具有智能驱动开关的切碎机的制作方法

专利名称：具有智能驱动开关的切碎机的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于毁坏物品例如文件、CD等的切碎机。
背景技术：
切碎机是用于毁坏物品例如文件、CD、软盘等的公知装置。通常， 用户购买切碎机用于毁坏敏感物品，例如具有帐目信息的信用卡报告、 包含公司商业秘密的文件等。
普通类型的切碎机具有切碎机机构，该切碎机机构装于壳体内， 该壳体可拆卸地安装在容器的顶上。切碎机机构通常具有一系列的切 刀元件，这些切刀元件切碎供给其中的物品，并将切碎的物品向下排 出至容器中。通常希望在切碎操作过程中防止人的或动物的身体部分 与这些切刀元件接触。
本发明试图提供对于已知切碎机的各种改进。

发明内容
根据本发明的至少一个实施例，切碎机包括壳体；切碎机机构， 该切碎机机构包括马达和切刀元件；传感器；以及控制器。切碎机机 构能够将要切碎的物品供给至切刀元件中，且马达可操作成驱动切刀 元件，这样，切刀元件切碎供给其中的物品。
壳体具有开口 ，该开口使得物品能够穿过它供给至切碎机机构的
切刀元件中，用于进行切碎。传感器可操作成检测切碎机操作人员的 固有电特征。传感器与控制器连接，该控制器再与切碎机机构连接。 控制器可操作使得切碎机机构进行操作，只要传感器检测到操作人员 具有比预定水平更大的电特征。
根据本发明的至少一个实施例，传感器可以是电容传感器，固有 电特征可以是电容。而且，电容的预定水平可以对应于至少75磅的操 作人员的预定电容。切碎机控制器可以包括对驱动传感器进行响应的微控制器，该驱
动传感器包括导电元件和用于检测该导电元件的状态的电路；因此， 驱动传感器可以设置成检测操作人员的固有电特征。控制器还可以包 括微处理器、分立电路构件和/或模拟电路，从而当检测的固有电特征 在一个或多个可接受范围内时能够使切碎机进行操作。而且，导电元 件可以是薄金属部件，该薄金属部件沿壳体的一部分延伸，并邻近设 置在壳体内表面上的开口。也可选择，金属部件可以只设置在壳体的 内表面上，而并不设置在外表面上，或者"^殳置在壳体的外表面上。另 外，其上设置金属部件的壳体部分可以有边缘，该边缘限定开口的一 部分，其中，金属部件从壳体的内表面越过边缘延伸至外表面。也可 选择，金属部件可以是金属条带，并可以至少部分由非导电部件来覆 盖，或者相反。也可选择，导电元件可以包括金属漆，该金属漆涂敷 在壳体的一部分上或者涂敷在与壳体相连的部件上，或者导电元件包 括至少两个金属部件，每个金属部件沿壳体的一部分延伸。
通过下面的详细说明、附图和所附权利要求将清楚本发明的其它 目的、特征和优点。


本发明实施例将在下面的详细说明、附图和所附权利要求中介绍。 图i是根据本发明至少一个实施例构成的切碎机的透视图。 图2是图i的切碎机的分解透视图。
图3是根据本发明至少一个实施例构成的切碎机的透视图。 图4-7是根据本发明的不同实施例各自表示切碎机壳体、开口、 切割元件和用于传感器的导体构造的剖视图。
图8和9表示了根据本发明的各实施例的电容传感器电路实例。 图10和IOA是根据本发明的开关的视图。
图11是根据图11的实施例用于控制切碎机的操作的电子电路的 实例的示意图。
图12是用于本发明实施例中的电连接的示意图，该电路构成为用 于对现有切碎机的改进。图13和13A是本发明的改进实施例的视图。
图14-27表示了根据本发明至少一个实施例使用的电容检测切 碎才几电路以及它的子构件。
图28表示了与本发明至少一个实施例相关产生的电容器传感器 输出的曲线图。
图29表示了根据本发明至少一个实施例使用的电容传感器的一 个实例。
图30是根据本发明至少 一个实施例构成的切碎机的透视图。
具体实施例方式
图1和2表示了根据本发明实施例构成的切碎机。该切碎机总体 表示为10。切碎机10设置在废物容器(总体表示为12)的顶上，该 废物容器由模制塑料或任意其它材料来形成。所示切碎机10专门设计 成用于容器12，因为切碎机壳体14以嵌套关系置于废物容器12的上 周边上。不过，切碎机IO也可以设计成置于多种不同的标准废物容器 顶上，且切碎机10并不与容器一起出售。同样，切碎机10可以是大 型自立壳体的一部分，且废物容器将封闭在壳体中。将提供进入门， 用于接近和取出该容器。总体来说，切碎机10可以有任意合适的结构 或构造，且所示实施例绝不是进行限制。
切碎机10包括切碎机机构16，该切碎机机构16包括电动马达18 和多个切刀元件(未示出)。"切碎机机构，，是用于表示利用切刀元件来 切碎物品的装置的普通结构术语。这样的切碎可以以任意特殊方式来 进行。切刀元件大致安装在一对平行旋转轴(未示出)上。马达18 利用电来操作，以便通过普通传动装置23来旋转驱动该轴和切刀元 件，这样，切刀元件切碎供给其中的物品。切碎机机构16还可以包括 用于安装轴、马达18和传动装置23的子框架21。这样的切碎机机构 16的操作和结构为公知，这里不需要详细介绍。通常，可以使用本领 域已知或以后发展的任意合适切碎机机构16。
切碎机10还包括切碎机壳体14,如上所述。切碎机壳体14包括 顶壁24,该顶壁24置于容器12的顶上。顶壁14由塑料模制，且开口 26位于它的前部部分处。开口 26局部由向下悬垂的大致U形部件 28而形成。该U形部件28具有在它的相对侧的一对间开连接器部分 27以及在该连接器部分27之间延伸并与壳体14呈间开关系的把手部 分28。开口 26使得废物能够在不经过切碎机机构16的情况下排出至 容器12中，且部件28可以用作把手，用于携带与容器12分离的切碎 机10。作为可选特征，该开口 26可以提供有盖，例如枢轴转动盖， 该盖打开和关闭该开口 26。不过，该开口大致为可选的，并可以整个 省略。不过，切碎机壳体14和它的顶壁24可以有任意合适的结构或 构造。
切碎机壳体14还包括底部接收器30，该底部接收器30具有底壁、 四个侧壁和开口顶部。切碎机机构16装入其中，且接收器30通过紧 固件而安装在顶壁24的底侧。接收器30具有在它的底壁中的开口 32， 切碎机机构16通过该开口 32而将切碎的物品排出至容器12中。
顶壁24具有大致横向延伸的开口 36，该开口 36大致平行于切刀 元件并在该切刀元件上面延伸。开口 36 (通常称为喉部)使得要切碎 的物品能够供给至切刀元件中。应当知道，开口 36相对狭窄，它希望 能防止过厚的物品(例如大的文件堆垛)供给切刀元件中，该过厚物 品可能导致卡住。开口36可以有任意构造。
尽管未示出，顶壁24还可以有开关凹口 38，该开关凹口 38有在 该处穿过的开口。
根据本发明的至少一个实施例，切碎机包括打开/关闭开关42。根 据至少该实施例，打开/关闭开关可以由控制器超控(over ridden), 例如当电容传感器检测到试图操作切碎机的实体具有的电容(和具有 的相应尺寸)确定为不允许操作切碎机机构时，如这里所述。
打开/关闭开关42包括开关模块(未示出)，该开关模块通过紧 固件而安装在顶壁24上并在凹口 38下面；以及可人工接合部分46， 该可人工接合部分46在凹口 38中横向运动。开关模块具有活动元件 (未示出)，该活动元件通过开口 40而与可人工接合部分46连接。这 样，可人工接合部分46的运动能够使得开关模块在它的状态之间运动。
在所示实施例中，开关模块使马达18与电源(未示出)连接。通 常，电源将是其端部上具有插头48的标准电源线44，该插头48插入 标准AC输出口中。开关42可通过使部分46在凹口 38中横向运动而 在打开位置和关闭位置之间运动。在打开位置中，在开关模块中的触 点通过可人工接合部分46和活动元件的运动而闭合，以便能够向马达 18供电。在关闭位置，在开关模块中的触点打开，以便停止向马达18 供电。
作为可选方式，开关42还可以有反向位置，在该反向位置，触点 闭合以便能够供电从而以反向方式操作马达18。这可以通过使用可反 向马达和施加具有相对于打开位置相反极性的电流而实现。希望有以 反向方式操作马达18的能力，以便使切刀元件以反向方向运动，用于 清除卡住。在所示实施例中，在关闭位置，可人工接合部分46和活动 元件将大致位于凹口 38的中心，且打开和反向位置将在关闭位置的相 对横向侧。
通常，用于控制马达42的开关42的结构和操作为公知，且该开 关42可以使用任意结构。
传感器或开关(例如光学传感器)可以设置在切碎机的喉部中。 该传感器检测供给喉部内的纸张或其它物品的存在。当开关42处于打 开位置时，控制器可以处于切碎机机构能进行操作的准备状态，且进 入喉部驱动光学传感器将驱动切碎机机构，以便开始切碎。
根据本发明的至少一个其它实施例，切碎机可以不包括打开/关闭 开关。而是，如本文所述，根据至少该实施例，切碎机一直可以通过 具有确定为能够使切碎机安全操作的电容(因此相关尺寸)的实体来 操作。
例如，只要它插入电源中或与电源连接，它就可以准备通过将驱 动传感器的物品插入喉部内而进行切碎。不过，当邻近喉部的电容安 全传感器检测到具有低电容的实体(例如儿童)靠近喉部时，它将停 止操作，直到该实体自身远离喉部。如图所示，根据至少一个实施例，顶盖24还可以包括与开关锁 52相关的另一凹口50。该可选的开关锁52可以包括可人工接合部 分54，该可人工接合部分54可以通过用户的手来运动；以及锁定部 分(未示出)。可人工接合部分54可以置于凹口 50内，且锁定部分可 以位于顶壁24下面。锁定部分可以与可人工接合部分54成一体地形 成为塑料件，并通过形成于凹口 50中的开口而在顶壁24下面延伸。
开关锁52可以设置成当开关锁52从释放位置运动至锁定位置时 通过凸轮作用而使得开关42从它的打开位置或反向位置运动至它的 关闭位置。在释放位置，锁定部分与开关42的活动元件脱开，从而使 得开关42能够在它的打开、关闭和反向位置之间运动。在锁定位置， 开关42的活动元件由开关锁52的锁定部分限制在它的关闭位置，从 而阻止运动至它的打开位置或反向位置。见US7040559，该文献整个 被本文参引，用于对可选的开关锁附加详细说明。
在所示实施例和其它实施例中，切碎机壳体14专门设计成用于容 器12，且该容器将与它们一起出售。容器12的上周边边缘60限定了 朝上的开口 62，并设置了支座61，切碎机10可拆卸地安装在该支座 61上。支座61包括设置在它的相对横向侧上的一对枢轴引导件64。 枢轴引导件64包括朝上的凹口 66，该凹口 66由从容器12的上边缘 60横向向外延伸的壁来限定。限定凹口 66的壁由塑料与容器12模制 成一体，但是也可以提供为单独结构，并可由任意其它材料来形成。 在每个凹口 66的底部提供有向下台阶或壁架，该向下台阶或壁架提供 了大致垂直的接合表面。该向下台阶或壁架由凹口 66的、具有不同半 径的两个部分来产生。
切碎机10具有电容传感器，该电容传感器设置成检测试图操作切 碎机的实体的存在，因为这样做将提供该实体的尺寸(例如质量)的 指示。因为尺寸通常是实体的年龄的指示，即更小的实体通常更年轻， 更大的实体通常年龄更大，检测的电容可以认为是试图使用切碎机的 实体的相对年龄的指示。因此，通过预定可以安全操作切碎机的实体 的最小年龄的截断点和确定这样的实体的相关电容的范围或近似值，可以识别预定电容值(不过，可能排除例如较小的成年人和较大的年 轻人)。因此，切碎机的操作可以根据由与控制器配合工作的电容传感 器检测的电容来选择地使用/停用。
而且，根据包括打开/关闭开关的本发明至少一个实施例，开关的 操作可以根据试图使用切碎机的实体的检测电容来进行超控。
因此，通过使用电容传感器与控制器组合的这些构造，可以防止 儿童不安全地操作切碎机。而且，因为有家庭宠物意外受到切碎机伤
害的危险(其中，宠物试图将身体部分插入切碎机的开口 36中)，组 合的电容传感器和控制器的操作提供了对于宠物安全的附加安全保 证。这是因为家庭宠物的相对尺寸大致与儿童类似，而不同于成年人。 因此，将防止通常由于狗舔切碎机的切割部分而意外驱动的切碎机操 作。
不管实施例如何，电容传感器都可以以各种方式来使用，例如在 后面的进一步说明中所述。对于其上可以使用电容传感器的切碎机的 其它实例，可以参考美国专利申请No.10/828254 (申请日为2004年4 月21日)、No.10/81576"申请日为2004年4月2日)和No. 10/347700 (申请日为2003年1月22日)，每个文献都被包括在本申请中参引。 通常，电容传感器可以用于任意类型的切碎机，且这里所述的实例并 不是用于限制。
图3是根据本发明的至少一个实施例构造的切碎机100的透视图。 如上所述该切碎机100包括电容传感器。所示电容传感器检测人或物 的存在，而不需要物理接触。电容传感器包括连接到电路上的导体/ 接触板112，例如在图8-9和图14-20中所示的那些。导体112作为 电容器的第一板，但是要检测的人或者物作为电容器第二板。当导体 112和人或者物之间的距离减少时，它们之间的相互电容增加。这些 增加的电容导致在传感器中的信号电平增加，该电平能用于检测人或 者物的电容。
应当知道，电容将部分取决于电容器的第二板的介电常数。更高的 介电常数转化为更大的电容。因此，切碎机100的电容传感器能够检测附近的有生命或者无生命的实体的电容，只要它的相应介电常数充 分高。因为人和各种动物具有比较高的介电常数，因此它们可被电容 传感器检测到。具有比较高的介电常数的无生命物体同样也可检测出。 相反地，具有低的或者中等的介电常数的物体例如纸不会被检测出。
根据安全传感器位于切碎机的喉部附近的至少一个实施例，可以 有超过两个(例如三个)的可检测电容范围，从而实现切碎机的操作 性。例如，最高范围的电容可以对应于不禁止切碎机功能，因为检测 的电容在与成年操作人员相关的范围内。中间范围可以对应于儿童操 作人员，因此，检测的电容的范围将对应于禁止或停止切碎机的操作。 第三范围(最低检测范围)的电容可以对应于背景电容或者与例如异 常靠近切碎机喉部站立的人将材料插入切碎机中相关的电容。
因此，根据本发明的至少一个实施例，电容传感器可以禁止切碎 机操作，除非检测的电容满足预定水平(即与它相关的人应当是足够 成熟以便能安全操作切碎机的操作人员)。
图30表示了作为实例的、具有电容电开关/传感器129的切碎机。 根据至少该实施例，传感器129可以用作安装在壳体外部上的电开关 (即驱动开关或者打开/关闭开关)，以代替普通的机械电开关(例如 图3中的开关128)。因此，根据至少该实施例，当较大质量的人(例 如成年人)接触传感器129时，检测的电容将足够高，这样，切碎机 机构将进行操作(例如通过使得电能流向驱动马达)。相反，当较小质 量的人(例如儿童)接触传感器129时，检测的电容将太低，传感器 将使得切碎机保留在停用或不可操作状态(例如，它将不允许电能流 向驱动马达)。
根据至少另一实施例，电容传感器可以保持在切碎机喉部108中， 例如如图3中所示。通常，当没有实体处于喉部处或喉部中时，切碎 机机构16可以处于准备或启用状态。也就是，传感器将允许电流流过， 这样，切碎机机构将在纸张检测传感器(通常在喉部内部)被激励时 进行操作。当检测到具有较低检测电容的、较小质量的人处于喉部附 近或与该喉部接触时，传感器可以通过中断流向驱动马达的电能而相应地禁止切碎机机构16的操作。
不过，当这样检测到具有较高检测电容的、较大质量的人时，传 感器可以设置成并不釆取行动。假定较大质量的人足够成熟，以便了 解由切碎机刀片引起的危害，因此不再担心这个人靠近喉部。
因此，根据至少该实施例，在喉部中的传感器可以用于在大和小 的人物之间进行区分，并当小质量的人靠近喉部时防止切碎机操作， 但是允许较大质量的人承担靠近喉部的危险。
也可选择，根据本发明的至少一个实施例，电容传感器可以只在 检测电容满足预定水平时(即与它相关的人应当是足够成熟以便能安 全操作切碎机的操作人员)启用该切碎机的操作。这里将结合图16-22介绍与电容传感器相关的附加细节。
切碎机100包括切碎机壳体104，开口 108和具有打开、关闭和 反向位置的控制开关128。切碎机机构(例如上述切碎机机构)位于 开口 108下面，从而使得文件能够通过开口 108供给到切碎机机构中。
导体112例如可以为金属条，箔带(例如，铜带)，导电漆，丝网 印刷的导电油墨图形，或者另外适当的导电材料。如图3所示，导体 112是9英寸乘1英寸的电容检测带，该电容检测带安装在壳体104 上并靠近开口 108。因此，当人或者物接近开口 108并因此接近切碎 机100的切碎机构的切刀元件时，在导体112和人或者物之间的电容 增加，导致用于检测的信号电平的增加，如下面所述。为了保证开关 对于穿过多张纸张检测人或者物足够敏感，导体112可以伸入开口 108 中，以增加导体112的总表面面积，从而增加在导体112和附近的人 或者物之间的电容量。导体112可以例如选择性地由非导电塑料覆盖， 因此对于切碎机100的用户隐藏开关。此外，为了增加开关的敏感性， 这样的非导电塑料能够用导电材料来覆盖，例如金属箔。
尽管图3中未示出，切碎机100可以包括传感器灯、错误灯和/ 或指示正常操作的灯。可以是LED的该传感器灯将在检测到人或者物 时进行照明。同样可以为LED的该错误灯将在检测到人或者物时进行 照明，且可选择的在其它情况下照亮(例如，切碎机容器没有正确与
13切碎机100接合，或者切碎机机构已经卡住)。然而，这些灯不是必要
的，仅仅是可选择的特性。
图4-7各自表示了根据本发明不同实施例的切碎机壳体104、开 口 108、切割元件132和用于传感器的导体构造的横截面图。导体构 造可以包括不同区域的导体，以调节在人或者物接近切碎机时产生的 电容量和信号电平。在使用多个导体的情况下，它们之间的距离还可 以设计成调节电容耦合量和产生的电容。
在图4中，导体136包括导电材料，该导电材料在上表面的下面 嵌入壳体104的上壁中并局部进入开口 108中。导体136还可选择地 嵌入限定开口 108的壁中并沿着它延伸一部分。
在图5中，导体140的导电材料覆盖壳体104的上表面部分，基 本伸入开口 108内，并环绕壳体104的凸缘弯曲，以便于覆盖壳体104 的内表面部分。对于具有较大厚度的导体140，导体140进行安装的 上表面的顶部可以凹入。
图6的导体144包括分别固定到壳体104的外表面和内表面部分 的两个导电部分。这样使用多个部分增加了电容器的表面积以及电容 耦合、电容和当人或者物接近导电部分时产生的信号电平。
图7的导体148包括在壳体104的内表面部分上的导电材料。这 是用于掩盖导体148而不增加将导体嵌入壳体壁中的制造步骤，例如 如图4所示。应当知道，图4-7的导体可为任何合适的构造，并且所 示实例绝不是为了进行限制。
如上面结合图3-7所述的导体或者导电材料通常连接到电路板上 的电路上。图8和9表示了根据本发明的各实施例的电容传感器电路 实例。电路实例可合并到切碎机的总体电路设计中，并绝不是为了进 行限制。
在图8中，电容传感器电路260包括导体300，该导体300能够 有如上所示的构造或者另一合适的构造。导体300连接到垫片P8上， 该垫片P8再连接到包括电容器C8和C9、电阻器R31、 R32和R36 以及高速双二极管D8的电路回路上。该回路连接到电压源Vcc、电路地线和电阻器R33上。电压源Vcc连接到切碎机的交流线电压上， 并且负调节器能够产生用于电路地线的-5伏特。电容传感器输出320 可以再作为输入连接到控制器330上，例如微处理器或者分立电路构 件(例如比较器、晶体管)，该分立电路构件采取适当的动作以响应于 输出320处的信号电平。这种控制器330还可以为继电器开关，它断 开以便停止向元件(例如，切碎机机构的马达)供电以及闭合以便能 够供电。应当知道，"控制器"是一个普通的结构术语，它表示控制一 个或多个模块、装置和/或电路构件的结构件。
本领域普通技术人员很容易了解电路260的操作原理。当人或者 物接近于导体300运动时，在它们之间增加的电容导致在输出320处 的正弦波形的振幅增加，以便使电压增加到足够表示人或者物的存在。 基于增加的信号电平，控制器330例如能够停用切碎机的切割元件、 照亮传感器或者错误灯、和/或激活声音警报。
图9表示了电容传感器电路360以及控制和照明电路365。电容 传感器电路360包括导体400，该导体400具有如上所示的构造或者 其它合适的构造。导体400与垫片Pl连接，该垫片Pl再连接到串联 电阻器R19和R20上。电阻器R19连接到包括电容C4、电阻器R16 和高速双二极管Dl的电路回路上。该回路连接到电压源Vcc、电路 地线和电阻器R17上。电压源Vcc连接到切碎机的交流线路电压上， 并且负调节器能够产生用于电路地线的-5伏特。电容传感器输出420 作为输入连接到控制器430上，它例如可以是简单的模拟电路或者是 由Atmel公司(圣哥塞，加利福尼亚)提供的ATtinyll 8位微控制器。
本领域技术人员可以容易地理解图9的电路的操作原理。当人或 者物运动接近于导体400时，在它们之间增加的电容导致在输出420 处的正弦波形的振幅增加，以便使电压增加到足够表示人或者物的存 在。基于该增加的信号电平，控制器430发送合适的控制信号。例如， 控制器430发送控制信号490以便切断通向马达的电能(例如由双向 三极管交联关提供)，该马达驱动切碎机的切割元件，且该控制器430 还发送控制信号435以照亮连接到比较器460上的传感器LED450或者错误LED440。
本发明的实施例例如可以包括在切碎机中，例如Fellowes公司 (Itasca，伊利诺斯)的切碎机PS80C-2。需要时，现有的切碎机设计 可以在不会对现有模块进行较大变化的情况下进行适应性改进，以便 包括电容检测电路。
图10表示了根据本发明的开关的另外的实施例，图IOA是隔离 开关部分的放大图。图IO的实施例的结构与图3的实施例的结构类似。 开关502固定在壳体104上并靠近开口 108。开关设置成通过电阻变 化来检测接触，例如由于人的手与开关接触。
在一个实例中，开关包括导电栅格，该导电栅格分离成两个相互 邻近的导体，图12中示意表示了该实施例以及控制电路。在一个特殊 实施方式中，VHi设置小于Vcc的标称20V。垫片P1和P2提供到 电路的剩余部分的连接性。电阻器R3-R6选择为具有大的电阻，从而 限制激活时通过电路流过的电流。当用户的手接触到栅格时，该电路 完成并且电流流动。放大器U1A(它例如可以为LM358，可从National Semiconductor获得)緩沖产生的模拟电压，并使它通向微处理器504 的模拟输入。电阻器R8、 R9、 R10能够进行改变，以便于在需要时 改变系统的灵敏度。
微处理器能够响应来自放大器U1A的信号选择地控制切碎机。特 别是，微处理器能够设置来控制例如双向三极管交联关，该双向三极 管交联关再控制向切碎机马达的通电，从而当开关502接触时刀片停 止作用。而且，如上所述，警告灯或者LED可以激活，以通知用户为 什么马达已经停用。
因为开关栅格502的总电阻可以变化，例如由于污物积累，因此 信号电平可能改变。同样地，具有潮湿手指的用户将提供比具有干燥 手指的用户更少的电阻。因此，在一个实施例中，切碎机的控制软件 可以包括随着时间监控标称电阻的程序，并且相应地调节界限值。同 样地，本发明的一个实施例允许监控信号变化，而不是信号的强度变 化，从而在污物的緩慢堆积和瞬时的接触之间进行区分。最后，在一个实施例中，当测量标称电阻低于预定水平时，指示器例如LED可用 于通知用户该栅格应该进行清理。
在另一个可选实施例中，开关可以为改型装置。如图14示意所示， 改型装置放置在切碎机和电源之间。切碎机插入电源到控制器中，而 不是直接插入壁的电源中。在正常操作过程中，改型装置作为从墙壁 插座到切碎机的电能的通过部分时，并且当正常插入壁中时，切碎机 将基本上正常操作。不过，当开关激活时，控制器(它可以是例如类 似于图13中所示的控制器)能够切断通向切碎机的电能和/或提供故 障情况指示。
如图13和13A所示，改型开关512本身可以是电阻灵敏开关、 电容灵敏开关、或者压力灵敏开关例如隔膜或者薄片开关。该开关可 利用粘结剂或紧固件而永久地或者可拆卸地固定到邻近开口 108的位 置。它与控制器514电连接，该控制器514可以完全分离，或者可以 只是固定到切碎机壳体104上的小包装件。如上所述，控制器包括用 于切碎机的电源线518的容器516，并且通常包括用于与墙壁插座522 或者其它电源接合的、它自身的电源线520。
根据本发明的至少 一个实施例，切碎机可以提供有用于电容检测 的两个或多个灵敏度设置件。该设置件可以由用户选择地使用和进行 调节，以便检测例如刚会走路的小孩或宠物。而且，根据本发明的至 少一个实施例，预定电容水平截断点可以由装置的所有者来设置，以 便使得足够年龄和成熟的操作人员能够操作切碎机，但是尺寸和电容 不够。
根据使用电容传感器的至少 一个实施例，物体可以基于负载时间 来区分。例如，较小电容负载导致比大电容更短的负载时间。因此， 通过(例如由微处理器)测量负载时间的差异(负载时间的差异由于 传感器附近的电容负载导致)，可以区分各种物体。
因此，在这样的实施例中，电容传感器和相关电路可以设置成进 行检测，并操作成防止有生命物质(例如儿童的手指、宠物的舌头等) 进入切碎才几的切割机构。而且，才艮据本发明的至少一个实施例，电容
17传感器和相关电路可以设置成在接近机构的物体(例如操作人员)尺 寸之间进行区分。
在它的最基本形式中，电容传感器可以只检测靠近切碎机喉部的
人的存在。因此，如图3中所示，根据本发明的至少一个实施例，导 体/接触板112 (包括大约8"乘0.5"的金属条)可以放置在切碎机壳体 104的内部。
根据至少该实施例，导体/接触板112可以与图16中所示的电容 传感器电路1600连接，该传感器电路1600可以再与用于PSC80-2上 的双向三极管交联关的驱动器连接。这样，导体/接触板112可以由线 电压通过高阻抗来驱动。因此，当靠近接触条时，人体的电容使得Q2 门处的电压降低。最后，该操作将打开Q1、红色LED和光耦合器。 该光耦合器随后使得双向三极管交联关驱动器的基极短路，从而使得 马达关闭。
如图14-27中所示，特别是图18中所示，电容检测电路监测输 出(电容器-传感器-输出)，以便确定是否大物体在附近。图28表示 了用于这样的电容检测电路的模拟数据，该电容检测电路设计成在物 体的尺寸之间进行区分。当由微处理器的输入进行观察时，该输出信 号将显示为如图28中所示。因此，最低曲线具有施加在接触板上的 40pF，而顶部曲线具有施加的5pF。在它们之间的迹线描绘为5pF的 增量。
因此，应当知道，施加的电容改变了输出信号的强度。在施加电 容和输出信号强度之间的关系可以由微处理器以多种方式读出。例如， 如图14-19中所示，微处理器可以进行模数转换，以便确定斜率、低 于特定电压的时间、以及电容器-传感器-输出信号的最小电压。所有 这些特征都可以用于确定信号的强度，并因此确定与传感器接触的物 体的尺寸。也可选择，可以包括比较器，以便进行在特定电压的界限 值确定。比较器输出对于更强的信号将更长时间有效，因为信号将在 更长时间低于界限值。然后，该输出可以激发模拟积分器，该模拟积 分器再进行测试以便确定耦合物体的尺寸。该方法可以避免微处理器
18的费用问题。在要检测的物体和地面之间的耦合也影响信号强度。长 期方案可以包括场测试或人工灵敏度调节，以便考虑环境差异。
因此，电容检测机构可以使用各种构造的电路来实现；例如，电 容检测电路可以设置成只有当切碎机处于向前打开状态时才检测大的 身体的存在。不过，应当知道，电容检测电路的其它实施方式可以检 测大的身体并防止切碎机在向前和反向条件进行切碎。
如图14中所示，根据至少一个实施例的一个实施方式，电容检测 机构1600包括视觉指示器电路1610、纸张检测电路1620、检测信号 输入电路1630、调节电路1640和微处理器1650。而且，如图20中所 示，电容检测机构1600还包括关闭-向前-反向开关电路2210、检测打 开指示器电路2220、功率调节电路2230、安全互锁电路2240、马达 开/关电路2250、超载检测电路2260、马达和起动电容器电路2270。
如图15中进一步所示，视觉指示器电路1610包括由微处理器控 制的LED，它指示身体的检测和错误状态，例如马达超载。
如图16中进一步所示，纸张检测电路1620包括用于检测何时存 在要切碎的纸张或其它材料的电路。微处理器1650产生信号，该信号 使得A061R发射器以某种频率(lOKHz)打开和关闭。打开/关闭IR 信号由检测器获取(当不存在纸张时)，并进行积分以便提供返回微处 理器的信号，该信号表示在切碎机喉部区域中存在或缺乏纸张。
如图17中所示，微处理器1650用于控制操作。微处理器1650 ^使用来自接触板、马达电流和纸张检测电路1620的输入，以便确定指 示器的状态，并当开关处于向前位置时控制马达的打开/关闭。
如图18中进一步所示，检测信号输入电路1630向微处理器1650 提供检测输入。当不是大的身体时，输入停留在高电平(沿着AC线 路)。在该特殊实施方式中，输入通过连在VCC上的负载电 阻器"Rp"而保持较高(沿着AC线路)。当身体与接触板接触或靠 近该接触板时，输入脉冲降低(相对于Vcc)。低脉冲是由于通过接触 板至地线的电容和/或电阻。至地线的电容/电阻允许非常小的电流流 过两个串联的2.2M11电阻器以及电阻器Rp。因此，横过Rp有电压降。
如图19中所示，调节电路1640包括与箱开关连接的电路，它使 得电压保持在适合微处理器A20的水平。
如图20和21中所示，关闭-向前-反向开关电路2210包括用于控 制马达方向和向DC电路例如微处理器供电的开关。
如图22中所示，安全互锁电路2240包括当除去用于捕获切碎材 料的箱时防止马达被激活的开关。
如图23中所示，检测打开指示器电路2220提供了当开关处于向 前位置时表示电源"开"和"检测有效"的指示器。
如图24中所示，功率调节电路2230包括将AC线电压转变成微 处理器1650 (图14中所示)所需低电压的电路。应当知道，在该特 殊实施方式中，DC电压(Vcc)跨在AC线的高压侧上。因此，Vcc 连接总是处于AC线相对于AC零线和地线的瞬时值。
如图25中所示，马达开/关电路2250包括放大器和开关，用于使 微处理器能够控制马达的打开和关闭。
如图26中所示，马达和起动电容器电路2270包括马达和用于起 动的电容器。起动电容器与马达导线的连接将控制马达方向。
如图27中所示，超载检测电路2260包括检测电阻器"Rs"，该 检测电阻器"Rs"与马达串联，这样，马达电流经过它(在该特殊实 施方式中只沿向前方向)。当马达负载增加时，横过Rs的电流增加。 当电流达到预定水平时，通向微处理器的超载信号变得有效，即开始 脉沖降低，如图28中的波形图所示。
而且，根据本发明的至少一个实施例，电容传感器可以与用于检 测过厚纸张的一个或多个机构连接，以便防止切碎机卡住。
尽管这里所示的各种实施例采用特定传感器，但是应当知道，可 以采用其它方法来检测靠近切碎机的人或者物的存在，例如利用涡电 流、电感、光电、超声波、霍耳效应或红外线传感器技术的方法。
而且，本领域技术人员应当知道，这里所述的各种特征可以用于 任意电开关，包括嵌入建筑物墙壁中的任意类型一个和/或多个电器开关。
前面所示的实施例表示了本发明的结构和功能原理，而不是为了 进行限制。相反，本发明将包括在所附权利要求的精神和范围之内所 有的改变、变化和置换。
权利要求
1.一种切碎机包括壳体；切碎机机构，该切碎机机构装入壳体内，并包括电动马达和切刀元件，切碎机机构能够将要切碎的物品供给至切刀元件中，且马达可操作成驱动切刀元件，这样，切刀元件切碎供给其中的物品；壳体具有开口，该开口使得物品能够穿过开口供给至切碎机机构的切刀元件中，用于进行切碎；驱动传感器，该驱动传感器可操作成检测切碎机操作人员的固有电特征；以及控制器，该控制器与驱动传感器和切碎机机构连接，控制器可操作成响应高于预定水平的检测的固有电特征而使得切碎机机构进行操作。
2. 根据权利要求1所述的切碎机，其中传感器是电容传感器， 固有电特征是电容。 -
3. 根据权利要求2所述的切碎机，其中电容的预定水平对应于 与至少75磅的操作人员相关的预定电容。
4. 根据权利要求l所述的切碎机，其中控制器包括微控制器。
5. 根据权利要求4所述的切碎机，其中驱动传感器包括导电元 件和用于检测该导电元件的状态的电路；驱动传感器设置成检测操作 人员的固有电特征。
6. 根据权利要求5所述的切碎机，其中导电元件是薄金属部件， 该薄金属部件沿壳体的一部分延伸并邻近开口。
7. 根据权利要求6所述的切碎机，其中金属部件设置在壳体的 内表面上。
8. 根据权利要求7所述的切碎机，其中金属部件只设置在壳体 的内表面上，并不设置在外表面上。
9. 根据权利要求7所述的切碎机，其中金属部件也设置在壳体的外表面上。
10. 根据权利要求7所述的切碎机，其中其上设置金属部件的 壳体部分有边缘，该边缘限定开口的一部分，其中，金属部件从壳体 的内表面越过边缘延伸至外表面。
11. 根据权利要求6所迷的切碎机，其中切碎机机构嵌入壳体中。
12. 根据权利要求6所述的切碎机，其中金属部件至少局部粘 在壳体的一部分上。
13. 根据权利要求12所述的切碎机，其中金属部件包括金属条带。
14. 根据权利要求6所述的切碎机，其中金属部件至少部分由 非导电部件来覆盖。
15. 根据权利要求14所述的切碎机，其中非导电部件至少部分 由导电部件来覆盖。
16. 根据权利要求5所述的切碎机，其中导电元件至少部分包 括金属漆，该金属漆涂敷在壳体的一部分上或者涂敷在与壳体相连的 部件上。
17. 根据权利要求5所述的切碎机，其中导电元件包括至少两 个金属部件，每个金属部件沿壳体的一部分延伸。
18. 根据权利要求1所述的切碎机，其中控制器至少部分包括 微处理器。
19. 根据权利要求1所述的切碎机，其中控制器至少部分包括 分立电路构件。
20. 根据权利要求1所述的切碎机，其中控制器至少部分包括 模拟电路。
21. 根据权利要求1所述的切碎机，其中控制器在检测的固有 电特征高于第一预定水平或低于第二预定水平时使切碎机能够进行操作，但是当检测的固有电特征在第 一和第二预定水平之间时控制器防 止切碎机进行操作。
22. —种切碎4几包括壳体；切碎机机构，该切碎机机构装入壳体内，并包括电动马达和切刀 元件，切碎机机构能够将要切碎的物品供给至切刀元件中，且马达可操作成驱动切刀元件，这样，切刀元件切碎供给其中的物品；壳体具有开口 ，该开口使得物品能够穿过开口供给至切碎机机构的切刀元件中，用于进行切碎；传感器，该传感器可操作成检测切碎机操作人员的固有电特征；以及控制器，该控制器与传感器和切碎机机构连接，控制器可操作成 使得切碎机机构能进行操作，只要传感器检测到操作人员具有高于预 定水平的电特征。
全文摘要
一种切碎机包括壳体；切碎机机构，该切碎机机构包括马达和切刀元件；电容传感器；以及控制器。电容传感器设置成检测试图操作切碎机的实体的电容，并因此检测实体的相对尺寸的合适指示，因为相对尺寸可以是实体的年龄的有效指示器。控制器与电容传感器连接，并设置成根据检测的电容来启动/禁止切碎机的操作。因此，控制器和电容传感器设置成进行配合以便检测年龄和(因此)成熟性的某些指示，以便安全操作切碎机。因此，提供了一种机构，它能够通过保证操作人员能安全操作切碎机而使得切碎机有增大的安全功能。
文档编号B02C23/00GK101578138SQ200780041279
公开日2009年11月11日 申请日期2007年8月30日 优先权日2006年9月28日
发明者T·K·马特林 申请人:斐乐公司