CN211901078U - 轴向导流扩压器及具有其的高速电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种轴向导流扩压器及具有其的高速电机。轴向导流扩压器包括扩压环形本体，扩压环形本体具有径向环形支撑段和轴向支撑段，环形支撑段的中部设置有叶轮，环形支撑段和轴向支撑段上设置有扩压叶片；扩压叶片的入口角度为α₂。通过重新设置扩压器的扩压叶片的入口角度，改变气流角度，减小气流在机壳内的冲击，减少冲击损失，能够减小气流流道，减小气体摩擦损失；能够减小气流冲击产生的噪音，减小气流流动时旋转涡流的噪音，采用该结构的轴向导流扩压器，能够实现对对气体实现整流，提升对电机散热的效果。

Description

轴向导流扩压器及具有其的高速电机

技术领域

本实用新型涉及电机设备技术领域，具体而言，涉及一种轴向导流扩压器及具有其的高速电机。

背景技术

目前扩压器只存在径向叶片而没有轴向导流叶片,由于径向叶片存在一定安装角，气体从径向扩压器叶片流出后，存在轴向和径向两个方向的分速度，导致气体在扩压器和机壳中间螺旋运动。这样的螺旋运动一直延续到气体流出机壳，类似一个大型的“涡流”，导致气体在机壳中的流动路径变长，热量在机壳内滞留的时间变长，气体在整个机壳中的流动阻力增大，能量损失严重，产生的热量多且单位时间内从机壳内带出的热量少。导致电机散热效果差，影响电机和电路板的性能。

现有技术中扩压器采用径向和轴向叶片分开式叶片，流体从叶轮的出口端出来后，进入类似于无叶扩压器区域，然后进入轴向扩压器中，其中的问题在于，在无叶扩压器的区域中，流场处于紊乱的状态，在周向速度的作用下，流体的路径变长损失变大，从无扩压器到轴向扩压器，流体和轴向扩压器存在正负冲角，发生冲击造成损失，且噪音相对变大。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于提供一种轴向导流扩压器及具有其的高速电机，以解决现有技术中电机散热效果差的问题。

为了实现上述目的，根据本实用新型的一个方面，提供了一种轴向导流扩压器，包括：扩压环形本体，扩压环形本体具有径向环形支撑段和轴向支撑段，环形支撑段的中部设置有叶轮，环形支撑段和轴向支撑段上设置有扩压叶片；扩压叶片的入口角度为α₂，其中，

c_2r为叶轮的出口气流的绝对速度，c_2u为叶轮的出口气流的绝对速度的切向速度。

进一步地，

c_2u＝u₂-c_2r*cotβ₂A，其中，Q为叶轮的入口端的入口流量；∈、π为常数；D₂为叶轮的出口端的外径；b₂为叶轮出口端的轴向方向的高度；u₂为叶轮的圆周方向的周向切向速度；β_2A为叶片的安装角。

进一步地，扩压叶片包括：径向组成段，径向组成段与径向环形支撑段相连接；过度组成段，过度组成段的第一端与径向组成段相连接并与径向组成段相连接，过度组成段的第二端沿竖直方向延伸并与轴向支撑段相连接；轴向组成段，轴向组成段与轴向支撑段相连接，过度组成段的第二端与轴向组成段相连接，径向组成段、过度组成段、轴向组成段一体设置。

进一步地，过度组成段的第一端至过度组成段的第二端的横截面的面积逐渐增加地设置，过度组成段的外轮廓型线为弧线。

进一步地，径向组成段的高度与叶轮的轴向最低高度相同，径向组成段的高度为h1，轴向组成段的高度为h2，其中，h2∈[h1，1.5h1]。

进一步地，径向组成段的安装角度为α₂，轴向组成段的安装角度为α₁，其中，80°≤α₁≤90°。

进一步地，径向组成段的导流面相对环形支撑段的平面倾斜地设置，轴向组成段的导流面沿竖直方向设置。

进一步地，扩压叶片的个数与叶轮的叶片的个数不通，或者，扩压叶片的个数不等于叶轮的叶片的个数的整数倍。

进一步地，扩压叶片的个数为15个或16个。

进一步地，扩压叶片包括：径向组成段，径向组成段与径向环形支撑段相连接；轴向组成段，轴向组成段与轴向支撑段相连接，轴向组成段与径向组成段之间具有距离地，径向组成段的入口角度为α₂。

进一步地，径向组成段为直翼型叶片或弯曲翼型叶片，径向组成段的入口角大于径向组成段的出口角。

进一步地，径向组成段的个数与轴向组成段的个数相同，径向组成段与轴向组成段一一对应地设置。

进一步地，轴向组成段的端部的几何中心线过扩压环形本体的几何中心，位于相邻两个径向组成段之间的轴向组成段的一端的端部，与扩压环形本体的几何中心的连线至其中一个径向组成段的几何中心线的夹角为γ，其中，0≤γ≤5°。

进一步地，径向组成段的中部设置有凸起导流段。

进一步地，径向组成段的出口处安装角度与轴向组成段的进口处安装角度相差3°。

根据本实用新型的另一方面，提供了一种高速电机，包括轴向导流扩压器，轴向导流扩压器为上述的轴向导流扩压器。

应用本实用新型的技术方案，通过重新设置扩压器的扩压叶片的入口角度，改变气流角度，减小气流在机壳内的冲击，减少冲击损失，能够减小气流流道，减小气体摩擦损失；能够减小气流冲击产生的噪音，减小气流流动时旋转涡流的噪音，采用该结构的轴向导流扩压器，能够实现对对气体实现整流，提升对电机散热的效果。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本实用新型的轴向导流扩压器的第一实施例的结构示意图；

图2示出了根据本实用新型的扩压叶片的实施例的结构示意图；

图3示出了根据本实用新型的轴向导流扩压器的叶轮出口气流角度的实施例的结构示意图；

图4示出了根据本实用新型的轴向导流扩压器的第二实施例的结构示意图；

图5示出了根据本实用新型的轴向导流扩压器的第三实施例的结构示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、扩压环形本体；11、径向环形支撑段；12、轴向支撑段；

20、叶轮；

30、扩压叶片；31、径向组成段；32、过度组成段；33、轴向组成段。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的术语在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

现在，将参照附图更详细地描述根据本申请的示例性实施方式。然而，这些示例性实施方式可以由多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的实施方式。应当理解的是，提供这些实施方式是为了使得本申请的公开彻底且完整，并且将这些示例性实施方式的构思充分传达给本领域普通技术人员，在附图中，为了清楚起见，有可能扩大了层和区域的厚度，并且使用相同的附图标记表示相同的器件，因而将省略对它们的描述。

结合图1至图5所示，根据本实用新型的具体实施例，提供了一种轴向导流扩压器。

具体地，如图1和图2所示，该轴向导流扩压器包括扩压环形本体10。扩压环形本体10具有径向环形支撑段11和轴向支撑段12，环形支撑段11的中部设置有叶轮20，环形支撑段11和轴向支撑段12上设置有扩压叶片30。扩压叶片30的入口角度为α₂，其中，

c_2r为叶轮20的出口气流的绝对速度，c_2u为叶轮20的出口气流的绝对速度的切向速度。

在本实施例中，通过重新设置扩压器的扩压叶片的入口角度，改变气流角度，减小气流在机壳内的冲击，减少冲击损失，能够减小气流流道，减小气体摩擦损失；能够减小气流冲击产生的噪音，减小气流流动时旋转涡流的噪音，采用该结构的轴向导流扩压器，能够实现对对气体实现整流，提升对电机散热的效果。

如图3所示，

c_2u＝u₂-c_2r*cotβ_2A，其中，Q为叶轮20的入口端的入口流量。∈、π为常数，D₂为叶轮20的出口端的外径，b₂为叶轮20出口端的轴向方向的高度，u₂为叶轮20的圆周方向的周向切向速度，β_2A为叶片30的安装角。这样设置能够提高该轴向导流扩压器的整流作用。

如图2所示，为扩压叶片30的子午面的实施例附图，具体地，扩压叶片30包括径向组成段31、过度组成段32和轴向组成段33。径向组成段31与径向环形支撑段11相连接。过度组成段32的第一端与径向组成段31相连接并与径向组成段31相连接，过度组成段32的第二端沿竖直方向延伸并与轴向支撑段12相连接。轴向组成段33与轴向支撑段12相连接，过度组成段32的第二端与轴向组成段33相连接，径向组成段31、过度组成段32、轴向组成段33一体设置。这样设置解决了现有技术中采用径向和轴向叶片分开式扩压造成气流流场紊乱、扩压效果差的问题。

优选地，过度组成段32的第一端至过度组成段32的第二端的横截面的面积逐渐增加地设置，过度组成段32的外轮廓型线为弧线。径向组成段31的高度与叶轮20的轴向最低高度相同，径向组成段31的高度为h1，轴向组成段33的高度为h2，其中，h2∈[h1，1.5h1]。径向组成段31的安装角度为α₂，轴向组成段33的安装角度为α₁，其中，80°≤α₁≤90°。这样设置能够有效地提高扩压器的整流作用，进一步地提高了扩压器的实用性。

为了进一步地提高扩压器的整流作用，径向组成段31的导流面相对环形支撑段11的平面倾斜地设置，轴向组成段33的导流面沿竖直方向设置。这样设置能够提高扩压叶片30的导流效果，减小了气流的摩擦损失。其中，扩压叶片30的个数与叶轮20的叶片的个数不通。或者，扩压叶片30的个数不等于叶轮20的叶片的个数的整数倍。优选地，扩压叶片30的个数为15个或16个。这样设置能够防止产生共振现象。

根据本申请的另一个实施例，如图4和图5所示，扩压叶片30包括径向组成段31和轴向组成段33。径向组成段31与径向环形支撑段11相连接。轴向组成段33与轴向支撑段12相连接，轴向组成段33与径向组成段31之间具有距离地，径向组成段31的入口角度为α₂。由于改变了径向组成段31的入口角，使得采用仅包括径向组成段31和轴向组成段33结构的扩压器，同样能够起到减小气流摩擦损失，提高扩张器整流的作用。

在本实施例中，径向组成段31为直翼型叶片或弯曲翼型叶片，径向组成段31的入口角大于径向组成段31的出口角。径向组成段31的个数与轴向组成段33的个数相同，径向组成段31与轴向组成段33一一对应地设置。如图5所示，轴向组成段33的端部的几何中心线过扩压环形本体10的几何中心，位于相邻两个径向组成段31之间的轴向组成段33的一端的端部，与扩压环形本体10的几何中心的连线至其中一个径向组成段31的几何中心线的夹角为γ，其中，0≤γ≤5°。通过优化径向组成段31与轴向组成段33的位置布局，优化了气流的入口角度和出口角度，能够起到减小气流与扩张器壳体之间的摩擦损失。

为了进一步提高扩张器整流的效果，在径向组成段31的中部设置有凸起导流段311。其中，径向组成段31的出口处安装角度与轴向组成段33的进口处安装角度相差3°。

上述实施例中的轴向导流扩压器还可以用于高速电机设备技术领域，即根据本实用新型的另一方面，提供了一种高速电机，包括轴向导流扩压器，轴向导流扩压器为上述实施例中的轴向导流扩压器。

原有结构气流呈现螺旋流动状态，遇到机壳内元器件冲击较大，导致气流冲击噪音较大，增加轴向扩压器能够整流，减少气流冲击，一定程度减小气动噪音。现有结构气流较紊乱，对电机及元器件产生的热，散热效果较差，增加轴向扩压器能够在一定程度上提升散热效果，增加轴向扩压器，改变气流角度，减小气流在机壳内的冲击，减少气流的冲击损失，能够减小气流流道，减小气体摩擦损失，减小旋转涡流噪音。采用该扩压器，能够起到对气体进行整流，提升扩压器对电机的散热效果。

具体地，根据本申请的一个实施例，提供了一种用于吸尘器电机的扩压器，其结构包括径向叶片、轴向叶片、径向导流面、过渡导流面、轴向导流面。其工作原理是：电机高速旋转带动叶轮高速旋转，使叶轮流道内部的压强小于大气压，气体被吸入叶轮中，在离心叶轮高速转动下，气体在叶轮的带动下产生较大的动能和压能。在离心力的作用下，气体从叶轮的出口端流出并进入扩压器中，在扩压器的作用下，气体的部分动能转换为压能，实现增压的效果。

扩压器径向叶片入口安装角依据叶轮出口气流角

进行安装，小流量工况下入口安装角偏小，大流量工况下安装角应该偏大，这样才能让叶轮出口气流角度和扩压器入口安装角度吻合，减小气流在进入扩压器时的冲击损失，气流角的计算示意图如图5所示，其中，c_2u＝u₂-c_2rcotβ_2A，

采用轴向径向一体式叶片，考虑注塑工艺可行性问题，轴向叶片采用弯曲薄壁结构或直薄壁结构，轴向扩压气叶片高度为叶轮出口端宽度1～1.5倍。由于气流从径向转换为轴向，气体存在径向分量，故对轴向扩压器盖板产生冲击，造成损失，为减小冲击损失，轴向扩压器高度略大于径向扩压器高度。过渡叶片从径向逐渐过渡为轴向，且叶片的高度是线性增加，以减小气流的冲击，径向和轴向过度区域也存在导流叶片，过渡叶片能够有效的减小了过渡区域气体流道长度，减小摩擦损失。气体从径向叶片流出时，存在轴向和径向两个方向的分速度，气体在径向叶片出口端相对中心轴存在螺旋运动，气体经过轴向导流叶片进行整流，消除气体的周向分速度，将螺旋运动的气体，转化为轴向流动的气体，减少气体在机壳内的流道长度，减少气体的摩擦损失，缩短了气体在机壳内部滞留的时间，间接的缩短了由电机产生的热量在机壳内滞留的时间，实现快速带走热量，即单位时间内带走的热量多，从而改善电机的散热效果，且流体产生涡流减小，对机壳冲击减小，从而降低了整体气动噪音。

轴向叶片出口安装角度取值范围为80°至90°。其主要是改变扩压器出口气流角的大小，气流角越接近90°其周向速度越小，所以其在机壳内的流道减小，垂直流出机壳，气流流动更加顺畅，提升气体的流动性。

径向组成段31的导流面相对环形支撑段11的平面倾斜地设置，即将扩压叶片30设置成斜坡结构，能够使气流从径向转换为轴向更加顺畅，使气流流动更加顺畅，过度组成段32的导流面形成过渡导流面，过渡导流面两端分别连接径向和轴向导流面，其结构为圆弧过渡面，圆弧结构同样是为了减少气流的冲击损失使径向转化为轴向更加顺畅。轴向导流面沿竖直方向设置。

对于轴径向一体式叶片，径向组成段的叶片采用弯曲薄板结构或直薄板结构，入口端采用钝圆结构。考虑注塑成型工艺所以采用等厚薄板结构，入口端采用钝圆结构是为了减小气流的冲击损失。扩压器径向叶片周向等距分布在叶轮出口端且固定在轮毂即扩压环形本体上，径向叶片相对中心轴线径向延伸。轴向叶片相对中心轴线水平延伸，且等距分布在径向叶片出口端，轴向叶片所在轮毂呈圆环结构。叶轮出口端轮毂的延长线和扩压器入口端的基本重合，实现平滑导流的目的，使流体从叶轮到扩压器过程中更加流畅。

采用轴向扩压器结构能够减少气体的能量损失提高整机效率，改善电机的散热效果，降低整机噪音，能够在一定程度上保护电机，提高电机的稳定性和可靠性，同时也可以保护电机的控制电路板，对元器件起到一定的保护作用。

对于采用轴向径向分开式叶片，轴向叶片采用直翼型结构或是弯翼型结构，或者采用直薄壁结构或是弯薄壁结构，轴向夹角γ＝±5°，优先选择负角度，因为径向扩压器压力面2的压力大于吸力面的压力，导致气流对吸力面产生图5中的剥离区1。

对于轴向和径向分开式的叶片，考虑气流的流动特性，径向叶片优先采用翼型叶片，其结构为入口大出口小，叶片注塑成型，考虑脱胶问题，出口端采用切尖或者圆角处理，径向叶片采用直翼型和弯曲翼型，直翼型风阻小但是对气流的气流角改变较小，弯曲翼型对气体的气流角改变大，但是气流相对叶片容易产生剥离现象，气流角改变的越多，气体从径向扩压器流出后的流道相对减小，摩擦损失减小。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

除上述以外，还需要说明的是在本说明书中所谈到的“一个实施例”、“另一个实施例”、“实施例”等，指的是结合该实施例描述的具体特征、结构或者特点包括在本申请概括性描述的至少一个实施例中。在说明书中多个地方出现同种表述不是一定指的是同一个实施例。进一步来说，结合任一实施例描述一个具体特征、结构或者特点时，所要主张的是结合其他实施例来实现这种特征、结构或者特点也落在本实用新型的范围内。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (16)

1.一种轴向导流扩压器，其特征在于，包括：

扩压环形本体(10)，所述扩压环形本体(10)具有径向环形支撑段(11)和轴向支撑段(12)，所述环形支撑段(11)的中部设置有叶轮(20)，所述环形支撑段(11)和所述轴向支撑段(12)上设置有扩压叶片(30)；

所述扩压叶片(30)的入口角度为α₂，其中，

c_2r为所述叶轮(20)的出口气流的绝对速度，c_2u为所述叶轮(20)的出口气流的绝对速度的切向速度。

2.根据权利要求1所述的轴向导流扩压器，其特征在于，

c_2u＝u₂-c_2r*cotβ_2A，其中，

Q为所述叶轮(20)的入口端的入口流量；

∈、π为常数；

D₂为所述叶轮(20)的出口端的外径；

b₂为所述叶轮(20)出口端的轴向方向的高度；

u₂为所述叶轮(20)的圆周方向的周向切向速度；

β_2A为所述叶片(30)的安装角。

3.根据权利要求1或2所述的轴向导流扩压器，其特征在于，所述扩压叶片(30)包括：

径向组成段(31)，所述径向组成段(31)与所述径向环形支撑段(11)相连接；

过度组成段(32)，所述过度组成段(32)的第一端与所述径向组成段(31)相连接并与所述径向组成段(31)相连接，所述过度组成段(32)的第二端沿竖直方向延伸并与所述轴向支撑段(12)相连接；

轴向组成段(33)，所述轴向组成段(33)与所述轴向支撑段(12)相连接，所述过度组成段(32)的第二端与所述轴向组成段(33)相连接，所述径向组成段(31)、所述过度组成段(32)、所述轴向组成段(33)一体设置。

4.根据权利要求3所述的轴向导流扩压器，其特征在于，所述过度组成段(32)的第一端至所述过度组成段(32)的第二端的横截面的面积逐渐增加地设置，所述过度组成段(32)的外轮廓型线为弧线。

5.根据权利要求3所述的轴向导流扩压器，其特征在于，所述径向组成段(31)的高度与所述叶轮(20)的轴向最低高度相同，所述径向组成段(31)的高度为h1，所述轴向组成段(33)的高度为h2，其中，h2∈[h1，1.5h1]。

6.根据权利要求3所述的轴向导流扩压器，其特征在于，所述径向组成段(31)的安装角度为α₂，所述轴向组成段(33)的安装角度为α₁，其中，80°≤α₁≤90°。

7.根据权利要求3所述的轴向导流扩压器，其特征在于，所述径向组成段(31)的导流面相对所述环形支撑段(11)的平面倾斜地设置，所述轴向组成段(33)的导流面沿竖直方向设置。

8.根据权利要求1所述的轴向导流扩压器，其特征在于，所述扩压叶片(30)的个数与所述叶轮(20)的叶片的个数不通，或者，所述扩压叶片(30)的个数不等于所述叶轮(20)的叶片的个数的整数倍。

9.根据权利要求1所述的轴向导流扩压器，其特征在于，所述扩压叶片(30)的个数为15个或16个。

10.根据权利要求1所述的轴向导流扩压器，其特征在于，所述扩压叶片(30)包括：

径向组成段(31)，所述径向组成段(31)与所述径向环形支撑段(11)相连接；

轴向组成段(33)，所述轴向组成段(33)与所述轴向支撑段(12)相连接，所述轴向组成段(33)与所述径向组成段(31)之间具有距离地，所述径向组成段(31)的入口角度为α₂。

11.根据权利要求10所述的轴向导流扩压器，其特征在于，所述径向组成段(31)为直翼型叶片或弯曲翼型叶片，所述径向组成段(31)的入口角大于所述径向组成段(31)的出口角。

12.根据权利要求10所述的轴向导流扩压器，其特征在于，所述径向组成段(31)的个数与所述轴向组成段(33)的个数相同，所述径向组成段(31)与所述轴向组成段(33)一一对应地设置。

13.根据权利要求10所述的轴向导流扩压器，其特征在于，所述轴向组成段(33)的端部的几何中心线过所述扩压环形本体(10)的几何中心，位于相邻两个所述径向组成段(31)之间的所述轴向组成段(33)的一端的端部，与所述扩压环形本体(10)的几何中心的连线至其中一个所述径向组成段(31)的几何中心线的夹角为γ，其中，0≤γ≤5°。

14.根据权利要求10所述的轴向导流扩压器，其特征在于，所述径向组成段(31)的中部设置有凸起导流段(311)。

15.根据权利要求10所述的轴向导流扩压器，其特征在于，所述径向组成段(31)的出口处安装角度与所述轴向组成段(33)的进口处安装角度相差3°。

16.一种高速电机，包括轴向导流扩压器，其特征在于，所述轴向导流扩压器为权利要求1至15中任一项所述的轴向导流扩压器。

Images