CN207220762U - 用于真空吸尘器的刷辊 - Google Patents

Abstract

一种用于真空吸尘器的刷辊，包括具有多个刷毛的刷定位销和在刷定位销内部用于使刷定位销沿第一旋转方向旋转的驱动电机，其中，驱动电机的电枢和电机轴沿第二旋转方向反向旋转。本实用新型的刷辊允许刷辊的外径保持在例如约小于4英寸的合理尺寸限度内，同时保持足够的扭矩以提供可接受的清洁性能。

Description

用于真空吸尘器的刷辊

相关申请的交叉引证

本申请要求于2016年3月25日提交的美国临时专利申请No.62/313,439的权益，其全部内容通过引证并入本文。

技术领域

本实用新型涉及一种用于真空吸尘器的刷辊。

背景技术

用于真空吸尘器的传统式刷辊已经通过耦接至刷辊的外部电机经由驱动带驱动。外部电机可以是专用的刷辊电机，或者可以是用于在真空吸尘器的吸嘴入口处产生吸力的相同的电机。

传统的带(belt)驱动构造导致许多不期望的效果，包括：由于破损或伸出的带、熔化的端盖、带区域中的毛发缠绕导致的刷辊旋转的损失；带区域中减少的抽吸或抽吸不畅，间歇性刷擦；由带和电机在空气路径中产生的障碍物；降低的边缘清洗性能；过度的噪音；由于带的高负载导致的轴承故障；电机和带部件所需的增加的成本；以及频繁和昂贵的维修。

图1示出了现有技术的直流电机组件10的截面视图，并且标识了在壳体12内安装在公共构造的多个关键部件。端盖14封闭壳体12的一个端部，并且电机端子16延伸穿过端盖14以将电机与直流电流源和地耦接。在电机中，电枢(转子)18是缠绕的线圈或永磁体，安装在电机轴20上，当电机轴暴露于来自包围电枢18的定子22的磁通时电机轴会旋转。在此示出的电枢18的绕组24是缠绕成线圈以在用电流激励时形成磁极的金属电线。定子22是电机10的静止部分，电枢18在该静止部分中旋转。定子22可以包括永磁体或绕组中的任何一种，其通常被称为场磁体或场线圈；在所示的实施方式中，定子22包括永磁体。电枢18的芯通常包括称为电枢叠片26或电枢叠片堆的多个金属片。定子22和电枢18产生相互作用的磁力或磁通场(magnetic flux field，磁场)，该磁力或磁通场在电枢18上产生扭矩，该扭矩又使电机轴20旋转。轴承28将轴20安装在壳体12内部，允许轴20平稳地旋转。

换向器30是旋转电气开关的移动部分，其经由电机端子16从电源向电枢18提供电流。换向器30使电枢18和外部电源电路之间的电流以规则的间隔反转，以保持用于平稳旋转电枢18的扭矩均匀。换向器30可以包括具有多个金属杆或多个接触段的圆柱体，其构造为与电接触刷32滑动接触，该电接触刷在换向器旋转时压靠换向器30的连续段。

以往已经尝试过将直流电机合并到用于真空吸尘器的刷定位销(也称为内外电机刷定位销)中，但是这种成功是受限的。在这些现有技术设计中，刷电机组件通常可以包括用于安装各种部件的外部柱形壳体或“容器”，包括定子以及在定子内部布置在电机轴上的电枢，该轴可旋转地安装在壳体内部的轴承上。换向器还安装在电机轴上并且与电枢一起相对于定子旋转。换向器与静止的电接触刷滑动地对齐安装，当换向器与轴一起旋转时，该电接触刷从电源向换向器传递功率。

这种电机构造的关键挑战是获得足够清洁所需的期望扭矩和速度，同时将刷直径保持在合理的尺寸限制内，以便对真空吸尘器底部结构和性能引入最小的影响。在一个实例中，刷辊直径约小于4.0英寸，并且优选地小于3.0英寸。许多传统的外部驱动的刷定位销通常具有(例如)约1.00-3.0英寸的直径。已经尝试将刷定位销制成具有类似于外部驱动电机的外径的内外电机定位销，但是由于电机扭矩太低并且刷速度太高，清洁性能已经不可接受。有限的成功已经通过将固定的永磁底部电机插入定位销中和使用行星齿轮系以驱动刷来实现。然而，这种构造通常增加了定位销直径并且可以导致刷以低速或低扭矩运行。增加的刷定位销直径可以扩大包括刷室的底部结构的高度，这会阻碍或限制进入有限的空间，诸如橱柜脚和各种家具下面。与传统的外部驱动刷辊构造相比，与这些先前尝试的构造相关联的成本也可以相对较高。

实用新型内容

在一个方面，本实用新型涉及一种用于真空吸尘器的刷辊，其具有构造为在第一方向上围绕纵向轴线旋转的刷定位销，从刷定位销向外延伸的多个刷毛，以及在刷定位销内部用于围绕纵向轴线旋转刷定位销的驱动电机，其中，驱动电机的电枢、换向器和电机轴构造为在定位销内部沿与第一方向相反的第二方向围绕纵向轴线旋转。

根据本实用新型的另一方面，提供了一种用于真空吸尘器的刷辊，包括：刷定位销，构造成围绕纵向轴线沿第一方向旋转；多个刷毛，从所述刷定位销向外延伸；驱动电机，位于所述刷定位销内部，用于使所述刷定位销围绕所述纵向轴线旋转；以及机械耦接件，位于所述驱动电机和所述刷定位销之间，所述机械耦接件包括行星齿轮组件；其中，所述驱动电机包括：定子，安装到所述刷定位销的内部部分，用于与所述刷定位销一起围绕所述纵向轴线旋转；电机轴，在所述刷定位销内部延伸并且限定所述纵向轴线；电枢，安装在所述电机轴上并且能相对于所述定子旋转；以及换向器，安装在所述电机轴上并且能与所述电枢一起相对于所述定子旋转，其中，所述电枢、所述换向器和所述电机轴构造为在所述刷定位销内部围绕所述纵向轴线沿与所述第一方向相反的第二方向旋转。

进一步地，所述定子包括多个磁体，所述多个磁体安装到所述刷定位销的内表面，用于与所述刷定位销一起旋转。

进一步地，所述多个磁体包括至少一对相对的磁体，其中，所述相对的磁体具有相反的极性。

进一步地，所述刷定位销的内表面包括多个凹槽，并且其中，所述磁体接收在所述凹槽内部。

进一步地，所述多个刷毛从所述凹槽偏移。

进一步地，所述机械耦接件构造为使所述刷定位销和所述定子以小于所述电枢和所述电机轴的第二转速的第一转速相对于所述电枢反向旋转。

进一步地，所述行星齿轮组件降低了所述刷定位销相对于所述电机轴的旋转速度。

进一步地，所述行星齿轮组件包括安装在所述电机轴上的太阳齿轮、与所述刷定位销一起固定的环形齿轮以及与所述太阳齿轮和所述环形齿轮啮合的多个行星齿轮。

进一步地，所述多个行星齿轮围绕各自的行星齿轮轴旋转，所述行星齿轮轴在空间中相对于所述刷定位销和所述电机轴是固定的。

进一步地，所述多个行星齿轮的所述行星齿轮轴平行于所述纵向轴线并且偏离所述纵向轴线。

进一步地，所述行星齿轮组件还包括用于所述多个行星齿轮的托架，其中，所述托架是静止的，使得所述多个行星齿轮在固定的位置旋转，同时所述太阳齿轮和所述环形齿轮沿相反的方向旋转。

进一步地，所述驱动电机还包括电机刷，所述电机刷构造为在所述换向器旋转时接触所述换向器。

进一步地，所述电机刷由第一轴承保持器支撑，所述第一轴承保持器设置在所述刷定位销的一个端部上并且安装到所述电机轴。

进一步地，所述第一轴承保持器接收轴承，所述刷定位销在所述轴承上相对于所述电机轴旋转。

进一步地，所述用于真空吸尘器的刷辊还包括第二轴承保持器，所述第二轴承保持器设置在所述刷定位销的相对端部上并安装到所述电机轴，其中，所述第二轴承保持器接收轴承，所述刷定位销在所述轴承上相对于所述电机轴旋转。

进一步地，所述行星齿轮组件包括多个行星齿轮和用于所述多个行星齿轮的托架，并且其中，所述托架与所述第二轴承保持器整体地形成，或所述托架设置在所述第二轴承保持器上。

进一步地，所述换向器包括多个换向器杆，并且所述电枢包括多个线槽，其中，所述电枢被接线，使得所述线槽在前进的模式中在所述换向器杆前面递增地前进。

进一步地，所述电机刷相对于所述纵向轴线以一角距离隔开，并且其中，所述电枢被接线，使得当所述刷定位销已经旋转了等于所述角距离的度数时，重复所述前进模式。

进一步地，所述行星齿轮组件包括-3:1的传动比(gear ratio，齿轮比)，所述定子包括六个场磁体，并且所述驱动电机包括两个电机刷，所述两个电机刷构造为在所述换向器旋转时接触所述换向器。

进一步地，所述用于真空吸尘器的刷辊设置在真空吸尘器上，所述真空吸尘器包括：吸嘴入口；抽吸源，与所述吸嘴入口流体连通，用于产生工作气流；和分离和收集组件，用于从所述工作气流中分离和收集碎屑；其中，所述用于真空吸尘器的刷辊邻近所述吸嘴入口。

附图说明

在附图中：

图1是现有技术的直流电机组件的截面图；

图2是真空吸尘器的示意图；

图3真空吸尘器基座的立体图；

图4是图2的真空吸尘器基座的分解图；

图5是图2的真空清洁器基座的刷辊的局部分解图；

图6是穿过图3的线VI-VI的刷辊的截面图，为了清楚起见，去除了刷辊的中间部分；

图7是穿过图4的线VII-VII的刷辊的截面图；

图8是穿过图4的线VIII-VIII的刷辊的截面图；

图9A-图9G是用于刷辊的电枢绕组图的第一实施方式的示意图；

图10是用于刷辊的电枢绕组图的第二实施方式的示意图；

图11是图10的电枢绕组图的绕组模式图；和

图12A-图12G是用于刷辊的电枢绕组图的第三实施方式的示意图。

具体实施方式

本实用新型总体涉及一种真空吸尘器刷辊，其中，该刷辊结合了电机；真空吸尘器可以是直立真空吸尘器、手持式真空清洁设备、自主机器人清扫或真空清洁设备的形式，或者作为具有通过真空软管或导管连接到罐或其它便携式设备的地面吸嘴或手持式附件工具的装置。此外，在本实用新型的一些实施方式中，真空吸尘器可以具有流体输送能力(包括向待清洁的表面施加液体或蒸汽)和/或流体抽取能力。

例如在2008年5月27日授权的美国专利No.7,377,007、2008年3月18日授权的美国专利No.7,346,428和2012年12月6日发布的美国专利申请公开No.2012/0304416中公开了合适的抽吸清洁器或真空吸尘器的示例(在本公开的刷辊的各种实施方式可以在该示例中使用)，其全部内容通过引证结合于此。本实用新型的方面还可以合并到具有流体输送系统和/或流体回收系统的真空吸尘器中。

图2示出了真空吸尘器40的一个示例的示意图，其中，可以提供根据本实用新型的实施方式的刷辊。真空吸尘器40在本文中示出为直立或杆式真空吸尘器，具有包括上部单元42的壳体，该上部单元与适于在待清洁表面S上移动的底部或基座44耦接。或者，真空吸尘器40可以配置为罐式真空吸尘器或手持式真空吸尘器。

真空吸尘器40可以包括真空收集系统，用于产生局部真空以从待清洁的表面S吸取碎屑(可以包括污物、灰尘、土、毛发和其它碎屑)并将所清除的碎屑收集在设置于真空吸尘器40上的空间中，以便稍后处理。进一步地，真空吸尘器40还可以构造为分配流体和/或提取流体，其中流体可以(例如)是液体或蒸汽。

上部单元42枢转地安装到基座44，用于在图2所示的直立的存储位置与倾斜的使用位置(未示出)之间通过耦接接头移动。真空吸尘器40可以设置有定位机构，例如枢转地安装到基座44的踏板，用于选择性地将上部单元42从存储位置释放到使用位置。这种定位踏板的细节在本领域中是已知的，并且将不在本文中进一步地详细讨论。

上部单元42包括与基座44流体连通用于产生工作气流的抽吸源46和用于从工作气流分离和收集碎屑(其可以是固体、液体或其组合物)以便稍后处理的分离和收集组件48。上部单元42还包括手柄58，以便于使用者移动真空吸尘器40。手柄58还可包括手柄握把62。

在本文所示的一个构造中，收集组件48可以包括用于从工作气流中分离污染物的旋风分离器52和用于从旋风分离器52接收和收集所分离的污染物的可移除式碎屑杯54。旋风分离器52可以具有单个旋风分离级或多个级。在另一种构造中，收集组件48可以包括整体形成的旋风分离器52和碎屑杯54，其中碎屑杯54配备有用于污染物处理的结构，诸如底部开口的碎屑门。应当理解的是，可以使用其它类型的收集组件48，诸如离心分离器、散装分离器、过滤袋或水浴分离器。上部单元42还可以在分离和收集组件48或抽吸源46的上游或下游设置一个或多个附加过滤器50。

抽吸源46(诸如电机/风扇组件)设置成与分离和收集组件48流体连通，并且可以位于分离和收集组件48的下游或上游。抽吸源46可以电耦接到电源64，诸如电池或通过插入家用电源插座的电源线。设置在抽吸源46和电源64之间的抽吸电力开关66可以由使用者在按压真空电力按钮时选择性地闭合，从而启动抽吸源46。如图所示，抽吸源46是在用于“干净空气”系统的分离和收集组件48的下游；或者，抽吸源46可以在用于“脏空气”系统的分离和收集组件48的上游。

基座44与抽吸源46流体连通，用于接合和清洁待清洁表面S。基座44包括基座壳体68，该基座壳体具有至少部分地布置在基座44的下侧和前部的吸嘴入口70。基座壳体68可以将搅拌器72固定在基座44内，用于搅动待清洁表面S上的碎屑，从而碎屑更容易吸入到吸嘴入口70中。本文所示的搅拌器72是可旋转的刷辊，位于基座44内部邻近吸嘴入口70的，用于围绕轴线X的旋转运动。

根据下述方法，真空吸尘器40可以通过从待清洁表面S清除碎屑(其可以包括污物、灰尘、土、毛发和其它碎屑)用来有效地清洁待清洁表面S。所讨论的步骤顺序仅是用于说明的目的，并且不意味着以任何方式限制该方法，这是因为理解的是，该步骤可以以不同的逻辑顺序进行，可以包括额外的或中间的步骤，或者所描述的步骤可以划分为多个步骤，而不偏离本实用新型。

为了执行真空清洁，抽吸源46耦接到电源64并且通过吸嘴入口70吸入载有碎屑的空气并进入分离和收集组件48，其中碎屑大体上与工作空气分离。然后空气流经过抽吸源46并且在从真空吸尘器40排出之前穿过位于抽吸源46上游和/或下游的任何可选的过滤器50。在真空清洁期间，搅拌器72可以在待清洁表面S上搅动垃圾，从而碎屑更容易地吸入到吸嘴入口70中。分离和收集组件48可以周期性地清空碎屑。同样地，可选的过滤器50可以周期性地清洁或更换。

图3-图4示出了真空吸尘器基座44和安装在基座44中的刷辊72。为了描述相关附图的目的，术语“上”、“下”、“右”、“左”、“前”、“竖直”、“水平”、“内部”、“外部”及其派生词应当涉及正如在图3中从用户的角度定向于基座44的后面的本实用新型，其限定了真空吸尘器的后部。然而，将要理解的是，除非明确地指出是相反地，否则本实用新型可采取各种替代方位。

基座壳体68包括上盖74和下底板76，该下底板封闭盖74的下侧，以在基座44的前端处在上盖和下底板之间形成刷辊室78。刷辊室78容纳刷辊72并设置为邻近吸嘴入口70。吸嘴入口70设置在下底板76的前部。轮80固定到底座44，用于使底座44在待清洁表面上移动。

图5是刷辊72的局部视图。在第一实施方式中，刷辊72包括装有刷毛84的刷定位销82和内部的或内置的驱动电机86。刷定位销82是具有外表面88和内表面90的中空柱形构件，刷毛84从该外表面突出，该内表面在柱形构件内部限定中空空间。场磁体92可以设置在内表面90上，以限定用于驱动电机86的电枢96的定子94。在一个示例中，用于安装场磁体92的凹槽93可以设置在内表面90上。

电枢96可以由堆叠的电枢叠片制成或者作为高级颗粒材料的单片制成。本实施方式的场磁体92包括永磁体，并且电枢96包括电磁线圈。然而，可选地，定子94可以包括具有金属芯和线绕组的电磁体和/或电枢96可以包括永磁体。

与传统的直流电机不同(在传统的直流电机中，定子相对于旋转电枢是固定且静止的)，这里，定子94由刷定位销82承载并且构造为相对于电枢96旋转，该电枢在相反方向上反向旋转。刷定位销82和形成在刷定位销中的定子94在第一方向上围绕电枢96旋转，该第一方向与电枢96和所附接的电机轴98以及换向器100的旋转方向相反。换向器100也安装在电机轴98上并且与电枢96一起相对于定子94旋转。

机械耦接件设置在驱动电机86和定位销82之间，用于将驱动力从电机86传递到定位销82。机械耦接件可以构造为以小于电枢96和电机轴98的转速的转速相对于电枢96反向旋转定位销82，并由此反向旋转定子94。

参照图5-图6，电机轴98是细长轴，该细长轴延伸穿过定位销82的中心并且限定刷辊72旋转所围绕的轴线。轴承保持器102安装在轴98的两端并固定到基座壳体68。轴承保持器102接收轴承104，并且在操作中，定位销82相对于基座壳体68在轴承104上旋转。在其它实施方式中，电机轴98可以不延伸到定位销82的两端，而是可以与轴承保持器102中的一个耦接，同时单独的轴设置在定位销82的相对端并与另一个轴承保持器102耦接。

在一个实施方式中，电枢96和定子94之间的机械耦接件可以设置在电机轴98的一个端部处，邻近轴承保持器102中的一个，同时换向器100可以设置在电机轴98的相对端部处，邻近另一个轴承保持器102。换向器100可以包括柱体，该柱体的多个金属杆或接触段构造为与电接触电机刷105滑动接触，该电接触刷在换向器100旋转时压靠换向器的连续的段。电接触电机刷105可以通过设置在电机轴98的端部处的轴承保持器102和换向器100一起支撑，其中该电接触刷与换向器接触。

参照图6-图7，在一个示例中，刷定位销82和定子94通过包括行星齿轮组件或组106的机械耦接件由电枢96驱动。行星齿轮组106包括安装到电机轴98(此外还安装到电枢96和换向器100)的太阳齿轮108，以及围绕太阳齿轮108旋转的多个行星齿轮110。保持行星齿轮110的板或托架112附接至基座壳体68的端部，从而在空间中固定行星齿轮110的轴114。托架112可以与轴承保持器102中的一个整体地形成，使得轴114直接与轴承保持器102固定，或者该托架可以是设置在轴承保持器102上或以其它方式附接到轴承保持器102的单独部件。轴114平行于并且偏离由电机轴98限定的旋转轴线。环形齿轮116还支撑行星齿轮110并且固定到刷定位销82。因此，用于行星齿轮110的托架112与基座壳体68保持固定，同时太阳齿轮108和环形齿轮116沿相反的方向与刷辊72一起旋转。在一个示例中，太阳齿轮108可以包括16个齿，行星齿轮110可以包括16个齿并且环形齿轮116可以包括48个齿。因为行星齿轮托架112是固定的并且太阳齿轮108是输入部，所以在这种情况下的传动比(gearratio，齿轮比)可以通过使用公式-R/S来计算，其中R是环形齿轮的齿数，S是太阳齿轮的齿数，导致传动减速比(gear reduction ratio，齿轮减速比)为-3:1。这种构造允许包括电枢96和电机轴98的内部组件在一个方向上高速旋转，同时包括刷定位销82和定子94的组件在相反方向上以较慢的速度反向旋转。用于齿轮108、110、116的其它齿数是可能的，并且可以导致-3:1的齿轮减速比或另一齿轮减速比。

参照图8，该构造还允许刷辊72的外径D保持在例如约小于4英寸(优选地在1.5至3.0英寸之间)的合理尺寸限度内，同时保持足够的扭矩以提供可接受的清洁性能。合理的尺寸限制可以通过将场磁体92安装在形成于定位销82的内侧上的凹槽93内来实现，从而使得场磁体92与定位销82一起旋转。凹槽93可以足够深，从而使得场磁体92与定位销82的内表面90齐平，如图8所示。或者，场磁体92可以突出超过定位销82的内表面90。

刷毛84可以有利地从场磁体92和凹槽93偏移，并且可以设置在场磁体92之间。注意的是，外表面88与内表面90之间的外部定位销壁的厚度在磁体安装凹槽93处围绕定位销82的周边局部减小。因此，刷毛84除了成簇形成在磁体安装凹槽93后面的变薄的定位销壁部分中之外，刷毛84还可以成簇形成在变薄的壁部分之间较厚的定位销壁部分中。在一个示例中，刷毛84可以成簇形成在较厚的定位销壁部分中，该较厚的定位销壁部分从场磁体92和凹槽93偏移45-90度。因此，刷定位销的用于接收刷毛簇锚固件的部分可以更厚，这提供了更坚固的整体刷结构。

如图5所示，在一个实施方式中，刷毛84可以布置成围绕刷定位销82螺旋地包绕的多个成簇的排列。在这种情况下，场磁体92和凹槽93也可以在刷定位销82的内部螺旋地延伸，从刷毛84的螺旋排列偏移。其它成簇的图案同样可以导致场磁体92和凹槽93的不同定向，以为了保持刷毛84与凹槽93之间的偏移。

由本文所述的各种特征产生的刷辊72的第一实施方式具有几个优点。例如，对于第一实施方式的刷辊72，电机86的有效直径可以比安装在刷辊内部的固定电机(即具有固定/静止的定子的电机)的有效直径大得多，并由此可以产生增强的扭矩。由第一实施方式的刷辊72的各种特征产生的另一个优点是电枢96通过行星齿轮组件106连接到刷定位销82，这提供了齿轮减速，与不具有齿轮减速的内部电机的刷辊相比，导致更低的刷速度(相对于电枢速度)和更高的扭矩水平。由第一实施方式的刷辊72的各种特征产生的又一个优点是，与在定位销装置中固定的定子电机所需的较大直径的轴承相比，可以使用更小直径、更便宜的轴承104。由第一实施方式的刷辊72的各种特征产生的另一个优点是因为部件同轴地组装在刷定位销82内部，所以容易保持所有部件的对准。

在本实用新型的第二实施方式中，特定的换向和布线构造可以提供给刷辊72。用于第一实施方式的刷辊72的电枢96的换向提出了特别的挑战。因为对于本文所述的刷辊72，定子94与刷定位销82一起旋转，所以包括安装在相对于定子的固定位置中的刷的标准换向装置是不期望的。因此，合并标准换向装置将需要电机刷105围绕换向器100与定子/刷定位销一起旋转，以为了保持电枢96的磁极位置与场磁体92的磁极同步。相对于换向器100旋转电机刷105也会导致电连接问题。例如，作用在旋转刷辊72上的离心力可以向外拉动电机刷105，远离换向器100，从而断开刷与换向器之间的电连接。

或者，因为场磁体92和电枢96相对于彼此反向旋转，所以对于本实用新型，电子无刷换向也是不期望的。这种构造将需要电枢开关绕组通过滑动的电触点连接，由于可靠性考虑这是不期望的。

因此，需要新的换向构造来允许旋转电枢96的电连接相对于旋转的换向器杆“向前运行”或向前指引，从而使得电枢极保持与反向旋转的场磁体同步。因为换向器100与电枢96之间的电连接点必须周期性地向后指引或“后退(step back)”，同时保持定时并仍然与旋转场磁体92的变化极同步，所以这提出了不寻常的挑战。

换向装置可以以几种不同的方式来解决。然而，在所有情况下，需要的是将场中的极的数量增加到大于两极的数量，这是通常存在于传统永磁电机中的数量。

在一种构造中，第一和第二电机刷105是固定的并与换向器100的相对侧滑动地接触，该换向器可以具有多个换向器杆。如上所述，电枢96和换向器100构造为沿逆时针方向旋转。如上所述，场磁体92构造为与刷定位销82一起沿顺时针方向旋转。

在操作中，每个电枢绕组连接件在换向器杆前面越来越远地前进或指引，以确保当电枢96和定子94沿相反方向旋转时，电枢绕组与场磁体92保持同步。因为当第一换向器杆旋转180度时，换向器杆在换向器100的相对侧上从第一电机刷105接触第二电机刷105，所以当第一换向器杆达到180度旋转时，电枢绕组必须“后退”或指引到其原始位置。在这一点处，场磁体92将需要递增地前进至少一个磁体长度，以确保与电枢绕组磁场对准。

一般而言，增加极的数量允许在转子/电枢与刷定位销82之间的行星齿轮系中使用更大的传动比。更大的传动比是期望的，以增加刷定位销82的扭矩同时还允许转子以更高的速度旋转。在一个示例中，行星齿轮组106可以具有-3:1的传动比。用于行星齿轮组106的其它传动比也是可能的，包括但不限于-6：1传动比和-2：1传动比。

下述的图9A至图9G描述了换向器与电枢叠片连接，并且示出了对于3:1的齿轮、6个磁体组合(在附图中标记为92A-92F)的转子/电枢96、换向器100和电机刷105在各种旋转位置处的位置。换向器100包括多个接触电机刷105的换向器杆118。电枢96包括位于芯的周边上的多个线槽120，以允许电枢绕组插入到电枢96中。

正如上面对于图6所描述的，行星齿轮轴114和电机刷105锚固并且固定在基座壳体68中，同时电枢96逆时针旋转，安装在定位销82中的场磁体92通过3:1的行星齿轮组106顺时针旋转。包括二十四个换向器杆118的换向器100连接到电枢96，该电枢具有十八个线槽120，允许电枢叠片极在换向器100之前运行，与场磁体92的旋转保持同步。在图中，编号的矩形(1-24)表示换向器100的换向器杆118，以及编号的圆圈(1-18)表示电枢96中的线槽120，线圈电连接至电枢。表1示出了相应的换向器杆118(编号1-24)与线槽(120)或线圈(编号1-18)之间的电连接构件。

表1：用于刷辊的电连接构造

在图9B所示的180度旋转处，多个电机刷105的极性以线频率切换，并且电枢叠片连接位置向后(顺时针)指引60度，以与下一个场磁体92对准。极性由图9A-图9G的波形图标指示。该循环与60Hz的线频率同步重复，以3600rpm旋转电枢96，电枢通过行星齿轮组106沿相反方向以1200rpm旋转电机刷105。可以凭借脉冲宽度调制(PWM)利用磁体位置和所期望的速度适时地人工切换经整流的直流电流的极性来控制刷速度。

图9C-图9F示出了刷辊72的第二旋转和第三旋转。该模式在三次旋转之后以-3:1的传动比重复。如图9G所示，具有-3:1的传动比，在第四旋转开始处，换向器100、线槽120和磁体92A-92F都已返回到图9A所示的原始位置。

对于其它传动比，该模式在不同旋转数之后重复。例如，该模式在六次旋转之后以-6：1传动比重复、两次旋转之后以-2：1的传动比重复等对于整数组合。理解的是，图9A-图9G所示的极数和绕组模式是针对-3:1的传动比，并且极数和绕组模式将相应地针对其它传动比进行调整。对于具有两个电机刷105的刷辊72，相对的磁场磁体92具有相反的极性。

注意的是，图9A-图9G示出了排序模式，但是实际的电机绕组需要的是线圈。编号的圆圈(1-18)表示电枢96中的线槽120。一个示例性模式将是并联连接两个在每个电机刷105之间串联连接的三线圈组。这些模式将按顺序将电枢96前进到下一个换向器连接(参见图10-图11)。

在替代的实施方式中，在图12A-12G中所示，相同的绕组模式可以使用，但是具有1.5比1的行星传动比。在这种情况下，刷的极性将不需要在180度旋转处改变。

在另一个替代的实施方式中，相同的绕组可以利用12个场磁铁而不是六个。这在较大的应用中可能是期望的。在这种情况下，刷的极性将不需要在180度旋转处反转。

除了真空吸尘器刷辊之外，本文所述的驱动器的实施方式可以用于为其它设备提供动力，诸如给工具或车辆提供动力。这可以是线路频率驱动或者是电子定时的速度控制。

在未描述的程度上，实施方式的不同特征和结构可根据所期望的彼此组合使用，或者可单独使用。在本文中将一个刷辊示为具有所有这些特征并不意味着所有这些特征必须组合使用，而是在此为了描述的简洁而进行。此外，虽然将刷辊示出为应用于直立式真空吸尘器的基座，但是刷辊的特征可替代地应用于罐式、棒式、手持式或便携式真空吸尘器。因此，不同实施方式的各种特征可以根据需要在各种构造中混合和匹配，以形成新的实施方式，不论新的实施方式是否明确地描述。

尽管本实用新型已经结合其中某些具体的实施方式明确地描述了，但是将要理解的是，这是当作说明而不是限制。在不脱离由所附权利要求限定的本实用新型的精神的情况下，在前述公开内容和附图的范围内进行合理的变化和修改时可能的。因此，与本文公开的实施方式相关的具体尺寸和其它物理特性不被认为是限制性的，除非权利要求另有明确地说明。

Claims (20)

1.一种用于真空吸尘器的刷辊，其特征在于，包括：

刷定位销，构造成围绕纵向轴线沿第一方向旋转；

多个刷毛，从所述刷定位销向外延伸；

驱动电机，位于所述刷定位销内部，用于使所述刷定位销围绕所述纵向轴线旋转；以及

机械耦接件，位于所述驱动电机和所述刷定位销之间，所述机械耦接件包括行星齿轮组件；

其中，所述驱动电机包括：

定子，安装到所述刷定位销的内部部分，用于与所述刷定位销一起围绕所述纵向轴线旋转；

电机轴，在所述刷定位销内部延伸并且限定所述纵向轴线；

电枢，安装在所述电机轴上并且能相对于所述定子旋转；以及

换向器，安装在所述电机轴上并且能与所述电枢一起相对于所述定子旋转，

其中，所述电枢、所述换向器和所述电机轴构造为在所述刷定位销内部围绕所述纵向轴线沿与所述第一方向相反的第二方向旋转。

2.根据权利要求1所述的用于真空吸尘器的刷辊，其特征在于，所述定子包括多个磁体，所述多个磁体安装到所述刷定位销的内表面，用于与所述刷定位销一起旋转。

3.根据权利要求2所述的用于真空吸尘器的刷辊，其特征在于，所述多个磁体包括至少一对相对的磁体，其中，所述相对的磁体具有相反的极性。

4.根据权利要求2所述的用于真空吸尘器的刷辊，其特征在于，所述刷定位销的内表面包括多个凹槽，并且其中，所述磁体接收在所述凹槽内部。

5.根据权利要求4所述的用于真空吸尘器的刷辊，其特征在于，所述多个刷毛从所述凹槽偏移。

6.根据权利要求1所述的用于真空吸尘器的刷辊，其特征在于，所述机械耦接件构造为使所述刷定位销和所述定子以小于所述电枢和所述电机轴的第二转速的第一转速相对于所述电枢反向旋转。

7.根据权利要求1所述的用于真空吸尘器的刷辊，其特征在于，所述行星齿轮组件降低了所述刷定位销相对于所述电机轴的旋转速度。

8.根据权利要求1所述的用于真空吸尘器的刷辊，其特征在于，所述行星齿轮组件包括安装在所述电机轴上的太阳齿轮、与所述刷定位销一起固定的环形齿轮以及与所述太阳齿轮和所述环形齿轮啮合的多个行星齿轮。

9.根据权利要求8所述的用于真空吸尘器的刷辊，其特征在于，所述多个行星齿轮围绕各自的所述行星齿轮轴旋转，所述行星齿轮轴在空间中相对于所述刷定位销和所述电机轴是固定的。

10.根据权利要求8所述的用于真空吸尘器的刷辊，其特征在于，所述多个行星齿轮的所述行星齿轮轴平行于所述纵向轴线并且偏离所述纵向轴线。

11.根据权利要求8所述的用于真空吸尘器的刷辊，其特征在于，所述行星齿轮组件还包括用于所述多个行星齿轮的托架，其中，所述托架是静止的，使得所述多个行星齿轮在固定的位置旋转，同时所述太阳齿轮和所述环形齿轮沿相反的方向旋转。

12.根据权利要求1所述的用于真空吸尘器的刷辊，其特征在于，所述驱动电机还包括电机刷，所述电机刷构造为在所述换向器旋转时接触所述换向器。

13.根据权利要求12所述的用于真空吸尘器的刷辊，其特征在于，所述电机刷由第一轴承保持器支撑，所述第一轴承保持器设置在所述刷定位销的一个端部上并且安装到所述电机轴。

14.根据权利要求13所述的用于真空吸尘器的刷辊，其特征在于，所述第一轴承保持器接收轴承，所述刷定位销在所述轴承上相对于所述电机轴旋转。

15.根据权利要求13所述的用于真空吸尘器的刷辊，其特征在于，所述用于真空吸尘器的刷辊还包括第二轴承保持器，所述第二轴承保持器设置在所述刷定位销的相对端部上并安装到所述电机轴，其中，所述第二轴承保持器接收轴承，所述刷定位销在所述轴承上相对于所述电机轴旋转。

16.根据权利要求15所述的用于真空吸尘器的刷辊，其特征在于，所述行星齿轮组件包括多个行星齿轮和用于所述多个行星齿轮的托架，并且其中，所述托架与所述第二轴承保持器整体地形成，或所述托架设置在所述第二轴承保持器上。

17.根据权利要求12所述的用于真空吸尘器的刷辊，其特征在于，所述换向器包括多个换向器杆，并且所述电枢包括多个线槽，其中，所述电枢被接线，使得所述线槽在前进的模式中在所述换向器杆前面递增地前进。

18.根据权利要求17所述的用于真空吸尘器的刷辊，其特征在于，所述电机刷相对于所述纵向轴线以一角距离隔开，并且其中，所述电枢被接线，使得当所述刷定位销已经旋转了等于所述角距离的度数时，重复所述前进模式。

19.根据权利要求1所述的用于真空吸尘器的刷辊，其特征在于，所述行星齿轮组件包括-3:1的传动比，所述定子包括六个场磁体，并且所述驱动电机包括两个电机刷，所述两个电机刷构造为在所述换向器旋转时接触所述换向器。

20.根据权利要求1至19中任一项所述的用于真空吸尘器的刷辊，其特征在于，所述用于真空吸尘器的刷辊设置在真空吸尘器上，所述真空吸尘器包括：

吸嘴入口；

抽吸源，与所述吸嘴入口流体连通，用于产生工作气流；和

分离和收集组件，用于从所述工作气流中分离和收集碎屑；

其中，所述用于真空吸尘器的刷辊邻近所述吸嘴入口。