JPH10192208A

JPH10192208A - 電気掃除機

Info

Publication number: JPH10192208A
Application number: JP36297A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Omori; 健大森; Masaki Kaji; 正貴梶
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1997-01-06
Filing date: 1997-01-06
Publication date: 1998-07-28

Abstract

(57)【要約】【課題】より高い吸込仕事率を得るためには、電動送風
機入力の向上が必須であるが、電動送風機入力の法的規
定値の上限を超えないようにするためには、電流検出手
段の精度向上、すなわち、電動送風機の入力一定制御の
精度向上が必要である。【解決手段】本発明の主たる構成は、電動送風機の検出
電流をレベル信号に変換する信号変換手段として、電流
検出手段の出力を増幅する第一増幅手段と、前記第一増
幅手段の出力をレベルシフトすることで電流検出範囲を
限定するためのレベルシフト手段と、前記レベルシフト
手段の出力を再増幅する第二増幅手段とを有し、前記信
号変換手段の出力により前記電動送風機の入力を制御す
る位相制御手段は、前記信号変換手段の信号レベルが一
定になるように点弧位相角を増減することにより、電動
送風機の入力をほぼ一定に保つように制御する。

Description

【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、さらに
詳細には、電動送風機の入力を一定に保つように制御す
る電気掃除機の制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】電気掃除機は、一般に、電動送風機の吸
引力により掃除機本体内を負圧にして、ごみや埃を吸い
取るものである。

【０００３】最近では、特開平5-95877や特開平7-21346
8号公報に記載のごとく、電動送風機の電流を検出する
電流検出手段と、電流検出手段の出力を増幅する増幅手
段と、増幅手段の出力により電動送風機の回転数を制御
する位相制御手段とを備え、位相制御手段は、増幅手段
からの信号レベルが一定になるように制御するものがあ
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記したご
とき従来形電気掃除機において、電動送風機の入力を一
定に保つように制御するためには、実際に入力一定制御
を行うのが吸込仕事率ピーク点付近のみ、すなわち電動
送風機に流れる電流値が比較的中〜大のときであるのに
対して、入力一定制御に必要でない範囲も含めて電流検
出をしている。そのため、実際に制御に必要な範囲の精
度が限られてしまっている。

【０００５】また、最近では、より高い吸込仕事率を得
るために、吸込仕事率ピーク点付近における電動送風機
入力を高める制御を行っているが、法的規定値の上限を
越えないようにする必要があるため、電動送風機の入力
を監視し、位相制御を行う必要がある。電動送風機の入
力は、電動送風機に流れる電流と、電動送風機端子間の
印加電圧との積によって求めることができるが、電流検
出精度が低いと、その演算によって得られる電動送風機
の入力値の誤差が大きくなる。つまり、精度の低い演算
で得られた入力値を基に、電動送風機の入力を一定にす
る制御を行った場合、その誤差により電動送風機の入力
値が法的規定値の上限を超えてしまう恐れがあるため、
入力の最大レベルを法的規定値の上限付近まで上げるこ
とは難しい。これを換言すると、電動送風機の入力が法
的規定値の上限を超えることなく、吸込仕事率ピーク点
付近での電動送風機の入力を上げるためには、電流検出
回路の精度向上、すなわち、吸込仕事率ピーク点付近に
おける電動送風機の入力一定制御の精度向上が必要であ
る。

【０００６】本発明は前記課題を解決するものであり、
電流検出回路の電流検出範囲を、吸込仕事率ピーク点付
近における電動送風機の入力を一定に保つように制御を
行う上で必要な範囲に限定することで、その制御の精度
を向上させることを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の主たる構成は、
電動送風機の電流を検出する電流検出手段と、前記電流
検出手段の出力をレベル信号に変換する信号変換手段
と、前記信号変換手段の出力により前記電動送風機の入
力を制御する位相制御手段とを備え、前記信号変換手段
は、前記電流検出手段の出力を増幅する第一増幅手段
と、前記第一増幅手段の出力をレベルシフトすることで
電流検出範囲を限定するためのレベルシフト手段と、前
記レベルシフト手段の出力を再増幅する第二増幅手段と
を有し、前記位相制御手段は、前記信号変換手段の信号
レベルが一定になるように点弧位相角を増減することに
より、電動送風機の入力をほぼ一定に保つことにある。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態の一例
を、添付の図面を参照して説明する。

【０００９】電気掃除機は図２に示すような構成となっ
ている。

【００１０】掃除機本体１の内部に集塵室１１と電動送
風機２とを有しており、ホース１２が掃除機本体１に接
続されている。ホース１２と延長管１３との接続部に
は、電動送風機２の吸込力等を設定するための手元操作
部１５が設けられており、ここで設定された吸込力とな
るように本体制御部３で制御を行う。延長管１３の先端
部には吸口１４が接続されている。

【００１１】掃除機本体１に内蔵されている本体制御部
３は、図１に示すような回路構成となっており、電動送
風機２の電流を検出する電流検出手段３０と、電流検出
手段３０の出力を全波整流する全波整流回路３１、全波
整流回路３１の出力を増幅する第一増幅手段３２、第一
増幅手段３２の出力をレベルシフトすることで電流検出
範囲を限定するためのレベルシフト手段３３、レベルシ
フト手段３３の出力を再増幅する第二増幅手段３４、第
二増幅手段３４の出力を平滑する平滑回路３５からなる
信号変換手段３６と、図２における集塵室１１内の真空
度を検出する圧力センサ回路４２と、交流商用電源４を
直流電源に変換し、制御回路全体に供給する電源回路４
３と、電源周波数信号を発生するＨｚ信号回路４４と、
演算処理を行い、制御回路の中心となるマイクロコンピ
ュータ（以下マイコンと称す）３８と、マイコン動作用
のクロック周波数信号を発生するクロック発振回路４５
と、電気掃除機の運転状態を発光ダイオード等により外
部に表示する表示回路４６と、電動送風機２のスイッチ
ングのための双方向性半導体素子（以下トライアックと
称す）４１と、トライアック４１をマイコン３８からの
トリガ信号によりＯＮ−ＯＦＦさせるモータ駆動回路４
０とからなる。

【００１２】図１をもとに、本発明の実施の形態の一例
による制御回路の構成を説明する。

【００１３】図２の本体制御部３は、マイコン３８を中
心に構成される。

【００１４】掃除機本体１に吸引力を与える電動送風機
２は、マイコン３８からのトリガ信号の点弧位相角の増
減により、すなわち、トライアック４１の導通時間をモ
ータ駆動回路４０を介して制御することによって入力制
御される。

【００１５】Ｈｚ信号回路４４では位相制御の基準とな
る電源周波数信号を発生させる。

【００１６】また、本体制御部３の電源は、交流商用電
源４から電源回路４３により直流電源に変換され、制御
回路全体に供給される。

【００１７】電流検出手段３０は、電動送風機２の電流
を検出し、交流信号を出力する。電流検出手段３０から
出力された交流信号は、全波整流回路３１で整流され、
その出力信号は第一増幅手段３２で増幅される。第一増
幅手段３２の出力は、レベルシフト手段３３で一定電圧
レベルシフトされる。レベルシフト手段３３の出力は、
第二増幅手段３４と平滑回路３５とにより増幅・平滑さ
れて所定の値のレベル信号に変換される。変換されたレ
ベル信号は、マイコン３８のＡＤ変換入力ポートに入力
される。

【００１８】また、圧力センサ回路４２は集塵室１１内
の真空度を検出し、レベル信号に変換してマイコン３８
のＡＤ変換入力ポートに出力する。マイコン３８はその
値から現在の風量を認識することができる。以下、本構
成における動作を説明する。

【００１９】ここで、図３は従来の電流検出回路を使っ
たときの電動送風機２の電流値と電流検出回路出力電圧
との関係を示したものである。この出力電圧は、図１の
Ａ点における出力電圧と同等である。

【００２０】Ｉは電動送風機２を流れる電流値、Ｖ１は
電流検出回路の出力電圧、Ｉｍは電動送風機２を流れる
電流の最大値、Ｖｍは電流検出回路の出力電圧の最大値
である。

【００２１】図３に入力一定制御に必要な電流検出範囲
を示すが、図３の場合、入力一定制御に必要な電流検出
範囲として全電流範囲にわたって検出しているため、実
際に入力一定制御に必要な電流検出範囲に対する電流検
出回路出力電圧の範囲が狭い。

【００２２】これに対し、図４は、電動送風機２の電流
値とレベルシフト手段３３を用いた場合の電流検出回路
の出力電圧、すなわち図１におけるＢ点での出力電圧と
の関係を示している。

【００２３】Ｉは電動送風機２を流れる電流値、Ｖ２は
レベルシフト手段３３を用いた場合の電流検出回路出力
電圧である。つまり、図４は、図３と同範囲の入力一定
制御に必要な電流検出範囲を示すが、この段階では、入
力一定制御に必要な電流検出範囲に対する電流検出回路
出力電圧の範囲は図３と同様である。

【００２４】図５は本実施例による電流検出回路を使っ
たときの電動送風機２の電流値と電流検出回路出力電
圧、すなわち図１のＣ点における出力電圧との関係を示
したものである。

【００２５】Ｉは電動送風機２を流れる電流値、Ｖ３は
電流検出回路の出力電圧である。つまり、図５は、図
３、図４と同範囲の入力一定制御に必要な電流検出範囲
を図示するが、図３、図４と比較して、同一の入力一定
制御に必要な電流範囲に対して、電流検出回路出力電圧
の範囲が広くなっている。

【００２６】以上の点をさらに詳述すると、電流検出手
段３０により出力される交流信号は、全波整流回路３１
で全波整流された後、第一増幅手段３２で図３の値まで
増幅される。図３において、電動送風機２の電流値がＩ
ｏのときの電流検出回路の出力をＶｏとする。電流検出
範囲をＩｏ≦Ｉ≦Ｉｍに設定すると、レベルシフト手段
３３での一定降下電圧の値はＶｏとなる。第一増幅手段
３２の出力をレベルシフト手段３３に入力し、一定電圧
Ｖｏを電圧降下させると、電流値Ｉ≦Ｉｏのとき、レベ
ルシフト手段の出力電圧Ｖ２＝０となり、電流値Ｉ＞Ｉ
ｏのとき、Ｖ２＝Ｖ１−Ｖｏとなる。つまり、電動送風
機２の電流値とレベルシフト手段３３の出力電圧との関
係は図４のようになる。レベルシフト手段の具体例とし
ては、トランジスタ等による定電流源を用いたレベルシ
フト回路などがある。レベルシフト手段３３の出力を第
二増幅手段３４で再増幅すると、電動送風機２の電流値
と電流検出手段出力電圧との関係は図５のようになる。
第二増幅手段３４の出力は、平滑回路３５で平滑され
て、マイコンＡＤ変換ポートに入力される。

【００２７】ここで、電流検出回路出力電圧単位当たり
の電流値を考える。従来の方式の場合は、図３より、Ｉ
ｍ／Ｖｍである。本実施例の場合は、図５より、（Ｉｍ
−Ｉｏ）／Ｖｍとなる。したがって、電流検出回路出力
電圧単位当たりの検出電流値が細かくなるので、電流検
出精度は向上する。例えば、Ｉｏ＝Ｉｍ／２とし、電流
検出範囲を従来の半分にした場合、電流検出回路出力電
圧単位当たりの電流値は、Ｉｍ／２Ｖｍとなる。これに
対して、従来の場合の電流検出回路出力電圧単位当たり
の電流値は、Ｉｍ／Ｖｍである。すなわち、マイコン３
８のＡＤ変換入力変換ポートに入力される電圧に０．１
Ｖの誤差があった場合、従来の回路では電流値で０．１
Ｉｍ／Ｖｍの誤差が出るのに対して、本例の場合の電流
値の誤差は０．１Ｉｍ／２Ｖｍとなり、誤差は半減す
る。この例からも分かるように、電流検出範囲を半分に
することにより、電流検出精度は２倍になる。

【００２８】次に、本発明による電気掃除機の実施形態
について述べる。

【００２９】図６に、電力制御を行わない場合の風量Ｑ
に対する真空度Ｈ、消費電力Ｗi、吸込仕事率Ｐの関係
の一例を二点鎖線で、および消費電力をＷi'のように制
御したときの風量Ｑに対する真空度Ｈ'、吸込仕事率Ｐ'
の関係の一例を実線で示す。

【００３０】一般に、風量Ｑに対する消費電力Ｗiと真
空度Ｈとの関係は、図６の二点鎖線で示されるように、
大風量側（ゴミのたまっていない状態）では、真空度Ｈ
は低いが、電動送風機２の負荷（空気負荷）は大きくな
るため、電動送風機２に流れる電流も大きくなる。よっ
て、消費電力Ｗiも大きくなる。

【００３１】これとは逆に、小風量側（ゴミのたまって
いる状態）では、真空度Ｈは高くなるが、電動送風機２
に流れる電流は小さくなり、消費電力Ｗiも小さくな
る。吸込仕事率Ｐは、Ｐ＝Ｑ×Ｈ×０．１６３４（Ｗ）
で求めることができ、図６のようなカーブとなる。

【００３２】図６において、Ｑｐ'は吸込仕事率ピーク
点における風量であり、その付近のＱ１≦Ｑ≦Ｑ２の範
囲でＷi'の入力一定制御を行っている。本発明における
実施の形態の一例についての説明は、この吸込仕事率ピ
ーク点付近のＱ１≦Ｑ≦Ｑ２の範囲について行う。

【００３３】初めに、手元操作部１５からの信号をもと
に信号変換手段３６の信号レベルを一定にするように制
御する基準値Ｗi'1を決定する。決定したＷi'1をもと
に、電流検出回路３７の出力レベルから計算によって求
まる消費電力Ｗi'が、一定の値Ｗi'1になるように電動
送風機２を制御する。

【００３４】例えば、集塵室１１内にゴミがたまってく
ると、風量Ｑは低下する。風量Ｑが低下すると、電動送
風機２の負荷（空気負荷）が減るので、電流値が下が
り、電流検出手段３０と信号変換手段３６とが電流の変
化をとらえ、電流検出回路３７の出力信号レベルが下が
り、それに伴って電流検出回路３７の出力電圧によって
計算される消費電力の値が基準値Ｗi'1よりも低下す
る。すると、電動送風機２の電流値を上げるようにマイ
コン３８が点弧位相角を早め、電動送風機２の電流値を
元の水準に戻すように、すなわち電流値と電動送風機２
への印加電圧との積によって求まる消費電力Ｗi'を増や
して基準値Ｗi'1に戻すように働く。

【００３５】一方、ゴミを取り除くと、風量Ｑは増加す
る。風量Ｑが増加すると、電動送風機２の負荷（空気負
荷）が増え、電流値が上がり、電流検出手段３０と信号
変換手段３６とにより電流の変化をとらえ、電流検出回
路３７の出力信号レベルが上がり、それに伴って電流検
出回路３７の出力電圧により計算される消費電力の値が
基準値Ｗi'1より上昇する。すると、電動送風機２の電
流値を下げるようにマイコン３８が点弧位相角を遅く
し、電動送風機２の電流値を元の水準に戻すように、す
なわち電流値と電動送風機への印加電圧との積によって
求まる消費電力Ｗi'を減らして基準値Ｗi'1に戻すよう
に働く。

【００３６】このように、電流検出回路の出力レベルに
よって、消費電力Ｗi'、すなわち電動送風機２の入力が
一定の基準値Ｗi'1に保たれるため、前記のように電流
検出範囲を限定することによって、電流検出精度を向上
させれば、電動送風機２の入力をほぼ一定に保つように
する制御の精度も向上する。

【００３７】

【発明の効果】以上の実施の形態の一例からもわかるよ
うに、本発明によれば、電動送風機の電流を検出する電
流検出手段と、前記電流検出手段の出力をレベル信号に
変換する信号変換手段と、前記信号変換手段の出力によ
り前記電動送風機の入力を制御する位相制御手段とを備
え、前記信号変換手段は、前記電流検出手段の出力を増
幅する第一増幅手段と、前記第一増幅手段の出力をレベ
ルシフトすることで電流検出範囲を限定するためのレベ
ルシフト手段と、前記レベルシフト手段の出力を再増幅
する第二増幅手段とを有し、前記位相制御手段は、前記
信号変換手段の信号レベルが一定になるように点弧位相
角を増減することにより、吸込仕事率ピーク点付近にお
いて、従来よりもより高精度に電動送風機の入力をほぼ
一定に保つように制御することができ、電動送風機の入
力の最大レベルを従来より上げられるようになったこと
で、より吸込仕事率の高い電気掃除機を提供することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の一例による制御回路のブ
ロック図である。

【図２】本発明の実施の形態の一例による電気掃除機の
構成図である。

【図３】従来の電動送風機の電流値と電流検出回路出力
電圧との関係を示す図である。

【図４】レベルシフト手段を用いたときの電動送風機の
電流値と電流検出回路出力電圧との関係を示す図であ
る。

【図５】本発明の実施の形態の一例による電動送風機の
電流値と電流検出回路出力電圧との関係を示す図であ
る。

【図６】本発明の実施の形態の一例による電気掃除機の
風量−真空度・消費電力・吸込仕事率の関係を示す図で
ある。

【符号の説明】

１…掃除機本体、２…電動送風機、３…本体制御部、４
…交流電源、３０…電流検出手段、３２…第一増幅手
段、３３…レベルシフト手段、３４…第二増幅手段、３
６…信号変換手段、３９…位相制御手段。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電動送風機の電流を検出する電流検出回
路を備える電気掃除機において、電流検出手段と、前記
電流検出手段の出力をレベル信号に変換する信号変換手
段と、前記信号変換手段の出力により前記電動送風機の
入力を制御する位相制御手段とを備え、前記信号変換手
段は、前記電流検出手段の出力を増幅する第一増幅手段
と、前記第一増幅手段の出力をレベルシフトすることで
電流検出範囲を限定するためのレベルシフト手段と、前
記レベルシフト手段の出力を再増幅する第二増幅手段と
からなり、前記位相制御手段は、前記電流検出手段の信
号レベルが一定になるように点弧位相角を増減すること
により、電動送風機の入力をほぼ一定に保つように制御
することを特徴とする電気掃除機。
【請求項２】電動送風機の電流を検出する電流検出回
路を備える電気掃除機において、電流検出手段と、前記
電流検出手段の出力をレベル信号に変換する信号変換手
段と、前記信号変換手段の出力により前記電動送風機の
入力を制御する位相制御手段とを備え、前記信号変換手
段は、前記電流検出手段の出力を増幅する第一増幅手段
と、前記第一増幅手段の出力をレベルシフトすることで
電流検出範囲を限定するためのレベルシフト手段と、前
記レベルシフト手段の出力を再増幅する第二増幅手段と
からなり、前記位相制御手段は、前記電流検出手段の信
号レベルが一定になるように点弧位相角を増減すること
により、吸込仕事率ピーク点付近における電動送風機の
入力をほぼ一定に保つように制御することを特徴とする
電気掃除機。
【請求項３】電動送風機の電流を検出する電流検出回
路を備える電気掃除機において、電流検出手段と、前記
電流検出手段の出力をレベル信号に変換する信号変換手
段と、前記信号変換手段の出力により前記電動送風機の
入力を制御する位相制御手段とを備え、前記信号変換手
段は、前記電流検出手段の出力を増幅する第一増幅手段
と、前記第一増幅手段の出力をレベルシフトすることで
電流検出範囲を限定するためのレベルシフト手段と、前
記レベルシフト手段の出力を再増幅する第二増幅手段と
からなり、前記信号変換手段内のレベルシフト手段を用
いて、電流検出範囲をほぼ最大入力付近に設定し、前記
位相制御手段は、前記電流検出手段の信号レベルが一定
になるように点弧位相角を増減することにより、電動送
風機の入力をほぼ一定に保つように制御することを特徴
とする電気掃除機。
【請求項４】電動送風機の電流を検出する電流検出回
路を備える電気掃除機において、電流検出手段と、前記
電流検出手段の出力をレベル信号に変換する信号変換手
段と、前記信号変換手段の出力により前記電動送風機の
入力を制御する位相制御手段とを備え、前記信号変換手
段は、前記電流検出手段の出力を増幅する第一増幅手段
と、前記第一増幅手段の出力をレベルシフトすることで
電流検出範囲を限定するためのレベルシフト手段と、前
記レベルシフト手段の出力を再増幅する第二増幅手段と
からなり、前記信号変換手段内のレベルシフト手段を用
いて、電流検出範囲をほぼ最大入力付近に設定し、前記
位相制御手段は、前記電流検出手段の信号レベルが一定
になるように点弧位相角を増減することにより、吸込仕
事率ピーク点付近における電動送風機の入力をほぼ一定
に保つように制御することを特徴とする電気掃除機。