JP5879473B2

JP5879473B2 - 電気掃除機

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Publication number: JP5879473B2
Application number: JP2011089869A
Authority: JP
Inventors: 中尾　浩; 浩中尾
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2011-04-14
Filing date: 2011-04-14
Publication date: 2016-03-08
Anticipated expiration: 2031-04-14
Also published as: JP2012217783A

Description

本発明は、整流子モータを有する電動送風機を内蔵した電気掃除機に関する。

従来の電気掃除機に内蔵された整流子モータにおいては、整流子とカーボンブラシとの間の接触不良により、整流子とカーボンブラシとの接触面からモータスパークが発生する場合があった。このモータスパークは、モータスパークが発生する毎に大きくなっていく傾向にあり、モータスパークが大きくなると、整流子モータの動作不良が発生したり、整流子モータの寿命が大幅に低下したりするなどの様々な不具合を引き起こし、電動送風機の寿命を大幅に低下させる場合があることが知られている。

そこで、従来、この種の電気掃除機においては、電動送風機の寿命を向上させるべく、電動送風機に流れる交流電源の波形のうち、その半波間が非通電状態となっている周期を検出することでモータスパークを検出するとともに、交流電源の波形のうち、その半波間が非通電状態となっている周期の発生頻度に応じて、電動送風機への通電量を低下させる構成が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００９−７７７５０号公報

しかしながら、上記従来の電気掃除機においては、モータスパークの種類を精度よく検知し、電気掃除機の信頼性を向上させるという観点からは未だ改善の余地があった。

すなわち、上述のように、モータスパークは、整流子とカーボンブラシとの間の接触不良によって発生するものであり、この接触不良の発生原因としては、整流子とカーボンブラシとの偏摩擦や整流子モータの回転軸のずれなど、電動送風機自体の異常によるものが多くなっている。この場合、電動送風機への通電量を低下させることなく、電動送風機を動作させると、電動送風機の寿命が大幅に低下してしまうため、電動送風機への通電量を低下させて動作させる必要がある。

また、例えば、電気掃除機の吸込口が密閉されるなど、電動送風機の吸引風の風量が極端に少なくなった場合には整流子モータの回転数が大きくなるため、整流子とカーボンブラシとの摩擦面の僅かなずれや整流子モータの回転軸の僅かなずれによっても整流子とカーボンブラシとの間に接触不良が発生し、モータスパークが発生する場合がある。この場合は、電気掃除機の吸込口の密閉原因を取り除くなど、電動送風機の吸引風の風量が通常の範囲となるようにすることで、モータスパークが発生しなくなるため、電動送風機への通電量を低下させることなく、電動送風機を動作させることができる。

しかしながら、上記従来の電気掃除機においては、電動送風機に流れる交流電源の波形のうち、その半波間が非通電状態となっている周期を検出することでモータスパークを検出しているため、電動送風機自体の異常によって発生したモータスパークと、電動送風機の吸引風の風量低下によって発生した一過性のモータスパークとを区別して検出することができず、電動送風機の吸引風の風量低下によって発生した一過性のモータスパークの場合であっても、電動送風機への通電量を低下させてしまう場合があった。

本発明は、上記従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、電動送風機自体の異常によって発生したモータスパークと、電動送風機の吸引風の風量低下によって発生した一過性のモータスパークとを精度よく区別して検出することができる信頼性の高い電気掃除機を提供することを目的とする。

上記従来技術の有する課題を解決するために、本発明は、吸引風を発生させる電動送風機と、前記電動送風機に流れる交流電流の状態を検出する電流状態検出手段と、前記電流状態検出手段の出力値に応じて前記電動送風機の通電量を制御する制御手段と、を備え、前記電流状態検出手段は、前記電動送風機に流れる交流電流波形を全波整流した信号波形を前記制御手段及び後述するピークホールド回路に出力する電流検出手段と、前記電流検出手段に接続され、前記電流検出手段から出力された信号波形のピーク値を平滑した信号波形を前記制御手段に出力するピークホールド回路とから構成されており、前記制御手段は、前記電流検出手段の出力値が予め定められた第１の基準値未満となる回数が所定時間内に第１の基準回数以上存在している場合、前記電動送風機への通電量を所定の通電量まで低下させ、その後、前記電流検出手段の出力値が前記所定時間内において最初に第１の基準値未満なった直前の前記ピークホールド回路の出力値に応じて前記電動送風機への通電量を制御する電気掃除機としたものである。

これにより、制御手段は、電流検出手段の出力値が予め定められた第１の基準値未満となる回数が所定時間内に第１の基準回数以上存在している場合、電動送風機への通電量を低下させるため、電流検出手段の出力値と第１の基準値との関係によって、電動送風機に流れる交流電流の波形のうち、少なくともその半波間が非通電状態となっている周期（以下、「半波抜け周期」という。）を精度よく検出することができるとともに、半波抜け周期の発生状況によって、モータスパークを精度よく判断することができ、電動送風機への通電量を安全な通電量まで低下させることができる。また、制御手段は、電動送風機への通電量を安全な通電量まで低下させたあと、電流検出手段の出力値が前記所定時間内において最初に第１の基準値未満となった直前のピークホールド回路の出力値に応じて電動送風機への通電量を制御しているため、電動送風機自体の異常によって発生したモータスパークと、電動送風機の吸引風の風量低下によって発生した一過性のモータスパークとを精度よく区別して検出することができ、電流検出手段の出力値が前記所定時間内において最初に第１の基準値未満となった直前のピークホールド回路の出力値に応じて電動送風機への通電量を最適に制御することができる。したがって、信頼性の高い電気掃除機を提供することができる。

本発明の電気掃除機によれば、電動送風機自体の異常によって発生したモータスパークと、電動送風機の吸引風の風量低下によって発生した一過性のモータスパークとを精度よく区別して検出することができる信頼性の高い電気掃除機を提供することができる。

本発明の実施の形態１における電気掃除機の全体斜視図本発明の電気掃除機の実施の形態１における操作部を示す詳細図本発明の電気掃除機の実施の形態１における回路ブロック図（ａ）本発明の電気掃除機の実施の形態１における商用電源の電源波形図、（ｂ）本発明の電気掃除機の実施の形態１におけるセロクロス検出回路の出力波形、（ｃ）本発明の電気掃除機の実施の形態１における双方向性サイリスタに入力されるトリガパルスの波形図、（ｄ）本発明の電気掃除機の実施の形態１における正常時に電動送風機に入力される交流電流の波形図、（ｅ）本発明の電気掃除機の実施の形態１における正常時に電流状態検出手段から出力される出力波形図、（ｆ）本発明の電気掃除機の実施の形態１における電動送風機自体の異常によるによりモータスパークが発生した時の電動送風機に入力される交流電流の波形図、（ｇ）本発明の電気掃除機の実施の形態１における電動送風機自体の異常によるモータスパークが発生した時に電流状態検出手段から出力される出力波形図、（ｈ）本発明の電気掃除機の実施の形態１における一過性のモータスパークが発生した時に電動送風機に入力される交流電流の波形図、（ｉ）本発明の電気掃除機の実施の形態１における一過性のモータスパークが発生した時に電流状態検出手段から出力される出力波形図（ａ）本発明の電気掃除機の実施の形態１における商用電源の電源波形を示す詳細波形図、（ｂ）本発明の電気掃除機の実施の形態１におけるセロクロス検出回路の出力波形を示す詳細波形図、（ｃ）本発明の電気掃除機の実施の形態１における双方向性サイリスタに入力されるトリガパルスの詳細波形図、（ｄ）本発明の電気掃除機の実施の形態１における正常時の電流状態検出手段の出力波形を示す詳細波形図、（ｅ）本発明の電気掃除機の実施の形態１における電動送風機自体の異常によるによりモータスパークが発生した時の電流状態検出手段の出力波形を示す詳細波形図、（ｆ）本発明の電気掃除機の実施の形態１における一過性のモータスパークが発生した時の電流状態検出手段の出力波形を示す詳細波形図本発明の電気掃除機の実施の形態１における電気掃除機の制御フローチャート

第１の発明は、吸引風を発生させる電動送風機と、前記電動送風機に流れる交流電流の状態を検出する電流状態検出手段と、前記電流状態検出手段の出力値に応じて前記電動送風機の通電量を制御する制御手段と、を備え、前記電流状態検出手段は、前記電動送風機に流れる交流電流波形を全波整流した信号波形を前記制御手段及び後述するピークホールド回路に出力する電流検出手段と、前記電流検出手段に接続され、前記電流検出手段から出力された信号波形のピーク値を平滑した信号波形を前記制御手段に出力するピークホールド回路とから構成されており、前記制御手段は、前記電流検出手段の出力値が予め定められた第１の基準値未満となる回数が所定時間内に第１の基準回数以上存在している場合
、前記電動送風機への通電量を所定の通電量まで低下させ、その後、前記電流検出手段の出力値が前記所定時間内において最初に第１の基準値未満なった直前の前記ピークホールド回路の出力値に応じて前記電動送風機への通電量を制御する電気掃除機としたものである。

第２の発明は、特に、第１の発明において、制御手段は、電流検出手段の出力値が前記所定時間内において最初に第１の基準値未満となった直前のピークホールド回路の出力値が予め定められた第２の基準値未満であり、かつ、前記電動送風機への通電量を低下させた後のピークホールド回路の出力値が予め定められた第３の基準値以上である場合には、前記電動送風機への通電量を増加させるものである。

これにより、電流検出手段の出力値が前記所定時間内において最初に第１の基準値未満となった直前のピークホールド回路の出力値と第２の基準値との関係により、電動送風機の吸引風の風量低下によって発生した一過性のモータスパークを精度よく検知することができるとともに、電動送風機の吸引風の風量の増加に応じて自動的に電動送風機への通電量を増加させることができるため、電気掃除機の信頼性を向上させることができるとともに電気掃除機の使い勝手を向上させることができる。

第３の発明は、特に、第１または第２の発明において、電動送風機の状態を使用者に報知する報知手段を備え、制御手段は、電流検出手段の出力値が第１の基準値未満となる回数が所定時間内に第１の基準回数以上存在している場合、電動送風機への通電量を低下させ、その後、電流検出手段の出力値が前記所定時間内において最初に第１の基準値未満となった直前のピークホールド回路の出力値に応じて報知手段を制御するものである。

これにより、電流検出手段の出力値と第１の基準値との関係によって、半波抜け周期を精度よく検出することができるとともに、半波抜け周期の発生状況によって、モータスパークを精度よく検出することができ、電動送風機への通電量を安全な通電量まで低下させることができる。また、電動送風機自体の異常によって発生したモータスパークと、電動送風機の吸引風の風量低下によって発生した一過性のモータスパークとを精度よく区別して検出することができ、電流検出手段の出力値が前記所定時間内において最初に第１の基準値未満となった直前のピークホールド回路の出力値に応じて報知手段を最適に制御することができるため、使用者に適切な処置を促すことができる。

以下、図面を参照しながら本発明の電気掃除機の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、以下の説明では、同一または相当部分には同一符号付し、重複する説明は省略する。

（実施の形態１）
本発明の電気掃除機の実施の形態１について、図１〜図６を用いて説明する。

図１は、本発明の実施の形態１における電気掃除機の全体斜視図である。また、図２は
、本発明の電気掃除機の実施の形態１における操作部を示す詳細図である。さらに、図３は、本発明の電気掃除機の実施の形態１における回路ブロック図である。

図１に示すように、電気掃除機１００は、吸引風を発生させる電動送風機１ａを内蔵する掃除機本体１と、被清掃面の塵埃を吸引する吸込具２と、一端が吸込具２に着脱自在に接続される伸縮自在或いは継ぎ自在の延長管３と、一端が延長管３の他端に着脱自在に接続され、他端が掃除機本体１の前部に設けられた吸入口１ｂに着脱自在に接続されるホース４と、から構成されている。

掃除機本体１の後部には、整流子モータ（図示せず）を有し、吸引風を発生させる電動送風機１ａを内蔵する電動送風機室５が設けられている。また、電動送風機室５の上流側、すなわち、掃除機本体１の前部には、電動送風機１ａで発生された吸引風によって吸引された塵埃を捕集する集塵部６が設けられている。また、掃除機本体１の後方の両側には、走行用の車輪７が回転自在に取り付けられている。さらに、掃除機本体１の下面の前方には、走行用のキャスター（図示せず）が回転自在に取り付けられている。また、掃除機本体１の後部には、商用電源１５（図３参照）に接続され、後述する掃除機本体１内に配置された制御回路１６（図３参照）に電源を供給するための電源コード１７（図３参照）が配置されている。

吸込具２には、被清掃面の塵埃を掻き上げる回転ブラシ８と、この回転ブラシ８を回転駆動する駆動モータ９とが内蔵されている。

ホース４の延長管３側の端部には、使用者が掃除の際に保持する把手部１０を有する先端パイプ１１が設けられている。また、ホース４の掃除機本体１側の端部には、掃除機本体１の吸入口１ｂに着脱自在に接続される接続パイプ１２が設けられている。

図１及び図２に示すように、把手部１０には、使用者が電動送風機１ａを動作させる運転モード（例えば強・中・弱・切等の吸込み力）を選択する操作部１３が設けられている。操作部１３は、強スイッチ１３ａと、中スイッチ１３ｂと、弱スイッチ１３ｃと、切スイッチ１３ｄとから構成されている。また、操作部１３には、電動送風機１ａの状態を使用者に報知する報知手段１４が配置されている。

図３に示すように、商用電源１５には、電動送風機１ａと、駆動モータ９と、商用電源１５の電源波形のゼロクロスを検出し、後述する制御手段２３に出力するゼロクロス検出回路１８と、後述する制御手段２３に電源を供給する電源回路１９と、電動送風機１ａに流れる交流電流の状態を検出する電流状態検出手段２０とが接続されている。

電動送風機１ａは、双方向性サイリスタＡ２１及び駆動回路Ａ２２を介して制御手段２３に接続されている。また、駆動モータ９は、双方向性サイリスタＢ２４及び駆動回路Ｂ２５を介して制御手段２３に接続されている。制御手段２３は、双方向性サイリスタＡ２１及び双方向性サイリスタＢ２４のトリガ位相角を制御することで電動送風機１ａ及び駆動モータ９への通電量を制御しており、双方向性サイリスタＡ２１及び双方向性サイリスタＢ２４は、それぞれ駆動回路Ａ２２及び駆動回路Ｂ２５を介して制御手段２３によって位相制御されるように構成されている。ここで、制御手段２３が双方向性サイリスタＡ２１及び双方向性サイリスタＢ２４を位相制御する位相角は、制御手段２３に接続された操作部１３の各スイッチ（強スイッチ１３ａ、中スイッチ１３ｂ、弱スイッチ１３ｃ、及び切スイッチ１３ｄ）からの入力信号に応じて決定されている。また、操作部１３に配置された報知手段１４は、各スイッチと同様に制御手段２３に接続されており、制御手段２３からの信号に基づいて、電動送風機１ａ状態を使用者に報知するように構成されている。

電流状態検出手段２０は、電動送風機１ａに流れる交流電流波形を全波整流した信号波形を制御手段２３及び後述するピークホールド回路２７に出力する電流検出手段２６と、電流検出手段２６に接続され、電流検出手段２６から出力された信号波形のピーク値を平滑した信号波形を制御手段２３に出力するピークホールド回路２７とから構成されている。電流検出手段２６は、商用電源１５から電動送風機１ａに交流電源が供給される電源供給ライン上に配置されており、双方向性サイリスタＡ２１を介して電動送風機１ａに接続されている。

以上のように構成された電気掃除機について、以下、図４及び図５を加えて、その動作及び作用を説明する。

図４（ａ）は、本発明の電気掃除機の実施の形態１における商用電源の電源波形図、図４（ｂ）は、本発明の電気掃除機の実施の形態１におけるセロクロス検出回路の出力波形、図４（ｃ）は、本発明の電気掃除機の実施の形態１における双方向性サイリスタに入力されるトリガパルスの波形図、図４（ｄ）は、本発明の電気掃除機の実施の形態１における正常時に電動送風機に入力される交流電流の波形図、図４（ｅ）は、本発明の電気掃除機の実施の形態１における正常時に電流状態検出手段から出力される出力波形図、図４（ｆ）は、本発明の電気掃除機の実施の形態１における電動送風機自体の異常によるによりモータスパークが発生した時の電動送風機に入力される交流電流の波形図、図４（ｇ）は、本発明の電気掃除機の実施の形態１における電動送風機自体の異常によるモータスパークが発生した時に電流状態検出手段から出力される出力波形図、図４（ｈ）は、本発明の電気掃除機の実施の形態１における一過性のモータスパークが発生した時に電動送風機に入力される交流電流の波形図、図４（ｉ）は、本発明の電気掃除機の実施の形態１における一過性のモータスパークが発生した時に電流状態検出手段から出力される出力波形図である。また、図５（ａ）は、本発明の電気掃除機の実施の形態１における商用電源の電源波形を示す詳細波形図、図５（ｂ）は、本発明の電気掃除機の実施の形態１におけるセロクロス検出回路の出力波形を示す詳細波形図、図５（ｃ）は、本発明の電気掃除機の実施の形態１における双方向性サイリスタに入力されるトリガパルスの詳細波形図、図５（ｄ）は、本発明の電気掃除機の実施の形態１における正常時の電流状態検出手段の出力波形を示す詳細波形図、図５（ｅ）は、本発明の電気掃除機の実施の形態１における電動送風機自体の異常によるによりモータスパークが発生した時の電流状態検出手段の出力波形を示す詳細波形図、図５（ｆ）は、本発明の電気掃除機の実施の形態１における一過性のモータスパークが発生した時の電流状態検出手段の出力波形を示す詳細波形図である。

ここで、図４（ｅ）、図４（ｇ）、図４（ｉ）、及び図５（ｄ）〜（ｆ）に示す波形は、電流状態検出手段２０から出力される出力波形であり、図４（ｅ）、図４（ｇ）、図４（ｉ）、及び図５（ｄ）〜（ｆ）中の実線で示す波形が電流検出手段２６から出力される出力波形であり、図４（ｅ）、図４（ｇ）、図４（ｉ）、及び図５（ｄ）〜（ｆ）中の一点鎖線で示す波形がピークホールド回路２７から出力される出力波形である。

使用者が電源コード１７を商用電源１５に接続し、電気掃除機１００の運転を開始すると、電動送風機１ａで吸引風が発生され、吸込具２の下面に形成された吸引口（図示せず）から被清掃面の塵埃が吸引される。吸込具２によって吸引された塵埃は、延長管３及びホース４を介して掃除機本体１内へと流入し、集塵部６で捕集される。

図４及び図５に示すように、電源コード１７が商用電源１５に接続されたとき、トリガパルスは常時オフ状態であり、電動送風機１ａは停止状態であるため、電動送風機１ａに流れる交流電流の電流波形は０Ｖとなる。

電源コード１７が商用電源１５に接続された状態で使用者によって操作部１３の各スイ
ッチ（強スイッチ１３ａ、中スイッチ１３ｂ、弱スイッチ１３ｃ、及び切スイッチ１３ｄ）が押されると、制御手段２３は、各スイッチに対応したトリガパルスを、駆動手段Ａ２２を介して双方向性サイリスタＡ２１に入力し、電動送風機１ａの入力が各スイッチに対応した入力となるように電動送風機１ａへの通電量を制御している。

すなわち、電源コード１７が商用電源１５に接続された状態で使用者によって操作部１３の各スイッチが押されると、制御手段２３は、使用者が強スイッチ１３ａ、中スイッチ１３ｂ、弱スイッチ１３ｃ、及び切スイッチ１３ｄのうちのどのスイッチを選択したかを判断し、使用者が選択した各スイッチに対応したトリガパルスを、駆動回路Ａ２２を介して双方向性サイリスタＡ２１に入力する。双方向性サイリスタＡ２１にトリガパルスが入力されると、双方向性サイリスタＡ２１が導通し、電動送風機１ａに交流電流が流れ、次のゼロクロスで交流電流が遮断される。このとき、図５に示すように、制御手段２３は、駆動回路Ａ２２を介して双方向性サイリスタＡ２１に入力するトリガパルスの位相角ｔ１を制御することで、使用者が選択した各スイッチに対応した入力で電動送風機１ａが動作するように制御している。ここで、トリガパルスの位相角ｔ１は、ゼロクロス検出回路１８が商用電源１５の電源波形のゼロクロスを検出してからトリガパルスをオフするまでの時間である。

本実施の形態においては、制御手段２３は、使用者によって操作部１３のどのスイッチが選択されたかを判断し、使用者によって選択された各スイッチに対応した入力で電動送風機１ａが動作するように、トリガパルスの位相角を決定し、駆動手段Ａ２２に信号を出力しており、各運転スイッチ（強スイッチ１３ａ、中スイッチ１３ｂ、及び弱スイッチ１３ｃ）とトリガパルスの位相角ｔ１及び電動送風機１ａの入力との関係を表１に示す。なお、制御手段２３は、電動送風機１ａが駆動している際に、使用者により切スイッチ１３ｄが選択された場合には、駆動手段Ａ２２を介して双方向性サイリスタＡ２１に入力するトリガパルスの出力を常時オフ状態にすることで、電動送風機１ａを停止させている。

図５に示すように、制御手段２３は、電動送風機１ａが駆動している間は、常に、トリガパルスがオンしてから所定時間ｔ３後の電流検出手段２６及びピークホールド回路２７の出力波形をモニターしている。制御手段２３は、電流検出手段２６の出力値Ｐａが予め定められた第１の基準値Ｔ１未満であった場合は、電動送風機１ａに流れる交流電流の波形のうち、少なくともその半波間が非通電状態となっている周期（以下、「半波抜け周期」という。）が存在すると判断するとともに、半波抜け周期が存在すると判断した回数を所定時間積算する。そして、制御手段２３は、この積算値を用いてモータスパークの発生の有無を判断しており、半波抜け周期が存在すると判断した回数を積算した積算値が予め定められた所定時間内に第１の基準回数以上する場合には、モータスパークが存在すると判断し、電動送風機１ａへの通電量を低下させるように制御している。

ここで、本実施の形態においては、所定時間ｔ３を１ｍｓ、第１の基準値Ｔ１を０．１Ｖに設定しており、制御手段２３は、トリガパルスがオンしてから１ｍｓ後の電流検出手段２６の出力値Ｐａが０．１Ｖ未満である場合には、半波抜け周期が存在すると判断している。また、本実施の形態においては、制御手段２３は、電流検出手段２６の出力値Ｐａが０．１Ｖ未満となった回数、すなわち、半波抜け周期が存在すると判断した回数を積算しており、この積算値を用いてモータスパークの発生の有無を判断している。具体的には
、制御手段２３は、半波抜け周期が存在すると判断した回数を積算するとともに、１秒毎にこの積算値を用いてモータスパークの発生の有無を判断しており、半波抜け周期が存在すると判断した回数の積算値が３回未満であれば、モータスパークではないと判断し、半波抜け周期が存在すると判断した回数の積算値が３回以上であれば、モータスパークであると判断するとともに電動送風機１ａへの通電量を２００Ｗまで低下させるように制御している。

そして、制御手段２３は、電動送風機１ａへの通電量を２００Ｗまで低下させた後、トリガパルスがオンしてから所定時間ｔ３後のピークホールド回路２７の出力値Ｐｂに応じて電動送風機１ａへの通電量を制御している。すなわち、制御手段２３は、電動送風機１ａへの通電量を２００Ｗまで低下させたあと、電流検出手段２６の出力値Ｐａが最初に第１の基準値Ｔ１未満なった直前のピークホールド回路２７の出力値Ｐｂが予め定められた第２の基準値Ｔ２未満である場合には、電動送風機１ａで発生された吸引風の風量低下によって発生した一過性のモータスパークであると判断し、報知手段１４を点滅させ使用者に報知するとともに、使用者によって電動送風機１ａで発生された吸引風の風量低下の原因が取り除かれ、ピークホールド回路２７の出力値Ｐｂが予め定められた第３の基準値以上となった場合、すなわち、電動送風機１ａで発生された吸引風の風量が増加した場合には、電動送風機１ａへの通電量を、電動送風機１ａの通電量を２００Ｗに低下させる前の通電量へと増加させるように制御している。また、制御手段２３は、電動送風機１ａへの通電量を２００Ｗまで低下させたあと、電流検出手段２６の出力値Ｐａが最初に第１の基準値Ｔ１未満なった直前のピークホールド回路２７の出力値Ｐｂが第２の基準値Ｔ２以上である場合には、電動送風機１ａ自体の異常によって発生したモータスパーク（以下、異常スパークという。）であると判断し、報知手段１４を点灯させるとともに、電流検出手段２６の出力値Ｐａが最初に第１の基準値Ｔ１未満なった直前のピークホールド回路２７の出力値Ｐｂが第２の基準値Ｔ２以上となった回数を積算するとともに、この積算値が予め定められた第２の基準回数以上となった場合には、電動送風機１ａへの通電量を２００Ｗ未満に低下、または、電動送風機１ａへの通電量を停止させるように制御する。

ここで、本実施の形態においては、第２の基準値を１．５Ｖ、第３の基準値を１．０Ｖに設定しており、制御手段２３は、電動送風機１ａへの通電量を２００Ｗまで低下させたあと、電流検出手段２６の出力値Ｐａが最初に０．１Ｖ未満なった直前のピークホールド回路２７の出力値Ｐｂが１．５Ｖ未満である場合には、一過性のモータスパークであると判断し、報知手段１４を点滅させ使用者に報知するとともに、使用者によって電動送風機１ａで発生された吸引風の風量低下の原因が取り除かれ、ピークホールド回路２７の出力値Ｐｂが１．０Ｖ以上となった場合には、電動送風機１ａへの通電量を、電動送風機１ａの通電量を２００Ｗに低下させる前の通電量へと増加させるように制御している。また、制御手段２３は、電動送風機１ａへの通電量を２００Ｗまで低下させたあと、電流検出手段２６の出力値Ｐａが最初に０．１Ｖ未満なった直前のピークホールド回路２７の出力値Ｐｂが１．５Ｖ以上である場合には、異常スパークであると判断し、報知手段１４を点灯させるとともに、電流検出手段２６の出力値Ｐａが最初に０．１Ｖ未満なった直前のピークホールド回路２７の出力値Ｐｂが、１．５Ｖ以上となった回数を積算するとともに、この積算値が３回以上となった場合には、電動送風機１ａへの通電量を停止させ、以降は電気掃除機１００を運転できないように制御している。

以下、本実施の形態における制御手段２３の制御フローについて、図６を用いて具体的に説明する。

図６は、本発明の電気掃除機の実施の形態１における電気掃除機の制御フローチャートである。

制御手段２３は、使用者により電源コード１７が商用電源１５に接続されると、制御手段２３内の全カウンタをリセットする（ステップ０）。ここで、全カウンタとは、電流検出手段２６の出力値Ｐａが０．１Ｖ未満となった回数を積算するカウンタＡ及び電流検出手段２６の出力値Ｐａが最初に０．１Ｖ未満なった直前のピークホールド回路２７の出力値Ｐｂが、１．５Ｖ以上となった回数を積算するカウンタＢである。

制御手段２３は、全カウンタをリセットした後、使用者が操作部１３の各スイッチ（強スイッチ１３ａ、中スイッチ１３ｂ、弱スイッチ１３ｃ、及び切スイッチ１３ｄ）が選択されたかどうかを判断し、各スイッチに応じた制御を行う（ステップ２）。

すなわち、制御手段２３は、使用者により、強スイッチ１３ａ、中スイッチ１３ｂ、及び、弱スイッチ１３ｃ（以下、運転スイッチという。）が選択されていることを検知した場合には、カウンタＢの積算値が３回以上であるかどうかを判断する。そして、カウンタＢの積算値が３回未満である場合には、電動送風機１ａの入力が各運転スイッチに対応した入力となるように、上述の表１に示すテーブルに基づいて、トリガパルスの位相角ｔ１を設定し、駆動手段Ａ２２を介して双方向性サイリスタＡ２１を制御するとともに、報知手段１４の消灯及び異常スパークフラグのクリアを行い、ステップ３へと進む。また、使用者により、運転スイッチが選択されておらず、切スイッチ１３ｄが選択されている場合には、電動送風機１ａの運転を停止させるように、駆動手段Ａ２２を介して双方向性サイリスタＡ２１に入力するトリガパルスの出力を常時オフ状態にし、ステップ３へと進む。さらに、使用者により、運転スイッチ及び切スイッチ１３ｄともに選択されていない場合には、ステップ３へと進む。ここで、異常スパークフラグとは、後述するステップ１０でセットされるフラグであり、一過性ではない異常スパークが発生していることを示すフラグである。

ステップ３において、制御手段２３は、電動送風機１ａが駆動しているかどうかの判断を行い、電動送風機１ａが駆動していない場合には、カウンタＡ及び秒タイマをリセットし、ステップ２へと進む。また、電動送風機１ａが駆動している場合にはステップ４へと進む。ここで、秒タイマとは、電動送風機１ａの運転中に動作するタイマであり、後述するステップ７以降で行う異常スパークの判定周期（１秒）を計測するものである。

本実施の形態においては、電流検出手段２６の出力値Ｐａが最初に０．１Ｖ未満なった直前のピークホールド回路２７の出力値Ｐｂが、１．５Ｖ以上となった回数の積算値が３回以上となった場合には、電動送風機１ａへの通電量を停止させ、以降は電気掃除機１００を運転できないように制御しているため、ステップ２において、使用者により運転スイッチが選択された場合で、かつ、カウンタＢの積算値が３回以上である場合には、ステップ１へと進むように構成されている。

ステップ４において、制御手段２３は、トリガパルスがオンしてから１ｍｓ後の電流検出手段２６の出力値Ｐａが０．１Ｖ未満であるかどうかの判断を行っており、半波抜け周期が存在する場合、すなわち、トリガパルスがオンしてから１ｍｓ後の電流検出手段２６の出力値Ｐａが０．１Ｖ未満である場合には、半波抜けフラグをセットするとともに、カウンタＡによって積算を開始する。また、制御手段２３は、トリガパルスがオンしてから１ｍｓ後の電流検出手段２６の出力値Ｐａが０．１Ｖ以上である場合には、ステップ５へと進み、電動送風機１ａが２００Ｗで駆動されているかどうかを判断する。ここで、半波抜けフラグとは、電流検出手段２６の出力値Ｐａが最初に０．１Ｖ未満となった直前のピークホールド回路２７の出力値Ｐｂを記憶するためにステップ６で使用されるものである。

ステップ５において、電動送風機１ａが２００Ｗで運転されている場合、制御手段２３
は、異常スパークフラグの有無を検出する。そして、異常スパークフラグが存在する場合には、ステップ７へと進む。また、異常スパークフラグが存在しない場合には、ピークホールド回路２７の出力値Ｐｂが１．０Ｖ以上であるかどうかを判断する。ピークホールド回路２７の出力値Ｐｂが１．０Ｖ未満である場合には、ステップ７に進む。また、ピークホールド回路２７の出力値Ｐｂが１．０Ｖ以上である場合には、電動送風機１ａへの通電量を２００Ｗ以下に低下させる前の通電量となるように、上述の表１に示すテーブルに基づいて、トリガパルスの位相角ｔ１を設定し、駆動手段Ａ２２を介して双方向性サイリスタＡ２１を制御するとともに、報知手段１４を消灯し、ステップ７に進む。

ステップ５において、電動送風機１ａが２００Ｗで運転されていない場合、制御手段２３は、半波抜けフラグの有無を検出し、半波抜けフラグがある場合にはステップ７に進むとともに、半波抜けフラグがない場合には、ピークホールド回路２７の出力値Ｐｂを記憶し、ステップ７に進む。なお、ここで記憶したピークホールド回路２７の出力値Ｐｂは、後述するステップ１０において、一過性のモータスパークであるかどうかの判定に使用する。

ステップ７において、制御手段２３は、秒タイマが１秒かどうか、すなわち、カウンタＡによる積算を開始してから１秒経過したかどうかを判断し、１秒経過していれば、秒タイマをリセットするとともに、ステップ８へと進み、半波抜け周期が存在すると判断した回数の積算値に基づいて、モータスパークの発生の有無を判断する。また、秒タイマが１秒で経過していない場合には、ステップ１へと進む。

ステップ８において、制御手段２３は、カウンタＡのカウント値、すなわち、半波抜け周期が存在すると判断した回数の積算値が１秒間に３回以上であれば、モータスパークであると判断するとともに電動送風機１ａへの通電量を２００Ｗまで低下させるように制御し、ステップ１０へと進む。また、半波抜け周期が存在すると判断した回数の積算値が１秒間に３回未満であれば、モータスパークではないと判断し、ステップ９へと進む。

ステップ９において、制御手段２３は、半波抜け周期が存在すると判断した回数の積算値が０回であるかどうかを判断しており、半波抜け周期が存在すると判断した回数の積算値が０回である場合には、半波抜けフラグをクリアするとともに、カウンタＡをリセットし、ステップ１へと進む。また、半波抜け周期が存在すると判断した回数の積算値が０回でない場合には、カウンタＡをリセットし、ステップ１へと進む。

ステップ１０において、制御手段２３は、電動送風機１ａへの通電量を２００Ｗまで低下させたあと、電流検出手段２６の出力値Ｐａが最初に０．１Ｖ未満なった直前のピークホールド回路２７の出力値Ｐｂに応じた処理を行う。すなわち、制御手段２３は、電流検出手段２６の出力値Ｐａが最初に０．１Ｖ未満なった直前のピークホールド回路２７の出力値Ｐｂが１．５Ｖ以上である場合、すなわち、電動送風機１ａで発生された吸引風の風量が通常範囲であった場合、異常スパークであると判断し、報知手段１４を点灯させ、異常スパークフラグをセットするとともに、カウンタＢにより、異常スパークの発生回数、すなわち、電流検出手段２６の出力値Ｐａが最初に０．１Ｖ未満なった直前のピークホールド回路２７の出力値Ｐｂが１．５Ｖ以上になった回数をカウントし、ステップ１１に進む。また、電流検出手段２６の出力値Ｐａが最初に０．１Ｖ未満なった直前のピークホールド回路２７の出力値Ｐｂが１．５Ｖ未満である場合には、一過性のモータスパークであると判断し、報知手段１４を点滅させ使用者に報知するとともに、カウンタＡをリセットし、ステップ１へと進む。

ステップ１１において、制御手段２３は、カウンタＢでカウントしている異常スパークの発生回数が３回以上であるかどうかを判断し、異常スパークの発生回数が３回以上であ
る場合には、電動送風機１ａへの通電量を停止させるとともに、カウンタＡをリセットし、以降、電気掃除機１００を運転できないように制御したあと、ステップ１へと進む。また、カウンタＢでカウントしている異常スパークの発生回数が３回未満である場合には、カウンタＡをリセットし、ステップ１へと進む。ここで、本実施の形態においては、電流検出手段２６の出力値Ｐａが最初に０．１Ｖ未満なった直前のピークホールド回路２７の出力値Ｐｂが１．５Ｖ以上となった回数の積算値が３回以上となった場合には、電動送風機１ａへの通電量を停止させ、以降は電気掃除機１００を運転できないように制御しているため、カウンタＢのカウント値が３回以上である場合、ステップ１及びステップ２において、使用者が運転スイッチを操作しても電動送風機１ａは動作しないように構成している。

なお、本実施の形態においては、電流検出手段２６の出力値Ｐａが最初に０．１Ｖ未満となった直前のピークホールド回路２７の出力値Ｐｂをステップ６で記憶しており、記憶した出力値Ｐｂは、電流検出手段２６の出力値Ｐａが最初に０．１Ｖ未満となってから１秒の間、電流検出手段２６の出力値Ｐａが０．１Ｖ未満とならない状態が継続するまで固定される。

以上のように、本実施の形態においては、制御手段２３は、電流検出手段２６の出力値Ｐａが第１の基準値Ｔ１未満となる回数が所定時間内に第１の基準回数以上存在している場合、電動送風機１ａへの通電量を低下させるため、電流検出手段２６の出力値Ｐａと第１の基準値との関係によって、半波抜け周期を精度よく検出することができるとともに、半波抜け周期の発生状況によって、モータスパークを精度よく検出することができ、電動送風機１ａへの通電量を安全な通電量まで低下させることができる。また、制御手段２３は、電動送風機１ａへの通電量を安全な通電量まで低下させたあと、電流検出手段２６の出力値Ｐａが最初に第１の基準値Ｔ１未満となった直前のピークホールド回路２７の出力値Ｐｂに応じて電動送風機１ａへの通電量を制御しているため、電動送風機１ａ自体の異常によって発生したモータスパークと、電動送風機１ａの吸引風の風量低下によって発生した一過性のモータスパークとを精度よく区別して検出することができ、電流検出手段２６の出力値Ｐｂが最初に第１の基準値Ｔ１未満となった直前のピークホールド回路２７の出力値Ｐｂに応じて電動送風機１ａへの通電量を最適に制御することができる。したがって、信頼性の高い電気掃除機を提供することができる。

また、本実施の形態においては、制御手段２３は、電動送風機１ａへの通電量を２００Ｗまで低下させたあと、電流検出手段２６の出力値Ｐａが最初に第１の基準値Ｔ１未満なった直前のピークホールド回路２７の出力値Ｐｂが第２の基準値Ｔ２以上である場合には、異常スパークであると判断し、報知手段１４を点灯させるとともに、電流検出手段２６の出力値Ｐａが最初に第１の基準値Ｔ１未満なった直前のピークホールド回路２７の出力値Ｐｂが第２の基準値Ｔ２以上となった回数を積算するとともに、この積算値が第２の基準値回数以上となった場合には、電動送風機１ａへの通電量を低下または停止させているため、電気掃除機の安全性を向上させることができるとともに電気掃除機の信頼性を向上させることができる。

さらに、本実施の形態においては、制御手段２３は、電動送風機１ａへの通電量を２００Ｗまで低下させたあと、電流検出手段２６の出力値Ｐａが最初に第１の基準値Ｔ１未満なった直前のピークホールド回路２７の出力値Ｐｂが第２の基準値Ｔ２未満である場合には、一過性のモータスパークであると判断し、報知手段１４を点滅させ使用者に報知するとともに、使用者によって電動送風機１ａで発生された吸引風の風量低下の原因が取り除かれ、ピークホールド回路２７の出力値Ｐｂが第３の基準値以上となった場合には、電動送風機１ａへの通電量を、電動送風機１ａの通電量を２００Ｗに低下させる前の通電量へと増加させるように制御しているため、使用者によって電動送風機１ａで発生された吸引
風の風量低下の原因が取り除かれた場合には、自動的に電動送風機１ａの通電量を増加させることができ、電気掃除機の使い勝手を向上させることができる。

また、本実施の形態においては、電流検出手段２６の出力値Ｐａが第１の基準値Ｔ１未満となる回数が所定時間内に第１の基準回数以上存在している場合、電動送風機１ａへの通電量を低下させ、その後、電流検出手段２６の出力値Ｐａが最初に第１の基準値Ｔ１未満となった直前のピークホールド回路２７の出力値Ｐｂに応じて報知手段１４による報知をおこなっているため、使用者に適切な処置を促すことができる。

なお、本実施の形態においては、第１の基準値を０．１Ｖ、第２の基準値を１．５Ｖ、第３の基準値を１．０Ｖに設定した構成について説明したが、第１の基準値、第２の基準値、及び、第３の基準値は、それぞれ、電流検出手段２６の出力値Ｐａに基づいて半波抜け周期を検出できる値、ピークホールド回路２７の出力値Ｐｂに基づいて異常スパークを検出できる値、電動送風機１ａで発生された吸引風の風量が増加したことが検出できる値に設定されていればよく、電気掃除機の使用環境、電動送風機への通電量、整流子モータの整流子とブラシとの接触面積等を考慮して、実験、シミュレーション、及びモニターのうちの何れかにより予め求めて設定していればよい。

また、本実施の形態においては、制御手段２３がモータスパークの有無を判断する回数である第１の基準回数、及び、制御手段２３が電動送風機への通電量を低下または停止させる回数である第２の基準回数ともに３回で設定したが、第１の基準回数及び第２の基準回数は、電動送風機の安全性を確保できる回数に設定されていればよく、電気掃除機の使用環境、電動送風機への通電量、整流子モータの整流子とブラシとの接触面積等を考慮して、実験、シミュレーション、及びモニターのうちの何れかにより予め求めて設定していればよい。

さらに、本実施の形態においては、制御手段２３は、電流検出手段２６の出力値Ｐａが第１の基準値Ｔ１未満となる回数が所定時間内に第１の基準回数以上存在している場合、電動送風機１ａへの通電量を２００Ｗに低下させる構成について説明したが、電動送風機１ａへの通電量は電動送風機１ａの安全性を確保できる通電量であればよく、電気掃除機の使用環境、整流子モータの整流子とブラシとの接触面積等を考慮して、実験、シミュレーション、及びモニターのうちの何れかにより予め求めて設定していればよい。

以上、本発明の実施の形態１の電気掃除機について説明したが、本発明の電気掃除機は上述した実施の形態１の電気掃除機に限定されるものではない。

例えば、上述した実施の形態１においては、電流検出手段２６とピークホールド回路２７とで電流状態検出手段２０を構成し、制御手段２３が、電流検出手段２６の出力値Ｐａと第１の基準値Ｔ１との関係に基づいて、半波抜け周期の有無及びモータスパークの発生の有無を判断するとともに、ピークホールド回路２７の出力値Ｐｂと第２の基準値Ｔ２とに基づいて、モータスパークの種類（電動送風機１ａ自体の異常によって発生したモータスパークか、電動送風機１ａの吸引風の風量低下によって発生した一過性のモータスパークか）を判断する構成について説明したが、制御手段２３は、ピークホールド回路２７の出力値Ｐｂと第１の基準値Ｔ１及び第２の基準値と関係に基づいて、半波抜け周期の有無、モータスパークの発生の有無、及び、モータスパークの種類を判断してもよい。この場合、第１の基準値Ｔ１は、ピークホールド回路２７の出力値Ｐｂに基づいて、半波抜け周期の有無が検出できる値に設定されていればよく、電動送風機への通電量、整流子モータの整流子とブラシとの接触面積、異常スパーク及び一過性のモータスパークの発生時におけるピークホールド回路２７の出力波形等を考慮して、実験、シミュレーション、及びモニターのうちの何れかにより予め求めて設定していればよい。

また、制御手段２３は、電流検出手段２６の出力値Ｐａと第１の基準値Ｔ１及び第２の基準値と関係に基づいて、半波抜け周期の有無、モータスパークの発生の有無、及び、モータスパークの種類を判断してもよい。この場合、第２の基準値Ｔ２は、電流検出手段２６の出力値Ｐａに基づいて、モータスパークの種類が判別できる値に設定されていればよく、電動送風機への通電量、整流子モータの整流子とブラシとの接触面積、異常スパーク及び一過性のモータスパークの発生時における電流検出手段２６の出力波形等を考慮して、実験、シミュレーション、及びモニターのうちの何れかにより予め求めて設定していればよい。これにより、制御回路１６の部品点数を削減することができるとともに、簡単な構成で精度よく半波抜け周期の有無、モータスパークの発生の有無、及び、モータスパークの種類を判断することができ、信頼性の高い電気掃除機を提供することができる。

さらに、本実施の形態においては、制御手段２３が、電流検出手段２６の出力値Ｐａと第１の基準値Ｔ１との関係に基づいて、半波抜け周期の有無及びモータスパークの発生の有無を判断するとともに、ピークホールド回路２７の出力値Ｐｂと第２の基準値Ｔ２とに基づいて、モータスパークの種類を判断する構成について説明したが、制御手段２３は、ピークホールド回路２７の出力波形の傾き、すなわち、ピークホールド回路２７の出力波形における出力値の低下速度に基づいてモータスパークの種類を判断してもよく、この場合においても、上述した実施の形態１と同様の制御を行うことができ、半波抜け周期の有無、モータスパークの発生の有無、及び、モータスパークの種類を精度よく判断することができるため、信頼性の高い電気掃除機を提供することができる。

また、本実施の形態においては、モータスパークが電動送風機１ａの吸引風の風量低下によって発生した一過性のものであるかどうかの判断を、ピークホールド回路２７の出力値Ｐｂを用いて行っているが、電動送風機１ａの回転数を検出する回転数検知手段や、集塵部６の真空度または圧力を検出する集塵部検知手段や、電動送風機１ａの風量を検出する風量検知手段を設け、それらを用いて判断してもよい。この構成においても、上述した実施の形態１と同様の効果を得ることができ、信頼性の高い電気掃除機を提供することができる。

本発明の電気掃除機は、電動送風機自体の異常によって発生したモータスパークと、電動送風機の吸引風の風量低下によって発生した一過性のモータスパークとを精度よく区別して検出することができ、電気掃除機の信頼性を向上させることができるため、家庭、業務用の電気掃除機の分野・用途に好適に適用することができる。

１掃除機本体
１ａ電動送風機
１ｂ吸入口
２吸込具
３延長管
４ホース
５電動送風機室
６集塵部
７車輪
８回転ブラシ
９駆動モータ
１０把手部
１１先端パイプ
１２接続パイプ
１３操作部
１３ａ強スイッチ
１３ｂ中スイッチ
１３ｃ弱スイッチ
１３ｄ切スイッチ
１４報知手段
１５商用電源
１６制御回路
１７電源コード
１８ゼロクロス検出回路
１９電源回路
２０電流状態検出手段
２１双方向性サイリスタＡ
２２駆動回路Ａ
２３制御手段
２４双方向性サイリスタＢ
２５駆動回路Ｂ
２６電流検出手段
２７ピークホールド回路
１００電気掃除機

Claims

吸引風を発生させる電動送風機と、
前記電動送風機に流れる交流電流の状態を検出する電流状態検出手段と、
前記電流状態検出手段の出力値に応じて前記電動送風機の通電量を制御する制御手段と、を備え、
前記電流状態検出手段は、前記電動送風機に流れる交流電流波形を全波整流した信号波形を前記制御手段及び後述するピークホールド回路に出力する電流検出手段と、
前記電流検出手段に接続され、前記電流検出手段から出力された信号波形のピーク値を平滑した信号波形を前記制御手段に出力するピークホールド回路とから構成されており、
前記制御手段は、前記電流検出手段の出力値が予め定められた第１の基準値未満となる回数が所定時間内に第１の基準回数以上存在している場合、前記電動送風機への通電量を所定の通電量まで低下させ、
その後、前記電流検出手段の出力値が前記所定時間内において最初に第１の基準値未満なった直前の前記ピークホールド回路の出力値に応じて前記電動送風機への通電量を制御する電気掃除機。
前記制御手段は、前記電流検出手段の出力値が前記所定時間内において最初に第１の基準値未満となった直前の前記ピークホールド回路の出力値が予め定められた第２の基準値未満であり、かつ、前記電動送風機への通電量を低下させた後の前記ピークホールド回路の出力値が予め定められた第３の基準値以上である場合には、前記電動送風機への通電量を増加させる請求項１に記載の電気掃除機。
前記電動送風機の状態を使用者に報知する報知手段を備え、前記制御手段は、前記電流検出手段の出力値が第１の基準値未満となる回数が所定時間内に第１の基準回数以上存在している場合、前記電動送風機への通電量を低下させ、その後、前記電流検出手段の出力値が前記所定時間内において最初に第１の基準値未満となった直前の前記ピークホールド回路の出力値に応じて前記報知手段を制御する請求項１または２に記載の電気掃除機。