JP2018011621A - 自走式電気掃除機 - Google Patents

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Masaru Yano
将 矢野
剛一 長田
Koichi Osada
剛一 長田
山本 亘
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亘 山本
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Abstract

【課題】回転ブラシモータの冷却性を向上した電気掃除機を提供する。【解決手段】筒形状の回転ブラシと、回転ブラシを駆動する回転ブラシモータと、集塵ケースと、を有し、集塵ケースの流入口は、回転ブラシの周囲に配された自走式電気掃除機であって、回転ブラシモータは、回転ブラシ内部に収納されており、回転ブラシの外部、回転ブラシの内部、および流入口を通過する冷却風によって回転ブラシモータを冷却可能。【選択図】図4

Description

本発明は、自走式電気掃除機に関する。
電気掃除機のうち部屋を自律的に移動しながら掃除する自走式電気掃除機が知られている。自走式電気掃除機は、動力源として充電池を搭載し、主に前進しながらモータ駆動の回転ブラシを用いて塵埃を掻き込む。自走式電気掃除機は、搭載した充電池を動力源とするため、使用可能な電気容量に限界が存在する。そのため、電源コード付きの電気掃除機と比較して、電動送風機が発生できる吸引力は弱い。
特許文献1においては、塵埃の掻き込み能力の向上を目的としてモータ駆動の回転ブラシを2本備えた自走式電気掃除機が開示されている(特許請求の範囲参照)。
特開2012−245386号公報
特許文献1に記載される自走式電気掃除機は、モータ駆動の回転ブラシを2本備えるため床面との抵抗が大きい。このため、特許文献1に記載される自走式電気掃除機では、高トルクを発生するモータの採用、又は、モータの減速比の増大が必要である。また、大きなごみの回収には大径の回転ブラシが望ましいが、回転ブラシを大径にしようとすると、回転ブラシに接続させるモータの配置レイアウトの工夫や、モータの冷却性を向上させることが求められる。
上記事情に鑑みてなされた第1の本発明は、筒形状の回転ブラシと、該回転ブラシを駆動する回転ブラシモータと、集塵ケースと、を有し、前記集塵ケースの流入口は、前記回転ブラシの周囲に配された自走式電気掃除機であって、前記回転ブラシモータは、前記回転ブラシ内部に収納されており、前記回転ブラシの外部、前記回転ブラシの内部、および前記流入口を通過する冷却風によって前記回転ブラシモータを冷却可能なことを特徴とする。
また、上記事情に鑑みてなされた第2の本発明は、筒形状の回転ブラシと、該回転ブラシを駆動する回転ブラシモータと、集塵ケースと、を有し、前記集塵ケースの流入口は、前記回転ブラシの周囲に配された自走式電気掃除機であって、前記回転ブラシモータは、前記回転ブラシ内部に収納されており、前記回転ブラシは、該回転ブラシ内外を貫通する第1の冷却風流通部を底部に有し、該回転ブラシ内外を貫通する第2の冷却風流通部を側周に有することを特徴とする。
実施形態に係る自走式電気掃除機の斜視図である。 実施形態に係る自走式電気掃除機の上ケースを取り外した状態の斜視図である。 実施形態に係る自走式電気掃除機の底面図である。 実施形態に係る回転ブラシを径方向から観察した図である。 実施形態に係る回転ブラシモータの(a)側面断面図、(b)一部を透視した側面図である。 図1のA−A断面図である。 実施形態に係る自走式電気掃除機本体における集塵ケースの位置関係を示す分解模式図である。 実施形態に係る自走式電気掃除機の制御装置、及び制御装置に接続される機器を示す構成図である。
以下、本発明の実施形態について、適宜、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。同様の構成要素には同様の符号を付し、同様の説明は繰り返さない。
本実施形態は以下の内容に限定されるものではなく、本発明の趣旨の範囲内において適宜変更して実施可能である。
なお、自走式電気掃除機C(図1参照)が進行する向きのうち、主に進行する方向を前方、鉛直上向きを上方、駆動輪61が対向する方向を左方及び右方とする。すなわち図1等に示す様に前後、上下、左右を定義する。
図1は、本実施形態に係る自走式電気掃除機Cを左前方から見下ろした斜視図である。
自走式電気掃除機Cは、所定の掃除領域(例えば、室内)を自律的に移動しながら掃除する掃除機である。自走式電気掃除機Cは、上壁(及び一部の側壁)である上ケース91と、底壁(及び一部の側壁)である下ケース51(図2参照)と、前部に設置されるバンパ92と、を含んで構成される本体50を備える。上ケース91には、後記する集塵ケースKを出し入れするための蓋93が設けられている。
(本体50)
図2は、上ケース91を取り外した状態を左前方から見下ろした斜視図である。下ケース51は、走行モータ57、電動送風機81、制御装置95等を載置する筐体であり、その外形は薄型の円板状を呈している。
図3は、自走式電気掃除機Cの底面図である。下ケース51には、下方に露出可能な駆動輪61と、走行モータ57と、減速機構とを含んで構成される駆動機構を収容する2つの駆動機構収容部54と、サイドブラシ取付部82と、吸込部10を固定する孔部52と、排気口53と、充電池B(図4参照)を収納する電池収容部55(図4参照)とが形成されている。
平面視で略円板状を呈する下ケース51の左右両側に駆動機構収容部54が形成されている。又、平面視で円形を呈する下ケース51の中心付近であり、駆動機構収容部54に挟まれた位置に排気口53が複数形成されている。下ケース51の中心よりも前側には、電池収容部55が形成されている。電池収容部55の左右には、サイドブラシ40を取り付けるサイドブラシ取付部82が形成されている。下ケース51の中心よりも後側、つまり、排気口53、及び、駆動機構収容部54の後側に吸込部10が固定される孔部52が形成されている。
孔部52に固定される吸込部10は、吸引口17(図7参照)が形成されるとともに、掻取りブラシ1、及び回転ブラシモータ21を収容した回転ブラシ5、を収容する部材である。
(駆動輪61)
図3に示す様に、駆動輪61は、駆動輪61自体が回転することで本体50を前進、後退、旋回させることができる車輪である。駆動輪61は、左右両側に配置されている。
(支持機構)
図3に示す駆動機構収容部54に収容される支持機構は、駆動輪61を本体50に支持する機構である。支持機構は、駆動輪61を支持するアーム71を含む。
(前方蓋56)
図3に示す様に、前方蓋56は、下ケース51に形成された電池収容部55(図6参照)の開口を下ケース51の下面から塞ぐ略長方形板状の部材である。前方蓋56は、前部中央付近に係止爪56aを備え、後部左右両側にネジ孔を有する張出部56bを備える。前方蓋56は、係止爪56aと、ネジ孔に挿通されたネジとにより下ケース51に下方から固定される。また、前方蓋56は、下ケース51の中心側付近に補助輪83を取り付ける円形の補助輪取付部84を備える。さらに前方蓋56は、下ケース51に取り付けた状態において、サイドブラシ40の回転軸と、下ケース51の略中心位置とを結ぶ線上位置にガイドブラシ(L)45を固定する溝部を備える。ガイドブラシ(L)45(刷毛部材)は、この溝部に備わる。
(補助輪83)
図3に示す様に、補助輪83は、本体50を床面から所定高さで保ちつつ自走式電気掃除機Cを円滑に移動させるための補助的な車輪である。補助輪83は、本体50の移動に伴い床面との間で生じる摩擦力によって従動回転するように軸支されている。又、補助輪83は、向きが水平方向に360°回転自在に構成されている。なお、図3に示す補助輪83は、本体50の前方の左右方向の中央に設けられ、補助輪取付部84に取り付けられている。
(回転ブラシ5)
図4(a),(b)は、筒形状の回転ブラシ5を径方向から観察した図である。回転ブラシ5は水平方向に回転軸を有する略円筒形のブラシであり、本実施形態では駆動輪61の回転中心を通る軸(左右方向)に略並行に配置されている(図3参照)。回転ブラシ5は、長手方向(左右方向)にかけて、一端側から他端側まで連続して設けられている。回転ブラシ5は、吸込部10に回転可能に支持されており、回転ブラシ5の内部に収容された回転ブラシモータ21(図5参照)により、第一の回転方向に回転駆動する様になっている。回転ブラシの直径は、収容する回転ブラシモータ21に冷却風を送り易くしつつ、また、大きな塵埃も回収可能にすべく、例えば45mm以上にすることができる。
回転ブラシモータ21は、本体50の前進時に駆動輪61が回転する方向と同じ方向に回転ブラシ5は回転させることができる。本実施形態では、後進時に駆動輪61の回転方向が変わっても(反転しても)、回転ブラシ5の回転方向は、床面側が後から前に向かって動く第一の回転方向に維持できる。また、回転ブラシ5は、外周面から法線方向に突出する植毛5cを備えている。ここで、回転ブラシ5の植毛5cは、長さが異なる植毛、硬さが異なる植毛など複数種類の植毛を備え、各植毛が回転軸に対してらせん状に列をなす様に配設されていてもよい。
回転ブラシ5は、軸方向に略直交する底面の一方又は両方に、回転ブラシ5内外を貫通させる第1の冷却風流通部5iを有しており、さらに、径方向に略直交する側表面に、回転ブラシ5内外を貫通させる孔5h(図4(a)参照)や、スリット5s(図4(b)参照)といった第2の冷却風流通部を有している。第1の冷却風流通部5iは、回転ブラシ5を無底筒状にして内外を連通させることで設けさせても良いし、底部の一部に、側表面と同様に孔やスリットを設けることで実現しても良い。本実施形態では、第1の冷却風流通部5iは、回転ブラシ5の一方側の底部に設けられている。第2の冷却風流通部は、回転ブラシ5側表面に設けられていれば特に形状や個数、配置は制限されないが、植毛5cが設けられている領域外に少なくとも一部を設けると、冷却風の流通を円滑にできる。また、第2の冷却風流通部の一部又は全部は、軸方向について、後述する回転ブラシモータ21を挟んで第1の冷却風流通部5iと反対側に位置すると好ましい。
第2の冷却風流通部は、孔形状であれば、回転ブラシ5内部に塵埃が混入することを抑制し易く、スリット形状であれば、効果的に冷却風を流通させることができる。第2の冷却風流通部は、回転ブラシ5を軸方向から観察した際に、複数の方向に分けて設けられていると好ましい。このようにすると、回転ブラシ5の回転位置に拘らず、冷却風を後述する集塵ケースKに向けて排出できる。
図5(a)は、回転ブラシモータ21の側面断面図である。回転ブラシモータ21は、回転ブラシ5内周面に、自身の軸方向が回転ブラシ5の軸方向に略平行になるように取付けられている略円筒形状のモータである。回転ブラシモータ21は、回転ブラシ5の回転軸に対して、公知のギア等を介して接続させることができる。回転ブラシモータ21は、それ自身の内部に、又はその近傍に自冷ファン210を有している。自冷ファン210は、回転ブラシモータ21の円筒形状の電機子211を挟んで、第1の冷却風流通部5iの反対側に位置している。これにより、回転ブラシ5内に流入した冷却風を回転ブラシモータ21に案内し、さらに第2の冷却風流通部に向けて排出し易い。
図5(b)は、回転ブラシモータ21の一部を透視した側面図である。回転ブラシモータ21は、自冷ファン210より下流側に温度検知部212を有している。温度検知部212としては例えばサーミスタを採用できる。温度検知部212は、モータハウジング温度を検知し、制御装置95にその情報を送信できる。制御装置95は、温度検知部212の温度が所定値以上になったことを検出したら、回転ブラシモータ21への入力を低減させ、この所定値より低い温度になったことを検出したら、回転ブラシモータ21への入力を元に戻す又は低減させた値よりも大きい値にする。こうすることで、回転ブラシモータ21の過熱を抑制できる。
(風路)
図6は、図1のA−A断面図である。自走式電気掃除機Cは、回転ブラシ5を収納した吸込部10から下流側に向かって順に、集塵ケースK、集塵フィルタF、電動送風機81、及び、排気口53(図3参照)と空気が流通可能な流路を形成している。吸込部10は、吸引口17が形成されるとともに、回転ブラシ5、掻取りブラシ1、を収容する部材である(図3参照)。
床面から回収された塵埃は、電動送風機81によって生ずる空気流及び回転ブラシ5によって掻き上げられて、回転ブラシ5上後方の集塵ケースKの流入口K1から集塵ケースK内に進入し、集塵フィルタFで分離される。塵埃が分離した空気は排気口53から自走式電気掃除機C外部に排出される。
図3乃至図6に示すように、回転ブラシ5の第1の冷却風流通部5iから回転ブラシ5内に進入した空気流は、自冷ファン210、第2の冷却風流通部を通った後、集塵ケースKの流入口K1から集塵ケースK内に進入し、さらに自走式電気掃除機Cの底面に設けられた排気口53から自走式電気掃除機C外部に排出される。
(バンパ92)
図4は、図1のA−A線で切断した側断面図である。バンパ92は、外部から作用する押圧力に応じて前後方向で移動可能に設置されている。バンパ92は、左右一対のバンパばね(図示省略)によって前方向に付勢されている。バンパばねは、その先端がJ字状に湾曲しており、この湾曲箇所がバンパ92の内壁面に接している。バンパ92を介して障害物からの抗力がバンパばねに作用すると、バンパばねは変形し、バンパ92を前方向に付勢しつつバンパ92の後退を許容する。バンパ92が障害物から離れて前記した抗力がなくなると、バンパばねの付勢力によってバンパ92は元の位置に戻る。ちなみに、バンパ92の後退(つまり、障害物との接触)は、後記するセンサ類96(赤外線センサ)によって検知され、その検知結果が制御装置95(図14参照)に入力される。
(電池収容部55)
図4に示す様に、電池収容部55は、下ケース51に形成された内部に充電池Bを収容する空間であり、壁面で囲まれた下向きに開口を有して構成される。
(サイドブラシ40)
図3に示すサイドブラシ40は、略上下方向に回転軸を備えるブラシである。サイドブラシ40自体が回転駆動されることで、本体50よりも外側にある部屋の隅などの回転ブラシ5を届かせることが容易ではない場所の塵埃を吸込部10(吸引口17)に導くことができる。サイドブラシ40の一部は、平面視で本体50から露出している。サイドブラシ40は、平面視において120°間隔で放射状に延びる3束の刷毛を有し、吸込部10よりも前方において左右に配置されている。右側のサイドブラシ40は、その根元がサイドブラシホルダ41に固定されている。サイドブラシ40の植毛は、先端に向かうにつれて床面に近づくように傾斜しており、その先端付近は床面に接している。
サイドブラシホルダ41は、下ケース51の底面付近に設置され、サイドブラシモータ42に連結されている(図2参照)。サイドブラシモータ42が駆動することで、サイドブラシ40が内側に向けて(図3に付した矢印の方向に)回転し、左右のガイドブラシ(L)45の間に塵埃を掻き集めるようになっている。なお、左側のサイドブラシ40についても同様である。
(ガイドブラシL)
図3に示すガイドブラシ(L)45は、前方蓋56の溝部に固定された植毛である。サイドブラシ40の回転軸と、アーム(サスペンションアーム)71の斜辺(ガイドブラシ47の前端付近)とを結ぶ位置に配置される。ガイドブラシ(L)45は、サイドブラシ40が掻き集めた塵埃を左右のガイドブラシ(M)47の間に誘導し、吸込部10に導くブラシである。ガイドブラシ(L)45は、使用時において清掃対象(床面、絨毯)に接触する長さが好ましい。これにより、塵埃をガイドブラシ(L)45の間から逃さない様にすることができる。ガイドブラシ(L)45の植毛の材質や長さ等は、これらに限られることはなく、適宜選択可能である。
(ガイドブラシM)
図3に示すガイドブラシ(M)47は、アーム(サスペンションアーム)71の溝部に固定された植毛である。ガイドブラシ(M)47は、回転ブラシ収容部の側壁の延長線上の内側、かつ、駆動輪61と略平行な方向に並んで配置される。アーム(サスペンションアーム)71は、駆動輪61に対して左右方向の内側に、前後方向に沿った回動軸が位置し、駆動輪61を上下方向に回動させることが可能な部材である。
ガイドブラシ(M)47は、サイドブラシ40が掻き集めた塵埃を、ガイドブラシ(L)45を経て吸込部10に導くブラシである。ガイドブラシ(M)47は、使用時においてアーム71が上下動しても常に清掃対象に接触する長さが好ましい。ガイドブラシ(M)47の植毛の材質や長さ等は、これらに限られることはなく、適宜選択可能である。
(電動送風機81)
図6に示す電動送風機81は、回転駆動することで集塵ケースK内の空気を外部に排出して負圧を発生させ、床面から吸引口17(吸込部10)を介して塵埃を吸い込む機能を有している。電動送風機81の外周面には弾性体80が設置されている。このように弾性体を介在させることで、電動送風機81の振動が減衰して本体50に伝わりにくくなり、本体50の振動、騒音を低減できる。なお、図2に例示する様に、本実施形態では、電動送風機81は下ケース51の中心付近に配置されている。
図7は、本体50内における、吸込部10(吸引口17)と、集塵ケースKと、電動送風機81との位置関係を示す模式図である。図7に示す様に、吸引口17から下流側に向かって順に、集塵ケースK、集塵フィルタF、電動送風機81、及び、排気口53(図3参照)が設けられている。吸引口17付近には、床面上の塵埃を掻き込む回転ブラシ5が設けられている(図3参照)。電動送風機81及び回転ブラシモータ21が駆動すると、床面等の塵埃は吸引口17(吸込部10)を介して吸引され、回転ブラシ5(図3参照)によって掻き込まれる。この塵埃は、流入口K1を介して集塵ケースKに導かれる。集塵フィルタFで塵埃が取り除かれた空気は、排気口53(図3参照)を介して本体50から排出される。なお、集塵ケースKは、上ケース91に設けられた蓋93(図1参照)を開けることで着脱可能である。
(センサ類)
図8は、自走式電気掃除機の制御装置95、及び制御装置95に接続される機器を示す概略構成図である。バンパセンサ(障害物検知手段)は、バンパ92の後退(つまり、障害物との接触)を検知する赤外線センサである。図4に示すように、本体50の前方に赤外線センサを備える。例えば、バンパ92に障害物が接触した場合、センサ光(の反射光)の受光時間が短くなる。この受光時間の変化に応じた検知信号が制御装置95に出力される。
測距センサ(障害物検知手段)は、障害物までの距離を検出する赤外線センサである。本実施形態では、正面3箇所と側面2箇所の計5か所に測距センサを設けた。
測距センサは、赤外線を発光させる発光部(図示せず)と、赤外線が障害物で反射して戻ってくる反射光を受光する受光部(図示せず)と、を有している。この受光部によって検出される反射光の強さに基づいて、障害物までの距離が算出される。なお、バンパ92のうち少なくとも測距センサの近傍は、赤外線を透過させる樹脂又はガラスで形成されている。
ちなみに、測距センサとして他の種類のセンサ(例えば、超音波センサ、可視光センサ)を用いてもよい。また、測距センサのいくつかを障害物の有無のみを判定するセンサ(設定された距離以内に障害物が存在するかを判定)とし、コスト低減を図ることも可能である。
床面用測距センサ(障害物検知手段)は、床面までの距離を計測する赤外線センサであり、下ケース51の下面前後左右4か所に設置されている(図3参照)。床面用測距センサによって階段等の大きな段差を検知することで、自走式電気掃除機Cの(階段などからの)落下を抑制できる。例えば、床面用測距センサによって前方に30mm程度の段差が検知された場合、制御装置95は走行モータを制御して本体50を後退させ、進行方向を転換させる。ここで、床面用測距センサのいくつか、例えば使用頻度の少ない後部のセンサは段差の有無のみ(設定された距離以上の段差が存在するか)を判定するセンサとし、コスト低減を図ることも可能である。
走行モータ電流計測器は、走行モータの電機子巻線に流れる電流を計測する計測器である。同様に、電動送風機用電流計測器は電動送風機81の電流値を計測し、回転ブラシモータ用電流計測器は回転ブラシモータ21の電流値を計測する。2つのサイドブラシモータ用電流計測器はサイドブラシモータ42の電流値を計測する。それぞれの電流計測器は、計測した電流値を制御装置95に出力する。これにより、例えば回転ブラシに異物が絡まり回転が停止した異常を検知でき、表示パネル(図示省略)によりユーザに報知できる。
(集塵ケースK)
集塵ケースKは、床面から吸引口17(吸込部10)を介して吸いこまれた塵埃を回収する容器である。集塵ケースKは、回収した塵埃を収容する本体と、回収した塵埃を取出し可能とする蓋K2と、折り畳み可能な取っ手K3とを備える。集塵ケース本体は、下面が吸込部10の上部の形状に対応するように構成される形状であり、吸引口17に対向する位置には吸引口17に対応する形状の流入口K1を備え、全体として略直方体形状である。蓋K2は、電動送風機の吸引口に対向し、集塵フィルタFを備える。取っ手は、本体の上部に備わる。
1 掻取りブラシ
2 植毛
4 回転軸
5 回転ブラシ
5c 植毛
5i 第1の冷却風流通部
5h 孔(第2の冷却風流通部)
5s スリット(第2の冷却風流通部)
10 吸込部
17 吸引口
21 回転ブラシモータ
210 自冷ファン
211 電機子
212 温度検知部
22 動力伝達機構
40 サイドブラシ
41 サイドブラシホルダ
42 サイドブラシモータ
45 ガイドブラシ(L)
47 ガイドブラシ(M)
49 ガイドブラシ(S)
50 本体
51 下ケース
52 孔部
53 排気口
54 駆動機構収容部
55 電池収容部
56 前方蓋
56a 係止爪
56b 張出部
61 駆動輪
70 支持機構
71 アーム(サスペンション)
81 電動送風機
82 サイドブラシ取付部
83 補助輪
84 補助輪取付部
91 上ケース
92 バンパ
93 蓋
95 制御装置
96 センサ類(障害物検知手段)
97 操作ボタン
C 自走式電気掃除機
K 集塵ケース
K1 流入口
F 集塵フィルタ
B 充電池
M1 掃除面

Claims (5)

  1. 筒形状の回転ブラシと、
    該回転ブラシを駆動する回転ブラシモータと、
    集塵ケースと、を有し、
    前記集塵ケースの流入口は、前記回転ブラシの周囲に配された自走式電気掃除機であって、
    前記回転ブラシモータは、前記回転ブラシ内部に収納されており、
    前記回転ブラシの外部、前記回転ブラシの内部、および前記流入口を通過する冷却風によって前記回転ブラシモータを冷却可能なことを特徴とする自走式電気掃除機。
  2. 筒形状の回転ブラシと、
    該回転ブラシを駆動する回転ブラシモータと、
    集塵ケースと、を有し、
    前記集塵ケースの流入口は、前記回転ブラシの周囲に配された自走式電気掃除機であって、
    前記回転ブラシモータは、前記回転ブラシ内部に収納されており、
    前記回転ブラシは、
    該回転ブラシ内外を貫通する第1の冷却風流通部を底部に有し、
    該回転ブラシ内外を貫通する第2の冷却風流通部を側周に有することを特徴とする自走式電気掃除機。
  3. 前記回転ブラシモータは、自冷ファンを有していることを特徴とする請求項1又は2に記載の自走式電気掃除機。
  4. 前記回転ブラシモータの軸方向と、前記回転ブラシの軸方向とは、略平行であり、
    前記回転ブラシモータは、略円筒形状の電機子を有し、
    前記自冷ファンは、前記電機子を挟んで、前記第1の冷却風流通部の反対側に位置していることを特徴とする請求項1乃至3何れか一項に記載の自走式電気掃除機。
  5. 前記回転ブラシモータの温度を検知する温度検知部を有し、
    前記回転ブラシモータの温度が高温であると検知した場合、前記回転ブラシの回転速度を低下させ、
    前記回転ブラシモータの温度が、その後低下した場合、前記回転ブラシの回転速度を増加させることを特徴とする請求項1乃至4何れか一項に記載の自走式電気掃除機。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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