CN101105188A - 鼓风机 - Google Patents

Abstract

一种用于真空吸尘器的鼓风机，其具有扩散器，该扩散器通过匹配扩散器叶片攻角(A)和回导叶片攻角(B)来提高效率，其中角度(A)为4°到6°，角度(B)为6°到20°。

Description

鼓风机

技术领域

本发明涉及一种用于真空吸尘器或类似设备的鼓风机，尤其涉及一种鼓风机的扩散器。

背景技术

在真空吸尘器中，空气流动来吸取杂物、灰尘和碎片并将其输送到集尘器，集尘器通常为是支撑在滤罐中的过滤袋。为了促使空气流动，利用鼓风机来形成真空。因此，鼓风机也被称为真空马达或真空吸尘器马达。

鼓风机马达包括马达，典型地为电马达，在众多电马达中，通常选择通用马达，虽然也可以使用PMDC马达和无刷DC马达、开关磁组马达和感应马达。总体而言，国内使用者更多选择通用马达的原因在于其低成本和良好的可靠性，最近一段时间，还在于其能够在超过20000rpm的较高转速，有时甚至超过40000rpm的转速下高速运行。高转速的发展趋势使得在减小了马达尺寸的同时保证了较高的空气流量和/或最大吸力，从而减轻了真空吸尘器的总重量。

马达驱动叶轮旋转形成气流。叶轮安装到马达轴上并且具有盖板，该盖板限定了鼓风机的吸入口或进气口。扩散器板将空气从叶轮引导经过马达，空气在对马达进行冷却后通过马达壳体上的开口排出。这种结构被称为流通式(flow-through)结构，因为空气流过马达。另外一种可供选择的结构被称为旁通式(bypass)结构，因为空气绕过马达。这种结构用于湿式和干式真空吸尘器。

扩散器的结构是非常重要的，因为其影响鼓风机的效率。高效率的扩散器可以提高空气流量或减少相同空气流量下所消耗的电力。因此，在马达小型化、轻型化的趋势下，对于更高效率的扩散器的要求也很明显。

EP0602007中描述了这样一种扩散器，其中研究了叶轮和扩散器之间的关系，结果认为，环绕叶轮的扩散器上的叶片应该具有1°到4°的入口角，该角度也即扩散器叶片与叶轮切线之间的夹角。

我们发现在流通式鼓风机中，可以通过使用4°至6°的入口角，同时结合6°至20°的回导叶片角来提高效率。回导叶片角为位于扩散器的与叶轮相反的一侧的叶片、即回导叶片在回导叶片的外端部与扩散器的切线所成的夹角，或与至少正切于和回导叶片外端部相接的圆的切线所成的夹角。

发明内容

由此，本发明提供一种用于真空吸尘器或类似设备的鼓风机，其包括：壳体；电马达，容纳于壳体内并具有定子和转子；叶轮，固定在转子上与转子一起转动；扩散器，位于壳体的第一端并且位于叶轮和壳体之间；和盖，固定在壳体的第一端并且覆盖扩散器和叶轮，盖具有形成叶轮的入口的孔；其中扩散器具有板状部分，  所述板状部分在叶轮后表面附近延伸，在该板状部分的一侧的周缘具有多个扩散器叶片，扩散器叶片从板状部分垂直地延伸并沿各自的曲线从靠近叶轮周缘的位置延伸至扩散器的周缘，在该多个扩散器叶片之间形成多条通道，在板状部分的第二表面具有多个回导叶片，回导叶片从板状部分垂直地延伸并随各自的曲线从扩散器的周缘延伸至径向中间位置，在该多个回导叶片之间形成多条第二通道，用于将空气从扩散器周缘向内引入壳体来冷却马达，并且其中，扩散器叶片与叶轮之间形成角度A，回导叶片和扩散器外缘之间形成角度B，角度A的范围为4°至6°，角度B的范围为6°至20°。

优选地，壳体的第一端为敞开的，轴承架横跨该第一端并支撑用于转子轴的轴承，扩散器被固定在该轴承架上。

优选地，壳体在第一端具有凸缘，轴承架固定在该凸缘上并且具有位于凸缘的径向外侧的轴向延伸环，盖固定在所述环上。

优选地，盖封闭扩散器叶片通道的一侧并且轴承架封闭回导叶片通道的一侧。

优选地，在扩散器的径向外缘和和盖之间存在环形空间。

优选地，角度A为5°，角度B为10°。

优选地，扩散器具有15个扩散器叶片和16个回导叶片。

优选地，回导叶片的曲线通过光滑连接第一弧线和第二弧线而形成，第一弧线形成回导叶片的尾部，第二弧线形成回导叶片的前部。

优选地，第二弧线的半径大于第一弧线的半径。

优选地，第二弧线的半径是第一弧线的半径的两倍。

优选地，第一弧线和第二弧线相切。

优选地，第一和第二弧线分别具有处于共同径向线上的圆心。

优选地，第一弧线的长度为第二弧线长度的三至六倍。

优选地，第一弧线的长度是第二弧线长度的四倍。

附图说明

本发明的一个优选实施例将通过实例，参考相应的附图予以描述：

图1为本发明中用于真空吸尘器的鼓风机的剖面正视图；

图2为扩散器的透视图，为图1中鼓风机的一部分；

图3为图2中扩散器的透视图，示出了另一侧；

图4为图2中扩散器的一部分的放大平面视图；

图5为图4中扩散器的一部分的进一步放大图；

图6为图3中扩散器的一部分的放大平面视图；和

图7为图6中扩散器的一部分的进一步放大图。

具体实施方式

首先参照图1介绍鼓风机的结构。图1为鼓风机的全剖图。鼓风机具有马达，在此处为通用马达12，用来驱动叶轮14。马达12包括通过深拉和冲压金属盘片制成的杯形壳体16，优选地，由低碳钢盘制成。壳体也可以是模制塑料部件。壳体中容纳有定子18和转子20。定子包括固定在壳体16上的叠片式定子芯22和缠绕在其磁极上的定子线圈23。转子20包括轴14、压制在轴上与轴一同旋转的叠片式转子芯26、和缠绕在转子芯磁极上并且端接于整流器30上的转子线圈28，整流器30固定在与转子芯26相邻的轴上。笼式电刷32形式的电刷装置，与整流器滑动电接触来传输电力到转子线圈，电刷可滑动地安装在刷笼34内，刷笼34通过绝缘笼架36固定在壳体16上。

轴24通过轴承38、39支承，轴承38支撑在壳体16的封闭底部，轴承39由横跨壳体16开口端延伸的轴承架40支撑。轴承架40优选地通过冲压金属板坯制成，优选低碳钢。轴承也可以选择直接由扩散器支撑在形成于扩散器内的轴承毂中，就不需要单独的轴承架了。壳体16在其开口端处具有向外延伸的凸缘42，轴承架40横跨凸缘42延伸并固定在凸缘42上。轴承架40超出凸缘42延伸并轴向弯转形成轴向延伸部44，轴向延伸部44在壳体周围延伸并与壳体隔开。轴向延伸部44的作用下面将予以简要说明。

多个大孔46形成于轴承架40内，以使得空气自由进入壳体16的内腔中。

扩散器50优选地通过螺纹件52安装在轴承架40的外部。扩散器具有中心板状部分54，扩散器叶片56在中心板状部分54的上表面，回导叶片58在其下表面。扩散器叶片56围绕着叶轮14，叶轮14具有平的底板62、具有中心开口66的弯曲顶板64和多个与底板及顶板相连的桨片68。底板62置于安装在轴24上的垫片70上。垫片70具有大凸缘72，用于支撑叶轮14的底板62。垫片70置于上轴承39的内座圈中。轴24从底板62上的孔74中延伸出来。垫圈76位于底板62的上部，螺母78旋入轴24的端部以夹紧位于凸缘形垫片70和垫圈76之间的底板62，使得叶轮随轴旋转。

盖80通过拉延金属盘片制成，安装在叶轮、扩散器和轴承架上方，形成工作气体室82。盖80上的开口84构成了鼓风机的入口。开口84具有向内形成的唇部86，唇部86与顶板上的中心开口66一起限制在气体室内穿过叶轮14进行重复循环的空气。

盖80与扩散器叶片56的上端部接触使得结构刚度提高，盖80轴向向下延伸并压在轴承架40的轴向延伸部44之上。盖80被压接到轴承架40上从而将盖80固定并夹住扩散器50的外缘。

使用过程中，电力供应到马达12上使转子30旋转。固定在轴24上的叶轮14通过转子20驱动，从盖80的入口84将空气引入叶轮14，从叶轮14径向排开并使其通过扩散器叶片之间限定的通道，盖80引导空气流从扩散器的上表面绕扩散器外缘进入扩散器50的下表面上的回导叶片58之间限定的通道中。如图1所示，回导叶片58引导空气轴向向内通过轴承架40上的开口46进入壳体16，空气流在壳体16中绕过定子和转子之后，从位于壳体下部的口17排出。

正如所意识到的那样，扩散器对于空气流动的效率至关重要，特别是，在改变气流方向并将空气从叶轮引入壳体方面。当然，转子和定子形成的壳体内部的限制也是一个重要因素，但这方面可以通过扩大壳体内的通道来容易地克服。

本发明包括关于扩散器的改进，以便提高气流路径的效率乃至整个鼓风机的效率。已经有很多关于扩散器叶片的角度和扩散器叶片与叶轮所成的角度的研究，以获得空气从叶轮到扩散器的高效传送。虽然这很重要，但通过匹配扩散器叶片角度和回导叶片角度以改善扩散器边缘或扩散器叶片和回导叶片之间的连接部周围的流动，可以得到更大的收获。

我们已经发现有两个角度是很重要的。角度A为扩散器叶片与叶轮之间的夹角，角度B为回导叶片与扩散器外圆周之间的夹角。这些角度将在下面给出更清楚的描述。

当角度A为4°至6°，角度B为6°至20°时，能提高效率。

表A表示当角度B为15°时，变换角度A的效果。

角度A    效率(％)

2度      73.1

3度      73.1

4度      74.7

5度      74.7

6度      74.3

7度      73.9

8度      73.7

表A

表B表示当角度A为5°时，变换角度B的效果。

角度B    效率(％)

4度      73.9

5度      73.9

6度      74.8

10度     74.9

15度     74.7

20度     74.3

表B

从表A中我们看到在4°与5°之间为效率最高峰值74.7％。我们将+74％作为期望结果。

从表B中我们看到在角度B取10°左右时为效率最高峰值。同样，我们将+74％作为期望结果。

因而，我们看到期望结果出现在当扩散器角度为4°至6°，回导叶片角度为6°至20°时，最佳配置为角度A为5°且角度B为10°。

下面参见图2和3，其为扩散器50的透视图。在图2中，扩散器以垂直位置显示。扩散器具有带有中心孔55的板状部分54，在这个例子中，中心孔55容纳着轴承架40的轴承毂。具有两个耳部的环形凹槽57围绕中心孔形成。凹槽57中放置垫圈，利用穿过两个耳部上的孔53的两个螺纹件52将扩散器50固定在轴承架40上。

板54外圆周处为阶梯状部分，从而在板54的边缘形成增厚环59。扩散器叶片56从该环59向上延伸，沿弯曲路径跨该环到达扩散器50的外缘。每个扩散器叶片56都具有斜切的外缘，使得叶片具有锋利的尾缘。环59形成凹部，叶轮置于该凹部中，为叶轮14和扩散器叶片56之间提供更圆滑的过渡。

角度A，也就是扩散器叶片56与叶轮14之间的夹角，在图4和5中进行描述。图4示出了扩散器50的一部分的平面图，图5为图4中所圈部位的放大视图。

在图5中，可见扩散器叶片56的内端沿着环59的阶梯状边缘。点划线90代表与叶轮1 4同心并与轴同轴的假想圆，该假想圆与每个扩散器叶片56的内端相接触。该圆90在与叶片56接触的点91处的切线用线92表示。线93代表叶片56的曲线在点91处的切线。角度A为两条线92和93之间形成的夹角。

图3为扩散器50底侧的透视图。可见，中心孔55被高出部分环绕，该高出部分对应于顶侧用于夹紧垫圈的凹槽57。小凸块94从高出部分凸起而形成键，用来在组装中使扩散器50与轴承架40对准。

多个弯曲叶片沿周边间隔开布置而形成回导叶片58。这些叶片形成的通道引导气流从扩散器周边向中心流动，以使气流穿过轴承架40上的开口46进入壳体16。回导叶片58引导旋涡气流径向向内并轴向向下进入壳体。每个回导叶片58的径向外缘被斜切，与扩散器叶片56的尾缘类似，形成锋利的前缘。扩散器的周向边缘在叶片56、58之间形成凹口，以助于气流从上流道流入下流道。可见对应于扩散器顶侧阶梯的阶梯。部分叶片58上设置凹口90，以便给将轴承架40固定在壳体16的凸缘42上所用的螺纹件留出空间。

角度B，也就是回导叶片与扩散器外缘之间的夹角，在图6和7中进行描述。图6为扩散器50下侧的一部分，其示出了回导叶片58的平面图，图7为图6中圆圈部位的放大视图。

点划线95代表了与马达轴同轴的假想圆，在叶片径向内表面上示出的点96处与回导叶片58径向外缘或前缘相接或接触。线97代表圆95在点96处的切线。线98代表回导叶片58的内弯曲表面在点96处的切线。角度B为线97和98之间形成的夹角。

可能被忽视的与扩散器效率有关的另一个因素就是回导叶片58的形状。在优选实施例中，回导叶片58通常跨扩散器的下表面沿径向和周向从径向外缘向径向内部部位延伸，在到达中心之前停止，在使用中，该中心被轴承架占据。每个回导叶片58的路径可以由两条曲线C1和C2的光滑连接或相交来描绘。曲线C1半径为R1，长度为A1。曲线C2半径为R2，长度为A2。

为了实现曲线间的光滑过渡，C1和C2如所示的那样在点D处相切。也就是，C1和C2均具有位于共同径向线上的圆心并且两个曲线在这条径向线上有共同交点并向同一方向弯曲。从气流流向上来说，曲线C1为回导叶片的尾部，曲线C2为回导叶片的前部。

曲线C1和C2的相对大小和相对长度，也就是A1和A2，用来进一步定义两条曲线。我们发现当R1小于R2时，扩散器的效率提高，并且在优选实施例中，R2为2×R1或者比例R1∶R2为1∶2。同样，曲线长度的期望范围为：A1是A2长度的3至6倍，也就是，3≤A1/A2≤6。在优选实施例中，A1＝4×A2。

回导叶片58的尾缘可以如图3所示被倒圆或形成为锥形，以助于空气在离开形成于回导叶片之间的通道时混合气流。

角度A也被称作是扩散器叶片的攻角或入口角。角度B也被称作是回导叶片的攻角。

虽然我们描述了由金属板制成的壳体和轴承架，并优选采用低碳钢且通过拉延和/或冲压加工制成，但也可以通过注射并模制工程塑材制成壳体并且将轴承架与扩散器直接一体成形。然而这样制作可能会给效率带来轻微的不利影响，因为扩散器材料上的差异是为了加强扩散器，使其具有足够的强度来支撑轴承，这些要求会使得叶片的厚度受到一些限制，并且由于壳体塑材的隔热效应，马达可能会在较高温度下运行。

在优选实施例中，扩散器具有15个扩散器叶片和16个回导叶片。这些叶片组合而成的扩散器能在不对性能产生不利影响的情况下为降低鼓风机的噪音水平带来有利效果。

上述实施例仅仅通过举例方式说明，对于本领域技术人员而言，在不离开权利要求书中所限定的本发明精神实质范围的情况下，得出各种变形都是显而易见的。

Claims (14)

1.一种用于真空吸尘器或类似设备的鼓风机，包括：

壳体(16)；

电马达12，容纳于壳体(16)内并具有定子(18)和转子(20)；

叶轮14，固定在转子(20)上与转子一起转动；

扩散器(50)，位于壳体(16)的第一端并且位于叶轮(14)和壳体(16)之间；和

盖(80)，固定在壳体(16)的第一端并且覆盖扩散器(50)和叶轮(14)，盖(80)具有形成叶轮的入口(84)的孔；

其中扩散器(50)具有板状部分(54)，所述板状部分(54)在叶轮后表面附近延伸，在该板状部分(54)的一侧的周缘具有多个扩散器叶片(56)，扩散器叶片从板状部分(54)垂直地延伸并沿各自的曲线从靠近叶轮周缘的位置延伸至扩散器的周缘，在该多个扩散器叶片(56)之间形成多条通道，在板状部分(54)的第二表面具有多个回导叶片(58)，回导叶片(58)从板状部分垂直地延伸并随各自的曲线从扩散器的周缘延伸至径向中间位置，在该多个回导叶片(58)之间形成多条第二通道，用于将空气从扩散器周缘向内引入壳体来冷却马达，

其特征在于，扩散器叶片(56)与叶轮之间形成角度(A)，回导叶片(58)和扩散器外缘之间形成角度(B)，角度(A)的范围为4°至6°，角度(B)的范围为6°至20°。

2.如权利要求1所述的鼓风机，其中壳体(16)的第一端为敞开的，轴承架(40)横跨该第一端并支撑用于转子轴的轴承(39)，扩散器(50)被固定在该轴承架(40)上。

3.如权利要求2所述的鼓风机，其中壳体(16)在第一端具有凸缘(42)，轴承架(40)固定在该凸缘上并且具有位于凸缘(42)的径向外侧的轴向延伸环(44)，盖(80)固定在所述环(44)上。

4.如权利要求3所述的鼓风机，其中盖(80)封闭扩散器叶片通道的一侧并且轴承架(40)封闭回导叶片通道的一侧。

5.如权利要求4所述的鼓风机，其中在扩散器(50)的径向外缘和和盖(80)之间存在环形空间(82)。

6.如前述任一项权利要求所述的鼓风机，其中角度(A)为5°，角度(B)为10°。

7.如权利要求1至5中任一项所述的鼓风机，其中扩散器(50)具有15个扩散器叶片和16个回导叶片。

8.如权利要求1至5中任一项所述的鼓风机组件，其中回导叶片(58)的曲线通过光滑连接第一弧线(A1)和第二弧线(A2)而形成，第一弧线(A1)形成回导叶片(58)的尾部，第二弧线(A2)形成回导叶片的前部。

9.如权利要求8所述的鼓风机组件，其中第二弧线(A2)的半径(R2)大于第一弧线(A1)的半径(R1)。

10.如权利要求9所述的鼓风机组件，其中第二弧线(A2)的半径(R2)是第一弧线(A1)的半径(R1)的两倍。

11.如权利要求8所述的鼓风机组件，其中第一弧线(A1)和第二弧线(A2)相切。

12.如权利要求11所述的鼓风机组件，其中第一和第二弧线(A1、A2)分别具有处于共同径向线上的圆心。

13.如权利要求8所述的鼓风机组件，其中第一弧线(A1)的长度为第二弧线(A2)长度的三至六倍。

14.如权利要求13所述的鼓风机组件，其中第一弧线(A1)的长度是第二弧线长度的四倍。

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