CN104747497B - 风扇风叶和具有其的风扇 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种风扇风叶和具有其的风扇，风扇风叶包括：轮毂和至少一个叶片，至少一个叶片设在轮毂的周向上，其中平行于轮毂的中心轴线的截面与每个叶片的吸力面和压力面相交分别得第一交线和第二交线，与第一交线和第二交线同时相切的圆的圆心的连线为翼型中线，截面为平面或者圆柱面，其中，第一交线、第二交线和翼型中线中的至少一个的至少二分之一段被构造为正弦型曲线。根据本发明的风扇风叶，通过采用正弦型曲线设计叶片，从而可以便捷地得到性能好的叶片，提高风扇风叶的风量与能效，且可以实现风扇风叶的正反转出风。另外，该叶片的表面极为光顺，连续性好，可以有效地抑制高频噪声，减小运转噪声，从而提高风扇风叶的整体性能。

Description

风扇风叶和具有其的风扇

技术领域

本发明涉及电器领域，尤其是涉及一种风扇风叶和具有其的风扇。

背景技术

相关技术中，风扇风叶的叶片在设计时需要考虑的参数较多，设计的不确定度很大，且风扇风叶的风量较小，性能较低。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种风扇风叶，所述风扇风叶的性能好且设计简便。

本发明的另一个目的在于提出一种具有上述风扇风叶的风扇。

根据本发明第一方面的风扇风叶，包括：轮毂和至少一个叶片，至少一个所述叶片设在所述轮毂的周向上，其中平行于所述轮毂的中心轴线的截面与每个所述叶片的吸力面和压力面相交分别得第一交线和第二交线，与所述第一交线和所述第二交线同时相切的圆的圆心的连线为翼型中线，所述截面为平面或者圆柱面，其中，所述第一交线、所述第二交线和所述翼型中线中的至少一个的至少二分之一段被构造为正弦型曲线。

根据本发明的风扇风叶，通过采用正弦型曲线设计叶片，从而可以便捷地得到性能好的叶片，提高风扇风叶的风量与能效，且可以实现风扇风叶的正反转出风。另外，该叶片的表面极为光顺，连续性好，可以有效地抑制高频噪声，减小运转噪声，从而提高风扇风叶的整体性能。

可选地，所述截面为与所述轮毂同轴的圆柱面，所述第一交线、所述第二交线和所述翼型中线中的至少一个的被构造成正弦型曲线的部分上的每个点的柱坐标参数（r、θ、z）满足下列公式：

其中，r为柱坐标半径，θ为角度，z为高度，R_x为所述圆柱面和所述轮毂的中心轴线之间的距离，a、ω、c、θ₁、θ₂为预定值。由此，可以调高风扇风叶的设计效率。

可选地，所述截面为与所述轮毂同轴的圆柱面，所述截面为八个，且所述八个截面的直径依次增大，每个所述截面与所述叶片相交得到的所述第一交线、所述第二交线和所述翼型中线中的至少一个的被构造成正弦型曲线的部分满足如下关系：

其中，R_x为所述圆柱面和所述轮毂的中心轴线之间的距离，R₀为所述轮毂的半径，b为翼弦长度，λ为翼型安装角，β₁为翼型进口几何角，β₂为翼型出口几何角，κ₁为翼型前缘方向角，κ₂为翼型后缘方向角。

可选地，所述截面为平面，所述第一交线、所述第二交线和所述翼型中线中的至少一个的被构造成正弦型曲线的部分上的每个点的直角坐标参数（x，y，z）满足下列公式：

其中，S_x为所述平面和所述中心轴线之间的距离，a、ω、c、d₁、d₂为预定值。

进一步地，每个所述叶片被构造成从内到外逐渐向前倾斜。由此，可以调高风扇风叶的设计效率。

可选地，所述叶片为多个且所述多个叶片均匀地分布在所述轮毂的外周壁上。

优选地，所述叶片为九个。

可选地，所述叶片为金属件或塑料件。

根据本发明第二方面的风扇，包括根据本发明上述第一方面的风扇风叶。

根据本发明的风扇，通过设置上述第一方面的风扇风叶，从而提高了风扇的整体性能。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

图1是根据本发明实施例的风扇风叶的主视图；

图2是图1中所示的风扇风叶的后视图；

图3是图1中所示的风扇风叶的左视图；

图4是图3中所示的风扇风叶的剖面图；

图5是图1中所示的风扇风叶的右视图；

图6是图1中所示的风扇风叶的仰视图；

图7是图6中所示的风扇风叶的剖面图；

图8是图1中所示的风扇风叶的俯视图；

图9是图1中所示的风扇风叶的一个立体图；

图10是图1中所示的风扇风叶的一个示意图；

图11是图1中所示的风扇风叶的另一个示意图；

图12是图1中所示的风扇风叶的再一个示意图；

图13是图1中所示的风扇风叶的又一个示意图；

图14-图21是图1中所示的风扇风叶从不同视角观察的立体图。

附图标记：

100：风扇风叶；

1：轮毂；11：正面；12：背面；

2：叶片；21：吸力面；22：压力面；23：前缘点；24：后缘点；

25：翼型中线；26：翼弦；

27：过前缘点的切线；28：过后缘点的切线；

291：叶稍；292：叶根；

3：圆柱面；31：正弦型曲线。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“前”、“后”、“竖直”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的可应用于性和/或其他材料的使用。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下面参考图1-图21描述根据本发明第一方面实施例的风扇风叶100。在本说明书的描述中，风扇风叶100的性能主要是指风量、风速、能效和噪音四项指标。

参照图1-图9，根据本发明第一方面实施例的风扇风叶100，包括：轮毂1和至少一个叶片2，其中至少一个叶片2设在轮毂1的周向上。具体地，叶片2连接在轮毂1的外周壁上，且叶片2沿轮毂1的径向向外延伸，这样，叶片2的与轮毂1相连的一端被定义为叶根292，其相反的一端，即叶片2的远离轮毂1的一端被定义为叶稍291，进一步地，轮毂1的朝向用户的端面（例如图1中所示的轮毂1的前表面）可以理解为轮毂1的正面11，其相反的一面即远离用户的一面（例如图1中所示的轮毂1的后表面）被定义为轮毂1的背面12，当风扇风叶100正转（例如图1中所示的风扇风叶100顺时针旋转）时，叶片2的靠近轮毂1的正面11的一面被定义为压力面22，其相反的一面即靠近轮毂1的背面12的一面被定义为吸力面21。可选地，叶片2为金属件或塑料件。也就是说，叶片2采用金属材料或者塑料材料制成。当然，本发明不限于此，叶片2还可以采用其他材料制成。另外，值得说明的是，该风扇风叶100的叶片2可应用到风扇、取暖器或风机等电器上。

进一步地，如图10-图13所示，平行于轮毂1的中心轴线的截面与每个叶片2的吸力面21和压力面22相交分别得第一交线和第二交线，与第一交线和第二交线同时相切的圆的圆心的连线为翼型中线25。

参照图10，截面可以为平面或者圆柱面，其中，截面与轮毂1的中心轴线平行，截面到中心轴线的距离大于等于轮毂1的半径，且小于等于风扇风叶100的半径（即叶片2与轮毂1中心之间的最远距离），从而截面可以与叶片2相交，具体地，截面与叶片2的吸力面21和压力面22分别相交出交线，这里，定义截面与吸力面21的交线为第一交线，截面与压力面22的交线为第二交线，在第一交线和第二交线的长度方向上、与第一交线和第二交线同时相切的圆有无数个，将这无数个圆的圆心依次相连得到翼型中线25。

具体地，第一交线、第二交线和翼型中线25中的至少一个的至少二分之一段被构造为正弦型曲线31。也就是说，仅第一交线的至少二分之一段被构造为正弦型曲线31，或者仅第二交线的至少二分之一段被构造为正弦型曲线31，还可以是只有翼型中线25的至少二分之一段被构造为正弦型曲线31，或者第一交线的至少二分之一段、第二交线的至少二分之一段、翼型中线25的至少二分之一段三者中的任意两个被构造为正弦型曲线31，再或者是第一交线的至少二分之一段、第二交线的至少二分之一段和翼型中线25的至少二分之一段分别被构造为正弦型曲线31。

优选地，整条第一交线、整条第二交线和整条翼型中线25均被构造为正弦型曲线31，从而可以提高风扇风叶100的风量。由此，方便控制、调整和修改叶片2的形状，从而可以便捷地得到性能优异的叶片2，提高了设计效率。

经过试验测试比较，采用正弦型曲线31设计的风扇风叶100的风量和能效值均比较大。

进一步地，由于叶片2采用正弦型曲线31拟合而成，且正弦线曲线31具有关于中心点对称或者部分对称的特性，因此，可以实现风扇风叶100的正反转双向出风，也就是说，当风扇风叶100正转（例如图1中的风扇风叶100顺时针旋转）时，风扇风叶100的前方出风，当风扇风叶100反转（例如图1中的风扇风叶100逆时针旋转）时，风扇风叶100的后方出风。

根据本发明实施例的风扇风叶100，通过将第一交线、第二交线和翼型中线25中的至少一个的至少二分之一段构造为正弦型曲线31，可以容易且便捷地得到性能好的叶片2，从而提高风扇风叶100的风量和能效，且可以实现风扇风叶100的正反转出风。另外，由于叶片2的表面极为光顺，连续性好，从而可以有效地抑制高频噪声，减小风扇风叶100的运转噪声，进而提高风扇风叶100的整体性能。

在本发明的一个实施例中，参照图12-图15，截面为与轮毂1同轴的圆柱面3，第一交线、第二交线和翼型中线25中的至少一个的被构造成正弦型曲线31的部分上的每个点的柱坐标参数（r、θ、z）满足下列公式：

其中，r为柱坐标半径，θ为角度，z为高度，R_x为圆柱面3和轮毂1的中心轴线之间的距离，a、ω、c、θ₁、θ₂为预定值。

具体地，圆柱面3的中心轴线与轮毂1的中心轴线重合，圆柱面3的半径为R_x，轮毂1的半径为R₀，风扇风叶100的半径为R，其中：R₀≤R_x≤R，从而可以构造多个与叶片2相交的圆柱面3。绘制叶片2时，可以首先以轮毂1的背面12的中点为坐标原点，以轮毂1的中轴线为Z轴，且以向前的方向为Z轴的正方向，建立柱坐标系，其中柱坐标的半径r对应圆柱面3的半径Rx，角度θ对应圆柱面3与叶片2的交线在柱坐标系的x-y平面内投影所跨的角度范围，这样，根据轮毂1的半径R₀和风扇风叶100的半径R可以确定r的大致取值范围，然后根据叶片2的数量、宽度以及本领域技术人员对叶片2的形状的理解，确定θ的大致取值范围，接着给定常量a、ω、c的初始值（例如可以根据现有的叶片2与圆柱面3交线的形状，选择一比较接近的正弦型曲线31方程，该方程中的常量a、ω、c可以作为常量的初始值），从而将初始常量带入正弦型曲线31方程，构造含有常量值的衍生方程，从而得到该方程对应的曲线，并绘制出该初始正弦型曲线31，接着采用该正弦型曲线31建立叶片2的模型，并通过实验或者数值实验计算、分析该叶片2的性能，再根据实验结果不断的修正a、ω、c的值，如此重复可以得到一条使得叶片2具有最优性能的正弦型曲线31，再如此重复上述过程以得出不同圆柱面3上的正弦型曲线31，最后将多条正弦型曲线31拟合成曲面，该曲面可以为叶片2的吸力面21、压力面22或者叶片2骨面（即通过多条翼型中线25拟合成的曲面）。这里，需要说明的是，在设计正弦型曲线31的参数时，通常选用仿真试验和试验台试验相结合的手段，以得到极优的柱坐标参数，从而得到性能优异的叶片2，进一步可以采用三维建模的手段绘制出最优的叶片2和具有该叶片2的风扇风叶100。由此，可以提高设计效率。

下面以一个具体示例说明正弦型曲线31在本发明的风叶中的应用。

其中，正弦型曲线31方程具有如下特征：

当a=a₁/2时，上式可转化为：

具体地，轮毂1的半径R₀为62mm，风扇风叶100的半径R为198mm，下面以取两个圆柱面3为例进行说明，两个圆柱面3的半径分别为90mm和130mm。

在半径为90mm的圆柱面3上，此圆柱面3与叶片2的交线满足如下参数方程（即由正弦型曲线31方程衍生出的方程）：

在半径为130mm的圆柱面3上，此圆柱面3与叶片2的交线满足如下参数方程（即由正弦型曲线31方程衍生出的方程）：

如此，还可建立其他半径的圆柱面3与叶片2的交线的正弦型曲线31方程，从而可以通过得到的多条正弦型曲线31拟合出叶片2，从而可以得到性能好的风扇风叶100。

另外，需要说明的是，叶片2上的曲线满足柱坐标正弦型曲线31的特征方程，以及由该特征方程衍生的方程曲线均落在本发明的保护范围内。

在本发明的一个实施例中，截面为与轮毂1同轴的圆柱面3，圆柱面3为八个，且八个圆柱面3的直径依次增大，每个截面与叶片2相交得到的第一交线、第二交线和翼型中线25中的至少一个的被构造成正弦型曲线31的部分满足如下关系：

其中，R_x为圆柱面3和轮毂1的中心轴线之间的距离，R₀为轮毂1的半径，b为翼弦26长度，λ为翼型安装角，β₁为翼型进口几何角，β₂为翼型出口几何角，κ₁为翼型前缘方向角，κ₂为翼型后缘方向角。这样，根据各个截面上的交线所满足的参数关系，可以绘制出第一交线、第二交线和翼型中线25中的至少一个，从而可以绘制出叶片2。

这里，需要说明的是，翼型中线25的两端点的连线为翼弦26，翼弦26的长度为b，翼弦26的两个端点分别为前缘点23和后缘点24，前缘点23是位于风的流动方向的上游的端点，即迎风一侧的端点，此时后缘点24是位于风的流动方向的下游的端点，轮毂1的转动平面为第一平面，第一平面与轮毂11的中心轴线大致垂直，翼弦26与第一平面之间的夹角为翼型安装角λ，翼型进口几何角β₁为通过前缘点23的翼型中线25的切线与第一平面之间的夹角，翼型出口几何角β₂为通过后缘点24的翼型中线25的切线与第一平面之间的夹角，翼型前缘方向角κ₁为前缘点23处翼型中线25的切线（例如图10中所示的过前缘的切线27）与第一平面之间的夹角，翼型后缘方向角κ₂为后缘点24处翼型中线25的切线（例如图10中所示的过后缘的切线28）与第一平面之间的夹角。

在本发明的一个实施例中，截面为平面，第一交线、第二交线和翼型中线25中的至少一个的至少二分之一段被构造成正弦型曲线31的部分上的每个点的直角坐标参数（x，y，z）满足下列公式：

其中，S_x为平面和轮毂1的中心轴线之间的距离，a、ω、c、d₁、d₂为预定值。

绘制叶片2时，可以首先以轮毂1的中心为坐标原点，以轮毂1的背面12为x-y平面，以轮毂1的背面12的中点为坐标原点，以轮毂1的中轴线建立z轴，其中向前的方向为z轴的正方向，其中坐标x对应截面与轮毂1中心之间的距离，坐标y对应截面与叶片2的交面在直角坐标系的x-y平面内投影所跨的宽度范围，这样，根据轮毂1的半径R₀和风扇风叶100的半径R可以确定x的大致取值范围，并根据实际叶片2的宽度等确定变量y的取值范围，然后给定常量a、ω、c的初始值（例如可以根据现有的叶片2与圆柱面3交线的形状，选择一比较接近的正弦型曲线31方程，该方程中的常量a、ω、c可以当作常量的初始值），从而将初始常量带入正弦型曲线31方程，构造含有常量值的衍生方程，从而得到该方程对应的曲线，并绘制出该初始正弦型曲线31，接着采用该正弦型曲线31建立叶片2的模型，再通过数值实验计算、分析叶片2的性能，并根据实验结果不断的修正a、ω、c的值，如此重复可以得到一条使得叶片2具有最优性能的正弦型曲线31，再如此重复上述过程以得出不同圆柱面3截得的交线的正弦型曲线31，最后将多条正弦型曲线31拟合成曲面，该曲面可以为叶片2的吸力面21、压力面22或者叶片2骨面（即通过多条翼型中线25拟合成的曲面）。

另外，需要说明的是，叶片2上的曲线满足直角坐标正弦型曲线31的特征方程，以及由该特征方程衍生出的方程曲线均落在本发明的保护范围内。

在本发明的一个实施例中，每个叶片2被构造成从内到外逐渐向前倾斜。也就是说，叶片2从叶根292到叶稍291逐渐向轮毂1的正面11延伸。例如当第一交线、第二交线和翼型中线25中的至少一个的被构造成正弦型曲线31的部分上的每个点满足柱坐标参数或直角坐标参数时，可以通过调整参数c来实现叶片2从内到外逐渐向前倾斜，也就是说，从轮毂1中心向外分布的每个圆柱面3上的所截的正弦型曲线31的c值逐渐增大。由此，可以使得从风扇风叶100流出的风更加向中心汇聚，避免风沿轮毂1的径向向外发散，从而增加风扇风叶100的聚风效果，使得风扇风叶100出风更加均匀，出风效果更好。另外，风扇风叶100在旋转过程中，风会对叶片2产生作用力，使得叶片2产生轻微的变形，通过将叶片2构造成从内到外逐渐向前倾斜，可以部分抵消运转时风力造成的叶片2变形，以保证风扇风叶100的性能。

可选地，叶片2为多个且多个叶片2均匀地分布在轮毂1的外周壁上。优选地，叶片2为九个，且九个叶片2沿轮毂1的周向均匀分布。进一步地，九个叶片2关于轮毂1的中心轴线中心对称，也就是说，九个叶片2的尺寸、形状相同，且九个叶片2的翼型安装角λ相同，九个叶片2均匀地安装在轮毂1的外周壁上。由此，可以提高风扇风叶100的整体性能，且可以保证风扇风叶100的运转稳定性。当然，本发明不限于此，叶片2的数量还可以根据实际要求设置，以更好地满足实际要求。

根据本发明第二方面实施例的风扇（图未示出），包括根据本发明上述第一方面实施例的风扇风叶100。

在本发明的其中一个实例中，风扇还包括：底座（图未示出）、连接杆（图未示出）和机头（图未示出），其中风扇风叶100安装在机头内，机头可转动地设在连接杆的上端，连接杆的下端固定在底座上，底座上进一步设有控制组件，且控制组件分别与机头和风扇风叶100电连接，这样，用户可以通过操作控制组件，调节机头的转动和风扇风叶100的旋转。

根据本发明实施例的风扇，通过设置上述第一方面实施例的风扇风叶100，从而提高了风扇的整体性能。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种风扇风叶，其特征在于，包括：

轮毂；和

至少一个叶片，至少一个所述叶片设在所述轮毂的周向上，

其中平行于所述轮毂的中心轴线的截面与每个所述叶片的吸力面和压力面相交分别得第一交线和第二交线，与所述第一交线和所述第二交线同时相切的无数个圆的圆心的连线为翼型中线，

其中，整条所述第一交线、整条所述第二交线和整条所述翼型中线均被构造为正弦型曲线，

所述截面为与所述轮毂同轴的圆柱面，所述截面为八个且所述八个截面的直径依次增大，每个所述截面与所述叶片相交得到的所述第一交线、所述第二交线和所述翼型中线均满足如下关系：

其中，R_x为所述圆柱面和所述轮毂的中心轴线之间的距离，R₀为所述轮毂的半径，b为翼弦长度，λ为翼型安装角，β₁为翼型进口几何角，β₂为翼型出口几何角，κ₁为翼型前缘方向角，κ₂为翼型后缘方向角。

2.根据权利要求1所述的风扇风叶，其特征在于，每个所述叶片被构造成从内到外逐渐向前倾斜。

3.根据权利要求2所述的风扇风叶，其特征在于，所述叶片为多个且所述多个叶片均匀地分布在所述轮毂的外周壁上。

4.根据权利要求3所述的风扇风叶，其特征在于，所述叶片为九个。

5.根据权利要求1所述的风扇风叶，其特征在于，所述叶片为金属件或塑料件。

6.一种风扇，其特征在于，包括如权利要求1-5中任一项所述的风扇风叶。