JP2014236518A

JP2014236518A - 充電式電気掃除機

Info

Publication number: JP2014236518A
Application number: JP2013114397A
Authority: JP
Inventors: 関根　加津典; Katsunori Sekine; 加津典関根; 拓也古山; Takuya Furuyama
Original assignee: Mitsubishi Electric Home Appliance Co Ltd; Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Home Appliance Co Ltd; Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2013-05-30
Filing date: 2013-05-30
Publication date: 2014-12-15
Anticipated expiration: 2033-05-30
Also published as: JP6157221B2

Abstract

【課題】リチウムイオン電池の充電時間を短く、かつリチウムイオン電池の劣化を抑制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】吸込み具４を介して被掃除面上の塵埃を吸引するファンモーター５を有する掃除機本体１と、掃除機本体１の内部に設けられ、ファンモーター５に電力を供給するリチウムイオン電池６と、リチウムイオン電池６の単位時間当たりの充電量を一定時間毎に検出し、その単位時間当たりの充電量が前回検出した単位時間当たりの充電量よりも低下したときにリチウムイオン電池６への充電を完了する充電検出部７とを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、掃除機本体の内部に２次電池を備えた充電式電気掃除機に関するものである。

現在の充電式電気掃除機は、主にリチウムイオン電池、またはニッケル水素電池を使用しているものが主流となっているが、リチウムイオン電池とニッケル水素電池では、例えばメモリー効果の有無など、その取扱方法は異なる。
また、充電式電気掃除機は、生活様式の多様化に伴い、手軽に掃除が行える手段として市場規模が増加していると共に、急速充電や長時間駆動など、その充電池に依存した性能についても改善が求められている。

充電池を利用した技術としては、携帯電話が挙げられるが、放電電流の大きさやセル構造などに大きな違いがあり、それぞれの携帯での最適な使用方法を適用すべきである。特に、リチウムイオン電池の場合には、満充電を超えた過充電を行なった場合には、イオン析出などにより発火など重大な事故が生じる可能性があることから、過充電の防止制御に関する技術は様々なものがでている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００３−３３３７６４号公報（要約）

一般的に、リチウムイオン電池では、満充電平衡電圧まで充電し、充電最低電圧まで放電する最大充放電電圧の利用が最も充電池に負荷を与え、劣化の原因となっている。前述した従来技術に開示された充電方式では、前記の最大充放電電圧の利用方法となるため、充電池が早く劣化してしまうという課題があった。

また、満充電平衡電圧まで充電させる場合、途中段階まではほぼ時間に比例して充電電圧は上昇するが、一定電圧を超えると、一定時間に対する電圧変化が小さくなるため、満充電までの充電時間が長くかかってしまうという課題もあった。

本発明は、前述のような課題を解決するためになされたもので、第１の目的は、２次電池の充電時間を短く、かつ２次電池の劣化を抑制することができる充電式電気掃除機を得るものである。第２の目的は、使い勝手の良い充電式電気掃除機を得るものである。

本発明に係る充電式電気掃除機は、被掃除面上の塵埃を吸引するファンモーターを有する掃除機本体と、掃除機本体の内部に設けられ、ファンモーターに電力を供給する２次電池と、２次電池の単位時間当たりの充電量を一定時間毎に検出し、その単位時間当たりの充電量が前回検出した単位時間当たりの充電量よりも低下したときに２次電池への充電を完了する充電検出部とを備えたものである。

本発明によれば、２次電池の単位時間当たりの充電量を一定時間毎に検出し、その単位時間当たりの充電量が前回検出した単位時間当たりの充電量よりも低下したときに２次電池への充電を完了するようにしている。これにより、２次電池への充電時間が短くなり、２次電池の容量に対して満充電になる前に充電を完了しているので、２次電池の劣化を抑えることができる。

本発明の実施の形態１に係る充電式電気掃除機の構成を模式的に示す斜視図。本発明の実施の形態１に係る充電式電気掃除機のリチウムイオン電池の充電率を示す特性図。本発明の実施の形態３に係る充電式電気掃除機のリチウムイオン電池の充電率の一部を示す部分特性図。本発明の実施の形態４に係る充電式電気掃除機の回路図。

以下に、本発明に係る充電式電気掃除機の実施の形態について、図面を参照して説明する。
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１に係る充電式電気掃除機の構成を模式的に示す斜視図である。なお、図１にはモード切替スイッチ３０が示されているが、これは、実施の形態３で説明する。
実施の形態１の充電式電気掃除機は、掃除機本体１と、掃除機本体１に取り外し自在に連結されるホース２と、被掃除面に接して塵埃を吸引するための吸込み具４と、ホース２及び吸込み具４が取り外し自在に連結される延長管３と、充電台２０とを備えている。ホース２は、例えば複数本のピアノ線が内蔵されたジャバラ部と、ジャバラ部の延長管３側の端部に設けられ、掃除機本体１を動作させる手元操作部を有する把持部２ａとで構成されている。

掃除機本体１の内部には、掃除機本体１に連結されたホース２、延長管３及び吸込み具４を介して被掃除面上の塵埃を吸引するファンモーター５と、ファンモーター５に電力を供給する例えばリチウムイオン電池６（２次電池）と、充電検出部７とが設けられている。また、掃除機本体１には、ファンモーター５により吸引された塵埃を集塵する集塵室が設けられている。掃除機本体１の外郭には、本体電極８と、表示手段である例えばＬＥＤの発光部９とが設けられている。

充電台２０には、商用電源の交流電圧から充電用の直流電圧を生成する電源装置、リチウムイオン電池６への充電を制御する充電制御回路、電極２１などが設けられている。充電台２０の電極２１と掃除機本体１の本体電極８とを電気的に接合することで、リチウムイオン電池６に充電が開始される。

充電検出部７は、メモリを有し、リチウムイオン電池６と本体電極８との間、もしくはリチウムイオン電池６に並列に接続されている。この充電検出部７は、リチウムイオン電池６への充電開始を検出し、充電開始から一定時間毎に特定時間の間にリチウムイオン電池６に充電される電力量を測定し、その測定した電力量を特定時間で除算し、単位時間（特定時間）当たりの充電量を算出してメモリに保存する機能を有している。

ここで、リチウムイオン電池６の充電特性について図２を用いて説明し、その充電特性からリチウムイオン電池６への充電完了のタイミングについて説明する。
図２は本発明の実施の形態１に係る充電式電気掃除機のリチウムイオン電池の充電率を示す特性図である。なお、図２は、縦軸に充電率を、横軸に時間をとっており、通常充電モード時の曲線図である。

一般的な充電制御における充電率は、おおよそ９０％前後のところから単位時間当たりの充電率が低下する。例えば、充電率が０〜９０％の間は、１％／分で充電されて比例直線状になるが、９０％を超えると０．５％／分となって、充電率が低下していく。この曲線からも分かるように、リチウムイオン電池６を１００％まで充電する場合には、充電時間が長くなってしまう。

また、リチウムイオン電池６にとって、早く劣化（≒容量低下）が生じる充電の仕方として、リチウムイオン電池６の容量に対して０〜１００％での充放電を繰り返す方法である。従って、充電を途中で停止して使用することは、リチウムイオン電池６の容量低下を防ぎ、長期にわたり製品を使用することができることに繋がる。

そこで、本実施の形態における充電検出部７は、前述のメモリに保存（記憶）した単位時間当たりの充電量が、前回保存した単位時間当たりの充電量よりも低下したときに、リチウムイオン電池６への充電を完了する。この時、充電検出部７は、発光部９を点灯して充電完了を報知する。

また、充電検出部７は、リチウムイオン電池６からの電力供給によりファンモーター５が駆動したときには、発光部９を点灯し、リチウムイオン電池６の充電量の残量を検出する。充電検出部７は、リチウムイオン電池６の充電量が一定量まで低下したときには、発光部９の点灯を点滅に切り替え、さらにリチウムイオン電池６の充電量が少なくなったときには、発光部９の点滅周期を短くする。

次に、前記のように構成された充電式電気掃除機の動作について説明する。
充電台２０の電極２１と掃除機本体１の本体電極８とを電気的に接合すると、充電検出部７は、リチウムイオン電池６への充電の開始を検出する。充電検出部７は、充電開始から一定時間毎に特定時間の間にリチウムイオン電池６に充電される電力量を測定し、その測定した電力量を特定時間で除算して、その単位時間（特定時間）当たりの充電量を算出しメモリに保存する。そして、充電検出部７は、保存した単位時間当たりの充電量が、前回保存した単位時間当たりの充電量よりも低下したときには、リチウムイオン電池６への充電を完了し、発光部９を点灯して充電完了を報知する。ここで、メモリに保存した単位時間当たりの充電量が、前回保存した単位時間当たりの充電量よりも低下したときとは、図２の特性図において、充電時間に対する充電率の変化率（傾き）が低下したときに相当する。リチウムイオン電池６の充電量が満充電の７５％〜９５％（９５％で充電率の変化率（傾き）が著しく低下）の間に達したときに、リチウムイオン電池６への充電を完了する。

ホース２の把持部２ａに設けられた手元操作部の操作により、リチウムイオン電池６から掃除機本体１のファンモーター５へ電力が供給されると、充電検出部７は、発光部９を点灯し、リチウムイオン電池６の充電量の残量を検出する。充電検出部７は、リチウムイオン電池６の充電量が一定量まで低下したときには、発光部９の点灯を点滅に切り替え、さらにリチウムイオン電池６の充電量が少なくなったときには、発光部９の点滅周期を短くする。

以上のように実施の形態１によれば、リチウムイオン電池６の単位時間当たりの充電量を一定時間毎に算出し、単位時間当たりの充電量が前回の充電量よりも低下したときにリチウムイオン電池６への充電を完了するようにしている。これにより、リチウムイオン電池６への充電時間が短くなり、リチウムイオン電池６の容量に対して０〜１００％での充放電を繰り返す方法と比べ、リチウムイオン電池６の劣化を抑えることができる。

また、リチウムイオン電池６からファンモーター５へ電力が供給されたときに、発光部９を点灯し、リチウムイオン電池６の充電量が一定量まで低下したときには、発光部９の点灯を点滅に切り替え、さらにリチウムイオン電池６の充電量が少なくなったときには、発光部９の点滅周期が短くなるようにしている。このように、発光部９の点灯状態の切り替えにより、次回、掃除機本体１が使用できるかどうかを、使用者にリチウムイオン電池６の充電切れの注意を促すことができ、使い勝手の良い充電式電気掃除機を提供できる。

実施の形態２．
実施の形態２は、リチウムイオン電池６の経年劣化により放電時間が短くなったときにリチウムイオン電池６の容量が満充電（１００％）になるまで行うようにしたものである。なお、実施の形態２に係る充電式電気掃除機の構成は、図１で説明した実施の形態１と同様である。

実施の形態２においては、充電検出部７のメモリには、リチウムイオン電池６の劣化を検出するために、リチウムイオン電池６を満充電し、ファンモーター５へ電力を供給して、充電量が満充電（１００％）から０％になるまでの放電時間の閾値（設定時間）が保存されている。この閾値は、リチウムイオン電池６が劣化する前の放電時間よりも短い時間である。充電検出部７は、リチウムイオン電池６の劣化を検出するまでは、実施の形態１と同様に、リチウムイオン電池６の単位時間当たりの充電量を一定時間毎に算出し、単位時間当たりの充電量が前回の充電量よりも低下したときにリチウムイオン電池６への充電を完了するようにしている。

充電検出部７は、リチウムイオン電池６の充電量が１００％から０％になるまでの放電時間を測定し、その放電時間が閾値以下のときには、リチウムイオン電池６の劣化を検出する。充電検出部７は、リチウムイオン電池６が劣化していると検出した場合の充電は、リチウムイオン電池６の容量が満充電（１００％）になるまで行う。

また、実施の形態１と同様に、リチウムイオン電池６から掃除機本体１のファンモーター５へ電力が供給されると、充電検出部７は、発光部９を点灯し、リチウムイオン電池６の充電量の残量を検出する。そして、充電検出部７は、リチウムイオン電池６の充電量が一定量まで低下したときには、発光部９の点灯を点滅に切り替え、さらにリチウムイオン電池６の充電量が少なくなったときには、発光部９の点滅周期を短くする。なお、リチウムイオン電池６が劣化しているときの一定量は、リチウムイオン電池６が劣化する前の一定量よりも少なく設定されている。

以上のように実施の形態２によれば、リチウムイオン電池６の放電時間からリチウムイオン電池６の劣化を検出したときの充電を行う場合、リチウムイオン電池６の容量が満充電（１００％）になるまで行うようにしている。このため、十分なリチウムイオン電池６の充電量を確保することができる。

なお、実施の形態２では、リチウムイオン電池６の充電量が１００％から０％になるまでの放電時間が閾値以下のときに、リチウムイオン電池６の劣化を検出するようにしたが、これに限定されるものではない。例えば、放電開始から一定時間当たりの電圧変化が、リチウムイオン電池６が劣化する前の一定時間当たりの電圧変化よりも大きいときにリチウムイオン電池６の劣化を検出するようにしてもよい。

実施の形態３．
実施の形態３は、リチウムイオン電池６の充電モードを選択できるようにしたものである。
図３は本発明の実施の形態３に係る充電式電気掃除機のリチウムイオン電池の充電率の一部を示す部分特性図である。この図３は、図２と同様に一般的なリチウムイオン電池の充電特性であり、縦軸に充電率を、横軸に時間をとっており、図２よりも横軸の時間を短くして表した曲線図となっている。

実施の形態３においては、図１に示すように、掃除機本体１の外郭にモード切替スイッチ３０が設けられた充電式電気掃除機である。モード切替スイッチ３０を一方へスライドさせたときには通常充電モードである第１の充電モードが選択され、モード切替スイッチ３０を他方へスライドさせたときには第２の充電モードに切り替えられる。

例えば図３に示すように、第１の充電モードのときには、時間Ｔｎで１Ｃ充電され、第２の充電モードのときには、同じ時間Ｔｎで１．５Ｃ〜２．５Ｃ充電される。即ち、第２の充電モードは、第１の充電モードに比べて、１．５倍〜２．５倍の速度で充電される（斜線部分）。第１の充電モードあるいは第２の充電モードでのリチウムイオン電池６の充電完了は、実施の形態１と同様である。

つまり、リチウムイオン電池６の単位時間当たりの充電量を一定時間毎に算出し、単位時間当たりの充電量が前回の充電量よりも低下したときにリチウムイオン電池６への充電を完了する。モード切替スイッチ３０により選択される第１の充電モードあるいは第２の充電モードに基づくリチウムイオン電池６への充電は、充電検出部７によって行われる。

リチウムイオン電池６の一般的な特性として、大きな充電電流で充電を行えばそれだけ急速に充電を完了することができるが、リチウムイオン電池６にも負担がかかってしまうため、繰り返しによる容量低下（劣化）も早くなってしまうというデメリットが生じてしまう。
しかし、実施の形態３では、充電式電気掃除機の使用者にとっては、容量低下はできるだけ少ないほうが望ましい一方で、充電時間はできるだけ短いほうがより利便性が高まるだけでなく、急に必要となった場合などでは、より早く充電をさせたい場面もあり、相反する要求機能となっている。

以上のように実施の形態３においては、第１の充電モードが選択されたときには、実施の形態１と同様の速度でリチウムイオン電池６を充電し、第２の充電モードが選択されたときには、第１の充電モードよりも１．５倍〜２．５倍の速度で充電できるようにしている。これにより、使用者がリチウムイオン電池６の寿命を長くするか、寿命が短くなるが速く充電させたいかの選択ができ、使い勝手の良い充電式電気掃除機を提供できる。

実施の形態４．
図４は本発明の実施の形態４に係る充電式電気掃除機の回路図である。なお、図１で説明した実施の形態１と同様の部分に同じ符号を付している。
図４において、リチウムイオン電池６は、手元操作部に設けられた電源スイッチ１０及び切替スイッチ１１を介してファンモーター５と接続されていると共に、切替スイッチ１１を介して電力測定回路１２（電力測定手段）と接続されている。切替スイッチ１１は、通常、ファンモーター５側を接続しており、電源スイッチ１０をオンしたときに、リチウムイオン電池６からファンモーター５に電力が供給される。

電力測定回路１２は、リチウムイオン電池６と直列に接続された電流測定部１４と、リチウムイオン電池６に並列に接続された電圧測定部１３とで構成され、リチウムイオン電池６の電力を測定する。電流測定部１４及び電圧測定部１３によりそれぞれ測定されたリチウムイオン電池６の電流及び電圧は、充電検出部７に入力される。

充電検出部７は、電源スイッチ１０がオフ状態のときに、例えばファンモーター５の駆動が停止されて充電式電気掃除機の使用が終了したときに、切替スイッチ１１の接続を電力測定回路１２側に切り替えて、電力測定回路１２により測定された電流及び電圧を一定時間（特定時間）読み込んで、その特定時間に亘り読み込んだ電流値と電圧値の積を積分して電流測定部１４に直列に接続される抵抗で消費される積算電力量を算出する。この積算電力量をその特定時間で除算して、単位時間（一定時間）当たりの電力量を算出する。そして、充電検出部７は、メモリに保存した前回の単位時間当たりの電力量とからリチウムイオン電池６の充電量の低下率を算出し、かつ、予めメモリに保存しているリチウムイオン電池６の最低容量（０％）に対して残り使用時間を算出する。充電検出部７は、算出した残り使用時間が充電式電気掃除機の使用に必要な使用可能時間以下のときには、発光部９を点滅させて充電を促す。

以上のように、算出した残り時間が充電式電気掃除機の使用に必要な使用可能時間以下のときには、発光部９を点滅させて充電を促すようにしているので、使用者にとって、次回に充電式電気掃除機を使用できるかどうかを判断でき、使い勝手の良い充電式電気掃除機を提供できる。

なお、実施の形態４では、残り時間が充電式電気掃除機の使用に必要な使用可能時間以下のときに、発光部９を点滅させるようにしたが、残り時間に応じて発光部９の点滅周期を変えるようにしてもよい。また、発光部９に代えて、液晶表示部に残り時間を表示するようにしてもよい。

なお、実施の形態１〜４では、充電検出部７を掃除機本体１の内部に設けたが、充電台２０の中に設けてもよい。

また、発光部９の点滅周期は、無段階の調整では技術的な制御が難しいため、例えば予めリチウムイオン電池６の充電量の残量に対する発光部９の点滅周期の時間をテーブル化してメモリに保存し、そのテーブルを用いて発光部９を制御するようにしてもよい。

１掃除機本体、２ホース、２ａ把持部、３延長管、４吸込み具、５ファンモーター、６リチウムイオン電池、７充電検出部、８本体電極、９発光部、１０電源スイッチ、１１切替スイッチ、１２電力測定回路、１３電圧測定部、１４電流測定部、２０充電台、２１電極、３０モード切替スイッチ。

Claims

被掃除面上の塵埃を吸引するファンモーターを有する掃除機本体と、
前記掃除機本体の内部に設けられ、前記ファンモーターに電力を供給する２次電池と、
前記２次電池の単位時間当たりの充電量を一定時間毎に検出し、その単位時間当たりの充電量が前回検出した単位時間当たりの充電量よりも低下したときに前記２次電池への充電を完了する充電検出部と
を備えたことを特徴とする充電式電気掃除機。
前記充電検出部は、前記２次電池の放電時間が設定時間以下のときに、当該２次電池が満充電になるまで充電することを特徴とする請求項１記載の充電式電気掃除機。
第１の充電モードと第２の充電モードの何れかを切り替えるモード切替手段を備え、
前記充電検出部は、前記２次電池の単位時間当たりの充電量を一定時間毎に検出し、単位時間当たりの充電量が前回の単位時間当たりの充電量よりも低下したときに前記２次電池への充電を完了する第１の充電モードを有し、更に前記第１の充電モードよりも充電速の速い第２の充電モードを有し、前記モード切替手段の切替に基づいて前記第１の充電モードあるいは前記第２の充電モードの何れかを切り替えることを特徴とする請求項１又は２記載の充電式電気掃除機。
前記２次電池の電力を測定する電力測定手段を備え、
前記充電検出部は、前記掃除機本体が使用されていないときに、前記電力測定手段により測定された電力を基に前記２次電池の充電量の残量を算出し、かつ算出した残量から前記２次電池の残り使用時間を推定することを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の充電式電気掃除機。
前記２次電池への充電完了あるいは前記ファンモーターが駆動しているときに、その状態を報知する表示手段を備え、
前記充電検出部は、前記２次電池の残り使用時間に応じて、前記掃除機本体が次回使用できるかどうかを前記表示手段に報知させることを特徴とする請求項４記載の充電式電気掃除機。
前記充電検出部は、前記２次電池から前記ファンモーターへの電力供給により充電量が減少すると、その充電量の残量に応じて前記表示手段に前記表示と異なる表示で報知させることを特徴とする請求項５記載の充電式電気掃除機。
前記充電検出部は、前記２次電池の充電量が当該２次電池の満充電の７５％〜９５％の間に達したときに前記２次電池への充電を完了することを特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載の充電式電気掃除機。