JP3741367B2

JP3741367B2 - Vacuum cleaner

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Publication number: JP3741367B2
Application number: JP2002161775A
Authority: JP
Inventors: 博之櫛田; 剛高野瀬
Original assignee: Toshiba TEC Corp
Current assignee: Toshiba TEC Corp
Priority date: 2001-06-04
Filing date: 2002-06-03
Publication date: 2006-02-01
Anticipated expiration: 2022-06-03
Also published as: JP2003052597A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気掃除機、特に電池式の電気掃除機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電気掃除機のゴミ吸取り能力（出力）を向上させる方法としては、電動送風機への入力を増加させる方法が一般的である。具体的には、電動機の巻線を変更したり、電源電圧を上げたりして、電動送風機への入力を増やしている。
【０００３】
特に取扱いやすくするため電池駆動によるコードレス方式の電気掃除機の場合、電源電圧を上げる方法としては、電池本数を増やしたり、コンバータ回路を用いたりしている（コンバータ回路を用いた電気掃除機の例としては、例えば、特開２００１−１６８４５公報に示されるものがある）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
電池の本数を増やすことで電動送風機への入力電圧を上げて電気掃除機のゴミ吸取り能力（出力）を向上させる方法は、電池の価格が高く、また、その電池重量のために重さも増加してしまう等の課題があり、実現させるためには問題が多い。特に、電気掃除機の使用形態を考えた場合、使用者は、常時、ゴミ吸取り能力が最高の状態で電気掃除機を使用するわけではないので、最高のゴミ吸取り能力に合わせて電池を搭載することは、価格的、重量的にも得策ではない。また、使用者は、電気掃除機を床面上で動かしながら使用したり、手に持って使用したりするので、特に、小型化、軽量化への要求が厳しい。このように、単に、電池の本数を増やして電動送風機の入力電圧を上げて電気掃除機のゴミ吸取り能力（出力）を向上させる方法は、課題が多く実用的な対策ではない。
【０００５】
また、他の方法として、例えば、特開２００１−１６８４５公報中の図４等に示されるように、単にコンバータ回路を用いて電池電圧を昇圧することで、電動送風機の入力電圧を上げて電気掃除機のゴミ吸取り能力を向上させる方法は、コンバータ回路の性能を電気掃除機の高いゴミ吸取り能力に合わせようとすると、コンバータ回路を構成する部品が、かなり大きく、かつ、重くなり、結果として電気掃除機の寸法と重量を大きく増加させてしまうという問題点があり、コードレス化のメリットが損なわれてしまう。
【０００６】
また、コンバータ回路により昇圧した２次側電圧の電圧リップルが大きくなり、その電圧リップルにより電気掃除機に搭載されている電動送風機が振動し、その振動に伴う騒音によって、操作者を不快にさせるといった問題も生じてしまう。特に、電気掃除機のゴミ吸取り能力が高い運転モード時は、騒音が大きいので、その低減化が望まれる。
【０００７】
また、コンバータ回路を用いることにより電気掃除機のゴミ吸取り能力を向上させることができるが、その回路のスイッチング素子等の動作時に発生するエネルギー損失のため、１回の充電当りの電池の使用時間を短くしてしまい、頻繁に充電する必要があるという問題を有している。
【０００８】
本発明は、これらの問題点を解決し、昇圧コンバータ回路を利用しつつ、安価に、かつ、サイズや重量をさほど大きくさせずにゴミ吸取り能力を向上させることができる電気掃除機を提供することを目的とする。
【０００９】
さらには、１回の充電当りの電池の使用時間を長くすることができる電気掃除機を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の電気掃除機は、直流電源から電力を供給され、エネルギーの蓄積が可能な磁気部品、制御端子を有してオン・オフされるスイッチング素子及びこのスイッチング素子にスイッチング信号を入力してスイッチング制御するスイッチング制御手段を含み、このスイッチング制御手段によって前記スイッチング素子をスイッチング制御することにより、前記直流電源から前記磁気部品へのエネルギーの蓄積とその放出とを繰返して前記直流電源の電圧を昇圧した電圧を出力する昇圧コンバータ回路と、この昇圧コンバータ回路の出力電圧により回転駆動される電動送風機と、を備え、前記スイッチング制御手段は、前記磁気部品にエネルギーが残存している状態でエネルギーの蓄積が行われるように前記スイッチング信号の周波数を設定し、前記電動送風機の起動時、前記直流電源の電力により前記電動送風機が運転状態となった後に前記スイッチング素子にスイッチング信号を入力する（請求項１）。
【００１１】
本発明の電気掃除機は、直流電源から電力を供給され、エネルギーの蓄積が可能な磁気部品、制御端子を有してオン・オフされるスイッチング素子及びこのスイッチング素子にスイッチング信号を入力してスイッチング制御するスイッチング制御手段を含み、このスイッチング制御手段によって前記スイッチング素子をスイッチング制御することにより、前記直流電源から前記磁気部品へのエネルギーの蓄積とその放出とを繰返して前記直流電源の電圧を昇圧した電圧を出力する昇圧コンバータ回路と、この昇圧コンバータ回路の出力電圧により回転駆動される電動送風機と、を備え、前記スイッチング制御手段は、前記磁気部品にエネルギーが残存している状態でエネルギーの蓄積が行われるように前記スイッチング信号のデューティを設定し、前記電動送風機の起動時、前記直流電源の電力により前記電動送風機が運転状態となった後に前記スイッチング素子にスイッチング信号を入力する（請求項２）。
【００１３】
従って、本発明の電気掃除機によれば、磁気部品に関してエネルギーの残存状態でのエネルギーの蓄積とエネルギーの放出とを繰返して行わせることで、磁気部品の利用効率が上がるので、例えば高いゴミ吸込み能力の運転モード時に適用しても、小型、軽量の磁気部品で充分に対応が可能となり、従って、昇圧コンバータ回路も小型、軽量に実現でき、さらには、電気掃除機自体も小型、軽量にすることができる。また、電圧リップルによる電動送風機の振動もほとんどなく、使用者の不快感を増加させることもない。
【００１４】
請求項３記載の発明は、請求項２記載の電気掃除機において、前記スイッチング制御手段は、前記スイッチング信号のデューティを一定に設定する。
【００１５】
したがって、電動送風機の負荷が減少した場合、これに応じてスイッチング信号のデューティが変動しないために、昇圧コンバータ回路に蓄積されるエネルギー量が増大し、これによって昇圧コンバータ回路の出力電圧値が増大する。
【００１６】
請求項４記載の発明は、請求項２記載の電気掃除機において、前記スイッチング制御手段は、前記電動送風機の負荷変動に応じて前記スイッチング信号のデューティを変動させる。
請求項５記載の発明は、請求項４記載の電気掃除機において、前記スイッチング信号のデューティの値が前記磁気部品にエネルギーが残存している状態でエネルギーの蓄積が行われる値から外れないようにする。
請求項６記載の発明は、請求項１ないし５記載の電気掃除機において、前記昇圧コンバータ回路の出力電圧によって前記電動送風機を昇圧駆動する昇圧運転モードと昇圧駆動しない非昇圧運転モードとの選択操作を提供する操作手段と、前記操作手段の選択操作に従い前記電動送風機の運転モードを前記昇圧運転モードと前記非昇圧運転モードとに択一的に切替え制御する制御部と、を具備する。
【００１７】
従って、電気掃除機の使用形態の特殊性を考慮した場合、必ずしもゴミ吸込み能力の高い運転を必要としないことから、昇圧運転モードと非昇圧運転モードとを選択切替え自在とすることにより、吸込み能力の高い運転を要する場合に容易に対処することができ、結果として、非昇圧運転モードの適宜選択により直流電源の使用時間を伸ばすこともできる。
【００１８】
請求項７記載の発明は、請求項６記載の電気掃除機において、前記昇圧運転モードは、前記電動送風機の最大出力モードであることを特徴とする。
【００１９】
従って、昇圧運転モードを電動送風機の最大出力モードに割り当てておくことにより、最大出力モード時に昇圧動作を行わせることができる。
【００２０】
請求項８記載の発明は、請求項６又は７記載の電気掃除機において、前記昇圧運転モードは、ゴミ吸込み能力の最大モードであることを特徴とする。
【００２１】
従って、ゴミ吸込み能力の最大モードとは、掃除対象物を同一にした状態で吸込む風の風量を最も大きくする運転モードであり、電動送風機の最大出力モードとは必ずしも一致しないが、昇圧運転モードをゴミ吸込み能力の最大モードに割り当てておくことにより、ゴミ吸込み能力を十分に発揮させたい場合に確実に昇圧動作を行わせることができる。
【００２２】
請求項９記載の発明は、請求項６ないし８の何れか一記載の電気掃除機において、前記操作手段は、前記非昇圧運転モードを選択するためのスイッチとは別個に前記昇圧運転モードを選択するための昇圧用スイッチを有することを特徴とする。
【００２３】
従って、昇圧コンバータ回路によるコンバート動作に際しては損失を生じ直流電源を消費してしまうが、操作手段において昇圧運転モードを選択するための昇圧用スイッチが非昇圧運転モードを選択するためのスイッチとは別個に設けられているので、操作者に分かりやすく、昇圧運転モード／非昇圧運転モードの選択切替えを適切に行うことができ、結果として、非昇圧運転モードの適宜選択により直流電源の使用時間を伸ばすこともできる。
【００２４】
請求項１０記載の発明は、請求項９記載の電気掃除機において、前記昇圧用スイッチは、他のスイッチと異なる態様で設けられていることを特徴とする。
【００２５】
従って、昇圧用スイッチと他のスイッチとの区別がより明確となり、昇圧運転モード／非昇圧運転モードの使い分けが容易となる。
【００２６】
請求項１１記載の発明は、請求項９又は１０記載の電気掃除機において、前記昇圧用スイッチは、停止用スイッチに隣接しない位置に配設されていることを特徴とする。
【００２７】
従って、昇圧用スイッチを停止用スイッチに隣接させず離して配設させることにより、昇圧用スイッチがゴミ吸込み能力が最高であることをより意識させやすくなる。
【００２８】
請求項１２記載の発明は、請求項１ないし１１の何れか一記載の電気掃除機において、予め設定した設定値に基づき、前記昇圧コンバータ回路の昇圧動作をオフに切替える自動オフ手段を備えることを特徴とする。
【００２９】
従って、昇圧コンバータ回路を構成する電子部品の電気的な性能及び信頼性を確保したり、また、電池の１回の充電当たりの使用時間を長くさせたりすることができる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
本発明の第一の実施の形態を図１ないし図９に基づいて説明する。
【００３１】
図１は、本実施の形態の電気掃除機の外観構成を示す斜視図である。本実施の形態の電気掃除機１は、その基体をなすハウジング２に対して、先端部に吸込口体３を着脱自在に備えた２分割構成の延長管４が着脱自在に接続されるホース５が着脱自在に取付けられて構成されている。
【００３２】
ハウジング２内には、電動送風機６が内蔵されている。また、ホース５は、その基端が図示しない集塵室を介して電動送風機６の吸込側に連通するようにハウジング２に接続されており、そのホース５の先端には後方に向けてホース５から分岐する形状の手元操作部７が設けられている。この手元操作部７は、後方に向けてホース５から分岐する先端の自由端の部分が握り部８となっており、この握り部８を握った操作者の指で操作可能な位置には操作手段９が設けられている。
【００３３】
この操作手段９は、電動送風機６の電源スイッチを兼ね、この電動送風機６をそれぞれ異なる駆動状態にする複数種類の運転モードを選択設定することができるように構成されている。具体的には、図２中に示すように、握り部８から延長管４の方向に向けて運転モードである停止設定用の操作ボタン（停止用スイッチ）９ａ、運転モードである弱運転設定用の操作ボタン９ｂ、運転モードである中運転設定用の操作ボタン９ｃ、運転モードである強運転設定用の操作ボタン９ｄが一列に順次並んで配設されている。
【００３４】
さらに、先端部に吸込口体３を着脱自在に備えた２分割構成の延長管４は、その手元操作部７に対して着脱自在に取付けられている。また、ハウジング２の後部には、充電台にセットして直流電源１０（図２参照）を充電させるための充電端子１１が設けられている。
【００３５】
このような構造の電気掃除機１における電動送風機６に対する制御回路の構成例を図２に示す。ハウジング２内に配設された電動送風機６は、制御用のパワートランジスタなどの半導体スイッチング素子１２を介して電源回路に接続されている。半導体スイッチング素子１２の制御端子であるベースには、電気掃除機１内に内蔵されている制御手段１３が接続されている。この制御手段１３は、電動送風機制御手段１４、スイッチング制御手段としてのＰＷＭ制御手段１５、直流電源監視手段１６、タイマ１７及び記憶手段（図示せず）などから構成されており、その制御手段１３には手元操作部７の操作手段９やハウジング２上部に配設された複数の発光ダイオードを備えた表示手段１８などが接続されている。制御手段１３は、複数の回路部品から構成したり、ワンチップのマイコンで構成したりすればよい。
【００３６】
電動送風機６に対する電源回路は、充電端子１１を介して充電可能な直流電源１０と、この直流電源１０の出力を昇圧して電動送風機６に出力する昇圧コンバータ回路１９とにより構成されている。電力を供給する直流電源１０は、例えば、ＮｉＣｄ電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池などの電池を複数本直列に接続したものである。昇圧コンバータ回路１９は、エネルギーの蓄積と放出の役割をなす磁気部品であるリアクトル２０、制御端子を持つトランジスタによるスイッチング素子２１、ダイオード２２、コンデンサ２３及びＰＷＭ制御手段１５などにより構成されている。
【００３７】
磁気部品は、主に巻線（コイル）と磁性材料からなるコアから構成され、巻線（コイル）の中にコアを挿入し、巻線（コイル）に電流を流すことによってエネルギーを蓄積し、そのエネルギーをスイッチング手段などにより放出する。特に、本実施の形態の磁気部品としてのリアクトル２０は、フェライト、ダスト、パーマロイ、アモルファス合金などの磁性材料からなるコアと巻線（コイル）などから構成される。コアの形状は、ソレノイド形状やトロイド形状などである。
【００３８】
この昇圧コンバータ回路１９は、より詳細には、直流電源１０に接続される入力端子Ｐａと、共通端子Ｐｂと、電動送風機６側に接続される出力端子Ｐｃとを有し、入力端子Ｐａと共通端子Ｐｂとの間にリアクトル２０とスイッチング素子２１のコレクタ・エミッタとが直列に接続され、スイッチング素子２１の制御端子であるベースに対してＰＷＭ制御手段１５の出力側が接続され、スイッチング素子２１の両端コレクタ・エミッタ間にダイオード２２とコンデンサ２３とが直列に接続され、ダイオード２２とコンデンサ２３との接続点が出力端子Ｐｃに接続され、コンデンサ２３の両端の出力端子Ｐｃと共通端子Ｐｂとの間に直流電源１０の電圧を昇圧した電圧を出力するように構成されている。
【００３９】
このような構成において、動作例について説明する。例えば、「強」用の操作ボタン９ｄが操作された場合、昇圧コンバータ回路１９が動作するようにＰＷＭ制御手段１５により出力されるスイッチング信号であるＰＷＭパルス（Pulse Width Modulationパルス）に基づいて、スイッチング素子２１がスイッチング動作を開始し、電動送風機６に印加される電圧が昇圧されるとともに、予め設定された「強」運転モードに対応したゴミ吸込み性能（出力）で電気掃除機１が働くように、電動送風機制御手段１４が作動する。本実施の形態の例では、この「強」運転モードは、当該電気掃除機１の最高のゴミ吸込み性能（最高出力）を有する運転モードである。
【００４０】
本実施の形態では、この「強」運転モードは、電気掃除機１の最高のゴミ吸込み性能又は最高出力を有する運転モードである。ここで、最高のゴミ吸込み性能を有する運転モードとは、掃除対象物を同一にした状態で、ホース５を通して吸込む風の風量を、最も大きくする電気掃除機１の運転モードである。
【００４１】
ここで、昇圧コンバータ回路１９の昇圧動作を説明する。ＰＷＭ制御手段１５から出力されるパルス信号によりスイッチング素子２１をオンにすると、電流ＩＳ１が流れ、電流ＩＬ１によりリアクトル２０に磁気エネルギーが蓄えられる。次に、ＰＷＭ制御手段１５によりスイッチング素子２１をオフすると、リアクトル２０に蓄積されている磁気エネルギーは、ダイオード２２を経て電流ＩＤ１として電動送風機６側に流れ、コンデンサ２３に充電される。このように、ＰＷＭ制御手段１５によりスイッチング素子２１のオン・オフを連続的に行うことによって、直流電源１０からリアクトル２０へのエネルギーの蓄積と放出との繰返しを実現する。
【００４２】
また、コンデンサ２３に蓄えられているエネルギーは、ダイオード２２によって、リアクトル２０に戻ることはない。そして、コンデンサ２３の電圧は、直流電源１０よりも高い電圧で充電され、電動送風機６に供給される。
【００４３】
ここで、ＰＷＭ制御手段１５から出力するＰＷＭ信号の周波数とデューティとの少なくとも一方を制御することによって、スイッチング素子２１がオンの間にリアクトル２０に蓄積したエネルギーを、スイッチング素子２１がオフの間に全て放出させずに、リアクトル２０にエネルギーが残存している状態で再びスイッチング素子２１をオンさせることによって、リアクトル２０にエネルギーを蓄積させるようにする。この時の、リアクトル２０のコアの磁束の様子を図３に示す。図３で分かるように、スイッチング素子２１のオン・オフの間に、磁界Ｈと磁束密度Ｂの積がゼロにならない。
【００４４】
このように、磁気部品であるリアクトル２０のエネルギーの残存状態でのエネルギーの蓄積とエネルギーの放出とを繰返して行う方法によれば、磁気部品であるリアクトル２０の利用効率が上がるので、電気掃除機１の高いゴミ吸込み能力の運転モード時に適用しても、小型、軽量のリアクトルで充分に対応が可能である。従って、昇圧コンバータ回路１９も小型、軽量に実現でき、結果的に、電気掃除機１も小型、軽量に実現できる。
【００４５】
また、この時のリアクトル２０に流れる電流ＩＬ１の波形を図４に示す。リアクトル２０に流れる電流ＩＬ１が、ゼロではない電流値ＩＬ１ａから徐々に増加して流れ始め、最大値ＩＬ１ｂをとった後、次のサイクルの開始時間まで徐々に減少し、ゼロではない電流値ＩＬ１ｃになり、次のサイクル開始時の電流値は、この電流値ＩＬ１ｃから始まる。
【００４６】
このように、磁気部品であるリアクトル２０のエネルギーの残存状態でのエネルギーの蓄積とエネルギーの放出とを繰返して行うことによって、昇圧コンバータ回路１９に電流が連続的に流れるので、以下、このような状態を「電流連続モード」と呼ぶ。
【００４７】
ここに、ＰＷＭ信号の周波数を低くし過ぎたり、或いは、ＰＷＭ信号のＯＮ時間／（ＯＮ時間＋ＯＦＦ時間）で定義されるデューティを小さくし過ぎたりすると、ＰＷＭ信号のオフ時間が長くなるので、スイッチング素子２１をオフした時にリアクトル２０に蓄えられた磁気エネルギーは全て放出されてしまう。従って、予め、リアクトル２０のインダクタンスやＢ−Ｈカーブ特性などの磁気特性に応じて、リアクトル２０のエネルギーがゼロにならないような、周波数とデューティとを把握しておく。
【００４８】
次に、本実施の形態の電気掃除機１の動作と昇圧コンバータ回路１９の動作の一例を図５を参照して詳しく説明する。停止状態にある電気掃除機１において、「強」用の操作ボタン９ｄを操作し、電動送風機６が回転を始め、ゼロ出力から、予め設定された「強」運転モードの出力Ｗ３まで出力が上昇する。「強」用の操作ボタン９ｄを操作した時間をＴ０、「強」運転モードの出力に到達した時間をＴ３とする。そして、この時間Ｔ０と時間Ｔ３の間に昇圧コンバータ回路１９を動作させる。この動作開始時間をＴ１とすると、この動作開始時間Ｔ１は予め設定されている。例えば、電気掃除機１の出力がＷ１になった時に動作させたり、また、「強」用の操作ボタン９ｄを操作して電動送風機６の回転をさせると同時に動作させたりする（Ｔ０＝Ｔ１）が、少なくとも、出力Ｗ３に到達する前には、昇圧コンバータ回路１９を動作させる。
【００４９】
そして、昇圧コンバータ回路１９を動作させた後、ＰＷＭ制御手段１５から出力するＰＷＭ信号の周波数とデューティとの少なくとも一方を制御することによって、電流連続モードにする。この時間をＴ２とする。例えば、電気掃除機１の出力がＷ２になった時に、電流連続モードの制御を始めたり、また、昇圧コンバータ回路１９を動作させると同時に、電流連続モードの制御を始めたりする（Ｔ１＝Ｔ２）が、少なくとも、出力Ｗ３に到達する前には、電流連続モードにする。
【００５０】
このように電気掃除機１の最高ゴミ吸込み能力を有する運転モード時に、ＰＷＭ制御手段１５から出力するＰＷＭ信号の周波数とデューティとの少なくとも一方を制御することによって、電流連続モードにすることができる。ここでは、「強」運転モードの場合の例を示したが、「強」運転モードよりもゴミ吸込み能力が低い「中」運転モード、「弱」運転モードの場合であっても適用可能であることは言うまでもない。
【００５１】
繰り返し記述するが、昇圧コンバータ回路１９を動作させ、さらに、ＰＷＭ制御手段１５から出力するＰＷＭ信号の周波数とデューティとの少なくとも一方を制御し、昇圧コンバータ回路１９を電流連続モードにすることにより、磁気部品であるリアクトル２０の利用効率が上がるので、小さくて軽い磁気部品で、電動送風機６の入力電圧を上げて電気掃除機１のゴミ吸込み能力を向上させることが可能になる。
【００５２】
また、図２に示すような回路構成によれば、配線及び部品点数が少ないので、小型化が可能である。また、昇圧コンバータ回路１９を構成する部品の中では磁気部品が重い部品であるが、その磁気部品としてリアクトル２０を使用した場合、小型、軽量の仕様の部品を使用することができる。特に、昇圧コンバータ回路の昇圧率（出力電圧／入力電圧）が１．１〜２．５倍で、リアクトル２０のコア磁性材料として鉄系アモルファスなどのアモルファス合金を使用し、さらに、コアの形状をトロイダル形状にすると、特に、今までに無い小型で軽量の電気掃除機を実現することができる。
【００５３】
また、図４中に示すように、コンバータ回路１９により昇圧した出力電圧の電圧リップルも小さく、電圧リップルによる電動送風機６の振動もほとんどなくなり、その振動に伴う騒音もほとんどなくなるので、操作者は、その騒音による不快感を受けることなく掃除機を使用することができる。
【００５４】
次に、電気掃除機１の動作と昇圧コンバータ回路１９の動作の制御例の他の一例を図６を参照して詳しく説明する。停止状態にある電気掃除機１において、まず「中」用の操作ボタン９ｃを操作し、電動送風機６が回転を始め、ゼロ出力から、予め設定された「中」運転モード出力Ｗ５まで、電気掃除機１の出力が上昇する。この時、昇圧コンバータ回路１９は動作させない。この状態から、「強」用の操作ボタン９ｄを操作し、予め設定された「中」運転モード出力Ｗ５から予め設定された「強」運転モード出力Ｗ７まで、出力が上昇する。
【００５５】
「強」用の操作ボタン９ｄを操作した時間をＴ６、ＰＷＭ制御手段１５から出力するＰＷＭ信号の周波数とデューティとの少なくとも一方を制御することによって、昇圧コンバータ回路１９を電流連続モードにした時間をＴ７、「強」運転モード出力に到達した時間をＴ８とする。ここでは、「強」用の操作ボタン９ｄを操作すると、昇圧コンバータ回路１９を動作させる。
【００５６】
この例では、「強」操作ボタン９ｄが操作された時のみ、昇圧コンバータ回路１９を動作させ、かつ、昇圧コンバータ回路１９を電流連続モードにする制御を行う。昇圧コンバータ回路１９は、電圧をコンバートするときに損失を発生するので、この損失は、直流電源１０である電池の１回の充電当たりの使用時間を短くしてしまう。そこで、電気掃除機１の運転モードとして、昇圧コンバータ回路１９を動作させない運転モード（非昇圧運転モード）と昇圧コンバータ回路１９を動作させる運転モード（昇圧運転モード）とを、予め用意しておくことにより、使用者がその時の状況に応じて、電池の使用時間を長くしたいか、それとも電気掃除機１のゴミ吸込みの能力が欲しいか、といった用途の多様化に対応することが可能になる。
【００５７】
また、このような使用者が自ら直接、昇圧コンバータ回路１９の動作を切替える信号を出すことにより、制御手段１３の構成も簡素化される。
【００５８】
次に、ＰＷＭ制御手段１５から出力するＰＷＭ信号の周波数とデューティとを決める手法の具体的な例を、図７、図８を参照して説明する。
【００５９】
まず、図７において、操作手段９の操作によりＰＷＭ制御手段１５を動作させる。このＰＷＭ制御手段１５において、誤差増幅器２６に、基準電圧部２７と入力電圧部２８から各々信号が入力され、その出力信号と、発振部２９から発振される三角波信号がＰＷＭ比較部３０に入力される。三角波信号を発振する発振部２９としては周知のものを用いればよい。そして、ＰＷＭ比較部３０からＰＷＭ信号が出力され、スイッチング素子２１のオン・オフを制御する。ここで、発振部２９から発振される三角波信号の周波数を適宜設定することによりＰＷＭ信号の周波数を制御することができ、電圧Ｖ１と、分圧抵抗Ｒ１，Ｒ２による分圧比Ｒ１／Ｒ２を適宜設定することによりＰＷＭ信号のデューティを制御することができる。このようなＰＷＭ信号により、スイッチング素子２１をオン・オフさせ、昇圧コンバータ回路１９を動作させることで電流連続モードにする。この方法は、配線パターンの引回しも少なく、昇圧コンバータ回路１９の構成の簡素化に寄与する。
【００６０】
ここで、図７に例示する回路構成によれば、電圧Ｖ１は予め設定された規定値である。このため、図７に例示する回路構成を備えたＰＷＭ制御手段１５によって昇圧コンバータ回路１９のスイッチング素子２１をスイッチング制御すれば、スイッチング信号であるＰＷＭ信号のデューティが一定となる。これにより、電動送風機６の負荷が減少した場合、昇圧コンバータ回路１９の出力が上昇するという効果が得られる。つまり、例えば吸込口体３が床に密着する等の状況が生じて電動送風機６の負荷が減少した場合、電動送風機６による昇圧コンバータ回路１９での消費エネルギーが減少するのに対して、ＰＷＭ信号のデューティが一定であれば、減少した消費エネルギー分のエネルギー、つまり電荷がコンデンサ２３に蓄積されたままの状態となる。このため、コンデンサ２３に蓄積される電荷量が増大し、結果的に、昇圧コンバータ回路１９の出力が上昇することになる。これによって、電動送風機６の負荷が減少した場合に、より高い昇圧率で電動送風機６を回転駆動することができるという効果が奏されることになる。
【００６１】
次いで、ＰＷＭ制御手段１５から出力するＰＷＭ信号の周波数とデューティとを決める手法の別の具体例として、電動送風機６の入力電圧を検出し、その検出値を利用する方法を図８に示す。ここでは、図７中に示した入力電圧部２８に代えて、電動送風機入力電圧検出部３１が設けられている。ここで、発振部２９から出力される三角波信号の周波数を適宜設定することによりＰＷＭ信号の周波数を制御することができ、分圧抵抗Ｒ３，Ｒ４による分圧比Ｒ３／Ｒ４を適宜設定することによりＰＷＭ信号のデューティを制御することができる。このようなＰＷＭ信号により、スイッチング素子２１をオン・オフさせ、昇圧コンバータ回路１９を動作させることで電流連続モードにする。これによれば、電気掃除機１の出力変動に伴う昇圧コンバータ回路１９の出力電圧変化に対しても、昇圧コンバータ回路１９の出力電圧を、ほぼ設定値に保つことができる。
【００６２】
次いで、ＰＷＭ制御手段１５から出力するＰＷＭ信号の周波数とデューティとを決める手法の更に別の具体例として、例えば制御手段１３のマイクロコンピュータを利用する方法も実施可能である。この場合、制御手段１３がマイクロコンピュータによって構成されていることが前提となる。図９を参照しながらそのようなＰＷＭ信号の周波数とデューティとの設定方法を説明する。図９は、マイクロコンピュータで処理される各種信号のタイミングチャートである。図９中の三角波信号は、マイクロコンピュータのタイマカウンタを利用してデジタル的に生成された信号である。そこで、マイクロコンピュータにおけるアップ／ダウンカウンタモードでは、カウンタ値の最大値ＴＣｐ１を予め設定することにより、パルス信号の周期Ｔｐ（ｋ）は、
Ｔｐ（ｋ）＝２×ＴＣｐ１×タイマカウンタクロック［ｓｅｃ］
となる。よって、パルス信号の周波数ｆｐ（ｋ）は、
ｆｐ（ｋ）＝１／（２×ＴＣｐ１×タイマカウンタクロック）［Ｈｚ］
となる。そこで、図示しない記憶領域に設定値Ｓ（ｋ）を予め格納しておき、この設定値Ｓ（ｋ）とタイマカウンタ値である三角波信号とを比較し、三角波信号が設定値Ｓ（ｋ）を越えたときに昇圧コンバータ回路１９のスイッチング素子２１に入力するＰＷＭ信号（パルス信号）がオンになるようにプログラミングする。これによってパルス幅ＰＷ（ｋ）が決定されるため、昇圧コンバータ回路１９のスイッチング素子２１に入力するＰＷＭ信号（パルス信号）のデューティＤｕ（ｋ）を、
Ｄｕ（ｋ）＝ＰＷ（ｋ）／（２×ＴＣｐ１×タイマカウンタクロック）
として設定することができる。
【００６３】
以上説明した手法によれば、パルス信号の周期Ｔｐ（ｋ）を適宜設定することにより、リアクトル２０にエネルギーが残存している状態でそのリアクトル２０にエネルギーの蓄積が行われるように、昇圧コンバータ回路１９のスイッチング素子２１に入力するＰＷＭ信号（パルス信号）の周波数を設定することが可能となる（図９中のパルス周期Ｔｐ（ｋ）とＴｐ（ｍ）とを比較して参照）。また、設定値Ｓ（ｋ）を適宜設定することにより、リアクトル２０にエネルギーが残存している状態でそのリアクトル２０にエネルギーの蓄積が行われるように、昇圧コンバータ回路１９のスイッチング素子２１に入力するＰＷＭ信号（パルス信号）のデューティＤｕ（ｋ）を設定することが可能となる（図９中の設定値Ｓ（ｋ）と設定値Ｓ（ｋ＋１）とを比較して参照）。
【００６４】
以上、ＰＷＭ制御手段１５から出力するＰＷＭ信号の周波数とデューティとを決める手法として、図７ないし図９に基づいて説明した三つの例では、ＰＷＭ制御手段１５又は制御手段１３から出力して昇圧コンバータ回路１９のスイッチング素子２１に入力するＰＷＭ信号の周波数とデューティとが予め設定されている。この場合、例えば図８に示す例では、ＰＷＭ信号のデューティは電動送風機６の負荷変動に応じて変動する構成となっており、そのデューティの値は一定ではないが、分圧抵抗Ｒ１，Ｒ２の値が予め設定されているという意味では、ＰＷＭ信号のデューティが予め設定されていると言い得る。しかしながら、図８に例示する回路構成を採用した場合、ＰＷＭ信号のデューティが変動し、リアクトル２０にエネルギーが残存している状態でそのリアクトル２０にエネルギーの蓄積が行われるような値から外れてしまう可能性がある。つまり、図８に例示する回路構成の場合、電動送風機６の負荷変動に応じてＰＷＭ信号のデューティが変動するとはいっても、その変動は、電動送風機６の負荷変動に応じてリアクトル２０にエネルギーが残存している状態でそのリアクトル２０にエネルギーの蓄積が行われるような値に制御した結果としての変動ではない。
【００６５】
そこで、例えば図９を用いた説明した制御手段１３が備えるマイクロコンピュータによるＰＷＭ信号のデューティ設定手法を利用し、リアクトル２０にエネルギーが残存している状態でそのリアクトル２０にエネルギーの蓄積が行われるような値にＰＷＭ信号のデューティを制御することも可能である。つまり、図８のような回路構成を採用した場合、ＰＷＭ制御手段１５から出力されるＰＷＭ信号のデューティは、リアクトル２０にエネルギーが残存している状態でエネルギーの蓄積が行われるような値から外れる可能性がある。そこで、ＰＷＭ制御手段１５から出力されるＰＷＭ信号を直接的に昇圧コンバータ回路１９のスイッチング素子２１に入力することなく、そのＰＷＭ信号を制御手段１３で参照し、そのＰＷＭ信号におけるデューティが必ずリアクトル２０にエネルギーが残存している状態でエネルギーの蓄積が行われるような値となるようにマイクロコンピュータで制御し、マイクロコンピュータ構成の制御手段１５から制御後のＰＷＭ信号を昇圧コンバータ回路１９のスイッチング素子２１に入力するようにする。この場合、マイクロコンピュータでの制御は、一例として、電気掃除機１の動作状態に応じて得られる各部の検出信号、例えば、電動送風機６の回転数や入力電圧値等のような各種のファンクションを参照して昇圧コンバータ回路１９のスイッチング素子２１に入力するＰＷＭ信号の最適デューティを演算する演算式に従い実行されても良く、あるいは、ＰＷＭ制御手段１５から出力されるＰＷＭ信号におけるデューティと昇圧コンバータ回路１９のスイッチング素子２１に入力すべきＰＷＭ信号の最適デューティが得られるような補正値との対応関係を規定するテーブルの補正値に基づいて実行されても良い。いずれにしても、マイクロコンピュータでは、所定の演算処理やテーブル参照によって得られた解に従い設定値Ｓ（ｋ）を適宜設定することにより、リアクトル２０にエネルギーが残存している状態でそのリアクトル２０にエネルギーの蓄積が行われるように、昇圧コンバータ回路１９のスイッチング素子２１に入力するＰＷＭ信号（パルス信号）のデューティＤｕ（ｋ）を設定することが可能となる（図９中の設定値Ｓ（ｋ）と設定値Ｓ（ｋ＋１）とを比較して参照）。
【００６６】
ところで、制御手段１３内にあるタイマ１７や、電気掃除機１内に設けられた温度検出手段２４を用い、予め設定した時間設定値や温度設定値に基づいて、昇圧動作を自動的にオフさせる自動オフ手段の機能を制御手段１３に持たせることができる。ここでの電気掃除機１内に設けられた温度検出手段２４は、例えば、直流電源１０の周辺温度を検出するサーミスタ、電動送風機６の周辺温度を検出するサーミスタ、昇圧コンバータ回路１９の周辺温度を検出するサーミスタ等によって構成される。つまり、直流電源１０、電動送風機６、昇圧コンバータ回路１９等は、その動作中の損失によって構成部品の温度が高くなる場合があるが、そのような場合に、その部品の信頼性を確保するために、温度検出手段２４により検出された温度が温度設定値に達した場合には昇圧動作を止めたりする。また、昇圧コンバータ回路１９の動作をタイマ１７に設定された時間設定値により時間的に制限し、電池の1回の充電当たりの使用時間を長くさせることもできる。
【００６７】
このように、予め設定した時間設定値や温度設定値に基づいて、昇圧コンバータ回路１９の動作を自動的にオフさせる自動オフ手段の機能を持たせることより、直流電源１０それ自体、あるいは電動送風機６や昇圧コンバータ回路１９を構成する電子部品の電気的な性能及び信頼性を確保したり、また、電池の１回の充電当たりの使用時間を長くさせることができる。
【００６８】
本発明の第二の実施の形態を図１０及び図１１に基づいて説明する。第一の実施の形態で示した部分と同一部分は同一符号を用いて示し、説明も省略する。本実施の形態の電気掃除機では、昇圧コンバータ回路４１中の磁気部品として、リアクトル２０に代えて、１次巻線４２ａ、２次巻線４２ｂを有するトランス４２が用いられている。このトランス４２の１次巻線４２ａ、２次巻線４２ｂは逆接続されている。
【００６９】
この昇圧コンバータ回路４１は、より詳細には、直流電源１０に接続される入力端子Ｐａ及び入力側共通端子Ｐｄと、電動送風機６側に接続される出力端子Ｐｃ及び出力側共通端子Ｐｅを有し、入力端子Ｐａと入力側共通端子Ｐｄとの間にトランス４２の１次巻線４２ａとスイッチング素子２１のコレクタ・エミッタとが直列に接続され、スイッチング素子２１の制御端子であるベースに対してＰＷＭ制御手段１５の出力側が接続され、トランス４２の２次巻線４２ｂの両端間にダイオード２２とコンデンサ２３とが直列に並列に接続され、ダイオード２２とコンデンサ２３との接続点がＰｃ出力端子に接続され、コンデンサ２３の両端の出力端子Ｐｃと出力側共通端子Ｐｅとの間に直流電源１０の電圧を昇圧した電圧を出力するように構成されている。
【００７０】
また、本実施の形態の昇圧コンバータ回路４１には、スイッチング素子１０１を介して直流電源１０に接続される入力端子Ｐａと、電動送風機６側に接続される出力端子Ｐｃよりもスイッチング素子１２の後段側の出力端子Ｐｃｃとを接続するバイパス経路１０２が設けられている。そして、このバイパス経路１０２中のスイッチング素子１０１は、制御手段１３から出力されるスイッチング信号によってオン・オフ制御される。そこで、本実施の形態の昇圧コンバータ回路４１では、スイッチング素子１０１がオン制御されることにより、昇圧コンバータ回路４１による昇圧動作をバイパスした直流電源１０の出力電圧を電動送風機６に供給することが可能となる。
【００７１】
このような昇圧コンバータ回路４１の昇圧動作を説明する。ＰＷＭ制御手段１５から出力されるパルス信号によりスイッチング素子２１をオンにすると、電流IＴ１が流れ、トランス４２に磁気エネルギーが蓄えられる。この時、トランス４２において１次巻線４２ａと２次巻線４２ｂとは逆接続されているので、ダイオード２２により２次側に電流は流れない。
【００７２】
次に、ＰＷＭ制御手段１５によりスイッチング素子２１をオフすると、トランス４２の巻線には逆起電圧が発生し電位が反転するので、トランス４２に蓄積されている磁気エネルギーは、ダイオード２２を経て電流ＩＴ２として２次巻線４２ｂ側（電動送風機６側）に放出される。そして、コンデンサ２３に直流電源１０よりも高い電圧で充電され、電動送風機６に供給される。
【００７３】
このような構成において、ＰＷＭ制御手段１５から出力するＰＷＭ信号の周波数とデューティとの少なくとも一方を制御することによって、磁気部品であるトランス４２にエネルギーが残存している状態でエネルギーの蓄積をする電流連続モードとなる。この時のトランス４２の１次巻線４２ａ、２次巻線４２ｂに各々流れる電流波形ＩＴ１，ＩＴ２を図１１に示す。このように昇圧コンバータ回路３２には、電流ＩＴ１と電流ＩＴ２とが連続的に流れて電流連続モードとなる。
【００７４】
従って、本実施の形態の場合も、第一の実施の形態の場合と同様な作用・効果を得ることができる。
【００７５】
本発明の第三の実施の形態を図１２に基づいて説明する。図１２は本実施の形態の操作手段５１の一例を示すもので、例えば、運転モードである「停止」設定用の操作ボタン（停止用スイッチ）５１ａ、運転モードである「弱」運転設定用の操作ボタン５１ｂ、運転モードである「中」運転設定用の操作ボタン５１ｃ、運転モードである「強」運転設定用の操作ボタン５１ｄ、運転モードである「パワー」運転設定用の操作ボタン５１ｅが一列に順次並んで配設されている。これらの運転モードの中で、「弱」、「中」、「強」の運転モードは、昇圧コンバータ回路１９（又は４１）を動作させない運転モード（非昇圧運転モード）用である。「パワー」運転モードが、昇圧コンバータ回路１９（又は４１）を動作させる運転モード（昇圧運転モード）用である。そして、「強」運転モードよりも「パワー」運転モードの方が、ゴミ吸込み能力が高い。即ち、操作ボタン５１ｅが昇圧用スイッチとして、操作ボタン５１ｂ〜５１ｄとは別個かつ異なるボタン形状で設けられている。
【００７６】
このように、本実施の形態では、昇圧コンバータ回路１９（又は４１）を動作させる操作ボタン５１ｅと動作させない操作ボタン５１ｂ〜５１ｄとを、使用者に分かりやすく示しているものである。このような操作手段５１における操作表示方式によれば、前述した図６のような動作方法よりも（「強」、「中」、「弱」の「強」を昇圧コンバータ回路１９（又は４１）を動作させる運転モードにしている）、昇圧していることをより使用者に分かりやすくすることができる。
【００７７】
また、「強」運転モードよりも「パワー」運転モードのほうが、ゴミ吸込み能力が高いということを、使用者に分かりやすくする。昇圧コンバータ回路１９（又は４１）を動作させる運転モード（昇圧運転モード）であることをより使用者に分かりやすくする具体的な手段としては、以下のような手段をとる。昇圧コンバータ回路１９（又は４１）を動作させる操作ボタン５１ｅと動作させない操作ボタン５１ｂ〜５１ｄとを別個に設ける。さらに、昇圧コンバータ回路１９を動作させる操作ボタン５１ｅの表記文字を「強」のように、「中」、「弱」との関連を連想させるような文字を使用せずに、「パワー」のような全く態様の異なる文字を使用する。
【００７８】
なお、異なる態様例としては、昇圧コンバータ回路１９（又は４１）を動作させる操作ボタン５１ｅと動作させない操作ボタン５１ｂ〜５１ｄとの表記文字の様態（色やフォントなど）、背景の様態（色や模様）などを変えるようにしてもよい。さらには、本実施の形態のように、昇圧コンバータ回路１９を動作させる操作ボタン５１ｅを停止設定用の操作ボタン５１ａに隣接させずに、離して配設させることにより、操作ボタン５１ｅがゴミ吸込み能力が最高であることをより意識させやすくなる。
【００７９】
【発明の効果】
請求項１又は２記載の発明の電気掃除機によれば、磁気部品に関してエネルギーの残存状態でのエネルギーの蓄積とエネルギーの放出とを繰返して行わせることで、磁気部品の利用効率が上がるので、例えば高いゴミ吸込み能力の運転モード時に適用しても、小型、軽量の磁気部品で充分に対応が可能となり、従って、昇圧コンバータ回路も小型、軽量に実現でき、さらには、電気掃除機自体も小型、軽量にすることができ、また、電圧リップルによる電動送風機の振動もほとんどなく、使用者の不快感を増加させることも回避することができる。
【００８０】
請求項３記載の発明によれば、請求項２記載の電気掃除機において、前記スイッチング信号のデューティを一定に設定することにより、電動送風機の負荷が減少した場合、これに応じてスイッチング信号のデューティが変動しないために、昇圧コンバータ回路に蓄積されるエネルギー量を増大させ、これによって昇圧コンバータ回路の出力電圧値を増大することができ、負荷が減少した電動送風機をより高い昇圧率で駆動することができる。
【００８１】
請求項６記載の発明によれば、請求項１ないし５の何れか一記載の電気掃除機において、電気掃除機の使用形態の特殊性を考慮した場合、必ずしもゴミ吸込み能力の高い運転を必要としないことから、昇圧運転モードと非昇圧運転モードとを選択切替え自在とすることにより、吸込み能力の高い運転を要する場合に容易に対処することができ、結果として、非昇圧運転モードの適宜選択により直流電源の使用時間を伸ばすこともできる。
【００８２】
請求項７記載の発明によれば、請求項６記載の電気掃除機において、昇圧運転モードを電動送風機の最大出力モードに割り当てておくことにより、最大出力モード時に昇圧動作を行わせることができる。
【００８３】
請求項８記載の発明によれば、請求項６又は７記載の電気掃除機において、ゴミ吸込み能力の最大モードとは、掃除対象物を同一にした状態で吸込む風の風量を最も大きくする運転モードであり、電動送風機の最大出力モードとは必ずしも一致しないが、昇圧運転モードをゴミ吸込み能力の最大モードに割り当てておくことにより、ゴミ吸込み能力を十分に発揮させたい場合に確実に昇圧動作を行わせることができる。
【００８４】
請求項９記載の発明によれば、請求項６ないし８の何れか一記載の電気掃除機において、昇圧コンバータ回路によるコンバート動作に際しては損失を生じ直流電源を消費してしまうが、操作手段において昇圧運転モードを選択するための昇圧用スイッチが非昇圧運転モードを選択するためのスイッチとは別個に設けられているので、操作者に分かりやすく、昇圧運転モード／非昇圧運転モードの選択切替えを適切に行うことができ、結果として、非昇圧運転モードの適宜選択により直流電源の使用時間を伸ばすこともできる。
【００８５】
請求項１０記載の発明によれば、請求項９記載の電気掃除機において、昇圧用スイッチと他のスイッチとの区別がより明確となり、昇圧運転モード／非昇圧運転モードの使い分けが容易となる。
【００８６】
請求項１１記載の発明によれば、請求項９又は１０記載の電気掃除機において、昇圧用スイッチを停止用スイッチに隣接させず離して配設させることにより、昇圧用スイッチがゴミ吸込み能力が最高であることをより意識させやすくすることができる。
【００８７】
請求項１２記載の発明によれば、請求項１ないし１１の何れか一記載の電気掃除機において、昇圧コンバータ回路を構成する電子部品の電気的な性能及び信頼性を確保したり、また、電池の１回の充電当たりの使用時間を長くさせたりすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施の形態の電気掃除機の外観構成を示す斜視図である。
【図２】その制御回路を示す回路図である。
【図３】昇圧コンバータ回路を構成するリアクトルの磁束の様子を表すＢ−Ｈカーブ特性図である。
【図４】昇圧コンバータ回路に流れる電流、昇圧コンバータ回路の出力電圧及びＰＷＭ信号を示す説明図である。
【図５】電気掃除機の動作制御例の一例を示す説明図である。
【図６】電気掃除機の動作制御例の他例を示す説明図である。
【図７】ＰＷＭ制御手段の構成例の一例を示す回路図である。
【図８】ＰＷＭ制御手段の構成例の他例を示す回路図である。
【図９】マイクロコンピュータで処理される各種信号のタイミングチャートである。
【図１０】本発明の第二の実施の形態の電気掃除機の制御回路を示す回路図である。
【図１１】昇圧コンバータ回路に流れる電流、昇圧コンバータ回路の出力電圧及びＰＷＭ信号を示す説明図である。
【図１２】本発明の第三の実施の形態の操作手段を示す平面図である。
【符号の説明】
６電動送風機
９操作手段
１０直流電源
１３自動オフ手段（制御手段）
１５スイッチング制御手段（ＰＷＭ制御手段）
１９昇圧コンバータ回路
２０リアクトル、磁気部品
２１スイッチング素子
２２ダイオード
２３コンデンサ
４１昇圧コンバータ回路
４２トランス、磁気部品
４２ａ１次巻線
４２ｂ２次巻線
５１操作手段
５１ａ停止用スイッチ
５１ｂ〜５１ｄスイッチ
５１ｅ昇圧用スイッチ
Ｐａ入力端子
Ｐｂ共通端子
Ｐｃ出力端子
Ｐｄ入力側共通端子
Ｐｅ出力側共通端子[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a vacuum cleaner, and more particularly to a battery-powered vacuum cleaner.
[0002]
[Prior art]
As a method of improving the dust suction capacity (output) of the electric vacuum cleaner, a method of increasing the input to the electric blower is common. Specifically, the input to the electric blower is increased by changing the winding of the electric motor or increasing the power supply voltage.
[0003]
In particular, in the case of a cordless type vacuum cleaner driven by a battery for ease of handling, as a method of increasing the power supply voltage, the number of batteries is increased or a converter circuit is used (an example of a vacuum cleaner using a converter circuit). For example, there is one disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2001-16845).
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
The method of increasing the input voltage to the electric blower by increasing the number of batteries to improve the vacuum suction capacity (output) of the vacuum cleaner is high in the price of the battery and also increases in weight due to the weight of the battery. There are many problems to be realized. In particular, when considering the usage pattern of a vacuum cleaner, the user does not always use the vacuum cleaner with the highest dust absorption capacity, so install the battery according to the maximum dust absorption capacity. That is not a good price or weight. In addition, since the user uses the vacuum cleaner while moving it on the floor or holding it in his / her hand, the demand for miniaturization and weight reduction is particularly severe. Thus, the method of simply increasing the number of batteries and increasing the input voltage of the electric blower to improve the dust suction capability (output) of the electric vacuum cleaner has many problems and is not a practical measure.
[0005]
As another method, for example, as shown in FIG. 4 in Japanese Patent Laid-Open No. 2001-16845, the battery voltage is simply boosted by using a converter circuit, thereby increasing the input voltage of the electric blower and performing electric cleaning. The method of improving the dust absorption capacity of the machine is that if the performance of the converter circuit is matched to the high vacuum absorption capacity of the vacuum cleaner, the parts that make up the converter circuit will be considerably larger and heavier, resulting in vacuum cleaning. There is a problem that the size and weight of the machine are greatly increased, and the merit of cordlessness is lost.
[0006]
Moreover, the voltage ripple of the secondary side voltage boosted by the converter circuit becomes large, and the electric fan mounted on the vacuum cleaner vibrates due to the voltage ripple, and the noise accompanying the vibration makes the operator uncomfortable. Problems also arise. In particular, in an operation mode in which the vacuum cleaner has a high dust absorption capability, noise is high, and thus reduction thereof is desired.
[0007]
In addition, the use of a converter circuit can improve the vacuum cleaner's ability to absorb dust. However, due to the energy loss that occurs during the operation of the switching elements of the circuit, the usage time of the battery per charge is reduced. It has a problem that it is shortened and needs to be charged frequently.
[0008]
The present invention solves these problems and provides an electric vacuum cleaner that can improve dust absorption capability at low cost and without increasing the size and weight while using a boost converter circuit. With the goal.
[0009]
Furthermore, it aims at providing the vacuum cleaner which can lengthen the use time of the battery per charge.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
  The vacuum cleaner of the present invention is a magnetic component that is supplied with electric power from a DC power source and can store energy, a switching element that has a control terminal and is turned on / off, and a switching signal input to the switching element for switching. Switching control means for controlling, and by switching control of the switching element by the switching control means, the voltage of the DC power supply is boosted by repeatedly storing and releasing energy from the DC power supply to the magnetic component. A step-up converter circuit that outputs a voltage, and an electric blower that is rotationally driven by the output voltage of the step-up converter circuit, and the switching control means stores energy in a state where energy remains in the magnetic component. Set the frequency of the switching signal to be doneWhen the electric blower is started, a switching signal is input to the switching element after the electric blower is in an operating state by the power of the DC power supply.(Claim 1).
[0011]
  The vacuum cleaner of the present invention is a magnetic component that is supplied with electric power from a DC power source and can store energy, a switching element that has a control terminal and is turned on / off, and a switching signal input to the switching element for switching. Switching control means for controlling, and by switching control of the switching element by the switching control means, the voltage of the DC power supply is boosted by repeatedly storing and releasing energy from the DC power supply to the magnetic component. A step-up converter circuit that outputs a voltage, and an electric blower that is rotationally driven by the output voltage of the step-up converter circuit, and the switching control means stores energy in a state where energy remains in the magnetic component. The duty of the switching signal is set toWhen the electric blower is started, a switching signal is input to the switching element after the electric blower is in an operating state by the power of the DC power supply.(Claim 2).
[0013]
  Therefore, according to the vacuum cleaner of the present invention, the efficiency of use of the magnetic component is increased by repeatedly storing energy and releasing the energy in the remaining state of the magnetic component, for example, high dust suction Even when applied in the capacity operation mode, small and lightweight magnetic components can be used sufficiently, and therefore the boost converter circuit can be realized in a small size and light weight, and further, the vacuum cleaner itself can be reduced in size and weight. be able to. Moreover, there is almost no vibration of the electric blower due to the voltage ripple, and the user's discomfort is not increased.
[0014]
According to a third aspect of the present invention, in the electric vacuum cleaner according to the second aspect, the switching control means sets the duty of the switching signal to be constant.
[0015]
Therefore, when the load of the electric blower decreases, the duty of the switching signal does not fluctuate accordingly, so that the amount of energy accumulated in the boost converter circuit increases, thereby increasing the output voltage value of the boost converter circuit. .
[0016]
  According to a fourth aspect of the present invention, in the electric vacuum cleaner according to the second aspect, the switching control means varies the duty of the switching signal in accordance with a load variation of the electric blower.
  According to a fifth aspect of the present invention, in the electric vacuum cleaner according to the fourth aspect of the invention, the duty value of the switching signal does not deviate from a value at which energy is accumulated in a state where energy remains in the magnetic component. To do.
  Claim6The invention described in claim 1 to claim 15In the vacuum cleaner described above, an operation unit that provides a selection operation between a boosting operation mode in which the electric blower is boosted by an output voltage of the boosting converter circuit and a non-boosting operation mode in which the electric blower is not boosted, and a selection operation of the operation unit And a control unit that selectively switches the operation mode of the electric blower between the boosting operation mode and the non-boosting operation mode.
[0017]
Therefore, in consideration of the particularity of the usage pattern of the vacuum cleaner, it is not always necessary to operate with high dust suction capacity, so the suction capacity can be switched between the boosting operation mode and the non-boosting operation mode. Therefore, it is possible to easily cope with a case where high operation is required, and as a result, it is possible to extend the use time of the DC power supply by appropriately selecting the non-boosting operation mode.
[0018]
  Claim7The described invention is claimed.6In the vacuum cleaner described above, the step-up operation mode is a maximum output mode of the electric blower.
[0019]
Therefore, by assigning the boost operation mode to the maximum output mode of the electric blower, the boost operation can be performed in the maximum output mode.
[0020]
  Claim8The described invention is claimed.6 or 7The vacuum cleaner described above is characterized in that the step-up operation mode is a maximum mode of dust suction capability.
[0021]
Therefore, the maximum mode of dust suction capability is an operation mode that maximizes the amount of wind sucked in with the same cleaning object, and does not necessarily match the maximum output mode of the electric blower, but the boost operation mode is By assigning it to the maximum mode of dust suction capability, the boosting operation can be surely performed when it is desired to fully exhibit the dust suction capability.
[0022]
  Claim9The described invention is claimed.6 to 8The vacuum cleaner according to any one of the above, wherein the operation means includes a boosting switch for selecting the boosting operation mode separately from a switch for selecting the non-boosting operation mode. .
[0023]
Therefore, the conversion operation by the boost converter circuit causes a loss and consumes a DC power supply, but the boosting switch for selecting the boosting operation mode in the operation means is different from the switch for selecting the non-boosting operation mode. Therefore, it is easy for the operator to understand and the switching between the boosting operation mode and the non-boosting operation mode can be appropriately performed. As a result, the use time of the DC power supply can be extended by appropriately selecting the non-boosting operation mode. You can also.
[0024]
  Claim10The described invention is claimed.9In the vacuum cleaner described above, the step-up switch is provided in a mode different from other switches.
[0025]
Therefore, the distinction between the step-up switch and other switches becomes clearer, and the use of the step-up operation mode / non-step-up operation mode becomes easy.
[0026]
  Claim11The described invention is claimed.9 or 10In the vacuum cleaner described above, the boosting switch is arranged at a position not adjacent to the stop switch.
[0027]
Therefore, by disposing the boosting switch apart from the stop switch, it becomes easier to make the booster switch aware of the highest dust suction capability.
[0028]
  Claim12The invention described in claim 1 to claim 111The vacuum cleaner according to any one of the above, further comprising: an automatic off unit that switches off the boosting operation of the boost converter circuit based on a preset set value.
[0029]
Therefore, the electrical performance and reliability of the electronic components constituting the boost converter circuit can be ensured, and the use time per charge of the battery can be lengthened.
[0030]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
[0031]
FIG. 1 is a perspective view showing an external configuration of the electric vacuum cleaner of the present embodiment. The vacuum cleaner 1 according to the present embodiment has a hose 5 in which a two-divided extension pipe 4 having a suction port body 3 detachably attached to a distal end portion thereof is detachably connected to a housing 2 constituting the base. Is detachably mounted.
[0032]
An electric blower 6 is built in the housing 2. Further, the hose 5 is connected to the housing 2 so that the base end thereof communicates with the suction side of the electric blower 6 through a dust collection chamber (not shown). The hand operation part 7 of the shape branched from is provided. The hand operating part 7 has a free end portion branched from the hose 5 toward the rear as a grip part 8, and is operated at a position where it can be operated by an operator's finger holding the grip part 8. Means 9 are provided.
[0033]
The operation means 9 also serves as a power switch for the electric blower 6 and is configured to be able to select and set a plurality of types of operation modes that make the electric blower 6 in different driving states. Specifically, as shown in FIG. 2, an operation button (stop switch) 9a that is an operation mode from the grip 8 toward the extension tube 4 and a weak operation setting that is an operation mode. The operation button 9b, the operation button 9c for medium operation setting which is an operation mode, and the operation button 9d for strong operation setting which is an operation mode are arranged in a line in sequence.
[0034]
Furthermore, the extension pipe 4 having a two-divided configuration having the suction port body 3 detachably attached to the distal end portion is detachably attached to the hand operating portion 7. In addition, a charging terminal 11 is provided at the rear portion of the housing 2 for charging the DC power supply 10 (see FIG. 2) by setting the charging base.
[0035]
The structural example of the control circuit with respect to the electric blower 6 in the vacuum cleaner 1 of such a structure is shown in FIG. The electric blower 6 disposed in the housing 2 is connected to a power supply circuit via a semiconductor switching element 12 such as a power transistor for control. A control means 13 built in the vacuum cleaner 1 is connected to a base which is a control terminal of the semiconductor switching element 12. The control means 13 includes an electric blower control means 14, a PWM control means 15 as a switching control means, a DC power supply monitoring means 16, a timer 17, a storage means (not shown), and the like. Are connected to the operating means 9 of the hand operating section 7 and the display means 18 including a plurality of light emitting diodes disposed on the upper part of the housing 2. The control means 13 may be composed of a plurality of circuit parts or a one-chip microcomputer.
[0036]
The power supply circuit for the electric blower 6 includes a DC power supply 10 that can be charged via the charging terminal 11 and a boost converter circuit 19 that boosts the output of the DC power supply 10 and outputs the boosted output to the electric blower 6. The DC power supply 10 that supplies power is obtained by connecting a plurality of batteries such as NiCd batteries, nickel-metal hydride batteries, and lithium ion batteries in series. The step-up converter circuit 19 includes a reactor 20 that is a magnetic component that plays a role of storing and releasing energy, a switching element 21 using a transistor having a control terminal, a diode 22, a capacitor 23, a PWM control means 15, and the like.
[0037]
A magnetic component is mainly composed of a winding (coil) and a core made of a magnetic material. The core is inserted into the winding (coil) and current is passed through the winding (coil) to store energy. The energy is released by switching means or the like. In particular, the reactor 20 as a magnetic component of the present embodiment includes a core made of a magnetic material such as ferrite, dust, permalloy, and amorphous alloy, and a winding (coil). The shape of the core is a solenoid shape or a toroid shape.
[0038]
More specifically, the boost converter circuit 19 has an input terminal Pa connected to the DC power supply 10, a common terminal Pb, and an output terminal Pc connected to the electric blower 6 side, and is common to the input terminal Pa. The reactor 20 and the collector / emitter of the switching element 21 are connected in series between the terminal Pb, the output side of the PWM control means 15 is connected to the base that is the control terminal of the switching element 21, and both ends of the switching element 21 are connected. The diode 22 and the capacitor 23 are connected in series between the collector and the emitter, the connection point between the diode 22 and the capacitor 23 is connected to the output terminal Pc, and between the output terminal Pc at both ends of the capacitor 23 and the common terminal Pb. A voltage obtained by boosting the voltage of the DC power supply 10 is output.
[0039]
In such a configuration, an operation example will be described. For example, when the “strong” operation button 9d is operated, switching is performed based on a PWM pulse (Pulse Width Modulation pulse) that is a switching signal output by the PWM control means 15 so that the boost converter circuit 19 operates. The element 21 starts a switching operation, the voltage applied to the electric blower 6 is boosted, and the vacuum cleaner 1 works with the dust suction performance (output) corresponding to the preset “strong” operation mode. The electric blower control means 14 is activated. In the example of the present embodiment, the “strong” operation mode is an operation mode having the highest dust suction performance (maximum output) of the electric vacuum cleaner 1.
[0040]
In the present embodiment, the “strong” operation mode is an operation mode having the highest dust suction performance or the highest output of the vacuum cleaner 1. Here, the operation mode having the highest dust suction performance is an operation mode of the electric vacuum cleaner 1 that maximizes the amount of air sucked through the hose 5 with the same object to be cleaned.
[0041]
Here, the boosting operation of the boost converter circuit 19 will be described. When the switching element 21 is turned on by the pulse signal output from the PWM control means 15, the current IS1 flows and magnetic energy is stored in the reactor 20 by the current IL1. Next, when the switching element 21 is turned off by the PWM control means 15, the magnetic energy accumulated in the reactor 20 flows to the electric blower 6 side as the current ID <b> 1 through the diode 22 and is charged in the capacitor 23. In this way, by repeatedly turning on and off the switching element 21 by the PWM control means 15, the accumulation and release of energy from the DC power supply 10 to the reactor 20 are realized.
[0042]
Further, the energy stored in the capacitor 23 does not return to the reactor 20 by the diode 22. The voltage of the capacitor 23 is charged with a voltage higher than that of the DC power supply 10 and supplied to the electric blower 6.
[0043]
Here, by controlling at least one of the frequency and duty of the PWM signal output from the PWM control means 15, the energy stored in the reactor 20 while the switching element 21 is on is converted to energy stored while the switching element 21 is off. The energy is accumulated in the reactor 20 by turning on the switching element 21 again in a state where the energy remains in the reactor 20 without releasing all. The state of the magnetic flux in the core of the reactor 20 at this time is shown in FIG. As can be seen in FIG. 3, the product of the magnetic field H and the magnetic flux density B does not become zero while the switching element 21 is turned on / off.
[0044]
As described above, according to the method of repeatedly storing and releasing the energy in the remaining state of the energy of the reactor 20 that is a magnetic component, the utilization efficiency of the reactor 20 that is a magnetic component is increased. Even if it is applied in the operation mode with a high dust suction capacity of 1, a small and lightweight reactor can sufficiently cope with it. Therefore, the boost converter circuit 19 can also be realized in a small size and light weight, and as a result, the vacuum cleaner 1 can also be realized in a small size and light weight.
[0045]
Further, the waveform of the current IL1 flowing through the reactor 20 at this time is shown in FIG. The current IL1 flowing through the reactor 20 gradually increases from the non-zero current value IL1a and starts to flow, takes the maximum value IL1b, gradually decreases until the start time of the next cycle, and reaches the non-zero current value IL1c. Thus, the current value at the start of the next cycle starts from this current value IL1c.
[0046]
As described above, the current continuously flows through the boost converter circuit 19 by repeatedly storing and releasing the energy in the remaining state of the energy of the reactor 20 which is a magnetic component. The state is called “current continuous mode”.
[0047]
Here, if the frequency of the PWM signal is made too low, or if the duty defined by the ON time of the PWM signal / (ON time + OFF time) is made too small, the OFF time of the PWM signal becomes long, so switching When the element 21 is turned off, all the magnetic energy stored in the reactor 20 is released. Therefore, in advance, the frequency and the duty are set such that the energy of the reactor 20 does not become zero according to the magnetic characteristics such as the inductance of the reactor 20 and the BH curve characteristic.
[0048]
Next, an example of the operation of the electric vacuum cleaner 1 of this embodiment and the operation of the boost converter circuit 19 will be described in detail with reference to FIG. In the vacuum cleaner 1 in the stopped state, the “strong” operation button 9d is operated, and the electric blower 6 starts rotating, and the output increases from zero output to the output W3 of the preset “strong” operation mode. To do. The time when the “strong” operation button 9d is operated is T0, and the time when the “strong” operation mode output is reached is T3. Then, the boost converter circuit 19 is operated between the time T0 and the time T3. If this operation start time is T1, this operation start time T1 is set in advance. For example, the operation is performed when the output of the vacuum cleaner 1 becomes W1, or the operation button 9d for “strong” is operated to rotate the electric blower 6 at the same time (T0 = T1). However, the boost converter circuit 19 is operated at least before reaching the output W3.
[0049]
Then, after the boost converter circuit 19 is operated, the current continuous mode is set by controlling at least one of the frequency and duty of the PWM signal output from the PWM control means 15. This time is T2. For example, when the output of the vacuum cleaner 1 becomes W2, the control in the continuous current mode is started, or the boost converter circuit 19 is operated and at the same time the control in the continuous current mode is started (T1 = T2). However, the current continuous mode is set at least before reaching the output W3.
[0050]
As described above, when the electric vacuum cleaner 1 has the highest dust suction capability, the current continuous mode can be set by controlling at least one of the frequency and duty of the PWM signal output from the PWM control means 15. Here, an example in the case of the “strong” operation mode is shown, but the present invention can be applied even in the case of the “medium” operation mode and the “weak” operation mode in which the dust suction capability is lower than the “strong” operation mode. Needless to say.
[0051]
As will be described repeatedly, the boost converter circuit 19 is operated, and at least one of the frequency and duty of the PWM signal output from the PWM control means 15 is controlled, and the boost converter circuit 19 is set to the current continuous mode. Since the utilization efficiency of the reactor 20 which is a component is increased, it is possible to increase the input voltage of the electric blower 6 and improve the dust suction capability of the electric vacuum cleaner 1 with a small and light magnetic component.
[0052]
Further, according to the circuit configuration as shown in FIG. 2, since the number of wirings and parts is small, the size can be reduced. Further, among the components constituting the boost converter circuit 19, the magnetic component is a heavy component, but when the reactor 20 is used as the magnetic component, a component having a small and light specification can be used. In particular, the boosting ratio (output voltage / input voltage) of the boost converter circuit is 1.1 to 2.5 times, an amorphous alloy such as iron-based amorphous is used as the core magnetic material of the reactor 20, and the shape of the core is further changed. When the toroidal shape is adopted, an unprecedented small and lightweight electric vacuum cleaner can be realized.
[0053]
Further, as shown in FIG. 4, the voltage ripple of the output voltage boosted by the converter circuit 19 is small, the vibration of the electric blower 6 due to the voltage ripple is almost eliminated, and the noise accompanying the vibration is almost eliminated. The vacuum cleaner can be used without receiving discomfort due to the noise.
[0054]
Next, another example of the control example of the operation of the electric vacuum cleaner 1 and the operation of the boost converter circuit 19 will be described in detail with reference to FIG. In the vacuum cleaner 1 in the stopped state, first, the “medium” operation button 9c is operated, and the electric blower 6 starts rotating. From the zero output to the preset “medium” operation mode output W5, the vacuum cleaner The output of the machine 1 increases. At this time, the boost converter circuit 19 is not operated. From this state, the “strong” operation button 9d is operated, and the output increases from the preset “medium” operation mode output W5 to the preset “strong” operation mode output W7.
[0055]
The time when the “strong” operation button 9d is operated is T6, and the time when the boost converter circuit 19 is set to the current continuous mode is controlled by controlling at least one of the frequency and duty of the PWM signal output from the PWM control means 15. T7, the time to reach the “strong” operation mode output is T8. Here, when the “strong” operation button 9d is operated, the boost converter circuit 19 is operated.
[0056]
In this example, the boost converter circuit 19 is operated only when the “strong” operation button 9d is operated, and the boost converter circuit 19 is controlled to be in the current continuous mode. Since the boost converter circuit 19 generates a loss when converting the voltage, this loss shortens the use time per charge of the battery which is the DC power supply 10. Therefore, as an operation mode of the vacuum cleaner 1, an operation mode in which the boost converter circuit 19 is not operated (non-boosting operation mode) and an operation mode in which the boost converter circuit 19 is operated (boost operation mode) are prepared in advance. Accordingly, it is possible to cope with diversification of uses such as whether the user wants to extend the battery usage time or wants the vacuum suction capability of the vacuum cleaner 1 according to the situation at that time.
[0057]
In addition, when such a user directly outputs a signal for switching the operation of the boost converter circuit 19, the configuration of the control means 13 is simplified.
[0058]
Next, a specific example of a method for determining the frequency and duty of the PWM signal output from the PWM control means 15 will be described with reference to FIGS.
[0059]
First, in FIG. 7, the PWM control unit 15 is operated by operating the operation unit 9. In this PWM control means 15, the error amplifier 26 receives signals from the reference voltage unit 27 and the input voltage unit 28, and the output signal and the triangular wave signal oscillated from the oscillation unit 29 are input to the PWM comparison unit 30. The A known unit may be used as the oscillation unit 29 that oscillates a triangular wave signal. Then, a PWM signal is output from the PWM comparison unit 30 to control on / off of the switching element 21. Here, the frequency of the PWM signal can be controlled by appropriately setting the frequency of the triangular wave signal oscillated from the oscillating unit 29, and the voltage V1 and the voltage dividing ratio R1 / R2 by the voltage dividing resistors R1 and R2 are appropriately set. By doing so, the duty of the PWM signal can be controlled. With such a PWM signal, the switching element 21 is turned on / off, and the boost converter circuit 19 is operated to set the current continuous mode. This method has little wiring pattern routing and contributes to the simplification of the configuration of the boost converter circuit 19.
[0060]
Here, according to the circuit configuration illustrated in FIG. 7, the voltage V <b> 1 is a preset specified value. For this reason, if the switching control of the switching element 21 of the boost converter circuit 19 is controlled by the PWM control means 15 having the circuit configuration illustrated in FIG. 7, the duty of the PWM signal which is a switching signal becomes constant. Thereby, when the load of the electric blower 6 decreases, an effect that the output of the boost converter circuit 19 increases can be obtained. That is, for example, when a situation occurs such that the suction port body 3 is in close contact with the floor and the load on the electric blower 6 is reduced, the energy consumed in the boost converter circuit 19 by the electric blower 6 is reduced, whereas the PWM signal Is constant, the energy corresponding to the reduced energy consumption, that is, the electric charge remains accumulated in the capacitor 23. For this reason, the amount of charge accumulated in the capacitor 23 increases, and as a result, the output of the boost converter circuit 19 increases. Thereby, when the load of the electric blower 6 decreases, the effect that the electric blower 6 can be rotationally driven at a higher step-up rate is exhibited.
[0061]
Next, as another specific example of the method for determining the frequency and duty of the PWM signal output from the PWM control means 15, a method of detecting the input voltage of the electric blower 6 and using the detected value is shown in FIG. Here, instead of the input voltage unit 28 shown in FIG. 7, an electric blower input voltage detection unit 31 is provided. Here, the frequency of the PWM signal can be controlled by appropriately setting the frequency of the triangular wave signal output from the oscillation unit 29, and the PWM can be controlled by appropriately setting the voltage dividing ratio R3 / R4 by the voltage dividing resistors R3 and R4. The duty of the signal can be controlled. With such a PWM signal, the switching element 21 is turned on / off, and the boost converter circuit 19 is operated to set the current continuous mode. According to this, the output voltage of the boost converter circuit 19 can be kept substantially at the set value even with respect to the output voltage change of the boost converter circuit 19 accompanying the output fluctuation of the vacuum cleaner 1.
[0062]
Next, as yet another specific example of the method for determining the frequency and duty of the PWM signal output from the PWM control means 15, for example, a method using a microcomputer of the control means 13 can be implemented. In this case, it is assumed that the control means 13 is constituted by a microcomputer. A method for setting the frequency and duty of the PWM signal will be described with reference to FIG. FIG. 9 is a timing chart of various signals processed by the microcomputer. The triangular wave signal in FIG. 9 is a signal digitally generated using a timer counter of the microcomputer. Therefore, in the up / down counter mode in the microcomputer, by setting the maximum value TCp1 of the counter value in advance, the cycle Tp (k) of the pulse signal is
Tp (k) = 2 × TCp1 × timer counter clock [sec]
It becomes. Therefore, the frequency fp (k) of the pulse signal is
fp (k) = 1 / (2 × TCp1 × timer counter clock) [Hz]
It becomes. Therefore, the set value S (k) is stored in advance in a storage area (not shown), the set value S (k) is compared with the triangular wave signal that is the timer counter value, and the triangular wave signal sets the set value S (k). Programming is performed so that the PWM signal (pulse signal) input to the switching element 21 of the boost converter circuit 19 is turned on when exceeding. Since the pulse width PW (k) is thereby determined, the duty Du (k) of the PWM signal (pulse signal) input to the switching element 21 of the boost converter circuit 19 is
Du (k) = PW (k) / (2 × TCp1 × timer counter clock)
Can be set as
[0063]
According to the method described above, by appropriately setting the period Tp (k) of the pulse signal, the boost converter circuit is configured such that energy is accumulated in the reactor 20 in a state where the energy remains in the reactor 20. The frequency of the PWM signal (pulse signal) input to the 19 switching elements 21 can be set (refer to the comparison between the pulse periods Tp (k) and Tp (m) in FIG. 9). Further, by appropriately setting the set value S (k), the energy is accumulated in the reactor 20 in a state where the energy remains in the reactor 20, and is input to the switching element 21 of the boost converter circuit 19. The duty Du (k) of the PWM signal (pulse signal) can be set (refer to the set value S (k) and the set value S (k + 1) in FIG. 9 for comparison).
[0064]
As described above, as a method for determining the frequency and duty of the PWM signal output from the PWM control means 15, in the three examples described based on FIG. 7 to FIG. 9, the voltage is output from the PWM control means 15 or the control means 13 and boosted. The frequency and duty of the PWM signal input to the switching element 21 of the circuit 19 are set in advance. In this case, for example, in the example shown in FIG. 8, the duty of the PWM signal is configured to vary according to the load variation of the electric blower 6, and the value of the duty is not constant, but the voltage dividing resistors R1 and R2 In the sense that the value is preset, it can be said that the duty of the PWM signal is preset. However, when the circuit configuration illustrated in FIG. 8 is employed, the duty of the PWM signal fluctuates and deviates from a value at which energy is accumulated in the reactor 20 in a state where the energy remains in the reactor 20. there is a possibility. That is, in the case of the circuit configuration illustrated in FIG. 8, even though the duty of the PWM signal varies according to the load variation of the electric blower 6, the variation is caused by the energy in the reactor 20 according to the load variation of the electric blower 6. This is not a variation as a result of controlling the value so that energy is accumulated in the reactor 20 in the remaining state.
[0065]
Therefore, for example, using the duty setting method of the PWM signal by the microcomputer provided in the control means 13 described with reference to FIG. 9, the energy is stored in the reactor 20 in a state where the energy remains in the reactor 20. It is also possible to control the duty of the PWM signal to a proper value. That is, when the circuit configuration as shown in FIG. 8 is adopted, the duty of the PWM signal output from the PWM control means 15 deviates from a value at which energy is accumulated in a state where energy remains in the reactor 20. there is a possibility. Therefore, without directly inputting the PWM signal output from the PWM control means 15 to the switching element 21 of the boost converter circuit 19, the PWM signal is referred to by the control means 13, and the duty in the PWM signal is always set to the reactor 20. Is controlled by a microcomputer so that the energy is stored in a state where the energy remains, and the PWM signal after control from the control means 15 of the microcomputer configuration is used as the switching element 21 of the boost converter circuit 19. To enter. In this case, the control by the microcomputer is, for example, a detection signal of each part obtained according to the operation state of the vacuum cleaner 1, for example, various functions such as the rotation speed of the electric blower 6 and the input voltage value. It may be executed in accordance with an arithmetic expression for calculating the optimum duty of the PWM signal input to the switching element 21 of the boost converter circuit 19 with reference to the duty in the PWM signal output from the PWM control means 15 and the boost converter circuit 19. It may be executed based on a correction value in a table that defines a correspondence relationship with a correction value that can obtain the optimum duty of the PWM signal to be input to the switching element 21. In any case, in the microcomputer, by appropriately setting the set value S (k) according to a solution obtained by a predetermined calculation process or table reference, the reactor 20 can have its energy remaining in the reactor 20. The duty Du (k) of the PWM signal (pulse signal) input to the switching element 21 of the boost converter circuit 19 can be set so that energy is accumulated (set value S (k in FIG. 9). ) And the set value S (k + 1) for reference).
[0066]
By the way, the timer 17 in the control means 13 or the temperature detection means 24 provided in the electric vacuum cleaner 1 is used to automatically turn off the boosting operation based on a preset time setting value or temperature setting value. The control means 13 can have the function of the automatic off means. The temperature detection means 24 provided in the vacuum cleaner 1 here includes, for example, a thermistor that detects the ambient temperature of the DC power supply 10, a thermistor that detects the ambient temperature of the electric blower 6, and the ambient temperature of the boost converter circuit 19. It consists of a thermistor to detect. That is, the DC power supply 10, the electric blower 6, the boost converter circuit 19 and the like may have a high component temperature due to loss during their operation. In such a case, in order to ensure the reliability of the component. In addition, when the temperature detected by the temperature detecting means 24 reaches the temperature set value, the boosting operation is stopped. In addition, the operation of the boost converter circuit 19 can be limited in terms of time by the time set value set in the timer 17 to increase the usage time per charge of the battery.
[0067]
Thus, the DC power supply 10 itself or the electric blower is provided by providing a function of an automatic off means for automatically turning off the operation of the boost converter circuit 19 based on a preset time set value or temperature set value. 6 and the electronic components constituting the boost converter circuit 19 can be ensured, and the use time per charge of the battery can be lengthened.
[0068]
A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The same parts as those shown in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is also omitted. In the vacuum cleaner of the present embodiment, a transformer 42 having a primary winding 42a and a secondary winding 42b is used as a magnetic component in the boost converter circuit 41 in place of the reactor 20. The primary winding 42a and the secondary winding 42b of the transformer 42 are reversely connected.
[0069]
More specifically, the boost converter circuit 41 has an input terminal Pa and an input side common terminal Pd connected to the DC power supply 10, and an output terminal Pc and an output side common terminal Pe connected to the electric blower 6 side. The primary winding 42a of the transformer 42 and the collector / emitter of the switching element 21 are connected in series between the input terminal Pa and the input side common terminal Pd, and PWM is applied to the base that is the control terminal of the switching element 21. The output side of the control means 15 is connected, the diode 22 and the capacitor 23 are connected in series in parallel between both ends of the secondary winding 42b of the transformer 42, and the connection point between the diode 22 and the capacitor 23 is connected to the Pc output terminal. And a voltage obtained by boosting the voltage of the DC power supply 10 between the output terminal Pc at both ends of the capacitor 23 and the output side common terminal Pe. It has been.
[0070]
Further, the boost converter circuit 41 of the present embodiment includes the input terminal Pa connected to the DC power supply 10 via the switching element 101 and the output stage Pc connected to the electric blower 6 side after the switching element 12. A bypass path 102 for connecting the output terminal Pcc on the side is provided. The switching element 101 in the bypass path 102 is on / off controlled by a switching signal output from the control means 13. Therefore, in the boost converter circuit 41 of the present embodiment, the switching element 101 is controlled to be ON, so that the output voltage of the DC power supply 10 that bypasses the boost operation by the boost converter circuit 41 can be supplied to the electric blower 6. It becomes.
[0071]
The boosting operation of the boost converter circuit 41 will be described. When the switching element 21 is turned on by a pulse signal output from the PWM control means 15, a current IT 1 flows and magnetic energy is stored in the transformer 42. At this time, since the primary winding 42 a and the secondary winding 42 b are reversely connected in the transformer 42, no current flows to the secondary side by the diode 22.
[0072]
Next, when the switching element 21 is turned off by the PWM control means 15, a counter electromotive voltage is generated in the winding of the transformer 42, and the potential is inverted. IT2 is discharged to the secondary winding 42b side (electric blower 6 side). Then, the capacitor 23 is charged with a voltage higher than that of the DC power source 10 and supplied to the electric blower 6.
[0073]
In such a configuration, by controlling at least one of the frequency and duty of the PWM signal output from the PWM control means 15, current that accumulates energy in a state where energy remains in the transformer 42 that is a magnetic component. It becomes continuous mode. FIG. 11 shows current waveforms IT1 and IT2 flowing through the primary winding 42a and the secondary winding 42b of the transformer 42 at this time, respectively. In this way, the current converter IT1 and the current IT2 continuously flow through the boost converter circuit 32 to enter the current continuous mode.
[0074]
Therefore, also in the case of this embodiment, the same operation and effect as in the case of the first embodiment can be obtained.
[0075]
A third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 12 shows an example of the operation means 51 of the present embodiment. For example, an operation button (stop switch) 51a for setting the “stop” which is the operation mode, and a “weak” operation setting for the operation mode. An operation button 51b, an operation button 51c for "medium" operation setting as an operation mode, an operation button 51d for "strong" operation setting as an operation mode, and an operation button 51e for "power" operation setting as an operation mode are arranged in a row. Are arranged next to each other. Among these operation modes, the “weak”, “medium”, and “strong” operation modes are for the operation mode (non-boosting operation mode) in which the boost converter circuit 19 (or 41) is not operated. The “power” operation mode is for an operation mode (step-up operation mode) in which the boost converter circuit 19 (or 41) is operated. The “power” operation mode has a higher dust suction capability than the “strong” operation mode. That is, the operation button 51e is provided as a boosting switch in a button shape that is different from the operation buttons 51b to 51d.
[0076]
As described above, in the present embodiment, the operation buttons 51e for operating the boost converter circuit 19 (or 41) and the operation buttons 51b to 51d for not operating are shown in an easy-to-understand manner for the user. According to the operation display method in the operation means 51 as described above, the “strong” of “strong”, “medium”, and “weak” is set to the boost converter circuit 19 (or 41) more than the operation method as shown in FIG. It is possible to make it easier for the user to understand that the pressure is increased.
[0077]
In addition, it makes it easier for the user to understand that the “power” operation mode has a higher dust suction capability than the “strong” operation mode. Specific means for making it easier for the user to understand that the operation mode (step-up operation mode) is to operate the boost converter circuit 19 (or 41). The operation buttons 51e for operating the boost converter circuit 19 (or 41) and the operation buttons 51b to 51d for not operating are provided separately. Further, the notation character of the operation button 51e for operating the boosting converter circuit 19 is “strong”, such as “power” without using a character reminiscent of the relationship between “medium” and “weak”. Use completely different characters.
[0078]
Note that, as examples of different modes, the state of the written characters (color, font, etc.) and the state of the background (color, pattern, etc.) of the operation button 51e for operating the boost converter circuit 19 (or 41) and the operation buttons 51b-51d not operated ) Etc. may be changed. Further, as in the present embodiment, the operation button 51e for operating the boosting converter circuit 19 is not disposed adjacent to the stop setting operation button 51a, but is disposed separately, so that the operation button 51e has a dust suction capability. Makes it easier to be aware that is the best.
[0079]
【The invention's effect】
  Claim1 or 2According to the vacuum cleaner of the described invention, since the use efficiency of the magnetic component is increased by repeatedly storing and releasing the energy in the remaining state of the energy with respect to the magnetic component, for example, a high dust suction capability. Even when applied in the operation mode, it is possible to sufficiently cope with small and light magnetic parts, so that the boost converter circuit can also be realized in a small size and light weight, and further, the vacuum cleaner itself must be small and light. In addition, there is almost no vibration of the electric blower due to voltage ripple, and an increase in user discomfort can be avoided.
[0080]
According to a third aspect of the present invention, in the electric vacuum cleaner according to the second aspect, when the load of the electric blower is reduced by setting the duty of the switching signal to be constant, the duty of the switching signal is accordingly increased. Therefore, it is possible to increase the amount of energy stored in the boost converter circuit, thereby increasing the output voltage value of the boost converter circuit, and driving the electric blower with a reduced load at a higher boost rate. Can do.
[0081]
  Claim6According to the described invention, claims 1 to5In the vacuum cleaner according to any one of the above, when considering the particularity of the usage pattern of the vacuum cleaner, it is not always necessary to operate with a high dust suction capacity, so the boosting operation mode and the non-boosting operation mode are selected. By making it switchable, it is possible to easily cope with a case where an operation with a high suction capacity is required, and as a result, it is possible to extend the use time of the DC power supply by appropriately selecting the non-boosting operation mode.
[0082]
  Claim7According to the described invention, the claims6In the vacuum cleaner described above, the boosting operation mode can be performed in the maximum output mode by assigning the boosting operation mode to the maximum output mode of the electric blower.
[0083]
  Claim8According to the described invention, the claims6 or 7In the vacuum cleaner described, the maximum mode of dust suction capacity is an operation mode that maximizes the amount of wind sucked in the same state of the object to be cleaned, and does not necessarily match the maximum output mode of the electric blower By assigning the boosting operation mode to the maximum mode of dust suction capability, the boosting operation can be surely performed when it is desired to fully exhibit the dust suction capability.
[0084]
  Claim9According to the described invention, the claims6 to 8In the vacuum cleaner according to any one of the above, the boosting switch for selecting the boosting operation mode in the operation means is in the non-boosting operation mode. Since the switch is provided separately from the switch for selecting the operation mode, it is easy for the operator to understand and can appropriately switch between the boosting operation mode and the non-boosting operation mode. Depending on the selection, the operating time of the DC power supply can be extended.
[0085]
  Claim10According to the described invention, the claims9In the electric vacuum cleaner described above, the distinction between the boosting switch and other switches becomes clearer, and the use of the boosting operation mode / non-boosting operation mode becomes easy.
[0086]
  Claim11According to the described invention, the claims9 or 10In the vacuum cleaner described above, by arranging the boosting switch apart from the stop switch, it is possible to make the boosting switch more aware that the dust suction capability is the highest.
[0087]
  Claim12According to the described invention, claims 1 to11In the vacuum cleaner according to any one of the above, the electrical performance and reliability of the electronic components constituting the boost converter circuit are ensured, and the usage time per charge of the battery is lengthened. Can do.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing an external configuration of a vacuum cleaner according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a circuit diagram showing the control circuit.
FIG. 3 is a BH curve characteristic diagram showing a state of a magnetic flux of a reactor constituting the boost converter circuit.
FIG. 4 is an explanatory diagram showing a current flowing through a boost converter circuit, an output voltage of the boost converter circuit, and a PWM signal.
FIG. 5 is an explanatory diagram illustrating an example of operation control of the vacuum cleaner.
FIG. 6 is an explanatory view showing another example of the operation control example of the electric vacuum cleaner.
FIG. 7 is a circuit diagram showing an example of a configuration example of PWM control means.
FIG. 8 is a circuit diagram showing another example of the configuration of the PWM control means.
FIG. 9 is a timing chart of various signals processed by the microcomputer.
FIG. 10 is a circuit diagram showing a control circuit of a vacuum cleaner according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 11 is an explanatory diagram showing a current flowing through a boost converter circuit, an output voltage of the boost converter circuit, and a PWM signal.
FIG. 12 is a plan view showing an operation means according to a third embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
6 Electric blower
9 Operating means
10 DC power supply
13 Automatic off means (control means)
15 Switching control means (PWM control means)
19 Boost converter circuit
20 Reactor, magnetic parts
21 Switching element
22 Diode
23 capacitors
41 Boost converter circuit
42 Transformers, magnetic parts
42a Primary winding
42b Secondary winding
51 Operating means
51a Stop switch
51b-51d switch
51e Boost switch
Pa input terminal
Pb common terminal
Pc output terminal
Pd input side common terminal
Pe Output side common terminal

Claims

A magnetic component that is supplied with power from a DC power source and capable of storing energy, a switching element that has a control terminal and is turned on / off, and a switching control unit that performs switching control by inputting a switching signal to the switching element; A step-up converter circuit that outputs a voltage obtained by boosting the voltage of the DC power supply by repeatedly storing and releasing energy from the DC power supply by switching control of the switching element by the switching control means; ,
An electric blower that is rotationally driven by the output voltage of the boost converter circuit;
With
The switching control means includes
Setting the frequency of the switching signal so that energy is stored in a state where energy remains in the magnetic component ;
When the electric blower is started, a switching signal is input to the switching element after the electric blower is in an operating state by the power of the DC power supply.
A vacuum cleaner characterized by that.

A magnetic component that is supplied with power from a DC power source and capable of storing energy, a switching element that has a control terminal and is turned on / off, and a switching control unit that performs switching control by inputting a switching signal to the switching element; A step-up converter circuit that outputs a voltage obtained by boosting the voltage of the DC power supply by repeatedly storing and releasing energy from the DC power supply by switching control of the switching element by the switching control means; ,
An electric blower that is rotationally driven by the output voltage of the boost converter circuit;
With
The switching control means includes
Setting the duty of the switching signal so that energy is stored in a state where energy remains in the magnetic component ;
When the electric blower is started, a switching signal is input to the switching element after the electric blower is in an operating state by the power of the DC power supply.
A vacuum cleaner characterized by that.

The electric vacuum cleaner according to claim 2, wherein the switching control means sets the duty of the switching signal to be constant.

The electric vacuum cleaner according to claim 2 , wherein the switching control means varies the duty of the switching signal in accordance with a load variation of the electric blower .

5. The electric vacuum cleaner according to claim 4, wherein the duty value of the switching signal does not deviate from a value at which energy is accumulated in a state where energy remains in the magnetic component .

Operation means for providing a selection operation between a boosting operation mode in which the electric blower is boosted by an output voltage of the boost converter circuit and a non-boosting operation mode in which the booster is not driven;
A control unit that selectively switches the operation mode of the electric blower between the boost operation mode and the non-boosting operation mode according to the selection operation of the operation means;
The vacuum cleaner according to any one of claims 1 to 5 , further comprising:

The vacuum cleaner according to claim 6 , wherein the boosting operation mode is a maximum output mode of the electric blower.

The vacuum cleaner according to claim 6 or 7 , wherein the boosting operation mode is a maximum mode of dust suction capability.

Said operating means, of any one described in the 6 to claim, characterized in that the switch for selecting the non-boost operation mode having a boost switch for selecting separately the boost operation mode 8 Electric vacuum cleaner.

10. The electric vacuum cleaner according to claim 9 , wherein the boosting switch is provided in a mode different from other switches.

11. The electric vacuum cleaner according to claim 9 , wherein the boosting switch is disposed at a position not adjacent to the stop switch.

The vacuum cleaner according to any one of claims 1 to 11 , further comprising an automatic-off unit that switches off a boosting operation of the boosting converter circuit based on a preset set value.