CN110500294A - 一种离心风机及应用有该离心风机的吸油烟机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种离心风机,包括蜗壳、设置在蜗壳内的叶轮组件、以及用于驱动叶轮组件的电机,所述蜗壳上形成有进风口,其特征在于:所述叶轮组件包括转速比小于1的第一叶轮和第二叶轮,所述第一叶轮和第二叶轮同轴间隔布置,所述第一叶轮靠近进风口,所述第二叶轮设置在第一叶轮远离进风口的一侧,所述离心风机还包括传动机构,所述电机的输出轴直接或通过传动机构间接地与第一叶轮、第二叶轮连接。还公开了一种应用有上述离心风机的吸油烟机。通过设置互相独立的两个叶轮,可以同时工作在不同转速下,降低了进风口处叶轮对远离进风口处叶轮的影响,提高了叶轮的排风效率,增加了进风量,有效的提高油烟机工作效率,提升吸油烟效果。
Description
技术领域
本发明涉及动力装置,尤其是一种离心风机,以及应用有该离心风机的吸油烟机。
背景技术
吸油烟机从上世纪九十年代进入中国以来,已成为百姓家必不可少的厨房电器。其主要功能为把用户做饭时产生的油烟通过风机系统叶轮从进风口吸入、利用进风口滤网和叶轮过滤油烟、并将过滤后的油烟从出风口排出,进而完成厨房环境的净化工作,风机叶轮作为吸油烟机核心组件,合理配置其结构对于提升吸油烟效果,减少油烟的逃逸,提升厨房空气质量具有重要影响。
目前市场上的吸油烟机普遍采用单进风口、单出风口结构,依据吸油烟机中的风机数量可以分为单风机吸油烟机和双风机吸油烟机。其中单风机吸油烟机包含有一个叶轮组件,一个电机,电机与叶轮采用直连方式放置于蜗壳内,叶轮整体为刚性连接,所有叶片同步转动;双风机吸油烟机包含有两个叶轮组件,两个电机,电机与叶轮的连接方式与单电机相同,两个风机系统平行放置于进风口垂面上。
此类风机参见图12,包括蜗壳1’、叶轮2’和驱动叶轮2’的电机3’,蜗壳1’上形成有进风口11’,叶轮2’与电机3’一般采用固连方式,即电机3’的输出轴与叶轮2’的轴直接连接,其风机中空气流向如图12中的箭头所示。这种设计存在的问题如下:1)对于具有一定宽度的叶轮,其进风口11’处的流量几乎不受制约,对于远离进风口11’处,由于上部(为便于描述,“上”是指图12所示的上方、“下”是指图12所示的下方)的叶轮部分已经将大部分空气卷吸流动起来,因而大部分已具有径向速度,即上部分空气在没有与径向垂直的压力时,不再向下运动,造成虚线框中空气补充困难;2)虚线框中空气由于上部的叶轮转动造成上部压力降低,因而存在向上方运动的趋势,即会抵消虚线框中叶轮产生的部分离心力,使得该部分叶轮排气效率降低,因而吸排油烟能力较弱,风机系统性能受到制约,影响顾客体验。
而随着生活质量的不断提升,吸油烟机生产厂家不断追求大风量及大风压,以求得更好的吸油烟效果,为获得更好的用户体验,现有技术一般通过对风道、叶轮、电机等部件的尺寸进行加大、提高电机性能等措施获取更好的吸油烟效果,这样既增加了成本,也浪费了资源,且并未解决根本问题,同时,如果部件尺寸加大将会影响厨房设计。
发明内容
本发明所要解决的第一个技术问题是针对上述现有技术存在的问题,提供一种离心风机,能够降低进风口处叶轮对远离进风口处叶轮的影响,提高叶轮的排风效率。
本发明所要解决的第二个技术问题是提供一种应用有上述离心风机的吸油烟机。
本发明解决上述第一个技术问题所采用的技术方案为:一种离心风机,包括蜗壳、设置在蜗壳内的叶轮组件、以及用于驱动叶轮组件的电机,所述蜗壳上形成有进风口,其特征在于:所述叶轮组件包括转速比小于1的第一叶轮和第二叶轮,所述第一叶轮和第二叶轮同轴间隔布置,所述第一叶轮靠近进风口,所述第二叶轮设置在第一叶轮远离进风口的一侧,所述离心风机还包括传动机构,所述电机的输出轴直接或通过传动机构间接地与第一叶轮、第二叶轮连接。
根据本发明的一个方面,所述电机为一个,所述电机具有输出轴,所述电机的输出轴与第一叶轮直接连接,所述电机的输出轴通过传动机构与第二叶轮间接连接。
优选的,为便于第一叶轮和电机连接,所述第一叶轮包括第一前盘、第一后盘、设置在第一前盘和第一后盘之间的第一叶片、以及第一支撑盘,所述第一支撑盘与第一后盘连接,所述电机的输出轴与第一支撑盘连接;所述第二叶轮包括第二前盘、第二后盘、设置在第二前盘和第二后盘之间的第二叶片、以及第二支撑盘,所述传动机构的输入端与电机的输出轴连接,所述传动机构的输出端与第二支撑盘连接。
优选的,为便于传动机构实现转速变换,所述传动机构包括齿轮组和作为传动机构的输出端的外齿套,所述齿轮组的第一级齿轮作为传动机构的输入端而与电机的输出轴连接,所述齿轮组的最后一级齿轮与外齿套啮合,所述第二支撑盘上设置有内齿轮,所述外齿套部分穿入内齿轮内周并且互相啮合,所述电机的输出轴从外齿套内穿过。
根据本发明的另一个方面,所述电机包括并联设置的两个,每个电机具有输出轴,每个电机的输出轴通过传动机构与第一叶轮或第二叶轮连接。
优选的,为便于传动机构传递扭矩到叶轮,所述传动机构包括中心轴、第一同步带、第二同步带和中心外轴,所述中心轴从中心外轴穿过、并且两个轴均沿着叶轮组件的轴向延伸,所述中心轴与第一叶轮连接,所述中心外轴与第二叶轮连接,所述第一同步带分别连接中心轴和其中一个电机的输出轴,所述第二同步带分别连接中心外轴和另一个电机的输出轴。
优选的,为便于第一叶轮、第二叶轮和传动机构的连接,所述第一叶轮包括第一前盘、第一后盘、设置在第一前盘和第一后盘之间的第一叶片、以及第一支撑盘,所述第一支撑盘与第一后盘连接,所述中心轴与第一支撑盘连接;所述第二叶轮包括第二前盘、第二后盘、设置在第二前盘和第二后盘之间的第二叶片、以及第二支撑盘,所述第二支撑盘上设置有内齿轮,所述中心外轴部分穿入内齿轮内周并且互相啮合。
为进一步增大第二叶轮的进风量,所述第一支撑盘呈轴流风扇结构。
为确保增加一定的进风量,避免降低排风效率,所述叶轮组件的轴向的宽度为b,所述第二叶轮轴向的宽度为b2,b2/b的取值范围为1/5~1/3。
本发明解决上述第二个技术问题所采用的技术方案为:一种吸油烟机,其特征在于:包括上述的离心风机。
与现有技术相比,本发明的优点在于:1)通过设置互相独立的两个叶轮,可以同时工作在不同转速下,降低了进风口处叶轮对远离进风口处叶轮的影响,提高了叶轮的排风效率,增加了进风量,有效的提高油烟机工作效率,提升吸油烟效果;2)通过齿轮组实现电机和叶轮的连接,结构简单,在相同的电机功率下风机系统能达到更好的动力性能,提高吸油烟机工作效率;3)通过并联双电机分别与两个叶轮连接,可增加控制灵活性,便于实现不同的工作模式;第一叶轮支撑盘为轴流风扇结构,可以增加第二叶轮的进风量,进而提高叶轮整体的排风量,提升风机系统的工作效率,达到更好的吸油烟效果。
附图说明
图1为本发明的离心风机第一个实施例的示意图;
图2为本发明的离心风机第一个实施例的剖视图;
图3为图1的离心风机隐藏蜗壳的示意图;
图4为图3的离心风机的分解结构示意图;
图5为图1的离心风机的传动机构的分解结构示意图;
图6为叶轮出口速度分析示意图;
图7为本发明的离心风机第二个实施例的剖视图;
图8为图7的离心风机隐藏蜗壳的示意图;
图9为图8的离心风机的分解结构示意图;
图10为图7的离心风机的传动机构的分解结构示意图;
图11为图7的离心风机的两个叶轮理论压力与转速的近似关系示意图;
图12为现有技术的离心风机的示意图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例一
参见图1~图5,一种离心风机,主要用于吸油烟机,也可以用于其他需要离心风机的场合。离心风机包括蜗壳1、设置在蜗壳1内的叶轮组件2、用于驱动叶轮组件2旋转的电机3,电机3具有延伸入叶轮组件2内的输出轴31。
蜗壳1与现有的蜗壳结构相同,其上形成有进风口11和出风口12。叶轮组件2包括同轴间隔布置的第一叶轮21和第二叶轮22,由此,叶轮组件2在宽度方向(轴向)上分为两个独立的结构,并且均位于同一个蜗壳1内。其中第一叶轮21靠近蜗壳1的进风口11设置,而第二叶轮22设置在第一叶轮21远离进风口11的一侧。
第一叶轮21包括第一前盘211、第一后盘212、设置在第一前盘211和第一后盘212之间的第一叶片213、以及第一支撑盘214。第二叶轮22包括第二前盘221、第二后盘 222、设置在第二前盘221和第二后盘222之间的第二叶片223、以及第二支撑盘224。第一叶片213和第二叶片223分别为多个、并且在周向上间隔布置。第一支撑盘214与第一叶轮21的第一后盘212连接,优选的,呈轴流风扇状,可通过扇叶与第一后盘212 连接,由此可以增加第二叶轮22的进风量。第二支撑盘224的周边与第二叶轮22的第二后盘222连接,并且由周边向中间逐渐向第一叶轮21凹陷,在靠近第一叶轮21的端部呈平面,远离第一叶轮21的端部则开口。电机3部分位于第二叶轮22外,部分延伸入第二叶轮22的第二支撑盘224内。电机3的输出轴31从第二叶轮22的第二支撑盘 224穿入到第一叶轮21内,并且电机3的输出轴31与第一叶轮21的第一支撑盘214 直接连接,由此电机3可直接带动第一叶轮21转动。或者,电机3的输出轴31也可以通过其他减速机构与第一叶轮21连接,减速机构可以包括在下述的传动机构4中。
电机3的输出轴31还通过传动机构4与第二叶轮22间接连接。传动机构4设置在第二支撑盘224内,传动机构4包括壳体41和齿轮组,齿轮组包括设置在壳体41内的第一齿轮42、第二齿轮43、第三齿轮44和调速轴45。其中,第一齿轮42设置在电机 3的输出轴31上、并且与电机3的输出轴31同步转动,第二齿轮43设置在第一齿轮 42的侧面、并且与第一齿轮42啮合,第三齿轮44和第二齿轮43通过调速轴45连接而同轴设置,并且第三齿轮44和第二齿轮43同步转动。调速轴45与电机3的输出轴31 平行设置。
传动机构4还包括外齿套46和轴承47,外齿套46(具有多个设置在外周壁上的齿)部分位于壳体41内、并且与第三齿轮44啮合,外齿套46另一部分则朝向第一叶轮21 延伸出壳体41外,第二支撑盘224靠近第一叶轮21的端部设置有内齿轮225(具有多个设置在内周壁上的齿),外齿套46延伸出壳体41外的部分穿入在内齿轮225的内周、并且互相啮合。电机3的输出轴31从轴承47内穿过,轴承47设置在外齿套46的内周,支撑在电机3的输出轴31上,使得外齿套46能稳定地相对电机3的输出轴31转动。优选的,轴承47包括轴向上间隔布置的两个,可以进一步加强稳定性。
通过设置第一齿轮42和第二齿轮43的齿数比,可以实现转速变换,从而使得第一叶轮21和第二叶轮22以不同的转速运转,并且第一叶轮21和第二叶轮22的转速比小于1。
在本实施例中,齿轮组包括三个齿轮,可替代的,齿轮组的齿轮数也可以超过三个,只要使得作为传动机构4输入端的第一级齿轮与电机3的输出轴31、齿轮组的最后一级齿轮与外齿套46啮合,并且各齿轮的齿数不完全相同,使得第一级齿轮和最后一级齿轮的转速不同即可。外齿套46作为传动机构4的输出端而与第二叶轮22的第二支撑盘 224连接。
传动机构4还包括支架48,在本实施例中,采用四个支撑脚481的形式,每个支撑脚481的一端与壳体41连接固定、另一端与电机3连接固定。支架48将传动机构4与电机3连接固定,并且电机3还与蜗壳1(如后盖板)连接固定,由此使得传动机构4、电机3与蜗壳1的位置相对固定。
参见图2和6,其中c为空气流出叶轮时的绝对速度,α为空气流出时与叶轮切向夹角,u为叶轮切向速度,w为空气沿叶片切向的相对速度,β叶片切向与叶轮切向的夹角,为H为径向速度分量。在一般假设情况下认为空气流出叶轮后相互不影响,叶轮排出空气体积为Q,叶轮组件2宽度(轴向的长度)为b,外径为r,则现有叶轮的排出空气体积为 Q=2πrHb
当把现有的叶轮分隔成如本实施例的两个独立的第一叶轮21和第二叶轮22后,第一叶轮21宽度为b1,第二叶轮22宽度为b2,且b2=mb1,第一叶轮21空气出口速度的径向分量为u1,第二叶轮22转速/第一叶轮21转速比=n,此时叶轮组件2排出空气体积为
Q1=2πr(1+mn)u1b1
当第一叶轮21转速与整体式叶轮的转速一致时,本实施例的叶轮组件2排出空气体积的相对增加量为
p=(Q1-Q)/Q
以目前市场上某型号油烟机叶轮参数为例,计算叶轮分开后排出空气体积的相对增加量,该叶轮各参数为:b=0.13m,m=0.5,α=15°,β=20°,n=1.5,r=0.125m,电机转速保持为1000转每分钟,风量标称为15m3/min。将数据带入上述计算得到p=0.0954,即在保持电机3转速不变情况下,将叶轮组件2分为两个独立的叶轮,并且使得第二叶轮22转速提高,使得叶轮组件2整体排出空气体积相对增量为0.0954,理论上将增加为16.431m3/min。
对于第二叶轮22和叶轮组件2整体的宽度比,本实施例中优选的b2/b的取值范围为1/5~1/3,如果宽度比太小,由上面的计算可以看出,体积相对增加量几乎没有变化;如果宽度比太大,则与原一体式叶轮整体提高转速无异,且由于第二叶轮22宽度增加,导致第二叶轮22自身出现远离进风口处的排风效率低的问题。
本发明通过提高设置两个独立的第一叶轮21和第二叶轮22,并将第二叶轮22的转速提高,使得第二叶轮22处的负压高于第一叶轮21处,第一叶轮21处的负压高于进风口11处,由进风口11、第一叶轮21、第二叶轮22共同形成轴向压力梯度,进而提升空气轴向远离进风口11方向的速度。由此可见,本发明利用转速弥补因第一叶轮21 转动带来的空气补充困难和离心力降低,提高轴向空气流速,提升整体叶轮的排风效率,在同样尺寸结构的情况下达到更好的性能。
由于本实施例通过普通齿轮齿数决定两个叶轮的转速比,因此,为了避免转速较大时出现的调速轴所受转矩偏大的问题(长时间可能会造成调速机构的变形,运行不稳定,进而导致噪音变大),本实施例的转速比一般在1.1~1.5之间(第二叶轮转速/第一叶轮转速),适用于叶轮组件2整体宽度不大的情况。
实施例二
参见图7~图10,在本实施例中,与上述实施例一的区别在于,电机3包括并排设置的两个,用于独立地控制第一叶轮21和第二叶轮22。每个电机3的输出轴31延伸入壳体41内。
由于两个电机3并列设置,因此两个电机3的输出轴31均无法沿着叶轮组件2的中心线延伸,需要通过传动机构4与第一叶轮21和第二叶轮22连接,使得转动中心位于叶轮组件2的中心线上。两个电机3共用一个传动机构4,传动机构4包括中心轴42’、第一同步带43’、第二同步带44’和中心外轴45’,替代实施例一的齿轮组。中心轴42’从中心外轴45’穿过,两者同轴设置、并且均沿着叶轮组件2的轴向延伸。中心轴42’的一端在壳体41内与壳体41转动连接,另一端延伸出壳体41而位于第一叶轮21内、与第一叶轮21的第一支撑盘214直接连接。第一同步带43’和第二同步带44’设置在壳体41内,第一同步带43’分别连接中心轴42’和其中一个电机3的输出轴31,第二同步带323’分别连接中心外轴45’和另一个电机3的输出轴31。优选的,在本实施例中,上述的同步带为皮带。
中心外轴45’部分位于壳体41内,中心外轴45’另一部分则延伸出壳体41外,并且中心外轴45’位于壳体41外的部分穿入在内齿轮225的内周、并且互相啮合。中心轴 42’和壳体41之间、中心轴42’和中心外轴45’之间都可设置轴承,以确保稳定地相对转动。
可替代的,也可以将两个电机3分别靠近第一叶轮21和第二叶轮22,由此每个电机3的输出轴31可直接与相应的叶轮相连。
在本实施例中,采用并联双电机,每个叶轮由一电机控制,两个电机采用平行放置的方式,由此使得控制方式更加灵活,其转速比可以在电机的允许范围内任意调节,这一点使得本实施例的离心风机与智能控制系统更易匹配,形成更多的使用模式,如节能模式,即通过调节两个电机功率,实现在同样的出口压力下,消耗最低的电能。
参见图11,显示了两个叶轮理论压力与转速的近似关系,上方的曲线代表第一叶轮 21,下方的曲线代表第二叶轮22。当两叶轮分别处于A1和A2点的工作状态时其出口压力为P1,两电机的功率和为POW1;当两叶轮分别处于A3和A4点的工作状态时也能达到同样的出口压力P1,此时两电机功率和为POW2;同样的,当两叶轮分别处于 A5和A6点的工作状态时也能达到同样的出口压力P1,此时两电机功率和为POW3。在上述三个电机功率当中,存在一最小功率,选择使电机功率最小的工作状态即可实现节能模式,这一最小功率可以通过智能控制系统调节得到。
Claims (10)
1.一种离心风机,包括蜗壳(1)、设置在蜗壳(1)内的叶轮组件(2)、以及用于驱动叶轮组件(2)的电机(3),所述蜗壳(1)上形成有进风口(11),其特征在于:所述叶轮组件(2)包括转速比小于1的第一叶轮(21)和第二叶轮(22),所述第一叶轮(21)和第二叶轮(22)同轴间隔布置,所述第一叶轮(21)靠近进风口(11),所述第二叶轮(22)设置在第一叶轮(21)远离进风口(11)的一侧,所述离心风机还包括传动机构(4),所述电机(3)的输出轴(31)直接或通过传动机构(4)间接地与第一叶轮(21)、第二叶轮(22)连接。
2.根据权利要求1所述的离心风机,其特征在于:所述电机(3)为一个,所述电机(3)具有输出轴(31),所述电机(3)的输出轴(31)与第一叶轮(21)直接连接,所述电机(3)的输出轴(31)通过传动机构(4)与第二叶轮(22)间接连接。
3.根据权利要求2所述的离心风机,其特征在于:所述第一叶轮(21)包括第一前盘(211)、第一后盘(212)、设置在第一前盘(211)和第一后盘(212)之间的第一叶片(213)、以及第一支撑盘(214),所述第一支撑盘(214)与第一后盘(212)连接,所述电机(3)的输出轴(31)与第一支撑盘(214)连接;所述第二叶轮(22)包括第二前盘(221)、第二后盘(222)、设置在第二前盘(221)和第二后盘(222)之间的第二叶片(223)、以及第二支撑盘(224),所述传动机构(4)的输入端与电机(3)的输出轴(31)连接,所述传动机构(4)的输出端与第二支撑盘(224)连接。
4.根据权利要求3所述的离心风机,其特征在于:所述传动机构(4)包括齿轮组和作为传动机构(4)的输出端的外齿套(46),所述齿轮组的第一级齿轮作为传动机构(4)的输入端而与电机(3)的输出轴(31)连接,所述齿轮组的最后一级齿轮与外齿套(46)啮合,所述第二支撑盘(224)上设置有内齿轮(225),所述外齿套(46)部分穿入内齿轮(225)内周并且互相啮合,所述电机(3)的输出轴(31)从外齿套(46)内穿过。
5.根据权利要求1所述的离心风机,其特征在于:所述电机(3)包括并联设置的两个,每个电机(3)具有输出轴(31),每个电机(3)的输出轴(31)通过传动机构(4)与第一叶轮(21)或第二叶轮(22)连接。
6.根据权利要求5所述的离心风机,其特征在于:所述传动机构(4)包括中心轴(42’)、第一同步带(43’)、第二同步带(44’)和中心外轴(45’),所述中心轴(42’)从中心外轴(45’)穿过、并且两个轴均沿着叶轮组件(2)的轴向延伸,所述中心轴(42’)与第一叶轮(21)连接,所述中心外轴(45’)与第二叶轮(22)连接,所述第一同步带(43’)分别连接中心轴(42’)和其中一个电机(3)的输出轴(31),所述第二同步带(43’)分别连接中心外轴(45’)和另一个电机(3)的输出轴(31)。
7.根据权利要求6所述的离心风机,其特征在于:所述第一叶轮(21)包括第一前盘(211)、第一后盘(212)、设置在第一前盘(211)和第一后盘(212)之间的第一叶片(213)、以及第一支撑盘(214),所述第一支撑盘(214)与第一后盘(212)连接,所述中心轴(42’)与第一支撑盘(214)连接;所述第二叶轮(22)包括第二前盘(221)、第二后盘(222)、设置在第二前盘(221)和第二后盘(222)之间的第二叶片(223)、以及第二支撑盘(224),所述第二支撑盘(224)上设置有内齿轮(225),所述中心外轴(45’)部分穿入内齿轮(225)内周并且互相啮合。
8.根据权利要求3、4或7所述的离心风机,其特征在于:所述第一支撑盘(214)呈轴流风扇结构。
9.根据权利要求1所述的离心风机,其特征在于:所述叶轮组件(2)的轴向的宽度为b,所述第二叶轮(22)轴向的宽度为b2,b2/b的取值范围为1/5~1/3。
10.一种吸油烟机,其特征在于:包括如权利要求1~9中任一项所述的离心风机。
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