JP4896166B2 - スティック型電気掃除機 - Google Patents

Description

本発明は、スティック型の電気掃除機に関する。

従来より、キャニスター型の電気掃除機が多く普及している。キャニスター型の電気掃除機には、一般的に、遠心ファンとＤＣモーターを備えた電動送風機が吸込み駆動源として搭載されている。

このようなキャニスター型の電気掃除機として、「単相交流整流子モータと、該単相交流整流子モータの軸端に設けた遠心ファン，固定案内羽根及び該遠心ファン，固定案内羽根を覆うケーシングで構成された電動送風機を備えた電気掃除機」がある（例えば、特許文献１参照）。

また、他のキャニスター型の電気掃除機として、「電動機には整流子モータとは方式が違いインバータ制御により運転されるブラシレスモータ部５１と、ファン部５２から構成される」電動送風機を内蔵したものがある（例えば、特許文献２参照）。

特開平９−２８６４１号公報（第３頁、図３） 特開２００３−１３５３２０号公報（第４−第５頁、図３）

ここで、遠心ファンは遠心方向に送風する特徴から、大風量を得るためにはファン径が大きくなるものである。また、ＤＣモーターは整流子（またはブラシ）が必要となり、小型化するのが困難である。このような遠心ファンとＤＣモーターの特徴から、上記特許文献１に記載の電動送風機は大きくかつ重いものとなり、電気掃除機の本体も大きくかつ重いものであった。

また、上記特許文献２に記載の電気掃除機は、ＤＣモーターの代わりにブラシレスＤＣモーターを採用することで、整流子（またはブラシ）のスペース分だけ小型化することができる。しかし、やはり遠心ファンの径が大きいため、電動送風機も大きいものとなっていた。

一方、キャニスター型に対して小型なスティック型の電気掃除機がある。このスティック型の電気掃除機に上述した電動送風機を応用すると、電動送風機を収納した部分で膨らんだ形状となってしまう。このため、ユーザーの操作労力が大きくなり、使い勝手の悪さが課題となる。

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、小型かつ軽量で使い勝手のよいスティック型の電気掃除機を得るものである。

本発明に係るスティック型電気掃除機は、筒状のケースと、集塵室と、遠心ファン、及び、インバーターにより高速制御されるブラシレスＤＣモーターを有する電動送風機と、前記ブラシレスＤＣモーターを駆動するための前記インバーターを含む駆動回路と、前記駆動回路を収容する駆動回路室とを備え、前記ケース内には、先端側から順に、前記集塵室、前記電動送風機、前記駆動回路室が配設され、前記電動送風機の動作により前記ケースの先端側から前記ケース内に吸い込まれた空気が、前記集塵室、前記電動送風機、前記駆動回路室の順に通過して、前記ケースの後端側に設けられた排気口から排気されるものである。

本発明に係るスティック型電気掃除機は、筒状のケースのケース内に先端側から集塵室、電動送風機、及び駆動回路室の順に配設し、前記駆動回路室が位置する前記ケースの後端側に排気口を設け、前記電動送風機は遠心ファンと、インバーターにより高速制御されるブラシレスＤＣモーターとを有するので、遠心ファンを小径にすることができる。このため、スティック形状が膨らむことなく小型かつ軽量であり、使い勝手がよく操作負担の少ないスティック型電気掃除機を得ることができる。

本発明の実施の形態１に係るスティック型電気掃除機を示す構成図である。 同スティック型電気掃除機の電動送風機を示す構成図である。 同スティック型電気掃除機内の電動送風機と駆動回路の配置図である。 同スティック型電気掃除機の駆動回路のブロック図である。 本発明の実施の形態２に係るスティック型電気掃除機の駆動回路のブロック図である。

実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１に係るスティック型電気掃除機を示す構成図であり、横から見た図を示している。図１に示すように、スティック型電気掃除機１は、筒状のケース２の先端に床ノズル１０が回動可能に取り付けられている。そして、ケース２内には、先端側から順に集塵室２０、吸引駆動源としての電動送風機３０、駆動回路室４０が配設され、これらは連通した状態となっている。なお、電動送風機３０のフレームは、図示しないアームによってケース２に支持されている。また、ケース２の後端には、把手１１が回動可能に取り付けられている。

集塵室２０は、塵埃などを溜めておく部屋で、紙フィルターまたはサイクロン方式により集塵する。
駆動回路室４０には、ケース２に排気口２ａが複数個形成されており、排気口２ａには排気フィルター５０が取り付けられている。

図２は、電動送風機３０の構成図である。図２に示すように、電動送風機３０は、遠心ファン３１と、ローター３２ａ及びステーター３２ｂを有するブラシレスＤＣモーター３２を備える。
遠心ファン３１は、小径（例えば５０ｍｍ程度）に構成されている。
ブラシレスＤＣモーター３２のローター３２ａは、永久磁石を使用している。永久磁石を使用するブラシレスＤＣモーター３２は、少ない電流で大きなトルクを得ることができるので、ＤＣモーターに比べて小型化に適しており、また、駆動効率がよいので省エネ化が可能である。
このように、電動送風機３０は小型化に適した構成となっているため、例えば筒状のケース２は内径５０ｍｍ程度で実現可能である。この５０ｍｍは、一般的なスティック型電気掃除機の把手とほぼ同径であり、ユーザーが取り扱うのに使い勝手のよい径である。

図３は、電動送風機３０と駆動回路室４０の配置図である。図３に示すように、駆動回路室４０は、電動送風機３０を駆動するための駆動回路４１が配置されており、電動送風機３０と駆動回路４１は電気的に接続されている。そして、駆動回路室４０は電動送風機３０と連通しており、電動送風機３０からの排気が駆動回路室４０に流れ込むようになっている（矢印Ａ）。このようにすることで、駆動回路室４０内を冷却する効果を得ることができる。したがって、この冷却効果により、駆動回路４１に放熱板やヒートシンクなどの放熱部材を設ける必要がなくなり、コスト削減、軽量化、省スペース化が可能となる。
また、駆動回路４１はスティック形状のケース２に収まるよう、細長い電子基板、例えば縦２００ｍｍ×横５０ｍｍ程度のサイズに実装する。

図４は、駆動回路室４０に備えた駆動回路４１のブロック図である。図４に示すように、駆動回路４１は、交流電源９０にリアクトル１００を介して接続されたコンバーター１１０と、コンバーター１１０の出力側に接続された電解コンデンサー１２０と、電解コンデンサー１２０に入力側が接続されたインバーター１３０と、コンバーター１１０の出力側に接続された直流電圧変換器１４０と、直流電圧変換器１４０から駆動電圧が供給されてインバーター１３０を駆動制御するマイクロコンピューター１５０と、マイクロコンピューター１５０に検出信号を出力する位置センサー１６０を備える。

交流電源９０は、日本国内の一般家庭では交流１００Ｖであるが、その他の交流電圧でもよい。
コンバーター１１０は、複数の整流ダイオードからなるブリッジ回路を構成する。
インバーター１３０は、複数のスイッチング素子と複数の環流ダイオードからなるブリッジ回路を構成する。スイッチング素子は、例えばＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴを用いることができる。
マイクロコンピューター１５０は、一般的にソフトウェアで構成されるが、論理回路等の電子回路によるハードウェアで構成することもできる。
位置センサー１６０は、ブラシレスＤＣモーター３２の内部に取り付けられ、ブラシレスＤＣモーター３２のローター３２ａの位置を検出することによってブラシレスＤＣモーター３２の回転位置を検出し、検出信号をマイクロコンピューター１５０に出力する。位置センサー１６０としては、例えばホールＩＣを用いることができる。

次に、駆動回路４１の動作について図４に基づいて説明する。
交流電源９０から交流電圧を入力すると、リアクトル１００が高調波電流等を抑制し、コンバーター１１０に出力する。コンバーター１１０は、交流電圧を任意の直流電圧に変換して出力する。電解コンデンサー１２０は、コンバーター１１０から出力された直流電圧を平滑化し、インバーター１３０及び直流電圧変換器１４０に出力する。
直流電圧変換器１４０は、直流電圧を任意の直流電圧に変換し、電源電圧としてマイクロコンピューター１５０に供給する。
マイクロコンピューター１５０は、ブラシレスＤＣモーター３２の回転位置情報を位置センサー１６０から得て、ブラシレスＤＣモーター３２を高速駆動させるための制御演算を行い、インバーター１３０に制御信号を出力して制御する。位置センサー１６０が検出したブラシレスＤＣモーター３２の回転位置に基づいて制御演算を行うため、高精度な制御を行うことができる。

ここで、ブラシレスＤＣモーター３２の制御方法としては、一般的なベクトル制御や、Ｖ／Ｆ制御などを用いることができる。このような制御方法で制御されることにより、ブラシレスＤＣモーター３２は１０００００ｒｐｍ程度の回転速度を実現することが可能となる。

このように構成されたスティック型電気掃除機１において、電動送風機３０を駆動させると吸引力が発生し、床ノズル１０から塵埃等が吸い込まれる。吸い込まれた塵埃は、集塵室２０内に蓄積される。前述の通りブラシレスＤＣモーター３２はインバーターにより高速回転するので、小径の遠心ファン３１であっても送風効率を向上させることができ、大風量を得ることができる。このため、小型な電動送風機３０であっても高い吸引性能を得ることができる。なお、インバーター１３０が高いコストパフォーマンスで運転するための上限のキャリア周波数は２０ｋＨｚ程度であるが、遠心ファン３１の回転周波数がこれと同等になるにつれ、制御的に不安定になることも考えられる。このような場合には、ブラシレスＤＣモーター３２の極数を４極以下とすることで問題を回避することができる。

床ノズル１０から吸い込まれて塵埃が分離された空気は、電動送風機３０により送風されて駆動回路室４０に流れ込み、駆動回路室４０内を冷却する（図１、図３の矢印Ａ）。このようにすることで、温度上昇により駆動回路４１の動作が不安定になるのを防ぐことができ、別途放熱部材を設ける必要もない。そして、駆動回路室４０を通過した空気は、排気口２ａに設けられた排気フィルター５０を介して排気される（図１の矢印Ｂ）。

以上のように本実施の形態１に係るスティック型電気掃除機１によれば、筒状のケース２内に先端側から集塵室２０、電動送風機３０、及び駆動回路室４０の順に配設し、電動送風機３０は小径の遠心ファン３１とインバーターにより高速制御されるブラシレスＤＣモーター３２で構成した。このため、遠心ファン３１を小径にすることができる。したがって、スティック型電気掃除機１のスティック形状が膨らむことがなく小型かつ軽量であり、使い勝手を向上させるとともに操作負担を軽減することができる。

また、ブラシレスＤＣモーター３２は永久磁石を使用したローター３２ａを備えたので、駆動効率がよく、省エネ効果を得ることができる。また、ブラシレスＤＣモーター３２の回転位置を検出する位置センサー１６０を備えたので、高精度なインバーター制御を行うことができる。

実施の形態２．
図５は本発明の実施の形態２に係るスティック型電気掃除機の駆動回路４１のブロック図である。
この実施の形態２の駆動回路４１において上記実施の形態１の駆動回路と同様の構成要素には同一符号を付している。
この実施の形態２では、図５に示すように、実施の形態１で説明した駆動回路４１（図４参照）に対して、位置センサー１６０を省いた構成となっている。
位置センサー１６０を省くことで、ブラシレスＤＣモーター３２内部のセンサー取り付けスペースが省略できるため、さらに小型なブラシレスＤＣモーター３２が実現可能となる。
また、センサーコスト削減といった利点もある。この場合、モーターに流れる電流や電圧等から位置情報を得るセンサーレス制御を行うことで、ブラシレスＤＣモーター３２の高速駆動が実現可能となる。

以上の実施の形態１、２で説明した電動送風機の活用例として、電気掃除機全般、ジェットタオルなどが挙げられる。

１ スティック型電気掃除機、２ ケース、２ａ 排気口、１０ 床ノズル、１１ 把手、２０ 集塵室、３０ 電動送風機、３１ 遠心ファン、３２ ブラシレスＤＣモーター、３２ａ ローター、３２ｂ ステーター、４０ 駆動回路室、４１ 駆動回路、５０ 排気フィルター、９０ 交流電源、１００ リアクトル、１１０ コンバーター、１２０ 電解コンデンサー、１３０ インバーター、１４０ 直流電圧変換器、１５０ マイクロコンピューター、１６０ 位置センサー。

Claims (3)

1. 筒状のケースと、
   集塵室と、
   遠心ファン、及び、インバーターにより高速制御されるブラシレスＤＣモーターを有する電動送風機と、
   前記ブラシレスＤＣモーターを駆動するための前記インバーターを含む駆動回路と、
   前記駆動回路を収容する駆動回路室とを備え、
   前記ケース内には、先端側から順に、前記集塵室、前記電動送風機、前記駆動回路室が配設され、
   前記電動送風機の動作により前記ケースの先端側から前記ケース内に吸い込まれた空気が、前記集塵室、前記電動送風機、前記駆動回路室の順に通過して、前記ケースの後端側に設けられた排気口から排気される
   ことを特徴とするスティック型電気掃除機。
2. 前記ブラシレスＤＣモーターは、永久磁石を備えたことを特徴とする請求項１記載のスティック型電気掃除機。
3. 前記駆動回路は、前記ブラシレスＤＣモーターの回転位置を検出する位置センサーを備えたことを特徴とする請求項１または請求項２記載のスティック型電気掃除機。

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