JP5959993B2 - 充電式ファン装置 - Google Patents

Description

本発明は、バッテリ電力によりファンを回転駆動させて気体を吸入または送出する充電式ファン装置に関する。

バッテリの電力により動作する充電式ファン装置としては、外気を吸引することにより粉塵を集める集塵装置や、気体を送出する送風機などが知られている。このうち集塵装置としては、一般に、掃除機（クリーナ）や空気清浄機などが知られており、送風機としては、例えば１０ｋＰａ以上の高圧空気を送出するブロワや、ブロワよりも低圧力の空気を送出する送風用ファンなどが知られている。

これら充電式ファン装置は、繰り返し充電可能なバッテリを搭載し、そのバッテリの電力によりモータを駆動することで、そのモータの駆動力によりファンが回転駆動するよう構成されている。モータの駆動は、マイコンや制御ＩＣ等の制御回路により制御される構成が一般的である。また、バッテリは、バッテリパック内に収納され、このバッテリパックが装置本体ケースに対して着脱可能に構成されたものが一般的である。

充電式ファン装置におけるバッテリパックの着脱方式は種々知られており、例えば装置本体ケースの開口部から装置本体ケース内へバッテリパックを挿入してその開口部を蓋で閉じるよう構成されたものや、装置本体ケースの側面に対してバッテリパックを直接着脱できるよう構成されたものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２０１０−１７８７７３号公報

しかし、上記のような充電式ファン装置では、バッテリを充電する度に装置本体ケースからバッテリパックを取り外し、充電完了後には再びバッテリパックを装置本体ケースに装着する必要があるため、バッテリへの充電作業が面倒であるという問題があった。

また、充電式ファン装置は、バッテリの電力により動作する構成上、ファンの動作中はもちろん、ファンが動作していない間も、無駄な電力消費を抑えることで、バッテリを少しでも長持ちさせることができるようにすることが望まれている。

本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、バッテリへの充電を容易に行えるようにしつつ、バッテリが装置本体に装着された状態でもバッテリを長持ちさせることが可能な充電式ファン装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するためになされた本発明は、気体を吸引または送出するためのファンと、ファンを回転駆動するためのモータと、モータへ電力を供給するバッテリと、入力される直流電力をもとに所定電圧値の制御電圧を生成する制御電圧生成手段と、を備える。

また、制御電圧生成手段へ直流電力を供給するものとして、バッテリから制御電圧生成手段へ直流電力を供給するためのバッテリ電力供給経路と、外部の直流電源から直流電力を入力するためのＤＣジャックと、ＤＣジャックに直流電力が入力された場合にその直流電力を制御電圧生成手段へ供給するための外部電力供給経路と、を備え、更に、バッテリ電力供給経路を導通・遮断する半導体スイッチを備える。

そして、制御電圧生成手段により生成される制御電圧を電源として動作する制御手段を備える。この制御手段は、バッテリからモータへの電力供給を制御することによりモータの駆動を制御し、ＤＣジャックに直流電力が入力されている場合に所定の充電実行条件が成立しているならばその直流電力による前記バッテリの充電を制御し、自身の動作中に所定のシャットダウン条件が成立した場合には半導体スイッチをオフさせてバッテリから制御電圧生成手段への電力供給を遮断するよう構成されている。

このように構成された本発明の充電式ファン装置では、シャットダウン条件が成立している場合には半導体スイッチがオフされることにより制御手段へのバッテリ電力供給（直接的には制御電圧生成手段からの制御電圧の入力）が遮断される。一方、制御手段への制御電圧入力がなく制御手段が動作を停止しているときに、ＤＣジャックから直流電力が入力されると、その直流電力によって制御電圧が生成されて制御手段が動作を開始する。このとき、制御手段は、充電実行条件が成立していれば、バッテリへの充電を行う。

従って、本発明の充電式ファン装置によれば、バッテリを充電するために従来のように装置本体からバッテリを取り外すといった作業を必要とせず、単に外部電源からＤＣジャックに直流電力を入力するだけでバッテリを充電することができる。しかも、制御手段は、シャットダウン条件が成立すると、電源供給が停止されて何ら電力を消費しなくなる。そのため、バッテリへの充電を容易に行うことができ、且つ、バッテリが装置本体に装着された状態のままでもバッテリを長持ちさせることができる。

本発明の充電式ファン装置は、さらに、使用者の操作によっても制御手段を起動させることができるよう構成するとよい。具体的には、ファンを回転駆動させるために使用者により操作される操作スイッチと、半導体スイッチオン手段とを備える。半導体スイッチオン手段は、半導体スイッチがオフされている場合に操作スイッチが操作されたとき、半導体スイッチをオンさせることによりバッテリから制御電圧生成手段へ直流電力を供給するためのものである。

このように構成された充電式ファン装置によれば、制御手段への電源が遮断されて制御手段が動作を停止していても、使用者が操作スイッチを操作すると半導体スイッチがオンされることで制御手段への電源供給が開始されて制御手段が動作を開始する。そのため、迅速にファンの回転駆動を開始させることができる。

また、このような構成によれば、シャットダウン条件成立により電源供給が遮断されて動作を停止した制御手段を、ＤＣジャックからの直流電力入力、または操作スイッチの操作のうちいずれかによって迅速に起動させることができる。

また、制御手段は、動作開始後の所定のタイミングで、半導体スイッチをオンさせるよう制御するようにするとよい。このようにすることで、制御手段は、一旦動作を開始した後は、自らの制御（半導体スイッチのオン制御）によって自身への電源供給を継続させることができ、安定して動作することができる。

制御電圧生成手段の具体的構成は種々考えられるが、例えば次のように構成するとよい。即ち、制御電圧生成手段は、入力される直流電力をもとに制御電圧を生成するレギュレータと、外部電力供給経路を介して供給される直流電源からの直流電力およびバッテリ電力供給経路を介して供給されるバッテリからの直流電力のうち電圧値の高い何れか一方をレギュレータへ供給する入力電源選択手段と、を備えた構成とする。

即ち、外部からＤＣジャックを介して供給される直流電力から制御電圧を生成するためのレギュレータと、バッテリの直流電力から制御電圧を生成するためのレギュレータとをそれぞれ別々に設けるのではなく、１つのレギュレータで制御電圧を生成するようにする。そして、どちらの直流電力を用いて制御電圧を生成するかについては、入力電源選択手段が選択する。

このように構成された充電式ファン装置によれば、制御電圧生成手段を簡素な構成で実現することができ、その分、装置全体の小型化・コストダウンが可能となる。
制御手段は、バッテリの充電を制御するための具体的構成として、外部電力入力判断手段と、充電実行条件判断手段と、充電制御手段とを備えるようにするとよい。外部電力入力判断手段は、制御手段自身の動作開始後、ＤＣジャックから直流電力が入力されているか否か判断する。充電実行条件判断手段は、外部電力入力判断手段によりＤＣジャックから直流電力が入力されていると判断された場合に、バッテリが所定の充電実行条件を満たしているか否か判断する。充電制御手段は、充電実行条件判断手段により充電実行条件を満たしていると判断された場合に、ＤＣジャックからの直流電力によるバッテリの充電を制御する。

このように構成された充電式ファン装置によれば、制御手段が動作を停止していても、ＤＣジャックから直流電力を入力すると制御手段が迅速に起動し、充電実行条件を満たしているならば充電を実行する。そのため、ＤＣジャックに直流電流を入力することで、迅速且つ確実に充電を開始させることができる。

実施形態のハンディクリーナの外観を表す斜視図である。 バッテリパック及び制御回路基板の回路構成を表すブロック図である。 制御回路が起動するまでの流れを説明するための説明図である。 制御回路により実行されるモータ駆動・充電制御処理を表すフローチャートである。 変形例の充電式ブロワの外観を表す斜視図である。

以下に、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。
本実施形態は、繰り返し充電可能なバッテリから電源供給を受けて動作する充電式の電気掃除装置（以下、「ハンディクリーナ」という）１に本発明を適用したものである。

図１に示すように、本実施形態のハンディクリーナ１は、筒状に形成された本体ケース２の先端部分に、外気を吸引する吸引口３を備え、本体ケース２の側壁に、粉塵が除去された空気を排出する排出口４を備え、本体ケース２の後端側に、使用者が手で持つための把持部５を備える。

把持部５の上端部分には、使用者が把持部５を握った状態で操作できるように、電子スイッチ１０が設けられており、電子スイッチ１０の前方には、バッテリ２５（図２参照）への充電時に点灯するＬＥＤ１４が設けられている。

電子スイッチ１０には、使用者が操作（押下）しているときにオン状態となり、使用者が操作していないときにオフ状態となる２つの操作スイッチが備えられている。これら２つの操作スイッチのうち、一方は駆動指令を入力するための駆動スイッチ１１、他方は停止指令を入力するための停止スイッチ１２、として設定されている。

また、図１には直接的には図示していないものの、ハンディクリーナ１の本体ケース２内には、吸引用ファン６、モータ７、バッテリパック２０、及び、制御回路基板３０が設けられている。

吸引用ファン６は、吸引口３から本体ケース２内に外気を吸引して排出口４から排出させるためのものであり、吸引した外気から粉塵を除去するためのフィルタを収納するフィルタ収納部（図示略）を挟んで、吸引口３との対向位置に配置されている。

モータ７は、本実施形態では直流モータであり、吸引用ファン６の吸引口３とは反対側に配置されている。モータ７の回転軸には吸引用ファン６が連結されている。これにより、モータ７は、自身の回転により吸引用ファン６を回転させて、外気を本体ケース２内に吸引させることができる。

バッテリパック２０は、図２に示すように、充放電可能な複数（本実施形態では３個）のリチウムイオン電池セル（以下単に「セル」という）２１、２２、２３を直列接続してなるバッテリ２５、及び、各セル２１〜２３の温度を検出するセル温度検知用サーミスタ２６が、合成樹脂製のバッテリケース（図示略）内に収納されて構成されている。このバッテリパック２０は、図１に示すように、ハンディクリーナ１の本体ケース２内における下方後端側に形成されたバッテリパック収納部（図示略）に収納されている。

即ち、ハンディクリーナ１において、把持部５の下端部分（本体ケース２の後端部分）には蓋体８が着脱可能に設けられている。この蓋体８を本体ケース２から外すと、本体ケース２の後端に開口部が現れ、この開口部からバッテリパック２０をバッテリパック収納部に挿入することにより、バッテリパック２０を収納することができる。

また、本体ケース２の側壁上部には、ＤＣジャック９が設けられており、本体ケース２の上面側には、ＬＥＤ１４が設けられている。制御回路基板３０は、本体ケース２内において、モータ７の上方、且つ、電子スイッチ１０及びＬＥＤ１４の近傍位置に配置されている。

制御回路基板３０には、図２に示すように、ＡＣアダプタ５０から電力供給を受けてバッテリ２５への充電を行うと共に、バッテリ２５から電力供給を受けて、モータ７への放電（換言すればモータ７の駆動）を行うための各種電子部品が組み付けられている。

なお、ＡＣアダプタ５０は、交流電源から電源供給を受けて、バッテリ２５充電用の直流電圧（直流電力）を生成し、制御回路基板３０を介して一定の充電電流を供給するためのものであり、ハンディクリーナ１とは別体で構成されている。

このため、本体ケース２の側壁上部にＤＣジャック９が設けられており、このＤＣジャック９に、ＡＣアダプタ５０から引き出された電源コードの先端に設けられたＤＣプラグ５１を差し込むことで、ＡＣアダプタ５０から制御回路基板３０へ直流電力を供給することができる。

次に、制御回路基板３０の回路構成について説明する。図２に示すように、制御回路基板３０には、バッテリ２５の正極側からモータ７を介してバッテリ２５の負極側へ電流を流す放電経路が形成されている。

そして、その放電経路におけるモータ７の負極側には、バッテリ２５からモータ７への放電電流（つまり、モータ７の駆動電流）を制御する放電制御用ＦＥＴ１５が設けられている。

また、制御回路基板３０には、ＡＣアダプタ５０の正極側端子（＋）をバッテリ２５の正極側に接続し、ＡＣアダプタ５０の負極側端子（−）をバッテリ２５の負極側に接続するための充電経路が形成されている。

そして、この充電経路における、ＡＣアダプタ５０の正極側端子（＋）からバッテリ２５の正極側に至る充電経路上には、逆流防止用のダイオード４３と、充電制御用ＦＥＴ１６と、バッテリ２５を過電流から保護するための充電保護用ＦＥＴ１７とが設けられている。

放電制御用ＦＥＴ１５、充電制御用ＦＥＴ１６、及び充電保護用ＦＥＴ１７は、それぞれ、放電経路若しくは充電経路を導通・遮断するスイッチング素子であり、バッテリ２５への充放電を制御する制御回路３１により駆動される。逆流防止用のダイオード４３は、バッテリ２５からＡＣアダプタ５０への電流の逆流を防止するためのものであり、アノードがＡＣアダプタ５０側に接続され、カソードがバッテリ２５の正極側に接続されている。

なお、本実施形態では、放電制御用ＦＥＴ１５は、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴであって、ドレインがモータ７側に接続されており、充電制御用ＦＥＴ１６及び充電保護用ＦＥＴ１７はいずれも、ＰチャネルＭＯＳＦＥＴであって、ドレインがバッテリ２５の正極側に接続されている。

制御回路３１は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を中心に構成されるマイクロコンピュータ（マイコン）からなり、ＲＯＭに記憶された各種制御プログラムに従って上記各ＦＥＴ１５〜１７をオン・オフさせることで、モータ７の駆動及びバッテリ２５への充電を行う。

具体的には、制御回路３１は、駆動スイッチ１１を介して使用者から入力されるハイ・ロー（図に示すＨｉ／Ｌｏ）何れかの駆動指令に応じて、所定デューティ比のＰＷＭ信号（パルス幅変調信号）を生成し、放電制御用ＦＥＴ１５に出力する。

この結果、モータ７には駆動指令に対応した電流が流れ、モータ７は、その電流に応じた速度で回転する。
駆動スイッチ１１は、図２に示す通り、常開型（いわゆるａ接点）のスイッチであり、その一端は駆動入力用トランジスタ４７のベースに接続され、他端はバッテリ電力供給スイッチ１８のベースに接続されている。駆動入力用トランジスタ４７は本実施形態ではＮＰＮ型バイポーラトランジスタであり、コレクタには抵抗４６を介して制御電圧Ｖｃ（詳細は後述）が印加され、エミッタは接地されている。そして、駆動入力用トランジスタ４７のコレクタが制御回路３１に接続されており、このコレクタの電位が駆動入力信号として制御回路３１に入力される。このような構成により、駆動入力用トランジスタ４７のコレクタに制御電圧Ｖｃが印加されている場合に、駆動スイッチ１１がオフされているときは、制御回路３１に入力される駆動入力信号はハイレベル（制御電圧Ｖｃ）となる。一方、駆動スイッチ１１がオンされると、駆動入力用トランジスタ４７がオンするため、制御回路３１に入力される駆動入力信号はローレベル（接地電位）となる。制御回路３１は、駆動入力信号のレベルに基づいて、駆動スイッチ１１のオン・オフ状態を判断する。

停止スイッチ１２も、常開型（ａ接点）のスイッチであり、その一端は、抵抗４８を介して制御電圧Ｖｃが印加されると共に制御回路３１に接続されており、他端は接地されている。この停止スイッチ１２の一端の電位が、停止入力信号として制御回路３１に入力される。このような構成により、停止スイッチ１２の一端に抵抗４８を介して制御電圧Ｖｃが印加されている場合に、停止スイッチ１２がオフされているときは、制御回路３１に入力される停止入力信号はハイレベルとなり、停止スイッチ１２がオンされると、制御回路３１に入力される停止入力信号はローレベルとなる。制御回路３１は、停止入力信号のレベルに基づいて、停止スイッチ１２のオン・オフ状態を判断する。

制御回路３１は、動作開始後、最初に駆動スイッチ１１が押し操作されたとき、または動作開始時に駆動スイッチ１１が押し操作されているときは、駆動スイッチ１１からの駆動指令として高速駆動指令（ハイ）が入力されているものと認識する。そして、高速駆動用の所定のデューティ比にて放電制御用ＦＥＴ１５をデューティ駆動することで、モータ７を高速回転させる。

また、制御回路３１は、高速駆動用のデューティ比でモータ７を高速回転させているときに、駆動スイッチ１１が押し操作されたときは、駆動スイッチ１１から駆動指令として低速駆動指令（ロー）が入力されたものと認識する。そして、高速駆動用のデューティ比よりも低い所定の低速駆動用のデューティ比にて放電制御用ＦＥＴ１５をデューティ駆動することで、モータ７を低速回転に切り替える。

また、制御回路３１は、低速駆動用のデューティ比でモータ７を高速回転させているときに、駆動スイッチ１１が押し操作されたときは、駆動スイッチ１１から駆動指令として高速駆動指令（ハイ）が入力されたものと認識し、高速駆動用のデューティ比にて放電制御用ＦＥＴ１５をデューティ駆動することで、モータ７を高速回転に切り替える。

このように、使用者が駆動スイッチ１１を押し操作する度に、制御回路３１は、モータ７の回転速度を高速回転・低速回転に交互に切り替える。そして、制御回路３１は、使用者が停止スイッチ１２を押し操作することにより停止指令が入力されると、放電制御用ＦＥＴ１５をオフ状態にして、モータ７の駆動を停止する。

また、制御回路３１は、モータ７の駆動停止時に、ＡＣアダプタ５０が接続されていて、バッテリ２５からの出力電圧が充電開始判定用の閾値電圧よりも低い場合には、充電制御用ＦＥＴ１６及び充電保護用ＦＥＴ１７をオフ状態からオン状態に切り換えることで、バッテリ２５への充電を開始する。

制御回路３１によるバッテリ２５への充電制御は、バッテリ２５が満充電状態になるまで継続され、バッテリ２５が満充電状態になると、充電制御用ＦＥＴ１６及び充電保護用ＦＥＴ１７がオフ状態に切り換えられて、バッテリ２５への充電が完了する。

なお、制御回路３１は、バッテリ２５への充電中に駆動スイッチ１１が押し操作されると、充電制御を中断する。そして、駆動スイッチ１１からの駆動指令として高速駆動指令（ハイ）が入力されているものと認識し、高速駆動用の所定のデューティ比にて放電制御用ＦＥＴ１５をデューティ駆動することで、モータ７を高速回転させる。

また、制御回路３１は、モータ７の駆動中に停止スイッチ１２から停止指令が入力されると、モータ７を停止させる。このとき、バッテリ２５からの出力電圧が閾値電圧よりも低いか否かを判断することで、バッテリ２５への充電の要否を判断し、充電が必要であれば、充電制御を再開する。

つまり、本実施形態のハンディクリーナ１は、ＤＣジャック９にＡＣアダプタ５０が接続されているときでも、電子スイッチ１０を操作することにより、電気掃除装置として動作させることができる。

制御回路３１は、こうした充・放電制御を行う際には、バッテリ２５からの出力電圧に加えて、バッテリ２５を構成する各セル２１〜２３の出力電圧やバッテリ２５の温度を監視し、これらの異常時には、充電保護用ＦＥＴ１７や放電制御用ＦＥＴ１５をオフ状態にして、バッテリ２５への充放電を停止させる。

このため、制御回路基板３０には、バッテリ２５の各セル２１〜２３の出力電圧を検出するセル電圧検出部３２が設けられており、制御回路３１には、セル電圧検出部３２から、各セル２１〜２３の電圧を表す検出信号が入力される。

また、制御回路基板３０には、バッテリ２５の各セル２１〜２３の電圧を取り込み、その電圧が、制御回路３１による充電時の過電圧判定値よりも高い閾値に達したとき（つまり、制御回路３１による過電圧保護が正常に機能しなかったとき）に、充電制御用ＦＥＴ１６を強制的にオフさせる保護回路３４も設けられている。さらに、制御回路基板３０には、バッテリ２５内での各セル２１〜２３の接続部分を所定電位にすることで、セル電圧検出部３２で検出されるセル電圧から、バッテリ２５内での断線を検出する断線検出部３３も設けられている。制御回路３１は、この断線検出部３３を利用してバッテリ２５内での断線を検出すると、バッテリ２５の充放電を禁止する。

また、制御回路基板３０には、制御回路３１等、制御回路基板３０に設けられた上記各回路に電源電圧（直流定電圧）を供給するためのレギュレータ３５が設けられている。
レギュレータ３５は、２つのダイオード３６、３７を介して、バッテリ２５とＡＣアダプタ５０の両方から直流電圧を供給できるようになっており、その何れかから供給される直流電圧を用いて、直流定電圧（制御電圧）Ｖｃを生成し、上記各回路に電源電圧として供給する。

なお、バッテリ２５からの直流電圧およびＡＣアダプタ５０からの直流電圧は、それぞれダイオードを介してレギュレータ３５へ入力されるよう構成されていることから、実際にレギュレータ３５に供給される直流電力は、バッテリ２５およびＡＣアダプタ５０のうち電圧値の高い何れか一方からとなる。

ただし、バッテリ２５の正極からレギュレータ３５に至る通電経路における、ダイオード３６の上流側（アノード側）の経路上には、バッテリ電力供給スイッチ１８が設けられている。このバッテリ電力供給スイッチ１８は、本実施形態ではＰＮＰ型バイポーラトランジスタであり、エミッタがバッテリ２５の正極に接続され、コレクタがダイオード３６のアノードに接続され、ベースがベース制御用トランジスタ１９のコレクタおよび駆動スイッチ１１の一端に接続されている。ベース制御用トランジスタ１９のベースは制御回路３１に接続され、エミッタは接地されている。なお、ベース制御用トランジスタ１９は本実施形態ではＮＰＮ型バイポーラトランジスタである。

このような構成により、バッテリ２５からレギュレータ３５への直流電力供給は、バッテリ電力供給スイッチ１８がオンされているときに行われることになる。バッテリ電力供給スイッチ１８は、基本的には制御回路３１により制御される。具体的には、制御回路３１の動作中は制御回路３１によりベース制御用トランジスタ１９がオンされ、これによりバッテリ電力供給スイッチ１８もオンされる。

一方、制御回路３１は、動作中、所定のシャットダウン条件が成立した場合には、ベース制御用トランジスタ１９をオフさせることで、バッテリ電力供給スイッチ１８をオフさせ、これによりバッテリ２５からレギュレータ３５への直流電力供給を遮断する。

シャットダウン条件としては、例えば、モータ７が停止していて且つＤＣジャック９にＡＣアダプタ５０が接続されていない状態が一定時間継続することや、ＡＣアダプタ５０が接続されているもののバッテリ２５の充電が完了して充電が行われておらず、且つモータ７も停止している状態が一定時間継続すること、電子スイッチ１０が操作されなくなってから一定時間が経過した場合、ＡＣアダプタ５０が接続されている場合に充電していない状態が一定時間継続した場合、セル電圧（又はバッテリ電圧）が過放電状態になった場合、などが挙げられる。もちろんこれらはあくまでも一例である。

シャットダウン条件が成立すると、制御回路３１は自らバッテリ電力供給スイッチ１８を遮断させて自身の動作を停止させ、シャットダウン状態に移行する。シャットダウン状態に移行すると、制御回路３１は自らバッテリ電力供給スイッチ１８をオンさせることはできない。

しかし、ＤＣジャック９にＡＣアダプタ５０を接続してＤＣジャック９からダイオード３７を介して直流電力を供給することで、その直流電力をもとにレギュレータ３５が制御電圧Ｖｃを生成して制御回路３１へ供給する。これにより制御回路３１は起動することができる。制御回路３１は、起動後は自らバッテリ電力供給スイッチ１８をオンさせるため、起動後にＡＣアダプタ５０がＤＣジャック９から外されても、バッテリ電力によってレギュレータ３５からの制御電圧Ｖｃ出力を持続させ、これにより動作を継続することができる。

さらに、本実施形態では、バッテリ電力供給スイッチ１８のベースが駆動スイッチ１１の一端に接続されている。そのため、制御回路３１がシャットダウン状態にあるときに、使用者が駆動スイッチ１１を押し操作すると、バッテリ電力供給スイッチ１８のベースと駆動入力用トランジスタ４７のベースが導通し、バッテリ電力供給スイッチ１８および駆動入力用トランジスタ４７がオンする。これにより、レギュレータ３５にはバッテリ電力が供給されるようになり、レギュレータ３５にて制御電圧Ｖｃが生成されるようになる。

つまり、制御回路３１による制御とは無関係に、駆動スイッチ１１の押し操作によっても、バッテリ電力供給スイッチ１８をオンさせることが可能となっている。
なお、制御回路３１は、このレギュレータ３５から電源供給を受けて、バッテリ２５に対する充電制御を行っているとき、ＬＥＤ１４を点灯させて、使用者にその旨を報知する。

また、制御回路基板３０には、ＡＣアダプタ５０の接続を検知（詳しくはＡＣアダプタ５０からの直流電力入力を検知）して制御回路３１へ伝えるための、ＡＣアダプタ検知用トランジスタ４４および抵抗４５等からなる回路が設けられている。具体的には、ＡＣアダプタ検知用トランジスタ４４は、ベースが充電経路におけるＡＣアダプタ５０の正極側（詳しくは逆流防止用のダイオード４３のカソード側）に接続され、エミッタが接地されている。そして、コレクタは、抵抗４５を介して制御電圧Ｖｃが印加されると共に制御回路３１に接続されており、このコレクタの電位がＡＣアダプタ検知信号として制御回路３１に入力される。なお、ＡＣアダプタ検知用トランジスタ４４は、本実施形態ではＮＰＮ型バイポーラトランジスタである。

このような構成により、ＡＣアダプタ検知用トランジスタ４４のコレクタに制御電圧Ｖｃが印加されている場合に、ＡＣアダプタ５０が接続されていないときは、ＡＣアダプタ検知用トランジスタ４４はオフし、制御回路３１に入力されるＡＣアダプタ検知信号はハイレベルとなる。一方、ＡＣアダプタ５０が接続されてＡＣアダプタ５０から直流電力が入力されると、ＡＣアダプタ検知用トランジスタ４４がオンするため、制御回路３１に入力されるＡＣアダプタ検知信号はローレベルとなる。制御回路３１は、ＡＣアダプタ検知信号のレベルに基づいて、ＡＣアダプタ５０の接続の有無を判断する。

また、制御回路３１はバッテリ２５の温度も監視するが、この温度監視には、バッテリパック２０内に設けられたセル温度検知用サーミスタ２６からの検出信号と、制御回路基板３０に設けられた基板温度検知用サーミスタ３９からの検出信号とが利用される。

これは、この２種類のサーミスタ２６、３９の何れかが故障したとしても、バッテリ２５への充電時には、そのうち一方のサーミスタからの検出信号に基づき、バッテリ２５が充電可能な温度範囲から外れていることを検出できるようにするためである。

即ち、バッテリ２５は、例えば、温度が０℃よりも低いときに充電すると、正極から出たリチウムイオンが負極に吸収され難くなり、リチウム金属が析出し易くなるという問題がある。

そこで本実施形態では、バッテリ２５への充電時に、制御回路３１が所定の温度チェック処理を実行することで、上記２つのサーミスタ２６、３９を用いて、バッテリ２５が正常に充電可能な温度範囲にあるか否かを監視するようにされている。

また、本実施形態では、この２つのサーミスタ２６、３９からの検出信号を制御回路３１に取り込むために、制御回路３１に設けられた１つのアナログポートと２つのデジタルポートが利用される。

これは、制御回路３１を構成するマイクロコンピュータにおけるアナログポートの数が少なく、各サーミスタ２６、３９による各温度検出信号（アナログ信号）をＡ／Ｄ変換して取り込むことのできるアナログポートが１個しかないためである。

各サーミスタ２６、３９は、温度により抵抗値が変化する特性を有する周知の温度センサである。そこで本実施形態では、セル温度検知用サーミスタ２６及び基板温度検知用サーミスタ３９の一端を、制御回路３１の一つのアナログポートに接続し、その接続部分には、抵抗３８を介して、レギュレータ３５から供給される制御電圧Ｖｃを印加するようにされている。

セル温度検知用サーミスタ２６及び基板温度検知用サーミスタ３９の他端は、それぞれ、制御回路３１の２つのデジタルポートに接続されている。即ち、図２に示すように、セル温度検知用サーミスタ２６の他端は、制御回路３１のデジタルポートを介してセル側ローサイドスイッチ４１の一端に接続されており、基板温度検知用サーミスタ３９の他端は、制御回路３１のデジタルポートを介して基板側ローサイドスイッチ４２の一端に接続されている。各ローサイドスイッチ４１，４２の他端はいずれも接地されている。

このような構成により、制御回路３１がこれら各サーミスタ２６、３９を介して温度を検出する際には、検出対象となる何れかのサーミスタが接続された何れかのローサイドスイッチをオン状態にすることで、検出対象となるサーミスタの他端をグランドに接地する。

このようにして、制御回路３１は、バッテリパック２０内に設けられたセル温度検知用サーミスタ２６と、制御回路基板３０に設けられた基板温度検知用サーミスタ３９との２つのサーミスタを用いて、バッテリ２５の温度を監視することができる。

次に、本実施形態のハンディクリーナ１の動作のうち、特に制御回路３１がシャットダウン状態から起動する際の具体的流れ（起動シーケンス）について、図３を用いて説明する。

制御回路３１がシャットダウンしてバッテリ電力供給スイッチ１８がオフされており且つＡＣアダプタ５０も接続されていない状態から、制御回路３１を起動させるためには、ＡＣアダプタ５０をＤＣジャック９に接続するか、または駆動スイッチ１１を押し操作すればよい。

このうちＡＣアダプタ５０をＤＣジャック９に接続した場合の起動シーケンスは、図３の左側に図示している通りである。即ち、制御回路３１がシャットダウンしている状態でＤＣジャック９にＡＣアダプタ５０が接続されると（Ｓ１１）、ＤＣジャック９から各ダイオード４３，３７を介してレギュレータ３５へ、ＡＣアダプタ５０からの直流電力が供給される（Ｓ１２）。これによりレギュレータ３５が起動し（Ｓ１３）、レギュレータ３５で制御電圧Ｖｃが生成されてその制御電圧Ｖｃが制御回路３１へ供給される（Ｓ１４）。これにより、制御回路３１は起動する（Ｓ１５）。なお、制御回路３１は、起動すると、所定の初期化処理行った後、バッテリ電力供給スイッチ１８をオンさせ、自身の動作中はそのオン状態を維持させる。

一方、使用者により駆動スイッチ１１が押し操作された場合の起動シーケンスは、図３の右側に図示している通りである。即ち、制御回路３１がシャットダウンしている状態で駆動スイッチ１１がオン（押し）操作されると（Ｓ２１）、バッテリ電力供給スイッチ１８のベースが駆動スイッチ１１を介して駆動入力用トランジスタ４７のベースと導通し、これにより駆動入力用トランジスタ４７と共にバッテリ電力供給スイッチ１８がオンする（Ｓ２２）。すると、バッテリ２５からバッテリ電力供給スイッチ１８およびダイオード３６を介してレギュレータ３５へバッテリ電力が供給される（Ｓ２３）。これによりレギュレータ３５が起動し（Ｓ２４）、レギュレータ３５で制御電圧Ｖｃが生成されてその制御電圧Ｖｃが制御回路３１へ供給される（Ｓ２５）。これにより、制御回路３１は起動する（Ｓ２６）。なお、この場合も、制御回路３１は、起動後、まず所定の初期化処理行った後にバッテリ電力供給スイッチ１８をオンさせ、自身の動作中はそのオン状態を維持させる。

次に、制御回路３１の起動後の動作、即ち制御回路３１が実行するモータ駆動・充電制御処理について、図４を用いて説明する。制御回路３１は、起動後、所定の初期化処理を行った後に、図４のモータ駆動・充電制御処理を開始する。

制御回路３１は、このモータ駆動・充電制御処理を開始すると、まずＳ１１０で、自身の起動要因を判別する。即ち、自身が起動したのはＡＣアダプタ５０の接続によるものなのか、それとも駆動スイッチ１１の押し操作によるものなのかを判断する。制御回路３１には、既述の通り、ＡＣアダプタ５０の接続の有無を示すＡＣアダプタ検知信号が入力される。制御回路３１は、そのＡＣアダプタ検知信号がローレベルならば、ＡＣアダプタ５０が接続されている（即ち自身の起動はＡＣアダプタ５０の接続によるもの）と判断する。

一方、制御回路３１は、駆動スイッチ１１から入力される駆動入力信号に基づき、駆動スイッチ１１がオンされた状態にある場合には、自身の起動は駆動スイッチ１１の押し操作によるものであると判断する。

制御回路３１は、自身の起動要因がＡＣアダプタ５０の接続によるものと判断した場合は、Ｓ１２０にて、バッテリ電力供給スイッチ１８をオンさせ、そのオン状態を維持させる。これにより、レギュレータ３５には、バッテリ２５からの電力供給も可能となるため、仮にＡＣアダプタ５０がＤＣジャック９から外されても、レギュレータ３５による制御電圧Ｖｃの生成はバッテリ電力をもとに継続され、これにより制御回路３１も動作を継続することができる。

Ｓ１３０では、充電実行条件が成立しているか否か判断する。具体的には、バッテリ２５からの出力電圧が充電開始判定用の閾値電圧よりも低い場合に、充電実行条件が成立しているものと判断する。充電実行条件が成立していると判断した場合は、Ｓ１４０で、バッテリ２５への充電を実行する。具体的には、既述の通り、充電制御用ＦＥＴ１６及び充電保護用ＦＥＴ１７をオフ状態からオン状態に切り換えることで、バッテリ２５への充電を行う。

なお、充電実行条件として、セル温度検知用サーミスタ２６により検知されるセル温度が所定の範囲内にあること、および基板温度検知用サーミスタ３９により検知される基板温度が所定の範囲内にあること、の少なくとも一方を含めるようにしてもよい。また、これら例示した充電実行条件はあくまでも一例であり、他の充電実行条件を設定してもよい。

そして、Ｓ１５０で、駆動スイッチ１１がオン（押し）操作されたか否か判断し、オン操作されていなければ、Ｓ１６０で充電が完了したか否かを判断する。具体的には、バッテリ２５が満充電状態になったか否かを判断する。そして、充電が完了していなければＳ１４０に戻って充電を継続するが、充電が完了した場合は、Ｓ１７０に進む。充電実行中に使用者により駆動スイッチ１１がオン操作された場合は、Ｓ１５０からＳ２００に進み、充電を中断する。そして、Ｓ２２０に進み、モータ７の駆動を実行する。

一方、Ｓ１３０で充電実行条件が成立していないと判断した場合、およびＳ１６０で充電が完了したと判断した場合は、Ｓ１７０で、そのＳ１３０での判断時またはＳ１６０での判断時から一定時間が経過したか否か、即ちシャットダウンのための準備が完了（シャットダウン条件が成立）したか否かを判断する。まだ一定時間経過していない場合は、Ｓ１８０にて、駆動スイッチ１１がオン操作されたか否か判断する。そして、一定時間経過する前に駆動スイッチ１１がオン操作された場合には、Ｓ２２０に進んでモータ７の駆動を実行する。

駆動スイッチ１１がオン操作されることなく一定時間が経過した場合は、Ｓ１９０に進み、シャットダウンを行う。即ち、バッテリ電力供給スイッチ１８をオフさせて、自身の動作を停止させる。

一方、制御回路３１は、Ｓ１１０にて、自身の起動要因が駆動スイッチ１１の押し操作によるものと判断した場合は、Ｓ２１０にて、バッテリ電力供給スイッチ１８をオンさせ、そのオン状態を維持させる。

そして、Ｓ２２０にて、モータ７の駆動を実行する。即ち、既述の通り、放電制御用ＦＥＴ１５をＰＷＭ駆動することでモータ７を回転させる。なお、モータ駆動・充電制御処理を開始して最初にこのＳ２２０のモータ駆動を行う際は、高速駆動用のデューティ比でモータ７を高速回転させる。

そして、Ｓ２３０で、使用者により駆動スイッチ１１がオン操作されたか否か判断し、駆動スイッチ１１がオン操作された場合には、Ｓ２４０で、ＰＷＭデューティ比を現在のデューティ比からもう一方のデューティ比に切り替える。即ち、例えば高速駆動用のデューティ比に設定されている状態でこのＳ２４０の処理を行うと、低速駆動用のデューティ比に切り替える。逆に、低速駆動用のデューティ比に設定されている状態でこのＳ２４０の処理を行うと、高速駆動用のデューティ比に切り替える。デューティ比の切り替え後は、Ｓ２２０に戻り、その切り替え後のデューティ比にてモータ７を駆動する。

Ｓ２３０で駆動スイッチ１１がオン操作されていない場合は、Ｓ２５０にて、停止スイッチ１２がオン操作されたか否か判断する。停止スイッチ１２がオン操作されていない場合は、Ｓ２２０に戻ってモータ７の駆動を継続するが、停止スイッチ１２がオン操作された場合は、Ｓ２６０にて、モータ７の駆動を停止する。

そして、Ｓ２７０で、ＤＣジャック９にＡＣアダプタ５０が接続されているか否か判断し、接続されていればＳ１３０に進み、接続されていなければＳ１７０に進む。この場合、Ｓ１７０では、Ｓ２７０でＡＣアダプタ５０が接続されていないと判断された時から一定時間経過したか否かを判断する。そして、駆動スイッチ１１がオン操作されることなく一定時間が経過したら、Ｓ１９０でシャットダウンを行う。

以上説明した本実施形態のハンディクリーナ１によれば、バッテリ２５を充電するために従来のように装置本体からバッテリパック２０を取り外すといった作業を必要とせず、単にＡＣアダプタ５０をＤＣジャック９に接続してＡＣアダプタ５０から直流電力を入力するだけで、バッテリ２５を充電することができる。そのため、バッテリ２５の充電を、手間をかけずに容易に行うことができる。なお、バッテリ２５の充電は、ＤＣジャック９を介してのみ行えるというわけではなく、バッテリパック２０を装置本体から取り出して、バッテリパック２０を所定の充電器にセットして充電させることも可能である。

また、制御回路３１は、自身の動作中、シャットダウン条件が成立すると（Ｓ１７０でＹＥＳ）、バッテリ電力供給スイッチ１８をオフさせて自身の動作を停止させる。つまり、制御回路３１はバッテリ２５の電力を何ら消費しなくなる。そのため、バッテリパック２０が装置本体に装着された状態のままでもバッテリ２５を長持ちさせることができる。

そして、制御回路３１がシャットダウン状態にあるとき、ＤＣジャック９にＡＣアダプタ５０を接続して直流電力を入力するか、もしくは使用者が駆動スイッチ１１をオン操作すると、レギュレータ３５に直流電力が供給されてレギュレータ３５が動作し、制御電圧Ｖｃを生成して制御回路３１へ供給する。これにより制御回路３１は迅速に起動することができ、バッテリ２５の充電またはモータ７の駆動を迅速に行うことができる。

さらに、制御回路３１は、起動して所定の初期化処理等を行うと、自らの制御によりバッテリ電力供給スイッチ１８をオン状態に維持させる。そのため、制御回路３１の起動後に駆動スイッチ１１がオフされても、またＡＣアダプタ５０がＤＣジャック９から外されても、制御回路３１は動作を継続することができる。

また、バッテリ２５からの直流電力およびＤＣジャック９からの直流電力は、それぞれ別々のレギュレータに入力されるのではなく、ダイオード３６，３７を介して同じ１つのレギュレータ３５に入力される。このように、ダイオードを用いることによってレギュレータ３５を１つにしていることで、装置全体の小型化・コストダウンが実現されている。

なお、本実施形態において、カソードがレギュレータ３５に接続されている２つのダイオード３６，３７は本発明の入力電源選択手段の一例に相当し、バッテリ電力供給スイッチ１８は本発明の半導体スイッチの一例に相当し、バッテリ２５の正極からバッテリ電力供給スイッチ１８を経てダイオード３６へ至る経路は本発明のバッテリ電力供給経路の一例に相当し、ＤＣジャック９の正極側から逆流防止用のダイオード４３を経て入力電源選択用のダイオード３７へ至る経路は本発明の外部電力供給経路の一例に相当し、制御回路３１は本発明の制御手段の一例に相当し、駆動スイッチ１１は本発明の操作スイッチの一例に相当し、バッテリ電力供給スイッチ１８のベースから駆動スイッチ１１及び駆動入力用トランジスタ４７を経て接地電位に至る経路は本発明の半導体スイッチオン手段の一例に相当する。

また、図４のモータ駆動・充電制御処理において、Ｓ１１０の処理は本発明の外部電力入力判断手段が実行する処理の一例に相当し、Ｓ１３０の処理は本発明の充電実行条件判断手段が実行する処理の一例に相当し、Ｓ１４０の処理は本発明の充電制御手段が実行する処理の一例に相当する。

［変形例］
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明の実施の形態は、上記実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態を採り得ることはいうまでもない。

例えば、上記実施形態では、本発明を充電式のハンディクリーナ１に適用した場合について説明したが、本発明は、バッテリを備えた集塵装置であれば上記実施形態と同様に適用できる。

また、本発明は、例えば、高圧空気を送出することで粉塵を吹き飛ばすのに用いられる、図５に示すような充電式ブロワ６０等、気体を送出する送風機であっても、上記実施形態と同様に適用できる。

ここで、図５に示す充電式ブロワ６０は、先端に高圧空気を送出する送出口６１を備えた筒状のノズル６２と、ノズル６２の後端側が装着されるブロワ本体６３と、ブロワ本体６３に着脱自在に装着されるバッテリパック６４と、から構成されている。

また、ブロワ本体６３の側壁には、外気を導入するための吸気口６５が設けられ、ブロワ本体６３の上部には、使用者が手で持つための把持部６６が設けられ、ブロワ本体６３のノズル６２とは反対側には、バッテリパック６４を装着するための装着部６７が設けられている。

そして、把持部６６のノズル６２側先端部分には、上記実施形態の電子スイッチ１０と同様、使用者が操作するための電子スイッチ６８が設けられている。
また、ブロワ本体６３内には、吸気口６５から外気を導入してノズル６２側に送出するための送出用ファン７１、送出用ファン７１を回転させるモータ７２、バッテリパック６４から電力供給を受けて動作し、電子スイッチ６８からの駆動指令に応じてモータ７２を駆動制御する制御回路基板７３、等が設けられている。

このように構成された充電式ブロワ６０においても、制御回路基板７３にマイクロコンピュータからなる制御回路を実装し、この制御回路が、上記実施形態の制御回路３１と同様の手順で、バッテリパック６４からモータ７２への通電経路上に設けられた半導体素子（ＦＥＴ、バイポーラトランジスタ等）を制御するようにすれば、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。

また、上記実施形態では、バッテリ電力供給スイッチ１８及び各トランジスタ４４，４７としてバイポーラトランジスタを用い、各制御用ＦＥＴ１５〜１７としてＭＯＳＦＥＴを用いたが、これらはあくまでも一例であり、同様の機能を発揮するものである限り他種のスイッチを用いることができる。

また、駆動スイッチ１１をオン操作することによりバッテリ電力供給スイッチ１８のベースを接地電位にしてバッテリ電力供給スイッチ１８をオンさせる構成についても、あくまでも一例であり、駆動スイッチ１１のオンによりバッテリ電力供給スイッチ１８をオンさせための具体的構成は他にも種々考えられる。

１…ハンディクリーナ、２…本体ケース、３…吸引口、４…排出口、５，６６…把持部、６…吸引用ファン、７，７２…モータ、８…蓋体、９…ＤＣジャック、１０，６８…電子スイッチ、１１…駆動スイッチ、１２…停止スイッチ、１４…ＬＥＤ、１５…放電制御用ＦＥＴ、１６…充電制御用ＦＥＴ、１７…充電保護用ＦＥＴ、１８…バッテリ電力供給スイッチ、１９…ベース制御用トランジスタ、２０，６４…バッテリパック、２５…バッテリ、２６…セル温度検知用サーミスタ、３０，７３…制御回路基板、３１…制御回路、３２…セル電圧検出部、３３…断線検出部、３４…保護回路、３５…レギュレータ、３６，３７，４３…ダイオード、３８，４５，４６，４８…抵抗、３９…基板温度検知用サーミスタ、４１…セル側ローサイドスイッチ、４２…基板側ローサイドスイッチ、４４…ＡＣアダプタ検知用トランジスタ、４７…駆動入力用トランジスタ、５０…ＡＣアダプタ、５１…ＤＣプラグ、６０…充電式ブロワ、６１…送出口、６２…ノズル、６７…装着部、７１…送出用ファン

Claims (4)

1. 気体を吸引または送出するためのファンと、
   前記ファンを回転駆動するためのモータと、
   前記モータへ電力を供給するバッテリと、
   入力される直流電力をもとに所定電圧値の制御電圧を生成する制御電圧生成手段と、
   前記バッテリから前記制御電圧生成手段へ直流電力を供給するためのバッテリ電力供給経路と、
   前記バッテリ電力供給経路を導通・遮断する半導体スイッチと、
   外部の直流電源から直流電力を入力するためのＤＣジャックと、
   前記ＤＣジャックに直流電力が入力された場合にその直流電力を前記制御電圧生成手段へ供給するための外部電力供給経路と、
   前記ファンを回転駆動させるために使用者により操作される駆動スイッチと、
   回転駆動されている前記ファンを停止させるために使用者により操作される停止スイッチと、
   前記半導体スイッチがオフされている場合に前記駆動スイッチが操作されたとき、前記半導体スイッチをオンさせることにより前記バッテリから前記制御電圧生成手段へ直流電力を供給する半導体スイッチオン手段と、
   前記制御電圧生成手段により生成される前記制御電圧を電源として動作し、前記バッテリから前記モータへの電力供給を制御することにより前記モータの駆動を制御し、前記ＤＣジャックに直流電力が入力されている場合に所定の充電実行条件が成立しているならばその直流電力による前記バッテリの充電を実行させ、自身の動作中に所定のシャットダウン条件が成立した場合には前記半導体スイッチをオフさせて前記バッテリから前記制御電圧生成手段への電力供給を遮断するよう構成された制御手段と、
   を備え、
   前記制御手段は、前記充電の実行中に前記駆動スイッチが操作された場合は、前記充電を中断させて前記モータを駆動させ、前記モータの駆動中に前記停止スイッチが操作された場合は、前記モータを停止させて、その停止させたときに前記ＤＣジャックに直流電力が入力されていて且つ前記充電実行条件が成立しているならば、前記充電を実行させる
   ことを特徴とする充電式ファン装置。
2. 請求項１に記載の充電式ファン装置であって、
   前記制御手段は、動作開始後の所定のタイミングで、前記半導体スイッチをオンさせるよう制御する
   ことを特徴とする充電式ファン装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載の充電式ファン装置であって、
   前記制御電圧生成手段は、
   入力される直流電力をもとに前記制御電圧を生成するレギュレータと、
   前記外部電力供給経路を介して供給される前記直流電源からの直流電力、および前記バッテリ電力供給経路を介して供給される前記バッテリからの直流電力のうち、電圧値の高い何れか一方を前記レギュレータへ供給する入力電源選択手段と、
   を備えることを特徴とする充電式ファン装置。
4. 請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の充電式ファン装置であって、
   前記制御手段は、
   自身の動作開始後、前記ＤＣジャックから直流電力が入力されているか否か判断する外部電力入力判断手段と、
   前記外部電力入力判断手段により前記ＤＣジャックから直流電力が入力されていると判断された場合に、前記バッテリが所定の充電実行条件を満たしているか否か判断する充電実行条件判断手段と、
   前記充電実行条件判断手段により前記充電実行条件を満たしていると判断された場合に、前記ＤＣジャックからの直流電力による前記バッテリの充電を制御する充電制御手段と、
   を備えることを特徴とする充電式ファン装置。

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