JP2017221595A - Wireless charging system for self-traveling cleaner - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、自走式掃除機のワイヤレス充電システムに関する。 The present invention relates to a wireless charging system for a self-propelled cleaner.
この発明の背景技術としては、充電台に設けられた給電用金属端子に自走式掃除機に設けられた受電用金属端子を物理的に接触させることにより、充電台から自走式掃除機のバッテリに電力を供給して充電するようにした充電システムが用いられている。しかし、給電用金属端子と受電用金属端子の少なく一方にほこりや水などが付着すると、両者間に接触不良が生じて充電が安全にまた効率よく行われないという不都合が生じる。これに対して、床面に対して直交する方向に磁束を生成する平坦な給電コイルを水平に充電台に設置し、自走式掃除機の底面に備えた受電コイルをその給電コイルに重ねることにより、誘電方式、つまり、ワイヤレス方式で給電するようにしたものが知られている(例えば、特許文献1参照)。 As a background art of the present invention, the power receiving metal terminal provided in the self-propelled cleaner is brought into physical contact with the power feeding metal terminal provided in the charging stand, so that the self-propelled cleaner is removed from the charging stand. A charging system is used in which power is supplied to a battery for charging. However, if dust or water adheres to at least one of the power supply metal terminal and the power reception metal terminal, there is a problem in that a contact failure occurs between them and charging cannot be performed safely and efficiently. On the other hand, a flat feeding coil that generates magnetic flux in a direction perpendicular to the floor surface is horizontally installed on the charging stand, and the receiving coil provided on the bottom surface of the self-propelled cleaner is overlaid on the feeding coil. Thus, a dielectric system, that is, a system in which power is supplied by a wireless system is known (for example, see Patent Document 1).
しかしながら、このようなワイヤレス給電方式では、平坦な給電コイルが充電台に平面的に存在するため、充電台の床面に占める面積が大きく、その設置場所の選択に困る場合があるという問題点があった。 However, in such a wireless power feeding method, since a flat feeding coil is present on the charging stand in a plane, the area occupied on the floor of the charging stand is large, and there is a problem that it may be difficult to select the installation location. there were.
この発明はこのような事情を考慮してなされたもので、給電コイルが床面に平行に磁束を生成し、それを受電コイルが受け入れるように両コイルを配置することにより、充電台が大きい床面積を占めることのない自走式掃除機のワイヤレス充電システムを提供するものである。 The present invention has been made in consideration of such circumstances, and by arranging both coils so that the feeding coil generates magnetic flux parallel to the floor surface and the receiving coil receives it, the floor with a large charging stand is provided. A wireless charging system for a self-propelled cleaner that does not occupy an area is provided.
この発明は、バッテリと掃除および走行装置とを搭載し前記バッテリの電力で前記掃除および走行装置を駆動制御する制御部を備え床面を走行しながら掃除を行う自走式掃除機と、前記バッテリを充電するための充電台とからなり、前記充電台は給電コイルと給電コイルを励磁する励磁回路を備え、前記自走式掃除機は前記給電コイルから電磁結合によって電力を受電する受電コイルと受電コイルの出力を受けてバッテリを充電する充電回路を備え、前記給電コイルは床面に平行な方向に磁束を生成するように充電台に設置され、前記受電コイルは前記磁束を床面に平行に受け入れ可能に自走式掃除機に設置されることを特徴とする自走式掃除機のワイヤレス充電システムを提供するものである。 The present invention includes a self-propelled cleaner that includes a battery, a cleaning and traveling device, and includes a control unit that drives and controls the cleaning and traveling device with electric power of the battery, and performs cleaning while traveling on a floor surface, and the battery. The charging stand includes a feeding coil and an excitation circuit for exciting the feeding coil, and the self-propelled cleaner receives a power from the feeding coil by electromagnetic coupling and a receiving coil. A charging circuit for charging the battery in response to the output of the coil, wherein the feeding coil is installed on a charging stand so as to generate a magnetic flux in a direction parallel to the floor surface, and the receiving coil is configured to cause the magnetic flux to be parallel to the floor surface The present invention provides a wireless charging system for a self-propelled cleaner, which is installed in a self-propelled cleaner so as to be acceptable.
この発明によれば、給電コイルが床面に平行な方向に磁束を生成するように設置され、受電コイルがその磁束を床面に平行に受け入れるように設置される、つまり、両コイルの磁束の授受面が床面に対して垂直(タテ)になるので、給電コイルを収容する充電台の床に占める面積をコンパクトにすることができる。 According to this invention, the feeding coil is installed so as to generate a magnetic flux in a direction parallel to the floor surface, and the receiving coil is installed so as to receive the magnetic flux in parallel to the floor surface. Since the transfer surface is vertical (vertical) to the floor surface, the area occupied on the floor of the charging stand that accommodates the feeding coil can be made compact.
この発明の自走式掃除機のワイヤレス充電システムは、バッテリと掃除および走行装置とを搭載し前記バッテリの電力で前記掃除および走行装置を駆動制御する制御部を備え床面を走行しながら掃除を行う自走式掃除機と、前記バッテリを充電するための充電台とからなり、前記充電台は給電コイルと給電コイルを励磁する励磁回路を備え、前記自走式掃除機は前記給電コイルから電磁結合によって電力を受電する受電コイルと受電コイルの出力を受けてバッテリを充電する充電回路を備え、前記給電コイルは床面に平行な方向に磁束を生成するように充電台に設置され、前記受電コイルは前記磁束を床面に平行に受け入れるように自走式掃除機に設置されることを特徴とする。 A wireless charging system for a self-propelled cleaner according to the present invention includes a battery, a cleaning and traveling device, and includes a control unit that drives and controls the cleaning and traveling device with electric power of the battery, and performs cleaning while traveling on the floor surface. A self-propelled cleaner that performs charging and a charging stand for charging the battery, the charging stand including a power supply coil and an excitation circuit that excites the power supply coil, and the self-propelled cleaner is electromagnetically coupled from the power supply coil. A power receiving coil for receiving power by coupling and a charging circuit for receiving the output of the power receiving coil to charge the battery, wherein the power feeding coil is installed on a charging stand so as to generate magnetic flux in a direction parallel to the floor surface, and the power receiving coil The coil is installed in the self-propelled cleaner so as to receive the magnetic flux parallel to the floor surface.
この発明における給電コイルおよび受電コイルは、磁性体のコア(例えば、鉄心)に巻線を施したものや、巻線のみ(コアレス)のものなどを含む。
前記充電台および自走式掃除機は、床面に直交する平坦な側面を有する筐体をそれぞれ備え、給電コイルおよび受電コイルは、各側面に沿って互いに対向可能に配置されることが好ましい。
自走式掃除機の筐体は上面から見た輪郭が三角形や四角形又はD形であり、前記平坦な側面がその一辺に対応することが望ましい。
前記自走式掃除機は、受電コイルが給電コイルに対向する位置を検出する位置検出センサを備え、前記制御部が前記位置検出センサの出力を受けて受電コイルが給電コイルに対向する所定位置に位置決めされるように前記走行装置を制御するようにしてもよい。
また、受電コイルが給電コイルに対向する所定位置とは、両コイル間の漏れインダクタンスが最小になる位置であることが望ましい。
The power feeding coil and the power receiving coil according to the present invention include those in which a magnetic core (for example, an iron core) is wound, or only winding (coreless).
Preferably, the charging stand and the self-propelled cleaner each include a casing having a flat side surface orthogonal to the floor surface, and the power feeding coil and the power receiving coil are disposed so as to face each other along each side surface.
As for the housing | casing of a self-propelled cleaner, it is desirable for the outline seen from the upper surface to be a triangle, a square, or D shape, and the said flat side surface respond | corresponds to the one side.
The self-propelled cleaner includes a position detection sensor that detects a position where the power receiving coil faces the power supply coil, and the control unit receives an output of the position detection sensor and the power receiving coil is positioned at a predetermined position facing the power supply coil. You may make it control the said traveling apparatus so that it may be positioned.
The predetermined position where the power receiving coil faces the power feeding coil is preferably a position where the leakage inductance between the two coils is minimized.
また、給電コイルと受電コイルはそれぞれ第1および第2磁性体に巻回され、前記位置検出センサが第2磁性体に巻回された検出コイルを備えてもよい。 Further, the power feeding coil and the power receiving coil may be wound around the first and second magnetic bodies, respectively, and the position detection sensor may include a detection coil wound around the second magnetic body.
また、制御部は、受電コイルが給電コイルに対して位置決めされた後に、充電回路の出力をバッテリに供給することが好ましい。
また、前記充電台が発光素子または超音波発信器を備え、前記位置検出センサが受光素子または超音波受信器であってもよい。
Moreover, it is preferable that a control part supplies the output of a charging circuit to a battery, after a receiving coil is positioned with respect to a feed coil.
The charging stand may include a light emitting element or an ultrasonic transmitter, and the position detection sensor may be a light receiving element or an ultrasonic receiver.
以下、図面に示す実施形態を用いてこの発明を詳述する。この実施形態によってこの発明が限定されるものではない。
(第1実施形態)
(1)自走式掃除機と充電台の構成
この発明に係る自走式掃除機(以下、掃除ロボットという)は、床面を自走しながら、床面上の塵埃を空気とともに吸い込み、塵埃を除去した空気を排気することにより床面を掃除するようにしている。
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to embodiments shown in the drawings. The present invention is not limited to the embodiments.
(First embodiment)
(1) Configuration of a self-propelled cleaner and a charging stand A self-propelled cleaner (hereinafter referred to as a cleaning robot) according to the present invention sucks dust on the floor together with air while self-propelled on the floor. The floor surface is cleaned by exhausting the air from which the air is removed.
図1はこの発明の第1実施形態にかかる掃除ロボットの上から見た斜視図であり、図2は同掃除ロボットの底面図であり、図3は同掃除ロボットの内部構成を示す側面図である。また、図4はこの実施形態に係る充電台の斜視図である。 FIG. 1 is a top perspective view of a cleaning robot according to a first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a bottom view of the cleaning robot, and FIG. 3 is a side view showing an internal configuration of the cleaning robot. is there. FIG. 4 is a perspective view of the charging stand according to this embodiment.
これらの図に示すように、掃除ロボット1Aは、上面から見て実質的に三角形の輪郭を有する筐体2を備える。図2に示すように底板2aには、回転ブラシ3、一対のサイドブラシ4、吸引口11、一対の駆動輪5a,5b、後輪7、および2個の床面検知センサ12が設けられている。なお、床面検知センサ12は赤外線発光ダイオードとフォトトランジスタから構成され、その検知面が床に向かって露出するようになっている。
As shown in these drawings, the
また、筐体2内には、図3に示すように吸引口11に接続された吸引路10と、吸引路10の下流側に設けられた集塵部20と、集塵部20の下流側に設けられた電動送風機30と、電動送風機30と排気口41とを接続する排気路40とを備える。
Further, in the
筐体2は、図1に示すように蓋2dおよび天板2bを備える。底板2aおよび天板2bの間の外周側面には、側板2cが設けられている。天板2には,掃除ロボット1Aの作動条件や作動指令を入力する入力部31が設けられている。
The
図3に示す集塵部20は、吸引路10に接続される集塵ボックス21と、集塵ボックス21に着脱可能に設けられたフィルタ22とを有している。集塵ボックス21は、通常、筐体2内に収納されているが、集塵ボックス21内に捕集された塵埃を廃棄する際には、筐体2の蓋2d(図1)を開いて出し入れされるようになっている。
The
底板2a(図2)には、前述の一対の駆動輪5a,5bの下部を筐体2内から外部へ突出させる孔が形成されている。また、図1に示すように掃除ロボット1Aの前面には矢印Xで示す前進方向の障害物を検出する3つの超音波測距センサ1112a,112b,112cが設けられている。
The
図2に示すように、駆動輪5a,5bは、筐体2の底板2aと平行で、かつ、直線Lに同軸の一対の回転軸6a,6bを中心に回転可能に設けられており、掃除ロボット1Aは、駆動輪5a,5bが同一方向に同一速度で回転すると矢印XまたはY方向に進退し、駆動輪5a,5bが互いに逆方向に同一速度で回転すると同じ位置で旋回するようになっている。
As shown in FIG. 2, the
駆動輪5a,5bの回転軸6a,6bは、図2に示すように、一対の走行モータ51a,51bへそれぞれ減速ギア52a,52bを介して個別に連結されている。なお、走行モータ51a,51bは回転数を計測するエンコーダを内蔵する。また、後輪7は自在車輪からなり、床面と接触するように筐体2の底板2aの後方に旋回自在に設けられている。
As shown in FIG. 2, the rotating
このように、筐体2に対して進行方向の中間に一対の駆動輪5a,5bを配置し、掃除ロボット1Aの全重量を一対の駆動輪5a,5bと後輪7によって支持できるように、筐体2に対して前後方向に重量が配分されている。これにより、進路方向の塵埃を効率よく吸込口11に導くことができる。
In this way, the pair of
前述の回転ブラシ3は、筐体2の底板2aと平行な軸を中心に回転可能に吸込口11の入口に設けられている。また、底板2aにおける吸込口11の左右両側のサイドブラシ4は、底板2aに垂直な軸を中心に回転するようになっている。回転ブラシ3は、回転軸であるローラの外周面に螺旋状にブラシを植設することにより形成されている。
The aforementioned rotating brush 3 is provided at the inlet of the
サイドブラシ4は、回転軸の下端に放射状に設けられた複数本(ここでは4本)のブラシ束を有している。回転ブラシ3の回転軸および一対のサイドブラシ4の回転軸は、筐体2の底板2aの内面に支持されると共に、その付近に設けられた後述するブラシ駆動モータおよびサイドブラシ駆動モータにそれぞれ動力伝達機構を介して連結されている。
The
また、図1に示すように、筐体2の天板2bにおける前方部の中央には赤外線検知主センサ110が設けられ、側板2cの前方部の中央には3つの赤外線検知副センサ111a,111b,111cが横一列に設けられている。
As shown in FIG. 1, an infrared detection
赤外線検知主センサ110は全方向(360度)から入射する赤外線を検知することができ、赤外線検知副センサ111a,111b,111cはそれぞれ前方から入射する赤外線を検知することができる。また、図1に示す超音波測距センサ112a,112b,112cは超音波を前方へ出射し、その反射波を受けて対象物(障害物)までの距離を測定するようになっている。
The infrared detection
掃除ロボット1Aは、後述するようにバッテリを内蔵するが、筐体2の前面の側板2cの内側には、図1に示すように、内蔵バッテリへ充電を行うための受電側鉄心108が設けられている。受電側鉄心108には、後述するように受電コイル107(図5)が巻回され、受電側鉄心108は充電台101(図4)の給電側鉄心106から生成される床面に平行な磁束を効率よく受け入れられるように配置されている。
The
室内を自走しながら掃除する掃除ロボット1Aは、掃除が終了すると室内に設置されている充電台に帰還し、充電台からバッテリへの充電が行われる。商用電源(コンセント)に接続される充電台は、通常、室内の側壁に沿って設置される。
The cleaning
また、この実施形態においては、図2および図3に示すように、筐体2は、中央の円形の中央筐体部60と、その周りの外殻筐体部61から構成される。外殻筐体部61は中央筐体部60の外周に設けられたリング状のスラスト軸受け62に回動可能に支持されている。
In this embodiment, as shown in FIGS. 2 and 3, the
また、中央筐体部60の外周には円弧状のラック63が180度に渡って設けられ、外殻筐体部61に設置された外殻筐体部用モータ43の出力軸がピニオン64を介してラック63に結合されている。外殻筐体部用モータ43の駆動により、外殻筐体部61は中央筐体部60の周りを図2に示す位置から時計回りに90度、反時計回りに90度、それぞれ回動できるようになっている。
Further, an arc-shaped
そして、前述の駆動輪5a,5b、減速ギア52a,52b、走行モータ51a,51b、および後輪7は、中央筐体部60に搭載され、その他は外殻筐体部61に搭載されている。なお、外殻筐体部用モータ43も、走行モータ51a,51bと同様に回転数を計測するエンコーダを内蔵する。
The
図4は、充電台を構成する筐体(以下、単に充電台という)101の外観斜視図である。同図に示すように、充電台101は前側の平坦な側面に、掃除ロボット1Aへ帰還路を示すための赤外線を出射する赤外線送信部103を備えると共に、内部に、受電側鉄心108(図1)に電磁的に結合するための給電側鉄心106や、後述する給電用電気部品などを備える。給電側鉄心106には、後述するように給電コイル105(図5)が巻回され、給電側鉄心106は給電コイル105から磁束が床面に平行に生成されるように配置されている。
FIG. 4 is an external perspective view of a casing (hereinafter simply referred to as a charging stand) 101 constituting the charging stand. As shown in the figure, the charging
(2)掃除ロボットと充電台の制御系
図5は掃除ロボット1Aと充電台101の制御系を示すブロック図である。掃除ロボット1Aの制御系は同図に示すように、CPU、ROM、RAMからなるマイクロコンピュータを備える制御部34、2つの駆動輪5a,5bをそれぞれ駆動するための走行モータ51a,51bを制御するモータドライバ回路57、回転ブラシ3を駆動するブラシ駆動モータ58を制御するモータドライバ回路59、2つのサイドブラシ4を駆動する2つのサイドブラシ駆動モータ70を制御するモータドライバ回路72、電動送風機30に組み込まれた送風モータ69を制御するモータドライバ回路68、外殻筐体部用モータ43を駆動するモータドライバ回路44、電源スイッチ15、各種センサ33を駆動制御するセンサ制御ユニット32、および入力部31を備える。
(2) Control System for Cleaning Robot and Charging Base FIG. 5 is a block diagram showing a control system for the
各種センサ33は、床面検知センサ12、超音波測距センサ112a,112b,112c、赤外線検知主センサ110、赤外線検知副センサ111a,111b,111c、走行モータ51a,51bおよび外殻筐体部用モータ43が内蔵するエンコーダなどを含む。
The
電源スイッチ15がONになると、バッテリ14の出力電力は、モータドライバ回路44,57,59,68,72へそれぞれ供給されると共に、制御部34、入力部31、センサ制御ユニット32などへもそれぞれ供給される。
When the
制御部34は前述のようにCPU、ROM、RAMを備えるが、CPUは中央演算処理装置であり、入力部31と各種センサ33から受けた信号を、ROMに予め記憶されたプログラムに基づいて演算処理し、モータドライバ回路44,57,59,68,72などへ出力するようになっている。なお、RAMは、入力部31からユーザにより入力される各種指令および掃除ロボット1Aの各種動作条件や各種センサ33の出力などを記憶するようになっている。
As described above, the
また、RAMは、掃除ロボット1Aの走行マップを記憶することができる。走行マップは、掃除ロボット1Aの走行経路や走行速度などの走行に関する情報であり、予めユーザがRAMに記憶させるか、あるいは掃除ロボット1A自体が掃除運転中に自動的に記録することができる。また、制御部34は、後述するように、バッテリ14の端子電圧などを検出してバッテリ14の蓄電残量を検出する機能を有する。
Further, the RAM can store a travel map of the
さらに、掃除ロボット1Aは、図5に示すように、充電台101から受電するための受電コイル107と、受電コイル107を巻回した受電側鉄心108と、受電コイル107の交流出力電力を整流平滑する整流平滑回路35と、整流平滑回路35の直流出力を制御してバッテリ14を充電する充電回路36を備える。
Further, as shown in FIG. 5, the
また、受電側鉄心108には補助巻線として検出コイル109が巻回され、検出コイル109の出力は整流回路37によって整流され、制御部34に入力されるようになっている。
In addition, a
なお、バッテリ14には、ニカド電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池などが使用されるので、充電回路36には、バッテリ14の特性に応じて、定電圧充電用、定電流充電用、又は定電流定電圧充電用の回路が選択的に用いられる。
Since the
一方、充電台101は、外部の商用電源(AC100V,50/60Hz)18からの電力を整流平滑する整流平滑回路102と、整流平滑回路102の出力を交流出力に変換するインバータ104と、給電側鉄心106に巻回されインバータ104の出力が印加される給電コイル105を備える。
On the other hand, the charging
そして、後述するように、バッテリ14の充電時には、給電コイル105と受電コイル107とが給電側鉄心106と受電側鉄心108とを介して磁気結合され、給電コイル102から受電コイル107へ電磁誘導による電力伝送が行われる。この場合、インバータ104の発信周波数は、小型化と効率の観点から200kHz程度がこのましい。
As will be described later, when the
(3)掃除ロボットの掃除動作
このように構成された掃除ロボット1Aにおいて、ユーザから入力部31を介して掃除運転が指令されると、電動送風機30、駆動輪5a,5b、回転ブラシ3およびサイドブラシ4が駆動する。
(3) Cleaning operation of the cleaning robot In the
これにより、回転ブラシ3、サイドブラシ4、駆動輪5a,5b、および後輪7が床面に接触した状態で、筐体2は所定の範囲を自走しながら吸込口11から床面の塵埃を含む空気を吸い込む。
As a result, in a state where the rotary brush 3, the
このとき、回転ブラシ3の回転によって床面上の塵埃は掻き上げられて吸込口11に導かれる。また、サイドブラシ4の回転によって吸込口11の側方の塵埃が吸込口11に導かれる。
At this time, the dust on the floor surface is scraped up by the rotation of the rotating brush 3 and guided to the
吸込口11から筐体2内に吸い込まれた塵埃を含む空気は、図3に示されるように、吸引路10を通り、集塵ボックス21内に流入する。集塵ボックス21内に流入した気流は、フィルタ22を通過して排出路40を通って排気口41へ排出される。
The air containing the dust sucked into the
この際、集塵ボックス21内の気流に含まれる塵埃はフィルタ22によって捕獲されるため、集塵ボックス21内に塵埃が堆積する。集塵ボックス21から排気路40へ流入した気流は、フィルタ22によって除塵された綺麗な空気として排出口41から外部へ排出される。
At this time, dust contained in the airflow in the
また、前述のように、掃除ロボット1Aは、左右の駆動輪5a,5bが、同一方向に正回転して前進し、同一方向に逆回転して後退し、互いに正逆回転することにより旋回する。従って、掃除ロボット1Aが大きな段差(クリフ)に差しかかったときや、掃除領域の周縁に到達した場合、および進路上の障害物に衝突しようとした場合には、床面検知センサ12(図2)や、超音波測距センサ112a,112b,112c(図1)が、それを制御部34(図5)に通知し、掃除ロボット1Aは、駆動輪5a,5bを停止したり、逆回転させて向きを変える。これにより、掃除ロボット1Aは、設置場所全体あるいは所望範囲全体を、大きい段差や障害物を避けながら自走して掃除することができる。
Further, as described above, the
また、掃除ロボット1Aが室内の床面上を走行して掃除しているときに、室内の隅や壁面に遭遇すると、制御部34は走行モータ51a,51bと外殻筐体部用モータ43を駆動して中央筐体部60と外殻筐体部61とを回動させ、一対のガイドブラシ4(図2)が室内の隅や壁際に好適に沿うように制御する。
Further, when the
図6は、掃除ロボット1Aが室内の隅や壁際を掃除する場合の制御例を示す。
同図の(a)の位置にある掃除ロボット1Aが矢印に沿って(b)の位置に向かって進行し、(b)の位置で壁W1に直面すると、駆動輪5a,5bが互いに同速度で逆回転して中央筐体部60が壁W1に対して反時計回りに90度だけ旋回し、同時にピニオン64が駆動して外殻筐体部61が中央筐体部60に対して時計回りに90度だけ回動する。それによって、中央筐体部60が外殻筐体部61に対して反時計回りに90度だけ回動することになり、サイドブラシ4と駆動輪5a,5bの位置関係が同図の(c)に示す状態になる。
FIG. 6 shows an example of control when the
When the
そこで、掃除ロボット1Aは2つのサイドブラシ4を壁W1にぴったりと寄り沿わせながら矢印に沿って(d)の位置に向かって進行する。同図の(d)の位置で他の壁W2に達すると、外殻筐体部60が中央筐体部60に対して反時計回りに90度だけ旋回し、壁W2に対して(b)に示す状態に戻る。そこで、前述のように制御されて同図の(e)に示す状態になる。
Therefore, the
掃除ロボット1Aは、2つのサイドブラシ4を壁W2にぴったりと寄り沿わせながら矢印にそって同図の(f)の位置に向かって進行する。以下、同様に位置(g)から位置(h)へと掃除ロボット1Aは2つのサイドブラシ4が室内の隅と壁際に常に沿うように走行するのでそれによって塵埃が効率よく吸引除去される。
The
(4)掃除ロボットの帰還と充電動作
図5に示すように、充電台101に商用電源18が接続されると、商用電源18からの電力は、整流平滑回路102を介してインバータ104に印加される。インバータ104は給電コイル105に無負荷励磁電流を供給すると共に、整流平滑回路102の出力は赤外線送信部103を作動させる。
(4) Cleaning Robot Return and Charging Operation As shown in FIG. 5, when the
そして、図8に示すように、充電台101は掃除ロボット1Aにその帰還路を示すために赤外線送信部103(図4)から20度〜30度の拡散角を有する赤外線IRを矢印方向に照射する。
Then, as shown in FIG. 8, the charging
図7は、掃除ロボット1Aの充電台101への帰還動作と充電動作を示すフローチャートである。図7を用いて掃除ロボット1Aの充電台101への帰還動作と充電動作を以下に説明する。
FIG. 7 is a flowchart showing the returning operation and charging operation of the
図7に示すように、掃除作業を終了するか(ステップS1)、又はバッテリ14の蓄電残量Qが許容値Qsより低下して(ステップS2)、制御部34(図5)が掃除ロボット1Aを充電台101へ帰還させる必要があると判断した場合に、掃除ロボット1Aは、図8(a)に示すように赤外線IRの照射領域に存在すると(ステップS3)、赤外線IRを赤外線検知主センサ110が検知して一旦停止する(ステップS4)。そして、その場で自転し(ステップS5)、図8(b)に示すように充電台101が存在する方向を検出し、その方向に向きを変える(ステップS6)。
As shown in FIG. 7, the cleaning operation is finished (step S1), or the remaining charge Q of the
それによって、同図(c)に示すように、3つの赤外線検知副センサ111a,111b,111cが赤外線IRを検知することができるようになり、掃除ロボット1Aは、赤外線IRが示す帰還路に沿って進行する(ステップS7)。
As a result, as shown in FIG. 5C, the three
そして、掃除ロボット1Aが充電台101に接近して両者間の距離Dが超音波測距センサ111bによって検出され、所定値Ds以下になると(ステップS8)、掃除ロボット1Aの走行速度が低速に切換えられ(ステップS9)、D=0になると、掃除ロボット1Aは停止する(ステップS10,S11)。
When the
この時点で、掃除ロボット1Aの前面が図9(a)〜(c)に示すように充電台101に接触し、給電側鉄心106に対する受電側鉄心108の水平方向の位置関係が、図9(a)のように右方向にずれているか、図9(b)のように左方向にずれているか、又は図9(c)のように一致しているか、のいずれかとなる。
At this time, the front surface of the
そこで、制御部34は、前述の壁際の掃除作業のように駆動輪5a,5bとピニオン64を駆動させて、駆動輪5a,5bの位置を掃除ロボット1Aの前面に対して90度だけ旋回させ、図10に示すように掃除ロボット1Aが充電台101に対して平行移動できるようにする(ステップS12)。
Therefore, the
次に、制御部34は整流回路37を介して検出コイル109(図5)の出力電圧の波高値Vpを検出し(ステップ13)、給電側鉄心106に対して受電側鉄心108を右方向へ距離ΔS(例えば、0.5mm)だけ移動させる(ステップS14)。
Next, the
この時Vpが増大すると(ステップS15)、さらに右方向へΔSだけ移動させる(ステップS22)。この動作を繰り返し(ステップS23)、Vpが増加しなくなると、左方向へΔSだけ移動させて停止させる(ステップS24)。また、ステップS15においてVpが増加しない時には、左方向へΔSずつ移動させ、その都度Vpを検出し(ステップS16,S17)、Vpが増加しなくなると、右方向へΔSだけ移動させて停止させる(スッテップS18)。 At this time, if Vp increases (step S15), it is further moved to the right by ΔS (step S22). This operation is repeated (step S23). When Vp does not increase, it is moved leftward by ΔS and stopped (step S24). Further, when Vp does not increase in step S15, it is moved by ΔS to the left, and Vp is detected each time (steps S16 and S17). When Vp does not increase, it is moved by ΔS to the right and stopped ( Step S18).
これによって、給電側鉄心106に対して受電側鉄心108が、図9(c)に示す位置に±ΔS以下の精度で、給電コイル105と受電コイル107間の漏れインダクタンスが最小になるように位置決めされる。なお、この場合の給電側鉄心106と受電側鉄心108とのギャップは、充電台101と掃除ロボット1Aの筐体の厚さを含めて3〜5mmとなる。
As a result, the power receiving
そこで、制御部34が充電回路36(図5)を作動させる。それによって、給電側鉄心106と受電側鉄心108とが良好に磁気結合され、インバータ104の出力が給電コイル105から受電コイル107へ電磁誘導により供給され、整流平滑回路35と充電回路36を介してバッテリ14が充電される(ステップS19)。
Therefore, the
そして、制御部34はバッテリ14の端子電圧などからバッテリ14の充電残量Qが満充電量Qfに達したことを検知すると(ステップS20)、受電回路36に対して充電動作を停止させ、駆動輪5a,5bの方向を図2に示す状態に戻し、次の掃除指令を待つ(ステップS21)。
When the
このようにして、掃除ロボット1Aが充電台101に帰還すると、充電台101の給電側鉄心106と掃除ロボット1Aの受電側鉄心108とのギャップを最小にして相互間の漏れインダクタンスが最小になるように、両者を正確に向き合わせるための位置決めが行われた後に、充電が行われるので、充電台101からバッテリ14への充電を安全に効率よく行うことができる。
In this way, when the
(第2実施形態)
図11はこの発明の第2実施形態を示す図1対応図、図12は第2実施形態を示す図8対応図、図13は第2実施形態を示す図5対応図である。
(Second embodiment)
11 is a diagram corresponding to FIG. 1 showing a second embodiment of the present invention, FIG. 12 is a diagram corresponding to FIG. 8 showing the second embodiment, and FIG. 13 is a diagram corresponding to FIG. 5 showing the second embodiment.
これらの図に示すように、この実施形態では、第1実施形態における給電側鉄心106と給電コイル105とに代えて給電コイル105aを、受電側鉄心108と受電コイル107とに代えて受電コイル107aを、それぞれ使用している。給電コイル105aと受電コイル107aは、いずれも銅線のみを厚さ1〜2mm程度に巻回して粘着パッドに固定したもので、図11,12に示すように各筐体の前側面の裏面に貼り付けられている。従って、給電コイル105aからは床面に平行に磁束が生成され、受電コイル107aはその磁束を床面に平行に受入れる。
さらにまた、第1実施形態における受電側鉄心108に巻回された検出コイル109と、その出力を整流する整流回路37とに代えて、充電台101に設けられ整流平滑回路102の出力によって駆動する位置決め用発光素子113(ここでは、発光ダイオードを用いている)と、掃除ロボット1Aの前面に設けられ発光素子113の光を受光する位置決め用の受光素子(例えば、フォトトランジスタ)115と、受光素子115を駆動するセンサ制御ユニット114とを使用している。
As shown in these drawings, in this embodiment, the
Furthermore, instead of the
そして、発光素子(発光ダイオード)113は一般に光束の光軸を中心とする強度分布がガウシアン分布になるので、受光素子115の検出出力の位置に対する強度変化に応じて給電側鉄心106に対する受電側鉄心108の位置決めを行うようにしている。その他の構成と動作は第1実施形態と同等である。この実施形態においても効率よく充電を行うことができる。
The light emitting element (light emitting diode) 113 generally has a Gaussian distribution of intensity around the optical axis of the light beam. Therefore, the power receiving side iron core with respect to the power feeding
(第3実施形態)
この実施形態においては、第2実施形態における位置決め用の発光素子113に代えて、超音波発信器を用い、位置決め用の受光素子115に代えて、超音波受信器を用いている。この実施形態においても、第1および第2実施形態と同様に効率よく充電を行うことができる。
(Third embodiment)
In this embodiment, an ultrasonic transmitter is used instead of the positioning
1A 掃除ロボット、2 筐体、2a 底板、2b 天板、2c 側板、2d 蓋、3 回転ブラシ、4 サイドブラシ、5a,5b 駆動輪、6a,6b 回転軸、7 後輪、10 吸引路、11 吸込口、12 床面検知センサ、14 バッテリ、18 商用電源、20 集塵部、21 集塵ボックス、22 フィルタ、30 電動送風機、31 入力部、32,114 センサ制御ユニット、33 各種センサ、34 制御部、35 整流平滑回路、36 充電回路、37 整流回路、40 排気路、41 排気口、43 外殻筐体部用モータ、44,57,59,68,72 モータドライバ回路、51a,51b 走行モータ、52a,52b 減速ギア、58 ブラシ駆動モータ、60 中央筐体部、61 外殻筐体部、62 スラスト軸受け、63 ラック、64 ピニオン、69 送風モータ、70 サイドブラシ駆動モータ、101 充電台、102 整流平滑回路、103 赤外線送信部、104 インバータ、105 給電コイル、106 給電側鉄心、107 受電コイル、108 受電側鉄心、109 検出コイル、110 赤外線検知主センサ、111a,111b,111c 赤外線検知副センサ、112a,112b,112c 超音波測距センサ
1A cleaning robot, 2 housing, 2a bottom plate, 2b top plate, 2c side plate, 2d lid, 3 rotating brush, 4 side brush, 5a, 5b driving wheel, 6a, 6b rotating shaft, 7 rear wheel, 10 suction path, 11 Suction port, 12 Floor detection sensor, 14 Battery, 18 Commercial power supply, 20 Dust collection unit, 21 Dust collection box, 22 Filter, 30 Electric blower, 31 Input unit, 32,114 Sensor control unit, 33 Various sensors, 34
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