(57)【要約】【課題】高周波音を抑え、使い勝手の良い電気掃除機を提供する。【解決手段】電動送風機１１０の遠心ファンの羽根枚数と回転数との積の整数倍で定まる複数の周波数に共鳴する複数の凹部を備えた共鳴型消音器と、電動送風機１１０の回転数を算出する回転数算出手段２１５と、吸引風量を算出する風量算出手段２１８と、駆動制御手段２１４とを備え、駆動制御手段２１４は、算出風量が属する風量区間毎に前記共鳴型消音器の共鳴周波数に対応して予め設定した所定の目標回転数に、算出回転数が近づくように、電動送風機１１０を制御することで、前記複数の周波数にて発生する高周波音を消音する構成とした。これにより、集塵室へのごみだまりによる風量変化等が生じても、その吸引風量を判断でき、ごみだまりに適した回転数を判断した上で、電動送風機の回転数を所定の目標回転数に保ち、共鳴型消音器の効果を常時発揮できるものである。【選択図】図３
2007282766.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気口および排気口を具備すると共に遠心ファンを備えた電動送風機と、前記電動送風機の排気口の近傍に配設され前記遠心ファンの羽根枚数と回転数との積の整数倍で定まる複数の周波数に共鳴する複数の凹部を備えた共鳴型消音器と、前記電動送風機の回転数を算出する回転数算出手段と、吸引風量を算出する風量算出手段と、前記電動送風機を制御する駆動制御手段とを備え、前記駆動制御手段は、算出した算出風量が属する風量区間毎に前記共鳴型消音器の共鳴周波数に対応して予め設定した所定の目標回転数に、算出した算出回転数が近づくように、前記電動送風機を制御することで、前記複数の周波数にて発生する高周波音を消音する構成とした電気掃除機。
【請求項２】
電動送風機の電流を検出する電流検出手段と、電動送風機に印加される電圧を検出する電圧検出手段とを備え、検出電圧と検出電流とから吸引風量を算出し、さらに前記検出電圧と算出風量とから電動送風機の回転数を算出する構成とし、前記電流検出手段と電圧検出手段とを、風量算出手段および回転数算出手段それぞれの構成要素とした請求項１記載の電気掃除機。
【請求項３】
吸気口および排気口を具備すると共に遠心ファンを備えた電動送風機と、前記電動送風機の排気口の近傍に配設され前記遠心ファンの羽根枚数と回転数との積の整数倍で定まる複数の周波数に共鳴する複数の凹部を備えた共鳴型消音器と、前記電動送風機の回転数を直接検出する回転数検出手段と、前記電動送風機に印加される電圧を検出する電圧検出手段と、検出した検出回転数と検出電圧とから吸引風量を算出する風量算出手段と、前記電動送風機を制御する駆動制御手段とを備え、前記駆動制御手段は、算出した算出風量が属する風量区間毎に前記共鳴型消音器の共鳴周波数に対応して予め設定した所定の目標回転数に、検出した検出回転数が近づくように、前記電動送風機を制御することで、前記複数の周波数にて発生する高周波音を消音する構成とした電気掃除機。
【請求項４】
風量算出手段が算出する算出風量に基づき、集塵された集塵量を推定し、その推定結果から所定の風量区間毎に電動送風機の目標回転数を設定し、目標回転数を一定とする風量区間を、複数区間設けたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の電気掃除機。
【請求項５】
報知手段を有し、風量算出手段が算出する算出風量に基づき、集塵された集塵量を推定し、その推定結果から、集塵した集塵量が所定の量を超えたと判断したときに、前記報知手段により使用者に報知する構成とした請求項１〜４のいずれか１項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、電気掃除機の低騒音化に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の電気掃除機では、吸込み力を発生する電動送風機用の羽根車として、遠心型のターボファンが用いられている。このターボファンの特徴として、羽根の枚数と回転数周波数との積の整数倍の周波数に、耳障りな高周波音が発生することがあげられる。これらの高周波音は一般にＮＺ音と呼ばれ、近年の高吸込仕事率化に伴って、音のレベルも大きなものになってきており、これを低減することが、大きな課題の一つとなってきている。
【０００３】
そして、これを低減するためのさまざまなアプローチが提言されている。その中で、ある特定の周波数の音を消す手段として、共鳴型消音器というものがある。これは、音の発生源である電動送風機の排気口近傍に、騒音が通過する方向とは垂直な方向に、ある周波数のみに対して消音効果のある深さの凹部（サイドブランチ）を設け、その溝の深さで共鳴する周波数の音が反射し、逆位相となって、元の音源の特定周波数の音だけを音圧分布的に消去するものである。図８は、その凹部１１３を、電動送風機１１０外周を覆う、防音筒２１３に応用したもので、電動送風機の排気口から排出される排気音のうち、凹部１１３の深さＤで決まるある特定の周波数の音を消去しようとするものである（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００１−１６５０９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら前記従来の構成においては、ある一定の周波数の高周波音に対しては効果があるが、例えば、掃除機の集塵室にゴミがたまるなどして、風量低下となり、そのため電動送風機の負荷が変化し、その回転数が変化した場合には、高周波音の周波数も変化するので、あらかじめ設定してあった、サイドブランチのスリットの深さでは、共鳴しなくなり、高周波音を消音することができなくなる恐れがあった。
【０００５】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、従来の共鳴型消音器と、モータの回転数制御を組み合わせることで、モータの負荷変動に対して消音効果が低下しない電気掃除機を提供するとともに、吸引風量を判断することによって、より使い勝手の良い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】
【０００６】
前記従来の課題を解決するために、本発明の電気掃除機は、吸気口および排気口を具備すると共に遠心ファンを備えた電動送風機と、前記電動送風機の排気口の近傍に配設され前記遠心ファンの羽根枚数と回転数との積の整数倍で定まる複数の周波数に共鳴する複数の凹部を備えた共鳴型消音器と、前記電動送風機の回転数を算出する回転数算出手段と、吸引風量を算出する風量算出手段と、前記電動送風機を制御する駆動制御手段とを備え、前記駆動制御手段は、算出した算出風量が属する風量区間毎に前記共鳴型消音器の共鳴周波数に対応して予め設定した所定の目標回転数に、算出した算出回転数が近づくように、前記電動送風機を制御することで、前記複数の周波数にて発生する高周波音を消音する構成としたものである。
【０００７】
これによって、集塵室へのごみだまりによる風量変化、掃除中の床面の変化による風量変化等が生じても、その吸引風量を判断できるため、ごみだまりに適した回転数を判断した上で、電動送風機の回転数を所定の目標回転数で一定に保ち、共鳴型消音器の効果を常時発揮できるものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の電気掃除機は、電動送風機の負荷変動に関わらず、電気掃除機の耳障りな高周波音（突出音）を抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
第１の発明は、吸気口および排気口を具備すると共に遠心ファンを備えた電動送風機と、前記電動送風機の排気口の近傍に配設され前記遠心ファンの羽根枚数と回転数との積の整数倍で定まる複数の周波数に共鳴する複数の凹部を備えた共鳴型消音器と、前記電動送風機の回転数を算出する回転数算出手段と、吸引風量を算出する風量算出手段と、前記電動送風機を制御する駆動制御手段とを備え、前記駆動制御手段は、算出した算出風量が属する風量区間毎に前記共鳴型消音器の共鳴周波数に対応して予め設定した所定の目標回転数に、算出した算出回転数が近づくように、前記電動送風機を制御することで、前記複数の周波数にて発生する高周波音を消音する構成とした。これにより、集塵室へのごみだまりによる風量変化、掃除中の床面の変化による風量変化等が生じても、その吸引風量を判断できるため、ごみだまりに適した回転数を判断した上で、電動送風機の回転数を所定の目標回転数で一定に保ち、共鳴型消音器の効果を常時発揮できるものである。
【００１０】
第２の発明は、第１の発明に加えて、電動送風機の電流を検出する電流検出手段と、電動送風機に印加される電圧を検出する電圧検出手段とを備え、検出電圧と検出電流とから吸引風量を算出し、さらに前記検出電圧と算出風量とから電動送風機の回転数を算出する構成とし、前記電流検出手段と電圧検出手段とを、風量算出手段および回転数算出手段それぞれの構成要素としたもので、吸引風量の検出と電動送風機の回転数の検出とに、専用のセンサを必要とせず、簡易な構成で算出できるものである。
【００１１】
第３の発明は、吸気口および排気口を具備すると共に遠心ファンを備えた電動送風機と、前記電動送風機の排気口の近傍に配設され前記遠心ファンの羽根枚数と回転数との積の整数倍で定まる複数の周波数に共鳴する複数の凹部を備えた共鳴型消音器と、前記電動送風機の回転数を直接検出する回転数検出手段と、前記電動送風機に印加される電圧を検出する電圧検出手段と、検出した検出回転数と検出電圧とから吸引風量を算出する風量算出手段と、前記電動送風機を制御する駆動制御手段とを備え、前記駆動制御手段は、算出した算出風量が属する風量区間毎に前記共鳴型消音器の共鳴周波数に対応して予め設定した所定の目標回転数に、検出した検出回転数が近づくように、前記電動送風機を制御することで、前記複数の周波数にて発生する高周波音を消音する構成としたもので、精度の高い回転数制御と風量判断を行うことができる。
【００１２】
第４の発明は、第１〜第３のいずれか１つの発明の風量算出手段が算出する算出風量に基づき、集塵された集塵量を推定し、その推定結果から所定の風量区間毎に電動送風機の目標回転数を設定し、目標回転数を一定とする風量区間を、複数区間設けたもので、集塵量に適した吸引力を確保しながら、高周波音を消音することができるものである。
【００１３】
第５の発明は、第１〜第４のいずれか１つの発明に加えて、報知手段を有し、風量算出手段が算出する算出風量に基づき、集塵された集塵量を推定し、その推定結果から、集塵した集塵量が所定の量を超えたと判断したときに、前記報知手段により使用者に報知するもので、適宜集塵された量を報知できるので使用者にとって使い勝手の良い電気掃除機を提供できる。
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について、図を参照しながら説明する。尚、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。
【００１５】
（実施の形態１）
以下、本発明の第１の実施の形態について図１〜図４を用いて説明する。なお、従来例と同一構成部品については同一符号を付して、その説明を省略する。
【００１６】
図１は電気掃除機本体１０１の断面を示しており、２０２は塵埃を集積する集塵袋２０３を挿入する集塵室、２０４は電動送風機１１０を内蔵する電動送風機室である。２０５は電気掃除機本体１０１の吸込口であり、同部にはホース（図示せず）が取り付けられ、さらにその前方に延長管、床ノズル（図示せず）が取り付けられる。集塵室２０２と電動送風機室２０４との間は連通孔２０６を形成した隔壁２０７によって仕切られ、その前方にはプレフィルタ２０８が配されている。また、電気掃除機本体１０１の後方には本体の排気口２０９が備えられ、その直前に排気フィルタ２１０が設けられている。
【００１７】
次に電動送風機周辺について説明する。１１０は電動送風機であり、その前方にサポートゴムマエ２１１、後方にサポートゴムウシロ２１２が取り付けられ、電動送風機室２０４の中にそれらのサポートゴムを介する形で固定され格納されている。また２１３は、電動送風機の騒音を遮断するための防音筒であり、電動送風機１１０を覆うように装着されている。１１１、１１２は、電動送風機１１０の周辺に取り付けられた複数の凹部１１３を備えた共鳴型消音器の１種であるサイドブランチ型の消音器である。
【００１８】
次に、電動送風機１１０の内部の構成について図２を用いて説明する。３０１は複数のブレード３０２より構成される気流を発生するインペラで、３０３はインペラで発生した気流を導くエアガイド、３０４は中央部に吸気口３０５をもち、インペラ３０１、エアガイド３０３を内包するケーシングである。ケーシング３０４の外周には、エアガイド３０３を通過した気流の一部を排出するための噴出口３１５が複数設けられている。３０６はインペラ３０１を回転駆動する電動機であり、両端を軸受３０７によって回転自在に支持されたロータ３０８、回転軸３０９、ロータ３０８の周りで磁界を発生するステータ３１０、整流子３１１に電力を供給する一対のカーボンブラシ３１２からなり、ブラケット３１３によって覆われている。
【００１９】
また、図２のサイドブランチ型消音器１１１、１１２の凹部１１３の深さは、Ｎ１〜Ｎ４の４つの回転数と一対一で対応するよう、Ｄ１〜Ｄ４の４つの凹部１１３が設けられている。すなわち、それらの関係は次式で与えられる。
【００２０】
ｆ＝（Ｃ／４）／Ｄ
ここで、ｆは電動送風機１１０の回転数（Ｈｚ）を、Ｄは凹部１１３の深さ（ｍ）を、Ｃは音速（ｍ／ｓ）を、それぞれ表している。この凹部１１３の深さＤ（ｍ）が周波数ｆ（Ｈｚ）の音を消音するのに効果があるといわれている。
【００２１】
以上の構成により、動作を説明すると、電動送風機１１０に電力が供給されると電動機３０６が回転し、それに直結されたインペラ３０１が回転する。そして、インペラ３０１内で増速された空気はエアガイド３０３にて減速されながら、その一部は、ケーシング３０４の外周から噴出し、防音筒２１３内部を流れて、電気掃除機１０１内部、排気口２０９へと流れていく。また、その他の空気は、電動機３０６へと導かれ、ロータ３０８、ステータ３１０、カーボンブラシ３１２を冷却しながら、ブラケット３１３の排気口３１４より排出され、防音筒２１３を経て、電動掃除機１０１外へと排出される。このとき、インペラ３０１のブレード３０２枚数Ｚと回転数Ｎ（Ｈｚ）の積またはその整数倍の周波数に、ＮＺ音と呼ばれる高周波音がその他の騒音に混じって、排気とともに排出されることになる。
【００２２】
しかしながら、本実施の形態においては、電動送風機１１０の回転数を検知し、制御手段２１４に信号を送ることで、電動送風機１１０の動作を図４の特性となるよう制御しているため、各風量区間において、電動送風機１１０の回転数は、あらかじめ定められた４つの回転数のいずれかをとる。すなわち、風量Ｑが風量区間Ｑ１＜Ｑ＜＝Ｑ０においては、電動送風機１１０はあらかじめ設定された回転数Ｎ１で運転し、風量区間Ｑ２＜Ｑ＜＝Ｑ１においては、電動送風機１１０はあらかじめ設定された回転数Ｎ２で運転するよう、駆動制御手段２１４によって制御される。以下、Ｎ３、Ｎ４に対しても同様である。そのとき、電動送風機１１０周辺に備えられた消音器１１１、１１２の４つの凹部１１３の深さＤ１〜Ｄ４は、それぞれの回転数で発生する高周波音を消音するように設定されているので、いかなる風量に対しても、耳障りな高周波音が抑えられることになる。
【００２３】
加えて、風量Ｑ２近傍で吸込仕事率がピークとなることがわかっている場合には、Ｑ２で電動送風機１１０の入力と回転数が最大になるよう設定しておけば、高い吸込仕事率が得られることになる。
【００２４】
次に、電気掃除機１０１に搭載されている電動送風機１１０の制御方法について説明する。図３は本発明の電気掃除機の制御システムブロック図、図４（ａ）は電気掃除機内部の通路を流れる風量と、電動送風機１１０の回転数との関係を表す図、図４（ｂ）は、同じく風量と、電動送風機１１０の電流との関係を表す図である。図３で、２１４は電動送風機１１０の駆動制御を行う駆動制御手段であり、２１５は電動送風機１１０の回転数を算出する回転数算出手段である。２１６は電流センサなどで構成された電動送風機１１０に流れる電流を検出する電流検出手段であり、２１７は電動送風機１１０に印加される電圧を検出する電圧検出手段である。吸引している風量を算出する風量算出手段２１８は、電流検出手段２１６及び電圧検出手段２１７の出力結果から、例えば図５に基ずいて、風量を演算して算出し、また回転数算出手段２１５は、前記算出した風量及び電圧検出手段２１７の出力結果から、例えば図７に基づいて、電動送風機１１０の回転数を演算して算出する。また、２１９は集塵室２０２に集塵された集塵量を推定する集塵量推定手段である。２２０はＬＥＤなどで構成された集塵量の報知を行う集塵量報知手段である。
【００２５】
図４より、風量の変化に対して、電動送風機１１０の回転数は階段状にＮ１〜Ｎ４の４つのステップのいずれかを取るよう設定されている。電圧が一定とすると電流のカーブは、ある風量区間で回転数が一定となることから、区間内で風量が絞られるに従って、低下するようなカーブとなっている。電動送風機１１０に対し、電力供給量を一定にした場合でも風量が絞られることによって電流は低下するが、このときの回転数は絞られるにしたがって上昇する。したがって図６に示すように、回転数を一定にするためには、風量が絞られるにしたがって電力供給量を徐々に減少させる必要がある（Ｐａ＞Ｐｂ＞Ｐｃ）。
【００２６】
さらに図５は、電動送風機１１０の電流と風量との特性の電圧（Ｖａ＞Ｖｂ＞Ｖｃ）による変化を示したもので、電流値から回転数を一定とするには電流と電圧の積にあらかじめ求めた所定の係数と定数を加え算出する。これらの値は使用する電動送風機と遠心ファンによって決まるため、予め回転数と電流値、電圧値を測定しておき演算式を算出しておけばよい。なお、より精度を求めるには、さらに個体差を調整するためのパラメータを組み込んでおき、不揮発性メモリなどの記憶手段で個別調整することも有効である。
【００２７】
以上の関係から駆動制御手段２１４は、電動送風機１１０への電力供給量の加減とその変化によって生じる回転数の変化を回転数算出手段２１５からフィードバックしつつ回転数を目標回転数にほぼ一致するように制御していく。また、ある目標回転数に一致した状態では、その時の電流値、電力供給量、風量はすべて１対１の関係にあるため、風量算出手段２１８はその時の各設定値、検出値から吸引風量が算出できる。同時に、風量が絞られる原因となる集塵量も推定することができる。集塵量推定手段２１９は、風量算出手段２１８の結果から集塵量を推定し、これを報知手段２２０によって使用者に報知することができる。また、集塵量を駆動制御手段２１４へフィードバックすることで集塵量に応じて、目標回転数を選択できるようにすることで、集塵量に応じた吸引力を確保し、使い勝手とより高めることができる。なお、集塵量の推定に際しては、被掃除面との接触状態や異物の詰りなども考慮して、風量の変化を時間的に演算することで、より精度の高い集塵量の推定ができる。
【００２８】
このように、本実施の形態によれば、いかなる風量の変化に対しても、電動送風機１１０の回転数をあらかじめ設定したいくつかの回転数をとるよう制御することで、共鳴型消音器の効果を常に発揮することができ、耳障りな高周波音を低減することができ、かつ使い勝手の良い電気掃除機を提供できる。
【００２９】
なお、本実施の形態において、電動送風機の周辺にサイドブランチ型の消音器を配置したが、その配置は限定されるものではなく、音が通過する通路に対して、凹部（溝もしくは、穴）が垂直方向に配されていれば、同様の効果は得られる。
【００３０】
さらに、サイドブランチ型ではなく、一般に知られている、凹部の深さ、断面積、その背後空間の内容積で定まるヘルムホルツ型の消音器を音の通過する方向と垂直に配しても、同様の効果が得られる。可能な範囲で、いくつもの異なる深さの凹部を設定しておけば、回転数の変動に対して頑強な消音器となるのに加え、回転数の段階をそれに応じて細かく設定することもできるので、よりスムーズな変化をする制御を実現することができる。
【００３１】
また、本実施の形態では、整流子モータに電流検出手段を設けて検出した電流と電圧から、風量、回転数を演算する方式を述べたが、回転数をホールＩＣなどで構成して直接検出し、例えば図７に基づき、検出した回転数と検出電圧とから風量を算出するようにしてもよい。この場合は、回転数制御そのものは非常に簡易な判断で取り組むことができるが、風量判断を行う場合には、電圧の影響を受けるため、その時点で電圧検出による補正演算が必要となる。特に整流子モータ以外のロータの位置検出を行う、マグネットを用いたインバータ駆動のブラシレスモータや、ＳＲモータなどにおいては、回転数検知が容易であり、その場合には、回転数検知から風量の算出、集塵量の推定を行う構成がより簡易な構成となる。
【００３２】
また、集塵量の報知に際しては、光だけでなく、音や音声といった手段も有効であることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
以上のように、本発明にかかる電気掃除機は、家庭用だけでなく、遠心ファン等を用いた高周波音が問題となる業務用においても有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施の形態１における電気掃除機の断面図
【図２】同電気掃除機の電動送風機の部分断面図
【図３】同電気掃除機の制御システムのブロック図
【図４】（ａ）同電気掃除機の電動送風機の風量と設定回転数との関係を表す図（ｂ）同電気掃除機の電動送風機の風量と電流との関係を表す図
【図５】同電気掃除機の電動送風機の電流と風量との特性の電圧による変化を示す図
【図６】同電気掃除機の電動送風機の電流と風量との特性の電力供給量による変化を示す図
【図７】同電気掃除機の電動送風機の回転数と風量との特性の電圧による変化を示す図
【図８】従来の電気掃除機の消音構成を示す電動送風機と防音筒まわりの部分断面図
【符号の説明】
【００３５】
１０１  電気掃除機
１１０  電動送風機
１１１  消音器
１１２  消音器
１１３  凹部
２０２  集塵室
２０３  集塵袋
２０４  電動送風機室
２０５  吸込口
２０６  連通孔
２０７  隔壁
２０８  プレフィルタ
２０９  排気口
２１０  排気フィルタ
２１１  サポートゴムマエ
２１２  サポートゴムウシロ
２１３  防音筒
２１４  駆動制御手段
２１５  回転数算出手段
２１６  電流検出手段
２１７  電圧検出手段
２１８  風量算出手段
２１９  集塵量推定手段
２２０  報知手段
３０１  インペラ
３０２  ブレード
３０３  エアガイド
３０４  ケーシング
３０５  吸気口
３０６  電動機
３０７  軸受
３０８  ロータ
３０９  回転軸
３１０  ステータ
３１１  整流子
３１２  カーボンブラシ
３１３  ブラケット
３１５  噴出口
【図１】
2007282766.tif 000003
【図２】
2007282766.tif 000004
【図３】
2007282766.tif 000005
【図４】
2007282766.tif 000006
【図５】
2007282766.tif 000007
【図６】
2007282766.tif 000008
【図７】
2007282766.tif 000009
【図８】
2007282766.tif 000010