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発明の名称 電気掃除機
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開平7−315
公開日 平成7年(1995)1月6日
出願番号 特願平5−164976
出願日 平成5年(1993)6月11日
代理人 【弁理士】
【氏名又は名称】紋田 誠
発明者 上西 智明
要約 目的
電動送風機のバラツキに依らず、ほぼ一定の掃除機吸込性能を得ると共に、電動送風機の入力を床面の状態や集塵室内におけるゴミの量に応じた入力に安定に制御すること。

構成
電動送風機に流れるモータ電流を検出する電動送風機電流検出手段と、前記電動送風機に供給する交流電源の位相遅延時間を変化させながらモータ電流を測定することにより消費電力を求め、求めた消費電力が所定の値になるように前記位相遅延時間を決定し、以後入力を変更するまで、この位相遅延時間で前記電動送風機に供給する交流電源を位相制御する制御装置を備え、電気掃除機の吸込性能のバラツキを補正すると共に、電動送風機の入力を変更した時のモータ電流値から所定値減少したことを検出して所定の真空度を検出する。
特許請求の範囲
【請求項1】 掃除機本体内に電動送風機を備えると共に、延長パイプの先端に接続される床用吸込口具を備えた電気掃除機において、前記電動送風機に流れるモータ電流を検出する電動送風機電流検出手段と、前記電動送風機に供給する交流電源の位相遅延時間を変化させながらモータ電流を測定することにより消費電力を求め、求めた消費電力が所定の値になるように前記位相遅延時間を決定し、以後入力を変更するまで、この位相遅延時間で前記電動送風機に供給する交流電源を位相制御する制御装置を備え、電気掃除機の吸込性能のバラツキを補正することを特徴とする電気掃除機。
【請求項2】 電動送風機の入力を変更した時のモータ電流値から所定値減少したことを検出して所定の真空度を検出することを特徴とする請求項1記載の電気掃除機。
【請求項3】 前記制御装置は、前記床用吸込口具に設けられたブラシ駆動モータのモータ電流と前記電動送風機のモータ電流とを入力し、ファジー推論して前記電動送風機の入力を最適値に制御する手段を備えていることを特徴とする請求項1記載の電気掃除機。
【請求項4】 前記制御装置は、前記電動送風機の入力変更後、前記電動送風機に流れる電流が安定するまで前記ブラシ駆動モータからのモータ電流値の読み込みを禁止する手段を備えていることを特徴とする請求項3記載の電気掃除機。
発明の詳細な説明
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、電動送風機の入力を最適値に制御する制御装置を備えた電気掃除機に関する。
【0002】
【従来の技術】従来より、電気掃除機においては、電気掃除機本体内外の圧力差を検出してゴミの詰まり具合を表示したり、吸塵圧力を変えたりすることが行われている。また、集塵室内の圧力を圧力検出装置により検出すると共に、床用吸込口具の回転ブラシ駆動モータの電流変化により床面の状態を検出し、これら2つの検出値に基づき電動送風機の入力を自動的に制御する電気掃除機も提案されている(特開平4−75623号公報参照)。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、電気掃除機本体内外の圧力差を検出する電気掃除機では、本体ケースの隙間や吸込パイプの変形が大きく空気の流れに影響し、所望の圧力差が検出出来なくなる。また、全負荷時即ち真空度が0のとき(集塵室内にゴミが無い状態で、床用吸込口具を床面から離した最大風量のとき)には圧力差が無く入力制御が出来ないため、電動送風機の性能のバラツキが吸収出来ず、そのバラツキがそのまま掃除機の最大吸込性能のバラツキとなって現れ、安定した品質の電気掃除機が得られないといった問題点が有った。
【0004】また、吸気路中の圧力検出と床用吸込口具の回転ブラシ駆動モータの電流変化により床面の状態を検出して電動送風機の入力制御を行う電気掃除機の場合、一般家庭では電源電圧がそれほど安定したものではないため、電動送風機の入力を変化させると、それに伴って回転ブラシ駆動モータに掛かっている電圧が変動し、その電流検出値も変動するため、電動送風機の安定した入力制御が出来なくなる問題点が有った。
【0005】本発明は、上記問題点を解決し、電動送風機のバラツキに依らず、ほぼ一定の掃除機吸込性能が得られると共に、電動送風機の入力を床面の状態や集塵室内におけるゴミの量に応じた入力に安定に制御することのできる電気掃除機を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明の請求項1は、掃除機本体内に電動送風機を備えると共に、延長パイプの先端に接続される床用吸込口具にはブラシ駆動モータを備えた電気掃除機において、前記電動送風機に流れるモータ電流を検出する電動送風機電流検出手段と、前記電動送風機に供給する交流電源の位相遅延時間を変化させながらモータ電流を測定することにより消費電力を求め、求めた消費電力が所定の値になるように前記位相遅延時間を決定し、以後入力を変更するまで、この位相遅延時間で前記電動送風機に供給する交流電源を位相制御する制御装置を備え、電気掃除機の吸込性能のバラツキを補正することを特徴とするものである。
【0007】本発明の請求項2は、電動送風機の入力を変更した時のモータ電流値から所定値減少したことを検出して所定の真空度を検出することを特徴とするものである。
【0008】本発明の請求項3は、前記制御装置が、前記ブラシ駆動モータのモータ電流と前記電動送風機のモータ電流とを入力し、ファジー推論して前記電動送風機の入力を最適値に制御する手段を備えるようにしたものである。
【0009】本発明の請求項4は、前記制御装置が、前記電動送風機の入力変更後、前記電動送風機に流れる電流が安定するまで前記ブラシ駆動モータのモータ電流値の読み込みを禁止する手段を備えるようにしたものである。
【0010】
【作用】請求項1に依れば、電気掃除機の性能のバラツキを補正し、安定した品質の電気掃除機を提供することが出来る。
【0011】請求項2に依れば、掃除機本体内部の集塵圧力を、圧力検出器を用いること無く、電動送風機の電流を検出することによって検出しているので、本体ケースの隙間や吸込パイプの変形等に影響されず、過速状態を正しく検出することが出来る。
【0012】請求項3に依れば、電動送風機の入力を常に最適値に制御することが出来、この結果、床用吸込口具は常に床面の状態に応じた吸込特性を維持することが出来るようになる。
【0013】請求項4に依れば、ブラシ駆動モータのモータ電流値の読み込みを安定した時点で行うことにより、電動送風機の入力制御を常に安定した状態で行うことが出来る。
【0014】
【実施例】図1は本発明の一実施例を示す電気掃除の外観斜視図、図2はその掃除機本体の断面図である。これらの図に示すように、掃除機本体1は、前部に蓋体2により開閉される上面開口部を有する集塵室3を備える一方、後部に集塵室3と通気口4を介して連通すると共に、後壁に排気口5を穿設した送風機収納室6を備えてなる。
【0015】収納室6には電動送風機7が収納され、その吸気口7aが集塵室3に連通されている。通気口4には集塵室3内に挿脱できる通気性と保形性を有する吸気フィルタ8が設けられている。更に集塵室3には集塵用フィルタ9が着脱自在に設けられ、また、後壁の排気口5には排気フィルタ10が取り付けられている。
【0016】一方、前部の蓋体2には吸込ホース13に連結する吸込口部12が形成される。この吸込口部12は、図2に示す通り吸込口14と、吸込ホース13を保持するホース連結筒15と、このホース連結筒の前部に位置して吸込口14を開閉するスライド式のシャッタ板16とから構成されている。
【0017】図1に示すように、一端が吸込口部12に連絡される吸込ホース13の他端には手持ち部17が形成され、その上面に電動送風機や回転ブラシ駆動モータの動作状態を設定する動作設定部18が付設されている。
【0018】更に手持ち部17の先端には延長パイプ19が接続されその先端に回転ブラシおよびそれを駆動するブラシ駆動モータを備える床用吸込口具20が接続されている。
【0019】掃除機本体1の送風機収納室6の上部には制御基板収納部22が設けられ、制御回路素子等を配した制御回路基板23が配設されている。
【0020】図3は、その制御回路基板23に形成された回路構成図を示したもので、マイクロコンピュータ(以下マイコンという)24は、ROM、RAM、μCPU、A/D変換部、入出力部等を備え、ブラシ駆動モータ40の電源の入、切や電動送風機7の入力制御等を行う。このマイコン24には、交流電源25を入力して電源回路26で作られる直流定電圧電源が供給されて動作する。また、交流電源25のゼロクロス点を検出するゼロクロス検出回路27からゼロクロス信号も入力される。
【0021】電動送風機駆動部28はマイコン24から出力される点弧信号に基づいて電動送風機7に供給する交流電源の点弧角を位相制御し、電動送風機7の入力を変える。
【0022】電動送風機電流センサ29は、電動送風機7に流れる電流を検出し、電動送風機電流検知回路30は、その検出値を0〜5Vのアナログ電圧に変換してマイコン24に入力する。
【0023】同様にブラシ駆動モータ駆動部31は、マイコン24から出力される点弧信号に基づいてブラシ駆動モータに供給する交流電源を位相制御してブラシ駆動モータの入力を変える。
【0024】ブラシ駆動モータ電流センサ32はブラシ駆動モータに流れる電流を検出し、ブラシ駆動モータ電流検知回路33はその検出値を0〜5Vのアナログ電圧に変換してマイコン24に入力する。
【0025】次に、以上のように構成される本実施例の電気掃除機の動作を図4〜7を参照して説明する。
【0026】電気掃除機は、図1、2に示した状態に組み上がった時点で、どうしても吸込性能にバラツキが生じてしまう。このため、消費電力のバラツキを使用時に調整できるように、伝送送風機7に印加する交流電源電圧には、予め図4に示すような一定の位相遅延時間を持たせている。即ち、マイコン24は交流電源のゼロクロス点より一定の位相遅延時間経過時に点弧信号を出力して交流電源から電動送風機7に電力を供給するトライアックを点弧するようにしている。
【0027】この状態で、真空度0の消費電力が例えば1100W〜900Wの範囲でばらついたものとする。このときの電源電圧は100Vであるが、図4に示すように一定の位相遅延時間を持たせた結果、モータ印加電圧が例えば95Vになったものとする。すると、真空度0で900W〜1100Wの電気掃除機にはそれぞれ約9.5A〜11.6Aのモータ電流が流れることになる。
【0028】この消費電力が900W〜1100Wにばらついている電気掃除機の消費電力を例えばほぼ1000Wに統一するため、組立て後の初期起動時、マイコン24は消費電力が1000W未満の場合は位相遅延時間を減らし、1000W超過の場合は位相遅延時間を増やすように電動送風機7の入力を調整する。即ち、例えば組立て時に設定した一定の位相遅延時間を2.5msとすると、組立て後の初期起動時の位相遅延時間調整時にはこれを0.1msずつ増加していく。
【0029】従って、このときの位相遅延時間は分かっており、電流は電動送風機電流センサ29、電動送風機電流検知回路30で検出できるので、消費電力もマイコン24内でV×Iを演算して求めることが出来る。これにより、マイコン24はその消費電力を監視して位相遅延時間を増減することにより消費電力をほぼ1000Wに調整することが出来る。
【0030】以後、この位相遅延時間を記憶して、起動時にはモータ電流を制御するトライアックの点弧角を常にこの位相遅延時間に設定することにより、電気掃除機の吸込性能のバラツキを無くすことが出来る。
【0031】このように、真空度0での起動時に電気掃除機の消費電力は全て1000Wに調整されるが、調整は位相遅延時間の増減によるため、モータ印加電圧が多少変化する。従って、この時のモータ電流値も多少変動し、真空度とモータ電流との関係は、図5に示すように、真空度0でのモータ電流値がI01〜I02の間にばらつくことになる。しかし、消費電力としては一定である。
【0032】図5から分かるように、電気掃除機は電源の入り切りに拘らず、常に上述の位相遅延時間を記憶して交流電源を電動送風機7に給電する結果、真空度とモータ電流との関係は図5の特性曲線A1〜A2に沿って変化する。従って、集塵量が増してきて真空度が所定の吸込仕事率点、例えば最大吸込仕事率点Pに達する時点では、モータ電流もかなり減少してパワーが減少する。依って、この時点でパワーアップすることが望ましい。
【0033】この最大吸込仕事率点Pの真空度は予め分かっている。一方、図5から分かるように真空度0時の起動電流がI01〜I02の変動幅が有っても、I01〜I02間の起動電流I0から最大吸込仕事率点Pに達する迄の電流変化分ΔI1は一定のものとして特性曲線A1〜A2から予め計算により求まるので、使用時の電流Iが(I0−ΔI1)に一致したか否かを監視すれば、最大吸込仕事率点Pを見つけることが出来る。この時点で、再び前述同様にして電気掃除機を1000Wにパワーアップする。この時のパワーアップの仕方は、初期起動時における位相遅延時間の調整の場合とほぼ同様に行われる。
【0034】このようにして、真空度P点で1000W消費電力にパワーアップしたときの電流I1〜I2に対応する新しい一定の位相遅延時間を記憶し、以後この新しい位相遅延時間で点弧制御する。これにより、真空度とモータ電流との関係は以後、特性曲線B1〜B2に沿って変化することとなる。
【0035】一方、ゴミ詰まり点Qの真空度も予め分かっているので、特性曲線B1〜B2からこのゴミ詰まり点Qに達するまでの電流変化分は電流I1〜I2よりΔI2後として求めることが出来る。従って、ゴミ詰まり点Qは、最大吸込仕事率点Pを見つける場合と同様にして、パワーアップ後の電流Iが(I0−ΔI2)に一致したか否かを監視することにより見つけることが出来る。
【0036】このように、本実施例では圧力検出器を一切使用すること無く、電動送風機7のモータ電流を検出して過速状態を電気掃除機の性能のバラツキによらずほぼ一定とすることが出来ると共に、ゴミ詰りの検出も可能となる。この結果、モータ自身のバラツキ、本体ケースの効率に依存せず入力の一定化が図られ、製造行程上の入力不良、入力表示に対する許容範囲越えなどを無くすことができる。
【0037】なお、上記実施例のように初期起動電流値から所定値ΔI変化したことを検出して、所定の真空度を検出する代りに、予めモータ電流値に限界値を設定しておき、この限界値を検出してパワーアップを図ったり、ゴミ詰まりの検出を行うようにすることも出来る。但し、その場合には真空度/モータ電流特性のバラツキにより真空度が一定せず多少のバラツキが生じるが、これはやむを得ないことである。
【0038】次に、電動送風機7のモータ電流値及びブラシ駆動モータの電流値に応じて電動送風機7を最適状態に制御する場合について説明する。
【0039】電動送風機7のモータ電流値及びブラシ駆動モータの電流値をたとえば大、中、小の3つの大きさに分類し、その組み合わせでファジー推論して、図6に示すように電動送風機7の最適電流値を得る点弧角の位相遅延時間を決定することにより、床面の状態と集塵量に応じて電動送風機7を最適状態に制御することが出来る。あるいは、出願人が先に提案した特開平4−75623号公報における圧力センサ出力の代りに電動送風機7のモータ電流値を用い、電動送風機7の入力をファジー制御することによる等しても同様に電動送風機7を最適状態に制御することができる。
【0040】ところで、ブラシ駆動モータのモータ電流値は電源変動の影響を受けやすく、ブラシ駆動モータのモータ電流値をそのまま読み込むと電動送風機7の入力制御が不安定になる。例えば、マイコン24が一定周期Tで入力制御を行っていて、図7(b)に示すように位相遅延時間が例えば3msつまり700Wの消費電力で電動送風機7を運転しているT1周期にブラシ駆動モータのモータ電流が増加し、これに基づきファジー推論した結果により、T2周期で位相遅延時間を例えば2ms(900W)にすると、電動送風機7の入力が急激に増加し、この結果ブラシ駆動モータのモータ電流値が一時的に減少する。この減少分をそのまま読み込むと、マイコン24はブラシ駆動モータのモータ電流が元に戻ったものとして、T3周期で電動送風機7の位相遅延時間を再び3msに復帰する。
【0041】このように電動送風機7のモータ電流が変化する時期のブラシ駆動モータのモータ電流値を読み込むとT周期毎に2msと3msの入力制御を繰返し、制御が不安定になる。
【0042】そこで本実施例では図7(a)に示すように、電動送風機7の入力を変化してからそのモータ電流値が安定するまでの各周期の初期の一定期間をブラシ駆動モータからのモータ電流読み込み禁止期間としている。これにより、T1周期でブラシ駆動モータのモータ電流が増加し、これに基づきファジー推論した結果により、T2周期で位相遅延時間が2ms(900W)になったとき、T2周期の初期の一定期間はモータ電流を読み込むこと無く、電源電圧が安定した時期にモータ電流を読み込む結果、以後電動送風機7の入力は2msの位相遅延時間に安定することとなる。
【0043】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、掃除機本体内部の集塵圧力を、圧力検出器を用いること無く、電動送風機の電流を検出することによって検出しているので、本体ケースの隙間や吸込パイプの変形等に影響されず、過速状態を正しく検出することが出来る。また、電気掃除機の性能のバラツキを補正し、安定した品質の電気掃除機を提供することが出来る。




 

 


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