JP2005328875A - 充電式電気掃除機 - Google Patents

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ともに、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。
【解決手段】掃除機本体１を充電台２１に載置した充電時に電動送風機２へ充電台２１から電源を供給するようにし、電動送風機２の排気により二次電池４を冷却するようにしたものである。これによって、電動送風機２を二次電池４の冷却ファンとして使用し、直接二次電池４を冷却するため、新に冷却手段を設けることなく、二次電池の寿命劣化を低減するとともに、安価かつ小型化を実現することができる。
【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一般家庭用の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的に知られている。

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、電動送風機からの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、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では、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。したがって、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すと、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ともに、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、掃除機本体を充電台に載置した充電時に電動送風機へ充電台から電源を供給するようにし、電動送風機の排気により二次電池を冷却するようにしたものである。

これによって、電動送風機を二次電池の冷却ファンとして使用し、直接二次電池を冷却するため、新に冷却手段を設けることなく、二次電池の寿命劣化を低減するとともに、安価かつ小型化を実現することができる。

また、本発明の充電式電気掃除機は、温度検出手段によって検出した電池温度に応じて充電電流制御手段が二次電池への充電電流を変化させるようにしたものである。

これによって、充電中の電池温度が上昇しないように、二次電池の充電電流量を制御することができるため、新に冷却手段を設けることなく、効率的に充電中の二次電池の電池温度を下げることができ、二次電池の寿命劣化を低減するとともに、安価かつ小型化を実現することができる。

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ともに、安価かつ小型化を実現することができる。

第１の発明は、電動送風機を駆動する二次電池を備えた掃除機本体と、前記二次電池を充電する充電台とを有し、前記掃除機本体には電動送風機の駆動による排気を二次電池に導く排気経路を設けるとともに、掃除機本体を充電台に載置した充電時に電動送風機へ充電台から電源を供給するようにした充電式電気掃除機としたことにより、電動送風機を二次電池の冷却ファンとして使用し、直接二次電池を冷却するため、新に冷却手段を設けることなく、二次電池の寿命劣化を低減するとともに、安価かつ小型化を実現することができる。

第２の発明は、特に、第１の発明において、充電台から電動送風機への電源供給は、二次電池の電池温度が所定温度以上であるときに行うようにしたことにより、二次電池の温度が低い場合には電動送風機は作動しないことになり、充電台の無駄な電力消費を抑えることができる。

第３の発明は、特に、第１または２の発明において、充電台から電動送風機への電源供給を停止、作動させる操作手段を設けたことにより、充電を急いでいない場合や電動送風機の動作音が気になる場合などは、前記操作手段により電池冷却を停止させて、自然放熱により電力消費を抑える方法を選択できることになり、より使い勝手の良い掃除機を提供することができる。

第４の発明は、特に、第１〜３のいずれか１つの発明において、充電台から電動送風機への電源供給は、タイマー手段により一定時間行うようにしたことにより、使用者の手間を省き、より使い勝手の良い掃除機を提供することができる。

第５の発明は、特に、第１〜３のいずれか１つの発明において、充電台から電動送風機への電源供給は、二次電池の電池温度が所定温度以下となったときに停止させるようにしたことにより、より最適な温度で二次電池の冷却を停止させ、二次電池の寿命劣化を低減するとともに、充電台の無駄な電力消費を抑えることができ、より使い勝手の良い掃除機を提供することができる。

第６の発明は、において、電動送風機を駆動する二次電池を備えた掃除機本体と、前記二次電池を充電する充電台と、二次電池の温度を検出する温度検出手段と、この温度検出手段によって検出した電池温度に応じて二次電池への充電電流を変化させる充電電流制御手段とを有する充電式電気掃除機としたことにより、充電中の電池温度が上昇しないように、二次電池の充電電流量を制御することができるため、新に冷却手段を設けることなく、効率的に充電中の二次電池の電池温度を下げることができ、二次電池の寿命劣化を低減するとともに、安価かつ小型化を実現することができる。

第７の発明は、特に、第６の発明において、充電電流制御手段は、充電中の二次電池の温度が所定温度以上のときには、二次電池をパルス充電するようにしたことにより、充電中の電池温度が上昇しないように、二次電池の充電電流量を制御することができるため、新に冷却手段を設けることなく、効率的に充電中の二次電池の電池温度が下がることになり、二次電池の寿命劣化を低減するとともに、安価かつ小型化を実現することができる。

第８の発明は、特に、第６の発明において、充電電流制御手段は、充電中の二次電池の温度が所定温度以上のときには、二次電池の充電電流を下げるようにしたことにより、充電中の電池温度が上昇しないように、二次電池の充電電流量を制御することができるため、新に冷却手段を設けることなく、効率的に充電中の二次電池の電池温度が下がることになり、二次電池の寿命劣化を低減するとともに、安価かつ小型化を実現することができる。なお、パルス充電の場合、電流ＯＮ時とＯＦＦ時とで電池電圧が変動し、電池の満充電検知はそのどちらかの期間でのみ行うという複雑な検知制御が必要となるが、充電電流を下げるのみであればそのような複雑な制御は不要となり、制御の簡素化による信頼性向上を実現することもできる。

第９の発明は、特に、第６〜８のいずれか１つの発明において、充電電流制御手段は、掃除機本体を充電台に載置したときの電池温度が所定温度以上であるときは、充電を待機するようにしたことにより、放電後の電池が充分に冷えた状態から充電が開始されることとなり、より二次電池の寿命劣化を低減することができる。

第１０の発明は、特に、第６〜８のいずれか１つの発明において、充電電流制御手段は、掃除機本体を充電台に載置したときの電池温度が所定温度以上であるときは、主充電電流よりも少ない電流を流しながら待機するようにしたことにより、ニッケルカドミウム電池のように、充電初期には吸熱反応を示し充電電流を流すに従い電池温度が低下していく電池の場合、待機中の電池温度の低下を促進することとなり、速やかに主充電へ移行することで使用性の向上を実現できる。

第１１の発明は、特に、第６〜１０のいずれか１つの発明において、充電電流制御手段は、掃除機本体の充電台への載置直後の一定時間は主充電電流で充電し、その後電池温度が所定の温度以下に下がるまで充電を待機するようにしたことにより、短時間使用分の容量は確保できることとなり、放電して充電台へ載置した後またすぐに短時間だけ使用することは可能となることで、使用性の向上を実現できる。

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本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１〜図５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、掃除機本体１は、吸引風を発生させる電動送風機（インバーターモータ）２を内蔵するモータ室３と、電動送風機２を駆動する電源となる二次電池４を電動送風機２の下方に内蔵する電池室５と、電動送風機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を電源として電動送風機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。排気口２３は、掃除機本体１の後壁に設けられ、電動送風機２からの排気を排出する。

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に電動送風機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ともに、掃除機本体１上面には、電動送風機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、図２に示すように、隔壁１４で仕切られており、この隔壁１４の略中央部には電動送風機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には、モータ室３と電池室５を連通するとともに電池室５に流入した排気（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、電動送風機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から形成された排気通路を経て排気口２３に至る分とに分かれる。

図４に示すように、二次電池４内にはリレー１８と、二次電池４の温度を検出するための温度検出手段（サーミスタ）１９が内蔵されており、温度検出手段１９の一端は二次電池４の−極に接続され、もう一端は充電制御回路２２内の分割抵抗２０に繋がっている。そして、掃除機本体１は下部に、図３に示すように、充電台２１と接続するための本体側端子２８ａを備えている。

また、本体制御回路７には、マイコン２４等の制御回路部の電源を生成する電源部２５を有し、電源部２５は二次電池４の電圧を５Ｖに変換している。マイコン２４には、充電制御回路２２からの電動送風機２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２４からは、リレー１８のＯＮ／ＯＦＦ信号と、電動送風機２を駆動するためのＯＮ／ＯＦＦ信号が出力されている。

充電台２１は、図３に示すように、商用電源２６を接続するコード２７、内部に収納した充電制御回路２２、掃除機本体１の本体側端子２８ａと接続する充電台側端子２８ｂ、電動送風機２への電源供給を強制的に停止、作動させる操作手段２９で構成されている。

図４において、充電台２１の充電制御回路２２は、充電制御回路マイコン３０等の制御回路部の電源を生成する充電制御回路電源部３１を有し、充電制御回路電源部３１は商用電源２６を整流するためのダイオードブリッジ３２によって整流後の電圧を５Ｖに変換している。充電制御回路マイコン３０には、分割抵抗２０と温度検出手段１９との分割電圧信号Ｖ１と、電動送風機２を強制的に停止、作動させる操作手段２９からの信号が入力されている。

充電制御回路マイコン３０からは、トランジスタ３３の制御を行うための信号と、電動送風機２を駆動させるためにマイコン２４にＯＮ／ＯＦＦ信号を出力している。

次に、上記した充電式電気掃除機の動作について説明する。

図５は、二次電池温度（充電制御回路マイコン３０に入力される分割電圧信号によって判断される電池温度Ｔ１）の変化と、電動送風機２の動作及び二次電池４の充電状態を示している。

掃除機を使用後、掃除機本体１を充電台２１に載置すると、分割抵抗２０と温度検出手段１９との分割電圧信号Ｖ１が充電制御回路マイコン３０に入力され、充電制御回路２２が充電台２１に掃除機本体１を載置したことを検知し、充電制御回路マイコン３０がトランジスタ３３をＯＮさせ、二次電池４に充電電流を流す。

このとき、分割抵抗２０と温度検出手段１９との分割電圧信号によって判断される電池温度Ｔ１が温度閾値レベルより高かった場合、充電制御回路マイコン３０はリレー１８をＯＦＦし、マイコン２４に電動送風機２を駆動させるためのＯＮ信号を出力し、マイコン２４は電動送風機２を動作させる。一方、リレー１８がＯＦＦしているため、二次電池４はＯＰＥＮになっており、電動送風機２が充電制御回路２２を電源として駆動される。これによって吸引風が発生し、吸引風は床用吸込み口１０から電動送風機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から掃除機本体１外へ排出される。そのとき排気の一部は、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。

そして、分割抵抗２０と温度検出手段１９との分割電圧信号による電池温度Ｔ１が温度閾値より下がったとき、充電制御回路マイコン３０は電動送風機２をＯＦＦさせるよう信号を出し、電動送風機２は停止する。また、充電制御回路マイコン３０はリレー１８をＯＮさせ充電が開始する。

以上のように、本実施の形態においては、電動送風機２を二次電池４の冷却ファンとして使用し、かつ電動送風機２が直接二次電池４を冷却するため、新に冷却手段を設けることなく、二次電池４の寿命劣化を低減するとともに、安価かつ小型化を実現することができる。また、電動送風機２を充電台２１からの電源により駆動することで、電池容量の無駄な消費を防ぎ、かつその際発生する僅かな電池温度の上昇影響も防止できることになり、より効率的な充電が実現できる。

また、充電台２１から電動送風機２への電源供給は、二次電池４の電池温度が所定温度以上であるときに行うようにしたことにより、二次電池４の温度が低い場合には電動送風機２は作動しないことになり、充電台２１の無駄な電力消費を抑えることができる。

また、充電台２１から電動送風機２への電源供給を停止、作動させる操作手段２９を設けたことにより、充電を急いでいない場合や電動送風機２の動作音が気になる場合などは、前記操作手段２９により電池冷却を停止させて、自然放熱により電力消費を抑える方法を選択できることになり、より使い勝手の良い掃除機を提供することができる。

また、充電台２１から電動送風機２への電源供給は、タイマー手段により一定時間行うようにすることにより、使用者の手間を省き、より使い勝手の良い掃除機を提供することができる。

さらに、充電台２１から電動送風機２への電源供給は、二次電池４の電池温度が所定温度以下となったときに停止させるようにすることにより、より最適な温度で二次電池４の冷却を停止させ、二次電池４の寿命劣化を低減するとともに、充電台２１の無駄な電力消費を抑えることができ、より使い勝手の良い掃除機を提供することができる。

なお、電池冷却を停止させる手段としては、温度検出手段１９による温度検知機能で行ってもよいものである。

（実施の形態２）
図６、図７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。

本実施の形態では、図６に示すように、二次電池４の温度を検出する温度検出手段１９と、この温度検出手段１９によって検出した電池温度に応じて二次電池４への充電電流を変化させる充電電流制御手段３４とを有するものである。充電制御回路２２の充電制御回路マイコン３０からは、充電電流制御手段３４の制御を行うための信号が出力されている。

充電制御回路マイコン３０はタイマー機能と、充電を開始するかどうを判断する第一の温度閾値レベルと、主充電中に充電電流を下げるかどうかを判断する第二の温度閾値レベルを有している。

図７は、二次電池温度（充電制御回路マイコン３０に入力される分割電圧信号によって判断される電池温度Ｔ２）の変化と、二次電池４の充電電流の変化を示している。

掃除後、掃除機本体１を充電台２１に載置すると、充電制御回路２２はタイマーの指定する時間主充電を行う、指定時間経過後、充電制御回路マイコン３０に分割抵抗２０と温度検出手段１９との分割電圧信号Ｖ１によって判断される電池温度Ｔ２が入力され、その値が第一の温度閾値レベルより低ければ、主充電はそのまま継続する。しかし、温度が第一の温度閾値レベルを超えていた場合は、充電電流制御手段３４はＯＦＦし、電池温度Ｔ２の温度が第一の温度閾値レベル以下に下がるまで待機する。また、主充電中に電池温度Ｔ２の温度が第二の閾値レベルを超えた場合は、充電電流制御手段３４の電流を主充電よりも下げた状態で充電を行う。なお、電流を下げる代わりにパルス充電を行ってもよい。

以上のように、本実施の形態では、電池温度に応じて二次電池４への充電電流を変化させる充電電流制御手段３４を有することにより、充電中の電池温度が上昇しないように、二次電池４の充電電流量を制御することができるため、新に冷却手段を設けることなく、効率的に充電中の二次電池４の電池温度を下げることができ、二次電池４の寿命劣化を低減するとともに、安価かつ小型化を実現することができる。

また、充電電流制御手段３４は、充電中の二次電池４の温度が所定温度以上のときには、二次電池４をパルス充電すれば、充電中の電池温度が上昇しないように、二次電池４の充電電流量を制御することができる。

また、充電電流制御手段３４は、充電中の二次電池４の温度が所定温度以上のときには、二次電池４の充電電流を下げるようにすれば、充電中の電池温度が上昇しないように、二次電池４の充電電流量を制御することができる。なお、この場合、パルス充電では、電流ＯＮ時とＯＦＦ時とで電池電圧が変動し、電池の満充電検知はそのどちらかの期間でのみ行うという複雑な検知制御が必要となるが、充電電流を下げるのみであるのでそのような複雑な制御は不要となり、制御の簡素化による信頼性向上を実現することもできる。

また、充電電流制御手段３４は、掃除機本体１を充電台２１に載置したときの電池温度が所定温度以上であるときは、充電を待機するようにすれば、放電後の電池が充分に冷えた状態から充電が開始されることとなり、より二次電池４の寿命劣化を低減することができる。

また、充電電流制御手段３４は、掃除機本体１を充電台２１に載置したときの電池温度が所定温度以上であるときは、主充電電流よりも少ない電流を流しながら待機するようにすれば、ニッケルカドミウム電池のように、充電初期には吸熱反応を示し充電電流を流すに従い電池温度が低下していく電池の場合、待機中の電池温度の低下を促進することとなり、速やかに主充電へ移行することで使用性の向上を実現できる。

さらに、充電電流制御手段３４は、掃除機本体１の充電台２１への載置直後の一定時間は主充電電流で充電し、その後電池温度が所定の温度以下に下がるまで充電を待機するようにすれば、短時間使用分の容量は確保できることとなり、放電して充電台２１へ載置した後またすぐに短時間だけ使用することは可能となることで、使用性の向上を実現できる。

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ともに、機器の低コスト化かつ小型化が可能となるので、家庭用、業務用等の用途に適用できる。

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 同充電式電気掃除機における掃除機本体と充電台の分離状態を示す斜視図 同充電式電気掃除機の回路ブロック図 （ａ）同充電式掃除機の二次電池の温度特性図（ｂ）同充電式掃除機の電動送風機の運転動作説明図（ｃ）同二次電池の充電状態説明図 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 （ａ）同充電式電気掃除機の二次電池の温度特性図（ｂ）同二次電池の充電状態説明図

符号の説明

１ 掃除機本体
２ 電動送風機
４ 二次電池
７ 本体制御回路
１９ 温度検出手段
２１ 充電台
２２ 充電制御回路
２９ 操作手段
３０ 充電制御回路マイコン
３４ 充電電流制御手段

Claims (11)

1. 電動送風機を駆動する二次電池を備えた掃除機本体と、前記二次電池を充電する充電台とを備え、前記掃除機本体に前記電動送風機の駆動による排気を二次電池に導く排気経路を設けるとともに、前記二次電池の充電のため前記掃除機本体を充電台に載置した際に、前記電動送風機の電源を前記充電台から供給するようにした充電式電気掃除機。
2. 充電台から電動送風機への電源供給は、二次電池の電池温度が所定温度以上の際に行うようにした請求項１に記載の充電式電気掃除機。
3. 充電台から電動送風機への電源供給を停止、作動させる操作手段を設けた請求項１または２に記載の充電式電気掃除機。
4. タイマー手段を備え、充電台から電動送風機への電源供給は、前記タイマー手段により一定時間行うようにした請求項１〜３のいずれか１項に記載の充電式電気掃除機。
5. 充電台から電動送風機への電源供給は、二次電池の電池温度が所定温度以下となったときに停止させるようにした請求項１〜３のいずれか１項に記載の充電式電気掃除機。
6. 電動送風機を駆動する二次電池を備えた掃除機本体と、前記二次電池を充電する充電台と、二次電池の温度を検出する温度検出手段と、この温度検出手段によって検出した電池温度に応じて二次電池への充電電流を変化させる充電電流制御手段とを有する充電式電気掃除機。
7. 充電電流制御手段は、充電中の二次電池の温度が所定温度以上のときには、二次電池をパルス充電するようにした請求項６に記載の電気掃除機。
8. 充電電流制御手段は、充電中の二次電池の温度が所定温度以上のときには、二次電池の充電電流を下げるようにした請求項６に記載の電気掃除機。
9. 充電電流制御手段は、掃除機本体を充電台に載置したときの電池温度が所定温度以上であるときは、充電を待機するようにした請求項６〜８のいずれか１項に記載の充電式電気掃除機。
10. 充電電流制御手段は、掃除機本体を充電台に載置したときの電池温度が所定温度以上であるときは、主充電電流よりも少ない電流を流しながら待機するようにした請求項６〜８のいずれか１項に記載の充電式電気掃除機。
11. 充電電流制御手段は、掃除機本体の充電台への載置直後の一定時間は主充電電流で充電し、その後電池温度が所定の温度以下に下がるまで充電を待機するようにした請求項６〜８のいずれか１項に記載の充電式電気掃除機。

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