KR200433967Y1 - 외장형 배터리를 갖는 로봇 청소기 - Google Patents

Abstract

본 고안은 로봇 청소기의 배터리 결합구조에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 배터리를 외부에서 간편하게 탈부착할 수 있도록 구성한 배터리 결합구조를 제시하기 위한 것으로 자주식 무선 로봇 청소기에 있어서, 본체의 일부 면에 배터리장착부를 개방된 구조로 형성하고, 배터리는 상기 개방된 배터리장착부로 노출되는 부분이 본체의 외 표면을 구성하도록 색, 면 및 선형이 본체와 연속되는 한 면 이상의 외피를 포함하는 케이스에 따로 내장되는 구조의 외장형 배터리로 이루어지는 것을 특징으로 하는 외장형 배터리를 적용한 자주식 무선 로봇 청소기를 제시한다.

로봇 청소기, 자주식 로봇청소기, 충전스테이션, 외장형 배터리

Description

외장형 배터리를 갖는 로봇 청소기{ROBOT CLEANER USING EXTERIOR BATTERY}

도 1은 본 고안의 기본 실시 예도

도 2는 본 고안에 의한 배터리의 실시 예도

도 3은 본 고안에 적용한 자석식 탈착구조의 실시 예도

도 4는 도 3의 탈착구조를 충전스테이션에 적용한 실시 예도
도 5는 본 고안에 병렬로 보조 배터리를 결합한 실시 예도
도 6은 본 고안에 배터리를 충전시키는 다른 실시 예도
도 7은 본 고안의 배터리 구조를 도시화한 예도.

*. 주요부호의 설명

10. 본체 20. 이동바퀴 30.흡입구

40. 배터리장착부 50.배터리 51.충전요소

52.케이스 53. 노출부분 54. 내부접지단자

55. 외부접지단자 60. 탈착구조

61. 락커 62. 영구자석 63. 전자석 64.스위치

65. 볼 66.볼홈 67. 돌기

70. 배터리접지단자 80. 보조배터리

본 고안은 로봇 청소기의 배터리 결합구조에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 배터리를 외부에서 간편하게 탈부착할 수 있도록 구성한 배터리 결합구조에 관한 것이다.

최근 많은 종류의 유무선 자주식 청소기(이하, "로봇청소기"라 함)들이 제시되고 있다. 그중 무선으로 움직이는 자체 충전 배터리를 갖는 로봇 청소기는 흡입력이 강한 모터와 이동용 바퀴의 구동을 위해 많은 소비전력이 필요하며, 이를 위해 짧은 시간에 충분한 전력을 충전할 수 있고 긴 사용시간을 갖는 로봇청소기 개발이 핵심 과제가 되고 있다.

긴 사용시간을 위해서 대용량 배터리를 사용하고 있으나 상대적으로 충전시간이 길어지는 단점이 있다. 충전 시간을 줄이기 위해서는 충전기 구성이 복잡해지고 고가의 소재를 사용하여야 함으로 배터리 가격이 높아지는 문제가 있고, 그러한 종류의 배터리에 의해서도 청소기를 구동하기 위한 높은 소비 전력을 감당하는 것이 용이하지 않는 문제가 있다.

한편, 일반적인 로봇청소기의 배터리는 본체 내부에 내장된 충전 배터리(즉, 내장형 배터리)를 사용하고 있다. 이것은 배터리가 본체를 구성하는 외피 소재에 가려지도록 청소기 내부에 설치함으로써 그 자체는 외피와 색을 맞추거나 면을 맞출 필요 없이 구성된 배터리로서 정상 가동시의 하부면을 통해 접근하거나 또는 배터리 장착 공간을 위한 배터리와 별개의 덮개를 포함하는 구조로 이루어져 있어 배터리 교환시에는 덮개를 고정하는 나사를 풀고 덮개를 열어 교환하여야 한다. 이러 한 구조는 충전을 위한 단자가 외부로 노출되어 외부에서 파워코드를 연결하여 충전하는 수동 충전 방식으로 구성되거나 맵핑 기술이나 센서감지 방식 등을 적용하여 배터리의 전력이 어느 정도 소비된 경우에 자동으로 충전스테이션(충전대)을 찾아가 충전스테이션에 형성된 충전단자와 접촉함으로써 자동충전이 이루어지도록 구성된다.

수동충전 방식의 로봇청소기는 구성이 간단하여 값싸게 구성할 수 있는 장점이 있으나 배터리가 소모된 경우에 수동으로 다시 충전하여 주어야 하는 단점이 있고, 자동 충전구조는 충전스테이션(충전대)을 찾아갈 수 있도록 하는 맵핑 기술과 센서에 의한 위치 확인 구조 등이 포함되고, 충전스테이션에서의 도킹구조 등에 의해 매우 복잡해지고 비용이 추가되는 단점이 있다.

또한, 수동 충전구조나 자동 충전구조 모두 충전에 소요되는 시간이 길고, 충전 시간 동안 청소작업이 불가능한 단점이 있다.

기존의 로봇청소기의 충전시스템과 관련된 또 다른 문제점은 기존의 배터리 충전은 배터리를 로봇청소기에 장착한 상태에서 로봇청소기 본체에 형성한 커넥터에 어댑터의 연결잭을 연결하고, 연결잭을 통하여 인가된 직류전원은 본체 내부에 설치된 배터리보호회로를 통하여 배터리단자에 접속하여 배터리의 충전이 이루어지도록 구성됨으로써 배터리만 분리하여 충전할 수 있는 배터리전용 충전스테이션을 구비하지 않은 경우에 배터리의 충전을 위해서 반드시 로봇청소기의 본체에 배터리를 장착한 상태로 충전하여야 하는 불편이 있었다.

본 고안은 이와 같은 문제점을 해소하기 위하여 대부분 나사를 풀어 교체하게 되어 있는 충전 배터리를 본체의 상부면 또는 측면으로 그 착탈부를 형성하여 손쉽게 배터리 교환을 할 수 있도록 외장화함으로써 전원을 켜고 끄는 정도의 노력만으로도 배터리 교환이 가능하도록 구성하고, 여분의 배터리를 사용하여 가동시간 중에 충전 스테이션에서 여분의 배터리의 충전이 동시에 이루어지게 함으로써 충전을 위한 긴 시간의 손실을 줄이고 값비싼 고효율 배터리를 사용하지 않고서도 경제적으로 로봇 구동에 필요한 전력을 구성할 수 있도록 할 목적으로 안출된 것이다.

또한 이후 배터리 자체의 성능약화로 인한 고장이나 오작동을 사용자가 직접 수정할 수 있도록 하고 여분의 배터리를 교대로 활용케 함으로써 배터리의 조기 기능 약화를 방지하고, 상기한 배터리는 2개의 배터리를 병렬로 연결한 구조로 하여 배터리 교환시 전원의 꺼짐을 방지할 수 있도록 할 목적을 갖는다.

또한 본 고안은 본체를 통하지 않고도 배터리자체의 커넥터를 이용한 충전이 가능하도록 하여 로봇청소기를 구동하면서 여분의 배터리를 간편하게 충전할 수 있도록 할 목적을 갖는다.

이를 위하여 본 고안은 본체의 일부 면에 배터리장착부를 개방된 구조로 형성하고, 배터리는 상기 개방된 배터리장착부로 노출되는 부분이 본체의 외 표면을 구성하도록 색, 면 및 선형이 본체와 연속되는 한 면 이상의 외피를 포함하는 케이스에 따로 내장되는 구조의 외장형 배터리로 이루어지는 것을 특징으로 하는 외장형 배터리를 갖는 로봇 청소기를 제시한다.

상기한 배터리의 케이스는 본체에 대하여 간단하게 결합되고 분리될 수 있도록 탈착구조를 갖고, 케이스에 내장된 배터리는 본체의 전원접지전극에 연결되는 내부접지단자와 본체에 장착 또는 분리된 상태에서 충전스테이션에 연결하기 위한 외부 접지단자를 포함하는 외장형 배터리로 구성된다.

또한, 본 고안은 상기한 외장형 배터리와 동일한 구성의 보조배터리를 병렬로 설치한 구성을 갖고, 배터리 자체에 어댑터연결잭을 결합하기 위한 커넥터를 형성하고 배터리 내에 배터리보호회로가 포함되도록 한 구성을 갖는다.

이하 첨부된 도면에 의한 실시 예에 의해 본 고안을 상세히 설명한다.

도 1 및 도 2는 실시 예를 통하여 본 고안을 설명하기 위한 것으로, 로봇청소기는 본체(10) 하부에 이동바퀴(20) 및 내부 집진실(도시되지 않았음)에 연결되는 흡입구(30)가 포함된 구조를 갖는다.

상기 본체는 다양한 형태로 디자인될 수 있는 것으로 도시된 실시 예는 침대 밑과 같은 좁은 공간의 출입이 가능하고 장애물에 대한 충격 흡수가 용이하도록 반구형 구조에 본 고안을 적용한 것이다.

본 고안은 상기한 본체의 일부 면에 배터리장착부(40)를 개방된 구조로 형성하고, 배터리(50)는 상기 개방된 배터리장착부(40)에 결합되는 구조를 갖는다.

배터리장착부(40)는 본체 내에 형성한 홈 형태로써 본체의 상부면, 측면 또는 하부면에 형성될 수 있고, 상기 홈에는 배터리 탈착을 위한 탈착구조(60)가 포 함된다.

배터리(50)는 충전요소(51)가 케이스(52)에 감싸지는 구조로 이루어지고, 상기 배터리장착부에 장착된 상태에서 노출되는 노출부분(53)이 본체의 외 표면을 구성하도록 색, 면 및 선형이 본체와 연속되는 한 면 이상의 외피를 포함하는 케이스에 충전요소가 내장되는 구조의 외장형 배터리로 이루어진다.

상기 외장형배터리의 외표면(즉, 배터리장착부에 장착된 상태에서 노출되는 부분)은 본체를 구성하는 색, 면 및 선형에서 연속성을 갖는 구조로 이루어져 배터리를 분리한 상태에서는 본체에 배터리장착부가 노출되는 구조를 가지나 배터리를 결합한 상태에서는 배터리케이스의 외 표면만 본체로부터 노출되고 본체에 합체되어 본체와 동일성을 갖는다.

상기한 케이스의 외표면은 본체의 상부면에 배터리장착부를 형성한 경우에는 본체의 상부면 형상과 연속된 형상으로 이루어지고, 본체의 측면에 배터리장착부를 형성한 경우에는 본체의 측면 형상과 연속된 형상으로 이루어지며, 본체의 하부면에 배터리장착부를 형성한 경우에는 본체의 하부면 형상과 연속된 형상으로 이루어진다.

본체에 형성된 배터리장착부와 상기한 외장형배터리의 탈착과 탈착 후 고정을 위한 탈착구조(60)는 다양하게 형성될 수 있다.

도 1 및 2는 배터리의 접지단자에 탄성요소가 포함되게 하여 배터리를 배터리 장착부에 결합할 때 어느 정도 압력을 가한 상태에서 접지단자의 접속이 이루어지고, 탄성요소에 의한 배터리의 탈출압력은 본체 외 표면부에 형성한 락 커(Locker; 61)에 의해 제한되는 구조로 탈착구조를 구성한 실시 예를 도시한 것이다.

도 3은 탈착구조의 다른 실시 예로서 본체의 배터리접지단자(70)에 접속되는 배터리의 내부접지단자(54)에 각기 N극 및 S극을 갖는 영구자석(62)을 형성하고, 본체 또는 충전스테이션의 배터리장착부의 배터리접지단자(70)에 상기 배터리의 N극 및 S극에 접하는 전자석(63)을 설치하여 본체 또는 충전스테이션의 결합시에 영구자석과 전자석의 철심코어와의 부착력에 의해 접지가 이루어져 로봇청소기의 구동 또는 충전이 이루어지고, 배터리의 분리시에는 본체 또는 충전스테이션에 부가한 스위치(64)에 의해 전자석이 작동하도록 구성하여 스위치를 누르면 상기 전자석에 전기가 인가되어 배터리를 밀어내는 방향으로 자력이 발생함으로써 배터리 분리가 이루어지는 구조를 갖는다.

도 4는 상기한 탈착구조를 충전스테이션(100)에 적용한 구조를 도시한 것이며, 이 경우에 충전이 완료된 후 자동으로 전자석에 전원이 인가되어 배터리를 분리하도록 프로그램할 수 있다.

또한, 배터리가 결합된 상태 또는 분리된 상태를 유지할 수 있도록 본체의 배터리장착부(40) 내측면에 스프링의 탄발력을 받는 볼(65)과 상기 볼의 하부에 위치하며 돌출된 형태의 돌기(67)가 형성되며, 상기 배터리장착부에 결합되는 배터리 케이스에는 상기 볼(65)과 돌기(67)에 대응하는 부위에 상하로 2개의 상하부 볼홈(66)이 형성되는 구조로 이루어지며, 이와 같은 구조에 의해 자력에 의한 배터리 결합시에 상기 상부 볼홈에 볼(65)이 물린 상태에서 결합상태가 유지되고, 전자석에 의해 분리된 후에는 하부 볼홈에 볼(65)이 물림으로써 배터리 하부면이 돌기(67)에 걸림된 상태로 배터리(50)가 돌출되도록 유지되어 재결합이 방지되는 구조로 실시할 수 있다. 상기 구조는 볼홈과 돌기의 멈춤작용에 의해 안정된 결합이 유지되고, 분리된 상태에서는 케이스 표면이 본체로부터 어느 정도 돌출되도록 함으로써 배터리를 들어내기 용이하게 작용한다.

상기한 탈착구조는 배터리를 배터리장착부에 밀어 넣으면 영구자석에 의한 자력에 의해 접지단자가 연결됨으로써 로봇청소기의 구동에 필요한 전력이 공급되거나 충전스테이션에 의한 충전이 이루어지고, 완충시 또는 스위치를 누르는 간단한 동작에 의해 전자석이 배터리에 형성된 영구자석을 밀어내는 방향으로 작용함으로써 배터리의 분리가 이루어진다.

상기한 탈착구조 이외에 일반적으로 알려져 있는 바와 같은 수직으로 삽입한 후 라커(Locker)로 고정하는 구조 또는 수평방향으로 밀어 넣은 후 라커로 고정하는 구조 등 다양한 구조로 실시할 수 있다.

상기한 배터리의 케이스에 내장된 충전요소는 본체의 전원접속접점에 연결되는 내부접지단자와 본체에 장착 또는 분리된 상태에서 충전스테이션에 연결하기 위한 외부접지단(55)가 포함되는 구조를 갖는다.

상기한 외부접지단자(55)는 본체에 배터리를 장착한 상태에서 외부로 노출되는 구조를 가지며, 상기 노출된 외부접지단자는 충전스테이션의 접지단자에 연결됨으로써 본체에 결합된 상태에서 충전이 이루어질 수 있도록 구성된다.

도 5은 본 고안의 다른 실시 예로써 상기한 외장형 배터리(50)와 병렬로 보조배터리(80)를 설치한 구성을 갖는다.

상기한 보조배터리(80)는 외장형 배터리와 동일 구성을 갖는 것으로 충전요소가 케이스에 감싸지는 구조로 이루어지고, 상기 배터리장착부에 장착된 상태에서 노출되는 부분이 본체의 외 표면을 구성하도록 색, 면 및 선형이 본체와 연속되는 한 면 이상의 외피를 포함하는 케이스에 충전요소가 내장되는 구조의 외장형 배터리로 이루어진다. 또한, 외장형배터리의 외표면은 본체를 구성하는 색, 면 및 선형에서 연속성을 갖는 구조로 이루어져 배터리를 분리한 상태에서는 본체에 배터리장착부가 노출되는 구조를 가지나 배터리를 결합한 상태에서는 배터리케이스의 외 표면만 본체로부터 노출되고 본체에 합체되어 본체와 동일성을 갖고, 각기 본체와의 결합을 위한 탈착구조를 갖고, 본체의 접지단자와 맞춤되는 본체에 장착된 상태에서 충전스테이션과 연결을 위한 외부접지단자가 형성되는 구조를 갖는다.

상기한 보조배터리는 어느 하나의 배터리 교환시 나머지 하나는 본체에 그대로 남아 있도록 하여 진행중인 청소에 관련된 맵핑 정보 등이 초기화되지 않고 계속 관리되도록 작용함으로써 효율적인 청소작업이 이루어질 수 있도록 작용한다. 또한, 보조배터리는 고가의 고용량 배터리를 사용하지 않더라도 청소로봇의 구동시간을 연장할 수 있는 효과를 제공하고, 1개를 충전스테이션에서 충전하는 동안 나머지 한 개의 배터리에 의해 계속 청소작업이 가능하게 하는 이점을 제공한다.

도 6은 본 고안의 또 다른 실시 예로서 배터리(50) 자체에 어댑터연결잭(91)을 결합하기 위한 커넥터(56)를 형성하고 배터리 내에는 도 7에 도시된 바와 같이 배터리보호회로(57)가 포함되도록 하여 내부 배터리(51)을 보호하는 구성을 갖는다.

이상의 구성에 의한 본 고안은 외장형 배터리 구조에 의해 배터리의 탈부착에 의한 교환이 용이하고, 충전스테이션에 의한 충전이 용이하게 이루어지며, 여분의 배터리를 사용함으로써 충전을 위한 대기시간을 혁신적으로 줄이고 배터리의 성능 감소(메모리 현상)를 방지할 수 있다.

또한, 본 고안은 청소기 부품 중 가격 비중이 큰 배터리 소재 및 충전 방식에서 비용을 절감하고, 특히 자석 구조의 탈착구조는 배터리의 탈착과 교환이 매우 간단하고 안정적인 고정이 가능하며, 배터리 자동 교환구조에서도 효과적으로 적용할 수 있는 이점을 제공한다.

또한, 본 고안에 의해 보조배터리는 배터리 교환시의 청소 정보에 대한 초기화를 방지하여 효과적인 청소작업을 효과적으로 제어할 수 있고, 고가의 고용량 배터리를 사용하지 않더라도 청소로봇의 구동시간을 연장하고, 1개를 충전스테이션에서 충전하는 동안 나머지 한 개의 배터리에 의해 계속 청소작업이 가능하게 하는 이점을 제공한다.

Claims (6)

1. 자주식 무선 로봇 청소기에 있어서, 본체의 일부 면에 배터리장착부를 개방된 구조로 형성하고, 배터리는 상기 개방된 배터리장착부로 노출되는 부분이 본체의 외 표면을 구성하도록 색, 면 및 선형이 본체와 연속되는 한 면 이상의 외피를 포함하는 케이스에 따로 내장되는 구조의 외장형 배터리로 이루어지는 것을 특징으로 하는 외장형 배터리를 적용한 자주식 무선 로봇 청소기.
2. 제1항에 있어서, 상기 배터리는 케이스 내에 형성한 충전요소와 상기 충전요소에 연결된 내부접지단자와 케이스의 외 표면에 연장된 외부접점을 포함하는 것을 특징으로 하는 외장형 배터리를 적용한 자주식 무선 로봇 청소기.
3. 제1항에 있어서, 상기 본체의 배터리접점에 접속되는 배터리의 내부접점에 각기 N극 및 S극을 갖는 영구자석을 형성하고, 본체 배터리장착부의 배터리접점에 상기 배터리의 N극 및 S극에 접하는 전자석을 설치하여 본체의 결합시에 영구자석과 전자석의 철심코어와의 부착력에 의해 접점이 이루어지고, 배터리의 분리시에는 본체에 부가한 스위치에 의해 전자석이 작동하여 배터리를 밀어내는 구조를 갖는 탈착구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 외장형 배터리를 적용한 자주식 무선 로봇 청소기.
4. 제3항에 있어서, 상기 본체의 배터리장착부 내측면에 스프링의 탄발력을 받는 볼과 상기 볼 하부에 위치하며 돌출된 형태의 돌기가 형성되고, 상기 배터리장착부에 결합되는 배터리 케이스에는 배터리 결합시에 상기 볼과 돌기에 대응하는 부위에 상하로 볼홈이 형성되는 구조로 이루어져, 자력에 의한 배터리 결합시에는 상기 상부 볼홈에 볼이 맞물려 있는 상태에서 결합상태가 유지되고, 전자석에 의해 분리된 후에는 상기 하부 볼홈에 볼이 물림으로써 하부면이 돌기에 걸림된 상태로 배터리가 돌출되도록 유지되어 배터리가 재결합하는 것을 방지하는 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 외장형 배터리를 적용한 자주식 무선 로봇 청소기.
5. 제1항에 있어서, 상기 배터리 충전을 위한 충전스테이션이 구비되고, 상기 충전 스테이션은 충전스테이션의 배터리접점에 접속되는 배터리 내부접점에 각기 N극 및 S극을 갖는 영구자석을 형성하고, 충전스테이션의 배터리접점에 상기 배터리의 N극 및 S극에 접하는 전자석을 설치하여 충전스테이션의 결합시에 영구자석과 전자석의 철심코어와의 부착력에 의해 접점이 이루어지고, 배터리의 완충시에는 충전스테이션의 전자석이 작동하여 배터리를 밀어내는 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 외장형 배터리를 적용한 자주식 무선 로봇 청소기.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 외장형 배터리에 병렬로 보조배터리를 결합한 구조를 특징으로 하는 외장형 배터리를 적용한 자주식 무선 로봇 청소기.

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