JPH1147053A - 電気掃除機の入力制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 モータの入力電力を一定制御し、ゴミ量や被
掃除面状態に依存しない効率的な運転ができ、経済性、
安全性、耐久性、作業性、低コスト化を図れる電気掃除
機の入力制御装置を得る。 【解決手段】 吸引用モータ２、パワーブラシ用モータ
２１に流れる電流を検出する電流検出手段２４と、予め
求められた入力電力特性と電流特性から導出された目標
の入力電力一定とするための目標電流制御手段９と、一
定電流で制御する一定電流制御手段１０と、この両者の
切替手段１１と、この切替手段１１の出力と電流検出手
段２４の出力が入力され、両者入力値の比較結果に応じ
て位相角を増減して目標入力特性を満足する位相角を決
定する位相角走査手段１２と、この出力を得て動作する
位相制御手段１４を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明はモータの位相制御
と電流検出により、モータの入力電力を一定に制御する
電気掃除機の入力制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のこの種の電気掃除機の入力制御装
置としては、特開平５−９５８７７号公報に開示された
ものがある。これは、吸口が空中にある場合、電動機の
入力が最大となり無駄な電力を消費するという問題等を
解決するために電動送風機の電流を常に一定に保つこと
を目的としたもので、制御手段としては、電動送風機の
電流を検知する電流検出手段と、この出力の増幅手段
と、電動送風機の回転数を制御する位相制御手段とを備
え、この位相制御手段は増幅手段からの信号レベルが一
定になるように制御することにより実現している。

【０００３】また、特開平７−２１３４６８号公報に
は、上記の構成に加えて電圧検出手段を設け、電源電圧
変動に応じて電流検出手段の信号レベルを一定となるよ
うに位相制御手段を制御する構成としている。さらに、
特開平７−３１３４１５号公報においても、概略同一構
成において、電流一定制御または位相角一定制御にて、
モータの入力を一定に保つ制御を実現可能としている。

【０００４】図１８に一般的な電気掃除機において、吸
引用モータの電流値と入力の関係を、風量（ゴミ量）を
横軸とした時の制御特性を示し、これにより説明する。
図中（ａ）はモータ印加電圧一定（無制御）とした場合
の特性であり、当然ながら電流値と入力電力値は比例関
係を保ち、風量が絞られる（ゴミが溜まる）方向につれ
て電流値、入力電力値共に降下する。

【０００５】図中（ｂ）は所定風量まで位相制御により
電流一定制御を行った場合を示す。位相制御では風量大
（解放）側においての位相点弧時間（以下位相角と表現
する）を大きくすることにより電流一定が実現できる。
しかし位相角が大きくなると実効電圧と実効電流が減る
と共に、力率が悪くなるために、電流値と入力電力値は
比例関係とならず、位相角が小さくなる（風量が減る）
と共に入力電力値は上昇する。即ち電流一定制御した場
合入力は一定にならないことを示している。

【０００６】また、位相制御による位相角一定制御で
は、モータ印可電圧一定となるために図中（ａ）の特性
と同等となり、これも入力一定制御を実現出来ないこと
を示している。

【０００７】一方、風量の検出においては特公平２−３
０６８３公報に開示された従来例がある。これによると
フィルタとファン間の負圧を検出する圧力センサと、モ
ータ電流検出手段を用いて、直接風量を検出しなくても
モータの入力制御を可能としている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】従来の電気掃除機の入
力制御装置は以上のように構成されているので、以下の
ような課題がある。まず、モータ電流検出手段を用いた
構成では、電流検出手段の出力により、電流一定制御や
位相角一定制御を実現するとしているが、実際にこの方
法では入力を一定に保つことは位相制御の特性上難し
く、ゴミ量や被掃除面状態に応じて入力が変化してしま
うと共に、条件によってモータの入力電力規制を超える
可能性がある。したがって、電源電圧による補正を行っ
ても入力電力を一定に保つのは難しい。

【０００９】また、電流センサに加え風量検出用として
圧力センサや、電源電圧変動検出用の電圧検出手段を付
加した構成では、当然のことながら部品点数が増えコス
ト高になると共に構成が大きくなる。またセンサが増え
た分だけ精度調整や故障要因への対応処理が複雑となる
と共に組み立て作業性が悪くなる等の課題がある。

【００１０】さらに、パワーブラシ用モータの入力電力
を考慮していないため、パワーブラシ回転時には、トー
タル入力電力としての入力電力規制を越える可能性が高
く、電源コードの発熱等を招いてしまう可能性がある。

【００１１】この発明は上記のような課題を解消するた
めになされたものであり、位相制御手段とモータの電流
検出手段を用いた構成において、確実かつ好適な入力一
定制御を実現する処理方式を提案し、これによりゴミ量
や被掃除面状態に依存しない効率的、経済的、安全性等
を備え、且つ圧力センサや電圧検出手段を使わないため
に、作業性向上、低コスト化を図れる電気掃除機の入力
制御装置を得ることを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】この発明に係わる電気掃
除機の入力制御装置は、モータに流れる電流を検出する
電流検出手段と、ゴミ溜まりによる所定の減衰風量まで
は所定の一定電流で制御する一定電流制手段と、風量が
前記減衰風量以下になると、予め求められた所定の位相
角に対応した電流特性に基づいて制御する目標電流制御
手段と、前記一定電流制御手段と前記目標電流制御手段
を切り替える切替手段と、前記切替手段の出力と前記電
流検出手段により検出された検出値とを一致させる位相
角走査手段と、前記位相角走査手段により決定された位
相角に基づいて前記モータの入力を制御する位相制御手
段とを備えたものである。

【００１３】また、目標電流制御手段で制御される領域
の低風量側において、ゴミ溜まり量及び風路密閉の検出
を行うゴミ量／密閉検出手段を備え、前記ゴミ量／密閉
検出手段の検出値に基づいて位相角走査手段を制御する
ものである。

【００１４】また、ゴミ量ゼロ時においてモータへの入
力のばらつきを検出するモータ特性検出手段と、この検
出値に基づいて一定電流制御手段の所定の一定電流値を
変更する一定電流値補正手段を備えたものである。

【００１５】また、ゴミ量ゼロ時においてモータへの入
力のばらつきを検出するモータ特性検出手段と、この検
出値に基づいてゴミ量／密閉検出手段の所定設定値を変
更するゴミ量／密閉検出値補正手段を備えたものであ
る。

【００１６】また、吸引用モータとパワーブラシ用モー
タの電流を同時に検出する電流検出手段と、前記パワー
ブラシ用モータの動作時にはゴミ量／密閉検出手段の所
定設定値を変更するパワーブラシ動作補正手段を備えた
ものである。

【００１７】さらに、電流検出手段による検出結果が目
的制御範囲外の値である時、ある一定の位相角でモータ
を位相制御する位相角一定制御手段を備えたものであ
る。

【００１８】

【発明の実施の形態】

実施の形態１．以下、この発明の実施の形態１を図１か
ら図６を用いて説明する。図１はこの発明の実施の形態
１である電気掃除機の入力制御装置を示す機能ブロック
図、図２は吸引用モータの風量と電流及び入力電力の特
性図、図３は吸引用モータの位相角と入力電力の特性を
示す基本特性図、図４は位相角と電流の特性を示す基本
特性図、図５は動作フローチャート、図６は電気掃除機
の入力制御装置によって得られた入力電力特性図であ
る。

【００１９】図１において１は商用交流電源、２はこの
商用交流電源１に双方向性サイリスタ３を介して接続さ
れた吸引用モータ、４はこの吸引用モータ２に流れる電
流を検出する電流検出手段であり、電流センサ４ａが吸
引用モータ２と直列に構成され、カレントトランスやシ
ャント抵抗による電圧降下法等によって電圧として検出
される。５は商用交流電源１から生成される電源部であ
り、電気掃除機の制御部を司るマイクロコンピュータ６
等の直流電源等に用いられると共に、内部には商用周波
数のゼロクロス検出回路５ａを擁している。

【００２０】７は予め実験等により求めたもので図３、
図４に各々示された基本特性である。基本特性７は、後
に詳述する位相制御手段１４により位相角を変化させて
吸引用モータ２を制御した際の、入力電力特性（図示さ
れていない計測器で測定）と電流特性（電流検出手段４
で測定）である。８は基本特性７から導出され、入力電
力一定とするための、位相角対目標電流特性であり、図
４に示す。なお、図４の説明は後述する。

【００２１】９は目標電流制御手段であり、位相角対目
標電流特性８を特性データテーブル、あるいは特性デー
タテーブルから導出された近似式として記憶すると共
に、位相角における目標電流値を記憶するもので、目標
の入力電力一定制御を実現する手段である。一方、１０
は所定の一定電流で制御を実現する一定電流制御手段で
あり、基本特性７から予め決定された電流値が固定値と
して格納される。１１はこの一定電流制御手段１０の出
力と、目標電流制御手段９の出力が入力される切替手段
であり、ゴミ溜まりによる所定の減衰風量までは一定電
流制御手段１０出力を選択し、風量が所定減衰風量以下
になると目標電流制御手段９を選択して出力する。な
お、上述の所定減衰風量とは、図２及び図４で詳述する
風量と電流の特性と基本特性７の位相角と電流特性か
ら、予め設定した位相角によって決定するものである。

【００２２】１２は切替手段１１の出力と、電流検出手
段４のＡ／Ｄ変換部１３を介した出力が入力される位相
角走査手段で、両者入力値の比較結果に応じて位相角を
一致させるように増減する。また、位相角走査手段１２
による位相角増減結果は切替手段１１にフィードバック
される。１４は位相角走査手段１２の出力を得て動作す
る位相制御手段で、双方向サイリスタ３のゲートに位相
角を入力することにより位相制御が実行されると共に、
位相角走査手段１２にも現状の位相角値をフィードバッ
クし、常に変化する風量に追従して安定した入力電力を
実現する。なお、位相制御手段１４にゼロクロス検出手
段５ａからの出力が入力されることにより位相角０の基
準点が与えられる。

【００２３】目標電流制御手段９、一定電流制御手段１
０、切替手段１１、位相角走査手段１２、Ａ／Ｄ変換部
１３、位相制御手段１４はそれぞれマイクロコンピュー
タ６に設けられる。

【００２４】また、１５はスイッチ部であり、入力切り
替えや起動・停止等の操作内容をマイクロコンピュータ
６に入力する。１６は動作内容等各種情報を出力する表
示部である。

【００２５】次に基本特性７と位相角対目標電流特性８
及び目標制御手段９について実際の実験結果に基づいて
図２、図３及び図４を用いて説明する。図２は吸引モー
タの風量と電流及び入力電力の特性図であり、実線は目
標電流、破線は入力電力を示す。入力電力一定制御を実
現するためには、風量が絞られるにつれて若干減少する
ような目標電流の設定をすればよく、この目標電流の設
定は、風量（風路構成に依存）とモータ特性に依存する
ために、電気掃除機の機種対応の設定が必要であると同
時に風量の値が明らかになる必要がある。このために実
験により図３、図４に示す各特性が求められた。

【００２６】図３は一つ目の基本特性の位相角と入力電
力の特性を示す図であり、横軸に位相角Ｔ（点弧角時
間）を（０〜数ミリ秒）示し、縦軸に入力電力Ｗとし
て、説明上、例えば１３００Ｗモータを用いた場合の特
性を示している。またパラメータを風量として風量１０
０％（ゴミゼロ）から風量ｄ％（ゴミ大）までの５種類
（１００％＞ａ＞ｂ＞ｃ＞ｄ）を表記している。

【００２７】位相角０とは１００％通電状態（１００
Ｖ）であり、位相角０と風量１００％で約１３００Ｗの
入力電力を示している。図に示すとおり、位相角を増や
すにつれて入力電力は降下し、また位相角０固定におい
ても風量が絞られる（風量が小さい）方向では入力は降
下する。さらに風量が多い方が位相角を増やすにつれて
入力が降下する割合が多い。ここで、目標入力電力値と
して例えばＷmを設定（横線）すると、設定した入力電
力と、風量１００％と風量ｄ％までの交点（Ｗm１０
０、Ｗma、Ｗmb、Ｗmc、Ｗmd）から目標入力電力に対応
した所定の位相角範囲Ｔwが求められる。このように、
目標として設定した入力電力と風量に応じた位相角をそ
れぞれ導出することができる。

【００２８】図４は二つ目の基本特性の位相角と電流の
特性を示す図であり、電流は電流検出手段４の出力を縦
軸に示し、横軸の位相角、風量パラメータは図２と同じ
である。図３で導出した所定の位相角範囲Ｔwを横軸に
指示し、図３で導出した位相角と各々の風量の交点（Ｗ
m１００、Ｗma、Ｗmb、Ｗmc、Ｗmd）をプロットする
と、図３に示された目標入力電力Ｗmに対応した各風量
における入力電力一定となる電流特性Ｉtw（右上がり曲
線）が求められる。上述した図１８（ｂ）と同様、位相
制御により電流一定制御を行った場合、入力電力と電流
値は比例関係とならないため、入力電力特性と同じ傾向
は示すものの一致せず、位相角−電流特性は右上がりの
曲線となることを示している。

【００２９】曲線Ｉtwに示す位相角と電流値の関係の導
出結果が、所定の位相角範囲Ｔwにおける位相角対目標
電流特性８となる。目標入力Ｗmを得るためには、位相
角と電流値の関係がＩtwとなるように位相制御を行えば
よく、この関係を目標電流制御手段９に記憶させ、マイ
クロコンピュータ６により処理を行うものである。

【００３０】次に一定電流制御手段１０について実験結
果に基づき、図３及び図４により説明する。図４の位相
角−電流特性上に、一定電流値として例えばＩoを設定
（横線）すると、Ｉoと、風量１００％と風量ｄ％まで
の交点（Ｉo１００、Ｉoa、Ｉob、Ｉoc、Ｉod）から電
流一定値に対応した所定の位相角範囲Ｔiが求められ
る。そして、一定電流値と風量に応じた位相角をそれぞ
れ導出することができる。次に、図３の位相角−入力特
性上に、図４で導出した所定の位相角範囲Ｔiを横軸に
指示し、導出したそれぞれの位相角と各風量の交点（Ｉ
o１００、Ｉoa、Ｉob、Ｉoc、Ｉod）をプロットする
と、位相角−入力電力特性は右下がりの略直線Ｗtiが求
まる。したがって、電流一定制御は風量が減るに従い入
力電力が上昇する特性にて動作する。

【００３１】次に動作について図１、図２、図４、図
５、及び図６を用いて説明する。まず、図５の動作フロ
ーチャートについて、図４の位相角−電流特性上に記載
の記号を用いて詳述する。ステップＳ１００では、電源
投入時の初期位相角値として、位相角走査手段１２に一
定電流制御手段１０動作用の初期値として記憶されてい
るＴ1sをセットする。初期位相角は、図４に示すように
例えば一定電流Ｉoと風量１００％特性カーブの交点
（Ｉo１００）を目安とした位相角Ｔ1sが設定される。
したがって、初期時の切替手段１１は一定電流制御手段
１０が選択される。

【００３２】ステップＳ１０１では、ステップＳ１００
でセットされた位相角初期値Ｔ1sに基づいて、位相制御
手段１４、双方向性サイリスタ３により吸引用モータ２
が位相制御運転される。ステップＳ１０２では、位相制
御運転された吸引用モータ２に流れる電流を電流検出手
段４により検出し、検出値ＶoutをＡ／Ｄ変換部１３を
介して位相角走査手段１２に送る。

【００３３】次にステップＳ１０３では、位相角走査手
段１２により、一定設定電流値Ｉoと検出された検出値
Ｖoutを比較し、値が等しければ位相角をそのままにし
て位相制御運転Ｓ１０１に戻り、等しくなければステッ
プＳ１０４に進む。

【００３４】図４に示す例では、ゴミ溜まり等によって
目安とした風量１００％より低い風量ａで運転されるて
いるため、図に示すＶoutが出力される。この状態では
Ｉo＞Ｖoutであり、一定設定電流より低い状態で運転さ
れていることになる。したがって、位相角を増減するル
ープであるステップＳ１０４に進む。

【００３５】なお、ゴミ溜まり等によって、目安とした
風量１００％より低い風量ａで運転されている場合は、
ゴミ溜まりであれば風量１００％に戻る事は無いが、カ
ーテン等の急激な吸い込みにより風路が狭まった場合等
は、カーテンを吸い込み口から離せば風量１００％に戻
る動作となる。

【００３６】ステップＳ１０４では、位相角走査手段１
２により、ＶoutがＩoより大きいか小さいかの判断によ
り、大きい時は位相角を増し、小さい時は位相角を減ず
る方向へ位相角Ｔoutを走査して出力する。図４に示す
例では、Ｉo＞Ｖoutであるため位相角を減じて出力す
る。

【００３７】ステップＳ１０５では、切替手段１１によ
り、ステップＳ１０４で増減されたＴoutが所定の位相
角Ｔ1eより大きいか小さいかの判断を行い、大きければ
位相制御運転Ｓ１０１に戻り、ステップＳ１０１〜Ｓ１
０５のステップを繰り返すことによりＩo＝Ｖoutを満足
する位相角Ｔoutにて運転される。逆に小さければステ
ップＳ１０５に進む。図４の例では風量ａでの運転のた
め、Ｔout＞Ｔ1eで運転されている。したがってこの段
階ではステップＳ１０１へ戻り一定電流制御手段１０の
ループを実行するが、運転によりゴミがさらに溜まり、
風量ｂ付近まで減じると増減された位相角Ｔout＜所定
の位相角Ｔ1eとなりステップＳ１０６に遷移する設定と
なっている。

【００３８】ステップＳ１０６から切替手段１１により
入力電力一定を目的とした目標電流制御手段９に切り替
わる。ここではまず、目標電流制御手段９遷移時の初期
位相角値として、位相角走査手段１２にＴ2sがセットさ
れる。図４に示すように一定電流Ｉoと風量ｂの交点Ｉo
bに遷移点Ｔ1eを定めたため、Ｔ2sは目標電流Ｉtwと風
量ｂとの交点Ｗmbの位相角が設定される。

【００３９】ステップＳ１０７及びステップＳ１０８
は、上記ステップＳ１０１、ステップＳ１０２と同じ動
作を行う。ステップＳ１０９もステップＳ１０３と同様
に、位相角走査手段１２により、目標電流値Ｉtwと検出
されたＶoutを比較し、値が等しければ位相角をそのま
まにして位相制御運転ステップＳ１０７に戻り、等しく
なければステップＳ１１０に進む。

【００４０】ステップＳ１１０もステップＳ１０４と同
様に、位相角走査手段１２により、ＶoutがＩtwより大
きいか小さいかの判断により、大きい時は位相角を増
し、小さい時は位相角を減ずる方向へ位相角Ｔoutを走
査して出力する。

【００４１】ステップＳ１１１では、切替手段１１によ
り、ステップＳ１１０で増減されたＴoutが所定の位相
角Ｔ2bより大きいか小さいかの判断を行い、小さければ
位相制御運転ステップＳ１０７に戻り、ステップＳ１０
７〜Ｓ１１１のステップを繰り返すことによりＩtw＝Ｖ
outを満足する位相角Ｔoutにて運転され、目標電流制御
手段９を実行すれば目標入力電力Ｗmが得られるもので
ある。逆に大きければステップＳ１０１に戻り。一定電
流制御手段１０を再度実行する。このステップＳ１０１
に戻る動作とは、例えば、カーテン等の吸い込みにより
風量がいったん下がり、目標電流制御手段９に遷移した
後、吸い込み口からカーテンを離した場合風量が上がる
（戻る）ため、一定電流制御手段１０に戻す役割を果た
す。

【００４２】このように、図５に示されたフロー繰り返
し動作により、一定電流値Ｉo及び目標電流値Ｉtwと電
流検出値Ｖoutが一致するように位相角が自動的に走査
されることにより、一定電流制御手段１０による制御時
は入力電力Ｗti、目標電流制御手段９による制御時は一
定の入力電力Ｗmで一定制御が実現できる。

【００４３】なお、繰り返しループのタイミングはゼロ
クロス検出手段５ａの出力により、所定のタイミング時
間を設定することによって、ゴミ量の変化や被掃除面状
態の変化に常に対応した処理が可能となる。また、位相
角の増減時間（走査幅）とはマイクロコンピュータ６の
クロックに依存されるが最小時間による位相角幅の設定
が望ましい。

【００４４】また目標電流値Ｉtwに対する位相角Ｔout
の導出の仕方は、その特性を対応表（テーブル化）にし
てマッピングにより求める方式と、目標電流特性を数式
化、例えばｙ＝ａｘ＋ｙ等の一次式に近似して演算によ
り求める方式がある。ただし、この場合、ｙは電流検出
手段４から出力される電流値、ｘは位相角、ａ、ｂは定
数である。

【００４５】一定電流制御手段１０は一定電流値である
ことから、目標電流制御手段１１をテーブル化あるいは
式化のどちらを選択してもマイコンプラグラム容量の負
荷が少なくなるという効果がある。

【００４６】図６に実施の形態１により得られた入力特
性を示す。横軸は風量、縦軸は入力電力を示し、図３、
図４の風量パラメータ特性に示した風量１００％から風
量ｂまでは一定電流制御手段１０、風量ｂを越えて目標
電流制御手段１１に切り替えた場合である。図示のよう
に、一定電流時には左上がりの入力電力Ｗti、目標電流
時には一定入力電力Ｗｍを得られることが確認できた。
なお、風量が略１.２ｍ³／ｍｉｎ以下は全通電（位相角
０）領域である。

【００４７】以上のように、風量大側ではゴミ溜まりに
よる吸い込み能力低下の影響が少ないために、一定電流
制御とすることができ、プログラムの簡素化を図ること
が可能となる。一方、ゴミ溜まりによる風量小側では目
標電流制御手段に切り換えることにより入力電力規制を
越えない値で入力電力一定制御を実現できる。したがっ
て、ゴミ量や掃除面の状態に応じて入力電力を効率的に
コントロールすることが可能となり、さらに、従来のよ
うに圧力センサを使用する必要もないので、コスト低
減、耐久性向上、組立作業性向上を図ることができる。

【００４８】実施の形態２．以下、この発明の実施の形
態２を図７、図８を用いて説明する。図７は実施の形態
２である電気掃除機の入力制御装置を示す機能ブロック
図、図８は特性説明図である。図において、実施形態１
と同様の構成部分には同一符号を付しその説明を省略す
る。図７において、１７は電流検出手段４からＡ／Ｄ変
換部１３を介して検出された電流出力を受け、ゴミ溜ま
りの量や吸い込み口の密閉を検出するゴミ量／密閉検出
手段であり、ゴミ量／密閉検出手段１７からの出力信号
は位相角走査手段１２、及び表示部１５に出力される。

【００４９】次に、動作について説明する。図８は図６
に示した入力特性の低風量側の拡大図であり、横軸は風
量、縦軸は入力電力を示す。Ｗmは実施の形態１によっ
て得られた入力電力を示し、Ｗ0の破線部分は無制御、
即ち位相角０時の入力電力を示し、目標電流制御手段９
による運転は位相制御を実行している時は入力電力一定
で運転し、位相角が０になると無制御の場合の特性と同
じになることを示している。位相角０での運転は入力電
力と電流が比例関係にあるために入力電力を電流値と同
等として以下説明する。

【００５０】ゴミ量／密閉検出手段１７は、目標電流制
御手段９動作時の低風量側、即ち位相角が０で運転され
る領域に遷移する時に実行される。ゴミ溜まり量として
使用者に報知すべきレベルのゴミ量９０〜１００％や密
閉運転は位相角０運転時のみに存在するため、例えば図
中に示したゴミ量９０％、ゴミ量１００％、密閉等は、
電流検出手段４による所定の出力信号により設定でき
る。図のように、所定の電流値は所定の風量Ｑ１、Ｑ
２、Ｑ３に対応するため目標の風量で検出することが可
能となる。ゴミ量９０％はそろそろ満杯である報知、ゴ
ミ量１００％は紙パックの交換を促す報知を表示部１６
にて行う。また密閉検出レベルまで電流が降下した場合
は位相角走査手段１２に所定位相角を入力し、位相制御
手段１４で位相制御することにより、図中実線Ｗｄで示
す微弱運転で動作させモータ保護運転を行うことが可能
となる。

【００５１】以上のように、実用的なゴミ量の報知や、
密閉運転等の異常時に、圧力センサを用いずに、ゴミ量
情報の表示やモータを微弱運転に切り替える制御が可能
となるため、検出精度を維持しながら、コスト低減、耐
久性向上、組立作業性向上を図ることができる。

【００５２】実施の形態３．以下、この発明の実施の形
態３を図９、図１０及び図１１を用いて説明する。図９
は実施の形態３である電気掃除機の入力制御装置の機能
ブロック図、図１０は位相角と電流の特性を示す特性
図、図１１は入力制御装置によって得られた入力電力特
性図であり、図において、実施形態１または実施形態２
と同様の構成部分には同一符号を付しその説明を省略す
る。図９において、１８はゴミ量ゼロ時に、電流検出手
段４からＡ／Ｄ変換部１３を介した検出された電流出力
を受け、これにより吸引用モータ２の初期入力電力の大
小（入力電力のばらつき）を検出する吸引用モータ特性
検出手段、１９は吸引用モータ特性検出手段１８の出力
を受けて、一定電流制御手段１０の所定設定電流値Ｉo
を補正・変更する一定電流値補正手段であり、補正・変
更後の出力は一定電流制御手段１０に入力される。

【００５３】次に、動作について風量１００％運転を例
に図１０、図１１を用いて説明する。例えば、吸引用モ
ータの電機子抵抗が標準とした場合、位相角走査手段１
２から初期位相角Ｔsが出力されると、このＴsと風量１
００％の標準特性との交点Ｖsmが電流検出手段４によっ
て検出され、一定電流値Ｉoと一致するために設定入力
電力で運転を行う。ここで電機子抵抗が製作時のばらつ
きにより低い場合は高い電流が流れるために図中破線で
示したように標準時よりも高い電流特性になることが実
験により確認されている（Ｖ＝ＩＲの関係により、Ｖ
（位相角）一定とした時にＲが下がる分Ｉが増える）。
この時、初期位相角Ｔs入力時はＶsh点の電流検出とな
るため、位相角走査手段１２により一定電流Ｉoと一致
させるために位相角を増やす方向（電圧を下げる方向）
に移動し、図中破線とＩoとの交点ａで安定する。した
がって位相角ＴsからＴshに移動する。

【００５４】しかし、実施形態１でも述べたように、位
相制御動作中において電流一定制御は入力電力一定を確
保できないため、図１１の入力電力特性に示すように、
標準モータ特性ｘに対し電機子抵抗が低いモータは特性
ｙになることが実験により確認されている。すなわち、
入力電力の大きいモータは電流一定制御により標準モー
タより低い入力電力で運転されてしまう。前述したが入
力電力一定を目標とすると、図１０の右上がりも仮想曲
線Ｉkが必要であり、このＩkと破線が交差する点ｂを実
現する位相角を設定することが必要である。なおこの図
とＰ＝ＶＩの関係から、交点ａ時はＩ一定でＶ降下、交
点ｂはＩ上昇でＶ若干降下を意味しており、Ｉo一定制
御時は入力電力が下がることがわかる。

【００５５】したがって、一定電流値補正手段１９は、
図１０の交点ｂを実現する手段である。交点ｂの電流値
Ｉosを求める方法としてＩos＝Ｉo＋ｋ（Ｖsh−Ｉo）な
る算式にて求めることができる。なお、Ｉoは一定電流
制御手段１０に格納されている電流値、Ｖshは電流検出
手段４により検出されたゴミゼロ時の電流値、ｋは入力
電力一定を目標として予め導いた仮想曲線Ｉkの傾きで
ある。

【００５６】この式によって求められた一定電流値Ｉos
を一定電流制御手段１０に格納し動作させると交点ｂの
垂線上の位相角で運転され、図１１の特性ｚを得られ、
ゴミゼロ時の入力電力が一致することが実験により確認
できた。なお、この補正方法は上記した算式以外にテー
ブルマッピングによっても可能である。

【００５７】また、吸引用モータ特性検出手段１８は、
ゴミゼロ時の電流検出を行うが、この方法は工場出荷前
のライン検査や、実使用時の使用開始時を書き込み・消
去可能なＥ2ＰＲＯＭ（図示無し）を用いて記録するこ
とにより可能となる。

【００５８】以上のように、モータ入力電力のばらつき
による一定電流値補正手段により、一定電流制御時にお
いてもゴミゼロ（開放）時の入力電力を一定とすること
ができるため、開放時の吸い込み能力を一定と保つこと
が可能であり、安定した運転を実現できる。また補正手
段が複雑にならず、安価な構成とすることが出来る。

【００５９】実施の形態４．以下、この発明の実施の形
態４を図１２、図１３を用いて説明する。図１２は実施
の形態４である電気掃除機の入力制御装置の機能ブロッ
ク図、図１３は入力電力特性図であり、図において、実
施形態１乃至３と同様の構成部分には同一符号を付しそ
の説明を省略する。図１２において２０はゴミ量ゼロ時
に吸引用モータ２の初期入力電力の大小（入力電力のば
らつき）を検出する吸引用モータ特性検出手段１８の出
力を受けて、ゴミ量／密閉検出手段１７のしきい値を補
正・変更するゴミ量／密閉値補正手段であり、補正・変
更後の出力はゴミ量／密閉検出手段１７に入力される。

【００６０】次に動作を図１３について、風量１００％
運転を例として説明する。図１３は入力特性の低風量側
を拡大した図であり、実線は実施形態１及び２によって
得られた入力電力である。ここで吸引モータの入力電力
のばらつきによる特性を考慮すると、例えばモータの電
機子抵抗が製作ばらつきにより低い場合は高い電流が流
れるために図中破線で示したように、位相角ゼロの運転
領域において標準時よりも高い入力電力特性になる。

【００６１】標準モータにおいて例えばゴミ量を報知す
るしきい値を、風量Ｑ１から導いたＧ１と設定すると、
入力電力の大きいモータ（破線）はＧ１との交点から垂
線を引いた風量Ｑ２にてゴミ量を報知することになる。
即ち標準モータに対し入力電力大モータでは風量小側、
同小モータでは風量大側にてゴミ量及び密閉を検出する
ため一定の風量で検出することができない。

【００６２】したがって、ゴミ量／密閉値補正手段２０
は、モータ入力電力がばらついても一定の風量でゴミ量
／密閉検知を行える補正手段を目的とし、具体的な補正
方法を図１０を用いて説明する。吸引用モータの入力電
力が大の場合、位相角走査手段１２から初期位相角Ｔs
が出力されると、このＴsと入力電力大の電流特性（破
線）の交点Ｖshの電流検出となる。したがってこの検出
電流から標準モータ時の電流値を減算したΔＩ＝Ｖsh−
Ｉoなる算式にてΔＩを求め、このΔＩを、標準モータ
時のゴミ量／密閉検出のしきい値に加算する。これによ
り図１３に示すＧ1hの補正しきい値が求まり、この交点
は風量Ｑ１と一致するために、モータ入力電力がばらつ
いても同一風量でゴミ量／密閉検出が可能となる。

【００６３】以上のように、モータ入力電力のばらつき
によるゴミ量／密閉値補正手段により、同一風量でゴミ
量の報知や密閉検出が可能になるため、正確なゴミ量／
密閉検出が可能となり、使い勝手の向上、モータの耐久
性向上がはかれる。また圧力センサを必要としないた
め、安価な構成とすることが出来る。

【００６４】実施の形態５．以下、この発明の実施の形
態５を図１４、図１５を用いて説明する。図１４は実施
の形態５である電気掃除機の入力制御装置の機能ブロッ
ク図、図１５は風量と入力電力の特性図であり、図にお
いて、実施形態１と同様の構成部分には同一符号を付し
その説明を省略する。図１４において、２１は商用交流
電源１に着床用スイッチ２２、パワーブラシ用双方向性
サイリスタ２３を介して接続されたパワーブラシ用モー
タ、２４はこのパワーブラシ用モータ２１と吸引用モー
タ２に流れる電流を同時に検出する電流検出手段であ
り、電流センサ２４ａに吸引用モータ２とパワーブラシ
用モータ２１が並列に接続される。また着床用スイッチ
２２はそのＯＮ／ＯＦＦ情報がマイコン６に入力され、
パワーブラシ用双方向性サイリスタ２３はスイッチ部１
５からマイコン６を介してＯＮ／ＯＦＦ制御される。

【００６５】２５は吸引用モータ２及びパワーブラシ用
モータ２１に流れる電流を検出する電流検出手段２４か
らＡ／Ｄ変換１３を介した電流出力を受け、これにより
パワーブラシ用モータがＯＮ時には、ゴミ量／密閉検出
手段１７のしきい値を補正・変更するパワーブラシ動作
補正手段であり、補正・変更後の出力はゴミ量／密閉検
出手段１７に入力される。

【００６６】次に動作について説明する。パワーブラシ
用モータ２１の動作は使用者がスイッチ部１５からのパ
ワーブラシＯＮ動作により決定され、このＯＮ情報がマ
イコン６の出力ポートを介してパワーブラシ用双方向サ
イリスタ２３のゲートをＯＮする。加えて安全性を目的
とした吸い込み口が掃除面に着床すると着床用スイッチ
２２がＯＮし、初めてパワーブラシ用モータが回転す
る。この着床用スイッチ２２の情報をマイコン６に入力
することにより、パワーブラシ用モータが動作中か否か
が判別できる。また、掃除中にパワーブラシ用モータ２
１が動作すると、電流検出手段２４により、吸引用モー
タ２の電流に加算された電流が検出される。

【００６７】図１５は入力特性例の低風量側の拡大図で
あり、実線は上述した実施形態１及び２によって得られ
た入力電力である。パワーブラシ用モータ２１の電流が
加算された場合においても、吸引用モータ２の入力電力
が大側へばらついた例（実施形態４）と同じく、目標電
流制御手段９時における位相制御動作時は一定入力電力
を確保でき、位相角ゼロ制御時はパワーブラシ用モータ
２１の入力電力分が差として現れ、図中破線で示したよ
うに、吸引用モータ２のみ運転よりも高い入力電力特性
になる。パワーブラシ用モータ２１の入力電力が例えば
２０Ｗとするとその値が特性差となって現れる。

【００６８】吸引用モータ２の動作時において例えばゴ
ミ量を報知するしきい値を、風量Ｑ１から導いたＧkと
設定すると、パワーブラシ用モータ２１重畳時は破線と
Ｇkとの交点から垂線を引いた風量Ｑ２にてゴミ量を報
知することになる。即ち吸引用モータ２のみ運転時に対
しパワーブラシ用モータ２１が動作すると風量小側にて
ゴミ量及び密閉を検出するため一定の風量で検出するこ
とが出来ない。

【００６９】したがってパワーブラシ動作補正手段２５
は、パワーブラシ用モータ２１が動作しても一定の風量
でゴミ量／密閉検知を行える補正手段を目的とし、具体
的な補正方法は、予めパワーブラシ用モータの入力電力
（電流）、例えば２０Ｗを計測しておき、パワーブラシ
用モータ２１が動作時には、この２０Ｗ分を、ゴミ量／
密閉検出のしきい値に加算する。これにより図１５に示
すＧkの補正しきい値Ｇkhが求まり、破線との交点は風
量Ｑ１と一致するために、パワーブラシ用モータ２１が
重畳されても同一風量でゴミ量／密閉検出が可能とな
る。

【００７０】以上のように、吸引用モータ２とパワーブ
ラシ用モータ２１の入力電流を同時に計測する電流検出
手段と、パワーブラシ用モータ２１動作時のパワーブラ
シ動作補正手段により、まず、一つの電流センサで両者
の電流計測を可能とし、目標電流制御手段９動作時の位
相制御領域ではパワーブラシ用モータの動作によらず一
定の目標入力電力を確保でき、位相角ゼロ領域では同一
風量でゴミ量の報知や密閉検出が可能になるため、正確
なゴミ量／密閉検出が可能となる。これにより安価な構
成により、安定した入力電力一定運転が実現でき、掃除
効率の向上、使い勝手の向上、モータの耐久性向上を図
ることができる。

【００７１】なお、電流検出手段２４を図１６に示すよ
うに、吸引用モータ２とパワーブラシ用モータ２１のコ
モン側に設けてもよい。

【００７２】実施の形態６．以下、この発明の実施の形
態６を図１７について説明する。図１７は実施の形態６
である電気掃除機の入力制御装置の機能ブロック図であ
り、図において、実施形態１と同様の構成部分には同一
符号を付しその説明を省略する。図１７において、２６
は電流検出手段４からＡ／Ｄ変換１３を介した電流出力
を受け、これにより目的制御範囲外の異常電流を検出し
た時、一定の位相角に固定した位相制御を行う位相角一
定制御手段であり、この信号は位相制御手段１４及び表
示部１６に出力される。

【００７３】次に動作を図４を例にして説明する。図４
の位相角−電流特性図に示したように、本実施形態の制
御装置は、一定電流制御手段１０は電流Ｉo、目標電流
制御手段９は電流Ｉtwにて運転される。したがって位相
角一定制御手段２６は、各々の位相角での運転におい
て、Ｉo、Ｉtwの値に対して一定割合値を越えた電流値
を検出した時、また一定割合値を下回った時、これを異
常運転と判断して、位相角を少なくともＴ1s以上の値を
設定して位相制御手段１４に出力することにより安全な
低入力電力運転を行う。また、表示部１６に異常運転と
して報知する。更に低入力電力運転中に異常電流を検出
した時は運転を停止する。

【００７４】以上のように、位相角一定制御手段によ
り、モータの劣化及び吸い込み風路等への異物の詰まり
等の異常運転を検出し、位相角一定の低入力電力運転を
行うため、吸い込み能力を維持しつつ安全運転が可能と
なり、安全性向上、使い勝手の向上、モータの耐久性向
上を図ることができる。

【００７５】

【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、モータ
に流れる電流を検出する電流検出手段と、ゴミ溜まりに
よる所定の減衰風量までは所定の一定電流で制御する一
定電流制手段と、風量が減衰風量以下になると、予め求
められた所定の位相角に対応した電流特性に基づいて制
御する目標電流制御手段と、一定電流制御手段と目標電
流制御手段を切り替える切替手段と、切替手段の出力と
電流検出手段により検出された検出値とを一致させる位
相角走査手段と、位相角走査手段により決定された位相
角に基づいてモータの入力を制御する位相制御手段とを
備えたので、風量大側ではゴミ溜まりによる吸い込み能
力低下の影響が少ないために、一定電流制御とすること
ができ、プログラムの簡素化を図ることが可能となる。
一方、ゴミ溜まりによる風量小側では、切替手段により
目標電流制御手段に切り替えることで入力電力規制を越
えない値で入力電力一定制御を実現できる。したがっ
て、ゴミ量や清掃面の状態に応じて入力電力を効率的に
コントロールすることができ、また、コスト低減、耐久
性向上、組立作業性向上を図ることができる。

【００７６】また、目標電流制御手段にて制御される領
域の低風量側領域で、ゴミ溜まり量及び風路密閉の検出
を行うゴミ量／密閉検出手段を備え、ゴミ量／密閉検出
手段の検出値に基づいて位相角走査手段を制御するの
で、実用的なゴミ量の報知や、密閉運転等の異常時に、
モータの微弱運転に切り替える制御ができ、検出精度を
維持しながら、コスト低減、耐久性向上、組立作業性向
上を図ることができる。

【００７７】また、ゴミ量ゼロ時においてモータへの入
力のばらつきを検出するモータ特性検出手段と、この検
出値に基づいて一定電流制御手段の所定の一定電流値を
変更する一定電流値補正手段を備えたので、一定電流制
御時においても、開放時の吸い込み能力を一定と保つこ
とができ、安定した運転を実現できる。

【００７８】また、ゴミ量ゼロ時においてモータへの入
力のばらつきを検出するモータ特性検出手段と、この検
出値に基づいてゴミ量／密閉検出手段の所定設定値を変
更するゴミ量／密閉検出値補正手段を備えたので、モー
タ入力電力にばらつきがあっても、同一風量で正確なゴ
ミ量／密閉検出ができ、使い勝手の向上、モータの耐久
性向上が可能となる。

【００７９】また、吸引用モータに流れる電流に加えパ
ワーブラシ用モータの電流を同時に検出する電流検出手
段と、パワーブラシ用モータ動作時にはゴミ量／密閉検
出手段の所定設定値を変更するパワーブラシ動作補正手
段を設けたので、一つの電流センサで両者の電流検出が
でき、パワーブラシ用モータの動作によらず一定の目標
入力電力で制御ができ、同一風量で正確なゴミ量の報知
や密閉検出ができる。したがって、安価な構成により、
掃除効率の向上、使い勝手の向上、モータの耐久性向上
を図ることができる。

【００８０】また、電流検出手段による電流検出結果
が、目的制御範囲外の値を出力した時、ある一定の位相
角で吸引用モータを位相制御する位相角一定制御手段を
備えたので、異常運転を検出し、吸い込み能力を維持し
つつ安全運転ができ、安全性向上、使い勝手の向上、モ
ータの耐久性向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施形態１における電気掃除機の
入力制御装置を示す機能ブロック図である。

【図２】 この発明の実施形態１における風量−入力電
力、電流の特性を示す特性図である。

【図３】 この発明の実施形態１における位相角−入力
電力特性を示す基本特性図である。

【図４】 この発明の実施形態１における位相角−電流
特性を示す基本特性図である。

【図５】 この発明の実施形態１における電気掃除機の
入力制御装置を示す動作フローチャートである。

【図６】 この発明の実施形態１における電気掃除機の
入力制御装置によって得られた入力特性図である。

【図７】 この発明の実施形態２における電気掃除機の
入力制御装置を示す機能ブロック図である。

【図８】 この発明の実施形態２における風量−入力電
力の特性を示す特性図である。

【図９】 この発明の実施形態３における電気掃除機の
入力制御装置を示す機能ブロック図である。

【図１０】 この発明の実施形態３における位相角−電
流特性を示す特性図である。

【図１１】 この発明の実施形態３における風量−入力
電力の特性を示す特性図である。

【図１２】 この発明の実施形態４における電気掃除機
の入力制御装置を示す機能ブロック図である。

【図１３】 この発明の実施形態４における風量−入力
電力の特性を示す特性図である。

【図１４】 この発明の実施形態５における電気掃除機
の入力制御装置を示す機能ブロック図である。

【図１５】 この発明の実施形態５における風量−入力
電力の特性を示す特性図である。

【図１６】 この発明の実施形態５における他の電気掃
除機の入力制御装置を示す機能ブロック図である。

【図１７】 この発明の実施形態６における電気掃除機
の入力制御装置を示す機能ブロック図である。

【図１８】 従来の一般的な電気掃除機の入力制御装置
の入力電力の特性を示す特性図である。

【符号の説明】

１ 商用交流電源、 ２ 吸引用モータ、 ３ 双方向
性サイリスタ、４、２４ 電流検出手段、４ａ、２４ａ
電流センサ、６ マイクロコンピュータ、７ 基本特
性、８ 位相角対目標電流特性、９ 目標電流制御手
段、１０ 一定電流制御手段、１１ 切替手段、１２
位相角走査手段、１４ 位相制御手段、１７ ゴミ／密
閉検出手段、１８ 吸引用モータ特性検出手段、１９
一定電流値補正手段、２０ ゴミ／密閉値補正手段、２
１ パワーブラシ用モータ、２２ パワーブラシモータ
用双方向性サイリスタ、２５ パワーブラシ動作補正手
段、２６ 位相角一定制御手段。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 モータに流れる電流を検出する電流検出
   手段と、 ゴミ溜まりによる所定の減衰風量までは所定の一定電流
   で制御する一定電流制手段と、 風量が前記減衰風量以下になると、予め求められた所定
   の位相角に対応した電流特性に基づいて制御する目標電
   流制御手段と、 前記一定電流制御手段と前記目標電流制御手段を切り替
   える切替手段と、 前記切替手段の出力と前記電流検出手段により検出され
   た検出値とを一致させる位相角走査手段と、 前記位相角走査手段により決定された位相角に基づいて
   前記モータの入力を制御する位相制御手段とを備えたこ
   とを特徴とする電気掃除機の入力制御装置。
2. 【請求項２】 目標電流制御手段で制御される領域の低
   風量側において、ゴミ溜まり量及び風路密閉の検出を行
   うゴミ量／密閉検出手段を備え、前記ゴミ量／密閉検出
   手段の検出値に基づいて位相角走査手段を制御すること
   を特徴とする請求項１に記載の電気掃除機の入力制御装
   置。
3. 【請求項３】 ゴミ量ゼロ時においてモータへの入力の
   ばらつきを検出するモータ特性検出手段と、この検出値
   に基づいて一定電流制御手段の所定の一定電流値を変更
   する一定電流値補正手段を備えたことを特徴とする請求
   項１記載の電気掃除機の入力制御装置。
4. 【請求項４】 ゴミ量ゼロ時においてモータへの入力の
   ばらつきを検出するモータ特性検出手段と、この検出値
   に基づいてゴミ量／密閉検出手段の所定設定値を変更す
   るゴミ量／密閉検出値補正手段を備えたことを特徴とす
   る請求項２記載の電気掃除機の入力制御装置。
5. 【請求項５】 吸引用モータとパワーブラシ用モータの
   電流を同時に検出する電流検出手段と、前記パワーブラ
   シ用モータの動作時にはゴミ量／密閉検出手段の所定設
   定値を変更するパワーブラシ動作補正手段を備えたこと
   を特徴とする請求項２に記載の電気掃除機の入力制御装
   置。
6. 【請求項６】 電流検出手段による検出結果が目的制御
   範囲外の値である時、ある一定の位相角でモータを位相
   制御する位相角一定制御手段を備えたことを特徴とする
   請求項１記載の電気掃除機の入力制御装置。