KR20160003656A - 파워 콘트롤을 갖는 진공 청소기 교반기의 청소기 - Google Patents

파워 콘트롤을 갖는 진공 청소기 교반기의 청소기 Download PDF

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Abstract

교반기, 교반기를 회전시키도록 구성된 전기 모터, 전력원 및 교반기 청소기를 갖는 진공 청소기 교반기 시스템이 제공된다. 교반기 청소기는, 교반기 청소기가 교반기로부터 이격되는 제 1 위치와 교반기가 회전되면서 이물질을 제거하기 위해서 교반기 청소기가 교반기와 맞물림하는 제 2 위치 사이에서 이동한다. 이 시스템은 또한 청소기가 제 2 위치에 있을 때를 나타내도록 구성된 검출기를 갖는다. 드라이브 제어 시스템은 전기 모터, 전력원 및 교반기 청소 검출기를 연결한다. 드라이브 제어 시스템은, 제 1 전력 레벨에서 전기 모터를 구동하도록 제 1 드라이브 모드, 및 제 1 전력 레벨보다 큰 제 2 전력 레벨에서 전기 모터를 구동하도록 청소기가 제 2 위치에 있다는 검출기로부터의 표시(indication)를 수신하자마자 구동되는 제 2 드라이브 모드를 포함한다.

Description

파워 콘트롤을 갖는 진공 청소기 교반기의 청소기 {VACUUM CLEANER AGITATOR CLEANER WITH POWER CONTROL}
관련 출원에 대한 교차 참조
본 출원은 2013년 3월 15일자로 출원된 발명의 명칭이 "파워 콘트롤을 갖는 진공 청소기 교반기의 청소기(VACUUM CLEANER AGITATOR CLEANER WITH POWER CONTROL)"인 미국 특허 출원 제 13/835,691호에 관한 것이며 이 출원의 이익을 주장하며, 그 내용들은 그 전체가 인용에 의해 그리고 모든 목적들을 위해서 본원에 포함된다.
기술분야
본 발명은, 일반적으로 청소 디바이스들에 관한 것이며, 보다 구체적으로는, 교반기로부터 먼지(dirt) 및 이물질(debris)을 제거하는 특징들을 갖는 청소 디바이스 교반기들에 관한 것이다.
카펫들, 덮개(upholstery) 및 아무것도 없는 바닥(bare floor)들과 같은 표면들을 청소하기 위해서 교반기들을 사용하는 청소 디바이스들이 당 분야에 주지되어 있다. 이러한 교반기들은 다양한 방식들로 기능할 수 있으며 다양한 형태들을 나타낼 수 있다. 교반기의 전형적인 일 실시예는, 그의 길이 방향 축 둘레를 회전하며 회전함에 따라 표면을 교반하는 하나 또는 그 초과의 특징들을 갖는 튜브 또는 샤프트이다. 이러한 특징들은, 전형적으로 하나 또는 그 초과의 강모 다발(bristle tuft)들, 가요성 플랩(flexible flap)들, 범프(bump)들 등을 포함한다. 이들은, 보편적으로 "브러시롤(brushroll)들"로서 언급되지만, 다른 용어들이 이들을 설명하기 위해서 사용되고 있다. 교반기는 표면으로부터 먼지를 이동시키거나 제거(dislodge)하여, 청소 디바이스에 의한 수집을 용이하게 한다. 교반기들은 진공 청소기들, 스위퍼(sweep)들, 습식 익스트랙터들, 로봇 청소기들 등을 포함하는 다양한 청소 디바이스들에서 유용하다. 스위퍼에서, 교반기는 전형적으로 먼지를 리셉터클 내로 직접 이동시키거나 뿜는다(throw). 진공 청소기 또는 유사한 디바이스에서, 먼지는 청소 디바이스 내에서 진공에 의해 발생된 기류에서 동반될 수 있으며, 이에 의해 필터 백, 사이클론 세퍼레이터 또는 진공 청소기의 다른 종류의 집진 디바이스로 이송될 수 있다. 인용에 의해 본원에 포함되는 미국특허 제 4,372,004호는, 이러한 교반기의 일례를 제공한다.
진공 청소기들, 플로어 스위퍼들 등에 사용된 회전하는 교반기들은 교반기 상의 다양한 종류의 먼지 및 이물질의 상당량을 자체로 수집할 수 있음이 공지되어 있다. 예컨대, 이물질은 인간 및 동물 털들, 끈(string)들, 실(thread)들, 카펫 섬유들 및 교반기를 감싸거나 다른 방식으로 달라붙는(cling) 다른 기다란 섬유들을 포함할 수 있다. 또한, 축적된 이물질은 다양한 방식들로 교반기의 성능을 감소시킬 수 있음이 공지되어 있다. 예컨대, 이물질은 교반 강모(agitating bristle)를 덮을 수 있으며 표면을 교반하는 교반기의 능력을 축소시킬 수 있다. 게다가, 교반기 상의 이물질은 액슬을 감쌈으로써 또는 청소 헤드에 의한 추가 마찰을 발생시킴으로써 교반기의 회전을 방해할 수 있다. 제거되지 않는다면, 이러한 이물질은 또한 교반기의 단부들에 축적될 수 있거나 단부들로 이동하고 베어링 영역들로 진입할 수 있으며, 이 영역에서 묶임(binding)을 유발하여 베어링 윤활을 제거하고, 그렇지 않다면 높은 마찰, 과도한 열, 또는 베어링들 또는 장착 구조를 파괴할 수 있는 다른 원치않는 조건들을 발생시킬 수 있다. 게다가, 교반기 상에 수집된 이물질은 교반기가 회전할 때 사운드 및/또는 진동들을 유발할 수 있는 교반기 내의 불균형을 형성할 수 있다.
교반기 상에 수집된 이물질은 종종 제거가 어려운데, 이는 이물질이 교반기에 꼭 끼게 감싸져 강모와 뒤얽히기(intertwined) 때문이다. 청소 디바이스의 사용자들은, 종종 이 디바이스를 뒤집어(invert), 칼들, 가위들 또는 다른 기구(implement)들과 같은 수동 도구(tool)들을 사용하여 이물질을 제거해야 한다. 수동 제거는 비위생적(unsanitary)이며, 시간을 소모할 수 있으며, 사용자가 진공을 비활성화하기 위해서 지시들을 따르는 것에 실패한다면, 사용자가 움직이는 교반기와의 접촉에 노출될 수 있다.
일부 공지된 디바이스들은 사용중 교반기를 감싸게 될 수 있는 기다란 섬유들, 이를테면 끈 및 털을 제거하는 것을 용이하게 하는 기구들 및 특징들을 사용한다. 예컨대, 일부 교반기들에는 섬유를 수동으로 절단하기 위해서 한 벌(a pair)의 가위들 또는 나이프 블레이드에 의한 접근을 허용하는 일체형 그루브들이 제공된다. 다른 청소 디바이스들이 섬유들을 제거하는 시도에 대해 빗(comb) 형상 기구들을 사용한다. 일례가 미국특허 제 2,960,714호에서 도시되어 있으며, 이는 인용에 의해 본원에 포함된다.
또다른 디바이스들, 이를테면 2009년 3월 17일자로 출원된 미국 출원 제 12/405,761호(공보번호 US2009/0229075)(이는 인용에 의해 본원에 포함됨)에 도시된 바와 같은 디바이스들은 교반기에 대항하여 서버 또는 연마(abrade) 섬유들을 선택적으로 프레스하기 위해서 이동가능형 블레이드를 사용한다. 미국 출원 제12/405,761호의 디바이스에서, 교반기에는 블레이드가 섬유들을 찌르고(pinch) 자르도록 프레스하는 펌 배킹(firm backing)을 제공하는 상승된 지지 표면이 제공된다. 미국 출원 제12/405,761호의 디바이스와 같은 디바이스들은, 단순하고 내구성있는 사용자 친화성 청소를 위해서 효과적인 것으로 공지되어 있다.
진공 청소기 교반기들 및 교반기 청소 디바이스들의 다양한 특징들이 공지되어 있지만, 이러한 디바이스들 에 대한 대체예들, 수정예들 및 개량예들을 제공할 필요가 여전히 존재한다.
예시적 일 실시예에서, 교반기, 교반기를 회전시키도록 구성된 전기 모터, 전력원 및 교반기 청소기를 갖는 진공 청소기 교반기 시스템이 제공된다. 교반기 청소기는 교반기에 인접하게 장착되며, 교반기 청소기가 교반기로부터 이격되는 제 1 위치와 교반기가 교반기로부터 이물질을 제거하기 위해서 전기 모터에 의해 회전되면서 교반기 청소기가 교반기와 맞물림하는 제 2 위치 사이에서 이동가능하다. 또한, 교반기 청소기가 제 2 위치에 있을 때를 나타내도록 구성되는 교반기 청소 검출기, 그리고 전기 모터, 전력원 및 교반기 청소 검출기를 작동식으로 연결하는 드라이브 제어 시스템이 존재한다. 상기 드라이브 제어 시스템은, 드라이브 제어 시스템이 제 1 전력 레벨에서 전기 모터를 구동하도록 전력원을 전기 모터에 연결하는 제 1 드라이브 모드, 및 드라이브 제어 시스템이 제 2 전력 레벨에서 전기 모터를 구동하도록 전력원을 전기 모터에 연결하는 교반기 청소기가 제 2 위치에 있다는 교반기 청소 검출기로부터의 표시(indication)를 수신하자마자 구동되는 제 2 드라이브 모드를 포함한다. 제 2 전력 레벨은 제 1 전력 레벨보다 크다.
본 발명의 이러한 요약의 설명은 본 출원 또는 임의의 관련되거나 관련되지 않은 출원의 청구항들을 제한하도록 의도되지 않는다. 청구된 발명의 다른 양태들, 실시예들, 수정예들 및 특징들은, 본 개시물을 고려하여 당업자에게 분명할 것이다.
예시적 실시예들의 보다 양호한 이해는 동일한 도면부호들이 동일한 부분들을 지시하는 첨부 도면들을 참조함으로써 이해될 수 있다. 도면들은 예시적이며, 어떠한 방식으로든 청구항들을 제한하는 것으로 의도되지는 않는다.
도 1은 본 발명의 하나 또는 그 초과의 양태들을 포함할 수 있는 예시적 업라이트 진공 청소기의 등각투상도이다.
도 2는 예시적 교반기 및 교반기 청소기의 등각투상도이다.
도 3a는 아이들 위치로 도시된 예시적 교반기 청소 시스템의 개략적 측면도이다.
도 3b는 작동 위치로 도시된 도 3a의 교반기 청소 시스템의 개략적 측면도이다.
도 4a는 아이들 위치로 도시된 다른 예시적 교반기 청소 시스템의 개략적 측면도이다.
도 4b는 작동 위치로 도시된 도 5a의 교반기 청소 시스템의 개략적 측면도이다.
업라이트(upright) 진공 청소기(100)의 예시적 실시예가 도 1에 도시된다. 일반적으로, 진공 청소기(100)는, 베이스(base)(102), 핸들(handle)(104) 및 베이스(102)를 핸들(104)에 연결하는 피벗 조인트(pivot joint)(106)를 포함한다.
예시적 핸들(104)은, 이를테면 백 챔버(bag chamber) 또는 사이클론(cyclone) 분리기와 같은 집진기(dirt collector)(108) 및 집진기(108)를 통해 공기를 흡입하도록 구성된 흡입 모터(suction motor)(110)(즉, 조합된 임펠러(impeller) 및 전기 모터)를 포함한다. 핸들(104)은 흡입 호스(112)에 의해 베이스(102)에 연결되며, 흡입 호스(112)는 베이스(102)의 저부 상에 위치된 흡입 입구부(114)에 유체 연결된다. 진공 청소기(100)는, 배터리 팩(116), 가정용 전원 공급장치(household power supply), 전술한 것의 조합 등에 의해 전력 공급받을 수 있다.
예시적 베이스(102)는 회전하는 플로어 교반기(118) 및 교반기 청소기(120)를 포함한다. 이들은 베이스(102)의 표면 상의 윈도우(122)를 통해 사용자가 볼 수 있다. 풋 페달(foot pedal)(124) 또는 다른 기구가 교반기 청소기(120)를 작동시키도록 제공될 수 있다. 교반기(118) 및 교반기 청소기(120)의 상세들이 하기에 제공된다.
피벗 조인트(106)는 베이스(102)를 핸들(104)에 결합하여 그 사이에서의 상대 이동을 허용한다. 피벗 조인트(106)는, 단일 선회축(예컨대, 측방향으로 연장하는 피벗을 중심으로 앞뒤로 기울임) 또는 다중 선회축(측방향으로 연장하는 선회축을 중심으로 기울임 그리고 핸들(104)의 장축(long axis)을 중심으로 스위블링(swiveling)함 또는 전후 방향으로 연장하는 제 2 선회축을 중심으로 회전)을 제공할 수 있다. 선회축들은 당분야에 공지된 바와 같이, 부싱들, 샤프트들, 베어링들 등에 의해 형성될 수 있다. 하나 또는 그 초과의 잠금 기구들(도시 생략)은 업라이트 위치에서 핸들(104)을 유지하거나 다른 목적들을 위해서, 하나 또는 그 초과의 축들을 중심으로 핸들(104)이 선회하는 것을 선택적으로 방지하도록 제공될 수 있다.
진공 청소기(100)는 다른 다양한 특징들을 포함할 수 있다. 예컨대, 핸들(104)은 그립, 액세서리 도구들을 위한 저장부, 제거가능한 청소 호스 및 관련된 막대(wand) 및 업라이트 진공 청소기들의 다른 전형적인 특징들을 포함할 수 있다. 또한, 진공 청소기(100)는 미세 먼지(fine dust) 분리를 제공하기 위해서 보충 필터들을 포함할 수 있다. 또한, 이를테면 흡입 모터(110) 및 집진기(108)와 같은 다양한 작동 부품들의 위치들은 이를테면 베이스(102)에 또는 조인트(106)의 확대된 내부측에 하나 또는 양자 모두를 배치시킴으로써 수정될 수 있다. 다른 변경예들 및 수정예들은, 본 개시물을 고려하여 당업자에게 명백할 것이다.
도 2는 교반기(118) 및 연관된 교반기 청소기(120)의 예를 예시한다. 교반기(118)는 제 1 및 제 2 베어링(202)들에 의해 베이스에 회전가능하게 장착되는 스핀들(200)을 포함한다. 복수 개의 교반 디바이스들, 이를테면 강모들(204) 또는 플랩(flap)들은 스핀들(200)로부터 기저 표면과 접촉하도록 흡입 입구부(114) 외부측으로 연장하도록 제 1 반경 방향 거리를 연장한다. 본원에 사용되는 바와 같이, 용어 "반경 방향 거리"는, 회전축(206)에 직교하는 평면에서 측정되는 바와 같이, 스핀들의 회전축(206)으로부터 당해(in question) 부품 상에서 가장 먼 지점까지를 지칭한다. 강모(204)들은 섬유들의 다발(tuft)들 또는 열(row)들을 포함할 수 있다. 도시된 실시예에서, 강모(204)들은 이격된 섬유 다발들의 2 개의 나선형 열(helical row)들로서 제공된다. 각각의 열은 스핀들(200)의 중간지점에서 그의 나선형 방향으로 역전하는데, 이는 작동 중 측방향 힘들의 발생을 방지하고 중앙에 위치된 흡입 통로로 먼지를 청소(sweep)하는 것을 돕는데 유용할 수 있다. 다른 실시예들은 다양한 방식들로 수정될 수 있다. 예컨대, 이격된 다발들은 스핀들(200)을 따라 연속으로 연장하는 섬유들의 배열에 의해 , 베이스(102) 또는 흡입 입구부(114)에서 위치될 수 있는 지지 구조들과 접촉하는 것을 회피하는데 요구되는 주기적 갭들로 대체될 수 있다. 다른 실시예들은 2 또는 그 초과의 나선형 열들을 제공하고, 방향을 역전하지 않거나 한번 초과로 방향을 역전하는 나선형 열들 또는 다른 위치들 등을 사용할 수 있다. 다른 변경예들 및 수정예들은, 본 개시물을 고려하여 당업자에게 명백할 것이다.
하나 또는 그 초과의 지지 표면(208)들은 또한 스핀들(200)로부터 제 2 반경 방향 간격을 연장할 수 있다. 제 2 반경 방향 거리는, 제 1 반경 방향 간격보다 작으며, 바람직하게는 흡입 입구부(114) 외부측에 도달하기에는 충분치 않다. 이는, 지지 표면(208)들이 기저 표면에 부딪치는(striking) 것을 방지하지만, 이는 모든 실시예들에서 엄격하게 요구되지는 않는다. 지지 표면(208)들은 바람직하게는 강모(204)들에 일치하는 패턴으로 배열되며, 이 경우에, 이들은 스핀들의 길이의 대략 중심에서 방향을 역전하는 헬릭스(helix)들과 같은 형상을 갖는다. 이러한 "헤링본(herringbone)" 패턴은 교반기 청소기(120)에 의해 형성된 로드들을 분배하는 것을 돕고 다른 이익들을 제공할 수 있다. 또한, 지지 표면(208)들은, 바람직하게는 어떠한 차단들 없이 그리고 본질적으로 일정한 반경 방향 거리에서 스핀들(200)의 일단부에 인접한 각각의 지지 표면(208)의 제 1 단부로부터 스핀들(200)의 타단부에 인접하게 위치된 각각의 지지 표면(208)의 제 2 단부까지 연장한다. 이는, 교반기의 완전 360° 회전 내내(throughout) 교반기 청소기(120)에 대항하여 견디도록 연속 표면을 제공한다. 이는, 교반기(118)가 회전함에 따라 교반기 청소기(120)를 위아래로 이동시키는 것을 방지하고, 이는 오퍼레이터에게는 불편할 수 있어 조기(premature) 마모 및 파괴를 유발할 수 있다.
대안의 지지 표면(208)들은 다른 형상들을 가질 수 있으며, 교반 디바이스들과 상이한 전체적 형상들을 가질 수 있다. 지지 표면(208)들은 청소를 돕기 위해서 인접한 리브(210)들 사이에서 포켓들을 갖는 일련의 반경 방향 리브(210)들을 포함할 수 있다. 또한, 지지 표면(208)들은 스핀들의 회전축(206) 상에서 중심을 갖는 원의 세그먼트들로서 형성되는 외부 표면(212)들을 포함할 수 있으며, 이 회전축은 교반기의 회전의 상당한 호(arc)에 걸쳐 교반기 청소기(120)와 접촉하는 것을 조장할 수 있다. 외부 표면(212)들은 전부 회전축(206)으로부터 동일한 반경 방향 거리에 있을 수 있으며, 또는 일부들은 상이한 거리에 있을 수 있다. 예컨대, 2 개의 지지 표면(208)들 중 하나의 좌측은 우측보다 더 클 수 있으며, 다른 지지 표면(208)의 우측은 좌측보다 더 클 수 있다. 이는, 회전 중에 언제든지 각각의 지지 표면(208)을 따라 단일 지점 상에서 더 높은 접촉력을 제공함으로써 보다 효율적인 청소를 조장할 수 있다. 다른 변경예들 및 수정예들은, 본 개시물을 고려하여 당업자에게 명백할 것이다.
예시적 교반기 청소기(120)는 강성 바(216)에 연결된 청소 부재(214)를 포함한다. 청소 부재(214)는, 바람직하게는 강모(204)들 또는 이로부터 연장하는 다른 교반 부재들을 갖는 스핀들(200)의 부분을 따라 연속으로 연장하는 블레이드형 에지를 포함한다. 갭들이 청소 부재(214)에 제공될 수 있으며, 여기서 갭들이 제공되지 않는다면, 지지체들 또는 다른 구조들이 청소 부재(214)를 방해할 것이다. 청소 부재(214)는, 선택적으로 가요성 시트 재료, 이를테면 금속으로 만들어질 수 있어, 일부 고정물이 지지 표면(208)들에 대항하여 과잉의 힘의 발생을 방지하는 것을 허용한다. 그러나, 다른 실시예들은 비교적 강성 금속, 플라스틱, 세라믹 또는 다른 재료들로 만들어진 청소 부재(214)를 사용할 수 있다. 상기 설명되고 도 1에 도시된 바와 같은, 연속적인 직선 가장자리를 갖는 청소 부재(214)를 갖는 것이 바람직하지만, 다른 실시예들이 청소 부재(214)의 전부 또는 일부를 형성하도록 세레이션(serration)들 또는 이산된 치형부들을 사용할 수 있다.
청소 부재(214)로부터 일체로 또는 별도로 형성될 수 있는 바(216)는 피벗(218)들에 의해 베이스(102)에 선회가능하게 장착된다. 피벗(218)들은 비교적 평활한 회전을 제공하도록 베어링들 또는 부싱들 상에 장착될 수 있다. 바(216)는 액츄에이터, 이를테면 레버(220)를 포함하며, 이 레버는 교반기(118)로부터 섬유들을 절단, 연마 또는 다른 방식으로 제거하도록 강모(204)들과 맞물림하게 청소 부재(214)를 이동시키도록 조작될 수 있다. 레버(220)는 직접적으로 또는 링키지를 통해 작동될 수 있다. 예컨대, 도 2의 레버(220)는 풋 페달(124)에 의해 작동될 수 있다. 풋 페달(124)은 로커(rocker)(222)가 회전가능하게 장착되는 피벗(224)의 일측 상에서 로커(222)와 접촉하며, 로커(222)는 피벗(224)의 타측 상에서 레버(220)와 접촉한다. 로커(222)는 풋 페달(124)에 의해 적용된 하방의 힘을 레버(220)의 저부에 적용된 상방의 힘으로 전환한다. 스프링(226)은, 사용자가 풋 페달(124)을 가압하는 것(pressing on)을 중단한 후에 부품들의 시작 위치로 부품들을 복귀시키도록 제공될 수 있다. 별도의 스프링(도시 생략) 또는 다른 탄성 링키지(linkage)가, 페달(124)로부터 레버(220)로 전달될 수 있는 힘의 양을 제한하도록 로커(222)와 페달(124) 또는 레버(220) 사이에 개재(interpose)될 수 있다. 자동 시스템에서, 로커(222) 및 풋 페달(124)은 레버(220) 또는 바(216)를, 직접 또는 링키지를 통해 가압하는 전기적 솔레노이드에 의해 대체될 수 있다.
전술한 예시적 실시예는 다양한 수정예들을 받게 된다. 예컨대, 다른 실시예들에서, 청소 부재(214)는 선형 왕복운동(linear reciprocation) 또는 다른 종류의 운동을 위해서 장착될 수 있다. 다른 실시예들은, 청소 부재(214)를 관절식결합하기 위해 다른 기구들, 이를테면 다른 링키지 배열체들을 사용할 수 있다. 이러한 일부 변형예들은, 이전에 포함된 문헌들에 도시되며, 다른 변형예들 및 수정예들이 본 개시물을 고려하여 당업자에게 명확할 것이다.
도 3a 및 도 3b는 도 2의 교반기(118) 및 교반기 청소기(120)를 포함하는 예시적 교반기 청소 시스템을 예시한다. 도 3a는 아이들 위치의 시스템을 도시하며, 도 3b는 작동 위치의 시스템을 도시한다. 교반기(118)는 교반기 모터(300)에 의해 회전된다. 교반기 모터(300)는 임의의 적절한 전기 모터를 포함할 수 있으며, 선택사항들은, 이것으로 제한하는 것은 아니지만, 브러시리스 모터들, AC(alternating current)또는 DC (direct current) 커뮤테이터 모터들, 서보모터들, 위상 제어 모터들, 인버터 드라이브 인덕션 모터들, 리덕턴스 모터들 등을 포함한다. 교반기 모터(300)는 흡입 모터(110)일 수 있지만, 보다 바람직하게는 교반기(118)를 구동하는 전용의 별도의(separate) 모터이다.
교반기 모터(300)는 벨트(302), 기어들 등에 의해 교반기(118)에 작동가능하게 연결된다. 도시된 실시예에서, 벨트(302)는 교반기(118) 상에 장착된 풀리(304) 둘레를 감쌀 수 있다. 다른 실시예들은, 교반기(118)의 측면이 베이스(102)에 별도로 장착되는 풀리에 접하고, 상호잠금 치형부들이 별도의 풀리로부터 교반기(118)로 토크를 전달하는 슬라이드 드라이브 배열체를 사용할 수 있다. 슬라이드 드라이브 배열체는, 기류 경로로부터 벨트 및 풀리를 제거하도록 사용될 수 있으며, 전형적으로 벨트 교체들을 필요로 하지 않는 더 작은 디바이스들에서 바람직할 수 있다.
교반기 모터(300)는 AC 전원(306) 또는 DC 전원(308)(예컨대, 배터리(116))에 의해 전력 공급될 수 있다. 전기 제어 유닛(ECU; electronic control unit)(310)이 교반기 모터(300)의 작동을 제어하도록 전원 공급장치를 조절하기 위해 모터 드라이브 제어기로서 제공된다. ECU(310)는 다수의 별도의 마이크로컴퓨터들 및 다른 디바이스들을 포함하는 전기 디바이스들의 집합체를 포함할 수 있으며, 또는 이는 단일 유닛 내에 통합될 수 있다. ECU(310) 내로 프로그램된 특별한 제어 알고리즘은, 전원 공급장치의 유형(AC 또는 DC) 및 교반기 모터(300)로서 사용된 모터의 유형에 따라 변할 수 있다. 예컨대, DC 모터는, 주파수 및/또는 펄스-폭 변조(modulation)에 의해 모터를 구동하도록 "초퍼(chopper)" 회로 콘트롤을 형성하기 위해, 솔리드 스테이트(solid-state) 제어기들(트랜지스터(transistor)들, 시리스터(thyristor)들 등)을 갖는 ECU(310)를 사용하는 DC 전원 공급장치에 의해 구동될 수 있다. DC 모터들은 또한 위상 제어 또는 다른 알고리즘들을 사용하는 적절한 컨버터를 통해 AC 전원을 사용하여 구동될 수 있다. AC 모터들은 트라이액(triac)들 또는 다른 솔리드 스테이트 콘트롤들을 사용하는 유사한 제어 회로들에 의해 구동될 수 있다. 이러한 제어 시스템들 및 연관된 하드웨어는 일반적으로 당분야에 공지된다. ECU(310)로서 사용될 수 있는 제어 회로들 및 시스템들의 비제한적인 예시들은 미국특허 제4,370,690호; 제4,398,231; 제4,654,924호; 제4,920,605호; 제5,075,922호; 및 제5,243,732호에서 도시된 것들을 포함하며, 이들은 인용에 의해 본원에 포함된다. 소정의 전술한 콘트롤들은 진공 청소기 흡입 모터들을 작동시키기 위해 설명되지만, 이들은 그 대신에 교반기 모터(300)를 제어하도록 사용될 수 있음에 주목한다.
ECU(310)는, 핸들(104) 또는 베이스(102) 상에 위치된 파워 스위치(126)에 의해 제어된다. 스위치(126)가 활성화될 때, ECU(310)는 정상 작동 모드에서 이를 구동시키도록 전원(306, 308)을 교반기 모터(300)에 연결한다. 바람직한 실시예에서, ECU(310)는, 교반기 청소기(120)가 사용될 때 교반기 모터(300)로의 파워를 증가시키도록 콘트롤 서브루틴(및 가능하게는 연관된 회로 소자들)을 또한 포함한다. 도 3b에 도시된 바와 같이, 교반기 청소기(120)는, 청소 부재(214)가 지지 표면(208)을 맞물림하는 작동 위치로 이동될 수 있다. 이 위치에서, 교반기 모터의 구동력에 대항하는 마찰이 청소 부재(214)와 지지 표면(208) 사이 접촉에 의해 생성된다. 강모(204)들이 청소 부재(214)와 접촉하고, 구부러지며 통과함으로써 추가의 마찰이 생성된다. 이러한 마찰에 의해 유발되는 전체 회전 저항은 상당할 수 있으며, 그리고 교반기 모터(300)를 느려지게 하거나 심지어 정지시킬 수 있다. 약간 느려지는 정도는 허용가능할 수 있지만, 교반기(118)의 회전이 너무 많이 감소된다면, 교반기 청소기(120)는 이물질 제거에 아주 비효율적(inefficient)이거나 효과없게(ineffective) 될 수 있다. 또한, 감소된 속도로 교반기 모터(300)를 작동시키는 것은, 이를 통해 통과하는 냉각 공기의 흐름을 감소시킴으로써 교반기 모터(300)를 파괴시킬 수 있다. 이러한 이유들을 위해서, 교반기 모터(300)가 너무 많이 느려지는 것을 방지하기 위해서, 교반기 청소 프로세스 동안 교반기 모터(300)로의 파워를 증가시키는 것이 바람직할 수 있다.
교반기 모터(300)로의 파워를 자동으로 증가시키기 위한 하나의 선택사항은, 일정한 프리셋으로 또는 시동(startup) 후에 사용자에 의해 조절가능한 속도로 교반기 모터(300)를 계속해서 구동하기 위해서는 속도 조절 제어 시스템을 사용하는 것이다. 이러한 시스템들은 당분야에서 공지되며, 본원에 설명될 필요는 없지만, 상기 인용된 인용문헌의 일부에 예시들이 제공된다. 그러나, 이러한 제어 시스템은, 별도의 입력(input)없이 교반기 청소 작동 및 오류(fault) 조건 사이에서 차별화될 수는 없을 것이다. 사용 중, 물체들이 교반기를 잠금하거나 방해할 수 있어, 교반기 모터의 정격 전류(current draw)의 갑작스럽고 연속적인 증가를 유도한다. 이러한 조건들 하에서 교반기 모터(300)를 파손으로부터 유지하기 위해서, 교반기 모터 제어 회로들은, 전류가 미리 정해진 값을 초과한다면 교반기 모터의 정격 전류를 감시하고 작동을 정지하는 과전류 검출 회로들을 종종 적용한다. 일부 경우들에서, 제어 회로는 모터 작동을 정지하기 위해서 인자들로서 전류 및 시간 양자 모두를 사용할 수 있다. 예컨대, 비교적 낮은 임계치를 초과하는 과전류가 비교적 장시간 동안 허용될 수 있지만, 더 높은 임계치를 초과하는 과전류가 더 짧은 시간 동안 허용될 수 있다. 교반기 청소 작동들은 교반기 모터(300)를 정지하기 위해서 사용되는 임계값을 초과하는 과전류 조건들을 유발할 수 있다는 것을 발견하였다. 이러한 경우들에, 교반기 청소중 이를 계속해서 회전시키기 위해서 교반기 모터(300)에 파워를 단순히 증가시키는 제어 시스템은, 교반기 모터(300)를 턴오프하는 제어의 파울(foul)을 작동시킬 것이며, 교반기 청소가 실행될 때마다 의도치않은 셧-오프를 발생시킨다. 이러한 문제에 대한 하나의 해법, 미국특허 출원 제12/405,761호에 제안됨)은 교반기 청소 중 임계값을 컷오프하는 과전류를 증가시키는 것이지만, 이러한 해법은 교반기 청소 효율을 느리게 하고 감소시키는 교반기의 문제점을 반드시 해결하는 것은 아니다.
전술한 문제점을 극복하기 위해서, ECU(310)의 실시예는, 교반기 청소기(120)가 작동 상태일 때를 판정하기 위해서 교반기 청소 검출기 및, 교반기 청소기(120)가 작동중일 때 교반기 모터(300)에 파워를 일시적으로 증가시키기 위해서 관련된 제어 회로를 포함할 수 있다. 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 교반기 청소 검출기는, 교반기 청소기(120)와 접촉함으로써 턴 온(on) 그리고 턴 오프(off)되는 마이크로스위치(microswitch)(312)를 포함할 수 있지만, 광학 트리거, 압전식(piezoelectric) 스위치 등과 같은 다른 디바이스들이 다른 실시예들에서 사용될 수 있다. 제어 회로의 상세들에 따라, 마이크로스위치가 도 3a의 위치에서 개방될 수 있고 도 3b의 위치에서 폐쇄될 수 있으며 또는 이 반대로 될 수 있음이 예측될 것이다.
마이크로스위치(312)의 활성화시, ECU(310)는 진공 청소기(100)가 교반기 청소 상태 내로 배치되었음을 나타내는 신호를 수신한다. 이 때, ECU(310)는 다양한 방식들 중 임의의 방식으로 교반기 모터(300)에 파워를 증가시킬 수 있다. 예컨대, 마이크로스위치(312)가, 교반기 청소기(120)가 사용중임을 ECU(310)에 나타내기 위해서, ECU(310)는 DC 전원(308)에 직렬(in series)로 보충 배터리(314)를 연결하도록 별도의 회로를 폐쇄시킬 수 있다. 이러한 제어 회로의 설계는, 과도한 실험 없이 당업자의 능력 내에 있다. 보충 배터리를 연결하기 위해 적합한 하나의 회로는, 미국특허 제4,969,229호에 도시되며, 이는 인용에 의해 본원에 포함된다. 유사한 회로가 릴레이로서 ECU(310)를 사용하는 것 이외에 추가의 전원 공급장치와 직접 맞물림하도록 마이크로스위치를 사용할 것이다. 교반기 모터(300)를 작동시키기 위해서 파워를 증가시키기 위한 다른 방식들은, ECU(310)가 증가된 듀티 사이클(예컨대, 위상 제어식 모터에서 각각의 반파(half wave)의 더 큰 마찰 중 작동)에서, 증가된 전압 레벨에서, 교번된 위상 각도 등으로 교반기(118)를 작동시키도록 속도 제어 회로를 활성화하는 것이다. 교반기 모터(300)에 파워를 증가시키기 위한 요구사항들은 모터의 유형 및 전원 공급장치의 유형에 따를 수 있으며, 이러한 결과를 실시하기 위한 제어 시스템들은 당분야에 공지되며, 과도한 실험 없이 당업자에 의해 이해될 수 있음이 용이하게 예측될 것이다. 교반기 청소 작동들 동안, 교반기 모터 작동을 종료하기 위한 임의의 전류 임계값은 상기 설명된 바와 같이 불능이거나 증가될 수 있다.
교반기 청소기(120)의 저항에 대한 교반기 모터(300)의 작동은, 교반기 모터(300) 및 그와 연관된 전자기기들에서의 상당히 증가된 변형(strain)을 유발할 수 있다. 이에 따라, 대응하는 구성요소들의 로드 용량은, 증가될 것이지만, 이는 비교적 값비싼 선택사항일 수 있으며 이는 더 크고 더 무거운 구성요소들의 사용을 필요로 할 수 있다. 다른 실시예들에서, ECU(310)는 교반기 모터(300)를 자동으로 턴오프하거나 정상 모터 작동으로 복귀시키기 이전에 미리 정해진 시간 동안 증가된 파워 레벨로 작동하도록 프로그램될 수 있다. 예컨대, ECU(310)는 정상 작동 상태로 자동으로 복귀하기 이전에 20초 동안 증가된 파워 레벨로 ECU(310)가 작동하는 것을 허용하는 컷오프 타이머(316)를 가질 수 있다. 컷오프 타이머(316)는 바람직하게는, 교반기 마이크로스위치(312)를 오버라이드(override)하여, 사용자가 작동 위치에서 교반기 청소기(120)를 여전히 유지하고 마이크로스위치(312)를 활성화시킬지라도, ECU(310)가 미리 정해진 시간 후에 정상적인 교반기 모터 (300) 파워 제어를 재개한다. 하나 또는 그 초과의 상태 인디케이터들, 이를테면 LED들 또는 다른 조명(light)들이, 컷오프 타이머(316)가 고출력(high-power) 작동을 중단하고 정상 모터 구동 상태로 복귀함을 나타내기 위해서 진공 청소기(100) 상에 제공될 수 있다. 이 지점에서, 교반기 청소기(120)의 연속적인 사용이 감소된 교반기 속도 및 작동시 가청(audible) 변화를 유발할 수 있다. 이에 따라, 상태 인디케이터는 교반기 청소기(120)의 사용을 중단하도록 사용자에 대한 명령들을 포함할 수 있다. 또한, 숫자 타이머 또는 일련의 조명들이 컷오프 타이머(316)를 카운트다운하는데 사용될 수 있음이 구상된다.
컷오프 타이머(316)가 모든 실시예들에서 엄격하게 필수는 아니지만, 교반기 모터(300) 또는 연관된 시스템들을 파손시키기에 충분히 긴 증가된 파워 레벨로 교반기 모터(300)를 사용자가 부주의하게 작동시키는 것으로부터 보호하는 것이 요망된다. 정상 모터 구동 상태로 복귀한 후 아주 바로 증가된 파워 모드로 사용자가 재활성화하는 것을 방지하기 위해서, 컷오프 타이머(316)는 미리 정해진 제 2 시간(예컨대, 10 분) 동안 교반기 모터(300)의 높은 파워 작동을 추가로 방지하는 리셋 타이머를 포함할 수 있다. 또한, 진공 청소기(100)를 턴오프함으로써 사용자가 컷오프 타이머(316)(그의 리셋 타이머를 포함)를 무효화하는 것(defeating)을 방지하고 백온(back on)하기 위해, ECU(310)는 메인 스위치(126)가 오프되고 또는 전원 공급장치가 연결해제될 때 컷오프 타이머(316)의 상태를 세이브하기 위해서 메모리 구조를 포함할 수 있다.
다른 특징들 및 디바이스들은, 전술한 실시예들 내에 포함될 수 있으며, 다른 변형예들 및 수정예들이 본 개시물을 고려하여 당업자에게 명확할 것이다. 예컨대, ECU(310)는 솔리드 스테이트 장비, 또는 와이어들, 스위치들 등의 집합체를 포함할 수 있다. 다른 예시로서, 교반기 모터(300)는 당분야에 공지된 바와 같이 동심 설계에서 교반기(118)의 허브 내로 통합될 수 있다. 또다른 예시로서, ECU(310)는 청소 사이클의 완료(conclusion)시 교반기 모터(300)의 작동을 의도적으로 중단하고 미리 정해진 시간 동안 재활성화를 방지하도록 프로그램화될 수 있다. 또한, 예시적 실시예들은 코드식 또는 코드리스 업라이트 진공 청소기의 맥락에서 본원에서 설명되지만, 다른 실시예들이 캐니스터 또는 중앙 진공 청소기 파워헤드들, 로보틱 진공 청소기들, 습식 익스트랙터들, 및 감싸진 섬유들에 의해 막힘(fouling)을 겪기 쉬운 회전 교반기들을 갖는 다른 청소 디바이스들에서 사용될 수 있음이 이의 없이 명백해질 것이다. 다른 변경예들 및 수정예들은, 본 개시물을 고려하여 당업자에게 명백할 것이다.
전술한 파워 제어 시스템이 임의의 다양한 교반기 청소 기구와 함께 사용될 수 있음이 예측될 것이다. 예컨대, 도 4a 및 도 4b를 참조하면, 대안의 교반기(118)가 피벗 아암(400) 상에서 베이스(120)에 장착될 수 있다. 이런 식으로 교반기를 장착하기 위한 배열체들이 당분야에 공지되어 있으며, 예컨대, 미국특허 제6,286,180호에서 설명되고 있으며, 이는 인용에 의해 본원에 포함된다. 본 실시예에서, 페달 레버(220)는 링키지(402)에 의해 교반기 피벗 아암(400)에 연결될 수 있다. 레버(220)가 도 4a에 도시된 아이들 위치에 있을 때, 교반기(118)는 베이스(102) 외부측으로 연장하며, 기저 표면(404)과 접촉할 수 있다. 레버(220)가 도 4b에 도시된 작동 위치로 눌려질 때, 레버(220)는 링키지(402)를 회전시키며 교반기(118)를 베이스(102) 내로 들어올리며, 여기서 기저 표면(404)과 더 이상 접촉하지 않을 수 있다. 이 실시예에서, 교반기 청소기(120)는, 상승된 교반기(118)가 청소 작동을 실시하기 위해서 그와 접촉하게 되는 위치에서 베이스(102)에 고정 장착될 수 있다. 이 실시예에서, 마이크로스위치(312)는 레버(220), 링키지(402), 피벗 아암(400)에 의해서 또는 시스템의 일부 다른 요소에 의해서 접촉되는 위치에 위치될 수 있다.
본 개시물은 다수의 신규하고 유용하며 비자명한 특징들 및 단독으로 또는 함께 사용될 수 있는 특징들의 조합들을 설명한다. 본원에 개시된 실시예들은, 모두 예시적이며, 본 발명들의 범주를 제한하는 것으로 의도되지는 않는다. 본원에 설명된 발명들이 다양하고 등가인 방식들로 수정 및 개조될 수 있으며, 이러한 모든 수정 및 개조들은 본 개시물 및 첨부된 청구항들의 범위 내에 포함되는 것으로 의도되는 것이 예측될 것이다.

Claims (17)

  1. 교반기(agitator);
    상기 교반기를 회전시키도록 구성된 전기 모터(electric motor);
    전력원(electric power source);
    상기 교반기에 인접하게 장착되는 교반기 청소기로서, 상기 교반기 청소기 및 교반기 중 적어도 하나는 교반기 청소기가 교반기로부터 이격되는 제 1 위치와 교반기가 교반기로부터 이물질을 제거하기 위해서 전기 모터에 의해 회전되면서 교반기 청소기가 교반기와 맞물림하는 제 2 위치 사이에서 이동가능한, 교반기 청소기;
    상기 교반기 청소기 및 교반기 중 적어도 하나가 제 2 위치에 있을 때를 나타내도록 구성되는 교반기 청소 검출기(cleaning detector); 및
    상기 전기 모터, 전력원 및 교반기 청소 검출기를 작동식으로 연결하는 드라이브 제어 시스템(drive control system)을 포함하며, 상기 드라이브 제어 시스템은,
    상기 드라이브 제어 시스템이 제 1 전력 레벨에서 전기 모터를 구동하도록 전력원을 전기 모터에 연결하는 제 1 드라이브 모드, 및
    상기 드라이브 제어 시스템이 상기 제 1 전력 레벨보다 더 큰 제 2 전력 레벨에서 전기 모터를 구동하도록 전력원을 전기 모터에 연결하는 제 2 드라이브 모드를 포함하며, 상기 제 2 드라이브 모드는 교반기 청소기가 제 2 위치에 있다는 교반기 청소 검출기로부터의 표시(indication)를 수신하자마자 상기 교반기 청소기가 구동되는,
    진공 청소기 교반기 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전력원(electric power source)은 AC 전원(power source)을 포함하는,
    진공 청소기 교반기 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 전력원(electric power source)은 DC 전원(power source)을 포함하는,
    진공 청소기 교반기 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 전력원은 메인 배터리(main battery)를 포함하는,
    진공 청소기 교반기 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 전력원은 추가 배터리(supplemental battery)를 포함하며,
    상기 드라이브 제어 시스템은 드라이브 제어 시스템이 제 2 드라이브 모드에 있을 때 추가 배터리를 메인 배터리에 직렬식으로 전기 접속하는,
    진공 청소기 교반기 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 교반기 청소 검출기는 마이크로스위치를 포함하는,
    진공 청소기 교반기 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 교반기 청소기는 제 1 위치와 제 2 위치 사이에서 이동가능하며,
    상기 마이크로스위치는 교반기 청소기가 제 2 위치에 있을 때 교반기 청소기에 의해 접촉되도록 위치 설정되는,
    진공 청소기 교반기 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 교반기 청소기는 제 1 위치와 제 2 위치 사이에서 이동가능한,
    진공 청소기 교반기 시스템.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 교반기는 제 1 위치와 제 2 위치 사이에서 이동가능한,
    진공 청소기 교반기 시스템.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 드라이브 제어 시스템은, 미리 정해진 제 1 시간 동안 제 2 드라이브 모드에서 작동한 후에 제 1 드라이브 모드로 드라이브 제어 시스템을 복귀시키도록 구성된 컷오프 타이머(cutoff timer)를 더 포함하는,
    진공 청소기 교반기 시스템.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 컷오프 타이머는, 제 2 드라이브 모드에서의 이전 작동에 후속하여 미리 정해진 제 2 시간 동안 드라이브 제어 시스템이 제 2 드라이브 모드로 전환하는(switching) 것을 방지하도록 더 구성되는,
    진공 청소기 교반기 시스템.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 교반기는 길이 방향을 따라 연장하며 길이 방향에 대해 평행한 회전축을 중심으로 회전하도록 구성되며,
    상기 교반기 청소기는 길이 방향으로 연장하는 청소 블레이드(cleaning blade)를 포함하는,
    진공 청소기 교반기 시스템.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 교반기는,
    제 1 스핀들 단부로부터 제 2 스핀들 단부로 길이 방향을 따라 연장하며 길이 방향에 대해 평행한 회전 축을 중심으로 회전할 수 있는, 스핀들(spindle);
    상기 제 1 스핀들 단부와 제 2 스핀들 단부 사이에 배열되며 회전축으로부터 제 1 반경 방향 간격을 돌출하는 교반 디바이스들; 및
    상기 회전 축으로부터 제 1 반경 방향 거리보다 작은 제 2 반경 방향 거리를 돌출하는 하나 또는 그 초과의 지지 표면들을 포함하는,
    진공 청소기 교반기 시스템.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 교반 디바이스들은 강모(bristle)들의 하나 이상의 나선형 열(helical row)을 포함하는,
    진공 청소기 교반기 시스템.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 하나 또는 그 초과의 지지 표면들은 하나 이상의 나선형 돌기(helical protrusion)를 포함하는,
    진공 청소기 교반기 시스템.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 하나 또는 그 초과의 지지 표면들은 제 1 스핀들 단부에 인접한 제 1 지지 표면 단부로부터 제 2 스핀들 단부에 인접한 제 2 지지 표면 단부로 균일한 제 2 반경 방향 거리로 계속해서 연장하는,
    진공 청소기 교반기 시스템.
  17. 제 13 항에 있어서,
    상기 교반기는 입구부 노즐(inlet nozzle)을 갖는 하우징에 장착되며;
    상기 교반 디바이스들은 스핀들이 회전할 때 입구부 노즐을 통해 연장하며; 그리고
    상기 하나 또는 그 초과의 지지 표면들은 스핀들이 회전할 때 입구부 노즐을 통해 연장하지 않는,
    진공 청소기 교반기 시스템.
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