JP5075453B2 - 電気掃除機 - Google Patents

Description

本発明は、吸込口体に掃除機本体から電源が供給される動作部とその動作部を制御する制御部とを備えた電気掃除機に関する。

従来の電気掃除機として、例えば特許文献１に記載された電気掃除機が知られている。この電気掃除機は、ホースに、このホース内の２本の配線を介して掃除機本体から電源が供給される手元回路部が設けられている。手元回路部は、表示や報知などの出力を行う出力手段を備えている。一方、掃除機本体には、ゴミ量検出手段とこのゴミ量検出手段が検出したゴミ量に応じた本体情報を配線に出力する信号送信手段とが設けられている。

そして、ゴミ量に応じて電源電圧を制御することによって本体情報を手元回路部に送信する。手元回路部は制御された電源電圧を検出して、その検出結果を出力手段に出力し、出力手段は本体情報を表示あるいは報知する。この電気掃除機によれば、ホースの配線を増やすことなく手元回路部への電源供給と信号の送信とを行うことができる。
特開２００１−１０４２２６号公報

上記特許文献１に記載のものは、掃除機本体から手元回路部へ供給される電源の電圧波形を用いて信号を送信するものではあるが、掃除機本体から送信される電源の電圧波形は、信号が送られる側である手元回路部の動作状況に応じて制御されるものではないから、以下の点で課題が残されている。

例えば、吸込口体に回転清掃体を駆動する吸込口モータ等の動作部を設け、これに特許文献１に開示された技術思想を適用して、掃除機本体から吸込口体に供給される電源の電圧波形を動作部の信号とするものにおいては、電源の電圧波形が制御されていることにより電力が制限されてしまう。

そして、掃除機本体では吸込口体に信号が伝わったことが認識できないものであるから、信号を確実に伝達するためには掃除機本体から同じ信号を長い時間かけて出力し続ける必要があった。このため、動作部が動作をしている状態であっても、動作部への電力が制限されてしまうという課題がある。

そこで本発明は上記課題を解決し、掃除機本体から吸込口体への電源の電圧波形を利用して信号とすることができるだけでなく、動作中の動作部への電力低下を抑制することができる電気掃除機を得ることを目的とする。

上記課題を解決するために本発明は、電動送風機を備えた掃除機本体と、この掃除機本体に接続され電力線が配設された連通管と、この連通管に接続され前記電動送風機の動作により塵埃を吸い込む吸込口体と、この吸込口体に設けられるとともに前記電力線を介して掃除機本体から電力が供給される電源部と、前記吸込口体に設けられ前記電源部により動作する動作部とを有し、前記掃除機本体に、前記掃除機本体から前記電源部に印加する電圧波形を制御して信号とし、この信号を前記吸込口体に出力する本体制御部を設け、前記吸込口体に、前記信号を検出する検出部とこの検出部の検出結果に基づいて前記動作部を制御する制御部とを設けた電気掃除機であって、前記電力線に流れる電流を検出することで前記動作部の動作を検出する電流検出部を設け、この電流検出部が前記動作部の動作を検出した場合、前記本体制御部は、前記信号を出力するときよりも大きな電力となるように前記電源部に印加する電圧波形を制御するものである。

本発明によれば、掃除機本体から吸込口体への電源の電圧波形を利用して信号とすることができ、しかも、動作中の動作部への電力低下を抑制することができる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。

はじめに、図１、図２および図３を用いて、電気掃除機の全体構成を説明する。電気掃除機は、掃除機本体１と、この掃除機本体１に形成された吸込口２に一端が着脱可能に接続されるホース３と、このホース３の他端に一端が着脱可能に接続される延長管４と、この延長管４の他端に着脱可能に接続される吸込口体５とからなる。ホース３と延長管４とで連通管６が構成される。

掃除機本体１は、電動送風機７、吸込口２を介してホース３と連通する集塵部としての集塵袋８を内部に設け、電動送風機７の吸気風が集塵袋８内を通過することでこの集塵袋８で塵埃を分離し集塵するようになっている。さらに、掃除機本体１の前側下面には旋回自在な旋回輪（図示せず）を、本体１の後側側面には大径の一対の従動後輪９（一方のみ図示）をそれぞれ設けている。

ホース３は、伸縮自在で湾曲可能な略円筒状からなるもので、ハンドル１０と電動送風機７の入力等を設定する操作ボタン１１とを備えた手元操作管１２（手元操作部）を有している。この操作ボタン１１は、電動送風機７、吸込口モータ１３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することができるように構成されている。具体的には、図中に示すように、ホース３から延長管４の方向に向けて、電動送風機７の停止設定用の操作ボタン１１ａ、電動送風機７の強入力／弱入力の運転設定用の操作ボタン１１ｂ、吸込口モータ１３の正転／反転／停止の運転設定用の操作ボタン１１ｃが一列に順次並んで配設されている。

また、ホース３には、電動送風機７の電源例えば交流電源と吸込口体５とを接続するための一対の電力線１４が設けられている。さらに、ホース３には、掃除機本体１に設けられた後述する本体制御部と手元操作管１２とを接続する一対の信号線１５が設けられている。信号線１５の１本は電力線１４を共用している。そして、これら電力線１４と信号線１５とは、ホース３の一端から他端にわたって配設されている。

延長管４は大径管４ａとこの大径管４ａ内に挿入される小径管４ｂからなり、小径管４ｂを大径管４ａに対してスライドさせることで延長管４全体を伸縮可能にしている。これら大径管４ａと小径管４ｂとには一対の電力線１６が設けられ、この電力線１６はホース３に設けられた電力線１４と接続されている。

次に、吸込口体５の構成について詳述する。吸込口体５は、この延長管４の先端に着脱可能に取り付けられるもので、被掃除面上の塵埃を吸い込む吸込開口５ａを設けている。図２は、吸込口体５の構成を掃除面（底面）側から見た様子を示す平面図である。図２に示すように、吸込口体５には動作部としての吸込口モータ１３が配設されており、この吸込口モータ１３の回転は、動力伝達機構１７により回転清掃体１８に伝達されるようになっている。吸込口体５の掃除面（底面）側には、吸込口モータ１３の安全スイッチとして機能する掃除面スイッチ１９が配設されている。なお、吸込口体５内には、吸込口体制御装置６０を実装した吸込口回路基板２１が組み込まれている。

次に、掃除機本体１に内蔵された本体制御装置３０、吸込口体５に内蔵された吸込口体制御装置６０を含む回路構成を図３に基づいて説明する。３１は商用交流電源で、本体制御装置３０において、制御信号で駆動されるスイッチング素子、例えば、双方向性サイリスタ３２、電流ヒューズ３３、および電動送風機７の一部を構成し交流電源で駆動される整流子モータ（以下、単にモータという）３４が直列に接続されている。

電動送風機７は、主にモータ３４とこのモータ３４で回転されるファン３５とから構成されている。モータ３４は、例えば、ブラシ（図示せず）と、このブラシに摺動する整流子を備えた電機子３４ａと界磁巻線３４ｂ，３４ｃとから構成されるユニバーサルモータである。ファン３５はモータ３４の回転軸に接続された遠心型ファンであり、モータ３４によりファン３５が回転すると、塵埃を含んだ空気が吸込口体５から延長管４、ホース３を介して掃除機本体１に吸い込まれる。３６はゼロクロス検出部で、モータ３４に印加する交流電源電圧のゼロクロスポイントを検出する。

また、３７はマイクロコンピュータからなる本体制御部で、そのＩ／Ｏ部３８には、手元操作管１２に接続された信号線１５が接続され、手元操作管１２からは指示信号等がＩ／Ｏ部３８に入力される。そして、本体制御部３７は、商用交流電源３１のゼロクロスタイミングの取込み、手元操作管１２からの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３２、および電力線１４に接続された電力制御素子としての双方向性サイリスタ３９の制御端子に制御信号を出力するようになっている。そして、この制御信号に応じて双方向性サイリスタ３９が導通する。したがって、本体制御部３７の制御信号で交流電源の電圧波形が位相制御され、この位相制御された電圧波形が信号として吸込口体５に対して出力される。

また、手元操作管１２の各操作ボタン１１ａ〜１１ｃとそれぞれ直列に設けられた抵抗部品１２ａ〜１２ｃは、それぞれ異なる抵抗値となっており、本体電源部４０の出力電圧の分圧値を操作ボタン１１の操作状態に応じて変化させるための回路構成（電圧可変回路）をなしている。そして、操作ボタン１１の操作状態に応じて変動する分圧値を、本体制御部３７が周期的に読み取る。

本体制御部３７は、主に、中央処理部４１、メモリ４２、前述したＩ／Ｏ部３８、およびタイマ４３などから構成される。メモリ４２は、中央処理部４１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しており、また、中央処理部４１の演算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として使用される。

４４は電動送風機７に流れる電流を検出する本体電流検出部で、この本体電流検出部４４の出力は本体制御部３７に入力される。本体制御部３７は、本体電流検出部４４の出力に応じて図示しない集塵量報知部を制御する。また、４４ｂは電力線１４を流れる電流を検出する電流検出部で、吸込口モータ１３の動作を検出する動作検出手段として機能するものである。電力線１４を流れる電流は、吸込口体５に配設された動作部としての吸込口モータ１３を流れる電流と、後述する吸込口制御部５０などを流れる電流を合計した電流である。この電流検出部４４ｂの出力もまた本体制御部３７に入力される。

次に、吸込口体５に設けられた吸込口体制御装置６０の構成を説明する。商用交流電源３１に、双方向性サイリスタ３９を介して、電源部としての吸込口電源部４８が接続されている。この双方向性サイリスタ３９の制御信号の出力タイミングは、前述したように本体制御部３７が制御する。吸込口電源部４８は、電力線１６に接続される整流部４８ａ、降圧部４８ｂ、定電圧部４８ｃなどから構成されている。整流部４８ａは例えばダイオードから構成され、定電圧部４８ｃは例えば電解コンデンサから構成されている。整流部４８ａには、トランジスタ等の４つのスイッチング素子４９ａ〜４９ｄから構成されるブリッジ回路４９が接続され、さらに、このブリッジ回路４９に吸込口モータ１３が接続されている。また、吸込口電源部４８は、制御部としての吸込口制御部５０の電源としても機能する。

吸込口制御部５０は、主に、メモリ５１、中央処理部５２、Ｉ／Ｏ部（図示せず）、およびタイマ５３から構成される。メモリ５１は、吸込口体５に設けられた動作部の動作に係る制御プログラム、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。この吸込口制御部５０には、電源検出部５４が接続される。電源検出部５４は、本体制御部３７から出力された信号から波形を生成し、吸込口制御部５０に出力する役割をする。

吸込口制御部５０には、このようにして生成された波形が入力される。そして、この波形情報に応じて、換言すれば本体制御部３７からの信号に応じて、ブリッジ回路４９の各スイッチング素子４９ａ〜４９ｄへオン、オフの制御信号を出力して、吸込口モータ１３の回転速度や回転方向を制御する。例えば、吸込口制御部５０が、スイッチング素子４９ａと４９ｄをオンさせた場合は、掃除面に対して吸込口体５が前方向に進むように回転（正転）し、逆に、スイッチング素子４９ｂと４９ｃをオンさせた場合は、掃除面に対して吸込口体５が後方向に進むように回転（反転）する。

また、本体制御部３７は、コンセントが差し込まれて商用交流電源３１から電源が供給されると双方向性サイリスタ３９の制御端子に所定のタイミングで制御信号を供給して、吸込口体５の電源部４８に電力を供給する。これにより、吸込口制御部５０は電源が供給されて動作可能となる。このとき、吸込口制御部５０で消費する電力は小さいので、電力線１４に流れる電流はわずかである。また、この段階では吸込口制御部５０はブリッジ回路４９の各スイッチング素子４９ａ〜４９ｄに対して何ら出力しない。

このような構成において、手元操作管１２の操作ボタン１１が操作されると、この操作に基づいた信号が本体制御部３７に入力される。電動送風機７を動作させる旨の信号である場合には、本体制御部３７から双方向性サイリスタ３２の制御端子に制御信号が供給され、電動送風機７が駆動される。本体制御部３７は、位相制御により電動送風機７の入力を可変できる。

次に、操作ボタン１１が操作されて、吸込口モータ１３を動作、例えば正転させる旨の信号が本体制御部３７に入力された場合について説明する。本体制御部３７は、吸込口モータ１３を動作させる旨の信号であると確定すると、図４の（ｆ）に示す制御信号出力区間フラグをＨｉｇｈにする。この制御信号出力区間フラグは、制御信号の出力状態でＨｉｇｈになり、このフラグがＨｉｇｈである状態では、双方向性サイリスタ３９の制御端子に例えば図４の（ｂ）に示すタイミング、すなわち電源電圧のゼロクロスポイントから時間ｔｂ後のタイミングに制御信号を供給する。制御信号が供給されると、吸込口体端子の間すなわち電力線１６には図４の（ｃ）に示す吸込口端子間電圧が発生する。なお、この制御信号の出力タイミングは操作ボタン１１の操作に基づいて予め定められたものであり、上述したような電源投入時に吸込口制御部５０を動作可能とするために制御信号を供給する場合とは容易に区別が可能となるような異なるタイミングに設定している。また、上述したように吸込口制御部５０で電力を消費することによる電流や電圧降下についてはわずかであるので、説明を簡略化するために図４の各図においてはこれらを表していない。

図４の（ｃ）に示す吸込口端子間電圧は、電源検出部５４において、双方向性サイリスタ３９に並列接続された図示しないスナバ回路による影響が排除されるとともに図４の（ｄ）に示す吸込口電源検出信号に変換される。そして、この吸込口電源検出信号が吸込口制御部５０に入力される。吸込口制御部５０は、制御部認識区間において、吸込口電源検出信号のＨｉｇｈ時間ｔｄまたはＬｏｗ時間ｔｃ（以下、位相時間という）より、本体制御部３７から出力されてきた信号を認識する。そして、吸込口制御部５０は、位相時間により認識した信号に応じて吸込口モータ１３を駆動する。

吸込口モータ１３の動作を検出するために、電力線１４に流れる電流を掃除機本体側で検出した波形を図４の（ｅ）に示す。なお、上述したとおり、図４の（ｅ）においても吸込口制御部５０が電力を消費することによって流れる電流は示されていない。吸込口制御部５０が吸込口モータ１３を駆動すると、モータの動作開始による急峻に変化する始動電流Ｉｓが流れた後、図４の（ｃ）に示す吸込口端子間電圧よりも位相の遅れた非定常電流Ｉｉ１、Ｉｉ２・・・が流れ、この電流は徐々に大きくなっていく。掃除機本体側に設けた電流検出部４４ｂは、電力線１４を流れる電流を検出して本体制御部３７にその電流情報を出力しているが、本体制御部３７は図４の（ｆ）の制御信号出力区間フラグがＨｉｇｈになっている状態において、始動電流Ｉｓやこれら非定常電流Ｉｉ１、Ｉｉ２・・・を検出した場合、吸込口モータ１３が動作したと認識することができる。

例えば、本体制御部３７は、あらかじめ定められた本体制御部認識区間において始動電流Ｉｓや非定常電流Ｉｉ１、Ｉｉ２・・・が所定の回数以上生じた電流波形（以下、戻り信号という）を検出した場合、本体制御部３７から出力した信号は吸込口制御部５０によって認識され、吸込口モータ１３が制御されたと判断する。本体制御部３７が戻り信号を受信した後は、これ以上本体制御部３７から吸込口制御部５０に対して吸込口モータ１３を正転させる旨の信号を出力する必要はない。そこで、図４の（ｆ）に示す制御信号出力区間フラグをＬｏｗにするとともに、図４の（ｂ）に示すように、次のゼロクロスタイミングに合わせて制御信号をＨｉｇｈ一定に制御する。このように制御信号をＨｉｇｈ一定に制御することで、吸込口モータ１３に与えられる電力は、本体制御部３７から信号を出力している区間の電力よりも大きくすることができる。また、吸込口モータ１３を正転している状態から反転させる場合においては、反転した直後の電力線１４に流れる電流波形が停止状態から起動した直後の電流波形とは異なるものの、非定常電流は生じるので、これを戻り信号として本体制御部３７が検出することで吸込口モータ１３が反転したと認識することができる。

なお、本体制御部３７が吸込口モータ１３を正転させる旨の信号を出力している状態で、電流検出部４４ｂが戻り信号を検出しないときには、本体制御部３７は吸込口モータ１３を正転させる旨の信号を出力し続けるようになっている。また、図４の（ｂ）に示すような制御信号をＨｉｇｈ一定に制御している状態で、操作ボタン１１が操作されると、その操作に応じた信号が出力されるようになっている。

以上説明したように本実施の形態の電気掃除機によれば、掃除機本体１から吸込口体５に供給される電源の電圧波形を、吸込口モータ１３を制御するための信号として利用できる。しかも、操作ボタン１１の操作によって吸込口モータ１３が動作した後は、掃除機本体１から吸込口体５に供給する電力を大きくするので、電源の電圧波形を信号として利用することに起因して生じる吸込口モータ１３のパワー不足を抑制することができる。

また、電力線１４に流れる電流により吸込口モータ１３の動作を検出する構成としたので、掃除機本体１側で吸込口モータ１３の動作を検出できる。このため、吸込口体５側で吸込口モータ１３の動作を検出してその検出結果を掃除機本体１に送信するものに比べて、吸込口体５と掃除機本体１とを新たな信号線を必要としないので構成を簡単にすることができる。

しかも、本体制御部３７は、操作ボタン１１の操作に応じた信号を所定期間だけ出力するのではなく、吸込口モータ１３が操作ボタンの操作に応じた動作となったことを認識するまで信号を出力し続けるので、本体制御部３７からの信号に応じて吸込口モータ１３を確実に制御できる。

上記実施の形態においては、動作部は吸込口モータ１３であるとして説明したが、この吸込口モータ１３は回転清掃体１８を駆動したり、あるいは吸込口体５に設けられた走行輪を駆動したりするために設けることが可能である。そして、電流検出部４４ｂは、カレントトランスやシャント抵抗を用いる方法などを使うことができる。なお、電力線１４に流れる電流により動作部の動作を検出するものにあっては、上記したように動作部が吸込口制御部５０を構成するマイクロコンピュータなどよりも重負荷であることが望ましい。

加えて電流波形については、所定時間内に始動電流Ｉｓや非定常電流Ｉｉ１、Ｉｉ２・・・の発生した回数を検出しているが、本体制御部３７において、吸込口制御部５０が電力を消費することにより流れる電流値以上の電流値をしきい値としてあらかじめ設定しておき、このしきい値を超えた電流値を検出した場合、戻り信号を検出したと判断することも可能である。また、本体制御部３７は、吸込口モータ１３の動作が検出された後は制御信号をＨｉｇｈ一定に制御しているが、これに限るものではなく、信号を送っているときの電力よりも大きくなるように制御すればよい。

本発明の実施の形態に係る電気掃除機の構成を示す斜視図。 同実施の形態に係る吸込口体の構成を示す平面図。 同実施の形態に係る電気掃除機の回路構成を示す図。 同実施の形態における各部の電圧、信号波形を示す図。

１ 掃除機本体
５ 吸込口体
６ 連通管
７ 電動送風機
１３ 吸込口モータ（動作部）
１４，１６ 電力線
３７ 本体制御部
４４ｂ 電流検出部
４８ 吸込口電源部（電源部）
５０ 吸込口制御部（制御部）
５４ 電源検出部（検出部）

Claims (2)

1. 電動送風機を備えた掃除機本体と、この掃除機本体に接続され電力線が配設された連通管と、この連通管に接続され前記電動送風機の動作により塵埃を吸い込む吸込口体と、この吸込口体に設けられるとともに前記電力線を介して掃除機本体から電力が供給される電源部と、前記吸込口体に設けられ前記電源部により動作する動作部とを有し、
   前記掃除機本体に、前記掃除機本体から前記電源部に印加する電圧波形を制御して信号とし、この信号を前記吸込口体に出力する本体制御部を設け、
   前記吸込口体に、前記信号を検出する検出部とこの検出部の検出結果に基づいて前記動作部を制御する制御部とを設けた電気掃除機であって、
   前記電力線に流れる電流を検出することで前記動作部の動作を検出する電流検出部を設け、
   この電流検出部が前記動作部の動作を検出した場合、前記本体制御部は、前記信号を出力するときよりも大きな電力となるように前記電源部に印加する電圧波形を制御することを特徴とする電気掃除機。
2. 前記本体制御部は、前記動作部を動作させる旨の信号を出力している場合、前記電流検出部が前記動作部の動作を検出するまで前記信号を出力し続けることを特徴とする請求項１記載の電気掃除機。

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