JP2017012731A - 電気掃除機 - Google Patents

Abstract

【課題】よりハイパワーで利便性の高い掃除機を実現する。【解決手段】掃除機内部で吸引力を発生させる吸引ファン部５に斜流ファン又は遠心ファンの一方からなる第１ファン５ａと、軸流ファンからなる第２ファン５ｂとを同軸心上に対向して配設する。それぞれのファン５ａ，５ｂをデュアルロータ４ａ，４ｂを備えるＤＣモータ部４によって互いに逆方向に回転させて２重反転ファンを構成することで、吸引のための空気流をより安定した形で大量に発生させる。【選択図】図２

Description

本発明は、電気掃除機、特に好ましくはコードレススティック型電気掃除機に関する。

近年、リチウムイオン電池の性能向上に伴って小型で軽量大出力のバッテリーが比較的安価に入手できるようになったため、コードレスタイプのスティック掃除機が実用的になっている。この掃除機は、電源コードがなく軽量であるため利便性がきわめて高いとして人気を博しており、例えば、特許文献１にコードレススティック型電気掃除機の技術が開示されている。

特開２０１５−１５９８４１号公報

しかしながら、特許文献１のような既存のコードレススティック型電気掃除機は、強モードでも吸込仕事率が通常２５Ｗ〜１００Ｗ程度で低く、吸込仕事率が通常１８０Ｗ程度であるキャニスター型電気掃除機と比べると吸引力が低い。

そのため、コードレススティック型電気掃除機はサブ掃除機として所有し、メイン掃除機としてのキャニスター型電気掃除機と合わせて２台の掃除機を持つユーザーが多いのが現状となっている。しかし当然ながら、ユーザーとしては所有する掃除機は１台で済む方が好ましい。このことから、利便性がよくハイパワーなコードレススティック型掃除機の開発が望まれていた。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、掃除機内部で吸引力を発生させるファンの構造に工夫を加えることによって、特にコードレススティック型電気掃除機において、ハイパワーな吸引力を実現しようとすることにある。

前記の目的を達成するために、本発明では、掃除機内部で吸引力を発生させる吸引ファン部に着目し、その吸引ファン部として２つのファンを同軸心上に並べて配設し、それぞれのファンを回転させる２重ファンで吸引ファン部を構成することとした。

具体的には、第１の発明は、吸引ファン部と、該吸引ファン部を駆動する駆動部とを備えた電気掃除機であって、前記駆動部は、それぞれ回転する２つのロータを駆動する駆動モータによって構成され、前記吸引ファン部は、一方のロータによって回転駆動される第１ファンと、前記駆動モータの他方のロータによって回転駆動される第２ファンとを備えることを特徴とする。

上記構成とすることで、吸引ファン部の第１ファンが駆動モータの一方のロータにより駆動されて回転し、第２ファンは他方のロータにより駆動されて回転し、これら第１ファンと第２ファンとの２つのファンによって吸引のための空気流が発生することとなる。このため、ファンが１つの場合に比べてより多くの空気流を発生させることができ、掃除機の吸引力を向上させることが可能となる。

第２の発明は、第１の発明において、前記第１ファン及び第２ファンのうち、少なくとも一方は軸流ファンであることを特徴とする。

上記構成とすることで、軸流ファンの特性である多くの空気流の発生が可能となり、掃除機の吸引力を向上させることができる。

第３の発明は、第１の発明において、前記第１ファン及び第２ファンのうち、一方が軸流ファンであり、他方が斜流ファン又は遠心ファンであることを特徴とする。

上記構成とすることで、多くの空気量を発生可能な軸流ファンと、径方向全体に亘って空気流を発生させる羽根が設けられている斜流ファン又は遠心ファンとを用いて多くの空気量を発生させることができ、掃除機の吸引力を向上させることが可能となる。

第４の発明は、第１〜３の発明のいずれか１つにおいて、前記第１ファン及び第２ファンは、互いに逆方向に回転する２重反転ファンであることを特徴とする。

上記構成とすることで、第１ファンと第２ファンとを逆方向に回転させることで、第１ファンが発生させた空気流の乱れを第２ファンによって整流させることができ、吸引のための空気流をより多く安定した形で発生させることができる。これにより、掃除機の吸引力を向上させることが可能となる。

第５の発明は、吸入口に連通するように設けられた吸引ファン部と、を備えた電気掃除機であって、前記吸引ファン部は、斜流ファン又は遠心ファンの一方からなる第１ファンと、軸流ファンからなる第２ファンとの２重反転ファンを備え、前記第１ファンは、前記第２ファンよりも前記吸入口に近い側に設けられていることを特徴とする。

上記構成とすることで、径方向全体に亘って空気流を発生させる羽根が設けられている斜流ファン又は遠心ファンのいずれかが第１ファンとして吸入口に近い側に配設されているため、第１ファンと接触する空気をより多く該羽根間に取り込むことができる。また、ファンの軸方向に空気流を発生させる軸流ファンが第２ファンとして第１ファンの下流側にそれと同軸心に配設されているため、第１ファンで発生した空気流を増加させると共に、より安定した流れとすることができる。

第６の発明は、吸入口に連通するように設けられた吸引ファン部と、を備えた電気掃除機であって、前記吸引ファン部は、斜流ファン又は遠心ファンの一方からなる第１ファンと、軸流ファンからなる第２ファンとの２重反転ファンを備え、前記第１ファンは、前記第２ファンよりも前記吸入口に近い側に設けられ、前記第１ファンの外径は前記第２ファンの外径以下であり、前記第１ファンの回転軸心に沿った方向の長さは、前記第２ファンの回転軸心に沿った方向の長さよりも長いことを特徴とする。

上記構成とすることで、第５の発明と同様に、径方向全体に亘って空気流を発生させる羽根が設けられている斜流ファン又は軸流ファンのいずれかが第１ファンとして吸入口に近い側に配設されているため、第１ファンと接触する空気をより多く該羽根間に取り込むことができる。また、第１ファンは、第２ファンに比べ回転軸心に沿って長く構成されているため、回転軸心に沿った方向に亘ってより多くの空気を取り込むことができる。そして、第１ファンで発生した空気流が第１ファンの羽根を通過して径方向に流出したとき、第２ファンの方が第１ファンよりも大きな外径で構成されているため、該発生した空気流を確実に第２ファンの羽根間へと誘導することができ、２重反転ファンの性能を高めることができる。

第７の発明は、第１〜第４の発明のいずれか１つにおいて、前記駆動モータはブラシレスＤＣモータであり、前記駆動モータの一方のロータはアウターロータであり、他方のロータはインナーロータであり、共通の１つのステータを持つことを特徴とする。

上記構成とすることで、第１〜第４の発明における２重ファンを望ましい形で具体的に実現することができる。

第８の発明は、第１〜第４又は第７の発明のいずれか１つにおいて、前記駆動モータの両ロータを回転制御する１つのインバータ回路が設けられていることを特徴とする。

上記構成とすることで、１つのインバータ回路でありながら、１つのロータを回転する場合と同様の構成で駆動モータの両ロータを駆動させることができ、駆動モータを制御する回路の構成を簡易にすることができる。

第９の発明は、第１〜第４又は第７又は第８の発明のいずれか１つにおいて、前記駆動モータに電気を供給するためのバッテリー及びＡＣ−ＤＣコンバータを有する電源部を備えていることを特徴とする。

上記構成とすることで、バッテリーから駆動モータに電気を供給して掃除機を使用しているときに、仮にバッテリーが切れると、その後は商用電源からＡＣ−ＤＣコンバータを介して駆動モータに電気を供給して、その商用電源を利用できるようになり、ユーザーはバッテリーの連続運転可能時間を気にせずに掃除機を使用することができる。

第１０の発明は、第９の発明において、前記ＡＣ−ＤＣコンバータは非絶縁型のバックコンバータであり、前記駆動モータ及び前記ＡＣ−ＤＣコンバータはそれぞれ内部にＤＣ出力用のコンデンサを有しており、前記駆動モータ内のコンデンサの電気容量は、前記ＡＣ−ＤＣコンバータ内のコンデンサの電気容量の４０倍以上であることを特徴とする。

上記構成とすることで、回路構成がシンプルである非絶縁型の電源部を備えることにより、小型でかつ高出力の交直両用型の掃除機を実現することができる。また、共用コンデンサのうちの大部分の容量を有する第２共用コンデンサを駆動回路側（駆動モータ側）に設けることで、特にバッテリーによってＤＣモータを駆動する際に、駆動回路に入力される電源の安定度を高めることができる。さらに、共用コンデンサの容量の一部（第２共用コンデンサの１／４０以下の容量）を有する第１共用コンデンサを電源部側に設けることにより、電源部と駆動回路との間において配線等によるインピーダンスがあるような場合においても、電源部側の回路にその影響が出ないようにすることができる。

第１１の発明は、第９の発明において、電気掃除機は、その運転を開始するためのスタートスイッチと、前記スタートスイッチが押されると、前記バッテリーと前記ＡＣ−ＤＣコンバータとのいずれか一方から電気を前記駆動モータに供給する制御部とを備えていることを特徴とする。

上記構成とすることで、スタートスイッチが押されて電気掃除機の運転が開始された際に制御部がバッテリー及び電源の少なくともいずれか一方から電気を供給するようにしているため、仮に、バッテリー又は電源の一方のみからしか電気が供給されないような場合、例えば、ＡＣ電源が接続されていない場合や、バッテリーの残量がゼロである場合においても、確実に電気を供給することができる。これにより、例えば、待機時に電気供給を遮断した場合においても、スタートボタンが押された際の起動動作を確実に実施できるようにすることができる。

第１２の発明は、第９の発明において、前記駆動モータの筐体は金属部を備えている一方、前記電源部は放熱のためのヒートシンクを備えており、前記ヒートシンクと前記駆動モータの筐体の金属部とは伝熱可能に接続されていることを特徴とする。

上記構成とすることで、電源部で発生した熱をヒートシンクにより効率的に放熱することができる。さらに、モータの筐体の一部を金属製にして、該金属部にヒートシンクが伝熱可能に接続されていることにより、より放熱効果を向上させることができる。これにより、放熱に起因する電源部のサイズの増大を防ぐことができる。

第１３の発明は、第１〜第８の発明のいずれか１つにおける掃除機はコードレススティック型掃除機であることを特徴とする。

上記発明によって、コードレススティック型掃除機について本発明を適用することとなり、高い吸引力を備えるコードレススティック型掃除機を実現することができる。

以上説明したように、本発明によれば、掃除機内部で吸引力を発生させる吸引ファン部を２重ファン、特に斜流ファン又は遠心ファンの一方からなる第１ファンと軸流ファンからなる第２ファンとの２重反転ファンで構成したことにより、高い吸引力を備える掃除機を実現することができる。

実施形態に係るコードレススティック型掃除機の基本構成を示すブロック図である。 機電一体型モータのシステム構成を示す模式図である。 機電一体型モータの側面図である。 ケースの金属部とヒートシンクとの接続状態を示す斜視図である。 電源部を機電一体型モータの斜め後方から見た斜視図である。 電源部の平面図である。 電源部の構成を示す回路図である。 駆動回路の構成を示す回路図である。 第１コンデンサの容量変化と出力電圧の変化との関係を示す図である。 本実施形態に係る掃除機Ａのスタート時のフローチャートである。 実施形態に係る吸引ファン部の側面図である。 実施例及び比較例における風量−静圧特性を示す図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態の説明は本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。

本発明の実施形態に係る電気掃除機Ａはコードレススティック型のサイクロンタイプであり、図１に示すように、図示しない掃除機ハウジング内に機電一体型モータ１と、バッテリー８とを備えており、電源コード９を介して商用電源に接続可能に構成され、ハウジングには吸込口が開口している。

なお、本開示において、「前」とは掃除機Ａの先端側（ハウジングの吸込口側）を指すものとし、「後」とは、掃除機Ａの把持部（図示しない）側を指すものとする。

機電一体型モータ１は、商用電源からのＡＣ電源供給を受けて直流変換する非絶縁型の電源部６と、吸引力を発生させるブラシレスのＤＣモータ部４と、ＤＣモータ部４を駆動する駆動回路３と、ＤＣモータ部４の軸４１，４３の前側に一体的に取り付けられた吸引ファン部５を備えている。

駆動回路３は、バッテリー８又は電源部６からの電源供給を受けて、ＤＣモータ部４を駆動するインバータ３１と、インバータ３１を制御する制御回路３２とを備えている。そして、電源部６とインバータ３１との間を接続するＡＣ側電源ラインＮ１１には、両者間の接続をオンオフ可能に構成されたスイッチＳＷ３１が設けられ、バッテリー８とインバータ３１との間を接続するＤＣ側電源ラインＮ１２には、両者間の接続をオンオフ可能に構成されたスイッチＳＷ３２が設けられている。

ＡＣ側電源ラインＮ１１とＤＣ側電源ラインＮ１２との間は、各々ダイオードＤ１１，Ｄ１２で逆流しないように接続され、両ダイオード間の中間ノードＮ１３と制御回路３２との間には、両者間の接続をオンオフ可能に構成されたスイッチＳＷ１が接続されている。また、中間ノードＮ１３は、制御回路３２内に設けられたリレーＲＬ３３に接続されており、リレーＲＬ３３がオンすると中間ノードＮ１３と制御回路３２の制御基板の電源とが接続されるように構成されている。

バッテリー８は、昇圧回路７を介して電源部６に接続されており、電源コード９が商用電源に接続された際に、充電されるように構成されている。

図２〜図４に示すように、機電一体型モータ１は、掃除機ハウジングの吸込口に連通する吸入口２が前端に開口する筺体としてのモータケース１１を有し、このモータケース１１内に、吸引ファン部５、ＤＣモータ部４、駆動回路３及び電源部６は、ＤＣモータ部４の軸方向に対して、上記記載の順で前後方向に前から順に並べて配設されている。すなわち、これらは同一径Φ１（例えば、Φ１＝７０ｍｍ）のものであり、高さがＨ（例えば、Ｈ＝１１０ｍｍ）のモータケース１１で覆うことで機電一体型に構成している。なお、一般的な小型のブラシレスＤＣモータのモータケースは、Φ＝７０ｍｍの場合、高さが９０ｍｍ程度であるため、駆動回路３及び電源部６を機電一体化したことによるモータケースの高さ増加分を２０ｍｍ以内に抑えた構成になっている。

吸引ファン部５は、図２に示すように、ＤＣモータ部４の軸４１，４３を同軸心とするように前後方向に並べて配設された第１ファン５ａと第２ファン５ｂとの２重反転ファンで構成されている。具体的には、図１１に示すように、第１ファン５ａは前側に、また第２ファン５ｂは第１ファン５ａの後側にそれぞれＤＣモータ部４の軸４１，４３を回転中心として互いに所定の間隔をあけて配設されている。

第１ファン５ａはＤＣモータ部４の軸心を回転中心とする遠心ファンであり、ＤＣモータ部４の第１軸４１に回転一体に固定された基部５１を有する。この基部５１は、前端から後端に行くにつれて軸心からの径が大きくなる円錐面が外周に形成された円錐台形状のものであり、該基部５１の円錐面には径方向外側へ突出する複数の主羽根５２，５２，…及び副羽根５３，５３，…が周方向に交互に並んで設けられている。

各主羽根５２は短冊状のもので、基部５１の前側に向かうにつれて周方向一側に向かうように湾曲状に捩れて傾いた方向に延び、基部５１の円周面上に周方向に所定の間隔をあけて配置されている。そして、主羽根５２，５２，…の間には、副羽根５３，５３，…が配置されている。各副羽根５３は主羽根５２よりも前後方向の長さが短い三角板状のものであり、基部５１の前後方向の中央付近から後側までの範囲に亘って主羽根５２と同じ向きに傾いた状態で延びている。

一方、第２ファン５ｂはＤＣモータ部４の軸心を回転中心とする軸流ファンであり、ＤＣモータ部４の円筒状の第２軸４３に回転一体に固定された円板形状の基部５６と、該基部５６の外周面に周方向に所定の間隔をあけて径方向外側へ突出するように設けられた複数の軸流羽根５７，５７，…とを備える。各軸流羽根５７は短冊状で、基部５６の前側に向かうにつれて周方向他側（第１ファン５ａの主羽根５２及び副羽根５３が前側に向かって捩れる方向とは逆方向）に向かうように少し湾曲して傾いて延びている。

ここで、第１ファン５ａと第２ファン５ｂとは２重反転ファンとして設けられている。すなわち、上述の如く、第１ファン５ａにおける各主羽根５２及び各副羽根５３の回転中心に対する傾きと、第２ファン５ｂにおける軸流羽根５７の回転中心に対する傾きとは反対向きとなっている。より具体的には、第１ファン５ａにおける各主羽根５２及び各副羽根５３は、後方へ向かって第１軸４１の周方向一側へ傾いて形成されている一方、第２ファン５ｂにおける軸流羽根５７は、後方へ向かって第２軸４３の周方向他側へ傾いて形成されている。

そして、第１ファン５ａ及び第２ファン５ｂの大きさについて比較すると、回転中心方向に沿った前後方向の長さについては、第１ファン５ａが第２ファン５ｂよりも長く、外径については、第２ファン５ｂの方が第１ファン５ａよりも大径になっている。

図２に示すように、ＤＣモータ部４は、ブラシレスＤＣモータで構成されたデュアルロータタイプのもので、図２に示すように、インナーロータ４ａとアウターロータ４ｂとステータ４ｃとで構成されている。

インナーロータ４ａは円柱状の第１軸４１に回転一体に固定され、この第１軸４１は吸引ファン部５の第１ファン５ａと連結されている。そして、インナーロータ４ａが第１軸４１に対して一方向に回転することにより、第１ファン５ａが第１軸４１を介して同方向に回転することとなる。その一方でアウターロータ４ｂは円筒状の第２軸４３に回転一体に固定され、この第２軸４３には第１軸４１が相対回転可能に挿通されている。第２軸４３は吸引ファン部５の第２ファン５ｂと連結されており、アウターロータ４ｂが第２軸４３に対して他方向に回転することにより、第２ファン５ｂが第２軸４３を介して同方向に回転することとなる。インナーロータ４ａとアウターロータ４ｂとは、所定の比率、例えば１：１や１：２、２：１等の回転速度で互いに逆方向に回転するようになっている。

モータケース１１は、吸引ファン部５とＤＣモータ部４の軸方向外周を覆うケース本体１１ａと、ケース本体１１ａの後側に連続一体的に連結された金属ケース部１１ｂ（金属部）と、金属ケース部１１ｂの後側に連続一体的に連結された後ケース部１１ｃとを備えている。より具体的には、ケース本体１１ａと金属ケース部１１ｂとは、ケース本体１１ａに一体的に設けられた連結部１１ｄの外側を金属ケース部１１ｂが覆うようにして連結され（図３参照）、金属ケース部１１ｂと後ケース部１１ｃとは、金属ケース部１１ｂに設けられた連結部１１ｅの外側を後ケース部１１ｃが覆うようにして連結される（図４参照）。なお、図３では金属ケース部１１ｂの図示を省略しており、図４では後ケース部１１ｃ及び電源部６（後述するヒートシンクを除く）の図示を省略している。

ケース本体１１ａは、例えば、絶縁性材料で形成又は被覆されており、これによりＤＣモータ部４との間で絶縁距離を保ち安全性を確保している。金属ケース部１１ｂは、例えば、アルミニウム製であり、駆動回路３と電源部６の前側との外周を覆うように構成されており、電源部６の後側の外周は、後ケース部１１ｃによって覆われている。後ケース部１１ｃには、機電一体型モータ１内の空間とその外側の空間とを径方向に連通させる複数の通気孔１１ｆ，１１ｆ，…が周方向全体に亘って等ピッチで設けられている。

駆動回路３は一般的にモータを駆動させるインバータであり、モータが単相の場合はＨ−Ｂｒｉｄｇｅ回路とし、３相の場合は６素子駆動回路とすることができる。ここで、ＤＣモータ部４はインナーロータ４ａとアウターロータ４ｂとの２つのロータを駆動するにも拘わらず、１台のモータを回す場合と同様に１つのインバータのみが配設されている。

駆動回路３及び電源部６は、それぞれ多層基板３８，６１（例えば、４層基板）上に実装されており、多層基板３８，６１がＤＣモータ部４の軸方向と直交するように、前から駆動回路３、電源部６の順で配設されている。多層基板３８，６１は、それぞれ平面視で円形であり、基板サイズはΦ２（Φ２＜Φ１であり、例えばΦ２＝６５ｍｍ）である。このような多層基板を用いることにより、大電流に対応することができる。

また、金属ケース部１１ｂの内側において、ＤＣモータ部４の軸方向の中間部分に、金属ケース部１１ｂから連続一体的に内側に向かって突設されかつ周方向に等ピッチで配設された複数のリブを有するフィン３９が設けられている。また、多層基板３８とＤＣモータ部４とは、連結部材（支柱）３７，３７によって一体的に連結されている。

電源部６は、部品点数が最小となるように非絶縁型であるのが好ましい。図５〜図７には、非絶縁型のうちでも部品点数の少ないバックコンバータ方式の電源部６を例示しており、図５及び６は部品配置図を示し、図７は回路図を示している。

図７に示すように、電源部６は、電源コード９を介してＡＣ電源の供給を受けるブリッジ型の整流部ＤＢ６と、整流された電圧を平滑化する平滑コンデンサＣ６２と、平滑コンデンサＣ６２の後段において電源−グランド間に直列接続されたダイオードＤ６及びスイッチング素子Ｑ６と、共振回路６２と、スイッチング素子Ｑ６を制御する制御部６５を備えている。制御部６５は、スイッチング素子Ｑ６のゲートに制御信号を与えてスイッチングさせるものであり、例えば、疑似発振用のＩＣが適用されてもよい。また、スイッチング素子Ｑ６は、ＯＮ抵抗が低いのが好ましく、例えば、低ＯＮ抵抗型のハイブリッドＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）等を採用することができる。

共振回路６２は、電源部６の一対の出力端子ＯＵＴ間に接続された第１コンデンサＣ６１と、出力端子のうちのいずれか一方に接続された信号線上に設けられたインダクタＬ６とからなる。なお、インダクタＬ６は、小型で高性能なものが望ましく、例えば小型かつ高性能のコイルを採用することができる。

このようなバックコンバータ方式の電源部６において、スイッチング素子Ｑ６及びダイオードＤ６には、比較的高周波でかつ大きな電流が流れ、発熱量が大きくなる。したがって、本態様では、図５及び図６に示すように、これらの発熱量の高い素子である、スイッチング素子Ｑ６及びダイオードＤ６等を多層基板６１の外周近傍に配設するとともに、各素子Ｑ６，Ｄ６に対して、それぞれの外側から伝熱可能に接触するヒートシンク６３，６４を設けている。さらに、ヒートシンク６３，６４を金属ケース部１１ｂに伝熱可能に接続させて放熱効果をより高めるように構成している（図４参照）。

図８に示すように、駆動回路３は、一対の入力端子ＩＮ間に接続されたバッテリー駆動時の安定化用の第２コンデンサＣ３と、ＤＣモータ部４を駆動するモータ駆動部３６と、モータ駆動部３６の動作を制御する制御部３３とを備えている。制御部３３は、ＤＣモータ部４の近傍に設けられた位置センサ３５からの位置情報や、ＤＣモータ部４の駆動に関わる電流情報ＳＡ及び電圧情報ＳＶに基づいて、モータ駆動部３６を介してＤＣモータ部４の駆動を制御する。具体的には、制御信号ＳＣ１〜ＳＣ４をモータ駆動部３６に設けられたドライバに与えてＤＣモータ部４を駆動させる。

ところで、バッテリー駆動時に高い吸込仕事率（例えば、１８０Ｗ以上）を実現しようとした場合、一般的には、その消費電力は６００Ｗ程度になることが想定される。例えば、内蔵バッテリーとしてリチウムイオンバッテリーを適用した場合、少なくともＤＣ３０Ｖ、２０Ａの能力が必要である。

商用電源に接続した場合においても、バッテリー駆動時と同様の出力（吸込仕事率）を実現するためには、商用電源からのＡＣ電源をバッテリー駆動時と同様のＤＣ電圧（例えばＤＣ３０Ｖ）まで降圧し、かつ６００Ｗの出力ができるようにする必要がある。

掃除機Ａにおいて、上記のような性能を実現する、すなわち、大きな出力を得るためには、電源部６に設けられた第１コンデンサＣ６１及び駆動回路３に設けられた第２コンデンサＣ３が共に大きな容量値（例えば、４０００μＦ）を必要とする。そのため、第１コンデンサＣ６１及び第２コンデンサＣ３のサイズが、掃除機Ａのコンパクト化に対する課題であった。

そこで、発明者らは、駆動回路３の第２コンデンサＣ３と、電源部６の第１コンデンサＣ６１とを一部共用化し、上記課題を解決して、機電一体型モータ１の小型化、すなわち掃除機Ａのコンパクト化を実現した。

より具体的には、電源部６の第１コンデンサＣ６１の容量値を、駆動回路３の第２コンデンサＣ３の容量値の１／４０以下にし、それをインダクタＬ６近傍に配置した。バックコンバータ方式の電源部６は、第１コンデンサＣ６１とインダクタＬ６とのＬＣ共振で成立するものであるため、該ＬＣ間にラインインピーダンス等のインピーダンスがあると安定的な発振ができなくなる可能性があるためである。

図９は電源部６の第１コンデンサＣ６１の容量値変化に伴う出力電圧の変化を示している。図９において、実線は無負荷運転時の出力電圧、破線は定格負荷時の出力電圧、一点鎖線は定格負荷時の電圧降下を示している。また、駆動回路３の第２コンデンサＣ３は、４０００μＦである。

図９に示すように、第１コンデンサＣ６１を、第２コンデンサＣ３の容量値の１／４０である１００μＦにしても、共振回路６２が安定的に発振し、電圧降下がほとんどない状態で所望の電圧を出力することができている。図９の例では、第１コンデンサＣ６１を６０μＦ程度にした場合においても、すなわち、第２コンデンサＣ３の容量値の約１／６５程度にした場合においても、所望の電圧を出力することができている。

これにより、比較的大きな部品（例えば、平滑コンデンサＣ６２、インダクタＬ６及び整流部ＤＢ６等）の多い電源部６において、第１コンデンサＣ６１の容量を大幅に削減することができる。すなわち、第１コンデンサＣ６１のサイズを大幅に縮小することができるため、ＤＣモータ部４を覆うモータケース１１と同一径以下の多層基板６１に電源部６が搭載できるようになり、かつＤＣモータ部４に対する高さの増加分を抑制することができる。

以下において、本実施形態に係る電気掃除機の動作について説明する。

まず、ユーザーが図外のスタートスイッチを押し操作して掃除機Ａの電源をＯＮすると、図１に示したＳＷ１がＯＮ制御される（Ｓ１）。これにより、電源部６と制御回路３２の間及びバッテリー８と制御回路３２の間がそれぞれダイオードを介して接続される。

ここで、ＡＣ電源が電源部６に供給されておらず、かつバッテリー８の残量がないような場合（Ｓ２でＮＯ）、制御回路３２には電源が供給されず、掃除機Ａは動作しない（Ｓ３）。したがって、ユーザーは、バッテリー８の残量がないか、電源コード９を挿していないことが原因で動作しないことがすぐにわかるため、電源供給のための対応をすることができる。

一方で、電源部６又はバッテリー８から制御回路３２に電源が供給されていた場合（Ｓ２でＹＥＳ）、制御回路３２内のリレーＲＬ３３がＯＮして、瞬間的に制御回路３２の基板に電源が投入される（Ｓ４）。

その後、制御回路３２は、ＡＣ電源が接続されているか否かの検知を行う。そして、ＡＣ電源が接続されている場合（Ｓ５でＹＥＳ）、制御回路３２はスイッチＳＷ３１をオン制御し、電源部６がインバータ３１に電源を供給できるようにする（Ｓ６）。その後、電源部６からの電源供給を受けたインバータ３１は、ＤＣモータ部４を駆動する（Ｓ８）。

一方で、ＡＣ電源が接続されていない場合（Ｓ５でＮｏ）、制御回路３２は、スイッチＳＷ３１をオン制御し、バッテリー８がインバータ３１に電源を供給できるようにする（Ｓ７）。その後、バッテリー８からの電源供給を受けたインバータ３１は、ＤＣモータ部４を駆動する（Ｓ８）。

これにより、掃除機Ａの待機電力をゼロにすることを目的として、各種回路への電源供給を停止しておくような場合においても、ユーザーによる運転開始操作（電源ＯＮ）に応じて制御回路３２等の各回路に電源が供給されるようにし、ＤＣモータ部４等を駆動することができる。ここで、ＡＣ電源のみを検知しているのは、ＡＣ電源が接続されている場合にはユーザーがＡＣ動作を希望していると判断していることに基づくが、バッテリー８の供給の有無に基づいてＳ５の判定を行ってもよい。

そして、ＤＣモータ部４が駆動されてインナーロータ４ａとアウターロータ４ｂとが逆方向に回転し、これらロータ４ａ，４ｂにそれぞれ軸４１，４３を介して駆動連結された吸引ファン部５の第１及び第２ファン５ａ，５ｂが駆動されて逆方向に回転することとなる。これにより、吸引ファン部５前側（上流側）の空間に負圧が発生して吸入口２前方からモータケース１１内に空気が取り込まれる。この際、吸引ファン部５は、第１ファン５ａと第２ファン５ｂとによる２重反転ファンで構成されているため、シングルファンの場合と比較してより多くの空気を取り込むことができる。そして、該空気はＤＣモータ部４の軸方向に沿って後側に進み、通気孔１１ｆ，１１ｆ，…から外部に向かって排出される（図３の破線矢印参照）。

この空気流により、前後方向に並べて配設された駆動回路３及び電源部６の冷却効果を高めることができる。また、同じ空気流により、掃除機外のダストが掃除機ハウジングの吸入口から空気と共に吸い込まれ、このダストは、ダストボックス収納空間のダストボックスに溜められる。このことで、掃除機Ａが集塵する。

−効果−
したがって、この実施形態においては、吸引ファン部５が第１ファン５ａと第２ファン５ｂとによる２重回転ファンで構成されているので、従来のシングルファンの場合と比較して、吸引のための空気流をより大量に安定した形で発生させることができ、掃除機の吸引力を高めることができる。

この際、第１ファン５ａは斜流ファンで構成され、第２ファン５ｂが軸流ファンで構成されているため、第１ファン５ａと接触する空気をより多く該羽根５２，５３間に取り込むことができるとともに、第１ファン５ａで発生した空気流をより安定した流れとすることができる。また、第１ファン５ａの外径は前記第２ファン５ｂの外径以下であり、第１ファン５ａの前後方向の長さは、前記第２ファン５ｂよりも長いため、第１ファン５ａで発生した空気流を確実に第２ファン５ｂへと誘導案内することができ、２重反転ファンの性能を向上させることができる。その結果、サイクロン型のスティック掃除機であっても吸込仕事率を１８０Ｗ以上にまで向上させることができ、その高効率化を実現することができる。

そして、この吸引ファン部５の２重反転ファンで発生した空気流がモータケース１１内を流れることとで、モータケース１１内に前後方向に並べて配設された駆動回路３及び電源部６の冷却効果を高めることができ、電源部６及び駆動回路３を高出力にしつつそのサイズをコンパクトにすることができる。

（他の実施形態）
上記実施形態では、吸引ファン部５の２重反転ファンは第１ファン５ａが遠心ファン、第２ファン５ｂが軸流ファンとしているが、第１ファン５ａは遠心ファンに代えて斜流ファン、又は軸流ファンとすることもでき、第１ファン５ａと第２ファン５ｂとを同じ方向に回転させるように構成することもできる。

また、第１ファン５ａにおける主羽根５２，５２，…の数及び副羽根５３，５３，…の数、そして第２ファン５ｂにおける軸流羽根５７，５７，…の数は任意の数とすることができる。

また、上記実施形態で用いたデュアルロータタイプの駆動モータではなく、１つのロータを備える駆動モータを２つ用いて、第１ファン５ａ及び第２ファン５ｂを回転駆動させるように構成してもよい。

さらに、駆動回路３の第２コンデンサＣ３と、電源部６の第１コンデンサＣ６１とを一部共用化するものとしたが、電源部６のインダクタＬ６と駆動回路３の第２コンデンサＣ３との間のラインインピーダンスを極小化することで、その全部を駆動回路３の第２コンデンサＣ３に共用化することもできる。より具体的には、駆動回路３の基板裏面と電源部６の基板裏面とが近接するように対向配置させる、例えば絶縁シート等の絶縁層を介して駆動回路３及び電源部６の両基板裏面を密着させるとともに、インダクタＬ６と第２コンデンサＣ３との間の配線が短くなるような位置にそれぞれを配置すればよい。これにより、電源部６をさらに小型化することができるようになる。

これらの場合においても、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。

以下において、具体的な本発明の実施例について説明する。

（実施例）
本発明の実施形態に係る電気掃除機について風量−静圧特性の測定を行った。この測定では、吸引ファン部に所定の風量を送風させ、その際に吸引ファン部が達成できる静圧の最大値を測定した。測定結果を図１２に示した。

（比較例）
従来のシングルファンを備える電気掃除機について、実施例と同様の測定を行った。ここで、シングルファンとして実施形態における第１ファン（遠心ファン）を単独で用いた。その実験結果を図１２に併せて示した。

（測定結果の評価）
図１２に示すように、送風量にかかわらず概ね２重反転ファンを備える掃除機の方がシングルファンのみを備える掃除機と比べて、風量−静圧が向上していることを読み取ることができる。

このことより、本発明によって電気掃除機の吸引力を向上させることができることが明らかである。

以上説明したように本発明は、特にコードレススティック型の掃除機において高い吸込仕事率を実現することができ、きわめて有用で産業上の利用可能性は高い。

Ａ コードレススティック型掃除機
１ 機電一体型モータ
２ 吸入口
３ 駆動回路
３２ 制御回路（制御部）
４ ＤＣモータ部（駆動部）
４ａ インナーロータ
４ｂ アウターロータ
４ｃ ステータ
５ 吸引ファン部
５ａ 第１ファン
５ｂ 第２ファン
６ 電源部
６３，６４ ヒートシンク
１１ モータケース（筺体）
Ｃ３ 第２コンデンサ（第２共用コンデンサ）
Ｃ６１ 第１コンデンサ（第１共用コンデンサ）
ＩＮ 入力端子
ＯＵＴ 出力端子

Claims (13)

1. 吸引ファン部と、該吸引ファン部を駆動する駆動部とを備えた電気掃除機であって、
   前記駆動部は、それぞれ回転する２つのロータを駆動する駆動モータによって構成され、
   前記吸引ファン部は、一方のロータによって回転駆動される第１ファンと、前記駆動モータの他方のロータによって回転駆動される第２ファンとを備えることを特徴とする電気掃除機。
2. 請求項１において、
   前記第１ファン及び第２ファンのうち、少なくとも一方は軸流ファンであることを特徴とする電気掃除機。
3. 請求項１において、
   前記第１ファン及び第２ファンのうち、一方が軸流ファンであり、他方が斜流ファン又は遠心ファンであることを特徴とする電気掃除機。
4. 請求項１〜３のいずれか１つにおいて、
   前記第１ファン及び第２ファンは、互いに逆方向に回転する２重反転ファンであることを特徴とする電気掃除機。
5. 吸入口に連通するように設けられた吸引ファン部と、を備えた電気掃除機であって、
   前記吸引ファン部は、斜流ファン又は遠心ファンの一方からなる第１ファンと、軸流ファンからなる第２ファンとの２重反転ファンを備え、
   前記第１ファンは、前記第２ファンよりも前記吸入口に近い側に設けられていることを特徴とする電気掃除機。
6. 吸入口に連通するように設けられた吸引ファン部と、を備えた電気掃除機であって、
   前記吸引ファン部は、斜流ファン又は遠心ファンの一方からなる第１ファンと、軸流ファンからなる第２ファンとの２重反転ファンを備え、
   前記第１ファンは、前記第２ファンよりも前記吸入口に近い側に設けられ、
   前記第１ファンの外径は前記第２ファンの外径以下であり、
   前記第１ファンの回転軸心に沿った方向の長さは、前記第２ファンの回転軸心に沿った方向の長さよりも長いことを特徴とする電気掃除機。
7. 請求項１〜４のいずれか１つにおいて、
   前記駆動モータはブラシレスＤＣモータであり、
   前記駆動モータの一方のロータはアウターロータであり、他方のロータはインナーロータであり、共通の１つのステータを持つことを特徴とする電気掃除機。
8. 請求項１〜４又は７のいずれか１つにおいて、
   前記駆動モータの両ロータを回転制御する１つのインバータ回路が設けられていることを特徴とする電気掃除機。
9. 請求項１〜４又は７又は８のいずれか１つにおいて、
   前記駆動モータに電気を供給するためのバッテリー及びＡＣ−ＤＣコンバータを有する電源部を備えていることを特徴とする電気掃除機。
10. 請求項９において、
    前記ＡＣ−ＤＣコンバータは非絶縁型のバックコンバータであり、
    前記駆動モータ及び前記ＡＣ−ＤＣコンバータはそれぞれ内部にＤＣ出力用のコンデンサを有しており、
    前記駆動モータ内のコンデンサの電気容量は、前記ＡＣ−ＤＣコンバータ内のコンデンサの電気容量の４０倍以上であることを特徴とする電気掃除機。
11. 請求項９において、
    運転を開始するためのスタートスイッチと、
    前記スタートスイッチが押されると、前記バッテリーと前記ＡＣ−ＤＣコンバータとのいずれか一方から電気を前記駆動モータに供給する制御部とを備えていることを特徴とする電気掃除機。
12. 請求項９において、
    前記駆動モータの筐体は金属部を備えている一方、前記電源部は放熱のためのヒートシンクを備えており、
    前記ヒートシンクと前記駆動モータの筐体の金属部とは伝熱可能に接続されていることを特徴とする電気掃除機。
13. コードレススティック型掃除機であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１つの電気掃除機。

Images