CN109691931B - 真空吸尘器和控制真空吸尘器刷子的电机的方法 - Google Patents

Abstract

一种具有表面清洁头和由表面清洁头支撑的刷子的真空吸尘器。一种控制电路操作真空吸尘器，控制电路包括耦合到并可操作以引起刷子移动的电机。还公开了用于控制真空吸尘器的刷子的电机的方法。所述方法包括感测与限制所述刷子的地毯载荷量相关的电气参数，并且基于电气参数确定脉冲宽度调制占空比值。

Description

真空吸尘器和控制真空吸尘器刷子的电机的方法

背景技术

本发明涉及一种真空吸尘器，其包括具有刷子的表面清洁头和用于操作刷子的电机。

直立式真空吸尘器通常用于清洁地板表面，例如地毯。有时，地毯可能具有较长的绒头高度或其他属性，从而对真空吸尘器的刷子提供显著的阻力。

发明内容

在一个实施例中，真空吸尘器包括具有脏空气入口的表面清洁头，由表面清洁头支撑的刷子和用于操作真空吸尘器的控制电路。控制电路包括耦合到并可操作以引起刷子移动的电机，用于感测与限制所述刷子的地毯载荷量相关的电气参数的传感器，用于确定电气参数是否超过指示过量地毯载荷的阈值的比较器，以及响应于所述确定而被控制的开关。所述开关当所述电气参数未超过所述阈值时以第一脉冲宽度调制PWM占空比而被控制，并且所述开关当所述电气参数超过所述阈值时以第二PWM占空比而被控制，第二PWM占空比小于第一占空比。

在另一个实施例中，公开了一种真空吸尘器，其提供了一种用于控制真空吸尘器刷子的电机的方法。该方法包括控制电机的电流以移动刷子，感测与限制所述刷子的地毯载荷量相关的电气参数，将电气参数与指示过量地毯载荷的阈值进行比较，以及基于所述电气参数与所述阈值的比较，确定脉宽调制(PWM)占空比值。所述确定包括所述电气参数超过阈值时，减小所述PWM占空比值，并且当所述电气参数不超过阈值时，增加所述PWM占空比值。该方法还包括基于所述PWM占空比值，用开关进一步控制电机的电流。

通过考虑具体实施方式和附图，本发明的其它方面将变得显而易见。

附图说明

图1是根据本发明的实施例的真空吸尘器的透视图。

图2是图1的真空吸尘器的一部分的截面图。

图3是图1的真空吸尘器的控制电路的一部分的框图。

图4是用于控制图3的控制电路的刷子电机的一部分固件的框图。

具体实施方式

在详细说明本发明的任何实施例之前，应当理解，本发明在其应用上不限于在以下描述中阐述或在以下附图中示出的构造的细节和组件的布置。本发明能够具有其他实施例并且能够以各种方式被实践或执行。

图1示出了示例性真空吸尘器10。真空吸尘器10包括表面清洁头15，枢轴组件20和罐组件25。真空吸尘器10还包括直立手柄30。图1所示的真空吸尘器10通常被称为直立式真空吸尘器。然而，本发明不限于直立式真空吸尘器，即可用于其它真空类型，例如罐式真空吸尘器，棒式真空吸尘器和机器人真空吸尘器，并且直立式吸尘器的布置可以与图1示出的真空吸尘器不同。

在图1所示的实施例中，表面清洁头15可以沿着待清洁的表面35移动，例如铺有地毯的地板。直立手柄30允许使用者在表面35上移动表面清洁头35。直立手柄30也可以在直立位置(图1)和倾斜位置之间相对于表面清洁头15移动。

表面清洁头15包括脏空气入口40(图2所示)。表面清洁头还包括刷辊(也称为刷子)45，用于搅动待清洁的表面35。刷子45由刷子电机50(图3所示)驱动。

真空吸尘器10包括作为设备控制电路55的一部分的除了刷子电机50之外的其它电气部件。参考图3，控制电路55还包括设备控制器60，抽吸电机65，用户接口和传感器。

设备控制器60包括软件和硬件的组合，此外，其可操作控制真空吸尘器10的操作，接收来自传感器的输入，接收输入或提供与用户接口的输出，以及控制电机50和65。

在一种结构中，设备控制器60包括印刷电路板(“PCB”)，该印刷电路板(“PCB”)填充有多个电气和电子部件，其提供对真空吸尘器10的电力，操作控制和保护。在一些结构，PCB包括例如处理单元70(例如，微处理器，微控制器或其他合适的可编程设备)和存储器75。存储器75包括例如只读存储器(“ROM”)，随机存取存储器(“RAM”)，电可擦除可编程只读存储器(“EEPROM”)，闪速存储器或其它合适的磁，光，物理或电子存储器件。处理单元70连接到存储器75，并且执行能够存储在RAM(例如，在执行期间)，ROM(例如，通常是永久性的)，或诸如另外的存储器或盘的非瞬时计算机可读介质中的指令(例如，软件)。另外或替代地，存储器75包括在处理单元70中(例如，作为微控制器的一部分)。

本实施例的真空吸尘器10包括被存储在设备控制器60的存储器75中的软件。软件包括例如固件，程序数据，一个或多个程序模块和其他可执行指令。设备控制器60被配置为从存储器检索并执行与本文所述的控制过程和方法相关的指令。

PCB还包括，除了其它以外，多个附加的无源和有源部件，例如电阻器，电容器，电感器，集成电路和放大器。这些部件被布置和连接以向PCB提供多个电功能，其中包括信号调节或电压调节。为了描述目的，PCB和PCB上的电气部件统称为设备控制器60。还应注意的是，电流传感器(如下所述)，例如可以安装在PCB上，并且也被认为是设备控制器60的部件。然而，为了便于描述，将独立描述电流传感器。

包括用户接口以控制真空吸尘器10。用户接口可以包括数字和模拟输入设备的组合以控制真空吸尘器10。例如，用户接口可以包括显示器80和开关85，或类似物。显示器80可以与指示真空吸尘器10的操作的LED一样简单，并且开关85可以用于启动/停用真空吸尘器10。显示器80可以与控制显示器必需的其他附加的无源和有源部件一起安装在PCB上，类似于针对设备控制器60所讨论的，或者可以安装在用于设备控制器60的PCB上。

设备控制器60操作刷辊电机50和抽吸电机65，其操作可以基于地板类型。例如，设备控制器60可以在硬地板表面上以较低的功率操作抽吸电机65以节省能量，或在硬地板表面上以较高功率操作以增加碎片拾取。在一些实施例中，例如刷辊电机50可以在某些高度地毯上以较低功率操作，以减少刷辊45对地毯的作用以及从地毯施加到刷辊或地毯载荷的力，使得真空吸尘器10较少可能会停转。

电流传感器90(有时也称为刷辊传感器)是指感测与限制刷子的地毯载荷的方面直接或间接相关的电气参数的传感器。示例性参数可以是到刷辊电机50或通过刷辊电机50的电流量。刷辊传感器可以是用于感测刷辊45的每分钟转数(RPM)值的转速计，用于感测刷辊电机50的RPM值的转速计，用于感测刷辊电机50的电气参数(例如电流或电压)的电传感器(例如，电流传感器)，用于感测刷辊电机50的转矩参数的转矩传感器等。可以想到，传感器的数量可以大于所示的单个传感器。

参考图3的实施方式，真空吸尘器10包括电流传感器90和与电流传感器90通信的设备控制器60。电流传感器90被配置为感测指示刷辊电机50的电流消耗的参数。设备控制器60接收来自电流传感器90的信号，并将信号与相应的预定阈值进行比较。在一些实施方式中，设备控制器60包括过载保护，其将在感测到与过载电流(例如，在一个具体示例中为2.3安培)相关的参数之后停止刷辊电机50和/或真空吸尘器操作。为了保持刷辊电机50的寿命，在满足过载电流或故障阈值之前，可以向用户提供电流失速指示。然而，例如，在高绒地毯高度的正常使用期间，这种幅度的载荷是可能的。为了防止电流失速发生，可以在真空吸尘器10的抽吸流动路径中设置机械空气排放，以通过空气排放来提供空气流入真空吸尘器。如果用户在正常使用过程中遇到刷辊停转事件，则指示使用者打开机械排放，因为空气流入真空吸尘器会减少喷嘴处的抽吸量，从而减少由抽吸引起的喷嘴与地毯的接触。机械排放的打开减少了刷辊45上的地毯负荷以及真空吸尘器10本身的清洁效率。

可替代或甚至添加的方法是监控被送入刷辊电机50的电流并且经由脉冲宽度调制(PWM)来自动调整输入到刷辊电机50的电压。作为降低刷辊电机50的电压的结果，刷辊电机50的电流消耗也将随着刷辊45本身的速度而降低。因此，可以在无需用户干预的情况下自动保护刷辊电机50。

在图3中，控制信号95是来自控制器60的PWM信号。当PWM信号为高电平时，电流通过开关100流向刷辊电机50。当PWM信号为低电平时，电流受到开关100的限制。可以通过将PWM信号从最大占空比调整到最小占空比来改变实际的平均电机输入电压。

通过电流传感器90监测通过刷辊50的电流。在一个实施例中，在从开关85到刷辊电机50的电流路径中的变压器的次级侧获取刷辊电流的电压指示值。在替换实施方式中，刷辊电流的电压指示值是从开关85和刷辊电机50之间的电流路径中的电阻网络获得的。由于高绒地毯的载荷而导致的电流增加，设备控制器60的固件使用从电流传感器信号获得的信息来调整控制信号95以降低电机处的电压。

在图4中示出了示例性的固件逻辑。固件中设置了参考电压105。参考电压小于与过载电流相关联的电压，并被选择以在期望的用户条件下延长刷辊电机运行时间。参考电压可以是提供作为过载电流的函数的对应电流的电压，例如刷辊电机的过载电流的80％或85％或90％或其它函数。或者或另外，参考电压是经验确定的，以便在用户条件下将刷辊电机运行时间延长到期望的量。在一个具体示例中，与2.1安培相关的参考电压是实现允许PWM信号以100％占空比运行的最大电压。

真空吸尘器10由用户通过开关85接通，并且通过电流传感器90获取信息。固件确定当前信号和设定点参考之间的差(在110处)。固件使用滤波器，例如比例，积分和微分(PID)滤波器115，以将信号中的峰和谷进行滤波。如果电流测量小于参考电压(在120处)，则PWM占空比增加到PWM值。在一些实施方案中，将PWM值设置为最大电压(例如100％占空比)。在其他实施方案中，PWM值以一个数值递增(例如10％)，直到获得最大占空比。PWM占空比通常保持在最大占空比，直到刷辊电机的电压等于或大于参考电压。

如果与刷辊电流测量相关的电压大于参考电压，则PWM值减小，以在达到过载电流之前延长刷辊电机运行时间。在一些实施方案中，PWM值以一定值量递减(例如，10％)，直到获得最小占空比。例如，最小占空比值可以是50％。在替代实施方案中，PWM值根据参考电压而被递减，直到获得最小占空比。在又一实施方案中，当电压小于参考电压时，占空比被设置为第一PWM占空比，当电压大于参考电压时，被设置为第二非零PWM占空比。例如，当与刷辊电流测量相关的电压低于参考电压时，占空比可以为100％，当电压高于参考电压时，占空比可以为50％。如果固件想要将PWM值减小到小于最小占空比值，则可以向用户显示当前的停转指示。刷辊电机继续以降低的PWM占空比值运行，直到刷辊电机的当前传感器信号增加到与过载电流相关联的预定电压或降低到低于参考电压。当刷辊电机电流达到过载电流时，控制器关闭刷辊电机。当电流传感器的电压低于参考电压时，控制器增加PWM占空比值。在一个实施例中，当测量的电压下降到参考电压以下时，控制器确定PWM占空比值是否小于上限。上限占空比可以是100％，或者下限可以是，例如95％或90％或任何其它期望的预定限值。如果PWM占空比值小于上限，测量电压小于参考电压，则控制器增加PWM占空比值。控制器可以将PWM占空比增加到上限，或者可以将PWM占空比增加预定量。

因此，本发明提供了一种新的和有用的真空吸尘器和控制真空吸尘器刷子的电机的方法。在所附权利要求中阐述了本发明的各种特征和优点。

Claims (14)

1.一种真空吸尘器，该真空吸尘器包括：

包括脏空气入口的表面清洁头；

由所述表面清洁头支撑的刷子；和

用于操作所述真空吸尘器的控制电路，所述控制电路包括

耦合到并可操作以引起所述刷子移动的电机，

用于感测与电机电流相关联的电压的传感器，所述电机电流指示限制所述刷子的地毯载荷量，

用于确定所述电压是否小于参考电压的比较器，所述参考电压小于与指示过量地毯载荷的电机电流相关联的电压值，以及

响应于所述确定而被控制的开关，包括所述开关当所述电压小于所述参考电压时以第一PWM占空比而被控制，并且所述开关当所述电压大于所述参考电压时以第二PWM占空比而被控制，以限制电流流向所述电机，所述第二PWM占空比小于所述第一PWM占空比，以及所述第二PWM占空比非零。

2.根据权利要求1所述的真空吸尘器，其中所述第一PWM占空比为100％占空比。

3.根据权利要求1所述的真空吸尘器，其中所述比较器的结果被施加到过滤器。

4.根据权利要求1所述的真空吸尘器，其中所述控制电路还包括处理单元和具有由所述处理单元执行的指令的非瞬时存储器，所述指令在由所述处理单元执行时包括所述处理单元确定所述电压是否大于或小于所述参考电压并产生用于控制所述开关的信号。

5.根据权利要求4所述的真空吸尘器，其中所述指令在由所述处理单元执行时包括当所述电压大于所述参考电压时，所述处理单元将所述第一PWM占空比减小到所述第二PWM占空比。

6.根据权利要求4所述的真空吸尘器，其中所述指令在由所述处理单元执行时包括当所述电压小于所述参考电压时，所述处理单元将所述第二PWM占空比增加到所述第一PWM占空比。

7.根据权利要求1所述的真空吸尘器，还包括当所述电压大于所述参考电压时的LED指示。

8.一种用于控制真空吸尘器刷子的电机的方法，该方法包括：

控制所述电机的电流以移动所述刷子；

感测与电机电流相关联的电压，所述电机电流指示限制所述刷子的地毯载荷量；

比较所述电压与参考电压，所述参考电压小于与指示过量地毯载荷的电机电流相关联的电压值；

基于所述电压与所述参考电压的比较，确定PWM占空比值，包括：

当所述电压大于所述参考电压时，通过限制所述电流而减小所述PWM占空比值至非零PWM占空比，和

当所述电压小于所述参考电压时，增加所述PWM占空比值；和基于所述PWM占空比值，通过开关进一步控制所述电机的电流。

9.根据权利要求8所述的方法，其中当所述PWM占空比值大于下限时，降低所述PWM占空比值。

10.根据权利要求9所述的方法，其中所述下限为50％占空比。

11.根据权利要求8所述的方法，其中减小所述PWM占空比值包括将所述PWM占空比值递减一定量。

12.根据权利要求8所述的方法，其中当所述PWM占空比值小于上限时，增加所述PWM占空比值。

13.根据权利要求12所述的方法，其中所述上限是100％占空比。

14.根据权利要求12所述的方法，其中增加所述PWM占空比值包括将所述PWM占空比值递增一定量。

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