專利名稱：夾心式駐波型超聲吸塵器及其吸塵方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明中涉及一種夾心式駐波型超聲吸塵器及其吸塵方法，屬于利用超聲駐波進行吸塵的技術(shù)。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)吸塵器需利用旋轉(zhuǎn)電磁馬達驅(qū)動空氣泵，以形成真空或氣旋進而吸取灰塵。 由于需要采用旋轉(zhuǎn)部件并帶動大量的空氣流動，傳統(tǒng)吸塵器在結(jié)構(gòu)緊湊性、輕量化和能量利用率方面很難得到進一步的改進。為解決這些問題，必須使用結(jié)構(gòu)緊湊、無旋轉(zhuǎn)部件、無需驅(qū)動大量空氣流動的新穎吸塵技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明專利提供新的超聲吸塵方法。該方法利用超聲駐波進行吸塵，無旋轉(zhuǎn)部件， 無需驅(qū)動大量空氣進行流動，并具有結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕和能量利用率高的優(yōu)點。一種夾心式駐波型超聲吸塵器，其特征在于包含吸塵器腔體和朗之文換能器； 所述吸塵器腔體由頂板、底板、位于左側(cè)的第一聲反射板、位于右側(cè)的第二聲反射板、位于前側(cè)的第一側(cè)板、位于后側(cè)的第二側(cè)板組成；上述朗之文換能器由金屬夾板、多層壓電勵振元件、壓緊螺桿組成，且朗之文換能器通過其振動速度為零的位置即振動速度節(jié)點固定在吸塵器腔體的頂板；上述具有第一聲反射板、第二聲輻射板平行的第一聲輻射板和第二聲輻射板，吸塵腔體被第一聲輻射板和第二聲輻射板分成左右兩個吸塵腔體，即第一吸塵腔體、第二吸塵腔體；上述第一聲輻射板到第一聲反射板的距離，第二聲輻射板到第二聲反射板的距離均為Om+1) λ/4，其中λ為超聲的波長，m為自然數(shù)；上述各個板均由硬性聲學(xué)材料形成；在吸塵器底板與聲場縱向振動速度最大的平面即聲壓節(jié)面的交叉線附近設(shè)置吸塵口 ；超聲吸塵器的第一側(cè)板或/和第二側(cè)板設(shè)有可開關(guān)的用于倒出灰塵和清洗超聲吸塵器腔體的門。所述的夾心式駐波型超聲吸塵器的吸塵方法，其特征在于吸塵腔體中的駐波聲場由夾心式朗之文換能器的聲輻射面所勵振，利用兩個腔體中的駐波聲場，將腔體外的灰塵吸入腔體內(nèi)。聲場中的顆粒由于其周圍聲能密度的空間不均勻性，受到聲輻射力的作用(參考文獻 1 :T. Hasegawa, Τ. Kido, Τ. Iizuka, and C. Matsuoka, "A general theory of Rayleigh and Langevin radiation pressures, ”J. Acoust. Soc. Jpn. E, vol. 21, no. 3，pp. 145-152，2000.)。 在本發(fā)明超聲吸塵器的吸塵口附近，聲場的勢能密度為零，但動能密度為最大值(參考文獻2 :Philip M. Morse, K. Uno Ingard, Theoretical Acoustics, New York: McGraw-Hill Book Company, 1968，p. 251—258.)。因此作用在吸塵口灰塵上的聲輻射力指向腔體內(nèi)，借助于此聲輻射力，可將灰塵吸入腔體內(nèi)。進一步借助于從聲輻射面流向輻射面的聲學(xué)流，把灰塵吹向集塵部。所述的夾心式駐波型超聲吸塵器，其特征在于上述第一聲輻射板及第二聲輻射板在和朗之文換能器端面相接觸的部分具有均勻的厚度，在和朗之文換能器端面不相接觸的下部具有不均勻的厚度，其厚度隨空間位置以線性規(guī)律或指數(shù)規(guī)律從上部的最大值減少到尖端的零，即下部為楔形板結(jié)構(gòu)。。為增強吸塵效果，還可以將夾心式換能器的端部聲輻射板設(shè)計為具有尖端的楔形板。


圖1 實施例1和2的結(jié)構(gòu)圖中標號名稱1 第一吸塵器腔2 第二洗塵腔，3 多層壓電勵振元件，4 金屬夾板，5 壓緊螺桿，6 頂板，7 底板，8吸塵口，9 第一聲輻射板，10 第二聲輻射板，11 第一聲反射板，12 第二聲反射板，13 第二側(cè)板，14 第一側(cè)板。
具體實施方案實施例一的結(jié)構(gòu)如圖1所示。超聲吸塵器的六面體腔體的各個壁均由厚度0. 5mm的金屬薄銅板構(gòu)成；中間的朗之文換能器的尺寸為80mm(長)X45mm(直徑)，其中兩個壓電環(huán)的尺寸為40mm(外徑)X 15mm (內(nèi)徑)X5mm (厚)，換能器裝配力矩為30kg · cm ；第一吸塵器腔1、第二洗塵腔2中駐波聲場的長、寬和高分別為10. 2mm、60mm和60mm (波浪形的底面和頂面之間的距離)；第一聲輻射板9和第二聲輻射板10兩個聲輻射板(9)的高、寬和厚分別為55mm、55mm和0. 2mm,分別被壓在朗之文換能器的兩個端部，其材料為黃銅；在聲輻射版的端部附近，設(shè)有長60mm、 寬5mm的吸塵口 8 ；超聲吸塵器的第二側(cè)板13或第一側(cè)板14設(shè)有可開關(guān)的門，用于倒出灰塵和清洗超聲吸塵器的腔體；超聲吸塵器采用波浪形底面7。加在換能器上的驅(qū)動電壓的頻率為25kHz、幅值為150Vrms。利用薄荷子、咸水蝦子和氧化鋁顆粒對上述超聲吸塵器的吸塵效果進行了實驗驗證。薄荷子的平均半徑、密度和單顆顆粒的質(zhì)量分別為0. 26mmU. 44g/cm3和49X 10_6g ；咸水蝦子的平均半徑、密度和單顆顆粒的質(zhì)量分別為0. 12mm、0. 55 g/cm3和3. 7X 10_6g ；氧化鋁顆粒的平均半徑、密度和單顆顆粒的質(zhì)量分別為0. 2mm,4 g/cm3和1. 3X 10_4g。把0. Ig 的薄荷子、0. Ig的咸水蝦子和0. Ig的氧化鋁顆粒均勻混和后撒在IOOcmX IOOcm的木質(zhì)桌面上，再把超聲吸塵器置于桌面上來回移動，5分鐘后，幾乎所有的顆粒被吸入超聲吸塵器內(nèi)。實施例二的結(jié)構(gòu)如圖1所示。在實施例一的超聲吸塵器中，使用具有楔形結(jié)構(gòu)的聲輻射黃銅板，聲輻射板在和朗之文換能器端面相接觸的部分具有均勻的厚度3mm，在不和朗之文換能器端面相接觸的下部具有不均勻的厚度，其厚度隨空間位置以線性規(guī)律從上部的最大值減少到尖端的零， 即下部為楔形板，吸塵腔和其它部件與實施例一具有相同的尺寸。加在換能器上的驅(qū)動電壓的頻率為25kHz、幅值為300 Vrms。利用薄荷子、鐵顆粒和氧化鋁顆粒對上述超聲吸塵器的吸塵效果進行了實驗驗證。薄荷子的平均半徑、密度和單顆顆粒的質(zhì)量分別為0. 26mmU. 44g/cm3和49X 10_6g ；鐵顆粒的平均半徑、密度和單顆顆粒的質(zhì)量分別為0. 2mm、7. 7g/cm3和2. 5X 10_4g ；氧化鋁顆粒的平均半徑、密度和單顆顆粒的質(zhì)量分別為0. 2mm,4 g/cm3和1. 3X 10_4g。把0. Ig的薄荷子、0. Ig的鐵顆粒和0. Ig的氧化鋁均勻混和后撒在IOOcmX IOOcm的木質(zhì)桌面上，再把超聲吸塵器置于桌面上來回移動，2. 5分鐘后，幾乎所有的顆粒被吸入超聲吸塵器內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種夾心式駐波型超聲吸塵器，其特征在于 包含吸塵器腔體和朗之文換能器；所述吸塵器腔體由頂板(6)、底板(7)、位于左側(cè)的第一聲反射板(11)、位于右側(cè)的第二聲反射板(12)、位于前側(cè)的第一側(cè)板(14)、位于后側(cè)的第二側(cè)板(13)組成；上述朗之文換能器由金屬夾板(4)、多層壓電勵振元件(3)、壓緊螺桿(5)組成，且朗之文換能器通過其振動速度為零的位置即振動速度節(jié)點(15)固定在吸塵器腔體的頂板(6)； 上述具有第一聲反射板(11)、第二聲輻射板(12)平行的第一聲輻射板(9)和第二聲輻射板(10)，吸塵腔體被第一聲輻射板和第二聲輻射板分成左右兩個吸塵腔體，即第一吸塵腔體(1)、第二吸塵腔體(2)；上述第一聲輻射板(9)到第一聲反射板(11)的距離，第二聲輻射板(10)到第二聲反射板(12)的距離均為Οπι+1)λ/4，其中λ為超聲的波長，m為自然數(shù)； 上述各個板均由硬性聲學(xué)材料形成；在吸塵器底板(7)與聲場縱向振動速度最大的平面即聲壓節(jié)面的交叉線附近設(shè)置吸塵口(8)；超聲吸塵器的第一側(cè)板(14)或/和第二側(cè)板(13)設(shè)有可開關(guān)的用于倒出灰塵和清洗超聲吸塵器腔體的門。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的夾心式駐波型超聲吸塵器，其特征在于上述第一聲輻射板 (9)及第二聲輻射板(10)在和朗之文換能器端面相接觸的部分具有均勻的厚度，在和朗之文換能器端面不相接觸的下部具有不均勻的厚度，其厚度隨空間位置以線性規(guī)律或指數(shù)規(guī)律從上部的最大值減少到尖端的零，即下部為楔形板結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的夾心式駐波型超聲吸塵器的吸塵方法，其特征在于吸塵腔體中的駐波聲場由夾心式朗之文換能器的聲輻射面所勵振，利用兩個腔體中的駐波聲場，將腔體外的灰塵吸入腔體內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種夾心式駐波型超聲吸塵器及其吸塵方法，屬于利用超聲駐波進行吸塵的技術(shù)。本發(fā)明中駐波型超聲吸塵器包含兩個吸塵腔體和夾在它們之間的夾心式超聲換能器。兩個吸塵腔體中的駐波聲場由位于吸塵器腔體中央的夾心式超聲換能器產(chǎn)生。夾心式超聲換能器采用多層壓電環(huán)螺栓壓緊結(jié)構(gòu)，以增加吸塵器的結(jié)構(gòu)緊湊性和駐波聲場的振動速度。傳統(tǒng)的吸塵器需利用旋轉(zhuǎn)電磁馬達驅(qū)動空氣泵并帶動大量的空氣流動，以形成真空或氣旋進而吸取灰塵。本發(fā)明中的超聲吸塵器無需使用旋轉(zhuǎn)電磁馬達，無需驅(qū)動大量的空氣流動，因而具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小和能量利用率高的優(yōu)點。吸塵口的超聲波還能對被吸塵面進行消毒和殺菌。
文檔編號A47L9/00GK102283618SQ201110179388
公開日2011年12月21日 申請日期2011年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月29日
發(fā)明者胡俊輝 申請人:南京航空航天大學(xué)