CN110976393A - 便携式高压清洗机及高压泵的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种便携式高压清洗机及其高压泵控制方法，采用这种控制方法的高压清洗机，包括机体、把手、扳机和启动开关，所述启动开关位于把手上，且扳机可以操作所述启动开关，所述机体内置有电源单元、电机和高压泵，还包括：控制模块、对高压泵出口压强预设的压力设置模块和对高压泵出口压强检测的压力检测模块，所述控制模块通过压力检测模块提供的压力信号调整电机的输出功率，让高压泵的出口压力维持在压力设置模块的预设值。本发明取消了泄压回路导致的效率降低，避免了电池组电压降低导致的输出压力和流量的降低，实现了多种喷枪的通用互换。

Description

便携式高压清洗机及高压泵的控制方法

技术领域

本发明涉及一种输出压力恒定的便携式高压清洗机，还涉及一种高压泵的控制方法。

背景技术

在家居生活和户外活动中，清洁需求一直广泛存在。对于封闭空间，一般都采用“吸”的方式来清洁，比如吸尘器；而对于开放空间，人们广泛采用“吹”的方式来清洁，比如用空气作为介质的吹风机和用水作为介质的高压清洗机。常规的高压清洗机，在“吹”的工作过程中，能够实现对自来水加压、抽水和清洁的功能，无论是户外活动清洁还是室内需要清洁，对于清洗机的长工作时间、大流量和稳定的高压力都有很强烈的需求。

早期的高压清洗机一般是AC产品，利用柱塞泵对水流进行加压，泵体采用泄压回路对超过压力的水流进行泄放保压，维持一个固定的、相对稳定的压力输出。但是，众所周知，水等液体是很难被压缩的，也就是流量一旦发生变化，当其大于设定的流量时，被压缩的液体就通过泄压阀回流到进水回路，导致效率降低；当其小于设定的流量时，输出压力巨降，压力出现不稳定；而为了保持输出压力的稳定，一般这类高压清洗机输出的流量远小于泵能提供的流量，这就带来泵的效率低下的问题。

其次，对于AC产品，虽然电压稳定、输出功率稳定，但是每个类型的机器，都需要根据泵的流量和压力来调配最佳的喷嘴。在恒定的流量下，喷嘴过小，受限制于泄压阀的泄压压力，回流比例大，效能低；喷嘴过大，输出压力降低，达不到设定值；因此，AC的高压清洗机的喷枪都需要根据机器的流量和压力设定来调配，不能互换使用，给用户带来高压清洗机配件的不便，也带来社会资源的浪费。

随着锂电的发展，市场也出现了锂电池供电的便携式高压清洗机，比如专利CN201380009191.1和 CN201611040688.1提供了一种集中锂电电源、直流电机和柱塞泵的一体高压清洗机，其本质依然是AC高压清洗机小型化、直流化的结果。但随着电池电量的降低，电压随之降低，电机的转速也会随着电池组电压的降低而降低，更加剧了输出压力的稳定性和高压泵效率的矛盾。

高压泵的效率低下，不仅导致电池供电工作时间短，而且带来整个高压清洗机的体积、重量增加和流量不足。这是现有技术亟需解决的问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明解决的技术问题是提供一种便携式高压清洗机及其高压泵的控制方法，其能保持输出压力恒定，并克服了现有技术中高压泵效率低下的缺陷。

采用这种控制方法的便携式高压清洗机，包括：机体、把手、扳机和启动开关，所述启动开关位于把手上，且扳机可以操作所述启动开关，所述机体内置有电源单元、电机和高压泵，其特征是还包括：控制模块、对高压泵出口压强预设的压力设置模块，和对高压泵出口压强检测的压力检测模块，所述控制模块通过压力检测模块提供的压力信号调整电机的输出功率，让高压泵的出口压力维持在压力设置模块的预设值。

所述控制模块包括与所述电机相连的电子开关，和与所述压力设定模块、压力检测模块和电源单元连接的MCU，所述MCU内置有执行如下步骤的程序：

1）MCU经压力检测模块获取高压泵的出口实时压力值，记为PO，经压力设定模块获取高压泵的出口预设压力值，记为PS；

2）如果压力PO>PS+Of，则电子开关减少PWM以减少电机的输出功率；

3）如果压力PO<PS+Of，则电子开关加大PWM以加大电机的输出功率；

4）如果PO=PS±Of，则电子开关恒定PWM以维持电机的输出功率；其中，Of是高压泵的输出压力波动范围。

所述高压泵是一种隔膜泵。

所述压力检测模块包括固定于高压泵的检测模块外壳、MEMS技术制造的单芯片压力传感器，密封圈和密封胶，所述压力传感器的传感检测口与高压泵出口相通，所述密封圈位于压力传感器的传感检测口的外侧，所述密封胶充满于密封圈外、检测模块外壳之内的间隙中。

所述高压泵进口前串接有单向阀。

所述把手连接于机体后部，且与机体形成一个封闭的操作环，把手和机体的主轴线呈大于90度小于180度的夹角布局，所述扳机位于该封闭的操作环内，扳机的操作面大于把手的握持面。

还包括上部为凹形、下部为L型的梯形结构的支架，所述凹形凹下去的部分卡住机体的前部，所述把手上设有一个扳机锁定装置，在扳机被板下后可以将扳机位置锁定在把手上。

所述电源单元是位于机体下部位置的电池组或与AC电源连接的接口。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：一、通过测量出口压力调节电机功率，以维持出口压力恒定，取消了泄压回路导致的效率低下；二、本发明的维持出口压力恒定的方案，也使得其避免了电池组电压降低导致的输出压力和流量的降低；三、对于AC产品，在不超过最大流量所需的口径内，无论喷头出口大小，都能实现高效的出口压力可调、恒定，无需根据高压清洗机的参数而调整喷头的口径，实现多种喷枪的通用互换。四、可通过压力设定模块调节输出压力，来实现运用的广泛性，实现了手持高压清洗、手提抽水排涝、增压的多功能。

附图说明

图1是本发明的便携式高压清洗机的结构示意图。

图2是本发明的控制模块的电原理图。

图3是本发明的控制逻辑示意图。

图4是压力检测模块的结构示意图。

图5是图4的放大图。

图6是本发明的另一实施例的结构示意图。

图7是图6的A-A剖视图。

图中所示附图标记如次：1-压缩泵 2-电机 3-机体 4-压力设定模块 5-启动开关 6-进水管 7-把手 8-扳机 9-锁定装置 10-单向阀 11-进水接口 12-电池包 13-控制板 14-出水管 15-出水接口 16-压力检测模块 17- 外部水管 18- 软管接口 19-支架 20-压力检测口 21-压缩泵出口 22-压缩泵进口 31-压力传感器30-传感检测口 32-PCB板 33-密封胶 34-传感模块外壳 35-密封圈 40-MCU单元4-压力设定模块 41-电子开关

具体实施方式

现结合附图，对本发明的实施例作详细说明。

图1所示就是本发明的便携式高压清洗机的结构示意图，包括机体3、便于手提操作的提把7、开关机的扳机8、机体3内部设有电机2、压缩泵1、压力检测模块16、控制板13和电池包12，机体3上还包括一个进水接口11、出水接口15和压力设定模块4，进水接口11连接外部的水管，将外部的水通过进水管6送到压缩泵1进行压缩后，再通过出水管14、和出水接口15送出；出水接口15可以接各种水枪、软管和喷枪。

其中，压缩泵1无论是柱塞泵、隔膜泵或者其他变容积的泵，只要是没有泄压回路或者泄压回路设定值大于控制板13预设值的，均可有效。考虑到柱塞泵有很多动密封而且动密封的阻力很大，导致压缩泵的效率比较低，本发明优选使用一种隔膜泵，这种隔膜泵是对单向阀芯进行优化，其吸空气真空度大于30KPA。

电机2为压缩泵1提供动力，可以是DC马达，也可以是串激电机、感应电机、无刷电机、同步电机或者其他任何将电能转换成为机械能的转化器。

参看图2、图3，控制板13上设有MCU单元40和电子开关41，控制板13是根据电机2的不同，选择不同的能够调整电机2输出功率的控制电路。控制板13负责将预设的压力值与检测到的压力值进行比较并调整电机2的输出功率，从而达到压缩泵1输出压力恒定的目标。MCU单元40与电池包12、电子开关41、压力检测模块16和压力设定模块4均连接，电池包12（也可为连接ac电源的接口）为整个系统提供电能，具体来说，电池包12为 MCU单元40、压力检测模块16提供DC工作电源，也为电子开关41提供驱动控制电源。MCU单元40内置有程序，该程序可执行如下步骤：

1：上电后，MCU单元检测压力检测模块的信号，获取压缩泵的出口压力PO；

2：MCU单元将获取的压力值PO与压力设定模块的设定压力值PS进行比较；

3：如果压力PO>PS+Of，MCU单元则调整电子开关单元控制极的PWM来减少电机的输出功率；

4：如果压力PO<PS+Of，MCU单元则调整电子开关单元控制极的PWM来加大电机的输出功率；

5：如果PO=PS±Of，则MCU单元维持电子开关单元控制极的PWM来维持电机的输出功率；

其中，Of是高压泵的输出压力波动范围。

这种泵单元及其控制方法很适合要求高效率、电压变化的电池式手持高压清洗机。

压力检测模块16的功能是检测压缩泵1的输出压力并将压力信号传给控制板13。常规能够检测液体压力的传感器，不仅体积大，而且成本很高，售价都在上千元，这就是为什么一般家用高压清洗机的泵单元不采用压力控制的一个原因，本发明提供一种低成本的液体压力检测模块16。如图4、图5所示：本发明采用一种MEMS技术制造的单芯片液体压力传感器，该传感器具有体积小、成本低的优点，但也存在体积小密封困难的特点。本发明提供一种低成本、密封可靠的方法：压缩泵1泵体上有一个压力检测口20，这个压力检测口20是一个很小的孔，直径不大于2mm，而且与压缩泵1的出口21相通；压力传感器31焊接在PCB板32上，PCB板32又固定在传感模块外壳34里面，信号线穿过传感模块外壳34与控制板13相连接；压力传感器31上有一个传感检测口与压力检测口20相通；在传感检测口31之外的地方和传感模块外壳34的间隙都充满密封胶33进行密封；考虑到密封灌胶过程防止密封胶33堵塞传感检测口31，在传感检测口31和压力检测口20之间增加密封圈35来防止密封胶33浸入检测通道；传感模块外壳34固定在压缩泵1的外壳上。

由于压力传感器31随着压力值输出一个对应的模拟量，需要控制板13对这个模拟量与设定值进行比较，并控制电机2的功率。需要对这个控制板13进行进一步的说明，这个实施案例是一个DC马达的控制板，不表示本方案只是适用DC马达，对于AC马达只是采用相应的控制电机转速、功率或者扭矩的控制电路即可。

压力设定模块4可以设定出水管14的输出压力，由于便携式高压清洗机根据用途分为两类：高压清洗和增压，高压清洗需要大的输出压力以获得高的出水速度；而增压是对外部的低水压的自来水、河流、池塘的水进行抽取和增压来进行浇灌和输送；因此，压力设定模块4设定增压档和清洗档；至少包含两种压力设定，一种所设定的压力不大于0.6MPa;一种压力设定不小于1.5MPa。也可以设定多档压力。

操作过程如下：将水管接到外部水源，水管接到进水接口11；出水接口15接喷枪、喷头或者其他水枪；按下扳机8，扳机8按压微动开关5，控制板13上电启动；在压力设定模块4上设定输出压力；控制板13同时打开电子开关43，让电机2启动，带动压缩泵1工作；控制板13检测压力检测模块16的压力值与压力设定模块4上设定的压力值进行比较；根据比较结果调整电机2的功率输出，维持输出压力与设定压力保持一致。

考虑到高压清洗机关机后，进水管脱离进水接口11，一方面防止水从进水接口11流出污染，另一方面，考虑泵内存一些水便于下次使用时候的快速排空。一般的同类产品都是采用和扳机联动的阀门来关闭进水管6的通道；但是，这种结构复杂而且动密封可靠性比较差，容易导致密封失效而不能自吸，本发明采用的是在压缩泵进口22和进水接口11之间的进水管6中串联一个单向阀10，让水只能一个方向流动。

考虑到便携式高压清洗机最多的使用场景是手持，单手操作的方便是必须考虑的，基于使用的体验感、平衡感，本发明对于高压清洗机的结构布局有以下方面的考虑：进水接口11和出水接口15在机体3上呈大于90度小于180度内的夹角布局，且进水接口11位于提手7的后下部位，方便操纵时候进水管不干扰移动。提把7和机体3的轴线呈大于90度小于180度内的夹角布局；提把7位于机体3后部与机体3连接并从形成一个封闭的操作环；所述的扳机8位于封闭的操作环内；启动开关5位于把手上部且扳机8可以操作启动开关5；压力设定模块4位于机体或者把手上，便于手握扳机8的同时拇指可以轻松的操作；扳机8的操作面大于把手7的握持面，且机体3的后上部也可操作。这种结构是便于手持和放置两种操作。电池包12位于机体3的下方靠近进水接口11位置，是为平衡重心考虑。

手持式的结构，不能使高压清洗机稳定地搁置在地面上。参看图6~图7，本发明还提供一个支架19，该支架上部为凹形，下部为L型的梯形结构；其中凹形凹下去的部分可以卡住机体的前部，让机体保持与支撑面竖立状态。本发明在扳机上设有锁定装置9，扳动扳机8启动机器，用锁定装置9固定扳机8，维持机器启动状态。将高压清洗机放在支架上，维持放置状态的稳定，高压清洗机的出水接口连接一个软管接口18，外部水源通过水管17接到进水接口11，就可以作为输送泵使用，能够抽取水输送到其他地方。

Claims (10)

1.一种便携式高压清洗机，包括：机体、把手、扳机和启动开关，所述启动开关位于把手上，且扳机可以操作所述启动开关，所述机体内置有电源单元、电机和高压泵，其特征是还包括：控制模块、对高压泵出口压强预设的压力设置模块，和对高压泵出口压强检测的压力检测模块，所述控制模块通过压力检测模块提供的压力信号调整电机的输出功率，让高压泵的出口压力维持在压力设置模块的预设值。

2.如权利要求1所述的便携式高压清洗机，其特征是：所述控制模块包括与所述电机相连的电子开关，和与所述压力设定模块、压力检测模块和电源单元连接的MCU，所述MCU内置有执行如下步骤的程序：

1）MCU经压力检测模块获取高压泵的出口实时压力值，记为PO，经压力设定模块获取高压泵的出口预设压力值，记为PS；

2）如果压力PO>PS+Of，则电子开关减少PWM以减少电机的输出功率；

3）如果压力PO<PS+Of，则电子开关加大PWM以加大电机的输出功率；

4）如果PO=PS±Of，则电子开关恒定PWM以维持电机的输出功率；其中，Of是高压泵的输出压力波动范围。

3.如权利要求2所述的便携式高压清洗机，其特征是：所述高压泵是一种隔膜泵。

4.如权利要求1所述的便携式高压清洗机，其特征是：所述压力检测模块包括固定于高压泵的检测模块外壳、MEMS技术制造的单芯片压力传感器，密封圈和密封胶，所述压力传感器的传感检测口与高压泵出口相通，所述密封圈位于压力传感器的传感检测口的外侧，所述密封胶充满于密封圈外、检测模块外壳之内的间隙中。

5.如权利要求1所述的便携式高压清洗机，其特征是：所述高压泵进口前串接有单向阀。

6.如权利要求1所述的便携式高压清洗机，其特征是：所述把手连接于机体后部，且与机体形成一个封闭的操作环，把手和机体的主轴线呈大于90度小于180度的夹角布局，所述扳机位于该封闭的操作环内，扳机的操作面大于把手的握持面。

7.如权利要求1所述的便携式高压清洗机，其特征是：还包括上部为凹形、下部为L型的梯形结构的支架，所述凹形凹下去的部分卡住机体的前部，所述把手上设有一个扳机锁定装置，在扳机被板下后可以将扳机位置锁定在把手上。

8.如权利要求1~7任一项所述的便携式高压清洗机，其特征是：所述电源单元是位于机体下部位置的电池组或/和与AC电源连接的接口。

9.一种高压泵的控制方法，所述高压泵与电机相连，高压泵的出口设有压力检测模块，该压力检测模块连接至一控制模块，所述控制模块还连接一压力设定模块，其特征是：所述控制模块通过压力检测模块提供的压力信号调整电机的输出功率，让高压泵的出口压力维持在压力设置模块的预设值。

10.如权利要求9所述的高压泵的控制方法，其特征是：所述控制模块包括电子开关和MCU，所述调整电机的具体步骤如下：

1）MCU经压力检测模块获取高压泵的出口实时压力值，记为PO，经压力设定模块获取高压泵的出口预设压力值，记为PS；

2）如果压力PO>PS+Of，则电子开关减少PWM以减少电机的输出功率；

3）如果压力PO<PS+Of，则电子开关加大PWM以加大电机的输出功率；

4）如果PO=PS±Of，则电子开关恒定PWM以维持电机的输出功率；其中，Of是高压泵的输出压力波动范围。

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