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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6246511
(24)【登録日】2017年11月24日
(45)【発行日】2017年12月13日
(54)【発明の名称】電気掃除機
(51)【国際特許分類】
A47L 9/28 20060101AFI20171204BHJP
【ＦＩ】
A47L9/28 A
【請求項の数】4
【全頁数】19
(21)【出願番号】特願2013-139756(P2013-139756)
(22)【出願日】2013年7月3日
(65)【公開番号】特開2015-12911(P2015-12911A)
(43)【公開日】2015年1月22日
【審査請求日】2016年5月30日
【前置審査】
(73)【特許権者】
【識別番号】503376518
【氏名又は名称】東芝ライフスタイル株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001380
【氏名又は名称】特許業務法人東京国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】宇根 正道
【審査官】
大宮 功次
(56)【参考文献】
【文献】
国際公開第２０１０／０７４２８２（ＷＯ，Ａ１）
【文献】
特開２０１０−２１３７９７（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２０１０−２７３９８４（ＪＰ，Ａ）
【文献】
国際公開第２００９／０４７８３１（ＷＯ，Ａ１）
【文献】
特開２０１１−０７０３６０（ＪＰ，Ａ）
【文献】
国際公開第２００９／０３７７６０（ＷＯ，Ａ１）
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ａ４７Ｌ ９／２８
Ｈ０２Ｐ ７／０６
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
整流子とブラシとを有する電動送風機と、
前記整流子と前記ブラシとの摩擦によって発生する火花の大きさを検知する火花検知部と、
前記火花検知部がサンプリングする検知結果の前回値と今回値との差から予測次回値を算出し、前記予測次回値と前記火花検知部がサンプリングする検知結果の実次回値との差の絶対値が予め定める所定値より大きい場合、前記絶対値が前記所定値以下になるまで前記電動送風機の入力を段階的に低減させる制御および前記電動送風機を停止させる制御のいずれかを行う制御部と、
前記電動送風機の運転時間を計時する運転時間計時部と、
前記電動送風機の予想寿命における初期からの運転時間の総和として前記運転時間を実質的に累積した累積運転時間を記憶する記憶部と、を備え、
前記所定値は、前記電動送風機の予想寿命の初期段階において、前記電動送風機の予想寿命の中期段階における前記所定値よりも高く、かつ、前記累積運転時間の進行にともなって小さくなって前記電動送風機の予想寿命の中期段階における前記所定値まで低下するよう設定される電気掃除機。
前記整流子と前記ブラシとの摩擦によって発生する火花の大きさを検知する火花検知部と、
前記火花検知部がサンプリングする検知結果の前回値と今回値との差から予測次回値を算出し、前記予測次回値と前記火花検知部がサンプリングする検知結果の実次回値との差の絶対値が予め定める所定値より大きい場合、前記絶対値が前記所定値以下になるまで前記電動送風機の入力を段階的に低減させる制御および前記電動送風機を停止させる制御のいずれかを行う制御部と、
前記電動送風機の運転時間を計時する運転時間計時部と、
前記電動送風機の予想寿命における初期からの運転時間の総和として前記運転時間を実質的に累積した累積運転時間を記憶する記憶部と、を備え、
前記所定値は、前記電動送風機の予想寿命の初期段階において、前記電動送風機の予想寿命の中期段階における前記所定値よりも高く、かつ、前記累積運転時間の進行にともなって小さくなって前記電動送風機の予想寿命の中期段階における前記所定値まで低下するよう設定される電気掃除機。
【請求項2】
前記所定値は、前記累積運転時間の進行にともなって段階的に小さくなる請求項１に記載の電気掃除機。
【請求項3】
前記所定値は、前記累積運転時間が予め定める所定の初期運転期間以内で適用される第一所定値よりも前記累積運転時間が前記初期運転期間を超える際に適用される第二所定値のほうが小さい請求項１または２に記載の電気掃除機。
【請求項4】
前記所定値は、前記累積運転時間の進行にともなって比例的に小さくなる請求項１に記載の電気掃除機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明に係る実施形態は電気掃除機に関する。
【背景技術】
【0002】
一般に電気掃除機は、吸込負圧を生じさせる電動送風機を備える。この電動送風機は、空気を吸い込む遠心ファンと、遠心ファンを駆動させる整流子電動機と、を備える。つまり、電動送風機は、整流子と、整流子に機械的に接するブラシ（カーボンブラシ）と、を備える。
【0003】
整流子電動機は、遠心ファンを回転させるとき、整流子とブラシとの摩擦によって定常的に火花を発生させている。しかしながら、この火花が過大になると、電動送風機は発煙し、発火する虞を生じる。
【0004】
そこで、整流子とブラシとの摩擦によって発生する火花を検知する火花検知部と、火花検知部がサンプリングする検知結果の前回値と今回値との差から予測次回値を算出し、予測次回値と火花検知部がサンプリングする検知結果の実次回値との差の絶対値が予め定める所定値より大きい場合、電動送風機を停止させる制御部と、を備える電気掃除機が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開２０１０−１４８７６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
従来の電気掃除機は、整流子とブラシとの摩擦によって発生する火花の発生量（実次回値）が予測（予測次回値）よりも過大になった場合に、電動送風機を停止させる。この火花の過大な発生は、電気掃除機の塵埃蓄積量が満杯に近くなり、吸込風量が低下して真空度が増し、電動送風機の回転数が上昇することによって生じる場合がある。
【0007】
ところで、整流子とブラシとの摩擦によって発生する火花の定常的な発生量は、電動送風機の累積運転時間によって変化する。具体的には、電動送風機の予想寿命の初期段階において、整流子とブラシとの摩擦によって発生する火花の定常的な発生量は、累積時間の経過とともに急激に低下し、後に略一定に落ち着く。この火花の定常的な発生量の時間的変化は、所謂バスタブカーブと呼ばれる故障率曲線の初期部分に近い変化を示す。この変化は、累積運転時間の経過にともなう整流子とブラシとのなじみの進行によるものと考えられる。
【0008】
このような火花の定常的な発生量の時間的変化は、火花の発生量（実次回値）と予測（予測次回値）との差分の大きさにも影響する。具体的には、電動送風機の予想寿命の初期段階では、火花の定常的な発生量が大きく、ゆえに実次回値と予測次回値との差分も大きくなる傾向にある。
【0009】
つまり、電動送風機の予想寿命に対して、少なくとも初期段階と、その後、言うなれば中期段階では、電動送風機を停止させるべき実次回値と予測次回値との差分の大きさが異なっている。従来の電気掃除機では、電動送風機を停止させるべき実次回値と予測次回値との差分が、製品寿命の初期から中期に渡って適切に設定されていたとは言い難く、初期に焦点を絞れば中期における異常検知の誤検知を招く一方、中期に焦点を絞れば初期における異常検知の誤検知を招く虞があった。
【0010】
そこで、本発明は、製品寿命の初期から中期に渡って、整流子とブラシとの摩擦に基づく電動送風機の発煙・発火を未然、かつ適切に防ぎつつ運転を継続可能な電気掃除機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0011】
前記の課題を解決するため本発明の実施形態に係る電気掃除機は、整流子とブラシとを有する電動送風機と、前記整流子と前記ブラシとの摩擦によって発生する火花の大きさを検知する火花検知部と、前記火花検知部がサンプリングする検知結果の前回値と今回値との差から予測次回値を算出し、前記予測次回値と前記火花検知部がサンプリングする検知結果の実次回値との差の絶対値が予め定める所定値より大きい場合、前記絶対値が前記所定値以下になるまで前記電動送風機の入力を段階的に低減させる制御および前記電動送風機を停止させる制御のいずれかを行う制御部と、前記電動送風機の運転時間を計時する運転時間計時部と、前記電動送風機の予想寿命における初期からの運転時間の総和として前記運転時間を実質的に累積した累積運転時間を記憶する記憶部と、を備え、前記所定値は、前記電動送風機の予想寿命の初期段階において、前記電動送風機の予想寿命の中期段階における前記所定値よりも高く、かつ、前記累積運転時間の進行にともなって小さくなって前記電動送風機の予想寿命の中期段階における前記所定値まで低下するよう設定される。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】本発明の実施形態に係る電気掃除機の外観を示す斜視図。
【図2】本発明の実施形態に係る電気掃除機の電動送風機を部分的に切り欠いて示す図。
【図3】本発明の実施形態に係る電気掃除機を示すブロック図。
【図4】本実施形態に係る電気掃除機の火花検知の第１実施例を示すフローチャート。
【図5】本実施形態に係る電気掃除機の火花検知の第１実施例のサンプリング方法を示す概念図。
【図6】本実施形態に係る電気掃除機の火花検知の第２実施例を示すフローチャート。
【図7】本実施形態に係る電気掃除機の火花検知の第２実施例のサンプリング方法を示す概念図。
【図8】本実施形態に係る電気掃除機の火花検知の第３実施例を示すフローチャート。
【図9】本実施形態に係る電気掃除機の火花検知の第３実施例のサンプリング方法を示す概念図。
【図10】本実施形態に係る電気掃除機の電動送風機に対する電源電圧・周波数・運転モードによる平均的絶対値総和の違いを示す図表。
【図11】本実施形態に係る電気掃除機の周波数５０Ｈｚ、強運転モードにおける電源電圧と平均的絶対値総和の相関を示す線図。
【図12】本実施形態に係る電気掃除機の周波数５０Ｈｚ、中運転モードにおける電源電圧と平均的絶対値総和の相関を示す線図。
【図13】本実施形態に係る電気掃除機の周波数６０Ｈｚ、強運転モードにおける電源電圧と平均的絶対値総和の相関を示す線図。
【図14】本実施形態に係る電気掃除機において電動送風機の電源電圧が定格１００Ｖの場合の検知電圧と所定値との相関関係を示す図表。
【図15】本実施形態に係る電動送風機の累積運転時間と火花予測差との関係を示す図。
【図16】本実施形態に係る電気掃除機の閾値変更制御の第１実施例を示すフローチャート。
【図17】本実施形態に係る電気掃除機の閾値変更制御の第１実施例を示す概念図。
【図18】本実施形態に係る電気掃除機の閾値変更制御の第２実施例を示すフローチャート。
【図19】本実施形態に係る電気掃除機の閾値変更制御の第２実施例を示す概念図。
【図20】本実施形態に係る電気掃除機の閾値変更制御の第２実施例を示す概念図。
【発明を実施するための形態】
【0014】
図１は、本発明の実施形態に係る電気掃除機の外観を示す斜視図である。
【0015】
図１に示すように、本実施形態に係る電気掃除機１は、いわゆるキャニスタ型の電気掃除機である。電気掃除機１は、被掃除面上を走行可能な掃除機本体２と、掃除機本体２に着脱自在な管部３と、を備える。
【0016】
掃除機本体２は、本体ケース５と、本体ケース５の両側方にそれぞれ配置される一対の車輪６と、本体ケース５の後半部分に収容される電動送風機７と、本体ケース５の前半部分に配置される着脱自在な塵埃分離集塵部８と、主に電動送風機７を制御する本体制御部９と、電動送風機７に電力を導く電源コード１１と、を備える。
【0017】
本体ケース５は、前端部分に本体接続口１２を備える。本体接続口１２は継手であり、管部３を着脱できる。掃除機本体２の流体的な入口であり、管部３と塵埃分離集塵部８とを流体的に接続する。
【0018】
電動送風機７は空気を吸い込んで負圧を生じさせる。この負圧は掃除機本体２の内部、塵埃分離集塵部８を経て管部３に作用する。
【0019】
塵埃分離集塵部８は、電動送風機７が生じさせる負圧によって流れ込む空気から塵埃を分離し、捕集し、蓄積する。他方、塵埃分離集塵部８は、塵埃が除去された清浄な空気を電動送風機７へ送り込む。なお、塵埃を含んだ空気を「含塵空気」と呼ぶ。
【0020】
本体制御部９は、マイクロプロセッサ（図示省略）、マイクロプロセッサが実行する各種演算プログラム、パラメータなどを記憶する記憶装置（図示省略）を備える。記憶装置は予め設定される複数の運転モードを記憶する。予め設定される複数の運転モードは、電動送風機７の運転出力の大小に関連するものであって、管部３で受け付ける使用者の操作に対応する。それぞれの運転モードは、互いに異なる入力値（電動送風機７の入力値）を記憶する。本体制御部９は、管部３で受け付けられる使用者の操作に応じ、その操作内容に対応する任意の運転モードを予め設定される複数の運転モードから択一的に選択して記憶部から読み出し、読み出した運転モードにしたがって電動送風機７を制御する。
【0021】
電源コード１１は、配線用差込接続器（図示省略、所謂コンセント）から掃除機本体２へ電力を供給する。電源コード１１は自由端部に差込プラグ１４を備える。
【0022】
管部３は、掃除機本体２から作用する負圧によって、被掃除面から含塵空気を吸い込んで掃除機本体２へ案内する。管部３は、掃除機本体２の本体接続口１２に着脱自在な継手としての接続管１９と、接続管１９に流体的に接続される集塵ホース２１と、集塵ホース２１に流体的に接続される手元操作管２２と、手元操作管２２から突出する把持部２３と、把持部２３に設けられる操作部２４と、手元操作管２２に着脱自在な延長管２５と、延長管２５に着脱自在な吸込口体２６と、を備える。
【0023】
接続管１９は、本体接続口１２を通じて塵埃分離集塵部８に流体的に接続されている。
【0024】
集塵ホース２１は、長尺で可撓な略円筒形状のホースである。集塵ホース２１の一方の端部（ここでは、後方の端部）は接続管１９に流体的に接続されている。集塵ホース２１は、接続管１９を通じて塵埃分離集塵部８に流体的に接続されている。
【0025】
手元操作管２２は、集塵ホース２１と延長管２５とを連結させる。手元操作管２２の一方の端部（ここでは、後方の端部）は、集塵ホース２１の他方の端部（ここでは、前方の端部）に流体的に接続されている。手元操作管２２は、集塵ホース２１および接続管１９を順次に通じて塵埃分離集塵部８に流体的に接続されている。
【0026】
把持部２３は、電気掃除機１を操作するために使用者が手で把持できる部分である。把持部２３は、使用者の手で容易に把持できる適宜の形状を呈して手元操作管２２から突出する。
【0027】
操作部２４は、それぞれの運転モードに対応付けられるスイッチを備える。具体的には、操作部２４は、電動送風機７の運転停止操作に対応付けられる停止スイッチ２４ａと、電動送風機７の運転開始操作に対応付けられる起動スイッチ２４ｂと、吸込口体２６への電源供給に対応付けられるブラシスイッチ２４ｃと、を備える。停止スイッチ２４ａおよび起動スイッチ２４ｂは、本体制御部９に電気的に接続される。電気掃除機１の使用者は、操作部２４を操作して電動送風機７の運転モードを択一的に選択できる。起動スイッチ２４ｂは、電動送風機７の運転中に、運転モードの選択スイッチとしても機能する。この場合、本体制御部９は、起動スイッチ２４ｂから操作信号を受け取る度に運転モードを強→中→弱→強→………の順で切り換える。なお、操作部２４は、起動スイッチ２４ｂに代えて、弱運転スイッチ（図示省略）、中運転スイッチ（図示省略）および強運転スイッチ（図示省略）を個別に備えていても良い。
【0028】
延長管２５は、伸縮可能な細長略円筒状の管である。延長管２５は、複数の筒状体を重ね合わせたテレスコピック構造を有する。延長管２５の一方の端部（ここでは、後方の端部）と手元操作管２２の他方の端部（ここでは、前方の端部）とは着脱自在な継手構造を備える。延長管２５は、手元操作管２２、集塵ホース２１および接続管１９を通じて塵埃分離集塵部８に流体的に接続されている。
【0029】
吸込口体２６は、木床やカーペットなどの被掃除面上を走行自在あるいは滑走自在な構造を有するとともに、走行状態または滑走状態において被掃除面に対向する底面に吸込口２８を有する。また、吸込口体２６は、吸込口２８に配置される回転自在な回転清掃体２９と、回転清掃体２９を駆動させる電動機３１と、を備える。吸込口体２６の一方の端部（ここでは、後方の端部）と延長管２５の他方の端部（ここでは、前方の端部）とは着脱自在な継手構造を備える。吸込口体２６は、延長管２５、手元操作管２２、集塵ホース２１および接続管１９を通じて塵埃分離集塵部８に流体的に接続されている。電動機３１は、ブラシスイッチ２４ｃから操作信号を受け取る度に運転開始と停止とを繰り返す。
【0030】
電気掃除機１は、起動スイッチ２４ｂに対する操作を受け付けると電動送風機７を始動させる。例えば、電気掃除機１は、電動送風機７が停止している状態で起動スイッチ２４ｂに対する操作を受け付けると、先ず電動送風機７を強運転モードで運転し、再び起動スイッチ２４ｂに対する操作を受け付けると電動送風機７を中運転モードで運転し、三度、起動スイッチ２４ｂに対する操作を受け付けると電動送風機７を弱運転モードで運転し、以下同様に繰り返す。強運転モード、中運転モードおよび弱運転モードは、予め設定される複数の運転モードであり、強運転モード、中運転モード、弱運転モードの順に電動送風機７に対する入力値が小さい。始動した電動送風機７は、塵埃分離集塵部８から空気を排気してその内部を負圧（吸込負圧）にする。
【0031】
塵埃分離集塵部８の負圧は、塵埃分離集塵部８、本体接続口１２、接続管１９、集塵ホース２１、手元操作管２２および延長管２５を通じて吸込口体２６の吸込口２８に作用する。電気掃除機１は、吸込口２８に作用する負圧で被掃除面上の塵埃を空気とともに吸い込んで被掃除面を掃除する。塵埃分離集塵部８は、電気掃除機１に吸い込まれた含塵空気から塵埃を分離し、蓄積する。他方、塵埃分離集塵部８は、含塵空気から分離した空気を電動送風機７へ送る。電動送風機７は塵埃分離集塵部８から吸い込んだ空気を掃除機本体２外へ排気する。
【0032】
図２は、本発明の実施形態に係る電気掃除機の電動送風機を部分的に切り欠いて示す図である。
【0033】
図２に示すように、本実施形態に係る電気掃除機１の電動送風機７は、吸気口３５を有する遠心ファン部３６と、排気口３７を有するモータ部３８と、を備える。
【0034】
モータ部３８は整流子電動機である。モータ部３８は、排気口３７を有するモータハウジング３９と、モータハウジング３９の内周面３９ａに設けられる固定子４１と、モータハウジング３９内に回転自在に支持される回転子４２と、モータハウジング３９に設けられて回転子４２に電気的に接続される一対のブラシ機構４３と、を備える。
【0035】
回転子４２は、固定子４１の内側に配置されている。回転子４２は、回転中心線となるロータ軸４５と、ロータ軸４５に設けられる回転子鉄心４６と、回転子鉄心４６に巻き付けられるフィールド巻線４７と、ロータ軸４５に設けられてフィールド巻線４７に電気的に接続される整流子４８と、を備える。
【0036】
ブラシ機構４３は、ブラシホルダ固定部４９を貫いて固定されるブラシホルダ５０と、ブラシホルダ５０内をスライド自在に収容されるブラシ５１と、ブラシ５１を整流子４８に押さえ付けるコイルバネ５２と、を備える。
【0037】
ブラシ５１はカーボンブラシである。
【0038】
図３は、本発明の実施形態に係る電気掃除機を示すブロック図である。
【0039】
図３に示すように、本実施形態に係る電気掃除機１は、差込プラグ１４を介して商用交流電源Ｅに電気的に接続される本体制御回路５５を備える。
【0040】
本体制御回路５５は、電動送風機７を運転制御する。本体制御回路５５は、商用交流電源Ｅへ直列に接続される電動送風機７と、商用交流電源Ｅと電動送風機７とを接続する電路を開閉するスイッチング素子５６と、商用交流電源Ｅを変換して本体制御部９へ動作電力を供給する本体電源部５７と、整流子４８とブラシ５１との摩擦によって発生する火花の大きさを検知する火花検知部５８と、電動送風機７を運転制御する本体制御部９と、を備える。
【0041】
スイッチング素子５６は、本体制御部９に接続されるゲートを備える。スイッチング素子５６は、ゲート電流の変化に応じて電動送風機７の入力を変える。スイッチング素子５６は双方向サイリスタや逆阻止３端子サイリスタなどの素子である。
【0042】
本体電源部５７は、本体制御部９の制御電源を発生させる電源回路である。
【0043】
火花検知部５８は、整流子４８とブラシ５１との摩擦によって発生する火花の大きさを検知する。火花検知部５８は、例えばカレントトランスであり、電動送風機７に流れる電流を検知する。火花検知部５８は、整流子４８とブラシ５１との摩擦によって発生する火花の光を検知する光センサでも良い。火花検知部５８は検知した電流値を電圧値に変換して本体制御部９へ出力する。火花検知部５８の電源は、例えば商用電源定格１００Ｖを用いる。なお、整流子４８とブラシ５１との摩擦によって火花が発生すると、火花検知部５８が検知する電流値が低下する傾向にある。
【0044】
本体制御部９は、マイクロコンピュータからなり、中央処理部（図示省略）、記憶部５９、Ｉ／Ｏ部（図示省略）およびタイマ（図示省略）を備える。記憶部５９は、中央処理部が実行する制御プログラムや、制御プログラムの実行に必要な定数などのデータを予め記憶する。このデータは、予め設定された各運転モードに対応する入力値を示す定数を含む。また、記憶部５９は、中央処理部の演算データなどを一時記憶しておくデータ記憶領域および作業領域である。
【0045】
また、本体制御部９は、操作部２４が出力する操作信号と、ゼロクロス検出器（図示省略）が検出する商用交流電源Ｅのゼロクロスタイミングと、を周期的に読み取り、選択された運転モードにしたがってスイッチング素子５６のスイッチング制御（位相制御）を行い電動送風機７の入力を制御する。
【0046】
さらに、本体制御部９は、例えば、弱、中および強からなる３つの運転モードに応じて電動送風機７の入力を制御する。本体制御部９は、起動スイッチ２４ｂから操作信号を受け取る都度、運転モードを順次に切り換えてスイッチング素子５６のスイッチング制御を行う。
【0047】
さらにまた、本体制御部９は、火花検知部５８から入力される火花の検知結果に基づいて電動送風機７を制御する。本体制御部９は、火花検知部５８がサンプリングする検知結果の前回実測値Ｉａ（前回値）と今回実測値Ｉｂ（今回値）との差から予測値Ｉｎｅ（予測次回値）を算出し、この予測値Ｉｎｅと火花検知部５８がサンプリングする検知結果の実測値Ｉｎ（実次回値）との差の絶対値が予め定める所定値Ｉｓより大きい場合、この絶対値が所定値Ｉｓ以下になるまで電動送風機７の入力を段階的に低減させる。
【0048】
また、本体制御部９は、タイマによって電動送風機７の運転時間を計時する運転時間計時部６１を備える。本体制御部９は、運転時間計時部６１の計時する運転時間を累計して電動送風機７の累積運転時間を記憶部５９に記憶する。
【0049】
ここで、先ず、本体制御部９による火花検知について説明する。
【0051】
図５は、本実施形態に係る電気掃除機の火花検知の第１実施例のサンプリング方法を示す概念図である。
【0053】
本体制御部９は、等時間間隔で継続的に火花検知部５８の検知結果（つまり、火花検知部５８の出力電圧）をサンプリングする（Ｓ１）。このサンプリングは、例えば、５０Ｈｚの半周期当たり（１０ｍｓｅｃ当たり）に１００ポイントのサンプリング（つまり、０．１ｍｓｅｃ毎のサンプリング）を行う。位相制御が行われている場合は、電流が流れている間だけ、サンプリングする。
【0054】
次いで、本体制御部９は、（ｎ−２）回目のサンプリング結果を前回実測値Ｉａ（前回値）として記憶部５９に記憶する（Ｓ２）。
【0055】
さらに、本体制御部９は、（ｎ−１）回目のサンプリング結果を今回実測値Ｉｂ（今回値）として記憶部５９に記憶する（Ｓ３）。
【0056】
次いで、本体制御部９は、予測値Ｉｎｅを演算する（Ｓ４）。予測値Ｉｎｅは前回実測値Ｉａと今回実測値Ｉｂとから予測される。具体的には、予測値Ｉｎｅは前回実測値Ｉａと今回実測値Ｉｂとの差に今回実測値Ｉｂを加えたもの、Ｉｎｅ＝（Ｉｂ−Ｉａ）＋Ｉｂ＝２Ｉｂ−Ｉａである。
【0057】
次いで、本体制御部９は、予測値Ｉｎｅと実測値Ｉｎの差の絶対値｜Ｉｎ−Ｉｎｅ｜が、予め定める所定値Ｉｓより大きいか否か、すなわち、｜Ｉｎ−Ｉｎｅ｜＞Ｉｓを判断する（Ｓ５）。ｎ回目のサンプリング結果を実測値Ｉｎとして使用する。予め定める所定値Ｉｓは予め実験によって求められ、ブラシ５１が正常な状態の値である。予測値Ｉｎｅと実測値Ｉｎとの差の絶対値｜Ｉｎ−Ｉｎｅ｜が、所定値Ｉｓより大きい場合、本体制御部９は火花の過大発生を判断する。その他の場合、本体制御部９はＳ１に戻って火花検知制御を繰り返し、継続する。
【0058】
ところで、図５は、正弦波状に観測される火花検知部５８の検知結果において、位相角０度から９０度まで、または位相角２７０度から３６０度まで、つまり電流値が上り調子になる位相角の任意の一部を切り出したものである。図５中の小さな波は、電源に重畳するノイズ成分である。
【0059】
そして、ｎ−２回目、ｎ−１回目のサンプリングでは火花が大きく発生しているため、当該位相角における振幅が低下している。つまり、前回実測値Ｉａ、今回実測値Ｉｂは、火花が発生していない際における電流値よりも小さく観測されている。他方、ｎ回目のサンプリングにおける実測値Ｉｎは、火花の発生が小さく、当該位相角における本来の振幅（電流値）に回復している。そして、前回実測値Ｉａおよび今回実測値Ｉｂに基づく予測値Ｉｎｅは、実測値Ｉｎよりも小さく予測されている。
【0060】
仮に、ｎ−２回目、ｎ−１回目のサンプリングでは火花が発生していない場合、当該位相角における本来の振幅は大きくなる。他方、ｎ回目のサンプリングでは火花が発生している場合、当該位相角における振幅は小さくなる。このケースでは、図５とは異なり、ｎ回目のサンプリングにおける予測値Ｉｎｅは、火花が発生している際における電流値、つまり実測値Ｉｎよりも大きく予測される。このケースでは、予測値Ｉｎｅと実測値Ｉｎとの上下位置関係は図５のケースに対して逆転する。このケースであっても、Ｉｎｅ−Ｉｎ｜＞Ｉｓを判断することによって火花異常を判定できる。
【0061】
また、火花検知部５８の検知結果が下り調子、つまり位相角９０度から２７０度の区間で予測値Ｉｎｅを求めるのであっても、予測値Ｉｎｅ＝Ｉｂ−｜Ｉｂ−Ｉａ｜＝Ｉｂ−（Ｉａ−Ｉｂ）＝２×Ｉｂ−Ｉａで求められる。
【0062】
以上のように、火花検知の第１実施例では、本体制御部９は、予測値Ｉｎｅと実測値Ｉｎとの差の絶対値｜Ｉｎ−Ｉｎｅ｜が、予め定める所定値Ｉｓより大きい場合、電動送風機７の整流子４８とブラシ５１との摩擦による火花の過大な発生を推測する。他方、本体制御部９は、予測値Ｉｎｅと実測値Ｉｎとの差の絶対値｜Ｉｎ−Ｉｎｅ｜が、所定値Ｉｓより大きくない場合、電動送風機７の整流子４８とブラシ５１との摩擦による火花の過大な発生がないことを推測して電動送風機７の運転を継続する。
【0063】
（火花検知の第２実施例）本体制御部９は、第１実施例の火花検知に代えて第２実施例の火花検知を実行することもできる。
【0064】
図６は、本実施形態に係る電気掃除機の火花検知の第２実施例を示すフローチャートである。
【0065】
図７は、本実施形態に係る電気掃除機の火花検知の第２実施例のサンプリング方法を示す概念図である。
【0066】
図６および図７に示すように、本実施形態に係る本体制御部９は、第１実施例のＳ１からＳ４を、同じ周波数で複数回（具体的にはｎ−２回）繰り返す（Ｓ１１、Ｓ１からＳ４、Ｓ１２、Ｓ１３）。整数ｎは予め定める整数である。
【0067】
本体制御部９は、等時間間隔で継続的に火花検知部５８の検知結果のサンプリングを複数回（具体的にはｎ−２回）繰り返し、実測値Ｉｎと予測値Ｉｎｅの差の絶対値｜Ｉｎ−Ｉｎｅ｜のｎ−２回分の絶対値総和Σ｜Ｉｎ−Ｉｎｅ｜が、所定値Ｉｓより大きいか否か、すなわち、Σ｜Ｉｎ−Ｉｎｅ｜＞Ｉｓを判断する（Ｓ１４）。
【0068】
以上のように、火花検知の第２実施例では、本体制御部９は、予測値Ｉｎｅと実測値Ｉｎとの差の絶対値｜Ｉｎ−Ｉｎｅ｜のｎ−２回分の絶対値総和Σ｜Ｉｎ−Ｉｎｅ｜が、予め定める所定値Ｉｓより大きい場合、電動送風機７の整流子４８とブラシ５１との摩擦による火花の過大な発生を推測する。他方、本体制御部９は、予測値Ｉｎｅと実測値Ｉｎとの差の絶対値｜Ｉｎ−Ｉｎｅ｜のｎ−２回分の絶対値総和Σ｜Ｉｎ−Ｉｎｅ｜が、所定値Ｉｓより大きくない場合、電動送風機７の整流子４８とブラシ５１との摩擦による火花の過大な発生がないことを推測して電動送風機７の運転を継続する。
【0069】
（火花検知の第３実施例）また、本体制御部９は、第１実施例、第２実施例の火花検知に代えて第３実施例の火花検知を実行することもできる。
【0070】
図８は、本実施形態に係る電気掃除機の火花検知の第３実施例を示すフローチャートである。
【0071】
図９は、本実施形態に係る電気掃除機の火花検知の第３実施例のサンプリング方法を示す概念図である。
【0072】
図８および図９に示すように、本実施形態に係る本体制御部９は、第２実施例のＳ１１、Ｓ１からＳ４、Ｓ１２を、予め定める周期Ｃ毎に複数回（具体的にはＮ回）繰り返す（Ｓ２１、Ｓ２２、Ｓ１１、Ｓ１からＳ４、Ｓ１２、Ｓ１３、Ｓ１４、Ｓ２４、Ｓ２５）。予め定める周期Ｃは電動送風機７の電源周期またはその整数倍である。整数Ｎは予め定める整数である。各周期Ｃにおいて、本体制御部９は、等時間間隔で継続的に火花検知部５８の検知結果のサンプリングを複数回（具体的にはｎ−２回）繰り返し、実測値Ｉｎと予測値Ｉｎｅの差の絶対値｜Ｉｎ−Ｉｎｅ｜のｎ−２回分の絶対値総和Σ｜Ｉｎ−Ｉｎｅ｜を求め、記憶部５９に一時的に記憶する（Ｓ１３）。なお、各周期Ｃにおける絶対値総和Σ｜Ｉｎ−Ｉｎｅ｜をΣ１、Σ２、…、ΣＮと表記する。
【0073】
次いで、本体制御部９は、周期Ｃ毎の絶対値総和Σ１、Σ２、…、ΣＮの総和Σ（Σ１＋Σ２＋…＋ΣＮ）を整数Ｎで平均し（つまり、実測値Ｉｎと予測値Ｉｎｅの差の絶対値｜Ｉｎ−Ｉｎｅ｜のｎ−２回分の絶対値総和Σ｜Ｉｎ−Ｉｎｅ｜に関する平均的な値を求め）、所定値Ｉｓより大きいか否か、つまりΣ（Σ１＋Σ２＋…＋ΣＮ）／Ｎ＞Ｉｓを判断する（Ｓ２６）。例えば、周期Ｃ＝１／５０Ｈｚ、整数Ｎ＝５０にすれば１秒間の平均的絶対値総和Σ（Σ１＋Σ２＋…＋ΣＮ）／Ｎが求められる。
【0074】
以上のように、火花検知の第３実施例では、本体制御部９は、周期Ｃ毎に実測値Ｉｎと予測値Ｉｎｅの差の絶対値｜Ｉｎ−Ｉｎｅ｜のｎ−２回分の絶対値総和Σ｜Ｉｎ−Ｉｎｅ｜を求め、平均的絶対値総和Σ（Σ１＋Σ２＋…＋ΣＮ）／Ｎが、予め定める所定値Ｉｓより大きい場合、電動送風機７の整流子４８とブラシ５１との摩擦による火花の過大な発生を推測する。他方、本体制御部９は、平均的絶対値総和Σ（Σ１＋Σ２＋…＋ΣＮ）／Ｎが、所定値Ｉｓより大きくない場合、電動送風機７の整流子４８とブラシ５１との摩擦による火花の過大な発生がないことを推測して電動送風機７の運転を継続する。
【0075】
火花検知の第３実施例では、平均的絶対値総和Σ（Σ１＋Σ２＋…＋ΣＮ）／Ｎを求めることで、突発的な火花の発生に対する感受性、応答性を抑制し、電動送風機７の整流子４８とブラシ５１との摩擦による火花の過大な発生の推測を安定化する。
【0076】
（火花検知の第４実施例）火花検知の第４実施例は、火花検知の第１実施例から第３実施例に対し電動送風機７に供給される電源電圧の変化（定格に対する実測）に応じて所定値Ｉｓを変える。
【0077】
図１０は、本実施形態に係る電気掃除機の電動送風機に対する電源電圧・周波数・運転モードによる平均的絶対値総和の違いを示す図表である。
【0079】
図１１は、本実施形態に係る電気掃除機の周波数５０Ｈｚ、強運転モードにおける電源電圧と平均的絶対値総和の相関を示す線図である。
【0080】
図１２は、本実施形態に係る電気掃除機の周波数５０Ｈｚ、中運転モードにおける電源電圧と平均的絶対値総和の相関を示す線図である。
【0081】
図１３は、本実施形態に係る電気掃除機の周波数６０Ｈｚ、強運転モードにおける電源電圧と平均的絶対値総和の相関を示す線図である。
【0082】
図１０から図１３に示すように、周波数５０Ｈｚと周波数６０Ｈｚともに、電源電圧（実測）が増加すると、平均的絶対値総和Σ（Σ１＋Σ２＋…＋ΣＮ）／Ｎも増加し、５０Ｈｚと６０Ｈｚでは、いずれの電源電圧（実測）においても、周波数６０Ｈｚが周波数５０Ｈｚに比べて平均的絶対値総和Σ（Σ１＋Σ２＋…＋ΣＮ）／Ｎが大きいことがわかる。
【0083】
他方、周波数５０Ｈｚにおいて、強運転モードと中運転モードの平均的絶対値総和Σ（Σ１＋Σ２＋…＋ΣＮ）／Ｎは、電源電圧（実測）によっては大小関係が反転する。
【0084】
したがって、電源電圧の変化、周波数の変化に応じて所定値Ｉｓを変更する必要が有る。
【0085】
例えば、先ず、電動送風機７に供給される電源電圧（実測）毎、運転モード毎に複数の所定値Ｉｓを記憶部５９に記憶しておく。そして、電動送風機７に供給される電源電圧を検知し、この検知電圧（電源電圧の実測値）を本体制御部９で読み取り、選択中の運転モードと組み合わせて最適な所定値Ｉｓを選択する。具体的な一例として、電源電圧が定格１００Ｖの場合、検知電圧と所定値Ｉｓの関係は図１４のように設定される。
【0086】
図１４は、本実施形態に係る電気掃除機において電動送風機の電源電圧が定格１００Ｖの場合の検知電圧と所定値との相関関係を示す図表である。
【0087】
図１４に示すように、検知電圧＜８０Ｖの場合の所定値ＩｓはＡ値、８０Ｖ≦検知電圧＜９０Ｖの場合の所定値ＩｓはＢ値、９０Ｖ≦検知電圧＜１００Ｖの場合の所定値ＩｓはＣ値、１００Ｖ≦検知電圧の場合の所定値ＩｓはＤ値である。このように所定値Ｉｓは１０Ｖ単位で書き換えられる。
【0088】
火花検知の第４実施例では、火花検知の第１実施例から第３実施例による火花検知に加えて、電源電圧（実測）に応じて所定値Ｉｓを変えることで、整流子４８とブラシ５１との摩擦によって発生する火花を誤検出なく正確に検出できる。
【0089】
さて、次いで、電動送風機７の累積動作時間の経過にともなって所定値Ｉｓを変更する閾値変更制御について説明する。
【0090】
（閾値変更制御の第１実施例）ここで、先ず、電動送風機７の累積運転時間と、予測値Ｉｎｅと実測値Ｉｎとの差の絶対値｜Ｉｎ−Ｉｎｅ｜との関係を説明する。
【0091】
図１５は、本実施形態に係る電動送風機の累積運転時間と火花予測差との関係を示す図である。
【0092】
火花予測差とは、火花検知部５８がサンプリングする検知結果の前回実測値Ｉａと今回実測値Ｉｂとの差を予測値Ｉｎｅとし、この予測値Ｉｎｅと火花検知部５８がサンプリングする検知結果の実測値Ｉｎとの差の絶対値｜Ｉｎ−Ｉｎｅ｜である。
【0093】
図１５に示すように、本実施形態に係る電動送風機７は、予想寿命を大きく初期、中期および終期の３期間に分けることができる。ところで、電動送風機７の実寿命は、電気掃除機１の使用環境や使用条件次第で予想寿命よりも伸縮してしまうため、ここでは設計寿命を予想寿命として説明する。
【0094】
電動送風機７の整流子４８とブラシ５１との接触状態、所謂「あたり」が完成の当初から良好な場合、火花予測差＝｜Ｉｎ−Ｉｎｅ｜は、破線Ａで示すように初期から中期前半に渡って略一定に安定する。一方、中期後半から終期では、ブラシ５１の摩耗量が大きくなってブラシ５１を整流子４８に押さえ付けるコイルバネ５２が徐々に自然長に近づき、ひいてはブラシ５１を整流子４８に押さえ付ける力が徐々に弱まる。これによって、徐々に整流子４８とブラシ５１との接触状態が不安定になるため、中期後半では火花予測差＝｜Ｉｎ−Ｉｎｅ｜が徐々に増加し始め、終期では急激に増大して寿命に達する。
【0095】
他方、火花予測差＝｜Ｉｎ−Ｉｎｅ｜は、電動送風機７の整流子４８とブラシ５１との接触状態が完成の当初に不安定な場合、火花予測差＝｜Ｉｎ−Ｉｎｅ｜は、実線Ｂで示すように完成直後に破線Ａよりも高くなる場合がある。このような場合であっても、例えば数時間から数百時間程度の連続運転を行うことによって、火花予測差＝｜Ｉｎ−Ｉｎｅ｜は、初期期間中に安定して破線Ａと同程度になる。
【0096】
なお、図１５では、寿命の初期と終期とを同程度の期間として表現しているが、実際には、初期は終期に比べて極めて短い期間であるために、実線Ｂのような火花の発生によって発煙や発火などに至ることはない。
【0097】
ここで、従来の電気掃除機では、終期で急増する火花予測差＝｜Ｉｎ−Ｉｎｅ｜を検出する一方で、初期から中期に渡る安定的な火花予測差＝｜Ｉｎ−Ｉｎｅ｜を若干超えるように全寿命期間で一定な所定値Ｉｓ＿ｏｌｄを設定している。つまり、従来の電気掃除機は、整流子４８とブラシ５１との接触状態が完成の当初に不安定な電動送風機７を搭載していた場合、完成の直後から火花異常を判定して電動送風機７を停止させてしまうことになる。
【0098】
そこで、本実施形態に係る電気掃除機１の本体制御部９は、電動送風機７の予想寿命の初期段階において、電動送風機７の運転時間の累計の進行にともなって小さくなる所定値Ｉｓを記憶している。
【0099】
図１６は、本実施形態に係る電気掃除機の閾値変更制御の第１実施例を示すフローチャートである。
【0100】
図１７は、本実施形態に係る電気掃除機の閾値変更制御の第１実施例を示す概念図である。
【0101】
図１６および図１７に示すように、本実施形態に係る電気掃除機１の所定値Ｉｓは、電動送風機７の運転時間の累計の進行にともなって段階的に小さくなる（第一所定値Ｉｓ１＞第三所定値Ｉｓ３＞第二所定値Ｉｓ２）。具体的には、所定値Ｉｓは、電動送風機７の運転時間の累計が予め定める所定の初期運転期間以内で適用される第一所定値Ｉｓ１よりも運転時間の累計が初期運転期間を超える際に適用される第二所定値Ｉｓ２のほうが小さい。
【0102】
所定の初期運転期間以内で適用される第一所定値Ｉｓ１は、運転初期において高めに観測される火花予測差＝｜Ｉｎ−Ｉｎｅ｜を若干超えている。
【0103】
所定の初期運転期間は、数時間から数十時間程度、例えば５０時間に設定される。
【0104】
具体的には、本体制御部９は、操作部２４の起動スイッチ２４ｂが操作されると電動送風機７の運転を開始するとともに閾値変更制御を開始する。
【0105】
本体制御部９は、タイマによる計時を開始し（Ｓ３１）、電動送風機７の累積運転時間を算出する（Ｓ３２）。このとき、本体制御部９は、記憶部５９に記憶された電動送風機７の累積運転時間を更新する（Ｓ３３）。
【0106】
本体制御部９は、Ｓ３３の後、電動送風機７の累積運転時間と予め定める初期運転期間とを比較し、電動送風機７の累積運転時間が予め定める初期運転期間を超えたか否か、すなわち、累積運転時間＞初期運転期間を判断する（Ｓ３４）。電動送風機７の累積運転時間が予め定める初期運転期間を超えている場合（Ｓ３４ ＹＥＳ）、本体制御部９は、所定値Ｉｓを第二所定値Ｉｓ２に設定する（Ｓ３５）。その他の場合、本体制御部９は、所定値Ｉｓを第一所定値Ｉｓ１に設定する（Ｓ３６）。
【0107】
本体制御部９は、所定値Ｉｓに第二所定値Ｉｓ２（Ｓ３５）および第一所定値Ｉｓ１（Ｓ３６）のいずれかを設定した後、火花検知を実行する（Ｓ３７）。火花検知（Ｓ３７）には、火花検知の第１実施例から第３実施例のいずれか、または火花検知の第１実施例から第３実施例のいずれかの火花検知に第４実施例を組み合わせた制御が適用される。
【0108】
本体制御部９は、火花検知（Ｓ３７）を通じて電動送風機７の整流子４８とブラシ５１との摩擦による火花の過大な発生を推測した場合には（Ｓ３７ 火花異常、つまりＳ５ ＹＥＳ、Ｓ１４ ＹＥＳおよびＳ２６ ＹＥＳのいずれかに相当する。）、電動送風機７を停止させる（Ｓ３８）。本体制御部９は、電動送風機７を停止させる代わりに電動送風機７の入力を所定の入力低減量だけ繰り返し低減させても良い。他方、本体制御部９は、火花検知（Ｓ３７）を通じて電動送風機７の整流子４８とブラシ５１との摩擦による火花の過大な発生を推測しなかった場合には（Ｓ３７ 火花正常、つまりＳ５ ＮＯ、Ｓ１４ ＮＯおよびＳ２６ ＮＯのいずれかに相当する。）、Ｓ３２に戻って閾値変更制御を繰り返す。
【0109】
このようにして、本体制御部９は、電動送風機７の累積運転時間の進行に合わせて所定値Ｉｓを変更する。
【0110】
（閾値変更制御の第２実施例）本体制御部９は、閾値変更制御の第１実施例に代えて閾値変更制御の第２実施例を実行することもできる。
【0111】
図１８は、本実施形態に係る電気掃除機の閾値変更制御の第２実施例を示すフローチャートである。
【0112】
図１９は、本実施形態に係る電気掃除機の閾値変更制御の第２実施例を示す概念図である。
【0113】
図２０は、本実施形態に係る電気掃除機の閾値変更制御の第２実施例を示す概念図である。
【0114】
図１８から図２０に示すように、本実施形態に係る電気掃除機１の所定値Ｉｓは、電動送風機７の運転時間の累計の進行にともなって比例的に小さくなる。具体的には、所定値Ｉｓは、電動送風機７の運転時間の累計が予め定める所定の初期運転期間以内で図１９に示すような線形に小さくなるよう設定されたり、図２０に示すように多項式や指数関数に比例して小さくなるよう設定されたりする。
【0115】
具体的には、本体制御部９は、操作部２４の起動スイッチ２４ｂが操作されると電動送風機７の運転を開始するとともに閾値変更制御を開始する。
【0117】
このようにして、本体制御部９は、電動送風機７の累積運転時間の進行に合わせて所定値Ｉｓを変更する。
【0118】
このように、本実施形態に係る電気掃除機１は、電動送風機７の寿命初期における整流子４８とブラシ５１との「なじみ」にともなう大きな火花の発生を許容して誤検知を防ぐ一方、整流子４８とブラシ５１との「なじみ」が進行した後には火花の大きさを適切に監視して、過大な火花にともなう発煙や発火を防ぐ。
【0119】
したがって、本発明に係る電気掃除機１によれば、製品寿命の初期から中期に渡って、整流子４８とブラシ５１との摩擦に基づく電動送風機７の発煙・発火を未然、かつ適切に防ぎつつ運転を継続できる。
【0120】
なお、本実施形態に係る電気掃除機１は、キャニスタ型のものに限らず、アップライト型、スティック型、あるいはハンディ型などのものであってもよい。
【0121】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【0122】
１ 電気掃除機２ 掃除機本体
３ 管部
５ 本体ケース
６ 車輪
７ 電動送風機
８ 塵埃分離集塵部
９ 本体制御部
１１ 電源コード
１２ 本体接続口
１４ 差込プラグ
１９ 接続管
２１ 集塵ホース
２２ 手元操作管
２３ 把持部
２４ 操作部
２４ａ 停止スイッチ
２４ｂ 起動スイッチ
２４ｃ ブラシスイッチ
２５ 延長管
２６ 吸込口体
２８ 吸込口
２９ 回転清掃体
３１ 電動機
３５ 吸気口
３６ 遠心ファン部
３７ 排気口
３８ モータ部
３９ モータハウジング
３９ａ 内周面
４１ 固定子
４２ 回転子
４３ ブラシ機構
４５ ロータ軸
４６ 回転子鉄心
４７ フィールド巻線
４８ 整流子
４９ ブラシホルダ固定部
５０ ブラシホルダ
５１ ブラシ
５２ コイルバネ
５５ 本体制御回路
５６ スイッチング素子
５７ 本体電源部
５８ 火花検知部
５９ 記憶部
６１ 運転時間計時部