СПОСОБ ОЧИСТКИ ФИЛЬТРА ПЫЛЕСОСНОГО АППАРАТА И ПЫЛЕСОСНЫЙ АППАРАТ
METHOD OF CLEANING FILTER OF VACUUM CLEANER AND VACUUM CLEANER

Изобретение относится к способу очистки фильтра пылесосного аппарата, через который во время работы пылесосного аппарата проходит создаваемый вентилятором поток всасываемого воздуха.
Изобретение также относится к пылесосному аппарату, содержащему впускной патрубок, грязесборник, фильтрующее устройство по меньшей мере с одним фильтром, всасывающий агрегат с вентилятором, сообщающийся с грязесборником через фильтрующее устройство, очищающее устройство для очистки фильтрующего устройства, первый датчик давления, определяющий на входе фильтрующего устройства первое давление, второй датчик давления, определяющий на выходе фильтрующего устройства второе давление, и управляющее устройство, выполненное с возможностью управления очищающим устройством, представляющим собой клапанное устройство для впуска внешнего воздуха, и связанное с первым датчиком давления и вторым датчиком давления с возможностью передачи сигналов.
Из публикации WO 2012/107103 А1 известен способ очистки фильтра пылесоса, при осуществлении которого мощность всасывания всасывающего агрегата повышают перед переходом клапана внешнего воздуха в открытое положение, а затем снова уменьшают.
Из публикации WO 2012/107595 А1 известен способ очистки фильтра пылесоса, при осуществлении которого питание клапанного устройства для впуска внешнего воздуха осуществляется от аккумуляторного устройства.
Из публикации JP 4792476 известно полоуборочное устройство, имеющее фильтр с входом и выходом. На входе фильтра расположен первый датчик давления. На выходе фильтра расположен второй датчик давления. Предусмотрен контроллер, выдающий сигнал для инициирования очистки фильтра, причем выдача сигнала происходит при достижении заданной разности между показаниями первого и второго датчиков давления. Контроллер может различать заданную разность давлений, указывающую на нежелательное засорение фильтра, и разность показаний первого датчика давления и второго датчика давления, указывающую на закупорку проточного тракта.
Из публикации ЕР 2548490 А2 известен способ контроля уровня заполнения пылесоса, содержащего электроприводной агрегат, который во время работы создает разрежение, приводя в движение всасываемый поток с определенным объемным расходом, причем во время работы регистрируют данные, характеризующие меру фактического разрежения, а также меру фактического объемного расхода. В запоминающем устройстве хранятся данные зависящей от объемного расхода характеристики. По фактическому объемному расходу находят рабочую точку на характеристике, и по фактическому разрежению, а также разрежению, соответствующему этой рабочей точке характеристики, определяют текущий уровень заполнения пылесоса.
Из публикации DE 202012003282 U1 известен пылесос, содержащий по меньшей мере один двигатель, всасывающий патрубок для подключения соединяемого с пылесосом устройства, фильтр и розетку для электрического подключения вышеупомянутого устройства, причем пылесос имеет по меньшей мере один датчик тока/мощности, регистрирующий потребление тока/мощности подключенным к розетке устройством и подключенный к процессору, который с учетом показаний датчика тока/мощности выдает сигнал на проведение очистки фильтра.
Из публикации DE 202012003280 U1 известен пылесос, содержащий по меньшей мере один всасывающий патрубок для подключения устройства, по меньшей мере один двигатель, по меньшей мере один фильтр, а также по меньшей мере одну проточную камеру перед фильтром и по меньшей мере одну проточную камеру за фильтром. Каждая из двух проточных камер имеет по меньшей мере одну точку измерения, к которой подключен по меньшей мере один датчик давления, связанный с управляющим устройством, выдающим сигнал при достижении разностью давлений в двух проточных камерах предельного значения.
Из публикации ЕР 0453177 В1 известна механизированная мобильная машина для чистки поверхностей, имеющая систему выпуска всасываемого воздуха для ограничения количества накопившейся пыли. В составе машины предусмотрено приспособление, которое во время цикла очистки встряхивает фильтры или стучит по ним, обеспечивая удаление накопившейся пыли. Также предусмотрено активизируемое управляющее устройство, которое во время работы машины запускает и отрабатывает автоматический цикл очистки последовательно на каждом загрязненном фильтре. Далее, предусмотрено активизирующее устройство, предназначенное для активизации управляющего устройства и представляющее собой либо автоматическое устройство, регистрирующее дифференциальное давление по меньшей мере на одном из фильтров и определяющее достижение на фильтре заданного уровня дифференциального давления, либо таймер, автоматически посылающий сигнал в управляющее устройство, либо приспособление для активизации управляющего устройства вручную.
В основу изобретения была положена задача разработки способа указанного в начале описания типа, позволяющего реализовать проведение очистки фильтра именно при возникновении необходимости в такой очистке.
В соответствии с изобретением эта задача решается в способе очистки фильтра пылесосного аппарата, через который во время работы пылесосного аппарата проходит создаваемый вентилятором поток всасываемого воздуха, за счет выполнения следующих шагов:
- измерение первого давления у входа в фильтр;
- измерение второго давления у выхода из фильтра;
- определение падения давления на фильтре как разности между первым давлением и вторым давлением;
- определение величины, характеризующей объемный расход всасываемого воздуха на выходе фильтра;
- определение величины, характеризующей сопротивление фильтра проходящему через него потоку, на основании указанной разности давлений и указанной величины, характеризующей объемный расход; и
- инициирование очистки фильтра в зависимости от определенной величины, характеризующей сопротивление фильтра потоку.
Согласно предлагаемому в изобретении решению в дополнение к падению давления на фильтре также учитывается объемный расход в расположенном у фильтра всасывающем канале.
Вообще, загрязнение (засорение) фильтра приводит к изменению падения давления на фильтре. Однако в падение давления на фильтре вносят вклад и другие факторы, влияющие на состояние проточного тракта пылесосного аппарата. Так, количественное влияние на это падение давления может оказать любое изменение условий течения в тракте. Причиной изменения падения давления могут стать изменения геометрии проточного тракта и изменения состояния поверхности, с которой всасывается пыль.
Согласно предлагаемому в изобретении решению в расчет дополнительно принимается объемный расход всасываемого воздуха. Это позволяет, по меньшей мере приближенно, исключить другие факторы, которые влияют на падение давления на фильтре, но не меняют сопротивление фильтра проходящему через него потоку. Тем самым, например, гарантируется, что закупорка всасывающего шланга не приведет к автоматическому запуску очистки фильтра.
Предлагаемый в изобретении способ позволяет простым образом реализовать проводимую по мере необходимости очистку фильтра, исключающую из расчета возможные "мешающие" параметры состояния проточного тракта, не относящиеся к загрязнению фильтра, или компенсирующую их влияние. В этом случае очистка фильтра проводится только тогда, когда она необходима.
Кроме того, изобретение позволяет реализовать дополнительные возможности по контролю состояния фильтра. Например, можно проводить проверку для выявления ситуации, когда после однократной или многократных очисток фильтра восстановление фильтра не наступает, что позволяет сделать вывод, например, о необходимости замены фильтра.
При этом величину, характеризующую объемный расход всасываемого через фильтр воздуха, в принципе, можно определять непосредственно, при помощи соответствующего датчика. Вместе с тем, в целесообразном варианте осуществления изобретения предусматривается возможность расчета этой величины на основании хранящейся в памяти характеристики вентилятора.
Величина, характеризующая сопротивление фильтра проходящему через него потоку, представляет собой коэффициент потери давления, который, в отличие от падения давления, напрямую характеризует состояние фильтра.
В одном примере осуществления изобретения определенную величину, характеризующую сопротивление потоку, сравнивают с пороговым значением и, если эта величина находится выше порогового значения, инициируют очистку фильтра. Это позволяет простым образом определить, нужно ли проводить очистку фильтра. В качестве порогового значения используют, в частности, заранее заданное или задаваемое значение, предварительно определенное и, например, сохраненное в памяти.
Величину, характеризующую объемный расход, особенно целесообразно определять из характеристики вентилятора, указывающей зависимость объемного расхода от давления на выходе фильтра. Такую характеристику, например, можно предварительно построить и затем сохранить в памяти. Давление на выходе фильтра известно, по меньшей мере приблизительно, по результату измерения второго давления. Тогда меру объемного расхода можно определять путем вычислений, не прибегая к применению с этой целью дополнительного датчика.
В частности, в качестве меры давления на выходе фильтра принимают второе давление. Это позволяет с хорошим приближением определять давление во всасывающем канале между вентилятором и фильтром.
Вышеупомянутая характеристика или приближающаяся к ней зависимость может быть определена заранее и сохранена в запоминающем устройстве, в частности сохранена в виде таблицы значений. Это обеспечивает простоту определения величины, характеризующей объемный расход. В частности, для этого не требуется дополнительных аппаратных средств или деталей.
Величину, характеризующую сопротивление потоку, определяют, в частности, как частное от деления определенной разности давлений на функцию определенной величины, характеризующей объемный расход. Величиной, характеризующей сопротивление потоку, является, в частности, коэффициент потери давления. Он просто определяется из величин, измеренных и полученных путем вычислений.
При этом вычисляют, в частности, частное от деления определенной разности давлений на характеризующую объемный расход величину, возведенную в степень, в частности во вторую степень. Это позволяет использовать для определения величины, характеризующей сопротивление фильтра потоку, простую формулу.
При этом также может быть предусмотрено проведение проверки на предмет того, происходило ли многократное превышение порогового значения в течение определенного периода времени. Это указывает на то, что, несмотря на многократное выполнение очистки фильтра, фильтр уже не поддается восстановлению. В этом случае оператору может выдаваться предупреждение о необходимости более радикального вмешательства, например, замены фильтра.
Например, в качестве альтернативы или же дополнения можно проводить проверку на предмет того, происходило ли после превышения порогового значения, представляющего собой первое пороговое значение, превышение второго порогового значения, которое больше первого порогового значения. Если, например, после превышения первого порогового значения и проведения очистки в течение определенного периода времени проверка показывает, что превышено и второе, более высокое, пороговое значение, это может указывать на проблему с фильтром, для устранения которой требуется, в частности, более радикальное вмешательство. В этом случае может быть выдано соответствующее предупреждение.
В частности, предупредительный сигнал выдается в случае, если в указанный определенный период времени пороговое значение было превышено минимальное число раз и/или превышено второе пороговое значение. Этот предупредительный сигнал, которым, например, может быть световой и/или звуковой сигнал, указывает на отсутствие достаточного восстановления фильтра.
В частности, для очистки фильтра на него воздействуют внешним воздухом. Тем самым, в известной степени, выполняется обратная продувка фильтра. В качестве альтернативы воздействию внешним воздухом или в дополнение к нему могут выполняться и другие действия, например, механическое встряхивание фильтра.
В этом случае целесообразно приводить в действие клапанное устройство для впуска внешнего воздуха и переводить его для очистки фильтра из закрытого состояния в открытое состояние, чтобы таким образом продуть фильтр.
В пылесосном аппарате указанного в начале описания типа в соответствии с изобретением используется определяющее устройство, выполненное с возможностью определения величины, характеризующей объемный расход воздуха, всасываемого через фильтрующее устройство, а управляющее устройство содержит узел обработки данных, выполненный с возможностью определения величины, характеризующей сопротивление фильтрующего устройства потоку, на основании разности между первым давлением и вторым давлением и указанной величины, характеризующей объемный расход, и узел проверки соотношения с пороговым значением, выполненный с возможностью проверки определенной величины, характеризующей сопротивление потоку, на предмет превышения ею порогового значения, и в случае указанного превышения инициирующий процесс очистки фильтра путем приведения в действие очищающего устройства.
В предлагаемом в изобретении пылесосном аппарате может осуществляться предлагаемый в изобретении способ.
Предпочтительные варианты выполнения предлагаемого в изобретении пылесосного аппарата рассмотрены выше в отношении предлагаемого в изобретении способа.
Определяющее устройство выдает величину, характеризующую объемный расход. На основании этой величины и определенной разности давлений узел обработки данных вычисляет величину, характеризующую сопротивление фильтрующего устройства потоку. Тогда посредством узла проверки соотношения с пороговым значением можно проверить, не оказывая существенного влияния на остальную часть проточного тракта, есть ли необходимость в очистке фильтра.
В частности, управляющее устройство содержит запоминающее устройство, в котором хранится характеристика вентилятора или приближающаяся к ней зависимость, причем характеристика вентилятора указывает зависимость объемного расхода от давления на выходе фильтрующего устройства. Таким образом можно учитывать (в частности, неявно) события, которые вносят количественный вклад в падение давления на фильтрующем устройстве, но не обусловлены загрязнением фильтра. На основании характеристики или приближающейся к ней зависимости можно простым образом определить объемный расход на выходе фильтрующего устройства или характеризующую его величину.
В частности, определяющее устройство интегрировано в управляющее устройство и выполнено с возможностью определения величины, характеризующей объемный расход, из характеристики вентилятора или приближающейся к ней зависимости. Это позволяет определять величину, характеризующую объемный расход, не предусматривая для этого соответствующего измерительного датчика.
Целесообразно предусмотреть предупреждающий сигнализатор, отображающий состояние фильтра и управляемый управляющим устройством. По сигналам предупреждающего сигнализатора можно определить, в частности, ситуацию, в которой после проведения одного или нескольких процессов очистки фильтра восстановление фильтрующего устройства не наступило.
Пылесосный аппарат может быть выполнен в виде автономного (самостоятельного, отдельностоящего) аппарата, в частности в виде автономного пылесоса, или может быть интегрирован в полоуборочную, например в подметальную, машину.
В частности, во время работы пылесосного аппарата осуществляется предлагаемый в изобретении способ. Предлагаемый в изобретении способ может осуществляться при эксплуатации предлагаемого в изобретении пылесосного аппарата. Предлагаемый в изобретении способ может осуществляться в предлагаемом в изобретении пылесосном аппарате.
Осуществление изобретения подробнее рассматривается ниже на примере его предпочтительных вариантов, поясняемых чертежами, на которых показано:
на фиг. 1 - схематический вид в разрезе предлагаемого в изобретении пылесоса в одном примере его выполнения;
на фиг. 2 - увеличенное изображение клапанного устройства для впуска внешнего воздуха в показанном на фиг. 1 пылесосе;
на фиг. 3 - блок-схема управляющего устройства пылесоса, показанного на фиг. 1, в одном примере осуществления изобретения;
на фиг. 4 - увеличенное изображение показанного на фиг. 1 фильтрующего устройства 21 с обозначением давлений;
на фиг. 5 - схематически представленная характеристика вентилятора пылесоса, показанного на фиг. 1, и характеристика пылесоса, показанного на фиг. 1;
на фиг. 6 - блок-схема процесса проверки необходимости очистки фильтра в одном примере осуществления изобретения; и
на фиг. 7 - схематически представленное изменение давлений вдоль проточного тракта пылесоса, показанного на фиг. 1.
Пылесос 10, который в рассматриваемом примере его выполнения схематически изображен на фиг. 1 в разрезе, имеет грязесборник 12, на который установлена всасывающая головка 14. Пылесос 10 представляет собой пример выполнения предлагаемого в изобретении пылесосного аппарата в виде автономного (самостоятельного) аппарата. Грязесборник 12 имеет впускной патрубок 16, к которому обычным образом может быть подключен всасывающий шланг 18. Всасывающая головка 14 уплотняет грязесборник 12 сверху и образует выход 20 для всасываемого воздуха, у которого закреплено фильтрующее устройство 21 с (по меньшей мере одним) фильтром 22. К фильтру 22 примыкает всасывающий канал 24, посредством которого грязесборник 12 сообщается со всасывающим агрегатом 26. Всасывающий агрегат 26 содержит электродвигательное устройство 25 с (по меньшей мере одним) электродвигателем 27 и вентилятор 28, приводимый во вращение электродвигателем 27.
Во время работы пылесоса 10 в грязесборнике 12 создается всасывающим агрегатом 26 разрежение, в результате чего возникает всасываемый поток, представленный на фиг. 1 стрелками 30. Под действием этого разрежения 26 поток всасываемого воздуха с увлеченными им загрязнениями проходит через впускной патрубок 16 в грязесборник 12, после чего всасывается всасывающим агрегатом 26. Пройдя через всасывающий агрегат 26, воздух выпускается через выходные отверстия 29 (фиг. 7) всасывающей головки 14 в атмосферу.
Всасываемый воздух проходит через фильтр 22, в результате чего увлеченные потоком твердые частицы осаждаются на обращенной в грязесборник 12 грязной стороне 32 фильтра 22. Поэтому фильтр 22 нужно время от времени очищать, так как иначе увеличивается его сопротивление потоку, что отрицательно сказывается на эффективности всасывания пылесоса 10.
Для очистки фильтра 22 во всасывающей головке 14 над фильтром 22 расположено очищающее устройство 33, выполненное в виде клапанного устройства 33 для впуска внешнего воздуха и содержащее (по меньшей мере один) клапан 34 внешнего воздуха (изображен на фиг. 2 в увеличенном масштабе). Он содержит держатель 36 клапана, неподвижно расположенный во всасывающей головке 14 и образующий седло клапана, взаимодействующее с подвижным запирающим элементом клапана, выполненным в виде тарелки 38. Тарелка 38 клапана поджата замыкающей пружиной 40, создающей закрывающее усилие, в направлении держателя 36 клапана. Замыкающая пружина 40 зажата между уплощенным держателем 42 фильтра, имеющим несколько сквозных отверстий для прохода потока воздуха и неподвижно расположенным во всасывающей головке 14, и тарелкой 38 клапана. Помимо замыкающей пружины 40, на держатель 42 фильтра опирается пружинящий упор в виде буферной пружины 44. Эта пружина, в частности, имеет (предпочтительно, как и замыкающая пружина 40) линейную характеристику. Она выполнена, например, в виде винтовой пружины. В отличие от замыкающей пружины 40, буферная пружина 44 при закрытом положении тарелки 38 клапана не находится в предварительно напряженном состоянии. И лишь когда тарелка 38 клапана отходит от седла держателя 36 клапана, буферная пружина 44 входит в контакт с нижней стороной тарелки 38 клапана и при дальнейшем движении тарелки 38 клапана несколько сжимается. За счет этого она создает нарастающую восстанавливающую силу, действующую на тарелку 38 клапана и ускоряющую цикл движения тарелки 38 клапана из ее закрытого положения (показанного на фиг. 2) в открытое положение и обратно в закрытое положение. В открытом положении тарелка 38 клапана расположена на расстоянии от образующего седло держателя 36 клапана.
В держателе 36 клапана имеются не показанные на чертежах сквозные отверстия, выходы которых закрыты тарелкой 38 клапана, когда она находится в своем закрытом положении. На уровне держателя 36 клапана всасывающая головка 14 имеет боковое отверстие 46. Через боковое отверстие 46 внешний воздух может проходить в сквозные отверстия держателя 36 клапана. Когда тарелка 36 клапана занимает свое открытое положение, находясь на расстоянии от держателя 36 клапана, боковое отверстие 46 через сквозные отверстия в держателе 36 клапана сообщается со всасывающим каналом 24, и внешний воздух может воздействовать на обращенную от грязесборника 12, т.е. противоположную ему, чистую сторону 48 фильтра 22. Когда тарелка 36 клапана занимает свое закрытое положение, сообщение между боковым отверстием 46 и всасывающим канал 24 прервано.
В центральной части держателя 36 клапана установлен электромагнит 50. В окружном направлении электромагнит 50 охватывается кольцевой полостью 52, в которую входит направляющая втулка 54, приформованная сверху к тарелке 38 клапана, т.е. выполненная за одно целое с тарелкой в процессе ее формования. Внутри направляющей втулки 54 расположен намагничиваемый элемент, выполненный, например, в виде железной пластины 56, которая в закрытом положении тарелки 38 клапана прилегает к свободной торцевой кромке 58 электромагнита 50 и в комбинации с электромагнитом 50 образует замкнутую магнитную цепь.
Электромагнит 50 электрически соединен посредством линии 60 электропитания (фиг. 3) с расположенным во всасывающей головке 14 (электронным) управляющим устройством 62. Во время работы пылесоса 10 в нормальном режиме всасывания на электромагнит 50 подается ток питания от управляющего устройства 62. За счет возникающего при этом магнитного поля тарелка 38 клапана надежно удерживается в своем закрытом положении. Усилию электромагнита 50, удерживающему тарелку клапана, помогает сила упругости замыкающей пружины 40.
При прерывании электропитания электромагнита 50 от управляющего устройства 62 действующее на тарелку 38 клапана магнитное удерживающее усилие исчезнет, и тогда тарелка 38 клапана за счет действующей на нее разности наружного давления внешнего воздуха, присутствующего в области держателя 36 клапана, и внутреннего давления внутри всасывающего канала 24 отойдет от седла клапана, преодолев усилие замыкающей пружины 40. В этом случае внешний воздух резко устремится через сквозные отверстия в держателе 36 клапана во всасывающий канал 24, воздействуя на фильтр 22 с его чистой стороны 48 резким импульсом давления. Это ведет к механической встряске фильтра 22. Кроме того, внешний воздух при этом проходит через фильтр 22 противотоком, т.е. против направления 30, в котором поток движется во время нормальной работы в режиме всасывания. Следствием этого является эффективная очистка фильтра 22.
В одном примере осуществления изобретения питание пылесоса 10 осуществляется от перезаряжаемого аккумуляторного устройства 63. Оно содержит, например, две перезаряжаемые аккумуляторные батареи 64, 66. Аккумуляторное устройство 63 содержит, например, один или несколько литий-ионных аккумуляторов. Аккумуляторы расположены сбоку от всасывающего агрегата 26 в батарейном отсеке 68 всасывающей головки 14. Батарейный отсек 68 через откидываемую наружу крышку 70 доступен пользователю для замены аккумуляторных батарей 64, 66.
Электронное управляющее устройство 62 расположено во всасывающей головке 14 над всасывающим агрегатом 26 и электрически соединено линиями 72, 73, 74, 75 питания с аккумуляторными батареями 64 и 66. С входной стороны к управляющему устройству 62 подключен кнопочный выключатель 82, приводимый в действие пользователем вручную и расположенный с верхней стороны всасывающей головки 14. Нажав на кнопочный выключатель 82, пользователь может инициировать (вручную) очистку фильтра.
Аккумуляторное устройство также может содержать вентиляторное устройство для охлаждения аккумуляторных батарей 64, 66 (на чертежах не показано). Если в качестве аккумуляторных батарей используются аккумуляторы, требующие охлаждения, это позволяет реализовать работу аккумуляторов в щадящем режиме. Если питание аппарата осуществляется от аккумуляторных батарей, вентиляторное устройство предпочтительно получает необходимую для его работы электрическую энергию также от аккумуляторных батарей 64, 66.
В одном варианте осуществления изобретения электронное управляющее устройство 62 расположено на печатной плате. У печатной платы также расположено гнездо для аккумуляторного устройства 63. В этом гнезде расположены, в частности, аккумуляторные батареи 64, 66. У гнезда также может быть расположено вентиляторное устройство аккумуляторного устройства 63.
Управляющее устройство 62 также содержит электронные схемы для управления и/или регулирования и/или контроля аккумуляторного устройства 563. При помощи управляющего устройства 62, посредством которого управляется электродвигательное устройство 25, можно управлять вентиляторным устройством, например, так, чтобы оно работало соответственно управлению электродвигательным устройство 25. Например, при отключении электродвигателя 27, выполняемом по соответствующему сигналу от управляющего устройства 62, отключается и вентиляторное устройство (при необходимости - с задержкой во времени). Например, вентиляторное устройство также можно отключать при проведении очистки фильтра.
Кроме того, в этом случае управляющее устройство 62 может осуществлять управление, обеспечивающее щадящую эксплуатацию аккумуляторного устройства 63 с оптимизацией из условия обеспечения максимальной емкости аккумуляторных батарей. Например, в этом случае с помощью управляющего устройства 62 можно также соответственно управлять процессом зарядки аккумуляторного устройства 63 или контролировать этот процесс. Далее, посредством управляющего устройства 62 можно контролировать "старение" аккумуляторного устройства 63.
В альтернативном варианте осуществления изобретения питание пылесоса 10 электроэнергией осуществляется от сети. В еще одном варианте осуществления изобретения реализована возможность установки питания электроэнергией по выбору от сети или от аккумуляторного устройства (см. ниже).
1
2
2
1
2
Перед фильтром 22 по потоку среды (на входе в фильтр) расположен первый датчик 84 давления, а за фильтром 22 по потоку среды (на выходе из фильтра) расположен второй датчик 86 давления, которые подключены к управляющему устройству 62 с возможностью передачи сигналов и каждый из которых выдает управляющий сигнал, зависящий от давления. Первый датчик 84 давления измеряет давление p перед фильтром 22 относительно атмосферы. Второй датчик 86 давления измеряет давление р за фильтром 22 относительно атмосферы. Давление р также является разрежением, создаваемым вентилятором 28. Посредством этих двух датчиков 84 и 86 давления можно определять устанавливающуюся на фильтре 22 разность давлений Δр=p-р между входом и выходом фильтра 22.
Как уже было упомянуто выше, очистка фильтра выполняется за счет того, что управляющее устройство 62 кратковременно прерывает электропитание электромагнита 50.
2
3
E
Изменение во времени тока питания, подаваемого от управляющего устройства 62 на электромагнит 50, описано в заявке РСТ/ЕР2011/052039 от 11 февраля 2011 г., содержание которой в полном объеме включено в данное описание путем ссылки: В момент времени t (см. фиг. 4 в публикации РСТ/ЕР2011/052039) электропитание электромагнита 50 прерывается, вследствие чего клапан 34 внешнего воздуха переходит из закрытого в открытое состояние, а в последующий момент времени t электропитание электромагнита 50 возобновляется, вследствие чего клапан 34 внешнего воздуха снова оказывается в своем закрытом состоянии. В рассматриваемом примере осуществления изобретения электропитание прерывается три раза подряд с короткими интервалами, вследствие чего на чистую сторону 48 фильтра 22 три раза подряд резко воздействует внешний воздух, который большей частью проходит через фильтр 22 в направлении против всасываемого потока. Вследствие этого твердые частицы, приставшие к грязной стороне 32, отстают. С окончанием третьего прерывания подачи тока, т.е. в момент времени t, процесс очистки завершается.
2
3
Таким образом, в подобном примере осуществления изобретения весь процесс очистки включает в себя три открытия и закрытия клапана внешнего воздуха, выполняемых подряд с короткими интервалами. Длительность временного интервала между моментами времени t и t может составлять, например, 90 миллисекунд. После выполнения очистки возобновляется нормальная работа в режиме всасывания, в котором управляющим устройством 62 на электромагнит 50 подается ток питания, и клапан 34 внешнего воздуха удерживается в закрытом состоянии. Во время нормальной работы в режиме всасывания мощность всасывания всасывающего агрегата 26 сохраняется постоянной. При очистке фильтра, управляемой по времени, после того как пылесос отработал в режиме всасывания в течение, например, 15 секунд, выполняется очистка с троекратным резким воздействием на фильтр внешним воздухом, как это поясняется выше. Длительность временного интервала между двумя очистками предпочтительно устанавливается вручную. В качестве альтернативы или дополнения процесс очистки может запускаться вручную посредством кнопочного выключателя 82 и/или по управляющим сигналам датчиков 84, 86 давления.
Пылесос 10 содержит устройство 88 питания сетевым напряжением (фиг. 3), посредством которого пылесос 10 для энергоснабжения питается, по выбору пользователя или в соответствии с его установками, сетевым током. На фиг. 3 соответствующий сетевой кабель обозначен номером 90. В этом случае оператор может выбирать, должен ли пылесос снабжаться энергией посредством устройства 88 питания сетевым напряжением или аккумуляторного устройства 63.
Устройство 88 питания сетевым напряжением содержит выпрямитель 92, выдающий на выходе постоянный ток, или постоянное напряжение.
Управляющее устройство 62 содержит узел 94 питания, посредством которого компоненты пылесоса 10 снабжаются электрической энергией. Узел 94 питания подает на электромагнит 50 по линии 60 электропитания необходимую электрическую энергию. Он также выдает электрическую энергию для питания управляющего устройства 62. Кроме того, он выдает электрическую энергию для приведения в действие электродвигателя 27 и управления им. Соответствующая электрическая энергия снимается с выхода (поз. 96 на фиг. 3).
Узел 94 питания может быть образован аккумуляторным устройством 63 или, соответственно, устройством 88 питания сетевым напряжением. Он также может содержать выключатель или подобный ему коммутационный элемент, посредством которого вручную или автоматически устанавливается режим энергоснабжения пылесоса 10: посредством перезаряжаемого аккумуляторного устройства 63 или посредством устройства 88 питания сетевым напряжением.
Управляющее устройство 62 содержит узел 98 управления клапаном внешнего воздуха. Этот узел связан с возможностью передачи сигналов с кнопочным выключателем 82, первым датчиком 84 давления и вторым датчиком 86 давления. Датчики выдают соответствующие сигналы в узел 98 управления клапаном внешнего воздуха, который по сигнальной линии 100 соответственно управляет электромагнитом 50. Узел 98 управления клапаном внешнего воздуха управляет электромагнитом 50, снимая действующее на тарелку 38 клапана магнитное удерживающее усилие и тем самым обеспечивая выполнение процесса очистки, при обнаружении управляющего воздействия на кнопочный выключатель 82, запускающего этот процесс.
В одном варианте осуществления изобретения электродвигатель 27 представляет собой синхронный электродвигатель с возбуждением от постоянных магнитов. У синхронного электродвигателя с возбуждением от постоянных магнитов ротор (якорь) имеет множество постоянных магнитов. Статор снабжен обмотками, запитыванием которых управляет управляющее устройство 62. Это управление выполняется с обеспечением электронной коммутации. Для этого управляющее устройство 62 содержит (по меньшей мере один) контроллер 102, соответственно управляющий электродвигателем 27, в частности управляющий запитыванием обмоток в статоре электродвигателя 27.
Контроллер 102 управляет электродвигателем 27, в частности, при помощи широтно-импульсно модулированных сигналов. За счет этого в электродвигатель 27 посредством управляющих сигналов подводится соответствующая энергия.
Электродвигатель 27 представляет собой, в частности, бесщеточный электродвигатель с возбуждением от постоянных магнитов (бесколлекторный двигатель постоянного тока). Применение такого двигателя позволяет при высоком кпд и малом уровне шума достигать частоты вращения, составляющей, например, 20000 об/мин или выше (достижимы и меньшие частоты вращения).
В одном примере осуществления изобретения электродвигатель представляет собой трехфазный двигатель, в частности трехфазный синхронный электродвигатель с возбуждением от постоянных магнитов. Кроме того, синхронный электродвигатель 27 с возбуждением от постоянных магнитов также может быть одно- или двухфазным.
В одном варианте осуществления изобретения управляющее устройство 62 содержит узел 104 управления двигателем, который, в частности, входит в состав контроллера 102 и связан с возможностью передачи сигналов с узлом 98 управления клапаном внешнего воздуха. При этом, в принципе, может быть предусмотрено одностороннее соединение указанных узлов, в случае которого либо узел 98 управления клапаном внешнего воздуха выдает в узел 104 управления двигателем соответствующие сигналы, характеризующие то,. выполняется ли очистка или нет, либо узел 104 управления двигателем выдает в узел 98 управления клапаном внешнего воздуха сигналы, относящиеся к управлению электродвигателем 27. Также может использоваться соединение с двусторонней передачей данных, в случае которого узел 98 управления клапаном, внешнего воздуха и узел 104 управления двигателем обмениваются между собой данными, относящимися к управлению двигателем, и данными, относящимися к управлению клапаном внешнего воздуха.
Это позволяет при управлении двигателем непосредственно учитывать соответствующие данные, относящиеся к управлению клапаном внешнего воздуха. В качестве альтернативы или дополнения при управлении клапаном внешнего воздуха могут учитываться данные, относящиеся к управлению двигателем.
Пылесос 10 также содержит определяющее устройство 106, которое определяет величину Q, характеризующую объемный расход всасываемого воздуха, причем указанное устройство определяет величину Q, характеризующую объемный расход воздуха на выходе фильтра 22.
В принципе, на выходе фильтра 22 может быть расположен датчик объемного расхода, и тогда, в частности, объемный расход Q измеряется непосредственно.
В одном примере осуществления изобретения определяющее устройство 106 интегрировано в управляющее устройство 98. Оно определяет величину, характеризующую объемный расход Q, из характеристики вентилятора 28 или приближающейся к этой характеристике зависимости. Это подробнее рассматривается ниже.
Управляющее устройство 98 также содержит запоминающее устройство 108, в котором хранятся данные указанной характеристики или приближающейся к этой характеристике зависимости.
Кроме того, управляющее устройство 108 содержит узел 110 обработки данных. Узел обработки данных на основании переданных в управляющее устройство данных первого датчика 84 давления и второго датчика 86 давления, а также на основании данных, выдаваемых определяющим устройством 106, определяет величину, характеризующую сопротивление фильтра 22 проходящему через него потоку.
Управляющее устройство 98 также содержит узел 112 проверки соотношения с пороговым значением. Этот узел 112 проверки соотношения с пороговым значением получает данные от узла 110 обработки данных и проверяет определенную величину, характеризующую сопротивление фильтра 22 потоку, на предмет превышения ею порогового значения, и тогда в случае превышения порогового значения инициируется процесс очистки фильтра путем передачи на электромагнит 50 соответствующего управляющего сигнала.
Управление очисткой фильтра осуществляется следующим образом:
На фиг. 7 схематически показано изменение давлений вдоль проточного тракта пылесоса 10. При этом речь идет об относительных давлениях, т.е. давлениях, отнесенных к атмосферному давлению, причем на фиг. 7 разрежение, т.е. давление, меньшее давления атмосферы (создающее всасываемый поток), показано с положительным знаком. Фиг. 7 служит для качественного представления изменения давления.
Прерывистыми линиями (поз. 114) на фиг. 7 представлен пример сильного загрязнения фильтра 22, а сплошными линиями (поз. 116) - пример менее сильного загрязнения (засорения) фильтра 22.
Вентилятор 28 всасывающего агрегата 26, работая с приводом от электродвигателя 27, создает всасываемый поток. При этом создается разрежение 118, т.е. давление, пониженное относительно атмосферного давления. Это разрежение 118 создается во всасывающем канале 24.
Между вентилятором 28 и выходными отверстиями 29 давление повышается до атмосферного.
Упомянутое разрежение 118 во всасывающем канале 24 существует между вентилятором 28 и фильтром 22, причем в силу характеристик проточного тракта это разрежение может уменьшаться (в смысле уменьшения его значения).
2
2
За фильтром 22, т.е. на выходе фильтра 22, действует давление р, измеряемое вторым датчиком 86 давления. Давление р является хорошей мерой разрежения 118 во всасывающем канале 24.
1
1
2
Перед фильтром 22, т.е. у входа в фильтр 22, действует давление p, измеряемое первым датчиком 84 давления. На фильтре 22 происходит падение давления Δр=p-р. Чем сильнее забит фильтр, тем это падение давления Δр больше.
Между входом в фильтр 22 и впускным патрубком 16 происходит дополнительное падение давления. Падение давления также происходит во всасывающем шланге 18. На насадке 120, подключенной к всасывающему шлангу 18, также происходит падение давления. Снаружи насадки 120 давление равно атмосферному.
Падение давления на фильтре 22 зависит от степени засорения фильтра, как это видно из сравнения кривых 114 и 116 на фиг. 7. При этом характер изменения давления далее в проточном тракте также зависит от того, насколько загрязнен фильтр 22.
В принципе, падение давления Δр на фильтре 22 зависит не только от степени загрязнения фильтра 22, но и от состояния остальной части проточного тракта пылесоса 10.
В соответствии с предлагаемым в изобретении решением при управлении очисткой фильтра также учитывается объемный расход Q всасываемого воздуха во всасывающем канале 24.
При этом, в принципе, как упомянуто выше, этот объемный расход может непосредственно измеряться соответствующим датчиком. В конструктивно простом примере осуществления изобретения объемный расход определяют путем вычислений:
Вентилятор 28 имеет характеристику, описывающую изменение объемного расхода по давлению (разрежению) 118 во всасывающем канале 24.
2
Как упомянуто выше, давление р, измеряемое вторым датчиком 86 давления, является подходящей мерой давления 118 во всасывающем канале 24.
2
2
2
На фиг. 5 номером позиции 122 обозначен пример характеристики вентилятора 28 по давлению р. При малых давлениях р (малых давлениях 118) объемный расход высок, и чем выше становится давление р, т.е. чем ближе оно к атмосферному давлению, тем меньше становится объемный расход.
Для (по крайней мере некоторых) серийно выпускаемых вентиляторов 28 характеристика 122 имеет, по меньшей мере приблизительно, линейную форму.
Было установлено, что даже если характеристика вентилятора является нелинейной, для осуществления предлагаемого в изобретении способа обычно достаточно линейного приближения.
2
Сам пылесос имеет характеристику 124, описывающую зависимость объемного расхода от давления 118. Эта характеристика 124 зависит от всего проточного тракта пылесоса 10, включая всасывающий шланг 18 и насадку 120. При малых давлениях р объемный расход мал, а при повышении давления объемный расход увеличивается.
2
*
*
Во время работы пылесоса 10 устанавливаются давление р и объемный расход Q, соответствующие пересечению линий характеристики 124 и характеристики 122. Положение соответствующей точки 126 пересечения характеристик может меняться в эксплуатации. В принципе, оно зависит от исполнения проточного тракта, например, от длины и диаметра всасывающего шланга 18 и от выполнения насадки 120. Оно также может изменяться в зависимости от свойств поверхности, на которую действует насадка 120.
2
Как показано на фиг. 5, при известном давлении 118 из характеристики 122 можно определить объемный расход, по крайней мере как характеризующую его величину Q (как приближение к фактическому объемному расходу). Давление р определяется вторым датчиком 86 давления.
Характеристика 122 или приближающаяся к ней зависимость хранится, например, в виде таблицы значений в запоминающем устройстве 108. Для этого указанную характеристику предварительно регистрируют и сохраняют в запоминающем устройстве.
1
2
1
2
2
По измеренным значениям p и р можно определить падение давления Δр=p-р на фильтре 22. Кроме того, исходя из давления р и характеристики 122 известен, по меньшей мере приблизительно, объемный расход Q во всасывающем канале 24, т.е. на выходе фильтра 22. Тогда на основании этих значений узел 110 обработки данных определяет величину, характеризующую сопротивление фильтра 22 проходящему через него потоку. Эта характеризующая сопротивление потоку величина определяется, в частности, как частное от деления разности давлений Δр на функцию определенного объемного расхода.
В одном примере осуществления изобретения коэффициент потери давления на фильтре 22 вычисляют как:
В этот коэффициент потери давления на фильтре 22 входит определенный объемный расход (т.е. величина Q, характеризующая объемный расход), возведенный(-ая) во вторую степень.
В уравнении (1) не указан возможный коэффициент пропорциональности. В узле 112 проверки соотношения с пороговым значением величина, определенная согласно уравнению (1), проверяется на предмет превышению ею заданного порогового значения. Поскольку результат этой проверки не зависит от возможно используемого коэффициента (который в этом случае содержался бы и в пороговом значении), этот коэффициент в уравнении (1) опущен.
Одно или несколько пороговых значений, в отношении которых проводится вышеупомянутая проверка, определены заранее и, в частности, сохранены в запоминающем устройстве 108.
W
Если в результате проверки установлено, что характеризующая сопротивление потоку величина c, вычисленная согласно уравнению (1), превышает заданное пороговое значение, запускается, или инициируется, процесс очистки фильтра, для чего управляющее устройство 108 посылает на электромагнит 50 соответствующий управляющий сигнал.
На фиг. 6 схематически представлен процесс осуществления изобретения:
W
Сначала на шаге 128 вычисления в узле 110 обработки данных управляющего устройства 98 согласно уравнению (1) вычисляют величину c, характеризующую сопротивление фильтра 22 проходящему через него потоку.
Затем на шаге 130 проверки соотношения с пороговым значением проверяют, превышено ли заданное пороговое значение (и в частности заданное первое пороговое значение). Если пороговое значение не превышено, продолжается нормальная работа в режиме всасывания (поз. 132 на фиг. 6).
Если проверка показала превышение порогового значения, проводят процесс очистки (поз. 134 на фиг. 6).
При этом может быть предусмотрена дополнительная проверка на предмет существования проблемы с фильтром 22 и, например, необходимости замены фильтра.
Для этого проводят проверку на предмет того, происходило ли многократное превышение первого порогового значения в течение определенного периода времени или, например, на предмет того, происходило ли превышение второго порогового значения, которое больше первого порогового значения.
Например, после получения результата сравнения, указывающего на то, что пороговое значение было превышено, на шаге 136 сохранения в памяти именно этот результат сохраняют в памяти.
На следующем шаге - шаге 138 проверки проводят проверку на предмет того, достигнуто ли уже определенное число превышений порогового значения в течение определенного периода времени. Если это не так, проводят процесс очистки 134.
Если на шаге 138 проверки установлено, что в течение определенного периода времени пороговое значение было превышено определенное число раз, это указывает на наличие проблемы с фильтром, и тогда, например, выдается соответствующий предупреждающий сигнал 140.
В одном примере осуществления изобретения управляющее устройство 98 в этом случае приводит в действие предупреждающий сигнализатор 142 (фиг. 3), расположенный, в частности, на корпусе пылесоса 10. Предупреждающий сигнализатор 142 может быть, например, световым и/или звуковым сигнализатором.
Если в результате выполнения шага 138 проверки установлена безуспешность предыдущих процессов очистки фильтра, это свидетельствует о проблемах с фильтром; шаг 138 проверки позволяет определить, восстанавливается ли фильтр 22 при проведении его очистки или уже не поддается восстановлению. Если эта проверка показывает, что такого восстановления уже не происходит, то нужно, например, провести особую очистку фильтра 22 либо заменить его.
Кроме того, на шаге 138 проверки может проводиться проверка на предмет того, например, было ли после достижения первого порогового значения, превышено второе пороговое значение, большее первого порогового значения, как показатель того, произошло ли восстановление фильтра или нет.
1
2
2
W
Предлагаемое в изобретении решение обеспечивает проведение очистки фильтра тогда, когда в этом действительно имеется необходимость, в зависимости от условий прохождения всасываемой среды через фильтр 22. При этом определяют потерю давления Δр на фильтре 22. Кроме того, по меньшей мере приблизительно определяют объемный расход Q, что позволяет определить условия прохождения всасываемой среды через фильтр 22 независимо от остальной части проточного тракта пылесоса 10. С этой целью наряду с потерей давления Δр, измеряемой по значениям давления p и р, получаемым первым датчиком 84 давления и вторым датчиком 86 давления, по меньшей мере приблизительно определяют объемный расход Q во всасывающем канале 24. Объемный расход, в свою очередь, определяют из характеристики 122 вентилятора 28. Характеристика 122 хранится в запоминающем устройстве 108, например в виде таблицы значений, либо в запоминающем устройстве сохранена зависимость, приближающаяся к этой характеристике 122. По измеренному давлению р определяют величину Q, характеризующую объемный расход, и по уравнению (1) вычисляют величину c, характеризующую сопротивление фильтра 22 проходящему через него потоку. Это позволяет с высокой точностью непосредственно определить состояние засорения фильтра 22.
W
W
Определять можно непосредственно коэффициент c потери давления на фильтре 22 или величину, пропорциональную этому коэффициенту c потери давления, причем эту величину можно с достаточной точностью определять и при изменениях или колебаниях параметров режима работы пылесоса 10.
Возможные факторы, влияющие на разность давлений Δр в проточном тракте, но обусловленные загрязнением фильтра (такие, например, как закупорка всасывающего шланга 18, применение другой оснастки, такой как насадка 120 и т.д.), автоматически учитываются предлагаемым в изобретении решением, поскольку для проведения очистки фильтра также учитывается объемный расход во всасывающем канале 24.
Предлагаемый в изобретении способ может быть реализован конструктивно простым образом.
Предлагаемый в изобретении пылесосный аппарат также может быть интегрирован в полоуборочную машину, например в самоходную подметальную машину.
Перечень ссылочных обозначений
10 пылесос
12 грязесборник
14 всасывающая головка
16 впускной патрубок
18 всасывающий шланг
20 выход для всасываемого воздуха
21 фильтрующее устройство
22 фильтр
24 всасывающий канал
25 электродвигательное устройство
26 всасывающий агрегат
27 электродвигатель
28 вентилятор
29 выходное отверстие для выхода воздуха
30 всасываемый поток
32 грязная сторона фильтра
33 клапанное устройство для впуска внешнего воздуха
34 клапан внешнего воздуха
36 держатель клапана
38 тарелка клапана
40 замыкающая пружина
42 держатель фильтра
44 буферная пружина
46 боковое отверстие
48 чистая сторона фильтра
50 электромагнит
52 кольцевая полость
54 направляющая втулка
56 железная пластина
58 торцевая кромка
60 линия электропитания
62 управляющее устройство
63 аккумуляторное устройство
64 аккумуляторная батарея
66 аккумуляторная батарея
68 батарейный отсек
70 крышка
72 линия питания
73 линия питания
74 линия питания
75 линия питания
82 кнопочный выключатель
84 первый датчик давления
86 второй датчик давления
88 устройство питания сетевым напряжением
90 сетевой кабель
92 выпрямитель
94 узел питания
96 выход
98 узел управления клапаном внешнего воздуха
100 сигнальная линия
102 контроллер
104 узел управления двигателем
106 определяющее устройство
108 запоминающее устройство
110 узел обработки данных
112 узел проверки соотношения с пороговым значением
114 ''сильное загрязнение''
116 ''менее сильное загрязнение''
118 разрежение
120 насадка
122 характеристика вентилятора
124 характеристика пылесоса
126 точка пересечения
128 шаг вычисления
130 шаг проверки соотношения с пороговым значением
132 работа в режиме всасывания
134 процесс очистки
136 шаг сохранения в памяти
138 шаг проверки
140 предупреждающий сигнал
142 предупреждающий сигнализатор