CN110997105A - 用于真空吸尘器的污物分离器 - Google Patents

Abstract

一种用于真空吸尘器的污物分离器，该污物分离器包括：腔室，该腔室具有入口和出口，载有污物的流体通过该入口进入腔室，经清洁的流体通过该出口离开腔室；以及位于出口处的盘，该盘布置成绕旋转轴线旋转并且包括供清洁后的流体通过的孔。孔至少分布在盘的第一和第二区域上，第二区域在第一区域的径向外侧。第二区域的孔隙率高于第一区域的孔隙率。

Description

用于真空吸尘器的污物分离器

技术领域

本发明涉及一种用于真空吸尘器的污物分离器。

背景技术

真空吸尘器的污物分离器可以包括多孔袋或旋风分离器。但是，两种类型的分离器都有其缺点。例如，袋的孔在使用过程中很快被污物堵塞，而旋风分离器消耗的压力可能很高。

发明内容

本发明的第一方面提供了一种用于真空吸尘器的污物分离器，该污物分离器包括：

腔室，所述腔室具有入口和出口，载有污物的流体通过所述入口进入腔室，清洁后的流体通过所述出口离开腔室；以及

位于所述出口处的盘，所述盘布置为绕旋转轴线旋转，并且包括供清洁后的流体穿过的孔，

其中：

孔至少分布在盘的第一和第二区域上，第二区域在第一区域的径向外侧；并且

第二区域的孔隙率高于第一区域的孔隙率。

进入腔室的载有污物的流体与旋转的盘接触，从而向流体施加切向力。当载有污物的流体径向向外移动时，由盘施加的切向力增加。流体然后通过盘中的孔抽出，而污物由于其更大的惯性而继续向外移动并聚集在腔室的底部。

本发明的污物分离器具有优于常规分离器如多孔袋或旋风分离器的优点。例如，使用过程中，袋的孔很快会被灰尘堵塞。然后，这减少了在吸尘器头上获得的吸力。利用本发明的污物分离器，盘的旋转有助于确保盘中的孔通常保持清洁。结果，在使用过程中可以没有观察到吸力的显著降低。真空吸尘器的旋风分离器通常包括两个或更多个分离级。第一级通常包括用于去除粗污物的单个较大的旋风室，而第二级包括用于去除细污物的多个较小的旋风室。结果，旋风分离器的整体尺寸可能较大。旋风分离器的另一个困难是，它典型地需要高的流体速度以实现高的分离效率。另外，移动通过旋风分离器的流体在从入口流向出口时通常遵循相对较长的路径。结果，与旋风分离器相关的压降会很高。利用本发明的污物分离器，可以以更紧凑的方式实现相对较高的分离效率。特别地，污物分离器可以包括具有单个腔室的单个级。此外，分离主要是由于转盘施加给污物的角动量而发生的。结果，在相对低的流体速度下可以实现相对高的分离效率。另外，流体从腔室的入口移动到出口所采取的路径相对短。结果，跨过污物分离器的压降可以小于跨过具有相同的分离效率旋风分离器的压降。

第二区域的孔隙率较高可以增加在该区域中通过盘的流体比例(而如果两个区域的孔隙率均保持不变，则更多的空气将通过更靠近旋转轴线的孔)。这又可以提供几个优点。例如，它可以使经清洁的流体流更均匀地分布在盘的整个直径上，从而减少从盘中流出的湍流。作为另一示例，由于孔的切线速度随着它们与旋转轴线的径向距离而增加，因此第二区域的孔可以提供更有效的污物分离。因此，通过第二区域的更多空气可导致整体分离性能的提高。

为了避免疑问，可以将盘的区域的孔隙率定义为盘的该部分的开口面积(即，流体可以流过的面积)占该区域的总面积的百分比。

第一区域可以在设置孔的盘的径向范围上延伸至少5％，例如至少10％或至少20％。替代地或同样地，第二区域可以在设置孔的盘的径向范围上延伸至少5％，例如至少10％或至少20％。

可选地：

孔分布在第三区域以及第一和第二区域上，第三区域在第二区域的径向外侧；和

第三区域的孔隙率高于第二区域的孔隙率。

具有至少三个孔区域的盘，随着距旋转轴线的径向距离的增加而孔隙率增加，可以提供更加平滑的孔隙率增加。减少孔隙率突然变化的存在可以减少流经盘的湍流。

第三区域可以在设置孔的盘的径向范围上延伸至少5％，例如至少10％或至少20％。

盘的孔隙率可在设置孔的盘的基本上整个径向范围上基本上连续地增加。

这可以使孔隙率更加平滑地增加，从而进一步减小湍流。

第二区域的孔隙率可以比第一区域的孔隙率至少大10％。例如，第二区域的孔隙率可以比第一区域的孔隙率大至少20％，至少30％或至少40％。

优选地，第二区域的孔隙率比第一区域的孔隙率大至少50％，例如大至少60％或大至少70％。

第一区域和第二区域之间的孔隙率的较大差异可以放大上述优点。

当垂直于盘观看时，每个孔可以是细长的并且限定在盘的平面内延伸的纵向轴线。

如果孔的一个尺寸(“长度”)大于与该尺寸成90度的尺寸(“宽度”)，则该孔可被认为是细长的。因此，细长形状的示例包括椭形，椭圆形，矩形(除了正方形以外)以及更复杂的形状，例如具有笔直的侧面和半圆形端部的“跑道”形状。

每个孔可在设置孔的盘的基本上整个径向范围上延伸。

与多个孔一起跨越设置孔的盘的整个径向范围的布置相比，这可以提高盘的制造的容易性。

每个孔的纵向轴线可以相对于盘的径向方向倾斜。

这可以使盘的性能适应整个分离器的要求。例如，如果孔是倾斜的，则其径向内端在其径向外端前方(沿盘的旋转方向)，则盘可充当离心式叶轮(或更大程度地起到作用)，它的向外流动可帮助提供空气密封，以防止载有污物的空气从盘周围和后面逸出。作为另一个例子，如果孔是倾斜的，使得它们的径向外端在它们的径向内端的前方，则它们的纵向轴线可以定位成更接近垂直于通过盘的流体的流动。作为另一示例，如果孔以这种方式倾斜，则盘可能倾向于径向向内推动空气(或减小通过盘的旋转而向外推动空气的力)。这可以有利地减小施加到围绕盘的周边的密封装置上的空气动力压力。

每个孔的纵向轴线可与径向方向形成至少5度的角度，例如至少10度，至少20度或至少30度。

与孔以较小角度倾斜的布置相比，这可以放大上述优点中的一个或多个。

每个孔的纵向轴线可以是弯曲的。

这允许每个孔的倾斜度(相对于径向方向)在该孔的径向范围内变化，从而使载有污物的流体与盘之间的相互作用在不同的径向点处变化。例如，每个孔的纵向轴线可以在盘的旋转方向上是凸的。这可以允许将孔的纵向轴线定位成更接近垂直于穿过盘的流体路径，从而潜在地改善了分离性能，如下所述。替代地或同样地，它可以允许盘更有效地用作离心叶轮。作为另一个示例，每个孔的纵向轴线可以在盘的旋转方向上是凹形的。这可以使通过盘的流向每个孔的径向中心集中，从而减小施加在围绕盘的周边和/或中心的密封装置上的空气动力压力。

在孔的纵向轴线是弯曲的情况下，如果纵向轴线从一个轴向端到另一轴向端的路径定义的矢量相对于盘的径向方向倾斜，则可以认为它相对于径向方向倾斜。

例如，不超过4倍。

每个孔的纵向轴线可以具有不大于盘的半径的四倍，例如不大于三倍或不大于两倍的曲率半径。例如，每个孔的纵向轴线可具有小于盘半径的曲率半径。

这种相对较小的半径可以放大上述优点中的一个或多个。

盘可以被构造成绕旋转轴线在预定方向上旋转，并且每个孔的纵向轴线在盘的旋转方向上是凸的。

这可以允许将孔的纵向轴线定位成更接近垂直于穿过盘的流体路径，从而潜在地改善了分离性能，如下所述。替代地或同样地，它可以允许盘更有效地用作离心式叶轮，其向外流动可以帮助提供空气密封，以防止载有污物的空气逸出到盘的周围和后面。

可选地：

孔从盘的上游面延伸到下游面；并且

每个孔具有从其上游端向下游端变窄的锥形部分。

与每个孔具有恒定的横截面面积或从上游端到下游端变宽的布置相比，这可以使通过孔的空气流动平滑。替代地或同样地，如后面将更详细讨论的那样，它可以为进入孔中的污物分离提供更大的机会而不是一直穿过。

每个孔的锥形部分可以包括位于该孔和盘的上游面之间的相交处的倒角表面。

倒角表面提供了孔的倾斜表面，该表面可以使空气平滑地进入孔，从而减少了湍流，从而减少了能量浪费。

倒角表面可以围绕或不围绕孔的圆周延伸。

每个孔的锥形部分可以包括圆角表面。

圆角提供孔的弓形或喇叭形表面，其可以有利地减少引入流过孔的流体中的湍流。

该孔可以在圆角表面处与盘的上游面相交。

在孔的锥形部分既包括倒角表面又包括圆角表面的情况下，圆角可以位于倒角表面和盘的上游面之间。作为另一示例，圆角表面可包括倒角表面被“融合”到孔的侧壁上的表面。

圆角表面可以围绕或不围绕孔的圆周延伸。

每个孔可包括在锥形部分的下游的倒锥形部分，该倒锥形部分从其上游端到下游端加宽。

倒锥形部分可以充当扩散器，从而使通过孔的气流减速(由于锥形部分形成的气流收缩而加速)。这样可以使空气更平滑地排出盘的下游面。

倒锥形部分可限定至少5度的锥角，例如至少10度或至少15度。在一些实施例中，锥形部分可限定至少20度或至少25度的锥角。

可选地：

盘配置为绕旋转轴线在预定方向上旋转；

每个孔在具有前缘和后缘的嘴部处与边缘的上游面相交；和

在前缘处或附近的锥形部分的前部比在后缘处或附近的锥形部分的后部陡。

这可能导致气流或更大的气流穿过锥形部分的前部，然后撞击锥形部分的后部，从所述气流中分离污物特别有效。

可选地：

孔从盘的上游面延伸到下游面；并且

当沿着盘的径向方向观察时，每个孔穿过盘的厚度的路径限定了中心线，该中心线倾斜成使得其不垂直于盘。

这可以使孔(进而是整个盘)对流体的作用更好地适应分离器整体的要求。例如，每个孔的中心线可以倾斜成使得其与盘的上游面相交的点在盘的旋转方向上位于中心线与盘的下游面相交的点的前方。这可以允许盘用作轴向叶轮(或更大程度地起作用)，从而减少施加在配置为吸取流体通过盘的真空马达上的负载。作为替代，它可以允许盘用作涡轮机，从而使流过孔的流体推动盘旋转，从而减少施加在布置为旋转盘的马达上的负载。

作为另一示例：

盘可以布置成绕旋转轴线在预定方向上旋转；并且

每个孔的中心线可以是倾斜的，使得它与盘的上游面相交的点在盘的旋转方向上位于中心线与盘的下游面相交的点的后面。

如后面将更详细地讨论的，这可以减少污物颗粒穿过孔的风险。

中心线可以与盘的平面限定小于85度的角度，例如小于80度或小于75度。

例如，中心线可以与盘的平面限定小于70度或小于65度的角度。

腔室可以配置为使得所述载有污物的流体分离的污物聚集在所述腔室的底部，并在朝向所述腔室的顶部的方向上逐渐填充，所述出口位于所述腔室的顶部处或附近，并且所述腔室的底部与腔室的顶部轴向间隔开。

通过将出口定位在腔室的顶部处或附近，可以使盘保持没有聚集在腔室内的分离的污物。结果，当腔室充满污物时，可以保持有效的分离。腔室的底部与腔室的顶部轴向间隔开(即，在平行于旋转轴线的方向上)。这样的益处是，由盘径向向外抛出的污物和流体不太可能干扰收集在腔室的底部处的污物。另外，腔室内的任何涡流可能在腔室周围移动而不是在腔室上下移动。结果，可以减少收集在腔室中的污物的再次夹带，从而提高分离效率。

可以在具有至少25％的开口面积的盘的穿孔区域中形成孔。结果，可以为盘获得较大的总开口面积。通过增加盘的总开口面积，移动通过孔的流体的轴向速度可能会降低。结果，较少的污物由流体携带通过孔，因此可以观察到分离效率的提高。另外，通过增加盘的总开口面积，可以观察到跨过污物分离器的更小的压降。

盘的直径可以大于入口的直径。然后这至少具有两个益处。第一，可以为盘获得相对较大的总开口面积。实际上，盘的总开口面积可以大于入口的总开口面积。如上所述，通过增加盘的总开口面积，移动通过孔的流体的轴向速度可能减小，与污物分离器相关的压降也是如此。第二，该盘可以实现相对较高的切向速度。随着盘的切线速度增加，由盘施加到载有污物的流体的切向力增加。结果，较多的污物由盘从流体分离，因此可以观察到分离效率的提高。

盘可以包括被外部区域围绕的内部区域，并且内部区域的开口面积可以小于外部区域的开口面积。特别地，内部区域可以具有小于10％的开口面积，并且外部区域可以具有大于20％的开口面积。由于盘的切线速度从盘的周边到盘的中心减小，因此由盘施加到载有污物的流体的切向力在内部区域较小。通过确保内部区域的开口面积小于外部区域的开口面积，可以观察到分离效率的提高。

内部区域的直径可以不小于盘的直径的三分之一。结果，大部分孔被设置在盘的切线速度和因此施加到污物的切线力相对较高的区域处。结果，可以观察到分离效率的增加。另外，具有较大的内部区域和较小的开口面积可以增加盘的刚度。

另外地或替代地，内部区域的直径可以不小于入口的直径。进入腔室的载有污物的流体然后被更好地鼓励从轴向方向转向径向方向。这样做的益处是，在孔上移动的流体的径向速度较高，因此较少由流体携带的污物能够与转动匹配并轴向通过孔。由流体携带的相对硬的物体可能会撞击盘并刺破或损坏孔之间的区块。通过使盘的内部区域的尺寸至少与入口的尺寸相同，并且具有较小的开口面积，减小了损坏盘的风险。特别地，通过具有较小的开口面积，孔之间的区块更大，因此降低了污物刺破区块的风险。

孔可以形成在外部区域中，而内部区域可以是非穿孔的。通过确保内部区域是非穿孔的，孔被设置在盘的切线速度和因此施加到污物的切线力相对较高的区域处。结果，可以观察到分离效率的增加。此外，可以减少硬物撞击盘所造成的损坏。

进入腔室的载有污物的流体可以被引导至盘。也就是说，载有污物的流体可以沿着与盘相交的流动轴线经由入口进入腔室。在真空吸尘器的污物分离器内设置旋转的盘是已知的。然而，存在如下偏见，即污物分离器必须包括旋风分离器室以将污物与流体分离。然后，盘仅用作辅助过滤器，以在流体离开旋风室时从流体中清除残留的污物。还有一个偏见，即必须保护旋转的盘免受进入旋风室的大量污物的侵害。结果，载有污物的流体以避免与盘直接碰撞的方式被引入旋风室中。然而，通过将载有污物的流体引导到盘上，污物在与旋转的盘接触时受到相对较高的切向力。然后，流体内的污物被径向向外抛出，而流体则轴向地穿过盘上的孔。结果，不需要旋流就可实现有效的污物分离。

进入腔室的载有污物的流体可以被引导到盘的中心。也就是说，流动轴线可以与盘的中心相交。这样的优点是，载有污物的流体在盘表面上的流动可以更均匀地分布。相反，如果载有污物的流体在盘处偏心，则流体很可能不均匀地分布。然后，移动通过孔的流体的轴向速度可能在盘上负载最重的那些区域增加，从而导致分离效率降低。另外，从流体中分离出的污物可能会在腔室内不均匀地聚集，从而损害了污物分离器的容量。污物的再次夹带也可能增加，导致分离效率进一步降低。引导载有污物的流体偏离中心的另一缺点是盘可能承受不均匀的结构载荷。导致的不平衡可能导致振动和噪音增加，和/或可能会缩短用于支撑旋转的盘的任何轴承的使用寿命。

孔可以通过化学蚀刻或激光加工形成。结果，可以以及时且经济的方式精确地形成指定尺寸的大量孔。

污物分离器可以包括用于驱动盘的电马达。结果，盘的速度以及因此施加到污物上的切向力对流量和流体速度相对不敏感。因此，与涡轮机相反，可以在相对较低的流量下获得相对较高的分离效率。

盘可以是至少1mm，例如至少1.5mm或至少2mm厚。这可以使盘有利地坚固和/或可以允许盘在由于污物的磨损而损坏之前被使用更长的时间。还可以允许具有倾斜的中心线和/或锥形部分的孔对盘的性能具有更大的影响。

盘的厚度可以小于10mm，例如小于8mm，小于6mm或小于4mm。与较厚的盘相比，这可以有利地减小盘的重量和惯性。

盘可以由塑料制成，例如尼龙或聚丙烯。与金属制成的盘相比，这可以有利地减小盘的重量和惯性，和/或制造的成本或复杂性。

根据本发明的第二方面，提供了一种真空吸尘器，其包括根据本发明的第一方面的污物分离器。

真空吸尘器可以是手持真空吸尘器(例如，电池供电的手持真空吸尘器)。尽管在真空吸尘器的污物分离器中设置旋转盘是已知的，但是存在如下偏见，即污物分离器必须包括旋风室以将污物与流体分离。结果，污物分离器的整体尺寸相对较大并且不适合在手持单元中使用。利用本发明的污物分离器，可以以相对紧凑的方式实现分离效率。因此，污物分离器特别适合用于手持单元。

真空吸尘器是杆式真空吸尘器，其包括通过细长管附接到吸尘器头的手持单元，所述手持单元包括污物分离器，并且所述细长管沿着平行于旋转轴线的轴线延伸。

通过具有平行于旋转轴线延伸的细长管，可将载有污物的流体沿着相对直的路径从吸尘器头运送至污物分离器和旋转盘。结果，可以减少压力损失。

细长管可以沿着与旋转轴线共线的轴线延伸。

附图说明

为了可以更容易地理解本发明，现在将参考附图，通过示例的方式描述本发明的实施例，其中：

图1是真空吸尘器的透视图；

图2是通过真空吸尘器的一部分的截面；

图3是通过真空吸尘器的污物分离器的截面；

图4是污物分离器的盘的平面图；

图5示出了载有污物的流体通过污物分离器的流动；

图6示出了污物分离器的排空；

图7是当真空吸尘器用于地板上方清洁时通过真空吸尘器的一部分的截面。

图8示出了在入口导管的圆周上由盘施加到载有污物的流体的切向力，该切向力(a)在盘的中心处指向，和(b)偏心指向；

图9是通过第一替代污物分离器的截面；

图10是通过具有第二替代污物分离器的真空吸尘器的一部分的截面；

图11是通过第三替代污物分离器的截面；

图12是通过具有第三替代污物分离器的真空吸尘器的一部分的截面；

图13示出了第三替代污物分离器的排空；

图14是通过第四替代污物分离器的截面；以及

图15示出了形成任何污物分离器的一部分的盘的替代孔形状和尺寸。

图16示出了用于一个污物分离器的另一替代的盘。

图17是用于一个污物分离器的另一种盘设计的示意图。

图18示出了另一盘设计。

图19示出了沿径向方向的截面观察的另一种盘设计的一部分。

图20示出了沿径向方向的截面观察的另一种盘设计的一部分。

图21示出了沿径向方向的截面观察的又一盘设计的一部分。

图22示出了沿径向方向的截面观察的另一种盘设计的一部分。

图23示出了替代盘组件，其可以形成任何一个污物分离器的一部分。

具体实施方式

图1的真空吸尘器1包括通过细长管3附接到吸尘器头4的手持单元2。细长管3可从手持单元2拆卸，使得手持单元2可用作独立的真空吸尘器。

现在参考图2至图7，手持单元2包括污物分离器10，马达前过滤器11，真空马达12和马达后过滤器13。马达前过滤器11位于污物分离器10的下游但在真空马达12的上游，马达后过滤器13位于真空马达12的下游。在使用过程中，真空马达12使载有污物的流体通过吸尘器头4下侧的吸入口被吸入。从吸尘器头4，沿着细长管3将载有污物的流体吸入并进入污物分离器10。然后将污物与流体分离并保留在污物分离器10内。清洗后的流体离开污物分离器10，并被抽吸通过马达前过滤器11，其在流体通过真空马达12之前从流体中清除残留的污物。最后，由真空马达12排出的流体通过马达后过滤器13，并通过手持单元2中的通风口14从真空吸尘器1中排出。

污物分离器包括容器20，入口管道21和盘组件22。

容器20包括共同限定腔室36的顶壁30，侧壁31和底壁32。顶壁中心的开口限定了腔室36的出口38。底壁32通过铰链33附接至侧壁31。附接到底壁32的卡扣34与侧壁31中的凹部接合以将底壁32保持在关闭位置。然后释放卡扣34使底壁32摆动到打开位置，如图6所示。

入口管道21向上延伸穿过容器20的底壁32。入口管道21在腔室36内居中延伸并终止于距盘组件22一短距离。入口管道21的一端限定腔室36的入口37。当手持单元2用作独立吸尘器时，入口管道21的相对端可附接到细长管3或附件工具。

盘组件22包括联接到电马达41的盘40。电马达41位于腔室36的外部，并且盘40位于腔室36的出口38处并覆盖腔室36的出口38。当通电时，电马达41使盘40绕旋转轴线48旋转。盘40由金属形成，并且包括由穿孔区域46围绕的中心非穿孔区域45。盘40的周边覆盖容器20的顶壁30。当盘40旋转时，盘40的周边接触顶壁30并与顶壁30形成密封。为了减少盘40和顶壁30之间的摩擦，可以在顶壁30周围设置低摩擦材料(例如PTFE)的环。

在使用过程中，真空马达12使载有污物的流体通过入口37吸入腔室36中。入口管道21在腔室36内沿着与盘40的旋转轴线48重合的轴线中心地延伸。结果，载有污物的流体沿轴向方向(即，沿平行于旋转轴线48的方向)进入腔室36。此外，载有污物的流体被引导到盘40的中心处。盘40的中心非穿孔区域使载有污物的流体转向并径向向外(即，在垂直于旋转轴线的方向上)运动。旋转的盘40将切向力施加到载有污物的流体上，从而引起流体涡旋。当载有污物的流体径向向外移动时，由盘40施加的切向力增加。在到达盘40的穿孔区域46时，流体通过盘40中的孔47被轴向抽吸。这就要求在流体方向上进一步转动。较大和较重的污物的惯性太大而无法使污物跟随流体流动。结果，污物不被抽吸通过孔47，而是继续径向向外移动并且最终聚集在腔室36的底部。较小和较轻的污物可能会跟随流体通过盘40。然后通过马达前过滤器和马达后过滤器11,13除去大部分污物。为了排空污物分离器10，释放卡扣34并且容器20的底壁32摆动打开。如图6所示，容器20和入口管道21构造为使得入口管道21不会阻止或阻碍底壁32的运动。

除了清洁地板表面之外，真空吸尘器1还可以用于清洁地板上的表面，例如架子，窗帘或天花板。清洁这些表面时，手持单元2可能会翻转，如图7所示。收集在腔室36中的污物50然后可以朝向盘40掉落。落在盘40上的任何污物很可能会穿过或堵塞穿孔区域46中的某些孔47。结果，盘40的可用开口面积将减小，并且轴向移动通过盘40的流体的速度将增加。然后，流体可能会通过盘40携带更多的污物，因此污物分离器10的分离效率可能会降低。容器20的顶壁30不是平坦的而是阶梯状的。结果，腔室36包括位于侧壁31和顶壁30中的台阶之间的沟槽。该沟槽围绕盘40并且用于收集落下腔室36的污物50。结果，当手持单元2倒置时，较少的污物可能掉落到盘40上。

与采用多孔袋的常规分离器相比，污物分离器10具有几个优点。使用过程中，袋的孔很快会被灰尘堵塞。然后，这减少了在吸尘器头上获得的吸力。另外，通常在装满袋时必须更换袋，并且确定袋何时装满并不总是容易的。利用本文所述的污物分离器，盘40的旋转确保了穿孔区域46中的孔47通常保持清洁。结果，在使用过程中没有观察到吸力的显著降低。另外，可以通过打开容器20的底壁32来排空污物分离器10，从而避免了更换袋的需要。此外，通过将透明材料用于容器20的侧壁31，使用者能够相对容易地确定污物分离器10何时充满并且需要排空。多孔袋的上述缺点是众所周知的，并且通过采用旋风分离的分离器同样可以很好地解决。然而，本文所述的污物分离器10也具有优于旋风分离器的优点。

为了获得相对较高的分离效率，真空吸尘器的旋风分离器通常包括两个或更多个分离级。第一级通常包括用于去除粗污物的单个相对较大的旋风室，而第二级包括用于去除细污物的多个相对较小的旋风室。结果，旋风分离器的整体尺寸可能相对较大。旋风分离器的另一个困难是，它需要高的流体速度以实现高的分离效率。此外，移动通过旋风分离器的流体在从入口流向出口时通常遵循相对较长的路径。长路径和高速度导致高空气动力学损失。结果，与旋风分离器相关的压降会很高。利用本文所述的污物分离器，可以以更紧凑的方式实现相对较高的分离效率。特别地，污物分离器包括具有单个腔室的单个级。此外，分离主要是由于旋转的盘40施加到载有污物的流体的角动量而发生的。结果，在相对低的流体速度下可以实现相对高的分离效率。另外，流体从污物分离器10的入口37移动到出口38所采取的路径相对短。由于较低的流体速度和较短的路径，空气动力损失较小。结果，对于相同的分离效率，跨过污物分离器10的压降小于跨过旋风分离器的压降。因此，真空吸尘器1能够使用功率较小的真空马达获得与旋风真空吸尘器相同的清洁性能。如果通过电池为真空吸尘器1供电，则这尤其重要，因为真空电动机11的功耗的任何减少都可以用于增加真空吸尘器1的运行时间。

在真空吸尘器的污物分离器内设置旋转的盘是已知的。例如，DE19637431和US4382804各自描述了一种具有旋转的盘的污物分离器。然而，存在如下偏见，即污物分离器必须包括旋风室以将污物与流体分离。然后，盘仅用作辅助过滤器，以在流体离开旋风室时从流体中清除残留的污物。还有一个偏见，即必须保护旋转的盘免受进入旋风室的大量污物的侵害。因此，载有污物的流体以避免与盘直接碰撞的方式被引入旋风室中。

本文所述的污物分离器利用了以下发现：可以用旋转的盘实现污物分离，而不需要旋风室。污物分离器进一步利用了以下发现，即可以通过将载有污物的流体沿直接朝向盘的方向引入腔室中来实现有效的污物分离。通过将载有污物的流体引导到盘上，污物在与旋转的盘接触时受到相对较高的力。然后，流体内的污物被径向向外抛出，而流体则轴向地穿过盘上的孔。结果，不需要旋流就可实现有效的污物分离。

污物分离器10的分离效率和跨过污物分离器10的压降对盘40中的孔47的尺寸敏感。对于给定的总开口面积，污物分离器10的分离效率随着孔尺寸的减小而增加。然而，随着孔尺寸的减小，跨过污物分离器10的压降也增加。分离效率和压降也对盘40的总开口面积敏感。特别地，随着总开口面积的增加，移动通过盘40的流体的轴向速度减小。结果，分离效率提高并且压降降低。因此，具有大的总开口面积是有利的。然而，增加盘40的总开口面积并非没有困难。例如，如已经指出的，增加孔的尺寸以增加总开口面积实际上可能降低分离效率。作为替代，可以通过增加穿孔区域46的尺寸来增加总开口面积。这可以通过增加盘40的尺寸或通过减小非穿孔区域45的尺寸来实现。但是，每种选择都有其缺点。例如，由于在盘40的周边与顶壁30之间形成接触密封，因此将需要更多的功率来驱动具有更大直径的盘40。另外，更大直径的旋转的盘40可在腔室36内产生更多的搅拌。结果，已经收集在腔室36中的污物的再次夹带可能增加，因此分离效率实际上可能净下降。另一方面，如果减小非穿孔区域45的直径，则出于下面详述的原因，移动通过盘40的流体的轴向速度实际上可能增大。增加盘40的总开口面积的另一种方式是减小孔47之间的区块。但是，减少区块有其自身的困难。例如，盘40的刚度可能降低，并且穿孔区域46可能变得更脆弱，因此更容易受到损坏。另外，减小孔之间的区块可能会引入制造困难。因此，在盘40的设计中要考虑许多因素。

盘40包括由穿孔区域46围绕的中心非穿孔区域45。提供中心非穿孔区域45具有几个优点，现在将对其进行描述。

盘40的刚度对于在盘40和容器20的顶壁30之间实现有效的接触密封可能很重要。具有非穿孔的中心区域45增加了盘40的刚度。结果，可以使用更薄的盘。这样的益处是，可以以更及时和更具成本效益的方式来制造盘40。此外，对于某些制造方法(例如化学蚀刻)，盘40的厚度可以限定孔47和区块的最小可能尺寸。因此，较薄的盘具有这样的优点：这种方法可用于制造具有相对较小的孔和/或区块尺寸的盘。此外，可以降低盘40的成本和/或重量以及驱动盘40所需的机械动力。因此，可以使用功率较小且可能更小且更便宜的马达41来驱动盘40。

通过具有中心非穿孔区域45，进入腔室36的载有污物的流体被迫从轴向方向转向径向方向。然后，载有污物的流体在盘40的表面上向外移动。然后这至少具有两个益处。第一，当载有污物的流体在穿孔区域46上方移动时，需要使流体转动较大的角度(大约90度)以通过盘40中的孔47。结果，由流体携带的更少的污物能够匹配转动并穿过孔47。第二，随着载有污物的流体在盘40的表面上向外移动，载有污物的流体有助于擦洗穿孔区域46。因此，可能已经被捕获在孔47中的任何污物被流体清除。

盘40的切线速度从盘40的周边到中心减小。结果，由盘40施加到载有污物的流体的切向力从周边到中心减小。如果盘40的中心区域45被穿孔，则更多的污物可能穿过盘40。通过具有中心非穿孔区域45，孔47被设置在盘40的切线速度和因此施加到污物的切线力相对较高的区域处。

随着引入腔室36的载有污物的流体从轴向变为径向，相对较重的污物可能继续沿轴向方向行进并撞击盘40。如果盘40的中心区域45被穿孔，则撞击盘40的相对硬的物体可能刺破或损坏孔47之间的区块。通过具有非穿孔的中心区域45，降低了损坏盘40的风险。

非穿孔区域45的直径大于入口37的直径。结果，由流体携带的硬物不太可能撞击穿孔区域46并损坏盘40。另外，在进入腔室36时，更好地鼓励载有污物的流体从轴向方向转向径向方向。入口37和盘40之间的分离距离在实现这两个优点中起着重要的作用。随着入口37和盘40之间的分离距离增加，在盘40的穿孔区域46处的载有污物的流体的速度的径向分量可能减小。结果，更多的污物可能通过盘40中的孔47被携带。结果，随着分离距离增加，由流体携带的硬物更可能撞击穿孔区域46并损坏盘40。因此，期望相对较小的分离距离。然而，如果分离距离太小，则大于分离距离的污物将无法在入口管道21和盘40之间通过，因此将被捕获。流体携带的污物的尺寸将尤其受到入口管道21的直径的限制。特别地，污物的尺寸不太可能大于入口管道21的直径。因此，通过采用不大于入口37的直径的分离距离，可以在提供足够的空间以使污物在入口管道21和盘40之间通过的同时实现上述益处。

不管选择的分离距离如何，盘40的非穿孔区域45继续提供优点。特别地，非穿孔区域45确保盘40上的孔47设置在由盘40施加到污物的切向力相对较高的区域处。另外，尽管随着分离距离的增加，载有污物的流体遵循更发散的路径，但是相对重的物体在进入腔室36时仍可能沿着相对直的路径继续。因此，中心非穿孔区域45继续保护盘40免受潜在的损坏。

尽管有优势，非穿孔区域45的直径不需大于入口37的直径。通过减小非穿孔区域45的尺寸，可以增加穿孔区域46的尺寸，从而可以增加盘46的总开口面积。结果，跨过污物分离器10的压降可能减小。另外，可以观察到携带污物的流体移动通过穿孔区域46的轴向速度降低。然而，随着非穿孔区域45的尺寸减小，将会出现这样的点，在该点处进入腔室36的流体在遇到穿孔区域46之前不再被迫从轴向转向径向。因此，将出现一个点，在该点处由于较大的开口面积而导致的轴向速度的降低被由于较小的转角而导致的轴向速度的增加所抵消。

可以想象，盘40的中心区域45可以被穿孔。尽管上述许多优点随后将被废除，但是具有完全穿孔的盘40仍可能具有优点。例如，制造盘40可能更简单和/或更便宜。特别地，可以从连续穿孔的片材切割出盘40。即使中心区域45被穿孔，盘40仍将继续向进入腔室36的载有污物的流体施加切向力，尽管在盘40的中心处的力较小。盘40因此将继续从流体分离污物，尽管分离效率降低。另外，如果盘40的中心区域45被穿孔，则由于盘40施加的切向力较小，污物可能会阻塞盘40正中心的孔。在正中心处的孔被阻塞的情况下，盘40将表现得好像盘40的中心是非穿孔的。替代地，中心区域45可以是穿孔的，但是具有小于周围穿孔区域46的开口面积的开口面积。而且，随着从盘40的中心径向向外移动，中心区域45的开口面积可以增加。这样的益处是，随着盘40的切线速度的增加，中心区域45的开口面积增加。

入口管道21沿着与盘40的旋转轴线48重合的轴线延伸。结果，进入腔室36的载有污物的流体被引导到盘40的中心处。这样做的优点是，载有污物的流体均匀地分布在盘40的表面上。相反，如果入口管道21在盘40处偏心，则流体将不均匀地分布。为了示出该点，图8示出了在入口管道21的圆周处由盘施加到载有污物的流体的切向力，该切向力(a)在盘40的中心处指向，和(b)偏心指向。可以看出，当入口管道21偏心时，载有污物的流体不会在盘40的表面上均匀流动。在图8(b)所示的示例中，盘40的下半部几乎看不到载有污物的流体。盘40上的流体的这种不均匀分布可能具有一个或多个不利影响。例如，通过盘40的流体的轴向速度可能在最大量暴露于载有污物的流体的那些区域处增加。结果，污物分离器10的分离效率可能减小。另外，由盘40分离的污物可能在容器20内不均匀地聚集。结果，污物分离器10的容量可能受到损害。已经收集在容器20内的污物50的再次夹带也可能增加，导致分离效率进一步降低。引导载有污物的流体偏离中心的另一缺点是盘40承受不均匀的结构载荷。导致的不平衡可能导致与容器20的顶壁30的密封性差，并且可能会缩短用于将盘组件22支撑在真空吸尘器1中的任何轴承的使用寿命。

入口管道21附接到底壁32并且可以与底壁32一体地形成。因此，入口管道21由底壁32支撑在腔室内。替代地，入口管道21可以由容器20的侧壁31支撑，例如使用在入口管道21和侧壁31之间径向延伸的一个或多个支架。这种布置的优点在于，底壁32可以自由地打开和关闭，而不会使入口管道21移动。结果，可以采用具有更大污物容量的更高的容器20。然而，这种布置的缺点在于，当底壁32打开时，用于支撑入口管道21的支架可能会阻止污物从腔室36掉落，从而使容器20的排空变得更加困难。

入口管道21在腔室36内线性延伸。这样具有的优点是，载有污物的流体沿着直线路径移动通过入口管道21。但是，这种布置并非没有困难。底壁32布置为打开和关闭，并通过铰链33和卡扣34附接至侧壁31。因此，当用户向手持单元2施加力以操纵吸尘器头4时(例如，推力或拉力以操纵吸尘器头4向前和向后，扭转力以操纵吸尘器头向左或向右，或提升力以使吸尘器头4抬离地面)，该力通过铰链33和卡扣34传递给吸尘器头4。因此，必须设计铰链33和卡扣34以承受所需的力。作为替代布置，底壁32可以固定到侧壁31，并且侧壁31可以可移除地附接到顶壁30。然后通过从顶壁30上移走侧壁和底壁31，32并倒置来排空容器20。尽管这种布置的优点是不必设计能够承受所需力的铰链和卡扣，但是污物分离器10的清空较不方便。

替代的污物分离器101在图9中示出。入口管道21的一部分沿着容器20的侧壁31延伸并附接至容器20的侧壁31或与容器20的侧壁31一体形成。底壁32通过铰链33和卡扣(未示出)附接至侧壁31。然而，入口管道21不再延伸穿过底壁32。因此，当底壁32在关闭位置和打开位置之间移动时，入口管道21的位置不变。这样具有的优点是，容器20便于清空而无需设计能够承受所需力的铰链和卡扣。但是，从图9可以明显看出，入口管道21不再是直的。结果，由于入口管道21中的弯曲而将增加损失，因此与污物分离器10相关的压降可能增加。尽管图9所示的布置的入口管道21不再是直的，但是入口管道21的端部继续沿着与盘40的旋转轴线48一致的轴线延伸。结果，载有污物的流体在盘40的中心处引导的轴向方向上继续进入腔室36。

图10示出了另一污物分离器102，其中入口管道21线性地延伸穿过容器20的侧壁31。底壁32然后通过铰链33附接至侧壁31，并通过卡扣34保持关闭。在图3和9所示的布置中，污物分离器10，101的腔室36基本上是圆柱形的，腔室36的纵向轴线与盘的旋转轴线48重合。然后盘40朝向腔室36的顶部定位，并且入口管道21从腔室36的底部向上延伸。提及顶部和底部应理解为是指与流体分离的污物优先收集在腔室36的底部，并朝着腔室36的顶部的方向逐渐填充。通过图10所示的布置，腔室36的形状可以被认为是圆柱形顶部和立方底部的结合。然后将盘40和入口管道21都朝着腔室36的顶部定位。由于入口管道21延伸穿过容器20的侧壁31，因此该布置的优点在于，可以通过底壁32方便地排空容器20，而无需能够承受操作吸尘器头4所需的力的铰链和卡钩。另外，由于入口管道21是线性的，因此减少了与入口管道21相关的压力损失。该布置具有至少三个其他优点。第一，污物分离器102的污物容量显著增加。第二，当手持单元2倒置进行地面清洁时，容器20内的污物不太可能掉落到盘40上。因此，腔室36不需要在盘40周围包括保护沟槽，因此可以使用具有较大的总开口面积的较大的盘40。第三，当放置在水平表面上时，容器20的底壁32可用于支撑手持单元2。但是，这种布置并非没有困难。例如，较大的容器20可能阻碍进入狭窄空间的通道，例如在家具或器具之间。另外，腔室36的底部与腔室36的顶部径向间隔开。也就是说，腔室36的底部在垂直于盘40的旋转轴线48的方向上与腔室36的顶部间隔开。结果，由盘40径向向外抛出的污物和流体可能会干扰收集在腔室36的底部中的污物。另外，腔室36内的任何涡流将倾向于在腔室36上下移动。因此，污物的再次夹带可能增加，导致分离效率降低。相反，在图3和9所示的布置中，腔室36的底部与腔室36的顶部轴向间隔开。由盘40径向向外抛出的污物和流体因此不太可能干扰收集在腔室36的底部中的污物。另外，腔室36内的任何涡流在腔室36周围移动而不是在腔室36上下移动。

在上述每个污物分离器10,101,102中，至少入口管道21的端部(即，具有入口37的部分)沿着与盘40的旋转轴线48重合的轴线延伸。结果，载有污物的流体在盘40的中心处引导的轴向方向上进入腔室36。上面已经描述了其优点。然而，在某些情况下，希望具有替代的布置。例如，图11-13示出了污物分离器103，其中入口管道21沿着相对于盘40的旋转轴线48成角度的轴线延伸。也就是说，入口管道21沿着与旋转轴线48不平行的轴线延伸。这种布置的结果是，载有污物的流体沿不平行于旋转轴线48的方向进入腔室。不过，进入腔室36的载有污物的流体继续被引导到盘40处。实际上，利用图11-13中所示的污物分离器103，载有污物的流体继续被引导到圆盘40的中心。由于几个原因，该特定布置可能是有利的。第一，当真空吸尘器1用于地板清洁时，如图1所示，手持单元2通常以大约45度的角度向下指向。结果，污物可能会不均匀地聚集在污物分离器内。特别地，污物可以优先沿着腔室36的一侧聚集。对于图3所示的污物分离器10，这种不均匀的污物收集可能意味着污物沿着一侧填充到腔室36的顶部，从而触发了腔室充满状态，即使腔室36的相对侧可能是相对没有污物。如图12所示，图11-13的污物分离器103可以更好地利用可用空间。结果，污物分离器10的容量可以提升。也可以说图9的污物分离器101具有这个优点。然而，污物分离器101的入口管道21包括两个弯曲部。相反，图11-13的污物分离器103的入口管道21通常是线性的，因此压力损失较小。图11-13中所示的布置的另一优点涉及清空。如同图3所示的布置一样，入口管道21附接到底壁32并随底壁32移动。如图6所示，当图3的污物分离器10被竖直地保持并且底壁32处于打开位置时，入口管道21水平地延伸。相反，如图13所示，当图11-13的污物分离器103被竖直地保持并且底壁32被打开时，入口管道21向下倾斜。结果，更好地鼓励了污物从入口管道21滑落。

在图11-13中所示的布置中，进入腔室36的载有污物的流体继续被引导到圆盘40的中心。尽管这种布置具有优点，但是仍然可以通过将载有污物的流体引向偏心来实现污物的有效分离。此外，在某些情况下，期望将载有污物的流体偏心引导。例如，如果盘40的中心区域是穿孔的，则载有污物的流体可以偏心地引导，从而避免盘40的切线速度最慢的区域。结果，可以观察到分离效率的净增加。通过示例的方式，图14示出了一种布置，其中进入腔室36的载有污物的流体在盘40处偏心地被引导。类似于图9所示的布置，入口管道21与容器20的侧壁31一体地形成，并且底壁32通过铰链33和卡扣(未示出)附接到侧壁31。当底壁32在关闭位置和打开位置之间移动时，入口管道21的位置保持固定。这样具有的优点是，容器20便于清空而无需设计能够承受操纵吸尘器头4所需力的铰链和卡扣。此外，与图9的污物分离器101相比，入口管道21是直的，因此减少了由于载有污物的流体通过入口管道21的运动而引起的压力损失。

在更一般的意义上，载有污物的流体可以说是沿着流动轴线49进入腔室36。然后，流动轴线49与盘40相交，使得载有污物的流体被引导到盘40。这样的优点是，载有污物的流体在进入腔室36之后很快撞击盘40.然后，盘40将切向力施加到载有污物的流体上。流体通过盘40中的孔47抽出，而污物由于其更大的惯性而径向向外移动并聚集在腔室36中。在图3、9、10和11所示的布置中，流动轴线49与盘40的中心相交，而在图14所示的布置中，流动轴线49与盘40的偏心相交。尽管具有与盘40的中心相交的流动轴线49是有利的，但是仍然可以通过具有与盘40的偏心相交的流动轴线49来实现污物的有效分离。

在上述每个布置中，入口管道21具有圆形横截面，因此入口37具有圆形形状。可以想象，入口管道21和入口37可以具有替代的形状。同样，盘40的形状不必是圆形的。然而，由于盘40旋转，因此不清楚具有非圆形盘会获得什么优点。盘40的穿孔区域和非穿孔区域45，46也可以具有不同的形状。特别地，非穿孔区域45不必是圆形的或位于盘40的中心。例如，在入口管道21在盘40处偏心的情况下，非穿孔区域45可以采取环的形式。在以上讨论中，有时参考特定元件的直径。当该元件具有非圆形形状时，直径对应于该元件的最大宽度。例如，如果入口37为矩形或正方形，则入口37的直径将对应于入口37的对角线。或者，如果入口是椭圆形的，则入口37的直径将对应于入口37沿主轴线的宽度。

如图4所示，盘40上的孔47是圆形的并且具有恒定的尺寸。但是，如图15所示，可以使用其他形状和变化的尺寸。在所示的六个示例中，从该图的角度来看(即，垂直于盘观看时)顶部三个具有是细长的孔。因此，它们定义了在盘平面内延伸的纵向轴线。在“弯曲槽”和“圆周槽”的情况下，这些纵向轴线是弯曲的。“圆周槽”在径向方向上是凸的。如果盘从图15的角度顺时针旋转，则“弯曲槽”在盘的旋转方向上是凸的，如果盘从图15的角度逆时针旋转，则“弯曲槽”在盘的旋转方向上是凹的。

图15还包括圆形孔的示例，这些圆形孔随着径向向外移动而增大，这些圆形孔是“渐变孔”。穿孔区域46被分为第一区域52a和在第一区域52a的径向外侧的第二区域52b。第一区域52a的孔的直径小于第二区域52b的孔的直径，因此第二区域的每个孔的横截面面积大于第一区域的每个孔的横截面面积。因此，孔在盘40的切线速度较慢的地方较小。然后，这可以导致分离效率的提高，而不必增加跨过污物分离器的压降。

在这种情况下，第二区域52b的孔之间的区块比第一区域52a的孔之间的区块稍宽。这补偿了由较大的孔提供的增加的开口面积，这意味着第一区域52a和第二区域52b具有相同的孔隙率。然而，如果孔之间的区块在两个区域52a，52b中具有相同的宽度，则第二区域52b将具有比第一区域52a更高的孔隙率。

图16示出了用于如上所述的盘组件22中的盘40的另一示例。像之前的示例一样，该盘40的孔47的横截面面积沿穿孔区域46的径向范围增大。在这种情况下，盘40具有一组由孔47组成的10个圆周阵列54a-54j。孔47的直径从径向最里面的阵列54a到最外面的阵列54j增大，从而使横截面面积增大。在这种情况下，在穿孔区域46的径向范围内逐渐增大的孔尺寸导致相应的孔隙率逐渐增加。

尽管孔尺寸和孔隙率的变化是逐渐变化的，但为避免疑问，可以将盘40视为具有离散区域，其方式类似于图15中“渐变孔”的示例。例如，可以考虑阵列54a占据第一区域，而阵列54b占据第二区域(因此，孔尺寸和孔隙率的差异将相对较小)。作为另一示例，可以考虑阵列54a和54b占据第一区域，并且阵列54i和54j占据第二区域(因此，第二区域的每个孔将是第一区域的每个孔的直径的两倍，这意味着第二区域的每个孔的横截面面积将约为第一区域的每个孔的横截面面积的175％)。作为另一示例，可以考虑阵列54a和54b占据第一区域，阵列54d和54e占据第二区域，并且阵列54g-54i占据第三区域，该第三区域在第二区域的径向外侧(第三区域的孔尺寸和孔隙率高于第二区域)。

图17示出了适用于如上所述的盘组件22中的盘40的示意图。在这种情况下，与图15的“弯曲槽”，“圆周槽”和“径向槽”的示例一样，当垂直于盘的平面观察时，每个孔47是细长的，并限定了纵向轴线56，该纵轴线56在盘40的平面内延伸。

在这种情况下，每个孔47的纵向轴线56相对于盘40的相关径向方向58倾斜。如图17所示，关于最下面和最上面的孔47，在此示例中，每个孔47的纵向轴线56倾斜，以使其与相关的径向方向58形成约25度的角度60。此外，孔47被对准，使得它们的径向外端在盘的旋转方向上(从图17的角度逆时针方向)位于其径向内端的前方。如后面将更详细描述的，这允许孔47被定位成更接近垂直于盘40上的空气流动。

图18示出盘40的另一示例。像图17的圆盘一样，孔的纵向轴线56相对于径向方向倾斜，每个孔从一端到另一端的路径定义的向量62相对于相关的径向方向58倾斜。同样类似于图17的盘，图18的盘40具有孔47，孔的径向外端在盘40的旋转方向上(从图18的角度逆时针方向)在其径向内端的前方。

然而，图17的盘40的孔47每个在穿孔区域46的径向范围的大约一半上延伸(即，它们在盘40的设置孔的部分的径向范围的大约一半上延伸)，在图18的盘中，每个孔47在穿孔区域46的整个径向范围上延伸。图18的盘40与图17的盘的不同之处还在于，孔的纵向轴线56是弯曲的，类似于图15的“弯曲槽”和“圆周槽”。它们在盘旋转方向上呈凸形。在这种情况下，中心线的曲率半径略小于盘的半径-盘的半径为43mm，纵向轴线56的曲率半径为41mm。因此，盘的曲率半径约为盘半径的95％。

孔47相对于径向方向的倾斜以及它们在盘40的旋转方向上的凸度意味着每个孔可以垂直于流体穿过盘的路径定位。图18中示出了这种空气路径，以及两条用较粗的线64绘制的空气路径。由于空气在盘上径向向外流动，因此流线具有沿径向方向的分量，并且由于盘的旋转而具有沿切线方向的分量。由于随着径向位置的增加，圆盘的各个部分的切线速度增加，因此当流体径向向外移动时，切线分量变得更加占优势。因此，路径线64采取逐渐收紧的向外螺旋的形式。孔47的倾斜将它们定位成大体上垂直于路径线64的平均旋流角，并且它们的弓形性质允许孔47随着它们的旋流角的变化而基本保持准确地垂直于路径线64。

与图16的盘40一样，盘的孔隙率在穿孔区域46的径向范围内逐渐增加，因此可以以多种方式指定第一和第二(或第一，第二和第三)区域的位置。例如，第一区域可以被认为仅是穿孔区域46的最内部，第二区域可以被认为仅是最外部。穿孔区域46的最内部的孔隙率约为12％，最外部的孔隙率约为20％，因此，如果以此方式定义第一区域和第二区域，则第二区域的孔隙率将比第一区域大65％左右。

图19示出了沿径向方向的截面观察的另一种盘40的一部分。从图19的角度来看，盘40的旋转对应于可见部分向右的运动。从盘的上游面66到下游面68的每个孔47穿过盘40的路径限定了中心线70。每个孔47的中心线70不垂直于盘40。更具体地，倾斜使得中心线70与上游面66相交的点在盘40的旋转方向上(即，从图19的角度进一步向左)位于中心线70与下游面68相交的点的后面。在这种情况下，每个孔47的中心线70与盘的平面限定大约60度的角度72。

以这种方式“向后”倾斜的孔47可以提高盘40的分离性能。当盘40旋转时，进入每个孔47的空气趋向于撞击孔的嘴部74的后部，如路径线75所示。由于中心线70的倾斜而向后倾斜的嘴部74的后部倾向于使污物从孔47中反弹而不是穿过孔47。相反，如果孔47“向前”成角度，则它们的嘴部将充当勺子，趋于将污物颗粒保留在通过盘的空气流中。

从图19相同的角度，在图20中示出了另一个盘40的一部分。该盘40的每个孔47具有在下游方向变窄的锥形部分76。在这种情况下，锥形部分76采取位于孔47和上游面66之间的交点处的截头圆锥形倒角表面的形式。倒角表面的锥角78约为30度。每个孔47还具有位于锥形部分76的下游的倒锥形部分80，其在下游方向上变宽。倒锥形部分的锥角82也约为30度。

锥形部分76提供与以上关于图19的孔47的嘴部74所述的功能类似的功能-进入孔47的空气趋向于撞击由锥形部分76提供的倾斜表面，从而为污物提供了弹跳的更多机会而不是穿过孔47。相反，如果孔47在90度角处与上游面66相交，则进入孔的嘴部的任何污物很可能被保留在其中并穿过盘。倒锥形部分80用作扩散器，减慢了通过孔47的流动(在锥形部分76中加速之后)，从而使它更平滑地离开盘40。

另一盘的孔具有锥形部分，如图21所示。在这种情况下，每个孔47的整个部分构成锥形部分76–每个孔沿其通过盘40的整个长度逐渐变细。在这种情况下，每个孔47以圆角表面84与盘70的上游表面66相交，这可以使在上游表面66上方并进入孔47的空气流平滑。

图22中示出了又一盘40。该盘的每个孔47本质上是图19和20的孔的组合，因为它具有倾斜的中心线70，呈倒角表面形式的锥形部分76，以及倒锥形部分80。但是，在这种情况下，倒角表面是倾斜圆锥的一部分，而不是圆锥体的一部分–倒角表面的不同部分具有不同的锥角。与嘴部74的前缘88相交(在盘的旋转方向上)的锥形部分76的前部86比与嘴部74的后缘92相交的锥形部的后部90更陡。前部86的锥角94约为30度，而后部90的锥角96约为55度。

盘40的厚度是如上所述的分离器设计中的重要因素。较厚的盘40自然更硬并且较不易损坏。此外，在提供诸如关于图19-22所讨论的那些特征的特征的情况下，较厚的盘可以允许增强那些特征的效果。然而，较厚的盘40并非没有缺点。当盘40旋转时，每个孔47的壁推动通过它运动的流体。结果，盘40将涡旋赋予通过盘40移动的经清洁的流体。随着盘40的厚度增加，施加至经清洁流体的涡流增加。这具有两个不利后果。第一，与污物分离器10相关的压降增加。第二，以特定速度驱动盘40所需的功率增加。具有较厚的盘40的另一个困难是制造时间和成本可能增加。家用真空吸尘器的最佳折衷范围可能是2-4mm。图19-22中所示的每个盘均为3mm厚。

在上述布置中，盘组件22包括直接附接到电马达41的轴的盘40。可以想到的是，盘40可以间接地附接到电马达，例如借助于齿轮箱或驱动爪。此外，盘组件22可包括盘40附接到其上的托架。举例来说，图16示出了具有托架42的盘组件23。托架42可用于增加盘40的刚度。结果，可以使用更薄的盘40或具有更大的直径和/或更大的总开口面积的盘40。托架42还可用于在盘组件23和容器20之间形成密封。在这一点上，尽管到目前为止已经描述了在盘40和顶壁30之间的接触密封，但是同样可以采用替代类型的密封，例如迷宫式密封或流体密封。托架42也可以用于阻塞整个穿孔的盘的中心区域。在图16所示的示例中，托架42包括中心轮毂，其通过径向辐条43连接至轮缘。然后，流体通过相邻辐条43之间的孔穿过托架42。

上述的每个盘组件22，23包括用于驱动盘40的电马达41。可以想象，盘组件22,23可包括用于驱动盘40的替代器件。例如，盘40可以由真空马达12驱动。该布置在图1所示的布置中特别可行，其中真空马达12绕与盘40的旋转轴线48重合的轴线旋转。替代地，盘组件22，23可包括涡轮机，该涡轮机由移动通过盘组件22，23的流体流提供动力。涡轮机通常比电马达便宜，但是涡轮机的速度以及因此盘40的速度取决于移动通过涡轮机的流体的流量。结果，在低流量下可能难以实现高分离效率。另外，如果污物堵塞了盘40中的任何孔47，则盘40的开口面积将减小，从而限制了流体向涡轮机的流动。结果，盘40的速度将降低，因此堵塞的可能性将增加。然后出现跑道效应，其中盘40随着其堵塞而变得越来越慢，并且盘40随着其变慢而变得越来越堵塞。此外，如果吸尘器头4中的抽吸口暂时被阻塞，则盘40的速度将显著降低。然后，污物可能会在盘40上大量堆积。当障碍物随后被去除时，污物会将盘40的开口面积限制在一定程度，以使涡轮机无法以足够的速度驱动盘40以甩掉污物。电马达虽然通常更昂贵，但是具有盘40的速度对流量或流体速度相对不敏感的优点。结果，在低流量和低流体速度下可以实现高的分离效率。另外，盘40不太可能被污物堵塞。使用电马达的另一个优点是它需要较少的电能。也就是说，对于给定的流量和盘速度，由电马达41所汲取的电力小于为了驱动涡轮机而由真空电动机12所汲取的额外电力。

迄今为止，污物分离器10被描述为形成手持单元2的一部分，该手持单元2可以用作独立的吸尘器，或者可以经由细长管3附接到吸尘器头4以用作杆式吸尘器1。在手持单元中提供盘组件绝不是直观的。尽管在真空吸尘器的污物分离器中设置旋转盘是已知的，但是存在如下偏见，即污物分离器必须包括旋风室以将污物与流体分离。结果，污物分离器的整体尺寸相对较大并且不适合在手持单元中使用。利用本文所述的污物分离器，可以以相对紧凑的方式实现分离效率。因此，污物分离器特别适合用于手持单元。

手持单元的重量显然是其设计中的重要考虑因素。因此，除了真空马达之外还包括电马达不是显而易见的设计选择。另外，在手持单元由电池供电的情况下，可以合理地假设电马达消耗的功率会缩短真空吸尘器的运行时间。然而，通过使用电马达来驱动盘，对于相对适度的压力下降可以实现相对较高的分离效率。因此，与传统的手持吸尘器相比，使用功率较小的真空马达可以实现相同的清洁性能。因此，可以使用消耗较少电功率的较小的真空马达。结果，重量和/或功耗的净减少是可能的。

尽管本文描述的污物分离器特别适合用于手持真空吸尘器，但是应当理解，污物分离器可以等同地用于替代类型的真空吸尘器，例如立式，罐式或机器人式真空吸尘器。

将理解的是，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的范围的情况下，可以对上述实施例进行多种修改。例如，尽管在上述实施例中，盘中的孔是由一系列离散的表面组成的，但是应当理解，在其他实施例中，孔的侧面可以采取连续轮廓的曲面的形式。例如，在图20的盘的变型中，孔可以由连续的流动曲线形成，该弯曲逐渐变窄然后在下游方向上再次膨胀，从而使孔呈沙漏状。

Claims (15)

1.一种用于真空吸尘器的污物分离器，所述污物分离器包括：

腔室，所述腔室具有入口和出口，载有污物的流体通过所述入口进入腔室，清洁后的流体通过所述出口离开腔室；以及

位于所述出口处的盘，所述盘布置为绕旋转轴线旋转，并且包括供清洁后的流体穿过的孔，

其中：

所述孔至少分布在盘的第一和第二区域上，第二区域在第一区域的径向外侧，并且

所述第二区域的孔隙率高于所述第一区域的孔隙率。

2.根据权利要求1所述的污物分离器，其中：

所述孔分布在第三区域以及第一和第二区域上，第三区域在第二区域的径向外侧；和

第三区域的孔隙率高于第二区域的孔隙率。

3.根据前述权利要求中任一项所述的污物分离器，其中，所述盘的孔隙率在所述盘的设置孔的基本整个径向范围上基本连续地增加。

4.根据前述权利要求中任一项所述的污物分离器，其中，所述第二区域的孔隙率比所述第一区域的孔隙率大至少20％。

5.根据权利要求4所述的污物分离器，其中，第二区域的孔隙率比第一区域的孔隙率大至少60％。

6.根据前述权利要求中任一项所述的污物分离器，其中，当垂直于所述盘观看时，每个孔是细长的并且限定在盘的平面内延伸的纵向轴线。

7.根据权利要求6所述的污物分离器，其中，每个孔在所述盘的设置孔的基本整个径向范围上延伸。

8.根据权利要求6或7所述的污物分离器，其中，每个孔的纵向轴线相对于盘的径向方向倾斜。

9.根据权利要求6至8中任一项所述的污物分离器，其中，每个孔的纵向轴线是弯曲的。

10.根据前述权利要求中任一项所述的污物分离器，其中：

所述孔从盘的上游面延伸到下游面；并且

每个孔具有从其上游端向下游端变窄的锥形部分。

11.根据前述权利要求中任一项所述的污物分离器，其中：

所述孔从盘的上游面延伸到下游面；并且

当沿着盘的径向方向观察时，每个孔穿过盘的厚度的路径限定了中心线，该中心线倾斜成使得其不垂直于盘。

12.根据权利要求11所述的污物分离器，其中：

所述盘布置成绕旋转轴线在预定方向上旋转；并且

每个孔的中心线是倾斜的，使得它与盘的上游面相交的点在盘的旋转方向上位于中心线与盘的下游面相交的点的后面。

13.根据前述权利要求中任一项所述的污物分离器，其中，所述腔室配置为使得从所述载有污物的流体分离的污物聚集在所述腔室的底部，并在朝向所述腔室的顶部的方向上逐渐填充，所述出口位于所述腔室的顶部处或附近，并且所述腔室的底部与腔室的顶部轴向间隔开。

14.一种真空吸尘器，包括根据前述权利要求中任一项所述的污物分离器。

15.根据权利要求14所述的真空吸尘器，其中，所述真空吸尘器是杆式真空吸尘器，其包括通过细长管附接到吸尘器头的手持单元，所述手持单元包括污物分离器，并且所述细长管沿着平行于旋转轴线的轴线延伸。

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