CN102162468B - 叶轮以及使用该叶轮的轴流风扇 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种叶轮以及使用该叶轮的轴流风扇，所述叶轮能够抑制因翼的旋转而产生的空气流与连结多个翼的连结部之间的干扰所引起的叶轮特性的降低。叶轮具备：以中心轴线为中心旋转的大致圆筒状的杯部；固定于杯部的外周面的多个翼；以及将多个翼彼此连结的大致环状的连结部。相对于翼的沿着径向的翼长，连结部形成于与翼在杯部的外周面处的根部相距翼长的70％～90％的位置，且该连结部形成为大致圆筒形状，并且连结部的轴向高度(L)相对于杯部的外周面与连结部的内周面之间的径向间隔(W)的比率(L/W)在0.9以下。

Description

叶轮以及使用该叶轮的轴流风扇

技术领域

本发明涉及沿中心轴线产生空气流的叶轮、以及具备所述叶轮的轴流风扇。

背景技术

现有的用于轴流风扇(送风风扇)的叶轮通过使固定在圆筒状的叶轮杯的外周面的多个翼以中心轴线为中心旋转而产生沿着中心轴线的方向的空气流。

在此，当叶轮旋转时，对翼作用有径向的离心力。叶轮的旋转速度越高，该离心力产生的影响越显著。此外，在前掠角度大的情况下，由于翼的径向外端位于比翼的根部靠旋转方向前方的位置，因此借助于在翼的各部位产生的离心力，在翼的根部产生大的力矩。因此，要求将叶轮设计成具备足够承受这样的离心力的强度。

为了降低该离心力的影响，在美国专利申请公开第2008/0056899号说明书等中记载了通过将多个翼利用环状的连结部相互连结来提高翼相对于离心力的强度的技术。

然而，在上述专利文献中，并未考虑到因翼的旋转而产生的空气流与环状的连结部之间的干扰对叶轮特性的影响，从而存在导致叶轮特性降低的不良情况。

发明内容

本发明的目的在于提供一种叶轮以及具备该叶轮的送风风扇，所述叶轮能够抑制因翼的旋转而产生的空气流与连结多个翼的连结部之间的干扰所引起的叶轮特性的降低。

本发明是具备将多个翼彼此连结的环状的连结部的叶轮，该叶轮采用如下结构：相对于翼的沿着径向的翼长，将连结部形成于与翼的根部相距翼长的70％～90％的位置，且使连结部的轴向高度相对于杯部的外周面与连结部之间的空气流的通风宽度的比率在0.9以下。

优选的是，上述的多个翼构成为前掠翼。此外，优选的是，连结部的轴向吸气侧的端部在翼的连结有连结部的部位处与翼的轴向吸气侧的端部大致一致，并且连结部的轴向的高度比翼的轴向的高度小。进而，优选的是，翼的轴向排气侧的端部随着朝向径向外侧而向轴向吸气侧倾斜。而且，优选的是，连结部的轴向的高度在翼的连结有连结部的部位处与翼的轴向的高度大致一致。

根据本发明，在具备将多个翼彼此连结的环状的连结部的叶轮中，通过相对于翼的沿着径向的翼长将连结部形成于与翼的根部相距翼长的70％～90％的位置，能够抑制因空气流与连结部之间的干扰而引起的噪音的增加，并且，通过使连结部的轴向的高度与空气流的通风宽度的比率在0.9以下，能够抑制因低风量侧的紊流增加而引起的静压降低。由此，能够实现抑制了叶轮特性的降低、并且翼相对于离心力的强度高的叶轮，因此能够进行自由度高的叶轮设计。

附图说明

下面，对构成本原始公开的一部分的附图进行说明：

图1是本发明的一个实施方式所涉及的叶轮的从中心轴线方向吸气侧观察的俯视图。

图2是图1中的叶轮的侧视图。

图3是具备图1中的叶轮的轴流风扇的剖视图。

图4是示出分别在不同的位置形成有连结部的叶轮的多个样本中、各叶轮的静压特性与噪音特性的曲线图。

图5是示出低风量区域中的静压未充分地上升的叶轮的静压特性的曲线图。

图6的(a)～(c)是示出负载不同的风量区域中的空气流的送风风扇的剖视图。

图7的(a)和图7的(b)是示出连结部的高度与通风宽度的关系的送风风扇的剖视图。

图8是将改变连结部的高度与通风宽度的比率而制作出的叶轮1～5的杯部外径、通风宽度以及连结部的高度分别示出的表。

图9是示出图8中的叶轮1～5的静压特性的曲线图。

图10的(a)～(c)是示出具备本实施方式的叶轮的送风风扇中的空气流的、送风风扇的剖视图。

图11是对图8中的叶轮1和叶轮5的静压特性进行比较的曲线图。

图12的(a)～(c)是示出本实施方式中的送风风扇的形态的变形例的半剖视图。

具体实施方式

以下，基于附图详细地说明本发明的实施方式。另外，在本实施方式的说明中，将与中心轴线平行的方向设为“轴向”，将以中心轴线为中心的半径方向设为“径向”。另外，本发明并不限于以下的实施方式。此外，在不脱离具有本发明的效果的范围的范围内，能够适当变更。

图1是本发明的一个实施方式中的叶轮1的从中心轴线方向吸气侧观察的俯视图，图2是图1中的叶轮1的侧视图。此外，图3是具备图1中的叶轮1的送风风扇2的剖视图。

如图1和图2所示，本实施方式的叶轮1具备：大致圆筒状的杯部10，该杯部10以中心轴线J为中心旋转；多个翼11，所述翼11固定于杯部10的外周面10a，并且通过与杯部10一起旋转来从轴向的一方吸气并向轴向的另一方排气；以及大致环状的连结部12，该连结部12将多个翼11彼此连结。此处，连结部12沿以中心轴线J为中心的任意圆在周向形成为大致圆筒形状。

此外，如图3所示，本实施方式中的送风风扇2具备：马达，该马达驱动叶轮1；底座部24，该底座部24支撑马达；壳体30，该壳体30将叶轮1的外周包围起来；以及多个静翼31，所述静翼31连结壳体30和底座部24。

马达具备：转子保持器22和转子磁体23，所述转子保持器22和转子磁体23安装于叶轮1的杯部10的内周面；定子26，该定子26通过将线圈卷绕安装于定子铁芯而构成；以及套筒轴承21，该套筒轴承21固定于轴承保持部25的内侧。固定于杯部10的中心部的轴20插入套筒轴承21中并被支撑成能够旋转。

如此构成的送风风扇2通过向定子26的线圈供给驱动电流而使定子26与转子磁体23之间产生转矩，由此，固定于杯部10的外周面10a的多个翼11以中心轴线J为中心旋转。

本申请的发明人等对由翼11的旋转产生的空气流与连结部12之间的干扰对叶轮特性的影响进行了研究，结果对连结部12在翼11的径向上的形成位置有重要的发现。

图4是分别示出在翼11的径向的不同位置形成有连结部12的叶轮1的多个样本A～E中、叶轮1的静压特性与噪音特性的曲线图。此处，如图1所示，样本A～E是相对于翼11的沿着径向的翼长La将连结部12分别形成于如下位置的样本：从翼11在杯部外周面10a处的根部至连结部12为止的距离Lb为翼长La的50％、70％、80％、90％、100％的位置。图中的曲线G1b～G5b是示出对样本A～E的风量与静压的关系进行测量的结果，此外，曲线G1a～G5a是示出对样本A～E的风量与噪音的关系进行测量的结果。

如图4所示，可知：连结部12的位置与翼长La的50％、100％对应的样本A、E(曲线G1a、G5a)相比于连结部12的位置与翼长La的70％、80％、90％对应的样本B、C、D(曲线G2a、G3a、G4a)，噪音增大了。样本A的噪音增大的原因被认为是：由于翼11的径向的中央部对产生空气流的贡献度(寄与度)较大，因此空气流与连结部12之间的干扰增大。此外，样本E的噪音增大的原因被认为是：当将连结部12设于翼11的径向外端11b时，在连结部12与壳体的侧壁之间的间隙会产生逆向的空气流。

因此，相对于沿着翼11的径向的翼长La，将连结部12形成于与翼11的根部相距翼长La的70％～90％的位置，由此能够抑制因附加连结部12而引起的噪音的增大。

此外，由于连结部12配置于比翼11的径向外端11b靠径向内侧的位置，因此在翼11的比连结部12靠径向内侧的区域11A中，连结部12的内侧面起到了壳体的内侧面的作用。即，在虚拟的壳体的内侧面(连结部12的内侧面)与翼11的比连结部12靠径向内侧的区域11A之间没有间隙。因此，在翼11的比连结部12靠径向内侧的区域11A中，不易产生空气流的逆流，逆流的空气流大部分通过翼11的比连结部12靠径向外侧的区域11B。其结果是，翼11的比连结部12靠径向外侧的区域11B能够发挥专用于防止空气流的逆流的功能。由此，在翼11的比连结部12靠径向内侧的区域11A中，既能够确保叶轮1的风量特性，又能够实现低风量侧的静压特性的改善。

另外，通过利用连结部12将多个翼11彼此连结，翼11相对于离心力的强度被提高，在翼11构成为前掠翼的情况下，特别能够发挥该效果。此处，如图1所示，前掠翼指的是这样的翼：翼11的位于旋转方向R的最前方的前缘11a与翼11的位于径向外端的翼端11b的交点P1，比前缘11a与杯部10的外周面10a的交点P2靠旋转方向R的前方侧。此外，在前掠角度极大的情况下，即如图1所示，在翼11的位于旋转方向R的后方的后缘11c与翼11的位于径向外端的翼端11b的交点P3，比翼11的位于旋转方向R的前方的前缘11a与杯部10的外周面10a的交点P2靠旋转方向R的前方侧的情况下，更能够发挥该效果。

然而，本申请的发明人等在进一步研究了附加有连结部12的叶轮1的静压特性后发现：根据连结部12的轴向的高度不同，如图5所示，存在着低风量区域A中的静压未充分上升的情况。

本申请的发明人等认为，低风量区域A中的静压未充分上升原因是由以下的理由导致的。即，如图6的(a)所示，在负载小的高风量区域中，空气流笔直地沿轴向流动。然而，在负载增大的低风量区域，由于离心力的影响增大，如图6的(b)、(c)所示，空气流容易朝向径向外侧。此时，当斜向的空气流接触到连结部12时，在翼11的比连结部12靠径向内侧的区域11A中产生紊流。其结果是，由于在确保叶轮1的风量特性的翼11的区域11A中空气流发生失速，因此被认为妨碍了静压的上升。

因此，本申请的发明人等认为，为了抑制低风量区域A中的静压的降低，重要的是确保这样的流路：在该流路中，斜向的空气流不会接触到连结部12，为了验证这一点，进行了以下的实验。

如图7的(a)、图7的(b)所示，在翼11的径向的外径和轴向的高度恒定的情况下，为了确保不与连结部12接触的流路，需要减小连结部12的轴向的高度(L)，或者减小叶轮的杯部10的外径(D)来增大杯部10外周面与连结部12内周面之间的径向的间隔(以下称作“通风宽度”)(W)。

因此，如图8所示，准备了通过分别改变杯部10的外径(D)、通风宽度(W)以及连结部12的轴向的高度(L)而形成的叶轮1～5，对各叶轮1～5的静压特性进行了测量。

图9是示出该结果的曲线图，曲线1～5分别示出叶轮1～5的静压特性。

如图9所示，可知：在叶轮1～3中，低风量区域中的静压降低，与此相对应地，在叶轮4、5中，低风量区域中的静压充分地上升。这是因为，如图10的(a)～图10的(c)所示，即使从负载小的高风量区域(图10的(a))移动到负载大的低风量区域(图10的(b)、(c))，也充分地确保了斜向的空气流不与连结部12接触的流路，这样的话，减少了在翼11的比连结部12靠径向内侧的区域11A中产生的紊流。

即，如图11所示，在负载小的高风量区域(a)中，叶轮1与叶轮5的静压没有产生较大的差异，不过在负载大的低风量区域(b)、(c)中，由于图6的(b)、(c)以及图10的(a)、(b)所示那样的流路的不同，叶轮1的静压变得比叶轮5的静压要低。

因此，通过使连结部12的轴向的高度(L)，与杯部10的外周面10a和连结部12内周面之间的径向的间隔(W)的比率(L/W)在0.9以下，能够确保不与连结部12接触的流路，由此，能够抑制低风量区域A中的静压的降低。

此处，在通过使连结部12的轴向的高度小于翼11的轴向的高度来确保不与连结部12接触的流路时，优选的是，如图12的(a)所示，连结部12的轴向吸气侧的端部(上端部)12a在翼11的连结有连结部12的部位处与翼11的轴向吸气侧的端部(上端部)11d大致一致。由此，能够确保更宽的不与连结部12接触的流路。

然而，关于使连结部12的轴向的高度小于翼11的轴向的高度的结构，在将转子杯部10、翼11以及连结部12通过例如树脂的一体成型而形成的情况下，其模具的结构可能变得复杂，因此在制造成本方面并不是优选的。

为了改善此点，优选的是，如图12的(b)所示，使翼11的轴向排气侧的端部(下端部)11e随着朝向径向外侧而向轴向吸气侧倾斜。由此，由于减少了翼11的比连结部12的下端部靠排气侧的区域，因此能够消除上述的问题。另外，在该情况下，也可以使连结部12的轴向的高度在翼11的连结有连结部12的部位处与翼11的轴向的高度大致一致。

由此，由于连结部12的轴向的高度与翼11的轴向的高度一致，因此容易通过注射成型等一体地形成叶轮的杯部10、翼11以及连结部12。

另一方面，当使翼11的下端部11e随着朝向径向外侧而向轴向吸气侧倾斜地形成时，如图12的(b)所示，翼11的下端部11e与静翼31之间的间隔随着朝向径向外侧而扩大。因此，使由叶轮的旋转产生的空气流向中心轴线侧汇聚的静翼31的功能有可能随着朝向径向外侧而降低。此外，当翼11的下端部11e与静翼31之间的间隔增大时，还容易发生空气的紊流，因此还存在着使静压降低的可能。

为了改善这点，优选的是，如图12的(c)所示，使静翼31的轴向吸气侧的端部31a随着朝向径向外侧而向轴向吸气侧倾斜地形成，使翼11的轴向排气侧的端部11e与静翼31的轴向吸气侧的端部31a之间的间隙在径向大致恒定。由此，能够抑制静翼31的聚风功能的降低，并且还能够抑制空气的紊流的发生。

另外，本发明使连结部12的轴向的高度(L)，与杯部10的外周面10a和连结部12内周面之间的径向的间隔(W)的比率(L/W)在0.9以下，然而并未对L/W的下限值做特别限制。例如，连结部12的轴向的高度(L)的下限值根据翼11相对于离心力的强度规格适当确定即可。此外，杯部10的外周面10a与连结部12内周面之间的径向的间隔(W)的上限值根据送风风扇的外径规格适当确定即可。

此外，在本发明中，杯部10、翼11、连结部12和静翼31的形状以及相对的位置关系并不限于图12的(a)～图12的(c)所示的方式。例如也可以是，使翼11的轴向的高度与连结部12的轴向的高度一致，且在整个径向保持恒定。此外，大致圆筒状的杯部10也可以是其外周面10a的轴向排气侧随着朝向径向外侧而倾斜的形状。此外，杯部10、多个翼11以及连结部12通过注射成型而一体成型，由此能够实现轻量且廉价的叶轮。另外，翼11和静翼31的根数、前掠角度、入口角度等并未特别限定。

以上，对本发明的实施方式以及变形例进行了说明，然而本发明并不限于这些，可以不脱离本发明的范围地进行各种变形或者修正。

Claims (6)

1.一种送风风扇，其特征在于，

该送风风扇具备：

叶轮；

驱动所述叶轮的马达；

支撑所述马达的底座部；以及

将所述叶轮的外周包围起来的壳体，其中，

该叶轮具备：

大致圆筒状的杯部，所述杯部以中心轴线为中心旋转；

多个翼，所述翼固定于所述杯部的外周面，并且通过与该杯部一起旋转而从轴向的一方吸气，并向轴向的另一方排气；以及

大致环状的连结部，所述连结部将所述多个翼彼此连结，

相对于所述翼的沿着径向的翼长，所述连结部形成于与该翼在所述杯部的外周面处的根部相距所述翼长的70%～90%的位置，且该连结部形成为大致圆筒形状，在所述连结部与所述壳体之间形成有间隙，所述翼的外周部区域位于该间隙，

所述连结部的轴向高度（L）相对于所述杯部的外周面与所述连结部的内周面之间的径向间隔（W）的比率（L/W）在0.9以下，

所述连结部的轴向吸气侧的端部在所述翼的连结有该连结部的部位处与所述翼的轴向吸气侧的端部大致一致，并且所述连结部的轴向的高度比所述翼的轴向的最大高度小。

2.根据权利要求1所述的送风风扇，其中，

所述叶轮的多个翼构成为前掠翼，

所述翼的位于旋转方向后方的后缘与所述翼的位于径向外端的翼端的交点，比所述翼的位于旋转方向前方的前缘与所述杯部的外周面的交点靠旋转方向前方侧。

3.根据权利要求1所述的送风风扇，其中，

所述翼的在所述叶轮的轴向排气侧的端部随着朝向径向外侧而向轴向吸气侧倾斜。

4.根据权利要求3所述的送风风扇，其中，

所述叶轮的所述连结部的轴向的高度在所述翼的连结有该连结部的部位处与所述翼的轴向的高度大致一致。

5.根据权利要求1所述的送风风扇，其中，

该送风风扇还具备连结所述壳体和所述底座部的多个静翼，

所述静翼的轴向吸气侧的端部朝向所述轴向吸气侧倾斜。

6.根据权利要求5所述的送风风扇，其中，

所述翼的轴向排气侧的端部与所述静翼的轴向吸气侧的端部之间的间隙在径向大致恒定。

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