KR102021825B1 - 청소기 - Google Patents

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KR102021825B1
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terminal
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이상익
정재헌
함승록
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엘지전자 주식회사
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Abstract

본 발명의 일 측면에 따른 청소기는, 청소기 본체, 본체 내부에 수용되는 제1 배터리와 제2 배터리, 및, 외부로부터 전원을 공급받아 제1,2 배터리를 충전하는 충전 모드로 동작하거나, 제1,2 배터리에 충전된 전원을 부하로 공급하는 방전 모드로 동작하는 전원 공급 회로를 포함하는 전원 공급부, 외부의 충전대와 연결되어, 제1,2 배터리를 충전하는 직류 전원을 전원 공급부로 공급하는 충전 단자, 및, 전원 공급부의 동작을 제어하는 제어부를 포함하고, 전원 공급 회로는, 방전 모드에서 제1,2 배터리가 직렬 연결되고, 충전 모드에서 1,2 배터리가 병렬 연결되도록 스위칭되는 메인 스위칭부, 충전 모드에서 온(on)되어, 제1 배터리로 직류 전원을 공급하는 제1 스위칭부와 충전 모드에서 온(on)되어, 제2 배터리로 직류 전원을 공급하는 제2 스위칭부를 포함함으로써, 복수의 배터리를 안전하고 효과적으로 충전하여 사용할 수 있다.

Description

청소기{A CLEANER}
본 발명은 청소기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 복수의 배터리를 안전하고 효과적으로 충전하여 사용할 수 있는 청소기에 관한 것이다.
일반적으로 청소기는 흡입장치 및 먼지통을 구비한 청소기 본체와, 청소기 본체에 연결되어 피청소면에 근접한 상태로 청소를 실시하는 청소 노즐을 포함하여 구성될 수 있다.
청소기는, 사용자가 직접 수동으로 피청소면에 청소를 실시하는 수동 청소기와, 청소기 본체 스스로 주행을 하면서 피청소면에 청소를 실시하는 자동 청소기로 구분될 수 있다.
예를 들어, 수동 청소기는 흡입장치가 전기 모터의 구동력에 의해 흡입력을 발생시킨 상태에서, 사용자가 청소 노즐 또는 청소기 본체를 손으로 잡은 상태로 청소 노즐을 피청소면 위에 올려놓으면, 흡입력에 의해 청소 노즐이 피청소면 위에 있는 먼지를 비롯한 이물질을 흡입하고, 흡입된 이물질은 먼지통에 수거됨으로써, 피청소면의 청소가 실시된다.
또한, 대표적인 자동 청소기는 로봇 청소기일 수 있다. 로봇 청소기는, 스스로 주행하면서 바닥으로부터 먼지 등의 이물질을 흡입하거나 바닥의 이물질을 닦아냄으로써 청소하는 기기이다. 자동 청소기는 자동으로 주행하면서, 흡입장치에서 생성된 흡입력에 의해 청소 노즐이 피청소면 위에 있는 이물질을 흡입하고, 흡입된 이물질은 먼지통에 수거됨으로써, 피청소면의 청소가 실시된다.
최근에는, 자동 청소 및 수동 청소가 모두 가능한 청소기에 대한 개발도 이루어지고 있다.
또한, 자동 청소기 뿐만 아니라, 수동 청소기의 경우에도 사용자의 이용 편의를 위해, 청소기에 배터리가 장착되는 추세이다.
코드릴 어셈블리를 이용하는 유선 청소기는, 코드릴 어셈블리에 감긴 코드의 길이에 따른 이동 제약이 존재하는 불편함이 있다.
따라서, 자동 청소기 및 무선 청소기 등은 배터리를 구비하여 동작에 필요한 전원을 공급받아 전원 코드 없이도 사용할 수 있다.
예를 들어, 종래기술 1(한국 공개특허공보 제10-2008-0105847호(공개일 2008.10.04))는, 배터리를 구비하는 진공청소기를 소개하고 있다.
종래기술 1에서, 진공청소기는, 본체를 코드릴 조립체에 연결하여 배터리를 충전할 수 있으며, 코드릴 조립체가 본체에 분리된 상태에서는 배터리의 전원을 공급받아 동작할 수 있다. 따라서, 상용 전원 연결 없이, 배터리 용량에 따라 소정 시간 무선으로 청소할 수 있다.
종래기술 2(한국 공개특허공보 제10-2016-0100980호(공개일 2016.08.24))는 복수의 배터리를 구비하는 자동청소기를 소개하고 있다.
종래기술 2에서, 자동청소기는, 청소기 몸체 내에 서로 별도로 배치되는 적어도 2개의 배터리팩에 의해 동력을 공급받고 있다.
한편, 종래기술 1은, 배터리의 용량의 한계로 인하여, 사용 시간에 제한이 있고, 흡입력 증가에도 제약이 있어, 강한 흡입력 제공에 어려움이 있다. 따라서, 강전 레벨의 전압을 공급할 수 있도록 배터리를 구성할 필요가 있다.
종래기술 2는, 적어도 2개의 배터리팩을 구비하면서, 배터리 팩의 크기를 줄이기 위해 배터리 팩을 분리하여, 별도로 배치하고 있다. 하지만, 배터리를 직렬로만 연결이 가능하기 때문에, 충전시 배터리가 직렬로 연결된 상당한 크기의 전압으로 충전해야 한다.
한편, 84V 등 강전 레벨로 배터리를 충전하는 것은, 충전 단자 등의 부품과 손가락 등 인체 접촉 또는 충전 단자와 젓가락 등의 물체 접촉시 안전사고 발생의 위험이 있다. 또한, 배터리를 강전 레벨로 충전하는 것은 안전 규격으로 제약되는 추세에 있어, 안전 규격을 만족하도록 약전 레벨로 배터리를 안전하게 충전할 수 있는 방안이 요구된다.
또한, 강한 흡입력을 제공할 수 있도록 강전 레벨로 전원을 공급할 수 있는 방안도 요구된다.
또한, 안전사고 방지를 위하여, 청소기의 충전 단자가 외부로 노출되지 않고, 충전 시에만 안전하게 충전대와 연결되는 방안이 요구된다.
본 발명의 목적은, 복수의 배터리를 안전하고 효과적으로 충전하여 사용할 수 있는 청소기를 제공함에 있다.
본 발명의 목적은, 약전 레벨로 안전하게 배터리를 충전하고, 강전 레벨로 각동 모터 부하 등에 고전압을 공급할 수 있는 청소기를 제공함에 있다.
본 발명의 목적은, 자동 청소 및 수동 청소를 모두 지원하여 사용 편의성이 향상된 청소기를 제공함에 있다.
본 발명의 목적은, 본체를 승강시켜, 더욱 안전하게 복수의 배터리를 충전할 수 있는 방법을 제공함에 있다.
상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 측면에 따른 청소기는, 2이상의 배터리를 포함하고, 2이상의 배터리는, 방전 시 직렬 연결되고, 충전 시 병렬 연결될 수 있다. 이에 따라, 배터리가 방전될 때에는 강전 레벨로 사용 가능하고, 배터리가 충전될 때에는 약전 레벨로 충전 가능하다.
상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 측면에 따른 청소기는, 청소기 본체, 본체 내부에 수용되는 제1 배터리와 제2 배터리, 및, 외부로부터 전원을 공급받아 제1,2 배터리를 충전하는 충전 모드로 동작하거나, 제1,2 배터리에 충전된 전원을 부하로 공급하는 방전 모드로 동작하는 전원 공급 회로를 포함하는 전원 공급부, 외부의 충전대와 연결되어, 제1,2 배터리를 충전하는 직류 전원을 전원 공급부로 공급하는 충전 단자, 및, 전원 공급부의 동작을 제어하는 제어부를 포함하고, 전원 공급 회로는, 방전 모드에서 제1,2 배터리가 직렬 연결되고, 충전 모드에서 1,2 배터리가 병렬 연결되도록 스위칭되는 메인 스위칭부, 충전 모드에서 온(on)되어, 제1 배터리로 직류 전원을 공급하는 제1 스위칭부와 충전 모드에서 온(on)되어, 제2 배터리로 직류 전원을 공급하는 제2 스위칭부를 포함함으로써, 복수의 배터리를 안전하고 효과적으로 충전하여 사용할 수 있다.
한편, 상기 메인 스위칭부는, 상기 충전 단자가 상기 충전대에 접속되면 기구적으로 눌러져 스위칭되거나, 상기 제어부의 제어에 따라 스위칭될 수 있고, 일단이 상기 제1 배터리의 음의 단자와 연결되며, 타단이 상기 제2 배터리의 양의 단자와 연결될 수 있다.
한편, 상기 충전 모드에서 상기 제1,2 배터리는 상기 충전대의 상기 직류 전원에 병렬로 연결될 수 있고, 상기 충전 단자는, 상기 본체의 하면에 배치될 수 있다.
한편, 상기 제1 스위칭부와 상기 제2 스위칭부는, 각각, 역전류를 방지하는 다이오드를 하나 이상 포함할 수 있다.
한편, 상기 제1 스위칭부와 상기 제2 스위칭부는, 각각, 드레인 단이 상기 제1 배터리 또는 상기 제2 배터리 측에 연결되는 제1 N채널 모스펫(MOSFET), 소스 단이 상기 제1 N채널 모스펫의 소스 단에 연결되고, 드레인 단이 상기 충전 단자 측에 연결되는 제2 N채널 모스펫, 상기 제1 N채널 모스펫과 상기 제2 N채널 모스펫의 게이트 단에 연결되는 바이폴라 접합 트랜지스터(BJT)를 포함할 수 있다.
이 경우에, 상기 바이폴라 접합 트랜지스터(BJT)는 컬렉터 단이 상기 제1 N채널 모스펫과 상기 제2 N채널 모스펫의 게이트 단에 연결되고, 베이스 단은 상기 제어부에 연결되어, 상기 제어부의 제어에 따라 온(on)될 수 있다.
또한, 상기 제1 스위칭부와 상기 제2 스위칭부는, 각각, 상기 제1 N채널 모스펫의 드레인 단과 소스 단 사이에 배치되어, 상기 방전 모드에서 상기 충전 단자 측으로 흐르는 역전류를 방지하는 다이오드, 상기 제1 스위칭부와 상기 제2 스위칭부는, 각각, 상기 제2 N채널 모스펫의 드레인 단과 소스 단 사이에 배치되어, 상기 충전 모드에서 상기 제1 N채널 모스펫의 드레인 단과 소스 단으로 흐르는 역전류를 방지하는 다이오드를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 전원 공급 회로는, 각각 상기 제1,2 배터리와 연결되는 션트(shunt) 저항을 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 스위칭부와 상기 제2 스위칭부는, 각각, 상기 제2 N채널 모스펫의 게이트 단과 드레인 단 사이에 배치되는 저항 소자를 더 포함할 수 있다.
한편, 상기 전원 공급 회로는, 상기 제1 배터리로 흐르는 전류를 감지하는 제1 전류 감지부와 상기 제2 배터리로 흐르는 전류를 감지하는 제2 전류 감지부를 더 포함할 수 있다.
청소기는, 상기 본체를 이동시키는 하나 이상의 휠을 포함하는 휠 유닛과 상기 본체가 승강 가능하도록 상기 청소기 본체에 결합되어 구비되는 승강 유닛을 더 포함할 수 있고, 상기 제어부는, 상기 본체가 상기 충전대에 도킹할 때, 상기 본체가 상측으로 이동되도록 상기 승강 유닛을 제어할 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 상승된 승강 유닛을 하강시켜 상기 본체가 하측으로 이동되어 상기 충전 단자가 상기 충전대에 연결되도록 제어할 수 있다.
청소기는, 상기 본체에 결합되고, 바닥의 이물질을 흡입하는 흡입구가 하면에 형성된 청소 노즐 유닛을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 복수의 배터리를 안전하고 효과적으로 충전하여 사용할 수 있는 청소기를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 약전 레벨로 안전하게 배터리를 충전하고, 강전 레벨로 각동 모터 부하 등에 고전압을 공급할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 자동 청소 및 수동 청소를 모두 지원하여 사용 편의성을 향상할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 본체를 승강시켜, 더욱 안전하게 복수의 배터리를 충전할 수 있다.
한편, 그 외의 다양한 효과는 후술될 본 발명의 실시예에 따른 상세한 설명에서 직접적 또는 암시적으로 개시될 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 청소기를 나타내는 사시도이다.
도 2는 도 1에서 먼지통을 분리한 상태의 청소기를 나타내는 도면이다.
도 3은 도 1 및 도 2에 도시된 휠 유닛과, 상기 휠 유닛에 결합되는 서스펜션 유닛과, 상기 서스펜션 유닛에 설치되는 승강 유닛을 나타내는 정면도이다.
도 4는 도 3에서 휠 커버 및 주행벨트를 제외하고 나타내는 정면 사시도이다.
도 5는 도 4의 배면 사시도로서, 승강 유닛이 최저로 이동된 상태를 나타내는 도면이다.
도 6은 도 4의 배면 사시도로서, 승강 유닛이 최고로 이동된 상태를 나타내는 도면이다.
도 7은 도 3 내지 도 6에 도시된 승강 하우징 내의 구성을 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 청소기가 충전대와 도킹되는 것을 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 청소기의 주요 구성의 내부 블록도이다.
도 10 내지 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 전원 공급부의 구성 및 동작에 관한 설명에 참조되는 도면이다.
도 13 내지 도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 전원 공급부의 구성 및 동작에 관한 설명에 참조되는 도면이다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 전원 공급부의 구성 및 동작에 관한 설명에 참조되는 도면이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다. 도면에서는 본 발명을 명확하고 간략하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분의 도시를 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 극히 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 참조부호를 사용한다.
이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 단순히 본 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되는 것으로서, 그 자체로 특별히 중요한 의미 또는 역할을 부여하는 것은 아니다. 따라서, 상기 "모듈" 및 "부"는 서로 혼용되어 사용될 수도 있다.
본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품, 또는 이들을 조합한 것들의 존재, 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 본 명세서에서, 다양한 요소들을 설명하기 위해 제1, 제2 등의 용어가 이용될 수 있으나, 이러한 요소들은 이러한 용어들에 의해 제한되지 아니한다. 이러한 용어들은 한 요소를 다른 요소로부터 구별하기 위해서만 이용된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 청소기를 나타내는 사시도이고, 도 2는 도 1에서 먼지통을 분리한 상태의 청소기를 나타내는 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 청소기(100)는 청소기 본체(110), 청소 노즐(120), 센싱 유닛(130) 및 먼지통(140)을 포함할 수 있다.
청소기 본체(110)에는 청소기(100)의 제어를 위한 제어부(도 9의 150 참조)를 포함하여 각종 부품들이 내장 또는 장착된다. 청소기 본체(110)는 청소기(100)를 구성하는 각종 부품들이 수용되는 공간을 형성할 수 있다.
청소기 본체(110)는 자동모드 및 수동모드 중 하나로 사용자에 의해 선택되어 주행할 수 있다. 청소기 본체(110)에는 상기 자동모드 및 상기 수동모드 중 하나를 사용자가 선택하는 모드선택 입력부가 구비될 수 있다. 사용자가 상기 모드선택 입력부에서 자동모드를 선택하는 경우, 청소기 본체(110)는 로봇청소기로 자동 주행할 수 있다. 또한, 사용자가 상기 모드선택 입력부에서 수동모드를 선택하는 경우, 청소기 본체(110)는 사용자의 힘에 의해 끌리거나 밀리면서 수동으로 주행할 수 있다.
청소기 본체(110)에는 청소기 본체(110)를 주행시키는 휠 유닛(200)이 구비된다. 휠 유닛(200)은 모터(미도시)와, 상기 모터의 구동력에 의해 회전되는 적어도 하나의 휠을 포함할 수 있다. 모터의 회전 방향은 제어부에 의해 제어될 수 있으며, 이에 따라 휠 유닛(200)의 휠은 일방향 또는 타방향으로 회전 가능하게 구성될 수 있다.
휠 유닛(200)은 청소기 본체(110)의 좌우 양측에 각각 구비될 수 있다. 휠 유닛(200)에 의해 청소기 본체(110)는 전후좌우로 이동되거나 회전될 수 있다.
각각의 휠 유닛(200)은 서로 독립적으로 구동 가능하게 구성될 수 있다. 이를 위하여, 각각의 휠 유닛(200)은 서로 다른 모터에 의해서 구동될 수 있다.
제어부가 휠 유닛(200)의 구동을 제어함으로써, 청소기(100)는 바닥을 자율 주행하도록 이루어진다.
휠 유닛(200)은 청소기 본체(110)는 하부에 구비되어 청소기 본체(110)를 주행시킨다. 휠 유닛(200)은 원형의 바퀴들로만 구성될 수도 있고, 원형의 롤러들이 벨트 체인으로 연결되어 구성될 수도 있으며, 원형의 바퀴들과, 원형의 롤러들이 벨트 체인으로 연결된 것이 조합되어 구성될 수도 있다. 휠 유닛(200)의 휠은 상부가 청소기 본체(110) 내에 배치될 수 있고, 하부는 청소기 본체(110)의 하측으로 돌출될 수 있다. 휠 유닛(200)의 휠은 적어도 하부가 피청소면인 바닥면에 접촉된 채로 구비되어, 청소기 본체(110)를 주행시킬 수 있다.
휠 유닛(200)은 청소기 본체(110)의 좌측 및 우측에 각각 설치될 수 있다. 청소기 본체(110)의 좌측에 배치된 휠 유닛(200) 및 청소기 본체(110)의 우측에 배치된 휠 유닛(200)은 서로 독립적으로 구동될 수 있다. 즉, 청소기 본체(110)의 좌측에 배치된 휠 유닛(200)은 적어도 하나의 제1 기어를 통해 서로 연결될 수 있고, 상기 제1 기어를 회전시키는 제1 주행모터의 구동력에 의해 회전될 수 있다. 또한, 청소기 본체(110)의 우측에 배치된 휠 유닛(200)은 적어도 하나의 제2 기어를 통해 서로 연결될 수 있고, 상기 제2 기어를 회전시키는 제2 주행모터의 구동력에 의해 회전될 수 있다.
상기 제어부는 상기 제1 주행모터 및 상기 제2 주행모터 각각의 회전축의 회전속도를 제어하여 청소기 본체(110)의 주행방향을 결정할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 주행모터 및 상기 제2 주행모터 각각의 회전축이 동시에 동일한 속도로 회전되는 경우 청소기 본체(110)는 직진할 수 있다. 또한, 상기 제어부는 상기 제1 주행모터 및 상기 제2 주행모터 각각의 회전축이 동시에 서로 다른 속도로 회전되는 경우 청소기 본체(110)는 좌측 또는 우측으로 선회할 수 있다. 상기 제어부는 청소기 본체(110)를 좌측 또는 우측으로 선회시키기 위해, 상기 제1 주행모터 및 상기 제2 주행모터 중 어느 하나는 구동시키고, 다른 하나는 정지시킬 수도 있다.
청소기 본체(110)의 내부에는 서스펜션 유닛이 설치될 수 있다. 상기 서스펜션 유닛은 코일스프링을 포함할 수 있다. 상기 서스펜션 유닛은 상기 코일스프링의 탄성력을 이용하여 청소기 본체(110)가 주행시 휠 유닛(200)으로부터 전달되는 충격 및 진동을 흡수할 수 있다.
또한, 상기 서스펜션 유닛에는 청소기 본체(110)의 높이를 조절하는 승강 유닛이 설치될 수 있다. 상기 승강 유닛은 상기 서스펜션 유닛에 상하로 이동 가능하게 설치되고, 청소기 본체(110)에 결합될 수 있다. 따라서, 상기 승강 유닛이 상기 서스펜션 유닛에서 상측으로 이동되는 경우 청소기 본체(110)는 상기 승강 유닛과 함께 상측으로 이동될 수 있고, 상기 승강 유닛이 상기 서스펜션 유닛에서 하측으로 이동되는 경우 청소기 본체(110)는 상기 승강 유닛과 함께 하측으로 이동될 수 있다. 청소기 본체(110)는 상기 승강 유닛에 의해 상하로 이동되어 높이가 조절될 수 있다.
휠 유닛(200)의 휠은 청소기 본체(110)가 딱딱한 바닥면을 주행할 시에는 청소 노즐(120)의 저면부가 바닥면에 밀착된 상태로 이동되면서 바닥면을 청소할 수 있다. 그런데, 피청소면인 바닥면에 카펫(carpet)이 깔려 있을 경우, 휠 유닛(200)의 휠에서 슬립이 발생하여 청소기 본체(110)의 주행성능이 저하될 수 있을 뿐만 아니라, 청소 노즐(120)이 상기 카펫을 빨아 당기는 힘에 의해 청소기 본체(110)의 주행성능이 저하될 수 있다.
하지만, 상기 승강 유닛은 휠 유닛(200)의 휠의 슬립율에 따라 청소기 본체(110)의 높이를 조절하기 때문에, 청소 노즐(120)의 저면부가 피청소면에 밀착되는 정도를 조절할 수 있어서, 피청소면의 재질에 구애받지 않고 청소기 본체(110)의 주행성능을 유지시킬 수 있다.
한편, 청소기 본체(110)의 좌측에 배치된 휠 유닛(200)의 휠이 상기 제1 기어를 통해 상기 제1 주행모터와 연결된 상태로 배치되고, 청소기 본체(110)의 우측에 배치된 휠 유닛(200)의 휠이 상기 제2 기어를 통해 상기 제2 주행모터와 연결된 상태로 배치된다면, 상기 제1 주행모터 및 상기 제2 주행모터가 정지된 상태에서 사용자가 청소기 본체(110)를 수동모드로 주행시키고자 할 때 좌우측 휠 유닛(200)들의 휠은 모두 회전되지 못하게 된다.
따라서, 청소기 본체(110)의 수동모드에서는 좌우측 휠 유닛(200)들의 휠 및 상기 제1,2 주행모터의 연결을 해제하여야만 한다. 이를 위해, 청소기 본체(110)의 내부에는 청소기 본체(110)의 자동모드일 때 좌우측 휠 유닛(200)들의 휠 및 상기 제1,2 주행모터를 연결하고, 청소기 본체(110)의 수동모드일 때 좌우측 휠 유닛(200)들의 휠 및 상기 제1,2 주행모터의 연결을 해제하는 클러치가 배치되는 것이 바람직하다.
청소기 본체(110)에는 청소기(100)의 전장품에 전원을 공급하는 배터리(미도시)가 장착된다. 배터리는 충전 가능하게 구성되며, 청소기 본체(110)에 착탈 가능하게 구성될 수 있다.
청소기 본체(110)에는 먼지통 수용부(112)가 구비되며, 먼지통 수용부(112)에는 흡입된 공기 중의 먼지를 분리하여 집진하는 먼지통(140)이 착탈 가능하게 결합된다.
먼지통 수용부(112)는, 청소기 본체(110)의 전방과 상방으로 개구된 형태를 가지고, 청소기 본체(110)의 전방측에서 후방측을 향하여 오목하게 형성될 수 있다. 먼지통 수용부(112)는 청소 본체(110)의 전방부가 전방, 상측 및 하측이 개방되어 형성될 수 있다.
먼지통 수용부(112)는, 청소기의 종류에 따라, 다른 위치[예를 들어, 청소기 본체(110)의 뒤쪽]에 형성될 수도 있다.
먼지통(140)은 먼지통 수용부(112)에 착탈 가능하게 결합된다. 먼지통(140)의 일부는 먼지통 수용부(112)에 수용되되, 먼지통(140)의 다른 일부는 청소기 본체(110)의 전방을 향하여 돌출되게 형성될 수 있다.
먼지통(140)에는 먼지가 포함된 공기가 유입되는 입구(142)와 먼지가 분리된 공기가 배출되는 출구(143)가 형성되며, 먼지통(140)이 먼지통 수용부(112)에 장착시, 입구(142)와 출구(143)는 먼지통 수용부(112)의 내측벽에 형성된 제1 개구(116) 및 제2 개구(117)와 각각 연통되도록 구성된다.
청소기 본체(110) 내부에 형성된 흡기유로는 청소 노즐(120)부터 제1 개구(116)까지의 유로에 해당하며, 배기유로는 제2 개구(117)부터 배기구까지의 유로에 해당한다.
이러한 구성에 따라, 청소 노즐(120)을 통하여 유입된 먼지가 포함된 공기는 청소기 본체(110) 내부의 흡기유로를 거쳐 먼지통(140)으로 유입되고, 먼지통(140) 내의 적어도 하나의 여과부(예를 들어, 사이클론, 필터 등)를 거치면서 공기와 먼지가 상호 분리된다. 먼지는 먼지통(140)에 집진되며, 공기는 먼지통(140)에서 배출된 후 청소기 본체(110) 내부의 배기유로를 거쳐 최종적으로 배기구를 통하여 외부로 배출된다.
청소기 본체(110)에는 먼지통 수용부(112)에 수용된 먼지통(140)을 덮는 상부 커버(113)가 배치된다. 상부 커버(113)는 청소기 본체(110) 일측에 힌지 연결되어 회동 가능하도록 구성될 수 있다. 상부 커버(113)는 먼지통 수용부(112)의 개방된 상측을 덮어서 먼지통(140)의 상측을 덮을 수 있다. 아울러, 상부 커버(113)는 청소기 본체(110)로부터 분리되어 착탈 가능하게 구성될 수도 있다.
상부 커버(113)가 먼지통(140)을 덮도록 배치된 상태에서, 먼지통 수용부(112)에 대한 먼지통(140)의 분리가 제한될 수 있다.
상부 커버(113)의 상측에는 손잡이(114)가 구비된다. 손잡이(114)에는 상술한 촬영부(115)가 배치될 수 있다. 이 때, 촬영부(115)는 전방과 상방을 함께 촬영할 수 있도록 청소기 본체(110)의 바닥면에 대하여 경사지게 배치되는 것이 바람직하다.
촬영부(115)는 청소기 본체(110)에 구비되어, 청소기의 동시적 위치추정 및 주행 지도 작성(Simultaneous Localization And Mapping, SLAM)을 위한 영상을 촬영할 수 있다. 촬영부(115)에 의해 촬영된 영상은, 주행 영역의 지도를 생성하거나 상기 주행 영역 내의 현 위치를 감지하는 데 이용된다.
촬영부(115)는 청소기 본체(110)의 주위와 관련된 3차원 좌표 정보를 생성할 수 있다. 즉, 촬영부(115)는 청소기(100)와 피촬영 대상체의 원근거리를 산출하는 3차원 뎁스 카메라(3D Depth Camera)일 수 있다. 이에 따라, 상기 3차원 좌표 정보에 대한 필드 데이터가 생성될 수 있다.
구체적으로, 촬영부(115)는 청소기 본체(110)의 주위와 관련된 2차원 영상을 촬영할 수 있으며, 촬영된 2차원 영상에 대응되는 복수의 3차원 좌표 정보를 생성할 수 있다.
일 실시예에서 촬영부(115)는 기존의 2차원 영상을 획득하는 카메라를 2개 이상 구비하여, 상기 2개 이상의 카메라에서 획득되는 2개 이상의 영상을 조합하여, 3차원 좌표 정보를 생성하는 스테레오 비전 방식으로 형성될 수 있다.
구체적으로, 상기 실시예에 따른 촬영부(115)는 본체의 전방을 향해 하측으로 제1 패턴의 광을 조사하는 제1 패턴 조사부와, 상기 본체의 전방을 향해 상측으로 제2 패턴의 광을 조사하는 제2 패턴 조사부 및 본체의 전방의 영상을 획득하는 영상 획득부를 포함할 수 있다. 이로써, 상기 영상 획득부는 상기 제1 패턴의 광과 상기 제2 패턴의 광이 입사된 영역의 영상을 획득할 수 있다.
또 다른 실시예에서 촬영부(115)는 단일 카메라와 함께 적외선 패턴을 조사하는 적외선 패턴 방출부를 구비하고, 적외선 패턴 방출부에서 조사된 적외선 패턴이 피촬영 대상체에 투영된 모양을 캡쳐함으로써, 촬영부(115)와 피촬영 대상체 사이의 거리를 측정할 수 있다. 이러한 촬영부(115)는 IR(Infra Red) 방식의 촬영부(115)일 수 있다.
또 다른 실시예에서 촬영부(115)는 단일 카메라와 함께 빛을 방출하는 발광부를 구비하고, 발광부에서 방출되는 레이저 중 피촬영 대상체로부터 반사되는 일부를 수신하며, 수신된 레이저를 분석함으로써, 촬영부(115)와 피촬영 대상체 사이의 거리를 측정할 수 있다. 이러한 촬영부(115)는 TOF(Time of Flight) 방식의 촬영부(115)일 수 있다.
구체적으로, 위와 같은 촬영부(115)의 레이저는 적어도 일방향으로 연장된 형태의 레이저를 조사하도록 구성된다. 일 예에서, 상기 촬영부(115)는 제1 및 제2 레이저를 구비할 수 있으며, 상기 제1 레이저는 서로 교차하는 직선 형태의 레이저를 조사하고, 제2 레이저는 단일의 직선 형태의 레이저를 조사할 수 있다. 이에 따르면, 최하단 레이저는 바닥 부분의 장애물을 감지하는 데에 이용되고, 최상단 레이저는 상부의 장애물을 감지하는 데에 이용되며, 최하단 레이저와 최상단 레이저 사이의 중간 레이저는 중간 부분의 장애물을 감지하는 데에 이용된다.
센싱 유닛(130)은 상부 커버(113)의 하부에 배치될 수 있으며, 센싱 유닛(130)은 먼지통(140)에 착탈 가능하게 결합될 수 있다.
센싱 유닛(130)은 청소기 본체(110)에 배치되어, 청소기 본체(110)가 위치하는 환경과 관련된 정보를 감지한다. 센싱 유닛(130)은 필드 데이터(field data)를 생성하기 위하여 상기 환경과 관련된 정보를 감지한다.
센싱 유닛(130)은 청소기(100)가 장애물과 부딪히지 않도록 주변 지형지물(장애물 포함)을 감지한다. 센싱 유닛(130)은 청소기(100) 외부의 정보를 감지할 수 있다. 센싱 유닛(130)은 청소기(100) 주변의 사용자를 감지할 수 있다. 센싱 유닛(130)은 청소기(100) 주변의 물체를 감지할 수 있다.
아울러, 센싱 유닛(130)은, 상기 청소기의 감지 기능 및 로봇 청소기의 주행 기능을 향상시키기 위해, 패닝(panning: 좌우로의 이동) 및 틸팅(tilting: 상하로 경사지게 배치)이 가능하도록 구성된다.
센싱 유닛(130)은 청소기 본체(110) 앞쪽에 배치되고, 먼지통(140)과 상부 커버(113)사이에 배치될 수 있다. 또는 센싱 유닛(130)에 구비되는 다양한 센서들은 센서의 종류 및 특성에 따라 적절한 위치에 배치될 수 있다.
센싱 유닛(130)의 하측면에는 결합 돌기(132d)가 돌출 형성되고, 먼지통(141)의 상측면에는 결합 돌기(132d)가 삽입되어 결합되는 결합홈(141)이 형성된다. 상부 커버(113)가 먼지통 수용부(112)의 상측을 덮으면 결합 돌기(132d)는 결합홈(141)으로 삽입되는 것에 의해, 먼지통(140)은 센싱 유닛(130)에 결합되어 청소기 본체(110)로부터 분리 불가능한 상태가 된다. 이와 반대로, 상부 커버(113)가 먼지통 수용부(112)의 상측을 개방하면 결합 돌기(132d)는 결합홈(141)으로부터 빠져나오는 것에 의해, 먼지통(140)은 센싱 유닛(130)으로부터 결합이 해제되어 청소기 본체(110)로부터 분리 가능한 상태가 된다.
센싱 유닛(130)은, 외부 신호 감지 센서, 장애물 감지 센서, 낭떠러지 감지 센서, 하부 카메라 센서, 상부 카메라 센서, 엔코더, 충격 감지 센서 및 마이크 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 외부 신호 감지 센서는 청소기(100)의 외부 신호를 감지할 수 있다. 상기 외부 신호 감지 센서는, 일 예로, 적외선 센서(Infrared Ray Sensor), 초음파 센서(Ultra Sonic Sensor), RF 센서(Radio Frequency Sensor) 등일 수 있다. 이에 따라, 외부 신호에 대한 필드 데이터가 생성될 수 있다.
청소기(100)는 외부 신호 감지 센서를 이용하여 충전대가 발생하는 안내 신호를 수신하여 충전대의 위치 및 방향에 대한 정보를 감지할 수 있다. 이때, 충전대는 청소기(100)가 복귀 가능하도록 방향 및 거리를 지시하는 안내 신호를 발신할 수 있다. 즉, 청소기(100)는 충전대로부터 발신되는 신호를 수신하여 현재의 위치를 판단하고 이동 방향을 설정하여 충전대로 복귀할 수 있다.
상기 장애물 감지 센서는 전방의 장애물을 감지할 수 있다. 이에 따라, 장애물에 대한 필드 데이터가 생성된다.
상기 장애물 감지 센서는 청소기(100)의 이동 방향에 존재하는 물체를 감지하여 생성된 필드 데이터를 제어부에 전달할 수 있다. 즉, 장애물 감지 센서는 청소기(100)의 이동 경로 상에 존재하는 돌출물, 집안의 집기, 가구, 벽면, 벽 모서리 등을 감지하여 그 필드 데이터를 제어부에 전달할 수 있다.
상기 장애물 감지 센서는, 일 예로, 적외선 센서, 초음파 센서, RF 센서, 지자기 센서 등일 수 있다. 청소기(100)는 장애물 감지 센서로 한 가지 종류의 센서를 사용하거나 필요에 따라 두 가지 종류 이상의 센서를 함께 사용할 수 있다.
상기 낭떠러지 감지 센서(Cliff Sensor)는, 다양한 형태의 광 센서를 주로 이용하여, 청소기 본체(110)를 지지하는 바닥의 장애물을 감지할 수 있다. 이에 따라, 바닥의 장애물에 대한 필드 데이터가 생성된다.
상기 낭떠러지 감지 센서는 상기 장애물 감지 센서와 같이 발광부와 수광부를 구비한 적외선 센서, 초음파 센서, RF 센서, PSD(Position Sensitive Detector) 센서 등일 수 있다.
예를 들어, 낭떠러지 감지 센서는 PSD 센서일 수 있으나, 복수의 서로 다른 종류의 센서로 구성될 수도 있다. PSD 센서는 장애물에 적외선을 발광하는 발광부와, 장애물로부터 반사되어 돌아오는 적외선을 수광하는 수광부를 구비하되, 일반적으로 모듈 형태로 구성된다. PSD 센서를 이용하여, 장애물을 감지하는 경우, 장애물의 반사율, 색의차이에 상관없이 안정적인 측정값을 얻을 수 있다.
제어부는 상기 낭떠러지 감지 센서가 지면을 향해 발광한 적외선의 발광신호와 장애물에 의해 반사되어 수신되는 반사신호 간의 적외선 각도를 측정하여, 낭떠러지를 감지하고 그 깊이에 대한 필드 데이터를 획득할 수 있다.
상기 하부 카메라 센서는 청소기(100)의 이동 중 피청소면에 대한 이미지 정보(필드 데이터)를 획득한다. 상기 하부 카메라 센서는, 다른 말로 옵티컬 플로우 센서(Optical Flow Sensor)라 칭하기도 한다. 상기 하부카메라 센서는, 센서 내에 구비된 이미지 센서로부터 입력되는 하방 영상을 변환하여 소정 형식의 영상 데이터(필드 데이터)를 생성할 수 있다. 상기 하부 카메라 센서를 통해 인식된 영상에 대한 필드 데이터가 생성될 수 있다.
상기 하부 카메라 센서를 이용하여, 제어부는 이동 로봇의 미끄러짐과 무관하게 이동 로봇의 위치를 검출할 수 있다. 제어부는 상기 하부 카메라센서에 의해 촬영된 영상 데이터를 시간에 따라 비교 분석하여 이동 거리 및 이동방향을 산출하고, 이를 근거로 이동 로봇의 위치를 산출할 수 있다.
상기 낭떠러지 감지 센서는 바닥의 재질을 감지할 수도 있다. 상기 낭떠러지 감지 센서는 바닥에서 반사되는 빛의 반사율을 감지하고, 제어부 상기 반사율에 따라 바닥의 재질을 판단할 수 있다. 예를 들어, 상기 바닥의 재질이 반사율이 좋은 대리석인 경우, 상기 낭떠러지 감지 센서가 감지하는 빛의 반사율은 높게 나타날 것이고, 상기 바닥의 재질이 반사율이 상기 대릭석에 비해 상대적으로 좋지 않은 나무, 장판 및 카펫 등인 경우, 상기 낭떠러지 감지 센서가 감지하는 빛의 반사율은 상대적으로 낮게 나타날 것이다. 따라서, 상기 제어부는 상기 낭떠러지 감지 센서가 감지하는 상기 바닥의 반사율을 이용하여 상기 바닥의 재질을 판단할 수 있으며, 상기 바닥의 반사율이 설정된 반사율일 경우 상기 바닥을 카펫이라고 판단할 수 있다.
또한, 상기 낭떠러지 감지 센서는 바닥과의 거리를 감지하고, 제어부는 상기 바닥과의 거리에 따라 상기 바닥의 재질을 감지할 수 있다. 예를 들어, 청소기가 바닥 위에 깔린 카펫 위에 위치할 경우, 상기 낭떠러지 감지 센서가 감지하는 상기 바닥과의 거리는, 상기 청소기가 상기 카펫이 깔려 있지 않은 상기 바닥 위에 위치하는 경우에 비해, 가깝게 감지될 것이다. 따라서, 상기 제어부는 상기 낭떠러지 감지 센서가 감지하는 상기 바닥과의 거리를 이용하여 상기 바닥의 재질을 판단할 수 있으며, 상기 바닥과의 거리가 설정된 거리 이상이면 상기 바닥을 카펫이라고 판단할 수 있다.
바닥 감지 센서는 상기 낭떠러지 감지 센서 이외에도, 카메라 센서 및 전류 센서 등이 사용될 수 있다.
상기 카메라 센서는 상기 바닥을 촬영하고, 제어부는 상기 카메라 센서가 촬영한 영상을 분석하여 상기 바닥의 재질을 판단할 수 있다. 상기 제어부에는 상기 바닥의 재질에 해당하는 영상들이 설정될 수 있고, 상기 제어부는 상기 카메라 센서가 촬영한 영상에서 상기 설정된 영상이 포함될 경우 상기 바닥의 재질을 상기 설정된 영상에 해당하는 재질로 판단할 수 있다. 상기 제어부는 상기 영상에 상기 카펫의 영상에 해당하는 설정된 영상이 포함될 경우, 상기 바닥의 재질을 카펫이라고 판단할 수 있다.
상기 전류 센서는 휠 구동 모터의 전류 저항값을 감지하고, 제어부는 상기 전류 센서가 감지한 전류 저항값에 따라 상기 바닥의 재질을 판단할 수 있다. 예를 들어, 청소 노즐(120)이 바닥 위에 깔린 카펫 위에 위치할 때, 상기 카펫의 모가 청소 노즐(120)의 흡입구를 통해 흡입되어 청소기의 주행에 방해를 일으키며, 이 때 상기 휠 구동 모터의 로터 및 스테이터 사이에는 부하로 인한 전류 저항이 발생될 것이다. 상기 전류 센서는 상기 휠 구동 모터에서 발생되는 상기 전류 저항값을 감지하고, 상기 제어부는 상기 전류 저항값에 따라 상기 바닥의 재질을 판단할 수 있으며, 상기 전류 저항값이 설정값 이상이면 상기 바닥의 재질을 카펫이라고 판단할 수 있다.
상부 카메라 센서는 청소기(100)의 상방이나 전방을 향하도록 설치되어 청소기(100) 주변을 촬영할 수 있다. 청소기(100)가 복수의 상부 카메라 센서들을 구비하는 경우, 카메라 센서들은 일정 거리 또는 일정 각도로 이동 로봇의 상부나 옆면에 형성될 수 있다. 상기 상부 카메라 센서를 통해 인식된 영상에 대한 필드 데이터가 생성될 수 있다.
상기 엔코더는 휠 유닛(200)의 휠을 동작시키는 모터의 동작과 관련된 정보를 감지할 수 있다. 이에 따라, 모터의 동작에 대한 필드 데이터가 생성된다.
상기 충격 감지 센서는 청소기(100)이 외부의 장애물 등과 충돌시 충격을 감지할 수 있다. 이에 따라, 외부의 충격에 대한 필드 데이터가 생성된다.
마이크는 외부의 소리를 감지할 수 있다. 이에 따라서, 외부의 소리에 대한 필드 데이터가 생성된다.
본 실시예에서, 센싱 유닛(130)은 영상 센서를 포함한다. 본 실시예에서 상기 필드 데이터는 상기 영상 센서가 획득한 영상 정보 또는 상기 영상 정보로부터추출된 특징점 정보이나, 반드시 이에 제한될 필요는 없다.
한편, 먼지통 수용부(112)의 개방된 하측에는 젠더(118)가 배치될 수 있다. 젠더(118)는 청소기 본체(110)에 결합되어 청소기 본체(110)의 일부를 구성할 수 있다. 즉, 젠더(118)가 청소기 본체(110)에 결합된 상태일 때 젠더(118)는 청소기 본체(110)와 동일한 구성으로 해석될 수 있다. 젠더(118)위에는 이물질을 저장하는 먼지통(140)이 안착될 수 있다. 젠더(118)는 청소기 본체(110) 및 청소 노즐(120)을 연결할 수 있다. 젠더(118)는 청소기 본체(110)의 흡기 유로와 청소 노즐(120)의 흡기유로를 연결할 수 있다.
청소 노즐(120)은 먼지가 포함된 공기를 흡입하거나 바닥을 닦도록 이루어진다. 여기서, 먼지가 포함된 공기를 흡입하는 청소 노즐(120)은 흡입 모듈로 명명될 수 있고, 바닥을 닦도록 이루어지는 청소 노즐(120)은 걸레 모듈로 명명될 수 있다.
청소 노즐(120)은 청소기 본체(110)에 착탈 가능하게 결합될 수 있다. 상기 흡입 모듈이 청소기 본체(110)로부터 분리되면, 분리된 흡입 모듈을 대체하여 상기 걸레 모듈이 청소기 본체(110)에 착탈 가능하게 결합될 수 있다. 따라서, 사용자는 바닥의 먼지를 제거하고자 하는 경우에는 청소기 본체(110)에 흡입 모듈을 장착하고, 바닥을 닦고자 하는 경우에는 청소기 본체(110)에 걸레 모듈을 장착할 수 있다.
청소 노즐(120)이 먼지가 포함된 공기를 흡입한 후에 바닥을 닦는 기능을 함께 갖추도록 구성될 수도 있다.
청소 노즐(120)은 청소기 본체(110)의 하부에 배치될 수도 있고, 도시된 바와 같이 청소기 본체(110)의 일측으로부터 돌출된 형태로 배치될 수도 있다. 상기 일측은 상기 청소기 본체(110)가 정방향으로 주행하는 측, 즉 청소기 본체(110)의 앞쪽이 될 수 있다. 청소 노즐(120)은 휠 유닛(200)보다 전방에 배치되어, 일부가 먼지통(140)보다 전방으로 돌출될 수 있다.
본 도면에서는, 청소 노즐(120)이 청소기 본체(110)의 일측에서 전방 및 좌우 양측방으로 모두 돌출된 형태를 가지는 것을 보이고 있다. 구체적으로, 청소 노즐(120)의 전단부는 청소기 본체(110)의 일측으로부터 전방으로 이격된 위치에 배치되고, 청소 노즐(120)의 좌우 양단부는 청소기 본체(110)의 일측으로부터 좌우 양측으로 각각 이격된 위치에 배치된다.
청소기 본체(110)의 내부에는 흡입모터가 설치될 수 있다. 상기 흡입모터의 회전축에는 임펠러(미도시)가 결합될 수 있다. 상기 흡입모터가 구동되어 상기 회전축과 함께 임펠러가 회전되는 경우 상기 임펠러는 흡입력을 생성시킬 수 있다.
청소기 본체(110)의 내부에는 흡기유로가 형성될 수 있다. 상기 흡입모터의 구동력에 의해 생성된 흡입력에 의해 피청소면으로부터 먼지를 비롯한 이물질이 청소 노즐(120)로 유입되고, 청소 노즐(120)로 유입된 상기 이물질은 상기 흡기유로로 유입될 수 있다.
청소 노즐(120)은 청소기 본체(110)가 자동모드로 주행하는 경우 피청소면인 바닥면을 청소할 수 있다. 청소 노즐(120)은 청소기 본체(110)의 전방면 중 바닥면에 인접하게 배치될 수 있다. 청소 노즐(120)의 저면부에는 공기의 흡입이 이루어지는 흡입구가 형성될 수 있다. 청소 노즐(120)은 청소기 본체(110)에 결합된 상태일 때 상기 흡입구가 바닥면을 향해 배치될 수 있다.
청소 노즐(120)은 젠더(118)를 통해 청소기 본체(110)에 결합될 수 있다. 청소 노즐(120)은 젠더(118)를 통해 청소기 본체(110)의 흡기유로와 연통될 수 있다. 청소 노즐(120)은 청소기 본체(110)의 전방면에 배치된 먼지통(140)보다 아래에 배치될 수 있다.
청소 노즐(120)은 저면부에 흡입구가 형성된 케이스를 포함할 수 있으며, 상기 케이스 내에는 브러쉬 유닛이 회전 가능하게 구비될 수 있다. 상기 케이스는 상기 브러쉬 유닛이 내부에 회전 가능하게 구비될 수 있도록 빈 공간을 제공할 수 있다. 상기 브러쉬 유닛은 좌우로 길게 형성된 회전축과, 상기 회전축의 외둘레에 돌출 배치되는 브러쉬를 포함할 수 있다. 상기 브러쉬 유닛의 회전축은 상기 케이스의 좌측면 및 우측면에 회전 가능하게 결합될 수 있다.
청소 노즐(120)의 케이스(121, 122)는, 중앙 케이스(121)와, 중앙 케이스(121)의 양측에 각각 배치되어 청소 노즐(120)의 케이스(121, 122)의 좌측면 및 우측면을 각각 형성하는 측면 케이스(122)를 포함할 수 있다. 중앙 케이스(121)의 저면부에는 흡입구가 형성될 수 있다. 중앙 케이스(121)의 양측은 개구될 수 있고, 양측의 측면 케이스(122)는 중앙 케이스(121)의 양측에 각각 결합되어, 중앙 케이스(121)의 개구된 양측을 차폐할 수 있다.
상기 브러쉬 유닛은 상기 브러쉬가 상기 케이스의 저면부에 형성된 흡입구를 통해 하부가 돌출되도록 배치되어서, 흡입모터가 구동되는 경우 상기 흡입력에 의해 회전되면서 피청소면인 바닥면 위에서 먼지를 비롯한 이물질을 쓸어 올릴 수 있고, 이렇게 쓸어 올려진 상기 이물질은 상기 흡입력에 의해 상기 케이스의 내부로 흡입될 수 있다. 상기 브러쉬는 상기 이물질이 쉽게 붙지 않도록 마찰전기가 생성되지 않는 재질로 형성됨이 바람직하다.
젠더(118)는 청소기 본체(110)의 전방면에 결합될 수 있다. 젠더(118)는 청소기 본체(110) 및 청소 노즐(120)을 연결할 수 있다. 청소 노즐(120)은 젠더(118)에 탈착 가능하게 결합될 수 있다. 젠더(118)는 먼지통(140)의 하측을 지지할 수 있다.
먼지통(140)은 청소기 본체(110)의 전방면에 탈착 가능하게 결합되고, 하측이 젠더(118)에 의해 지지될 수 있다. 먼지통(140)은 내부가 빈 원통형 케이스를 포함할 수 있다. 원통형 케이스의 내부에는 청소기 본체(110)의 흡기유로를 통해 흡입된 공기에서 이물질 및 공기를 분리하는 여과부가 배치될 수 있다. 상기 여과부는 복수의 싸이클론을 포함할 수 있다. 상기 여과부에서 걸려진 먼지를 비롯한 이물질은 먼지통(140)의 내부로 낙하하여 수용될 수 있고, 공기만이 먼지통(140)의 외부로 빠져나간 후 흡입모터의 흡입력에 의해 흡입모터 측으로 이동된 후 청소기 본체(110)의 외부로 빠져나갈 수 있다.
먼지통(140)의 하측면은 개구될 수 있고, 이 개구된 먼지통(140)의 하측면은 뚜껑(145)에 의해 차폐될 수 있다. 뚜껑(145)은 일측이 먼지통(140)에 회전 가능하게 결합되어 개폐될 수 있다. 뚜껑(145)이 개방되는 경우 먼지통(140)의 개구된 하측은 개방될 수 있고, 먼지통(140)에 수용된 이물질은 먼지통(140)의 개구된 하측을 통해 낙하할 수 있다.
사용자는 먼지통(140)을 청소기 본체(110)에서 분리시킨 후, 상기 뚜껑을 열어 먼지통(140)에 수용된 이물질을 버릴 수 있다. 먼지통(140)이 청소기 본체(110)에 결합된 상태일 때, 먼지통(140)은 젠더(118) 위에 안착된다. 즉, 먼지통(140)의 뚜껑은 젠더(118)의 상측에 안착된다.
상기와 같이, 청소 노즐(120)은 피청소면인 바닥면에 밀착된 상태로 구비되어 청소기 본체(110)의 자동모드 주행시에 바닥면을 자동으로 청소할 수 있다. 하지만, 사용자가 수동으로 청소를 하기를 원할 시엔 사용자는 청소기 본체(110)에 구비된 모드선택 입력부를 통해 청소기 본체(110)의 수동모드 주행을 입력한 후, 청소 노즐(120)을 청소기 본체(110)에서 탈거한 후, 수동 청소 노즐을 청소기 본체(110)에 결합하여 수동 청소를 할 수 있다. 상기 수동 청소 노즐은 벨로우즈 형태의 긴 호스를 포함할 수 있으며, 이러한 경우 상기 수동 청소 노즐은 상기 호스 부근이 청소기 본체(110)와 연결될 수 있다.
한편, 상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 청소기는 휠 유닛(200)의 충격을 흡수하는 상기 서스펜션 유닛과, 청소기 본체(110)의 높이를 조절하는 상기 승강 유닛을 포함하는데, 상기 승강 유닛이 상기 청소기 본체(110)의 높이를 조절하더라도, 상기 서스펜션 유닛이 휠 유닛(200)의 충격을 흡수하는 기능을 유지할 수 있도록 하기 위해, 상기 승강 유닛은 상기 서스펜션 유닛에 상하로 이동 가능하게 설치되고 청소기 본체(110)에 결합된다. 이에 대한 상세한 구조를 도 3 내지 도 7를 참조하여 아래에서 설명한다.
도 3은 도 1 및 도 2에 도시된 휠 유닛과, 상기 휠 유닛에 결합되는 서스펜션 유닛과, 상기 서스펜션 유닛에 설치되는 승강 유닛을 나타내는 정면도, 도 4는 도 3에서 휠 커버 및 주행벨트를 제외하고 나타내는 정면 사시도, 도 5는 도 4의 배면 사시도로서, 승강 유닛이 최저로 이동된 상태를 나타내는 도면, 도 6은 도 4의 배면 사시도로서, 승강 유닛이 최고로 이동된 상태를 나타내는 도면, 도 7은 도 3 내지 도 6에 도시된 승강 하우징 내의 구성을 나타내는 도면이다.
도 3 내지 도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 청소기(100)는, 휠 유닛(200)과, 서스펜션 유닛(300)과, 승강 유닛(400)을 포함할 수 잇다. 여기서, 휠 유닛(200) 및 서스펜션 유닛(300)은 서로 결합되어 구동부(200,300)를 이룰 수 있다. 즉, 구동부(200,300)는 휠 유닛(200) 및 서스펜션 유닛(300)을 포함할 수 있다. 휠 유닛(200)은 청소기 본체(110)의 외측에 배치되고, 서스펜션 유닛(300)은 휠 유닛(200)보다 청소기 본체(110)의 내측에 배치되고, 승강 유닛(400)이 서스펜션 유닛(300)보다 청소기 본체(110)의 내측에 배치된다. 즉, 휠 유닛(200), 서스펜션 유닛(300) 및 승강 유닛(400)은 청소기 본체(110)의 외측에서 내측으로 순차적으로 배치된다. 승강 유닛(400)이 청소기 본체(110)에 결합되고, 서스펜션 유닛(300)은 승강 유닛(400)에 매달린 형태로 결합될 수 있고, 휠 유닛(200)은 서스펜션 유닛(300)에 매달린 형태로 결합될 수 있다. 휠 유닛(200)은 서스펜션 유닛(300)의 외측면인 일면에 상하로 이동 가능하게 설치되고, 승강 유닛(400)은 서스펜션 유닛(300)의 내측면인 타면에 승강 가능하게 설치될 수 있다.
휠 유닛(200)은 청소기 본체(110)의 양측에 각각 설치되어 청소기 본체(110)를 주행시킨다. 휠 유닛(200)은 주행 구동 모터(210)와, 주행 구동 모터(210)의 구동력에 의해 회전되어 청소기 본체(110)를 주행시키는 휠(221,222)과, 주행 구동 모터(210) 및 휠(221,222)이 설치되는 기어 하우징(230)을 포함한다. 주행 구동 모터(210)는 기어 하우징(230)의 외측에 고정될 수 있다. 주행 구동 모터(210)의 회전축은 기어 하우징(230)의 외측에서 내부로 삽입될 수 있다.
휠(221,222)은 적어도 하나로 구비되어, 청소기 본체(110)를 바닥에 대해 이동 가능하게 지지할 수 있다. 본 실시예에서 휠(221,222)은 전방에 배치되는 주동휠(221)과, 주동휠(221)로부터 후방으로 이격되어 배치되는 종동휠(222)을 포함한다. 주동휠(221)과 종동휠(222)은 주행벨트(223)를 통해 연결될 수 있다.
주동휠(221)의 외주면에는 원주방향을 따라 다수의 돌기가 형성되고, 주행벨트(223)의 내주면에는 주동휠(221)의 외주면에 형성된 상기 다수의 돌기가 삽입되는 다수의 홈이 형성된다. 상기 다수의 돌기가 상기 다수의 홈에 삽입되어 배치되기 때문에, 주동휠(221)이 회전되는 경우 주행벨트(223)는 슬립없이 회전되어 종동휠(222)을 회전시킬 수 있다.
휠 유닛(200)은 기어 하우징(230)의 내부에 배치되어 주행 구동 모터(210)의 회전축과 주동휠(221)을 연결하는 복수개의 기어(미도시)를 더 포함할 수 있다. 이러한 경우, 주행 구동 모터(210)의 회전력은 기어 하우징(230)의 내부에 배치된 상기 복수개의 기어를 회전시키고, 이에 따라 주동휠(221)이 회전되어 주행벨트(223)가 회전되며, 결국 종동휠(222)이 회전될 수 있다.
기어 하우징(230)에는 주동휠(221) 및 종동휠(222)을 가리는 휠 커버(240)가 결합될 수 있다. 주동휠(221) 및 종동휠(222)은 기어 하우징(230) 및 휠 커버(240) 사이에 배치될 수 있으며, 주동휠(221) 및 종동휠(222) 각각의 일단은 기어 하우징(230)에 회전 가능하게 결합되고, 주동휠(221) 및 종동휠(222) 각각의 타단은 휠 커버(240)에 회전 가능하게 결합될 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 의한 청소기(100)는 청소기 본체(110)의 높이를 조절하는 것을 주요 특징으로 하고 있기 때문에, 휠 유닛(200)은 청소기 본체(110)를 주행시키는 기능을 하면 되고, 서스펜션 유닛(300)에 상하로 이동 가능하게 설치되기만 하면 된다. 즉, 휠 유닛(200)은 피청소면인 바닥면에 직접 지지되어 회전되는 휠 또는 벨트 중 적어도 하나를 포함하고, 서스펜션 유닛(300)에 상하로 이동 가능하게 설치되면 되므로, 다양한 구조로 변경실시될 수 있다.
서스펜션 유닛(300)은 청소기 본체(110)의 주행시 휠 유닛(200)으로부터 전달되는 충격을 흡수한다. 상기 서스펜션 유닛(300)은 서스펜션 프레임(310), 가이드바(320,330), 및 탄성부재(340,350)를 포함할 수 있다.
기어 하우징(230)에는 서스펜션 유닛(300)의 가이드바(320,330)에 상하로 이동 가능하게 설치되는 바설치부(231,232)가 형성된다. 바설치부(231,232)가 가이드바(320,330)에 상하로 이동 가능하게 설치됨으로써, 휠 유닛(200)은 서스펜션 유닛(300)에 상하로 이동 가능하게 설치된다.
바설치부(231,232)에는 가이드바(320,330)가 상하로 관통한다. 상기 바설치부(231,232)에는 가이드바(320,330)가 상하로 관통하는 관통홀이 형성된다. 바설치부(231,232)는 기어 하우징(230)의 전방측 및 후방측에 각각 하나씩 형성되어, 전방에 위치하는 전방 바설치부(231) 및 후방에 위치하는 후방 바설치부(232)를 포함한다. 서스펜션 유닛(300)의 가이드바(320,330)는 두 개로 구비되어, 전방에 위치하는 전방 가이드바(320) 및 후방에 위치하는 후방 가이드바(330)를 포함한다. 전방 바설치부(231)는 전방 가이드바(320)에 상하로 이동 가능하게 설치되고, 후방 바설치부(232)는 후방 가이드바(330)에 상하로 이동 가능하게 설치된다.
가이드바(320,330)는 서스펜션 프레임(310)의 외측면에 상하로 길게 설치된다. 전방 가이드바(320)는 서스펜션 프레임(310)의 외측면 중 전방에 위치하고, 후방 가이드바(330)는 서스펜션 프레임(310)의 외측면 중 후방에 위치한다.
탄성부재(340,350)는 코일 스프링으로 형성되어, 가이드바(320,330)가 상하로 관통한다. 탄성부재(340,350)의 상단은 서스펜션 프레임(310)에 지지되고, 탄성부재(340,350)의 하단은 바설치부(231,232)에 지지된다. 청소기 본체(110)가 주행시에 청소기 본체(110) 또는 휠 유닛(200)에 충격이 가해지면 탄성부재(340,350)는 압축되면서 충격을 흡수할 수 있다.
휠 유닛(200)의 바설치부(231,232)가 탄성부재(340,350)의 하측을 지지하도록 가이드바(320,330)에 이동 가능하게 설치됨으로써, 서스펜션 유닛(300)은 휠 유닛(200)이 상하로 이동시에 충격을 흡수할 수 있다. 탄성부재(340,350)는 전방 가이드바(320)가 상하로 관통하고 전방 바설치부에 의해 하단이 지지되는 전방 탄성부재(340)와, 후방 가이드바(330)가 상하로 관통하고 후방 바설치부에 의해 하단이 지지되는 후방 탄성부재(350)를 포함한다.
승강 유닛(400)은 청소기 본체(110)에 결합될 수 있다. 승강 유닛(400)은 청소기 본체(110)와 함께 승강되게 구비되고, 구동부(200,300)에 승강 가능하게 설치될 수 있다. 승강 유닛(400)은 구동부(200,300) 중 서스펜션 유닛(300)에 승강 가능하게 설치된다. 승강 유닛(400)은 상하로 이동시 청소기 본체(110)를 승강시켜서, 청소기 본체(110)의 높이를 조절할 수 있다.
승강 유닛(400)은, 승강 구동 모터(410)와, 제1 로터리 바(420)와, 제2 로터리 바(430,440)를 포함할 수 있다. 제1 로터리 바(420)는 승강 구동 모터(410)의 구동력에 의해 회전될 수 있다. 제2 로터리 바(430,440)는 제1 로터리 바(420)에 대해 직교되게 배치될 수 있다. 제1 로터리 바(420)는 수평하게 배치되어 전후로 길게 배치될 수 있고, 제2 로터리 바(430,440)는 수직으로 배치되어 상하로 길게 배치될 수 있다. 제2 로터리 바(430,440)는 제1 로터리 바(420)의 회전력에 의해 회전될 수 있고, 서스펜션 유닛(300)에 설치되어 회전시 청소기 본체(110)를 승강시킬 수 있다.
제2 로터리 바(430,440)는 복수로 구비될 있고, 복수의 제2 로터리 바(430,440)는 서로 평행하게 배치될 수 있다. 본 실시예에서 제2 로터리 바(430,440)는 두 개로 구비되어, 전방에 위치하는 전방 제2 로터리 바(430)와, 후방에 위치하는 후방 제2 로터리 바(440)를 포함한다. 전방 제2 로터리 바(430)는 제1 로터리 바(420)의 전단에 기어물림되도록 배치되고, 후방 제2 로터리 바(440)는 제1 로터리 바(420)의 후단에 기어물림되도록 배치된다.
승강 유닛(400)은 승강 하우징(450)을 더 포함할 수 있다. 승강 하우징(450) 내에는 제1 로터리 바(420) 및 제2 로터리 바(430,440)가 회전 가능하게 설치된다. 승강 하우징(450)의 전방측 및 후방측에는 각각 청소기 본체(110)에 결합되는 결합부(455)가 돌출 형성된다. 각각의 결합부(455)에는 상하로 관통하는 체결홀이 형성되어 상기 체결홀로 볼트가 관통하고, 상기 볼트가 청소기 본체(110)에 체결됨으로써, 결합부(455)는 청소기 본체(110) 내에 결합될 수 있다.
승강 하우징(450)은 청소기 본체(110)와 결합되어 제2 로터리 바(430,440)와 함께 승강할 수 있다. 즉, 제2 로터리 바(430,440)가 승강하는 경우 승강 하우징(450)은 제2 로터리 바(430,440)와 함께 승강하여 청소기 본체(110)의 높이를 조절할 수 있다.
승강 구동 모터(410)는 승강 하우징(450)의 외측면에 결합될 수 있다. 승강 하우징의 회전축은 승강 하우징(450)의 외측에서 내부로 삽입될 수 있고, 승강 하우징(450)의 내부에는 승강 구동 모터(410)의 회전축(415)에 결합되는 제1 웜(411)이 배치될 수 있다.
승강 구동 모터(410)는 승강 하우징(450)의 전후방향 중심에 결합되지 않고, 전후방향으로 일측(후방측)으로 치우친 위치에 배치된다. 이는 승강 유닛(400)이 하측으로 이동시에, 승강 구동 모터(410)가 주행 구동 모터(210)와 간섭되지 않도록 하기 위함이다. 즉, 주행 구동 모터(210)는 기어 하우징(230)의 전후방향 중심에 결합되지 않고, 전후방향으로 타측(전방측)으로 치우친 위치에 배치되기 때문에, 승강 구동 모터(410)는 전후방향으로 일측으로 치우친 위치에 배치되어, 승강 유닛(400)이 아래로 이동될 시 주행 구동 모터(210)와 간섭되지 않게 되므로, 청소기 본체(110) 내에 승강 유닛(400)을 설치할 수 있는 공간을 확보할 수 있다.
승강 구동 모터(410)는 승강 하우징(450)의 외측면 중 서스펜션 프레임(310)을 향하는 면에 설치된다. 서스펜션 프레임(310)에는 승강홀(315)이 형성되고, 승강 구동 모터(410)는 승강홀(315)에 삽입 배치된다. 승강홀(315)은 상하로 충분한 길이로 형성되어, 승강 구동 모터(410)는 승강 유닛(400)의 승강시에 승강홀(315) 내에서 승강된다.
승강 유닛(400)은 서스펜션 프레임(310) 중 청소기 본체(110)의 내부를 향하는 면인 내측면에 상하로 이동 가능하게 설치될 수 있다. 서스펜션 프레임(310)은 내측면의 하부가 상부에 비해 돌출 형성되어 단차부(311,312,313)가 형성될 수 있다. 단차부(311,312,313)는 서스펜션 프레임(310)의 내측면 중 전단에서부터 후단까지 형성되어, 전방에 위치하는 전방 단차부(311)와, 후방에 위치하는 후방 단차부(312)와, 전방 단차부(311) 및 후방 단차부(312) 사이를 연결하는 중앙 단차부(313)를 포함한다. 전방 단차부(311) 및 후방 단차부(312)는 서로 동일한 높이로 형성되고, 중앙 단차부(313)에 비해 높이가 높게 형성될 수 있다.
승강홀(315)은 서스펜션 프레임(310)의 상부에서 중앙 단차부(313)까지 형성될 수 있다. 승강 유닛(400)은 전방 단차부(311) 및 후방 단차부(312)에 상하로 이동 가능하게 설치될 수 있다. 승강 유닛(400)의 승강 하우징(450)은 하강시에 전방 단차부(311) 및 후방 단차부(312) 위에 안착될 수 있다.
승강 하우징(450)이 하강하여 전방 단차부(311) 및 후방 단차부(312) 위에 안착되었을 시, 승강 하우징(450)은 서스펜션 프레임(310)의 돌출된 하부의 양측을 감싼다. 따라서, 승강 유닛(400)의 승강 하우징(450)은 서스펜션 프레임(310)에 포개어질 수 있으며, 승강 유닛(400)을 서스펜션 유닛(300)에 설치하였을 시 승강 유닛(400) 및 서스펜션 유닛(300)의 전체 폭이 좁게 형성되어, 승강 유닛(400)을 청소기 본체(110) 내에 배치할 수 있는 공간이 확보될 수 있다.
제1 로터리 바(420)는 승강 하우징(450) 내에 전체가 수용된다. 제2 로터리 바(430,440)는 승강 하우징(450) 내에 일부만이 수용된다. 제2 로터리 바(430,440)의 일단부는 승강 하우징(450) 내에서 승강 하우징(450)의 외부로 돌출 배치되어 서스펜션 유닛(300)에 삽입 설치된다. 제2 로터리 바(430,440)의 하단부는 승강 하우징(450) 내에서 승강 하우징(450)의 하측으로 돌출 배치되어 서스펜션 프레임(310)의 단차부(311,312,313)의 상면에서 단차부(311,312,313)의 내부로 삽입 설치된다. 승강 하우징(450)은 제2 로터리 바(430,440)가 외부로 돌출되는 부분이 승강 유닛(400)의 하강시 단차부(311,312,313) 위에 안착될 수 있다. 승강 하우징(450)은 제2 로터리 바(430,440)가 외부로 돌출되는 부분이 승강 유닛(400)의 하강시 전방 단차부(311) 및 후방 단차부(312) 위에 안착될 수 있다.
상기 서스펜션 유닛(300)에는 상기 제2 로터리 바(430,440)의 일단부가 삽입 설치되는 삽입홀(361)이 형성된다. 상기 삽입홀(361)은 서스펜션 프레임(310)의 단차부(311,312,313)에 형성될 수 있다. 삽입홀(361)은 서스펜션 프레임(310)이 전방 단차부(311) 및 후방 단차부(312)에 형성될 수 있다. 서스펜션 프레임(310)의 단차부(311,312)에는 삽입홀(361)이 형성된 인슐레이터(360)가 삽입 결합될 수 있다. 삽입홀(361)의 내주면에는 스크류(미도시)가 형성되고, 승강 하우징(450)의 외부로 돌출된 제2 로터리 바(430,440)의 일단부의 외주면에는, 삽입홀(361)의 내주면에 형성된 상기 스크류와 맞물리는 스크류(431,441)가 형성된다. 따라서, 제2 로터리 바(430,440)가 일방향으로 회전시에 제2 로터리 바(430,440)는 단차부(311,312)에서 돌출되고, 이에 따라 승강 유닛(400)은 상승할 수 있다.
이와 반대로, 제2 로터리 바(430,440)가 타방향으로 회전시에 제2 로터리 바(430,440)는 단차부(311,312)의 내부로 삽입되고, 이에 따라 승강 유닛(400)은 하강할 수 있다. 서스펜션 프레임(310)은 플라스틱 재질로 형성되고, 제2 로터리 바(430,440)는 스테인리스 스틸로 형성되기 때문에, 인슐레이터(360)는 제2 로터리 바(430,440)와 동일한 재질인 스테인리스 스틸로 형성되어, 제2 로터리 바(430,440)가 회전시 스크류(431,441)에 의해 서스펜션 프레임(310)을 마모시키지 않고 상하로 이동될 수 있도록 한다.
승강 유닛(400)은 제1 웜(411)과, 제1 웜휠(421)과, 제2 웜(422,423)과, 제2 웜휠(432,443)을 더 포함할 수 있다.
제1 웜(411)은 승강 구동 모터(410)의 회전축에 배치되어, 승강 하우징(450) 내에 위치될 수 있다.
제1 웜휠(421)은 제1 로터리 바(420)에 배치되어, 승강 하우징(450) 내에 위치될 수 있다. 승강 구동 모터(410)가 승강 하우징(450)에 전후방향으로 일측으로 치우친 위치에 결합되므로, 제1 웜휠(421)은 제1 로터리 바(420)의 길이방향의 중앙에 배치되지 않고 승강 구동 모터(410)와 동일하게 일측으로 치우친 위치에 배치된다. 제1 웜휠(421)은 제1 웜과 치합할 수 있다. 제1 웜(411) 및 제2 웜휠(432,443)은 서로 치합되어 있기 때문에, 승강 구동 모터(410)의 회전축이 회전되면, 제1 로터리 바(420)는 승강 구동 모터(410)의 회전축과 함께 회전될 수 있다.
제2 웜(422,423)은 제1 로터리 바(420)에 배치되어, 승강 하우징(450) 내에 위치된다. 제2 웜(422,423)은 제1 로터리 바(420)가 회전되는 경우 제1 로터리 바(420)와 함께 회전된다. 제2 로터리 바(430,440)는 두 개로 구비되어 전방 제2 로터리 바(430)와 후방 제2 로터리 바(440)를 포함하기 때문에, 제2 웜(422,423)은 두 개로 구비되어 제1 로터리 바(420)의 양단부에 각각 배치된다. 즉, 제2 웜(422,423)은 제1 로터리 바(420)의 전단부에 배치되는 전방 제2 웜(422)과, 제2 로터리 바(430,440)의 후단부에 배치되는 후방 제2 웜(423)을 포함한다.
제2 웜휠(432,443)은 제2 로터리 바(430,440)에 배치되어, 승강 하우징(450) 내에 위치된다. 제2 로터리 바(430,440)의 하단부는 승강 하우징(450)의 하측으로 돌출되어, 서스펜션 프레임(310)의 삽입홀(361)에 삽입 설치되기 때문에, 제2 웜휠(432,443)은 제2 로터리 바(430,440)의 상단부에 배치된다. 제2 웜휠(432,443)은 제2 웜(422,423)과 치합한다. 제2 웜휠(432,443)은 전방 제2 로터리 바(430)에 배치되는 전방 제2 웜휠(432)과, 후방 제2 로터리 바(440)에 배치되는 후방 제2 웜휠(443)을 포함한다. 전방 제2 웜휠(432)은 전방 제2 웜(422)에 치합하고, 후방 제2 웜휠(443)은 후방 제2 웜(423)에 치합한다. 제2 웜(422,423) 및 제2 웜휠(432,443)이 서로 치합되어 있기 때문에, 제1 로터리 바(420)가 회전되면 제2 로터리 바(430,440)는 제1 로터리 바(420)와 함께 회전된다. 즉, 승강 구동 모터(410)의 회전축이 회전되면, 제1 로터리 바(420) 및 제2 로터리 바(430,440)는 승강 구동 모터(410)의 회전축과 함께 회전된다. 승강 구동 모터(410)의 회전축이 일방향으로 회전되면, 제1 로터리 바(420) 및 제2 로터리 바(430,440)는 일방향으로 회전되고, 승강 구동 모터(410)의 회전축이 타방향으로 회전되면, 제2 로터리 바(430,440) 및 제2 로터리 바(430,440)는 타방향으로 회전된다.
제1 웜휠(421), 제2 웜(422,423) 및 제1 로터리 바(420)는 별물로 형성되지 않고, 제1 웜휠(421) 및 제2 웜(422,423)은 제1 로터리 바(420)에 일체로 형성될 수 있다. 제1 웜휠(421), 제2 웜(422,423) 및 제1 로터리 바(420)는 하나의 스테인리스 스틸로 이루어질 수 있다. 다만, 제1 웜휠(421) 및 제2 웜(422,423)은 제1 로터리 바(420)와 별물로 형성되어, 제1 로터리 바(420)에 결합되어도 된다. 즉, 제1 웜휠(421) 및 제2 웜(422,423)은 제1 로터리 바(420)에 일체로 형성될 수도 있고, 제1 로터리 바(420)와 별물로 형성될 수도 있기 때문에, 위에서는 제1 웜휠(421) 및 제2 웜(422,423)은 제1 로터리 바(420)에 '배치'된다는 표현을 사용하였다.
제2 웜휠(432,443) 및 제2 로터리 바(430,440)는 별물로 형성되지 않고, 제2 웜휠(432,443)은 제2 로터리 바(430,440)에 일체로 형성될 수 있다. 또한, 제2 로터리 바(430,440)의 하단부에 형성되는 스크류(431,441)도 제2 로터리 바(430,440)에 일체로 형성될 수 있다. 전방 제2 웜휠(432), 스크류(431) 및 전방 제2 로터리 바(430)는 하나의 스테인리스 스틸로 이루어질 수 있고, 후방 제2 웜휠(443), 스크류(441) 및 후방 제2 로터리 바(440)는 하나의 스테인리스 스틸로 이루어질 수 있다. 다만, 제2 웜휠(432,443) 및 스크류(431,441)는 제2 로터리 바(430,440)와 별물로 형성되어, 제2 로터리 바(430,440)에 결합되어도 된다. 즉, 제2 웜휠(432,443) 및 스크류(431,441)는 제2 로터리 바(430,440)에 일체로 형성될 수도 있고, 제2 로터리 바(430,440)와 별물로 형성될 수도 있기 때문에, 위에서는 제2 웜휠(432,443)은 제2 로터리 바(430,440)에 '배치'된다는 표현을 사용하였다.
상기 승강 유닛(400)은 상기 제1 로터리 바(420) 및 상기 제2 로터리 바(430,440)를 각각 상기 승강 하우징(450)에 회전 가능하게 결합하는 복수의 베어링(424,425,426,427,433,434,444,445)을 더 포함할 수 있다.
복수의 베어링(424,425,426,427,433,434,444,445)은 제1 로터리 바(420) 및 제2 로터리 바(430,440) 각각에서 무게가 가장 많이 나가는 부분에 결합되어야, 제1 로터리 바(420) 및 제2 로터리 바(430,440)가 원활하게 회전될 수 있다. 따라서, 복수의 베어링(424,425,426,427,433,434,444,445)은 제1 웜휠(421) 및 제2 웜(422,423) 부근의 제1 로터리 바(420)에 결합되고, 제2 웜휠(432,443) 부근의 제2 로터리 바(430,440)에 결합되는 것이 바람직하다.
상기 복수의 베어링(424,425,426,427,433,434,444,445)은, 제1 웜휠(421)의 전단 부근의 제1 로터리 바(420)에 결합되는 제1 베어링(424), 제1 웜휠(421)의 후단 부근의 제1 로터리 바(420)에 결합되는 제2 베어링(425), 전방 제2 웜(422)의 후단 부근의 제1 로터리 바(420)에 결합되는 제3 베어링(426), 후방 제2 웜(423)의 전단 부근의 제1 로터리 바(420)에 결합되는 제4 베어링(427), 전방 제2 웜휠(432)의 상단 부근의 전방 제2 로터리 바(430)에 결합되는 제5 베어링(433), 전방 제2 웜휠(432)의 하단 부근의 전방 제2 로터리 바(430)에 결합되는 제6 베어링(434), 후방 제2 웜휠(443)의 상단 부근의 후방 제2 로터리 바(440)에 결합되는 제7 베어링(444)과, 후방 제2 웜휠(443)의 하단 부근의 후방 제2 로터리 바(440)에 결합되는 제8 베어링(445)을 포함한다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 청소기가 충전대와 도킹(docking)되는 것을 나타내는 도면이고, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 청소기의 주요 구성의 내부 블록도이다.
도 8과 도 9를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 청소기(100)는, 청소기 본체(110), 청소기의 동작에 필요한 전원을 공급하는 전원 공급부(500), 외부의 충전대(3)와 연결되어, 전원을 상기 전원 공급부(500)로 공급하는 충전 단자(2), 및, 청소기(100)의 전반적인 동작을 제어하는 제어부(150)를 포함할 수 있다.
전원 공급부(500)는, 배터리(510), 및, 외부로부터 전원을 공급받아 상기 배터리(510)를 충전하는 충전 모드로 동작하거나, 상기 배터리(510)에 충전된 전원을 부하로 공급하는 방전 모드로 동작하는 전원 공급 회로(520)를 포함할 수 있다.
배터리(510)는 청소기 본체(110)의 내부에 수용될 수 있다. 배터리(510)는 청소기 본체(110)에 구비된 각종 전장품을 구동시키기 위한 전기 에너지를 저장할 수 있다. 청소기 본체(110)의 하면에는 배터리(510)를 충전시키는 충전 단자(2)가 배치될 수 있다.
충전 단자(2)는 충전을 위해 외부의 충전대(3)와 연결 가능하게 기설정될 수 있다. 충전 단자(2)는 충전대(3)에 배치된 공급 단자(4)와 연결되어 배터리(510)의 충전을 위한 전원을 수신할 수 있다.
청소기(100)는 제어부(150)의 제어에 따라 배터리(510)의 충전량이 소정치 이하일 때 충전대(3)의 위치로 자동으로 주행하여 청소기 본체(110)가 충전대(3)에 도킹될 수 있다. 또한, 제어부(150)는, 청소기(100)는 청소를 완료하였을 때 충전대(3)의 위치로 자동으로 주행하여 청소기 본체(110)가 충전대(3)와 도킹되도록 제어할 수 있다.
또한, 배터리(510)와 충전 단자(2) 사이에는 전원 공급 회로(520)가 배치될 수 있다.
본 발명에 따른 전원 공급부(500)는 2 이상의 배터리(510)를 포함할 수 있다. 더욱 바람직하게는, 전원 공급부(500)는 짝수개의 배터리(510)를 포함할 수 있다. 이에 따라, 본체(110) 내부에 짝수개의 배터리(510)를 대칭으로 배치할 수 있다. 또한, 충전 전압 및 출력 전압을 배수로 간단하게 구현하고 제어할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 전원 공급부(500)는 제1,2 배터리를 구비할 수 있다. 즉, 전원 공급부(500)는, 상기 본체(110) 내부에 수용되는 제1 배터리, 제2 배터리, 및, 외부로부터 전원을 공급받아 상기 제1,2 배터리를 충전하는 충전 모드로 동작하거나, 상기 제1,2 배터리에 충전된 전원을 부하로 공급하는 방전 모드로 동작하는 전원 공급 회로를 포함할 수 있다.
이 경우에, 상기 충전 단자(2)는 충전대(3)로부터 상기 제1,2 배터리를 충전하는 직류 전원을 수신하고, 수신된 직류 전원을 상기 전원 공급부(500)로 공급할 수 있다. 또한, 상기 전원 공급 회로(520)는, 충전 모드에서 제1,2 배터리로 전원을 공급하고, 방전 모드에서 충전된 전원을 부하로 공급할 수 있다.
한편, 도 1과 도 2를 참조하여 설명한 것과 같이, 제어부(150)는 본 발명의 일 실시예에 따른 청소기(100)의 전반적인 동작을 제어할 수 있다.
또한, 제어부(150)는 상기 전원 공급부(500)의 동작을 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어부(150)는 상기 전원 공급부(500)가 충전 모드 또는 방전 모드로 동작하도록 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어부(150)는 전원 공급 회로(520) 내 스위칭 소자의 스위칭 동작을 제어하여, 상기 전원 공급부(500)가 충전 모드 또는 방전 모드로 동작하도록 제어할 수 있다.
또한, 제어부(150)는 전원 공급 회로(520) 내 스위칭 소자의 스위칭 동작을 제어하여, 상기 2 이상의 배터리(510)가 직렬 또는 병렬로 연결되도록 제어할 수 있다.
전원 공급부(500)의 구체적인 구성과 동작에 대해서는 도 10 내지 도 16을 참조하여 상세히 후술한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 청소기(100)는, 온/오프(On/Off), 모드 전환 또는 각종 명령을 입력할 수 있는 입력부(160)를 더 포함할 수 있고, 입력부(560)를 통해 사용자의 명령을 입력받을 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 청소기(100)는, 각종 데이터가 저장되는 저장부(170)를 더 포함할 수 있다.
저장부(170)는 청소기(100)의 제어에 필요한 각종 정보들을 기록하는 것으로, 휘발성 또는 비휘발성 기록 매체를 포함할 수 있다. 기록 매체는 마이크로 프로세서(micro processor)에 의해 읽힐 수 있는 데이터를 저장한 것으로, HDD(Hard Disk Drive), SSD(Solid State Disk), SDD(Silicon Disk Drive), ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장 장치 등을 포함할 수 있다.
또한, 도 1 내지 도 7을 참조하여 설명한 것과 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 청소기(100)는, 상기 본체(110)를 이동시키는 하나 이상의 휠을 포함하는 휠 유닛(200), 상기 본체(110)가 승강 가능하도록 상기 본체(110)에 결합되어 구비되는 승강 유닛(400)을 더 포함할 수 있다.
또한, 도 1 내지 도 7을 참조하여 설명한 것과 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 청소기(100)는, 하나 이상의 카메라를 구비하는 촬영부(115), 하나 이상의 센서를 구비하는 센싱 유닛(130)을 포함할 수 있다.
센싱 유닛(130)은 청소기(100)의 동작, 상태와 관련된 각종 데이터를 센싱하는 센서를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 센싱 유닛(130)은 전방의 장애물을 감지하는 장애물 감지 센서를 포함할 수 있다. 여기서, 장애물 감지 센서는, 적외선 센서, 초음파 센서, RF 센서, 지자기 센서, PSD(Position Sensitive Device) 센서 등을 포함할 수 있다.
청소기(100)가 자동 주행하는 경우에, 상기 제어부(150)는 상기 센싱 유닛(130)에서 감지되는 장애물에 대한 회피 주행을 수행하도록 제어할 수 있다.
센싱 유닛(130)은 장애물 감지 센서, 바닥 감지 센서 및 위치 감지 센서 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제어부(150)는 충전대(3)의 위치를 확인하기 위해 센싱 유닛(130)으로부터 충전대(3)의 위치 정보를 수신할 수 있다.
제어부(150)는 센싱 유닛(130)으로부터 입력되는 감지 데이터를 이용하여 승강 유닛(400)이 승강되도록 제어할 수 있다.
상기 제어부(150)는, 상기 본체(110)가 상기 충전대(3)에 도킹할 때, 상기 본체(110)가 상측으로 이동되도록 상기 승강 유닛(400)을 제어하고 상기 상승된 승강 유닛(400)을 하강시켜 상기 본체(110)가 하측으로 이동되어 상기 충전 단자(2)가 상기 충전대(3)에 연결되도록 제어할 수 있다.
충전 단자(2)는 청소기 본체(110)의 하면에 배치되는 바, 제어부(150)는 청소기 본체(110)가 충전대(3)에 도킹을 시도할 때, 청소기 본체(110)가 상측으로 이동되도록 승강 구동 모터(410)를 일방향으로 회전되도록 제어하여 승강 유닛(400)을 상승시킬 수 있다.
제어부(150)는 승강 유닛(400)을 상승시킨 후, 승강 구동 모터(410)를 타방향으로 회전되도록 제어하여, 상기 상승된 승강 유닛(400)을 하강시켜 청소기 본체(110)가 하측으로 이동되어 충전 단자(2)가 충전대(3)의 공급 단자(4)에 연결되도록 제어할 수 있다.
또한, 청소 노즐(120)은 바닥의 이물질을 흡입하는 흡입구가 하면에 형성된다. 따라서, 청소기(100)가 피청소면인 바닥면을 주행할 때 바닥의 재질이 카펫인 경우, 카펫의 모가 청소 노즐(120)의 상기 흡입구를 통해 흡입되어 청소기의 주행 성능이 저하될 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 의한 청소기(100)는 피청소면인 바닥면의 재질에 따라 승강 구동 모터(410)를 제어하여 승강 유닛(400)을 상하로 이동시켜서 청소 노즐(120)의 높이를 조절할 수 있다.
센싱 유닛(130)은 상기 바닥면의 재질과 관련된 바닥 정보를 획득할 수 있고, 제어부(150)는 상기 바닥 정보를 센싱 유닛(130)으로부터 수신할 수 있다. 여기서, 센싱 유닛(130)은 상기 바닥면의 재질과 관련된 바닥 정보를 획득할 수 있는 거리 감지 센서, 반사율 측정 센서, 영상 센서 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
제어부(150)는 센싱 유닛(130)으로부터 수신되는 상기 바닥 정보를 근거로 하여 상기 바닥이 카펫이라고 판단되면, 청소 노즐(120)이 상측으로 이동되도록 승강 구동 모터(410)를 일방향으로 회전되도록 제어하여 승강 유닛(400)을 상승시킬 수 있다.
또한, 제어부(400)는 상기 바닥 정보를 근거로 하여 상기 카펫을 이탈했다고 판단되면, 청소 노즐(120)이 하측으로 이동되도록 승강 구동 모터(410)를 타방향으로 회전되도록 제어하여 승강 유닛(400)을 하강시킬 수 있다.
또한, 청소기 본체(110)를 승강시키는 승강 유닛(400)이 서스펜션 유닛(300)에 설치되기 때문에, 청소기 본체(110)가 승강 유닛(400)에 의해 높이가 조절되더라도, 서스펜션 유닛(300)이 휠 유닛(200)의 충격을 흡수하는 기능을 유지할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 청소기(100)는, 2 이상의 배터리를 포함하고, 2 이상의 배터리는, 방전 시 직렬 연결되고, 충전 시 병렬 연결될 수 있다. 이에 따라, 배터리가 방전될 때에는 강전 레벨로 사용 가능하고, 배터리가 충전될 때에는 약전 레벨로 충전 가능하다.
도 10 내지 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 전원 공급부의 구성 및 동작에 관한 설명에 참조되는 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전원 공급부(500)는, 배터리(510)와 전원 공급 회로(520)를 포함할 수 있다.
도 10을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전원 공급부(500)는, 제1 배터리(511)와 제2 배터리(512)를 포함할 수 있다.
도 10을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전원 공급 회로(520)는, 방전 모드에서 상기 제1,2 배터리(511,512)가 직렬 연결되고, 충전 모드에서 상기 제1,2 배터리(511,512)가 병렬 연결되도록 스위칭되는 메인 스위칭부(523), 상기 충전 모드에서 온(on)되어, 상기 제1 배터리(511)로 충전대(3)로부터 수신되는 직류 전원(V1)을 공급하는 제1 스위칭부(521), 및, 상기 충전 모드에서 온(on)되어, 상기 제2 배터리(512)로 상기 직류 전원(V1)을 공급하는 제2 스위칭부(522)를 포함할 수 있다.
상기 메인 스위칭부(523), 제1 스위칭부(521), 및, 제2 스위칭부(522)는, 스위치 또는 모스펫(MOSFET), BJT(Bipolar Junction Transistor), IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) 등의 스위칭 소자를 포함할 수 있다.
상기 메인 스위칭부(523), 제1 스위칭부(521), 및, 제2 스위칭부(522)는 상기 제어부(150)의 제어에 따라, 상기 메인 스위칭부(523), 제1 스위칭부(521), 및, 제2 스위칭부(522)에 포함되는 스위칭 소자들 중 일부는 상기 제어부(150)로부터 제어 신호를 인가받아 스위칭 동작될 수 있다.
제1,2 배터리(511,512)의 상호간 직렬/병렬 연결 전환이 가능하도록 메인 스위칭부(523)가 구비될 수 있다. 메인 스위칭부(523)는, 일단이 상기 제1 배터리(511)의 음극(-) 단자와 연결되며, 타단이 상기 제2 배터리(512)의 양극(+) 단자와 연결될 수 있다.
메인 스위칭부(523)의 스위칭 동작에 따라 제1,2 배터리(511,512)는 서로 직렬로 연결되거나 병렬로 연결될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전원 공급 회로(520)는, 청소기(100)가 동작하는 방전 모드에서는 제1,2 배터리(511,512)를 직렬로 연결하여 강전 레벨의 전압을 흡입 모터(Suction Motor), 휠 모터(Wheel Motor), 에지테이터 모터(Agitator Motor) 등 부하에 제공함으로써 강한 흡입력 및 청소 성능을 구현하고, 제1,2 배터리(511,512)가 충전되는 충전 모드에서는 제1,2 배터리(511,512)를 병렬로 연결하여 약전 레벨로 안전하게 충전되도록 할 수 있다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 강한 흡입력을 구비하기 위한 강전 출력의 전원을 약전으로 충전할 수 있다.
도 11을 참조하면, 제1,2 배터리(511,512)가 충전되는 충전 모드에서는, 상기 메인 스위칭부(523)의 스위칭에 따라 상기 제1 배터리(511)의 음극(-) 단자와 상기 제2 배터리(512)의 양극(+) 단자 사이가 차단될 수 있다.
이에 따라, 스위칭 소자 등을 제외하면, 상기 제1 배터리(511)의 양극(+) 단자와 상기 제2 배터리(512)의 양극(+) 단자가 연결되고, 제1,2 배터리(511,512)는 병렬로 연결될 수 있다.
또한, 충전 모드에서 상기 제1,2 배터리(511,512)는 상기 충전대(3)의 상기 직류 전원(V1)에 병렬로 연결될 수 있다. 즉, 상기 제1,2 배터리(511,512)는 전기적으로 분리되어 상기 충전대(3)의 상기 직류 전원(V1)에 개별적으로 연결될 수 있다.
충전대(3)로부터의 직류 전원(V1)은, 제1 스위칭부(521)를 통해, 제1 배터리(511)로 전달되고, 제2 스위칭부(522)를 통해, 제2 배터리(512)로 전달될 수 있다.
도 11과 같은 전류 패스 흐름이 형성되고, 충전대(3)로부터의 직류 전원(V1)으로 제1 배터리(511)와 제2 배터리(512)를 각각 충전할 수 있다.
충전대(3)는 약전 레벨인 제1 직류 전원(V1)으로 제1,2 배터리(511,512)를 충전할 수 있다. 예를 들어, 제1 직류 전원(V1)은 약전 레벨의 최대치인 42V이고, 제1,2 배터리(511,512)는 42V에 대응하는 전압을 사용하는 배터리 세트(set)로 42V로 충전될 수 있다.
또한, 제1,2 배터리(511,512) 충전 시, 42V 약전으로 충전하도록 메인 스위칭부(523)가 스위칭되고, 제1,2 배터리(511,512) 연결을 병렬로 전환할 수 있다.
한편, 상기 제1,2 배터리(511,512)는 복수의 배터리 셀을 포함할 수 있고, 각 배터리 셀은 충/방전이 가능한 2차 전지일 수 있다.
제1,2 배터리(511,512)가 각각 직렬로 연결된 3.6V의 배터리 셀 10개로 구성된다면, 제1,2 배터리(511,512)는 각각 36V의 전압 레벨을 가질 수 있다. 3.6V의 배터리 셀 10개로 구성되는 배터리 세트들은 42V의 약전 레벨로도 안정적으로 충전될 수 있다.
예를 들어, 종래 강전 레벨의 출력을 지원하는 배터리의 경우, 충전 시 충전대에서 강전 레벨인 84V 출력이 필요하였다. 하지만, 강전 레벨을 이용한 충전은 충전 과정에서 손가락, 젓가락 접촉 시 안전사고 발생 위험이 있고, 안전 규격으로 인한 제약 사항이 많다.
따라서, 본 발명의 일 실시예는, 2개 이상의 약전 레벨 배터리를 구비하여, 약전 레벨인 42V 출력으로 충전할 수 있고, 2개 이상의 약전 레벨 배터리를 직렬로 연결하여, 높은 전압이 필요한 흡입 모터, 에지테이터 모터, 휠 모터 등을 구동시킬 수 있다.
또한, 강전 레벨 배터리를 여러 약전 레벨 배터리로 분리함으로써, 기구적으로 본체(110) 내부에 들어갈 수 있는 구조가 다양해지는 장점이 있다.
한편, 상기 메인 스위칭부(523)는, 상기 충전 단자(2)가 상기 충전대(3)에 접속되면 기구적으로 눌러져 스위칭되어, 상기 제1 배터리(511)와 상기 제2 배터리(512)가 병렬로 연결될 수 있다.
즉, 배터리 충전이 필요하거나 작업을 완료한 청소기(100)가 충전대(3)에 ㄷ도킹(Docking) 시, 기구적으로 상기 메인 스위칭부(523)의 스위치(Switch)를 눌러 배터리 연결을 병렬로 전환 한 후에 충전이 시작될 수 있다.
또는, 제어부(150)의 제어에 따라 상기 메인 스위칭부(523)가 스위칭되며 상기 제1 배터리(511)와 상기 제2 배터리(512)가 병렬로 연결될 수 있다.
제어부(150)는, 배터리들(511,512)의 직렬/병렬 연결 상태를 전환할 수 있는 상기 메인 스위칭부(523)의 스위치(Switch)를 작업 또는 충전 상황에 따라 자동으로 제어할 수 있다.
이에 따라, 약전 레벨로 배터리 충전이 가능해지고, 안전 규격과 관련된 제약 사항을 감소시킬 수 있다.
도 12를 참조하면, 청소기(100)가 동작하는 방전 모드에서는, 상기 메인 스위칭부(523)의 스위칭에 따라 상기 제1 배터리(511)의 음극(-) 단자와 상기 제2 배터리(512)의 양극(+) 단자가 연결될 수 있다.
이에 따라, 제1,2 배터리(511,512)가 직렬 연결되고, 상기 제1 배터리(511)의 직류 전원과 상기 제2 배터리(512)의 합인 강전 레벨의 전압(V2)이 흡입 모터, 구동 모터, 에지테이터 모터 등 부하(1200)로 공급될 수 있다. 이에 따라, 흡입 모터는 강전 레벨의 전압(V2)에 기초하여 회전할 수 있고, 높은 출력의 흡입력을 발생시킬 수 있어, 청소 성능이 향상될 수 있다.
예를 들어, 작업 시 42V 배터리들을 직렬로 연결하여 84V 전압으로 흡입 모터, 구동 모터, 에지테이터 모터 등을 구동할 수 있다.
또한, 제1,2 배터리(511,512)가 각각 직렬로 연결된 3.6V의 배터리 셀 10개로 구성된다면, 제1,2 배터리(511,512)는 각각 36V의 전압 레벨을 가질 수 있다. 36V의 제1,2 배터리(511,512)가 직렬로 연결되면, 72V의 강전 레벨 전압을 사용할 수 있다.
또한, 직렬 연결된 제1,2 배터리(511,512)로 고전압을 출력할 수 있으므로, 모터 등 부하를 동작시키기 위하여 필요한 전류가 작아질 수 있어, 모터를 구동하기 위하여 필요한 회로 구성이 간단해지는 장점이 있다.
한편, 상기 제1 스위칭부(521)와 상기 제2 스위칭부(522)는, 각각, 역전류를 방지하는 다이오드를 하나 이상 포함함으로써, 충전 또는 방전 모드에 설정된 전류 흐름의 반대 방향으로 전류가 흐르는 것을 방지할 수 있다.
도 11을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전원 공급 회로는, 상기 제1 배터리(511)로 흐르는 전류를 감지하는 제1 전류 감지부(524)와 상기 제2 배터리(512)로 흐르는 전류를 감지하는 제2 전류 감지부(525)를 더 포함할 수 있다.
제1,2 전류 감지부(524,525)는, 제1,2 배터리(511,512)로 흐르는 전류를 감지할 수 있다. 이를 위해, 제1,2 전류 감지부(524,525)는, 저항 소자, CT(current transformer) 등을 구비할 수 있다.
한편, 제1,2 전류 감지부(524,525)에서 감지되는 전류는, 제어부(150)로 전달될 수 있고, 제어부(150)는 충전 중인지 여부, 충전 상태 등을 판별할 수 있다.
도 13 내지 도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 전원 공급 회로의 구성 및 동작에 관한 설명에 참조되는 도면으로, 특히 제1,2 스위칭부의 일예를 구체적으로 도시한 것이다. 따라서, 도 10 내지 도 12를 참조하여 설명한 전원 공급 회로와 기본적으로 동일하게 동작하므로, 이하에서는 동일한 내용에 대해서는 생략하거나 간략하게 설명한다.
도 13을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전원 공급부(500)는, 제1 배터리(1311)와 제2 배터리(1312)를 포함할 수 있다.
도 13을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전원 공급 회로(520)는, 방전 모드에서 상기 제1,2 배터리(1311,1312)가 직렬 연결되고, 충전 모드에서 상기 제1,2 배터리(1311,1312)가 병렬 연결되도록 스위칭되는 메인 스위칭부(1323), 상기 충전 모드에서 온(on)되어, 상기 제1 배터리(1311)로 충전대(3)로부터 수신되는 직류 전원을 공급하는 제1 스위칭부(1321), 및, 상기 충전 모드에서 온(on)되어, 상기 제2 배터리(1312)로 상기 직류 전원을 공급하는 제2 스위칭부(1322)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 충전대(3)의 직류 전원은 약전 레벨인 42V일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전원 공급부(500)는, 제1 배터리(1311)와 제2 배터리(1312)를 구비하고, 제1,2 배터리(1311,1312)의 직렬 연결, 병렬 연결이 가능하도록 메인 스위칭부(1323)를 구비할 수 있다.
메인 스위칭부(1323)의 스위칭 동작에 대응하여, 제1,2 배터리(1311,1312)의 연결 상태는 직렬 연결과 병렬 연결이 전환될 수 있다.
도 13 내지 도 15에서는, 메인 스위칭부(1323)가 하나의 스위치로 구성되는 예를 도시하였으나, 이는 스위칭 동작에 따른 전환을 설명의 편의상 시각적으로 표현한 것으로 본 발명은 이에 한정되지 않는다.
예를 들어, 메인 스위칭부(1323)는 하나 또는 복수의 스위칭 소자를 포함하여 구성될 수 있고, 메인 스위칭부(1323)에 포함되는 스위칭 소자의 배치 위치도 달라질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1,2 배터리(1311,1312)의 충전 시에, 제1,2 배터리(1311,1312)의 연결 상태를 병렬 연결로 전환하여, 약전 레벨인 42V로 제1,2 배터리(1311,1312)를 모두 충전할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 청소기(100)는, 자동 청소 주행 시, 제1,2 배터리(1311,1312)를 직렬로 연결하여 높은 전압으로 주행할 수 있다. 또한, 흡입 모터도 강전 레벨의 높은 전압으로 구동되어, 흡입력이 커지고, 청소 성능을 향상할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 청소기(100)는, 충전대(3)에 도킹(Docking) 시, 배터리 연결을 병렬로 전환한 후 충전할 수 있다.
예를 들어, 청소기(100)가 충전대(3)에 도킹(Docking)되면, 기구적으로 메인 스위칭부(1323)의 소정 스위치가 눌러져, 배터리 연결을 병렬로 전환할 수 있다.
또는, 기계식 스위치가 아니라, 센싱 유닛(130)에서 충전대(3) 도킹 여부를 감지하고, 청소기(100)가 충전대(3)에 도킹되면, 제어부(150)가 자동으로 메인 스위칭부(1323)를 동작시킬 수 있다.
FET(Field Effect Transistor)은 트랜지스터의 일종으로 소스, 드레인, 게이트의 3단을 가질 수 있다.
도 13 내지 도 15를 참조하면, 상기 제1 스위칭부(1321)는, 드레인 단이 상기 제1 배터리(1311) 측에 연결되는 제1 N채널 모스펫(MOSFET, 1411a), 소스 단이 상기 제1 N채널 모스펫(1411a)의 소스 단에 연결되고, 드레인 단이 상기 충전 단자(충전대로부터의 직류 전원) 측에 연결되는 제2 N채널 모스펫(1412a), 상기 제1 N채널 모스펫(1411a)과 상기 제2 N채널 모스펫(1412a)의 게이트 단에 연결되는 바이폴라 접합 트랜지스터(BJT, 1413a)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제2 스위칭부(1322)는, 드레인 단이 상기 제2 배터리(1312) 측에 연결되는 제1 N채널 모스펫(1411b), 소스 단이 상기 제1 N채널 모스펫(1411b)의 소스 단에 연결되고, 드레인 단이 상기 충전 단자(충전대로부터의 직류 전원) 측에 연결되는 제2 N채널 모스펫(1412b), 상기 제1 N채널 모스펫(1411b)과 상기 제2 N채널 모스펫(1412b)의 게이트 단에 연결되는 바이폴라 접합 트랜지스터(1413b)를 포함할 수 있다.
상기 제1 스위칭부(1321)와 상기 제2 스위칭부(1322)는, 각각, 상기 제1 N채널 모스펫(1411a,1411b)의 드레인 단과 소스 단 사이에 배치되어, 상기 방전 모드에서 상기 충전 단자 측으로 흐르는 역전류를 방지하는 다이오드(1414a,1414b)를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 스위칭부(1321)와 상기 제2 스위칭부(1322)는, 각각, 상기 제2 N채널 모스펫(1412a,1412b)의 드레인 단과 소스 단 사이에 배치되어, 상기 충전 모드에서 상기 제1 N채널 모스펫(1411a,1411b)의 드레인 단과 소스 단으로 흐르는 역전류를 방지하는 다이오드(1415a,1415b)를 더 포함할 수 있다.
도 14를 참조하면, 청소기(100)가 동작 또는 청소 주행할 때, 상기 메인 스위칭부(1323)가 온(ON) 되고, 상기 제1 배터리(1311)와 제2 배터리(1312)가 직렬로 연결될 수 있다. 여기서, 상기 메인 스위칭부(1323)의 온(ON) 상태는, 상기 메인 스위칭부(1323)가 제1 방향으로 스위칭된 상태를 유지하는 것을 의미할 수 있다.
또한, 제1 N채널 모스펫(1411a,1411b)과 제2 N채널 모스펫(1412a,1412b)은 오프(off)되어, 상기 제1 배터리(1311)와 제2 배터리(1312)가 직렬로 연결되는 패스를 형성할 수 있다.
청소기(100)가 동작하는 방전 모드에서는, 상기 메인 스위칭부(1323)의 스위칭에 따라 상기 제1 배터리(1311)의 음극(-) 단자와 상기 제2 배터리(1312)의 양극(+) 단자가 연결될 수 있다.
이에 따라, 제1,2 배터리(1311,1312)가 직렬 연결되고, 상기 제1 배터리(1311)의 직류 전원과 상기 제2 배터리(13112)의 합인 강전 레벨의 전압이 흡입 모터, 구동 모터, 에지테이터 모터 등 부하(1400)로 공급될 수 있다.
만약 동일한 두 배터리가 직렬로 연결되면 전압이 2배로 커질 수 있다. 상기 제1 배터리(1311)와 제2 배터리(1312)가 직렬로 연결되면 84V의 강전 레벨 전원을, 흡입 모터(Suction Motor) 등 부하(1400)로 공급할 수 있다.
이에 따라, 흡입 모터는 더 강한 흡입력을 발생시킬 수 있고, 청소 성능이 향상될 수 있다.
한편, 제1,2 스위칭부(1321,1322)의 역전류 방지 다이오드(1414a,1414b)는, 방전 시에는 다른 전원 공급 회로(충전 단자 측)로 전류가 흐르지 않도록 할 수 있다.
도 15를 참조하면, 청소기(100)가 충전할 때, 상기 메인 스위칭부(1323)가 오프(Off) 되고, 상기 제1 배터리(1311)와 제2 배터리(1312)가 병렬로 연결될 수 있다. 여기서, 상기 메인 스위칭부(1323)의 오프(Off) 상태는, 상기 메인 스위칭부(1323)가 제2 방향으로 스위칭된 상태를 유지하는 것을 의미할 수 있다.
전원 공급부(500)는, 배터리 연결 상태를 병렬로 전환한 후, 충전대에서 42V를 공급받아 상기 제1 배터리(1311)와 제2 배터리(1312)를 충전할 수 있다.
상기 제1,2 스위칭부(1311,1322)의 바이폴라 접합 트랜지스터(1413a,1413b),제1 N채널 모스펫(1411a,1411b)과 제2 N채널 모스펫(1412a,1412b)은, 제어부(150)의 제어에 따라, 온(on)될 수 있다.
실시예에 따라서, 상기 바이폴라 접합 트랜지스터(1413a,1413b)는 컬렉터 단이 상기 제1 N채널 모스펫(1411a,1411b)과 상기 제2 N채널 모스펫(1412a,1412b)의 게이트 단에 연결되고, 베이스 단은 제어부(150)에 연결되어, 상기 제어부(150)의 제어에 따라 온(on)될 수 있다.
상기 제1,2 스위칭부(1311,1322)의 바이폴라 접합 트랜지스터(1413a,1413b)는, 제어부(150)의 제어에 따라, 온(on)될 수 있다. 이에 따라, 제1 N채널 모스펫(1411a,1411b)과 제2 N채널 모스펫(1412a,1412b)의 게이트 단이 하이(high) 상태가 되어, 제1 N채널 모스펫(1411a,1411b)과 제2 N채널 모스펫(1412a,1412b)이 온(on)될 수 있다.
이에 따라, 충전 단자 측의 약전 레벨 42V 전원으로, 병렬로 연결된 제1,2 배터리(1311,1312)를 충전하는 전류 패스가 형성될 수 있다.
한편, 전원 공급부(500)는, 그라운드(GND, 미도시)에 션트(Shunt) 저항을 부착하여, 전류 세기를 측정하고 제어부(150)가 측정된 전류 세기를 읽도록 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전원 공급 회로는, 각각, 상기 제1,2 배터리와 연결되는 션트(shunt) 저항(1324,1325)을 포함할 수 있고, 제어부(150)는, 션트 저항(1324,1325)에서 감지되는 전류 데이터에 기초하여. 충전 중인지 여부, 배터리 완충 여부, 배터리 잔량 중 적어도 하나를 판별할 수 있다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 전원 공급 회로의 구성 및 동작에 관한 설명에 참조되는 도면으로, 도 13 내지 도 15를 참조하여 설명한 실시예에서 저항 소자(1611,1612)를 더 포함하는 점에서 차이가 있다.
도 16을 참조하면, 상기 제1 스위칭부(1321)와 상기 제2 스위칭부(1322)는, 각각, 상기 제2 N채널 모스펫(1412a,1412b)의 게이트 단과 드레인 단 사이에 배치되는 저항 소자(1611,1612)를 더 포함할 수 있다.
본 실시예에서, 청소기(100)가 충전대(3)에 도킹하면, 저항 소자(1611,1612)의 충전 단자 측 일단은 충전대(3)의 직류 전원 42V에 연결된다.
이에 따라, 저항 소자(1611,1612)의 타단에 연결된 상기 제2 N채널 모스펫(1412a,1412b)의 게이트(gate)가 하이(high) 상태로 전환되고, 상기 제2 N채널 모스펫(1412a,1412b)은 온(on)될 수 있다.
즉, 제어부(150)의 제어 없이도, 청소기(100)의 충전대(3) 도킹에 대응하여, 상기 제2 N채널 모스펫(1412a,1412b)이 온(on)될 수 있다.
실시예에 따라서는, 저항 소자(1611,1612)는, 상기 제1 N채널 모스펫(1411a,1411b)의 게이트 단에도 연결될 수 있고, 청소기(100)의 충전대(3) 도킹에 대응하여, 상기 제1 N채널 모스펫(1411a,1411b)이 온(on)될 수 있다.
본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 복수의 배터리를 안전하고 효과적으로 충전하여 사용할 수 있는 청소기를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 약전 레벨로 안전하게 배터리를 충전하고, 강전 레벨로 각동 모터 부하 등에 고전압을 공급할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 자동 청소 및 수동 청소를 모두 지원하여 사용 편의성을 향상할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 본체를 승강시켜, 더욱 안전하게 복수의 배터리를 충전할 수 있다.
본 발명에 따른 청소기는 상기한 바와 같이 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 청소기의 제어 방법은, 프로세서가 읽을 수 있는 기록매체에 프로세서가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 프로세서가 읽을 수 있는 기록매체는 프로세서에 의해 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 프로세서가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있으며, 또한, 인터넷을 통한 전송 등과 같은 캐리어 웨이브의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한, 프로세서가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 프로세서가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안될 것이다.
2 : 충전 단자
3 : 충전대
110 : 청소기 본체
150 : 제어부
200 : 휠 유닛
300 : 서스펜션 유닛
400 : 승강 유닛
500 : 전원 공급부

Claims (17)

  1. 청소기 본체;
    상기 본체 내부에 수용되는 제1 배터리와 제2 배터리, 및, 외부로부터 전원을 공급받아 상기 제1,2 배터리를 충전하는 충전 모드로 동작하거나, 상기 제1,2 배터리에 충전된 전원을 부하로 공급하는 방전 모드로 동작하는 전원 공급 회로를 포함하는 전원 공급부;
    외부의 충전대와 연결되어, 상기 제1,2 배터리를 충전하는 직류 전원을 상기 전원 공급부로 공급하는 충전 단자; 및,
    상기 전원 공급부의 동작을 제어하는 제어부;를 포함하고,
    상기 전원 공급 회로는,
    상기 방전 모드에서 상기 제1,2 배터리가 직렬 연결되고, 상기 충전 모드에서 상기 제1,2 배터리가 병렬 연결되도록 스위칭되는 메인 스위칭부,
    상기 충전 모드에서 온(on)되어, 상기 제1 배터리로 상기 직류 전원을 공급하는 제1 스위칭부와
    상기 충전 모드에서 온(on)되어, 상기 제2 배터리로 상기 직류 전원을 공급하는 제2 스위칭부를 포함하고,
    상기 제1 스위칭부와 상기 제2 스위칭부는, 각각, 드레인 단이 상기 제1 배터리 또는 상기 제2 배터리 측에 연결되는 제1 N채널 모스펫(MOSFET), 소스 단이 상기 제1 N채널 모스펫의 소스 단에 연결되고, 드레인 단이 상기 충전 단자 측에 연결되는 제2 N채널 모스펫, 상기 제1 N채널 모스펫과 상기 제2 N채널 모스펫의 게이트 단에 연결되는 바이폴라 접합 트랜지스터(BJT)를 포함하는 것을 특징으로 하는 청소기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 메인 스위칭부는,
    상기 충전 단자가 상기 충전대에 접속되면 기구적으로 눌러져 스위칭되거나, 상기 제어부의 제어에 따라 스위칭되는 것을 특징으로 하는 청소기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 충전 모드에서 상기 제1,2 배터리는 상기 충전대의 상기 직류 전원에 병렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 청소기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 스위칭부와 상기 제2 스위칭부는, 각각, 역전류를 방지하는 다이오드를 하나 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 청소기.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 메인 스위칭부는, 일단이 상기 제1 배터리의 음극 단자와 연결되며, 타단이 상기 제2 배터리의 양극 단자와 연결되는 것을 특징으로 하는 청소기.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 바이폴라 접합 트랜지스터(BJT)는 컬렉터 단이 상기 제1 N채널 모스펫과 상기 제2 N채널 모스펫의 게이트 단에 연결되고, 베이스 단은 상기 제어부에 연결되어, 상기 제어부의 제어에 따라 온(on)되는 것을 특징으로 하는 청소기.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 스위칭부와 상기 제2 스위칭부는, 각각, 상기 제1 N채널 모스펫의 드레인 단과 소스 단 사이에 배치되어, 상기 방전 모드에서 상기 충전 단자 측으로 흐르는 역전류를 방지하는 다이오드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 청소기.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1 스위칭부와 상기 제2 스위칭부는, 각각, 상기 제2 N채널 모스펫의 드레인 단과 소스 단 사이에 배치되어, 상기 충전 모드에서 상기 제1 N채널 모스펫의 드레인 단과 소스 단으로 흐르는 역전류를 방지하는 다이오드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 청소기.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 전원 공급 회로는, 각각, 상기 제1,2 배터리와 연결되는 션트(shunt) 저항을 포함하는 것을 특징으로 하는 청소기.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제1 스위칭부와 상기 제2 스위칭부는, 각각, 상기 제2 N채널 모스펫의 게이트 단과 드레인 단 사이에 배치되는 저항 소자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 청소기.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 전원 공급 회로는,
    상기 제1 배터리로 흐르는 전류를 감지하는 제1 전류 감지부와 상기 제2 배터리로 흐르는 전류를 감지하는 제2 전류 감지부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 청소기.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 본체를 이동시키는 하나 이상의 휠을 포함하는 휠 유닛;과
    상기 본체가 승강 가능하도록 상기 청소기 본체에 결합되어 구비되는 승강 유닛;을 더 포함하는 청소기.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 본체가 상기 충전대에 도킹할 때, 상기 본체가 상측으로 이동되도록 상기 승강 유닛을 제어하는 것을 특징으로 하는 청소기.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 상승된 승강 유닛을 하강시켜 상기 본체가 하측으로 이동되어 상기 충전 단자가 상기 충전대에 연결되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 청소기.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 충전 단자는, 상기 본체의 하면에 배치되는 것을 특징으로 하는 청소기.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 본체에 결합되고, 바닥의 이물질을 흡입하는 흡입구가 하면에 형성된 청소 노즐;을 더 포함하는 청소기.

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