JP3952361B2 - 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、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】
電池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、または、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掃除機の例としては、例えば、特開２００１−１６８４５公報がある。）
【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、コンバータ回路を用いて電池電圧を昇圧し、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がある。しかしながら、このコンバータ回路を、電気掃除機に搭載した場合、掃除状態の変化による負荷変動によって、電動送風機の入力電圧が大きく変動してしまうという問題がある。
【０００６】
さらに、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、その回路に含まれる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使用時間が短くなってしまい、頻繁に充電する必要性を生じさせてしまうという問題も有する。
【０００７】
本発明の目的は、ゴミ吸取り能力に優れながら、小型で軽量な電気掃除機を得ることである。
【０００８】
本発明の目的は、負荷変動に対しても、電動送風機を安定して動作させる電気掃除機を提供することである。
【０００９】
本発明の目的は、１回の充電当りの電池使用時間を長くもたせることができる電気掃除機を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の電気掃除機は、直流電源を駆動源として回転駆動される電動送風機と、この電動送風機の駆動状態を選択する操作部と、エネルギーの蓄積が可能な磁気部品と第１のスイッチング素子とを有し、前記第１のスイッチング素子をＰＷＭ信号によってＰＷＭ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り返して前記直流電源の電圧を昇圧した電圧を前記電動送風機に出力する昇圧コンバータ回路と、前記昇圧コンバータ回路で昇圧された電動送風機の入力電圧を検出する入力電圧検出部と、前記入力電圧検出部の検出値に基づいて、前記第１のスイッチング素子に対して付与するＰＷＭ信号の周波数とデューティとの少なくとも一方を変化させ、前記電動送風機の入力電圧を制御するＰＷＭ制御手段と、前記操作部による選択に従い、前記昇圧コンバータ回路を昇圧動作させる昇圧運転モードと昇圧動作させない非昇圧運転モードとを選択自在に切替える昇圧選択手段と、前記昇圧コンバータ回路と前記電動送風機との間に接続され、これらの昇圧コンバータ回路と電動送風機との間のオン・オフを制御して前記非昇圧運転モードにおける前記電動送風機の入力を可変するための制御信号が入力される制御端子を有する第２のスイッチング素子と、前記非昇圧運転モードでは、前記制御端子に制御信号を入力して前記第２のスイッチング素子のオンの割合を制御するとともに、前記昇圧運転モードでは、前記制御端子に制御信号を入力して前記第２のスイッチング素子が常時オンになるように制御する手段と、を具備する。
【００１１】
したがって、掃除状態の変化による負荷が変動したとしても、電動送風機の入力電圧が大きく変動することはない。また、昇圧コンバータ回路を昇圧動作させる昇圧運転モードと昇圧動作させない非昇圧運転モードとが選択自由に切替えられることから、必要な場合にのみ昇圧動作させることで、１回の充電当たりの電池使用時間を長くもたせることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図１ないし図９に基づいて説明する。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が着脱自在に取り付けられて構成されている。
【００１３】
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部としての操作ボタン９が設けられている。
【００１４】
この操作ボタン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。
【００１５】
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り付けられている。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。
【００１６】
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である第２のスイッチング素子１２を介して電源回路に接続されている。第２のスイッチング素子１２の制御端子には、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、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、手元操作部７の操作ボタン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る。
【００１７】
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第１のスイッチング素子２１、ダイオード２２、コンデンサ２３およびＰＷＭ制御手段１５などにより構成されている。
【００１８】
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。
【００１９】
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にリアクトル２０の一方の端子が接続され、リアクトル２０の他方の端子と第１のスイッチング素子２１の一方の端子が接続され、第１のスイッチング素子２１の他方の端子と共通端子Ｐｂが接続され、第１のスイッチング素子２１の制御端子に対してＰＷＭ制御手段１５の出力側が接続され、リアクトル２０と第１のスイッチング素子２１との接続点とダイオード２２（逆流防止素子）の一方の端子が接続され、ダイオード２２の他方の端子とコンデンサ２３の一方の端子が接続され、コンデンサ２３の他方の端子と共通端子Ｐｂが接続され、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、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。
【００２０】
ここで、動作について説明する。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ＰＷＭパルス（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ パルス）に基づいて、第１のスイッチング素子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共に、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。
【００２１】
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。このような「強」運転モード時には、昇圧コンバータ回路１９が動作する（昇圧選択手段）。
【００２２】
そこで、昇圧コンバータ回路１９の昇圧動作を次に説明する。ＰＷＭ制御手段１５から出力されるパルス信号により第１のスイッチング素子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にエネルギーが蓄えられる。次に、ＰＷＭ制御手段１５により第１のスイッチング素子２１をオフにすると、リアクトル２０に蓄積されているエネルギーは、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により第１のスイッチング素子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。
【００２３】
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。
【００２４】
ここで、本実施の形態の電源回路は、昇圧した電圧、すなわち電動送風機６の入力電圧を検出し、その検出値に基づいて、ＰＷＭ制御手段１５から第１のスイッチング素子２１に対して出力するＰＷＭ信号の少なくとも周波数又はオン時間／（オン時間＋オフ時間）で定義されるデューティを変化させることにより、電動送風機６の入力電圧を一定に保つように制御する、いわゆる、フィードバック制御（閉ループ制御）を行う。そこで、本実施の形態では、電動送風機６の入力電圧を検出するために、入力電圧検出部としての電動送風機入力電圧検出部２５が設けられている。
【００２５】
次に、電動送風機６の入力電圧の検出値に基づいて、ＰＷＭ制御手段１５から第１のスイッチング素子２１に対して出力するＰＷＭ信号の少なくとも周波数又はデューティを変化させることにより、電動送風機６の入力電圧を一定に保つようにフィードバック制御する方法の具体的な例を図３及び図４を参照して説明する。
【００２６】
図３に示すように、電動送風機６の入力電圧を電動送風機入力電圧検出部２５により検出し、その検出値をフィルタ部２６において電気掃除機１に適した応答特性を得るためにフィルタリングし、その値を基準設定電圧と比較し、誤差電圧を得る。そして、その誤差電圧に基づいて、ＰＷＭ信号発生部２７から昇圧コンバータ回路１９の第１のスイッチング素子２１へＰＷＭ信号が出力され、直流電源１０の電圧を昇圧するとともに、その昇圧された電圧、つまり、電動送風機６の入力電圧が一定になるように制御される。
【００２７】
より詳しい例を図４を参照して説明する。まず、操作ボタン９の操作に従い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２８に、基準設定電圧部２９と電動送風機入力電圧検出部２５からそれぞれ信号が入力され、その出力信号と発振部３０から発振される三角波信号とがＰＷＭ比較部３１に入力される。三角波信号を発振する発振部３０としては周知のものを用いればよい。そして、ＰＷＭ比較部３１からＰＷＭ信号が出力され、第１のスイッチング素子２１のオン・オフを制御する。ここで、発振部３０から発振される三角波信号の周波数を設定することによりＰＷＭ信号の周波数を変化させることができる。そして、分圧比Ｒ１／Ｒ２を設定することにより、電動送風機６の帰還電圧のレベルを設定することができる。また、応答性を調整するためにフィルタ部２６を設ける。このＰＷＭ制御手段１５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る。
【００２８】
ＰＷＭ信号の周波数を一定にした場合、例えば、負荷などの外乱や第１のスイッチング素子２１のオン・オフ動作などにより電動送風機６の入力電圧が下がり、基準設定電圧よりも帰還電圧が低くなれれば、デューティを大きくするように制御され、逆に、電動送風機６の入力電圧が上がり、基準設定電圧よりも帰還電圧が高くなれば、デューティを小さくするように制御される。この方法は、ＰＷＭ信号の周波数を一定にし、ＰＷＭ信号のデューティを変化させるだけで、入力電圧を一定に制御することが可能なので、ＰＷＭ制御手段１５の構成を簡素化することができる。
【００２９】
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。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。
【００３０】
ここで、本実施の形態における電気掃除機１の動作を昇圧コンバータ回路１９の動作の一例と共に図５を参照して詳しく説明する。
【００３１】
最初に、昇圧コンバータ回路１９の動作の概略を説明する。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」運転モード出力Ｗ２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」運転モード出力到達した時間をＴ２とする。そして、この時間Ｔ０と時間Ｔ２との間で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Ｗ２になる前には、昇圧コンバータ回路１９を動作させる。
【００３２】
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、電動送風機６の入力電圧の検出値に基づいて、ＰＷＭ制御手段１５から第１のスイッチング素子２１に対して出力するＰＷＭ信号の少なくとも周波数又はデューティを変化させることにより、電動送風機６の入力電圧を一定に保つように制御する。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無い。
【００３３】
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、電動送風機６の入力電圧の検出値に基づいて、ＰＷＭ制御手段１５から第１のスイッチング素子２１に対して出力するＰＷＭ信号の少なくとも周波数又はデューティを変化させることにより、電動送風機６の入力電圧を一定に保つように制御することにより、掃除状態の変化による負荷が変動したとしても、電動送風機６の入力電圧が大きく変動することはない。
【００３４】
次に、操作ボタン９において、「弱」用の操作ボタン９ａ、「中」用の操作ボタン９ｂ及び「強」用の操作ボタン９ｄが操作された場合の電気掃除機１の動作を昇圧コンバータ回路１９の動作と共に図６を参照して詳しく説明する。
【００３５】
停止状態にある電気掃除機１において、まず、「弱」用の操作ボタン９ａを操作すると、電動送風機制御手段１４からオン・オフ信号が出力され、その信号に基づき第２のスイッチング素子１２がオン・オフ動作を繰り返し、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「弱」運転モード出力Ｗ４まで、電気掃除機１の出力が上昇する。
【００３６】
この状態から、「中」用の操作ボタン９ｂを操作すると、電動送風機制御手段１４により、「弱」運転モードの時よりもオン時間の割合が大きい信号が出力され、その信号に基づき第２のスイッチング素子１２のオン・オフ動作が繰り返され、予め設定された「中」運転モード出力Ｗ６まで、電気掃除機１の出力が上昇する。
【００３７】
このように「弱」用の操作ボタン９ａ又は「中」用の操作ボタン９ｂが操作された場合には、制御手段１３におけるＰＷＭ制御手段１５は、第１のスイッチング素子２１をオンにせず、したがって、昇圧コンバータ回路１９を動作させない（昇圧選択手段）。
【００３８】
これに対して、「強」用の操作ボタン９ｄを操作すると、電動送風機制御手段１４から常時オンの信号が出力され、その信号に基づき第２のスイッチング素子１２が常時オンの動作をし、予め設定された「強」運転モード出力Ｗ８まで、電気掃除機１の出力が上昇する（昇圧選択手段）。
【００３９】
「強」用の操作ボタン９ｄを操作した時間を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、制御手段１３におけるＰＷＭ制御手段１５が第１のスイッチング素子２１をオン・オフさせて昇圧コンバータ回路１９を動作させるようになっているが、少なくとも、Ｔ８になる前に、昇圧コンバータ回路１９を動作させればよい。そしてこの時、電動送風機６の入力電圧の検出値に基づいて、ＰＷＭ制御手段１５から第１のスイッチング素子２１に対して出力するＰＷＭ信号の少なくとも周波数又はデューティを変化させることにより、電動送風機６の入力電圧を一定に保つように制御する。
【００４０】
ここで、本実施の形態の例では、「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、電動送風機６の入力電圧の検出値に基づいて、ＰＷＭ制御手段１５から第１のスイッチング素子２１に対して出力するＰＷＭ信号の少なくとも周波数又はデューティを変化させることにより、電動送風機６の入力電圧を一定に保つように制御する。これにより、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。
【００４１】
つまり、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である電池一回の充電当たりの使用時間を短くしてしまう。そこで、本実施の形態では、電気掃除機１の運転モードとして、「弱」用の操作ボタン９ａ又は「中」用の操作ボタン９ｂが操作された場合の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、「強」用の操作ボタン９ｄを操作が操作された場合の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。また、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。
【００４２】
次に、電気掃除機１の動作と昇圧コンバータ回路１９の動作とを制御する別の一例を図７を参照して詳しく説明する。この例は、「中」運転モードにおける第２のスイッチング素子１２の動作が図６に示した一例と異なっている。図６に示す一例では、「中」運転モード時に、電動送風機制御手段１４から出力されるオン・オフ信号によって第２のスイッチング素子１２がオン・オフ動作を繰り返している。一方、図７に示す例では、「中」運転モード時に、電動送風機制御手段１４から常時オンの信号が出力され、その信号に基づき第２のスイッチング素子１２が常時オンの動作をしている。但し、この時、昇圧コンバータ回路１９は動作させない。
【００４３】
図６に例示する制御例と図７に例示する制御例とで共通していることは、昇圧運転モード時に、電動送風機制御手段１４から出力される信号により、第２のスイッチング素子１２を常時オンさせていることである。昇圧運転モード時における第２のスイッチング素子１２の動作状態としては２通りある。一つは、オン・オフを繰り返す動作状態であり、もう一つは、常時オンである動作状態である。このそれぞれの状態において昇圧運転モードを設定しようとすると、フィルタ部２６において、その両方に適合するフィードバック制御の応答性を調整する必要がある。しかしながら、第２のスイッチング素子１２がオン・オフを繰り返す状態と常時オンの状態とでは、インピーダンスの変化度合の違いなどにより、動作中における電動送風機６の入力電圧の変化に伴う挙動変化が大きく異なり、フィルタ部２６における応答性の調整が難しくなる。
【００４４】
そこで、第２のスイッチング素子１２が常時オンの状態の時にのみに、昇圧運転モードを設定することによって、電動送風機６の入力電圧のフィードバック制御において、フィルタ部２６における応答性の調整が容易になる。フィルタ部２６の構成に関しては、図４に示すものばかりではなく、例えば、ＰＷＭ制御手段１５をマイコンで構成した場合、フィルタ機能をディジタルフィルタリングなどで実現することもできる。
【００４５】
また、制御手段１３内にあるタイマ１７、電気掃除機１内に設けられた温度検出手段２４、及び電動送風機入力電圧検出部２５などを用い、予め設定した時間設定値、温度設定値又は電圧設定値に基づいて、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。例えば、昇圧コンバータ回路１９はその動作中の損失により、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すると、昇圧動作を止めたりすることが実施可能である。また、昇圧コンバータ回路１９が誤動作し、電動送風機６の入力電圧が高くなり電圧設定値に達した場合には、電気掃除機１の安全性を確保するために、昇圧動作を止めたりすることも実施可能である。また、図示しないが、電動送風機６に流れる電流が電流設定値に達した場合にも、同様の制御を行うことができる。さらに、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、電池一回の充電当たりの使用時間を長くさせることもできる。
【００４６】
このように、予め設定した時間設定値、温度設定値、電圧設定値又は電流設定値に基づいて、昇圧コンバータ回路１９の動作を自動的にオフさせる機能を持たせることより、電気掃除機１の安全性や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および信頼性を確保したり、また、電池一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。
【００４７】
本発明の第二の実施の形態を図８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と２次巻線４２ｂは逆接続されている。
【００４８】
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とを有し、入力端子Ｐａとトランス４２の１次巻線４２ａの一方の端子とが接続され、トランス４２の１次巻線４２ａの他方の端子と第１のスイッチング素子２１の一方の端子とが接続され、第１のスイッチング素子２１の他方の端子と入力側共通端子Ｐｄとが接続され、第１のスイッチング素子２１の制御端子に対して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の一方の端子がダイオード２２の一方の端子に接続され、ダイオード２２の他方の端子とコンデンサ２３の一方の端子とが接続され、コンデンサ２３の他方の端子とトランス４２の２次巻線４２ｂの他方の端子とが接続され、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とトランス４２の２次巻線４２ｂとの接続点が出力側共通端子Ｐｅに接続され、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。
【００４９】
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第１のスイッチング素子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。
【００５０】
次に、ＰＷＭ制御手段１５により第１のスイッチング素子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。
【００５１】
このような構成において、電動送風機６の入力電圧の検出値に基づいて、ＰＷＭ制御手段１５から第１のスイッチング素子２１に対して出力するＰＷＭ信号の少なくとも周波数又はデューティを変化させることにより、電動送風機６の入力電圧を一定に保つように制御する。
【００５２】
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。
【００５３】
本発明の第三の実施の形態を図９に基づいて説明する。図９は本実施の形態の操作部としての操作ボタン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、及び運転モードである「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）であり、「パワー」運転モードは、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。そして、「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。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。
【００５４】
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、使用者に分かり易く示しているものである。このような操作ボタン５１における操作表示方式によれば、昇圧していることをより使用者に分かり易く示すことができる。
【００５５】
また、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とが別個に設けられており、また、昇圧コンバータ回路１９を動作させる操作ボタン５１ｅの表記文字として、「強」のように「中」や「弱」との関連を連想させる文字が使用されず、「パワー」のような全く態様の異なる文字が使用されている。これらのことから、本実施の形態では、「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ということを、使用者に分かり易く示すことができ、また、「パワー」運転モードは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）であることを使用者に分かり易く示すことができる。
【００５６】
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（又は４１）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置することにより、操作ボタン５１ｅがゴミ吸込み能力が最高であることを使用者により意識させ易くすることができる。
【００５７】
【発明の効果】
本発明の電気掃除機によれば、昇圧コンバータ回路を動作させ、さらに、電動送風機の入力電圧の検出値に基づいてＰＷＭ制御手段から第１のスイッチング素子に対して出力するＰＷＭ信号の少なくとも周波数又はデューティを変化させることにより、掃除状態の変化による負荷が変動したとしても、電動送風機の入力電圧が大きく変動することはなく、電動送風機を安定して動作させることができる。また、昇圧コンバータ回路を昇圧動作させる昇圧運転モードと昇圧動作させない非昇圧運転モードとが選択自由に切替えられることから、必要な場合にのみ昇圧動作させることで、１回の充電当たりの電池使用時間を長くもたせることができる。
【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】電動送風機の入力電圧のフィードバック制御系のブロック線図である。
【図４】ＰＷＭ制御手段の構成例の一例を示す回路図である。
【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】電気掃除機の動作制御例の他例を示す説明図である。
【図８】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９】本発明の第三の実施の形態の操作部を示す平面図である。
【符号の説明】
６…電動送風機、９、５１…操作部（操作ボタン）、１０…直流電源、１２…第２のスイッチング素子、１５…ＰＷＭ制御手段、１９、４１…昇圧コンバータ回路、２０…リアクトル、磁気部品、２１…第１のスイッチング素子、２２…逆流防止素子、ダイオード、２３…コンデンサ、２５…入力電圧検出部（電動送風機入力電圧検出部）、４２…トランス、磁気部品、５１ｅ…昇圧用スイッチ（操作ボタン）、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
【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】
電池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、または、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掃除機の例としては、例えば、特開２００１−１６８４５公報がある。）
【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、コンバータ回路を用いて電池電圧を昇圧し、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がある。しかしながら、このコンバータ回路を、電気掃除機に搭載した場合、掃除状態の変化による負荷変動によって、電動送風機の入力電圧が大きく変動してしまうという問題がある。
【０００６】
さらに、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、その回路に含まれる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使用時間が短くなってしまい、頻繁に充電する必要性を生じさせてしまうという問題も有する。
【０００７】
本発明の目的は、ゴミ吸取り能力に優れながら、小型で軽量な電気掃除機を得ることである。
【０００８】
本発明の目的は、負荷変動に対しても、電動送風機を安定して動作させる電気掃除機を提供することである。
【０００９】
本発明の目的は、１回の充電当りの電池使用時間を長くもたせることができる電気掃除機を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の電気掃除機は、直流電源を駆動源として回転駆動される電動送風機と、この電動送風機の駆動状態を選択する操作部と、エネルギーの蓄積が可能な磁気部品と第１のスイッチング素子とを有し、前記第１のスイッチング素子をＰＷＭ信号によってＰＷＭ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り返して前記直流電源の電圧を昇圧した電圧を前記電動送風機に出力する昇圧コンバータ回路と、前記昇圧コンバータ回路で昇圧された電動送風機の入力電圧を検出する入力電圧検出部と、前記入力電圧検出部の検出値に基づいて、前記第１のスイッチング素子に対して付与するＰＷＭ信号の周波数とデューティとの少なくとも一方を変化させ、前記電動送風機の入力電圧を制御するＰＷＭ制御手段と、前記操作部による選択に従い、前記昇圧コンバータ回路を昇圧動作させる昇圧運転モードと昇圧動作させない非昇圧運転モードとを選択自在に切替える昇圧選択手段と、前記昇圧コンバータ回路と前記電動送風機との間に接続され、これらの昇圧コンバータ回路と電動送風機との間のオン・オフを制御して前記非昇圧運転モードにおける前記電動送風機の入力を可変するための制御信号が入力される制御端子を有する第２のスイッチング素子と、前記非昇圧運転モードでは、前記制御端子に制御信号を入力して前記第２のスイッチング素子のオンの割合を制御するとともに、前記昇圧運転モードでは、前記制御端子に制御信号を入力して前記第２のスイッチング素子が常時オンになるように制御する手段と、を具備する。
【００１１】
したがって、掃除状態の変化による負荷が変動したとしても、電動送風機の入力電圧が大きく変動することはない。また、昇圧コンバータ回路を昇圧動作させる昇圧運転モードと昇圧動作させない非昇圧運転モードとが選択自由に切替えられることから、必要な場合にのみ昇圧動作させることで、１回の充電当たりの電池使用時間を長くもたせることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図１ないし図９に基づいて説明する。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が着脱自在に取り付けられて構成されている。
【００１３】
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部としての操作ボタン９が設けられている。
【００１４】
この操作ボタン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。
【００１５】
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り付けられている。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。
【００１６】
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である第２のスイッチング素子１２を介して電源回路に接続されている。第２のスイッチング素子１２の制御端子には、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、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、手元操作部７の操作ボタン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る。
【００１７】
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第１のスイッチング素子２１、ダイオード２２、コンデンサ２３およびＰＷＭ制御手段１５などにより構成されている。
【００１８】
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。
【００１９】
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にリアクトル２０の一方の端子が接続され、リアクトル２０の他方の端子と第１のスイッチング素子２１の一方の端子が接続され、第１のスイッチング素子２１の他方の端子と共通端子Ｐｂが接続され、第１のスイッチング素子２１の制御端子に対してＰＷＭ制御手段１５の出力側が接続され、リアクトル２０と第１のスイッチング素子２１との接続点とダイオード２２（逆流防止素子）の一方の端子が接続され、ダイオード２２の他方の端子とコンデンサ２３の一方の端子が接続され、コンデンサ２３の他方の端子と共通端子Ｐｂが接続され、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、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。
【００２０】
ここで、動作について説明する。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ＰＷＭパルス（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ パルス）に基づいて、第１のスイッチング素子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共に、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。
【００２１】
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。このような「強」運転モード時には、昇圧コンバータ回路１９が動作する（昇圧選択手段）。
【００２２】
そこで、昇圧コンバータ回路１９の昇圧動作を次に説明する。ＰＷＭ制御手段１５から出力されるパルス信号により第１のスイッチング素子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にエネルギーが蓄えられる。次に、ＰＷＭ制御手段１５により第１のスイッチング素子２１をオフにすると、リアクトル２０に蓄積されているエネルギーは、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により第１のスイッチング素子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。
【００２３】
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。
【００２４】
ここで、本実施の形態の電源回路は、昇圧した電圧、すなわち電動送風機６の入力電圧を検出し、その検出値に基づいて、ＰＷＭ制御手段１５から第１のスイッチング素子２１に対して出力するＰＷＭ信号の少なくとも周波数又はオン時間／（オン時間＋オフ時間）で定義されるデューティを変化させることにより、電動送風機６の入力電圧を一定に保つように制御する、いわゆる、フィードバック制御（閉ループ制御）を行う。そこで、本実施の形態では、電動送風機６の入力電圧を検出するために、入力電圧検出部としての電動送風機入力電圧検出部２５が設けられている。
【００２５】
次に、電動送風機６の入力電圧の検出値に基づいて、ＰＷＭ制御手段１５から第１のスイッチング素子２１に対して出力するＰＷＭ信号の少なくとも周波数又はデューティを変化させることにより、電動送風機６の入力電圧を一定に保つようにフィードバック制御する方法の具体的な例を図３及び図４を参照して説明する。
【００２６】
図３に示すように、電動送風機６の入力電圧を電動送風機入力電圧検出部２５により検出し、その検出値をフィルタ部２６において電気掃除機１に適した応答特性を得るためにフィルタリングし、その値を基準設定電圧と比較し、誤差電圧を得る。そして、その誤差電圧に基づいて、ＰＷＭ信号発生部２７から昇圧コンバータ回路１９の第１のスイッチング素子２１へＰＷＭ信号が出力され、直流電源１０の電圧を昇圧するとともに、その昇圧された電圧、つまり、電動送風機６の入力電圧が一定になるように制御される。
【００２７】
より詳しい例を図４を参照して説明する。まず、操作ボタン９の操作に従い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２８に、基準設定電圧部２９と電動送風機入力電圧検出部２５からそれぞれ信号が入力され、その出力信号と発振部３０から発振される三角波信号とがＰＷＭ比較部３１に入力される。三角波信号を発振する発振部３０としては周知のものを用いればよい。そして、ＰＷＭ比較部３１からＰＷＭ信号が出力され、第１のスイッチング素子２１のオン・オフを制御する。ここで、発振部３０から発振される三角波信号の周波数を設定することによりＰＷＭ信号の周波数を変化させることができる。そして、分圧比Ｒ１／Ｒ２を設定することにより、電動送風機６の帰還電圧のレベルを設定することができる。また、応答性を調整するためにフィルタ部２６を設ける。このＰＷＭ制御手段１５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る。
【００２８】
ＰＷＭ信号の周波数を一定にした場合、例えば、負荷などの外乱や第１のスイッチング素子２１のオン・オフ動作などにより電動送風機６の入力電圧が下がり、基準設定電圧よりも帰還電圧が低くなれれば、デューティを大きくするように制御され、逆に、電動送風機６の入力電圧が上がり、基準設定電圧よりも帰還電圧が高くなれば、デューティを小さくするように制御される。この方法は、ＰＷＭ信号の周波数を一定にし、ＰＷＭ信号のデューティを変化させるだけで、入力電圧を一定に制御することが可能なので、ＰＷＭ制御手段１５の構成を簡素化することができる。
【００２９】
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。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。
【００３０】
ここで、本実施の形態における電気掃除機１の動作を昇圧コンバータ回路１９の動作の一例と共に図５を参照して詳しく説明する。
【００３１】
最初に、昇圧コンバータ回路１９の動作の概略を説明する。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」運転モード出力Ｗ２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」運転モード出力到達した時間をＴ２とする。そして、この時間Ｔ０と時間Ｔ２との間で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Ｗ２になる前には、昇圧コンバータ回路１９を動作させる。
【００３２】
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、電動送風機６の入力電圧の検出値に基づいて、ＰＷＭ制御手段１５から第１のスイッチング素子２１に対して出力するＰＷＭ信号の少なくとも周波数又はデューティを変化させることにより、電動送風機６の入力電圧を一定に保つように制御する。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無い。
【００３３】
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、電動送風機６の入力電圧の検出値に基づいて、ＰＷＭ制御手段１５から第１のスイッチング素子２１に対して出力するＰＷＭ信号の少なくとも周波数又はデューティを変化させることにより、電動送風機６の入力電圧を一定に保つように制御することにより、掃除状態の変化による負荷が変動したとしても、電動送風機６の入力電圧が大きく変動することはない。
【００３４】
次に、操作ボタン９において、「弱」用の操作ボタン９ａ、「中」用の操作ボタン９ｂ及び「強」用の操作ボタン９ｄが操作された場合の電気掃除機１の動作を昇圧コンバータ回路１９の動作と共に図６を参照して詳しく説明する。
【００３５】
停止状態にある電気掃除機１において、まず、「弱」用の操作ボタン９ａを操作すると、電動送風機制御手段１４からオン・オフ信号が出力され、その信号に基づき第２のスイッチング素子１２がオン・オフ動作を繰り返し、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「弱」運転モード出力Ｗ４まで、電気掃除機１の出力が上昇する。
【００３６】
この状態から、「中」用の操作ボタン９ｂを操作すると、電動送風機制御手段１４により、「弱」運転モードの時よりもオン時間の割合が大きい信号が出力され、その信号に基づき第２のスイッチング素子１２のオン・オフ動作が繰り返され、予め設定された「中」運転モード出力Ｗ６まで、電気掃除機１の出力が上昇する。
【００３７】
このように「弱」用の操作ボタン９ａ又は「中」用の操作ボタン９ｂが操作された場合には、制御手段１３におけるＰＷＭ制御手段１５は、第１のスイッチング素子２１をオンにせず、したがって、昇圧コンバータ回路１９を動作させない（昇圧選択手段）。
【００３８】
これに対して、「強」用の操作ボタン９ｄを操作すると、電動送風機制御手段１４から常時オンの信号が出力され、その信号に基づき第２のスイッチング素子１２が常時オンの動作をし、予め設定された「強」運転モード出力Ｗ８まで、電気掃除機１の出力が上昇する（昇圧選択手段）。
【００３９】
「強」用の操作ボタン９ｄを操作した時間を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、制御手段１３におけるＰＷＭ制御手段１５が第１のスイッチング素子２１をオン・オフさせて昇圧コンバータ回路１９を動作させるようになっているが、少なくとも、Ｔ８になる前に、昇圧コンバータ回路１９を動作させればよい。そしてこの時、電動送風機６の入力電圧の検出値に基づいて、ＰＷＭ制御手段１５から第１のスイッチング素子２１に対して出力するＰＷＭ信号の少なくとも周波数又はデューティを変化させることにより、電動送風機６の入力電圧を一定に保つように制御する。
【００４０】
ここで、本実施の形態の例では、「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、電動送風機６の入力電圧の検出値に基づいて、ＰＷＭ制御手段１５から第１のスイッチング素子２１に対して出力するＰＷＭ信号の少なくとも周波数又はデューティを変化させることにより、電動送風機６の入力電圧を一定に保つように制御する。これにより、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。
【００４１】
つまり、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である電池一回の充電当たりの使用時間を短くしてしまう。そこで、本実施の形態では、電気掃除機１の運転モードとして、「弱」用の操作ボタン９ａ又は「中」用の操作ボタン９ｂが操作された場合の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、「強」用の操作ボタン９ｄを操作が操作された場合の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。また、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。
【００４２】
次に、電気掃除機１の動作と昇圧コンバータ回路１９の動作とを制御する別の一例を図７を参照して詳しく説明する。この例は、「中」運転モードにおける第２のスイッチング素子１２の動作が図６に示した一例と異なっている。図６に示す一例では、「中」運転モード時に、電動送風機制御手段１４から出力されるオン・オフ信号によって第２のスイッチング素子１２がオン・オフ動作を繰り返している。一方、図７に示す例では、「中」運転モード時に、電動送風機制御手段１４から常時オンの信号が出力され、その信号に基づき第２のスイッチング素子１２が常時オンの動作をしている。但し、この時、昇圧コンバータ回路１９は動作させない。
【００４３】
図６に例示する制御例と図７に例示する制御例とで共通していることは、昇圧運転モード時に、電動送風機制御手段１４から出力される信号により、第２のスイッチング素子１２を常時オンさせていることである。昇圧運転モード時における第２のスイッチング素子１２の動作状態としては２通りある。一つは、オン・オフを繰り返す動作状態であり、もう一つは、常時オンである動作状態である。このそれぞれの状態において昇圧運転モードを設定しようとすると、フィルタ部２６において、その両方に適合するフィードバック制御の応答性を調整する必要がある。しかしながら、第２のスイッチング素子１２がオン・オフを繰り返す状態と常時オンの状態とでは、インピーダンスの変化度合の違いなどにより、動作中における電動送風機６の入力電圧の変化に伴う挙動変化が大きく異なり、フィルタ部２６における応答性の調整が難しくなる。
【００４４】
そこで、第２のスイッチング素子１２が常時オンの状態の時にのみに、昇圧運転モードを設定することによって、電動送風機６の入力電圧のフィードバック制御において、フィルタ部２６における応答性の調整が容易になる。フィルタ部２６の構成に関しては、図４に示すものばかりではなく、例えば、ＰＷＭ制御手段１５をマイコンで構成した場合、フィルタ機能をディジタルフィルタリングなどで実現することもできる。
【００４５】
また、制御手段１３内にあるタイマ１７、電気掃除機１内に設けられた温度検出手段２４、及び電動送風機入力電圧検出部２５などを用い、予め設定した時間設定値、温度設定値又は電圧設定値に基づいて、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。例えば、昇圧コンバータ回路１９はその動作中の損失により、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すると、昇圧動作を止めたりすることが実施可能である。また、昇圧コンバータ回路１９が誤動作し、電動送風機６の入力電圧が高くなり電圧設定値に達した場合には、電気掃除機１の安全性を確保するために、昇圧動作を止めたりすることも実施可能である。また、図示しないが、電動送風機６に流れる電流が電流設定値に達した場合にも、同様の制御を行うことができる。さらに、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、電池一回の充電当たりの使用時間を長くさせることもできる。
【００４６】
このように、予め設定した時間設定値、温度設定値、電圧設定値又は電流設定値に基づいて、昇圧コンバータ回路１９の動作を自動的にオフさせる機能を持たせることより、電気掃除機１の安全性や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および信頼性を確保したり、また、電池一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。
【００４７】
本発明の第二の実施の形態を図８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と２次巻線４２ｂは逆接続されている。
【００４８】
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とを有し、入力端子Ｐａとトランス４２の１次巻線４２ａの一方の端子とが接続され、トランス４２の１次巻線４２ａの他方の端子と第１のスイッチング素子２１の一方の端子とが接続され、第１のスイッチング素子２１の他方の端子と入力側共通端子Ｐｄとが接続され、第１のスイッチング素子２１の制御端子に対して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の一方の端子がダイオード２２の一方の端子に接続され、ダイオード２２の他方の端子とコンデンサ２３の一方の端子とが接続され、コンデンサ２３の他方の端子とトランス４２の２次巻線４２ｂの他方の端子とが接続され、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とトランス４２の２次巻線４２ｂとの接続点が出力側共通端子Ｐｅに接続され、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。
【００４９】
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第１のスイッチング素子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。
【００５０】
次に、ＰＷＭ制御手段１５により第１のスイッチング素子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。
【００５１】
このような構成において、電動送風機６の入力電圧の検出値に基づいて、ＰＷＭ制御手段１５から第１のスイッチング素子２１に対して出力するＰＷＭ信号の少なくとも周波数又はデューティを変化させることにより、電動送風機６の入力電圧を一定に保つように制御する。
【００５２】
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。
【００５３】
本発明の第三の実施の形態を図９に基づいて説明する。図９は本実施の形態の操作部としての操作ボタン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、及び運転モードである「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）であり、「パワー」運転モードは、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。そして、「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。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。
【００５４】
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、使用者に分かり易く示しているものである。このような操作ボタン５１における操作表示方式によれば、昇圧していることをより使用者に分かり易く示すことができる。
【００５５】
また、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とが別個に設けられており、また、昇圧コンバータ回路１９を動作させる操作ボタン５１ｅの表記文字として、「強」のように「中」や「弱」との関連を連想させる文字が使用されず、「パワー」のような全く態様の異なる文字が使用されている。これらのことから、本実施の形態では、「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ということを、使用者に分かり易く示すことができ、また、「パワー」運転モードは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）であることを使用者に分かり易く示すことができる。
【００５６】
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（又は４１）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置することにより、操作ボタン５１ｅがゴミ吸込み能力が最高であることを使用者により意識させ易くすることができる。
【００５７】
【発明の効果】
本発明の電気掃除機によれば、昇圧コンバータ回路を動作させ、さらに、電動送風機の入力電圧の検出値に基づいてＰＷＭ制御手段から第１のスイッチング素子に対して出力するＰＷＭ信号の少なくとも周波数又はデューティを変化させることにより、掃除状態の変化による負荷が変動したとしても、電動送風機の入力電圧が大きく変動することはなく、電動送風機を安定して動作させることができる。また、昇圧コンバータ回路を昇圧動作させる昇圧運転モードと昇圧動作させない非昇圧運転モードとが選択自由に切替えられることから、必要な場合にのみ昇圧動作させることで、１回の充電当たりの電池使用時間を長くもたせることができる。
【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】電動送風機の入力電圧のフィードバック制御系のブロック線図である。
【図４】ＰＷＭ制御手段の構成例の一例を示す回路図である。
【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】電気掃除機の動作制御例の他例を示す説明図である。
【図８】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９】本発明の第三の実施の形態の操作部を示す平面図である。
【符号の説明】
６…電動送風機、９、５１…操作部（操作ボタン）、１０…直流電源、１２…第２のスイッチング素子、１５…ＰＷＭ制御手段、１９、４１…昇圧コンバータ回路、２０…リアクトル、磁気部品、２１…第１のスイッチング素子、２２…逆流防止素子、ダイオード、２３…コンデンサ、２５…入力電圧検出部（電動送風機入力電圧検出部）、４２…トランス、磁気部品、５１ｅ…昇圧用スイッチ（操作ボタン）、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
Claims (3)
- 直流電源を駆動源として回転駆動される電動送風機と、
この電動送風機の駆動状態を選択する操作部と、
エネルギーの蓄積が可能な磁気部品と第１のスイッチング素子とを有し、前記第１のスイッチング素子をＰＷＭ信号によってＰＷＭ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り返して前記直流電源の電圧を昇圧した電圧を前記電動送風機に出力する昇圧コンバータ回路と、
前記昇圧コンバータ回路で昇圧された電動送風機の入力電圧を検出する入力電圧検出部と、
前記入力電圧検出部の検出値に基づいて、前記第１のスイッチング素子に対して付与するＰＷＭ信号の周波数とデューティとの少なくとも一方を変化させ、前記電動送風機の入力電圧を制御するＰＷＭ制御手段と、
前記操作部による選択に従い、前記昇圧コンバータ回路を昇圧動作させる昇圧運転モードと昇圧動作させない非昇圧運転モードとを選択自在に切替える昇圧選択手段と、
前記昇圧コンバータ回路と前記電動送風機との間に接続され、これらの昇圧コンバータ回路と電動送風機との間のオン・オフを制御して前記非昇圧運転モードにおける前記電動送風機の入力を可変するための制御信号が入力される制御端子を有する第２のスイッチング素子と、
前記非昇圧運転モードでは、前記制御端子に制御信号を入力して前記第２のスイッチング素子のオンの割合を制御するとともに、前記昇圧運転モードでは、前記制御端子に制御信号を入力して前記第２のスイッチング素子が常時オンになるように制御する手段と、
を具備する電気掃除機。 - 前記非昇圧運転モードでは、前記操作部による選択に応じて、前記第２のスイッチング素子のオン・オフ時間の割合を制御するようにした、請求項１記載の電気掃除機。
- 前記非昇圧運転モードでは、前記操作部による選択に応じて、前記第２のスイッチング素子がオン・オフ動作を繰り返す運転と当該第２のスイッチング素子が常時オンになる運転とが選択的に実行されるようにした、請求項１記載の電気掃除機。
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