JP5395586B2 - 電気掃除機 - Google Patents

Description

本発明は電気掃除機に係り、特に電動送風機の寿命に近づいたら、電気掃除機の運転を停止させることができる電気掃除機に関する。

一般に電気掃除機は、塵埃を除去するフィルタ手段と、吸引用の負圧を発生させる電動送風機を備える。

この電動送風機には、遠心ファンを回転させる整流子モータが用いられ、このモータのステータ側には駆動電流を供給するためのブラシが設けられる。

このブラシはロータに設けた整流子に弾性付勢され、ブラシと整流子が機械的に接触して、ステータ側に駆動電流が供給される。

このように、電気掃除機のモータにおいては、ブラシと整流子とが機械的に接触しており、ロータの回転に伴って、ブラシは磨耗することとなる。

モータの運転時間が寿命時間に達すると、電動送風機が発煙する確率が高くなる。

そのため、ブラシの磨耗によるモータの寿命を知るにはブラシの状態を管理する必要があり、火花検出手段を設けた電気掃除機が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

また、電気掃除機のモータの駆動時間だけでなく、電気掃除機本体に電源が通電されている時間を管理する電気掃除機が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００８−８６１２４号公報 特開２００４−４５２号公報

しかしながら、特許文献１に記載の火花検出手段は、Ａ／Ｄ変換手段がサンプリングしたデジタル値の今回データと前回データを求め、この求めた差の値が予め設定した所定の火花判断レベルより大きい時、火花異常と判断する。また、所定時間内における最大値と最小値の差を求め、この求めた差の値が予め設定した所定の火花判断レベルより大きい時、火花異常と判断する。従って、火花検出手段の構造が複雑になり高価になる問題がある。

また、特許文献２に記載の電気掃除機は、第１のタイマにより計測されたモータの動作時間、および第２のタイマにより計測された掃除機本体の時間を計測して、不揮発性メモリに書き込んで記憶させもので、単に、単一運転モードのモータの停止要因を知るものであり、モータの複数の運転モード毎に運転時間が計測されず、さらに、複数の運転モード毎の運転時間に基づいて、予め設定されたモータの寿命設定時間に達したらモータを停止させるものではなく、電動送風機の発煙を確実に防止することはできない問題がある。

さらに、強モードだけ使用する使用者や弱モードだけ使用する使用者があり、総運転時間だけでは、例えば弱モードだけ使用した場合、電動送風機の寿命に達ていないのに停止してしまうなど推定の誤差が大きかった。

本発明は上述した事情を考慮してなされたもので、電動送風機の複数の運転モード毎に運転時間を測定し、これらの運転時間あるいは合計運転時間が予め設定された電動送風機の寿命設定時間に達したら電動送風機を停止させることで、電動送風機の発煙を防止することができ、かつ安価な電気掃除機を提供することを目的とする。

上述した目的を達成するため、本発明に係る電気掃除機は、掃除機本体内にフィルタ手段と、整流子およびブラシを有するモータとファンからなり、かつ複数の運転モードで運転される吸引用の電動送風機と、この電動送風機を制御する制御手段と、前記電動送風機の運転時間を計測するタイマと、このタイマが計測した運転時間を記憶する不揮発性メモリとを備え、前記タイマは運転モード毎に運転時間を計測し、前記制御手段は計測された運転時間を前記不揮発性メモリに記憶し、この不揮発性メモリに記憶された各運転モードの総運転時間のいずれか１つが運転モード毎に予め設定された前記ブラシの磨耗寿命となる寿命推定時間に達すること、および各運転モードの総運転時間の和が予め設定された合計寿命時間に達することのいずれかで前記電動送風機が停止する。

本発明によれば、電動送風機の複数の運転モード毎に運転時間を測定し、これらの運転時間あるいは合計運転時間が予め設定された電動送風機の寿命設定時間に達したら電動送風機を精度よく停止させることで、電動送風機の発煙を防止でき、かつ安価な電気掃除機を提供することができる。

本発明に係る電気掃除機の一実施形態の斜視図。 本発明に係る電気掃除機の一実施形態に用いる電動送風機を一部切欠して示す側面図。 本発明に係る電気掃除機の一実施形態に用いる電動送風機用制御回路のブロック図。 本発明に係る電気掃除機の一実施形態の運転の第１の制御例の制御フロー図。 本発明に係る電気掃除機の一実施形態の運転の第２の制御例の制御フロー図。

本発明の一実施形態に係る電気掃除機について、図面を参照して説明する。

図１に示すように、本発明の一実施形態に係る電気掃除機１は、掃除機本体２と、この掃除機本体２の前部に形成されたホース接続口２ａに一端が着脱可能に接続された集塵ホース３と、この集塵ホース３の他端に設けられ多数の操作スイッチ４ａを備える手元操作パイプ４に着脱自在に接続された延長管５と、この延長管５の先端に着脱自在に接続された吸込口体６とを備える。

掃除機本体２の内部には、集塵ホース３に連通し、いずれも図示しない、高速で流れる空気中に含まれる塵埃を分離する方式の第１の塵埃除去手段と、プリーツフィルタとからなる第２の塵埃分離手段とで構成される集塵ユニットを備えた集塵室７と、この集塵室７に吸込負圧を作用させる電動送風機１０とが設けられる。

図２に示すように、電動送風機１０は、吸気口１１を有する遠心ファン部１２と、排気口１３を有するモータ部１４とから構成される。

このモータ部１４は、排気口１３を有するモータハウジング１５と、モータハウジング１５の内周面１５ａに設けられた固定子１６と、モータハウジング１５内に回動自在に軸支された回転子１７と、モータハウジング１５に設けられ、回転子１７に電気的に接続された一対のブラシ機構１８とから構成され、固定子１６と、回転子１７と、一対のブラシ機構１８とでモータ２０が構成される。

回転子１７は、固定子１６の内側に配設される。回転子１７は、その軸芯に配置されたロータ軸２１と、このロータ軸２１に巻回されたフィールド巻線２２（回転子巻線）と、このフィールド巻線２２に電気的に接続され、ロータ軸２１に設けられた整流子２３とを備える。

また、ブラシ機構１８は、ブラシホルダ固定部２４に貫設されたブラシホルダ２５と、このブラシホルダ２５に摺動自在に収容されたカーボンブラシ２６と、このカーボンブラシ２６を回転子１７の整流子２３に押圧付勢させるコイルバネ２７とを備える。

図３に示すように、電動送風機用制御回路３０には、電動送風機１０と、この電動送風機１０への電力供給量を調整する例えばトライアックである電力量調整部３１が設けられ、さらに、電力量調整部３１を制御する制御手段３２が設けられる。この制御手段３２はマイコンを備え、このマイコンはＣＰＵ３２ａ、タイマ３２ｂ、ＲＡＭ，ＲＯＭを備え、さらに、制御手段３２には不揮発性メモリ３３が設けられる。

また、制御手段３２には、電動送風機１０がカーボンブラシ２６（図２）の磨耗による寿命で停止した場合、この電動送風機１０が寿命で停止したことを知らせるＬＥＤを備えた寿命停止報知手段３４が接続され、さらに、総運転時間が寿命推定時間に近づいたことを知らせるＬＥＤを備えた寿命予告報知手段３５が接続される。

電源には例えば商用電源定格１００Ｖを用いる。

なお、本発明におけるタイマは、マイコンが備えるタイマ（クロック）３２ｂがその機能を果す。

制御手段３２はＣＰＵ３２ａがＲＯＭ及びＲＡＭとデータのやりとりを行いながらＲＯＭに記憶されている制御プログラムを実行する。

本電気掃除機１は、手元操作パイプ４が備えた操作スイッチ４ａを操作することで、電動送風機１０の停止、強モード運転、自動運転、中モード運転及び弱モード運転に切り換えることができるようになっている。

強モード運転は電動送風機１０がフルパワー（例えば約１０００Ｗ）で運転される状態、自動運転は被掃除面によって変わる吸込抵抗によって、強モード運転と中モード運転の間を自動的に変化する運転状態、中モード運転は強モード運転と弱モード運転との間の約１／２（例えば４２０Ｗ）で運転される状態、弱モード運転は最小パワー（例えば約１６０Ｗ）で運転される状態である。

次に本実施形態の電気掃除機の動作について説明する。

［電気掃除機の運転の第１の制御例］
本第１の制御例は各運転モードの総運転時間が、運転モード毎に予め設定された寿命推定時間に達したら電動送風機が停止する制御である。

図４に示すフローチャートに沿って説明する。

使用者は、電気掃除機１を使用するために、電源コードを引き出し、電源プラグを電源コンセントに差し込んだ後、電源を投入する（Ｓ１）。
電源が投入されると、制御手段３２は不揮発性メモリ３３に記憶された使用時間データを読み込む（Ｓ２）。
不揮発性メモリ３３には、前回使用時までの各運転モード別の運転時間が記憶されている。
ここで、強モード運転の前回使用時までの運転時間ｔ_Ｓ０、自動運転の前回使用時までの運転時間ｔ_ａ０、中モード運転の前回使用時までの運転時間ｔ_ｍ０、弱モード運転の前回使用時までの運転時間ｔ_ｗ０とする。ｔ_Ｓ０、ｔ_ａ０、ｔ_ｍ０、ｔ_ｗ０が不揮発性メモリ３３に記憶されている。
運転モードを選択する（Ｓ３）。
この選択は、使用者がフローリング、カーペット、畳など被掃除面（掃除条件）に応じて、対応する操作スイッチ４ａを操作して行う。
各運転モードで電動送風機１０が作動する（Ｓ４）。
この電動送風機１０の作動は、操作スイッチ４ａが操作され、制御手段３２がその選択に応じて、電力調整部３１を制御して、電動送風機１０の出力を制御して行われる。

タイマ３２ｂが運転時間の計測を開始する（Ｓ５）。
各運転モードの運転時間が計測される（Ｓ６）。
使用者は、掃除過程において、掃除条件に応じて運転モードを切り換えるが、運転モード別に使用時間が積算される。
強モード運転の今回の運転時間ｔ_Ｓｎ、自動運転の今回の運転時間ｔ_ａｎ、中モード運転の今回の運転時間ｔ_ｍｎ、弱モード運転の今回の運転時間ｔ_ｗｎとすると、強モード運転の総運転時間Ｔ_Ｓ＝ｔ_Ｓ０＋ｔ_Ｓｎ、自動運転モードの総運転時間Ｔ_ａ＝ｔ_ａ０＋ｔ_ａｎ、中モード運転の総運転時間Ｔ_ｍ＝ｔ_ｍ０＋ｔ_ｍｎ、弱モード運転の総運転時間Ｔ_ｗ＝ｔ_ｗ０＋ｔ_ｗｎとなる。
運転モード別の総運転時間、Ｔ_Ｓ、Ｔ_ａ、Ｔ_ｍ、Ｔ_ｗが、不揮発性メモリ３３に記憶される（Ｓ７）。

制御手段３２は、各運転モード別の総運転時間が運転モード別に設定する寿命推定時間に達したか否か判断する（Ｓ８）。
運転モード別に設定する電動送風機の寿命推定時間は各々異なり、例えば強モード運転の寿命推定時間ＬＴ_Ｓ、自動運転モードの寿命推定時間ＬＴ_ａ、中モード運転の寿命推定時間ＬＴ_ｍ、弱モード運転の寿命推定時間ＬＴ_ｗとし、Ｔ_Ｓ≧ＬＴ_Ｓ、Ｔ_ａ≧ＬＴ_ａ、Ｔ_ｍ≧ＬＴ_ｍ、Ｔ_ｗ≧ＬＴ_ｗか否かを判断する。
ここで、ＬＴ_Ｓ、ＬＴ_ａ、ＬＴ_ｍ、ＬＴ_ｗは試験によって予め設定される値である。
モータに用いるブラシは磨耗するので、寿命があり、電動送風機を連続運転した場合、概ね強モード運転の寿命推定時間は４００時間、自動モード運転の寿命推定時間は４５０時間、中モード運転の寿命推定時間は５００時間、弱モード運転の寿命推定時間は７００時間であるので、これらの値を参照し、経験から、ＬＴ_ｓ、ＬＴ_ａ、ＬＴ_ｍ、ＬＴ_ｗを決定する。
各運転モード別の総運転時間が運転モード別に設定する寿命推定時間に達した場合（Ｓ８のＹＥＳ）、電動送風機１０の運転を停止し、寿命停止報知手段３４によりＬＥＤを点滅して、電動送風機１０（ブラシ）の寿命による停止であることを使用者に知らせる（Ｓ９）。
これにより、使用者は電動送風機寿命で停止したと確実に認識できる。

Ｓ８において、各運転モード別の総運転時間が運転モード別に設定する寿命推定時間に達していない場合（Ｓ８のＮＯ）、各運転モード別の総運転時間が運転モード別に設定する寿命推定時間から所定時間Ｔ１を減じた値に達したか否か判断する（Ｓ１０）。
各運転モード別の総運転時間が運転モード別に設定する寿命推定時間から所定時間Ｔ１を減じた値に達した場合（Ｓ１０のＹＥＳ）、寿命予告報知手段３４により、ＬＥＤを点滅して、電動送風機１０（ブラシ）が寿命のＴ１時間前であることを使用者に知らせる（Ｓ１１）。
Ｔ１は電動送風機１０（ブラシ）が寿命前のＴ１時間にあることを知らせて、修理あるいは買い替えの準備があることを知らせる。Ｔ１は例えば５時間に設定する。
Ｓ１０において、各運転モード別の総運転時間が運転モード別に設定する寿命推定時間から所定時間Ｔ１を減じ値に達していない場合（Ｓ１０のＮＯ）、Ｓ６に戻り、各運転モードの運転時間の計測以降のステップを繰り返す。

使用者は一つの特定の運転モードに固定して電気掃除機を使用することが多いので、各運転モード別に寿命推定時間を設定して、電動送風機の寿命による停止を使用者に知らせることは非常に有効である。

また、各運転モード別の総運転時間を計測して不揮発性メモリに記憶し、予め設定された寿命推定時間と比較することで寿命を推定できるので、構造が簡単で安価である。

［電気掃除機の運転の第２の制御例］
本第２の制御例は各運転モードの総運転時間の和が合計寿命時間に達したら電動送風機が停止する制御である。

図５に示すフローチャートに沿って説明する。

使用者は、電気掃除機１を使用するために、電源コードを引き出し、電源プラグを電源コンセントに差し込んだ後、電源を投入する（Ｓ２１）。
電源が投入されると、制御手段３２は不揮発性メモリ３３に記憶されて使用時間データを読み込む（Ｓ２２）。
上記第１の制御例と同様、不揮発性メモリ３３には、ｔ_Ｓ０、ｔ_ａ０、ｔ_ｍ０、ｔ_ｗ０が記憶されている。
いずれかの運転モードで電動送風機１０が作動する（Ｓ２３）。

タイマ３２ｂが運転時間の計測を開始する（Ｓ２４）。
各運転モードの運転時間が計測される（Ｓ２５）。
使用者は、掃除過程において、掃除条件に応じて運転モードを切り換えるが、運転モード別に使用時間が積算される。
運転モード別の総運転時間、Ｔ_Ｓ、Ｔ_ａ、Ｔ_ｍ、Ｔ_ｗが、不揮発性メモリ３３に記憶される（Ｓ２６）。

制御手段３２は、合計運転時間が合計寿命時間に達したか否か判断する（Ｓ２７）。
合計運転時間Ｔ_ｔｏｌは、各運転モード別の総運転時間の和であり、合計寿命時間ＬＴ_ｔｏｌについての試験によって予め設定される値である。

例えば、合計寿命時間ＬＴ_ｔｏｌは以下のようにして決定される。

電動送風機を連続運転した場合、上記のように、概ね強モード運転の寿命推定時間は４００時間、自動モード運転の寿命推定時間は４５０時間、中モード運転の寿命推定時間は５００時間、弱モード運転の寿命推定時間は７００時間であり、これら寿命推定時間の単純な和は、２０５０時間であり、実験と経験に基づく係数αをかけた値である。
例えば、αを０．３にすると、ＬＴ_ｔｏｌは２０５０時間×０．３＝６１５時間となる。 従って、合計運転時間が６１５時間に達したか否で判断される。

合計運転時間が合計寿命時間に達した場合（Ｓ２７のＹＥＳ）、電動送風機１０の運転を停止する（Ｓ２８）。
なお、電動送風機１０の運転を停止した後、再起動を可能にし、所定時間だけ運転できるようにしてもよい。これにより、寿命推定時間に達しても直ちに発煙するとは限らず、買い替えあるいは修理の準備中も使用が可能となり、便利である。
Ｓ２７において、合計運転時間が合計寿命時間に達していない場合（Ｓ２７のＮＯ）、Ｓ２５に戻り、以下同様にステップを繰り返す。

また、Ｓ２７において、合計運転時間が合計寿命時間に達したか否か判断する場合、別個の合計運転時間、合計寿命時間について説明する。

例えば、寿命推定時間は、最も過酷な使用条件の強モード運転を連続運転した場合の４００時間を基準にし、合計運転時間に関して、強運転モードは実際の運転時間を採用し、強運転モード以外の運転モードの運転時間（修正運転時間）は、実際の運転時間に、各寿命時間に基づく修正係数β_ａ、β_ｍ、β_ｗを掛けて算出する。

そして、強運転モードの修正運転時間＝Ｔ_ｓ×４００ｈ／４００ｈ＝Ｔ_ｓ、自動運転モードの修正運転時間＝Ｔ_ａ×β_ａ＝Ｔ_ａ×４５０ｈ／４００ｈ＝９／８×Ｔ_ａ、中運転モードの修正運転時間＝Ｔ_ｍ×β_ｍ＝Ｔ_ｍ×５００ｈ／４００ｈ＝５／４×Ｔ_ａ、弱運転モードの修正運転時間＝Ｔ_ｗ×β_ｗ＝Ｔ_ｗ×７００ｈ／４００ｈ＝７／４×Ｔ_ｗとなる。

従って、ここで採用する合計運転時間（修正合計運転時間）には、Ｔ_ｓ＋９／８×Ｔ_ａ＋５／４×Ｔ_ａ＋７／４×Ｔ_ｗを用いる。

本実施形態の電気掃除機によれば、モータの複数の運転モード毎に運転時間を測定し、これらの運転時間が予め設定されたモータの寿命設定時間に達したらモータを停止させることで、電動送風機の発煙を防止することができ、かつ安価な電気掃除機が実現される。

なお、本実施形態では交流電源方式の例で説明したが、本発明はコードレス方式の直流充電タイプの電気掃除機にも適用できる。

１ 電気掃除機
２ 掃除機本体
２ａ ホース接続口
３ 集塵ホース
４ 手元操作パイプ
５ 延長管
６ 吸込口体
７ 集塵室
１０ 電動送風機
１１ 吸気口
１４ モータ部
１５ モータハウジング
１６ 固定子
１７ 回転子
１８ ブラシ機構
２０ モータ
２１ ロータ軸
２３ 整流子
２４ ブラシホルダ固定部
２５ ブラシホルダ
２６ カーボンブラシ
２７ コイルバネ
３０ 電動送風機用制御回路
３１ 電力量調整部
３２ 制御手段
３２ａ ＣＰＵ
３２ｂ タイマ
３３ 不揮発性メモリ
３４ 寿命停止報知手段
３５ 寿命予告報知手段

Claims (7)

1. 掃除機本体内にフィルタ手段と、
   整流子およびブラシを有するモータとファンからなり、かつ複数の運転モードで運転される吸引用の電動送風機と、
   この電動送風機を制御する制御手段と、
   前記電動送風機の運転時間を計測するタイマと、
   このタイマが計測した運転時間を記憶する不揮発性メモリとを備え、
   前記タイマは運転モード毎に運転時間を計測し、前記制御手段は計測された運転時間を前記不揮発性メモリに記憶し、
   この不揮発性メモリに記憶された各運転モードの総運転時間のいずれか１つが運転モード毎に予め設定された前記ブラシの磨耗寿命となる寿命推定時間に達すること、および各運転モードの総運転時間の和が予め設定された合計寿命時間に達することのいずれかで前記電動送風機が停止することを特徴とする電気掃除機。
2. 前記電動送風機が停止した場合、この電動送風機が寿命で停止したことを知らせるように、前記制御手段によって制御される寿命停止報知手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の電気掃除機。
3. 前記制御手段によって制御され、総運転時間が寿命推定時間に近づいたことを知らせる寿命予告報知手段が設けられたことを特徴とする請求項１または２に記載の電気掃除機。
4. 前記電動送風機は、総運転時間が寿命推定時間に達して停止した後は、再起動しないように、前記制御手段によって制御されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の電気掃除機。
5. 前記電動送風機は、総運転時間が寿命推定時間に達して停止した後、再起動させると所定時間運転するように、前記制御手段によって制御されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項の電気掃除機。
6. 前記不揮発性メモリに記憶された各運転モードの総運転時間の和である合計運転時間が、予め設定した合計寿命設定時間に達したら、前記電動送風機の運転を停止させ、
   前記合計寿命設定時間は、予め得られた各運転モードにおける連続運転時の寿命時間の和に、所定の補正係数を乗じた値であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の電気掃除機。
7. 前記不揮発性メモリに記憶された各運転モードの総運転時間の和である合計運転時間が、予め設定した合計寿命設定時間に達したら、前記電動送風機の運転を停止させ、
   前記合計寿命設定時間は、各運転モードにおける連続運転時の寿命時間を強モード連続運転時の寿命時間で除した値に、各運転モードの総運転時間を乗じた値の和であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の電気掃除機。

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