(57)【要約】【課題】吸引力をファンモータの位相制御で増減制御する電気掃除機に於いて、位相制御により発生する電源高調波電流の低減とフリッカの発生防止を行う。【解決手段】位相制御の点弧角の所定基準値に僅かなゆらぎを加えることで、電源に生ずる高調波の発生周波数を分散させるようにしてモータの制御を行い、電気掃除機の吸引力を高出力にして円滑に制御して、高性能な電気掃除機とすることができる。【選択図】図１
2007110858.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源の位相制御により電力制御を行なう電気掃除機において、電源高調波電流成分を、電源周波数の整数倍以外の周波数成分に分散化するように点弧角を変化させる電気掃除機。
【請求項２】
点弧角の所定基準値を設け、前記所定基準値に対して点弧角を大または小に任意に変化させる請求項１記載の電気掃除機。
【請求項３】
点弧角の所定基準値を設け、前記所定基準値に対して点弧角を全波毎に変化させる請求項1記載の電気掃除機。
【請求項４】
点弧角の所定基準値を設け、前記所定基準値に対して点弧角を半波毎に変化させる請求項1記載の電気掃除機。
【請求項５】
点弧角の所定基準値を設け、前記所定基準値に対して点弧角を所定の範囲で変化させる請求項１記載の電気掃除機。
【請求項６】
変化させた点弧角の単位時間当たりの平均角度が略所定基準値となるようにした請求項２から請求項５記載の電気掃除機。
【請求項７】
点弧角の所定基準値を設け、所定基準値に対して点弧角をランダムに変化させる請求項１から請求項６記載の電気掃除機。
【請求項８】
ランダムに変化させるための乱数を最長系列符号から生成する請求項７記載の電気掃除機。
【請求項９】
最長系列符号のビット数を３ビット以上とする請求項８記載の電気掃除機。
【請求項１０】
点弧角を所定基準値に対して予め設定した値に基づいて変化させる請求項１から請求項７記載の電気掃除機。
【請求項１１】
点弧角の所定基準値を設け、前記所定基準値の変化に応じて点弧角の変化させる範囲を変える請求項１から請求項１０記載の電気掃除機。
【請求項１２】
点弧角の所定基準値が０度または１８０度付近では点弧角の変化を停止する請求項２から請求項１１記載の電気掃除機。
【請求項１３】
交流電源の位相制御により電力制御を行なう制御方法において、電源高調波電流成分を、電源周波数の整数倍以外の周波数成分に分散化するように点弧角を変化させる電気掃除機の電力制御方法。
【請求項１４】
電力値を設定するステップと、基準点弧角を設定するステップと、前記基準点弧角に対して揺らがせて点弧角を設定するステップとを備え、前記揺らがせた点弧角の所定回数の半波の平均値は略基準点弧角となることを特徴とした請求項１３記載の電気掃除機の電力制御方法。
【請求項１５】
請求項１３または１４に記載の電力制御方法の全てもしくは一部をコンピュータに実行させるための電気掃除機のプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気掃除機の吸引力を制御するため、ファンモーターの入力電力を増減させる位相制御に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、電気掃除機の吸引力制御は、図１２に示すように、交流電源１にファンモーター２とトライアック３とを直列に接続し、操作部４で使用者が設定した吸引力の目標値を点弧角制御部７が検知し、目標とする吸引力を達成するためのファンモーター２に供給すべき電力を基準電力と定め、この基準電力を得る点弧角を算出していた。５はセンサー部であり延長管の内部に設けられゴミの通過を検知するものである。点弧角制御部７はセンサー部５からの情報により床面のゴミの量を検知し、操作部４で設定された状態とゴミの量から吸引力を適宜増減させる。
【０００３】
さらに、点弧角制御部７はゼロクロス点検出部６で検出した交流電源電圧波形のゼロクロス時点を交流電源サイクルの正または負半波の開始点とし、この開始点から時間計測を始め、上述した制御に必要な基準電力を得る点弧角の時点に至ったときにトライアックを導通させるための点弧信号をトリガー部８へ出力する。
【０００４】
トリガー部８はパルス状の点弧信号を発生してトライアック３に加え、トライアック３を導通（点弧）させる。
【０００５】
このように交流電圧波形の各半波の途中から負荷に電圧を印加するという位相制御方式により負荷に印加する実効電圧を増減し、所望の吸引力を得るように制御していた。
【０００６】
この場合、商用電源から負荷に流れ込む電流波形は正弦波ではなくなり、多くの高調波を含む歪んだ波形になる。一般に正半波（上半波）と負半波（下半波）が同じ点弧角で位相制御された場合、負荷に流れ込む電流は電源周波数の奇数倍の高調波（奇数次高調波）を持つようになる。例えば電源周波数が６０Ｈｚの場合、位相制御されると１８０Ｈｚ、３００Ｈｚ、４２０Ｈｚというような６０Ｈｚ以外の周波数が現れる。また、負荷に供給する電力を増減するために、点弧角を変えて印加する実効電圧を周期的に変化させると、１２０Ｈｚ、２４０Ｈｚ、３６０Ｈｚといった電源周波数の偶数倍の高調波（偶数次高調波）や、さらに、１サイクル毎に点弧角を増減した場合には、３０Ｈｚの奇数次の高調波も現れるようになる。そして、正弦波半波の中央付近で点弧する場合が一番、発生する高調波電流のレベルが高い。
【０００７】
このため他の従来の技術では、簡単な位相制御方式をあえて使わず、構成の複雑な方式を使う方法もある。これは位相制御方式を使わず吸引力を増減するためにファンモーターのステータコイルより複数の中間タップを出し、タップ出しファンモーターを構成するものである（特許文献１参照）。
【０００８】
さらに電気掃除機に限らず、温度や回転数を制御する他の従来技術では、電源高調波電流が奇数次高調波に集中しないように、複数の全波間の点弧角において非対称性を生成することで偶数次高調波を増加させ奇数次高調波を減らすような例もある。例えば目標の供給電力を与える基準点弧角αに対して、実際はαよりも大きい点弧角α’で最初の全波を点弧し、基準点弧角αよりも小さい点弧角α”で次の全波を点弧し、これを繰り返すことで時間平均的に見た場合、負荷に目標の電力を与える方法である。この結果、電源高調波
電流において偶数次高調波を増加させ、代わりに奇数次高調波の低減を実現している（例えば特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平７−６７８１６号公報
【特許文献２】特開平１０−２７１８９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記のようなタップ出しファンモーターは構成が複雑で形状も大きく、また、上記のような位相制御方法でも、まだ、電源周波数の整数倍の周波数において、高いレベルの高調波電流が発生しやすく、同じ商用電源系統につながる他の機器に悪影響を与える場合がある。
【００１０】
従来の位相制御方法の具体的な悪影響としては、次のようなことがあげられる。
高調波電流が多い機器は力率が低い。このため、実際に消費される電力より皮相電力が大きくなるため入力電流が多く流れる。従って電力設備に余裕が必要になる。
また電源は発電所から送電線や変電所・柱上トランスなどを通って各家庭に接続されているが、その電源ラインにはインピーダンスが存在している。そして高調波電流が流れるとそのインピーダンスにより電圧降下が発生し、結果として電源電圧波形が高調波を含んだ波形になる。商用電源に接続して使用される機器は、普通は商用周波数での使用を前提に作られているので、高調波が重畳された電圧波形が印加されると思わぬ不具合につながることがある。
【００１１】
高調波が重畳された電圧波形により電源ラインに接続された機器や配電設備で悪影響を受けた例としては、進相コンデンサに高調波電流が流れて発熱したり、トランスがうなったり、電圧のピーク値が下がってスイッチング電源が正常動作しなくなったりした事例がある。
【００１２】
また、上にも述べたが、電源ラインにはインピーダンスが存在しているため、負荷に供給する電力を増減すると、電圧降下量も変化し、同じ電力線系統の他の機器に印加される電圧も増減する。増減の頻度が多いと他の機器が照明機器である場合には、いわゆるフリッカ現象が起き、照明のちらつきによる不快感を人に与えることになる。人がちらつき感を覚えるのは、明るさの変化度合いにもよるが、明るさの変化頻度がだいたい１秒間に６０回以下になった場合である。
【００１３】
上述の従来の構成の特許文献２の方法で高調波電流レベルを下げるには、大きい点弧角α’と次に続く小さい点弧角α”との差を大きくしなければならない。しかし、この差をあまり大きなものにすると先ほどのフリッカが起こり、人に不快感を与える場合がある。以上のように位相制御でファンモーターに与える電力を制御する場合には、電源高調波電流と同時にフリッカについても考慮する必要があった。
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、電源波形を歪ませる高調波電流の発生が少なく、電源１サイクル毎の電源電圧の変化も少なく、家庭内で使用した際にも同じ電力線系統に接続されたほかの電気機器への影響や照明器具のフリッカが実用上無視できるので、高い吸引能力制御が可能な電気掃除機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
前記従来の課題を解決するために、位相制御に於いて電源周波数の高調波成分を、電源周波数の整数倍以外の周波数成分に分散化するように所定基準点弧角を中心として点弧角を細かくゆらぎ状に変化させ、平均値として所望の基準値点弧角を得て電気掃除機のファンモーターへ供給する電力を制御するようにしたものである。
【００１５】
上記構成で、ファンモータの制御を行うことによって、電気掃除機の吸引能力や吸引性能を向上させることができるうえ、家庭内などで商用電源を用いて給電しても照明機器等にフリッカを生じさせるような悪影響を及ぼすことがない。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の電気掃除機は、位相制御時に発生する電源高調波電流を、電源周波数の整数倍以外の周波数成分に分散化するように所定基準点弧角を中心として点弧角を細かく変化させることにより、位相制御の全ての点弧角において、高調波電流の発生を所定の許容範囲に抑え、高出力で、円滑な吸引力制御をすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
第１の発明は、交流電源の位相制御によりファンモータで吸引力制御を行なう電気掃除機において、電源高調波電流を、前記電源周波数の整数倍以外の周波数成分に分散化するように点弧角を変化させたので、高調波電流の発生レベルを低下させることができる。そして、この構成でファンモーターを制御することによって、高出力で円滑な吸引力を発揮してかつ、照明器具のフリッカの発生を抑えることができる電気掃除機とすることができる。
【００１８】
第２の発明は、特に第１の発明の制御を、点弧角の制御に必要な所定基準値（所定の電力出力における点弧角の基準値を示す）に対して点弧角を大または小に任意に変化させることとした。すなわち、所定基準値に対して、所定基準値以上または以下である大きな角度または小さな角度、または所定基準値に対しての大きさも種々の大きさとした角度となるように任意に点弧角を変化させ、揺らがせることで、点弧角と関連して特異的に発生する高調波電流を電源周波数の整数倍以外の他の周波数成分に容易に分散化でき、各サイクル毎の電源電圧の変化が小さく、フリッカの発生を抑えることができる。
【００１９】
第３の発明は、特に第１の発明の制御を、所定基準値に対して点弧角を全波毎に変化させることとしたことにより、交流波形の正負が上下対象となるため、電源供給側となる柱上トランス等への負荷が軽減できる。また、点弧角と関連して特異的に発生する高調波電流を電源周波数の整数倍以外の他の周波数成分への分散化を迅速に行なうことができ高調波電流を減少させることができる。
【００２０】
第４の発明は、特に第１の発明の制御を、所定基準値に対して点弧角を半波毎に変化させることとしたことにより、点弧角と関連して特異的に発生する高調波電流を電源周波数の整数倍以外の他の周波数成分への分散化を更に迅速に行なうことができる。
【００２１】
第５の発明は、特に第１の発明の制御に、所定基準値に対して点弧角を所定の範囲で変化させることとしたので、点弧角の変化幅が制限されて、隣接するサイクルの電圧降下の変化幅が制限され、フリッカの発生を抑えることができる。
【００２２】
第６の発明は、特に第１の発明から第５の発明の制御に於いて、平均点弧角が略所定基準値になるように点弧角を変化させたので、単位時間あたりの負荷の発生電力に変動が無く円滑な負荷の回転数、温度、ワット等の制御が出来る。平均点弧角については、もちろん所定基準値と同値になることが望ましいが、所定の電力量が得られ、機器の制御に問題がなければ略基準点弧角になるような平均点弧角となるように変化を制御しておけばよく、問題はない。
【００２３】
第７の発明は、特に第１から第６の発明の制御の点弧角を所定基準値に対して変化させる変化幅を所定基準値に対してランダムに変化させることとしたので、点弧角と関連して特異的なパターンで発生する高調波電流に規則性を持たせずに分散化でき、より高調波電
流の減少度を高め、電源電圧の変化にも規則性が現れない。
【００２４】
第８の発明は、特に第７の発明の制御の点弧角を所定基準値に対して変化させる変化幅を所定基準値に対してランダムに変化させるための乱数を最長系列符号から生成することとしたので、制御処理を行うマイクロコンピュータ内部において乱数テーブルを持たなくてもシフトレジスタを基本とする処理で簡単に乱数を生成できる。
【００２５】
第９の発明は、特に第８の発明の制御の最長系列符号を生成するシフトレジスタのビット数を３ビット以上とすることで、乱数の個数を７個以上にでき実質上乱数に近い点弧角の揺らぎを簡単に実現できる。
【００２６】
第１０の発明は、特に第１から第７の発明の制御に、点弧角の変化幅を所定基準値に対して予め設定した複数の変動幅で変化させることとしたので、制御時に変化させる全ての所定基準値での点弧角の高調波電流を試験で確認でき、予期せざる高調波電流の発生を除去できるとともに、点弧角の変化を発生させる回路を簡素化できる。
【００２７】
第１１の発明は、特に第１から第１０の発明の制御を、点弧角の所定基準値の変化に応じて点弧角の変化幅を変えることとしたので、所定基準値が高調波電流の発生の少ない点弧角である時は、照明のフリッカに煩わされる事無く、少ないステップ数と周期で構成する点弧角の変化で高調波電流を分散化し削減できる。
【００２８】
第１２の発明は、特に、第１から第１１の発明の制御で、位相制御の点弧角の所定基準値が０度、１８０度付近では点弧角の変化を停止することとしたので、点弧信号が位相角０度の前へ進みすぎたり、１８０度より遅れて制御され、本来１８０度近辺で点弧されるべきものが点弧しなかったり、本来無点弧であるべきものが反対側の半波で１８０度導通したりする誤点弧を防止できる。
【００２９】
第１３の発明は、交流電源の位相制御により吸引力制御を行なう制御方法において、電源高調波電流成分を、電源周波数の整数倍以外の周波数成分に分散化するように点弧角を変化させる吸引力制御方法であり、高調波電流の発生レベルを低下させ、フリッカ現象の発生を抑えることができる。  
【００３０】
第１４の発明は、第１３の発明において、電力値を設定するステップと、基準点弧角を設定するステップと、前記基準点弧角に対して揺らがせて点弧角を設定するステップとを備え、前記揺らがせた点弧角の所定回数の半波の平均値は略基準点弧角となることを特徴とした吸引力制御方法としたものである。これによって、基準点弧角を揺らがせることにより、高調波電流を分散させることができる。揺らがせる点弧角は、平均点弧角が略基準点弧角になるように、揺らぎ量を予め設定しておいたり、都度算出して設定したりすることによっても、設定可能であり、同様の効果を奏する。
【００３１】
第１５の発明は、第１３または第１４の発明の吸引力制御方法の全てもしくは一部をコンピュータに実行させるためのプログラムである。
そして、プログラムであるので汎用コンピュータやサーバを用いて本発明の電気掃除機の一部あるいは全てを容易に実現することができる。また、記録媒体に記録したり通信回線を用いてプログラムを配信したりすることでプログラムの配布やインストール作業が簡単にできる。
【００３２】
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、本実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
（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、ファンモーターの位相制御により吸引力の増減制御を行う電気掃除機のブロック図を示すものである。電源１、ファンモーター２、トライアック３、操作部４、センサー部５、点弧角制御部６、トリガー部７、ゼロクロス点検出部８は従来例と同一である。本発明ではゆらぎ制御部９を新たに設けた。
【００３３】
本発明では、操作部４で設定した動作モードとセンサー部５のごみセンサーが検知したごみの量から、点弧角制御部６が設定吸引力を生み出すに必要な電力（以下、基準電力という）を点弧角に置き換え、この点弧角を所定基準点弧角としてゆらぎ制御部９に伝える。
ゆらぎ制御部９は、ゼロクロス点検出部８で検出した電源１の電圧波形のゼロボルト時点を半波の開始点とし、この開始点から時間計測を始め、点弧角制御部６から受け取った所定基準点弧角の前後の時点に至ったときにトライアックを導通させるための点弧信号をトリガー部７へ出力する。
【００３４】
ファンモーター２に設けたセンサー部５はファンモーター２の温度、回転数等を電気信号へ変換し、点弧角制御部６へ送る。点弧角制御部６は操作部４の値とセンサー部５の値とを比較して点弧角（以下点弧角の所定基準値という）を決め、ゼロクロス点検出部８から得た電源のゼロクロス点を基準とした点弧角の所定基準値に相当する時間値をゆらぎ制御部９へ出力する。ゆらぎ制御部９は点弧角制御部６から受けた点弧角の所定基準値を中心として電源のサイクル毎に大小に点弧角を変動させゆらぎを加えてトリガー部７へ出力する。点弧角制御部６およびゆらぎ制御部９はマイクロコンピュータ、メモリー等で構成されており、ゆらぎ制御部９のメモリーに設定された変化巾設定データに基づき点弧角を変化させた点弧信号をトリガー部７へ送る。トリガー部７はパルス信号を発生しトライアック３を点弧して位相制御を行なう。
【００３５】
一方、図２は本発明の第１の実施の形態における電気掃除機の外観図である。図２において２０は電気掃除機の本体であり、ダストボックスやファンモータなどが収納されている。２１は蛇腹ホースであり、この先に延長管２２と床ノズル２３が装着され掃除機を構成する。２４は延長管２２の上部に設けられた操作部であり、使用者は把手２５を握りながら親指で操作部２４についているスイッチを操作することで吸引のモードや運転の入切を制御する。
【００３６】
また、操作部２４の先の延長管２２と接合される付近には管の内部にごみセンサーが装備されており、ごみが管の中を通過するときに光をさえぎるような構成にすることによりごみの通過頻度や粒の大きさを検知し、ごみの量を検出する。
【００３７】
図３は本発明の第１の実施の形態における電気掃除機の把手部に設けられた操作部２４の説明図である。３１は電源スイッチを兼ねた強スイッチであり、このスイッチを押すと電気掃除機は最大電力でファンモータ２を駆動する最大電力動作をする。３２は電源スイッチを兼ねたオートスイッチであり、このスイッチを押すと電気掃除機はやや少なめの電力でファンモータ２を駆動し、センサー部５のごみセンサーが検知したごみの量を監視しながらファンモータ２への供給電力を逐次変化させ最適の吸引力で運転するようなオート動作を行う。
【００３８】
つまり、このオート動作時は、センサー部５のごみセンサーがごみを多く検知したときにはファンモータ２への供給電力を増やして吸引力を上げ、ごみをあまり検知しないときにはファンモータ２への供給電力を減じて吸引力を下げ静音と省電力に配慮した掃除を行なう。３３はファンモータを停止させる切スイッチである。また、３４はごみ検知表示部であり、センサー部５のごみセンサーがごみを検知したときに、発光ダイオードなどの表示素子を点灯させて使用者に床に落ちているごみの量を知らせるためのものである。
【００３９】
図４は、ゆらぎ制御部９に与えた電源サイクル毎の点弧位相角の変化を示す図であり、同図の点線で示す点弧角の所定基準値αを中心として各サイクル（全波）毎に異なる変化角度（Δαｎ）だけ変化した点弧角α１、α２、αｎで夫々１サイクル目、２サイクル目、ｎサイクル目の点弧角を変化させている。尚、各サイクルの正負のサイクルの点弧角は同一である。
【００４０】
表１は、ゆらぎ制御部９が点弧角の所定基準値αに与える図４について述べたゆらぎ角度（Δαｎ）のサイクル順の条件表の１例であり、変化角度の最高値をレベル１で±１．１３度、レベル２で±２．２６度、レベル３で±３．４度、レベル４で±４．５３度とし、正と負の最大値間を１５段階に分けて乱数表によりサイクル順に割り当てて変化させた例を示す。
【００４１】
【表１】
2007110858.tif 000003
【００４２】
表１の左段のｎは１から１５まで変わると再び１に戻り、同じゆらぎを繰り返すため、ゆらぎ変化は周期的に同じ変化を繰り返すことになる。
【００４３】
ゆらぎの角度の種類（乱数の個数）は、多いほど偏りのない乱数を得られるが、多すぎるとゆらぎの周期が長くなり、短時間に電源高調波を測定すると測定毎に違った結果が得られるという不具合が起こる。表１において、レベル１の条件では１サイクル目を所定基準値＋１．１３度とし、２サイクル目では所定基準値−０．１６度として以下１５サイクルを１周期として夫々のサイクルでの点弧角を変化させた。なおレベル０はゆらぎ変化を与えないことを示す。
【００４４】
上のように構成された電気掃除機の動作と作用を説明するために、まず、図１における
ファンモータ２の代わりに１２００ワットの電熱負荷を接続した場合について以下説明する。
【００４５】
１２００ワットの電熱負荷において、表１のゆらぎ変化角度表の条件を加えた場合と加えない場合の高調波発生の状況と照明のフリッカの発生を調べた結果を以下述べる。
図５は、点弧角の所定基準値を９０度として、表１のゆらぎ角度表のレベル３の変化を加えて位相制御した時、所定の許容範囲をＪＩＳ  Ｃ６１０００−３−２限度値―高調波電流発生限度値として、これに基づいて行なった実験による第４０次までの電源高調波電流の分布を示す。
【００４６】
同図５に於いて、白色の線は高調波の次数毎のＪＩＳ  Ｃ６１０００−３−２に規定された限度値（以下限度値という）を示し、黒色の線は実測値を示す。
いずれの高調波も限度値を下回り、４０次までの各次数の高調波の限度値と実測値との比率を示す余裕度の内の最少の余裕度は３５．１％を示す良好な結果が得られ、同時に行なった照明器具のフリッカ試験でもフリッカが観測されなかった。
【００４７】
図６は、点弧角の所定基準値を９０度として、ゆらぎ変化なしの時の電源高調波電流の分布を示す。実測値は１３次高調波電流から上の奇数次高調波電流が全て限度値を超過していることで、高調波電流の発生が大きいことを示している。また、同時に行なった照明器具のフリッカ試験ではフリッカが観測されなかった。
【００４８】
図５と図６を比較すると図５では偶数次高調波電流が生じていて、点弧角のゆらぎ変化により高調波電流の分散が生じていると判断できる。
さらに図５では電源周波数の整数倍の周波数の電流成分しか表示されていないが、本発明のように点弧角をランダムにゆらがせると高調波電流の周波数成分は、電源周波数の整数倍以外の周波数にも発生する。
【００４９】
表１におけるゆらぎ変化は周期的に同じ変化を繰り返しており、この繰り返し周波数は本実施の形態の場合は、電源周波数６０Ｈｚの１５分の１の４Ｈｚとなる。実はゆらがせた場合の高調波電流の周波数成分は、乱数が一巡する周期に依存し、乱数が１５個では電源周波数の１５サイクルで一巡するので、電源周波数の整数倍の各周波数を中心に４Ｈｚ間隔で分散される。例えば１８０Ｈｚの３次高調波電流は、揺らがせると１８０Ｈｚを中心に高い方では１８４Ｈｚ、１８８Ｈｚ、１９２Ｈｚ、・・・、低い方では１７６Ｈｚ、１７２Ｈｚ、１６８Ｈｚ、・・・と、電源周波数の整数倍のところにあった高調波電流成分が４Ｈｚ間隔で周囲の周波数に分散され、結果的に高いレベルの高調波電流成分が減少する。
【００５０】
図７は点弧角の所定基準値を９０度として、表１のゆらぎ角度表のレベル３の変化を加えて位相制御した時のフーリエ解析結果である。縦軸は高調波電流レベルの相対値であり、ひずみのない６０Ｈｚの正弦波の振幅を基準の１としたものである。
このように点弧角をゆらがせた場合は、電源周波数６０Ｈｚの奇数倍の各周波数を中心に４Ｈｚ間隔で分散された高調波電流が存在している。
【００５１】
図８は図７との比較のために点弧角の所定基準値を９０度として、＋３．４度と−３．４度の２つの点弧角を１サイクル毎に交番させて位相制御した時のフーリエ解析結果である。電源周波数の２サイクル毎に同じ点弧角が繰り返されるため、３０Ｈｚの奇数倍の周波数のところに高調波電流が存在している。しかもこの３０Ｈｚの奇数倍の高調波電流は９９０Ｈｚから２１３０Ｈｚの周波数において６０Ｈｚの奇数倍の高調波電流レベルよりも高くなっている。さらに、図８の３０Ｈｚの奇数倍の高調波電流は、点弧角をゆらがせた場合の図７の同じ周波数の高調波電流レベルよりもかなり高いレベルの高調波電流とな
っている。さらに付け加えると、乱数の種類を１５個よりも多く、例えば４５個にすると、乱数が一巡する周期が電源周波数の４５サイクルになるため電源周波数６０Ｈｚの４５分の１の１．３３Ｈｚとなり、電源周波数の整数倍のところにあった高調波電流成分がさらに細かい１．３３Ｈｚ間隔で周囲の周波数にさらに細かく分散され、結果的に高いレベルの高調波電流成分がさらに減少することになる。
【００５２】
図９は、点弧角の所定基準値を９０度とし、表１に示すゆらぎ角度変化表のレベル１から４までと、ゆらぎ変化なしの条件（レベル０）での最少余裕率の観測データを示す図である。
【００５３】
最小余裕率は、ゆらぎ変化なしでは−４２％、ゆらぎ変化レベル１では−３０％、レベル２では−０．３％限度値を超えているが、レベル３では３５．１％、レベル４では３６．５％の余裕が生じている。このとき、同時に行なったフリッカの観測ではゆらぎ変化のレベル０からレベル３までは観測されなかったが、レベル４ではわずかにフリッカが観測された。これは、レベル４では変化幅がレベル３よりも大きくなっているが、変化幅が大きくなりすぎるとフリッカ現象を誘引するからである。従って、所定の許容範囲をＪＩＳの基準とした場合に、最少余裕率とフリッカの観測からレベル３のゆらぎ変化で良好な結果を得ることができた。従って、１２００Ｗの電熱負荷に於ける点弧角の所定基準値が９０度の場合のゆらぎ変化はレベル３が最も好ましい値となった。
【００５４】
次に、図１０はゆらぎ変化をレベル３に固定し、点弧角の所定基準値を５５度（発生電力１０００Ｗ）、７４度（発生電力８００Ｗ）、１０４度（発生電力４００Ｗ）、１２４度（発生電力２００Ｗ）に変化させて、高調波電流の発生とフリッカを試験したが、最少余裕度が夫々４５．３％、２７．９％、３５．１％、３１．６％、４０．９％を示しいずれも良好な結果が得られ、フリッカも発生しなかった。
【００５５】
以上は１２００Ｗの電熱負荷を接続した場合の実測結果であるが、電気掃除機のファンモータの場合は、通常、家庭用掃除機のファンモータの最大入力電力が１０００ワット以下であることから、ゆらぎ変化を加えて位相制御した時の電源高調波とフリッカの発生状況は上記電熱負荷の場合に比べて同等かそれ以下と考えてよい。
【００５６】
したがって、上記のゆらぎ変化を加えることで電気掃除機の電源高調波レベルをＪＩＳ
Ｃ６１０００−３−２に規定される限度値以下にすることが容易にでき、また、フリッカの発生も容易に抑えることができる。
【００５７】
また、表１に示すゆらぎ変化角度について更に説明を加えると、所定基準値に対して位相角を大小に変化させているが、これによりゆらぎ変化分の１周期（乱数の１周期）当たりの平均値をゼロとし、ゆらぎ変化の１周期（１５サイクル）毎に所定基準値を実現している。
【００５８】
次に所定基準値に対して位相角を全波毎に変化させているが、正負のサイクルの実効値が異なると電源に直流分を生じさせ、他の電気器具のトランスに磁気飽和などの悪影響を及ぼすのでこれを避ける為である。
【００５９】
しかしながら、ゆらぎ変化の１周期は１５サイクルで構成しているので表１の表には無いが、ゆらぎ変化の最初の１周期と次の１周期で変化の方向を逆にすれば電源に悪影響を及ぼすことも無く半波毎に変化させることも出来、より細かく高調波電流の分散化を行うことが出来る。
【００６０】
更に、表１では所定基準値に対してゆらぎ変化を所定の範囲内で変化させて、高調波電
流の分散化を規制し、照明のフリッカ現象の発生を防いでいる。更に、所定基準値に対してゆらぎ変化の変動幅を予め設定した値に決めている。これは負荷の消費電力が小さくなれば表１のゆらぎ変化角度表より少ないステップ数と少ないゆらぎ変化巾で高調波電流の削減が可能である。更に、ゆらぎ点弧角を決める場合には、図１０に示す様に点弧角が０度又は１８０度へ近づくにつれて、最小余裕度が大きくなる現象があり、概ね点弧角３０度以下と１５０度以上では、同一の点弧角の変動幅に対する電力変化も小さくなるのでフリッカの発生も減少し、ゆらぎ変化の変化巾を小さくしたり、変化ステップを少なくすることができる。更に、点弧角が０度、又は１８０度近辺では変動幅をもうけなくても高調波電流の発生は少なく、点弧角度が０度より進んで点弧の失敗を生じたり、又は１８０度より遅れて逆位相で誤点弧することを防止できる。
【００６１】
本実施の形態の電気掃除機においては、望ましくは、点弧角の所定基準値が０度又は１８０度の±５度以内で制御する場合であれば、変動させなくても、本実施の形態による所定の許容範囲を逸脱することなく、高調波の発生を低減させることが可能となる。
【００６２】
更に、表１に示すゆらぎ変化レベルと周期は、ファンモータの種類とワットの大きさが異なれば、他のゆらぎ変化角度と周期の条件でも高調波電流を限度値以下に削減し、照明器具へのフリッカの発生を防ぐことができるので、表１の条件に制約されることはない。更に、ゆらぎ変化起こすための乱数を表１のような表形式で持たずに最長系列符号で生成するようにすれば、制御をつかさどるマイクロコンピュータの処理も更に簡単に行えるようになる。
【００６３】
更に最長系列符号を３ビット以上とすることで、ゆらぎ変化の１周期を１５サイクルにでき実質上偏りのない乱数を生成できる。
【００６４】
図１１は、本発明の実施の形態１における制御方式を説明するフローチャートであり、繰り返し行なわれる主ループに関してのみ記述している。図９においてＳＴＥＰ１は電源１の電圧波形を観測し電圧がゼロボルトになるゼロクロス点を検出するもので、検出できた場合にはＳＴＥＰ２へ、できなかった場合にはＳＴＥＰ１２へ分岐する。
【００６５】
ＳＴＥＰ２からＳＴＥＰ１１まではゼロクロス点を検出した直後に処理が行なわれるもので、まずＳＴＥＰ２ではタイマーをリセットする。このタイマーはマイクロコンピュータの中のハードウェアで構成されたものであり、プログラムの実行とは独立して一定時間ごと（例えば１マイクロ秒ごと）に計数していくものである。プログラムからはＴｉｍという変数を通じてこのタイマー値を読み出したり、値を設定したりすることができる。
【００６６】
ＳＴＥＰ３はプログラムの中で設定した１５進カウンタ変数Ｃｎｔをインクリメントする。このカウンタは交流電源の全波が何番目の全波かをカウントするためのもので、本実施の形態１では２半波毎に１５進カウンタ変数Ｃｎｔをインクリメントして１５進カウンタとしている。つまり計数値は半波毎のゼロクロス点を検出たびに０、０、１、１、２、２、・・・１３、１３、１４、１４のように３０回検出するまでに、０から１４までカウントアップする。そして２つ目の１４の次は０に戻る。
【００６７】
ＳＴＥＰ４は使用者のスイッチ操作の有無を調べるために操作部４のスイッチのＯＮ／ＯＦＦを読み出すものである。使用者が頻繁に設定を変更してもすぐに追従できるように、ゼロクロス点を検知するたびにスイッチの状態を読むようにしている。
【００６８】
ＳＴＥＰ５はセンサー部５のごみセンサーのごみ信号の値を読み出し、動作モードがオートの時には吸引力の増減を算定する。
【００６９】
ＳＴＥＰ６はＳＴＥＰ５で算定した結果からファンモ−ター２へ供給すべき電力を算出する。オートモード時はごみを検知しなければ、低電力でファンモータを駆動し、ごみを検知するとファンモータに入力する電力を増やし、吸引力を上げるように制御する。このとき、ごみセンサからの信号でごみの多さやごみの大きさが判るのでごみの状態に応じてて吸引力の上げ方を制御するよう電力値を算出する。
【００７０】
ＳＴＥＰ７はＳＴＥＰ６で算出した電力値から基準点弧角を算出する。例えば定格の７５％の電力が必要な場合は基準点弧角を６０度とする。この計算はプログラム中で三角関数演算を行なってもできるし、所望電力値に点弧角を対応させた表をプログラムで参照するようにしてもできる。
【００７１】
ＳＴＥＰ８は基準点弧角にゆらぎ変化を与えるか禁止するかの判定を行う。ここでは基準点弧角αが５度（１８５度）以下か、１７５度（３５５度）以上の場合にはゆらぎ変化を禁止するように判定し、ＳＴＥＰ９へ進む。一方、基準点弧角αが５度（１８５度）を超えて且つ１７５度（３５５度）未満であれば、ゆらぎ変化を与えるものと判定し、ＳＴＥＰ１０へ進む。
【００７２】
ＳＴＥＰ９ではゆらぎ変化を禁止するために、ゆらぎ変化角度Δαnをゼロとして設定する。
【００７３】
ＳＴＥＰ１０は予めプログラム中に構成されているゆらぎ変化角度Δαnを取り出せる表（表１参照）からΔαｎを求めている。ここでのｎは１５進カウンタ変数Ｃｎｔの値であり、１５進カウンタ変数Ｃｎｔがインクリメントするたびにゆらぎ変化角度Δαnが切り換る。
【００７４】
ＳＴＥＰ１１は基準点弧角αにゆらぎ変化角度Δαnを加算した点弧角α+Δαnに相当する電源電圧波形のゼロクロス点からの遅延時間値τを算出する。その後ＳＴＥＰ１に戻る。
【００７５】
ここで、点弧角から遅延時間値τを算出する場合、日本においては電源周波数が５０Ｈｚの場合と６０Ｈｚの場合があるため、予め電源周波数がどちらなのかを設定しておく必要があるが、電源投入直後に一回行なえば良い極めて一般的な処理であるため、繰り返し行なわれる主ループに関してのみ説明する本フローチャートではこの電源周波数の判定処理の記述を省略している。
【００７６】
一方、ＳＴＥＰ１においてゼロクロス点を検出できなかった場合にはＳＴＥＰ１２へ分岐し、タイマーＴｉｍの値を調べる。ここで、Ｔｉｍの値がτと等しければ、ゼロクロス点から点弧角α+Δαnに相当する時間が経過しているということでＳＴＥＰ１３へ進む。また、同様にＳＴＥＰ１２においてタイマーＴｉｍの値がτに等しくない場合はＳＴＥＰ１へ戻る。
【００７７】
ＳＴＥＰ１３はトリガーパルスを出力してトライアック３をオンさせファンモ−ター２に通電を開始する。トライアック３は一度導通すると電流がゼロにならない限り初期のオフ状態には戻らないためマイクロコンピュータからオフの制御はできないが、交流電源電圧がゼロクロス点になるとトライアック３を流れる電流もゼロになるためこのゼロクロス点でトライアック３もオフとなり初期状態に戻る。
【００７８】
以上のような交流電源の半波の周期に同期して処理が行なわれるプログラム構成により点弧角を変化させる基準電力制御を容易に行なうことができる。
【００７９】
また、以上のように本発明の第１の実施の形態では、オートモード時にごみ量に応じてファンモータを位相制御して吸引力を増減させる場合において本発明の点弧角を変化させて高調波成分を分散化する方法は有効に作用する。
【００８０】
このように本発明の第１の実施の形態では、位相制御の点弧角がどこであろうとも電源高調波の発生レベルを低く抑えることができる。このため、床面のごみ量があまり多くない場合は、静音と省電力のためファンモータの回転数を抑えつつもごみを吸引するだけの吸引力を維持するような電力を電源高調波の発生レベルやフリッカの発生を気にせずに設定できる。一方、多くのごみを検知するとファンモータの回転数を上げて高い吸引力でごみを素早く吸引するといったごみ量に応じた吸引力制御を電源高調波の発生レベルやフリッカの発生を気にせずに容易に行なうことができる。また、電源高調波電流成分が低いため、ファンモータの回転数を抑えた位相制御中でもファンモータの回転が円滑に行なわれ異常な振動を発生することが無い。すなわち、ごみの量に応じて迅速に吸引力を変更するような制御も、最大限の能力を出力し、かつ、変更を円滑に行うことが可能である。
【００８１】
また、ごみセンサを用いずに予め設定した基準位相角で位相制御をする一定電力による運転の時、例えば１０００Ｗ定格のファンモータを５００Ｗの一定電力で運転するような場合に、基準点弧角を９０度付近で一定にして制御すれば、ほぼ５００Ｗ一定の電力をファンモータに与えられるが、このような一定電力で運転する場合においても、本発明の点弧角を変化させて高調波成分を分散化する方法は有効に作用する。
【００８２】
なお、本実施の形態の掃除機は家庭用にかぎらず、業務用なども含めて、商用電源等に同じ電源ラインに接続された照明機器へのフリッカを生じさせないので、電気掃除機を直接使用する使用者や、前記照明機器の使用者で掃除機の間接的な使用者に対しても不快感を与えることがない。
【産業上の利用可能性】
【００８３】
以上のように、本発明にかかる電気掃除機は、例えば位相制御に最大で±３．４度程度のわずかな変化を１５サイクルを１周期として与えることにより位相制御により発生する高調波電流を電源周波数の整数倍以外の周波数成分に分散化することができ、照明器具のフリッカも発生しない。したがって、高ワットの負荷を円滑に制御できるので、定格入力電力の大きなファンモータを有する電気掃除機でも安心して位相制御を採用できる。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】本発明の実施の形態１における電気掃除機のブロック図
【図２】本発明の実施の形態１における電気掃除機の外観図
【図３】本発明の実施の形態１における電気掃除機の把持部に設けた操作部の説明図
【図４】同位相制御の点弧角のゆらぎ変化を示す図
【図５】本発明の位相制御のゆらぎ変化時の高調波電流分布を示すグラフ
【図６】従来の位相制御の高調波電流分布を示すグラフ
【図７】本発明の位相制御のフーリエ解析を示すグラフ
【図８】従来の位相制御ののフーリエ解析を示すグラフ
【図９】本発明の位相制御のゆらぎ変化条件と最少余裕度の変化を示すグラフ
【図１０】本発明の位相制御の点弧角の所定基準値と最少余裕度の変化を示すグラフ
【図１１】本発明の制御方法を説明するフローチャート
【図１２】従来の電気掃除機のブロック図
【符号の説明】
【００８５】
４  操作部
５  センサー部
６  点弧角制御部
８  ゼロクロス点検出部
９  ゆらぎ制御部
【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９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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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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