【手続補正書】
【提出日】平成17年2月1日(2005.2.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】  明細書
【発明の名称】  電気機器用充電装置及び電気掃除機
【特許請求の範囲】
【請求項１】  電気機器に内蔵する二次電池および二次電池の温度を検出する温度検知手段と、前記温度検知手段からの出力に応じて二次電池の充電を制御する充電制御手段とを備え、二次電池の充電は、二次電池の温度が予め設定された充電開始温度以下になったときに充電を開始するようにした電気機器用充電装置。
【請求項２】  充電開始温度を５０℃とした請求項１に記載の電気機器用充電装置。
【請求項３】  充電開始温度を任意に切り替え可能とした請求項１に記載の電気機器用充電装置。
【請求項４】  充電開始温度を切り替える切り替え手段を、充電制御手段を備えた充電器に設けた請求項３に記載の電気機器用充電装置。
【請求項５】  充電開始温度を切り替える切り替え手段を、電気機器側に設けた請求項３に記載の電気機器用充電装置。
【請求項６】  切り替え手段による切り替え信号を、二次電池に接続した電池温度検知手段の端子を介して充電制御手段側に伝達するようにした請求項５に記載の電気機器用充電装置。
【請求項７】  切り替え手段による切り替え操作をしない状態での充電開始温度を、切り替え手段による切り替え操作した場合の充電開始温度より低く設定した請求項３〜６のいずれか１項に記載の電気機器用充電装置。
【請求項８】  周囲の温度を検知する周囲温度検知手段を備え、周囲温度検知手段の出力に応じて、充電開始温度を可変する請求項１〜７のいずれか１項に記載の電気機器用充電装置。
【請求項９】  周囲の明るさを検知する光検知手段を備え、周囲の明るさに応じて充電開始温度を可変する請求項１〜７のいずれか１項に記載の電気機器用充電装置。
【請求項１０】  切り替え手段による切り替え操作を表示する表示手段を設けた請求項３〜９のいずれか１項に記載の電気機器用充電装置。
【請求項１１】  二次電池の温度が充電開始温度に達するまでの時間も含め充電が完了するまでの時間を表示する請求項３〜１０のいずれか１項に記載の電気機器用充電装置。
【請求項１２】  電動送風機と、二次電池と、二次電池の放電を制御する掃除機制御手段を内蔵し、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の電気機器用充電装置で二次電池が充電される電気掃除機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電気機器に内蔵する二次電池への充電を行う電気機器用充電装置及び電気掃除機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、ニッケル水素二次電池、あるいはニッケルカドミウム二次電池に代表される二次電池は、携帯用電話機や携帯型撮影機などの各種機器システムの作動電源として、広く実用化されている。また、近年大電流が放電可能となり電動工具や電気掃除機の電源としても利用されている。
【０００３】
ところで、二次電池への充電は、一般的に、定電流で急速充電が行われており、電池の温度と電圧を検出することにより充電制御している。すなわち、二次電池が充電器に接続されたことを検出すると、電池電圧および電池温度が充電に適しているかを判断し、適していれば急速充電を開始する。適していないときには電圧が上昇してきたり、電池温度が冷えてきたりするまで小さい電流を流して待機状態となる。急速充電中にも電池電圧、電池温度を随時チェックし、−△Ｖ値やｄＴ／ｄｔなどの満充電状態になったかを検出している。そして、満充電の状態を検出すれば、急速充電を終了し自己放電分を補充するトリクル充電に移行する。このトリクル充電は充電完了時に電池温度が上昇していて完全に充電しきれない充電を補うことも目的としている。
【０００４】
また、充電中の温度制御についても、電池電圧、電池温度を検知して過放電にならないように一定電圧値になれば動作を停止させたり、残量表示を行うものなど様々な制御を行っている。また電池温度を検出して一定温度以上になれば停止させるなど、電池の寿命を延ばすためにいろいろな工夫がなされている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の構成では、電気掃除機のような大きい吸い込み力を有する用途での二次電池の使用は、電流値および電池本数を大きくしなくてはならず、二次電池の温度上昇は大きくなってしまい、電気掃除機の動作直後では使用時間にもよるが二次電池の温度は高くなってしまう。その状態で充電器にセットしすぐに充電を開始すると、二次電池の温度が高い温度で充電されるため、充電効率が悪く使用時間が短くなるという課題があった。またその状態で使用し続けると、高温状態での繰り返し充電により充放電繰り返し寿命（以下サイクル寿命）が短くなってしまう課題もあった。そのため、二次電池を冷却してから充電を行うことが考えられるが、冷却する充電待機時間（以下待機時間）が充電時間に追加され、充電完了するまでの時間が長くなってしまい、充電完了時間が周囲温度に影響されるため推定しにくく掃除をしようとしても充電が完了していない課題があった。
【０００６】
本発明は、このような課題を解決するもので、充電開始時間をできるだけ短く、サイクル寿命を長く、かつ充電効率をよくすることができる電気機器用充電装置及び電気掃除機を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の電気機器用充電装置及び電気掃除機は、二次電池の温度が予め設定した充電開始温度以下になったときに充電を開始するようにしたものである。
【０００８】
これにより、充電開始時間をできるだけ短く、サイクル寿命を長く、かつ充電効率をよくすることができるものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
請求項１に記載の発明は、電気機器に内蔵する二次電池および二次電池の温度を検出する温度検知手段と、前記温度検知手段からの出力に応じて二次電池の充電を制御する充電制御手段とを備え、二次電池の充電は、二次電池の温度が予め設定された充電開始温度以下になったときに充電を開始するようにした電気機器用充電装置とすることにより、予め設定している充電開始温度まで二次電池が冷えてから充電を開始することとなり、充電開始時間が短く、サイクル寿命が長く、かつ充電効率がよいものである。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、充電開始温度を５０℃とした請求項１に記載の電気機器用充電装置とすることにより、充電を確実に開始でき、かつ二次電池の温度が低くなるまでの待機時間を長くとることなく充電を行うことができる。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、充電開始温度を任意に切り替え可能とした請求項１に記載の電気機器用充電装置とすることにより、次回の電気機器の使用までに時間があるとき（一日１回のみの使用など）は、充電開始温度をより低く設定できるため、待機時間が気にならず、かつサイクル寿命を延ばすことができる。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、充電開始温度を切り替える切り替え手段を、充電制御手段を備えた充電器に設けた請求項３に記載の電気機器用充電装置とすることにより、充電器だけで充電開始温度の設定を完結することができるため、安価に行うことができる。
【００１３】
請求項５に記載の発明は、充電開始温度を切り替える切り替え手段を、電気機器側に設けた請求項３に記載の電気機器用充電装置とすることにより、充電開始温度の設定操作がよりしやすくなる。
【００１４】
請求項６に記載の発明は、切り替え手段による切り替え信号を、二次電池に接続した温度検知手段の端子を介して充電制御手段側に伝達するようにした請求項５に記載の電気機器用充電装置とすることにより、伝達信号線を新たに追加する必要がなく接続部品も増えないため充電開始温度を変える制御を安価に行うことができる。
【００１５】
請求項７に記載の発明は、切り替え手段による切り替え操作をしない状態での充電開始温度を、切り替え手段による切り替え操作した場合の充電開始温度より低く設定した請求項３〜６のいずれか１項に記載の電気機器用充電装置とすることにより、速く使用したく切り替えるとき以外は確実に低い温度の充電開始温度に設定できているため、より確実にサイクル寿命を長くすることができる。
【００１６】
請求項８に記載の発明は、周囲の温度を検知する周囲温度検知手段を備え、周囲温度検知手段の出力に応じて、充電開始温度を可変する請求項１〜７のいずれか１項に記載の電気機器用充電装置とすることにより、周囲温度が高いときは、待機時間が長くならないように充電開始温度を設定するが、周囲温度が低いときは二次電池が冷える時間も短くなるため、より低い充電開始温度に設定することができ、待機時間を長くすることなくサイクル寿命を延ばすことができる。
【００１７】
請求項９に記載の発明は、周囲の明るさを検知する光検知手段を備え、周囲の明るさに応じて充電開始温度を可変する請求項１〜７のいずれか１項に記載の電気機器用充電装置とすることにより、夜中などに充電を行う際には待機時間が気にならないため、充電開始温度をより低く設定することができ、よりサイクル寿命を延ばすことができる。
【００１８】
請求項１０に記載の発明は、切り替え手段による切り替え操作を表示する表示手段を設けた請求項３〜９のいずれか１項に記載の電気機器用充電装置とすることにより、切り替え操作を使用者が認識でき、使い勝手がよい。
【００１９】
請求項１１に記載の発明は、二次電池の温度が充電開始温度に達するまでの時間も含め充電が完了するまでの時間を表示する請求項３〜１０のいずれか１項に記載の電気機器用充電装置とすることにより、電気機器の使用が次回いつ行えるか明確になるため、充電開始温度の設定が容易で、待機時間が気にならない。
【００２０】
請求項１２に記載の発明は、電動送風機と、二次電池と、二次電池の放電を制御する掃除機制御手段を内蔵し、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の電気機器用充電装置で二次電池が充電される電気掃除機とすることにより、電気掃除機の快適使用が行える。
【００２１】
【実施例】
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
【００２２】
（実施例１）
図１〜図４は、本発明の実施例１における電気機器用充電装置を示すもので、電気機器として電気掃除機を例にとって説明する。
【００２３】
図１において、１は電気機器としての掃除機本体を示し、二次電池（後記）を内蔵している。２は掃除機本体１が着脱自在にセットされる充電器で、セットされると充電端子（二次電池の正極、負極、サーミスタ端子）が接続されて二次電池を充電するものである。
【００２４】
図２は電気掃除機の全体を示し、手元操作部３により吸い込み力等の選択を行うとその信号を掃除機本体１に内蔵されている制御回路に伝達され、電流制御手段によって制御され内装されている電動送風機４が回転を行い一定の吸い込み力を得ることができる。また床ノズル５に内蔵されている電動機６も回転させ、絨毯上でのごみを掻き上げている。ごみは床ノズル５から延長管７、ホース８を経由して掃除機本体１に集塵される。手元操作部３では吸い込み力が選択されるわけであるが、吸い込み力によって電流値が違うため使用時間が異なるが高い電流値で長く使用していると、掃除機本体１に内蔵されている二次電池の温度は高くなっていくことは云うまでもない。
【００２５】
図３は二次電池の充電制御の実施態様を示し、充電器２は、入力電源９、定電流手段１０、電池電圧検知手段１１、演算器１２（マイクロコンピュータ）を内蔵する充電制御手段１３、前記演算器１２の電源である直流電源１４、および分割抵抗１５を具備した構成を採っている。前記定電流手段１０では演算器１２の出力を得て充電のＯＮ、ＯＦＦや複数種類の定電流値を出力することができる。
【００２６】
また、掃除機本体１に内蔵されている二次電池１６は、複数本が直列または並列に接続されており、前記充電器２の定電流手段１０の出力が印可されるよう正極と負極が接続されている。また、二次電池１６の近傍には、二次電池１６の充電時および待機時の温度を検出する電池温度検知手段１７（一般的にはサーミスタ）があり、充電器２の直流電源１４と分割抵抗１５を介して接続されている。これら二次電池１６と電池温度検知手段１７は、電池パック１８となっており、掃除機本体１に内蔵されている。なお、この電池パック１８は、掃除機本体１に内蔵されていて、掃除機本体１ごと充電器２に着脱自在にセットするようにしているが（図１）、電池パック１８のみを自由に取り出しこれを充電器２に着脱自在にセットするようにすることもできる。
【００２７】
また、前記電池温度検知手段１７からの信号は充電制御手段１３の演算器１２に伝達される構成を採っている。前記電池電圧や電池温度の情報を得て演算器１２は、急速充電の移行、満充電検知によるトリクル充電の移行などを判断し、充電制御手段１３に出力し、その信号を受けてそれぞれの定電流で二次電池１６に充電が行われる。本実施例では、二次電池１６への充電は、二次電池１６の温度が予め設定された充電開始温度以下になったときに充電を開始するようにしているものである。
【００２８】
次に、図４に基づいて二次電池１６の充電制御を、低温電池と高温電池における電池電圧、電池温度の関係について説明する。
【００２９】
まず、図１に示すように、充電器２に電池パック１８を内蔵した掃除機本体１をセットすると、充電制御手段１３は電池パック１８の温度が高くないかどうかを電池温度検知手段１７の情報に基づき判断する。また、電池パック１８の過放電になっていないかも電池電圧検知手段１１の情報に基づき判断する。そして、温度が低く過放電になっていない低温電池の場合は（図４（ａ））、電池パック１８は急速充電に移行して充電を行うわけであるが、放電直後で電池パック１８の温度が高いときや過放電になっている高温電池の場合は（図４（ｂ））、充電できる状態になるまで急速充電は待機することになる。ここで、電池パック１８の温度が低くなってきて予め設定された充電開始温度になると急速充電されるが、ここで設定されている充電開始温度は、充電待機時間をできるだけ短くするために室温よりも高い温度である５０℃に設定してある。この充電開始温度は放電中の電池パック１８の発熱や放電して充電器２に接続する時間で決まる。トリクル充電に関しては従来と同様であり説明は省略する。
【００３０】
（実施例２）
次に、本発明の実施例２について図５、図６に基づいて説明する。なお、実施例１と同一構成部品については同一符号を付けて説明を省略する。
【００３１】
本実施例では、充電開始温度を任意に切り替え可能としたものである。すなわち、充電器２には、切り替え手段１９および切り替え手段１９による切り替え操作を使用者が認識できる表示手段２０を備えている。この表示手段２０は多数個の表示素子からなり、充電開始温度や、二次電池１６の温度が充電開始温度に達するまでの時間も含め充電が完了するまでの時間などが表示できるものであり、切り替え手段１９の入力によって切り替わる。
【００３２】
図６は二次電池１６の充電制御の実施態様を示し、切り替え手段１９は直流電源１４を電源として演算器１２に入力されている。また、表示手段２０も直流電源１４を電源として演算器１２に接続されている。周囲温度を検知する温度検知手段２１は、その出力に応じて充電開始温度を可変するよう演算器１２に接続されている。
【００３３】
まず、図５に示すように、充電器２に、電池パック１８が内蔵された掃除機本体１をセットする。充電制御手段１３は電池パック１８の温度が高くないかどうかを電池温度検知手段１７の情報に基づき判断する。また、電池パック１８の過放電になっていないかも電池電圧検知手段１１の情報に基づき判断する。そして、電池温度が高い場合は電池パック１８が予め設定する充電開始温度以下に冷えるまで急速充電を待機することになる。この予め設定する温度は切り替え手段１９で使用者が設定できるようになっているが、切り替え手段１９による切り替え操作をしない状態での充電開始温度を、切り替え手段１９による切り替え操作した場合の充電開始温度より低く設定している。すなわち、通常状態では４５℃以下の充電開始温度にしておき、切り替え手段１９を操作することで充電開始温度が５０℃、５５℃と上昇するように動作するものである。
【００３４】
この充電開始温度は表示手段２０にて表示させ使用者に切り替えを行った旨をお知らせする。つまり、次回の掃除をできるだけ速く行いたいときには、切り替え手段１９によって充電開始温度を高くして待機時間を短くし速く充電完了させるが、頻繁に掃除を行わないときには、低い温度になるまで充分に待機してから充電を開始するようになる。表示手段２０は充電開始温度だけではなく充電完了するまでの時間を表示するようにすれば使用者が選択しやすくなる。また、周囲温度を温度検知手段２１によって検知すれば、待機時間も充電時間も予測しやすくなり充電完了時間も精度よく予測できる。
【００３５】
また、周囲温度を検知することは、周囲温度が低ければ二次電池１６の冷える時間も早くなるため、使い勝手が悪くならない程度に充電開始温度を下げるようにすればよい。
【００３６】
さらに、周囲の明るさを検知する光検知手段（図示せず）を備え、周囲の明るさに応じて充電開始温度を可変するようにすれば、夜中など周囲が暗ければ、しばらくは使用せず待機時間も気にならないわけであるから、充電開始温度を下げたり充電電流も小さくするようにすることができ、充電中の二次電池１６の温度が低くでき、さらに実用的なものとなることは云うまでもない。
【００３７】
（実施例３）
次に、本発明の実施例３について図７、図８に基づいて説明する。なお、実施例１、２と同一構成部品については同一符号を付けて説明を省略する。
【００３８】
本実施例では、実施例２と同様、充電開始温度を任意に切り替え可能としたものであるが、掃除機本体１は、二次電池１６の充電開始温度を切り替える切り替え手段２２と、切り替え手段２２による切り替え温度を表示する表示手段２３を備えている。
【００３９】
図８は二次電池１６の充電制御の実施態様を示し、切り替え手段２２は二次電池１６を電源としている掃除機直流電源２４を電源として二次電池１６の放電を制御する掃除機制御手段２５の掃除機用演算器２６に接続されている。充電器２に信号を伝達するために掃除機用演算器２６は抵抗２７を介して電池温度検知手段１７の端子にも接続されている。これにより、切り替え手段２２による切り替え信号を、二次電池１６に接続した電池温度検知手段１７の端子を介して充電制御手段１３側、すなわち充電器２側に伝達するようにしている。
【００４０】
まず、図７に示すように、充電器２に掃除機本体１をセットする。充電開始温度は掃除機本体１の切り替え手段２２で切り替える。切り替え手段２２からの信号を得た掃除機用演算器２６はパルス出力を行うことで、接続されている電池温度検知手段１７の端子にもパルス信号が重畳される。この重畳信号を充電制御手段１３の演算器１２が認識して充電開始温度を切り替える。その他の動作は実施例２と同様のため省略する。
【００４１】
上記各実施例１〜３の説明からすでに明らかなように、各実施例の電気機器用充電装置は、各種電気機器の充電装置として使用できるものであるが、実際の使用に適しているものとして、電動送風機４と、二次電池１６と、掃除機制御手段２５を内蔵した電気掃除機の使用態様を示した。
【００４２】
【発明の効果】
以上のように、本発明の電気機器用充電装置及び電気掃除機は、二次電池の温度が予め設定した充電開始温度以下になったときに充電を開始するようにしたことにより、充電開始時間をできるだけ短く、サイクル寿命を長く、かつ充電効率をよくすることができたものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明の実施例１を示す掃除機本体と充電器とのセット時の斜視図
【図２】
同実施例１における電気掃除機の全体外観図
【図３】
同実施例１における電気機器用充電装置の回路ブロック図
【図４】
（ａ）同実施例１における低温電池の充電動作説明図
（ｂ）同実施例１における高温電池の充電動作説明図
【図５】
本発明の実施例２を示す掃除機本体と充電器とのセット時の斜視図
【図６】
同実施例２における電気機器用充電装置の回路ブロック図
【図７】
本発明の実施例３を示す掃除機本体と充電器とのセット時の斜視図
【図８】
同実施例３における電気機器用充電装置の回路ブロック図
【符号の説明】
１  掃除機本体（電気機器）
２  充電器
９  入力電源
１１  電池電圧検知手段
１３  充電制御手段
１６  二次電池
１７  電池温度検知手段
１９、２２  切り替え手段
２０、２３  表示手段
２１  温度検知手段