JP5395518B2

JP5395518B2 - 電気掃除機

Info

Publication number: JP5395518B2
Application number: JP2009131348A
Authority: JP
Inventors: 正道宇根; 明弘石澤
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Consumer Electronics Holdings Corp; Toshiba Home Appliances Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Toshiba Lifestyle Products and Services Corp
Priority date: 2009-05-29
Filing date: 2009-05-29
Publication date: 2014-01-22
Anticipated expiration: 2029-05-29
Also published as: JP2010273984A

Description

本発明は電気掃除機に係り、特に、電動送風機から発生する火花を検出して、電動送風機の運転を制御する電気掃除機に関する。

従来、電動送風機から発生する発煙・発火を防止するために、電動送風機の整流子とカーボンブラシとの摩擦によって発生する火花を火花検出手段で検出して、電動送風機を制御する電気掃除機が提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。

特許文献１に記載の電気掃除機に用いる火花検出手段は、Ａ／Ｄ変換手段がサンプリングしたデジタル値の今回データと前回データを求め、この求めた差の値が予め設定した所定の火花判断レベルより大きい時、火花異常と判断する。また、所定時間内における最大値と最小値の差を求め、この求めた差の値が予め設定した所定の火花判断レベルより大きい時、火花異常と判断する。

また、特許文献２に記載の電気掃除機は、電動送風機の整流子とカーボンブラシとの摩擦によって発生する火花を検出する光検出手段を設け、この光検出手段により火花を検出して電動送風機の異常を検出し、電動送風機を停止させる。

特開２００８−８６１２４号公報特開２００６−２０４４７０号公報

しかしながら、特許文献１に記載の電気掃除機は、上限所定値（所定の火花判断レベル）を設定しており、上限所定値を高めに設定し、火花値が上限所定値を超える場合は、電動送風機が発煙・発火するおそれがあり、電動送風機の運転を停止しているが、上限所定値に達せずとも火花の発生が複数回あり、電動送風機が発煙・発火するおそれがある場合には、電動送風機の運転を停止する構成になっておらず、電動送風機の発煙・発火を未然に防ぐことができない。なお、上限所定値を低めに設定した場合には、電動送風機の発煙・発火のおそれがない火花の発生が１回あっても、電動送風機の運転を停止することになり、使い勝手が悪くなる。

また、特許文献２に記載の電気掃除機は、光を検出する手段はスパークが発生する光の量が大きくても、時間とともに収束する場合もあり、光検出の安定性に欠けて信頼性に劣る。

本発明は上述した事情を考慮してなされたもので、正常運転可能状態にある電動送風機が一旦停止しても再起動可能にして、使い勝手を向上させるとともに、電動送風機の整流子とカーボンブラシとの摩擦によって発生する火花を検出して電動送風機の運転を停止し、電動送風機の発煙・発火を未然に防ぎかつ信頼性に優れた電気掃除機を提供することを目的とする。

上述した目的を達成するため、本発明に係る電気掃除機は、掃除機本体に設けた集塵室と、この集塵室に吸引負圧を作用させる電動送風機と、この電動送風機の整流子とカーボンブラシとの摩擦によって発生する火花を検出する火花検出手段と、この火花検出手段からの火花検出情報に基づき、前記電動送風機を制御する制御手段を備え、前記火花検出手段は、サンプリングした値の前回値と今回値の差を求め、この差から次回の値を予測し、予測した値と測定した値との差が所定値より大きい場合に火花が発生したと判断し、前記制御手段は、上限所定値が第１の所定値より高く設定され、火花が前記上限所定値を超えずかつ前記第１の所定値を超える回数が所定回数に達するまでは前記電動送風機の運転を停止して、再起動を許可する一方で、前記上限所定値を超えずかつ前記第１の所定値を超える回数が前記所定回数に達したら、前記電動送風機の運転を停止して、再起動を不可能にし、火花が前記上限所定値を１回超えたら前記電動送風機の運転を停止して、再起動を不可能にすることを特徴とする。

本発明に係る電気掃除機によれば、正常運転可能状態にある電動送風機が一旦停止しても再起動可能にして、使い勝手を向上させるとともに、電動送風機の整流子とカーボンブラシとの摩擦によって発生する火花を検出して電動送風機の運転を停止し、電動送風機の発煙・発火を未然に防ぎかつ信頼性に優れた電気掃除機を提供することができる。

本発明の第１実施形態の電気掃除機の概念図。本発明の第１実施形態の電気掃除機に用いる電動送風機を一部切欠した側面図。本発明の第１実施形態の電気掃除機に用いる電動送風機用制御回路のブロック図。本発明の第１実施形態の電気掃除機に用いる電動送風機の運転時間と火花（量）の概略の相関図。本発明の第１実施形態の電気掃除機の火花と各所定値の関係および電気掃除機の運転不可状態を示し、（ａ）は上限所定値、（ｂ）は第１の所定値の関係を示す図。本発明の第１実施形態の電気掃除機に用いる電動送風機の制御フローチャート図。本発明の第１実施形態の電気掃除機に用いる電動送風機の運転時間と火花量の相関を示す概念図。本発明の第１実施形態の電気掃除機に用いる電動送風機の運転開始後の火花発生状態を示す概念図。本発明の第２実施形態の電気掃除機の電動送風機の制御に用いる所定値と運転状態を示す概念図。本発明の第３実施形態の電気掃除機の火花検出における電源電圧・周波数・動作モードによる積算値の違いを示し、（ａ）は強動作モード、（ｂ）は中動作モード運転状態を示す図表。本発明の第３実施形態の電気掃除機の火花検出における強モード、５０Ｈｚにおける電源電圧と積算値の相関線図。本発明の第３実施形態の電気掃除機の火花検出における中モード、５０Ｈｚにおける電源電圧と積算値の相関線図。本発明の第３実施形態の電気掃除機の火花検出における強モード、６０Ｈｚにおける電源電圧と積算値の相関線図。本発明の第３実施形態の電気掃除機の制御における電源電圧が１００Ｖの場合、電源電圧（検知電圧）と所定値の相関図表。

本発明の第１実施形態に係る電気掃除機について、図面を参照して説明する。

図１に示すように、本発明の一実施形態に係る電気掃除機１は、掃除機本体２と、この掃除機本体２の前部に形成されたホース接続口２ａに一端が着脱可能に接続された集塵ホース３と、この集塵ホース３の他端の手元操作パイプ４に着脱自在に接続された延長管５と、この延長管５の先端に着脱自在に接続された吸込口体６とを備えている。

掃除機本体２の内部には、集塵ホース３に連通し、いずれも図示しない、第１の塵埃除去手段と高速で流れる空気中に含まれる塵埃を重力差で分離する高速分離方式を採用し、第２の塵埃分離手段として、プリーツフィルタとから構成される集塵ユニットを備えた集塵室７と、この集塵室７に吸込負圧を作用させる電動送風機１０とが設けられる。

図２に示すように、電動送風機１０は、吸気口１１を有する遠心ファン部１２と、排気口１３を有するモータ部１４とから構成される。

このモータ部１４は、排気口１３を有するモータハウジング１５と、このモータハウジング１５の内周面１５ａに設けられた固定子１６と、モータハウジング１５内に回動自在に軸支された回転子１７と、モータハウジング１５に設けられ、回転子１７に電気的に接続された一対のブラシ機構１８とから構成され、固定子１６と、回転子１７と、一対のブラシ機構１８とでモータ２０が構成される。

回転子１７は、固定子１６の内側に配設される。回転子１７は、その軸芯に配置されたロータ軸２１と、このロータ軸２１に巻回されたフィールド巻線２２（回転子巻線）と、このフィールド巻線２２に電気的に接続され、ロータ軸２１に設けられた整流子２３とを備える。

また、ブラシ機構１８は、ブラシホルダ固定部２４に貫設されたブラシホルダ２５と、このブラシホルダ２５に摺動自在に収容されたカーボンブラシ２６と、このカーボンブラシ２６を回転子１７の整流子２３に押圧付勢させるコイルバネ２７とを備える。

電動送風機１０内には、遠心ファン部１２から導入された空気をモータ部１４、カーボンブラシ２６を冷却して排気口１３から排出する排気系が形成される。

図３に示すように、電動送風機用制御回路３０には、電動送風機１０と、火花検出手段３１と、制御手段３２と、電力調整部３３と、電源電圧検知手段３４と、温度検出手段３５が設けられる。

火花検出手段３１には、電動送風機１０の電流を検出するカレントトランスを用い、このカレントトランスで検出した電流は電圧値に変換される。電源には例えば商用電源定格１００Ｖを用いる。

制御手段３２はマイコン、メモリを備え、電力調整部３３には例えばトライアックが用いられる。

火花検出手段３１で電動送風機１０を流れた電流を検出し、火花検出情報に基づき、制御手段３２、電力調整部３３を介して電動送風機１０を制御する。

また、電源電圧検知手段３４は電源電圧を検知し、電源電圧情報を制御手段３２に入力する。

次に、本第１実施形態に係る電気掃除機の電動送風機に用いるカーボンブラシの火花検出および電動送風機の制御について説明する。

電動送風機の運転時間と火花（量）には、図４に示すような概略の相関があり、電動送風機は、使用初期には火花が多く発生し、使用が継続されると、火花の発生が少なく安定化して、寿命に近づくと再び火花が増加する傾向にある。

従って、本電動送風機は以下のように制御される。

図５に示すように、１回でも火花が超えたら電動送風機の発煙・発火のおそれがある上限所定値と、この上限所定値より低くかつ複数回超えたら電動送風機の発煙・発火のおそれがある第１の所定値を設定し、図５（ａ）に示すように、上限所定値を１回超えたら電動送風機を停止して再起動を不可能にし、図５（ｂ）に示すように、例えば、寿命に近づいたときに発生する火花が、第１の所定値を超えるか否かの判断に用い、超えた回数が所定回数に達したら、電動送風機を停止して再起動を不可能にする。

以下、図６に示す制御フローチャートに従って、電動送風機の具体的制御例を説明する。

電気掃除機１が使用され、制御手段３２により電動送風機１０が起動され、運転が継続される（Ｓ１）。

火花検出手段３１により、火花検出が行われ、火花検出情報（信号）が制御手段３２に送信され、記憶される（Ｓ２）。

この火花検出は、図７に示すように、等時間間隔で複数のサンプリングを行う。このサンプリングは、例えば、５０Ｈｚの半周波数で、１０ｍｓ、１００ポイントのサンプリング間隔で行う。位相制御が行われている場合は、電流が流れている間だけ、サンプリングする。

例えば、火花検出手段３１で電動送風機１０を流れた電流を検出し、電圧に変換する。この電圧値をサンプリング（ｎ−２）の前回実測値Ｉａとして制御手段３２に記憶する。さらに、火花検出手段３１で電動送風機１０を流れた電流を検出し、電圧に変換する。

この電圧値をサンプリング（ｎ−１）の今回実測値Ｉｂとして制御手段３２に記憶する。

制御手段３２により予測値Ｉｎｅを演算する。

予測値Ｉｎｅは前回実測値Ｉａと今回実測値Ｉｂから予測され、前回実測値Ｉａと今回実測値Ｉｂの差に今回実測値Ｉｂを加えた値である。

すなわち、Ｉｎｅ＝Ｉｂ＋（Ｉｂ−Ｉａ）である。

制御手段３２は、予測値Ｉｎｅと実測値Ｉｎの差の絶対値を、火花検出情報に基づく検出値（火花量）として、制御手段３２の記憶手段に記憶する。

制御手段３２は、火花（量）が第１の所定値より大きいか否かを判断する（Ｓ３）。

火花が第１の所定値より大きい場合（Ｓ３のＹｅｓ）、火花が上限所定値より大きいか否かを判断する（Ｓ４）。

なお、各所定値の決め方は次のような実験によって決定される。

電動送風機の起動から火花量が安定するまでの時間と火花量を測定する。これを複数の電動送風機で確認する。この実験から起動時の最も高い火花量と、火花量が安定する時間と火花量を求め、安全係数を掛けて所定値を設定する。

ここで、上限所定値は、図８に示す最大検出値に、誤作動を防止する安全係数（例えば１．１）を考慮した値である。第１の所定値は、図８に示す安定値に誤作動を防止する安全係数（例えば１．４）を考慮した値である。

図５（ａ）に示すように、火花が上限所定値より大きい場合（Ｓ４のＹｅｓ）、制御手段３２は電動送風機２０を制御して再起動を不可能にする（Ｓ５）。

Ｓ３において、火花が第１の所定値より大きくない場合（Ｓ３のＮｏ）、電動送風機２０は通常運転を継続する（Ｓ６）。

以下、Ｓ２に戻り、以下Ｓ２以降の動作を繰り返す。

Ｓ４において、火花が上限所定値より大きくない場合（Ｓ４のＮｏ）、制御手段３２は電動送風機２０を停止する（Ｓ７）。

電動送風機２０が停止したら、制御手段３２は停止回数のカウントを＋１する（Ｓ８）。

制御手段３２は、停止した回数が所定回数に達したか否かを判断する（Ｓ９）。

図５（ｂ）に示すように、所定回数例えば１０回に達した場合（Ｓ９のＹｅｓ）、電動送風機を停止して再起動を不可能にする（Ｓ１０）。

Ｓ９において、所定回数に達していない場合（Ｓ９のＮｏ）、電動送風機２０は運転を継続し、Ｓ２に戻り、以下Ｓ２以降の動作を繰り返す。

上述のように、本第１実施形態の電気掃除機によれば、上限所定値を１回超えたら電動送風機を停止して再起動を不可能にし、第１の所定値を超えた回数が所定回数に達したら、電動送風機を停止して再起動を不可能にすることで、正常運転可能状態にある電動送風機が一旦停止しても再起動可能にして、使い勝手を向上させるとともに、電動送風機の整流子とカーボンブラシとの摩擦によって発生する火花を検出して電動送風機の運転を停止し、電動送風機の発煙・発火を未然に防ぐことができる電気掃除機が実現する。

また、本発明の第２実施形態に係る電気掃除機について説明する。

本第２実施形態は、第１実施形態が上限所定値と第１の所定値との２個の所定値を設けるのに対して、３個以上の所定値を設ける。

例えば、図９に示すように、上限所定値と第１の所定値との間に、第２の所定値を設けて、３個の所定値を設ける。

さらに、上限所定値より順次小さくなる複数の所定値とは逆に、所定値に対応する所定回数を増加させる。

図９において、電動送風機の運転状態Ａにおいて、火花が上限所定値を１回超えたら、電動送風機の運転を停止し、再起動を不可能にする。

電動送風機の運転状態Ｂにおいて、火花が第２の所定値を超えた回数が、５回に達したら、電動送風機の運転を停止し、再起動を不可能にする。

電動送風機の運転状態Ｃにおいて、火花が第１の所定値を超えた回数が、１０回に達したら、電動送風機の運転を停止し、再起動を不可能にする。

これにより、電動送風機の運転をより木目細かく制御し、より使い勝手が向上し、より確実に電動送風機の発煙・発火を未然に防ぐことができる。なお、所定値は３個に限らず、４個以上であってもよい。

また、本発明の第３実施形態に係る電気掃除機について説明する。

本第３実施形態は、複数の所定値を電源電圧値に応じて所定値を変える。

第１実施形態におけるＳ２で得られた予測値Ｉｎｅと実測値Ｉｎの差の絶対値の積算値は、図１０に示すように、電源電圧・周波数・動作モードにより異なる。

また、強モード、５０Ｈｚにおける電源電圧と積算値の相関は、図１１に示す線図の通りであり、中モード、５０Ｈｚにおける電源電圧と積算値の相関は、図１２に示す線図の通りであり、強モード、６０Ｈｚにおける電源電圧と積算値の相関は、図１３に示す線図の通りである。

図１０の（ａ）の動作モード（強）、（ｂ）の動作モード（中）〜図１３に示すように、５０Ｈｚと６０Ｈｚともに、電源電圧が増加すると、積算値も増加し、５０Ｈｚと６０Ｈｚでは、いずれの電源電圧においても、６０Ｈｚが５０Ｈｚに比べて積算値が大きいことがわかる。

また、図１０（ａ）、（ｂ）及び図１１、図１２からもわかるように、５０Ｈｚにおいて、強モードと中モードの積算値の比較では、大小が変動する。

従って、電源電圧の変動、周波数、運転モードに応じて所定値を変えることが好ましい。

例えば、図３に示す電源電圧手段５により電源電圧を検出し、この電源電圧情報が制御手段３２に入力され、予めメモリに記憶されている所定値を書き換える。

電源電圧が定格１００Ｖの場合、電源電圧（検出電圧）と所定値の関係は図１４の通りである。

図１４に示すように、電圧＜８０Ｖの場合には、上限所定値はＡ１、第１の所定値はＡ２、第２の所定値はＡ３、８０Ｖ≦電圧＜９０Ｖの場合には、上限所定値はＢ１、第１の所定値はＢ２、第２の所定値はＢ３、９０Ｖ≦電圧＜１００Ｖの場合には、上限所定値はＣ１、第１の所定値はＣ２、第２の所定値はＣ３、１００Ｖ≦電圧の場合には、上限所定値はＣ１、第１の所定値はＣ２、第２の所定値はＣ３である。このように１０Ｖ単位で書き換えられる。

上限所定値＞第２の所定値＞第１の所定値の関係となるため、Ａ１＞Ａ３＞Ａ２となり、Ｂ、Ｃ、Ｄについても同様である。

電源電圧と同様に、周波数・動作モードに応じて、所定値を変えてもよい。

これにより、さまざまな条件、ばらつきに対応して誤検出を防止することができる。

１電気掃除機
２掃除機本体
２ａホース接続口
３集塵ホース
４手元操作パイプ
５延長管
６吸込口体
７集塵室
１０電動送風機
１１吸気口
１２遠心ファン部
１３排気口
１４モータ部
１５モータハウジング
１５ａ内周面
１６固定子
１７回転子
１８ブラシ機構
２０モータ
２１ロータ軸
２２フィールド巻線
２３整流子
２４ブラシホルダ固定部
２５ブラシホルダ
２６カーボンブラシ
２７コイルバネ
３０電動送風機用制御回路
３１火花検出手段
３２制御手段
３３電力調整部
３４電源電圧検知手段
３５温度検出手段

Claims

掃除機本体に設けた集塵室と、
この集塵室に吸引負圧を作用させる電動送風機と、
この電動送風機の整流子とカーボンブラシとの摩擦によって発生する火花を検出する火花検出手段と、
この火花検出手段からの火花検出情報に基づき、前記電動送風機を制御する制御手段を備え、
前記火花検出手段は、サンプリングした値の前回値と今回値の差を求め、この差から次回の値を予測し、予測した値と測定した値との差が所定値より大きい場合に火花が発生したと判断し、
前記制御手段は、上限所定値が第１の所定値より高く設定され、
火花が前記上限所定値を超えずかつ前記第１の所定値を超える回数が所定回数に達するまでは前記電動送風機の運転を停止して、再起動を許可する一方で、前記上限所定値を超えずかつ前記第１の所定値を超える回数が前記所定回数に達したら、前記電動送風機の運転を停止して、再起動を不可能にし、
火花が前記上限所定値を１回超えたら前記電動送風機の運転を停止して、再起動を不可能にすることを特徴とする電気掃除機。
前記所定値は、３個以上設定され、上限所定値を１回超えたら、電動送風機の運転を停止して、再起動を不可能にし、上限所定値より順次小さくなる複数の所定値とは逆に、所定値に所定回数を増加させることを特徴とする請求項１に記載の特徴とする電気掃除機。
前記複数の所定値は、前記電動送風機の動作運転モード毎に設定され、動作運転モードを切り換えることにより、変更されることを特徴とする請求項１記載の電気掃除機。
前記複数の所定値は、電源周波数毎に設定され、電源周波数を検知し、この検知結果に基づいて変更されることを特徴とする請求項１記載の電気掃除機。
前記複数の所定値は、電源電圧値区分毎に設定され、電源電圧値を検知し、この検知結果に基づいて変更されることを特徴とする請求項１記載の電気掃除機。