JP4128205B2 - Electric vacuum cleaner - Google Patents
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Description
この発明は電気掃除機に係り、特に、電気掃除機が有する電動送風機の制御に関する。 The present invention relates to a vacuum cleaner, and more particularly to control of an electric blower included in a vacuum cleaner.
電気掃除機は、電動送風機によりゴミを含んだ空気を吸込み、この空気からゴミを分離して集塵部に捕捉する。そして、集塵部に捕捉されたゴミ量が増加して電動送風機の吸込側の風路抵抗が増加すると、吸込む空気が減少し、結果としてゴミの吸引力が低下する。電気掃除機の使用者にとって、集塵部のゴミ量にかかわらず風量を確保して安定した吸込力を有する電気掃除機が望まれており、このような電気掃除機が特許文献1に記載されている。
The vacuum cleaner sucks air containing dust with an electric blower, separates the dust from this air, and captures it in the dust collecting section. Then, when the amount of dust trapped in the dust collecting portion increases and the air passage resistance on the suction side of the electric blower increases, the air sucked in decreases, and as a result, the dust suction force decreases. For a vacuum cleaner user, there is a demand for a vacuum cleaner that secures the air volume and has a stable suction force regardless of the amount of dust in the dust collecting portion. Such a vacuum cleaner is described in
この特許文献1に記載されたものは、電動送風機の吸込側の風路抵抗に応じて変動する電流、すなわち電動送風機を流れる電流と所定の閾値を比較し、その比較結果に応じて電動送風機の入力電力を段階的に上下させる制御を行っている。
What is described in this
一方、家庭用電気掃除機では、省エネルギー化のために入力電力に上限値が設けられ、ある状況下において、その上限値を超えない範囲で高い吸込力を得ることが求められている。
従来の電気掃除機では、特許文献1に記載されているように、集塵部のゴミ量にかかわらず風量を確保するために、電動送風機に流れる電流と予め決められた閾値を比較し、その比較結果に応じて電動送風機の入力電力を段階的に上下させて吸込風量を変化させている。このような方法で入力電力を目標値となるように、例えば上記した上限値となるように制御すると、入力電力の目標値付近に対応する電流閾値を予め細かく数多く用意する必要があり、実用化をする上では、閾値を記憶させるメモリ容量が膨大になり、メモリ素子のコストが上昇してしまう。また、数多くの閾値を決めるために膨大な実験を実施する必要があり、制御装置の開発効率も著しく悪くなる。
In the conventional vacuum cleaner, as described in
そこで、本発明は、集塵部のゴミ量にかかわらず風量を確保する制御を行えるだけでなく、入力電力が目標値になるような制御も行うことができる電気掃除機を得ることを目的とする。 Therefore, the present invention has an object of obtaining a vacuum cleaner that can perform not only control for ensuring the air volume regardless of the amount of dust in the dust collecting section, but also control that the input power becomes a target value. To do.
上記目的を達成するために、本発明の電気掃除機は、空気を吸引する電動送風機と、この電動送風機で吸引された空気中に含まれる塵埃を捕捉する集塵部と、前記電動送風機に流れる電流をスイッチングするスイッチング素子と、前記集塵部を通過する風量の変化を検出する風量検出部と、前記電動送風機に流れる電流を検出する電流検出部と、複数の制御モードのいずれかを選択し、選択した制御モードに応じて設定された出力タイミング指令値により決定された出力タイミングで制御信号を出力して前記スイッチング素子を駆動する制御部とを備え、前記複数の制御モードは、前記風量検出部により検出された検出値を用いて前記風量の変化を抑制するように前記スイッチング素子を駆動する第一の制御モードと、前記電流検出部により検出された検出電流値を用いて前記電動送風機の入力が予め設定された目標値に維持されるように前記スイッチング素子を駆動する第二の制御モードとを含み、前記制御部は、電流目標値と係数と出力タイミング閾値とを記憶したメモリを備え、前記第二の制御モードでの制御状態において、前記出力タイミングを決定する前記出力タイミング指令値を、前記電流検出部で検出した複数の検出電流値から予め決められた方法で演算して算出された電流演算値と前記電流目標値との誤差に前記係数を乗じた値に応じて演算するとともに、この出力タイミング指令値が前記出力タイミング閾値を超えたときに前記第二の制御モードから前記第一の制御モードに切替えるものである。 In order to achieve the above object, an electric vacuum cleaner of the present invention flows through an electric blower that sucks air, a dust collector that traps dust contained in the air sucked by the electric blower, and the electric blower. A switching element that switches current, an air volume detection unit that detects a change in the air volume passing through the dust collection unit, a current detection unit that detects current flowing through the electric blower, and a plurality of control modes are selected. A control unit that drives the switching element by outputting a control signal at an output timing determined by an output timing command value set according to the selected control mode, wherein the plurality of control modes include the air volume detection A first control mode for driving the switching element so as to suppress a change in the air volume using the detection value detected by the unit, and the current detection unit A second control mode for driving the switching element so that the input of the electric blower is maintained at a preset target value using the detected current value that is output, and the control unit includes a target current value A plurality of detected currents that are detected by the current detection unit with the output timing command value for determining the output timing in the control state in the second control mode. the rewritable arithmetic in the erroneous difference according to a value obtained by multiplying the coefficients of the current calculation value calculated by calculating the value or al a predetermined manner and the previous SL current target value, this output timing command value When the output timing threshold is exceeded, the second control mode is switched to the first control mode.
本発明によれば、通常の使用状態では集塵部の集塵量に拘わらず安定した吸込力を得られるだけでなく、簡単な構成で特定の状態では入力電力を一定に保つようにでき、かつ、第二の制御モードから第一の制御モードへの切替えは、第二の制御モードでの出力タイミングの決定のために計算する出力タイミング指令値と検出電流値とを用いるだけで、新たに高度な処理を行う必要がなく、制御部の処理負荷の増加が少なく、さらに制御モードの切替え処理速度も速い。 According to the present invention, in a normal use state, not only can a stable suction force be obtained regardless of the amount of dust collected by the dust collecting portion, but the input power can be kept constant in a specific state with a simple configuration , In addition, switching from the second control mode to the first control mode can be performed by simply using the output timing command value and the detected current value calculated for determining the output timing in the second control mode. There is no need to perform advanced processing, the processing load on the control unit is not increased, and the control mode switching processing speed is high .
以下、本発明の電気掃除機を説明する。はじめに、移動型いわゆるキャニスタ型の電気掃除機20の構成を、図1を用いて説明する。
Hereinafter, the vacuum cleaner of this invention is demonstrated. First, the configuration of a mobile so-called canister-
図1に示すように、電気掃除機本体21は、上面を開口した下部ケース22とこの下部ケース22の後部上面を閉塞する上部ケース23とを前面を含む周縁にバンパ24を狭持して接合している。そして、前側上面部の開口を閉塞する蓋体25を、開閉自在に設けている。さらに、この蓋体25には、使用者に電気掃除機20の状態、例えばゴミの量、を知らせるための報知部40が形成されている。この報知部40は、LED等の発光素子や発音素子などにより構成される。
As shown in FIG. 1, the vacuum cleaner
電気掃除機本体21は、内部前側に集塵部としての集塵袋27を設け、この集塵袋27の背面側に電動送風機26を配置し、電動送風機26の吸気風を集塵袋27内を通過させて、この集塵袋27で塵挨を分離し集塵するようになっている。
The vacuum cleaner
電気掃除機本体21の進行方向となる前側下面に旋回自在な旋回輪(図示せず)を設けている。また、電気掃除機本体21の後側両側面に一対の大径の従動後輪28を設けている。
A swiveling wheel (not shown) that can turn freely is provided on the lower surface on the front side that is the traveling direction of the electric vacuum cleaner
電気掃除機本体21の前側略中央には、外部から空気を吸引する本体吸込口29を開口している。そして、この本体吸込口29に伸縮自在で湾曲可能な略円筒状のホース体30の一端を連通接続している。前記ホース体30の他端は操作部31に連通している。
A main
操作部31は電動送風機26の動作モードを「OFF」も含めて強・弱選択する操作ボタン32を設けるとともに、掃除する際に作業者が把持する把持部33を設けている。操作部31の先端に延長管34を着脱可能に連通し、この延長管34とホース体30が操作部31を経由して連通するようになっている。延長管34は大径管34aとこの大径管34a内に挿入される小径管34bからなり、小径管34bを大径管34aに対してスライドさせることで延長管全体を伸縮可能にしている。そして、この延長管34の先端に被掃除面上の塵埃を吸い込む吸込口を設けた吸込口体35を着脱自在に取付けている。このような構成において、吸込口体35、延長管34、ホース体30、および集塵袋27が主な風路となる。
The
次に、電気掃除機制御装置100を構成する電動送風機26、及び制御部10を図2に基づいて説明する。電気掃除機本体21内には、電動送風機26、制御部10等を実装した制御回路基板101、などが組み込まれている。
Next, the
商用交流電源1と電流ヒューズ4に対して、電動送風機26を構成するモータ5と、このモータ5の入力をオン・オフするスイッチング素子、例えば、双方向性サイリスタ2とが、直列に接続されている。
A
電動送風機26は、主にモータ5とファン13とから構成されている。モータ5は、整流子を備えた電機子5aと界磁巻線5b、5cとから構成されるユニバーサルモータ等の整流子モータである。ファン13はモータ5の回転軸に接続された遠心型ファンである。
The
電気掃除機制御装置100には電流検出部3が設けられている。電流検出部3は、例えば、電流トランスやシャント抵抗からなり、モータ5に流れる負荷電流を検出する。モータ5に流れる電流は、集塵袋27を通過する風量に応じて変化することから、この電流を検出することによって上記風量を検出できる。そして、この実施例においては電流検出部3が風量検出部をも兼ねている。モータ5に印加する交流電圧のゼロクロスポイントは、ゼロクロス検出部6で検出される。
The electric vacuum
また、制御部10は、マイクロプロセッサ7、メモリ8、およびI/Oポート9から構成される。I/Oポート9の中には、A/D変換の機能を有するポートがある。メモリ8には、マイクロプロセッサ7が実行する制御プログラム、ならびに必要な定数などのデータが予め記憶されている。また、このメモリ8には、マイクロプロセッサ7からのデータなどを一時記憶しておくデータ記憶領域ならびに作業領域が設けられている。
The control unit 10 includes a
そして、電流検出部3が検出した検出電流は、整流部11で全波または半波整流された後、I/Oポート9に入力される。I/Oポート9は、整流した検出電流をA/D変換して取込むようになっている。さらに、ゼロクロス検出部6は、検出したゼロクロス検出信号を、I/Oポート9に入力する。
The detected current detected by the
電気掃除機制御装置100にA/D基準電圧源12及び操作部31を設け、A/D基準電圧源12から基準電圧がI/Oポート9に入力されるとともに、操作部31からの指示信号等がI/Oポート9に入力される。
The vacuum
そして、制御部10aは、上記したとおり、モータ電流の取込み、ゼロクロス信号の取込み、A/D基準電圧値の取込み、および指示信号等の取込みを行うとともに、双方向性サイリスタ2の制御端子であるゲート端子に制御信号を出力するようになっている。
Then, as described above, the
この電気掃除機制御装置100では、商用交流電源1から図3の(a)に示す波形をもった電源電圧が印加され、制御部10aから双方向性サイリスタ2のゲート端子に図3の(c)に示すタイミングで制御信号が供給されると、双方向性サイリスタ2が制御信号によって電源電圧が反転するまで導通するので、モータ5の端子間には図3の(d)に示す電圧が発生する。
In this vacuum
このとき、ゼロクロス検出部6からは、図3の(b)に示すゼロクロス検出信号が制御部10のI/Oポート9に入力される。また、電流検出部3が検出し整流部11が全波整流したモータ5の電流波形は、図3の(e)に示すようになる。この波形が電圧値としてそのまま制御部10aに入力されるか、または平滑されて制御部10aに入力される。
At this time, a zero-cross detection signal shown in FIG. 3B is input from the zero-
交流電源電圧の周期をTv(sec)、この電源電圧のゼロクロスポイントからモータ5の制御信号を出力するまでの時間をta(sec)とすると、双方向性サイリスタ2の導通角φa(%)は、φa={(Tv/2)−ta}/(Tv/2)×100の式から求められる。以下、電源電圧のゼロクロスポイントから双方向性サイリスタ2の制御信号を出力するまでの時間ta(sec)を出力タイミングと呼ぶ。
When the cycle of the AC power supply voltage is Tv (sec) and the time from the zero cross point of the power supply voltage to the output of the control signal of the
ここで、制御部10aが有する各機能について図4を用いて説明する。制御部10aは、主に、電流取込部71、所定の制御モードを選択する制御モード選択部73、および出力タイミング決定部54からなる。
Here, each function which the
電流取込部71は、所定の周期で電流検出部3から検出されたモータ5の電流値Inを取得し、その電流値Inを制御モード選択部73、及び出力タイミング決定部54に渡す。入力電力に対する電流値Inは、電動送風機26の特性と導通角φaによって変わるため、制御部の設計者は電源電圧が一定のもとで予め実験的に把握しておく。このことにより、制御部10aは、電源電圧が一定である実使用時に、電流値Inから入力電力を把握(推定)できる。
The
そして、制御モード選択部73は、電流値Inから、電動送風機26の入力電力を推定し、この推定した入力電力に対応する制御部10aの制御モードを選択する。そして、出力タイミング決定部54は、電流値Inおよび制御モード選択部73の結果に応じて、双方向性サイリスタ2の制御信号の出力タイミングを決定する。
And the control
このように、制御部10aは、自身のモードを電動送風機26の電流値Inから予め設定された制御モードを選択すると共に、出力タイミングtaを決定し、この出力タイミングtaに応じて制御信号を出力する。この出力タイミングtaが、双方向性サイリスタ2のオン・オフを制御する制御指令値となる。
As described above, the
次に、上記した制御部10aによる制御モードの一関連技術について説明する。制御部10aは、電動送風機26の前側に配置された集塵袋27を通過する風量の変化を抑制する第一制御モードまたは、電動送風機26の入力電力を予め定められた目標値に合わせる第二制御モードのどちらか一方を選択する。
Next, a technique related to the control mode by the
まず、第一制御モードについて説明する。制御部10aが第一制御モードにおいて使用するデータテーブル16は、予めメモリ8に記憶されている。このデータテーブル16の構成を図5に示す。なお、この第一制御モードにおいては、電流検出部3は風量検出部として機能する。
First, the first control mode will be described. The data table 16 used by the
まず、データテーブル16には、双方向性サイリスタ2の制御信号の出力タイミング値としてn個の設定値U1、U2、U3、…、Un(但し、Un<…<U2<U1<U1である。)が設定されている。そして、これらの出力タイミング値に応じた下限電流閾値Ig1として、n個の閾値X1、X2、X3、…、Xn(但し、Xn>…>X3>X2>X1である。)と、同様に上限電流閾値Ig2として、n−1個の閾値Y1、Y2、Y3、…、Yn−1(但し、Yn−1>…>Y3>Y2>Y1である。)が設定されている。これら電流閾値Ig1とIg2との大小関係は、図6に示すように、X1<X2<Y1<X3<Y2<X4<Y3<X5<Y4<…、Xn<Yn−1、となっている。下限電流閾値Ig1および上限電流閾値Ig2は、出力タイミング値に対応した風量の閾値をなしている。 First, in the data table 16, n set values U1, U2, U3,..., Un (where Un <... <U2 <U1 <U1) are output timing values of control signals of the bidirectional thyristor 2. ) Is set. And, as the lower limit current threshold Ig1 corresponding to these output timing values, n thresholds X1, X2, X3,..., Xn (where Xn>...> X3> X2> X1) are similarly set to the upper limit. As the current threshold Ig2, n-1 threshold values Y1, Y2, Y3,..., Yn-1 (where Yn-1>...> Y3> Y2> Y1) are set. As shown in FIG. 6, the magnitude relation between these current threshold values Ig1 and Ig2 is X1 <X2 <Y1 <X3 <Y2 <X4 <Y3 <X5 <Y4 <..., Xn <Yn-1. The lower limit current threshold Ig1 and the upper limit current threshold Ig2 are air volume threshold values corresponding to the output timing values.
制御部10aは、電動送風機26の始動時に、第一制御モードで動作する。そして、出力タイミング値U1は、集塵袋27に全く塵埃が捕捉されていない状態で、電動送風機26の入力電力に対応する吸気風量がQ0以上になるように設定されている。この時、例えば、電動送風機26の動作点は図6のA点になる。
The
この状態で、電動送風機26を駆動して集塵を開始することで集塵袋27に塵埃が捕捉されるようになる。塵埃の捕捉が進むにつれて、集塵袋27の風路抵抗が大きくなり、電動送風機26の吸気風量が低下する。これに伴い、電動送風機26の負荷が小さくなり、モータ5に流れる電流が低下するので、入力電力がA点から徐々に低下する。
In this state, the
そして、電流値Inが下限電流閾値X1以下になると、制御部10aは、ゼロクロスポイントを基準とした双方向性サイリスタ2への制御信号の出力タイミングtaを早くなるように、出力タイミング値をU1からU2へと変更し、双方向性サイリスタ2の導通角を大きくし、電動送風機26の吸気風量を増大させる。このとき、電動送風機26の入力電力は増大する。
When the current value In becomes equal to or lower than the lower limit current threshold value X1, the
その後、出力タイミング値がU2の状態で塵埃の捕捉が進むと、集塵袋27の風路抵抗がさらに大きくなり、電動送風機26の吸気風量が低下する。これにより、電動送風機26に流れるInも徐々に低下する。
Thereafter, when dust capture proceeds with the output timing value being U2, the air path resistance of the
そして、電動送風機26の電流値Inが下限電流閾値X2以下になると、制御部10aは、出力タイミングtaを更に早くなるように、出力タイミング値をU2からU3に変更し、双方向性サイリスタ2の導通角を更に大きくし、電動送風機26の吸気風量を増大させる。このとき、電動送風機26の入力電力は増大する。
When the current value In of the
このように、集塵袋27への塵埃の捕捉が進むにつれて、電動送風機26の電流値Inが、それぞれ下限電流閾値X1、X2、X3、X4、…以下になることで、制御部10aは、出力タイミング値をU1、U2、U3、…へと変化させる。そして、制御部10aは、電動送風機26が吸込む風量の低下を抑制する。
As described above, as the dust trapping in the
上述した制御方法は、集塵袋27内の塵埃量が増加し、風路の抵抗が大きくなり、電動送風機26の入力電力が低下するという場合を想定した制御である。一方、使用者が集塵機20を使用している時に、吸込口体35と掃除面との位置関係の変化、ホース体30の曲がり角度の変化、または集塵袋27内の塵埃偏りの変化により、風路抵抗が減少し、吸込風量が急激に大きくなる場合がある。
The control method described above is a control that assumes a case where the amount of dust in the
この場合は、例えば、制御部10aは、電動送風機26の動作点がBにある時、すなわち出力タイミング値がU4である時に、電流値Inが電流閾値Y3以上になると、出力タイミングtaが遅くなるように出力タイミング値を、U4からU3へ変更し、双方向性サイリスタ2の導通角を小さくし、電動送風機26の吸気風量を減少させる。このとき、電動送風機26の入力電力は減少する。このようにして、制御部10aは、電動送風機26の風量増加を抑制する。
In this case, for example, when the operating point of the
例えば、電動送風機26の入力電力上限値が1kWとする。入力電力が700W〜950W程度の範囲において、制御部10aが上記した第一制御モードによって風量を抑制する制御を行う場合、本発明者は、出力タイミングta及び電流閾値Ig1、Ig2を、それぞれ、10ケ程度用意すれば、使用者にとって必要な精度の制御を実行できることを実験的に確認した。
For example, the input power upper limit value of the
次に、制御部10aが上記した第一制御モードで、電動送風機26の入力電力を上限値1kWに合わせるためには、出力タイミングta及び電流閾値Ig1、Ig2を、それぞれ、さらに50〜100ケ程度追加する必要があることを、本発明者は実験的に確認した。このように、制御部10aが、上述した第一制御モード単一で、入力電力を上限値(目標値)に合わせるようにとすると、出力タイミングta及び電流閾値Ig1、Ig2を細かくする必要があり、メモリ8の容量が大きくなり、さらに設定が複雑になるという課題が生ずる。
Next, in order for the
そこで、次に、電動送風機26に許容される入力電力上限値付近において適した制御方法である、本発明の第二制御モードについて説明する。
Then, next, the 2nd control mode of this invention which is a control method suitable in the vicinity of the input power upper limit value permitted for the
制御部10aは、第二制御モードにおいて、電流検出部3で検出された電流値Inと電流目標値Isとの誤差ΔI(=Is−In)を算出する。電流目標値Isは、設計者が電動送風機26の入力電力上限値から予め実験的に算出した値で、メモリ8に記憶されている。制御部10aは、この誤差ΔIに応じて、双方向性サイリスタ2の制御信号の出力タイミングtaを決定する。制御部10aが算出する出力タイミング指令値Tpの算出式は、例えば、
出力タイミング指令値Tp
=前回の出力タイミング指令値Tp’+α・ΔI ・・・・(1)式
α:係数
とする。
In the second control mode, the
Output timing command value Tp
= Previous output timing command value Tp ′ + α · ΔI (1) Equation α: A coefficient.
このような第二制御モードは、電動送風機26の電流値Inを電流目標値Isに合わせるために特化した目標値制御である。すなわち、第二制御モードで動作する制御部10aは、電流値Inから推定される入力電力を予め定めた目標値に合わせることができる。この電流目標値Isは、電動送風機26の入力電力上限値1kWに対応する値として予め設定される。そして、第二制御モードで動作し始めると、報知部40は点灯して第二制御モードで動作していることを使用者に知らせる。
Such a second control mode is target value control specialized for adjusting the current value In of the
また、制御部10aは、この第二制御モードでの動作中に、集塵袋27内の塵埃量が増加し、風路の抵抗がさらに大きくなると、次のような制御を行う。制御部10aは、入力電力上限値でこれ以上、電気掃除機の運転を続けるとモータ5等の損傷を招くと判断して、制御信号の出力タイミングを変更して入力電力を減少させる。同時に、制御部10aは報知部40に報知信号を出力し、報知部40を点滅させて使用者に対して集塵袋27内の塵埃を捨てるよう促す。
In addition, when the amount of dust in the
次に、制御部10aが、出力タイミングを決定する制御フローを図7を参照して説明する。制御部10aは、メモリ8に予め記憶された制御プログラムに従って、周期的に図7に示す処理を行う。
Next, a control flow in which the
先ず、ステップS1にて、電流取込部71が電流検出部3からの電流値Inを取込む。次に、ステップS2にて、制御モード選択部73は、自身が第一制御モードを選択中か否かを判断する。制御モード選択部73が第一制御モードを選択している場合は、ステップS3にて、出力タイミング決定部54が、電動送風機26の電流値Inと、図5に示す電流閾値とを比較する。例えば、出力タイミング値がU4である場合、X4≦In<Y3でないか否か判断する。X4≦In<Y3である場合、出力タイミング決定部54は、ステップS5にて、制御信号の出力タイミングを変更せずに確定する。ステップS3で、X4≦In<Y3でない場合、ステップS4にて、出力タイミング決定部54が、図5に示す段数を一段上または一段下に変更し、ステップS5にて、制御信号の出力タイミングが確定する。ステップS2にて、制御モード選択部73は、自身が第二制御モードを選択中と判断した場合は、ステップS6にて出力タイミング決定部54が、(1)式を用いて、出力タイミング指令値Tpを算出する。そして、ステップS5にて、制御信号の出力タイミングが確定する。
First, in step S <b> 1, the
次に、制御部10aが、自身のモードを第一制御モードから第二制御モードへ切替える条件を説明する。制御部10aにおいて、予め、図5に示す出力タイミング値Unは、制御モードの切替用出力タイミング値として設定されている。そして、制御部10aが、第一制御モードで制御信号を出力タイミングXnで出力している状態で、制御モード選択部73は、電動送風機26の電流値Inが図5の下限電流閾値Xnを超えて小さくなった判断した際に(In<Xn)、制御モードを第一制御モードを第二制御モードへと切替える。この下限電流閾値Xnが第一切替用閾値となる。このように、制御部10aは、風量検出部の検出値でもある電流値Inを用いて、自身のモードを第一制御モードから第二制御モードへと切替える。
Next, conditions for the
次に、制御部10aが、自身のモードを第二制御モードから第一制御モードへ切替える条件を説明する。切替条件としては、
条件(a):電流値Inを用いる
条件(b):出力タイミング指令値Tpを用いる
条件(c):電流値Inと出力タイミング指令値Tpを用いる
などがある。
制御部10aは、切替条件として条件(a)を採用した場合、電流値Inが予めメモリ8上に設定されている電流閾値を超えたときに、自身のモードを第二制御モードから第一制御モードへと切替える。
制御部10aは、切替条件として条件(b)を採用した場合、(1)式で算出した出力タイミング指令値Tpが、予めメモリ8上に設定されている出力タイミング閾値Twより大きくなったときに、制御部10aは、自身のモードを第二制御モードから第一制御モードへと切替える。
制御部10aは、切替条件として条件(c)を採用した場合、(1)式で算出した出力タイミング指令値Tpが、予めメモリ8上に設定されている出力タイミング閾値Twより大きくなった場合で、かつ、電流値Inと電流目標値Isとの誤差ΔIが、予めメモリ8上に設定されている誤差閾値ΔIqよりも小さくなったときに、制御部10aは、自身のモードを第二制御モードから第一制御モードへと切替える。
制御部10aは、これらの条件を単独で用いても、複数で用いてもよい。
Next, conditions for the
Condition (a) : Using current value In Condition (b) : Using output timing command value Tp Condition (c) : Using current value In and output timing command value Tp.
When the condition (a) is adopted as the switching condition, the
When the condition (b) is adopted as the switching condition, the
When the condition (c) is adopted as the switching condition, the
The
このように、本関連技術の電気掃除機制御装置100は、集塵袋27に補足されたゴミ量にかかわらず風量変化を抑制し吸引力を維持する第一制御モードと、電動送風機26の入力電力を目標値に合わせる第二制御モードと、を切替えながら動作可能である。
As described above, the vacuum
したがって、本関連技術の電気掃除機制御装置100において、制御部10aは、例えば950W以下では第一制御モードで動作し、入力電力が950Wを超えると第二制御モードで動作し、入力電力を1kWに合わせるように設定されているとする。このような制御部10aは、電気掃除機の集塵袋27内のゴミ量が少なく、入力電力が小さくても吸引力が得られる状態では、第一制御モードで動作し、入力電力自体を可変して電動送風機26の風量の変化を抑制する。このため、電気掃除機は、無駄な電力を消費することなく、かつ集塵性能を安定して保つ。その後、集塵袋27内のゴミ量が増え、電動送風機26の入力電力が法令等の入力電力上限値に近づくと、電気掃除機制御装置100は第二制御モードで動作し、入力電力をその上限値に合わせるように制御する。このため、簡単な構成で、集塵袋27内のゴミ量が溜まってきた場合に速やかに吸引力を上げることができる。
Therefore, in the vacuum
また、制御部10aは、第二制御モードにおいて、係数αと電流値Inと、電流目標値Isとを用いて制御信号の出力タイミング値Tpを算出し、電動送風機26の入力電力の目標値制御をしている。従って、第一制御モードと比較して、第二制御モードは電流閾値等の定数を多く必要とせずに、入力電力を目標値に合わせることができるので有効な手段である。また、第一制御モードの動作で必要な風量検出部を、第二制御モードの動作で必要な電流検出部3で兼用したので、構成を簡略化できる。
Further, in the second control mode, the
また、前述した第一制御モードから第二制御モードへの切替え方法は、電流値Inを利用するだけで、新たに高度な処理を行う必要もないため、マイクロプロセッサ7の処理負荷の増加が少なく、さらに、制御モードの切替え処理速度も速い。
In addition, the switching method from the first control mode to the second control mode described above uses only the current value In and does not require new advanced processing, so that the processing load on the
また、前述した第二制御モードから第一制御モードへの切替え方法は、(1)式で計算する出力タイミング指令値Tpと電流値Inを利用するだけで、新たに高度な処理を行う必要もないため、マイクロプロセッサ7の処理負荷の増加が少なく、さらに、制御モードの切替え処理速度も速い。
In addition, the above-described switching method from the second control mode to the first control mode requires a new advanced process only by using the output timing command value Tp and the current value In calculated by the equation (1). Therefore, there is little increase in the processing load of the
また、制御部10aは、自身のモード切替えを、電動送風機26の入力電力および吸気風量と等価的に扱うことが可能な電流値Inを利用して行うと、集塵袋27内の塵埃量の増加、吸込口体35と掃除面との位置関係の変化、ホース体30の曲がり角度の変化、または集塵袋27内の塵埃偏りの変化等による風路抵抗の増減に対して、瞬時に対応し、電動送風機26を制御することができる。
In addition, when the
これまで述べてきた関連技術では、電動送風機26の電流値Inを、そのまま利用した制御である。以下に述べる第一の実施形態では、制御部10bが、電流値Inを、検出するたびに、入力電力との関係を考慮して予め設定された方法で演算し、その演算結果である電流演算値Ixに基づいて制御を行う。この演算としては、特に処理負荷の重い演算は用いない。
In the related art described so far, the current value In of the
この電流演算値に基づく制御を行う制御部10bの各機能について、図8を用いて説明する。この制御部10bは、図4に示す制御部10aに電流演算部72が追加されたものである。
Each function of the
電流取込部71は、所定の周期で電流検出部3で検出されたモータ5の電流値Inを取得し、その電流値Inを電流演算部72に渡す。この電流演算部72では、予め設定された方法で電流値Inを演算し、電流演算値Ixを算出する。この電流演算値Ixは、電動送風機26の入力電力の増減に応じて変化するように設定する。そして、電流演算部72は電流演算値Ixを制御モード選択部73、及び出力タイミング決定部54へ渡す。制御モード選択部73は、制御部10b自身のモードの確認、および、必要に応じて制御モードを切替える。そして、出力タイミング決定部54は、電流演算値Ixおよび制御モード選択部73の結果に応じて、双方向性サイリスタ2の制御信号の出力タイミングを決定する。
The
ここで、電流値Inから電流演算値Ixを算出する例を説明する。電流取込部71は、例えば、50Hzの交流電源のもとで、0.2msecの周期で電流値Inを取込む。すなわち、電源電圧の1周期(20msec)の間に100回、電流値Inを取込む。そして、電流値Inを順次加算し、電流演算値Ix(=ΣIn)を算出する。このΣ演算の周期を電源電圧の1周期にすると、100回分のInが加算される。この電流演算値Ixは、電動送風機26の入力電力、および風量の増減に応じて変化する値である。
Here, an example of calculating the current calculation value Ix from the current value In will be described. The
このΣ演算により算出した電流演算値Ixは、電源ノイズ等によって、あるサンプリング時における電流値Inがノイズの影響を受けても、その影響は軽減される。よって、電動送風機26の入力制御の精度、及び信頼性を確保することができる。なお、電流値Inの取込むタイミングに応じて、電流値Inに重み係数βを掛け合わせ、加算することも可能である。このように、本実施の形態では、電流値Inから演算された電流演算値Ixを用いることも可能である。
The current calculation value Ix calculated by this Σ operation is reduced even if the current value In during a certain sampling is affected by noise due to power supply noise or the like. Therefore, the accuracy and reliability of the input control of the
なお、上述の実施の形態では、タイミング決定部54が、その時点の出力タイミング値と、図5に示すメモリ8上のデータテーブル16から、電流閾値Ig1またはIg2を取得した。本発明は、このデータテーブル方式に限定するものではなく、出力タイミング決定部54が、1段目の下限電流閾値をX1とすると、n段目の下限電流閾値Xnを、
Xn=X1+K・(n−1)・タイミング値 ・・・・(2)式
等の演算式によって算出するものであってもよい。
Kは比例係数で、予め実験等により決める値である。
In the above-described embodiment, the
Xn = X1 + K. (N-1) .timing value... Xn = X1 + K.times. (2).
K is a proportional coefficient, and is a value determined in advance by experiments or the like.
また、各出力タイミング値の間隔Un−U(n−1)=ΔUn、電流閾値の間隔Xn−X(n−1)=ΔXn、およびYn−Y(n−1)=ΔYnは、一定間隔である必要はなく、電気掃除機20の用途または電動送風機26の特性に応じて考慮し、設定してかまわない。
Further, the intervals Un-U (n-1) = ΔUn, the current threshold intervals Xn−X (n−1) = ΔXn, and Yn−Y (n−1) = ΔYn are constant intervals. There is no need, and it may be set in consideration of the use of the
次に、第二の実施形態の電気掃除機制御装置110について図9から図11を用いて説明する。この電気掃除機制御装置110は、図9に示すように、二次電池等の直流電源61を電力源としてモータ5を回転させる。このモータ5には、その入力をオン・オフするスイッチング素子、例えば、MOSFET62が、直列に接続されている。
Next, the vacuum
また、図11に示すように、制御部10cを構成する出力タイミング決定部64はPWM信号生成部65を備えている。PWM信号の生成方法は公知の方法を用いる。そして、直流電源61の電源電圧が印加されると、制御部10cからMOSFET62のゲート端子に図10の(b)に示すような周期Pc(sec)のPWM信号が供給されると、MOSFET62がtc(sec)オンし、モータ5が回転する。ここで、PWM信号のデューティーDuを、
Du=tc/Pc ・・・・(3)式
とする。
デューティーDuが大きいほど、電動送風機26の入力電力は大きくなる。
Further, as shown in FIG. 11, the output
Du = tc / Pc (Equation 3)
As the duty Du increases, the input power of the
従って、制御部10cは、このPWM信号のデューティーDuを可変することによって、MOSFET62の制御信号の出力タイミングを変更することができるので、この電気掃除機制御装置110では、デユーティーDuを出力タイミングと呼び、図5の出力タイミング値や(1)式の出力タイミング指令値は、デューティーDuを想定して設定する。
Therefore, the
なお、電気掃除機制御装置110の電動送風機26を構成するモータ5としては、整流子モータだけではなく、ブラシレスDCモータも適用可能である。
In addition, as the
次に、第三の実施形態の電気掃除機を説明する。この実施の形態の電気掃除機は、壁と壁の間、天井、屋根、または、床下に設置する固定式の電気掃除機や、一つの集塵部に複数の吸気口を備えるセントラル式の電気掃除機である。このような電気掃除機を駆動したときの、電動送風機の吸気風量と入力電力との関係を示した一例を図12に示す。この電気掃除機は、電動送風機の入力電力も大きく、一度駆動を始めると長時間運転を持続する。よって制御部は、始動時に、慣らし運転する。制御部は、慣らし運転で正常の場合、通常の運転に移行する。 Next, the vacuum cleaner of 3rd embodiment is demonstrated. The vacuum cleaner of this embodiment includes a fixed type vacuum cleaner installed between walls, a ceiling, a roof, or under the floor, and a central type electric appliance having a plurality of air intakes in one dust collecting portion. It is a vacuum cleaner. FIG. 12 shows an example of the relationship between the intake air volume of the electric blower and the input power when such a vacuum cleaner is driven. This vacuum cleaner also has a large input power of the electric blower, and once it is started, it continues to operate for a long time. Therefore, the control unit performs a break-in operation at the start. When the running-in operation is normal, the control unit shifts to a normal operation.
また、制御部10cは、図6に示す制御パターンにおいて、自身が第二制御モードの時に、報知部40に報知点滅信号を出力する。この報知点滅信号によって、集塵袋27の集塵量が多くなり吸込性能限界になる前に、集塵量が多くなりつつあることを、特別の報知用閾値を設定せずに、使用者に知らせることができる。
Further, the
次に、第四の実施形態を説明する。上記した各実施形態の電気掃除機は、第一制御モードにおける制御に必要な風量検出部として、第二制御モードにおける制御に必要な電流検出部を利用していたが、本実施の形態では、図13に示すように風量検出部として圧力検出部81を用いたものである。
Next, a fourth embodiment will be described. The vacuum cleaner of each embodiment described above uses the current detection unit necessary for the control in the second control mode as the air volume detection unit necessary for the control in the first control mode, but in this embodiment, As shown in FIG. 13, a
この圧力検出部81は、集塵袋27に補足されるゴミ量に応じて変化する圧力を検出する。詳細には、電動送風機26の吸込側と集塵袋27との間の圧力を検出する。また、制御部10dのメモリ8aには、図5のものと同様なデータテーブルが記憶されている。ただし、本実施の形態のデータテーブルにおいては、各出力タイミングに対応するものとして、下限圧力閾値と上限圧力閾値が設定されている。そして、第一制御モードでの制御および第一制御モードから第二制御モードへの切替は圧力検出部81からの出力に基づいてなされる。第二制御モードでの制御および第二制御モードから第一制御モードへの切替および、その他の動作は、上記した各実施の形態に順ずるものである。
The
また、これまでに説明してきた制御部10a、10b及び10cの、電流取込部71、電流演算部72、制御モード選択部73、および出力タイミング決定部54、がそれぞれ行う処理は、メモリ8に実装されたソフトウェアにより実行される場合に限定するものではなく、そのソフトウェアのなす機能をハードウェアとして備え、実行してもよい。
In addition, the processing performed by the
2 スイッチング素子
3 電流検出部(風量検出部)
10a 制御部
26 電動送風機
27 集塵袋(集塵部)
81 圧力検出部(風量検出部)
2
81 Pressure detector (air volume detector)
Claims (1)
前記複数の制御モードは、前記風量検出部により検出された検出値を用いて前記風量の変化を抑制するように前記スイッチング素子を駆動する第一の制御モードと、前記電流検出部により検出された検出電流値を用いて前記電動送風機の入力が予め設定された目標値に維持されるように前記スイッチング素子を駆動する第二の制御モードとを含み、
前記制御部は、電流目標値と係数と出力タイミング閾値とを記憶したメモリを備え、前記第二の制御モードでの制御状態において、前記出力タイミングを決定する前記出力タイミング指令値を、前記電流検出部で検出した複数の検出電流値から予め決められた方法で演算して算出された電流演算値と前記電流目標値との誤差に前記係数を乗じた値に応じて演算するとともに、この出力タイミング指令値が前記出力タイミング閾値を超えたときに前記第二の制御モードから前記第一の制御モードに切替える
ことを特徴とする電気掃除機。 An electric blower that sucks air, a dust collection unit that captures dust contained in the air sucked by the electric blower, a switching element that switches a current flowing through the electric blower, and an air volume that passes through the dust collection unit An air volume detection unit that detects a change in the current, a current detection unit that detects a current flowing through the electric blower, and any one of a plurality of control modes, and an output timing command value set according to the selected control mode A control unit for driving the switching element by outputting a control signal at the determined output timing,
The plurality of control modes are detected by a first control mode for driving the switching element so as to suppress a change in the air volume using a detection value detected by the air volume detection unit, and the current detection unit. A second control mode for driving the switching element so that the input of the electric blower is maintained at a preset target value using a detected current value;
The control unit includes a memory that stores a current target value, a coefficient, and an output timing threshold value. In the control state in the second control mode, the output timing command value that determines the output timing is set as the current detection value. arithmetic in accordance with a value obtained by multiplying the coefficient error of the current calculation value before Symbol current target value calculated by calculating a plurality of detected current values or al a predetermined manner detected in parts together, vacuum cleaner, characterized in that switching from the when the output timing command value exceeds the output timing threshold second control mode to said first control mode.
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