JPH0556898A

JPH0556898A - 家庭電化製品の制御装置並びに電気掃除機若しくは洗濯機の制御装置

Info

Publication number: JPH0556898A
Application number: JP3219603A
Authority: JP
Inventors: Haruo Oharagi; 春雄小原木; Kazuo Tawara; 和雄田原; Toshiyuki Yasujima; 俊幸安島; Hisanaka Suga; 久央須賀; Mitsuhisa Kawamata; 光久川又; Yoshitaro Ishii; 吉太郎石井
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1991-08-30
Filing date: 1991-08-30
Publication date: 1993-03-09
Anticipated expiration: 2014-10-04
Also published as: JP2956300B2

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明の目的は、掃除対象の床面や使用者の使
用状態とに応じて最適な吸込力が自動的に得られる電気
掃除機を提供することにある。【構成】塵埃を捕集するフィルタと、掃除機に吸引力を
与える可変速のファンモータと、該掃除機本体ケース中
に該フィルタの目詰りを検知するための圧力センサと、
操作者が操作する吸口と、該吸口内に収納したパワーブ
ラシモータの電流を検出する回路と、該ファンモータの
入力を調整するマイクロコンピュータからなる制御装置
とを有する電気掃除機の制御装置において、掃除中の前
記吸口操作による前記電流検出回路の出力から電流変動
を検出し、該変動値の大きさと形状から掃除床面の種類
に対応した複数の特徴量を前記制御装置で抽出すると共
に該複数の特徴量に応じて前記ファンモータの入力を制
御するようにしたことを特徴とする電気掃除機の制御装
置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は電気掃除機及び洗濯機な
どの家庭電化製品に関し、特に、主として掃除対象の床
面や使用者の使用状態に応じて最適運転される電気掃除
機に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の電気掃除機は、特開昭64−52430
号公報に記載のように、吸口に設けたパワーブラシモー
タに流れる電流の変化から被掃除面が何であるかを検知
し、その結果を基にファンモータの入力を制御してい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、例え
ば、吸口に設けたノズルモータに流れる電流が吸口を操
作する人によって異なり、その大きさをもって床面を検
知する方式では、床面の判断間違いが生じる問題があっ
た。

【０００４】本発明の目的は、掃除対象の床面や使用者
の使用状態とに応じて最適な吸込力が自動的に得られる
電気掃除機を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の目的は塵埃を捕集
するフィルタと、掃除機に吸引力を与える可変速のファ
ンモータと、該掃除機本体ケース中に該フィルタの目詰
りを検知するための圧力センサと、操作者が操作する吸
口と、該吸口に収納したロータリブラシ駆動用パワーブ
ラシモータの電流を検出する回路と、該ファンモータの
入力を調整するマイクロコンピュータからなる制御装置
とを備え、掃除中の前記吸口操作による前記パワーブラ
シモータの電流検出回路の出力から電流変動を検出し、
該変動値の大きさと形状とから掃除床面の種類に対応し
た複数の特徴量を前記制御装置で抽出すると共に該複数
の特徴量に応じて前記ファンモータの入力を制御するこ
とにより、達成される。

【０００６】

【作用】上記目的において、吸口は直接、床面と接して
いるので、掃除中の吸口操作によってパワーブラシモー
タの負荷電流に変動が現れ、この変動の形状が掃除床面
毎に異なる。また、操作者の意志によってもこの変動の
形状が異なる。そこで、この変動形状からマイクロコン
ピュータで掃除床面の特徴量と操作者の意志に関係した
特徴量とを検出し、該複数の特徴量に応じて前記ファン
モータの入力を制御することにより、吸込力を無段階に
調整でき、さらには操作者の吸口操作度合いに応じて最
適な吸込力で掃除できる電気掃除機が得られる。

【０００７】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図１〜図２６によ
り説明する。本発明では家庭電化製品を対象にしている
が、電気掃除機に適用する場合を主に述べる。本実施例
では掃除機の駆動源として可変速モータをファンモータ
として使用することを前提としている。可変速モータと
しては、入力を制御することによって速度が変わる交流
整流子モータ，位相制御モータ，インバータ駆動のイン
ダクションモータ，リラクタンスモータ、あるいはブラ
シレスモータ等が考えられるが、本一実施例では、交流
整流子モータをファンモータとして用いた例について説
明する。

【０００８】さらに、本実施例では吸口にロータリブラ
シを駆動するノズルモータを有するもの（以下、パワー
ブラシ吸口と称す）を前提とし、ノズルモータとしては
直流マグネットモータ，交流整流子モータが考えられる
が、本一実施例では整流回路内蔵の直流マグネットモー
タを用いた例について説明する。また、掃除機本体中に
フィルタの目詰り検出のために圧力センサ（半導体圧力
センサ）を設けた例について説明する。

【０００９】図１は本発明の制御システムを示す。図に
おいて、１は電気掃除機であれば掃除床面，洗濯機であ
れば布量，布質などの負荷対象、２は電気掃除機であれ
ばファン，洗濯機であればパルセータなどの制御対象、
３はモータ、４は負荷状態の検出センサ、５は電気掃除
機であれば掃除床面対応の検出センサ，洗濯機であれば
布量，布質及びよごれなどの検出センサ、６は最適制御
量決定機構、７は負荷状態検出部、８は電気掃除機であ
れば掃除床面，洗濯機であれば布量，布質に対応した特
徴量抽出部、９は負荷状態検出部７及び特徴量抽出部８
の出力から負荷対象を判定する負荷対象判定部、１０は
負荷対象判定部９の出力を基に制御指令を発生する制御
指令発生部であり、モータ３は最適な運転状態となるよ
うに制御指令に応じて制御される。すなわち、本発明が
対象としている家庭電化製品においては、操作者の意図
を組んで自動的に最適運転できれば自動化できる。そこ
で、操作者の意志によって決定される負荷状態である負
荷対象１に対し、負荷状態の検出センサ４の出力信号か
ら負荷状態検出部７によって現在の運転状態を検出し、
検出センサ５から特徴量抽出部８によって負荷の種類に
対応した複数の特徴量を検出し、この負荷状態検出部７
及び特徴量抽出部８の出力を入力として負荷対象判定部
９によってニューロ及びファジィ演算などを行って総合
的に負荷の種類と特徴とを総合判定し、その結果に応じ
てモータ３を介して制御対象２を制御することにより、
操作者の意志に沿った運転状態を実現できる家庭電化製
品を提供できる。

【００１０】以下、実際の適用例について述べる。図２
は電気掃除機用制御システムの概略構成を示すブロック
図、図３は電気掃除機用制御回路の構成、図４は電気掃
除機の概略構造を示す。

【００１１】図２〜図４において、１は掃除床面からな
る負荷対象、２はファン２４からなる制御対象、３はフ
ァンモータ２３及びパワーブラシモータ２５からなるモ
ータ、４はフィルタ３５の目詰りを検出するための圧力
センサ（半導体圧力センサからなり、その出力は制御対
象２の負荷状態に対応する）からなるセンサ、５は掃除
床面を検出するための電流検出センサ、６は制御対象２
の運転状態を検出する負荷状態検出処理（負荷状態検出
部）７、掃除床面１に対応した特徴量を抽出するための
掃除床面対応特徴量抽出処理（特徴量抽出部であり、ニ
ューロ用掃除床面対応特徴抽出処理８Ａとファジィ用掃
除床面対応特徴抽出処理８Ｂからなる）８、ニューロ演
算処理１５及びファジィ演算処理１６からなる負荷対象
判定部９、そして吸込特性決定処理１７，トライアック
位相時間決定処理１８及び点弧信号発生処理１９からな
る制御指令発生部１０より構成される最適制御量決定機
構である。１２は圧力センサ４の出力を変換増幅する圧
力検出回路、１１はパワーブラシモータ２５に流れる電
流Ｉ_Nを検出する電流検出センサ５の出力を変換増幅す
る電流検出回路、１３は電流検出回路１１の出力信号の
ノイズ成分を除去する抵抗Ｒ₂とコンデンサＣ₂からなる
ローパスフィルタ、１４は圧力検出回路１２の出力信号
のノイズ成分を除去する抵抗Ｒ₁とコンデンサＣ₁からな
るローパスフィルタ、１５はニューロ用掃除床面対応特
徴量抽出処理８Ａからの複数の特徴量を基にニューラル
ネットを利用して演算を行うニューロ演算処理、１６は
ファジィ用掃除床面対応特徴量抽出処理８Ｂからの特徴
量と負荷状態検出処理７の結果とを基に演算を行うファ
ジィ演算処理、１７はニューロ演算処理１５の結果を基
に掃除床面に最適な吸込力を決定する吸込特性決定処
理、１８は吸込特性決定処理１７の結果を基に制御素子
であるトライアックの位相制御角を決定するトライアッ
ク位相時間決定処理、１９はトライアック位相時間決定
処理１８の結果と交流電源４８のゼロクロスを検出する
ゼロクロス検出回路２０の出力とを基にトライアック２
６とトライアック２２の点弧位置を決定する点弧信号発
生処理、２１はセントラルプロセッシングユニット（Ｃ
ＰＵ）２１−１，リ−ドオンメモリ（ＲＯＭ）２１−２
及びランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）２１−３などを
含むマイクロコンピュータであり、これらは図示しない
がアドレスバス及びコントロールバスなどによって相互
に接続され、最適制御量決定機構６はこのマイクロコン
ピュータ２１内に記憶されている。

【００１２】ＲＯＭ２１−２には、ファンモータ２３を
駆動するのに必要なプログラム、例えば、負荷状態検出
処理７，特徴量抽出処理８，ニューロ演算処理１５，フ
ァジィ演算処理１６，吸込特性決定処理１７，トライア
ック位相時間決定処理１８，点弧信号発生処理１９及び
ゼロクロス検出処理２８などを記憶させてある。RAM２
１−３は、前記ＲＯＭ２１−２に記憶させた種々のプロ
グラムを実行するのに際し、必要な各種のデ−タを読み
書きするのに用いられる。２２は制御対象２であるファ
ン２４を駆動するためのファンモータ２３に印加する電
圧を調整するトライアックＦＬＳ１、２６は吸口３９内
に設けたロータリブラシ３４を駆動するためのパワーブ
ラシモータ２５に印加する電圧を調整するトライアック
ＦＬＳ２であり、それぞれ点弧回路２７，２９によって
駆動される。なお、３０は掃除機の運転状態を表示する
表示回路、３１は手元操作部３７に設けた運転スイッ
チ、３２は手元操作部３７に設けたロータリブラシ３４
を作動させるか否かのパワーブラシスイッチである（パ
ワーブラシスイッチ３２をｏｎするとパワーブラシ吸口
となり、ｏｆｆすると一般吸口となる）。以上の述べた
回路構成により、掃除機用制御回路３３が構成されてい
る。

【００１３】このような制御システムにおいて、掃除床
面１上で操作される掃除機は、掃除機本体３５，その中
に表示回路３０，ファンモ−タ２３とファン２４からな
る電動送風機，圧力センサ４，掃除機用制御回路３３及
びフィィルタ３５が納められ、ホース３６，手元操作部
３７，延長管３８及び吸口３９から構成される。

【００１４】次に、パワーブラシ吸口の内部構造を図５
に示す。図において、パワーブラシ吸口３９の吸口ケー
ス３９Ａの内部には、パワーブラシモータ２５，ロータ
リブラシ３４、それに取り付けられたハケ４４がある。
４３はパワーブラシモータ２５の駆動力をロータリブラ
シ３４に伝えるタイミングベルト、４２は吸引延長管、
４１はローラである。パワーブラシモータ２５の電源リ
ード線４０は、延長管３８中に設けられた電源線３８Ａ
に接続されている。

【００１５】これにより、パワーブラシモータ２５が電
力供給され回転すると、タイミングベルト４３を介して
ロータリブラシ３４が回転する。ロータリブラシ３４が
回転している時にパワーブラシ吸口３９を掃除床面１に
接触させると、ロータリブラシ３４についているハケ４
４が掃除床面１の面を叩いて掃除効率が向上する。

【００１６】次に、ゼロクロス検出回路と電流検出回路
の構成について述べる。図６にゼロクロス検出回路の構
成、図７にモータ３に印加される電圧Ｖ_S，電流Ｉ_Sを示
す。図６と図７において、交流電源４８が図７（イ）中
の電圧Ｖｓであると、抵抗Ｒ₄，フォトカプラＰＳ，抵
抗Ｒ₃からなるゼロクロス検出回路２０により、図７
（ロ）に示すゼロクロス信号２０Ｓが得られる。マイク
ロコンピュータ２１はゼロクロ検出処理２８を行い、こ
のゼロクロス信号２０Ｓの立上りに同期して図７（ハ）
に示すカウントタイマを同期させ、カウントタイマがゼ
ロになったとき、マイクロコンピュータ２１からトライ
アックＦＬＳ１，ＦＬＳ２への点弧信号２１Ｄを出力す
る（図示していないが、ゼロクロス信号のたち下がりに
同期してカウントタイマを動作させるようにゼロクロス
信号２０Ｓを反転させても良い）。点弧信号発生処理１
９はトライアック位相時間設定処理１８の出力信号を受
けてカウントタイマの時間ｔ_fを設定するもので、この
時間ｔ_fを調整することによってモータに印加される電
圧が変化し、これによってモータの回転速度、いわゆる
入力が制御される。

【００１７】図８にパワーブラシモータの電流検出回路
の構成を示し、図８（イ）に回路構成、図８（ロ）に電
流検出回路の出力例を示す。図において、パワーブラシ
モータ２５へ供給される負荷電流Ｉ_Nは図７（イ）に示
した電源電流Ｉ_Sと同様に断続した交流電流波形となる
ので、カレントトランスからなる電流検出センサ５で検
出し、電流検出回路１１に入力する。そして、電流検出
回路１１は全波整流増幅回路１１Ａ，ダイオードＤ₁₀，
ピークホールド回路１１Ｂにより、図８（ロ）に示す負
荷電流Ｉ_Nのピーク電流に対応した直流電圧信号Ｖ_DPに
変換する（負荷電流Ｉ_Nのピーク電流を検出するのは、
吸口操作に対して顕著に変化するのはパワーブラシモー
タ２５のピーク電流であるからである）。この出力信号
Ｖ_DPは図８（ロ）に示すように、吸口の操作すると、ロ
ータリブラシ３４のハケ４４が掃除床面１と接触するた
め、パワーブラシモータ２５の負荷状態に対応して変化
する。

【００１８】ここで、ファンモータ２３が駆動中に操作
者が吸口３９を掃除床面１の上で前後に操作すると、電
流検出回路１１の出力信号が図９、ローパスフィルタ１
３の出力信号が図１０に示すように変動する。図９
（イ）及び図１０（イ）は掃除床面１の『ゆか』上、図
９（ロ）及び図１０（ロ）は掃除床面１の『たたみ』
上、図９（ハ）及び図１０（ハ）は掃除床面１の『じゅ
うたん』上で吸口３９を操作した場合の電流検出回路１
１及びローパスフィルタ１３の出力信号の代表例を示し
たものである。すなわち、電流検出回路１１の出力信号
はノイズ成分を含んでいるが、ノイズ成分を除去したロ
ーパスフィルタ１３の出力信号は掃除床面１の種類によ
って異なることを見出し、この出力信号から掃除床面１
の種類に応じた特徴量を抽出することとした。

【００１９】掃除床面対応特徴量の例として、図１０に
示すように、取り込んだデータのあるサンプリング時間
内の平均値を求め、この平均値に対して取り込んだデー
タがクロス（平均値を横切ったとき）した回数をクロス
回数ＣＲ、上まった時間をｔ₁、下まわった時間をｔ₂と
して（ｔ₁−ｔ₂）を操作時間差ＴＤ、（ｔ₁／（ｔ₁＋ｔ
₂））を操作時間比ＴＲ、（ｔ₁＋ｔ₂）を操作時間ＴＰ
とし、パワーブラシモータ電流の最大値と最小値との間
の偏差を電流変動幅Δｐｂｉとする。この掃除床面対応
特徴量であるクロス回数ＣＲ，操作時間差ＴＤ，操作時
間比ＴＲ及び操作時間ＴＰと掃除床面１との関係を図１
１に、分散ＳＭ及び電流変動幅Δpbiと掃除床面１との
関係を図１２に示した。図１１（イ）はクロス回数Ｃ
Ｒ、図１１（ロ）は操作時間差ＴＤ、図１１（ハ）は操
作時間比ＴＲ、図１１（ニ）は操作時間ＴＰ、図１２
（ホ）は図中に示す式の入力χ_iとパワーブラシモータ
電流の平均値ｐｂｉｍとの偏差の２乗から求めた分散Ｓ
Ｍ及び図１２（ヘ）は電流変動幅Δｐｂｉと掃除床面１
との対応関係を示し、横軸のクロス回数ＣＲ，操作時間
差ＴＤ，操作時間比ＴＲ，操作時間ＴＰ，分散ＳＭ及び
電流変動幅Δｐｂｉの大きさに対する各掃除床面の確率
を示したものである。図より、１つの掃除床面対応特徴
量の大きさを持って掃除床面１の種類を特定するとき、
同一出力レベルの時にそれぞれの掃除床面１が対応する
場合があるため、判定が難しい。しかしながら、それぞ
れの掃除床面対応特徴量の大きさを比較したとき、出力
レベルに対する掃除床面１の対応位置が異なるため、複
数の掃除床面対応特徴量を使用することにより、掃除床
面１の種類を判定可能といえる。

【００２０】以上、述べたように本発明では、操作者が
吸口を掃除床面上で前後に操作したとき、電流検出回路
の後段に設けたローパスフィルタの出力信号に、掃除床
面に対応した信号が重畳することを見出し、それを掃除
床面対応特徴量抽出部にて複数の特徴量として抽出し、
ニューロ演算及びファジィ演算などを行って掃除床面の
種類を総合判定し、その結果をもってモータを制御する
ことにより、掃除床面や人の操作力に応じた最適な吸込
力で掃除できる電気掃除機を提供するものである。

【００２１】次に、負荷対象判定部について述べる。複
数の掃除床面対応特徴量を使用した掃除床面の判定方法
としてはニューラルネットがある。図１３はニューロ演
算部１５におけるニューラルネットのユニット構成を示
したものである。入力χ₁〜χ₃（掃除床面対応特徴量
に対応し、入力を３つとして示した）に対し、それぞれ
に重み係数ω₁〜ω₃４５を掛算し、その掛算値を合成し
（それぞれの掛算値の合成を積和４６という）、その積
和４６の出力ｙをＳｉｇｍｏｉｄ関数４７で変換して出
力信号ｚ_iとするものがニューラルネットである。な
お、積和４６の出力ｙとSigmoid 関数４７の出力ｚは図
１３中に示した式で求められる。

【００２２】図１４はファジィ演算部１６のファジイ演
算の説明図を示したものである。すなわち、ルール１で
は入力ｘ₁のメンバーシップＡ₁₁に対する適合度と入力
ｘ₂のメンバーシップＡ₁₂に対する適合度との小さい方
の適合度から、出力のメンバ−シップＢ₁の面積を求め
る。ルール２でも同様にして出力のメンバーシップＢ₂
の面積を求める。そして、ルール数分の面積を重ねあわ
せ、重心を求めるものであり、この重心がファジィ演算
の出力となる。

【００２３】なお、図１５に本発明の電気掃除機に適用
したファジィルール、図１６に本発明の電気掃除機に適
用したメンバーシップ関数を示した。入力ｘ₁に対応す
るのが動作風量Ｑであり、この風量Ｑは図１６中に示し
たように、負荷状態検出部７の出力である圧力の絶対値
｜Ｈ｜、ファンモータ２３が交流整流子モータの場合に
は制御素子であるトライアックＦＬＳ１の位相制御角θ
₁の関数、あるいはファンモータ２３がブラシレスモー
タの場合はモータの回転速度と負荷電流及び回転速度と
負荷電流と圧力絶対値の関数として求められる。入力ｘ
₂に対応するのが電流変動幅Δｐｂｉであり、この電流
変動幅Δｐｂｉは吸口を操作する操作者の操作力と掃除
床面の種類とに影響され、主に操作者の操作力に影響さ
れる。入力及び出力に関するメンバーシップ関数は、５
つのメンバーシップ、すなわち『小さい』，『少し小さ
い』，『標準』，『少し大きい』，『大きい』とした。
以上のニューロ演算及びファジィ演算を含めた制御ブロ
ック図の処理内容を図１７に示す。掃除床面対応特徴量
抽出処理８の出力であるクロス回数ＣＲ，操作時間差Ｔ
Ｄ，操作時間比ＴＲ，操作時間ＴＰ，分散ＳＭ及び電流
変動幅Δｐｂｉを入力としたニューロ演算部１５は、
『階層型ネットワーク』と呼ばれるニューラルネットワ
ークの構成を採用し、入力層，中間層及び出力層から構
成され、各層の各ユニットは図１３に示したユニットの
構造をなす。各ユニットにおける重み係数ω_iは、図示
していないが『バックプロパゲーション（誤差逆伝搬
法）』と呼ばれる学習則を用い、入力層の各ユニットに
入力を与え、出力層から出力された値を望ましい値（教
師データ）と比較し、その差が最小となるように各ユニ
ット間の結合の強さを変えるが、この結合の強さを表す
ものである。ニューロ演算部１５の出力信号１５Ａ,１
５Ｂ及び１５Ｃは、それぞれ『ゆか』,『たたみ』及び
『じゅうたん』に対応した出力信号である。吸込特性決
定部１７は、ニューロ演算部１５の出力から『ゆか』，
『たたみ』及び『じゅうたん』に応じた風量Ｑ及び圧力
Ｈ一定となる位相制御角ｆ（θ）を出力する。ここで、
風量Ｑ一定は吸口部での必要最小限の風量と圧力を確保
するもので、フィルタの目詰り度合いに応じて圧力が大
きくなる。圧力Ｈ一定は掃除床面と吸口部との密着性を
緩和するもので、例えば吸口に異物がくっついても圧力
がある値までしか上昇しないので、その異物を排除しや
すいという利点がある。すなわち、掃除機の吸込力は風
量Ｑと圧力Ｈとの積に比例し、ゴミの吸い取り性能は風
量Ｑに左右されることから、掃除床面の種類に応じて図
中に示した風量一定及び圧力一定指令に対応した位相制
御角ｆ（θ）を出力する。風量一定及び圧力一定となっ
ているか否かは圧力の絶対値を入力としていることか
ら、圧力の値から判断できる。

【００２４】また、ファジイ演算部１６は掃除床面対応
特徴量抽出部８の出力である電流変動幅Δｐｂｉと負荷
状態検出部７の出力である圧力の絶対値｜Ｈ｜とを入力
としてファジィ演算を行って吸口操作者の操作力を抽出
し、その結果に応じて位相制御角の補正量ｆ（Δθ）を
出力する。この位相制御角の補正量ｆ（Δθ）を風量で
表すと、吸込特性決定部１７中に示したように、風量一
定指令を少しだけ増減することに対応する。位相時間決
定部１８は吸込特性決定部１７の出力である位相制御角
ｆ（θ）とファジイ演算部１６の出力である位相制御角
の補正量ｆ（Δθ）とを加算し、その結果からトライア
ックＦＬＳ１の位相制御角θ₁及びトライアックＦＬＳ
２の位相制御角θ₂を決定する。この位相制御角θ₁は掃
除床面に応じて風量が一定となるファンモータ２３の位
相制御角であり、位相制御角θ₂は掃除床面に応じて吸
口内に設けたパワーブラシモータ２５の回転速度を決定
するものであり、掃除床面の『ゆか』，『たたみ』，
『じゅうたん』の順に回転速度が増加する。

【００２５】以上述べた本発明の制御システムを採用し
た電気掃除機を実際の掃除床面上で操作した場合の運転
結果を図１８に示す。図より、従来（ファジィ制御のみ
の場合）に比較して、本発明のニューロ＆ファジイ制御
によれば、各掃除床面に最適な回転速度、言い替えれば
最適な吸込力に到達する時間、すなわち応答速度が早く
なる効果がある。なお、図１８中に示した待機運転は掃
除中でないと判断し、圧力センサの感度を上げると共に
回転速度を下げて省エネ運転を行っているものである。

【００２６】以下、本発明の他の実施例について述べる
が、以上で述べた各構成要素と同一機能を有するものに
ついては同一番号としたので説明を省略する。

【００２７】図１９は本発明の切替回路を有する制御シ
ステムを示す。図１９において、図１と異なるのはパワ
ーブラシスイッチ３２のｏｎ−ｏｆｆに応じてパワーブ
ラシ判定処理４８を行い、掃除床面対応特徴量抽出部８
の入力としてセンサ４もしくはセンサ５の出力を用いる
ものである。具体的な実施例として、図２０は切替回路
を有する制御システムの概略構成を示すブロック図、図
２１は切替回路を有する最適制御量決定機構の処理内
容、図２２は圧力センサを用いた場合の電気掃除機の運
転結果を示したものである。図２０及び図２１におい
て、図２及び図１７と異なるのは、パワーブラシスイッ
チ３２に対してパワーブラシ判定処理４８を行い、パワ
ーブラシスイッチ３２がｏｎのときにはニューロ演算処
理１５の入力としてローパスフィルタ１３の出力から求
めたニューロ用特徴量抽出処理８Ａを用い、ファジィ演
算処理１６の入力としてローパスフィルタ１４の出力か
ら求めたファジィ用特徴量抽出処理８Ｂを用いる。そし
て、パワーブラシスイッチ３２がｏｆｆのときにはニュ
ーロ演算処理１５の入力としてローパスフィルタ１４の
出力から求めたニューロ用特徴量抽出処理８Ｃを用い、
ファジィ演算処理１６の入力としてローパスフィルタ１
４の出力から求めたファジィ用特徴量抽出処理８Ｄを用
い、その判定−切替を行うのがパワーブラシ判定処理４
８及び切替スイッチ４８Ａと切替スイッチ４８Ｂであ
る。ただし、圧力検出回路１２の出力を用いる場合は掃
除機の吸込力の大きさによっても圧力変動状態が左右さ
れるので、吸込力の大きさによってニューラルネットの
重み係数を変更する必要があるため、負荷状態検出処理
７の出力である圧力の絶対値｜Ｈ｜をニューロ演算処理
１５に入力した。さらに、電流検出回路１１の出力を用
いる場合と圧力検出回路１２の出力を用いる場合とにお
いてもニューラルネットの重み係数を変更する必要があ
るため、パワーブラシ判定処理４８の出力をニューロ演
算処理１５に入力した。なお、図２１の掃除床面対応特
徴量抽出処理１７の出力である特徴量において、圧力検
出回路１２の出力を用いる場合はＨの添字、電流検出回
路１１の出力を用いる場合はＰの添字をつけて示し、Δ
Ｈは電流変動幅Δｐｂｉに対する圧力変動幅である。図
２２は圧力センサを用いた場合の電気掃除機の運転結果
を示したものである。これより、図１８に示した電流セ
ンサを用いた運転結果と同様に、圧力センサを用いても
掃除床面に応じて吸込力を最適に設定でき、かつ従来に
比して応答が良くなっていることがわかる（また、掃除
床面が『たたみ』及び『じゅうたん』の場合にファンモ
ータの回転速度が階段上に増加しているのは、掃除床面
の判定間違いを少なくするため、『たたみ』の場合は一
度『ゆか』の回転速度を経由し、『じゅうたん』の場合
は一度『ゆか』→『たたみ』の回転速度を経由している
ためである）。

【００２８】図２３は他の実施例である最適制御量決定
機構の処理内容を示したものである。図２３において、
図１７と異なるのはニューロ演算処理１５の出力をファ
ジィ演算処理１６に入力し、その結果に応じて吸込特性
決定処理１７で掃除床面毎にファンモータの運転領域を
決定するものである。ここで、ニューラルネットのニュ
ーロ演算処理１７の出力層を１つのユニットとしている
のは、Sigmoid 関数４７の出力が０〜１であるので、こ
の０〜１の範囲を掃除床面の『ゆか』，『たたみ』，
『じゅうたん』に対応させ、ファジィ演算するためであ
る。

【００２９】図２４は他の実施例であるファジィ＆ニュ
ーロの最適制御量決定機構の処理内容を示したものであ
る。図２４において、図２３と異なるのは各特徴量Ｃ
Ｒ，ＴＤ，ＳＭ，Δｐｂｉを入力とした１６Ａ〜１６Ｄ
からなるファジィ演算処理１６の出力をニューロ演算処
理１５の入力としたことである。

【００３０】ここで、ファジィ演算方法としては図１４
に示した『min-max-重心法』の例を示したが、図２４に
示したようにファジィ演算を多数行う場合には計算時間
が短い『簡略化推論法』を用いた場合が良い。また、ニ
ューロ演算においてはニューラルネットを用いた場合を
示したが、ニューロのユニット１つで、かつ非線形関数
のSigmoid 関数を用いるのではなく線形関数を用いても
良いことは言うまでもない。さらに、掃除機には多種多
様の吸口が付属部品として準備されているので、パワー
ブラシ吸口でない吸口が使用される場合のため、本発明
ではパワーブラシスイッチのｏｎ−ｏｆｆに応じて電流
検出回路の出力もしくは圧力検出回路の出力を選択する
例を示したが、パワーブラシモータに微小電圧を印加
し、電流検出回路によりパワーブラシモータに流れる電
流を検知し、電流を検知できれば電流検出回路の出力
を、検知できなければ圧力検出回路の出力を用いるよう
にしても良いことは言うまでもない。

【００３１】したがって、いずれの方式においても掃除
床面に応じて最適な吸込力で、かつ応答時間の早い電気
掃除機が得られる。

【００３２】以上の実施例では電気掃除機を例にとって
説明したが、次に洗濯機を例にとって説明する。図２５
は他の実施例である洗濯機用制御回路の構成、図２６は
他の実施例である最適制御量決定機構の処理内容を示し
たものである。図２５，図２６において、２は洗濯槽５
０の内底部に配された制御対象であるパルセータ、３は
モータ、４９は洗濯機本体、５１は水の汚れ度合いを検
出する光電式などからなる汚れ検出センサ、５２は洗濯
機用制御回路、５３はマイクロコンピュータ、５４はパ
ルセ−タ２を駆動するパルセ−タ駆動手段、５５はモー
タ３の回転速度を検出する回転速度検出手段、３１は洗
濯機の運転スイッチ、５６はパルセータ２の運転パター
ンを決定するパルセータ運転パターン決定処理である。
すなわち、洗濯槽５０の中に納められる布量ＮＷあるい
は布質ＮＳはモータ３を予備運転してその回転速度の減
少度合いから検出し、洗濯物に付着した汚れＹＧは洗濯
していくと徐々に現れてくる。そこで、布量ＮＷ及び布
質ＮＳを回転速度検出手段５５の出力から特徴量抽出処
理８を介して抽出し、汚れ検出センサ５１の出力から特
徴量抽出処理８を介して時間的に変化する洗濯物の汚れ
を抽出する。また、洗濯機の現在の負荷状態Ｐを負荷状
態検出処理７を介して抽出する（例として、負荷状態Ｐ
はパルセ−タ２のｏｎ時間ｔ₁とｏｆｆ時間ｔ₂の比の関
数として求められる）。そして、特徴量抽出処理８のの
結果である布量ＮＷ，布質ＮＳ及び汚れＹＧを入力とし
てニューロ演算処理１５を行い、その結果からパルセー
タ運転パターン決定処理５６中に示した斜線部分のパル
セ−タ２のｏｎ時間ｔ₁とｏｆｆ時間ｔ₂を決定する。
そして、汚れＹＧと負荷状態Ｐを入力としてファジィ演
算処理１６を行い、その結果からパルセータ運転パター
ン決定処理５６中に示した点線部分のパルセータ２のｏ
ｎ時間ｔ₁とｏｆｆ時間ｔ₂の補正時間Δｔ₁，Δｔ₂を
決定し、両者の和（ｔ₁＋Δｔ₁），（ｔ₂＋Δｔ₂）か
らパルセータ２の制御指令ｔ₁´，ｔ₂´をパルセータ駆
動手段５４に出力することにより、パルセータ２が布
量，布質及び汚れ度合いに応じて最適運転され、洗濯物
を痛めないで早く洗濯完了できる洗濯機を提供できる。

【００３３】

【発明の効果】本発明によれば、負荷状態を検出する複
数の検出センサの出力信号の大きさと形状から、掃除床
面の種類に対応した複数の特徴量を抽出し、該複数の特
徴量からニューロ＆ファジイ演算を行い、その結果であ
る掃除床面の種類や操作者の操作力に応じてファンモー
タを制御することにより、最適な吸込力を自動的に得る
ことができる家庭電化製品の制御装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の制御システムを示すブロック図。

【図２】本発明の電気掃除機用制御システムの概略構成
を示すブロック図。

【図３】電気掃除機用制御回路の構成図。

【図４】電気掃除機の概略構造図。

【図５】パワーブラシ吸口の内部構造図。

【図６】ゼロクロス検出回路の構成図。

【図７】(イ)，(ロ)，(ハ)，(ニ)はモータに印加される
電圧，電流波形図。

【図８】(イ)，(ロ)はパワーブラシモータ電流検出回路
の構成図。

【図９】(イ)，(ロ)，(ハ)は吸口操作時の電流検出回路
の出力の変動状態図。

【図１０】(イ)，(ロ)，(ハ)は吸口操作時のローパスフ
ィルタの出力の変動状態図。

【図１１】(イ)，(ロ)，(ハ)，(ニ)は掃除床面と掃除床
面対応特徴量との関係図。

【図１２】(ホ)，(ヘ)は掃除床面と掃除床面対応特徴量
との関係図。

【図１３】ニューラルネットのユニット構成図。

【図１４】一般的なファジィ演算の説明図。

【図１５】本発明の掃除機に適用したファジィルール
図。

【図１６】(イ)，(ロ)，(ハ)は本発明の掃除機に適用し
たメンバーシップ関数を示す図。

【図１７】最適制御量決定機構の処理内容を示す図。

【図１８】本発明の電気掃除機の運転結果を示す図。

【図１９】本発明の切替回路を有する制御システムを示
すブロック図。

【図２０】本発明の切替回路を有する制御システムの概
略構成を示すブロック図。

【図２１】本発明の切替回路を有する最適制御量決定機
構の処理内容を示す図。

【図２２】本発明の圧力センサを用いた場合の電気掃除
機の運転結果を示す図。

【図２３】本発明の他の実施例を示す最適制御量決定機
構の処理内容を示す図。

【図２４】本発明の他の実施例であるファジィ＆ニュー
ロの最適制御量決定機構の処理内容を示す図。

【図２５】他の実施例である洗濯機用制御回路の全体構
成を示す図。

【図２６】他の実施例である最適制御量決定機構の処理
内容を示す図。

【符号の説明】

１…負荷対象（掃除床面）、２…制御対象、３…モー
タ、４…センサ、５…センサ、６…最適制御量決定
機構、７…負荷状態検出部、８…特徴量抽出部、９…負
荷対象判定部、１０…制御指令発生部、１１…電流検出
回路、１２…圧力検出回路、１３，１４…ローパスフィ
ルタ、１５…ニューロ演算処理部、１６…ファジィ演算
処理部、１７…吸込特性決定処理部、１８…位相時間決
定処理部、１９…点弧信号発生処理部、２０…ゼロクロ
ス検出回路、２１…マイクロコンピュータ、２２，２６
…トライアック、２３…ファンモータ、２４…ファン、
２５…パワーブラシモータ、２７，２９…点弧回路、２
８…ゼロクロス検出処理部、３０…表示回路、３１…運
転スイッチ、３２…パワーブラシスイッチ、３３…制御
回路、３５…掃除機、３９…吸口、４５…重み係数、４
６…積和、４７…Sigmoid関数。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者須賀久央茨城県日立市東多賀町一丁目１番１号株式会社日立製作所多賀工場内 (72)発明者川又光久茨城県日立市東多賀町一丁目１番１号株式会社日立製作所多賀工場内 (72)発明者石井吉太郎茨城県日立市東多賀町一丁目１番１号株式会社日立製作所多賀工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】モータにより駆動される制御対象と、前記
制御対象の負荷状態を検出する検出装置を備えた家庭電
化製品の制御装置において、前記検出装置の複数の検出
センサの出力信号の大きさと形状から、前記制御対象の
負荷の種類に対応した複数の特徴量を抽出し、該複数の
特徴量から該制御対象の負荷の種類を総合判定し、該総
合判定結果に基づいて前記モータに制御指令を送信する
最適制御量決定機構を備えたことを特徴とする家庭電化
製品の制御装置。
【請求項２】モータにより駆動される制御対象と、前記
制御対象の負荷状態を検出する検出装置を備えた家庭電
化製品の制御装置において、前記検出装置の複数の検出
センサの出力信号の大きさと形状から、前記制御対象の
負荷の種類に対応した複数の特徴量と人為的な特徴量と
を抽出し、該複数の特徴量と人為的な特徴量とから該制
御対象の負荷の種類と特徴を総合判定し、該総合判定結
果に基づいて前記モータに制御指令を送信する最適制御
量決定機構を備えたことを特徴とする家庭電化製品の制
御装置。
【請求項３】請求項２において、前記総合判定部が前記
制御対象の負荷の種類と特徴とを入力としたニューロ演
算の結果から該負荷の種類を判断し、前記人為的な特徴
量と前記モータの運転状態とを入力としたファジィ演算
の結果から該負荷の状態変化を判断し、該両判断結果か
ら前記制御指令を決定するようにしたことを特徴とする
家庭電化製品の制御装置。
【請求項４】塵埃を捕集するフィルタと、掃除機に吸引
力を与える可変速のファンモータと、該掃除機本体ケー
ス中に該フィルタの目詰りを検知するための圧力センサ
と、操作者が操作する吸口と、該吸口に収納したロータ
リブラシ駆動用パワーブラシモータの電流を検出する回
路と、該ファンモータの入力を調整するマイクロコンピ
ュータからなる制御装置とを有する電気掃除機の制御装
置において、掃除中の前記吸口操作による前記パワーブ
ラシモータの電流検出回路の出力から電流変動を検出
し、該変動値の大きさと形状とから掃除床面の種類に対
応した複数の特徴量を前記制御装置で抽出すると共に該
複数の特徴量に応じて前記ファンモータの入力を制御す
るようにしたことを特徴とする電気掃除機の制御装置。
【請求項５】塵埃を捕集するフィルタと、掃除機に吸引
力を与える可変速のファンモータと、該掃除機本体ケー
ス中に該フィルタの目詰りを検知するための圧力センサ
と、操作者が操作する吸口と、該吸口に収納したロータ
リブラシ駆動用パワーブラシモータの電流を検出する回
路と、該ファンモータの入力を調整するマイクロコンピ
ュータからなる制御装置とを有する電気掃除機の制御装
置において、掃除中の前記吸口操作による前記パワーブ
ラシモータの電流検出回路及び前記圧力センサの出力か
ら電流変動及び圧力変動を検出し、該両変動値の大きさ
と形状とから掃除床面の種類に対応した複数の特徴量を
前記制御装置で抽出すると共に該複数の特徴量に応じて
前記ファンモータの入力を制御するようにしたことを特
徴とする電気掃除機の制御装置。
【請求項６】請求項５において、前記パワーブラシモー
タに微小電圧を印加して前記電流検出回路で前記パワー
ブラシモータに流れる電流を検知し、この検知結果に応
じて前記圧力センサの出力もしくは前記電流検出回路の
出力の使用を選択するようにしたことを特徴とする電気
掃除機の制御装置。
【請求項７】請求項４，請求項５若しくは請求項６にお
いて、前記制御装置で前記圧力センサ及び電流検出回路
の出力から圧力変動幅及び電流変動幅を検出し、該いず
れかの変動幅と前記ファンモータの運転状態とに応じて
ファジィ演算を行うと共に、その結果と前記掃除床面の
複数の特徴量とに応じて該ファンモータの入力を制御す
るようにしたことを特徴とする電気掃除機の制御装置。
【請求項８】請求項４，請求項５若しくは請求項６にお
いて、前記制御装置で前記掃除床面の複数の特徴量に応
じて前記ファンモータの運転領域を決定し、該制御装置
で前記圧力センサ及び電流検出回路の出力から圧力変動
幅及び電流変動幅を検出し、該いずれかの変動幅と前記
ファンモータの運転状態とに応じてファジィ演算を行う
と共に、その結果と前記掃除床面の複数の特徴量とに応
じて該ファンモータの運転領域を補正するようにしたこ
とを特徴とする電気掃除機の制御装置。
【請求項９】請求項７若しくは請求項８において、前記
ファンモータの運転状態を前記圧力センサの出力である
圧力の絶対値から求めたことを特徴とする電気掃除機の
制御装置。
【請求項１０】請求項７若しくは請求項８において、前
記ファンモータの運転状態を前記ファンモータの制御指
令から求めたことを特徴とする電気掃除機の制御装置。
【請求項１１】請求項７若しくは請求項８において、前
記ファンモータの運転状態を前記圧力センサの出力であ
る検出した圧力の絶対値と該ファンモータの回転速度と
負荷電流とから求めたことを特徴とする電気掃除機の制
御装置。
【請求項１２】請求項４若しくは請求項５において、前
記制御装置で前記掃除床面の種類に応じた複数の特徴量
を抽出し、該複数の特徴量とオフラインで求めた重み係
数との積和をとって線形もしくは非線形の関数により変
換し、該線形もしくは非線形の関数の出力に応じて前記
ファンモータの入力を制御するようにしたことを特徴と
する電気掃除機の制御装置。
【請求項１３】請求項１２において、前記制御装置にお
ける前記オフラインで求めた重み係数を前記ファンモー
タの運転状態に応じて補正したことを特徴とする電気掃
除機の制御装置。
【請求項１４】請求項１２において、前記制御装置で前
記線形もしくは非線形の関数の出力により前記ファンモ
ータの第１の入力制御量を決定し、前記制御装置で前記
圧力センサ及び電流検出回路の出力から圧力変動幅及び
電流変動幅を検出し、該いずれかの変動幅と該ファンモ
ータの運転状態とに応じてファジィ演算を行うと共に、
その結果と前記掃除床面の複数の特徴量とに応じて該フ
ァンモータの第１の入力制御量を補正するようにしたこ
とを特徴とする電気掃除機の制御装置。
【請求項１５】請求項４，請求項５若しくは請求項６に
おいて、前記制御装置で前記掃除床面の種類に対応した
複数の特徴量を抽出し、該複数の特徴量を入力としたニ
ューラルネットの出力に応じて前記ファンモータの入力
を制御するようにしたことを特徴とする電気掃除機の制
御装置。
【請求項１６】請求項１５において、前記制御装置にお
ける前記ニュ−ラルネットの出力により前記ファンモー
タの第１の入力制御量を決定し、前記制御装置で前記圧
力センサ及び電流検出回路の出力から圧力変動幅及び電
流変動幅を検出し、該いずれかの変動幅と該ファンモー
タの運転状態とに応じてファジィ演算を行うと共に、そ
の結果に応じて該ファンモータの第１の入力制御量を補
正するようにしたことを特徴とする電気掃除機の制御装
置。
【請求項１７】請求項１５において、前記制御装置で前
記掃除床面の種類に対応した複数の特徴量を抽出し、該
複数の特徴量を入力としたニューラルネットの出力と前
記該ファンモータの運転状態とに応じてファジィ演算を
行って該ファンモータの入力を制御するようにしたこと
を特徴とする電気掃除機の制御装置。
【請求項１８】請求項４，請求項５若しくは請求項６に
おいて、前記制御装置で前記掃除床面の種類に対応した
複数の特徴量を抽出し、該各々の複数の特徴量と前記フ
ァンモータの運転状態とに応じてファジィ演算を行い、
該各々のファジィ演算結果を入力としたニューラルネッ
トの出力に応じて該ファンモータの入力を制御するよう
にしたことを特徴とする電気掃除機の制御装置。
【請求項１９】前記電流検出回路及び前記圧力センサの
出力から電流及び圧力の平均値を検出し、該両平均値に
対して該両出力の瞬時値が越えた時間をｔ₁，下回った
時間をｔ₂とし、前記掃除床面の特徴量がｔ₁／（ｔ₁＋
ｔ₂）をもって表したことを特徴とする請求項４，５，
６，７，８，９，１０，１１，１２，１３，１４、若し
くは１５記載の電気掃除機の制御装置。
【請求項２０】前記電流検出回路及び前記圧力センサの
出力から電流及び圧力の平均値を検出し、該両平均値に
対して該両出力の瞬時値が越えた時間をｔ₁，下回った
時間をｔ₂とし、前記掃除床面の特徴量が（ｔ₁−ｔ₂）
をもって表したことを特徴とする請求項４，５，６，
７，８，９，１０，１１，１２，１３，１４若しくは１
５記載の電気掃除機の制御装置。
【請求項２１】前記電流検出回路及び前記圧力センサの
出力から電流及び圧力の平均値を検出し、該両平均値に
対して該両出力の瞬時値が越えた時間をｔ₁，下回った
時間をｔ₂とし、前記掃除床面の特徴量が（ｔ₁＋ｔ₂）
をもって表したことを特徴とする請求項４，５，６，
７，８，９，１０，１１，１２，１３，１４若しくは１
５記載の電気掃除機の制御装置。
【請求項２２】前記電流検出回路及び前記圧力センサの
出力から電流及び圧力の平均値を検出し、該両平均値に
対して該両出力の瞬時値がクロスした回数をカウント
し、前記掃除床面の特徴量がカウント数をもって表した
ことを特徴とする請求項４，５，６，７，８，９，１
０，１１，１２，１３，１４若しくは１５記載の電気掃
除機の制御装置。
【請求項２３】前記電流検出回路及び前記圧力センサの
出力から電流及び圧力の平均値を検出し、該両平均値に
対して該両出力の瞬時値の分散を演算し、前記掃除床面
の特徴量が該分散をもって表したことを特徴とする請求
項４，５，６，７，８，９，１０，１１，１２，１３，
１４若しくは１５記載の電気掃除機の制御装置。
【請求項２４】前記電流変動幅及び圧力変動幅があるサ
ンプリング時間中の前記電流検出回路及び前記圧力セン
サの出力の瞬時値の最大値と最小値の偏差であることを
特徴とする請求項４，５，６，７，８，９，１０，１
１，１２，１３，１４若しくは１５記載の電気掃除機の
制御装置。
【請求項２５】前記電流検出回路及び前記圧力センサの
出力の平均値が、あるサンプリング時間中の該電流検出
回路及び前記圧力センサの出力の瞬時値の最大値と最小
値とを平均した中心値であることを特徴とする請求項
４，５，６，７，８，９，１０，１１，１２，１３，１
４若しくは１５記載の電気掃除機の制御装置。
【請求項２６】前記電流検出回路及び前記圧力センサの
出力にローパスフィルタを介して前記制御装置の入力信
号としたことを特徴とする請求項４，５，６，７，８，
９，１０，１１，１２，１３，１４若しくは１５記載の
電気掃除機の制御装置。
【請求項２７】前記ファンモータの入力を制御すると同
時に、前記パワーブラシモータの入力を制御するように
したことを特徴とする請求項４，５，６，７，８，９，
１０，１１，１２，１３，１４若しくは１５記載の電気
掃除機の制御装置。
【請求項２８】洗濯槽の内底部に配されたパルセータ
と、このパルセータを正・反転させるマイクロコンピュ
ータからなる制御装置によるパルセータ駆動手段と、前
記洗濯槽内の布量，布質などの負荷特徴を検出する手段
と、人為的に変化する水の汚れを検知する手段とを備
え、前記負荷特徴と前記水の汚れ度合いとを入力とした
ニューラルネットのニューロ演算と、前記水の汚れ度合
いと前記パルセータの運転状態とに応じてファジィ演算
を行うと共に、該ニューロ演算結果と該ファジィ演算結
果とに応じて該パルセータの運転状態を決定するように
したことを特徴とする洗濯機の制御装置。
【請求項２９】請求項２８において、前記ニューロ演算
結果に応じて前記パルセータの第１の運転状態を決定
し、前記ファジィ演算をオンラインで逐次実施し、該フ
ァジィ演算結果に応じて該パルセータの第１の運転状態
を補正するようにしたことを特徴とする洗濯機の制御装
置。