(57)【要約】【課題】電動送風機の負担を軽減し電源電力の浪費を抑制し得る充電式電気掃除機を提供する。【解決手段】充電式電気掃除機１は、集塵室３に吸込負圧を作用させる電動送風機４に供給される駆動電流のデューティ比を可変とする制御手段１６を備える。制御手段１６は、電動送風機４に供給される駆動電流を検出する電流検知手段１３で検出された検出電流値に基づいて、駆動電流のデューティ比を増大する。また、制御手段１６は、前記デューティ比が所定の値に達した後、駆動電流値が閾値Ｉ２より低下したとき、電動送風機４に供給される駆動電流の値を設定値Ｉ４まで低減させる。【選択図】　図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
集塵室に吸込負圧を作用させる電動送風機と、該電動送風機に駆動電流を供給するための充電可能な電源と、前記駆動電流を検出する電流検知手段と、該電流検知手段により検出された検出電流に基づいて前記駆動電流のデューティ比を制御することにより前記電動送風機に供給される駆動電流が一定となるように制御する制御手段とを備える充電式電気掃除機であって、
前記制御手段は、前記デューティ比が所定の値に達した後前記電流検知手段により検出された電流値が閾値より低下したとき、前記電動送風機に供給される駆動電流の値を設定値まで低減させることを特徴とする充電式電気掃除機。
【請求項２】
前記制御手段は、前記検出電流値が閾値以下の値で所定時間以上継続したとき、前記電動送風機に供給される駆動電流の値を前記設定値まで低減させることを特徴とする請求項１に記載の充電式電気掃除機。
【請求項３】
前記制御手段は、前記電動送風機に供給される駆動電流の値が前記設定値まで低減された状態で所定時間継続したとき、前記電動送風機への駆動電流の供給を停止する請求項１に記載の充電式電気掃除機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、集塵室へ吸気負圧を作用させる電動送風機の電源として、２次電池のような充電可能な電源を用いた充電式電気掃除機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の充電式電気掃除機としては、電動送風機を駆動するパルス状の駆動電流のデューティ比を制御回路により制御して、電動送風機の駆動電流を一定値に制御するようにしたものが知られている。
【０００３】
この制御回路は、電池の電圧が減少し始めあるいは集塵室のゴミ詰まりにより集塵室への吸い込み風量が低減し始めると、駆動電流の低減を防止するために、該駆動電流のデューティ比を例えば５０％から増大させる。その結果、デューティ比が予め設定された例えば１００％に達するまでは、電池の電圧低下や集塵室の目詰まり等に拘わらず電動送風機に供給される駆動電流の低減が防止され、これにより吸い込み性能の低下が防止される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、デューティ比が設定値に達した後、集塵室にゴミが溜まった状態で使用され続けると、ゴミの吸い込みに伴って吸い込み風量が減少することから、さらにゴミを吸い込む力は弱くなり、掃除ができない状態になる。この状態では、電動送風機に掛かる負担は大きくなり、また電池の電力が無駄に消耗されることになる。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、電動送風機の負担を軽減し電源電力の無駄な消費を抑制し得る充電式電気掃除機を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、集塵室に吸込負圧を作用させる電動送風機と、該電動送風機に駆動電流を供給するための充電可能な電源と、前記駆動電流を検出する電流検知手段と、該電流検知手段により検出された検出電流に基づいて前記駆動電流のデューティ比を制御することにより前記電動送風機に供給される駆動電流が一定となるように制御する制御手段とを備える充電式電気掃除機であって、前記制御手段は、前記デューティ比が所定の値に達した後前記電流検知手段により検出された電流値が閾値より低下したとき、前記電動送風機に供給される駆動電流の値を設定値まで低減させることを特徴とする。
【０００７】
【実施の形態】
以下、本発明に係る電気掃除機の実施の形態を図面に沿って説明する。
［第１実施形態］
本発明に係る充電式電気掃除機１は、図１に示すように、掃除機本体２を備える。掃除機本体２内には、集塵室３と、集塵室３に負圧を作用させる電動送風機４と、この電動送風機４に電力を供給する２次電池（電源）５とが設けられている。電動送風機４は、集塵室３に連通する吸込口４ａと、遠心ファン４ｂと、該遠心ファン４ｂを駆動する直流モータ４ｃとを有する。集塵室３には、集塵フィルタ（図示せず）が着脱自在に装着されている。
【０００８】
掃除機本体２の前部にはホース６の一端が接続され、ホース６と集塵室３とが連通している。ホース６の他端には操作パイプ７が接続され、この操作パイプ７には手元操作手段８が設けられている。手元操作手段８には、後述する制御手段を介して電動送風機４の動作を制御するためのオン・オフ手元操作スイッチＳＷ１、強弱切替手元スイッチＳＷ２，ＳＷ３が設けられている。操作パイプ７には延長管９が接続され、延長管９の先端部には吸込口体１０が接続されている。
【０００９】
また、掃除機本体２内には、図２に示すように電動送風機４のための制御装置１１が設けられている。制御装置１１は、バッテリ５の電力から電動送風機４を駆動するための矩形パルス状の駆動電流を生成する駆動回路１２と、電動送風機４に供給される駆動電流を検出する電流検知回路からなる電流検知手段１３と、定電圧回路１４により動作される例えばＣＰＵなどからなる演算制御回路１５とを備える。
【００１０】
この演算制御回路１５は、手元操作手段８に設けられた各手元スイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３の操作および電流検知手段１３からの検出電流値に基づいて駆動回路１２を制御し、これにより駆動回路１２から電動送風機４に供給される駆動電流のデューティ比が制御される。従って、演算制御回路１５は、駆動回路１２と共に、電動送風機４のための制御手段１６を構成する。
【００１１】
次に、充電式電気掃除機１の動作を説明する。オン・オフ操作スイッチＳＷ１のオン操作により、演算制御回路１５にオン信号が入力すると、強弱切替手元スイッチＳＷ１、ＳＷ２により設定されたパワーで電動送風機４を始動するように駆動回路１２が所定のデューティー比の矩形パルス状の駆動電流を出力し、該駆動電流が電動送風機４に入力される。この駆動パルス電流により、電動送風機４は選択された強弱切替手元操作スイッチＳＷ２、ＳＷ３に応じた所定のパワーで駆動される。電動送風機４が駆動されると、そのパワーに応じた吸込口４ａの吸引負圧が集塵室３に作用することにより、吸込口体１０から集塵室３にゴミの吸引が開始される。
【００１２】
このスイッチ操作による電動送風機４の始動により、図３に示すフローチャートの各ステップが開示される。
【００１３】
ステップＳ１：　電動送風機４に駆動パルス電流が供給され始めると、電流検知手段１３によりこの駆動パルス電流の値が検知される。
【００１４】
ステップＳ２：　演算制御回路１５は、この検出電流値からバッテリ５に十分な電力が保持されているか否かを判定する。
【００１５】
電動送風機４の運転に十分な電力がバッテリ５に保持されておらず、このバッテリ５に充電が必要となるほどにその電池残留量が低下している場合、バッテリ５から電動送風機４への給電後に検出電流値が急激に減少する。検出電流値にこのような急激な減少が見られた場合、ステップＳ７に移行する。他方、検出電流値にこのような急激な減少が見られない場合、電動送風機４は、充電式電気掃除機１が通常の吸引動作を維持するように、ステップＳ３に移行し、運転を継続する。
【００１６】
ステップＳ３：　充電式電気掃除機１の運転の継続により、集塵室３に溜まるゴミすなわち塵埃の量が増加し、これに伴い集塵室３の前記フィルタに目詰まりが進行すると、集塵室３内の負圧が大きくなる。この負圧の増大に伴い電動送風機４の回転速度が高まると、電動送風機４に生じる逆起電力が増大する。この逆起電力は、駆動回路１２から電動送風機４に供給される駆動電流の減少を引き起こす。この駆動電流の減少は電動送風機４のパワーを低下させる原因となる。そこで、ステップＳ３では、演算制御回路１５は、電流検知手段１３からの検出電流値が減少すると、駆動回路１２から電動送風機４に供給される駆動電流の減少量に応じて、そのデューティー比を増大させる。この制御手段１６のフィードバック制御により、デューティー比が予め設定された最大値（たとえば１００％）に達するまでは、電動送風機４への駆動電流値が所定の値に保持されるように制御される。
【００１７】
ステップＳ４：　演算制御回路１５は、現在のデューティー比が最大値に達しているか否かを判定する。
【００１８】
制御手段１６によるステップＳ１〜ステップＳ４のフィードバック制御は、デューティー比が予め設定された最大値に達するまで行われる。
【００１９】
ステップＳ５：　演算制御回路１５はステップＳ４でデューティー比が予め設定された最大値に達したことを検出すると、電流検知手段１３からの検出電流値が予め設定された閾値以下か否かを判定する。この閾値電流としては、充電式電気掃除機１がゴミをほとんど吸い取れない程度のパワーで電動送風機４を駆動し得る値が設定される。
【００２０】
電流検知手段１３からの検出電流値が前記閾値以下となるまで、ステップＳ１〜ステップＳ５が繰り返される。
【００２１】
ステップＳ６：　この検出電流値が前記閾値以下になると、制御手段１６は電動送風機４への駆動電流のデューティ比を設定値まで急激に大きく低減させる。これにより、前記駆動電流の減少をその運転状態の継続による自然な漸減に任せず、例えば電動送風機４が運転を維持できる程度のパワーに積極的に低減させる。
【００２２】
ステップＳ７：　制御手段１６は、ステップＳ６での電動送風機４への駆動電流の急減後、そのパワーダウンでの運転状態が所定時間、例えば３分間継続したか否かを判定する。また、制御手段１６は、充電式電気掃除機１の始動直後に、ステップＳ２で急激な駆動電流値の減少が検知され、これによりバッテリ５の電池残留量が低下していると判定されるとき、その運転状態が所定時間経過したか否かを判定する。
【００２３】
ステップＳ８：　制御手段１６は、ステップＳ６での駆動電流の急減によるパワーダウンでの運転が所定時間を経過すると、電動送風機４への駆動電流のデューティ比を零とすることにより、電動送風機４の動作を停止させる。
【００２４】
また、制御手段１６は、ステップＳ２でバッテリ５に充電が必要となるほどにその電池残留量が低下していると判定され、その運転状態が所定時間を経過すると、電動送風機４の運転を停止させる。
【００２５】
図４は、充電式電気掃除機１の集塵室３への吸い込み風量（Ｑ）と電動送風機４に供給される駆動電流（Ｉ）との関係を示すグラフである。このグラフの特性線１７上の点ａで充電式電気掃除機１の動作が開始された後、デューティー比が設定された最大値に達する点ｂの時点までは、集塵室３に溜まるゴミの量の増加に伴い吸込口４ａの吸引負圧は減少し、それに伴い吸い込み風量はＱ１からＱ２に減少するが、ステップＳ１〜ステップＳ４の反復により、電動送風機４への駆動電流の減少に応じてそのデューティー比が増大されることから、この駆動電流の値は所定の値Ｉ１に保持される。従って、点ａ〜点ｂに至る領域Ｘでは、一定の駆動電流Ｉ１が電動送風機４に供給されるように制御されることから、充電式電気掃除機１の吸引性能の低下が防止される。
【００２６】
しかしながら、ステップＳ４でデューティー比が設定された最大値に達したと判定されると、その後の継続運転では、電動送風機４への駆動電流のデューティ比を増大させることはできず、この駆動電流を増大させることができないので、点ｂから点ｃの間の領域Ｙでは、吸い込み風量がＱ２からＱ３に減少し、この吸い込み風量の減少に伴って駆動電流がＩ１からＩ２に減少する。
【００２７】
電動送風機４に供給される駆動電流の値は、ステップＳ５で説明したとおり、電流検知手段１３からの検出電流により検知されており、充電式電気掃除機１がゴミを殆ど吸い取ることができない吸い込み風量Ｑ３に対応する点ｃで示す閾値Ｉ２になると、ステップＳ６で説明したように、電動送風機４に供給される駆動電流は点ｄで示される設定値Ｉ４まで、急激にしかも大きく減少され、電動送風機４はその運転を保持する電流値Ｉ４〜Ｉ５程度にパワーダウンが図られる。このパワーダウン運転が点ｄ〜点ｆで示される領域Ｚで行われ、この領域Ｚでのパワーダウン運転がステップＳ７で説明したように所定時間継続した後、駆動電流Ｉ５は零となり、電動送風機４はステップＳ８で説明したように停止される。
【００２８】
実施の形態１に示した充電式電気掃除機１では、電動送風機４に供給される駆動電流のデューティ比が最大値に設定される点ｂ以降の運転状態で、駆動電流が点ｂで示された値Ｉ１から点ｃで示した吸引力を殆ど発揮しない閾値Ｉ２に低下すると、電動送風機４に流れる駆動電流が点ｄで示す値Ｉ４に急激に大きく低減し、その後、駆動電流の供給が停止される。
【００２９】
従来の充電式電気掃除機では、電動送風機に供給される駆動電流は、デューティ比が最大値に設定される点ｂ以降の運転状態では、駆動電流が制御を受けることはなく、この駆動電流は点ｂの電流値Ｉ１から吸い込み風量が零になる電流値Ｉ３に至る点ｅまでの線分ｂ−ｅに沿って、電動送風機４の運転状態の継続に伴う自然な漸減に任せていた。そのため、従来の充電式電気掃除機では、点ｃからスイッチのオフ操作による停止に至るまで、電動送風機に無駄な負担が掛かると共に、吸引力を発揮しない状態でバッテリの浪費が生じていた。
【００３０】
これに対し、本発明の実施の形態１では、前記したように、電動送風機４に供給される駆動電流は、充電式電気掃除機１が吸引力を殆ど発揮し得ない点ｃの値Ｉ２に低下した時点で、点ｄの設定値Ｉ４に急激に低下するので、点ｄから電動送風機４の停止に至る領域Ｚでの電動送風機４のパワーダウンにより、その負荷の軽減を図ると共に、バッテリ５の浪費が防止される。
【００３１】
また、電動送風機４は、点ｄで示した時点で直ちに停止せず、点ｄの時点から停止に至るパワーダウン運転領域Ｚで、僅かな電力の供給を受ける。充電式電気掃除機１の使用者はこの間の電動送風機４の運転の僅かな気配を感じ取ることにより、充電式電気掃除機１が機械的あるいは電気的な故障ではなく、単なる目詰まり等のトラブルが生じているを知ることができる。
【００３２】
図５は本発明に係るバッテリ５の電池残量（電圧）と充電時間（時間）との充放電特性を示すグラフである。
【００３３】
バッテリ５の特性線１８における電圧Ｖ１および充電時間ｔ１で示す点Ｚ１は、電動送風機４へ供給される駆動電流が図４の点ｃに達した時に点ｄで示す値Ｉ４に駆動電流が低減され、時間Ｔの間、低減された駆動電流Ｉ４〜Ｉ５が供給され続けたときのバッテリ５の電池残留量を示す。これに対し、電圧Ｖ２および充電時間ｔ２で示す点Ｚ２は、点ｃに達したとき、点ｄで示す値Ｉ４に駆動電流を低減させることなく従来におけると同様に、線分ｃ−ｅに沿って駆動電流Ｉ２〜Ｉ３を時間Ｔの間、供給し続けたときのバッテリ５の電池の残留量を示す。
【００３４】
これらの電池残留量Ｚ１、Ｚ２は、いずれも電池寿命の低下を引き起こす電圧Ｖ３および充電時間ｔ３で示す点Ｚ３の電池残量よりも多くなるように設定されている。この両電池残留量Ｚ１、Ｚ２の比較では、本願による電池残留量Ｚ１は、時間Ｔ経過後の従来の電池残量Ｚ２よりも大きな値を示す。そのため、バッテリ５の充電時間の短縮化を図ることができると共に、電池の寿命低下を引き起こす点Ｚ３迄の時間を従来に比較して長く設定することができるので、バッテリ５の寿命の低下を抑制することができる。
【００３５】
〈実施の形態２〉
実施の形態１では、制御手段１６は電流検知手段１３からの検出電流値が予め設定された閾値Ｉ２以下であると判定すると（ステップＳ５）、電動送風機４をパワーダウンさせるべく直ちにステップＳ６で駆動電流値を低減させた。
【００３６】
これに対し、実施の形態２では、図６に示すように、電流検知手段１３からの検出電流値が予め設定された閾値Ｉ２以下であると判定されると（ステップＳ５）、制御手段１６は駆動電流が閾値Ｉ２以下となった後、この閾値以下の状態が所定時間、例えば５秒〜１０秒の間保持されたか否かを判定する（ステップＳ５１）。駆動電流が、この所定時間を超えて閾値以下に継続されると、ステップＳ６で実施の形態１におけると同様に、駆動電流の値が設定値Ｉ４に低減され、この駆動電流の低減により、電動送風機４はパワーダウンされ、このパワーダウン状態で電動送風機４の運転を所定時間維持した後に電動送風機４が停止される。
【００３７】
このように、ステップＳ５１で、駆動電流の値が閾値Ｉ２以下となる状態が所定時間経過したか否かを判定することにより、例えば紙片のような異物が誤って吸込口体１０の吸込口に吸い付き、そのために駆動電流が一時的に閾値Ｉ２以下低減しても、この異物を取り除くことにより、駆動電流を低減前の値すなわち閾値Ｉ２を越える値に復帰させることができるので、このような異物の吸い込みによる頻繁な誤動作を防止することができ、使い勝手の向上を図ることが可能となる。
【００３８】
また、本発明に係る充電式電気掃除機の実施の形態１および２では、電流検知手段１３からの検出電流値が予め設定された閾値Ｉ２よりも低下した後、電動送風機４に供給される駆動電流の値を設定値Ｉ４に大きく低減させることにより、電動送風機４をパワーダウンの運転状態を経てこれを停止させた。
【００３９】
他方、電動送風機４を停止させることなく、バッテリ５の電力が続く限り電動送風機４をパワーダウンの運転状態におくことができる。
【００４０】
しかしながら、パワーダウン運転を継続すると、集塵室３への吸い込み風量（Ｑ）が零もしくはこれに近い状態が維持される状況が生じ得る。このような状況下で電動送風機４が駆動電流の供給を受け続けると、電動送風機４に部分的短絡であるレアショート（ｌａｙｅｒ　ｓｈｏｒｔ）を生じるおそれがある。
【００４１】
そのため、実施の形態１および２で示したとおり、レアショートを確実に防止する上で、電流検知手段１３からの検出電流値が予め設定された閾値Ｉ２よりも低下したとき、所定時間の経過後に電動送風機４への駆動電流の供給を停止することが望ましい。また、停止に至る前のパワーダウン運転の継続時間は、考え得る最も過酷な状況下、例えばバッテリ５の電圧が最も高くかつ環境温度が想定し得る最も高い環境温度下でレアショートを生じない設定時間よりも短い時間が採用される。
【００４２】
本発明の実施の形態では、充電式掃除機１は、集塵室３に吸込負圧を作用させる電動送風機４と、該電動送風機４に駆動電流を供給するための充電可能な電源（バッテリ）５と、駆動電流を検出する電流検知手段１３と、該電流検知手段１３により検出された検出電流に基づいて駆動電流のデューティ比を制御することにより電動送風機４に供給される駆動電流が一定（Ｉ１）となるように制御する制御手段（駆動回路１２、演算制御回路１５）１６とを備える。制御手段１６は、デューティ比が所定の値に達した後電流検知手段１３により検出された電流値が閾値Ｉ２より低下したとき、電動送風機４に供給される駆動電流の値を設定値Ｉ４まで大きく低減させる。
【００４３】
従って、本発明の実施の形態によれば、充電式電気掃除機１のゴミを吸い取る力が弱くなったとき、電動送風機４に供給される駆動電流を大きく低減させることができるので、この電動送風機４に掛かる負担を軽減し、また電源５の浪費を抑制することができる。また、低減された駆動電流Ｉ４〜Ｉ５での電動送風機４の運転により、使用者は目詰まり等によるトラブルが生じていることを感知することができる。
【００４４】
また、本発明の実施の形態では、制御手段１６は、検出電流値が閾値Ｉ２以下の値で所定時間以上継続したとき、電動送風機４に供給される駆動電流の値を設定値Ｉ４まで大きく低減させる。検出電流値が閾値Ｉ２以下の値になったとき直ちに駆動電流を低減させることなく、所定時間以上継続後に、低減させることより、例えば吸込口体１０への紙片の吸い込みにより駆動電流が一時的に低減しても、この異物を取り除くことにより、通常の吸引状態に復帰させることができるので、このような異物の吸い込みによる頻繁な誤動作を防止することができ、使い勝手が向上する。
【００４５】
また、本発明の実施の形態では、制御手段１６は、電動送風機４に供給される駆動電流の値が設定値Ｉ４まで大きく低減された状態で所定時間継続したとき、電動送風機４への駆動電流の供給を停止する。この駆動電流の供給停止により、吸い込み風量Ｑが零あるいはほぼ零となるような状況下での電動送風機４の運転の継続が防止され、当該状況下での運転の継続により生じるレアショートの発生を確実に防止することができる。
【００４６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、電動送風機に供給される駆動電流のデューティ比が予め設定された所定の値に達した後に駆動電流の値が閾値よりも低下すると、この駆動電流値が急減するので、電動送風機の負荷の軽減を図りかつ電源の浪費を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電気掃除機を概略的に示す斜視図である。
【図２】図１に示した電気掃除機の掃除機本体の電気回路を示すブロック回路図である。
【図３】本発明に係る電気掃除機の実施の形態１の動作を示すフローチャートである。
【図４】本発明に係る電気掃除機の吸い込み風量とその電動送風機に供給される駆動電流との関係を示すグラフである。
【図５】本発明に係るバッテリの充放電特性を示すグラフである。
【図６】本発明に係る電気掃除機の実施の形態２の動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１　充電式電気掃除機
３　集塵室
４　電動送風機
５　（電源）バッテリ
１１　制御装置
１２　駆動回路
１３　電流検知手段
１５　制御回路
１６（１３、１５）　制御手段
【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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