CN110617239B

CN110617239B - 吸尘器叶轮及吸尘器

Info

Publication number: CN110617239B
Application number: CN201910970965.6A
Authority: CN
Inventors: 王旭宁; 刘传平
Original assignee: Sharkninja China Technology Co Ltd
Current assignee: Sharkninja China Technology Co Ltd
Priority date: 2019-10-14
Filing date: 2019-10-14
Publication date: 2021-01-01
Anticipated expiration: 2039-10-14
Also published as: CN110617239A

Abstract

本公开提供了一种吸尘器叶轮，其特征在于，叶轮包括底板和设置在底板上的N个叶片，4≤N≤16；叶片的横截面上具有中弧线，中弧线包括起点、终点和位于起点与终点之间的中间点；中弧线还包括彼此相切于中间点的第一圆弧和第二圆弧，第一圆弧位于起点和中间点之间，第二圆弧位于中间点与终点之间，并且第一圆弧的圆心和第二圆弧的圆心位于中弧线的一侧；连接起点与终点的直线段为b；连接起点与中间点的线段在直线段b上的投影为直线段a，并且a=ρb，其中，0.4≤ρ≤0.5；中弧线在起点处的切线与在终点处的切线之间的锐角夹角为θ；第二圆弧的圆弧角为，并且=ρθ。本公开的叶轮降低了叶轮转动时的震动和噪音，提高了工作效率。

Description

吸尘器叶轮及吸尘器

技术领域

本公开属于家用电器领域，具体提供了一种吸尘器和吸尘器叶轮。

背景技术

吸尘器主要包括壳体、设置在壳体内的电机和与电机驱动连接的叶轮。在吸尘器工作时，电机带动叶轮高速旋转，进而使壳体内形成空气负压，吸取尘屑。

现有吸尘器上的叶轮通常包括至少一个固定板和固定到该至少一个固定板上的多个叶片。为了避免叶轮转动时发生晃动，多个叶片分别以相同的姿态，绕叶轮的旋转轴线等间距布置。

本领域技术人员在设计叶片的形状时，通常会先确定叶片的中弧线，然后再确定中弧线两侧的压力面曲线和吸力面曲线，从而确定出叶片的形状。其中，中弧线指的是，在叶片的长度方向上延伸并且将叶片的横截面等分的一条线；压力面曲线指的是，位于叶片的压力面上并且位于该横截面上的曲线；吸力面曲线指的是，位于叶片的吸力面上并且位于该横截面上的曲线。

现有技术中，叶片的中弧线通常为单圆弧曲线。即，该圆弧曲线具有相同的圆心。但是，中弧线为单圆弧曲线的叶片会导致叶轮工作效率（一般在70%左右）较低，换句话说，中弧线为单圆弧曲线的叶片会导致叶轮将机械能转换成风能的效率较低。

发明内容

为了解决现有技术中的上述问题，本公开提供了一种中弧线为双弧线的叶片。

在第一方面，本公开提供了一种吸尘器叶轮，其特征在于，前述叶轮包括底板和设置在前述底板上的N个叶片，其中，4≤N≤16；

所述叶片具有压力面、吸力面和位于两者之间的中弧线，

前述中弧线包括起点、终点和位于前述起点与前述终点之间的中间点；

前述中弧线还包括彼此相切于前述中间点的第一圆弧和第二圆弧，前述第一圆弧位于前述起点和前述中间点之间，前述第二圆弧位于前述中间点与前述终点之间，并且前述第一圆弧的圆心和前述第二圆弧的圆心位于前述中弧线的一侧；

连接前述起点与前述终点的直线段为b；

连接前述起点与前述中间点的线段在前述直线段b上的投影为直线段a，并且a=ρb，其中，0.4≤ρ≤0.5；

前述中弧线在前述起点处的切线与在前述终点处的切线之间的锐角夹角为θ；

前述第二圆弧的圆弧角为

，并且

=ρθ。

本领域技术人员能够理解的是，本公开的上述技术方案提供了一种新的叶片结构，具体是，一种具有新的中弧线的叶片。在本公开的上述技术方案中，通过将中弧线设置成相切于连接点的第一圆弧和第二圆弧，并且使第一圆弧和第二圆弧的圆心位于中弧线同一侧，以及使第一圆弧和第二圆弧满足上述两个公式，使得具有上述中弧线的叶片能够减小空气流过叶片压力面和吸力面时所受的阻力，从而降低了叶轮转动时的震动和噪音，提高了叶轮将机械能转换成空气能的效率。

可选地，前述横截面上还具有吸力面曲线和压力面曲线，前述吸力面曲线位于前述叶片的吸力面上，前述压力面曲线位于前述叶片的压力面上；

前述吸力面曲线与前述压力面曲线之间垂直于前述中弧线的距离从前述中间点向前述起点以及从前述中间点向前述终点逐渐减小。

本领域技术人员能够理解的是，在本公开的上述技术方案中，通过将叶片设置成，吸力面曲线与压力面曲线之间垂直于中弧线的距离从中间点向起点以及从中间点向终点逐渐减小，优化了叶片的表面结构，进一步减小了空气流过叶片压力面和吸力面时所受的阻力。

可选地，以前述起点为原点，以前述直线段b所在的直线为x轴，建立平面坐标系，则前述吸力面曲线上的点的坐标为（x_u，y_u），并且（x_u，y_u）满足如下关系：

x_u=x-y_esinφ，y_u=y+y_ecosφ；

其中，x为前述中弧线上与前述x_u相对应的横坐标；y为前述中弧线上与前述y_u相对应的纵坐标；y_e为坐标（x，y）与（x_u，y_u）之间的距离，表示该距离的直线段所在的直线与前述中弧线在坐标（x，y）处的法线重合；φ为前述中弧线在坐标（x，y）处的切线与x轴之间的夹角;

其中，y_e为预先设定的数值，并且y_e的数值从前述中间点向前述起点以及从前述中间点向前述终点逐渐减小。

本领域技术人员能够理解的是，在本公开的上述技术方案中，通过上述公式来对吸力面曲线和中弧线之间的距离关系进行限定，以确保叶片的吸力面曲线是在中弧线的基础上获得的，从而使吸力面曲线能够根据中弧线的形态被设定，优化了叶片的吸力面形状。

可选地，前述压力面曲线的点的坐标为（x_l，y_l），并且（x_l，y_l）满足如下关系：

x_l=x+y_esinφ，y_l=y-y_ecosφ。

前述吸力面曲线与前述压力面曲线之间垂直于前述中弧线的距离从前述起点到前述终点均相等。

本领域技术人员能够理解的是，在本公开的上述技术方案中，通过上述公式来对压力面曲线和中弧线之间的距离关系进行限定，以确保叶片的压力面曲线是在中弧线的基础上获得的，从而使压力面曲线能够根据中弧线的形态被设定，优化了叶片的吸力面形状。

可选地，前述叶片的数量N通过下面公式获取：

其中，σ为叶栅稠度；r_mid为叶栅进口半径；Y为展弦比；H为前述叶片的高度。

本领域技术人员能够理解的是，在本公开的上述技术方案中，通过上述公式能够计算出来叶轮上叶片的最优数量，从而能够提高叶轮将机械能转换成风能的效率。

可选地，前述展弦比Y通过下面公式获取：

其中，areα₁为进口横截面面积，areα₂为出口横截面面积，β₁为进口相对气流角，β₂为出口相对气流角。

可选地，前述叶轮还包括顶板，前述顶板和前述底板分别设置在前述叶片的上部和下部并且分别与前述叶片固定连接。

可选地，前述叶片与前述底板垂直，以使前述叶片的前述横截面平行于前述底板。

在第二方面，本公开还提供了一种吸尘器，前述吸尘器包括第一方面中任一技术方案所说的叶轮。

附图说明

图1是本公开第一实施例中叶轮的轴测视图；

图2是图1中叶轮的正视图；

图3是图2中叶轮沿A-A方向的剖视图（横截面视图）；

图4是图3中叶轮B部的放大示意图；

图5是本公开第一实施例中叶片的中弧线坐标图；

图6是本公开第一实施例中叶片的中弧线、压力面曲线和吸力面曲线坐标图；

图7是本公开第一实施例中叶片的横截面示意图；

图8是本公开第二实施例中叶片的横截面示意图。

附图标记列表：

1、底板；2、叶片；21、中弧线；22、吸力面曲线；23、压力面曲线；3、顶板。

具体实施方式

下面将结合本公开提供的附图，对本公开的部分实施例的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下文所描述的实施例仅仅是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其它所有实施例，仍应落入到本公开的保护范围之内。

需要说明的是，在本公开的描述中，术语“中心”、“上”、“下”、“顶部”“底部”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述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公开的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，还需要说明的是，在本公开的描述中，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。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本公开中的具体含义。

在本公开的第一实施例中：

如图1和图2所示，叶轮主要包括底板1、叶片2和顶板3。其中，底板1和顶板3分别设置在叶片2的两端，并且底板1和顶板3分别与叶片2固定连接。该固定连接的方式可以是任意可行的方式，例如焊接、铆接、插接等。示例性地，底板1和顶板3分别设置有插孔，叶片2的两端分别设置有与该插孔相匹配的凸筋，通过将上述凸筋插入到上述插孔中使叶片2与底板1和顶板3固定到一起。

虽然图中并未明确示出，但是叶片2在底板1上的投影平行于叶片2的横截面。

如图3所示，多个叶片2以相同的姿态，绕叶轮的旋转轴线等间距分布。

如图4所示，叶片2的横截面上具有中弧线21、吸力面曲线22和压力面曲线23。其中，中弧线21包括起点、终点和位于该起点与该终点之间的中间点。吸力面曲线22位于叶片2的吸力面（图4中叶片2的上表面）上，压力面曲线23位于叶片2的压力面（图4中叶片2的下表面）上，并且吸力面曲线22与压力面曲线23之间垂直于中弧线21的距离从中间点向起点以及从中间点向终点逐渐减小。

下面参照附图来本实施例的中弧线21、吸力面曲线22和压力面曲线23来进行详细说明。

首先，以中弧线21的起点为原点，以中弧线21的起点和终点所在的直线为x轴，建立如图5所示的平面坐标系。

如图5所示，在该平面坐标系中可以看出，中弧线21还包括彼此相切于中间点的第一圆弧（其半径为R1）和第二圆弧（其半径为R2），并且第一圆弧位于起点和中间点之间，第二圆弧位于中间点与终点之间，并且第一圆弧的圆心和第二圆弧的圆心位于中弧线21的一侧。进一步，将连接中弧线21上起点与终点的直线段（中弧线21的弦）定义为b，将连接中弧线21上起点与中间点的线段在直线段b上的投影定义为a，以及将a与b之间的关系设置成：a=ρb，其中，0.4≤ρ≤0.5。示例性地，ρ=0.45。

继续参阅图5，将中弧线21在其起点处的切线与在其终点处的切线之间的锐角夹角记做θ，将第一圆弧的圆弧角记做

，将第二圆弧的圆弧角记做

，并且将

与θ之间的关系设置成：

=ρθ，其中，0.4≤ρ≤0.5。示例性地，ρ=0.45。

结合前文内容可以得出：

···············公式（1）

在本实施例的优选实施方案中，10mm≤b≤20mm，θ≥45°。

进一步，结合前文内容可以得出中弧线21上的点（x，y_z）的横纵坐标存在如下关系：

（x≤a）·····公式（2）

（a＜x≤b）···公式（3）

至此，已结合图5说明了中弧线21在平面坐标系上的函数关系，具体如上述的公式（2）和公式（3）。

如图6所示，吸力面曲线22在水平坐标系上的点（x_u，y_u）满足如下函数关系：

x_u=x-y_esinφ·························公式（4）

y_u=y+y_ecosφ••••••••••••••••••····公式（5）

压力面曲线23在水平坐标系上的点（x_l，y_l）满足如下函数关系：

x_l=x+y_esinφ·················公式（6）

y_l=y-y_ecosφ················公式（7）

其中，x为中弧线21上与x_u相对应的横坐标；y为中弧线21上与y_u相对应的纵坐标；y_e为坐标（x，y）与（x_u，y_u）之间的距离，表示该距离的直线段所在的直线与中弧线21在坐标（x，y）处的法线重合；φ为中弧线21在坐标（x，y）处的切线与x轴之间的夹角。

进一步，y_e为预先设定的数值，并且y_e的数值从所述中间点向所述起点以及从所述中间点向所述终点逐渐减小。

作为示例一，y_e可以通过下面函数获取：

（0≤x≤a）············公式（8）

（a＜x≤b）········公式（9）

其中，d为y_e的最大数值，本领域技术人员可以根据实际需要确定该数值。

作为示例二，y_e可以通过放样获取，从而使多个y_e形成一条放样曲线，如下表所示的横坐标x与y_e的对应关系。

至此，本领域技术人员已经可以通过前述的公式（1）至（9）确定叶片2的形状。

示例性地，当a=5.4mm，b=12mm，θ=60°，y_e的最大值d=0.8mm时，叶片2的形状如图7所示。

如图4所示，本领域技术人员在确定了叶片2的形状以及叶片2在底板1上的固定姿态之后，还可以根据空气流量来确定叶轮上叶片2的内接圆直径D1和外接圆直径D2，具体如下：

··············公式（10）

其中，Q为叶轮产生的最大空气流量。

在本实施例中，15mm≤D1≤25mm，30mm≤D2≤45mm。

进一步，根据底板1、叶片2和顶板3的形状和尺寸，本领域技术人员还可以通过如下公式计算出风机上叶片2的最优数量N（正整数）：

·······公式（11）

其中，σ为叶栅稠度；r_mid为叶栅进口半径（如图3中所示的内接圆的半径r_mid）；Y为展弦比；H为叶片2的高度（即，底板1与顶板3之间的垂直距离）。

其中，叶栅稠度指的是，叶栅中叶型的弦长与相邻两叶型沿周向间的间距之比，对应于本实施例则是：σ=b/L=Nb/πD2，b如图5所示，L如图3所示。

本领域技术人员能够理解的是，当通过公式（11）计算的数值不是整数时，将结果进行取整。

进一步，展弦比Y可以通过如下公式获取：

···公式（12）

其中，areα₁为进口横截面面积，areα₂为出口横截面面积，β₁为进口相对气流角（如图4所示），β₂为出口相对气流角（如图4所示）。

如图1所示，areα₁所代表的进口横截面面积是叶轮的进口的面积，即顶板3上圆形开口的面积，具体为，以r_进为半径计算获得的圆形面积。

如图2和图3所示，areα₂所代表的出口横截面面积是叶轮的出口的面积，即附图3中最外边一个圆的面积，具体为，以r_出为半径计算获得的圆形面积。

至此，本领域技术人员已经可以参照前文所记载的公式（1）至（12）获得本实施例的叶轮。

基于前文的描述，本领域技术人员能够理解的是，本实施例的叶片2能够减小空气流过叶片压力面和吸力面时所受的阻力，从而降低了叶轮转动时的震动和噪音，提高了叶轮将机械能转换成空气能的效率。

在本公开的第二实施例中：

与上述第一实施例不同的是，叶片2的横截面上的吸力面曲线22与压力面曲线23之间垂直于中弧线21的距离，从弧线21的起点到弧线21的终点均相等。因此，本领域技术人员可以在前文记载的公式（1）至（3）的基础上获得横截面如图8所示的叶片2。

至此，已经结合附图所示的多个实施例描述了本公开的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本公开的保护范围并不仅限于这些具体实施例。在不偏离本公开技术原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，凡在本公开的技术构思和/或技术原理之内所做的任何更改、等同替换、改进等都将落入本公开的保护范围之内。

Claims

1.一种吸尘器叶轮，其特征在于，所述叶轮包括底板和设置在所述底板上的N个叶片，所述N个叶片绕叶轮的旋转轴线等间距分布，其中，4≤N≤16，所述叶片的数量N通过下面公式获取：

其中，σ为叶栅稠度；r_mid为叶栅进口半径；Y为展弦比；H为所述叶片的高度；

所述叶片具有压力面、吸力面和位于两者之间的中弧线，

所述中弧线包括起点、终点和位于所述起点与所述终点之间的中间点；

所述中弧线还包括彼此相切于所述中间点的第一圆弧和第二圆弧，所述第一圆弧位于所述起点和所述中间点之间，所述第二圆弧位于所述中间点与所述终点之间，并且所述第一圆弧的圆心和所述第二圆弧的圆心位于所述中弧线的一侧；

连接所述起点与所述终点的直线段为b；

连接所述起点与所述中间点的线段在所述直线段b上的投影为直线段a，并且a＝ρb，其中，0.4≤ρ≤0.5；

所述中弧线在所述起点处的切线与在所述终点处的切线之间的锐角夹角为θ；

所述第二圆弧的圆弧角为χ₂，并且χ₂＝ρθ。

2.根据权利要求1所述的叶轮，其特征在于，所述叶片的横截面上还具有吸力面曲线和压力面曲线，所述吸力面曲线位于所述叶片的吸力面上，所述压力面曲线位于所述叶片的压力面上；

所述吸力面曲线与所述压力面曲线之间垂直于所述中弧线的距离从所述中间点向所述起点以及从所述中间点向所述终点逐渐减小。

3.根据权利要求2所述的叶轮，其特征在于，以所述起点为原点，以所述直线段b所在的直线为x轴，建立平面坐标系，则所述吸力面曲线上的点的坐标为(x_u，y_u)，并且(x_u，y_u)满足如下关系：

x_u＝x-y_esinφ，y_u＝y+y_ecosφ；

其中，x为所述中弧线上与所述x_u相对应的横坐标；y为所述中弧线上与所述y_u相对应的纵坐标；y_e为坐标(x，y)与(x_u，y_u)之间的距离，并且y_e所在的直线与所述中弧线在坐标(x，y)处的法线重合；φ为所述中弧线在坐标(x，y)处的切线与x轴之间的夹角；

其中，y_e为预先设定的数值，并且y_e的数值从所述中间点向所述起点以及从所述中间点向所述终点逐渐减小。

4.根据权利要求3所述的叶轮，其特征在于，所述压力面曲线的点的坐标为(x_l，y_l)，并且(x_l，y_l)满足如下关系：

x_l＝x+y_esinφ，y_l＝y-y_ecosφ。

5.根据权利要求1所述的叶轮，其特征在于，所述叶片的横截面上还具有吸力面曲线和压力面曲线，所述吸力面曲线位于所述叶片的吸力面上，所述压力面曲线位于所述叶片的压力面上；

所述吸力面曲线与所述压力面曲线之间垂直于所述中弧线的距离从所述起点到所述终点均相等。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的叶轮，其特征在于，所述叶轮还包括顶板，所述底板和所述顶板分别设置在所述叶片的下部和上部并且分别与所述叶片固定连接。

7.根据权利要求1至5中任一项所述的叶轮，其特征在于，所述叶片与所述底板垂直，以使所述叶片的所述叶片的横截面平行于所述底板。

8.一种吸尘器，其特征在于，所述吸尘器包括权利要求1至7中任一项所述的叶轮。