(57)【要約】      （修正有）【課題】チョッピング制御時のノイズを抑制した電気掃除機を提供する。【解決手段】電動送風機２に給電可能な二次電池手段３が、複数の二次電池が直列接続された複数の二次電池部に分割され、二次電池手段を放電制御する放電制御手段１６ｂが、二次電池部１５ａ、１５ｂのそれぞれに対応して設けられ、これら二次電池部１５ａ、１５ｂの出力をスイッチング制御可能な複数の放電制御部１６ｂと、これら放電制御部１６ｂのスイッチング動作を制御可能な切換制御部３５とを備え、切換制御部３５が、放電制御部１６ｂのいずれかのスイッチング動作を制御して二次電池部１５ａ、１５ｂのいずれかの出力を選択的にチョッピング制御可能であるものである。【選択図】図１
2008029505.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動送風機を収容した掃除機本体と、
前記電動送風機に給電可能な二次電池手段と、
この二次電池手段を放電制御する放電制御手段とを具備し、
前記二次電池手段は、複数の二次電池が直列接続された複数の二次電池部に分割され、
前記放電制御手段は、
前記二次電池部のそれぞれに対応して設けられ、これら二次電池部の出力をスイッチング制御可能な複数の放電制御部と、
これら放電制御部のスイッチング動作を制御可能な切換制御部とを備え、
前記切換制御部は、前記放電制御部のいずれかのスイッチング動作を制御して前記二次電池部のいずれかの出力を選択的にチョッピング制御可能である
ことを特徴とした電気掃除機。
【請求項２】
切換制御部は、チョッピング制御する二次電池部を所定条件毎に切り換える
ことを特徴とした請求項１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、電動送風機に給電可能な二次電池手段を放電制御する放電制御手段を備えた電気掃除機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の電気掃除機は、電動送風機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集塵部を有し、この集塵部には、ホース体、延長管および床ブラシが順次連通接続される。また、掃除機本体内には、電動送風機に給電する二次電池手段が設けられ、この二次電池手段は、複数の二次電池を直列に接続した二次電池部を複数有している。
【０００３】
例えば、このような二次電池手段は、充電時において、各二次電池部を別個に充電し、使用時において、各二次電池部を直列に接続する（例えば、特許文献１および２参照。）。
【特許文献１】特開２００３−１１６２２６号公報（第４−５頁、図１−２）
【特許文献２】特開２０００−２７８８７５号公報（第５頁、図３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述の特許文献１、あるいは特許文献２に記載された構成では、二次電池手段の放電の際に、二次電池手段全体を制御している。このため、例えば吸込力を増強するために二次電池手段の電圧を比較的高くして電流を多く流す電気掃除機などにおいて、電動送風機の吸込力を制御するために二次電池手段をチョッピング制御すると、電圧が高く、ノイズが発生しやすいという問題点を有している。
【０００５】
本発明は、このような点に鑑みなされたもので、チョッピング制御時のノイズを抑制した電気掃除機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、電動送風機に給電可能な二次電池手段が、複数の二次電池が直列接続された複数の二次電池部に分割され、二次電池手段を放電制御する放電制御手段が、二次電池部のそれぞれに対応して設けられ、これら二次電池部の出力をスイッチング制御可能な複数の放電制御部と、これら放電制御部のスイッチング動作を制御可能な切換制御部とを備え、切換制御部が、放電制御部のいずれかのスイッチング動作を制御して二次電池部のいずれかの出力を選択的にチョッピング制御可能であるものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、複数の二次電池を直列接続した複数の二次電池部のそれぞれに対応した放電制御部のいずれかのスイッチング動作を切換制御部が制御して、二次電池部のいずれかの出力を選択的にチョッピング制御することで、二次電池手段全体を放電制御する場合よりも、放電制御部でのチョッピング制御の際の電圧が小さくなるので、このチョッピング制御の際に発生するノイズを抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
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。
【０００９】
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、この二次電池手段３の充放電を制御する制御部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。
【００１０】
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制御部４に設定する設定ボタン９が設けられている。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
図１に示すように、電気掃除機CLは、掃除機本体１内で、電動送風機２と、二次電池手段３などとにより制御部４に閉回路CCが形成されており、この閉回路CCには、二次電池手段３の高電位（プラス）側と電動送風機２との間に、安全用の最終開閉器14が挿入されている。
【００１４】
また、二次電池手段３は、複数、例えば電位の高い側すなわち上段側の二次電池部15aと、電位の低い側すなわち下段側の二次電池部15bとに分割され、これら二次電池部15a，15bのそれぞれが二次電池手段３の全電圧の１／２の電圧を有している。二次電池部15aのプラス側には、放電制御部としての部分出力制御手段16aが配設され、二次電池部15bのプラス側には、放電制御部としての部分出力制御手段16bが配設されている。さらに、部分出力制御手段16aと最終開閉器14との間にダイオードD1が配設され、二次電池部15aのマイナス側とダイオードD1のカソード側との間に、ダイオードD2が配設されている。
【００１５】
また、二次電池部15aと部分出力制御手段16aとの間、ダイオードD2のアノード側、二次電池部15bと部分出力制御手段16bとの間、および、二次電池部15bのマイナス側からは、それぞれリード線21，22，23，24が導出され、これらリード線21，22，23，24は、充電制御手段26に電気的に接続され、この充電制御手段26からは、端子27，28，29，30が掃除機本体１の外郭に導出されて、二次電池手段３を充電可能な充電器31側と接続可能となっている。
【００１６】
さらに、閉回路CCにおけるリード線22と部分出力制御手段16bとの間には、この閉回路CCを開閉可能な開閉手段としてのスイッチ33が設けられている。なお、このスイッチ33は、電気的、回路的に構成するものでも、機械的に構成するものでも構わない。
【００１７】
そして、各二次電池部15a，15b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複数の二次電池を直列に接続して構成されている。すなわち、二次電池部15a，15b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。
【００１８】
部分出力制御手段16a，16bは、例えばトランジスタなどのスイッチング素子であり、切換制御部としての切換制御手段35によりスイッチング動作の切り換えが可能で、これらスイッチング動作の切り換えにより二次電池部15a，15bの出力電圧を制御可能となっている。
【００１９】
ここで、切換制御手段35は、設定ボタン９の操作により設定された電動送風機２の動作モードに応じて、部分出力制御手段16a，16bの動作を切り換えるように構成されている。
【００２０】
例えば、切換制御手段35は、電動送風機２の出力が大きいモード、具体的には最大出力を得る第１モード、および、この第１モードよりも出力が小さい第２モードに設定された状態では、部分出力制御手段16bをオン状態として部分出力制御手段16aにより二次電池部15aの出力のみを制御し、電動送風機２の出力が最大出力の半分以下のモード、具体的には第２モードよりも出力が小さく第１モードの半分程度の出力を得る第３モード、および、この第３モードよりも出力が小さい第４モードに設定された状態では、部分出力制御手段16aをオフ状態として部分出力制御手段16bにより二次電池部15bの出力のみを制御する。
【００２１】
また、切換制御手段35は、所定の周波数で部分出力制御手段16a，16bのスイッチング動作を切り換えることにより、二次電池部15a，15bのいずれかの出力電圧を部分出力制御手段16a，16bにより選択的にチョッピング制御させることが可能となっている。
【００２２】
そして、これら切換制御手段35と、部分出力制御手段16a，16bとにより、放電制御手段36が構成されている。
【００２３】
ダイオードD1は、部分出力制御手段16a側がアノード側、最終開閉器14側がカソード側にそれぞれ接続されている。
【００２４】
また、ダイオードD2は、二次電池部15aのマイナス側がアノード側、ダイオードD1のカソード側がカソード側にそれぞれ接続されている。
【００２５】
そして、これらダイオードD1，D2は、充電器31側からの二次電池部15a，15bへの回路干渉を防止するものである。
【００２６】
充電制御手段26は、充電器31に電気掃除機CLを接続した状態で、充電器31側から商用交流電源ｅを介して給電されて動作する回路であり、二次電池部15aあるいは二次電池部15bの電流および電圧などによりこれら二次電池部15a，15bの充電状態を監視しつつ、二次電池部15a，15bを選択的に切り換えながら充電可能に構成されている。
【００２７】
一方、充電器31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の内部には充電手段44が収容され、この充電手段44により二次電池部15a，15b（図１）を充電可能に設けられている。さらに、この充電器31には、商用交流電源すなわちＡＣ１００Ｖに対してコンセントにて着脱可能な電源コード45が導出され、この電源コード45は、充電手段44に給電可能となっている。
【００２８】
嵌合凹部41には、掃除機本体１の後部を嵌合させた際に、掃除機本体１の端子27，28，29，30（図１）がそれぞれ電気的に接続される接点部47，48，49，50が設けられている。これら接点部47〜50は、ケース体43内にて、充電手段44に電気的に接続されている。この充電手段44は、定常時に例えば直流電圧（ＤＣ）４２Ｖ以下の充電電圧を接点部47，48および接点部49，50からそれぞれ出力するように構成されている。
【００２９】
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53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31に保持可能とするものである。
【００３０】
次に、上記第１の実施の形態の動作を図４に示すグラフおよび図５に示す表も参照しながら説明する。
【００３１】
充電時には、充電電圧の限界と安全面とから、二次電池部15a，15b毎に充電する。
【００３２】
すなわち、電源コード45をコンセントに接続した充電器31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27〜30（図１）を充電器31の接点部47〜50（図１）に接続する。
【００３３】
この状態で、商用交流電源ｅから掃除機本体１側の充電制御手段26へと給電されてこの充電制御手段26が動作し、かつ、スイッチ33が開放されて閉回路CCが開放され、電動送風機２の動作が停止される。
【００３４】
そして、充電器31の充電手段44から、接点部47，48、端子27，28およびリード線21，22と、接点部49，50、端子29，30およびリード線23，24とを介して、それぞれ二次電池部15a，15bへとそれぞれ所定の充電電圧が出力され、二次電池部15a，15bのそれぞれが充電される。
【００３５】
また、充電が終了して電気掃除機CLを使用する際には、作業者が充電器31から掃除機本体１を取り外すことで、スイッチ33が閉成され、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。
【００３６】
図１、図４および図５に示すように、第１モードに設定された時には、切換制御手段35が部分出力制御手段16a，16bをともにオン状態とし、二次電池部15a，15bの出力に制御をかけず、これら二次電池部15a，15bの電圧の和が二次電池手段３の出力電圧VEとして出力される。
【００３７】
また、第２モードに設定された時には、切換制御手段35が、部分出力制御手段16bをオン状態とするとともに部分出力制御手段16aにより二次電池部15aの出力をチョッピング制御することで、このチョッピングされた二次電池部15aの電圧と、二次電池部15bの電圧との和が二次電池手段３の出力電圧VEとして出力される。
【００３８】
さらに、第３モードに設定された時には、切換制御手段35が、部分出力制御手段16bをオン状態とするとともに部分出力制御手段16aをオフすることで、二次電池部15bの電圧のみが二次電池手段３の出力電圧VEとして出力される。
【００３９】
そして、第４モードに設定された時には、切換制御手段35が、部分出力制御手段16aをオフ状態とするとともに部分出力制御手段16bにより二次電池部15bの出力をチョッピング制御することで、このチョッピングされた二次電池部15bの電圧が二次電池手段３の出力電圧VEとして出力される。
【００４０】
上記各動作モードで動作された電動送風機２により、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。
【００４１】
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。
【００４２】
なお、切モードに設定された時には、図示しないが、切換制御手段35が、部分出力制御手段16a，16bをともにオフ状態とすることで、二次電池手段３の出力電圧VEが０となり、電動送風機２が停止する。
【００４３】
上述したように、上記第１の実施の形態では、二次電池部15a，15bのそれぞれに対応した部分出力制御手段16a，16bのいずれかのスイッチング動作を切換制御手段35が制御して、二次電池部15a，15bのいずれかの出力を選択的にチョッピング制御する構成とした。
【００４４】
具体的に、切換制御手段35は、第２モード時には二次電池部15aをチョッピング制御し、第４モード時には二次電池部15bをチョッピング制御することで、二次電池手段３全体を放電制御する場合よりも、部分出力制御手段16a，16bでのチョッピング制御の際の電圧が小さくなるので、二次電池手段を全電圧でチョッピング制御する場合と比較して、チョッピング制御の際に発生するノイズを抑制できる。
【００４５】
すなわち、二次電池手段３の出力電圧VEを全電圧の半分以上とする場合には、少なくとも二次電池部15bの出力電圧をそのまま有効に利用して二次電池部15aのみを制御し、二次電池手段３の出力電圧VEを全電圧の半分以下とする場合には、二次電池部15aの出力電圧をオフにして二次電池部15bの出力のみを制御するから、二次電池手段３に対して必要以上の制御をすることなく電動送風機２を所望の動作モードに容易に駆動できる。
【００４６】
特に、電動送風機２の吸込力の増強のために、電動送風機２に流す電流を増加させる電気掃除機CLでは、二次電池手段３の全電圧が比較的高くなるので、上記のように二次電池部15a，15bの出力を選択的にチョッピング制御することで、ノイズの低減に有効である。
【００４７】
しかも、このように全電圧を増加させた二次電池手段３は、安全性などを考慮して、二次電池部15a，15bに分割して充電することが多いため、このような分割構造を有効に利用して、二次電池手段３の全電圧よりも低い電圧に対してチョッピング制御できる。
【００４８】
また、二次電池手段３の全電圧よりも低い電圧に対してチョッピング制御するので、このチョッピング制御の周波数をも低減することが可能となり、高域ノイズが、より低減する。
【００４９】
さらに、二次電池手段３に対して、過度の電流が流れないため、電極などの使用寿命に対しても有利となる。
【００５０】
そして、部分出力制御手段16a，16bとして、耐電圧を抑制したスイッチング素子などを用いることができ、小型化および低コスト化が可能になる。
【００５１】
次に、第２の実施の形態を図６ないし図８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。
【００５２】
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６に示すように、スイッチ33と部分出力制御手段16bとの間と、二次電池部15bと電動送風機２との間とに切換手段55を設けるものである。
【００５３】
この切換手段55は、部分出力制御手段16a，16bと同様のスイッチング素子であり、切換制御手段35によりスイッチング動作を制御可能となっている。
【００５４】
また、切換制御手段35は、チョッピング周波数を複数、例えば高低２種類に変化させることが可能であるとともに、二次電池部15a，15bの残容量を図示しない容量検出手段などにより監視し、所定条件、例えば二次電池部15a，15bの使用頻度、あるいは放電量などの消耗度に応じて、チョッピング制御する二次電池部15a，15bを切り換える、すなわち二次電池部15a，15bに対するチョッピング制御の優先を切り換えるものである。
【００５５】
具体的に、切換制御手段35は、二次電池部15a，15bのうち、消耗度が大きい方の出力を優先的にチョッピング制御し、二次電池部15a，15bの消耗度が略等しい場合には、いずれか一方、例えば二次電池部15aを先にチョッピング制御する。
【００５６】
そして、掃除の際に、電動送風機２の動作モードとして、設定ボタン９により、図７および図８に示すように、最大出力を得る第Ｉモードが設定された時には、切換制御手段35が部分出力制御手段16a，16bをともにオン状態とし、切換手段55をオフ状態とすることで、二次電池部15a，15bの出力に制御をかけず、これら二次電池部15a，15bの電圧の和が二次電池手段３の出力電圧VEとして出力される。
【００５７】
また、第Ｉモードよりも出力が小さい第IIモードが設定された時には、二次電池部15aのチョッピング制御を優先する場合（第IIaモード）、切換制御手段35が、部分出力制御手段16bをオン状態とし、切換手段55をオフ状態にするとともに、部分出力制御手段16aにより二次電池部15aの出力をチョッピング制御することで、このチョッピングされた二次電池部15aの電圧と、二次電池部15bの電圧との和が二次電池手段３の出力電圧VEとして出力され、二次電池部15bのチョッピング制御を優先する場合（第IIbモード）、切換制御手段35が、部分出力制御手段16aおよび切換手段55をオン状態にするとともに、部分出力制御手段16bにより二次電池部15bの出力をチョッピング制御することで、このチョッピングされた二次電池部15bの電圧と、二次電池部15aの電圧との和が二次電池手段３の出力電圧VEとして出力される。
【００５８】
さらに、第IIモードよりも出力が小さい第IIIモードが設定された時には、二次電池部15aのチョッピング制御を優先する場合（第IIIaモード）、第IIaモードにおいて、切換制御手段35が部分出力制御手段16aのチョッピング周波数を低下させ、二次電池部15bのチョッピング制御を優先する場合（第IIIbモード）、第IIbモードにおいて、切換制御手段35が部分出力制御手段16bのチョッピング周波数を低下させる。
【００５９】
そして、第IIIモードよりも出力が小さく第Ｉモードの出力の半分程度の出力を得る第IVモードが設定された時には、二次電池部15aのチョッピング制御を優先する場合（第IVaモード）、部分出力制御手段16aをオフ状態とし、部分出力制御手段16bをオン状態、切換手段55をオフ状態とすることで、二次電池部15bの電圧のみが二次電池手段３の出力電圧VEとして出力され、二次電池部15bのチョッピング制御を優先する場合、二次電池部15bのチョッピング制御を優先する場合（第IVbモード）、切換制御手段35が、部分出力制御手段16bをオフ状態とし、部分出力制御手段16aおよび切換手段55をオン状態にすることで、二次電池部15aの電圧のみが二次電池手段３の出力電圧VEとして出力される。
【００６０】
なお、図示しないが、最大出力の半分より小さい出力を得る動作モードにおいても、二次電池部15a，15bのいずれか一方の出力を二次電池部15a，15bの消耗度に対応して選択的にオフとし、二次電池部15a，15bのいずれか他方の出力を選択的に制御する。
【００６１】
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、チョッピング制御する二次電池部15a，15bを、切換制御手段35が所定条件毎、具体的には二次電池部15a，15bの消耗度に対応して切り換えるので、二次電池部15a，15bの消耗度すなわち放電の程度を略均等にでき、かつ、充電時間を略均等にすることが可能となる。
【００６２】
なお、上記第２の実施の形態において、切換制御手段35によりチョッピング制御を切り換える所定条件は、二次電池部15a，15bの消耗度以外でも、例えば、所定時間毎に定期的に切り換えるなど、他の様々な条件とすることが可能である。
【００６３】
また、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、同様の放電制御を適用することが可能である。
【００６４】
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。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】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。
【図２】同上電気掃除機を示す斜視図である。
【図３】同上電気掃除機の充電状態を示す斜視図である。
【図４】同上電気掃除機の各動作モードでの放電制御を示すグラフである。
【図５】同上放電制御時の放電制御部などの動作を示す表である。
【図６】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。
【図７】同上電気掃除機の各動作モードでの放電制御を示すグラフである。
【図８】同上放電制御時の放電制御部などの動作を示す表である。
【符号の説明】
【００６６】
１    掃除機本体
２    電動送風機
３    二次電池手段
15a，15b    二次電池部
16a，16b    放電制御部としての部分出力制御手段
35    切換制御部としての切換制御手段
36    放電制御手段
CL    電気掃除機
【図１】
2008029505.tif 000003
【図２】
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【図３】
2008029505.tif 000005
【図４】
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【図５】
2008029505.tif 000007
【図６】
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【図７】
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【図８】
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