JP3834931B2 - 電気掃除機 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ファンモータによる吸い込み力を時間とともに制御する電気掃除機に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来のこの種の電気掃除機では、例えば、吸引したゴミ量を検出し、このゴミ量によりファンモータの吸い込み力を決定するタイプのもの、また、使用者が操作部の目盛りなどを目安に、操作ボタンを操作して吸い込み力を決定するタイプものがあった。そして、これらの設定された吸い込み力によって、期待されたゴミ量の集塵が行われるものである。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
上記した従来の掃除機では、検出されたゴミ量あるいは使用者が設定した操作部の設定位置、すなわち、期待されるゴミ量の集塵量によって一義的にファンモータの吸い込み力が決定されていたので、掃除機の消費電力も一義的に決まっていた。そのため、消費電力を小さくしようとすると、吸い込み力が低下してしまい、集塵効率が低下してしまうという課題を有していた。
【0004】
本発明は上記課題に鑑み、集塵効率の低下を防止しつつ消費電力を低く抑えることを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記した課題を解決するために、設定された吸い込み力の基準値をもとにして吸い込み力を周期的に変化させてファンモータを駆動するようにしたたもので、この構成によれば、設定された吸い込み力を基準値としてファンモータが変化するので、期待されるゴミの集塵性能を落とすことなく、また変化させた分だけ消費電力を小さくして、省エネを実現するものである。
【0006】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項1記載の発明は、床面のゴミを掻き上げる床ノズルと、床ノズルで掻き上げたゴミを吸い込むファンモータと、吸い込んだゴミを収納する集塵室と、前記ファンモータの吸い込み力の基準値を設定する吸い込み力設定手段と、カオス信号を発生するカオス信号発生手段と、前記吸い込み力設定手段によって設定された吸い込み力の基準値を基準とし前記カオス信号発生手段の信号をもとに周期的に吸い込み力が変化するようにファンモータの制御信号を発生させるファンモータ制御信号発生手段とを有したもので、この構成によれば、吸い込み力設定手段で設定されたファンモータの吸い込み力の基準値と、カオス信号発生手段より発生された制御値との演算処理により、周期的なファンモータの吸い込み力が変化値を発生するようにしたため、簡単な構成で周期的に変化するようにファンモータの制御信号を発生させることができ、集塵効率を落とすことなく、平均の消費電力を小さくできるという効果を得ることができる。加えて、カオス信号をもとにしているため、カオス的にファンモータが回転するため、変化のパターンは一義的ではなく、ファンモータからでる回転音が使用者にとって心地よいものとなる。
【0007】
本発明の請求項2記載の発明は、吸い込み力を設定する操作部を有し、吸い込み力設定手段は使用者が設定した前記操作部の設定情報からファンモータの吸い込み力の基準値を設定する構成としたもので、この構成によれば、使用者により設定した吸い込み力を基準値として操作できるので、使用者が判断した床面やゴミ量に適した吸い込み力の範囲で効果的に掃除を行うものである。
【0008】
本発明の請求項3記載の発明は、床面のゴミを検出するゴミセンサを有し、吸い込み力決定手段は前記ゴミセンサの出力情報すなわち床面から吸い込まれたゴミ量をもとにファンモータの吸い込み力の基準値を設定を構成としたもので、この構成によれば、ゴミの量に応じてファンモータの吸い込み力を変化させるので、ゴミの少ない床面では吸い込み力は小さくなり、より一層省エネが図れるものである。
【0009】
本発明の請求項4記載の発明は、ファンモータより発生する負圧を検出する圧力センサを有し、吸い込み力設定手段は前記圧力センサの出力情報からファンモータの吸い込み力の基準値を設定する構成としたもので、この構成によれば、床面に応じてファンモータの吸い込み力を変化させるので、ゴミの取れにくい床面では吸い込み力を大きく、ゴミの取れやすい床面では吸い込み力は小さくなり、ゴミの取れにくさに応じてファンモータの吸い込み力の基準値を変えることができる。よって、床面に応じた最適な集塵力を得ることができ、より一層省エネが図れるものである。
【0010】
【実施例】
本発明の第1の実施例を図1をもとに説明する。5はファンモータで、床面のゴミを吸い込む吸い込み力を発生する。1は操作部で、使用者がゴミの多さや床面の材質、繊毯の毛足の長さなどによりファンモータ5の期待される吸い込み力を、例えば強一中一弱に設定し、吸い込み力設定手段2に出力する。2は吸い込み力設定手段で、操作部1の出力より、吸い込み力の基準値を決定する。3はファンモータ制御信号発生手段で、吸い込み力設定手段2で設定された吸い込み力の基準値から周期的に変化させた信号を発生させ、ファンモータ駆動手段4に出力する。ファンモータ駆動手段4は、ファンモータ5の回転数の制御を行うわけであるが、ファンモータ制御信号発生手段3で発生した周期的な制御信号により駆動されるものである。
【0011】
図2に電気掃除機の外観を示す。13は掃除機本体で、床ノズル10で掻き上げたゴミを吸引するファンモータ5及び吸引したゴミを集塵する集塵室15を内蔵している。12はホース、14は延長管で、掃除機本体13と床ノズル10との間を接続している。11は手元操作部で、ファンモータ5の吸い込み力の期待される吸い込み力を設定する操作部1を含む。
【0012】
次に、ファンモータ制御信号発生手段3の動作について図3、図4をもとに説明する。吸い込み力設定手段2は、操作部1により、使用者が設定した吸い込み力の期待値(例えば中)より、吸い込み力の基準値をファンモータ制御信号発生手段3に出力する。タイマー手段31は所定の時間、例えば1秒を計時し、計時終了になれば制御手段33に信号を出力し、再び計時を開始する。記憶手段32には、あらかじめ複数のファンモータ5の吸い込み力に関する制御情報が記憶されている。制御手段33はタイマー手段31からの計時終了の信号を入力すると、記憶手段32に記憶されているファンモータ5の制御情報を取り出し、吸い込み力設定手段2により、設定された吸い込み力の基準値に加算して、吸い込み力の制御信号としてファンモータ駆動手段4に出力される。
【0013】
図4はファンモータ5の吸い込み力の制御の流れを示したものである。まず、nを1に初期化する(ステップ71)。次に、タイマー手段31が計時を終了するまで待ち(ステップ72)、計時終了(計時終了後にタイマー手段31は再び新たな計時を開始する)となれば、記憶手段32に記憶されているファンモータ5の制御情報S(1)〜S(9)のいずれかを取り出す。例えば1回目のループであれば、S(1)が取り出されて、吸い込み力設定手段2により、設定された吸い込み力の基準値に加算して、吸い込み力の制御信号としてファンモータ駆動手段4に出力される(ステップ73、77)。nを1つ増加し、nが9になるまでステップ72、73、77、75を繰り返す。n=9となった場合には、ステップ71に戻り再度同様の動作を行う。これにより、ファンモータ5は記憶手段32に記憶された制御情報を、吸い込み力設定手段2により、設定された吸い込み力の基準値に加算して、吸い込み力を決定して順次駆動される。
【0014】
図5(a)にファンモータ5の吸い込み力の変化の様子を示す。例えば、ファンモータ5の吸い込み力は操作部1の設定が中になっておれば、この設定値を基準にS(1)からS(9)まで順次変化する。従来は吸い込み力は中一定であるが、本発明の構成では、S(1)からS(9)のうちいくつか、例えば同図(a)では3つが中よりも大きな吸い込み力、6つが中よりも小さな吸い込み力になっている。
【0015】
同図(b)は消費電力の変化を示したもので、点線が従来の吸い込み力一定(この場合は中)の時の消費電力、実線は本実施例による吸い込み力を変化させた時の平均の消費電力を示したものである。同図からわかるように、吸い込み力を変化させた時の方が平均の消費電力は小さくなっている。しかしながら、集塵効率については、吸い込み力を中より大きくした周期でかなり集塵に寄与しており、吸い込み力を変化させた場合でも従来に比べて落ちることはない。つまり、消費電力を抑えつつ集塵効率を落とさないようにするには、図5(a)に示すように、吸い込み力が基準値より上方に占める面積S1より吸い込み力が基準値より下方に占める面積S0+S2大きくなるようにする。
【0016】
次に、上記電気掃除機の具体的回路構成及び動作を図6及び図7により説明する。
【0017】
図6において、5はファンモータで、トライアック41により通電を制御される。抵抗50及びスイッチ49より構成される操作部1より、使用者がファンモータ5の吸い込み力の期待値を設定する。設定値はLED61〜63に表示される。抵抗64〜65はそれぞれのLEDの電流制限用抵抗である。48はマイクロコンピュータで、操作部1の設定値よりファンモータ5の吸い込み力を決定する。
【0018】
ファンモータ5は、位相制御でその回転数を制御されるが、図7に位相制御時の各種波形を示す。同図(a)に商用電源の波形を示す。同図(b)にトライアック41のゲート信号の波形を示す。ゲート信号を与え初めてから商用電源の次の半サイクルまで、トライアック41はファンモータ5に通電を行い、ファンモータ5には、同図(c)に示すような電流が流れる。すなわち、商用電源の半サイクルの始め(ゼロクロス点)から、所定時間後にゲート制御信号を与えると次のゼロクロス点までファンモータ5が通電され、電流が流れる。半サイクル毎にこれを繰り返すと、ファンモータ5の回転数は、通電時間に依存したものに設定される。
【0019】
マイクロコンピュータ48では、操作部1からの設定情報をもとに、twなる時間を決定する。さらに、このtwなる時間をもとにファンモータ制御信号発生手段3内の記憶手段32に記憶されている例えばS(1)なる情報を加算してあらたなtw’を作り出す。マイクロコンピュータ48は、抵抗55、56、57及びトランジスタ54からなるゼロクロス検出回路からの信号を入力し、半サイクルのゼロクロス点を認識する。その時点から決定されたtw’なる時間だけ遅らせてから、出力端子から信号を出力し、抵抗46、47、トランジスタ45、抵抗44を通じてホトトライアック43を駆動し、トライアック41のゲートに接続された抵抗42を介して、トライアック41をオンさせ、ファンモータ5に通電を行う。よって、ファンモータ5は通電時間(8.33ms−tw’:60Hz、10ms―tw’:50Hz)で決まる回転数で駆動される。通電時間は記憶手段32に記憶されている制御情報をもとに周期的に変化する。トランス59、整流ブリッジ58、コンデンサ53、51及び定電圧IC52はマイクロコンピュータ48等の直流電圧を必要とする各種回路に電力を供給する直流電源回路である。
【0020】
なお、上記実施例では、ファンモータ5の回転数を制御するのに位相制御を用いたが、他の制御方法、例えばファンモータ5にインバータ回路を接続し、インバータ回路の周波数を変更して回転数を制御するようにしてもよく、要は、ファンモータ5の回転数が可変できる制御あるいは構造のものであればよい。
【0021】
次に本発明の第2の実施例を図8、図9、図10をもとに説明する。図8において、6はゴミセンサで、吸い込まれたゴミを検出しゴミの量を判断し、吸い込み力設定手段2に出力する(図10において、ゴミ量がG2であれば吸い込み力の基準値はP2になる)。吸い込み力設定手段2では、図10に示すように、ゴミ量が大きければ吸い込み力の基準値は大きく、ゴミ量が少なければ吸い込み力の基準値は小さく設定される。この決定された吸い込み力の基準値と記憶手段32に記憶された制御情報より、ファンモータ5の吸い込み力を決定するわけであるが、この流れは第1の実施例の説明で述べたのでここでは省略する。
【0022】
ゴミセンサ6の具体的な構成について、図9をもとに説明する。同図(a)において、ゴミセンサ6は一対のホトダイオード85及びホトンジスタ86から構成されており、操作手段11のゴミの通過する箇所に対向して設置される。ファンモータ5によって発生された吸い込み力により床面のゴミが床ノズル10、延長管14、操作部1、ホース12を通って集塵室15に入るわけであるが、この時にホトダイオード85及びホトトランジスタ86の間を通過する。ゴミがない場合は、ホトダイオード85から出力された光(例えば赤外光)はホトランジスタ86によって検出され、波形整形手段87に出力されるが、ゴミが通過した場合はこの光が遮られるので波形整形手段87への出力は行われない。すなわち、図(b)に示すようにゴミが通過する毎に波形整形手段87の出力としてパルスが発生する。このパルス数を所定時間積算すれはゴミの量がわかる。ゴミ量検出手段88では、波形整形手段87の出カパルスを積算し、ゴミ量を算出する。
【0023】
吸い込み力設定手段2は、ゴミ量算出手段88の出力に応じて、ゴミが多ければファンモータ5の吸い込み力の基準値を大きく、ゴミが少なければファンモータ5の吸い込み力の基準値を小さく設定する。ゴミ量に応じて設定されたファンモータ5の吸い込み力の基準値は、ファンモータ制御信号発生手段3により記憶手段32に記憶された制御情報が加算されてファンモータ5の吸い込み力制御信号として、ファンモータ駆動手段4に出力される。
【0024】
次に本発明の第3の実施例を図11及び図12により説明する。一般的にこの種の電気掃除機は、真空掃除機と呼ばれることもあり、ファンモータ5で発生された負圧により、空気流が生じ、床ノズル10に設けられた唯一の開口部から空気が入り込む。その時同時にゴミも中に吸い込まれるわけである。圧力センサ7は、この空気流の流路に設けられ、圧力を検出する。本実施例では集塵室15とファンモータ5のに置かれている。図12は各種床面に床ノズル11をおいた場合の圧カセンサ7の出力を示す。同図(イ)は、床ノズル11を空中に浮かせている場合で、圧カセンサ7の出力は大気圧に近いが、床ノズル11を床の上にのせると、圧カセンサ7の検出値は小さくなる。同図(ロ)は床ノズル11を畳にのせた場合で、空中においた場合よりも少し小さくなる。同図(ハ)及び(ニ)は絨毯にのせた場合で、(ハ)より(ニ)の方が毛足が長い。ゴミのとれにくさから各種床面を順序づけると、フローリング<畳<毛足の短い繊毯<毛足の長い絨毯(もっとも取れにくい)となっており、この順序でファンモータ5の吸い込み力を大きくする方が清掃効率の面でよい。圧カセンサ7の検出値も毛足の長い繊毯はど小さくなっている。
【0025】
吸い込み力設定手段2は、圧カセンサ7の検出値が小さいほど、ファンモータ5の吸い込み力の基準値を大きく設定する。圧カセンサ7の検出値に応じて設定されたファンモータ5の吸い込み力の基準値は、ファンモータ制御信号発生手段3により記憶手段32に記憶された制御情報が加算されてファンモータ5の吸い込み力制御信号として、ファンモータ駆動手段4に出力される。
【0026】
次に本発明の第4の実施例を図13、14、15、16をもとに説明する。吸い込み力の基準値は操作部1あるいはゴミセンサ6により設定されるが、これらの流れは前述のとおりであるのでここでは省略する。吸い込み力設定手段2で設定された吸い込み力の基準値は、ファンモータ制御信号発生手段3に内蔵されたカオス信号発生手段35によって発生されたカオス信号と加算され、ファンモータ5の制御信号としてファンモータ駆動手段4に出力される。すなわち、吸い込み力はカオス信号に応じて変化することになる。
【0027】
次に、カオス信号発生手段35の一例につき説明する。カオス信号を作り出す関数の一例として下記に示す関数がある。
【0028】
F(X)=2×X(0≦X<0.5)
F(X)=2×(1−X)(0.5≦X≦1)
上記数式を示すと図13のグラフとなる。この図13のグラフを用いてカオス信号を発生させる方法を説明する。すなわち、初期値AをF(X)のX値として計算すると、F(X)=X1となる。このX1を再度F(X)のX値として計算する。この結果はF(X)=X2となり、このX2を再びF(X)のX値として計算し、F(X)=X3なる結果を得る。上記内容の計算をN回くり返すと、X1、X2、X3・・・・X(N)を得ることができる。つまり、上記計算をくり返して得られるX(n)は、カオス的に変化するものであることは知られており、そのデータX(n)をカオス信号として用いることができる。
【0029】
具体的な構成を図14により説明する。図において、80は初期値入力手段で、初期値AをX値として関数演算手段81に出力する。関数演算手段81はX=Aとして上記関数F(X)を演算し、その演算結果をカオス信号として出力する。関数演算手段81の演算結果は演算値記憶手段82に記憶され、この記憶された値を再び関数演算手段82のX値として入力する構成としている。83は発生回数比較手段で、関数演算手段81で演算した回数が所定値に達すると関数演算手段81の動作を停止するものである。
【0030】
上記カオス信号発生手段35の動作を図15により説明する。まず、n=0、関数F(X)の初期値X0をA、回数Nの初期値をBとする(ステップ91〜93)。次にF(X)の演算をし、この演算結果を次回のF(X)のX値、すなわちXn+1として記憶する(ステップ94)。次にnの値を1加算し(ステップ95)、このn値が初期に設定した回数Nに到達したかどうか判断する(ステップ96)。到達していなければ上記ステップ94〜96をくり返し、到達すればプログラムを終了する。
【0031】
上記カオス信号発生手段35のカオス信号は図16に示すように変化し、このカオス信号を基準値に加算することにより吸い込み力を決定すれば、ファンモータの吸い込み力はカオス信号により制御され、常時変化させることができる。なお、このカオス信号を使う場合にも上記第1の実施例で説明したように、基準値より上方に出る面積が下方に出る面積より小さくすることで消費電力を抑制することができ、また、基準値よりも大きい信号でファンモータを制御することで集塵効率の低下を防止することもできる。
【0032】
なお、上記カオス信号発生手段35では関数F(X)を用いたが、この関数以外にもカオス信号を発牲できる関数、例えばベルヌーイ関数を用いてもよく、また、電気回路でカオス信号を発生させてもよく、要は、カオス信号を発生できるものであればよい。
【0033】
また、上述した各実施例では図2に示す一般的な電気掃除機に応用した例を示したが、例えば、各部屋に設けた吸引ロに床ノズルを接続したホースの一端側を取り付けるセントラル型電気掃除機に応用することもでき、要は、ファンモータを備えた電気掃除機に利用することができるものである。
【0034】
【発明の効果】
以上の実施例の説明から明らかな通り、請求項1記載の発明によれば、吸い込み力設定手段で設定されたファンモータの吸い込み力の基準値と、カオス信号発生手段より発生された制御値との演算処理により、周期的なファンモータの吸い込み力が変化値を発生するようにしたため、簡単な構成で周期的に変化するようにファンモータの制御信号を発生させることができ、集塵効率を落とすことなく、平均の消費電力を小さくできるという効果を得ることができる。加えて、カオス信号をもとにしているため、カオス的にファンモータが回転するため、変化のパターンは一義的ではなく、ファンモータからでる回転音が使用者にとって心地よいものとなる。
【0035】
また、請求項2記載の発明によれば、使用者が操作手段によって設定したファンモータの吸い込み力の期待値から、ファンモータの吸い込み力の基準値を設定し、この基準値に対して、ファンモータ制御信号発生手段が周期的にファンモータの吸い込み力が変化するように制御信号を発生する構成としたため、集塵効率を落とすことなく、平均の消費電力を小さくできるという効果を得ることができるとともに、使用者が設定した吸い込み力を基準にファンモータの吸い込み力を変化させるので、使用者が判断した床面やゴミ量に適した吸い込み力の範囲で効果的に掃除を行うものである。
【0036】
また、請求項3記載の発明によれば、ゴミセンサを有していて、ゴミ量の大小によって決定したファンモータの吸い込み力の基準値に対して、ファンモータ制御信号発生手段が周期的にファンモータの吸い込み力が変化するように制御信号を発生する構成としたため、集塵効率を落とすことなく、平均の消費電力を小さくできるという効果を得ることができる。加えて、ゴミの量に応じてファンモータの吸い込み力を変化させるので、ゴミの少ない床面では吸い込み力は小さくなり、より一層省エネが図れるものである。
【0037】
また、請求項4記載の発明によれば、圧力センサを有していて、床面の種類に応じて決定したファンモータの吸い込み力の基準値に対して、ファンモータ制御信号発生手段が周期的にファンモータの吸い込み力が変化するように制御信号を発生する構成としたため、集塵効率を落とすことなく、平均の消費電力を小さくできるという効果を得ることができる。加えて、床面に応じてファンモータの吸い込み力を変化させるので、ゴミの取れにくい床面では吸い込み力を大きく、ゴミの取れやすい床面では吸い込み力は小さくなり、ゴミの取れにくさに応じてファンモータの吸い込み力の基準値を変えることができる。よって、床面に応じた最適な集塵力を得ることができ、より一層省エネが図れるものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1の実施例を示す電気掃除機のブロック図
【図2】 同電気掃除機の外観斜視図
【図3】 同電気掃除機のファンモータ制御信号発生手段のブロック図
【図4】 (a)同ファンモータ制御信号発生手段の動作を示すフローチャート
(b)同ファンモータ制御信号発生手段の記憶手段の記憶内容を示す図
【図5】 (a)吸い込み力の変化の一例を示す図
(b)消費電力の変化の一例を示す図
【図6】 同電気掃除機の回路図
【図7】 同実施例の回路の動作を示す波形図
【図8】 本発明の第2の実施例を示す電気掃除機のブロック図
【図9】 (a)同ゴミセンサの構成を示すブロック図
(b)同ゴミセンサの出力波形図
【図10】 ゴミ量と吸い込み力の基準値の関係を示した図
【図11】 本発明の第3の実施例を示す電気掃除機のブロック図
【図12】 同圧力センサの出力を示した図
【図13】 カオス信号を発生させる関数を示す図
【図14】 本発明の第4の実施例を示すカオス信号発生手段のブロック図
【図15】 同カオス信号発生手段の動作を示すフローチャート
【図16】 同カオス信号の波形図
【符号の説明】
1 操作部
2 吸い込み力発生手段
3 ファンモータ制御信号発生手段
4 ファンモータ駆動手段
5 ファンモータ
10 床ノズル
15 集塵室

Claims (4)

  1. 床面のゴミを掻き上げる床ノズルと、床ノズルで掻き上げたゴミを吸い込むファンモータと、吸い込んだゴミを収納する集塵室と、前記ファンモータの吸い込み力の基準値を設定する吸い込み力設定手段と、カオス信号を発生するカオス信号発生手段と、前記吸い込み力設定手段によって設定された吸い込み力の基準値を基準とし前記カオス信号発生手段の信号をもとに周期的に吸い込み力が変化するようにファンモータの制御信号を発生させるファンモータ制御信号発生手段とを有した電気掃除機。
  2. 吸い込み力を設定する操作部を有し、吸い込み力設定手段は前記操作部の設定情報からファンモータの吸い込み力の基準値を設定する構成とした請求項1記載の電気掃除機。
  3. 床面のゴミを検出するゴミセンサを有し、吸い込み力設定手段は前記ゴミセンサの出力情報からファンモータの吸い込み力の基準値を設定する構成とした請求項1記載の電気掃除機。
  4. ファンモータより発生する負圧を検出する圧力センサを有し、吸い込み力設定手段は前記圧力センサの出力情報からファンモータの吸い込み力の基準値を設定する構成とした請求項1記載の電気掃除機。
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