(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッテリと掃除および走行装置とを搭載し前記バッテリの電力で前記掃除および走行装置を駆動制御する制御部を備え床面を走行しながら掃除を行う自走式掃除機と、前記バッテリを充電するための充電台とからなり、前記充電台は給電コイルと給電コイルを励磁する励磁回路を備え、前記自走式掃除機は前記給電コイルから電磁結合によって電力を受電する受電コイルと受電コイルの出力を受けてバッテリを充電する充電回路を備え、前記給電コイルは床面に平行な方向に磁束を生成するように充電台に設置され、前記受電コイルは前記磁束を床面に平行に受け入れ可能に自走式掃除機に設置され、
前記充電台および自走式掃除機は、床面に直交する平坦な側面を有する筐体をそれぞれ備え、給電コイルおよび受電コイルは、各側面に沿って互いに対向可能に配置され、
自走式掃除機の筐体は上面から見た輪郭が三角形であり、前記平坦な側面がその三角形の一辺に対応し、
前記筐体の前記平坦な側面側の底板には吸引口と一対のサイドブラシとが設けられており、
前記吸引口の入口には、回転ブラシが設けられており、
前記自走式掃除機の前方部の側面が前記平坦な側面に対応し、前記受電コイル全体が、前記吸引口の前方かつ前記一対のサイドブラシの間にあって前記平坦な側面の上下方向の中央よりも下方に配置されていることを特徴とする自走式掃除機のワイヤレス充電システム。
【請求項２】
前記自走式掃除機は、受電コイルが給電コイルに対向する位置を検出する位置検出センサを備え、前記制御部は、前記位置検出センサの出力を受けて受電コイルが給電コイルに対向する所定位置に位置決めされるように前記走行装置を制御する請求項１記載の自走式掃除機のワイヤレス充電システム。
【請求項３】
前記給電コイルと受電コイルは、それぞれ第１および第２磁性体に巻回され、前記位置検出センサが第２磁性体に巻回された検出コイルを備える請求項２記載の自走式掃除機のワイヤレス充電システム。
【請求項４】
前記制御部は、受電コイルが給電コイルに対して位置決めされた後に、充電回路の出力をバッテリに供給する請求項２又は３に記載の自走式掃除機のワイヤレス充電システム。
【請求項５】
前記充電台が発光素子を備え、前記位置検出センサは前記発光素子の出射光を受光する受光素子である請求項２記載の自走式掃除機のワイヤレス充電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、自走式掃除機のワイヤレス充電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
この発明の背景技術としては、充電台に設けられた給電用金属端子に自走式掃除機に設けられた受電用金属端子を物理的に接触させることにより、充電台から自走式掃除機のバッテリに電力を供給して充電するようにした充電システムが用いられている。しかし、給電用金属端子と受電用金属端子の少なく一方にほこりや水などが付着すると、両者間に接触不良が生じて充電が安全にまた効率よく行われないという不都合が生じる。これに対して、床面に対して直交する方向に磁束を生成する平坦な給電コイルを水平に充電台に設置し、自走式掃除機の底面に備えた受電コイルをその給電コイルに重ねることにより、誘電方式、つまり、ワイヤレス方式で給電するようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平２―２３９８３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、このようなワイヤレス給電方式では、平坦な給電コイルが充電台に平面的に存在するため、充電台の床面に占める面積が大きく、その設置場所の選択に困る場合があるという問題点があった。
【０００５】
この発明はこのような事情を考慮してなされたもので、給電コイルが床面に平行に磁束を生成し、それを受電コイルが受け入れるように両コイルを配置することにより、充電台が大きい床面積を占めることのない自走式掃除機のワイヤレス充電システムを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明は、バッテリと掃除および走行装置とを搭載し前記バッテリの電力で前記掃除および走行装置を駆動制御する制御部を備え床面を走行しながら掃除を行う自走式掃除機と、前記バッテリを充電するための充電台とからなり、前記充電台は給電コイルと給電コイルを励磁する励磁回路を備え、前記自走式掃除機は前記給電コイルから電磁結合によって電力を受電する受電コイルと受電コイルの出力を受けてバッテリを充電する充電回路を備え、前記給電コイルは床面に平行な方向に磁束を生成するように充電台に設置され、前記受電コイルは前記磁束を床面に平行に受け入れ可能に自走式掃除機に設置されることを特徴とする自走式掃除機のワイヤレス充電システムを提供するものである。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、給電コイルが床面に平行な方向に磁束を生成するように設置され、受電コイルがその磁束を床面に平行に受け入れるように設置される、つまり、両コイルの磁束の授受面が床面に対して垂直（タテ）になるので、給電コイルを収容する充電台の床に占める面積をコンパクトにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】この発明の第１実施形態に係る自走式掃除機の上面斜視図である。
【図２】図１に示す自走式掃除機の底面図である。
【図３】図１に示す自走式掃除機の内部構成を示す側面図である。
【図４】この発明の第１実施形態に係る充電台の斜視図である。
【図５】この発明の第１実施形態に係る制御回路のブロック図である。
【図６】この発明の第１実施形態に係る自走式掃除機の掃除動作の一例を示す上面図である。
【図７】この発明の第１実施形態の動作の一例を示すフローチャートである。
【図８】この発明の第１実施形態の動作説明図である。
【図９】この発明の第１実施形態の動作を示す要部上面図である。
【図１０】この発明の第１実施形態の動作を示す上面図である。
【図１１】この発明の第２実施形態に係る自走式掃除機を示す図１対応図である。
【図１２】この発明の第２実施形態に係る充電台を示す図４対応図である。
【図１３】この発明の第２実施形態に係る制御回路を示す図５対応図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
この発明の自走式掃除機のワイヤレス充電システムは、バッテリと掃除および走行装置とを搭載し前記バッテリの電力で前記掃除および走行装置を駆動制御する制御部を備え床面を走行しながら掃除を行う自走式掃除機と、前記バッテリを充電するための充電台とからなり、前記充電台は給電コイルと給電コイルを励磁する励磁回路を備え、前記自走式掃除機は前記給電コイルから電磁結合によって電力を受電する受電コイルと受電コイルの出力を受けてバッテリを充電する充電回路を備え、前記給電コイルは床面に平行な方向に磁束を生成するように充電台に設置され、前記受電コイルは前記磁束を床面に平行に受け入れるように自走式掃除機に設置されることを特徴とする。
【００１０】
この発明における給電コイルおよび受電コイルは、磁性体のコア(例えば、鉄心)に巻線を施したものや、巻線のみ（コアレス）のものなどを含む。
前記充電台および自走式掃除機は、床面に直交する平坦な側面を有する筐体をそれぞれ備え、給電コイルおよび受電コイルは、各側面に沿って互いに対向可能に配置されることが好ましい。
自走式掃除機の筐体は上面から見た輪郭が三角形や四角形又はＤ形であり、前記平坦な側面がその一辺に対応することが望ましい。
前記自走式掃除機は、受電コイルが給電コイルに対向する位置を検出する位置検出センサを備え、前記制御部が前記位置検出センサの出力を受けて受電コイルが給電コイルに対向する所定位置に位置決めされるように前記走行装置を制御するようにしてもよい。
また、受電コイルが給電コイルに対向する所定位置とは、両コイル間の漏れインダクタンスが最小になる位置であることが望ましい。
【００１１】
また、給電コイルと受電コイルはそれぞれ第１および第２磁性体に巻回され、前記位置検出センサが第２磁性体に巻回された検出コイルを備えてもよい。
【００１２】
また、制御部は、受電コイルが給電コイルに対して位置決めされた後に、充電回路の出力をバッテリに供給することが好ましい。
また、前記充電台が発光素子または超音波発信器を備え、前記位置検出センサが受光素子または超音波受信器であってもよい。
【００１３】
以下、図面に示す実施形態を用いてこの発明を詳述する。この実施形態によってこの発明が限定されるものではない。
(第１実施形態)
（１）自走式掃除機と充電台の構成
この発明に係る自走式掃除機(以下、掃除ロボットという)は、床面を自走しながら、床面上の塵埃を空気とともに吸い込み、塵埃を除去した空気を排気することにより床面を掃除するようにしている。
【００１４】
図１はこの発明の第１実施形態にかかる掃除ロボットの上から見た斜視図であり、図２は同掃除ロボットの底面図であり、図３は同掃除ロボットの内部構成を示す側面図である。また、図４はこの実施形態に係る充電台の斜視図である。
【００１５】
これらの図に示すように、掃除ロボット１Ａは、上面から見て実質的に三角形の輪郭を有する筐体２を備える。図２に示すように底板２ａには、回転ブラシ３、一対のサイドブラシ４、吸引口１１、一対の駆動輪５ａ,５ｂ、後輪７、および２個の床面検知センサ１２が設けられている。なお、床面検知センサ１２は赤外線発光ダイオードとフォトトランジスタから構成され、その検知面が床に向かって露出するようになっている。
【００１６】
また、筐体２内には、図３に示すように吸引口１１に接続された吸引路１０と、吸引路１０の下流側に設けられた集塵部２０と、集塵部２０の下流側に設けられた電動送風機３０と、電動送風機３０と排気口４１とを接続する排気路４０とを備える。
【００１７】
筐体２は、図１に示すように蓋２ｄおよび天板２ｂを備える。底板２ａおよび天板２ｂの間の外周側面には、側板２ｃが設けられている。天板２には，掃除ロボット１Ａの作動条件や作動指令を入力する入力部３１が設けられている。
【００１８】
図３に示す集塵部２０は、吸引路１０に接続される集塵ボックス２１と、集塵ボックス２１に着脱可能に設けられたフィルタ２２とを有している。集塵ボックス２１は、通常、筐体２内に収納されているが、集塵ボックス２１内に捕集された塵埃を廃棄する際には、筐体２の蓋２ｄ(図１)を開いて出し入れされるようになっている。
【００１９】
底板２ａ(図２)には、前述の一対の駆動輪５ａ,５ｂの下部を筐体２内から外部へ突出させる孔が形成されている。また、図１に示すように掃除ロボット１Ａの前面には矢印Ｘで示す前進方向の障害物を検出する３つの超音波測距センサ１１１２ａ,１１２ｂ,１１２ｃが設けられている。
【００２０】
図２に示すように、駆動輪５ａ,５ｂは、筐体２の底板２ａと平行で、かつ、直線Ｌに同軸の一対の回転軸６ａ,６ｂを中心に回転可能に設けられており、掃除ロボット１Ａは、駆動輪５ａ,５ｂが同一方向に同一速度で回転すると矢印ＸまたはＹ方向に進退し、駆動輪５ａ,５ｂが互いに逆方向に同一速度で回転すると同じ位置で旋回するようになっている。
【００２１】
駆動輪５ａ,５ｂの回転軸６a,６bは、図２に示すように、一対の走行モータ５１ａ,５１ｂへそれぞれ減速ギア５２ａ,５２ｂを介して個別に連結されている。なお、走行モータ５１ａ,５１ｂは回転数を計測するエンコーダを内蔵する。また、後輪７は自在車輪からなり、床面と接触するように筐体２の底板２ａの後方に旋回自在に設けられている。
【００２２】
このように、筐体２に対して進行方向の中間に一対の駆動輪５ａ,５ｂを配置し、掃除ロボット１Ａの全重量を一対の駆動輪５ａ,５ｂと後輪７によって支持できるように、筐体２に対して前後方向に重量が配分されている。これにより、進路方向の塵埃を効率よく吸込口１１に導くことができる。
【００２３】
前述の回転ブラシ３は、筐体２の底板２ａと平行な軸を中心に回転可能に吸込口１１の入口に設けられている。また、底板２ａにおける吸込口１１の左右両側のサイドブラシ４は、底板２ａに垂直な軸を中心に回転するようになっている。回転ブラシ３は、回転軸であるローラの外周面に螺旋状にブラシを植設することにより形成されている。
【００２４】
サイドブラシ４は、回転軸の下端に放射状に設けられた複数本(ここでは４本)のブラシ束を有している。回転ブラシ３の回転軸および一対のサイドブラシ４の回転軸は、筐体２の底板２ａの内面に支持されると共に、その付近に設けられた後述するブラシ駆動モータおよびサイドブラシ駆動モータにそれぞれ動力伝達機構を介して連結されている。
【００２５】
また、図１に示すように、筐体２の天板２ｂにおける前方部の中央には赤外線検知主センサ１１０が設けられ、側板２ｃの前方部の中央には３つの赤外線検知副センサ１１１ａ,１１１ｂ,１１１ｃが横一列に設けられている。
【００２６】
赤外線検知主センサ１１０は全方向(３６０度)から入射する赤外線を検知することができ、赤外線検知副センサ１１１ａ,１１１ｂ,１１１ｃはそれぞれ前方から入射する赤外線を検知することができる。また、図１に示す超音波測距センサ１１２ａ,１１２ｂ,１１２ｃは超音波を前方へ出射し、その反射波を受けて対象物（障害物）までの距離を測定するようになっている。
【００２７】
掃除ロボット１Ａは、後述するようにバッテリを内蔵するが、筐体２の前面の側板２ｃの内側には、図１に示すように、内蔵バッテリへ充電を行うための受電側鉄心１０８が設けられている。受電側鉄心１０８には、後述するように受電コイル１０７（図５）が巻回され、受電側鉄心１０８は充電台１０１（図４）の給電側鉄心１０６から生成される床面に平行な磁束を効率よく受け入れられるように配置されている。
【００２８】
室内を自走しながら掃除する掃除ロボット１Ａは、掃除が終了すると室内に設置されている充電台に帰還し、充電台からバッテリへの充電が行われる。商用電源(コンセント)に接続される充電台は、通常、室内の側壁に沿って設置される。
【００２９】
また、この実施形態においては、図２および図３に示すように、筐体２は、中央の円形の中央筐体部６０と、その周りの外殻筐体部６１から構成される。外殻筐体部６１は中央筐体部６０の外周に設けられたリング状のスラスト軸受け６２に回動可能に支持されている。
【００３０】
また、中央筐体部６０の外周には円弧状のラック６３が１８０度に渡って設けられ、外殻筐体部６１に設置された外殻筐体部用モータ４３の出力軸がピニオン６４を介してラック６３に結合されている。外殻筐体部用モータ４３の駆動により、外殻筐体部６１は中央筐体部６０の周りを図２に示す位置から時計回りに９０度、反時計回りに９０度、それぞれ回動できるようになっている。
【００３１】
そして、前述の駆動輪５ａ,５ｂ、減速ギア５２ａ,５２ｂ、走行モータ５１ａ,５１ｂ、および後輪７は、中央筐体部６０に搭載され、その他は外殻筐体部６１に搭載されている。なお、外殻筐体部用モータ４３も、走行モータ５１ａ,５１ｂと同様に回転数を計測するエンコーダを内蔵する。
【００３２】
図４は、充電台を構成する筐体（以下、単に充電台という）１０１の外観斜視図である。同図に示すように、充電台１０１は前側の平坦な側面に、掃除ロボット１Ａへ帰還路を示すための赤外線を出射する赤外線送信部１０３を備えると共に、内部に、受電側鉄心１０８(図１)に電磁的に結合するための給電側鉄心１０６や、後述する給電用電気部品などを備える。給電側鉄心１０６には、後述するように給電コイル１０５（図５）が巻回され、給電側鉄心１０６は給電コイル１０５から磁束が床面に平行に生成されるように配置されている。
【００３３】
（２）掃除ロボットと充電台の制御系
図５は掃除ロボット１Ａと充電台１０１の制御系を示すブロック図である。掃除ロボット１Ａの制御系は同図に示すように、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭからなるマイクロコンピュータを備える制御部３４、２つの駆動輪５ａ,５ｂをそれぞれ駆動するための走行モータ５１ａ,５１ｂを制御するモータドライバ回路５７、回転ブラシ３を駆動するブラシ駆動モータ５８を制御するモータドライバ回路５９、２つのサイドブラシ４を駆動する２つのサイドブラシ駆動モータ７０を制御するモータドライバ回路７２、電動送風機３０に組み込まれた送風モータ６９を制御するモータドライバ回路６８、外殻筐体部用モータ４３を駆動するモータドライバ回路４４、電源スイッチ１５、各種センサ３３を駆動制御するセンサ制御ユニット３２、および入力部３１を備える。
【００３４】
各種センサ３３は、床面検知センサ１２、超音波測距センサ１１２ａ,１１２ｂ,１１２ｃ、赤外線検知主センサ１１０、赤外線検知副センサ１１１ａ,１１１ｂ,１１１ｃ、走行モータ５１ａ,５１ｂおよび外殻筐体部用モータ４３が内蔵するエンコーダなどを含む。
【００３５】
電源スイッチ１５がＯＮになると、バッテリ１４の出力電力は、モータドライバ回路４４,５７,５９,６８,７２へそれぞれ供給されると共に、制御部３４、入力部３１、センサ制御ユニット３２などへもそれぞれ供給される。
【００３６】
制御部３４は前述のようにＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭを備えるが、ＣＰＵは中央演算処理装置であり、入力部３１と各種センサ３３から受けた信号を、ＲＯＭに予め記憶されたプログラムに基づいて演算処理し、モータドライバ回路４４,５７,５９,６８,７２などへ出力するようになっている。なお、ＲＡＭは、入力部３１からユーザにより入力される各種指令および掃除ロボット１Ａの各種動作条件や各種センサ３３の出力などを記憶するようになっている。
【００３７】
また、ＲＡＭは、掃除ロボット１Ａの走行マップを記憶することができる。走行マップは、掃除ロボット１Ａの走行経路や走行速度などの走行に関する情報であり、予めユーザがＲＡＭに記憶させるか、あるいは掃除ロボット１Ａ自体が掃除運転中に自動的に記録することができる。また、制御部３４は、後述するように、バッテリ１４の端子電圧などを検出してバッテリ１４の蓄電残量を検出する機能を有する。
【００３８】
さらに、掃除ロボット１Ａは、図５に示すように、充電台１０１から受電するための受電コイル１０７と、受電コイル１０７を巻回した受電側鉄心１０８と、受電コイル１０７の交流出力電力を整流平滑する整流平滑回路３５と、整流平滑回路３５の直流出力を制御してバッテリ１４を充電する充電回路３６を備える。
【００３９】
また、受電側鉄心１０８には補助巻線として検出コイル１０９が巻回され、検出コイル１０９の出力は整流回路３７によって整流され、制御部３４に入力されるようになっている。
【００４０】
なお、バッテリ１４には、ニカド電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池などが使用されるので、充電回路３６には、バッテリ１４の特性に応じて、定電圧充電用、定電流充電用、又は定電流定電圧充電用の回路が選択的に用いられる。
【００４１】
一方、充電台１０１は、外部の商用電源(ＡＣ１００Ｖ,５０／６０Ｈｚ)１８からの電力を整流平滑する整流平滑回路１０２と、整流平滑回路１０２の出力を交流出力に変換するインバータ１０４と、給電側鉄心１０６に巻回されインバータ１０４の出力が印加される給電コイル１０５を備える。
【００４２】
そして、後述するように、バッテリ１４の充電時には、給電コイル１０５と受電コイル１０７とが給電側鉄心１０６と受電側鉄心１０８とを介して磁気結合され、給電コイル１０２から受電コイル１０７へ電磁誘導による電力伝送が行われる。この場合、インバータ１０４の発信周波数は、小型化と効率の観点から200kHz程度がこのましい。
【００４３】
（３）掃除ロボットの掃除動作
このように構成された掃除ロボット１Ａにおいて、ユーザから入力部３１を介して掃除運転が指令されると、電動送風機３０、駆動輪５ａ,５ｂ、回転ブラシ３およびサイドブラシ４が駆動する。
【００４４】
これにより、回転ブラシ３、サイドブラシ４、駆動輪５ａ,５ｂ、および後輪７が床面に接触した状態で、筐体２は所定の範囲を自走しながら吸込口１１から床面の塵埃を含む空気を吸い込む。
【００４５】
このとき、回転ブラシ３の回転によって床面上の塵埃は掻き上げられて吸込口１１に導かれる。また、サイドブラシ４の回転によって吸込口１１の側方の塵埃が吸込口１１に導かれる。
【００４６】
吸込口１１から筐体２内に吸い込まれた塵埃を含む空気は、図３に示されるように、吸引路１０を通り、集塵ボックス２１内に流入する。集塵ボックス２１内に流入した気流は、フィルタ２２を通過して排出路４０を通って排気口４１へ排出される。
【００４７】
この際、集塵ボックス２１内の気流に含まれる塵埃はフィルタ２２によって捕獲されるため、集塵ボックス２１内に塵埃が堆積する。集塵ボックス２１から排気路４０へ流入した気流は、フィルタ２２によって除塵された綺麗な空気として排出口４１から外部へ排出される。
【００４８】
また、前述のように、掃除ロボット１Ａは、左右の駆動輪５ａ,５ｂが、同一方向に正回転して前進し、同一方向に逆回転して後退し、互いに正逆回転することにより旋回する。従って、掃除ロボット１Ａが大きな段差(クリフ)に差しかかったときや、掃除領域の周縁に到達した場合、および進路上の障害物に衝突しようとした場合には、床面検知センサ１２(図２)や、超音波測距センサ１１２ａ,１１２ｂ,１１２ｃ(図１)が、それを制御部３４(図５)に通知し、掃除ロボット１Ａは、駆動輪５ａ,５ｂを停止したり、逆回転させて向きを変える。これにより、掃除ロボット１Ａは、設置場所全体あるいは所望範囲全体を、大きい段差や障害物を避けながら自走して掃除することができる。
【００４９】
また、掃除ロボット１Ａが室内の床面上を走行して掃除しているときに、室内の隅や壁面に遭遇すると、制御部３４は走行モータ５１ａ,５１ｂと外殻筐体部用モータ４３を駆動して中央筐体部６０と外殻筐体部６１とを回動させ、一対のガイドブラシ４(図２)が室内の隅や壁際に好適に沿うように制御する。
【００５０】
図６は、掃除ロボット１Ａが室内の隅や壁際を掃除する場合の制御例を示す。
同図の(ａ)の位置にある掃除ロボット１Ａが矢印に沿って(ｂ)の位置に向かって進行し、(ｂ)の位置で壁Ｗ１に直面すると、駆動輪５a,５bが互いに同速度で逆回転して中央筐体部６０が壁Ｗ１に対して反時計回りに９０度だけ旋回し、同時にピニオン６４が駆動して外殻筐体部６１が中央筐体部６０に対して時計回りに９０度だけ回動する。それによって、中央筐体部６０が外殻筐体部６１に対して反時計回りに９０度だけ回動することになり、サイドブラシ４と駆動輪５a,５bの位置関係が同図の(ｃ)に示す状態になる。
【００５１】
そこで、掃除ロボット１Ａは２つのサイドブラシ４を壁Ｗ１にぴったりと寄り沿わせながら矢印に沿って(ｄ)の位置に向かって進行する。同図の(ｄ)の位置で他の壁Ｗ２に達すると、外殻筐体部６０が中央筐体部６０に対して反時計回りに９０度だけ旋回し、壁Ｗ２に対して（ｂ）に示す状態に戻る。そこで、前述のように制御されて同図の(ｅ)に示す状態になる。
【００５２】
掃除ロボット１Ａは、２つのサイドブラシ４を壁Ｗ２にぴったりと寄り沿わせながら矢印にそって同図の(ｆ)の位置に向かって進行する。以下、同様に位置(ｇ)から位置(ｈ)へと掃除ロボット１Ａは２つのサイドブラシ４が室内の隅と壁際に常に沿うように走行するのでそれによって塵埃が効率よく吸引除去される。
【００５３】
（４）掃除ロボットの帰還と充電動作
図５に示すように、充電台１０１に商用電源１８が接続されると、商用電源１８からの電力は、整流平滑回路１０２を介してインバータ１０４に印加される。インバータ１０４は給電コイル１０５に無負荷励磁電流を供給すると共に、整流平滑回路１０２の出力は赤外線送信部１０３を作動させる。
【００５４】
そして、図８に示すように、充電台１０１は掃除ロボット１Ａにその帰還路を示すために赤外線送信部１０３(図４)から２０度〜３０度の拡散角を有する赤外線ＩＲを矢印方向に照射する。
【００５５】
図７は、掃除ロボット１Ａの充電台１０１への帰還動作と充電動作を示すフローチャートである。図７を用いて掃除ロボット１Ａの充電台１０１への帰還動作と充電動作を以下に説明する。
【００５６】
図７に示すように、掃除作業を終了するか(ステップＳ１)、又はバッテリ１４の蓄電残量Ｑが許容値Ｑｓより低下して(ステップＳ２)、制御部３４(図５)が掃除ロボット１Ａを充電台１０１へ帰還させる必要があると判断した場合に、掃除ロボット１Ａは、図８(ａ)に示すように赤外線ＩＲの照射領域に存在すると(ステップＳ３)、赤外線ＩＲを赤外線検知主センサ１１０が検知して一旦停止する(ステップＳ４)。そして、その場で自転し(ステップＳ５)、図８(ｂ)に示すように充電台１０１が存在する方向を検出し、その方向に向きを変える(ステップＳ６)。
【００５７】
それによって、同図(ｃ)に示すように、３つの赤外線検知副センサ１１１ａ,１１１ｂ,１１１ｃが赤外線ＩＲを検知することができるようになり、掃除ロボット１Ａは、赤外線ＩＲが示す帰還路に沿って進行する(ステップＳ７)。
【００５８】
そして、掃除ロボット１Ａが充電台１０１に接近して両者間の距離Ｄが超音波測距センサ１１１ｂによって検出され、所定値Ｄｓ以下になると(ステップＳ８)、掃除ロボット１Ａの走行速度が低速に切換えられ(ステップＳ９)、Ｄ＝０になると、掃除ロボット１Ａは停止する(ステップＳ１０,Ｓ１１)。
【００５９】
この時点で、掃除ロボット１Ａの前面が図９（ａ）〜（ｃ）に示すように充電台１０１に接触し、給電側鉄心１０６に対する受電側鉄心１０８の水平方向の位置関係が、図９(ａ)のように右方向にずれているか、図９(ｂ)のように左方向にずれているか、又は図９(ｃ)のように一致しているか、のいずれかとなる。
【００６０】
そこで、制御部３４は、前述の壁際の掃除作業のように駆動輪５a,５bとピニオン６４を駆動させて、駆動輪５ａ,５ｂの位置を掃除ロボット１Ａの前面に対して９０度だけ旋回させ、図１０に示すように掃除ロボット１Ａが充電台１０１に対して平行移動できるようにする(ステップＳ１２)。
【００６１】
次に、制御部３４は整流回路３７を介して検出コイル１０９(図５)の出力電圧の波高値Ｖｐを検出し(ステップ１３)、給電側鉄心１０６に対して受電側鉄心１０８を右方向へ距離ΔＳ(例えば、0.5mm)だけ移動させる(ステップＳ１４)。
【００６２】
この時Ｖｐが増大すると(ステップＳ１５)、さらに右方向へΔＳだけ移動させる（ステップＳ２２）。この動作を繰り返し（ステップＳ２３）、Ｖｐが増加しなくなると、左方向へΔＳだけ移動させて停止させる（ステップＳ２４）。また、ステップＳ１５においてＶｐが増加しない時には、左方向へΔＳずつ移動させ、その都度Ｖｐを検出し(ステップＳ１６,Ｓ１７)、Ｖｐが増加しなくなると、右方向へΔＳだけ移動させて停止させる(スッテップＳ１８)。
【００６３】
これによって、給電側鉄心１０６に対して受電側鉄心１０８が、図９(ｃ)に示す位置に±ΔＳ以下の精度で、給電コイル１０５と受電コイル１０７間の漏れインダクタンスが最小になるように位置決めされる。なお、この場合の給電側鉄心１０６と受電側鉄心１０８とのギャップは、充電台１０１と掃除ロボット１Ａの筐体の厚さを含めて３〜５mmとなる。
【００６４】
そこで、制御部３４が充電回路３６(図５)を作動させる。それによって、給電側鉄心１０６と受電側鉄心１０８とが良好に磁気結合され、インバータ１０４の出力が給電コイル１０５から受電コイル１０７へ電磁誘導により供給され、整流平滑回路３５と充電回路３６を介してバッテリ１４が充電される(ステップＳ１９)。
【００６５】
そして、制御部３４はバッテリ１４の端子電圧などからバッテリ１４の充電残量Ｑが満充電量Ｑｆに達したことを検知すると(ステップＳ２０)、受電回路３６に対して充電動作を停止させ、駆動輪５ａ,５ｂの方向を図２に示す状態に戻し、次の掃除指令を待つ(ステップＳ２１)。
【００６６】
このようにして、掃除ロボット１Ａが充電台１０１に帰還すると、充電台１０１の給電側鉄心１０６と掃除ロボット１Ａの受電側鉄心１０８とのギャップを最小にして相互間の漏れインダクタンスが最小になるように、両者を正確に向き合わせるための位置決めが行われた後に、充電が行われるので、充電台１０１からバッテリ１４への充電を安全に効率よく行うことができる。
【００６７】
(第２実施形態)
図１１はこの発明の第２実施形態を示す図１対応図、図１２は第２実施形態を示す図８対応図、図１３は第２実施形態を示す図５対応図である。
【００６８】
これらの図に示すように、この実施形態では、第１実施形態における給電側鉄心１０６と給電コイル１０５とに代えて給電コイル１０５ａを、受電側鉄心１０８と受電コイル１０７とに代えて受電コイル１０７ａを、それぞれ使用している。給電コイル１０５ａと受電コイル１０７ａは、いずれも銅線のみを厚さ１〜２mm程度に巻回して粘着パッドに固定したもので、図１１，１２に示すように各筐体の前側面の裏面に貼り付けられている。従って、給電コイル１０５ａからは床面に平行に磁束が生成され、受電コイル１０７ａはその磁束を床面に平行に受入れる。
さらにまた、第１実施形態における受電側鉄心１０８に巻回された検出コイル１０９と、その出力を整流する整流回路３７とに代えて、充電台１０１に設けられ整流平滑回路１０２の出力によって駆動する位置決め用発光素子１１３(ここでは、発光ダイオードを用いている)と、掃除ロボット１Ａの前面に設けられ発光素子１１３の光を受光する位置決め用の受光素子(例えば、フォトトランジスタ)１１５と、受光素子１１５を駆動するセンサ制御ユニット１１４とを使用している。
【００６９】
そして、発光素子（発光ダイオード）１１３は一般に光束の光軸を中心とする強度分布がガウシアン分布になるので、受光素子１１５の検出出力の位置に対する強度変化に応じて給電側鉄心１０６に対する受電側鉄心１０８の位置決めを行うようにしている。その他の構成と動作は第１実施形態と同等である。この実施形態においても効率よく充電を行うことができる。
【００７０】
(第３実施形態)
この実施形態においては、第２実施形態における位置決め用の発光素子１１３に代えて、超音波発信器を用い、位置決め用の受光素子１１５に代えて、超音波受信器を用いている。この実施形態においても、第１および第２実施形態と同様に効率よく充電を行うことができる。
【符号の説明】
【００７１】
１Ａ  掃除ロボット、２  筐体、２ａ  底板、２ｂ  天板、２ｃ  側板、２ｄ  蓋、３  回転ブラシ、４  サイドブラシ、５ａ,５ｂ  駆動輪、６ａ,６ｂ  回転軸、７  後輪、１０  吸引路、１１  吸込口、１２  床面検知センサ、１４  バッテリ、１８  商用電源、２０  集塵部、２１  集塵ボックス、２２    フィルタ、３０  電動送風機、３１  入力部、３２,１１４  センサ制御ユニット、３３  各種センサ、３４  制御部、３５  整流平滑回路、３６  充電回路、３７  整流回路、４０  排気路、４１  排気口、４３  外殻筐体部用モータ、４４,５７,５９,６８,７２  モータドライバ回路、５１ａ,５１ｂ  走行モータ、５２ａ,５２ｂ  減速ギア、５８  ブラシ駆動モータ、６０  中央筐体部、６１  外殻筐体部、６２  スラスト軸受け、６３  ラック、６４  ピニオン、６９  送風モータ、７０  サイドブラシ駆動モータ、１０１  充電台、１０２  整流平滑回路、１０３  赤外線送信部、１０４  インバータ、１０５  給電コイル、１０６  給電側鉄心、１０７  受電コイル、１０８  受電側鉄心、１０９  検出コイル、１１０  赤外線検知主センサ、１１１ａ,１１１ｂ,１１１ｃ  赤外線検知副センサ、１１２ａ,１１２ｂ,１１２ｃ  超音波測距センサ
【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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【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１１】
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【図１２】
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【図１３】
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