(57)【要約】【課題】電気掃除機の運転終了後、電動送風機を回生制動させることにより発生した電力を、利用者の使い勝手を満たし、かつ発熱を抑え効率的に充電器に充電することで、充電池使用時間の向上化を図るようにした。【解決手段】電動送風機を内蔵した本体とそれを制御する制御手段を備え、これらにエネルギを供給する手段を有する電気掃除機において、利用者が掃除機のスイッチをオフした際、制御回路はフリーラン減速又は回生制動のいずれかを選択し、回生制動時において、電動送風機の回転減速時に回生充電を行う運転モードを備えたことを特徴とする。【選択図】  図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動送風機を内蔵した本体とそれを制御する制御手段を備え、これらにエネルギを供給する手段を有する電気掃除機において、電動送風機の回転減速時に回生充電を行う運転モードを備えていることを特徴とする電気掃除機。
【請求項２】
請求項１において、操作者の掃除機オン・オフパターンを学習的に認識し、モータの慣性による自然減速（以後、フリーラン減速と呼ぶ）、又は回生制動を切り替える制御手段を備えた電気掃除機。
【請求項３】
請求項１において、エネルギ供給手段の電圧により、フリーラン減速又は回生制動を切り替える制御手段を備えた電気掃除機。
【請求項４】
請求項１において、電動送風機の回転数により、フリーラン減速又は回生制動を切り替える制御手段を備えた電気掃除機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、充電池を用いる電気掃除機に関し、特に掃除機の動作時間を長くすることが可能な電機掃除機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
充電池を電力源とする掃除機の連続使用時間を向上させる方法として、（１）特開２００２−７８６５４号公報に記載のように、一定時間吸い込み力を上昇させる運転モードを選択させる動作モードを用意し、利用者の希望に合わせてモータ回転数を必要に応じて一時的に上げる制御を行うことで、集塵力を向上させつつ、充電池使用時間を維持したものがある。また、（２）特開２００２−１２５９００号公報に記載のように、充電池の種類と本数を最適にし、重量の問題を解決しつつ動作時間を長くすることを実現させたものがある。
【０００３】
一方、（３）電気自動車等においては、特開平１−１２６１０３号公報のように、制動時に走行用電動機による回生制動を働かせ、回生エネルギをバッテリに回収する方法が知られている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−７８６５４号公報
【特許文献２】
特開２００２−１２５９００号公報
【特許文献３】
特開平１−１２６１０３号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術は、（１）あらかじめ充電池に充電させたエネルギを必要に応じて効率良く利用するもの、また、（２）のように充電池の容量を多くしたものであり、運転動作中の発電については考慮されていなかった。
【０００６】
また、（３）の自動車において回生制動時に発生するエネルギを利用する方法が提案されているが、この技術を掃除機のような家電品に用いる点については、全く考慮されていなかった。
【０００７】
さらに、掃除機の構造に独自の問題として、回生制動時、掃除機のモータ制御装置に実装された、インバータ駆動素子などに代表される、発熱素子による過熱の影響を無視することができない。
【０００８】
これは、制御装置の冷却を電動送風機の回転により発生した風によって空冷する方法を取っている為であり、回転を抑制する回生制動時、冷却効果を期待することができない。
【０００９】
このため、急激な回生制動などの特定の条件において、インバータ駆動素子やモータが過熱し、焼損するおそれがあった。
【００１０】
また、ユーザによっては掃除機のスイッチをオフした後、モータの回転が完全に停止する前に再びスイッチをオンするといった状態を、繰り返し行う場合がある。この際、回生制動により短時間でモータの回転が停止すると、電動送風機の回転が全く無い状態から立ち上げることとなり、再始動時の掃除機立ちあがりが悪く、使い勝手の面で問題があった。
【００１１】
本発明の目的は、モータの回転を静止させる際、回生ブレーキをかけて制動をかけ、その際発生した電力を充電池に充電する電気掃除機において、利用者の習慣、バッテリ電圧、モータ回転数の条件からフリーラン減速と回生制動を切り替えることにより、利用者の使い勝手を向上させつつ、発熱を抑え、効率的に充電する方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記第１の手段を達成するために本発明の特徴とするところは、電動送風機を内蔵した本体とそれを制御する制御手段を備え、これらにエネルギを供給する手段を有する電気掃除機において、利用者が掃除機のスイッチをオフした際、制御回路はフリーラン減速又は回生制動のいずれかを選択し、回生制動時において、電動送風機の回転減速時に回生充電を行う運転モードを備えたことにある。
【００１３】
また上記第２の手段を達成するために本発明の特徴とするところは、利用者の掃除機スイッチのオン・オフ期間をもとにして利用者の掃除機オン・オフパターンを学習的に認識し、フリーラン減速又は回生制動を切り替える制御手段を備えたことにある。
【００１４】
また上記第３の手段を達成するために本発明の特徴とするところは、電動送風機にエネルギを供給する手段の電源電圧を監視する処理を有し、あらかじめ設定された電圧、例えば満充電時の半分以下になれば常に回生制動を行い、充電を行う制御手段を備えたことにある。
【００１５】
また上記第４の手段を達成するために本発明の特徴とするところは、電動送風機の回転数を監視する処理を有し、あらかじめ設定された回転数、例えば定格回転数の８０％以上ならば常に回生制動を行い、充電を行う制御手段を備えたことにある。
【００１６】
【発明の実施の形態】
（実施例１）
以下に本発明の第１の実施例を、図１〜９を用いて説明する。
【００１７】
図１は、本発明に関わる電気掃除機の外観であり，縦収納姿勢の電気掃除機１０を充電台２０にセットしようとする概観図と，セットした状態３０を並べて図示している。
【００１８】
図２は、本発明に関わるモータ制御装置の基本構成図である。図２において、モータ制御装置はエネルギを供給する充電池１００、平滑コンデンサ１０１、負荷としてのファン１０２が取付けられたモータ１０３、直流電力を交流電力に変換し、変換した交流電力をモータ１０３に出力するインバータ回路１０４、それを駆動するドライバ１０５、ドライバにＰＷＭ信号を出力するマイコン１０６、電源電圧を検出する為の電圧検知手段１０７、モータ１０３の磁極位置を検出する為のホールＩＣ（又はホール素子）１０８、掃除機のスイッチ入切信号を伝えるスイッチ信号生成部１０９、とを備えて構成されている。
【００１９】
なお、本図ではエネルギ供給手段として充電池を用いているが、例えば容量の大きなコンデンサを使用するなど、電池以外のエネルギ供給・蓄積手段で代用することもできる。
【００２０】
スイッチ信号生成部１０９からのスイッチ信号１１１が入の状態になると、マイコン１０６は充電池１００の電圧を１０７によって、磁極位置を１０８から得る。その後、速度演算、出力演算を行い、１０５にＰＷＭ波形を出力する。インバータ１０４はこの出力を受けて駆動され、電源１００からの直流電力を交流電力としてモータ１０３へ供給する。この結果モータとそれに取付けられたファン１０２が回転し、吸い込み力が発生、ゴミを吸引する風力を得る。
【００２１】
１１１が入から切になると、１０６内でフリーラン減速／回生制動判定を行い、その判定に応じてＰＷＭ波形の出力を行う。
【００２２】
また、１０９は入切情報の他にも数通りの動作モードを持っている。１０６は、それぞれの動作モードに応じて回転数等の制御を行い、吸い込み力に変化をつける。
【００２３】
次に、図３、図４を用いてマイコン１０６内の動作について説明する。
【００２４】
図３において、マイコン１０６の動作は、位置情報１１０から速度を算出する速度演算処理１２３、１２３からの速度値ωｆｂと電源電圧１１２の値Ｖｆｂをもとに、フリーラン減速／回生制動判定を行う処理１２０、速度指令値演算処理１２１、ＰＷＭ波形出力のための出力演算処理１２２から構成されている。
【００２５】
フリーラン減速／回生制動判定処理１２０は、前述の速度検知手段によって得た速度（回転数）と、電圧検知手段によって得たバッテリ電圧をもとに、回生制動あるいはフリーラン減速のどちらかを選択し、速度指令値演算にその情報を伝える。また、スイッチ信号１１１の入切時間履歴を１２０内に記憶し、ユーザのスイッチ入切の傾向に合わせた選択を行うこともできる。
【００２６】
速度指令値演算処理１２１は、ユーザからのスイッチオン／オフ信号を常に監視し、スイッチオフの際にフリーラン減速／回生制動判定処理からの情報を得、それぞれに対応した周波数指令を出力演算処理に出力する。
【００２７】
出力演算処理１２２は、速度（周波数）指令演算処理部から得られた周波数指令をもとに、インバータ１０４へ出力するＰＷＭ信号を演算するものである。
【００２８】
出力演算処理部にて得られたＰＷＭ信号はドライバ１０５に出力され、インバータ１０４は駆動され、モータ１０３が制御される。
【００２９】
図４は、マイコンの動作の概略を示したフローチャートである。
【００３０】
図中、機能４０１から４０３までは、図３中の１２１に対応する。４００、４０４は１２２に、４０５は１２０に対応する。
【００３１】
まず、掃除機スイッチ入判定４０１は、スイッチ信号１１１の状態を監視し、スイッチの入状態を判定する。スイッチ入の場合、動作時の動作周波数指令４０２処理が行われ、モータ制御処理４０４が行われる。
【００３２】
一方、スイッチが入から切になった場合、フリーラン減速／回生制動判定処理４０５が行われる。判定の結果、停止時の動作周波数指令４０２処理が行われ、モータ制御処理４０４が行われる。
【００３３】
なお、フリーラン減速／回生制動判定は、スイッチが入から切になった際、一度だけ行われる。
【００３４】
次に、図５を用いて本発明に係わるフリーラン減速／回生制動判定４０５の動作について説明する。
【００３５】
処理の冒頭でユーザ操作履歴確認処理５００が行われ、内部で記憶されているスイッチ入切記録５０１を参考に、ユーザ操作の判断５０２が行われる。
【００３６】
このとき、スイッチ切動作時にフリーラン減速とする条件は、（１）前回使用時において、充電台から掃除機を取り外し、使用後、再び充電機に取付けるまでの間（これを１充電期間とする）、スイッチ入切回数が１０回以上の場合、（２）スイッチ切動作後３秒以内に入動作を行った回数が、連続３回以上の場合、（３）過去の履歴に関係なく、スイッチ入後６秒以内に切動作が入った場合、とした。
【００３７】
また、スイッチ切動時に回生減速とする条件は、（４）前回の１充電期間中、スイッチ入切回数が１０回以下の場合、（５）スイッチ切動作後、３秒以後に入動作を行った回数が連続３回以上の場合、とした。
【００３８】
判断５０２の結果、回生制動となった場合、さらに回転数による判断５０３、バッテリ電圧による判断５０４も行われ、フリーラン減速５０５及び回生制動５０６の選択が行われる。
【００３９】
最後に、ユーザ操作履歴記録５０７によって、スイッチ入切記録５０１にユーザ操作履歴が記録される。
【００４０】
図６は、図２のマイコン１０６内にて制御される、ユーザのスイッチ指令とモータ回転数、バッテリ電圧の関係を示したものである。
【００４１】
フリーラン減速の場合、スイッチ信号１１１がオフになると、インバータ１０４の動作は停止され、破線で示すようにモータ１０３の回転はその慣性に従い、ゆるやかに低下する。充電池１００の電圧は減少するか同一のままで、上昇することは無い。これは、一般的にスイッチがオフになった場合のモータの挙動である。
【００４２】
回生制動の場合、速度指令値演算１２１によってモータの速度を減速するような命令が出力演算部１２２に送られ、それに伴う形でインバータによる減速制御が行われる。この結果、実線で示すように速やかに減速が行われ、回生による電力の回収が行われ、充電池１００の電源電圧が上昇する。
【００４３】
これに、ユーザの習慣をもとに切り替えるようにした例を、図７、８を用いて説明する。
【００４４】
図７は、掃除機のスイッチを頻繁にオン・オフするユーザの場合における動作チャートであり、前記判定ルール（１）、（４）の場合に対応している。
【００４５】
図中、前期間において、ユーザがスイッチを切った際、常に回生制動による電力回収が行われる。よって、回転数が速やかに下がると共に電源電圧が上昇する。
【００４６】
しかしスイッチ切直後にスイッチを入れて運転再開が行われた場合、定格回転数に達するまで、長時間の立ち上がり時間が必要となる。このため、スイッチ入切記録を５０１に記録し、ユーザ操作判断５０２の判断に影響させる。この結果、後期間において、頻繁にスイッチをオン・オフする場合、回生制動を入れず、フリーラン減速によりモータの回転を静止させることが可能となる。
【００４７】
また、図８は前記判定ルール（２）、（３）、（５）に対応した場合の例である。
【００４８】
この場合、少なくとも過去３回分のスイッチオン・オフの時間間隔をスイッチ入切記録５０１に記録し、ユーザ操作判断５０２は、フリーラン減速にするか、回生制動で停止させるかを決定する。
【００４９】
こうすることで、ユーザの利用形態に合わせて、バッテリ電力消費を最も少なくすることが可能となるとともに、回生制動時の熱発生を最小限にすることができる。
【００５０】
図９は、回生制動とフリーラン減速の切り替え条件として、バッテリ電圧を用いたものである。
【００５１】
フリーラン減速／回生制動判定処理中、バッテリ電圧の比較判定５０４により、任意の閾値よりも大きい場合において、フリーラン減速にてモータを減速させる。一方、電圧が閾値より小さい場合は回生制動によって電力を回収する。
【００５２】
全電圧域にて回生制動を行わず、低電圧域のみにて回生制動を行うことで、発熱をおさえつつもバッテリ電力消費を抑えることが可能となる。
【００５３】
図１０は、回生制動とフリーラン減速の切り替え条件として、モータの回転数を用いたものである。
【００５４】
フリーラン減速／回生制動判定処理中、モータ回転数の比較判定５０３により、任意の閾値と比較し、この閾値よりも遅く回っている場合において、フリーラン減速にてモータを減速させる。一方、回転数が閾値より大きい場合は回生制動によって電力を回収する。
（実施例２）
以下に本発明の第２の実施例を、図１１、１２を用いて説明する。
【００５５】
図１１は、１８０°通電とし、ホールＩＣ（ホール素子）を使用せずに構成した例である。図２と同じ機能は説明を省略する。
【００５６】
図１１で示すシステムは、ホールＩＣの替わりに、コンデンサ１０１とインバータ回路１０４との間に電流検出手段２００と電流検知手段２０１を使用する。マイコン１０６は、磁極位置情報１１０の替わりに直流電流情報２０２を使用する。
【００５７】
このようなシステムは、位置センサ、相電流検出のための直流電流センサを使用しないことから、電流センサレス方式と呼ばれ、直流電流センサを使用した制御方法と等価である。
【００５８】
図１２は、マイコン１０６内部の処理内容である。
【００５９】
フリーラン減速／回生制動判定は、速度ωｆｂと電圧Ｖｆｂが必要である為、直流電流２０２から速度ωｆｂを生成する必要がある。この為、入力値２０２から速度演算処理１２３までの間に、相電流再現処理２２０を介する必要が生ずる。
【００６０】
また、１８０°通電によるベクトル制御を行う為、ＰＷＭ出力演算部２２１はモータ定数群２２２を必要とする。このモータ定数群は、インバータからモータまでの配線も考慮した、モータの抵抗値、インダクタンスＬ、発電定数ｋＥ等で構成される。
【００６１】
以上のように、速度情報を得るための処理が必要となるが、本方式においてもフリーラン減速／回生制動判定処理の内容は変える必要が無く、制御方式が異なったとしても同様の処理が可能である。
【００６２】
【発明の効果】
運転終了後、電動送風機を回生制動させることにより発生した電力を、利用者の使い勝手を満たし、かつ発熱を抑え効率的に充電器に充電することで、充電池使用時間が向上し、掃除機使用時間を長くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に関わる電気掃除機の概観図である。
【図２】本発明に関わるモータ制御装置の基本構成図である。
【図３】インバータ制御回路のブロック構成図である。
【図４】マイコンの動作の概略を示したフローチャートである。
【図５】フリーラン減速／回生制動判定処理のフローチャートである。
【図６】ユーザのスイッチ指令とモータ回転数、バッテリの電圧を示したものである。
【図７】掃除機のスイッチを監視し、フリーラン減速／回生制動を効率的に使用する動作チャート例（１）である。
【図８】掃除機のスイッチを監視し、フリーラン減速／回生制動を効率的に使用する動作チャート例（２）である。
【図９】フリーラン減速／回生制動の切換条件として、バッテリ電圧を用いた場合の動作チャート例である。
【図１０】フリーラン減速／回生制動の切換条件として、モータの回転数を用いた場合の動作チャート例である。
【図１１】モータ制御装置の基本構成図の２例目である。
【図１２】インバータ制御回路のブロック構成図の２例目である。
【符号の説明】
１００…充電池、１０１…平滑コンデンサ、１０２…ファン、１０３…モータ、１０４…インバータ回路、１０５…インバータ駆動ドライバ、１０６…マイコン、１０７…電圧検知手段、１０８…ホールＩＣ（又はホール素子）、１０９…スイッチ信号生成部、１１０…磁極位置情報、１１１…スイッチ信号、１１２…電源電圧値、１２０…フリーラン減速／回生制動判定処理、１２１…速度指令演算部、１２２…ＰＷＭ出力演算部、１２３…速度演算処理部、２００…電流検出手段、２０１…電流検知手段、２０２…直流電流情報、２２０…相電流再現処理部、２２１…ＰＷＭ出力演算、２２２…モータ定数群、４００…停止・待機処理、４０１…掃除機スイッチ入判断処理、４０２…動作周波数指令処理、４０３…掃除機スイッチ切判断処理、４０４…モータ制御処理、４０５…フリーラン減速／回生制動判定、５００…ユーザ操作履歴確認処理、５０１…スイッチ入切記録、５０２…ユーザ操作判断処理、５０３…回転数判断処理、５０４…バッテリ電圧判断処理、５０５…フリーラン減速設定処理、５０６…回生制動設定処理、５０７…ユーザ操作履歴記録処理。
【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】
2004242887.tif 000010
【図９】
2004242887.tif 000011
【図１０】
2004242887.tif 000012
【図１１】
2004242887.tif 000013
【図１２】
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