JP2002000524A - 電気掃除機 - Google Patents
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
- Y02B40/00—Technologies aiming at improving the efficiency of home appliances, e.g. induction cooking or efficient technologies for refrigerators, freezers or dish washers
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- Electric Vacuum Cleaner (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 交流／直流電源両用の電気掃除機において、
直流電源動作時においても十分な吸い込み力が得られ、
また電動機の延命化を可能とすること。 【解決手段】 電動送風機内の電動機に、従来の交流整
流子電動機ではなく、整流子などの機械的接点を持たな
い、ブラシレスモータあるいは誘導電動機を使用すると
ともに、電動機を駆動する制御回路に昇圧コンバータや
インバータを有する構成をとる。
直流電源動作時においても十分な吸い込み力が得られ、
また電動機の延命化を可能とすること。 【解決手段】 電動送風機内の電動機に、従来の交流整
流子電動機ではなく、整流子などの機械的接点を持たな
い、ブラシレスモータあるいは誘導電動機を使用すると
ともに、電動機を駆動する制御回路に昇圧コンバータや
インバータを有する構成をとる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、交流商用電源また
は直流電源の何れか一方を、択一的に電動送風機の電源
として用いることが可能な電気掃除機に関するものであ
る。
は直流電源の何れか一方を、択一的に電動送風機の電源
として用いることが可能な電気掃除機に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】電気掃除機用のモータ（電気掃除機の電
動送風機用のモータ）には、従来、一般的に交流整流子
電動機が使用されており、そのほとんどは交流商用電源
を電源として用いるようになっている。この交流整流子
電動機は、界磁巻線と電機子が直列に接続（直巻）され
たモータで、直流電源でも運転が可能という特長を持っ
ている。
動送風機用のモータ）には、従来、一般的に交流整流子
電動機が使用されており、そのほとんどは交流商用電源
を電源として用いるようになっている。この交流整流子
電動機は、界磁巻線と電機子が直列に接続（直巻）され
たモータで、直流電源でも運転が可能という特長を持っ
ている。
【０００３】かような交流整流子電動機の特長を生か
し、直流電源に蓄電池を使用し、交流電源と直流電源の
両方で使用できるようにした電気掃除機が知られてい
る。この場合、蓄電池には、重量や大きさから、その出
力電圧が数Ｖ〜３０Ｖ程度のものが使用されていた。
し、直流電源に蓄電池を使用し、交流電源と直流電源の
両方で使用できるようにした電気掃除機が知られてい
る。この場合、蓄電池には、重量や大きさから、その出
力電圧が数Ｖ〜３０Ｖ程度のものが使用されていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来技術では、電動送風機として交流商用電源用に設
計されたものを使用した場合には、交流電源では十分な
吸い込み力が得られるが、直流電源動作では、電源電圧
が低いため、十分な吸い込み力が得られないという問題
を生じた。
た従来技術では、電動送風機として交流商用電源用に設
計されたものを使用した場合には、交流電源では十分な
吸い込み力が得られるが、直流電源動作では、電源電圧
が低いため、十分な吸い込み力が得られないという問題
を生じた。
【０００５】このような電源種別による吸い込み力の差
を少なくするために、界磁巻線にタップを設け、直流動
作時には界磁巻線の巻数を減じて電動送風機の消費電力
をアップさせる、あるいは、電機子巻線を交流用、直流
用と２組巻き、整流子も２つとするなどの方法が採られ
ていた。
を少なくするために、界磁巻線にタップを設け、直流動
作時には界磁巻線の巻数を減じて電動送風機の消費電力
をアップさせる、あるいは、電機子巻線を交流用、直流
用と２組巻き、整流子も２つとするなどの方法が採られ
ていた。
【０００６】ところが、上記の手法はいずれも、通常の
交流整流子電動機と比較して、界磁巻線のタップ、ある
いは電機子の２組の巻線や整流子など、構造が複雑にな
り、直流電源（蓄電池）を用いて使い勝手を向上させよ
うとした意図と反して、重量や大きさが増大するなどの
問題を招来した。
交流整流子電動機と比較して、界磁巻線のタップ、ある
いは電機子の２組の巻線や整流子など、構造が複雑にな
り、直流電源（蓄電池）を用いて使い勝手を向上させよ
うとした意図と反して、重量や大きさが増大するなどの
問題を招来した。
【０００７】また特に、電機子に２組の巻線と整流子を
もたせたものでは、電機子の軸長が長くなるため、回転
数を上げることができず、小形・軽量化を図ることが困
難なものとなっていた。
もたせたものでは、電機子の軸長が長くなるため、回転
数を上げることができず、小形・軽量化を図ることが困
難なものとなっていた。
【０００８】さらに、電気掃除機に用いられる交流整流
子電動機は、一般の直流電動機と異なり、補償巻線など
を持たないため、直流で動作させた場合に整流子とブラ
シの整流条件が非常に厳しくなり、ブラシ寿命が短くな
るという欠点を持っている。また、前記した界磁巻線に
タップを出し、直流運転時には界磁巻線の巻数を減じて
運転するという手法をとると、界磁が弱くなるため電機
子反作用による影響がさらに大きくなり、ますますブラ
シ寿命を短くしてしまっていた。
子電動機は、一般の直流電動機と異なり、補償巻線など
を持たないため、直流で動作させた場合に整流子とブラ
シの整流条件が非常に厳しくなり、ブラシ寿命が短くな
るという欠点を持っている。また、前記した界磁巻線に
タップを出し、直流運転時には界磁巻線の巻数を減じて
運転するという手法をとると、界磁が弱くなるため電機
子反作用による影響がさらに大きくなり、ますますブラ
シ寿命を短くしてしまっていた。
【０００９】一方、交流運転時には、被掃除面への吸い
付きなどを防止するため、吸い込み力を制御することが
行われているが、これには交流位相制御が主に用いら
れ、交流位相制御により電動送風機の消費電力を変化さ
せることで、吸い込み力を制御していた。
付きなどを防止するため、吸い込み力を制御することが
行われているが、これには交流位相制御が主に用いら
れ、交流位相制御により電動送風機の消費電力を変化さ
せることで、吸い込み力を制御していた。
【００１０】しかし、この交流位相制御では、電流波形
を大きく歪ませるために、電源に大きな高調波電流が流
れ、電源系統のトランスや進相コンデンサの発熱などの
障害を招来する虞があるばかりか、交流位相制御に使用
される双方向性サイリスタのスイッチング時には、急峻
な電圧、電流の変化があるためノイズが発生し、付近の
ラジオ受信機やテレビ受像機に受信障害を引き起こして
しまう虞もあった。
を大きく歪ませるために、電源に大きな高調波電流が流
れ、電源系統のトランスや進相コンデンサの発熱などの
障害を招来する虞があるばかりか、交流位相制御に使用
される双方向性サイリスタのスイッチング時には、急峻
な電圧、電流の変化があるためノイズが発生し、付近の
ラジオ受信機やテレビ受像機に受信障害を引き起こして
しまう虞もあった。
【００１１】したがって、本発明の解決すべき技術的課
題は、上述した従来技術のもつ問題点を解消することに
あり、本発明の目的とするところは、直流電源動作時に
おいても十分な吸い込み力が得られ、また、モータ寿命
の延命化が図れる電気掃除機を提供することにある。ま
た、本発明の目的とするところは、交流電源動作におい
て、力率を可及的に１に近づけることを可能とすること
により、従来の交流位相制御方式と比べ高調波電流を大
幅に削減することができ、電力系統への影響が小さくな
る、信頼性の高い電気掃除機を提供することにある。
題は、上述した従来技術のもつ問題点を解消することに
あり、本発明の目的とするところは、直流電源動作時に
おいても十分な吸い込み力が得られ、また、モータ寿命
の延命化が図れる電気掃除機を提供することにある。ま
た、本発明の目的とするところは、交流電源動作におい
て、力率を可及的に１に近づけることを可能とすること
により、従来の交流位相制御方式と比べ高調波電流を大
幅に削減することができ、電力系統への影響が小さくな
る、信頼性の高い電気掃除機を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ため、本発明では電動送風機の電動機として、従来の交
流整流子電動機ではなく、整流子などの機械的接点を持
たない、ブラシレスモータあるいは誘導電動機を用いる
とともに、電動機を駆動する制御回路に、昇圧コンバー
タやインバータ（交直変換インバータ）を設けた構成と
する。昇圧コンバータを用いることで、蓄電池などの低
圧直流電源使用時にも必要十分な電圧を発生させること
が可能となり、この電圧を後段のインバータへ供給する
ことができる。インバータは、供給された直流を交流へ
変換し、電動機へ供給する。
ため、本発明では電動送風機の電動機として、従来の交
流整流子電動機ではなく、整流子などの機械的接点を持
たない、ブラシレスモータあるいは誘導電動機を用いる
とともに、電動機を駆動する制御回路に、昇圧コンバー
タやインバータ（交直変換インバータ）を設けた構成と
する。昇圧コンバータを用いることで、蓄電池などの低
圧直流電源使用時にも必要十分な電圧を発生させること
が可能となり、この電圧を後段のインバータへ供給する
ことができる。インバータは、供給された直流を交流へ
変換し、電動機へ供給する。
【００１３】電動機として使用するブラシレスモータや
誘導電動機は、いずれもインバータの制御により可変速
運転が可能であり、使用者の好みや、被掃除面の状況に
応じて最適な吸い込み力となるよう、電動送風機の回転
数あるいは消費電力を制御することで、使い勝手の良い
電気掃除機とすることができる。
誘導電動機は、いずれもインバータの制御により可変速
運転が可能であり、使用者の好みや、被掃除面の状況に
応じて最適な吸い込み力となるよう、電動送風機の回転
数あるいは消費電力を制御することで、使い勝手の良い
電気掃除機とすることができる。
【００１４】また、交流電源使用時に昇圧コンバータを
アクティブフィルタとして使用することで、通常用いら
れるコンデンサインプット型整流回路に流れるパルス状
の電流（図４参照の電流４１）を正弦波に近づけて、力
率をほぼ１とすることができるため、従来の交流位相制
御による方式と比べて、高調波電流を大幅に削減するこ
とができる。これにより、電力系統への影響が小さくな
るばかりか、無効電流の減少により、電気掃除機本体と
電源を結ぶ電源コードの温度上昇を低減することがで
き、信頼性を向上させることができる。
アクティブフィルタとして使用することで、通常用いら
れるコンデンサインプット型整流回路に流れるパルス状
の電流（図４参照の電流４１）を正弦波に近づけて、力
率をほぼ１とすることができるため、従来の交流位相制
御による方式と比べて、高調波電流を大幅に削減するこ
とができる。これにより、電力系統への影響が小さくな
るばかりか、無効電流の減少により、電気掃除機本体と
電源を結ぶ電源コードの温度上昇を低減することがで
き、信頼性を向上させることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】本発明の実施形態の説明に先立っ
て、まず、従来用いられてきた電気掃除機の制御回路に
ついて、図２を用いて説明する。
て、まず、従来用いられてきた電気掃除機の制御回路に
ついて、図２を用いて説明する。
【００１６】図２は、従来の交流・直流両用の電気掃除
機の制御回路のブロック図である。同図において、２は
交流電源（交流商用電源）、３は蓄電池などで構成され
る直流電源、２２は手元操作手段、２３はクロック発生
回路、２６は制御回路用の電源回路、２７はリレー駆動
回路、２８はトリガ回路、２９はリレー接点、３０は双
方向性サイリスタ、３１は交流整流子電動機を使用した
電動送風機、３２はリレーコイル、３３はマイクロコン
ピュータ、３４は交流電源／直流電源切替スイッチであ
る。
機の制御回路のブロック図である。同図において、２は
交流電源（交流商用電源）、３は蓄電池などで構成され
る直流電源、２２は手元操作手段、２３はクロック発生
回路、２６は制御回路用の電源回路、２７はリレー駆動
回路、２８はトリガ回路、２９はリレー接点、３０は双
方向性サイリスタ、３１は交流整流子電動機を使用した
電動送風機、３２はリレーコイル、３３はマイクロコン
ピュータ、３４は交流電源／直流電源切替スイッチであ
る。
【００１７】ここで、図６は一般的な電気掃除機の構成
を示しており、同図において、６１は電動送風機を内蔵
した掃除機本体、６２は掃除機本体６１に接続されたホ
ース、６３はホース６２に接続された手元ハンドル、６
４は手元ハンドル６３に接続された延長管、６５は延長
管６４に接続された吸口体であり、図６の手元操作手段
２２は、手元ハンドル６３に設けられている（なお、図
６の構成は、後述する本発明の実施形態においても同様
である）。
を示しており、同図において、６１は電動送風機を内蔵
した掃除機本体、６２は掃除機本体６１に接続されたホ
ース、６３はホース６２に接続された手元ハンドル、６
４は手元ハンドル６３に接続された延長管、６５は延長
管６４に接続された吸口体であり、図６の手元操作手段
２２は、手元ハンドル６３に設けられている（なお、図
６の構成は、後述する本発明の実施形態においても同様
である）。
【００１８】ここで、図２に示した交流電源／直流電源
切替スイッチ３４は、使用者が切り替えることによっ
て、交流電源の選択状態と直流電源の選択状態の何れか
を択一選択するようになっている。このような切替スイ
ッチ３４は、例えば、掃除機本体６１側に設けられた図
示せぬ電源コネクタ部に対して、図示せぬ交流用の電源
コードの一端（商用交流コンセントに接続されるプラグ
と反対側の端部）に設けられた電源コネクタ部が脱着可
能とされた構成において、掃除機本体６１側の電源コネ
クタ部に電源コードの電源コネクタ部が接続されると、
交流電源の選択状態に切り替わり、掃除機本体６１側の
電源コネクタ部から電源コードの電源コネクタ部が抜去
されると、直流電源の選択状態に切り替わるようなスイ
ッチによって具現化される（なお、このような技術につ
いては、特開昭６３−２５２１２４号公報に開示されて
いる）。
切替スイッチ３４は、使用者が切り替えることによっ
て、交流電源の選択状態と直流電源の選択状態の何れか
を択一選択するようになっている。このような切替スイ
ッチ３４は、例えば、掃除機本体６１側に設けられた図
示せぬ電源コネクタ部に対して、図示せぬ交流用の電源
コードの一端（商用交流コンセントに接続されるプラグ
と反対側の端部）に設けられた電源コネクタ部が脱着可
能とされた構成において、掃除機本体６１側の電源コネ
クタ部に電源コードの電源コネクタ部が接続されると、
交流電源の選択状態に切り替わり、掃除機本体６１側の
電源コネクタ部から電源コードの電源コネクタ部が抜去
されると、直流電源の選択状態に切り替わるようなスイ
ッチによって具現化される（なお、このような技術につ
いては、特開昭６３−２５２１２４号公報に開示されて
いる）。
【００１９】いま、交流電源／直流電源切替スイッチ３
４が交流電源２を選択している状態で、使用者が手元操
作手段２２を適宜に操作すると、マイクロコンピュータ
３３は、掃除機（すなわち電動送風機３１）の運転制御
を開始する。マイクロコンピュータ３３は、手元操作手
段２２からの運転指令信号を受けると、交流電源２によ
る駆動であると確認した後、ＯＵＴ（２）端子からリレ
ー駆動回路２７へ信号を出力し、これにより、リレーコ
イル３２へ通電してリレー接点２９を閉じる。次に、マ
イクロコンピュータ３２は、ＯＵＴ（１）端子から運転
指令信号に応じたトリガ信号を出力し、このトリガ信号
はトリガ回路２８を通して双方向性サイリスタ３０のＧ
端子に送られる。双方向性サイリスタ３０は、Ｇ端子へ
トリガ信号が送られてくると、主電極Ｔ１、Ｔ２間がオ
ン（導通）状態となり、電動送風機３１が回転する。
４が交流電源２を選択している状態で、使用者が手元操
作手段２２を適宜に操作すると、マイクロコンピュータ
３３は、掃除機（すなわち電動送風機３１）の運転制御
を開始する。マイクロコンピュータ３３は、手元操作手
段２２からの運転指令信号を受けると、交流電源２によ
る駆動であると確認した後、ＯＵＴ（２）端子からリレ
ー駆動回路２７へ信号を出力し、これにより、リレーコ
イル３２へ通電してリレー接点２９を閉じる。次に、マ
イクロコンピュータ３２は、ＯＵＴ（１）端子から運転
指令信号に応じたトリガ信号を出力し、このトリガ信号
はトリガ回路２８を通して双方向性サイリスタ３０のＧ
端子に送られる。双方向性サイリスタ３０は、Ｇ端子へ
トリガ信号が送られてくると、主電極Ｔ１、Ｔ２間がオ
ン（導通）状態となり、電動送風機３１が回転する。
【００２０】電動送風機３１に印加される電圧とトリガ
信号との関係は、図３に示すようになり、トリガ信号の
タイミングにより、電動送風機３１への印加電圧が変化
する。従って、印加電流も変化し、消費電力を変えるこ
とができる。このような制御方法を、一般に交流位相制
御といい、ｔ／Ｔを交流位相制御角θとする。
信号との関係は、図３に示すようになり、トリガ信号の
タイミングにより、電動送風機３１への印加電圧が変化
する。従って、印加電流も変化し、消費電力を変えるこ
とができる。このような制御方法を、一般に交流位相制
御といい、ｔ／Ｔを交流位相制御角θとする。
【００２１】この交流位相制御による制御は、図３から
も明らかなとおり、電源波形を大きく歪ませてしまうた
め、高次にわたる高調波電流を含んでいる。この高調波
電流は当然電源周波数よりも周波数が高いため、電力系
統に設置され本来電源周波数で動作するよう設計された
力率改善コンデンサでのインピーダンスが低く、このコ
ンデンサに流れる電流が増大することで発熱し、このコ
ンデンサに障害を起こす場合がある。また、位相制御角
θが大きくなるほど力率が急激に悪化し、無効電流が増
加する。これも電力系統に流れる電流を増大させるため
大きな負荷となるばかりか、掃除機機本体３２を交流電
源に接続するための電源コードでの発熱を招いてしまう
ため、消費電力の割に径の大きい電源コードが必要とな
り、電気掃除機の使い勝手を低下させることになってし
まっていた。
も明らかなとおり、電源波形を大きく歪ませてしまうた
め、高次にわたる高調波電流を含んでいる。この高調波
電流は当然電源周波数よりも周波数が高いため、電力系
統に設置され本来電源周波数で動作するよう設計された
力率改善コンデンサでのインピーダンスが低く、このコ
ンデンサに流れる電流が増大することで発熱し、このコ
ンデンサに障害を起こす場合がある。また、位相制御角
θが大きくなるほど力率が急激に悪化し、無効電流が増
加する。これも電力系統に流れる電流を増大させるため
大きな負荷となるばかりか、掃除機機本体３２を交流電
源に接続するための電源コードでの発熱を招いてしまう
ため、消費電力の割に径の大きい電源コードが必要とな
り、電気掃除機の使い勝手を低下させることになってし
まっていた。
【００２２】なお、このときの電動送風機３１の運転・
停止などの制御は、全て双方向性サイリスタ３０によっ
て行われるため、リレー接点２９は閉じたままでもかま
わない。
停止などの制御は、全て双方向性サイリスタ３０によっ
て行われるため、リレー接点２９は閉じたままでもかま
わない。
【００２３】次に、直流電源での動作を説明する。交流
電源／直流電源切替スイッチ３４が直流電源３を選択し
ている状態で、使用者が手元操作手段２２を適宜に操作
すると、マイクロコンピュータ３３は電動送風機３１の
運転制御を開始する。マイクロコンピュータ３３は、手
元操作手段２２からの運転指令信号を受けると、直流電
源３による駆動であると確認した後、ＯＵＴ（２）端子
からリレー駆動回路２７に信号を出力し、リレーコイル
３２に通電してリレー接点２９の接点を閉じる。このと
き、マイクロコンピュータ３３からは、同時にトリガ回
路２８にも信号が出力され、電動送風機３１が運転を開
始する。双方向性サイリスタ３０は自己消弧能力を持っ
ておらず、素子自身に流れる電流が「０」にならないと
オフできない性質を持っている。このため、直流動作時
は、リレー接点２９の断続によって電動送風機３１の運
転を制御する。
電源／直流電源切替スイッチ３４が直流電源３を選択し
ている状態で、使用者が手元操作手段２２を適宜に操作
すると、マイクロコンピュータ３３は電動送風機３１の
運転制御を開始する。マイクロコンピュータ３３は、手
元操作手段２２からの運転指令信号を受けると、直流電
源３による駆動であると確認した後、ＯＵＴ（２）端子
からリレー駆動回路２７に信号を出力し、リレーコイル
３２に通電してリレー接点２９の接点を閉じる。このと
き、マイクロコンピュータ３３からは、同時にトリガ回
路２８にも信号が出力され、電動送風機３１が運転を開
始する。双方向性サイリスタ３０は自己消弧能力を持っ
ておらず、素子自身に流れる電流が「０」にならないと
オフできない性質を持っている。このため、直流動作時
は、リレー接点２９の断続によって電動送風機３１の運
転を制御する。
【００２４】図２では、双方向性サイリスタ３０とリレ
ー接点２９を直列に接続している。動作上は並列接続で
も問題はないが、上記のように双方向性サイリスタ３０
には自己消弧能力がないため、万が一誤点弧した場合、
並列接続では電動送風機３１を停止させることができな
くなってしまうため、直列接続としてある。
ー接点２９を直列に接続している。動作上は並列接続で
も問題はないが、上記のように双方向性サイリスタ３０
には自己消弧能力がないため、万が一誤点弧した場合、
並列接続では電動送風機３１を停止させることができな
くなってしまうため、直列接続としてある。
【００２５】続いて、本発明の実施形態について図面を
用いて説明する。図１は、本発明の１実施形態による電
気掃除機の制御回路のブロック図である。
用いて説明する。図１は、本発明の１実施形態による電
気掃除機の制御回路のブロック図である。
【００２６】図１において、２は交流電源（交流商用電
源）、３は蓄電池などで構成される出力電圧が数Ｖ〜３
０Ｖ程度の直流電源、４は、使用者が切り替え操作する
ことによって、交流電源の選択状態と直流電源の選択状
態の何れかを択一選択する交流電源／直流電源切替回
路、５は整流回路、６ａ、６ｂは電源電圧検出用分圧抵
抗、７は高周波インダクタ、８は昇圧コンバータ用ＩＧ
ＢＴ（絶縁ゲート・バイポーラ・トランジスタ）、９は
フライホイールダイオード、１０は電流検出抵抗、１１
はＩＧＢＴ８用ゲートドライバ、１２はファーストリカ
バリダイオード、１３は平滑コンデンサ、１４ａ、１４
ｂは昇圧コンバータ出力電圧検出用分圧抵抗、１５はイ
ンバータ部電流検出抵抗、１６ａ〜１６ｆはインバータ
用ＩＧＢＴ、１７ａ〜１７ｆはフライホイールダイオー
ド、１８は電動送風機のブラシレスモータ、１９はブラ
シレスモータ１８のロータ位置検出用ホール素子、２０
はインバータ部ＩＧＢＴゲートドライバ、２１はホール
素子１９からの位置信号用フィルタ回路、２２は、使用
者が操作し電気掃除機の運転・停止や吸い込み力の設定
などを行う手元操作手段、２３は、マイクロコンピュー
タ２４の動作基準となるクロックを生成するクロック生
成回路、２４はマイクロコンピュータ、２５は、交流商
用電源２から交流電源／直流電源切替回路４を通り整流
回路５で整流された脈流から、電源周波数に同期した信
号を生成するＨｚ信号回路である。
源）、３は蓄電池などで構成される出力電圧が数Ｖ〜３
０Ｖ程度の直流電源、４は、使用者が切り替え操作する
ことによって、交流電源の選択状態と直流電源の選択状
態の何れかを択一選択する交流電源／直流電源切替回
路、５は整流回路、６ａ、６ｂは電源電圧検出用分圧抵
抗、７は高周波インダクタ、８は昇圧コンバータ用ＩＧ
ＢＴ（絶縁ゲート・バイポーラ・トランジスタ）、９は
フライホイールダイオード、１０は電流検出抵抗、１１
はＩＧＢＴ８用ゲートドライバ、１２はファーストリカ
バリダイオード、１３は平滑コンデンサ、１４ａ、１４
ｂは昇圧コンバータ出力電圧検出用分圧抵抗、１５はイ
ンバータ部電流検出抵抗、１６ａ〜１６ｆはインバータ
用ＩＧＢＴ、１７ａ〜１７ｆはフライホイールダイオー
ド、１８は電動送風機のブラシレスモータ、１９はブラ
シレスモータ１８のロータ位置検出用ホール素子、２０
はインバータ部ＩＧＢＴゲートドライバ、２１はホール
素子１９からの位置信号用フィルタ回路、２２は、使用
者が操作し電気掃除機の運転・停止や吸い込み力の設定
などを行う手元操作手段、２３は、マイクロコンピュー
タ２４の動作基準となるクロックを生成するクロック生
成回路、２４はマイクロコンピュータ、２５は、交流商
用電源２から交流電源／直流電源切替回路４を通り整流
回路５で整流された脈流から、電源周波数に同期した信
号を生成するＨｚ信号回路である。
【００２７】なお、図１に示したブロック図では、ＩＧ
ＢＴ８、インバータ部ＩＧＢＴゲートドライバ２０、マ
イクロコンピュータ２４などの動作に必要な直流電源回
路は、省略してある。
ＢＴ８、インバータ部ＩＧＢＴゲートドライバ２０、マ
イクロコンピュータ２４などの動作に必要な直流電源回
路は、省略してある。
【００２８】まず、交流電源２での動作を説明する。交
流電源／直流電源切替回路４が交流電源２を選択してい
る状態で、使用者が手元操作手段２２を適宜に操作する
と、マイクロコンピュータ２４は、電動送風機（すなわ
ちブラシレスモータ１８）の運転制御を開始する。マイ
クロコンピュータ２４は、手元操作手段２２からの運転
指令信号を受けると、Ｈｚ信号回路２５からの信号によ
って交流電源２による駆動であると確認した後（交流電
源２からの電源供給がある場合には、図５に示したよう
な、交流電源の周期と同期したパルス信号５１が、Ｈｚ
信号回路２５から出力される）、手元操作手段２２で設
定された吸い込み力となるよう制御を開始する。
流電源／直流電源切替回路４が交流電源２を選択してい
る状態で、使用者が手元操作手段２２を適宜に操作する
と、マイクロコンピュータ２４は、電動送風機（すなわ
ちブラシレスモータ１８）の運転制御を開始する。マイ
クロコンピュータ２４は、手元操作手段２２からの運転
指令信号を受けると、Ｈｚ信号回路２５からの信号によ
って交流電源２による駆動であると確認した後（交流電
源２からの電源供給がある場合には、図５に示したよう
な、交流電源の周期と同期したパルス信号５１が、Ｈｚ
信号回路２５から出力される）、手元操作手段２２で設
定された吸い込み力となるよう制御を開始する。
【００２９】すなわち、まずマイクロコンピュータ２４
は、昇圧コンバータ出力電圧検出用分圧抵抗１４ａ、１
４ｂで分圧された電圧をＶｏ端子で読み込み、マイクロ
コンピュータ２４内のＲＯＭ（読み出し専用メモリ）内
に格納してある設定値と比較する。この比較結果と、電
源電圧設定用分圧抵抗６ａ、６ｂで分圧され、Ｖｉ端子
に入力される電圧、さらに、電流検出抵抗１０で検出さ
れ、Ｉｓ端子に入力される電流値（電流検出抵抗１０で
発生する電圧降下）から、Ｖｏ端子の入力電圧をＲＯＭ
内のデータと一致させるようにするとともに、電流検出
抵抗１０で検出される電流波形とＶｉ端子に入力される
電源電圧波形とを一致させるよう、ゲートドライバ１１
へＧ端子より信号を出力し、ＩＧＢＴ８をスイッチング
する。
は、昇圧コンバータ出力電圧検出用分圧抵抗１４ａ、１
４ｂで分圧された電圧をＶｏ端子で読み込み、マイクロ
コンピュータ２４内のＲＯＭ（読み出し専用メモリ）内
に格納してある設定値と比較する。この比較結果と、電
源電圧設定用分圧抵抗６ａ、６ｂで分圧され、Ｖｉ端子
に入力される電圧、さらに、電流検出抵抗１０で検出さ
れ、Ｉｓ端子に入力される電流値（電流検出抵抗１０で
発生する電圧降下）から、Ｖｏ端子の入力電圧をＲＯＭ
内のデータと一致させるようにするとともに、電流検出
抵抗１０で検出される電流波形とＶｉ端子に入力される
電源電圧波形とを一致させるよう、ゲートドライバ１１
へＧ端子より信号を出力し、ＩＧＢＴ８をスイッチング
する。
【００３０】ＩＧＢＴ８がオンすると、高周波インダク
タ７、ＩＧＢＴ８、電流検出抵抗１０に電流が流れ、高
周波インダクタ７にエネルギを蓄えられる。この後、Ｉ
ＧＢＴ８がオフすると、高周波インダクタ７が蓄えたエ
ネルギを放出して高電圧が発生し、ファーストリカバリ
ダイオード１２を通して平滑コンデンサ１３に充電され
る。
タ７、ＩＧＢＴ８、電流検出抵抗１０に電流が流れ、高
周波インダクタ７にエネルギを蓄えられる。この後、Ｉ
ＧＢＴ８がオフすると、高周波インダクタ７が蓄えたエ
ネルギを放出して高電圧が発生し、ファーストリカバリ
ダイオード１２を通して平滑コンデンサ１３に充電され
る。
【００３１】通電電流は電流検出抵抗１０により監視さ
れており、整流後の電源電圧の位相と一致するように制
御されるため、交流商用電源２側から見た力率はほぼ１
となり、高調波電流を抑制することができる。すなわ
ち、交流電源２の使用時には、昇圧コンバータをアクテ
ィブフィルタとして使用することで、通常用いられるコ
ンデンサインプット型整流回路に流れるパルス状の電流
（図４の電流４１）を、図示していないが可及的に正弦
波に近づけて、力率をほぼ１とすることができるため、
従来の交流位相制御による方式と比べて、高調波電流を
大幅に削減することができる。これにより、電力系統へ
の影響が小さくなるばかりか、無効電流の減少により、
電気掃除機本体と交流電源２（商用交流コンセント）を
結ぶ電源コードの温度上昇を低減することができ、信頼
性を向上させることができる。
れており、整流後の電源電圧の位相と一致するように制
御されるため、交流商用電源２側から見た力率はほぼ１
となり、高調波電流を抑制することができる。すなわ
ち、交流電源２の使用時には、昇圧コンバータをアクテ
ィブフィルタとして使用することで、通常用いられるコ
ンデンサインプット型整流回路に流れるパルス状の電流
（図４の電流４１）を、図示していないが可及的に正弦
波に近づけて、力率をほぼ１とすることができるため、
従来の交流位相制御による方式と比べて、高調波電流を
大幅に削減することができる。これにより、電力系統へ
の影響が小さくなるばかりか、無効電流の減少により、
電気掃除機本体と交流電源２（商用交流コンセント）を
結ぶ電源コードの温度上昇を低減することができ、信頼
性を向上させることができる。
【００３２】なお、交流電源２による運転時の昇圧コン
バータ部での昇圧率は、任意であるが、例えば本実施形
態では、１５０〜３００Ｖ程度の出力となるように設定
してある。
バータ部での昇圧率は、任意であるが、例えば本実施形
態では、１５０〜３００Ｖ程度の出力となるように設定
してある。
【００３３】昇圧コンバータ部から出力された直流電圧
は、インバータ部において交流へ変換され、ブラシレス
モータ１８に供給される。すなわち、ホール素子１９に
よる検出信号を参照しつつ、マイクロコンピュータ２４
は、ＲＯＭ内の制御プログラムに従って、ＰＷＭ端子か
らＰＷＭ（パルス幅変調）制御信号をインバータ部ＩＧ
ＢＴゲートドライバ２０に出力し、インバータ部ＩＧＢ
Ｔゲートドライバ２０が、インバータ用ＩＧＢＴ１６ａ
〜１６ｆを選択的にスイッチング制御することにより、
ブラシレスモータ１８に交流電圧が供給される。この
際、インバータ部の制御によって、ブラシレスモータ１
８の可変速運転が可能であり、使用者の好みや、被掃除
面の状況に応じて最適な吸い込み力となるよう、電動送
風機の回転数を制御することで、使い勝手の良い電気掃
除機とすることができる。
は、インバータ部において交流へ変換され、ブラシレス
モータ１８に供給される。すなわち、ホール素子１９に
よる検出信号を参照しつつ、マイクロコンピュータ２４
は、ＲＯＭ内の制御プログラムに従って、ＰＷＭ端子か
らＰＷＭ（パルス幅変調）制御信号をインバータ部ＩＧ
ＢＴゲートドライバ２０に出力し、インバータ部ＩＧＢ
Ｔゲートドライバ２０が、インバータ用ＩＧＢＴ１６ａ
〜１６ｆを選択的にスイッチング制御することにより、
ブラシレスモータ１８に交流電圧が供給される。この
際、インバータ部の制御によって、ブラシレスモータ１
８の可変速運転が可能であり、使用者の好みや、被掃除
面の状況に応じて最適な吸い込み力となるよう、電動送
風機の回転数を制御することで、使い勝手の良い電気掃
除機とすることができる。
【００３４】次に、直流電源３での動作を説明する。交
流電源／直流電源切替回路４が直流電源３を選択してい
る状態で、使用者が手元操作手段２２を適宜に操作する
と、マイクロコンピュータ２４は、電動送風機（すなわ
ちブラシレスモータ１８）の運転制御を開始する。マイ
クロコンピュータ２４は、手元操作手段２２からの運転
指令信号を受けると、Ｈｚ信号回路２５から交流電源の
周期と同期したパルス信号５１が出力されないため、直
流電源３による駆動であると確認し、所定の吸い込み力
となるよう制御を開始する。
流電源／直流電源切替回路４が直流電源３を選択してい
る状態で、使用者が手元操作手段２２を適宜に操作する
と、マイクロコンピュータ２４は、電動送風機（すなわ
ちブラシレスモータ１８）の運転制御を開始する。マイ
クロコンピュータ２４は、手元操作手段２２からの運転
指令信号を受けると、Ｈｚ信号回路２５から交流電源の
周期と同期したパルス信号５１が出力されないため、直
流電源３による駆動であると確認し、所定の吸い込み力
となるよう制御を開始する。
【００３５】直流運転時にも、直流電源３から供給され
た直流電圧は、整流回路５を通して昇圧コンバータ部へ
供給される。直流運転であることを認識したマイクロコ
ンピュータ２４は、内蔵のＲＯＭ内のデータから、直流
運転時の出力電圧、すなわちＶｏ端子の電圧となるよう
に、ＩＧＢＴ８をスイッチング制御する。
た直流電圧は、整流回路５を通して昇圧コンバータ部へ
供給される。直流運転であることを認識したマイクロコ
ンピュータ２４は、内蔵のＲＯＭ内のデータから、直流
運転時の出力電圧、すなわちＶｏ端子の電圧となるよう
に、ＩＧＢＴ８をスイッチング制御する。
【００３６】直流電源３による運転時の昇圧コンバータ
部での昇圧率も、任意であるが、例えば本実施形態で
は、直流電源３として２４Ｖの蓄電池を用いた場合、約
５０Ｖ程度の出力となるように設定してある。これは、
直流電源３としての電池の寿命がさほどに短命化せず、
かつ、或る程度以上の吸い込み力が確保できるようにす
るためである。このような理由により、直流電源３の大
きさの如何にもよるが、掃除機本体に内蔵できる程度の
大きさの直流電源３（蓄電池）である場合には、直流電
源３を使用したときの電動送風機での消費電力を、交流
電源２を使用したときの電動送風機での消費電力の、１
／５以下に設定することが望ましい。
部での昇圧率も、任意であるが、例えば本実施形態で
は、直流電源３として２４Ｖの蓄電池を用いた場合、約
５０Ｖ程度の出力となるように設定してある。これは、
直流電源３としての電池の寿命がさほどに短命化せず、
かつ、或る程度以上の吸い込み力が確保できるようにす
るためである。このような理由により、直流電源３の大
きさの如何にもよるが、掃除機本体に内蔵できる程度の
大きさの直流電源３（蓄電池）である場合には、直流電
源３を使用したときの電動送風機での消費電力を、交流
電源２を使用したときの電動送風機での消費電力の、１
／５以下に設定することが望ましい。
【００３７】なお、本実施形態では、直流電源として蓄
電池を用い、これを掃除機本体に内蔵させた例を示した
が、直流電源を外部に設けたり、また、蓄電池ではなく
自動車内でも使用できるように直流電源の入力端子を設
けてもよい。
電池を用い、これを掃除機本体に内蔵させた例を示した
が、直流電源を外部に設けたり、また、蓄電池ではなく
自動車内でも使用できるように直流電源の入力端子を設
けてもよい。
【００３８】なおまた、本実施形態では、電動送風機に
用いるモータをブラシレスモータとしたが、ブラシレス
モータを誘導電動機に代替しても差し支えない。
用いるモータをブラシレスモータとしたが、ブラシレス
モータを誘導電動機に代替しても差し支えない。
【００３９】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、交流／直
流電源両用の電気掃除機において、電動機としてブラシ
レスモータあるいは誘導電動機を使用し、その駆動制御
系に昇圧コンバータとインバータを組み合わせること
で、直流電源動作時においても十分な吸い込み力が得ら
れ、また、ブラシレスモータ、誘導電動機とも交流整流
子電動機のようにブラシと整流子のような機械接触部分
がないため、モータ寿命の延命化を図ることができる。
また、交流電源動作において、力率を可及的に１に近づ
けることを可能とすることにより、従来の交流位相制御
方式と比べ高調波電流を大幅に削減することができ、電
力系統への影響が小さくなるばかりか、電力の有効利用
が可能となる、信頼性の高い電気掃除機を提供すること
ができる。
流電源両用の電気掃除機において、電動機としてブラシ
レスモータあるいは誘導電動機を使用し、その駆動制御
系に昇圧コンバータとインバータを組み合わせること
で、直流電源動作時においても十分な吸い込み力が得ら
れ、また、ブラシレスモータ、誘導電動機とも交流整流
子電動機のようにブラシと整流子のような機械接触部分
がないため、モータ寿命の延命化を図ることができる。
また、交流電源動作において、力率を可及的に１に近づ
けることを可能とすることにより、従来の交流位相制御
方式と比べ高調波電流を大幅に削減することができ、電
力系統への影響が小さくなるばかりか、電力の有効利用
が可能となる、信頼性の高い電気掃除機を提供すること
ができる。
【図１】本発明の１実施形態に係る電気掃除機における
制御系の構成を示すブロック図である。
制御系の構成を示すブロック図である。
【図２】従来の交流／直流電源両用の電気掃除機におけ
る制御系の構成の１例を示すブロック図である。
る制御系の構成の１例を示すブロック図である。
【図３】交流位相制御の原理を示す説明図である。
【図４】コンデンサインプット型整流回路の入力電圧・
電流波形を示す説明図である。
電流波形を示す説明図である。
【図５】図１中のＨｚ信号回路の出力波形を示す説明図
である。
である。
【図６】一般的な電気掃除機の外観を示す斜視図であ
る。
る。
２ 交流電源（交流商用電源） ３ 直流電源 ４ 交流電源／直流電源切替回路 ５ 整流回路 ６ａ、６ｂ 電源電圧検出用分圧抵抗 ７ 高周波インダクタ ８ 昇圧コンバータ用ＩＧＢＴ ９ フライホイールダイオード １０ 電流検出抵抗 １１ ＩＧＢＴ８用ゲートドライバ １２ ファーストリカバリダイオード １３ 平滑コンデンサ １４ａ、１４ｂ 昇圧コンバータ出力電圧検出用分圧抵
抗 １５ インバータ部電流検出抵抗 １６ａ〜１６ｆ インバータ用ＩＧＢＴ １７ａ〜１７ｆ フライホイールダイオード １８ ブラシレスモータ １９ ロータ位置検出用ホール素子 ２０ インバータ部ＩＧＢＴゲートドライバ ２１ 位置信号用フィルタ回路 ２２ 手元操作手段 ２３ クロック生成回路 ２４ マイクロコンピュータ ２５ Ｈｚ信号回路
抗 １５ インバータ部電流検出抵抗 １６ａ〜１６ｆ インバータ用ＩＧＢＴ １７ａ〜１７ｆ フライホイールダイオード １８ ブラシレスモータ １９ ロータ位置検出用ホール素子 ２０ インバータ部ＩＧＢＴゲートドライバ ２１ 位置信号用フィルタ回路 ２２ 手元操作手段 ２３ クロック生成回路 ２４ マイクロコンピュータ ２５ Ｈｚ信号回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田原 和雄 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 遠藤 常博 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 岩瀬 幸司 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 Ｆターム(参考） 3B057 DA01 DE01
Claims (6)
- 【請求項１】 本体ケ−スとそれに内蔵される電動送風
機を有し、この電動送風機の電動機としてブラシレスモ
ータあるいは誘導電動機を使用する電気掃除機であっ
て、 前記電動送風機の電力または回転数を制御する制御手段
を有するとともに、前記電動送風機の動作電源として、
交流商用電源および直流電源のいずれも使用可能とした
ことを特徴とする電気掃除機。 - 【請求項２】 請求項１記載において、 前記制御手段は、入力された電源電圧を昇圧する昇圧手
段を有するとともに、その後段に前記昇圧手段からの直
流電圧を交流に変換するインバータ手段を有することを
特徴とする電気掃除機。 - 【請求項３】 請求項２記載において、 前記制御手段は、前記昇圧手段の前段に、入力された前
記交流商用電源による電流を整流する整流手段を有する
ことを特徴とする電気掃除機。 - 【請求項４】 請求項３または４記載において、 前記昇圧回路は、電源として前記交流商用電源を使用し
たときには昇圧動作とともに力率改善を行うことを特徴
とした電気掃除機。 - 【請求項５】 請求項１乃至４の何れか１つに記載にお
いて、 前記制御回路は、前記直流電源を使用したときの前記電
動送風機での消費電力を、前記交流商用電源を使用した
ときの前記電動送風機での消費電力の、１／５以下に制
限することを特徴とする電気掃除機。 - 【請求項６】 請求項１乃至４の何れか１つに記載にお
いて、 前記制御回路および前記電動送風機が内蔵される前記本
体ケース内に、前記直流電源として蓄電池を内蔵させた
ことを特徴とする電気掃除機。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000184714A JP2002000524A (ja) | 2000-06-20 | 2000-06-20 | 電気掃除機 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000184714A JP2002000524A (ja) | 2000-06-20 | 2000-06-20 | 電気掃除機 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002000524A true JP2002000524A (ja) | 2002-01-08 |
Family
ID=18685125
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000184714A Pending JP2002000524A (ja) | 2000-06-20 | 2000-06-20 | 電気掃除機 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002000524A (ja) |
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| JP2017518193A (ja) * | 2014-05-18 | 2017-07-06 | ブラック アンド デッカー インクＢｌａｃｋ ＆ Ｄｅｃｋｅｒ Ｉｎｃ． | 電動工具システム |
| WO2018025344A1 (ja) * | 2016-08-03 | 2018-02-08 | 三菱電機株式会社 | 電気掃除機 |
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-
2000
- 2000-06-20 JP JP2000184714A patent/JP2002000524A/ja active Pending
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