[0001] 技術(shù)領(lǐng)域

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

[0003] 背景技術(shù)

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

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

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

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

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

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

[0010] 發(fā)明內容

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

[0012] 在一種監測設備內的空氣過(guò)濾器的污染的方法中，在所述設備中，電動(dòng)機所接合的風(fēng)扇生成的空氣氣流經(jīng)過(guò)空氣過(guò)濾器，使用代表以下各項的數據確定污染：

[0013] 風(fēng)扇上的壓力差，

[0014] 空氣過(guò)濾器上的壓力差，以及

[0015] 到電動(dòng)機的電動(dòng)機電流。

[0016] 測量風(fēng)扇上的壓力差和電動(dòng)機電流的結合已經(jīng)展示用于傳遞可靠的氣流預測，無(wú)論功率設定如何。

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

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

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

[0020] 附圖說(shuō)明

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

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

[0023] 具體實(shí)施方式

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

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

[0026] 在具有空氣過(guò)濾器的設備中，以下的參數是可獲得的。

[0027] U＝市電電壓

[0028] I＝電動(dòng)機電流

[0029]  ＝由速度調節器所提供的電動(dòng)機電壓

[0030] ω＝電動(dòng)機和風(fēng)扇的旋轉速度

[0031] T＝電動(dòng)機和風(fēng)扇的扭矩

[0032] Φ＝風(fēng)扇產(chǎn)生的空氣氣流

[0033] Δp＝風(fēng)扇建立的壓力

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

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

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

[0037] 其中：

[0038] RFilt＝過(guò)濾器阻力

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

[0040] ΔрFilt＝過(guò)濾器上的壓力差

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

[0042] 氣流ФFilt可以測量，但是相對地復雜。因此，構思是從已知或者簡(jiǎn)單可測量的系統參數中計算出氣流。

[0043] 實(shí)驗已經(jīng)示出了電動(dòng)機電流和電動(dòng)機所建立的壓力的結合可以傳遞足夠準確地描述氣流的數學(xué)模型。

[0044] 通常地，這個(gè)關(guān)系可以寫(xiě)成：

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

[0046] 其中：

[0047] IMotor＝電動(dòng)機電流

[0048] ΔрMotor＝電動(dòng)機所建立的壓力

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

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

[0051] 計算過(guò)程：

[0052] 測量的值

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

[0054] 其中，

[0055] q＝測量的數量

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

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

[0058] 其中：

[0059] N＝多項式次數

[0060] amn＝多項式系數

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

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

[0063] 在N＝2的情況下，多項式可以寫(xiě)作：

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

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

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

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

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

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

[0070] 在實(shí)際環(huán)境中，通過(guò)測量實(shí)際的氣流并且調整該系數直到近似的氣流充分衡量該實(shí)際氣流來(lái)找到適當的系數。這些系數接著(zhù)可以編程到微處理器MP中。

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

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

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

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