真空吸尘器以及控制真空吸尘器中由电池电源驱动的电动机的方法

摘要

本发明涉及真空吸尘器以及控制真空吸尘器中由电池电源驱动的电动机的方法。例如，提供了一种真空吸尘器(1)，该真空吸尘器包括一个电动机(2)、一个用于提供功率给该电动机的电池电源(3)、一个用于测量该电动机上的电压的电压测量单元(4)、以及一个用于测量流过该电动机的电流的电流测量单元(5)。此外，该真空吸尘器包括一个控制单元(6)，该控制单元用于基于所测量的电压和所测量的电流来控制从该电池电源被提供到该电动机的功率以便在从该电动机启动开始的一个指定时间段内获得一个目标电动机功率值。

说明书

技术领域

本发明涉及真空吸尘器以及控制真空吸尘器中由电池电源驱动的电 动机的方法。

背景技术

由电池驱动的产品与带线的交流电驱动式产品相比具有普遍的缺 点，因为电池电压在电池的放电过程中减小。在包括电动机的电池供电 式真空吸尘器中，在电池的放电循环过程中电池功率的降低将导致该真 空吸尘器的抽吸功率的下降。通常，对于给定的电动机电流而言，在电 池的放电循环过程中，由电池供电的真空吸尘器的风扇单元的最大进入 功率将减少50％或更多。此外，电池的老化将影响功率输出，而使得老 化的电池的初始功率和最高可得功率与崭新电池相比可以减小超过三分 之一。供应给电动机的电功率进一步取决于电池的电量状态，即，当充 电循环被中断时，电池在充电循环过程中处于哪个点。另一个缺点是， 电压下降的速率随着电池中剩余电量的减小而增大。

为了限制本领域中在放电循环的过程中电池电压减小的影响，已经 提出了反馈控制。在EP 2064808中，这是通过测量电动机电压并且将电 动机电压向预定的恒定目标值进行控制来实现的。因此，不同于在电池 的放电循环过程中真空吸尘器的抽吸功率稳定地减小，而是将该真空吸 尘器控制成以恒定的抽吸功率运行，该恒定的抽吸功率在电池放电循环 过程中的任一点都低于最大可用抽吸功率，直到该电池不再能提供实现 所设定的恒定抽吸功率的一个电源电压，其中电动机被立即关掉。

从用户的视角来看，这个方法可能不是所希望的，因为存在从实际 的角度来看该预定的恒定值被设定得太低这个巨大风险。在EP 2064808 中，在恒定抽吸功率得以维持的、延长的电池放电循环与具有更高的恒 定抽吸功率的、较短的放电循环之间存在明显的权衡。

发明内容

本发明的一个目的是解决或至少减轻本领域的这个问题并且提供一 种改进的真空吸尘器以及用于控制真空吸尘器中由电池电源驱动的电动 机的方法。

这个目的在本发明的第一方面是由一种用于控制真空吸尘器中由电 池电源驱动的电动机的方法实现的，该方法包括以下步骤：测量电动机 上的电压；并且基于所测量的电压来控制从该电池电源被提供到电动机 的电压以便在从电动机启动开始的一个指定时间段内获得一个目标电动 机电压值、并且当超过该指定时间段时控制被提供给该电动机的电压随 着逐渐减小的电池电源电压而逐渐减小直到该电动机断电。

这个目的进一步是通过具有与本发明第一方面的方法的特征相对应 的特征的一种真空吸尘器实现的。因此，提供了一种真空吸尘器，该真 空吸尘器包括一个电动机、一个用于提供功率给该电动机的电池电源、 以及一个用于测量该电动机上的电压的电压测量单元。该真空吸尘器进 一步包括一个控制单元，该控制单元用于：基于所测量的电压来控制从 该电池电源被提供到电动机的电压以便在从电动机启动开始的一个指定 时间段内获得一个目标电动机电压值、并且当超过该指定时间段时控制 被提供给该电动机的电压随着逐渐减小的电池电源电压而逐渐减小直到 该电动机断电。

有利的是，利用本发明，用户能够启动该真空吸尘器并且使该真空 吸尘器在从该真空吸尘器启动开始起的一个指定的时间段内(例如在0 至5分钟范围内的某个值、或更优选的是1至3分钟、或甚至更优选的 是2分钟左右)以该目标电动机电压值所规定的一个恒定的且相对高的 抽吸功率运行。当过了这个指定时间段后，允许抽吸功率随着逐渐减小 的电池电源电压而减小直到电动机被关掉。电池供电式真空吸尘器通常 使用较短的时间段，例如用于在餐桌下方进行简单的吸尘以便去除废弃 物或用于玄关地毯以便去除碎石和砂砾。

由此，用户更希望的是该真空吸尘器与长时间地维持低的恒定抽吸 功率相比更能够短时间地维持高的恒定抽吸功率。因此，通过提供几分 钟的相对高的抽吸功率并且随后允许该抽吸功率在电池放电循环过程中 随着逐渐减小的电池电压而减小，电池功率以更加用户友好的且有效的 方式被消耗。实际上，很可能的是用户在大多数场合中、在他或她关掉 真空吸尘器之前都没有使该电池驱动式真空吸尘器运行整个指定时间 段，其结果是当下一次用户启动该真空吸尘器时很可能预期同样的抽吸 功率。利用本发明的方法和真空吸尘器，用户在使用这些真空吸尘器时 间段的很多场合下都将体验到由设定的目标电动机电压值引起的高的目 标抽吸功率，直到突然当已达到一个不再能够获得该目标抽吸功率的电 池功率水平时，该真空吸尘器只能产生低的抽吸功率(或不产生抽吸功 率)，其中该电池优选是被充电。

这个目的在本发明的第二方面是由一种用于控制真空吸尘器中由电 池电源驱动的电动机的方法实现的，该方法包括以下步骤：测量流过电 动机的电流；并且基于所测量的电流来控制从该电池电源被提供到电动 机的电流以便在从该电动机启动开始的一个指定时间段内获得一个目标 电动机电流值、并且当超过该指定时间段时控制被提供给该电动机的电 流随着逐渐减小的电池电源电流而逐渐减小直到该电动机断电。

这个目的进一步是通过具有与本发明第二方面的方法的特征相对应 的特征的一种真空吸尘器实现的。因此，提供了一种真空吸尘器，该真 空吸尘器包括一个电动机、一个用于供应功率给该电动机的电池电源、 以及一个用于测量流过该电动机的电流的电流测量单元。该真空吸尘器 进一步包括一个控制单元，该控制单元用于：基于所测量的电流来控制 从该电池电源被提供到电动机的电流以便在从该电动机启动开始的一个 指定时间段内获得一个目标电动机电流值、并且当超过该指定时间段时 控制被提供给该电动机的电流随着逐渐减小的电池电源电流而逐渐减小 直到该电动机断电。

作为本发明的第一方面的方法和真空吸尘器的替代方案，本发明的 第二方面的方法和真空吸尘器利用电流来控制电动机。本发明的第一方 面的方法和真空吸尘器的以上所阐明的优点同样适用于第二方面。对本 发明的第二方面将不再进一步进行任何细节的讨论。

最后，该目的在本发明的第三方面是由一种用于控制真空吸尘器中 由电池电源驱动的电动机的方法实现的，该方法包括以下步骤：测量电 动机上的电压、并且测量流过电动机的电流。该方法进一步包括以下步 骤：基于所测量的电压和电流来控制从电池电源被提供到电动机的功率 以便在从该电动机启动开始的一个指定时间段内获得一个目标电动机功 率值。

这个目的进一步是通过具有与本发明第三方面的方法的特征相对应 的特征的一种真空吸尘器实现的。因此，提供了一种真空吸尘器，该真 空吸尘器包括一个电动机、一个用于供应功率给该电动机的电池电源、 一个用于测量该电动机上的电压的电压测量单元、以及一个用于测量流 过该电动机的电流的电流测量单元。此外，该真空吸尘器包括一个控制 单元，该控制单元用于基于所测量的电压和所测量的电流来控制从该电 池电源被提供到该电动机的功率以便在从该电动机启动开始的一个指定 时间段内获得一个目标电动机功率值。

本发明的第一方面的在上文中所阐明的优点同样适用于本发明的第 三方面的方法和真空吸尘器。本发明的第三方面进一步承认，对于真空 吸尘器中电动机的电动机功率的更精确控制仍存在需要，这种控制是在 考虑电动机负载的情况下应用的。更具体地说，应该使得能够控制电动 机功率以提供一个所希望的、不受该真空吸尘器的气流变化所影响的抽 吸功率。根据本发明的多个实施例，对真空吸尘器中电动机功率的更精 确控制是通过利用电动机上的电压以及流过电动机的电流二者作为用于 控制电动机功率的反馈参数来实现的。

通过只使用电压或电流作为控制真空吸尘器电动机的参数，不可能 适应电动机电压或电流存在波动的情况，例如当真空吸尘器的入口被堵 塞或半堵塞时。

在真空吸尘器的气流减少的情况下，例如当该真空吸尘器的入口被 堵塞或半堵塞时、当该真空吸尘器的集尘器充满时、和/或当真空吸尘器 的过滤器被阻塞时，电动机功率将减小。更具体地说，气流的减少将减 小流过该电动机的电流，并且因此即使电压保持恒定，电动机功率也将 减小。

因此，根据本发明多个实施例通过进一步将电流作为反馈参数，使 得能够实现对电动机功率的更精确控制，这进而使得能够实现对抽吸功 率的更精确控制。进一步有利的是，通过考虑电动机电流和电压二者， 抽吸功率可以被保持在恒定水平，即使在真空吸尘器的气流减少的情况 下。

本发明的另一个目的是，基于所测量的电动机电压和所测量的电动 机电流来控制从电池电源被提供到电动机的功率以便在从电动机启动开 始的一个指定时间段内获得一个目标电动机功率值。

该目标电动机功率是一个设计参数并且其配置取决于将体现本发明 的真空吸尘器的所希望的特性。该目标电动机功率可以被设定为随时间 是恒定的或可以随时间变化。

应当指出的是本发明涉及权利要求中所叙述的特征的所有可能组 合。当研究所附权利要求书以及以下说明时，本发明的进一步的特征和 优点将变得清楚。本领域技术人员将认识到，本发明的不同特征可以组 合在一起以便产生不同于下文所说明那些实施例的实施例。

附图说明

现在将通过举例并且参考以下附图来描述本发明，在这些附图中：

图1示出了根据本发明一个实施例的真空吸尘器的示意性框图；

图2示出了根据本发明另一个实施例的真空吸尘器的示意性框图；

图3展示了根据本发明多个实施例如何来控制被提供给真空吸尘器 电动机的功率；并且

图4示出了一个流程图，展示了根据本发明一个实施例的一种用于控 制真空吸尘器中由电池电源驱动的电动机的方法。

具体实施方式

现在将参照这些附图在下文中更全面地描述本发明，在附图中示出 了本发明的某些实施例。然而，本发明可以采用许多不同形式来实施并 且不应被解释为局限于在此阐明的这些实施例；而是，这些实施例是以 举例方式提供的，而使得本披露将变得全面和完整并且将向所属领域的 普通技术人员全面地传达本发明的范围。

本发明可以在一般的电池驱动式真空吸尘器中实施，例如直立式/杆 式真空吸尘器、手持式真空吸尘器、机器人真空吸尘器或罐式真空吸尘 器。图1示出了根据本发明一个实施例的真空吸尘器1的示意性框图， 该真空吸尘器1包括一个由电池电源3供电的电动机2。该真空吸尘器1 进一步包括一个电压测量单元4，该电压测量单元可以是任何合适的电压 计；以及电流测量单元5，该电流测量单元可以是任何合适的电流计；以 及一个控制单元6，该控制单元基于由该电压测量单元4和电流测量单元 5所进行的测量来控制被施加到该电动机2上的电功率。

参照图1，应指出的是在本发明的第一方面，在测量并控制电动机电 压的情况下省略了电流测量单元5，而在本发明的第二方面，在测量并控 制电动机电流的情况下省略了电压测量单元4。

此外，控制单元6(以及在下文所提及的相应控制单元)典型地是以 一个或多个微处理器的形式实施的，该一个或多个微处理器被安排成用 来执行一个对应的计算机程序7，该计算机程序被下载到与该微处理器相 关联的一种合适的存储介质8中，例如随机存取存储器(RAM)、快闪存 储器或硬盘驱动器中。该控制单元6被安排成当合适的、包括计算机可 执行指令的计算机程序7被下载到存储介质8中并且被控制单元6所执 行时，至少部分地实施根据本发明的多个实施例的方法。该存储介质8 也可以是一种包括该计算机程序7的计算机程序产品。可替代地，计算 机程序7可以借助于一种合适的计算机程序产品例如软盘或记忆棒被转 移到该存储介质8中。作为另一个替代方案，该计算机程序7可以通过 网络被下载到该存储介质8中。该控制单元6可以可替代地以应用专用 集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、复杂可编程逻辑器件 (CPLD)等等形式来实施。

图2的示意性框图中示出了根据本发明的真空吸尘器的一个实施例， 其中电池9供电给被连接到风扇(未示出)上的电动机10，该风扇产生 穿过该真空吸尘器的空气流，以用于从一个有待被清洁的表面上收集杂 物。提供了一个电压测量单元12和一个电流测量单元14。该电压测量单 元12测量被施加在电动机10上的电压并且该电流测量单元14测量流过 该电动机的电流。该电压测量单元12和电流测量单元14对应地将所测 量的电动机电压和所测量的电动机电流提供给一个功率计算单元16，该 功率计算单元计算出实际的电动机功率值并且将该值提供给一个控制单 元20。该功率典型地按照P＝U x I来计算。进一步给该控制单元供应一 个目标电动机功率值P_REF。该控制单元20因此被安排成通过连接在控制 单元20与电动机10之间的一个处于MOSFET 22或类似物形式的开关、 基于由该功率计算单元16供应的该实际的电动机功率值以及该目标电动 机功率值P_REF来控制被供应给电动机10的功率。

参照图2，再次应指出的是在本发明的第一方面，在测量并控制电动 机电压的情况下省略了电流测量单元14，而在本发明的第二方面，在测 量并控制电动机电流的情况下省略了电压测量单元12。此外，在本发明 的第一方面和第二方面，省略了功率计算单元16，并且对应的所测量的 电压或电流被直接供应到该控制单元20以便与一个对应的参考电压V_REF或参考电流I_REF进行比较。

在本发明的一个实施例中，该控制单元20控制被供应到电动机10 的功率是大体上恒定的，因为这样的控制将产生最可能为用户所偏爱的 大体上恒定的抽吸，与之相反的是稍微波动的抽吸噪音可能被用户认为 是恼人的。

在本发明的另一个实施例中，该控制单元20控制被供应到该电动机 10的功率是在指定的时间段内位于由一个功率上限阈值与一个功率下限 阈值所限定的范围内。如结合以上实施例所讨论的，抽吸功率的轻微波 动是用户可接受的，只要不觉得电动机是在剧烈跳动。

在本发明的另一个实施例中，图2中的控制单元20能够产生将作为 控制信号被供应的脉冲宽度调制(PWM)信号、并且进一步能够基于该 来自功率计算单元16的实际电动机功率值和该目标电动机功率值P_REF来 确定所产生的PWM信号的特性。该PWM信号可以通过任何已知的合适 方法来产生。

当电池电源9对电动机10施加功率并且控制单元20产生具有周期P 的PWM信号并将该PWM信号供应至MOSFET 22的栅极上时，电动机 10被周期性地被启动一段时间T。该PWM信号的占空比D按照D＝T/P 来计算。因此，占空比D越大，供应给电动机10的功率就越大。因此， 控制单元20可以通过改变被施加到MOSFET 22的PWM信号的占空比 D来控制被供应给电动机10的功率。

在操作中，施加到电动机10上的实际电动机功率值是通过借助于电 压测量单元12和电流测量单元14对应地测量电动机电压和电动机电流 来确定的。所测量的电动机电压和电动机电流被供应给功率计算单元16 并且实际的电动机功率值是按照P＝U x I来计算的并被供应给该控制单 元20。另外，该目标电动机功率值被供应给该控制单元20。控制单元20 随后通过改变被提供给MOSFET 22的PWM信号的占空比来控制被供应 给电动机10的功率。

当真空吸尘器的气流减少时，例如是由于该真空吸尘器入口被部分 或完全阻塞，则电动机10上的负载减小，这导致流过电动机10的电流 减小。这将导致实际电动机功率值的减小。控制单元20将控制该PWM 信号以使得被供应给电动机10的功率达到该目标电动机功率值P_REF。这 是通过增大该PWM信号的占空比来实现的。当气流增大时，该控制单 元20将控制该PWM信号以使得被提供到电动机10的功率减小且随后 达到该目标电动机功率值P_REF，这是通过减小该PWM信号的占空比来实 现的。

应该指出的是，如果希望改变实际的电动机功率，则可以改变该目 标电动机功率值P_REF。已设想到，在希望获得变化的实际电动机功率时， 将该目标电动机功率值P_REF设定成变化的。

除了测量电动机10上的电压之外，电池9上的电压的测量也可以由 该电压测量单元12来完成，如虚线24所指示的。电池电压可以用于控 制功率、用于确定该目标电动机功率、用于监测电池状态和/或用于控制 该电池的运行，等等。

现在参照图3，展示了根据本发明的多个实施例如何来控制被提供给 真空吸尘器电动机的功率。用菱形指示的曲线展示了当该电动机被设定 成产生最大抽吸功率时的平均电动机供应电压。如所看见的，该平均电 动机供应电压以大约16.5V开始并且慢慢地放电到运行15分钟时的15.5 V。从15分钟开始及以后，可以看到该电池快速放电。用方形展示的曲 线展示了当根据本发明多个实施例执行功率控制时的平均电动机供应电 压。这将参照图4在下文进一步说明。

图4示出了一个流程图，展示了根据本发明一个实施例的一种用于 控制真空吸尘器中由电池电源驱动的电动机的方法。在第一步骤S101中， 测量该真空吸尘器电动机上的电压。在第二步骤S102中，测量流过该电 动机的电流。然后，在步骤S103中，基于测量的电压和电流来控制从该 电池电源提供到该电动机的功率以便达到一个目标电动机功率值。功率 可以按照P＝U x I来计算。如图3中用方形指示的曲线所展示的，施加 一个目标电动机功率值，在此情况下是由大约16.5V的对应电动机供应 电压所展示的。这个功率被供应给电动机而持续例如3分钟时间段，并 且随后快速关掉该真空吸尘器。这样重复另外四次并且可以看到，本发 明的实施例的方法使得在几乎整个电池放电循环过程中都能够供应相对 高的电动机功率。在所进行的这个具体测试中，有可能在该真空吸尘器 不再能够产生更多抽吸功率之前将该目标电动机功率应用15分钟。在这 个具体实例中，如果用户已经运行该真空吸尘器超过三分钟，则本发明 的实施例的方法将控制所供应的电动机功率随着逐渐减小的电池电源电 压而逐渐减小直到该电动机断电(或该电池放完电)。在该真空吸尘器运 行前三分钟之后，平均电动机供应电压将被设定成稍大于16.5V，即， 当过了指定的时间段时紧挨着的前一个电压值，并且除非该用户关掉该 真空吸尘器，否则该平均电动机供应电压将随着逐渐减小的电池电源电 压而逐渐减小直到该电池放完电。

虽然本发明是参照其具体的示例性实施例进行了说明，但是对于本 领域的普通技术人员来说，很多不同的变更、修改和类似改动将会变得 清楚。因此所说明的这些实施例不是旨在限制本发明的如由所附权利要 求书限定的范围。