专利名称：真空吸尘头的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种真空吸尘头，该真空吸尘头可与真空吸尘器一起使用，或者形成该真空吸尘器的部件。
真空吸尘器通常带有大量应对特定类型清洁的工具。该工具包括用于一般地面清理的地面工具。已经公知的是，提供这样一种地面工具，其中刷棒可旋转地安装在该工具下侧吸入孔内，而该刷棒由空气涡轮机驱动。该刷棒用来对该工具下面的地面区域进行搅动，以便从该地面区域释放污垢、灰尘、毛发绒毛及其他碎屑，然后通过空气流动带到真空吸尘器本身。该涡轮机可独自通过经由该吸入孔进入工具的“污浊”空气驱动，可独自通过经由与该主吸入孔分开的专用入口进入工具内的“清洁”空气驱动，或者它可由污浊和清洁空气结合来驱动。
“污浊空气”涡轮机驱动工具具有的缺点是，它们容易地通过该污浊气流而变脏。它们还具有的缺点是，当该工具从表面上被提升时，涡轮机旋转的速度非常迅速地增加。
US5,950,275和DE4229030两者均示出了污浊空气涡轮机驱动工具，其中当该工具从表面上提升时，速度限制功能是可行的。在其中一种工具中，速度限制装置为一地面啮合轮，该地面啮合轮控制进气口相对于涡轮机的角度位置。
“清洁空气”涡轮机驱动工具还可以在一定条件下承受速度的增加。经由该主吸入口到工具的气流路径完全或者局部的阻塞可使大量增加的空气流过空气涡轮机入口，这样使该涡轮机和该刷棒速度增加。然而，由于在清洁空气和污浊空气中导致超速状态的不同原因，用于污浊空气涡轮机驱动工具采用的方案不适合用在清洁空气涡轮机驱动工具中。
本发明旨在改进该涡轮机驱动工具的操作。
因此，本发明提供一种真空吸尘头，该真空吸尘头包括壳体、用于搅动地板表面的搅动器、在该壳体内用于可旋转地容纳该搅动器的腔室、在该腔室内与该搅动器相邻用于朝向地板表面的开口、用于驱动该搅动器的空气涡轮机、在壳体上用于使清洁空气驱动该涡轮机的进气口、用于嵌入在该腔室的排出口中的限制装置，其中该限制装置设计成可在限制位置和打开位置之间移动，在该限制位置，该限制装置用来限制该排出口的横截面，而在打开位置，该限制装置把排出口的横截面限制到较小程度，该限制装置可通过来自该腔室的碎屑流而引起移动。
把可移动限制装置定位在排出口中，使该出口足够大，以使碎屑偶尔经过。在该限制装置处于限制位置时，该出口的横截面足够地小，以在该吸尘头的主开口和该涡轮机进气口之间保持气流足够的平衡。
在本发明中，该真空吸尘头可以是安装在缸体(罐、桶状体)或者立式真空吸尘器的杆或者软管上，或者它可形成真空吸尘器本身的一部分，例如为立式真空吸尘器的吸尘头。
下面仅仅通过参考附图的实例方式来描述本发明的实施例，其中
图1示出了根据发明的涡轮机驱动工具；图2大略地示出了其中该工具能被使用的真空吸尘系统；图3示出了图1中工具的剖面图，其中通往涡轮机的进气口打开；图4示出了图1中工具的剖面图，其中通往涡轮机的进气口关闭；图5示出了在前面附图中所示的工具部件的分解视图；图6示出了该工具的改型，以允许该进气口再打开；图7示出了其中该工具可改型以允许该进气口再打开的选择性方式；图8示出了涡轮机驱动工具的剖面图，其中该工具带有限定从该刷棒壳体的该出口路径的剖面图9和10示出了该限制装置本身；图11示出了图8中工具的剖视图；图12到14示出了该限制装置的选择性形式。
图1示出了工具100形式的工具的实施例，其中该工具100可安装到真空吸尘器的杆或者软管上。
该工具的主壳体限定了用于该刷棒112的腔室110、用于该涡轮机240的腔室115以及在这些部件之间的气流管道。该向前的通常为机罩形状的壳体部件110和下底板一起限定了用于容纳该刷棒的腔室。该刷棒包括两个相同尺寸的刷棒，这两个刷棒以悬臂方式从该腔室110中央的该驱动机构一部分被支撑。该下底板具有较大的孔111，该刷棒112的硬毛可伸出以搅动地面区域。该下底板通过快速释放(如直角转弯)紧固件固定到壳体其余部分，从而该板可拆除以接近该刷棒112。
两个轮102可旋转地安装到壳体的后部，以允许该工具地面表面移动。
该工具的排气口包括第一部件107，其中该第一部件107围绕在该主壳体上的水平定位轴线103枢轴地安装，以便在垂直面允许枢轴运动。弯管部106形式的第二部件围绕轴线104可旋转地连接到部件107的端部。这种布置使在使用时该地面工具100具有良好的可操纵性，并通常用在已知的地面工具中。对这些部件联接方式进一步描述是不必要的。该弯管部106的出口105的形状和尺寸设计成可连接到家用真空吸尘器的杆上。
图2大略地示出了其中该工具能被使用的整个真空吸尘系统。该工具100连接到硬杆或者硬管20的末端，其中用户可操纵该硬杆或者硬管20来控制该工具100导向所需的地方。挠性软管30把杆20连接到该真空吸尘器的主体70。该真空吸尘器的主体70包括由电机55驱动的吸气风扇50。该吸气风扇50用来把空气经由该工具100、杆20和软管30抽吸到该真空吸尘器的主体70内。过滤器45和60位于风扇的每一侧上。前电机过滤器45用来阻止任何细尘到达风扇，而后电机过滤器60用来阻止来自该电机55的任何细尘或者碳排放物从该清洁器中排出。例如气旋分离器或者过滤袋的分离器40用来把污物、灰尘和碎屑从污浊气流中分离出，其中该污浊气流通过该吸气风扇50被抽吸到主体70。所有被分离的物质由该分离器40收集。使用时，由吸气风扇50产生的吸力经由在该工具下侧的该主抽吸入口111并经由该涡轮机进气口120把空气抽到工具内。经由入口120的空气流动用来在沿着部件107和106朝该真空吸尘器主体流动前驱动该涡轮机。经由主吸入口被抽吸的污浊空气沿着部件107和106流动，而根本不穿过该涡轮机。用这种方法，该涡轮机不会被来自污浊气流的污物和碎屑弄脏。
下面将参考图3来详细描述该涡轮机和用于该涡轮机的控制机构。该涡轮机的叶轮围绕驱动轴245安装在腔室115内。一套轴承246，247在其每一端可旋转地支撑该驱动轴245。该涡轮机的进气口120位于该壳体端部200上，同时该涡轮机的排气口安装在端部280。经由该涡轮机的气流在图3中在轴向上大致是从左至右。
驱动机构连接该涡轮机和该刷棒，并用来把来自涡轮机240的扭矩传输到该刷棒112上。该驱动机构包括第一皮带轮262、在该刷棒的第二、较大直径皮带轮和环绕两个皮带轮的皮带260，其中第一皮带轮262由该涡轮机的输出轴245驱动。壳体251，252包围该皮带260以阻止灰尘进入。
该涡轮机的入口侧包括可拆卸的按钮200，该按钮200弹性安装在入口盖220周围。该按钮200具有内环形毂环201和外环形毂环202。弹簧215装在该内毂环201内，并在该按钮200中心部分203的内表面和在该导向叶板230上的表面之间动作，用来轴向地向外地推动该按钮200。该外环形毂环202通过柔软的环形膜片密封件210结合到壳体上。如以下更详细地描述的那样，该按钮200可从如图3所示的“打开”位置轴向地移动到图4所示的“关闭”位置。在该关闭位置，该按钮200轴向地向内移动到膜片密封件210压在该入口盖220外表面的位置上，以便在该入口形成空气密封。
在该内201和外环形毂环202之间的该按钮200的最外层表面包括多个径向肋206，其中在相邻肋之间的间隙限定了进气口孔腔205。该进气口孔腔205通过细网遮蔽，其中该细网用来阻止灰尘被携带到该涡轮机以及弄脏该机构。在该外环形毂环202和膜片密封件210与该内环形毂环201之间的通道限定了气道120，该气道120用于驱动该叶轮240的进入气流。该导向叶板230的圆周支撑一套倾斜的叶片232。该叶片232的角度用来启动绕壳体的空气旋流，其中该空气旋流与在该叶轮240上叶片的角度匹配。箭头244示出了穿过该涡轮机的该主气流路径。在这里所示的叶轮240为向内径向流动(IFR)涡轮机，该涡轮机被认为是非常适合在本应用场合中压力和流动速度。然而，很显然，可采用例如贝尔顿水斗式水轮机的其它类型涡轮机。
还有副气流在超速状态期间操作按钮200中起重要作用。该叶轮240的大致平直的侧部(在图3中叶轮240的左手侧)具有在其中限定通过肋243隔开的多个凹部242。使用时，这些凹部242和肋243作为微型叶轮，该叶轮在下文称为副叶轮244。显而易见地，由于该副叶轮244为该叶轮240的后表面，这两者以相同速度旋转。该副叶轮244的泵动效应与该叶轮240的转速成正比。这样在导向叶板230和叶轮244之间形成低压区。在支撑板230中的多个轴向的孔腔234把在叶轮244后面紧挨着的区域与在按钮200内的区域结合。除了穿过孔腔234限定的路径外，在按钮内的区域实际上为与该主气流路径隔开的腔室。流入区域216内仅有的其它流动为在按钮200内环形毂环201和按钮200对着滑动的入口盖220部分之间较小的不可避免的渗漏。孔腔234的尺寸为在充分大和充分小之间的折衷尺寸，其中尺寸充分大以便把在叶轮244后面压力与按钮200内区域216之间有效地连通，而尺寸充分小以便足够大的压差存在于按钮200内，以允许泵动效应起作用。使用时，该副叶轮244的抽吸作用降低在区域216内的压力。图3中示出了在起作用的力。在按钮内的弹簧215在轴向地向外方向施加力Fs。在按钮200上还有轴向力FPD，该力来自按钮200外部环境压力(显示为较大向内指向箭头)和在按钮216内区域216压力之间的压差。当真空吸尘器关掉时，区域216内的空气也处于环境压力下，从而作用于按钮上的仅有的净力是弹簧215产生的。然而，当操作真空吸尘器时，由于通过副叶轮244从区域216排放部分空气，因此在区域216的压力小于周围压力。该压差产生作用于按钮的轴向向内的力。当叶轮在正常速度即25-30Krpm左右的速度旋转时，向内指向的力FPD不足以克服弹簧Fs的轴向向外偏置力，其中该向内指向力与在周围和按钮200内部区域之间的压差有关。从而，按钮200保持在打开位置，而空气持续流向叶轮240以操作该刷棒。
当穿过主入口的气流路径被以一定的方式阻塞时，该方式是例如物体卡在管道内或者通过封住表面的吸入口，增加量的空气流过进气口120到达涡轮机。气流的增加将提高该叶轮244和副叶轮244的转速。例如传动带260破损的其它故障也可以引起叶轮240转速增加。当转速增加到预定水平时，该副叶轮244的抽吸作用在周围空气与按钮200内部区域216之间形成足够的压差，在按钮FPD上轴向向内指向的力可克服弹簧的向外指向的偏置力Fs。这样，按钮200移动到图4所示的关闭位置，而膜片密封件210压在该入口盖220上，以气密方式密封入口。这样就阻止任何空气到达叶轮240。结果，叶轮240和刷棒停止移动。由于涡轮机腔室的出口侧280连续与在该工具上主抽吸入口111和真空吸尘器主体70之间的吸气管连通，而该吸气管持续处于低压，因此，区域216保持充分地抽空，以把按钮200维持在关闭位置。使按钮移动到关闭位置的转速由包括弹簧215强度等因素决定。我们发现45-50krpm的最大转速是理想极限，当然，这可以改变。
按钮200回复到打开位置有若干方式。首先，按钮200可由用户拉到打开位置。其次，可设置阀，以使空气进入到涡轮机的气流下游或者直接进入到按钮200本身。该阀可以是工具的一部分，或者可以是在该设备杆上的抽吸释放触发器。第三，关闭该设备具有与操作该抽吸释放触发器同样的效果。关闭该设备除去了在该涡轮机侧部280的抽吸源，这使在该区域216内的压力升高到周围空气压力。在按钮200两侧没有压差时，没有向内指向的力与弹簧215对抗，这样该弹簧215可向外推动按钮200。
为了更好地说明抽吸释放触发器的使用，我们可再次参考图2。该抽吸释放触发器25为设置在大多数传统设备上的阀门。常常它与该杆的把柄相邻。该抽吸释放触发器25可由用户操作，以容许空气进入到杆内，并降低在该工具100吸入程度。正常情况下，当某些东西附着到工具上时，例如帘布用户将操作该阀门。空气经由该阀门25被吸收入到气流路径，同时已经″附着″到该工具上的物体被释放。操作该抽吸释放触发器还可以用来把在工具100上的按钮200恢复到打开位置，从而重新启动该涡轮机240。该吸入释放阀25应该允许足够量空气进入到该主流动路径内，充分地降低按钮200两侧的压差，从而使该弹簧215可把按钮200推到打开位置。
图6和7示出了其中设置阀门的该工具的一些其他实施例。在图6中，阀门安装到按钮200本身上。该阀门包括另外一个按钮300，该按钮300通常情况下由弹簧310偏置成关闭位置。该弹簧310在法兰301和按钮200外表面之间动作。使用时，用户可在双头箭头所示的方向移动该按钮300，使空气进入到按钮200内的区域216。这将朝着周围的压力提高在区域216内的压力，从而降低该压差力FPD。当该FPD值足够地降低时，该弹簧力Fs将克服向内指向力FPD，如图3所示，而该按钮200将移到打开位置。
图7示出了其中手动操作阀安装在该作为该工具100一部分的涡轮机240下游的方案。如图所示，按钮320在通常情况下由弹簧330偏置成关闭位置。该弹簧330在按钮320的轴向最内端上的台阶和按钮所处腔室表面322之间动作。使用时，用户可移动该按钮320，使空气经由入口340进入到涡轮机下游的区域280内。在按钮200′内的区域与通过按钮320泄入空气的区域280连通。这样，将降低由于按钮200′排气而产生的力FPD。当该FPD值足够地降低时，该弹簧力Fs将克服向内指向力FPD，如图3所示，而该按钮200′将移到打开位置。
按钮320还可以作为自动的排放阀，即该按钮320响应沿着通道280空气的流动而自动地移动到打开位置。与在按钮200(200′)内区域可通过副叶轮244泵动效应局部排气的方式类似，在按钮320内的区域通过沿着通道280空气的流动而抽空。当按钮320足够地排气时，它就移动到打开位置，并使空气进入到涡轮机下游的区域280内。这具有使涡轮机240减速的效果。当然，如果通过按钮320泄漏到区域280内的空气量不足以阻止涡轮机240超速时，该按钮200′将关闭以封住该涡轮机的进气口。
在图7右手侧所示的布置(即按钮320、弹簧330、入口340)可独自使用，而在涡轮机240入口没有按钮200′。这将在不关闭涡轮机情况下为该涡轮机240提供速度限制功能。
图7示出了工具的另外改型。该入口密封件为环形盖350，该环形盖350可通过压在该涡轮机壳体区域355上而密封入口。在图3中，密封表面仅仅暴露在经由网筛的空气中，与图3相比，由于彼此密封的表面，即密封件350的内表面和表面355暴露于带有污物的空气，因此，该选择方案不如图3和4中所示的方案。
从上可知，很清楚地看到，当该涡轮机非常快速地旋转时，按钮200可自动地移动到关闭位置并密封涡轮机进气口。该布置的另外有用特征为，如果用户希望关闭该刷棒，即当清洁硬地面或者精细表面时，用户可手动地把按钮200压到关闭位置。为了手动地关掉该刷棒，用户抵抗弹簧215的偏置简单地按压按钮200，并瞬间地把该按钮200保持在该关闭位置。用与在超速状态期间通过副叶轮244获得的同样方式来按下按钮200，对在该按钮200内的区域216排气。该刷棒可如前面描述的相同方式来再次启动。
涡轮机驱动工具具有驱动涡轮机空气的专用入口一个问题是，非常大比例的进入空气可经由该主入口而不是经由涡轮机流入工具内。当从气流经受阻力量方面来看时，该主入口经由的路径为经由该涡轮机入口的路径提供较低的阻力。
参见图8-11，限制装置800位于自该刷棒110的出口管内。该限制装置用来限制来自该刷棒壳体的空气流动。该限制装置设计成能以良好的比率来分布在该主和涡轮机入口之间的进入空气。已经发现的是，在经由该涡轮机四分之一气流与经由该主入口四分之三气流的比率和经由该涡轮机三分之一气流与经由该主入口三分之二气流的比率之间具有较好的效果。
在图8-11所示的实施例中，该限制装置800具有带固定件816，817的底板815，该固定件压入配合到排出口的壁892内，以便把该限制装置800固定在适当的位置。材料环805，810固定到该底板815上。该环具有可称为导向叶板的第一部件805，该第一部件805相对于底板815倾斜。大致半圆形元件810把导向叶板805与底板815结合。该导向叶板805和半圆元件810可由柔软弹性材料彼此整体地模制，以及与该底板815整体模制。例如乙撑丙二烯单体(EPDM)的橡胶化合物是适当的。使用时，该导向叶板805以倾斜位置保持在底板815上，由此保持到该排出口的壁892，893，并用来限制该出口的横截面，这可从图11中看到。参考数字896表示空气可经由流动的出口孔腔的一部分。使用时，由于经由该出口的空气流动产生的力导致导向叶板805的倾斜角通常小于图8所示的角度，但是它仍然是倾斜的。如果较大碎屑沿着出口管流动时，该导向叶板805朝壁892旋转，呈现与底板元件815更平行的位置。在导向叶板805和底板815之间的狭窄部806作为铰链，以允许导向叶板805旋转。由于元件810的弹性作用，一旦碎屑经过，该导向叶板805返回到原始位置。该排出口的垂直壁894横靠该装置800的每侧上，这样在该环内的区域没有暴露于装污物的气流中。
该限制装置可以其他方式实现。图12和13示出了两个选择性的实施例。在图12中，该导向叶板835为通过扭簧836安装到该排出口的壁892上的平面元件。该弹簧接纳在该排出口壁的凹坑832内。该弹簧836用来把该叶片835保持在相对于该壁的倾斜位置。在该导向叶板835下面的空间充满大致楔形的泡沫材料840，当该导向叶板835朝该壁旋转时，该泡沫材料840很容易被压缩。该泡沫材料840阻止任何碎屑积聚在引导叶片835下面，碎屑的积聚将阻止该引导叶片835操作。
在图13所示的实施例中，该导向叶板也是一个平面元件850。然而，没有弹簧。替代的是，通过大致楔形的材料855提供弹性，其中该材料855起到把元件850保持在倾斜位置和阻止任何污物进入到元件下面的双重作用。该材料855的下表面可通过粘合或者其它合适的方式固定到该排出口的壁892上。元件850可通过类似手段固定到材料855的上表面。该材料855的楔形保证了当任何碎屑撞击时该元件850将围绕端部851旋转。在另外的选择方案中，元件850不作为分开的元件，而只作为该材料855的上部暴露表面。在这种情况下，该材料855或者至少该暴露表面应该适合地阻挡在该表面上碎屑通道。
在图14所示的另外选择性实施例中，通过悬挂于管道893顶壁的多个柔软片状物861，862实现出口管893的限制。该片状物861，862的长度、制造片状物材料的刚度以及在该片状物861，862与管道893壁之间连接柔韧性确定了该出口管横截面被限制的程度。图14示出了通过大块碎屑移动的两个片状物861。需要注意的是，不是所有片状物都需要移动来使碎屑沿着管道经过。这样具有的好处是，在该主入口和涡轮机入口之间保持气流的分布。当然，在该布置的更简单形式中，仅仅需要单个这样的片状物861，其中该片状物861完全地或者仅仅部分地穿过管道893延伸。图8-13中所示的布置还能以多个类似(或者不相似的)部件穿过该管道893设置的方式来实现，每个部件仅仅占有该管道893总宽度的一部分并可独立地拆卸。
可以对已经在这里描述的进行各种替换。尽管两个可替换的刷是较好的，但在工具的更简单形式中，只有一个由围绕该刷棒外表面的皮带直接驱动的刷棒。该刷棒可以在偏离中心的位置被驱动。
操作按钮200的优选方式是在该叶轮240的后表面上设置副叶轮。凹陷242并和肋243形成该副叶轮。然而，以下替代方案也是可能的，并确定为包括在发明的范围内。代替利用叶轮240的后表面，第二、专用叶轮可在与该主叶轮240轴向偏离的位置安装在驱动轴245上。显而易见地，这将增加工具的成本和尺寸。作为另一个选择方案，该叶轮的后表面可以是平直的，而不是具有凹陷242和肋243。作为又一个选择方案，对在按钮内区域216排气的装置可以是通往涡轮机或者来自涡轮机的在主气流路径上的文氏管。
该实施例示出了水平地安装的涡轮机组件，其中该按钮200在该工具的一侧。可以把该涡轮机垂直地安装在该工具壳体内，从而该按钮200位于该工具的上表面上。该布置允许按钮200能被左右手的用户同样接近。
权利要求
1.一种真空吸尘头，包括壳体、用于搅动地板表面的搅动器、在该壳体内用于可旋转地容纳该搅动器的腔室、在该腔室内与该搅动器相邻且用于朝向地板表面的开口、用于驱动该搅动器的空气涡轮机、在壳体上用于使清洁空气驱动该涡轮机的进气口、用于安装在该腔室的排出口中的限制装置，其中该限制装置布置成可在限制位置和打开位置之间移动，在该限制位置，该限制装置用来限制该排出口的横截面，而在打开位置，该限制装置把排出口的横截面限制到较小程度，该限制装置可通过来自该腔室的碎屑流而引起移动。
2.根据权利要求1所述的真空吸尘头，其中该限制元件包括从该排出口壁向外伸出的导向叶板。
3.根据权利要求2所述的真空吸尘头，其中该导向叶板被弹性偏置到限制位置。
4.根据权利要求3所述的真空吸尘头，其中该导向叶板通过弹性元件与该排出口壁通连。
5.根据权利要求4所述的真空吸尘头，其中弹性元件是弹簧。
6.根据权利要求4所述的真空吸尘头，其中该导向叶板安装在一块弹性材料上，或者是该弹性材料的暴露表面，而该弹性材料块固定到该排出口的壁上。
7.根据权利要求6所述的真空吸尘头，其中该块弹性材料块大致为楔形。
8.根据权利要求2到7任何一个所述的真空吸尘头，还包括用于遮蔽该导向叶板下面空间的遮蔽元件。
9.根据权利要求8所述的真空吸尘头，其中该遮蔽元件为安装在该导向叶板下面的可压缩材料块。
10.根据权利要求9的真空吸尘头，其中该可压缩材料为泡沫或者类似泡沫的材料。
11.根据权利要求2到10任何一个所述的真空吸尘头，其中该导向叶板的下游端通过柔性元件连接到该排出口的壁上。
12.根据权利要求11所述的真空吸尘头，其中该导向叶板和柔性元件由弹性柔软材料彼此整体地形成。
13.根据前面权利要求任何一个所述的真空吸尘头，其中多个限制装置穿过该排出口布置。
14.一种包括根据前面权利要求中任何一个的真空吸尘头的真空吸尘器。
15.一种真空吸尘头或者真空吸尘器，基本上如在这里参考附图描述的那样。
全文摘要
限制装置(800)位于来自真空吸尘器的该主入口(111)到该吸尘头(100)的流动管道(893)上，并可在限制位置和打开位置之间移动，在该限制位置，用于限制该排出口的横截面，而在打开位置，把该排出口的横截面限制到较小的程度。该限制装置(800)可通过沿着该流动管道(893)碎屑的经过而可移动。
文档编号A47L9/04GK1684619SQ03822536
公开日2005年10月19日 申请日期2003年9月10日 优先权日2002年9月24日
发明者D·B·史密斯 申请人:戴森技术有限公司