CN109689144B - 用于呼吸设备的鼓风机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于呼吸设备的鼓风机。所述鼓风机包括：具有短轴的底部支撑件；具有短轴的顶部支撑件；马达铁芯，所述马达铁芯包括马达定子和转子；以及叶轮，所述叶轮经由轴联接到所述马达铁芯，所述轴的第一端经由短轴可旋转地联接到所述顶部支撑件，并且第二端经由短轴可旋转地联接所述底部支撑件。

Description

用于呼吸设备的鼓风机

技术领域

本发明涉及一种占用面积小的鼓风机，优选地用于诸如CPAP呼吸设备等呼吸设备。

背景技术

鼓风机用于一系列呼吸设备应用并且还用于其他应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种更小的鼓风机。这使得鼓风机能够用于需要较小重量、惯量和/或大小的一系列应用中，诸如用于便携式呼吸设备、安装在身体/头上的呼吸设备和/或小型化呼吸设备。

在一个方面，本发明可以包括一种用于呼吸设备的鼓风机，所述鼓风机包括：具有短轴的底部支撑件；具有短轴的顶部支撑件；马达铁芯，所述马达铁芯包括马达定子和转子；叶轮，所述叶轮经由轴联接到所述马达铁芯，其中所述轴的第一端经由短轴可旋转地联接到顶部支撑件，并且第二端经由短轴可旋转地联接到底部支撑件上。

可选地，轴的第一端和第二端通过轴中的轴承可旋转地联接到短轴。

可选地，短轴是顺应性的和/或弹性的。

可选地，轴是部分或完全中空的，并且第一端和第二端在中空内具有轴承。

可选地，每个轴承包括内座圈和外座圈，并且每个短轴联接到相应的轴承内座圈。

可选地，轴的最大直径大小与轴承直径大小无关。

可选地，鼓风机是轴向入口/轴向出口式鼓风机。

可选地，鼓风机是单级轴向入口/轴向出口式鼓风机。

可选地，叶轮与轴一体形成或经由压配合进行联接。

可选地，转子或磁体压配合在轴上。

在另一个方面，本发明可以包括一种用于呼吸设备的鼓风机，所述鼓风机包括：壳体；所述壳体内的马达铁芯；叶轮，所述叶轮经由轴联接到转子；气流定子，其中所述叶轮在所述壳体内的区域内旋转并且将出风轴向地引导通过气流定子环。

可选地，不存在蜗壳。

可选地，壳体包括具有用于马达的区域的下部壳体和用于轴向地接收进风的一个或多个开孔。

可选地，鼓风机是单级的。

可选地，叶轮直径与壳体直径的比率为至少约90％。

在另一个方面，本发明可以包括一种用于呼吸设备的鼓风机，所述鼓风机包括：壳体；所述壳体内的马达铁芯；叶轮，所述叶轮经由轴联接到转子，其中所述叶轮包括：轮毂；叶片，所述叶片从轮毂延伸；以及短叶片，所述短叶片支撑在所述叶片之间。

可选地，环形环围绕叶片延伸并支撑短叶片。

可选地，环形环具有朝向出口转向的边缘，以轴向地引导出风。

可选地，鼓风机具有：

·小于或等于约53mm的直径，

·小于或等于约21mm的高度，和/或

·小于或等于约50克、或优选地小于或等于47克且优选为27 克的重量。

可选地，叶轮具有：

·小于或等于约3mm的厚度，

·小于或等于约48mm、或更优选为48.4mm的直径，

·小于或等于约3克的重量。

可选地，叶轮与轴一体形成或经由压配合进行联接。

将在下文的描述中描述本发明的所有新颖方面应该考虑的其他方面。

应当注意的是，对本文中所描述的目前优选实施例的各种变化和修改对于本领域技术人员而言将是显而易见的。在不脱离本公开的设备和系统的精神和范围并且不减弱它伴随的优点的情况下，可以做出这样的改变和修改。例如，可以根据需要重新定位各种部件。因此预期这样的改变和修改包含在本公开的设备和系统的范围内。此外，实施本公开的设备和系统并不一定需要所有的特征、方面和优点。因此，本公开的设备和系统的范围意图仅由以下权利要求限定。

对本说明书中任何现有技术的引用不是并且不应当认为是承认或以任何形式暗示现有技术形成世界上任何国家中所涉及领域中公共常识的一部分。在上述描述中已经参考具有已知等效物的整体或部件，这些整体如同单独提出一样结合在此。

除非上下文另外清楚地要求，否则贯穿本说明书和权利要求的词语“包括(comprise，comprising)”等应当被解释为开放的意义(与封闭的或详尽的意义相反)，也就是说，其意义是“包括但不限于”。

本公开的设备和系统还可以被大致上视为存在于本申请的说明书中个别地或共同地提及或指明的零件、元件和特征中，在所述零件、元件或特征中的两者或更多者的任何或所有组合中。

附图说明

现在将参考以下附图来描述小轮廓(low profile)鼓风机的实施例。

图1示出了根据第一实施例的具有一个轴向输入端和一个轴向输出端的小轮廓鼓风机的截面透视图。

图2示出了小轮廓鼓风机的局部分解图。

图3示出了根据第二实施例的具有两个轴向入口和一个轴向输出端的小轮廓鼓风机的截面透视图。

图4示出了根据第三实施例的具有一个轴向入口和一个轴向输出端的小轮廓鼓风机的截面透视图。

图5和图6示出了可以与任何前述实施例一起使用的叶轮的另一实施例。

图7示出了两个替代的短轴和轴承布置。

图8至图11示出了根据第四实施例的具有一个轴向入口和一个径向出口的小轮廓鼓风机的截面透视图。

图12A至图12C示出了可以在变型中使用的短轴、轴承和轴的各种构型。

图13A至图13C示出了可以在变型中使用的鼓风机的各种入口/ 出口构型。

具体实施方式

第一实施例

图1和图2示出了单级轴向入口/轴向出口式鼓风机(也称为流发生器或风扇)的一个实施例。小轮廓鼓风机例如用作CPAP设备、大流量治疗设备或任何其他呼吸设备的流发生器。或者，它可以用于任何其他合适的应用。

鼓风机10包括底部壳体部分(“下部壳体”)11。下部壳体形成为具有内部环形架13的环形壁12。径向肋14从环形架(或盘)的下方延伸。肋形成为壁部分14a，所述壁部分具有从下部部分延伸的在中心(下部)轮毂15处会合的径向臂14b。这在肋14、环形架13与下部轮毂15之间形成凹入区域(“子壳体”)20(参见图2)，以用于接纳包括马达定子16和转子17的马达铁芯4。下部壳体11/下部轮毂15充当马达定子16的底部/下部支撑件，并且充当轴承的至少部分支撑件，继而为转子17和叶轮18组件提供支撑。肋14之间的开孔或间隙为气流“A”提供轴向入口。这也提供了马达冷却。

鼓风机10还包括顶部壳体部分(“上部壳体”)19，所述顶部壳体部分位于下部壳体11上。上部壳体包括顶板21(内盖)，所述顶板具有形成上部轮毂22的中心凸台。气流环23环绕顶板。气流环包括：具有槽口24a(参见图2)的环形周边(外环形壁)24，所述环形周边位于下部壳体11的环形壁12的顶部上并与之联接；以及内环形壁25。这可以借助于卡口、凸起、滑入配合、胶水、超声波或摩擦焊接或者任何其他合适的手段来完成。弯曲的通道例如26(参见图2) 形成在内环形壁与外环形壁之间，以用于接收来自叶轮18的气流并使其减慢以产生压力。上部壳体经由轴承28充当转子和叶轮组件的顶部 /上部支撑件。

注意，尽管在整个说明书中使用术语“上部”、“下部”、“顶部”、“底部”等，但应当理解，这些术语仅是用于参考附图的相对术语。使用时，实际鼓风机可以不同地定向，因此本文中对垂直位置的参考不应被认为是限制性的，并且不应被认为是指或限制鼓风机及其部件的实际取向。

马达铁芯4包括马达定子16和转子17。马达定子在子壳体20中支撑在肋14的径向臂14b上。例如，它们可以摩擦配合、包覆模制或胶合到子壳体20。马达定子16包括环形堆叠的叠片铁芯16a与环状绕组16b。转子包括联接到轴27的环状磁体17a。磁体可以通过摩擦配合联接到轴，或者经由包覆模制或胶合进行联接。轴27的下端具有环形槽口27a(参见图2)，其外径与环形磁体17a的内径相当，以用于接纳环形磁体。轴27是呈轴承管形式的圆柱形管。轴承(例如，28) 设置在轴承管的每个端部处。轴承可以与轴27摩擦配合，或者可以经由包覆模制或胶水进行联接。附图标记是指顶部轴承28，但这些同样适用于底部轴承。每个轴承座圈包括在保持架中的外环形轴承座圈/ 壳体28a、内环形轴承座圈/壳体28b、以及可在其间移动的滚球轴承或滚柱轴承28c。作为一个非限制性示例，轴承可以具有约4mm至8 mm的外径、约1.5mm至3mm的内径和约2mm至4mm的厚度。轴承外座圈28a相对于轴承内座圈28b旋转。轴承内座圈可以保持固定。在替代方案中，可以替代地使用平面轴承或衬套。轴27简单地支撑在上部壳体19与下部壳体11之间。上部壳体和下部壳体都包括短轴29a、29b，所述短轴呈延伸到轴的每个端部处的相应轴承的轴承座圈28a、28b中并与之联接的顺应性和/或弹性突起的形式。优选地，短轴可以是实心的和/或刚性的，并且用弹性和/或柔性材料包覆模制，诸如硅树脂。或者，短轴由弹性体(例如，硅树脂)或其他顺应性和/ 或弹性材料形成，并且在相应的轴承座圈内摩擦配合。或者，短轴可以是实心的。

每个短轴从相应的上部壳体和下部壳体延伸到远端。短轴朝向彼此延伸。短轴中的每个是基本上圆柱形的。在其他实施例中，短轴中的一个或两个随着它们延伸远离相应的上部壳体和下部壳体而逐渐变细或直径减小。每个短轴的远端是圆形的。然而，在其他实施例中，短轴中的一个或两个的远端是基本上扁平的。每个短轴还包括由凸缘或台阶状部分形成的肩部。在其他实施例中，肩部由短轴中的渐细部形成。肩部位于每个短轴的近端处或附近，所述肩部从所述近端延伸到相应的壳体。上部轴承和下部轴承与肩部或相应的短轴接合，以限制轴承布置远离轴的轴向移动。轴还具有在每个端部处形成的肩部，该肩部与每个相应短轴肩部成相对关系。每个轴肩部形成为轴的内表面中的凹入或台阶状部分。在其他实施例中，轴肩部由轴的内表面中的渐细部形成。上部轴承和下部轴承还与相应的轴肩部接合，使得它们夹紧在轴上的肩部与短轴上的肩部之间。轴/短轴/轴承布置使得轴能够以简单支撑的方式可旋转地支撑/联接到上部/下部壳体。

轴承外座圈28a的外径可以是例如约4mm。中空轴可具有约4 mm的相当直径，以允许轴承座圈28a的紧密配合。槽口27a中的外轴大小可以是约5mm。

叶轮18可以联接(例如，压配合)到轴27上或与之一体形成，或者一体形成或包覆模制或胶合到轴上。在图2中示出叶轮。该轴可以具有与传统拓扑结构中的轴类似的直径，这允许叶轮和磁体的稳固机械联接。由于轴承配合在轴的内侧上，所以轴的直径不由轴承内径规定。那么轴的外径可以是合适的大小，以允许稳固的叶轮联接，例如，约5mm，或者是约3mm至约5mm。在不规定轴承直径大小的情况下仍然可以使用更大直径的轴，因为轴承在轴的内部，所以可以基于可接受的轴承速度来选择轴承的大小(例如，直径大小)。例如，可以使用更小的轴承，其能够具有更高的RPM，因为直径更小并且因此滚珠在座圈中不像它们在大轴承中那样快速地移动。使用更小的轴承实现更高的RPM，因为更小的轴承通常与更高的RPM相配。在图 2中示出叶轮。也在图5和图6中更详细地示出叶轮。类似地，磁体/ 转子17a/17被压到轴上。类似的优点在此适用，其中轴可以是合适的大小以允许稳固的联接。叶轮18包括轮毂部分5和扁平的前掠(全长) 叶片(有时称为“轮叶”)6，这些叶片从轮毂部分径向延伸并连接到轮毂部分。(或者，叶片可以向后扫掠或径向扫掠)。每个叶片包括从轮毂延伸的垂直扁平部分。环形肋/环7形成到叶片6中并在它们之间延伸，以在叶片的周边处提供刚性。环朝向出口7a弯曲，以向叶片提供刚性并且还引导气流通过气流定子，稍后进行描述。部分地延伸到轮毂的多个短柱(部分长度)叶片8(也称为“分流叶片”)在全长叶片6之间间隔放置。在所示实施例中，短叶片中的每个也向前扫掠。环形肋7形成到短叶片8中并在它们之间延伸，从而支撑它们。短叶片提供通常用额外叶片实现的额外压力，而不需要材料延伸到轮毂，材料延伸到轮毂会减少轮毂处的空气空间。减少轮毂处的空气空间会降低鼓风机10的最大流动能力。如果叶片的数量太多(并且因此由于叶片太多而在轮毂处的空气空间太小)，那么入口流被闭塞，从而限制了鼓风机的出口气流。

在如图5和图6所示的叶轮中，在每对全长叶片6之间有三个短叶片。然而，应当理解，其他数量的短叶片8是可能的。例如，可以存在1个到7个或者3个到5个短叶片，或者1个、2个、3个、4个或5个短叶片。在图3和图5所示的实施例中，短叶片8具有不同的长度。相邻的全长叶片之间的每组短叶片的中间或中部短叶片比相邻的短叶片(即，该组短叶片的中间短叶片的任一侧的短叶片)长。两侧短叶片的长度大致相同。尽管长度不同，但每组中的所有短叶片的外周端部围绕叶轮径向地设置在相同距离处。这意味着较长的中间短叶片的内端比两侧短叶片中的每个的内端径向地更靠近叶轮的中心设置。所有短叶片和全长叶片的外周端部也围绕叶轮径向地设置在相同距离处。短叶片中的每个朝向它们的内端逐渐变细。也就是说，短叶片中的每个的高度朝向它们的内端减小。为了实现这种渐细，短叶片中的每个具有凸状顶部边缘。因此，短叶片中的每个在它们的内端处相对于它们的外周端部更窄。

材料特性和构造技术要求在泵送液体时增加叶片数是有利的，因为液体具有较高的密度。例如，将旋转速率(Hz)乘以叶片数量以确定叶片通过频率。人类听觉对300Hz与15kHz之间的音调输入很敏感，并且如果不悦耳的话，则被归类为噪声。高频声波比低频噪声更容易衰减。典型的CPAP鼓风机的旋转速度约为每秒180转。因此，有利的是增加叶片数来改善衰减特性。不相等的相异素数(像7、11、 13、17、19和23)有助于减少转子与马达定子之间的简分数相互作用。作为另一个示例，通过快速增加流动面积来使流体减速可能导致边界层分离、倒流和湍流损失。经由扩散机制的压力损失恢复决定了叶片之间的角度不应超过12度。将整个圆周(360度)除以叶片厚度角和流动通道角的总和，可以计算出最佳扩散的最小叶片数。添加比最佳叶片更多的叶片会随着压降的增加而减小流动通道大小。

但是，增加叶片数来分配单个叶片必须支撑的力并且帮助降低噪声会减小通过叶轮的流动通道的大小，这是不利的。本发明人通过使用短/分流叶片来克服这个问题。为了使更靠近轮毂的闭塞最小化，可以将一些叶片截短，称为分流叶片。分流叶片可以放置在支撑盘或护罩上，以将它们的一部分负载转移到轮毂上。但是，整体叶盘(叶片盘)和带罩的叶轮具有高得多的转动惯量。本发明人通过如上所述在肋7上支撑分流叶片来避免这种情况，这减少了护罩或盘上的惯量，并且还使闭塞最小化。

使用电源和控制器来控制马达，以使叶轮旋转，从而产生所需的输出气流(压力和/或流率两者)。空气经由叶轮而被吸入通过轴向入口中的开孔、在马达上方以提供冷却，并且经由叶轮叶片和环引导到气流定子。气流定子环减慢流以产生压力，并且所述流被轴向地引导离开气流定子环。

第二实施例

图3示出了单级轴向入口/轴向出口式鼓风机的另一个实施例。在这个实施例中，存在两个轴向入口，一个位于马达的顶部处并且一个位于底部处。两个入口允许更小的入口，这继而允许更有效的叶片长度。还存在与更小的入口相关联的更小的噪声。

鼓风机50包括顶部壳体部分(“上部壳体”)51，所述顶部壳体部分包括具有环形轮缘51b的板51a。在板的中心部分处，多个径向肋52延伸到形成为凸台的中心(上部)轮毂54中。肋在板内形成开孔53，从而形成进入鼓风机50的一个轴向进风口。在使用期间，气流“B”进入入口。鼓风机还包括底部壳体部分(“下部壳体”)55。下部壳体由外部环形壁56与同心的内部环形短壁57a形成，环形架 57b从所述内部环形短壁径向延伸。弯曲的通道57c形成在外环形壁与内环形壁之间，以形成环形气流定子环57，以用于接收来自叶轮27 的气流并使其减慢以产生压力。肋58从环形架57b的边缘向下延伸，然后径向地在中心(下部)轮毂59处会合。这在肋与环形架以及下部轮毂之间形成凹入区域(“子壳体”)，以用于接收包括马达(铁芯) 定子16和转子17的马达铁芯4。下部壳体/下部轮毂充当马达定子16 的底部/下部支撑件，并且充当轴承的至少部分支撑件，继而为转子和叶轮组件提供支撑。在肋之间形成的开孔提供进入鼓风机的另一个轴向进风口“A”。这也提供了马达冷却。两个更小的轴向入口(顶部和底部)提供更大的有效叶片长度。上部壳体联接到下部壳体的外环形壁的顶部。这可以借助于卡口、凸起、滑入配合、胶水、超声波或摩擦焊接或者任何其他合适的手段来完成。

马达铁芯包括马达定子16和转子17。马达定子在子壳体中支撑在下部轮毂59上。马达定子包括堆叠的叠片铁芯与环状绕组。转子包括联接到轴的环形或环状磁体。轴的下端具有环形槽口，其外径与环形磁体的内径相当，以用于接收环形磁体。轴是呈轴承管形式的圆柱形管。轴承设置在轴承管的每个端部处。每个轴承座圈包括外环形轴承座圈/壳体、内环形轴承座圈/壳体以及其间的滚球轴承。作为一个非限制性示例，轴承可以具有约4mm至8mm的外径、约1.5mm至 3mm的内径和约2mm至4mm的厚度。轴承内座圈相对于轴承外座圈旋转。在替代方案中，可以替代地使用平面轴承或衬套。轴简单地支撑在上部壳体与下部壳体之间。上部壳体和下部壳体都包括短轴，所述短轴呈延伸到轴的每个端部处的相应轴承的轴承座圈中并与之联接的顺应性和/或弹性突起的形式。优选地，短轴由弹性体(例如，硅树脂)或其他顺应性和/或弹性材料形成，并且与相应的轴承座圈摩擦配合。或者，短轴可以是实心的和/或刚性的，并且用弹性和/或柔性材料包覆模制。或者，短轴可以是实心的。短轴可以具有上文关于第一实施例描述的特征中的任何一个或多个特征。

叶轮可以联接(例如，压配合)到轴上或与之一体形成。该轴可以具有与传统拓扑结构中的轴类似的直径，这允许叶轮的稳固机械联接。由于轴承配合在轴的内侧上，所以轴的直径不由轴承内径规定。那么轴的外径可以是合适的大小，以允许稳固的叶轮联接，例如，约 5mm，或者是约3mm至约5mm。在不规定轴承直径大小的情况下仍然可以使用更大直径的轴(导致不希望的高轴承速度)，因为轴承在轴的内部，所以可以基于可接受的轴承速度来选择轴承的大小(例如，直径大小)。在图2中示出叶轮。也在图5和图6中更详细地示出叶轮。类似地，磁体/转子17a/17被压到轴上。类似的优点在此适用，其中轴可以是合适的大小以允许稳固的联接。叶轮包括轮毂部分和扁平的前掠(全长)叶片，这些叶片从轮毂部分径向延伸并连接到轮毂部分。(或者，叶片可以向后扫掠或径向扫掠)。每个叶片包括从轮毂延伸的垂直扁平部分。环形肋/环7形成到叶片6中并在它们之间延伸，以在叶片的周边处提供刚性。环朝向出口7a弯曲，以向叶片提供刚性并且还引导气流通过气流定子，稍后进行描述。部分地延伸到轮毂的多个短柱(部分长度)叶片8(也称为“分流叶片”)在全长叶片6之间间隔放置。环形肋也形成到叶片中并在它们之间延伸，从而支撑它们。短叶片提供额外压力，而不需要材料延伸到轮毂，材料延伸到轮毂会减少轮毂处的空气空间。减少轮毂处的空气空间会降低鼓风机10的最大流动能力。如果叶片的数量太多(并且因此由于叶片太多而在轮毂处的空气空间太小)，那么入口流被闭塞，从而限制了鼓风机的出口气流。叶轮可以是根据图5和图6所示的实施例，并且可以具有上文关于第一实施例描述的特征中的任何一个或多个特征。

这个实施例具有与前一实施例所述相同的优点。它还具有双轴向入口的进一步优点，从而提供不太限制的进风口。它还提供了马达冷却。

第三实施例

图4示出了单级轴向入口/轴向出口式鼓风机的又一个实施例60。这个实施例类似于前一实施例，然而，在马达的顶部处存在一个轴向入口。

马达包括顶部壳体部分(“上部壳体”)51，所述顶部壳体部分包括具有环形轮缘51b的板51a。在板的中心部分处，多个肋52延伸到形成为凸台的中心上部轮毂54中。肋在板51a内形成开孔53，从而形成进入鼓风机60的一个轴向进风口。在使用期间，气流“B”进入入口。鼓风机还包括底部壳体部分(“下部壳体”)65。下部壳体由外部环形壁66与同心的内部环形短壁67a形成，环形架67b从所述内部环形短壁径向延伸。弯曲的通道67c形成在外环形壁与内环形壁之间，以形成环形气流定子环67，以用于接收来自叶轮27的气流并使其减慢以产生压力。环形壁68a从环形架的边缘向下延伸，然后底板68b径向地延伸以在中心下部轮毂69处会合。这在壁与环形架以及下部轮毂之间形成凹入区域(“子壳体”)68，以用于接收包括马达定子和转子的马达铁芯。下部壳体/下部轮毂充当马达定子的底部/下部支撑件，并且充当轴承的至少部分支撑件，继而为转子和叶轮组件提供支撑。上部壳体联接到下部壳体的外环形壁的顶部。这可以借助于卡口、凸起、滑入配合、胶水、超声波或摩擦焊接或者任何其他合适的手段来完成。

马达铁芯包括马达定子和转子。马达定子在子壳体中支撑在下部轮毂上。马达定子包括环形堆叠的叠片铁芯与环状绕组。转子包括联接到轴的环形或环状磁体。轴的下端具有环形槽口，其外径与环形磁体的内径相当，以用于接收环形磁体。轴是呈轴承管形式的圆柱形管。轴承设置在轴承管的每个端部处。每个轴承座圈包括外环形轴承座圈/ 壳体、内环形轴承座圈/壳体以及其间的轴承。作为一个非限制性示例，轴承可具有约4mm至8mm的外径、约1.5mm至3mm的内径和约 2mm至4mm的厚度。轴承内座圈相对于轴承外座圈旋转。在替代方案中，可以替代地使用平面轴承或衬套。轴简单地支撑在上部壳体与下部壳体之间。上部壳体和下部壳体都包括短轴，所述短轴呈延伸到轴的每个端部处的相应轴承的轴承座圈中并与之联接的顺应性和/或弹性突起的形式。优选地，短轴由弹性体(例如，硅树脂)或其他顺应性和/或弹性材料形成，并且与相应的轴承座圈摩擦配合。或者，短轴是实心的和/或刚性的，并且用弹性和/或柔性材料包覆模制。或者，短轴可以是实心的。短轴可以具有上文关于第一实施例描述的特征中的任何一个或多个特征。

叶轮可以联接到轴上或与之一体形成。该轴可以具有与传统拓扑结构中的轴类似的直径，这允许叶轮的稳固机械联接。由于轴承配合在轴的内侧上，所以轴的直径不由轴承内径规定。那么轴的外径可以是合适的大小，以允许稳固的叶轮联接，例如，约5mm，或者是约3 mm至约5mm。在不规定轴承直径大小的情况下仍然可以使用更大直径的轴(导致不希望的高轴承速度)，因为轴承在轴的内部，所以可以基于可接受的轴承速度来选择轴承的大小(例如，直径大小)。在图2中示出叶轮。也在图5和图6中更详细地示出叶轮。类似地，磁体/转子17a/17被压入轴中。类似的优点在此适用，其中轴可以是合适的大小以允许稳固的联接。叶轮包括轮毂部分和扁平的前掠(全长) 叶片，这些叶片从轮毂部分径向延伸并连接到轮毂部分。(或者，叶片可以向后扫掠或径向扫掠)。每个叶片包括从轮毂延伸的垂直扁平部分。环形肋/环7形成到叶片6中并在它们之间延伸，以在叶片的周边处提供刚性。环朝向出口7a弯曲，以向叶片提供刚性并且还引导气流通过气流定子，稍后进行描述。部分地延伸到轮毂的多个短柱(部分长度)叶片8(也称为“分流叶片”)在全长叶片6之间间隔放置。环形肋也形成到叶片中并在它们之间延伸，从而支撑它们。短叶片提供额外压力，而不需要材料延伸到轮毂，材料延伸到轮毂会减少轮毂处的空气空间。减少轮毂处的空气空间会降低鼓风机10的最大流动能力。如果叶片的数量太多(并且因此由于叶片太多而在轮毂处的空气空间太小)，那么入口流被闭塞，从而限制了鼓风机的出口气流。叶轮可以是根据图5和图6所示的实施例，并且可以具有上文关于第一实施例描述的特征中的任何一个或多个特征。

这个实施例具有与前一实施例所述相同的优点。

在以上实施例中描述的弹性短轴的另一个优点在于，它们适应轴与轴承之间的连接的不对准并且使得轴承能够预加载。

在上述实施例中，轴是中空的，以允许轴承在每个端部处位于轴内。在其他实施例中，轴可能仅是部分中空的，但具有足够的空间以使轴承位于轴内部。例如，轴可以在每个端部中具有用于安放轴承的凹入部。

参见图7，在另一个替代方案中，以上实施例的短轴可以不延伸穿过轴承。而是每个短轴可能仅部分地延伸到轴承中(例如，参见短轴70)，或者仅接触轴承(例如，参见短轴71)。这些布置仍然提供足够的支撑并允许旋转。

第四实施例

图8至图10示出了鼓风机的又一个实施例80，这个鼓风机是单级轴向入口/径向出口鼓风机。

鼓风机80包括底部壳体部分(“下部壳体”)85。下部壳体形成为大致圆形的主体，其具有形成环形收集器86(用于收集来自叶轮的流)的一部分的圆柱形侧面85a和环状基部部分85b以及在环形收集器中心内同心的内马达区域87(参见图10)。内马达区域形成为下部壳体内的凹入部。收集器的内壁86a向上弯曲以形成内马达区域87。内马达区域(“子壳体”)87用于接收包括马达(铁芯)定子89和转子90的马达铁芯88组件。具有中心开孔的中心板91支撑在内收集器壁86a上。所述板的尺寸被确定成在板周边93与内圆柱形侧壁85a 之间具有环形间隙92，以在壳体主体85中限定顶部叶轮区域94。环形间隙92提供从叶轮95到收集器86的空气流动路径96。径向出口 97导管从收集器86延伸，以用于从叶轮提供气流98。

鼓风机80包括顶部壳体部分(“上部壳体”)81，所述顶部壳体部分包括板82，所述板具有中心进风口开孔82a(参见图10、图11)，以及跨过中心进风口开孔82a在板上径向地延伸到轮毂的肋82b。在图11中暴露地示出肋82b。或者，肋82b可以在中心轮毂200处偏斜，如图13A中的替代实施例所示。所述偏斜减少了与叶轮的叶片的相互作用。在图13A 所示的特定实施例中，肋中的每个包括径向部分和偏斜部分。每个偏斜部分沿着横向于其相应径向部分的纵向轴线的轴线延伸。每个径向部分从板的周边延伸到中心轮毂的外边缘，并且每个偏斜部分从中心连接部分的外边缘延伸，所述中心连接部分连接到所有其他偏斜部分。在每个相邻的偏斜部分之间形成开口，以供气流进入马达。在其他实施例中，每个肋82的偏斜部分可以在中心轮毂区域处弯曲，以使与叶轮叶片的相互作用最小化。图11和13A至图13C示出了5个肋，然而，应当理解，可以提供各种数量的肋，例如3个、5 个或9个肋。可能有利的是具有奇数个肋，以确保肋为机罩83提供稳定的支撑基础。如图11和图13A至图13C所示，肋82b可以以等角方式布置。上部壳体81还可以包括接合特征，所述接合特征被配置成将上部壳体81定向和/或附接到机罩83。

如从图11中可以看出，板82可以通过卡口联接件201联接到圆柱形侧面85a，但是可以使用摩擦配合或其他联接件。机罩83位于肋上。肋82b将机罩83设置成远离板，以允许空气路径99进入进风口开孔82a，从而空气能够到达叶轮95。在使用期间，气流9进入入口。肋82b还延伸到并支撑中心开孔82a内的中心顶部轮毂84，顶部轮毂还包括中心开孔84a。

马达组件88组装到内马达区域87中。马达定子支撑件101被布置到马达区域87的环形开口中，以形成马达88子壳体的基部。马达定子支撑件101具有成型的环形周边101a，所述环形周边位于内收集器壁86a中的对应环形槽口/架86c中。马达定子支撑件101还具有多个肋101b，所述多个肋从环形周边101c径向地延伸到底部轮毂101d，其中中心开孔101e容纳轴承座圈110。如前所述，顶部轮毂84由机罩的肋支撑，其中中心开孔84a也容纳轴承座圈110。轴承座圈可以如先前在先前实施例中所描述。在替代方案中，可以替代地使用平面轴承或衬套。轴111在顶部84与底部轮毂101d之间支撑在相应的轴承座圈110内，并且从顶部轮毂84延伸穿过中心板91的中心开孔92。轴是实心的，但也可以是中空的或部分中空的，如稍后将描述。轴111 的任一端上的短轴112将轴支撑在相应的轴承110中。马达定子支撑件的环形周边还具有圆柱形侧壁101f，所述圆柱形侧壁形成用于同心地支撑环形/环状马达定子89的区域114，所述马达定子包括环形堆叠的叠片铁芯89a与环状绕组89b。环形/环状磁体90同心地支撑在轴 111上并且同心地驻留在马达定子/马达定子区域内。叶轮95支撑在轴 111上并容纳在主体85的叶轮区域94内。叶轮95可以是先前描述的那些中的任一个。叶轮可以联接到轴111上或与之一体形成。轴111 可以具有与传统拓扑结构中的轴类似的直径，这允许叶轮的稳固机械联接。

在操作中，叶轮自旋并通过中心开孔吸入空气，并且围绕环形间隙将空气向下传递到体积中并从径向出口离开。

这个实施例具有与前一实施例所述相同的优点。

这个实施例的轴111/短轴112/轴承110布置是前述实施例的相反布置。代替轴承110支撑在轴111中并且短轴112支撑在上部/下部壳体或轮毂中，在这个实施例中，短轴112位于轴111上并且轴承110 位于顶部轮毂84和底部轮毂101中。

短轴中的每个从轴的相应上端和下端延伸到远端。短轴远离彼此延伸。短轴中的每个是基本上圆柱形的。在其他实施例中，短轴中的一个或两个随着它们延伸远离轴的相应上端和下端而逐渐变细或直径减小。每个短轴的远端是圆形的。然而，在其他实施例中，短轴中的一个或两个的远端是基本上扁平的。每个短轴还包括由凸缘或台阶状部分形成的肩部。在其他实施例中，肩部由短轴中的渐细部形成。肩部位于每个短轴的相对于轴的近端处或附近。上部轴承和下部轴承与肩部或相应的短轴接合，以限制轴承布置朝向轴的轴向移动。顶部轮毂84和底部轮毂101中的每一个具有与每个相应的短轴肩部成相对关系的肩部。每个轮毂肩部形成为轮毂的内表面中的凹入或台阶状部分。在其他实施例中，轮毂肩部由轮毂的内表面中的渐细部形成。上部轴承和下部轴承也与相应的轮毂肩部接合，使得它们被夹紧在相应轮毂上的肩部与相应短轴上的肩部之间。

在所有实施例中，所述布置使得轴承和短轴布置将轴联接到鼓风机的上部/顶部和下部/底部支撑件。轴承和轴可以另外具有类似的构型(但在这个实施例中，轴不需要是中空的)，并且因此这种布置仍然提供与前述实施例相同的益处。该轴可以具有与传统拓扑结构中的轴类似的直径，这允许叶轮的稳固机械联接。但是，因为短轴可以比轴更薄并且延伸到轴承中，所以轴的直径不由轴承内径规定。那么轴的外径可以是合适的大小，以允许稳固的叶轮联接，例如，约5mm，或者是约3mm至约5mm。在不规定轴承直径大小的情况下仍然可以使用更大直径的轴，因为轴承远离轴。因此可以基于可接受的轴承速度来选择轴承的大小(例如，直径大小)。类似地，磁体/转子90被压入轴中。类似的优点在此适用，其中轴可以是合适的大小以允许稳固的联接。

以上实施例示出了轴、短轴和轴承布置的一些示例，其提供了本发明的优点。然而，这些实施例并非是详尽的。更一般地，应当理解，其他实施例也是可能的，其中具有以下构型的任何组合：

·轴承在轴中，或者轴承在顶部/底部支撑件上

·短轴在顶部/底部支撑件中，或者短轴在轴上

·中空、部分中空或实心的轴。

作为示例，并且参考图12A，在一些实施例中，鼓风机具有中空轴27、位于轴的任一端处的轴承28，以及顶部/底部支撑件上的短轴 29a、29b。

作为另一个示例，并且参考图12B，在一些实施例中，鼓风机具有实心轴111、位于轴111的任一端处的短轴112，以及顶部/底部支撑件上的轴承110。如图12B所示，叶轮中的短轴29a、29b是刚性的，并且顶部/底部支撑件具有弹性“杯”220以接纳轴承。杯220的弹性材料很薄，并且仅在截面视图中可见。或者，如前所述，短轴29a、 29b由弹性材料制成。

作为另一个示例，并且参考图12C，在一些实施例中，鼓风机具有部分中空轴210、位于轴的任一端处的轴承28，以及顶部/底部支撑件上的短轴29a、29b。在这些实施例中，轴具有形成在轴的每个端部中的凹入部。轴承和短轴至少部分地接收在轴的相应凹入部内。

以上实施例示出了入口/出口拓扑结构的各种构型。入口和出口拓扑结构的各种组合可以结合到任何上述实施例中。例如，在一些实施例中，如图13A、图13B所示，鼓风机可以具有轴向入口A/轴向出口 B拓扑结构(肋82b在每种情况下都不同)。在其他实施例中，如图 11所示，鼓风机可以具有轴向入口A/径向出口B/97拓扑结构。在其他实施例中，如图13C所示，鼓风机可以具有轴向入口A/切向出口 C/230拓扑结构。

马达的其他拓扑结构是可能的，并且所描述的那些仅是示例性的。例如，可以使用有刷或无刷DC马达、AC马达、电感马达或可变磁阻马达。转子和马达定子可以采用上述内容的其他形式。

所描述的实施例具有多个优点。它们在轮廓和/或平面中提供了减小占用面积的鼓风机。更小占用面积允许更小的壳体。更小占用面积的一个原因在于，气流定子环允许省略蜗壳，从而减小鼓风机的总直径，并且还增大叶片长度与壳体直径的比率(也就是说，由于蜗壳的存在，叶片长度的空间不会减小，从而允许叶片长度比具有蜗壳的壳体使用更多的可用占用面积直径)。

该实施例还允许使用更小的叶轮(也就是说，直径、厚度和/或重量更小)。这继而导致更小/更轻的鼓风机和/或具有更低惯量的鼓风机。更小/更轻的拓扑结构使得鼓风机能够用于便携式、小型化和/或头部或面罩式CPAP、高流量治疗或其他呼吸设备。

作为一个示例，叶轮在约48mm直径的环内部可以具有约47mm 的直径，从而使叶片长度与壳体直径的比率为98％。另一个示例是在约20mm半径的壳体中具有约18mm的叶片，比率为90％。这些只是说明性示例，并且其他直径也是可能的。鼓风机的典型包壳/占用面积可以是：

·直径：<＝约53mm

·高度：<＝约21mm

·重量：<＝约50克，或者<＝约47克(例如，27克)

可选地，叶轮具有：

·小于或等于约3mm的厚度，

·小于或等于约48mm、或更优选为48.4mm的直径，

·小于或等于约3克的重量。

在阅读本说明书后，其他尺寸将变得显而易见。优选使叶片与壳体的比率最大化。

这些尺寸的小叶轮不适合用于上述应用。这是因为，当以通常速度(每分钟转数)操作时，空气流动特性不足以提供所需的治疗(例如，由这种性质的较小叶轮产生的流率和/或压力不足)。此外，不可能以高速运行这些叶轮以产生所需的流率和/或压力，因为这些速度导致多个缺点。例如，随着速度的增加，轴承在更高的速度和/或温度下操作。这需要使用更昂贵的特殊轴承，诸如陶瓷轴承、空气轴承或流体轴承。需要使用更小直径的轴承座圈和轴承来降低轴承的速度。这导致轴直径的必要下降，从而轴仍然可以穿过轴承座圈的中心。当使用更小直径的轴时，更难以例如通过整体设计或摩擦配合来附接叶轮和/或转子磁体。制造公差太精确以致于不能以可行的方式完成。因此，到目前为止容纳更小的叶轮是不切实际的。另一替代方案是使用具有多个叶轮级的鼓风机，然而这种鼓风机更昂贵、更大并且更难以制造。

本实施例克服这些问题，并允许在单级鼓风机中使用更小的叶轮。所使用的轴是中空的，或至少部分中空的。轴承配合到轴的内部。这允许两件事。首先，它允许轴直径与先前的大小相同或相似，以便叶轮和/或转子(或磁体)可以以通常的方式集成到轴中或配合到轴上；并且第二，因为轴承设置在内部，所以它允许使用更小直径的轴承(同时轴的直径仍相同)。然后，这允许叶轮以更高的速度旋转，以用更小直径的叶轮产生所需的流率和/或压力。但是，尽管叶轮/轴以更高的速度运行，但是更小直径的轴承以比传统上使用的较大直径轴承低的周向速度(或更高的角速率)运行，这避免了以上提及的较高速度的问题。因此，短轴允许连接到轴承的内座圈，并且短轴的顺应性/ 弹性允许在轴自旋时顺应。该布置还减少或消除了轴和/或轴承中的涡电流。涡电流会使轴承劣化。

另外，短叶片和增加的进风口数量和/或大小允许从更小的叶片长度产生更多的压力。

轴向出口消除了对切向出口管的需要，切向出口管可以增加鼓风机的占用面积。

该布置还允许单级轴向输入/轴向输出鼓风机，其提供减小的占用面积或更低(低)的轮廓。所描述的实施例不具有大小也减小的蜗壳。气流定子环产生静压。轴向气流入口允许马达定子冷却。

Claims (16)

1.一种用于呼吸设备的鼓风机，所述鼓风机包括：

用于轴的底部支撑件，

用于轴的顶部支撑件，

马达铁芯，所述马达铁芯包括定子和转子，

叶轮，所述叶轮经由轴联接到所述马达铁芯，

其中所述轴的第一端经由第一短轴和第一轴承布置可旋转地联接到所述顶部支撑件，并且第二端经由第二短轴和第二轴承布置可旋转地联接到所述底部支撑件，并且

其中，所述第一短轴和/或第二短轴是顺应性的和/或弹性的，

其中，所述第一短轴和/或第二短轴由弹性体形成并且与轴承布置具有摩擦配合。

2.根据权利要求1所述的鼓风机，其中所述轴的所述第一端和所述第二端通过所述轴中的轴承可旋转地联接到所述第一短轴和所述第二短轴。

3.根据权利要求1所述的鼓风机，其中所述轴的所述第一端和所述第二端通过所述顶部支撑件和所述底部支撑件中的第一短轴和第二短轴以及第一轴承布置和第二轴承布置可旋转地联接到所述顶部支撑件和所述底部支撑件。

4.根据权利要求1所述的鼓风机，其中所述轴是部分或完全中空的，并且所述第一端和所述第二端在所述中空内具有第一轴承布置和第二轴承布置。

5.根据权利要求1所述的鼓风机，其中第一轴承布置和第二轴承布置包括内座圈和外座圈，并且第一短轴和第二短轴联接到相应的轴承内座圈。

6.根据权利要求5所述的鼓风机，其中第一短轴和第二短轴是延伸到相应的轴承内座圈中并且与所述相应的轴承内座圈相联的突起的形式。

7.根据权利要求6所述的鼓风机，其中第一短轴和第二短轴由弹性体形成并且在相应的轴承内座圈内具有摩擦配合。

8.根据权利要求6所述的鼓风机，其中所述第一短轴和第二短轴是实心的和/或刚性的，并且用弹性和/或柔性材料包覆模制。

9.根据权利要求1所述的鼓风机，其中第一短轴和第二短轴包括由凸缘、台阶状部分或渐细部形成的肩部。

10.根据权利要求1所述的鼓风机，其中所述轴的最大直径大小与所述第一轴承布置和第二轴承布置的直径大小无关。

11.根据权利要求1所述的鼓风机，其中所述鼓风机具有轴向入口和轴向出口。

12.根据权利要求1所述的鼓风机，其中所述鼓风机是单级鼓风机并且具有轴向入口和轴向出口。

13.根据权利要求1所述的鼓风机，其中所述鼓风机具有轴向入口和径向出口或切向出口。

14.根据权利要求1所述的鼓风机，其中所述鼓风机是单级鼓风机并且具有轴向入口和径向出口或切向出口。

15.根据权利要求1所述的鼓风机，其中所述叶轮与所述轴一体形成，或者经由压配合、包覆模制或胶水进行联接。

16.根据权利要求1所述的鼓风机，其中所述转子或磁体压配合在所述轴上或者经由包覆模制或胶水进行联接。

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