CN107110175B - 风扇组件 - Google Patents

Abstract

风扇组件(10)包括具有空气入口(70)、风扇入口(60)和空气出口(80)的壳体(20)。风扇组件还包括叶轮(30)和被配置为驱动叶轮的电机(40)，叶轮具有多个周向定位的间隔开的叶片(34)。透气防护装置(50)被定位在空气入口和风扇入口之间，以防止用户接触叶轮(30)，并且与风扇入口(60)间隔第一距离(54)，以及与空气入口(70)间隔第二距离，以使得在空气入口(70)和透气防护装置(50)之间提供过滤器(90)。优选地，第一距离(54)为这样的距离以允许进入的空气在进入风扇入口之前至少部分地旋转。优选地，多个周向定位的间隔开的叶片(34)被周向定位在叶轮(30)的穹形中心(32)的周围，穹形中心(32)面向风扇入口(60)，并且穹形中心(32)与间隔开的叶片(34)同步旋转。

Description

风扇组件

技术领域

本公开一般地涉及提高效率并且降低能耗的风扇组件。

背景技术

清新洁净的空气是人类最基本的需求之一。然而，空气中可能含有许多不同种类的杂质，包括颗粒物、病毒、细菌和真菌，所有这些杂质都可能引起或加重健康问题、疾病和其它消极后果。为了改善空气质量，有许多不同清洁空气的技术，其中最常见的是空气过滤器。通常，过滤器借助于将空气推进和/或拉入通过过滤器单元的风扇来清洁空气。

为了将空气推进或拉入通过空气净化单元中的空气过滤器，有几种不同的风扇类型，包括径向风扇和轴向风扇。轴向风扇产生高流速，但是会导致相对较低的最大压力。相比之下，径向风扇产生相对较高的最大压力，但是具有相对较低的最大流速。通常使用的风扇类型是向前弯曲的径向风扇。与向后弯曲的径向风扇相比，向前弯曲的风扇旨在用于较高的最大流速和较低的最大压力。此外，向前弯曲的径向风扇具有高性能、声音最小的优点，这是空气净化器的重要特征。然而，相比之下，消费者对高流速和小型风扇/器具的体积的要求很高。基本上，消费者希望较小的风扇具有较高的输出和较低的能耗。然而，这两个需求是直接冲突的。

为了提供降低器具体积的节能系统，需要降低器具中空气流动中的压降。压降的主要原因是被迫通过过滤器的空气以及风扇的空气入口的位置和配置。例如，当前的空气净化器被设计成具有被定位在风扇的入口中的透气格栅或防护装置。透气格栅或防护装置防止消费者用他们的手指接触叶轮。不幸的是，这种配置具有若干缺点，包括当空气流过入口时压力下降。

发明内容

因此，在本领域中需要一种防止不想要的压降的风扇壳体和叶轮设计。本发明由独立权利要求限定。从属权利要求限定有利的实施例。

本公开涉及用于风扇和叶轮配置的有创造性的方法和装置。本文的各种实施例和实施方式涉及提高效率并且降低能耗的风扇组件。通常，一方面，风扇组件包括：壳体，具有空气入口、风扇入口和空气出口；以及叶轮，包括多个周向定位的间隔开的叶片；以及电机，被配置为驱动叶轮。风扇组件具有透气防护装置，其被定位在空气入口和风扇入口之间，以防止用户接触叶轮。透气防护装置与风扇入口间隔第一距离，并且与空气入口间隔第二距离，使得可以在空气入口和透气防护装置之间提供过滤器。使用本文的各种实施例和实施方式，当空气进入叶轮区域时，风扇组件减少了由空气经历的压降，这是因为透气防护装置在不限于可用于相对较小的风扇入口的区域的情况下可以具有的较大截面积(因为透气防护装置被放置在距离风扇入口的第一距离处)。风扇组件优选地还允许空气在进入空气入口和叶轮区域时具有旋转分量。

申请人进一步认识到，现有技术的入口配置在空气遇到风扇叶片的区域之前限制了空气的旋转分量，从而限制了风扇在最大压力以及最大流量方面的性能。通过将透气防护装置定位在与风扇入口相距预定距离处，在一个实施例中，允许进入的空气在进入风扇入口之前至少部分地旋转。这导致风扇性能的明显改善。

根据一个优选实施例，多个周向定位的间隔开的叶片被周向定位在叶轮的穹形中心的周围，穹形中心面向风扇入口，并且其中穹形中心与间隔开的叶片同步旋转。这将降低气流的阻力，因为空气可以与穹顶的旋转中心一起旋转，这导致提高的效率。

根据一个实施例，多个周向定位的间隔开的叶片中的每一个是弯曲的。这导致更高的性能。

根据一个实施例，叶轮的穹形中心具有多个辐条。这导致较少的噪音。

根据一个实施例，穹形中心的最大高度约为叶轮的最大高度的1％至75％。根据另一个实施例，穹形中心的最大高度约为叶轮的最大高度的1％至60％，以及根据又一个实施例，穹形中心的最大高度约为叶轮的最大高度的1％至50％。如果穹顶较高，空气会撞到穹顶上，从而增加阻力并且降低性能。存在穹顶是为电机提供空间。

根据一个实施例，穹形中心的最大宽度约为叶轮的最大宽度的20％至95％。

根据一个实施例，壳体包括两个或更多个空气入口。这允许增加的过滤器表面和更高的来流。

根据一个实施例，透气防护装置包括格栅。

根据一个实施例，风扇入口的直径约为叶轮的直径的50％至100％。较大的直径扰乱空气流动并且将导致噪音增加，而较小的直径阻碍空气流动。

根据一个实施例，透气防护装置和风扇入口之间的预定距离约为2mm至80mm，并且可以为2mm至30mm。

根据一个实施例，透气防护装置与空气入口间隔预定距离。这为过滤器提供了空间。

根据一个实施例，电机被定位在叶轮的背离风扇入口的一侧。

本发明的这些和其它方面根据下文描述的实施例将是显而易见的并且将参考下文描述的实施例进行阐明。

附图说明

在附图中，相同的附图标记贯穿不同的视图通常指代相同的部分。此外，附图不一定按比例绘制，而是通常重点放在说明本发明的原理。

图1是根据一个实施例的风扇组件的截面图。

图2是根据一个实施例的用于透气防护装置的格栅结构。

图3是根据一个实施例的叶轮的截面图。

图4是根据一个实施例的叶轮的顶视图。

图5是根据一个实施例的风扇组件的分解图。

图6示出了叶轮壳体中的蜗壳的有利形状，以最佳地引导气流。

图7示出了空气出口中的板与气流对准的实施例。

具体实施方式

本公开描述了用于改善风扇组件的功能的装置、系统、设备和方法的各种实施例。更一般地，申请人已经认识到并且意识到，在操作期间提高风扇效率并且降低风扇能耗将是有益的。利用本公开的实施例的特定目的是能够在不增加能耗的情况下增加风扇组件的输出。

鉴于上述情况，各种实施例和实施方式涉及风扇组件，该风扇组件具有透气防护装置，该透气防护装置被定位在空气入口和风扇入口之间，并且与风扇入口间隔预定距离，以允许进入的空气在进入风扇入口之前至少部分地旋转。风扇组件还具有径向叶轮，其具有被周向定位在面向风扇入口的穹形中心的周围的多个间隔开的叶片。

参见图1，在一个实施例中，提供了一种包括壳体20、叶轮30和电机40的风扇组件10。壳体20可以是各种形状、尺寸和材料。例如，壳体20可以由塑料、金属或其组合等材料制成。壳体20可以小到包围更小的叶轮设计，或者可以更大以容纳工业尺寸的叶轮。风扇组件10可以处于面朝上的水平位置，或者风扇组件可以面朝下。风扇组件可以可选地定位在垂直位置、倾斜位置和各种各样的其它位置。

壳体20还包括风扇入口60、空气入口70和空气出口80。风扇入口和空气入口的尺寸和/或形状被设计成允许空气从环境进入并且与叶轮30接合。因此，风扇入口和空气入口可以是圆形、正方形或任何各种形状。此外，壳体20可以包括两个或更多个空气入口70和/或两个或更多个风扇入口60。空气入口70可以是开放的，或者可以包括栅格、网格、网状物或其它覆盖物，例如视觉上吸引人的覆盖物。根据一个实施例，风扇入口是开放的以允许最大的气流进入叶轮区域。根据一个实施例，空气入口和/或风扇入口是圆形的，具有在叶轮30的直径的大约50％-100％的范围内的直径，并且优选在叶轮直径的大约65％-90％的范围内。从风扇入口60到叶轮的距离可以例如小于0.03×D，优选为0.02×D，其中“D”是叶轮的直径，尽管各种距离是可能的。

具有开放的风扇入口允许进入和通过风扇入口的空气在遇到叶轮之前至少部分地旋转，这导致风扇效率的显著提高。然而，如果风扇入口60和空气入口70都是开放的，则用户可能能够直接进入叶轮30，这可能干扰风扇的功能或者可能导致用户受伤。因此，风扇组件10还包括被定位在空气入口70和风扇入口60之间的透气防护装置50。根据一个实施例，透气防护装置50是栅格、网格、网状物或类似设计，其在防止手指或其它身体部分进入风扇入口并且碰到叶轮和/或电机的同时使气流最大化。

根据一个实施例，透气防护装置50包括足够数量和/或尺寸的开口以允许最大的气流。如图2所示，例如，从上方观察透气防护装置50的实施例，并且其具有高度“z”和宽度“y”，使得防护装置的总面积为“z”דy”，尽管其它配置是可能的。类似地，每个开口可以包括高度“l”和宽度“m”，其中“l”和“m”的尺寸被设计为防止手指或其它身体部分通过开口。例如，“l”和“m”可以在大约4-18mm的范围内，更优选地在大约6-15mm的范围内。“l”和“m”的值可以不同。可以将通过透气防护装置50的气流定义为允许气流的区域(“l”דm”×开口数量)与防护装置的总面积(“z”דy”)的比。根据一个实施例，该比率约为30-90％，优选在约50-75％的范围内。尽管在图2中透气防护装置50被示出为正方形，但是防护装置可以是任何各种形状，包括矩形、圆形和很多其它形状。作为示例，可以使防护装置部件在前缘上呈圆形，并且指向后缘以最大化气流，以及许多其它配置。此外，尽管图2中的开口都优选地基本上类似(即，尺寸相同并且分布均匀)，这些开口可以被构造成在同一个防护装置中具有两个或更多个不同的尺寸和/或形状。应当使防护装置50的条前侧呈圆形，条的圆半径>0.5mm。后侧(风扇侧)的条可能是尖头的，但优选地是圆形。防护装置应当具有≥65-70％的渗透率(基于表面积292x372mm)，其中孔均匀分布。孔尺寸应当通过手指安全测试。

与其中透气防护装置50通常形成风扇入口60本身的全部或部分的现有技术配置相反，根据本发明，透气防护装置50与风扇入口60分离并且与风扇入口60间隔预定距离54，如图1所示。在一个优选实施例中，该预定间隔允许通过透气防护装置50的空气在进入遇到叶轮的风扇入口之前至少部分地旋转，这导致风扇效率的明显提高。根据一个实施例，透气防护装置50与过滤器90分离并且间隔预定距离52。预定距离52和预定距离54可以相同或者可以不同，距离52或距离54更大。此外，预定距离52和预定距离54中的一个或多个可以是可调节的。

根据一个实施例，预定距离52约为0至80mm，并且优选地约为2至10mm。然而，各种距离是可能的，并且可以取决于许多因素，包括壳体的尺寸、期望的气流和许多其它因素。根据一个实施例，预定距离54约为2至80mm，优选地约为2至30mm。然而，各种距离是可能的，并且可以取决于许多因素，包括壳体的尺寸、期望的气流和许多其它因素。优选地，距离54约为15至25mm，优选地至少18mm，以允许空气旋转，从而降低阻力并且提高性能。超过25mm的距离似乎不必要地增加了风扇组件的尺寸。在真空清洁器应用中，距离54在2至10毫米之间就足够了。

对于空气过滤设备，例如，过滤器90被设计成去除和/或中和空气中的颗粒物，包括但不限于病毒、细菌和/或真菌。沿着气流路径也可以有多个过滤器以增加过滤。两个或更多个过滤器可以提供不同的功能和/或可以被设计成从空气中过滤不同的颗粒物。根据一个实施例，过滤器还可以被设计成去除和/或中和气味或气体。根据图1中的实施例，过滤器90被放置在空气入口70和透气防护装置50之间的某一点处。在真空清洁器应用中，过滤器90将与透气防护装置50直接相邻，并且由入口格栅形成的空气入口将被放在过滤器90的另一侧。

叶轮30可以是任何类型的叶轮，包括但不限于径向叶轮和轴向叶轮。例如，如果叶轮是径向叶轮，它可以是向前弯曲或向后弯曲的叶轮。叶轮可以是各种尺寸，其部分取决于壳体的尺寸和/或风扇组件的预期用途或位置。根据图3所示的实施例，叶轮30是具有被周向定位在附接到电机40的中心点的周围的多个间隔开的叶片34的径向叶轮。在图3的实施例中，每个间隔开的叶片在叶片的底部附接到叶轮的主体以形成篮状叶轮设计。叶轮可以是各种其它形状中的任一种，其中叶片34仅附接在顶部或底部，或者交替设计。叶片34可以向前弯曲或向后弯曲，或者可以是混合的方向。例如，在轴向设计中，叶片将从叶轮的中心32向外延伸，并且可以在多个方向上弯曲。

叶轮30可以包括为穹形的中心32，穹顶的中心32的顶点面向进入空气的方向。中心可以具有实心的结构，或者可以包括诸如图4所示的那些辐条31，以减少从风扇背面传播的声音。根据一个实施例，中心32，例如图4中的辐条，具有匹配设计，每个都具有平滑的弯曲。根据如图1所示的实施例，叶轮具有由叶片34限定的最大高度36。穹形中心又具有可以等于或小于叶轮的最大高度36的最大高度38。根据一个实施例，叶轮的穹形中心32的高度38在叶轮的高度36的大约1％至100％之间，优选地在叶轮高度36的大约1％至75％的范围内。根据另一个实施例，穹形中心32的最大高度38约为叶轮的最大高度36的1％至60％，优选地穹形中心的最大高度约为叶轮的最大高度的1％至50％。

此外，根据一个实施例并且如图4所示，叶轮具有由最远间隔开的叶片34的最外侧范围限定的最大宽度35。叶轮中心32还具有小于最大宽度35的最大宽度37。根据一个实施例，中心32的最大宽度32在最大宽度37的大约1％至99％之间，并且优选地在最大宽度37的大约20％至95％的范围内。叶轮30和中心32的高度和宽度都可以被设计或预定成使旋转速度和/或空气流量最大化，以及使噪音最小化，以及许多其它设计目标。根据一个实施例，叶轮30的中心32与叶轮的叶片同步旋转。在风扇入口被定位在叶轮上方的实施例中，拉入叶轮区域的空气将首先遇到叶轮的中心或者叶轮中心正上方的空间。同步旋转中心使得进入的空气具有旋转分量，这提高了风扇的效率。在叶轮30的中心32为穹形的风扇组件的实施例中，这种效果甚至更显著。

电机40是足以引起叶轮30的所需旋转的任何电机或驱动器。根据一个实施例，电机40包括驱动轴，该驱动轴在靠近叶轮的旋转轴线的点处附接到叶轮。电机也可以间接地连接到叶轮，例如通过耦接元件。电机40可以以单个转速操作，或者可以以各种不同的速度操作。电机40还可以包括缓慢地增加或减小的转速的操作曲线，其提供预定的可变速度，或者其它变化。如图1所示，例如，电机40可以完全被定位在叶轮的背离风扇入口60的一侧，这防止电机干扰风扇内的气流。然而，叶轮和电机的其它构造是可能的。

图5是风扇组件10的实施例的分解图。风扇组件包括限定空气出口80的壳体20。空气出口可以被定位在例如壳体内的气流的方向上。壳体可以是例如一个或多个部件，例如图5中所示的叶轮壳体22。风扇组件还包括叶轮30和驱动叶轮的电机40。在电机40的后面，壳体是闭合的。在空气从外部流到叶轮之后，风扇组件包括在前板和壳体之间具有至少2cm的宽度的空气入口70、过滤器90、透气防护装置50和风扇入口60。如图5中的空气入口70的配置所示，空气可以从多个侧面或多个方向进入，以便最大化进入系统中的气流。优选地，空气入口70处的进气口没有尖角，并且没有(尖锐的)弯曲。优选地，风扇入口60至少在面向空气入口的一侧完全在其厚度上呈圆形，以便减小阻力。叶轮壳体22的尺寸优选地被设计为使得风扇入口－风扇的距离≤5.0mm，更优选地≤3.0mm。风扇叶片－蜗壳的最小距离优选地为约16mm。

如图6中更详细示出的，叶轮壳体22具有蜗壳V，蜗壳V围绕叶轮30，并且被成形为使得气流被最佳地引导以再次减小不必要的阻力。为此，蜗壳V的部分V1与叶轮30的风扇叶片相切，并且蜗壳V的第二部分V2与气流对准。而在图6所示的实施例中，叶轮底部闭合，但是叶轮优选地具有如图3和图4所示的辐条。

如图7中更详细示出的，空气出口80中的板状条82应与气流F成角度，以便再次减小不必要的阻力。优选地，出口中的条至少在器具的内侧呈圆形，圆半径至少为0.5mm。

应当注意，上述实施例说明而不限制本发明，并且本领域技术人员将能够在不脱离所附权利要求的范围的情况下设计许多替代实施例。在权利要求中，放置在括号之间的任何附图标记不应被解释为限制权利要求。词“包括”不排除除了权利要求中列出的元件或步骤之外的元件或步骤的存在。元件之前的词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。在相互不同的从属权利要求中仅记载某些措施的事实并不表示这些措施的组合不能有利地使用。

Claims (10)

1.一种风扇组件(10)，包括：

壳体(20)，包括空气入口(70)、风扇入口(60)和空气出口(80)；

在所述风扇入口(60)和所述空气出口(80)之间的叶轮(30)，所述叶轮(30)包括多个周向定位的间隔开的叶片(34)；

电机(40)，被配置为驱动所述叶轮(30)；

透气防护装置(50)，被定位在所述空气入口(70)和所述风扇入口(60)之间，以防止用户接触所述叶轮(30)，其中所述透气防护装置(50)与所述风扇入口(60)间隔第一距离(54)，并且与所述空气入口(70)间隔第二距离，所述透气防护装置(50)的截面积大于所述风扇入口(60)的截面积，以及

在所述空气入口(70)和所述透气防护装置(50)之间的过滤器(90)，所述过滤器(90)的截面积大于所述风扇入口(60)的截面积，

其特征在于，所述过滤器(90)与所述风扇入口(60)之间的气流路径在至少15mm的距离(52、54)上具有大于所述风扇入口(60)的截面积的、基本上相同的截面积。

2.根据权利要求1所述的风扇组件，其中所述第一距离(54)被配置为允许进入的空气在进入所述风扇入口之前至少部分地旋转。

3.根据权利要求1或2所述的风扇组件，其中所述多个周向定位的间隔开的叶片(34)被周向定位在所述叶轮(30)的穹形中心(32)的周围，所述穹形中心(32)面向所述风扇入口(60)，并且其中所述穹形中心(32)与所述间隔开的叶片(34)同步旋转。

4.根据权利要求3所述的风扇组件，其中所述叶轮(30)的所述穹形中心(32)包括多个辐条(31)。

5.根据权利要求3所述的风扇组件，其中所述穹形中心(32)的最大高度(38)为所述叶轮的最大高度(36)的1％至75％。

6.根据权利要求3所述的风扇组件，其中所述穹形中心(32)的最大宽度(37)为所述叶轮的最大宽度(35)的20％至95％。

7.根据权利要求1-2和4-6中的任一项所述的风扇组件，其中所述第一距离(54)为至少15mm。

8.根据权利要求1-2和4-6中的任一项所述的风扇组件，其中所述第一距离(54)小于25mm。

9.根据权利要求1-2和4-6中的任一项所述的风扇组件，包括具有蜗壳(V)的叶轮壳体(22)，所述蜗壳(V)围绕所述叶轮(30)，并且具有与所述叶轮(30)的风扇叶片相切的朝向所述空气出口(80)的部分(V1)。

10.根据权利要求1-2和4-6中的任一项所述的风扇组件，其中所述空气出口(80)具有与气流(F)对准的板(82)。