(57)【要約】【課題】真空掃除機、一般には空気移動電気器具の障害状態を監視するための実用的なシステムが必要である。【解決手段】ファンに結合された電気モータと、モータを制御するための制御システムとを含む空気移動電気器具であって、制御システムは、モータ負荷パラメータを監視するように構成された監視手段と、所定の参照モータ負荷パラメータ値を格納するように構成されたメモリ手段と、所定の参照モータ負荷パラメータ値及び周囲環境入力条件セットに基づいて補償参照モータ負荷パラメータ値を決定する補償手段と、モータ負荷パラメータと補償参照モータ負荷パラメータ値とを比較して、比較結果に基づいて或る作動事象を引き起こすように構成された比較手段とを含む。また、本発明は、空気移動電気器具を制御する方法に関する。【選択図】図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ファンに結合される電気モータと、
前記電気モータを制御するための制御システムと、
を備える空気移動電気器具であって、前記制御システムは、
モータ負荷パラメータを監視するように構成された監視手段と、
所定の参照モータ負荷パラメータ値を格納するように構成されたメモリ手段と、
前記所定の参照モータ負荷パラメータ値及び周囲環境入力条件セットに基づいて補償参照モータ負荷パラメータ値を決定する補償手段と、
前記モータ負荷パラメータと前記補償参照モータ負荷パラメータ値とを比較して、この比較の結果に基づいて作動事象を引き起こすように構成された比較手段と、
を含む電気器具。
【請求項２】
前記補償手段は、前記電気器具の環境の周囲圧力を測定する圧力センサを含む、請求項１に記載の電気器具。
【請求項３】
前記圧力センサは、前記電気器具の電子モジュールに一体化される、請求項２に記載の電気器具。
【請求項４】
前記補償手段は、前記電気器具の空気流路に配置される圧力センサを含む、請求項１に記載の電気器具。
【請求項５】
前記圧力センサは、ファンの直上流に配置される、請求項４に記載の電気器具。
【請求項６】
前記補償手段は、温度センサを含む、請求項１から５のいずれかに記載の電気器具。
【請求項７】
前記補償手段は、前記補償参照モータ負荷パラメータ値を計算して、前記電気器具の環境の空気密度に関して該パラメータ値を補正する、請求項１から６のいずれかに記載の電気器具。
【請求項８】
前記補償手段は、前記電気器具が作動オンの場合に前記補償参照モータ負荷パラメータ値を計算する、請求項７に記載の電気器具。
【請求項９】
前記補償手段は、繰り返し間隔で前記補償参照モータ負荷パラメータ値を計算する、請求項７に記載の電気器具。
【請求項１０】
前記所定の参照モータ負荷パラメータ値は、前記電気器具に組み込まれたモータに合わせて較正される、請求項１から９のいずれかに記載の電気器具。
【請求項１１】
前記補償参照モータ負荷パラメータ値は、前記電気器具の空気流通路の閉塞状態を示すモータ運転状態を表す、請求項１から１０のいずれかにの記載の電気器具。
【請求項１２】
前記比較手段は、前記モータの前記監視モータ負荷パラメータ値が前記補償参照モータ負荷パラメータ値を超える場合に作動事象を引き起こす、請求項１１に記載の電気器具。
【請求項１３】
前記作動事象は、前記モータの作動停止を含む、請求項１２に記載の電気器具。
【請求項１４】
前記電気器具は真空掃除機である、請求項１から１３のいずれかに記載の電気器具。
【請求項１５】
駆動手段を有するロボット真空掃除機であって、前記作動事象は、前記駆動手段の作動停止及び前記吸引ファンモータの作動停止を含む、請求項１４に記載の電気器具。
【請求項１６】
駆動手段を有するロボット真空掃除機であって、前記作動事象は、所定の設定期間の間の前記吸引ファンモータの作動停止を含むが、前記駆動手段は、前記ロボット真空掃除機を継続して駆動する、請求項１４に記載の電気器具。
【請求項１７】
前記メモリ手段は、第２の参照モータ負荷パラメータ値を格納する、請求項１から１４のいずれかに記載の電気器具。
【請求項１８】
前記第２の参照モータ負荷パラメータ値は、前記電気器具の空気流路に組み込まれた関連のフィルタ又は分離システムなしでスイッチをオンされた電気器具を示す状態を表す、請求項１７に記載の電気器具。
【請求項１９】
前記第２の参照速度値は、前記真空掃除機の周囲環境条件に対して補償される、請求項１７又は１８に記載の電気器具。
【請求項２０】
ファンに結合された電気モータを有する空気移動電気器具を制御するための方法であって、
前記モータのモータ負荷パラメータを監視する段階と、
所定の参照モータ負荷パラメータ値を格納する段階と、
前記所定の参照モータ負荷パラメータ値及び周囲環境入力条件セットに基づいて補償参照モータ負荷パラメータ値を計算する段階と、
前記モータの前記監視モータ負荷パラメータ値と前記補償参照モータ負荷パラメータ値とを比較する段階と、
前記比較結果に基づいて作動事象を実行する段階と、
を含む方法。
【請求項２１】
補償参照モータ負荷パラメータ値を計算して、前記電気器具の環境の空気密度に関して該パラメータ値を補正する、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記電気器具が作動している場合に前記補償参照モータ負荷パラメータ値を計算する、請求項２０又は請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
繰り返し間隔で前記補償参照モータ負荷パラメータ値を計算する、請求項２０から２２のいずれかに記載の方法。
【請求項２４】
前記所定の参照モータ負荷パラメータ値は、前記電気器具に組み込まれた前記特定のモータに合わせて較正される、請求項２０から２３のいずれかに記載の方法。
【請求項２５】
前記補償参照モータ負荷パラメータ値は、前記電気器具の空気流通路の閉塞状態を示すモータ運転状態を表す、請求項２０から２４のいずれかに記載の方法。
【請求項２６】
前記比較手段は、前記監視モータ負荷パラメータ値が前記補償参照モータ負荷パラメータ値を超える場合に作動事象を引き起こす、請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記作動事象は前記モータの作動停止を含む、請求項２０から２６のいずれかに記載の方法。
【請求項２８】
前記作動事象は、所定の設定期間後の前記モータの再始動を含む、請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
コンピュータ可読媒体に格納されたコンピュータプログラム製品であって、該コンピュータプログラム製品がコンピュータデバイスで実行される場合に請求項２０から２８の方法を実施するプログラムコード命令を含むことを特徴とするコンピュータプログラム製品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気移動電気器具に関し、特に、これに限定されるものではないが、真空掃除機に関する。詳細には、本発明は、空気移動電気器具の空気流通路内の障害、不良状態を診断する方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
よく知られているように、真空掃除機は、電気モータ駆動ファンユニットを使用して、汚れ含有空気を汚れ空気入口を通って真空掃除機の本体中に吸い込む吸引力を生じる。汚れ空気は、空気流から汚れ粒子を分離するためのバッグ又はサイクロン分離システムのいずれかの形態の分離装置を通過する。
【０００３】
分離装置がバッグシステムを含むか又はバッグレスシステムを含むかに関わらず、真空掃除機は、これが満杯になると空にする必要がある。真空掃除機が満杯状態の場合には、真空掃除機の継続作動により真空掃除機の性能が損なわれる可能性があり、又は真空掃除機の他の部位において閉塞を引き起こす可能性があるので迅速な対応が望ましい。一部の機械において、バッグ又はビンが満杯であるか否かの判断はユーザに任されているが、一部の機械では、適切な機構を組み込んで真空掃除機を空にする必要がある場合をユーザに示すようになっている。同様の問題は、詰まったフィルタで生じる場合がある。詰まったフィルタは、空気流に対して望ましくない抵抗となり、結果として起こる空気流パワーの損失になる。従って、タイムリーにフィルタ保守を促すために、フィルタの障害状態を迅速に識別することが望ましい。
【０００４】
国際公開特許第０１／２８４０１号に記載の公知のシステムにおいて、真空掃除機の詰まりの兆候はファンモータの速度の監視に基づいて決定される。ここで、制御ユニットは、ファンモータの速度又は消費電力パラメータを監視し、パラメータが所定期間に所定値を超える場合に警告インジケータを作動させる。警告インジケータの作動に加えて、過速度状態に対するさらなる応答として吸引ファンの動作を停止することもできる。このようなシステムの利点は、システムが、単に既存のハードウェアによって吸引ファンモータの速度を監視することによって、真空掃除機が詰まったか否かを決定できる点にある。従って、システムは、機械の閉塞状態を監視する追加の電子的又は機械的手段を必要としないので、システムは、費用効果があるシステムである。しかしながら、実際には、このような診断方法は真空掃除機の作動状態全域では堅牢性を欠くので、その有用性には限界がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第０１／２８４０１号
【特許文献２】国際公開第２００８／００９８８６号
【特許文献３】国際公開第００／３８０２５号
【特許文献４】英国特許出願公開第２４６９１３８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
真空掃除機、一般には空気移動電気器具の障害状態を監視するための実用的なシステムが必要である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この背景に対して、本発明は、ファンに結合された電気モータと、電気モータを制御するための制御システムとを含む空気移動電気器具を提供し、制御システムは、モータ負荷パラメータを監視するように構成された監視手段と、所定の参照モータ負荷パラメータ値を格納するように構成されたメモリ手段と、所定の参照（基準）モータ負荷パラメータ値に基づく補償参照（基準）モータ負荷パラメータ値及び周囲環境入力条件セットを決定する補償手段と、モータ負荷パラメータと補償参照モータ負荷パラメータ値とを比較して、その比較結果に基づいて作動事象を引き起こすように構成された比較手段と、を含む。
【０００８】
第２の態様では、本発明は、ファンに結合された電気モータを有する空気移動電気器具を制御するための方法に関し、本方法は、モータのモータ負荷パラメータを監視する段階と、所定の参照モータ負荷パラメータ値を格納する段階と、所定の参照モータ速度値に基づく補償参照モータ負荷パラメータ値及び周囲環境入力条件セットを計算する段階と、モータの監視モータ負荷パラメータ値及び補償参照モータ負荷パラメータ値を比較する段階と、比較結果に基づいて作動事象を実行する段階と、を含む。
【０００９】
本発明は、モータの負荷を示すパラメータを監視するプロセスが、電気器具の周囲環境条件によって影響を受けないという利点をもたらす。従って、実際には、電気器具の空気流システムの障害状態を正確かつ確実に診断するために、監視モータ負荷パラメータは、モータへの周囲空気密度の影響に対して補正される。
【００１０】
好ましくは、補償参照モータ負荷パラメータ値は、電気器具の空気流通路の閉塞状態を示すモータ運転状態を表す。
【００１１】
好ましくは、周囲環境条件は空気密度であり、この目的のために、電気器具には圧力センサ及び温度センサを備えることができる。これらは、電気器具の適切な箇所に配置される専用センサとすること、又は電気器具の１つ又はそれ以上の電子回路構成要素に設けられた一体式センサとすることができる。好ましくは、圧力センサは、ファン上流の圧力を測定するために電気器具の空気流路に配置する必要があるが、このことはシステムの許容精度にとって重要ではない。
【００１２】
補償手段は、電気器具の作動時に繰り返し間隔で補償参照モータ負荷パラメータを計算することができる。しかしながら、コンピュータのオーバーヘッドを少なくするために、電気器具の作動オンの際に補償手段がその計算を行うだけでも十分であると想定される。
【００１３】
システムの精度をさらに高めるための手段として、所定の参照モータ負荷パラメータ値は、電気器具に組み込まれたモータに合うように較正することができ、これにより製造公差に起因する誤差を補正することができる。
【００１４】
好ましくは、補償手段は、モータの監視モータ負荷パラメータ値が補償参照モータ負荷パラメータ値を超える場合でも作動事象を引き起こすことができ、作動事象は電気器具の作動停止を含むことができる。
【００１５】
本発明は、ハンドドライヤ、ヘアドライヤ、及び環境制御装置等の広範な空気移動電気器具に適用することができ、１つの実施形態では、電気器具は、真空掃除機、好ましくはロボット真空掃除機であり、ロボット真空掃除機は、中央制御システムの制御の下で床面全域にわたってロボット真空掃除機を走行させる駆動手段を有する。この場合、閉塞状態を解消する試行において、作動事象は、駆動手段が真空掃除機を駆動できる所定の設定期間、ファンモータを作動停止することを含む。
【００１６】
質量空気流の減少によってモータ負荷が低下する障害状態の監視に加えて、本発明は、第２の参照（基準）モータ負荷パラメータ値とモータ負荷パラメータ値との比較を含むことができ、これは電気器具の空気流路に組み込まれた関連フィルタ又は分離システムが無い状態で作動される電気器具を示す。例えば、真空掃除機が所定位置に分離システムが無い状態で又は所定位置にモータ前置フィルタが無い状態で作動される場合、これにより電気器具を通る空気質量流が増加するのでモータの負荷が増える。従って、モータは、実質的に一定の速度で作動するように制御されたモータシステムではより多くの電力を引き込む（消費する）か、又は実質的に一定の出力電力で作動するように制御されたモータシステムでは低速で作動することになる。
【００１７】
また、本発明は、コンピュータ可読媒体に格納され、適切なコンピュータデバイスで実行される場合に本発明の方法を実施するように構成されたプログラムコード命令を収容するコンピュータプログラム製品に関する。
【００１８】
本発明を容易に理解できるように、以下に添付の図面を参照して単に例示的な実施形態を説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明を具現化する真空掃除機、具体的には自立型又は「ロボット」真空掃除機の斜視図である。
【図２】図１の真空掃除機の下面図である。
【図３】図１の真空掃除機の分解図であり、主たる組立体を示す。
【図４】図１の真空掃除機の制御システムのブロック図である。
【図５】図４に示す真空モータサブシステムのブロック図である。
【図６】真空モータサブシステムの概略図である。
【図７】真空モータサブシステムの電流コントローラの概略図である。
【図８】電流制御期間中の真空モータサブシステムの波形を示す図である。
【図９】真空掃除機の閉塞状監視機能を示す流れ図である。
【図１０】閉塞状態監視機能に関する較正アルゴリズムの図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１、図２、図３、及び図４を参照すると、移動ロボット真空掃除機２（以下では「ロボット」）の形態の電気器具は、シャーシ（又はソールプレート）４、シャーシ４上にある本体６、シャーシ４上に取り付け可能であり略円形プロフィールのロボット２を提供する略円形の外側カバー８、及び本体６の前方部分にあり、外側カバー８の、相補的に形作られた切欠き１２を通って突出する分離装置１０の４つの主要な組立体を有する主本体を含む。
【００２１】
本明細書で用いる場合、ロボットとの関連で用語「前方」及び「後方」は、作動中のその順方向（前方方向）及び逆方向の意味で用いられ、分離装置１０は、ロボットの前部に位置決めされる。同様に、用語「左」及び「右」は、ロボットの前方移動の方向に関連して用いられることになる。
【００２２】
シャーシ４は、ロボットの幾つかの構成要素を支持し、好ましくは、ＡＢＳ（アクリロニトリルブタジエンスチレン）のような高強度の射出成形プラスチック材料から製造されるが、同様に、シャーシ４はいくつかの例として、アルミニウム又は鋼のような適切な金属、又は炭素繊維複合材のような複合材料から作ることができる。以下に説明するように、シャーシ４の主な機能は、駆動プラットホームとしてのものであり、ロボットが進行する表面を掃除するための掃除用装置を保持、運搬することである。
【００２３】
特に図３を参照すると、シャーシ４の前方部１４が、比較的平らでトレイ状の形態であり、ロボット２の前方を形成する湾曲機首１５を定める。前方部１４の各側面は、該側面に取り付けられたそれぞれの牽引ユニット２０を有する。
【００２４】
一対の牽引ユニット２０は、シャーシ４の両側に配置され、独立的に作動可能であり、牽引ユニット２０の速度及び回転方向に応じて、ロボットを、前方向及び逆方向に駆動すること、湾曲経路に追従するように左又は右に向かって駆動すること、又はその場でいずれかの方向に転向するように駆動することができる。この構成は差動駆動としても知られている。
【００２５】
シャーシ４の比較的狭い前方部１４は、後方部２２に広がり、後方部は表面処理組立体２４又は略円筒形の「掃除機ヘッド」を含み、これは長手方向軸線「Ｌ」に対してシャーシ４の実質的に全幅にわたって横断方向に延びる。また、ロボット２の下面を示す図２を参照すると、掃除機ヘッド２４は、ロボット２の作動時に支持面に向かい合い、その中に汚れ及びデブリを吸い込む矩形の吸引開口部２６を定める。細長いブラシバー２８が、掃除機ヘッド２４に収容され、従来方式で電気モータ３０によって減速歯車及び駆動ベルト配置３２を介して駆動されるが、単に歯車式変速機又は直接駆動等の他の駆動構成も想定されている。更に、車輪式駆動構成が示されているが、歩行式システム等の他の駆動システムも可能である。
【００２６】
シャーシ４の底面は、吸引開口部２６の前方に延び、吸引開口部２６に向かって吸い込まれる汚れ空気のための経路を提供する複数のチャンネル３３（簡単のために２つのみに符号が付されている）を含む、細長いソールプレートセクション２５を特徴とする。また、シャーシ４の底面は、シャーシ４が床面上に静止する際に又は床面上を移動する際に、シャーシ４に対して更なる支持点をもたらす複数の（例示の実施形態では４つ）受動的なホイール又はローラ３１を保持する。
【００２７】
掃除機ヘッド２４は、シャーシ４の縁部まで延び、ロボットのカバー８に対して一直線に並んだ第１及び第２の端面２７、２９を有する。図２の水平又は平面プロフィールを検討すると、掃除機ヘッド２４の端面２７、２９は平らであり、ロボット２の横方向軸線「Ｘ」に沿って正反対の箇所でカバー８に対して接線方向（符号「Ｔ」を付した）に延びることが分かる。これにより、ロボットが「壁追従」モードで往来する際に、掃除機ヘッド２４は部屋の壁に非常に接近して稼働でき、壁の直前まで掃除できるという利点がもたらされる。
【００２８】
掃除作動中に吸引開口部２６から吸い込まれた汚れは、導管３４を経由して掃除機ヘッド２４から流出するが、導管は、掃除機ヘッド２４から上方に延び、前方向を向くまで約９０°の円弧でシャーシ４の前方に向かって湾曲する。導管３４は、本体６に設けられた相補的に形作られたダクト４２と係合するように成形された可撓性ベローズ構成３８を有する矩形口３６で終端する。ダクト４２は、本体６の前方部４６に設けられ、略円形のベースプラットホーム４８を有する、前方を向いた略半円筒形の凹部５０に開口する。凹部５０及びプラットホーム４８は、使用時に分離装置１０が取り付けられ、分離装置１０を空にするために係合解除できるドッキング部を提供する。
【００２９】
本実施形態では、分離装置１０は、例えば、その開示内容が引用により本明細書に組み込まれる国際公開第２００８／００９８８６号に開示される形式のサイクロン分離器から構成されることに留意されたい。当該分離装置の構成は公知であり、分離装置１０が、着脱が容易な締結手段のような好適な機構によって本体６に取り外し可能に取り付けることができ、装置１０が満杯になった場合に装置１０を空にできる点を除いて本明細書ではこれ以上説明しない。分離装置１０の機能は本発明では重要でなく、サイクロン分離装置は、その代わりに当技術分野で公知の他の手段、例えば、フィルタ膜、多孔質ボックスフィルタ、又は何らかの他の形態の分離装置によって空気流から汚れを分離することができる。
【００３０】
分離装置１０がドッキング部５０に係合しているとき、ダクト４２は、分離装置１０の汚れ空気入口５２を受け入れ、ダクト４２の他端は、ブラシバー導管３４の口３６に接続可能であり、ダクト４２は、汚れ空気を掃除機ヘッド２４から分離装置１０に移送するようになっている。
【００３１】
汚れ空気は、本体６の左側のモータハウジング６０内に設けられる、本実施形態では電動モータ及びファンユニット（図示せず）である空気流発生機によって、分離装置１０を通って吸い込まれる。モータハウジング６０は、ドッキング部５０の円筒形の壁で開口し、結果的に分離装置１０の円筒曲率に一致する湾曲入口側口６２を含む。図４には示されていないが、分離装置１０は、分離装置１０がドッキング部５０に係合する際に入口側口６２と位置合わせされる清浄空気出口を含む。使用時、吸引モータは、モータ入口側口６２の領域において低圧を生成するように作動可能なので、導管３４及びダクト４２を経由し、さらに分離装置１０を汚れ空気入口５２から清浄空気出口へ経由して、掃除機ヘッド２４の吸引開口部２６から空気流路に沿って汚れ空気を吸い込む。次に、清浄空気はモータハウジング６０を通過し、濾過清浄空気出口６１を経由してロボット２の後方から排出される。図示されていないが、モータ前置フィルタをモータ入口側口６２に収容することができ、空気流が吸引発生機に流入する前に、分離装置で処理された空気をある程度事前にフィルタ処理することができる。
【００３２】
図４においてカバー８は本体６から分離した状態で示されており、シャーシ４及び本体６は、ロボット２の機能構成要素の大部分を支えるので、カバー８は、主として保護シェルとして及びユーザ制御インタフェース７０を支えるように機能する外皮を提供する。
【００３３】
カバー８は、ドッキング部５０の形状を補完するように形作られた部分円形切欠き１２及び円筒形の分離装置１０を除いて、略円筒形の側壁７１と、本体６の平面プロフィールに対応する実質的に円形プロフィールを提供する平坦上面７２とを含む。
【００３４】
特に図１及び図３に明瞭に示すように、カバー８の部分円形切欠き１２及び本体６の半円筒形凹部５０はドッキング部に馬蹄形ベイをもたらし、この馬蹄形ベイは、２つの突出したローブ部（丸い突出部）又はアーム７３を定め、これらは、分離装置１０の両側の側面に位置し、ドッキング部５０の前方から突出する装置１０の約５％〜４０％、好ましくは２０％を残す。従って、分離装置１０の一部は、カバー８がロボット２の本体の所定位置にある場合でも露出したままであり、これにより、ユーザが分離装置１０にアクセスしてこれを空にすることが容易になる。
【００３５】
カバー８は、側壁７１の上縁部に半円形の運搬用ハンドル７６を含み、ハンドル７６は、カバー８の上方周縁部の相補的に形作られた凹部８０にハンドル７６が収まる第１の収納又は格納位置と、ハンドル７６が上方に延びる展開又は伸長位置との間で、２つの対称位置（正反対の位置）にあるボス７８の周りを枢動可能である。
【００３６】
作動時、ロボット２は、周囲環境内を自律走行することができる。これを実現するために、ロボット２は、図４に概略的に示されている適切な制御システム８２を備える。
【００３７】
制御システム８２は、適切な制御回路及び処理機能を有するコントローラ８４を含み、様々なセンサから受信した信号を処理してロボット４を適切な方法で駆動するようになっている。
【００３８】
コントローラ９０はロボット４の（一連の）センサ群８４にインタフェース接続しており、これによりロボット４は周囲環境をマッピングして掃除経路を決定、遂行するために周囲環境の情報を収集する。また、センサ群８４は、図３では本体の２つの前方突出部７３に位置するように示されおり、前方経路及び横方向の明瞭な視野をもたらすことに留意されたい。また、段差（隆起部）検出システム８６が設けられている。ナビゲーションセンサ、近接センサ、及び段差検出センサは、移動ロボット、特に家庭用ロボットの共通の構成部品であることに留意されたい。従って、ロボット４におけるこのようなセンサの存在は、本明細書では完全性のために提示されるが、本発明の一部を構成するものではない。
【００３９】
また、コントローラ９０は、牽引ユニット２０に関連する牽引モータ８８に駆動信号を供給し、またそれから走行距離計測データを受信するように構成される。この目的のために、牽引モータ８８は回転エンコーダ等の適切な回転センサ手段９０を備える。従って、制御システムは、掃除すべき部屋の周囲でロボット２を経路案内するように牽引ユニット２０を制御することができる。ロボット真空掃除機を作動させて及び経路案内する特定の方法は本発明では重要ではなく、本技術分野では様々な制御方法が公知である点に留意されたい。例えば、１つの特定の作動方法は、国際公開第００／３８０２５号に詳細に説明され、その作動方法は光検出装置を利用する。これにより、光検出装置で検出した光レベルが、光検出装置が以前に検出した光レベルと同じか又は実質的に同じであるときを識別することによって、掃除機は部屋の中の自身の位置を決定することができる。
【００４０】
さらに、コントローラ８４は、これらの構成要素を適切に駆動して制御するために、吸引モータサブシステム９２及びブラシバーモータ９４にインタフェース接続する。
【００４１】
また、コントローラには、周囲空気圧力センサ８７及び周囲空気温度センサ８９の形態の空気密度評価手段から入力されるデータ入力を備え、これらのセンサの目的は以下に説明される。圧力センサ８７及び温度センサ８７は、真空掃除機の制御エレクトロニクスと一体化することができるが、好ましくは、センサは、真空掃除機の周囲空気条件のできるだけ正確な測定値をもたらすように配置されることが好ましい。
【００４２】
ユーザインタフェース７０が、ユーザがロボット４に命令して例えば掃除作業を開始／停止するために設けられる。ユーザインタフェース９６は、全体として図１にも示されている。ユーザインタフェース９６は、１つ又はそれ以上の機械式ボタン又はタッチスクリーン技術によるグラフィカルユーザインタフェースのような様々な形態とすることができる。
【００４３】
最後に、バッテリパック１００からコントローラ８４に適切な電源入力が供給される。このようなバッテリパックは、本技術分野では公知であり、様々な電池化学の複数の電池で構成することができる。現在、リチウムイオン系の電池化学は、高電力密度、低電荷損失、及びメモリ効果が無いのでより好ましいが、ニッケル金属水素化物及びニッケルカドミウムなどの他の電池化学も可能である。好ましくは、バッテリパックは、約２４．６ＶのＤＣ電圧を供給する６セルを備える。
【００４４】
真空掃除機の電子制御システムの一般的な構成を説明してきたが、以下では、主コントローラ８４から電力が供給される真空モータサブシステムに注目する。図５〜図８を参照すると、真空モータサブシステム９２は、電気モータ１１２及びモータ制御システム１１４を含む。適切なモータシステムが、英国特許出願公開第２４６９１３８号に記載されており、以下に説明する。
【００４５】
モータ１１２は、単相巻線１１９が巻回されたステータ１１８に対して回転する２極永久磁石回転子１１６を含む。ステータ１１８はＣ字形であり、これによって巻線１１９に関する高い充填率を実現できるので、銅損が減少してモータ１１２の効率が改善される。
【００４６】
制御システム１１４は、フィルタモジュール１２０、インバータ１２１、ゲートドライバモジュール１２２、位置センサ１２３、電流センサ１２４、電流コントローラ１２５、及び駆動コントローラ１２６を含む。
【００４７】
フィルタモジュール１２０は、電源１０２を、バッテリパック１００からコントローラ８４を経由してインバータ１２１に接続し、並列に配置された１対のキャパシタＣ１、Ｃ２を含む。フィルタモジュール１２０は、インバータ１２１に接続された電圧のリップルを低減させるよう機能する。
【００４８】
インバータ１２１は、電源１０２をモータ１１２の巻線１１９に接続する４つの電源スイッチＱ１〜Ｑ４の全波ブリッジを含む。各電源スイッチＱ１〜Ｑ４は、ＭＯＳＦＥＴであり、ＭＯＳＦＥＴは、電源１２０の電圧範囲にわたって高速スイッチング及び良好な効率を可能にする。特に電源スイッチ１０２の電圧がＭＯＳＦＥＴの定格電圧を超える場合、ＩＧＢＴ又はＢＪＴのような他のタイプの電源スイッチを用いることができる。スイッチＱ１〜Ｑ４の各々は、フライバックダイオードを含み、フライバックダイオードは、切り替え中にモータ１１２の逆起電力からの電圧スパイク（電圧ノイズ）に対してスイッチを保護する。
【００４９】
巻線１１９の転流（整流）は、第１のスイッチペアＱ１、Ｑ４及び第２のスイッチペアＱ２、Ｑ４を交互に作動させることで達成される。
【００５０】
巻線１１９の励起に加えて、インバータ１２１は、巻線１１９をフリーホイールするように制御することができる。フリーホイールは、電源１０２から供給される励起電圧から巻線１１９を接続解除する際に生じる。これは、インバータ１２１の全てのスイッチＱ１〜Ｑ４を開放することで生じる場合がある。しかしながら、巻線１１９の電流は、より効率が悪いフライバックダイオードでなくスイッチにより再循環することができるので、モータシステム１１０の効率は、高側スイッチＱ１、Ｑ３又は低側スイッチＱ２、Ｑ４の一方がフリーホイール中に閉じられる場合に改善される。例示的に、フリーホイールは低側スイッチＱ２、Ｑ４の両方を閉じることによって行う。しかしながら、高側スイッチＱ１、Ｑ３を閉じることによって又は全てのスイッチＱ１〜Ｑ４を開くことによって、同様にフリーホイールを行い得ることを理解されたい。
【００５１】
ゲートドライバモジュール１２２は、駆動コントローラ１２６から受信した制御信号Ｓ１〜Ｓ４に応答してインバータ１２１のスイッチＱ１〜Ｑ４の開閉を駆動する。ゲートドライバモジュール１２２は、４つのゲートドライバ１２２ａ〜ｄを含み、各ゲートドライバは、駆動コントローラ１２６からの制御信号Ｓ１〜Ｓ４に応答してそれぞれのスイッチＱ１〜Ｑ４を駆動する。高側スイッチＱ１、Ｑ３に関与するゲートドライバ１２２ａ、ｃは、電流コントローラ１２５から受信した過電流信号に応答して追加的に駆動される。過電流信号に応答して、ゲートドライバ１２２ａ、ｃは、高側スイッチＱ１、Ｑ３を開く。過電流信号は、制御信号Ｓ１、Ｓ３の状態に無関係に過電流信号に応答して高側スイッチＱ１、Ｑ３を開くように、駆動コントローラ１２６の制御信号Ｓ１、Ｓ３に対して処理手続きを取る。このレベルの制御は、高側ゲートドライバ２０、２２にＮＯＲゲートを設けることで行うことができる。
【００５２】
位置センサ１２３は、永久磁石回転子１１６の角度位置を示す信号を出力するホール効果センサである。信号はデジタル矩形波であり、各エッジは、回転子１１６の極性が変化する角度位置を表す。位置センサ１２３からの出力信号は、駆動コントローラ１２６に供給され、駆動コントローラ１２６はそれに応じて、インバータ１２１を制御し結果的にモータ１１２に送出される電力を制御する制御信号Ｓ１〜Ｓ４を発生する。
【００５３】
回転時、永久磁石回転子１１６は、巻線１１９に逆起電力を誘導し、その極性は、回転子１１６の極性と共に変化する。その結果、位置センサ信号は、回転子１１６の電気位置の測定値だけでなく、巻線１１９に逆起電力の測定値を提示する。理想的には、位置センサ１２３は、位置センサ信号のエッジが同期するように、又は所定の位相差を有するように、回転子１１６に対して逆起電力のゼロ交差と整列（位置合わせ、一致）される。
【００５４】
電流センサ１２４は、インバータ１２１の負線路(negative rail) に設けられる単一のセンス抵抗器Ｒ１を含む。従って、電流センサ１２４の両端の電圧は、電源１０２に接続される場合の巻線１１９の電流測定値を提示する。電流センサ１２４の両端の電圧は、電流コントローラ１２５に出力される。
【００５５】
ここで図７を参照すると、電流コントローラ１２５は、入力部、出力部、閾値発生器１２７、コンパレータ１２８、及びＳＲラッチ１２９を含む。
【００５６】
電流コントローラ１２５の入力は、電流センサ１２４の出力に結合され、電流コントローラ１２５の出力は、高側ゲートドライバ１２２ａ、ｃの各々の入力に結合される。
【００５７】
閾値発生器１２７は、基準電圧入力、ＰＷＭモジュール１３０、不揮発性メモリデバイス１３１、及びフィルタ１３２を含む。ＰＷＭモジュール１３０は、固定周波数と、メモリデバイス１３１に格納された倍率にしたがって設定される可変デューティサイクルと、を使用する。ＰＷＭモジュール１３０は、基準入力の電圧で作動してパルス電圧信号を供給するようになっており、パルス電圧信号は、次にフィルタ１３２によって円滑化されてスケール(scaled)閾値電圧をコンパレータ１２８に供給するようになっている。
【００５８】
コンパレータ１２８は、電流コントローラ１５の入力の電圧（コンパレータ１２８の反転入力に存在する）を閾値発生器１２７が出力する閾値電圧と比較する。反転入力の電圧が閾値電圧を超える場合、コンパレータ１２８は、ＳＲラッチ１２９を設定する信号を出力する。それに応じて、ＳＲラッチ１２９は、電流コントローラ１２５の出力に過電流信号を発生する。
【００５９】
過電流信号が電流コントローラ１２５から出力される場合（すなわち、過電流信号が論理Ｈｉｇｈである場合）、高側ゲートドライバ１２２ａ、ｃは、高側スイッチＱ１、Ｑ３を開く。その結果、電流コントローラ１２５は、巻線１１９の電流が閾値を超える場合に電源１０２から供給される励起電圧から巻線１１９を切り離す。
【００６０】
また、電流コントローラ１２５は、駆動コントローラ１２６に過電流割込み信号を出力する。図５に例示する実施形態では、コンパレータ１２８の出力は、過電流割込み信号として駆動コントローラ１２５に供給される。しかしながら、ラッチ１２９から出力された過電流信号は、過電流割込み信号として駆動コントローラ１２６に同様に供給することができる。過電流割込み信号に応答して、駆動コントローラ１６は、過電流ルーチンを実行する。駆動コントローラ１２６は、巻線１１９がフリーホイールするように、残りの低側スイッチＱ２又はＱ４を閉じるようにする制御信号Ｓ２又はＳ４を発生する。フリーホイールは、所定期間、例えば１００μｓだけ継続し、この期間中に巻線１１９の電流が減衰する。所定期間が経過した後、駆動コントローラ１２６は、先に閉じた低側スイッチＱ２又はＱ４を開くように制御信号Ｓ２又はＳ４を切り替え、ラッチリセット信号を電流コントローラ１２５に出力する。ラッチリセット信号は、電流コントローラ１２５のラッチ１２９をリセットして、過電流信号をＬｏｗにする。従って、インバータ１２１は過電流事象が生じる前の状態に戻る。
【００６１】
図８は、典型的な半周期での、巻線電流、位置センサ信号、スイッチＱ１〜Ｑ４、制御信号Ｓ１〜Ｓ４、過電流信号、及びラッチリセット信号の波形を示す。図示のように、スイッチＱ１〜Ｑ４の状態は、各過電流事象の前後で同じである。
【００６２】
図８に示すように、巻線１１９の電流は、電気半周期の間に電流コントローラ１２５によって何度もチョップ(chop)することができる。モータ１１２の速度が高くなるにつれて、巻線１１９に誘導される逆起電力は増加する。その結果、過電流事象の回数は、モータ速度に伴って減少する。最終的に、モータ１１２の速度、従って逆起電力の大きさは、巻線１１９の電流が各半周期中にもはや閾値に到達しないようなものである。従って、電流コントローラ１２５は、巻線１９の電流が閾値を超えないことを保証するので、巻線１９に過剰な電流が蓄積することが阻止されるが、そうでなければ巻線１９はインバータ１２１のスイッチＱ１〜Ｑ４に損傷を与えるか又は回転子１１６を消磁する可能性がある。
【００６３】
次に特に図６を参照して駆動コントローラ１２６を検討すると、駆動コントローラ１２６は、プロセッサ１３３、不揮発性メモリデバイス１３４、３つの信号入力、及び６つの信号出力を含む。
【００６４】
メモリデバイス１３４は、プロセッサ１３３により実行するためのソフトウェア命令を格納し、プロセッサ１３３は、モータシステム９２の作動を制御するように命令を実行する。特に、プロセッサ１３３は、インバータ１２１のスイッチＱ１〜Ｑ４を制御して結果的にモータ１１２を駆動する制御信号Ｓ１〜Ｓ４を発生する。以下に駆動コントローラ１２６の特定の作動を詳細に説明する。また、メモリデバイス１３４は、複数の出力マップ、複数の速度補正マップ、及び複数の位置センサオフセットを格納するように構成される。しかしながら、これらの特徴は、本発明概念では重要ではないので本明細書ではこれ以上説明しない。
【００６５】
前述のように、プロセッサ１３３は、電源ラインから供給され、電力分配器Ｒ２、Ｒ３によってスケール調整され、スイッチングノイズを除去するためにキャパシタＣ３によってフィルタ処理される電圧レベル信号を有する。６つの信号出力は、４つの制御信号Ｓ１〜Ｓ４、ラッチリセット信号、及びモータ速度信号１３５である。４つの制御信号Ｓ１〜Ｓ４は、ゲートドライバモジュール１２２に出力され、それに応じて、インバータ１２１のスイッチＱ１〜Ｑ４の開閉を制御する。より具体的には、各制御信号Ｓ１〜Ｓ４は、それぞれのゲートドライバ１２２ａ〜ｄに出力される。ラッチリセット信号は、電流コントローラ１２５に出力される。駆動コントローラ１２６は、モータの位置を示す信号を受信するので、コントローラ１２６は、モータの速度を決定することができる。従って、駆動コントローラ１２６は、モータ速度信号１３５を主コントローラ８４に出力するように構成され、その重要性は以下で明らかになる。
【００６６】
駆動コントローラ１２６は、入力部で受信した信号に応答して制御信号Ｓ１〜Ｓ４を発生する。本発明の実施形態では、制御信号Ｓ１〜Ｓ４のタイミングは、モータ１１２が速度範囲全域で一定の出力電力で駆動されるように制御される。さらに、一定の出力電力は、電源入力１０２の電圧変化に無関係に維持される。その結果、モータ１１２は、バッテリ放電の間にバッテリ出力電圧が低下しても一定の出力電力で駆動されるので、真空モータサブシステムを通る実質的に一定の空気質量流を得ることができる。真空モータサブシステムの別の作動モードにおいて、モータは、実質的に一定の速度で動作するように制御することができ、このことは一部の状况で望ましい場合がある。このような作動モードにおいて、駆動コントローラ１２６は、モータ速度を実質的に一定の値に維持するために、モータの機械的負荷が変化するにつれてモータに供給される電流が変化するように制御信号を発生することができる。
【００６７】
電流コントローラ１２５及び駆動コントローラ１２６は、単一構成部品のマイクロコントローラの一部を形成することができる。適切な候補としては、マイクロチップ・テクノロジー・インコーポレーテッドのＰＩＣ１６Ｆ６９０マイクロコントローラを挙げることができる。
【００６８】
励起電圧及び速度両方の変化に応答して巻線の通電時間及びフリーホイール期間を制御することによって、モータ制御システム１１４は、励起電圧及びモータ速度範囲全域で一定の出力電力でモータ１１２を駆動することができる。これに関連して、一定の出力電力は、モータ８の出力電力の分散（変動）が±５％よりも大きくないことを意味することを理解されたい。
【００６９】
モータ制御システム１１４は、一定の出力電力だけでなく比較的高い効率（すなわち出力電力対入力電圧の比）でモータ１１２を駆動し、特に、励起電圧及びモータ速度範囲全域で少なくとも７５％の効率を実現できる。一定の出力電力及び／又は高い効率を実現する励起電圧の範囲は比較的広く、典型的な６セルのバッテリパックに関して、励起電圧の範囲は１６．８〜２３．０Ｖである。このことは、一定の出力電力及び／又は高い効率が実現される範囲が比較的広いことを意味する。従って、モータ制御システム１１４は、理想的に、励起電圧がバッテリの放電に伴って変化するバッテリ駆動製品のモータ駆動で用いるのに適している。
【００７０】
本明細書で説明するモータ制御システム１１４によって、単相永久磁石モータ１１２は、比較的高い速度で、特に６０ｋｒｐｍを超える速度で駆動することができる。さらに、高い速度は比較的高い効率で実現される。実際には、１００ｋｒｐｍを超える速度は、２００Ｗ未満の入力電圧に対して実現可能である。従って、高い速度は、モータのコスト及びサイズを増大させる可能性がある追加の相巻線を必要とすることなく比較的高い効率で実現可能である。
【００７１】
真空掃除機に関連して、モータサブシステム９２は、作動速度の範囲全域で一定の出力電力を維持するので、真空掃除機は、ロボット真空掃除機、手持ち式真空掃除機等のいずれでも、負荷範囲全域及び電源２の電圧変化に応答して、機械を通る空気質量流を一定に維持することができる。従って、真空掃除機はバッテリパックが放電する際に一定の吸引力を維持することができるので、このモータシステムは、電源がバッテリパックである場合に特に有用である。しかしながら、バッテリ駆動デバイスに特に適しているが、このモータシステムは、ＤＣ電圧を供給する整流器及びフィルタを有するＡＣ電源との関連でも有用性がある。
【００７２】
真空モータサブシステム９２の作動を説明したが、モータ１１２は、様々な電圧の下で実質的に一定の電力を出力するように作動可能であることを理解できるであろう。従って、モータ負荷が真空掃除機を通る空気流の変化により変動する際に、モータの速度もやはり変化することになる。実質的に一定の速度で運転するようにモータを制御する前述のものの代わりの作動モードにおいて、モータ負荷の変化に応じて、モータの消費電力、正確にはモータ電流が変化することになる。
【００７３】
さらなる説明として、例えば、留められていない床の敷物の一部によって閉塞されることによって、吸引出口２６が詰まった場合、モータ１１２によって吸い込まれる空気流は、著しく妨害されることになり、この空気流は、モータ１１２を通る空気質量が減少するのでモータ１１２の負荷を低減することになる。モータ１１２は、出力電力が実質的に一定であるように制御されるので、モータ１１２の負荷の低下は、比較的短時間で速度が増加する。
【００７４】
別の閉塞シナリオにおいて、モータ１１２の上流のモータ前置フィルタは、定期的に掃除しない場合には粒子で詰まる可能性がある。目詰まり状態のフィルタは、モータ１１２を通る空気流を減少させることになるので、モータの負荷がさらに低下することになる。結果として、モータ１１２の速度は、フィルタの目詰まり程度と一致して漸次的に上昇することになる。更に別の閉塞シナリオにおいて、分離装置が詰まった場合、例えば、ユーザが定期的に分離装置を空にしない場合、これも同様にモータを通る空気流を減少させることになる。この場合も同様に、モータの負荷が低下し、このことはモータ速度を増大させる作用がある。以下では「障害状態（不良状態）」と呼ぶ前記のシナリオのいずれかにおいて、真空掃除機は、障害状態を検出して、この状態をユーザに警告するか又は単純に真空モータサブシステムを停止するかの適切な処置を講じることが望ましい。従って、この目的のために、本発明は、以下に詳細に説明する、真空掃除機を通る空気流の閉塞状態を正確かつ確実に診断する機構を含む。
【００７５】
図４に少し戻ると、コントローラ８４は、障害状態を認識して作動するために、モータの速度もしくはモータ電流／負荷、及び真空掃除機の周囲状況を監視できる診断モジュール１４０を備える。
【００７６】
診断モジュール１４０は、本明細書では主コントローラ８４の一体化モジュールとして示されており、その機能性は、コントローラ８４のオンボードソフトウェアによって提供される。しかしながら、当業者であれば、診断モジュール１４０は、主コントローラ８４とは別の特定用途向け処理モジュールで具現化できることを理解できるはずである。
【００７７】
診断モジュール１４０の主要機能は、特に空気流に対して許容できない閉塞又は抵抗がある場合に真空掃除機の障害状態を決定するように、過速度で示される比較的低負荷でモータが作動している場合を認識する点にある。この目的のために、診断モジュール１４０は、真空掃除機の作動時にモータ速度監視ルーチン１４１を実行することができる。重要なことには、モータ速度監視ルーチン１４１は、障害状態を正確かつ確実に検出するために真空掃除機の周囲の空気密度条件の変化に応答する。
【００７８】
また、診断モジュール１４０は、本明細書の目的のために、閾値速度計算ルーチン１４２と呼ばれる第２のルーチンを実行することができる。閾値速度計算ルーチン１４２の機能は、周囲空気条件を補償する適切な閾値速度値を計算して格納することであり、モータ速度監視ルーチン１４１は、障害状態が存在するか否かを判断するために用いることができる。第１及び第２のルーチンの各々は、以下に図９を参照して詳細に説明する。
【００７９】
最初に図９に示される破線境界線で取り囲まれた閾値速度計算ルーチン１４２を参照すると、好ましくは、ルーチン１４２は、真空掃除機が電源オンになる度に実行されるようにスケジュール設定される。また、ルーチンは、定期的に、例えば５秒毎に実行されるように構成することができるが、真空掃除機は、繰り返し間隔で新しい閾値速度値を計算するように作動する。しかしながら、十分に正確な補償閾値速度値を計算して、変化する環境条件を考慮に入れるために、真空掃除機が始動するたびに実行されることが適切であると想定される。
【００８０】
開始ステップ１４４での開始に続いて、ルーチン１４２は、最初にステップ１４６において温度センサ８９から周囲温度を読み込み、次に、ステップ１４８において圧力センサ８７から周囲圧力を読み込む。ルーチン１４２は、ステップ１５０において、密度比（ＤＲ）を計算する。
【００８１】
密度比ＤＲが計算され、参照（基準）又は「標準」空気密度と比較して真空掃除機の最新の（現状の）周囲環境条件の空気密度比が与えられる。本実施例では、参照空気密度は、「国際電気標準会議（ＩＥＣ）」標準６０３１２−１、家庭用真空掃除機で規定される標準圧力及び温度条件：
温度：２０℃
圧力：１０１．３ｋＰａ
Ｒ：２８７．０５８（比気体定数）
によって決定されるものと考えることができる。
【００８２】
しかしながら、他の参照周囲環境参照条件を必要に応じて用いることができることを理解されたい。
【００８３】
理想気体の法則Ｐ＝ρＲＴから導出された式（１）を用いて、密度比ＤＲを計算するが、式中Ｐはパスカル圧力、Ｔはケルビン温度、ρは空気密度、Ｒは単位Ｊｋｇ-1Ｋ-1の乾燥空気に対する比気体定数（２８７．０５８）である。
ＤＲ＝Ｐ最新Ｔ標準／Ｐ標準Ｔ最新          （１）
【００８４】
式（１）において、接尾辞「標準」は参照パラメータを意味し、接尾辞「最新」は、ステップ１４６及び１４８において瞬間的に測定したパラメータを意味する。
【００８５】
密度比ＤＲの計算に続いて、ステップ１５２において、ルーチンは、任意の適切な不揮発性メモリとすることができるデータ格納部１５４から参照速度値を読み込む。参照速度値は、「標準」周囲環境条件の下で真空掃除機の所定の閉塞状態を示すモータの速度を表す。例えば、真空モータサブシステム９２は、通常条件下の７０ｋｒｐｍで作動することができるが、閉塞状態になると真空モータ速度は７８ｋｒｐｍまで増加することがある。
【００８６】
参照速度値は、例えば以下に説明するような真空掃除機のオンライン試験中に、理論的に又は経験的に決定することができる。参照速度値は、以下ではＮ＿ｍａｘ＿ｒｅｆと呼ぶ。
【００８７】
ステップ１５２においてＮ＿ｍａｘ＿ｒｅｆの値を読み出すと、次に、ルーチン１４２は、ステップ１５８において最新の周囲環境条件における最大モータ速度閾値をデータ格納部１５６で計算して格納する。最新の周囲環境条件での最大モータ速度値は、以下ではＮ＿ｍａｘと呼ぶ。
【００８８】
計算ステップ１５８を詳細に参照すると、Ｎ＿ｍａｘの計算は、ファンの親和法則(affinity laws) からの導出を含む。ファン親和法則は、ファン、タービン、及び同様のデバイスにおける速度、流量、電力、及び圧力の間の相互の関連を説明する一連の規則であり、当業者であれば理解できるはずである。第３の親和法則は、ファンの羽根車動力「Ｗ」を、その回転速度「Ｎ」、羽根車直径「Ｄ」及び空気密度「ρ」と関連付け、以下の式（２）によって表すことができる。
ｗ1／ｗ2＝（Ｄ1／Ｄ2）5（Ｎ1／Ｎ2）3（ρ1／ρ2）          （２）
【００８９】
前記の真空モータシステムの説明から、モータの出力電力は実質的に一定になるように制御され、羽根車の直径も一定であることを理解できるはずである。これらの点を考慮すると、式（２）は、Ｎ＿ｍａｘに関する値を与えるように式（３）のように書き換えることができる。
Ｎ＿ｍａｘ＝Ｎ＿ｍａｘ＿ｒｅｆ（ＤＲ）-1/3          （３）
【００９０】
従って、閾値速度計算ルーチン１４２は、閉塞状態を示すと共に真空掃除機が作動する一般的な（支配的な、優勢な）周囲環境条件を補償する、閾値速度（Ｎ＿ｍａｘ）を計算する。従って、実際には、計算ステップは、「標準」環境条件で設定された最大参照速度値Ｎ＿ｍａｘ＿ｒｅｆを、一般的な周囲環境条件における実際の最大速度値に変換する。周囲空気密度は地理的な位置と共に変化するが、同様に任意の特定の地理的位置でも日常的に変化するので、このような補償プロセスは、真空モータの速度に基づいて真空掃除機の障害状態を正確かつ確実に診断するために重要である。
【００９１】
「補償」空気密度閾値速度値Ｎ＿ｍａｘの計算に続いて、次に、以下に説明するようにこの値はモータ速度監視ルーチン１４１が使用する。掃除機の閉塞状態を迅速に識別するように、真空掃除機の作動時にモータ速度監視ルーチン１４１は繰り返し実行される。モータ速度監視ルーチン１４１は約１０Ｈｚで実行されるが、このことは本発明の概念では必須ではない。一般に、ルーチンを閉塞状態に即座に気付くのに十分な速度で実行することと、制御電子回路に対して大きな処理オーバーヘッドを課すほど早くない速度で実行することの間のバランスを取る必要がある。
【００９２】
真空掃除機がオン作動している場合のモータ速度監視計算ルーチン１４１の開始１６０に続いて、ステップ１６２において、ルーチン１４１は、真空モータサブシステム９２が出力したモータ速度信号１３５から最新の（現状の）モータ速度データ（以下ではＮｉ）を受信する。ステップ１６４において、閾値速度計算ルーチン１４２によって先に計算されたＮ＿ｍａｘの値を、データ格納部１５６から読み込む。
【００９３】
ステップ１６６において、Ｎｉ及びＮｉ＿ｍａｘの値を比較して、決定ステップ１６８において、最新の（現状の）モータ速度Ｎｉの値がＮ＿ｍａｘよりも大きいか否かを判定する。ＮｉがＮ＿ｍａｘ未満である場合、このプロセスは、真空モータ速度を連続的に監視するためにステップ１６２〜１６８を一巡して元に戻る。モータ速度ＮｉがＮ＿ｍａｘを超えると判定される環境において、プロセスフローはステップ１７０に進み、ステップ１７２で終了する前にモータ過速度状態に応答して或る事象を引き起こす。
【００９４】
前記の実施例では、最大許容モータ速度閾値Ｎ＿ｍａｘは、ロボット真空掃除機の吸引開口部２６での閉塞状態を示すように設定される。例えば、ロボット真空掃除機は、吸引開口部２６に「クランプ」して真空モータ１１２上流の圧力の著しい低下をもたらす、留められていない床張り材の一部又は雑誌の上を走行する場合がある。閉塞状態に応答して、事象トリガのステップ１７０は、単に真空モータを停止するように構成することができる。
【００９５】
しかしながら、別の実施形態では、事象トリガは、コントローラ８４において回復ルーチンを開始する。
【００９６】
本発明の実施形態の回復ルーチンにおいて、コントローラ８４は、真空モータサブシステムに対して電源を切るように命令するが、牽引駆動ユニットは継続して作動することができるので、真空掃除機を前方向に駆動する。前述の閉塞状態において、真空モータサブシステム９２の停止の後の真空掃除機の継続的な駆動移動は、何らかの物質が真空掃除機の吸引出口を閉塞するのを解消することを助けることができる。或る期間又は所定距離を含む所定の期間後に、コントローラ８４は、真空モータサブシステムに再始動を命令し、この時点で、モータ速度監視ルーチン１４１は再びステップ１６６で開始される。依然として閉塞状態にある場合、回復ルーチンは、モータサブシステムを一時的に停止することによって再度閉塞状態を解消するように試行することができる。閉塞状態の解消試行を所定回数行った後、回復ルーチンは、単純に機械の完全停止を引き起こして、ユーザインタフェースを介してユーザに適切な信号を提示することができる。
【００９７】
前述の回復ルーチンにおいて、真空モータを完全に停止する代わりに、コントローラ８４は、真空モータサブシステムに真空モータを減速運転するように命令することができる。
【００９８】
前述のモータ速度監視ルーチン１４１の拡張機能（強化機能）として、複数の最大モータ速度閾値を監視することができ、どの最大モータ速度閾値を超えたかに応じて異なる回復ルーチンを作動させることができる。
【００９９】
さらに、本発明は、フィルタ又は分離システムがシステムに組み込まれていない場合、例えば、ユーザが、洗浄予定のフィルタを取り外した後に真空掃除機のモータ前置フィルタを交換しなかった場合、又はユーザが分離システムを間違って取り付けた場合の状况を検出するように使用できる。このような状况において、別の所定のモータ速度値を定めることができ、これは、超過する場合、システムを通過する空気質量流が高過ぎることを示すことになる「最小」モータ速度閾値を表すので、ユーザに問題があるとの信号を送る処置を行うことができる。
【０１００】
前述のモータ速度監視ルーチン１４１に対する別の拡張機能（強化機能）として、ルーチン１４１は、複数の回復ルーチンのうちの１つの実行を決定するために、モータ速度の変化率を監視し、この変化率の値を１つ又はそれ以上の所定の評価指標（測定基準）と比較するように構成することができると想定される。例えば、モータ速度が最大モータ速度閾値を超え、変化率が「高い」場合、例えば、前述のような吸引出口の閉塞状態が生じた場合、事象トリガ１７０は、閉塞状態の解消試行中に前述のように真空モータサブシステムの一時的な停止を開始することができる。
【０１０１】
もしくは、モータ速度が最大閾値を超え、変化率が「低く」、結果的に比較的長い時間スケールで最大充填条件に到達したフィルタを示す場合、事象トリガは、単純に真空掃除機を停止し、ユーザに汚れ収集チャンバの状態を検査するよう適切な指示を与えるように構成することができる。従って、要約すれば、複数の変化率の閾値を設定して、対応する複数の異なる閉塞状態を識別することができる。
【０１０２】
再度図９を参照すると、参照モータ速度値がデータ格納１５４に格納され、ステップ１５２において閾値速度計算ルーチン１４２によって読み出されることが説明されている。説明したように、参照速度値Ｎ＿ＭＡＸ＿ｒｅｆは、管理された又は「標準」周囲環境条件の下で閉塞状態を示すモータ速度を表す。この値は、理論的に決定することができるが、現在では、製造時に真空掃除機に適用される試験手順で計算する場合により正確な評価指標を決定できることが想定される。以下に図１０を参照して、このような試験手順の実施例を説明する。
【０１０３】
図１０は、一連の標準周囲環境条件の下で作動する際に真空掃除機の閉塞状態を示す参照速度を決定するために、真空掃除機又は専用電子試験機器製品で実行されるように構成されたルーチン１８０を示す。一連の標準作動周囲環境条件（セット）は、閾値速度計算ルーチン１４２に関連して前述したもの、すなわち、ＩＥＣ標準６０３１２−１、家庭用真空掃除機で特定する温度Ｔ、空気圧Ｐ、及び比気体定数Ｒと同じである。
【０１０４】
参照速度計算ルーチン１８０を実行する前に、閉塞状態をシミュレートするために真空掃除機を適切に準備する。例えば、このことは、実質的に閉塞された吸引出口、もしくは過充填フィルタ又は詰まった分離装置で生じる可能性がある制約と同じ、予め定められた開口サイズを有する真空掃除機の吸引開口部２６を設定すること又は較正することを含むことができる。
【０１０５】
このようにして真空掃除機を準備又は「較正」した状態で、ルーチン１８０はステップ１８２で開始され、真空掃除機は、ステップ１８４で定常状態に達する。従って、真空モータは、以下では「Ｎ＿ｍａｘ＿較正」と呼ぶ閉塞状態を示す速度で作動することになる。このプロセスは、次に、ステップ１８４及び１８６に進み、その間にルーチン１８０は、圧力センサ８７及び温度センサ８９のそれぞれから支配的な周囲圧力及び温度を読み込む。
【０１０６】
ルーチン１８０が周囲圧力及び温度の値を読み込むと、プロセスは前述の式（１）を用いて密度比ＤＲを計算するステップ１９０に進む。
【０１０７】
密度比値ＤＲの決定に続いて、ルーチン１８０は、ステップ１９２においてモータ速度センサ１３５からモータ速度Ｎ＿ｍａｘ＿較正を読み込み、次にステップ１９４において、参照モータ速度値Ｎ＿ｍａｘ＿ｒｅｆを計算し、この参照モータ速度値Ｎ＿ｍａｘ＿ｒｅｆを、例えば、前述の閾値速度計算ルーチン１４２によって後の計算に用いることができるように格納部１５４に格納する。
【０１０８】
Ｎ＿ｍａｘ＿ｒｅｆの計算方式は、式（３）に関して説明したＮ＿ｍａｘの計算に類似している。参照速度計算ルーチン１８０において、周囲環境条件は分かっており、閉塞状態を示すモータ速度は分かっており（Ｎ＿ｍａｘ＿較正）、閉塞状態を示し標準周囲環境条件の下で適用するモータ速度の参照値を較正することが望ましい。従って、式（２）を同様に用いることができ、以下の式（４）に書き換えることができる。
Ｎ＿ｍａｘ＿ｒｅｆ＝Ｎ＿較正（ＤＲ）1/3          （４）
【０１０９】
従って、真空掃除機の閉塞状態の較正により、モータは、閉塞状態を示す「較正された」最大速度で作動し、式（４）により、較正された最大速度を標準周囲環境条件に対して参照できるので、Ｎ＿ｍａｘ＿ｒｅｆの値が提供される。好都合には、この計算を実施することで、モータ構成要素の許容誤差累積によるモータ間の速度変化の任意の悪影響を取り除く。
【０１１０】
本発明の前述の実施形態は、ロボット真空掃除機の関連で説明されているが、このような機械は、状況を救ってくれるユーザが近くにいない状態で自律走行する場合に、留められていない床の敷物等によって吸引出口の急激かつ実質的に完全に閉塞状態になる潜在的問題がある。しかしながら、過充填フィルタ及びダストで一杯になったコレクタ等の他の閉塞状態も同様にこの機械に影響を与えるので、このシナリオは、ロボット真空掃除機以外の、例えば、直立型、円筒型／キャニスタ型、及びスティック型真空掃除機に同様に適用できる。さらに、本発明は真空掃除機の分野に限定されるものではなく、原則として、閉塞に対して脆弱な何らかの空気移動電気器具に適することを理解されたい。例えば、ヘアドライヤ、ハンドドライヤ、ある種の冷却ファン及びヒータ、空気加湿器、及び空気滅菌器である。このようなデバイスは、モータ及びファンユニットを用いて出口から空気を吸い込み、ノズルを通して加圧空気を押し出すように作動する。これらは詰まる可能性がある入口を有し、一部はエアフィルタ、場合によってはメンテナンス不履行による過充填の影響を受けやすいＨＥＰＡ標準エアフィルタを含む。本発明は、このようなデバイスの詰まったフィルタを診断するのに適している。
【０１１１】
本発明の特定の実施形態が説明されるが、当業者であれば請求項の特徴部及びその均等物で定義される発明概念から逸脱することなく、特定の実施形態に対して種々の修正を行うことができることを理解できるはずである。
【０１１２】
現時点で、前述の真空モータサブシステムとの関連では、真空モータのモータ速度は、モータの負荷を示すモータパラメータであることを理解できるはずである。これは、前述のように、一定の出力電力状態に対してモータが制御される場合、モータ速度がモータ負荷に対して直接的に定量化できる相関関係を有することに起因する。反対に、真空モータが一定の速度状態で制御される場合、モータの電力／電流ドロー（電流引き込み）は、モータの機械的負荷を示すパラメータである。従って、モータが一定の出力電力状態で作動する本明細書において、パラメータ「モータ速度」への参照は、一定の速度状態又は少なくとも一定でない電力状態でモータが作動する場合に、パラメータ「モータ電気入力電流／電力」と同義語であると考えるべきである。いずれの場合にも、パラメータ「モータ速度」及び「モータ電気入力電力／電流」は、モータの機械的な回転負荷（トルク）又は従属請求項で参照される「モータ負荷パラメータ値」を示すパラメータである。
【０１１３】
本発明の処理システム及びルーチンは、一連のブロック図又はフローチャートを参照して説明され、フローチャートの各ブロックは、コンピュータプログラム命令によって実装することができることを理解されたい。当該命令は、汎用コンピュータ又は特定用途向けコンピュータのプロセッサ、又は他のプログラム可能なデータ処理デバイス又は装置によって実行することができ、このようなデバイス又は装置で実行される場合、命令はフローチャートのブロックで表される機能を実装するようになっている。
【０１１４】
また、適切なデータ処理デバイスが特定の方法で機能するように指示できる命令はコンピュータ可読メモリに格納することができ、メモリに格納された命令は、フローチャートブロックにおいて特定される機能を実装する命令を含む製造物品を作るようになっている。
【０１１５】
フローチャートの各ブロックは機能アイテムを表すこと、従って各ブロックは、機能を実装するために１つ又はそれ以上の実行可能な命令を含む、適切なモジュール又はソフトウェア／ファームウェアコード部分において具現化されることに留意されたい。前記ルーチンは所定の順序で説明されているが、ブロックが表す機能は、関係する機能に応じて前述の所定の順序以外で行い得ることに留意されたい。例えば、図１０のルーチン１８０のステップ１８６、１８８、及び１９２で圧力、温度、及びモータ速度を読み込むステップは、前述の特定の順序で行なう必要はなく、その代わりに、実際には実質的に同時に又は異なる順序で実行することができる。
【符号の説明】
【０１１６】
８７  温度センサ
８９  圧力センサ
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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