(57)【要約】【課題】吸込み具の往復操作や被掃除面の状況に応じて、電動機の電力制御を行うことで、前記電動機の電力消費すなわち電動機及び回転ブラシの負荷を常時一定にし、無駄な電力消費を極力抑えた最適な制御を行える電気掃除機を提供すること。【解決手段】電動機１０に供給する電力を、吸込み具３１の往復操作の両端すなわち、前記吸込み具３１の進行方向が変化するタイミングに合わせて、位相制御角をごく短期間大きくすることで、消費電力がほぼ一定になるようにした。又、前記電動機１０の電流値から、床面の種類を判別し、それに応じて位相角制御方法を変えるようにした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動送風機を有する電気掃除機本体と、被掃除面からゴミを吸込むための吸込み具と、前記吸込み具に内蔵され、塵埃を掻き揚げる回転ブラシと、前記回転ブラシを駆動するための電動機と、前記電動機に供給する電力を制御する制御手段とを有し、前記電動機に供給する電力を、略０．５〜１秒の周期でごく短期間低下させることを特徴とする電気掃除機。
【請求項２】
電動機に供給される電流を検出する電流検知手段を有し、運転開始から第１所定時間までは前記電動機を所定の位相角で位相制御すると共に、前記電流検知手段の出力値をサンプリングし、その電流変動周期から前記吸込み具の往復周期を推定すると共に、前記第１所定時間経過後は、推定した往復周期で前記電動機に供給する電力をごく短期間低下させることを特徴とする請求項１に記載の電気掃除機。
【請求項３】
吸込み具又は前記吸込み具操作用の把手部に加速度センサを設け、前記加速度センサの出力値から、前記吸込み具の往復操作を間接的に検出すると共に、その往復操作の方向切り替わりのタイミングに合わせて、前記電動機に供給する電力をごく短期間低下させることを特徴とする請求項１に記載の電気掃除機。
【請求項４】
電動機に供給される電流を検出する電流検知手段を有し、第２所定時間毎に、前記第２所定時間内における電流最大値と、第１の所定値とを比較し、前記電流最大値が第１の所定値以上の時のみ、前記電動機に供給する電力をごく短期間低下させることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の電気掃除機。
【請求項５】
電動機に供給される電流を検出する電流検知手段を有し、第２所定時間毎に、前記第２所定時間内における電流最大値と、第２の所定値とを比較し、前記電流最大値が第２の所定値以上の時は、吸込み具を前進させている時に前記電動機への供給電力を下げることを特徴とする請求項３に記載の電気掃除機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般家庭などにおいて掃除に使用される電気掃除機の制御に関するものであり、特にその吸込み具に内蔵されている電動機の省エネ制御に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の発明において、吸込み具に、塵埃掻き上げ用の回転ブラシと、前記回転ブラシを駆動する電動機と、前記電動機に供給される電流を検知する電流検知手段とを設け、前記吸込み具が被掃除面に接して前後方向に操作されたときの前記電流検知手段の検知電流の変動幅によって、被掃除面の種類を判別し、それに応じて前記電動機及び電気掃除機本体に内蔵されている電動送風機の電力を制御するもの（例えば、特許文献１参照）や、吸込み具の下面に設けられ、被掃除面に接触して回転するローラーと回転ブラシとを連動させることによって、前記吸込み具の前後操作に従って回転ブラシを駆動するもの（例えば、特許文献２参照）等が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２９２１８号公報
【特許文献２】特開２００２−２８１１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前記従来の発明においては、例えば特許文献１のものについては、被掃除面の種類に応じて最適な電力で電動機を制御するために、無駄な電力消費を抑えた省エネ制御ができるが、前記電動機の「電流の変動幅によって被掃除面の種類を判別する」ことからも明らかなように、同一の被掃除面での掃除において、必ずしも電動機の電力は一定とはなっていない。例えば、じゅうたん上などの比較的負荷の大きい床面を掃除する場合、前記吸込み具を前進させる時は、前記吸込み具は被掃除面に押し付け気味に操作されるために、前記電動機の負荷は大きくなり、その消費電力も大きくなる。逆に後退させる時は、浮き気味に操作されるため、前記電動機の負荷は小さく、消費電力も小さくなる。
【０００５】
因みに、現在の掃除機においては、回転ブラシの回転方向を、前記吸込み具を前進させる時の方向と一致させることで、前記吸込み具の操作を軽くしているものが主流であるが、この場合、前記吸込み具の往復操作の両端すなわち、前記吸込み具の進行方向が変化する瞬間のみ、前記電動機の電力が大きくなるため、その点において、若干の無駄な電力消費があるという課題があった。
【０００６】
又、特許文献２のものについては、回転ブラシを、吸込み具下面に設けたローラーと連動して駆動させるために、前記吸込み具の操作が重くなったり、床面の塵埃を掻き揚げるための十分な回転力が得られないという課題があった。
【０００７】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、吸込み具の往復操作や被掃除面の状況に応じて、電動機の電力制御を行うことで、前記電動機の電力消費すなわち電動機及び回転ブラシの負荷を常時一定にし、無駄な電力消費を極力抑えた最適な制御を行える電気掃除機を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記従来の課題を解決するために本発明は、電動送風機を内包する電気掃除機本体と、
被掃除面からゴミを吸込むための吸込み具と、前記吸込み具に内蔵され、塵埃を掻き揚げる回転ブラシと、前記回転ブラシを駆動するための電動機と、前記電動機に供給する電力を制御する制御手段とを有し、前記電動機に供給する電力を、前記吸込み具の往復操作の両端すなわち、前記吸込み具の進行方向が変化するタイミングに合わせてごく短期間低下させるようにしたものである。
これにより、掃除動作における無駄な電力消費を極力抑えた最適な制御を行える電気掃除機が提供できるものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明は、吸込み具の往復操作や被掃除面の状況に応じて、電動機の電力制御を行うことで、前記電動機の電力消費すなわち電動機及び回転ブラシの負荷を常時一定にし、無駄な電力消費を極力抑えた最適な制御を行える電気掃除機を提供できるものである。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態における電気掃除機の回路ブロック図
【図２】同電気掃除機の全体斜視図
【図３】本発明の第１の実施の形態における電流検知手段及び電動機の電力波形を示す図
【図４】本発明の第２の実施の形態における加速度センサ及び電動機の電力波形を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
第１の発明は、電動送風機を内包する電気掃除機本体と、被掃除面からゴミを吸込むための吸込み具と、前記吸込み具に内蔵され、塵埃を掻き揚げる回転ブラシと、前記回転ブラシを駆動するための電動機と、前記電動機に供給する電力を制御する制御手段とを有し、前記電動機に供給する電力を、約０．５〜１秒の周期でごく短期間低下させることを特徴とする電気掃除機である。
【００１２】
通常の掃除動作において、吸込み具の往復操作は、１秒〜２秒程度が一般的である。前述したように、現在の掃除機においては、吸込み具の往復操作の両端すなわち、前記吸込み具の進行方向が変化する瞬間のみ、前記電動機の電力が大きくなるため、往復操作の半分の周期すなわち約０．５秒〜１秒の周期でごく短期間、電動機に供給する電力を低下させることで、制御回路のコストアップを伴わずに、前述したポイントでの無駄な消費電力を抑えることができる。
【００１３】
第２の発明は、電動機に供給される電流を検出する電流検知手段を有し、掃除機の運転開始から第１の所定時間の間は、前記電動機を所定の位相角で位相制御すると共に、前記電流検知手段の出力値をサンプリングし、その電流変動周期から、前記吸込み具の往復周期を推定すると共に、前記第１の所定時間以降は、推定した往復周期で、前記電動機に供給する電力をごく短期間低下させることを特徴とする電気掃除機である。電流検知手段が必要になるが、現在主流の掃除機においては、前記電流検知手段を搭載したものが大多数であるため、大幅なコストアップを伴うことなく、使用者の操作習慣にある程度合致したタイミングで、前記電動機の電力を下げることができる。
【００１４】
第３の発明は、吸込み具又は、前記吸込み具操作用の把手部に加速度センサを設け、前記加速度センサの出力値から、前記吸込み具の往復操作を間接的に検出すると共に、その往復操作の両端すなわち、前記吸込み具の操作方向切り替わりのタイミングに合わせて、前記電動機に供給する電力をごく短期間低下させることを特徴とする電気掃除機である。加速度センサが必要であるが、使用者の操作速度に完全に合致したタイミングで前記電動機の電力を下げることができる。
【００１５】
第４の発明は、電動機に供給される電流を検出する電流検知手段を有し、第２の所定時間毎に、前記第２の所定時間内における電流最大値と、あらかじめ設定されている第１の所定値とを比較し、電流最大値が第１の所定値以上の時のみ、電動機に供給する電力をごく短期間低下させることを特徴とする電気掃除機である。フローリング等、負荷の小さい床面においては、前記吸込み具の往復操作による消費電力の変動がほとんど発生しないため、電流検知手段によって、負荷の小さい床面であることを検出して、前記電動機の電力低下制御を行わないようにすることで、電力一定の制御を実現するものである。
【００１６】
第５の発明は、電動機に供給される電流を検出する電流検知手段を有し、第２の所定時間毎に、前記第２の所定時間内における電流最大値と、あらかじめ設定されている第２の所定値とを比較し、電流最大値が第２の所定値以上の時は、吸込み具を前進させている時に前記電動機への供給電力を下げることを特徴とする電気掃除機である。毛足の長いじゅうたん等、負荷の大きい床面においては、前記吸込み具を前進させる時に大きな負荷が加わることを考慮し、前記電動機に供給される電流値が所定値以上の時は、吸込み具を前進させている時に前記電動機への供給電力を下げる制御ことで、電力一定の制御を実現するものである。
【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、本実施の形態における電気掃除機の全体斜視図である。図１において、掃除機本体２１は、後部に電動送風機２を内蔵した電動送風機室２２が配され、前部に、塵埃を捕集する集塵室２３が配され、掃除機本体２１の前部には、ホース２４の一端に設けた接続パイプ２５が着脱自在に接続される吸気口２６が設けられている。ホース２４の他端には、掃除の際に握ると共に掃除機本体２１の運転を操作するための操作部９を有する把手２７を備えた先端パイプ２８が設けられている。前記操作部９は、操作手段として「切」スイッチ（図示せず）、「強／弱」スイッチ（図示せず）、及び「自動」スイッチ（図示せず）とにより構成されており、前記把手２７には、使用者の操作状況を検出するための３軸加速度センサ１５（図示せず）が配されている。
【００１９】
２９は伸縮自在の延長管で、下流側端部が前記先端パイプ２８に着脱自在に接続され、他端は、塵埃掻き上げ用の回転ブラシ３０とその回転ブラシ３０を回転駆動する電動機１０を内蔵した吸込み具３１に着脱自在に接続される。又、掃除機本体２１の後部には、コンセント（商用電源）に接続して、掃除機本体２１に内蔵されている回路基板（図示せず）に電源を供給するための電源コード１３が設けられている。更に、前記吸込み具３１の底面には、被掃除面との接地の有無を検出するための接地検知手段１２が設けられている。
【００２０】
次に、図２を用いて制御回路構成を説明する。回路図上の各ブロック３２ａ、３２ｂ及び３２ｃは、それぞれ掃除機本体２１、ホース２４及び、吸込み具３１に配されるものである。商用電源１には、電源波形のゼロクロスを検出するためのゼロクロス検出回路３と、信号制御手段４に電源を供給するための電源回路５と、電動送風機２と、電動機１０が接続されている。
【００２１】
前記電動送風機２と電動機１０は、それぞれ駆動回路Ａ６と駆動回路Ｂ７を介して、前記信号制御手段４により位相制御されるように構成されている。位相制御を行なうために必要となるゼロクロス検出回路３は、前記信号制御手段４に接続されている。又、前記電動機１０の電力供給経路上には、電流検知手段１４が配されており、前記信号制御手段４
に接続されている。
【００２２】
１５は把手２７の内部に配されている３軸加速度センサであり、その出力信号は、前記信号制御手段４に入力されるように接続されているが、実施の形態２の場合に使用するもので、本実施形態においては使用していない。１１は前記吸込み具３１が、被掃除床面上に床面上の塵埃を吸引可能に接地（着床）されている時に閉路し、離床している時には開路するスイッチで、抵抗Ｒ１と組合せることで接地検知手段１２を構成する。
【００２３】
尚、前記信号制御手段４は、ゼロクロスから、前記電動送風機２を駆動するまでの間に、前記接地検知手段１２からの出力をモニターすることによって、前記吸込み具３１の接地状態を判定することが可能となる。
【００２４】
次に、以上の構成による作用を図３を参照しながら説明する。「強／弱」スイッチ又は、「自動」スイッチを押下すると、押されたスイッチに応じた運転モードで、掃除機の運転を開始し、運転中に「切」スイッチを押下すると運転を停止する。図３は、運転中に把手２７を操作して、吸込み具３１を前後に往復操作した時の電流検知手段１４の出力波形と、その時の電動機１０の制御位相角を時間軸で表したものである。
【００２５】
運転開始と同時に、信号制御手段４は、前記電動機１０を制御位相角０°すなわちフル通電で駆動する。駆動直後は突入電流によって一時的に電流値が極端に高くなるため、運転開始直後の０．５秒間は、電流値の検知を行わないようにしている。その後、３秒間の間はフル通電状態を維持すると共に、電流値のサンプリングを行い、電流値のピーク発生の周期を測定する。
【００２６】
電流値のピークは、吸込み具３１の進行方向が切り替わる時に現れるため、前記吸込み具３１の１往復に対して２箇所のピークが発生することになるが、吸込み具３１の前進速度と、後退速度は同一ではないために、電流ピークから次の電流ピークまでの時間は、長→短→長→短→・・・となる場合が一般的である。したがって、本実施形態においては、前記吸込み具３１が前進から後退に切り替わるまでの時間ａ１、ａ２、・・・と、後退から前進に切り替わるまでの時間ｂ１、ｂ２、・・・を別々に測定することにした。
【００２７】
３秒間のうち、時間ａ１、ａ２及び時間ｂ１、ｂ２の平均値をそれぞれＡ，Ｂとして、以降は、Ａ秒後→Ｂ秒後→Ａ秒後→Ｂ秒後→・・・に交互に０．２秒間だけ電動機１０の制御位相角を大きくする。これにより、前記吸込み具３１の往復操作にともなって定期的に発生する電流の山が小さくなり、無駄な消費電力が削減できる。
【００２８】
更に、本実施形態では、途中から被掃除面がフローリングに移っているが、この際は、被掃除面から受ける負荷が小さくなるために、位相角を大きくしているタイミングで、消費電力が極端に低下することになる。しかしながら、電流値が第１の判断閾値を３秒間連続して下回った時点で、信号制御手段４は、「フローリング掃除である」と判断して、制御位相角を０°固定にするために、フローリングに移ってから３秒後以降には、電流値すなわち電力一定の制御が実現できている。
【００２９】
尚、フローリング掃除中に、再度じゅうたん掃除に移った場合においては、運転開始時と同様の制御を行い、じゅうたん掃除に移ってから３秒後には、「じゅうたん掃除である」と判断して、定期的に電動機１０の制御位相角を大きくする制御に戻ることになる。
【００３０】
尚、電動機１０の制御位相角を大きくした時すなわち、回転ブラシ３０の回転数を下げた時には、前記吸込み具３１の操作抵抗が重くなるため、位相角制御と、使用者の吸込み具３１操作タイミングとずれたとしても、使用者の方で意図的に、前記吸込み具３１の操
作速度を制御に合わせることが可能であり、これを期待して、電流検知手段１４による電流ピーク発生周期の検知を行わずに、電動機１０の制御位相角を大きくする周期をあらかじめ設定された秒数に固定することもできる（請求項１に記載の発明）。ただし、吸込み具３１の一般的な往復周期は約１秒〜２秒であるため、位相角制御周期は０．５秒〜１秒の間に設定することが望ましい。
【００３１】
又、これら一連の制御は、吸込み具３１が被掃除面に接触した状態で且つ、前記電動機１０が駆動されている状態のみ有効であるので、接地検知手段１２によって、吸込み具３１が接地されていることが検知されている状態で且つ、運転中にのみ行う制御であることは言うまでもない。
【００３２】
（実施の形態２）
３軸加速度センサは、その名の通り、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸に加わる加速度を検出する素子であり、その出力信号から、加速度と角度がわかるものである。また、速度や移動距離も、計算によって導き出すことができる。本実施形態においては、把手２７に設けた加速度センサ１５から信号制御手段４に出力される信号によって常時、前記把手２７の移動速度・方向及び角度を検知している。
【００３３】
図４は、把手２７を前後に往復操作した時の加速度センサ１５の出力波形と、前記加速度センサ１５の出力信号から算出した速度及び、その時の電流検知手段１４の出力波形と、電動機１０の制御位相角を時間軸で表したものである。前記加速度センサ１５を、Ｙ軸が把手２７の往復操作方向と一致するように配置した場合、把手２７の往復操作に合わせて、Ｙ軸の出力波形は図のように変化する。信号制御手段４は、この出力信号即ち、把手２７の加速度から、前記把手２７の操作速度及び操作方向を図のように算出する。
【００３４】
次に、信号制御手段４は、算出した操作速度から、吸込み具３１が停止しているタイミングすなわち、吸込み具３１が、その往復動作の両端に位置しているタイミングを検出し、そのタイミングに同期させて、０．２秒間だけ電動機１０の制御位相角を大きくする。これにより、前記吸込み具３１の往復操作にともなって定期的に発生する電流の山が小さくなり、無駄な消費電力が削減できる。
【００３５】
更に、電流検知手段１４の出力値が、第２の判断閾値を３秒間連続で上回った場合、負荷の大きい被掃除面であると判断し、前記加速度センサ１５で検出した吸込み具前進のタイミングでも、電動機１０の制御位相角を大きくする。これにより、負荷の大きい被掃除面を掃除する際の、吸込み具３１前進時の消費電力増大を抑えた電力一定制御が可能となる。
【００３６】
以上のように、本実施の形態によれば、吸込み具３１の往復周期に合わせて、前記電動機に供給する電力をごく短期間低下させることで、前記吸込み具３１の往復操作に伴う電動機１０の消費電力変動を抑えることができ、又、被掃除面の状態を判別して、それに応じた制御を行うために、掃除動作における無駄な電力消費を極力抑えた最適な制御を行える電気掃除機が提供できる。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
以上のように、本願発明に係る電気掃除機は、家庭用だけでなく、業務用やセントラルクリーナー等、さまざまな形態の電気掃除機に応用展開可能である。
【符号の説明】
【００３８】
１  商用電源
２  電動送風機
３  ゼロクロス検出回路
４  信号制御手段
１０  電動機
１４  電流検知手段
１５  加速度センサ
２１  掃除機本体
３１  吸込み具
【図３】
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【図４】
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【図１】
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【図２】
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