(57)【要約】【課題】  充電式の掃除機において、吸込力が不要なときは入力電力を抑え、吸込力が必要なときは入力電力を上げ吸込力を上げ集塵性能を上げるなど必要に応じて入力電力を調整することによって、使用時間の延長と必要な吸込力の確保とを両立させた使い勝手のよい電気掃除機を使用者に提供することを目的とする。【解決手段】  吸引力を発生する電動送風機を本体に内蔵し、前記電動送風機に電力を供給する２次電池と、前記電動送風機の運転動作を制御する制御手段と、前記本体内の風量を検出する風量検出手段とを有する電気掃除機において、前記制御手段は前記風量検出手段によって検出される風量を元に前記２次電池からの入力電力を制御することにより、検知した風量を元に吸込力が不要か必要か判断し、入力電力を調整する。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸引力を発生する電動送風機を本体に内蔵し、前記電動送風機に電力を供給する２次電池と、前記電動送風機の運転動作を制御する制御手段と、前記本体内の風量を検出する風量検出手段とを有する電気掃除機において、前記制御手段は前記風量検出手段によって検出される風量を元に前記２次電池からの入力電力を制御することを特徴とした電気掃除機。
【請求項２】
請求項１に記載の電気掃除機において、最大の吸込仕事率が得られる時の風量より大風量側に基準風量を設定し、風量検出手段によって検出された本体内の風量が前記基準風量より大きいときは２次電池からの入力電力を低下させることを特徴とした電気掃除機。
【請求項３】
請求項１または２記載の電気掃除機において、風量検出手段は、２次電池からの入力電力と、回転数検出手段によって得られた電動送風機の回転数との関係から風量を求めることを特徴とした電気掃除機。
【請求項４】
請求項１〜３いずれか記載の電気掃除機において、制御手段はインバータ回路を有し、前記インバータ回路によって電動送風機を駆動することを特徴とする電気掃除機。
【請求項５】
請求項１〜４いずれか記載の電気掃除機において、インバータ回路を有する制御手段は、電動送風機の回転数を検出する専用の回転数検出手段を不要とした構成であること特徴とする電気掃除機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２次電池を電源とする電気掃除機に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電気掃除機において、電源に２次電池を搭載し、その２次電池を充電して使用することにより電源コードを必要としない充電式の掃除機、いわゆるコードレス掃除機が実用化されている。コードレス掃除機は、電源コードがないことから、使用者は電源コードを部屋の移動時などに差し替える必要がないため、自由に移動しながら掃除ができるなどの使い勝手において利点がある。
【０００３】
反面、電源が２次電池であることから、使用時間に制限があり、また、吸込力を上げようとすると使用時間がさらに短くなるという充電式掃除機特有の問題がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来のコードレス掃除機は、吸込力の強さのモード毎に、２次電池が放電終了しコードレス掃除機の運転が止まるまでの時間、すなわち使用時間が異なり、（例えば、吸込力の強さのモードを強、中、弱とした場合、各モードの使用時間は10分、20分、40分と異なる）使用者は各モードの吸込力と使用時間を認識した上で、使用するモードを選択する形をとっている。
【０００５】
このとき、コードレス掃除機に内蔵される制御回路は、２次電池に蓄えられた電力を各モードの使用時間ですべて消費するように、２次電池からの入力電力を調整している。例えば、各モード毎に入力電力を一定にし、２次電池が放電を終了し２次電池の電圧がある電圧まで低下してくると制御回路は２次電池が放電終了したと判断しコードレス掃除機の運転を停止する方法がある。
【０００６】
しかし、この方法では、使用者が吸込力の強いモードを選択した場合、掃除機内に塵埃が溜まっていなく強い吸込力を必要としない時においても２次電池からの入力電力は一定であり、使用時間は短くなる。
【０００７】
また、掃除機内に塵埃が溜まっていない時は吸込力が強いが、掃除機内に塵埃が溜まると吸込力が低下し、使用者は吸込力が弱くなったと感じる。
【０００８】
本発明は以上のような課題を解決しようとするものであり、強い吸込力を必要としない時は２次電池からの入力電力を低減することによりコードレス掃除機の使用時間を長くし、かつ掃除機内に塵埃がたまった時など強い吸込力を必要とする時には十分な入力電力を供給することにより、使用者が吸込力が弱くなったと感じない、使い勝手のよい電気掃除機を使用者に提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために請求項１に記載された発明は、吸引力を発生する電動送風機を本体に内蔵し、前記電動送風機に電力を供給する２次電池と、前記電動送風機の運転動作を制御する制御手段と、前記本体内の風量を検出する風量検出手段とを有する電気掃除機において、前記制御手段は前記風量検出手段によって検出される風量を元に前記２次電池からの入力電力を制御することにより、吸込力の強いモードで使用中に、強い吸込力を必要としない状態、例えば掃除機内に塵埃がたまっていない状態の時は風量が大きくなり、制御手段は風量が大きいことより強い吸込力を必要としない状態と判断し、２次電池からの入力電力を適切な値まで低下させる。これにより、不要な消費電力を低減することができ、その分コードレス掃除機の使用時間を長くすることができる。
【００１０】
また、制御手段が強い吸込力を必要としていると判断した時、例えば掃除機内に塵埃がたまった状態の時は、逆に十分な入力電力を供給することにより、掃除機内に塵埃がたまってきても集塵能力を低下させることなく使用することができ、かつ使用者は吸込力の低下を感じることがないため、使い勝手のよいコードレス掃除機を提供することができる。
【００１１】
上記目的を達成するために請求項２に記載された発明は、請求項１に記載の電気掃除機において、最大の吸込仕事率が得られる時の風量より大風量側に基準風量を設定し、風量検出手段によって検出された本体内の風量が前記基準風量より大きいときは２次電池からの入力電力を低下させることにより、最大の吸込仕事率が得られる強い吸込力を要する風量の範囲と強い吸込力を必要としない風量の範囲を隔てる基準風量に対して、検出した風量が大きいときは２次電池からの入力電力を低下させ、小さいときは2次電池から十分な入力電力を供給することによって、コードレス掃除機の動作が簡略化され、制御基板の構成を簡単にすることができ、制御基板を小型にすることができる。
【００１２】
上記目的を達成するために請求項３に記載された発明は、請求項１または２記載の電気掃除機において、風量検出手段は、２次電池からの入力電力と、回転数検出手段によって得られた電動送風機の回転数との関係から風量を求めることにより、風量を直接検出する風量検出手段を掃除機本体内に設ける必要がなくなり、部品数を削減でき、コストの削減およびコードレス掃除機の小型、軽量化ができる。
【００１３】
上記目的を達成するために請求項４に記載された発明は、請求項１〜３いずれか記載の電気掃除機において、制御手段はインバータ回路を有し、前記インバータ回路によって電動送風機を駆動することにより、２次電池から供給される電力を高効率に電動送風機に伝えることにより、２次電池の消費電力を抑え、その分コードレス掃除機の使用時間を長くすることができる。また、風量に対応して電動送風機の動作をインバータ回路により細かく制御することができ、使い勝手の向上を図ることができる。
【００１４】
上記目的を達成するために請求項５に記載された発明は、請求項１〜４いずれか記載の電気掃除機において、インバータ回路を有する制御手段は、電動送風機の回転数を検出する専用の回転数検出手段を不要とした構成にすることにより、回転数を直接検出する回転数検出手段を電動送風機に設ける必要がなくなり、電動送風機の小型化及び制御基板の小型化により、コードレス掃除機の小型、軽量化ができる。
【発明の効果】
【００１５】
以上のように、本発明によれば、吸込力が不要なときは入力電力を抑え、吸込力が必要なときは十分な入力電力を供給し吸込力を上げ集塵性能を上げるなど必要に応じて入力電力を調整することによって、使用時間の延長と必要な吸込力の確保とを両立させた使い勝手の良いコードレス掃除機を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明の実施例を、図を参照して説明する。ここでは、電動送風機にブラシレスモータを用い、インバータ回路によりブラシレスモータを駆動するコードレス掃除機について実施例をあげる。図１及び図２は本発明実施例の電気掃除機の概略構成図である。電気掃除機は、掃除機本体１に操作部１０を備えたホース２が接続され、ホース２の他端には、延長管３が接続され、その延長管３には、吸い口体４が接続され構成されている。
【００１７】
図２の掃除機本体１の前部には、ホース２に連通した集塵室５が備えられ、集塵室５には補塵手段６、例えば布フィルタ、紙パック、サイクロン室など、いずれかが搭載される。掃除機本体１の後部には吸込気流を発生させる電動送風機７が備えられ、掃除機本体１の前部と後部では気密性が保たれている。また電源供給のための２次電池９が掃除機本体１内部に設けられている。本実施例においては電動送風機７にはブラシレスモータ、２次電池９にはニッケル水素電池を用いている。
【００１８】
使用者が操作部１０を操作すると、制御回路８により電動送風機７が駆動され、掃除機本体１内の捕塵手段６側に負の圧力が発生し、吸い口体４から塵埃などを含んだ空気を吸引する。吸引された空気は延長管３及びホース２を介して集塵室５内へ送られる。集塵室５内に備えられた補塵手段６によって空気中の塵埃などは除去され、その後空気は電動送風機７、制御回路８を通りぬけ排気となって掃除機本体１後部から排出される。
【００１９】
図３は、本発明実施例の電気掃除機における制御回路８のブロック図である。制御回路８は制御用直流電源２０と、マイクロコンピュータ１００と、ブラシレスモータ５０を駆動するインバータ回路２１等から構成されている。２次電池９はインバータ回路２１および制御用直流電源２０に電源を供給する。２次電池９とブラシレスモータ５０間をインバータ回路２１により順次スイッチングすることによってブラシレスモータ５０内に回転磁界が発生し、ブラシレスモータ内部の回転体がこの回転磁界に同期して回転し、電気掃除機として機能する構成である。
【００２０】
ブラシレスモータ５０を回転させるには、ブラシレスモータ５０内の回転体の位置（以下モータ位置という）をモータ位置検出手段１０１より検出し、マイクロコンピュータ１００からモータ位置に対応したモータ駆動信号を出力し、駆動回路２４を介してインバータ回路２１が駆動される。これによりブラシレスモータ５０内の回転体に回転トルクを与えるのに適した磁界を与えることができ、ブラシレスモータ５０内の回転体は回転する。ブラシレスモータ回転中は、モータ位置、回転数をモータ位置検出手段１０１、回転数検出手段１０２により検出し、また、２次電池電圧検出手段２３、電流検出手段２２により２次電池電圧、電流量等を検出してマイクロコンピュータ１００に入力し、検出した回転子位置、回転数、２次電池電圧、電流量に応じてマイクロコンピュータ１００よりモータ駆動信号を出力する。
【００２１】
本実施例ではモータ位置検出手段１０１、回転数検出手段１０２、風量検出手段１０４をマイクロコンピュータ１００に内蔵することにより、モータ位置、回転数、風量を検出するセンサを不要とし、制御基板の小型、軽量化を図っている。
【００２２】
本実施例では、図３に示すように、風量検出手段１０４は、２次電池からの入力電力と、回転数の関係から風量を求めており、求めた風量に基づいてマイクロコンピュータ内蔵の指令値生成器１０５は２次電池からの入力電力を決め、モータ制御手段１０６に回転数N*や電流値I*などの指令値をモータ制御手段に送る。
【００２３】
これにより、求めた風量から電気掃除機が強い吸込力を必要としない状態であるとマイクロコンピュータ１００が判断したときは２次電池からの入力電力を低減させることにより、消費電力を抑え、使用時間の延長を図ることができる。また、風量を検出するセンサが不要になり、制御基板の小型、軽量化を図っている。
【００２４】
本実施例では、図３に示すように、モータ位置検出手段１０１、回転数検出手段１０２は、モータ位置、回転数を検出するセンサを用いずに、電流検出手段２２からマイクロコンピュータ１００へ入力された情報より、モータ位置、回転数を算出している。本実地例では、電流検出手段２２からマイクロコンピュータ１００へ入力された情報より、マイクロコンピュータ１００内部でブラシレスモータの各相に流れる電流を再現することによってモータ位置および回転数を検出する方法を用いている。これにより、モータ位置、回転数を検出するセンサ、例えばホールIC、フォトインタラプタなどをモータに取り付ける必要がなくなり制御基板の小型、軽量化に加えモータの小型、軽量化を図ることができる。
【００２５】
図４は本実施例における電気掃除機の風量Ｑ、吸込仕事率Ｗ、電動送風機の回転数Ｎ、２次電池からの入力電力Ｐの関係を表したものである。ここで、風量Ｑ、Ｑ’、Ｑ’’、吸込仕事率Ｗ、Ｗ’、Ｗ’’、回転数Ｎ、Ｎ’、Ｎ’’の曲線は、それぞれ入力電力Ｐ、Ｐ’、Ｐ’’の時の特性を表している。ここで、回転数Ｎの特性を見ると、入力電力Ｐが一定ならば、回転数Ｎが小さいほど風量Ｑは大きいという関係があり、この関係を利用して入力電力Ｐおよび回転数Ｎからマイクロコンピュータ１００に内蔵された風量検出手段１０４は風量Ｑを求める。なお、算出により風量Ｑを求めることが望ましいが、算出が困難な場合は図５に示すような入力電力Ｐと回転数Ｎと風量Ｑの関係をあらかじめマイクロコンピュータ１００に表のように記録させ、この表を用いて風量Ｑを得る方法もある。
【００２６】
これにより、電気掃除機に風量を検出するセンサを設けることなく風量を検知でき、電気掃除機の小型、軽量化及びコストの削減を図ることができる。
【００２７】
図４において、電気掃除機の吸込力の強さを示す吸込仕事率Ｗは、風量Qと静圧H、および適切な係数の乗算より求めることができ、ある風量点Qmで吸込仕事率は最大（Ｗｍａｘ）となる。図２の掃除機本体の集塵室５および捕塵手段６に塵埃が溜まっていない時、風量は風量点Qmより十分大きく、図４のQ1以上の領域Ａ（以下大風量領域Ａ）で動作する。掃除機本体の集塵室５および捕塵手段６に塵埃が溜まってくると、徐々に風量が低下していき、図４のQ0以上Q1以下の領域Ｂ（以下中風量領域Ｂ）で動作し、最大の吸込仕事率が得られる風量点Qmで最も吸込力が強くなる。さらに塵埃が溜まってくると、図４のQ0以下の領域Ｃ（以下小風量領域Ｃ）で動作し、この領域では掃除機本体の集塵室５および捕塵手段６に溜まった塵埃のために十分な吸込力が得られない状態であり、使用者は溜まった塵埃を取り除く必要がある。
【００２８】
この各動作領域Ａ〜Ｃにおいて強い吸込力を必要とする領域は最大の吸込仕事率が得られる風量点Qmを含む中風量領域Ｂであり、逆に大風量領域Ａでは、中風量領域Ｂと同様の入力電力Ｐであっても得られる吸込仕事率は最大吸込仕事率Ｗｍａｘに比べ小さく、掃除機本体の集塵室５および捕塵手段６には塵埃が溜まっておらず、逆にいえば強い吸込力を必要としない領域である。
【００２９】
マイクロコンピュータ１００は風量検知手段１０４より得た風量が図４のどの領域に当てはまるか判断し、２次電池からの入力電力を調整する。大風量領域Ａでは入力電力をＰ’に低減し、消費電力を抑え、使用時間の延長を図る。中風量領域Ｂでは入力電力をＰに上げ、吸込力の上昇を図る。そして、中風量領域Ｂで入力電力をＰに上げた状態でも風量が低下しQ0以下になった状態、すなわち小風量領域Ｃになるとマイクロコンピュータ１００は、図２の掃除機本体の集塵室５および捕塵手段６に溜まった塵埃のために十分な吸込力が得られない状態であると判断し、入力電力をＰ’’まで低下させ、図３の表示部２５より使用者に対し溜まった塵埃を取り除くよう促す表示を行う。
【００３０】
これにより、吸込力が不要なときは入力電力を抑えて使用時間を延ばす、吸込力が必要なときは入力電力を上げ吸込力を上げ集塵性能を上げる等、必要に応じて入力電力を調整することができ、使用時間の延長および必要な吸込力の確保を両立させた使い勝手の良いコードレス掃除機を提供することができる。
【００３１】
以上、ブラシレスモータを用いたコードレス掃除機について実施例をあげたが、モータに整流子モータを用いた場合も整流子モータの構成に適した風量検出手段を設けることにより実施可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施例における電気掃除機の全体構成図。
【図２】本発明の実施例における電気掃除機の断面図。
【図３】本発明の実施例における電気掃除機回路ブロック図。
【図４】本発明の実施例における電気掃除機の吸込仕事率、モータ回転数−風量の特性図。
【図５】本発明の実施例におけるモータ回転数と入力電力から風量を求める方法例を説明する図。
【符号の説明】
【００３３】
１…掃除機本体、２…ホース、３…延長管、４…吸い口体、１０…操作部。
【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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