相制御角に対する
検出電圧の平均値を示す図。

【図９】掃除中にロータリブラシがロックした時の検出
電圧の平均値の変化を示す図。

【図１０】ロータリブラシロック判定のフローチャート
を示す図。

【図１１】ノズルモータ低速回転時の床面に対するノズ
ルモータ電流のピーク値の変動幅を示す図。

【図１２】ノズルモータ高速回転時の床面に対するノズ
ルモータ電流のピーク値の変動幅を示す図。

【図１３】床面に対する静圧の変動幅を示す図。

【図１４】ファンモータの運転モードを示す図。

【図１５】一般的なＦ_uzzy推論法を示す図。

【図１６】本発明の掃除機に適用したメンバシップ関数
を示す図。

【図１７】本発明の掃除機に適用したＦ_uzzy演算方法を
示す図。

【図１８】電流変動幅Δｐｂｉに対するＦ_uzzy演算によ
る風量指令Ｑcmd の出力例を示す図。

【図１９】風量演算式と風量一定制御結果を示す図。

【図２０】待機運転時とＦ_uzzy制御時の静圧の変化を示
す図。

【図２１】デューティ１００％の検出回路図。

【図２２】デューティ１００％信号の一例を示す図。

【図２３】本発明の掃除機に適用したＦ_uzzyルールを示
す図。

【符号の説明】

８…圧力センサ、１６…インバータ制御装置、１９…マ
イクロコンピュータ、２３…ファンモータ電流検出回
路、２５…トライアック、２６…ノズルモータ、２８…
ノズルモータ電流検出回路、３０…運転スイッチ、３１
…静圧検出回路、３２…ゼロクロス検出回路、３３…デ
ューティ１００％検出回路、３４…温度検出回路、３５
…表示回路、３６…自己診断運転スイッチ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者須賀久央茨城県日立市東多賀町一丁目１番１号株式会社日立製作所多賀工場内 (72)発明者川又光久茨城県日立市東多賀町一丁目１番１号株式会社日立製作所多賀工場内 (72)発明者常楽文夫茨城県日立市東多賀町一丁目１番１号株式会社日立製作所多賀工場内 (72)発明者石井吉太郎茨城県日立市東多賀町一丁目１番１号株式会社日立製作所多賀工場内審査官鏡宣宏 (56)参考文献特開昭63−234930（ＪＰ，Ａ) 特開平１−174290（ＪＰ，Ａ) 特開平２−202389（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−29699（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−195015（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) A47L 5/00 - 9/28

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】塵埃を捕集するフィルタと、掃除機に吸引
力を与える可変速のファンモータと、掃除機本体ケース
中に該フィルタの目詰まりを検知するための圧力センサ
と、パワーブラシ吸口に収納したロータリブラシ駆動用
ノズルモータの電流を検出する回路とを有する電気掃除
機において、前記電気掃除機の運転スイッチとして該電
気掃除機の全システムの異常の有無をチェックするため
の自己診断運転スイッチを設け、この自己診断運転スイ
ッチＯＮ時には定速運転し、該掃除機本体内に設けた温
度センサの出力を温度検出回路と温度検出処理を行って
検出し、前記圧力センサからの出力を静圧検出回路と静
圧検出処理を行って検出し、前記ノズルモータの電流を
ノズルモータ電流検出回路とノズルモータ電流検出処理
を行って検出し、前記ファンモータの電流をファンモー
タ電流検出回路とファンモータ電流検出処理を行って検
出し、これらの検出結果から異常部を判定するとともに
該掃除機本体上に設けた表示回路に判定結果を表示する
ようにしたことを特徴とする電気掃除機。
【請求項２】塵埃を捕集するフィルタと、掃除機に吸引
力を与える可変速のブラシレスファンモータと、掃除機
本体ケース中に該フィルタの目詰まりを検知するための
圧力センサと、パワーブラシ吸口に収納したロータリブ
ラシ駆動用ノズルモータの電流を検出する回路とを有す
る電気掃除機において、前記電気掃除機の運転スイッチ
として該電気掃除機の全システムの異常の有無をチェッ
クするための自己診断運転スイッチを設け、この自己診
断運転スイッチＯＮ時には前記ブラシレスファンモータ
を定速運転と同期始動運転とを行い、該掃除機本体内に
設けた温度センサの出力を温度検出回路と温度検出処理
を行って検出し、前記圧力センサからの出力を静圧検出
回路と静圧検出処理を行って検出し、前記ノズルモータ
の電流をノズルモータ電流検出回路とノズルモータ電流
検出処理を行って検出し、該ブラシレスファンモータの
電流をファンモータ電流検出回路とファンモータ電流検
出処理を行って検出し、該ブラシレスファンモータのロ
ータの磁極位置を磁極位置検出回路を介して検出し、こ
れらの検出結果から異常部を判定するとともに該掃除機
本体上に設けた表示回路に判定結果を表示するようにし
たことを特徴とする電気掃除機。