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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2007−37915(P2007−37915A)
公開日 平成19年2月15日(2007.2.15)
出願番号 特願2005−228171(P2005−228171)
出願日 平成17年8月5日(2005.8.5)
代理人 【識別番号】100097445
【弁理士】
【氏名又は名称】岩橋 文雄
発明者 大島 裕夫 / 妹尾 裕之 / 伊藤 昭人 / 上野 聖一
要約 課題
高性能塵埃検知手段と制御手段との間を高速・高信頼で塵埃検知情報信号を送信可能な電力線通信方式を備えた電気掃除機を提供することを目的とする。

解決手段
高性能な塵埃検知手段62で検知した膨大な塵埃検知情報信号を複数の電流値の電流パルス信号として2本の電力線に重畳し、更に電流センサ様に構成された信号変換手段30で前記の電流パルス信号を元の塵埃検知情報信号(デジタル信号)に逆変換して本体制御手段34内の制御手段35(マイクロコンピュータ等)で高速処理できるようにする。
特許請求の範囲
【請求項1】
吸引力を発生する電動送風機と前記電動送風機への供給電力を制御する本体制御手段とを内蔵した電気掃除機と、前記電気掃除機本体に着脱自在で前記電動送風機が掃除部位の塵埃を吸引するための空気流路の少なくとも一部を構成するホース或いは延長管等の塵埃導入手段と、前記塵埃導入手段近傍に前記本体制御手段と2本の電気配線手段で接続されて配設され、空気流路内の塵埃通過状態を塵埃検知情報信号として検出可能な塵埃検知手段と、複数の塵埃検知情報信号をそれぞれ電流値の異なる複数の電流信号に変換可能な電流変換手段と、前記本体制御手段に設けられ、前記複数の電流信号を複数の塵埃検知情報信号に逆変換可能な信号変換手段とを備え、前記本体制御手段は、前記塵埃検知手段が消費する電力を前記2本の電気配線手段を介して送信し、前記塵埃検知手段は、前記電流変換手段により、前記2本の電気配線手段の電流値を変化させて、複数の塵埃検知情報信号を電流値の異なる複数の電流信号に変換すると共に、変換した前記複数の電流信号を前記本体制御手段に前記2本の電気配線手段を介して送信可能とし、前記本体制御手段は、送信されてきた電流値の異なる複数の電流信号を、前記信号変換手段により複数の塵埃検知情報信号に逆変換し、前記信号変換手段で得られた塵埃検知手段からの複数の塵埃検知情報信号に応じて、前記電動送風機への供給電力を制御する電気掃除機。
【請求項2】
電流変換手段は、任意の基本電流値Aと、前記基本電流値Aより電流値が大きい電流信号Bと、前記基本電流値Aより電流値が小さい電流信号Cとを生成可能で、塵埃検知手段は複数の塵埃検知情報信号を前記電流信号Bおよび電流信号Cとして配線手段に出力し、信号変換手段は、所定時間の電流信号Bおよび電流信号Cの平均値を基準電流値Aとして検出可能な電流平均手段を備え、前記信号変換手段は所定時間未満の電流信号Bおよび電流信号Cと基準電流値Aとの電流値の差を比較、検出して、塵埃検知情報信号に逆変換することで、塵埃検知手段と本体制御手段との間で塵埃検知情報信号を通信可能とした請求項1記載の電気掃除機。
【請求項3】
発光手段と前記発光手段の放射光を受光可能な受光手段とを、空気流路内にその光軸を略対向して配置し、塵埃検知手段は、前記光軸内を塵埃が通過して遮光される光の変化を演算手段で信号処理することで電気パルス信号に変換して、塵埃検知信号を生成し、前記演算手段は信号処理特性の異なる演算手段を複数備えることで通過塵埃の大きさおよび/または通過塵埃量に応じて電流信号Bおよび電流信号Cとを生成する請求項2記載の電気掃除機。
【請求項4】
電流変換手段は、電流信号Bと電流信号Cとの生成に対して、いずれか一方の電流信号を優先して出力する排他手段を備えた請求項2または3記載の電気掃除機。
【請求項5】
表示手段を備え、塵埃検知情報信号に応じて表示手段での表示情報を変更制御する請求項1〜4のいずれか1項記載の電気掃除機。
発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
本発明は、マイクロコンピュータ等で構成された電気掃除機本体内の本体制御手段と塵埃検知手段との間で電力供給と信号通信とを2本の電気配線で行う技術に関するもので、特に電気配線が着脱自在な接続部を有する電気掃除機に有用な電力線通信技術に関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来この類の電力線通信技術による通信機能を備えた電気掃除機の概観を図7に、また回路構成を図8に示し、その構成・動作について説明する。
【0003】
9は吸引力を発生する電動送風機2を内蔵した電気掃除機本体、1は電気掃除機本体9に接続部11で着脱自在なホースユニット、8は使用者が電気掃除機を使用する際に握る操作部、15は掃除床面のゴミを吸引可能に構成された床用吸い込み具46と操作部8との間を接続する延長間で、本体9内の電動送風機2の発生する吸引力はホースユニット1と延長間15と床用吸い込み具46の空気流路を経て掃除床面より塵埃を吸引するよう構成されている。
【0004】
ホースユニット1の空気流路には、発光素子(発光ダイオード)24と受光素子(フォトトランジスタ)25との光軸を対向配設(詳細図省略)され前記光軸間を塵埃が通過して光を遮ることで変化するフォトトランジスタ25の出力(塵埃検知信号)を演算回路27で増幅して比較回路28でデジタル信号(塵埃検知情報信号)に変換する塵埃検知手段を備えている。トランジスタ22は比較回路28の出力電力を増幅して接続部11より配線されている2本の電気配線に電圧Vz(ツェナーダイオード21のツェナー電圧)を塵埃検知情報信号として送信出力する。23は電源回路で本体9の電源回路4から送られてくる電力を塵埃検知手段で消費可能な電圧に変換するための電圧レギュレータである。
【0005】
制御手段5(位相制御用IC)の4番端子は接続部11の電圧Viが入力されていて、塵埃検知手段から直流電圧値Vzが出力されると(塵埃検知手段で塵埃を検知した時)、制御手段5(位相制御IC)は前記直流電圧値Vzそのものを検知することでモータ2への供給電力が増えるよう位相制御量を変更し、塵埃検知手段からVz以外の直流電圧値が出力されると(塵埃検知手段で塵埃を検知していない時)、制御手段5(位相制御IC)はモータ2への供給電力が減るよう位相制御量を変更するものである。
ところで本従来例は、制御手段5は塵埃検知手段から出力される直流電圧Vzが位相制御用ICの位相制御量設定端子に直接印加されることで、位相制御量を変更するものであるがその信号処理の様子は「通信」と呼ぶ詳細な技術的説明(位相制御手段は塵埃検知情報信号をどのように受信して信号処理し、電動送風機2への位相制御量を変更するのかという)が無く、実際に特許文献1記載の通信装置を実現しようと試みたが、塵埃検知手段の塵埃検知情報通信号の情報量の多さに対してその信号を受信して電動送風機2の位相制御量を変更する「位相制御用IC」の動作・構成の開示が無ければうまく動作させることはできないものであった。
【特許文献1】特開2002−315703号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかしながら近年ハウスダストが健康に与える悪影響についての情報が増える中、電気掃除機は単なる床面の塵埃を検知して所定の吸引力で吸引するだけでなく掃除床面の種類や汚れ具合に合わせて効率よく掃除のできる運転制御や更にはアレルゲンを綺麗に掃除できるもの等高付加価値化・高集塵性能制御化への要望は益々高まりつつあり、塵埃検知機能とその検知結果から設定される電動送風機(モータ)の運転制御に対しても従来以上に高性能化する必要を迫られている。具体的には塵埃検知機能の高性能化とそのために増加する塵埃検知情報信号の高速処理技術を掃除機本来の使い勝手を損なうことなく信頼性を確保しつつ進化させる発明が待たれている。
【0007】
本発明は、前記使用者からの要望を実現するために必要な、高性能塵埃検知手段と制御手段との間を高速・高信頼で塵埃検知情報信号を送受信可能な電力線通信方式を備えた電気掃除機を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【0008】
前記課題を解決するために、本発明の電気掃除機は、吸引力を発生する電動送風機と前記電動送風機への供給電力を制御する本体制御手段とを内蔵した電気掃除機と、前記電気掃除機本体に着脱自在で前記電動送風機が掃除部位の塵埃を吸引するための空気流路の少なくとも一部を構成するホース或いは延長管等の塵埃導入手段と、前記塵埃導入手段近傍に前記本体制御手段と2本の電気配線手段で接続されて配設され、空気流路内の塵埃通過状態を塵埃検知情報信号として検出可能な塵埃検知手段と、複数の塵埃検知情報信号をそれぞれ電流値の異なる複数の電流信号に変換可能な電流変換手段と、前記本体制御手段に設けられ、前記複数の電流信号を複数の塵埃検知情報信号に逆変換可能な信号変換手段とを備え、前記本体制御手段は、前記塵埃検知手段が消費する電力を前記2本の電気配線手段を介して送信し、前記塵埃検知手段は、前記電流変換手段により、前記2本の電気配線手段の電流値を変化させて、複数の塵埃検知情報信号を電流値の異なる複数の電流信号に変換すると共に、変換した前記複数の電流信号を前記本体制御手段に前記2本の電気配線手段を介して送信可能とし、前記本体制御手段は、送信されてきた電流値の異なる複数の電流信号を、前記信号変換手段により複数の塵埃検知情報信号に逆変換し、前記信号変換手段で得られた塵埃検知手段からの複数の塵埃検知情報信号に応じて、前記電動送風機への供給電力を制御するように構成したものである。
【0009】
これは従来の通信装置(特許文献1)の直流電圧Vzで塵埃検知情報信号を送受信する技術で詳細開示されていなかった、塵埃検知情報信号の高速処理(受信)するための技術を含めて実現可能な発明である。
【0010】
そして、高性能な塵埃検知手段で検知した膨大な塵埃検知情報信号を複数の電流値の電流パルス信号として2本の電力線に重畳し、更に電流センサ様に構成された信号変換手段で前記の電流パルス信号を元の塵埃検知情報信号(デジタル信号)に逆変換して本体制御手段内のマイクロコンピュータ等で高速処理できるようになるものである。
【発明の効果】
【0011】
本発明は、着脱自在な電気接続部を経て2本の電気配線だけで電力供給と電気信号通信が必要な電気掃除機において、高付加価値・高機能制御を実現するために電気信号を高速伝送・高速処理するために必要な電気掃除機の通信方式を提供するもので、特に高性能塵埃検知手段の膨大な塵埃検知情報信号を高速処理して高性能制御を実現する電気掃除機を提供可能にできるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【0012】
第1の発明は、吸引力を発生する電動送風機と前記電動送風機への供給電力を制御する本体制御手段とを内蔵した電気掃除機と、前記電気掃除機本体に着脱自在で前記電動送風機が掃除部位の塵埃を吸引するための空気流路の少なくとも一部を構成するホース或いは延長管等の塵埃導入手段と、前記塵埃導入手段近傍に前記本体制御手段と2本の電気配線手段で接続されて配設され、空気流路内の塵埃通過状態を塵埃検知情報信号として検出可能な塵埃検知手段と、複数の塵埃検知情報信号をそれぞれ電流値の異なる複数の電流信号に変換可能な電流変換手段と、前記本体制御手段に設けられ、前記複数の電流信号を複数の塵埃検知情報信号に逆変換可能な信号変換手段とを備え、前記本体制御手段は、前記塵埃検知手段が消費する電力を前記2本の電気配線手段を介して送信し、前記塵埃検知手段は、前記電流変換手段により、前記2本の電気配線手段の電流値を変化させて、複数の塵埃検知情報信号を電流値の異なる複数の電流信号に変換すると共に、変換した前記複数の電流信号を前記本体制御手段に前記2本の電気配線手段を介して送信可能とし、前記本体制御手段は、送信されてきた電流値の異なる複数の電流信号を、前記信号変換手段により複数の塵埃検知情報信号に逆変換し、前記信号変換手段で得られた塵埃検知手段からの複数の塵埃検知情報信号に応じて、前記電動送風機への供給電力を制御する電気掃除機としたもので、高性能な塵埃検知手段で検知した膨大な塵埃検知情報信号を複数の電流信号(電流パルス信号)として2本の電力線に重畳し、更に電流センサ様に構成された信号変換手段で前記の電流信号(電流パルス信号)を元の塵埃検知情報信号(デジタル信号)に逆変換して本体制御手段内のマイクロコンピュータ等で高速処理できるようになるものである。
【0013】
第2の発明は、第1の発明の電流変換手段は、任意の基本電流値Aと、前記基本電流値Aより電流値が大きい電流信号Bと、前記基本電流値Aより電流値が小さい電流信号Cとを生成可能で、塵埃検知手段は複数の塵埃検知情報信号を前記電流信号Bおよび電流信号Cとして配線手段に出力し、信号変換手段は、所定時間の電流信号Bおよび電流信号Cの平均値を基準電流値Aとして検出可能な電流平均手段を備え、前記信号変換手段は所定時間未満の電流信号Bおよび電流信号Cと基準電流値Aとの電流値の差を比較、検出して、塵埃検知情報信号に逆変換することで、塵埃検知手段と本体制御手段との間で塵埃検知情報信号を通信可能とするものであり、電流平均手段は塵埃検知手段そのものの電子回路が消費する電流値を含めて基準電流値として検出・設定可能であるため、塵埃検知手段を構成する電子回路の負荷電流等のバラツキに影響されること無く電流信号から塵埃検知情報信号を逆変換することができるものである。
【0014】
第3の発明は、第2の発明に加えて、発光手段と前記発光手段の放射光を受光可能な受光手段とを、空気流路内にその光軸を略対向して配置し、塵埃検知手段は、前記光軸内を塵埃が通過して遮光される光の変化を演算手段で信号処理することで電気パルス信号に変換して、塵埃検知信号を生成し、前記演算手段は信号処理特性の異なる演算手段を複数備えることで通過塵埃の大きさおよび/または通過塵埃量に応じて電流信号Bおよび電流信号Cとを生成するよう構成するもので、例えばゆっくり吸引される数の少ない大きな塵埃は、周期の長い電気パルス信号(電流信号B)として生成し、早く吸引される数の多い小さな塵埃は、周期の短い電気パルス信号(電流信号C)として生成するような規則に基づいた電気パルス信号生成とすることで、本体制御手段での信号処理効率は格段に向上可能となる。
【0015】
第4の発明は、第2または第3の発明の電流変換手段は、電流信号Bと電流信号Cとの生成に対して、いずれか一方の電流信号を優先して出力する排他手段を備えたものであり、電流信号BとCとの極性の差に対して同時両信号を生成する必要が出た場合に優先順位が設定可能となり、受信側で逆変換して生成した塵埃検知情報信号を処理する際の欠落情報の復元などに活用できる。
【0016】
第5の発明は、第1〜4の発明に加えて、表示手段を備え、塵埃検知情報信号に応じて表示手段での表示情報を変更制御するもので、検知した塵埃の数や大きさなどの情報を表示可能となるものである。
【0017】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態により本発明が限定されるものではない。
【0018】
(実施の形態1)
本発明の第1の実施の形態について図1〜図6を参照しながら説明する。なお、従来の電気掃除機と同一構成要素については同一番号を付与して詳細説明を省略する。
【0019】
図1および図5において、9は電気掃除機本体で吸引力を発生する電動送風機2と電動送風機2へ駆動電力を供給する双方向再サイリスタ3と、各制御回路に直流電力(電圧Vo)を供給する電源回路4と本体制御手段34とを内蔵している。61は電気掃除機本体9とホースユニット100とを着脱自在な接続部11の2本の電気配線手段に流れる電流値Ioを検出する電流検出手段で、その両端に発生する電圧から信号変換手段30で塵埃検知情報信号(S0とS1)を生成する。35は塵埃検知情報信号(S0とS1)を基に電動送風機2の駆動タイミングと表示手段60への表示情報を設定する制御手段でマイクロコンピュータ等で構成され、前記塵埃検知情報信号を高速演算処理できる。23はホースユニット100内の各制御回路へ動作用直流電力を供給する電源(三端子レギュレータ)で、高性能・高感度の塵埃検知センサ62へ雑音レベルの低い高品位直流電力を供給してS/N比を向上させている。ホースユニット100の空気流路には、発光素子(発光ダイオード)24と受光素子(フォトトランジスタ)25との光軸50を対向配設(詳細図省略)され前記光軸間を塵埃が通過して光を遮ることでフォトトランジスタ25の光電流Itが変化するのを26の抵抗Rt両端電圧Vtの変化(塵埃検知信号)として検出し、塵埃検知信号処理部32にて塵埃の移動速度や大きさに応じて信号処理してT0とT1の2つの塵埃検知情報信号を出力する。31は先の2つの塵埃検知情報信号T0とT1に対応して接続部11に流れる電流値I0にIS分変化させる電流変換手段である。
【0020】
上記の構成要素の動作について更に詳しく説明する。
【0021】
先ず塵埃検知センサ62について図1と図2を参照しながら説明する。塵埃通過流路を挟んで発光素子24と受光素子25の光軸がそれぞれ対向するよう配置する。発光素子24の発する光を受光素子25が受けると光電流ITが流れる。本実施例では、26の抵抗RT両端電圧が所定の直流電圧VT(VTは電源23の出力電圧より小さく且つ0Vより大きい電圧)になるITをバイアス電流として初期調整することで光軸50内を通過する塵埃を光電流ITの変化即ちVTの変化として検出するようにしている。ところで、光電流IT即ちVTは次のような要因で大きく値が変化する。即ち、(1)発光素子24の供給電流IFに対する発光エネルギバラツキ、(2)発光素子24と受光素子25表面に塵埃が直接付着するのを防止するためのレンズ(詳細記載省略)の光透過度バラツキ、(3)受光素子25が受光する光エネルギを光電流ITに変換する変換特性バラツキ、等である。
【0022】
VTは塵埃検知信号処理部32への入力信号であり、その直流成分が大きく変わると塵埃検知性能も大きく変化する(詳細説明省略)ため所定の電圧になるように調整する必要がある。本実施例では、図2に示すセンサ特性補正回路33によってVTと基準電圧発生回路で生成される基準電圧VTHとを比較して同じ値になるよう発光素子24の駆動電流IFを自動的に変化・調整するようにしている。この調整によって、電源23の消費する電流IDも、ホースユニット100毎に大きく変わることになる。このようにして調整されたVT電圧を得る光50を通過塵埃が遮蔽すると、受光素子25では光電流ITの微小変化即ちVTの微小電圧変化となって検出する。通常の床面を電気掃除機で掃除をすると、本発明の塵埃検知センサが検知する空気流路内の塵埃の数は例えば1秒間に数百個〜数万個となり、VTの信号周波数は数百Hz〜数十キロHzの成分を含むものになる。
【0023】
次に塵埃検知信号処理部32と電流変換手段31について図1と図3を参照しながら説明する。塵埃検知信号処理部32は塵埃検知センサ62の出力VTからC10とC11によって交流信号成分のみを信号処理回路1と2とで処理するようにしている。本実施の形態ではVTを所定の周波数に分けて信号処理(微小信号をデジタル信号レベルになるよう増幅してレベル変換処理する)するようにしている。これはVT信号の周波数成分を分析した結果塵埃検知センサが比較的小さな塵埃(例えば数μ〜数百μ程度)を検知すると信号には比較的高い周波数成分(例えば十数キロHz〜百キロHz程度)が多くなり、また塵埃検知センサが比較的大きな塵埃(例えば数百μ〜数ミリ程度)を検知すると信号には比較的低い周波数成分(例えば数百Hz〜数キロHz程度)が多くなることが分かったためにその特性を利用して塵埃の大きさ毎(本実施の形態では2種類に分別)に塵埃の数に応じたデジタル信号(パルス信号)を塵埃検知情報信号として出力しようとするものである。ところで、塵埃検知情報信号の周波数成分と塵埃の大きさとの関係についての研究結果については別途機会を改めて開示するものとし、本実施の形態の中での説明は省略する。このようにして塵埃検知信号処理部32からは比較的大きな塵埃の数に応じたデジタル信号T0と比較的小さな塵埃の数に応じたデジタル信号T1とを出力する。T0は電流変換手段31のトランジスタTR1のベース駆動信号、T1は同じくトランジスタTR2のベース駆動信号であり、TR1とTR2のON/OFFによって電流ISが変化することで接続部11に流れる電流I0が変化する。T0、T1はパルス信号であるためISもパルス的にその電流値が変化する。因みに、本実施の形態では塵埃検知センサが塵埃を検知していないときには塵埃検知信号処理部32はTR1がOFFでTR2がONとなるよう塵埃検知情報信号(パルス信号)T0とT1を出力するよう論理を構成している。この「塵埃検知センサが塵埃を検知していないとき」の電流変換手段31のTR1とTR2の論理は本発明の電流変換手段のもっとも特徴的な動作である。すなわち、電流値ISは塵埃検知センサが塵埃を検知していないとき(無信号時)(=IS0)と塵埃検知情報信号T0を出力しているとき(=IST0)と塵埃検知情報信号T1を出力しているとき(=IST1)とを比較すると、IST0>IS0>IST1のような関係となるようにしている。
【0024】
次に、上述したホースユニット100内の電流変換手段31によって電流パルス信号として接続部11に送られてきた塵埃検知情報信号を電気掃除機本体9内の電流検知手段61(抵抗RL)の両端電圧VSから塵埃検知情報信号(デジタル信号)に逆変換する信号変換手段30について図1と図4を参照しながら説明する。接続部11に流れる電流I0はホースユニット100内電流変換手段31の塵埃検知情報信号電流成分ISだけでなく塵埃検知センサ62や電源23等電子回路の消費する電流を含むものである。図4において基準電圧発生回路はVSを所定時間平均化して平均化基準電圧VSRを発生する。本実施例での所定時間の平均化は時定数約200msのR(抵抗)C(キャパシタ)時定数回路で構成しており、塵埃検知センサが塵埃を検知していないとき即ち無信号時ではVSR=VSとなっている。比較回路1と2のマイナス側の比較電圧としVSRが接続され、更に比較回路1のプラス側比較電圧VS1はVSに所定の直流電圧VLS1を加え、また比較回路2のプラス側比較電圧VS2はVSに所定の直流電圧VLS2を減じた電圧を印加している。このようにして信号変換手段30は、比較回路1のVSRとVS1との電圧の大小関係と比較回路2のVSRとVS2との電圧の大小関係とから塵埃検知情報信号を逆変換してマイクロコンピュータ等で構成された制御手段35へ出力する。
【0025】
制御手段35は信号変換手段30からの塵埃検知情報信号S0とS1とに応じて電動送風機2を所定の位相制御量で運転するために、双方向サイリスタ3へ駆動タイミング信号を出力する。
【0026】
以上のように構成された電気掃除機において、塵埃検知情報信号を含んだ電流信号I0がホースユニット100より生成出力され、その後電流信号I0に重畳した塵埃検知情報信号を本体制御手段34で如何にしてデジタル信号に再変換していくものかを図1と図6他を用いて説明する。商用電源7により電源回路4及び電源23が本体制御手段34や塵埃検知センサ62へ電力を供給する。塵埃検知センサ62の発光素子24は所定電流値に対する光エネルギ放射強度のバラツキが有り、更に受光素子25も所定光エネルギ受光時の光電流のバラツキがあるため、センサ特性補正回路33は塵埃検知センサ62が所定の動作特性を発揮できるよう発光素子24の電流値IFを変化させて受光素子25が所定の動作電圧VT(=VTH)で安定するよう所謂フィードバック制御するよう構成している。
【0027】
ところで発光素子24と受光素子25との光軸25間は電気掃除機で吸引する塵埃が通過するため、一般的には前記発光素子24と受光素子25等の所謂センサ用電子部品を保護するためのレンズ様の保護部品が追加される。したがって、前記フィードバック制御での発光素子25の電流値の設定はレンズの光透過度のバラツキを含めて成されることとなり、ホースユニット100内の電子回路の消費する定常的な電流ID(即ちI0)は量産されるホースユニット100個別毎にバラツキが発生するものである。まず上述したホースユニット100への供給電流I0に塵埃検知情報信号としての電流信号ISを重畳生成する動作につい説明する。本実施例では、塵埃検知センサ62は発光素子24(赤外発光LED)と受光素子25(フォトトランジスタ)とで構成している。即ち赤外発光LEDとフォトトランジスタの光軸間を通過する塵埃が光を遮ることで変化するフォトトランジスタの光電流の変化を塵埃検知信号処理部32のC10とC11とで検出して信号処理回路1と信号処理回路2とで増幅処理して例えばT0とT1なるパルス信号を生成する。図3ではこのパルス信号T0とT1はそれぞれ1つのパルス信号として記載したが、実際には電気掃除機の吸引する塵埃が光軸間を通過する毎に発生するパルス信号であり、数キロHz〜数十キロHz程度の高速なパルス信号群であることは理解できよう。本実施例では、信号処理回路1で出力されるパルス信号T0は約1キロHz〜約10キロHzまでを出力し、信号処理回路2で出力されるパルス信号T1は約10キロHz〜約50キロHzまでを出力するようにしている。ところで、この周波数は塵埃検知センサ62が検知した塵埃に応じて出力される電気信号であるが、その詳細説明については省略する。次にパルス信号T0とT1は電流変換手段31によってパルス電流信号ISに変換される。即ちパルス信号T0によってTR1がONするとIS0なる電流信号を、またパルス信号T1によってTR2がONするとIS1なる電流信号を流すため、ISはパルス信号T0とT1に応じたパルス電流IS0とIS1とが複合したパルス電流信号として接続部11の電流I0に重畳される。電流変換手段31へのパルス信号T0は正パルスでパルス信号T1は負パルスとして与えるようにしており、そのパルス電流信号重畳の様子は図6(a)に示すようになる。塵埃検知センサ62からの情報で塵埃検知信号処理部32即ち電流変換手段31へのパルス信号が無い定常状態ではI0=ID+IS1で、電流変換手段31へのパルス信号としてT0が出力されている場合はI0=ID+IS0で、更に電流変換手段31へのパルス信号としてT1が出力されている場合はI0=IDと変化することになる。
【0028】
このようにして、塵埃検地情報信号を接続部11に流れる電流I0にパルス電流としで重畳する。ところで、電流変換手段31のTR1とTR2の構成を見ると、TR1がONしているときにはTR2がONであれOFFであれIS=IS0となることが分かるであろう。これは塵埃検知情報信号(パルス信号)T0とT1の内T1の情報が欠落してしまうことになる。一見致命的欠陥のように思えるかもしれないが、予めT0とT1にたいしてその信号成分の欠落条件を設定しておいて、例えば、(1)重要度の極めて低い信号で、その信号が欠落しても制御上特に問題にならない(2)信号欠落条件を決めておくことで、受信側で欠落信号を容易に復元可能可能にする等によって情報信号通信として問題が発生しないようにすることが可能にできよう。
【0029】
本発明では信号を欠落させても物理的な信号通信時間を短縮してマイクロコンピュータ等の高速演算手段で欠落情報を復元等することで送信手段の回路構成をシンプルで低価格なものにできることを提案するものである。ただし、本実施の形態ではその要件詳細説明は省略する。
【0030】
次に、前述したようにして生成された塵埃検地情報信号を含む電流信号I0から本体制御手段34で如何にしてデジタル信号に再変換するかについて説明する。
【0031】
電流I0は本体制御手段34の電流検知手段61で電圧信号VSに変換される。ところでI0にはホースユニット100内の電子回路などで消費する電流が含まれていることを前述したが、本発明の信号変換手段30は、定常電流I0(=ID+IS1)からパルス電流ISを判別分離して塵埃検知情報信号S0とS1に再変換する独自の工夫が成されている。信号変換手段30では基準電圧発生回路によってVSRなる基生成する。本実施例では、VSRはVSを約200msの間平均化した電圧として生成するようにしている。これは、I0内のパルス電流(約1kHz〜約50kHz)による電圧信号成分に影響されること無く、また更にはIDの個別バラツキに影響されること無く定常電流I0(=ID+IS1)*RL=VS=VSRとして設定可能であることは容易に想像できよう(図6の(b)参照)。
【0032】
図4の信号変換手段30では、VSRからVS内のパルス電流信号成分を分離するために、比較回路(アナログコンパレータIC)1と2のマイナス側基準電圧にVSRを、VSに所定電圧VLS1を加えた電圧(VS1)を比較回路1のプラス側信号、VSに所定電圧VLS2を減じた電圧(VS2)を比較回路2のプラス側信号にそれぞれ接続して、そしてパルス信号T0とT1に応じた塵埃検知情報信号S0とS1を出力するようにしている(図6の(c参照))。このようにして、使用者によって着脱自在に構成したホースユニット100と電気掃除機本体9との間で、2本の電気配線だけで電力供給と高速通信が可能な電気掃除機が極めて容易に構成できるものである。
【0033】
制御手段35は、S0とS1のパルス信号情報を基に、双方向サイリスタ3への駆動タイミングイ信号を変更することで電動送風機2の消費電流(回転数)を変更制御する。
【0034】
更に、制御手段35では塵埃検知情報信号中の有用な情報については表示手段60によって使用者にも知らしめることができるようにしており、本発明による電気掃除機が如何に使用者にとって使い勝手が良いものにできるかは容易に推測できるであろう。
【0035】
尚本実施の形態では、ホースユニット100内の塵埃検知信号処理部32は演算回路だけで構成したが、マイクロコンピュータ等で複雑なデジタル信号コードに変換したものを電流変換手段31で出力することも可能であり、ホースユニットと電気掃除機本体間での高速大容量情報通信が可能となることは言うまでもない。更に通信内容についても塵埃検知情報信号のみにとどまらず応用拡大可能であり、送信側では通信情報を高速パルス電流信号に変換して受信側では前記高速電流パルス信号からデジタル信号に変換する本発明によれば、複数のある程度小規模な回路ユニットを2本の電気配線で接続し、前記2本の電気配線だけでそれぞれのユニット間で高速通信可能なようにすることも容易に考えられるであろう。因みに接続部11の電圧VIをある程度高く(例えば45V)することで接続部11の接触信頼性が多少悪くても電流変換手段31は基本的に信号を所定のパルス電流値として出力する(例えば定電流回路のインピーダンスは無限大であり接触抵抗の大きさは全く影響しない)ため理論的には全く影響が無く、より信頼性の高い通信方式に応用展開できることも容易に考えられるため、本発明の考え方を有用に応用展開されることを期待したい。
【産業上の利用可能性】
【0036】
以上のように本発明にかかる電気掃除機は、電気信号を高速伝送・高速処理するために必要な通信方式を提供するものであり、家庭用電気掃除機に止まらず屋内配線が必要な電気掃除機(所謂セントラルクリーナ)等への展開、更には比較的消費電力の少ない回路ユニットとメイン制御ユニットとの間で電力線重畳通信方式としても応用展開可能である。
【図面の簡単な説明】
【0037】
【図1】本発明の実施の形態1における電気掃除機の回路構成図
【図2】本発明の実施の形態1における塵埃検知手段の塵埃検知センサ部のセンサ特性補正回路構成図
【図3】本発明の実施の形態1における塵埃検知信号処理部と電流変換手段の回路構成図
【図4】本発明の実施の形態1における信号変換手段の回路構成図
【図5】本発明の実施の形態1における塵埃検知手段を備えた電気掃除機の概観図
【図6】本発明の実施の形態1における塵埃検知情報信号の電流(送信)・信号(受信)変換動作の概要を示す波形説明図
【図7】従来の塵埃検知手段を備えた電気掃除機の概観図
【図8】従来の電気掃除機の回路構成図
【符号の説明】
【0038】
1 ホースユニット
2 電動送風機
3 双方向サイリスタ
4 電源回路
5 制御手段
6 電流制限抵抗
7 商用電源
8 手元操作部
9 電気掃除機本体
11 接続部(2本の電気配線手段)
21 ツェナーダイオード
22 トランジスタ(塵埃検知情報信号出力用)
23 電源(三端子レギュレータ)
24 発光素子(発光ダイオード)
25 受光素子(フォトトランジスタ)
27 演算回路(増幅)
28 比較回路
30 信号変換手段
31 電流変換手段
32 塵埃検知信号処理部
33 センサ特性補正回路
34 本体制御手段
35 制御手段(本発明)
60 表示手段
61 電流検知手段
62 塵埃検知センサ
100 ホースユニット




 

 


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