JP3657889B2 - 充電式電気掃除機 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、充電式電気掃除機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
リチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池は、小型で軽量、そして５００回以上の繰り返し充放電が可能であるため、携帯型パーソナルコンピュータや携帯電話をはじめとする多くの電子機器に使用されており、需要が増加している。
【０００３】
リチウムイオン二次電池のような二次電池が搭載されている充電式電気掃除機は、掃除機本体に二次電池と変圧器を含む充電回路との双方が搭載されているものや、変圧器を含む充電回路を充電ステーションとして掃除機本体とは別に設け、二次電池のみを掃除機本体に設けるものがある。最近では、掃除機本体の軽量化を図って掃除機本体の持ち運び性を向上させたり、あるいは掃除機本体を充電ステーションに楽に載せるために、二次電池と充電制御回路のみを掃除機本体に搭載する場合が増えている。このような充電式電気掃除機の一例を図１７〜図１９に示す。図１７は従来の充電式電気掃除機の概略を示す斜視図で、図１８は図１７の充電式電気掃除機に含まれる置き台を兼ねる充電器の概略を示す斜視図で、図１９は図１７の充電式電気掃除機の充電経路を示す回路図である。
【０００４】
掃除機本体６１は、置き台兼用の充電器６２に載置されている。掃除機本体６１には、二次電池のパックもしくは単電池からなる二次電池ユニット６３が内蔵されている。二次電池ユニット６３の両端には、充電器６２と電気的に接続するための接続端子６４ａ、６４ｂが接続されている。
【０００５】
充電器６２は、掃除機本体６１を載置するための載置部に形成されている充電用端子６５ａ、６５ｂと、充電用端子６５ａ、６５ｂに接続されている変圧器を含む充電回路６６と、充電回路６６にスイッチ６７及びヒューズ６８を介して接続されている電力供給用の端子６９ａ、６９ｂとを備える。充電回路６６は、電力供給用の端子６９ａ、６９ｂからの交流あるいは直流を受けて充電用端子６５ａ、６５ｂに直流を出力する役割をなす。
【０００６】
掃除機本体６１を充電器６２の載置部に載置すると、掃除機本体６１の接続端子６４ａ、６４ｂと充電器６２の充電用端子６５ａ、６５ｂとが物理的に接触して電気的に接続される。次いで、充電器６２のスイッチ６７をオンにすると、電源から電力供給用の端子６９ａ、６９ｂに交流あるいは直流が入力され、充電回路６６で直流に変換された後、この直流電流が充電用端子６５ａ、６５ｂから接続端子６４ａ、６４ｂに出力され、二次電池ユニット６３の充電がなされる。
【０００７】
このような充電式電気掃除機によると、軽量であるために使い勝手に優れるものの、掃除機本体の転倒や、壁や障害物に衝突する等により、掃除機本体に繰り返し衝撃が加わりやすいため、掃除機本体６１の表面に露出している接続端子６４ａ、６４ｂが破損し、接続端子６４ａ、６４ｂと掃除機本体６１内部の充電制御回路などの回路とを接続するリード線が掃除機使用中に切断されるという問題が発生している。
【０００８】
ところで、電気掃除機により吸引された塵や埃等のゴミの大部分は、内蔵されているゴミパックに捕集されるものの、全てのゴミを完全に捕集するのは難しく、１μｍ以下のサブミクロン微粒子はゴミパックを通過して排気に混じってしまう。このような微粒子は、糸屑、微生物の死骸、食物などの有機物の微粒子、ガラスや酸化物（例えば、Ａｌ2Ｏ3、Ｆｅ2Ｏ3、ＳｉＯ2）などの無機物、ＦｅやＡｌ、Ｍｇ、Ｓｉなどの金属微粒子の３種類に大別することができる。微粒子は、個々の粒子が独立して存在するのではなく、いくつかの種類の微粒子が凝集して存在する場合が多い。
【０００９】
ゴミパックに捕集できなかった凝集微粒子は、掃除機本体の内部に付着して堆積する。掃除機本体には、基板にプリント配線することにより得られ、かつ二次電池の充電電流や放電電流を制御するための電子回路が搭載されている。この電子回路に凝集微粒子が堆積すると、電子回路が短絡する恐れがある。また、掃除機本体内部に堆積した微粒子は、使用中に排気口から外部に排出されることがある。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、掃除機本体に充電器と電気的に接続するための充電用端子を設ける必要がなく、掃除機内部における充電用端子と内部回路との配線切断事故が皆無で、かつ集塵収納部に捕集できない塵の捕集が可能な充電式電気掃除機を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る充電式電気掃除機は、掃除機本体と、
前記掃除機本体内に配置された集塵収納部と、
前記掃除機本体内に配置され、塵を前記集塵収納部に吸引するための吸気を行う駆動手段と、
前記掃除機本体の内壁もしくは底部内面に前記駆動手段からの排気と接するように配置され、辺部に曲率が付いている箱型形状を有するコイルカバーと、
前記コイルカバー内に収容され、外部からの磁力によって誘導起電力を発生する受電コイルと、
前記掃除機本体内に配置され、前記起電力を用いて充電される二次電池と
を具備することを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明に係る充電式電気掃除機について説明する。
【００１３】
この充電式電気掃除機は、集塵収納部と、塵を前記集塵収納部に吸引するための吸気を行う駆動手段と、前記集塵収納部を通過した気体の経路内に直接またはコイルカバーで覆われた状態で配置され、外部からの磁力によって誘導起電力を発生する受電コイルと、前記起電力を用いて充電される二次電池とを具備する。
【００１４】
ここで、集塵収納部とは、集めた塵を収納しておく部分であり、例えば、袋状のものや、容器等を使用することができる。
【００１５】
受電コイルに磁力を供給する手段としては、例えば、前記受電コイルと電磁的に結合して前記受電コイルに誘導起電力を生じさせる給電コイルを含む充電器を使用することができる。
【００１６】
本発明に係る充電式電気掃除機によれば、充電器に掃除機本体をセットして掃除機本体の受電コイルと充電器の給電コイルとを電磁的な結合が可能な状態に設定した後、充電器の給電コイルに電流を流すと、給電コイルに磁界が形成される。磁束が変化するように給電コイルに電流を流すと、この給電コイルと電磁的に結合している受電コイルに誘起起電力が生じ、得られる電力によって二次電池を充電することができる。したがって、掃除機本体と充電器とを電気的に接続することなしに充電を行うことができるため、掃除機本体の表面に充電器接続端子を設ける必要がなくなり、掃除機使用中に充電器接続端子が破損するのを回避することができ、掃除機本体内部における充電器接続端子と内部回路との配線切断を防止することができる。
【００１７】
また、受電コイルに誘導電流が誘起されると、磁界が形成されるため、集塵収納部内に捕集できなかったサブミクロンオーダーのゴミ（塵）がコイルカバーに吸い寄せられ、コイルカバー表面でゴミを捕集することができる。よって、集塵収納部内に捕集できないサブミクロンオーダーのゴミを充電のたびにコイルカバー表面に捕集することができるため、電子回路にゴミが堆積するのを抑制することができ、回路の短絡発生率を低くすることができる。さらに、掃除機本体内に浮遊する塵の量を少なくすることができるため、掃除機本体から排気と共に外部に排出される塵の量を低減することができる。
【００１８】
本発明に係る充電式電気掃除機では、駆動手段として、例えば、モータ（例えば、ユニバーサルモータ）を用いた真空吸引機を使用することができる。受電コイルは、駆動手段から排出される排気の経路内に配置することが望ましい。このような配置にすることによって、掃除機としての吸引能力を損なうことなく、塵の捕集を行うことが可能になる。
【００１９】
受電コイルは、掃除機本体の底部内面か、掃除機本体の走行方向に対して最後尾の壁の内面に配置することが好ましい。このような構成にすると、掃除機本体を充電器にセットするのが容易になり、使い勝手が良くなる。また、掃除機本体の走行方向に対して最後尾の壁の内面に受電コイルを配置することによって、掃除機本体の引き回し性が向上するのみならず、走行性能が安定して急な方向転換時や走行時に本体が転倒するのを防止することができる。その結果、掃除機本体が外部から受ける衝撃頻度が減少するため、掃除機内部の電子回路を構成するＣＰＵ、抵抗・コンデンサなどの受動部品、配線などへの影響が減少し、掃除機自体の信頼性を大きく向上することができる。一方、掃除機本体の底部内面に配置する際には、最後尾側に配置することが好ましい。このような配置にすることによって、掃除機本体の引き回し性と急な方向転換などに対応した走行中の安定性をさらに向上することができる。
【００２０】
一方、充電器においては、室内の壁と平行になる面に給電コイルを配置することが望ましい。
【００２１】
掃除機本体と充電器とを電気的に接続して充電を行う従来の方式では、掃除機本体を充電台に載置するため、充電台の載置部のスペースを十分に確保する必要がある。充電台は、部屋や廊下などの隅に置かれていることが多いため、充電台の設置場所が清掃区域である場合が多く、大きな充電台は掃除する際に邪魔になる可能性が高い。室内の壁と平行になる面に給電コイルを配置することによって、充電器の設置面積を小さくすることができるため、掃除の邪魔になり難くなる。また、充電器は、壁に取り付けたり、床上に置いたり、あるいは壁に埋め込むことができる。壁に取り付けるか、あるいは埋め込むと、充電器の設置面積をさらに小さくすることができるため、好ましい。
【００２２】
また、充電器において、室内の床と平行になる面に給電コイルを配置する場合でも、掃除機本体と床との間に存在する空間内に収納可能な寸法にすると、充電器の設置面積を小さくすることができ、掃除の邪魔になり難くすることができる。
【００２３】
コイルカバーは、少なくとも受電コイルと対向している領域が、金属及びプラスチックのうち少なくとも一方の材料から形成されることが望ましい。金属としては、例えば、ＦｅやＮｉのような磁化する金属を挙げることができる。磁化する金属を含むコイルカバーは、受電コイルに形成される磁界の磁束密度を強めることができ、誘導起電力を発生しやすくすることができると共に、ゴミの捕集能力を高めることができる。一方、プラスチックとしては、例えば、ポリエチレン系樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂など、いずれでも良く、種類は問わない。また、これらのプラスチック材料にγ−Ｆｅ2Ｏ3、Ｆｅ3Ｏ4、ＢａＦｅ12Ｏ19、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｒ、ＮｉＦｅ2Ｏ4、ＭｎＦｅ2Ｏ4などの磁性粉体を添加することによりプラスチックに磁性を持たせるとさらに好ましい。
【００２４】
ところで、集塵収納部を通過した気体にはサブミクロンオーダーのゴミ（塵）が含まれており、掃除機を駆動させると、このような塵を含む気体は、コイルカバーを擦るように流れるため、プラスチックを含むコイルカバーによると、気体との摩擦によりコイルカバーに静電気を生じさせることができる。その結果、帯電したサブミクロンオーダーの塵が静電気によりコイルカバーに付着するため、掃除機を使用している際、コイルカバーで塵を捕集することができる。コイルカバーによる捕集率を向上させる観点からは、金属よりも樹脂の方が好ましい。
【００２５】
コイルカバーの形状は、例えば、箱型、椀型等にすることができる。中でも、箱型で、かつ辺部に曲率が付いていることが望ましい。なお、ここでいう箱型は、矩形の箱に限らず、円形のもの、楕円形のもの、多角形状のもの等が包含される。辺部に曲率が付いている箱型形状にすることによって、集塵収納部を通過した気体がコイルカバーの表面に沿って流れ、静電気を発生させやすくなるため、コイルカバーによるゴミ捕集率を向上することができる。また、辺部に曲率が付いている方がコイルカバーの掃除がしやすく、しかも辺部で手を切る心配がないために安全性に優れている。
【００２６】
コイルカバーの表面をシートで被覆するか、もしくは液体材料を塗布すると、シート及び塗布層にゴミを捕集することができ、シートや塗布層を交換するという簡単な操作でコイルカバーの掃除を済ませることができる。
【００２７】
本発明に係る充電式電気掃除機は、充放電制御回路、交流直流変圧回路、あるいは直流直流変圧回路のような二次電池用充放電制御回路をさらに備えることができる。充放電制御回路は、受電コイルと共にコイルカバーで被覆されるか、もしくはコイルカバーの周囲に配置されることが好ましい。このような構成にすると、集塵収納部を通過した気体に混じったゴミをコイルカバーに優先的に捕集することができるため、充放電回路への堆積量を少なくすることができる。
【００２８】
本発明に係る充電式電気掃除機は、手動式もしくは自走式にすることができる。自走式の掃除機では、掃除機本体が自動的に壁などに沿って移動して掃除が行われるため、手動で掃除機本体を移動させて掃除を行う場合に比べて本体が壁に衝突する頻度が高くなる。このため、掃除機本体と充電器とを電気的に接続して充電を行う従来の方式によると、掃除機本体表面に設けられている充電器用接続端子が破損しやすく、充電器用接続端子とロボット内部の充電制御回路との接続が断線しやすい。本発明に係る充電式電気掃除機によると、掃除機本体に充電器と電気的に接続するための端子を設ける必要がないため、自走式にした際における掃除機の信頼性を向上させることが可能である。
【００２９】
本発明に係る充電式電気掃除機の一例を図１〜図５を参照して詳細に説明する。図１は、本発明に係る充電式電気掃除機の一例の概略構成を示す部分断面図で、図２は図１の掃除機本体の概略構成を示す部分断面図で、図３は図２の掃除機本体のIII−III線に沿う断面図で、図４は図１の掃除機本体の最後尾における受電コイルの配置を示す模式図で、図５は図１の掃除機本体に用いられるコイルカバーを示す上面図で、図６は図１の充電式電気掃除機の充電経路を示す回路図である。
【００３０】
掃除機本体１の底面には、前輪２と、１対の後輪３とが設けられている。掃除機本体１は、ホース４と、集塵収納部としてのダストカップ５と、ホース４から塵や埃等のゴミをダストカップ５に吸引するための吸気を行う駆動手段とを具備する。駆動手段は、吸引機としてのファン６と、ファン６を駆動するためのモータ７とを備える。吸引ダクト８は、一端がホース４の出口に接続され、かつ他端がダストカップ５の入口５ａに接続されている。吸気ダクト９は、ダストカップ５とファン６の間に介装されている。第１のフィルタ１０は、ダストカップ５の出口５ｂに配置され、第２のフィルタ１１は、吸気ダクト９内に配置され、さらに第３のフィルタ１２は、吸気ダクト９とファン６の間に配置されている。
【００３１】
二次電池（例えば、リチウム二次電池）の組電池を含む電池パック１３は、ダストカップ５とモータ７の間に配置されている。ファン６からの排気を外部に放出するための排気口１４は、本体の両側面に開口されている。
【００３２】
受電手段は、掃除機本体１の走行方向に対して最後尾の壁の内面に配置された複数の受電コイル（二次コイル）１５と、各受電コイル１５に挿入されるコア１６と、交流直流変換回路、直流直流変圧回路および充放電制御回路からなる制御回路１７と、受電コイル１５及び充放電制御回路１７を覆うコイルカバー１８とを備える。電池パック１３の両端は充放電制御回路１７の出力端に接続されている。この充放電制御回路１７は交流を入力として動作するものであり、この入力回路には受電コイル１５が接続されている。コア１６は、外部の磁界の変化を受電コイル１５に効率良く伝えて大きな交流電力を生じさせるために設けられており、透磁率の大きな物質から形成されていることが望ましい。コイルカバー１８は、矩形の箱型で、図５に示すように辺部１９に曲率が付いている。また、コイルカバー１８は、例えば、鉄、ステンレス、アルミニウム、ニッケル、プラスチックから形成されている。また、電池パック１３の両端には、二次電池から電力を取り出すための出力端子２０ａ、２０ｂが接続されている。
【００３３】
充電器２１は、床上に設置されている。充電器２１は、外装ケース２２と、ケース２２のうち壁２３と平行な面に配置されている複数の給電コイル（一次コイル）２４と、各給電コイル２４内に挿入されるコア２５と、制御回路２６とを備える。給電コイル２４のコア２５は、給電コイル２４で生じる磁束密度の変化を効率良く外部に放出するために設けられており、透磁率の大きな物質から形成されていることが望ましい。給電コイル２４は、スイッチ２７及びヒューズ２８を介して供給端子２９ａ、２９ｂに接続されている。供給端子２９ａ、２９ｂは、充電用電源に接続される。充電用電源に供給する交流の周波数に制限はないが、周波数を高くすると同じ形状のコイルでより多くのエネルギーを転送することができるため、装置を小型化できる。また、商用電源をそのまま用いれば構成が簡単になり安価な装置が実現できる。
【００３４】
まず、充電方法について説明する。
【００３５】
図１に示すように、掃除機本体１の最後尾を充電器２１のケース２２と接触させ、受電手段の受電コイル１５と充電器２１の給電コイル２４とを電磁的な結合が可能な状態に設定する。充電器２１のスイッチ２７をオンにして供給端子２９ａ、２９ｂから給電コイル２４に交流電力を供給すると、発生する磁束密度は印加された交流の周波数に応じて変化する。磁束密度の変化は、給電コイル側のコア２５と受電コイル側のコア１６を介して受電コイル１５に伝わり、充放電制御回路１７の入力として供給するための電力を発生させる。この電力を用いて電池パック１３を充電することができる。したがって、掃除機本体１と充電器２１とを電気的に接続することなしに電池パック１３の充電を行うことができるため、掃除機本体１の表面に充電器との接続端子を設ける必要がなくなり、掃除機を使用中に端子が破損するのを回避することができ、掃除機本体１内における接続端子と内部回路との断線を防止することができ、信頼性を向上することができる。また、受電コイル１５及び給電コイル２４双方のコア１６，２５にフェライトのような絶縁体を用い、両コア１６，２５の距離を最短にすると、電気的な絶縁を保ったままで、効率よく電力を転送することができる。
【００３６】
次いで、掃除機本体１の使用中の動作について説明する。
【００３７】
モータ７を駆動してファン６の羽根車を回転させると、ホース４から空気と共に塵や埃等のゴミが吸引される。吸引された空気とゴミは、吸引ダクト８を通過して入口５ａからゴミパック５内に入り、大部分のゴミはゴミパック５に捕集される。ゴミパック５により捕集できなかったサブミクロンサイズのゴミは、ゴミパック５を通過する空気に含まれる。この空気は、第１のフィルタ１０、ゴミパック５の出口５ｂ、第２のフィルタ１１、吸気ダクト９及び第３のフィルタ１２を通過した後、ファン６の外部に排出される。排気には、フィルタによっても捕集できないサブミクロンサイズのゴミが含まれているが、このゴミは充電時及び掃除機使用中にコイルカバー１８で捕集することが可能である。以下、コイルカバー１８によるゴミ捕集について説明する。
【００３８】
充電時には、受電コイル１５に誘導起電力が生じて電流が流れているため、受電コイル１５に磁界が形成される。このため、ファン６からの排気に含まれるサブミクロンサイズのゴミは、磁力によってコイルカバー１８に吸い寄せられ、コイルカバー１８表面に付着し、コイルカバー１８で捕集することができる。また、掃除機を使用中、コイルカバー１８の表面を擦れるように流れるファン６からの排気によって、コイルカバー１８の表面に静電気が生じる。その結果、掃除機を使用中、サブミクロンサイズのゴミをコイルカバー１８で捕集することができる。コイルカバー１８の辺部１９に曲率を付けることによって、排気がコイルカバー１８の表面に沿って流れやすくなり、コイルカバー１８に静電気がより発生しやすくなり、掃除機を使用中のコイルカバー１８でのゴミ捕集率をさらに高くすることができる。また、コイルカバー１８をプラスチックから形成しても、コイルカバー１８に静電気をより発生しやすくすることができる。
【００３９】
従って、排気に含まれるサブミクロンサイズのゴミを充電及び掃除機使用中にコイルカバー１８表面に捕集することができるため、電子回路に堆積するゴミの量を少なくすることができ、回路の短絡発生率を低くすることができる。さらに、掃除機本体１内に浮遊するゴミを少なくすることができるため、図３に示すように、掃除機本体１の側面に形成されている排気口１４を通して排気を外部に放出した際、排気と一緒に排出されるゴミの量を低減することができる。
【００４０】
なお、前述した図１〜６においては、充放電制御回路１７をコイルカバー１８で被覆した例を説明したが、充放電制御回路１７はコイルカバー１８の周囲に配置することができる。この配置例を図７、図８に示す。図７は、充放電制御回路１７をコイルカバー１８の上方に配置した例で、図８は充放電制御回路１７をコイルカバー１８の側面と対向するように配置した例である。
【００４１】
また、前述した図１においては、充電器２１を床上に設置した例を説明したが、例えば図９に示すように室内の壁２３に充電器２１を埋め込むことができる。
【００４２】
また、前述した図１においては、コイルカバー１８を含む受電手段を掃除機本体１の最後尾の壁の内面に設置した例を説明したが、受電手段の配置は受電コイル１５に誘導起電力を生じさせることが可能であれば特に限定されず、例えば図１０〜図１１のようにすることができる。図１０は、受電手段を掃除機本体１の最後尾側の底部内面に配置した例である。この場合、充電器２１においては、床と平行になる面に給電コイル２４を配置することが望ましい。また、このような充電器２１を掃除機本体１と床との間の空間内に設置すると、充電器２１の設置面積を小さくすることができる。一方、図１１は、受電手段を掃除機本体１の側面に配置した例である。
【００４３】
また、前述した図１〜１１においては、ファン６からの排気を掃除機本体１の外部に排出するフィルタ方式に適用した例を説明したが、ファン６からの排気を掃除機本体１の内部に循環させるサイクロン方式にも同様に適用することができる。
【００４４】
また、前述した図１〜図１１においては、電池パック１３に組電池を使用した例を説明したが、単電池を使用することが可能である。
【００４５】
前述した図１〜図１１においては、手動の電気掃除機に適用した例を説明したが、本発明に係る充電式電気掃除機は、自走式にも適用することができる。自走形式の充電式電気掃除機の一例を図１２〜図１６を参照して詳細に説明する。
【００４６】
図１２は、自走形式の充電式電気掃除機の一例の概略構成を示す側面図で、図１３は図１２の充電式電気掃除機の掃除機本体を示す背面図で、図１４は図１２の充電式電気掃除機の掃除機本体を示す上面図で、図１５は図１２の充電式電気掃除機の掃除機本体を使用中の吸気と排気の流れを説明するための側面図である。
【００４７】
掃除機本体であるロボット掃除機４１の底部内面には、前方車輪４２及び後方車輪４３が設けられている。前方車輪４２と後方車輪４３の間には吸込口４４が設けられ、吸込口４４には回転ブラシ４５が嵌め込まれている。吸込口４４と連通している吸引ダクト４６の出口には、ゴミパック４７が連結されている。ゴミパック４７の後方には、吸気ダクト４８を介してファン６及びモータ７が接続されている。電池パック１３は、後方車輪４３の上方に配置されている。複数の受電コイル（二次コイル）１５は、ロボット掃除機４１の走行方向に対して最後尾の壁の内面に配置されている。各受電コイル１５には、コア１６が挿入されている。コイルカバー１８は、受電コイル１５を被覆している。充放電制御回路１７は、受電コイル１５及びコイルカバー１８を備える受電手段と後方車輪４３との間に配置されている。障害物センサー４９は、前方車輪４２の上方に配置されている。ＣＣＤカメラ５０は、ロボット掃除機４１の前方及び後方にそれぞれ配置されている。排気口５１は、ロボット掃除機４１の走行方向に対して最後尾の壁に開口されている。
【００４８】
充電器としての充電ステーション５２は、床上に設置されている。充電ステーション５２は、外装カバー５３と、外装カバー５３に設けられた識別マーク５４と、カバー５３のうち壁２３と平行な面に配置されている複数の給電コイル（一次コイル）２４と、各給電コイル２４内に挿入されるコア２５と、変圧器を含む充電回路２６とを備える。給電コイル２４は、スイッチ及びヒューズを介して供給端子に接続されている。供給端子は、充電用電源に接続される。
【００４９】
まず、充電方法について説明する。
【００５０】
電池パック１３の充電容量が十分にある場合、ロボット掃除機４１は、プログラムに従って掃除を行うことが可能である。電池パック１３の残存容量が所定値まで減少すると、残存容量検出回路からロボット掃除機４１に信号が送られ、ロボット掃除機４１は、自走して充電ステーション５２に向かう。充電ステーション５２の位置の認識は、充電ステーション５２に付いた識別マーク５４をロボット掃除機４１の後方に設置されているＣＣＤカメラ５０で認識することにより行われる。充電ステーション５２に到達すると、姿勢修正プログラムが作動し、ロボット掃除機４１の受電コイル１５と充電ステーション５２の給電コイル２４とが互いに対向して電磁的結合が可能な状態となるようにロボット掃除機４１の位置が補正される。受電コイル１５と給電コイル２４とが互いに対向することにより充電ステーション５２のスイッチがＯＮになり、商用電源からの電力が供給端子から充電回路２６に入力され、所望の周波数に変換される。この交流は、給電コイル２４に送られ、給電コイル２４における磁束密度の変化がコア２５及び受電コイル側のコア１６を介して受電コイル１５に伝えられる。その結果、受電コイル１５に誘導起電力が生じる。受電コイル１５に誘起された交流は、充放電制御回路１７で直流出力に変換された後、電池パック１３の充電に使用される。
【００５１】
次いで、ロボット掃除機４１の使用中の動作について説明する。
【００５２】
ロボット掃除機４１をプログラムに従って自走させると共に、モータ７を駆動してファン６の羽根車を回転させると、回転ブラシ４５の隙間から空気と共に塵や埃等のゴミが吸引される。吸引された空気とゴミは、吸引ダクト４６を通過してゴミパック４７内に入り、大部分のゴミはゴミパック４７に捕集される。ゴミパック４７により捕集できなかったサブミクロンサイズのゴミは、ゴミパック４７を通過する空気に含まれる。この空気は、吸気ダクト４８を通過した後、ファン６の外部に排出される。排気には、サブミクロンサイズのゴミが含まれているが、このゴミは充電時及び掃除機使用中にコイルカバー１８で捕集することが可能である。以下、コイルカバー１８によるゴミ捕集について説明する。
【００５３】
充電時には、受電コイル１５に誘導起電力が生じて電流が流れているため、受電コイル１５に磁界が形成される。このため、ファン６からの排気に含まれるサブミクロンサイズのゴミ（塵）は、磁力によってコイルカバー１８に吸い寄せられ、コイルカバー１８表面に付着し、コイルカバー１８で捕集することができる。また、掃除機を使用中、コイルカバー１８の表面を擦れるように流れるファン６からの排気によって、コイルカバー１８の表面に静電気が生じる。その結果、掃除機を使用中、サブミクロンサイズのゴミをコイルカバー１８で捕集することができる。コイルカバー１８の辺部１９に曲率を付けるか、もしくはコイルカバー１８をプラスチックから形成することによって、コイルカバー１８に静電気がより発生しやすくなり、掃除機を使用中のコイルカバー１８でのゴミ捕集率をさらに高くすることができる。
【００５４】
従って、排気に含まれるサブミクロンサイズのゴミを充電時及び掃除機使用中にコイルカバー１８表面に捕集することができるため、電子回路に堆積するゴミの量を少なくすることができ、回路の短絡発生率を低くすることができる。さらに、掃除機４１内部に浮遊するゴミを少なくすることができるため、排気口５１から排出されるゴミの量を低減することができる。
【００５５】
なお、前述した図１２においては、コイルカバー１８を含む受電手段をロボット掃除機４１の最後尾の壁の内面に設置した例を説明したが、受電手段の配置は受電コイル１５に誘導起電力を生じさせることが可能であれば特に限定されず、例えば図１６のようにすることができる。図１６は、受電手段をロボット掃除機４１の最後尾側の底部内面に配置した例である。この場合、充電ステーションにおいては、床と平行になる面に給電コイルを配置することが望ましい。また、このような充電ステーションをロボット掃除機４１と床との間の空間内に設置すると、充電ステーションの設置面積を小さくすることができる。
【００５６】
前述した図１に示す充電式電気掃除機において、コイルカバーによるゴミの捕集能力を調べるため、以下のような実験を行った。
【００５７】
エポキシ樹脂から形成したコイルカバーを用いる充電式電気掃除機（以下、例１とする）と、鉄から形成したコイルカバーを用いる充電式電気掃除機（以下、例２とする）とを用意した。
【００５８】
ボードに、５０％のＡｌ2Ｏ3粉末及び５０％のγ−Ｆｅ2Ｏ3粉末からなる混合粉体を散布した。Ａｌ2Ｏ3粉末とγ−Ｆｅ2Ｏ3粉末の粒度分布は、それぞれ、最小粒径が１μｍ以下で、最大粒径が３５０μｍである。なお、ボードは、予め洗浄されたものを使用し、ボード面積は、例１及び例２の場合で同じに設定した。例１及び例２の充電式電気掃除機について、２時間充電を行った後、ボード上のＡｌ2Ｏ3粉末及びγ−Ｆｅ2Ｏ3粉末を５分間清掃した。その後、掃除機本体１の蓋を開け、コイルカバー１８の表面に付着している粉体を採取し、重量を測定した。例１の充電式電気掃除機のコイルカバーによる粉体の捕集量を１００とした際、例２充電式電気掃除機のコイルカバーによる粉体の捕集量は、１６であった。
【００５９】
なお、前述した実施例においては、受電コイルをコイルカバーで被覆した例を説明したが、本発明に係る充電式電気掃除機においては、コイルカバーで被覆していない受電コイルを使用することができる。
【００６０】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明に係る充電式電気掃除機によれば、掃除機本体側に充電器と接続するための充電用端子を形成する必要がなく、掃除機内部における充電端子と内部回路との配線切断事故を防止することができ、掃除機の信頼性を向上することができ、そのうえ集塵収納部に捕集できない微細な塵を捕集することが可能である等の顕著な効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る充電式電気掃除機の一例の概略構成を示す部分断面図。
【図２】図１の掃除機本体の概略構成を示す部分断面図。
【図３】図２の掃除機本体のIII−III線に沿う断面図。
【図４】図１の掃除機本体の最後尾における受電コイルの配置を示す模式図
【図５】図１の掃除機本体に用いられるコイルカバーを示す上面図。
【図６】図１の充電式電気掃除機の充電経路を示す回路図。
【図７】図１の充電式電気掃除機における充放電制御回路の別な配置方法を示す断面図。
【図８】図１の充電式電気掃除機における充放電制御回路のさらに別な配置方法を示す断面図。
【図９】図１の充電式電気掃除機における充電器の別な設置方法を示す部分断面図。
【図１０】図１の充電式電気掃除機におけるコイルカバー及び充電器の別な設置方法を示す部分断面図。
【図１１】図１の充電式電気掃除機におけるコイルカバーの別な設置方法を示す部分断面図。
【図１２】本発明に係る自走形式の充電式電気掃除機の一例の概略構成を示す側面図。
【図１３】図１２の充電式電気掃除機の掃除機本体を示す背面図。
【図１４】図１２の充電式電気掃除機の掃除機本体を示す上面図。
【図１５】図１２の充電式電気掃除機の掃除機本体における吸気と排気の流れを説明するための側面図。
【図１６】図１２の充電式電気掃除機におけるコイルカバーの別な設置方法を示す部分断面図。
【図１７】従来の充電式電気掃除機の概略を示す斜視図。
【図１８】図１７の充電式電気掃除機に含まれる置き台を兼ねる充電器の概略を示す斜視図。
【図１９】図１７の充電式電気掃除機の充電経路を示す回路図。
【符号の説明】
１…掃除機本体、
４…ホース、
５…ゴミパック、
６…ファン、
７…モータ、
８…吸引ダクト、
９…吸気ダクト、
１０〜１２…第１〜第３のフィルタ、
１４…排気口、
１５…受電コイル、
１６…コア、
１７…充放電制御回路、
１８…コイルカバー
２１…充電器、
２２…ケース、
２４…給電コイル、
２５…コア、
２６…充電回路。
【発明の属する技術分野】
本発明は、充電式電気掃除機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
リチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池は、小型で軽量、そして５００回以上の繰り返し充放電が可能であるため、携帯型パーソナルコンピュータや携帯電話をはじめとする多くの電子機器に使用されており、需要が増加している。
【０００３】
リチウムイオン二次電池のような二次電池が搭載されている充電式電気掃除機は、掃除機本体に二次電池と変圧器を含む充電回路との双方が搭載されているものや、変圧器を含む充電回路を充電ステーションとして掃除機本体とは別に設け、二次電池のみを掃除機本体に設けるものがある。最近では、掃除機本体の軽量化を図って掃除機本体の持ち運び性を向上させたり、あるいは掃除機本体を充電ステーションに楽に載せるために、二次電池と充電制御回路のみを掃除機本体に搭載する場合が増えている。このような充電式電気掃除機の一例を図１７〜図１９に示す。図１７は従来の充電式電気掃除機の概略を示す斜視図で、図１８は図１７の充電式電気掃除機に含まれる置き台を兼ねる充電器の概略を示す斜視図で、図１９は図１７の充電式電気掃除機の充電経路を示す回路図である。
【０００４】
掃除機本体６１は、置き台兼用の充電器６２に載置されている。掃除機本体６１には、二次電池のパックもしくは単電池からなる二次電池ユニット６３が内蔵されている。二次電池ユニット６３の両端には、充電器６２と電気的に接続するための接続端子６４ａ、６４ｂが接続されている。
【０００５】
充電器６２は、掃除機本体６１を載置するための載置部に形成されている充電用端子６５ａ、６５ｂと、充電用端子６５ａ、６５ｂに接続されている変圧器を含む充電回路６６と、充電回路６６にスイッチ６７及びヒューズ６８を介して接続されている電力供給用の端子６９ａ、６９ｂとを備える。充電回路６６は、電力供給用の端子６９ａ、６９ｂからの交流あるいは直流を受けて充電用端子６５ａ、６５ｂに直流を出力する役割をなす。
【０００６】
掃除機本体６１を充電器６２の載置部に載置すると、掃除機本体６１の接続端子６４ａ、６４ｂと充電器６２の充電用端子６５ａ、６５ｂとが物理的に接触して電気的に接続される。次いで、充電器６２のスイッチ６７をオンにすると、電源から電力供給用の端子６９ａ、６９ｂに交流あるいは直流が入力され、充電回路６６で直流に変換された後、この直流電流が充電用端子６５ａ、６５ｂから接続端子６４ａ、６４ｂに出力され、二次電池ユニット６３の充電がなされる。
【０００７】
このような充電式電気掃除機によると、軽量であるために使い勝手に優れるものの、掃除機本体の転倒や、壁や障害物に衝突する等により、掃除機本体に繰り返し衝撃が加わりやすいため、掃除機本体６１の表面に露出している接続端子６４ａ、６４ｂが破損し、接続端子６４ａ、６４ｂと掃除機本体６１内部の充電制御回路などの回路とを接続するリード線が掃除機使用中に切断されるという問題が発生している。
【０００８】
ところで、電気掃除機により吸引された塵や埃等のゴミの大部分は、内蔵されているゴミパックに捕集されるものの、全てのゴミを完全に捕集するのは難しく、１μｍ以下のサブミクロン微粒子はゴミパックを通過して排気に混じってしまう。このような微粒子は、糸屑、微生物の死骸、食物などの有機物の微粒子、ガラスや酸化物（例えば、Ａｌ2Ｏ3、Ｆｅ2Ｏ3、ＳｉＯ2）などの無機物、ＦｅやＡｌ、Ｍｇ、Ｓｉなどの金属微粒子の３種類に大別することができる。微粒子は、個々の粒子が独立して存在するのではなく、いくつかの種類の微粒子が凝集して存在する場合が多い。
【０００９】
ゴミパックに捕集できなかった凝集微粒子は、掃除機本体の内部に付着して堆積する。掃除機本体には、基板にプリント配線することにより得られ、かつ二次電池の充電電流や放電電流を制御するための電子回路が搭載されている。この電子回路に凝集微粒子が堆積すると、電子回路が短絡する恐れがある。また、掃除機本体内部に堆積した微粒子は、使用中に排気口から外部に排出されることがある。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、掃除機本体に充電器と電気的に接続するための充電用端子を設ける必要がなく、掃除機内部における充電用端子と内部回路との配線切断事故が皆無で、かつ集塵収納部に捕集できない塵の捕集が可能な充電式電気掃除機を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る充電式電気掃除機は、掃除機本体と、
前記掃除機本体内に配置された集塵収納部と、
前記掃除機本体内に配置され、塵を前記集塵収納部に吸引するための吸気を行う駆動手段と、
前記掃除機本体の内壁もしくは底部内面に前記駆動手段からの排気と接するように配置され、辺部に曲率が付いている箱型形状を有するコイルカバーと、
前記コイルカバー内に収容され、外部からの磁力によって誘導起電力を発生する受電コイルと、
前記掃除機本体内に配置され、前記起電力を用いて充電される二次電池と
を具備することを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明に係る充電式電気掃除機について説明する。
【００１３】
この充電式電気掃除機は、集塵収納部と、塵を前記集塵収納部に吸引するための吸気を行う駆動手段と、前記集塵収納部を通過した気体の経路内に直接またはコイルカバーで覆われた状態で配置され、外部からの磁力によって誘導起電力を発生する受電コイルと、前記起電力を用いて充電される二次電池とを具備する。
【００１４】
ここで、集塵収納部とは、集めた塵を収納しておく部分であり、例えば、袋状のものや、容器等を使用することができる。
【００１５】
受電コイルに磁力を供給する手段としては、例えば、前記受電コイルと電磁的に結合して前記受電コイルに誘導起電力を生じさせる給電コイルを含む充電器を使用することができる。
【００１６】
本発明に係る充電式電気掃除機によれば、充電器に掃除機本体をセットして掃除機本体の受電コイルと充電器の給電コイルとを電磁的な結合が可能な状態に設定した後、充電器の給電コイルに電流を流すと、給電コイルに磁界が形成される。磁束が変化するように給電コイルに電流を流すと、この給電コイルと電磁的に結合している受電コイルに誘起起電力が生じ、得られる電力によって二次電池を充電することができる。したがって、掃除機本体と充電器とを電気的に接続することなしに充電を行うことができるため、掃除機本体の表面に充電器接続端子を設ける必要がなくなり、掃除機使用中に充電器接続端子が破損するのを回避することができ、掃除機本体内部における充電器接続端子と内部回路との配線切断を防止することができる。
【００１７】
また、受電コイルに誘導電流が誘起されると、磁界が形成されるため、集塵収納部内に捕集できなかったサブミクロンオーダーのゴミ（塵）がコイルカバーに吸い寄せられ、コイルカバー表面でゴミを捕集することができる。よって、集塵収納部内に捕集できないサブミクロンオーダーのゴミを充電のたびにコイルカバー表面に捕集することができるため、電子回路にゴミが堆積するのを抑制することができ、回路の短絡発生率を低くすることができる。さらに、掃除機本体内に浮遊する塵の量を少なくすることができるため、掃除機本体から排気と共に外部に排出される塵の量を低減することができる。
【００１８】
本発明に係る充電式電気掃除機では、駆動手段として、例えば、モータ（例えば、ユニバーサルモータ）を用いた真空吸引機を使用することができる。受電コイルは、駆動手段から排出される排気の経路内に配置することが望ましい。このような配置にすることによって、掃除機としての吸引能力を損なうことなく、塵の捕集を行うことが可能になる。
【００１９】
受電コイルは、掃除機本体の底部内面か、掃除機本体の走行方向に対して最後尾の壁の内面に配置することが好ましい。このような構成にすると、掃除機本体を充電器にセットするのが容易になり、使い勝手が良くなる。また、掃除機本体の走行方向に対して最後尾の壁の内面に受電コイルを配置することによって、掃除機本体の引き回し性が向上するのみならず、走行性能が安定して急な方向転換時や走行時に本体が転倒するのを防止することができる。その結果、掃除機本体が外部から受ける衝撃頻度が減少するため、掃除機内部の電子回路を構成するＣＰＵ、抵抗・コンデンサなどの受動部品、配線などへの影響が減少し、掃除機自体の信頼性を大きく向上することができる。一方、掃除機本体の底部内面に配置する際には、最後尾側に配置することが好ましい。このような配置にすることによって、掃除機本体の引き回し性と急な方向転換などに対応した走行中の安定性をさらに向上することができる。
【００２０】
一方、充電器においては、室内の壁と平行になる面に給電コイルを配置することが望ましい。
【００２１】
掃除機本体と充電器とを電気的に接続して充電を行う従来の方式では、掃除機本体を充電台に載置するため、充電台の載置部のスペースを十分に確保する必要がある。充電台は、部屋や廊下などの隅に置かれていることが多いため、充電台の設置場所が清掃区域である場合が多く、大きな充電台は掃除する際に邪魔になる可能性が高い。室内の壁と平行になる面に給電コイルを配置することによって、充電器の設置面積を小さくすることができるため、掃除の邪魔になり難くなる。また、充電器は、壁に取り付けたり、床上に置いたり、あるいは壁に埋め込むことができる。壁に取り付けるか、あるいは埋め込むと、充電器の設置面積をさらに小さくすることができるため、好ましい。
【００２２】
また、充電器において、室内の床と平行になる面に給電コイルを配置する場合でも、掃除機本体と床との間に存在する空間内に収納可能な寸法にすると、充電器の設置面積を小さくすることができ、掃除の邪魔になり難くすることができる。
【００２３】
コイルカバーは、少なくとも受電コイルと対向している領域が、金属及びプラスチックのうち少なくとも一方の材料から形成されることが望ましい。金属としては、例えば、ＦｅやＮｉのような磁化する金属を挙げることができる。磁化する金属を含むコイルカバーは、受電コイルに形成される磁界の磁束密度を強めることができ、誘導起電力を発生しやすくすることができると共に、ゴミの捕集能力を高めることができる。一方、プラスチックとしては、例えば、ポリエチレン系樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂など、いずれでも良く、種類は問わない。また、これらのプラスチック材料にγ−Ｆｅ2Ｏ3、Ｆｅ3Ｏ4、ＢａＦｅ12Ｏ19、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｒ、ＮｉＦｅ2Ｏ4、ＭｎＦｅ2Ｏ4などの磁性粉体を添加することによりプラスチックに磁性を持たせるとさらに好ましい。
【００２４】
ところで、集塵収納部を通過した気体にはサブミクロンオーダーのゴミ（塵）が含まれており、掃除機を駆動させると、このような塵を含む気体は、コイルカバーを擦るように流れるため、プラスチックを含むコイルカバーによると、気体との摩擦によりコイルカバーに静電気を生じさせることができる。その結果、帯電したサブミクロンオーダーの塵が静電気によりコイルカバーに付着するため、掃除機を使用している際、コイルカバーで塵を捕集することができる。コイルカバーによる捕集率を向上させる観点からは、金属よりも樹脂の方が好ましい。
【００２５】
コイルカバーの形状は、例えば、箱型、椀型等にすることができる。中でも、箱型で、かつ辺部に曲率が付いていることが望ましい。なお、ここでいう箱型は、矩形の箱に限らず、円形のもの、楕円形のもの、多角形状のもの等が包含される。辺部に曲率が付いている箱型形状にすることによって、集塵収納部を通過した気体がコイルカバーの表面に沿って流れ、静電気を発生させやすくなるため、コイルカバーによるゴミ捕集率を向上することができる。また、辺部に曲率が付いている方がコイルカバーの掃除がしやすく、しかも辺部で手を切る心配がないために安全性に優れている。
【００２６】
コイルカバーの表面をシートで被覆するか、もしくは液体材料を塗布すると、シート及び塗布層にゴミを捕集することができ、シートや塗布層を交換するという簡単な操作でコイルカバーの掃除を済ませることができる。
【００２７】
本発明に係る充電式電気掃除機は、充放電制御回路、交流直流変圧回路、あるいは直流直流変圧回路のような二次電池用充放電制御回路をさらに備えることができる。充放電制御回路は、受電コイルと共にコイルカバーで被覆されるか、もしくはコイルカバーの周囲に配置されることが好ましい。このような構成にすると、集塵収納部を通過した気体に混じったゴミをコイルカバーに優先的に捕集することができるため、充放電回路への堆積量を少なくすることができる。
【００２８】
本発明に係る充電式電気掃除機は、手動式もしくは自走式にすることができる。自走式の掃除機では、掃除機本体が自動的に壁などに沿って移動して掃除が行われるため、手動で掃除機本体を移動させて掃除を行う場合に比べて本体が壁に衝突する頻度が高くなる。このため、掃除機本体と充電器とを電気的に接続して充電を行う従来の方式によると、掃除機本体表面に設けられている充電器用接続端子が破損しやすく、充電器用接続端子とロボット内部の充電制御回路との接続が断線しやすい。本発明に係る充電式電気掃除機によると、掃除機本体に充電器と電気的に接続するための端子を設ける必要がないため、自走式にした際における掃除機の信頼性を向上させることが可能である。
【００２９】
本発明に係る充電式電気掃除機の一例を図１〜図５を参照して詳細に説明する。図１は、本発明に係る充電式電気掃除機の一例の概略構成を示す部分断面図で、図２は図１の掃除機本体の概略構成を示す部分断面図で、図３は図２の掃除機本体のIII−III線に沿う断面図で、図４は図１の掃除機本体の最後尾における受電コイルの配置を示す模式図で、図５は図１の掃除機本体に用いられるコイルカバーを示す上面図で、図６は図１の充電式電気掃除機の充電経路を示す回路図である。
【００３０】
掃除機本体１の底面には、前輪２と、１対の後輪３とが設けられている。掃除機本体１は、ホース４と、集塵収納部としてのダストカップ５と、ホース４から塵や埃等のゴミをダストカップ５に吸引するための吸気を行う駆動手段とを具備する。駆動手段は、吸引機としてのファン６と、ファン６を駆動するためのモータ７とを備える。吸引ダクト８は、一端がホース４の出口に接続され、かつ他端がダストカップ５の入口５ａに接続されている。吸気ダクト９は、ダストカップ５とファン６の間に介装されている。第１のフィルタ１０は、ダストカップ５の出口５ｂに配置され、第２のフィルタ１１は、吸気ダクト９内に配置され、さらに第３のフィルタ１２は、吸気ダクト９とファン６の間に配置されている。
【００３１】
二次電池（例えば、リチウム二次電池）の組電池を含む電池パック１３は、ダストカップ５とモータ７の間に配置されている。ファン６からの排気を外部に放出するための排気口１４は、本体の両側面に開口されている。
【００３２】
受電手段は、掃除機本体１の走行方向に対して最後尾の壁の内面に配置された複数の受電コイル（二次コイル）１５と、各受電コイル１５に挿入されるコア１６と、交流直流変換回路、直流直流変圧回路および充放電制御回路からなる制御回路１７と、受電コイル１５及び充放電制御回路１７を覆うコイルカバー１８とを備える。電池パック１３の両端は充放電制御回路１７の出力端に接続されている。この充放電制御回路１７は交流を入力として動作するものであり、この入力回路には受電コイル１５が接続されている。コア１６は、外部の磁界の変化を受電コイル１５に効率良く伝えて大きな交流電力を生じさせるために設けられており、透磁率の大きな物質から形成されていることが望ましい。コイルカバー１８は、矩形の箱型で、図５に示すように辺部１９に曲率が付いている。また、コイルカバー１８は、例えば、鉄、ステンレス、アルミニウム、ニッケル、プラスチックから形成されている。また、電池パック１３の両端には、二次電池から電力を取り出すための出力端子２０ａ、２０ｂが接続されている。
【００３３】
充電器２１は、床上に設置されている。充電器２１は、外装ケース２２と、ケース２２のうち壁２３と平行な面に配置されている複数の給電コイル（一次コイル）２４と、各給電コイル２４内に挿入されるコア２５と、制御回路２６とを備える。給電コイル２４のコア２５は、給電コイル２４で生じる磁束密度の変化を効率良く外部に放出するために設けられており、透磁率の大きな物質から形成されていることが望ましい。給電コイル２４は、スイッチ２７及びヒューズ２８を介して供給端子２９ａ、２９ｂに接続されている。供給端子２９ａ、２９ｂは、充電用電源に接続される。充電用電源に供給する交流の周波数に制限はないが、周波数を高くすると同じ形状のコイルでより多くのエネルギーを転送することができるため、装置を小型化できる。また、商用電源をそのまま用いれば構成が簡単になり安価な装置が実現できる。
【００３４】
まず、充電方法について説明する。
【００３５】
図１に示すように、掃除機本体１の最後尾を充電器２１のケース２２と接触させ、受電手段の受電コイル１５と充電器２１の給電コイル２４とを電磁的な結合が可能な状態に設定する。充電器２１のスイッチ２７をオンにして供給端子２９ａ、２９ｂから給電コイル２４に交流電力を供給すると、発生する磁束密度は印加された交流の周波数に応じて変化する。磁束密度の変化は、給電コイル側のコア２５と受電コイル側のコア１６を介して受電コイル１５に伝わり、充放電制御回路１７の入力として供給するための電力を発生させる。この電力を用いて電池パック１３を充電することができる。したがって、掃除機本体１と充電器２１とを電気的に接続することなしに電池パック１３の充電を行うことができるため、掃除機本体１の表面に充電器との接続端子を設ける必要がなくなり、掃除機を使用中に端子が破損するのを回避することができ、掃除機本体１内における接続端子と内部回路との断線を防止することができ、信頼性を向上することができる。また、受電コイル１５及び給電コイル２４双方のコア１６，２５にフェライトのような絶縁体を用い、両コア１６，２５の距離を最短にすると、電気的な絶縁を保ったままで、効率よく電力を転送することができる。
【００３６】
次いで、掃除機本体１の使用中の動作について説明する。
【００３７】
モータ７を駆動してファン６の羽根車を回転させると、ホース４から空気と共に塵や埃等のゴミが吸引される。吸引された空気とゴミは、吸引ダクト８を通過して入口５ａからゴミパック５内に入り、大部分のゴミはゴミパック５に捕集される。ゴミパック５により捕集できなかったサブミクロンサイズのゴミは、ゴミパック５を通過する空気に含まれる。この空気は、第１のフィルタ１０、ゴミパック５の出口５ｂ、第２のフィルタ１１、吸気ダクト９及び第３のフィルタ１２を通過した後、ファン６の外部に排出される。排気には、フィルタによっても捕集できないサブミクロンサイズのゴミが含まれているが、このゴミは充電時及び掃除機使用中にコイルカバー１８で捕集することが可能である。以下、コイルカバー１８によるゴミ捕集について説明する。
【００３８】
充電時には、受電コイル１５に誘導起電力が生じて電流が流れているため、受電コイル１５に磁界が形成される。このため、ファン６からの排気に含まれるサブミクロンサイズのゴミは、磁力によってコイルカバー１８に吸い寄せられ、コイルカバー１８表面に付着し、コイルカバー１８で捕集することができる。また、掃除機を使用中、コイルカバー１８の表面を擦れるように流れるファン６からの排気によって、コイルカバー１８の表面に静電気が生じる。その結果、掃除機を使用中、サブミクロンサイズのゴミをコイルカバー１８で捕集することができる。コイルカバー１８の辺部１９に曲率を付けることによって、排気がコイルカバー１８の表面に沿って流れやすくなり、コイルカバー１８に静電気がより発生しやすくなり、掃除機を使用中のコイルカバー１８でのゴミ捕集率をさらに高くすることができる。また、コイルカバー１８をプラスチックから形成しても、コイルカバー１８に静電気をより発生しやすくすることができる。
【００３９】
従って、排気に含まれるサブミクロンサイズのゴミを充電及び掃除機使用中にコイルカバー１８表面に捕集することができるため、電子回路に堆積するゴミの量を少なくすることができ、回路の短絡発生率を低くすることができる。さらに、掃除機本体１内に浮遊するゴミを少なくすることができるため、図３に示すように、掃除機本体１の側面に形成されている排気口１４を通して排気を外部に放出した際、排気と一緒に排出されるゴミの量を低減することができる。
【００４０】
なお、前述した図１〜６においては、充放電制御回路１７をコイルカバー１８で被覆した例を説明したが、充放電制御回路１７はコイルカバー１８の周囲に配置することができる。この配置例を図７、図８に示す。図７は、充放電制御回路１７をコイルカバー１８の上方に配置した例で、図８は充放電制御回路１７をコイルカバー１８の側面と対向するように配置した例である。
【００４１】
また、前述した図１においては、充電器２１を床上に設置した例を説明したが、例えば図９に示すように室内の壁２３に充電器２１を埋め込むことができる。
【００４２】
また、前述した図１においては、コイルカバー１８を含む受電手段を掃除機本体１の最後尾の壁の内面に設置した例を説明したが、受電手段の配置は受電コイル１５に誘導起電力を生じさせることが可能であれば特に限定されず、例えば図１０〜図１１のようにすることができる。図１０は、受電手段を掃除機本体１の最後尾側の底部内面に配置した例である。この場合、充電器２１においては、床と平行になる面に給電コイル２４を配置することが望ましい。また、このような充電器２１を掃除機本体１と床との間の空間内に設置すると、充電器２１の設置面積を小さくすることができる。一方、図１１は、受電手段を掃除機本体１の側面に配置した例である。
【００４３】
また、前述した図１〜１１においては、ファン６からの排気を掃除機本体１の外部に排出するフィルタ方式に適用した例を説明したが、ファン６からの排気を掃除機本体１の内部に循環させるサイクロン方式にも同様に適用することができる。
【００４４】
また、前述した図１〜図１１においては、電池パック１３に組電池を使用した例を説明したが、単電池を使用することが可能である。
【００４５】
前述した図１〜図１１においては、手動の電気掃除機に適用した例を説明したが、本発明に係る充電式電気掃除機は、自走式にも適用することができる。自走形式の充電式電気掃除機の一例を図１２〜図１６を参照して詳細に説明する。
【００４６】
図１２は、自走形式の充電式電気掃除機の一例の概略構成を示す側面図で、図１３は図１２の充電式電気掃除機の掃除機本体を示す背面図で、図１４は図１２の充電式電気掃除機の掃除機本体を示す上面図で、図１５は図１２の充電式電気掃除機の掃除機本体を使用中の吸気と排気の流れを説明するための側面図である。
【００４７】
掃除機本体であるロボット掃除機４１の底部内面には、前方車輪４２及び後方車輪４３が設けられている。前方車輪４２と後方車輪４３の間には吸込口４４が設けられ、吸込口４４には回転ブラシ４５が嵌め込まれている。吸込口４４と連通している吸引ダクト４６の出口には、ゴミパック４７が連結されている。ゴミパック４７の後方には、吸気ダクト４８を介してファン６及びモータ７が接続されている。電池パック１３は、後方車輪４３の上方に配置されている。複数の受電コイル（二次コイル）１５は、ロボット掃除機４１の走行方向に対して最後尾の壁の内面に配置されている。各受電コイル１５には、コア１６が挿入されている。コイルカバー１８は、受電コイル１５を被覆している。充放電制御回路１７は、受電コイル１５及びコイルカバー１８を備える受電手段と後方車輪４３との間に配置されている。障害物センサー４９は、前方車輪４２の上方に配置されている。ＣＣＤカメラ５０は、ロボット掃除機４１の前方及び後方にそれぞれ配置されている。排気口５１は、ロボット掃除機４１の走行方向に対して最後尾の壁に開口されている。
【００４８】
充電器としての充電ステーション５２は、床上に設置されている。充電ステーション５２は、外装カバー５３と、外装カバー５３に設けられた識別マーク５４と、カバー５３のうち壁２３と平行な面に配置されている複数の給電コイル（一次コイル）２４と、各給電コイル２４内に挿入されるコア２５と、変圧器を含む充電回路２６とを備える。給電コイル２４は、スイッチ及びヒューズを介して供給端子に接続されている。供給端子は、充電用電源に接続される。
【００４９】
まず、充電方法について説明する。
【００５０】
電池パック１３の充電容量が十分にある場合、ロボット掃除機４１は、プログラムに従って掃除を行うことが可能である。電池パック１３の残存容量が所定値まで減少すると、残存容量検出回路からロボット掃除機４１に信号が送られ、ロボット掃除機４１は、自走して充電ステーション５２に向かう。充電ステーション５２の位置の認識は、充電ステーション５２に付いた識別マーク５４をロボット掃除機４１の後方に設置されているＣＣＤカメラ５０で認識することにより行われる。充電ステーション５２に到達すると、姿勢修正プログラムが作動し、ロボット掃除機４１の受電コイル１５と充電ステーション５２の給電コイル２４とが互いに対向して電磁的結合が可能な状態となるようにロボット掃除機４１の位置が補正される。受電コイル１５と給電コイル２４とが互いに対向することにより充電ステーション５２のスイッチがＯＮになり、商用電源からの電力が供給端子から充電回路２６に入力され、所望の周波数に変換される。この交流は、給電コイル２４に送られ、給電コイル２４における磁束密度の変化がコア２５及び受電コイル側のコア１６を介して受電コイル１５に伝えられる。その結果、受電コイル１５に誘導起電力が生じる。受電コイル１５に誘起された交流は、充放電制御回路１７で直流出力に変換された後、電池パック１３の充電に使用される。
【００５１】
次いで、ロボット掃除機４１の使用中の動作について説明する。
【００５２】
ロボット掃除機４１をプログラムに従って自走させると共に、モータ７を駆動してファン６の羽根車を回転させると、回転ブラシ４５の隙間から空気と共に塵や埃等のゴミが吸引される。吸引された空気とゴミは、吸引ダクト４６を通過してゴミパック４７内に入り、大部分のゴミはゴミパック４７に捕集される。ゴミパック４７により捕集できなかったサブミクロンサイズのゴミは、ゴミパック４７を通過する空気に含まれる。この空気は、吸気ダクト４８を通過した後、ファン６の外部に排出される。排気には、サブミクロンサイズのゴミが含まれているが、このゴミは充電時及び掃除機使用中にコイルカバー１８で捕集することが可能である。以下、コイルカバー１８によるゴミ捕集について説明する。
【００５３】
充電時には、受電コイル１５に誘導起電力が生じて電流が流れているため、受電コイル１５に磁界が形成される。このため、ファン６からの排気に含まれるサブミクロンサイズのゴミ（塵）は、磁力によってコイルカバー１８に吸い寄せられ、コイルカバー１８表面に付着し、コイルカバー１８で捕集することができる。また、掃除機を使用中、コイルカバー１８の表面を擦れるように流れるファン６からの排気によって、コイルカバー１８の表面に静電気が生じる。その結果、掃除機を使用中、サブミクロンサイズのゴミをコイルカバー１８で捕集することができる。コイルカバー１８の辺部１９に曲率を付けるか、もしくはコイルカバー１８をプラスチックから形成することによって、コイルカバー１８に静電気がより発生しやすくなり、掃除機を使用中のコイルカバー１８でのゴミ捕集率をさらに高くすることができる。
【００５４】
従って、排気に含まれるサブミクロンサイズのゴミを充電時及び掃除機使用中にコイルカバー１８表面に捕集することができるため、電子回路に堆積するゴミの量を少なくすることができ、回路の短絡発生率を低くすることができる。さらに、掃除機４１内部に浮遊するゴミを少なくすることができるため、排気口５１から排出されるゴミの量を低減することができる。
【００５５】
なお、前述した図１２においては、コイルカバー１８を含む受電手段をロボット掃除機４１の最後尾の壁の内面に設置した例を説明したが、受電手段の配置は受電コイル１５に誘導起電力を生じさせることが可能であれば特に限定されず、例えば図１６のようにすることができる。図１６は、受電手段をロボット掃除機４１の最後尾側の底部内面に配置した例である。この場合、充電ステーションにおいては、床と平行になる面に給電コイルを配置することが望ましい。また、このような充電ステーションをロボット掃除機４１と床との間の空間内に設置すると、充電ステーションの設置面積を小さくすることができる。
【００５６】
前述した図１に示す充電式電気掃除機において、コイルカバーによるゴミの捕集能力を調べるため、以下のような実験を行った。
【００５７】
エポキシ樹脂から形成したコイルカバーを用いる充電式電気掃除機（以下、例１とする）と、鉄から形成したコイルカバーを用いる充電式電気掃除機（以下、例２とする）とを用意した。
【００５８】
ボードに、５０％のＡｌ2Ｏ3粉末及び５０％のγ−Ｆｅ2Ｏ3粉末からなる混合粉体を散布した。Ａｌ2Ｏ3粉末とγ−Ｆｅ2Ｏ3粉末の粒度分布は、それぞれ、最小粒径が１μｍ以下で、最大粒径が３５０μｍである。なお、ボードは、予め洗浄されたものを使用し、ボード面積は、例１及び例２の場合で同じに設定した。例１及び例２の充電式電気掃除機について、２時間充電を行った後、ボード上のＡｌ2Ｏ3粉末及びγ−Ｆｅ2Ｏ3粉末を５分間清掃した。その後、掃除機本体１の蓋を開け、コイルカバー１８の表面に付着している粉体を採取し、重量を測定した。例１の充電式電気掃除機のコイルカバーによる粉体の捕集量を１００とした際、例２充電式電気掃除機のコイルカバーによる粉体の捕集量は、１６であった。
【００５９】
なお、前述した実施例においては、受電コイルをコイルカバーで被覆した例を説明したが、本発明に係る充電式電気掃除機においては、コイルカバーで被覆していない受電コイルを使用することができる。
【００６０】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明に係る充電式電気掃除機によれば、掃除機本体側に充電器と接続するための充電用端子を形成する必要がなく、掃除機内部における充電端子と内部回路との配線切断事故を防止することができ、掃除機の信頼性を向上することができ、そのうえ集塵収納部に捕集できない微細な塵を捕集することが可能である等の顕著な効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る充電式電気掃除機の一例の概略構成を示す部分断面図。
【図２】図１の掃除機本体の概略構成を示す部分断面図。
【図３】図２の掃除機本体のIII−III線に沿う断面図。
【図４】図１の掃除機本体の最後尾における受電コイルの配置を示す模式図
【図５】図１の掃除機本体に用いられるコイルカバーを示す上面図。
【図６】図１の充電式電気掃除機の充電経路を示す回路図。
【図７】図１の充電式電気掃除機における充放電制御回路の別な配置方法を示す断面図。
【図８】図１の充電式電気掃除機における充放電制御回路のさらに別な配置方法を示す断面図。
【図９】図１の充電式電気掃除機における充電器の別な設置方法を示す部分断面図。
【図１０】図１の充電式電気掃除機におけるコイルカバー及び充電器の別な設置方法を示す部分断面図。
【図１１】図１の充電式電気掃除機におけるコイルカバーの別な設置方法を示す部分断面図。
【図１２】本発明に係る自走形式の充電式電気掃除機の一例の概略構成を示す側面図。
【図１３】図１２の充電式電気掃除機の掃除機本体を示す背面図。
【図１４】図１２の充電式電気掃除機の掃除機本体を示す上面図。
【図１５】図１２の充電式電気掃除機の掃除機本体における吸気と排気の流れを説明するための側面図。
【図１６】図１２の充電式電気掃除機におけるコイルカバーの別な設置方法を示す部分断面図。
【図１７】従来の充電式電気掃除機の概略を示す斜視図。
【図１８】図１７の充電式電気掃除機に含まれる置き台を兼ねる充電器の概略を示す斜視図。
【図１９】図１７の充電式電気掃除機の充電経路を示す回路図。
【符号の説明】
１…掃除機本体、
４…ホース、
５…ゴミパック、
６…ファン、
７…モータ、
８…吸引ダクト、
９…吸気ダクト、
１０〜１２…第１〜第３のフィルタ、
１４…排気口、
１５…受電コイル、
１６…コア、
１７…充放電制御回路、
１８…コイルカバー
２１…充電器、
２２…ケース、
２４…給電コイル、
２５…コア、
２６…充電回路。
Claims (5)
- 掃除機本体と、
前記掃除機本体内に配置された集塵収納部と、
前記掃除機本体内に配置され、塵を前記集塵収納部に吸引するための吸気を行う駆動手段と、
前記掃除機本体の内壁もしくは底部内面に前記駆動手段からの排気と接するように配置され、辺部に曲率が付いている箱型形状を有するコイルカバーと、
前記コイルカバー内に収容され、外部からの磁力によって誘導起電力を発生する受電コイルと、
前記掃除機本体内に配置され、前記起電力を用いて充電される二次電池と
を具備することを特徴とする充電式電気掃除機。 - 前記コイルカバーは、辺部に曲率が付いている矩形箱型、円形箱型、楕円形箱型もしくは多角形箱型の形状を有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。
- 前記コイルカバーの少なくとも前記受電コイルと対向する領域は、Ｆｅ、ステンレス、Ｎｉ、Ａｌ及びプラスチックよりなる群から選択される１種類以上の材料から形成されることを特徴とする請求項１ないし２いずれか１項記載の充電式電気掃除機。
- 前記コイルカバーの少なくとも前記受電コイルと対向する領域は、磁性粉体が添加されたプラスチック材料から形成されることを特徴とする請求項１ないし２いずれか１項記載の充電式電気掃除機。
- 前記コイルカバーは、前記掃除機本体の底部内面か、前記掃除機本体の走行方向に対して最後尾の壁の内面に、前記駆動手段からの排気と接するように配置されていることを特徴とする請求項１〜４いずれか１項記載の充電式電気掃除機。
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