CN110743258A - 可穿戴空气净化器 - Google Patents

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Abstract

提供了一种头戴式空气净化器，包括第一扬声器组件以及第二扬声器组件，其中第一扬声器组件包括过滤器组件，电机驱动的叶轮，用于产生穿过过滤器组件的空气流，以及空气出口，位于过滤器组件下游，用于从扬声器组件发射过滤的空气流。头戴式空气净化器还包括喷嘴，布置为从第一扬声器组件接收过滤的空气流，所述喷嘴包括空气出口，其布置为从头戴式空气净化器发射所接收的过滤的空气流；以及控制电路，布置为控制第一扬声器组件的电机驱动的叶轮的旋转速度，使得电机驱动的叶轮的最大旋转速度为从9000到18000RPM。

Description

可穿戴空气净化器
技术领域
本发明涉及一种可穿戴空气净化器且特别地涉及一种头戴式空气净化器。
背景技术
空气污染问题越来越严重且多种空气污染物已知或被怀疑有害人类健康。可由空气污染物导致的负面作用取决于污染物类型和浓度，以及暴露到污染空气的时间长度。例如，高空气污染水平可立即导致健康问题，譬如加重心血管和呼吸疾病，而长期暴露到污染空气可以具有永久健康影响，譬如肺活量损失和肺功能降低，以及疾病的发展，譬如哮喘、支气管炎、肺气肿以及可能癌症。
在具有特别高水平空气污染的地方，很多人已经认识到最小化他们到这些污染物的暴露的益处，且由此已经佩戴面罩来在空气进入嘴鼻之前过滤出空气中存在的污染物的至少一部分。这些面罩包括从仅过滤出相对大灰尘颗粒的基础灰尘面罩，到复杂空气净化面具，其需要空气穿过过滤器元件或筒。然而，由于这些面罩通常至少覆盖用户嘴和鼻子，它们会使得日常呼吸更加费力且还会导致用户与他人说话方面的问题，使得尽管存在潜在益处，仍存在一些阻力来每天都使用这样的面罩。
结果，存在各种尝试来改进空气净化器，其可以由用户穿戴，但是并不需要覆盖用户的嘴和鼻子。例如，存在可穿戴空气净化器的各种设计，其被绕用户的脖子穿戴，且产生向上指向用户的嘴和鼻子的空气射流。尽管这可能是更加被大众接受的，通常这在限制用户暴露到空气携带的污染物方面比一些最佳性能的面部佩戴过滤器更加低效。这主要是因为缺乏它们输送空气射流到用户的嘴和鼻子的精确度，以及未过滤的空气仍能抵达用户的嘴和鼻子。
WO2017120992，CN103949017A，KR101796969B1以及CN203852759U都描述了头戴式净化器，其提供对面罩式和颈部佩戴式净化器的替代。WO2017120992，CN103949017A以及KR101796969B1每个公开了具有一对耳机在头带的相对侧上的头戴装置，且麦克风设置在从一个耳机延伸的臂部的端部上。
在WO2017120992中，独立空气过滤单元(5)被管道(6)连接到设置在支撑麦克风(2)的臂部上的空气出口(1)。被过滤的空气由空气过滤单元(5)产生，且被泵浦通过管道(6)以从空气出口(1)排放。该头戴式净化器采用传统头戴式耳机的形式，且完全不覆盖用户的嘴和鼻子，且由此比面罩更容易被大众接受。此外，通过提供空气输送出口在传统麦克风臂部的端部上，该头戴式净化器应该能够提供净化空气到用户的嘴和/或鼻子的更准确输送(与颈部佩戴式净化器相比)。然而，该头戴式净化器仍允许不显著量的未过滤空气抵达用户的嘴和鼻子。此外，需要独立的空气过滤单元使得净化器更加复杂且对于用户而言更加笨重。
在CN103949017A中，风扇(6)被结合到耳机(8)中的一个，其中风扇(6)被用于泵浦空气通过管道(7)到设置在支撑麦克风(3)的臂部的端部上的空气净化设备(5)。尽管该头戴式净化器已经结合空气净化功能到头戴式耳机，该空气净化和输送性能是有限的，因为可用于从风扇供应的空气过滤污染物以及用于输送过滤的空气到用户的空间很小。特别地，该小可用空间由于小可用过滤区域而将显著限制最大流量和过滤效率。此外，如WO2017120992中描述的头戴式净化器，该头戴式净化器仍允许显著量的未过滤空气抵达用户的嘴和鼻子。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种可穿戴空气净化器，与现有的穿戴式空气净化器相比其提供改善的空气净化和空气输送性能。
根据本发明，提供了一种头戴式空气净化器。头戴式空气净化器包括第一扬声器组件，布置为佩戴到用户的第一耳朵上，以及第二扬声器组件，布置为佩戴到用户的第二耳朵上，其中第一扬声器组件包括过滤器组件，电机驱动的叶轮，用于产生穿过过滤器组件的空气流，以及空气出口，位于过滤器组件下游，用于从扬声器组件发射过滤的空气流。头戴式空气净化器还包括喷嘴，布置为从第一扬声器组件接收过滤的空气流，所述喷嘴包括空气出口，其布置为从头戴式空气净化器发射所接收的过滤的空气流；以及
控制电路，布置为控制第一扬声器组件的电机驱动的叶轮的旋转速度，使得电机驱动的叶轮的最大旋转速度为从9000到18000RPM。
控制电路可布置为控制第一扬声器组件的电机驱动的叶轮的旋转速度，使得电机驱动的叶轮的最大旋转速度为从10，000到14，000RPM，且优选为从10，000到12，000RPM。
第一扬声器组件可被布置为提供/产生具有至少1.2升每秒的最大流动速率的过滤的空气流。优选地，第一扬声器组件被布置为提供/产生具有至少1.25升每秒的最大流动速率的过滤的空气流。可选地，第一扬声器组件被布置为提供/产生具有至少1.5升每秒的最大流动速率的过滤的空气流。第一扬声器组件可被布置为提供/产生具有至少500Pa的最大压力的过滤的空气流。
第一扬声器组件的叶轮可以具有不少于25mm的末端直径。优选地，第一扬声器组件的叶轮具有不少于35mm的末端直径，且更优选地不少于40mm。第一扬声器组件的叶轮可为具有大体锥形形状的混流叶轮。第一扬声器组件的叶轮可没有护罩。
优选地，第二扬声器组件与第一扬声器组件大体相同。第二扬声器组件可包括过滤器组件，电机驱动的叶轮，用于产生穿过过滤器组件的空气流，以及空气出口，位于过滤器组件下游，用于从扬声器组件发射过滤的空气流；且喷嘴可还布置为从第二扬声器组件接收过滤的空气流，且从头戴式空气净化器发射所接收的两股过滤的空气流。控制电路于是可布置为控制第一扬声器组件的电机驱动的叶轮的旋转速度，使得电机驱动的叶轮的最大旋转速度为从9000到18000RPM。
控制电路可布置为控制第二扬声器组件的电机驱动的叶轮的旋转速度，使得电机驱动的叶轮的最大旋转速度为从10，000到14，0000RPM，且优选为从10，000到12，000RPM。
第二扬声器组件可被布置为提供/产生具有至少1.2升每秒的最大流动速率的过滤的空气流。优选地，第二扬声器组件被布置为提供/产生具有至少1.25升每秒的最大流动速率的过滤的空气流。可选地，第二扬声器组件被布置为提供/产生具有至少1.5升每秒的最大流动速率的过滤的空气流。第二扬声器组件可被布置为提供/产生具有至少500Pa的最大压力的过滤的空气流。
第二扬声器组件的叶轮可以具有不少于25mm的末端直径。优选地，第二扬声器组件的叶轮具有不少于35mm的末端直径，且更优选地不少于40mm。第二扬声器组件的叶轮可为具有大体锥形形状的混流叶轮。第二扬声器组件的叶轮可没有护罩。
优选地，控制电路布置为针对第一扬声器组件和第二扬声器组件两者实施主动噪音消除。第一扬声器组件和第二扬声器组件每个于是可包括反馈麦克风和前馈麦克风中的至少一个，其提供主动噪音消除输入到控制电路。
控制电路可包括一个或多个电路板，布置在第一扬声器组件和第二扬声器组件的至少一个内。
优选地，头戴式空气净化器可包括耳机系统，其中第一扬声器组件被安装在头带的第一端部上且第二扬声器组件被安装在头带的相对的第二端部上，头带布置为被穿戴在用户的头部上。
附图说明
现在将参考附图仅通过举例的方式描述本发明的实施例，在附图中:
图1a是本文描述的头戴式空气净化器的实施例的前透视图；
图1b是图1a的头戴式空气净化器的正视图；
图1c是图1a的头戴式空气净化器的前透视图，其中喷嘴被存放在头带上方。
图1d是图1a的头戴式空气净化器的侧视图；
图2是图1a的头戴式空气净化器的横截面视图；
图3a是图1a的头戴式空气净化器的扬声器组件的侧视图；
图3b是图1a的头戴式空气净化器的扬声器组件的透视图；
图4是图1d中的扬声器组件沿线A-A截取的横截面视图；
图5a到5h是图3a和3b的扬声器组件在不同构造水平的透视图；
图6a是图3a和3b中的扬声器组件的叶轮壳体的透视图；
图6b是图6a的叶轮壳体的横截面视图；
图6c和6d是穿过图6a的叶轮壳体的横截面视图；
图6e是图6a的叶轮壳体的后部壳体区段的透视图；
图6f是图6a的叶轮壳体的前部壳体区段的透视图；
图7是安装在扬声器壳体中的叶轮壳体的顶部视图；
图8是图3a和3b中的扬声器组件的扬声器支架的横截面视图；
图9是图6a的叶轮壳体的横截面视图，其具有弹性支撑件；
图10a是图3a和3b中的扬声器组件的过滤器组件的分解视图；
图10b是图10a的过滤器组件的横截面视图；
图11是从图1a的头戴式空气净化器拆下的喷嘴的透视图；
图12是替代扬声器组件的侧视图；
图13是图12的替代扬声器组件的横截面视图。
具体实施方式
现在将描述一种可头戴的空气净化器，其相对于传统的可穿戴空气净化器提供几个益处。本文中使用的术语“空气净化器”被称为设备或系统，其能够从空气移除污染物并发射净化或过滤的空气。本文中使用的术语“可头戴”限定物品，其能够或适于被穿戴在用户的头部上。
可头戴空气净化器包括耳机系统，其包括安装在头带上的一对扬声器组件。第一扬声器组件被安装在头带的第一端部上且第二扬声器组件被安装在头带的相对的第二端部上。第一扬声器组件和第二扬声器组件中的一个或两者于是包括过滤器组件、用于产生穿过过滤器组件的空气流的叶轮、布置为驱动叶轮的电机，以及在过滤器组件下游的空气出口，用于从扬声器组件发射过滤的空气流。叶轮为混流叶轮，其具有大体锥形或截头锥形形状，且叶轮和电机两者被布置在叶轮壳体中，该叶轮壳体为大体截头锥形形状。可头戴空气净化器于是还包括喷嘴，用于从第一扬声器组件和第二扬声器组件中的一个或两者接收过滤的空气流，所述喷嘴包括空气出口，其布置为从可头戴空气净化器发射接收的过滤的空气流。
本文中使用的术语“耳机”指由头带连接的一对小扩音器或扬声器，其适于穿戴在用户的头部上或围绕用户的头部穿戴。通常，这些扬声器由电声换能器提供，其将电信号转换为对应的声音。罩耳式耳机，通常被称为全尺寸包耳式耳机(over-ear headphone)，具有耳垫，其形状为封闭环(例如圆形、椭圆形等)使得它们包围整个耳朵。由于这些耳机完全包围耳朵，罩耳式耳机可以被设计为完全密封到头部以衰减外部噪音。压耳式耳机(Supra-aural headphone)，通常被称为贴耳耳机，具有压靠到耳朵而不是围绕它们的耳垫。这种类型的耳机通常倾向于比罩耳式耳机更小更轻，导致对外部噪音的衰减较少。
本文中使用的术语“锥形”是指具有锥形形状的物体。本文中使用的术语“椎体”是指三维几何体形状，其从平坦基部(通常，但并非必须，为圆形)到称为顶点或末端的点平滑地缩小。术语“锥体”由此包括正圆锥体，其具有圆形基部和轴线，该轴线穿过基部的中心且与基部平面成直角。椎体的基部的周边被称为“准线(directrix)”，且在准线和顶点之间的每条线为椎体的锥形表面的“母线(generatrix)”或“发生线(generating line)”。本文中使用的术语“截头锥形”是指具有截头椎体的形状的物体，本文中使用的术语“截头椎体”是指椎体的一部分，该部分为当包括椎体顶点的区域被截断平面(平行于椎体的基部)切除之后剩余的部分。术语“截头椎体”与术语“锥形截头体”是同义的，且包括正圆锥形截头体，其具有圆形基部端部和圆形顶部端部，圆形基部端部的直径大于圆形顶部端部，且截断锥形表面在基部端部和顶部端部之间延伸。
图1a、1b是头戴式空气净化器1000的实施例的外部视图。头戴式空气净化器1000包括一对大体圆柱形扬声器组件1100a、1100b，其由弧形头带1200连接，以及喷嘴1300，其在两个扬声器组件1100a、1100b之间延伸且在相对端部处连接到两者。图2是空气净化器1000的沿头带1200的轴线截取的横截面视图，且还示出了穿过弧形喷嘴1300的轴线的横截面，其中曲线的轴线是以直角平分曲线的直线且将曲线分为两个对称部分。图3a示出了图1a到1c的空气净化器1000的扬声器组件1100的侧视图，而图3b示出了图1a到1c的空气净化器1000的扬声器组件1100的透视图，且图4是沿线A-A穿过图3的扬声器组件1100的横截面视图。
在所示实施例中，头带1200的每个端部设置有弧形支撑臂部1201a、1201b，其垂直于头带1200(即使得平行于弧形头带的长度的平面垂直于平行于弧形支撑臂部1210的长度的平面)。每个支撑臂部1201a、1201b的第一端部被附接到头带1200的后表面，使得支撑臂部1201a、1201b从头带1200向后下方延伸。每个支撑臂部1201a、1201b的相对第二端部于是设置有面向前的容座或轴孔1202a、1202b。
如图3a所示，每个圆柱形扬声器组件1100于是提供有安装突起部或栓柱1101，其从扬声器组件1100的外表面突出。设置在每个支撑臂部1201上的容座/轴孔1202a、1202b被配置为接收和保持从相应扬声器组件1100的外表面突出的突起部/栓柱1101。突起部1101在设置在支撑臂部1201上的容座1202内的接合由此形成万向节或铰接，其当附接到头带1200的端部时可枢转地支撑扬声器组件1100。
如图4所示，一对扬声器组件1100的每个还包括扬声器壳体或外壳1102，其具有空气入口1103和空气出口或排放端口1104，位于壳体1102内的扬声器或驱动器单元1105，以及耳垫1106，布置为包封扬声器1105且包围或压靠用户的耳朵。此外，一对扬声器组件1100中的每个还包括过滤器组件1107，位于扬声器壳体1102内，和位于扬声器壳体1102内的叶轮壳体1108。布置在叶轮壳体1108中的是用于产生穿过过滤器组件1107的空气流的叶轮1109，以及布置为驱动叶轮1109的电机1110。空气出口或排放端口1104在过滤器组件1107的下游(即相对于由叶轮1109产生的空气流)，且被布置为从扬声器组件1100发射过滤/净化空气流。在所示实施例中，每个扬声器组件1100的空气出口或排放端口被设置在扬声器组件1100的侧部中，其中当附接到头带1200的端部时，两个扬声器组件1100a、1100b的空气出口或排放端口1104大体平行于彼此。
图5a到5h是图2的扬声器组件在不同构造水平的透视图。如图4和5a到5d所示，扬声器壳体1102包括扬声器支架1111，扬声器/驱动单元1105被安装在扬声器支架上，且大体截头锥形的扬声器罩1112被安装在扬声器支架1111上、扬声器1105的上方。在所示实施例中，扬声器支架1111包括大体圆形基部1111a，其由圆柱形外部侧壁1111b围绕，以及弧形内部侧壁1111c，其同心定位在外部侧壁1111b内且与其相邻，使得弧形槽限定在弧形内部侧壁1111c和圆柱形外部侧壁1111b的相邻部分之间。空气出口或排放端口1104于是由形成在弧形内部侧壁1111c和圆柱形外部侧壁1111b两者中的相应的对齐孔限定。
基部1111a的中央部分提供驱动器支撑板1111d，扬声器/驱动器单元1105可以定位在其上。扬声器支架1111的驱动器支撑板1111d设置有孔阵列，用于允许由扬声器/驱动器单元1105产生的声音穿过扬声器支架1111，进入由耳垫1106包围的空间。此外，驱动器支撑板1111d相对于扬声器支架1111的基部1111a的周边部分成角度或倾斜。驱动器支撑板1111d的角度或倾斜被选择，使得扬声器/驱动器单元1105在头戴式空气净化器1000被佩戴在用户头部上且扬声器组件1100在用户耳朵上时，扬声器/驱动单元1105大体平行于耳朵。例如，在所示实施例中，驱动器支撑板1111d相对于基部1111a的周边部分的角度为从10到15度。
扬声器支架1111还可设置有一些端口1111e，其配置为允许少量空气在扬声器组件1100的外侧和扬声器/驱动单元1105后方的空间之间行进。在所示实施例中，端口1111e设置在扬声器支架1111的基部1111a中，且从扬声器支架1111中与提供驱动器支撑板1111d的中央部分相邻的点处延伸穿过基部1111a，到圆柱形外部侧壁1111b的外表面。
此外，反馈麦克风1113，用于主动噪声消除(ANC)可以被设置在扬声器支架1111上。反馈麦克风1113布置为提供数据到控制电路1114，其中控制电路1114于是被配置为在控制扬声器/驱动单元1105时实施主动噪音消除(ANC)。在所示实施例中，反馈麦克风1113布置在设置在驱动器支撑板1111c中的相应孔1111f内。为了主动噪音消除(ANC)应用，反馈麦克风1113被设置在耳垫1106内部，邻近扬声器/驱动单元1105，以便于获得送给用户的声音，使得任何不期望的噪音可以被识别并且消除。反馈麦克风由此通常被称为误差麦克风(error microphone)。提供扬声器组件1100具有反馈麦克风1113是特别有用的，因为它使得由电机1110和/或叶轮1109产生的噪音可以被反馈麦克风1113检测到并且与其它任何不期望的背景或环境噪音一起消除。
在所示实施例中，控制电路1114布置在扬声器支架1111的周边部分上，或者安装到那。控制电路1114由此在扬声器/驱动单元1105被安装到驱动器支撑板1111d时至少部分地环绕扬声器/驱动单元1105(即布置在扬声器/驱动单元1105的周边外侧/周围)。在所示实施例中，控制电路1114包括两个弧形电路板1114a、1114b；然而，在替代布置中控制电路1114可以等同地包括多于两个弧形电路板或单个弧形或环形电路板。
控制电路1114基于接收自用户的控制输入而控制电机1110和扬声器/驱动单元1105两者。控制电路1114还提供一个或多个无线通讯模块，其允许净化器1000连接使用Wi-Fi，蓝牙或一些其他形式的无线个人区域网(WPAN)的一种或多种无线网络。净化器1000的用户于是可以使用个人计算机设备无线地连接到净化器1000且与其通讯，使得他们可以向净化器1000发送数据和从其接收数据，提供用户输入等。控制电路1114还可以具有到触摸屏和/或一个或多个物理用户控制设备(未示出)的有线连接(未示出)，其设置在净化器1000上和/或用户可访问处。
扬声器组件1000还设置有中空、刚性出口管道1115，其从扬声器壳体1102延伸，且布置为将扬声器组件1100的空气出口1104连接到喷嘴1300的空气入口。刚性出口管道1115还布置为使得它可以相对于扬声器壳体1102回转，围绕扬声器壳体1102周边的至少一部分，使得在喷嘴1300和头带1200之间的角度可以改变，且使得喷嘴1300可以在不使用时存储在头带1200上，如图1c所示。
有利地，扬声器组件1100布置为使得刚性出口管1115的围绕扬声器壳体1102的周边的回转独立于叶轮壳体1108，使得它可以相对于扬声器壳体1102和叶轮壳体1108两者回转。该布置使得喷嘴1300可以在不使用时朝向头带1200旋转并存储在头带1200上，而不需要任何在扬声器壳体1102内部的部件相对于扬声器壳体1102旋转，其否则将使得扬声器组件1100的构造复杂化。
此外，扬声器组件1100布置为使得刚性出口管道1115的围绕扬声器壳体1102周边的回转使得刚性出口管道1115运动远离耳垫1106。该布置使得喷嘴1300朝向头带1200旋转时，从第一扬声器组件1100a和第二扬声器组件1100b两者每个延伸的刚性出口管道1115移动远离彼此，使得喷嘴1300的相对端部张开/展开，以使得喷嘴1300在存储位置中时能够安装在头带1200上。优选地，扬声器组件1100布置为使得刚性出口管道1115的围绕扬声器壳体1102周边的回转还使得刚性出口管道1115绕其纵向轴线滚动以进一步张开喷嘴1300的相对端部。当回转时喷嘴的该张开是有利的，因为它允许喷嘴1300在使用中被更紧密地贴合到用户的脸，且在运动到存储位置时张开以使得喷嘴1300能够贴合安装在头带1200上。
在所示实施例中，刚性出口管道1115布置为使得它可以在第一端部位置和第二端部位置之间回转。在第一端部位置，刚性出口管道1115大体与扬声器组件1100的空气出口1104对齐，如图1a所示。特别地，在第一端部位置中，刚性出口管道1115的第一敞开端部(即与扬声器组件1100的空气出口1104靠近/相邻的那个)大体与扬声器组件1100的空气出口1104对齐，使得从扬声器组件1100的空气出口1104发射的任何空气流都将进入刚性出口管道1115。在第二端部位置，刚性出口管道1115大体与头带1200平行，且将由此不与扬声器组件1100的空气出口1104对齐，如图1c所示。净化器1000由此还设置有传感器(未示出)，其检测何时第一扬声器组件1100a和第二扬声器组件1100b的一个或两者的刚性出口管道1115没有与相应的空气出口1104对齐，并且自动关闭电机1110。
为了允许喷嘴1300相对于头带1200的位置可以调整同时保持净化空气流从扬声器组件1100a、1100b的流动，刚性出口管道1115的第一敞开端部的角度延伸大于扬声器组件1100的空气出口1104的角度延伸。这允许即使当刚性出口管道1115回转离开第一端部位置一小角度/距离，在刚性出口管道1115和扬声器组件1100的空气出口1104之间的流体连接被保持。例如，在所示实施例中，刚性出口管道1115的弧形第一敞开端部的中心角比扬声器组件1100的弧形空气出口1104的中心角大从10到15度角度。
在所示实施例中，刚性出口管道1115的第一敞开端部设置有凸缘(未示出)，其绕刚性出口管道1115的第一敞开端部的周边突出，且布置为安装在限定在弧形内部侧壁1111c和圆柱形外部侧壁1111b的相邻部分之间的弧形槽内，并且在槽内滑动。刚性出口管道1115在弧形槽内的滑动由此导致刚性出口管道1115绕扬声器壳体1102的周边的一部分回转，而没有叶轮壳体1108的任何对应旋转。
形成在圆柱形外部侧壁1111b中的孔(其部分地限定空气出口1104)由此部分地围绕扬声器壳体1102的周边延伸，以便于轨道1146，其引导刚性出口管道1115绕扬声器壳体1102的周边的一部分的回转。轨道1146布置为使得当它从第一端部位置延伸到第二端部位置时，它运动远离耳垫1106，使得当喷嘴1300朝向头带1200旋转时，从第一扬声器组件1100a和第二扬声器组件1100b每个延伸的刚性出口管道1115运动远离彼此。因此，喷嘴1300朝向头带1200的旋转使得喷嘴1300的相对端部张开/展开，以使得当在存储位置时喷嘴1300能够贴合在头带1200上，如图1c所示。
大体截头锥形的扬声器罩1112然后被安装到扬声器支架1111上，在整个驱动器支撑板1111c上方，使得扬声器/驱动单元1105被扬声器罩1112所覆盖。在所示实施例中，扬声器罩1112被布置为仅覆盖驱动器支撑板1111c，使得基部1111a的周边部分以及安装在其上的两个弧形电路板1114a、1114b没有被扬声器罩1112所覆盖，但是使得端口1111e的内部端部被扬声器罩1112所覆盖。在所示实施例中，扬声器罩1112形成为具有一些凹面或凹坑1112a，其增加扬声器罩11112的刚性，以最小化扬声器罩1112的振动。
如图4、5e和5f所示，包含叶轮1109和电机1110两者的大体截头锥形叶轮壳体110于是被布置在扬声器罩1112上，使得扬声器/驱动单元1105被嵌套在由叶轮壳体1108的背部/后部限定的凹部或腔体内。扬声器罩1112和扬声器/驱动单元1105由此两者都部分地布置在由叶轮壳体1108的背部/后部限定的凹部内。
图6示出了叶轮壳体1108的透视图，没有叶轮1109和电机1110，且图6b是图6a的横截面视图。图6c于是是穿过叶轮壳体1108的横截面侧视图，没有叶轮1109和电机1110，而图6d是穿过叶轮壳体1108的横截面侧视图，其中叶轮1109和电机1110两者布置在内部。叶轮壳体1108为大体截头锥形，且叶轮壳体1108的后部/背面限定大体截头锥形凹部1116，其具有敞开的较大直径端部和闭合的较小直径端部。凹部1116的敞开较大直径端部靠近叶轮1109的拖尾边缘，而凹部1116的闭合的较小直径端部靠近叶轮1109的引导边缘。
特别地，在所示实施例中，叶轮1109为混流、无护罩叶轮，且电机1110布置在叶轮1109的毂内。叶轮壳体1108提供了围绕叶轮1109和电机1110的叶轮外壳1117，以及无翼片扩散器，其将叶轮外壳1117的基部流体连接到环形蜗壳(annular volute)1118，该蜗壳布置为接收从叶轮外壳1117排出的空气。叶轮外壳1117的后部/背面限定了大体截头锥形凹部1116的内部部分，且包括凹部1116的闭合的较小直径端部。叶轮外壳1117设置有空气入口1119，空气可以被叶轮1109抽吸通过该入口，以及空气出口1120，空气通过该出口从叶轮外壳1117发射到环形蜗壳1118中。叶轮外壳1117的空气入口1119由在叶轮外壳1117的较小直径端部处的孔/开口提供，且空气出口1120由围绕叶轮外壳1117的较大直径端部或基部形成的环形槽提供。在所示实施例中，在叶轮外壳1117的空气入口1119和叶轮外壳1117的中心轴线(X)之间的角度(θ2)为约54度；然而该角度(θ2)可以为从40到70度，优选地为从45到65度；且更优选为从50到60度。
环形蜗壳1118包括螺旋(即组件变宽)管道，其布置为接收从叶轮外壳1117排放的空气并且引导空气到蜗壳1118的空气出口1131。蜗壳1118的空气出口1131于是流体连接到扬声器组件1100的空气出口1104。本文中使用的术语“蜗壳”是指螺旋漏斗，其接收由叶轮泵浦的流体且随着它接近排放端口而增大面积。蜗壳1118的空气出口1131由此提供用于收集从周边环形槽排放的空气的有效和安静的器件，所述周边环形槽形成叶轮外壳1117的空气出口1120。在所示实施例中，环形蜗壳1118包括部分平面的前表面1118a，且蜗壳1118的前表面1118a的平面部分相对于叶轮外壳1117的中心轴线成锐角。环形蜗壳1118由此具有非圆形横截面。在所示实施例中，在蜗壳1118的前表面的平面部分和叶轮外壳1117的中心轴线(X)之间的角度(θ3)为约60度；然而该角度(θ3)可以为从40到70度，优选地为从45到65度；且更优选为从50到60度。在所示实施例中，环形蜗壳1118还包括部分平面的后部/背部表面1118b，且该后部/背部表面1118b的平面部分大体垂直于叶轮外壳1117的中心轴线(X)。
在图6a到6d所示的实施例中，叶轮壳体1108包括前部壳体区段1121，其附接到后部/背部壳体区段1122，使得叶轮外壳1117和蜗壳1118与彼此形成为一体。图6e由此显示了后部/背部壳体区段1122的透视图，而图6f显示了前部壳体区段1121的透视图。
如图6d所示，叶轮1109和电机1110布置在前部壳体区段1121和后部/背部壳体区段1122之间，使得叶轮1109和电机1110被容纳/接收在限定在前部壳体区段1121和后部/背部壳体区段1122之间的空间内。前部壳体区段1121由此布置为被设置在叶轮1109的前部上，且后部/背部壳体区段1122布置为被设置在叶轮1109和电机1110的后部上。特别地，前部壳体区段1121和后部壳体区段1122两者具有大体截头锥形形状，其中前部壳体区段1121被配置为紧密贴合在叶轮1109的前部上方，而后部壳体区段1122于是大体贴合叶轮1109的背部，同时提供容纳电机1110的空间。前部壳体区段1121由此还包括孔，其提供叶轮壳体1108的空气入口1119，而后部壳体区段1122形成叶轮壳体1108的后部/背面，其限定大体截头锥形凹部1116。
如图6e所示，后部壳体区段1122大体为圆形，且包括大体截头锥形升高中央部分1123，其具有设置在中心的圆形穿孔1124。后部壳体区段1122还设置有升高边沿1125，其绕后部壳体区段1122的周边的约四分之三延伸，使得在边沿1125的第一端部和边沿1125的相对第二端部之间存在间隙。升高的中央部分1124和升高的边沿1125由此在它们之间限定凹陷或凹槽1126，其朝向由边沿1125的第一端部和边沿1125的第二端部之间的间隙提供的开口向外螺旋(即逐渐加宽)。
如图6f所示，前部壳体区段1121也大体为圆形，且包括大体截头锥形升高中央部分1127，其具有设置在中心的圆形穿孔1128。前部壳体区段1121于是设置有凹部或凹口1129，其围绕升高的中央部分1127向外朝向开口螺旋(即逐渐变宽)，所述开口由螺旋凹口1129形成的围绕前部壳体区段1121的周边形成的边沿1130中的间隙提供。边沿1130围绕前部壳体区段1122的周边的约四分之三延伸，使得间隙形成在边沿1130的第一端部和边沿1130的相对第二端部之间。
如上所述，由前部壳体区段1121和后部壳体区段1122形成的叶轮外壳1117容纳叶轮1109和电机1110。在所示实施例中，叶轮1109和电机1110由此被容纳在由后部壳体区段1122的截头锥形升高中央部分1123和前部壳体区段1121的截头锥形升高中央部分1127限定的叶轮外壳1117内。在后部壳体区段1122的截头锥形升高中央部分1123和前部壳体区段1121的截头锥形升高中央部分1127之间的空间足以容纳叶轮1109和电机1110，且被成形为使得叶轮1109紧紧靠近但并不接触前部壳体区段1121的截头锥形升高中央部分1127的内表面。后部壳体区段1122的截头锥形升高中央部分1123的中心由此提供电机支撑座，电机1110被布置在其上，而设置在前部壳体区段1121的中心处的圆形穿孔1128提供空气入口1119，空气可穿过该入口被叶轮1109抽吸进入叶轮壳体1108。
分别形成在前部壳体区段1121和后部壳体区段1122的边沿1130、1125中的间隙于是在前部壳体区段1121和后部壳体区段1122连接到一起时彼此对齐，以便于形成蜗壳1118的空气出口1131，其于是流体连接到扬声器组件1100的空气出口1104。此外，当前部壳体区段1121和后部壳体区段1122连接到一起时，形成在后部壳体区段1122中的螺旋凹部1126与形成在前部壳体区段1121中的螺旋凹部1129一起限定蜗壳1118的螺旋管道，其布置为接收从叶轮外壳1117排出的空气，并且引导空气到蜗壳1118的空气出口1131。
如上所述，叶轮1109为混流叶轮，其具有大体锥形或截头锥形形状。叶轮1109为中空，使得叶轮1109的后部/背面限定大体截头锥形凹部1132，其具有敞开的较大直径端部和闭合的较小直径端部。凹部1132的敞开较大直径端部靠近叶轮1109的拖尾边缘，而凹部的闭合的较小直径端部靠近叶轮1109的引导边缘。电机1110于是被嵌入/布置在凹部1132的闭合的较小直径端部内。优选地，叶轮1109为半敞开/半闭合混流叶轮，即仅具有背部护罩1133。叶轮的背部护罩1133限定凹部1132，其中电机1110被嵌入/布置在其中。在所示实施例中，电机1110为DC无刷电机，其速度可被控制电路34变动。
在所示实施例中，在叶轮1109的拖尾边缘和叶轮1109的中心轴线(X)之间的角度对应于/等于限定在叶轮外壳1117的空气出口1120和叶轮外壳1117的中心轴线(X)之间的角度(θ2)。在叶轮1109的拖尾边缘和叶轮1109的中心轴线(X)之间的角度(θ2)由此为约54度；然而该角度(θ2)可以为从40到70度，优选地为从45到65度；且更优选为从50到60度。
在所示实施例中，叶轮1109的背部护罩1133为弯曲的，使得它从引导边缘到拖尾边缘向外变宽或张开。特别地，在所示实施例中，叶轮1109的背部护罩1133的闭合的较小直径端部为大体圆柱形形状，使得它紧密贴合大体圆柱形的电机1110。因此，叶轮1109的背部护罩1133的与闭合的较小直径端部相邻的部分大体与叶轮1109的中心轴线(X)平行，以便于限定大体圆柱形较小直径端部。叶轮1109的背部护罩1133于是向外弯曲，使得叶轮1109的背部护罩1133相对于中心轴线(X)的角度朝向叶轮1109的拖尾边缘逐渐增大。
叶轮壳体1108于是由多个弹性支撑件1134支撑/悬挂在扬声器壳体1102内，其降低振动从叶轮壳体1108到扬声器壳体1102的传递。为此，多个弹性支撑件1134每个包括弹性材料，譬如弹性体或橡胶材料。在所示实施例中，在扬声器壳体1102和叶轮壳体1108之间的唯一直接连接由弹性支撑件1134提供。
在所示的实施例中，多个弹性支撑件1134包括三个下部弹性支撑件1134a、1134b和三个上部弹性支撑件1134c。三个下部弹性支撑件1134a、1134b在扬声器壳体1102的内表面/侧壁和叶轮壳体1108的外表面之间径向地延伸。特别地，三个下部弹性支撑件1134a、1134b在扬声器壳体1102的内表面/侧壁和环形蜗壳1118的外部周边表面之间径向地延伸。三个上部弹性支撑件1134a、1134b于是在叶轮壳体1108的外表面和过滤器组件1107的下表面之间径向地延伸，该过滤器组件1107的下表面布置在叶轮壳体1108上方，且其将在下面更详细描述。
三个下部弹性支撑件中的两个于是每个包括径向缓冲轮廓缓冲器1134a。本文中使用的术语“轮廓缓冲器”是指一设备，其布置为通过设备轮廓的变形来消散动能且特别是振动。径向缓冲轮廓缓冲器由此为布置为径向变形的轮廓缓冲器，而轴向缓冲轮廓缓冲器为布置为轴向变形的轮廓缓冲器。
如图7和8所示，每个径向缓冲轮廓缓冲器1134a包括弹性材料管，其连接/附接到扬声器壳体1102的内表面/侧壁，且于是压/压缩抵靠叶轮壳体1108的外表面。特别地，弹性材料管在管外表面的第一位置处被连接/附接到扬声器壳体1102的内表面/侧壁，且于是在管的外表面上的直径相对的第二位置处压/压缩抵靠叶轮壳体1108的外表面。在所示实施例中，每个径向缓冲轮廓缓冲器1134a包括非圆形弹性材料管，其具有矩形横截面；然而，每个轮廓缓冲器可替代地包括具有圆形或其它四边形横截面的弹性材料管。
如图7和9所示，下部弹性支撑件中的第三个由弹性材料管1134b提供，其围绕叶轮壳体1108的空气出口1131密封(例如密封到或抵靠围绕叶轮壳体1108的空气出口1131的表面)，且从叶轮壳体1108的空气出口1131朝向扬声器壳体1102的空气出口1104延伸。弹性管1134b于是还形成围绕扬声器壳体1102的空气出口1104的密封，使得由叶轮1109产生的空气流被从叶轮壳体1108输送并通过扬声器壳体1102的空气出口1104离开。在所示实施例中，弹性管1134b包括连接部分1134b1，其绕叶轮壳体1108的空气出口1131连接，以及裙部部分1134b2，其布置为接触围绕扬声器壳体1102的空气出口1104的表面，以形成围绕扬声器壳体1102的空气出口1104的密封。此外，弹性管1134b还包括缓冲部分1134b3，其配置为进一步降低从叶轮壳体1108到扬声器壳体1102的振动传递。该缓冲部分1134b3包括一体轴向缓冲轮廓缓冲器，其由围绕弹性管1134b的周边形成的鼓起或膨胀部提供。
过滤器组件1107于是被安装到扬声器支架1111，使得过滤器组件1107被设置在叶轮1109的上游，且布置为被嵌套到叶轮壳体1108上方。过滤器组件1107包括过滤器座1135，支撑一个或多个过滤器元件1136、1137。过滤器座1135设置有多个孔1138，其允许空气从过滤器座1135的前表面行进到过滤器座1135的后部/背部表面，其中前表面被布置为支撑过滤器元件1136、1137在多个孔1138上。过滤器座1135于是还限定在过滤器座1135的后部/背部表面和叶轮壳体1108的空气入口1119之间的空气通道或通路1139，其布置为引导空气到叶轮壳体1108的空气入口1119。该空气通路1139由限定在过滤器座1135的后部/背部表面和叶轮壳体1108的前表面之间的腔室限定。空气由此必须通过过滤器元件1136、1137，然后才能穿过过滤器座1135中的孔且进入空气通路1139，其引向叶轮壳体1108的空气入口1119。
在所示实施例中，过滤器座1135被安装到扬声器支架1111，且定位在叶轮外壳1117上方，其中叶轮外壳1117部分地布置在由过滤器座1135的背部限定的空间内。特别地，过滤器座1135包括大体截头锥形周边部分1135a和大体圆柱形中央部分1135b。过滤器座1135的大体截头锥形周边部分1135a设置有多个孔1138且被布置为支撑一个或多个大体截头锥形过滤器元件1136、1137在多个孔1138上。叶轮外壳1117于是至少部分地布置在过滤器座1135的大体圆柱形中央部分1135b内。特别地，叶轮外壳1117的空气入口1119布置在由过滤器座1135的圆柱形中央部分1135b的背部限定的空间内。
如图10a和10b所示，大体截头锥形过滤器元件1136、1137被布置为安装且支撑在过滤器座1135上。为此，一个或多个大体截头锥形过滤器元件1136、1137是敞开的。换句话说，过滤器元件1136、1137被提供为中空截头椎体，其具有敞开端部，使得过滤器元件1136、1137每个具有敞开的较大直径端部和敞开的较小直径端部，其形成过滤器元件1136、1137中的中心开口。此外，在截头锥形周边部分1135a和过滤器座1135的中心轴线(Y)之间的角度(θ4)与在大体截头锥形过滤器元件1136、1137的每个的上下表面与大体截头锥形过滤器元件1136、1137的中心轴线(Y)之间的角度(θ4)相同。
在所示实施例中，在截头锥形周边部分1135a和过滤器座1135的中心轴线(Y)之间的角度(θ4)大体与蜗壳1118的前表面的平面部分和叶轮外壳1117的中心轴线(X)之间的角度(θ3)相同。因此，在截头锥形周边部分1135a和过滤器座1135的中心轴线(Y)之间的角度(θ4)由此为约60度；然而该角度(θ4)可以为从40到70度，优选地为从45到65度；且更优选为从50到60度。
在所示实施例中，过滤器组件1107包括微粒过滤器元件1136和化学过滤器元件1137两者，其中微粒过滤器元件1136相对于化学过滤器元件1137定位在上游。大体截头锥形过滤器元件1136包括褶皱微粒过滤器介质1136a，其布置为截头锥形形状，其中褶皱过滤器介质1136a的褶皱/折叠相对于微粒过滤器元件1136的中心轴线(Y)成锐角(θ4)，且褶皱过滤器介质1136a的内部和外部端部/边缘两者都平行于微粒过滤器元件1136的中心轴线(Y)。褶皱过滤器介质1136a的两端部/边缘全部于是布置在弹性材料的密封件1136b内，该密封件平行于微粒过滤器元件1136的中心轴线(Y)延伸。例如，弹性材料可以是合成橡胶、聚氨酯、硅橡胶、乙烯-醋酸乙烯酯(EVA)，聚烯烃(PO)等。
如图3a、3b和4所示，扬声器壳体1102还包括安装到扬声器支架1111的外部罩1140。该外部罩1140适于安装到(且由此大体贴合到)过滤器组件1107，且设置有孔1141的阵列，其允许空气穿过外部罩1140，且由此限定外部罩1140的空气入口。这些孔1141被设置尺寸以阻止较大微粒穿过到过滤器组件1107和堵塞或以其他方式损坏过滤器元件1136、1137。替代地，为了允许空气穿过，外部罩1140可包括一个或多个格栅或网眼，其被安装在外部罩1140的窗口内。很显然，阵列的替代模式在本发明的范围内是可设想的。
外部罩1140可释放地附接到扬声器支架1111，以便于覆盖过滤器组件1107。例如，外部罩1140可以使用设置在外部罩1140和扬声器支架1111上的协作螺纹和/或使用一些卡扣机构附接到扬声器支架1111。当被安装在扬声器支架1111上时，外部罩1140防护过滤器元件1136、1137不被损坏，例如在运输期间，且还提供了外观美观外表面，覆盖过滤器组件1107，其保持净化器1000的整体外观。此外，外部罩1140布置为使得，当附接到扬声器支架1111时，外部罩1140挤压弹性边缘密封件1136b抵靠过滤器座1135，所述弹性边缘密封件1136b包围微粒过滤器元件1136的褶皱过滤器介质1136a的端部/边缘。这些边缘密封件1136b的挤压防止空气在没有首先经过过滤器元件1136、1137的情况下抵达设置在过滤器座1135中的孔1138。
在所示实施例中，外部罩1140设置为具有敞开端部的中空截头椎体。外部罩1140的敞开的较大直径端部布置为安装在过滤器组件1107的较大直径端部的周边上，而外部罩1140的敞开较小直径端部被布置为安装在过滤器组件1107的较小直径端部和过滤器座1135的大体圆柱形中央部分1135b两者上。过滤器座1135的大体圆柱形中央部分1135b的圆形前表面1135c由此暴露在外部罩1140的敞开较小直径端部内，且由此形成扬声器组件1100的外表面的一部分。优选地，过滤器座1135的圆形前表面1135c是透明的，且由此形成窗户，用户可通过它穿过叶轮壳体1108的空气入口1119看到叶轮1109的旋转。这允许用户视觉检查叶轮1109的速度且确认叶轮1109适当地工作。
此外，在所示实施例中，用于主动噪音消除(ANC)的前馈麦克风1142被设置在过滤器座1135的圆形前表面1135c上。前馈麦克风1142布置为提供数据到控制电路1114，其中控制电路1114于是被配置为在控制扬声器/驱动单元1105时实施主动噪音消除(ANC)。对于主动噪音消除(ANC)应用，前馈麦克风被设置在靠近扬声器组件的外部处，以便于检测任何背景或环境噪音，使得它们可以被使用有扬声器发出的声音来消除。前馈麦克风由此通常被称为参考麦克风(reference microphone)。提供扬声器组件1100具有前馈麦克风1142是特别有用的，因为它使得由电机1110和/或叶轮1109产生的噪音可以被前馈麦克风1142检测到并且与其它任何不期望的背景或环境噪音一起消除。当存在反馈麦克风1113和前馈麦克风1142时，可以组合前馈和反馈麦克风两者且实施混合ANC，其与独立的前馈和反馈麦克风相比展现相互促进的性能改善。
如上所述，叶轮壳体1108通过多个弹性支撑件1134支撑/悬挂在扬声器壳体1102内，在所示实施例中，实施弹性支撑件1134包括三个下部弹性支撑件1134a、1134b和三个上部弹性支撑件1134c。三个上部弹性支撑件1134c于是在叶轮壳体1108的外表面和过滤器组件1107的后部/背部表面之间径向地延伸，该过滤器组件1107的下表面布置在叶轮壳体1108上方。
三个上部弹性支撑件中的每个包括径向缓冲轮廓缓冲器。这些径向缓冲轮廓缓冲器1134c每个包括弹性材料管，其安装在叶轮壳体1108的外表面和过滤器组件1107的下部/内表面之间。在所示实施例中，每个径向缓冲轮廓缓冲器1134c包括弹性材料管，其具有圆形横截面；然而，每个轮廓缓冲器可替代地包括具有非圆形横截面的弹性材料管。
在所示实施例中，每个弹性材料的管1134c被连接在内部轴套/环1143(布置在叶轮壳体1108的前表面上)和外部轴套/环1144(接触过滤器组件1107的后部/背部表面)之间。特别地，每个弹性材料管1134c在管周边上的第一位置处被连接到内部环1143，且在管周边上的直径相对的第二位置处连接到外部环1144。内部环1143布置在绕叶轮壳体1108的周边形成的凹部1145内，特别地围绕叶轮壳体1108的截头锥形升高中央部分1127的周边形成的凹部，且由此被保持在叶轮壳体1108的前表面上。凹部1145配置为接收和保持内部环1143的至少主要部分，使得它不会阻挡空气流通过空气通路1139的流动。
中空喷嘴1300于是被附接到第一扬声器组件1100a和第二扬声器组件1100b，且被布置为使得它可以接收由第一扬声器组件1100a产生的过滤空气流和由第二扬声器组件1100b产生的过滤空气流两者。空气净化器1000由此布置为使得附接的喷嘴1300可以流体连接到第一扬声器组件1100a的空气出口1104a和第二扬声器组件1100b的空气出口1104b两者。
图11示出了从扬声器组件1100a、1100b拆下时的喷嘴1300的透视图。在所示实施例中，喷嘴1300主要包括细长中空管道，其布置为使得它可以流体连接在第一扬声器组件1100a的空气出口1104a和第二扬声器组件1100b的空气出口1104b之间，其中第一空气入口或进入端口1301由喷嘴1300的第一敞开端部提供，且第二空气入口或进入端口1302由喷嘴1300的相对第二敞开端部提供。喷嘴1300的第一空气入口或进入端口1301由此布置为能够接收从第一扬声器组件1100a的空气出口1104a发射的过滤空气流，且喷嘴1300的第二空气入口或进入端口1302布置为能够接收从第二扬声器组件1100b的空气出口1104b发射的过滤空气流。
如图1a到1c所示，喷嘴1300的第一敞开端部1301被连接到刚性出口管道1115，其从第一扬声器组件1100a的扬声器壳体1102延伸。喷嘴1300于是从第一扬声器组件1100a延伸远离，且呈现弧形形状，使得喷嘴1300的相对第二端部1302被连接到刚性出口管道1115，其从第二扬声器组件1100b的扬声器壳体1102延伸。由此，优选喷嘴1300的至少一部分由柔性/弹性材料形成，使得当第一和第二扬声器组件1100a、1100b相对彼此运动时，喷嘴1300可以被弯曲和柔性变形。例如，在所示实施例中，中央部分1303(即在喷嘴1300的长度的中点周围定位的部分)由柔性透明塑料制成，譬如聚氨酯，而两个端部部分1304、1305每个可由刚性透明塑料制成，譬如聚对苯二甲酸乙二酯(PTEG)。替代地，整个喷嘴1300可由一种或多种柔性/弹性材料形成。
如上所述，在所示实施例中，刚性出口管道1115布置为使得它们可以在第一端部位置和第二端部位置之间回转，其中在第一端部位置，刚性出口管道1115的第一敞开端部与对应扬声器组件1100的空气出口1104对齐，且在第二端部位置，刚性出口管道1115没有与扬声器组件1100的空气出口1104对齐。附接的喷嘴1300可由此在第一端部位置和第二端部位置之间运动，其中在第一端部位置喷嘴流体连接到第一扬声器组件1100a的空气出口1104a和第二扬声器组件1100b的空气出口1104b两者，且在第二端部位置，喷嘴没有流体连接到第一扬声器组件1100a的空气出口1104a和第二扬声器组件1100b的空气出口1104b中任一个。
喷嘴1300布置为使得，当净化器1000由用户佩戴时，第一扬声器组件1100a在用户的第一耳朵上且第二扬声器组件1100b在用户的第二耳朵上，且当喷嘴1300在第一端部位置的情况下，喷嘴1300将绕用户的面部延伸，在用户的嘴部前方，从一侧到另一侧。特别地，喷嘴1300绕用户的下巴延伸，从邻近一个脸颊到邻近另一个脸颊处，不接触嘴部，鼻子或用户面部的周围区域。由此优选喷嘴1300的至少一部分由透明或部分透明的材料形成，使得用户的嘴部通过喷嘴1300可见，以避免限制用户与他人清晰说话的能力。例如，在所示实施例中，中央部分1303由柔性透明塑料制成，譬如聚氨酯，而两个端部部分1304、1305每个可由刚性透明塑料制成，譬如聚对苯二甲酸乙二酯(PTEG)。替代地，整个喷嘴1300可由单个透明材料或部分透明材料制成。
空气净化器1000布置为使得，当在第一端部位置时，喷嘴1300将相对于头带1200以从95到115度的角度(θ1)延伸远离扬声器组件1100a、1100b的空气出口1104a、1104b(即使得在平行于喷嘴长度的平面和平行于弧形头带的长度的平面之间的角度在从95度到115度范围)。在这方面，已经发现当净化器1000由用户佩戴，第一扬声器组件1100a在用户的第一耳朵上且第二扬声器组件1100b在用户的第二耳朵上时，从95度到115度的角度对于定位喷嘴1300在用户的至少一部分嘴部的前方是适当的。扬声器组件1100的安装突起部1101和空气出口1104由此定位为使得在头带1200和喷嘴1300之间的角度(θ1)在95度到115度范围内。
为了实现在喷嘴1300内期望的压力降，由中空喷嘴1300限定的内部通道1306的横截面面积优选为从150mm2到170mm2，且优选为约160mm2。此外，优选喷嘴1300的高度(H)为从35到60mm，且更优选为从40到60mm，以便于确保喷嘴1300将充分地输送空气到用户的嘴部和鼻子，同时还提供对于外部空气流的保护。因此，喷嘴1300的高度可以沿其长度改变，只要至少喷嘴1300围绕用户面部从一侧到另一侧延伸的部分具有从35到65mm的最小高度。在这方面，喷嘴1300的高度是在喷嘴1300的顶部边缘和底部边缘之间的距离，其中顶部边缘是当头带1200佩戴在用户头部上时大体面向上方的边缘，而底部边缘是当头带1200佩戴在用户头部上时大体面向下方的边缘。
如图2所示，喷嘴1300具有大体D形横截面，包括基本平坦的第一外部表面1307，以及第二外部表面1308，该第二外部表面1308包括大体平坦的中间部分，以及弯曲以与第一外部表面1307的边缘汇合的边缘部分。当连接在第一扬声器组件1100a和第二扬声器组件1100b之间时，第一外部表面1307远离第一扬声器组件1100a和第二扬声器组件1100b面向外侧，而第二外部表面1308向内朝向第一扬声器组件1100a和第二扬声器组件1100b面向。
喷嘴1300设置有空气出口1310，用于发射/输送过滤空气到用户。在所示实施例中，喷嘴1300的空气出口1310包括形成在喷嘴1300的区段中的孔阵列，其中这些孔从由喷嘴1300限定的内部通道1306延伸到喷嘴1300的外表面。替代地，喷嘴1300的空气出口1310可包括一个或多个格栅或网眼，其被安装在喷嘴1300的窗口内。很显然，空气出口阵列的替代模式在本发明的范围内是可设想的。
提供空气出口1310的孔阵列形成在喷嘴1300的居中处于喷嘴1300的面向扬声器组件1100a、1100b的第二外部表面1308的中心处的区段中。孔由此仅存在于当净化器1000被用户佩戴时面向用户的嘴部和鼻子的喷嘴1300的区段中。在所示实施例中，喷嘴1300的设置有孔阵列的区段至少部分地在喷嘴1300的第二外部表面1308的大体平坦中间部分上以及部分地在第二外部表面1308的弯曲边缘部分中的一个上延伸。
在使用中，净化器1000由用户佩戴，其中第一扬声器组件1100a在用户的第一耳朵上且第二扬声器组件1100b在用户的第二耳朵上，使得当在第一端部位置的情况下，喷嘴1300将绕用户的面部延伸，至少在用户的嘴部上，从一侧到另一侧。在每个扬声器组件1100a、1100b内部，叶轮1109由电机1110的旋转将导致通过叶轮壳体1108的空气流被产生，其通过外部罩1140中的孔1141抽吸空气流进入扬声器组件1100。该空气流动将于是经过布置在外部罩1140和过滤器座1135之间的过滤器元件1136、1137，由此过滤和/或净化空气流。得到的过滤空气流于是将经过设置在过滤器座1135的截头锥形部分1135a中的孔1138，进入由在叶轮壳体1108和过滤器座1135的相对表面之间的空间提供的空气通路1139，其中空气通路1139于是引导空气流叶轮壳体1108的空气入口1119。叶轮1109于是将迫使过滤空气流通过提供叶轮壳体1117的空气出口1120的环形槽离开，并进入叶轮壳体1108的蜗壳1118。蜗壳1118于是将引导过滤空气流通过扬声器组件1100的空气出口1104，且通过由喷嘴1300的敞开端部中的一个提供的空气入口1301、1302进入喷嘴1300。
由于提供第一空气入口1301的喷嘴1300的第一敞开端部连接到第一扬声器组件1100a，且提供第二空气入口1302的喷嘴1300的第二敞开端部连接到第二扬声器组件1100b，由第一扬声器1100a产生的第一过滤空气流以及由第二扬声器1100b产生的第二过滤空气流将从相对端部进入喷嘴1300。第一和第二过滤空气流将由此沿相反方向在喷嘴1300的内部通道1306中行进，直到它们在喷嘴1300的中心附近碰撞(即在喷嘴1300的长度的中点处)。在第一过滤空气流和第二过滤空气流之间的碰撞将导致两空气流改变方向且将导致组合过滤空气流的形成，其被引导通过形成在喷嘴1300中的孔(其提供空气出口1310)离开并且朝向用户的嘴鼻行进。
头戴式空气净化器由此提供喷嘴，其阻挡大部分(即使不是全部)未过滤环境或外部空气流接近用户的嘴部和鼻子区域。由此，头戴式空气净化器不仅减少用户吸入的未过滤空气的体积，而且还防止这些外部空气流与由空气净化器输送的空气流干扰，其否则将阻碍净化空气流到用户的有效输送。此外，在至少一部分喷嘴由透明材料形成的实施例中，头戴式空气净化器组件还使得，不管覆盖用户的嘴部以便于阻挡未过滤的外部或环境空气流，用户的嘴部仍通过喷嘴可见，以避免对用户与他人清楚对话的能力的限制。
此外，使用单个喷嘴使得两股净化空气流碰撞，以由此产生组合空气流，其被引导到用户，消除了对喷嘴设置结构(例如翼片，挡板等)在喷嘴的内部通道中的需要，其否则是改变空气流方向所必须的。提供这样的结构在喷嘴中降低可输送到用户的空气流的压力，且限制了喷嘴透明化的可能性。
此外，通过使用两个独立的净化器，每个扬声器中一个，来输送净化空气流到喷嘴的每个端部，本文所述的头戴式空气净化器消除了对于任何附加管道的需要，其否则在单个空气净化器被用于输送两个空气流到喷嘴的情况下是必须的。此外，使用两个独立的净化器，每个扬声器中一个，使得每个净化器可以制造为尽可能小，以便于适于舒服地合并到耳机中，而不会牺牲性能。实际上，使用两个独立的净化器由于增加的总过滤器区域而提供了改进的流动速率和改进的过滤效率。
在优选实施例中，扬声器组件1100a、1100b的控制电路1114布置为控制电机1110的旋转速度，使得叶轮1109的最大旋转速度为从9000到18000RPM，优选为从10000到14000RPM，且更优选为从10000到12000RPM。这些旋转速度范围等于已经发现可通过典型主动噪音消除(ANC)系统来有效消除的频率范围，由此改善由电机1110和/或叶轮1109产生的噪音能够被消除的程度。然而，限制电机1110和叶轮1109的最大旋转速度到这些范围，对叶轮的尺寸提出限制，其必须被使用以产生具有充分流动速率的空气流。
这方面，为了有效地输送净化空气流到用户，已经发现由空气净化器产生的空气流的流动速率应该为至少2.4升每秒，使得每个扬声器组件1100a、1100b需要输送至少1.2升每秒。此外，为了使得每个扬声器组件1100a、1100b在它们的叶轮速度被限制到上述范围时输送至少1.2升每秒的空气流，已经发现每个扬声器组件1100a、1100b的叶轮1109优选地具有不小于20mm的末端直径(dit)(即在相对的叶轮叶片的拖尾边缘的中心点之间的距离)。然而，当扬声器组件1100a、1100b利用高效微粒过滤器(例如90％及以上)且被密封以便于防止任何显著量的空气旁路过滤器组件1107时，则已经发现每个扬声器组件1100a、1100b的叶轮1109优选地应具有不小于35mm的末端直径(dit)，且优选不小于40mm。
在另一优选实施例中，每个扬声器组件1100a、1100b包括具有不对称横截面的耳垫2106。在这方面，包耳式和压耳式耳机具有耳垫，其为闭合圈形状，使得它们包围整个耳朵或仅开口到耳道，且传统耳垫具有对称横截面，其中耳垫的深度围绕其周边连续，如上述实施例所示。在该替代实施例中，耳垫2106布置为使得耳垫2016的深度/厚度(D)绕耳垫2106的周边组件改变，其中耳垫2106的最深/最厚部分2016a与耳垫2016的最薄/最浅部分2106b直径相对，如图12和13所示。在图12和13所示的实施例中，耳垫2106的外表面由此相对于耳垫2106的内表面，其附接到扬声器壳体1102(且由此相对于扬声器壳体的基部)限定角度(θ5)约5度；然而该角度(θ5)可以为从5到15度范围内任意值。这具有几个益处。
首先，优选扬声器/驱动器单元1105平行于用户的耳朵，其通常需要扬声器/驱动器单元1105相对于它所附接的扬声器壳体1102的基部安装为成10到15度的角度，如上述实施例所述。该角度使得当扬声器组件1100由于用户头部的锥形形状旋转时，扬声器/驱动器单元1105于是将大体平行于用户的耳朵。使用具有不对称横截面的耳垫2106使得扬声器/驱动器单元1105相对于扬声器壳体1102的角度可以降低到小于10度，而且取决于耳垫2106外表面相对于扬声器壳体1102的基部的角度，甚至可以消除对于扬声器/驱动器单元1105相对于扬声器壳体1102的角度的需要。这在本文所述的头戴式空气净化器1000中时特别有利的，由于扬声器/驱动器单元1105相对于扬声器壳体1102的角度的降低减少了扬声器/驱动器单元1105后方所需的空间，且由此减少了容纳扬声器组件1100的内部部件所需的总空间。
第二，包耳式和压耳式耳机需要头带配置为施加压力到用户的侧面，以便于密封耳垫到用户耳朵周围或耳朵上。该压力会降低耳机对用户的舒适性。具有非对称横截面的耳垫2106的使用还使得为了密封耳垫2106到用户耳朵周围或耳朵上所需的由头带施加的压力可以被减少，由此改善用户舒适性。
应理解为所示各个物品可以独自使用，或与附图中所示或说明书中描述的其他物品组合使用，且在相同段落或相同附图中提及的物品不是必须彼此组合使用。此外，词“器件”可由适当的促动器或系统或设备替代。此外，关于“包括”或“构成”不打算以任何方式限制任何东西且读者应该据此解释相应的说明书和权利要求。
此外，尽管本发明以在上述提及的优选实施例的条款中被描述，应理解为那些实施例仅仅是示例的。本领域技术人员将能够在考虑公开的情况下在所附权利要求的范围内进行修改和变更。例如，在上述实施例中，头戴式空气净化器包括耳机系统，其中两个耳杯被设置在头带的相对端部上。然而，头戴式空气净化器可等同地包括任何头戴式物品，只要其可以被用于支撑空气流发生器和过滤器组件在用户的头部上。例如，头戴式空气净化器可包括任何类型的头部装置，譬如帽子或头盔，包括安全帽和安全头盔，自行车头盔，摩托车头盔等。特别地，头戴式空气净化器可包括头部装置，譬如自行车头盔或摩托车头盔，其支撑空气净化器组件，譬如本文所述的那样。
此外，尽管上述实施例中两个扬声器组件都包括电机驱动的叶轮和过滤器组件，其中两个扬声器组件都提供过滤/净化空气流到喷嘴，还可能两个扬声器组件中的仅一个包括电机驱动叶轮和过滤器组件，使得于是仅单个扬声器组件提供过滤/净化空气流到喷嘴。然而，这样的配置将没有上述实施例那么高效。
此外，在上述实施例中，叶轮外壳和蜗壳与彼此一体形成；然而还可能叶轮外壳和蜗壳为连接在一起的独立部件。类似地，尽管上述实施例中，扬声器壳体包括扬声器支架和顶部罩，扬声器壳体同样可以包括多于两个部件。作为示例，尽管在上述实施例中，包括过滤器座和一个或多个过滤器组件的过滤器组件为大体截头锥形形状，过滤器组件可以等同地为环形形状。然而，环形的过滤器组件将具有较小的可用过滤区域，其将降低净化器的效率。

Claims (14)

1.一种头戴式空气净化器，包括：
第一扬声器组件，布置为佩戴到用户的第一耳朵上，以及第二扬声器组件，布置为佩戴到用户的第二耳朵上，其中第一扬声器组件包括过滤器组件，电机驱动的叶轮，用于产生穿过过滤器组件的空气流，以及空气出口，位于过滤器组件下游，用于从扬声器组件发射过滤的空气流；
喷嘴，布置为从第一扬声器组件接收过滤的空气流，所述喷嘴包括空气出口，其布置为从头戴式空气净化器发射所接收的过滤的空气流；以及
控制电路，布置为控制第一扬声器组件的电机驱动的叶轮的旋转速度，使得电机驱动的叶轮的最大旋转速度为从9000到18000RPM。
2.如权利要求1所述的头戴式空气净化器，其中控制电路布置为控制第一扬声器组件的电机驱动的叶轮的旋转速度，使得电机驱动的叶轮的最大旋转速度为从10，000到14，000RPM，且优选为从10，000到12，000RPM。
3.如权利要求1所述的头戴式空气净化器，其中第一扬声器组件被配置为提供过滤的空气流，其具有至少1.2升每秒的最大流动速率，优选为至少1.25升每秒，且更优选为至少1.5升每秒。
4.如权利要求1所述的头戴式空气净化器，其中第一扬声器组件的叶轮具有不少于25mm的末端直径，优选不少于35mm，且更优选不少于40mm。
5.如权利要求1所述的头戴式空气净化器，其中第一扬声器组件的叶轮为具有大体锥形形状的混流叶轮。
6.如权利要求1所述的头戴式空气净化器，其中第二扬声器组件包括过滤器组件，电机驱动的叶轮，用于产生穿过过滤器组件的空气流，以及空气出口，位于过滤器组件下游，用于从扬声器组件发射过滤的空气流；且其中喷嘴还布置为从第二扬声器组件接收过滤的空气流，且从头戴式空气净化器发射所接收的两股过滤的空气流。
7.如权利要求6所述的头戴式空气净化器，其中控制电路还布置为控制第二扬声器组件的电机驱动的叶轮的旋转速度，使得电机驱动的叶轮的最大旋转速度为从10，000到14，0000RPM，且优选为从10，000到12，000RPM。
8.如权利要求6所述的头戴式空气净化器，其中第二扬声器组件被配置为提供过滤的空气流，其具有至少1.2升每秒的最大流动速率，优选为至少1.25升每秒，且更优选为至少1.5升每秒。
9.如权利要求6所述的头戴式空气净化器，其中第二扬声器组件的叶轮具有不少于25mm的末端直径，优选不少于35mm，且更优选不少于40mm。
10.如权利要求6所述的头戴式空气净化器，其中第二扬声器组件的叶轮为具有大体锥形形状的混流叶轮。
11.如权利要求1所述的头戴式空气净化器，其中控制电路布置为针对第一扬声器组件和第二扬声器组件两者实施主动噪音消除。
12.如权利要求11所述的头戴式空气净化器，其中第一扬声器组件和第二扬声器组件每个包括反馈麦克风和前馈麦克风中的至少一个，其提供主动噪音消除输入到控制电路。
13.如权利要求1所述的头戴式空气净化器，其中控制电路包括一个或多个电路板，布置在第一扬声器组件和第二扬声器组件的至少一个内。
14.如权利要求1所述的头戴式空气净化器，其中第一扬声器组件被安装在头带的第一端部上且第二扬声器组件被安装在头带的相对的第二端部上，头带布置为被穿戴在用户的头部上。
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