(57)【要約】【課題】電動機の負荷が変化しても効率良く塵埃を吸引し、高調波電流や高調波ノイズを効率よく低減させ、また安価な構成で高調波電流や高調波ノイズを低減することを目的としている。【解決手段】ファンモータ２を商用電源１と閉ループで電気的に接続する駆動手段８と、ファンモータ２を位相制御するため駆動手段８をオン／オフ制御する制御手段９と、ファンモータ２の消費電流を検出する電流検出手段１０を設け、ファンモータ２にかかる負荷が大きくなり消費電流が所定の値より大きくなったら、位相角をさらに小さくなるように位相制御することで、位相角のタイミングで発生する立ち上がり電圧をさらに低くし、ファンモータ２にかかる負荷の変化時でも高調波電流や高調波ノイズを低減できるという効果がある。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ファンモータと、前記ファンモータに供給する電力を位相制御する制御手段と、真空度または風量を検出する検出手段を設け、前記検出手段の検出結果が、所定の風量Ｑｘと吸込口を閉塞しない時の風量Ｑｍとの間のある風量Ｑａより小さくなった場合、前記ファンモータに供給される電力が所定の電力以下となるよう位相制御してなる電気掃除機。
【請求項２】
ファンモータと、前記ファンモータに供給する電力を位相制御する制御手段と、真空度または風量を検出する検出手段を設け、前記検出手段の検出結果が、所定の風量Ｑｘと吸込口を閉塞しない時の風量Ｑｍとの間のある風量Ｑａより小さくなった場合、前記ファンモータに供給される電力が所定の電力以上となるよう位相制御してなる電気掃除機。
【請求項３】
ファンモータと、前記ファンモータに供給する電力を位相制御する制御手段と、真空度または風量を検出する検出手段を設け、前記検出手段の検出結果が、所定の風量Ｑｘと吸込口を閉塞した時の風量Ｑｎとの間のある風量Ｑｂより大きくなった場合、前記ファンモータに供給される電力が所定の電力以下となるよう位相制御してなる電気掃除機。
【請求項４】
ファンモータと、前記ファンモータに供給する電力を位相制御する制御手段と、真空度または風量を検出する検出手段を設け、前記検出手段の検出結果が、所定の風量Ｑｘと吸込口を閉塞した時の風量Ｑｎとの間のある風量Ｑｂより大きくなった場合、前記ファンモータに供給される電力が所定の電力以上となるよう位相制御してなる電気掃除機。
【請求項５】
ファンモータと、前記ファンモータに供給する電力を位相制御する制御手段と、真空度または風量を検出する検出手段を設け、前記検出手段の検出結果が、所定の風量Ｑｘと吸込口を閉塞しない時の風量Ｑｍとの間の風量Ｑａから、所定の風量Ｑｘと吸込口を閉塞した時の風量Ｑｎとの間の風量Ｑｂまでの間となった場合、前記ファンモータに供給される電力が所定の電力以上となるよう位相制御してなる電気掃除機。
【請求項６】
ファンモータと、前記ファンモータに供給する電力を位相制御する制御手段と、真空度または風量を検出する検出手段を設け、前記検出手段の検出結果が、所定の風量Ｑｘと吸込口を閉塞しない時の風量Ｑｍとの間の風量Ｑａから、所定の風量Ｑｘと吸込口を閉塞した時の風量Ｑｎとの間の風量Ｑｂまでの間となった場合、前記ファンモータに供給される電力が所定の電力以下となるよう位相制御してなる電気掃除機。
【請求項７】
所定の風量Ｑｘを吸込仕事率が最大となる風量Ｑｐとしてなる請求項１〜６のいずれか１項に記載の電気掃除機。
【請求項８】
所定の風量Ｑｘを入力が最大となる風量Ｑｉとしてなる請求項１〜６のいずれか１項に記載の電気掃除機。
【請求項９】
所定の風量Ｑｘを、吸込口を閉塞しない時の入力と吸込口を閉塞した時の入力との和の１／２入力の風量Ｑｒとしてなる請求項１〜６のいずれか１項に記載の電気掃除機。
【請求項１０】
検出手段をファンモータに流れる電流を検出する電流検出手段で構成してなる請求項１〜９のいずれか１項に記載の電気掃除機。
【請求項１１】
検出手段をファンモータの真空度を検出する真空度検出手段で構成してなる請求項１〜９のいずれか１項に記載の電気掃除機。
【請求項１２】
検出手段をファンモータの回転数を検出する回転数検出手段で構成してなる請求項１〜９のいずれか１項に記載の電気掃除機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気掃除機のファンモータの入力制御、ファンモータから発生する高調波電流、高調波ノイズを低減する高調波電流制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の電気掃除機の制御回路を図８、図９を用いて説明する。
【０００３】
図８は制御回路図で、商用電源１で駆動されるファンモータ２のステーターより複数個の中間タップを出し、タップ出しモータ３を構成している。可変抵抗器４で設定した抵抗値は入力コントローラー５で認識され、抵抗値に応じてファンモータ２の位相制御を行ない、入力をコントロールする。タップ切り替えを行なうため第１の切り替えスイッチ６と第２の切り替えスイッチ７があり、両スイッチの切り替えは連動している。第１の切り替えスイッチ６がａ側のときは第２の切り替えスイッチ７がｃ側に設定され、最大入力以外のタップが選択されているものとし、第１の切り替えスイッチ６がｂ側のときは第２の切り替えスイッチ７がｄ側に設定され、最大入力のタップが選択されているものとする。
【０００４】
第１の切り替えスイッチ６がａ側、第２の切り替えスイッチ７がｃ側に設定される場合は、最大入力以外のタップが選択されているので、入力コントローラ５が商用電源１、ファンモータ２と閉ループで接続され、ファンモータ２を入力制御することが可能となっており、第１の切り替えスイッチ６がｂ側、第２の切り替えスイッチ７がｄ側に設定される場合は、最大入力のタップが選択されており、入力コントローラ５が前記閉ループの中に取り込まれず、ファンモータ２を位相制御しない構成をとっている。
【０００５】
図９は、ファンモータ２を位相制御する際の入力波形図である。図６のｅのタイミングで通電開始され、交流電圧がオンしている。ｅで急峻に電圧がオンになり、このとき高調波ノイズが発生する。
【０００６】
最大入力のタップが選択されていないときは、位相制御でファンモータ２の入力を制御し、最大入力のタップが選択されているときは、ファンモータ２の位相制御を止め、交流電圧を全導通でファンモータ２に入力し、高調波ノイズを低減する構成をとっていた（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
【特許文献１】
特開平７−６７８１６号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、タップ出しモータは高調波成分を含まないが、機構が複雑で大きくなるとともに高価なものとなる。
【０００９】
また、従来の位相制御方式のように、単にある位相で入力を制御するだけでは、設定入力によっては電流の高調波成分が大きく発生し、そのまま出力されてしまうという課題があった。
【００１０】
本発明は上記課題を解決するもので、電動機の負荷が変化しても効率良く塵埃を吸引し、高調波電流や高調波ノイズを効率よく低減させ、また安価な構成で高調波電流や高調波ノイズを低減することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明は、ファンモータと、前記ファンモータに供給する電力を位相制御する制御手段と、真空度または風量を検出する検出手段を設け、前記検出手段の検出結果が、所定の風量Ｑｘと吸込口を閉塞しない時の風量Ｑｍとの間のある風量Ｑａより小さくなった場合、前記ファンモータに供給される電力が所定の電力以下となるよう位相制御することで、通常使用状態では、運転音の低減と共に高調波電流の低減もできる掃除機を安価に提供できる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１記載の発明は、ファンモータと、前記ファンモータに供給する電力を位相制御する制御手段と、真空度または風量を検出する検出手段を設け、前記検出手段の検出結果が、所定の風量Ｑｘと吸込口を閉塞しない時の風量Ｑｍとの間のある風量Ｑａより小さくなった場合、前記ファンモータに供給される電力が所定の電力以下となるよう位相制御しているので、実使用時の吸引力は確保しつつ、高調波電流の低減を図っている。
【００１３】
本発明の請求項２記載の発明は、ファンモータと、前記ファンモータに供給する電力を位相制御する制御手段と、真空度または風量を検出する検出手段を設け、前記検出手段の検出結果が、所定の風量Ｑｘと吸込口を閉塞しない時の風量Ｑｍとの間のある風量Ｑａより小さくなった場合、前記ファンモータに供給される電力が所定の電力以上となるよう位相制御しているので、ごみがダスト室内に溜まってきても吸引力を確保しつつ、高調波電流の低減を図っている。
【００１４】
本発明の請求項３記載の発明は、ファンモータと、前記ファンモータに供給する電力を位相制御する制御手段と、真空度または風量を検出する検出手段を設け、前記検出手段の検出結果が、所定の風量Ｑｘと吸込口を閉塞した時の風量Ｑｎとの間のある風量Ｑｂより大きくなった場合、前記ファンモータに供給される電力が所定の電力以下となるよう位相制御しているので、実使用時の吸引力は確保しつつ、高調波電流の低減を図っている。
【００１５】
本発明の請求項４記載の発明は、ファンモータと、前記ファンモータに供給する電力を位相制御する制御手段と、真空度または風量を検出する検出手段を設け、前記検出手段の検出結果が、所定の風量Ｑｘと吸込口を閉塞した時の風量Ｑｎとの間のある風量Ｑｂより大きくなった場合、前記ファンモータに供給される電力が所定の電力以上となるよう位相制御ごみがダスト室内に溜まってきても吸引力を確保しつつ、高調波電流の低減を図っている。
【００１６】
本発明の請求項５記載の発明は、ファンモータと、前記ファンモータに供給する電力を位相制御する制御手段と、真空度または風量を検出する検出手段を設け、前記検出手段の検出結果が、所定の風量Ｑｘと吸込口を閉塞しない時の風量Ｑｍとの間の風量Ｑａから、所定の風量Ｑｘと吸込口を閉塞した時の風量Ｑｎとの間の風量Ｑｂまでの間となった場合、前記ファンモータに供給される電力が所定の電力以上となるよう位相制御しているので、一番ごみを吸引する風量域でより強力にごみを吸引するとともに、高調波電流の低減を図っている。
【００１７】
本発明の請求項６記載の発明は、ファンモータと、前記ファンモータに供給する電力を位相制御する制御手段と、真空度または風量を検出する検出手段を設け、前記検出手段の検出結果が、所定の風量Ｑｘと吸込口を閉塞しない時の風量Ｑｍとの間の風量Ｑａから、所定の風量Ｑｘと吸込口を閉塞した時の風量Ｑｎとの間の風量Ｑｂまでの間となった場合、前記ファンモータに供給される電力が所定の電力以下となるよう位相制御しているので、吸込仕事率が高くなる風量域で入力を抑えつつ確実にごみを吸引し消費電力を抑制し、高調波電流の低減を図っている。
【００１８】
本発明の請求項７記載の発明は、所定の風量Ｑｘを吸込仕事率が最大となる風量Ｑｐとしたことで、より確実にごみ取れ量を確保できる。
【００１９】
本発明の請求項８記載の発明は、所定の風量Ｑｘを入力が最大となる風量Ｑｉとしたことで、より確実に入力制御、高調波電流の抑制が図れる。
【００２０】
本発明の請求項９記載の発明は、所定の風量Ｑｘを、吸込口を閉塞しない時の入力と吸込口を閉塞した時の入力との和の１／２入力の風量Ｑｒとしたので、より実使用状態にあった風量での入力制御、高調波電流の抑制が図れる。
【００２１】
本発明の請求項１０記載の発明は、検出手段をファンモータに流れる電流を検出する電流検出手段で構成しているので、入力を確実に検出することができる。
【００２２】
本発明の請求項１１記載の発明は、検出手段をファンモータの真空度を検出する真空度検出手段で構成しているので、ファンモータの仕事率に応じて風量を検出できる。
【００２３】
本発明の請求項１２記載の発明は、検出手段をファンモータの回転数を検出する回転数検出手段で構成しているので、より確実に風量を検出できる。
【００２４】
【実施例】
以下、本発明の一実施例を図１〜図７を用いて説明する。
【００２５】
図１は制御構成図で、１は商用電源、２はダスト室に塵埃を吸引する空気の流れを発生させるファンモータ、８は前記ファンモータ２を駆動する駆動手段、９は前記ファンモータ２を位相制御する制御手段９、１０はファンモータ２に供給する電流を検出する電流検出手段１０である。図２は風量とダスト室内のごみ量との特性図である。図３は位相角と高調波電流との特性図である。図４は所定の風量Ｑｘと開放風量Ｑｍとの間のある風量Ｑａ以下で入力を低減する場合のファンモータ２に供給する電力と電流の風量に対する特性図である。図５はある風量Ｑａ以下で入力アップする場合のファンモータ２に供給する電力と電流の風量に対する特性図である。
【００２６】
本発明で高調波電流を低減させる目標の一例として、ヨーロッパのＩＥＣ規格のクラスＡを適用する。ＩＥＣ規格のクラスＡでは、第２次高調波電流値から第４０次高調波電流値まで、それぞれに規格上限値が設定されている。一般に低次高調波電流値は高い値になりやすく、高次高調波電流値は低い値になりやすい。
【００２７】
ここでは第３次高調波電流値を取り上げる。第３次高調波電流値の規格上限値は５．２９アンペアである。吸込仕事率最大の風量Ｑｐの近傍に於いて、第３次高調波電流値を５．２９アンペアより小さくすることを目標とする。
【００２８】
図３に於いて、双方向性サイリスタ８の位相点弧角がＲ２からＲ４の範囲で、第３次高調波電流値が５．２９アンペアより大きくなるものとする。Ｒ２とＲ４の間のＲ３が９０度位相となり、第３次高調波電流値が最も高くなる。
【００２９】
ファンモータ２は風量が大きいときは負荷が大きいので、供給電流も大きくなり、風量が小さいときは負荷が小さいので、供給電流も小さくなる。
【００３０】
近年、掃除機の集塵方式は、大きくごみ袋なしのタイプとごみ袋ありのタイプに大別できる。これら方式の違いによりダスト室に溜まるごみ量と吸引風量との関係が異なる。そのパターンを図２に示す。例えば、ごみを捨てて頂くところまでごみが溜まった時の風量をＱｄとすると、図２（ａ）は、ごみ袋なしタイプで、開放風量Ｑｍに近い風量でほとんどごみが溜まり、最大仕事率風量Ｑｐより大きい風量となっている。図２（ｂ）は、ごみ袋ありタイプで、閉塞風量Ｑｎに近い風量までごみが溜まらず、最大仕事率風量Ｑｐより小さい風量となっている。
【００３１】
さらに、吸引力の制御方式では、開放風量Ｑｍでの入力Ｗｍが最大仕事率風量Ｑｐでの入力Ｗｐより低くなるよう制御するハイカットタイプと何も制御しないタイプとに大別でき、ハイカットタイプでは吸込仕事率風量Ｑｐ近傍で最大入力となるため、さらに風量を絞ってくるとファンモータ２の発熱が大きくなり、入力を抑えて発熱を防いでやる必要がある。また、制御なしタイプは、小さい風量では吸引力が弱く、より安定してごみを吸引できるように、入力を上げてやる必要がある。これら掃除機の方式に応じて入力を制御する方式を変える必要があり、それぞれの制御方式を以下に記す。
【００３２】
図４にごみ袋なしでハイカットタイプの場合を示す。吸込口（図示せず）を閉塞しない時の風量Ｑｍのときのファンモータ２に供給する電力はＷｍ電流はＩｍとし、吸込口を徐々に閉塞していき、風量ＱｍとＱｐの間の風量Ｑａより小さい風量Ｑｃとなったとき電力をＷｃからＷ１に下げるものとする。風量がＱｃになる直前までの位相点弧角はＲ４で、電力はＷｃ電流はＩｃである。風量がＱｃになったら位相点弧角をＲ４よりＲ５に変更し、電力はＷｃからＷ１に、電流はＩｃからＩ１にそれぞれ低下する。
【００３３】
図５ではごみ袋なしで制御なしタイプの場合を示す。吸込口（図示せず）を閉塞しない時の風量Ｑｍのときのファンモータ２に供給する電力はＷｍ電流はＩｍとし、吸込口を徐々に閉塞していき、風量ＱｍとＱｐの間の風量Ｑａより小さいＱｃとなったとき電力をＷｃからＷ２に上げるものとする。風量がＱｃになる直前までの位相点弧角はＲ４で、電力はＷｃ電流はＩｃである。風量がＱｃになったら位相点弧角をＲ４よりＲ１に変更し、電力ＷｃからＷ２に、電流はＩｃからＩ２にそれぞれ上昇する。
【００３４】
以上の構成による動作は以下の通りである。
【００３５】
まず、吸込口（図示せず）を閉塞しない時の風量Ｑｍのときのファンモータ２に供給する電流はＩｍである。吸込口を徐々に閉塞していき、風量の低下に伴い電流も低下し、電流がＩｃになったとき位相点弧角をＲ４よりＲ５に変更することで、電力はＷｃからＷ１に、電流はＩｃからＩ１にそれぞれ低下する。位相点弧角がＲ４からＲ５に変わったので、ファンモータ２に供給する電力が低下し、ファンモータ２の発熱を抑えることができ、第３次高調波電流値を５．２９アンペアより小さくすることもできる。
【００３６】
また、吸込口を徐々に閉塞していき、風量の低下に伴い電流も低下し、電流がＩｃになったとき位相点弧角をＲ４よりＲ１に変更し、電力ＷｃからＷ２に、電流はＩｃからＩ２にそれぞれ上昇する。位相点弧角がＲ４からＲ１に変わったので、ファンモータ２に供給する電力が上昇し、集塵力を向上することができ、第３次高調波電流値を５．２９アンペアより小さくすることもできる。このように、吸引仕事率が最大となる風量Ｑｐと吸込口を閉塞しない時の風量Ｑｍとの間のある風量Ｑａより小さい風量となった場合、ファンモータ２に供給される電力が所定の電力以下となるよう位相制御することで、ファンモータの発熱を抑えつつ高調波電流の低減もできる。
【００３７】
また、吸引仕事率が最大となる風量Ｑｐと吸込口を閉塞しない時の風量Ｑｍとの間のある風量Ｑａより小さい風量となった場合、ファンモータ２に供給される電力が所定の電力以上となるよう位相制御することで、より使用性を高めつつ集塵力の向上と共に高調波電流の低減もできる。
【００３８】
なお、上記の説明では、高調波電流の低減のための電力制御の変更ポイントは位相点弧角Ｒ４であった。そして、位相点弧角Ｒ４のときの風量はＱｐとＱｍの間で、かつＱａより小さいＱｃであった。
【００３９】
なお、上述したように、ごみ袋ありのタイプでは、ごみを捨てて頂くところまでごみが溜まった時の風量Ｑｄは、閉塞風量Ｑｎと最大仕事率風量Ｑｐとの間の風量Ｑｂである。従ってごみ袋ありのタイプでは、高調波電流の低減のための電力制御の変更ポイント風量は、風量はＱｐより小さくなることはいうまでもない。
【００４０】
そして、上述した風量ＱａとＱｂとを合わせて制御することで、より効率よく吸引しながらファンモータ２の発熱を抑え、かつ高調波を抑制できることはいうまでもない。
【００４１】
ファンモータ２は風量が大きいときは負荷が大きいので、供給電流も大きくなり、風量が小さいときは負荷が小さいので、供給電流も小さくなる。つまり、風量と電流の間には相関関係があるため、ファンモータ２に流れる電流を検出することで容易に風量を検出できる。
【００４２】
また、ファンモータ２は風量が大きいときは真空度が低く、吸込口の閉塞により風量が小さくなるときは真空度が高くなる。つまり、風量と真空度の間には相関関係があるので、風量をファンモータ２の真空度を検出することで、精度良く風量を検出できる。
【００４３】
さらに、ファンモータ２は風量が大きいときはファンモータ２の負荷も大きくなるので、回転数が低くなる。また、吸込口の閉塞により風量が小さいときは負荷も小さくなるので、回転数が高くなる。このように、風量をファンモータ２の回転数を検出することで、前記真空度より検出する方法より安価に風量を検出できる。
【００４４】
上述した実施例では、吸込仕事率が最大となる風量Ｑｐを例に説明したが、ハイカットタイプでは、最大電力の風量Ｑｑと前記風量Ｑｐとは、似たような値を示し、制御しないタイプでは、吸込口を閉塞しない時の入力（電力）と吸込口を閉塞した時の入力（電力）の和の１／２の入力（電力）風量Ｑｒと仕事率が最大となる風量Ｑｐは近傍となる。従って、風量Ｑｐで制御しようが、風量Ｑｑまたは風量Ｑｒで制御しようが問題ない。要は仕事率最大風量Ｑｐ近傍で制御できる風量であれば良い。
【００４５】
さらに、風量の検出手段はファンモータ２の電流値からだけでなく、回転数や真空度から求めても良い。要は風量を直接、あるいはまたは間接的に検出できる方式であれば良い。
【００４６】
ところが、通常の掃除機にはファンモータ２の入力を使用者が設定できるポジション（図示せず）が設定されている。例えば、図６に示すように３つの入力を選択できる掃除機の場合では、風量に対する入力の特性も３種類発生する。そして、図７に示すように３つの入力に応じて吸込仕事率の特性カーブも３種類できる。そして、入力が最大となるポジション同様、他のポジションでも上述したように、風量に応じて入力を制御できる。すなわち吸込仕事率が最大となる風量の開放側或いはまたは閉塞側で入力を上げたり下げたりすることで、よりファンモータ２の発熱を抑えつつ、効率的に掃除を行い、かつ高調波電流を抑制できる。このとき、最大入力のポジションと他のポジションの制御方法は異なっていても問題ない。要はそれぞれのポジションで効率よく吸引し、高調波を抑制できる制御であれば良いことは言うまでも無い。
【００４７】
【発明の効果】
本発明によれば、電動機の負荷が変化しても効率良く塵埃を吸引し、高調波電流や高調波ノイズを効率よく低減させ、また安価な構成で高調波電流や高調波ノイズを低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す電気掃除機の制御構成図
【図２】同電気掃除機の風量とダスト室内のごみ量との特性図
【図３】同電気掃除機の位相角と高調波電流との特性図
【図４】同電気掃除機の所定の風量Ｑｘと開放風量Ｑｍとの間のある風量Ｑａ以下で入力を低減する場合のファンモータ２に供給する電力と電流の風量に対する特性図
【図５】同電気掃除機のある風量Ｑａ以下で入力アップする場合のファンモータ２に供給する電力と電流の風量に対する特性図
【図６】同電気掃除機の３つの入力を選択できる場合の風量に対する入力の特性図
【図７】同電気掃除機の３つの入力に対する吸込仕事率の特性図
【図８】従来の電気掃除機の制御回路図
【図９】同電気掃除機の入力波形図
【符号の説明】
１  商用電源
２  ファンモータ
３  タップ出しモータ
４  可変抵抗器
５  入力コントローラー
６  第１の切り替えスイッチ
７  第２の切り替えスイッチ
８  駆動手段
９  制御手段
１０  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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