JP2005328874A - 充電式電気掃除機 - Google Patents

Abstract

【課題】充電制御を簡素化し、充電台が必要のない安価な充電式電気掃除機を得ることを目的とする。
【解決手段】２次電池１７と、商用電源を整流する整流手段１と、２次電池１７または商用電源を電源とするモータ１４と、前記２次電池１７の充電、前記モータ１４の動作等の制御を行なう制御回路７とを備え、前記商用電源から前記モータ１４と制御回路７の電源を供給しているときは、前記２次電池１７を前記モータ１４と接続して前記２次電池１７を充電し、商用電源からの電源供給がないときに前記２次電池１７から前記モータ１４と制御回路７の電源を供給する構成とした。これにより、充電台を必要とすることのない、安価な充電式電気掃除機が実現できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、商用電源と２次電池の両方で動作させることができる充電式電気掃除機に関するものである。

従来、この種の充電式電気掃除機は、掃除機本体の２次電池を充電するために、掃除機本体とは別に充電制御回路を内蔵した充電台を有し、掃除機本体より２次電池の正極、負極、電池温度を検出するサーミスタ等の端子を出し、その端子を充電台に接続することで２次電池の充電を行なっている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００２−３６０４８３号公報

しかしながら、前記従来の構成においては、２次電池の充電を行なうには充電台が必要となるためコストがかかってしまう。また、充電を速く行なうためには充電制御回路の発熱が大きくなってしまい放熱するために充電台が大きくなってしまったり、充電制御回路を冷却するための冷却ファンを充電台に内蔵したりしてさらにコストがかかるという課題を有していた。また、掃除動作の直後には２次電池の温度上昇が高く、充電台に搭載しても２次電池が充電に適した温度に冷却させるまで充電できずに待機しなくてはならず、充電が完了するまでに長い時間が必要となったり、待機時間を短くするために充電台から冷却ファンで２次電池を冷却したりしてさらにコストがかかるという課題も有していた。さらに、掃除機本体と充電台を接続する方式が端子であるため、不完全に接続されていると接触抵抗による発熱や、満充電検知の誤作動の懸念もあった。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、充電制御を簡素化し、充電台が必要のない安価な充電式電気掃除機を提供することを目的とするものである。

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、モータと制御回路の電源が商用電源から供給されているときに２次電池をモータと接続して充電し、商用電源からの電源供給がないときにモータと制御回路の電源が２次電池から供給されるよう切替えるようにしたものである。

これによって、商用電源で掃除機を動作させているときにモータを制限抵抗として２次電池の充電を行なうことができるものであり、充電制御を簡素化し、充電台が必要のない安価な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、充電制御を簡素化し、充電台が必要のない安価な充電式電気掃除機とすることができる。

第１の発明は、２次電池と、商用電源を整流する整流手段と、２次電池または商用電源を電源とするモータと、前記２次電池の充電制御と前記モータの動作制御を行なう制御回路とを備え、前記モータと制御回路の電源が商用電源から供給されているときに前記２次電池を前記モータと接続して充電し、商用電源からの電源供給がないときに前記モータと制御回路の電源が２次電池から供給されるよう切替えるようにした充電式電気掃除機とすることにより、商用電源で掃除機を動作させているときにモータを制限抵抗として２次電池の充電を行なうことができるものであり、充電制御を簡素化し、充電台が必要のない安価な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の発明において、モータは掃除機の吸い込み力を発生する電動送風機とすることにより、大電流で充電を行なうこととなり、短時間で２次電池の充電を完了することができる。

第３の発明は、特に、第１の発明において、モータは掃除機の床用吸込具の内蔵されている電動機とすることにより、電動送風機に比べて小電流で充電を行なうこととなり、整流手段などの発熱が抑えられ小型化することができる。

第４の発明は、特に、第１の発明において、モータは２次電池を冷却する冷却ファンとすることにより、電動送風機に比べて小電流で充電を行なうこととなり、整流手段などの発熱が抑えられ小型化することができ、また、冷却ファンは掃除機のごみ取れ性能に直接かかわらないため、電池温度や充電容量によって充電電流を変えたり細かな充電制御を行なったりすることができる。

第５の発明は、特に、第１〜４のいずれか１つの発明において、モータは商用電源で動作するＡＣ用と２次電池で動作するＤＣ用の２巻線で構成されていることにより、商用電源で動作させる入力電力と２次電池で動作させる入力電力を各々巻線の太さ、巻数等で設定することができることとなり、各々の電源にあった入力電力で動作させることができる。

第６の発明は、特に、第１〜５のいずれか１つの発明において、２次電池の充電時において充電電流を可変または停止を行なうようにしたことにより、２次電池を充電しないときにもモータの動作を継続させることができることとなり、商用電源での動作を安定させることができる。

第７の発明は、特に、第１〜６のいずれか１つの発明において、２次電池の充電電流を可変する充電スイッチング手段と、充電電流を検出する電流検出手段を備え、負荷変動による電流変化を補正し、２次電池の電圧に応じて一定電流にて充電するようにしたことにより、２次電池の満充電の条件が容易になることとなり、確実に充電を行なうことができる。

第８の発明は、特に、第１〜７のいずれか１つの発明において、２次電池の充放電切替えは、掃除機本体に設けたスイッチ操作によって切替えるようにしたことにより、使用者が電源の選択を容易に決めることができることとなり、床面や使用場所に適した掃除を行なうことができる。

第９の発明は、特に、第１〜８のいずれか１つの発明において、商用電源を検出するＡＣ検出手段を備え、商用電源が供給されているときには２次電池での動作は行なわないようにしたことにより、２次電池の充放電回数を減らすこととなり、２次電池の寿命を長くすることができ、また、２次電池で使用したいときに満充電になっていることとなり、２次電池の使用を長くすることができる。

第１０の発明は、特に、第１〜９のいずれか１つの発明において、２次電池が満充電になったときに報知を行なう報知手段を備えたことにより、使用者に２次電池が満充電になったことを確実に報知することとなり、電源の切替時期を知らせることができる。

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って本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における充電式電気掃除機を示すものである。

図１に示すように、商用電源は整流手段１によって全波整流され、平滑手段２によって平滑された後、整流手段１の正側は充放電切替手段３−１に接続されている。充放電切替手段３−１は、２次電池１７を充電するか放電するかを切替えるものであり、掃除機の吸い込み力を発生する電動送風機などのモータ１４との接続を整流手段１の正側と２次電池１７の正極を切替えることで充放電を切替えている。さらに、２次電池１７の正極は充電切替手段４を介してモータ１４に接続されている。充電切替手段４は２次電池１７の充電を行なうか行なわないかを切替えるものであり、モータ１４との接続を２次電池１７の正極と、放電スイッチング手段１３を切替えることで充電の切替えを行なっている。放電スイッチング手段１３は２次電池１７の負極に接続されており、充放電切替手段３−２に接続されている。充放電切替手段３−２は、２次電池１７の負極との接続を、充電スイッチング手段５と整流手段１の負側とを切替えることで充放電の切替えを行なっており、充放電切替手段３−１と連動して切替わる。さらに、充放電切替手段３−２と整流手段１の負側との間には、モータ１４の吸込み力と２次電池１７の充電電流を制御する前記充電スイッチング手段５と、この電流を検出する電流検出手段６とが接続されている。２次電池１７の充電制御や、掃除機ホースに設けた手元操作部１６での操作を受け、モータ１４や、掃除機の床用吸込具内に設けた回転ブラシ駆動用電動機などのモータ１５の動作を制御する制御回路７は、充放電切替手段３−２後と整流手段１の負側に並列に接続されており、商用電源や２次電池１７から電源が供給されている。

制御回路７には、動作を制御するためにマイクロコンピュータや、その電源である直流電源や、信号を入出力するための素子があり、手元操作部１６、充放電を制御するための２次電池１７の電池電圧検出手段８、電池温度検出手段９、モータ１４を制御する充電スイッチング手段５、モータ１５の制御を行なう駆動手段１０、２次電池１７の放電を制御するための放電スイッチング手段１３、充電が終了したことを報知する報知手段１１が接続されている。また、制御回路７には、充放電切替手段３−１、３−２や、充電切替手段４も切替え制御できるように接続されている。

商用電源から電源が供給されているかを検出するＡＣ検出手段１２は、整流手段１と並列に接続され、その信号を制御回路７に接続し伝達を行なっている。モータ１５と駆動手段１０は、充放電切替手段３−２後と整流手段１の負側に並列に接続されており、制御回路７によって制御される構成になっている。なお、図示していないが、２次電池１７を冷却する冷却ファンのモータも有しており、この接続はモータ１５と同様であり説明は省略する。

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、通常、充放電切替手段３−１、３−２は、それぞれ整流手段１の正側、充電スイッチング手段５側、充電切替手段４は放電スイッチング手段１３側に接続されていて、商用電源からの供給がある場合は、制御回路７には常時電源が供給されている。ここで、手元操作部１６で操作が行なわれたことを制御回路７が検出すると、商用電源からの供給があるかをＡＣ検出手段１２から検出し、供給がある場合には、電池電圧検出手段８からの信号によって２次電池１７が満充電でなく、かつ電池温度検出手段９からの信号によって充電に適した温度になっているときには、充電切替手段４は放電スイッチング手段１３側から２次電池１７の正極側に切替える。その後、充電スイッチング手段５と駆動手段１０に信号を出力しモータ１４、１５を動作させる。モータ１４が動作しているときには、モータ１４と２次電池１７は直列に接続されているために充電が行なわれる。また、モータ１４の動作時において、ごみが溜まってくるとモータ１４の負荷変動のため電流値が変わってしまうが、電流検出手段６からの信号を受けて制御回路７は充電スイッチング手段５の出力を変化させ一定電流に補正するように動作する。また、この一定電流値は電池電圧によって予め決められており、充電が行なわれ２次電池１７の電池電圧が上昇するとともに一定電流値は低下していくように設定している。

手元操作部１６では複数の吸込み力を選択することができるが、この選択によってモータ１４の吸込み力を充電スイッチング手段５の信号出力によって可変して制御している。充電が行なわれ電池電圧が上昇し、さらに電池温度も上昇し２次電池１７が満充電になったことを検出すると、充電切替手段４は２次電池１７の正極から放電スイッチング手段１３に切替わる。制御回路７で放電スイッチング手段１３を動作させることで、モータ１４の動作を継続させる。満充電となり充電切替手段４が切替わった後に、制御回路７は報知手段１１に出力し、表示、音声あるいはブザーなどで報知を行なう。さらに、使用者にわかりやすいように一定時間吸い込み力を下げるように充電スイッチング手段５に出力を行なう。

２次電池１７が予め満充電であるときや、２次電池１７で掃除を行ったあとの電池温度が高いときには、充電切替手段４は放電スイッチング手段１３に接続され、充電をせずにモータ１４を動作させる。また、このモータ１４からの吸気や排気の一部を２次電池１７にあてることで、２次電池１７の冷却がはやまり、待機時間が短くなり、満充電までの時間を短縮するような構成になっていることは言うまでもない。

充電での電池電圧の上昇によってモータ１４にかかる電圧は小さくなってくるため、吸込み力は徐々に弱くなっていくが、満充電近傍になってくると充電切替手段４が２次電池１７の正極と放電スイッチング手段１３を切替えることで、モータ１４の吸込み力をあげ、充電電流を下げることで満充電検知がしやすくなるように動作させてもよい。この動作によって、すべての吸込み力動作での満充電近傍の充電電流を充電スイッチング手段５と充電切替手段４で同電流にすれば、満充電検知条件も同じにすることができ、確実に満充電検知が行なわれる。

商用電源からの供給がないときに、手元操作部１６で操作されると、制御回路７は２次電池１７から電源が供給され動作を開始する（通常は電池の放電を防ぐために負荷は切断してある）。ＡＣ検出手段１２からの信号で商用電源からの電源供給がないことを検出すると、制御回路７は充放電切替手段３−１、３−２にそれぞれ２次電池１７の正極側、整流手段１の負側に接続されるように出力を行なう。その後、充電スイッチング手段５と駆動手段１０に信号を出力し、モータ１４、１５を動作させる。そして、２次電池１７が放電を行ない電池電圧が予め決められた電圧まで降下すると放電を停止し、充電を行なうように報知手段１１によって使用者に報知を行なう。報知終了後に２次電池１７の全負荷を停止することで、充放電切替手段３−１、３−２はそれぞれ通常の整流手段１の正側、充電スイッチング手段５側に接続が切替わる。

なお、充放電切替手段３−１、３−２は掃除機本体にスイッチを備え、使用者により切替えを行なうようにすれば、制御回路７の制御対象が少なくなり、簡素化が行なえる。

また、商用電源から電源供給がある場合には、モータ１４が回転しないような低電流で充電を行なうことで、はやく充電を完了させることができることは言うまでもない。

本実施の形態では、電動送風機などのモータ１４で充電を行なう場合について説明をしたが、電動機などのモータ１５や冷却ファンのモータで充電を行なう場合も同様の構成にて行なうことができる。また、冷却ファンのモータでの充電においては、商用電源からの供給があるときには、手元操作部１６からの信号がなくても動作を行ない充電することができるため、はやく充電完了をすることができる。

以上のように、本実施の形態においては、商用電源でモータ１４の動作を行なう際に、２次電池１７を充電することにより、充電台が必要でなくなり、安価な充電式電気掃除機を提供することができる。

（実施の形態２）
図２は、本発明の実施の形態２における充電式電気掃除機を示すものである。実施の形態１と同一要素については同一符号を付して説明を省略する。

本実施の形態においては、送風ファンのモータ１８と、電動送風機などのモータ１４は商用電源で動作するＡＣ用と２次電池１７で動作するＤＣ用の２巻線で構成されているものである。

商用電源は整流手段１によって全波整流され、平滑手段２によって平滑された後、整流手段１の正側は、モータ１８の２巻線側の片方に接続され、充電切替手段４を介して２次電池１７の正側に接続されている。モータ１８の２巻線側の他方は、放電スイッチング手段１３を介して２次電池１７の負極に接続されている。さらに、２次電池１７の負側は、整流手段１の負側に接続されていてモータ１８で充電を行なう構成になっている。

モータ１４の２巻線の片方は、商用電源とＡＣスイッチング手段１９に接続されており、商用電源供給時にはＡＣ電源で動作を行なう。モータ１４の他方の巻線は、２次電池１７の正極と、駆動手段１０とに接続され、商用電源供給なし時にはＤＣ電源で動作を行なう。ＡＣスイッチング手段１９は電位をあわせるためにフォトカプラーなどで絶縁を行なっていることは言うまでもない。制御回路７の電源は整流手段１と、２次電池１７が接続されることでどちらの電源でも動作できるようになっている。その他の構成については実施の形態１と同様のため説明は省略する。

上記構成において、通常、充電切替手段４はＯＦＦになっていて、商用電源からの供給がある場合は、制御回路７は常時電源が供給されている。手元操作部１６で操作が行なわれると、商用電源からの供給があるかどうかをＡＣ検出手段１２で検出し、商用電源からの供給があり、かつ２次電池１７に充電可能な場合には、充電切替手段４はＯＮ状態となり、２次電池１７の正極に接続される。その後、充電切替手段４とＡＣスイッチング手段１９に信号を出力しモータ１８、１４を動作させる。このモータ１８が動作しているときには、モータ１８と２次電池１７は直列に接続されているために充電が行なわれ、モータ１４はＡＣ電源にて動作を行なう。

手元操作部１６では複数の吸込み力を選択することができるが、この選択によってモータ１４の吸込み力をＡＣスイッチング手段１９の位相制御信号出力で可変して制御している。２次電池１７が満充電になったことを検出すると、充電切替手段４はＯＦＦとなり、モータ１８の動作を停止させ、充電を停止する。２次電池１７が予め満充電であるときや、２次電池１７で掃除を行ったあとの電池温度が高いときには、充電切替手段４はＯＦＦとなり充電は行なわない。ただし、満充電時や高温状態での待機時でも自己放電を補う程度の補充電流でモータ１８を動作させることにより２次電池１７の冷却を行なうことは言うまでもない。

商用電源からの供給がないときに、手元操作部１６で操作されると、制御回路７は２次電池１７から電源が供給され動作を開始する（先に記述したように、通常は電池の放電を防ぐために負荷は切断してある）。ＡＣ検出手段１２からの信号で商用電源からの電源供給がないことを検出すると、制御回路７は放電スイッチング手段１３と駆動手段１０に信号を出力し、モータ１８、１４を動作させる。放電を行ない電池電圧が予め決められた電圧まで降下すると放電を停止する。

本実施の形態では、送風ファンのモータ１８で充電を行なう説明を行なったが、モータ１４、１５でも同様の構成にて充電することができる。

以上のように、本実施の形態においては、商用電源でモータ１８の動作を行なう際に２次電池１７を充電することにより、充電台が必要でなくなり安価な充電式電気掃除機を提供することができ、かつそれぞれのモータを２巻線とすることで、モータ１４の商用電源時の動作をＡＣ電源で動作させることができるため、整流手段１や充電切替手段４の電流定格を小さくすることができ、発熱も抑えられることから小型化を行なうことができる。また、２巻線とすることで電圧の違う電源での入力電力設定ができるため、電源の違いによる入力電力変化を抑えることができる。さらに、送風ファンのモータ１８は、掃除機のごみ取れ性などの基本性能ではないため、細やかな充電制御が実現できる。

なお、上記した各実施の形態１、２に示した構成は、必要に応じて適宜組み合わせることができるものであり、各実施の形態そのものに限定されるものではない。

以上のように、本発明にかかる充電式電気掃除機は、充電制御を簡素化し、充電台が必要のない安価な充電式電気掃除機とすることができるので、一般家庭用の充電式電気掃除機として有用である。

本発明の実施の形態１における充電式電気掃除機の回路ブロック図 本発明の実施の形態２における充電式電気掃除機の回路ブロック図

符号の説明

１ 整流手段
３−１、３−２ 充放電切替手段
４ 充電切替手段
５ 充電スイッチング手段
６ 電流検出手段
７ 制御回路
１１ 報知手段
１２ ＡＣ検出手段
１４、１５、１８ モータ
１７ ２次電池

Claims (10)

1. ２次電池と、商用電源を整流する整流手段と、２次電池または商用電源を電源とするモータと、前記２次電池の充電、前記モータの動作等の制御を行なう制御回路とを備え、前記商用電源から前記モータと制御回路の電源を供給しているときは、前記２次電池を前記モータと接続して前記２次電池を充電し、商用電源からの電源供給がないときに前記２次電池から前記モータと制御回路の電源を供給するようにした充電式電気掃除機。
2. モータは電気掃除機の吸い込み力を発生する電動送風機とする請求項１に記載の充電式電気掃除機。
3. モータは電気掃除機の床用吸込具の内蔵されている電動機とする請求項１に記載の充電式電気掃除機。
4. モータは２次電池を冷却する冷却ファンとする請求項１に記載の充電式電気掃除機。
5. モータは商用電源で動作するＡＣ用と２次電池で動作するＤＣ用の２巻線で構成されている請求項１〜４のいずれか１項に記載の充電式電気掃除機。
6. ２次電池の充電時に、充電電流を可変または停止を行なうようにした請求項１〜５のいずれか１項に記載の充電式電気掃除機。
7. ２次電池の充電電流を可変する充電スイッチング手段と、充電電流を検出する電流検出手段を備え、負荷変動による電流変化を補正し、２次電池の電圧に応じて一定電流にて充電するようにした請求項１〜６のいずれか１項に記載の充電式電気掃除機。
8. ２次電池の充放電切替えは、掃除機本体に設けたスイッチ操作によって切替えるようにした請求項１〜７のいずれか１項に記載の充電式電気掃除機。
9. 商用電源を検出するＡＣ検出手段を備え、商用電源が供給されているときには２次電池での動作は行なわないようにした請求項１〜８のいずれか１項に記載の充電式電気掃除機。
10. ２次電池の充電が完了した際に、報知を行なう報知手段を備えた請求項１〜９のいずれか１項に記載の充電式電気掃除機。

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