CN1044975A - 电风扇摇头摆角调节装置 - Google Patents

Abstract

一种电风扇摆角调节装置，包括与电机轴相连的蜗杆，一与蜗杆相啮合的蜗轮，在蜗轮轴上开有与大齿轮相啮合的齿，大齿轮固定安装在空心轴和芯轴之一上，空心轴可旋转地安装在壳体上，空心轴的下端固定安装一行星轮架；行星轮可绕行星轮架上一销轴旋转，行星轮上装有一偏心销钉，偏心销钉与一连杆的一端铰接；芯轴放在空心轴内，其下端设有一太阳轮，行星轮与太阳轮啮合，空心轴和芯轴之间装有一由一调节机构控制的离合机构。

Description

本发明涉及一种电风扇摆角调节装置，该装置特别适用于控制电风扇摇头时其摆动角的大小。

通常使用的电风扇的吹风方向仅有定向和摇头两个挡，也就是说仅能向一个固定的方向吹风或在一固定的摆动角度范围内摇头向一扇形区域吹风。人们在使用电风扇时，即使只有一个人使用，也很少使用定向吹风，虽然定向吹风在短时间内会使使用者感到凉爽，但一直吹风会使人很不舒服;如果使用者分布范围较小，而此时采用摇头吹风时，有时人们会感到每次吹风之间的间隔又过大了。于是人们希望能根据使用要求对电风扇摇头时的摆动角加以控制和调节。

传统电风扇的摇头机构是一四连杆机构，要使电风扇摇头的摆动角幅度改变就必须改变其中一杆件的长度，通常是改变曲柄的长度。人们提出的一种方案是利用销钉或滑杆在滑槽内滑动改变位置来构成可变长度曲柄，从而使四杆机构的参数变化以实现调整摆角。然而由于销钉或滑杆在滑槽里是靠弹簧的弹力与调节机构对它施加的作用力共同作用下定位和移动的，所以存在一对矛盾，即既希望调节时销钉或滑杆容易移动，也就是要求弹簧弹力要小或销钉与滑槽之间的摩擦力要小，又希望调整完后销钉能在滑槽里牢固定位，以抵抗曲柄运行时连杆对它的反作用力，而这又要求弹簧的弹力要大或销钉与滑槽间的摩擦力要大。这一矛盾在电风扇摆角机构齿轮箱内的有限空间里是不易解决的。因此，基于上述原理设计的电风扇摆角调节机构具有或者调节摆角比较费力，或者电风扇运行时摆角容易偏离预定值的缺点。

本发明的目的就是要解决现有技术中所存在的这对矛盾，采用本发明的装置调节电风扇摇头的摆角时，不但调节方便容易，而且调节后曲柄长度保持不变，使电风扇始终在预定的摆角范围内摇头。

本发明的目的是基于下列一种原理得以实现的，即采用一个行星轮系，该行星轮系包括一太阳齿轮，一行星齿轮，以及一行星轮架，行星轮上固定装有一偏心销钉，而太阳齿轮与行星齿轮始终啮合，行星轮可转动地装在行星架上，行星轮架固定在一空心轴上，太阳齿轮固定在一芯轴上，芯轴同心地放入空心轴中。当行星轮架相对于芯轴转动时，行星齿轮就绕太阳齿轮转动。这样，行星齿轮上的偏心销钉的轴线与太阳齿轮轴线，即芯轴轴线间的距离得以连续改变，因而在两轴线间就构成了一可变长度的曲柄。当行星轮架与太阳齿轮同步转动时，上述两轴线间的距离、即曲柄的长度就保持不变。如果所述销钉轴线与行星齿轮轴线间的距离等于行星齿轮轴线与太阳齿轮轴线间的距离，曲柄的长度就可以在零到最大值之间变化，曲柄的最大长度等于行星齿轮轴线与太阳齿轮轴线间的距离的两倍。

用这个可变长度的曲柄代替传统风扇中摇头机构的固定长度曲柄，就可以使风扇的摇头摆角在零和最大值之间变化。

所述的芯轴和空心轴二者之一上还装有一大齿轮，该大齿轮与传统摇头机构中的蜗轮轴啮合，以便引入风扇摇头和改变曲柄长度的动力。为使芯轴和空心轴在调节曲柄长度可相对转动，而在曲柄长度调节到所需长度后又相对固定而同步转动，以使曲柄长度保持不变，在芯轴和空心轴之间设置一离合装置。离合装置可以采用嵌牙式或摩擦盘式或其它适宜的形式。当离合装置结合时，芯轴与空心轴被锁住，从而上述行星轮系变为定轴轮系，太阳齿轮、行星齿轮、行星轮架以及偏心销钉同步绕太阳齿轮轴线转动，此时曲柄以某一固定长度转动。当离合装置分离时，芯轴和空心轴脱离结合，并且离合装置对二者之一中未装与蜗轮轴啮合的大齿轮的那一个止动。这样定轴轮系又转为行星轮系，于是行星齿轮与太阳齿轮之间发生相对转动，从而使行星齿轮上的偏心销钉的轴线与太阳齿轮轴线间的距离发生变化而得以调节曲柄的长度。

离合机构的结合与分离由一调节机构操纵，本发明的调节机构包括自动调节式和手动调节式。手动调节式的工作原理是：通过手动使离合机构分离从而调节曲柄的长度，用电反馈或机构式反馈方式将曲柄长度的变化反馈出来并以一定的方式反映出来，当使用者观察到曲柄变化到对应于所需摆角的长度时，再通过手动使离合机构结合。这样电风扇就在调节后的摆角范围内摇头。

自动调节式的工作原理是，通过调节机构输入一让电风扇在所需摆角范围内摇头的指令，然后调节机构自动操作使离合机构分离，对曲柄长度进行调节，当曲柄长度调节到对应于所需摆角的长度时，调节机构又将离合机构自动操纵到结合状态，这样电风扇就在所期望的摆角范围内摇头了。

在本发明的一种自动调节机构中，太阳齿轮和行星轮架分别固定在芯轴和空心轴的下端，大齿轮上制有一封闭的凸轮面。在芯轴的上端固定装有一支承块。离合机构采用棘轮棘爪式，棘轮即所述的大齿轮，而棘爪装在支承块上并由一弹簧偏压与棘轮啮合。支承块上装有一可绕一垂直销轴在水平面内摆动的支承架，支承架包括一摆杆和一推板，摆杆可绕支承架上的一水平轴在垂直面内摆动并由一弹簧向下偏压。在壳体上安装一仅可沿一个方向，例如垂直方向往复移动的挡板，挡板上有一侧缘，该侧缘上开有一缺口，摆杆的前端，即自由端仅能通过挡板侧缘上的缺口穿过挡板而使摆杆随支承块转动。所述的推板前端顶在棘爪上，还有一与推板做成一体的止动板，该止动板可与支承块上的一止动面配合以限制支承架的运动。支承块上还装有一可往复运动的随动件，该随动件的一端沿所述的凸轮面滑动，而另一端顶在摆杆上，在这种结构中凸轮面是在垂直方向上起伏变化的，因此随动件是沿大致垂直的方向往复运动的。可以理解的是，也可以将凸轮面做成在横向方向上有起伏变化，这样，随动件就沿大致水平的方向往复运动。在后一种结构中，可以省略前一种结构中的摆杆，而使水平运动的随动件直接与一仅可沿大致水平方向往复移动的挡板上的缺口配合。

本发明的调节装置由于采用行星轮系调节曲柄的长度，因此曲柄长度可在零和最大值之间随意选取，也就是说采用本发明的摇头摆角调节装置的电风扇可根据需要在零和最大摆角范围内以任意一个摆角摇头。

此外，由于采用了离合机构，所以曲柄长度的调节非常方便省力，调整时只需移动一块挡板的位置或按动一个操纵离合器离合的按键，调节曲柄长度的动力由电风扇电动机提供，调节后的曲柄长度由离合器锁定，不会发生变化，因此，采用本发明装置的电风扇具有调节省力且运动平稳可靠的优点。

本发明的其它优点和变换的结构可以从下面的描述中得到更好的了解。

下面我们结合附图对本发明作详细的介绍，其中：

图1为本发明的电风扇摆角调节装置的第一个实施例的剖视图，其中离合装置采用摩擦式离合装置;

图2为图1所示的电风扇摆角调节装置局部底视图，示出了行星轮系的构造;

图3为行星轮系示意图，示出了各构件之间的关系;

图4为本发明的电风扇摆角调节装置的第二个实施例的剖视图，图中示出了嵌牙式离合装置的结构，调节装置的行星轮系与第一实施例相同（图中未示）;

图5为沿图4中A-A线剖的电风扇摆角调节装置的平面视图，所示的嵌牙式离合装置处于“接合”状态;

图6为图4所示的嵌牙式离合装置处于“脱开”状态的示意图;

图7为本发明的第三个实施例的剖视图，示出了摆角自动调节装置的结构;

图8为图7中的摆角自动调节装置的局部正视图;

图9是图7所示的自动调节装置的局部视图;

图10为图7所示的摆角自动调节装置的局部顶视图，示出了离合装置“脱开”的状态;

图11为图7所示的摆角自动调节装置中离合装置“接合”时的示意图。

参看图1和图2，蜗轮1与电机轴相连的蜗杆2啮合，通过蜗轮轴3把运动传给大齿轮5，其中蜗轮1与其轴之间设有已知的卸载装置及离合装置（图未示），当蜗轮1载荷大到一定值时，卸载装置自动打滑;离合装置控制风扇头所停位置以进行定向吹风。为方便起见，在蜗轮轴3的上端直接加工出与大齿轮5啮合的齿来，把动力传递大齿轮。大齿轮5装在空心轴6（或芯轴7）的上端，芯轴7可动地放在空心轴6内并与之同心布置。空心轴6下端通过螺钉8与行星轮架9牢固连接。带偏心销钉10的行星齿轮11通过销轴13装在行星轮架9上，行星齿轮11可绕销轴13转动并与中心齿轮12啮合，这样由中心齿轮12，行星齿轮11，行星轮架9组成了一个行星轮系结构。芯轴7可以在与行星轮架9连接的空心轴6里转动。在行星齿轮11上偏心地装有一个销钉10，该销钉也可以同行星齿轮整体地做在一起。可转动地固定在机架上（未示）的连杆14的一端与销钉10相铰接，销钉10与行星齿轮11同步转动。当行星齿轮9相对芯轴7转动时，行星齿轮11就相对中心齿轮12转动，使销钉10轴线到芯轴7轴线的距离得以连续改变，因而构成了一个可变长度的曲柄，一般选定销钉10轴线到行星齿轮11轴线的距离等于行星齿轮11与中心齿轮12的中心距，此时曲柄的长度可以从零到最大值之间改变，其最大值等于行星齿轮9与中心齿轮12的中心距的两倍。用这个可变长度曲柄代替原来风扇四杆机构中长度固定的曲柄就能使风扇的摆角在零度至最大角度（如120℃）之间变化。电动机（未示）通过蜗杆2、蜗轮1、蜗轮轴3向大齿轮5传递动力;这时四杆机构作摆动运动，风扇头随其中一杆的摆动运动摆动。

为了实现曲柄长度的调节，在空心轴6与芯轴7之间设置一套离合机构，离合机构可以是摩擦式或嵌牙式，或其它形式，决定离合机构的离合状态可以用手动和自动两种，本实施例采用手动摩擦式离合机构。如图1所示，摩擦圆盘16被弹簧17通过钢珠18压紧在大齿轮5的上端，弹簧17一头顶一盖上，杆19可将摩擦盘16抬起使之与大齿轮分离，同时其钳口20将摩擦盘16制动。杆19的动作通过拉索21由风扇面板上的按键（未画出）操纵。当按键未按下时，摩擦盘16与大齿轮5结合，把空心轴6、芯轴7、行星轮架9、行星齿轮11、中心轮12、偏心销钉10全部锁定为一体，使行星轮系变成定轴轮系，从而装置以某一固定的曲柄长度运行，即决定了风扇的某一摆角，图2中实线所画的曲柄长度为最大。若要改变摆角，如变到图2中虚线所示的行星轮系位置，可把按键按下，通过杆19使摩擦盘16与大齿轮5分离并用钳口20把摩擦盘16制动，由于行星轮架9继续被电机驱动旋转，迫使行星齿轮11及偏心销钉10绕销轴13转动，从而改变了曲柄长度，到合适位置后释放按键，使离合器重新合上，此时风扇便以新的曲柄长度所决定的摆角摆动。

图3示出了曲柄长度与空心轴、芯轴等之间（太阳齿轮与行星齿轮间）的关系，由图可知：

e²＝R²+R²-2R·R·cos α

e= $\sqrt{{\mathrm{2\; R}}^2\mathrm{(1-\; cos\; x)}}$ ,其中α＝nβ

所以 $\mathrm{e\; =}\sqrt{2}R\sqrt{\mathrm{(1-cos\; n\; \beta )}},$

R：行星齿轮与中心齿轮的中心距

e：曲柄长度

α：中心齿轮与行星齿轮的相角差

β：芯轴与空心轴的相角差

n：中心齿轮与行星齿轮的齿数比（n＝1，2，3……）

图4示出了本发明电风扇摆角调节装置的第二个实施例，图中示出装有由手动决定离合状态的嵌牙式离合机构的调节机构，该调节装置的行星轮系的结构及原理已在第二个实施例中详细描述过，在此不重复了。

参见图4，大齿轮105与23是齿数、模数完全相同的两个齿轮，齿轮23装在空心轴106上，而齿轮105装在芯轴107上。离合机构由擒纵叉24和小齿轮25组成，擒纵叉24可绕枢轴26枢转，小齿轮25装在擒纵叉24上、并可相对擒纵叉转动。正常情况下弹簧27的弹力使小齿轮25同时与齿轮105，23啮合，这是离合装置的合状态，见图5。电机动力可通过齿轮105或23输入，在本实施例中是从齿轮105输入（图中未示）。如图6所示，调角时拉动拉索121，使擒纵叉24偏转导致小齿轮25与两大齿轮105，23脱离，同时擒纵叉24有一头叉入大齿轮23的齿中（当动力从齿轮23输入时则叉入齿轮105的齿内）将其制动。

图7～11示出本发明的另一实施例，它采用了自动调整方式，即只要给出一个摆角大小的信号，摆角调节装置就能自动控制所带的离合机构的“离”与“合”状态，找到与摆角对应的曲柄长度。该摆角调节装置中的行星轮系部分同前二个实施例一样，不再叙述。

参看图7～11，蜗轮201与同电机轴相连的蜗杆202啮合，通过蜗轮轴203把运动传给大齿轮205。其中蜗轮201与其轴203之间设有公知的卸载装置及离合器（未示）。当蜗轮201荷载大到一定值时卸载装置自动打滑;离合器用于控制风扇头所停的位置，以进行定向吹风。为方便起见，在蜗轮轴203的上端直接加工出与大齿轮205啮合的齿来，其下端可转动地装在壳体上，大齿轮205可固定安装在空心轴206或芯轴207上，即动力从空心轴206或芯轴207输入，本实施例采用前一种形式，与之相应地把支承块28装在芯轴207上（当大齿轮205固定在芯轴上时，支承块28装在空心轴206上）。支承块28侧面装有棘爪29，作离合之用。棘爪29由弹簧片偏压，正常运行时其在弹簧力作用下将大齿轮205棘住，使空心轴206与放在其内并同心布置的芯轴207一起转动，图10为棘爪与大齿轮脱开的状态，图11示出了棘爪棘住大齿轮的状态。支承块28上装有支架30，支架30可绕轴销31在支承平面上偏转，它包括摆杆32，推板33及止动板34，推板33与止动板34做成一体。当支架30偏转时可将棘爪29顶开，使之脱离大齿轮205，止动板34大致竖直延伸，与支承块侧面配合，其与支承块28的距离应使推板33把棘爪推出大齿轮的齿内后勾住支承块28，使支架30不再偏转。在大齿轮205的上端面有一个环形凸轮35，其上的凸轮面可以是任何闭合形状的。支架30上安装了一个摆杆32，摆杆32的根部与支架30铰接，并可随支架相对支承块28作回转运动。一拉簧36作用在摆杆32上，摆杆向下压随动杆37使其始终与凸轮面接触。随动杆37可滑动地插在支承块28上的一个导孔内，其两端分别与摆杆32和大齿轮205的凸轮面接触。随动杆37的二端可以是球面或滚轮，以改善运动性能。当芯轴207和空心轴206之间相对转动时，摆杆32在随动杆37和拉簧36的共同作用下随凸轮面的起伏而摆动。摆杆32有两个功能：一是按凸轮轮廓曲线给出的轨迹作摆动，从而指示出芯轴207与空心轴206之间的相对角位移量;二是当它的一端转动受阻时产生转矩;使离合机构分离并使芯轴制动。为了控制芯轴207与空心轴206之间的角位移量，在壳体上设置了一个可调节挡板38，它装在固定在壳体上的导柱40上，挡板不能旋转，其下端装有一弹簧41。挡板38可通过各种传动方式（如拉索221）被风扇面板上的调节钮所控制，作出平行于随动杆37轴线的位移。在挡板38的边缘适当位置开有一个具有一定形状的缺口39（例如楔形，缺口的开口边宽度小），仅能容许摆杆32自由端通过，即开口边的尺寸与摆杆32的厚度大致相同。

风扇摆角是与曲柄长度一一对应的，可近似视为线性，而曲柄长度e与芯轴、空心轴间的相角差β的关系是 $\mathrm{e\; =}\sqrt{{\mathrm{2R}}^2\mathrm{(1-com\; n\beta )}}$ ，为使挡板38的位移量与风扇摆角变化量成近似的线性关系，凸轮轮廓线亦取非线性。

本实施例建立起一个完整的闭环无差调节系统，它的工作过程如下：电动机动力通过蜗杆202、蜗轮201、蜗轮轴203驱动大齿轮205转动，通过操纵面板上的调节钮（未示）使挡板38作一定范围内的位移而置定了缺口39的空间位置，即向调节系统输入了给定信号;被调节对象-曲柄长度由凸轮摆杆机构取样，通过摆杆32的放大并由摆杆32的自由端位置反馈到挡板38上，挡板38本身又是一个比较器，它通过运算得到采样值与给定值的差值，当采样值与给定值一致时，摆杆32位置与缺口39位置重合，这时摆杆32每转一周都必然能通过缺口39而不受阻挡。如果采样值与给定值不同，摆杆32转到挡板38位置上时其自由端被挡板38挡住，随即撞开离合器并使芯轴207制动，引起行星轮系动作而改变曲柄长度，从而改变电风扇的摆角，与此同时，凸轮驱动摆杆32摆动，使摆杆32自由端在挡板38边缘上滑动，不断地用新的采样值与给定值在挡板38上作比较。由于凸轮轮廓线是连续的，所以不管给定值的改变是增加还是减少，采样值最终会与给定值一致，这时摆杆32自由端找到缺口39并通过缺口39，从而释放被制动的芯轴207并重新接合离合器，于是机构曲柄长度调节过程结束，风扇以新的摆角运行。

本发明目前的优选实施例已经被叙述，显然，本发明不受其限制，在随后的权利要求的范围内可作各种改进，例如本发明的第三个实施例中的凸轮面可以是侧向朝向的连续曲面，此时随动杆37与摆杆32做成一体并水平放置，与此同时挡板38也横向放置，缺口39朝下，随动杆不与凸轮面接触的一端向上弯，该弯曲部分等价于原摆杆的自由端，随动杆装在跟支架30连成一体的套筒内，使随动杆可作伸缩运动，当摆杆自由端为挡板挡住时，支架30可作相对的转动，从而把棘爪从大齿轮205中顶开。

Claims (15)

1、一种电风扇摆角调节装置，包括一壳体，一与电机轴相连的蜗杆，一与蜗杆相啮合的蜗轮，蜗轮轴与蜗轮之间装有卸载装置和离合装置，所说的蜗轮轴上开有与大齿轮相啮合的齿，其特征在于大齿轮固定安装在空心轴和芯轴二者之一上，空心轴可旋转地安装在壳体上，所说的空心轴的下端固定安装一行星轮架；一安装在行星轮架上的行星轮，行星轮可绕行星轮架上一销轴旋转，所说的行星轮上装有一偏心销钉，偏心销钉与一连杆的一端铰接；所述的芯轴放在空心轴内，与芯轴同心布置，芯轴可相对空心轴转动，其下端设有一太阳轮，所述行星轮与太阳轮啮合；空心轴和芯轴之间装有一离合机构，该离合机构由一调节机构控制。

2、如权利要求1所述的电风扇摆角调节装置，其中离合机构包括棘轮和棘爪。

3、如权利要求2所述的电风扇摆角调节装置，其中所述的棘轮即为所述的大齿轮。

4、如权利要求1、2、3所述的电风扇摆角调节装置，其中所述的调节机构包括一固定安装在所述芯轴和空心轴二者之中未与大齿轮连接的那一个上的支承块，支承块上装有一可绕垂直销轴在水平面内摆动的支承架，支承架包括一摆杆和一推板，摆杆可绕支承架上的一水平轴在垂直面内摆动并由一弹簧向下偏压;一安装在壳体上的挡板，该挡板可被操纵但仅可沿一个方向往复移动，挡板上有一侧缘，该侧缘上开有一缺口，摆杆自由端仅能通过挡板侧缘上的缺口穿过挡板而使摆杆随支承块转动;所述的棘爪安装在支承块上，推板顶在棘爪上;所述的大齿轮上制有一封闭的凸轮面;一可往复运动的随动件安装在支承块上，其一端沿凸轮面滑动，而另一端顶在摆杆上。

5、如权利要求4所述的电风扇摆角调节装置，其中所说的支承架还包括与推板做成一体的止动板，该板大致垂直地延伸，并可支靠在支承块的一止动面上以限制支承架的运动。

6、如权利要求4所述的电风扇摆角调节装置，其中棘爪由一弹簧装置偏压与大齿轮啮合。

7、如权利要求4所述的电风扇摆角调节装置，其中所述的挡板上的缺口为楔形的，其位于挡板边缘上的开口边的宽度略大于摆杆自由端的厚度。

8、如权利要求5所述的电风扇摆角调节装置，其中所述止动板与所述支承块上的止动面之间的间距应大到足以使推板将棘爪顶离棘轮而脱离啮合。

9、如权利要求1和4所述的电风扇摆角调节装置，其中棘爪与棘轮啮合的位置和大齿轮（即棘轮）与蜗轮轴啮合的位置沿大齿轮的厚度方向错开。

10、如权利要求4所述的电风扇摆角调节装置，其中所述的随动件沿所述凸轮面滑动的一端装有一滚轮，该滚轮可沿凸轮面滚动。

11、如权利要求1所述的电风扇摆角调节装置，其中所述的太阳轮和行星轮两轴线间的距离等于行星轮与偏心销钉两轴线间的距离。

12、如权利要求1所述的电风扇摆角调节装置，其中偏心销钉与行星轮整体地成形。

13、如权利要求1所述的电风扇摆角调节装置，其中所述的离合机构包括固定安装在所述芯轴和空心轴二者中未与所述大齿轮连结的那一个上的摩擦盘，所述芯轴和空心轴可沿轴向相对移动，摩擦盘由一弹簧装置偏压而与大齿轮上的一端面摩擦啮合，调节机构包括一杠杆，该杠杆可将摩擦盘抬起而使其与大齿轮上的所述端面脱离结合并可将摩擦盘制动。

14、如权利要求13所述的电风扇摆角调节装置，其中所述杠杆上与摩擦盘配合的一端带有一钳口。

15、如权利要求1所述的电风扇摆角调节装置，其中所述的离合机构包括固定安装在所述芯轴和空心轴二者中未与所述大齿轮连结的那一个上的从动大齿轮，该从动大齿轮与前述的与蜗轮轴啮合的主动大齿轮相同，二大齿轮可与一轴心线能移动的小齿轮啮合，所述的小齿轮可转动地装在一擒纵叉上，擒纵叉可绕一枢轴枢转，在弹簧的作用下装在擒纵叉上的小齿轮与两大齿轮同时啮合，一拉索装在擒纵叉上，拉动拉索可使小齿轮与两大齿轮脱开，与此同时擒纵叉上的一尖端插入从动大齿轮的齿内，从而把该齿轮制动。

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