文山东省威海市文登区第一中学 姜雨奇 毕永明北京石油学院附属小学 姜子涵

高频振动清洁式自吸尘黑板擦

文山东省威海市文登区第一中学 姜雨奇 毕永明北京石油学院附属小学 姜子涵

黑板（绿板）、粉笔和黑板擦等传统教具在使用时会产生大量的粉尘，污染教学环境，危害师生的健康。因此，研制实用的新型黑板擦是国内教具革新研发的重点方向之一。

然而如今市面上仍没有一项吸尘黑板擦的设计或产品真正普及应用，主要问题在于其实用性差、不便维护等。为此，我们研制了一种具有无线充电功能的高频振动清洁式自吸尘黑板擦。

一、现有产品分析

经网络检索，市场现有的吸尘黑板擦主要为吸尘器改装式、微型吸尘器集成式和静电吸附式3种类型。

吸尘器改装式黑板擦是在家用小型吸尘器的基础上，通过加长通风管道并在管道前端安装带吸尘孔的黑板擦，实现吸尘、除尘。其普遍采用交流供电，功率一般大于200W。优点是吸尘效率较高，缺点是体积大、噪音大，黑板擦与通风管道相连，使用不便。其典型外观结构如图1所示。

图1吸尘器改装式黑板擦

图2 微型吸尘器集成式黑板擦

微型吸尘器集成式黑板擦通过在黑板擦内部加装电池、电机、风扇、集尘器等部件，实现微型吸尘器式设计。它具有体积小、噪音较低、符合传统使用习惯等优点，但普遍存在擦除效果差、除尘不彻底、维护不便等缺陷。其典型外观结构如图2所示。

静电吸附式黑板擦利用静电吸附原理，将粉尘吸附至带有较高电压的金属盘上，具有体积小、无噪音等优点，不足是对擦拭动作有一定要求，除尘效果一般，还有一定的安全隐患。其外观结构如图3所示。

图3 静电吸附式黑板擦

二、设计方案

在前期广泛查阅资料和市场调研的基础上，通过对比论证和综合分析，我们提出了设计思路：综合采用高效吸尘除尘、高频往复振动、快捷无线充电等技术，研制具有无线充电功能的高频振动清洁式自吸尘黑板擦。

该黑板擦的主体由可更换式刷头模块、吸尘除尘模块、高频往复振动模块、充电供电模块和壳体等组成。其结构示意图如图4所示。

图4 结构示意图

可更换刷头模块主要由硅胶外围、毛刷、带孔底板和钢丝绳减震器组成。硅胶外围能有效缩小毛刷与黑板间的空气通道，提高二者间的通风速度，同时也能防止粉尘外逸。

为防止因摩擦引起的静电吸附粉尘，采用防静电复合纤维毛刷作为黑板擦的基础擦拭部件。在保证良好擦拭效果的同时，可有效配合高频往复振动设计，进一步提高擦拭效率，并利用振动效应消除粘附的粉尘。

刷头模块底板采用多开孔结构，用于在负压通风驱动下将粉尘输送至风扇端。钢丝绳减震器可与壳体相连，在降低振动阻尼损耗、确保振动效果的同时，隔离刷头模块与其他模块间的振动传导，降低噪声。

吸尘除尘模块主要由电机、风扇和过滤网等组成。采用12 000转/分钟、磁悬浮轴承结构、支持PWM调速的特种微型电机，能在DC3.7V/60mA的低功耗条件下为风扇提供强劲的动力。

风扇采用高次曲线螺旋式结构设计，为增大前部风道负压、降低后部风道正压，采用前收缩、后扩散的特殊气动风道设计。配合风道结构，采用纱网、HEPA滤纸可复用双层滤网结构，能对99.7%以上的粒径（0.1μm～1mm）粉尘进行高效过滤。

高频往复振动模块主要由电机和偏重轴块振子组成。选用转速高达47 000转/分钟、φ7mm×10mm的超微型振动电机，在DC3.7V/100mA的条件下，配合180°扇形结构偏重轴块振子，为实现刷头高频往复振动提供驱动力。

充电供电模块主要由可充电锂电池、充放电控制器、内置无线充电接收器和外置无线充电发射器等组成。外壳采用3D打印技术制造。

三、创新点

具有无线充电功能的高频振动清洁式自吸尘黑板擦首次提出并实现了无线充电、高频往复振动式电动黑板擦设计，综合运用负压吸尘、过滤等技术，解决了擦除效果差、吸尘除尘效率低、维护不便等问题，可很好地满足教学活动的实际使用要求。

根据本文提供的设计方案，单个产品的材料成本约为40元，而批量生产高频振动清洁式自吸尘黑板擦的成本比较低廉，市场推广前景广阔。