JP2008029504A - 電気掃除機 - Google Patents

Abstract

【課題】二次電池手段の充電効率を向上した電気掃除機を提供する。
【解決手段】二次電池部17a，17bの充電を制御する充電制御手段21a，21bと充電器18とを電気的に接続すると、主制御手段15と二次電池手段３との閉回路CCをスイッチ25により開放する。充電器18と充電制御手段21a，21bとによる二次電池部17a，17bの充電時には、二次電池手段３から主制御手段15への待機電源を遮断して、待機電源による二次電池手段３の容量の低下を防止し、充電効率を向上できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、外部の充電手段による二次電池部の充電をそれぞれ制御する複数の充電制御手段を備えた電気掃除機に関する。

従来、この種の電気掃除機は、電動送風機およびこの電動送風機に給電する二次電池手段を収容した掃除機本体を備えている。この掃除機本体には、電動送風機の吸込側に連通して、ホース体、延長管および床ブラシが順次連通接続される。さらに、電動送風機には、二次電池手段の放電を制御することで電動送風機の駆動を制御する主制御手段が電気的に接続されている。そして、例えば電動送風機の吸込力の増強のため高圧の電源を必要とする電気掃除機など、比較的高圧の二次電池手段を用いる電気機器においては、二次電池手段は、複数の二次電池を直列に接続した複数の二次電池部に分割されており、その安全上、充電器に接続してこの充電器により二次電池部を切り換えながら充電する（例えば、特許文献１参照。）。
特開２０００−２７８８７５号公報（第５頁、図４）

しかしながら、上述のように二次電池手段を複数の二次電池部に分割して充電する場合には、二次電池手段を分割した状態でも通電可能となるように、主制御手段などがいずれかの二次電池部などに接続されてスタンバイ状態、すなわち待機状態を維持しており、場合によっては、充電器の制御部周辺にも二次電池手段から電力を供給することもあるなど、二次電池手段が充電中に放電するため、充電効率が良好でないという問題点を有している。

また、このような二次電池手段を有する電気機器を使用しないときでも、充電器により二次電池手段を補充電して消費した電力をキャンセルしなければならないという問題もある。

さらに、電気掃除機の充電時、あるいは非使用時の電力消費を低減するために、放電用の制御手段を節電設計としても、二次電池手段からの電力消費はなくならず、長期保管した場合には、二次電池手段が過放電状態となり、二次電池手段によっては、例えば６か月以上放置した状態などでも、過放電が起こっている場合もあるという問題もある。

本発明は、このような点に鑑みなされたもので、二次電池手段の充電効率を向上した電気掃除機を提供することを目的とする。

本発明は、複数の二次電池部を直列に備え、電動送風機に給電可能な二次電池手段と、この二次電池手段との間で閉回路を形成してこの二次電池手段を電源とするとともに、この二次電池手段からの電力を制御して電動送風機の動作を制御する主制御手段と、二次電池手段の複数の二次電池部に対応して設けられ、外部の充電手段に電気的に接続可能であり、この接続時に充電手段による二次電池部の充電をそれぞれ制御する複数の充電制御手段と、二次電池部間のいずれかに設けられ、閉回路を開閉可能な開閉手段とを具備し、開閉手段が、充電制御手段が充電手段と電気的に接続されたときに閉回路を開放するものである。

本発明によれば、充電制御手段と充電手段とが電気的に接続されると、主制御手段と二次電池手段との閉回路を開閉手段により開放することで、充電手段と充電制御手段とによる二次電池部の充電時には、二次電池手段から主制御手段への待機電源を遮断し、二次電池手段の充電効率を向上できる。

以下、本発明の第１の実施の形態の電気掃除機の構成を図面を参照して説明する。

図２および図３に電気掃除機CLを示し、この電気掃除機CLは、掃除機本体１を備え、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手段３と、電動送風機２の駆動を制御する制御部４とがそれぞれ収容されている。そして、電気掃除機CL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の複数の動作モードを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CL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、二次電池手段３の両端から電力の供給を受け、この二次電池手段３の出力を、主制御部13および制御素子14などを有する主制御手段15により制御することで、その出力を変化させることが可能となっている。そして、これら電動送風機２、主制御手段15、および、二次電池手段３などにより、制御部４が構成されている。

二次電池手段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図示しない複数の二次電池を直列に接続した複数、例えば２つの二次電池部17a，17b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手段としての充電器18により充電されるものである。すなわち、二次電池部17a，17bは、二次電池手段３を、充電制御上の電圧、あるいは二次電池手段３での充電制限電圧などに分圧するものであり、本実施の形態では、充電時の要求電圧を略１／２分割している。

また、二次電池部17a，17bは、電動送風機２、および、主制御手段15との間で閉回路CCを形成している。

さらに、二次電池部17a，17bには、これら二次電池部17a，17bの充電を制御する充電制御手段21a，21bが対応して電気的に接続され、これら充電制御手段21a，21bは、それぞれ端子22a，22bおよび端子23a，23bを介して、充電器18と電気的に接続可能となっている。また、端子22aと充電制御手段21aとの間には、二次電池手段３側から充電器18側への電圧の印加を阻止する保護素子としてのダイオードD1が設けられている。

そして、二次電池部17a，17b間には、これら二次電池部17a，17bの直列接続を開閉することで閉回路CCを開閉可能な開閉手段としてのスイッチ25が設けられている。

このスイッチ25は、電気掃除機CLを充電器18に設置した状態で開放されることで閉回路CCを開放し、電気掃除機CLを充電器18から取り外した状態で閉成されて閉回路CCを閉成するものである。なお、このスイッチ25は、電気的、回路的に開閉する構成としても構わないが、好ましくは、機械的なスイッチとする。

また、充電制御手段21a，21bは、電気掃除機CLを充電器18に設置した状態で、この充電器18側から給電されることで動作するように構成されている。

主制御手段15は、二次電池手段３を電源として動作するもので、例えば二次電池手段３の放電状態を検出する図示しない放電監視手段などを有し、この放電監視手段により検出した二次電池手段３の放電状態と、設定ボタン９により設定された動作モードとに応じて、制御素子14により二次電池手段３から電動送風機２への電力を制御し電動送風機２の駆動を制御可能に構成されている。

また、主制御部13には、二次電池手段３側への主制御手段15側からの電圧の印加を防止する保護素子としてのダイオードD2が、二次電池部17aとの間に接続されている。

そして、制御素子14は、例えばトランジスタなどのスイッチング素子であり、主制御部13から出力される信号によりスイッチング動作される。

一方、充電器18には、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二次電池部17a，17b（図１）を充電可能に設けられている。さらに、この充電器18には、商用交流電源（ＡＣ１００Ｖ）ｅ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、図１に示すように、掃除機本体１の端子22a，22b，23a，23bがそれぞれ電気的に接続される接点部45a，45b，46a，46bが設けられている。また、ケース体43内にて、接点部45a，45bは、充電部48aに、接点部46a，46bは、充電部48bに、それぞれ電気的に接続され、これら充電部48a，48bは、充電部制御手段49に電気的に接続され、この充電部制御手段49により動作を制御される。なお、充電部48a，48bは、常時に例えば直流電圧（ＤＣ）４２Ｖ以下の充電電圧を接点部45a，45b、および、接点部46a，46bからそれぞれ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51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（図２）を充電器18に保持可能とするものである。

次に、上記第１の実施の形態の動作を説明する。

二次電池手段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18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端子22a，22b，23a，23b（図１）を充電器18の接点部45a，45b，46a，46bに接続すると、スイッチ25が開放されて閉回路CCが開放され、電動送風機２および主制御手段15が電気的に二次電池手段３から分離される。

そして、接点部45a，45b，46a，46b、端子22a，22b，23a，23bを介して、充電器18の充電部48a，48bから所定の電圧、例えば二次電池手段３の要求電圧の１／２と略等しい電圧が二次電池部17a，17bに供給され、この二次電池部17a，17bのそれぞれが略均等に充電される。

両二次電池部17a，17bが満充電となると、二次電池手段３の充電を終了する。

二次電池手段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18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、制御部４が二次電池手段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、上記第１の実施の形態によれば、充電制御手段21a，21bと充電器18とが電気的に接続されると、主制御手段15と二次電池手段３との閉回路CCをスイッチ25により開放することで、充電器18と充電制御手段21a，21bとによる二次電池部17a，17bの充電時には、二次電池手段３を回路的に独立させ、この二次電池手段３から主制御手段15への待機電源を遮断して、この待機電源による二次電池手段３の容量の低下を防止し、二次電池手段３の充電効率を向上できる。

すなわち、このように構成することで、必要時以外に主制御手段15での消費電力を０にすることができ、二次電池手段３自身の自己放電で決定される期間がそのまま二次電池手段３の保存期間となるから、充電した二次電池手段３の保存期間を大幅に伸ばすことができる。

さらに、主制御手段15を待機用に節電設計する必要などもなく、また、二次電池手段３での待機電力消費がなくなるので、電気掃除機CLを放置しても、二次電池手段３が過放電状態となることもなく、かつ、電気掃除機CLを使用しないときでも、待機電源をキャンセルするための補充電の必要がない。

また、開閉手段として、機械的なスイッチ25を用いることにより、構成を簡略化でき、小型化に対応できるとともに、スイッチ25を開放状態とすると、二次電池手段３から主制御手段15への給電が完全に遮断されるので、二次電池手段３の容量が漏れなどにより低下することを確実に防止できる。

すなわち、リレーなどを用いると、放電時に大電流を流す必要があり、かつ、大型で、駆動コイルの消費電力も大きくなるなど、不利であるとともに、半導体の開閉器では、漏れ電流が生じ、独立させて駆動させている制御系へ影響を与えるおそれがあるのに対して、機械的なスイッチ25であれば、これらの問題が生じることがない。

しかも、機械的なスイッチ25は、例えば電気掃除機CLの非使用時、あるいは、電気掃除機CLの収納時などに、電気掃除機CLを床上などに載置した場合に対応して開放するように構成することもできるので、このような場合でも主制御手段15での電力の消費を０にでき、二次電池手段３の容量を、有効に利用できる。

さらに、充電制御手段21a，21bは、充電器18側からの給電により動作するため、これら充電制御手段21a，21bの非使用時、すなわち二次電池手段３の放電時に、これら充電制御手段21a，21bにより消費される電力が生じず、充電された二次電池手段３の容量を、より有効に利用できる。

次に、第２の実施の形態を図４を参照して説明する。なお、上記第１の実施の形態と同様の構成および作用については、同一符号を付してその説明を省略する。

この第２の実施の形態は、上記第１の実施の形態において、図４に示すように、充電器18が、充電部48a，48bに代えて、１つの充電部55を有し、この充電部55が、切換手段としての一対のスイッチ55a，55bを備え、これらスイッチ55a，55bが、充電部制御手段49により切り換えられることで、接点部45a，45bと接点部46a，46bとのいずれか一対と選択的に接続されるものである。

そして、この第２の実施の形態では、電気掃除機CLを充電器18に設置すると、端子22a，22b，23a，23bと接点部45a，45b，46a，46bとが電気的に接続されるとともに、スイッチ25が開放され、商用交流電源ｅからの電力を充電部55により変換し、スイッチ55a，55bが接点部45a，45bと接点部46a，46bとに交互に切り換わりつつ接続されることで、二次電池部17aと二次電池部17bとが充電される。

この結果、上記第１の実施の形態と同様の作用効果を奏することができるとともに、充電機18側の構成を簡略化できる。

また、二次電池手段３の充電時に、二次電池部17a，17bを切り換えつつ充電するため、これら二次電池部17a，17bを電気的に遮断するスイッチ25を、開閉手段として用いることにより、開閉手段を別個に設ける必要がなく、構成がより簡略化する。

次に、第３の実施の形態を図５を参照して説明する。なお、上記各実施の形態と同様の構成および作用については、同一符号を付してその説明を省略する。

この第３の実施の形態は、上記第１の実施の形態において、図５に示すように、端子22a，22b，23a，23bに代えて、充電制御手段21a，21bの一端側に共通に接続された端子61と、充電制御手段21a，21bの他端側に共通に接続された端子62とを備え、かつ、充電制御手段21a，21bと端子61，62との間に、二次電池手段３側からの充電器18側への干渉防止用のダイオードD3，D4およびダイオードD5，D6が配設されているものである。

ここで、ダイオードD3，D4は、アノード側が端子61側に、カソード側が充電制御手段21a，21b側に、それぞれ電気的に接続され、ダイオードD5，D6は、アノード側が充電制御手段21a，21b（二次電池部17a，17b）側に、カソード側が端子62側に、それぞれ電気的に接続されている。

また、充電器18は、端子61，62に対応する接点部65，66を有し、これら接点部65，66は、充電部67に電気的に接続されているとともに、接点部66と充電部67との間に、接続開閉手段としてのスイッチ68が配設されている。

そして、この第３の実施の形態では、電気掃除機CLを充電器18に設置すると、端子61，62と接点部65，66とが電気的に接続され、スイッチ68が閉成されるとともに、スイッチ25が開放され、商用交流電源ｅからの電力を充電部67により変換して接点部65，66および端子61，62を介して二次電池手段３の二次電池部17a，17bのそれぞれに電力が供給され、これら二次電池部17a，17bが同時に充電される。

この結果、上記各実施の形態と同様の作用効果を奏することができるとともに、充電器18の構成を、より簡略化でき、かつ、二次電池部17a，17bを同時に充電するので、これら二次電池部17a，17bを切り換えつつ充電する場合と比較して、二次電池手段３の充電時間を短縮できる。

なお、上記各実施の形態において、二次電池手段３を３つ以上の二次電池部に分割した場合でも、同様の充電制御を適用できる。

また、電気掃除機としては、キャニスタ型に限らず、例えば自走式の電気掃除機などでもよく、また、例えば床ブラシ11が掃除機本体１の下面に直接形成されたアップライト型、あるいはハンディ型などであっても対応させて用いることができる。

本発明の第１の実施の形態の電気掃除機を示すブロック図である。 同上電気掃除機を示す斜視図である。 同上電気掃除機の充電状態を示す斜視図である。 本発明の第２の実施の形態の電気掃除機を示すブロック図である。 本発明の第３の実施の形態の電気掃除機を示すブロック図である。

符号の説明

１ 掃除機本体
２ 電動送風機
３ 二次電池手段
15 主制御手段
17a，17b 二次電池部
18 充電手段としての充電器
21a，21b 充電制御手段
25 開閉手段としてのスイッチ
CC 閉回路
CL 電気掃除機

Claims (3)

1. 電動送風機を収容した掃除機本体と、
   複数の二次電池部を直列に備え、前記電動送風機に給電可能な二次電池手段と、
   この二次電池手段との間で閉回路を形成してこの二次電池手段を電源とするとともに、この二次電池手段からの電力を制御して前記電動送風機の動作を制御する主制御手段と、
   前記二次電池手段の複数の二次電池部に対応して設けられ、外部の充電手段に電気的に接続可能であり、この接続時に前記充電手段による前記二次電池部の充電をそれぞれ制御する複数の充電制御手段と、
   前記二次電池部間のいずれかに設けられ、前記閉回路を開閉可能な開閉手段とを具備し、
   前記開閉手段は、前記充電制御手段が前記充電手段と電気的に接続されたときに前記閉回路を開放する
   ことを特徴とした電気掃除機。
2. 各充電制御手段は、充電手段から給電されて動作する
   ことを特徴とした請求項１記載の電気掃除機。
3. 開閉手段は、二次電池部を切り換えて充電する際に用いるスイッチである
   ことを特徴とした請求項１または２記載の電気掃除機。

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