CN1690448A - 流体泵设备 - Google Patents

Abstract

在具有电机(1)和由电机(1)所驱动的风机(2)的供气泵中，风机(2)具有叶轮(21)，其中该叶轮具有多个叶片(21a)，用于将空气压缩并泵出。由公式(F＝N×S)所获得的值(F)设定成是比人可听得见的频段更高的值，其中“N”代表叶轮的叶片的数量，“S”代表叶轮在正常转速下的每秒钟转数(“X”为数学乘号)。主峰值处的风扇噪音频率(F＝N×S)出现在可听得见的频段之外的更高频率处，从而可以减小了人可听得见的噪音。

Description

流体泵设备

技术领域

本发明涉及一种流体泵设备，该流体泵设备通过旋转具有多个叶片的叶轮将流体压缩并泵出，并且尤其涉及可减小风扇噪音的供气泵。

背景技术

在现有技术中，下述技术特征已知地用于减小空气电泵的风扇噪音，例如日本专利公开文献No.H9-209997中所公开的那样；

(1)各个叶片的倾角(pitch angle)设定为彼此不一致，及

(2)叶片在叶轮两侧上所形成的位置，被设定成在调制点(modulation point)为0的位置处沿叶轮转动方向偏移半个节距(half pitch)。

根据上述传统技术特征，叶轮两侧处所产生的风扇噪音彼此干扰，以减小声能并因而减小风扇噪音。

然而，根据上述传统方法，多个噪音峰值会分散在多个较低频率处，并且可能会产生上述较低频率噪音，但是可以抑制在空气电泵的正常(恒定)转速下的较高频率噪音峰值。结果使得，没有减小人可听得见的频段中的全部风扇噪音。

发明内容

考虑到上述问题而作出本发明，且本发明的目的是提供一种流体泵设备，其中该流体泵设备通过使噪音的峰值频率移向可听得见的频段以外的更高值而将人可听得见的噪音减小到较小值。

根据本发明的特征，由公式(F＝N×S)所得到的值(F)设定成是比人可听得见的频段更高的值，其中，“N”为流体泵设备叶轮的叶片的数量，以及“S”在正常(恒定)转速下每秒钟的叶轮转数。(“×”为数学乘号。)

根据上述特征，主峰值处的风扇噪音频率(N×S)出现在可听得见的频段之外的更高频率处，从而可以减小人可听得见的噪音。

根据本发明的另一特征，各个叶片的叶翼倾角设定为彼此相等。

根据这一特征，可以将风扇噪音的峰值频率集中在一个点(频率)处，并且避免了主峰值处的峰值频率变化。结果使得，主峰值处风扇噪音的频率可以完全地移到可听得见频段以外的更高频率处。

根据本发明的又一特征，叶轮的叶片数量可以设定为质数，从而防止风扇噪音出现在主峰值之外的其它频率处。结果使得，防止在人可听得见的频段中产生半峰值的风扇噪音。防止了风扇噪音的峰值频率的分散，并且防止在可听得见的频段中产生风扇噪音的峰值频率。

根据本发明的再一特征，风机是一种涡流式风机，其中该风机具有涡流腔和可旋转地支承在该涡流腔中的叶轮。在间隔部分中形成有如凹槽或倾斜表面之类的容积减小装置，其中该间隔部分形成在涡流腔中的液流起始部分和终止部分之间。

根据该容积减小装置，涡流腔的横截面积在涡流腔的终止部分处沿叶轮(叶片)转动方向逐渐减小，从而当叶片跨过间隔部分时，流体压力变化减小，进而减小了风扇噪音(风隙噪音)。使用这种设置，可以减小风扇噪音，尤其是在空气泵启动和停止的期间当风扇噪音的主峰值经过可听得见的频段时，更是如此。

附图说明

从下面参照附图所作的详细描述中，本发明的上述和其他目的、特征和优点将变得更加明显。在附图中：

图1是本发明实施例所述的供气泵的剖视图；

图2是图1所示供气泵的风机外壳的局部侧视图；

图3A是图1所示供气泵的叶轮的局部放大主视图；

图3B是图3A所示叶轮的局部侧视图；

图4示出了本发明的噪音水平的图表；

图5示出了传统设备的噪音水平的图表。

具体实施方式

(第一实施例)

本发明将在下面参照本实施例进行解释，其中本发明应用于如图1至3所示的供气电泵。

该供气泵将空气压缩并将压缩后的空气泵出。例如，该供气泵在汽车发动机的次级供气系统中使用，其中该供气泵将压缩空气供应到位于催化剂(其用于净化废气)上游侧的发动机排气管内。

该供气泵包括具有双叶片涡流式叶轮的风机装置，如第一实施例中所示。

如图1所示的供气泵，包括电机1、上述风机装置2和气道部分4，其中过滤器3设置在该气道部分中。

(电机)

本实施例的电机1为直流电机，它包括定子7、转子(电枢)8和碳刷组12，其中该定子7具有圆柱形磁轭(yoke)5和固定到该圆柱形磁轭5的内周表面上的多个永磁体6，该转子8设置在定子7中，该碳刷组12设置在电机壳11中并具有多个碳刷10，其中这些碳刷与设置在电枢8中的整流子9滑动接触。

电枢8包括转轴13、电枢芯14、电枢线圈和整流子9，其中转轴13由电机壳11和定子7可旋转地支承，电枢芯14固定到转轴13上，电枢线圈卷绕在电枢芯14上，整流子9与电枢线圈电连接。

碳刷组12包括多个碳刷10、碳刷架15、多个弹簧16和定位架(spacer)17，其中碳刷10将与整流子9滑动接触，碳刷架15将碳刷10可移动地保持在其中，弹簧16用于将碳刷10推向整流子9，定位架17用于将碳刷架15紧固地支承在电机壳11中。

(风机装置)

风机装置2具有双叶片涡流式的叶轮21和风机壳22。

该叶轮21形成盘形，其中在该盘形叶轮21的外周边和两侧形成有多个叶片(叶翼)21a。该叶轮21的中心部分通过连接装置23连接到电机1的转轴13的端部上，从而叶轮21可以与转轴13一体地转动。

风机壳22包括第一蜗壳25和第二蜗壳27，其中第一蜗壳通过螺钉24固定到电机壳11上，第二蜗壳通过卡夹26固定到第一蜗壳25上。在风机壳22中形成有涡流腔(流体流动腔)28，用于通过叶轮21的多个叶片21a的旋转来压缩空气。

该涡流腔28形成C形空间，且该C形空间(沿着在叶轮外周边处形成的多个叶片)形成在叶轮21的外周边部分处，从而空气沿着该涡流腔进行流动。

如图2所示，在风机壳22的第一蜗壳25中，在涡流腔28的起始部分28a(即叶片21a随着叶轮21的转动而进入涡流腔的部分)处形成有进气口31。该进气口31与气道部分4的下游侧相连通，如图1所示。

在风机壳22中的涡流腔28的终止部分28b(即叶片21a随着叶轮的转动从涡流腔中退出的部分)处形成有排气口32，从而被压缩的空气通过该排气口32排出。

(空气电泵的操作)

当电机1通过继电器连接到车辆的电池(未示出)上时，电力供应给电机1，并且转轴13和叶轮21一起转动。

当叶轮21转动时，多个叶片21a沿着周向移动(转动)，从而涡流腔28中的空气被压缩，而空气从起始部分28a移向终止部分28b。由于在进气口31处产生负压，所以空气通过空气过滤器3从气道部分4被导(吸)向进气口31。另一方面，由于在出气口32处产生正压，在涡流腔28中被压缩的空气从出气口32中排出。

电机1正常工作时的转速，称作“正常转速”。根据本实施例，该电机1的工作模式或者是“启动状态(电源供电)”或者是“停止状态(电源断电)”。当向电机1供电且转轴13和叶轮21在稳定条件(处于稳定的恒速)下转动时，该稳定状态下的转速与“正常转速”相对应。

(本实施例的性能特征)

根据本实施例的电机1，风扇噪音的峰值频率移向可听得见频段以外的更高频率侧，从而减小了人可听得见的噪音水平。

在本实施例的空气电泵中，多个叶片(叶翼)21a在一个方向上旋转，并且每个叶片21a都使空气增加流速。在风机壳22中形成有间隔部分33，用于在起始部分28a和终止部分28b之间间隔出涡流腔28，如图2所示。结果使得，

(1)当各个叶片21a将压缩气体导向出气口32时，气压每次都发生变化，因此产生脉动噪音，并且

(2)当各个叶片21a从终止部分28b向间隔部分33移动时，每次都产生风隙噪音(wind noise)。

由于当各个叶片21a跨过出气口32时由气压变化产生了上述的脉动噪音，所以该脉动噪音的频率主要取决于叶片21a跨过出气口32的周期。

以类似方式，当各个叶片21a跨过间隔部分33时，由气压变化产生风隙噪音。该风隙噪音的频率主要取决于叶片21a跨过间隔部分33的周期。

如上所述，脉动噪音和风隙噪音中的每一个都是这样一种噪音，即噪音的频率都取决于各个叶片跨过固定部分(出气口32和间隔部分33)的周期。风扇噪音(即脉动噪音和风隙噪音)的(primary peak)主峰值出现在叶片21a跨过固定部分32和33的周期处。

也就是说，风扇噪音的主峰值出现在频率F(Hz)处，该频率F由N和S相乘得出，其中N是叶片21a的个数，S是电机每秒钟的转数(转/秒)。

在本实施例所述的空气电泵中，当电机1以“正常转速”工作时(此时在供电情况下电机1以恒速稳定地旋转)时，叶片21a跨过固定部分32和33的周期(频率)被设定成是比可听得见的频段更高的值。

也就是说，频率F设定成是比人可听得见的频段Fh(Hz)更高的值(N×S＝F≥Fh)，其中

频率“F”由公式“F”＝“N”דS”计算，

“N”为叶片21a的数量，

“S”为当电机1以“正常转速”工作时电机1的每秒钟转数(转/秒)，及

“×”为乘号。

该“可听得见的频段”表示普通人可听见的噪音的频率范围，而“比可听得见的频段更高的值”表示普通人听不见的噪音的所在频率。例如，所述更高的值大于20kHz。

图4和5示出了相对于不同噪音频率的噪音水平，其中图4是本发明的图表，图5是传统设备的图表。如从这些图表中所表示，在图4中，主峰值频率出现在高于20kHz的频率(20.5kHz左右)处，即可听得见的频段的上限附近。另一方面，如图5所示，主峰值频率和半峰值频率出现在可听得见的频段中，分别位于13kHz和6.5kHz处。如图4所示，半峰值的频率未出现在本发明中。

结果使得，人可听得见的风扇噪音(脉动噪音和风隙噪音)减小到较小值。

如上所述，叶片21a形成在叶轮21的两侧上。并且，风扇噪音(脉动噪音和风隙噪音)在叶轮21的两侧处产生。

叶轮21两侧(前侧和后侧)的叶片21a的各个数量设定为满足上述公式(“N”דS”＝“F”≥“Fh”)。在本实施例中，前侧叶片的数量与后侧叶片的数量相同，都为79。

根据本实施例，在一侧(例如，前侧)的相邻叶片21a之间的叶翼倾角(fin pitch angle)在叶轮21的整个周边上都彼此相等，如图3A所示。在另一侧(后侧)上的情况也是如此。

而且，如图3B所示，一侧(前侧)上的叶片21a沿转动方向的位置与另一侧(后侧)上的叶片位置相同。然而，一侧上的叶片位置可以相对于另一侧的叶片(在调制点为0的点处)偏移半个节距。

结果使得，风扇噪音的峰值频率可以集中到主峰值的一个点(频率)处，并且主峰值的频率在电机1的正常(恒定)转速下不会改变。因此，主峰值的频率可以完全地移向人可听得见的频段以外的更高频率范围。

根据本实施例，叶轮各侧的叶片21a的数量选定为质数，例如该质数为79。

在本实施例中，由“N”דS”(＝79דS”)所计算出来的频率“F”设定为20.5kHz。也就是说，在本实施例中，叶轮21设定成使得风扇噪音的主峰值出现在频率20.5kHz处。

结果使得，也可以防止半(1/2)峰值或四分之一(1/4)峰值的风扇噪音出现在人可以听得见的频段中。也就是说，可以防止出现噪音峰值的分散，并因此防止噪音峰值出现在可听得见的频段中。

如图2所示，在靠近涡流腔28的终止部分28b的一侧，在风机壳22的间隔部分33中形成有多个(两个)凹槽34，从而涡流腔28的容积随着叶轮21的旋转逐渐减小。换句话说，凹槽34的横截面积沿叶轮21的转动方向逐渐减小。凹槽34形成在分别与叶轮21侧面相对的两个间隔部分33中。

凹槽34的数量不应仅限于两个，可以形成一个或三个或其他数量的凹槽。一个或多个凹槽还可以由形成在间隔部分33上的倾斜表面来代替，该倾斜表面位于叶片21a和/或叶片外周边跨过间隔部分33的位置处。

结果使得，叶片21a跨过间隔部分33时所产生的压力变化被抑制到较小的数值，并因此减小了风隙噪音。

此外，在空气电泵启动和停止工作期间，当主峰值的风扇噪音经过可听得见的频段时，所述风扇噪音同样可以减小。

凹槽和倾斜表面在本说明书中共同地都称为“容积减小装置”。

(其他实施例)

在上述实施例中，本发明应用于对空气进行压缩并泵出的空气电泵。然而，本发明也可以用于其它泵装置，这些泵装置对空气以外的其它气体进行压缩并泵出，或者这些泵装置对(处于蒸汽相下的)气体和液体的混合物进行压缩和泵出。

此外，在上述实施例中，使用了双叶片的叶轮。本发明也可以应用于具有单叶片叶轮的风机，其中在叶轮的一侧上形成有多个叶片。

本发明还可以应用于涡流式风机之外的离心式风机或者轴流式风机。

Claims (4)

1.一种流体泵设备，包括：

电机(1)；

风机(2)，其可操作地连接到电机(1)上并由之驱动，其中该风机具有流体流动腔(28)和可旋转地支承在该流体流动腔(28)中的叶轮(21)，并且叶轮(21)具有多个叶片(21a)，

其特征在于，由公式“F＝N×S”所得到的值“F”设定成是比可听得见的频段更高的值，

其中，“N”为叶片(21a)的数量，以及

“S”为电机(1)在正常转速下的每秒钟转数，“×”为数学乘号。

2.根据权利要求1所述的流体泵设备，其特征在于，各个叶片(21a)的叶翼倾角设定为彼此相等。

3.根据权利要求1所述的流体泵设备，其特征在于，叶片(21a)的数量设定为质数。

4.根据权利要求1所述的流体泵设备，其特征在于，风机(2)具有风机壳(22)，在该风机壳(22)中形成有流体流动腔(28)，

间隔部分(33)形成在流体流动腔中的液流起始部分和终止部分之间，并且

容积减小装置(34)形成在间隔部分中邻近流体流动腔(28)的终止部分(28b)处，从而流体流动腔(28)的横截面积沿叶轮(21)的转动方向在终止部分(28b)处逐渐减小。

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