WO2018011977A1 - 電気掃除機およびハンドドライヤー - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to an electric vacuum cleaner and a hand dryer, and more particularly to an electric vacuum cleaner and a hand dryer provided with an electric blower, a battery, and a control unit.
- a vacuum cleaner or a hand dryer is known as an example of an electric device equipped with an electric blower.
- miniaturization is attempted in order to improve ease of carrying and operability during use (see, for example, JP-A-2002-21794 (Patent Document 1)).
- Patent Document 1 in order to reduce the size of the electric vacuum cleaner as an electric device and efficiently cool the control unit that controls the electric blower, the substrate of the control unit is arranged in the airflow passage in the electric blower. A configuration is disclosed.
- the present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a highly reliable electric vacuum cleaner and hand dryer.
- the vacuum cleaner according to the present invention includes a housing, an electric blower, a battery, and a control unit.
- the housing includes a first chamber, a second chamber, and a handle.
- the electric blower is held in the first chamber.
- the battery is held in the second chamber and supplies electric power for driving the electric blower.
- the control unit is held in the second chamber and controls the electric blower. A first distance from the handle part to the battery is shorter than a second distance from the handle part to the electric blower.
- the hand dryer according to the present invention includes a casing, an electric blower, a battery, and a control unit.
- the housing includes a hand insertion portion, a first chamber, and a second chamber.
- the electric blower is held in the first chamber.
- the battery and the control unit are held in the second chamber.
- the battery supplies electric power for driving the electric blower.
- the control unit is held in the second chamber and controls the electric blower.
- the housing has an air inlet and an air outlet. The electric blower sucks air from the air inlet and sends air from the outlet to the manual insertion portion.
- the air sucked or sent out by the electric blower directly touches the battery or the control unit. Absent. For this reason, it can prevent that the dust, the water
- FIG. 2 is a partial schematic diagram of the electrical device illustrated in FIG. 1. It is a graph which shows the relationship between the capacity
- FIG. 13 is a schematic cross-sectional view taken along line XIII-XIII in FIG.
- the electric device 70 is a vacuum cleaner. More specifically, the electric device 70 is a stick type vacuum cleaner.
- the electrical device 70 includes a housing 72, a handle portion 71 provided in the housing 72, an extension pipe 73 extending from the housing 72, and a suction portion 74 attached to the tip of the extension pipe 73. .
- a power supply unit 81, a blower motor unit 82 that drives a blower including an electric blower, and a dust collecting unit 83 are provided in order from the extension pipe 73.
- the power supply unit 81 includes a battery 91, And a substrate 92 constituting a control unit. The first distance from the handle part 71 to the battery 91 is shorter than the second distance from the handle part 71 to the blower motor part 82 and shorter than the third distance from the handle part 71 to the substrate 92.
- the housing 72 includes a first chamber, a second chamber, and a handle portion 71.
- the battery 91 supplies electric power for driving the electric blower to the substrate 92.
- the control unit controls the blower motor unit 82.
- a section that holds the blower motor unit 82 therein is defined as a first chamber.
- a partition that holds the battery 91 and the substrate 92 therein is defined as a second chamber.
- the second chamber is a compartment independent of the first chamber.
- the second chamber is preferably an independent room inside the housing 72. Further, the second chamber may be a room constituting a sealed space inside the casing 72.
- the second chamber is partitioned airtightly with respect to the first chamber.
- the casing 72 includes a wall portion 94 (see FIG. 3).
- the wall portion 94 hermetically partitions the first chamber and the second chamber. If it says from a different viewpoint, the wall part 94 will partition between the battery 91 and the board
- the structure of the wall portion 94 can be of any configuration as long as the air flow can be blocked.
- the wall portion 94 may be constituted by a plate-like member made of resin or metal.
- the electric device 70 includes a casing 72 in which a handle portion 71 is formed, a suction portion 74 that sucks dust such as dust and dust, and an extension pipe that connects the suction portion 74 and the casing 72. 73.
- the extension tube 73 is connected to the distal end side of the casing 72 opposite to the end where the handle portion 71 is disposed.
- the connection part of the extension pipe 73 and the suction part 74 can be bent.
- the suction surface (for example, it is possible to keep the lower surface) in close contact with the floor surface.
- the power supply unit 81 supplies power to the blower motor unit 82.
- the blower motor unit 82 includes an electric blower that generates a suction force.
- the dust collection unit 83 is a dust collection chamber in which dust such as dust sucked from the suction unit 74 is collected.
- the dust collector 83 may be connected to the housing 72 from the outside.
- a conventionally well-known arbitrary structure can be employ
- as a configuration of the dust collection unit 83 a system using a paper filter or a cyclone system may be adopted.
- the power supply unit 81 includes a battery 91 and a substrate 92 on which an inverter circuit that constitutes a control unit is formed. The inverter circuit is used to drive the blower motor unit 82.
- a power supply unit 81 In the casing 72 of the electric device 70, a power supply unit 81, a blower motor unit 82, and a dust collecting unit 83 are arranged in this order in a direction from the handle unit 71 toward the extension pipe 73. If it says from a different viewpoint, the blower motor part 82 is arrange
- the distance from the handle part 71 to the battery 91 is shorter than the distance from the handle part 71 to the substrate 92.
- the substrate 92 is disposed at a position adjacent to the wall portion 94 in the second chamber.
- the air sucked from the suction portion 74 (see FIG. 1) is introduced into the housing 72 through the extension pipe 73 as indicated by an arrow 93.
- the introduced air passes through the dust collecting portion 83 and the blower motor portion 82, and is discharged from the exhaust port 84 of the housing 72 to the outside of the housing 72 as indicated by an arrow.
- the exhaust port 84 is an opening opened on the side surface of the housing 72, and is formed in the housing 72 on the blower motor unit 82 side from the wall portion 94.
- the wall portion 94 as a partition is formed between the substrate 92 and the blower motor portion 82, the exhaust air from the blower motor portion 82 is not directly blown onto the substrate 92 or the battery 91. .
- the air sucked into the casing 72 as shown by the arrow 93 in FIG. 3 first passes through the dust collection section 83 that collects dust.
- dust is separated from air by a paper filter method or a cyclone method. However, fine dust or dust may pass through the dust collecting unit 83 in some cases.
- FIG. 4 is a graph showing the relationship between the battery capacity and the number of cycles.
- the horizontal axis in FIG. 4 indicates the number of battery cycles, and the vertical axis indicates the battery capacity (also referred to as battery capacity).
- the origin at the left end on the horizontal axis is zero, and the number of cycles increases as going to the right.
- On the vertical axis, the bottom is the origin, and the capacity increases as it goes up.
- the relationship between the number of cycles and the capacity when the external temperature of the battery is 25 ° C. is indicated by a solid line
- the relationship when the external temperature of the battery is 45 ° C. is indicated by a dotted line.
- discharging from the full charge of the battery 91 to the discharge end voltage is referred to as one cycle.
- the capacity of the battery 91 decreases significantly as the external temperature of the battery increases, and the life of the battery 91 decreases.
- FIG. 4 comparing the data under the conditions where the external temperature is 25 ° C. and 45 ° C., it can be seen that the higher the external temperature, the larger the battery capacity that decreases per cycle.
- the life of the battery 91 greatly depends on the external temperature of the battery (also referred to as battery temperature). Therefore, the heat dissipation characteristics of the battery 91 are greatly related to the product life of the electrical equipment.
- the battery temperature of the battery 91 may rise from a maximum of about 50 ° C. to about 60 ° C. while using an electric device.
- FIG. 5 is a circuit diagram illustrating an example of an inverter circuit included in the control unit.
- the inverter circuit shown in FIG. 5 is for driving the motor 12 of the electric blower included in the blower motor unit 82.
- the semiconductor elements Q1 to Q4 constituting the inverter circuit are required.
- the volume of the battery 91 is about 100,000 mm 3 .
- the time required for heat dissipation is longer than that of other heat generating components.
- the heat generated by the battery 91 may adversely affect other components of the electric device 70. Therefore, it is conceivable to arrange a heat insulating member so that heat does not move from the battery 91 to components other than the battery 91.
- the heat insulating member include a fiber heat insulating material, a foam heat insulating material, an airgel, and a vacuum heat insulating material. If these heat insulating members are arranged between the battery 91 and other components, there is a demerit that the manufacturing cost increases or the mass of the electric device 70 increases. Therefore, as shown in FIG. 1, if the heat sensitive components such as the substrate 92 and the blower motor portion 82 are not arranged on the upper portion of the battery 91, the heat of the battery 91 adversely affects those components. Can be suppressed.
- FIG. 6 is a block diagram for explaining a control unit of the electric device 70 shown in FIG.
- the electric device has a configuration in which a battery 91 is used as a power source and the motor 12 of the blower motor unit 82 (see FIG. 1) is driven by the power converter 11.
- the control of the power converter 11 includes detection units 21 and 22 that detect the rotor rotational position of the motor 12, a detection unit 20 that detects the motor current, and analog / digital conversion of detection data of the motor current detected by the detection unit 20.
- the converter 30 and the drive signal generator 32 that generates a drive signal for controlling the power converter 11 and the processor 31 that controls the converter 30 and the drive signal generator 32 are implemented.
- the converter 30 is activated and read by the processor 31. Based on the signal read by the processor 31, the processor 31 generates a drive signal for controlling the power converter 11 by the drive signal generation unit 32.
- the operation of the power converter 11 is controlled by the drive signal.
- any general control method can be adopted.
- vector control, V / F control, current control, or the like can be used as a control method.
- the motor 12 can realize a rotational speed of about 100,000 rpm.
- the blower motor unit 82 when the blower motor unit 82 is driven, a suction force is generated, and dust and the like are sucked together with air from the suction unit 74. The sucked dust is accumulated in the dust collecting unit 83. Since the motor 12 of the blower motor unit 82 can be rotated at high speed by the power converter 11 (inverter circuit) as described above, the blowing efficiency can be improved even if the electric blower in the blower motor unit 82 has a small diameter. As a result, the blower motor unit 82 can obtain a large air volume. For this reason, high suction performance can be obtained even if the size of the blower motor portion 82 is relatively small.
- the upper limit carrier frequency for efficiently driving the inverter circuit is, for example, about 30 kHz.
- the rotational frequency of the motor 12 of the blower motor unit 82 becomes equivalent to this, it may be considered that the control becomes unstable. In such a case, such a problem can be avoided by setting the number of poles of the motor 12 to 4 or less.
- the electric device 70 as a stick type vacuum cleaner as shown in FIGS. 1 to 3 it is required to reduce the size and weight in order to improve operability.
- the fan diameter of the electric blower mounted on the blower motor unit 82 is reduced, it becomes difficult to obtain a work amount necessary for using it as a vacuum cleaner. Therefore, in order to achieve a reduction in size and weight of the electric device 70, it is conceivable to secure a necessary work amount by reducing the fan diameter of the electric blower as much as possible and rotating the fan at a higher speed.
- the torque T generated when the motor 12 rotates is determined by the product of the torque constant Kt and the motor current Ia as shown in the following formula (1).
- the motor current Ia is increased.
- a heat-resistant material or flame retardant as a material adjacent to the motor 12 or the power supply unit 81. It is conceivable to use materials. With such a configuration, the reliability of the electric device 70 can be improved. Moreover, regarding the material adjacent to the motor 12 and the power supply unit 81 as described above, by using a material having a high heat transfer coefficient such as a metal, it is possible to improve the heat dissipation of the heat generating component such as the battery 91 of the power supply unit 81. it can.
- the motor 12 In addition, in order to use the power from the battery 91 with high efficiency as the fan output of the blower motor unit 82, in addition to increasing the efficiency of each of the inverter circuit, the motor 12, and the electric blower, between the battery 91 and the inverter circuit, the motor 12 It is also important to reduce the loss in the wiring.
- the wiring means the wiring 33 connecting the battery 91 and the power converter 11 shown in FIG. 6 and the wiring 34 connecting the power converter 11 and the motor 12.
- the electrical resistance (wiring resistance) of a wiring having a diameter of 2 mm is 8 m [ ⁇ / m]. Therefore, for example, when a current of 20 A is passed through the wirings 33 and 34, the loss in the wirings 33 and 34 is 3.2 [W / m]. Assuming that the specified power of the electric device 70 is about 350 [W], the efficiency reduction per wiring length is 0.91 [pt / m]. For example, when the wiring length is 1 m, the wiring efficiency is 99.09%.
- the battery 91, the substrate 92, and the blower motor unit 82 are arranged adjacent to each other inside the housing 72. Therefore, the length of the wiring can be shortened as compared with the case where the battery 91, the blower motor unit 82, and the like are arranged separately in the housing 72. As a result, loss in the wiring can be suppressed, and a highly efficient electric device 70 can be realized.
- the motor 12 of the blower motor unit 82 includes a rotor using a permanent magnet. For this reason, the motor 12 has good driving efficiency and can obtain an energy saving effect. Further, by providing the detection units 21 and 22 used for controlling the motor 12, highly accurate inverter control can be performed.
- the semiconductor element of the inverter substrate with a wide band gap semiconductor, it becomes possible to use a low-loss semiconductor element, and it is possible to reduce switching loss and conduction loss. By reducing the loss, an energy saving effect can be obtained, and a longer operation can be realized.
- the electric device 70 shown in FIGS. 1 to 3 is used by a user having a handle 71.
- a power switch (not shown)
- electric power is supplied from the battery 91 to the electric blower of the blower motor unit 82 via the inverter circuit of the substrate 92.
- the electric blower of the blower motor unit 82 is driven, air is sucked in together with dust from the suction unit 74, and the air reaches the extension pipe 73 and the dust collection unit 83.
- the dust collecting unit 83 separates dust and the like from the air by any conventionally known method.
- the air passes through the blower motor unit 82 and is discharged to the outside from the exhaust port 84 (see FIG. 3) of the housing 72. In this way, dust, etc. can be sucked from the suction portion 74 to clean the floor, stairs, walls and the like.
- the battery 91 and the substrate 92 are held in the second chamber, and the blower motor unit 82 including the electric blower is held in the first chamber. And the wall part 94 which divides between the 1st chamber and the 2nd chamber is formed. Therefore, since the air blown by the electric blower does not flow into the second chamber, the air is not directly blown to the battery 91 or the control unit. For this reason, even if dust, dust, or water droplets are included in the air, the dust or water droplets are prevented from adhering to the battery 91 or the control unit board 92 and causing a short circuit or malfunction. it can. Therefore, the reliability of the electric device 70 can be kept high.
- the electric device 70 is a stick-type vacuum cleaner, and includes a battery 91, a blower motor unit 82, a substrate 92 including an inverter circuit, and a dust collecting unit 83.
- the electrical device 70 does not include the substrate 92, the blower motor unit 82, and the dust collection unit 83 on the upper portion of the battery 91 that is a heat source from the viewpoint of heat dissipation. In this way, the heat dissipation of the battery 91, which is a heat source and greatly affects the product life, is improved, and the heat of the battery 91 can be prevented from moving to the inverter circuit of the substrate 92.
- the distance from the electric blower (blower motor unit 82) to the battery 91 is longer than the distance from the electric blower (blower motor unit 82) to the control unit (substrate 92).
- the battery 91 is disposed outside the control unit as viewed from the electric blower, it is possible to suppress the occurrence of a problem that the control unit deteriorates the heat dissipation of the battery 91.
- the casing 72 includes a handle 71 for a user to hold.
- the first distance from the handle part 71 to the battery 91 is shorter than the second distance from the handle part 71 to the electric blower (blower motor part 82), and the third distance from the handle part 71 to the control part (substrate 92). Shorter than distance.
- the position of the center of gravity of the electric device 70 is brought closer to the handle portion 71 than when the battery 91 is disposed at a position away from the handle portion 71. Can do. For this reason, the operability when the user moves the electric device 70 while holding the handle 71 can be improved.
- the battery 91 may be disposed above the electric blower and the control unit (substrate 92) when the electric device is used. If it says from a different viewpoint, in the said electric equipment 70, when using the electric equipment 70, an electric blower and a control part (board
- the casing 72 is arranged directly above the battery 91, or a heat dissipation structure such as a heat sink for the battery 91 is provided. It can be arranged directly above the battery 91. Further, the air heated by the heat from the battery 91 moves (convects) upward from the battery 91, but at this time, the electric blower and the control unit (substrate 92) do not hinder the flow of the air. That is, it is possible to suppress the occurrence of a problem that the heat dissipation characteristics of the battery 91 are deteriorated due to the presence of the electric blower and the control unit.
- the electric blower may include a centrifugal impeller and an electric motor (motor 12).
- the motor 12 rotates the centrifugal impeller.
- the motor 12 includes a rotor and a stator arranged so as to surround the rotor.
- the rotor may have a permanent magnet. In this case, it is possible to reduce the size of the motor 12 and to obtain higher heat dissipation than when a permanent magnet is used as the stator for the motor 12.
- the control unit may include semiconductor elements Q1 to Q4 using wide band gap semiconductors.
- the loss in the semiconductor elements Q1 to Q4 of the circuit (for example, inverter circuit) included in the control unit can be reduced from the loss in the case where the conventional silicon-based semiconductor element is used. Therefore, the energy efficiency of the electric device 70 can be improved.
- the wide band gap semiconductor may be one selected from the group consisting of silicon carbide (SiC), gallium nitride (GaN), and diamond.
- the electric equipment 70 according to the present embodiment shown in FIGS. 7 and 8 is a vacuum cleaner.
- the electric device 70 shown in FIGS. 7 and 8 basically has the same configuration as that of the electric device 70 shown in FIGS. 1 to 6, but the configuration of the power supply unit 81 is shown in FIGS. It is different from the electric device 70. That is, in the electric device 70 shown in FIGS. 7 and 8, the battery 91 and the substrate 92 are arranged side by side in the power supply unit 81, and the electric device 70 shown in FIGS. Is different. From a different point of view, in the electric device 70 shown in FIGS.
- the battery 91 and the substrate 92 do not overlap each other in the direction from the blower motor unit 82 to the power supply unit 81.
- a battery 91 and a substrate 92 are arranged so as to be aligned in a direction perpendicular to the direction toward the power supply unit 81. In the direction from the blower motor unit 82 toward the power supply unit 81, at least a part of the battery 91 is arranged at a position overlapping the handle unit 71. From another point of view, the substrate 92 is disposed at a position that does not overlap the handle portion 71 in the above direction.
- the same effects as those of the electric device 70 shown in FIGS. 1 to 3 can be obtained. That is, since the rate at which the heat generated by the battery 91 is transmitted toward the upper portion is large, even if a component such as the substrate 92 is placed in addition to the upper portion of the battery 91, the electric device 70 shown in FIGS. Similar effects can be obtained. 7 and 8, the arrangement of the battery 91 and the substrate 92 may be interchanged.
- the electric device 70 according to this embodiment shown in FIGS. 9 to 11 is a vacuum cleaner.
- the electric device 70 shown in FIGS. 9 to 11 basically has the same configuration as that of the electric device 70 shown in FIGS. 7 and 8, but the arrangement and shape of the handle 71 are shown in FIGS. It is different from the electric device 70 shown. That is, in the electric device 70 shown in FIGS. 9 to 11, the handle portion 71 has an annular shape extending from the side surface of the housing 72 to the upper surface of the housing 72. Also with the electric device 70 having such a configuration, the same effect as that of the electric device 70 shown in FIGS. 7 and 8 can be obtained.
- the arrangement of the handle part 71 is determined as follows. That is, when cleaning the floor surface that is most frequently used as a usage pattern of the electric device 70, a suitable main body angle as shown in FIG. 11 is specified. In this state, the handle portion 71 is arranged so that the handle portion 71 is positioned vertically above the gravity center position 85. In this way, by arranging the handle portion 71 held by the user directly above the center of gravity 85 of the main body, the same effects as those of the first and second embodiments described above can be obtained, and the operability of the electric device 70 can be improved. It becomes possible to make it.
- the first distance from the handle portion 71 to the battery 91 is shorter than the second distance from the handle portion 71 to the substrate 92 with respect to the position of the battery 91. .
- the position of the center of gravity of the electric device 70 is brought closer to the handle portion 71 than when the battery 91 is disposed at a position away from the handle portion 71. Can do. For this reason, the operability when the user moves the electric device 70 while holding the handle 71 can be improved.
- the electrical device 70 shown in FIGS. 12 and 13 is a hand dryer.
- the hand dryer includes a casing 106, a hand insertion part 102, a water receiving part 103, a drain container 104, a power supply part 81 including a battery 91 and a substrate 92, a light transmission window 107, and an air inlet 108.
- the hand dryer has an electric blower in the casing 106.
- the hand dryer has a structure in which water is blown off by blowing with an electric blower by inserting a hand into the hand insertion portion 102 at the top of the water receiving portion 103, and water is accumulated from the water receiving portion 103 to the drain container 104. Yes.
- the battery 91 included in the power supply unit 81 is disposed above the substrate 92 including the inverter circuit and the blower motor unit 82 including the electric blower.
- the casing 106 as a housing includes a first chamber that holds the blower motor unit 82 and a second chamber that holds the power supply unit 81.
- the casing 106 includes a wall portion 94 that partitions the blower motor portion 82 and the power source portion 81.
- the casing 106 that forms the outer shell of the hand dryer has a hand insertion port on the front surface.
- the casing 106 includes a hand insertion portion 102 as a processing space following the hand insertion port.
- a user can insert a hand into the hand insertion portion 102.
- the manual insertion portion 102 is formed in the lower front portion of the casing 106 as an open sink-like concave portion whose front and both side surfaces are open.
- a water receiving portion 103 is arranged so as to form a lower portion of the manual insertion portion 102. As shown in FIG. 13, the bottom of the water receiving portion 103 is inclined downward toward the front, and a drain port 126 is provided at the lower end of the inclination.
- a drain container 104 for storing water dripped from the drain 126 is provided so as to be freely inserted and removed.
- a nozzle 112 that blows high-speed air downward toward the hand insertion portion 102 is provided on the upper portion of the manual insertion portion 102.
- a motor which is an AC motor (AC motor) which is a commutator motor is disposed in a box-like space formed by a casing 106 and a base 128 which forms the outer shell of a hand dryer on the back side above the manual insertion portion 102. 12 and an electric blower provided with a turbo fan 129b which is a rotating impeller fixed to the rotating shaft of the motor 12 and rotating.
- This electric blower is driven by the electric power from the battery included in the power supply unit 81 described above.
- an intake air passage 121 that communicates the intake side of the electric blower and the intake port 108 provided on the side surface of the casing 106, and the exhaust side of the electric blower and the nozzle 112 communicate with each other.
- An exhaust air passage 123 is provided.
- a heater 111 is provided near the upstream side of the nozzle 112 to heat the air sent from the electric blower and warm it.
- a circuit board including a hand detection sensor 136 and an illumination LED 138 is provided in the casing 106 on the back side of the nozzle 112. The light emitting direction and the light receiving direction of the hand detection sensor 136 and the light emitting direction of the illumination LED 138 are all provided toward the hand insertion portion 102.
- the hand detection sensor 136 detects the presence or absence of a hand in the hand insertion portion 102 through a transparent window that transmits visible light and infrared light provided in a part of the casing 106 on the upper surface of the hand insertion portion 102.
- the illumination LED 138 as the illumination means illuminates the hand insertion unit 102 to make it brighter.
- the casing 106 includes a control circuit 150, an energizing LED 139 as an energizing display means that indicates that the power is on and energized in a standby state, and an illumination LED 138;
- a circuit board 140 provided with a changeover switch as a switching means capable of independently switching ON / OFF of lighting of the energization LED 139.
- the light emission direction of the energization LED 139 and the operation surface of the changeover switch are provided toward the front side.
- a translucent window 107 is provided in the casing 106 so that the light from the energizing LED 139 can be visually recognized from the outside of the casing 106.
- the hand dryer includes a housing (casing 106), an electric blower included in the blower motor unit 82, a battery 91, and a substrate 92 on which a control circuit is formed. Including a control unit.
- the casing 106 includes a hand insertion portion 102 that is an opening through which a user inserts a hand, a first chamber (a section located between the wall portion 94 and the hand insertion portion 102 in the casing 106), and a second chamber ( And a partition located on the wall 94 in the casing 106).
- the electric blower is held in the first chamber.
- the battery 91 and the control unit are held in the second chamber.
- the battery 91 supplies electric power for driving the electric blower.
- the control unit is held in the second chamber and controls the blower motor unit 82.
- the casing 106 has an intake port 108 and an outlet (nozzle 112).
- the electric blower sucks air from the intake port 108 and sends air from the nozzle 112 to the manual insertion portion 102.
- the battery 91 may be disposed above the manual insertion unit 102.
- the control unit (substrate 92) may also be arranged above the manual insertion unit 102.
- the electric blower included in the blower motor unit 82 includes a centrifugal impeller (turbo fan 129b) and an electric motor (motor 12) that rotates the centrifugal impeller.
- the motor 12 includes a rotor and a stator arranged so as to surround the rotor.
- the rotor has a permanent magnet.
- the control unit including the substrate 92 includes a semiconductor element using a wide band gap semiconductor.
- the wide band gap semiconductor is one type selected from the group consisting of silicon carbide, gallium nitride, and diamond.
- the second chamber is configured to be airtight with respect to the first chamber. Specifically, the second chamber is hermetically partitioned from the first chamber by the wall portion 94. As the configuration of the wall portion 94, any configuration can be adopted as long as the air flow can be cut off, similarly to the wall portion 94 in the electrical apparatus shown in the first to third embodiments.
- the air outside the hand dryer is sucked from the air inlets 108 provided on both sides of the casing 106.
- the air sucked from the intake port 108 passes through the intake air passage 121 and passes over the electric blower toward the back side. Then, the air moves downward and is sucked from the suction side of the electric blower.
- the electric blower converts the air sucked from the intake side into high-pressure air from the exhaust side and exhausts it.
- the exhausted high-pressure air passes through the exhaust air passage 123 and is converted from the nozzle 112 into a high-speed air flow having high kinetic energy.
- the high-speed air flow is blown downward into the manual insertion portion 102.
- the high-speed air flow blown out from the nozzle 112 hits a wet hand inserted in the hand insertion unit 102, and peels off the moisture adhering to the hand from the surface of the hand. In this way, the hand can be dried.
- a heater switch (not shown) provided in the casing 106 is turned on, the heater 111 is energized and the high-pressure air passing through the exhaust air passage 123 is heated. For this reason, warm air is blown out from the nozzle 112, and a user's feeling of use can be kept favorable even in winter.
- the hand detection sensor 136 detects that the hand has been removed, and the electric blower stops.
- the water droplets blown from the hand flow down toward the drain port 126 in the water receiving portion 103 having a forward tilt structure, and are stored in the drain container 104 from the drain port 126.
- the battery life greatly affects the product life in the battery-type hand dryer shown in FIGS. 12 and 13 using a battery as a power source. Therefore, it is necessary to regard the heat dissipation of the battery as important as the stick type vacuum cleaner shown in the first to third embodiments. Therefore, as shown in FIG. 13, by disposing the battery 91 above the substrate 92 including the inverter circuit and the blower motor unit 82, a product with higher heat dissipation can be obtained. As a result, product quality can be improved.
- the first chamber and the second chamber which are airtightly partitioned by the wall portion 94, are formed in the casing 106, for example, the battery 91 is disposed in the second chamber, and the electric blower is disposed in the first chamber. If the substrate 92 and the battery 91 are not disposed in the flow path of the air blown by the electric blower, the occurrence of problems such as a power supply short circuit can be suppressed. As a result, a hand dryer as a highly reliable electric device can be obtained.
- the stick type vacuum cleaner and the hand dryer are shown, but the present invention can be applied to any product as long as it is an electric device equipped with the battery 91 and the electric blower.
- a canister-type vacuum cleaner may be adopted as the electric device.
- the present invention is particularly advantageously applied to a handy type vacuum cleaner or hand dryer provided with a battery and an electric blower.
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Abstract
信頼性の高い電気掃除機を提供する。電気掃除機(70)は、筐体(72)と、電動送風機と、バッテリ(91)と、制御部(92)とを備える。筐体は第1チャンバ、第2チャンバおよび取手部(71)を含む。バッテリ(91)は、第2チャンバに保持され、電動送風機を駆動するための電力を供給する。制御部(92)は電動送風機を制御する。取手部(71)からバッテリ(91)までの第1の距離は、取手部(71)から電動送風機までの第2の距離よりも短い。
Description
この発明は、電気掃除機およびハンドドライヤーに関し、より特定的には、電動送風機とバッテリと制御部とを備える電気掃除機およびハンドドライヤーに関する。
従来、電動送風機を備える電気機器の一例として電気掃除機やハンドドライヤーが知られている。このような電気機器において、持ち運びの容易性や使用時の操作性を高めるため、小型化が図られている(たとえば、特開2002-21794号公報(特許文献1)参照)。
特許文献1では、電気機器としての電気掃除機の小型化を図るとともに電動送風機を制御する制御部を効率的に冷却するため、電動送風機内の気流の流通路に制御部の基板が配置された構成が開示されている。
しかし、上記特許文献1に開示された構成では、制御部の基板に接触する気流に塵や埃、あるいは水滴などが含まれていた場合、基板にこれらの塵や埃、水滴などが付着する恐れがある。この場合、基板上の回路において短絡が発生し、結果的に電気機器の信頼性が低下する可能性がある。
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の目的は、信頼性の高い電気掃除機およびハンドドライヤーを提供することである。
この発明に従った電気掃除機は、筐体と、電動送風機と、バッテリと、制御部とを備える。筐体は、第1チャンバ、第2チャンバおよび取手部を含む。電動送風機は第1チャンバに保持される。バッテリは、第2チャンバに保持され、電動送風機を駆動するための電力を供給する。制御部は、第2チャンバに保持され、電動送風機を制御する。取手部からバッテリまでの第1の距離は、取手部から前記電動送風機までの第2の距離よりも短い。
この発明に従ったハンドドライヤーは、筐体と、電動送風機と、バッテリと、制御部とを備える。筐体は、手挿入部と、第1チャンバと、第2チャンバとを含む。電動送風機は第1チャンバに保持される。バッテリと制御部とは第2チャンバに保持される。バッテリは、電動送風機を駆動するための電力を供給する。制御部は、第2チャンバに保持され、電動送風機を制御する。筐体は、吸気口と吹出口とを有する。電動送風機は、吸気口から空気を吸引するとともに吹出口から手挿入部へ空気を送出する。
この発明によれば、バッテリや制御部が電動送風機が保持される第1チャンバとは別の第2チャンバに保持されているので、バッテリや制御部に電動送風機が吸引または送出する空気が直接触れない。このため、当該空気中の塵や水分などがバッテリや制御部に付着することを防止できる。この結果、当該塵や水分などに起因する短絡などの不良の発生を抑制でき、電気掃除機およびハンドドライヤーの信頼性を向上させることができる。
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰り返さない。
(実施の形態1)
<電気機器の構成>
図1~図3に示す本実施形態に係る電気機器70は電気掃除機である。より具体的には、電気機器70はスティック型の電気掃除機である。電気機器70は、筐体72と、筐体72に設けられた取手部71と、筐体72から延びる延長管73と、延長管73の先端に取り付けられた吸込部74とで構成されている。筐体72内には、延長管73から離れた順に電源部81と、電動送風機を含む送風機を駆動させるブロワモータ部82と、集塵部83とが設けられ、電源部81にはバッテリ91と、制御部を構成する基板92とが備えられている。取手部71からバッテリ91までの第1の距離は、取手部71からブロワモータ部82までの第2の距離よりも短く、かつ、取手部71から基板92までの第3の距離より短い。
<電気機器の構成>
図1~図3に示す本実施形態に係る電気機器70は電気掃除機である。より具体的には、電気機器70はスティック型の電気掃除機である。電気機器70は、筐体72と、筐体72に設けられた取手部71と、筐体72から延びる延長管73と、延長管73の先端に取り付けられた吸込部74とで構成されている。筐体72内には、延長管73から離れた順に電源部81と、電動送風機を含む送風機を駆動させるブロワモータ部82と、集塵部83とが設けられ、電源部81にはバッテリ91と、制御部を構成する基板92とが備えられている。取手部71からバッテリ91までの第1の距離は、取手部71からブロワモータ部82までの第2の距離よりも短く、かつ、取手部71から基板92までの第3の距離より短い。
筐体72は、第1チャンバと、第2チャンバと、取手部71とを含む。バッテリ91は、電動送風機を駆動するための電力を基板92へ供給する。制御部は、ブロワモータ部82を制御する。筐体72では、ブロワモータ部82を内部に保持する区画を第1チャンバとしている。また、筐体72では、バッテリ91および基板92を内部に保持する区画を第2チャンバとしている。第2チャンバは第1チャンバから独立した区画である。第2チャンバは筐体72内部において独立した部屋となっていることが好ましい。また、第2チャンバは筐体72内部において密閉された空間を構成する部屋であってもよい。筐体72では、第2チャンバは第1チャンバに対して気密に区画されている。
また、筐体72は壁部94(図3参照)を含む。壁部94は、第1チャンバと第2チャンバとを気密に区画する。異なる観点から言えば、壁部94は、バッテリ91および基板92と、ブロワモータ部82との間を区画する。つまり、壁部94は、第1チャンバから第2チャンバへの空気の流通を遮断している。壁部94の構造は、当該空気の流通を遮断できれば任意の構成とすることができる。たとえば壁部94は樹脂や金属からなる板状部材により構成してもよい。
より詳しく説明すると、電気機器70は、取手部71が形成された筐体72と、塵や埃などのごみを吸引する吸込部74と、当該吸込部74と筐体72とを接続する延長管73とを備える。延長管73は、筐体72において取手部71が配置された端部と反対側である先端側に接続されている。また、延長管73と吸込部74との接続部は屈曲可能になっている。そのため、使用者が取手部71を手で把持して電気機器70を使用するときに、筐体72および延長管73の床面に対する角度を任意に変更しても、吸込部74の吸込面(たとえば下面)を床面に密着させた状態を保つことができる。
筐体72の内部には電源部81とブロワモータ部82と集塵部83とが配置されている。電源部81はブロワモータ部82に電力を供給する。ブロワモータ部82は、吸引力を発生させる電動送風機を含む。集塵部83は吸込部74から吸込んだ塵や埃などのごみを溜めておく集塵室である。なお集塵部83は筐体72に外部から接続された状態となっていてもよい。集塵部83の構成は、従来周知の任意の構成を採用することができる。たとえば、集塵部83の構成として、紙フィルターを用いる方式、またはサイクロン方式を採用してもよい。また、電源部81は、バッテリ91と、制御部を構成するインバータ回路が形成された基板92とを含む。インバータ回路はブロワモータ部82を駆動するために用いられる。
電気機器70の筐体72には、取手部71から延長管73に向かう方向に、電源部81、ブロワモータ部82、集塵部83がこの順番で並ぶように配置されている。異なる観点から言えば、ブロワモータ部82は、電源部81と集塵部83との間に配置されている。また、電源部81では、取手部71からバッテリ91までの距離は取手部71から基板92までの距離より短い。図3に示すように、基板92は第2チャンバにおいて壁部94に隣接する位置に配置されている。
ここで、図3に示すように、吸込部74(図1参照)から吸込まれた空気は矢印93で示されるように延長管73を介して筐体72の内部に導入される。筐体72内部において、導入された空気は集塵部83、ブロワモータ部82を通り、矢印に示されるように筐体72の排気口84から筐体72外部へ排出される。排気口84は、筐体72の側面に開口された開口部であり、筐体72において壁部94よりブロワモータ部82側に形成されている。この時、基板92とブロワモータ部82との間に仕切りとしての壁部94が形成されているので、基板92やバッテリ91にブロワモータ部82からの排気風が直接吹付けられない構成となっている。
上述のようにブロワモータ部82の電動送風機を駆動することにより図3の矢印93に示すように筐体72内部に吸込まれた空気は、ごみを集塵する集塵部83を最初に通過する。この集塵部83では、紙フィルター方式またはサイクロン方式によりごみを空気から分離する。しかし、微細な塵や埃は集塵部83を通過してしまう場合がある。
また、電気機器70の吸込部74により床面の塵などを吸引するのではなく、壁や天井等の塵などを吸引する場合、床面の塵などを吸引する場合とは異なる角度に集塵部83が傾くことになる。そのため、塵などが集塵部83を通過する確率がより増大する。さらに、たとえば集塵部83がサイクロン方式を採用している場合、電気機器70の運転停止中に筐体72を傾けると、本来はサイクロン方式により分離・保持されているごみが重力により集塵部83を通過してしまう可能性もある。
また、これら塵や埃が集塵部83を通過してしまう場合、基板92やバッテリ91の端子間に塵や埃が堆積する場合がある。この場合、電源の短絡を引き起こす可能性が発生する。また、水等を吸い込んだ場合も、同様に上記端子間に水等が付着し、結果的に短絡や、腐食による劣化が起きる可能性がある。基板92やバッテリ91の端子等の腐食は、湿気が多く含まれた空気によっても引き起こされる恐れがある。そのため、吸引された空気に触れない位置に基板92を配置することが好ましい。
このように、インバータ回路などを形成した基板92及びバッテリ91を、吸引された空気の流路に搭載しないことで、共に水を吸い込んだ空気や、塵や埃を含有する空気と、基板92やバッテリ91が接触しない。したがって、基板92及びバッテリ91が水や埃などを介して短絡する確率を低減することができる。さらに、基板92やバッテリ91の腐食による劣化を抑える事ができる。このため、電気機器の信頼性を向上させることが可能となる。
図4は、バッテリの容量とサイクル数との関係を示すグラフである。図4の横軸はバッテリのサイクル数を示し、縦軸はバッテリの容量(電池容量とも呼ぶ)を示す。横軸において左端の原点がゼロであり、右に行くほどサイクル数は大きくなる。また、縦軸においては、一番下が原点であり、上に行くほど容量は大きくなる。図4において、バッテリの外部温度が25℃の時のサイクル数と容量との関係を実線で示し、バッテリの外部温度が45℃の時の当該関係を点線で示す。
なお、ここではバッテリ91の満充電から放電終始電圧まで放電することを1サイクルと称する。バッテリ91はバッテリの外部温度が高温になる程、容量の低下が著しくなり、寿命が低下することが知られている。図4に示すように、外部温度が25℃と45℃という条件でのデータを比較すると、外部温度が高い方が、サイクル当りに低下するバッテリ容量が大きい事がわかる。このように、バッテリ91の寿命はバッテリの外部温度(バッテリ温度とも呼ぶ)に大きく依存する。したがって、バッテリ91の放熱特性は電気機器の製品寿命に大きく関わる。バッテリ91のバッテリ温度は電気機器を使用している間、最大約50℃から60℃程度まで上昇する可能性がある。
さらに、バッテリ91は、電気機器70を構成する他の発熱部品に比べ発熱源の体積が相対的に大きい。そのため、バッテリ91は他の発熱部品と比べて放熱するのに時間がかかる。たとえば、制御部に含まれる基板92に形成されるインバータ回路では半導体素子が発熱源として挙げられる。図5は、制御部に含まれるインバータ回路の一例を示す回路図である。図5に示したインバータ回路はブロワモータ部82に含まれる電動送風機のモータ12を駆動するためのものである。
図5に示すような単相インバータの構成例とした場合においては、インバータ回路を構成する半導体素子Q1~Q4が4つ必要となる。この半導体素子Q1~Q4として、たとえば、PQFNパッケージの5mm×6mmというサイズのパワー半導体を使用したとすると半導体素子Q1~Q4のそれぞれの占める体積は5mm×6mm×1mm=30mm3となる。一方、バッテリ91として、たとえば直径18mm、長さ65mmの円柱状のリチウムイオン2次電池を6本用いた場合、バッテリ91の体積は約100000mm3となる。このように、バッテリ91はその他発熱部品と比較しても大きな体積を占めるため、放熱に要する時間も他の発熱部品より長くなる。
一般的に熱は高温部から低温部へと移動する。よって、バッテリ91が高温になった場合、バッテリ91から熱が周囲の低温部へ移動する。この時、バッテリ91の周囲を取り囲む空気へ熱が伝達する。加熱された空気(物質)の比重は小さくなる。したがって、暖められた空気は上昇しバッテリ91の周囲の空気では対流が発生する。そのためバッテリ91が図1に示すように、電気機器70の使用形態として最も使用頻度が高い床面を掃除する場合もしくは保管する場合において、最上部に位置する構成とすれば、バッテリ91の熱を電気機器70の外部に放熱しやすくできる。この結果、バッテリ91の寿命が長くなると共に、電気機器70の信頼性も向上させることが可能となる。
また、バッテリ91が発生させる熱が、電気機器70のその他の構成要素に悪影響を与える可能性が考えられる。そこで、バッテリ91以外の構成要素へバッテリ91から熱が移動しないように、断熱部材を配置することが考えられる。たとえば、断熱部材としては繊維系断熱材、発泡系断熱材、エアロゲル、真空断熱材等が挙げられる。これらの断熱部材をバッテリ91と他の構成要素との間に配置すると、製造コストの増大、あるいは電気機器70の質量が増加するというデメリットがある。そこで、図1に示すように、バッテリ91の上部に基板92やブロワモータ部82等の熱に弱い構成要素を配置しないようにすれば、バッテリ91の熱がそれらの構成要素に悪影響を与えるといった問題の発生を抑制できる。
図6は、図1に示した電気機器70の制御部を説明するためのブロック図である。図6に示すように、電気機器では、バッテリ91を電源とし、電力変換器11によりブロワモータ部82(図1参照)のモータ12を駆動する構成となっている。電力変換器11の制御は、モータ12のロータ回転位置を検出する検出部21、22、モータ電流を検出する検出部20、検出部20において検出されたモータ電流の検出データをアナログ・ディジタル変換する変換器30、電力変換器11の制御を行うための駆動信号を生成する駆動信号生成部32、この変換器30や駆動信号生成部32を制御するプロセッサ31により実施される。変換器30はプロセッサ31により起動、読み取りを行う。プロセッサ31により読み取られた信号を基に、プロセッサ31は駆動信号生成部32で電力変換器11の制御用の駆動信号を生成する。当該駆動信号により、電力変換器11の動作は制御される。
ここで、モータ12の制御方法としては、一般的な任意の制御方法を採用できる。たとえば、制御方法としてベクトル制御や、V/F制御、電流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、モータ12は100000rpm程度の回転速度を実現できる。
このように構成されたスティック型の電気掃除機である電気機器70において、ブロワモータ部82を駆動させると吸引力が発生し、吸込部74から空気と共に塵埃等が吸い込まれる。吸い込まれた塵埃は、集塵部83内に蓄積される。ブロワモータ部82のモータ12は電力変換器11(インバータ回路)により上述のように高速回転できるので、ブロワモータ部82における電動送風機が小径であっても送風効率を向上させることができる。その結果、ブロワモータ部82では大風量を得ることができる。このため、ブロワモータ部82のサイズが相対的に小さくても高い吸引性能を得ることができる。
なお、インバータ回路を効率的に駆動するための上限のキャリア周波数はたとえば30kHz程度である。一方、ブロワモータ部82のモータ12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、モータ12の極数を4極以下とすることで、このような問題を回避することができる。
また、図1~図3に示すようなスティック型の電気掃除機としての電気機器70では、操作性を向上させるため、小型軽量化することが求められている。しかし、ブロワモータ部82に搭載されている電動送風機のファン径を小型化してしまうと、本来掃除機として使用する為に必要な仕事量を得る事が難しくなる。よって、電気機器70の小型軽量化を達成する為に、電動送風機のファン径をなるべく小さくするとともに、ファンをより高速で回転させることで、必要な仕事量を確保することが考えられる。ただし、より高速でファンを回転させる為には、モータ12でより大きなトルクを発生させる必要がある。
モータ12が回転する際に発生するトルクTは、下記式(1)に示すように、トルク定数Ktとモータ電流Iaとの積により決定される。
T=Kt×Ia ・・・(1)
よって、トルクTを大きくする為には、より大きなトルク定数Ktを得る事が可能なモータ構造とすることや、モータ電流Iaを大きくすることが考えられる。ここで、トルク定数Ktを大きくするためには、モータ12においてモータ巻線の巻き数を増加させる、あるいはより強い磁石を利用する、あるいは、ステータの積み厚を大きくする、といった対応が考えられる。しかし、このような対応はいずれも製造コストの増大やモータ12の質量増加、モータ12のサイズの増加に繋がるというデメリットがある。
よって、トルクTを大きくする為には、より大きなトルク定数Ktを得る事が可能なモータ構造とすることや、モータ電流Iaを大きくすることが考えられる。ここで、トルク定数Ktを大きくするためには、モータ12においてモータ巻線の巻き数を増加させる、あるいはより強い磁石を利用する、あるいは、ステータの積み厚を大きくする、といった対応が考えられる。しかし、このような対応はいずれも製造コストの増大やモータ12の質量増加、モータ12のサイズの増加に繋がるというデメリットがある。
よって、トルクTを大きくするために、モータ電流Iaを大きくするという対応が考えられる。このようにモータ電流Iaを大きくすれば、上記のようにモータ12の構成を変更する場合の製造コストの増大や質量、サイズの増加というデメリットの発生を抑制しつつ、より大きなトルクを得る事が可能となる。
ただし、モータ電流Iaを大きくする事で、電流が流れる部分の発熱量の増加などが考えられる。その為、モータ電流Iaがある一定の値以上となる場合に、発熱による機器の破損を防止するため、電気機器70においてたとえばモータ12や電源部81に隣接する材料として耐熱性材料あるいは難燃性材料を用いる、といった対応が考えられる。このような構成とすれば、電気機器70の信頼性を向上させることができる。また、上記のようにモータ12や電源部81に隣接する材料に関して、金属等の熱伝達率が高い材料を使用することで、電源部81のバッテリ91といった発熱部品の放熱性を向上させることができる。
また、バッテリ91からの電力を高効率にブロワモータ部82のファン出力とする為には、インバータ回路、モータ12、電動送風機それぞれの効率を高くすることに加え、バッテリ91からインバータ回路、モータ12間の配線における損失を低減させることも重要である。上記のようにモータ12を高速回転させる場合においては、特にインバータ回路やモータ12に流れる電流が大きくなることが想定されることから、上述した配線における損失が問題となる。ここで、配線とは図6で示されるバッテリ91と電力変換器11の間を接続する配線33や、電力変換器11とモータ12とを接続する配線34を意味する。
一般的に、直径2mmの配線の電気抵抗(配線抵抗)は8m[Ω/m]である。そのため、たとえば20Aの電流を当該配線33、34に流した場合、配線33、34での損失は3.2[W/m]となる。電気機器70の規定電力が約350[W]であると想定すると、配線長当りの効率低下は0.91[pt/m]となる。例として、配線長を1mとした場合、配線の効率は99.09%となる。
よって、配線における損失を減らすため、なるべく短くかつ太い配線を用いて配線抵抗を低減させることが好ましい。本実施の形態では、筐体72内部にバッテリ91、基板92、ブロワモータ部82を隣り合うように配置している。そのため、バッテリ91やブロワモータ部82などを筐体72内部でばらばらに配置する場合より、上記配線の長さを短くできる。この結果、配線での損失を抑制でき、高効率な電気機器70を実現できる。
また、ブロワモータ部82のモータ12は永久磁石を使用したロータを備える。このため、当該モータ12は駆動効率がよく、省エネ効果を得ることができる。また、モータ12の制御に用いられる検出部21、22を備えることにより、高精度なインバータ制御を行うことができる。
さらに、インバータ基板の半導体素子をワイドバンドギャップ半導体で形成することで、低損失な半導体素子の使用となり、スイッチング損失及び導通損失を低減することが可能となる。損失を低減することで、省エネ効果を得る事ができ、より長時間の運転を実現することができる。
<電気機器の動作>
図1~図3に示した電気機器70は、取手部71を使用者が持ち使用される。電源スイッチ(図示せず)を使用者がONすることで、バッテリ91から基板92のインバータ回路を介してブロワモータ部82の電動送風機に電力が供給される。この結果、ブロワモータ部82の電動送風機が駆動し、吸込部74から空気が塵等とともに吸い込まれ、当該空気は延長管73、集塵部83に到達する。集塵部83では従来周知の任意の方法により空気から塵などが分離される。その後、空気はブロワモータ部82を通り、筐体72の排気口84(図3参照)から外部へ排出される。このようにして、吸込部74から塵などを吸込んで床や階段、壁などを掃除することができる。
図1~図3に示した電気機器70は、取手部71を使用者が持ち使用される。電源スイッチ(図示せず)を使用者がONすることで、バッテリ91から基板92のインバータ回路を介してブロワモータ部82の電動送風機に電力が供給される。この結果、ブロワモータ部82の電動送風機が駆動し、吸込部74から空気が塵等とともに吸い込まれ、当該空気は延長管73、集塵部83に到達する。集塵部83では従来周知の任意の方法により空気から塵などが分離される。その後、空気はブロワモータ部82を通り、筐体72の排気口84(図3参照)から外部へ排出される。このようにして、吸込部74から塵などを吸込んで床や階段、壁などを掃除することができる。
<電気機器の作用効果>
図1~図3に示した電気機器70では、バッテリ91及び基板92が第2チャンバに保持され、電動送風機を含むブロワモータ部82が第1チャンバに保持されている。そして、第1チャンバと第2チャンバとの間を区画する壁部94が形成されている。そのため、電動送風機により送風される空気が第2チャンバ内部に流入することが無いので、当該空気が直接バッテリ91や制御部に吹き付けられない。このため、当該空気に塵や埃、あるいは水滴などが含まれていても、これらの塵や水滴などがバッテリ91や制御部の基板92などに付着して短絡や誤動作の原因となることを防止できる。したがって、電気機器70の信頼性を高く保つことができる。
図1~図3に示した電気機器70では、バッテリ91及び基板92が第2チャンバに保持され、電動送風機を含むブロワモータ部82が第1チャンバに保持されている。そして、第1チャンバと第2チャンバとの間を区画する壁部94が形成されている。そのため、電動送風機により送風される空気が第2チャンバ内部に流入することが無いので、当該空気が直接バッテリ91や制御部に吹き付けられない。このため、当該空気に塵や埃、あるいは水滴などが含まれていても、これらの塵や水滴などがバッテリ91や制御部の基板92などに付着して短絡や誤動作の原因となることを防止できる。したがって、電気機器70の信頼性を高く保つことができる。
また、異なる観点から言えば、本実施の形態1に係る電気機器70は、スティック型の電気掃除機であって、バッテリ91、ブロワモータ部82、インバータ回路を含む基板92、集塵部83、を備える。電気機器70では、放熱性の観点から発熱源であるバッテリ91の上部に、基板92、ブロワモータ部82、集塵部83を備えない。このようにすれば、発熱源であり製品寿命に大きく影響するバッテリ91の放熱性が向上されると共に、基板92のインバータ回路にバッテリ91の熱が移動する事を抑制できる。
上記電気機器70において、電動送風機(ブロワモータ部82)からバッテリ91までの距離は、電動送風機(ブロワモータ部82)から制御部(基板92)までの距離より長い。この場合、電動送風機から見てバッテリ91が制御部より外側に配置されているため、バッテリ91の放熱性に関して制御部が当該放熱性を劣化させる、といった問題の発生を抑制できる。
上記電気機器70において、筐体72は、使用者が把持するための取手部71を含んでいる。取手部71からバッテリ91までの第1の距離は、取手部71から電動送風機(ブロワモータ部82)までの第2の距離より短く、かつ取手部71から制御部(基板92)までの第3の距離よりも短い。この場合、比較的質量の大きなバッテリ91を取手部71の近くに配置するため、バッテリ91が取手部71から離れた位置に配置される場合より電気機器70の重心位置を取手部71に近づけることができる。このため、使用者が取手部71を手に持ち電気機器70を動かすときの操作性を向上させることができる。
上記電気機器70では、当該電気機器の使用時において、バッテリ91が電動送風機および制御部(基板92)より上に配置されてもよい。異なる観点から言えば、上記電気機器70では、電気機器70の使用時においてバッテリ91の上方に電動送風機および制御部(基板92)が配置されない。
この場合、バッテリ91の上方に電動送風機や制御部(基板92)が配置されていないので、バッテリ91の上方に直に筐体72を配置したり、バッテリ91のためのヒートシンクなどの放熱構造をバッテリ91の直上に配置したりすることができる。また、バッテリ91からの熱により暖められた空気はバッテリ91より上方へ移動する(対流する)が、このとき電動送風機や制御部(基板92)が当該空気の流れを阻害することもない。つまり、電動送風機や制御部が存在することでバッテリ91の放熱特性が劣化するといった問題の発生を抑制できる。
上記電気機器70において、電動送風機は、遠心羽根車と、電動モータ(モータ12)とを含んでいてもよい。モータ12は遠心羽根車を回転させる。モータ12はロータと当該ロータを囲むように配置されたステータとを含む。ロータは永久磁石を有していてもよい。この場合、モータ12に関してステータに永久磁石を用いる場合より、モータ12の小型化を図ることができるとともに高い放熱性を得ることができる。
上記電気機器70において、制御部(基板92)は、ワイドバンドギャップ半導体を用いた半導体素子Q1~Q4を含んでいてもよい。この場合、制御部に含まれる回路(たとえばインバータ回路)の半導体素子Q1~Q4での損失を従来のシリコンベースの半導体素子を用いた場合の損失より低減できる。したがって、電気機器70のエネルギー効率を向上させることができる。
上記電気機器70において、ワイドバンドギャップ半導体は、炭化珪素(SiC)、窒化ガリウム(GaN)およびダイヤモンドからなる群から選択される1種であってもよい。
(実施の形態2)
図7および図8に示す本実施形態に係る電気機器70は電気掃除機である。図7および図8に示した電気機器70は、基本的には図1~図6に示した電気機器70と同様の構成を備えるが、電源部81の構成が図1~図6に示した電気機器70と異なっている。すなわち、図7および図8に示した電気機器70では、電源部81においてバッテリ91と基板92とが横に並ぶように配置されている点が、図1~図3に示した電気機器70と異なっている。異なる観点から言えば、図7および図8に示した電気機器70では、ブロワモータ部82から電源部81に向かう方向に対してバッテリ91と基板92とが互いに重なっておらず、当該ブロワモータ部82から電源部81に向かう方向に対して垂直な方向に並ぶように、バッテリ91と基板92とが配置されている。ブロワモータ部82から電源部81に向かう方向において、バッテリ91の少なくとも一部は取手部71と重なる位置に配置されている。また異なる観点から言えば、基板92は上記方向において取手部71と重ならない位置に配置されている。
図7および図8に示す本実施形態に係る電気機器70は電気掃除機である。図7および図8に示した電気機器70は、基本的には図1~図6に示した電気機器70と同様の構成を備えるが、電源部81の構成が図1~図6に示した電気機器70と異なっている。すなわち、図7および図8に示した電気機器70では、電源部81においてバッテリ91と基板92とが横に並ぶように配置されている点が、図1~図3に示した電気機器70と異なっている。異なる観点から言えば、図7および図8に示した電気機器70では、ブロワモータ部82から電源部81に向かう方向に対してバッテリ91と基板92とが互いに重なっておらず、当該ブロワモータ部82から電源部81に向かう方向に対して垂直な方向に並ぶように、バッテリ91と基板92とが配置されている。ブロワモータ部82から電源部81に向かう方向において、バッテリ91の少なくとも一部は取手部71と重なる位置に配置されている。また異なる観点から言えば、基板92は上記方向において取手部71と重ならない位置に配置されている。
このような構成によっても、バッテリ91上には基板92などが配置されていないので、図1~図3に示した電気機器70と同様の効果を得ることができる。つまり、バッテリ91が発する熱が上部に向かって伝達される割合が大きい事から、バッテリ91の上部以外に基板92などの構成要素を置いても、図1~図3に示した電気機器70と同様の効果が得られる。なお、図7および図8に示した電気機器70において、バッテリ91と基板92との配置を入れ替えてもよい。
(実施の形態3)
図9~図11に示す本実施形態に係る電気機器70は電気掃除機である。図9~図11に示した電気機器70は、基本的には図7および図8に示した電気機器70と同様の構成を備えるが、取手部71の配置及び形状が図7および図8に示した電気機器70と異なっている。すなわち、図9~図11に示した電気機器70では、取手部71が筐体72の側面から筐体72の上面にまで延びる環状の形状を有している。このような構成の電気機器70によっても、図7および図8に示した電気機器70と同様の効果を得ることができる。
図9~図11に示す本実施形態に係る電気機器70は電気掃除機である。図9~図11に示した電気機器70は、基本的には図7および図8に示した電気機器70と同様の構成を備えるが、取手部71の配置及び形状が図7および図8に示した電気機器70と異なっている。すなわち、図9~図11に示した電気機器70では、取手部71が筐体72の側面から筐体72の上面にまで延びる環状の形状を有している。このような構成の電気機器70によっても、図7および図8に示した電気機器70と同様の効果を得ることができる。
なお、取手部71の配置は、以下のように決定する。すなわち、電気機器70の使用形態として最も使用頻度が高い床面を掃除する場合において、図11に示すような適した本体角度を特定する。この状態において、重心位置85の鉛直上方向に取手部71が位置するように、取手部71を配置する。このように本体の重心位置85の直上に使用者が手に持つ取手部71を配置することで、上述した実施の形態1、2と同様の効果を得ると共に、電気機器70の操作性を向上させることが可能となる。
また、実施の形態2、実施の形態3の電気機器70において、バッテリ91の位置に関して取手部71からバッテリ91までの第1の距離は、取手部71から基板92までの第2の距離より短い。この場合、比較的質量の大きなバッテリ91を取手部71の近くに配置するため、バッテリ91が取手部71から離れた位置に配置される場合より電気機器70の重心位置を取手部71に近づけることができる。このため、使用者が取手部71を手に持ち電気機器70を動かすときの操作性を向上させることができる。
(実施の形態4)
<電気機器の構成>
図12および図13に示した電気機器70はハンドドライヤーである。ハンドドライヤーは、ケーシング106、手挿入部102、水受け部103、ドレン容器104、バッテリ91と基板92とを含む電源部81、透光窓107、および吸気口108を備える。ハンドドライヤーでは、ケーシング106内に電動送風機を有する。ハンドドライヤーでは、水受け部103の上部にある手挿入部102に手を挿入することで電動送風機による送風で水を吹き飛ばし、水受け部103からドレン容器104へと水を溜めこむ構造となっている。
<電気機器の構成>
図12および図13に示した電気機器70はハンドドライヤーである。ハンドドライヤーは、ケーシング106、手挿入部102、水受け部103、ドレン容器104、バッテリ91と基板92とを含む電源部81、透光窓107、および吸気口108を備える。ハンドドライヤーでは、ケーシング106内に電動送風機を有する。ハンドドライヤーでは、水受け部103の上部にある手挿入部102に手を挿入することで電動送風機による送風で水を吹き飛ばし、水受け部103からドレン容器104へと水を溜めこむ構造となっている。
本実施の形態は実施の形態1~3と同様に、電源部81に含まれるバッテリ91が、インバータ回路を含む基板92や、電動送風機を含むブロワモータ部82よりも上部に配置されている。筐体としてのケーシング106は、上記ブロワモータ部82を保持する第1チャンバと、上記電源部81を保持する第2チャンバとを含む。また、ケーシング106は、ブロワモータ部82と電源部81とを区画する壁部94を含む。
図12および図13に示すように、ハンドドライヤーの外殻をなすケーシング106は、正面に手挿入口を有する。ケーシング106は、手挿入口に続く処理空間として手挿入部102を備えている。手挿入部102には使用者が手を挿入可能である。手挿入部102は、ケーシング106の正面下部に、正面と両側面が開放した開放シンク状の凹部として形成されている。手挿入部102の下部を形成するように水受け部103が配置されている。図13に示すように、水受け部103の底部は前方に向かって下傾していて、その傾斜下端に排水口126が設けられている。水受け部103の下方には排水口126から滴下する水を貯留するドレン容器104が抜き差し自在に設けられている。手挿入部102の上部には、手挿入部102に向かって下方に高速空気を吹き出すノズル112が設けられている。
手挿入部102の上方でケーシング106と背面側のハンドドライヤーの外殻をなすベース128とで構成された箱体状の空間内には、整流子モータである交流モータ(ACモータ)であるモータ12と、モータ12の回転軸に固定され回転する回転羽根車であるターボファン129bとを備えた電動送風機が配置されている。この電動送風機は上述した電源部81に含まれるバッテリーからの電力で駆動される。また、当該箱体状の空間内には、電動送風機の吸気側とケーシング106の側面に設けられた吸気口108とを連通する吸気風路121と、電動送風機の排気側とノズル112とを連通する排気風路123が設けられている。
排気風路123の途中でノズル112より上流側近傍には電動送風機から送られてくる空気を加熱して温風化させるヒータ111が設けられている。ノズル112より背面側でケーシング106の内には、手検知センサ136および照明用LED138を備えた回路基板が設けられている。手検知センサ136の発光方向および受光方向、並びに照明用LED138の発光方向はいずれも手挿入部102に向って設けられている。手挿入部102の上面のケーシング106の一部に設けられた可視光や赤外線を透す透光窓を通して、手検知センサ136は手挿入部102の手の有無を検知する。手挿入部102に手が挿入されたことが検出されると、照明手段としての照明用LED138は手挿入部102を照らし明るくする。
また、ケーシング106の正面付近で、ケーシング106の内には、制御回路150、電源が入ってスタンバイ状態で通電中あることを点灯で示す通電用表示手段としての通電用LED139、および照明用LED138と通電用LED139の点灯のON/OFFをそれぞれ独立に切り替えることができる切替手段としての切替スイッチを備えた回路基板140が設けられている。通電用LED139の発光方向および切替スイッチの操作面は正面側に向って設けられている。また、通電用LED139の光がケーシング106の外から視認できるように、ケーシング106に透光窓107が設けられている。
上述したハンドドライヤーとしての電気機器の構成を要約すれば、ハンドドライヤーは、筐体(ケーシング106)と、ブロワモータ部82に含まれる電動送風機と、バッテリ91と、制御回路が形成された基板92を含む制御部とを備える。ケーシング106は、使用者が手を挿入する開口部である手挿入部102と、第1チャンバ(ケーシング106において壁部94と手挿入部102との間に位置する区画)と、第2チャンバ(ケーシング106において壁部94上に位置する区画)とを含む。
電動送風機は第1チャンバに保持される。バッテリ91と制御部とは第2チャンバに保持される。バッテリ91は、電動送風機を駆動するための電力を供給する。制御部は、第2チャンバに保持され、ブロワモータ部82を制御する。ケーシング106は、吸気口108と吹出口(ノズル112)とを有する。電動送風機は、吸気口108から空気を吸引するとともにノズル112から手挿入部102へ空気を送出する。バッテリ91は手挿入部102より上方に配置されていてもよい。また、制御部(基板92)も手挿入部102より上方に配置されていてもよい。
上記ハンドドライヤーにおいて、ブロワモータ部82に含まれる電動送風機は、遠心羽根車(ターボファン129b)と、遠心羽根車を回転させる電動モータ(モータ12)とを含む。モータ12は、ロータと、当該ロータを囲むように配置されたステータとを含む。ロータは永久磁石を有する。また、基板92を含む制御部は、ワイドバンドギャップ半導体を用いた半導体素子を含む。ワイドバンドギャップ半導体は、炭化珪素、窒化ガリウムおよびダイヤモンドからなる群から選択される1種である。第2チャンバは第1チャンバに対して気密に構成されている。具体的には、第2チャンバは壁部94により第1チャンバに対して気密に区画されている。壁部94の構成は、実施の形態1~3に示した電気機器における壁部94と同様に、空気の流通を遮断できれば任意の構成を採用できる。
<電気機器の動作>
次に手を乾燥させる使用時の動作について説明する。ハンドドライヤーとしての電気機器の電源スイッチをONにすると、バッテリ91から基板92を含む制御回路に通電され、手乾燥できる使用可能状態(以下、待機状態とする)となる。また電源が制御回路に通電されると、切替スイッチの照明用LED138の切替がONの場合には照明用LED138が点灯し、また切替スイッチの通電用LED139の切替がONの場合には通電用LED139が点灯する。そして、使用者が濡れた手を手挿入口から手挿入部102内に手首付近まで入れると、手検知センサ136によって手の挿入が検知される。その結果、制御回路により電動送風機が作動する。
次に手を乾燥させる使用時の動作について説明する。ハンドドライヤーとしての電気機器の電源スイッチをONにすると、バッテリ91から基板92を含む制御回路に通電され、手乾燥できる使用可能状態(以下、待機状態とする)となる。また電源が制御回路に通電されると、切替スイッチの照明用LED138の切替がONの場合には照明用LED138が点灯し、また切替スイッチの通電用LED139の切替がONの場合には通電用LED139が点灯する。そして、使用者が濡れた手を手挿入口から手挿入部102内に手首付近まで入れると、手検知センサ136によって手の挿入が検知される。その結果、制御回路により電動送風機が作動する。
電動送風機が作動すると、ハンドドライヤーの外の空気がケーシング106の両側面に設けられた吸気口108から吸い込まれる。吸気口108から吸い込まれた空気は、吸気風路121を通り、電動送風機の上方を通って背面側に向かう。そして、当該空気は下方に移動して電動送風機の吸込側から吸い込まれる。電動送風機は吸気側から吸い込んだ空気を排気側から高圧空気に変換して排気する。排気された高圧空気は排気風路123を通りノズル112から高い運動エネルギーを持つ高速空気流に変換される。高速空気流は手挿入部102内に下方に向かって吹き出される。ノズル112から吹き出された高速空気流は、手挿入部102に挿入されている濡れた手に当り、手に付着した水分を手の表面から剥離して吹き飛ばす。このようにして、手を乾燥させることができる。なお、ケーシング106内に設けられたヒータスイッチ(図示せず)をONにしている場合には、ヒータ111が通電され排気風路123を通る高圧空気が加熱される。このため、ノズル112からは温風が吹き出され冬場などにおいても使用者の使用感を良好に保つことができる。
手の乾燥処理終了後、手を手挿入部102から抜き出すと、手が抜かれたことを手検知センサ136が検知し、電動送風機が停止する。手から吹き飛ばされた水滴は、前傾構造の水受け部103において排水口126に向かって流下し、排水口126からドレン容器104に収容される。
<電気機器の作用効果>
上記電気機器(ハンドドライヤー)において、吸気口108から電動送風機に吸い込まれ吹出口(ノズル112)から送出される外気はバッテリ91や制御部(基板92)に直接的に接触しない。そのため、当該外気に含まれる塵や埃、水分などがバッテリ91や制御部に付着して電気機器が故障するといった問題の発生を抑制できる。この結果、電気機器の信頼性を向上させることができる。
上記電気機器(ハンドドライヤー)において、吸気口108から電動送風機に吸い込まれ吹出口(ノズル112)から送出される外気はバッテリ91や制御部(基板92)に直接的に接触しない。そのため、当該外気に含まれる塵や埃、水分などがバッテリ91や制御部に付着して電気機器が故障するといった問題の発生を抑制できる。この結果、電気機器の信頼性を向上させることができる。
なお、ハンドドライヤーとしては、AC100VやAC200V等のコンセントから電力を供給されるものが一般的に普及している。しかし、本実施形態に示す電気機器のように、持ち運び可能でどこでも簡易的に設置可能なバッテリタイプのハンドドライヤーも今後普及されることが考えられる。
そして、実施の形態1~3と同様に、バッテリを電源とした図12および図13に示したバッテリタイプのハンドドライヤーにおいては、バッテリ寿命が製品寿命に大きく影響する。そのため、バッテリーの放熱に関しては上述した実施の形態1~3に示したスティック型の電気掃除機と同様に重要視する必要がある。したがって、図13に示すように、バッテリ91をインバータ回路を含む基板92やブロワモータ部82よりも上部に配置する事で、より放熱性が高い製品を得る事ができる。この結果、製品品質を向上させることが可能となる。
また、ハンドドライヤーの場合、スティック型の電気掃除機と比較して、より水分を含んだ空気がケーシング106内に入り込む可能性がある。したがって、壁部94により気密に区画された第1チャンバと第2チャンバとをケーシング106内に形成し、たとえば第2チャンバにバッテリ91を配置し、第1チャンバに電動送風機を配置する。さればを形成することで、電動送風機により送風される空気の流路に基板92やバッテリ91を配置しないようにすれば、電源短絡などの問題の発生を抑制できる。この結果、信頼性の高い電気機器としてのハンドドライヤーを得ることができる。
なお、上述した実施の形態では、スティック型の電気掃除機やハンドドライヤーを示したが、バッテリ91と電動送風機とを搭載した電気機器であれば、任意の製品に本発明を適用できる。たとえば、電気機器としてキャニスター型の電気掃除機を採用してもよい。
以上のように本発明の実施の形態について説明を行ったが、上述の実施の形態を様々に変形することも可能である。また、本発明の範囲は上述の実施の形態に限定されるものではない。本発明の範囲は、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むことが意図される。
この発明は、バッテリーと電動送風機とを備えた、ハンディタイプの掃除機やハンドドライヤーに特に有利に適用される。
11 電力変換器、12 モータ、20,21 検出部、30 変換器、31 プロセッサ、32 駆動信号生成部、33,34 配線、70 電気機器、71 取手部、72 筐体、73 延長管、74 吸込部、81 電源部、82 ブロワモータ部、83 集塵部、84 排気口、85 重心位置、91 バッテリ、92 基板、93 矢印、94 壁部、102 手挿入部、103 水受け部、104 ドレン容器、106 ケーシング、107 透光窓、108 吸気口、111 ヒータ、112 ノズル、121 吸気風路、123 排気風路、126 排水口、128 ベース、129b ターボファン、136 手検知センサ、138 照明用LED、139 通電用LED、140 回路基板、150 制御回路。
Claims (12)
- 第1チャンバ、第2チャンバおよび取手部を含む筐体と、
前記第1チャンバに保持された電動送風機と、
前記第2チャンバに保持され、前記電動送風機を駆動するための電力を供給するバッテリと、
前記第2チャンバに保持され、前記電動送風機を制御するための制御部とを備え、
前記取手部から前記バッテリまでの第1の距離は、前記取手部から前記電動送風機までの第2の距離よりも短い、電気掃除機。 - 前記電気掃除機の使用時において、前記バッテリが前記電動送風機および前記制御部より上に配置される、請求項1に記載の電気掃除機。
- 前記電動送風機は、遠心羽根車と、前記遠心羽根車を回転させる電動モータとを含み、
前記電動モータは、ロータと、前記ロータを囲むように配置されたステータとを含み、
前記ロータは永久磁石を有する、請求項1または請求項2に記載の電気掃除機。 - 前記制御部は、ワイドバンドギャップ半導体を用いた半導体素子を含む、請求項1~請求項3のいずれか1項に記載の電気掃除機。
- 前記ワイドバンドギャップ半導体は、炭化珪素、窒化ガリウムおよびダイヤモンドからなる群から選択される1種である、請求項4に記載の電気掃除機。
- 前記筐体に接続された集塵部と、
前記集塵部に接続され、外気を吸い込む吸込部とをさらに備え、
前記電動送風機を駆動することにより前記吸込部から吸引した前記外気に含まれる塵が前記集塵部に捕集される、請求項1~請求項5のいずれか1項に記載の電気掃除機。 - 前記第2チャンバは前記第1チャンバに対して気密に構成されている、請求項1~請求項6のいずれか1項に記載の電気掃除機。
- 手挿入部と、第1チャンバと、第2チャンバ―とを含む筐体と、
前記第1チャンバに保持された電動送風機と、
前記第2チャンバに保持され、前記電動送風機を駆動するための電力を供給するバッテリと、
前記第2チャンバに保持され、前記電動送風機を制御するための制御部とを備え、
前記筐体は、吸気口と吹出口とを有し、
前記電動送風機は、前記吸気口から空気を吸引するとともに前記吹出口から前記手挿入部へ前記空気を送出する、ハンドドライヤー。 - 前記電動送風機は、遠心羽根車と、前記遠心羽根車を回転させる電動モータとを含み、
前記電動モータは、ロータと、前記ロータを囲むように配置されたステータとを含み、
前記ロータは永久磁石を有する、請求項8に記載のハンドドライヤー。 - 前記制御部は、ワイドバンドギャップ半導体を用いた半導体素子を含む、請求項8または請求項9に記載のハンドドライヤー。
- 前記ワイドバンドギャップ半導体は、炭化珪素、窒化ガリウムおよびダイヤモンドからなる群から選択される1種である、請求項10に記載のハンドドライヤー。
- 前記第2チャンバは前記第1チャンバに対して気密に構成されている、請求項8~請求項11のいずれか1項に記載のハンドドライヤー。
Priority Applications (4)
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