JPH08505298A - 真空掃除機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 真空掃除機は、電気モータによって駆動される吸引ファンと、ごみ容器を介してファンの吸気側に結合された吸引ノズルと、モータの電源装置のために提供されたコード手段とを具備する。モータは、電気的に制御されかつ適合されて、少なくとも５０．０００ｒｐｍの速度で吸引ファンが作動する速度で駆動される。吸引ファンは、ターボファンの型式のファンの羽根車を具備する。

Description

【発明の詳細な説明】 真空掃除機 本発明は、電気モータによって駆動される吸引ファンを有する種類の真空掃除 機に関わり、吸引ノズルは、ごみ容器と、モータの電源装置に提供されたコード 手段とを介して吸引ファンの入口側に結合される。 従来の技術は、幾つかの異なる原理に従って設計された真空掃除機を有する。 通常の型式は、大きな塊形状であり、電気モータで駆動される吸引ファンを具備 する、いわゆる容器式真空掃除機である。真空掃除機は、ホース及び延長管を介 して吸引ノズルに結合された入口開口部を有する。吸引ノズルから、エアは、延 長管及びホースを介して真空掃除機に導かれ、真空掃除機内では、エアは、ごみ 容器形状のフィルタを通過し、ごみ容器では、エアによって運搬されたごみの粒 子が分離される。それから、エアは、吸引ファンを通過し、更に冷却のためにモ ータを通じて導かれ、拡散装置としても作用する通常添付されるフィルタを通過 後に、周囲の空気に排出される。真空掃除機が使用される際、人は、真空掃除機 から曲げられ、延長管とホースを結合する、ホースの端部に提供されたハンドル を把持する。この方法では、使用者は、下に横たわる表面を横断して吸引ノズル を移動可能であり、必要な場合、ホイールを有する真空掃除機は、ホースを引っ 張る使用者によって下に横たわる表面を横断して移動可能である。 他の種類の真空掃除機は、いわゆる直立した掃除機であり、床部分のユニット とハンドル部分を有する。床部分のユニットは、吸引ノズル、更には床一面のカ ーペットのような柔軟な表面に打撃効果 をもたらす回転ブラシを有する。ハンドル部分は、大きなごみ容器を有し、更に 清掃される表面を横断する床ユニットの動作を制御する作動手段として機能する 。 上記引用された二つの型式の真空掃除機は、共に５〜１０kgの範囲であるかな りの重量を有し、重さのために使用しづらい。真空掃除機が例えば邸宅の保管用 キャビネットから取り出される又はそこに収納される際、二つの異なる階の間を 移動される際には、特に困難な状況が発生してしまう。 市場では、重量によってもたらされる欠点をある程度改良する型式の真空掃除 機もまた存在する。しばしば棒状真空掃除機として引用されるこの型式の真空掃 除機は、直立式掃除機と同類であるが、床部分のユニットは回転ブラシのみ除か れた吸引ノズルを有し、真空掃除機は、通常の直立式掃除機よりも小さくかつ軽 い。欠点としては、重量の理由のために、真空掃除機は、相当する容器の掃除機 又は直立式掃除機と比較して、真空掃除機の効果が低下してしまう小さなモータ ファンユニットを備えることになってしまう。 引用された棒状真空掃除機に基づき、本発明の目的は、この掃除機を容器型式 又は直立型式の相当する真空掃除機と同様に効果的にすることと、同時に重量を 減少させることである。これが達成されるためには、真空掃除機の最も重いユニ ットに焦点を合わせることが必要であり、つまり、モータファンユニットであり 、まず最初にモータに焦点を合わせることが必要である。 自動車のターボユニットから周知なこととして、大きさが小さい高速の回転羽 根車の使用により、圧力下で、大量のエアを自動車のエンジンの入口機構に導入 可能である。この場合、羽根車によって高圧が製造可能であるが、当然ながら、 同様に吸引力が製造可能である。この考えは本発明の基本であり、つまり、大き さの小さい高 速の回転羽根車によって、それぞれ容器型式又は直立型式の真空掃除機と同程度 の吸引効果を製造可能であるが、吸引ファンの大きさは小さくされる。この場合 、羽根車は、自動車の場合のように排気ガスで駆動されるのではなく、真空掃除 機用モータで通常使用されてきた速度を超過する速度で作動されなければならな い電気モータによって駆動される。高速によって、使用される負荷の型式を一致 させて、従来の型式の真空掃除機と同様の動力を得ることが可能であるが、モー タの寸法は減少される。 それゆえ、示された目的は、上記引用された種類の真空掃除機で達成され、モ ータは、電気的に制御されかつ配置されて、少なくとも５０．０００ｒｐｍの速 度で吸引ファンを作動させる速度で駆動され、吸引ファンは、ターボファンの型 式の羽根車を具備する。これらの特徴部分は、添付の請求項１に示される。好適 な実施例は、添付の従属の請求項の主題である。 本発明の他の目的及び効果は、添付の図面を参照する、以下の実施例の説明に よって明らかであり、図面のうち、 図１は、使用されない際には固定式のユニットに保管される、手保持式真空掃 除機ユニットを有する実施例を示し、 図２は、付設された延長管及び吸引ノズルを備えた手保持式真空掃除機ユニッ トの側面図を示し、 図３は、手保持式真空掃除機ユニットの実施例の略断面図を示し、 図４は、図３の真空掃除機ユニットに含まれるターボファンホイールの詳細図 であり、 図５は、真空掃除機を駆動する電気モータの電気制御装置の回路図であり、 図６は、図５の回路の様々な電圧の波形を示す図である。 上記説明されたように、本発明は、内燃機関モータのターボ過給 に使用される技術を、真空掃除機の分野に変化させることにあると言え、より詳 細には、ターボ技術分野から引用されたターボファンホイールを高速な電気モー タで駆動することによって、従来の真空掃除機で得られる吸引力に匹敵する吸引 力を達成し、同時に、ファンホイール及びモータを適度な寸法にすることを達成 する。この技術は、全ての種類の真空掃除機に関して使用可能であり、手用真空 掃除機又は棒状真空掃除機として引用される種類の真空掃除機の、寸法及びそれ に伴う重量を減少させることが必要とされる場合に特に効果的である。それゆえ 、本発明の引き続きの説明は、そのような軽量な、及び手用棒状真空掃除機とし ての実施例に関してなされ、同時に、実施例のモータファンユニットは、ユニッ トの寸法がそれほど重要ではない、従来の床支持式真空掃除機にもまた供給可能 である。使用方法に関係なく、本発明は、従来技術のユニットと比較して、かな り良好な効率で作動する吸引ファンユニットの効果をもたらす。 図１に見られるように、真空掃除機は二つのユニット、すなわちハンドユニッ ト１０と固定ユニット１１に分割される。ハンドユニット１０は結合部品１２を 有し、結合部品１２は、（図２の）延長管１３形状の剛性を有する管の付属装置 が可能であり、結合部品１２の反対側は、吸引ノズル３６に結合される。更に、 ユニット１０は扉１７によって閉鎖され、扉１７の内側には、以下より詳細に説 明されるモータファンユニットの吸引側と連通する凹部１４が提供される。凹部 １４には、ごみ容器１５が配置され、吸引エアによって吸引ノズル３６から運搬 された粒子を分離する。詳細には説明されない方法で、ごみ容器は扉１７と結合 可能であり、その結果、扉が開口される際にごみ容器は揺動し、ごみ容器の取り 替えが容易になる。吸引されたエアは、（図１には図示されない）モータファン ユニットを通過し、ユニット１０の後端部に配置された開口部１６を介して排出 される。周知の方法で、ユニットのハウジングの内側では、開口部１６は、拡散 フィルタと呼ばれる添付のフィルタによって覆われることが可能である。更に、 ユニット１０はハンドル１８を有し、ハンドル１８によって、使用中、ユニット は保持可能である。最後に、ユニット１０は制御パネル１９を有し、制御パネル １９は、ハンドルの前端部に配置され、更に押しボタン２０、２１、２２又はそ のようなものである作動手段を有し、真空掃除機の機能を制御する。 使用されない場合、ユニット１０は固定ユニット１１上に保管される。このた め、該ユニット１１は凹部２３を有し、凹部２３内には、ユニット１０が挿入さ れかつ適切に固定されることが可能である。固定ユニット１１は締結部材２５を 有し、締結部材２５は、該ユニットが固定ユニット１１上に保管される際に、ユ ニット１０の結合部品１２をほぼ完全に包囲する開口部２４を有する。コード２ ６は、電気的にハンドユニット１０と固定ユニット１１を結合し、真空掃除機が 使用される際に、該コードは、必要な長さ引出し可能であり、固定ユニットから 必要な距離離れた位置で掃除機がかけられる。コード３９及びプラグ３８によっ て、固定ユニットは、ＡＣ主要電源網に結合された壁のコンセントに結合可能で ある。適合可能なスイッチ手段によって、ハンドユニット１０に配置された電気 モータは、コード２６を介して動力を供給される。後者は、コード巻取り機２７ に巻取り可能であり、コード巻取り機２７は、（ばね又は電気モータによって） 周知の方法で、配置されて、必要とされないコードの一部分を巻き付ける。最後 に、固定ユニット１１は扉２８を有し、扉２８には、様々な吸引ノズル２９、３ ０、３１の保管のために、区画が提供される。ユニット１１は、更に空間を有し 、 ごみ容器３３が保管可能であり、この空間は扉３２によって閉鎖可能である。 与えられた実施例のこの一般的な説明の後に、真空掃除機の下記のこれらの部 品が説明され、上述された真空掃除機の有効性及び機能に関する重要な改良が可 能にされる。前もって必要なことは、通常内燃機関モータのターボ過給に使用さ れる型式の、ターボファンホイールと呼ばれる、吸引ファンホイールを使用する ことである。独創的な考えに従い、このホイールは使用されて圧力を与え、ホイ ールは、非常に高速、しばしば１０．０００ｒｐｍの範囲又はそれ以上の速度で 回転するタービンを介する燃焼モータからの排出ガスによって駆動される。 真空掃除機の使用では、排気ガスは存在せず、高速、すなわち５０．０００ｒ ｐｍ以上の範囲でホイールを回転可能な電気モータによって、ターボホイールは 回転されなければならない。この関係では、周知なこととして、引用されたター ボファンホイールは、ホイールの速度が示された範囲に到達するまで、許容範囲 の効率の必要な圧力あるいはまた吸引力を与えない。ファンホイールの大きさ、 流動エアの通過量及び必要な吸引力のような様々なパラメータに関して、ファン ホイールの速度は、６０．０００ｒｐｍを超過しなければならず、特に最適な結 果は、約１００．０００ｒｐｍのファンホイールの速度で得られる。 図４に見られるように、３４で表されたターボファンホイールは特有の形状を しており、その形状に関し、中央の吸気側では、ホイールはブレード３５を有し 、ブレード３５は、大きく湾曲され、可能な限り多くのエアをファンに入れるの を援助する。主にファンの軸方向に吸引されるこのエアは、それから、ブレード の曲率がホイールの外周の方に向かって減少するために、そらされる。外周に近 接して、ブレードは主に軸方向に延長し、エアを半径方向外向きにファンから排 出する。それゆえ、ターボファンホイールは、吸気側では軸方向のファンとして 、出口側では半径方向のファンとして作動するといえる。 図３には、本発明に関する、手保持式真空掃除機ユニットの断面図が示される 。ユニットは、延長管及び吸引ノズルの付属装置が提供される結合部品３７を一 端に備えたハウジング３６を具備する。結合部品３７を通じて吸引されたエアは 凹部３８を通過し、凹部３８では、ごみ粒子の分離のためのごみ容器が提供可能 である。凹部３８の最深部は、衝突フィルタと呼ばれる目の粗いフィルタ３９で 覆われ、吸気エアによって運搬される液体又はするどい物のためにごみ容器が壊 れた場合に、隣のファンホイールが破壊されるのを防止する。モータは４０で表 され、高速で作動する型式である。一般に、モータは、端部シールド４５、４６ 内のボールベアリング４３、４４に支持された軸４２に配置されたロータ４１を 具備する。ロータは、一般に４８で示される、モータのハウジングに締結された 固定子４７と協動する。モータのデザインは重要ではなく、従って、モータは概 略にのみ示される。 モータの軸４２では、更にねじ又は他の手段によって固定されるターボファン ホイール３４は、ホイールの高速にもかかわらず、不変の安全な接合部を保証す る。ターボファンホイールは、漏斗のような形状のファンのハウジング４９と協 動し、エアを収集し、エアをホイールの中央のエアの吸気部の方に向ける。側方 から見られると、ブレードはホイールの外周の方に湾曲し、湾曲した領域５０で 、ホイールは、ファンのハウジング４９に抗して非常に精密に適合して回転する 。つまり、二つの部品の間には非常に狭い隙間が存在する。ファンホイール３４ の円周方向外側に、エアは、半径方向から 軸方向に向きを変えられる、湾曲した通路５１に続いて到達し、その結果、モー タの冷却のためにモータの外側を通過して吹きつけた後に、エアは真空掃除機か ら主に軸方向に排出される。 効果的に、モータの端部シールドの一方は、ファンのハウジングと共に湾曲さ れた通路５１を形成するように設計可能である。端部シールドの湾曲部分５２は 、ファンのハウジングの同様の湾曲部分５３と協動する。 モータの選択として、整流子及びブラシがモータの必要とされる高速に対処で きないために、通常のシリーズもののモータは除外される。従って、電気的に整 流又は制御されたモータが選択される。適切なモータは、電気的に整流されたＤ Ｃモータ、磁気抵抗モータ又は誘導モータであることが可能である。前述された モータの型式は、頑丈で耐久力のあるという評判を得ているが、モータが高速で 作動される場合には、制御が困難である。モータが、高負荷及び／又は変化のあ る負荷の下では、制御は、いわゆる周波数に対する加速及び減速ランプによって 行われなければならず、それにより、必要な制御電子装置のために価格はかなり 増加してしまう。この場合、モータは、非常に軽負荷を構成するファンを駆動し 、制御装置では、通常必要とされる様々なランプ発生手段を廃止可能である。電 気制御装置の仕事は、単にモータを回転させて、必要な速度範囲にするだけであ る。この仕事は、比較的簡単な電気手段によって達成可能であり、選択されたモ ータは、価格の理由からも真空掃除機の使用に選択される可能性が高い。 上記説明されたように、実施例では、誘導型式のモータが選択され、より詳細 には、三相かご型モータが選択される。このモータは、短絡ロータと協動する三 相巻きの固定子を有する。モータの型式は、通常周知であり、文献に説明されて おり、ここでは詳細に説明され ない。モータは一般に図５の５４で示され、三つの固定子の巻線は、略図で描か れ、５５、５６及び５７で示される。周知の方法で、該巻線は、図５に示され、 一般に５８で示された制御装置の出力端子Ｒ、Ｓ及びＴに結合される。通常の方 法では、結線は、Ｙ結線又はデルタ結線が可能である。 通常の作動モードでは、三相かご型誘導モータは、三相の主要なＡＣ回路網か ら直接駆動され、その速度は、モータの極数及び回路網の周波数で決定される。 通常、その速度は、二極のモータでは約３．０００ｒｐｍである。この場合、モ ータはかなり速い速度で駆動され、この目的のために、作動電圧は、５０Ｈｚ又 は６０Ｈｚである通常の主な周波数より高い周波数で三相に適用されなければな らない。実施例では、１．５００Ｈｚの作動周波数が選択されている。 主に制御装置は三相スイッチとして考慮可能であり、その目的は、モータの巻 線のそれぞれ一つに適切な大きさ及び極性のＤＣ電圧を加えることであり、その 結果、１．５００Ｈｚの周波数の三相のＡＣ電圧に相当する。 従来の技術は多数の適切な発振回路を提案し、それにより、適切な周波数のス パイクパルスを発生可能である。例えばシフトレジスタの使用による連続周波数 分割によって、各相のうち二つが時間のずれを有するパルスを得ることが可能で あり、その結果、各相には、第一の信号が存在し、各出力端子Ｒ、Ｓ又はＴに陽 極の高電圧を製造し、他の信号の存在により、出力部に逆の極の相当する電圧を 製造する。関連する機能ブロックは、図５の５９によって示され、このブロック は、６０で示された概略のラインにパルスを発する。このラインは、例えば型式 ２１３０である駆動回路６１に結合され、その目的は、各相に提供された対のト ランジスタ６２、６３；６４、 ６５；６６、６７に様々なパルスを分配することである。例では、トランジスタ はパワーＦＥＴトランジスタであるが、型式ＩＧＢＴのトランジスタも同様に使 用可能である。各トランジスタ６２〜６６は、抵抗器６８及びヒューズ６９を介 した駆動回路６１に結合された入力部を有する。更に、各対では、二つのトラン ジスタは、供給電圧Ｕとグランドの間に直列に結合される。ＤＣ電圧は、共通の 本管の電圧の整流及び平滑によって発生され、本管の電圧が２３０Ｖの場合、Ｄ Ｃ電圧の大きさは、３２５Ｖである。 図６には、図５の制御装置に存在する異なるパルスの波形を説明する図が示さ れる。図の頂部には、出力端子Ｒ、Ｓ及びＴの三つの電圧の波形が示される。通 常の方法では、三つの電圧は、互いに１２０°相がずれてている。制御装置から 得られるこれらの電圧のため、異なるトランジスタ入力部は、図の後続する線に 示されるようなパルスを受け取らなければならない。異なる波形は、添字“ｉ” を備えた相当するトランジスタ６２〜６７の参照番号によって示される。図に見 られるように、周期の前半には、トランジスタ６２が伝導性でありトランジスタ ６３はカットオフされ、周期の後半には、トランジスタ６３が伝導性でありトラ ンジスタ６２はカットオフされ、その結果、、交互に出力部Ｒは、それぞれ高レ ベル及び低レベルを得る。周期の前半に、電流は、端子Ｕから、伝導性トランジ スタ６２及び出力部Ｒを介して、相当するモータの巻線まで導かれる。周期の後 半に、代わりに電流は、モータの巻線から、出力部Ｒ及び今度は伝導性のトラン ジスタ６３を介して、グランドまで導かれる。二つの残りのトランジスタの対６ ４、６５及び６６、６７は、それぞれ図の線６４ｉ、６５ｉ及び６６ｉ、６７ｉ に示されたパルスによって相当して制御され、相当するモータの巻線を通じて電 流を流す、図の線Ｓ及びＴに示された電圧を発生させる。 図では、モータが、本管の振動する正弦曲線を描く電圧によって駆動されるか のように、電圧は、正の電位と負の電位の間を即座に変動する。これは、いわゆ る循環効率が合計５０％になることを意味する。示される種類のモータが、循環 効率５０％で方形波のパルスによって駆動される場合、即座に熱の問題が発生し 、モータはオーバーヒートになる。この問題を減少させるために、循環効率は、 ５０％以下の値、例えば４５％まで減少されなければならない。この目的のため に、トランジスタ６２及び６３へのパルスは、相当して遅らされなければならず 、図中では遅れて開始している。しかしながら、パルスの後端部は、図に示され たように、同じ時間に現れる。相当する遅れは、それぞれ対のトランジスタ６４ 、６５及び６６、６７へのパルスに対して作成されなければならない。パルスの 遅れは、抵抗器及びコンデンサの組み合わせを有する周知の手段の使用によって 、機能ブロックで達成可能である。 既に上記説明されたように、本発明の目的は、等しい性能を有する通常の真空 掃除機と比較してかなり小さくされた寸法の真空掃除機を可能にする装置を提供 することである。示された実施例は、示された目的に合致するように設計された 真空掃除機の例を単に構成する。本発明で重要なこととして、いわゆるターボフ ァンホイールを有する吸引ファンは、少なくとも５０．０００ｒｐｍの速度で駆 動され、２０．０００ｒｐｍを超過しない速度で典型的な吸引ファンが作動され る真空掃除機で達成可能な効果と比較して、かなり大きな効果が得られる。大き な効果のために、吸引ファン及び駆動モータの寸法はかなり減少可能であり、必 要な場合には、吸引ファン及び駆動モータは使用されて、全体の寸法を変えずに 、棒型式の真空掃除機の性能を改良可能である。あるいは、本発明は、典型的な 真空掃除機に使用され、現在の真空掃除機で可能な以上に、吸引ノ ズル及び他の道具を保管するために、空間を良好な方法で提供可能である。後者 では、真空掃除機の内部は、かなりの空間を強力かつ空間を必要とする駆動モー タに占有され、駆動モータは、半径方向の全体の寸法が大きい半径方向のファン に結合されている。しばしば、ファンは二段階の型式であり、軸方向にも大きな 空間を必要とする。説明された実施例からわかるように、本発明により、手用真 空掃除機が提供可能であり、手用真空掃除機は、いわゆる車用真空掃除機程度の 全体寸法であるが、典型的な床支持式真空掃除機の性能を有する。効果的に、手 用真空掃除機は、車内のシートや床の清掃を行うために車用掃除機としても使用 可能であり、床支持式真空掃除機の吸引性能を提供するが、必要な操作は、いわ ゆる車用真空掃除機に関する程度の簡単なものである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 電気モータで駆動される吸引ファンと、ごみ容器を介してファンの吸気側 に結合された吸引ノズルと、モータの電源装置のコード手段とを具備する真空掃 除機において、該モータは、電気的に制御されかつ適合されて、少なくとも５０ ．０００ｒｐｍの速度でファンが作動する速度で駆動され、該吸引ファンは、タ ーボファンの型式の羽根車を具備することを特徴とする真空掃除機。 ２． 該モータは、配置されて、６０．０００ｒｐｍを超過する速度で該吸引フ ァンを駆動することを特徴とする請求項１に記載の真空掃除機。 ３． 該ターボファンのホイールは、包囲用ファンのハウジングと協動するよう に設計され、該ファンを、吸気側では軸方向ファンとして、出口側では半径方向 ファンとして作動することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の真空掃除 機。 ４． 該吸引ファンは、約１００．０００ｒｐｍの速度で作動することを特徴と する請求項１〜３のいずれか一つの項に記載の真空掃除機。 ５． 該ターボファンホイールは、該ファンのハウジングに提供された開口部を 通過するエアを主に覆うハブ板を具備し、該ファン上には、複数の、基本的に半 径方向に向けられかつ軸方向に持ち上げられたファンブレードが配置され、該ハ ブ板の中央部にほぼ近接する領域で、該ファンブレードは、該ホイールの回転方 向に作用するシャベルを形成するように設計され、外周領域では、該ファンブレ ードは、形状を変え、主に軸方向に延長することを特徴とする請求項１〜４のい ずれか一つの項に記載の真空掃除機。 ６． 中央ののど部と該のど部の両側の二つの部分を備えた砂時計 形状のエア吸気ダクトと、該のど部の領域の該包囲用ファンのハウジングに抗し て慎重に適合するように設計された該ターボファンホイールのブレードとを具備 し、排気エアを半径方向から軸方向に向ける環状の湾曲したダクトに、出口側で 通ずる非常に狭い隙間を形成することを特徴とする請求項５に記載の真空掃除機 。 ７． 該環状の湾曲したダクトは環状の通路に通じ、該環状の通路は、該モータ 冷却するために該モータを軸方向に包囲し、エアを該真空掃除機を通じて流すた めに出口開口部に結合されることを特徴とする請求項６に記載の真空掃除機。 ８． 該環状の湾曲したダクトは、該包囲用ファンのハウジングと、該モータの 片側に提供された端部シールドの外側表面とによって形成されることを特徴とす る請求項６又は請求項７に記載の真空掃除機。 ９． 該モータと、該ごみ容器を備えた該吸引ファンとを具備する手保持式ユニ ットを有し、該吸引ノズルは、剛性のある管によって該吸引ファンの吸気側に結 合されることを特徴とする請求項１に記載の真空掃除機。 １０． 該モータは、三相誘導モータであることを特徴とする請求項１〜９のい ずれか一つの項に記載の真空掃除機。 １１． 電気制御装置は、該モータの制御のために提供され、該コード手段によ って該手保持式ユニットに結合された別々のユニットとして設計されることを特 徴とする請求項９に記載の真空掃除機。 １２． 該手保持式ユニットは、スイッチオン、スイッチオフ、及び該モータの 速度を制御するための作動手段を具備し、該作動手段は、該コード手段によって 該別々のユニットに機能的に結合されることを特徴とする請求項９に記載の真空 掃除機。