JP2005137552A

JP2005137552A - 充電式電気掃除機

Info

Publication number: JP2005137552A
Application number: JP2003376866A
Authority: JP
Inventors: Shuho Beppu; 秀峰別府; Yasuhiro Yuasa; 康裕湯朝; Masakazu Fukushima; 雅一福嶋
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2003-11-06
Filing date: 2003-11-06
Publication date: 2005-06-02

Abstract

【課題】効率的に二次電池を冷却して、二次電池の寿命劣化を低減すると共に、安価かつ小型化を実現する充電式電気掃除機を提供する。
【解決手段】インバーターモータ２の排気が流入する電池室（図示せず）に収納した二次電池４と、前記二次電池４の温度を検出するサーミスタ１８と、前記二次電池４の電圧を検出する電池電圧分割抵抗（２２ａ、２２ｂ）とを備え、前記電池電圧分割抵抗（２２ａ、２２ｂ）は、前記インバーターモータ２を停止させる第一の電圧閾値と、この第一の電圧閾値よりも高い第二の電圧閾値とを有し、前記二次電池４の温度が所定の温度以上でかつ、その電池電圧が前記第二の電圧閾値まで低下した時点で、前記インバーターモータ２を低速回転に切換えるようにしたもので、二次電池４に加わる電流負荷が大幅に減らしながら、その間にインバーターモータ２の低速回転による排気風で二次電池４を冷却する。
【選択図】図３

Description

本発明は二次電池を電動送風機の駆動電源とする充電式電気掃除機に関するものである。

充電式電気掃除機に内蔵された二次電池の充電、放電は、発熱を伴う化学反応によって行なわれるが、その充電中、放電中の温度が高温になればなるほど充放電のサイクル寿命が著しく減少することは一般に知られている。

そこで、充電式電気掃除機の使用中に、すなわち内蔵された二次電池で電動送風機を駆動して掃除機として使用している間に、前記電動送風機から排気される排気で二次電池を冷却して、二次電池の温度上昇を抑制するようにしたものがあった（例えば、特許文献１参照）。
特開２００１−３４５７０５号公報

しかしながら、前記従来の構成では、特に電動送風機がインバーターモータの場合それに流れる電流は非常に大きいため、電動送風機の排気風だけでは二次電池を十分冷却できず、特に夏場の室外で自家用車内を掃除する場合など掃除機本体の周囲温度が高い場合などでは、吸塵時の電流レベルで二次電池を最後まで放電し続けると、二次電池の温度はかなり上昇してしまうという問題があった。また、使用者が充電式電気掃除機の運転を終えて、充電台に掃除機本体を戻した時に、まだ温度が高い状態にある二次電池の充電が開始されることになり、二次電池の温度がますますあがることになり、二次電池のサイクル寿命を著しく低下させるという問題があった。

本発明は前記従来の課題を解決するもので、効率的に二次電池を冷却して、二次電池の寿命劣化を低減すると共に、安価かつ小型化を実現する充電式電気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、本発明の充電式電気掃除機は、電動送風機の排気を外部に排出するための排気通路と、前記排気通路に一部又は全体を臨ませた二次電池と、前記二次電池の温度を検出する温度検出手段と、前記二次電池の電圧を検出する電圧検出手段とを備え、前記電圧検出手段は、前記電動送風機を停止させる第一の電圧閾値と、この第一の電圧閾値よりも高い第二の電圧閾値とを有し、前記二次電池の温度が所定の温度以上でかつ、その電池電圧が前記第二の電圧閾値まで低下した時点で、前記電動送風機を低速回転に切換えるようにしたもので、第二の電圧閾値まで低下した時点で、電動送風機の回転を吸塵用の高速回転から低速回転に切りかえることにより、二次電池に加わる電流負荷が大幅に減ると共に、電動送風機の低速回転による排気風により二次電池が冷却されることで、二次電池の温度上昇が大幅に抑制され、そのあとに行なわれる充電でも、充電開始時の二次電池の温度が下がっているので、二次電池のサイクル寿命を延ばすことができる。また、二次電池専用の冷却手段が不要なので、安価で小型化が図れた充電式電気掃除機を提供することができる。

本発明の充電式電気掃除機は、効率的に二次電池を冷却して、二次電池の寿命劣化を低減すると共に、安価で小型化が図れるものである。

第１の発明は、電動送風機と、前記電動送風機の排気を外部に排出するための排気通路と、前記排気通路に一部又は全体を臨ませた二次電池と、前記二次電池の温度を検出する温度検出手段と、前記二次電池の電圧を検出する電圧検出手段とを備え、前記電圧検出手段は、前記電動送風機を停止させる第一の電圧閾値と、この第一の電圧閾値よりも高い第二の電圧閾値とを有し、前記二次電池の温度が所定の温度以上でかつ、その電池電圧が前記第二の電圧閾値まで低下した時点で、前記電動送風機を低速回転に切換えるようにしたもので、第二の電圧閾値まで低下した時点で、電動送風機の回転を吸塵用の高速回転から低速回転に切りかえることにより、二次電池に加わる電流負荷が大幅に減ると共に、電動送風機の低速回転による排気風により二次電池が冷却されることで、二次電池の温度上昇が大幅に抑制され、そのあとに行なわれる充電でも、充電開始時の二次電池の温度が下がっているので、二次電池のサイクル寿命を延ばすことができる。また、二次電池専用の冷却手段が不要なので、安価で小型化が図れた充電式電気掃除機を提供することができる。

第２の発明は、特に、第１の発明の電動送風機が低速で回転している間に動作する表示手段を設けたもので、使用者が二次電池が冷却されていることを認識でき、電動送風機が低速回転していることに対する違和感を防止することができる。

第３の発明は、特に、第１又は第２の発明の電動送風機を所定時間低速回転するようにしたもので、電動送風機が所定時間低速運転されて電池が充分冷却された時には、自動的に電動送風機が停止することで、無駄な電力消費を抑えることができ、使用性の向上を実現することができる。

第４の発明は、特に、第１又は第３の発明の二次電池の電池温度が所定の温度以下となったときに、電動送風機の低速運転を停止するもので、二次電池が充分冷却された時には、自動的に電動送風機の低速運転を停止することで、更に高精度かつ効率的に無駄な電力消費を抑えることができ、使用性の向上を実現することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態における充電式電気掃除機本体１の全体外観図であり、図２は同掃除機本体１の要部断面図、図３は同掃除機本体１の主要回路ブロック図である。

図において、掃除機本体１は、吸引風を発生させる電動送風機であるインバーターモータ２を内蔵するモータ室３と、インバーターモータ２を駆動する電源となる二次電池４をインバーターモータ２の下方に内蔵する電池室５と、インバーターモータ２の吸引風の上流側に配された集塵ケース６を備えている。また、モータ室３内には、同じく二次電池４を電源としてインバーターモータ２の駆動を制御する本体制御回路７が収納されている。更に、掃除機本体１の集塵ケース６の上流側にはホース８の一端が接続され、他端には延長管９を介して床用吸込み口１０を接続している。２３は、掃除機本体１の後壁１ａに設けられ、インバーターモータ２からの排気を排出する排気口である。

ホース８の延長管９側端部には把手部１１が形成され、この把手部１１にインバーターモータ２の吸塵動作の作動及び停止を操作する操作部１２が設けられていると共に、掃除機本体１上面には、インバーターモータ２の運転状態を表示する表示手段となるＬＥＤ表示部１３が設けられている。電池室５とモータ室３とは隔壁１４で仕切られており、この隔壁１４の略中央部にはインバーターモータ２を通過した排気の一部を冷却風として電池室５内に導入し二次電池４を冷却するための流入口１５が設けられており、流入口１５には通気性フィルター１６を備えている。

また、二次電池４を収納する電池室５を形成する隔壁１４の両側には、モータ室３と電池室５を連通すると共に電池室５に流入した冷却風を排出する流出口１７を少なくとも一箇所以上設けている。以上の構成により、インバーターモータ２からの排気は、モータ室３から直接排気口２３に至る分と、流入口１５、電池室５、流出口１７、モータ室３からなる排気通路を経て排気口２３に至る分とに分かれる。

二次電池４内には二次電池４の温度を検出するための温度検出手段となるサーミスタ１８(図３参照)が内蔵されており、サーミスタ１８の一端は二次電池４の＋極に接続され、もう一端は本体制御回路７内のサーミスタ分割抵抗１９に繋がっている。

また、本体制御回路７にはマイコン２０等の制御回路部の電源を生成する電源部２１を有し、電源部２１は二次電池４の電圧を５Ｖに変換している。マイコン２０には、サーミスタ分割抵抗１９とサーミスタ１８との分割電圧信号Ｖ１と、二次電池４の電圧を検知するための電圧検出手段となる電池電圧分割抵抗２２ａ、２２ｂの分割電圧信号Ｖ２及び操作部１２からのインバーターモータ２の吸塵動作の作動及び停止等の操作信号が入力されている。

マイコン２０からは、インバーターモータ２を駆動するためのＯＮ／ＯＦＦ信号及びＰＷＭ信号がインバーターモータ２に出力され、インバーターモータ２からは、マイコン２０へインバーターモータ２の回転数フィードバック信号が出力されており、マイコン２０は、操作部１２からの操作信号及び分割電圧信号Ｖ１、分割電圧信号Ｖ２のレベルに応じて、ＯＮ／ＯＦＦ信号及びＰＷＭ信号を調整し、インバーターモータ２の回転数を制御する。また、マイコン２０にはＬＥＤ表示部１３が接続されている。

以上のように構成された充電式電気掃除機について、以下その動作、作用を説明する。

まず、操作部１２を操作して操作信号が本体制御回路７に入力されると、本体制御回路７がインバーターモータ２を駆動して吸引風が発生し、床用吸込み口１０から吸引風と共に塵埃が吸い込まれ、集塵ケース６で塵埃だけが捕集され、更に吸引風はインバーターモータ２を通過して、図１の矢印で示すように掃除機本体１後部の排気口２３から本体外へ排出される。その時排気の一部は、流入口１５を通って電池室５に流入して二次電池４を冷却した後、流出口１７を通って排気口２３より掃除機本体１外へ排出される。

しかしながら、吸塵時にインバーターモータ２に流れる電流は非常に大電流を必要とするため、いくら上記のような二次電池４の冷却方法を取ったとしても、夏場の室外で自家用車内を掃除する場合など掃除機本体１の周囲温度が高い条件で使用される場合などでは、吸塵時電流レベルで二次電池４を最後まで放電すると、二次電池４の温度はかなり上昇してしまい、結果として電池のサイクル寿命低下に帰結することになる。そこで本実施の形態では、マイコン２０に、従来の吸塵時電流レベルで放電する際に二次電池４から取り出せる限界容量に達したと判断してインバーターモータ２を自動的に停止させる二次電池４の電池電圧に対する第一の電圧閾値よりも高い、第二の電圧閾値を持たせている。

図４は、二次電池４の電池電圧（マイコン２０に入力される分割電圧信号Ｖ２）及び電池温度（マイコン２０に入力される分割電圧信号Ｖ１）の変化と、インバーターモータ２及びＬＥＤ表示部１３の動作を説明する動作説明図である。掃除機の吸塵動作が開始されると、操作部１３からマイコン２０に信号が伝達され、マイコン２０はインバーターモータ２を高速回転させ吸塵動作を開始する。この時二次電池４は大電流で放電されるため、電池温度は上昇し、それに伴い分割電圧信号Ｖ１も徐々に上がっていく。電池電圧の方は、放電に従って低下し、それに伴い分割電圧信号Ｖ２も徐々に下がっていく。マイコン２０内には所定の電池温度閾値レベルが設定されており、放電中常に電池電圧がその温度に対して以上／未満かを判断しており、通常冬場など放電時の電池温度がそれ程上昇せず前記電池温度閾値レベルを超えない場合は、分割電圧信号Ｖ２が従来の掃除機本体１の運転を停止すると判断するための終止電圧である第一の電圧閾値まで低下した時点でインバーターモータ２がＯＦＦし二次電池４の放電が終了する。

しかし、夏場や集塵ケース６内に塵埃が溜まり吸引風自体の風量が低下してきた場合など、二次電池４の温度が前記電池温度閾値レベルを超えた場合は、分割電圧信号Ｖ２が第二の電圧閾値に達した時点でインバーターモータ２の回転速度をマイコン２０によって吸塵時と比較すると極端な低速回転に切替えて、吸塵動作を自動的に停止させる。しかしながら、インバーターモータ２は完全に停止した訳ではなく低速回転しているため、電池室5に流入する排気風で二次電池４の冷却は継続して実行されることとなる。

また、マイコン２０は、インバーターモータ２を低速回転に切替えた時点からＬＥＤ表示部１３を点灯する。インバーターモータ２の低速回転動作は、分割電圧信号Ｖ２のレベルが第一の電圧閾値まで低下した時点でマイコン２０により停止し、ＬＥＤ表示部１３が消灯するが、この時点で二次電池４は充電に適した温度以下に充分低下した状態となっている。

以上のように、本実施の形態においてはインバーターモータ２を二次電池４を冷却する手段として使用し、かつインバーターモータ２が直接二次電池４を冷却して放電時の電池温度上昇を抑えることで、別途冷却用ファンなどの冷却手段を設ける必要が無く、また二次電池４の再充電を開始する際に、二次電池４の電池温度が下がっているので、二次電池４の寿命劣化を低減すると共に、二次電池４専用の冷却手段を別途設ける必要が無いので掃除機本体１の小型化、コストの低減を実現することができる。

また、二次電池４を冷却中であることを示すＬＥＤ表示部１３を、インバーターモータ２の低速回転動作中に点灯させることにより、使用者がインバーターモータ２が低速回転で動作して二次電池４を冷却していることを認識できることになり、高速回転での吸塵動作が停止した後でもインバーターモータ２が動作していることに対する違和感を防止することができる。

また、本実施の形態のマイコン２０にタイマー機能を持たせ、インバーターモータ２を低速回転に切替えた時点から、一定時間経過した時点で自動的にインバーターモータ２を停止させることにより、特に、二次電池４が前記タイマー設定時間内で充分冷却できていれば、前記分割電圧信号Ｖ２のレベルが第一の電圧閾値に低下するまでインバーターモータ２を動作させる必要はなく、二次電池４の無駄な電力消費を抑えることができ、使用性の向上を実現することができる。

また、本実施の形態のマイコン２０に、二次電池４の温度が充電に適した温度レベル以下となったときに、自動的にインバーターモータ２を停止させる判断機能を持たせることにより、特に、二次電池４を前記分割電圧信号Ｖ２のレベルが第一の電圧閾値に低下するまでインバーターモータ２を動作させる必要はなく、更に高精度かつ効率的に二次電池４の無駄な電力消費を抑えることができ、使用性の向上を実現することができる。

以上のように、本発明にかかる充電式電気掃除機は、効率的に二次電池を冷却して、二次電池の寿命劣化を低減すると共に、機器の低コスト化かつ小型化が可能となるので、家庭用、業務用の各種充電式掃除機、集塵機などに適用できるものである。

本発明の実施の形態１における充電式電気掃除機の全体外観図同充電式電気掃除機の要部断面図同充電式掃除機の主要回路ブロック図（ａ）同充電式掃除機の二次電池の電圧特性図（ｂ）同二次電池の温度特性図（ｃ）同充電式掃除機のインバーターモータの運転動作説明図（ｄ）同充電式掃除機のＬＥＤ表示部の動作説明図

符号の説明

１掃除機本体
２インバーターモータ（電動送風機）
４二次電池
７本体制御回路
１３ＬＥＤ表示部（表示手段）
１８サーミスタ（温度検出手段）
２０マイコン
２２ａ、２２ｂ電池電圧分割抵抗（電圧検出手段）

Claims

電動送風機と、前記電動送風機の排気を外部に排出するための排気通路と、前記排気通路に一部又は全体を臨ませた二次電池と、前記二次電池の温度を検出する温度検出手段と、前記二次電池の電圧を検出する電圧検出手段とを備え、前記電圧検出手段は、前記電動送風機を停止させる第一の電圧閾値と、この第一の電圧閾値よりも高い第二の電圧閾値とを有し、前記二次電池の温度が所定の温度以上でかつ、その電池電圧が前記第二の電圧閾値にまで低下した時点で、前記電動送風機を低速回転に切換えるようにすることを特徴とする充電式電気掃除機。
電動送風機が低速で回転している間に動作する表示手段を設けたことを特徴とする請求項１記載の充電式電気掃除機。
電動送風機を所定時間低速回転するようにしたことを特徴とする請求項１または２記載の充電式電気掃除機。
二次電池の電池温度が所定の温度以下となったときに、電動送風機の低速運転を停止することを特徴とした請求項１または３記載の充電式電気掃除機。