JP6492282B2 - 電気掃除機 - Google Patents

Description

本発明は、商用電源と２次電池の両方で動作する交流直流両用の電気掃除機に関する。

従来、この種の交流直流両用の電気掃除機は、交流・直流電源を切替部で、自動的に切替える構成が提案されている。これにより、使用者がわざわざ手動で切替える手間を省いて、使用者の使い勝手を向上させている。

つまり、従来の電気掃除機の交流・直流電源の切替部は、例えばリレーなどの単一のスイッチング素子から構成されている。単一のスイッチング素子は、商用電源の供給によってオンして交流回路と接続し、商用電源の遮断によってオフして直流回路と接続する。また、交流・直流電源の切替部として、掃除機本体に接続された電源コードの根元側の電源コネクタ部と、掃除機本体の電源コネクタ部との着脱によって切替わるメカニカルスイッチからなる構成が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００１−３２１３０７号公報

しかしながら、メカニカルスイッチを用いる電気掃除機の場合、掃除機本体が大型化する。そのため、交流・直流電源の切替部として単一のスイッチング素子を用いる方が、掃除機本体を小型化できるので好ましく、かつ使用者の使い勝手がよい。

しかし、上記構成の電気掃除機は、商用電源で運転している際に、使用者の意図に反して電源コードが抜かれて商用電源の供給が断たれると、直流電源による運転に自動で切り替わる。そのため、２次電池などの直流電源のバッテリー寿命が低下する。そこで、商用電源で電気掃除機を運転している際に、商用電源の供給が断たれた場合には、電動送風機の運転を停止させることが望ましい。

以下に、単一のスイッチング素子を用いる従来の交流直流両用の電気掃除機の回路動作について、図５を用いて説明する。図５は、従来の電気掃除機における制御ブロック図である。

図５に示すように、従来の電気掃除機は、単一のスイッチング素子２２により、交流・直流電源の切替を実現している。

具体的には、商用電源８の供給によって、単一のスイッチング素子２２がオンして交流回路と接続する。一方、商用電源８が遮断された場合、単一のスイッチング素子２２をオフして直流回路（直流電源）と接続する。

しかしながら、上記構成の電気掃除機は、単一のスイッチング素子２２で交流回路（商用電源）と直流回路（２次電池などの直流電源）とを切替えている。そのため、電気掃除機を使用中に振動が加わった場合、振動によりスイッチング素子２２が接点から離れる虞がある。特に、リレーなどで構成されるスイッチング素子２２は、オン状態に比べオフ状態において、振動により接点が離れやすい。つまり、スイッチング素子２２がオフ状態で
直流回路と接続している場合、電気掃除機に加わる振動でスイッチング素子２２が接点から離れやすい。その結果、接点とスイッチング素子２２との間でスパークが発生し、スイッチング素子２２が劣化するという課題があった。

本発明は、電気掃除機に振動が加わった場合でも、スイッチが接点から離れることを少なくできる掃除機を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の電気掃除機は、電動送風機を内蔵する掃除機本体と、掃除機本体に内蔵された２次電池と、商用電源から電動送風機に電力を供給する第１の駆動部と、２次電池から電動送風機に電力を供給する第２の駆動部と、第１の駆動部に直列に接続された第１のスイッチング部と、第２の駆動部に直列に接続された第２のスイッチング部と、第１の駆動部、第２の駆動部、第１のスイッチング部、および第２のスイッチング部を制御する制御部と、商用電源のゼロクロスを検出するゼロクロス検出部と、を備え、制御部は、ゼロクロス検出部によりゼロクロスを検出した場合、商用電源で駆動すると判断し、第１の駆動部および第１のスイッチング部をオン状態にするとともに第２の駆動部および第２のスイッチング部をオフ状態に制御し、ゼロクロス検出部によりゼロクロスを検出しない場合、２次電池で駆動すると判断し、第１の駆動部および第１のスイッチング部をオフ状態にするとともに第２の駆動部および第２のスイッチング部をオン状態に制御し、第１の駆動部は双方向性サイリスタ、第２の駆動部はＭＯＳ−ＦＥＴ、第１のスイッチング部および第２のスイッチング部はリレーとする構成を有する。

この構成によれば、電動送風機を商用電源で駆動する場合、２次電池で駆動する場合のどちらでも第１のスイッチング部および第２のスイッチング部のいずれかをオン状態で、使用することができる。そのため、電気掃除機に振動が加わった場合でも、第１のスイッチング部および第２のスイッチング部が接点から離れにくい。これにより、接点と第１のスイッチング部および第２のスイッチング部との間でスパークの発生を抑制できる。その結果、第１のスイッチング部および第２のスイッチング部の劣化を抑えて、信頼性の高い電気掃除機を実現できる。
また、商用電源のゼロクロスを検出するゼロクロス検出部を備えることで、制御部は、ゼロクロス検出部によりゼロクロスを検出した場合、商用電源で駆動すると判断し、ゼロクロス検出部によりゼロクロスを検出しない場合、２次電池で駆動すると判断できるようになり、電気掃除機を商用電源で動作するか、２次電池で動作させるかを、使用者が手動で選択することなく、使用者が意図する運転を実行できる。
また、第１の駆動部を双方向性サイリスタ、第２の駆動部をＭＯＳ−ＦＥＴ、第１のスイッチング部および第２のスイッチング部をリレーで構成することで、制御部で、容易にオン−オフの制御でき、さらに、第１のスイッチング部および第２のスイッチング部には、着脱によって切替わるメカニカルスイッチを使わず、単一のスイッチング素子を使うため、電気掃除機を小型化できる。

電気掃除機に振動が加わった場合でも、スイッチが接点から離れることを少なくすることで、接点とスイッチとの間でスパークの発生を抑制してスイッチの劣化を抑え、信頼性の高い電気掃除機を実現できる。

図１は、本発明の実施の形態における電気掃除機の外観斜視図である。 図２は、同電気掃除機を商用電源により運転している状態の制御ブロック図である。 図３は、同電気掃除機を２次電池により運転している状態の制御ブロック図である。 図４は、同電気掃除機における制御動作を説明するフローチャートである。 図５は、従来の電気掃除機における制御ブロック図である。

以下、図面を参照しながら本発明の電気掃除機の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、以下の説明では、同一または相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。また、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態）
以下に、本発明の実施の形態における電気掃除機の構成について、図１を用いて説明す
る。

図１は、本発明の実施の形態における電気掃除機の外観斜視図である。

図１に示すように、本実施の形態の電気掃除機は、少なくとも掃除機本体１と、ホース４と、延長管６と、吸込具７などから構成されている。

掃除機本体１は、電動送風機２と、集塵容器３と、電源コード２３と、２次電池（図示せず）などを内蔵している。電動送風機２は、掃除機本体１の後部に内蔵され、塵埃を吸い込む吸引風を発生させる。集塵容器３は、掃除機本体１の前部で、電動送風機２の上流側に配置され、吸引風によって吸引された塵埃を捕集する。電源コード２３は、掃除機本体１の後部に引き出し可能に設けられ、コンセント（図示せず）を介して商用電源８に接続される。そして、電源コード２３は、商用電源８から、掃除機本体１に内蔵される制御基板（図示せず）に電力を供給する。

また、ホース４は、一端側で掃除機本体１と接続され、他端側は延長管６の一端側と接続される。ホース４の他端側の先端部には、各種動作モード（例えば、強・弱・停止などの吸込み力）を選択できる手元操作部５が設けられている。

そして、本実施の形態の電気掃除機は、手元操作部５の選択操作により、後述する交流・直流電源を切替えるスイッチング部（図示せず）の切替状態に応じて、電動送風機２を商用電源８または２次電池９により回転させる。これにより、床面などの清掃面から塵を、吸込具７、延長管６、ホース４を経由して集塵容器３に導いて集塵するように構成されている。

以下に、本実施の形態における電気掃除機の交流・直流での制御動作について、図２および図３を用いて説明する。

図２は、同電気掃除機を商用電源により電気掃除機を動作させている状態の制御ブロック図である。図３は、同電気掃除機を直流電源により電気掃除機を動作させている状態の制御ブロック図である。

図２および図３に示すように、本実施の形態の電気掃除機の制御ブロックは、制御基板１０に、少なくとも制御部１３と、第１のスイッチング部１５と、第１の駆動部１７と、第２のスイッチング部１６と、第２の駆動部１８と、ゼロクロス検出部１２と、電源回路１１と、手元操作部受付部１４などを備えて構成されている。制御部１３は、例えばマイクロコンピュータ（以下、「マイコン」と記す）などから構成され、電気掃除機の動作全般を制御する。第１のスイッチング部１５および第１の駆動部１７は、交流電源である商用電源８から電動送風機２に電力を供給する。なお、第１の駆動部１７は、例えば双方向性サイリスタ１７などで構成され、以下では「双方向性サイリスタ」と記して説明する。第２のスイッチング部１６および第２の駆動部１８は、直流電源である２次電池９から電動送風機２に電力を供給する。なお、第２の駆動部１８は、ＭＯＳ−ＦＥＴなどから構成され、以下、「ＭＯＳ−ＦＥＴ」と記して説明する。ゼロクロス検出部１２は、商用電源８から電源が供給された際にゼロクロスを検出する。電源回路１１は、マイコン１３やリレー用の電源を生成する。手元操作部受付部１４は、図１に示すホース４に設けられた手元操作部５からの指示を受付ける。

そして、第１のスイッチング部１５は、双方向性サイリスタ１７に直列に接続される。同様に、第２のスイッチング部１６は、ＭＯＳ−ＦＥＴ１８に直列に接続される。

また、図２および図３に示すように、第１のスイッチング部１５および第２のスイッチング部１６は、オン状態のときに接点と接続される。そして、オフ状態のときは、どの接点とも接続しないように構成されている。具体的には、図２は、第１のスイッチング部１５がオン状態で接点と接続し、第２のスイッチング部１６がオフ状態で、どの接点とも接続しない状態を示している。一方、図３は、第２のスイッチング部１６がオン状態で接点と接続し、第１のスイッチング部１５がオフ状態で、どの接点とも接続しない状態を示している。

つぎに、交流で電気掃除機を動作させる際の回路構成について、図２を用いて説明する。

商用電源８から電源が供給されている場合、図２の太い実線で示すように、各構成要素が接続される。

具体的には、まず、手元操作部５より運転の指示をマイコン１３が受け取ると、マイコン１３はゼロクロス検出部１２によりゼロクロスを検出する。これにより、マイコン１３は、商用電源８から電源が供給されていると判断する。

そして、マイコン１３は、第１のスイッチング部１５をオン状態にし、双方向性サイリスタ１７をオン状態にする。これにより、電動送風機２に商用電源８から電力を供給し、電気掃除機を動作させる。

なお、本実施の形態では、第１のスイッチング部１５および第２のスイッチング部１６にリレーを用いている。リレーは、電気掃除機の運転時において、電気掃除機に振動が加わると、スイッチが接点から離れたり付いたりして切り替わる場合が考えられる。特に、接点にスイッチが電気的に引き寄せられていないオフ状態のときに起こりやすい。

しかし、本実施の形態では、例えば電気掃除機の振動により第２のスイッチング部１６がオフ状態からオン状態になった場合でも、ＭＯＳ−ＦＥＴ１８がオフ状態のため電流は流れない。一方、第１のスイッチング部１５は、オン状態なので電気的にスイッチが接点に引き寄せられている。そのため、電気掃除機に振動が加わった場合でも、スイッチが接点から離れにくい。つまり、接点とスイッチとの間でスパークが発生しにくい。その結果、第１のスイッチング部１５のスイッチの劣化を防ぐことができる。

つぎに、直流で電気掃除機を動作させる際の回路構成について、図３を用いて詳細に説明する。

商用電源８から電源が供給されていない場合、図３の太い実線で示すように、各構成要素が接続される。

具体的には、まず、手元操作部５より運転の指示をマイコン１３が受け取ると、マイコン１３はゼロクロス検出部１２によりゼロクロスが検出されていないことを検知する。これにより、マイコン１３は、２次電池９から電源が供給されていると判断する。

そして、マイコン１３は、第２のスイッチング部１６をオン状態にし、ＭＯＳ−ＦＥＴ１８をオン状態にする。これにより、電動送風機２に２次電池９から電力を供給し、電気掃除機を動作させる。

このとき、本実施の形態では、電気掃除機の振動により第１のスイッチング部１５がオフ状態からオン状態になった場合でも、双方向性サイリスタ１７がオフ状態のため電流は流れない。一方、第２のスイッチング部１６は、オン状態なので電気的にスイッチが接点に引き寄せられている。そのため、電気掃除機に振動が加わった場合でも、スイッチが接点から離れにくい。つまり接点とスイッチとの間でスパークが発生しにくい。その結果、第２のスイッチング部１６のスイッチの劣化を防ぐことができる。

上述したように、本実施の形態の電気掃除機は、商用電源８で動作する場合も、２次電池９で動作する場合も、接点とスイッチとの間でスパークが発生しにくい。そのため、第１のスイッチング部１５および第２のスイッチング部１６のスイッチの劣化を防ぐことができる。

以上にように、本実施の形態の電気掃除機が構成され、動作する。

以下に、本実施の形態の電気掃除機の動作および作用について、図４を用いて説明する。

図４は、同電気掃除機における制御動作を説明するフローチャートである。

図４に示すように、まず、マイコン１３は、手元操作部５によって電気掃除機の運転が指示される（ステップＳ１）と、ゼロクロス検出部１２を介してゼロクロスの検出の有無を判断する（ステップＳ２）。このとき、ゼロクロスが検出された場合（ステップＳ２のＹｅｓ）、マイコン１３は商用電源８による運転であると判断して、商用電源８により電気掃除機の運転を開始する（ステップＳ３）。

つぎに、マイコン１３は、手元操作部５によって電気掃除機の運転停止の指示の有無を判断する（ステップＳ４）。このとき、運転停止が指示された場合（ステップＳ４のＹｅｓ）、電気掃除機の運転を停止させる（ステップＳ９）。

一方、運転停止が指示されてない場合（ステップＳ４のＮｏ）、ゼロクロスの検出の有無を判断する（ステップＳ５）。このとき、ゼロクロスが検出された場合（ステップＳ５のＹｅｓ）、ステップＳ３に戻り、以降のステップ動作を繰り返す。

一方、ゼロクロスが検出されない場合（ステップＳ５のＮｏ）、マイコン１３は使用者が運転停止の操作を行っていないにも関わらず、商用電源８による運転が行われている際に電源コード２３が抜けたと判断する。そして、電気掃除機の運転動作を停止する（ステップＳ９）。

なお、ステップＳ２において、ゼロクロスが検出されない場合（ステップＳ２のＮｏ）、マイコン１３は、２次電池９による運転であると判断して、２次電池９により電気掃除機の運転を開始する（ステップＳ６）。

つぎに、マイコン１３は、手元操作部５によって電気掃除機の運転停止の指示の有無を判断する（ステップＳ７）。このとき、運転停止が指示された場合（ステップＳ７のＹｅｓ）、電気掃除機の運転を停止させる（ステップＳ９）。

一方、運転停止が指示されてない場合（ステップＳ７のＮｏ）、マイコン１３は、ゼロクロスの検出の有無を判断する（ステップＳ８）。このとき、ゼロクロスが検出されない場合（ステップＳ８のＮｏ）、ステップＳ６へ戻り、以降のステップ動作を繰り返す。

一方、ゼロクロスが検出された場合（ステップＳ８のＹｅｓ）、マイコン１３は使用者が２次電池９による運転が行われている際に電源コード２３をコンセントに挿したと判断する。そして、電気掃除機の運転動作を停止する（ステップＳ９）。

上述したように、本実施の形態によれば、商用電源８により電気掃除機を運転している際に、使用者の意図に反して電源コード２３が抜かれ商用電源８の供給が断たれた場合、電気掃除機の運転を停止する。同様に、２次電池９により電気掃除機を運転している際に、電源コード２３が商用電源８に挿入されて商用電源８が供給された場合、電気掃除機の運転を停止する。そのため、商用電源８で電気掃除機を運転中に、直流電源による運転に自動で切り替わることを防止する。これにより、２次電池９などの直流電源のバッテリー寿命の低下を抑制できる。

また、例えば電源コードの電源プラグがコンセントに半差し状態の場合、商用電源８の供給と遮断が繰り返される。この場合、本実施の形態の電気掃除機は、運転を停止させる。これにより、プラグ間や、接点と各スイッチング部との間のスパークの発生を防ぐことができる。その結果、信頼性の高い電気掃除機を実現できる。

さらに、マイコン１３は、手元操作部５の運転の指示を受けてから、第１のスイッチング部１５および第２のスイッチング部１６のいずれかをオン状態にする。そのため、電動送風機２を駆動したくない場合、各スイッチング部に電力を供給する必要がない。その結果、待機電力の少ない電気掃除機を実現できる。

以上で説明したように、本発明の電気掃除機は、電動送風機を内蔵する掃除機本体と、掃除機本体に内蔵された２次電池と、商用電源から電動送風機に電力を供給する第１の駆動部と、２次電池から電動送風機に電力を供給する第２の駆動部と、を備える。さらに、第１の駆動部に直列に接続された第１のスイッチング部と、第２の駆動部に直列に接続された第２のスイッチング部と、第１の駆動部、第２の駆動部、第１のスイッチング部、および、第２のスイッチング部を制御する制御部と、を備える。そして、第１の駆動部および第１のスイッチング部と、第２の駆動部および第２のスイッチング部とは並列に接続されている。さらに、制御部は、電動送風機を商用電源で駆動する場合、第１の駆動部および第１のスイッチング部をオン状態にするとともに第２の駆動部および第２のスイッチング部をオフ状態に制御し、電動送風機を２次電池で駆動する場合、第１の駆動部および第１のスイッチング部をオフ状態にするとともに第２の駆動部および第２のスイッチング部をオン状態に制御する構成としてもよい。

この構成によれば、電動送風機を商用電源で駆動する場合、２次電池で駆動する場合のどちらでも第１のスイッチング部および第２のスイッチング部のいずれかをオン状態で、使用することができる。そのため、電気掃除機に振動が加わった場合でも、第１のスイッチング部および第２のスイッチング部が接点から離れにくい。これにより、接点と第１のスイッチング部および第２のスイッチング部との間でスパークの発生を抑制できる。その結果、第１のスイッチング部および第２のスイッチング部の劣化を抑えて、信頼性の高い電気掃除機を実現できる。

また、本発明の電気掃除機の掃除機本体は、商用電源のゼロクロスを検出するゼロクロス検出部を備える。そして、制御部は、ゼロクロス検出部によりゼロクロスを検出した場合、商用電源で駆動すると判断し、第１の駆動部および第１のスイッチング部をオン状態にするとともに第２の駆動部および第２のスイッチング部をオフ状態に制御する。一方、制御部は、ゼロクロス検出部によりゼロクロスを検出しない場合、２次電池で駆動すると判断し、第１の駆動部および第１のスイッチング部をオフ状態にするとともに第２の駆動部および第２のスイッチング部をオン状態に制御してもよい。

これにより、電気掃除機を商用電源で動作するか、２次電池で動作させるかを、使用者が手動で選択することなく、使用者が意図する運転を実行できる。

また、本発明の電気掃除機の制御部は、電動送風機が商用電源で駆動されている状態において、電動送風機への商用電源の供給が切断された場合、第１の駆動部および第１のスイッチング部をオフ状態とするとともに第２の駆動部および第２のスイッチング部をオフ状態に制御して電動送風機を停止させる。一方、電動送風機が２次電池で駆動されている状態において、商用電源の供給がされた場合、第１の駆動部および第１のスイッチング部をオフ状態とするとともに第２の駆動部および第２のスイッチング部をオフ状態にし、電動送風機を停止させてもよい。

これにより、電源プラグがコンセントに半差し状態で差し込まれ、商用電源の供給と遮断が繰り返された場合、電動送風機の運転を停止させることができる。その結果、プラグ間や、接点と各スイッチング部との間のスパークの発生を防ぐことができる。

また、本発明の電気掃除機の制御部は、電動送風機を駆動していない場合、第１のスイッチング部および第２のスイッチング部をオフ状態に制御してもよい。

これにより、電動送風機を駆動したくない場合、各スイッチング部に電力を供給する必要がない。その結果、待機電力を少なくできる。

また、本発明の電気掃除機は、第１の駆動部を双方向性サイリスタ、第２の駆動部をＭＯＳ−ＦＥＴ、第１のスイッチング部および第２のスイッチング部をリレーで構成してもよい。

これにより、制御部で、容易にオン−オフの制御できる。さらに、第１のスイッチング部および第２のスイッチング部には、着脱によって切替わるメカニカルスイッチを使わず、単一のスイッチング素子を使うため、電気掃除機を小型化できる。

本発明は、交流直流両用の電気掃除機において、使用者の電気掃除機の使い方によらずスパークの発生やバッテリー寿命の低下を防ぎ、信頼性を高くすることができる。そのため、一般家庭用および産業用の交流直流両用の電気掃除機などに適用できる。

１ 掃除機本体
２ 電動送風機
３ 集塵容器
４ ホース
５ 手元操作部
６ 延長管
７ 吸込具
８ 商用電源
９ ２次電池
１０ 制御基板
１１ 電源回路
１２ ゼロクロス検出部
１３ 制御部（マイコン）
１４ 手元操作部受付部
１５ 第１のスイッチング部
１６ 第２のスイッチング部
１７ 第１の駆動部（双方向性サイリスタ）
１８ 第２の駆動部（ＭＯＳ−ＦＥＴ）
２２ スイッチング素子
２３ 電源コード

Claims (3)

1. 電動送風機を内蔵する掃除機本体と、
   前記掃除機本体に内蔵された２次電池と、
   商用電源から前記電動送風機に電力を供給する第１の駆動部と、
   前記２次電池から前記電動送風機に電力を供給する第２の駆動部と、
   前記第１の駆動部に直列に接続された第１のスイッチング部と、
   前記第２の駆動部に直列に接続された第２のスイッチング部と、
   前記第１の駆動部、前記第２の駆動部、前記第１のスイッチング部、および前記第２のスイッチング部を制御する制御部と、
   前記商用電源のゼロクロスを検出するゼロクロス検出部と、を備え、
   前記制御部は、前記ゼロクロス検出部によりゼロクロスを検出した場合、前記商用電源で駆動すると判断し、前記第１の駆動部および前記第１のスイッチング部をオン状態にするとともに前記第２の駆動部および前記第２のスイッチング部をオフ状態に制御し、
   前記ゼロクロス検出部によりゼロクロスを検出しない場合、前記２次電池で駆動すると判断し、前記第１の駆動部および前記第１のスイッチング部をオフ状態にするとともに前記第２の駆動部および前記第２のスイッチング部をオン状態に制御し、
   前記第１の駆動部は双方向性サイリスタ、前記第２の駆動部はＭＯＳ−ＦＥＴ、前記第１のスイッチング部および前記第２のスイッチング部はリレーで構成される電気掃除機。
2. 前記制御部は、前記電動送風機が前記商用電源で駆動されている状態において、前記電動送風機への商用電源の供給が切断された場合、前記第１の駆動部および前記第１のスイッチング部をオフ状態とするとともに前記第２の駆動部および前記第２のスイッチング部をオフ状態に制御して前記電動送風機を停止させ、
   前記制御部は、前記電動送風機が前記２次電池で駆動されている状態において、商用電源の供給がされた場合、前記第１の駆動部および前記第１のスイッチング部をオフ状態とするとともに前記第２の駆動部および前記第２のスイッチング部をオフ状態に制御して前記電動送風機を停止させる請求項１に記載の電気掃除機。
3. 前記制御部は、前記電動送風機を駆動していない場合、前記第１のスイッチング部および前記第２のスイッチング部をオフ状態に制御する請求項１に記載の電気掃除機。

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