JP2015521945A - バッテリ電源式清掃器具 - Google Patents

Abstract

本発明の実施形態は、本体とクリーニングワンドとを有するバッテリ電源式真空掃除機等の清掃器具を提供する。この器具は複数の電源モードで動作し、無線システムを使って、操作者用インタフェースをクリーニングワンドに設置できるようにし、および／またはクリーニングワンド上の動作検出器を使って、清掃器具を知的な方法で動作させる。清掃器具がバッテリ電源式器具である場合、複数の電力モード、無線システムおよび／または動作検出器の使用はバッテリの寿命の延長に役立つ。

Description

本発明は概して、バッテリ電源式真空掃除機等の清掃器具に関する。

真空掃除機等の清掃器具は一般に知られており、清掃作業の可動性と生産性を増大させる。多くの真空掃除機は、真空モータを格納した掃除機本体と、移動可能なクリーニングワンドを有する。クリーニングワンドは柔軟な管を通じて掃除機本体に接続される。ほとんどの場合、真空掃除機はＡＣ電源式であり、コード付の電源コネクタを必要とする。ある場合には、真空掃除機はバッテリ電源式である。

操作者は、掃除をしたいときに真空モータを起動させる。一般に、操作者は掃除機本体そのものに配置された操作者用インタフェースにあるスイッチを使って真空モータのオフモードとオンモードを切り替える。オンモードの間に電源、例えばバッテリが真空モータに単一の電力モードで電源供給する。操作者は一般に、掃除作業が完了するまでモータをオンにしたままにする。

バッテリ電源式掃除機の１つの欠点は、掃除中の連続的な電源供給がバッテリを素早く消耗させる傾向があることである。掃除機メーカがバッテリを節約するために出力レベルを低下させた場合、このようなより低い出力レベルは時として、表面を素早く有効に掃除するのに十分ではなく、掃除機を長時間使用せざるを得ない。それゆえ、掃除機メーカはしばしば、バッテリの持続時間と掃除の有効性の間の妥協点を見つけなければならない。それゆえ、バッテリ電源式真空掃除機のバッテリの寿命を延ばし、また現在利用可能なものより大きな掃除パワーの放出も供給するシステムを提供することが望ましいであろう。

真空掃除機の他の欠点は、操作者用インタフェースが一般に、クリーニングワンドではなく掃除機本体に位置付けられていることである。操作者にとって、掃除機本体にある操作者用インタフェースを使って掃除機の動作を制御しなければならないのは面倒であることが多い。例えば、持ち運び式真空掃除機がバックパック型真空掃除機である場合、操作者は時々、本体の操作者用インタフェースを操作しやすくするために、ワンドから手を離さなければならない。操作者用インタフェースがクリーニングワンドに設置されていないのは、操作者用インタフェースが電気ワイヤを使って真空モータに電気的に接続されるからである。電気ワイヤは、ワンドから柔軟な管を通して真空モータまで延ばさなければならないであろう。操作者がワンドを動かすと、ワンドと柔軟なチューニングの中の電気ワイヤも動き、それによって今度は電気ワイヤが損傷を受けやすくなる。そのため、操作者用インタフェースを、操作者にとってより使いやすい場所であるクリーニングワンドに、真空掃除機の電気部品を傷つけないような方法で設置することも望ましいであろう。

バッテリ電源式真空掃除機のまた別の欠点は、真空掃除機が完全に、操作者用インタフェースを使った操作者の指示に基づいて制御されることである。そうでありながら、操作者は、バッテリ電源式真空掃除機のバッテリの寿命を延ばすような方法で真空掃除機を動作させることができない。一般に、操作者は単純に掃除機をオフまたはオンにするように指示する。掃除機がオンのときに、操作者は掃除が完了するまで連続的に掃除機を動作させる。再び、このような連続動作モードではバッテリが急速に消耗する。そのため、バッテリの寿命を延ばし、操作者の指示と共に、またはこれを必要とせずに動作するような知的な方法で掃除機を動作させる知的システムを提供することが望ましいであろう。

本発明の実施形態は清掃器具に関する。清掃器具は、当技術分野で知られているどのような清掃器具であってもよい。ある場合には、清掃器具はバッテリ電源式清掃器具である。また別の場合には、清掃器具は真空掃除機である。さらに別の場合には、清掃器具はバッテリ電源式真空掃除機である。最後に、ある場合には、清掃器具はバックパック型バッテリ電源式真空掃除機である。

特定の実施形態において、清掃器具は、バッテリと、電力管理システムと、モータと、を含むバッテリ電源式清掃器具である。バッテリは、当技術分野で知られているいずれの適当なバッテリであってもよく、例えばリチウムイオンバッテリである。電力管理システムは、バッテリとモータを選択的に電気的に接続および切断する、当技術分野で知られているいずれの適当な電力管理システムであってもよい。ある場合には、電力管理システムは中央処理ユニットと電源電子部品を含むバッテリ管理システムであり、ＣＰＵは電源電子部品に対し、バッテリとモータとを選択的に電気的に接続および切断するように指示する。

バッテリ電源式清掃器具は２つ以上の動作電力モードを有する。例えば、２つ以上の電力モードは、第一の電力モード、第二の電力モード、およびオフすなわち電力無しモードを含むことができる。ある場合には、第一の電力モードは低電力モードであり、第二の電力モードは高電力モードであり、第二の電力モードは第一の電力モードより高電力モードを有する。操作者は、操作者用インタフェース上のスイッチまたは同様の機構を使って、第一の電力モードまたは第二の電力モードの使用を選択できる。操作者が第一の電力モードを選択すると、電力管理システムが第一のデューティサイクルを使ってバッテリとモータを電気的に接続する。操作者が第二の電力モードを選択すると、電力管理システムは第二のデューティサイクルを使ってバッテリとモータを電気的に接続し、第二のデューティサイクルは第一のデューティサイクルより高い。最後に、操作者がオフモードを選択すると、電力管理システムはバッテリをモータから切断する。

出願人は、このような複数の電力モードシステムの使用がバッテリ電源式清掃器具のバッテリ寿命の延長に役立つことを発見した。以前であれば、操作者は掃除作業が完了するまで、単一の電力モードで連続的に清掃器具を動作させたであろう。操作者が掃除しにくい表面に遭遇した場合、単一の電力モードはこのような表面を素早く有効に掃除するのに十分に強力ではなかった。すると操作者は、表面が適当に掃除されるまで、このような難しい表面で掃除機を長時間にわたり使用したであろう。このような連続的で長時間の単一の電力モードの使用は、バッテリを急速に消耗させた。出願人は、強力な掃除が望まれるときには操作者がより高い電力モードを使用できるような、複数の電力モードを開発した。この高電力モードにより、操作者は難しい表面を素早く掃除し、モータの長時間の使用を回避することが可能となり、これはバッテリ寿命の延長に役立つ。

いくつかの実施形態において、デュアルモードのバッテリ電源式清掃器具はタイミングシステムをさらに有し、これもバッテリ寿命の延長に役立つ。このタイミングシステムは、モータが各電力モードで動作できる期間を調整する。例えば、清掃器具が第一の電力モード、第二の電力モード、オフモードを有する場合、タイミングシステムは第一の電力モードタイマと第二の電力モードタイマを含むことができる。第一の電力モードタイマはモータが第一の電力モードで動作する期間を調整し、第二の電力モードタイマはモータが第二の電力モードで動作する期間を調整する。動作中、操作者が第一の電力モードを選択すると、電力管理システムは第一の電力モードタイマをリセットして、第一の電力モードで動作する。第一の電力モードタイマが切れると、電力管理システムは自動的にモータをオフにする。操作者が第二の電力モードを選択すると、電力管理システムは第二の電力モードタイマをリセットし、第二の電力モードで動作する。第二の電力モードタイマが切れると、電力管理システムは自動的に第一の電力モードに切り替える。

出願人は、タイミングシステムの使用によって、確実に、選択された掃除モードが必要でない期間中には清掃器具が動作しないようになることを発見した。例えば、第一の電力モードタイマによって、確実に、操作者は掃除が行われていないときにモータをオンのままにしないようになる。ここで、操作者は、操作者用インタフェースを常に操作して第一の電力モードを再起動し、電源管理システムに操作者が依然として低電力モードで使用したいことを知らせなければならない。第二の電力モードタイマによって、確実に、操作者が強力に表面を掃除するために必要な期間より長い期間にわたって第二の電力モードでモータを動作させないようになる。出願人のタイミングシステムは、バッテリ寿命の延長に役立つ。

特定の場合に、タイミングシステムはまた、第二の電力モードのための待機タイマも含む。この第二の電力モード待機タイマは、モータが次の第二の電力モードで動作するまでに待機しなければならない期間を調整する。例えば、操作者が第二の電力モードを選択すると、電力管理システムは確実に、第二の電力モード待機タイマが切れたことを確認してから、再び第二の電力モードに切り替える。タイマが切れていなければ、電力管理システムは引き続きモータを第一の電力モードで動作させる。タイマが切れると、電力管理システムは操作者がモータを第二の電力モードに切り替えることができるようにする。出願人は、高電力モードでの動作間に待機期間を設けることによって、バッテリが休止することができ、それゆえバッテリ寿命の延長に役立つことを発見した。

他の実施形態において、清掃器具は、本体とクリーニングワンドを含む清掃器具であり、本体とクリーニングワンドは可動的な柔軟部材によって一体に結合される。本体はモータと、電力管理システムと、無線受信機と、を含む。クリーニングワンドは操作者用インタフェースと無線送信機を含む。操作者はインタフェースを使って所望の動作モードを選択し、クリーニングワンド上の無線送信機が、操作者の選択した動作電力モードまたは機能アクティブ化（ｆｕｎｃｔｉｏｎ ａｃｔｉｖａｔｉｏｎ）を示す信号を本体の無線受信機に送信する。無線受信機は次いで、電力管理システムにこの信号を送信し、それがこの信号を使って、モータを操作者の選択した動作電力モードで動作させるか、機械を操作者の選択した機能アクティブ化で動作させる。機能アクティブ化とは、機械を動作させるためのあらゆる所望のコマンドとすることができる。

出願人は、このような無線システムの使用によって操作者用インタフェースを掃除機本体ではなく、クリーニングワンドそのものに設置できることを発見した。ワンド上の操作者用インタフェースを使用すると、操作者がインタフェースを操作しやすくなる。同時に、無線システムにより、電気ワイヤをワンド上の操作者用インタフェースから本体の柔軟部材を通って延ばす必要がなくなる。

さらに別の実施形態において、清掃器具は本体とクリーニングワンドを含む。本体は、モータと電力管理システムを含む。クリーニングワンドは動作検出器を含み、これは操作者がクリーニングワンドを閾値運動基準で移動させると、操作者の希望する動作電力モードを検出する。動作検出器は次いで、操作者の選択した動作電力モードを示す信号を電力管理システムに送信し、これがその信号を使ってモータの動作を制御する。特定の実施形態において、清掃器具は第一の電力モード、第二の電力モード、オフモードで動作し、第二の電力モードは第一の電力モードより高電力モードである。この場合、動作検出器は、操作者がクリーニングワンドを第一の閾値運動基準で移動させると所望の第一の電力モードを検出し、操作者がクリーニングワンドを第二の閾値運動基準で移動させると、所望の第二の電力モードを検出する。最後に、動作検出器は、操作者がクリーニングワンドを閾値期間にわたりアイドル状態のままにすると、所望のオフモードを検出する。閾値運動基準は、閾値運動速度またはその他の適当な基準とすることができる。

この実施形態において、清掃器具は依然として、動作センサのほかに操作者もまたモータの動作を制御できるように操作者用インタフェースを含むことができる。また別の場合、清掃器具から操作者用インタフェースを省いて、動作センサだけでモータの動作を制御する。出願人は、クリーニングワンド上の動作検出器を使用することによって、清掃器具が操作者による操作者用インタフェースへのコマンドと一緒に、またはそれがなくても知的に動作できることを発見した。

最後に、特定の実施形態において、清掃器具は、上述の実施形態の各々を取り入れた装置である。例えば、清掃器具は、バッテリ電源式清掃器具、本体とクリーニングワンド、とすることができ、本体とクリーニングワンドは可動的な柔軟部材によって一体に結合される。本体はバッテリと、モータと、電力管理システムと、無線受信機と、を含む。クリーニングワンドは動作検出器と、無線送信機と、任意選択の操作者用インタフェースと、を含む。

清掃器具は、第一の電力モード、第二の電力モード、オフモードで動作し、第二の電力モードは第一の電力モードより高電力モードである。動作検出器は操作者の所望の動作電力モードを検出し、操作者の所望の動作電力モードを示す信号を無線送信機に送る。無線送信機はこの信号を無線受信機に送信し、今度はこれがその信号を電力管理システムに送る。電力管理システムはこの信号を使って、モータの動作を第一の電力モード、第二の電力モードまたはオフモードのいずれかで制御する。

操作者のインタフェースが設置された場合、操作者はインタフェースを使って動作モードを選択し、無線送信機が操作者の選択した動作電力モードを示す信号を無線受信機に送信する。再び、無線送信機は操作者の選択した動作モードを示す信号を受信し、この信号を無線受信機に送信する。無線受信機は次いで、この信号を電力管理システムに送信し、これがその信号を使って、モータを操作者の選択した動作電力モードで動作させる。

以下の図面は、本発明の具体的な実施形態を示し、したがって、本発明の範囲を限定しない。図面は（その旨明記されていないかぎり）正確な縮尺で描かれておらず、以下の詳細な説明における説明文に関連して使用するためのものである。本発明の実施形態を、添付の図面を参照しながら以下に説明するが、図中、同様の番号は同様の要素を示す。

本発明のある実施形態による掃除機を装着した操作者の斜視図である。 本発明の掃除機のある実施形態の特定の基本的構成部品を示す図である。 本発明の掃除機のある実施形態のための動作プロセスを示すフローチャートである。

本発明の原理をよりよく理解するために、ここで、図面に示された実施形態を参照し、具体的な文言を使ってこれを説明する。それでもなお、当然のことながら、それによって本発明の範囲を限定することは意図されず、本発明に関係する当業者が通常着想するような、説明または図示された実施形態のあらゆる変更形態やさらなる改良形態および、その中に示された本発明の原理の別の応用形態も想定される。

図１は、本発明のある実施形態による掃除機１０を装着した操作者の斜視図である。様々な種類の掃除機が知られており、掃除機１０はバッテリ電源式のいずれの種類であってもよい。一般に、掃除機１０は本体１２と、真空モータ１４と、バッテリパック１６と、クリーニングワンド１８と、を含む。

本体１２は、塵芥を受け、取り外し可能または開放可能で、操作者が塵芥を捨てることのできる集塵室を含む。本体１２はまた、真空モータ１４を格納し、これは従来のＤＣモータとすることができる。本体１２は、例えばハーネスシステムを使って操作者の背中で支持されるようにすることができる。ハーネスシステムは、本体１２を操作者の背中で固定され、支持されるようにするための２本のショルダストラップと少なくとも１本のウェイトストラップを含むことができる。

バッテリパック１６は真空モータ１４に電気的に接続され、これに電源供給する。ある場合には、バッテリパック１６はベルトの一部として、またはその内部に設置される。バッテリパック１６は非常に重い構成部品である可能性があり、これをベルトの一部として、またはその内部に設置することによって、掃除機１０の重量全体が操作者に関してより均等に分散され、これは操作者の疲労の軽減に役立つ。もちろん、他の実施形態では、バッテリパック１６を本体１２の中に固定し、または格納することができる。

ワンド１８は一般に、ハンドル２０と、清掃器具として構成された先端２４を含む。清掃器具２４は、当技術分野で知られているどのような種類の真空清掃器具であってもよく、例えばブラシまたは吸引ヘッドである。清掃器具２４は、いかなる種類の構成にも限定されず、ワンドの先端の永久的または取り外し可能部品とすることができる。操作者はハンドル２０でワンド１８を握り、清掃器具２４を掃除するべき表面上で自由に移動させる。ワンド１８はまた、本体１２の集塵室に、可動的な柔軟部材２２、例えば管やホースを使って動作的に接続される。真空掃除機１０は、掃除する表面からワンド１８を通り、柔軟部材２２を通って、集塵室へと空気を吸引するように動作する。

図２を参照すると、バッテリパック１６はバッテリ２６と、バッテリ管理システム（「ＢＭＳ」）２８と、無線受信機３６と、を含む。バッテリ２６は、どのような適当なバッテリケミストリを有していてもよく、多くの場合、リチウムイオンバッテリである。ＢＭＳ２８は従来のＢＭＳであってもよく、これは電源電子部品３０と、中央処理ユニット（「ＣＰＵ」）３２と、検出システム３４と、を含む。バッテリ２６は、電源電子部品３０に、また検出システム３４にも電気的に接続される。ＣＰＵ３２は電源電子部品３０と検出システム３４と無線受信機３６に電気的に接続される。最後に、電源電子部品３０は真空モータ１４に電気的に接続される。

電源電子部品３０は、バッテリ２６を真空モータ１４と接続および切断する当技術分野で知られたあらゆる標準的な電子部品を含むことができる。ある場合には、電源電子部品３０は、オンモードとオフモードを切り替えるパワートランジスタスイッチを含む。スイッチがオンであると、バッテリ２６は真空モータ１４に電気的に接続され、真空モータ１４に電圧を出力する。スイッチがオフであると、バッテリ２６は真空モータ１４から切断され、真空モータ１４に電圧を出力しない。

検出システム３４は、温度センサと電圧センサを含む。温度センサはバッテリ温度を検出し、電圧センサはバッテリ電圧を検出する。センサ３４はまた、ＣＰＵ３２にも電気的に接続されて、ＣＰＵ３２が検出されたバッテリ温度と検出されたバッテリ電圧を入力する。無線受信機３６は、当技術分野で知られているあらゆる無線受信機とすることができ、例えばＺｉｇｂｅｅ（登録商標）モジュールまたはＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）モジュールである。

ＣＰＵ３２は当技術分野で知られているあらゆる中央処理ユニットを含むことができ、電源電子部品３０のオンとオフの切り替えを制御する。例えば、ＣＰＵ３２は、検出されたバッテリ温度が高すぎる場合、または検出されたバッテリ電圧が高すぎるか低すぎる場合に、電源電子部品をオフに切り替える。ＣＰＵ３２はまた、電源電子部品３０が真空モータ１４に最大電圧を出力するか、より低電圧を出力するかを制御して、真空モータ１４が高電力モードまたは低電力モードのいずれかで動作できるようにする。電源電子部品３０が最大電圧を真空モータ１４に出力すると、真空モータ１４は高電力モードで動作する。電源電子部品３０がより低電圧を出力すると、真空モータ１４は低電力モードで動作する。

いくつかの実施形態において、ＣＰＵ３２は、電源電子部品３０にパルス幅変調出力を生成して、バッテリ電圧出力のオン／オフ切替周期（すなわちデューティサイクル）を変化させる。高電力モードが望まれる場合、電源電子部品３０は標準デューティサイクルを使って、所望の最大電圧を真空モータ１４に出力する。低電力モードが望まれる場合、電源電子部品３０は低減デューティサイクル（すなわち、標準デューティサイクルより低いデューティサイクル）を使って、より低い電圧を真空モータ１４に出力する。

ＣＰＵ３２は、より低いデューティサイクルを標準デューティサイクルのパーセンテージより低いパーセンテージに設定することによって、より低い電圧出力を提供する。低いデューティサイクルのパーセンテージは、所望の低減電圧出力およびそれゆえ、所望の低電力モードとすることのできる、どのような所望のパーセンテージであってもよい。いくつかの実施形態において、電源電子部品３０は、標準デューティサイクルを使って４６ボルトの最大電圧を真空モータ１４に出力し、それを高電力モードで動作させる。低電力モードが望まれる場合、ＣＰＵ３２は電源電子部品３０にデューティサイクルを下げるように指示することによって、４６ボルトより低い、例えば２３ボルトの低減電圧を出力する。もちろん、どのような所望の最大電圧出力と所望の低減電圧出力も使用できる。

ＣＰＵ３２は、標準デューティサイクルを、所望の最大電圧出力を実現するいずれかのパーセンテージに設定する。いくつかの実施形態において、標準デューティサイクルは１００％より低いパーセンテージである。例えば、フル充電バッテリ２６が４６〜５０ボルトを電源電子部品３０に供給する場合、標準デューティサイクルは１００％未満のパーセンテージであり、最大出力電圧の４６ボルトがモータ１４に供給されるようにする。バッテリ２６の最大限の電圧出力より低い最大電圧出力に設定することによって、モータ１４は高電力モードのときに、バッテリ２６がどの程度充電されているか、またバッテリ２６の年数に関係なく、安定して動作できる。このような最大電圧出力の設定によって、バッテリ２６の寿命の延長にも役立つ。

引き続き図２を参照すると、真空ワンド１８は操作者スイッチ３８と、任意選択の第二の操作者スイッチ４０と、第一の無線送信機４２と、第一の電源４４と、第二の無線送信機４６と、第二の電源４８と、動作検出器５０と、を含む。操作者スイッチ３８と任意選択の第二の操作者スイッチ４０は、第一の無線送信機４２に電気的に接続される。動作検出器５０は、第二の無線送信機４６に電気的に接続される。最後に、第一の電源４４は第一の無線送信機４２に電源供給し、第二の電源４８は第二の無線送信機４６と動作検出器５０に電源供給する。

第一の無線送信機４２と第二の無線送信機４６は、バッテリパック１６内にある無線受信機３６にデータを送信する。２つの無線送信機４２、４６と２つの電源４４、４８が示されているが、これらは希望に応じて、その代わりに、単一電源により電源供給される単一の無線送信機にまとめることができる。無線送信機４２、４６は、当技術分野で知られているあらゆる無線送信機とすることができ、例えばＺｉｇｂｅｅ（登録商標）モジュールまたはＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）モジュールである。電源４４、４８は小型バッテリの形態とすることができ、または電動もしくは圧電装置等のエネルギーハーベスティング装置から生成されるエネルギーからとすることもできる。

特定の実施形態において、操作者用スイッチ３８（および任意選択でスイッチ４０）と無線送信機４２と電源４４を組み合わせて単一の機器とすることができる。ある場合には、この単一の機器はエネルギーハーベスティング無線スイッチとすることができる。この種のスイッチでは、操作者は例えばバネを圧縮することによって機械的にスイッチを作動させる。機械的作動によって電気エネルギーが生成され、これを使って無線送信機に電源供給し、送信機に、無線受信機に信号を送信するように指示する。一例としてのエネルギーハーベスティング無線スイッチは、Ｃｈｅｒｒｙ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎにより販売されている。例示的スイッチの暫定仕様は、ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｃｈｅｒｒｙｃｏｒｐ．ｃｏｍ／ｅｎｇｌｉｓｈ／ｓｗｉｔｃｈｅｓ／ｅｎｅｒｇｙ％２０ｈａｒｖｅｓｔｉｎｇ／ｉｎｄｅｘ．ｈｔｍまたはｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｃｈｅｒｒｙｃｏｒｐ．ｃｏｍ／ｅｎｇｌｉｓｈ／ｓｗｉｔｃｈｅｓ／ｅｎｅｒｇｙ％２０ｈａｒｖｅｓｔｉｎｇ／ｐｄｆ／Ｅｎｅｒｇｙ％２０Ｈａｒｖｅｓｉｎｇ％２０Ｓｗｉｔｃｈ．ｐｄｆから入手できる。

操作者用スイッチ３８と任意選択のスイッチ４０は、操作者が真空モータ１４をオンにしたいか、オフにしたいかを信号で知らせることのできる操作者用インタフェースを形成する。スイッチ３８、４０はまた、操作者がモータ１４を低電力モードで動作させたいか、高電力モードで動作させたいかを信号で知らせる。様々なスイッチ構成と実施形態を使用してこれらの機能を果たすことができる。

いくつかの実施形態において、単一の操作者用スイッチ３８が使用される。この単一スイッチ３８は、ワンドハンドル２０の上のトリガまたはその他、操作者がしばしばこれを操作して真空モータの動作を制御できるようにするのに適した装置として実施できる。例えば、ある場合では、トリガ３８を１回押すと、真空モータ１４がオンとなり、デフォルトの低電力モードで動作するように指示し、トリガ３８を２回押すと、真空モータ１４に高電力モードに切り替えるように指示し、トリガ３８を３回押すと、真空モータ１４にオフにするように指示する。また別の場合には、トリガ３８を３回押すのではなく、長押しすることによって、真空モータ１４にオフにするように指示する。

他の実施形態では、両方のスイッチ３８、４０を使用する。ある場合には、スイッチ３８をトリガとして実施でき、ワンドハンドル２０上に配置されたスイッチ４０をオン／オフボタンまたはスイッチとして実施できる。ここで、操作者はオン／オフボタン４０を使って、真空モータ１４をオンまたはオフにする。モータ１４がオンになると、デフォルトの低電力モードが使用される。操作者は、高電力モードを希望する場合、単純にトリガ３８を１回押して、モータ１４を高電力モードに切り替える。再び、当業者であれば、様々なスイッチ構成を使用できることがわかるであろう。

操作者スイッチ３８と任意選択のスイッチ４０（すなわち、操作者用インタフェース）は、無線送信機４２に電気的に接続される。スイッチ３８、４０が、モータ１４をオンまたはオフにするべきである、または高電力動作が望まれると信号で伝えると、無線送信機４２はこの信号をバッテリパック上の無線受信機３６に無線送信する。無線受信機３６は次いで、信号をＣＰＵ３２に送信する。

ワンド１８はまた、清掃器具２４の付近に配置された動作検出器５０を含むことができる。一般に、動作検出器５０は、操作者が掃除作業を開始しようとしており、それゆえモータ１４の低電力モードの動作が望まれるかを検出する。動作検出器５０はまた、強力な掃除動作（例えば、軽くたたいたり、何度も前後に動かしたりすること）が起こっていて、それゆえモータ１４の高電力モードが望まれるかを検出することもできる。最後に、動作検出器５０は、ワンド１８がアイドル状態であり、それゆえモータをオフにするべきであるかを検出することができる。通常の、または強力な掃除が望まれるかを検出できる、当技術分野で知られているどのような動作検出器５０を使用してもよい。

いくつかの実施形態において、動作検出器５０は電子センサ、例えば電子慣性センサであり、ｘ−ｙ面内の掃除動作を検出する。電子センサが使用される場合、電源、例えば電源４８が電子センサに電源供給する。他の実施形態において、動作検出器５０は機械的センサ、例えば検出ホイールであり、清掃器具の付近に、ホイールが掃除対象表面と直接接触するように設置される。検出ホイールの機械的回転によって、低または高電力動作が望まれるという信号を生成できる。機械的センサが使用される場合、センサは自己の電源を生成でき、それゆえ外部電源が不要となる。ある場合には、センサ５０は加速度計である。

動作検出器５０は無線送信機４６に電気的に接続される。ある場合には、動作検出器５０は未処理の信号を無線送信機４６に送り、これは単純に発生中の運動の種類を信号で伝える。無線送信機４６は次にこの未処理の信号を無線受信機３６とＣＰＵ３２に送信する。次いでＣＰＵ３２がこの未処理の信号を分析して、動作検出器５０からの信号が、通常の、または強力な掃除が行われており、それゆえ操作者が真空モータ１４を低電力モードでオンに切り替えたいことを伝えているか、または強力な掃除が行われており、高電力モードが望まれていることを伝えているかを判断する。また別の場合には、動作検出器５０は内部プロセッサを含み、これが掃除動作を内部で分析し、通常の、または強力な掃除が望まれているかを判断する。次いで動作検出器５０はＣＰＵ３２に信号を出力し、ＣＰＵ３２に対し、操作者がモータ１４を低電力モードでオンにするか、高電力モードに切り替えたいことを知らせる。

ＣＰＵ３２または動作検出内部プロセッサは、掃除動作を閾値運動基準と比較して分析し、通常の、または強力な掃除が望まれているかを判断する。例えば、掃除動作が第一の閾値運動基準を満たすと、ＣＰＵ３２または動作検出内部プロセスはその動作を「通常の」掃除動作として特定する。同様に、掃除動作が第二の閾値運動基準を満たすと、その掃除動作は「強力な」掃除動作として特定される。閾値運動基準はどのような適当な運動基準とすることもでき、例えば閾値運動速度である。動作検出器がセンサホイールである場合、閾値運動基準は閾値毎秒回転数とすることができる。

いくつかの実施形態において、ワンド１８は、スイッチ３８、４０をまったく含まない。むしろ、動作検出器５０だけで、操作者が真空モータ１４をオンにしたいか、またはモータ１４を高電力モードに切り替えたいかを判断する。この場合、ワンド１８は単純に無線送信機４６と、動作検出器５０と、電源４８と、を含む。この実施形態では、掃除機１０が操作者にとって使いやすくなり、掃除機１０は知的機械に変わる。

前述のように、ＣＰＵ３２は無線システムを使ってスイッチ３８、４０と動作検出器５０から情報を収集する。ハードワイヤではなく無線システムを使ってスイッチ３８、４０と動作検出器５０をＣＰＵ３２に接続することにより、掃除機１０の機械的信頼性が向上する。本体１２とワンド１８を通るハードワイヤは、ワンド１８が常に動き、それによってワイヤが動き、引っ張られ、折り曲げられる際に損傷を受けやすい。

ＣＰＵ３２はファームウェアを含み、ファームウェアに保存された命令を使って電源電子部品３０を制御する。ＣＰＵ３２はまた、タイミングシステム（すなわち１つまたは複数のタイマ）を含み、これは、モータ１４が低電力モードまたは高電力モードである期間を制御する。換言すれば、タイミングシステムは、いつ電源電子部品をオフにするか、または電源電子部品に最大電圧または低減電圧を出力するように指示するかを追跡する。

ここで、タイミングシステムの１つの実施形態を説明する。タイミングシステムは、バッテリ２６の寿命を延ばすのに役立つ。タイミングシステムは、より低電力モードタイマ（「ＬＰＴ」）、高電力モードタイマ（「ＨＰＴ」）、高電力モード待機タイマ（「ＨＰＷＴ」）を含むことができる。ＬＰＴは、モータ１４が低電力モードで動作する期間を設定する。ＬＰＴによって、確実に、真空モータ１４はそれがアイドル状態であると動作を続けないようになる。ある場合には、ＬＰＴの期間は５分以下、例えば５、４、３、２または１分である。

ＨＰＴは、モータ１４が高電力モードで動作する期間を設定する。高電力モードは、短期間より長く維持されえず、ＨＰＴによって、確実に、真空モータ１４は最大許容期間のみ動作してから低電力モードに戻るようになる。ある場合には、ＨＰＴの期間は３分以下、例えば３、２または１分である。このようにＨＰＴ期間を制限することは、バッテリ２６の寿命を保持するのに役立つ。

最後に、ＨＰＷＴは、モータが再び高電力モードになるまでに待機しなければならない期間を設定する。ＨＰＷＴは、操作者が、バッテリ２６が高電力モード動作間に休止することなく、連続的に高電力モードで作動させるのを防止する。一般に、ＨＰＷＴの期間はＨＰＴの期間より長い。例えば、ＨＰＴの期間が２分であると、ＨＰＷＴ期間は３または４分とすることができる。特定の実施形態において、ＨＰＷＴの期間は、ＨＰＴ期間の２倍の期間である。例えば、ＨＰＴとＨＰＷＴの両方が同時にスタートする場合、ＨＰＴ期間は２分であり、ＨＰＷＴ期間は４分である。ＨＰＷＴの使用もまた、バッテリ２６の寿命を保持するのに役立つ。

ここで、ＣＰＵ２３の一般的な動作を説明する。スイッチ３８、４０および／または動作検出器５０が、操作者がモータ１４をオンにしたいか、モータ１４を低電力モードで動作させたいことを信号で知らせると、ＣＰＵ３２は電源電子部品３０に、低減電圧をモータ１４に出力するように指示する。同時に、ＣＰＵ３２はＬＰＴをリセットする。ＬＰＴが切れると、ＣＰＵ３２は電源電子部品３０にオフに切り替えるように指示する。

スイッチ３８、４０および／または動作検出器５０が、操作者がモータ１４を高電力モードで動作させたいことを信号で知らせると、ＣＰＵ３２はまず、ＨＰＷＴが切れているか確認する。ＨＰＷＴが切れていれば、ＣＰＵ３２は電源電子部品３０にモータ１４への電圧出力を上げるように指示する。同時に、ＣＰＵ３２はＨＰＴとＨＰＷＴの両方をリセットする。ＨＰＷＴが切れていなければ、ＣＰＵ３２は電源電子部品３０に指示を出さず、ＨＰＴまたはＨＰＷＴをリセットしない。ＨＰＴが切れたら、ＣＰＵ３２は電源電子部品３０に、低減電圧をモータ１４に出力するように指示する。また、ＨＰＷＴが切れた時、ＣＰＵ３２は、ＣＰＵがそのように指示されれば、電源電子部品３０が再び電圧出力を上げることができるようにする。

図３は、バッテリ電源式真空掃除機１０のための動作メカニズムのある実施形態を示す。動作メカニズムはステップ１１０からスタートする。ステップ１１２で、ＣＰＵ３２は、スイッチ３８、４０と動作検出器５０からの情報を捕捉する。ステップ１１４で、ＣＰＵは、スイッチ３８、４０または動作検出器５０のいずれかが、操作者がモータ１４をオンにしたい、および／または低電力モードで動作させたいことを示しているかを尋ねる。答えがノーであれば、プロセスはステップ１２０に進む。答えがイエスであれば、ステップ１１６で、ＣＰＵ３２が電源電子部品３０に、モータ１４に低減電圧を出力して、モータを低電力モードで動作させるように指示する。同時に、ステップ１１８で、ＣＰＵ３２はＬＰＴをリセットする。プロセスは次に、ステップ１２０に進む。

ステップ１２０で、ＣＰＵ３２は、スイッチ３８、４０または動作検出器５０のいずれかが、操作者が高電力モードで動作したいかを示しているかを尋ねる。答えがノーであれば、プロセスはステップ１３２に進む。答えがイエスであれば、ＣＰＵ３２はＨＰＷＴが切れたか尋ねる。答えがノーであれは、プロセスはステップ１３２に進む。答えがイエスであれば、ステップ１２４で、ＣＰＵ３２は電源電子部品３０に、モータ１４に最大電圧を出力して、高電力モードで動作するように指示する。同時に、ＣＰＵ３２はステップ１６でＨＰＷＴをリセットし、ステップ１２８でＨＰＴをリセットし、ステップ１３０でＬＰＴをリセットする。換言すれば、高電力モードがステップ１２４でスタートすると、ＨＰＴ、ＨＰＷＴ、ＬＰＴの各々がリセットされる。プロセスは次に、ステップ１３２に続く。

ステップ１３２で、ＣＰＵ３２は、スイッチ３８、４０または動作検出器５０のいずれかが、操作者が高電力モードを停止させたいことを示しているかを尋ねる。答えがイエスであれば、プロセスはステップ１３６に進み、ここでＣＰＵ３２は電源電子部品３０に、低減電圧を出力してモータ１１４を低電力モードで動作させるように指示する。答えがノーであれば、ステップ１３４で、ＣＰＵ３２はＨＰＴが切れたか尋ねる。答えがイエスであれば、プロセスはステップ１３６に進む。答えがノーであれば、プロセスはステップ１３８に進む。

ステップ１３８で、ＣＰＵ３２は、スイッチ３８、４０または動作検出器５０のいずれかが、操作者が低電力モードを停止して、モータをオフにしたいことを示しているかを尋ねる。答えがイエスであれば、ステップ１４２で、ＣＰＵ３２が電源電子部品３０をオフにし、それによってモータ１４を切る。ステップ１３８の答えがノーであれば、ＣＰＵ３２はＬＰＴが切れたか尋ねる。答えがイエスであれば、ＣＰＵ３２はステップ１４２で電源電子部品をオフにする。答えがノーであれば、プロセスはステップ１１２に戻り、動作メカニズムはこれを繰り返す。

Claims (27)

1. バッテリ式清掃器具であって、
   バッテリと、電力管理システムと、モータと、を含み、前記バッテリが、前記モータに電気的に接続されているときには前記モータにバッテリ電力を供給し、前記電力管理システムが、前記バッテリと前記モータを選択的に電気的に接続および切断し、
   前記清掃器具の操作者が動作電力モードを選択できるようにする操作者用インタフェースを含み、前記動作電力モードは２つ以上の電力モードを含み、前記２つ以上の電力モードは第一の電力モードと第二の電力モードを含み、前記第二の電力モードは前記第一の電力モードより高電力モードであり、
   前記電力管理システムは、前記操作者の選択した動作電力モードに基づいて前記バッテリと前記モータを電気的に接続および切断し、前記第一の電力モードでは、前記電力管理システムは第一のデューティサイクルを使って前記バッテリと前記モータを電気的に接続し、前記第二の電力モードでは、前記電力管理システムは第二のデューティサイクルを使って前記バッテリと前記モータを電気的に接続し、前記第二のデューティサイクルが前記第一のデューティサイクルより高いバッテリ式清掃器具。
2. 前記電力管理システムは、中央処理ユニットと電源電子部品を含むバッテリ管理システムであり、前記中央処理ユニットは前記電源電子部品に、前記バッテリと前記モータを電気的に接続および切断するように指示する、請求項１に記載のバッテリ式清掃器具。
3. 前記２つ以上の電力モードはオフモードを含み、前記操作者が前記オフモードを選択すると、前記電力管理システムが前記バッテリを前記モータから切断する、請求項１に記載のバッテリ式清掃器具。
4. 前記電力管理システムはタイマシステムをさらに含み、前記タイマシステムは、前記モータが前記第一の電力モードで動作する期間を調整する第一の電力モードタイマと、前記モータが前記第二の電力モードで動作する期間を調整する第二の電力モードタイマと、を含み、前記操作者が前記第一の電力モードを選択すると、前記電力管理システムは前記第一の電力モードタイマをリセットして、前記第一の電力モードで動作し、前記操作者が前記第二の電力モードを選択すると、前記電力管理システムは前記第二の電力モードタイマをリセットして、前記第二の電力モードで動作する、請求項１に記載のバッテリ式清掃器具。
5. 前記第一の電力モードタイマが切れると、前記電力管理システムが前記バッテリを前記モータから切断し、前記第二の電力モードタイマが切れると、前記電力管理システムが前記モータを前記第一の電力モードで動作させる、請求項４に記載のバッテリ式清掃器具。
6. 前記タイマシステムは、前記モータが次の第二の電力モードで動作する前に待機しなければならない期間を調整する第二の電力モード待機タイマをさらに含む、請求項４に記載のバッテリ式清掃器具。
7. （ａ）前記操作者が前記第一の電力モードを選択すると、前記電力管理システムは前記第一の電力モードタイマをリセットして、前記第一の電力モードで動作し、
   （ｂ）前記操作者が前記第二の電力モードを選択し、前記第二の電力モード待機タイマが切れると、前記電力管理システムは前記第二の電力モードタイマをリセットし、前記第二の電力モード待機タイマをリセットして、前記第二の電力モードで動作し、
   （ｃ）前記操作者が前記第二の電力モードを選択し、前記第二の電力モード待機タイマが切れていないと、前記電力管理システムは、前記第二の電力モード待機タイマが切れるまで前記第一の電力モードでの動作を続ける、
   請求項６に記載のバッテリ式清掃器具。
8. 前記清掃器具は真空掃除機である、請求項１に記載のバッテリ式清掃器具。
9. 前記清掃器具は本体と、クリーニングワンドと、を含み、前記本体と前記クリーニングワンドが可動的な柔軟部材によって一体に結合され、前記本体は前記モータと、前記電力管理システムと、無線受信機と、を含み、前記クリーニングワンドは操作者用インタフェースと無線送信機を含み、前記無線送信機は、前記操作者の選択した動作電力モードを示す信号を前記無線受信機に送信し、前記無線受信機は前記信号を前記電力管理システムに送信し、前記電力管理システムは前記信号を使って、前記操作者の選択した動作電力モードで前記モータを動作させる、請求項１に記載のバッテリ式清掃器具。
10. 前記清掃器具はクリーニングワンドを含み、前記クリーニングワンドは前記クリーニングワンドの動作を検出する動作検出器を含み、前記動作検出器は、前記操作者が前記クリーニングワンドを移動させたときは第一の電力モードを選択し、前記操作者が前記クリーニングワンドを閾値運動基準で移動させたときは第二の電力モードを選択する、請求項１に記載のバッテリ式清掃器具。
11. モータと電力管理システムと無線受信機とを含む本体と、
    操作者用インタフェースと無線送信機とを含むクリーニングワンドと、
    前記本体を前記クリーニングワンドに結合し、掃除中に動く柔軟部材と、
    を含む清掃器具であって、
    前記操作者用インタフェースは、操作者の動作電力モードまたは機能アクティブ化の選択を可能とし、
    前記無線送信機は、前記操作者の選択した電源モードまたは機能アクティブ化を示す信号を前記無線受信機に送信し、前記無線受信機は前記信号を前記電力管理システムに送信し、前記電力管理システムは前記信号を使って前記モータまたは機械の動作を制御する清掃器具。
12. 前記操作者用インタフェースはスイッチを含む、請求項１１に記載の清掃器具。
13. 前記無線送信機と前記スイッチがエネルギーハーベスティングスイッチとして組み合わされる、請求項１２に記載の清掃器具。
14. 前記清掃器具はバッテリ電源式器具であり、前記本体はバッテリをさらに含み、前記バッテリは、前記モータに電気的に接続されているときに前記モータにバッテリ電力を供給し、前記電力管理システムは、前記操作者の選択した動作電力モードに基づいて前記バッテリと前記モータを電気的に接続および切断する、請求項１１に記載の清掃器具。
15. 前記操作者の選択する動作電力モードは２つ以上の電力モードから選択され、前記２つ以上の電力モードは第一の電力モードと第二の電力モード含み、前記第一の電力モードでは、前記電力管理システムが第一のデューティサイクルを使って前記バッテリと前記モータを電気的に接続し、前記第二の電力モードでは、前記電力管理システムが第二のデューティサイクルを使って前記バッテリと前記モータを電気的に接続し、前記第二のデューティサイクルが前記第一のデューティサイクルより高い、請求項１４に記載の清掃器具。
16. 前記クリーニングワンドは、前記操作者の選択した動作電力モードを検出する動作検出器をさらに含み、前記動作検出器は、前記操作者の選択した動作電力モードを示す信号を前記無線送信機に送信し、前記無線送信機は前記信号を前記無線受信機に送信し、前記無線受信機は前記信号を前記電力管理システムに送信し、前記電力管理システムは前記信号を使って前記モータの動作を制御する、請求項１１に記載の清掃器具。
17. 前記操作者の選択する動作電力モードは２つ以上の電力モードから選択され、前記２つ以上の電力モードは第一の電力モードと第二の電力モードを含み、前記第二の電力モードは前記第一の電力モードより高電力モードであり、前記動作検出器は、前記操作者が前記クリーニングワンドを第一の閾値運動基準で移動させると前記操作者の選択した第一の電力モードを検出し、前記動作検出器は、前記操作者が前記クリーニングワンドを第二の閾値運動基準で移動させると、前記操作者の選択した第二の電力モードを検出する、請求項１６に記載の清掃器具。
18. 前記２つ以上の電力モードはオフモードを含み、前記動作検出器は、前記操作者が前記クリーニングワンドを閾値期間にわたりアイドル状態のままにすると、前記操作者の選択したオフモードを検出する、請求項１７記載の清掃器具。
19. 本体と、クリーニングワンドと、
    を含む清掃器具において、
    前記本体はモータと電力管理システムを含み、
    前記クリーニングワンドは、前記操作者が前記クリーニングワンドを閾値運動基準で移動させるとき、前記操作者の所望の動作電力モードを検出する動作検出器を含み、
    前記動作検出器は前記操作者の選択した動作電力モードを示す信号を前記電力管理システムに送信し、前記電力管理システムは前記信号を使って前記モータの動作を制御する清掃器具。
20. 前記操作者の所望の動作モードは２つ以上の電力モードから選択され、前記２つまたは電力モードが第一の電力モードと第二の電力モードを含み、前記第二の電力モードは前記第一の電力モードより高電力モードであり、前記動作検出器は、前記操作者が前記クリーニングワンドを第一の閾値運動基準で移動させると、第一の所望の電力モードを検出し、前記動作検出器は、前記操作者が前記クリーニングワンドを第二の閾値運動基準で移動させると、所望の第二の電力モードを検出する、請求項１９に記載の清掃器具。
21. 前記２つ以上の電力モードがオフモードを含み、前記動作検出器は、前記クリーニングワンドが閾値期間にわたりアイドル状態のままであると、所望のオフモードを検出する、請求項２０に記載の清掃器具。
22. 前記閾値運動基準は閾値運動速度である、請求項１９に記載の清掃器具。
23. 前記動作検出器はセンサホイールであり、前記閾値運動基準は閾値毎秒回転数である、請求項１９に記載の清掃器具。
24. 前記本体が無線受信機をさらに含み、前記クリーニングワンドは無線送信機をさらに含み、前記動作検出器は前記操作者の所望の動作電力モードを示す信号を前記無線送信機に送信し、前記無線送信機は前記信号を前記無線受信機に送信し、前記無線受信機は前記信号を前記電力管理システムに送信し、前記電力管理システムは前記信号を使用して前記モータの動作を制御する、請求項１９に記載の清掃器具。
25. 前記清掃器具はバッテリ電源式清掃器具であり、前記本体はバッテリをさらに含み、前記バッテリは、前記モータに接続されているときに前記モータにバッテリ電力を供給し、前記電力管理システムは前記操作者の所望の動作電力モードに基づいて前記バッテリと前記モータを電気的に接続および切断する、請求項１９に記載の清掃器具。
26. 前記操作者の所望の動作モードは２つ以上の電力モードから選択され、前記２つまたは電力モードは第一の電力モードと第二の電力モードを含み、前記第二の電力モードは前記第一の電力モードより高電力モードであり、前記第一の電力モードでは、前記電力管理システムが第一のデューティサイクルを使って前記バッテリと前記モータを電気的に接続し、前記第二の電力モードでは、前記電力管理システムが第二のデューティサイクルを使って前記バッテリと前記モータを電気的に接続し、前記第二のデューティサイクルが前記第一のデューティサイクルより高い、請求項２５に記載の清掃器具。
27. モータと電力管理システムと無線受信機とを含む本体と、
    操作者用インタフェースと無線送信機と、
    を含む清掃器具であって、
    前記操作者用インタフェースは、操作者の動作電力モードまたは機能アクティブ化の選択を可能とし、
    前記無線送信機は前記操作者の選択した電力モードまたは機能アクティブ化を示す信号を前記無線受信機に送信し、前記無線受信機は前記信号を前記電力管理システムに送信し、前記電力管理システムは前記信号を使って前記モータまたは機械の動作を制御する清掃器具。