(57)【要約】【課題】電動機を制御して電源高調波を抑え同時に電動機からの振動も抑えつつ低コストで使用勝手の良い電気掃除機を提供する。【解決手段】電動機１のステータ１ａ，１ｂより複数のタップ１ｃ〜１ｈを出し、タップの切り替えにより電動機１の入力を切り替え、その中で大きな位相と小さな位相の位相差が所定の値以下の範囲で位相制御を行うことによって電動機１から発生する振動を抑え、且つ電源高調波の低い領域でタップの切り替えを行うことによって電源高調波電流のレベルを全領域において低いものにする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動機のステータより複数個の中間タップを出し、そのタップを切り替えることによって入力を可変させる電動機と、各タップ毎に電動機を駆動させるための駆動手段と、各タップを選択する為の切り替え手段と、前記電動機に供給する電力量を設定する制御手段とを備え、前記駆動手段は前記切り替え手段により選択した一対のタップにより決定する入力範囲において前記電動機の入力を任意に可変可能な構成とし、前記制御手段は入力大の位相と入力小の位相とを所定の周波数毎に切り替え、電動機出力可能な全領域において電動機入力が高調波の規格範囲内となるよう可変することができるようにした電気掃除機。
【請求項２】
駆動手段は、タップの切り替えにより選択した各入力範囲において電動機の高調波が規格内に入る領域で動作させ、規格を超える領域はタップの切り替えにより別の入力範囲で動作させる構成とした請求項１記載の電気掃除機。
【請求項３】
駆動手段はタップの切り替えにより選択した各入力範囲において段階的に電動機入力値を可変する構成とした請求項１記載の電気掃除機。
【請求項４】
駆動手段はタップの切り替えにより選択した入力範囲において位相制御により電動機入力値を可変させる場合、電動機高調波が規格を満足できない領域においては、その領域だけ入力をとばすように構成した請求項１記載の電気掃除機。
【請求項５】
駆動手段はタップの切り替えにより選択した入力範囲において位相制御により電動機入力値を可変させる場合、高調波が規格を満足できない領域においては、その領域はタップの切り替えを行い別の入力領域を選択し動作させる構成とした請求項１記載の電気掃除機。
【請求項６】
タップの切り替え手段により選択した入力範囲において、それぞれ電動機に流れる電流を読み込むための電流検知手段と、タップの切り替えを行う際に各入力範囲のバラツキによって発生する入力の差が最小になるように調整を行う調整手段を備え、当該調整手段による調整でばらつきを抑える構成とした請求項１記載の電気掃除機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般家庭等で使用される電気掃除機の制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の電気掃除機では、図８、図１０に示すような構成が一般的である。以下、その構成を説明する。
【０００３】
まず、図８に示すように、１は電動送風機、５は商用電源、６は電動送風機１を駆動する双方向性サイリスタ（以下トライアックという）、７は前記トライアック６の位相角を変化させる掃除機本体の吸引力を変化させる駆動手段である。この構成において、電動送風機１に印加される電圧を図９に示す。図９に示すように小さな位相角α１と大きな位相角α２を１サイクル毎に交互に変化させてトライアック６に印加する。この時電動送風機１に印加される実効電圧は位相角α１とα２の略中間となるため、略中間の位相で入力設定したことになる。従ってα１とα２の値を可変することで入力設定を可変することができる。そして電動送風機１を位相制御で駆動している時に発生する高調波電流は位相角α１で発生する高調波電流と位相角α２で発生する高調波電流との２種類となり、互いに相殺され、結果高調波電流の値は低減されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
次に図１０に示すように、１ａ，１ｂはステータ、２ｕは電動送風機駆動手段、３は切り替え手段、４は入力選択手段である。
【０００５】
この構成において、切り替え手段３によってステータ１ａ，１ｂから引き出されているタップを選択する。このタップによって、高入力と低入力の２つの入力を選択することができる。低入力側のタップでは電動送風機１に流れる電流が少ないため、位相制御を行うことにより入力を変動させることができ、電源高調波も同時に満足することができる。高入力側のタップにおいては、高調波電流が規格を満足できないレベルになるため、最大入力だけを使用し、高入力化している。また、従来の電気掃除機の入力としては、低入力側と、高入力側の入力差が少なかったため、高入力側のタップを使用して運転を行う時は、特別な制御を必要としなかった（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開昭６３−２７４３９６号公報
【特許文献２】特開平７−６７８１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら上記構成では、電動送風機１を駆動させた場合、電動送風機１に印加される電圧が１サイクル毎に変化するため、電動送風機１に１／２の商用周波数の振動が発生し、その振動が電気掃除機本体を介して使用者に伝わり、使用者に違和感を与えていた。そのため、小さな位相と大きな位相との位相差は約４５℃が限界で、電動送風機１を高入力化しようとした場合、高調波電流を抑えるには振動が大きく大きくなってしまう。従って、上記制御方式での高調波抑制には電動送風機の入力値に限界があった。
【０００７】
また、入力をタップ切り替えで低入力から高入力に切り替える方式でも、電動送風機の入力の変化量が大きくなりすぎ、使用実感を損ねるという課題があった。
【０００８】
本発明はこのような従来の問題を鑑みてなされたものであり、電動送風機を制御して電源高調波を制御して電源高調波を抑えつつ同時に、電動送風機からの振動、タップ切り替え時の電動送風機の音の変動差を抑え、安価で使用勝手の良い電気掃除機を提供することをその目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するための本発明は、電動機のステータより複数個の中間タップを出し、そのタップを切り替えることによって入力を可変させる電動機と、各タップ毎に電動機を駆動させるための駆動手段と、各タップを選択する為の切り替え手段と、前記電動機に供給する電力量を設定する制御手段とを備え、前記駆動手段は前記切り替え手段により選択した一対のタップにより決定する入力範囲において前記電動機の入力を任意に可変可能な構成とし、前記制御手段は入力大の位相と入力小の位相とを所定の周波数毎に切り替え、電動機出力可能な全領域において電動機入力が高調波の規格範囲内となるよう可変することができるようにしたことで、電動機の振動を抑えつつ高入力化を図ることで、使用性の優れた電気掃除機を提供できる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の電気掃除機は、電動送風機の振動を抑えつつ高入力化を図ることで、使用性の優れた電気掃除機を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
第１の発明は、電動機のステータより複数個の中間タップを出し、そのタップを切り替えることによって入力を可変させる電動機と、各タップ毎に電動機を駆動させるための駆動手段と、各タップを選択する為の切り替え手段と、前記電動機に供給する電力量を設定する制御手段とを備え、前記駆動手段は前記切り替え手段により選択した一対のタップにより決定する入力範囲において前記電動機の入力を任意に可変可能な構成とし、前記制御手段は入力大の位相と入力小の位相とを所定の周波数毎に切り替え、電動機出力可能な全領域において電動機入力が高調波の規格範囲内となるよう可変することができるようにしたことを特徴とする電気掃除機。
【００１２】
第２の発明は、駆動手段は、タップの切り替えにより選択した各入力範囲において電動機の高調波が規格内に入る領域で動作させ、規格を超える領域はタップの切り替えにより別の入力範囲で動作させる構成としたことを特徴とした電気掃除機。
【００１３】
第３の発明は、駆動手段はタップの切り替えにより選択した各入力範囲において段階的に電動機入力値を可変する構成としたことを特徴とした電気掃除機。
【００１４】
第４の発明は、駆動手段はタップの切り替えにより選択した入力範囲において位相制御により電動機入力値を可変させる場合、電動機高調波が規格を満足できない領域においては、その領域だけ入力をとばすように構成したことを特徴とした電気掃除機。
【００１５】
第５の発明は、駆動手段はタップの切り替えにより選択した入力範囲において位相制御により電動機入力値を可変させる場合、高調波が規格を満足できない領域においては、その領域はタップの切り替えを行い別の入力領域を選択し動作させる構成としたことを特徴とした電気掃除機。
【００１６】
第６の発明は、タップの切り替え手段により選択した入力範囲において、それぞれ電動機に流れる電流を読み込むための電流検知手段と、タップの切り替えを行う際に各入力範囲のバラツキによって発生する入力の差が最小になるように調整を行う調整手段を備え、当該調整手段による調整でばらつきを抑える構成としたことを特徴とした電気掃除機。
【００１７】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００１８】
（実施の形態１）
図１は本発明の第１の実施の形態における電気掃除機のブロック図、図２は同、電動送風機の入力範囲図、図３は同、電動送風機を駆動させる為の回路構成図、図４は同、電動送風機に制御を行う時の電動送風機に印加される電圧の位相量と高調波電流値との関係図、図５は同、タップ切り替えを行うことのできる電動送風機を使用したときの電動送風機に印加される電圧の位相量と高調波電流値との関係図、図６は同、電動送風機に印加される電圧の位相量と電動送風機の入力値との関係図である。
【００１９】
図１において１は電動機となる電動送風機で、塵埃を吸引する為のものであり、１ａ，１ｂのステータの中間よりタップ１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆ，１ｇ，１ｈを備えているものである。２は前記電動送風機１を駆動する為の駆動手段、３は前記電動送風機１の備えられているタップ１ｃ〜１ｈを切り替えるための切り替え手段で、以下のものを備えている。２ｉ，２ｊ，２ｋ，２ｌ，２ｍ，２ｎは前記タップ１ｃ〜１ｈを切り替えるための切り替えスイッチであり、２ｏ，２ｐ，２ｑは前記切り替えスイッチ２ｉ〜２ｎを駆動させる為の切り替え駆動手段である。又、駆動手段２には前記電動送風機１に備えられているタップ１ｃ〜１ｈ毎に電動送風機１を駆動させる為の電動送風機駆動手段２ｒ，２ｓ，２ｔも備えている。４は前記電動送風機１の入力を可変させる為の入力選択手段、５は商用電源である。
【００２０】
以上のように構成した電気掃除機について、以下その動作を説明する。
【００２１】
電動送風機１のステータ１ａ，１ｂの途中から高入力、中入力、低入力に各々対応した複数のタップを引き出し、そのタップ一対を選択することによって電動送風機１の入力を決定することができる。図１に示した電動送風機の場合、タップ１ｃと１ｈを選択した場合（以下タップＡと言う）電動送風機の入力は低入力となり、タップ１ｄと１ｇを選択した場合（以下タップＢと言う）には中入力となり、タップ１ｅと１ｆを選択した場合（以下タップＣと言う）は高入力となる。
【００２２】
そして前記タップＡ，Ｂ，Ｃは切り替え手段３によって切り替えを行うが、本実施例ではそれぞれのタップに切り替えスイッチを用いた構成としている。本実施例の場合は１ｃのタップに切り替えスイッチ２ｉを対応させる。以下１ｄに２ｊ，１ｅに２ｋ，１ｆに２ｌ，１ｇに２ｍ，１ｈに２ｎをそれぞれ対応させる。
【００２３】
ここで前述のタップの組み合わせ、タップＡ，Ｂ，Ｃが同時に「入」「切」するように切り替えスイッチ２ｉと２ｎ，２ｊと２ｍ，２ｋと２ｌを同時に「入」「切」するようにしていく。
【００２４】
なお、この切り替えスイッチ２ｉ〜２ｎによる具体的な切り替え方法として、例えばマイクロスイッチのように機械的に接点をＯＮ，ＯＦＦさせるスイッチを使用して前記の組み合わせで駆動させてタップＡ，Ｂ，Ｃを切り替える方法がある。この場合切り替え駆動手段２ｏ，２ｐ，２ｑは、前記切り替えスイッチ２ｉと２ｎ，２ｊと２ｍ，２ｋと２ｌをそれぞれ同時にＯＮ，ＯＦＦさせるような機械的構成となる。
【００２５】
また、双方向性サイリスタのように電気的にＯＮ，ＯＦＦさせる場合が考えられる。この場合、切り替え駆動手段２ｏ，２ｐ，２ｑには、マイクロコンピュータ（以下、マイコンと称す）などを用いても良い。
【００２６】
本実施の形態では切り替えスイッチにマイクロスイッチを使用する。
【００２７】
次に切り替え手段３によって電動送風機１のタップＡ，Ｂ，Ｃのいずれかを選択した後、選択したタップを通して電動送風機１を駆動させる為の電動送風機駆動手段２ｒ，２ｓ，２ｔによって駆動を行う。本実施例の場合では、図２示すように入力を低入力から高入力まで連続的に可変させたい為に駆動させる手段として双方向性サイリスタを使用するものとして考える。また、入力選択手段４としてはスライド抵抗などを使用して使用者が入力値を選択することができるようにする。本実施例ではタップＡ，Ｂ，Ｃのいずれかを選択した時の回路として、図３に示すような回路構成で電動送風機１を駆動させるものとして説明を進めていくことにする。
【００２８】
図３において、１１は電動送風機１を制御する位相制御部で、固定抵抗１２とスライド抵抗１３とによって決定される電圧に応じて位相角を決定し、位相制御部からの出力によって電動送風機１を駆動制御する双方向性サイリスタ６を備えている。この時、位相制御部１１は、目標とする入力に対応した位相に対し、大きな位相と小さな位相を約４５°以下の位相差で設定する。図中５は商用電源である。
【００２９】
この回路構成によれば入力選択手段４としてのスライド抵抗１３の抵抗値を大きい値から小さい値にしていくことで電動送風機１の入力が大きくなっていく。タップＡを選択した時の入力が最大になった時切り替えスイッチを駆動させタップＢに切り替えを行う。タップを切り替えた後入力選択手段４のスライド抵抗の抵抗値をタップ切り替え前の抵抗値よりも高くすることによってタップ切り替え前後の入力が同じ値になるように抵抗値を設定する。ここから徐々に抵抗値を下げタップＢの入力が最大になった時にタップＣに切り替えその後は前述したものと同じ動作を行わせる。
【００３０】
以上のような動作をさせた時、本実施例の電気掃除機は入力が図２にしめすように最大の消費電力が２４００Ｗとする。ここで、本発明に使用するタップ出しの電動送風機を使用しない場合、最大入力２４００Ｗの電動送風機を従来の位相制御方式で駆動させると図５に示すように電動送風機１を駆動する位相が９０°に近い部分で前記電動送風機１に流れる電流の高調波電流が大きくなり、規格（点線で示す）を満足することができなくなってしまう。また、高調波成分を全て規格以下にしようとすると、大きな位相と小さな位相との位相差を約６０°まで広げる必要があり、電動送風機１の振動が大きくなり、本体の振動も大きくなってしまい、使用性が著しく損なわれる。
【００３１】
ここで、図２のように各タップ入力を設定すると図６の様に位相に対する高調波電流が発生する。また、図４に示すような各タップ毎に位相と入力の関係となる。この図４の破線部分は高調波電流が規格を超える範囲を示している。図４より、低入力の範囲ではタップＡを使用し電動送風機１を駆動させ、次にタップＡが最大入力となった時にタップＢへの切り替えを行い、タップＡの最大入力値と同じ入力になる位相で電動送風機１を駆動させる。同様にタップＢが最大入力となった時にタップＣへの切り替えを行う。以上の動作により高調波電流が規格を満足することができるように電動送風機１を駆動させることができる。
【００３２】
また、電動送風機１の入力を大きくして電気掃除機としての性能を向上させていく場合、タップを切り替える部分において高調波電流が規格を満足できない場合が考えられる。この場合高調波電流が規格を満足できない部分については従来例で行った１Ｈｚ毎に位相を変え高調波電流を抑えるなどの手段を併用することによって高調波電流を抑えることができるようになる。
【００３３】
（実施の形態２）
本発明第２の形態について図７〜図８を用いて説明を行う。なお、上記実施の形態１と同一部分については同一符号を付してその説明を省略する。
【００３４】
図７は回路ブロック図、図８はタップ切り替えを行うことのできる電動送風機を使用したときの電動送風機に印加される電圧の位相量と高調波電流値との関係図である。
【００３５】
図７に於いて８は駆動手段２を動作させる為の制御手段であり、９は駆動手段２を介して電動送風機１に流れる電流の量を検出する為の電流検出手段である。以上のように構成した電気掃除機について、以下その動作を説明する。
【００３６】
実施の形態１で示したように、タップＡ，Ｂ，Ｃを切り替えて電動送風機１の入力を変えていくために、駆動手段２の切り替えスイッチとして双方向性サイリスタ２ｉ〜２ｎを使用するものとする。この双方向性サイリスタ２ｉ〜２ｎは電動送風機駆動手段としての機能も兼ね備えているものである。
【００３７】
この状態で入力選択手段を操作して双方向性サイリスタ２ｉ〜２ｎを駆動させ電動送風機の入力が大きくなっていくように位相を変え、入力が最大の値になったらタップＢが選択される双方向性サイリスタを駆動させる。同様にタップＣへの切り替えを行うようにする。
【００３８】
この制御により実施の形態１と同様に図４に示すような制御を行うことが可能となる。この時選択手段４に使用される部品点数を削減することができるため安価に回路を構成することができるようになる。
【００３９】
また、高調波電流が規格を満足できない範囲は入力をとばすようにすることで高調波電流を満足させることができる。例えば図７の構成においてタップＢの部分が無くタップＡとタップＣで電動送風機１が構成されている場合、図４においてタップＡを最大入力まで制御を行いタップＣに切り替えるといった動作をさせるときに、タップＣの時の入力値として１８００Ｗから２１００Ｗまでは高調波電流を満足できない領域となる。この時タップＡで３００Ｗから１８００Ｗまで動作させ、次にタップＣで２１００Ｗから２４００Ｗまでを駆動させるようにする。入力が飛ぶことによりスムーズな入力の切り替えは行えなくなるものの電気掃除機としての使用実感には問題の無いものにすることができるようになる。
【００４０】
次に、入力を段階的に選択できるようにして高調波電流を満足させて動作させることも可能である。例えば入力選択手段４により選択できる入力を３００Ｗ，１０００Ｗ，２１００Ｗ，２４００Ｗとした場合、タップＡにより３００Ｗ，１０００Ｗを選択できるようにし、タップＢ又はタップＣで２１００Ｗを選択できるようにし、最後にタップＣで２４００Ｗを選択できるようにする。
【００４１】
次に、タップの切り替えを行う場合、タップ切り替え前後に於いて入力を合わせるように位相の設定を行った場合であっても、電動送風機１のステータに巻き先を巻く際のばらつきにより入力値のずれが生じる場合が考えられる。ここで、タップを切り替える前の電動送風機１に流れる電流と、タップを切り替えたあと電流を検出しそれぞれの電流値が同じ値になるよう制御手段８に調整手段を設けて位相を合わせこむことができる構成とする。これによりタップの切り替え時に発生する入力のずれをなくすことができ、スムーズな動作をすることが可能となる。又、電流検出手段９により動作中の電流値を検出することによって電動送風機１のレアショート等の異常状態を早急に発見することができるようになり、安全性を向上させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
以上のように、本発明にかかる電気掃除機は、高調波電流を抑えかつ振動の少ない制御を行うことができ、商品性の向上および今後の高入力化による性能の向上に対応していくことができる。
【００４３】
更に、本発明の制御を行うことにより高調波電流を抑えることができるため、電気掃除機以外の機器、例えばブロアモータ、ハンドドライヤー等の電動送風機を用いる電動機器であればどのような機器においても利用できるものである。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の実施の形態における回路ブロック図
【図２】本発明第１の実施の形態における電動送風機の入力範囲表示図
【図３】本発明第１の実施の形態における回路構成図
【図４】本発明第１の実施の形態における電動送風機に印加される電圧の位相量と高調波電流との関係図
【図５】本発明第１の実施の形態における動機を使用したときの電動送風機に印加される電圧の位相量と高調波電流値との関係図
【図６】本発明第１の実施の形態における電動送風機に印加される電圧の位相量と電動送風機の入力値との関係図
【図７】本発明第２の実施の形態における回路ブロック図
【図８】従来の電気掃除機の回路ブロック図
【図９】従来の電気掃除機の電動送風機に印加される電圧波形図
【図１０】従来の電気掃除機の回路ブロック図
【符号の説明】
【００４５】
１  電動送風機（電動機）
１ａ〜１ｂ  ステータ
１ｃ〜１ｈ  入力取り出し用タップ
２  駆動手段
２ｉ〜２ｎ  切り替えスイッチ
２ｏ〜２ｑ  切り替え駆動手段
２ｒ〜２ｕ  電動送風機駆動手段
３  切り替え手段
４  入力選択手段
５  商用電源
６  双方向性サイリスタ
７  双方向性サイリスタ駆動手段
８  制御手段
９  電流検出手段
【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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