(57)【要約】【課題】汎用性を向上し、充電器からの最大出力電圧を抑制できる充電装置を提供する。【解決手段】二次電池３に並列に接続したコンデンサ部21を複数に分圧したコンデンサ21a，21bのいずれかを所定条件に基づいて切換手段26で切り換えつつ充電してコンデンサ部21を充電することにより、充電したコンデンサ部21を介して二次電池３を充電可能となるので、充電器15からの最大出力電圧を、二次電池３の要求電圧を分圧した電圧に抑制できるとともに、二次電池３の接続換えなども必要なく、汎用性を向上できる。【選択図】図１
2007104801.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次電池に並列に接続されたキャパシタ部と、
このキャパシタ部に電圧を印加する充電電源手段と、
前記キャパシタ部を複数に分圧した部分のいずれかを所定条件に基づき切り換えて前記充電電源手段に電気的に接続する切換手段と
を具備したことを特徴とした充電装置。
【請求項２】
キャパシタ部を分圧した部分ごとに対をなし、切換手段を介して充電電源手段に接続可能な接点を具備した
ことを特徴とした請求項１記載の充電装置。
【請求項３】
切換手段は、キャパシタ部を分圧した部分を一定周期で切り換える
ことを特徴とした請求項１または２記載の充電装置。
【請求項４】
切換手段は、キャパシタ部を分圧した部分をこれら分圧した部分に対応する二次電池の充電状態に基づいて切り換える
ことを特徴とした請求項１ないし３いずれか一記載の充電装置。
【請求項５】
二次電池からの給電により動作する電動送風機を収容した掃除機本体と、
この掃除機本体に少なくとも一部が設けられた請求項１ないし４いずれか一記載の充電装置と
を具備したことを特徴とした電気掃除機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二次電池を充電可能な充電装置およびこれを備えた電気掃除機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、複数の二次電池を接続した電池パックを充電する充電装置として、複数の電池パックのそれぞれを充電可能な複数の充電回路を備え、これら充電回路の動作を順次制御して充電時間の短縮を図るものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
また、複数の充電回路を備え、これら充電回路に接続された各電池パックの全充電負荷を検出し、この全充電負荷に応じて充電回路の充電電流の大小を制御するものも知られている（例えば、特許文献２参照。）。
【特許文献１】特開平９−１１７０６７号公報（第３頁、図４）
【特許文献２】特開２００１−１６９４６６号公報（第３−５頁、図３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、二次電池を使用する電気掃除機においては、吸込効率の一層の向上、すなわちハイパワー化が望まれており、このようなハイパワー化に対応するためには、二次電池の高電圧化が必要となる。
【０００５】
しかしながら、上述の特許文献１あるいは特許文献２に記載された充電装置では、二次電池の高電圧化に対応するために、充電器から二次電池への充電電圧も大きくしなければならず、充電器側からの最大出力電圧が大きくなってしまうという問題点を有している。
【０００６】
例えば、通常の電気掃除機において、二次電池の電圧は３０Ｖ程度であるが、ハイパワー化に対応させるために倍以上の電圧にする際には、充電器から二次電池への充電電圧を７０Ｖ〜８０Ｖ程度にしなければならない。
【０００７】
そして、このように充電器側からの最大出力電圧が大きくなると、使用の際に注意を要し、使い勝手が良好でないという問題がある。
【０００８】
そこで、複数の二次電池を並列に接続して充電した後、これら二次電池を直列に接続を切り換えて放電させる方法も考えられる。
【０００９】
しかしながら、このような方法では、放電時に充電時の５倍〜１０倍、あるいはそれ以上の電流を流して高出力を得るため、並列と直列との接続の切り換え用の接点にもハイパワー型のものを使用しなければならず、並列から直列への切り換えおよび保持にも電力を消費するとともに、また、ハイパワー型の接点でも、流す電流が数十アンペアを越えると、産業用となってさらに大きく重くなり、汎用性に乏しいという問題点を有している。
【００１０】
本発明は、このような点に鑑みなされたもので、汎用性を向上し、充電電源手段からの最大出力電圧を抑制できる充電装置およびこれを備え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】
【００１１】
本発明は、二次電池に並列に接続されたキャパシタ部と、このキャパシタ部に電圧を印加する充電電源手段と、前記キャパシタ部を複数に分圧した部分のいずれかを所定条件に基づき切り換えて前記充電電源手段に電気的に接続する切換手段とを具備したものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、二次電池に並列に接続されたキャパシタ部を複数に分圧した部分のいずれかを所定条件に基づいて切換手段で切り換えつつ充電してキャパシタ部を充電することにより、この充電されたキャパシタ部を介して二次電池を充電可能となるので、充電電源手段からの最大出力電圧を、二次電池の要求電圧を分圧した電圧に抑制できるとともに、二次電池の接続換えなども必要なく、汎用性を向上できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の一実施の形態の電気掃除機の構成を図１ないし図３を参照して説明する。
【００１４】
図２および図３において、１は掃除機本体で、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３と、電動送風機２の駆動を制御する本体制御手段４とがそれぞれ収容されている。そして、この掃除機本体１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。
【００１５】
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の強、中、弱、切などの動作モードを本体制御手段４に設定する設定ボタン９が設けられている。
【００１６】
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。
【００１７】
次に、上記電気掃除機の内部構成などについて説明する。
【００１８】
図１に示すように、電動送風機２は、二次電池３の両端から電力の供給を受けている。
【００１９】
二次電池３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セルを直列に接続した電池パックであり、掃除機本体１と着脱可能に接続される充電電源手段としての充電器15の充電回路により充電されるものである。また、この二次電池３には、キャパシタ部としてのコンデンサ部21が二次電池３に対して並列に接続されている。このコンデンサ部21は、複数のコンデンサの直列回路であり、このコンデンサ部21を、充電制御上の電圧、あるいは二次電池３での充電制限電圧などに分圧する複数の分圧部と、これら分圧部のそれぞれに対応する対をなす接点とを有している。本実施の形態では、便宜的に、分圧部として、二次電池３の充電時の要求電圧を略１／２分割した２つのコンデンサ21a，21bを有し、これらコンデンサ21a，21bのそれぞれから接点22a，23aおよび接点22b，23bが導出されているものとする。
【００２０】
本体制御手段４は、設定ボタン９により設定された動作モードに応じて電動送風機２を駆動させるマイコンなどにより構成されている。また、この本体制御手段４は、コンデンサ部21の各コンデンサ21a，21b、および、二次電池３の充電状態を監視する充電監視手段の機能を有している。さらに、この本体制御手段４は、コンデンサ部21のコンデンサ21a，21bと充電器15との接続を切り換える切換手段26の動作を制御可能に設けられている。
【００２１】
また、本体制御手段４は、コンデンサ部21の充電が終了した後、このコンデンサ部21に充電された電荷を二次電池３に充電させる二次電池充電機能を有している。
【００２２】
切換手段26は、例えばリレーなどであり、コンデンサ部21のコンデンサ21a，21bに対応する複数設けられ互いにオンオフが連動するスイッチ27a，27bを備えている。また、これらスイッチ27a，27bのそれぞれは、掃除機本体１に設けられた入力用の接点31，32を介して充電器15と電気的に接続可能となっている。これら接点31，32は、例えば掃除機本体１の後部、すなわち本体吸込口６と反対側の端部に露出している。
【００２３】
さらに、切換手段26と接点31，32との間には、切換手段26の各スイッチ27a，27bと接点31，32とを電気的に接続／遮断するスイッチ35a，35bを備えた接続遮断手段35が設けられている。この接続遮断手段35は、充電器15と掃除機本体１とが接続された際に閉じ、この充電器15と掃除機本体１との接続が外れた際に開かれる。
【００２４】
そして、充電器15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の内部には図示しない所定の充電回路が収容され、この充電回路によりコンデンサ部21のコンデンサ21a，21bを充電可能に設けられている。さらに、この充電器15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44が導出され、この電源コード44は、充電回路に給電可能となっている。
【００２５】
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の接点31，32（図１）がそれぞれ電気的に接続される図示しない一対の接点部が設けられている。これら接点部は、ケース体43内にて、充電回路に電気的に接続されている。この充電回路は、定常時に例えば直流（ＤＣ）４２Ｖ以下の充電電圧を接点部から出力するように構成されている。
【００２６】
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45（図２）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を充電器15に保持可能とするものである。
【００２７】
そして、本体制御手段４、充電器15、コンデンサ部21、切換手段26および接続遮断手段35などにより、二次電池３の充電装置が構成されている。
【００２８】
次に、上記一実施の形態の動作を説明する。
【００２９】
二次電池３を充電する際には、図３に示すように、電源コード44をコンセントに接続した充電器15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接点31，32（図１）を充電器15の接点部に接続すると、接続遮断手段35のスイッチ35a，35bが図１の想像線に示すように閉じて接点31，32が切換手段26のスイッチ27a，27bのそれぞれに電気的に接続される。
【００３０】
この状態で、充電器15の充電回路から所定の電圧、例えば二次電池３の要求電圧の１／２と略等しい電圧が接点部、接点31，32を介してスイッチ27a，27bに供給され、このスイッチ27a，27bが本体制御手段４により図１の実線および想像線に示すようにコンデンサ21a，21bに所定条件に基づいて交互に切り換えられ、コンデンサ21a，21bのそれぞれが充電される。
【００３１】
このとき、本体制御手段４は、一定の周期、例えば２０秒ないし２分置きに切換手段26を介してコンデンサ21a，21bと充電器15との接続を切り換え、各コンデンサ21a，21bを略均等に充電する。なお、この切換手段26での切り換えの周期は、例えばコンデンサ部の各コンデンサ21a，21bの容量などに応じて適宜設定される。
【００３２】
各コンデンサ21a，21bが満充電となると、これらコンデンサ21a，21bの直列回路であるコンデンサ部21の両端から、これら充電されたコンデンサ21a，21bの電圧の和が二次電池３へと印加され、コンデンサ21a，21bの容量で決定される電荷量が二次電池３へと充電される。なお、コンデンサ21a，21bの満充電は、これらコンデンサ21a，21bへと充電器15から流れる電流などにより判断し、例えばこの電流値が所定値よりも小さくなった場合などとする。
【００３３】
二次電池３の充電が終了した後、掃除をする際には、作業者が充電器15から掃除機本体１を取り外し、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、本体制御手段４が二次電池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。
【００３４】
さらに、床ブラシ11を床面上で前後に走行させて床ブラシ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。
【００３５】
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。
【００３６】
上述したように、上記一実施の形態によれば、二次電池３に並列に接続されたコンデンサ部21を複数に分圧したコンデンサ21a，21bのいずれかを所定条件に基づいて切換手段26で切り換えつつ充電してコンデンサ部21を充電することにより、この充電されたコンデンサ部21を介して二次電池３を充電可能となり、充電器15からの最大出力電圧を、二次電池３の要求電圧を分圧した電圧に抑制できるとともに、二次電池のセルを並列に充電して放電時には直列に接続換えする従来の構成と比較して、特に二次電池３の出力が大きい場合などの大パワーでの接続の切り換えの必要がなくなるので、構成を簡略化でき、また、例えば充電時の５倍以上の電流を扱う放電時であっても、大電流用の部品などを用いる必要もなく、汎用性を向上できる。
【００３７】
すなわち、二次電池３の出力を向上するために高電圧で二次電池３をそのまま充電すると、二次電池３の最高電圧以上の高電圧を印加する必要があり、充電器15の出力電圧が高圧となる。しかしながら、例えば二次電池３の充電時の過電圧に対する抑制が、予め設定された所定の電圧を越えた電圧程度までしか保障されないととともに、二次電池３がリチウム電池である場合には、指定された最高充電電圧以上では破損するおそれがあるなど、高圧充電は好ましくないため、上記一実施の形態では、充電器15からの出力電圧を分圧により落として各コンデンサ21a，21bに供給して、これらコンデンサ21a，21bの直列回路であるコンデンサ部21により二次電池３を充電することで、高圧の印加による二次電池３の破損などを防止でき、使い勝手を向上できる。
【００３８】
また、各コンデンサ21a，21bが充電されたコンデンサ部21から二次電池３を充電することにより、コンデンサ部21に充電した以上の電荷が二次電池３に充電されるおそれがなく、コンデンサ部21から充電すれば二次電池３の充電状態を細かく管理する必要がないので、充電器15の充電回路、あるいは本体制御手段４の構成などを簡略化できる。すなわち、温度、あるいは充電量などを監視しつつ過充電などを防止するようにきめ細かく充電管理する必要がある二次電池３の充電管理に対して、コンデンサ部21の充電管理は比較的容易であり、定電流充電および定電圧充電を切り換えるなどの従来の二次電池の充電制御と比較して、全体の充電制御が容易になる。
【００３９】
さらに、例えば二次電池３を所定のセル毎に切り換えて充電する場合では、積み重ねたセル数の最適充電電圧が一義的に決まってしまうのに対して、上記一実施の形態では、充電器15からコンデンサ部21に充電するので、コンデンサの数を増減させることで充電電圧を任意に選択できる。例えば、コンデンサ数を倍にすると、充電電圧は１／２とすることができる。
【００４０】
しかも、上記一実施の形態では、充電されたコンデンサ部21により二次電池３に対して全体同時に充電電流を流すため、全てのセルを常に同一充電状態に保つことが可能になる。
【００４１】
そして、掃除機本体１に設けた２つの接点31，32を介してコンデンサ部21を充電器15により充電するため、充電器15として、２つの接点部を備えた通常の充電器を用いることが可能となり、汎用性をより向上できる。
【００４２】
また、充電器15からの最大出力電圧を抑制できることで、切換手段26として比較的小型のリレーなどが使用でき、充電装置および電気掃除機の小型化が可能になるとともに、充電器15側の負荷が低下し、充電回路なども小型化が可能になる。
【００４３】
さらに、コンデンサ21a，21b毎に対をなす接点22，23を設けることで、それぞれの接点22，23間での電圧を抑制できる。
【００４４】
そして、切換手段26により、コンデンサ21a，21bを一定周期で切り換える場合には、充電制御を簡略化できる。
【００４５】
また、充電器15と掃除機本体１との接続が遮断された際に、接点31，32と二次電池３およびコンデンサ部21側とを遮断する接続遮断手段35を設けることで、切換手段26の万一の故障などの場合でも、二次電池３の全体電圧が接点31，32に出力されることを、より確実に防止できる。
【００４６】
さらに、上記の充電装置を電気掃除機に適用することで、電気掃除機のハイパワー化に容易に対応できる。
【００４７】
特に、電気掃除機などの家電製品は、充電器15を本体と別個に設けて着脱自在とすることが一般的であり、二次電池３を充電していない状態では、この充電器15の接点部、あるいはこれら接点部に接続される接点31，32が露出する場合があるため、充電器15側からの充電用の出力電圧を低下させることで、充電器15の接点部や接点31，32に必要以上の高電圧が加わることを防止し、このような高電圧が外部に出力されることを防止する。
【００４８】
なお、上記一実施の形態において、本体制御手段４が切換手段26を切り換える条件は、任意に設定できる。
【００４９】
また、切換手段26による切り換えを確実にできる場合には、接続遮断手段35を設けずに構成をより簡略化することも可能である。
【００５０】
さらに、上記一実施の形態では、便宜的に、コンデンサ部21を２つのコンデンサ21a，21bに分圧し、コンデンサ21a，21bのそれぞれに接点22a，23aおよび接点22b，23bを設けたが、コンデンサ部21の分割の仕方、あるいは分割の個数などは、充電制御上の電圧、あるいは二次電池３での充電制限電圧など応じて、任意に設定できる。
【００５１】
そして、切換手段26での充電器15とコンデンサ21a，21bとの切り換えの周期は、例えば本体制御手段４にて監視したコンデンサ21a，21bの充電状態に基づいて、例えば、充電が充分でない方のコンデンサへの接続時間を長くするなど、任意に変化させることも可能である。この場合には、コンデンサ部21の充電をきめ細かく制御でき、コンデンサ21a，21bの過充電などを、より確実に防止できる。
【００５２】
また、充電器15を掃除機本体１に内蔵することも可能である。
【００５３】
さらに、充電装置は、電気掃除機以外でも、二次電池にて駆動する任意の電気機器に対して適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の一実施の形態の充電装置を示すブロック図である。
【図２】同上充電装置を備えた電気掃除機を示す斜視図である。
【図３】同上充電装置による電気掃除機の充電状態を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００５５】
１    掃除機本体
２    電動送風機
３    二次電池
15    充電電源手段としての充電器
21    キャパシタ部としてのコンデンサ部
22a，22b，23a，23b    接点
26    切換手段
【図１】
2007104801.tif 000003
【図２】
2007104801.tif 000004
【図３】
2007104801.tif 000005