JP2011504775A - 空気体積流量制御装置及び制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電気掃除機など空気体積流量を適切に制御し、その使用を改善する。
【解決手段】モータ出力を制御するコントローラ（２４）と、空気体積流量を検出する第１のセンサ（３４、３５）と、を含み、この第１のセンサはコントローラ（２４）とともに第１の制御ループ（４０）を形成して、第１のセンサの信号に基づいて空気体積流量を所定の空気体積流量値に保持する制御装置において吸い込みノズル（１８）を押し動かすのに必要な押し動かす力を検出する第２のセンサ（３２、３３）をさらに含み、この第２のセンサはコントローラ（２４）とともに第２の制御ループ（４２）を形成して、第２のセンサの信号に基づいて押し動かす力を所定値よりも小さい値に保持する。制御装置は、２つのセンサの信号に応じて２つの制御ループのうちの１つを起動する制御ループ選択装置（２８）を含む。
【選択図】図２

Description

本発明は、少なくともモータと、集塵容器と、吸い込みノズルと、を有している電気掃除機用の空気体積流量の制御装置に関するものである。

電気掃除機用の空気体積流量制御装置が一般に知られている。電気掃除機内にある集塵袋の充填度合いとは無関係に空気体積流量を所定値で一定に保持する目的で電気掃除機用の空気体積流量制御装置を使用している。このような制御がない状態では、集塵袋が空のときには抵抗が小さいために空気体積流量は非常に大きくなり、他方、集塵袋がいっぱいになったときには反対に空気体積流量は小さくなるであろう。これは好ましくない異なる吸引結果につながることになる。さらに、集塵袋が空のときにはより小さいモータ出力で動作できるため、空気体積流量制御はエネルギーの観点から有利である。

空気体積流量は、例えば、集塵袋容器とモータの間の圧力を測定することにより検出できる。圧力が空気体積流量と一定の関係を有しているため、この測定を通して空気体積流量を推定することができる。この圧力が変化するとき、制御は集塵袋がいっぱいになったと想定し、その想定を受けて、モータのモータ出力を上げて空気体積流量を一定に保持する。

また、上述した種類の空気体積流量制御は、集塵袋がいっぱいになったためではなく、例えば、柔らかい高密度カーペットなどの柔らかい支持構造を有する表面上に吸い込みノズルを移動したという事実により、空気体積流量が低下したときにも対応する。この場合もまた、制御は空気体積流量を一定に保持しようとしてモータ出力を上げる。

しかしながら、吸い込みノズルを移動させるのに必要な力（以下では押し動かす力（pushing force）と言う）が大きくなり、その結果、電気掃除機の使用を妨げることになる。
こうした背景に対して、本発明の目的は、上述した欠点の影響を受けない空気体積流量制御装置を開発することにある。

この目的は、モータ出力を制御するコントローラと、空気体積流量を検出する第１のセンサと、を含み、この第１のセンサはコントローラとともに第１の制御ループを形成して、第１のセンサの信号に基づいて空気体積流量を所定の空気体積流量値に保持する、制御装置において、吸い込みノズルを押し動かすのに必要な押し動かす力を検出してコントローラとともに第２の制御ループを形成する第２のセンサを提供すること、および前記２つのセンサの信号に応じて２つの制御ループのうちのいずれか１つを起動する制御ループ選択装置を提供することにより、達成される。

言い換えれば、本発明の制御装置は２つの制御ループ、具体的に言うと、空気体積流量用に１つの制御ループ、および押し動かす力用に１つの制御ループを有している。しかしながら、２つの制御ループは同時に動作することはない。もっと正確に言えば、制御ループ選択装置は、具体的に２つのセンサがどの特定の値を与えるかに応じて、モータ出力を制御する２つの制御ループのうちの１つを選択する。
本発明の好ましい実施形態では、例えば、所定値よりも大きい押し動かす力を第２のセンサが信号で伝えるとき、制御ループ選択装置は空気体積流量制御を実行する第１の制御ループから、押し動かす力制御を実行する第２の制御ループに切り替える。押し動かす力が所定の最大値を再び下回ったという信号を制御ループ選択装置が第２のセンサから受信するまで、この制御ループは動作し続ける。

したがって、発明の空気体積流量と押し動かす力との制御装置は、この選択装置内に保存されている規定されたルールに応じて２つの制御ループのうちの１つを起動する制御ループ選択装置を提供する。
好ましい実施形態では、第１のセンサは圧力センサであり、好ましくはアナログ式の圧力センサである。この手段は経済面から有利であることが分かっている。アナログ式の圧力センサは、費用対効果に優れており非常に信頼性が高い。測定された圧力と流速の間には一定の関係があるため、測定された圧力から空気体積流量を推定することができる。

もちろん、第１のセンサを流速のセンサ測定として提供することも考えられる。
好ましい実施形態では、第２のセンサは、吸い込みノズルの領域内に存在している負圧を検出する圧力センサである。
この圧力センサも同様にアナログ式の圧力センサとして提供できる。床面上で吸い込みノズルを押し動かすのに必要な力が吸い込みノズルの領域内に広がっている負圧と直接的な関係を有しているため、測定された負圧を通して押し動かす力を推定できることが有利である。

もちろん、圧力センサを使用する代わりに、例えば、ひずみゲージの形の力測定センサを使用して、それによって押し動かす力を直接測定することも考えられるであろう。
好ましい発展では、所定の負圧よりも大きな負圧になったときに信号を出力する圧力スイッチとして圧力センサを設計している。
この手段では、圧力センサが絶対値を示す必要がなく所定の負圧よりも大きな負圧になっていることだけを示せば十分であるため、特に費用対効果に優れていることが分かっている。

また、本発明の目的は、
集塵容器とモータの間の空気体積流量を検出するステップと、
吸い込みノズルを押し動かすのに必要な押し動かす力を検出するステップと、
検出された押し動かす力が所定値よりも大きいときには、押し動かす力が所定値よりも小さくなるようにモータの出力を制御し、検出された押し動かす力が所定値以下のときには、所定の空気体積流量値を保持するようにモータの出力を制御するステップと、を有する、電気掃除機の空気体積流量を制御する方法により解決される。

このことは、言い換えれば、発明の方法は２つの制御ループを提供している。具体的に言うと、一方では、空気体積流量を制御する制御ループ、および他方では、押し動かす力を制御する制御ループを提供している。押し動かす力が同様に所定の最大値を上回らないときは、空気体積流量が所定値に制御される。しかしながら、この最大値を上回るとすぐに、もう一方の制御ループが起動されて、押し動かす力が押し動かす力の所定の最大値よりも小さくなるように制御される。検出された押し動かす力が再び押し動かす力の最大値よりも小さくなるとすぐに、空気体積流量の制御に復帰する。

この発明の方法の利点は、とりわけ、電気掃除機の使用をさらに改善する点にある。一方で、集塵袋がいっぱいになっているときでも吸引力は一定のままであることを確保し、また一方では、押し動かす力が所定値を上回るときには、押し動かす力は確実に制御されて、したがって、使用者は吸い込みノズルを押し動かすために過度に大きい力を使う必要がない。

方法の好ましい発展では、集塵容器とモータの間の圧力を検出して、前記圧力を通して空気体積流量を推定する。
流速検出との比較により、より容易に、より費用効率よく圧力を検出できる。
方法の好ましい発展では、吸い込みノズルにおける負圧を検出することにより押し動かす力を決定する。

また実際問題として、この手段は、可能な代替手段でもあるひずみゲージによる押し動かす力の決定では、より大きい費用を伴うため、費用節減にもつながる。
また、本発明が基づいている目的は、発明の制御装置を含んでいる床用電気掃除機で達成される。
本発明のさらなる利点および改良形態は、説明および添付図面から得られる。

本発明の枠組みを逸脱することなく、上述したことおよびさらに後述する特徴を、個々に特定された組み合わせにおいてだけでなく、他の組み合わせで、またはそれら単独でも使用することができることは明らかである。
ここで、本発明は、例示的実施形態を参照することにより図面を用いてより詳細に説明されるであろう。

電気掃除機の模式図である。 電気掃除機で使用される制御装置の模式的ブロック図である。

電気掃除機、特に床用電気掃除機を図１に模式的に図示しており、参照番号１０で示している。床用電気掃除機１０は、モータ（図示せず）に加えて、集塵袋１５を備えた集塵袋容器１４もまた収容するハウジング１２を有している。また、ハウジング１２内にはモータを制御するのに必要な電子機器を含んでいる。
ホースおよび／またはチューブ１６が電気掃除機ハウジング１２から、床面を掃除するために床面上で押し動かされる床面吸い込みノズル１８までつながっている。このような床用電気掃除機の一般設計は公知であるため、さらに詳細に検討することは行わない。

モータにより吸い込まれた空気は吸引中に床面吸い込みノズル１８とホース１６とを介して塵あい粒子を除去する集塵袋１５の中へ移動し、その後、モータを通って、電気掃除機ハウジング１２から再び外部に到達する。
吸引結果を一定に保持するためには、集塵袋により引き起こされて常に変化する流れ抵抗を均等化する必要がある。具体的には、良好な吸引結果を得るためには集塵袋とモータの間の空気体積流量は一定でなければならない。

このようにして空気体積流量を一定に保持するために、床用電気掃除機１０は、集塵袋容器１４とモータの間の空気体積流量を検出する第１のセンサを有し、空気体積流量に応じてモータの出力を制御する第１の制御ループを含んでいる。
空気体積流量制御が有効な状態で硬い床から柔らかいカーペット床へ床面吸い込みノズル１８を押し動かすと、外部から床面吸い込みノズル１８の中への空気の貫流、したがって集塵袋への空気の貫流が実質的に減少し、その結果、一定の所定体積流量に再び達するように、空気体積流量制御は減少した体積流量に基づいてモータの出力を増加させることになる。

しかしながら、これは、床面吸い込みノズルが床面に対してさらにより強く吸い付いて、その結果、床面吸い込みノズルを押し動かすのに必要な力がさらに大きくなり、それによって、使用を大幅に妨げる状況を引き起こす。
空気体積流量制御のこの欠点を克服するために、第２の制御ループを提供して、この第２の制御ループがセンサを通して押し動かす力を検出して、この押し動かす力が所定値を上回らないようにモータ出力を制御する。

ここで、２つの制御ループを互いに接続して、押し動かす力が所定値を上回ったときには押し動かす力に影響を及ぼす第２の制御ループが常に使われ始めるようになっている。押し動かす力が所定値を上回ったとき、第１の制御ループの動作を停止させる。第２の制御ループによる押し動かす力の制御は、押し動かす力が所定値を下回るまで行われる。押し動かす力が所定値を下回ったとき、第１の制御ループを再び起動するとともに、第２の制御ループの動作を停止させる。

このようにして、提供された２つの制御ループを所定の基準またはルールに基づいて使用し、２つの制御ループのうちの一方だけが動作している間は、もう一方の制御ループは停止している。説明した実施形態のこの場合では、起動されるべき制御ループの選択は、検出された押し動かす力に基づいて行われる。所定の押し動かす力を上回ると第２の制御ループが起動することになり、他方、所定の押し動かす力を下回ると第１の制御ループが起動する。

図２は制御アーキテクチャの模式図であり、床面吸い込みノズル１８と集塵袋容器１４とをブロックで図示しており、それぞれ流れ抵抗を表している。制御装置２０は、例えば、マイクロプロセッサ２５の形の制御回路２４を含んでおり、この制御回路２４はライン３６を介して特定の入力信号を受信し、それらの入力信号を評価し、それらの入力信号をモータ２２に（または前置位相制御に）出力制御信号として出力する。

制御装置２０は、床面吸い込みノズル１８に割り当てられて床面吸い込みノズル１８内に広がっている負圧を測定する圧力センサ３２を含んでいる。圧力センサ３２は、床面吸い込みノズル１８の領域内、または床用電気掃除機のハウジング１２のホース１６の端部、のどちらに設けることもできる。
制御装置２０は、ハウジング１２の内部の集塵袋容器１４とモータ２２の間に配置された、さらなる圧力センサ３４を有している。

両方のセンサ３２、３４は、それらの信号をライン３６を介して制御回路２４に出力する。２つの制御ループ４０、４２はこのようにして構成されており、第１の制御ループ４０は圧力センサ３４と制御回路２４とを有し、第２の制御ループ４２は圧力センサ３２と制御回路２４とを有している。
上述したように、第１の制御ループは集塵袋容器１４とモータ２２の間で一定の空気体積流量を保持する働きをし、第２の制御ループ４２は押し動かす力が特定値を上回らないことを確保する。

本実施形態では、力センサを通して直接的に押し動かす力を決定するのではなく、床面と床面吸い込みノズル１８の間の負圧の測定を通して間接的に押し動かす力を決定することに注目すべきである。押し動かす力と負圧の間には比例関係が存在するため、必要とされる押し動かす力は負圧の検出を通して推定することができる。床面吸い込みノズル１８における負圧が大きいほど、床面上で床面吸い込みノズルを押したり、または引いたりするのに必要な力も大きくなる。

本実施形態では、さらに、所定の負圧よりも大きな負圧になったときにだけ信号を出力する圧力スイッチ３３として圧力センサ３２を設計しており、負圧が所定値よりも小さいか、または大きいかだけを、出力信号に基づいて検出できるようになっている。
圧力センサ３４は、それと対照的に、アナログ式の圧力センサ３５として設計されており、測定された圧力を通して空気の流速を推定でき、したがって、空気体積流量を推定できる。したがって、流速測定センサは必要ではないが、もちろん、流速測定センサを圧力センサ３４の代わりに代替手段として提供することもできる。

第１または第２の制御ループ４０、４２の起動は、制御回路２４内に設けてある制御ループ選択装置２８により行われる。圧力センサ３２の出力信号に応じて、第１の制御ループまたは第２の制御ループ４０、４２のどちらかを起動する。
上述したように、制御ループ選択装置２８は、床面吸い込みノズル１８における負圧が所定値よりも小さいとき第１の制御ループ４０を起動し、センサ３２の信号、すなわち、そこで測定された負圧、が所定値よりも大きくなったとき第２の制御ループ４２に切り替える。

したがって、制御装置２０は、一方では、集塵袋が徐々にいっぱいになって、その結果として流れ抵抗が大きくなるときでも、空気体積流量を一定に保持することを確保する。この場合、制御回路２４はモータ２２の出力を増加させる。他方では、この制御により床面吸い込みノズル１８における負圧、したがって、押し動かす力が過度に大きくなることを防止するため、この場合には第２の制御ループを起動して、第２の制御ループが、負圧、したがって、押し動かす力が最大値を下回るまでモータ出力を再び減少させる。

この際、安定な制御状態を確立するように制御回路を設計していることをさらに指摘してもよい。当業者は必要な手段を認識しているため、この事についてさらに詳しく述べる必要はない。
全体として、空気体積流量制御と押し動かす力制御との利点は、個々の方法の欠点を受け入れる必要なしに、発明の制御装置と、それに対応する制御方法とを用いて達成されるということが明らかになる。

Claims (11)

1. 少なくともモータと、集塵容器と、吸い込みノズルと、を有する電気掃除機用の空気体積流量制御装置において、
   前記モータの出力を制御するコントローラ（２４）と、前記空気体積流量を検出する第１のセンサ（３４、３５）と、前記吸い込みノズル（１８）を押し動かすのに必要な押し動かす力を検出する第２のセンサ（３２、３３）と、を含み、
   前記第１のセンサは前記コントローラ（２４）とともに第１の制御ループ（４０）を形成して、前記第１のセンサの信号に基づいて前記空気体積流量を所定の空気体積流量値に保持し、
   前記第２のセンサは前記コントローラ（２４）とともに第２の制御ループ（４２）を形成して、前記第２のセンサの信号に基づいて前記押し動かす力を所定値よりも小さい値に保持するものであり、
   前記２つのセンサの前記信号に応じて前記２つの制御ループのうちのいずれか１つを起動する制御ループ選択装置（２８）をさらに含むことを特徴とする電気掃除機用の空気体積流量制御装置。
2. 前記制御ループ選択装置（２８）は、前記第２のセンサ（３２、３３）により提供される前記信号が所定値よりも大きいときには前記第２の制御ループ（４２）を起動し、前記第２のセンサ（３２、３３）により提供される前記信号が所定値以下のときには前記第１の制御ループ（４０）を起動することを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
3. 前記第１のセンサ（３４、３５）が圧力センサ（３５）であることを特徴とする請求項１または２に記載の制御装置。
4. 前記第１のセンサが流速を測定するセンサ（３４）であることを特徴とする請求項１または２に記載の制御装置。
5. 前記第２のセンサ（３２、３３）が、前記吸い込みノズル（１８）の領域内に存在している負圧を検出する圧力センサ（３３）であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の制御装置。
6. 所定の負圧よりも大きな負圧になったときに信号を出力する圧力スイッチとして前記圧力センサ（３２）が設計されていることを特徴とする請求項５に記載の制御装置。
7. 前記第２のセンサ（３２）が、前記吸い込みノズルに作用する前記押し動かす力を測定する力センサであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の制御装置。
8. 少なくともモータと、集塵容器と、吸い込みノズルと、を有している電気掃除機の空気体積流量を制御する方法であって、
   集塵容器とモータの間の前記空気体積流量を検出するステップと、
   前記吸い込みノズルを押し動かすのに必要な押し動かす力を検出するステップと、
   前記検出された押し動かす力が所定値よりも大きいときには、前記押し動かす力が所定値よりも小さくなるように前記モータの出力を制御し、前記検出された押し動かす力が所定値以下のときには、所定の空気体積流量値を保持するように前記モータの前記出力を制御するステップと、を含む、電気掃除機の空気体積流量を制御する方法。
9. 集塵容器とモータの間の圧力を検出して、前記圧力を通して前記空気体積流量を推定することを特徴とする請求項８に記載の方法。
10. 前記吸い込みノズルにおける負圧を検出することにより前記押し動かす力を決定することを特徴とする請求項８または９に記載の方法。
11. モータと、集塵袋を保持することができる集塵容器と、吸い込み管を介して前記モータに接続されている吸い込みノズルと、を含む床用電気掃除機であって、請求項１〜７のいずれか１項に記載の制御装置（２０）を有することを特徴とする床用電気掃除機。

Images