JP6127077B2

JP6127077B2 - 電気掃除機

Info

Publication number: JP6127077B2
Application number: JP2015028150A
Authority: JP
Inventors: 竜路鈴木; 多田　健一; 健一多田; 雄二朝香; 祐輔矢吹; 孝至東浦
Original assignee: Hitachi Appliances Inc; Fuji Electric Wire Industries Co Ltd
Current assignee: Hitachi Appliances Inc; Fuji Electric Wire Industries Co Ltd
Priority date: 2015-02-17
Filing date: 2015-02-17
Publication date: 2017-05-10
Anticipated expiration: 2032-05-11
Also published as: JP2015091500A

Description

本発明は、電気掃除機に関し、特に、吸込性能の向上及び吸込性能の安定化を図ることができる電気掃除機に関する。

従来、一般的な家庭用電気掃除機は、電気用品安全法に定められた定格消費電力１０００Ｗ以下としていたが、業務用掃除機やその他の電気掃除機では定格消費電力の上限が定められていない。家庭用電気掃除機の定格消費電力１０００Ｗに関しては消費電力の制御方法および最大電流の制御技術に関して創意工夫されている（特許文献１）。

特開平７−３１３４１５号公報

一般的に、電気掃除機は吸引した塵埃が本体に蓄積してくると吸込力が低下して掃除機の性能が悪化するため、ＪＩＳＣ９１０８に定められた吸込仕事率を向上させることによって掃除機の基本性能を高めている。特に業務用掃除機やその他の電気掃除機では、大量の塵埃を吸引したり、特殊な用途で使用されることが多く吸込仕事率を高めたりする必要がある。

そのような課題に対して定格消費電力を１０００Ｗ以上とすることによって吸込仕事率を向上させる手段があるが、日本の一般的な電源コンセントは１００Ｖであり最大許容電流は１５Ａ以下である。そのため電気掃除機の最大電流を１５Ａ以下に抑え吸込仕事率を最大限向上させることが望まれる。

本発明は、電気掃除機の基本性能である吸込仕事率向上を図りつつ、一般的な電源コンセントを用いても問題の無い使い勝手の良い電気掃除機を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため本発明にあっては、交流電圧で駆動される電動送風機を内蔵し、電源コード巻取装置を備えた掃除機本体を備える電気掃除機において、電源電圧１００Ｖで前記電気掃除機の定格消費電力を１０００Ｗ以上に設定するとともに、前記電気掃除機の最大電流を１５Ａ以下に設定し、電源コードの定格電流値を１５Ａとし、前記電源コードの種類を二種ビニルキャブタイヤ丸型コードの導体被覆をエチレンプロピレンゴムからなるＰＨＶＣＴＦコードとし、導体公称断面積を１.２５mm²とし、位相角制御を行う制御基板を備え、前記位相角制御の位相角が０°の状態で、最大吸込仕事率が発生するようにしたことを特徴とする。

本発明によれば、電気掃除機の基本性能である吸込仕事率向上を図りつつ、一般的な電源コンセントを用いても問題の無い使い勝手の良い電気掃除機を提供することができる。

一実施例に係る電気掃除機の全体を示す外観斜視図である。一実施例に係る手元操作管を示す外観斜視図である。一実施例に係る手元スイッチを示す外観図である。掃除機本体内蔵品を示す第一の外観斜視図である。掃除機本体内蔵品を示す第二の外観斜視図である。電気掃除機を運転したときに制御した状態を表した風量と消費電力と電流値を表した図である。

まず、本発明の実施例の要旨を述べる。
電動送風機を内蔵し、電源コード巻取装置を備えた電気掃除機本体において、前記電気掃除機の定格消費電力を１０００Ｗ以上に設定するとともに、前記電気掃除機の最大電流を１５Ａ以下に設定し、前記電源コードの定格電流値を１５Ａとしたことを特徴とする。これにより定格消費電力１０００Ｗの電気掃除機に比べて吸込仕事率を大幅に向上することができる。

また、前記電源コードの種類を二種ビニルキャブタイヤ丸型コードの導体被覆をエチレンプロピレンゴムからなるＰＨＶＣＴＦコードとし、導体公称断面積を１.２５mm²としたことを特徴とする。これにより、電源コードの定格電流値を１５Ａとする場合に、導体公称断面積を２.０mm²とした電気掃除機に比べて電源コードを軽くでき、電源コードの直径を小さくできるので電気掃除機の本体質量を軽減でき、電源コード巻取装置を小さくできるので掃除機本体を小型化できる。

以上で要旨を説明した本発明を、一実施例の図面を参照しながら詳細に説明する。

図１に示すように、本実施例の電気掃除機は、掃除機本体１０５と、ホース１０４と、手元操作管１０３と、延長管１０２と、吸口体１０１とを備えて構成されている。掃除機本体１０５の内部には吸引力を発生させる電動送風機や、この電動送風機の吸引力で集塵した塵埃を収容する集塵部および電源コード巻取装置などが内蔵されている。

被掃除面に堆積している塵埃を吸引するときは吸口体１０１から塵埃を吸引し、延長管１０２を介して手元操作管１０３の内部を塵埃が通り、ホース１０４を経て掃除機本体１０５に集塵される。また、延長管１０２は使用者が使いやすいように長さが自在に調整できる伸縮構造となっている。

図２は手元操作管１０３を示しており、操作管本体２０１は延長管１０２と接続して塵埃が通過する筒状部２０８と操作者が手で握るグリップ部２０９とが一体となっている。操作管本体２０１の上部には、全体を覆うように構成した上部カバー２０２を設け、吸込力を調整するためのスイッチ基板（図示せず）や、延長管１０２を着脱するための着脱ボタン２０５を内包している。掃除機本体１０５を運転するためには、上部カバー２０２に設けた手元スイッチ２０４を押して運転を開始し、吸引力の調整や運転停止なども手元スイッチ２０４で行う。

図３は手元スイッチ２０４を表しており、一般的に「強」「中」「弱」「切」の運転モードが選択可能で、吸引力が足りないときには「強」運転を選択し、運転音が気になるときなどは「中」や「弱」を選択することができる。また、掃除が終われば「切」を押すことで掃除機の運転を停止できる。

操作管本体２０１の後側（下流側）にはホース１０４が備えられ掃除機本体１０５へ塵埃を搬送している。また、操作管本体２０１とホース１０４は回転自在なホースカバー２０６で構成している。２０７に示す収納フックは掃除機を収納するときに延長管１０２と手元操作管１０３を取り外した際に延長管１０２先端や様々な部分に引っ掛けられるようになっている。

図４は掃除機本体１０５の内蔵品を表した図であり、一部の部品を表示していない状態である。電源コード３０１は電源コ−ド巻取装置３０２によって巻取り可能な構造になっている。電源コード巻取装置３０２はゼンマイ３０３を設けており、まず初めに使用者が電源コード３０１を引き出すとゼンマイ３０３が巻締まり、トルクを蓄積する。使用者が手を離しても巻取りボタン３０４がストッパーの役割を果たすので電源コード３０１は掃除機本体１０５には巻戻らない。使用者が掃除を終え巻取りボタンを押すとストッパーが解除されゼンマイ３０３に蓄えられたトルクによって電源コード３０１が掃除機本体１０５へと収納される。電源コード３０１はＪＩＳＣ９１０８によって電気掃除機では５ｍと規定されており、この導体抵抗による電圧低下が約１％程度発生する。

図５は掃除機本体１０５の内蔵品を表した図であり、前述した電源コード巻取装置３０２および一部の部品を表示していない状態である。掃除機本体１０５内には電動送風機４０１を設けており、この電動送風機４０１から発生する吸引力により塵埃を吸引可能としている。電動送風機４０１は電源電圧１００Ｖで動作するが、前述した手元スイッチ２０４で運転を切り替えるためには制御基板３０５を使って位相角制御する必要がある。また、掃除機本体１０５に塵埃が堆積してくると吸引力が低下してくるため、近年の電気掃除機は制御基板３０５に設けたマイコンを使って塵埃の量を電流センサーや圧力センサーで判断しながら「強」運転であっても吸引力を自動で制御している。また、吸引力を制御するためには電動送風機４０１に印加する実効電圧を１００Ｖ以下にすることで消費電力を下げて吸引力をコントロールしている。

図６は本実施例の電気掃除機を運転したときに電気的制御を行った状態を表しており、掃除機の風量と消費電力と電流値を表した図である。塵埃が少ないときには風量が大きく吸引力もあることから、電動送風機４０１に印加する実効電圧を下げ消費電力を抑えている。塵埃が堆積してくると風量が低下するため吸引力も低下する。このとき制御基板３０５で風量が低下したことを判断し、電動送風機４０１に印加する実効電圧を上げ消費電力も増加するため吸引力が向上し、塵埃が堆積した場合でも吸引力が保たれ使い勝手を損なうことが無い。更に塵埃が堆積してくると風量が更に減少するため、ある程度の風量以下になった場合には、電動送風機の保護と使用者への塵埃廃棄を知らせるため、電動送風機４０１に印加する実効電圧を極端に下げて消費電力を抑えるとともに、報知ランプなどでお知らせする機能となっている。

本来、電動送風機４０１は図６の点線で示した特性を持っている。前述したマイコン制御などにより消費電力をコントロールしない機種などは、この点線で動作する。比較的高級な掃除機は本体内部に制御基板３０５を設けて吸引力を調整可能になっており、交流１００Ｖの電源電圧を位相角制御によって調整し、電動送風機４０１に印加する実効電圧を調整し消費電力を変化させている。しかしながら位相角制御で実効電圧を下げても電源波形が歪んで力率が悪化し実効電流値は殆ど低下しない。

具体的事例をもとに説明する。定格消費電力を１１５０Ｗとし±１０％の許容範囲である１０３５Ｗから１２６５Ｗの間で消費電力をコントロールする場合、図６に示す最大風量（約２.７ｍ³／min）の状態で１０３５Ｗとして消費電力を抑えるが実効電流値は力率の低下によって１４.５Ａ程度となっている。また、塵埃が堆積して風量が低下してきた状態（風量約２.０ｍ³／min前後）では消費電力を１２６５Ｗまで向上し消費電力を上げて吸引力を向上しているが、このときの実効電流は１２.８Ａ程度となる。

日本の一般的な電源コンセントは電圧１００Ｖで許容電流は１５Ａが主流である。つまり電気掃除機の特性は電流値を１５Ａ以下にする必要があり、前述した吸引力調整機能が付いた状態でも同様であり、掃除機がどんな状態でも１５Ａ以下にする必要がある。消費電力を調整し吸引力を下げても電動送風機の特性によって最大風量の状態が最も実効電流値が高いことから、最大風量の状態で実効電流を１５Ａ以下にすることが肝要である。

前述した電源コード３０１はＪＩＳＣ３３０６に規定された二種ビニルキャブタイヤ丸型コード（ＨＶＣＴＦ）としている。ＪＩＳＣ３３０１に規定されたゴムコードを採用することも可能であるが電源コード巻取装置３０２で巻取るためには、コードのしなやかさが大切であり、二種ビニルキャブタイヤ丸型コード（ＨＶＣＴＦ）が適している。二種ビニルキャブタイヤ丸型コード（ＨＶＣＴＦ）の導体被覆には塩化ビニルを用いるが耐熱温度によって、許容電流値が電気用品安全法およびＪＩＳＣ９３３５−１で定められている。また、電気掃除機に使う電源コード３０１はできるだけ軽くて細いコードが求められる。一般的には導体公称断面積が１.２５mm²のコードを用いており耐熱温度６０℃の被覆では許容電流が１２Ａ、耐熱温度７５℃の被覆では許容電流が１４Ａ、耐熱温度８０℃の被覆では許容電流が１５Ａである。耐熱温度を８０℃以上とするためには導体被覆の材料にエチレンプロピレンゴム（ＥＰゴム）を用いることが可能である。

よって、電気掃除機の許容電流を１５Ａとするためには、電源コードの種類を二種ビニルキャブタイヤ丸型コードの導体被覆をエチレンプロピレンゴムからなるＰＨＶＣＴＦコードとし、導体公称断面積を１.２５mm²とすることが最も軽くて直径の小さい電源コードとすることができ、掃除機本体１０５を小型軽量にすることが可能である。

他の手段として二種ビニルキャブタイヤ丸型コード（ＨＶＣＴＦ）の導体被覆に耐熱温度７５℃の塩化ビニルを用い、導体公称断面積が１.８mm²のコードを用いることで許容電流値を１５Ａ以上にすることができる。この場合、電源コード３０１の導体抵抗値が下がるので、電圧損失が導体公称断面積１.２５mm²に比べて少なくなるので電動送風機４０１の出力が向上し、電気掃除機の吸込仕事率を向上することができる。また、ＪＩＳＣ３３０６で定められた２.０mm²のコードを用いるよりも軽量にできるため掃除機本体１０５の軽量化が図れる。

ところで、図６のグラフで電動送風機４０１の消費電力が点線で示す部分では本体の制御基板３０５で位相角制御を行い、消費電力を抑えているため、電動送風機４０１の出力である吸込仕事率が不安定である。したがって、図６のグラフのＦ領域。つまり位相角制御の位相角が０°の状態で出力が安定するので、電気掃除機の最大吸込仕事率が発生する風量をＦ領域に設定することが望ましい。これにより、吸込力の指標であるＪＩＳＣ９１０８に規定された吸込仕事率を安定して測定することができる。

更に掃除機の吸込仕事率を向上させるための手段として次の構造がある。

図５における制御基板３０５には位相角制御を行うためのトライアック素子（スイッチング素子）４０２を設けている。このトライアック素子で交流１００Ｖの電圧を変化させて電動送風機４０１へ印加する。このときトライアック素子４０２は発熱するため冷却する必要があり、素材がアルミニウム材料もしくは銅材料もしくは銀材料、金材料からなる放熱プレート４０３と接触させて配置することで放熱を行っている。

前述した制御基板３０５で位相角制御を行うためのトライアック素子４０２を通常は定格電流１６Ａとしているが、このトライアック素子４０２の定格電流値を２０Ａ以上（具体的には２５Ａ、３０Ａ、４０Ａ）の素子を用いることで電動送風機４０１へ印加する実効電圧が約０.２〜０.４％程度上昇する。これにより、電動送風機４０１の出力が向上するので電気掃除機としての吸込仕事率を向上することができる。また、本実施例の電気掃除機では電動送風機４０１の実効電流が１５Ａ近くなるのでトライアック素子４０２の定格電流値が１６Ａの場合、発熱温度に問題が生じる可能性があるため、定格電流２０Ａ以上のトライアック素子を使うことが重要となる。

以上述べたように、電気掃除機の消費電力を１０００Ｗ以上とした場合には、様々な制約があるので、電気掃除機の最大電流を１５Ａ以下に設定し、前記電源コードの定格電流値を１５Ａとすることで、最も適した状態で吸引力の強い電気掃除機を提供することができる。

また、電源コードの定格電流値を１５Ａとするために、電源コードの種類を二種ビニルキャブタイヤ丸型コード（ＨＶＣＴＦ）とし、導体公称断面積を１.８mm²とすれば、更に吸引力（吸込仕事率）を向上することができる。

または、電源コードの種類を二種ビニルキャブタイヤ丸型コードで導体被覆をエチレンプロピレンゴムからなるＰＨＶＣＴＦコードとし、導体公称断面積を１.２５mm²とすることで小型軽量な掃除機本体とすることができる。

更に、掃除機本体に制御回路を設け、前記電動送風機を位相角制御するとともに、最大吸込仕事率点の位相角を０°とすることで吸込仕事率を安定して測定することができる。

また、制御回路の位相角制御に用いるトライアック素子の定格電流値を２０Ａ以上とすることで更に吸込仕事率を向上できるとともにトライアック素子の温度上昇を抑制することができる。

以上、本発明の実施例について説明したが、本発明は前記実施例に限定されず、種々の形態で実施することができる。

１０１吸口体
１０２延長管
１０３手元操作管
１０４ホース
１０５掃除機本体
２０１操作管本体
２０２上部カバー
２０４手元スイッチ
２０５着脱ボタン
２０６ホースカバー
２０７収納フック
２０８筒状部
２０９グリップ部
３０１電源コード
３０２電源コード巻取装置
３０３ゼンマイ
３０４巻取りボタン
３０５制御基板
４０１電動送風機
４０２トライアック素子
４０３放熱プレート

Claims

交流電圧で駆動される電動送風機を内蔵し、電源コード巻取装置を備えた掃除機本体を備える電気掃除機において、
電源電圧１００Ｖで前記電気掃除機の定格消費電力を１０００Ｗ以上に設定するとともに、
前記電気掃除機の最大電流を１５Ａ以下に設定し、
電源コードの定格電流値を１５Ａとし、
前記電源コードの種類を二種ビニルキャブタイヤ丸型コードの導体被覆をエチレンプロピレンゴムからなるＰＨＶＣＴＦコードとし、導体公称断面積を１.２５mm²とし、
位相角制御を行う制御基板を備え、
前記位相角制御の位相角が０°の状態で、最大吸込仕事率が発生するようにした
ことを特徴とする電気掃除機。