CN1093560A - 真空吸尘器 - Google Patents

Abstract

一种真空吸尘器包括由电机驱动的吸风扇，连接 于吸风扇进气侧的吸嘴，以及用于向电机供送电力的 花线装置。电机是由电子装置控制的，适于以一种使 吸风扇以至少50,000转/分的转速工作的转速被 驱动。吸风扇具有透平风扇式风扇叶轮。

Description

本发明涉及一种真空吸尘器，它包括由电机驱动的吸风扇，通过集尘器连接于吸风扇内部的吸嘴，以及用于向电机输送电力的挠性装置。

现有技术的真空吸尘器是按照几种不同的理论设计的。常见的一种称为罐式真空吸尘器，它具有较大面包的形状并具有由电机驱动的吸风扇。这种吸尘器具有通过一软管及延伸管连接于吸嘴的进口。从吸嘴，空气通过延伸管和软管进入真空吸尘器，在真空吸尘器中，空气通过集尘器形式的过滤器而将空气携带的尘粒分离出来。然后，通常经过一个也用作扩散器的附加过滤器之后通过吸风扇，也通过电机，以便冷却电机，然后排至周围大气。当准备使用真空吸尘器时，使用者握住软管端的一个手柄，从真空吸尘器牵开软管，并将软管连接于延伸管。这样，使用者就可以在下面的表面上横移吸嘴，如果需要，设有轮子的真空吸尘器可由使用者拉着软管在覆盖表面上移动。

另一种真空吸尘器称为立式吸尘器，它包括一吸嘴，另外附设一转动刷，转动刷在软表面如壁对壁地毯上具有击打效果，手柄部分包括较大的集尘器，也用作控制地板组件在被清扫表面上移动的操纵装置。

上述两种真空吸尘器都具有5-10Kg的较大重量，因而使用不便。当将真空吸尘器移入或取出一小屋或储存间时，当准备在两个不同的地板之间移动时特别困难。

在市场也有一种真空吸尘器，在某种程度上克服了重量引起的缺点。这种真空吸尘器常常称为杆式真空吸尘器，与立式真空吸尘器属于同类，但是，其地板组件包括一个没有转动刷的吸嘴，这种真空吸尘器比一般的立式吸尘器较小较轻。这种真空吸尘器由于设有较小的电机风扇组件，因而带来一个缺点，与相应的罐式真空吸尘器或立式真空吸尘器相比，效率较差。

以上述杆式真空吸尘器为基础，本发明的目的是使这种吸尘器与相应的罐式立式吸尘器同样有效，同时进一步减轻重量。为了实现这一目的必须致力于真空吸尘器的最重的组件，即电机风扇组件，而其首要因素是电机。

从汽车的透平组件可知，利用尺寸小的迅速转动的叶轮可以使大量空气在压力下引入汽车发动机的吸气系统。在此情况中，高压是靠叶轮产生的，当然也产生相应的吸力。这一构思是本发明的基础，也就是说，借助尺寸小的迅速转动的叶轮可以产生与上述罐式或立式吸尘器相同大小的吸气效果，但是却减小了风扇尺寸。在此种情况下，叶轮不是象汽车中那样是由废气驱动而是由电机驱动，电机的工作转速必须大大地超过真空吸尘器的电机中现在常用的转速。由于这种负荷种类，高速可以获得与普通真空吸尘器相同的功率，但是却减小了电机尺寸。

本发明的上述目的是由上述那种真空吸尘器实现的，其中，电机是由电子装置控制的，其驱动转速使吸风扇至少以50，000转/分的转速工作，吸风扇包括一个透平风扇式叶轮。这些区别性特征已写入权利要求1。推荐实施例是从属权利要求的主题。

从参照下述附图对实施例的详细描述，可以更清楚地理解本发明的其它目的优点。

图1表示本发明的一个实施例，包括一个手持式真空吸尘组件，不用时可存在一个静止组件上;

图2是带有附加延伸管和吸嘴的手持式真空吸尘组件的侧视图;

图3是手持式真空吸尘组件实施例的剖视图;

图4是图3所示真空吸尘组件中的透平风扇轮的详图;

图5是驱动真空吸尘器的电机的电子控制装置的电路图;以及

图6表示图5所示电路中出现的不同电压波形。

如上所述，可以说本发明在于将内燃机透平增压器中所用技术转换到真空吸尘器领域，特别是使用透平技术通过高速电机驱动透平风扇轮以实现可与普通真空吸尘器相比的吸力，同时风扇轮和电机都可具有适中的尺寸。这项技术适用于各种类型的真空吸尘器，但是特别适用于减少上面所称手持真空吸尘器即杆式真空吸尘器的尺寸且相应减少其重量。因此下面将结合一种实施例继续描述本发明，该实施例为轻型手持杆式真空吸尘器，同时，设置于该实施例中的电风扇显然也可以设置在普通的由地板支承的真空吸尘器中，而后者的尺寸并不具有相同的重要性。不论应用场合，本发明的优点在于，与现有技术的装置相比，本发明的吸风扇具有大得多的工作效率。

如图1所示，真空吸尘器分成两个组件，即手持组件10和静止组件11。手持组件10设有一连接件12，可附装呈延伸管13（图2）形状的一条刚性管，延伸管的另一端连接于一吸嘴36。组件10侧面由门17闭合，门17内有一空腔14，与电风扇组件（下文将描述）的吸风侧连通。在空腔14中设有集尘器15，分离从吸嘴36吸入空气中所携带的颗粒。集尘器可用一种不详述的方式与门17相连接，当门打开时，集尘器可摆出，以利于更换集尘器。吸入的空气经过电风扇装置（图1中未画出），通过设置在组件10后端的孔16排出。以一种本身已公知的方式，在组件外壳内，使用一种称作扩散过滤器的附加过滤器可以盖住孔16。另外，组件10还设有一手柄18，借助于柄10使用时可握持组件。另外组件10还设有在手柄前端的控制板，其上有操纵装置如按钮20，21，22等用于控制真空吸尘器的功能。

当不使用时，组件10储存在静止组件11上。为此，组件11有一凹槽23，在凹槽23中可插入组件10且使其锁定在位。静止组件11设有紧固件25，紧固件25上有一个开口24，当将组件10储存在静止组件11上时，开口24几乎完全环绕着组件10的连接件12。花线26将手持组件10电连接于静止组件11，当使用真空吸尘器时，花线可拉出至所需的长度，以便在距静止组件需要的距离处形成真空。通过花线39和插头38，静止组件11可连接于墙壁上的插座，插座则连接于交流电网。通过适当的开关装置，设置在手持组件10中的电机可通过花线26接通电源。花线26可卷绕在绕线架27上，绕线架以一种公知的方式（借助弹簧或电机）卷绕不需要的花线部分。另外，静止组件11具一个门28，在门28上设有腔室用于储放各种吸嘴29，30，31。组件11也具有一个可储放集尘器33的空间，该空间可由门32闭合。

上面已对实施例作了一般性描述，下面将描述真空吸尘器的各个部件，借助这些部件，可以实现上面曾提到的对真空吸尘器的效率和功能有关的重要改进。先决条件是使用一种吸气风扇轮，是在内燃机透平增压器中常用的那种，称为透平风扇轮。按照原来的设计构思，这种风扇轮是用来提供压力的，通过透平机的高速转动（往往是在100，000转/分左右或更高）由内燃机的排气驱动风扇轮。

在真空吸尘器的应用场合中没有排出废气，透平风扇轮必须由电机驱动，电机要能够以所需的高转速（即高于50，000转/分）转动风扇轮。在这个问题上。已经知道透平风扇轮并不提供需要的压力，而是以可接受的效率提供吸力，直至风扇轮的转速达到所需的范围。已经证实，与各种参数如风扇轮尺寸，流过的空气量和所需的吸力等相关，风扇轮的转速应该超过60，000转/分，当风扇轮转速为大约100，000转/分时曾获得极佳效果。

如图4所述，透平风扇轮34具有一种具体的形式，在中心进气侧，风扇轮具有极弯曲的叶片35。这有助于使尽可能多的空气进入风扇。主要是沿风扇轴向吸入的空气，然后由于叶片的曲率在向着风扇轮圆周的方向减小，而转变方向。临近于圆周时，叶片主要是沿轴向延伸，迫使空气以径向向外的方向离开风扇。因此，可以说透平风扇轮在吸气侧作为轴向风扇工作，而在排气侧作为径向风扇工作。

图3为按照本发明的手持式真空吸尘组件的剖视图。该组件包括一壳体36，壳体36一端有一连接件37，用来附装延伸管和吸嘴。通过连接件37吸入的空气通过一个空腔38，在空腔38中可设置集尘器，用于分离尘粒。空腔38的最里端由一稀疏的过滤器39覆盖，称作应急过滤器，防止随后的风扇轮当集尘器由于进气携带的液态或尖锐物体而断损时免于毁坏。电机40是可在高转速下工作的那种电机。一般来说，电机包括设在轴42上的转子41，轴42支承在端罩45，46上的轴承43，44内。转子与固定电机外壳48上的静子47配合工作。电机的结构并不是关键的，因而电机只是示意地画出。

在电机轴42上设有透平风扇轮34，可由螺钉固定，或者由其它能在风扇轮高转速条件下保证永久和固定性连接的其它装置固定，透平风扇轮与风扇壳49配合工作，风扇壳49的形状象一漏斗以便收集空气，并将其导向风扇轮中心的进气侧。从侧面看时，叶片朝着风扇轮的圆周弯曲，且在弯曲区域50，风扇轮转动时与风扇壳49配合十分精确，即在两部件间只有很窄的间隙。在风扇轮34的周向外侧，空气随一弯曲的通道51，使空气从径向转变为轴向，因而在空气扫过电机外侧以便冷却电机之后，主要沿轴向排出真空吸尘器。

应当注意的是，电机端罩之一可设计得与风扇壳一起形成弯曲的通道51。该端罩的弯曲部分52与风扇壳的同样的弯曲部分53相配合。

在选择电机时，由于整流子和电刷不适应对电机高转速的要求，显然普通的串励电机被排除在外。因此，只能选择电子整流或电子控制的电机。适用的电机可以是电子整流的直流电机，磁阻电机或感应电机。人们一般认为最后提及的电机类型牢固耐用，但是如果电机在高速下工作则难于控制。如果电机在重型和/或变化负载下工作，就要在很大程度上增加必要的电子控制装置的价格。在现有的情形中，电机是用来驱动风扇的，而风扇是一种很轻的负载。因而在控制装置中就可以省去通常所需要的各种产生斜面（ramp）的装置。电子控制装置的任务只是使电机开始转动，然后使电机进入所需的转速范围。这个任务可以由较简单的电子装置完成，为真空吸尘器选择电机也同样是出于成本方面的考虑。

如上所述，在实施例中可选用感应电机，特别是三相鼠笼式电机。这种电机具有三相绕组的静子，与短路转子配合工作。这种电机是公知的，本文不再详述。在图5中，电机的标号为54，静子绕组示意地画出，标号为55，56和57。所述绕组以公知的方式连接于控制装置58（图5）的输出端R，S和T。这种连接一般可以为Y形连接或△形连接。

在三相鼠笼式感应电机的一般工作方式中，是由三相交流电源驱动的，其转速取决于电机的极数和电源的频率。在两极电机中通常转速为大约3，000转/分，在现在的情形中，电机以高得多的转速被驱动，为此工作电压必须为三相，频率要相应地高于普通电源的50或60Hz。在实施例中，工作频率选为1，500Hz。

控制装置大体上可认为是一个三相开关，其目的是向电机的各绕组施加适当大小和极性的直流电压，以相应于频率为1，500Hz的三相交流电压。

现有技术提出许多适用的振荡电路，可以产生适当频率的尖峰脉冲。然后通过分频，例如使用移位寄存器，可以获得每相两个脉冲，带有时间漂移，因而对于每相来说，第一信号用来在各输出端R，S或T产生正极性的高压，而另一信号用来在输出端产生相反极性的相应电压。在图5中有关的功能框标号为59，该功能框在线路60上发出脉冲。这条线种连接于驱动电路61（例如为2130型），其目的是将各脉冲分配至成对的为每相设置的晶体管62，63;64，65;66，67。在实例中，晶体管是FET晶体管，但是如也可使用IGBT型晶体管、每个晶体管62-66具有通过电阻68和保险丝69连接于驱动电路61的一个输入端。另外，在每对晶体管中，两晶体管是在电源电压U和地之间串联的。直流电压是由普通电源电压经过整流和平滑处理后产生的，当电源电压为230V时，其大小为325V。

图6示出图5所示控制装置中的不同脉冲的波形。在图6上部示出输出端R，S和T的三个电压的波形。以通常的方式这些电压相互之间具有120度的相位移。对于从控制装置所获的这些电压来说，不同的晶体管输入端必须接收图6下部线条所示的脉冲。不同的波形由相应晶体管62-67的标号加后缀“i”代表。如图6所示，在第一半周期晶体管62导通而晶体管63截止，然后在第二半周期晶体管63导通而晶体管62截止，因而输出端R交替获得高、低值。在第一半周期，电流从线端U通过导通的晶体管62和输出端R流至相应的电机绕组。在第二半周期，电流从电机绕组通过输出端R和现在导通的晶体管63流至地。其余两对晶体管64，65和66，67分别由线条64i，65i，和66i，67i代表的脉冲作相应的控制，用于产生由线条S和T代表的电压，从而使电流流过相应的电机绕组。

如图6所示，电压在正、负电位之间瞬时漂移，好象电机已经由电源的频率的正弦电压所驱动那样。这就是说，所谓的工作循环达50%。如果这种电机由工作循环为50%的方形脉冲驱动，那么很快就会出现热问题，电机就会过热。为了克服这个问题，工作循环必须减少至小于50%，例如45%。为此，传至晶体管62和63的脉冲必须相应地延迟以便比图中较迟地开始。但是脉冲后端如图所示在相同的时间点出现。与传至成对的晶体管64，65和66，67的脉冲相关，也必须分别形成相应的延迟。通过使用已知的装置包括电阻电容组合，在功能框59中可完成这种脉冲延迟。

如前所述，本发明的目的是提供一种装置，使真空吸尘器与相同性能的普通吸尘器相比尺寸大为减小。图示实施例只是完成所述目的的一个例子。本发明的重要技术内容在于，具有所谓透平风扇轮的吸风扇是以至少50，000转/分的转速被驱动的，从而与吸风扇转速不超过20，000转/分的普通真空吸尘器相比效率大为增加。由于提高了效率，吸风扇和驱动电机的尺寸可大为减小，如果人们希望，可利用这一点来改善杆式真空吸尘器的性能而不改变其总体尺寸。或者，本发明也可应用于典型的真空吸尘器中，以便比目前的真空吸尘器有更好的方式来储放吸嘴和其它工具。在后一种情形中，真空吸尘器的内部在很大程度上是由大功率的，要求空间的驱动电机以及在径向上也有大的总体尺寸的径向风扇所占据。风扇往往是双级式的，因而在轴向上也要求大的空间。如上述实施例所表明的那样，本发明可提供一种手持式真空吸尘器，其总体尺寸可与所谓的汽车真空吸尘器相比拟，但却具有传统的地板支承真空吸尘器的性能。有利的是，这种手持式真空吸尘器也可用作汽车吸尘器，以便清洁室内装璜和汽车内的地板面，可提供地板支承真空吸尘器的吸尘性能，但却具有所谓的汽车真空吸尘器的那种方便的搬动性能。

Claims (12)

1、一种真空吸尘器，包括由电机驱动的吸风扇，通过集尘器与吸风扇的进气侧相连的吸嘴，以及用于向电机提供电力的花线装置，其特征在于：所述电机是由电子装置控制的，适于以一种使吸风扇以至少50，000转/分的转速工作的转速被驱动，其中所述吸风扇具有一个透平风扇式叶轮。

2、如权利要求1所述的真空吸尘器，其特征在于：所述电机用来以超过60，000转/分的转速来驱动吸风扇。

3、如权利要求1或2所述的真空吸尘器，其特征在于：所述透平风扇轮用来与环绕的风扇壳配合，使吸风扇在进气侧作为轴向风扇工作，而在排气侧作为径向风扇工作。

4、如权利要求1-3中任一项所述的真空吸尘器，其特征在于：所述吸风扇以大约100，000转/分的转速工作。

5、如权利要求1-4中任一项所述的真空吸尘器，其特征在于：所述透平风扇轮具有一毂衬，主要覆盖风扇壳上的通气孔，在毂衬上设有许多径向延伸和轴向凸起的叶片，这些叶片在与毂衬中心最接近的区域形成在风扇轮转动的方向作用的铲状，而风扇叶片在圆周区域改变形状，主要沿轴向延伸。

6、如权利要求5所述的真空吸尘器，其特征在于：它具有一条吸气道，吸气道呈沙漏形，具有中央风门部分和在中央风门部分两侧的加大的两个部分，透平风扇轮的叶片的设计使得在中央风门部分与环绕的风扇壳精密配合，形成很窄的间隙，在出口侧该间隙通入环形的弯曲通道，使排气从径向转变成轴向。

7、如权利要求6所述的真空吸尘器，其特征在于：所述环形弯曲通道通入一条轴向包围电机以便冷却电机的环形通道，该通道连接于流过真空吸尘器的空气的出口。

8、如权利要求6或7所述的真空吸尘器，其特征在于：所述环形弯曲通道是由环绕的风扇壳和在电机一侧设置的端罩的外表面形成的。

9、如权利要求1所述的真空吸尘器，其特征在于：它包括一个手持组件，该手持组件包括所述电机和带有集尘器的吸风扇，所述吸嘴通过一条刚性导管连接于所述吸风扇的进气侧。

10、如权利要求1-9中任一项所述的真空吸尘器，其特征在于：所述电机是三相感应电机。

11、如权利要求9所述的真空吸尘器，其特征在于：设有一电子控制装置，用于控制所述电机且设计为一分离组件，通过花线装置连接于所述手持组件。

12、如权利要求9所述的真空吸尘器，其特征在于：所述手持组件包括操纵装置，用于控制所述电机的接通，断开以及还可能控制其转速，所述操纵装置通过花线装置与所述分离组件实现功能性连接。

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