電動單車空氣凈化裝置設(shè)計

廣西大學(xué)行健文理學(xué)院,廣西 南寧 530005

目前，在國家節(jié)能減排的政策下，電動摩托車和電動自行車成為人們出行的代步工具[1]。隨著國內(nèi)大中城市空氣質(zhì)量嚴(yán)重下降[2,3]，人們出行都帶著口罩對呼吸的空氣進行過濾，但由于PM2.5 粒徑極小，現(xiàn)有的防護裝置[4-12]只能針對空氣中多種污染物質(zhì)中的某一種有害物質(zhì)進行過濾去除，無法做到對其中的多種有害物質(zhì)進行聯(lián)合有效去除。

現(xiàn)有技術(shù)中，中國專利CN204170308U 公開了一種電動車用便攜式空氣凈化器[13,14]，包括凈化器本體、空氣導(dǎo)管和呼吸面罩；凈化器本體包括機殼、空氣凈化裝置、充電裝置和鋰電池，空氣凈化裝置、充電裝置和鋰電池設(shè)于機殼內(nèi)，充電裝置輸入端設(shè)有充電接口，充電裝置輸出端與鋰電池輸入端電連接，鋰電池輸出端與空氣凈化裝置電連接；機殼上設(shè)有進氣口和出氣口，空氣導(dǎo)管一端與出氣口連接，另一端與呼吸面罩連通，在固定使用時空氣凈化裝置由電動車電源供電，在移動使用時空氣凈化裝置由鋰電池供電；空氣凈化裝置工作時，將外部空氣通過進氣口吸入并凈化后沿出氣口排入空氣導(dǎo)管，然后導(dǎo)入呼吸面罩內(nèi)，為騎車人提供潔凈空氣。目前，由于需要較長的空氣導(dǎo)管才能連接空氣凈化器的出氣口與駕駛員的面部[15]，在不使用的情況下，空氣導(dǎo)管長期暴露在外部，管路較為零亂且易老化，管道內(nèi)部會進入大量灰塵細(xì)菌，失去了空氣凈化器原本的空氣凈化效果。

1 電動單車空氣凈化裝置總體構(gòu)造

電動單車空氣凈化裝置（以下簡稱裝置）總體結(jié)構(gòu)如圖1 所示，主要由前擋板、凈化機、空氣導(dǎo)管、面罩、導(dǎo)管收納裝置組成。該裝置工作原理為：空氣導(dǎo)管布管時，將伸縮管回縮后再進行空氣導(dǎo)管的纏繞；使用時，拉動空氣導(dǎo)管，帶動活動圓柱體轉(zhuǎn)動，帶動伸縮管沿著剛性管內(nèi)壁拉伸；當(dāng)用戶下車時，按下開關(guān)，使電源、電機和開關(guān)形成導(dǎo)電回路，轉(zhuǎn)子帶動齒輪轉(zhuǎn)動，齒輪帶動齒盤轉(zhuǎn)動，從而使得活動圓柱體轉(zhuǎn)動，伸縮管沿著剛性管內(nèi)壁回收，從而回收空氣導(dǎo)管和面罩，完成收納工作。這里卡位結(jié)構(gòu)的作用是防止活動圓柱體在殼體內(nèi)部的水平方向運動。

圖1 電動單車空氣凈化裝置總體結(jié)構(gòu)圖Fig.1 The structure of air purification device of electric bicycle

圖2 安裝電動單車空氣凈化器的前擋板結(jié)構(gòu)圖Fig.2 Structure diagram of front baffle for installing air purifier of electric bicycle

2 主要部件設(shè)計

2.1 前擋板結(jié)構(gòu)設(shè)計

安裝電動單車空氣凈化器的前擋板結(jié)構(gòu)見圖2 所示，主要包括進氣口、出氣口、空氣導(dǎo)管、面罩、前擋板的開關(guān)。如圖1 至圖2 所示電動單車前擋板內(nèi)部的車載空氣凈化器通過與電動單車的電源電連接，包括凈化機、進氣口、出氣口、空氣導(dǎo)管、面罩和收納裝置。收納裝置通過與車載空氣凈化器的出氣口端通過剛性管連接。空氣導(dǎo)管一端在剛性管內(nèi)部與出氣口可拆卸連接，另一端與面罩可拆卸連接。通過收納裝置避免空氣導(dǎo)管零亂、老化的問題。

2.2 收納裝置設(shè)計

圖3 電動單車空氣凈化器的收納裝置示意圖Fig.3 Schematic diagram of storage device of air purifier for electric bicycle

圖4 電動單車空氣凈化器的殼體下底面示意圖Fig.4 Schematic diagram of the shell bottom surface of the air purifier of electric bicycle

如圖3 至圖4 所示收納裝置包括正方體的殼體，穿過殼體上底面和前擋板的開關(guān)，分別設(shè)置在殼體內(nèi)部的電機、與電機轉(zhuǎn)子固定連接的齒輪、與電機轉(zhuǎn)子同軸的活動圓柱體。活動圓柱體內(nèi)部設(shè)有與齒輪相配合的齒盤，齒盤與活動圓柱體固定連接，殼體下底面固定連接有與活動圓柱體內(nèi)環(huán)觸接的卡位結(jié)構(gòu)。在電機工作的情況下，轉(zhuǎn)子帶動齒輪轉(zhuǎn)動，齒輪帶動齒盤轉(zhuǎn)動，從而使得活動圓柱體轉(zhuǎn)動。其進一步的技術(shù)方案將卡位結(jié)構(gòu)設(shè)計為圓柱形結(jié)構(gòu)，且與殼體下底面垂直焊接。卡位結(jié)構(gòu)的作用是防止活動圓柱體在殼體內(nèi)部沿著殼體下底面方向的運動。

如圖3 所示電機的定子通過鋼筋與殼體上底面固定連接，電機的一端導(dǎo)電端子與電動單車的電源正極通過導(dǎo)線連接，另一端導(dǎo)電端子與開關(guān)的一端通過導(dǎo)線連接。開關(guān)的另一端與電動單車的電源負(fù)極通過導(dǎo)線連接，使電源、電機和開關(guān)形成導(dǎo)電回路，通過開關(guān)控制電機是否工作。

如圖1 至圖3 所示空氣導(dǎo)管穿過殼體相對的兩個側(cè)面，在殼體與活動圓柱體形成的空間內(nèi)順時針纏繞活動圓柱體外環(huán)。位于剛性管內(nèi)部的空氣導(dǎo)管為伸縮管，伸縮管拉伸后的長度小于剛性管的長度。伸縮管為沿管徑方向折疊和拉伸的導(dǎo)管，空氣導(dǎo)管布管時，將伸縮管回縮后再進行空氣導(dǎo)管的纏繞，能夠保證面罩端空氣導(dǎo)管拉伸時，伸縮管有一定的拉伸長度，停止使用時電機的轉(zhuǎn)動給伸縮管沿管徑方向的壓力，剛性管抑制伸縮管向管徑以外的方向運動，完成伸縮管的回收。

當(dāng)使用空氣凈化器時，開關(guān)處于關(guān)閉狀態(tài)，拉動面罩帶動活動圓柱體轉(zhuǎn)動，直至理想位置。當(dāng)停止使用時，按下開關(guān)，開關(guān)處于開啟狀態(tài)，電源、電機和開關(guān)形成導(dǎo)電回路，電機轉(zhuǎn)子帶動齒輪轉(zhuǎn)動，齒輪帶動齒盤轉(zhuǎn)動，從而使得活動圓柱體轉(zhuǎn)動，完成空氣導(dǎo)管的回收。

2.3 導(dǎo)電線路設(shè)計

圖5 電動單車空氣凈化器的開關(guān)、電機連接結(jié)構(gòu)圖Fig.5 Switch and motor connection structure of air purifier for electric bicycle

圖6 電動單車空氣凈化器的導(dǎo)電線路示意圖Fig.6 Schematic diagram of electrical circuit of air purifier for electric bicycle

其進一步的設(shè)計方案如圖5 至圖6 所示，開關(guān)為按鈕，按鈕與電機的定子之間設(shè)有復(fù)位彈簧，按鈕與電機的定子相鄰的一端固定連接有金屬棒。金屬棒的一端與電動單車的電源負(fù)極通過導(dǎo)線連接，另一端與電機的導(dǎo)電端子同軸。當(dāng)停止使用空氣凈化器時，按下按鈕，金屬棒與電機的導(dǎo)電端子接觸，使得電源、電機形成導(dǎo)電回路，完成空氣導(dǎo)管的收納。收納完成后，松開按鈕，復(fù)位彈簧復(fù)位，使得金屬棒與電機的導(dǎo)電端子分離，電機停止工作。

3 結(jié)語

與現(xiàn)有的技術(shù)相比，電動單車空氣凈化裝置通過在電動單車空氣凈化器中增設(shè)空氣導(dǎo)管的收納裝置，方便用戶收納空氣導(dǎo)管，在不使用的情況下保持空氣導(dǎo)管處于封閉空間，避免導(dǎo)管零亂、老化及滋生細(xì)菌；通過電機和伸縮管使空氣導(dǎo)管在使用、回收過程中易操作、低成本。