JP3664294B2

JP3664294B2 - 電気掃除機

Info

Publication number: JP3664294B2
Application number: JP04881799A
Authority: JP
Inventors: 嘉幸平原; 友和吉岡
Original assignee: Toshiba TEC Corp
Current assignee: Toshiba TEC Corp
Priority date: 1999-02-25
Filing date: 1999-02-25
Publication date: 2005-06-22
Anticipated expiration: 2019-02-25
Also published as: JP2000245669A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ブラシレスモータを備えた電気掃除機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の電気掃除機として、例えば特開平４−１４４５２８号公報、特開平８−２４１８５号公報および特開平１０−１７９４８０号公報に記載のように、商用交流電源が供給されブラシレスモータの駆動を制御するマイクロコンピュータを有した制御回路に、掃除作業者が操作する各種スイッチを備えた操作手段が接続されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特開平４−１４４５２８号公報、特開平８−２４１８５号公報および特開平１０−１７９４８０号公報に記載のように高電圧の商用交流電源が印可される制御回路に掃除作業者が操作するスイッチを備えた低電圧の操作手段が接続する構成では、回路構成において高電圧の部分と低電圧の部分とに所定の絶縁距離を確保しなければならず、また高電圧の部分と低電圧の部分とを接続する回路構成部品や絶縁部材などが別途必要となり、回路構成や電気掃除機の構成が複雑となり回路や電気掃除機が大型化するとともに、ノイズの発生源が増大する問題がある。
【０００４】
本発明は、上記問題点に鑑みなされたもので、回路構成が簡単となるとともにノイズ発生源が減少して安定した機能が得られるとともに軽量小型化する電気掃除機を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の電気掃除機は、ブラシレスモータを収容する本体と、この本体内に設けられ１次巻線側および２次巻線側を有する電源トランスと、この電源トランスの１次巻線側および前記ブラシレスモータに接続されて前記本体内に配設され前記ブラシレスモータの駆動を制御するモータ制御手段と、前記ブラシレスモータの駆動状態を設定する操作手段と、前記電源トランスの前記１次巻線側と絶縁分離された２次巻線側に接続され、前記操作手段により設定された駆動状態に前記ブラシレスモータを前記モータ制御手段にて駆動させる制御をする掃除機制御手段と、前記掃除機制御手段からの制御信号を無線媒体により前記モータ制御手段に送信する通信手段とを具備したものである。
【０００６】
そして、本体内に設けられた電源トランスの１次巻線側と絶縁分離された２次巻線側に接続され操作手段にて設定した駆動状態でブラシレスモータを電源トランスの１次巻線側に接続されたモータ制御手段にて駆動させる掃除機制御手段からの制御信号を、多量な情報の送信が可能な通信手段の無線媒体によりモータ制御手段に送信するため、高電圧の部分となるブラシレスモータおよびモータ制御手段と低電圧の部分となる操作手段および掃除機制御手段とを回路構成上容易に絶縁分離可能で、回路構成が簡略化し、小型軽量化が容易となるとともに、ノイズ発生源が減少し、安定した高性能が容易に得られる。
【０００７】
請求項２記載の電気掃除機は、請求項１記載の電気掃除機において、掃除機制御手段およびモータ制御手段は、マイクロコンピュータを備えたものである。
【０００８】
そして、通信手段の無線媒体による制御信号の送信により掃除機制御手段およびモータ制御手段をマイクロコンピュータにて構成でき、マイクロコンピュータによる多様な制御が可能となるとともに、回路構成が簡略化する。
【０００９】
請求項３記載の電気掃除機は、請求項１または２記載の電気掃除機において、モータ制御手段は、ブラシレスモータの駆動状態が認識可能で、通信手段は、前記モータ制御手段にて認識したブラシレスモータの駆動状態を前記モータ制御手段から掃除機制御手段に無線媒体により送信するものである。
【００１０】
そして、通信手段により、モータ制御手段にて認識したブラシレスモータの駆動状態をモータ制御手段から掃除機制御手段に無線媒体にて送信するため、ブラシレスモータの駆動制御がフィードバックされて掃除機制御手段がブラシレスモータの駆動状態を認識可能で、適切な制御が容易で高性能化が得られる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の電気掃除機の実施の一形態を図面を参照して説明する。
【００１２】
図２において、１は電気掃除機本体で、この電気掃除機本体１は本体であるケース体1aを有し、このケース体1aにホース２の基端が機械的に着脱自在に接続される。また、ホース２の先端には、後方に向けて分岐された形状の手元操作部３が設けられている。さらに、手元操作部３の先端には、延長管４を介して吸込口体５が取り付けられる。
【００１３】
そして、手元操作部３は、後方に向けて分岐され先端が自由端となる握り部11が設けられ、手元操作部３の上面には握り部11から延長管４の方向に向けて停止設定用のボタン12、自動設定用のボタン13、弱設定用のボタン14および強設定用のボタン15が１列に順次並んで配設されている。
【００１４】
次に、図１を参照して、内部構成について説明する。
【００１５】
電気掃除機本体１内には、図示しない電源コードを介して商用交流電源Ｅに１次巻線21a が接続される降圧用の絶縁型の電源トランス21が配設されているとともに、電動送風機の一部を構成する三相のブラシレスモータ22が配設されている。さらに、電気掃除機本体１内には、ブラシレスモータ22および回転センサ23にて構成されたブラシレスモータ部24が設けられ、回転センサ23は、ブラシレスモータ22の回転数を検出している。
【００１６】
また、電気掃除機本体１内には、電源コードを介して商用交流電源Ｅに接続、すなわち電源トランス21の１次巻線21a 側に接続されブラシレスモータ22の駆動を制御するモータ制御手段25が配設されている。
【００１７】
そして、このモータ制御手段25は、電源トランス21の１次巻線21a 側に接続され、商用交流電源Ｅを整流し平滑化してブラシレスモータ22の駆動用の例えば高電圧の２００Ｖの直流電源およびモータ制御用の低電圧の１５Ｖおよび５Ｖの基準電源に変換するモータ制御用の電源回路26を有している。また、モータ制御手段25はモータ制御用のマイクロコンピュータ（以下、ＢＬＭＣマイコンという。）27を備え、このＢＬＭＣマイコン27にはブラシレスモータ22の駆動を制御するモータ制御回路28が接続されている。さらに、モータ制御手段25には、ブラシレスモータ22に接続され２００Ｖの直流電源が印加されるサイリスタ構造のＩＧＢＴ（Insulated-gate Bipolar Transistor）29が設けられ、このＩＧＢＴ29にはＢＬＭＣマイコン27に接続されＩＧＢＴ29を駆動させるドライバ30が接続されている。また、モータ制御手段25には、ブラシレスモータ22へ供給される電力の電流を検知する電流センサ31が設けられているとともに、ブラシレスモータ部24の回転センサ23が接続されている。なお、モータ制御回路28は、過電流や過熱に対してモータ制御手段25を保護する図示しない保護回路やモータ制御部用の電源回路26の直流電源の電圧を検出する直流電圧検出回路を備えている。
【００１８】
また、電気掃除機本体１内には、電源トランス21の２次巻線21b 側が接続され、電気掃除機本体１の各種機能を制御するとともに、ブラシレスモータ22を適宜駆動させる制御をする掃除機制御手段35が配設されている。
【００１９】
そして、掃除機制御手段35には、電源トランス21の２次巻線21b 側に接続され、商用交流電源Ｅを掃除機制御用の１５Ｖおよび５Ｖの基準電源に変換する掃除機制御用の電源回路36が設けられている。また、掃除機制御手段35は掃除機制御用のマイクロコンピュータ（以下、メインマイコンという。）37を備え、このメインマイコン37には掃除機全体の各種機能を制御する掃除機制御回路38が接続されている。さらに、掃除機制御回路38には、ブラシレスモータ22の駆動により生じる負圧状態を検知する圧力センサ39、電流センサ40およびブラシレスモータ22の温度、特にＩＧＢＴ29の温度を検知する温度センサ41が接続されている。なお、掃除機制御回路38には、過電流や過熱に対して掃除機制御手段を保護する図示しない保護回路を備えている。
【００２０】
また、掃除機制御手段35には、電気掃除機本体１のケース体1aの上面に配設された複数の発光ダイオード43を備えた表示部44が接続されているとともに、ホース２に設けられた図示しない伝送線を介して手元操作部３に配設された各スイッチ12〜15を有する操作手段45が接続される。
【００２１】
さらに、掃除機制御手段35のメインマイコン37とモータ制御手段25のＢＬＭＣマイコン27とは、通信手段としてのフォトカプラ47を介して接続されている。このフォトカプラ47により、掃除機制御手段35とモータ制御手段25とは、電気的に接続することなく絶縁分離された状態で離間する間隔が絶縁部48となり、フォトカプラ47の光通信により相互に信号が送受信される。
【００２２】
そして、掃除機制御手段35は、圧力センサ39、電流センサ40および温度センサ41からの信号や操作手段45からの信号に基づいて、ブラシレスモータ22を駆動させるモータ制御手段25に、フォトカプラ47による無線媒体である可視光や赤外線などの光にて所定の制御信号を送信したり、表示部44の発光ダイオード43を適宜発光させて例えばブラシレスモータ22の駆動状態や集塵したゴミ量、ゴミ詰まり状態などの表示をする制御や掃除機制御手段35に過剰な熱や電流が加わることを防止する制御などの掃除機全体の各種機能を制御する。
【００２３】
また、モータ制御手段25は、回転センサ23および電流センサ31からの信号やモータ制御回路28の直流電圧検出回路からの信号、掃除機制御手段35からのフォトカプラ47の光通信による制御信号などに基づいて、ＩＧＢＴ29などの各種回路部品やブラシレスモータ部24に過電流が流れることを防止しつつ、ブラシレスモータ22を駆動制御する。
【００２４】
次に、上記実施の形態の動作を説明する。
【００２５】
まず、電気掃除機本体１にホース２を接続するとともに、図示しない電源コードを介して商用交流電源Ｅを供給し、掃除待機状態とする。そして、掃除作業者により操作手段45の各種ボタン12〜15が設定操作されることにより、ホース２の図示しない伝送線を介して設定操作に対応した電流値を掃除機制御回路38が認識し、ブラシレスモータ22のいずれの駆動状態が設定操作されたか判断する。この後、掃除機制御回路38は、圧力センサ39、電流センサ40および温度センサ41からの信号と認識した操作手段からの所定の信号とに基づいて、メインマイコン37からブラシレスモータ22を駆動させるモータ制御手段25に、フォトカプラ47による光にて所定の制御信号を送信する。
【００２６】
そして、フォトカプラ47により掃除機制御手段35のメインマイコン37から送信された制御信号を、モータ制御手段25のＢＬＭＣマイコンにて受信し、モータ制御回路28が受信した制御信号と回転センサ23および電流センサ31からの信号やモータ制御回路28の直流電圧検出回路からの信号とに基づいて、ＩＧＢＴ29などの各種回路部品やブラシレスモータ部24に過電流が流れることを防止しつつ、ドライバ30に所定の信号を送信し、ドライバ30にてＩＧＢＴ29を駆動させ、ＩＧＢＴ29にてブラシレスモータ22を適宜駆動させる。
【００２７】
このブラシレスモータ22の駆動により、電動送風機の図示しないファンが回転して負圧を生じさせる。そして、例えば吸込口体５を被掃除面である床面上を走行させるようにホース２の握り部11を前後方向に押動または引動し、床面上の塵埃を空気とともに吸い込んで、電動送風機の負圧側に位置してケース体1a内に区画形成された集塵室内に塵埃を捕捉する。
【００２８】
また、モータ制御回路28は、ブラシレスモータ部の回転センサ23からの信号を認識し、ブラシレスモータ22の駆動状態をＢＬＭＣマイコン27から掃除機制御手段35にフォトカプラ47による光にて所定の信号を送信する。そして、掃除機制御手段35は、フォトカプラ47によりモータ制御手段25のＢＬＭＣマイコン27から送信されメインマイコン37にて受信した信号に基づき、ブラシレスモータ22を設定操作や圧力センサ39からの信号に基づいて適宜ブラシレスモータ22の駆動を随時制御するとともに、表示部44の発光ダイオード43を適宜発光させて例えばブラシレスモータ22の駆動状態や集塵したゴミ量、ゴミ詰まり状態などの表示をさせる制御をする。
【００２９】
ここで、掃除作業者が操作する電気機器であることから、商用交流電源Ｅを２００Ｖの高電圧に変換するモータ制御用の電源回路26と２００Ｖの高電圧が印可されるブラシレスモータ22およびＩＧＢＴ29とを、電撃防止用に絶縁隔離する必要がある。また、掃除機制御手段35とモータ制御手段25のＢＬＭＣマイコン27、ドライバ30、モータ制御回路28および電流センサ31とは低電圧であることが、これらを通常の整流子モータを用いた電気掃除機の回路構成のようにまとめる、例えばメインマイコン37およびＢＬＭＣマイコン27を１つのマイクロコンピュータにて構成するとともに掃除機制御回路38およびモータ制御回路28を１つの制御回路にて構成することも考えられる。
【００３０】
しかしながら、電源回路26、ブラシレスモータ22およびＩＧＢＴ29の部分を他の低電圧部分と絶縁隔離しようとすると、ＩＧＢＴ29とこのＩＧＢＴ29を駆動させるドライバ30との電気的接続が多数あることから、ＩＧＢＴ29およびドライバ30間で絶縁分離することは回路構成上複雑となる。同様に、ブラシレスモータ22の駆動を制御するＢＬＭＣマイコン27とドライバ30との電気的接続が多数あるので、ＢＬＭＣマイコン27およびドライバ30間で絶縁分離することは回路構成上複雑となる。すなわち、電気洗濯機などの設置されて使用される比較的大型の電気機器の場合には、回路基板上に絶縁距離を設けて大型化しても比較的に回路基板を配設するスペースがあるものの、特に掃除の際に把持されるホース２を持って電気掃除機本体１が引きずられる電気掃除機の場合、軽量小型化が強く要請されるので、１つのマイクロコンピュータにて回路を構成することも考えられるが、掃除機全体を制御するための配線、ブラシレスモータ22を駆動させるための配線が複雑となり、逆に別途掃除機全体を制御するための回路構成が必要となるとともに、追加する回路に伴うノイズ対策も必要となり、回路構成が複雑大型化してしまう。
【００３１】
上記実施の形態では、電動送風機のブラシレスモータ22を駆動させるモータ制御手段と操作手段45にて設定した駆動状態で電動送風機のブラシレスモータ22を駆動させるとともに掃除機全体の制御をする掃除機制御手段とをそれぞれ設け、掃除機制御手段35からのブラシレスモータ22を設定に対応して駆動させる旨の制御信号を、無線媒体である光通信によりモータ制御手段25に送信するため、高電圧の部分となるブラシレスモータ22およびモータ制御手段25と低電圧の部分となる掃除機制御手段および掃除作業者に操作される操作手段45とを、回路構成上容易に絶縁分離でき、回路構成を簡略化でき、別途絶縁部材も不要で、容易に小型軽量化できるとともに、ノイズ発生源となる高電圧の部分と低電圧の部分とを接続する回路構成部品が減少し、安定した高性能が容易に得られる。
【００３２】
また、掃除機制御手段とモータ制御手段とを分離したため、容易に２つの回路基板にて構成でき、ケース体1aの空きスペースを利用可能となり、電気掃除機本体１の小型化が図れるとともに、高電圧と低電圧との異なる電源の絶縁距離を確保する必要がなく、小型化できる。
【００３３】
さらに、掃除機制御手段35とモータ制御手段25とを分離したため、ブラシレスモータ22の駆動制御方法や掃除機全体の機能の変更や新機種への設計変更が容易にできるとともに、制御方法が異なる製品間でもモータ制御手段25の部分あるいは掃除機制御手段35の供用およびリサイクルが可能となり、製品の種類に対する回路種類を減少でき、製造性および保守管理性を向上できる。
【００３４】
そして、絶縁分離したＢＬＭＣマイコン27およびメインマイコン37間を、多量な情報を転送できるフォトカプラ47を用いた光通信により信号を送受信するため、きめ細かい制御ができるとともに、掃除機制御手段35とモータ制御手段25との間で信号を送受信する構成を簡略化できる。さらには、高速で信号を送受信でき、高性能化が得られる。
【００３５】
さらに、掃除機制御手段35およびモータ制御手段25で相互に信号を送受信させるため、ブラシレスモータ22を制御する掃除機制御手段35がブラシレスモータ22の状態をフィードバックにて認識でき、ブラシレスモータをより緻密に制御でき、容易に高性能化できる。
【００３６】
また、掃除機制御手段35およびモータ制御手段25にそれぞれマイクロコンピュータであるメインマイコン37およびＢＬＭＣマイコン27を設けたため、多様な制御ができ、回路構成を簡略化できるとともに、各マイクロコンピュータの機能制御の分担化に伴って小型で構成が簡単なマイクロコンピュータを利用でき、回路構成を簡略化できるとともに製造性を向上でき、コストも低減できる。
【００３７】
なお、上記実施の形態において、例えば掃除機制御手段35からのブラシレスモータ22の駆動制御の信号を送信するとともに、モータ制御手段25からブラシレスモータ22の駆動状態の信号を送信するなど、掃除機制御手段35およびモータ制御手段25間で信号を送受信させて説明したが、例えば掃除機制御手段35からのみ制御信号を送信するのみの構成でもよい。この掃除機制御手段35からの送信のみの構成によれば、通信するデータ量が少なくなり、通信に掛かる時間が短縮して制御時間が短縮するとともに、データ量が少なくなった分で他の制御のための通信が可能となって、よりきめ細かい制御ができる。
【００３８】
さらに、モータ制御手段25から掃除機制御手段35に信号を送信するための構成が不要となり、回路構成をさらに簡略化できるとともに軽量小型化できる。
【００３９】
また、掃除機制御手段35およびモータ制御手段25にそれぞれマイクロコンピュータを設けて説明したが、いずれか一方のみあるいはマイクロコンピュータを用いなくてもよい。
【００４０】
一方、通信手段としては、光による通信の他、音波、電波、磁器など、いずれの無線媒体にて信号を送受信するいずれの構成のものでもよい。
【００４１】
【発明の効果】
請求項１記載の電気掃除機によれば、本体内に設けられた電源トランスの１次巻線側と絶縁分離された２次巻線側に接続され操作手段にて設定した駆動状態でブラシレスモータを電源トランスの１次巻線側に接続されたモータ制御手段にて駆動させる掃除機制御手段からの制御信号を、多量な情報の送信が可能な通信手段の無線媒体によりモータ制御手段に送信するため、高電圧の部分となるブラシレスモータおよびモータ制御手段と低電圧の部分となる操作手段および掃除機制御手段とを回路構成上容易に絶縁分離でき、回路構成を簡略化でき、小型軽量化が容易にできるとともに、ノイズ発生源を減少でき、安定した高性能を容易に得ることができる。
【００４２】
請求項２記載の電気掃除機によれば、請求項１記載の電気掃除機の効果に加え、掃除機制御手段およびモータ制御手段にマイクロコンピュータを設けたため、マイクロコンピュータによる多様な制御ができるとともに、回路構成を簡略化できる。
【００４３】
請求項３記載の電気掃除機によれば、請求項１または２記載の電気掃除機の効果に加え、通信手段により、認識したブラシレスモータの駆動状態をモータ制御手段から掃除機制御手段に無線媒体にて送信するため、ブラシレスモータの駆動制御がフィードバックされて掃除機制御手段がブラシレスモータの駆動状態を認識でき、適切な制御が容易で高性能化を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電気掃除機の実施の一形態を示すブロック図である。
【図２】同上外観構成を示す斜視図である。
【符号の説明】
１電気掃除機本体
1a 本体としてのケース体
21 電源トランス
21a １次巻線
21b ２次巻線
22 ブラシレスモータ
25 モータ制御手段
27 マイクロコンピュータであるＢＬＭＣマイコン
35 掃除機制御手段
37 マイクロコンピュータであるメインマイコン
45 操作手段
47 通信手段としてフォトカプラ

Claims

ブラシレスモータを収容する本体と、
この本体内に設けられ１次巻線側および２次巻線側を有する電源トランスと、
この電源トランスの１次巻線側および前記ブラシレスモータに接続されて前記本体内に配設され前記ブラシレスモータの駆動を制御するモータ制御手段と、
前記ブラシレスモータの駆動状態を設定する操作手段と、
前記電源トランスの前記１次巻線側と絶縁分離された２次巻線側に接続され、前記操作手段により設定された駆動状態に前記ブラシレスモータを前記モータ制御手段にて駆動させる制御をする掃除機制御手段と、
前記掃除機制御手段からの制御信号を無線媒体により前記モータ制御手段に送信する通信手段と
を具備したことを特徴とする電気掃除機。
掃除機制御手段およびモータ制御手段は、マイクロコンピュータを備えた
ことを特徴とする請求項１記載の電気掃除機。
モータ制御手段は、ブラシレスモータの駆動状態が認識可能で、
通信手段は、前記モータ制御手段にて認識したブラシレスモータの駆動状態を前記モータ制御手段から掃除機制御手段に無線媒体により送信する
ことを特徴とする請求項１または２記載の電気掃除機。