TW201909818A - 手持式真空清潔器 - Google Patents

Abstract

一手持式真空清潔器，包含一真空馬達及一汙物分離器。該汙物分離器包含一腔室，具有含有汙物的流體經過其進入該腔室之一入口、及清潔過的流體經過其離開該腔室之一出口。一盤件係位於該出口處並包含多個孔洞，該清潔過的流體通過該等孔洞，且一電動馬達繞著一旋轉軸線驅動該盤件。

Description

手持式真空清潔器

本發明有關一手持式真空清潔器。

手持式真空清潔器可包含過濾器或旋風分離器，當作用於去除汙物的主要機構。然而，兩種分離器具有其缺點，譬如，該過濾器通常具有不佳之分離效率，而藉由旋風分離器消耗的壓力可能很高。

本發明提供一手持式真空清潔器，包含一真空馬達及一汙物分離器，該汙物分離器包含：一腔室，具有含有汙物的流體經過其進入該腔室之一入口、及清潔過的流體經過其離開該腔室之一出口；一盤件，位於該出口處並包含多個孔洞，該清潔過的流體通過該等孔洞；及一電動馬達，用於繞著一旋轉軸線驅動該盤件。

進入該腔室之含有汙物的流體接觸該旋轉的盤件，其向該流體施加切向力。當該含有汙物的流體徑向地往外移動時，藉由該盤件所施加的切向力增加。該流體接著被抽吸經過該盤件中之孔洞，同時該汙物由於其較大的慣性而持續向外移動並收集在該腔室之底部。

本發明的手持式真空清潔器具有優於傳統手持式真空清潔器之優點，該傳統手持式真空清潔器採用過濾器或旋風分離器作為去除汙物的主要機構。例如，該過濾器典型地具有不佳之分離效率及/或會以汙物迅速地堵塞。利用本發明的手持式真空清潔器，該盤件中之孔洞的尺寸可被設計成實現良好之分離效率，同時 該盤件的旋轉有助於確保該盤件中之孔洞大致上保持清除灰塵。真空清潔器的旋風分離器典型地包含二或更多個分離階段。第一階段通常包含用於去除粗糙汙物之單一較大的旋風腔室，且第二階段包含用於去除細小汙物之許多較小的旋風腔室。其結果是，該旋風分離器之整體尺寸可為很大。該旋風分離器的另一個困難是它需要高流體速率以達成高分離效率。另外，當流體從入口行進到出口時，流過該旋風分離器之流體通常沿著相當長的路徑行進。其結果是，與該旋風分離器相關聯之壓降可為很高的。利用本發明之手持式真空清潔器，能以更小巧的方式達成相當高之分離效率。尤其是，該汙物分離器可包含具有單個腔室的單一階段。再者，分離主要是由於藉由該旋轉的盤件施加角動量至汙物而發生。其結果是，可在相當低之流體速率下達成相當高的分離效率。另外，流體從該腔室的入口移動到出口之路徑係相當短的。其結果是，越過該汙物分離器之壓降可為小於越過具有相同分離效率的旋風分離器之壓降。

在真空清潔器的汙物分離器內提供旋轉的盤件是已知的。然而，存在一種偏見，即該汙物分離器必須包括一旋風腔室以將汙物從流體分離，然後該盤件僅被用作輔助過濾器，以在流體離開該旋風腔室時從該流體除去殘留之污物。其結果是，該汙物分離器的整體尺寸係相當大的且不適合供使用於手持式真空清潔器中。本發明係基於這樣的認識，亦即可使用旋轉的盤件達成有效分離而無需旋風流動。其結果是，可實現具有一適合用於手持式真空清潔器之尺寸的汙物分離器。

該手持式真空清潔器包含用於驅動該盤件之一電動馬達。除了手持式真空清潔器中的真空馬達之外還包括一電動馬達並非憑直覺獲知的。手持式真空清潔器之重量顯然是其設計中的重要考量，且包括一電動馬達可能顯著地增加重量。另外，在該手持式真空清潔器係由電池供電之情況下，藉由該電動馬達所消耗的電力將縮短該真空清潔器之運行時間。至少由於這些原因，在手持式 真空清潔器中添加電動馬達並非憑直覺獲知的。然而，藉由使用電動馬達來驅動該盤件，對於相當適度之壓力下降，可達成相當高的分離效率。因此，與傳統手持式清潔器相比較，可使用功率較小之真空馬達來達成相同的清潔性能。因此可使用較小之真空馬達，其消耗較少的電力。其結果是，重量及/或電力消耗中之淨減少(net reduction)可為可能的。至少，藉由通過使用功率較小之真空馬達可局部地抵消該電動馬達所消耗的額外重量及/或電力。

進入該腔室之含有汙物的流體可被引導在該盤件。那就是說，該含有汙物的流體可經由該入口沿著與該盤件相交的一流動軸線進入該腔室。如上所述，儘管在真空清潔器之汙物分離器內提供旋轉的盤件係已知的，但是存在一種偏見，即該汙物分離器必須包括一旋風腔室以將汙物從流體分離。進一步之偏見是必須保護該旋轉的盤件免受進入該旋風腔室的大量污物之影響。其結果是，含有汙物的流體以避免與該盤件直接碰撞之方式被導入該旋風腔室。然而，藉由將含有汙物的流體引導到該盤件，該汙物在與該旋轉的盤件接觸時承受相當高之切向力。然後，該流體內的汙物徑向地往外拋出，同時該流體軸向地通過該盤件中之孔洞。其結果是，可在不需要氣旋流動的情況下達成有效之汙物分離。

進入該腔室之含有汙物的流體可被引導在該盤件的中心。也就是說，該流動軸線可與該盤件之中心相交。這接著具有的優點是，含有汙物的流體在該盤件的表面上之流動可更均勻地分佈。藉由對比，如果該含有汙物的流體被偏心地引導在該盤件，則該流體將很可能不均勻地分佈。然後，經過孔洞移動之流體的軸向速率可在該盤件負載最沈重之那些區域處增加，導致分離效率降低。另外，從該流體分離的汙物可被不均勻地收集在該腔室內，從而損害該汙物分離器之容量。汙物的再夾帶(re-entrainment)也可能增加，導致該分離效率中之進一步降低。偏心地引導該含有汙物的流體之另一缺點係該盤件可能遭受不均勻的結構負載。由此產生之 不平衡可導致振動及噪音增加，及/或可縮短被使用於支撐該旋轉的盤件的任何軸承之壽命。

從該含有汙物的流體分離之汙物可收集在該腔室的底部且在朝向該腔室之頂部之方向中逐漸填充。然後，該出口可為位於該腔室之頂部處或鄰接(adjacent)該腔室之頂部，且該腔室的底部可為與該腔室之頂部軸向地隔開。藉由將該出口定位在該腔室之頂部處或鄰接該腔室之頂部，可使該盤件保持遠離收集在該腔室內的已分離之汙物。其結果是，當該腔室填充汙物時，可保持有效的分離。該腔室之底部與該腔室的頂部軸向地隔開(亦即，在平行於該旋轉軸線之方向中)。這接著具有如下益處：藉由該盤件徑向地往外拋出的汙物和流體不太可能干擾收集在該腔室之底部之汙物。另外，該腔室內的任何漩渦係可能圍繞該腔室移動而不是在該腔室上下移動。其結果是，可減少在該腔室中所收集之汙物的再夾帶，從而改善分離效率。

該入口可為藉由在該腔室內線性地延伸的一入口管道之一端部所界定。這接著具有以下優點：即含有汙物的流體沿直線路徑移動經過該入口管道，且因此可減少壓力損失。

該入口可藉由延伸經過該腔室之一壁面之一入口管道的一端部所界定，且該入口管道的一相反端部可為能附接至該真空清潔器之不同附接件。尤其是，該入口管道可為能附接至該真空清潔器的不同配件工具。藉由提供可直接地附接不同附接件至其上之入口管道，可在不同附接件和該汙物分離器之間提供相當短的路徑。其結果是，可減少壓力損失。

該入口可為藉由一入口管道之一端部所界定，該腔室的壁面可為在一打開位置和一關閉位置之間移動，且該入口管道可被附接至該壁面並可與該壁面一起移動。具有在打開位置和關閉位置之間移動的壁面簡化該汙物分離器之排空(emptying)。具有附接至該壁面且可與該壁面一起移動的入口管道有助於在該壁面移動至該 打開位置時去除汙物。例如，當該壁面移動至該打開位置時，移動之入口管道可將該汙物推出或拉出該腔室。再者，當該壁面移動至該打開位置時，如果該入口管道保持在該腔室內，則可在該入口管道和該腔室的周圍壁面之間保留汙物。

該盤件可為由金屬所形成，這比例如由塑料所形成的盤件具有至少兩個優點。首先，可達成具有相當高剛性之相當薄的盤件；其次，該盤件不易受到該流體所攜帶之堅硬或尖銳物體的損壞，這是特別重要的，因為進入該腔室之含有汙物的流體被引導在該盤件。

本發明亦提供一種棒式真空清潔器，包括如先前任一段落中所敘述之手持式真空清潔器，藉由一細長管件附接至一清潔器頭部，該細長管件沿著平行於該旋轉軸線的軸線延伸。

藉由具有平行於該旋轉軸線延伸之細長管件，含有汙物的流體可沿著一相對平直之路徑從該清潔器頭部被帶送至該汙物分離器和該旋轉的盤件。其結果是，可減少壓力損失。

該汙物分離器可包含延伸經過該腔室之一壁面之一入口管道，該入口係藉由該入口管道的一第一端部所界定，且該細長管件被附接至該入口管道之一第二端部。藉由提供直接附接至其上之該細長管件的入口管道，可在該清潔器頭部和該汙物分離器之間提供相當短的路徑。其結果是，可減少壓力損失。

1‧‧‧真空清潔器/棒式清潔器

2‧‧‧手持式單元

3‧‧‧細長管件

4‧‧‧清潔器頭部

10‧‧‧汙物分離器

11‧‧‧馬達前過濾器

12‧‧‧真空馬達

13‧‧‧馬達後過濾器

14‧‧‧通風口

20‧‧‧容器

21‧‧‧入口管道

22‧‧‧盤件總成

23‧‧‧盤件總成

30‧‧‧頂部壁面

31‧‧‧側壁面

32‧‧‧底部壁面

33‧‧‧鉸鏈

34‧‧‧鉤接部

36‧‧‧腔室

37‧‧‧入口

38‧‧‧出口

40‧‧‧盤件

41‧‧‧電動馬達/馬達

45‧‧‧非穿孔區域/中心區域

46‧‧‧穿孔區域

47‧‧‧孔洞

48‧‧‧旋轉軸線

49‧‧‧流動軸線

50‧‧‧汙物

70‧‧‧載具

71‧‧‧中心轂部

72‧‧‧輪緣

73‧‧‧輪輻

74‧‧‧孔口

101‧‧‧汙物分離器

102‧‧‧汙物分離器

103‧‧‧汙物分離器

為了更容易理解本發明，現在將參考附圖通過範例敘述本發明之實施例，其中：圖1係真空清潔器的立體圖；圖2係經過該真空清潔器之一部份的剖視圖；圖3係經過該真空清潔器之汙物分離器的剖視圖；圖4係該汙物分離器之盤件的平面圖；圖5說明經過該汙物分離器之含有汙物的流體之流 動；圖6說明該汙物分離器的排空；圖7係當用於地板上方清潔時經過該真空清潔器之一部分的剖視圖；圖8說明藉由該盤件在入口管道之圓周處對含有汙物的流體所施加之切向力，該入口管道係(a)引導在該盤件的中心及(b)被偏心地引導；圖9係第一替代汙物分離器之剖視圖；圖10係經過具有第二替代汙物分離器的真空清潔器之一部份的剖視圖；圖11係經過第三替代汙物分離器之剖視圖；圖12係經過具有該第三替代汙物分離器的真空清潔器之一部份的剖視圖；圖13說明該第三替代汙物分離器之排空；圖14係經過第四替代汙物分離器的剖視圖；及圖15說明替代之盤件總成，其可形成該汙物分離器的任何一者之一部分。

圖1的真空清潔器1包含藉著一細長管件3附接至一清潔器頭部4之一手持式單元2。該細長管件3係可從該手持式單元2分開，使得該手持式單元2可被用作為一獨立的真空清潔器。

現在參考圖2至圖7，該手持式單元2包含一汙物分離器10、一馬達前過濾器(pre-motor filter)11、一真空馬達12、及一馬達後過濾器(post-motor filter)13。該馬達前過濾器11係位於該汙物分離器10的下游但在該真空馬達12的上游，且該馬達後過濾器13係位於該真空馬達12的下游。在使用期間，該真空馬達12造成經過該清潔器頭部4之底側中的吸入開口吸入含有汙物的流體。由該清潔器頭部4，該含有汙物的流體係沿著該細長管件3被吸入並進入該汙物分 離器10。汙物接著係從流體分離並被保留在該汙物分離器10內。已清潔過的流體離開該汙物分離器10並經過該馬達前過濾器11被抽出，其在通過該真空馬達12之前從該流體除去殘留的汙物。最後，藉由該真空馬達12所排出之流體通過該馬達後過濾器13，並經由該手持式單元2中的通風口14從該真空清潔器1排出。

該汙物分離器包含一容器20、一入口管道21、和一盤件總成22。該容器20包含一頂部壁面30、一側壁面31和一底部壁面32，它們共同地界定一腔室36。該頂部壁面之中心的開口界定該腔室36之一出口38。該底部壁面32藉由一鉸鏈33被附接至該側壁面31。附接至該底部壁面32的一鉤接部(catch)34與該側壁面31中之一凹槽嚙合，以將該底部壁面32固持在一關閉位置中。然後釋放該鉤接部34造成該底部壁面32擺動到一打開位置，如圖6中所說明。

該入口管道21向上延伸經過該容器20的底部壁面32。該入口管道21居中地延伸在該腔室36內，並終止於該盤件總成22之一小段距離處。該入口管道21的一端部界定該腔室36之一入口37。當該手持單元2被用作獨立的清潔器時，該入口管道21之一相反端部係可附接至該細長管件3或一配件工具。

該盤件總成22包含耦接至一電動馬達41的一盤件40。該電動馬達41係位在該腔室36之外側，且該盤件40係位於該腔室36的出口38處並蓋住該出口38。當通電時，該電動馬達41造成該盤件40繞著一旋轉軸線48旋轉。該盤件40係由一金屬所形成，並包含藉由一穿孔區域46所圍繞之一中心非穿孔區域45。該盤件40的周邊覆蓋在該容器20之頂部壁面30上。當該盤件40旋轉時，該盤件40的周邊接觸該頂部壁面30並與該頂部壁面30形成密封。為了減小該盤件40與該頂部壁面30之間的摩擦，可環繞該頂部壁面30提供一低摩擦材料(例如PTFE)之環件。

於使用期間，該真空馬達12造成含有汙物的流體經由該入口37被吸入該腔室36。該入口管道21沿著與該盤件40之旋轉軸 線48重合的一軸線而在該腔室36內居中地延伸。其結果是，該含有汙物的流體於一軸向(亦即，在平行於該旋轉軸線48的方向)進入該腔室36。再者，該含有汙物的流體被引導在該盤件40的中心。該盤件40之中心非穿孔區域造成該含有汙物的流體轉動並徑向地往外移動(亦即，在正交於該旋轉軸線之方向)。旋轉的盤件40向該含有汙物的流體施加切向力，造成該流體渦漩。當該含有汙物的流體徑向地往外移動時，藉由該盤件40所施加的切向力增加。在抵達該盤件40之穿孔區域46時，該流體被軸向地抽吸經過該盤件40中的多個孔洞47。這需要在該流體之方向中之進一步轉動。較大和較重的汙物之慣性太大，以致不允許該汙物跟隨該流體。其結果是，並非被抽吸經過該等孔洞47，該汙物持續徑向地往外移動且最終收集在該腔室36的底部。較小和較輕之汙物可跟隨該流體經過該盤件40。大部分此汙物接著隨後藉由該馬達前過濾器11及該馬達後過濾器13所移除。為了清空該汙物分離器10，該鉤接部34被釋放且該容器20的底部壁面32擺動打開。如圖6所顯示，該容器20和該入口管道21被建構成使得該入口管道21不會防止或以別的方式阻礙該底部壁面32之移動。

除了清潔地板表面以外，該真空清潔器1可被使用來清潔地板上方的表面、諸如架子、窗簾或天花板。當清潔這些表面時，該手持式單元2可如圖7中所示地倒置。被收集在該腔室36中之汙物50可接著朝該盤件40下落。落在該盤件40上的任何汙物很可能被吸入穿過該穿孔區域46中之一些孔洞47或阻擋該穿孔區域46中的一些孔洞47。其結果是，該盤件40之可用的開放面積將減少，且軸向地移動經過該盤件40之流體的速率將增加。更多汙物係接著可能藉由該流體載送經過該盤件40，且因此該汙物分離器10之分離效率係可能降低。該容器20的頂部壁面30不是平坦的，而是呈階梯狀的。其結果是，該腔室36包含位於該側壁面31和該頂部壁面30中的階梯狀部分之間的深溝(gulley)，此深溝圍繞該盤件40及作用來收集掉落 在該腔室36之汙物50。其結果是，當該手持式單元2被倒置時，較少的汙物係可能掉落在該盤件40上。

該汙物分離器10具有數個勝過採用多小孔袋子之傳統分離器的優點。袋子之細孔在使用期間會迅速堵塞汙物。然後，這樣就減少了在該清潔頭處的吸力。另外，袋子通常必須在裝滿時更換，且其並非總是易於決定該袋子何時裝滿。利用在此文中所敘述之汙物分離器，該盤件40的旋轉確保該穿孔區域46中之孔洞47大致上保持沒有汙物。其結果是，在使用期間未觀察到抽吸中的顯著減少。另外，該汙物分離器10可藉由打開該容器20之底部壁面32來排空，因此避免需要更換袋子。再者，藉由採用透明材料之該容器20的側壁面31，使用者係能夠相當容易地決定當該汙物分離器10充滿且需要排空。多小孔袋子的前述缺點係眾所周知，且藉由採用旋風分離之分離器同樣很好地解決這些缺點。然而，在此文中所敘述的汙物分離器10還具有勝過旋風分離器之優點。

為了實現相當高的分離效率，真空清潔器之旋風分離器典型地包含兩個或更多個分離階段。第一階段通常包含用於去除粗汙物的單個相當大之旋風腔室，且第二階段包含用於去除細小汙物的多個相當小之旋風腔室。其結果是，該旋風分離器的整體尺寸可為相對較大的。該旋風分離器之另一個困難係它需要高流體速率，以便達成高分離效率。再者，當流體從該入口行進到該出口時，流過該旋風分離器的流體通常沿著相當長之路徑行進。該長路徑和高速率導致高的空氣動力學損失。其結果是，與該旋風分離器相關聯的壓降可為很高。利用在此文中所敘述之汙物分離器，能以更緊湊(compact)的方式達成相當高之分離效率。尤其是，該汙物分離器包含具有單個腔室的單一階段。再者，分離主要是由於藉由該旋轉的盤件40施加角動量至該含有汙物的流體而發生。其結果是，可在相當低之流體速率下達成相當高的分離效率。另外，該流體從該汙物分離器10之入口37移動至該出口38所採取的路徑係相當短。由於 該較低之流體速率和較短的路徑，空氣動力學損失係較小。其結果是，對於相同之分離效率，越過該汙物分離器10的壓降小於越過該旋風分離器之壓降。因此，該真空清潔器1係能夠達成與使用功率較小的真空馬達之旋風真空清潔器相同的清潔性能。如果該真空清潔器1藉由電池所供電，這是尤其重要的，因為該真空馬達11之功率消耗的任何降低都可被使用於增加該真空清潔器1之運行時間。

在真空清潔器的汙物分離器內提供旋轉的盤件係已知的。例如，DE19637431和US4382804均敘述了具有旋轉的盤件之汙物分離器。然而，存在一種偏見，即該汙物分離器必須包括一旋風腔室，以將該汙物從該流體分離。然後將該盤件僅被用作一輔助過濾器，以在流體離開該旋風腔室時從該流體中去除殘留的汙物。進一步的偏見是必須保護該旋轉的盤件免受進入該旋風腔室之大量汙物的影響。因此，該含有汙物的流體係以避免與該盤件直接碰撞的方式被導入該旋風腔室。

在此文中所敘述之汙物分離器利用了這樣的發現：能以利用旋轉的盤件達成汙物分離，而不需要旋風腔室。該汙物分離器進一步利用了這樣的發現，即可藉由將該含有汙物的流體在直接朝該盤件的方向導入腔室來達成有效之汙物分離。藉由將該含有汙物的流體引導在該盤件，該汙物在與該旋轉的盤件接觸時遭受到相當高之力量。然後，在該流體內的汙物被徑向地往外拋出，同時該流體軸向地通過該盤件中之孔洞。其結果是，在不需要氣旋流動的情況下達成有效之汙物分離。

該汙物分離器10的分離效率和越過該汙物分離器10之壓降對該盤件40中的孔洞47之尺寸係敏感的。對於給定之總開口面積，該汙物分離器10的分離效率隨著該孔洞之尺寸減少而增加。然而，隨著該孔洞尺寸減小，越過該汙物分離器10的壓降也增加。該分離效率和該壓降也對該盤件40之總開口面積敏感的。尤其是，當該總開口面積增加時，移動過該盤件40之流體的軸向速率降低。 其結果是，該分離效率增加且該壓降減小。因此，具有大的總開口面積係有利的。然而，增加該盤件40之總開口面積並非沒有困難。例如，如業已指出的，增加該孔洞之尺寸以增加該總開口面積實際上可降低分離效率。作為替代方案，可藉由增加該穿孔區域46的尺寸來增加該總開口面積，這可藉由增加該盤件40之尺寸或藉由減小該非穿孔區域45的尺寸來達成。然而，這些選項中之每一個都有其缺點。例如，由於在該盤件40的周邊和該頂部壁面30之間形成接觸密封，因此將需要較多的動力來驅動具有較大直徑之盤件40。另外，較大直徑之旋轉的盤件40可在該腔室36內產生更多攪拌。其結果是，業已收集在該腔室36中之汙物的再夾帶可增加，且因此該分離效率可為實際上淨降低(net decrease)。在另一方面，如果該非穿孔區域45之直徑被減小，則由於下面所詳述的理由，移動經過該盤件40之流體的軸向速率實際上可能增加。增加該盤件40之總開口面積的另一種方式係減小該等孔洞47之間的平台。然而，減小平台有其自身之困難，例如，該盤件40的剛性係可能降低，且該穿孔區域46係可能變得更脆弱且因此更容易損壞。另外，減小孔洞之間的平台可能導入製造困難。因此，在該盤件40之設計中需要考慮許多因素。

該盤件40包含藉由穿孔區域46所圍繞的中心非穿孔區域45。中心非穿孔區域45之設置具有若干優點，現在將對其進行敘述。

該盤件40的剛性對於在該盤件40和該容器20的頂部壁面30之間達成有效的接觸密封可能是重要的。具有非穿孔之中心區域45增加該盤件40的剛性。其結果是，可採用更薄之盤件。這接著具有以下益處：該盤件40能以更及時和具成本效益的方式製造。再者，對於某些製造方法(例如化學蝕刻)，該盤件40之厚度可界定用於該等孔洞47及平台的最小可能尺寸。因此，較薄之盤件具有以下益處：此種方法可被使用於製造具有相當小的孔洞及/或平台尺寸之盤件。再者，可降低該盤件40的成本及/或重量、以及驅動該 盤件40所需之機械動力。因此，可使用功率較小且可能更小及更便宜的馬達41來驅動該盤件40。

藉由具有中心之非穿孔區域45，進入該腔室36的含有汙物的流體被迫從軸向轉向徑向。然後，該含有汙物的流體往外移動在該盤件40之表面上方。這接著具有至少兩個益處。首先，當該含有汙物的流體在該穿孔區域46之上移動時，該流體需要轉過相當大的角度(大約90度)，以便通過該盤件40中之孔洞47。其結果是，藉由該流體所攜帶的較少汙物能夠與該轉彎匹配並通過孔洞47。其次，當該含有汙物的流體往外移動在該盤件40的表面之上時，該含有污物的流體有助於擦洗該穿孔區域46。因此，可能已被捕獲在孔洞47處之任何汙物被該流體所清除。

該盤件40的切向速率從該盤件40之周長到中心減小。其結果是，藉由該盤件40施加至該含有汙物的流體之切向力從該周邊到該中心減小。如果該盤件40的中心區域45係有穿孔的，則更多之汙物係可能通過該盤件40。藉由具有中心非穿孔區域45，該等孔洞47被設置在該盤件40的區域處，在此該切向速率以及因此施加至該汙物之切向力係相當高的。

當導入該腔室36之含有汙物的流體從軸向轉向徑向時，相當重之汙物可持續沿軸向行進並撞擊該盤件40。如果該盤件40的中心區域45係穿孔的，則撞擊該盤件40之相當硬的物體可刺穿或以其他方式損壞該等孔洞47之間的平台。藉由具有非穿孔之中心區域45，損壞該盤件40的風險降低。

該非穿孔區域45之直徑係大於該入口37的直徑。其結果是，藉由該流體所攜帶之堅硬物體係不太可能撞擊該穿孔區域46並損壞該盤件40。另外，在進入該腔室36時，更好地促使該含有汙物的流體從軸向轉向徑向。該入口37和該盤件40之間的分離距離在達成這兩個益處中起重要作用。隨著該入口37和該盤件40之間的分離距離增加，在該盤件40之穿孔區域46處的含有汙物的流體的速率 之徑向分量係可能減少。其結果是，更多的汙物可被載送經過該盤件40中之孔洞47。另外，當該分離距離增加時，藉由該流體所攜帶的堅硬物體係更可能撞擊該穿孔區域46並損壞該盤件40。因此需要相當小之分離距離。然而，如果該分離距離太小，則大於該分離距離的汙物將不能在該入口管道21和該盤件40之間通過，且因此將被捕獲。除其他事項外，藉由該流體所攜帶的汙物之尺寸將受到該入口管道21的直徑等所限制。尤其是，該汙物之尺寸係不可能大於該入口管道21的直徑。據此，藉由採用不大於該入口37之直徑的分離距離可達成上述益處，同時提供足夠之空間以使汙物在該入口管道21和該盤件40之間通過。

不管所選擇的分離距離如何，該盤件40之非穿孔區域45繼續提供優點。尤其是，該非穿孔區域45確保該盤件40中的孔洞47被設置在藉由該盤件40施加至該汙物之切向力係相當高的區域。另外，儘管隨著該分離距離增加，該含污物的流體順著更加發散的路徑，但是相當重之物體在進入該腔室36時仍然可能沿著相當直的路徑繼續。因此，中心之非穿孔區域45繼續保護該盤件40免受潛在的損壞。

儘管有這些優點，但該非穿孔區域45之直徑不需要大於該入口37的直徑。藉由減小該非穿孔區域45之尺寸，該穿孔區域46的尺寸以及因此該盤件40之總開口面積可增加。其結果是，越過該汙物分離器10的壓降係可能降低。另外，可觀察到移動經過該穿孔區域46之含有汙物的流體之軸向速率的降低。然而，隨著該非穿孔區域45之尺寸減小，將會至一個點，於此進入該腔室36的流體將在遇到該穿孔區域46之前不再被迫從軸向轉向徑向。因此將會至一個點，在此由於較大的開口面積導致之軸向速率的降低係通過由於較小之轉角導致的軸向速率中之增加所抵消(offset)。

可以想像地，該盤件40的中心區域45可為有穿孔的。儘管上面所敘述之許多優點將被喪失，但是具有完全穿孔的盤件40 仍然是有利的。例如，可為更簡單及/或更便宜製造該盤件40。尤其是，該盤件40可被從連續穿孔的板片上切割下來。即若該中心區域45被穿孔，該盤件40將持續向進入該腔室36之含有汙物的流體施加切向力，儘管在該盤件40之中心處的力量較小。因此該盤件40將持續從該流體分離汙物，儘管分離效率降低。另外，如果該盤件40之中心區域45係穿孔的，由於藉著該盤件40所施加之相當低的切向力，汙物可能堵塞在該盤件40之正中心處的孔洞。當在該正中心處之孔洞被堵塞時，該盤件40接著將表現得好像該盤件40的中心係非穿孔式。另一選擇，該中心區域45可為有穿孔的，但是具有小於該周圍穿孔區域46之開口面積。再者，該中心區域45的開口面積可隨著從該盤件40之中心徑向地往外移動而增加。這接著具有如下益處：該中心區域45的開口面積隨著該盤件40之切向速率增加而增加。

該入口管道21沿著與該盤件40的旋轉軸線48重合之一軸線延伸。其結果是，進入該腔室36的含有汙物的流體被引導在該盤件40的中心。這接著具有以下優點：該含有汙物的流體均勻地分佈在該盤件40的表面上方。相反地，如果該入口管道21被偏心地引導在該盤件40，則該流體將不均勻地分佈。為了說明這一點，圖8顯示在入口管道21之圓周處藉由該盤件施加切向力至該含有汙物的流體，該入口管道21係(a)引導在該盤件40的中心及(b)被偏心地引導。其可被看出，當該入口管道21被偏心地引導時，該含有汙物的流體不會均勻地流過該盤件40的表面之上。在圖8(b)中所顯示的範例中，該盤件40之下半部看到非常少的含有汙物的流體。在該盤件40上方的流體之這種不均勻分佈係可能具有一種或多種不利的影響。例如，經過該盤件40之流體的軸向速率係可能在最嚴重暴露於該含有汙物的流體的那些區域處增加。其結果是，該汙物分離器10的分離效率係可能降低。另外，藉由該盤件40所分離之汙物可被不均勻地收集在該容器20內。其結果是，該汙物分離器10的容量可能受到損害。業已收集在該容器20內之汙物50的再夾帶也可能增加， 導致該分離效率之進一步降低。偏心地引導該含有汙物的流體之另一個缺點是該盤件40遭受到不均勻的結構負載，由此產生之不平衡可能導致與該容器20的頂部壁面30之密封不良，並且可減少被使用於支撐該真空清潔器1內的盤件總成22之任何軸承的壽命。

該入口管道21被附接至該底部壁面32，且可與該底部壁面32一體成形。該入口管道21因此藉由該底部壁面32被支撐在該腔室內。另一選擇，該入口管道21可被該容器20之側壁面31所支撐，例如使用一或多個於該入口管道21與該側壁面31之間徑向地延伸的支架。此配置具有該底部壁面32係自由地打開及關閉而不會移動該入口管道21之優點。其結果是，可採用具有較大汙物容量的較高的容器20。然而，這種配置之缺點在於當該底部壁面32係打開時，被使用於支撐該入口管道21的支架係可能抑制汙物從該腔室36落下，因此使該容器20之排空更加困難。

該入口管道21線性地延伸在該腔室36內。這接著具有這優點：含有汙物的流體沿一直線路徑移動經過該入口管道21。然而，這種配置並非沒有困難。該底部壁面32被配置成打開和關閉，並藉著一鉸鏈33及鉤接部34附接至該側壁面31。據此，當使用者向該手持式單元2施加力量以便操縱該清潔器頭部4時(例如，用於向前和向後操縱該清潔器頭部4之推力或拉力、用於向左或向右操縱該清潔器頭部4的扭轉力、或用於將該清潔器頭部4抬離地板之提升力)，該力量係經由該鉸鏈33及鉤接部34傳遞到該清潔器頭部4。該鉸鏈33及鉤接部34因此必需被設計，以便能承受所需的力量。作為替代之配置，該底部壁面32可被固定至該側壁面31，且該側壁面31能可移除地附接至該頂部壁面30。該容器20係接著從該頂部壁面30移除該側壁面31和底部壁面32並倒置來清空。雖然這種配置的優點在於不需要設計能夠承受所需力量之鉸鍊和鉤接部，但是該汙物分離器10係不太便於排空。

替代的汙物分離器101被說明在圖9中。該入口管道21 之一部份沿著該容器20的側壁面31延伸，且被附接至該側壁面或係與該側壁面一體成形。該底部壁面32係藉由鉸鏈33及鉤接部(未示出)再次附接至該側壁面31。然而，該入口管道21不再延伸經過該底部壁面32。據此，當該底部壁面32移動於該關閉位置與打開位置之間時，該入口管道21的位置係未改變。這接著具有之優點是該容器20便於排空而不需要設計能夠承受所需力量的鉸鍊和鉤接部。然而，如從圖9中顯而易見的，該入口管道21不再是直的。其結果是，由於該入口管道21中之彎曲將導致損失增加，且因此與該汙物分離器10相關聯的壓降係可能增加。儘管圖9中所示配置之入口管道21不再是直的，但是該入口管道21之端部持續沿著與該盤件40的旋轉軸線48重合之軸線延伸。其結果是，該含有汙物的流體在軸向方向中持續進入該腔室36，該軸向方向被引導在該盤件40之中心。

圖10說明另一個汙物分離器102，於其中，該入口管道21線性地延伸經過該容器20的側壁面31。然後，該底部壁面32係藉著鉸鏈33附接至該側壁面31且藉由鉤接部34保持關閉。在圖3和圖9所說明之配置中，該汙物分離器10、101的腔室36之形狀本質上係圓柱形，使該腔室36的縱向軸線與該盤件之旋轉軸線48重合。然後，該盤件40係接著定位朝該腔室36的頂部，且該入口管道21從該腔室36之底部向上延伸。對頂部和底部的參考應理解為意味著從該流體分離之汙物優先收集在該腔室36的底部，且在朝該腔室36之頂部的方向中逐漸填充。具有圖10中所顯示之配置，該腔室36的形狀可被認為是圓柱形頂部和立方體底部之結合。然後，該盤件40及該入口管道21兩者都朝該腔室36的頂部定位。既然該入口管道21延伸經過該容器20之側壁面31，這種配置具有的優點是該容器20可方便地經由該底部壁面32排空，而不需要能夠承受操縱該清潔器頭部4所需之力量的鉸鍊及鉤接部。另外，既然該入口管道21係線性的，因此與該入口管道21相關聯之壓力損失減小。該配置具有至少三個進一步的優點。首先，該汙物分離器102之汙物容量係顯著地增加。第二， 當該手持式單元2被倒置以在地板上方進行清潔時，在該容器20內的汙物係不太可能落到該盤件40上，因此，該腔室36不需要包括環繞該盤件40之保護性深溝，且因此可使用具有較大的總開口面積之較大盤件40。第三，當擱置在一水平表面上時，該容器20的底部壁面32可被使用於支撐該手持式單元2。然而，這種配置不是沒有其缺點。例如，較大之容器20可阻礙進入狹窄空間、諸如在家具或器具之品項之間。另外，該腔室36的底部係與該腔室36之頂部徑向地隔開，那就是說該腔室36的底部係在正交於該盤件40之旋轉軸線48的方向中從該腔室36之頂部隔開。其結果是，藉由該盤件40所徑向地往外拋出的汙物及流體可干擾收集在該腔室36之底部中的汙物。另外，該腔室36內之任何渦流會傾向於在該腔室36上下移動。因此，汙物的再夾帶可能增加，導致分離效率降低。藉由對比，在圖3和圖9中所說明的配置中，該腔室36之底部係與該腔室36的頂部軸向地隔開。因此，藉由該盤件40徑向地往外拋出之汙物和流體係不太可能干擾收集在該腔室36之底部中的汙物。另外，在該腔室36內之任何渦流都環繞該腔室36移動而不是在該腔室36上下移動。

在上述每個汙物分離器10、101、102中，至少該入口管道21的端部(亦即具有該入口37之部分)沿著與該盤件40的旋轉軸線48重合之一軸線延伸。其結果是，該含有汙物的流體於被引導在該盤件40之中心的軸向方向中進入該腔室36。上面已敘述其優點。然而，可能存在希望具有替代配置之情況。例如，圖11至圖13說明汙物分離器103，於其中，該入口管道21沿著相對該盤件40的旋轉軸線48成一角度之軸線延伸。也就是說，該入口管道21沿著與該旋轉軸線48不平行的軸線延伸。作為此配置之結果，該含有汙物的流體以不平行於該旋轉軸線48之方向進入該腔室。雖然如此，進入該腔室36的含有汙物的流體持續被引導在該盤件40。實際上，利用圖11至圖13中所顯示的汙物分離器103，該含有汙物的流體持續被引導到該盤件40的中心。由於幾個理由，這種特定的配置可能為有利的。 首先，當該真空清潔器1被使用於地板清潔時，如圖1中所顯示，該手持式單元2大致上以約45度之角度往下引導。其結果是，汙物可不均勻地收集在該汙物分離器內。尤其是，汙物可優先地沿著該腔室36的一側面收集。對於圖3中所顯示之汙物分離器10，汙物的此種不均勻收集可能意味著汙物沿著一側填充到該腔室36之頂部，從而觸發腔室充滿狀態(chamber-full conition)，即使該腔室36的相反側可能相對沒有汙物。如圖12中所說明，圖11至圖13之汙物分離器103可更好地利用可用空間。其結果是，可改善該汙物分離器10的容量。也可以說圖9之汙物分離器101具有這種優點。然而，該汙物分離器101的入口管道21包括兩個彎曲部。相比之下，圖11至圖13之汙物分離器103的入口管道21大致上係線性的，且因此壓力損失係較小。圖11至圖13中所顯示之配置的另一個優點係有關於排空。如與圖3所示之配置一樣，該入口管道21被附接至該底部壁面32且係可與該底部壁面32一起移動。如圖6中所顯示，當圖3的汙物分離器10垂直地固持且該底部壁面32係處於該打開位置中時，該入口管道21水平地延伸。藉由對比，如在圖13中所顯示，當圖11至圖13之汙物分離器103被垂直地固持且該底部壁面32被打開時，該入口管道21係向下傾斜。其結果是，更好地促使汙物從該入口管道21滑落。

在圖11至圖13所顯示的配置中，進入該腔室36之含有汙物的流體持續被引導到該盤件40之中心。儘管在這種配置中存在優點，但是仍然可藉由偏心地引導該含有汙物的流體來達成有效之汙物分離。再者，可能存在希望偏心地引導該含有汙物的流體之情況。例如，如果該盤件40的中心區域係有穿孔的，則該含有汙物的流體可被偏心地引導，以便避免該盤件40的切向速率最慢之區域。其結果是，可觀察到分離效率中的淨增益。當作範例，圖14說明一配置，於其中，進入該腔室36之含有汙物的流體被偏心地引導在該盤件40。類似於圖9中所顯示之配置，該入口管道21係與該容器20的側壁面31一體成形，且該底部壁面32係藉由鉸鏈33和鉤接部(未示 出)附接至該側壁面31。當該底部壁面32在該關閉位置和打開位置之間移動時，該入口管道21的位置保持固定。這接著具有以下優點：該容器20係便於清空而無需設計能夠承受操縱該清潔器頭部4所需之力量的鉸鍊和鉤接部。再者，與圖9之汙物分離器101相比，該入口管道21係直的，且因此由該含有汙物的流體經過該入口管道21的運動所引起之壓力損失係減小。

在更一般的意義上，可以說該含有汙物的流體沿著一流動軸線49進入該腔室36。該流動軸線49接著與該盤件40相交，使得該含有汙物的流體10被引導在該盤件40。然後，這具有以下益處：該含有汙物的流體在進入該腔室36之後不久衝擊該盤件40，然後該盤件40向該含有汙物的流體施加切向力。該流體係經過該盤件40中之孔洞47被抽吸，而由於其較大的慣性，該汙物徑向地往外移動並收集在該腔室36中。於圖3、圖9、圖10和圖11所示配置中，該流動軸線49與該盤件40之中心相交，而在圖14所示配置中，該流動軸線49與該盤件40偏心地相交。儘管使流動軸線49與該盤件40的中心相交具有優點，但是仍然可藉由使流動軸線49與該盤件40偏心地相交來達成有效之汙物分離。

在上述每個配置中，該入口管道21具有一圓形橫截面，且因此該入口37具有一圓形的形狀。可以想像，該入口管道21和該入口37可具有替代之形狀。同樣的，該盤件40的形狀不必是圓形的。然而，既然該盤件40旋轉，並不會清楚具有非圓形盤件會帶來什麼好處。該盤件40之穿孔區域46和非穿孔區域45也可具有不同的形狀，尤其是，該非穿孔區域45不需要為圓形或位於該盤件40之中心。例如，在該入口管道21被偏心地引導於該盤件40之處，該非穿孔區域45可採用環狀的形式。在上面之討論中，有時候參考特定元件的直徑，在該元件具有非圓形之形狀的情況下，該直徑對應於該元件之最大寬度。例如，如果該入口37的形狀為矩形或正方形，則該入口37之直徑將對應於該入口37的對角線。另一選擇，如果該 入口之形狀為橢圓形，則該入口37的直徑將對應於該入口37沿著主軸的寬度。

該盤件40係由一金屬、諸如不銹鋼所形成，其比例如塑料具有至少兩個優點。首先，可達成具有相當高剛性之相當薄的盤件40。第二，可達成相當硬之盤件40，當該手持式單元2被倒置時，該盤件40不易受到來自藉由該流體所攜帶的堅硬或尖銳物體之損壞或落到該盤件40上，如圖7中所顯示。然而，儘管有這些優點，但該盤件40可想像地由替代材料、例如塑料所形成。實際上，使用塑料可具有優於金屬的優點，例如，藉由形成低摩擦塑料、諸如聚甲醛之盤件40，可省略環繞該容器20的頂部壁面30所提供之低摩擦材料(例如PTFE)的環件。

在上述配置中，該盤件總成22包含直接地附接至電動馬達41之軸桿的盤件40。可以想像地，該盤件40可被間接地附接至電動馬達、例如藉著變速箱或驅動擋塊(drive dog)。再者，該盤件總成22可包含該盤件40被附接之載具。作為範例，圖15說明具有載具70的盤件總成23。該載具70可被使用來增加該盤件40之剛性。其結果是，更薄的盤件40或具有更大直徑及/或較大總開口面積之盤件40可被使用。該載具70亦可被使用於在該盤件總成23與該容器20之間形成密封。在這方面，雖然到目前為止已敘述該盤件40與該頂部壁面30之間的接觸密封，但是同樣可採用替代類型之密封、例如迷宮式密封(labyrinth seal)或流體密封。該載具70還可被使用於阻擋整個穿孔盤件的中心區域。在圖15所示之範例中，該載具70包含一中心轂部71，其藉由徑向輪輻73連接到輪緣72。然後，流體經由相鄰輪輻73之間的孔口74移動經過該載具70。

上述每個盤件總成22、23包含用於驅動該盤件40之一電動馬達41。可以想像地，該盤件總成22、23可包含用於驅動該盤件40的替代機構，例如，該盤件40可為藉由該真空馬達12所驅動。這種配置對於圖1中所示佈局係特別可行的，於其中，該真空馬達12 繞著與該盤件40之旋轉軸線48重合的一軸線旋轉。另一選擇，該盤件總成22、23可包含藉由移動經過該盤件總成22、23之流體的流動所供給動力之一渦輪機。渦輪機係大致上比電動馬達較便宜，但是該渦輪機的速率、以及因此該盤件40之速率取決於移動經過該渦輪機的流體之流速。其結果是，在低流速下可為難以達成高分離效率。另外，如果汙物堵塞該盤件40中的任何孔洞47，則該盤件40之開口面積將減小，從而限制流體流動至該渦輪機。其結果是，該盤件40之速率將降低，且因此堵塞的可能性將增加。然後出現跑道效應(runway effect)，於其中，該盤件40在其堵塞時變得越來越慢，且該盤件40在其減速時變得越來越堵塞。再者，如果該清潔器頭部4中的抽吸開口變得暫時受阻，則該盤件40之速率將顯著地降低。然後，汙物可顯著地積聚在該盤件40上。當隨後移除該障礙物時，該汙物可將該盤件40的開口面積限制到該渦輪機係不能以足夠之速率驅動該盤件40來拋出該汙物的程度。電動馬達雖然大致上更昂貴，但具有以下優點：該盤件40之速率對流速或流體速率係相當不敏感的。其結果是，可在低流速和低流體速率下達成高分離效率。另外，該盤件40係不太可能被以汙物堵塞。使用電動馬達之另一個優點是它需要較少的電力。也就是說，對於給定之流率和盤件速率，藉由該電動馬達41所抽吸的電力係小於藉由該真空馬達12所抽吸之額外的電力，以便驅動該渦輪機。

到目前為止，該汙物分離器10已被敘述為形成手持式單元2的一部分，該手持式單元2可被用作獨立清潔器或可經由一細長管件3附接至一清潔器頭部4以用作為一棒式清潔器1。手持式單元中之盤件總成的製備絕不是憑直覺獲知的(intuitive)。儘管在真空清潔器之汙物分離器內提供旋轉的盤件係已知的，但是存在一種偏見，即該汙物分離器必須包括一旋風腔室以將該汙物從該流體分離。其結果是，該汙物分離器之整體尺寸係相當大的且不適合供使用於手持式單元中。利用在此文中所敘述的汙物分離器，能以相當 緊湊之方式達成有效的分離。其結果是，該汙物分離器係特別適用於手持式單元。

手持式單元之重量顯然是其設計中的重要考慮因素。因此，除了真空馬達之外還包括電動馬達不是明顯的設計選擇。另外，在該手持式單元係由電池供電之情況下，可合理地假設藉由該電動馬達所消耗的功率將縮短該真空清潔器之運行時間。然而，藉由使用電動馬達來驅動該盤件，可達成相當高的分離效率以實現相當適度之壓力下降。因此，與傳統手持式清潔器相比較，使用功率較小的真空馬達可達成相同之清潔性能。因此可使用一較小的真空馬達，其消耗較少之電力。其結果是，重量及/或功耗中的淨減少可為可能的。

雖然在此文中所敘述之汙物分離器係特別適用於手持式真空清潔器，但是應當理解的是，該汙物分離器可同樣地被使用於替代類型之真空清潔器、諸如直立式、罐式(canister)或機器入式真空清潔器。

Claims (10)

1. 一種手持式真空清潔器，包含一真空馬達及一汙物分離器，該汙物分離器包含：一腔室，具有含有汙物的流體經過其進入該腔室之一入口、及清潔過的流體經過其離開該腔室之一出口；一盤件，位於該出口處並包含多個孔洞，該清潔過的流體通過該等孔洞；及一電動馬達，用於繞著一旋轉軸線驅動該盤件。
2. 如申請專利範圍第1項所述之真空清潔器，其中進入該腔室的該含有汙物的流體被引導在該盤件。
3. 如申請專利範圍第2項所述之真空清潔器，其中進入該腔室的該含有汙物的流體被引導在該盤件的中心。
4. 如申請專利範圍第1至3項中的任一項所述之真空清潔器，其中與該含有汙物的流體分離之汙物收集在該腔室之一底部且在朝向該腔室之一頂部之方向中逐漸填充，該出口係位於該腔室之該頂部或鄰接該腔室之該頂部，且該腔室之該底部係與該腔室之該頂部軸向地隔開。
5. 如申請專利範圍第1至4項中的任一項所述之真空清潔器，其中該入口係藉由在該腔室內線性地延伸的一入口管道之一端部所界定。
6. 如申請專利範圍第1至5項中的任一項所述之真空清潔器，其中該入口係藉由延伸經過該腔室之一壁面的一入口管道之一端部所界定，且該入口管道的一相反端部係可附接至該真空清潔器之不同附接件。
7. 如申請專利範圍第1至6項中的任一項所述之真空清潔器，其中該入口係藉由一入口管道的一端部所界定，該腔室之一壁面可為在一打開位置和一關閉位置之間移動，且該入口管道被附接至該壁面並可與該壁面一起移動。
8. 如申請專利範圍第1至7項中的任一項所述之真空清潔器，其中該 盤件係由一金屬所形成。
9. 一種棒式真空清潔器，包含如申請專利範圍第1至8項中的任一項所述之手持式真空清潔器，並藉由一細長管件附接至一清潔器頭部，該細長管件沿著平行於該旋轉軸線的一軸線延伸。
10. 如申請專利範圍第9項所述之真空清潔器，其中該汙物分離器包含延伸經過該腔室的一壁面之一入口管道，該入口係藉由該入口管道的一第一端部所界定，且該細長管件被附接至該入口管道之一第二端部。