JP5018185B2 - 電気掃除機 - Google Patents

Description

本発明は、駆動モータで移動可能にした電気掃除機に関するもので、特に、電気掃除機の引回し力が小さく、快適に掃除ができる床移動型の電気掃除機に関するものである。

使用者が床移動型の電気掃除機で掃除床面を掃除する際の本体引き回し（引っ張り）力を低減するようにした電気掃除機として、特許文献１や特許文献２に記載されたものがある。

前記特許文献１に開示された電気掃除機は、電動送風機およびこの電動送風機の吸気側に連通する集塵室を内部に設けるとともに、この集塵室に連通する接続口を外面部に設けた電気掃除機本体と、この電気掃除機本体の接続口に一端部が接続されるとともに手元把持部を他端側に有するホースと、前記電気掃除機本体に設けられ、この電気掃除機本体を被掃除面上で移動可能とする走行手段と、前記電気掃除機本体に設けられ前記走行手段を駆動する駆動手段と、前記ホースに加えられる引張力を検出する検出手段と、この検出手段の検出信号に応じて前記駆動手段を制御する駆動制御手段とを備え、この駆動制御手段は、前記ホースに加えられる引張力が大きいほど、
（１）前記駆動手段による走行手段の駆動速度をより大きくするように制御することで、使用者は、電気掃除機のホースを強く引けば長い距離を移動させ、ホースを軽く引けば少しだけ移動させることができる。

（２）前記駆動手段による走行手段の駆動時間をより短くし、かつ、駆動速度をより大きくするように制御することで、ホースを引っ張った時に電機掃除機本体が移動する距離を引張力によらず同じ位にすることができる。
というもので、使用者の歩行に対する電気掃除機の追従性が向上するというものである。

また、特許文献２に開示された電気掃除機は、走行ローラと、前記走行ローラの前進方向の回転に追随して回転し、周縁部に多数のスリットが穿設された円盤と、前記走行ローラに連結された駆動モータと、前記スリットに臨み前記円盤の両側に配設されたフォトダイオード及びフォトトランジスタと、前記円盤の回転により発生する前記フォトトランジスタからのパルス信号を入力して前記駆動モータを駆動するとともに、その駆動時間を制御する駆動モータ駆動部とを備え、例えば、ホースを一時的に引っ張って電機掃除機本体を少し移動させると、その移動量に応じて走行ローラ、すなわち円盤が回転し、その回転速度をフォトトランジスタが感知して、その回転速度（即ち使用者がホースを引っ張る力に）に応じて駆動モータ制御回路が駆動モータの駆動とその駆動時間を制御し、走行ローラを前進回転させると共に走行距離を加減するようにして、使用者の歩行に対する電気掃除機の追従性を向上させるようにしたものである。
特開平４−９２６３４号公報 特開平４−１０５６２３号公報

床移動型の電気掃除機の本体引き回し疲労感低減のために成された上記従来の技術は、基本的には、使用者の操作力を検知してその操作力に応じて、電機掃除機本体の移動時間（移動距離）を自在に可変制御させることが良いと考えたものである。

しかしながら、使用者の操作力の強弱に応じて電機掃除機本体の移動距離・速度を決定する方法を研究していくと、幾つかの問題点がでてきた。例えば、使用者が、吸込み具を前後方向に移動する速度と、使用者自身が前進する速度との関係が使用者毎に異なり、予め一意的に設定することが困難であること等がその一例である。

更に、特許文献１に開示された発明を具体的に実施しようと試みたとき、電気掃除機の吸い込み力に影響しないようにしたり、引っ張り力検出部分をホースに加わる引っ張り力や引っ張り回数に耐える強度・耐久性を確保しようとすると、ホース差込管内部の構成が非常に複雑になり、小型・低価格で実現することが困難になるという課題があった。

これらの課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、駆動開始する条件については使用者の移動に伴う引っ張り力に関わる動きを検知するものでも良いが、駆動開始すぐに使用者の動きに追求可能な駆動スピードが得られるようにすること（即ちスタートダッシュ性が良いこと）、駆動開始してからの駆動距離を被掃除床面に関わらず略同等にすること、更に駆動（電機掃除機本体の走行）スピードは、被掃除床面に関わらず略同等（遅すぎれば軽快感が悪くなり早すぎれば安心感に欠ける）となるようにすることが実使用時の使用者の快適性を確保するポイントであるとの考えに至った。

その理由の一端を説明すると、例えば、検知手段で検知するタイミングは、使用者が足を踏み出して以降既に前進速度に乗って移動開始しているときであり、電気掃除機が追従走行するためにはある程度のスタートダッシュ力が有るほうが快適である。更に、本発明の研究の中では木床を掃除する場合は、床面上の埃は、吸込み具を移動させると瞬時に取り除かれるので、使用者が操作する吸込み具の前後操作は速く使用者自身の移動速度も多少速めになること、更に絨毯を掃除する場合は、床面上の埃は吸込み具をすばやく移動させても取り除き難く操作抵抗が大きいことも有ってある程度ゆっくり吸込み具を前後操作することになり、使用者自身の移動する速度は多少遅めになる。そして、前記使用者の移動は連続的に発生するものでは無く、吸込み具で手の届く「所定範囲」を掃除してから次の「所定範囲」の場所に逐次移動するように床面上の掃除を進めていくことから、移動は所定時間毎に断続的に発生することにも着目した。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、電機掃除機本体の自走時の走行（自走）距離が、床面の種類や状態に関わらず略同一で、しかも使用者に不安を与えることの無い自走速度で電機掃除機本体を自走させることができる、使用勝手の良い電気掃除機を安価に提供することを目的とするものである。

前記従来の課題を解決するために本発明の電気掃除機は、電気掃除機本体と、前記電気掃除機本体底部より突出すると共に前記電気掃除機本体を走行させる走行ローラと、前記走行ローラを駆動する駆動モータと、前記走行ローラの回転方向及び／又は回転数を検知する回転検知手段と、前記回転検知手段からの信号に応じて前記駆動モータへ予め設定した所定時間Ｔ１の間電力又は電圧を供給する制御手段と、前記制御手段に設けられ前記回転検知手段からの回転数の情報から電気掃除機本体の走行速度又は走行距離を演算する速度演算手段と、前記制御手段に設けられ前記電気掃除機本体の置かれている床面によって変化する駆動モータへの供給電力又は供給電圧と走行ローラの回転数との関係で示される走行特性を予め記憶している走行特性記憶手段と、を備え、前記制御手段によって、駆動モータへ出力可能な最大供給電力を駆動開始時から予め設定した所定時間Ｔ２の間供給しその間の走行速度及び走行距離を前記速度演算手段により演算し、前記所定時間Ｔ２から前記所定時間Ｔ１間までの前記駆動モータへ供給する電力は、前記演算した走行速度及び走行距離と、前記走行特性記憶手段の走行特性とに基づいて設定されるもので、使用者に
よって電気掃除機本体に接続されたホースが引っ張られると、ホースの引っ張り力によって電気掃除機本体も移動し、走行ローラもその動きに応じて回転する。走行ローラの回転は回転検知手段で検出され、制御手段は前記回転検知手段の情報から電気掃除機本体が使用者によって引っ張られて移動したことを認識する。制御手段は前記情報から電気掃除機本体を自走させるために駆動モータへ所定時間電力を供給する。この時点では電気掃除機本体がどのような床面上に置かれているかは不明である。制御手段はまず所定の電力（例えば、予め電気掃除機に備えている最大供給可能電力等）を駆動モータへ供給すると、例えば電気掃除機本体が木床等走行摩擦係数の小さい床面の場合は比較的速い速度で自走し、絨毯等のように走行摩擦係数の大きい床面の場合は比較的遅い速度で自走する。制御手段はその速度の違いを回転検知手段からの情報で認識する。その認識は所定時間Ｔ２の間に行う。回転検知手段からの所定時間Ｔ２間の回転数情報は、例えば電気掃除機本体が置かれている床面と電気掃除機本体の移動に関わるキャスタやローラ等の転がり摩擦係数との関係で異なる。制御手段は所定時間Ｔ１で所定の自走距離を達成するために必要となる、所定時間Ｔ１−所定時間Ｔ２の間で、駆動手段への供給電力を変更することにより、床面の種類や状態によらず、略同一時間でしかも略同一の距離を自走する快適な電気掃除機を低価格で提供できる。

本発明の電気掃除機は、床面の種類・状態によらず略同一時間で略同一の距離を自走する快適な電気掃除機を低価格で提供できるものである。

第１の発明は、電気掃除機本体と、前記電気掃除機本体底部より突出すると共に前記電気掃除機本体を走行させる走行ローラと、前記走行ローラを駆動する駆動モータと、前記走行ローラの回転方向及び／又は回転数を検知する回転検知手段と、前記回転検知手段からの信号に応じて前記駆動モータへ所定時間Ｔ１の間電力又は電圧を供給する制御手段を備え、前記駆動モータへ供給する電力又は電圧を、電力又は電圧の供給開始から所定時間Ｔ２の間と、前記所定時間Ｔ２以降前記所定時間Ｔ１迄の間とで変えるもので、
使用者によって電気掃除機本体に接続されたホースが引っ張られると、ホースの引っ張り力によって電気掃除機本体も移動し、走行ローラもその動きに応じて回転する。走行ローラの回転は回転検知手段で検出され、制御手段は前記回転検知手段の情報から電気掃除機本体が使用者によって引っ張られて移動したことを認識する。制御手段は前記情報から電気掃除機本体を自走させるために駆動モータへ所定時間電力を供給する。この時点では電気掃除機本体がどのような床面上に置かれているかは不明である。制御手段はまず所定の電力（例えば、予め電気掃除機に備えている最大供給可能電力等）を駆動モータへ供給すると、例えば電気掃除機本体が木床等走行摩擦係数の小さい床面の場合は比較的速い速度で自走し、絨毯等のように走行摩擦係数の大きい床面の場合は比較的遅い速度で自走する。制御手段はその速度の違いを回転検知手段からの情報で認識する。その認識は所定時間Ｔ２の間に行う。回転検知手段からの所定時間Ｔ２間の回転数情報は、例えば電気掃除機本体が置かれている床面と電気掃除機本体の移動に関わるキャスタやローラ等の転がり摩擦係数との関係で異なる。制御手段は所定時間Ｔ１で所定の自走距離を達成するために必要となる、所定時間Ｔ１−所定時間Ｔ２の間で、駆動手段への供給電力を変更することにより、床面の種類や状態によらず、略同一時間でしかも略同一の距離を自走する快適な電気掃除機を低価格で提供できる。

第２の発明は、特に、第１の発明の回転検知手段を、走行ローラの回転又は電気掃除機本体の移動と連動して回転する光学式又は磁気式（ホールＩＣ）のエンコーダで構成すると共に、駆動モータへの電力供給を、直流電源電力をＰＷＭ及び／又は商用電源電力を位相制御で行うようにしたもので、使用者によってホースが引っ張られると、ホースの引っ張り力によって電気掃除機本体も移動し、走行ローラもその動きに応じて回転する。走行
ローラの回転は走行ローラと連動して回転可能なエンコーダにも伝わり、エンコーダも回転する。エンコーダはフォトインタラプタやホールＩＣ等を２つ組み合わせることで構成可能であり、更にエンコーダ単品ユニットとして一般的にあるものでよい。制御手段は前記回転検知手段の情報から電気掃除機本体が使用者によって引っ張られて移動したことを認識し、更にエンコーダからのＡ相とＢ相の信号から前進または後進なのかも認識可能である。制御手段は前記情報から前進信号であることを認識すると電気掃除機本体を前進方向に自走されるために駆動モータへ所定時間、電力又は電圧を供給する。この時点では電気掃除機本体がどのような床面上に置かれているかは不明である。制御手段はまず所定の電力を駆動モータへ供給する。例えば電気掃除機本体が木床等走行摩擦係数の小さい床面の場合は比較的速い速度で自走し、絨毯等のように走行摩擦係数の大きい床面の場合は比較的遅い速度で自走する。制御手段はその速度の違いをエンコーダからの単位時間当たりのパルス数で認識する。そのパルス数の認識は所定時間Ｔ２の間に行う。エンコーダからの所定時間Ｔ２間の回転数情報は、例えば電気掃除機本体が置かれている床面と電気掃除機本体の移動に関わるキャスタやローラ等の転がり摩擦係数との関係で異なるため、制御手段は、所定時間Ｔ１で所定の自走距離を達成するために必要となる、Ｔ１−Ｔ２時間の駆動手段への供給電力を変更する。
パルスは走行ローラの回転数に比例して増加減するため、制御手段は例えば連続するパルス間の時間を測定することで、自走する電気掃除機の自走速度を演算可能である。制御手段は、電気掃除機本体が所定の速度になったことを検知して自走開始から前記所定の速度に達した時間を所定時間Ｔ２とする。電気掃除機が所定の自走速度に達するまでの時間は、例えば電気掃除機本体が置かれている床面と電気掃除機本体の移動に関わるキャスタやローラ等の転がり摩擦係数との関係で異なるため、制御手段には例えば床面の転がり摩擦係数と供給電力と所定時間Ｔ２との関係を実験データ等から予め設定された走行特性を記憶しておき、所定時間Ｔ１で所定の自走距離を達成するために必要となる、所定時間Ｔ１−所定時間Ｔ２の間の駆動手段への供給電力を前記走行特性に基づいて変更するようにする。所定時間Ｔ２を所定の固定時間とするより、例えば電気掃除機本体が木床等の転がり摩擦係数の小さい床面上に置かれているとき等に所定時間Ｔ１間の最高自走速度を低く抑えることができると共に、所定時間Ｔ１−所定時間Ｔ２間では、床面に応じた駆動モータ制御が可能となるため、所定時間Ｔ１間で大きな走行速度変化を抑えつつ狙いの自走距離を達成し易くなる。

第３の発明は、特に、第１または第２の発明の回転検知手段で走行ローラの回転方向を検知し、前記回転検知手段で検知された前記走行ローラの回転方向が電気掃除機本体の後進方向と同じ場合、制御手段は、駆動モータへの電力又は電圧の供給を止めるもので、電気掃除機の自走機能は、前進方向だけが望ましく、使用者によって、電気掃除機本体が後進方向への力を受けた場合に、駆動モータへの電力又は電圧の供給を止めることで、より使用勝手が向上するものである。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態により本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
本発明の実施の形態１における電気掃除機について、図１〜図７を参照しながら説明する。

まずは、図１〜図３を用いて、本実施の形態における電気掃除機の各構成要素について説明する。

図１は、本実施の形態における電気掃除機の外観図で、１は、電機掃除機本体で、電気掃除機本体１の前部に設けた接続口１ａにホース２が接続される。３は、ホース２の先端
部分に設けられた手元操作部で、使用者は前記手元操作部３を操作して電気掃除機本体１に内蔵された電動送風機（図示せず）による吸引力を切り換え可能である。４は、ホース２と、床面から塵埃を吸引する床用の吸込み具５との間をつなぐ延長管である。電気掃除機本体１にはキャスタから成る４つの補助輪６が配置されている。

図２は、電気掃除機本体１を略底部方向から見た斜視図で、補助輪６は、電気掃除機本体１の底部外周に４つ配設されている。１１は、走行ローラ１０等から構成された走行ユニットで、電気掃除機本体１の底部で略重心位置７に、走行ローラ１０がホース２の電気掃除機本体１からの引出し方向と同一方向になるように固定されている。

図３は、本実施の形態における電気掃除機の回路構成ブロック図である。

走行ユニット１１には、駆動手段１９からの供給電力Ｗｓで駆動される駆動モータ１４と、駆動モータ１４の回転出力を減速して駆動軸１５を回転駆動する減速手段１３と、駆動軸１５の回転に合わせて回転して電気掃除機本体１を自走させる走行ローラ１０と、同じく前記駆動軸１５の回転を検知して、回転数及び回転方向に応じたＡ相及びＢ相２つの信号１６（以下、「エンコーダ出力信号１６」という）を制御手段２０に出力する回転検知手段であるエンコーダ１２を備えている。

本実施の形態では、エンコーダ１２は、走行ローラ１０に連結された駆動軸１５の回転と連動して回転する光学式又は磁気式（ホールＩＣ）のものである。

ここで減速手段１３には、駆動モータ１４が停止している時には、駆動軸１５が回転（空転）自在になるようクラッチ機構（図示せず）が施されていて、駆動モータ１４が停止している時には、走行ローラ１０は手で簡単に回す事ができるようになっている。

これは、駆動モータ１４が停止している時に、使用者がホース２を引っ張るなどして電気掃除機本体１を移動させる場合など、減速手段１３によって走行ローラ１０の自由な回転が阻害されて移動の妨げになること等を防止するためのものである。

制御手段２０は、手元操作部３からの信号に応じて電動送風機駆動手段３１へ位相制御タイミング信号を出力する。３２は電動送風機で、電動送風機駆動手段３１から供給される商用電源３０を位相制御した電力で運転される。

１８は、商用電源３０を整流・平滑して駆動手段１９へ直流電力を出力する直流電源である。駆動手段１９には、制御手段２０からのＰＷＭタイミング信号に合わせて前記直流電力をＰＷＭ制御して駆動モータ１４へ供給電力Ｗｓを出力する。制御手段２０には、エンコーダ１２からのＡ相とＢ相から成るエンコーダ出力信号１６のパルス数の累積又は単位時間当りのパルス数と、ＡＢ各相の位相とから、走行ローラ１０の回転速度即ち電気掃除機本体１の走行速度と走行方向（前進又は後進）を演算する走行速度演算手段２２と、走行速度演算手段２２の情報と供給電力Ｗｓの情報と電気掃除機本体１が置かれている床面上の転がり摩擦係数との関係で示される走行特性を記憶している走行特性記憶手段２１を備えている。

更に、制御手段２０は、駆動手段１９への駆動信号を出力終了してから再度駆動信号を出力するまでの間に休止時間Ｔｑを設定するようにし、そのＴｑ期間中に、エンコーダ１２からのエンコーダ出力信号１６（パルス信号）が入力されても、制御手段２０は無視するようにしている。

以上説明してきた各構成要素による動作について、図４〜図７を用いて説明する。

使用者が掃除場所を移動しようとして、ホース２を引っ張ると電気掃除機本体１は、前記引っ張り力を受けて少し移動する。その移動によって電気掃除機本体１の底部に配設してある走行ローラ１０が回転する。走行ローラ１０の回転は、駆動軸１５によってエンコーダ１２に伝えられ、エンコーダ１２は、図４に示すようにＡ相とＢ相２つの信号を出力する。

Ａ相とＢ相の２つの信号は、走行ローラ１０の回転方向即ち電気掃除機本体１の前後の移動方向によって信号の位相のずれ方が異なる。これは、エンコーダと呼ばれる回転検知手段では極めて一般的な出力信号であるため詳細な説明は省略する。制御手段２０は、エンコーダ出力信号１６から、電気掃除機本体１の移動方向は、前進か後進かの認識し、後進の場合は何もせず、前進の場合は駆動手段１９にＰＷＭタイミング信号を出力する。

これは、使用者が電気掃除機本体１を掃除中に足などを使って後方へ押しやった時等を想定し、電気掃除機本体１を後方へ自走させることはかえって使用感を損ねるものであるとの研究結果に基づいた制御であり、エンコーダ１２からの２つの信号を検知することで実現できる制御であることは言うまでも無い。

駆動手段１９は、直流電源１８の電力を前記ＰＷＭタイミング信号に応じて供給電力Ｗｓを駆動モータ１４へ出力する。この時の供給電力Ｗｓは、駆動モータ１４へ出力可能な最大電力（図５のＰＷＭ制御量１００％とし、走行速度Ｖｓを最大にする）であり、電気掃除機本体１が使用者の動きに合わせて俊敏に移動するようにしている。

一旦駆動モータ１４が回転を始めると、減速手段１３のクラッチ機構（図示せず）が連結され駆動モータ１４の回転力が走行ローラ１０に伝達され、電気掃除機本体１が自走する。このようにして電気掃除機本体１が自走開始することで、以降、使用者の引っ張り力が低減される。

ここで、本実施の形態１では、駆動モータ１４への供給電力Ｗｓを所定時間Ｔ２とＴ２以降（Ｔ２〜Ｔ１迄の間）とで変更制御するようにしており、単に駆動モータ１４への供給電力Ｗｓを所定時間Ｔ１間一定に供給し続けたときの走行特性図６と異なり、図７のような走行特性を得るようにしたものである。

所定時間Ｔ２までは、供給電力Ｗｓは１００％として、走行開始時の走行追従性を確保するが、ＰＷＭ制御量を１００％のままで所定時間Ｔ１まで駆動モータ１４へ供給電力Ｗｓを供給し続けると、図５に示すように電気掃除機本体１が置かれている床面の違いによる走行速度の差異のために、例えば木床の場合などは、所定時間Ｔ１時点ではかなり走行速度が速く且つ走行距離も長くなる。制御手段２０は、図７のＴ２の時点で駆動モータ１４に供給電力Ｗｓを供給開始してからエンコーダ１２からのエンコーダ出力信号１６のパルス数を計測し続けることで、所定時間Ｔ２時点での電気掃除機本体１の走行速度や走行距離は走行特性記憶手段２１（図５と図６の特性値を記憶）と走行速度演算手段２２とから算出可能である。

算出の一例を説明すると、駆動開始から所定時間Ｔ２までの間は、駆動モータ１４へ供給する供給電力Ｗｓは１００％であることから、図５のＶｗが１００％の時の走行速度Ｖｓとから、制御手段２０は電気掃除機本体１が置かれている床面情報と所定時間Ｔ２までに進んだ距離を判定することができる。制御手段２０は、所定時間Ｔ２以降所定時間Ｔ１までの時間で進むべき距離を、Ｎｓ（図７）なるエンコーダ１２からのパルス数の累積目標値として認識している。従って、制御手段２０は、電気掃除機本体１が木床上に置かれていると認識すると、所定時間Ｔ２以降、図７の（Ｔ２、Ｎ３）−（Ｔ１、Ｎｓ）の特性
を実現するための供給電力Ｗｓを駆動モータ１４に供給するよう駆動手段１９を制御する。

補足の説明にはなるが、制御手段２０がエンコーダ１２のエンコーダ出力信号１６から所定時間Ｔ２までの走行状況を認識し、所定時間Ｔ２以降所定時間Ｔ１までの走行制御特性を設定する一例を説明すると、電気掃除機本体１は、図５のＰＷＭ制御量１００％で走行開始する。所定時間Ｔ２時点のエンコーダ出力信号１６の累積パルス数Ｎとから、制御手段２０は電気掃除機本体１の所定時間Ｔ２までの走行距離（走行ローラ１０が１回転するときにエンコーダ１２の出力パルス数が１２パルスであれば走行ローラの直径Ｄとから走行距離は、「走行距離＝Ｄ＊π（円周率）＊パルス数Ｎ／１２」と計算できる。）とＴ２時点の走行速度Ｖｓ（Ｖｓ＝走行距離／Ｔ２）が算出できる。

Ｔ２時点での走行速度Ｖｓが図５のＶｓＭと一致またはほぼ一致していた場合、制御手段２０は電気掃除機本体１の置かれている床面が木床などのように走行に関る抵抗が極めて少ない床面であることを認識することもできる。次に制御手段２０は、図７に示すように、（Ｔ２、Ｎｎ（ＮｎはＴ２時点のエンコーダ１２からの累積パルス数Ｎ））から（Ｔ１、Ｎｓ）までの間の駆動モータ１４への供給電力（電圧Ｖｗ）を演算する。因みに電気掃除機本体１が木床上に置かれている場合、図７のＮ３は上記Ｎ更には図５のＶｓＭにほぼ等しい数になる。従って、Ｔ１−Ｔ２時間でＮｓ−Ｎ３に相当する距離を走行するための走行速度Ｖｓは、Ｖｓ＝（Ｎｓ−Ｎ３）／（Ｔ１−Ｔ２）となり、図５の木床の特性から、Ｔ２以降の供給電力Ｗｓ（電圧Ｖｗ）を設定するものである。

（実施の形態２）
図８は、本発明の実施の形態２における電気掃除機の走行特性図である。尚、本実施の形態における電気掃除機と、上記第１の実施の形態における電気掃除機とは、動作のみ異なるもので、各構成要素は、上記第１の実施の形態における電気掃除機のそれらとは、同じなので、同一符号を用いてその説明は省略する。

使用者が掃除場所を移動しようとしてホース２を引っ張ると電気掃除機本体１は前記引っ張り力を受けて少し移動する。その移動によって電気掃除機本体１の底部に配設してある走行ローラ１０が回転する。走行ローラ１０の回転は、駆動軸１５によってエンコーダ１２に伝えられ、エンコーダ１２は、図４に示すようにＡ相とＢ相２つのエンコーダ出力信号１６を出力する。

Ａ相とＢ相の２つの信号は、走行ローラ１０の回転方向即ち電気掃除機本体１の前後の移動方向によって信号の位相のずれ方が異なる。これはエンコーダ１２と呼ばれる回転検知手段では極めて一般的な出力信号であるため詳細な説明は省略する。制御手段２０はエンコーダ出力信号１６から、電気掃除機本体１の移動方向は前進か後進かの認識し、後進の場合は何もせず前進の場合は駆動手段１９にＰＷＭタイミング信号を出力する。

これは、使用者が電気掃除機本体１を掃除中に足などを使って後方へ押しやった時等を想定し、電気掃除機本体１を後方へ自走させることはかえって使用感を損ねるものであるとの研究結果に基づいた制御であり、エンコーダ１２からの２つの信号を検知することで実現できる制御であることは言うまでも無い。

駆動手段１９は、直流電源１８の電力を前記ＰＷＭタイミング信号に応じて供給電力Ｗｓを駆動モータ１４へ出力する。この時の供給電力Ｗｓは、駆動モータ１４へ出力可能な最大電力（図５のＰＷＭ制御量１００％とし、走行速度Ｖｓを最大にする）であり、電気掃除機本体１が使用者の動きに合わせて俊敏に移動するようにしている。

一旦駆動モータ１４が回転を始めると、減速手段１３のクラッチ機構（図示せず）が連結して駆動モータ１４の回転力が走行ローラ１０に伝達され電気掃除機本体１が自走する。このようにして電気掃除機本体１が自走開始することで以降、使用者の引っ張り力が低減される。

ここで本実施の形態では、図８に示すように、駆動モータ１４への供給電力Ｗｓを電気掃除機本体１が所定の走行距離（＝所定のパルス数ＮＬｓ）に達した時点で変更制御して、単に駆動モータ１４への供給電力Ｗｓを所定時間Ｔ１間一定に供給し続けたときの走行特性（図６）と異なり、図８のような走行特性がえられるようにしたものである。所定の走行距離はエンコーダ１２から出力されるエンコーダ出力信号１６から算出できることは、実施の形態１で説明した内容と同じである。

補足の説明にはなるが、制御手段２０が、エンコーダ１２のエンコーダ出力信号１６から所定の走行距離（＝所定のパルス数ＮＬｓ）になるまでの所定時間Ｔ２を認識し、所定時間Ｔ２以降所定時間Ｔ１までの走行制御特性を設定する一例を説明すると、まず電気掃除機本体１は、図５のＰＷＭ制御量１００％で走行開始する。制御手段２０は、電気掃除機本体１が走行開始してから所定の走行距離（走行ローラ１０が１回転するときにエンコーダ１２の出力パルス数が１２パルスであれば走行ローラの直径Ｄとから走行距離は、「走行距離＝Ｄ＊π（円周率）＊パルス数Ｎ／１２」と計算できる。）を走行した時点を、所定時間Ｔ２とし、所定時間Ｔ２時点の走行速度Ｖｓ（Ｖｓ＝走行距離／Ｔ２）が算出できる。

所定時間Ｔ２時点での走行速度Ｖｓが図５のＶｓＭと一致またはほぼ一致していた場合、制御手段２０は、電気掃除機本体１の置かれている床面が木床であると判断できる。次に制御手段２０は図８に示すように、例えば、床面が木床の場合、（Ｔ２Ｃ、ＮＬｓ）から（Ｔ１、Ｎｓ）までの間の駆動モータ１４への供給電力（電圧Ｖｗ）を演算する。

因みに電気掃除機本体１が木床上に置かれている場合、図８のＴ２Ｃ時点での走行速度は図５のＶｓＭにほぼ等しい数になる。従って、Ｔ１−Ｔ２Ｃ時間でＮｓ−ＮＬｓに相当する距離を走行するための走行速度Ｖｓは、Ｖｓ＝（Ｎｓ−ＮＬｓ）／（Ｔ１−Ｔ２Ｃ）となり、図５の木床の特性から、Ｔ２Ｃ以降の供給電力Ｗｓ（電圧Ｖｗ）を設定するものである。

所で、上記実施の形態で更に研究を進めていく中で、（１）走行ユニット１１により電気掃除機本体１が走行している時間は、０．５秒〜１．５秒の間で、より好ましくは、約１秒であること、（２）電気掃除機本体１が走行しているときの最高速度は３０ｃｍ／秒〜８０ｃｍ／秒の間で、より好ましくは、約５０ｃｍ／秒であること、（３）休止時間Ｔｑは、０．５秒〜１．５秒の間で、より好ましくは、約１秒と設定して実験すると快適さが大きく向上することが分かった。

本実施の形態では、エンコーダ１２は、駆動軸１５の回転を検知して回転数及び回転方向に応じたＡ相及びＢ相２つのエンコーダ出力信号１６を出力するようにしたが、補助輪６の何れかの回転を検知するように構成したり、補助輪６以外に特別な車輪等を設けたりしても良く、要は、電気掃除機本体１の移動方向や、移動速度が検知できるものであれば、その方法は問わない。

更に、自走機能は電動送風機３２が運転されている時だけ有効であるよう制御手段２０で制御することも、例えば、使用者が万一コンセントを差したまま収納してしまっているときに電気掃除機本体１が僅かに動いたことで不意に自走することなどが無いようにすることに有用であろう。

ところで、本実施の形態で説明した走行特性図は、走行に関る部分の詳細設計条件によって大きく変わる。走行ローラ１０の床面とのグリップ特性、駆動モータ１４のトルクや回転数特性、補助輪６の転がり摩擦係数、電気掃除機本体１の重量等々が走行特性に影響するため、図５、６に示す各走行特性の様子はどのような電気掃除機本体１に対しても一意的に決まるものではなく、個々に詳細設計（実験等による走行特性データ確認）が必要となるものであり、上記実施の形態は、単なるひとつの特性事例であることは理解できよう。

ただし、自走機能を設計するに際しては、一般家庭の床面の内最も走行時の抵抗の大きな床面、たとえば毛足の長い絨毯上で良好な走行性能が得られるように走行駆動系の速度やトルクを設計して快適な追従性能を確保できるようにすると、走行抵抗の少ない例えば木床等を走行する場合に走行スピードが出すぎたり、走行距離が長くなったりして快適な自走性能が得にくくなる。

本発明はそのような従来の課題を解決するために成されたものであり、使用者の移動に対してできるだけ瞬時に走行開始（スタートダッシュ力を確保）可能な駆動系を備えつつ、走行速度や走行距離を常に略同一に制御できる優れた自走機能を備えた電気掃除機を提供できるものであることは、上述してきた実施の形態の説明から容易に理解できよう。

尚、本実施の形態では、駆動モータ１４への電力供給を直流電源１８から行うようにしているが、駆動モータ１４内にダイオードブリッジ（図示せず）を内蔵させるなどして駆動モータ１４をＡＣ駆動可能なものを使用すれば、駆動手段１９を商用電源を位相制御可能なトライアック等で構成しても良い。

またエンコーダ１２は、特に図示しないが、２個のフォトインタラプタとスリット付き回転盤や、同じく２個のホールＩＣと複数個のマグネット等を使用すれば、出力信号の位相差９０度の精度にこだわらなければ簡単に構成可能であることは言うまでもない。

以上のように本発明にかかる電気掃除機は、掃除中の疲労感を低減する高付加価値・高機能な電気掃除機や、更には使用者の移動に合わせて追従する機器にも有用な技術である。

本発明の第１の実施の形態における電気掃除機の外観図 同電気掃除機の底部斜視図 同電気掃除機の回路構成ブロック図 同電気掃除機のエンコーダ出力信号波形図 同電気掃除機の駆動モータへの供給電力と走行速度の関係を示すグラフ 同電気掃除機の走行時間とパルス数との関係を示すグラフ 同電気掃除機の走行特性を示すグラフ 本発明の第２の実施の形態における電気掃除機の走行特性を示すグラフ

１ 電気掃除機本体
２ ホース
３ 手元操作部
４ 延長管
５ 吸込み具
６ 補助輪
１０ 走行ローラ
１１ 走行ユニット
１２ エンコーダ（回転検知手段）
１３ 減速手段
１４ 駆動モータ
１５ 駆動軸
１６ エンコーダ出力信号
１８ 直流電源
１９ 駆動手段
２０ 制御手段
２１ 走行特性記憶手段
２２ 走行速度演算手段
３０ 商用電源
３１ 電動送風機駆動手段
３２ 電動送風機

Claims (3)

1. 電気掃除機本体と、
   前記電気掃除機本体底部より突出すると共に前記電気掃除機本体を走行させる走行ローラと、
   前記走行ローラを駆動する駆動モータと、
   前記走行ローラの回転方向及び／又は回転数を検知する回転検知手段と、
   前記回転検知手段からの信号に応じて前記駆動モータへ予め設定した所定時間Ｔ１の間電力又は電圧を供給する制御手段と、
   前記制御手段に設けられ前記回転検知手段からの回転数の情報から電気掃除機本体の走行速度又は走行距離を演算する速度演算手段と、
   前記制御手段に設けられ前記電気掃除機本体の置かれている床面によって変化する駆動モータへの供給電力又は供給電圧と走行ローラの回転数との関係で示される走行特性を予め記憶している走行特性記憶手段と、を備え、
   前記制御手段によって、駆動モータへ出力可能な最大供給電力を駆動開始時から予め設定した所定時間Ｔ２の間供給しその間の走行速度及び走行距離を前記速度演算手段により演算し、前記所定時間Ｔ２から前記所定時間Ｔ１間までの前記駆動モータへ供給する電力は、前記演算した走行速度及び走行距離と、前記走行特性記憶手段の走行特性とに基づいて設定されることを特徴とする電気掃除機。
2. 回転検知手段を、走行ローラの回転又は電気掃除機本体の移動と連動して回転する光学式又は磁気式（ホールＩＣ）のエンコーダで構成すると共に、駆動モータへの電力供給を、直流電源電力をＰＷＭ及び／又は商用電源電力を位相制御で行うようにした請求項１に記載の電気掃除機。
3. 回転検知手段で走行ローラの回転方向を検知し、前記回転検知手段で検知された前記走行ローラの回転方向が電気掃除機本体の後進方向と同じ場合、制御手段は、駆動モータへの電力又は電圧の供給を止める請求項１または２に記載の電気掃除機。

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