專利名稱：電機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于清潔器具的電機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)備。特別是，但非排他地，本發(fā) 明涉及用于手持真空吸塵器的電機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)備。
背景技術(shù)：
手持真空吸塵器是公知的且已經(jīng)制造并銷售了數(shù)年。通常，手持真空吸 塵器包括本體，該本體承裝電機(jī)和用于產(chǎn)生氣流的風(fēng)扇單元。氣流經(jīng)由入口 進(jìn)入真空吸塵器。諸如過(guò)濾器、袋子或旋風(fēng)分離器這樣的分離器位于入口下 游，以將灰塵和臟物從氣流中分離。這種類型的真空吸塵器的例子現(xiàn)實(shí)與
GB 1 207 278中。
對(duì)于手持真空吸塵器來(lái)說(shuō)通常是電池供電的。在許多情況下，提供可再 充電電池(rechargeable battery )。但是，已知的電池供電真空吸塵器的缺點(diǎn) 是通過(guò)電池供應(yīng)的電壓在使用中顯著地下降。進(jìn)而，電壓下降的速率由于存 留在電池中的電荷的減少而增加。電池電壓的降低會(huì)導(dǎo)致電機(jī)速度的降低， 導(dǎo)致通過(guò)真空吸塵器的氣流減少且相應(yīng)地降低真空吸塵器的清潔性能。對(duì)于 使用者來(lái)說(shuō)不方便，因?yàn)檎婵瘴鼔m器執(zhí)行低效的清潔操作。
JP 2001-353111披露了一種用于驅(qū)動(dòng)真空吸塵器電機(jī)的可再充電電池裝 置。該裝置可補(bǔ)償當(dāng)電池在使用中耗電時(shí)通過(guò)電池供應(yīng)的電流的減少。這是 在來(lái)自電池的電流減少時(shí)通過(guò)改變電流的占空比以便向電機(jī)供應(yīng)恒定的電 流來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種電機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)備，其在電池的可用時(shí)間內(nèi)使得清 潔器具維持良好的清潔性能。本發(fā)明的進(jìn)一步目的是提供一種電機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè) 備，其能將大致恒定的電壓從電池供應(yīng)到電機(jī)，以便在電池的可用時(shí)間內(nèi)將 手持真空吸塵器的清潔性能保持大致恒定。
本發(fā)明提供一種用于清潔器具的電機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)備，包括電池電源和功率控 制器，該電池電源適于并布置為以具有第一電壓的輸出來(lái)供應(yīng)功率控制器，該第一電壓在電池電源放電時(shí)下降，且該功率控制器適于并布置為調(diào)制該輸 出，以產(chǎn)生用于驅(qū)動(dòng)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，該驅(qū)動(dòng)信號(hào)具有第二電壓和可變的占 空比，其中，功率控制器適于并布置為在第一電壓下降時(shí)增加驅(qū)動(dòng)信號(hào)的占 空比，以便以將第二電壓維持在大致恒定的每單位時(shí)間平均值。通過(guò)提供上 述裝置，電機(jī)可在電池的可用運(yùn)行期間得到恒定的電壓供應(yīng)。當(dāng)形成為具有 電機(jī)的清潔器具的一部分時(shí)，上述裝置允許電機(jī)在電池的整個(gè)運(yùn)行時(shí)間內(nèi)以 大致恒定的速度運(yùn)行，使得清潔性能更一致。
進(jìn)而，通過(guò)電池供應(yīng)的最大可用電壓可在占空比的"打開(kāi)"階段("on" period)被電機(jī)使用，而在占空比的"關(guān)閉"階段沒(méi)有電力從電池供應(yīng)。因 此，可將大致恒定的電壓供應(yīng)到電機(jī)，而不需要例如在電池電壓高于所需電 壓時(shí)在可變電阻上消耗過(guò)多的電壓。這可實(shí)現(xiàn)更高的效率和增進(jìn)的電池壽 命。此外，本發(fā)明的設(shè)備比諸如開(kāi)關(guān)模式電源這樣的替換設(shè)備更便宜和簡(jiǎn)單。
優(yōu)選的是，功率控制器適于并布置為在占空比達(dá)到預(yù)定值時(shí)將電機(jī)關(guān) 閉。通過(guò)提供這種設(shè)備，功率控制器可確定電池中的電荷是否已經(jīng)達(dá)到需要 將第二電壓維持在大致恒定的每單位時(shí)間平均值的最小值。超過(guò)該點(diǎn)而運(yùn)行 會(huì)導(dǎo)致電池不能供應(yīng)所需電壓來(lái)維持清潔器具的清潔性能。因此，需要在清 潔器具的清潔性能降低之前在這點(diǎn)處將電機(jī)關(guān)閉。
更優(yōu)選的是，預(yù)定值為100%。當(dāng)占空比達(dá)到100%時(shí)，電力連續(xù)地從 電池送出，以便維持所需的清潔性能。因此，如果電池繼續(xù)消耗，則第二電 壓將降低到需要維持清潔性能的最小值以下。結(jié)果，功率控制器布置為在電 荷從電池中進(jìn)一 步消耗且清潔性能下降之前將電機(jī)關(guān)閉。
優(yōu)選地，電池電源包括至少一個(gè)鋰離子單電池(cell)。鋰離子單電池具 有高荷質(zhì)比，使得它們對(duì)于手持器具來(lái)說(shuō)是理想的。
優(yōu)選的是，第一電壓等于第二電壓。通過(guò)提供這種設(shè)備，當(dāng)產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信 號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)時(shí)不需要修改輸出的電壓幅度。這消除了對(duì)變壓器或電壓調(diào)節(jié) 器的需要，這些部件體積大且效率不高。
現(xiàn)在將參考所附附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行描述，在附圖中
圖1是顯示了根據(jù)本發(fā)明的電機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)備的簡(jiǎn)化電路圖2是來(lái)自圖1電機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)備的輸出和驅(qū)動(dòng)信號(hào)的電壓-時(shí)間圖；圖3顯示了圖2所示的A點(diǎn)處驅(qū)動(dòng)信號(hào)的占空比。；
圖4顯示了圖2所示的B點(diǎn)處的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的占空比；
圖5顯示了圖2所示的C點(diǎn)處的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的占空比；
圖6顯示了針對(duì)電池輸出電壓繪制的驅(qū)動(dòng)信號(hào)占空比的圖7為包括有根據(jù)本發(fā)明的電機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)備的手持真空吸塵器的立視圖。
具體實(shí)施例方式
圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明的電機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)備10。該電機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)備10包括可 再充電電池12、電機(jī)14和功率控制器16。電機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)備10還包括功率金 屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)晶體管(功率MOSFET) 18，該晶體管與電池12并聯(lián)并與 電機(jī)14串聯(lián)。功率MOSFET18具有源極、漏極和柵極(未示出)并用作電 池12的正負(fù)端子之間的開(kāi)關(guān)。
功率控制器16連結(jié)到功率MOSFET 18的柵極。該柵極可被開(kāi)閉 (switched)以便控制功率MOSFET 18的源極和漏極之間的電流流動(dòng)。功率 控制器16使用正時(shí)信號(hào)(timing signal)T使柵極開(kāi)閉(switched),該信號(hào)具 有4kHz的頻率且通過(guò)功率控制器16來(lái)設(shè)定占空比(duty cycle )。在功率控 制器16的控制下，正時(shí)信號(hào)T采用一系列的波"包"或脈沖(在狀態(tài)上) 的形式，具有在其之間的"死時(shí)間，，(關(guān)閉狀態(tài))。死時(shí)間通過(guò)占空比來(lái)確定， 該占空比是脈沖寬度對(duì)周期的比。
電池12包括六個(gè)鋰離子單電池。每個(gè)鋰離子單電池可在安全充電時(shí)產(chǎn) 生4.1V的電壓。六個(gè)鋰離子單電池在完全充電時(shí)產(chǎn)生具有24.6V電壓的組 合輸出信號(hào)S1。
電機(jī)14具有風(fēng)扇單元(未示出)，用于產(chǎn)生氣流。該電機(jī)14和風(fēng)扇單 元需要16,2V的電壓，以便有效地運(yùn)行。電機(jī)14的進(jìn)一步構(gòu)造細(xì)節(jié)對(duì)本發(fā) 明來(lái)說(shuō)并不重要，因而不再進(jìn)一步討論。在該實(shí)施例沖，電機(jī)14布置為被 驅(qū)動(dòng)信號(hào)S2驅(qū)動(dòng)。驅(qū)動(dòng)信號(hào)S2通過(guò)使用被正時(shí)信號(hào)T控制的功率MOSFET 18調(diào)制輸出信號(hào)Sl來(lái)產(chǎn)生。因此，驅(qū)動(dòng)信號(hào)S2具有的頻率和占空比與正 時(shí)信號(hào)T的頻率和占空比相同。驅(qū)動(dòng)信號(hào)S2具有等于輸出信號(hào)Sl的電壓 VI的最大電壓。但是，因?yàn)轵?qū)動(dòng)信號(hào)S2被調(diào)制，所以驅(qū)動(dòng)信號(hào)S2也具有 每單位時(shí)間的平均電壓V2。在該實(shí)施例中，每單位時(shí)間的平均電壓V2等于 用于驅(qū)動(dòng)電機(jī)14的最小允許電壓，其為16.2V。在運(yùn)行中，電池12在電池12完全充電時(shí)產(chǎn)生具有24.6V的電壓VI的 輸出信號(hào)Sl。當(dāng)負(fù)載連接到電池12時(shí)，電流從電源12處出來(lái)且存儲(chǔ)在其 中電荷開(kāi)始消除。隨著電荷消耗，通過(guò)電池12產(chǎn)生的電壓Vl將降低。對(duì)于 恒定負(fù)載的電壓VI的時(shí)間依賴性顯示于圖2中。如圖2所示，最初電壓V1 降低很慢。但是，當(dāng)僅有少量電荷存在于電池12中時(shí)，電壓V1更快速地下 降，直到電池12完全放電。供應(yīng)到電機(jī)14的每單位時(shí)間的平均電壓V2顯 示于圖2中?？梢钥吹?，每單位時(shí)間的平均電壓V2是恒定的直到電機(jī)14 在時(shí)間X處被關(guān)掉。這將在后文描述。每單位時(shí)間的平均電壓V2的幅度 通過(guò)驅(qū)動(dòng)信號(hào)S2占空比來(lái)確定。
圖3到5顯示了占空比隨著輸出信號(hào)S1的電壓VI的變化。圖3顯示了 在圖2所示的A點(diǎn)處的驅(qū)動(dòng)信號(hào)S2。驅(qū)動(dòng)信號(hào)S2具有脈沖寬度wl和周期 p。如圖3所示，每個(gè)脈沖"包，，的峰值電壓等于輸出Sl的電壓VI。在A 點(diǎn)處，電池12完全被充電且輸出信號(hào)Sl具有24.6V的最大電壓VI。在這 種情況下，功率控制器16改變驅(qū)動(dòng)信號(hào)S2的占空比(其中占空比等于wl/p )， 以使得每單位時(shí)間的平均電壓V2等于16.2V。這對(duì)應(yīng)于65%的占空比。所 需占空比也可用V2/V1的比來(lái)計(jì)算。
圖4顯示了在B點(diǎn)(圖2)處的驅(qū)動(dòng)信號(hào)S2的占空比。在這點(diǎn)處，驅(qū) 動(dòng)信號(hào)S2具有脈沖寬度w2和等于w2/p的占空比。在B點(diǎn)處，輸出Sl的 電壓V1已經(jīng)降到18V。因此，驅(qū)動(dòng)信號(hào)S2的峰值電壓是18V。結(jié)果，所需 占空比增加到90% ,以便將每單位時(shí)間的平均電壓V2維持在16.2V的所需 值。
圖5顯示了在C點(diǎn)處(圖2)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)S2的占空比。在C點(diǎn)處，輸 出Sl的電壓VI已經(jīng)下降到最小允許值16.2V。因此，驅(qū)動(dòng)信號(hào)S2的峰值 電壓為16.2V且所需占空比為100%。在這種情況下，功率控制器16檢測(cè)到 占空比已經(jīng)達(dá)到100%的最大值且在時(shí)間X處關(guān)閉電機(jī)14 (圖2)。這是因 為，在電池12中沒(méi)有足夠的電荷來(lái)維持驅(qū)動(dòng)信號(hào)S2的每單位時(shí)間平均電壓 V2在所需的16.2V，以便讓電機(jī)14在大致恒定的速度下運(yùn)行。
圖6顯示了占空比隨著電池14的輸出信號(hào)Sl的電壓VI的改變?？梢?看到，占空比與電壓VI成比例且連續(xù)可變。通過(guò)以這種方式改變占空比， 供應(yīng)到電機(jī)14的驅(qū)動(dòng)信號(hào)S2的每單位時(shí)間平均電壓V2維持在16.2的預(yù)定 恒定值。圖7顯示了包括有根據(jù)本發(fā)明的電機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)備10的手持真空吸塵器 100。手持真空吸塵器100具有主體112,該主體承裝電機(jī)14(未顯示在圖7) 中和風(fēng)扇單元(未示出)。該主體112還包括具有電池12的電池組114.。把 手116設(shè)置在主體112上，用于在使用中操作手持真空吸塵器100。旋風(fēng)分 離設(shè)備118附接到主體U2。入口管120從旋風(fēng)分離設(shè)備118的遠(yuǎn)離主體112 的一部分延伸。臟空氣入口 122形成在入口管120的末端。 一套排氣口. 126 設(shè)置在主體112上，用于從手持真空吸塵器IOO排放空氣。
在使用中，電機(jī)和風(fēng)扇單元將通過(guò)入口管120帶有灰塵和臟物的空氣流 抽入到臟空氣入口 122并進(jìn)入到旋風(fēng)分離設(shè)備118。旋風(fēng)分離設(shè)備118從氣 流中分離灰塵和臟物。干凈的氣流隨后流過(guò)電機(jī)14并流出排氣口 126。
旋風(fēng)分離器比過(guò)濾器或袋子分離器更不容易被灰塵和臟物堵住。因此， 使用與本發(fā)明的電機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)備結(jié)合的旋風(fēng)分離器能得到一種能在電池可用 時(shí)間內(nèi)維持良好清潔效果的手持清潔器具。
本發(fā)明并不限于上述實(shí)施例的具體形式。例如，電機(jī)不需要形成電機(jī)驅(qū) 動(dòng)設(shè)備的一部分且可以是分離的部件。此外，驅(qū)動(dòng)信號(hào)不需要通過(guò)功率 MOSFET來(lái)開(kāi)閉而是可以使用其他類型的機(jī)械或電開(kāi)關(guān)。
此外，驅(qū)動(dòng)信號(hào)不需要具有與電池輸出相同的最大幅度。兩個(gè)電池可以 聯(lián)接，以給出更大的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，或是可以使用變壓器的形式。
此外，電機(jī)可以在不同于100%的占空比處關(guān)閉。例如，電機(jī)可以在較 低的占空比下關(guān)閉。進(jìn)而，電機(jī)的關(guān)閉可以通過(guò)其他因素來(lái)確定，例如，來(lái) 自電池的輸出電壓、驅(qū)動(dòng)信號(hào)的每單位時(shí)間平均電壓、電池的溫度或電機(jī)的 旋轉(zhuǎn)速度。這些額外的因素可以被用于替代占空比測(cè)量或作為占空比測(cè)量的 補(bǔ)充。
本發(fā)明可應(yīng)用到所有類型的清潔器具，例如立式和筒式真空吸塵器、地 板拋光器、地板清掃器和干/濕機(jī)器。重要的是，電機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)備適于并布置為 在電池供應(yīng)的電壓降低時(shí)以恒定的電壓驅(qū)動(dòng)電機(jī)。
權(quán)利要求
1、一種用于清潔器具的電機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)備，包括電池電源和功率控制器，該電池電源適于并布置為以具有第一電壓的輸出來(lái)供應(yīng)到功率控制器，該第一電壓在電池電源放電時(shí)下降，且該功率控制器適于并布置為調(diào)制該輸出，以產(chǎn)生用于驅(qū)動(dòng)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，該驅(qū)動(dòng)信號(hào)具有第二電壓和可變的占空比，其中，功率控制器適于并布置為在第一電壓下降時(shí)增加驅(qū)動(dòng)信號(hào)的占空比，以便將第二電壓維持在大致恒定的每單位時(shí)間的平均值。
2、 如權(quán)利要求1所述的電機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)備，其中，功率控制器適于并布置 為在占空比到達(dá)預(yù)定值時(shí)將電機(jī)關(guān)閉。
3、 如權(quán)利要求2所述的電機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)備，其中，該預(yù)定值為100%。
4、 如任一前述權(quán)利要求所述的電機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)備，其中，該電池電源包括 至少一個(gè)鋰離子單電池。1
5、 如任一前述權(quán)利要求所述的電機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)備，其中，所述第一電壓等 于所述第二電壓。
6、 如任一前述權(quán)利要求所述的電機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)備，還包括具有風(fēng)扇的電機(jī)。
7、 一種電機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)備，是參考附圖而在前文描述的。
8、 一種清潔器具，包括如任一前述權(quán)利要求所述的電機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)備。
9、 如權(quán)利要求8或9所述的清潔器具，其中，所述清潔器具包括旋風(fēng) 分離器。
10、 如權(quán)利要求8或9所述的清潔器具，其中，所述清潔器具為手持真 空吸塵器。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于清潔器具(100)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)備(10)，包括電池電源(12)和功率控制器(16)。該電池電源(12)適于并布置為以具有第一電壓(V1)的輸出(S1)來(lái)供應(yīng)到功率控制器(16)。該第一電壓(V1)在電池電源(12)放電時(shí)下降。且該功率控制器(16)適于并布置為調(diào)制輸出(S1)，以產(chǎn)生用于驅(qū)動(dòng)電機(jī)(14)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)(S2)。該驅(qū)動(dòng)信號(hào)(S2)具有第二電壓(V2)和可變的占空比。功率控制器(16)適于并布置為在第一電壓下(V1)降時(shí)增加驅(qū)動(dòng)信號(hào)(S2)的占空比，以便以將第二電壓(V2)維持在大致恒定的每單位時(shí)間的平均值。通過(guò)提供上述裝置，電機(jī)(14)可在電池(12)的可用運(yùn)行期間得到恒定的電壓供應(yīng)。當(dāng)形成具有電機(jī)(14)的清潔器具(100)的一部分時(shí)，上述裝置允許電機(jī)(14)在電池(12)的整個(gè)運(yùn)行時(shí)間內(nèi)以大致恒定的速度運(yùn)行，使得清潔性能更一致。
文檔編號(hào)H02P7/29GK101517886SQ200780034921
公開(kāi)日2009年8月26日 申請(qǐng)日期2007年9月10日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月20日
發(fā)明者喬治·F·P·奧卡姆, 戴維·J·霍克 申請(qǐng)人:戴森技術(shù)有限公司