(57)【要約】【課題】充放電寿命が長く、高速充電が可能な電池を搭載した電気掃除機を提供すること。【解決手段】２次電池７が発生する熱を吸収するための受熱部と、受熱部で蓄えた熱を放熱する放熱部１４と、受熱部と放熱部１４を接続する配管１５と、配管１５内の液体を循環させるポンプ１１と、前記液体を蓄えるタンク１２とを具備し、液冷によって２次電池７を冷却する構成としたことにより、放電時の風量が絞り込まれた状態や充電時においても、２次電池７は効率よく冷却されるため、電池の耐久性、掃除機の使用性を向上させることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
気流を発生する電動送風機と、前記電動送風機を収納する電動送風機室と、塵埃を捕集する集塵室と、前記電動送風機に電力を供給する、略円筒形の複数のセルを結合してパッケージ化した２次電池を備え、前記２次電池が発生する熱を吸収するための受熱部と、受熱部で蓄えた熱を放熱する放熱部と、受熱部と放熱部とを接続する配管と、配管内の液体を循環させるポンプと、前記液体を蓄えるタンクを具備し、液冷によって２次電池を冷却する構成を備えた充電式電気掃除機。
【請求項２】
受熱部を、隣り合うセルを並列に配列した際に形成される谷間の凹部に備え、かつ前記受熱部は複数の全てのセルに対して一様な形態となるよう構成した請求項１記載の充電式電気掃除機。
【請求項３】
放電時には、電動送風機が発生する気流によって２次電池を空冷にて冷却し、充電時には、液冷にて前記２次電池を冷却することを特徴とした請求項１または２記載の充電式電気掃除機。
【請求項４】
放電時には、電動送風機が発生する気流によって２次電池を空冷にて冷却すると共に、液冷にても前記２次電池を冷却し、充電時には、液冷にて前記２次電池を冷却することを特徴とした請求項１または２記載の充電式電気掃除機。
【請求項５】
放電時において、電動送風機が発生する気流の風量に応じて、液体を循環させるポンプの出力を抑揚し、液冷性能を制御することを特徴とした請求項４記載の充電式電気掃除機。
【請求項６】
放電時において、電動送風機の回転数を検知し、その回転数に応じて液体を循環させるポンプの出力を抑揚し、液冷性能を制御することを特徴とする請求項４記載の充電式電気掃除機。
【請求項７】
放電時において、電動送風機に流れる電流を検知し、その電流に応じて液体を循環させるポンプの出力を抑揚し、液冷性能を制御することを特徴とする請求項４記載の充電式電気掃除機。
【請求項８】
放電時において、電動送風機が発生する吸引力、すなわち、集塵室内の真空度を検知し、その真空度に応じて液体を循環させるポンプの出力を抑揚し、液冷性能を制御することを特徴とする請求項４記載の充電式電気掃除機。
【請求項９】
２次電池には、電池の温度を検知する温度検知手段を設け、放電時または充電時の液冷による冷却時に、前記温度検知手段で計測した電池温度に応じて、液体を循環させるポンプの出力を抑揚し、液冷性能を制御することを特徴とする請求項４記載の充電式電気掃除機。
【請求項１０】
使用者が電気掃除機の運転スイッチをオフにした直後から、２次電池の液冷による冷却を開始することを特徴とした請求項３〜９のいずれか１項記載の電気掃除機。
【請求項１１】
液体を循環させるポンプ駆動用の別電源を搭載し、２次電池の放電が完了した直後から、液冷による冷却を開始することを特徴とした請求項３〜１０のいずれか１項記載の電気掃除機。
【請求項１２】
２次電池の放電を、ポンプを駆動し２次電池をある程度液冷するのに必要な分の電力を残して強制的に停止させ、その直後から液冷による冷却を開始することを特徴とした請求項３〜１０のいずれか１項記載の電気掃除機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、充電式電気掃除機等に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、大容量の電池や高効率モータなどのデバイスの発展に伴い、本格掃除が可能な充電式の電気掃除機が市場に投入されるようになった。このような掃除機は、大電流を一度に流すため、放電時の電池の温度が大きく上昇し、電池の寿命を短くする要因となっていた。また、充電時においても、短時間充電を行うため、充電電流を大きく設定している事が多く、充電時の発熱も大きなものとなり、これも電池寿命を縮める要因の一つとなっていた。これらを解決する為に、電動送風機が発生する空気流を電池表面に当てて、電池の冷却を行うような構成がとられているのが一般的である（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平１１−５６７２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記従来の構成では、吸気風量が絞り込まれた状態、たとえば、集塵室に塵埃がある程度捕集された状態等においては、電池の冷却を充分に行うことが困難であった。また、充電時には全く冷却が出来ないこと、放電直後に充電を行いたい場合には、ある程度電池が冷えるのを待って充電を開始するなどの不自由な点が残るものであった。
【０００４】
本発明は、上記課題を解決し、放電時や充電時の電池の発熱を抑え、電池寿命の向上を図るとともに、より短時間での充電を可能にし、使用性の高い充電式電気掃除機を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記従来の課題を解決するために、本発明の電気掃除機は、気流を発生する電動送風機と、前記電動送風機を収納する電動送風機室と、塵埃を捕集する集塵室と、前記電動送風機に電力を供給する、略円筒形の複数のセルを結合してパッケージ化した２次電池を備え、前記２次電池が発生する熱を吸収するための受熱部と、受熱部で蓄えた熱を放熱する放熱部と、受熱部と放熱部とを接続する配管と、配管内の液体を循環させるポンプと、前記液体を蓄えるタンクを具備し、液冷によって２次電池を冷却する構成を備えた充電式電気掃除機としたものであり、これによって、放電時の風量が絞り込まれた状態や充電時においても、電池は効率よく冷却されるため、電池の耐久性、掃除機の使用性を向上させることができる。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の充電式電気掃除機は、電池寿命の向上ならびに、短時間充電を実現させるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
第１の発明は、気流を発生する電動送風機と、前記電動送風機を収納する電動送風機室と、塵埃を捕集する集塵室と、前記電動送風機に電力を供給する、略円筒形の複数のセルを結合してパッケージ化した２次電池を備え、前記２次電池が発生する熱を吸収するための受熱部と、受熱部で蓄えた熱を放熱する放熱部と、受熱部と放熱部とを接続する配管と、配管内の液体を循環させるポンプと、前記液体を蓄えるタンクを具備し、液冷によって２次電池を冷却する構成としたことにより、放電時の風量が絞り込まれた状態や充電時においても、電池は効率よく冷却されるため、電池の耐久性、掃除機の使用性を向上させることができる。
【０００８】
第２の発明は、受熱部を、隣り合うセルを並列に配列した際に形成される谷間の凹部に備え、かつ前記受熱部は複数の全てのセルに対して一様な形態となるよう構成したことにより、電池パッケージ内のデッドスペースの有効利用が出来るとともに、パッケージ内の全てのセルが一様に冷却され、電池の温度ばらつきを低減できるため、電池寿命の向上を図ることができる。
【０００９】
第３の発明は、放電時には、電動送風機が発生する気流によって２次電池を空冷にて冷却し、充電時には、液冷にて前記２次電池を冷却することを特徴としたことにより、放電時には液冷ポンプの駆動による２次電池の電力消費を抑え、かつ充電時には、充電装置からの電力で液冷を行うことで、効率よく電池の冷却ができる。
【００１０】
第４の発明は、放電時には、電動送風機が発生する気流によって２次電池を空冷にて冷却すると共に、液冷にても前記２次電池を冷却し、充電時には、液冷にて前記２次電池を冷却することを特徴としたことにより、空冷では不足する冷却性能を液冷で補う事が出来、放電時の電池温度をさらに低減できるため、電池寿命の向上が図れるものである。
【００１１】
第５の発明は、放電時において、電動送風機が発生する気流の風量に応じて、液体を循環させるポンプの出力を抑揚し、液冷性能を制御することを特徴としたことにより、例えば、集塵室にゴミ等が一杯になり、風量が絞り込まれた状態になった場合には、ポンプの出力を上げて、冷却性能をあげることで、電池温度を低く保つことができるため、電池寿命の向上につながる。
【００１２】
第６の発明は、放電時において、電動送風機の回転数を検知し、その回転数に応じて液体を循環させるポンプの出力を抑揚し、液冷性能を制御することを特徴とすることにより、電動送風機の回転数から、負荷の変化、すなわち、風量の変化を捉えることが可能で、上記第５の発明と同様の作用、効果が得られる。
【００１３】
第７の発明は、放電時において、電動送風機に流れる電流を検知し、その電流に応じて液体を循環させるポンプの出力を抑揚し、液冷性能を制御することを特徴とすることにより、電動送風機に流れる電流値から、負荷の変化、すなわち、風量の変化を捉えることが可能で、上記第５の発明と同様の作用、効果が得られる。
【００１４】
第８の発明は、放電時において、電動送風機が発生する吸引力、すなわち、集塵室内の真空度を検知し、その真空度に応じて液体を循環させるポンプの出力を抑揚し、液冷性能を制御することを特徴とすることにより、集塵室内の真空度から、負荷の変化、すなわち、風量の変化を捉えることが可能で、上記第５の発明と同様の作用、効果が得られる。
【００１５】
第９の発明は、２次電池には、電池の温度を検知する温度検知手段を設け、放電時または充電時の液冷による冷却時に、前記温度検知手段で計測した電池温度に応じて、液体を循環させるポンプの出力を抑揚し、液冷性能を制御することを特徴とすることにより、実際の電池温度に応じた精度の高い温度制御が可能で、電池寿命の向上や充電時間の短縮が図れるものである。
【００１６】
第１０の発明は、使用者が電気掃除機の運転スイッチをオフにした直後から、２次電池の液冷による冷却を開始することを特徴としたことにより、使用者が掃除を終え、電気掃除機を充電装置に接続するまでの時間を利用して、あらかじめ電池の冷却を行うことで、充電に入るまでの冷却時間を短縮することができ、全体の充電時間の短縮が図れるものである。
【００１７】
第１１の発明は、液体を循環させるポンプ駆動用の別電源を搭載し、２次電池の放電が完了した直後から、液冷による冷却を開始することを特徴としたことにより、使用者が電気掃除機を充電装置に接続するまでの時間を利用して、あらかじめ電池の冷却を行うことで、充電に入るまでの冷却時間を短縮することができ、全体の充電時間の短縮が図れるものである。
【００１８】
第１２の発明は、２次電池の放電を、ポンプを駆動し２次電池をある程度液冷するのに必要な分の電力を残して強制的に停止させ、その直後から液冷による冷却を開始することを特徴としたことにより、２次電池放電後の液冷を、同じ電源を利用して行うことが出来るため、別電源を搭載する必要がなく、第１１の発明の作用、効果と合わせて、コストダウンも図れるものである。
【００１９】
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って本発明が限定されるものではない。
【００２０】
（実施の形態１）
本発明の第１の実施の形態を図１〜３を用いて説明する。図１は本実施の形態の電気掃除機の断面図であり、電気掃除機使用時（放電時）の様子を描いている。電気掃除機本体１（以下、「本体」と称す）は、前方に塵埃を捕集する集塵袋２が集塵室３に内蔵され、後方の電動送風機室４には電動送風機５が内蔵されている。その上方には電力を供給するための電池７を備えている。本体１前方には吸込具（図示せず）へと連なるホース接続部８が挿入されている。１０は電動送風機の排気口を覆う防音材である。図２に示すように、電池７は、並列に２段に並べられた複数のセル１８がプラスチックフィルムでパッケージされて構成されており、その下方の面には電池の温度を各セル１８で一様に保つ為のアルミ板１９が配されている。また略円筒形のセル１８が隣り合うセル１８との間につくる各空間には、受熱部２０が配されており、これらは配管１５と連結されている。２１は直列接続された電池につながれたリード線である。図１に戻り、電動送風機室４の下方には、ポンプ１１、タンク１２が配されている。集塵室３内部下方には、複数の冷却フィン１３が備えられた放熱部１４が配されている。そして、これら受熱部２０、ポンプ１１、タンク１２、放熱部１４は配管１５によって連結され、その内部は液体によって満たされ、液体がそれぞれの部品内部を循環するようになっている。１６は本体１の排気口、１７は電動送風機５やポンプ１１の動作を制御する制御基板である。図１中の矢印は排気の流れを示している。
【００２１】
次に図３を用いて説明する。図３は電気掃除機が充電装置２２上に立て掛けられた図で、電池７が充電状態にある様子を示したものである。２３は制御基板１７から突出した端子Ａ、２４は充電基板２５につながれた端子Ｂで、これらは互いに接触し、充電基板２５から充電電流を本体１へと供給している。
【００２２】
次に、上記構成における動作、作用について説明する。
【００２３】
電気掃除機を駆動させると、電池７から電力が供給され、制御基板１７を経て、電動送風機５が回転駆動する。電動送風機５が駆動すると、吸引力が発生し、集塵室３内部が外気に対して負圧となり、吸込具（図示せず）から塵埃とともに外気が流入する。塵埃は集塵袋２に捕集されるが、気流は電動送風機５内部を流れ、本体１の排気口１６より排出される。このとき、電池７は内部の化学反応により、熱が発生する。この熱は、放電する電流が大きいほど多く発生する。従来は、電池７で発生した熱は、電動送風機５の排気によって冷却する空冷方式が主流で、電池７の温度上昇を抑制していた（図１中の電池７周辺の矢印はその様子を描いている）。大容量の電池の場合、高出力を得るために、放電する電流が大きくなると、従来の空冷方式では、冷却性能が不足する場合がある。そのような場合には、本実施例に示すような液冷によって、電池７を冷却する。すなわち、電池７で発生した熱は、その中の空間に配された受熱部２０に奪われ、その中を循環する液体に熱交換される。液体は、ポンプ１１の作用によって、配管１５の中を移動し、集塵室３内に配された放熱部１４に達し、複数の冷却フィン１３の放熱効果により冷却される。しかも掃除機使用時は、放熱部１４は吸気にさらされていて、吸気と同等の温度まで冷却される。冷却された液体は、タンク１２をとおり、ポンプ１１を通過して、再び受熱部２０に達し、電池７の熱を吸収する。
【００２４】
次に充電状態について、動作、作用を説明する。
【００２５】
図３の充電状態においては、電動送風機５の運転は停止しており、電池７は、充電基板２５の制御によって、商用の１００Ｖ電源から、端子Ｂ２４、端子Ａ２３、制御回路１７を通り、充電が行われる。このとき、電池７内部には化学反応が発生するため、温度が上昇する。特に、充電を短時間で行おうとする場合には、大きな充電電流を流す必要があり、その際には電池７の温度が上昇し、化学反応が抑制され、充電が進みにくくなる。本実施例では、このような充電時にも、液冷によって、電池７を冷却する。すなわち、電池７で発生した熱は、その中の空間に配された受熱部２０に奪われ、その中を循環する液体に熱交換される。液体は、ポンプ１１の作用によって、配管１５の中を移動し、集塵室３内に配された放熱部１４に達し、複数の冷却フィン１３の放熱効果により冷却される。冷却された液体は、タンク１２をとおり、ポンプ１１を通過して、再び受熱部２０に達し、電池７の熱を吸収する。ポンプ１１の駆動源は、充電基板２５を通して商用１００Ｖから供給されるため、充電中は常に冷却を行うことができる。
【００２６】
このように、電池７は、放電時には、従来の空冷により冷却され、その効果では不足する場合は、空冷と液冷の両方で冷却する事が出来る。また、充電中においては、液冷によって、電池７を冷却することができる。これにより、電池の充放電の寿命を延ばす事が出来るとともに、短時間充電も可能で、より使用性の高い充電式電気掃除機が得られる。
【００２７】
（実施の形態２）
次に本発明の第２の実施の形態を図１、図４、５を用いて説明する。なお第１の実施の形態と同一部分については同一符号を付して、その説明を省略する。図１は本実施の形態の電気掃除機本体１の断面図で、図４は前記電気掃除機本体１使用時（放電時）の風量Ｑに対する電動送風機５の回転数Ｎ、電流Ｉ、真空度Ｈの各特性をグラフ化したものである。これによると、回転数Ｎ、電流Ｉ、真空度Ｈの各パラメータは、風量Ｑの任意の値に対し、一意的に定まる関数となっている。すなわち、風量ＱがあるＱ１という値をとるとき、各パラメータはＮ１、Ｉ１、Ｈ１という値をそれぞれとる。これを利用し、液冷を行うポンプ１１の出力制御を例えば以下のように行う。回転数Ｎに着目して説明する。まず、電動送風機５の回転数Ｎを回転検知手段により、常時モニターする。本体１の集塵袋２などのごみが少ないときには、風量も多く、電池７を冷却する十分な風量Ｑが得られるため、ポンプ１１は駆動せずに、電動送風機５が発生する気流による空冷のみで冷却する（Ｑ＞Ｑ１）。集塵袋２のごみが増えるにつれ、風量Ｑは減少し、空冷効果が薄れ、電池７の温度は上昇していく。また、電動送風機５の回転数Ｎもそれに伴い上昇していく。そして空冷効果が期待できない風量Ｑ１に来た時、すなわち、回転数ＮがＮ１になった時にポンプ１１を駆動し、液冷をスタートする。これにより、上昇気味であった電池７の温度は再び減少（または維持）へと向かう。そしてさらにごみが増え、Ｑ＜Ｑ１、すなわち、Ｎ＞Ｎ１となったときには、図４に示すようにポンプ１１の出力を上げ、空冷が薄れた分を補う形で、電池７の液冷を行う。
【００２８】
このように風量Ｑ、回転数Ｎ、電池温度に応じたポイントＱ１をあらかじめ設定しておけば、電動送風機５の回転数Ｎをモニターすることで、空冷と液冷のハイブリッド冷却が自動で行え、電池７の温度を適切な範囲に留めて使用することができるため、電池寿命の延命を図ることができるものである。
【００２９】
なお、パラメータとして、回転数以外に、電流や真空度を選んでも同様の効果は得られる。また、電池表面に温度検知手段を設け、電池の温度を直接計測しながらポンプの制御を行うとより精度の高い、電池の温度管理が行える。
【００３０】
（実施の形態３）
次に本発明の第３の実施の形態を図６を用いて説明する。なお上記の実施の形態１、２と同一部分については同一符号を付して、その説明を省略する。
【００３１】
図６は本実施の形態の電気掃除機を使用したときの電池温度の時間的変化をグラフ化したものである。図中、ｔ１はこれまで使用（掃除）していた電気掃除機のスイッチをオフまたは、電池が完全に放電した時刻を、ｔ２はその電気掃除機を充電装置に装着した時刻、ｔ３は実際に充電が開始される時刻を示している。また、縦軸のＴ１はあらかじめ設定された電池の充電が開始される温度であり、逆に言えば、電池の特性から定められる充電開始の推奨温度を示している。
【００３２】
以下、電気掃除機の実際の動作と合わせて、図６を説明する。０＜ｔ＜ｔ１では、電気掃除機が運転、すなわち電池が放電中で、電池温度ＴがＴ１より高い状態にある。そしてｔ１でスイッチがオフまたは放電が完了すると、即座に液冷による電池冷却がスタートする。ｔ１＜ｔ＜ｔ２では、電気掃除機はまだ充電装置に装着されていないので、液冷を行うポンプの動力は電池の余剰電力からとるか、または、ポンプ駆動用の別電源からとる。前者の場合、電池の放電は、ポンプを駆動する分の電力を残した状態で終える事になる。そしてｔ２で電気掃除機が充電装置に装着されると、引き続き液冷によって、電池を冷却し続けるが、その電源は充電装置、すなわち商用電源からに切り替える。そして、電池の温度がＴ１にまで下がると（ｔ３）、実際に充電がスタートし、充電中も液冷による電池冷却は継続する。従来の電気掃除機であれば、時刻ｔ１からｔ３までの間は、電池は自然冷却されるため、使用者が実際に電気掃除機を充電装置にセットしても、電池温度がＴ１になるまでの待機時間が長くかかる。本実施例では、電池を液冷によって強制的に冷却するので、待機時間が短くてすむ。加えて本実施例では、放電が終了またはスイッチオフの時点から充電装置に装着される間（ｔ１＜ｔ＜ｔ２）にも、電池を強制冷却するので、さらに待機時間が短くできる。また、実際の充電中においても、電池は液冷によって冷却され続けるので、充電中にも電池温度を低く保つ事が出来る。このことは、充電電流を多く流す事が可能となることを意味し、そのため、さらなる短時間充電が可能となる。
【００３３】
このように、本実施の形態によれば、電池を液冷することにより、実際の充電時間の短縮が図れるとともに、充電前の待機時間の短縮も図れるため、トータルの充電時間の短縮が図れ、使用性が大きく向上するものである。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
以上のように、本発明にかかる電気掃除機は、電池の耐久性の向上、ならびに電池の充電時間の短縮が図れるので、電池を用いる家庭用電化機器、産業機器等の用途にも幅広く適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の第１の実施の形態における電気掃除機の断面図（放電状態）
【図２】本発明の第１の実施の形態における電池の断面図
【図３】本発明の第１の実施の形態における電気掃除機の断面図（充電状態）
【図４】本発明の第２の実施の形態における電気掃除機の特性図
【図５】本発明の第２の実施の形態におけるポンプ制御のブロック図
【図６】本発明の第３の実施の形態における電池温度制御のタイムチャート
【符号の説明】
【００３６】
１  掃除機本体
２  集塵袋
３  集塵室
４  電動送風機室
５  電動送風機
７  ２次電池
８  ホース接続部
１０  防音材
１１  ポンプ
１２  タンク
１３  冷却フィン
１４  放熱部
１５  配管
１６  排気口
１７  制御基板
１８  セル
１９  アルミ板
２０  受熱部
２１  リード線
２２  充電装置
２３  端子Ａ
２４  端子Ｂ
２５  充電基板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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