JPH07241266A - 電気掃除機のモータ制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 電気掃除機のブラシが被清掃面から浮き上が
っている状態では、電力を制限し、被清掃面に密接して
いる状態では、定格入力電力となし得るモータ制御装置
を提供する。 【構成】 モータ２１と電流制御素子２２の直列接続か
らなり、交流電源２３に接続され、電流制御素子２２が
オンするとモータに通電する回路２４と、時定数回路を
含み、時定数回路の時定数に応じた位相角で、交流電源
の零クロス点に同期して点弧パルスを発生する点弧パル
ス発生回路２５と、点弧パルスを電流制御素子２２に与
え、この電流制御素子２２をオンする点弧回路２６と、
電流制御素子２２の通電する電流を検出する電流検出回
路２７と、検出された電流に応じて時定数回路の時定数
を変化させる時定数制御回路２８とからなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、位相制御による点弧
パルスによりモータの通電制御を行う電気掃除機のモー
タ制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の電気掃除機のモータ制御装置に
は、抵抗、可変抵抗、及びコンデンサからなる時定数回
路を含む点弧パルス発生回路を備え、交流電源の零クロ
ス点に同期して、時定数に応じた位相の点弧パルスを発
生し、この点弧パルスを双方向性三端子サイリスタ等の
電流制御素子に与えてオンし、モータを通電するように
したものがある。この種の電気掃除機では、可変抵抗の
抵抗値を大きい方向に変化させると時定数回路の時定数
が大となり、位相角が遅れ、モータに通電される角度が
小となり、モータに通電される電流が小となる。逆に可
変抵抗の抵抗値を小さい方向に変化させると時定数が小
となり、位相角が進み、モータに通電される角度が大と
なり、通電電流が大となる。したがって、可変抵抗の抵
抗値を変化させることにより、モータパワーを調整する
ことができる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】近年の電気掃除機業界
では、他社の製品に対して自社製品を宣伝アピールする
のに「吸い込み仕事率」の数値が大であることを競い合
うという面がある。この吸い込み仕事率の高い装置を得
ようとすれば、勢い１次電源入力電力を多く必要とし、
その結果、この頃では定格入力電力＝１ＫＷの電気掃除
機が大半を占めるに至っている。そして、この吸い込み
仕事率向上の競争は終わりを知らず、の状況でもっとパ
ワーをと叫ばれているのが現状である。ところで、我国
（日本）には、ＪＩＳ規格とか、電気用品取締法等の制
約もあり、定格入力電力は１ＫＷ以下に留めようとの声
もある。

【０００４】一方、電気掃除機の特性として、規格や法
令に従って、定格入力電力を測定する試験状態は、床用
吸い込みブラシを空中に持ち上げて、つまり最大流量の
空気流が吸引される状態で計測されている。しかしなが
ら、実際に掃除する場合を想定すると、床用吸い込みブ
ラシが被清掃床面に密接している状態であり、ブラシを
空中に持ち上げている時は掃除機は実働されていない場
合である。したがって、ブラシを空中に持ち上げた状
態、つまり吸引空気量が最大状態でのモータへの電力供
給を制限し、被清掃面にブラシが密接した時点、つまり
掃除したい状態では、供給電力を大にすることが望まし
い。従来の上記した電気掃除機のモータ制御装置では、
この要望は満たされていなかった。

【０００５】この発明は、上記問題点に着目してなされ
たものであって、ブラシが被清掃面から浮き上がってい
る状態では電力を制限し、被清掃面に密接している状態
では定格入力電力となし得る電気掃除機のモータ制御装
置を提供することを目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段及び作用】この出願の特許
請求の範囲の請求項１記載の電気掃除機のモータ制御装
置は、図１に示すようにモータ２１と電流制御素子２２
の直列接続からなり、交流電源２３に接続され、電流制
御素子２２がオンすると、モータ２１に通電する回路２
４と、時定数回路を含み、時定数回路の時定数に応じた
位相角で、前記交流電源の零クロス点に同期して点弧パ
ルスを発生する点弧パルス発生回路２５と、前記点弧パ
ルスを前記電流制御素子２２に与え、この電流制御素子
２２をオンする点弧回路２６と、前記電流制御素子２２
に通電する電流を検出する電流検出回路２７と、検出さ
れた電流に応じて前記時定数回路の時定数を変化させる
時定数制御回路２８とから構成されている。

【０００７】この電気掃除機のモータ制御装置では、図
３に示すように、ブラシ開放及び開放に近い状態では、
空気流量Ｑが大で、モータ２１に流れる電流が大であ
り、電流検出回路２７で大なる電流が検出される。この
大なる電流に応じた信号が点弧パルス発生回路２５の時
定数回路に与えられ、時定数を大きくさせるので、点弧
パルス発生回路２５から点弧回路２６に出力される点弧
パルスの位相角は遅れ、モータ２１への電力供給は図３
の斜線部が約１ＫＷの水準に抑えられる。一方、被清掃
面にブラシが密接すると、モータ、電流制御素子２２に
流れる電流が小さくなり、検出電力も小さいので、時定
数回路の時定数も小さくされ、点弧パルスの発生位相角
が進む。そのため、モータ２１の通電電流は大となり、
電力供給は平準化される。

【０００８】請求項２記載の電気掃除機のモータ制御回
路は、図２に示すようにモータ２１と電流制御素子２２
の直列接続からなり、交流電源２３に接続され、電流制
御素子２２がオンするとモータ２１に通電する回路２４
と、時定数回路を含み、時定数回路の時定数に応じた位
相角で、前記交流電源の零クロス点に同期して点弧パル
スを発生する点弧パルス発生回路２５と、前記点弧パル
スを前記電流制御素子２２に与え、この電流制御素子２
２をオンする点弧回路２６と、前記電流制御素子２２の
通電する電流を検出する電流検出回路２７と、検出され
た電流が所定値以下の状態が所定時間以上継続すると、
これに応答して、その旨を示す報知動作を行う報知回路
２９とから構成されている。

【０００９】この電気掃除機のモータ制御装置では、集
塵袋の目詰まりが発生すると、入力電流が定常的に小さ
く、したがって検出電流が小さく、そしてその状態が一
定時間以上続くと報知回路２９が動作し、警告が発せら
れる。

【００１０】

【実施例】以下、実施例により、この発明をさらに詳細
に説明する。図４は、この発明の一実施例を示す電気掃
除機のモータ制御装置を示す回路図である。図４におい
て、商用交流電源１が接続される交流電源ライン８、９
には複合型、あるいは漏洩型の三脚トランス４の１次コ
イルＬ１が接続され、さらにこの１次コイルＬ１に並列
に、ファンモータ２、双方向性三端子サイリスタ３の直
列回路が接続されている。また、双方向性三端子サイリ
スタ３のゲートＧと交流電源ライン８、９間に、ダイオ
ードＤ５、Ｄ６が同極性方向に、ダイオードＤ７、Ｄ８
が同極性方向に直列に接続され、これらの直列回路が互
いに逆極性に並列接続された回路１３、三脚トランス４
の３次コイルＬ３の直列回路が接続されている。

【００１１】三脚トランス４の２次コイルＬ２の両端が
ダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４で構成されるブリッ
ジ型の整流回路１２の入力端ａ、ｂに接続され、整流回
路１２の出力端ｃ、ｄは、点弧パルス発生回路としての
位相制御回路１５の直流電源ライン１０、１１に接続さ
れている。位相制御回路１５のＮＰＮ型のトランジスタ
Ｑ１のコレクタ、エミッタ、及びツェナダイオードＺＤ
１が直流電源ライン１０、１１間に接続され、トランジ
スタＱ１のベースが抵抗Ｒ３を介して、ＰＮＰ型のトラ
ンジスタＱ２のコレクタに接続されるとともに、抵抗Ｒ
２を介して直流電源ライン１１に接続されている。ま
た、直流電源ライン１０、１１間に抵抗Ｒ４、Ｒ５の直
列回路がそれぞれに接続されている。この直流電源ライ
ン１０、１１間に、抵抗Ｒ１３、Ｒ６、可変抵抗ＶＲ、
コンデンサＣ３の直列回路が接続され、時定数回路を構
成している。位相制御回路を構成するトランジスタＱ２
のベースと、抵抗Ｒ４、Ｒ５の接続点間にダイオードＤ
９が接続され、トランジスタＱ２のエミッタが可変抵抗
ＶＲとコンデンサＣ３の接続点に接続されている。

【００１２】双方向性三端子サイリスタ３のカソードと
交流電源ライン９間に変流器５の１次コイルＰが接続さ
れ、変流器５の２次コイルＳにはダイオードＤ１０、Ｄ
１１、Ｄ１２、Ｄ１３からなるブリッジ型の整流回路１
４が接続され、その出力端には抵抗Ｒ２２、Ｒ２３、Ｒ
２４、コンデンサＣ７からなる平滑回路が接続される。
更に、コンデンサＣ７の両端にはツェナダイオードＺＤ
２と抵抗Ｒ７の直列回路が接続され、ツェナダイオード
ＺＤ２と抵抗Ｒ７の接続点には、ＰＮＰ型のトランジス
タＱ３のベースが接続され、トランジスタＱ３のエミッ
タが抵抗Ｒ８を介して直流電源ライン１０に接続されて
いる。コレクタはコンデンサＣ４を介して直流電源ライ
ン１０に接続されるとともに、抵抗Ｒ９、Ｒ１４、ダイ
オードＤ１５、コンデンサＣ４を経て抵抗Ｒ４とＲ５の
接続点に接続されている。また、抵抗Ｒ９の一端には、
ＰＮＰ型のトランジスタＱ４のベースが接続され、他端
にはコレクタが接続されている。トランジスタＱ４のエ
ミッタは、抵抗Ｒ１０を介してＰＮＰ型のトランジスタ
Ｑ５のベースに接続されるとともに、トランジスタＱ５
のベースは抵抗Ｒ１１を介して、直流電源ライン１０に
接続されている。また、トランジスタＱ５のエミッタ
は、抵抗Ｒ１２を介して直流電源ライン１０に接続され
るとともに、ダイオードＤ１６、抵抗Ｒ１５を介してＰ
ＮＰ型のトランジスタＱ６のベースに接続されている。

【００１３】抵抗Ｒ１５とトランジスタＱ６のベースの
接続点と直流電源ライン１０間に、コンデンサＣ６と抵
抗Ｒ１７の並列回路が接続されている。ＰＮＰ型のトラ
ンジスタＱ６とＱ７のエミッタは共通接続され、抵抗Ｒ
１８を介して直流電源ライン１０に接続されている。ま
た、トランジスタＱ７のコレクタと、直流電源ライン１
０間には抵抗Ｒ１９、Ｒ２０の直列回路が接続され、こ
の抵抗Ｒ１９、Ｒ２０の接続点とトランジスタＱ７のベ
ースが接続されている。トランジスタＱ６のコレクタと
直流電源ライン１１間には抵抗Ｒ２１、発光ダイオード
Ｌの直列回路が接続されるとともに、抵抗Ｒ２１、発光
ダイオードＬに並列にブザー６が接続されている。

【００１４】次に、この実施例回路の動作を説明する。
交流電源１が回路に接続されない状態では、トランジス
タＱ２のエミッタには電圧が印加されないのでＯＮせ
ず、したがって、トランジスタＱ１のベースに何ら電圧
が印加されず、ＯＦＦの状態で２次コイルＬ２を短絡し
ないので、３次コイルＬ３には電圧が発生しない。した
がって、双方向性三端子サイリスタ３のゲートＧに信号
が与えられず、点弧しないのでモータに電源電圧が印加
されない。

【００１５】ここで交流電源１を接続すると、三脚トラ
ンス４、更に整流回路１２を経て、直流電源ライン１
０、１１間に直流電圧が与えられ、コンデンサＣ３は抵
抗Ｒ１３、Ｒ６、ボリュームＶＲを経て充電され、トラ
ンジスタＱ２のエミッタ電圧となり上昇して、抵抗Ｒ
４、Ｒ５で分圧印加されているトランジスタＱ２のベー
スの電圧を超えるとベース電流が流れてＯＮし、コンデ
ンサＣ３に充電された電荷は抵抗Ｒ３、Ｒ２を介して放
電し、パルスを発振する（図５のロ）。コンデンサＣ３
の充放電は、可変抵抗ＶＲの可変により半サイクル中で
１ないし１０数回も繰り返され、半サイクルにおける最
初のクロスを電源周波数に同期して発生する。したがっ
て、そのクロスにおける抵抗Ｒ２の電圧がトランジスタ
Ｑ１のベースに与えられてトランジスタＱ１はＯＮし、
全波整流器１２を介して２次コイルＬ２をパルス信号分
だけ短絡する（図５のニ）。三脚トランス４の特性によ
り、３次コイルＬ３にはその短絡に対応してパルス信号
（図５のホ）が誘起し、逆並列ダイオード回路１３を介
して双方向性三端子サイリスタ３のゲートＧに印加さ
れ、点弧し、モータ２に位相制御された電圧（図５の
ヘ）が印加される。これによりモータ２に位相角に応じ
た電流が流れる。

【００１６】モータ２に流れる電流は変流器５で検出さ
れ、整流回路１４で整流され、更に平滑回路で平滑され
たあと、ツェナダイオードＺＤ２で余分な電圧がカット
される。例えばコンデンサＣ７の両端電圧が７Ｖであっ
たとすると、ツェナダイオードＺＤ２の両端で６Ｖとな
るため、トランジスタＱ３のベースには直流電源ライン
１０に対し、−１Ｖ程度が加えられ、トランジスタＱ３
のベースに電流が流れる。トランジスタＱ３のコレクタ
はトランジスタＱ３がオフ時に、−側に大きく振ってい
るが、通常、トランジスタＱ３は、不飽和領域でオンし
ており、コレクタは−３Ｖぐらいに設定されている。こ
れにより、トランジスタＱ４にベース電流が流れ、抵抗
Ｒ１０を介してトランジスタＱ５のベース電流が流れ、
トランジスタＱ５がオンし、抵抗Ｒ６、可変抵抗ＶＲを
介して、コンデンサＣ３に充電電流が流れる。トランジ
スタＱ５のコレクタ電流により、コンデンサＣ３への充
電電流が決定され、制御される。この電流が大なるほど
コンデンサＣ３を含む回路の時定数が小となる。逆に電
流が小さい程時定数が大きくなる。モータ２に流れる電
流が減ると、変流器５の発生電圧は減り（例えば−１．
０→−０．９Ｖ）、トランジスタＱ３のベース電流が流
れにくくなり、トランジスタＱ３のコレクタ電位が−側
に振れる。すると、トランジスタＱ４、Ｑ５のベース電
流が増加し、コンデンサＣ３の充電電流が増加し、位相
角はフル点弧に近づく。モータ２に流れる電流が増加し
た時は逆に働き、常に一定のモータ電流となるように動
作する。つまり、変流器５で検出される電流が低下する
と、応じてトランジスタＱ５のベース電圧がマイナス方
向に上昇し、コンデンサＣ３の充電電流が増加するた
め、双方向性三端子サイリスタ３の位相角が小さくな
り、変流器ＣＴ及びモータ２の電流が増加する。そのた
め、ほぼ一定なモータ電流が得られる。

【００１７】また、トランジスタＱ５のエミッタ電圧を
ダイオードＤ１６、抵抗Ｒ１５でコンデンサＣ６を介し
て整流平滑し、トランジスタＱ６のベースに加え、抵抗
Ｒ１９、Ｒ２０で決まるしきい値をある時間以上連続し
て超えた場合、ＬＥＤＬが点灯するとともに、ブザー６
が鳴動する。これによって、図示外のブラシが床面に密
接している状態が連続していることを警告報知すること
になる。

【００１８】なお、図４の実施例では、点弧パルス発生
回路１５への電源電圧の供給及び双方向性三端子サイリ
スタ３の点弧回路として、複合型あるいは漏洩型三脚ト
ランスを利用したモータ制御装置を示したが、本発明で
はこれに限られるものではなく、例えば図６に示すよう
に、ダイオードブリッジ回路１６を用いた、トランス・
レス方式のモータ制御装置の場合にも、本発明が適用さ
れることは言うまでもない。図６において、回路１７は
図４の下半分の回路と同一なので、具体的な回路接続の
図示を省略している。

【００１９】

【発明の効果】この出願の特許請求の範囲の請求項１に
記載の発明によれば、電流検出回路でモータに流れる電
流を検出し、検出電流に応じて点弧パルス発生回路の時
定数回路の時定数を制御し、点弧パルスの位相を変化さ
せモータに流れる電流を制御するものであるから、実際
の掃除作業に最適な空気流量Ｑ（図３参照）を越えるゾ
ーンで余分な電力消費をセーブすることができ、電気掃
除機の最大入力電力を、例えば１ＫＷを上限値としてカ
ットするので、ＪＩＳ、電気用品取締法等の規制値以内
に常に収まる保証が得られる。

【００２０】また、実際の掃除作業に最適な空気流量Ｑ
（図３参照）近辺で、最大吸い込み仕事率が得られる様
に、回路定数を設定しておくことによって、無駄な電力
消費を防止し、電力使用料金の節減と、「地球に優しい
省エネルギー」効果が得られる。さらにまた、高価なセ
ンサやマイコンを使用せずとも、安価なトランジスタや
ダイオード、抵抗等のみで上記の効果を達成でき、低廉
な原価で高機能な電気掃除機を提供し得る。

【００２１】この出願の請求項２に記載の発明によれ
ば、電流検出回路でモータに流れる電流を検出し、検出
電流が所定値以下である状態が所定時間以上継続する
と、報知回路を動作させるようにしているので、集塵袋
の目詰まりを検出、警報することができ、「もはや吸引
能力の低下した掃除機」を気付かずに無駄な電力消費を
し続けることを防止し得るという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この出願の特許請求の範囲の請求項１に記載の
電気掃除機のモータ制御装置の構成を示すブロック図で
ある。

【図２】この出願の特許請求の範囲の請求項２に記載の
電気掃除機の構成を示すブロック図である。

【図３】この発明の実施例装置における空気流量と電力
の関係を示す図である。

【図４】この発明の一実施例を示す電気掃除機のモータ
制御装置の回路図である。

【図５】同実施例電気掃除機のモータ制御装置の点弧パ
ルス発生動作を説明するための波形図である。

【図６】この発明の他の実施例を示す電気掃除機のモー
タ制御装置の回路図である。

【符号の説明】

２１ モータ ２２ 電流制御素子 ２３ 交流電源 ２４ 回路 ２５ 点弧パルス発生回路 ２６ 点弧回路 ２７ 電流検出回路 ２８ 時定数制御回路

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】モータと電流制御素子の直列接続からな
   り、交流電源に接続され、電流制御素子がオンするとモ
   ータに通電する回路と、 時定数回路を含み、時定数回路の時定数に応じた位相角
   で、前記交流電源の零クロス点に同期して点弧パルスを
   発生する点弧パルス発生回路と、 前記点弧パルスを前記電流制御素子に与え、この電流制
   御素子をオンする点弧回路と、 前記電流制御素子の通電する電流を検出する電流検出回
   路と、 検出された電流に応じて前記時定数回路の時定数を変化
   させる時定数制御回路と、 を備えたことを特徴とする電気掃除機のモータ制御装
   置。
2. 【請求項２】モータと電流制御素子の直列接続からな
   り、交流電源に接続され、電流制御素子がオンするとモ
   ータに通電する回路と、 時定数回路を含み、時定数回路の時定数に応じた位相角
   で、前記交流電源の零クロス点に同期して点弧パルスを
   発生する点弧パルス発生回路と、 前記点弧パルスを前記電流制御素子に与え、この電流制
   御素子をオンする点弧回路と、 前記電流制御素子の通電する電流を検出する電流検出回
   路と、 検出された電流が所定値以下の状態が所定時間以上継続
   すると、これに応答して、その旨を示す報知動作を行う
   報知回路と、 を備えたことを特徴とする電気掃除機のモータ制御装
   置。