JP2007020765A - 電気掃除機 - Google Patents

Abstract

【課題】高入力化が可能で、かつ、位相制御による入力制御が幅広い範囲で実現できる電気掃除機を提供することを目的とする。
【解決手段】第１の電動送風機６１を制御する第１の制御手段６３と、第２の電動送風機６２を制御する第２の制御手段６４と、入力調整手段５２と、商用電源５５と、入力調整手段５２からの信号に応じて第１の制御手段６３、第２の制御手段６４を制御する主制御手段６５とを備え、第１、第２の電動送風機６１、６２の最大消費電力を合計で略１６００Ｗ以上とすると共に、第１の電動送風機６１は第１の制御手段６３を介し、また第２の電動送風機６２は第２の制御手段６４を介して、それぞれ並列に商用電源５５に接続される構成としたもので、高入力の実現と、位相制御による高調波電流の発生を抑制し、最高入力以下の全領域にわたって入力制御が可能な電気掃除機を実現できる。
【選択図】図２

Description

本発明は、海外市場、とくに欧州や中国、アジア、中近東などの地域で望まれる高入力で（最大消費電力が高く）、かつ、使用者が状況に応じ任意の入力に調整できる使用性に富んだ電気掃除機に関するものである。

まず、従来の一般的な電気掃除機の構成について、図９〜図１２を用いて説明する。

図９、図１０に示すように、電気掃除機３０には、使用者が電気掃除機３０の運転入力を状況に応じて所望の値に調整するためのボリュームやスライド式の入力調整手段５２と、吸引力を発生させる電動送風機１と、電動送風機１の運転状態を制御する主制御手段３７と電動送風機１を位相制御するトライアック３６が設けられている。電動送風機１は電動機とファン部で構成されている。

この電気掃除機３０の構成について図１０の回路ブロック図を用いて説明すると、電動送風機１は２つの入力端子を有し、接続部の片側はトライアック３６を介し商用電源５５の片側に、もう一方は商用電源５５の他の方へ接続される。主制御手段３７は、使用者が操作する入力調整手段５２の設定値の情報を元に、トライアック３６の位相制御を行う通電位相角を調整し、電動送風機１へ供給される電力を所望の値となるように制御する。

近年、欧州や中国、アジア、中近東など海外市場では高入力の電気掃除機３０が求められている。したがって電気掃除機３０に搭載される電動送風機１も高入力のものを搭載する必要がある。

また、電気掃除機３０の高入力化が求められる一方で、最高入力のみでしか運転できない電気掃除機では使用性が乏しいため、最高入力以下の幅広い入力設定値でも運転できるものが同時に求められる。使用者が、掃除する状況に応じ、任意にボリュームなどの入力調整手段５２を操作し、所望の入力に無段階に任意に可変できるものが機能的に求められている。
特開昭６３−２７４３９６号公報

上記のような従来の電気掃除機３０において、入力を可変する場合、図１１（ａ）に示すように、電動送風機１をトライアック３６にて位相制御を行い、その時の位相角θを任意に変更して電動送風機１に供給される電力を可変する方法が従来一般的に用いられる。この時、位相制御によって入力制御を行うと商用電源の周波数を基本周波数とする２次、３次、４次、・・・・、といった高調波（高調波電流）が発生する。図１１（ｂ）に、位相制御の位相角と、その時発生する高調波の関係を模式的に示す。一般的に高調波の発生レベルは、位相角が略９０°付近の場合にもっとも高く、位相角が９０°〜０°（または９０°〜１８０°）に変化するにつれ、その発生レベルは低下する。また、高調波は最高入力が高い電動送風機は発生するレベルも相対的に高く、反対に最高入力が低い電動送風機では相対的に高調波発生レベルは低い。

一方、この高調波は、国や地域により法的に規制値が設けられ、電気掃除機から発生する高調波がこの規制値を満足しないと商品化し市場へ供給することができない。従来の電気掃除機では、電動送風機の種類によって一概には言えないが、経験的には概ね最高入力が掃除機に組み込まれた状態で略１５００Ｗを越える高入力の電動送風機では、通常９０°に近い位相角の範囲（ここではＸ°〜Ｙ°）で運転すると高調波の規制値を満足しなくなる。逆に概ね略１４００Ｗ〜１５００Ｗ未満の最高入力である相対的に低入力の電動送風機では、位相角が０°〜１８０°の全領域で高調波は規制値を超えることはなく、任意の入力設定が可能である（図１１（ｂ）参照）。

上述のように高入力の電気掃除機３０に搭載される近年の電動送風機１を高入力化していくと、高調波の発生は増大し、最高入力以下のすべての入力領域において、高調波の規制値を満足することが厳しくなってきている。したがって、従来の電気掃除機では、図１２に示すように、電動送風機に通電する位相角の中で、Ｘ°〜Ｙ°の範囲の状態の位相をとばす状態での入力可変しか対応することができない。

以上のような理由で、高入力、概ね最高入力１６００Ｗ以上の電気掃除機で、なおかつ広範囲の入力制御が可能な電気掃除機を両立して実現することが非常に困難であった。

また一方では、これらの課題を克服し、高入力で、しかも、入力を可変する電気掃除機の実現するために、位相制御を行う際に、位相角を小さな位相角と大きな位相角を１周期ごとに交互に変化させ電動送風機１に供給する制御方式を採用し、高調波電流値を規制以下に押さえる、入力可変が可能な電気掃除機を実現していた（例えば、特許文献１参照）。しかしながら、この高調波電流を満足させ、入力可変を可能にする上記特許文献１記載の制御を行い、電動送風機１を駆動させた場合、その制御方法の影響で電動送風機１が振動や異音を伴いながら駆動され、電気掃除機本体から振動が発生し、使用者にとって電気掃除機の使用性の低減につながっていた。

本発明は、これらの上記課題を解決するもので、市場要望に応える最高入力が１６００Ｗ以上の高入力を達成する電気掃除機を実現し、なおかつ、電気掃除機の入力制御を、使用者の望み通り、最高入力以下の入力範囲で任意に可変できる電気掃除機を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために本発明の電気掃除機は、吸引力を発生させるための第１の電動送風機と、第２の電動送風機とを備え、その最大入力値（最大消費電力）を合計で略１６００Ｗ以上としたものである。

これによって、高入力の実現と、位相制御による高調波電流の発生を抑制し、最高入力以下の全領域にわたって入力制御が可能な電気掃除機を実現できるものである。

本発明の構成による電気掃除機は、高入力化が可能で、しかも掃除機の最小入力から最大入力の全入力領域において任意の設定での運転が可能にでき、各国、地域の規制を満足するので、高い消費電力が実現し、かつ入力を任意に可変でき使用性に優れたものが実現できる。

第１の発明は、吸引力を発生させるための第１の電動送風機と、第２の電動送風機とを備え、その最大入力値（最大消費電力）を合計で略１６００Ｗ以上としたものであり、１６００Ｗ以上の高入力と、入力調整値が全領域で可能で、吸込性能に優れた電気掃除機を実現できるものである。

第２の発明は、第１の発明において、第１、第２の電動送風機のそれぞれの吸引口は、掃除機本体の集塵室にそれぞれ連通され、掃除機の通風経路において、前記第１、第２の電動送風機が並列に配された構成を有するので、１６００Ｗ以上の高入力と、入力調整値が全領域で可能で、さらに吸込性能に優れた電気掃除機を実現できるものである。

第３の発明は、第１の発明において、第１の電動送風機の吸引口は掃除機本体の集塵室に連通され、かつ、第２の電動送風機の吸引口は第１の電動送風機の排気側に連通され、掃除機の通風経路において前記第１、第２の電動送風機が直列に配された構成を有するので、１６００Ｗ以上の高入力と、入力調整値が全領域で可能で、さらに吸込性能、特に高い真空度を達成でき、優れた電気掃除機を実現できるものである。

第４の発明は、第１〜第３のいずれか１つの発明において、第１の電動送風機を制御する第１の制御手段と、第２の電動送風機を制御する第２の制御手段と、入力調整手段と、商用電源と、前記入力調整手段からの信号に応じて前記第１の制御手段、第２の制御手段を制御する主制御手段とを備え、前記第１の電動送風機は前記第１の制御手段を介し、また前記第２の電動送風機は前記第２の制御手段を介して、それぞれ並列に商用電源に接続される構成としたもので、１６００Ｗ以上の高入力と、入力調整値が全領域で可能で、さらに吸込性能、特に高い真空度を達成でき、優れた電気掃除機を実現できるものである。

第５の発明は、特に第４の発明において、第１の制御手段によって制御される第１の電動送風機の通電位相角をθ１、第２の制御手段によって制御される第２の電動送風機の通電位相角をθ２とし、使用者が入力調整手段により所望の運転入力を調整する場合において、最低入力から最大入力の略１／２の入力までの運転入力範囲での運転は、θ２は１８０°の一定状態（第２の電動送風機は通電せず）とし、θ１を略１８０°〜略０°の位相角調整により所望の入力で運転し、また、最大入力の略１／２から最大入力までの運転入力範囲では、θ１は通電位相角０°の一定状態（第１の電動送風機はフル導通運転）とし、θ２を略１８０°〜略０°の位相角調整により所望の入力で運転することで、最低入力から最大入力まで任意の入力での運転を可能にした構成を有するので、１６００Ｗ以上の高入力と、入力調整値が全領域で可能で、さらに吸込性能、特に高い真空度を達成でき、優れた電気掃除機を実現できるものである。

第６の発明は、特に第４の発明において、第１の制御手段によって制御される第１の電動送風機の通電位相角をθ１、第２の制御手段によって制御される第２の電動送風機の通電位相角をθ２とし、使用者が入力調整手段により所望の運転入力を調整する場合において、２つの電動送風機をそれぞれθ１、θ２の位相角で運転した場合に、トータルの電源高調波が所望の値を超えないようにあらかじめ定めたθ１、θ２の組み合わせで主制御手段が第１の制御手段、第２の制御手段をそれぞれ制御する構成を有するので、１６００Ｗ以上の高入力と、入力調整値が全領域で可能で、さらに吸込性能、特に高い真空度を達成でき、優れた電気掃除機を実現できるものである。

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って本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
本発明の第１の実施の形態を、図１〜図３を用いて説明する。なお従来例と同一構成部品については同一符号を付して、その説明を省略する。

図１は本実施の形態の電気掃除機を示す斜視図で、図２は回路ブロック図、図３は入力調整値と電動送風機の制御状態の関係図である。

図１に示すように、電気掃除機３０には、第１の電動送風機６１、第２の電動送風機６２が備えられている。第１の電動送風機６１、第２の電動送風機６２の最大消費電力の合計は略１６００Ｗ以上であり、すなわち電気掃除機３０の最大消費電力は１６００Ｗ以上である。各々の電動送風機の吸込口は、電気掃除機３０の集塵室１１に連通されている。

図２に示すように、第１の電動送風機６１は第１の制御手段６３により、また第２の電動送風機６２は第２の制御手段６４によって位相制御される。第１の制御手段６３と第２の制御手段６４は、各々の位相制御の通電角を主制御手段６５から指示され制御される。主制御手段６５は使用者が任意に入力調整手段５２を調整し設定した調整値によって、電気掃除機３０を所望の入力で運転するように制御している。

上記構成における動作について説明する。まず電気掃除機の運転可能な入力範囲、つまり最低入力値から最高入力値に使用者は入力を所望の値に設定して掃除機を運転するわけであるが、まず最高入力値の１／２以下の領域に設定された場合は、第２の電動送風機６２を通電させない状態（通電角１８０°）とし、所望の入力値となるよう第１の電動送風機６１の通電角を設定し運転する。また、最高入力値の１／２以上の領域に設定された場合は、第１の電動送風機６１をフル導通状態（通電角０°）とし、所望の入力値となるよう第２の電動送風機６２の通電角を設定し運転する。このような運転の組み合わせにて、最低入力から最高入力のすべての入力範囲において電気掃除機の運転が可能である。

（実施の形態２）
本発明の第２の実施の形態を、図４を用いて説明する。なお従来例と同一構成部品については同一符号を付して、その説明を省略する。

図４は本実施の形態の電気掃除機の入力調整値と電動送風機の制御状態の関係図である。

電気掃除機の運転可能な入力範囲、つまり最低入力値から最高入力値に使用者は入力を所望の値に設定して掃除機を運転するわけであるが、電気掃除機を運転させると、第１の電動送風機６１、第２の電動送風機６２の両方の電動送風機に所望の電力が通電される。第１の電動送風機６１が第１の制御手段６３によって通電される位相角をθ１、第２の電動送風機６２が第２の制御手段６４によって通電される位相角をθ２とし、両方の電動送風機の合計の電源高調波が規制値を満足しない位相角をＸ°からＹ°とする。入力調整値と第１の電動送風機６１、第２の電動送風機６２の運転状態は予め設定される通電のパターンによって制御される。通電パターンの一例として図４に示す。

上記構成において動作を説明すると、まず電気掃除機の最低入力値から最大入力値までの間を６つの入力区間に分け最低入力の方から第１区間、第２区間、・・・第６区間と設定すると、まず第１区間では、最低入力状態においても２つの電動送風機に通電される。θ１、θ２とも入力設定値が最低入力より次第に大きくなるにつれ大きくなり、Ｘ°の略１／２まで達する状態まで第１区間は制御される。第２区間では、θ１は一旦１８０°まで戻り、θ２はＸ°の常に一定値を保つ。入力設定値が徐々に大きくなるにつれ大きくなり、θ１は１８０°から次第に上昇しＸ°まで第２区間は制御される。第３区間では、θ１は一旦１８０°まで戻り、θ２はＹ°の位相角を常に一定値を保つ。入力設定値が徐々に大きくなるにつれ大きくなり、第２区間同様にθ１は１８０°から次第に上昇しＸ°まで第３区間は制御される。第４区間では、θ１は一旦１８０°まで戻り、θ２は０°の位相角を常に一定値を保つ。入力設定値が徐々に大きくなるにつれ大きくなり、第２区間同様にθ１は１８０°から次第に上昇しＸ°まで第４区間は制御される。第５区間では、θ１はＹ°に上がり、θ２はＹ°の位相角を常に一定値を保つ。入力設定値が徐々に大きくなるにつれ大きくなり、θ１はＹ°から次第に上昇し０°まで第５区間は制御される。第６区間では、θ１は一旦Ｙ°まで戻り、θ２は０°の位相角を常に一定値を保つ。入力設定値が徐々に大きくなるにつれ大きくなり、第５区間同様にθ１はＹ°から次第に上昇し０°まで第６区間は制御される。以上のような通電状態を予め入力調整値と対応させて決め、最低入力値から最高入力値まで徐々に電気掃除機３０の入力を設定し運転する。

なお、上記の通電パターンは数ある中の一例であり、このほかのパターンを採用しても同様な効果が得られることは明らかである。

（実施の形態３）
本発明の第３の実施の形態を、図５を用いて説明する。なお従来例と同一構成部品については同一符号を付して、その説明を省略する。

図５に示すように、電気掃除機３０には、第１の電動送風機６１、第２の電動送風機６２が備えられ、第１の電動送風機６１の吸込口は、電気掃除機３０の集塵室１１に連通され、また第２の電動送風機６２は第１の電動送風機６１の下流側に配されている。第１の電動送風機６１及び第２の電動送風機６２は上記実施の形態１または上記実施の形態２の制御方式により制御されている。

以上の構成により、電気掃除機において電動送風機を直列に配することで、電動送風機を２個用いた場合の電気掃除機の真空圧を高くできるので、高入力で集塵性能に優れた電気掃除機を提供することができる。

（実施の形態４）
本発明の第４の実施の形態を、図６〜図８を用いて説明する。なお従来例と同一構成部品については同一符号を付して、その説明を省略する。

図６は本実施の形態の電気掃除機を示す斜視図で、図７は回路ブロック図、図８は入力調整値と電動送風機、駆動機の制御状態の関係図である。

図６に示すように、電気掃除機３０は、集塵室１１と、集塵室１１に連通されるように備えられた電動送風機７１と、集塵室１１に接続されるホース４１、延長管４２、床ノズル４８によって構成される。床ノズル４８は床面上の塵埃を掻き上げて集塵性を向上させる回転自在の回転ブラシ４４と、回転ブラシを駆動させる動力源である駆動機７２が備えられ、駆動機７２の出力軸と、回転ブラシは動力伝達手段であるベルト４５で連結されている。電動送風機７１の最大消費電力は略１５００Ｗ以上で、駆動機７２の最大消費電力は略１００Ｗ以上であり両社を合計した電気掃除機の最大消費電力は略１６００Ｗ以上を達成できる。

図７に示すように、電動送風機７１は第１の制御手段７３により、また駆動機７２は第２の制御手段７４によって位相制御される。第１の制御手段７３と第２の制御手段７４は、各々の位相制御の通電角を主制御手段７５から指示され制御される。主制御手段７５は使用者が任意に入力調整手段５２を調整し設定した調整値によって、電気掃除機３０を所望の入力で運転するように制御している。

上記構成における動作について説明する。まず電気掃除機の運転可能な入力範囲、つまり最低入力値から最高入力値に使用者は入力を所望の値に設定して掃除機を運転するわけであるが、まず最低入力の運転状態では、電動送風機７１が第１の制御手段７３の位相制御によって通電される位相角θ３は最低入力から徐々に大きくなる。駆動機７２が第２の制御手段７４の位相制御によって通電される位相角θ４は、駆動機７２のフル導通領域以下で設定された位相角Ｚ°で一定運転される。電気掃除機３０の入力設定値が次第に大きな値に設定されると、θ４は一定のまま、θ３が徐々に大きくなる。さらにθ３を大きくしていくと電源高調波は規制値以上となる限界の位相角Ｘ°に達する。この状態よりさらに電気掃除機３０の入力設定値が次第に大きな値に設定されると、今度はθ３はＸ°の位相角での運転を保持し、一方θ４は入力設定値に呼応してＺ°から徐々に０°まで大きくなる。θ４が０°に達した後、さらに電気掃除機３０の入力設定値が次第に大きな値に設定されると、今度はθ４は０°の状態を保持したままで、θ３はＹ°の位相角まで上昇し、その後電気掃除機３０の入力設定値が次第に大きな値に設定されると、θ３は入力設定値に呼応してＹ°から徐々に０°まで大きくなる。

上記構成の制御により、最低入力から最高入力のすべての入力範囲において電気掃除機の運転が可能である。

なお、上記の通電パターンは数ある中の一例であり、このほかのパターンを採用しても同様な効果が得られることは明らかである。

以上のように、本発明にかかる電気掃除機は、高入力化と、使用者の要望に応える最高入力以下の入力範囲で、広範囲な入力制御ができ、使用性に優れた電気掃除機が実現できる。

本発明の実施の形態１を示す電気掃除機の概念図 同電気掃除機の回路ブロック図 （ａ）同電気掃除機の運転可能な入力範囲と入力調整値の関係を示す図（ｂ）同電気掃除機の入力調整値と第１の電動送風機の制御状態の関係を示す図（ｃ）同電気掃除機の入力調整値と第２の電動送風機の制御状態の関係を示す図 （ａ）本発明の実施の形態２を示す電気掃除機の運転可能な入力範囲と入力調整値の関係を示す図（ｂ）同電気掃除機の入力調整値と第１の電動送風機の制御状態の関係を示す図（ｃ）同電気掃除機の入力調整値と第２の電動送風機の制御状態の関係を示す図 本発明の第３の実施の形態を示す電気掃除機の概念図 本発明の第４の実施の形態を示す電気掃除機の概念図 同電気掃除機の回路ブロック図 （ａ）同電気掃除機の運転可能な入力範囲と入力調整値の関係を示す図（ｂ）同電気掃除機の入力調整値と電動送風機の制御状態の関係を示す図（ｃ）同電気掃除機の入力調整値と駆動機の制御状態の関係を示す図 従来の電気掃除機の概念図 従来の電気掃除機の回路ブロック図 （ａ）従来の電気掃除機の電動送風機の位相制御を示す図（ｂ）位相角と高調波レベルの関係を示す図 （ａ）従来の電気掃除機の運転可能な入力範囲と入力調整値の関係を示す図（ｂ）従来の電気掃除機の入力調整値と電動送風機の制御状態の関係を示す図

符号の説明

４１ ホース
４２ 延長管
４３ 床ノズル
４４ 回転ブラシ
４５ ベルト
５２ 入力調整手段
６１ 第１の電動送風機
６２ 第２の電動送風機
６３ 第１の制御手段
６４ 第２の制御手段
６５ 主制御手段
７１ 電動送風機
７２ 駆動機
７３ 第１の制御手段
７４ 第２の制御手段

Claims (6)

1. 吸引力を発生させるための第１の電動送風機と、第２の電動送風機とを備え、その最大入力値（最大消費電力）を合計で略１６００Ｗ以上とした電気掃除機。
2. 第１、第２の電動送風機のそれぞれの吸引口は、掃除機本体の集塵室にそれぞれ連通され、掃除機の通風経路において、前記第１、第２の電動送風機が並列に配された構成を有する請求項１記載の電気掃除機。
3. 第１の電動送風機の吸引口は掃除機本体の集塵室に連通され、かつ、第２の電動送風機の吸引口は第１の電動送風機の排気側に連通され、掃除機の通風経路において前記第１、第２の電動送風機が直列に配された構成を有する請求項１記載の電気掃除機。
4. 第１の電動送風機を制御する第１の制御手段と、第２の電動送風機を制御する第２の制御手段と、入力調整手段と、商用電源と、前記入力調整手段からの信号に応じて前記第１の制御手段、第２の制御手段を制御する主制御手段とを備え、前記第１の電動送風機は前記第１の制御手段を介し、また前記第２の電動送風機は前記第２の制御手段を介して、それぞれ並列に商用電源に接続される構成とした請求項１〜３のいずれか１項に記載の電気掃除機。
5. 第１の制御手段によって制御される第１の電動送風機の通電位相角をθ１、第２の制御手段によって制御される第２の電動送風機の通電位相角をθ２とし、使用者が入力調整手段により所望の運転入力を調整する場合において、最低入力から最大入力の略１／２の入力までの運転入力範囲での運転は、θ２は１８０°の一定状態（第２の電動送風機は通電せず）とし、θ１を略１８０°〜略０°の位相角調整により所望の入力で運転し、また、最大入力の略１／２から最大入力までの運転入力範囲では、θ１は通電位相角０°の一定状態（第１の電動送風機はフル導通運転）とし、θ２を略１８０°〜略０°の位相角調整により所望の入力で運転することで、最低入力から最大入力まで任意の入力での運転を可能にした構成を特徴とする請求項４記載の電気掃除機。
6. 第１の制御手段によって制御される第１の電動送風機の通電位相角をθ１、第２の制御手段によって制御される第２の電動送風機の通電位相角をθ２とし、使用者が入力調整手段により所望の運転入力を調整する場合において、２つの電動送風機をそれぞれθ１、θ２の位相角で運転した場合に、トータルの電源高調波が所望の値を超えないようにあらかじめ定めたθ１、θ２の組み合わせで主制御手段が第１の制御手段、第２の制御手段をそれぞれ制御する構成で、最低入力から最大入力まで任意の入力での運転を可能にした構成を特徴とする請求項４記載の電気掃除機。

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