高頻振動清潔式自吸塵黑板擦

姜雨奇++畢永明+姜子涵

黑板（綠板）、粉筆和黑板擦等傳統(tǒng)教具在使用時會產(chǎn)生大量的粉塵，污染教學環(huán)境，危害師生的健康。因此，研制實用的新型黑板擦是國內(nèi)教具革新研發(fā)的重點方向之一。

然而如今市面上仍沒有一項吸塵黑板擦的設計或產(chǎn)品真正普及應用，主要問題在于其實用性差、不便維護等。為此，我們研制了一種具有無線充電功能的高頻振動清潔式自吸塵黑板擦。

一、現(xiàn)有產(chǎn)品分析

經(jīng)網(wǎng)絡檢索，市場現(xiàn)有的吸塵黑板擦主要為吸塵器改裝式、微型吸塵器集成式和靜電吸附式3種類型。

吸塵器改裝式黑板擦是在家用小型吸塵器的基礎上，通過加長通風管道并在管道前端安裝帶吸塵孔的黑板擦，實現(xiàn)吸塵、除塵。其普遍采用交流供電，功率一般大于200W。優(yōu)點是吸塵效率較高，缺點是體積大、噪音大，黑板擦與通風管道相連，使用不便。其典型外觀結(jié)構(gòu)如圖1所示。

微型吸塵器集成式黑板擦通過在黑板擦內(nèi)部加裝電池、電機、風扇、集塵器等部件，實現(xiàn)微型吸塵器式設計。它具有體積小、噪音較低、符合傳統(tǒng)使用習慣等優(yōu)點，但普遍存在擦除效果差、除塵不徹底、維護不便等缺陷。其典型外觀結(jié)構(gòu)如圖2所示。

靜電吸附式黑板擦利用靜電吸附原理，將粉塵吸附至帶有較高電壓的金屬盤上，具有體積小、無噪音等優(yōu)點，不足是對擦拭動作有一定要求，除塵效果一般，還有一定的安全隱患。其外觀結(jié)構(gòu)如圖3所示。

二、設計方案

在前期廣泛查閱資料和市場調(diào)研的基礎上，通過對比論證和綜合分析，我們提出了設計思路：綜合采用高效吸塵除塵、高頻往復振動、快捷無線充電等技術，研制具有無線充電功能的高頻振動清潔式自吸塵黑板擦。

該黑板擦的主體由可更換式刷頭模塊、吸塵除塵模塊、高頻往復振動模塊、充電供電模塊和殼體等組成。其結(jié)構(gòu)示意圖如圖4所示。

可更換刷頭模塊主要由硅膠外圍、毛刷、帶孔底板和鋼絲繩減震器組成。硅膠外圍能有效縮小毛刷與黑板間的空氣通道，提高二者間的通風速度，同時也能防止粉塵外逸。

為防止因摩擦引起的靜電吸附粉塵，采用防靜電復合纖維毛刷作為黑板擦的基礎擦拭部件。在保證良好擦拭效果的同時，可有效配合高頻往復振動設計，進一步提高擦拭效率，并利用振動效應消除粘附的粉塵。

刷頭模塊底板采用多開孔結(jié)構(gòu)，用于在負壓通風驅(qū)動下將粉塵輸送至風扇端。鋼絲繩減震器可與殼體相連，在降低振動阻尼損耗、確保振動效果的同時，隔離刷頭模塊與其他模塊間的振動傳導，降低噪聲。

吸塵除塵模塊主要由電機、風扇和過濾網(wǎng)等組成。采用12 000轉(zhuǎn)/分鐘、磁懸浮軸承結(jié)構(gòu)、支持PWM調(diào)速的特種微型電機，能在DC3.7V/60mA的低功耗條件下為風扇提供強勁的動力。

風扇采用高次曲線螺旋式結(jié)構(gòu)設計，為增大前部風道負壓、降低后部風道正壓，采用前收縮、后擴散的特殊氣動風道設計。配合風道結(jié)構(gòu)，采用紗網(wǎng)、HEPA濾紙可復用雙層濾網(wǎng)結(jié)構(gòu)，能對99.7%以上的粒徑（0.1μm～1mm）粉塵進行高效過濾。

高頻往復振動模塊主要由電機和偏重軸塊振子組成。選用轉(zhuǎn)速高達47 000轉(zhuǎn)/分鐘、φ7mm×10mm的超微型振動電機，在DC3.7V/100mA的條件下，配合180°扇形結(jié)構(gòu)偏重軸塊振子，為實現(xiàn)刷頭高頻往復振動提供驅(qū)動力。

充電供電模塊主要由可充電鋰電池、充放電控制器、內(nèi)置無線充電接收器和外置無線充電發(fā)射器等組成。外殼采用3D打印技術制造。

三、創(chuàng)新點

具有無線充電功能的高頻振動清潔式自吸塵黑板擦首次提出并實現(xiàn)了無線充電、高頻往復振動式電動黑板擦設計，綜合運用負壓吸塵、過濾等技術，解決了擦除效果差、吸塵除塵效率低、維護不便等問題，可很好地滿足教學活動的實際使用要求。

根據(jù)本文提供的設計方案，單個產(chǎn)品的材料成本約為40元，而批量生產(chǎn)高頻振動清潔式自吸塵黑板擦的 成本比較低廉，市場推廣前景廣闊。