SE470563B - Dammsugare - Google Patents

Description

470 563 2 av 'viktskäl bestyckas med ett mindre :motorfläktaggregat som därför gör dammsugaren mindre effektiv än motsvarande tank- dammsugare eller uprightsugare.

Ett ändamål med uppfinningen är att utgående från den omnämnda skaftdammsugaren göra denna lika effektiv som en nmtsvarande dammsugare av tank- eller uprighttyp och samtidigt även reducera vikten ytterligare. För att uppnå detta måste man i första hand angripa den enhet i dammsugaren som har störst vikt, nämligen motorfläktaggregatet och då i första hand motorn.

Från turboaggregat i bilar är det känt att man med snabbt roterande fläkthjul med små dimensioner kan trycka in stora luftmängder i en bilmotors insugningssystem. Man åstadkommer i detta fall ett högt tryck med hjälp av fläkthjulet men man kan naturligtvis även på motsvarande sätt åstadkomma en sugkraft.

Denna idé utgör basen för följande uppfinning, nämligen att man med hjälp av ett snabbt roterande fläkthjul med små dimensioner skulle kunna åstadkomma en sugverkan av samma storleksordning som i de ovan omnämnda tank- och uprightdammsugarna men med mindre dimensioner på sugfläkten. Fläkthjulet drivs i detta fall inte av avgaser som i bilfallet utan av en elektrisk motor som måste arbeta vid varvtal sonlväsentligt överstiger de hittills brukliga vid dammsugarmotorer. Den höga hastigheten gör, vid den typ av belastning det här är fråga om, att samma effekt kan uppnås som vid dammsugare av gängse typ med mindre dimensioner på motorn.

Sålunda uppnås det angivna ändamålet vid en dammsugare av inledningsvis angivet slag genom.att motorn är elektroniskt styrd och inrättad att drivas med sådant varvtal att sugfläkten arbetar med en hastighet uppgående till åtminstone 50.000 varv per minut, varjämte sugfläkten innefattar ett fläkthjul av turbofläkttyp.

Dessa särdrag finns angivna i efterföljande patentkrav 1.

Föredragna.utföringsformer finns intagnai.tillhörande underkrav.

Andra ändamål och fördelar med uppfinningen kommer att framgå ett hänvisning till tillhörande ritningar, på vilka: av efterföljande beskrivning av utföringsexempel med fig. 1 visar ett utförande med en handhållen dammsugningsenhet avsedd att när den inte används förvaras på en stationär enhet; fig. 2 visar en sidovy av den handhållna dammsugningsenheten med tillkopplat rörskaft och sugmunstycke; 3 4É70 565 fig. 3 i schematisk form visar ett tvärsnitt genom ett utföran- de av en handhållen dammsugningsenhet; fig. 4 är en detaljvy av ett i dammsugningsenheten enligt fig. 3 ingående turbofläkthjul; fig. 5 är ett kopplingsschema över en elektronisk styranordning för dammsugarens elektriska drivmotor; och fig. 6 är ett vågformdiagram för olika i kopplingen enligt fig. 5 uppträdande spänningar.

Som framgått ovan kan uppfinningen sägas bestå i ett överför- ande av tekniken vid turboöverladdare för förbränningsmotorer till dammsugarområdet och då närmare bestämt så att det från turbotekniken hämtade s.k. turbofläkthjulet får drivas av en högvarvig elektrisk motor och därmed åstadkomma en sugkraft som är jämförbar med den som erhålles i en konventionell dammsugare samtidigt som både fläkthjulet och motorn erhåller blygsama dimensioner. Tekniken är användbar i samband med dammsugare av alla slag men är speciellt fördelaktig i de fall man vill krympa dimensionerna och därmed också vikten hos en dammsugare av det slag som kan kallas handdammsugare eller skaftdammsugare. Den fortsatta beskrivningen av uppfinningen kommer därför att ske i anslutning till ett utföringsexempel i form av en sådan lätt och hanterlig handdammsugare samtidigt som det förstås att ett i utföringsexemplet anordnat motorfläktaggregat även kan anordnas aggregatets Oavsett til- i en konventionell golvgående dammsugare där dimensioner inte har lika avgörande betydelse. lämpning ger uppfinningen den fördelen att sugfläktaggregatet arbetar med väsentligt större verkningsgrad än kända aggregat.

Som framgår i fig. 1 är dammsugaren uppdelad på två enheter, nämligen en handenhet 10 och en stationär enhet ll. Handenheten är försedd med en kopplingsdel 12 som möjliggör tillkoppling av en stel ledning i form av ett rörskaft 13 (fig. 2), motsatta ände är ansluten till ett sugmunstycke 36. Från sidan är enheten 10 tillsluten av en öppningsbar lucka 17 innanför vilken ett rum 14 är anordnat som står i förbindelse med sugsidan hos VarS ett motorfläktaggregat, beskrivet närmare nedan. I rummet 14 är en dammbehållare 15 anordnad vilken avskiljer partiklar som medföljer sugluften från sugmunstycket 36. Dammbehållaren kan på icke närmare angivet sätt vara kopplad med luckan 17 så att den svänger ut när luckan öppnas och därmed underlättar byte av 4 7 Ü 565 4 dammbehållare. visade motorfläktaggregatet och släpps ut via en öppning 16 Den insugna luften passerar det i fig. 1 icke belägen vid enhetens 10 bakre ände. öppningen 16 kan på känt sätt innanför enhetens hölje vara täckt av ett ytterligare filter benämnt diffusorfilter. Enheten 10 är 'vidare utförd 'med en handtagsdel 18 med vars hjälp enheten kan hållas vid användning.

Slutligen är enheten 10 försedd med en manöverpanel 19 anordnad vid handtagsdelens främre ände och på vilken manöverorgan i form av knappar 20,21,22 eller dylikt är anordnade för styrning av dammsugarens funktion.

När den ej är i bruk kan enheten 10 förvaras på den stationära enheten 11 som för detta ändamål är utförd med en urtagning 23 i vilken enheten 10 kan införas och låsas fast. Den stationära enheten 11 är utförd med en fästdel 25 vilken har en öppning 24 vilken i det närmaste helt omsluter kopplingsdelen 12 på enheten när denna förvaras på den stationära enheten. En sladd 26 förbinder elektriskt handenheten 10 med den stationära enheten ll och denna sladd kan vid användning av dammsugaren utdragas till önskad längd för dammsugning på önskat avstånd från den stationä- ra enheten. Den sistnämnda är via en sladd 39 och en stickpropp 38 anslutbar till ett vägguttag anslutet till ett elektriskt växelströmsnät. Via ett lämpligt kopplingsorgan strömförsörjs sedan den :i handenheten 10 befintliga elektriska nmtorn via sladden 26. Den sistnämnda är upprullbar på en sladdvinda 27 anordnad att på känt sätt (med hjälp av fjäder eller elektrisk motor) rulla upp sladd som inte behövs. Den stationära enheten 11 är slutligen utförd med en lucka 28, på vilken fack finns anordnade för förvaring av olika sugmunstycken 29, 30, 31. Likaså har enheten 11 ett utrymme för förvaring av dammpåsar 33 och detta är tillslutbart medelst en lucka 32.

Efter denna genere1la.beskrivning av det givna utföringsexemp- let kommer nedan att ges en beskrivning av de delar av dammsuga- ren sonl möjliggör de kraftiga förbättringar av dammsugarens verkningsgrad och funktion som angivits inledningsvis. Förut- sättningen för detta är att ett sugfläkthjul, benämnt turbofläkt- hjul, överladdare för förbränningsmotorer. I det ursprungliga samman- hanget används detta hjul för att ge tryck och det drivs av används som är av det slag som allmänt brukas i turbo- avgaserna från förbränningsmotorn via en turbin som roterar med 470 563 mycket hög hastighet, ofta i registret 100.000 varv per minut eller högre.

I dammsugartillämpningen finns inga avgaser utan turbinhjulet får drivas av en elektrisk motor som näste förmå driva upp fläkthjulet i de höga hastigheter som krävs, nämligen i registret över 50.000 varv per minut. Det är i sammanhanget ett känt faktum att ett sådant turbinfläkthjul inte ger det eftersträvade trycket, eller alternativt sugkraften, med acceptabel verknings- grad förrän hjulet drivits upp i det angivna hastighetsområdet.

Det har visat sig att med hänsyn till olika parametrar såsom fläkthjulets storlek, den genomströmmande luftmängden och önskad sugeffekt fläkthjulets hastighet bör överstiga 60.000 varv per minut och särskilt optimala resultat har uppnåtts vid en fläkthjulshastighet uppgående till omkring 100.000 varv per minut.

Som framgår i fig. 4 har turbinfläkthjulet, benämnt 34, en speciell form innebärande att den på insugssidan i centrum har kraftigt, i perifeririktningen böjda vingar 35 som hjälper till att skovla in så mycket luft som möjligt i fläkten. Denna luft, som alltså sugs in i huvudsak axiellt i fläkten, leds därefter om genom att vingarnas krökning minskar i riktning mot fläkthjulets periferi. I närheten av periferin sträcker sig vingarna i huvudsak axiellt och tvingar ut luften i radiell riktning från fläkten. Turbofläkthjulet kan därför som en axialfläkt på ingångssidan men som en radialfläkt på utgångs- sägas fungera sidan.

I fig. 3 visas i tvärsnitt av ett utförande av en handhållen dammsugningsenhet enligt uppfinningen. Denna innefattar ett hölje 36 i vars ena ände en kopplingsdel 37 är anordnad för till- koppling av rörskaft och sugmunstycke. Den genom kopplingsdelen 37 insugna luften passerar ett rum 38 där en dammbehållare kan vara anordnad för avskiljning av dammpartiklar. Rummets 38 inre ände är täckt av ett glest filter 39, benämnt katastroffilter, som förhindrar att det efterföljande fläkthjulet förstörs om dammbehållaren går sönder på grund av att vätska eller vassa föremål följt med insugningsluften. Motorn är betecknad med 40 och är av ett slag som nöjliggör hög hastighet. Allmänt in- nehåller motorn en rotor 41 som är anordnad på en axel 42 lagrad i kullager 43, 44 i lagersköldar 45, 46. Rotorn samverkar med en 479 565 6 stator 47 som är fäst i motorns hölje, allmänt betecknat med 48.

Motorns utförande är inte kritiskt och har därför endast visats schematiskt.

På nmtoraxeln 42 är även turbofläkthjulet 34 anordnat och detta kan vara fästat med skruvförband eller med andra organ som tillförsäkrar ett bestående hastighet hos hjulet. Turbofläkthjulet samverkar med ett fläkthus 49 som är utformat att trattformigt samla luften mot luftintaget Sett från periferin på hjulet och i det krökta området 50 roterar hjulet och säkert förband trots hög vid hjulets centrum. sidan kröker vingarna mot med mycket fin passning mot fläkthuset 49, dvs en mycket liten spalt uppträder mellan de två. Periferiellt utanför fläkthjulet 34 fortsätter luften via en krökt passage 51 som leder över luften från en radiell mot en axiell riktning så att luften efter att ha strukit förbi motorns utsida för kylning av denna släpps ut från dammsugaren i väsentligen axiell riktning.

Det är att märka att med fördel motorns ena lagersköld kan vara utformad att tillsammans med fläkthuset bilda den krökta passagen 51. Ett krökt parti 52 på lagerskölden samverkar därvid med ett likaledes krökt parti 53 på fläkthuset.

När det gäller motorvalet står klart att en vanlig kommutator- motor är utesluten på grund av att kommutator och borstar inte klarar av den höga hastigheten motorn måste arbeta med. Valet faller därför på en elektroniskt kommuterad eller styrd motor.

Lämpliga.motorer kan vara elektroniskt kommuterade likströmsmoto- rer, reluktansmotorer eller asynkronmotorer. Den sistnämnda motortypen har ett grundmurat rykte om sig att vara robust och slitstark men besvärlig att styra om den skall arbeta vid höga hastigheter. Står motorn under kraftig och/eller varierande belastning måste styrning ske med hjälp av s.k. accelerations- och retardationsramper för frekvensen vilket i hög grad fördyrar den nödvändiga styrelektroniken. I föreliggande fall skall motorn driva en fläkt, vilken utgör en mycket lätt belastning, varför man i styranordningen kan avvara de olika rampgivande organ som normalt är erforderliga. Uppgiften för den elektroniska styran- ordningen är endast att driva motorn i rotation och därefter föra upp denna i det önskade hastighetsområdet. Denna uppgift kan lösas med förhållandevis enkla elektroniska medel och den valda motorn är därför fullt möjlig i denna tillämpning i en dammsugare 470 563 även av kostnadsskäl.

Som angivits ovan har i utföringsexemplet som motor valts en asynkronmotor och närmare bestämt en kortsluten asynkronmotor av En sådan motor är utförd med en trefasigt lindad Motortypen är trefastyp. stator som samverkar med en kortsluten rotor. allmänt känd och beskriven i litteraturen och kommer därför inte att beskrivas närmare i. detta sammanhang. Motorn är allmänt betecknad 54 i fig. 5 och de tre statorlindningarna är schema- tiskt inritade och betecknade 55, 56 och 57. Dessa är på känt sätt anslutna till utgångar R, S, och T på den i fig. 5 visade styranordningen som allmänt är betecknad med 58. Anslutningen kan på vanligt sätt ha formen av en Y-koppling eller en deltakopp- ling.

En trefas kortsluten asynkronmotor drivs i det normala driftsfallet direkt från ett trefasigt växelströmsnät och uppnår då en hastighet som bestäms av motorns poltal och nätets frekvens men som vanligen uppgår till ca 3000 varv per minut för en tvåpolig motor. I detta fall skall motorn drivas med en hastighet som är avsevärt högre och för detta ändamål måste drivspänning tillföras de tre faserna med en frekvens som är i motsvarande grad högre än den vanliga nätfrekvensen som uppgår till 50 eller 60 Hz. valts.

Styranordningen kan väsentligen betraktas som en trefasig strömställare som har till uppgift att på respektive av motorns lindningar anbringa en likspänning med lämplig storlek och en trefasig växelspänning med I utföringsexemplet har en driftsfrekvens om 1500 Hz polaritet för att motsvara frekvensen 1500 Hz.

Den kända tekniken ger anvisning på ett stort antal lämpliga oscillatorkopplingar med.vars hjälpzman kan åstadkomma spikpulser frekvensdelning, med lämplig frekvens. Genom efterföljande exempelvis genom utnyttjande av ett skiftregister, kan man erhålla pulser vilka är till antalet två för varje fas och anordnade med sådan tidsförskjutning att för varje fas en signal uppträder för att ge hög spänning med positiv polaritet på respektive utgång R, S eller T medan den andra signalen uppträder för att ge motsvarande spänning med motsatt polaritet på utgången. I fig. 5 har detta funktionsblock benämnts 59 och detta avger alltså pulser på en schematiskt betecknad ledning 60. Denna 3:70 563 8 ledning är ansluten till en drivkrets 61, exempelvis av typen 2130, som har till uppgift att fördela de olika pulserna till för 64,65; 66,67.

Transistorerna är i exemplet FET-transistorer av effekttyp men respektive fas anordnade transistorpar 62,63; kan även utgöras av transistorer av typen IGBT. Varje transistor 62-66 har en ingång som via ett motstånd 68 och en säkring 69 är ansluten till drivkretsen 61. I varje par är vidare de två transistorerna kopplade i serie mellan en matande likspänning U och jord. Likspänningen genereras genom likriktning och glättning av vanlig nätspänning och uppgår till ca. 325 XI i det fall nätspänningen uppgår till 230 V.

I fig. 6 visas ett diagram som återger vågformerna för de olika pulser som är aktuella i styranordningen enligt fig. 5. Överst i diagrammet visas vågformerna för de tre spänningarna på utgångarna R, S och T. På vanligt sätt är dessa fasförskjutna 120 grader ifrån varandra. För att dessa spänningar skall erhållas från styranordningen måste de olika transistoringångarna erhålla pulser som finns angivna på följande rader i diagrammet. De olika vågformerna betecknas därvid med motsvarande transistorbeteckning 62-67 med tillägget "i". Som framgår i diagrammet får utgången R omväxlande hög och låg potential genom att först transistorn 62 är i ledande tillstånd under halva periodtiden medan transistorn 63 är strypt och därefter transistorn 63 är i ledande tillstånd under den andra halvan av periodtiden samtidigt som transistorn 62 är strypt. Under den första halva periodtiden leds därvid ström från anslutningen U, via den ledande transistorn 62 och utgången R till motsvarande motorlindning. Under den andra halva stället utgången R och den nu ledande transistorn 63 till jord. De båda periodtiden leds i ström från motorlindningen via andra transistorparen 64,65 och 66,67 styrs på motsvarande sätt via pulser som återges på raderna 64i, 65i respektive 66i och 67i i diagrammet för generering av spänningarna på raderna S och T i diagrammet för att därigenom driva ström genom nmtsvarande motorlindningar.

I diagrammet växlar spänningen momentant mellan positiv och negativ potential på liknande sätt som om motorn drivits med sinusspänning av nätfrekvens. Detta innebär en s.k. "duty cycle" uppgående till 50%. Om man driver en motor av det angivna slaget med 50% "duty cycle" med fyrkantpulser uppstår nqcket snart l0 40 470 563 9 värmeproblem och motorn blir överhettad. För att avhjälpa detta problem näste man minska denna till ett värde understigande 50%, exempelvis till 45%. För detta ändamål måste pulserna till transistorerna 62 och 63 fördröjas i motsvarande grad så att de startar senare i diagrammet. Pulsernas bakände uppträder däremot vid samma tidpunkt sonlden i diagrammet visade.

Motsvarande fördröjning måste göras av pulserna till transis- torerna i paren 64,65 respektive 66,67. Dessa fördröjningar av pulserna kan utföras i funktionsblocket 59 med hjälp av kända medel innefattande en resistans-kapacitanskombination.

Som redan angivits ovan är syftet med uppfinningen att anvisa "duty cycle" en anordning som medger att en dammsugare vid jämfört med en gängse golvdammsugare bibehållna prestanda kan ges i avsevärd grad mindre dimensioner. Det beskrivna utförandet är endast ett exempel på en damsugare som utförts så att det angivna ändamålet uppnås. Det väsentliga vid uppfinningen är att en sugfläkt med ett s.k. turbofläkthjul drivs vid ett varvtal uppgående till åtminstone 50.000 varv per minut, varvid en betydligt större verkningsgrad erhålls jämfört med vad som kan uppnås vid en dammsugare där en sugfläkt av klassisk typ drivs vid varvtal inte överstigande ca 20.000 varv per minut. Genom den högre verknings- graden kan dimensionerna på sugfläkt och drivmotor kraftigt vilket om man så önskar kan utnyttjas för att ge skafttyp bättre prestanda vid i övrigt minskas, dammsugare av s.k. oförändrade yttermått. Alternativt kan uppfinningen utnyttjas för att i en golvdammsugare av klassisk typ ge möjlighet till att på ett bättre sätt anordna utrymmen för förvaring av sugmunstycken och andra tillbehör än vad som är möjligt i dagens dammsugare. I en dammsugare av det sistnämnda slaget upptas dammsugarens inre till stor del av en kraftig och utrymmeskrävande drivmotor med tillhörande radialfläkt som även den har stora yttermått i radiell led. Fläkten utförs dessutom ofta som en dubbelfläkt och kräver därmed även i axiell led stort utrymme. Som framgår av det beskrivna utförandet kan man genom uppfinningen åstadkomma en handdammsugare med yttermått som en s.k. bildammsugare men med prestanda som en golvdammsugare av klassisk typ. Handdammsugaren kan därvid även med fördel användas som en bildammsugare för rengöring av klädsel och golvytor i bilen och därvid ge sug- prestanda sonn vid en golvdammsugare men med det förenklade handhavande som den s.k. bildammsugaren medger.

Claims (12)

10 15 20 25 30 35 10 Ü- “J CD CH O\ LN P a t e n t k r a v

1. Dammsugare med en av en elektrisk:motor driven sugfläkt, ett till dennas inloppssida via en dammbehållare kopplat sugmunstycke samt ett för motorns elektriska strömförsörjning anordnat sladdorgan, kännetecknad därav, att motorn är elektroniskt styrd och inrättad att drivas med sådant varvtal att sugfläkten arbetar med en hastighet uppgående till åtminstone 50.000 varv per minut, varjämte sugfläkten innefattar ett fläkthjul av turbofläkttyp.

2. Dammsugare enligt patentkravet 1, kännetecknad därav, att motorn är inrättad att driva sugfläkten med en hastighet överstigande 60.000 varv per minut.

3. Dammsugare enligt patentkravet 1 eller 2, kännetecknad att turbofläkthjulet är utformat att samverka med ett omgivande fläkthus på sådant sätt att fläkten på ingångssidan därav, arbetar som axialfläkt medan den på utgångssidan arbetar som radialfläkt.

4. Dammsugare enligt något av patentkraven 1-3, kännetecknad därav, att sugfläkten arbetar vid en hastighet uppgående till omkring 100.000 varv per minut.

5. Damsugare enligt något av patentkraven 1-4, kännetecknad därav, att turbofläkthjulet är utfört med en navplatta som i huvudsak helt täcker en i fläkthuset anordnad genomloppsöppning för luften och på vilken ett antal i huvudsak radiellt riktade, axiellt uppstående fläktvingar är anordnade, vilka i området närmast navplattans mitt är utformade att bilda i rotations- riktningen för hjulet verkande skovlar, medan fläktvingarna i området närmast periferin övergår till att vara enbart axiellt riktade.

6. Dammsugare enligt patentkravet 5, kännetecknad därav, att den är utförd med en inloppskanal för luften som har formen av ett timglas med från en central strypning åt båda hållen varvid turbofläkthjulets utformade att med noggrann passning mot det omgivande fläkthuset utvidgande partier, fläktvingar är i området för strypningen bilda en mycket liten spalt som på utloppssidan övergår i en ringformig krökt kanal inrättad att leda om den utströmmande luften från radiell riktning till axiell riktning.

7. Dammsugare enligt patentkravet 6, kännetecknad därav, att 10 15 20 470 563 11 den ringformiga krökta kanalen övergår i en ringformig kanal som axiellt omsluter motorn för dennas kylning och som är ansluten till en utloppsöppning för den genonl dammsugaren strömmande luften.

8. Dammsugare enligt patentkravet 6 eller 7, därav, att den ringformiga krökta kanalen bildas av det omgivande fläkthuset och en ytteryta på en på motorn vid dess ena sida kännetecknad anordnad lagersköld.

9. Dammsugare enligt patentkravet 1, kännetecknad därav, att den innefattar en handhållen enhet som inrymmer motorn och sugfläkten med dammbehållaren, varvid sugmunstycket är kopplat till sugfläktens inloppssida medelst ett stelt ledningsorgan.

10. Dammsugare enligt något av patentkraven 1-9, kännetecknad därav, att motorn är av asynkrontyp i trefasigt utförande.

11. Dammsugare enligt patentkravet 9, kännetecknad därav, att en för motorns styrning anordnad elektronisk styranordning är utförd som en separat enhet som medelst sladdorganet är förbunden med den handhållna enheten.

12. Dammsugare enligt patentkravet 9, kännetecknad därav, att den handhållna enheten innefattar manöverorgan för styrning av tillslag, frånslag och eventuellt hastighet, vilka manöverorgan medelst sladdorganet är funktionellt förbundna med motorns den separata enheten.