JPWO2009037760A1

JPWO2009037760A1 - 電気掃除機

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Publication number: JPWO2009037760A1
Application number: JP2009532993A
Authority: JP
Inventors: 武彦安島; 神保　誠一; 誠一神保; 元宏村野; 飯塚　政義; 政義飯塚; 弘沼倉
Original assignee: Mitsubishi Electric Home Appliance Co Ltd; Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Home Appliance Co Ltd; Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2007-09-20
Filing date: 2007-09-20
Publication date: 2011-01-06
Anticipated expiration: 2027-09-20
Also published as: WO2009037760A1; CN101677733A; JP4912470B2; KR101109962B1; CN101677733B; KR20100005077A; HK1139576A1

Abstract

火花発生の検出を安価な構成で実現でき、寿命末期時の異常過熱による発煙・発火を防止する電気掃除機を提供する。
整流子（１１ｆ）とブラシ（１１ｊ）とを有するモータ（７）と、モータ（７）に流れる電流を検出する電流検出部（３ａ）と、電流検出部（３ａ）の出力を整流する整流部（３ｂ）と、整流部（３ｂ）の出力をデジタル値としてサンプリングするＡ／Ｄ変換部（３ｃ）と、Ａ／Ｄ変換部（３ｃ）によりサンプリングされたデジタル値が所定の判断レベルを超えたときに、モータ（７）に発生する火花が異常であると判断する火花判断手段（４）と、火花判別手段（４）により異常火花と判断されたときにモータ（７）への電源供給を遮断し運転を停止させる駆動手段（５）とを備えた。

Description

本発明は、整流子とブラシとを有する電動機を搭載した電気掃除機に関するものである。

従来の電気掃除機は、例えば、ファンと整流子モータからなる電動送風機、整流子モータに流れる電流を検出する電流センサ、ハイパスフィルタ等を有し、商用電源電圧のゼロクロスを基準とする所定のタイミングから所定周期で電流センサーの出力をＡ／Ｄ変換器でサンプリングし、前回サンプリングした電圧と今回サンプリングした電圧レベルとを比較し、商用電源から供給される１周波数内で変化する電圧の大小変化が連続的に変化していればスパーク（以下、「火花」という）が発生していないと判断し、電圧の大小変化が不連続の場合には、火花が発生していると判断するようにしたものである（例えば、特許文献１参照）。

特開２００１−１３６７８０号公報

前述した従来の電気掃除機では、ノイズ成分を抽出するように構成されているので、本来の測定ノイズ成分以外の外来ノイズも測定することになり、このため、火花発生の誤判断をする恐れがあり、火花判断の精度が低くなるという課題があった。

また、所定のタイミングから所定のサンプリング周期でサンプリングするように構成されているが、サンプリング周期はＡ／Ｄ変換器のＡ／Ｄ変換時間以上である必要があるため、火花判断の精度を高くするためにサンプリング周期を小さくすると、火花の発生を判断するためのデータ処理や、他のプロセスの処理ができるようにするために、結果的に処理速度が速い高性能なマイコン等が必要となり、コストが高くなるという課題があった。特に電源から供給される電流の１周期における変化をハイパスフィルタにより抽出する従来技術ではこの課題が顕著となる。

つまり、火花発生の判断を電源から供給される電流の１周期における変化をハイパスフィルタにより抽出する従来技術では、今回測定と前回測定とを比較するサンプリング周期を、少なくとも火花によるノイズ成分の大小の差が生ずる電源から供給される電流の１周波数よりさらに非常に短い時間の範囲内である必要があり、Ａ／Ｄ変換器の変換速度及びこの信号を処理して火花発生の判断をする処理速度が速い高性能なマイコン等が必要となり、コストが高くなるという課題があった。

また、サンプリング周期が小さい場合には今回測定と前回測定との差は、火花発生によるノイズ成分のみの小さな値となるために、Ａ／Ｄ変換器は高分解能又は高精度のものが必要となり、コストが高くなるという課題があった。

加えて従来の電気掃除機は、火花を検出してその発生時に電動機の回転を低下させるなどの制御により火花発生を抑制するだけのものであるため、ブラシ摩耗による電動機の寿命末期が近づくと、頻繁に電動機の回転が低下して、低い能力での吸込みしかできず、使用者に製品故障と受け取られかねないという課題があった。

また、頻繁に火花が発生するような、ブラシ摩耗による電動機の寿命末期時には、火花を抑制してはいるものの電動機は回転を続けているので、完全に火花を除去することができず、整流子が過熱して電動機の巻線被覆の溶融などに伴う発煙・発火が生じるという課題もあった。

本発明は、前記のような課題を解決するためになされたもので、火花発生の検出を安価な構成で実現でき、寿命末期時の異常過熱による発煙・発火を防止することができ、さらには、フトン圧縮袋吸込時、隙間ノズル装着時等の風量負荷が急変しやすい状況においても、火花による電流変動と区別することができ、火花判断精度が向上した電気掃除機を提供することを目的とする。

本発明に係る電気掃除機は、整流子とブラシとを有するモータと、モータに流れる電流を検出する電流検出手段と、電流検出手段の出力を整流する整流手段と、整流手段の出力をデジタル値としてサンプリングするＡ／Ｄ変換手段と、Ａ／Ｄ変換手段によりサンプリングされたデジタル値が所定の判断レベルを超えたときに、モータに発生する火花が異常であると判断する火花判断手段と、火花判別手段により異常火花と判断されたときにモータへの電源供給を遮断し運転を停止させる駆動手段とを備えたものである。

本発明によれば、整流子とブラシとを有するモータに流れる電流を検出し、この検出電流をデジタル値としてサンプリングし、デジタル値が所定の判断レベルを超えたときに、モータに発生する火花が異常であると判断して、モータへの電源供給を遮断し運転を停止させるようにしたので、異常火花の検出を精度良く、安価な構成で実現でき、寿命末期時の異常過熱による発煙・異臭を防止することが可能になる。

本発明の実施の形態における制御装置のブロック構成図である。商用電源の電圧を示す波形図である。本発明の実施の形態における火花検出手段の電流検出部および整流部の出力を示す波形図である。本発明の実施の形態における火花検出手段のＡ／Ｄ変換部の検出タイミングを示す図である。本発明の実施の形態における電動送風機のモータの概略回路構成および火花とモータ電流との関係を示す図である。本発明の実施の形態における電流検出部の出力を整流部により整流した電流の波形図である。本発明の実施の形態における整流部の出力をＡ／Ｄ変換部でサンプリングした電流値の詳細図である。本発明の実施の形態を示す電気掃除機の概略構成図である。電気掃除機に搭載された電動送風機の縦断面図である。

符号の説明

１商用電源、２制御装置、３電流値抽出手段、３ａ電流検出部、３ｂ整流部、３ｃＡ／Ｄ変換部、４火花判別手段、５駆動手段、６伝達手段、７モータ、１０電気掃除機本体、１１電動送風機、１１ｅ電機子、１１ｆ整流子、
１１ｇ固定子、１１ｉ排気口１１ｊブラシ、１１ｋスプリング、１２集塵室、１３吸入口、１４ホースユニット、１５ホース、１６接続部、１７手元ハンドル、１８延長管、１９床用吸込具、２０排気口、Ｉｍモータ電流、Ｖａ火花電圧、Ｖｓ商用電源電圧、Ｚｍインピーダンス。

図８は本発明の実施の形態を示す電気掃除機の概略構成図、図９は電気掃除機に搭載された電動送風機の縦断面図である。
図８において、電気掃除機は、電気掃除機本体１０、ホースユニット１４、延長管１８、および床用吸込具１９より構成されており、電気掃除機本体１０には、空気を塵埃と共に吸上げる動力としての電動送風機１１が内蔵され、電動送風機１１の上流側には集塵室１２が設けられている。電動送風機１１は、図９に示すように、ファンカバー１１ａ、ファンカバー１１ａの中心部に設けられた吸気口１１ｂ、ファン１１ｃ、案内羽根１１ｄ、電機子１１ｅ、整流子１１ｆ、固定子１１ｇ、モータフレーム１１ｈ、このモータフレーム１１ｈに設けられた排気口１１ｉ、ブラシ１１ｊ、およびブラシ１１ｊを整流子１１ｆに押し付けるスプリング１１ｋより構成されている。

ホースユニット１４は、可撓性を有するホース１５およびホース１５の一端（上流側）に取り付けられた手元ハンドル１７からなり、ホース１５の他端（下流側）が電気掃除機本体１０の吸入口１３側に設けられた接続部１６に着脱可能に連結されている。延長管１８は、一端（下流側）が手元ハンドル１７に着脱可能に連結され、他端（上流側）が床用吸込具１９に着脱可能に連結されている。電動送風機１１が動作しているときは、床用吸込具１９から集塵室１２までが負圧の風路となり、集塵室１２の下流側から排気口２０までが排気風路となっている。

次に、電動送風機の動作について説明する。
電動送風機１１に電力が供給され、電機子１１ｅおよび固定子１１ｇの巻線に電流が流れると、固定子１１ｇにより励磁された磁界により、電機子１１ｅに回転方向の力が発生する。この時、軸に装着されたファン１１ｃも回転を始め、吸気口１１ｂから空気を吸入する。吸入された空気は、案内羽根１１ｄを経由し、モータフレーム１１ｈの筒内に配置された電機子１１ｅおよびブラシ１１ｊを冷却しつつ、モータフレーム１１ｈに設けられた排気口１１ｉから排気される。そして、電気掃除機本体１０に設けられた排気口２０から外部に排気され、電動送風機１１の冷却が保たれている。

図１は本発明の実施の形態における制御装置のブロック構成図である。
図１に示す制御装置２は、火花検出手段３と、火花判断手段４と、この火花判断手段４により異常火花と判断されたときに電動送風機１１のモータ７への電源供給を停止し運転を停止させる駆動手段５と、火花判断手段４により判断された異常火花に関する情報を報知する報知手段６とから構成されている。火花検出手段３は、モータ７に流れる電流を検出する電流検出部３ａと、電流検出部３ａにより検出された電流を整流する整流部３ｂと、整流部３ｂの出力をデジタル値としてサンプリングするＡ／Ｄ変換部３ｃとから構成されている。前記のモータ７は、電機子１１ｅと、固定子１１ｇと、整流子１１ｆおよびブラシ１１ｊとから構成されている。

図２は商用電源の電圧を示す波形図、図３は本発明の実施の形態における火花検出手段の電流検出部および整流部の出力を示す波形図である。図３（ａ）はモータ７に火花が発生していないときに電流検出部３ａにより検出された電流（出力）の波形を示し、図３（ｂ）はモータ７に火花が発生しているときに電流検出部３ａにより検出された電流（出力）の波形を示し、図３（ｃ）は火花発生時の電流検出部３ａの出力を整流部３ｂにより整流された電流（出力）の波形を示す。

図４は本発明の実施の形態における火花検出手段のＡ／Ｄ変換部の検出タイミングを示す図である。図４（ａ）は整流部３ｂの出力をサンプリングするタイミングを示し、図４（ｂ）はＡ／Ｄ変換部３ｃにより整流部３ｂの出力をサンプリングしたときの電流値（デジタル値）を示す。

図５は本発明の実施の形態における電動送風機のモータの概略回路構成および火花とモータ電流との関係を示す図である。図５（ａ）はモータ７の整流子１１ｆとブラシ１１ｉの間で発生する火花の大きさとモータ電流Ｉｍとの関係を説明するためのモータ７の模式図を示し、図５（ｂ）は火花電圧Ｖａとモータ電流Ｉｍの関係および火花の大きさとモータ７の寿命の関係を示している。

まず、火花発生とモータ電流Ｉｍの関係について説明する。
モータ７が回転していないときには、当然火花は発生していないため、火花判断手段４は正常と判断し、駆動手段５によって商用電源１の電圧がモータ７に供給され、モータ７の運転を開始する。運転開始後の火花が正常な場合の電流検出部３ａの検出電流は図３（ａ）に示す波形となるが、モータ７の整流子１１ｆとブラシ１１ｊとの間に火花が発生した場合には、火花による電圧降下が生じてモータ７に作用する電圧が低下し、モータ７に流れる電流（以下、「モータ電流Ｉｍ」という）も低下するため、電流検出部３ａの検出電流は図３（ｂ）のようになり、整流部３ｂの出力（整流）は図３（ｂ）のようになる。この現象において、火花は不安定なためにモータ７に作用する電圧の低下も不安定なものとなり、これに伴ってモータ電流Ｉｍも不安定な状態となる。

このようなモータ７では、ブラシ１１ｊの摩耗が少ない状態のときには、火花の発生程度も小さいため、モータ電流Ｉｍのピーク値の変化量も小さいが、ブラシ１１ｊが摩耗していくと、整流子１１ｆにブラシ１１ｊを押し付けているスプリング１１ｋの押出し力が低下していくため、ブラシ１１ｊと整流子１１ｆとの接触力が低下し、火花の発生頻度が高まるとともに、火花の大きさも大きくなる。さらに、ブラシ１１ｊの摩耗が進んだ場合には、さらに大きな火花が発生し、ブラシ１１ｊと整流子１１ｆの接触が保てなくなる時点でモータ７の寿命が短くなり、ブラシ１１ｊと整流子１１ｆの間に発生する火花が大きくなっていく。
火花が大きくなるに従い、カーボン製のブラシ１１ｊ及び整流子１１ｆの温度上昇も大きくなるため、これらに混合された樹脂が融点又は沸点に達すると融解及び気化を起こす。このときに発生した異臭が電動送風機１１の排気口１１ｉから排気され、さらに電気掃除機本体１０の排気口２０から外部に排出されることになる。

次に、モータ電流Ｉｍについて定量的に説明する。図５（ａ）において、固定子巻線７ａと接続されたブラシ１１ｊと整流子１１ｆとの間に発生する火花の火花電圧Ｖａと、モータ電流Ｉｍとの関係は、商用電源１の電圧をＶｓ、モータ７のインピーダンスをＺｍとしたとき、ブラシ１１ｊの２箇所での火花電圧が２Ｖａとなるため、Ｉｍ＝（Ｖｓ−２Ｖａ）／Ｚｍとみなすことができる。
ここで、便宜上、Ｚｍが火花の発生により大きさが変化しないものとすると、火花が発生していないときのモータ７に流れるモータ電流Ｉｍ１は、火花電圧Ｖａ＝０（ゼロ）であるため、Ｉｍ１＝Ｖｓ／Ｚｍとなる。しかし、火花が発生すると火花電圧Ｖａが発生するため、このときのモータ７に流れる電流をＩｍ２とすると、Ｉｍ２＝（Ｖｓ−２Ｖａ）／Ｚｍとなる。Ｖａは０と同じかそれより大きい値であるから、上記のケースでモータ電流Ｉｍを考えると、Ｉｍ１＞Ｉｍ２となる。この時、火花電圧Ｖａは火花の大きさに比例して変化するから、前述のモータ７に流れるモータ電流Ｉｍを表す式にあてはめると、結果的に火花の大きさに比例して、モータ電流Ｉｍも変化することになる。

この火花電圧Ｖａとモータ電流Ｉｍとの関係は、図５（ｂ）に示すようになり、火花は不安定であるため、火花電圧Ｖａは、モータ電流Ｉｍのピーク値を不安定とする一つの変数的な作用をする。つまり、モータ電流Ｉｍのピーク電流を計測すると、商用電源１の電圧の最大値とほぼ同期して、モータ電流Ｉｍのピークが現れる。そして、火花が発生した際には、その大きさに比例した火花電圧Ｖａが発生するため、モータ電流Ｉｍの実効値や瞬時値の値を不安定にする要素となっている。さらに、整流子１１ｆとブラシ１１ｊとの接触状態も不安定なために接触抵抗値も不安定となり、この影響も受けてモータ電流Ｉｍは不安定になっている。

このような考え方に基づき、モータ電流Ｉｍを検出する電流検出部３ａの出力を、図３（ｃ）に示すように、例えばダイオードブリッジ（図示せず）等からなる整流部３ｂによって全波整流する。Ａ／Ｄ変換部３ｃは、整流部３ｂ出力を商用電源１の周期に同期して、所定の時間の位相差で所定回数サンプリングする。即ち、図４（ａ）に示すように、商用電源１の電圧の正極側及び負極側の各ゼロクロス（図２のゼロクロス１〜ゼロクロス６）から所定のタイミングＴ１後に、例えば商用電源１の１／４周期の時間（商用電源１の周波数が５０Ｈｚの場合、Ｔ１＝５ｍｓ）で、図３（ｃ）に示す整流部３ｂの出力を例えば１回サンプリングする。このようにしてＡ／Ｄ変換部３ｃによりサンプリングされた電流値（デジタル値）は図４（ｂ）のようになる。

ところで、電気掃除機の場合、使用環境は近年特に多様化しており、ノズルを用いた布団圧縮袋の吸込みや、エアコンフィルターの吸込み等、高風量と低風量（場合によっては密閉状態）を繰り返し、風量負荷が急変しやすい状況を無視することができなくなっている。即ち、火花判断手段４は、使用環境に伴う電流変化と火花発生時の電流変化の区別も考慮したうえで火花を判断しなければならず、誤った火花判断を行なってしまうと、誤検知による早期市場不良を招くことになる。そこで、火花発生時の電流変化と使用環境変化による電流変化の相違点について以下に説明する。

図６は本発明の実施の形態における電流検出部の出力を整流部により整流した電流の波形図である。図６（ａ）は火花が発生しておらず、かつモータ７の負荷変動がなく、電流値が安定しているときの整流電流の波形を示し、図６（ｂ）は異常火花が発生しているときの整流電流の波形を示し、図６（ｃ）は火花が発生していないものの、モータ７の負荷変動を受け電流が不安定になっているときの整流電流の波形を示す。

図７は本発明の実施の形態における整流部の出力をＡ／Ｄ変換部でサンプリングした電流値の詳細図である。図７（ａ）は火花が発生しておらず、かつモータ７の負荷変動がなく電流値が安定しているときの整流部３ｂの出力をサンプリングした電流値を示し、図７（ｂ）は異常火花が発生しているときの整流部３ｂの出力をサンプリングした電流値の変化を示し、図６（ｃ）は火花が発生していないものの、モータ７の負荷変動を受け電流が不安定になっているときの整流部３ｂの出力をサンプリングした電流値の変化を示す。

既述のように、火花が発生した際には、その大きさに比例した火花電圧Ｖａが発生するため、モータ電流Ｉｍの実効値や瞬時値の値を不安定にするが、この電気的接触が不安定な状態は、電機子１１ｅの回転周波数、又はブラシ１１ｊのスプリング１１ｋの振幅等に起因するため、電流変動の振幅周期は２００Ｈｚ以上となり商用周波数を大きく上回り、電流検出部３ａの検出電流の波形は商用周波数の振動数である１０ｍｓ以下の短い周期で変動する。このため、既述の異常火花の発生時における、火花正常時のモータ電流Ｉｍに対する電流低下（Ｖｓ−２Ｖａ）／Ｚｍも、商用周波数に比べて短い周期で変動することになるため、電流変化は図６（ｂ）のような波形となる。なお、電気的接触が不安定な状態においても、商用周波数の周期に比べて非常に短い周期で火花電圧Ｖａがゼロに近くなる瞬間があるため、図７（ｂ）に示すように検知区間内のｍａｘ値は隣り合う検知区間内のｍａｘ値と大きな差がない傾向となる。

一方、使用環境の変化によりモータ７が負荷変動を受ける場合、延長管１８又は床用吸込具１９の操作による電気掃除機の操作変化のときが多いため、少なくとも商用周波数の数倍以上長い周期の電流変化の影響を受けるため、図６（ｃ）のような波形となる。なお、電気的に安定しているため、商用周波数の数倍以上の周期で電流値が変動するため、図７（ｃ）に示すように検知区間内のｍａｘ値は隣り合う検知区間内のｍａｘ値と比べて差が大きくなりやすい傾向となる。

次に、火花判断手段による異常火花の判断について図７を用いて説明する。
図７に示すように、Ａ／Ｄ変換部３ｃがサンプリングしたデジタル値について、１／Ｔのｎ倍（図７はｎ＝５で示してある）の区間を一つの検知区間１とし、同様に以降の区間を検知区間２、検知区間３とする。図７（ｂ）に示すように検知区間１における電流のデジタル値の最大値がｍａｘ１、最小値がｍｉｎ１の場合、ｍａｘ１とｍｉｎ１の差を求め、求めた変化量と所定の判断レベルとを比較し、変化量が判断レベルを超えたときは、異常火花と判断する。また、変化量が判断レベル以下の場合は、異常火花でないと判断して、検知区間２におけるｍａｘ２とｍｉｎ２を検知して差を求め、前記と同様に変化量と所定の判断レベルとを比較する。これを検知区間毎に行って異常火花が発生しているか否を判断する。

また、使用環境変化による電流変化は既述の通り、火花発生時に比べて周期が長いため、図７（ｃ）に示すようにｍａｘ１とｍａｘ２の差が大きくなることから、検知区間１および検知区間２のそれぞれのｍａｘ１とｍａｘ２の差を求め、求めた変化量と所定の判断レベルとを比較し、変化量が判断レベルを超えたときは、使用環境変化による電流変化と判断して、検知区間２のｍａｘ２と検知区間３のｍａｘ３の差を求めて所定の判断レベルと比較する。即ち、一つの検知区間におけるｍａｘとｍｉｎの差が所定の判断レベルを超え、かつ、二つの検知区間のそれぞれのｍａｘの差が所定の判断レベルを超えなかった場合のみ、真の異常火花の発生と判断する。

火花判断手段４は、異常火花と判断したときにその旨を駆動手段５に通知して、モータ２への電源供給を遮断させ運転を停止させる。このことにより、未然にカーボン製のブラシ１１ｊと整流子１１ｆからの異臭発生を防ぐことが可能となる。なお、前記の判断レベルは、ホースユニット１０５、延長管１０９、床用吸込具１１０および電動送風機２によって異なるため、実際の変化量等を計測した実験値などで設定するのが良い。

実施の形態では、火花判断基準は一つの検知区間で火花レベルを判断したが、複数の検知区間においてｍａｘとｍｉｎを検知してその差を求め、求めた変化量と所定の判断レベルとを比較するようにしても良い。この場合、変化量と所定の判断レベルの比較を複数の検知区間毎に行い、変化量が所定の判断レベルを超える状態が所定回数連続したときに、異常火花と判断する。このようにすることにより、火花検知の精度を向上させることが可能となる。

また、累積運転時間または電源投入後の運転時間により、異常火花か否か、また使用環境変化によるものか否かを判断するための閾値（判断レベル）を別途設定してもよい。このようにすることにより、突入電流の影響による火花を誤検知する恐れがなくなり、火花検知の精度を向上させることが可能となる。

報知手段６は、火花判断手段４からの異常火花検知の通知を受けたときに、手元ハンドル１０８に設けられた例えば液晶表示素子などに、予測された残りの寿命に関する情報と、この残りの寿命に応じた電気掃除機のメンテナンス内容の情報（例えば、部品交換を促すメッセージなど）を表示する。また、報知手段６は、駆動手段５がモータ７への電源供給を遮断して運転を停止させた際には、それが寿命末期の判断による旨を表示する。これにより、何故に運転が停止したのかを使用者に報知することが可能となる。

以上のように実施の形態によれば、モータ７に流れるモータ電流Ｉｍを検出し、検出したモータ電流Ｉｍを整流し、この電流Ｉｍをデジタル値としてサンプリングすることにより、ノイズ成分を抽出するためのハイパスフィルターなどが不要となり、また、外来ノイズを測定してしまうことによる火花発生の誤判断を行うことが極力防止され、さらに、モータ７の負荷変動による電流変化と火花発生による電流変化を区別して検出することができるため、検出精度が高く、安価な構成で実現することができる。従って、電気掃除機の制御装置を極めて簡便で、部品点数も少なく安価で信頼性が高いものとすることができ、さらに、モータ７の寿命末期における異常火花による発煙・発火が無い安全な電気掃除機を提供することが可能である。

また、モータ電流Ｉｍのサンプリングにおいて、所定の位相角におけるモータ電流Ｉｍをサンプリングするように、商用電源電圧の半周期毎に、商用電源電圧のゼロクロスから所定のタイミングＴ１で１回サンプリングしているので、高速のＡ／Ｄ変換やデータ処理を必要とすることがなく、一般的な変換速度のＡ／Ｄ変換器や一般的なデータ処理速度のマイコン等で良く、従って、電気掃除機の制御装置を安価な構成とすることができ、さらに、モータ７の寿命末期における異常火花による発煙・発火が無い安全な電気掃除機を提供することが可能である。

また、火花判別手段４は、Ａ／Ｄ変換部３ｃがサンプリングしたデジタル値の今回データ値と前回データ値との変化量（差の絶対値）を求め、求めた変化量と判断レベルとを比較して火花異常と判断しているので、少量の検出値を加算して積み上げる積分手段などが不要となり、火花発生の検出を安価な構成で実現することができる。従って、安価な構成で、寿命末期における異常火花による発煙・発火が無い安全な電気掃除機を提供することが可能である。

なお、前述した実施の形態では、モータ電流Ｉｍの検出を商用電源電圧の正極側及び負極側の各ゼロクロス毎（図３に示すゼロクロス１〜ゼロクロス６）に行う場合を説明したが、これに限定されるものではなく、正極側（図３に示すゼロクロス１、３、５）又は負極側（図３に示すゼロクロス２、４、６）の何れか一方のみで行っても同様の検出が可能である。このような構成とすれば測定精度をほぼ前記の説明と同様のレベルに維持しながら、さらなるコストダウンを図ることができる上に、外来ノイズの影響をさらに低減することができる。また、検出する波形を例えば１０個に１個、２０個に１個と絞る構成でも良い。このように構成すればさらなるコストダウンを図ることができる。しかしあまり絞りすぎると商用電源１の電圧変動等が火花発生の検出などに影響を及ぼすため、少なくとも１秒に１回以上を対象としてサンプリングすることが望ましい。

さらに、実施の形態では、モータ電流Ｉｍを測定するための整流部３ｂの出力をサンプリングするための所定のタイミングＴ１を、商用電源電圧のゼロクロスから商用電源１の１／４周期の時間、例えばＴ１＝５ｍｓとした場合を説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、４ｍｓでも６ｍｓでも良く、モータ電流ＩｍのＡ／Ｄ変換後における今回データ値と前回データ値とを比較する際に、所定のタイミングＴ１が同じであれば問題なく同様の検出ができることは言うまでもない。

また、電流検出部３ａの出力を商用電源電圧の周波数成分とノイズ成分を分別することなく、Ａ／Ｄ変換部３ｃでサンプリングするように構成しているが、火花によるノイズ成分の影響が強い場合や外来ノイズの影響を受ける場合には、適切なカットオフ周波数を設定し、回路の適切な位置、例えば、Ａ／Ｄ変換部３ｃの前段又は電流検出部３ａの後段に、ローパスフィルターを設けることで、さらに確実な火花検知ができることは言うまでもない。このように構成することでノイズ成分をより良好に除去することができ、正確な火花検知を行うことで安全性等を高めることができる。

また、電流検出部３ａの出力を整流部３ｂで整流した後にＡ／Ｄ変換部３ｃによりデジタル値に変換しているが、整流部３ｂを設けることなく適当に電子回路を設計したり、適当にＡ／Ｄ変換部３ｃのデジタル値をデータ処理することで、電流検出部３ａの出力を直接Ａ／Ｄ変換部３ｃでデジタル値に変換するようにしても同様の効果が得られることは言うまでもない。

また、整流部３ｂは、電流検出部３ａの検出電流を全波整流するダイオードブリッジからなっていることを説明したが、半波整流回路でもＡ／Ｄ変換部３ｃのサンプリングするタイミングを適当にすれば、同様の効果が得られることは言うまでもない。このような構成とすれば測定精度をほぼ前記の説明と同様のレベルに維持しながら、さらなるコストダウンを図ることができる上に、外来ノイズの影響をさらに低減することができる。

また、所定のタイミングＴ１後に、１回だけＡ／Ｄ変換するような構成で説明したが、所定のタイミングＴ１後に複数回数のＡ／Ｄ変換をする場合には、複数回数のＡ／Ｄ変換して得られたデータについて平均値処理を施し、所定のタイミングＴ１後のデータとしてその平均値処理した値を扱うことでも良い。このように構成した場合、より高性能な回路素子やマイコンなどが必要とされるが、より火花検知の精度を向上させることが可能である。

さらに、所定のタイミングＴ１は、商用電源電圧のゼロクロスを基点として説明したが、商用電源電圧の所定の電圧値を基点として構成しても同様の効果が得られることは言うまでもない。

また、報知手段６の搭載場所を手元ハンドル１７としたが、これに限らず任意の場所、例えば電気掃除機本体１０の上部に取り付けても良い。また、報知手段６に例えば液晶表示素子などを用いる場合を説明したが、ＬＥＤ等で構成された表示素子や、スピーカ等の音によるものでも良い。

Claims

整流子とブラシとを有するモータと、
該モータに流れる電流を検出する電流検出手段と、
該電流検出手段の出力を整流する整流手段と、
該整流手段の出力をデジタル値としてサンプリングするＡ／Ｄ変換手段と、
該Ａ／Ｄ変換手段によりサンプリングされたデジタル値が所定の判断レベルを超えたときに、前記モータに発生する火花が異常であると判断する火花判断手段と、
該火花判別手段により異常火花と判断されたときに前記モータへの電源供給を遮断し運転を停止させる駆動手段と
を備えたことを特徴とする電気掃除機。
前記Ａ／Ｄ変換手段は、前記モータに供給される商用電源の周期に同期して、所定の位相差で所定回数、前記モータに流れる電流をサンプリングし、
前記火花判断手段は、前記Ａ／Ｄ変換手段によりサンプリングされたデジタル値の所定時間内における最大値と最小値との差を求め、求めた変化量が所定の判断レベルより大きいときに、前記モータに発生する火花が異常であると判断することを特徴とする請求項１記載の電気掃除機。
前記火花判断手段は、前記Ａ／Ｄ変換手段によりサンプリングされたデジタル値の所定時間内における最大値と最小値との差を求め、求めた変化量が所定の判断レベルより予め設定された連続回数大きかったときに、前記モータに発生する火花が異常であると判断することを特徴とする請求項１又は２記載の電気掃除機。
前記火花判断手段は、前記Ａ／Ｄ変換手段によりサンプリングされたデジタル値の所定時間内における最大値と、この所定時間内以外の区間でサンプリングされた所定時間内における最大値との差を求め、求めた変化量が予め設定された所定の判断レベルより大きいときに、前記モータに発生する火花が異常でないと判断することを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の電気掃除機。
前記火花判別手段は、累積運転時間または電源投入後の運転時間により、異常火花と判断する閾値を別途設定したことを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の電気掃除機。
前記火花判断手段により判断された異常火花に関する情報を報知する報知手段を備えたことを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載の電気掃除機。