JPS63294285A - 電気掃除機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は電気掃除機に係り、特にその駆動源となる電動
機の速度制御装置に関する。

〔従来の技術〕

一般に、電気掃除機にあっては集塵量の増加あるいは床
掃除からジュータン掃除への移行などにより電動送風機
に対する負荷が小さくなると、吸込能力が低下するので
電動送風機の入力を増加させる必要がある。そこで、ト
ライアック等の電力制御素子を含む制御回路により電動
送風機の入力を制御しているものであるが、従来は被掃
除面の種類に応じて切り替え作業を行い、入力を手動で
調整するものが使用されている。したがって、この従来
方式の場合、手動調整であり、被掃除面が変わる毎に、
その都度切り替え作業が必要となりわずられしかった。

更に、電動送風機の入力がフィルターの目詰り度合いに
よっても大きく異なるため、単なる手動調整では、被掃
除面に対して常時最適な吸込能力に保つことができなか
った。

この問題点を解決するものとして、例えば特公昭６１−
３５８６４号公報がある。すなわち、電動送風機の吸引
側でフィルターより上流側の吸引路の圧力と大気との圧
力差を検知し、電動送風機の入力電流を、圧力差が大な
る時に減じ、逆に圧力差が小なる時に増加させ、被掃除
面に応じた吸引力を得ると共に、フィルターの目詰りに
よる吸引力変動を防止している。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来技術は、床ノズルを最良の移動力で移動できる
よう、圧力差に応じて回転数を制御したものであって、
被掃除面の種類に応じた吸込能力については配慮されて
いなかった。すなわち、被掃除面がジュータンでは吸込
能力をより高め、カーテンでは吸込能力をより下げる等
のきめ細かい制御が出来ない問題があった。

本発明の目的は、圧力差を検知するのみで、その圧力検
出値が、目詰り状態によるものか、被掃除面の種類によ
るものかを区別して、目詰り状態及び被掃除面の種類に
応じて最適な吸込能力を得ることができるように電動送
風機の回転数を制御する装置を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、送風機用電動機を可変速運転するための速
度制御装置に、任意の制御パターンを記憶した記憶部と
、速度制御を行うマイクロコンビユータとフィルター後
部の大気圧との圧力差を検出する圧力検出回路を設け、
この圧力検出値の状態から制御パターン記憶部に記憶さ
れた任意の制御パターンに応じて送風機用電動機を速度
制御することにより、達成される。

〔作用〕

速度制御装置は、圧力検出回路によって検出されたフィ
ルター後部の圧力検出値の状態をマイクロコンピュータ
に導き、マイクロコンピュータが圧力検出値の状態、す
なわち、圧力検出値の大きさとその変化範囲からフィル
ターの目詰り状態と被掃除面が何であるかを判断すると
共に、制御パターン記憶部に記憶された任意の制御パタ
ーンから最適な制御パターンを選択し、この結果に基づ
いて送風機用電動機の速度制御を行う。それによって、
フィルターの目詰り状態や被掃除面の状態に応じて最適
な制御パターンで送風機用電動機を駆動することにより
、自動的に最適運転が行える電気掃除機が得られる。

〔実施例〕

電気掃除機の駆動源には、従来から交流整流子電動機が
主に使用され、最近では高速化と同時に被掃除面に応じ
て吸込能力を調整するため、位相制御装置を用いた可変
速制御方式が多くなっている。また、可変速運転するた
めの他の手段としてはインバータ制御装置とブラシレス
直流電動機。

誘導電動機、リラクタンスモータもしくはヒステリシス
モータを組み合わせた方式がある。

本発明はいずれの可変速モータでも実施可能であるが、
インバータ制御装置とブラシレス直流電動機とを組み合
わせた可変速制御方式を例にとって説明する。

以下、本発明の一実施例を第１図〜第２図により説明す
る。

第２図は本発明はに係るブラシレス直流電動機とインバ
ータ制御装置からなる速度制御装置の全体構成を示した
ものである。

インバータ制御装置１０は交流電源１４から整流回路１
５及び平滑コンデンサ１６より、図示の直流電圧Ｅ、を
得て、インバータ１０に供給するものである。

このインバータ１０は、トランジスタＴｒｚ〜Ｔｒｅと
環流ダイオードＤ１〜Ｄ６とから構成された１２０度通
電形インバータであり、その交流出力電圧は、直流電圧
Ｅｄの正電位側トランジスタＴｒｘ〜Ｔｒａの通流期間
（電気角１２０度）がパルス幅変調を受けてチョッパ動
作することにより制御されるものとしている。

また、トランジスタＴＲａ〜ＴＲｅの共通エミッタ端子
と環流ダイオードＤ４〜ＤＢとの共通アノード端子間に
低抵抗Ｒｄが接続されているものである。

プラスレス直流電動機９は２極の永久磁石を界磁とした
回転子９−２と電機子巻線９−１を挿入した固定子とか
らなり、電機子巻線９−１に流れる巻線電流は、前記低
抵抗Ｒｄにも流れるので、この低抵抗Ｒａの電圧降下に
よって前記電動機９の負荷電流Ｔｄを検出できることに
なる。

プラスレス直流電動機９の速度を制御する制御回路は、
マイクロコンピュータ１３２回転子９−２の磁極位置を
ホール素子１１がらの出力を受けて検出する磁極位置検
出回路１２．低抵抗Ｒ６の電圧降下から負荷電流Ｉａの
値を検出する電流検出回路１７．トランジスタＴ　Ｒ１
〜Ｔ　Ｒ６を駆動するペースドライバ１９．マイクロコ
ンピュータ１３に運転指令を伝える起動スイッチ１８（
ユーザー用運転スイッチ）から構成されている。

磁極位置検出回路１２はホール素子１１からの出力を受
けて、回転子位置に対応した位置検出信号１２Ｓを形成
する回路である。そして、この位置検出信号１２Ｓを用
いて、プラスレス直流電動機９の回転速度を、マイクロ
コンピュータ１３において演算して求めるものである。

電流検出回路１７は、低抵抗Ｒ，＋の電圧降下を受けて
負荷電流工、を検出し、Ａ／Ｄ変換器（図示せず）等に
より電流検出信号１７Ｓを形成する回路である。

また、前記のマイクロコンピュータ１３は、ＣＰＵ１３
−１．ＲＯＭ１３−２及びＲＡＭ１３−３等から構成さ
れ、それぞれ、アドレスバス。

データバス及びコントロールバス（図示せず）によって
接続されているものである。

そして、前記のＲＯＭ１３−２は、ブラシレス直流電動
機９を駆動するのに必要な各種処理プログラム、例えば
速度演算処理、運転指令取り込み処理及び速度制御処理
などに係るものと、任意の制御パターン（関数テーブル
２２からなる）が記憶されている。

一方、前記のＲＡＭ１３−３は、前記の各種処理プログ
ラムを実行するに際して必要となる各種データを読み書
きするための記憶部からなるものである。

１−ランジスタＴ　Ｒ１〜ＴＲｓはマイクロコンピュー
タ１３から点弧信号１３Ｓを受けてペースドライバ１９
により駆動される。なお、電圧指令回路２１は後述する
ようにチョッパ信号を形成するものである。

すなわち、ブラシレス直流電動機では、電機子巻線に流
れる巻線電流が、その電動機の出力トルクに対応し、巻
線電流を回転子位置毎に制御することにより、出力トル
クの連続制御が可能となるものである。圧力検出回路２
４は圧力センサー２４ａ、電圧変換部２４ｂから構成さ
れ、フィルター後部の大気圧との圧力差を検出する。

第３図は圧力センサー２４ａの取付位置を示す電気掃除
機の概略構成図である。図において、１は電気掃除機本
体、２はホース、３は前軸、４は後輪、６はフィルター
、７は排気口、８はファン、９はブラシレス直流電動機
、２４ａは圧力センサーである。ファン８とブラシレス
直流電動機９とからなる電動送風機が速度制御装置（図
示せず）で駆動されると、ホース２より吸い込まれた風
がフィルター６、ファン８．ブラシレス直流電動機９を
通って排気ロアから電気掃除機本体１の外に排出される
。これより、フィルター６の後部で仕切られた部屋に配
置され、かつ電動送風機の上流側に設けた圧力センサー
２４ａによって、風量の変化に応じて大気圧と圧力差Ｈ
を検出できることになる。

第４図は風量に対する圧力検出値である真空圧を示す。

圧力センサー２４ａによる圧力検出値の真空圧Ｈはフィ
ルターの目詰りに対応してＨａと被掃除面の変化に対応
したＨｂとも風量の増加に反比例して大きくなることを
実験的に確認した。

すなわち、単に圧力検出値の平均値を用いた方式では、
圧力上昇がフィルターの目詰りによるものか、被掃除面
の変化に対応したものであるか判断できない。そこで、
本発明では上述した圧力検出値である真空圧の大きさと
その変化範囲とからフィルターの目詰り状態と被掃除面
が何であるかを判断することを特徴とする。

第５図は駆動源にブラシレス直流電動機を用いた電気掃
除機の性能曲線を示したもので、横軸に電気掃除機内を
通る風の風量Ｑをとり、縦軸に電気掃除機の吸込性能を
表す吸込仕事率Ｐ　ｏｕｔと圧力検出値の真空圧を表し
たもので、最大動作点から最小動作点の範囲が電気掃除
機の動作範囲である。ところで、フィルターの目詰りに
対する動作点は、目詰り量に応じて風量Ｑが減少するた
め、最大動作点から最小動作点に移行する。これによリ
、目詰り量が多くなる程、ＰＭａｘ　を境にして吸込仕
様率Ｐ　ｏｕｔが小さくなり、電気掃除機としての性能
が不足する問題がある。

そこで、本発明の１つの目的はフィルターの目詰り度合
いを圧力センサーを用いた判断し、目詰り量に応じてブ
ラシレス直流電動機の回転数を制御した吸込仕事率Ｐ　
ｏｕｔを向上することにある。

第６図は被掃除面がタタミの場合で、掃除状態における
圧力センサーによる圧力検出値（真空圧）の変化を横軸
に時間経過ｔをとって示したものであり、（イ）のＡの
場合は第３図での風量Ｑが大の目詰りなしの場合を示し
、この時の圧力検出値（真空圧）は掃除状態によってＨ
１〜Ｈ１２まで変化する。これに対し、（ロ）のＢの場
合は第３図での風量が小の目詰り状態を示し、この時の
圧力検出値（真空圧）ＨはＨ１３〜Ｈｔａまで変化する
。

すなわち、圧力検出値（真空圧）Ｈの変化は電気掃除機
の運転状態を示し、この時の圧力検出値（真空圧）の最
小値Ｈ１とＨｌａによってフィルターの目詰り状態を正
確に判断できる。そして、この目詰り状態の程度によっ
てブラシレス直流電動機の回転速度を制御してやれば吸
込仕事率を向上できる（後述するように、フィルターが
目詰り状態になればなる程、電動機の回転速度を高くし
てやれば良い）。

次に上述した圧力検出値（真空圧）はフィルターの目詰
りの他に被掃除面によっても影響を受ける。

第７図は被掃除面を横軸にとり、フィルターの目詰りの
有無に対する圧力検出値（真空圧）の変化を示したもの
である。目詰りなしの場合は、圧力検出値（真空圧）が
タタミ→ジュータン→ソファ→カーテンの順に上昇する
。目詰りありの場合はその順序に変化がないが、圧力検
出値（真空圧）Ｈの値が大きくなる。ここで、バイパス
弁作動と言う明示は、密閉状態になった時にインバータ
装置及び電動機を保護するためにバイパス弁を作動させ
た点であり、最小の風をインバータ装置及び電動機に送
り込むためのものである。この様に被掃除面によっても
圧力検出値（真空圧）が異なるので、正確な目詰り状態
を把握するためには、被掃除面が何であるかを判断する
必要がある。

第８図はフィルターの目詰りなしで掃除状態において、
被掃除面に対して圧力検出値（真空圧）の変化を時間経
過を横軸にとって示した（Ｏ内に示した）ものである。

すなわち、被掃除面がタタミの場合は圧力検出値（真空
圧）の変化範囲が小さく、ジュータンになるとその変化
範囲が大きくなり、順にソファ、カーテンと大きくなる
（Ｈ。

は吸口を上げた状態での圧力検出値）。これより、フィ
ルター後部の圧力を検出し、掃除状態における圧力検出
値の最小値とその変化範囲から、フィルターの目詰り状
態と被掃除面が何であるかを正確に判断できる。

次に本発明の他の目的は被掃除面に対する電動機の設定
回転数を、ゴミのとれにくいジュータンを最も高く、順
にタタミ、ソファ、カーテンと低く設定してやれば良い
ことから（ゴミのとれ易さ、吸口が被掃除面に吸いつく
状態を考慮すると、この様な設定が最もよく、現在の位
置制御装置と交流整流子電動機を用いた電気掃除機もこ
の様な設定となっている）、被掃除面に応じて最適な回
転数に自動的に設定することにある。

第９図はマイクロコンピュータ１３のＲＯＭ１３−２内
に記憶した制御パターン（関数テーブル２２の値）を示
したもので、横軸にフィルターの目詰り度合いをとり、
縦軸に各被掃除面に対するる速度指令Ｎ＊を示す。これ
より、関数テーブル２２内の関数を被掃除面に応じて選
択すると共に、目詰り度合いに応じて速度指令Ｎ＊を算
出することにより、被掃除面及びフィルターの目詰り度
合いに応じた速度指令Ｎ＊を得ることができる。

第１０図はマイクロコンピュータ１３において実行され
る処理内容を示したもので、被掃除面及びフィルターの
目詰り度合いに応じて速度指令Ｎｌを得る手順を表して
いる。処理■において、圧力検出回路２４からの信号で
ある真空圧力Ｈを取込み、処理■において、サンプリン
グ時間内における最大真空圧Ｈ＊　ａ　ｘと最小真空圧
Ｈ１ｎを検出し、処理■において、このＨｍ　ａつとＨ
＊　ｌ　ｎ　を用いて被掃除面が何であるか及びフィル
ターの目詰り度合いがどの程度かを演算して判断し、処
理■において、被掃除面及びフィルターの目詰り度合に
応じて関数テーブル２２より速度指令Ｎ＊を得るように
している。

第１図は本発明のブラシレス直流電動機の駆動用制御回
路をブロック的に示した概略構成図であり、速度制御系
としては種々考えられるが（ＡＳＲ系、ＡＣＲ系等）、
ここでは−例として開ループ電圧制御系で示した。図に
おいて、起動スイッチ１８（運転スイッチ）をユーザー
がオンすると、マイクロコンピュータ１３は運転指令取
込処理。

起動処理を行ってブラシレス直流電動機を起動する。そ
して、ある回転数まで立ち上げると起動処理を終了し、
被掃除面とフィルターの目詰り度合いを検出する。すな
わち、マイクロコンピュータ１３は圧力検出回路２４か
らの信号を受けて処理■で取込み処理を行い、次に処理
■の最大真空圧ＨｍａＸと最小真空圧ＨヨＩｎ　を検出
し、その結果に基づいて処理■の被掃除面が何であるか
の判定処理及びフィルターの目詰り度合いの判定処理を
行う。そして、処理■で被掃除面の判定処理結果を基に
関数テーブル２２の被掃除面に関与した関数をスイッチ
２３にて選択し、フィルターの目詰り度合いの判定処理
結果を基に関数テーブル２２より速度指令Ｎ申を得る。

この速度指令Ｎ−はゲインにで電圧指令Ｖ＊に変換され
てＤ／Ａ変換器に入力し、この出力と三角波発生回路の
出力とをコンパレータで比較し、その出力がペースドラ
イバ１９に入力されてブラシレス直流電動機９に印加さ
れる電圧が決定され、該電動機９が被掃除面の変化及び
フィルターの目詰り度合いに応じた速度指令Ｎ傘に比例
して駆動される。

第１１図は本発明のブラシレス直流電動機を送風機用電
動機とした電気掃除機の性能曲線を示したもので（図の
表現は第５図と同一である）、鎖線はフィルターの目詰
りなしの場合を示し、実線はフィルターの目詰りありの
場合を示す。これより、本速度制御装置の機能でフィル
ターが目詰り状態に近づくにつれて電動機を高速で駆動
することにより、吸込仕事率Ｐ　ｏｕｔが向上するので
、フィルターが目詰り状態に到っても電気掃除機の吸込
性能が低下するのを防止できる。

第１２図は電気掃除機の性能曲線を被掃除面に対応して
示したものであり、電動機の速度指令Ｎ−を被掃除面に
応じて関数テーブルより得るようにしているので、被掃
除面に応じて最適な吸込仕事率で運転できる効果がある
。

以上述べたように、被掃除面及びフィルターの目詰り度
合いに応じて電動機の回転数が自動的に制御されるので
、最適な吸込仕事率で運転できる電気掃除機が得られる
。

なお、圧力検出値の変動幅が小さい時は吸口が被掃除面
から離れている状態あるいは密着している状態と判断で
き、これによっても制御して良いことは言うまでもない
。

〔発明の効果〕

本発明によれば、送風機用電動機を可変速運転するため
の速度制御装置に、任意の制御パターンを記憶した記憶
部と、速度制御を行うマイクロコンピュータとフィルタ
ー後部の大気圧との圧力差を検出する圧力検出回路を設
け、この圧力検出回路によって検出された圧力検出値の
状態から制御パターン記憶部に記憶された任意の制御パ
ターンに応じて送風機用電動機を速度制御することによ
り、フィルターの目詰りや被掃除面の状態に応じて自動
的に最適運転が行える電気掃除機が得られる効果がある
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のブラシレス直流電動機駆動用の制御回
路をブロック的に示した概略構成図、第２図は本発明に
係るブラシレス直流電動機とインバータ装置からなる速
度制御装置の全体構成図、第３図は圧力センサーの取付
位置を示す電気掃除機の概略構成図、第４図は風量に対
する圧力検出値を示す図、第５図は電気掃除機の性能曲
線図、第６図はフィルターの目詰りに対する真空圧の変
化図、第７図は被掃除面に対する真空圧の変化図、第８
図は被掃除面に対する真空圧の変化範囲図、第９図は関
数テーブルの値を示す図、第１０図はマイクロコンピュ
ータにおいて実行される処理内容のフローチャート、第
１１図はフィルターの目詰り有無に対する電気掃除機の
性能曲線図、第１２図は被掃除面に対する電気掃除機の
性能曲線図である。 ９・・・プラスレス直流電動機、１０・・・インバータ
制御装置、１１・・・ホール素子、１２・・・磁極位置
検出回路、１３・・・マイクロコンピュータ、１４・・
・交流電源、１５・・・整流回路、１６・・・平滑コン
デンサ、１７・・・電流検出回路、１９・・・ペースド
ライバ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、送風機用電動機と、この電動機を可変速運転する速
   度制御装置とを有する電気掃除機において、前記速度制
   御装置は、任意の制御パターンを記憶可能な記憶部と、
   少なくとも速度制御を行うマイクロコンピュータ及びフ
   ィルターより後部に設けた圧力検出回路とを含み、該圧
   力検出回路によつて検出された圧力検出値に基づいて前
   記記憶部に記憶された速度の制御パターンに応じて前記
   電動機の速度制御を行うようにしたことを特徴とする電
   気掃除機。