JP4552336B2

JP4552336B2 - 電気掃除機

Info

Publication number: JP4552336B2
Application number: JP2001051805A
Authority: JP
Inventors: 崇文石橋; 禎高速水
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2001-02-27
Filing date: 2001-02-27
Publication date: 2010-09-29
Anticipated expiration: 2021-02-27
Also published as: JP2002248070A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般家庭用、もしくは、業務用の電気掃除機の、特に、吸込具に内蔵された回転ブラシの制御に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図８に従来の電気掃除機における回転ブラシの制御回路の概略構成図を示す。図８において、１００は、商用電源であり、１０１は回転ブラシ（図示せず）を回転駆動する電動機であり、１０２は商用電源１００を位相制御して電動機１０１の印加電圧、即ち供給電力を調整する双方向性サイリスタであり、１０３は、双方向性サイリスタ１０２を点弧する点弧回路であり、１０５は電動機１０１に流れる負荷電流を検出する電流検出器であり、１０６は電流検出器１０５の出力信号を整流、増幅する電流検出回路であり、電流検出器１０５と電流検出回路１０６とで、電流検出手段１０７を構成する。１０５は、電流検出手段１０７の出力信号により、点弧回路１０３の点弧角を決定し、電動機１０１を位相制御する制御手段としてのマイクロコンピュータである。
【０００３】
従来の電気掃除機は、第２８９３９６９号特許公報に記載のように、回転ブラシを駆動する電動機１０１への印加電圧を調整する構成において、電動機１０１に流れる電流を電流検出手段１０７で検出し、電流検出手段１０７の出力が、マイクロコンピュータが予め有していた第１の設定値を越えた時に電動機１０１への印加電圧、即ち供給電力を下げ、電流検出手段１０７の出力が、第１の設定値より低い第２の設定値を越えた時に回転ブラシのロックと判定し、電動機１０１の運転を停止するよう制御していた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来技術においては、マイクロコンピュータ１０５が電動機１０１の負荷電流を判断する際、電流検出手段１０７にて構成上平滑する必要があり、構成が複雑になるという課題を有していた。
【０００５】
本発明は、上記課題を解決するもので、平滑する回路を不要とした簡単な回路で電流検出手段を構成できると共に、回転ブラシロック時の保護が出来る電気掃除機を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は、吸込具に内蔵され塵埃を掻き揚げる回転ブラシを駆動する電動機と、前記電動機に供給する電力を制御する制御手段と、前記電動機の負荷電流を検出する電流検出手段を備え、前記制御手段において、前記電流検出手段の出力が第１の所定値を越えた時に前記電動機への供給電力を低下させ、前記電流検出手段の出力が第２の所定値を越えた時に前記電動機への供給電力を停止するようにし、前記電動機の負荷電流が第１の所定値に達した時の供給電力により前記第２の所定値を設定するもので、平滑することのない簡単な構成で、使い勝手を維持しながら、前記回転ブラシのロック時の保護を行うことが出来る。また、供給電力を低下させた時の位相制御量に応じた負荷電流の判定値で、前記第２の所定値に対する判定を行え、より高精度な前記回転ブラシのロックの判断が可能な電気掃除機を実現できる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１記載の発明は、吸込具に内蔵され塵埃を掻き揚げる回転ブラシを駆動する電動機と、前記電動機に供給する電力を制御する制御手段と、前記電動機の負荷電流を検出する電流検出手段を備え、前記制御手段において、前記電流検出手段の出力が第１の所定値を越えた時に前記電動機への供給電力を低下させ、前記電流検出手段の出力が第２の所定値を越えた時に前記電動機への供給電力を停止するようにし、前記電動機の負荷電流が第１の所定値に達した時の供給電力により前記第２の所定値を設定するもので、平滑することのない簡単な構成で、使い勝手を維持しながら、前記回転ブラシのロック時の保護を行うことが出来る。また、供給電力を低下させた時の位相制御量に応じた負荷電流の判定値で、前記第２の所定値に対する判定を行え、より高精度な前記回転ブラシのロックの判断が可能な電気掃除機を実現できる。
【０００８】
本発明の請求項２記載の発明は、制御手段において、電流検出手段の出力が第１の所定値を第１の所定時間越えた時に前記電動機への供給電力を低下させ、前記電流検出手段の出力が第２の所定値を第２の所定時間越えた時に前記電動機への供給電力を停止するようにし、前記第１の所定時間を前記第２の所定時間以上に設定したもので、前記回転ブラシのロック時には、早期に前記電動機への電力供給を停止して、前記回転ブラシの保護性を高めることが可能な電気掃除機を実現できる。
【０００９】
本発明の請求項３記載の発明は、制御手段において、電流検出手段の出力が第１の所定値を第１の所定時間越えた時に前記電動機への供給電力を低下させ、前記電流検出手段の出力が第２の所定値を第２の所定時間越えた時に前記電動機への供給電力を停止するようにし、前記第２の所定時間を前記第１の所定時間以上に設定したもので、第１の所定値と第２の所定値との差が少ない場合でも、前記電動機の負荷電流が大きい時に、第１の所定値による供給電力の低下後に、第２の所定値による電力供給の停止の制御が行え、過負荷時に急に前記回転ブラシが停止することなく、使用性を向上できる電気掃除機を提供することが出来る。
【００１０】
本発明の請求項４記載の発明は、電流検出手段の出力が第１の所定値を越え、電動機への供給電力を低下させた後、電動機への供給電力を低下前の供給電力に復帰させるもので、回転ブラシの負荷が、過負荷状態から通常状態に戻った時には、自動で前記電動機への供給電力が復帰するので、過負荷状態解除時の使用性を向上することが可能な電気掃除機を実現できる。
【００１１】
本発明の請求項５記載の発明は、制御手段において、電流検出手段の出力が第１の所定値を越え、電動機への供給電力を低下させた後、前記電流検出手段の出力が所定値を越えると、電動機への供給電力を低下前の供給電力に復帰させる第３の所定値を設けたもので、過負荷状態解除時の復帰動作を高精度に行うことが可能な電気掃除機を実現できる。
【００１２】
本発明の請求項６記載の発明は、第３の所定値は、第１の所定値より低く設定したもので、回転ブラシの過負荷状態が確実に解除された時のみ供給電力を復帰させ、第１の所定値による電力低下と、第３の所定値による復帰動作が交互に発生する誤動作を防止出来る電気掃除機を実現できる。
【００１３】
本発明の請求項７記載の発明は、第３の所定値は、第１の所定値より高く設定したもので、回転ブラシの負荷が軽くなると早期に供給電力を復帰させることができ、過負荷時の回転ブラシの保護を行うことが出来ると共に、高い使用性を得る電気掃除機を実現できる。
【００１４】
本発明の請求項８記載の発明は、第１の所定値により前記電動機への供給電力を低下させた時の供給電力により前記第３の所定値を設定するようにしたもので、供給電力を低下させた時の位相制御量に応じた負荷電流の判定値で復帰の判定を行え、より高精度な復帰動作が可能な電気掃除機を実現できる。
【００１５】
本発明の請求項９記載の発明は、電流検出手段の出力が第１の所定値を越え、電動機への供給電力を低下させた後、所定時間経過後に電動機への供給電力を低下前の供給電力に復帰させるもので、復帰時の動作精度を更に向上することが可能な電気掃除機を実現できる。
【００１６】
【実施例】
（実施例）
以下本発明の一実施例を、図１〜図７を参照しながら説明する。
【００１７】
図１に本発明の一実施例における電気掃除機の回路構成図を、図２に電気掃除機の外観図を示す。
【００１８】
図２において、１は電気掃除機本体であり、２は吸引力を発生するファンモータをおよび吸引された塵埃を集塵する集塵室（図示せず）を内蔵している。３はホースであり、前記ファンモータ２の吸引力の強弱などを変化させることで、電気掃除機の運転モードを切り換える手元操作部４を有している。６は床面に接して被掃除面の塵埃等を吸引するための吸込具であり、被掃除面の塵埃をかき上げる回転ブラシ７と回転ブラシ７を駆動する電動機８を内蔵している。前記回転ブラシ７はベルト（図示せず）などを介して、前記電動機８により駆動されたり、あるいは前記回転ブラシ７内に電動機８を内蔵し、ギア（図示せず）などを介して前記回転ブラシ７を駆動させる方法等ある。５は延長管で、前記吸込具６と前記ホース３とを連通させている。手元操作部４を操作し、前記ファンモータ２および電動機８を駆動させることで、吸込具６から被掃除面の塵埃はかき上げられ、前記塵埃は、延長管５、ホース３および電気掃除機本体１へと搬送され、前記塵埃は前記電気掃除機本体１に内蔵された集塵室（図示せず）に集塵されるとともに、吸引風は前記電気掃除機本体１より排出される。
【００１９】
また、図２に示すように、本実施例の電気掃除機は、電気掃除機本体１、ホース３、延長管４、吸込具５の４つブロックに分けられ、図１においては１点鎖線にて区分けしているが、図１において、１０は、回転ブラシ７を回転駆動する電動機８を位相制御するための双方向性サイリスタである。１１は、電動機８への電力供給路上に存在するホース３の抵抗分ｒであり、電流検出手段である。つまり、電動機８に流れる負荷電流によりこのｒの印加電圧が変化することにより負荷電流を検出できる。１２は電動機８に供給する電力を制御する制御手段であるマイクロコンピュータであり、電流検出手段１１の出力する電動機８の負荷電流情報をＡ／Ｄ変換して取込み、負荷電流に応じて、双方向性サイリスタ１０へ位相制御のための点弧パルスを出力し、同時に、手元操作部からの情報により、ファンモータ２の供給電力の制御も含め、運転モードの制御も行っている。１３は、電気掃除機に電力を供給する商用電源である。
【００２０】
上記構成による動作を、以下に説明する。
【００２１】
手元操作部４には、図１に示すようにスイッチＳＷ１〜ＳＷ３と、抵抗ｒ１からｒ４が内蔵されており、本体１側の回路に内蔵された抵抗Ｒとｒ１，ｒ２，ｒ３，ｒ４の分割によりスイッチＳＷ１〜ＳＷ３のオン状態の組み合わせにより、マイクロコンピュータ１２の手元Ａ／Ｄポートの電圧が変化するので、マイクロコンピュータ１２は電圧に応じて運転モードを判断し、手元操作部４のスイッチＳＷ１〜ＳＷ３の状態に応じて、ファンモータ２への供給電力と電動機８の制御を行う。例えば、ＳＷ２が押されたとすると、手元Ａ／Ｄポートの電圧は、マイクロコンピュータ１２のＧＮＤを基準とすると、
（Ｒ／（ｒ０＋ｒ１＋ｒ２＋ｒ＋Ｒ））×５［Ｖ］
となる。ここで、ｒ０とｒは、ホース３の配線上に存在する微少抵抗値であり、ｒ１，ｒ２，ｒ３，ｒ４＞＞ｒ０，ｒであることと、電流も微少であることより、ｒ０，ｒ＝０［Ｖ］とみなし、上記の電圧は、
（Ｒ／（ｒ１＋ｒ２＋Ｒ））×５［Ｖ］
で表される。同様に、スイッチＳＷ１〜ＳＷ３が全く押されていない状態では、
（Ｒ／（ｒ１＋ｒ２＋ｒ３＋ｒ４＋Ｒ））×５［Ｖ］
となる。
【００２２】
今、図３に示すように、マイクロコンピュータ１２は、双方向性サイリスタ１０を点弧（トリガオン）する前のタイミングＴ１（商用電源１３の電圧波形に同期）での手元Ａ／Ｄポートの電圧を、手元操作部４の操作情報として判断し、その後、タイミングＴ２で、点弧することにより、電動機８に電流Ｉが流れる。この時、ホース３の配線上の微少抵抗ｒにも電流Ｉが流れるため、抵抗ｒの両端にｒ×Ｉの電圧が発生するが、この電流は、大きいため、抵抗ｒが無視できなくなり、マイクロコンピュータ１２の手元Ａ／Ｄポートの電圧は、
（Ｒ／（ｒ１＋ｒ２＋ｒ３＋ｒ４＋Ｒ））×（５−Ｉ×ｒ）［Ｖ］
となり、双方向性サイリスタ１０の点弧後の手元Ａ／Ｄポートの電圧は、図３に示すような波形となる。但し、信号レベルを０Ｖから５Ｖで制限しているので、５Ｖ以上、０Ｖ以下の電圧は各々５Ｖと０Ｖで上下限値を規制されている。
【００２３】
この波形の波高値は、図４に示すように、負荷の状態、つまり、負荷電流によって変化し、電流Ｉが大きくなれば高くなり、小さくなれば低くなるので、マイクロコンピュータ１２は、双方向性サイリスタ１０を点弧した後のタイミングＴ３での手元Ａ／Ｄポートの電圧を電流Ｉに応じた値として判断することで、電動機８の負荷電流を判断することが出来る。ここで、タイミングＴ３の設定であるが、双方向性サイリスタ１０の点弧のタイミングによって、波形のピークのタイミングが変わるので、ピークよりも後ろになるように設定する。
【００２４】
ここで、電動機８に流れる負荷電流Ｉと、電流検出手段１１の出力電圧についてであるが、点弧タイミングＴ４で電動機８を位相制御している時の負荷電流より、点弧低ミングＴ５で電動機８を位相制御している時の負荷電流の方が平均値、つまり平滑すると小さくなり、電動機８の発熱は抑えられる方向になる。しかし、タイミングＴ３においては、電流検出手段１１の出力である手元Ａ／Ｄポートの電圧は、図５に示すように点弧タイミングＴ５で位相制御した方が高くなる。
【００２５】
また、回転ブラシ７は、一方向に回転しているので、電動機８の負荷電流Ｉは、使用者の吸込具６の操作、つまり、吸込具６の前後動作によって、通常負荷においては図６に示すように、波をうったように変化する。この波の変化幅△Ｖａは、使用者によって異なり、また、波全体のレベルも使用者によって異なる。
【００２６】
マイクロコンピュータ１２は、手元Ａ／Ｄポートの電圧に対して、第１の所定値Ｖ１と第２の所定値Ｖ２の判定値を有して負荷電流のレベルを判断すると共に、Ｖ１，Ｖ２に対して、各々第１の所定時間ｔ１、第２の所定時間ｔ２の判定時間を有しており、手元Ａ／Ｄポートの電圧がＶ１より低ければ、双方向性サイリスタ１０を図５中のＴ４のタイミングで点弧して電動機８を位相制御（印加電圧大、負荷電流大）し、Ｖ１より高くＶ２より低い状態がｔ１以上継続するとタイミングＴ５で点弧して電動機８を位相制御（印加電圧小、負荷電流小）し、Ｖ２より高い状態がｔ２以上継続すると電動機８への電圧の印加を停止し、回転ブラシ７の動作を停止する。
【００２７】
従って、電動機８の負荷電流を平滑することのない簡単な構成において、回転ブラシ７のロック時には、確実に電力供給を停止して電動機８の損傷を防止出来ると共に、供給電力を停止する前に、負荷電流が大きい時は、一旦、供給電力を低下させる動作により、吸込具６の操作力の大きな使用者に使用された時でも、回転ブラシ７のロックと誤判断して停止することなく、使い勝手を維持することが出来る。
【００２８】
図６に示すように、通常使用状態においては、使用者の吸込具６の操作により、負荷電流Ｉは波打って変化するが、回転ブラシ７がロックすると回転しなくなるため、ロック状態では負荷電流Ｉは一定の値となるので、ｔ２よりｔ１を短く（ｔ１をｔ２より長く）設定することにより、回転ブラシ７のロック状態では、早期に電動機８への電力供給を停止し、使用者の操作力に関わらず使い勝手を維持しながらも、回転ブラシ７のロック時の保護性を向上することが出来る。
【００２９】
逆に、ｔ２より１を長く（ｔ１よりｔ２を短く）設定することにより、特に、ロック状態での負荷電流Ｉと過負荷状態での負荷電流Ｉの差△Ｖｂ（図６に示す）が小さい時に、ロック状態以外では、即、回転ブラシ７が停止することが無く、回転ブラシロック時の保護性を維持しながら、使い勝手を向上することが出来る。
【００３０】
また、マイクロコンピュータ１２は、図７に示すように、手元Ａ／Ｄポートの電圧に対して、Ｖ１より低い、第３の所定値Ｖ３を有しており、回転ブラシ７が通常状態より負荷の大きな過負荷状態になり、タイミングＴ３における手元Ａ／Ｄポートの電圧が判定値Ｖ１を上回って、双方向性サイリスタ１０の点弧タイミングをＴ５にした後（図７中の実線で示すＡ／Ｄ電圧波形）、図７中の点線で示すＡ／Ｄ電圧波形のように、Ｖ３より小さくなると過負荷状態が解除されたと判定して、双方向性サイリスタ１０の点弧タイミングをＴ４に復帰させる。過負荷状態が継続しているときは、手元Ａ／Ｄ電圧はＶ１より高くなっているので、Ｖ３をＶ１より低く設定することにより、過負荷状態が確実に解除された時のみ、供給電力を通常負荷状態の供給電力（点弧タイミングＴ４）に復帰でき、判定値Ｖ１による供給電力の低下と、判定値Ｖ３による供給電力の復帰動作の交互の発生を確実に防止できるので、使用性を更に向上できると共に復帰判断高精度に行うことが出来る。また、過負荷状態時も、図６に示すように、負荷電流Ｉは、波打った状態になるので、Ｖ３に対しても判定時間を設けて判断することにより、復帰動作の精度を向上することが出来る。
【００３１】
上記では、Ｖ３をＶ１より低く設定したが、逆に、Ｖ３をＶ１より高く設定することにより、回転ブラシ７にかかる負荷が軽くなった時は、早期に電動機８への供給電力を復帰し、吸込具６の使い勝手、ゴミ取れ性能を向上することが出来る。
【００３２】
また、マイクロコンピュータ１２において、電動機８の供給電力に対応して、双方向性サイリスタ１０の点弧タイミングを設定することにより、現在の供給電力を認識することが出来、タイミングＴ３での電流検出手段１１の出力、即ち、手元Ａ／Ｄポートの電圧は供給電力が高くなれば低くなり、供給電力が低くなれば高くなるので、Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３を現在の供給電力によって決定することにより、より高精度な判定を行うことが出来る。なお、この原理は図１の構成からも明らかなように、マイクロコンピュータ１２のＶｄｄと電動機８の負荷電流経路を共通にしていることにより、手元Ａ／ＤのＤＣ成分にＡＣ成分を重畳でき、それを利用しているものである。
【００３３】
尚、本実施例においては、Ｖ１とＶ２の２つの判定値で、保護動作の判定を行ったが、双方向性サイリスタ１０の点弧タイミング（供給電力）と、電動機８に流れる電流の関係には相関があるので、更に複数の判定値を設けることによって、更に、使い勝手と保護性を向上することが出来る。
【００３４】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、吸込具に内蔵された回転ブラシを回転駆動する電動機への負荷電流を遮断する機械的手段を設ける必要もなく、また、平滑する必要が無く、電流検出手段を簡単な回路で構成できると共に、電動機の負荷電流を高精度に検出でき、使い勝手を維持しながら、毛足の長い絨毯等を掃除したとき、回転ブラシロック時の保護が出来る電気掃除機特有の課題を解決するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の電気掃除機における制御回路図
【図２】同実施例の電気掃除機の概略構成図
【図３】同実施例の電気掃除機における手元Ａ／Ｄポート電圧のタイミング図
【図４】同実施例の電気掃除機における手元Ａ／Ｄポート電圧の説明図
【図５】同実施例の電気掃除機における手元Ａ／Ｄポート電圧の判断の説明図
【図６】同実施例の電気掃除機における負荷電流変化の説明図
【図７】同実施例における電気掃除機の手元Ａ／Ｄポート電圧の復帰判断の説明図
【図８】従来の電気掃除機の電動機制御ブロック図
【符号の説明】
４手元操作部
８電動機
１０双方向性サイリスタ
１１電流検出手段
１２マイクロコンピュータ
１３商用電源
Ｖ１第１の所定値
Ｖ２第２の所定値
Ｖ３第３の所定値
ｔ１第１の所定時間
ｔ２第２の所定時間
ｔ３第３の所定時間

Claims

吸込具に内蔵され塵埃を掻き揚げる回転ブラシを駆動する電動機と、前記電動機に供給する電力を制御する制御手段と、前記電動機の負荷電流を検出する電流検出手段を備え、前記制御手段において、前記電流検出手段の出力が第１の所定値を越えた時に前記電動機への供給電力を低下させ、前記電流検出手段の出力が第２の所定値を越えた時に前記電動機への供給電力を停止するようにし、前記電動機の負荷電流が第１の所定値に達した時の供給電力により前記第２の所定値を設定する電気掃除機。
制御手段において、電流検出手段の出力が第１の所定値を第１の所定時間越えた時に前記電動機への供給電力を低下させ、前記電流検出手段の出力が第２の所定値を第２の所定時間越えた時に前記電動機への供給電力を停止するようにし、前記第１の所定時間を前記第２の所定時間以上に設定した請求項１記載の電気掃除機。
制御手段において、電流検出手段の出力が第１の所定値を第１の所定時間越えた時に前記電動機への供給電力を低下させ、前記電流検出手段の出力が第２の所定値を第２の所定時間越えた時に前記電動機への供給電力を停止するようにし、前記第２の所定時間を前記第１の所定時間以上に設定した請求項１記載の電気掃除機。
電流検出手段の出力が第１の所定値を越え、電動機への供給電力を低下させた後、電動機への供給電力を低下前の供給電力に復帰させる請求項１〜３のいずれか１項に記載の電気掃除機。
制御手段において、電流検出手段の出力が第１の所定値を越え、電動機への供給電力を低下させた後、前記電流検出手段の出力が所定値を越えると、電動機への供給電力を低下前の供給電力に復帰させる第３の所定値を設けた請求項４記載の電気掃除機。
第３の所定値は、第１の所定値より低く設定した請求項５記載の電気掃除機。
第３の所定値は、第１の所定値より高く設定した請求項５記載の電気掃除機。
第１の所定値により前記電動機への供給電力を低下させた時の供給電力により前記第３の所定値を設定する請求項５記載の電気掃除機。
電流検出手段の出力が第１の所定値を越え、電動機への供給電力を低下させた後、所定時間経過後に電動機への供給電力を低下前の供給電力に復帰させる請求項４〜８のいずれか１項に記載の電気掃除機。