CN111043057B - 对旋风扇 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种对旋风扇，包括：两个叶轮和电机，电机用于驱动两个叶轮旋转；两个叶轮沿轴向间隔开设置且分为第一级叶轮和第二级叶轮，对旋风扇运转时气流由第一级叶轮朝向第二级叶轮的方向吹动，至少一个叶轮具有多圈的叶片，多圈叶片沿叶轮的径向排布，每圈的多个叶片绕叶轮的轮毂间隔开设置，相邻两圈叶片之间连接有隔环。本发明对旋风扇，采用多圈叶片的叶轮，可增强对旋风扇中部的出风能力，提高对旋风扇出口风场靠近中心位置的速度分布，明显改善出口风场的均匀性。

Description

对旋风扇

技术领域

本发明属于风扇技术领域，具体是一种对旋风扇。

背景技术

风扇可以加快气流的传动，增加送风面积实现广散风、或提高风程和送风距离、加快风速提高对流速度，是多种生活电器中不可缺少的零部件。

已有的串联式的双级轴流风扇，两级风扇大小相同，转向相同或相反，两级风扇分别配置一个电机或两个电机进行驱动旋转，且大多在两级风扇的中间布置整流装置，结构较为复杂，且噪声大。当两级风扇朝向不同的方向旋转时，第一级风扇出口的带旋气流可以被第二级扇叶消旋，出来平直风，加速空气循环，但经过整流的第一级风扇的风量到第二级风扇后，其风力和风量会有所减弱。

当风扇的单个叶片长度较长时，旋转速度的调整有限，否则叶片变形较大，气动性能和噪音性能都下降，采用更硬的叶片虽能解决叶片变形的问题但成本较高。此时风扇若为轮毂比较小的长叶型，其叶片根部会出现较大的扭曲，两级叶片根部产生回流区，风速低且风不会往前吹，不利于电机的散热，影响电机寿命。

为了美观，轴流风扇整体不能设计太厚，否则严重影响外观，而两级风扇之间的间距较小时，前一级扇叶产生的泄露涡等气流容易进入后一级扇叶中，导致叶频和叶倍频的噪音峰值明显上升，噪音较大。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种对旋风扇，所述对旋风扇旋转稳定不易变形，电机冷却效果好，中心出风较强。

根据本发明实施例的一种对旋风扇，包括：两个叶轮，两个所述叶轮沿轴向间隔开设置且分为第一级叶轮和第二级叶轮，所述对旋风扇运转时气流由所述第一级叶轮朝向所述第二级叶轮的方向吹动，至少一个所述叶轮具有多圈的叶片，多圈所述叶片沿所述叶轮的径向排布，每圈的多个所述叶片绕所述叶轮的轮毂间隔开设置，相邻两圈所述叶片之间连接有隔环；电机，所述电机用于驱动两个所述叶轮旋转。

根据本发明实施例的对旋风扇，采用多圈叶片的叶轮，可增强对旋风扇中部的出风能力，提高对旋风扇出口风场靠近中心位置的速度分布，可明显改善出口风场的均匀性；设有隔环和多圈叶片的叶轮，对前后级叶轮风力传动具有显著的加强作用，可明显改善对旋风扇的刚性，叶片在长期旋转时不易产生变形，且各级叶轮其临界转速都得到提高，有利于对旋风扇整体的稳定运转，保证良好的风扇性能；由于电机一般设在对旋风扇的中部，具有多圈叶片的叶轮，距离电机近的叶片旋转做功可加强电机附近风场的速度，提高电机的冷却效果，有利于维持电机的使用寿命；两级叶轮间隔开设置，一方面可使得第一级叶轮产生的涡旋得以平缓，另一方面为安装电机等连接部件提供了足够的空间。

根据本发明一个实施例的对旋风扇，具有所述隔环的所述叶轮上，每相邻两圈所述叶片中，内圈的所述叶片的弯角大于等于外圈的所述叶片的弯角。

根据本发明一个实施例的对旋风扇，具有所述隔环的所述叶轮上，相邻两圈所述叶片中，内圈的所述叶片的数量大于等于外圈的所述叶片的数量。

根据本发明一个实施例的对旋风扇，具有两圈所述叶片的所述叶轮上，所述轮毂的直径为r1，所述隔环的直径为r2，外圈的所述叶片的外径为r3，r1、r2、r3满足关系式：(r2-r1)/(r3-r1)的比值为0.3～0.7。

根据本发明一个实施例的对旋风扇，所述隔环的厚度小于等于所述叶片的最大厚度。

可选地，所述隔环的整个表面为光滑的弧面。

根据本发明一个实施例的对旋风扇，所述电机为两个，两个所述电机分别与两个所述叶轮相连，两个所述叶轮同轴设置。

根据本发明一个实施例的对旋风扇，所述电机为一个，所述电机与至少一个所述叶轮之间连接有传动机构。

根据本发明一个实施例的对旋风扇，还包括：支架，所述电机设在所述支架上，所述两个叶轮位于所述支架的相对两侧。

进一步地，所述支架包括：内承板，所述电机固定在所述内承板上；外支环，所述外支环外套在所述内承板的外侧；辐射杆，所述辐射杆为多个，多个所述辐射杆环绕所述内承板设置，每个所述辐射杆的一端与所述内承板相连，每个所述辐射杆的另一端与所述外支环相连。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明一个实施例的对旋风扇的总体结构示意图。

图2为本发明一个实施例的对旋风扇的侧视结构示意图。

图3为本发明一个实施例的第二级叶轮的主视结构示意图。

图4为本发明一个实施例的第一级叶轮的主视结构示意图。

图5为本发明一个实施例的对旋风扇的风场示意图。

图6是现有的对旋风扇的两级叶轮都是单圈叶片时的风场示意图。

图7是本发明实施例的叶片叶型参数示意图。

附图标记：

对旋风扇100；

电机10；

支架20；外支环21；辐射杆22；

第一级叶轮30；

第二级叶轮40；

隔环50；

轮毂60；锁紧螺母61。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参考图1-图7描述本发明实施例的对旋风扇100。

根据本发明实施例的一种对旋风扇100，如图1、图2所示，包括：两个叶轮和电机10。其中，电机10用于驱动两个叶轮旋转，为两级叶轮旋转提供动力。

两个叶轮沿轴向间隔开设置，分别为第一级叶轮30和第二级叶轮40，当对旋风扇100运转时，气流由第一级叶轮30朝向第二级叶轮40的方向吹动。两级叶轮间隔开设置，第一级叶轮30和第二级叶轮40之间可以是转速不同，也可以是转向不同。

在本发明实施例中，至少一个叶轮具有多圈的叶片，也就是说，第一级叶轮30可以具有多圈的叶片，而第二级叶轮40仅有一圈叶片；或者第二级叶轮40具有多圈的叶片，而第一级叶轮30则仅有一圈叶片；或者第二级叶轮40和第一级叶轮30均具有多圈的叶片。当某一叶轮具有多圈叶片时，它可以是两圈，也可以是三圈等，这里不作限制。

多圈叶片沿叶轮的径向排布，每圈的多个叶片绕叶轮的轮毂60间隔开设置，相邻两圈叶片之间连接有隔环50。设有隔环50和多圈叶片的叶轮，可明显改善对旋风扇100单级叶轮整体的刚性，叶片在长期旋转时不易产生变形。

相对于两级叶轮都是单圈叶片的对旋风扇100’而言，将至少一级叶轮设置成多圈叶片可以明显改善出口风场均匀性。

下面以图5和图6所示的风场示意图来进行说明，图5是两级叶轮均是双圈叶片的对旋风扇100出口风场示意图，图6是两级叶轮均是单圈叶片的对旋风扇100’出口风场示意图。

从图6可以看出当两级叶轮均是单圈叶片时，出口风场靠近轴线位置出现较大的低速回流区，风感较弱，而出口风场最大速度出现在叶片靠近叶顶的中上部位置。

从图5可以看出当两级叶轮均是双圈叶片时，中心靠近轴线位置虽然仍然有回流区，但是回流区明显缩小。出口风场的风力明显趋于均匀。相对于单圈叶片而言，出口风场均匀性得到了改善，对于用户的舒适性体验是有提高的。

可以理解的是，叶轮上距离旋转轴线越近处，线速度越小，因此通常风扇出风侧邻近轮毂60处风感较弱。而当叶轮上距离旋转轴线越远处，线速度越大，做功能力越强。当风轮为单圈叶片时，出口风场邻近旋转轴线的区域因为风力弱、风压小，而周围外圈风压较大，因此出口风场在临近风轮处会出现回流区。

但是当叶轮具有两圈甚至更多圈的叶片时，即使内圈叶片和外圈叶片叶型相同、数量相等，但是内圈叶片和外圈叶片之间由于设置了隔环50，承载能力加强，做功能力也就随之增加，同速下多圈叶轮旋转时风感更强。因此表现出出口风场明显趋于均匀。

需要说明的是，本文中提到的内圈、外圈均是相对概念，即当叶轮具有两圈甚至更多圈的叶片时，任意两圈叶片之间，临近叶轮的旋转轴线的叶片称为内圈叶片，远离叶轮的旋转轴线的叶片称为外圈叶片。

除了风场均匀性得到加强外，具有多圈叶片的叶轮还有其他优势。具体而言，常规的叶轮，距离轮毂60越远，叶片刚度越小，叶片的承载能力就会变小，因此做功能力受到限制。而对于设置了隔环50的叶轮而言，相邻两圈叶片中，内圈叶片在叶顶处连接隔环50，外圈叶片在叶根处连接隔环50，叶片刚度大大加强。

而且设置了多圈叶片的叶轮，其结构上相对于单圈的叶轮而言，存在更多的结构变化空间，做功能力可以进一步增强。例如，可以将不同圈的叶片采用不同的叶型，利用内圈叶片线速度低但是刚度、强度更大的特点，采用更易出旋的叶型等。例如，可将内圈的叶片数量设置得大于外圈的叶片数量，增加叶片密度来增加内圈做功能力。还例如，可将内圈的叶片弯角设置得大于外圈的叶片弯角，或者内圈叶片的轴向尺寸做出变化等。

当然，如果风扇中只有单个叶轮，即使该叶轮具有两圈或者三圈叶片，其出口风场的风感仍会大打折扣。

具体而言，单个叶轮旋转时会形成环向涡流状风场，叶顶产生叶顶气流泄露涡。当轮上设置了两圈或者更多圈叶片时，每个隔环50处，隔环50外侧连接一圈叶片的叶根，隔环50内侧连接一圈叶片的叶顶，隔环50处出风风场形成的涡流状况复杂，不仅有额外气流噪音，而且此处紊乱的气流使气流不稳，还会消耗风压。

但是两个叶轮同时旋转，合理设置结构参数的前提下，两级叶轮(30，40)产生的出风可相互进行消旋。尤其在转向相反的两级叶轮之间，产生的气流旋转向相反。如图2所示，第二级叶轮40产生的涡流旋会被第一级叶轮30产生的涡流旋消旋，或者被第一级叶轮30吹出的平直风吹散，使中间部分平直风增强，促使对旋风扇100的出风稳定，平直风送风距离远，第二级叶轮40的周边则可以向外扩散广散风。

需要说明的是，本发明实施例的对旋风扇100可应用于电风扇、循环扇、换气扇、空调风扇等需要送出空气的设备中，本发明实施例的对旋风扇100主要用于促进气流流动而非换热。

需要说明的是，本文提到的弯角，指的是叶片由前缘到尾缘的延伸过程中，叶片沿周向的弯曲变化角，即叶片的前缘安装角与尾缘安装角的差值。为本领域为公知的是，叶轮的叶片均具有前缘和尾缘(“尾缘”也可称为“后缘”)，根据流体的流动方向来判断，流体从叶片前缘流入叶片通道，从叶片尾缘流出叶片通道。

参照图7，用与叶轮同轴的等径圆筒面与叶片相交形成月牙形的截面，图中为方便说明以LE示出叶片的前缘，以TE示出叶片的尾缘。该截面的中弧线在前缘LE处的切线，与前缘LE在等径圆筒面上的切线，二者之间夹角为前缘安装角β_1m。该截面的中弧线在后缘TE处的切线，与后缘TE在等径圆筒面上的切线，二者之间夹角为后缘安装角β_2m。前缘安装角β_1m与后缘安装角β_2m的差值等于弯角Δβ。

在本发明的一些实施例中，如图1、图3、图4所示，具有隔环50的叶轮上，相邻两圈叶片中，内圈的叶片的弯角大于外圈的叶片的弯角。由于内圈的叶片刚度大、承载能力强，且不影响外圈叶片的叶型，因此可以通过设计增加内圈叶片的弯角，来提高内圈叶片的做功能力。

弯角越大的内圈叶片，气流在经内圈时转弯幅度越大，产生的气流旋就越多。出口气流中气流旋越多，风扇做功能力越强，即风量、风压更大。从而一方面增加了对旋风扇100中心位置出风能力，另一方面可加快轮毂60附近电机10的散热和冷却。

在本发明的一些实施例中，具有隔环50的叶轮上，相邻两圈叶片中，内圈的叶片的数量等于外圈的叶片的数量。在另一些实施例中，如图1、图3、图4所示，具有隔环50的叶轮上，相邻两圈叶片中，内圈的叶片的数量多于外圈的叶片的数量。内圈叶片数量设计的多一些可以解决内圈做功能力弱的缺陷，提高对旋风扇100出风的均匀性。内圈叶片和外圈叶片之间由于设置了隔环50，叶片在隔环50处弯角得到增加。

在本发明的一些实施例中，如图3所示，具有两圈叶片的叶轮上，轮毂60的直径为r1，隔环50的直径为r2，外圈的叶片的外径为r3，r1、r2、r3满足关系式：(r2-r1)/(r3-r1)的比值为0.3～0.7。这里，外圈的叶片的外径指的是，所有外圈的叶片距离旋转轴线最远点所在圆的直径。

当外圈叶片设计弯扭较为严重时，取较大值，即外圈叶片的轮缘直径和内圈叶片的轮缘直径之间相差较小，需要增加的内圈风场的面积较多，使得外圈叶片不因弯扭太大而在旋转时轻易发生断裂；当外圈叶片设计弯扭较小时，取较小值，即外圈叶片的轮缘直径和内圈叶片的轮缘直径可相差较大，需要增加的内圈风场的面积较小，外圈叶片不易断裂。这是综合考虑了外圈叶片的强度问题和内圈叶片的空气通流能力，综合得出的结果。

在本发明的一些实施例中，隔环50的厚度小于等于叶片的最大厚度。叶轮的叶片设计过厚会有两方面的噪音影响，当第一级叶轮30的叶片的厚度太厚，其尾缘尾迹会和第二级叶轮40的叶片前缘进行干涉，导致冲击噪声。当第二级叶轮40的叶片过厚也会带来第二级叶轮40的隔环50部分的尾迹宽频噪音。因此隔环50和叶片的厚度要合理设计，取适当的厚度差，以减小噪声，增加美观度，且保持对旋风扇100较好的出风性能。

可选地，隔环50的整个表面为光滑的弧面。隔环50的前部、侧部或后部均需要为圆头或者椭圆头等光滑弧线设计，避免产生额外气流噪音。

可选地，外圈的叶片与隔环50的外壁连接，内圈的叶片一端与隔环的内壁连接，内圈的叶片另一端与轮毂60连接。使内圈和外圈叶片在高速旋转时，不易弯折。

在本发明的一些实施例中，如图2所示，电机10为两个，两个电机10分别与两个叶轮相连，两个叶轮同轴设置。两个电机10分别控制一级叶轮，方便通过电机10的转速的调整，改变两级叶轮的转速，且便于安装和布置，对旋风扇100的对称性好。两叶轮分别通过锁紧螺母61与电机10的电机轴连接。

在本发明的一些实施例中，电机10为一个，电机10与至少一个叶轮之间连接有传动机构。使用单个电机10进行驱动旋转，可进一步降低对旋风扇100的整体噪声，并简化对旋风扇100的结构。其中传动机构为行星轮机构，具体的，电机10的两端沿轴向均伸出设有电机轴，电机轴的一端连接第一级叶轮30的轮毂60，电机轴的另一端通过行星轮机构连接第二级叶轮40的轮毂60，行星轮机构可采用现有技术公知的行星机构的方案，这里不作限制。由此，对旋风扇100整体紧凑，第二级叶轮40和第一级叶轮30在旋转时噪声更低，旋转转速比可通过传动机构的选择而调整。

在本发明的一些实施例中，如图1所示，对旋风扇100还包括：支架20，电机10设在支架20上，两个叶轮位于支架20的相对两侧。支架20支撑两级叶轮转动，增强其旋转的稳定性。

可选地，支架20包括：内承板、外支环21、辐射杆22。其中，电机10固定在内承板(相当于电机支架)上；外支环21外套在内承板的外侧；辐射杆22为多个，多个辐射杆22环绕内承板设置，每个辐射杆22的一端与内承板相连，每个辐射杆22的另一端与外支环21相连。内承板为电机的安装提供了支撑和空间，辐射杆22和外支环21的结构设置可减小对气流的干扰。

为更好理解本发明实施例的方案，下面结合图1-图5描述本发明的一个具体实施例中对旋风扇100的结构。

如图1、图2所示，一种对旋风扇，包括第一级叶轮30、第二级叶轮40、一个电机10、支架20。其中第一级叶轮30和第二级叶轮40沿轴向间隔开设置，当对旋风扇100旋转时，气流由第一级叶轮30朝向第二级叶轮40的方向吹动。

如图3、图4所示，第一级叶轮30、第二级叶轮40均具有沿径向排布的内圈扇叶和外圈扇叶，且内圈扇叶和外圈扇叶之间均采用隔环50隔开，其中内圈扇叶的一端与轮毂60连接，内圈扇叶的另一端与隔环50连接，外圈扇叶与隔环50的外部连接。

内圈叶片的弯角均大于外圈叶片的弯角，且内圈叶片的数量均多于外圈叶片的数量。隔环50的厚度小于叶片的最大厚度。隔环50各处均设为光滑弧面。

电机10两端沿轴向伸出电机轴，一端与第一级叶轮30连接，另一端通过传动机构与第二级叶轮40连接。电机10设在支架20的内承板上。

支架20还包括外支环21、辐射杆22，外支环21外套在内承板的外侧。多个辐射杆22环绕内承板设置，每个辐射杆22的一端与内承板相连，每个辐射杆22的另一端与外支环21相连。

如图5所示，对旋风扇100中部靠近轮毂60的风场的回流区较小，整个出风风场较为均匀，既有广散风，又有远距离平直风。第一级叶轮30逆时针旋转时，第二级叶轮40顺时针旋转；相反，第一级叶轮30顺时针旋转时，第二级叶轮40逆时针旋转。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“长度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的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发明的限制。

此外，“第一级叶轮”、“第二级叶轮”中限定“第一”、“第二”可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征，用于区别描述特征，无顺序之分，无轻重之分。

在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

图1、图3、图4中显示了一个隔环50、内外两圈扇叶组成的一级叶轮用于示例说明的目的，但是普通技术人员在阅读了上面的技术方案之后、显然可以理解将该方案应用到两个隔环50、更多圈扇叶的技术方案中，这也落入本发明的保护范围之内。

根据本发明实施例的对旋风扇中风扇流体力学的原理对于本领域普通技术人员而言都是已知的，这里不再详细描述。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种对旋风扇，其特征在于，包括：

两个叶轮，两个所述叶轮沿轴向间隔开设置且分为第一级叶轮和第二级叶轮，所述对旋风扇运转时气流由所述第一级叶轮朝向所述第二级叶轮的方向吹动，至少一个所述叶轮具有多圈的叶片，多圈所述叶片沿所述叶轮的径向排布，每圈的多个所述叶片绕所述叶轮的轮毂间隔开设置，相邻两圈所述叶片之间连接有隔环；

电机，所述电机用于驱动两个所述叶轮旋转；

具有所述隔环的所述叶轮上，每相邻两圈所述叶片中，内圈的所述叶片的弯角大于外圈的所述叶片的弯角；

具有两圈所述叶片的所述叶轮上，所述轮毂的直径为r1，所述隔环的直径为r2，外圈的所述叶片的外径为r3，r1、r2、r3满足关系式：(r2-r1)/(r3-r1)的比值为0.3～0.7。

2.根据权利要求1所述的对旋风扇，其特征在于，具有所述隔环的所述叶轮上，相邻两圈所述叶片中，内圈的所述叶片的数量大于等于外圈的所述叶片的数量。

3.根据权利要求1或2中任一项所述的对旋风扇，其特征在于，所述隔环的厚度小于等于所述叶片的最大厚度。

4.根据权利要求1或2中任一项所述的对旋风扇，其特征在于，所述隔环的整个表面为光滑的弧面。

5.根据权利要求1所述的对旋风扇，其特征在于，所述电机为两个，两个所述电机分别与两个所述叶轮相连，两个所述叶轮同轴设置。

6.根据权利要求1所述的对旋风扇，其特征在于，所述电机为一个，所述电机与至少一个所述叶轮之间连接有传动机构。

7.根据权利要求1所述的对旋风扇，其特征在于，还包括：支架，所述电机设在所述支架上，所述两个叶轮位于所述支架的相对两侧。

8.根据权利要求7所述的对旋风扇，其特征在于，所述支架包括：

内承板，所述电机固定在所述内承板上；

外支环，所述外支环外套在所述内承板的外侧；

辐射杆，所述辐射杆为多个，多个所述辐射杆环绕所述内承板设置，每个所述辐射杆的一端与所述内承板相连，每个所述辐射杆的另一端与所述外支环相连。

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