(57)【要約】【課題】バッテリ動作する家事機器及びその動作方法を提供する。【解決手段】バッテリ動作する家事機器及びその動作方法において、家事機器が少なくとも２つの電気システムを有し、第１の電気システムは電気駆動モータ１の第１のコイル２、３である。スイッチングユニット６のスイッチ８、９、１０が、各電気システムがそれに割り当てられたバッテリ４，５の各々により動作するか、又は、複数の電気システムが共有バッテリ４，５により動作するかを制御装置７により切替可能である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッテリ動作する機器の形態の装置、特に例えば吸引掃除機のような掃除機である家事機器が、少なくとも２つの電気システムを有し、第１の電気システムは電気駆動モータ（１）の第１のコイル（２，３）であり、かつ前記２つの電気システムが電力伝送のために電子制御装置（７）により第１及び第２のバッテリ（４，５）と接続可能である、前記装置において、
前記第２の電気システムが、同じ前記電気駆動モータ（１）の第２のコイルであり、かつ、前記制御装置（７）が、２つの電気システムを１つのバッテリ（４）のみに接続するか、又は、各電気システムを各バッテリ（４，５）に接続するように構成されていることを特徴とする装置。
【請求項２】
バッテリ動作する機器、特に例えば吸引掃除機のような掃除機である家事機器の動作方法であって、少なくとも２つの電気システムを有し、第１の電気システムが電気駆動モータ（１）の第１のコイル（２，３）であり、かつ、前記２つの電気システムが電力伝送のために電子制御装置（７）により第１及び第２のバッテリ（４，５）と電気的に接続可能である、前記動作方法において、
前記第２の電気システムが同じ前記電気駆動モータ（１）の第２のコイルであり、かつ、２つのバッテリ（４，５）が用いられて１つのコイルがそれぞれ前記２つのバッテリの１つにより電力を供給されるか、又は、２つのコイルが１つのバッテリ（４，５）により電力を供給されることを特徴とする動作方法。
【請求項３】
前記第２のシステムが前記駆動モータ（１）の第２のコイルである請求項１に記載の装置又は請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記第２のシステムが第２の駆動モータ（１１）であり、特にアタッチメント装置の駆動モータであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の装置又は方法。
【請求項５】
前記制御装置（７）が、前記バッテリ（４，５）の機能パラメータを検知し、かつ前記電気的接続を前記機能パラメータの関数として形成することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の装置又は方法。
【請求項６】
スイッチングユニット（６）が、１つのバッテリ（４，５）を選択的にそれぞれ１つの電気システムに接続するために、又は、複数の電気システムを１つの共有バッテリ（４，５）に接続するために電気的スイッチ（８，９，１０）を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の装置又は方法。
【請求項７】
前記機能パラメータが、バッテリ（４，５）の存在、バッテリ（４，５）の端子電圧、バッテリ（４，５）の温度、及び／又は、バッテリ（４，５）の残容量であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の装置又は方法。
【請求項８】
前記電気システムを動作させるための、特にパルス幅変調により得られる電源電圧を特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の装置。
【請求項９】
回路が、第１のバッテリ（４）の出力回路に配置された第１のスイッチ（８）、第２のバッテリ（５）の出力回路に配置された第２のスイッチ（９）、及び／又は、前記２つのバッテリ（４，５）の出力回路を互いに接続するブリッジスイッチ（１０）を有することを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の装置。
【請求項１０】
異なる複数のバッテリ（４，５）がさらに、例えば第２の駆動モータ（１１）である別の電気システムに、特に時間的な順序にて電力供給することを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の装置又は方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バッテリ動作する機器、特に例えば吸引掃除機等の掃除機である家事機器の形態の装置に関し、少なくとも２つの電気システムを有し、第１の電気システムは電気駆動モータの第１のコイルであり、そして２つの電気システムは、電力伝送のために第１及び第２のバッテリに電子制御装置により電気的に接続されている。
【０００２】
本発明はさらに、このような機器の動作方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
バッテリを有する床又は窓の掃除機は、特許文献１に記載されている。
【０００４】
特許文献２は、掃除機において駆動モータにより駆動されるアタッチメント装置を記載している。
【０００５】
家事において用いられ、系統電源に接続されることによる永続的な電力供給なしに動作可能な複数の多様な機器が従来技術において公知である。バッテリは、電源として用いられる。このようなバッテリ動作する機器において長い動作時間を可能とするために、相応の大容量を有するバッテリが必要である。バッテリの容量が所定の閾値、例えば１００Ｗｈを超える場合、そのバッテリは相応の危険物分類としてのみ搬送可能である。このことは、コストの追加と労力の負担になる。
【０００６】
機器を動作させるために必要な電力を複数のエネルギー蓄積体、例えば複数のバッテリに分割することは、回路関係の問題に関わる。バッテリの並列接続は、不均一なバッテリ電圧に起因する大きな負担を伴って初めて可能となることがしばしばである。バッテリの直列接続は、全電圧を増大させることから別のモータを使用する必要があったり、駆動モータが動作する所定の電力レベルを実現できなかったりする問題を生じる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】独国特許出願公開第10 2012 112 403号公報
【特許文献２】独国特許出願公開第10 2015 100 339号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、２つの電気システムを有するバッテリ動作する機器が、複数のバッテリにより、その使用において有利な方式で動作することができる手段を特定することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この目的は、請求項に特定される本発明により解決される。
【００１０】
本発明による機器、例えば、特に掃除機である家事用機器は、少なくとも２つのバッテリを備えている。各電気システムが、制御装置により、電気的に別々の方式にてそれぞれに割り当てられたバッテリを用いて動作可能であるか、又は、複数の電気システムが１つの共有バッテリにより動作させられる。このためにスイッチを有するスイッチングユニットを設けることができ、それを用いて、バッテリの端子を適切に電気システムの端子に接続することができる。制御装置は、好適には、第１及び第２のバッテリの機能パラメータを検知できるように構成されている。機能パラメータは、特に、複数のバッテリの１つが存在するか否か、バッテリの端子電圧特にオープン回路電圧、バッテリの現在の温度、及び／又は、バッテリの残容量を特定する数値である。
本発明による機器はスイッチングユニットを有し、それを用いて複数のバッテリの各々が、電力伝送するために複数の電気システムに接続されることができる。電気システムは、機器に組み込まれた電力消費装置であり、それらを同時に、又は、互いに別々に動作させることができる。電気システムは、駆動モータのコイルである。駆動モータは、複数のコイルを有し、好適には２つのコイルを有する。個々のコイルは、互いに別々に駆動されることができる。
制御装置は、電力が２つの電気システムに供給されるように、従って例えば２つのコイルに１つのバッテリのみから電力供給されるように、検知された機能パラメータの関数としてスイッチングユニットのスイッチを設定する。その後、電流が２つのコイルに同じバッテリから供給される。
スイッチングユニットの別の動作位置においては、複数のスイッチが、各電気システムが別々に複数のバッテリの１つに接続するように設定することができ、それによって電力が１つのバッテリにより２つの電気システムの各々に互いに独立して供給される。２つの電気システムが１つの電気モータの２つのコイルである場合、電流が別々のバッテリによりそれぞれ電気モータに供給される。従って、各バッテリは、実質的に独立した電流及び電圧の供給源を形成し、電気システムの１つを動作させるために供給電圧を調整する電圧調整が行われる。供給電圧の調整は、パルス幅変調により行うことができる。各バッテリは、１つの電圧源に個別に電力を供給することができる。
バッテリ動作する機器を動作させる方法の場合、制御装置は、例えば適宜のセンサの補助により、複数のバッテリの１つにそれぞれ割り当てられた機能パラメータを決定する。例えば２つのバッテリが存在し、それぞれのバッテリ電圧又はバッテリの残容量が十分なレベルであること、又は、その温度が動作範囲内であることが決定されたならば、各電気システムが、他の電気システムとは独立して、１つのバッテリにより駆動される。バッテリよりも多くの電気システムが存在する場合、２つ又はそれより多い電気システムも、１つの共有バッテリにより供給される。
それに対し、１つのバッテリのみが動作可能であることを示唆する機能パラメータが決定された場合、例えばそれが唯一のバッテリであったり、別の１又は複数のバッテリが動作可能な状態になかったりする理由によるが、その場合、単一のバッテリが、全ての電気システムに電力を供給するために用いられる。制御装置はここで、可能であればそれらの電気システムが低減された電力のみを受け取るように調整することができる。電気機器が、異なる電力レベルで動作可能な駆動モータを有する例えば家事用吸引掃除機である場合、例えば”エコモード”における低減された電力又は”ブーストモード”における高電力により動作する場合、その機器が２又はそれより多いバッテリにより動作するときは、その機器は”ブーストモード”のみとすることができる。好適な実施形態では、その後、互いに異なる少なくとも２つのモータコイルに互いに異なる２つのバッテリにより電力が供給され、その場合好適には、各バッテリは、それ自身の動作調整電圧を割り当てられる。
それに対し、１つのバッテリのみが動作可能である場合、電子制御装置は、駆動モータが最高電力で動作可能となることを阻止する。その後、駆動モータは、低減された電力でのみ動作することができる。
本発明による装置は、少なくとも３つのスイッチを具備するスイッチングユニットを有し、それらのスイッチは機械的スイッチであるが、好適には半導体スイッチである。第１又は第２のバッテリはそれぞれ、第１及び第２のスイッチを用いて電気回路において接続されることができる。このスイッチは、バッテリの各電源回路に配置されている。第３のスイッチは好適にはブリッジスイッチを形成し、第３のスイッチは第１及び第２のスイッチが同時に閉じているとき、すなわち機器が２つのバッテリにより動作させられているときは開いている。ブリッジスイッチは、機器が１つのバッテリのみにより動作させられているとき、すなわち例えば第１又は第２のスイッチが開いているときに閉じている。従って、３つのスイッチはスイッチングシステムを構成し、その場合、１つのスイッチが開いておりかつ２つのスイッチが閉じている。
機器は、更なる電気システムを、すなわち電力消費装置を有することができ、それは例えば第２の電気モータであり、例えばそれは吸引掃除機のアタッチメント装置を駆動する。この第２の駆動モータもまた、互いに分離された２つのコイルを有することができ、複数のバッテリによる動作に応答して、２つのコイルはそれぞれ１つのバッテリにより動作させられる。
しかしながら、第２の駆動モータが１つのみのコイルを有することも可能であり、そのコイルは、複数のバッテリの１つにより選択的に動作させられることができる。このために例えば、マルチプレックス回路により、機能パラメータとは関係なしに好適には単一のバッテリにより供給される電力で第２の駆動モータを動作させることが可能であるが、異なる複数のバッテリが時間的に順番に第２の駆動モータに電力を供給することも可能である。時間的なマルチプレクシングに応答して、そのバッテリのみが追加の負荷のために選択され、その場合、そのバッテリは最高残容量又は最高電圧を供給し、それ以外の場合は最小電流を供給する。さらにバッテリ温度を、別の選択パラメータとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、第１の動作状態における、２つのバッテリ４、５により動作可能な家事機器の回路を概略的に示す。
【図２】図２は、第２の動作状態における、図１に示した機器を概略的に示す。
【図３】図３は、第２の実施形態による第１の動作状態における、図１と同様の図である。
【図４】図４は、第２の動作状態における、図３と同様の図である。
【図５】図５は、さらに別の実施形態のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、実施例を示した図面を参照して、本発明をさらに詳細に説明する。
本発明による機器は、電気モータを有する電気機器であり、例えばファンのための駆動モータ１を有する吸引掃除機である。駆動モータ１の電力供給は、複数のバッテリ４、５を介して行われる。図１では、例として２つのバッテリ４、５のみを示している。複数の小型バッテリを用いることにより、その機器は、単一の大容量のバッテリを有する機器の場合とは異なる危険物分類に該当することになる。従って、本発明による機器は、より少ない負担で保管されかつ運搬されることができる。
【００１３】
故障の場合、複数のバッテリ４、５のうち１つのみを交換すればよく、大型バッテリを交換する替わりに１つの小型バッテリ４、５を交換すればよい。
【００１４】
バッテリ４、５は、導電性接続及びスイッチングユニット６のスイッチ８、９、１０を介して駆動モータ１のコイル２、３に接続されるバッテリ機構を形成している。スイッチ８、９、１０を遮断状態から導通状態とすることができる制御装置７が設けられている。コイル２、３は、駆動モータ１を回転駆動するために互いに独立して駆動されることが可能である。
【００１５】
駆動モータ１の電力入力は、動作電圧供給を介して行われる。このために、バッテリ４、５により供給される電圧のパルス幅変調が行われる。電圧調整装置は、スイッチ８、９の前段側に設けることができ、従ってバッテリ４又は５とスイッチ８、９との間にそれぞれ設けることができる。しかしながら、電圧調整装置は、コイル２、３の直前に配置することもできる。
【００１６】
図１は、バッテリ４のみが稼動である動作状態を示す。バッテリ５は、存在しないか又は残容量が少なすぎるために機能していない。バッテリ４の電源回路に配置されたスイッチ８は閉じられている。バッテリ５の電源回路に配置されたスイッチ９は開いている。２つのコイル２、３は、閉じたブリッジスイッチ１０を介してバッテリ４により与えられる電力により動作させられる。
【００１７】
図２は、異なる動作状態を示し、この場合、２つのバッテリ４、５が稼動状態にある。電源スイッチ８、９は閉じられている。ブリッジスイッチ１０が開いていることにより、電力は、各コイル２、３に割り当てられたバッテリ４、５により各コイル２、３に供給される。
【００１８】
第３の動作状態は、図１に示した第１の動作状態に類似し、その場合、バッテリ４が稼動せずに、バッテリ５が稼動状態にある。図１に示した状態とは異なり、スイッチ８が開いておりスイッチ９が閉じている。
【００１９】
図３及び図４に例示した実施形態の場合、例えば吸引掃除機である家事機器が、さらに別の駆動モータ１１を有し、駆動モータ１１により例えばアタッチメント装置が、特許文献２に開示されたように動作させられる。
【００２０】
図３に示した動作状態の場合、バッテリ４のみが稼動している。バッテリ５は稼動していないか又は存在していない。供給スイッチ８は閉じている。供給スイッチ９は開いている。ブリッジスイッチ１０が閉じていることで、２つのコイル２、３は、バッテリ４により電力を供給される。第２の駆動モータ１１は、閉じているスイッチ８’によりバッテリ４に接続されている。この場合、第２の駆動モータ１１を供給スイッチ８に接続するスイッチ８’、又は、第２の駆動モータ１１を供給スイッチ９に接続するスイッチ９’のいずれが閉じているかは重要ではない。
【００２１】
図４に示した動作状態の場合、２つのバッテリ４、５が稼動している。ここではブリッジスイッチ１０が開いている。電気モータ１のコイル２、３が、異なるバッテリ４、５により電力を供給されている。スイッチ８’が閉じておりかつスイッチ９’が開いている場合、第１のバッテリ４が第２の駆動モータ１１に電力供給する。それに対し、スイッチ８’が開いておりかつスイッチ９’が閉じている場合、バッテリ５が第２の駆動モータ１１に電力供給する。
【００２２】
図４に示した動作状態の場合、スイッチ８’、９’のうち１つが閉じておりかつ１つが開いている。
【００２３】
図１及び図３に示した動作状態の場合、１つのバッテリのみが２つの駆動モータ１、１１の電力供給のために使用可能である。これが、制御装置７が駆動モータ１、１１を低減した最大電力のみで動作させられる理由である。しかしながら図２及び図４に示した動作状態においては、制御装置７が駆動モータ１、１１を増大させた電力で動作可能とすることもできる。
【００２４】
図５は、スイッチ１１、１２、１３、１４を有するスイッチ機構を概略的に示し、これらのスイッチは、制御装置７により動作可能であり、特に半導体スイッチである。これらのスイッチは、パルス幅変調により２つのコイルに一定レベルの電圧を供給するように動作させられる。バッテリ４、５のオープン回路電圧に関わらず、コイル２、３が同じレベルの電圧で動作させられることが電圧調整により確保される。
【００２５】
コイル２、３を流れる動作電流Ｉ１及びＩ２を計測するために、図示しないセンサが設けられる。さらに、コイル２、３に印加される動作電圧を計測可能であるセンサが設けられる。さらに、バッテリ４、５の温度又はバッテリ４、５のオープン回路電圧を計測可能であるセンサが設けられる。
【００２６】
図示しない本発明のさらなる改良においては、家事機器が３つ又はそれ以上のバッテリを有する。それらのバッテリは、それぞれ同じ容量のバッテリとすることができる。しかしながら、それらのバッテリが異なる容量を有することもできる。それらの異なる容量は、時間的マルチプレクシングにより家事機器内の電力消費装置の全数に均等に分配することができる。
【００２７】
特に、バッテリの数が、少なくとも駆動モータのコイルの数と同じであるようにする。
【００２８】
図４に示した動作状態においては、スイッチ８’、９’のスイッチ位置を、時間的マルチプレクシングに応答して時間的に順番に変更することができ、それによってバッテリ４とバッテリ５が時間的に順番に第２の駆動モータ１１に電力を供給することになる。
【符号の説明】
【００２９】
１  駆動モータ
２  第１のコイル
３  第２のコイル
４  第１のバッテリ
５  第２のバッテリ
６  スイッチングユニット
７  制御装置
８  第１のスイッチ
８’スイッチ
９  第２のスイッチ
９’  スイッチ
１０  ブリッジスイッチ
１１  駆動モータ
１２、１３、１４  スイッチ
Ｉ１、Ｉ２  動作電流
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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