JP7191205B2 - 電気掃除機 - Google Patents

Description

本発明は、モータを有する電気掃除機に関する。

一般に、塵埃を検出する塵埃検出手段を有する電気掃除機が用いられている。例えば、塵埃の大きさに応じて吸引力を変えることができる電気掃除機が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００３－１３５３４２号公報

従来の技術では、電気掃除機の吸引力、具体的には、モータの回転速度を低速と高速との間で変化させた場合、モータの回転速度によってはモータの効率が低下する。その結果、電気掃除機の効率が低下するという問題がある。

本発明の目的は、電気掃除機の効率の低下を抑制することである。

本発明の一態様に係る電気掃除機は、
気流を発生させるファンと、
２以上のコイルを有し、前記ファンを回転させるブラシレスモータと、
塵埃を検出する塵埃検出部と、
前記塵埃を集める集塵部と、
２以上のスイッチを有し、前記２以上のコイルに接続されており、前記２以上のコイルの結線状態を切り替える結線切替部と、
前記結線切替部に接続されたインバータと、
前記塵埃検出部によって得られた検出結果に応じて前記結線切替部を制御する制御部と
を備え、
前記検出結果が第１の閾値未満のとき、前記制御部は、前記２以上のコイルが直列に接続されるように前記結線切替部を制御し、
前記２以上のコイルは、第１のコイル、第２のコイル、第３のコイル、及び第４のコイルを含み、
前記検出結果が前記第１の閾値以上且つ第２の閾値未満のとき、前記制御部は、前記第１のコイルと前記第２のコイルとが直列に接続され、前記第３のコイルと前記第４のコイルとが直列に接続され、且つ直列に接続された前記第１のコイル及び前記第２のコイルと直列に接続された前記第３のコイル及び前記第４のコイルとが並列に接続されるように、前記結線切替部を制御し、
前記検出結果が前記第２の閾値以上のとき、前記制御部は、前記２以上のコイルが並列に接続されるように前記結線切替部を制御し、
前記検出結果が前記第１の閾値未満のとき、前記ブラシレスモータの回転速度は第１の回転速度以下であり、
前記検出結果が前記第１の閾値以上且つ前記第２の閾値未満のとき、前記ブラシレスモータの回転速度は、前記第１の回転速度より大きく且つ第２の回転速度以下であり、
前記検出結果が前記第２の閾値以上のとき、前記ブラシレスモータの回転速度は、前記第２の回転速度より大きく且つ第３の回転速度以下である。
本発明の他の態様に係る電気掃除機は、
気流を発生させるファンと、
２以上のコイルを有し、前記ファンを回転させるブラシレスモータと、
塵埃を検出する塵埃検出部と、
前記塵埃を集める集塵部と、
２以上のスイッチを有し、前記２以上のコイルに接続されており、前記２以上のコイルの結線状態を切り替える結線切替部と、
前記結線切替部に接続されたインバータと、
前記塵埃検出部によって得られた検出結果に応じて前記結線切替部を制御する制御部と
を備え、
前記検出結果が第１の閾値未満のとき、前記制御部は、前記２以上のコイルが直列に接続されるように前記結線切替部を制御し、
前記２以上のコイルは、第１のコイル、第２のコイル、第３のコイル、及び第４のコイルを含み、
前記検出結果が前記第１の閾値以上且つ第２の閾値未満のとき、前記制御部は、前記第１のコイルと前記第２のコイルとが並列に接続され、前記第３のコイルと前記第４のコイルとが並列に接続され、且つ並列に接続された前記第１のコイル及び前記第２のコイルと並列に接続された前記第３のコイル及び前記第４のコイルとが直列に接続されるように、前記結線切替部を制御し、
前記検出結果が前記第２の閾値以上のとき、前記制御部は、前記２以上のコイルが並列に接続されるように前記結線切替部を制御し、
前記検出結果が前記第１の閾値未満のとき、前記ブラシレスモータの回転速度は第１の回転速度以下であり、
前記検出結果が前記第１の閾値以上且つ前記第２の閾値未満のとき、前記ブラシレスモータの回転速度は、前記第１の回転速度より大きく且つ第２の回転速度以下であり、
前記検出結果が前記第２の閾値以上のとき、前記ブラシレスモータの回転速度は、前記第２の回転速度より大きく且つ第３の回転速度以下である。

本発明によれば、電気掃除機の効率の低下を抑制することができる。

本発明の実施の形態に係る電気掃除機の構成を概略的に示す図である。 電気掃除機における制御系の構成を概略的に示すブロック図である。 モータの構造を概略的に示す平面図である。 正巻コイルの一例及び逆巻コイルの一例を示す図である。 ＡからＤは、コイルの結線パターンの例を示す図である。 電気掃除機における制御系の構成の一例を示す図である。 電気掃除機の自動モードにおける制御部の動作の一例を示すフローチャートである。 塵埃検出値とファンモータの回転速度との関係を示すグラフである。 塵埃検出値と電気掃除機の総合効率との関係を示すグラフである。

図１は、本発明の実施の形態に係る電気掃除機１の構成を概略的に示す図である。図１において、矢印Ａ１は、電気掃除機１における気流の向き、すなわち、吸引方向を示す。
図２は、電気掃除機１における制御系の構成を概略的に示すブロック図である。

電気掃除機１は、本体１０と、パイプ２０と、吸口体３０、塵埃検出部４０とを有する。電気掃除機１は、吸口体３０を有していなくてもよい。吸口体３０は、パイプ２０と一体化されていてもよい。電気掃除機１は、例えば、コードレス電気掃除機である。

本体１０は、ファンモータ１１と、結線切替部１２と、集塵部１３と、インバータ１４と、制御部１５と、電源装置１６と、ハンドル１７と、フレーム１８と、ダクト１９とを有する。

パイプ２０は、本体１０と吸口体３０との間に設けられている。これにより、パイプ２０は、本体１０（具体的には、本体１０のダクト１９）と吸口体３０とを接続している。図１に示される例では、パイプ２０は、本体１０のダクト１９及び吸口体３０に固定されている。パイプ２０は着脱可能である。ただし、パイプ２０は、本体１０と一体化されていてもよい。

電気掃除機１は、パイプ２０及び吸口体３０を有していなくてもよい。この場合、塵埃は、ダクト１９から本体１０内に吸引される。

パイプ２０は、２つの開口、すなわち第１の開口２０ａ及び第２の開口２０ｂを持っている。パイプ２０は、吸口体３０及び本体１０に連通している。具体的には、パイプ２０は、本体１０のダクト１９に連通している。パイプ２０は、例えば、直線的に延在している円筒である。パイプ２０は、本体１０と一体化されていてもよく、パイプ２０の形状は必ずしも円筒形状に限定されない。

吸口体３０は、吸入口３０ａを持っている。吸口体３０は、パイプ２０に連通している。

図１に示されるように、吸口体３０は、関節３０ｂを有してもよい。この場合、パイプ２０は、関節３０ｂに連結される。関節３０ｂは、パイプ２０に対する吸口体３０の角度を変更可能にする。言い換えると、パイプ２０は、関節３０ｂを中心として回転可能である。

ファンモータ１１は、気流を発生させるファン１１ａと、ファン１１ａを回転させるモータ１１ｂとを有する。ファンモータ１１が駆動すると、ファンモータ１１は気流を発生させる。

ファン１１ａは、例えば、少なくとも１つの羽根を有する。ファン１１ａは気流を発生させる。具体的には、ファン１１ａが回転すると、気流が発生する。例えば、ファン１１ａは、モータ１１ｂのロータ（例えば、ロータのシャフト）に連結されている。したがって、モータ１１ｂが駆動すると、ファン１１ａが回転する。

モータ１１ｂは、２以上のコイル１１１を有する（後述する図３）。各コイル１１１の両端は、結線切替部１２に接続されている。

モータ１１ｂは、例えば、ブラシレスＤＣモータなどのブラシレスモータである。一般に、ファンモータのモータがブラシ付きモータ（整流子モータとも称する）である場合、コイルの結線を切り替えるときに発生するブラシによる雑音を防止するためのコンデンサが必要である。これに対して、ファンモータ１１のモータ１１ｂがブラシレスモータである場合、ブラシによる雑音が発生しないので、コンデンサ無しでも雑音の発生を防止することができる。

結線切替部１２は、モータ１１ｂに隣接している。結線切替部１２は、モータ１１ｂのコイル１１１に接続されている。結線切替部１２は、コイル１１１の結線状態を切り替える。結線切替部１２は、できるだけファンモータ１１（具体的には、モータ１１ｂ）の近くに配置されていることが望ましい。これにより、ファンモータ１１と結線切替部１２と間のノイズを低減することができ、ファンモータ１１の誤動作を防止することができる。

集塵部１３は、ファンモータ１１に隣接している。集塵部１３は、ダクト１９に固定されている。集塵部１３は、ダクト１９及びファンモータ１１に連通している。集塵部１３は、ファンモータ１１を通してフレーム１８の排気口１８ａに連通している。集塵部１３は、フレーム１８に固定されていてもよい。

集塵部１３は、例えば、容器である。集塵部１３は、塵埃を集める。集塵部１３は、気流が旋回することを可能にする旋回構造を持つ。電気掃除機１（具体的には、ファンモータ１１）が駆動している間、気流が集塵部１３内で旋回する。これにより、塵埃が気流から分離される。その結果、塵埃は、集塵部１３に蓄積される。すなわち、本実施の形態では、電気掃除機１は、サイクロン式掃除機である。

ただし、電気掃除機１は、サイクロン式掃除機に限定されない。例えば、集塵部１３は、紙パックでもよい。

インバータ１４は、結線切替部１２に接続されている。インバータ１４は、結線切替部１２に電力を供給する。具体的には、インバータ１４は、電源装置１６からの直流電圧を交流電圧に変換し、結線切替部１２を通してモータ１１ｂのコイル１１１に交流電圧を印加する。これにより、ファンモータ１１（具体的には、モータ１１ｂ）が駆動する。

制御部１５は、結線切替部１２、インバータ１４、及び電源装置１６を制御する。

制御部１５は、例えば、中央処理装置（ＣＰＵ）及びメモリを有する。中央処理装置は、例えば、メモリに格納されたプログラムを実行する。この場合、制御部１５の機能は、ソフトウェア、ファームウェア、又はソフトウェアとファームウェアとの組み合わせにより実現される。ソフトウェア及びファームウェアはプログラムとしてメモリに格納することができる。これにより、制御部１５の機能を実現するためのプログラムは、コンピュータによって実行される。メモリは、コンピュータで読み取り可能な記録媒体であり、例えば、Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ（ＲＡＭ）、Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ（ＲＯＭ）などの揮発性メモリ、不揮発性メモリ、又は揮発性メモリと不揮発性メモリとの組み合わせである。

制御部１５は、単一回路又は複合回路などの専用のハードウェアとしての処理回路で構成されてもよい。この場合、制御部１５の機能は、その処理回路で実現される。

電源装置１６は、インバータ１４に電力を供給する。図１に示される例では、電源装置１６は、直流電圧を生成するバッテリーである。この場合、バッテリーである電源装置１６からインバータ１４に直流電圧が印加される。例えば、電源装置１６は、２０Ｖの直流電圧をインバータ１４に印加する。

電源装置１６が２次電池である場合、電気掃除機１は、充電式電気掃除機（コードレス電気掃除機とも称する）である。

ただし、電気掃除機１は、電源装置１６の代わりにコンバータを有してもよい。この場合、コンバータは、交流電源からの交流電圧を直流電圧に変換し、変換された直流電圧をインバータ１４に印加する。電気掃除機１は、電源装置１６に加えてこのコンバータを有してもよい。

ハンドル１７は、フレーム１８に連結されている。電気掃除機１のユーザーは、ハンドル１７を握り、電気掃除機１を動かすことができる。

ハンドル１７は、操作部１７ａを有する。操作部１７ａは、例えば、操作スイッチ、自動モードスイッチ、強運転スイッチ、弱運転スイッチなどのスイッチを含む。操作スイッチは、例えば、電気掃除機１のオンオフを切り替えるためのスイッチである。自動モードスイッチは、例えば、塵埃検出部４０の検出結果に応じて電気掃除機１の吸引力（具体的には、ファンモータ１１の回転速度）を自動的に切り替えるためのスイッチである。強運転スイッチは、例えば、電気掃除機１の吸引力（具体的には、ファンモータ１１の回転速度）を上げるためのスイッチである。弱運転スイッチは、例えば、電気掃除機１の吸引力（具体的には、ファンモータ１１の回転速度）を下げるためのスイッチである。

図１に示される例では、フレーム１８は、ハンドル１７及びダクト１９に連結されている。フレーム１８は、排気口１８ａを持っている。図１に示される例では、ファンモータ１１、インバータ１４、制御部１５、及び電源装置１６は、フレーム１８に固定されている。結線切替部１２は、フレーム１８に固定されていてもよい。フレーム１８は、本体１０の構成要素を覆うハウジングでもよい。

ダクト１９は、パイプ２０及び集塵部１３に連結されている。ダクト１９は、パイプ２０及び集塵部１３に連通している。ダクト１９は、例えば、直線的に延在している円筒である。ダクト１９及びパイプ２０は、直線的に配列されている。ダクト１９は、集塵部１３と一体化されていてもよく、ダクト１９の形状は必ずしも円筒形状に限定されない。

塵埃検出部４０は、電気掃除機１内に吸引された塵埃を検出する。図１に示される例では、塵埃検出部４０は、パイプ２０からの塵埃を検出する。例えば、塵埃検出部４０は、ダクト１９内を通過する塵埃を検出する。塵埃検出部４０は、例えば、塵埃からの反射光を検出する光検出器である。ただし、塵埃検出部４０は、光検出器に限定されない。

図１に示される例では、塵埃検出部４０は、ダクト１９に固定されている。塵埃検出部４０は、集塵部１３に対して吸引方向における上流側に配置されている。ただし、塵埃検出部４０は、吸口体３０、パイプ２０、又は本体１０に固定されていてもよい。塵埃検出部４０が本体１０に固定されている場合、塵埃検出部４０は、例えば、集塵部１３に固定することができる。

図１に示される例では、吸引方向において、集塵部１３、ファンモータ１１、結線切替部１２、インバータ１４、制御部１５、及び電源装置１６は、この順に配置されている。ただし、電気掃除機１の構成要素の配置は、図１に示される例に限定されない。

〈モータ１１ｂの構造〉
モータ１１ｂの構造について具体的に説明する。
図３は、モータ１１ｂの構造を概略的に示す平面図である。

モータ１１ｂは、２以上のコイル１１１と、ステータ鉄心１１２と、ロータ１１３とを有する。図３に示される例では、モータ１１ｂは単相モータであるが、２相以上のモータでもよい。

ステータ鉄心１１２は、円環状のヨーク１１２ａと、４つのティース１１２ｂを有する。各ティース１１２ｂは、ヨーク１１２ａからロータ１１３の回転中心に向けて突出している。

ロータ１１３は、ステータ鉄心１１２の内側に回転可能に配置されている。ロータ１１３は、少なくとも１つの永久磁石１１３ａを有する。永久磁石１１３ａは、例えば、希土類磁石又はフェライト磁石である。図３に示される「Ｎ」及び「Ｓ」は、ロータ１１３における磁極、すなわち、Ｎ極及びＳ極を示す。

本実施の形態では、コイル１１１は、コイルＣ１（第１のコイルとも称する）、コイルＣ２（第２のコイルとも称する）、コイルＣ３（第３のコイルとも称する）、及びコイルＣ４（第４のコイルとも称する）を含む。コイルＣ１，Ｃ２，Ｃ３，及びＣ４の各々を「各コイル１１１」とも称する。コイルＣ１，Ｃ２，Ｃ３，及びＣ４は、ステータ鉄心１１２に取り付けられている。

コイルＣ１及びＣ３は、正巻コイルであり、コイルＣ２及びＣ４は、逆巻コイルである。ステータ鉄心１１２の周方向において、コイルＣ１，Ｃ２，Ｃ３，及びＣ４は、この順に配列されている。すなわち、ステータ鉄心１１２の周方向において、正巻コイル及び逆巻コイルは交互に配列されている。各コイル１１１を形成する巻線の両端は、直接又は間接的に結線切替部１２に接続されている。

図４は、正巻コイルの一例及び逆巻コイルの一例を示す図である。
正巻コイルは、ロータ１１３の回転中心から見ると、右回りに各ティース１１２ｂに巻かれている。逆巻コイルは、ロータ１１３の回転中心から見ると、左回りに各ティース１１２ｂに巻かれている。各コイル１１１の両端は、巻き始め部１１１ａ及び巻き終わり部１１１ｂである。各コイル１１１は、巻き始め部１１１ａから巻き終わり部１１１ｂにかけて各ティース１１２ｂに巻かれている。

図５Ａから図５Ｄは、コイル１１１の結線パターンの例を示す図である。
図５Ａは、４並列結線の例を示す図である。４並列結線は、４つのコイル１１１、すなわち、コイルＣ１からＣ４が並列に接続されている結線パターンである。

図５Ｂは、２直列２並列結線の例を示す図である。図５Ｂに示される２直列２並列結線は、一組のコイル１１１（図５Ｂでは、コイルＣ１及びＣ２）ともう一組のコイル１１１（図５Ｂでは、コイルＣ３及びＣ４）とが並列に接続されており、且つ各組のコイル１１１のうちの２つのコイル１１１が直列に接続されている結線パターンである。図５Ｂに示される例では、コイルＣ１及びＣ２が直列に接続されており、コイルＣ３及びＣ４が直列に接続されている。

図５Ｃは、２直列２並列結線の他の例を示す図である。図５Ｃに示される２直列２並列結線は、一組のコイル１１１（図５Ｃでは、コイルＣ１及びＣ２）ともう一組のコイル１１１（図５Ｃでは、コイルＣ３及びＣ４）とが直列に接続されており、且つ各組のコイル１１１のうちの２つのコイル１１１が並列に接続されている結線パターンである。図５Ｃに示される例では、コイルＣ１及びＣ２が並列に接続されており、コイルＣ３及びＣ４が並列に接続されている。

図５Ｄは、４直列結線の例を示す図である。４直列結線は、４つのコイル１１１、すなわち、コイルＣ１からＣ４が直列に接続されている結線パターンである。

図５Ａから図５Ｄに示されるように、電気掃除機１（具体的には、モータ１１ｂ）は、複数の、コイル１１１の結線パターン（本実施の形態では、４つの結線パターン）を持っている。したがって、電気掃除機１（具体的には、モータ１１ｂ）は、複数の結線パターンのうちの１つで駆動する。

モータ１１ｂの駆動時において、４つのコイル１１１によって形成されるＮ極及びＳ極が周方向において交互に形成されれば、コイル１１１の結線パターンは、図５Ａから図５Ｄに示される結線パターン及び図４に示されるコイルの巻き方に限定されない。

図６は、電気掃除機１における制御系の構成の一例を示す図である。
図６に示される例では、インバータ１４は、４つのスイッチング素子Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，及びＳ４と、４つのダイオードＤ１，Ｄ２，Ｄ３，及びＤ４とを有する。スイッチング素子Ｓ１及びダイオードＤ１は並列に接続されており、スイッチング素子Ｓ２及びダイオードＤ２は並列に接続されており、スイッチング素子Ｓ３及びダイオードＤ３は並列に接続されており、スイッチング素子Ｓ４及びダイオードＤ４は並列に接続されている。

図６に示される例では、インバータ１４は、単相インバータである。単相インバータは、３相インバータに比べてスイッチング回数を減らすことができ、高速回転時のスイッチングロスを減らすことができる。高速回転時では電気周波数が上がり、スイッチング回数が増えるため、特に高速回転時では単相インバータを用いる利点が得られる。

図６に示される例では、結線切替部１２は、２以上のスイッチＫ１を有する。ただし、結線切替部１２は、コイル１１１の結線状態を切り替えることができる少なくとも１つのスイッチＫ１を持っていればよい。各スイッチＫ１は、例えば、リレーである。

制御部１５は、塵埃検出部４０によって得られた検出結果、具体的には、塵埃検出値Ｄｖに応じて、塵埃検出部４０の検出結果に対応する切替制御信号Ｓｇ２を結線切替部１２に向けて送信し、結線切替部１２のスイッチＫ１及びＫ２を制御する。すなわち、制御部１５は、塵埃検出部４０によって得られた検出結果に応じて結線切替部１２を制御し、コイル１１１の結線状態を制御する。

結線切替部１２は、受信した切替制御信号Ｓｇ２に従ってコイル１１１の結線状態を切り替える。ただし、コイル１１１の結線状態が、切替制御信号Ｓｇ２が示す結線状態と同じである場合、結線切替部１２は、コイル１１１の結線状態を維持する。

制御部１５は、塵埃検出部４０の検出結果に対応するスイッチング制御信号Ｓｇ３をインバータ１４に向けて送信し、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，及びＳ４のオンオフを制御する。すなわち、制御部１５は、塵埃検出部４０の検出結果に応じてインバータ１４の動作を制御し、ファンモータ１１の回転速度（具体的には、モータ１１ｂの回転速度）を制御する。すなわち、制御部１５は、塵埃検出部４０の検出結果に応じて電気掃除機１の吸引力を制御する。

インバータ１４は、受信したスイッチング制御信号Ｓｇ３に従ってスイッチング素子Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，及びＳ４をオンオフし、各コイル１１１への電流を制御する。

〈電気掃除機１の動作〉
電気掃除機１の動作の一例について説明する。

操作部１７ａの操作スイッチがオンになると、運転指示信号Ｓｇ１が操作部１７ａから制御部１５に入る。制御部１５は運転指示信号Ｓｇ１を受信すると、電源装置１６からインバータ１４に電力が出力されるように電源装置１６を制御する。さらに、制御部１５はインバータ１４を制御し、インバータ１４がスイッチング動作を行い、ファンモータ１１が駆動する。

ファンモータ１１が駆動すると、電気掃除機１内に気流が発生する。これにより、塵埃が吸口体３０の吸入口３０ａから電気掃除機１内に入る。塵埃は、パイプ２０及びダクト１９を通り、集塵部１３に入る。塵埃は、集塵部１３に蓄積される。気流は、さらにファンモータ１１を通り、フレーム１８の排気口１８ａから電気掃除機１の外へ排出される。

例えば、操作部１７ａの自動モードスイッチがオンになると、自動モードに対応する運転指示信号Ｓｇ１が操作部１７ａから制御部１５に入り、電気掃除機１の運転モードは、通常モードから自動モードに移行する。自動モードでは、塵埃検出部４０の検出結果に基づいて電気掃除機１の吸引力（具体的には、ファンモータ１１の回転速度）が自動的に切り替わる。

図７は、電気掃除機１の自動モードにおける制御部１５の動作の一例を示すフローチャートである。
図８は、塵埃検出値Ｄｖとファンモータ１１の回転速度との関係を示すグラフである。図８において、閾値Ｓｄ４は、閾値Ｓｄ２よりも大きい。回転速度Ｎ２，Ｎ４，及びＮ６の関係は、Ｎ６＝２×Ｎ４＝４×Ｎ２である。

閾値Ｓｄ２を「第１の閾値」とも称し、閾値Ｓｄ４を「第２の閾値」とも称する。回転速度Ｎ２を「第１の回転速度」とも称し、回転速度Ｎ４を「第２の回転速度」とも称し、回転速度Ｎ６を「第３の回転速度」とも称する。

電気掃除機１の駆動中、塵埃検出部４０は、ダクト１９内を通過する塵埃を検出する。塵埃検出部４０によって検出された塵埃検出値Ｄｖは、制御部１５に入力される。塵埃検出部４０によって得られた塵埃検出値Ｄｖを「検出結果」とも称する。すなわち、塵埃検出部４０は、検出結果を制御部１５に向けて出力する。

塵埃検出値Ｄｖは、例えば、塵埃検出部４０によって検出された、単位時間当たりの塵埃の量である。塵埃検出値Ｄｖは、塵埃の大きさでもよい。塵埃検出値Ｄｖは、塵埃検出部４０によって検出された、単位体積当たりの塵埃密度でもよい。

ステップＳＴ１では、制御部１５は、塵埃検出値Ｄｖを受信する。

ステップＳＴ２では、制御部１５は、塵埃検出値Ｄｖが閾値Ｓｄ２未満であるか判定する。

塵埃検出値Ｄｖが閾値Ｓｄ２未満のとき（ステップＳＴ１においてＹｅｓ）、制御部１５は、コイル１１１が直列に接続されるように結線切替部１２を制御する（ステップＳＴ３）。例えば、制御部１５は、コイル１１１の結線状態が４直列結線になるように結線切替部１２を制御する（ステップＳＴ３）。この場合、制御部１５は、４直列結線に対応する切替制御信号Ｓｇ２を結線切替部１２に送信する。結線切替部１２は、４直列結線に対応する切替制御信号Ｓｇ２に従ってコイル１１１の結線状態を切り替える。

ステップＳＴ３では、コイル１１１の結線状態は、４直列結線である。この場合、ファンモータ１１の回転速度Ｎｒ（具体的には、モータ１１ｂの回転速度）は、Ｎ２以下である。すなわち、コイル１１１の結線状態が４直列結線であるとき、ファンモータ１１は、回転速度Ｎ２以下で駆動する。回転速度Ｎ２は、例えば、２５０００ｒｐｍである。

ただし、コイル１１１の結線状態の切り替えが不要である場合、結線切替部１２は、コイル１１１の結線状態を切り替えない。

塵埃検出値Ｄｖが閾値Ｓｄ２以上の場合（ステップＳＴ１においてＮｏ）、制御部１５は、塵埃検出値Ｄｖが閾値Ｓｄ４未満であるか判定する（ステップＳＴ４）。塵埃検出値Ｄｖが閾値Ｓｄ２以上且つ閾値Ｓｄ４未満のとき（ステップＳＴ４においてＹｅｓ）、制御部１５は、コイルＣ１とコイルＣ２とが直列に接続され、コイルＣ３とコイルＣ４とが直列に接続され、且つ直列に接続されたコイルＣ１及びコイルＣ２と直列に接続されたコイルＣ３及びコイルＣ４とが並列に接続されるように、結線切替部１２を制御する（ステップＳＴ５）。塵埃検出値Ｄｖが閾値Ｓｄ２以上且つ閾値Ｓｄ４未満のとき（ステップＳＴ４においてＹｅｓ）、制御部１５は、コイルＣ１とコイルＣ２とが並列に接続され、コイルＣ３とコイルＣ４とが並列に接続され、且つ並列に接続されたコイルＣ１及びコイルＣ２と並列に接続されたコイルＣ３及びコイルＣ４とが直列に接続されるように、結線切替部１２を制御してもよい（ステップＳＴ５）。

例えば、制御部１５は、コイル１１１の結線状態が２直列２並列結線になるように結線切替部１２を制御する（ステップＳＴ５）。この場合、制御部１５は、２直列２並列結線に対応する切替制御信号Ｓｇ２を結線切替部１２に送信する。結線切替部１２は、２直列２並列結線に対応する切替制御信号Ｓｇ２に従ってコイル１１１の結線状態を切り替える。

ステップＳＴ５では、コイル１１１の結線状態は、２直列２並列結線である。この場合、ファンモータ１１の回転速度Ｎｒ（具体的には、モータ１１ｂの回転速度）は、Ｎ２より大きく且つＮ４以下である。すなわち、コイル１１１の結線状態が２直列２並列結線であるとき、ファンモータ１１は、Ｎ２＜Ｎｒ≦Ｎ４で駆動する。回転速度Ｎ４は、例えば、５００００ｒｐｍである。

塵埃検出値Ｄｖが閾値Ｓｄ４以上のとき（ステップＳＴ４においてＮｏ）、制御部１５は、コイル１１１が並列に接続されるように結線切替部１２を制御する（ステップＳＴ６）。例えば、制御部１５は、コイル１１１の結線状態が４並列結線になるように結線切替部１２を制御する（ステップＳＴ６）。例えば、制御部１５は、４並列結線に対応する切替制御信号Ｓｇ２を結線切替部１２に送信する。結線切替部１２は、４並列結線に対応する切替制御信号Ｓｇ２に従ってコイル１１１の結線状態を切り替える。

ステップＳＴ６では、コイル１１１の結線状態は、４並列結線である。この場合、ファンモータ１１の回転速度Ｎｒは、Ｎ４より大きく且つＮ６以下である。すなわち、コイル１１１の結線状態が４並列結線であるとき、ファンモータ１１は、Ｎ４＜Ｎｒ≦Ｎ６で駆動する。塵埃検出値Ｄｖが閾値Ｓｄ６のとき、回転速度Ｎ６でファンモータ１１が駆動する。回転速度Ｎ６は、例えば、１０００００ｒｐｍである。本実施の形態では、塵埃検出値Ｄｖが閾値Ｓｄ６のとき、ファンモータ１１の回転速度Ｎｒは最大である。塵埃検出値Ｄｖが閾値Ｓｄ６よりも大きい場合でも、ファンモータ１１は、回転速度Ｎ６で駆動する。

本実施の形態では、ファンモータ１１の最大回転速度は１０００００ｒｐｍである。ただし、ファンモータ１１の最大回転速度は１０００００ｒｐｍよりも大きくてもよい。

本実施の形態では、塵埃検出値Ｄｖが大きいほど、ファンモータ１１（具体的には、モータ１１ｂ）の回転速度が高い。言い換えると、塵埃検出値Ｄｖが大きいほど、電気掃除機１の吸引力が大きい。

図７に示される例は、自動モードにおける制御部１５の動作の一例である。ただし、自動モード以外の動作モードにおいて、図７に示される制御部１５の動作が実行されてもよい。例えば、塵埃の量に応じて電気掃除機１のユーザーがコイル１１１の結線状態を切り替えてもよい。

〈電気掃除機１の利点〉
実施の形態１に係る電気掃除機１の利点を説明する。
図９は、塵埃検出値Ｄｖと電気掃除機１の総合効率との関係を示すグラフである。図９において、横軸は塵埃検出値Ｄｖを示し、縦軸は電気掃除機１の総合効率を示す。電気掃除機１の総合効率とは、インバータ１４の効率及びモータ１１ｂの効率を含む電気掃除機１の効率である。図９における横軸の値は、図８に示される横軸の値に対応する。図９において、塵埃検出値は、値Ｓｄ１から値Ｓｄ６に向けて増加する。

図９に示されるように、各結線状態において、電気掃除機１は、総合効率のピーク値を持つ。例えば、４直列結線では、塵埃検出値Ｄｖが値Ｓｄ１のとき、電気掃除機１の総合効率が最大になる。同様に、２直列２並列結線では、塵埃検出値Ｄｖが値Ｓｄ３のとき、電気掃除機１の総合効率が最大になり、４並列結線では、塵埃検出値Ｄｖが値Ｓｄ５のとき、電気掃除機１の総合効率が最大になる。

すなわち、図９に示されるように、電気掃除機１では、塵埃検出値Ｄｖに応じて電気掃除機１の総合効率が変化する。言い換えると、電気掃除機１は、塵埃検出値Ｄｖに対応する複数の総合効率のピーク値（図９では、３つのピーク値）を持つ。

本実施の形態では、塵埃検出値Ｄｖが閾値Ｓｄ２未満のとき、電気掃除機１は、４直列結線で駆動する。コイル１１１が４直列結線であるときのファンモータ１１（具体的には、モータ１１ｂ）の駆動中に生じる誘起電圧は、コイル１１１が２直列２並列結線であるときのファンモータ１１（具体的には、モータ１１ｂ）の駆動中に生じる誘起電圧及びコイル１１１が４並列結線であるときのファンモータ１１（具体的には、モータ１１ｂ）の駆動中に生じる誘起電圧の両方よりも大きい。したがって、塵埃検出値Ｄｖが閾値Ｓｄ２未満のとき、低速回転での電気掃除機１の総合効率を上げることができる。

塵埃検出値Ｄｖが閾値Ｓｄ２以上且つ閾値Ｓｄ４未満のとき、電気掃除機１は、２直列２並列結線で駆動する。コイル１１１が２直列２並列結線であるときのファンモータ１１（具体的には、モータ１１ｂ）の駆動中に生じる誘起電圧は、コイル１１１が４直列結線であるときのファンモータ１１（具体的には、モータ１１ｂ）の駆動中に生じる誘起電圧よりも小さく、コイル１１１が４並列結線であるときのファンモータ１１（具体的には、モータ１１ｂ）の駆動中に生じる誘起電圧よりも大きい。したがって、塵埃検出値Ｄｖが閾値Ｓｄ２以上且つ閾値Ｓｄ４未満のとき、中速回転での電気掃除機１の総合効率を上げることができる。

塵埃検出値Ｄｖが閾値Ｓｄ４より大きいとき、電気掃除機１は、４並列結線で駆動する。コイル１１１が４並列結線であるときのファンモータ１１（具体的には、モータ１１ｂ）の駆動中に生じる誘起電圧は、コイル１１１が４直列結線であるときのファンモータ１１（具体的には、モータ１１ｂ）の駆動中に生じる誘起電圧及びコイル１１１が２直列２並列結線であるときのファンモータ１１（具体的には、モータ１１ｂ）の駆動中に生じる誘起電圧の両方よりも小さい。したがって、塵埃検出値Ｄｖが閾値Ｓｄ４より大きいとき、高速回転での電気掃除機１の総合効率を上げることができる。

以上に説明したように、制御部１５は、塵埃検出値Ｄｖが大きくなるにつれてコイル１１１の結線状態を切り替える。これにより、制御部１５は、塵埃検出値Ｄｖが大きくなるにつれてファンモータ１１の回転速度を段階的に又は連続的に上げる。同様に、制御部１５は、塵埃検出値Ｄｖが小さくなるにつれてコイル１１１の結線状態を切り替える。これにより、制御部１５は、塵埃検出値Ｄｖが小さくなるにつれてファンモータ１１の回転速度を段階的に又は連続的に下げる。すなわち、制御部１５は、塵埃検出値Ｄｖに応じて、コイル１１１の結線状態を最適な結線状態に切り替える。

これにより、制御部１５は、塵埃検出値Ｄｖに応じてコイル１１１の結線状態を制御するので、塵埃検出値Ｄｖが変化した場合でも電気掃除機１の効率（具体的には、電気掃除機１の総合効率）を適切に維持することができ、電気掃除機１の効率の低下を抑制することができる。

言い換えると、塵埃検出値Ｄｖに応じてファンモータ１１（具体的には、モータ１１ｂ）の回転速度が変化した場合でも、ファンモータ１１（具体的には、モータ１１ｂ）の回転速度に応じて電気掃除機１の効率（具体的には、電気掃除機１の総合効率）を適切に維持することができ、電気掃除機１の効率の低下を抑制することができる。言い換えると、ファンモータ１１（具体的には、モータ１１ｂ）の回転速度が変化した場合でも、制御部１５がコイル１１１の結線状態を適切に制御するので、電気掃除機１の効率（具体的には、電気掃除機１の総合効率）を適切に維持することができ、電気掃除機１の効率の低下を抑制することができる。

その結果、例えば、電源装置１６がバッテリーであるとき、バッテリーの余計な消費を抑制することができ、電気掃除機１の運転時間を長くすることができる。

１ 電気掃除機、 １０ 本体、 １１ ファンモータ、 １１ａ ファン、 １１ｂ モータ、 １２ 結線切替部、 １３ 集塵部、 １４ インバータ、 １５ 制御部、 １６ 電源装置、 １７ ハンドル、 １８ フレーム、 １９ ダクト、 ２０ パイプ、 ３０ 吸口体、 ４０ 塵埃検出部。

Claims (5)

1. 気流を発生させるファンと、
   ２以上のコイルを有し、前記ファンを回転させるブラシレスモータと、
   塵埃を検出する塵埃検出部と、
   前記塵埃を集める集塵部と、
   ２以上のスイッチを有し、前記２以上のコイルに接続されており、前記２以上のコイルの結線状態を切り替える結線切替部と、
   前記結線切替部に接続されたインバータと、
   前記塵埃検出部によって得られた検出結果に応じて前記結線切替部を制御する制御部と
   を備え、
   前記検出結果が第１の閾値未満のとき、前記制御部は、前記２以上のコイルが直列に接続されるように前記結線切替部を制御し、
   前記２以上のコイルは、第１のコイル、第２のコイル、第３のコイル、及び第４のコイルを含み、
   前記検出結果が前記第１の閾値以上且つ第２の閾値未満のとき、前記制御部は、前記第１のコイルと前記第２のコイルとが直列に接続され、前記第３のコイルと前記第４のコイルとが直列に接続され、且つ直列に接続された前記第１のコイル及び前記第２のコイルと直列に接続された前記第３のコイル及び前記第４のコイルとが並列に接続されるように、前記結線切替部を制御し、
   前記検出結果が前記第２の閾値以上のとき、前記制御部は、前記２以上のコイルが並列に接続されるように前記結線切替部を制御し、
   前記検出結果が前記第１の閾値未満のとき、前記ブラシレスモータの回転速度は第１の回転速度以下であり、
   前記検出結果が前記第１の閾値以上且つ前記第２の閾値未満のとき、前記ブラシレスモータの回転速度は、前記第１の回転速度より大きく且つ第２の回転速度以下であり、
   前記検出結果が前記第２の閾値以上のとき、前記ブラシレスモータの回転速度は、前記第２の回転速度より大きく且つ第３の回転速度以下である
   電気掃除機。
2. 気流を発生させるファンと、
   ２以上のコイルを有し、前記ファンを回転させるブラシレスモータと、
   塵埃を検出する塵埃検出部と、
   前記塵埃を集める集塵部と、
   ２以上のスイッチを有し、前記２以上のコイルに接続されており、前記２以上のコイルの結線状態を切り替える結線切替部と、
   前記結線切替部に接続されたインバータと、
   前記塵埃検出部によって得られた検出結果に応じて前記結線切替部を制御する制御部と
   を備え、
   前記検出結果が第１の閾値未満のとき、前記制御部は、前記２以上のコイルが直列に接続されるように前記結線切替部を制御し、
   前記２以上のコイルは、第１のコイル、第２のコイル、第３のコイル、及び第４のコイルを含み、
   前記検出結果が前記第１の閾値以上且つ第２の閾値未満のとき、前記制御部は、前記第１のコイルと前記第２のコイルとが並列に接続され、前記第３のコイルと前記第４のコイルとが並列に接続され、且つ並列に接続された前記第１のコイル及び前記第２のコイルと並列に接続された前記第３のコイル及び前記第４のコイルとが直列に接続されるように、前記結線切替部を制御し、
   前記検出結果が前記第２の閾値以上のとき、前記制御部は、前記２以上のコイルが並列に接続されるように前記結線切替部を制御し、
   前記検出結果が前記第１の閾値未満のとき、前記ブラシレスモータの回転速度は第１の回転速度以下であり、
   前記検出結果が前記第１の閾値以上且つ前記第２の閾値未満のとき、前記ブラシレスモータの回転速度は、前記第１の回転速度より大きく且つ第２の回転速度以下であり、
   前記検出結果が前記第２の閾値以上のとき、前記ブラシレスモータの回転速度は、前記第２の回転速度より大きく且つ第３の回転速度以下である
   電気掃除機。
3. 前記制御部は、前記塵埃検出部の前記検出結果に応じて前記電気掃除機の吸引力を制御する請求項１又は２に記載の電気掃除機。
4. 前記電気掃除機は、前記検出結果に対応する複数の総合効率のピーク値を持つ請求項１から３のいずれか１項に記載の電気掃除機。
5. 前記結線切替部は、前記ブラシレスモータに隣接している請求項１から４のいずれか１項に記載の電気掃除機。

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