JP5326398B2 - 電気掃除機 - Google Patents

Description

本発明は、電気掃除機に関するものであり、特に省エネ性能向上のための制御に関するものでる。

従来のこの種の電気掃除機として、吸気通路内に設けられ、吸引された塵埃を検知する塵埃検出手段からの信号に応じて、電動送風機の入力を複数段階に制御し且つ、電動送風機の起動時等は、前記塵埃検出手段からの信号を無視するようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。
特開２００７−１９５７８９号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載されたような従来の電気掃除機の構成によれば、塵埃検出手段からの信号に応じて、電動送風機の入力を制御するため、不要な消費電力を抑えることができるという点で、大きな省エネ効果が得られる。更に、起動時の「誤検知」による無駄な入力アップを防げるという点でも、＋αの省エネ効果が得られるが、これは起動時のみの制御であるために、その効果の得られる時間は、全体の掃除時間からすると極わずかな時間であり、大きな省エネ効果は期待できないという課題があった。

本発明は上記従来の課題を解決し、集塵性能を低下させることなく、省エネ性を向上させた電気掃除機を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、吸引風を発生させる電動送風機と、吸引された塵埃を捕集する集塵室と、前記電動送風機を駆動する駆動手段と、前記電動送風機と連通する吸気通路内に設けられ、吸引風に含まれる塵埃を検出する塵埃検出手段と、前記塵埃検出手段からの出力信号に応じて、前記電動送風機の入力を複数段階に切り替える制御手段とを有し、前記塵埃検出手段からの出力信号に応じて、前記電動送風機の入力を下げる方向に切り替える際に、前記電動送風機への通電を停止する期間を設け、前記電動送風機への通電を停止する期間を、入力切替前の入力を維持していた時間が長いほど停止期間が長くなるように変え、かつ電動送風機の惰性回転時間内に収まるように設定したもので、電動送風機への通電停止が短期間であれば、惰性回転により、前記電動送風機の発生する吸引力が低下することはない。更に、このタイミングは、被掃除面に塵埃がある限り、掃除中は断続的に発生する。即ち、前記の制御によれば、全体の掃除時間を通して常に、吸引力に影響しないタイミングで、不要な通電を停止することができるため、集塵性能を低下させることなく、省エネ性を大きく向上させることが可能となる。
また、電動送風機の入力切替が発生する頻度が高い場合には、電動送風機の回転数が、狙いの回転数に達する前に、入力を下げる方向に切り替えるケースが発生する可能性がある。この場合は、通電停止期間を通常よりも短くしないと、吸引力が一瞬ではあるが、狙いの吸引力以下に低下してしまうということになる。本発明によれば、切換前の入力で前記電動送風機を駆動した時間から、電動送風機の回転数を間接的に推定し、それによって通電停止期間を変えるので、どのような場合においても集塵性能を低下させることなく、省エネ性を大きく向上させることができる。

本発明の電気掃除機は、集塵性能を低下させることなく、省エネ性を向上させることができる。

第１の発明は、吸引風を発生させる電動送風機と、吸引された塵埃を捕集する集塵室と、前記電動送風機を駆動する駆動手段と、前記電動送風機と連通する吸気通路内に設けられ、吸引風に含まれる塵埃を検出する塵埃検出手段と、前記塵埃検出手段からの出力信号に応じて、前記電動送風機の入力を複数段階に切り替える制御手段とを有し、前記塵埃検出手段からの出力信号に応じて、前記電動送風機の入力を下げる方向に切り替える際に、前記電動送風機への通電を停止する期間を設け、前記電動送風機への通電を停止する期間を、入力切替前の入力を維持していた時間が長いほど停止期間が長くなるように変え、かつ電動送風機の惰性回転時間内に収まるように設定したもので、電動送風機への通電停止が短期間であれば、惰性回転により、前記電動送風機の発生する吸引力が低下することはない。更に、このタイミングは、被掃除面に塵埃がある限り、掃除中は断続的に発生する。即ち、前記の制御によれば、全体の掃除時間を通して常に、吸引力に影響しないタイミングで、不要な通電を停止することができるため、集塵性能を低下させることなく、省エネ性を大きく向上させることが可能となる。
また、電動送風機の入力切替が発生する頻度が高い場合には、電動送風機の回転数が、狙いの回転数に達する前に、入力を下げる方向に切り替えるケースが発生する可能性がある。この場合は、通電停止期間を通常よりも短くしないと、吸引力が一瞬ではあるが、狙いの吸引力以下に低下してしまうということになる。本発明によれば、切換前の入力で前記電動送風機を駆動した時間から、電動送風機の回転数を間接的に推定し、それによって通電停止期間を変えるので、どのような場合においても集塵性能を低下させることなく、省エネ性を大きく向上させることができる。

第２の発明は、吸引風を発生させる電動送風機と、吸引された塵埃を捕集する集塵室と、前記電動送風機を駆動する駆動手段と、前記電動送風機と連通する吸気通路内に設けられ、吸引風に含まれる塵埃を検出する塵埃検出手段と、前記塵埃検出手段からの出力信号に応じて、前記電動送風機の入力を複数段階に切り替える制御手段とを有し、前記塵埃検出手段からの出力信号に応じて、前記電動送風機の入力を下げる方向に切り替える際に、前記電動送風機への通電を停止する期間を設け、前記電動送風機への通電を停止する期間を、切換前の入力と、切換後の入力との差が大きいほど、停止期間が長くなるように変え、かつ電動送風機の惰性回転時間内に収まるように設定したもので、前記電動送風機の入力切替時に通電を停止してから、前記電動送風機が狙いの吸引力に低下するまでの時間は、切換前の入力と、切換後の入力との差が大きいほど長くなることがわかっている。本発明によれば、切換前の入力と、切換後の入力との差によって、通電停止期間を変えるので、通電停止期間を、集塵性能を低下させないための最大時間に設定でき、更に省エネ性を向上させることが可能となる。

第３の発明は、吸引風を発生させる電動送風機と、吸引された塵埃を捕集する集塵室と、前記電動送風機を駆動する駆動手段と、前記電動送風機と連通する吸気通路内に設けられ、吸引風に含まれる塵埃を検出する塵埃検出手段と、前記塵埃検出手段からの出力信号に応じて、前記電動送風機の入力を複数段階に切り替える制御手段と、集塵室に蓄積されている塵埃の量を間接的又は直接的に検出する集塵量検出手段とを有し、前記塵埃検出手段からの出力信号に応じて、前記電動送風機の入力を下げる方向に切り替える際に、前記電動送風機への通電を停止する期間を設け、前記電動送風機への通電を停止する期間を、前記集塵量検出手段からの出力信号が大きいほど、停止期間が長くなるように変え、かつ電動送風機の惰性回転時間内に収まるように設定したもので、前記電動送風機の入力切替時に通電を停止してから、前記電動送風機が狙いの吸引力に低下するまでの時間は、集塵室に蓄積されている塵埃の量が多いほど長くなることがわかっている。本発明によれば、集塵室に蓄積されている塵埃の量によって、通電停止期間を変えるので、通電停止期間を、集塵性能を低下させないための最大時間に設定でき、更に省エネ性を向上させることが可能となる。

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って本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態における電気掃除機の全体構成を示す斜視図、図２は、同電気掃除機の回路ブロック図、図３は、同電気掃除機の塵埃検出手段の構成を示す断面図、図４は、同電気掃除機の制御例を示す波形図である。

図１〜３において、１は、掃除機本体であり、吸引力を発生させ、塵埃を集塵室２に集塵するための電動送風機３を内蔵している。掃除機本体１には、前記集塵室２に連通するように、ホース４が接続されており、更に前記ホース４の上流側端部には、延長管５を介して、床面の塵埃を吸引するための吸込み具６が接続されている。前記ホース４には、使用者が電気掃除機の運転ポジションを切り替えるための操作手段７が設けられている。

前記操作手段７は、「切」スイッチ（図示せず）、「強」スイッチ（図示せず）、「自動」スイッチ（図示せず）及び「弱」スイッチ（図示せず）から構成されている。

上記構成により、「強」スイッチ、「自動」スイッチ、「弱」スイッチのいずれかを押下することで、前記電動送風機３が駆動し、前記吸込み具６で吸引された床面の塵埃は、延長管５、ホース４を通って掃除機本体１へと運搬され、掃除機本体１内に内蔵された集塵室２に捕集されると共に、吸引風は、前記掃除機本体１の後方より外部に排気される。

ホース４の、掃除機本体１との接続部付近には、吸気に含まれる塵埃の量を検出する塵埃検出手段８が設けられている。

塵埃検出手段８は、図３に示すように、赤外光を発光する赤外発光ダイオード１０と、前記赤外発光ダイオード１０に対向して設けられ、赤外発光ダイオード１０から発せられた赤外光を受光する受光素子であるフォトトランジスタ１１から構成され、床面から吸引された塵埃が、前記赤外発光ダイオード１０とフォトトランジスタ１１の間を通過する際に、前記赤外発光ダイオード１０から発せられる赤外光を遮ることで、前記フォトトランジスタ１１の出力が変化することを利用して、塵埃を検知するようにしたものである。

次に、本実施の形態における電気掃除機の回路ブロック図を、図２を用いて説明する。

同回路ブロックは、掃除機本体ブロック２１と、ホースブロック２２とに分けられ、ブロック２１とブロック２２は、コネクタ（図示せず）によって着脱自在に接続されている。

掃除機本体ブロック２１は、電動送風機３を駆動するための駆動手段２３と、各入出力制御を行う制御手段２４と、各回路素子に直流電源を供給する直流電源回路２５と、電動送風機３に流れる電流から、集塵室２に蓄積されている集塵量を間接的又は直接的に検出する集塵量検出手段２６とから構成されており、商用電源２７に接続することで、電源が供給されるようになっている。

ホースブロック２２は、操作手段７と、塵埃検出手段８の回路として、赤外発光ダイオード１０、フォトトランジスタ１１、前記フォトトランジスタ１１の出力を増幅するための増幅回路２８とから構成されており、増幅回路２８の信号は掃除機本体ブロック２１に設けられたパルス変換手段２９で、検知された塵埃の量に応じたパルスに変換される。

尚、前記増幅回路２８とパルス変換手段２９は、前記赤外発光ダイオード１０とフォトトランジスタ１１の間を、径がΦ７０μｍ以上の塵埃が通過した時にパルスが出力されるように、感度が設定されている。又、駆動手段２３と、操作手段７と、集塵量検出手段２６及び、パルス変換手段２９は、前記制御手段２４と電気的に接続されている。

以上のように構成された本実施の形態における電気掃除機について、以下にその動作、作用を説明する。

商用電源２７が投入された時即ち、使用者が、電気掃除機の電源コード（図示せず）の電源プラグ（図示せず）をコンセント（図示せず）に差し込んだ段階では、電動送風機３は停止状態である。使用者が、操作手段７の各運転スイッチのいずれかを押下することで、押下されたスイッチに対応した運転ポジションで運転を開始し、運転中に「切」スイッチを押下することで、運転が停止する。電動送風機３の入力は、制御手段２４が、駆動手段２３を介して行う位相制御によって制御されている。「強」ポジションでの入力は、１０００Ｗであるが、「自動」ポジション及び「弱」ポジションでの入力は、塵埃検出手段８が検出する塵埃量によって、多段階に制御される。具体的には、パルス変換手段２９から、１００ｍｓの間に出力されるパルス数に応じて、運転ポジション毎に予め設定されている「入力設定テーブル」（表１）に基づいて、前記電動送風機３の入力即ち、前記制御手段２４が行う位相制御の位相角を決定している。表１に、「自動」ポジション及び「弱」ポジションにおける入力設定テーブルを示す。

ただし、実際に入力が高い状態から低い状態に切り替える際には、短期間、電動送風機３への通電を停止する。この通電停止の期間は、入力切替前の入力を維持していた時間、切換前の入力と切換後の入力との差及び／或いは、集塵量検出手段２６からの出力に応じて変えている。具体的には、実際に電動送風機３の入力切替が発生した時に、まず下表（表２）に基づいて、切替後よりも高い入力を維持していた時間と、切替前後の入力差に応じて通電停止期間を算出する。

その後、更に、下表（表３）に基づいて、集塵量検出手段２６からの出力に応じて、表２から算出した通電停止期間（ｍｓ）に補正をかける。

以降、上記制御による動作の一例を、図４を参照しながら説明する。図４における各グラフは、横軸を時間軸として、上から順に、表１に基づいて（パルス数に応じて）決定される入力設定値、表２及び表３に基づいて決定される通電停止期間を加えた最終制御入力値、掃除機本体１の風量変化イメージである。

まず最初に、床面がきれいな状態で、４００Ｗで運転しており且つ、集塵室２内の塵埃蓄積量が、満杯の半分程度で、集塵量検出手段２６の出力が２．７Ｖであったとする。次にパルスが入力され、「Ａ」のタイミングで、入力を８００Ｗまで上昇させた。その後、パルスが減少して、１００ｍｓ後即ち、「Ｂ」のタイミングで、入力設定値を１００Ｗ低下させるとする。

この時、切替前後の入力差が１００Ｗで、切替前の入力を維持していた時間が１００ｍｓであるので、表２から、通電停止期間が１００ｍｓと算出される。更に、この時の集塵量検出手段２６からの出力が２．７Ｖであるので、表３から、補正量が１．２倍となる。即ち、この時の通電停止期間は、１００ｍｓ×１．２＝１２０ｍｓとなる。更に、２００ｍｓ後にパルス数が減少し、入力を２００Ｗ低下させたとする。同様に表２、３から、通電停止期間が３００ｍｓと算出されるが、その２００ｍｓ後（「Ｄ」のタイミングで）パルス数が増加し、入力を１００Ｗ上昇させた。以下、同様にＤのタイミングで通電停止期間を設定している。

この制御によって、風量変化のグラフからもわかるように、通電停止期間を、電動送風機３の惰性回転時間内に収まるギリギリの時間に設定できているため、集塵性能を低下させることなく、省エネ性能が大幅に向上できていることがわかる（真中のグラフの斜線部が、従来の制御から、電力を削減できている箇所である）。

尚、本実施の形態においては、電動送風機３の入力切替時に所定時間、通電を停止するようにしているが、通電を完全に停止する代わりに、切替後の入力狙い値よりも低い入力にするようにしても、集塵性能を低下させることなく、省エネ性能が得られることは言うまでもない。

以上のように、本実施の形態によれば、全体の掃除時間を通して常に、吸引力に影響しないタイミングで、不要な通電を停止することができる。更に、切替後よりも高い入力を維持していた時間、切替前後の入力差、集塵室に蓄積されている塵埃の量によって、通電停止期間を最適に即ち、集塵性能を低下させないための最大時間に設定するので、集塵性能を低下させることなく、省エネ性を大きく向上させることが可能となる。

以上のように、本発明に係る電気掃除機は、集塵性能を低下させることなく、省エネ性に非常に優れたもので、床面掃除を主目的とした電気掃除機に対して効果を発揮するものであり、家庭用だけでなく、ビルトインタイプ（セントラルクリーナ）のような電気掃除機にも応用・展開できる。

本発明の第１の実施の形態における電気掃除機の全体斜視図 同電気掃除機の回路ブロック図 同電気掃除機の塵埃検出手段の断面図 同電気掃除機の制御例を示す波形図

符号の説明

１ 掃除機本体
２ 集塵室
３ 電動送風機
４ ホース
５ 延長管
６ 吸込み具
７ 操作手段
８ 塵埃検出手段
１０ 赤外発光ダイオード
１１ フォトトランジスタ
２１ 掃除機本体ブロック
２２ ホースブロック
２３ 駆動手段
２４ 制御手段
２５ 直流電源回路
２６ 集塵量検出手段
２７ 商用電源
２８ 増幅回路
２９ パルス変換手段

Claims (3)

1. 吸引風を発生させる電動送風機と、吸引された塵埃を捕集する集塵室と、前記電動送風機を駆動する駆動手段と、前記電動送風機と連通する吸気通路内に設けられ、吸引風に含まれる塵埃を検出する塵埃検出手段と、前記塵埃検出手段からの出力信号に応じて、前記電動送風機の入力を複数段階に切り替える制御手段とを有し、
   前記塵埃検出手段からの出力信号に応じて、前記電動送風機の入力を下げる方向に切り替える際に、前記電動送風機への通電を停止する期間を設け、
   前記電動送風機への通電を停止する期間を、入力切替前の入力を維持していた時間が長いほど停止期間が長くなるように変え、かつ電動送風機の惰性回転時間内に収まるように設定したことを特徴とする電気掃除機。
2. 吸引風を発生させる電動送風機と、吸引された塵埃を捕集する集塵室と、前記電動送風機を駆動する駆動手段と、前記電動送風機と連通する吸気通路内に設けられ、吸引風に含まれる塵埃を検出する塵埃検出手段と、前記塵埃検出手段からの出力信号に応じて、前記電動送風機の入力を複数段階に切り替える制御手段とを有し、
   前記塵埃検出手段からの出力信号に応じて、前記電動送風機の入力を下げる方向に切り替える際に、前記電動送風機への通電を停止する期間を設け、
   前記電動送風機への通電を停止する期間を、切換前の入力と、切換後の入力との差が大きいほど、停止期間が長くなるように変え、かつ電動送風機の惰性回転時間内に収まるように設定したことを特徴とする電気掃除機。
3. 吸引風を発生させる電動送風機と、吸引された塵埃を捕集する集塵室と、前記電動送風機を駆動する駆動手段と、前記電動送風機と連通する吸気通路内に設けられ、吸引風に含まれる塵埃を検出する塵埃検出手段と、前記塵埃検出手段からの出力信号に応じて、前記電動送風機の入力を複数段階に切り替える制御手段と、集塵室に蓄積されている塵埃の量を間接的又は直接的に検出する集塵量検出手段とを有し、
   前記塵埃検出手段からの出力信号に応じて、前記電動送風機の入力を下げる方向に切り替える際に、前記電動送風機への通電を停止する期間を設け、
   前記電動送風機への通電を停止する期間を、前記集塵量検出手段からの出力信号が大きいほど、停止期間が長くなるように変え、かつ電動送風機の惰性回転時間内に収まるように
   設定したことを特徴とする電気掃除機。

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