(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータに流れる電流を検出する電流検出手段と、
風量をパラメータとする位相角に対応した複数の風量電流特性に対して入力電力が一定となる電流値を結んで形成された目標電流特性に基づいて、所定の位相角に対応した目標電流値を算出する特性算出手段と、
上記目標電流値と、上記電流検出手段により検出された検出電流値が等しくないときに、上記検出電流値を通る風量電流特性を推測し、前記推測風量電流特性と目標電流特性の交点の位相角を算出する位相角走査手段と、
この位相角走査手段により算出された上記位相角に基づいて上記モータの入力電力を制御する位相制御手段と、
を備えたことを特徴とする電気掃除機の入力制御装置。
【請求項２】
モータに流れる電流を検出する電流検出手段と、
風量をパラメータとする位相角に対応した複数の風量電流特性に対して、入力電力が一定となる電流値を結んで形成された目標電流特性に基づいて、所定の位相角に対応した目標電流値を算出する特性算出手段と、
上記目標電流値が上記電流検出手段により検出された検出電流値より大きいときには、所定幅の位相角を上記所定の位相角から減じた位相角を算出し、上記目標電流値が上記検出電流値より小さいときには、所定幅の位相角を上記所定の位相角に加えた位相角を算出する位相角走査手段と、
この位相角走査手段により算出された上記位相角に基づいて上記モータの入力電力を制御する位相制御手段と、
を備え、
前記位相角走査手段と位相角制御手段は、前記検出電流値が前記目標電流特性上の電流値と一致するまで繰り返すことを特徴とする電気掃除機の入力制御装置。
【請求項３】
所定の位相角範囲における目標電流特性を近似式で表したことを特徴とする請求項１または請求項２記載の電気掃除機の入力制御装置。
【請求項４】
位相角走査手段により算出された位相角に対応する目標電流値と、上記風量電流特性とに基づいて、風量を導出する風量算出手段を備えたことを特徴とする請求項１または請求項２記載の電気掃除機の入力制御装置。
【請求項５】
電源の電圧を検出する電圧検出手段と、
この電圧検出手段により検出された電圧に基づいて特性算出手段の出力を補正し、補正後の出力を位相角走査手段に入力する第一数式変更手段と、
を備えたことを特徴とする請求項３記載の電気掃除機の入力制御装置。
【請求項６】
電流検出手段の電流出力を電流出力検査手段により検出し、その検出結果を記憶するＥＥＰＲＯＭと、
このＥＥＰＲＯＭにより、検出された電流出力に基づいて特性算出手段の出力を補正し、補正後の出力を位相角走査手段に入力する第二数式変更手段と、
を備えたことを特徴とする請求項３記載の電気掃除機の入力制御装置。
【請求項７】
モータ特性を検出するモータ特性検出手段と、
このモータ特性検出手段により検出されたモータ特性値に基づいて特性算出手段から出力された所定の位相角範囲を補正し位相角走査手段に入力する位相角範囲補正手段と、
を備えたことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の電気掃除機の入力制御装置。
【請求項８】
モータに流れる電流を検出する電流検出手段と、
風量をパラメータとする位相角に対応した複数の風量電流特性に対して、入力電力が一定となる電流値を結んで形成された目標電流特性における所定の位相角範囲の目標電流特性の近似式と上記所定の位相角範囲を記憶したＥＥＰＲＯＭと、
このＥＥＰＲＯＭに記憶された上記近似式と上記所定の位相角範囲に基づいて目標電流値を算出する数式演算手段と、
上記目標電流値と、上記電流検出手段により検出された検出電流値が等しくないときに、上記検出電流値を通る風量電流特性を推定し、前記推測風量電流特性と上記目標電流特性の近似式の交点となる位相角を算出する位相角走査手段と、
この位相角走査手段により算出された上記位相角に基づいて上記モータの入力電力を制御する位相制御手段と、
を備えたことを特徴とする電気掃除機の入力制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は吸引用モータの位相制御と電流検出により、モータの入力電力を一定に制御する電気掃除機の入力制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の電気掃除機の入力制御装置として、従来特開平５−９５８７７号公報に開示されたものがある。これは、吸口が空中に向け運転してる場合に電動機の入力が最大になり無断な電力を消費するという問題等の解決のため、電動送風機の入力を常に一定に保つことを目的としたもので、制御手段として、電動送風機の電流を検知する電流検出手段と、この出力の増幅手段と、電動送風機の回転数を制御する位相制御手段を備え、この位相制御手段は増幅手段からの信号レベルが一定になるように制御することで実現するものとしている。
【０００３】
また特開平７−２１３４６８には、略上記構成に加えて電圧検出手段を設け、電源電圧変動に応じて電流検出手段の信号レベルを一定となるように位相制御手段を制御する構成としている。さらに特開平７−３１３４１５においても、概略同一構成において、電流一定制御または位相角一定制御にて、モータの入力電力を一定に保つ制御を実現可能としている。
【０００４】
図１８に一般的な電気掃除機において、吸引用モータの電流値と入力電力の関係を、風量（ゴミ量）を横軸とした時の制御特性を示し、これにより説明する。図１８（ａ）はモータ印可電圧一定（無制御）とした場合の特性であり、当然ながら電流値と入力電力値は比例関係を保ち、風量が絞られる（ゴミが溜まる）方向につれて電流値、入力電力値共に降下する。
【０００５】
図１８（ｂ）は所定風量まで位相制御により電流一定制御を行った場合を示す。位相制御では風量大（解放）側においての位相点弧時間（以下位相角と表現する）を大きくすることにより電流一定が実現できる。しかし位相角が大きくなると実効電圧と実効電流が減ると共に、力率が悪くなるために、電流値と入力電力値は比例関係とならず、位相角が小さくなる（風量が減る）と共に入力電力値は上昇する。すなわち、電流一定制御した場合入力電力は一定にならないことを示している。
【０００６】
また、位相制御による位相角一定制御では、モータ印可電圧一定となるために図中（ａ）の特性と同等となり、これも入力電力一定制御を実現出来ないことを示している。
風量の検出においては特公平２−３０６８３に開示された先願例がある。これによるとフィルタとファン間の負圧を検出する圧力センサと、モータ電流検出手段を用いて、直接風量を検出しなくてもモータの入力制御を可能としている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来の電気掃除機の入力制御装置は以上のように構成されているので、以下のような課題がある。まずモータ電流検出手段を用いた引例では、電流検出手段の出力により、電流一定制御や位相角一定制御を行っているが、この方法では入力電力を一定に保つことは位相制御の特性上難しく、ゴミ量や被掃除面状態に応じて入力電力が変化してしまうと共に、条件によってモータの入力電力規制を超える可能性がある。従って、電源電圧による補正を行っても入力電力を一定に保つのは難しい。
【０００８】
また、電流センサに加え風量検出用として圧力センサを付加した引例では、当然のことながら部品点数が増えコスト高になると共に構成が大きくなる。またセンサが増えた分だけ精度調整や故障要因への対応処理が複雑となると共に組み立て作業性が悪くなる等の課題がある。
【０００９】
この発明は上記のような課題点を解消するためになされたものであり、入力電力の一定制御をすることができ、ゴミ量や被掃除面状態に依存しない効率的な運転ができ、耐久性の高い電気掃除機の入力制御装置を得ることを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る電気掃除機の入力制御装置は、モータに流れる電流を検出する電流検出手段と、風量をパラメータとする位相角に対応した複数の風量電流特性に対して入力電力が一定となる電流値を結んで形成された目標電流特性に基づいて、所定の位相角に対応した目標電流値を算出する特性算出手段と、上記目標電流値と、上記電流検出手段により検出された検出電流値が等しくないときに、上記検出電流値を通る風量電流特性を推測し、前記推測風量電流特性と目標電流特性の交点の位相角を算出する位相角走査手段と、この位相角走査手段により算出された上記位相角に基づいて上記モータの入力電力を制御する位相制御手段とを備える。
【００１１】
また、この発明に係る電気掃除機の入力制御装置は、モータに流れる電流を検出する電流検出手段と、風量をパラメータとする位相角に対応した複数の風量電流特性に対して、入力電力が一定となる電流値を結んで形成された目標電流特性に基づいて、所定の位相角に対応した目標電流値を算出する特性算出手段と、上記目標電流値が上記電流検出手段により検出された検出電流値より大きいときには、所定幅の位相角を上記所定の位相角から減じた位相角を算出し、上記目標電流値が上記検出電流値より小さいときには、所定幅の位相角を上記所定の位相角に加えた位相角を算出する位相角走査手段と、この位相角走査手段により算出された上記位相角に基づいて上記モータの入力電力を制御する位相制御手段とを備え、前記位相角走査手段と位相角制御手段は、前記検出電流値が前記目標電流特性上の電流値と一致するまで繰り返す。
【００１２】
また、所定の位相角範囲における目標電流特性を近似式で表したものである。
【００１３】
また、位相角走査手段により算出された位相角に対応する目標電流値と、上記風量電流特性に基づいて、風量を導出する風量算出手段を備える。
【００１４】
また、電源の電圧を検出する電圧検出手段と、この電圧検出手段により検出された電圧に基づいて特性算出手段の出力を補正し、補正後の出力を位相角走査手段に入力する第一数式変更手段を備える。
【００１５】
また、電流検出手段の電流出力を電流出力検査手段により検出し、その検出結果を記憶するＥＥＰＲＯＭと、このＥＥＰＲＯＭにより、検出された電流出力に基づいて特性算出手段の出力を補正し、補正後の出力を位相角走査手段に入力する第二数式変更手段を備える。
【００１６】
また、モータ特性を検出するモータ特性検出手段と、このモータ特性検出手段により検出されたモータ特性値に基づいて特性算出手段から出力された所定の位相角範囲を補正し位相角走査手段に入力する位相角範囲補正手段を備える。
【００１７】
また、本発明に係る電気掃除機の入力制御装置は、モータに流れる電流を検出する電流検出手段と、風量をパラメータとする位相角に対応した複数の風量電流特性に対して、入力電力が一定となる電流値を結んで形成された目標電流特性における所定の位相角範囲の目標電流特性の近似式と上記所定の位相角範囲を記憶したＥＥＰＲＯＭと、このＥＥＰＲＯＭに記憶された上記近似式と上記所定の位相角範囲に基づいて目標電流値を算出する数式演算手段と、上記目標電流値と、上記電流検出手段により検出された検出電流値が等しくないときに、上記検出電流値を通る風量電流特性を推定し、前記推測風量電流特性と上記目標電流特性の近似式の交点となる位相角を算出する位相角走査手段と、この位相角走査手段により算出された上記位相角に基づいて上記モータの入力電力を制御する位相制御手段とを備える。
【００１８】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を図について説明する。図１はこの発明の実施の形態１である電気掃除機の入力制御装置を示す機能ブロック図、図２は吸引用モータの風量と電流及び入力電力の特性図、図３は吸引用モータの位相角−入力電力特性を示す基本特性図、図４は位相角−電流特性を示す基本特性図、図５は図４を部分拡大した説明図、図６は動作フローチャート、図７は電気掃除機の入力制御装置によって得られた入力電力特性図である。
【００１９】
図１において１は商用交流電源、２はこの商用交流電源１に双方向性サイリスタ３を介して接続された吸引用モータ、４はこの吸引用モータ２に流れる電流を検出する電流検出手段であり、電流センサ４ａが吸引モータ２と直列に構成され、カレントトランスやシャント抵抗による電圧降下法等によって電圧として検出される。５は商用交流電源１から生成される電源部であり、掃除機の制御部を司るマイクロコンピュータ６等の直流電源等に用いられると共に、内部には商用周波数のゼロクロス検出回路部を擁している。
【００２０】
７はあらかじめ実験等により求めたもので図３、図４に各々示された基本特性である。これは後に詳述する位相制御手段１２により位相角を変化させて吸引用モータ２を制御した際の、入力電力特性（図示されていない計測器で測定）と電流特性（電流検出手段４で測定）であり、８はこの基本特性７から導出され、入力電力一定とするための、位相角対目標電流特性であり、図４、図５に示されたものである。なお、図４、図５の説明は後述する。
【００２１】
９はこの位相角対目標電流特性８を特性データテーブル、あるいはこの特性データテーブルから導出された近似式として記憶すると共に、初期位相角における目標電流値を算出する特性算出手段、１０はこの特性算出手段９の出力と、上記電流検出手段４の出力がＡ／Ｄ変換部１１を介して入力される入力電力値との比較結果に基づいて位相点弧時間（以下位相角と表現）を増減する位相角走査手段である。なお、この増減量は導出された目標位相角に向かい１回で切り替える方式と、増減量を固定して複数回で目標に到達する方式の２種類がある。
また、この位相角走査手段１０の走査幅はタイマ等により所定時間に設定されている。
【００２２】
１２はこの位相角走査手段の出力を得て動作する位相制御手段で、双方向サイリスタ３のゲートに位相角をフィードバックすることにより位相制御が実行されると共に特性算出手段９にも現状位相角値をフィードバックする。なお、この位相制御手段にはゼロクロス検出手段５ａからの出力が、カウンタ１３を介して入力されることにより位相角０の基準点が与えられる。これら特性算出手段９、位相角走査手段１０、Ａ／Ｄ１１、位相制御手段１２、及びカウンタ１３はマイクロコンピュータ６に設けられる。
１４はスイッチ部であり、入力切り替えや起動・停止等の操作内容をマイクロコンピュータ６に入力する。１５は動作内容等各種情報を出力する表示部である。
【００２３】
次に、基本特性７と位相角対目標電流特性８の内容を実際の実験結果に基づいて図２、図３及び図４により説明する。
図２は吸引モータの風量と電流及び入力電力の特性図であり、実線は電流、点線は入力電力を示す。図において入力電力一定制御を実現するためには、風量が絞られるにつれて若干減少するような目標電流の設定をすればよく、この目標電流の設定は、風量（風路構成に依存）とモータ特性に依存するために、掃除機の機種対応の設定が必要であると同時に、風量の値が明らかになる必要がある。
このために実験により図３、図４に示す各特性が求められた。
【００２４】
図３は一つ目の基本特性の位相角−入力電力特性であり、横軸に位相角Ｔ（点弧角時間）を（０〜数ミリ秒）を示し、縦軸に入力電力Ｗとして、説明上１３００ｗモータを用いた特性を示している。またパラメータを風量として風量１００％（ゴミゼロ）から風量ｄ％（ゴミ大）までの５種類を表記している。
【００２５】
位相角０は１００％通電状態であり、風量１００％で約１３００Ｗ入力電力を示している。位相角を増やすにつれて入力電力は降下する。また位相角０においても風量が絞られる方向に入力電力は降下する。また風量が多い方が位相角を増やすにつれて入力電力が降下する割合が多い。目標入力電力値として例えばＷＨ  、ＷＭ  、ＷＬ  の３種類を設定（横線）すると、各々設定した入力電力と風量１００％（ゴミゼロ）と風量ｄ％（ゴミ大）の交点から各設定入力電力に対応した所定の位相角範囲ＴＨ  、ＴＭ  、ＴＬ  が求められる。このように、目標として設定した入力電力と各々の風量に応じた位相角を導出することができる。
【００２６】
図４は二つ目の基本特性の位相角−電流特性であり、電流は電流検出手段４の出力を縦軸に示し、横軸の位相角、風量パラメータは図２と同じである。
図３で導出した所定の位相角範囲ＴＨ  、ＴＭ  、ＴＬ  を横軸に指示し、この位相角と各々の風量の交点をプロットすると、図３に示された目標入力電力ＷＨ  、ＷＭ  、ＷＬ  に対応し、各風量における入力電力が一定となる電流は、Ｈｔｗ、Ｍｔｗ、Ｌｔｗで示される。従来技術を示す図１８（ｂ）で説明したように位相制御により、電流一定制御を行った場合、入力電力と電流値は比例関係とならないために、入力電力特性と同じ傾向は示すものの一致せず、位相角−電流特性は各々異なる右上がりの略直線となる。
【００２７】
このように、略直線のＨｔｗ、Ｍｔｗ、Ｌｔｗに示す位相角と電流値の関係の導出結果が、所定の位相角範囲ＴＨ  、ＴＭ  、ＴＬ  における位相角対目標電流特性８となる。目標入力電力ＷＨ  、ＷＭ  、ＷＬ  を得るためには、位相角と電流値の関係がＨｔｗ、Ｍｔｗ、Ｌｔｗとなるように位相制御を行えばよく、この関係を特性算出手段９に記憶させ、マイクロコンピュータ６により処理を行うものである。
【００２８】
次に動作について図１、図２、図５、図６、及び図７について説明する。
図６は目標入力電力ＷＬ  を例とした動作フローチャートであり、（ａ）は第１の発明に係わり、（ｂ）は第２の発明に係わるものである。図５は位相角対目標電流特性８（図４）を部分拡大した特性説明図である。
【００２９】
まず図６（ａ）について説明する。
ステップＳ１００では、電源投入時の初期位相角値として、位相角走査手段１０に入力電力ＷＬ  用の初期値として記憶されている初期位相角ＴＬＳをセットする。初期位相角は、図５に示すように目標電流特性Ｌｔｗに対し、例えば、風量ａを目安とした初期位相角ＴＬＳが設定されている。
【００３０】
ステップＳ１０１はステップＳ１００でセットされた位相角初期値により、位相制御手段１２、双方向性サイリスタ３により吸引用モータ２が位相制御運転される。
ステップＳ１０２は、ステップＳ１０１でモータに流れる電流を電流検出手段４によって検出し、Ａ／Ｄ変換部１１を介して電流検出手段４によって検出された電流Ｖｏｕｔ  を位相角走査手段１２に送る。
【００３１】
また、同時に、ステップＳ１０３は、特性算出手段９により、目標電流特性Ｌｔｗから目標電流特性Ｌｔｗと初期位相角ＴＬｓの交点ＶＬＳ（目標電流値）を算出し、位相角走査手段に送る。なお、図５は目標電流値ＶＬＳが風量ａのカーブ上で一致した例を示している。
【００３２】
次に、ステップＳ１０４は、位相角走査手段１０により、検出された電流値Ｖｏｕｔ  と目標電流値ＶＬＳを比較し、値が等しければ位相制御運転Ｓ１０１に戻り、等しくなければ、ステップＳ１０５に進む。
【００３３】
図５に示す例では、ゴミ溜まり等によって、目安とした風量（ａ）より下がった風量（ｂ）で運転されているために図示のＶｏｕｔ  が出力され、この状態ではＶＬＳ＞Ｖｏｕｔ  であり、目標入力電力ＷＬ  に対し、入力電力が低い状態で位相制御されている。
この場合は、目標位相角ＴＬｏｕｔを求めるループであるステップＳ１０５に進む。
【００３４】
なお、この例のようにゴミ溜まり等によって、目安とした風量（ａ）より下がった風量（ｂ）で運転されている場合は、風量ａにすぐ戻れないが、カーテン等の急激な吸い込みにより風路が狭まった場合等は、カーテンを吸い込み口から離せば風量ａに戻る。
【００３５】
ステップＳ１０５では、位相角走査手段１０によりＶout の値により、このＶout の値の上を通る風量特性カーブ（図４の例では風量ｂ）を推測し、この推測風量特性カーブと目標電流特性Ｌtwの交点ＶL を算出し、このＶL を満足する目標位相角ＴLoutを算出（ＶL から垂線をひいた横軸との交点）する。
【００３６】
ステップＳ１０６では位相角走査手段１０により、Ｓ１０５で算出された位相角をセット（Ｓ１０６）して、位相制御運転Ｓ１０１に戻り、ステップＳ１０１〜Ｓ１０６のステップを繰り返すことにより、ほぼ１回の位相角セットによりＶＬＳ（ＶＬ  ）＝Ｖｏｕｔ  となり目標入力電力値ＷＬ  が得られる。
このように、図６（ａ）は位相角の１回切り替え方式を示すが、目標位相角Ｔｌｏｕｔを算出する方法として、現状のＶｏｕｔ  を目標電流特性Ｌｔｗ線上と一致させることを目標とするため、Ｌｔｗと風量ｂとの交点ＶＬ  を求め、この点から目標位相角ＴＬｏｕｔが求められ、次の制御サイクルでＴＬｏｕｔで位相制御運転をすれば目標入力電力ＷＬ  が得られるものである。
【００３７】
なお、この繰り返しループのタイミングはゼロクロス検出手段５ａの出力を受けるカウンタ１３によって、所定のタイミング時間が設定されることにより、ゴミ量の変化や被掃除面状態の変化に常に対応した処理が可能となる。
【００３８】
次に、図６（ｂ）は、位相角の複数入切り替えによる動作を示すものであり、以下、図について説明する。
【００３９】
ステップＳ１００〜Ｓ１０４までは図６（ａ）の動作と同じである。
ステップＳ１０７はＶＬＳとＶｏｕｔ  が等しくないとき、その大小を比較し、ＶＬＳ＞Ｖｏｕｔ  ならばステップＳ１０８に進み、ＶＬＳ＞Ｖｏｕｔ  でなければステップＳ１０９に進む。
【００４０】
ステップＳ１０８では、図５に示すように、所定の幅の位相角を初期位相角ＴＬＳから減じた位相角をセットし、入力電力を上げる方向に走査してステップＳ１０１に戻る。
この動作を複数繰り返すことにより目標の入力電力値ＷＬ  が得られる。
【００４１】
図５に示す例では、３回目にＶｏｕｔ  ＝ＶＬＳ（ＶＬ  ）となり目標入力ＷＬ  が得られる。
【００４２】
ステップＳ１０９では、所定の幅の位相角を初期位相角ＴＬＳに加えた位相角をセットし、入力電力を下げる方向に走査してＳ１０１に戻る。
この動作を複数繰り返すことにより目標の入力電力値ＷＬ  が得られる。
【００４３】
このように、複数切り替えによる方式では、所定の幅の位相角の走査幅で位相角を増減して、これを複数回繰り返すことによりＶＬ  とＶｏｕｔ  が等しくなるＴＬｏｕｔに落ち着き目標入力電力ＷＬ  が得られるものである。
【００４４】
なお、この所定の幅の位相角（走査幅）は、マイクロコンピュータ６のクロックに依存されるが最小時間による幅の位相角の設定が望ましい。
【００４５】
このように、図６（ａ）、（ｂ）に示されたいずれの方式も、基本的には、目標電流特性（Ｌｔｗ）と、初期位相角（ＴＬＳ）との交点が目標電流であり、この目標電流（ＶＬＳ）と検出電流（Ｖｏｕｔ  ）が一致するように位相角が自動に走査される。
【００４６】
また、位相角ＴＬＳと目標電流特性Ｌｔｗの交点ＶＬＳの求め方は、図３、図４等の特性から対応表（テーブル化）にしてマッピングにより求める方式と、目標電流特性を数式化して演算により求める方式がある。
【００４７】
数式化して演算により求める方式については、図３、図４において、所定の位相角範囲ＴＨ  、ＴＭ  、ＴＬ  の位相角と各々の風量の交点をプロットすると、目標入力電力ＷＨ  、ＷＭ  、ＷＬ  に対応し、各風量における入力電力が一定となる電流特性は、Ｈｔｗ、Ｍｔｗ、Ｌｔｗで示される。
【００４８】
これらの電流特性Ｈｔｗ、Ｍｔｗ、Ｌｔｗは、右上がりの略直線となり、例えばｙ＝ａｘ＋ｂ等の一次の近似式として表すことができる。
ただし、ｙは電流検出手段４から出力される電流値、ｘは位相角、ａ、ｂは定数である。
【００４９】
例えば、実験結果から、入力電力が１１５０Ｗの場合、
ｙ＝０．００２ｘ＋３．８３
の近似式が得られ、これに基づいて位相角ＴＬＳと目標電流特性Ｌｔｗの交点ＶＬＳを求めることができる。
【００５０】
図７に実施の形態１により得られた入力電力特性の例を示す。横軸は風量、縦軸は入力電力を示し、上記風量パラメータ特性に示した風量１００％から風量ａまでは目標入力電力ＷＬ  、風量ａから風量ｂまでは目標入力電力ＷＭ  、風量ｂから風量ｄまでは目標入力電力ＷＨ  と３段階に割り付けた場合である。図示のように、３種類の目標入力電力ＷＬ  、ＷＭ  、ＷＨ  において各々一定の入力電力を得られることが確認できた。なお風量略１．３５ｍ３  ／ｍｉｎ以下は全通電（位相角０）領域である。
【００５１】
以上のように、複数の目標入力電力に対して各々一定の入力電力を確実に実現でき、ゴミ量や被掃除面状態に応じて入力電力及び風量を効率的にコントロール可能となり、圧力センサを使用しないため、コスト低減、耐久性向上、組立作業性向上を図ることができる。
【００５２】
また、１回切り替え方式は、Ｌｔｗと風量ｂとの交点ＶＬ  を算出して求めるために目標位相角を即座に決定し目標入力電力を得ることができる。
【００５３】
また、複数切り替え方式は、位相角を所定幅の位相角毎に走査しながら増減するために、位相角が急激に変化することによる突入電流を防止でき、滑らかな入力電力遷移と静音性の優れた装置を得られ、また目標位相角の算出手段が不要であるためプログラムの簡略化を図ることができる。
【００５４】
また、算出手段はあらかじめ求めた特性に基づき目標入力電力特性として数式化した近似式としたので、目標入力電力特性が複数の場合、テーブルマッピング方式に対しマイコンプラグラム容量の負荷が少なくなりコスト低減をすることができる。また、電源電圧変動、モータ特性ばらつき、及び電流センサ精度ばらつきにより、風量特性が基準値から外れても数式化により全風量特性領域をカバーできるため、安定した好適な入力制御をすることができる。
【００５５】
実施の形態２
以下、この発明の実施の形態２を図について説明する。
図８は実施の形態２である電気掃除機の入力制御装置の機能ブロック図、図９は特性説明図であり、図において実施の形態１と同様の構成部分には同一符号を付しその説明を省略する。図８において１６は位相角走査手段１０によって走査決定された位相角の出力を受け、現状設定されている目標入力特性との関係から風量を導出する風量算出手段であり、この信号は位相制御手段１２、及び表示部１５に出力される。
【００５６】
次に、動作について説明する。図９において、例えば目標電流特性Ｌｔｗで運転されている時に位相角走査手段１０から位相角ＴＬｏｕｔが出力された場合、このＴＬｏｕｔとＬｔｗの交点ＶＬ  と交わる風量パラメータがこの時の風量を表している。
【００５７】
風量算出手段は１６は、既知である風量ａと目標電流特性Ｌｔｗとの交点ａと交点ＶＬ  との間の距離と、風量ｂと目標電流特性Ｌｔｗとの交点ｂとＶＬ  との間の距離に基づいて位相角走査手段１０によって走査決定された位相角におけるときの風量を算出する。この交点ＶＬを通る点線が算出風量特性となる。
【００５８】
この算出した風量情報により、例えば密閉運転等の異常使用時には、位相制御手段１２においてモータ停止情報や微弱運転等に切り替える位相角を生成して出力する。また通常の運転時においては、表示部１２に風量情報やゴミ量情報を出力して表示させることが可能となる。
【００５９】
以上のように、例えば、密閉運転等の異常時には、圧力センサ等を用いずに、モータ停止情報や微弱運転等に切り替える制御ができ、耐久性の向上を図ることができる。
【００６０】
また、通常の運転時においては、圧力センサ等を用いずに、表示部１２に風量情報やゴミ量情報を出力して表示させることができ、コスト低減、耐久性向上、組立作業性向上を図ることができる。
【００６１】
実施の形態３
以下、この発明の実施の形態３を図について説明する。図１０は実施の形態３である電気掃除機の入力制御装置の機能ブロック図、図１１は特性説明図であり、図において実施の形態１と同様の構成部分には同一符号を付しその説明を省略する。図１０において１７は商用交流電源１の電圧を検出する電源電圧検出手段で、例えば電源部５を構成するトランスの１次または二次側電圧をモニタするることによって実現できる。１８はこの電源電圧検出手段１７の出力を受けて、特性算出手段９の出力を補正・変更する第一数式補正手段であり、補正・変更後の出力は位相角走査手段１０に入力される。
【００６２】
次に、動作を図１１について風量１００％運転を例として説明する。
例えば電源電圧が１００Ｖで目標電流特性Ｌｔｗで運転されている場合、位相角走査手段１０から位相角ＴＬＳが出力されると、このＴＬＳとＬｔｗの交点ａが電流検出手段４から検出され目標入力電力で運転を行う。ここで電圧が１０５ｖの場合は図中波線で示したように１００Ｖ時よりも高い風量特性になることが実験により確認されている。従ってＴＬＳ入力時はｂ点の電流検出となるため、上記実施の形態１の動作により位相角が増える方向（入力電力を下げる方向）に移動し、目標電流特性Ｌｔｗ上の点ｃで安定する運転を行う。
【００６３】
しかし、あくまでも電圧は１０５Ｖであるため、Ｐ＝ＶＩの関係から略５％増しの高い入力電力で運転されてしまう。従って点ａまで目標電流を下げる必要がある。すなわち、電圧１０５Ｖ時の風量特性と目標電流の交点ｄを満足させるためには、目標電流特性Ｌtwをα分だけ下に移動する必要があり、その移動後の特性を補正後目標電流特性Ｌtwhと称する。具体的にはＬtw＝ａｘ＋ｂの式をＬtwh ＝ａｘ＋（ｂ−α）に変更するという簡単な補正を施すことにより実現できる。
【００６４】
この補正値αは電源電圧変動幅をパラメータとして、実験等によりあらかじめ求めた値を第一数式変更手段１８に格納され、簡単な補正処理で目標一定入力電力をすることができる。また、この方法では、補正後目標電流特性に変更しても、位相角の初期入力の変更は必要としない。例えば位相角ＴＬＳが入力されても補正後特性Ｌｔｗｈ  と風量との交点ｄを満足するように位相角が増え、最終的には位相角ＴＬＳＨ  で安定運転されるためである。
【００６５】
以上のように、電源電圧の補正により目標一定入力を容易にでき、位相角設定の補正が不要なため、補正手段が複雑にならず、安価な構成とすることができる。
【００６６】
実施の形態４
以下、この発明の実施の形態４を図について説明する。図１２は実施の形態４である電気掃除機の入力制御装置は機能ブロック図、図１３は電流特性図、図１４は風量に関する入力特性図であり、図において実施の形態１と同様の構成部分には同一符号を付しその説明を省略する。
【００６７】
図１２において１９は吸引用モータ２の入力電力ばらつきとしての電機子抵抗等の特性を検出するモータ特性検出手段で、例えばチェック時には疑似的に風量を絞り、位相制御を全点弧領域で運転した時の電流検出手段４の出力をモニタすることによって特性を検出する（図１４に特性を示す）。２０はこのモータ特性検出手段１９の出力を受けて、特性算出手段９の所定の位相角範囲の設定を補正・変更する位相制御範囲補正手段であり、補正・変更後の出力は位相角走査手段１０に入力される。
【００６８】
次に、動作を図１３、図１４について説明する。例えばモータの電機子抵抗が標準で目標電流特性Ｌｔｗで運転されている場合、位相角走査手段１０から位相角ＴＬＳが出力されると、このＴＬＳとＬｔｗの交点ａが電流検出手段４から検出され目標入力電力で運転を行う。ここで電機子抵抗が製作ばらつきにより低い場合は高い電流が流れるために図中波線で示したように標準時よりも高い風量特性になることが実験により確認されている。従ってＴＬＳ入力時はｂ点の電流検出となるため、実施の形態１の動作により位相角が増える方向（入力電力を下げる方向）ＴＬＳｍｓに移動し、目標電流特性Ｌｔｗ上の点ｃで安定する運転を行う。
【００６９】
これにより電流値は目標電流特性を満足するために図１４に示すように、Ｐ＝ＶＩの関係から目標入力電力を満足する運転が可能となる。しかし例えば風量ａから風量ｂ間を目標電流特性Ｍｔｗを目標とする自動運転を実行する場合、標準モータを基準にした所定の位相角範囲（図中ＴＬ  、ＴＭ  ）の設定から位相角増加分だけ異なってしまう。この結果図１４に示すように、入力電力が切り替わる風量が、電機子抵抗が小さい程風量少側に移行してしまう結果となる。
【００７０】
従って、モータ特性検出手段１９出力を受け、位相角範囲補正手段２０は現状の所定の位相角範囲ＴＭ  、ＴＬ  を新範囲としてＴＭＳ、ＴＬＳに各々補正して出力することにより風量と目標入力電力の関係を保つことができる。
【００７１】
以上のように、風量と目標入力電力の関係を一定に保つことができ、所定風量に応じた効率的な吸い込み力を得ることができ、効率的な運転ををすることができる。
【００７２】
また、図１４では上記説明した、モータ特性検出手段１９の全点弧領域における入力電力、すなわち、電流の差異も明確に識別できるため確実にモータばらつきを検出できる。
【００７３】
実施の形態５
以下、この発明の実施の形態５を図について説明する。図１５は実施の形態５である電気掃除機の入力制御装置図の機能ブロック図であり、図において実施の形態１と同様の構成部分には同一符号を付しその説明を省略する。図において２１は位相角対目標電流特性８により決定した複数の数式及び複数の所定の位相角範囲の切り替え値を記載させたＥＥＰＲＯＭであり、マイコン６と接続される。２２はこのＥＥＰＲＯＭ２１内の値を受けて数式の演算等を行う数式演算手段であり、この出力は位相角走査手段１０に渡される。
【００７４】
次に、動作について説明する。実施の形態１で説明した目標電流特性Ｌｔｗ、Ｍｔｗ、Ｈｔｗの近似式と所定の位相角範囲ＴＬ  、ＴＭ  、ＴＨ  等を記載したＥＥＰＲＯＭ２１の内容を、数式算出手段２２が受けて、目標電流特性は近似式に基づき演算して目標電流を導き、位相角範囲はそのまま位相角走査手段１０に入力することにより目標入力電力の一定制御が行われる。このとき位相角対目標電流特性８は最大入力電力の異なるモータにより当然異なるために、書き込み・消去可能なＥＥＰＲＯＭ２１に記載し、モータ能力に影響されない演算処理のみをマイコン６内の数式演算手段２２ですればよい。
【００７５】
以上のように、能力が異なるモータにおいても短期間で入力一定の電気掃除機の入力制御装置を得ることができる。
【００７６】
実施の形態６
以下、この発明の実施の形態６を図について説明する。
図１６は実施の形態６である電気掃除機の入力制御装置機能ブロック図、図１７は風量対入力電力特性図であり、図において実施の形態１と同様の構成部分には同一符号を付しその説明を省略する。図１６において２３は電流検出手段４の電流出力を検出する電流出力検査手段で、例えば本装置の出荷時に吸引用モータ２に変わる低電流負荷装置（図示しない）等を接続して電圧出力を検出する。２４はこの電流出力検査手段２３の出力の結果を記憶するＥＥＰＲＯＭ、２５は本装置の動作時にＥＥＰＲＯＭ２４の結果を受けて、特性算出手段９の出力を補正・変更する第二数式補正手段であり、補正・変更後の出力は位相角走査手段１０に入力される。
【００７７】
次に、動作を図１７について説明する。動作は実施の形態３に述べた内容と同じで、電流検出手段４の出力ばらつきによる目標入力電力のばらつきを補正し安定した入力電力を得ることを目的としている。ここで電流検出手段４の出力ばらつきとは、電流センサ４ａや周辺回路部の精度・ばらつきによって発生し、例えば基準出力Ｖｋ  に対し若干低めのＶｋ  −αを出力した場合の風量対入力電力特性を図１７に示した。実施の形態３でも述べたように電流出力が低くても目標入力電力特性に沿って位相角が移動するために、例では出力を補正する側、すなわち、目標入力電力に対し高めの入力にて運転されることになる。
【００７８】
以上のように、電流出力検査手段２３によりばらつき幅を検査し、このばらつき幅に応じた補正を第二数式変更手段２５により補正することで、安定した目標入力電力を得ることができる。この補正方法も上記に述べた一次式Ｌｔｗ＝ａｘ＋ｂのｂ項を調整するという簡単な構成でおこなうことができる。また検査手段結果をＥＥＰＲＯＭ２４に記載することにより出荷時の補正が可能となり、マイコン６のプログラム内容に影響を与えずに実現でき、開発効率の向上とコスト低減を図ることができる。
【００７９】
なお、実施の形態１から６に述べた構成では、目標入力電力を３種類として述べたが、これに限定せず多種の目標入力電力を設定しても良く、またこの多種の目標入力電力の切り替えは、スイッチ操作からの入力電力情報や自動的に割り付ける方式、または両者の組み合わせであってもよい。
【００８０】
【発明の効果】
以上のようにこの発明によれば、モータに流れる電流を検出する電流検出手段と、風量をパラメータとする位相角に対応した複数の風量電流特性に対して入力電力が一定となる電流値を結んで形成された目標電流特性に基づいて、所定の位相角に対応した目標電流値を算出する特性算出手段と、上記目標電流値と、上記電流検出手段により検出された検出電流値が等しくないときに、上記検出電流値を通る風量電流特性を推測し、前記推測風量電流特性と目標電流特性の交点の位相角を算出する位相角走査手段と、この位相角走査手段により算出された上記位相角に基づいて上記モータの入力電力を制御する位相制御手段とを備えたので、入力電力の一定制御ができ、ゴミ量や被掃除面状態に応じて入力電力及び風量を効率的にコントロールすることができ、耐久性向上、組立作業性向上を図ることができる。
【００８１】
また、この発明によれば、モータに流れる電流を検出する電流検出手段と、風量をパラメータとする位相角に対応した複数の風量電流特性に対して、入力電力が一定となる電流値を結んで形成された目標電流特性に基づいて、所定の位相角に対応した目標電流値を算出する特性算出手段と、上記目標電流値が上記電流検出手段により検出された検出電流値より大きいときには、所定幅の位相角を上記所定の位相角から減じた位相角を算出し、上記目標電流値が上記検出電流値より小さいときには、所定幅の位相角を上記所定の位相角に加えた位相角を算出する位相角走査手段と、この位相角走査手段により算出された上記位相角に基づいて上記モータの入力電力を制御する位相制御手段とを備え、前記位相角走査手段と位相角制御手段は、前記検出電流値が前記目標電流特性上の電流値と一致するまで繰り返すようにしたので、位相角が急激に変化することによる突入電流を防止でき、滑らかな入力電力遷移と静音性の優れた装置が得られ、また目標位相角の算出手段が不要であるためプログラムの簡略化を図ることができる。
【００８２】
また、所定の位相角範囲における目標電流特性を近似式で表したので、目標入力電力特性が複数の場合、テーブルマッピング方式に対しマイコンプラグラム容量の負荷が少なくすることができる。また、電源電圧変動、モータ特性ばらつき、及び電流センサ精度ばらつきにより、風量特性が基準値から外れても数式化により全風量特性領域をカバーできるため、安定した好適な入力制御を図ることができる。
【００８３】
また、位相角走査手段により算出された位相角に対応する目標電流値と、風量電流特性とに基づいて、風量を導出する風量算出手段を備えたので、圧力センサ等を用いずに風量の状態を検出可能となるため、コスト低減、耐久性向上、組立作業性向上を図れる効果を提供できる。また、例えば密閉運転等の異常使用時には、モータ停止情報や微弱運転等に切り替える制御ができ、耐久性の向上を図ることができる。
【００８４】
また、電源の電圧を検出する電圧検出手段と、この電圧検出手段により検出された電圧に基づいて特性算出手段の出力を補正し、補正後の出力を位相角走査手段に入力する第一数式変更手段を備えたので、電源電圧によらず入力電力一定制御ができ、簡単な補正処理で好適な目標一定入力ができると共に、位相角設定の補正が不要なため、補正手段を簡単なものにすることができる。
【００８５】
また、電流検出手段の電流出力を電流出力検査手段により検出し、その検出結果を記憶するＥＥＰＲＯＭと、このＥＥＰＲＯＭにより、検出された電流出力に基づいて特性算出手段の出力を補正し、補正後の出力を位相角走査手段に入力する第二数式変更手段を備えたので、風量と目標入力電力の関係を一定に保つことができ、所定風量に応じた吸い込み力を得ることができるため、効率的かつ好適な運転を図ることができる。
【００８６】
また、モータ特性を検出するモータ特性検出手段と、このモータ特性検出手段により検出されたモータ特性値に基づいて特性算出手段から出力された所定の位相角範囲を補正し位相角走査手段に入力する位相角範囲補正手段を備えたので、目標入力電力一定制御が実現される。このとき位相角対目標電流特性は最大入力電力の異なるモータにより当然異なるために、書き込み・消去可能なＥＥＰＲＯＭに記載し、モータ能力に影響されない演算処理のみをマイコン内の数式演算手段すれば、能力が異なるモータにおいても短期間で入力電力一定の制御装置を構築できる。
【００８７】
また、この発明によれば、モータに流れる電流を検出する電流検出手段と、風量をパラメータとする位相角に対応した複数の風量電流特性に対して、入力電力が一定となる電流値を結んで形成された目標電流特性における所定の位相角範囲の目標電流特性の近似式と上記所定の位相角範囲を記憶したＥＥＰＲＯＭと、このＥＥＰＲＯＭに記憶された上記近似式と上記所定の位相角範囲に基づいて目標電流値を算出する数式演算手段と、上記目標電流値と、上記電流検出手段により検出された検出電流値が等しくないときに、上記検出電流値を通る風量電流特性を推定し、前記推測風量電流特性と上記目標電流特性の近似式の交点となる位相角を算出する位相角走査手段と、この位相角走査手段により算出された上記位相角に基づいて上記モータの入力電力を制御する位相制御手段とを備えたので、簡単な構成で安定した目標入力電力を得ることができる。また、検査手段結果をＥＥＰＲＯＭに記載することにより出荷時の補正ができ、マイコンのプログラム内容を変える必要がなく、開発効率の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１における電気掃除機の入力制御装置を示す機能ブロック図である。
【図２】この発明の実施の形態１における風量−入力電力、電流特性を示す特性図である。
【図３】この発明の実施の形態１における位相角−入力電力特性を示す基本特性図である。
【図４】この発明の実施の形態１における位相角−電流特性を示す基本特性図である。
【図５】この発明の実施の形態１における位相角対目標電流特性の部分拡大を示す特性説明図である。
【図６】この発明の実施の形態１における電気掃除機の入力制御装置の一部を示す動作フローチャートである。
【図７】この発明の実施の形態１における電気掃除機の入力制御装置によって得られた入力電力特性図である。
【図８】この発明の実施の形態２における電気掃除機の入力制御装置を示す機能ブロック図である。
【図９】この発明の実施の形態２における位相角対目標電流特性の部分拡大を示す特性説明図である。
【図１０】この発明の実施の形態３における電気掃除機の入力制御装置を示す機能ブロック図である。
【図１１】この発明の実施の形態３における位相角対目標電流特性の部分拡大を示す特性説明図である。
【図１２】この発明の実施の形態４における電気掃除機の入力制御装置を示す機能ブロック図である。
【図１３】この発明の実施の形態４における位相角対目標電流特性の部分拡大を示す特性説明図である。
【図１４】この発明の実施の形態４における風量対入力特性を説明する入力特性図である。
【図１５】この発明の実施の形態５における電気掃除機の入力制御装置を示す機能ブロック図である。
【図１６】この発明の実施の形態６における電気掃除機の入力制御装置を示す機能ブロック図である。
【図１７】この発明の実施の形態６における風量対入力特性を説明する入力電力特性図である。
【図１８】従来の一般的な電気掃除機の入力制御装置の入力特性図である。
【符号の説明】
１  商用交流電源、２  吸引用モータ、３  双方向性サイリスタ、４  電流検出センサ、４ａ  電流センサ、６  マイクロコンピュータ、７  基本特性、８  位相角対目標電流特性、９  特性算出手段、１０  位相角走査手段、１２  位相制御手段、１６  風量算出手段、１７  電源電圧検出手段、１８  第一数式変更手段、１９  モータ特性検出手段、２０  位相角範囲補正手段、２１  ＥＥＰＲＯＭ（数式・位相角範囲）、２２  数式演算手段、２３  電流出力検査手段、２４  ＥＥＰＲＯＭ（電流出力検査）、２５  第二数式補正手段。
【図１】
0003598481.tif 000002
【図２】
0003598481.tif 000003
【図３】
0003598481.tif 000004
【図４】
0003598481.tif 000005
【図５】
0003598481.tif 000006
【図６】
0003598481.tif 000007
【図７】
0003598481.tif 000008
【図８】
0003598481.tif 000009
【図９】
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【図１０】
0003598481.tif 000011
【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】
0003598481.tif 000016
【図１６】
0003598481.tif 000017
【図１７】
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【図１８】
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