CN104363809B

CN104363809B - 充电式电动吸尘器

Info

Publication number: CN104363809B
Application number: CN201380027439.7A
Authority: CN
Inventors: 矢户佑毅
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2012-05-31
Filing date: 2013-03-11
Publication date: 2016-12-07
Anticipated expiration: 2033-03-11
Also published as: JP2013248134A; KR20140140111A; CN104363809A; KR101635304B1; US20150059119A1; US9044127B2; WO2013179715A1; JP5957296B2

Abstract

本发明的主题是为了容易地检测集尘量是否满载。本发明提供一种充电式电动吸尘器，包括：通风机，其用于通过吸入口吸入包含灰尘的空气；电动机，其用于驱动所述通风机；集尘部，其用于过滤吸入的空气并且捕获所述灰尘；蓄电池；开关元件，其用于将所述蓄电池连接到所述电动机；电流检测部，其用于检测流到所述电动机的电流Ia；报警部，其用于当集尘部中的集尘量满载时报警；以及控制部，其用于操作所述开关元件来驱动所述电动机，并且用于检测所述蓄电池的端子电压Vb和电流Ia，以在Vb≥V₁且Ia≤I₁(V₁和I₁为预设值)成立时操作所述报警部。

Description

充电式电动吸尘器

技术领域

本发明涉及一种充电式电动吸尘器，并且更特别涉及一种自走式或无线充电式电动吸尘器。

背景技术

作为本发明的背景技术，已知一种充电式电动吸尘器，该充电式电动吸尘器包括：电动通风机，其对集尘室施加抽吸负压；可充电电源，其对电动通风机供应驱动电流；电流检测装置，其检测驱动电流；以及控制装置，其通过基于电流检测装置检测到的检出电流控制驱动电流的占空比，从而将供应给电动通风机的驱动电流控制为恒定，其中在占空比达到预定值后，当电流检测装置检测到的电流值低于阈值时，控制装置将提供给电动通风机的驱动电流的值降至设定值，然后，使电动通风机停止(例如参见专利文件1)。

现有技术文献

专利文献

专利文件1:特开2004-24491号公报

发明内容

发明要解决的问题

使用商业AC电源的常用电动吸尘器利用电动通风机中的电流在集尘量增加时下降这一特性来检测集尘量。然而，专利文件1中所述的充电式电动吸尘器被控制为使得电动通风机中的电流在集尘量增加时保持恒定，因此该吸尘器难以通过电动通风机中电流的变化来检测集尘量。

本发明是鉴于上述情况完成的，目的在于提供一种充电式电动吸尘器，其能够容易地检测集尘量，并且当集尘量满载时发出警告。

用于解决问题的方案

本发明提供一种充电式电动吸尘器，包括：通风机，其用于通过吸入口吸入包含灰尘的空气；电动机，其用于驱动所述通风机；集尘部，其用于过滤吸入的空气并且捕获所述灰尘；蓄电池；开关元件，其用于将所述蓄电池连接到所述电动机；电流检测部，其用于检测流到所述电动机的电流Ia；报警部，其用于当所述集尘部中的集尘量满载时发出警告；以及控制部，其用于操作所述开关元件来驱动所述电动机，并且用于检测所述蓄电池的端子电压Vb和所述电流Ia，在Vb≥V₁且Ia≤I₁(V₁和I₁为预设值)成立时操作所述报警部。

发明效果

根据本发明，能够以简单的配置警告集尘量满载的情况而不会出错。

附图说明

图1是示出根据本发明的一个实施方式的自走式吸尘器的从其顶面观察到的立体图。

图2是沿图1中的A–A线取得的剖面图。

图3是示出图1中的自走式吸尘器的从其底面观察到的立体图。

图4是对应于图2的视图，示出集尘装置被取出的状态。

图5是示出图1中所示的自走式吸尘器中的控制系统的框图。

图6是图1中所示的自走式吸尘器中的电池(蓄电装置)的放电特征图。

图7是示出图1中所示的自走式吸尘器的集尘量和电枢电流之间关系的特征图，其中电枢电压作为参数。

图8是示出图1中所示的自走式吸尘器的基本部件的操作的流程图。

具体实施方式

根据本发明的充电式电动吸尘器包括：通风机，其通过吸入口吸入包含灰尘的空气；电动机，其驱动所述通风机；集尘部，其过滤吸入的空气并且捕获灰尘；蓄电池；开关元件，其将蓄电池连接到电动机；电流检测部，其检测流到电动机的电流Ia；报警部，其当集尘部中的集尘量满载时报警；以及控制部，其操作开关元件来驱动电动机，检测蓄电池的端子电压Vb和电流Ia，并且在Vb≥V₁且Ia≤I₁(V₁和I₁为预设值)成立时操作报警部。

即使在报警部被操作之后，控制部仍可继续驱动电动机。

该充电式电动吸尘器还可包括手动输入部，该手动输入部指示控制部进行集尘量的检查操作，其中控制部可响应于手动输入部的输出，将电动机仅驱动预定的时间。

控制部可以在蓄电池充电完成后将电动机仅驱动预定的时间。

端子电压随放电而下降的电池，如锂离子电池、镍氢电池或镍镉电池，可用作该蓄电池。

永磁体激励的DC电动机可优选用作该电动机。

下面参照示出自走式吸尘器的一个实施方式的附图来描述根据本发明的充电式电动吸尘器。本发明不限于该实施方式，而且本发明包括用户手动移动的无线电动吸尘器。

1.自走式吸尘器的配置

图1是根据本发明的一个实施方式的自走式吸尘器的从其顶面观察到的立体图，图2是沿图1中的A–A线取得的剖面图，图3是示出图1中的自走式吸尘器的从其底面观察到的立体图，图4是对应于图2的视图，示出集尘装置被取出的状态，图5是示出图1中所示的自走式吸尘器中的控制系统的框图。

如图1至图3中所示，根据本发明该实施方式的自走式吸尘器1吸入包含地板表面(待清洁的表面)F(图2)上的灰尘的空气，并且排出去除灰尘后的空气，同时自主地在其所处的场所的地板表面面F上行走。从而自走式吸尘器1清洁该地板表面。

自走式吸尘器1包括盘状箱体2，并且在箱体2的内部和外部包括多个部件，如旋转刷9、侧刷10、集尘装置(集尘部)30、电动通风机22、一对驱动轮29、后轮26、前轮27、各种传感器以及控制部。

在自走式吸尘器1中，设置有前轮27的部分为前部，设置有后轮26的部分为后部，设置有集尘装置30的部分为中部。

箱体2具有基板2a、顶板2b和沿基板2a和顶板2b的外缘形成的侧板2c，基板2a在俯视图中为圆形并且包括吸入口6，吸入口6形成在前部的邻近与中部的边界的位置处，顶板2b包括在中部的盖部3，盖部3可打开或关闭，用来将集尘装置3装载至箱体2或者从箱体2卸载集尘装置3。

在基板2a上形成有多个孔，前轮27、一对驱动轮29及后轮26的下部从这些孔伸出到外部，而且在顶板2b的前部与中部之间的边界形成有排气口7。侧板2c在前-后方向上一分为二，其中侧板的前部是可更换的，以用作防撞器。

如图1中所示，自走式吸尘器1在箱体2的顶板2b的后部包括：电源开关(按压开关)62；输入部(输入面板)63，其具有由用户操作的启动开关、后文所述的用于检查集尘量是否满载的开关以及用于输入各种条件的开关；以及显示部(显示面板)64，其显示表明集尘量满载的警告或吸尘器的状态。

如图4中所示，箱体2包括在前部的收纳电动通风机22的前收纳室R1和在中部的收纳集尘装置30的中收纳室R2。箱体2还包括在后部的后收纳室R3，用于收纳控制板15、电池14(蓄电池)、充电端子14以及控制部中的其它组件。箱体2还包括在前部和中部之间的边界附近的吸入路径11和排气路径12。

吸入路径11将吸入口6和中收纳室R2彼此连通，排气路径12将中收纳室R2与前收纳室R1彼此连通。通过安装在箱体2内的分隔壁39，将各个收纳室R1、R2和R3、吸入路径11和排气路径12分隔，形成这些部件所用的空间。

该对驱动轮29固定于与穿过箱体2中心的中心线C(图2)垂直相交的一对转动轴。当该对驱动轮29同向转动时，箱体2前进或后退，而当各驱动轮29朝相反方向转动时，箱体2绕该箱体2的中心线C转动。

该对驱动轮29的转动轴被连结为独立地从一对驱动轮电动机中的一个接收转动力。每个电动机直接地或经悬架机构固定于箱体的基板2a。

前轮27包括辊。前轮27可转动地设置于箱体2的基板2a的一部分，使其轻微离开驱动轮29所接触的地板表面F(图2)。利用该结构，前轮27接触到行进路线上出现的台阶，并且箱体2可容易地越过该台阶。

后轮26是脚轮，其可转动地设置于箱体2的基板2a的一部分，从而接触到驱动轮29所接触的地板表面F。

如上所述，该对驱动轮29设置在箱体2的前后方向上的中部，并且前轮27离开地板表面F。这样，对箱体2而言，重量被分布为使得自走式吸尘器1的重量可由该对驱动轮29和后轮26支撑。利用该配置，行走路线上前方的灰尘可被导入吸入口6，而不会被前轮27阻挡。

吸入口6是在箱体2的底面(基板2a)形成的凹部8的开口表面，面对地板表面F。用作吸入构件的底板60(见图3)装配在凹部8中，由此形成吸入口6。围绕平行于箱体2的底面的轴转动的旋转刷9安装在凹部8内，并且围绕垂直于基板2a的转动轴转动的侧刷10安装在所述凹部8的左右两侧。

旋转刷9是通过在作为转动轴的辊的外周表面上螺旋式植入刷而形成的。侧刷10是通过在转动轴的低端放射状设置刷束而形成的。旋转刷9的转动轴和该对侧刷10的转动轴分别支撑于箱体2的基板2a的一部分，可以转动。旋转刷9的转动轴连结到未示出的并且安装在该转动轴附近的刷驱动电动机，而侧刷10的转动轴通过包括滑轮、皮带等的传动机构连结到刷驱动电动机。

如图3中所示，在吸入口6的后端设置有鬃刷65，鬃刷65用作叶片状捕获构件，用于捕获未通过吸入口6吸入的灰尘，以防止灰尘散落。

如图3中所示，在箱体2的底面和前轮27之间设置有用于检测地板表面的地板检测传感器13，并且在左右驱动轮29的前方侧设置有类似的地板检测传感器19。当地板检测传感器13检测到下行楼梯时，其检测信号被发送到控制部，然后控制部进行控制使两个驱动轮29停止。当地板检测传感器13出故障时，地板检测传感器19可检测下行楼梯，然后可使两个驱动轮29停止。这种配置可避免自走式吸尘器1自下行楼梯摔落。

当地板检测传感器19检测到下行楼梯时，其检测信号可被发送到控制部，然后控制部可控制吸尘器避开下行楼梯。

控制板15包括用于控制自走式吸尘器1的微计算机和用于驱动诸如驱动轮29、旋转刷9、侧刷10和电动通风机22的各部件的控制电路，如电动机驱动电路。

在箱体2的侧板2c的后端设置有给电池14充电的充电端子4。在房间里自主行走时清扫房间的自走式吸尘器1返回到房间中设置的充电台40(图2)。充电端子4由此与设置于充电台40的端子部41接触，从而给电池14充电。连接到商业电源(插座)的充电台40通常沿房间的侧壁S设置。

集尘装置30通常收纳在箱体2内两个驱动轮29的转动轴的轴心上方的中收纳室R2中。如图4中所示，为了弃除集尘装置30中收集的灰尘，打开箱体2的盖部3来装载或卸载集尘装置30。

集尘装置30包括有开口的集尘容器31、覆盖集尘容器31的开口的过滤部33以及覆盖过滤部33和集尘容器31开口的覆盖部32。覆盖部32和过滤部33可枢转地支撑于集尘容器31的开口的前沿。

在集尘容器31的侧壁的前部设置有流入路径34和排出路径35。在集尘装置30收纳在箱体2的中收纳室R2中的情况下，流入路径34与箱体2的吸入路径11连通，并且排出路径35与箱体2的排气路径12连通。

如图5中所示，全面控制以驱动自走式吸尘器1的控制系统包括：控制部54，其具有包含CPU 51、ROM 52和RAM 53的微计算机；电动机驱动电路57，其控制驱动轮电动机55和56，以驱动两个驱动轮29中的每一个；电动机驱动电路59，其控制刷驱动电动机58，以驱动旋转刷9和侧刷10；开关元件68，其使组装入电动通风机22的DC电动机69与电池14连接或断开；分流电阻器61，其检测流过DC电动机69的电流，即电枢电流Ia；电源开关62；传感器控制单元66，其控制各种传感器67，包括地板检测传感器13和19；输入部63；以及显示部64。

永磁体激励的DC电动机被用作DC电动机69。

在电源开关62接通时，来自电池14的输出电力经电动机驱动电路57供给到驱动轮电动机55和56，经电动机驱动电路59供给到刷驱动电动机58，经开关元件68供给到DC电动机69，并且进一步供给到控制部54、输入部63、显示部64和传感器控制单元66。

控制部54中的CPU 51是中央处理单元。CPU 51基于预先存储在ROM 52中的程序计算从输入部63、分流电阻器61和各种传感器65接收到的信号，并且将所得信号输出到电动机驱动电路57和59、开关部件68以及显示部64。

RAM 53临时储存用户从输入部63输入的各种指示、自走式吸尘器1的各种操作条件以及各种传感器65和分流电阻器61的输出。

RAM 53还能够储存自走式吸尘器1的行走地图。该行走地图是与自走式吸尘器1的行走有关的信息，如行走路线或行走速度。用户使RAM 53预先储存行走地图，或者自走式吸尘器1可在清扫操作期间自动记录行走地图。所述各种传感器65包括气味传感器、湿度传感器、人传感器和接触传感器以及地板检测传感器13和19。

该气味传感器检测箱体2外部周围的气味。例如，半导体气味传感器或接触燃烧式气味传感器可被用作该气味传感器。该气味传感器被设置为从箱体2的侧板2c或顶板2b暴露于外部，以检测自走式吸尘器1外部周围的气味。控制部54基于来自该气味传感器的输出信号，获得箱体2外部周围的气味信息。

该湿度传感器检测箱体2外部周围的湿度。例如，使用聚合物湿度敏感材料的静电电容湿度传感器或电阻湿度传感器可被用作该湿度传感器。该湿度传感器被设置为从箱体2的侧板2c或顶板2b暴露于外部，以例如检测自走式吸尘器1外部周围的相对湿度。控制部54基于来自该湿度传感器的输出信号，获得箱体2外部周围的湿度信息。

例如，通过红外线、超声波或可见光检测人存在的人传感器可被用作该人传感器。该人传感器被设置为从箱体2的侧板2c或顶板2b暴露于外部，以例如检测自走式吸尘器1外部周围的人存在。控制部54基于来自该人传感器的输出信号，获得箱体2外部周围的人存在信息。

该接触传感器例如设置在箱体2侧板2c的前部，用于检测所述自走式吸尘器1在行走时接触到障碍物。控制部54基于来自该接触传感器的输出信号，获得箱体2外部周围的障碍物存在信息。

在这样配置的自走式吸尘器1中，根据进行清扫操作的指示来驱动电动通风机22、驱动轮29、旋转刷9和侧刷10。从而，箱体2在旋转刷9、侧刷10、驱动轮29以及后轮26与地板表面F接触的状态下，在预定范围内自主行走，并且从吸入口6吸入含地板表面F上的灰尘的空气。在这种情况下，地板表面F上的灰尘通过旋转刷9的转动而被刮擦，并且被导向吸入口6。在吸入口6旁边的灰尘也通过侧刷10转动而被导向吸入口6。

如图2中的箭头A1所示，从吸入口6吸入箱体2中并且包含灰尘的空气穿过箱体2的吸入路径11和集尘装置30的流入路径34，然后流入集尘容器31。流入集尘容器31中的气流穿过过滤部33,流入过滤部33和覆盖部32之间的空间中，并且经排出路径35排到箱体2的排气路径12。在这种情况下，集尘容器31中的气流所包含的灰尘被过滤部33捕获，从而灰尘积累在集尘容器31中。

如图2中的箭头A2所示，从集尘装置30流入箱体2的排气路径12中的气流流入前收纳室R1，循环进入未示出的第一排气路径和第二排气路径。如图2中的箭头A3所示，被过滤部33去除了灰尘后的干净空气从在箱体2顶面形成的排气口7向后方的斜上方排出。由此地板表面F被清洁。在这种情况下，空气从排气口7向后方的斜上方排出，从而该结构避免地板表面F上的灰尘扬起，并且可提高房间内的清洁水平。

自走式吸尘器1通过左右驱动轮29同向向前转动而向前行走，并且通过同向向后转动而向后行走。当左右驱动轮29以彼此相反的方向转动时，自走式吸尘器1围绕中心线C转动。例如，当自走式吸尘器1到达清扫区边缘时，以及当自走式吸尘器1在其行走路线上撞到障碍物时，驱动轮29停止，然后驱动轮29以彼此相反的方向转动，来改变自走式吸尘器1的方向。由此，自走式吸尘器1能够在吸尘器1所处的整个场所或者在整个要求范围内自主行走，同时避开障碍物。

自走式吸尘器1在左右驱动轮29和后轮26这三点与地板表面接触，并且即使自走式吸尘器1在前行时骤停，也可通过后轮26不离开面F来平衡地分配自走式吸尘器1的重量。该配置避免如下情况：自走式吸尘器1在前行时在下行楼梯前骤停，由于骤停而前跌，并且自下行楼梯跌落。每个驱动轮29以如下方式形成：将有沟槽的橡胶轮胎装配到轮子上，以避免骤停所致的滑动。

因为集尘装置30设置在驱动轮29的转动轴的上方，所以即使由于收集的灰尘而使重量增加，自走式吸尘器1也保持重量平衡。

在完成清扫操作后，自走式吸尘器1返回到充电台40(图2)。充电端子4由此与端子部41接触，从而给电池14充电。

2.集尘量检测单元

下文将描述集尘量检测单元，特别是满载集尘量检测单元，这是本发明的特征之一。

图6示出当电池(蓄电池)14以恒定电流放电时，端子电压Vb随放电时间T的变化。从图6得知，随着放电时间T的流逝，即随电池剩余寿命的缩短，端子电压Vb逐渐降为V₀、V₁、V₂和V₃，并最后降至放电终止电压(可再充电电压)Vs。锂离子电池、镍氢电池或Ni-Cd电池被用作电池14。

图7示出当DC电动机69的电枢电压Va降至V₀、V₁、V₂和V₃时，DC电动机69的电枢电流Ia随集尘装置(集尘部)30的集尘量Q的变化。

从图6得知：

(1)当集尘量Q朝向最大值Qm(满载)增加时，电枢电流Ia下降，

(2)当电枢电压Va下降时，对于相同集尘量Q而言，电枢电流Ia下降，并且

(3)在Va＝V₀的情况下，当等式Ia＝I₁成立时，集尘量Q为Qm(Q＝Qm)(满载)。然而，当Va降至V₁、V₂和V₃时，在Ia＝I₁的情况下，集尘量Q会渐渐小于Qm。

鉴于此，在本发明中，将条件Ia≤I₁和Va≥V₁预先设定为Q可被认为差不多是Qm时的Ia和Va。

如图5中所示，因为电池14和DC电动机69通过开关元件68直接相连，所以电池14的端子电压Vb等于DC电动机69的电枢电压Va(Vb＝Va)。因此，在满足条件Ia≤I₁且Va≥V₁时，集尘量被判断为满载。

将参照图8中的流程图描述使用上述条件检测集尘量是否满载的操作。

在步骤S1中，当电源开关62接通时，确认输入部63的启动开关是否接通(步骤S2)。当启动开关已接通时，接通开关元件68，以驱动DC电动机69来启动电动通风机22。从而开始清扫操作(步骤S4)，并检测电池14的端子电压Vb和DC电动机69的电枢电流Ia(步骤S5)。

在Vb≥V₁且Ia≤I₁的情况(步骤S6和S7)，判断为集尘装置(集尘部)30中的集尘量满载，并且在显示部64显示警告(步骤S8)。即使在此之后，DC电动机69也继续被驱动，并且在从输入部63或从ROM 52中的程序得到指示“清扫完成”时，DC电动机69，即电动通风机22停止(步骤S9和S10)。

在步骤S2中，当输入部63的启动开关未接通，即，未指示开始清扫操作，并且通过输入部63手动输入或者在电池14完成充电后由ROM 52中的程序自动指示开始“检查满载条件”时(步骤S3)，DC电动机69被驱动(步骤S11)。

在DC电动机69被驱动之后，还未经过时间t(如60秒)时(步骤S 12)，检测Vb和Ia(步骤S13)。

在Vb≥V₁且Ia≤I₁的情况下(步骤S 14和S 15)，判断为集尘量满载，并且在显示部64显示警告(步骤S16)。在DC电动机69被驱动之后经过了时间t时，DC电动机69(电动通风机22)停止(步骤S10)，从而完成“检查满载条件”的操作。

如上所述，不仅可以在清扫操作期间检测集尘量是否满载，而且还可以在不进行清扫操作时，容易地检测集尘量是否满载。

如上所述，作为一个实例，DC电动机被用于电动通风机。然而，可以通过将AC电动机或转动电动机用于该电动通风机来类似地实现本发明，这是显而易见的。

本实施方式描述了自走式吸尘器。然而，本发明显然能够以专利文件1中描述的充电式电动吸尘器来类似地实现。

附图标记说明

1:自走式吸尘器

2:箱体

2a:基板

2b:顶板

2c:侧板

3:盖部

4:充电端子

6:吸入口

7:排气口

8:凹部

9:旋转刷

10:侧刷

11:吸入路径

12:排气路径

13:地板检测传感器

14:电池(蓄电池)

15:控制板

19:地板检测传感器

22:电动通风机

26:后轮

27:前轮

29:驱动轮

30:集尘装置(集尘部)

31:集尘容器

32:覆盖部

33:过滤部

34:流入路径

35:排出路径

39:分隔壁

40:充电台

41:端子部

51:CPU

52:ROM

53:RAM

54:控制部

55:驱动轮电动机

56:驱动轮电动机

57:电动机驱动电路

58:刷驱动电动机

59:电动机驱动电路

60:底板

61:分流电阻器

62:电源开关

63:输入部(输入面板)

64:显示部(显示面板)

65:鬃刷

66:传感器控制单元

67:各种传感器

68:开关元件

69:DC电动机

R1:前收纳室

R2:中收纳室

C:中心线

F:地板表面

S:侧壁

R3:后收纳室

Claims

1.一种充电式电动吸尘器，包括：

通风机，其用于通过吸入口吸入包含灰尘的空气；

电动机，其用于驱动所述通风机；

集尘部，其用于过滤吸入的空气并且捕获所述灰尘；

蓄电池；

开关元件，其用于将所述蓄电池连接到所述电动机；

电流检测部，其用于检测流到所述电动机的电流Ia；

报警部，其用于当所述集尘部中的集尘量满载时报警；以及

控制部，其用于操作所述开关元件来驱动所述电动机，并且用于检测与所述电动机的电枢电压Va相等的所述蓄电池的端子电压Vb和所述电流Ia，以在Vb≥V₁且Ia≤I₁成立时操作所述报警部，其中V₁和I₁为预设值。

2.根据权利要求1所述的充电式电动吸尘器，其中

即使在所述报警部被操作之后，所述控制部仍继续驱动所述电动机。

3.根据权利要求1所述的充电式电动吸尘器，还包括：

手动输入部，其用于指示所述控制部进行集尘量的检查操作，其中

所述控制部响应于所述手动输入部的输出，将所述电动机驱动预定的时间。

4.根据权利要求1或2所述的充电式电动吸尘器，其中

当所述蓄电池的端子电压Vb满足Vb<V₁时，即使流到所述电动机的所述电流Ia满足Ia<I₁，所述控制部也不操作所述报警部。