电池驱动的无线清洁系统

摘要

一种清洁系统，包括：转子；搅动器；可充电电池，所述可充电电池包括外壳以及在所述外壳内的至少两个电池单元；抽吸电机，所述抽吸电机接收来自所述可充电电池的电力，并且与所述转子耦合；有刷电机，所述有刷电机接收来自所述可充电电池的电力，并且与所述搅动器耦合；用户控制开关，所述用户控制开关配置成响应于用户的操作而产生用户激活信号；以及控制器。所述控制器配置成在第一工作周期输出第一脉冲宽度的调制信号用来控制所述抽吸电机，在第二工作周期输出第二脉冲宽度的调制信号用来以第一速度控制所述有刷电机，接收用户激活信号，在接收到用户激活信号后在第三工作周期输出所述第二脉冲宽度的调制信号来以第二速度控制所述有刷电机。

权利要求

1.一种清洁系统，包括：

转子；

搅动器；

可充电电池；

抽吸电机，所述抽吸电机接收来自所述可充电电池的电力，并且与所述转子耦合；

有刷电机，所述有刷电机接收来自所述可充电电池的电力，并且与所述搅动器耦合；

用户控制开关，所述用户控制开关配置成响应于用户的操作而产生用户激活信号；以及控制器，所述控制器配置成：

在第一工作周期输出第一脉冲宽度的调制信号用来控制所述抽吸电机，在第二工作周期输出第二脉冲宽度的调制信号用来在第一方向上以第一速度控制所述有刷电机；

接收所述用户激活信号；以及

在接收到所述用户激活信号后，在第一工作周期维持第一脉冲宽度调制信号的输出，同时在第三工作周期输出所述第二脉冲宽度的调制信号来在所述第一方向上以第二速度控制所述有刷电机。

2.根据权利要求1所述的清洁系统，其中所述第一工作周期、所述第二工作周期以及所述第三工作周期中的一个基于所述可充电电池的电压而修改。

3.根据权利要求1所述的清洁系统，其中所述第一速度和所述第二速度相等。

4.根据权利要求1所述的清洁系统，其中所述可充电电池包括外壳以及在所述外壳内的至少两个电池单元。

5.根据权利要求1所述的清洁系统，还包括电池电量表，其中所述电池电量表指示所述可充电电池的电压。

6.根据权利要求1所述的清洁系统，还包括指示器，所述指示器指示所述有刷电机至少以所述第一速度和所述第二速度中的一个速度在运行。

7.根据权利要求1所述的清洁系统，其中所述清洁系统是直立式真空吸尘器。

8.根据权利要求1所述的清洁系统，其中所述抽吸电机和所述有刷电机中的至少一个是无刷直流电机。

9.根据权利要求1所述的清洁系统，其中所述可充电电池选择性地与所述清洁系统耦合。

10.根据权利要求1所述的清洁系统，其中所述控制器还配置成通过指示器指示用户故障出现。

11.根据权利要求1所述的清洁系统，其中所述控制器还配置成当控制器在所述第三工作周期输出所述第二脉冲宽度的调制信号用来以所述第二速度控制所述有刷电机时，将具有第四工作周期的所述第一脉冲宽度的调制信号输出到所述抽吸电机。

12.一种操作清洁系统的方法，所述清洁系统包括转子、搅动器、可充电电池，与所述转子耦合的抽吸电机、和所述搅动器耦合的有刷电机、用户控制开关以及控制器，所述方法包括：计算所述可充电电池的电压；

在第一工作周期输出第一脉冲宽度的调制信号用来控制抽吸电机；

在第二工作周期输出第二脉冲宽度的调制信号用来在第一方向上以第一速度控制有刷电机；

接收来自所述用户控制开关的所述用户激活信号；以及在接收到所述用户激活信号后，在第一工作周期维持第一脉冲宽度调制信号的输出，同时在第三工作周期输出第二脉冲宽度的调制信号用来在所述第一方向上以第二速度控制所述有刷电机。

13.根据权利要求12所述的方法，其中所述第一工作周期、所述第二工作周期以及所述第三工作周期中的一个基于所述可充电电池的电压。

14.根据权利要求12所述的方法，其中所述第一速度和所述第二速度相等。

15.根据权利要求12所述的方法，还包括通过电池电量表向用户指示所述可充电电池的电压。

16.根据权利要求12所述的方法，还包括通过指示器向用户指示所述清洁系统的故障。

17.根据权利要求12所述的方法，还包括通过指示器向用户指示所述有刷电机以所述第一速度或所述第二速度运行。

18.根据权利要求12所述的方法，还包括当在所述第三工作周期输出所述第二脉冲宽度的调制信号用来以所述第二速度控制所述有刷电机时，将具有第四工作周期的所述第一脉冲宽度的调制信号输出到所述抽吸电机。

说明书

电池驱动的无线清洁系统

[0001] 相关申请

[0002] 本申请要求享有于2013年2月8号提交的美国临时申请61/762，691的优先权，其全部内容由此通过引用并入本文。

技术领域

[0003] 本发明涉及家用设备，诸如吸力清洁器(例如真空清洁器)。

背景技术

[0004] 清洁系统包含的产品范围广泛，这些产品为满足各种不同的清洁需求而设计。清洁系统的实例包括杆状真空吸尘器，轻质直立式真空吸尘器，手提式真空吸尘器，地毯清洁器以及灌式吸尘器等等。

[0005] 一些清洁系统利用与搅动器耦合的有刷电机，诸如刷子，连同与转子(诸如叶轮或风扇)耦合的抽吸电机，以除去碎片。通常，有刷电机转动刷子以搅动待清洗表面。当有刷电机转动刷子时，抽吸电机转动转子以便收集暴露于搅动器的碎片。

[0006] 搅动器在坚硬的待清洁表面上高速运转，例如在坚硬的木质地板上，搅动器可以在碎片被转子转动收集之前将碎片从清洁系统中扫除。因此，在清洁坚硬表面时，清洁系统将有刷电机关掉很常见。但是，关掉有刷电机会阻碍表面清洁并且降低清洁系统的效率。人们期待有不同的替代设备。

发明内容

[0007] 在一个实施例中，本发明提供了一种清洁系统，包括：转子；搅动器；可充电电池，所述充电电池包括外壳以及在所述外壳内的至少两个电池单元；抽吸电机，所述抽吸电机接收来自所述可充电电池的电力，并且与所述转子耦合；有刷电机，所述有刷电机接收来自所述可充电电池的电力，并且与所述搅动器耦合；用户控制开关，所述用户控制开关配置成响应于用户的操作而产生用户激活信号；以及控制器。所述控制器配置成在第一工作周期输出第一脉冲宽度的调制信号用来控制所述抽吸电机，在第二工作周期输出第二脉冲宽度的调制信号用来以第一速度控制所述有刷电机，接收用户激活信号，在接收到用户激活信号后在第三工作周期输出所述第二脉冲宽度的调制信号来以所述第二速度控制所述有刷电机。

[0008] 本发明的另一个实施例提供了一种操作清洁系统的方法，所述清洁系统包括转子、搅动器、可充电电池、抽吸电机、与所述抽吸电机耦合的转子、和搅动器耦合的有刷电机、用户控制开关以及控制器。所述方法包括：计算所述可充电电池的电压；在第一工作周期输出第一脉冲宽度的调制信号用来控制抽吸电机；在第二工作周期输出第二脉冲宽度的调制信号用来以所述第一速度控制有刷电机；接收来自所述用户控制开关的用户激活信号；以及在接收到所述用户激活信号后，在第三工作周期输出第二脉冲宽度的调制信号用来以所述第二速度控制所述有刷电机。

[0009] 本申请的其他方面将通过详细的说明书以及附图而变得显而易见。

附图说明

[0010] 图1示出电池组。

[0011] 图2示出电池组。

[0012] 图3示出由图1中所述电池组供电的清洁系统。

[0013] 图4示出清洁系统。

[0014] 图5示出清洁系统。

[0015] 图6示出清洁系统。

[0016] 图7示出清洁系统。

[0017] 图8示出清洁系统的界面。

[0018] 图9示出清洁系统的控制器。

[0019] 图10示出脉冲宽度调制信号的实例。

[0020] 图11是示出清洁系统操作的流程图。

具体实施方式

[0021] 在对本发明的任一实施例进行详细解说前，应当理解的是本发明并不将其应用限定在下述说明书中所阐明或在以下附图中所示出的构造细节以及组件布置。本发明能够以其他实施例实现，并且以各种方式实践或者实施。

[0022] 附图1和附图2示出所述电池组10。所述电池组10具有锂-钴，锂-锰，锂-锰尖晶石或者其他适合的锂或锂离子化学组成。可替代地，电池组具有诸如基于镍金属氢(“NiMH”)或者镍-镉(“NiCd”)的化学组成。所述电池组10具有额定值为4V、8V、12V、16V、18V、20V、24V、36V、48V等的标准电压，或额定值在上述电压之间或者大于48V的其他电压。所述电池组10内的电池单元具有诸如额定值为1.2Ah、1.3Ah、1.4Ah、2.0Ah、2.4Ah、2.6Ah、3.0Ah等的电容量。单个电池单元电容量的额定值可以根据单个电池单元的电容量额定值以及所述电池组10内的电池单元数量来组合以产生总的电池组电容量额定值。在一些结构中，所述单个电池单元的能量密度是0.348Wh/cm3,即使其他的结构中用的是另外的能量密度。所述电池组10能够提供诸如至少0.084Wh/cm3的总体能量密度。

[0023] 所述电池组10包括外壳15，所述外壳15由第一半体或者壳体20以及第二半体或者壳体25组成。所述第一壳体和第二壳体20，25使用例如螺丝钉30或者其他合适的紧固机构或材料耦合到彼此。控制杆35枢转地安装到所述外壳15并且使得所述电池组10能够从设备上移除。拉动所述控制杆35的第一端40以将所述电池组10从设备上拉开或者弹出。在一些结构中，所述第一端40形成为与凹陷部分45相邻的凸起部分。所述第一端40的凸起部分以及所述凹陷部分45的尺寸设计为接收诸如用户手指或者其他对象以便所述控制杆35枢转的大小。

[0024] 所述外壳15上可移动地安装顶杆，所述顶杆配置成通过所述控制杆35的旋转运动而转动。闩锁50是可延伸的，可移动地安装到外壳55上，所述闩锁50配置成通过所述顶杆的运动从第一位置(例如锁定位置)移动到第二位置(例如未锁定位置)，所述顶杆经由所述控制杆35的旋转运动而运动。当处于锁定位置时，所述闩锁50牢固地将所述电池组10耦合到设备。所述闩锁50从所述第一位置到第二位置的移动使得所述电池组10从设备上移除。在图示的结构中提供了单个闩锁。在其他结构中，电池组中会提供额外的闩锁。

[0025] 所述电池组10还包括电气接口55。进出所述电池组10的电力通信通过所述电气接口55实现，所述电气接口55轻微地向所述外壳15凹进。所述电气接口55包括电器连接部件60和65，所述电器连接部件60和65位于所述电池组10的底部70。

[0026] 附图3-7示出由所述电池组10供电的所述清洁系统100。所述清洁系统100图示为直立式的真空吸尘器，但是，在其他结构中，所述清洁系统100可以是杆状真空吸尘器、手提式真空吸尘器、地毯式吸尘器或者其他类似物。所述清洁系统100包括把手部115，主体部120以及底座部125。在一些结构中，所述清洁系统100还包括软管或者其他配件。

[0027] 所述把手部115包括第一部区130和第二部区135。所述第一部区130相对于所述第二部区135倾斜并且包括抓握部分140(参见附图5)。所述抓握部分140包含包括一个或多个用户控制开关145。在一个结构中，所述用户控制开关145是三位开关。在另外一个结构中，有多个二位的所述用户控制开关145。除此以外，所述第二部区135包括多个指示器150用以向用户指示与所述清洁系统100的相关操作模式。在一些结构中，所述多个指示器150为发光二极管(LED)。

[0028] 在一些结构中，所述把手部115可移动地与所述主体部120耦合。例如，为了实现存储和运输目的，所述把手部115能够从所述主体部120拆分。在一些结构中，所述把手部115只能利用摩擦力与所述主体部120耦合以及紧固。在另外一些结构中，所述把手部115通过螺丝钉或者其他合适的紧固机构与所述主体部120耦合以及紧固。所述把手部115还包括多个电气连接器，所述多个电气连接器位于所述把手部115和所述主体部120之间的接口。所述电气连接器将所述把手部115与所述主体部120电气连接，这样与所述清洁系统100操作相关的电气信号能够从所述把手部115发送到所述主体部120以实现对诸如电机/风扇组合件的控制。

[0029] 所述主体部120包含电池插座155、电池电量表160、电机/风扇组合件165以及废物腔室170。在一些结构中，所述主体部120还包括旋风分离器。所述电池插座155接收所述电池组10。所述电池插座155包括多个电气连接器用以将所述电池组10和所述清洁系统100电气连接。所述电池电量表160配置成向用户指示插入到所述电池插座155内的所述电池组10的电压和充电量。虽然所述电池电量表160显示为位于所述主体120上的所述电池插座155之上，但在其他结构中，它可以位于所述把手部115或者所述底部125上。

[0030] 所述电机/风扇组合件165位于所述电池插座155之下。这样位于所述电池插座155和所述电机/风扇组合件165之间的布置优势明显，因为当其放置在所述电池插座155内部时，从所述电机/风扇组合165出来的空气流能够冷却所述电池组10。所述电机/风扇组合件包括抽吸电机166(参见附图9)以及转子，例如叶轮或者风扇。在一些结构中，所述抽吸电机166为无刷直流(brushless direct-current,“BLDC”)电机。在一些结构中，所述抽吸电机
166可为多种其他类型的电机，包括但不限定于有刷直流电机、步进电机、同步电机或者其他直流或者交流电机。

[0031] 所述废物腔室170位于所述电机/风扇组合件165之下，并且和所述主体部120可移除地耦合。在图示结构中，所述废物腔室170是无袋的并且包括闩锁机构，所述闩锁机构将所述废物腔室170与所述清洁系统100紧固。所述废物腔室170还包括一个入口，所述入口用来接收废物。在其他结构中，所述废物腔室170包括用来收集废物的一次性使用的袋子。

[0032] 所述主体部120的下端包括用于将所述主体部120和所述底座部125连接的接口。所述底座部125包含相对应的接口200(参见附图8)，所述接口200用来将所述底座部125和所述主体部120连接。除此之外，在其他的机构中，所述接口200包括两个末端205和210、出口215以及枢转接头220。所述两个末端205和210从所述电池组10向所述底座部125提供电力。所述出口215从所述底座部125向所述主体部120排除废物。所述枢转接头220使得所述把手部115和所述主体部120相对于所述底座部125枢转。例如，所述枢转接头220使得所述把手部115和所述主体部120以围绕平行于待清洁表面的第一轴线225的方式枢转。围绕所述第一轴线225的枢转运动使得所述把手部115和所述主体部120从大约垂直于所述底座部
125的位置移动到大约和地面平行的位置。例如，所述把手部115和所述主体部120能够相对于所述底座部125以0.0度到90.0度之间的角度移动。在其他结构中，所述把手部115和所述主体部120以更大的角度旋转。

[0033] 所述把手部115和所述主体部120也可绕第二轴线230枢转。所述第二轴线230大约和所述第一轴线225垂直并且大约和所述把手部115以及所述主体部120平行。围绕所述第二轴线230的枢转运动为所述清洁系统100提供额外的控制和可操作性。在其他结构中，采用的是球形接头而不是枢转接头220。

[0034] 所述底座部125包括第一轮子250、第二轮子255、抽吸入口260、搅动器例如刷子265，以及有刷电机266(参见附图9)。第一和第二轮子250和255沿着所述第一轴线225与所述底座部125耦合。所述抽吸入口260使得废物进入所述清洁系统100。在一些结构中，所述抽吸入口260还包括孔或者凹口262，所述孔或者凹口262使得更大的物体进入所述抽吸入口260而不需用户提起所述清洁系统100。

[0035] 所述有刷电机266转动所述刷子265。在一些结构中，所述有刷电机266是无刷直流(“BLDC”)电机并且可在多种速度例如高速和低速下操作。在其他结构中，所述有刷电机266可以是多种其他类型的电机，包括但不限定于有刷直流电机、步进电机、同步电机或者其他直流或者交流电机。

[0036] 所述清洁系统100还包括一个如附图9所示的控制器300。所述控制器300与所述清洁系统100的多种模块或组件电气和/或通信连接。例如，所述控制器300和所述用户控制开关145、所述指示器150、所述电池电量表160、所述抽吸电机166以及所述有刷电机266相连。所述控制器300由所述电池组10供电。所述控制器300包括硬件和软件的组合，所述硬件和软件除其他之外可以操作和控制所述清洁系统100。

[0037] 在一些结构中，所述控制器300包括多个电气和电子组件，所述多个电气和电子组件能够向在所述控制器300和所述清洁系统100内的组件和模块提供电力、操作性控制以及保护。例如，除此之外，所述控制器300包括处理器305(例如微处理器、微控制器，或者另外合适的可编程机构)以及存储器310。在一些结构中，所述控制器300部分地或者全部地在半导体(例如现场可编程门阵列【“FPGA”】半导体)芯片上实施。

[0038] 所述存储器310包括诸如程序存储区以及数据存储区。所述程序存储区和所述数据存储区可以包括不同型号的存储器的组合，例如只读存储器(“ROM”)、随机存取存储器(“RAM”)(例如动态随机存取存储器【“DRAM”】，同步DRAM【“SDRAM”】等等)、电可擦除可编程只读存储器(“EEPROM”)、闪速存储器、硬盘、SD卡或者其他合适的磁性、光学、物理或者电子存储机构。所述处理器305与所述存储器310相连并且执行能够存储于所述存储器310的RAM(例如在执行过程中)、所述存储器310的ROM(例如在普遍永久性的基础上)，或者另外的诸如存储器或者磁盘的非暂时性的计算机可读介质的软件指令。包括在所述清洁系统100的实施中的软件能够存储在所述控制器300的所述存储器310内。所述软件包括诸如固件、一个或多个应用程序、程序数据、过滤器、规则、一个或多个程序模块以及其他可执行指令。所述控制器300配置成从所述存储器检索，除此之外，执行与控制过程和本文描述的方法相关的指令。在其他结构中，所述控制器300包括额外的、少量或者不同的组件。

[0039] 所述控制器300计算或者确定所述电池组10的电压。然后所述控制器300将所述电压或者充电量的的信号指示输出到电池电量表160以便显示给用户。所述控制器300也接收来自所述用户控制开关145的信号。在一些结构中，所述用户控制开关145完成一个电路或多个电路，这样信号就可以被发送到所述控制器300。

[0040] 所述控制器300通过使用脉冲宽度调制(pulse-width modulated,“PWM”)信号运转所述抽吸电机166以及所述有刷电机266。附图10示出PWM信号350的实例，所述PWM信号350用来控制所述抽吸电机166以及所述有刷电机266。所述PWM信号350包括工作周期355。
通过修改相应的所述PWM信号350的所述工作周期355来控制所述抽吸电机166以及所述有刷电机266。响应于来自所述用户控制开关145的信号和所述电池组10的电压中的至少一个来控制所述PWM信号350的所述工作周期355。附图10示出具有为0％、25％、50％、75％以及
100％工作周期355的所述PWM信号350。所述PWM信号350具有范围从0％到100％的所述工作周期355。

[0041] 控制所述抽吸电机166，使得所述抽吸电机166的速度大体保持恒定。控制所述有刷电机266，使得所述有刷电机266保持大体恒定的低速或者大体恒定的高速。通过修改发送到所述抽吸电机166和所述有刷电机266的PWM信号来实现速度恒定。所述工作周期根据所述电池组10的电压而修改。例如，如前所述，所述控制器300计算或确定所述电池组10的电压。使用所述清洁系统100时，随着所述电池组10的电压降低，提供给所述抽吸电机166和所述有刷电机266的电压也降低。因此，为了保持所述抽吸电机166和所述有刷电机266的恒定速度，所述各个PWM信号的工作周期会随着所述电池组10的电压降低而增加。所述控制器300持续地确定所述电池组10的电压并且为了保持所述抽吸电机166和所述有刷电机266在各自大体恒定的速度下运转，根据所述电池组10的电压修改所述各个PWM信号的工作周期。

[0042] 如前所述，所述有刷电机266能够保持在恒定的低速或高速。当所述用户控制开关145设置为“正常操作(NORMAL OPERATION)”时，所述控制器300将所述抽吸电机166控制在恒定速度下，将所述有刷电机266控制在高速下(例如当所述电池组10充满电时，利用含有
60％工作周期的PWM信号)。当所述用户控制开关145设置为“安静操作(QUIET OPERATION)”时，所述控制器300将所述抽吸电机166控制在恒定速度下，将所述有刷电机266控制在低速下(例如通过减少发送到所述有刷电机266的所述PWM信号的工作周期)。在一个结构中，指示器150用来向用户指示所述有刷电机266以低速或高速运转。

[0043] 在其他结构中，所述抽吸电机166以高速和低速运行。在本结构中，在“NORMAL OPERATION”时，所述抽吸电机166以低速运行。在“QUIET OPERATION”时,所述有刷电机266降低到低速，所述抽吸电机166增加到高速。

[0044] 在一些结构中，所述控制器300能够确定在所述清洁系统100内是否出现故障。故障包括例如禁止所述刷子265转动或者阻塞所述抽吸入口260。在一个结构中，所述控制器300通过监测由所述抽吸电机166和所述有刷电机266所消耗的电流来判断故障。如果由所述抽吸电机166或者所述有刷电机266所消耗的电流超过了一个预定的临界值，所述控制器
300会关掉所述成电机166和所述有刷电机266并且通过所述指示器150向用户指示故障。

[0045] 附图11示出所述清洁系统100的操作400的流程图。所述控制器300从所述用户控制开关145接收“开启(ON)”信号(步骤405)。所述控制器300确定所述电池组10的电压(步骤410)。所述控制器确定是否存在故障(步骤415)。如果存在故障，所述控制器300使用所述指示器150向用户指示故障(步骤420)。如果没有故障，所述控制器300判定所述用户控制开关
145是否设置为“正常操作(NORMAL OPERATION)”(步骤425)。如果所述用户控制开关145设置为“NORMAL OPERATION”，所述控制器300根据所述电池组10的电压计算吸尘工作周期和正常的刷子工作周期(步骤430)。所述控制器300向所述抽吸电机166输出第一PWM信号和向所述有刷电机266输出第二PWM信号，所述第一PWM信号具有已计算出的抽吸工作周期，所述第二PWM信号具有已计算出的正常刷子工作周期(步骤435)。所述控制器300使用所述指示器150向用户指示所述清洁系统100以“NORMAL OPERATION”模式运转(步骤440)。所述控制器300返回到步骤410。如果所述用户控制开关145设置为“安静操作(QUIET OPERATION)”而非设置为“NORMAL OPERATION”，那么所述控制器300根据所述电池组10的电压计算吸尘工作周期和安静的刷子工作周期(步骤445)。所述控制器300向所述吸尘电机166输出第一PWM信号和向所述有刷电机266输出第二PWM信号，所述第一PWM信号具有已计算出的抽吸工作周期，所述第二PWM信号具有已计算出的安静刷子工作周期(步骤450)。所述控制器300使用指示器150向用户指示所述清洁系统100以“QUIET OPERATION”模式运转(步骤455)。所述控制器300返回到步骤410。

[0046] 因此，除其他之外，本发明提供具有抽吸电机和有刷电机的清洁系统。本发明的各种特征和优势在以下权利要求中提出。