(57)【要約】【課題】  バッテリの充電容量で制限される運転時間を延長できる充電式電気掃除機を提供する。【解決手段】  駆動モータ１４の慣性動作時の発電出力をバッテリ１１に充電する充電回路部３０と、バッテリ１１の出力を駆動モータ１４に入力する系統と駆動モータ１４の発電出力を充電回路部３０を介してバッテリ１１に充電する系統を切り替える切替回路部３１と、バッテリ１１から駆動モータ１４への入力を駆動回路部３２を介して制御して駆動モータ１４を駆動制御すると共に、当該駆動モータ１４の駆動停止直後に切替回路部３１を制御して駆動モータ１４の発電出力を充電回路部３０を介してバッテリ１１に回生させる制御回路部３３とを備えた。【選択図】        図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動送風機の駆動モータが充電可能なバッテリを電源として駆動制御される充電式電気掃除機において、
前記駆動モータの慣性動作時の発電出力を前記バッテリに充電する充電手段と、前記バッテリの出力を前記駆動モータに入力する系統と前記駆動モータの発電出力を前記充電手段を介して前記バッテリに充電する系統を切り替える切替手段と、前記バッテリから前記駆動モータへの入力を駆動手段を介して制御して駆動モータを駆動制御すると共に、当該駆動モータの駆動停止直後に前記切替手段を制御して駆動モータの発電出力を前記充電手段を介してバッテリに回生させる制御手段とを備えたことを特徴とする充電式電気掃除機。
【請求項２】
前記制御手段は、前記バッテリから前記駆動モータへの入力の小方向への変更直後から目標回転数に達するまでの間、前記切替手段を制御して駆動モータからの発電出力を前記充電手段を介してバッテリに回生させることを特徴とする請求項１記載の充電式電気掃除機。
【請求項３】
前記制御手段は、前記バッテリから前記駆動モータへの入力制御をパルス幅制御により行うと共に、パルス幅制御時のパルスオフ期間に、前記切替手段を制御して駆動モータからの発電出力を前記充電手段を介してバッテリに回生させることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の充電式電気掃除機。
【請求項４】
電動送風機の駆動モータが充電可能なバッテリを電源として駆動制御されると共に、車輪を有する床用吸込具を備えた充電式電気掃除機において、
前記床用吸込具の車輪に連結されて発電する発電機と、この発電機の発電出力を前記バッテリに充電する充電手段とを備えたことを特徴とする充電式電気掃除機。
【請求項５】
前記床用吸込具に前記バッテリを電源としたモータ駆動の回転ブラシを備えると共に、前記発電機の発電出力を検出する検出手段と、前記バッテリから前記回転ブラシを駆動する床用モータへの入力を駆動手段を介して制御して当該モータを駆動制御すると共に、前記検出手段によって前記発電機の発電出力が所定時間検出されないときはバッテリから床用モータへの入力を停止するように制御する制御手段とを備えた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６】
前記制御手段は、前記検出手段によって検出される前記発電機の発電出力に応じて前記バッテリから前記電動送風機の駆動モータへの入力を制御することを特徴とする請求項５記載の充電式電気掃除機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、充電可能なバッテリ（蓄電池）を電源として駆動する充電式電気掃除機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、充電可能なバッテリを電源として駆動し、電源コードなし（コードレス）で掃除可能なタイプの充電式電気掃除機が多く開発されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００２−３４８７７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、これら従来の充電式電気掃除機は、バッテリ駆動のためバッテリの充電容量によって運転時間が制限されてしまい、運転時間が短いことが問題であった。なお、バッテリの充電容量を多くして一度の充電で使用できる運転時間を長くすることも考えられるが、バッテリを大型化しなければならず、掃除機本体が重くなって操作性が悪くなると共に、コスト高になってしまうし、その場合でもバッテリの充電容量で運転時間が制限される点は変わらない。
【０００４】
そこで、本願発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、バッテリの充電容量で制限される運転時間を延長できる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】
上記のような課題を解決するために、本願発明は、電動送風機の駆動モータが充電可能なバッテリを電源として駆動制御される充電式電気掃除機において、前記駆動モータの慣性動作時の発電出力を前記バッテリに充電する充電手段と、前記バッテリの出力を前記駆動モータに入力する系統と前記駆動モータの発電出力を前記充電手段を介して前記バッテリに充電する系統を切り替える切替手段と、前記バッテリから前記駆動モータへの入力を駆動手段を介して制御して駆動モータを駆動制御すると共に、当該駆動モータの駆動停止直後に前記切替手段を制御して駆動モータの発電出力を前記充電手段を介してバッテリに回生させる制御手段とを備えたことを特徴とするものである。
【０００６】
さらに、前記制御手段は、前記バッテリから前記駆動モータへの入力の小方向への変更直後から目標回転数に達するまでの間、前記切替手段を制御して駆動モータからの発電出力を前記充電手段を介してバッテリに回生させることを特徴とするものである。
【０００７】
また、前記制御手段は、前記バッテリから前記駆動モータへの入力制御をパルス幅制御により行うと共に、パルス幅制御時のパルスオフ期間に、前記切替手段を制御して駆動モータからの発電出力を前記充電手段を介してバッテリに回生させることを特徴とするものである。
【０００８】
一方、電動送風機の駆動モータが充電可能なバッテリを電源として駆動制御されると共に、車輪を有する床用吸込具を備えた充電式電気掃除機において、前記床用吸込具の車輪に連結されて発電する発電機と、この発電機の発電出力を前記バッテリに充電する充電手段とを備えたことを特徴とするものである。
【０００９】
また、前記床用吸込具に前記バッテリを電源としたモータ駆動の回転ブラシを備えると共に、前記発電機の発電出力を検出する検出手段と、前記バッテリから前記回転ブラシを駆動する床用モータへの入力を駆動手段を介して制御して当該モータを駆動制御すると共に、前記検出手段によって前記発電機の発電出力が所定時間検出されないときはバッテリから回転ブラシを駆動する床用モータへの入力を停止するように制御する制御手段とを備えたことを特徴とするものである。
【００１０】
さらに、前記制御手段は、前記検出手段によって検出される前記発電機の発電出力に応じて前記バッテリから前記電動送風機の駆動モータへの入力を制御することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１１】
本願発明によれば、駆動モータの駆動停止直後に発電モードとし慣性により回転している駆動モータからの発電出力をバッテリに回生させることにより、バッテリの充電容量で制限される運転時間の延長を図ることができる。
【００１２】
さらに、強ノッチから中ノッチ、中ノッチから弱ノッチへの変更時のように駆動モータへの入力の小方向への変更直後に発電モードとし、目標回転数に達するまでの間、駆動モータを慣性により回転させて、その発電出力をバッテリに回生させることにより、運転時間の更なる延長を図ることができる。
【００１３】
また、パルス幅制御の場合は、パルスオフ期間に発電モードとし、慣性により回転する駆動モータからの発電出力をバッテリに回生させることによっても、運転時間の更なる延長を図ることができる。
【００１４】
一方、床用吸込具の車輪に連結されて発電する発電機と、この発電機の発電出力をバッテリに充電する充電手段とを備えることにより、掃除動作中は使用者により床用吸込具が常に前後に動かされるため常時発電がなされ、バッテリに回生されるので、バッテリの充電容量で制限される運転時間の延長を図ることができる。
【００１５】
また、上記発電機の発電出力が所定時間検出されないときはバッテリから回転ブラシを駆動する床用モータへの入力を停止することにより、床用吸込具の車輪に連結された発電機の発電出力がない場合は床用吸込具が前後に動かされていない状態であり、掃除動作が行われておらず回転ブラシを回転する必要もないため、回転ブラシを駆動する床用モータへの入力を停止させて消費電流を下げることにより、無駄な消費電力を削減して運転時間の更なる延長を図ることができる。
【００１６】
さらに、上記発電機の発電出力に応じてバッテリから電動送風機の駆動モータへの入力を制御することにより、上記同様、発電機の発電出力がない場合は床用吸込具が前後に動かされていない状態で、通常の掃除状態ではなく吸引力を余り必要としないため、電動送風機の駆動モータへの入力を低減させることにより、不要な消費電力を削減して運転時間の更なる延長を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本願発明の実施形態を図面を参照して詳細に説明する。
【００１８】
図１は、本願発明の実施形態に係る充電式電気掃除機の全体構成図、図２は掃除機本体の中央側断面図、図３はその電力制御系統の要部構成を示すブロック図である。
【００１９】
本実施形態の電気掃除機は、図１に示すように、充電式の掃除機本体１と、この掃除機本体１に接続される可撓性ホース２と、この可撓性ホース２に接続される延長管３と、この延長管３に接続される床用吸込具４と、掃除機本体１をその後面側を下にして載置した状態で充電可能な充電台５とから構成されている。
【００２０】
掃除機本体１内には、図２に示すように、前部側にあって吸気口６に紙パック等の集塵袋７が着脱自在に装着される集塵室８と、後部側にあって電動送風機９が収納される電動送風機収納室１０と、後部底面側にあって電動送風機９を駆動する電源となるバッテリ１１が収納されるバッテリ収納室１２が形成されている。
【００２１】
上記集塵室８の上面開口は集塵蓋１３によって開閉自在に密閉されるようになっている。また、電動送風機９は、前記床用吸込具４，延長管３，可撓性ホース２等を介して吸気口６から塵埃を含んだ空気を吸引し、集塵袋７を介して塵埃が除去された空気を取り込む遠心ファン（図示せず）と、この遠心ファンを回転駆動する駆動モータ１４（図３に図示）とから構成されている。
【００２２】
上記バッテリ１１を収納するバッテリ収納室１２の底面開口は、開閉可能な蓋体１５により覆われている。また、掃除機本体１の後部両側面側には大径の後車輪１６が、底面側中央部には小径のキャスター形の前車輪１７が取り付けられている。また、掃除機本体１の吸気口６が形成された前面側には、図１に示した可撓性ホース２のジョイント部１８を差し込む差込口１９が形成され、その下方には後述する延長管３に取り付けられたフック２０が差し込まれる凹所２１と本体側把手部２２が形成されている。
【００２３】
また、掃除機本体１の後面側には、バッテリ１１を充電するための端子（図示せず）が設けられており、図１に示すように掃除機本体１の後面側を充電台５に載置することにより、充電台５側の端子（図示せず）と接触して、バッテリ１１が充電されるように構成されている。
【００２４】
一方、可撓性ホース２には、掃除機本体１のホース差込口１９に装着される一端側のジョイント部１８に、ホース装着状態で掃除機本体１を持ち運び可能なハンドル２３が備えられており、他端部には強，中，弱などの運転ノッチの切替スイッチや電源の切スイッチ等が備えられた手元操作部２４（図３にも図示）を有するグリップ部２５が取り付けられている。
【００２５】
また、床用吸込具４が接続される側の延長管３には、図１に示すように掃除機本体１を充電台５に載置した状態において、床用吸込具４が接続された延長管３を直立状態にして、掃除機本体１の底面側前方に形成された凹所２１に差し込まれるフック２０が取り付けられている。
【００２６】
また、充電台５には、図示はしないが、掃除機本体１のバッテリ１１を充電するための充電器が内蔵されると共に、上面側には掃除機本体１の後面側形状に合わせて凹ませた載置部が形成されて、掃除機本体１側の充電用端子と接触するように充電用端子が設けられている。
【００２７】
そして、本実施形態においては、図３のブロック図に示すように、駆動モータ１４の慣性動作時の発電出力をバッテリ１１に充電する充電回路部（充電手段）３０と、バッテリ１１の出力を駆動モータ１４に入力する系統と駆動モータ１４の発電出力を上記充電回路部３０を介してバッテリ１１に充電する系統を切り替える切替回路部（切替手段）３１と、手元操作部２４からの操作入力等に基づき、バッテリ１１から駆動モータ１４への入力を切替回路部３１や駆動回路部（駆動手段）３２を介して制御して駆動モータ１４を駆動制御すると共に、当該駆動モータ１４の駆動停止直後に切替回路部３１を制御して駆動モータ１３の発電出力を充電回路部３０を介してバッテリ１１に回生させるマイコン等から成る制御回路部（制御手段）３３とが備えられている。なお、上記充電回路部３０には、駆動モータ１４の発電出力をバッテリ１１の電圧以上に昇圧する昇圧回路部が含まれている。
【００２８】
上記バッテリ１１からの出力は、切替回路部３１や駆動回路部３２を介して駆動モータ１４に供給されると共に、制御回路部３３等にも供給されている。制御回路部３４は、前記可撓性ホース２のグリップ部２５に設けられた手元操作部２４の運転ノッチ切替スイッチや電源切スイッチなどによる操作入力に基づき、従来と同様に駆動回路部３２を制御して駆動モータ１４をパルス幅（ＰＷＭ）制御等により駆動制御すると共に、切替回路部３１を制御して、バッテリ１１の出力を駆動モータ１４に入力する系統と駆動モータ１４の発電出力を充電回路部３０を介してバッテリ１１に充電する系統を切り替えるように構成されている。
【００２９】
以上の構成において、掃除機本体１に内蔵された電動送風機９の駆動モータ１４は、上述したように手元操作部２４の運転ノッチ切替スイッチにより強，中，弱などの運転ノッチの切り替えができるようになっている。制御回路部３３では操作されたノッチにより印加電圧のデューティ比を決定し、そのデューティ信号を駆動回路部３２へ送り、駆動モータ１４の入力制御が行われる。強ノッチではデューティ１００％とし、駆動モータ１４をフルパワー運転とするが、中ノッチ，弱ノッチでは例えばデューティ７０％，３０％として、強ノッチ時の入力の７０％，３０％というように入力低減を行っている。
【００３０】
運転時間はバッテリ１１が電源であるため、図１に示したように充電台５に載せて満充電にした場合、通常例えば強ノッチで１０分とすると中ノッチで１４．５分、弱ノッチで３３分というように使用時間が限られている。当然モータ入力の低い方が運転時間は長時間となる。
【００３１】
使用後の停止時あるいは掃除場所の移動，物の移動時などの一旦停止時には手元操作部２４の切スイッチキーを押すことにより駆動モータ１４を停止させる。このときには制御回路部３３から駆動回路部３２への制御信号をＯＦＦさせるが、駆動モータ１４は慣性によりしばらくの間は回転し続ける。このときに、制御回路部３３は切替回路部３１へ駆動モータ１４の駆動回路部３２から充電回路部３０へ切り替える切替信号の出力を行い、慣性によって回転する駆動モータ１４の発電した出力を充電回路部３０へ導き、平滑化すると共に、その昇圧回路部でバッテリ１１へ回生できるよう昇圧を行う。昇圧された電力はバッテリ１１へ回生され、その分だけバッテリ１１の充電容量で制限される運転時間の延長が図られる。
【００３２】
また、強ノッチから中ノッチ、中ノッチから弱ノッチというように駆動モータ１４の入力ダウン時にも慣性での回転があり、各ノッチ相当の目標回転数に達するまでの時間、駆動モータ１４の発電出力を上述した駆動停止（ＯＦＦ）時と同じようにバッテリ１１の回生側への切り替えを行うことにより、バッテリ１１への回生が可能となる。これにより、運転時間の更なる延長を図ることができる。なお、上記各ノッチ相当の目標回転数に達するまでの時間としては、予め実験等により測定して設定しておいても良いし、駆動モータ１４の回転数を検出する検出手段により実際の回転数を検出して制御するようにしても良い。
【００３３】
また、強ノッチ（フルパワー）以外の中ノッチや弱ノッチではＰＷＭ制御（パルス幅制御）によりモータ入力の制御を行うが、ＰＷＭのＯＦＦ期間に、上述したと同様の回生側への切り替えを行うことにより同様にバッテリ１１への回生が行われる。これによっても、運転時間の更なる延長を図ることができる。
【００３４】
以上のように、本実施形態によれば、バッテリ駆動による充電式電気掃除機の使用中や使用後の駆動モータ１４からの回生によるバッテリ１１への充電によって、バッテリ１１の充電容量で制限される運転時間のかなりの延長を図ることができる。
【００３５】
図４〜図６は、本願発明の他の実施形態を示す図で、図４は床用吸込具の側面図、図５はその中央側断面図、図６は本実施形態の電力制御系統の要部構成を示すブロック図であり、前記実施形態と同一又は相当部分には同一符号を用いている。なお、全体構成や掃除機本体の内部構成は前記図１，図２に示したものと同様であるので、図示は省略する。
【００３６】
本実施形態は、図４，図５に示すように車輪と回転ブラシを有する床用吸込具４を備えた充電式電気掃除機に適用されるものである。
【００３７】
この床用吸込具４は、底面に吸込口４０を有する吸込具本体４１が、上ケース４２と下ケース４３及び、これら上下ケース４２，４３にて形成される回転ブラシ収納室４４の上面開口を開閉自在に覆う蓋体４５とから構成されている。
【００３８】
上記吸込口４０に臨ませた状態で回転ブラシ収納室４４に収納される回転ブラシ４６は、芯体４７と、この芯体４７に形成された螺旋状の溝に基部を挿入して装着される一対のブラシ体４８と、同じく芯体４７の螺旋状の溝に基部を挿入して装着される一対のブレード４９とから構成されている。
【００３９】
上記吸込具本体４１の前部には左右一対の小径の前車輪５０が設けられ、後部にはやや大径の左右一対の後車輪５１が設けられている。
【００４０】
また、上記吸込具本体１の後側中央部には、上下に回動自在な回動管５２が設けられ、この回動管５２に周方向に回動自在な接続管５３が設けられて、この接続管５２を前述した掃除機本体１に連結される可撓性ホース２や延長管３に接続して使用するようになっている。
【００４１】
そして、本実施形態においては、上記回転ブラシ４６をベルト等を介して回転駆動する床用モータ５４（図６に図示）が備えられていると共に、後車輪５１の車軸に連結されて発電する発電機５５（図６に図示）が備えられている。
【００４２】
図６のブロック図に示すように、掃除機本体１に内蔵された電動送風機９の駆動モータ１４は前記実施形態と同様にしてバッテリ１１を電源として駆動制御されるが、本実施形態では上記床用モータ５４もバッテリ１１を電源として制御回路部３３により床用ブラシモータ駆動部（駆動手段）５６を介して駆動制御されるように構成されている。
【００４３】
さらに、本実施形態では、上記発電機５５の発電出力を取り出す発電回路部５７と、その出力をバッテリ１１に充電する充電回路部（充電手段）５８が備えられている。この充電回路部５８にも、発電機５５の発電出力をバッテリ１１の電圧以上に昇圧する昇圧回路部が含まれている。また、上記充電回路部５８からの昇圧電圧を検出する昇圧電圧検出部（検出手段）５９が備えられており、その出力が制御回路部３３に入力されるように構成されている。
【００４４】
制御回路部３３は、バッテリ１１から床用モータ５４への入力を床用ブラシモータ駆動部５６を介して制御して床用モータ５４を駆動制御すると共に、昇圧電圧検出部５９によって発電機５５の発電出力を昇圧した電圧が所定時間（例えば５秒間）検出されないときは、バッテリ１１から床用モータ５４への入力を停止し、さらに、掃除機本体１に内蔵された電動送風機９の駆動モータ１４への入力も低減するように構成されている。
【００４５】
なお、本実施形態では、発電機５５の発電出力を検出する検出手段として、昇圧電圧検出部５９を備えて昇圧された電圧により発電出力を容易に検出できるようにしたが、発電機５５の発電出力を直接検出するようにしても良いし、発電機５５の回転や車輪５０，５１の回転を検出する検出手段を備えて、間接的に発電機５５の発電出力を検出するようにしても良い。
【００４６】
以上の構成において、床用吸込具４に内蔵された床用モータ５４にベルト等で連結された回転ブラシ４６は、掃除機本体１側の駆動モータ１４のＯＮ時には回転しており、また、床用吸込具４の後車輪５１に連結された発電機５５は後車輪５１の回転により発電が行われる。
【００４７】
掃除動作中は、使用者により床用吸込具４が常に前後に動かされるため、後車輪５１に連結された発電機５４によって常時発電が行われ、充電回路部５８により平滑化されると共に昇圧されてバッテリ１１に回生される。これにより、バッテリ１１の充電容量で制限される運転時間の延長を図ることができる。
【００４８】
一方、発電出力を昇圧した電圧が昇圧電圧検出部５９によって検出されない場合は、床用吸込具４が前後に動かされていない状態であり、掃除動作が行われておらず回転ブラシ４６を回転する必要もないため、この状態が所定時間（例えば５秒間）継続すれば、制御回路部３３は床用ブラシモータ駆動部５６を制御して床用モータ５４への入力を停止させて消費電流を下げる。これにより、無駄な消費電力を削減してバッテリ１１の充電容量で制限される運転時間の更なる延長を図ることができる。但し、使用者が再度床用吸込具４を前後させることにより発電が確認されれば、床用モータ５４への通電をＯＮさせるようにする。
【００４９】
また、床用吸込具４が前後に動かされていない場合は、通常の掃除状態ではなく吸引力を余り必要としないため、掃除機本体１に内蔵された電動送風機９の駆動モータ１４への入力も低減させ、バッテリ１１のパワーセーブを行う。例えば、発電が５秒間検出されない場合、駆動モータ１４の入力を３００Ｗから１００Ｗにパワーダウンする。これにより、不要な消費電力を削減してバッテリ１１の充電容量で制限される運転時間の更なる延長を図ることができる。その後、使用者が床用吸込具４を前後に動かすと、後車輪５１に連結された発電機５５からの発電出力が検出され、掃除機本体１側の駆動モータ１４の入力を元の３００Ｗにアップさせる。なお、発電機５５の発電出力に応じて駆動モータ１４の入力を更に細かく制御するようにしても良い。
【００５０】
以上のように、本実施形態によれば、バッテリ駆動による充電式電気掃除機の床用吸込具４を用いた掃除動作によりバッテリ１１への充電を行い、かつ回転ブラシ４６を動かさなくても良い掃除停止状態では回転ブラシ４６を駆動する床用モータ５４や掃除機本体１に内蔵された電動送風機９の駆動モータ１４の消費電力をセーブすることにより、バッテリ１１の充電容量で制限される運転時間のかなりの延長を図ることができる。
【００５１】
ところで、上記実施形態では、床用吸込具４の車輪５１に連結された発電機５５の発電出力のみをバッテリ１１に回生するようにしたが、これを電動送風機９の駆動モータ１４の発電出力をバッテリ１１に回生する前記図１〜図３に示した実施形態と組み合わせれば、更に効率良くかつ効果的に運転時間の延長を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本願発明の実施形態に係る充電式電気掃除機の全体構成図。
【図２】その掃除機本体の中央側断面図。
【図３】上記実施形態の電力制御系統の要部構成を示すブロック図。
【図４】本願発明の他の実施形態に係る充電式電気掃除機の床用吸込具の側面図。
【図５】その中央側断面図。
【図６】上記実施形態の電力制御系統の要部構成を示すブロック図。
【符号の説明】
【００５３】
１  掃除機本体
４  床用吸込具
５  充電台
９  電動送風機
１１  バッテリ
１４  駆動モータ
２４  手元操作部
３０  充電回路部
３１  切替回路部
３２  駆動回路部
３３  制御回路部
４１  吸込具本体
４６  回転ブラシ
５０  前車輪
５１  後車輪
５４  床用モータ
５５  発電機
５６  床用ブラシモータ駆動部
５７  発電回路部
５８  充電回路部
５９  昇圧電圧検出部
【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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