JP2005192899A - 充電式電気掃除機 - Google Patents

Abstract

【課題】二次電池の充電容量の低下を防止し、掃除機本体の駆動時間を長くできるとともに、二次電池の電池寿命を長くすることができる充電式電気掃除機を提供する。
【解決手段】電動送風機７を駆動する二次電池３を内蔵した掃除機本体１を備え、前記電動送風機７は前記二次電池３を冷却するとともに、前記電動送風機７の動作を制御する電池冷却制御手段１３を有し、前記電池冷却制御手段１３は、前記二次電池３の状態量に応じて、前記電動送風機７の動作を制御するもので、効率的に充電中及び充電停止後の前記二次電池３の電池温度を前記電動送風機７からの冷却風で下げることができるため、前記二次電池３の充電容量の低下を防止し、前記掃除機本体１の駆動時間を長くできるとともに、前記二次電池３の電池寿命を長くすることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は一般家庭において使用される充電式電気掃除機に関するものである。

従来の充電式電気掃除機として、充電可能の二次電池を内蔵した掃除機本体と、その掃除機本体が載置されるとともに前記二次電池を充電する充電回路を内蔵した充電台とから構成されているものがある。前記掃除機本体には、前記二次電池が臨んだ本体側冷却風路と、その本体側冷却風路と外部を連通する本体側開口部が設けられている。

また、充電台には、充電素子を搭載した充電回路が臨んだ充電台側冷却風路と、前記充電台側冷却風路と連通するとともに充電時に前記充電素子を冷却する冷却ファンと、充電時に二次電池に流れる電流を検出する電流検出回路と、前記充電台側冷却風路と外部を連通する充電台側開口部が備えられている。

そして、掃除機本体内の二次電池を充電する時は、その掃除機本体を充電台に載置すると本体側開口部と充電台側開口部が重なって連通するとともに、二次電池の充電が開始される。充電開始と同時に、冷却ファンが回転し、その冷却ファンによる冷却風は、充電素子を冷却した後、充電台側開口部、本体側開口部を通って本体側冷却風路に流入し、充電中の二次電池を冷却するようになっている。そして、充電回路による二次電池の充電が停止したのを電流検出回路が検知すると、冷却ファンの運転を停止させるようにしていた(例えば、特許文献１参照)。
特開２００２−３６０４８３号公報

二次電池は、充電停止直前に電池温度が急上昇することが一般に知られている。したがって、前記従来の構成のように、充電の停止と同時に冷却ファンを停止すると、二次電池の発熱反応の予熱によるオーバーシュートが発生し、電池温度はその時点から急激に温度が上昇してしまい、充電直後に掃除機本体を使用した場合、二次電池は高温状態で放電されることになり、二次電池の寿命劣化に繋がるという課題を有していた。

また、二次電池は、通常、充電開始から一定時間は吸熱反応を示すため電池温度は低下し、その後徐々に満充電に近づくにつれて電池温度が上昇していくため、特に室温が低い場合などは充電中ずっと冷却ファンを動作させる必要が無く、電力が無駄に消費されるという課題も有していた。更に、二次電池に流れる冷却風は、充電台側で発熱部品である充電素子から熱を吸熱して加熱されているため、二次電池を冷却する目的からすれば、冷却効率が非常に悪いという課題も有している。

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ながら、二次電池の充電容量の低下を防止し、電気掃除機の駆動時間を長くできるとともに、二次電池の電池寿命が長い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、電動送風機を駆動する二次電池を内蔵した掃除機本体と、前記二次電池を冷却する電池冷却手段と、前記電池冷却手段の動作を制御する電池冷却制御手段とを備え、前記電池冷却制御手段は、前記二次電池の状態量に応じて、前記電池冷却手段の動作を制御するもので、充電中は勿論充電停止後であっても前記二次電池の状態量に応じて前記電池冷却手段で効率良く前記二次電池の電池温度を下げることができ、前記二次電池の充電容量の低下を防止し、掃除機本体の駆動時間を長くできるとともに、二次電池の電池寿命を長くすることができる。

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ながら、二次電池の充電容量の低下を防止し、電気掃除機の駆動時間を長くできるとともに、二次電池の電池寿命を長くすることができる。

第１の発明は、電動送風機を駆動する二次電池を内蔵した掃除機本体と、前記二次電池を冷却する電池冷却手段と、前記電池冷却手段の動作を制御する電池冷却制御手段とを備え、前記電池冷却制御手段は、前記二次電池の状態量に応じて、前記電池冷却手段の動作を制御するもので、充電中は勿論充電停止後であっても、前記二次電池の状態量に応じて前記電池冷却手段で効率良く前記二次電池の電池温度を下げることができることで、前記二次電池の充電容量の低下を防止し、掃除機本体の駆動時間を長くできるとともに、二次電池の電池寿命を長くすることができる。

第２の発明は、特に、第１の発明の電池冷却制御手段は、二次電池の電池温度に応じて電池冷却手段からの冷却風量を変化させるもので、例えば、前記二次電池の電池温度が低い時は前記電池冷却手段による冷却風量を下げ、前記電池温度が高い時は前記電池冷却手段による冷却風量を上げるようにすれば、効率的に充電中及び充電停止後の二次電池の電池温度を下げることができることで、二次電池の充電容量の低下を防止し、掃除機本体の駆動時間を長くできるとともに、二次電池の電池寿命を長くすることができる。

第３の発明は、特に、第１または第２の発明の電池冷却制御手段は、電池冷却制御手段は、二次電池の電池温度が所定値以下の時には、電池冷却手段を停止させるもので、前記電池冷却手段による無駄な電力消費を防止することができ、更に効率的に充電中及び充電停止後の二次電池の電池温度を下げることができることで、二次電池の充電容量の低下を防止し、掃除機本体の駆動時間を長くできるとともに、二次電池の電池寿命を長くすることができる。

第４の発明は、特に、第１の発明の電池冷却制御手段は、二次電池の電池電圧に応じて、電池冷却手段からの冷却風量を変化させるもので、例えば、前記二次電池の電池電圧が低く電池温度も上昇しない充電前半は前記電池冷却手段による冷却風量を下げ、電池電圧が高くなると同時に電池温度が急に上昇する充電後半時に前記電池冷却手段による冷却風量を上げるようにすれば、効率的に充電中及び充電停止後の前記二次電池の電池温度を下げることができることで、さらに前記二次電池の充電容量の低下を防止し、掃除機本体の駆動時間を長くできるとともに、前記二次電池の電池寿命を長くすることができる。

第５の発明は、特に、第１または第４の発明の電池冷却制御手段は、二次電池の電池電圧が所定値以上の時には、電池冷却手段を動作させるもので、前記二次電池の電池電圧が低く電池温度も上昇しない充電前半は前記電池冷却手段を停止させ、前記電池冷却手段による無駄な電力消費を無くし、更に効率的に充電中及び充電停止後の前記二次電池の電池温度を下げることができることで、前記二次電池の充電容量の低下を防止し、掃除機本体の駆動時間を長くできるとともに、二次電池の電池寿命を長くすることができる。

第６の発明は、特に、第１の発明の電池冷却制御手段は、二次電池の電池電圧が所定値を下回っている時は、所定の電池閾値温度で電池冷却手段による冷却風量を変化させ、前記二次電池の電池電圧が所定値以上の時には、その電池温度によらず前記電池冷却手段を動作させるもので、例えば、掃除機本体が使用直後に充電台に載置された場合など、前記二次電池の電池温度が高くなっている時は、充電初期から電池温度が所定温度に下がるまで前記電池冷却手段を駆動し、室温が低く前記二次電池の電池温度の絶対値が低い場合でも充電後半の電池温度が上昇していく時には、電池電圧の上昇を検知して前記電池冷却手段を駆動させるなど、多様な使用環境条件に対応して、いづれも充電中の電池温度を効率的に下げて、充電できる電池容量を増加させるためのキメ細かい制御が可能となり、より効率的に前記二次電池の充電容量の低下を防止し、前記掃除機本体の駆動時間を長くできるとともに、前記二次電池の電池寿命を長くすることができる。

第７の発明は、特に、第１〜６の発明のいずれか１つの発明の電池冷却手段として電動送風機を用いるもので、冷却手段を充電台に設けた時のような複雑な冷却風路を必要とせず、かつ冷却風も充電回路の放熱の影響を受けないため、冷却効率を向上させることができるとともに、別途専用の冷却ファンも必要としないため、安価な構成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の掃除機本体を充電台に載置した状態の断面図で、図２は、掃除機本体１と充電台２の主要回路構成を示すブロック図で、図３は同充電式電気掃除機の動作説明図である。

図において、掃除機本体１には、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７を内蔵したモータ室８と、モータ室８の後方に位置しインバーターモータ７を駆動するための電源である二次電池３を内蔵する電池室９と、インバーターモータ７の上流側に配され集塵袋１０を格納した集塵室１１が設けられている。さらに掃除機本体１の集塵室１１の上流側にはホース１２の一端が接続され、他端には延長管（図示せず）を介して床用吸込み口（図示せず）を接続している。

モータ室８内には、充電中に二次電池３を冷却する電池冷却手段を兼ねるインバーターモータ７の運転を制御する電池冷却制御手段である電池冷却制御回路１３を実装したプリント基板１４が格納されている。掃除機本体１後部には、二次電池３に電気的に接続された本体側充電端子６が設けられている。二次電池３内には電池温度を検出するためのサーミスタ１５が内蔵されている。

モータ室８と電池室９とを仕切る隔壁１９には、モータ室８と電池室９とを連通する通気穴２０が設けられている。また、掃除機本体１の後方上部には、電池室９と外部を連通する排気口２１が設けられている。

充電台２には、充電回路４が内蔵され、掃除機本体１を載置する上部には、二次電池３に充電回路４から充電電流を供給する充電台側充電端子５が設けられ、掃除機本体１を充電台２に載置すると、本体側充電端子６が充電台側充電端子５に当接し電気的に接続されるようになっている。

また、充電台側充電端子５と本体側充電端子６はそれぞれ二次電池３の＋極に繋がる＋側端子（５ａ、６ａ）、サーミスタ１５に繋がるＴＨ端子（５ｂ、６ｂ）及び二次電池３の−極に繋がる−側端子（５ｃ、６ｃ）の３端子から構成されている。サーミスタ１５の一端は二次電池の＋極に接続され、本体側充電端子６の＋側端子６ａに繋がっており、もう一端は本体側充電端子６のＴＨ側端子６ｂに繋がっている。

充電回路４は、＋側端子（５ａ、６ａ）と−側端子（５ｃ、６ｃ）を介して二次電池３に充電電流を供給するとともに、ＴＨ端子５ｂと−側端子５ｃ間に繋がる充電回路４内のサーミスタ分割抵抗１６とサーミスタ１５との分割電圧信号Ｖ１から得られる二次電池３の温度上昇率（ｄＴ／ｄｔ）、或いは二次電池３の電池電圧の変化（−ΔＶ）を検知することで二次電池３の満充電状態を判断して、二次電池３への充電電流を停止する。この分割電圧信号Ｖ１は、電池冷却制御回路１３内のマイコン１７にも入力されている。

また、電池冷却制御回路１３内には、二次電池３の電圧を検知するための電池電圧分割抵抗１８ａ、１８ｂがあり、この分割電圧信号Ｖ２もマイコン１７に入力されている。マイコン１７からは、インバーターモータ７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７に出力され、インバーターモータ７からは、マイコン１７にインバーターモータ７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１７は、分割電圧信号Ｖ１及び分割電圧信号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７を停止、或いは通常の掃除機の吸塵時に比較すれば極端に低い低速回転数で駆動する。

以上のように構成された充電式電気掃除機の動作、作用を以下に説明する。

図３（ａ）は、掃除機本体１を使用した直後等で二次電池３の温度がまだ高温状態にある掃除機本体１が充電台２に載置された場合、（ｂ）は、二次電池３が低温状態で、掃除機本体が充電台２に載置された場合のそれぞれの、電池電圧と電池温度の遷移状態と、二次電池３を冷却するために電池冷却制御回路１３でインバーターモータ７を制御する場合の動作状態を示した動作説明図である。

まず図３（ａ）において、二次電池３が高温状態で充電台２に載置された場合、充電開始直後の電池温度（実線）はマイコン１７で設定された温度閾値よりも高いため、マイコン１７はインバーターモータ７にＯＮ信号を出力し、インバーターモータ７が動作し、ホース１２から集塵室１１を通して吸引された冷却風は、インバーターモータ７を通過してモータ室８と電池室９との隔壁１９の通気穴２０を通して電池室９に流入し、二次電池３を冷却した後、掃除機本体１の排気口２１から排出される。

電池温度が温度閾値を下回るとマイコン１７はインバーターモータ７にＯＦＦ信号を出力し、インバーターモータ７は停止する。充電が進行し、再度電池温度が上昇して温度閾値を越えると再度インバーターモータ７がＯＮして二次電池３は冷却される。

そして、充電回路４が二次電池３の満充電を検知してＡ時点で充電を停止させた後も、電池温度が温度閾値を超えていれば、インバーターモータ７の運転を電池温度が温度閾値に達するまで（Ｂ時点）継続するようにする。

以上のように、本実施の形態によれば、二次電池３の電池温度を電池冷却制御回路１３が検知して、電池温度が電池冷却制御回路１３内のマイコン１７で設定した温度閾値を下回る時はインバーターモータ７を停止させ、充電中及び充電完了後であっても、温度閾値を超える場合はインバーターモータ７を駆動し二次電池３を冷却するようにしたので、充電開始時に電池が高温状態であっても、一点鎖線で示す無冷却時の電池温度の遷移状態と比較して、電池温度は充分低い状態で充電されることになり、温度上昇による容量低下を防止して、掃除機本体１の駆動時間を長くできるとともに、電池の寿命劣化も防止することができ、また、二次電池３の温度が低くなれば冷却用のインバーターモータ７の運転を停止させるため、無駄に二次電池３の電池容量を消費することがなく、充電時間も短縮できる。

更に、充電完了後も冷却を継続するため、電池温度のオーバーシュートを抑制し、早く電池温度が低下するため、充電後すぐに掃除機本体１を使用した場合でも、二次電池３は高温状態から放電されることはなく、二次電池３の寿命劣化を防止することができる。

次に、二次電池３の温度が低温状態である場合、掃除機本体１を充電台２に載置すると、二次電池３の温度は充電開始時から温度閾値を下回っているため、インバーターモータ７が停止したままとする。その後充電が進み充電完了直前になり、電池温度は未だ温度閾値を下回っているが、電池電圧が電圧閾値を超えると、そこから充電完了時再度電池電圧が電圧閾値に達するまでの間、インバーターモータ７をＯＮさせて二次電池３を冷却するようにする。

以上のように、本実施の形態によれば、二次電池３の電池温度と電池電圧を検知して、電池電圧が電池冷却制御回路１３内のマイコン１７で設定した電圧閾値を下回っている時は、電池閾値温度でインバーターモータ７をＯＮ／ＯＦＦ切替し、電池電圧が電圧閾値以上である時には電池温度によらずインバーターモータ７をＯＮさせることにより、充電開始時に電池が低温状態であっても、一点鎖線で示す無冷却時の電池温度の遷移状態と比較して、充電中及び充電完了後の電池温度を充分低い状態にできるので、充電時の容量低下を防止して、掃除機本体１の駆動時間を長くできるとともに、充電後すぐに掃除機本体１が使用された場合でも、二次電池３は高温状態で放電されることはなく、二次電池３の寿命劣化を防止することができる。

また、本実施の形態では、充電中の二次電池３を冷却する冷却手段として塵埃吸引用のインバーターモータ７を使用しているので、充電中の二次電池３の冷却用に別の冷却ファンを必要としないため、安価で簡単な電池冷却構成が実現できるものである。

また、インバーターモータ７は、整流子モータに比べ、整流子とブラシとの摩擦がないため、その結果、排気温度も低く、冷却手段として用いるのにより有用である。

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ながら、二次電池の充電容量の低下を防止し、掃除機本体の駆動時間を長くできるとともに、二次電池の電池寿命を長くすることができるので、家庭用、業務用を問わず二次電池を使用する各種機器、装置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掃除機本体を充電台上に載置した状態の断面図 同充電式電気掃除機の主要回路構成を示すブロック図 （ａ）同充電式電気掃除機の動作説明図（高温状態の二次電池を充電する場合）（ｂ）同充電式電気掃除機の動作説明図（低温状態の二次電池を充電する場合）

符号の説明

１ 掃除機本体
２ 充電台
３ 二次電池
７ インバーターモータ（電動送風機、電池冷却手段）
１３ 電池冷却制御回路（電池冷却制御手段）
１５ サーミスタ
１７ マイコン

Claims (7)

1. 電動送風機を駆動する二次電池を内蔵した掃除機本体と、前記二次電池を冷却する電池冷却手段と、前記電池冷却手段の動作を制御する電池冷却制御手段とを備え、前記電池冷却制御手段は、前記二次電池の状態量に応じて、前記電池冷却手段の動作を制御する充電式電気掃除機。
2. 電池冷却制御手段は、二次電池の電池温度に応じて電池冷却手段からの冷却風量を変化させる請求項１記載の充電式電気掃除機。
3. 電池冷却制御手段は、二次電池の電池温度が所定値以下の時には、電池冷却手段を停止させる請求項１又は２記載の充電式電気掃除機。
4. 電池冷却制御手段は、二次電池の電池電圧に応じて、電池冷却手段からの冷却風量を変化させる請求項１記載の充電式電気掃除機。
5. 電池冷却制御手段は、二次電池の電池電圧が所定値以上の時には、電池冷却手段を動作させる請求項１又は４記載の充電式電気掃除機。
6. 電池冷却制御手段は、二次電池の電池電圧が所定値を下回っている時は、所定の電池閾値温度で電池冷却手段による冷却風量を変化させ、前記二次電池の電池電圧が所定値以上の時には、その電池温度によらず前記電池冷却手段を動作させる請求項１記載の充電式電気掃除機。
7. 電池冷却手段として電動送風機を用いる請求項１〜６のいずれか１項に記載の充電式電気掃除機。

Images