JPH1156723A - 電気掃除機の制御回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】従来の電気掃除機は、５０Ｈｚに対し６０Ｈｚ
の出力電圧が僅かながら高く、この差により電動送風機
の入力を一定に保つときの値が、５０Ｈｚと６０Ｈｚで
差が生じてしまうといった欠点があった。 【解決手段】電動送風機の電流を検出する電流検出回路
を備えている電気掃除機において、前記電流検出回路の
電流検出部にカレントトランスを用い、前記カレントト
ランスの出力電圧を小さな値に設定し、整流，平滑後、
差動増幅回路にて前記カレントトランスの出力電圧が、
任意の設定値までは増幅せず、任意の設定値以上となる
ところから増幅するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電動送風機の消費
電力（入力）を一定に保つように制御する電気掃除機の
制御回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】電気掃除機は一般に、電動送風機の吸引
力により掃除機本体内部を負圧にして、ゴミや塵を吸い
取るものであり、その吸い込み性能は吸込仕事率として
あらわされる。

【０００３】吸込仕事率（Ｐ）の計算式は、風量（Ｑ）
×真空度（Ｈ）×０.１６３４ で求めることができ、風
量（Ｑ）に対する真空度（Ｈ），吸込仕事率（Ｐ），電
動送風機への入力（Ｗｉ）をグラフにすると図２のよう
になる。

【０００４】このように電動送風機の負荷は空気である
ため、大風量側（Ｑ１方向）は、負荷が大きく入力も大
きい。（Ｗｉ１：開放入力）開放入力値は製品本体へ表
示する消費電力の値により規制されるため、規制値以上
となるようにはできず、吸込仕事率ピーク点付近（風
量：ＱＰｏ）での入力は、ΔＷｉ分下がることがわか
る。

【０００５】最近では、特開平6−90883号公報に記載の
如く、電動送風機の電流検出回路を有し、この電流検出
回路から送られる信号に基づいて、吸込仕事率ピーク点
付近の電動送風機の入力を図３の如くほぼ一定に制御す
るものがある。

【０００６】しかしながら、上記特開平6−90883号公報
には、電流検出部にカレントトランスを使用した具体的
な説明はなく、また周波数による電流検出部の出力電圧
差を抑制する方法もない。

【０００７】その後電流検出回路の精度向上を行うため
に、電流検出部の出力を複数の増幅手段によりレベルシ
フトを行い、吸込仕事率ピーク点付近での電動送風機の
入力を高精度で一定に保つような制御方法も考案されて
いるが、これらについても前記と同様に、周波数による
電流検出部の出力電圧差を抑制する方法は報告されてな
い。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】電流検出部にカレント
トランス（以下、ＣＴと記す）を用いることで、電流検
出回路を比較的安価に構成することができるが、一般に
ＣＴは図４の様な周波数特性を持っており、５０Ｈｚに
対し６０Ｈｚの出力電圧が僅かながら高く、この差によ
り電動送風機の入力を一定に保つときの値が、５０Ｈｚ
と６０Ｈｚで差が生じてしまう結果となる。

【０００９】また、ＣＴの５０／６０の出力電圧差を小
さくする方法として、ＣＴの１次側巻数を上げたり、コ
アを大きくする等の方法が考えられるが、ＣＴの製造が
困難になったり形状が大きくなる等の弊害があった。

【００１０】本発明は５０Ｈｚと６０Ｈｚで出力電圧差
を生じるＣＴを使用しても、出力電圧差の影響を小さく
して使用することで、吸込仕事率ピーク点付近における
電動送風機の５０Ｈｚと６０Ｈｚの入力を一定に制御す
る精度を向上させることを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、電動送風機と前記電動送風機の入力を点弧
位相角を変えることにより制御する位相制御手段と前記
電動送風機に流れる電流を検出する電流検出回路と、前
記電流検出回路の電流検出部にＣＴを用い、さらにＣＴ
の出力電圧を整流する整流手段と、整流後平滑する平滑
手段と、平滑後の信号を増幅する差動増幅回路とを備
え、前記電流検出部のＣＴは５０Ｈｚと６０Ｈｚの出力
電圧差の絶対値が小さくなるように設定し、整流，平滑
後、前記差動増幅回路にて、前記ＣＴの出力電圧が任意
の設定値までは増幅せず、その設定値以上となるところ
から増幅させる。

【００１２】前記位相制御手段はこの信号を基に、点弧
位相角を増減し、前記電動送風機の吸込仕事率ピーク点
付近における入力を一定に保つように制御するようにし
たことを、課題解決手段としている。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態の一例
を添付の図面を参照し説明する。

【００１４】図５は電気掃除機の全体的な構成を示すも
のであり、１は電気掃除機本体、２はホース、３は手元
操作部、４は延長管、５は吸い込み具である。電気掃除
機本体１には、図１の制御回路６、電動送風機７、双方
向性半導体素子８を内蔵している。

【００１５】図１は本発明の実施の形態の一例であり、
１６は商用電源、制御回路６には主に電動送風機７の入
力を制御する演算手段、例えばマイクロコンピューター
（以下、マイコンと記す）１５と、制御回路６全体を駆
動させるために安定したＤＣ電源を発生する電源回路９
と、電源投入時にマイコン１５を初期化するための信号
を発生するリセット回路１０，電動送風機７の入力制御
の基本タイミングを検出するための商用電源周波数検出
回路１１，電動送風機７への電力供給の入り切りを行う
双方向性半導体素子８、またそれを制御する負荷駆動回
路１２，電動送風機７への入力状態（運転モード）を表
示する表示回路１３，マイコン１５の基本周波数となる
発信回路１４、また図５における手元操作部３は、図１
中の手元回路１７を内蔵しており、ユーザーは手元回路
１７上に設けられたスイッチを操作することにより、電
動送風機７の入り切りや入力を設定する、自動運転スイ
ッチ１８，弱運転スイッチ１９，強運転スイッチ２０，
停止スイッチ２１を設けている。

【００１６】電動送風機７への入力制御方法を図８を用
いて説明する。

【００１７】商用電源１６の波形のゼロクロスポイント
を商用電源周波数検出回路１１で検出し、これを基本タ
イミングとしてマイコン１５よりトリガパルスが出力さ
れ、負荷駆動回路１２を介し双方向性半導体素子８をＯ
Ｎする。トリガパルスの出力タイミングは、前記ゼロク
ロスポイントより任意の時間（点弧位相角）遅らせたと
ころで出力するが、この時間Ｔを運転モードや集塵室内
部のゴミの溜り具合により増減させることで、電動送風
機７の電圧波形が変化し入力を変えることが可能とな
る。

【００１８】図８の例では、２８は商用電源波形である
が、この波形のゼロクロスポイントからＴ１の時間遅ら
せたところで２９ａのトリガパルスを出力すると、電動
送風機７の端子電圧波形は３０ａの如くとなる。その
後、ゴミの溜り具合などによりＴ２→Ｔ３→Ｔ４と変化
させることにより（このときトリガパルスは２９ｂ→２
９ｃ→２９ｄと変化させる）電動送風機７の端子電圧波
形も３０ｂ→３０ｃ→３０ｄと変化する。また当然なが
ら電動送風機７への入力も３０ａ＞３０ｂ＞３０ｃ＞３
０ｄの関係となる。

【００１９】また、図１の制御回路６には電動送風機７
に流れる電流を検出して信号に変換する電流検出回路２
２を備えており、その構成は電動送風機７に流れる電流
を検出する電流検出部２３と、電流検出部２３より出力
された信号を整流する整流手段２４と、平滑する平滑手
段２５を備え、さらに平滑された信号を増幅する増幅手
段２６とを備えている。またさらに、制御回路６には、
図５中の電気掃除機本体１に内臓されている、集塵室内
部の負圧（真空度）を検出する圧力検出回路２７を備え
ている。

【００２０】以上の構成において、電気掃除機全体の動
作の一例を説明する。

【００２１】図５中の手元操作部３上に設けられた運転
スイッチ(図６中１８，１９，２０)を押されることによ
り、図１中の手元回路１７は、制御回路６中のマイコン
１５に押されたスイッチに対応した運転信号を送る。今
回の例では、強運転スイッチ２０が押された場合につい
て図１，図７，図８を用いて説明する。

【００２２】図７は強運転モードにおける風量Ｑに対す
る真空度Ｈ，吸込仕事率Ｐ，入力Ｗｉの動きをあらわし
たものである。

【００２３】集塵室内部にゴミがない状態の時に強運転
を開始すると、マイコン１５は商用電源波形２８のゼロ
クロスポイントから、Ｔ１遅れたタイミングでトリガパ
ルス２９ａを出力し、負荷駆動回路１２を経由し、双方
向性半導体素子８をＯＮする。その結果電動送風機端子
電圧波形は３０ａの如くとなり、風量Ｑに対する真空度
Ｈ，入力Ｗｉの値はＱ１のところに位置する。その後、
集塵室内部にゴミ等が溜まると風量が減少してゆき、真
空度Ｈは上昇し、入力Ｗｉは減少する。真空度Ｈは、圧
力検出回路２７で検出しており、Ｈ１から次第に上昇し
てゆきＨ２を検出後トリガパルスを２９ａから２９ｂに
変化させる。これにより電動送風機端子電圧波形は３０
ａから３０ｂの如くとなる。

【００２４】風量Ｑ１からＱ４までの区間はこの様な動
作が繰り返され、入力Ｗｉは階段の様な動きとなり、真
空度Ｈ、吸込仕事率Ｐも上昇する。つまり、運転を開始
すると、集塵室内部のゴミの溜り具合により吸い込み力
が次第に強くなることをあらわしている。

【００２５】その後、圧力検出回路２７で真空度Ｈ４を
検出すると、トリガパルスを２９ｃから２９ｄに変化さ
せる。ここで風量Ｑ４からＱ５の区間における入力Ｗｉ
の形が、Ｑ１からＱ４の区間と比較し異なることがわか
る。

【００２６】風量Ｑ１からＱ４の区間においては、商用
電源波形２８からのゼロクロスポイントからトリガパル
スを出力するまでの時間、Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３がそれぞれ
固定であるために、Ｑ１からＱ２，Ｑ２からＱ３，Ｑ３
からＱ４のそれぞれの区間において入力Ｗｉは小風量側
が下がる。

【００２７】Ｑ４からＱ５の区間においては、電動送風
機７に流れる電流を電流検出回路２２の電流検出部２３
で検出し、整流手段２４，平滑手段２５，増幅手段２６
を用いて変換された電圧信号を、マイコン１５は監視し
ている。電動送風機７に流れる電流は、風量が小さくな
ると減少するので、Ｑ４からＱ５の区間においてもＱ４
付近は電流値が大きく、Ｑ５付近は電流値が小さい。よ
って、Ｑ４からＱ５までの区間、風量が小さくなると、
それに応じて電流検出回路２２の電圧信号も変化する。
マイコン１５は、この電圧信号を基に、トリガパルス２
９ｄを出力するまでの時間Ｔ４を、風量がＱ４からＱ５
に減少するにしたがいＴ４の値を徐々に小さくしてゆ
く。すなわち、商用電源波形２８のゼロクロスポイント
方向にとりがぱるす２９ｄを近づけることにより、入力
Ｗｉをほぼ一定に制御することができる。

【００２８】風量Ｑ５から小風量側においては、電動送
風機７の加熱等から保護するため、段階的に入力Ｗｉを
下げる制御としている。

【００２９】以上が、強運転モードにおける電気掃除機
全体の動作の一例であるが、以下に、電動送風機７に流
れる電流と電流検出回路２２の動作について説明する。

【００３０】図９は電流検出回路２２の構成の一例をあ
らわしたものである。

【００３１】電流検出部２３にはカレントトランス（以
下、ＣＴと記す）を使用し、整流手段２４にはダイオー
ドを図象の如く接続する。平滑手段２５は電解コンデン
サを使用し、増幅手段２６はオペアンプを使用し、その
構成は差動増幅回路の形態としている。ここで、３１は
負荷抵抗でありＣＴの１次側に、ある電流ＩＬが流れた
ときの出力電圧Ｖｓを設定するための抵抗である。その
関係をグラフにすると図１０の如くとなり、負荷抵抗３
１を大きくすると、出力電圧も大きくなることがわか
る。また、負荷抵抗３１を固定し、ＩＬの周波数を可変
させたときのVsha図４の如くとなり、周波数により出力
電圧が大きく変化することがわかる。

【００３２】前述の図７中の風量Ｑ４からＱ５の区間に
おけるにゅうりょくＷｉを一定にする制御は、ＣＴの出
力電圧からの信号を基に行うので、例えば、図４の５０
Ｈｚと６０Ｈｚのところで、ＣＴの出力電圧の差がΔＶ
あると、その分、入力Ｗｉを一定にする値からずれてし
まい、周波数により差が生じることになる。その影響と
しては、例えば入力Ｗｉを一定にする値を１１４５Ｗと
すると、マイコン１５の検出できる電圧信号の範囲は０
〜５Ｖなので、ＣＴの出力電圧差ΔＶが約３０ｍＶある
とすると、入力Ｗｉに対する影響度としては（１１４５
Ｗ÷５Ｖ）×３０ｍＶ＝約７Ｗとなる。

【００３３】また、この周波数による差ΔＶは、負荷抵
抗３１の値を変えることにより図１１の如く小さくする
ことができる。

【００３４】電流検出回路２２の出力電圧をＶｉとする
と、図１２の如く、まずもともと３２ａの出力特性であ
るＣＴを、負荷抵抗３１の値を小さくすることにより32
ｂのようにする（ここでは１／４にする）。その後、増
幅手段２６の差動増幅回路にて、入力全体のうち必要な
所までレベルシフトして（３２ｃ）、４倍に増幅する
（３２ｄ）。このようにすると、ΔＶｓの絶対値は、３
２ａのときと３２ｄのときでほぼ同じであるが、３２ａ
の方の入力Ｗｉに対する影響度は、 （１１４５Ｗ÷５Ｖ）×３０ｍＶ＝約７Ｗ であるのに対し、３２ｄは （１１４５Ｗ÷４÷５Ｖ）×３０ｍＶ＝約１.７Ｗ となる。

【００３５】よって、本発明においては負荷抵抗３１の
値を小さくすることにより、周波数により発生する出力
電圧差ΔＶを小さくし、その後、差動増幅回路の構成と
なっている増幅手段２６により、図７中のＱ４からＱ５
のような、入力Ｗｉを一定にするような制御に必要な範
囲のみを増幅することで、その影響を小さくすることが
でき、電源周波数によらず高精度な入力制御が可能とな
り、吸込仕事率の高い電気掃除機を提供することができ
る。

【００３６】

【発明の効果】本発明においては電流検出にカレントト
ランスを使用した場合、周波数により発生する出力電圧
差ΔＶを、負荷抵抗３１の値を小さくすることにより小
さくし、その後、差動増幅回路の構成となっている増幅
手段２６により、図７中のＱ４からＱ５のような、入力
Ｗｉを一定にするような制御に必要な範囲のみを増幅す
ることで、その影響を小さくすることができ、電源周波
数によらず高精度な入力制御が可能となり、吸込仕事率
の高い電気掃除機を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る電気掃除機の制御回路の
回路図である。

【図２】本発明の実施例に係る電動送風機の特性の一例
である。

【図３】本発明の実施例に係る電気掃除機の制御の一例
を示す図である。

【図４】本発明の実施例に係るカレントトランスの周波
数特性の一例を示す図である。

【図５】本発明の実施例に係る電気掃除機の全体の構成
を示す図である。

【図６】本発明の実施例に係る手元操作部の一例を示す
図である。

【図７】本発明の実施例に係る電気掃除機の制御の一例
を示す図である。

【図８】本発明の実施例に係る商用電源に対する電圧波
形の一例を示す図である。

【図９】本発明の実施例に係る電流検出回路の一例を示
す図である。

【図１０】本発明の実施例に係るカレントトランスの負
荷抵抗に対する出力特性の一例を示す図である。

【図１１】本発明の実施例に係るカレントトランスの負
荷抵抗に対する出力電圧差の一例を示す図である。

【図１２】本発明の実施例に係る電流検出回路の入力に
対する出力特性の一例を示す図である。

【符号の説明】

１…掃除機本体、７…電動送風機、１５…マイクロコン
ピュータ、１６…商用電源、２２…電流検出回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電動送風機の電流を検出する電流検出回路
   を備えている電気掃除機において、前記電流検出回路の
   電流検出部にカレントトランスを用い、前記カレントト
   ランスの出力電圧を小さな値に設定し、整流，平滑後、
   差動増幅回路にて前記カレントトランスの出力電圧が、
   任意の設定値までは増幅せず、任意の設定値以上となる
   ところから増幅するようにしたことを特徴とする電気掃
   除機の制御回路。