JP4785401B2 - 電気掃除機 - Google Patents

Description

本発明は、一般家庭用または業務用で使用される電気掃除機に関し、特に吸込具に内蔵された回転ブラシの制御に関するものである。

従来、回転ブラシ駆動用モータが、ロックまたはそれに近い状態を長時間継続したとき、回転ブラシ駆動用モータを停止して安全性を確保するとともに、ファンモータを停止させないようにしたセントラルクリーナがある（例えば、特許文献１参照）。このセントラルクリーナは、電圧検出手段で回転ブラシ駆動用モータの印加電圧を検知し、その検知出力を停止信号発生手段に入力し、停止信号発生手段で回転ブラシ駆動用モータの停止信号を出力していた。このセントラルクリーナは、電圧検出手段として変成器を使用しているものであった。

そして、リレーの接点を手動によりオンし、回転ブラシ駆動用モータを駆動した状態で回転ブラシが正常に回転している場合には、変圧器からは所定の電圧が出力される。このときのＯＰアンプの出力はＨレベルであり、トランジスタはオンし、双方向性サイリスタはオンしたままで、回転ブラシは動作を継続し、ファンモータも正常に運転が継続される。この状態で、回転ブラシがロックまたはそれに近い状態を長時間継続すると変圧器に大電流（過電流）が流れることになる。

そのために、変圧器の二次側の出力電圧は極端に低下してしまうことになる。すなわち、駆動信号発生手段の動作電圧は、その限界電圧以下になろうとするのである。変成器は、この電圧を検知するために、ＯＰアンプがＬレベルを出力し、トランジスタはオフし、リレーの接点を開いて双方向性サイリスタもオフし、回転ブラシ駆動用モータへの電力供給が停止され、回転ブラシは動作を停止する。

その結果、変圧器の二次側の出力電圧は、所定の電圧値に回復する。このようになっているために、駆動信号発生手段は、動作継続が可能となり、ファンモータも正常動作を継続できる。なお、リレー接点は手動操作によってのみ閉じることができるために、回転ブラシ駆動用モータはオフしたままの状態となっている。

以上のように、回転ブラシ駆動用モータがロックまたはそれに近い状態を長時間継続すると電圧検出手段により回転ブラシ駆動用モータの異常状態が検知されて、停止信号発生手段が回転ブラシ駆動用モータの停止信号を出力する。このために、回転ブラシ駆動用モータを停止することができ、変圧器から正常な電圧を出力することができる。したがって、駆動信号発生手段は正常動作を行い、ファンモータが停止することも無く、変圧器異常発熱を起こすこともなく制御するものであった。

特開平０４−２６１６２４号公報（第３頁、第１図及び第２図）

上記のセントラルクリーナの変圧器の出力電流と出力電圧との関係特性は、電流が上昇するに伴い電圧が降下するというものであった。このように、電流が上昇すると電圧が降下するためブラシモータトルクが下がり、ブラシ性能が低下してしまっていた。また、電源電圧が変動すると、ブラシ駆動用モータ印加電圧が変化するため回転ブラシロック時の検出が正確に検出することができなかった。つまり、電源電圧が低い場合は早めにロック検出してしまい、電源電圧が高い場合は遅くロック検出してしまっていた。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、出力電流が所定の値を超えると、出力電圧が急激に降下する垂下型の特性を有する直流電源装置を備えることで、出力電流の変化によって出力電圧が変動しないために安定した吸塵性能の確保を可能にし、商用交流電源の変動に影響されない回転ブラシのロック時における保護を可能に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、交流電源で駆動し、吸引力を発生するファンモータと、前記ファンモータの吸引力により塵埃を吸引する吸込具と、前記吸込具に内蔵され、塵埃をかきあげる回転ブラシと、前記回転ブラシを直流電源で駆動する電動機と、前記ファンモータ及び前記電動機への電源供給を制御する制御手段と、前記電動機に該電動機を駆動するための直流電源を供給し、出力電流が所定値を超えると出力電流と出力電圧との関係が垂下型の特性を有する直流電源装置と、前記直流電源装置から出力された前記直流電源の出力電圧を検出する電圧検出手段と、を有し、前記制御手段は、前記電圧検出手段からの検出電圧に基づいて前記直流電源装置から前記電動機に供給する直流電源を制御することを特徴とする。

本発明に係る電気掃除機は、交流電源で駆動し、吸引力を発生するファンモータと、前記ファンモータの吸引力により塵埃を吸引する吸込具と、前記吸込具に内蔵され、塵埃をかきあげる回転ブラシと、前記回転ブラシを直流電源で駆動する電動機と、前記ファンモータ及び前記電動機への電源供給を制御する制御手段と、前記電動機に該電動機を駆動するための直流電源を供給し、出力電流が所定値を超えると出力電流と出力電圧との関係が垂下型の特性を有する直流電源装置と、前記直流電源装置から出力された前記直流電源の出力電圧を検出する電圧検出手段と、を有し、前記制御手段は、前記電圧検出手段からの検出電圧に基づいて前記直流電源装置から前記電動機に供給する直流電源を制御するので、使い勝手の良い、安定した吸塵性能の確保ができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係る電気掃除機５０を示す概略構成図である。電気掃除機５０は、本体１と、ホース３と、手元操作部４と、延長管５と、吸込具６とで構成されている。本体１は、吸引力を発生するファンモータ２とファンモータ２により吸引された塵埃を集塵する図示省略の集塵室とを内蔵している。

ホース３は、一端が本体１に接続され他端が手元操作部４に接続されており、可撓性を有するものである。吸込具６は、床や畳等の被掃除面に接して塵埃を吸引するためのものである。また、吸込具６は、被掃除面の塵埃をかきあげる回転ブラシ７と回転ブラシ７を駆動する電動機としての機能を果たすブラシモータ８とを内蔵している。延長管５は、吸込具６と手元操作部４とを接続するものであり、伸縮自在なものである。

手元操作部４は、ファンモータ２への電力供給を開始・停止するための図示省略の電源スイッチ、ファンモータ２の吸引力の強弱を設定するための図示省略の強弱スイッチや運転モード（床モード、畳モードや絨毯モード等）を設定するためのモードスイッチ等を備えているとよい。すなわち、ユーザからの指示を受け付ける操作部としての機能を果たすものである。また、手元操作部４には、ブラシモータ８への電力供給を停止したことを報知する図示省略の表示部を備えるとよい。なお、手元操作部４はホース３と一体となって構成されていてもよい。

次に、電気掃除機５０の集塵動作について説明する。
ユーザから手元操作部４を介して運転指示があると、ファンモータ２とブラシモータ８とが駆動を開始する。ブラシモータ８が駆動を開始すると回転ブラシ７は、図示省略のベルト等を介して回転する。この回転ブラシ７が回転することで、被掃除面の塵埃がかきあげられることになる。吸込具６は、回転ブラシ７でかきあげられた塵埃を集塵室に集塵するために吸い込むようになっている。すなわち、吸込具６で吸い込まれた塵埃が延長管５、ホース３を介して本体１へと搬送され、集塵室に集塵されるのである。なお、吸引風は本体１から排出されるようになっている。

図２は、電気掃除機５０の回路構成を示す回路図である。
電気掃除機５０の回路は、本体１、ホース３、延長管５及び吸込具６の４つの回路ブロックで構成されている。商用交流電源３３は、電気掃除機５０に交流電源を供給するものである。１５Ａヒューズ３４は、ファンモータ２がロック状態になった場合や回路が短絡異常となった場合等に保護装置として機能するものである。

（本体１の回路構成）
本体１の回路は、４Ａヒューズ３５と、電源トランス３６と、ダイオードブリッジ３７と、平滑用電解コンデンサＣ１と、定電圧電源３８と、電解コンデンサＣ２と、本体駆動用トライアック４１と、ダイオードＤ１と、平滑用電解コンデンサＣ３と、直流電源装置３０と、電圧検出手段３１と、トランジスタ４２と、ファンモータ２と、マイクロコンピュータ３２と、抵抗Ｒ５とで構成されている。

４Ａヒューズ３５は、ブラシモータ８がロック状態になった場合や回路が短絡異常となった場合等に保護装置として機能するものである。電源トランス３６は、商用交流電源３３と接続し、商用交流電圧を所定の電圧へ変圧するものである。ダイオードブリッジ３７は、電源トランス３６の出力を整流するものである。平滑用電解コンデンサＣ１は、ダイオードブリッジ３７により整流された出力を平滑するものである。定電圧電源３８は、入力側が平滑用電解コンデンサＣ１に接続され、出力側から所定の定電圧電源を出力するものである。電解コンデンサＣ２は、定電圧電源３８の発振を押さえるためのものである。

この定電圧電源３８は、マイクロコンピュータ３２と手元操作部４とに５Ｖの電圧を供給するようになっている。本体駆動用トライアック４１は、ファンモータ２を駆動するためのものであり、双方向サイリスタのことである。ダイオードＤ１は、商用交流電源３３の出力を整流するものである。平滑用電解コンデンサＣ３は、ダイオードＤ１で整流された出力を平滑するものである。電解コンデンサＣ４は、直流電源装置３０の発振を押さえるためのものである。

直流電源装置３０は、入力側が平滑用電解コンデンサＣ３に接続され、出力側から所定の直流電圧を出力するものである。この直流電源装置３０から出力される直流電圧によりブラシモータ８が駆動するようになっている。電圧検出手段３１は、直流電源装置３０の出力電圧を検出するものである。つまり、電圧検出手段３１は、検出抵抗Ｒ６と検出抵抗Ｒ７とに分圧した抵抗をマイクロコンピュータ３２に出力するようになっているのである。トランジスタ４２は、ブラシモータ８を駆動させるためのスイッチング素子である。

マイクロコンピュータ３２は、制御手段としての機能を果たすものであり、電圧検出手段３１からの検出電圧に基づいて、トランジスタ４２のスイッチングを制御するものである。すなわち、マイクロコンピュータ３２は、直流電源装置３０の有する垂下型の特性により電圧検出手段３１の検出抵抗Ｒ６及び検出抵抗Ｒ７で検出される電圧に基づいて、トランジスタ４２をオン・オフ制御して、ブラシモータ８への電力供給を調整するのである。なお、抵抗Ｒ５については、後述する。

（ホース３の回路構成）
ホース３の回路は、ジャバラ部４０と手元操作部４とで構成されている。ジャバラ部４０は、３本のピアノ線（ピアノ線４４ａ、ピアノ線４４ｂ及びピアノ線４４ｃ）と１本のリード線４３とを内蔵している。手元操作部４の抵抗（Ｒ１〜Ｒ４）にジャバラ部４０のリード線４３を接続することにより、電圧降下が少なくなりマイクロコンピュータ３２に安定した電圧を入力することが可能になる。３本のピアノ線は、ホース３に復元性及び可撓性を与えるものである。

手元操作部４は、スイッチＳＷ１〜ＳＷ３と抵抗Ｒ１〜Ｒ４とを内蔵している。この抵抗Ｒ１〜Ｒ４と本体１の回路に内蔵された抵抗Ｒ５との分割と、スイッチＳＷ１〜ＳＷ３のオン状態の組み合わせとでマイクロコンピュータ３２の入力電圧が変化するようになっている。したがって、マイクロコンピュータ３２は、この入力電圧に基づいて運転モードが判断可能になっている。そして、マイクロコンピュータ３２は、手元操作部４のスイッチＳＷ１〜ＳＷ３のオン状態に応じて、ファンモータ２及びブラシモータ８への供給電力を制御するようになっている。

（延長管５の回路構成）
延長管５は、本体１及びホース３と吸込具６とを３本のピアノ線で接続するものである。すなわち、延長管５は、本体１の直流電源装置３０からの直流電源を吸込具６のブラシモータ８に供給するものである。なお、この延長管５は、何段階かに脱着可能な構成にするとよい。

（吸込具６の回路構成）
吸込具６の回路は、ブラシモータ８と、安全スイッチ３９とで構成されている。ブラシモータ８は、本体１の直流電源装置３０から供給される直流電源で駆動し、回転ブラシ７を回転させるものである。安全スイッチ３９は、吸込具６が空中に持ち上げられたような場合にブラシモータ８への電力供給を遮断し回転ブラシ７を停止させるためのものである。

図３は、直流電源装置３０の出力電流と出力電圧との関係を表した特性図である。
直流電源装置３０は、設定されている所定の電流（たとえば、約５００ｍＡ）を超えると急激に電圧が降下する特性（垂下型特性）を有している（図に示すＡ）。このように、設定されている所定の電流（たとえば、約５００ｍＡ）になるまでは、ブラシモータ８の動作保証範囲となっている。

したがって、ブラシモータ８の駆動電圧は、商用交流電源３３が変動しても回転ブラシ７のロック寸前の電流値まで一定であるので、この商用交流電源３３の変動に影響されることなく性格な過電流の検出が可能になっている。本発明に係る電気掃除機５０は、この垂下型特性を利用することで、過電流を検出し、ブラシモータ８への電力供給を停止させて、ブラシモータ８を保護するようになっているのである。

図４は、マイクロコンピュータ３２の処理の流れを示すフローチャートである。図に基づいて、マイクロコンピュータ３２の電気的な動作処理を説明する。
ユーザから手元操作部４を介して運転指示があると（ステップＳ１０１）、マイクロコンピュータ３２は、その運転指示に基づいて運転モードを判断する。そして、マイクロコンピュータ３２は、その運転モードに応じて運転を開始する（ステップＳ１０２）。すなわち、マイクロコンピュータ３２は、本体駆動用トライアック４１を制御し、ファンモータ２への電力供給をおこなう。

また、マイクロコンピュータ３２は、トランジスタ４２を制御し、ブラシモータ８への電力供給をおこなう。このブラシモータ８が動作を開始すると、直流電源装置３０に電流が流れるようになっている。この電流が、出力電流である（図３に示した横軸）。この出力電流は、掃除される被清掃面により変化するものである。つまり、吸込具６に内蔵された回転ブラシ７の負荷条件に応じて変化する回転状態によって出力電流が変化するのである。

さらに、髪の毛や糸くず等のゴミが回転ブラシ７に絡みついたような場合にも出力電流は変化する。すなわち、回転ブラシ７がロック状態となると常に過電流が流れ込むことになるのである。そして、掃除される被清掃面により変化するのと同様に出力電流が変化する。したがって、吸込具６に内蔵された回転ブラシ７の負荷条件が増加するに伴って出力電流は上昇することになる。そして、所定の値を超えると急激に電圧が降下する。マイクロコンピュータ３２は、電圧検出手段３１の検出抵抗Ｒ６及び検出抵抗Ｒ７の電圧を常時検出している（ステップＳ１０４）。

そして、この電圧が変化してあらかじめ設定されている所定の電圧以下になったときに（ステップＳ１０４；Ｙｅｓ）、マイクロコンピュータ３２は、トランジスタ４２をオフ制御する（ステップＳ１０６）。つまり、ブラシモータ８の駆動用のトランジスタ４２をオフ制御することで、ブラシモータ８の駆動を停止させて、ブラシモータ８に過電流が流れ込まないようにしているのである。こうすることで、ブラシモータ８に生じる異常発熱を防止し、ブラシモータ８を保護しているのである。一方、この電圧が所定の電圧以下にならなければ（ステップＳ１０４；Ｎｏ）、ブラシモータ８に過電流が流れ込むことがないので、マイクロコンピュータ３２は、トランジスタ４２のオン制御を継続する（ステップＳ１０５）。

図５は、ブラシモータ８を停止させた後の処理の流れを示すフローチャートである。図に基づいて、マイクロコンピュータ３２の電気的な動作処理を説明する。
マイクロコンピュータ３２は、回転ブラシ７の負荷条件に応じて発生する過電流からブラシモータ８を保護するために、トランジスタ４２をオフ制御して、ブラシモータ８を停止させる（ステップＳ２０１）。

被掃除面が毛足の長い絨毯等であることでブラシモータ８が停止した後に、被掃除面が毛足の短い絨毯や床面に変化したときや、絡みついた髪の毛や糸くず等のゴミを取り除いたときは、ブラシモータ８の停止状態が継続されると清掃性に影響が生じてしまう。つまり、ブラシモータ８の停止条件が解除されたにもかかわらずに、ブラシモータ８の停止状態を継続すると、電気掃除機５０の本来の機能である清掃性（ゴミ取り性能）を実現できないという悪影響が生じてしまうのである。

マイクロコンピュータ３２は、回転ブラシ７の負荷条件が軽減したとき（ステップＳ２０２；Ｙｅｓ）、すなわち、設定されている所定の電圧値以上になったときは、トランジスタ４２をオン制御して、ブラシモータ８への電力供給を再開させる（ステップＳ２０３）。しかしながら、回転ブラシ７の負荷条件が軽減しないとき（ステップＳ２０２；Ｎｏ）、すなわち、設定されている所定の電圧値以下のときは、トランジスタ４２のオフ制御を継続して、ブラシモータ８への電力供給を停止させたままである（ステップＳ２０４）。

このように、ユーザから手元操作部４を介しての再開指示がなくても自動的にトランジスタ４２をオン制御し、ブラシモータ８に電力供給して、清掃性を維持させるのである。また、ブラシモータ８が停止した後に、回転ブラシ７の負荷条件が軽減したとき（ブラシモータ８が過電流状態から開放されたとき）は、手元操作部４を介してユーザからの指示がなくても、ブラシモータ８の運転を再開するようにしたので、ユーザの利便性が向上する。

図６は、電圧の変化に対応したブラシモータ８の状態遷移を示す状態遷移図である。
直流電源装置３０は、垂下型特性を有しているので、所定の電流を超えると（図に示すＡ、これは図３で示したＡに対応するものである）、急激に電圧が降下するようになっている。この垂下型特性を利用して、マイクロコンピュータ３２は、あらかじめ設定されている所定の電圧以上であることを検出している場合には、ブラシモータ８に過電流が流れ込むことはないために、トランジスタ４２をオン制御し、ブラシモータ８への電力供給を継続させる。

一方、マイクロコンピュータ３２は、あらかじめ設定されている所定の電圧以下であることを検出した場合には（図に示すＡ）、ブラシモータ８に過電流が流れ込むことになるために、トランジスタ４２をオフ制御し、ブラシモータ８への電力供給を停止させる。このように、ブラシモータ８に過電流の流入を阻止して、ブラシモータ８を保護しているのである。なお、所定時間経過しても、回転ブラシ７の負荷条件が軽減されないときには、図示省略の報知手段にその状態を放置させるとよい。

図７は、停止状態を報知する際の処理の流れを示すフローチャートである。
吸込具６の回転ブラシ７の負荷条件が、被清掃面や回転ブラシ７のロック等で変化し、過電流が流れることで電圧が急激に降下すると、マイクロコンピュータ３２は、トランジスタ４２をオフ制御し、ブラシモータ８を停止させる（ステップＳ３０１）。マイクロコンピュータ３２は、この停止状態が所定時間（Ｔ１）経過したとき（ステップＳ３０２；Ｙｅｓ）、図示省略の報知手段にその状態を報知させる（ステップＳ３０３）。

そうすれば、その状態を知った電気掃除機５０のユーザは、被掃除面に応じた運転モードに変更したり、ファンモータ２の吸引力の強弱を変更したりすることが可能になる。なお、この報知手段は、手元操作部４に設けてある図示省略の表示部に表示したり、音やブザーで警告したりするとよい。また、所定時間経過しても、ユーザから操作が行われないときには、ファンモータ２も停止させて、電気掃除機５０の運転を終了するようにしてもよい。

本発明の実施の形態に係る電気掃除機を示す概略構成図である。 電気掃除機の回路構成を示す回路図である。 直流電源装置の出力電流と出力電圧との関係を表した特性図である。 マイクロコンピュータの処理の流れを示すフローチャートである。 ブラシモータを停止させた後の処理の流れを示すフローチャートである。 電圧の変化に対応したブラシモータの状態遷移を示す状態遷移図である。 停止状態を報知する際の処理の流れを示すフローチャートである。

符号の説明

１ 本体、２ ファンモータ、３ ホース、４ 手元操作部、５ 延長管、６ 吸込具、７ 回転ブラシ、８ ブラシモータ、３０ 直流電源装置、３１ 電圧検出手段、３２ マイクロコンピュータ、３３ 商用交流電源、３４ １５Ａヒューズ、３５ ４Ａヒューズ、３５ 電源トランス、３７ ダイオードブリッジ、３８ 定電圧電源、３９ 安全スイッチ、４０ ジャバラ部、４１ 本体駆動用トライアック、４２ トランジスタ、４３ リード線、４４ａ〜４４ｃ ピアノ線、Ｃ１ 平滑用電源コンデンサ、Ｃ２ 電解コンデンサ、Ｃ３ 平滑用電源コンデンサ、Ｃ４ 電解コンデンサ、Ｄ１ ダイオード、Ｒ１〜Ｒ５ 抵抗、Ｒ６ 検出抵抗、Ｒ７ 検出抵抗、ＳＷ１〜ＳＷ３ スイッチ。

Claims (2)

1. 交流電源で駆動し、吸引力を発生するファンモータと、
   前記ファンモータの吸引力により塵埃を吸引する吸込具と、
   前記吸込具に内蔵され、塵埃をかきあげる回転ブラシと、
   前記回転ブラシを直流電源で駆動する電動機と、
   前記ファンモータ及び前記電動機への電源供給を制御する制御手段と、
   前記電動機に該電動機を駆動するための直流電源を供給し、出力電流が所定値を超えると出力電流と出力電圧との関係が垂下型の特性を有する直流電源装置と、
   前記直流電源装置から出力された前記直流電源の出力電圧を検出する電圧検出手段と、を有し、
   前記制御手段は、
   前記電圧検出手段からの検出電圧に基づいて前記直流電源装置から前記電動機に供給する直流電源を制御する
   ことを特徴とする電気掃除機。
2. 前記直流電源装置から前記電動機への電力供給を停止したことを報知する報知手段を有し、
   前記制御手段は、
   前記電圧検出手段の検出した前記直流電源装置の出力電圧があらかじめ設定された所定値以下となったとき、前記直流電源装置から前記電動機への電力供給を停止し、
   前記直流電源装置から前記電動機への電力供給を停止した後、前記電圧検出手段の検出した前記直流電源装置の出力電圧があらかじめ設定された所定値以上となったとき、前記直流電源装置から前記電動機への電力供給を再開し、
   前記直流電源装置から前記電動機への電力供給を停止した状態が所定時間経過したときに、前記電動機への電力供給を停止したことを前記報知手段に報知させる
   ことを特徴とする請求項１に記載の電気掃除機。

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