JPS6395882A - 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〕

電気掃除機の駆動源にはファンと交流整流子機からなる
電動送風機が用いられている。近年、電気掃除機は小形
軽量化が図られ、それに伴って電動送風機も高速化して
小形化されている。しかしながら、電動送風機が高速化
されると、その駆動用交流整流子電動機も高速化され、
必然的にブラシと整流子の機械的摺動による整流作用が
厳しくなり、ブラシから火花を発生し、ブラシ摩耗粉が
電気掃除機から排出されることになる。特に、最近の家
庭ではジュータンが多くなり、ブラシ摩耗粉の排出（電
気掃除機の後部にフィルタがあるのでブラシ摩耗粉の微
粒子が排出される）はジュータンの汚れを促進する問題
があった。また、ブラシミ＠耗粉の排出を抑えるには、
フィルタを多くすれば良いが、フィルタを増加させるこ
とは電気掃除機の性能低下を招き、得策ではない。

これらの問題を解決するためには、摩耗粉の出る機械的
なブラシを用いない電動機を用いればよいことが明らか
である。

ブラシを具備しない電動機、すなわちブラシレス電動機
を用いた電気掃除機は、特開昭６０−２４２８２７で提
案されている。

しかし、この特許公開公報には、電子制御回路の冷却に
ついて論じられているものの、電動機すなわち電気掃除
機をどのように制御すべきかについては特に言及されて
いない。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来の機械式ブラシを具備した技術は電気掃除機の
後部のフィルタから排出されるプラン摩耗粉の微粒子に
ついて配慮がされておらず、長期間電気掃除機を同じ場
所で使用していると、ジュータン等の汚れを促進する問
題があった。

又、前記特許公開公報記載のように、ブラシレス電動機
を用いれば摩耗粉の問題は解決できるものの、フィルタ
が目詰りすると吸引力が低下し、掃除機本来の性能を維
持できないという問題点は依然として残っているもので
ある。

本発明の目的は、電気掃除機から排出されるブラシ摩耗
粉の微粒子をなくしてクリーン排気にすると共に、吸込
性能を向上することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、交流整流子電動機をブラシレス直流電動機
とし、このブラシレス直流電動機をインバータ制御装置
で所定の制御範囲で直巻化制御す〔作用〕 ブラシレス直流電動機は界磁に永久磁石を用いた同期電
動機であり、インバータ制御装置は前記電動機の負荷電
流を検出して電気掃除機の負荷状態を判断し、この負荷
状態に応じてインバータ制御装置の通流率を変化させ、
ブラシレス直流電動機に加える電圧、もしくは電流を制
御するように動作する。それによって、ブラシレス直流
電動機は負荷状態に応じた直巻特性が得られ、電気掃除
機に適した電動送風機の駆動源となる。この結果、電気
掃除機からブラシ摩耗粉の微粒子が排出されることがな
く、かつブラシ火花に起因する臭いの発生もない、さら
に、吸込性能が向上した電気掃除機が得られる。

（実施例〕 以下１本発明の一実施例を第１図〜第５図により説明す
る。

ｆ５１図は、本発明の一実施例に係る電気掃除機の概略
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と４は車軸、５は電源コード、６と７はフィ
ルター、８はファン、９はブラシレス直流電動機、１０
はインバータ制御装置である。これより、ファン８とブ
ラシレス直流電動機９からなる電動送風機がインバータ
制御装置１０によって駆動されると、ホース２より吸い
込まれた風が矢印に沿ってフィルター６、ファン８、フ
ィルター７の経路で電気掃除機本体１から排出される。

この結果、電気掃除機からブラシ摩耗粉の微粒子が排出
されることがなく、かつブラシ火花に起因する臭いの発
生がなくなるので、クリーンな環境でユーザーが掃除で
きる効果がある。

第２図は本発明の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。

インバータ制御表＠】０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１図示の直流電圧Ｅｉを
得て、インバータ２０に供給するものである。

このインバータ２０は、トランジスタＴ　Ｒｘ〜力電電
圧、直流電圧Ｅｄの正電位側トランジスタＴ　Ｒ１〜Ｔ
　Ｒｓ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を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ＴＲ４〜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Ｒ１が接続されているものである。

ブラシレス直流電動機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を挿入した固定子から
なり、電機子巻線９−１に流れる巻線電流は、前記の低
抵抗Ｒ１にも流れるので、この低抵抗Ｒ１の電圧降下に
よって前記電動機９の負荷電流ＩＤを検出できることに
なる。

ブラシレス直流電動機９の速度を制御する制御回路は、
マイクロコンピュータ１３、回転子９−２の磁極位置を
ホール素子１１からの出力を受けて検出する磁極位置検
出回路１２、低抵抗Ｒ１の電圧降下から負荷電流ＩＤの
値を検出する電流検出回路１７、トランジスタＴ　Ｒ１
”　Ｔ　Ｒｅに駆動するペースドライバ１９、マイクロ
コンピュータ１３に基準となる速度を伝える速度指令回
路１７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１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１２ｇを
用いて、ブラシレス直流電動機９の回転速度を、マイク
ロコンピュータ１３におてい演算して求めるものである
。

電流検出回路１７は、低抵抗Ｒｚの電圧降下を受けて負
荷電流Ｉｎ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、ＣＰＵ、Ｒ
ＯＭ及びＲＡＭ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ＲＯＭ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、指令取り込み処理及び速度制御処理などに係るも
のが記憶されている。

一方、前記のＲＡＭ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苧み書きするた
めの記憶部と、回転子位置毎に通流すべき巻線電流値に
関連した速度パターンデータを記憶した記憶部からなる
ものである。

トランジスタＴ　Ｒｘ〜Ｔ　Ｒｅはマイクロコンピュー
タ１３から点弧信号１３ｇを受けてペースドライバ１９
により駆動される。

すなわち、ブラシレス直流電動機では、電機子巻線に流
れる巻線電流は、その電動機の出力トルクに対応し、巻
線電流を回転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。

第４図は電気掃除機の性能曲線を示したもので、横軸に
前記のホース２から吸い込んだ風の風量Ｑをとり、縦軸
に掃除機の吸込能力を表す吸込仕事率Ｐｏｕｔ　、電動
機の回転数Ｎ及び負荷電流Ｉｏを表したもので、実線に
て従来の交流整流子電動機、鎖線にてブラシレス直流電
動機を使用した場合を比較して示したものである。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。

すなわち、従来の交流整流子電動機を使用した場合、吸
込仕事率Ｐ　ｏｕｔは最大動作点（ホースの吸口を掃除
対象物から離した状態等）から風量の減少と共に大きく
なって最大となり、さらに風量が減少すると小さくなっ
て最小動作点（フィルターの目づまりや吸口を塞いだ状
態等）に達する。

ここで、一般的に掃除対象物がタタミャジュータンの場
合においては、動作点が吸込仕事率Ｐ　ｏｕｔの最大の
点から風量が小さい側となり、実際上、吸込仕事率Ｐ　
ｏｕｔの小さい所で使用していた。このため、ゴミを吸
って、そのゴミがたまると電気掃除機の吸込能力が大き
く低下していた。この原因は交流整流子電動機の電流Ｉ
ｎが風量の低下と共に減少し、かつ最大動作点から最小
動作点間の回転数の増加度合いが小さいため、電動機の
出力が減少することに起因している。

したがって、電気掃除機としては風量の減少に応じてフ
ァンを高速で回転させれば良いことになる。

第５図はファンの回転数ＮとトルクＴの関係を示したも
ので、ファンを高速で回転させようとすれば、トルクＴ
も大きくなり、言い換えれば電流も増加する。

そこで、ｉ４図で示したように、ブラシレス直流電動機
は一般的に分巻特性となるが、風量の減少と共に回転数
を増加する直巻化制御を行うことにより、鎖線で示した
特性となり、最小動作点近傍の吸込仕事率Ｐ　ｏｕｔを
向上できる効果がある。

第３図はマイクロコンピュータの処理動作の順序を示し
たものである。

すなわち、起動指令が入ると所定の回転数まで起動し、
その後、負荷状態を検出して直巻化制御を行えば、第４
図に示した特性が得られる。

具体的には起動待ちの状態を繰り返し、速度指令回路１
８より基準となる速度指令がマイクロコンピュータ１３
に入力されると、磁極位置検出してドライブ信号を出力
し、速度演算結果に基づいて速度制御（電動機に印加す
る電圧もしくは電流を制御）し、速度指令値に達するま
で起動モードを繰り返す、速度指令値に達すると直巻化
制御モードに移り、磁極位置検出してドライブ信号を出
力し、速度演算結果と負荷電流検出値によって掃除機の
負荷状態を演算し、この負荷状態演算結果に基づいて所
定の直巻特性となるように速度制御を行い、直巻化制御
モードを繰り返す。そして、各モードで速度指令と対比
し、速度指令がなくなる（停止指令が入る）と、電動機
を停止して起動待ちに移る動作を繰り返す。

したがって１本発明によれば、電気掃除機の駆動源にイ
ンバータ制御ブラシレス直流電動機を用いたことにより
、排気のクリーン化と悪臭を追放できる。また、速度制
御装置において、速度制御を起動モードと直巻化制御モ
ードに分け、電動機の回転数と負荷電流から掃除機の負
荷状態を判断し、負荷状態に応じて直巻化制御を行うこ
とにより、掃除機の高出力化（吸込性能を表す吸込仕事
率の向上）が図れる効果がある。

〔発明の効果〕

本発明によれば、電気掃除機の駆動源をインバータ制御
ブラシレス直流電動機とすることにより、排気のクリー
ン化とブラシ火花に起因する臭いを追放できる効果があ
る。また、直巻化制御を行うことにより、掃除機の吸込
仕事率を向上できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例に係る電気掃除機の概略構
成図、第２図は、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図、第３図は、
マイクロコンピュータの処理動作図、第４図は、電気掃
除機の性能曲線図、第５図は、ファンの回転数とトルク
の関係を示す説明図である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. １．駆動源にブラシレス直流電動機と、このブラシレス
   直流電動機を駆動するインバータ制御装置からなる速度
   制御装置を用いた電気掃除機において、前記インバータ
   制御装置の制御回路をマイクロコンピユータ，電流検出
   回路，磁極位置検出回路及び速度指令回路で構成すると
   共に、該マイクロコンピユータで前記ブラシレス直流電
   動機の負荷電流と回転数から掃除機の負荷状態を演算し
   、その結果に基づいて該ブラシレス直流電動機が直巻特
   性となるように、該ブラシレス直流電動機に加える電圧
   、もしくは電流を制御するように構成したことを特徴と
   する電気掃除機。
2. ２．前記特許請求の範囲第１項記載のものにおいて、前
   記ブラシレス直流電動機を、前記マイクロコンピユータ
   によつて起動モードと直巻化制御モードに分けて速度制
   御するようにしたことを特徴とする電気掃除機。