用于真空吸尘器的清洁器头的制作方法

1.本发明涉及一种用于真空吸尘器的清洁器头，以及一种包括这种清洁器头的真空吸尘器。


背景技术：

2.真空吸尘器通常包括容纳污物和灰尘分离设备的主体、连接到主体并具有开口的清洁器头、以及用于通过开口和清洁器头将含灰尘的空气吸入主体的电机驱动风扇单元。开口向下指向待清洁的地板表面。含灰尘的空气被输送到分离设备，从而在空气被排放到大气中之前，灰尘可以从空气中分离出来。分离设备可以包括过滤器、过滤袋和旋风装置中的一个或多个。
3.通常为刷棒形式的从动搅动器可以可旋转地安装在清洁器头的抽吸腔内。刷棒通常包括细长的圆柱形芯部，该芯部带有从芯部径向向外延伸的刷毛。开口为孔的形式，通常为细长的矩形孔，由位于清洁器头基部的底板限定。刷棒可以安装在抽吸腔内，使得刷毛通过开口小幅度突出。
4.刷棒主要在真空吸尘器用于清洁地毯表面时启动。刷棒的旋转可以由电动机驱动，该电动机由来自真空吸尘器主体的电源供电，或者由通过或进入清洁器头的气流驱动的涡轮驱动。刷棒可以由电动机经由传动带驱动，或者可以由电动机直接驱动，从而在抽吸腔内旋转。刷棒的旋转导致刷毛沿着地毯表面扫过，搅动地毯纤维和位于地毯表面和/或地毯纤维之间的任何灰尘或其它碎屑，并导致大量能量被赋予灰尘。随着刷棒沿着刷毛从开口的前边缘向后边缘移动的方向旋转，旋转的刷毛向后清扫灰尘通过开口并进入抽吸腔。空气的吸入导致空气在底板下方和刷棒周围流动，以帮助从地毯表面提升污垢和灰尘，然后将其从开口通过清洁器头带向分离设备。
5.为了便于地板表面的清洁，已知在清洁器头上提供灯来照亮地板表面的区域。这可以改善地板表面上的碎屑、毛发和其他物体的可视性。例如，us6672735描述了一种具有照明系统的真空吸尘器，该照明系统包含用于照亮地板表面的多个超亮发光二极管(led)。


技术实现要素：

6.在第一方面，本发明提供了一种用于真空吸尘器的清洁器头，该清洁器头包括用于照射位于清洁器头前方的工作表面区域上的碎屑的光学系统，该光学系统包括发射绿光的激光二极管。
7.使用激光二极管来照射位于工作表面区域上的碎屑可以降低功耗，因为激光二极管的功率到光的转换效率通常显著高于发光二极管(led)的功率到光的转换效率，因此，对于给定的光功率输出，需要向激光二极管提供较少的电功率。由于需要向激光二极管提供较少的电功率，在使用过程中，激光二极管产生的热量比led少，因此不需要提供任何散热装置，例如风扇或散热器，来将热量从激光二极管传递到周围大气中。
8.术语“绿光”是指波长在495至570nm范围内的光。与相同亮度的其他颜色的光相
比，绿光对人眼来说显得更亮，因为人眼包含比红色或蓝色光受体细胞更多数量的绿色光受体视锥细胞。例如，对于给定的亮度，绿色激光的亮度大约是红色激光的八倍。因此，对于位于清洁器头前方的工作表面区域的照明的期望感知强度，与发射白光的led相比，发射绿光的激光的使用可以进一步降低功耗。
9.术语“碎屑”包括灰尘、毛发、碎片、垃圾和其它不希望的物质，它们可能位于工作表面上，例如地板表面或升高的表面，例如工作台面、桌子、长凳或架子。
10.清洁器头优选地包括前边缘、后边缘及在前边缘和后边缘之间延伸的两个大致平行的外部侧壁。清洁器头的前边缘通常垂直于侧壁。前边缘可以由与地板接合的底板或其它包含或限定吸入口的结构部件的前边缘限定，在真空吸尘器的使用过程中，气流通过该吸入口被吸入清洁器头。替代地，清洁器头的前边缘可以由搅动器限定，例如圆柱形或圆锥形刷杆，或者由清洁器头的主体或外壳限定。
11.光学系统优选位于清洁器头的一个侧壁附近，优选位于侧壁和清洁器头的搅动器或抽吸室之间的壳体内。将光学系统定位在清洁器头的一侧可以允许光学系统容纳在清洁器头内，而不会过度增加清洁器头的高度，并且还允许光学系统相对靠近工作表面定位。光学系统优选地定位成使得由光学系统发射的光束的中心轴线以0
°
至10
°
范围内的锐角，更优选地0
°
至5
°
范围内的锐角接触清洁器头位于其上的平坦工作表面。光学系统优选地定位成使得从清洁器头发出的光束距离清洁器头所在的工作表面的高度小于10mm，更优选地小于5mm。这种浅角度照明可以改善用户对工作表面上碎屑的视觉检测；被这种碎屑散射的光看起来比从工作表面反射的光更亮，并且相对长的阴影将投射在碎片后面，与相对明亮照明的碎屑形成明显的对比。以这种方式增强对碎屑的照明可以极大地帮助用户识别位于工作表面上的碎屑，并且提高清洁器头在工作表面上第一次向前和向后通过时碎屑被清洁器头捕获的可能性，减少清洁工作表面所花费的时间，并且因此减少功耗。
12.优选地，由光学系统照射碎屑所在的工作表面的大部分(即，至少50％)区域由两个平面界定，每个平面包含清洁器头的相应侧壁，从而沿着清洁器头在工作表面上向前移动的路径提供碎屑照射。优选但非必要的是，工作表面的该区域的一个或多个部分位于该界定区域之外，从而为用户提供了位于清洁器头向前运动路径正外侧的任何碎屑的可视性。这可以帮助用户在向前运动结束时决定如何重新定位清洁器头。当在垂直于这两个平面的方向上测量时，碎屑照明延伸超过这两个平面的程度优选小于清洁器头的最大宽度，更优选小于清洁器头最大宽度的一半。
13.光学系统优选地包括光束成形装置，用于接收从激光二极管发射的光并将光导向工作表面，使得当清洁器头设置在平坦的工作表面上时，光学系统照射扇区形状的工作表面区域中的碎屑。光束成形装置优选包括透镜。该扇区可以是扇形，其由两个半径和连接远离光学系统的半径末端的弧界定。替代地，连接这些半径末端的线可以具有非圆形的曲线或形状，并且可以是直线，使得光学系统照射三角形形状的工作表面区域中的碎屑。
14.该扇区优选具有70
°
至110
°
范围内的中心角。中心轴线成角度地位于界定扇区的两条半径的中间，优选地与清洁器头的前边缘成35
°
至65
°
范围内的角度，更优选地成40
°
至50
°
范围内的角度。界定扇区的半径之一优选地与清洁器头的前边缘成小于20
°
的锐角，更优选地小于10
°
，以最大化对位于清洁器头正前方的工作表面区域上的碎屑的照明。界定扇区的另一条半径优选地向外延伸超过包含靠近光学系统的侧壁的平面，因此优选地与清洁
器头的前边缘成钝角对齐，以便照射位于清洁器头向前运动路径之外的工作表面区域上的碎屑。这些半径中的每一个都优选比清洁器头的最大宽度长，以便照射位于清洁器头向前运动路径两侧的工作表面区域上的碎屑。
15.在第二方面，本发明提供了一种用于真空吸尘器的清洁器头，该清洁器头包括位于清洁器头一侧的光学系统，该光学系统包括光源和光束成形装置，该光束成形装置用于接收从光源发出的光并将光导向放置清洁器头的工作表面，从而照射平坦工作表面区域上的碎屑，所述区域呈扇区形状，其中心轴线与清洁器头的前边缘成35
°
至65
°
范围内的角度，界定扇区的半径之一与清洁器头的前边缘成小于20
°
的锐角。光源优选是激光二极管。
16.在第三方面，本发明提供了一种包括如上所述的清洁器头的真空吸尘器。真空吸尘器优选为手持式或杆式真空吸尘器的形式。真空吸尘器优选是电池供电的真空吸尘器。
17.光学系统优选由真空吸尘器的控制器启动。控制器优选地设置成当真空吸尘器的抽吸源(通常是电机驱动风扇单元)被打开以通过清洁器头将气流吸入真空吸尘器时启动光学系统。控制器可以向光学系统提供恒定的功率，使得当抽吸源打开时，从光学系统发出的光的强度不变。或者，控制器可以随时间改变提供给光学系统的功率，使得光学系统的输出光功率随时间改变。
18.提供给光学系统的功率可以逐步变化，或者可以逐渐变化。在优选实施例中，提供给光学系统的功率从抽吸源打开时开始逐渐增加，直到达到最大供应功率。在优选实施例中，激光二极管的最大光学输出功率，在该实施例中是10mw，在抽吸源被打开的1秒内，更优选地在0.5秒内达到。提供给光学系统的功率的增长率可以是恒定的，或者可以随时间变化。例如，当抽吸源被打开时，功率增加的速率可以相对较低，并且随着时间逐渐或逐步增加。作为另一种选择，控制器可以在抽吸源已经打开之后延迟一段时间向光学系统供电。光学系统的这一段相对较低或没有电力供应的时间可以适应用户在打开抽吸源后将清洁器头定位在工作表面上的时间，因此适应光学系统不向待清洁的工作表面投射光的时间。
19.在第四方面，本发明提供了一种真空吸尘器，包括抽吸源和清洁器头，气流通过清洁器头被抽吸源抽吸到真空吸尘器中，以及用于控制抽吸源的控制器，清洁器头包括用于照射位于清洁器头前方的工作表面区域的光学系统，并且其中，当抽吸源被打开时，控制器被布置成随时间改变提供给光学系统的功率。
20.当关闭抽吸源时，控制器优选地布置成立即停止向光学系统供电。控制器可以布置成在抽吸源打开时根据清洁器头或真空吸尘器的状态变化来调节光学系统的电力供应。例如，控制器可以根据清洁器头或真空吸尘器的取向来暂停、减少或以其他方式调整对光学系统的供电。清洁器头或真空吸尘器中的一个可以包括传感器，该传感器向控制器输出根据其取向而变化的信号，并且控制器可以被布置成根据来自传感器的输出来调节光学系统的电力供应。作为另一个示例，如果清洁器头被抬离工作表面，控制器可以调节光学系统的电力供应。清洁器头可以包括传感器，例如检测清洁器头是否已经从工作表面提升的转向轮，或者检测抽吸室内的空气压力的传感器，并且控制器可以布置成根据从该传感器接收的信号来调节光学系统的电力供应。当真空吸尘器的行为发生变化时，这可以减少光学系统的功耗，这种变化可以指示清洁过程的中断，例如，将真空吸尘器重新放置到家中的另一个地方，因此节省了电池的能量。
21.上述与本发明的第一方面相关的特征描述同样适用于本发明的第二到第四方面
的每一个，反之亦然。
附图说明
22.本发明的优选特征现在将仅作为示例，参考附图进行描述，其中：
23.图1是真空吸尘器的透视图；
24.图2是真空吸尘器的清洁器头的透视图，示出了清洁器头的光学系统照射碎屑所在的工作表面区域；
25.图3是清洁器头的侧视图，其中侧壁的一部分被切除以示出光学系统的部件；
26.图4示意性地示出了光学系统的控制系统；和
27.图5是示出从抽吸源打开时起光学系统的输出光功率随时间增加的曲线图。
具体实施方式
28.图1示出了真空吸尘器的实施例。真空吸尘器10包括主体12，该主体12通过棒组件14连接到清洁器头16，通过该清洁器头16，带有灰尘的气流被抽吸源18吸入真空吸尘器10，该抽吸源18通常是电机驱动风扇单元。真空吸尘器10包括用于从气流中分离灰尘和其它碎屑的分离系统20、用于驱动真空吸尘器10的各种部件(包括抽吸源18)的电源22(在本实施例中为电池)以及空气出口24。
29.图2和图3中更详细地示出了清洁器头16。清洁器头16包括外壳26和抽吸室，外壳限定清洁器头的相对的、大致平行的侧壁28、30，携带灰尘的气流被吸入清洁器头进入抽吸室。外壳26可以由连接在一起的多个不同部分形成。抽吸室容纳搅动器32，搅动器用于搅动来自工作表面的灰尘或其它碎屑，使其被夹带在气流中。搅动器32是刷棒的形式，刷棒可相对于外壳26围绕与搅动器32的纵向轴线共线的轴线旋转，并且在该实施例中，该轴线大致垂直于清洁器头16的侧壁28、30。在该实施例中，搅动器32具有圆柱形形状，并且包括用于接合工作表面的多排刷毛34。搅动器32的前部部分被外壳26暴露。清洁器头16的前边缘36由外壳26限定，前边缘36在侧壁26、28之间延伸，并且通常垂直于侧壁26、28。可选地，前边缘36可以由搅动器32限定。搅动器32的旋转由电机驱动，该电机容纳在外壳26内或搅动器32内。电机被设置成使搅动器32沿使得刷毛34将灰尘和碎屑向后扫入抽吸室的方向旋转。抽吸室将气流输送到清洁器头16的颈部38，空气在颈部84内被输送到清洁器头16的出口40。颈部38包括用于将清洁器头16连接到棒组件12的连接器42，以及用于将清洁器头16的电机和光学系统46连接到真空吸尘器10的电源22的电连接器44。
30.在图2和3中，清洁器头16被示出为位于平坦的工作表面w上，例如水平的地板表面。清洁器头16的光学系统46位于搅动器32的一侧，在清洁器头16的侧壁28、30之一与搅动器32之间的壳体48内。光学系统46布置成通过壳体48的窗口49发光，以便照射位于清洁器头16前方的工作表面的区域50上的碎屑。光学系统46包括用于发射光的光源52和用于接收发射光并将光束导向工作表面的透镜54。光源52和透镜54可以安装在连接到壳体48的模块中。在该实施例中，光源52是激光二极管。合适的激光二极管是osram plt5 510绿色激光二极管，其在25℃时具有10mw的最大光输出功率，并且发射波长为515nm的绿光。还参照图4，光源52连接到安装在清洁器头16中的控制器56，优选安装在壳体48内。控制器56通过一根或多根电线连接到位于颈部38上的一个或多个电连接器44。当颈部38连接到棒组件14时，
棒组件14内的电线将电连接器44连接到位于真空吸尘器10的主体12中的控制器58。
31.参照图3，光学系统46向工作表面发射光束b，在本实施例中是绿光光束。光束b优选相对较浅，具有小于5
°
的垂直光束扩展a1。光学系统46定位在壳体48内，使得光束b的中心轴线a以锐角a2接触工作表面w，该锐角a2在0
°
到10
°
的范围内，更优选地在0
°
到5
°
的范围内，在该实施例中为2
°
。光学系统46被定位成使得它靠近工作表面，并且优选地使得光束b在距离工作表面小于10mm、更优选地小于5mm的高度处从清洁器头16发射。
32.回到图2，光学系统46位于壳体48内，透镜54成形为将光束导向工作表面w，使得碎屑被照射的工作表面的区域50呈扇区形状。该扇区具有两条半径r1、r2，它们界定了该扇区，并且限定了该扇区的中心角z1。中心角z1优选在70
°
到110
°
的范围内。
33.成角度地位于两个半径r1、r2中间的中心轴线a优选地与清洁器头16在工作表面w上向前运动的方向d成角度z2对齐，该方向d大致平行于侧壁26、28并垂直于清洁器头16的前边缘36。角度z2优选地在25
°
至45
°
的范围内，并且在该实施例中为35
°
。因此，中心轴线与清洁器头16的前边缘36成一角度，该角度优选在35
°
至65
°
的范围内，在本实施例中为45
°
。
34.半径r1、r2中的每一个都比清洁器头16的最大宽度长，从而照射位于清洁器头向前运动路径两侧的工作表面区域上的碎屑，在该实施例中，向前运动路径位于包含清洁器头16的侧壁26、28的两个平面之间。为了照射清洁器头16正前方的工作表面w区域上的碎屑，半径r1与清洁器头16的前边缘36成相对小的角度，优选小于20
°
，更优选小于10
°
。另一条半径r2优选地与清洁器头16的前边缘36成钝角对齐，以便照射位于清洁器头16向前运动路径之外的工作表面区域上的碎屑。
35.当用户打开真空吸尘器10的抽吸源18时，光学系统46被激活。真空吸尘器10的控制器58向清洁器头16的控制器56供电，清洁器头16的控制器56控制向光学系统的光源52供电，从而控制光源52的输出光功率。虽然控制器56可以控制提供给光源的功率，使得输出光功率处于最大值，在该实施例中为10mw，但是在该实施例中，控制器56控制提供给光源的功率，使得输出光功率在从抽吸源18打开时开始的一段时间内逐渐增加到最大值。这可以降低清洁过程开始时的功耗，并降低用户暴露于光源52的全输出光功率的风险，那时用户可能仍在定位清洁器头16以开始清洁过程的过程中。参照图5，该时间段优选小于几秒，在该实施例中为0.25秒
36.控制器58被设置成当抽吸源18被用户关闭时，或者当电池耗尽时，停止向控制器56供电，这又导致光源52关闭。
37.控制器56还可以在清洁过程中改变光源52的输出光功率，使其远离最大值。如图4所示，清洁器头16可以包括传感器60，用于监控清洁器头16的状态，并根据监控的状态向控制器56输出信号，响应于此，控制器56可以改变光源52的输出光功率。例如，传感器60可被布置成检测清洁器头16的抽吸腔或颈部内的压力，控制器56可以被布置成根据从传感器60接收的指示检测到的压力的信号来减少或暂停对光学系统46的供电。例如，如果清洁器头16被从工作表面提起(例如为了在工作表面上重新定位清洁器头16，或者在真空吸尘器10移动到房间的不同部分或其他环境期间)，清洁器头16内的压力可以变化，并且当清洁器头16与工作表面间隔开时，光源52的输出光功率可以降低。当从传感器60接收的信号指示清洁器头16已经返回到工作表面时，控制器56增加提供给光学系统46的功率，使得光源52的输出光功率返回到最大值。作为另一个示例，传感器60可以被布置成检测清洁器头16的取
向，这也可以提供清洁器头16已经被从工作表面提起的指示。