[0001] 技術(shù)領(lǐng)域

[0002] 本發(fā)明涉及一種包含空氣過(guò)濾器的設(shè)備(例如，真空吸塵器或者空氣清潔器)，以及一種空氣過(guò)濾器監(jiān)測(cè)的方法。

[0003] 背景技術(shù)

[0004] 真空吸塵器具有使用一段時(shí)間后過(guò)濾器將會(huì)阻塞的缺點(diǎn)。這種現(xiàn)象難以被使用者察覺(jué)到，因?yàn)檫^(guò)濾器的污染是緩慢過(guò)程。正常使用下，在真空吸塵器的性能受損前，會(huì)經(jīng)過(guò)多于半年的時(shí)間。

[0005] 一些真空吸塵器配備用來(lái)測(cè)量過(guò)濾器上壓力差的壓力開(kāi)關(guān)。這種原理的缺點(diǎn)是在變化的氣流下，壓力差不直接與過(guò)濾器污染相關(guān)。當(dāng)改變速度調(diào)節(jié)器的設(shè)置來(lái)減弱氣流時(shí)，壓力差將會(huì)降低并且因此壓力開(kāi)關(guān)產(chǎn)生的信號(hào)可能從“污染”改變到“清潔”，然而過(guò)濾器污染還未改變。如果真空吸塵器使用在地毯上，與使用在堅(jiān)硬的地板上相比，將會(huì)有巨大的氣流不同。

[0006] JP2008301878提供了能夠探測(cè)過(guò)濾器阻塞的真空吸塵器，來(lái)自灰塵收集腔的空氣通過(guò)上述過(guò)濾器通向電風(fēng)扇。通過(guò)電風(fēng)扇操作吸住的灰塵儲(chǔ)存在灰塵杯中，并且來(lái)自該灰塵杯的空氣經(jīng)過(guò)過(guò)濾器通向電風(fēng)扇。灰塵杯中儲(chǔ)存的灰塵數(shù)量被灰塵傳感器探測(cè)，并且電風(fēng)扇的空氣流速被空氣流速探測(cè)部分基于電風(fēng)扇中的電流變化探測(cè)。當(dāng)灰塵傳感器的探測(cè)結(jié)果顯示灰塵的數(shù)量不超過(guò)規(guī)定的量并且當(dāng)空氣流速探測(cè)部分的探測(cè)結(jié)果顯示空氣流速不超過(guò)規(guī)定的小空氣流速時(shí)，過(guò)濾器阻塞判定部分判定過(guò)濾器被阻塞。

[0007] US4294595公開(kāi)一種用于“清潔空氣”類(lèi)型的真空吸塵器的自動(dòng)關(guān)閉裝置，其中，真空風(fēng)扇在污濁空氣通道和真空過(guò)濾器的下游。壓力差分或者空氣氣流響應(yīng)開(kāi)關(guān)連接在真空吸塵器的污濁空氣通道的噴嘴入口和在這樣的空氣氣流已經(jīng)通過(guò)了過(guò)濾器袋后的清潔空氣通道之間。壓力差分開(kāi)關(guān)響應(yīng)于經(jīng)過(guò)系統(tǒng)的空氣氣流變化是可操作的，并且導(dǎo)致真空吸塵器電動(dòng)機(jī)功率中斷，并且同時(shí)給操作者發(fā)出過(guò)濾器已滿(mǎn)或者堵塞存在于沿著大體上污濁空氣通道全部長(zhǎng)度的某處的警告。

[0008] US5294872公開(kāi)了一種真空吸塵器，其中，通過(guò)探測(cè)適于給吸塵器吸力的變速風(fēng)扇電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度和其變化范圍，來(lái)辨別過(guò)濾器的阻塞狀態(tài)和清潔表面的狀態(tài)，并且基于辨別結(jié)果修正風(fēng)扇電動(dòng)機(jī)的速度命令，并且可以通過(guò)最優(yōu)的吸力執(zhí)行舒適的清潔。

[0009] 現(xiàn)有技術(shù)過(guò)濾器監(jiān)測(cè)系統(tǒng)不能有效地處理氣流變化以及功率設(shè)定。這將會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)正確地用信號(hào)通知受污染的過(guò)濾器，并且在減弱功率后將會(huì)再一次地顯示未受污染的過(guò)濾器，然而，這個(gè)過(guò)濾器仍然像它之前一樣的受污染。另一方面，這些裝置在高氣流、例如當(dāng)噴嘴不在地板上時(shí)，將會(huì)過(guò)早地顯示受污染過(guò)濾器。

[0010] 發(fā)明內(nèi)容

[0011] 本發(fā)明的一個(gè)目的尤其在于提供一種改善的空氣過(guò)濾器監(jiān)測(cè)。本發(fā)明由獨(dú)立權(quán)利要求限定。在從屬權(quán)利要求中限定有利的實(shí)施例。

[0012] 在一種監(jiān)測(cè)設(shè)備內(nèi)的空氣過(guò)濾器的污染的方法中，在所述設(shè)備中，電動(dòng)機(jī)所接合的風(fēng)扇生成的空氣氣流經(jīng)過(guò)空氣過(guò)濾器，使用代表以下各項(xiàng)的數(shù)據(jù)確定污染：

[0013] 風(fēng)扇上的壓力差，

[0014] 空氣過(guò)濾器上的壓力差，以及

[0015] 到電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)電流。

[0016] 測(cè)量風(fēng)扇上的壓力差和電動(dòng)機(jī)電流的結(jié)合已經(jīng)展示用于傳遞可靠的氣流預(yù)測(cè)，無(wú)論功率設(shè)定如何。

[0017] 氣流預(yù)測(cè)以及過(guò)濾器上壓降的組合可以被合并為與過(guò)濾器阻力并且因此與污染有關(guān)的參數(shù)。

[0018] 空氣過(guò)濾器可以是電動(dòng)機(jī)過(guò)濾器、排氣過(guò)濾器或者在氣流路徑中的任意其它過(guò)濾器。

[0019] 本發(fā)明的這些以及其它方面參照以下描述的實(shí)施例將會(huì)是顯而易見(jiàn)的并且得以闡述。

[0020] 附圖說(shuō)明

[0021] 圖1示出根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的一個(gè)實(shí)施例；以及

[0022] 圖2圖示在圖1的設(shè)備中的微處理器的操作的一個(gè)實(shí)施例。

[0023] 具體實(shí)施方式

[0024] 圖1示出根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的一個(gè)實(shí)施例。空氣氣流A通過(guò)電動(dòng)機(jī)過(guò)濾器Filt1、接受電功率信號(hào)Pwr的電動(dòng)機(jī)M所接合的風(fēng)扇F、以及排氣過(guò)濾器Filt2。第一壓力差傳感器D1測(cè)量電動(dòng)機(jī)過(guò)濾器Filt1上的壓力差，并且第二壓力差傳感器D2測(cè)量風(fēng)扇F上的壓力差。微處理器MP接收來(lái)自壓力差傳感器D1和D2的信號(hào)，以及功率設(shè)定信號(hào)Pwrset、經(jīng)過(guò)電動(dòng)機(jī)M的電流，以便生成針對(duì)電動(dòng)機(jī)M的功率控制信號(hào)Pwrctrl。

[0025] 本發(fā)明基于以下考慮。當(dāng)過(guò)濾器受污染時(shí)，過(guò)濾器阻力增加。該過(guò)濾器阻力可以通過(guò)得知空氣氣流和電動(dòng)機(jī)過(guò)濾器Filt1上的壓力差而得知。僅測(cè)量過(guò)濾器Filt1上的壓力差作為過(guò)濾器污染的指示是已知的解決方案。然而，由于裝置的功率設(shè)定Pwrset可以被終端用戶(hù)調(diào)節(jié)，氣流將會(huì)變化和因此導(dǎo)致過(guò)濾器Filt1上的壓力差變化。因此，在這些變化的環(huán)境下，必需知道空氣氣流和壓力差兩者從而建立過(guò)濾器的阻力。直接測(cè)量氣流相對(duì)地昂貴和復(fù)雜。從電動(dòng)機(jī)-風(fēng)扇組合的進(jìn)入-出去參數(shù)的結(jié)合中獲得氣流已經(jīng)被研究。測(cè)量風(fēng)扇F上的壓力增加Δp以及電動(dòng)機(jī)電流I的結(jié)合已經(jīng)展示用于傳遞可靠的氣流預(yù)報(bào)，而不論功率設(shè)定Pwrset如何。測(cè)量電動(dòng)機(jī)電壓較不令人感興趣，因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)在恒定電壓下，相對(duì)地溫度敏感。測(cè)量電動(dòng)機(jī)速度將是一個(gè)選擇，但是比測(cè)量電動(dòng)機(jī)電流更昂貴。

[0026] 在具有空氣過(guò)濾器的設(shè)備中，以下的參數(shù)是可獲得的。

[0027] U＝市電電壓

[0028] I＝電動(dòng)機(jī)電流

[0029] ?＝由速度調(diào)節(jié)器所提供的電動(dòng)機(jī)電壓

[0030] ω＝電動(dòng)機(jī)和風(fēng)扇的旋轉(zhuǎn)速度

[0031] T＝電動(dòng)機(jī)和風(fēng)扇的扭矩

[0032] Φ＝風(fēng)扇產(chǎn)生的空氣氣流

[0033] Δp＝風(fēng)扇建立的壓力

[0034] 然而，在家用的真空吸塵器中測(cè)量空氣氣流相對(duì)復(fù)雜，本發(fā)明的部分是借助于計(jì)算從以上列表中的其他參數(shù)得到氣流的近似值。優(yōu)選的方法是根據(jù)Δp和I計(jì)算氣流。另一方法是根據(jù)Δp和ω計(jì)算氣流，或者(盡管更加復(fù)雜)用T代替I；在權(quán)利要求項(xiàng)的意義中ω或者T可以因此用作代表I的數(shù)據(jù)。包括過(guò)濾器壓力差在內(nèi)的測(cè)量值被饋送到微處理器中，后者將會(huì)借助確定的算法執(zhí)行計(jì)算并且將會(huì)生成有關(guān)過(guò)濾器污染水平的參數(shù)。根據(jù)這個(gè)參數(shù)的值，可以用來(lái)向用戶(hù)反饋關(guān)于過(guò)濾器狀態(tài)的信息將會(huì)被生成。這個(gè)信息也可以用來(lái)控制在真空吸塵器中的功能，例如控制氣流。

[0035] 如下是數(shù)學(xué)方法。如果真空吸塵器中的電動(dòng)機(jī)過(guò)濾器隨著時(shí)間受到污染，它的阻力將會(huì)上升。過(guò)濾器的阻力可以用普通的流體力學(xué)描述為：

[0036] R Filt = Δ p Filt / Φ Filt 2 – – – [ 1 ]

[0037] 其中：

[0038] RFilt＝過(guò)濾器阻力

[0039] ФFilt＝經(jīng)過(guò)過(guò)濾器的空氣氣流

[0040] ΔрFilt＝過(guò)濾器上的壓力差

[0041] 這意味著知道氣流和壓力差，可以計(jì)算阻力。壓力差ΔpFilt可以通過(guò)壓力傳感器測(cè)量。

[0042] 氣流ФFilt可以測(cè)量，但是相對(duì)地復(fù)雜。因此，構(gòu)思是從已知或者簡(jiǎn)單可測(cè)量的系統(tǒng)參數(shù)中計(jì)算出氣流。

[0043] 實(shí)驗(yàn)已經(jīng)示出了電動(dòng)機(jī)電流和電動(dòng)機(jī)所建立的壓力的結(jié)合可以傳遞足夠準(zhǔn)確地描述氣流的數(shù)學(xué)模型。

[0044] 通常地，這個(gè)關(guān)系可以寫(xiě)成：

[0045] ΦFilt＝ФMotor＝f(IMotor,ΔрMotor)[2]

[0046] 其中：

[0047] IMotor＝電動(dòng)機(jī)電流

[0048] ΔрMotor＝電動(dòng)機(jī)所建立的壓力

[0049] 函數(shù)f描述在(ΦFilt,IMotor,ΔрMotor)空間的表面。

[0050] 經(jīng)由測(cè)量可以在這個(gè)表面上找到多個(gè)點(diǎn)。借助利用多元非線(xiàn)性回歸處理所測(cè)量的數(shù)據(jù)的方法可以找到這個(gè)平面以三維多項(xiàng)式函數(shù)形式的近似。

[0051] 計(jì)算過(guò)程：

[0052] 測(cè)量的值

[0053] l 1 Δp 1 Φ 1 l 2 Δp 2 Φ 2 l 3 Δp 3 Φ 3 .. .. .. .. .. .. .. .. .. l q – 1 Δp q – 1 Φ q – 1 l q Δp q Φ q

[0054] 其中，

[0055] q＝測(cè)量的數(shù)量

[0056] 經(jīng)由多元非線(xiàn)性回歸，這些可以被轉(zhuǎn)換成多項(xiàng)式的近似：

[0057] Φ a p p r o x i m a t e d = Σ m = 0 m = N Σ n = 0 n = N a n m · I n · Δp m , m + n ≤ N – – – [ 3 ]

[0058] 其中：

[0059] N＝多項(xiàng)式次數(shù)

[0060] amn＝多項(xiàng)式系數(shù)

[0061] 通常地，在更高次數(shù)，近似將會(huì)更加準(zhǔn)確。在實(shí)踐中，次數(shù)(N)以精度在要求之內(nèi)的方式進(jìn)行選擇。近似的示例：

[0062] 測(cè)量已經(jīng)顯示二次的近似(其中N＝2)似乎足以在5％的精度內(nèi)估計(jì)氣流。

[0063] 在N＝2的情況下，多項(xiàng)式可以寫(xiě)作：

[0064] Φapproximated＝a00+a10·I+a20·I2+a11·I·Δp+a01·Δp+a02·Δp2[4]

[0065] 系數(shù)amn可以通過(guò)所描述的方法進(jìn)行確定并且作為固定數(shù)輸入到微處理器。通過(guò)同樣地把公式作為算法輸入到微處理器，氣流可以利用作為輸入的測(cè)量電流和建立的壓力進(jìn)行計(jì)算。

[0066] 為了能夠把系數(shù)作為固定值輸入到微處理器，必須確認(rèn)對(duì)于各自的真空吸塵器的精度仍然滿(mǎn)足要求。為了實(shí)現(xiàn)該目的，算法基于多個(gè)裝置的測(cè)量進(jìn)行計(jì)算并且這個(gè)“平均”的算法被與各自的測(cè)量進(jìn)行比較。

[0067] 可以清楚的是系數(shù)取決于真空吸塵器的實(shí)際執(zhí)行。電動(dòng)機(jī)和風(fēng)扇特性將會(huì)展示一些變化，但是在一個(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)中期望該變化足夠低以符合該精度規(guī)范。在實(shí)際中這將意味著所有不同的產(chǎn)品設(shè)計(jì)將具有相同的算法，而僅有該系數(shù)將會(huì)不同。在加載該算法后，這些系數(shù)可以加載進(jìn)微處理器。經(jīng)由公式[1]和該過(guò)濾器上壓力差的測(cè)量，可以計(jì)算過(guò)濾器的阻力。一旦該阻力超過(guò)預(yù)定值，生成受污染的過(guò)濾器的信號(hào)。

[0068] 在測(cè)試環(huán)境中，通過(guò)使用下面的公式(其中Φ以[1/s]為單位，Δр以[hPa]為單位和I以[A]為單位)得到了良好的結(jié)果。

[0069] Φapproximated＝-15.612+13.434·I-0.29·Δp+0.039·I·Δp-0.877·I2-0.00013·Δp2[5]

[0070] 在實(shí)際環(huán)境中，通過(guò)測(cè)量實(shí)際的氣流并且調(diào)整該系數(shù)直到近似的氣流充分衡量該實(shí)際氣流來(lái)找到適當(dāng)?shù)南禂?shù)。這些系數(shù)接著可以編程到微處理器MP中。

[0071] 鑒于上述考慮，圖2圖示在圖1設(shè)備中的微處理器MP的操作。在微處理器MP中，借助于使用系數(shù)C的算法Am，從電動(dòng)機(jī)電流I以及由第二壓力差傳感器D2所確定的風(fēng)扇上的壓力差來(lái)計(jì)算氣流ФFilt。從氣流ФFilt以及由第一壓力差傳感器D1所確定的電動(dòng)機(jī)過(guò)濾器Filt1上的壓力差來(lái)計(jì)算過(guò)濾器阻力R。該過(guò)濾器阻力代表空氣過(guò)濾器的污染：污染越嚴(yán)重，該過(guò)濾器阻力將會(huì)越高。

[0072] 如果希望具有關(guān)于該空氣過(guò)濾器是否需要替換或清潔的二進(jìn)制輸出(例如，以打開(kāi)警示燈)，則可以從該過(guò)濾器阻力Rfilt中減去預(yù)先設(shè)置的阻力PR：如果該差值為正，則過(guò)濾器過(guò)度受污染并且應(yīng)該替換或清潔，而如果該結(jié)果為負(fù)，則過(guò)濾器還未過(guò)度受污染并且還未需要替換或清潔。

[0073] 應(yīng)當(dāng)注意的是上文提到的實(shí)施例說(shuō)明而非限制本發(fā)明，并且本領(lǐng)域技術(shù)人員將能夠在不脫離所附權(quán)利要求的范圍的情況下設(shè)計(jì)很多替代的實(shí)施例。在權(quán)利要求中，任何放置括號(hào)之間的參考符號(hào)不應(yīng)當(dāng)解釋為限制權(quán)利要求。詞語(yǔ)“包括”并不排除與權(quán)利要求中所列出的元件或步驟不同的元件或步驟的存在。在元件之前的詞語(yǔ)“一”或“一個(gè)”并不排除多個(gè)這樣元件的存在。本發(fā)明可以借助于包括一些不同元件的硬件，和/或借助于適當(dāng)編程的處理器來(lái)實(shí)施。

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