充電式電気掃除機システム
【課題】 組電池の充電時において、組電池が充電可能上限温度を超えている場合に、この組電池の温度を、充電可能上限温度まで、簡易な構造で迅速に低下させ、充電待ち時間をきわめて短くする。
【解決手段】 組電池８と収納室伝熱壁とが熱的に接続されるように付勢力を与える弾性部材を収納室内に設け、充電器４０に充電台４１の一部を構成し伝熱面を有する伝熱部４２を設け、前記組電池８を充電する際に、前記収納室伝熱壁と前記充電台４１の伝熱面とを熱的に接続させ、かつ、充電制御部を含む前記組電池８を充電する回路を形成するための接続部を有する接続構造を設け、前記充電制御部は、前記組電池８の充電中に温度検出素子により検出された前記組電池８の温度と予め設定された充電可能温度範囲とを比較しながら、前記組電池８の充電電流を制御するように構成した。
【解決手段】 組電池８と収納室伝熱壁とが熱的に接続されるように付勢力を与える弾性部材を収納室内に設け、充電器４０に充電台４１の一部を構成し伝熱面を有する伝熱部４２を設け、前記組電池８を充電する際に、前記収納室伝熱壁と前記充電台４１の伝熱面とを熱的に接続させ、かつ、充電制御部を含む前記組電池８を充電する回路を形成するための接続部を有する接続構造を設け、前記充電制御部は、前記組電池８の充電中に温度検出素子により検出された前記組電池８の温度と予め設定された充電可能温度範囲とを比較しながら、前記組電池８の充電電流を制御するように構成した。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気掃除機に搭載された組電池の充電を効率よく行うことができるようにした充電式電気掃除機システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、充電式電気掃除機では、電気掃除機の本体ケースに収納された複数の二次電池から成る組電池を充電するための充電器について種々の発明が提案され、実用化されている。このような組電池を充電する際に、特に留意すべき点は、安全性の観点から、組電池の温度が高い状態では、充電を行うことができないことである。そこで、従来の充電式電気掃除機では、組電池の温度を測定するサーミスタと、このサーミスタによって測定された組電池の温度が、充電可能温度範囲（例えば、０〜５５℃）外の場合には組電池の充電を行わず、組電池の温度が、その充電可能温度範囲内である場合には、組電池の充電を開始するようにした制御手段とが設けられている。このようなサーミスタと制御手段とを備えた充電式電気掃除機において、電気掃除機の動作を停止させた直後に、組電池の充電を行おうとしても、組電池の温度が充電可能上限温度を超えている場合が多い。従って、充電制御手段は、組電池の温度が充電可能上限温度に下がるまで充電を待たなければならない。組電池は、ハウジング内に収納されているために放熱性が低く、組電池の温度が自然放熱により充電可能上限温度に下がるのを待っていたのでは、長時間にわたって充電を開始できないという問題があった。
【０００３】
このため、高温になっている組電池の温度を速やかに低下させて組電池の充電が可能になるまでの待ち時間を短縮するようにした技術が、例えば、特許文献１に提案されている。この特許文献に開示された発明によれば、組電池の充電のために充電式電気掃除機を充電器（ＡＣアダプタ本体）に結合したときに、充電器内と充電式電気掃除機内とを連通させ、組電池を途中に配置するようにした風路が形成されている。また、充電器には、送風機が設けられ、この送風機を駆動させることにより、風路内に冷却風を流し、この冷却風によって組電池を強制的に空冷するようにしている。
【特許文献１】特開２００２−６５５３５号公報
【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、上述した特許文献１に開示された発明では、組電池を空冷するための冷却風が流れる風路を充電器内および充電式電気掃除機内に形成しなければならず、電気掃除機の構造が複雑になっていた。
また、充電式電気掃除機内に風路を形成することにより充電式電気掃除機が大型化し、家電製品全般に対する要望である小型化に反することになっていた。
さらに、充電器においては、充電のための機構のほかに冷却のための送風機や、この送風機に付随する種々の機構を設けなければならず、充電器が大型化し、高価格になるという問題があった。
【０００５】
本発明の目的は、組電池の充電時において、組電池が充電可能上限温度を超えている場合に、この組電池の温度を、充電可能上限温度まで簡易な構造で迅速に低下させ、充電待ち時間をきわめて短くすることができる充電式電気掃除機システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明に係る充電式電気掃除機システムは、本体ケースを有する電気掃除機と、前記本体ケースに設けられ、開口を有する収納室と、前記収納室に収納され、充電可能な複数の電池セルから構成された組電池と、前記収納室の一部を構成する収納室伝熱壁と、前記組電池の温度を検出する温度検出素子と、前記組電池を充電し充電台を有する充電器と、前記組電池の充電を制御する充電制御部と、を備えた充電式電気掃除機システムにおいて、前記組電池と前記収納室伝熱壁とが熱的に接続されるように付勢力を与える弾性部材を前記収納室内に設け、前記充電器に前記充電台の一部を構成し伝熱面を有する伝熱部を設け、前記組電池を充電する際に、前記収納室伝熱壁と前記充電台の伝熱面とを熱的に接続させ、かつ、前記充電制御部を含む前記組電池を充電する回路を形成するための接続部を有する接続構造を設け、前記充電制御部は、前記組電池の充電中に前記温度検出素子により検出された前記組電池の温度と予め設定された充電可能温度範囲とを比較しながら、前記組電池の充電電流を制御するように構成した。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、組電池の充電時において、組電池が充電可能上限温度を超えている場合に、この組電池の温度を、充電可能上限温度まで、簡易な構造で迅速に低下させ、充電待ち時間をきわめて短くすることができる充電式電気掃除機システムを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明の幾つかの実施例を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１〜図７を用いて、充電式電気掃除機システムの電気掃除機について説明する。電気掃除機1は、図1に示すように、本体ケース２と、この本体ケース２に着脱可能に取り付けられたホース３と、このホース３の先端部に着脱可能に接続された延長管４と、この延長管４の先端部に着脱可能に取り付けられた吸込口体５とを備えている。本体ケース２には、その後方下部に、間隔をあけて配置された走行用の一対の車輪６が取り付けられ、その前方下部に、走行用の一個の車輪６ａが取り付けられている。本体ケース２の内部には、組電池８と、この組電池８を駆動源として駆動される電動送風機９とが収納されている。この組電池８の構造および収納構造は後述する。ホース３は、その基端が図示しない集塵室を介して電動送風機９の吸込側に連通するように本体ケース２に接続されている。ホース3の先端側であって延長管4が接続される箇所の近傍には、後方に向けてホース３から分岐された操作者の握り部１０と、この握り部１０を握った操作者の指で操作能な範囲に位置する操作手段１１とが設けられている。
この操作手段１１は、電動送風機９の電源スイッチを兼ね、この電動送風機９をそれぞれ異なる駆動状態にする複数種類の運転モードを選択して設定することができるように構成されている。具体的には、握り部１０から延長管4の方向に向けて、運転モードの一つである停止設定用の換作ボタン１１ａ、運転モードの一つである弱運転設定用の操作ボタン１１ｂ、運転モードの一つである強運転設定用の換作ボタン１１ｃが一列に配設されている。
【０００９】
組電池８は、図３Ａに示すように、例えば、円筒型のニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池の如き、充電可能な複数の二次電池セル１２と、これら二次電池セル１２を一つに結合し、かつ被覆する熱収縮チューブ１３とから構成されている。この組電池８は、温度特性および容量の揃った二次電池セルを集めて構成されることが好ましい。この実施例では組電池８は、８本の二次電池セルが並べて配置されている。図３Ｂには、この組電池が収納された収納室１６の一部を構成する収納室伝熱壁１８との配置関係を示す。また、図３Ｃには、組電池８の温度を検出する温度検出素子１５が隣接する二次電池セル１２の間隙に配置されている一例を示す。この温度検出素子１５は、例えば、図３Ｄに示す如きサーミスタ１５から成っている。このサーミスタ１５は、組電池８の一箇所または複数箇所に設けることができる。
【００１０】
複数の二次電池セル１２が、適宜配置されて電気的に接続され、サーミスタ１５が配置されると、これら接続された二次電池セル１２およびサーミスタ１５が熱収縮チューブ１３によってパッケージ化される。これによって、周囲が電気的に絶縁された電気掃除機用組電池８が形成される。そして、図７に示すように、本体ケース２の後部側には、この組電池８を充電するための本体ケース側充電用端子３５が設けられている。
【００１１】
図２に示すように、この本体ケース２は、上部ケース２ａと下部ケース２ｂとから形成されている。本体ケース２の下部ケース２ｂには組電池８を収納する収納室１７が形成されている。この収納室１７は、組電池８を出し入れ可能にするために着脱自在に下部ケース２ｂに取り付けられ、略矩形状の開口１９を塞ぐ収納室伝熱壁１８と、一対の側方固定板２０と、収納室側壁２２と、収納室床壁２３（図６Ａ参照）と、から構成されている。収納室側壁２２には、開口１９側にネジ穴２５を形成した突出部２４が設けられている。一方、収納室伝熱壁１８の上下のそれぞれの端部には、貫通穴２７が形成された凸部２６が設けられている（図４Ｂ参照）。そして、ねじ２８と、貫通穴２７と、ねじ穴２５と、によって、収納室伝熱壁１８は下部ケース２ｂに固定される（図６Ａ参照）。
【００１２】
収納室伝熱壁１８は、側方固定板２０、収納室側壁２２、及び収納室床壁２３の材料と比較して、熱伝導率の高い材料を使用する。例えば、側方固定板２０を構成する材料が密度の低い発泡材料、下部ケース２ｂと一体に形成される収納室側壁２２及び収納室床壁２３の材料がＡＢＳ樹脂の場合、収納室伝熱壁１８には、ＡＢＳよりも熱伝導率の高い金属粉末を混合した樹脂材料や、アルミやマグネシウム合金の金属材料等が用いられる。また、この実施例では、収納室側壁２２及び収納室床壁２３を、下部ケース２ｂの一部としているが、下部ケース２ｂと収納室側壁２２及び収納室床壁２３とを別個に形成することができる。
【００１３】
さらに、下部ケース２ｂに固定される収納室伝熱壁１８と収納部１６に収納された組電池８の、少なくとも、組電池８が収納室伝熱壁１８に接触する側、またはその反対側のいずれか一方に弾性部材３０が設けられている（図６Ｂ参照）。この弾性部材３０は、組電池８を、収納室伝熱壁１８に、常時、圧力を加えながら接触するように機能する。弾性部材３０は、例えば、図４Ａに示すようにシート状で、伝熱性と弾性とを有するカーボンフィラーを所定量含有する天然ゴムまたは合成ゴム等から構成されている。なお、この弾性部材３０は、収納室伝熱壁１８とは別体に配置されるか、または予め収納室伝熱壁１８の内面に固定されてもよい。なお、組電池８が収納室１７内に配置されたとき、組電池８の二次電池１２は、図５に示すように配置される。
なお、弾性部材３０を収納室伝熱壁１８と反対側に配置する場合、弾性部材３０は、例えば、金属製板ばね、金属製コイルばね、天然ゴムの発泡体、または合成ゴムの発泡体等で形成される。図６Ａに示すように、ねじ２８の締付けにより、組電池８と弾性部材３１、及び、収納室伝熱壁１８との間の接触部分の押圧力が強くなり、組電池８と収納室伝熱壁１８との熱的な接続が強くなる。すなわち、組電池８と収納室伝熱壁１８との間の熱抵抗が小さくなる。
【００１４】
次に、図１、図８、図９Ａおよび図９Ｂを用いて、充電器４０および充電時の電気掃除機１と充電器４０との位置関係に関して説明する。図１に示す充電器４０は、本体ケース２が移動する方向と水平な状態、即ち、横置き充電方式で組電池８を充電するように構成されている。この充電器４０は、断面が略Ｌ字状の充電台４１と、この充電台４１の下部で本体ケース２を載置するようにした伝熱部４２と、本体ケース２を伝熱部４２に載せたとき、本体ケース２の後部を収納する収容部４３と、この収容部４３に配置された充電器側充電用端子４４と、この充電器側充電用端子４４に接続された充電回路４５Ａまたは４５Ｂ（図９Ａ、図９Ｂ参照）、およびこの充電回路４５Ａまたは４５Ｂを制御する充電制御部４６とを備えている。充電器側充電用端子４４には電気掃除機１の本体ケース側充電用端子３５が接続される。また、本体ケース側充電用端子口３５ａ（図７参照）と充電器側充電用端子口４４ａ（図１参照）は、本体ケース２と充電器４０の位置合わせ箇所としても機能する。これら本体ケース側充電用端子口３５ａと充電器側充電用端子口４４ａの周囲には、図示しないが磁石が配置され、接続の信頼性を向上させている。
【００１５】
伝熱部４２は、充電台４１の一部であって、略直方体で形成され、その上面には平坦な伝熱部上面４２aが形成されている。組電池８の充電のために本体ケース２が充電器４０に結合したときに、組電池８と熱的に接続されている収納室伝熱壁１８（図２参照）がこの伝熱部上面４２ａに面接触する。ここで、充電器４０の設置面７０から伝熱部上面４２ａまでの距離Ｈ１は、収納室伝熱壁１８と伝熱部上面４２ａとが、互いに面接触できるように、収納室伝熱壁１８の表面から車輪６または６ａの下面までの距離Ｈ２より大きく設定されている。
【００１６】
また、この充電器４０の伝熱部４２の幅Ｄｊは、車輪６の間隔Ｄｓより小さく設定されている。従って、本体ケース２は、車輪６間に伝熱部４２を差し込むようにして伝熱部４２上に配置され、且つ、本体ケース２が伝熱部４２上にあるとき、車輪６および６ａは設置面７０から浮き上がった状態になる。この結果、本体ケース２は、自重によって伝熱部４２に載置され、このとき、収納室伝熱壁１８が伝熱部上面４２ａに面接触される。ここで、留意すべきは、収納室伝熱壁１８と伝熱部上面４２ａとの面接触を優先させるため、充電器側充電用端子４４と本体ケース側充電用端子３５との接続が、３次元的に自由度をもって設計されていることである。
【００１７】
伝熱部４２を構成する材料は、収納室伝熱壁１８を形成する材料と同程度又はそれ以上の熱伝導率を有することが望ましい。例えば、ＡＢＳよりも熱伝導率の高い金属粉末を混合した樹脂材料や、アルミなどの金属材料が好適である。さらに、伝熱部４２は、組電池８の熱をある程度吸収する熱容量を有することが望ましく、二次電池セル１２の本数や電気掃除機１の動作方法に応じて、予めその体積が設計される。このような充電状態において、組電池８が弾性部材３０によって収納室伝熱壁１８に熱的に接続されているので、組電池８の熱は、伝熱部４２に迅速に放熱される。尚、伝熱部４２は、充電台４１と一体に形成してもよく、又は、充電器本体と別体に形成したものを充電台４１に固定してもよい。また、本実施例では、伝熱部４２は、略直方体状に形成されているが、収納室伝熱壁１８と面接触することができれば任意の形状にすることができる。例えば、収納室伝熱壁１８と伝熱部上面４２ａとが共に平坦ではなく、互いに嵌合する凹凸面状に形成してもよい。
【００１８】
次に、図９Ａおよび図９Ｂを用いて、充電制御方法を説明する。図９Ａに示された充電回路４５Ａは、充電器側充電用端子４４にリアクトル４７と、コンデンサ４８と、トランスなどの絶縁部５０と、スイッチング部５１と、整流部４９と、この整流部４９に接続されたＡＣ入力部５２とを備えている。この充電回路４５Ａは、商用ＡＣ電源を整流、絶縁し、スイッチング素子５１に信号を入力することによって充電電流を制御するように構成されている。この充電回路４５Ａから組電池８が切り離されると、組電池８の電力が電動送風機９（図１参照）に供給される。この充電回路４５Ａを制御する充電制御部４６は、主にマイコンで構成されており、充電器側充電用端子４４に接続された組電池８の充電電圧や温度を検出する検出部６０と、この検出部６０に接続された比較部６１と、異常検出部６２と、信号を生成しスイッチング素子５１に信号を出力する信号生成・出力部６６と、ＲＯＭ及びＲＡＭ等のメモリ１５０と、を有する。
【００１９】
充電制御部４６は、充電時に、充電回路４５Ａによって充電されている組電池８の電池電圧および温度を監視する。充電時のサーミスタ１５からの出力電圧および電池電圧は、比較部６１においてメモリ１５０に予め設定された値と比較され、その比較結果に基づき信号生成・出力部６６からスイッチング部５１へ信号が出力される。スイッチング部５１は、例えばトランジスタ、ＦＥＴまたはサイリスタ等の素子である。また、スイッチング部５１への信号は、例えば、ＰＷＭ信号を用い、充電電流は、そのＰＷＭ信号のｄｕｔｙの大小によって制御する。
【００２０】
温度監視の場合、組電池８の温度をサーミスタ１５のより検出して、その温度が予めメモリ１５０に設定された充電可能温度範囲、例えば０℃〜５５℃の範囲外であれば充電を停止し、充電可能温度範囲内になると充電を開始するプログラムがメモリ１５０に保存されている。また、図９Ｂに示された充電回路４５Ｂは、絶縁部５０の一次側にスイッチング部５１が設けられている点、および整流部４９の入力側に絶縁部５０およびスイッチング部５１を介してＡＣ入力部５２が接続されている点で充電回路４５Ａと異なり、他の点で同じである。
【００２１】
次に、組電池８の充電のために本体ケース２を充電器４０に結合したときの充電制御部４６による一連の充電制御動作を図１０のフローチャートに基づいて説明する。 まず、検知部６０からの電池電圧検知値に基づき、本体ケース側充電用端子３５と充電器側充電用端子４４とが接続されているか否かが判断する（ステップＳ１）。これら本体ケース側充電用端子３５と充電器側充電用端子４４とが接続されている場合には、サーミスタ１５からの温度検知値に基づいて組電池８の温度が充電可能温度範囲内か否かを判断する（ステップＳ２）。組電池８の温度が充電可能温度範囲外である場合には、充電動作を開始しない。充電動作を待つ間、上述したように、組電池８と伝熱部４２との間の熱抵抗が小さくなり、放熱経路が形成され、組電池８の温度低下が促進される。
【００２２】
ステップＳ２において、組電池８の温度が充電可能温度内であると判断された場合は、充電制御部４６からスイッチング部５１へ信号が出力され、充電回路４５が駆動され、組電池８の充電が開始される（ステップＳ３）。充電動作中は、タイマ６４による組電池８への充電時間長の測定が行われ、さらに、周期的にサーミスタ１５による組電池８の温度知と組電池８の電圧検知が行われる。タイマ６４による充電時間長の測定は、充電異常の検知として用いられる（ステップＳ４）。予めメモリ１５０に設定された設定時間長を超えても充電が完了しない時には、充電が異常であると判断し、ＬＥＤ等の表示部（図示せず）に信号を出力する（ステップＳ８）。また、組電池８の温度は、予めメモリ１５０に設定された充電可能温度範囲内であるか否か、即ち、組電池８の温度が充電動作により充電可能温度範囲外になっているか否かを、周期的にサーミスタ１５からの検知値に基づいて判断する。（ステップＳ５）。組電池８の温度が充電可能温度範囲外になった場合は、安全上、充電動作を一旦停止し、充電動作待ち状態へ戻る（ステップＳ１）。
【００２３】
さらに、組電池８の充電が完了するか否か、即ち、電池電圧が予めメモリ１５０に設定された充電終止電圧に到達したか否かを、検出部６０からの検出値に基づいて判断される（ステップＳ６）。組電池８の電圧が充電終止電圧に到達した場合は、充電動作が完了したと判断し、充電動作を終了する（ステップＳ７）。充電終了後は、本体ケース側充電用端子３５を充電器側充電用端子４４から外し、本体ケース２を充電器４０から離す。これにより、直ちに電気掃除機１による掃除を再開することが可能となる。このように、本発明を実施することにより、組電池８と伝熱部４２との間の熱抵抗が小さくなり、放熱経路が形成され、組電池８の温度低下が促進される。よって、電気掃除機の掃除動作停止後に、安全に充電できる充電可能温度内に入るまでの時間を、短縮することが可能となる。また構造が簡単であり、装置全体を小型化することが容易である。
【００２４】
さらに、信号出力部６６から出力されるＰＷＭ信号のｄｕｔｙを大きくして充電回路４５の充電電流を大きくする急速充電動作の時、通常の充電電流による充電動作の時よりも組電池８の温度は上昇するが、上述の如く、組電池８と伝熱部４２との間の放熱経路により、組電池８の温度上昇が軽減される。また、この組電池８を収納する収納室１７を、図２に示すように本体ケース２の後方下部に設けられている走行用の一対の車輪６を位置合わせガイドとして前方下部にある走行用の一個の車輪６ａとの中間部に配置する。このような配置にすることにより、収納室伝熱壁１８が一対の車輪６と車輪６ａにより囲まれる。よって、これら一対の車輪６と車輪６ａを、本体ケース２を充電器４０と合体させるときの位置合わせ利用可能となり、伝熱部４２と収納室伝熱壁１８との位置精度が向上し、組電池８の放熱も促進される。より具体的には、組電池８への充電時には、車輪６、６ａを用いて本体ケース２を充電器４０との結合位置に向けて後進させ、車輪６が伝熱部４２を跨ぐようにして本体ケース２が伝熱部４２上に配置され、次いで、本体ケース側充電用端子３５と充電器側充電器４０の充電用端子４４とが接続される。
【００２５】
また、別の実施の形態の充電器１４０は、放熱構造８０を備えている。この放熱構造８０は、図１１に示すように、充電台１４１の後面に取り付けられた放熱フィン８２を備えている。この放熱フィン８２は、充電台１４１に直接形成されるか、予め形成されたフィン体を充電台１４１に取り付ける。さらに、この放熱フィン８２と伝熱部１４２とは、直接、接触固定させるか、または、熱伝導性が良好な接着剤やシート材料を介在させて固定される。上記如き構成を有する放熱構造８０を充電台１４１に設けたことによって、組電池８の熱を保有した伝熱部４２の熱を放熱フィン８２に伝え、この放熱フィン８２から空気に迅速に放熱させることができる。尚、変形例において、放熱フィン８２を充電台１４１の内部に設けることができる。この場合、放熱フィン８２の近接する充電台１４１の壁に放熱用の穴（図示せず）を設けるのが望ましい。
【００２６】
また、この充電台１４１には、伝熱部１４２の先端に車輪ガイド８４を設けている。この車輪ガイド８４に沿って、本体ケース２を移動させることにより、収納室伝熱壁１８と伝熱部１４２との位置合わせが簡便になる。
【００２７】
また、サーミスタ１５は、図３Ｃに示すように、組電池８を構成する複数の二次電池セル１２の隣接セルの間隙であって、収納室伝熱壁１８側に配置されている二次電池セル１２よりも内側に配置する。例えば、組電池８を構成する二次電池セル１２の中で、収納室伝熱壁１８側に配置されている二次電池セル１２は、比較的速やかに冷却され、また温度勾配も大きい。一方、組電池８の内部に配置されている二次電池セル１２の冷却速度は、収納室伝熱壁１８側に配置されている二次電池セル１２よりも冷却が遅く、温度勾配も小さい。このため、サーミスタ１５は、冷却が遅く、かつ温度勾配の小さな部分に配置することにより、安全性および温度検出精度を向上することができる。図３Ａに示す実施例における８本の二次電池セル１２から構成される組電池８の場合、その中央部の隙間であって、サーミスタ１５の感温部が二次電池セル１２に接触するように配置されるのが好ましい。サーミスタ１５は冷却が遅く、温度勾配の小さな部分に一箇所、または複数箇所に配置される。複数箇所に配置すれば、温度検出の精度をより高めることができる。
【００２８】
図１２乃至図１５を用いて、本発明における他の実施の形態の充電式電気掃除機システムを説明する。図１２乃至図１５には、上記第一の実施例と同一部分には同一の符号が付してある。この実施の形態では、充電器２４０が本体ケース２を縦方向に配置して充電する縦置き充電方式に形成されている。この充電台２４２には、上記第一の実施例と同様に、本体ケース３０２の後部を収容する円弧状の収容部２４３と、この収容部２４３から突出され組電池８の放熱させる伝熱部２４２とが設けられている。ここで、まず、充電台１４２に設けられた接触補助機構１００について説明する。
【００２９】
この充電台２４２には図１３に示すように、充電時に、本体ケース３０２（図１５参照）の収納室伝熱壁１８に接触可能な接触補助機構１００が設けられている。この接触補助機構１００は、充電台２４２に固定された固定軸１０１と、この固定軸１０１に対して直交して配置されてこの固定軸に回転可能に取り付けられたリンク１０２と、このリンク１０２の一端に固定された接触部材１０３と、リンク１０２の他端に固定された力付加部材１０４とを備えている。接触部材１０３は、充電器接触部１０５と本体ケース接触部１０６とから成る縦長に配置された長方形状の一つの部材から形成されている。固定軸１０１は、図１４に示すように、充電台２４２の略半円状の収容部２４３を横切るように、この収容部２４３の底面の下方で充電台２４２内に固定される。接触部材１０３の充電器接触部１０５と本体ケース接触部１０６とは、収容部２４３の底面の側方、即ち、伝熱部２４２の側面で収納室伝熱壁１８に対向する位置に配置され、力付加部材１０４は、収容部４３の底面の下方に配置されている。充電器接触部１０５、本体ケース接触部１０６および力付加部材１０４は、収容部２４３の底面から露出するように充電器に配置される。
【００３０】
力付加部材１０４に図１３中矢印Ａ方向に力が加えられた時、固定軸１０１を中心にしてリンク１０２が反時計方向に回転し、このリンクの回転に従って、接触部材１０３が矢印Ｂで示す反時計方向に回転する。尚、力付加部材１０４への矢印Ａ方向の力を取り除けば、接触部材１０３は、固定軸１０１を中心に時計方向に回転する。ここで、留意すべきは、接触部材１０３が矢印Ｂ方向に回動されるとき、本体ケース接触部１０６のみが移動し、充電器接触部１０５は、伝熱部２４２に接触したままになるように、接触部材１０３が構成され且つ充電台２４２に取り付けられていることである。力付加部材１０４は、例えば樹脂材から形成され、接触部材１０３は、熱伝導性と弾性を有する部材、例えば、金属製板ばねから形成される。この接触部材１０３の大きさは、収納室伝熱壁１８がほぼ覆われる大きさに設定されている。
【００３１】
次に図１４及び図１５を参照しながら説明する。本体ケース３０２が収容部２４３にセットされたとき、本体ケース２が力付加部材１０４を押圧し、これにより上述の如く接触部材１０３が閉塞部材１８に向けて回転され、接触部材１０３の本体ケース接触部１０６が、収納室伝熱壁１８と圧力状態で接触する。この際、接触部材１０３の充電器接触部材１０５は、上述したように、伝熱部２４２に接触したままである。
【００３２】
次に、本体ケース３０２に設けられた圧力付勢手段１１０について説明する。本体ケース３０２の下部側には図１５に示すように閉塞部１３、走行用の一個の車輪６ａとともに、圧力付勢手段１１０が設けられている。この時圧力付勢手段１１０は、本体ケース３０２の収納室伝熱壁１８と車輪６ａとの中間部分に設けられており、車輪６ａの直径より薄い部材から形成されている。また、圧力付勢手段１１０は、組電池８を交換するために閉塞部材１８を取り外す時には、一旦、左右いずれかに９０度回転させることができるように構成されている。ただし、通常の使用時には図１６に示す位置にあり、通常の掃除には影響しない。
【００３３】
次に、充電台２４２に設けられた接触補助機構１００と本体ケース３０２に設けられた圧力付勢手段１１０との関係ついて説明する。本体ケース３０２を充電台２４２に降ろしていくと、本体ケース３０２に圧力付勢手段１１０が設けられていることにより、収容部２４３から露出されている充電器接触部１０５が充電台２４２側に押し付けられる。その後、更に本体ケース３０２を収容部２４３に向けて下降させていくと、本体ケース３０２が力付加部材１０４を押す。これにより、図１３における矢印Ａと同方向の力が接触補助機構１００に加えられる。これにより接触部材１０３のうち本体ケース接触部１０６と、収納室伝熱壁１８との間に接触領域が生成される。この時、充電器接触部１０５が伝熱部２４２と接触したままである。従って、組電池８の熱は、収納室伝熱壁１８、本体ケース接触部１０６、充電器接触部１０５を介して伝熱部２４２に放熱される。上記の構成により、組電池８と伝熱部２４２との間の熱抵抗は小さくなり、組電池８で発生する熱は、収納室伝熱壁１８から伝熱部２４２に迅速且つ効率よく移動し、これによって組電池８の温度が迅速に降下する。
【００３４】
以上、本発明の実施の形態において、いわゆる「キャニスタ型」の電気掃除機１を用いた場合について説明したが、他のタイプとして図１６に示す縦型の電気掃除機についても同様に本発明を適用することができる。
【００３５】
また、上記の実施の形態において、組電池８を収納する収納室１７は、本体ケース２に一体的に形成されている場合について例示したが、他の実施の形態を図１７に示す。収納室ボックス３５０が本体ケース２ｂに取り付けられる構造である。この収納室ボックス３５０は、組電池８を収納した後、本体ケース２ｂ)に固定される。この場合、収納室ボックス３５０を構成している収納室伝熱壁１８は、充電される際に、充電器４０の伝熱部４２の伝熱面４２ａとが熱的に結合される。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明に係る充電式電気掃除機システムの一実施例を示す斜視図である。
【図２】図１に示された電気掃除機に設けられた組電池の収納室の部分を示す電気掃除機の後端側底面部の一部斜視図である。
【図３】図３Ａは、組電池を示す斜視図である。 図３Ｂは、組電池と収納室伝熱壁の配置関係を示す図である。 図３Ｃは、組電池の断面構造を示す図である。 図３Ｄは、組電池に組み込まれるサーミスタの平面図である。
【図４】図４Ａは、図１に示された電気掃除機に設けられた組電池の収納室を、外方から見た分解斜視図である。 図４Ｂは、組電池の収納室を構成する収納室伝熱壁の斜視図である。
【図５】組電池と収納室との配置状態を示す斜視図である。
【図６】図６Ａは、図１に示された電気掃除機に設けられた組電池の収納室の構造を示す斜視図である。 図６Ｂは、組電池の収納室の断面構造を示す図である。
【図７】図１に示された電気掃除機の充電用端子の部分を示す一部斜視図である。
【図８】組電池の充電のために電気掃除機を、図７に示された充電器に結合させている状態を示す斜視図である。
【図９】図９Ａは、組電池のための充電回路および充電制御装置を示す回路の一実施例を示す図である。 図９Ｂは、組電池のための充電回路および充電制御装置を示す回路の他の実施例を示す図である。
【図１０】充電動作を説明するフローチャートである。
【図１１】充電器に設けられた放熱機構を示す斜視図である。
【図１２】本発明の他の実施例における電気掃除機システムおいて、電気掃除機が縦置き充電方式の充電器に取り付けられた状態を示す斜視図である。
【図１３】電気掃除機システムおける縦置き充電方式に用いられる接触補助機構の概略を示す斜視図である。
【図１４】接触補助機構が充電器に配置されたときの充電器を示す斜視図である。
【図１５】接触補助機構の接触部材と接触する電気掃除機の本体ケースの下部構造を示す斜視図である。
【図１６】本発明の実施に用いられる電気掃除機の他の実施形態を示す斜視図である。
【図１７】電気掃除機の本体ケースに設けられた組電池の収納室の他の実施形態を示す模式図である。
【符号の説明】
【００３７】
１ 電気掃除機
２ 本体ケース
５ 吸口体
６ 車輪
８ 組電池
９ 電動送風機
１５ 温度検出素子
１６ 収納室
１８ 収納室伝熱壁
２２ 収納室壁
２３ 収納室床壁
３０ 弾性部材
３５ 本体側充電用端子
４０ 充電器
４１ 充電台
４２ 伝熱部
４３ 収容部
４４ 充電器側充端子
４５Ａ 充電回路
４６ 充電制御部
５１ スイッチング部
８０ 放熱構造
８２ 放熱フィン
８４ 車輪ガイド
１００ 接触補助機構
１０１ 固定軸
１０３ 接触部材
１０５ 充電器接触部材
１４０ 充電器
２４２ 伝熱部
３５０ 収納室ボックス
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気掃除機に搭載された組電池の充電を効率よく行うことができるようにした充電式電気掃除機システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、充電式電気掃除機では、電気掃除機の本体ケースに収納された複数の二次電池から成る組電池を充電するための充電器について種々の発明が提案され、実用化されている。このような組電池を充電する際に、特に留意すべき点は、安全性の観点から、組電池の温度が高い状態では、充電を行うことができないことである。そこで、従来の充電式電気掃除機では、組電池の温度を測定するサーミスタと、このサーミスタによって測定された組電池の温度が、充電可能温度範囲（例えば、０〜５５℃）外の場合には組電池の充電を行わず、組電池の温度が、その充電可能温度範囲内である場合には、組電池の充電を開始するようにした制御手段とが設けられている。このようなサーミスタと制御手段とを備えた充電式電気掃除機において、電気掃除機の動作を停止させた直後に、組電池の充電を行おうとしても、組電池の温度が充電可能上限温度を超えている場合が多い。従って、充電制御手段は、組電池の温度が充電可能上限温度に下がるまで充電を待たなければならない。組電池は、ハウジング内に収納されているために放熱性が低く、組電池の温度が自然放熱により充電可能上限温度に下がるのを待っていたのでは、長時間にわたって充電を開始できないという問題があった。
【０００３】
このため、高温になっている組電池の温度を速やかに低下させて組電池の充電が可能になるまでの待ち時間を短縮するようにした技術が、例えば、特許文献１に提案されている。この特許文献に開示された発明によれば、組電池の充電のために充電式電気掃除機を充電器（ＡＣアダプタ本体）に結合したときに、充電器内と充電式電気掃除機内とを連通させ、組電池を途中に配置するようにした風路が形成されている。また、充電器には、送風機が設けられ、この送風機を駆動させることにより、風路内に冷却風を流し、この冷却風によって組電池を強制的に空冷するようにしている。
【特許文献１】特開２００２−６５５３５号公報
【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、上述した特許文献１に開示された発明では、組電池を空冷するための冷却風が流れる風路を充電器内および充電式電気掃除機内に形成しなければならず、電気掃除機の構造が複雑になっていた。
また、充電式電気掃除機内に風路を形成することにより充電式電気掃除機が大型化し、家電製品全般に対する要望である小型化に反することになっていた。
さらに、充電器においては、充電のための機構のほかに冷却のための送風機や、この送風機に付随する種々の機構を設けなければならず、充電器が大型化し、高価格になるという問題があった。
【０００５】
本発明の目的は、組電池の充電時において、組電池が充電可能上限温度を超えている場合に、この組電池の温度を、充電可能上限温度まで簡易な構造で迅速に低下させ、充電待ち時間をきわめて短くすることができる充電式電気掃除機システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明に係る充電式電気掃除機システムは、本体ケースを有する電気掃除機と、前記本体ケースに設けられ、開口を有する収納室と、前記収納室に収納され、充電可能な複数の電池セルから構成された組電池と、前記収納室の一部を構成する収納室伝熱壁と、前記組電池の温度を検出する温度検出素子と、前記組電池を充電し充電台を有する充電器と、前記組電池の充電を制御する充電制御部と、を備えた充電式電気掃除機システムにおいて、前記組電池と前記収納室伝熱壁とが熱的に接続されるように付勢力を与える弾性部材を前記収納室内に設け、前記充電器に前記充電台の一部を構成し伝熱面を有する伝熱部を設け、前記組電池を充電する際に、前記収納室伝熱壁と前記充電台の伝熱面とを熱的に接続させ、かつ、前記充電制御部を含む前記組電池を充電する回路を形成するための接続部を有する接続構造を設け、前記充電制御部は、前記組電池の充電中に前記温度検出素子により検出された前記組電池の温度と予め設定された充電可能温度範囲とを比較しながら、前記組電池の充電電流を制御するように構成した。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、組電池の充電時において、組電池が充電可能上限温度を超えている場合に、この組電池の温度を、充電可能上限温度まで、簡易な構造で迅速に低下させ、充電待ち時間をきわめて短くすることができる充電式電気掃除機システムを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明の幾つかの実施例を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１〜図７を用いて、充電式電気掃除機システムの電気掃除機について説明する。電気掃除機1は、図1に示すように、本体ケース２と、この本体ケース２に着脱可能に取り付けられたホース３と、このホース３の先端部に着脱可能に接続された延長管４と、この延長管４の先端部に着脱可能に取り付けられた吸込口体５とを備えている。本体ケース２には、その後方下部に、間隔をあけて配置された走行用の一対の車輪６が取り付けられ、その前方下部に、走行用の一個の車輪６ａが取り付けられている。本体ケース２の内部には、組電池８と、この組電池８を駆動源として駆動される電動送風機９とが収納されている。この組電池８の構造および収納構造は後述する。ホース３は、その基端が図示しない集塵室を介して電動送風機９の吸込側に連通するように本体ケース２に接続されている。ホース3の先端側であって延長管4が接続される箇所の近傍には、後方に向けてホース３から分岐された操作者の握り部１０と、この握り部１０を握った操作者の指で操作能な範囲に位置する操作手段１１とが設けられている。
この操作手段１１は、電動送風機９の電源スイッチを兼ね、この電動送風機９をそれぞれ異なる駆動状態にする複数種類の運転モードを選択して設定することができるように構成されている。具体的には、握り部１０から延長管4の方向に向けて、運転モードの一つである停止設定用の換作ボタン１１ａ、運転モードの一つである弱運転設定用の操作ボタン１１ｂ、運転モードの一つである強運転設定用の換作ボタン１１ｃが一列に配設されている。
【０００９】
組電池８は、図３Ａに示すように、例えば、円筒型のニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池の如き、充電可能な複数の二次電池セル１２と、これら二次電池セル１２を一つに結合し、かつ被覆する熱収縮チューブ１３とから構成されている。この組電池８は、温度特性および容量の揃った二次電池セルを集めて構成されることが好ましい。この実施例では組電池８は、８本の二次電池セルが並べて配置されている。図３Ｂには、この組電池が収納された収納室１６の一部を構成する収納室伝熱壁１８との配置関係を示す。また、図３Ｃには、組電池８の温度を検出する温度検出素子１５が隣接する二次電池セル１２の間隙に配置されている一例を示す。この温度検出素子１５は、例えば、図３Ｄに示す如きサーミスタ１５から成っている。このサーミスタ１５は、組電池８の一箇所または複数箇所に設けることができる。
【００１０】
複数の二次電池セル１２が、適宜配置されて電気的に接続され、サーミスタ１５が配置されると、これら接続された二次電池セル１２およびサーミスタ１５が熱収縮チューブ１３によってパッケージ化される。これによって、周囲が電気的に絶縁された電気掃除機用組電池８が形成される。そして、図７に示すように、本体ケース２の後部側には、この組電池８を充電するための本体ケース側充電用端子３５が設けられている。
【００１１】
図２に示すように、この本体ケース２は、上部ケース２ａと下部ケース２ｂとから形成されている。本体ケース２の下部ケース２ｂには組電池８を収納する収納室１７が形成されている。この収納室１７は、組電池８を出し入れ可能にするために着脱自在に下部ケース２ｂに取り付けられ、略矩形状の開口１９を塞ぐ収納室伝熱壁１８と、一対の側方固定板２０と、収納室側壁２２と、収納室床壁２３（図６Ａ参照）と、から構成されている。収納室側壁２２には、開口１９側にネジ穴２５を形成した突出部２４が設けられている。一方、収納室伝熱壁１８の上下のそれぞれの端部には、貫通穴２７が形成された凸部２６が設けられている（図４Ｂ参照）。そして、ねじ２８と、貫通穴２７と、ねじ穴２５と、によって、収納室伝熱壁１８は下部ケース２ｂに固定される（図６Ａ参照）。
【００１２】
収納室伝熱壁１８は、側方固定板２０、収納室側壁２２、及び収納室床壁２３の材料と比較して、熱伝導率の高い材料を使用する。例えば、側方固定板２０を構成する材料が密度の低い発泡材料、下部ケース２ｂと一体に形成される収納室側壁２２及び収納室床壁２３の材料がＡＢＳ樹脂の場合、収納室伝熱壁１８には、ＡＢＳよりも熱伝導率の高い金属粉末を混合した樹脂材料や、アルミやマグネシウム合金の金属材料等が用いられる。また、この実施例では、収納室側壁２２及び収納室床壁２３を、下部ケース２ｂの一部としているが、下部ケース２ｂと収納室側壁２２及び収納室床壁２３とを別個に形成することができる。
【００１３】
さらに、下部ケース２ｂに固定される収納室伝熱壁１８と収納部１６に収納された組電池８の、少なくとも、組電池８が収納室伝熱壁１８に接触する側、またはその反対側のいずれか一方に弾性部材３０が設けられている（図６Ｂ参照）。この弾性部材３０は、組電池８を、収納室伝熱壁１８に、常時、圧力を加えながら接触するように機能する。弾性部材３０は、例えば、図４Ａに示すようにシート状で、伝熱性と弾性とを有するカーボンフィラーを所定量含有する天然ゴムまたは合成ゴム等から構成されている。なお、この弾性部材３０は、収納室伝熱壁１８とは別体に配置されるか、または予め収納室伝熱壁１８の内面に固定されてもよい。なお、組電池８が収納室１７内に配置されたとき、組電池８の二次電池１２は、図５に示すように配置される。
なお、弾性部材３０を収納室伝熱壁１８と反対側に配置する場合、弾性部材３０は、例えば、金属製板ばね、金属製コイルばね、天然ゴムの発泡体、または合成ゴムの発泡体等で形成される。図６Ａに示すように、ねじ２８の締付けにより、組電池８と弾性部材３１、及び、収納室伝熱壁１８との間の接触部分の押圧力が強くなり、組電池８と収納室伝熱壁１８との熱的な接続が強くなる。すなわち、組電池８と収納室伝熱壁１８との間の熱抵抗が小さくなる。
【００１４】
次に、図１、図８、図９Ａおよび図９Ｂを用いて、充電器４０および充電時の電気掃除機１と充電器４０との位置関係に関して説明する。図１に示す充電器４０は、本体ケース２が移動する方向と水平な状態、即ち、横置き充電方式で組電池８を充電するように構成されている。この充電器４０は、断面が略Ｌ字状の充電台４１と、この充電台４１の下部で本体ケース２を載置するようにした伝熱部４２と、本体ケース２を伝熱部４２に載せたとき、本体ケース２の後部を収納する収容部４３と、この収容部４３に配置された充電器側充電用端子４４と、この充電器側充電用端子４４に接続された充電回路４５Ａまたは４５Ｂ（図９Ａ、図９Ｂ参照）、およびこの充電回路４５Ａまたは４５Ｂを制御する充電制御部４６とを備えている。充電器側充電用端子４４には電気掃除機１の本体ケース側充電用端子３５が接続される。また、本体ケース側充電用端子口３５ａ（図７参照）と充電器側充電用端子口４４ａ（図１参照）は、本体ケース２と充電器４０の位置合わせ箇所としても機能する。これら本体ケース側充電用端子口３５ａと充電器側充電用端子口４４ａの周囲には、図示しないが磁石が配置され、接続の信頼性を向上させている。
【００１５】
伝熱部４２は、充電台４１の一部であって、略直方体で形成され、その上面には平坦な伝熱部上面４２aが形成されている。組電池８の充電のために本体ケース２が充電器４０に結合したときに、組電池８と熱的に接続されている収納室伝熱壁１８（図２参照）がこの伝熱部上面４２ａに面接触する。ここで、充電器４０の設置面７０から伝熱部上面４２ａまでの距離Ｈ１は、収納室伝熱壁１８と伝熱部上面４２ａとが、互いに面接触できるように、収納室伝熱壁１８の表面から車輪６または６ａの下面までの距離Ｈ２より大きく設定されている。
【００１６】
また、この充電器４０の伝熱部４２の幅Ｄｊは、車輪６の間隔Ｄｓより小さく設定されている。従って、本体ケース２は、車輪６間に伝熱部４２を差し込むようにして伝熱部４２上に配置され、且つ、本体ケース２が伝熱部４２上にあるとき、車輪６および６ａは設置面７０から浮き上がった状態になる。この結果、本体ケース２は、自重によって伝熱部４２に載置され、このとき、収納室伝熱壁１８が伝熱部上面４２ａに面接触される。ここで、留意すべきは、収納室伝熱壁１８と伝熱部上面４２ａとの面接触を優先させるため、充電器側充電用端子４４と本体ケース側充電用端子３５との接続が、３次元的に自由度をもって設計されていることである。
【００１７】
伝熱部４２を構成する材料は、収納室伝熱壁１８を形成する材料と同程度又はそれ以上の熱伝導率を有することが望ましい。例えば、ＡＢＳよりも熱伝導率の高い金属粉末を混合した樹脂材料や、アルミなどの金属材料が好適である。さらに、伝熱部４２は、組電池８の熱をある程度吸収する熱容量を有することが望ましく、二次電池セル１２の本数や電気掃除機１の動作方法に応じて、予めその体積が設計される。このような充電状態において、組電池８が弾性部材３０によって収納室伝熱壁１８に熱的に接続されているので、組電池８の熱は、伝熱部４２に迅速に放熱される。尚、伝熱部４２は、充電台４１と一体に形成してもよく、又は、充電器本体と別体に形成したものを充電台４１に固定してもよい。また、本実施例では、伝熱部４２は、略直方体状に形成されているが、収納室伝熱壁１８と面接触することができれば任意の形状にすることができる。例えば、収納室伝熱壁１８と伝熱部上面４２ａとが共に平坦ではなく、互いに嵌合する凹凸面状に形成してもよい。
【００１８】
次に、図９Ａおよび図９Ｂを用いて、充電制御方法を説明する。図９Ａに示された充電回路４５Ａは、充電器側充電用端子４４にリアクトル４７と、コンデンサ４８と、トランスなどの絶縁部５０と、スイッチング部５１と、整流部４９と、この整流部４９に接続されたＡＣ入力部５２とを備えている。この充電回路４５Ａは、商用ＡＣ電源を整流、絶縁し、スイッチング素子５１に信号を入力することによって充電電流を制御するように構成されている。この充電回路４５Ａから組電池８が切り離されると、組電池８の電力が電動送風機９（図１参照）に供給される。この充電回路４５Ａを制御する充電制御部４６は、主にマイコンで構成されており、充電器側充電用端子４４に接続された組電池８の充電電圧や温度を検出する検出部６０と、この検出部６０に接続された比較部６１と、異常検出部６２と、信号を生成しスイッチング素子５１に信号を出力する信号生成・出力部６６と、ＲＯＭ及びＲＡＭ等のメモリ１５０と、を有する。
【００１９】
充電制御部４６は、充電時に、充電回路４５Ａによって充電されている組電池８の電池電圧および温度を監視する。充電時のサーミスタ１５からの出力電圧および電池電圧は、比較部６１においてメモリ１５０に予め設定された値と比較され、その比較結果に基づき信号生成・出力部６６からスイッチング部５１へ信号が出力される。スイッチング部５１は、例えばトランジスタ、ＦＥＴまたはサイリスタ等の素子である。また、スイッチング部５１への信号は、例えば、ＰＷＭ信号を用い、充電電流は、そのＰＷＭ信号のｄｕｔｙの大小によって制御する。
【００２０】
温度監視の場合、組電池８の温度をサーミスタ１５のより検出して、その温度が予めメモリ１５０に設定された充電可能温度範囲、例えば０℃〜５５℃の範囲外であれば充電を停止し、充電可能温度範囲内になると充電を開始するプログラムがメモリ１５０に保存されている。また、図９Ｂに示された充電回路４５Ｂは、絶縁部５０の一次側にスイッチング部５１が設けられている点、および整流部４９の入力側に絶縁部５０およびスイッチング部５１を介してＡＣ入力部５２が接続されている点で充電回路４５Ａと異なり、他の点で同じである。
【００２１】
次に、組電池８の充電のために本体ケース２を充電器４０に結合したときの充電制御部４６による一連の充電制御動作を図１０のフローチャートに基づいて説明する。 まず、検知部６０からの電池電圧検知値に基づき、本体ケース側充電用端子３５と充電器側充電用端子４４とが接続されているか否かが判断する（ステップＳ１）。これら本体ケース側充電用端子３５と充電器側充電用端子４４とが接続されている場合には、サーミスタ１５からの温度検知値に基づいて組電池８の温度が充電可能温度範囲内か否かを判断する（ステップＳ２）。組電池８の温度が充電可能温度範囲外である場合には、充電動作を開始しない。充電動作を待つ間、上述したように、組電池８と伝熱部４２との間の熱抵抗が小さくなり、放熱経路が形成され、組電池８の温度低下が促進される。
【００２２】
ステップＳ２において、組電池８の温度が充電可能温度内であると判断された場合は、充電制御部４６からスイッチング部５１へ信号が出力され、充電回路４５が駆動され、組電池８の充電が開始される（ステップＳ３）。充電動作中は、タイマ６４による組電池８への充電時間長の測定が行われ、さらに、周期的にサーミスタ１５による組電池８の温度知と組電池８の電圧検知が行われる。タイマ６４による充電時間長の測定は、充電異常の検知として用いられる（ステップＳ４）。予めメモリ１５０に設定された設定時間長を超えても充電が完了しない時には、充電が異常であると判断し、ＬＥＤ等の表示部（図示せず）に信号を出力する（ステップＳ８）。また、組電池８の温度は、予めメモリ１５０に設定された充電可能温度範囲内であるか否か、即ち、組電池８の温度が充電動作により充電可能温度範囲外になっているか否かを、周期的にサーミスタ１５からの検知値に基づいて判断する。（ステップＳ５）。組電池８の温度が充電可能温度範囲外になった場合は、安全上、充電動作を一旦停止し、充電動作待ち状態へ戻る（ステップＳ１）。
【００２３】
さらに、組電池８の充電が完了するか否か、即ち、電池電圧が予めメモリ１５０に設定された充電終止電圧に到達したか否かを、検出部６０からの検出値に基づいて判断される（ステップＳ６）。組電池８の電圧が充電終止電圧に到達した場合は、充電動作が完了したと判断し、充電動作を終了する（ステップＳ７）。充電終了後は、本体ケース側充電用端子３５を充電器側充電用端子４４から外し、本体ケース２を充電器４０から離す。これにより、直ちに電気掃除機１による掃除を再開することが可能となる。このように、本発明を実施することにより、組電池８と伝熱部４２との間の熱抵抗が小さくなり、放熱経路が形成され、組電池８の温度低下が促進される。よって、電気掃除機の掃除動作停止後に、安全に充電できる充電可能温度内に入るまでの時間を、短縮することが可能となる。また構造が簡単であり、装置全体を小型化することが容易である。
【００２４】
さらに、信号出力部６６から出力されるＰＷＭ信号のｄｕｔｙを大きくして充電回路４５の充電電流を大きくする急速充電動作の時、通常の充電電流による充電動作の時よりも組電池８の温度は上昇するが、上述の如く、組電池８と伝熱部４２との間の放熱経路により、組電池８の温度上昇が軽減される。また、この組電池８を収納する収納室１７を、図２に示すように本体ケース２の後方下部に設けられている走行用の一対の車輪６を位置合わせガイドとして前方下部にある走行用の一個の車輪６ａとの中間部に配置する。このような配置にすることにより、収納室伝熱壁１８が一対の車輪６と車輪６ａにより囲まれる。よって、これら一対の車輪６と車輪６ａを、本体ケース２を充電器４０と合体させるときの位置合わせ利用可能となり、伝熱部４２と収納室伝熱壁１８との位置精度が向上し、組電池８の放熱も促進される。より具体的には、組電池８への充電時には、車輪６、６ａを用いて本体ケース２を充電器４０との結合位置に向けて後進させ、車輪６が伝熱部４２を跨ぐようにして本体ケース２が伝熱部４２上に配置され、次いで、本体ケース側充電用端子３５と充電器側充電器４０の充電用端子４４とが接続される。
【００２５】
また、別の実施の形態の充電器１４０は、放熱構造８０を備えている。この放熱構造８０は、図１１に示すように、充電台１４１の後面に取り付けられた放熱フィン８２を備えている。この放熱フィン８２は、充電台１４１に直接形成されるか、予め形成されたフィン体を充電台１４１に取り付ける。さらに、この放熱フィン８２と伝熱部１４２とは、直接、接触固定させるか、または、熱伝導性が良好な接着剤やシート材料を介在させて固定される。上記如き構成を有する放熱構造８０を充電台１４１に設けたことによって、組電池８の熱を保有した伝熱部４２の熱を放熱フィン８２に伝え、この放熱フィン８２から空気に迅速に放熱させることができる。尚、変形例において、放熱フィン８２を充電台１４１の内部に設けることができる。この場合、放熱フィン８２の近接する充電台１４１の壁に放熱用の穴（図示せず）を設けるのが望ましい。
【００２６】
また、この充電台１４１には、伝熱部１４２の先端に車輪ガイド８４を設けている。この車輪ガイド８４に沿って、本体ケース２を移動させることにより、収納室伝熱壁１８と伝熱部１４２との位置合わせが簡便になる。
【００２７】
また、サーミスタ１５は、図３Ｃに示すように、組電池８を構成する複数の二次電池セル１２の隣接セルの間隙であって、収納室伝熱壁１８側に配置されている二次電池セル１２よりも内側に配置する。例えば、組電池８を構成する二次電池セル１２の中で、収納室伝熱壁１８側に配置されている二次電池セル１２は、比較的速やかに冷却され、また温度勾配も大きい。一方、組電池８の内部に配置されている二次電池セル１２の冷却速度は、収納室伝熱壁１８側に配置されている二次電池セル１２よりも冷却が遅く、温度勾配も小さい。このため、サーミスタ１５は、冷却が遅く、かつ温度勾配の小さな部分に配置することにより、安全性および温度検出精度を向上することができる。図３Ａに示す実施例における８本の二次電池セル１２から構成される組電池８の場合、その中央部の隙間であって、サーミスタ１５の感温部が二次電池セル１２に接触するように配置されるのが好ましい。サーミスタ１５は冷却が遅く、温度勾配の小さな部分に一箇所、または複数箇所に配置される。複数箇所に配置すれば、温度検出の精度をより高めることができる。
【００２８】
図１２乃至図１５を用いて、本発明における他の実施の形態の充電式電気掃除機システムを説明する。図１２乃至図１５には、上記第一の実施例と同一部分には同一の符号が付してある。この実施の形態では、充電器２４０が本体ケース２を縦方向に配置して充電する縦置き充電方式に形成されている。この充電台２４２には、上記第一の実施例と同様に、本体ケース３０２の後部を収容する円弧状の収容部２４３と、この収容部２４３から突出され組電池８の放熱させる伝熱部２４２とが設けられている。ここで、まず、充電台１４２に設けられた接触補助機構１００について説明する。
【００２９】
この充電台２４２には図１３に示すように、充電時に、本体ケース３０２（図１５参照）の収納室伝熱壁１８に接触可能な接触補助機構１００が設けられている。この接触補助機構１００は、充電台２４２に固定された固定軸１０１と、この固定軸１０１に対して直交して配置されてこの固定軸に回転可能に取り付けられたリンク１０２と、このリンク１０２の一端に固定された接触部材１０３と、リンク１０２の他端に固定された力付加部材１０４とを備えている。接触部材１０３は、充電器接触部１０５と本体ケース接触部１０６とから成る縦長に配置された長方形状の一つの部材から形成されている。固定軸１０１は、図１４に示すように、充電台２４２の略半円状の収容部２４３を横切るように、この収容部２４３の底面の下方で充電台２４２内に固定される。接触部材１０３の充電器接触部１０５と本体ケース接触部１０６とは、収容部２４３の底面の側方、即ち、伝熱部２４２の側面で収納室伝熱壁１８に対向する位置に配置され、力付加部材１０４は、収容部４３の底面の下方に配置されている。充電器接触部１０５、本体ケース接触部１０６および力付加部材１０４は、収容部２４３の底面から露出するように充電器に配置される。
【００３０】
力付加部材１０４に図１３中矢印Ａ方向に力が加えられた時、固定軸１０１を中心にしてリンク１０２が反時計方向に回転し、このリンクの回転に従って、接触部材１０３が矢印Ｂで示す反時計方向に回転する。尚、力付加部材１０４への矢印Ａ方向の力を取り除けば、接触部材１０３は、固定軸１０１を中心に時計方向に回転する。ここで、留意すべきは、接触部材１０３が矢印Ｂ方向に回動されるとき、本体ケース接触部１０６のみが移動し、充電器接触部１０５は、伝熱部２４２に接触したままになるように、接触部材１０３が構成され且つ充電台２４２に取り付けられていることである。力付加部材１０４は、例えば樹脂材から形成され、接触部材１０３は、熱伝導性と弾性を有する部材、例えば、金属製板ばねから形成される。この接触部材１０３の大きさは、収納室伝熱壁１８がほぼ覆われる大きさに設定されている。
【００３１】
次に図１４及び図１５を参照しながら説明する。本体ケース３０２が収容部２４３にセットされたとき、本体ケース２が力付加部材１０４を押圧し、これにより上述の如く接触部材１０３が閉塞部材１８に向けて回転され、接触部材１０３の本体ケース接触部１０６が、収納室伝熱壁１８と圧力状態で接触する。この際、接触部材１０３の充電器接触部材１０５は、上述したように、伝熱部２４２に接触したままである。
【００３２】
次に、本体ケース３０２に設けられた圧力付勢手段１１０について説明する。本体ケース３０２の下部側には図１５に示すように閉塞部１３、走行用の一個の車輪６ａとともに、圧力付勢手段１１０が設けられている。この時圧力付勢手段１１０は、本体ケース３０２の収納室伝熱壁１８と車輪６ａとの中間部分に設けられており、車輪６ａの直径より薄い部材から形成されている。また、圧力付勢手段１１０は、組電池８を交換するために閉塞部材１８を取り外す時には、一旦、左右いずれかに９０度回転させることができるように構成されている。ただし、通常の使用時には図１６に示す位置にあり、通常の掃除には影響しない。
【００３３】
次に、充電台２４２に設けられた接触補助機構１００と本体ケース３０２に設けられた圧力付勢手段１１０との関係ついて説明する。本体ケース３０２を充電台２４２に降ろしていくと、本体ケース３０２に圧力付勢手段１１０が設けられていることにより、収容部２４３から露出されている充電器接触部１０５が充電台２４２側に押し付けられる。その後、更に本体ケース３０２を収容部２４３に向けて下降させていくと、本体ケース３０２が力付加部材１０４を押す。これにより、図１３における矢印Ａと同方向の力が接触補助機構１００に加えられる。これにより接触部材１０３のうち本体ケース接触部１０６と、収納室伝熱壁１８との間に接触領域が生成される。この時、充電器接触部１０５が伝熱部２４２と接触したままである。従って、組電池８の熱は、収納室伝熱壁１８、本体ケース接触部１０６、充電器接触部１０５を介して伝熱部２４２に放熱される。上記の構成により、組電池８と伝熱部２４２との間の熱抵抗は小さくなり、組電池８で発生する熱は、収納室伝熱壁１８から伝熱部２４２に迅速且つ効率よく移動し、これによって組電池８の温度が迅速に降下する。
【００３４】
以上、本発明の実施の形態において、いわゆる「キャニスタ型」の電気掃除機１を用いた場合について説明したが、他のタイプとして図１６に示す縦型の電気掃除機についても同様に本発明を適用することができる。
【００３５】
また、上記の実施の形態において、組電池８を収納する収納室１７は、本体ケース２に一体的に形成されている場合について例示したが、他の実施の形態を図１７に示す。収納室ボックス３５０が本体ケース２ｂに取り付けられる構造である。この収納室ボックス３５０は、組電池８を収納した後、本体ケース２ｂ)に固定される。この場合、収納室ボックス３５０を構成している収納室伝熱壁１８は、充電される際に、充電器４０の伝熱部４２の伝熱面４２ａとが熱的に結合される。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明に係る充電式電気掃除機システムの一実施例を示す斜視図である。
【図２】図１に示された電気掃除機に設けられた組電池の収納室の部分を示す電気掃除機の後端側底面部の一部斜視図である。
【図３】図３Ａは、組電池を示す斜視図である。 図３Ｂは、組電池と収納室伝熱壁の配置関係を示す図である。 図３Ｃは、組電池の断面構造を示す図である。 図３Ｄは、組電池に組み込まれるサーミスタの平面図である。
【図４】図４Ａは、図１に示された電気掃除機に設けられた組電池の収納室を、外方から見た分解斜視図である。 図４Ｂは、組電池の収納室を構成する収納室伝熱壁の斜視図である。
【図５】組電池と収納室との配置状態を示す斜視図である。
【図６】図６Ａは、図１に示された電気掃除機に設けられた組電池の収納室の構造を示す斜視図である。 図６Ｂは、組電池の収納室の断面構造を示す図である。
【図７】図１に示された電気掃除機の充電用端子の部分を示す一部斜視図である。
【図８】組電池の充電のために電気掃除機を、図７に示された充電器に結合させている状態を示す斜視図である。
【図９】図９Ａは、組電池のための充電回路および充電制御装置を示す回路の一実施例を示す図である。 図９Ｂは、組電池のための充電回路および充電制御装置を示す回路の他の実施例を示す図である。
【図１０】充電動作を説明するフローチャートである。
【図１１】充電器に設けられた放熱機構を示す斜視図である。
【図１２】本発明の他の実施例における電気掃除機システムおいて、電気掃除機が縦置き充電方式の充電器に取り付けられた状態を示す斜視図である。
【図１３】電気掃除機システムおける縦置き充電方式に用いられる接触補助機構の概略を示す斜視図である。
【図１４】接触補助機構が充電器に配置されたときの充電器を示す斜視図である。
【図１５】接触補助機構の接触部材と接触する電気掃除機の本体ケースの下部構造を示す斜視図である。
【図１６】本発明の実施に用いられる電気掃除機の他の実施形態を示す斜視図である。
【図１７】電気掃除機の本体ケースに設けられた組電池の収納室の他の実施形態を示す模式図である。
【符号の説明】
【００３７】
１ 電気掃除機
２ 本体ケース
５ 吸口体
６ 車輪
８ 組電池
９ 電動送風機
１５ 温度検出素子
１６ 収納室
１８ 収納室伝熱壁
２２ 収納室壁
２３ 収納室床壁
３０ 弾性部材
３５ 本体側充電用端子
４０ 充電器
４１ 充電台
４２ 伝熱部
４３ 収容部
４４ 充電器側充端子
４５Ａ 充電回路
４６ 充電制御部
５１ スイッチング部
８０ 放熱構造
８２ 放熱フィン
８４ 車輪ガイド
１００ 接触補助機構
１０１ 固定軸
１０３ 接触部材
１０５ 充電器接触部材
１４０ 充電器
２４２ 伝熱部
３５０ 収納室ボックス
【特許請求の範囲】
【請求項１】
本体ケースを有する電気掃除機と、
前記本体ケースに設けられ、開口を有する収納室と、
前記収納室に収納され、充電可能な複数の電池セルから構成された組電池と、
前記収納室の一部を構成する収納室伝熱壁と、
前記組電池の温度を検出する温度検出素子と、
前記組電池を充電し充電台を有する充電器と、
前記組電池の充電を制御する充電制御部と、
を備えた充電式電気掃除機システムにおいて、
前記組電池と前記収納室伝熱壁とが熱的に接続されるように付勢力を与える弾性部材を前記収納室内に設け、
前記充電器に前記充電台の一部を構成し伝熱面を有する伝熱部を設け、
前記組電池を充電する際に、前記収納室伝熱壁と前記充電台の伝熱面とを熱的に接続させ、かつ、前記充電制御部を含む前記組電池を充電する回路を形成するための接続部を有する接続構造を設け、
前記充電制御部は、前記組電池の充電中に前記温度検出素子により検出された前記組電池の温度と予め設定された充電可能温度範囲とを比較しながら、前記組電池の充電電流を制御するように構成されている充電式電気掃除機システム。
【請求項２】
前記本体ケースは、上部ケースと下部ケースから構成され、前記収納室は、その開口を外部に連通して前記下部ケースに設けられており、前記収納室の開口を前記収納室伝熱壁により閉塞することを特徴とする請求項１記載の充電式電気掃除機システム。
【請求項３】
前記本体ケースは上部ケースと下部ケースから構成され、前記収納室は前記下部ケースに脱着可能に取り付けられていることを特徴とする請求項１記載の充電式電気掃除機システム。
【請求項４】
前記電気掃除機は、清掃面を走行させる一対の走行車輪が前記本体ケースに設けられ、前記収納室伝熱壁が前記清掃面に平行に対向するように前記一対の走行車輪の間に設けられたものであって、
前記組電池を充電するために前記電気掃除機が前記充電台に載置される時に、前記収納室伝熱壁と前記伝熱部の伝熱面が熱的に接合されるように前記一対の走行車輪により位置めされることを特徴とする請求項１記載の充電式電気掃除機システム。
【請求項５】
前記充電台の前記伝熱部の伝熱面が前記清掃面に平行に配置され、かつ前記伝熱面の前記清掃面からの垂直方向の距離を前記電気掃除機が充電器の充電台に載置されたときに、前記走行車輪の清掃面接地部が前記清掃面と所定の距離を有するように設定し、前記電気掃除機の重量が前記伝熱面に付加されるようにされていることを特徴とする請求項４記載の充電式電気掃除機システム。
【請求項６】
前記温度検出素子は、互いに隣接する前記電池セルの間隙に配置され、かつ前記収納室伝熱壁側に配置されている前記電池セルよりも前記収納室の内側に配置されている請求項１記載の充電式電気掃除機システム。
【請求項７】
前記充電器の前記充電台の伝熱部と熱的に接続された放熱フィンが設けられている請求項１記載の充電式電気掃除機システム。
【請求項８】
前記電気掃除機が充電台に載置されたときに、前記収納室の伝熱壁と前記充電台の伝熱部の伝熱面とを熱的に接触させる接触補助機構が設けられている請求項１記載の充電式電気掃除機システム。
【請求項１】
本体ケースを有する電気掃除機と、
前記本体ケースに設けられ、開口を有する収納室と、
前記収納室に収納され、充電可能な複数の電池セルから構成された組電池と、
前記収納室の一部を構成する収納室伝熱壁と、
前記組電池の温度を検出する温度検出素子と、
前記組電池を充電し充電台を有する充電器と、
前記組電池の充電を制御する充電制御部と、
を備えた充電式電気掃除機システムにおいて、
前記組電池と前記収納室伝熱壁とが熱的に接続されるように付勢力を与える弾性部材を前記収納室内に設け、
前記充電器に前記充電台の一部を構成し伝熱面を有する伝熱部を設け、
前記組電池を充電する際に、前記収納室伝熱壁と前記充電台の伝熱面とを熱的に接続させ、かつ、前記充電制御部を含む前記組電池を充電する回路を形成するための接続部を有する接続構造を設け、
前記充電制御部は、前記組電池の充電中に前記温度検出素子により検出された前記組電池の温度と予め設定された充電可能温度範囲とを比較しながら、前記組電池の充電電流を制御するように構成されている充電式電気掃除機システム。
【請求項２】
前記本体ケースは、上部ケースと下部ケースから構成され、前記収納室は、その開口を外部に連通して前記下部ケースに設けられており、前記収納室の開口を前記収納室伝熱壁により閉塞することを特徴とする請求項１記載の充電式電気掃除機システム。
【請求項３】
前記本体ケースは上部ケースと下部ケースから構成され、前記収納室は前記下部ケースに脱着可能に取り付けられていることを特徴とする請求項１記載の充電式電気掃除機システム。
【請求項４】
前記電気掃除機は、清掃面を走行させる一対の走行車輪が前記本体ケースに設けられ、前記収納室伝熱壁が前記清掃面に平行に対向するように前記一対の走行車輪の間に設けられたものであって、
前記組電池を充電するために前記電気掃除機が前記充電台に載置される時に、前記収納室伝熱壁と前記伝熱部の伝熱面が熱的に接合されるように前記一対の走行車輪により位置めされることを特徴とする請求項１記載の充電式電気掃除機システム。
【請求項５】
前記充電台の前記伝熱部の伝熱面が前記清掃面に平行に配置され、かつ前記伝熱面の前記清掃面からの垂直方向の距離を前記電気掃除機が充電器の充電台に載置されたときに、前記走行車輪の清掃面接地部が前記清掃面と所定の距離を有するように設定し、前記電気掃除機の重量が前記伝熱面に付加されるようにされていることを特徴とする請求項４記載の充電式電気掃除機システム。
【請求項６】
前記温度検出素子は、互いに隣接する前記電池セルの間隙に配置され、かつ前記収納室伝熱壁側に配置されている前記電池セルよりも前記収納室の内側に配置されている請求項１記載の充電式電気掃除機システム。
【請求項７】
前記充電器の前記充電台の伝熱部と熱的に接続された放熱フィンが設けられている請求項１記載の充電式電気掃除機システム。
【請求項８】
前記電気掃除機が充電台に載置されたときに、前記収納室の伝熱壁と前記充電台の伝熱部の伝熱面とを熱的に接触させる接触補助機構が設けられている請求項１記載の充電式電気掃除機システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２００６−３４７３４（Ｐ２００６−３４７３４Ａ）
【公開日】平成１８年２月９日（２００６．２．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２２０９１７（Ｐ２００４−２２０９１７）
【出願日】平成１６年７月２８日（２００４．７．２８）
【出願人】（０００００３５６２）東芝テック株式会社 (5,631)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年２月９日（２００６．２．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年７月２８日（２００４．７．２８）
【出願人】（０００００３５６２）東芝テック株式会社 (5,631)
【Ｆターム（参考）】
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