(57)【要約】【課題】騒音及び消費電力の低減が可能なクリーナを提供する。【解決手段】クリーナ１は、モータ３１と、モータ３１によって駆動される集塵ファンと、モータ３１の駆動を制御する制御部５０と、を備える。制御部５０は、吸込口へ流入する単位時間あたりの空気量が第１の所定値以上になると、モータ３１に印加する電圧の実効値を低下させる。制御部５０は、前記空気量が第１の所定値から多くなるにつれて、モータ３１に印加する電圧の実効値を、連続的に又は段階的に低下させる。【選択図】図１０
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータと、
前記モータにより駆動される集塵ファンと、
前記モータ及び前記集塵ファンを収容する本体ハウジングと、
前記モータの駆動を制御する制御部と、を備え、
前記本体ハウジングに、前記集塵ファンに吸引された空気が流入する吸込口と、前記集塵ファンを通過した空気が排気される排気口と、が設けられ、
前記制御部は、前記吸込口へ流入する単位時間あたりの空気量が第１の所定値以上になると、前記モータに印加する電圧の実効値を低下させる、クリーナ。
【請求項２】
前記制御部は、前記空気量が前記第１の所定値から多くなるにつれて、前記モータに印加する電圧の実効値を、連続的に又は段階的に低下させる、請求項１に記載のクリーナ。
【請求項３】
前記第１の所定値は、吸込仕事率が最大となるときの前記空気量以上の値である、請求項１又は２に記載のクリーナ。
【請求項４】
前記制御部は、前記空気量が第２の所定値以下の場合は、前記モータに印加する電圧の実効値を最大とする、請求項１から３のいずれか一項に記載のクリーナ。
【請求項５】
前記制御部は、前記空気量が前記第２の所定値に向けて少なくなる過程で、前記モータに印加する電圧の実効値を上昇させる、請求項１から４のいずれか一項に記載のクリーナ。
【請求項６】
前記制御部は、前記モータに印加される電圧の実効値と、前記モータに流れる電流及び前記モータの回転数の少なくとも一方と、により、前記空気量を特定する、請求項１から５のいずれか一項に記載のクリーナ。
【請求項７】
前記モータに印加される電圧の実効値と、前記モータに流れる電流及び前記モータの回転数の少なくとも一方と、前記空気量と、の関係を記憶したテーブルを備える、請求項６に記載のクリーナ。
【請求項８】
前記制御部は、デューティ制御により、前記モータに印加する電圧の実効値を制御する、請求項１から７のいずれか一項に記載のクリーナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータにより駆動される集塵ファンを備えるクリーナに関する。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献１は、モータの動力で集塵ファンを回転させる携帯用クリーナの構成を開示する。このようなクリーナにおいては、ヘッド部が非作業材に当接しているか否かや、非作業材の材質などの状況の変化によって、吸込口の開口率が変化する。開口率が増大することで、吸込口を通過する風量は増加する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−６７６６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
風量と真空度との乗算から求められる吸込仕事率は、所定の風量において最大となり、所定の風量を超えて風量が増大すると徐々に低下する。このため、開口率が大きくなって風量が増加しすぎると、吸込仕事率が低いにも関わらず風量が大きい状態となり、騒音や消費電力が不要に大きくなってしまう。
【０００５】
本発明の目的は、騒音及び消費電力の低減が可能なクリーナを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のある態様は、クリーナである。このクリーナは、
モータと、
前記モータにより駆動される集塵ファンと、
前記モータ及び前記集塵ファンを収容する本体ハウジングと、
前記モータの駆動を制御する制御部と、を備え、
前記本体ハウジングに、前記集塵ファンに吸引された空気が流入する吸込口と、前記集塵ファンを通過した空気が排気される排気口と、が設けられ、
前記制御部は、前記吸込口へ流入する単位時間あたりの空気量が第１の所定値以上になると、前記モータに印加する電圧の実効値を低下させる。
【０００７】
前記制御部は、前記空気量が前記第１の所定値から多くなるにつれて、前記モータに印加する電圧の実効値を、連続的に又は段階的に低下させてもよい。
【０００８】
前記第１の所定値は、吸込仕事率が最大となるときの前記空気量以上の値であってもよい。
【０００９】
前記制御部は、前記空気量が第２の所定値以下の場合は、前記モータに印加する電圧の実効値を最大としてもよい。
【００１０】
前記制御部は、前記空気量が前記第２の所定値に向けて少なくなる過程で、前記モータに印加する電圧の実効値を上昇させてもよい。
【００１１】
前記制御部は、前記モータに印加される電圧の実効値と、前記モータに流れる電流及び前記モータの回転数の少なくとも一方と、により、前記空気量を特定してもよい。
【００１２】
前記モータに印加される電圧の実効値と、前記モータに流れる電流及び前記モータの回転数の少なくとも一方と、前記空気量と、の関係を記憶したテーブルを備えてもよい。
【００１３】
なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法やシステムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、騒音及び消費電力の低減が可能なクリーナを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施の形態１に係るクリーナ１の側面図。
【図２】クリーナ１の側断面図。
【図３】図１のＡ−Ａ断面図。
【図４】図１のＢ−Ｂ断面図。
【図５】図１のＣ−Ｃ断面図。
【図６】クリーナ１のヘッド部４０の平面図。
【図７】ヘッド部４０の側断面図。
【図８】ヘッド部４０の底面図。
【図９】ヘッド部４０の背面図。
【図１０】クリーナ１の簡易ブロック図。
【図１１】クリーナ１の無段制御における風量と吸込仕事率の関係を、クリーナ１においてモータ電圧のＰＷＭ制御のデューティを５０％、６０％、７０％、８０％、９０％、１００％で固定した各場合における風量と吸込仕事率の関係と共に示したグラフ。
【図１２】クリーナ１の無段制御における吸込口の開口率の変化に対するモータ電流とモータ回転数の関係を、クリーナ１においてデューティを５０％、６０％、７０％、８０％、９０％、１００％で固定した各場合における開口率の変化に対するモータ電流とモータ回転数との関係と共に示したグラフ。
【図１３】クリーナ１の無段制御における開口率の変化に対するデューティとモータ電流の関係を、クリーナ１における開口率ごとのデューティとモータ電流の関係と共に示したグラフ。
【図１４】クリーナ１の無段制御のフローチャート。
【図１５】クリーナ１の多段制御における風量と吸込仕事率の関係を、クリーナ１においてデューティを５０％、６０％、７０％、８０％、９０％、１００％で固定した各場合における風量と吸込仕事率の関係と共に示したグラフ。
【図１６】クリーナ１の多段制御における開口率の変化に対するモータ電流とモータ回転数の関係を、クリーナ１においてデューティを５０％、６０％、７０％、８０％、９０％、１００％で固定した各場合における開口率の変化に対するモータ電流とモータ回転数との関係と共に示したグラフ。
【図１７】クリーナ１の二段制御における風量と吸込仕事率の関係を、クリーナ１においてデューティを８０％、１００％で固定した各場合における風量と吸込仕事率の関係と共に示したグラフ。
【図１８】クリーナ１の二段制御における開口率の変化に対するモータ電流とモータ回転数の関係を、クリーナ１においてデューティを５０％、６０％、７０％、８０％、９０％、１００％で固定した各場合における開口率の変化に対するモータ電流とモータ回転数との関係と共に示したグラフ。
【図１９】クリーナ１の二段制御のフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態を詳述する。なお、各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理等には同一の符号を付し、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は発明を限定するものではなく例示であり、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。
【００１７】
図１〜図９を参照し、本発明の実施の形態に係るクリーナ１の機械的構成を説明する。図１〜図３により、クリーナ１における互いに直交する前後、上下、左右の各方向を定義する。図２〜図５では、集塵ファン３３により発生する気流の流れを破線の矢印で示している。クリーナ１は、携帯型のサイクロン式クリーナである。クリーナ１は、ハウジング２と、吸気パイプ７と、サイクロンユニット１０と、を備える。
【００１８】
ハウジング２は、例えば樹脂成形体である。ハウジング２は、ハンドル部２ａと、モータ収容部２ｂと、制御回路収容部２ｃと、排気口２ｄと、を含む。ハンドル部２ａには、作業者がクリーナ１の起動、停止等を指示するための操作部２ｅが設けられる。モータ収容部２ｂは、モータ３１及び集塵ファン３３を収容する。モータ３１は、ここではブラシレスモータである。集塵ファン３３は、ここでは遠心ファンである。制御回路収容部２ｃは、制御回路基板３５を収容する。排気口２ｄは、制御回路収容部２ｃの前部左側面に開口する。ハウジング２の後端下部には、クリーナ１の電源となる電池パック５が着脱可能に装着される。
【００１９】
サイクロンユニット１０は、モータ収容部２ｂの前部に着脱可能に取り付けられる。サイクロンユニット１０は、第１及び第２サイクロンユニットを有する。第１サイクロンユニットは、第１排気筒１１と、第１旋回室１２と、第１集塵室１３と、を含む。第２サイクロンユニットは、第２排気筒１５と、第２旋回室１６と、第２集塵室１７と、を含む。第２排気筒１５、第２旋回室１６、及び第２集塵室１７の組は、第１サイクロンユニットの周囲に複数組、図示の例では１０組設けられる。第２排気筒１５から集塵ファン３３に至る風路の途中には、円筒状のフィルタ３７が設けられる。
【００２０】
吸気パイプ７は、吸引通路を構成する部材であって、サイクロンユニット１０の下方に設けられる。吸気パイプ７の図示しない先端は、クリーナ１の吸気口である。吸気パイプ７の先端には、図６〜図９に示すヘッド部４０が着脱可能に取り付けられる。ヘッド部４０は、回転ブラシ４１を有すると共に、回転ブラシ４１を回転駆動する図示しないモータを内蔵する。ヘッド部４０は、床検出スイッチ４３を有する。床検出スイッチ４３は、上下動可能な軸に支持されたローラである。このローラが床面に接地して軸と共に上方に移動すると床検出スイッチ４３がオンになり、ヘッド部４０が床面に接地したと判定される。
【００２１】
クリーナ１において、モータ３１が起動すると、集塵ファン３３が回転駆動される。集塵ファン３３の回転により、吸気パイプ７から空気と共に粉塵が吸い込まれる。粉塵の混じった空気は、第１旋回室１２内にてトルネード状の旋回流となる。これにより粉塵が遠心分離されて第１集塵室１３に溜められる。粉塵が除去された空気は第１排気筒１１に吸い込まれて第２旋回室１６内に流入し、再度トルネード状の旋回流となる。これにより、更に粉塵が遠心分離されて第２集塵室１７に溜められる。粉塵が除去された空気は第２排気筒１５に吸い込まれ、フィルタ３７を通過して、集塵ファン３３に吸い込まれる。集塵ファン３３から吐き出された空気は、モータ３１の内部、あるいはモータ収容部２ｂとモータ３１との間の隙間を通ってモータ３１の後方に流れ、その後、制御回路収容部２ｃを通って前方に流れ、排気口２ｄから排気される。
【００２２】
図１０は、クリーナ１の簡易ブロック図である。制御部５０は、マイクロコントローラ等を含む。制御部５０は、図２に示す制御回路基板３５に設けられる。制御部５０は、インバータ５１の制御、例えばＰＷＭ制御により、モータ３１に印加する電圧（「モータ電圧」とも表記）を制御し、モータ３１の駆動を制御する。インバータ５１は、例えば三相ブリッジ接続されたＦＥＴやＩＧＢＴ等のスイッチング素子である。インバータ５１は、制御部５０の制御に従ってスイッチング動作し、電池パック５から供給される直流電圧を交流電圧に変換してモータ３１に供給する。検出抵抗Ｒｓは、モータ３１に流れる電流（「モータ電流」とも表記）の経路に設けられる。電流検出回路５２は、検出抵抗Ｒｓの両端の電圧によりモータ電流を検出し、制御部５０にフィードバックする。磁気センサ５４は、例えばホール素子であって、モータ３１の近傍に所定数設けられる。回転数検出回路５３は、磁気センサ５４の出力信号により、モータ３１の回転数（「モータ回転数」とも表記）を検出し、制御部５０にフィードバックする。
【００２３】
制御部５０による制御は、無段制御、多段制御、二段制御の少なくとも１つを含む。以下、それぞれの制御について説明する。
【００２４】
図１１は、クリーナ１の無段制御における風量と吸込仕事率の関係を、クリーナ１においてモータ電圧のＰＷＭ制御のデューティ（単に「デューティ」とも表記）を５０％、６０％、７０％、８０％、９０％、１００％で固定した各場合における風量と吸込仕事率の関係と共に示したグラフである。横軸の風量は、単位時間あたりに吸気パイプ７の先端の吸込口（単に「吸込口」とも表記）へ流入する空気量である。各デューティにおける風量は、吸込口の開口率（単に「開口率」とも表記）を変化させることで増減させた。風量は、デューティを一定とした場合には、吸込口の開口率が大きくなるほど増大する。開口率は、吸込口の一部あるいは全体を障壁で塞ぐことで任意の値に設定した。吸込口の全体を塞げば開口率は０％であり、半分を塞げば開口率は５０％であり、全く塞がなければ開口率は１００％である。開口率が１００％の状態とは、吸込口周囲に流路抵抗となる部材が何も無い状態を示す。吸込口周囲に床面やカーペット等が近接し吸込口に流入する空気の流れが妨げられた状態を開口率が低下した状態とみなす。
【００２５】
図１１に示すように、各デューティにおいて、開口率を大きくして風量を増大させていくと、所定風量までは吸込仕事率が上がり続けるが、所定風量を超えると（所定開口率を超えると）、吸込仕事率は低下していく。このため、開口率が大きくなって風量が増加しすぎると、吸込仕事率が低いにも関わらず風量が大きい状態となり、騒音や消費電力が不要に大きくなってしまう。そこで、無段制御では、風量が第１の所定値まではモータ電圧のデューティを１００％（最大）とし、風量が第１の所定値から多くなるにつれて、デューティを連続的に低下させ、モータ電圧の実効値を連続的に低下させる。風量が最大の場合、デューティを例えば５０％まで低下させる。第１の所定値は、吸込仕事率が最大となる風量以上の値であるとよい。図１１の例では、吸込仕事率が最大となる風量を第１の所定値としている。また、無段制御では、風量が第２の所定値に向けて少なくなる過程で、デューティを連続的に上昇させ、モータ電圧の実効値を連続的に１００％まで上昇させる。第２の所定値は、ここでは第１の所定値と同じ値であるが、第１の所定値よりも小さい値としてもよい。
【００２６】
図１２は、クリーナ１の無段制御における吸込口の開口率の変化に対するモータ電流とモータ回転数の関係を、クリーナ１においてデューティを５０％、６０％、７０％、８０％、９０％、１００％で固定した各場合における吸込口の開口率の変化に対するモータ電流とモータ回転数との関係と共に示したグラフである。図１３は、クリーナ１の無段制御における吸込口の開口率の変化に対するデューティとモータ電流の関係を、クリーナ１における吸込口の開口率ごとのデューティとモータ電流の関係と共に示したグラフである。図１２及び図１３より、クリーナ１においてデューティを一定とした場合、開口率が大きくなるにつれて、モータ電流は増大し、モータ回転数は低下する。また、開口率を一定とした場合、デューティを高くしていくと、モータ電流及びモータ回転数は共に増大する。無段制御では、吸込仕事率が最大となる開口率以下ではデューティを１００％とする一方、吸込仕事率が最大となる開口率から開口率が大きくなるにつれて、デューティを連続的に低下させ、モータ電圧の実効値を連続的に低下させる。開口率が最大（１００％）の場合、デューティを例えば５０％まで低下させる。図１２及び図１３に示される、モータ電流、モータ回転数、開口率、デューティの関係は、制御部５０が内蔵するメモリにテーブルとして記憶しておいてもよい。制御部５０は、デューティと、モータ電流及びモータ回転数の少なくとも一方と、により、開口率を特定（導出）でき、風量も特定できる。
【００２７】
図１４は、クリーナ１の無段制御のフローチャートである。このフローチャートは、作業者が操作部２ｅの操作によりクリーナ１の起動を指示することで開始される。制御部５０は、モータ電圧のＰＷＭ制御のデューティの初期値を設定する（Ｓ１）。デューティの初期値は例えば１００％（最大デューティ値）である。制御部５０は、デューティに応じた制御目標値を算出する（Ｓ２）。制御目標値は、モータ電流の目標値及びモータ回転数の目標値の少なくとも一方であり、図１２及び図１３の無段制御の線のうち吸込仕事率が最大となる開口率以上の部分に対応する値であり、デューティごとに設定される値である。制御目標値は、制御部５０が内蔵するメモリにテーブルとしてデューティと関連づけて記憶しておいてもよい。制御部５０は、設定されたデューティによりモータ３１を駆動しながら、電流検出回路５２からのモータ電流の検出値、及び回転数検出回路５３からのモータ回転数の検出値を取得する（Ｓ３）。制御部５０は、モータ電流の検出値が制御目標値より大きい場合、又はモータ回転数の検出値が制御目標値より小さい場合（Ｓ４のＹＥＳ）、デューティを低下させる（Ｓ５）。制御部５０は、モータ電流の検出値が制御目標値より小さい場合、又はモータ回転数の検出値が制御目標値より大きい場合（Ｓ４のＮＯ）、デューティを上昇させる（Ｓ６）。デューティ調整（Ｓ５又はＳ６）の後、制御はステップＳ２に戻る。図示は省略したが、ステップＳ４においてモータ電流の検出値とモータ回転数の検出値が制御目標値と一致する場合には、デューティの調整（Ｓ５又はＳ６）は行われない。
【００２８】
図１５は、クリーナ１の多段制御における風量と吸込仕事率の関係を、クリーナ１においてモータ電圧のＰＷＭ制御のデューティを５０％、６０％、７０％、８０％、９０％、１００％で固定した各場合における風量と吸込仕事率の関係と共に示したグラフである。図１６は、クリーナ１の多段制御における吸込口の開口率の変化に対するモータ電流とモータ回転数の関係を、クリーナ１においてモータ電圧のＰＷＭ制御のデューティを５０％、６０％、７０％、８０％、９０％、１００％で固定した各場合における吸込口の開口率の変化に対するモータ電流とモータ回転数との関係と共に示したグラフである。多段制御では、風量が第１の所定値から大きくなるにつれてデューティを段階的に低下させる。図１６の例では、吸込仕事率が最大となる開口率以下ではデューティを１００％とする一方、吸込仕事率が最大となる開口率を超えるとデューティを９０％に低下させる。以降、開口率の増大に合わせてデューティを８０％、７０％、６０％、５０％と順次低下させていく。具体的には、各デューティにおいて、モータ電流とモータ回転数が図１６に示すデューティ減少領域に入るとデューティを１０％低下させる。一方、開口率が減少する過程においては、各デューティにおいて、モータ電流とモータ回転数が図１６に示すデューティ増加領域に入るとデューティを１０％上昇させる。
【００２９】
図１７は、クリーナ１の二段制御における風量と吸込仕事率の関係を、クリーナ１においてモータ電圧のＰＷＭ制御のデューティを８０％、１００％で固定した各場合における風量と吸込仕事率の関係と共に示したグラフである。図１８は、クリーナ１の二段制御における吸込口の開口率の変化に対するモータ電流とモータ回転数の関係を、クリーナ１においてモータ電圧のＰＷＭ制御のデューティを５０％、６０％、７０％、８０％、９０％、１００％で固定した各場合における吸込口の開口率の変化に対するモータ電流とモータ回転数との関係と共に示したグラフである。二段制御では、風量が第１の所定値を超えると、デューティを１００％から８０％に低下させ、風量が第２の所定値（ここでは第１の所定値と等しい値）以下になると、デューティを８０％から１００％に増大させる。具体的には、デューティ１００％において、モータ電流とモータ回転数が図１８に示すデューティ減少領域に入るとデューティを８０％に低下させる。一方、デューティ８０％において、モータ電流とモータ回転数が図１８に示すデューティ増加領域に入るとデューティを１００％に上昇させる。
【００３０】
図１９は、クリーナ１の二段制御のフローチャートである。図１９のステップＳ１２及びＳ１３に示すモータ電流Ｉ１及びモータ回転数Ｒ１は、図１８のグラフにおけるＡ点のモータ電流Ｉ１及びモータ回転数Ｒ１である。図１９のステップＳ１５及びＳ１６に示すモータ電流Ｉ２及びモータ回転数Ｒ２は、図１８のグラフにおけるＢ点のモータ電流Ｉ２及びモータ回転数Ｒ２である。制御部５０は、モータ３１を駆動しながら、電流検出回路５２からのモータ電流の検出値、及び回転数検出回路５３からのモータ回転数の検出値を取得する（Ｓ１１）。制御部５０は、モータ電流がＩ１を超え（Ｓ１２のＹＥＳ）、かつモータ回転数がＲ１を下回ると（Ｓ１３のＹＥＳ）、デューティを８０％に低下させる（Ｓ１４）。制御部５０は、モータ電流がＩ２を下回り（Ｓ１５のＹＥＳ）、かつモータ回転数がＲ２を超えると（Ｓ１６のＹＥＳ）、デューティを１００％に上昇させる（Ｓ１４）。なお、デューティの変更は、モータ電流とモータ回転数のいずれか一方のみに基づいて判断してもよい。
【００３１】
本実施の形態によれば、吸込仕事率が最大となる風量ないし開口率を超えて風量ないし開口率が大きくなるとデューティを低下させるため、開口率が大きくなった場合の風量の過剰な増加を抑制でき、吸込仕事率が低いにも関わらず風量が大きい状態となることを抑制できる。これにより、吸込仕事率の最大値を低下させることなく、騒音や消費電力が不要に大きくなることを抑制できる。
【００３２】
以上、実施の形態を例に本発明を説明したが、実施の形態の各構成要素や各処理プロセスには請求項に記載の範囲で種々の変形が可能であることは当業者に理解されるところである。以下、変形例について触れる。
【００３３】
本発明のクリーナは、サイクロン式に限定されず、紙パック式であってもよい。本発明のクリーナは、電池駆動のコードレスタイプに限定されず、外部交流電源からの供給電力で動作するコード付きタイプであってもよい。モータ３１は、ブラシレスモータに限定されず、ブラシ付きモータであってもよい。
【符号の説明】
【００３４】
１  クリーナ、２  ハウジング、２ａ  ハンドル部、２ｂ  モータ収容部、２ｃ  制御回路収容部、２ｄ  排気口、２ｅ  操作部、５  電池パック、１０  サイクロンユニット、１１  第１排気筒、１２  第１旋回室、１３  第１集塵室、１５  第２排気筒、１６  第２旋回室、１７  第２集塵室、３１  モータ、３３  集塵ファン、３５  制御回路基板、３７  フィルタ、５０  制御部、５１  インバータ、５２  電流検出回路、５３  回転数検出回路、５４  磁気センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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