JPH0975279A - 電気掃除機の制御回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、風量低下時の吸込力を高めるとと
もに、電気掃除機の高吸込力化の動きの中で掃除機の熱
的制限の克服及びモーターのブラシ耐久性の確保し、さ
らに掃除性能を高めた商品を提供することを目的として
いる。 【構成】 負荷であるモーター２に供給される電流値を
検出する電流検出手段３、電圧値を検出する電圧検出手
段４、これら電流値と電圧値とから電力を導き出す第１
演算手段５、この演算結果をもとに前記モーター２へ供
給する電力量を制御する第１制御手段６、第１制御手段
６の制御信号に応じてモーター２を位相制御する駆動手
段７で構成している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電気掃除機の吸込力制
御に関するものであり、特に近年の高吸込力化に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、電気掃除機はじゅうたん等の掃除
対象の多様化に伴い、電気掃除機の手元操作部でその吸
込力を変化させるものが増えてきており、また塵埃通過
経路にごみセンサを有し、床面等のごみの量に応じて吸
込力を自動制御するものが主流になってきた。

【０００３】特に、集塵室内にごみが増えた場合等吸込
力が低下しそうになるときにおいてモーターに流れる電
流減少を検出することによって、吸込力を高めるように
モーターを制御して快適に掃除ができ、電流の増加を検
出してモーターへの電力供給を減らし、モーターの加熱
防止及びモーターのブラシの耐久性を確保することを目
的としている。

【０００４】図１２は従来の電気掃除機を示すもので、
１０１は掃除機本体（以下、本体と称す）、１０２はホ
ース、１０３は手元操作部、１０４は延長管、１０５は
床用吸込具吸い込み具である。

【０００５】図１３は従来の掃除機の電気回路ブロック
図で、１は商用電源、２は負荷であるモーター、３はこ
のモーター２に供給される電流値を検出する電流検出手
段、１０６はこの電流値をもとに前記モーターへ供給す
る電力量を制御する制御手段、７は制御手段１０６の制
御信号に応じてモーター２をオン／オフ制御する双方向
性サイリスタ等の駆動手段である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述するように従来の
技術では、モータ電流からモータへの供給電力を制御し
ていた。ところがモータはＬ負荷であるため、電圧と電
流との間には位相差があった。さらにモータ回転数（電
流値）が変化すると、位相差も変化してしまい、正確な
電力制御が困難であった。

【０００７】また、電流値で電力制御を行うため、モー
タ特性や機器のばらつきによる電流ー電力変換のばらつ
きを補正するために掃除機の完成品状態で電流ー電力の
変換特性をボリューム等で補正しなければならいという
課題もあった。

【０００８】本発明は、以上のような問題点及び課題を
解決するもので、モータに供給される電力の増減を検出
することによって、吸込力を可変するようにモーター供
給電力を制御して快適に掃除ができ、かつモーターへの
供給電力の上限値を設定することで、モーターの加熱防
止及びモーターのブラシの耐久性を確保することを目的
としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に本発明の第１の技術的手段は、吸込力を発生させるモ
ーターと、このモーターに流れる電流を検出する電流検
出手段と、前記モータにかかる電圧を検出する電圧検出
手段と、これら電流検出手段の出力と電圧検出手段の出
力とを入力し演算する演算手段と、この演算手段の出力
に応じて前記モーターに提供する電力を制御する制御手
段とを有する構成となっている。

【００１０】第二の手段は、吸込力を発生させるモータ
ーと、このモーターに流れる電流を検出する電流検出手
段と、この電流検出手段の検出値に応じて発振周波数が
変化する発振手段と、前記モータにかかる電圧を検知す
る電圧検出手段と、この発振手段の発振周波数に応じて
前記電圧検出手段の出力値をアナログーパルス幅に変換
（以下ＰＷＭという）するＰＷＭと、このＰＷＭの出力
と前記電流検出手段の出力とを入力し演算する第二演算
手段と、この第二演算手段の出力に応じて前記モーター
に提供する電力を制御する第二制御手段とを有する構成
となっている。

【００１１】第三の手段は、吸込力を発生させるモータ
ーと、このモーターに流れる電流を検出する電流検出手
段と、前記モータに供給する電圧のゼロボルトクロスを
検出し検出したタイミングで信号を出力するＺＶＰと、
このＺＶＰに同期してある時間間隔で信号を出力するサ
ンプリング信号出力手段と、このサンプリングに同期し
て前記電流検出手段の出力値を入力するＡＤ変換手段
と、このＡＤ値を入力し演算する第三演算手段と、この
第三演算手段の出力に応じて前記モーターに供給する電
力を制御する第三制御手段とを有する構成となってい
る。

【００１２】第四の手段は、吸気（または排気）風量を
検出する風量検出手段と、電力値の演算結果と風量検出
手段の出力とを入力し、モーターに提供する電力を制御
する第２制御手段とを有する構成となっている。

【００１３】第五の手段は、電流検出手段の検出値のピ
ーク値を検出するピーク検出手段と、モーターに供給さ
れる電力を検出する電力検出手段と、電力値の演算結果
と風量検出手段の出力とを入力し、モーターに提供する
電力を制御する第３制御手段とを有する構成となってい
る。

【００１４】第六の手段は、吸込力を発生させるモータ
ーと、このモーターに供給される電力を検出する電力検
出手段と、操作部を有し、前記電力検出手段の出力と前
記操作部で設定される運転モードに応じて前記モーター
に供給する電力を制御する第４制御手段とを有する構成
となっている。

【００１５】

【作用】本発明の第１の手段によると、まずモーターに
流れる負荷電流を電流検出手段が検出する。そしてモー
ターへ供給する電圧値を電圧検出手段が検出する。これ
ら電流値と電圧値を第１演算手段へ入力し、第１演算手
段で演算し電力量を導き出す。次にこの電力値を入力し
た第１制御手段はモーター供給電力値がある値以下とな
るようにモーターの位相制御量を変化させる。

【００１６】第２の手段によると、まずモーターに流れ
る負荷電流を電流検出手段が検出する。また発振手段の
発振にあわせて整流された電圧がパルス幅変換（以下Ｐ
ＷＭという）される。これら電流値とＰＷＭ波形値とか
ら電力量を求め、電力−周波数変換する。次にこの周波
数値を入力した第２制御手段はモーター供給電力値があ
る値以下となるようにモーターの位相制御量を変化させ
る。

【００１７】第３の手段によると、まずモーターに流れ
る負荷電流を電流検出手段が検出する。また電圧のゼロ
クロスポイントを検出しそのタイミングで出力する信号
（以下ＺＶＰという）を検出し、このポイントからある
周期で電流値をサンプリングする。これら電流値とサン
プリング値とから電力量を求め、この電力値を入力した
第３制御手段はモーター供給電力値がある値以下となる
ようにモーターの位相制御量を変化させる。

【００１８】第４の手段によると、まずモーターに供給
される電力量を検出する。そしてファンモーターの風量
は風量検出手段が検出する。これら電力値と風量を第４
演算手段へ入力し、第４演算手段で演算し電力量を導き
出す。次にこの電力値を入力した第４制御手段はモータ
ー供給電力値がある値以下となるようにモーターの位相
制御量を変化させる。

【００１９】第５の手段によると、まずモーターに供給
される電力量を検出する。この時、ファンモーターに流
れる負荷電流のピーク電流を検出する。これら電力値と
ピーク電流値を第５演算手段へ入力し、第５演算手段で
演算し最適電力量を導き出す。次にこの電力値を入力し
た第４制御手段はモーター供給電力値がある値以下とな
るようにモーターの位相制御量を変化させる。

【００２０】第６の手段によると、いずれの運転モード
においても前記第１の手段で記載した作用が得られるた
め、いずれの運転モードにおいても集塵室内にごみが増
えたときに吸込力を高めることができ、さらに床用吸込
具が空中に浮いているときなどの風量が高い場合には消
費電力を抑え、モーターの加熱を防止できる。

【００２１】

【実施例】本発明の第１の実施例について図１，２を参
照しながら説明する。

【００２２】図１において、１は商用電源、２は負荷で
あるモーター、３はこのモーター２に供給される電流値
を検出する電流検出手段、４はモーター２に供給される
電圧値を検出する電圧検出手段、５はこれら電流値と電
圧値とから電力を導き出す第１演算手段、６はこの演算
結果をもとに前記モーターへ供給する電力量を制御する
第１制御手段、７は第１制御手段６の制御信号に応じて
モーター２を位相制御する双方向性サイリスタ等の駆動
手段である。

【００２３】上記構成においてその動作を説明する。モ
ーター２へ供給される電流値をシャント抵抗や電流トラ
ンス、磁気検出素子（ホール素子）等からなる電流検出
手段３が検出する。そしてモーター２へ供給される電圧
は電圧検出手段４によって検出される。この電流値と電
圧値とを掛け算器である第１演算手段５に入力し供給電
力を導き出す。ところがモーター２はＬ負荷であるため
図２に示すように、電圧検出手段４の検出電圧ｖと、電
流検出手段３の検出電流ｉとの間には位相角θが生じて
いるため掛け算器５の演算結果はＰ＝ｖ＊ｉＣＯＳθと
なる。この電力量Ｐがある値以下となるように第１制御
手段６は位相制御等の方法により供給電力の制御を行っ
ている。

【００２４】また、モーター２の回転数や供給電力量に
よって、モーター２に加わる電圧と電流の位相角θは変
動するが、電力量で直接制御しているため、常に正確な
電力制御が可能となる。

【００２５】次に第２の実施例について図３、４を用い
て説明する。第１の実施例と同一の動作を行うものには
同一符号を付し、ここでの説明は省略する。

【００２６】図３において、１１はダイオード等で構成
された半波（または全波）整流手段、１２はある周波数
の発振手段、１３は前記整流手段１１で整流された電圧
値と発振手段１２から出力された発振信号とからパルス
幅変調信号を発生させるＰＷＭ、１４は電流検出手段３
が検出した電流値とパルス幅変調信号とを掛け合わせる
掛け算器とこの掛け算の結果から電力−周波数変換する
ＷＦ変換手段とから構成された第２演算手段である。

【００２７】上記構成においてその動作を説明する。図
４に示すように、まず供給電圧は整流手段１１によって
半波整流（ａ）される。次に発振手段１２によって発振
させられた発振信号（ｂ）と整流後の波形（ａ）とを掛
け合わせることにより、（ｃ）のように供給電圧の高い
ところではパルス幅が狭く、電圧の低いところではパル
ス幅が広いパルス幅変調信号が提供できる。このパルス
幅変調信号（ｃ）と電流値（ｄ）とを掛け合わせること
により、（ｅ）に示すような波形が形成される。そして
（ｅ）の波形をある電圧レベルでクリップすると（ｆ）
に示すようなパルス波形となる。このパルス数から電力
量を導き出すことができる。このように電力量をアナロ
グ量から読み取るのでなく、パルス数というディジタル
量から読み取ることができ、電力量の読み取り構成が簡
単になる。

【００２８】次に第３の実施例について図５、６を用い
て説明する。第１，２の実施例と同一の動作を行うもの
には同一符号を付し、ここでの説明は省略する。

【００２９】図５において、２１は供給電圧のＺＶＰを
出力するＺＶＰ出力手段、２２はこのＺＶＰを検出し、
このＺＶＰに同期してサンプリング信号を出力するサン
プリング信号出力手段、２３は電流検出手段３が検出し
た電流値をサンプリング信号のタイミングで読み込みア
ナログ−ディジタル変換するＡ／Ｄ手段、２４はこのＡ
／Ｄ変換後の信号を入力し、その値とサンプリングのタ
イミングとから電力量を演算する第３演算手段である。

【００３０】上記構成においてその動作を説明する。図
６に示すように、２１はまず供給電圧（ａ）からゼロク
ロスポイントを検出し、そのタイミングでＺＶＰを出力
する（ｂ）。この信号を受信したサンプリング信号出力
手段２２はこのＺＶＰを基準としてある周期でサンプリ
ング信号を出力する（ｂ）。このサンプリング信号
（ｂ）に同期して電流値をＡ／Ｄ変換手段２３に取り込
みＡ／Ｄ変換する（ｃ）。このＡ／Ｄ変換の結果を第３
演算手段２４に送り、各データにサンプリングのタイミ
ングによる重み付けを行う（例えば電圧値の低いタイミ
ングでは小さい、高いタイミングでは大きい値を掛け合
わせる）ことにより、サンプリング値を電力量として扱
う事が可能となる。

【００３１】また、ＺＶＰ出力手段２１、サンプリング
信号出力手段２２、Ａ／Ｄ変換手段２３、第３演算手
段、及び制御手段６をマイクロコンピュータで行わせる
ことも可能である。

【００３２】供給電力の上限を一定値以下とする例につ
いて述べてきた。掃除機は、吸い込み口（ノズルの先
等）を空中に浮かした場合など、通常は大風量ではある
が実際にゴミを吸わせることも少ないため供給電力を下
げて、消費電力の低減、モーターの加熱防止、長寿命化
等を行うほうが望ましい。

【００３３】第４の実施例について図７、８を参照しな
がら説明する。第１〜３の実施例と同一の動作を行うも
のには同一符号を付し、ここでの説明は省略する。

【００３４】図７において、３１は風量検出手段、３２
はこの風量と電力量からモーター２の最適制御値を設定
する第２制御手段である。

【００３５】上記構成においてその動作を説明する。ま
ず、吸気または排気風量を風量検出手段３１が検出し、
第２制御手段３２に送られる。第２制御手段３２ではこ
の風量から図８に示すような風量−電力量の対応グラフ
のようなものに基づいて電力量を定め、電力制御を行っ
ている。例えば、１．２平方メートル／分〜２．０平方
メートル／分の間では最大電力量、２．０平方メートル
／分以上（掃除機の床面吸込具を空中に浮かした場合約
２．２平方メートル／分〜２．３平方メートル／分であ
る）では電力量を下げ、床面吸込具を空中に浮かした場
合では最大電力の７５％程度とする等である。

【００３６】第５の実施例について図９、１０を参照し
ながら説明する。第１〜４の実施例と同一の動作を行う
ものには同一符号を付し、ここでの説明は省略する。

【００３７】図９において、４１は電流検出手段３の検
出した電流値を商用周波数の１サイクル毎にピークホー
ルドするピーク検出手段、４２はこのピーク値と電力量
からモーター２の最適制御値を設定する第３制御手段で
ある。

【００３８】上記構成においてその動作を説明する。ま
ず、電流検出手段３が検出した電流値の最大値を商用周
波数の１サイクルまたは半サイクル毎に検出し、その値
を第３制御手段４２に送られる。第３制御手段４２では
このピーク値から図１０に示すようにピーク値−風量変
換を行い、風量−電力の対応グラフのようなものに基づ
いて電力量を定め、電力制御を行っている。

【００３９】つぎに第６の実施例について図１１を用い
て説明する。以下、第１〜５の実施例と同一部分につい
ては同一符号を用いてその説明を省略する。

【００４０】図１１において、５１は操作部、５２は操
作部５１から出力される信号と電力量とからモーター２
への供給電力量を定める第４制御手段である。

【００４１】上記構成においてその動作を説明する。操
作部５１は使用者により、運転モードの選択、及び運転
の起動や停止を選択され、その結果を第４制御手段５２
に出力する構成としている。この結果、操作部５１に関
係なく定めた各風量での最大電力量と比較して、操作部
５１から送られてきた信号（指定電力量）が大きい場合
は定めた最大電力量で、操作部５１からの信号が小さい
場合は、操作部５１が設定した電力量でモーター２の制
御を行っている。

【００４２】

【発明の効果】以上の実施例から明かなように本発明は
次の効果を奏する。

【００４３】本発明の第１の手段によれば、モーター供
給する電力量を検出してその値に応じてモーターを制御
するよう構成したことで、正確なモーター電力制御がで
きる。

【００４４】第２の手段によれば、モーター供給する電
力量をディジタル値で検出できる構成としているため、
より正確にかつ確実にモーター電力制御ができる。

【００４５】第３の手段によれば、モーター供給する電
力量を商用周波数に同期してＡ／Ｄ入力し演算処理する
ことにより、ディジタル値で検出しているため、安価で
容易な構成で正確にかつ確実にモーター電力制御ができ
る。

【００４６】第４の手段によれば、風量に応じてモータ
ー供給する電力量を予め定めかつモーター電力を検出し
てその値に応じてモーターを制御するよう構成したこと
で、集塵室内にごみが増え風量が減ったときは、制御量
を減らすことで入力電力を増やし吸込力を高めるため、
集塵室内にごみが増えても吸込力の低下がなく、さらに
床用吸込具などが空中浮いているときなどのモーター電
流が多く流れるときはモーターへの電力供給を抑えるよ
うに制御しモーターの温度上昇を抑えると共に過電流に
よるブラシスパークを抑制することができる。

【００４７】第５の手段によれば、電流ピーク値から風
量に応じたモーター供給する電力量を予め定めかつモー
ター電力を検出してその値に応じてモーターを制御する
よう構成したことで、より安価でかつ確実なモーターの
電力制御ができる。

【００４８】第６の手段によれば、操作部で設定された
各運転モードにおいてモーターに供給される電力を検出
してモーターを制御するように構成しているため、より
使用実感にあい、かつ集塵室内にごみが増えたときは吸
込力を高めるため、集塵室内にごみが増えても吸込力の
低下がなく、さらに床用吸込具などが空中浮いていると
きなどのモーター電流が多く流れるときはモーターに流
れる電流を検出しているため電力供給を抑えるように制
御しモーターの温度上昇を抑えると共に過電流によるブ
ラシスパークを抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を示す電気掃除機の回路ブ
ロック図

【図２】同電気掃除機の電圧，電流ベクトル図

【図３】本発明の第２実施例を示す電気掃除機の回路ブ
ロック図

【図４】同電気掃除機の動作説明図

【図５】本発明の第３実施例を示す電気掃除機の回路ブ
ロック図

【図６】同電気掃除機の動作説明図

【図７】本発明の第４実施例を示す電気掃除機の回路ブ
ロック図

【図８】同電気掃除機の風量−電力特性図

【図９】本発明の第５実施例を示す電気掃除機の回路ブ
ロック図

【図１０】（ａ）同電気掃除機のピーク電流−風量特性
図 （ｂ）同電機掃除機の電力−電流特性図

【図１１】本発明の第６実施例を示す電気掃除機の回路
ブロック図

【図１２】従来の電気掃除機の外観斜視図

【図１３】同電気掃除機の回路ブロック図

【符号の説明】

３ 電流検出手段 ４ 電圧検出手段 ５，１４，２４ 演算手段 ６，３２，４２，５２ 制御手段 １１ 整流手段 １２ 発振手段 １３ ＰＷＭ ２１ ＺＶＰ出力手段 ２２ サンプリング信号出力手段 ２３ Ａ／Ｄ変換手段 ３１ 風量検出手段 ４１ ピーク値検出手段 ５１ 操作部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 北川 晃博 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 吸込力を発生させるモーターと、このモ
   ーターに流れる電流を検出する電流検出手段と、前記モ
   ータにかかる電圧を検出する電圧検出手段と、これら電
   流検出手段の出力と電圧検出手段の出力とを入力し演算
   する第１演算手段と、この演算手段の出力に応じて前記
   モーターに提供する電力を制御する第１制御手段とを有
   する電機掃除機の制御回路。
2. 【請求項２】 吸込力を発生させるモーターと、このモ
   ーターに流れる電流を検出する電流検出手段と、この電
   流検出手段の検出値に応じて発振周波数が変化する発振
   手段と、前記モータにかかる電圧を検知する電圧検出手
   段と、この発振手段の発振周波数に応じて前記電圧検出
   手段の出力値をアナログ−パルス幅に変換するＰＷＭ
   と、このＰＷＭの出力と前記電流検出手段の出力とを入
   力し演算する第２演算手段と、この第２演算手段の出力
   に応じて前記モーターに提供する電力を制御する第１制
   御手段とを有する電機掃除機の制御回路。
3. 【請求項３】 吸込力を発生させるモーターと、このモ
   ーターに流れる電流を検出する電流検出手段と、前記モ
   ータに供給する電圧のゼロボルトクロスを検出し検出し
   たタイミングで信号を出力するＺＶＰと、このＺＶＰに
   同期してある時間間隔で信号を出力するサンプリング信
   号出力手段と、このサンプリング信号に同期して前記電
   流検出手段の出力値を入力するＡＤ変換手段と、このＡ
   Ｄ値を入力し演算する第３演算手段と、この第３演算手
   段の出力に応じて前記モーターに供給する電力を制御す
   る第１制御手段とを有する電機掃除機の制御回路。
4. 【請求項４】 吸気または排気風量を検出する風量検出
   手段と、電力値の演算結果と風量検出手段の出力とを入
   力し、モーターに提供する電力を制御する第２制御手段
   とを有する請求項１〜３のいずれか１項に記載の電機掃
   除機の制御回路。
5. 【請求項５】 電流検出手段の検出値のピーク値を検出
   するピーク検出手段と、モーターに供給される電力を検
   出する電力検出手段と、電力値の演算結果と風量検出手
   段の出力とを入力し、モーターに提供する電力を制御す
   る第３制御手段とを有する請求項１〜３のいずれか１項
   に記載の電機掃除機の制御回路。
6. 【請求項６】 吸込力を発生させるモーターと、このモ
   ーターに供給される電力を検出する電力検出手段と、操
   作部を有し、前記電力検出手段の出力と前記操作部で設
   定される運転モードに応じて前記モーターに供給する電
   力を制御する第４制御手段とを有する請求項１〜５のい
   ずれか１項に記載の電機掃除機の制御回路。