CN102551592A - 基于惯性平稳工作的储能式人力吸尘器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于惯性平稳工作的储能式人力吸尘器，用于清洁室内灰尘、碎屑，也可替代扫帚用于室外道路两侧、人行道上的清扫工作。工作时不消耗能源，室外保洁做到无尘清扫，不污染环境。基于惯性平稳工作的储能式人力吸尘器，特意加大了风机叶轮的质量或加装储能装置以提高叶轮转动惯量；同时，在风机叶轮转速最高时刻利用瞬间分离机构将其与传动系统脱开，在惯性作用下使储存的能量得到充分利用。

Description

基于惯性平稳工作的储能式人力吸尘器

所属技术领域

本发明涉及清洁室内外地面、路面，特别是房间内部地板、室外道路两旁、人行道所用的清除、清扫器具。

背景技术

目前，公知的清洁房间内部地板所用的吸尘器是用电能做动力进行工作，电能消耗会给环境带来污染，同时，电动吸尘器要连接电源，还要安装风管和吸头，使用不方便；室外路面使用扫帚清扫，易扬起尘土，污染环境。

发明内容

清洁室内外地板、路面，现有的电动吸尘器工作时消耗能源；扫帚清扫易扬起尘土，给环境带来污染，同时使用也不方便。本发明提供一种基于惯性平稳工作的储能式人力吸尘器，使用时不消耗能源，转动操作柄即可方便地进行。

本发明采用的技术方案是：基于惯性平稳工作的储能式人力吸尘器机体呈撮箕形状，机体内部构成储尘室、进气腔和排气腔；水平隔板和滤网把机体分为上、下两部分，机体下部为储尘室，其前部与喙形吸嘴相连；上部中间位置是横流式风机叶轮，进气腔、排气腔分别位于风机叶轮的前部、后部。风机叶轮旋转时，外部碎屑、灰尘随空气被喙形吸嘴吸入，进入储尘室后空间增大流速变慢，重力作用下碎屑、灰尘沉积下来，空气经滤网进入进气腔，再经风机叶片的抽吸加压进入后部排气腔排出吸尘器壳体。

工作时，操作柄带动往返方式工作的蓄能杆，每个往返周期分为正程时段和返程时段，正程时段向风机叶轮提供动力，蓄能杆转到下止点后进入返程时段反方向复位。蓄能杆一端是扇形齿片，带动两级齿轮进行增速，驱动风机叶轮达到额定或高于额定工作转数。吸尘器分为单次、断续两种工作方式，采用单次模式，希望转动1次蓄能杆风机叶轮尽可能长时间旋转；采用断续模式，也要求每个往返周期尽可能延长且转速变化不大，为此，把风机叶轮的质量增加2-12倍且大部分加在轮的叶片上，或是在轮辋部位加装高密度材料做成的储能环。质量增大的风机叶轮转动惯量随之增大，当蓄能杆处于非正程一定的时段内，质量增大的风机叶轮在惯性作用下，仍可保持额定或接近额定转速工作。

转动蓄能杆，正程时段从开始到结束是一个加速过程，蓄能杆接近下止点时风机叶轮转速最高储备的动能也最大，此刻，采用瞬间分离机构把风机叶轮从传动系统中脱开，即可实现尽可能延长风机叶轮旋转时间。

断续模式工作的吸尘器采用超越离合器装在风机叶轮与传动齿轮之间作为瞬间分离机构，正程时段超越离合器自锁，蓄能杆输入的转矩经超越离合器传递给风机叶轮；进入返程时段，当传动齿轮速率开始滞后风机叶轮瞬间，超越离合器进入超越解脱状态，风机叶轮靠惯性继续旋转。

解脱状态下的超越离合器输入、输出组件之间仍存在一定的摩擦转矩，风机叶轮并不能同传动齿轮完全脱开，为尽可能延长风机叶轮旋转时间，单次模式工作的吸尘器采用了由缓冲牙嵌离合器、扇形齿片拨槽、离合定时套组成的瞬间分离机构。

缓冲牙崁离合器的从动盘与风机叶轮一体，其端面均布有啮合牙嵌；主动盘与传动小齿轮、拨叉环一体，受嵌入拨叉环内的扇形齿片拨槽的推拉，在风机叶轮半轴上滑动。主动缓冲盘的轴向突爪，穿过主动盘的突爪孔后被锁片锁住，主动盘突爪孔内的缓冲弹簧与突爪成45度角顶压其上。分离状态受弹簧力作用，主动缓冲盘轴向外推被锁片限位，旋转方向被推压到主动盘突爪孔的非承力一侧；进入啮合状态时，受扇形齿片拨槽推动的主动盘、主动缓冲盘轴向靠压从动盘，如果从动盘牙崁与主动缓冲盘莰孔对位不正，弹簧力可缓冲被顶靠的冲击力，同时，由于弹簧力作用，旋转方向传递的扭力也有一个平衡过程，起到了缓冲啮合过程中轴向、旋转方向冲击力的作用。

扇形齿片内侧是轴向开有长形拨孔的拨套，外侧是离合定时套，固定成一体后套装在蓄能杆一端，离合定时套装配在装有销钉的销座内，转动蓄能杆，蓄能杆上的销钉带动内侧拨套、扇形齿片和离合定时套转动。一方面，扇形齿片通过大、小连体介轮、传动小齿轮经缓冲牙崁离合器驱动风机叶轮加速旋转；另一方面，离合定时套的凹槽被销座上的销钉引导，使扇形齿片产生轴向位移，推拉缓冲离合器的离合。离合定时套的凹槽线形要符合缓冲牙崁离合器要求的分离、啮合时序规律。

喙形吸嘴前部通过插接软胶套连接活络导流罩，作用是自动适应地面高低保持恒定的离地间隙，导流罩内装植有纤丝的搅动辊，吸尘器前行时与搅动辊一体的橡胶摩擦轮着地，带动其转动。导流罩的后着地罩板、左着地罩板、右着地罩板的下沿与橡胶摩擦轮轮底面齐平，前着地罩板要留有进气间隙，罩板材料要比橡胶摩擦轮柔软一些。

风机叶轮即可是横流式也可采用离心式或轴流式，如果采用离心式或轴流式风机叶轮，水平隔板上部结构要作相应改变。

本发明的有益效果是，手扳或脚踏操作柄驱动风机叶轮旋转，即可将地面碎屑、灰尘吸净，不消耗能源，无电气噪声无扬尘不污染环境，使用方便。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是基于惯性平稳工作的储能式人力吸尘器机体结构示意图。

图2是吸尘器机座、机芯组件示意图。

图3是吸尘器机座结构分解示意图。

图4是单次工作模式吸尘器机芯组件分解示意图。

图5是断续工作模式吸尘器机芯组件分解示意图。

图6是缓冲牙崁离合器零件分解示意图。

图7是瞬间分离机构蓄能杆、扇形齿片零件分解示意图。

图8是喙形吸嘴活络导流罩结构示意图。

图9是第一个实施例外观结构示意图。

图10是第二个实施例外观结构示意图。

图11是第三个实施例外观结构示意图。

图12是离合定时套工作时序图。

图1中00、机体上罩，01、机体总成，02、进气腔，03、风机叶轮，04、排气腔，05、喙形吸嘴。

图2中11、机座，12、机芯组件。

图3中111、水平隔板，112、滤网，113、涡舌，114、底板，115、右侧板，116、左侧板，117、反冲弹簧。

图4中03、风机叶轮，121、缓冲牙崁离合器，122、高密度材料储能环，124、连体介轮，805、I形操作柄。

图5中03、风机叶轮，122、高密度材料储能环，123、超越离合器，124、连体介轮，903、脚踏操作柄。

图6中1230、叶轮半轴，1231、离合器从动盘，1232、主动缓冲盘，1233、主动盘，1234、传动小齿轮，1235、拨叉环，1236、锁盘，1237、缓冲弹簧，1238、轴向突爪。

图7中1251、蓄能杆，1252、轴向定位槽，1253、拨销，1254、扇形齿片，1255、拨套，1256、离合定时套，1257、定时销座，1258、止动销座。

图8中051、插接软胶套，052、摩擦轮，053、搅动辊，054、前着地罩板，055、右着地罩板，056、左着地罩板，057、后着地罩板。

图9中801、后脚轮，802、触地脚踏，805、I形操作柄。

图10中901、转向轮，902、Y形手柄，903、脚踏操作柄。

图11中101、吸嘴，102、吸管，103、背带，104、吸管过渡接头，105、腰束。

图12是离合定时套工作原理时序分解图

(1)：正程启动段，自准备位后拉操作柄(805)齿轮开始转动，缓冲牙崁离合器主动盘(1233)轴向保持不动，主动缓冲盘(1232)在缓冲弹簧(1237)作用下外推被锁盘(1236)限位，与从动盘牙崁存在小的临界间隙；继续后拉操作柄主动盘轴向内移，从动盘(1231)牙崁开始嵌入主动缓冲盘崁孔，当主动盘与从动盘牙崁之间缩小到临界值时咬合过程结束。这期间如果从动盘牙崁与主动缓冲盘崁孔对位不正，缓冲盘会克服弹簧力外移，缓冲顶压冲击。

(2)：正程加速段，主动缓冲盘(1232)与从动盘(1231)完全咬合，齿轮加速旋转，缓冲盘的轴向突爪(1238)传递的转矩增大，在旋转的反方向靠压缓冲弹簧。

(3)：瞬间分离段，当齿轮转速达到最高，扇形齿片(1254)转到接近下止点时，主动盘(1233)带动主动缓冲盘(1232)开始轴向外移；到达下止点时，与从动盘(1231)完全脱开且保持一定的分离间隙。对第二个实施例，继续下踏脚踏操作柄(903)，反冲弹簧(117)压缩，为脚踏操作柄(903)复位积蓄能量。

(4)：返程段，操作柄回弹，在主、从动盘完全分离状态下齿轮反方向回转，临结束时主动盘轴向内移，回到起始位置。

具体实施方式

在图1、图2、图3、图4、图6、图7中，机芯组件(12)装配在机座(11)的水平隔板(111)、涡舌(113)上部，右侧板(115)左侧板(116)的轴承中；机体上罩(00)装上后，风机叶轮(03)前后位置形成进气腔(02)和排气腔(04)。风机的涡舌(113)结构与水平隔板(111)一体成型，滤网(112)采用纸质或无纺布材料。

瞬间分离机构由缓冲牙崁离合器(121)、扇形齿片(1254)拨槽、离合定时套(1256)组成。拨套(1255)、离合定时套(1256)分装在扇形齿片(1254)内、外固定为一体后，套装在蓄能杆(1251)右端，拨销(1253)经拨套(1255)的长形拨孔固定在蓄能杆(1251)上，然后将蓄能杆(1251)由水平隔板(111)下面穿过，装配在右侧板(115)、左侧板(116)下部轴承中，I形操作柄(805)的下柄套固定在蓄能杆(1251)两端。搬动操作柄(805)正程时段开始，扇形齿片(1254)带动连体介轮(124)的小齿轮，连体介轮(124)的大齿轮带动与主动盘(1233)一体的传动小齿轮(1234)，主动盘(1233)开始转动，与此I司时，离合定时套(1256)的凹槽被定时销座(1257)的销钉引导，使扇形齿片(1254)左推，其拨槽嵌在拨叉环(1235)内带动主动缓冲盘(1232)、主动盘(1233)与从动盘(1231)啮合，驱动风机叶轮(03)加速旋转，其轮辋上加装的高密度材料储能环(122)开始积蓄能量；当操作柄(805)位于下止点前25°，扇形齿片(1254)重心垂直于蓄能杆(1251)轴芯线时，扇形齿片重力开始与操作力叠加，风机叶轮(03)转速达到最高；之后，在离合定时套(1256)的引导下，缓冲盘(1232)、主动盘(1233)右拉，与从动盘(1231)脱开，正程时段结束。返程时段接近上止点时在离合定时套(1256)的引导下，主动缓冲盘(1232)、主动盘(1233)左推到距从动盘(1231)留有临界间隙的起始位置上，一个往返周期结束。蓄能杆(1251)上的环槽(1252)被止动销座(1258)定位防止轴向窜动。

图5是采用超速离合器做瞬间分离机构的机芯组件。超速离合器(123)取代缓冲牙崁离合器(121)装在风机叶轮(03)半轴(1230)上，不需要外加离合控制，结构简单。

在图9所示的第一个实施例中，采用缓冲牙崁离合器做瞬间分离机构。I形操作柄(805)采用轻质材料，以便与扇形齿片(1254)作用于蓄能杆(1251)的力矩相当。使用时操作柄(805)廻转角应≥120°，操作要领是上提操作柄(805)机体成竖直状态时踩住触地脚踏(802)，且以此为支点下压操作柄(805)至喙形吸嘴活络导流罩(05)触地，继续加速下压操作柄(805)到下止点，这时吸力达到最大储备的能量也最大，内切椭圆形触地脚踏(802)的后脚轮(801)底面也完全接触地面，届时松开触地脚踏(802)前推操作柄(805)进行地面清洁。机体宽度可控制在20-30厘米，短时吸入功率可达210W，重量不大于1.3KG。

在图10所示的第二个实施例中，采用超速离合器做瞬间分离机构。操作柄(903)改为脚踏式，踩到底时反冲弹簧(117)被扇形齿片(1254)顶压，届时松开脚踏操作柄(903)自行回弹复位。机体前面装有导向轮(901)，Y形手柄(902)控制走行方向，与搅动辊(053)一体的摩擦轮(052)改为一只装在辊的中间位置。本实施例结构简单，持续吸入功率160W，在室外道路两侧、人行道平整路面取代扫帚进行尘土、碎屑的无尘清扫。

在图11所示的第三个实施例中，采用超速离合器做瞬间分离机构。这是一款背负式设计，改变了I形操作柄(805)的安装角度以方便在后背操作；吸嘴(101)、吸气管(102)、转换接头(104)替代了喙形吸嘴(05)的活络导流罩部分。使用时用背带(103)、腰束(105)把机体固定在后背。本实施例结构简单、合理、实用，持续吸气功率120W，在室外凸凹不平路面、路边角落取代扫帚进行尘土、碎屑的无尘清扫。

Claims (10)

1.一种基于惯性平稳工作的储能式人力吸尘器，由机体、喙形吸嘴和上罩构成，其特征是：采用蓄能杆由机体外部输入动力，经过传动齿轮、瞬间分离机构驱动风机叶轮旋转，喙形吸嘴位于机体前端。

2.根据权利要求1所述基于惯性平稳工作的储能式人力吸尘器，其特征在于：风机叶轮的质量要比常规叶轮重2-12倍且大部分加在轮的叶片上，或是在轮辋部位加装高密度材料制作的储能环。

3.根据权利要求1所述基于惯性平稳工作的储能式人力吸尘器，其特征在于：断续模式吸尘器的瞬间分离机构采用超越离合器；单次模式吸尘器采用由缓冲牙崁离合器、扇形齿片拨槽、离合定时套组成的瞬间分离机构。

4.根据权利要求1所述基于惯性平稳工作的储能式人力吸尘器，其特征在于：传动齿轮是多级增速齿轮。

5.根据权利要求1所述基于惯性平稳工作的储能式人力吸尘器，其特征在于：喙形吸嘴前部通过插接软胶套连接活络导流罩，导流罩的后着地罩板、左着地罩板、右着地罩板的下沿与橡胶摩擦轮轮底面齐平，前着地罩板要留有进气间隙，罩板材料要比橡胶摩擦轮柔软。

6.根据权利要求1所述基于惯性平稳工作的储能式人力吸尘器，其特征在于：风机叶轮即可是横流式也可采用离心式或轴流式。

7.根据权利要求1所述基于惯性平稳工作的储能式人力吸尘器，其特征在于：蓄能杆上的扇形齿片重心垂直于蓄能杆轴芯线时，固定在蓄能杆上的操作柄应定位在下止点之前20°-30°。

8.根据权利要求1所述基于惯性平稳工作的储能式人力吸尘器，其特征在于：脚踏式操作柄踩到底时反冲弹簧被扇形齿片顶压，松开时操作柄自行回弹复位。

9.根据权利要求1所述基于惯性平稳工作的储能式人力吸尘器，其特征在于：机体尾部的后脚轮是椭圆形触地脚踏的内切圆。

10.根据权利要求1所述基于惯性平稳工作的储能式人力吸尘器，其特征在于：缓冲牙崁离合器的从动盘与风机叶轮一体，其端面均布有啮合牙崁；主动盘与传动小齿轮、拨叉环一体，受嵌入拨叉环内的扇形齿片拨槽的推拉，在风机叶轮半轴上滑动；主动缓冲盘的轴向突爪，穿过主动盘的突爪孔后在另一面被锁片锁住，主动盘突爪孔内的缓冲弹簧与突爪成45度角顶压其上。

Images