特許 7593699 掃除機

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-11-25

(45)【発行日】2024-12-03

(54)【発明の名称】掃除機

(51)【国際特許分類】

   H02J 7/00 20060101AFI20241126BHJP

   A47L 9/28 20060101ALI20241126BHJP

【ＦＩ】

H02J7/00 302C

A47L9/28 E

A47L9/28 U

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2024107034

(22)【出願日】2024-07-02

【審査請求日】2024-07-02

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】524128279

【氏名又は名称】高藤総合研究所合同会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000235

【氏名又は名称】弁理士法人 天城国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】高藤 恭胤

【審査官】鈴木 智之

(56)【参考文献】

【文献】特開２００６－２２３６１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】韓国公開特許第１０－２０１４－００６６５１６（ＫＲ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１１０２９５５６１（ＣＮ，Ａ）

【文献】特開２０１５－０８０４８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－２２０８２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－０９５１６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－２２３６１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－０９６６８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２００８－５４３３９４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ａ４７Ｌ ９／２８

Ｈ０２Ｊ ７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

蓄電池と、
前記蓄電池の電力で動作し、掃除するための吸い込み力を発生させる吸塵駆動部と、
前記吸塵駆動部のモータの回転に基づいて電力を生成し、前記蓄電池を充電する電力生成部と、
を有し、
前記電力生成部は、
前記吸塵駆動部のモータの回転に基づいて回転し、交流電力を出力する発電機と、
前記発電機が出力した交流電力を所定の電圧に変換し、前記蓄電池を充電するコントロールユニットと、
を有する、
掃除機。

【請求項2】

蓄電池と、
前記蓄電池の電力で動作し、本体を移動させる移動駆動部と、
前記移動駆動部のモータの回転に基づいて電力を生成し、前記蓄電池を充電する電力生成部と、
を有し、
前記電力生成部は、
前記移動駆動部のモータの回転に基づいて回転し、交流電力を出力する発電機と、
前記発電機が出力した交流電力を所定の電圧に変換し、前記蓄電池を充電するコントロールユニットと、
を有する、
掃除機。

【請求項3】

前記蓄電池は、前記蓄電池の充電状態を監視する充電監視センサを有し、
前記電力生成部は、前記充電監視センサの出力情報に基づいて、前記蓄電池が満充電状態でないことを検知すると生成した電力を前記蓄電池に充電し、前記蓄電池が満充電状態であることを検知すると生成した電力を前記蓄電池に充電しない、
請求項１または２に記載の掃除機。

【請求項4】

前記蓄電池は、
第１蓄電池と、
第２蓄電池と、
装置内の電子回路に電力を供給する蓄電池として前記第１蓄電池もしくは前記第２蓄電池を選択する第１切替器と、
前記電力生成部による充電対象の蓄電池として前記第１蓄電池もしくは前記第２蓄電池を選択する第２切替器と、
を有する請求項１または２に記載の掃除機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、掃除機に関する。

【背景技術】

【0002】

ロボット型掃除機の普及が進んでいる。この種の掃除機は、搭載している蓄電池の電力で動作する。ロボット型掃除機は、蓄電池の電力がなくなると充電場所に移動して充電を行う。ロボット型掃除機の動作時間を長くするためには、蓄電池の容量を大きくする必要がある。しかし、蓄電池は、容量を大きくするほど重量が重くなり、掃除機の製造コストが高くなるという問題がある。

【0003】

ハンディ型のコードレス掃除機は、蓄電池の容量を大きくすると重量が増え、操作性が悪くなるという問題がある。ロボット型掃除機やハンディ型掃除機の動作時間を長くすることは、大きな課題である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２００８－１４６６１７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明は、上述の事情の下になされたもので、蓄電池で動作する掃除機の動作時間を長くすることを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記課題を解決するために、実施形態に係る掃除機は、蓄電池と吸塵駆動部と電力生成部とを有する。吸塵駆動部は、蓄電池の電力で動作し、掃除するための吸い込み力を発生させる。電力生成部は、吸塵駆動部のモータの回転に基づいて電力を生成し、蓄電池を充電する。電力生成部は、吸塵駆動部のモータの回転に基づいて回転し、交流電力を出力する発電機と、発電機が出力した交流電力を所定の電圧に変換し、蓄電池を充電するコントロールユニットと、を有する。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】実施形態１に係る掃除機の構成図である。

【図2】実施形態１に係る掃除機の電力生成部の構成図である。

【図3】実施形態２に係る掃除機の蓄電池の構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

（実施形態１）
以下、本実施形態を、図面を用いて説明する。図１は、本実施形態に係る掃除機１の構成図である。掃除機１は、センサ１０、制御装置８０、吸塵駆動部４１、移動駆動部４２、電力生成部６０、蓄電池７０等を有している。

【0009】

センサ１０は、カメラ等で構成される。センサ１０は、対象物が何であるかという情報、対象物までの距離情報を取得する。センサ１０で取得した情報は制御装置８０に送られ、制御装置８０内の画像認識プログラムなどで処理される。

【0010】

制御装置８０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、主記憶部、補助記憶部、及びインタフェース部を有するコンピュータである。ＣＰＵは、補助記憶部に記憶されているプログラムに従って、各種の処理を実行する。主記憶部は、ＲＡＭ（Random Access Memory）等を有している。主記憶部は、ＣＰＵの作業領域として用いられる。補助記憶部は、ＲＯＭ（Read Only Memory）、半導体メモリ等の不揮発性メモリを有している。補助記憶部は、ＣＰＵが実行するプログラム、及び各種パラメータなどを記憶している。ＣＰＵが実行するプログラムには、画像認識プログラム、地図作成プログラムなどが含まれる。制御装置８０は、画像認識プログラム、地図作成プログラムなどに基づいて掃除機１を自律走行させることで、指定された領域の掃除を可能とする。

【0011】

吸塵駆動部４１は、掃除するための吸い込み力を発生させる機能を有する。吸塵駆動部４１には、ギアポンプなどの空気を移動させる羽根などの回転体を回転駆動するモータが含まれる。移動駆動部４２は、本体を移動させる機能を有する。移動駆動部４２には、タイヤなどを回転駆動するモータが含まれる。吸塵駆動部４１および移動駆動部４２のモータは、蓄電池７０の電力を動力源として動作する。

【0012】

電力生成部６０は、吸塵駆動部４１および移動駆動部４２のモータの回転に基づいて電力を生成し、蓄電池７０を充電する。図２は、電力生成部６０の構成図である。図２は、吸塵駆動部４１のモータの回転に基づいて電力を生成する電力生成部６０を示している。ここでは、吸塵駆動部４１のモータの回転に基づいて電力を生成する電力生成部６０を例にして説明する。移動駆動部４２のモータの回転に基づいて電力を生成する電力生成部６０の構成も同じである。電力生成部６０は、発電機６１とコントロールユニット６２を有する。

【0013】

発電機６１は、吸塵駆動部４１のモータの回転に基づいて回転し、交流電力を出力する。発電機６１は、モータで構成される。発電機６１を構成するモータの回転軸は、例えば、歯車やベルト等により吸塵駆動部４１のモータの回転軸と接続されている。発電機６１の回転軸は、吸塵駆動部４１のモータの回転軸の回転に基づいて回転し、発電機６１は、例えば、２４Ｖとか１００Ｖの交流電力圧を出力する。発電機６１が出力する交流電力の周波数は、発電機６１の極数と吸塵駆動部４１のモータの回転数と歯車のギア比などによって決まる。発電機６１が出力する交流電力の周波数を限定する必要がない場合、発電機６１の回転軸と吸塵駆動部４１のモータの回転軸とが共通の１本の回転軸で形成されていてもよい。

【0014】

コントロールユニット６２は、発電機６１が出力した交流電力を所定の電圧に変換し、蓄電池７０を充電する。コントロールユニット６２は、整流部６２１と電流駆動部６２３を有する。

【0015】

整流部６２１は、発電機６１が出力した交流電力を直流電力に変換する。整流部６２１は、例えば、コンデンサ、ダイオードなどで構成される。整流部６２１は、整流した直流電力を電流駆動部６２３に供給する。電流駆動部６２３は、例えば、ＤＣ／ＤＣコンバータで構成される。電流駆動部６２３は、入力された直流電圧を蓄電池７０の充電に適した電圧に変換する。電流駆動部６２３は、蓄電池７０の充電に適した電流を供給する定電流源であってもよい。

【0016】

蓄電池７０は、装置内の電子回路に電力を供給する。蓄電池７０は、例えば、リチウムイオンバッテリーなどで構成される。蓄電池７０は、充電状態を監視する充電監視センサ７１を有している。充電監視センサ７１は、電圧測定器等で構成することができる。充電監視センサ７１は、蓄電池７０が満充電状態にあるか否かの情報（蓄電池７０の出力電圧情報）を制御装置８０に通知する。

【0017】

移動駆動部４２のモータの回転に基づいて電力を生成する電力生成部６０についての説明は、上述した説明と同じである。

【0018】

次に、掃除機１の動作について説明する。掃除機１は、内蔵されたプログラムとセンサ１０で取得した画像情報に基づいて所定の範囲を移動し、センサ１０が撮影したごみ等を認識すると、そのごみを吸引する。掃除機１は、ごみを認識しない場合も床面を吸引してもよい。

【0019】

掃除機１が移動すると、移動駆動部４２のモータが回転する。また、掃除機１がごみなどを吸引するときには吸塵駆動部４１のモータが回転する。吸塵駆動部４１および移動駆動部４２のモータの回転軸の回転に伴って電力生成部６０の発電機６１の回転軸が回転し、発電機６１は交流電力を出力する。コントロールユニット６２は、発電機６１が出力した交流電力を蓄電池７０の充電に適した電圧と電流に変換し、蓄電池７０を充電する。

【0020】

蓄電池７０が満充電状態のとき、蓄電池７０の出力電圧は高くなる傾向がある。蓄電池７０の出力電圧は、残容量に応じて徐々に低下していく。そして、蓄電池７０の残容量がなくなると、蓄電池７０の出力電圧は急激に低下する傾向がある。この蓄電池７０の電圧特性に着目して蓄電池７０の残容量を推定するができる。蓄電池７０は、出力電圧を監視する充電監視センサ７１を有している。充電監視センサ７１は、蓄電池７０の出力電圧の値を制御装置８０に通知する。

【0021】

制御装置８０は、充電監視センサ７１の出力情報に基づいて、蓄電池７０の出力電圧が所定の閾値電圧以上であるか否かを判断する。閾値電圧は、蓄電池７０が満充電状態であるときに対して所定の残容量（例えば、残容量が９０％とか９５％）である場合の出力電圧の値に設定する。制御装置８０は、蓄電池７０の出力電圧が閾値電圧未満である場合、電力生成部６０を制御して蓄電池７０を充電する。一方、制御装置８０は、蓄電池７０の出力電圧が閾値電圧以上である場合、蓄電池７０を充電しないように電力生成部６０を制御する。

【0022】

実施形態に係る掃除機１は、吸塵駆動部４１および移動駆動部４２のモータの回転に基づいて回転し交流電力を出力する発電機６１と、発電機６１が出力した交流電力を所定の電圧に変換するコントロールユニット６２とを有する電力生成部６０を備える。そして、実施形態に係る掃除機１は、電力生成部６０が出力する電力を蓄電池７０に蓄電し、その電力を装置内の電子回路で使用する。吸塵駆動部４１および移動駆動部４２のモータに供給されたエネルギーは、モータを回転するエネルギーとして使用される。しかし、モータに供給されたエネルギーの一部は、モータで熱エネルギーとして消失する。実施形態に係る掃除機１は、電力生成部６０を設けることで、吸塵駆動部４１および移動駆動部４２のモータで消失する熱エネルギーを有効利用する。これにより、実施形態に係る掃除機１は、エネルギー効率を改善することができ、蓄電池で動作する掃除機の動作時間を長くする。言い換えると、例えば、連続動作時間を１時間とした場合、蓄電池７０を小さくすることができる。したがって、掃除機１を小型化・軽量化することができる。

【0023】

また、実施形態に係る掃除機１の蓄電池７０は、蓄電池７０の充電状態を監視する充電監視センサ７１を有する。充電監視センサ７１が、蓄電池７０が満充電状態でないことを検知すると、電力生成部６０は生成した電力を蓄電池７０に充電する。一方、充電監視センサ７１が、蓄電池７０が満充電状態であることを検知すると、電力生成部６０は生成した電力を蓄電池７０に充電しない。このように、蓄電池７０が飽和状態でない場合、電力生成部６０が吸塵駆動部４１および移動駆動部４２のモータの運動エネルギー（回転エネルギー）を電気エネルギーに変換して蓄電池７０を充電することで、掃除機１のエネルギー効率が改善される。また、蓄電池７０が飽和状態である場合、電力生成部６０が蓄電池７０を充電しないことで、蓄電池（バッテリー）の発煙発火事故を防止することができる。

【0024】

なお、上記の説明では、コントロールユニット６２を整流部６２１と電流駆動部６２３で構成する場合について説明したが、コントロールユニット６２の構成をこれに限定する必要はない。例えば、コントロールユニット６２をＡＣ／ＤＣコンバータで構成してもよい。

【0025】

また、上記の説明では、電力生成部６０が吸塵駆動部４１と移動駆動部４２のモータの回転に基づいて交流電力を出力する場合について説明したが、電力生成部６０が吸塵駆動部４１もしくは移動駆動部４２のいずれか一方のみのモータの回転に基づいて交流電力を出力するようにしてもよい。

【0026】

（実施形態２）
実施形態１では、蓄電池７０が１個の蓄電池で構成されている場合について説明した。実施形態２では、蓄電池７０が２個の蓄電池を備える場合について説明する。

【0027】

図３は、実施形態２に係る蓄電池７０の構成図である。蓄電池７０は、第１蓄電池７２、第２蓄電池７３、第１切替器７４、第２切替器７５、充電監視センサ７１を有する。

【0028】

第１蓄電池７２および第２蓄電池７３は、例えば、リチウムイオンバッテリーで構成される。第１切替器７４は、使用する蓄電池を切り替えるための回路である。第１切替器７４は、制御装置８０による制御に基づいて、第１蓄電池７２もしくは第２蓄電池７３を電力生成部６０の出力として選択する。第２切替器７５は、電力生成部６０が充電する蓄電池を選択するための回路である。第２切替器７５は、制御装置８０による制御に基づいて、電力生成部６０の出力を第１蓄電池７２もしくは第２蓄電池７３に接続する。第１切替器７４および第２切替器７５は、ＦＥＴ（Field Effect Transistor）、リレー等で構成することができる。

【0029】

制御装置８０は、例えば、充電監視センサ７１による第１蓄電池７２および第２蓄電池７３の出力電圧の情報に基づいて、第１蓄電池７２および第２蓄電池７３の充電状態を監視する。第１切替器７４が第１蓄電池７２を選択している場合、制御装置８０は、第１蓄電池７２の出力電圧が蓄電池の残量低下を示す所定の閾値以下になると、第２蓄電池７３を選択するように第１切替器７４を制御する。

【0030】

制御装置８０は、第１切替器７４が選択していない側の蓄電池が充電されるように第２切替器７５を制御する。また、制御装置８０は、充電対象の蓄電池の出力電圧が蓄電池の満充電に近い状態であることを示す所定の閾値以上になると、充電対象の蓄電池が充電されないように第２切替器７５を制御する。この場合、電力生成部６０は、第１蓄電池７２と第２蓄電池７３のいずれにも充電しない状態となる。もしくは、制御装置８０が、第１蓄電池７２と第２蓄電池７３のいずれにも充電しないように電力生成部６０を制御する。満充電状態に近い蓄電池の充電を行わない理由は、蓄電池の故障確率を低減するためである。

【0031】

実施形態２に係る掃除機１の電力生成部６０は、第１蓄電池７２と第２蓄電池７３を切り替えて使用する。この構成を有することにより、掃除機１に搭載した一方の蓄電池を使用しながら、他方の蓄電池を充電することができる。

【0032】

吸塵駆動部４１および移動駆動部４２のモータの回転速度が急激に変化すると、発電機６１が大きな電力（電圧、電流）を出力する可能性がある。回路構成にもよるが、蓄電池を放電しながら充電すると、充電と放電とを分離する回路を構成するダイオードなどの半導体に過電流や過電圧が印加されることがある。ダイオードなどの半導体素子は、絶対定格を超える電圧や電流が印加されると、ショートモードで破損する場合が多い。蓄電池を構成するダイオードなどがショートモードで破損すると、蓄電池の発煙発火事故の要因となる恐れがある。実施形態２に係る掃除機１の電力生成部６０は、第１切替器７４と第２切替器７５を用いることで、放電する蓄電池と充電する蓄電池とを物理的に分離している。これにより、蓄電池の発煙発火事故を防止することができる。

【0033】

また、実施形態２の説明では、バッテリーが２個の場合について説明したが、バッテリーの数を限定する必要はない。バッテリーの数は３個でも４個でもよい。バッテリーの数が多いほど蓄電容量は多くなり、掃除機の動作時間を長くすることができる。

【0034】

（変形例）
実施形態１と２の説明では、ロボット型掃除機について説明した。ここでは、ハンディ型掃除機について説明する。ハンディ型掃除機の場合、図１に示す移動駆動部４２がない。したがって、移動駆動部４２に接続される電力生成部６０もない。他の説明は、実施形態１および２の説明と同じである。

【0035】

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施しうるものであり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0036】

１…掃除機
１０…センサ
４１…吸塵駆動部
４２…移動駆動部
６０…電力生成部
６１…発電機
６２…コントロールユニット
６２１…整流部
６２３…電流駆動部
７０…蓄電池
７１…充電監視センサ
７２…第１蓄電池
７３…第２蓄電池
７４…第１切替器
７５…第２切替器
８０…制御装置

【要約】

【課題】蓄電池で動作する掃除機の動作時間を長くする。
【解決手段】実施形態に係る掃除機は、蓄電池と吸塵駆動部と電力生成部とを有する。吸塵駆動部は、蓄電池の電力で動作し、掃除するための吸い込み力を発生させる。電力生成部は、吸塵駆動部のモータの回転に基づいて電力を生成し、蓄電池を充電する。
【選択図】図１

【図1】

【図2】

【図3】