JP2007104802A

JP2007104802A - 充電装置および電気掃除機

Info

Publication number: JP2007104802A
Application number: JP2005290849A
Authority: JP
Inventors: Tomokazu Yoshioka; 友和吉岡
Original assignee: Toshiba TEC Corp
Current assignee: Toshiba TEC Corp
Priority date: 2005-10-04
Filing date: 2005-10-04
Publication date: 2007-04-19

Abstract

【課題】汎用性を向上し、充電器からの最大出力電圧を抑制できる充電装置を提供する。
【解決手段】互いに直列に接続した複数のコンデンサ22のそれぞれに充電器15により電圧を印加して充電して二次電池３に並列に接続したコンデンサ部21を充電することにより、充電したコンデンサ部21を介して二次電池３を充電可能となり、充電器15からの最大出力電圧を、二次電池３の要求電圧を複数のコンデンサ22で分圧した電圧に抑制できるとともに、二次電池３の接続換えなども必要なく、汎用性を向上できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、二次電池を充電可能な充電装置およびこれを備えた電気掃除機に関する。

従来、複数の二次電池を接続した電池パックを充電する充電装置として、複数の電池パックのそれぞれを充電可能な複数の充電回路を備え、これら充電回路の動作を順次制御して充電時間の短縮を図るものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。

また、複数の充電回路を備え、これら充電回路に接続された各電池パックの全充電負荷を検出し、この全充電負荷に応じて充電回路の充電電流の大小を制御するものも知られている（例えば、特許文献２参照。）。
特開平９−１１７０６７号公報（第３頁、図４）特開２００１−１６９４６６号公報（第３−５頁、図３）

ところで、二次電池を使用する電気掃除機においては、吸込効率の一層の向上、すなわちハイパワー化が望まれており、このようなハイパワー化に対応するためには、二次電池の高電圧化が必要となる。

しかしながら、上述の特許文献１あるいは特許文献２に記載された充電装置では、二次電池の高電圧化に対応するために、充電器から二次電池への充電電圧も大きくしなければならず、充電器側からの最大出力電圧が大きくなってしまうという問題点を有している。

例えば、通常の電気掃除機において、二次電池の電圧は３０Ｖ程度であるが、ハイパワー化に対応させるために倍以上の電圧にする際には、充電器から二次電池への充電電圧を７０Ｖ〜８０Ｖ程度にしなければならない。

そして、このように充電器側からの最大出力電圧が大きくなると、使用の際に注意を要し、使い勝手が良好でないという問題がある。

そこで、複数の二次電池を並列に接続して充電した後、これら二次電池を直列に接続を切り換えて放電させる方法も考えられる。

しかしながら、このような方法では、放電時に充電時の５倍〜１０倍、あるいはそれ以上の電流を流して高出力を得るため、並列と直列との接続の切り換え用の接点にもハイパワー型のものを使用しなければならず、並列から直列への切り換えおよび保持にも電力を消費するとともに、また、ハイパワー型の接点でも、流す電流が数十アンペアを越えると、産業用となってさらに大きく重くなり、汎用性に乏しいという問題点を有している。

本発明は、このような点に鑑みなされたもので、汎用性を向上し、充電電源手段からの最大出力電圧を抑制できる充電装置およびこれを備えた電気掃除機を提供することを目的とする。

本発明は、二次電池に並列に接続されたキャパシタ部と、このキャパシタ部を複数に分圧した部分のそれぞれに電圧を印加する充電電源手段とを具備したものである。

本発明によれば、二次電池に並列に接続されたキャパシタ部の複数に分圧した部分のそれぞれを充電電源手段により充電してキャパシタ部を充電することにより、この充電されたキャパシタ部を介して二次電池を充電可能となり、充電電源手段からの最大出力電圧を、二次電池の要求電圧を分圧した電圧に抑制でき、かつ、二次電池の接続換えなども必要なく、汎用性を向上できる。

以下、本発明の一実施の形態の電気掃除機の構成を図１ないし図３を参照して説明する。

図２および図３において、１は掃除機本体で、この掃除機本体１の内部には、電動送風機２およびこの電動送風機２に給電する二次電池３と、電動送風機２の駆動を制御する本体制御手段４とがそれぞれ収容されている。そして、この掃除機本体１は、電動送風機２の駆動にて生じる吸気風とともに吸い込んだ塵埃を集塵カップ５にてサイクロン分離して集塵する、いわゆるサイクロン式の電気掃除機である。

さらに、掃除機本体１には、外部から空気を吸引する本体吸込口６が開口されている。この本体吸込口６には、湾曲可能な細長略円筒状の接続管としてのホース体７が連通接続されている。このホース体７の先端には、作業者に把持される屈曲管としての手元操作部８が設けられ、この手元操作部８には、掃除機本体１内の電動送風機２の強、中、弱、切などの動作モードを本体制御手段４に設定する設定ボタン９が設けられている。

また、この手元操作部８の先端には、伸縮可能な細長略円筒状の延長管10が着脱可能に連通接続されている。さらに、この延長管10の先端には、例えば室内の床面の絨毯などの上に載置させて、この絨毯上の塵埃を吸い込む吸込口体としての床ブラシ11が着脱可能に連通接続されている。

次に、上記電気掃除機の内部構成などについて説明する。

図１に示すように、電動送風機２は、二次電池３の両端から電力の供給を受けている。

二次電池３は、例えばリチウム電池、あるいはニッケル水素電池などの複数のセルを直列に接続した電池パックであり、掃除機本体１と着脱可能に接続される充電電源手段としての充電器15の充電回路により充電されるものである。また、この二次電池３には、キャパシタ部としてのコンデンサ部21が二次電池３に対して並列に接続されている。このコンデンサ部21は、複数のコンデンサ22の直列回路であり、このコンデンサ部21を、充電制御上の電圧、あるいは二次電池３での充電制限電圧などに分圧する複数の分圧部と、これら分圧部のそれぞれに対応する対をなす接点とを有している。本実施の形態では、便宜的に、各コンデンサ22をそれぞれ分圧部とし、これらコンデンサ22には、逆流阻止手段としての一対のダイオード23，24がそれぞれ電気的に接続されている。

また、ダイオード23，24のそれぞれは、例えば掃除機本体１の後部すなわち本体吸込口６（図３）と反対側の端部に露出する入力用の一対の接点26，27に電気的に接続されている。すなわち、これら接点26，27は、コンデンサ22の２倍の個数設けられている。また、各ダイオード23は、アノードが接点26側に、カソードがコンデンサ22側にそれぞれ接続され、各ダイオード24は、アノードがコンデンサ22側に、カソードが接点27側にそれぞれ接続されている。このため、各コンデンサ22は、接点26側から接点27側へと電流が流れるように構成されている。

対をなす接点26，27は、掃除機本体１と充電器15とを接続した際に充電器15の接点部（図示せず）に電気的および機械的に接続され、充電器15からの充電電圧がそれぞれ他の接点26，27と絶縁された状態で供給されるものである。

本体制御手段４は、設定ボタン９により設定された動作モードに応じて電動送風機２を駆動させるマイコンなどにより構成されている。また、この本体制御手段４は、各コンデンサ22、および、二次電池３の充電状態を監視する充電監視手段の機能を有している。

さらに、本体制御手段４は、コンデンサ部21の充電が終了した後、このコンデンサ部21に充電された電荷を二次電池３に充電させる二次電池充電機能を有している。

また、各ダイオード23，24と各接点26，27との間には、これらダイオード23，24と接点26，27とを電気的に接続／遮断するスイッチ35，36を備えた接続遮断手段37が設けられている。この接続遮断手段37は、充電器15と掃除機本体１とが接続された際に閉じ、この充電器15と掃除機本体１との接続が外れた際に開かれる。

そして、充電器15は、図３に示すように、充電時に掃除機本体１の後部を下側にして嵌合させる嵌合凹部41と、この嵌合凹部41の縁部の上端に設けられ充電時に延長管10を係止させる延長管係止凹部42とを備えたケース体43を有し、このケース体43の内部には図示しない所定の充電回路が収容され、この充電回路によりコンデンサ22の直列回路であるコンデンサ部21を充電可能に設けられている。さらに、この充電器15には、商用交流電源すなわちＡＣ１００Ｖに対してコンセントにて着脱可能な電源コード44が導出され、この電源コード44は、充電回路に給電可能となっている。

嵌合凹部41には、掃除機本体１の後部を嵌合させた際に、掃除機本体１の各接点26，27（図１）がそれぞれ電気的に接続される図示しない一対の接点部が設けられている。これら接点部は、ケース体43内にて、充電回路に電気的に接続されている。この充電回路は、定常時に例えば直流（ＤＣ）４２Ｖ以下の充電電圧を接点部から出力するように構成されている。

延長管係止凹部42は、延長管10の背面側に設けられた係止凸部45（図２）が係合されることで、充電時に床ブラシ11、延長管10およびホース体７を充電器15に保持可能とするものである。

そして、本体制御手段４、コンデンサ部21および充電器15などにより、二次電池３の充電装置が構成されている。

次に、上記一実施の形態の動作を説明する。

二次電池３を充電する際には、図３に示すように、電源コード44をコンセントに接続した充電器15の嵌合凹部41に、掃除機本体１を、後側を下側として嵌合させて接点26，27（図１）を充電器15の各接点部にそれぞれ接続すると、接続遮断手段37のスイッチ35，36が図１の想像線に示すように閉じて各接点26，27が各ダイオード23，24を介して各コンデンサ22側へとそれぞれ電気的に接続される。

この状態で、充電器15の充電回路から所定の電圧、例えば二次電池３の要求電圧をコンデンサ22の個数で分圧した電圧と略等しい電圧が接点部、各接点26，27を介して各コンデンサ22に供給され、各コンデンサ22のそれぞれが独立して略均等に充電される。

各コンデンサ22が満充電となると、これらコンデンサ22の直列回路であるコンデンサ部21の両端から、これらコンデンサ22に充電された電圧の和が二次電池３へと印加され、コンデンサ22の容量で決定される電荷量が二次電池３へと充電される。なお、各コンデンサ22の満充電は、これらコンデンサ22へと充電器15から流れる電流などにより判断し、例えばこの電流値が所定値よりも小さくなった場合などとする。

二次電池３の充電が終了した後、掃除をする際には、作業者が充電器15から掃除機本体１を取り外し、手元操作部８を把持して所定の設定ボタン９を操作することで、本体制御手段４が二次電池３から電動送風機２に供給される電力を制御して、設定ボタン９で設定された動作モードに電動送風機２を駆動させる。

さらに、床ブラシ11を床面上で前後に走行させて床ブラシ11の先端から空気とともに床面上の塵埃を吸い込むと、この塵埃が空気とともに延長管10、ホース体７および本体吸込口６を介して集塵カップ５へと吸い込まれ、この集塵カップ５にて空気からサイクロン分離されて集塵カップ５内に捕集される。

塵埃が捕集された空気は、電動送風機２を通過した後、排気風として掃除機本体１から外部へと排気される。

上述したように、上記一実施の形態によれば、充電器15により各コンデンサ22のそれぞれに電圧を印加して充電することで二次電池３に並列に接続されたコンデンサ部21を充電し、この充電されたコンデンサ部21を介して二次電池３を充電することで、充電器15からの最大出力電圧を、二次電池３の要求電圧を複数のコンデンサ22で分圧した電圧に抑制できるとともに、二次電池のセルを並列に充電して放電時には直列に接続換えする従来の構成と比較して、特に二次電池３の出力が大きい場合などの大パワーでの接続の切り換えの必要がなくなるので、構成を簡略化でき、また、例えば充電時の５倍以上の電流を扱う放電時であっても、大電流用の部品などを用いる必要もなく、汎用性を向上できる。

すなわち、二次電池３の出力を向上するために高電圧で二次電池３をそのまま充電すると、二次電池３の最高電圧以上の高電圧を印加する必要があり、充電器15の出力電圧が高圧となる。しかしながら、例えば二次電池３の充電時の過電圧に対する抑制が、予め設定された所定の電圧を越えた電圧程度までしか保障されないととともに、二次電池３がリチウム電池である場合には、指定された最高充電電圧以上では破損するおそれがあるなど、高圧充電は好ましくないため、上記一実施の形態では、充電器15からの出力電圧を分圧により落として各コンデンサ22に供給して、これらコンデンサ22の直列回路であるコンデンサ部21により二次電池３を充電することで、高圧の印加による二次電池３の破損などを防止でき、使い勝手を向上できる。

特に、電気掃除機などの家電製品は、充電器15を本体と別個に設けて着脱自在とすることが一般的であり、二次電池３を充電していない状態では、この充電器15の接点部、あるいはこれら接点部に接続される接点26，27が露出する場合があるため、充電器15側からの充電用の出力電圧を低下させることで、接点部や接点26，27に必要以上の高電圧が加わることを防止し、このような高電圧が外部に出力されることを防止する。

また、各コンデンサ21a，21bが充電されたコンデンサ部21から二次電池３を充電することにより、コンデンサ部21に充電した以上の電荷が二次電池３に充電されるおそれがなく、コンデンサ部21から充電すれば二次電池３の充電状態を細かく管理する必要がないので、充電器15の充電回路、あるいは本体制御手段４の構成などを簡略化できる。すなわち、温度、あるいは充電量などを監視しつつ過充電などを防止するようにきめ細かく充電管理する必要がある二次電池３の充電管理に対して、コンデンサ部21の充電管理は比較的容易であり、定電流充電および定電圧充電を切り換えるなどの従来の二次電池の充電制御と比較して、全体の充電制御が容易になる。

さらに、例えば二次電池３を所定のセル毎に同時に充電する場合では、積み重ねたセル数の最適充電電圧が一義的に決まってしまうのに対して、上記一実施の形態では、充電器15からコンデンサ部21に充電するので、コンデンサの数を増減させることで充電電圧を任意に選択できる。例えば、コンデンサ数を倍にすると、充電電圧は１／２とすることができる。

しかも、上記一実施の形態では、充電されたコンデンサ部21により二次電池３に対して全体同時に充電電流を流すため、全てのセルを常に同一充電状態に保つことが可能になる。

さらに、コンデンサ部21の充電に際しては、各コンデンサ22を略同時に充電できるため、充電時間を短縮できる。

そして、充電器15と掃除機本体１との接続が遮断された際に、接点26，27と二次電池３およびコンデンサ22側とを遮断する接続遮断手段37を設けることで、二次電池３の全体電圧が接点26，27に出力されることを、より確実に防止できる。

また、コンデンサ部21から二次電池３へと充電する際などに、電力を供給する電路を切り換えたりしないので、リレーあるいはスイッチなどの切換手段や切換用の接点などが必要なく、本体制御手段４などの構成を簡略化できる。

さらに、上記の充電装置を電気掃除機に適用することで、電気掃除機のハイパワー化に容易に対応できる。

なお、上記一実施の形態において、コンデンサ部21では、充電制御上の電圧、あるいは二次電池３での充電制限電圧などに応じて分圧するコンデンサの個数などを任意に設定でき、また、対をなす接点26，27などは、これらコンデンサの個数に対応して設ける。

また、充電器15を掃除機本体１に内蔵することも可能である。

さらに、充電装置は、電気掃除機以外でも、二次電池にて駆動する任意の電気機器に対して適用可能である。

本発明の一実施の形態の充電装置を示すブロック図である。同上充電装置を備えた電気掃除機を示す斜視図である。同上充電装置による電気掃除機の充電状態を示す斜視図である。

符号の説明

１掃除機本体
２電動送風機
３二次電池
15 充電電源手段としての充電器
21 キャパシタ部としてのコンデンサ部

Claims

二次電池に並列に接続されたキャパシタ部と、
このキャパシタ部を複数に分圧した部分のそれぞれに電圧を印加する充電電源手段と
を具備したことを特徴とした充電装置。
二次電池からの給電により動作する電動送風機を収容した掃除機本体と、
この掃除機本体に少なくとも一部が設けられた請求項１記載の充電装置と
を具備したことを特徴とした電気掃除機。