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WO2013179715A1 - 充電式電気掃除機 - Google Patents

充電式電気掃除機 Download PDF

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WO2013179715A1
WO2013179715A1 PCT/JP2013/056650 JP2013056650W WO2013179715A1 WO 2013179715 A1 WO2013179715 A1 WO 2013179715A1 JP 2013056650 W JP2013056650 W JP 2013056650W WO 2013179715 A1 WO2013179715 A1 WO 2013179715A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
motor
dust
control unit
unit
dust collection
Prior art date
Application number
PCT/JP2013/056650
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
佑毅 矢戸
Original Assignee
シャープ株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by シャープ株式会社 filed Critical シャープ株式会社
Priority to CN201380027439.7A priority Critical patent/CN104363809B/zh
Priority to US14/388,269 priority patent/US9044127B2/en
Priority to KR1020147030424A priority patent/KR101635304B1/ko
Publication of WO2013179715A1 publication Critical patent/WO2013179715A1/ja

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    • A47L2201/00—Robotic cleaning machines, i.e. with automatic control of the travelling movement or the cleaning operation

Definitions

  • the present invention relates to a rechargeable vacuum cleaner, and more particularly to a self-propelled or cordless rechargeable vacuum cleaner.
  • an electric blower that applies suction negative pressure to the dust collection chamber, a rechargeable power source for supplying a drive current to the electric blower, a current detection means for detecting the drive current, Control means for controlling the drive current supplied to the electric blower to be constant by controlling the duty ratio of the drive current based on the detection current detected by the current detection means, and the control means After the duty ratio reaches a predetermined value, when the current value detected by the current detection means falls below a threshold value, the value of the drive current supplied to the electric blower is reduced to a set value.
  • a rechargeable vacuum cleaner that stops the electric blower is known (for example, see Patent Document 1).
  • the magnitude of the dust collection amount is detected by using the characteristic that the current of the electric blower decreases conversely when the dust collection amount increases.
  • the current of the electric blower is controlled to be constant with respect to an increase in the amount of dust collection, the electric vacuum is collected from the change in the current of the electric blower. There was a problem that it was difficult to detect the amount of dust.
  • the present invention has been made in consideration of such circumstances, and provides a rechargeable vacuum cleaner that can easily detect the amount of dust collection and warn of the fullness of dust collection.
  • the present invention provides a blower that sucks dust-containing air from a suction port, a motor that drives the blower, a dust collecting unit that filters the sucked air and captures dust, a storage battery, and the storage battery in the motor.
  • a switching element to be connected; a current detection part for detecting a current Ia flowing through the motor; an alarm part for warning that the dust collection amount of the dust collection part is full; and operating the switching element to drive the motor, And a control unit that detects the terminal voltage Vb of the storage battery and the current Ia and activates the alarm unit if Vb ⁇ V 1 and Ia ⁇ I 1 (V 1 and I 1 are preset values).
  • a rechargeable vacuum cleaner is provided.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 1. It is a perspective view of the bottom face side of the self-propelled cleaner shown in FIG.
  • FIG. 3 is a view corresponding to FIG.
  • a rechargeable vacuum cleaner includes a blower that sucks air containing dust from a suction port, a motor that drives the blower, a dust collecting unit that filters the sucked air and captures dust, a storage battery, A switching element that connects the storage battery to the motor, a current detection unit that detects a current Ia flowing through the motor, an alarm unit that warns that the dust collection amount of the dust collection unit is full, The motor is driven to detect the terminal voltage Vb of the storage battery and the current Ia. If Vb ⁇ V 1 and Ia ⁇ I 1 (where V 1 and I 1 are preset values), the alarm unit is activated. And a control unit for controlling.
  • the control unit may continue driving the motor even after the alarm unit is activated.
  • a manual input unit that instructs the control unit to perform a dust collection amount check operation may be further provided, and the control unit may receive the output from the manual input unit and drive the motor for a predetermined time. The control unit may drive the motor for a predetermined time after the charging of the storage battery is completed.
  • a lithium ion battery for example, a lithium ion battery, a nickel metal hydride battery, a Ni—Cd battery, or the like whose terminal voltage decreases with discharge can be used.
  • a permanent magnet excitation DC motor can be suitably used.
  • the rechargeable vacuum cleaner according to the present invention will be described using an embodiment of a self-propelled cleaner shown in the drawings.
  • the present invention is not limited, and includes a cordless vacuum cleaner that is manually moved by a user.
  • FIG. 1 Top perspective view of a configuration diagram 1 of the self-propelled cleaner self-propelled cleaner according to an embodiment of the present invention
  • Figure 2 is A-A sectional view taken along line of FIG. 1
  • the self 3 is shown in
  • Figure 1 4 is a bottom perspective view of the traveling cleaner
  • FIG. 4 is a view corresponding to FIG. 2 showing a state where the dust collecting device is taken out
  • FIG. 5 is a block diagram showing a control system of the self-running cleaner shown in FIG.
  • the self-propelled cleaner 1 self-propells the floor surface (surface to be cleaned) F (FIG. 2) at the place where it is installed.
  • the floor F is configured to clean the floor surface by sucking air containing dust on the surface F and exhausting the air from which the dust has been removed.
  • the self-propelled cleaner 1 includes a disk-shaped housing 2, and a rotating brush 9, a side brush 10, a dust collector (dust collector) 30, an electric blower 22, and a pair are provided inside and outside the housing 2.
  • the drive wheel 29, the rear wheel 26 and the front wheel 27, various sensors, a control unit, and other components are provided.
  • a portion where the front wheel 27 is disposed is a front portion
  • a portion where the rear wheel 26 is disposed is a rear portion
  • a portion where the dust collecting device 30 is disposed is an intermediate portion.
  • the housing 2 opens and closes when the dust collector 30 is taken in and out of the housing 2 and the bottom plate 2a having a suction port 6 formed at a position near the boundary with the intermediate portion in the front portion.
  • a top plate 2b having a lid portion 3 at the intermediate portion, and a side plate 2c provided along the outer periphery of the bottom plate 2a and the top plate 2b are provided.
  • the bottom plate 2a is formed with a plurality of holes for projecting the lower portions of the front wheel 27, the pair of drive wheels 29 and the rear wheel 26 from the inside of the housing 2 to the outside, and the boundary between the front portion and the middle portion of the top plate 2b.
  • An exhaust port 7 is formed in the.
  • the side plate 2c is divided into two parts in the front-rear direction, and the side front part is provided to be displaceable so as to function as a bumper.
  • a power switch (push button switch) 62 a start switch operated by the user, a switch for checking the fullness of the dust collection amount described later,
  • an input unit (input panel) 63 provided with a switch for inputting various conditions, and a display unit (display panel) 64 for displaying a dust collection amount full alarm or a vacuum cleaner status are provided.
  • the housing 2 has a front storage chamber R ⁇ b> 1 for storing the electric blower 22 in the front portion and an intermediate storage chamber R ⁇ b> 2 for storing the dust collector 30 in the intermediate portion.
  • the rear portion has a rear storage chamber R3 for storing the control board 15 of the control portion, the battery 14 (storage battery), the charging terminal 4, etc., and the suction path 11 and the exhaust path 12 near the boundary between the front portion and the intermediate portion. have.
  • the suction passage 11 communicates the suction port 6 and the intermediate storage chamber R2, and the exhaust passage 12 communicates the intermediate storage chamber R2 and the front storage chamber R1.
  • Each of the storage chambers R1, R2, R3, the suction path 11 and the exhaust path 12 is partitioned by a partition wall 39 provided inside the housing 2 and constituting these spaces.
  • the pair of driving wheels 29 are fixed to a pair of rotating shafts that intersect at right angles with a center line C (FIG. 2) passing through the center of the casing 2, and the casing 2 is rotated when the pair of driving wheels 29 rotate in the same direction.
  • the housing 2 rotates around the center line C.
  • the rotation shafts of the pair of drive wheels 29 are coupled so that rotational force can be obtained individually from the pair of drive wheel motors, and each motor is fixed to the bottom plate 2a of the housing directly or via a suspension mechanism. ing.
  • the front wheel 27 is made of a roller and contacts the step appearing on the course, and the housing 2 is slightly lifted from the floor F (FIG. 2) on which the driving wheel 29 contacts the ground so that the housing 2 can easily get over the step.
  • a part of the bottom plate 2a is rotatably provided.
  • the rear wheel 26 is a free wheel, and is rotatably provided on a part of the bottom plate 2a of the housing 2 so as to be in contact with the floor surface F to which the driving wheel 29 is grounded.
  • the pair of driving wheels 29 is disposed in the middle in the front-rear direction with respect to the housing 2, the front wheels 27 are lifted from the floor surface F, and the weight of the self-propelled cleaner 1 is set to the pair of driving wheels 29 and the rear wheels 26.
  • the weight is distributed in the front-rear direction with respect to the housing 2 so that it can be supported. Thereby, the dust in front of the course can be guided to the suction port 6 without being blocked by the front wheel 27.
  • the suction port 6 is an open surface of the concave portion 8 formed on the bottom surface (bottom plate 2a) of the housing 2 so as to face the floor surface F, and a bottom plate 60 (see FIG. 3) as a suction body is formed in the concave portion 8.
  • the suction port 6 is formed by being fitted.
  • a rotating brush 9 that rotates about an axis parallel to the bottom surface of the housing 2 is provided in the recess 8, and a side that rotates about a rotation axis perpendicular to the bottom plate 2 a is provided on the left and right sides of the recess 8.
  • a brush 10 is provided.
  • the rotating brush 9 is formed by implanting a brush spirally on the outer peripheral surface of a roller that is a rotating shaft.
  • the side brush 10 is formed by providing a brush bundle radially at the lower end of the rotating shaft.
  • the rotating shaft of the rotating brush 9 and the rotating shaft of the pair of side brushes 10 are pivotally attached to a part of the bottom plate 2a of the housing 2, and a brush drive motor (not shown) provided in the vicinity thereof and the brush
  • the rotation of the drive motor is connected through a power transmission mechanism including a pulley and a belt.
  • a brushed brush 65 as a blade-like capturing member is provided at the rear edge of the suction port 6 for capturing dust that has not been sucked by the suction port 6 and preventing dust from being scattered. ing.
  • a floor surface detection sensor 13 for detecting the floor surface is disposed between the bottom surface of the housing 2 and the front wheel 27, and a similar floor surface is disposed in front of the side portions of the left and right drive wheels 29.
  • a detection sensor 19 is arranged. When the downstairs are detected by the floor surface detection sensor 13, the detection signal is transmitted to the control unit, and the control unit controls both the drive wheels 29 to stop. In addition, when the floor detection sensor 13 breaks down, the floor detection sensor 19 can detect the descending stair and stop both driving wheels 29, so that the self-propelled cleaner 1 is prevented from falling to the descending stair. Has been.
  • the detection signal may be transmitted to the control unit, and the control unit may control the drive wheel 29 to travel while avoiding the descending staircase.
  • the control board 15 is provided with a control circuit such as a microcomputer that controls the self-propelled cleaner 1 and a motor driver circuit that drives each element such as the drive wheel 29, the rotating brush 9, the side brush 10, and the electric blower 22. It has been.
  • a charging terminal 4 for charging the battery 14 is provided at the rear end of the side plate 2 c of the housing 2.
  • the self-propelled cleaner 1 that cleans the room while self-propelled returns to the charging stand 40 (FIG. 2) installed in the room. Thereby, the charging terminal 4 contacts the terminal part 41 provided in the charging stand 40, and the battery 14 is charged.
  • the charging stand 40 connected to a commercial power source (outlet) is usually installed along the side wall S in the room.
  • the dust collector 30 is normally stored in the intermediate storage chamber R2 above the axis of the rotation shaft of the drive wheels 29 in the housing 2, and the dust collected in the dust collector 30 is collected.
  • the lid 3 of the housing 2 can be opened and the dust collector 30 can be taken in and out.
  • the dust collecting device 30 includes a dust collecting container 31 having an opening, a filter part 33 that covers the opening of the dust collecting container 31, and a cover part 32 that covers the filter part 33 and the opening of the dust collecting container 31. ing.
  • the cover part 32 and the filter part 33 are pivotally supported by the opening edge of the front side of the dust collecting container 31 so that rotation is possible.
  • An inflow path 34 communicating with the suction path 11 of the housing 2 and the housing 2 in a state where the dust collecting device 30 is housed in the intermediate storage chamber R2 of the housing 2 are disposed at the front portion of the side wall of the dust collecting container 31.
  • An exhaust passage 35 communicating with the exhaust passage 12 is provided.
  • the control system that performs drive control of the entire self-propelled cleaner 1 includes a control unit 54 that includes a microcomputer including a CPU 51, a ROM 52, and a RAM 53, and drives for driving the two drive wheels 29.
  • the DC motor 69 is a permanent magnet excitation DC motor.
  • the output power of the battery 14 is supplied to the drive wheel motors 55 and 56 via the motor driver circuit 57, to the brush drive motor 58 via the motor driver circuit 59, and via the switching element 68.
  • the control unit 54 In addition to being supplied to the DC motor 69, it is also supplied to the control unit 54, the input unit 63, the display unit 64, and the sensor control unit 66.
  • the CPU 51 of the control unit 54 is a central processing unit that performs arithmetic processing on signals received from the input unit 63, the shunt resistor 61, and various sensors 65 based on a program stored in advance in the ROM 52, and a motor driver circuit. 57, 59, the switching element 68, the display unit 64, and the like.
  • the RAM 53 temporarily stores various commands input by the user from the input unit 63, various operating conditions of the self-propelled cleaner 1, the outputs of the various sensors 65 and the shunt resistor 61, and the like. .
  • the RAM 53 can store a travel map of the self-propelled cleaner 1.
  • the travel map is information relating to travel such as the travel route and travel speed of the self-propelled cleaner 1, and is stored in advance in the RAM 53 by the user or automatically during the cleaning operation of the self-propelled cleaner 1 itself. Can be recorded.
  • the various sensors 65 include an odor sensor, a humidity sensor, a human sensor, a contact sensor and the like in addition to the floor detection sensors 13 and 19.
  • the odor sensor detects the odor around the outside of the housing 2.
  • the odor sensor for example, a semiconductor type or catalytic combustion type odor sensor can be used.
  • the odor sensor is arranged in a state exposed from the side plate 2c or the top plate 2b of the housing 2 to the outside.
  • the control unit 54 obtains odor information around the outside of the housing 2 based on an output signal from the odor sensor.
  • the humidity sensor detects the humidity around the outside of the housing 2.
  • the humidity sensor for example, a capacitance type or electric resistance type humidity sensor using a polymer moisture sensitive material can be used.
  • a humidity sensor is disposed in a state exposed from the side plate 2c or the top plate 2b of the housing 2 to the outside.
  • the control unit 54 obtains humidity information around the outside of the housing 2 based on an output signal from the humidity sensor.
  • the human sensor for example, a human sensor that detects the presence of a person using infrared rays, ultrasonic waves, visible light, or the like can be used.
  • a human sensor is disposed in a state exposed from the side plate 2c or the top plate 2b of the housing 2 to the outside.
  • the control unit 54 obtains presence information of people around the outside of the housing 2 based on an output signal from the human sensor.
  • the contact sensor is disposed, for example, at the front portion of the side plate 2c of the housing 2 in order to detect that the self-propelled cleaner 1 has come into contact with an obstacle during traveling.
  • the control unit 54 obtains the presence information of the obstacle around the outside of the housing 2 based on the output signal from the contact sensor.
  • the electric blower 22, the drive wheel 29, the rotating brush 9, and the side brush 10 are driven by a cleaning operation command.
  • the casing 2 self-propells within a predetermined range and removes dust on the floor surface F from the suction port 6. Inhale air containing.
  • the dust on the floor surface F is scraped up by the rotation of the rotating brush 9 and guided to the suction port 6. Further, the dust on the side of the suction port 6 is guided to the suction port 6 by the rotation of the side brush 10.
  • Air containing dust sucked into the housing 2 from the suction port 6 passes through the suction passage 11 of the housing 2 and the inflow passage 34 of the dust collector 30 as indicated by an arrow A1 in FIG. It flows into the dust collecting container 31.
  • the airflow that has flowed into the dust collecting container 31 passes through the filter portion 33, flows into the space between the filter portion 33 and the cover portion 32, and is discharged to the exhaust passage 12 of the housing 2 through the discharge passage 35.
  • the dust contained in the airflow in the dust collecting container 31 is captured by the filter unit 33, so that the dust accumulates in the dust collecting container 31.
  • the airflow flowing into the exhaust passage 12 of the housing 2 from the dust collector 30 flows into the front storage chamber R1 as indicated by the arrow A2 in FIG. 2, and flows through the first exhaust passage and the second exhaust passage (not shown). .
  • clean air dust-removed by the filter unit 33 is released from the exhaust port 7 provided on the upper surface of the housing 2 obliquely upward at the rear. Thereby, the cleaning on the floor surface F is performed.
  • exhaust is performed obliquely upward from the exhaust port 7 to the rear, so that the dust on the floor surface F is prevented from being rolled up, and the cleanliness of the room can be improved.
  • the self-propelled cleaner 1 is centered by the left and right drive wheels 29 rotating forward in the same direction, moving forward, moving backward in the same direction, moving backward, and rotating in opposite directions.
  • Turn around line C For example, when the self-propelled cleaner 1 reaches the periphery of the cleaning area or collides with an obstacle on the course, the driving wheel 29 stops and the left and right driving wheels 29 rotate in opposite directions to each other. change. Thereby, the self-propelled cleaner 1 can be self-propelled while avoiding obstacles in the entire installation place or the entire desired range.
  • the self-propelled cleaner 1 is grounded at three points, the left and right drive wheels 29 and the rear wheel 26, so that the weight of the self-propelled cleaner 1 is balanced so that the rear wheel 26 does not lift from the floor F even if it suddenly stops during forward movement. Allocated. Therefore, it is prevented that the self-propelled cleaner 1 stops suddenly before the descending stairs while moving forward, and the self-propelled cleaner 1 is tilted forward and falls to the descending stairs.
  • the drive wheels 29 are formed by fitting rubber tires having grooves into the wheels so that they do not slip even when suddenly stopped.
  • the dust collector 30 is arrange
  • the self-propelled cleaner 1 returns to the charging stand 40 (FIG. 2) when cleaning is completed. Thereby, the charging terminal 4 contacts the terminal part 41 and the battery 14 is charged.
  • FIG. 6 shows changes in the terminal voltage Vb with respect to the discharge time T when the battery (storage battery) 14 is discharged at a constant current.
  • the discharge time T elapses, that is, as the remaining battery level decreases, the terminal electrons Vb gradually decrease to V 0 , V 1 , V 2 , V 3, and finally the discharge end voltage (re-entry). It can be seen that the chargeable voltage decreases to Vs.
  • the battery 14 is a lithium ion battery, a nickel metal hydride battery, or a Ni—Cd battery.
  • FIG. 7 shows the DC motor 69 with respect to the dust collection amount Q of the dust collector (dust collector) 30 when the armature voltage Va of the DC motor 69 drops to V 0 , V 1 , V 2 , V 3 .
  • the change of the armature current Ia is shown.
  • the armature current Ia decreases as the dust collection amount Q increases toward the maximum value Qm (full).
  • the armature current Ia for the same dust collection amount Q decreases as the armature voltage Va decreases.
  • step S1 when the power switch 62 is turned on in step S1, it is determined whether or not the start switch of the input unit 63 is turned on (step S2).
  • step S2 When the start switch is turned ON, the switching element 68 is turned ON, the DC motor 69 is driven, the electric blower 22 is started and cleaning is started (step S4), the terminal voltage Vb of the battery 14 and the armature of the DC motor 69 are started.
  • the current Ia is detected (step S5).
  • Step S6 and S7 If Vb ⁇ V 1 and Ia ⁇ I 1 (steps S6 and S7), it is considered that the dust collection amount of the dust collector (dust collector) 30 is full, and an alarm is displayed on the display unit 64. (Step S8). Thereafter, the driving of the DC motor 69 is continued, and when “end of cleaning” is instructed from the program of the input unit 63 or the ROM 52, the DC motor 69, that is, the electric blower 22 is stopped (steps S9 and S10).
  • step S2 the start switch of the input unit 63 is not turned on. That is, the start of the “full check” is not manually started by the input unit 63 or after the battery 14 is completely charged.
  • step S3 the DC motor 69 is driven (step S11).
  • step S12 When the time t (for example, 60 seconds) has not elapsed after the driving of the DC motor 69 (step S12), Vb and Ia are detected (step S13).
  • step S14 When Vb ⁇ V 1 and Ia ⁇ I 1 (steps S14 and S15), it is considered that the dust collection amount is full, and an alarm is displayed on the display unit 64 (step S16). Thereafter, when time t has elapsed, DC motor 69 (electric blower 22) stops (step S10), and the “full check” operation ends.

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Abstract

　この発明の課題は、集塵満了を簡単に検知することである。この発明の充電式電気掃除機は、塵を含む空気を吸引口から吸引する送風機（２２）と、送風機を駆動するモータ（６９）と、吸引された空気をろ過して塵を捕獲する集塵部（３０）と、蓄電池（１４）と、前記蓄電池を前記モータに接続するスイッチング素子（６４）と、前記モータに流れる電流Ｉａを検出する電流検出部と、集塵部の集塵量の満杯を警報する警報部（６４）と、前記スイッチング素子を作動して前記モータを駆動させ、前記蓄電池の端子電圧Ｖｂと前記電流Ｉａとを検出し、Ｖｂ≧Ｖ1、Ｉａ≦Ｉ1（Ｖ1、Ｉ1は予め設定された値）であれば前記警報部を作動させる制御部（５４）とを備える。

Description

充電式電気掃除機
　この発明は充電式電気掃除機に関し、特に自走式やコードレス方式の充電式電気掃除機に関する。
　この発明の背景技術としては、集塵室に吸込負圧を作用させる電動送風機と、該電動送風機に駆動電流を供給するための充電可能な電源と、前記駆動電流を検出する電流検知手段と、該電流検知手段により検出された検出電流に基づいて前記駆動電流のデューティ比を制御することにより前記電動送風機に供給される駆動電流が一定となるように制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記デューティ比が所定の値に達した後、前記電流検知手段により検出された電流値が閾値より低下したとき、前記電動送風機に供給される駆動電流の値を設定値まで低減させた後に、前記電動送風機を停止させるようにした充電式電気掃除機が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００４－２４４９１号公報
　交流の商用電源を用いる一般的な電気掃除機においては、集塵量が大となると電動送風機の電流が逆に小さくなるという特性を用いて集塵量の大小を検知するようにしている。しかし、上記のような特許文献１に記載の充電式電気掃除機においては、集塵量の増大に対して電動送風機の電流が一定になるように制御するため、電動送風機の電流の変化から集塵量の大小を検知することが難しいという問題があった。
　この発明はこのような事情を考慮してなされたもので、集塵量の大小を容易に検知して集塵の満杯を警報することが可能な充電式電気掃除機を提供するものである。
　この発明は、塵を含む空気を吸引口から吸引する送風機と、送風機を駆動するモータと、吸引された空気をろ過して塵を捕獲する集塵部と、蓄電池と、前記蓄電池を前記モータに接続するスイッチング素子と、前記モータに流れる電流Ｉａを検出する電流検出部と、集塵部の集塵量の満杯を警報する警報部と、前記スイッチング素子を作動して前記モータを駆動させ、前記蓄電池の端子電圧Ｖｂと前記電流Ｉａとを検出し、Ｖｂ≧Ｖ1、Ｉａ≦Ｉ1（Ｖ1、Ｉ1は予め設定された値）であれば前記警報部を作動させる制御部とを備える充電式電気掃除機を提供するものである。
　この発明によれば、簡単な構成で誤りなく集塵量の満杯を警報することができる。
この発明の一実施形態に係る自走式掃除機の上面側の斜視図である。 図１のＡ－Ａ矢視断面図である。 図１に示す自走式掃除機の底面側の斜視図である。 集塵装置を取り出した状態を示す図２対応図である。 図１に示す自走式掃除機の制御系を示すブロック図である。 図１に示す自走式掃除機のバッテリー（蓄電器）の放電特性図である。 図１に示す自走式掃除機の集塵量対電機子電流の関係を電機子電圧をパラメータとして示す特性図である。 図１に示す自走式掃除機の要部の動作を示すフローチャートである。
　この発明による充電式電気掃除機は、塵を含む空気を吸引口から吸引する送風機と、送風機を駆動するモータと、吸引された空気をろ過して塵を捕獲する集塵部と、蓄電池と、前記蓄電池を前記モータに接続するスイッチング素子と、前記モータに流れる電流Ｉａを検出する電流検出部と、集塵部の集塵量の満杯を警報する警報部と、前記スイッチング素子を作動して前記モータを駆動させ、前記蓄電池の端子電圧Ｖｂと前記電流Ｉａとを検出し、Ｖｂ≧Ｖ1、Ｉａ≦Ｉ1（Ｖ1、Ｉ1は予め設定された値）であれば前記警報部を作動させる制御部とを備えることを特徴とする。
　前記制御部は、前記警報部を作動させた後も、前記モータの駆動を継続させてもよい。
　集塵量のチェック動作を制御部に指示する手動入力部をさらに備え、制御部は前記手動入力部からの出力をうけて、前記モータを所定時間だけ駆動させてもよい。
　前記制御部は、前記蓄電池の充電完了後に前記モータを所定時間だけ駆動させるようにしてもよい。
　蓄電池には、放電に伴って端子電圧が低下する、例えば、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池、Ｎｉ－Ｃｄ電池などを用いることができる。
　前記モータには、永久磁石励磁直流モータを好適に用いることができる。
　以下、図面に示す自走式掃除機の実施形態を用いてこの発明の充電式電気掃除機を説明する。これによってこの発明は限定されず、ユーザーが手動で移動させて用いるコードレス方式の電気掃除機なども含むものである。
１．自走式掃除機の構成
　図１はこの発明の実施形態に係る自走式掃除機の上面斜視図、図２は図１のＡ－Ａ矢視断面図、図３は図１に示される自走式掃除機の底面斜視図、図４は集塵装置が取り出された状態を示す図２対応図、図５は図１に示される自走式掃除機の制御系を示すブロック図である。
　図１～図３に示されるように、この発明の実施形態に係る自走式掃除機１は、設置された場所の床面（被清掃面）Ｆ（図２）を自走しながら、床面Ｆ上の塵埃を含む空気を吸い込み、塵埃を除去した空気を排気することにより床面上を掃除するように構成されている。
　自走式掃除機１は、円盤状の筐体２を備え、この筐体２の内部および外部に、回転ブラシ９、サイドブラシ１０、集塵装置（集塵部）３０、電動送風機２２、一対の駆動輪２９、後輪２６および前輪２７、各種センサ、および制御部等の構成要素が設けられている。
　この自走式掃除機１において、前輪２７が配置されている部分が前方部、後輪２６が配置されている部分が後方部、集塵装置３０が配置されている部分が中間部である。
　筐体２は、前方部における中間部との境界付近の位置に形成された吸込口６を有する平面視円形の底板２ａと、筐体２に対して集塵装置３０を出し入れする際に開閉する蓋部３を中間部に有している天板２ｂと、底板２ａおよび天板２ｂの外周部に沿って設けられた側板２ｃとを備えている。
　また、底板２ａには前輪２７、一対の駆動輪２９および後輪２６の下部を筐体２内から外部へ突出させる複数の孔部が形成され、天板２ｂにおける前方部と中間部との境界には排気口７が形成されている。なお、側板２ｃは、前後に二分割されており、側方前部はバンパーとして機能するように、変位可能に設けられている。
　また図１に示されるように、筐体２の天板２ｂにおける後方部には、電源スイッチ（押釦スイッチ）６２と、ユーザーが操作する起動スイッチや後述する集塵量の満杯チェック用のスイッチやその他各種条件を入力するスイッチを備えた入力部（入力パネル）６３と、集塵量の満杯の警報を表示したり、掃除機の状況を表示する表示部（表示パネル）６４を備えている。
　また、図４に示されるように、筐体２は、その内部において、前方部に電動送風機２２を収納する前方収納室Ｒ１を有し、中間部に集塵装置３０を収納する中間収納室Ｒ２を有する。また、後方部に制御部の制御基板１５、バッテリー１４（蓄電池）、充電端子４等を収納する後方収納室Ｒ３を有し、前方部と中間部との境界付近に吸引路１１および排気路１２を有している。
　吸引路１１は吸込口６と中間収納室Ｒ２とを連通し、排気路１２は中間収納室Ｒ２と前方収納室Ｒ１とを連通している。なお、これらの各収納室Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、吸引路１１および排気路１２は、筐体２の内部に設けられてこれらの空間を構成する仕切り壁３９によって仕切られている。
　一対の駆動輪２９は、筐体２の中心を通る中心線Ｃ（図２）と直角に交わる一対の回転軸に固定されており、一対の駆動輪２９が同一方向に回転すると筐体２が進退し、各駆動輪２９が逆方向に回転すると筐体２が中心線Ｃの回りに回転する。
　一対の駆動輪２９の回転軸は、一対の駆動輪用モータからそれぞれ個別に回転力が得られるように連結されており、各モータは筐体の底板２ａに直接またはサスペンション機構を介して固定されている。
　前輪２７はローラからなり、進路上に現れた段差に接地し、筐体２が段差を容易に乗り越えられるよう、駆動輪２９が接地する床面Ｆ（図２）から少し浮き上がるよう筐体２の底板２ａの一部に回転可能に設けられている。
　後輪２６は自在車輪からなり、駆動輪２９が接地する床面Ｆと接地するよう筐体２の底板２ａの一部に回転可能に設けられている。
　このように、筐体２に対して前後方向中間に一対の駆動輪２９を配置し、前輪２７を床面Ｆから浮かせ、自走式掃除機１の重量を一対の駆動輪２９と後輪２６によって支持できるよう、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、進路前方の塵埃を前輪２７によって遮ることなく吸込口６に導くことができる。
　吸込口６は、床面Ｆに対面するよう筐体２の底面（底板２ａ）に形成された凹部８の開放面であり、この凹部８に吸口体としてのボトムプレート６０（図３参照）が嵌め入れられることにより吸込口６が形成される。この凹部８内には、筐体２の底面と平行な軸心の廻りに回転する回転ブラシ９が設けられ、凹部８の左右両側には底板２ａに垂直な回転軸心の廻りに回転するサイドブラシ１０が設けられている。
　回転ブラシ９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。サイドブラシ１０は、回転軸の下端にブラシ束を放射状に設けることにより形成されている。なお、回転ブラシ９の回転軸および一対のサイドブラシ１０の回転軸は、筐体２の底板２ａの一部に枢着されると共に、その付近に設けられた図示しないブラシ駆動モータ、および該ブラシ駆動モータの回転をプーリおよびベルト等を含む動力伝達機構を介して連結されている。
　また、図３に示すように吸込口６の後方の縁には吸込口６で吸い込まれなかった塵埃を捕捉し塵埃の散乱を防止するためのブレード状の捕捉部材としての起毛ブラシ６５が設けられている。
　図３に示されるように、筐体２の底面と前輪２７との間には床面を検知する床面検知センサ１３が配置され、左右の駆動輪２９の側部前方には同様の床面検知センサ１９が配置されている。床面検知センサ１３によって下り階段を検知すると、その検知信号が制御部に送信され、制御部は両駆動輪２９が停止するよう制御する。また、床面検知センサ１３が故障した場合、床面検知センサ１９が下り階段を検知して両駆動輪２９を停止することができるため、自走式掃除機１の下り階段への落下が防止されている。
　また、床面検知センサ１９が、下り階段を検知すると、その検知信号が制御部に送信され、制御部は駆動輪２９が下り階段を回避して走行するように制御してもよい。
　制御基板１５には、自走式掃除機１を制御するマイクロコンピュータや、駆動輪２９、回転ブラシ９、サイドブラシ１０、電動送風機２２等の各要素を駆動するモータドライバ回路などの制御回路が設けられている。
　筐体２の側板２ｃの後端には、バッテリー１４の充電を行う充電端子４が設けられている。室内を自走しながら掃除する自走式掃除機１は、室内に設置されている充電台４０（図２）に帰還する。これにより、充電台４０に設けられた端子部４１に充電端子４が接触し、バッテリー１４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４０は、通常、室内の側壁Ｓに沿って設置される。
　集塵装置３０は、通常、筐体２内における両駆動輪２９の回転軸の軸心よりも上方の中間収納室Ｒ２内に収納されており、集塵装置３０内に捕集された塵埃を廃棄する際は、図４に示されるように、筐体２の蓋部３を開いて集塵装置３０を出し入れすることができる。
　集塵装置３０は、開口部を有する集塵容器３１と、集塵容器３１の開口部を覆うフィルタ部３３と、フィルタ部３３と集塵容器３１の開口部とを覆うカバー部３２とを備えている。カバー部３２およびフィルタ部３３は、集塵容器３１の前側の開口端縁に回動可能に軸支されている。
　集塵容器３１の側壁前部には、集塵装置３０が筐体２の中間収納室Ｒ２内に収納された状態において、筐体２の吸引路１１と連通する流入路３４と、筐体２の排気路１２と連通する排出路３５とが設けられている。
　自走式掃除機１全体の駆動制御を行う制御系は、図５に示すように、ＣＰＵ５１、ＲＯＭ５２、ＲＡＭ５３からなるマイクロコンピュータを備える制御部５４、２つの駆動輪２９をそれぞれ駆動するための駆動輪用モータ５５，５６を制御するモータドライバ回路５７、回転ブラシ９およびサイドブラシ１０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、電動送風機２２に組込まれた直流モータ６９とバッテリー１４との接続をＯＮ・ＯＦＦするスイッチング素子６８、直流モータ６９に流れる電流、つまり電機子電流Ｉａを検出するシャント抵抗器６１、電源スイッチ６２、床面検知センサ１３，１９を含む各種センサ６７を駆動制御するセンサ制御ユニット６６、入力部６３および表示部６４を備える。
　なお、直流モータ６９には、永久磁石励磁直流モータが用いられる。
　電源スイッチ６２がＯＮになると、バッテリー１４の出力電力は、モータドライバ回路５７を介して駆動輪用モータ５５，５６へ、モータドライバ回路５９を介してブラシ駆動モータ５８へ、スイッチング素子６８を介して直流モータ６９へそれぞれ供給されると共に、制御部５４、入力部６３、表示部６４、センサ制御ユニット６６へもそれぞれ供給される。
　そして、制御部５４のＣＰＵ５１は中央演算処理装置であり、入力部６３とシャント抵抗器６１と各種センサ６５から受けた信号を、ＲＯＭ５２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５７，５９、スイッチング素子６８、表示部６４などへ出力するようになっている。
　なお、ＲＡＭ５３は、入力部６３からユーザーにより入力される各種指令および自走式掃除機１の各種動作条件や各種センサ６５およびシャント抵抗器６１の出力などを一時的に記憶するようになっている。
　また、ＲＡＭ５３は、自走式掃除機１の走行マップを記憶することができる。走行マップは、自走式掃除機１の走行経路や走行速度などといった走行に係る情報であり、予めユーザーによってＲＡＭ５３に記憶させるか、あるいは自走式掃除機１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、各種センサ６５は、床面検知センサ１３，１９の他に、臭いセンサ、湿度センサ、人感センサ、接触センサなどを含む。
　臭いセンサは、筐体２の外部周辺の臭いを検知する。臭いセンサとしては、例えば、半導体式や接触燃焼式の臭いセンサを用いることができる。自走式掃除機１の外部周辺の臭いを検知するために、例えば、筐体２の側板２ｃまたは天板２ｂから外部へ露出した状態で臭いセンサが配置される。制御部５４は臭いセンサからの出力信号に基づいて筐体２の外部周辺の臭い情報を得る。
　湿度センサは、筐体２の外部周辺の湿度を検知する。湿度センサとしては、例えば、高分子感湿材料を用いた静電容量式や電気抵抗式の湿度センサを用いることができる。自走式掃除機１の外部周辺の相対湿度を検知するために、例えば、筐体２の側板２ｃまたは天板２ｂから外部へ露出した状態で湿度センサが配置される。制御部５４は、湿度センサからの出力信号に基づいて筐体２の外部周辺の湿度情報を得る。
　人感センサとしては、例えば、赤外線、超音波、可視光等によって人の存在を検知する人感センサを用いることができる。自走式掃除機１の外部周辺の人の存在を検知するために、例えば、筐体２の側板２ｃまたは天板２ｂから外部へ露出した状態で人感センサが配置される。制御部５４は、人感センサからの出力信号に基づいて筐体２の外部周辺の人の存在情報を得る。
　接触センサは、自走式掃除機１が走行時に障害物と接触したことを検知するために、例えば、筐体２の側板２ｃの前部に配置される。制御部５４は接触センサからの出力信号に基づいて筐体２の外部周辺の障害物の存在情報を得る。
　このように構成された自走式掃除機１において、掃除運転の指令により、電動送風機２２、駆動輪２９、回転ブラシ９およびサイドブラシ１０が駆動する。これにより、回転ブラシ９、サイドブラシ１０、駆動輪２９および後輪２６が床面Ｆに接地した状態で、筐体２は所定の範囲を自走しながら吸込口６から床面Ｆの塵埃を含む空気を吸い込む。このとき、回転ブラシ９の回転によって床面Ｆ上の塵埃は掻き上げられて吸込口６に導かれる。また、サイドブラシ１０の回転によって吸込口６の側方の塵埃が吸込口６に導かれる。
　吸込口６から筐体２内に吸い込まれた塵埃を含む空気は、図２の矢印Ａ１に示されるように、筐体２の吸引路１１を通り、集塵装置３０の流入路３４を通って集塵容器３１内に流入する。集塵容器３１内に流入した気流は、フィルタ部３３を通過してフィルタ部３３とカバー部３２との間の空間に流入し、排出路３５を通って筐体２の排気路１２へ排出される。この際、集塵容器３１内の気流に含まれる塵埃はフィルタ部３３によって捕獲されるため、集塵容器３１内に塵埃が堆積する。
　集塵装置３０から筐体２の排気路１２へ流入した気流は、図２の矢印Ａ２に示されるように前方収納室Ｒ１へ流入し、図示しない第１排気路および第２排気路を流通する。そして、筐体２の上面に設けた排気口７から、図２の矢印Ａ３に示されるように、後方の斜め上方にフィルタ部３３にて除塵された綺麗な空気が放出される。これにより、床面Ｆ上の掃除が行われる。このとき、排気口７から後方の斜め上方に向けて排気するので、床面Ｆの塵埃の巻き上げが防止され、室内の清浄度を向上することができる。
　また、自走式掃除機１は、前述のように、左右の駆動輪２９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、互いに逆方向に回転することにより中心線Ｃを中心に旋回する。例えば、自走式掃除機１は、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た場合、駆動輪２９が停止し、左右の駆動輪２９を互いに逆方向に回転して向きを変える。これにより、自走式掃除機１は、設置場所全体あるいは所望範囲全体に障害物を避けながら自走することができる。
　また、自走式掃除機１は、左右の駆動輪２９と後輪２６の３点で接地しており、前進時に急停止しても後輪２６が床面Ｆから浮き上がらないようなバランスで重量配分されている。そのため、自走式掃除機１が前進中に下り階段の手前で急停止し、それによって自走式掃除機１が前のめりに傾いて下り階段へ落下するということが防止されている。なお、駆動輪２９は、急停止してもスリップしないよう、溝を有するゴムタイヤをホイールに嵌め込んで形成されている。
　また、集塵装置３０が駆動輪２９の回転軸の上方に配置されているため、集塵によって重量が増加しても自走式掃除機１の重量バランスが維持される。
　自走式掃除機１は、掃除が終了すると充電台４０（図２）に帰還する。これにより、充電端子４が端子部４１に接してバッテリー１４が充電される。
２．集塵量検知手段
　この発明の特徴の１つである集塵量検知手段、とくに、集塵満了検知手段について以下に説明する。
　図６はバッテリー（蓄電池）１４を一定電流で放電したときの放電時間Ｔに対する端子電圧Ｖｂの変化を示す。図６から、放電時間Ｔの経過、つまり電池残量の低下に伴って、端子電子Ｖｂは、Ｖ0、Ｖ1、Ｖ2、Ｖ3と徐々に低下し、最終的に放電終止電圧（再充電可能電圧）Ｖｓまで低下することが分かる。なお、バッテリー１４には、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池又はＮｉ－Ｃｄ電池が用いられる。
　また、図７は、直流モータ６９の電機子電圧ＶａがＶ0、Ｖ1、Ｖ2、Ｖ3と低下した時の集塵装置（集塵部）３０の集塵量Ｑに対する直流モータ６９の電機子電流Ｉａの変化を示す。
　図６から、
　（１）集塵量Ｑが最大値Ｑｍ（満杯）に向かって多くなるほど電機子電流Ｉａは低下する、
　（２）電機子電圧Ｖａが低下するほど、同じ集塵量Ｑに対する電機子電流Ｉａが低下する、
　（３）Ｖａ＝Ｖ0では、Ｉａ＝Ｉ1のとき、集塵量Ｑ＝Ｑｍ（満杯）になる。しかし、ＶａがＶ1、Ｖ2、Ｖ3と低下するに従って、Ｉａ＝Ｉ1のときの集塵量Ｑが徐々にＱｍより小さくなる、
ということが分かる。
　そこで、この発明では、ＱがほぼＱｍであると見做すことができるＩａ、Ｖａとして、
　Ｉａ≦Ｉ1、Ｖａ≧Ｖ1という条件を予め設定する。
　なお、図５に示すようにバッテリー１４と直流モータ６９はスイッチング素子６８で直結されるため、バッテリー１４の端子電圧Ｖｂ＝直流モータ６９の電機子電圧Ｖａである。従って、
　Ｉａ≦Ｉ1、Ｖｂ≧Ｖ1
という条件を満たしたときに集塵量が満杯であるとするものである。
　そこで、この条件を用いた集塵量の満杯検出動作を図８に示すフローチャートを用いて説明する。
　まず、ステップＳ１において、電源スイッチ６２が投入されると、入力部６３の起動スイッチがＯＮされたか否かが判別される（ステップＳ２）。起動スイッチがＯＮされると、スイッチング素子６８がＯＮとなり直流モータ６９が駆動されて電動送風機２２が起動して清掃が開始され（ステップＳ４）、バッテリー１４の端子電圧Ｖｂと直流モータ６９の電機子電流Ｉａとが検出される（ステップＳ５）。
　Ｖｂ≧Ｖ1、Ｉａ≦Ｉ1であると（ステップＳ６、Ｓ７）、集塵装置（集塵部）３０の集塵量が満杯であると見做され、表示部６４に警報が表示される（ステップＳ８）。その後も直流モータ６９の駆動は継続され、「清掃終了」が入力部６３又はＲＯＭ５２のプログラムから指示されると直流モータ６９、つまり電動送風機２２は停止する（ステップＳ９、Ｓ１０）。
　また、ステップＳ２において、入力部６３の起動スイッチがＯＮされず、つまり、清掃の開始ではなく、「満杯チェック」の開始が、入力部６３により手動入力されるか、又はバッテリー１４の充電完了後にＲＯＭ５２のプログラムにより自動的に指示されると（ステップＳ３）、直流モータ６９が駆動される（ステップＳ１１）。
　直流モータ６９の駆動後、時間ｔ（例えば６０秒）が経過していない場合には（ステップＳ１２）、ＶｂとＩａが検出される（ステップＳ１３）。
　そして、Ｖｂ≧Ｖ1、Ｉａ≦Ｉ1であると（ステップＳ１４、Ｓ１５）、集塵量が満杯であると見做され、表示部６４に警報が表示される（ステップＳ１６）。その後、時間ｔが経過すると直流モータ６９（電動送風機２２）は停止し（ステップＳ１０）、「満杯チェック」動作は終了する。
　このようにして、掃除作業中において集塵の満杯の検出を行うことができると共に、掃除作業中でないときでも満杯か否かのチェックを容易に行うことができる。
　以上説明したように電動送風機については、直流モータを例に説明した。しかし、交流モータ、そのための回転モータでも同時にして実施できることはもちろんである。
　また自走式掃除機にて説明したが、当然のこととして、特許文献１に記載されるような充電式の電気掃除機においても同様に実施できる。
　１　　自走式掃除機
　２　　筐体
　２ａ　底板
　２ｂ　天板
　２ｃ　側板
　３　　蓋部
　４　　充電端子
　６　　吸込口
　７　　排気口
　８　　凹部
　９　　回転ブラシ
１０　　サイドブラシ
１１　　吸引路
１２　　排気路
１３　　床面検知センサ
１４　　バッテリー（蓄電池）
１５　　制御基板
１９　　床面検知センサ
２２　　電動送風機
２６　　後輪
２７　　前輪
２９　　駆動輪
３０　　集塵装置（集塵部）
３１　　集塵容器
３２　　カバー部
３３　　フィルタ部
３４　　流入路
３５　　排出路
３９　　仕切り壁
４０　　充電台
４１　　端子部
５１　　ＣＰＵ
５２　　ＲＯＭ
５３　　ＲＡＭ
５４　　制御部
５５　　駆動輪用モータ
５６　　駆動輪用モータ
５７　　モータドライバ回路
５８　　ブラシ駆動モータ
５９　　モータドライバ回路
６０　　ボトムプレート
６１　　シャント抵抗器
６２　　電源スイッチ
６３　　入力部（入力パネル）
６４　　表示部（表示パネル）
６５　　起毛ブラシ
６６　　センサ制御ユニット
６７　　各種センサ
６８　　スイッチング素子
６９　　直流モータ
Ｒ１　　前方収納室
Ｒ２　　中間収納室
Ｃ　　　中心線
Ｆ　　　床面
Ｓ　　　側壁
Ｒ３　　後方収納室

Claims (4)

  1. 　塵を含む空気を吸引口から吸引する送風機と、送風機を駆動するモータと、吸引された空気をろ過して塵を捕獲する集塵部と、蓄電池と、前記蓄電池を前記モータに接続するスイッチング素子と、前記モータに流れる電流Ｉａを検出する電流検出部と、集塵部の集塵量の満杯を警報する警報部と、前記スイッチング素子を作動して前記モータを駆動させ、前記蓄電池の端子電圧Ｖｂと前記電流Ｉａとを検出し、Ｖｂ≧Ｖ1、Ｉａ≦Ｉ1（Ｖ1、Ｉ1は予め設定された値）であれば前記警報部を作動させる制御部とを備える充電式電気掃除機。
  2. 　前記制御部は、前記警報部を作動させた後も、前記モータの駆動を継続させる請求項１記載の充電式電気掃除機。
  3. 　集塵量のチェック動作を制御部に指示する手動入力部をさらに備え、制御部は前記手動入力部からの出力をうけて、前記モータを所定時間だけ駆動させる請求項１記載の充電式電気掃除機。
  4. 　前記制御部は、前記蓄電池の端子電圧Ｖｂが、Ｖｂ＜Ｖ1の時、前記モータに流れる電流Ｉａが、Ｉａ＜Ｉ1であっても、警報部を作動させない請求項１または２に記載の充電式電気掃除機。
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