高頻振動清潔式自吸塵黑板擦

文山東省威海市文登區第一中學 姜雨奇 畢永明北京石油學院附屬小學 姜子涵

高頻振動清潔式自吸塵黑板擦

文山東省威海市文登區第一中學 姜雨奇 畢永明北京石油學院附屬小學 姜子涵

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

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、現有產品分析

經網絡檢索，市場現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，實現吸塵、除塵。其普遍采用交流供電，功率一般大于200W。優點是吸塵效率較高，缺點是體積大、噪音大，黑板擦與通風管道相連，使用不便。其典型外觀結構如圖1所示。

圖1吸塵器改裝式黑板擦

圖2 微型吸塵器集成式黑板擦

微型吸塵器集成式黑板擦通過在黑板擦內部加裝電池、電機、風扇、集塵器等部件，實現微型吸塵器式設計。它具有體積小、噪音較低、符合傳統使用習慣等優點，但普遍存在擦除效果差、除塵不徹底、維護不便等缺陷。其典型外觀結構如圖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。其外觀結構如圖3所示。

圖3 靜電吸附式黑板擦

二、設計方案

在前期廣泛查閱資料和市場調研的基礎上，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。其結構示意圖如圖4所示。

圖4 結構示意圖

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構，用于在負壓通風驅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、風扇和過濾網等組成。采用12 000轉/分鐘、磁懸浮軸承結構、支持PWM調速的特種微型電機，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構設計，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。配合風道結構，采用紗網、HEPA濾紙可復用雙層濾網結構，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。選用轉速高達47 000轉/分鐘、φ7mm×10mm的超微型振動電機，在DC3.7V/100mA的條件下，配合180°扇形結構偏重軸塊振子，為實現刷頭高頻往復振動提供驅動力。

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

三、創新點

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。

根據本文提供的設計方案，單個產品的材料成本約為40元，而批量生產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。