低噪音空氣移動產生器的製作方法
2023-10-04 10:01:34 2
專利名稱：低噪音空氣移動產生器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及空氣移動產生器。更具體而言，本實用新型涉及一種用於可攜式空氣移動裝置中的尺寸緊湊的低噪音空氣移動產生器。
背景技術：
本申請主張2012年I月23日提出申請的美國臨時專利申請第61/632，356號的優先權，所述美國臨時專利申請以引用方式全文併入本文中。每當使用機械系統來產生空氣移動時，其中一個缺點是裝置所產生的噪音。對於以高的每分鐘轉數(revolution per minute ;RPM)旋轉的葉輪來說,此種問題尤其嚴重。所產生的噪音可能是人們不期望的，且時常令處於聽覺距離內的任何人感到不舒服。此種噪音常常是高音調的，且難以使人在頭腦中忽視此種噪音。可攜式裝置(例如計算機、冷卻風扇、加熱器、空氣清潔器、空氣淨化器、以及增溼器)中的空氣產生器所產生的噪音是特別難以解決的問題，因為裝置要發揮作用，必須位於使用者附近。如果可攜式裝置需要使用多於一個空氣產生器，則此種問題會更嚴重。一些傳統裝置已經以多種方式中的一種方式來應對此種問題。一種方式是降低葉輪的RPM。儘管此種方式會在一定程度上減輕所產生的噪音，然而此種方式也會降低空氣流產生方面的性能。另一種應對方式是將可攜式裝置構造成具有額外的聲音衰減結構及類似結構。此種解決方案可降低所檢測到的可聞噪音，但此額外的結構常常會增加成本並降低可攜式裝置的空氣流動性能。增加 可攜式裝置的成本同樣是消費者及製造商所不期望的。軸向式葉輪可高效地產生並移動大量的空氣；然而，由於葉片尖端的速度以及由於需要使用常常位於葉片附近的支承結構，因而軸向式葉輪尤其被設置成會產生噪音。當單一葉片經過支承結構時，葉片與支承結構之間的空氣流會產生噪音。軸向式葉輪所產生的此種噪音會隨著葉輪的RPM增大而增加。有鑑於傳統空氣移動產生器的不足，需要提供一種尤其被配置成用於可攜式裝置的低噪音空氣移動產生器，所述可攜式裝置旨在靠近使用者進行使用。
實用新型內容根據本實用新型實施例的低噪音空氣移動產生器提供簡單而經濟的結構，所述結構在顯著降低所產生的噪音的同時維持或改善軸向式葉輪空氣移動產生器的性能特性。如本文中所述及所示，所述低噪音空氣移動產生器使用一種被合併在葉輪上的新穎的噪音衰減結構。可通過本實用新型的安裝結構實現額外的減噪，所述安裝結構將所有電動機支承構件定位成與旋轉葉輪相距足夠的距離以降低葉輪與電動機支承構件的相互作用。本實用新型的低噪音空氣移動產生器的一個有利特性是設計緊湊。緊湊的尺寸會提高所述低噪音空氣移動產生器用於各種可攜式裝置中的能力。低噪音空氣移動產生器的另一方面是製造簡易，其無需專門的設備。這使得能經濟地製造低噪音空氣移動產生器，從而進一步提高裝置的適用性。本實用新型的一個方面包括軸流式葉輪(axial flow impeller),所述軸流式葉輪包括輪轂、多個葉片、以及連接至所述多個葉片的末端的噪音衰減結構。本實用新型的另一方面包括實質設置於輪轂的內腔內的電動機。所述電動機可包括組裝於輪轂中的永磁轉子以及可旋轉地連接至所述轉子的定子。又一方面是安裝單一或多個低噪音空氣移動產生器作為可攜式空氣移動裝置(例如可攜式空間加熱器、可攜式風扇、可攜式空氣清潔器、可攜式空氣淨化器、或可攜式增溼器)的結構的一部分。本實用新型的另一方面是連接至具有圓錐形表面的電動機的安裝結構，其中所述圓錐形表面適配至具有相似形狀的安裝插座中。本實用新型的另一方面包括殼體，葉輪位於所述殼體內並通過支承構件連接至所述殼體，支承構件被定位成與葉輪相距預定距離以降低由葉輪的旋轉所產生的噪音。
圖1A為低噪音空氣移動產生器的示例性實施例的前視立體圖；圖1B為低噪音空氣移動產生器的不例性實施例的後視立體圖；圖2A為低噪音空氣移動產生器的另一示例性實施例的前視立體圖；圖2B為低噪音空氣移動產生器的另一不例性實施例的後視立體圖；圖3為圖1A所示低噪音空氣移動產生器的剖面圖；圖4A為圖3所示低噪音空氣移動產生器在未安裝電動機安裝結構時的剖面圖；圖4B為圖3所示低噪音空氣移動產生器在安裝電動機安裝結構時的剖面圖；圖5為圖2A所示低噪音空氣移動產生器的剖面圖；圖6為低噪音空氣移動產生器的另一示例性實施例的剖面圖；圖7為具 有低噪音空氣移動產生器的可攜式裝置的圖式；圖8為具有低噪音空氣移動產生器的可攜式裝置的另一實施例的立體分解圖；圖9為具有低噪音空氣移動產生器的可攜式裝置的另一實施例的水平剖面圖；圖10為具有低噪音空氣移動產生器的可攜式裝置的另一實施例的圖式；圖11為噪音比較圖表,其顯不傳統風扇與圖2A及圖2B所不低噪音空氣移動產生器的聲波分析；圖12為另一噪音比較圖表,其顯不傳統風扇與圖2A及圖2B所不低噪音空氣移動產生器的聲波分析；圖13為低噪音空氣移動產生器的另一實施例的正視圖；圖14為圖13所示低噪音空氣移動產生器的剖面圖；圖15為多個低噪音空氣移動產生器的矩陣式安裝的正視圖；圖16為圖15所示多個低噪音空氣移動產生器的矩陣式安裝的剖面圖。
具體實施方式
有關本實用新型的詳細說明及技術內容，配合附圖說明如下，然而附圖僅提供參考與說明之用，並非用來對本實用新型加以限制。[0037]圖1A及圖1B分別為低噪音空氣移動產生器100的示例性實施例的前視立體圖及後視立體圖。葉輪118可包括多個葉片110，所述多個葉片110自輪轂112向外朝末端114延伸。葉片110的末端114附裝至噪音衰減結構116。電動機130實質位於葉輪118的輪轂112內。安裝結構140附裝至電動機130。圖中還顯示對應於圖3的橫截面3-3。圖2A及圖2B分別為低噪音空氣移動產生器200的示例性實施例的前視立體圖及後視立體圖。葉輪218可包括多個葉片210，所述多個葉片210自輪轂212向外朝末端214延伸。葉片210的末端214附裝至噪音衰減結構216。電動機230實質位於葉輪218的輪轂212內。葉輪支承適配器250附裝至電動機230。葉輪支承構件252附裝至葉輪支承適配器250並向外延伸以連接葉輪殼體254。由圖可見，葉輪殼體254可包括內部空間256，葉輪218在組裝時位於內部空間256中。如圖所示，葉輪殼體254所界定的內部空間256具有類似於噪音衰減結構216的形狀，並且略微較大以在噪音衰減結構216與葉輪殼體254之間保持最小間隙。圖2A還顯示對應於圖5的橫截面5-5。如圖1A、圖1B、圖2A及圖2B所示，葉輪118及218可為一體式構造且由聚合物、壓鑄金屬或焊接構造形成。類似地，圖2A及圖2B所示的葉輪殼體254、葉輪支承構件252及葉輪支承適配器250可為一體式構造且由聚合物形成。圖3為圖1A所示低噪音空氣移動產生器100的剖面圖。如圖所示,噪音衰減結構116的吸入邊緣117a是弧形的，而排出邊緣117b是筆直的。電動機130實質位於葉輪118的輪轂112內。電動機130可包括附裝至輪轂112的永磁轉子131、軸133以及軸承134。圖中還顯示電源控制板(power control board ;PCB) 136。當供應電源時,PCB 136會對電力進行調節並使定子線圈132及定子135通電。磁性轉子131帶動葉輪118旋轉。葉輪118的旋轉在輪轂112與噪音衰減結構116之間產生空氣流300。安裝結構140固定地組裝至電動機130。可設想，電動機130可為無刷直流(DC)電動機。無刷直流電動機具有優於其他電動機類型的優點，包括例如:根據應用而定效率高10%至50%、由於沒有電刷磨損而使工作壽命更長、摩擦減小、噪音降低、以及重量與轉矩之比減小(這在可攜式裝置中為可取且有益的)。
圖4A及圖4B為圖3所示低噪音空氣移動產生器100在安裝結構140處於未安裝形態(參見圖4A)及處於安裝形態(參見圖4B)時的剖面圖。附裝至電動機130的安裝結構140具有錐形表面420，錐形表面420是由第一直徑422及第二直徑424界定。第一直徑422大於第二直徑424且界定錐形表面420。安裝插座400具有對應的錐形表面402。如圖4B所示，安裝結構140適配至安裝插座400中並利用至少緊固件410而保持於定位上。儘管緊固件410被顯示為平頭螺釘，然而本實用新型並不僅限於此。安裝插座400與安裝結構140的組裝可在不背離本實用新型精神的條件下利用按扣、維可牢尼龍搭扣(Velcro)、其他帶螺紋的緊固件、黏合劑等來實現。圖5為圖2A所示低噪音空氣移動產生器200的剖面圖。低噪音空氣移動產生器200包括葉輪殼體254、至少一個葉輪支承構件252、以及葉輪支承適配器250。如圖所示，噪音衰減結構216的吸入邊緣217a是圓錐形的。葉輪支承構件252與葉輪218的排出邊緣217b偏置預定距離「A」。預定距離「A」確保當葉輪218的多個葉片210在旋轉期間通過葉輪支承構件252時空氣流300在離開葉輪218時不會產生不可取的噪音。預定距離「A」被顯示為沿空氣流300的方向從排出邊緣217b至葉輪支承構件252所測量的最小尺寸；然而，本實用新型並不僅限於此。可設想，預定距離「A」可為沿與空氣流300的流動方向相反的方向從吸入邊緣217a至葉輪支承構件252所測量的最小距離。簡言之，葉輪支承構件252可位於葉輪218的對應於吸入邊緣217a的相反側上。在優選實施例中，預定距離「A」是葉輪218的吸入邊緣217a與排出邊緣217b之間所測量的軸向距離的至少25%。圖6為根據另一實施例的低噪音空氣移動產生器600的剖面圖。如圖所示，噪音衰減結構616的吸入邊緣617a不包括弧形或圓錐形形狀,相反,是與排出邊緣617b —樣為筆直的或幾乎筆直的。圖中還顯示連接至電動機130的安裝結構640。安裝結構640可與按扣、緊固件、黏合劑等配合來安裝低噪音空氣移動產生器600。圖6所示低噪音空氣移動產生器600的其他特徵類似於圖3中所述的那些特徵。具體而言，電動機130實質位於葉輪618的輪轂612內。葉輪618的旋轉會在輪轂612與噪音衰減結構616之間產生空氣流300。葉輪618可包括多個葉片610，所述多個葉片610自輪轂612向外朝附裝至噪音衰減結構616的末端 延伸。圖7為使用一或多個低噪音空氣移動產生器701的可攜式空氣移動裝置700的垂直剖面圖。圖7所示的裝置700是可攜式風扇，所述可攜式風扇可包括以垂直配置形式布置的多個低噪音空氣移動產生器701。儘管被顯示為垂直配置形式，然而多個低噪音空氣移動產生器701可在不背離本實用新型精神的條件下以水平方式或以矩陣形式進行布置。多個空氣產生器701類似於圖1A、圖1B、圖3、圖4A及圖4B所示的實施例。由圖可見，空氣流762相對於電動機130及葉輪118的方向是沿前述實施例的相反方向。這有利於將安裝插座400併入至裝置的吸入格柵(intake grill)720中。多個空氣流762相結合而產生總空氣流760，總空氣流760經排出格柵730離開。圖中還顯示殼體710、殼體支架750以及基座 740。圖8為其中加熱器組件800使用低噪音空氣移動產生器802的實施例的圖式，其中低噪音空氣移動產生器802是與空氣流過渡件(airflow transition) 870及加熱元件880相組合使用。類似於圖5所示的低噪音空氣移動產生器200，低噪音空氣移動產生器802可包括葉輪殼體854、葉輪支承構件852、葉輪818、葉輪支承適配器850以及電動機130。空氣流過渡件870用於將低噪音空氣移動產生器802組裝至加熱元件880，並在空氣流890離開低噪音空氣移動產生器802及進入加熱元件880時形成空氣流890的平滑過渡。加熱元件880組裝至腔872中，且低噪音空氣移動產生器802經由安裝孔873及緊固件(圖未示出)組裝至空氣流過渡件870。加熱器組件800可包括多個低噪音空氣移動產生器802、多個空氣流過渡件870、以及多於一個加熱元件880。可理解，一或多個加熱器組件800可位於可攜式電加熱器中。根據另一實施例，圖9為具有低噪音空氣移動產生器200的可攜式空氣清潔裝置900的水平剖面圖，低噪音空氣移動產生器200是與機械式空氣過濾器980相組合使用。空氣經由吸入格柵920被吸入至裝置900的殼體910中並被迫穿過機械式空氣過濾器980。經過濾的空氣960經由排出格柵930離開殼體910。機械式空氣過濾器980可為標準的或非標準的摺疊式空氣過濾器(pleated air filter),並且可包括例如碳或碳酸氫鈉等氣味吸收材料。如圖9所示，低噪音空氣移動產生器200相對於空氣流動方向而位於機械式空氣過濾器980之前。可設想，低噪音空氣移動產生器200可在不背離本實用新型精神的條件下相對於空氣流動方向而位於機械式空氣過濾器980之後。圖10為根據另一實施例的具有低噪音空氣移動產生器200的可攜式空氣清潔裝置1000的水平剖面圖，低噪音空氣移動產生器200是與靜電除塵器(electro-staticprecipitator ;ESP)型空氣過濾器1080相組合使用，其中ESP型空氣過濾器1080可包括離子發射器1082以及收集板1084。空氣經由吸入格柵1020被吸入至裝置1000的殼體1010中並通過離子發射器1082。離子使空氣中的微粒帶有電荷。隨後，空氣穿過收集板1084，收集板1084帶有電荷以吸引空氣中的帶電微粒。帶電微粒依附至收集板1084，並且清潔的空氣離開收集板1084，隨後穿過低噪音空氣移動產生器200並經由排出格柵1030離開裝置1000。如圖10所示，低噪音空氣移動產生器200相對於空氣流動方向位於ESP型空氣過濾器1080之後。可設想，低噪音空氣移動產生器200可在不背離本實用新型精神的條件下相對於空氣流動方向位於ESP型空氣過濾器1080之前。還可設想，多個低噪音空氣移動產生器200可與圖9所示的機械式過濾器980或圖10所示的ESP過濾器1080 —起使用，以實現更大且更多不同的配置形式。這多個低噪音空氣移動產生器200可以垂直或水平列的形式或以具有行及列的矩陣形式進行布置。簡言之，本實用新型的低噪 音空氣移動產生器100、200及600能夠在高速度及低速度下降低噪音。在用於如圖7、圖8、圖9及圖10所示及所述的空氣移動裝置中時，此種噪音降低對於最終用戶來說是顯著的優點。圖11為噪音比較圖表，其顯示傳統風扇1100與類似於圖2A、圖2B及圖5的低噪音空氣移動產生器200的聲波分析。傳統風扇1100不包括所示及所述的噪音衰減結構216或葉輪支承結構252的預定偏置距離A。如圖所示，傳統風扇1100顯示出介於200 Hz至400 Hz頻率之間的高的噪音級1110。低噪音空氣移動產生器200會消除高的噪音級1110。因此，人耳並不會注意到低噪音空氣移動產生器200的高的噪音級1110，因為這些噪音級已不存在，而是人耳會覺察到音調不太高的噪音及蜂鳴，從而創造更舒適的環境。圖12為噪音比較圖表，其顯示傳統風扇1200與類似於圖2A、圖2B及圖5的低噪音空氣移動產生器200的聲波分析。傳統風扇1200不包括所示及所述的噪音衰減結構216或葉輪支承結構252的預定偏置距離A。傳統風機1200與低噪音空氣移動產生器200兩者的葉輪的RPM 1220慢於與圖11所示圖表相關聯的RPM 1120。降低葉輪的RPM是一種用於減輕噪音的傳統方法。雖然RPM降低，傳統風扇1200仍顯示出介於500 Hz至600 Hz頻率之間的高的噪音級1210。低噪音空氣移動產生器200則會消除高的噪音級1210。圖13及圖14分別為根據另一實施例的低噪音空氣移動產生器1300的正視圖及剖面圖。圖14為沿圖13所示的垂直橫截面14-14截取的剖面圖。本實施例中包括圖4A、圖4B及圖5所示實施例的類似特徵。在類似於圖4A及圖4B的電動機130上包括安裝結構140以及將類似於圖4A及圖4B的安裝插座1312併入至類似於圖5的葉輪支承適配器1310中會具有多個優點。如圖所示，葉輪118、電動機130以及安裝結構140可作為子組件1301而大量生產。隨後，子組件1301可被安裝至多種安裝結構及配置形式中。在所示的實施例中，安裝板1324、葉輪孔1322、葉輪支承結構1320、葉輪支承適配器1310以及安裝插座1312為一體式構造。1360表示空氣流的方向。[0058]圖15為類似於圖13及圖14所示實施例的多個子組件1301的矩陣式安裝1500的正視圖。如圖所示，所述多個子組件1301彼此緊密靠近地布置並安裝於被標記為X及Y的位置。圖16為沿圖15所示的垂直橫截面16-16截取的剖面圖。由圖可見，安裝於被標記為X的位置的子組件1301沿空氣流1660的方向偏置過尺寸「Z」 1602，而安裝於被標記為Y的位置的子組件1301沿空氣流1660的相反方向偏置過尺寸「Z」1604。如圖所示使子組件1301偏置使得能夠如圖15所示將位置X與Y之間的徑向距離最小化。如圖15及圖16的實施例中所示，包括多個葉輪孔1522、多個葉輪支承結構1520、多個葉輪支承適配器1510以及多個安裝插座1512的安裝板1524可具有一體式構造。隨後，多個子組件1301可被安裝至單一安裝板1524上。儘管圖15及圖16的實施例顯示出兩列及三行，然而本實用新型並不僅限於此。可設想，在不背離本實用新型精神的條件下，可將一或多個列與一或多個行相組合使用。可理解，圖15及圖16的實施例可被併入至各種空氣移動裝置(例如圖7、圖8、圖9及圖10所示的裝置)中。儘管已參照示例性實施例對本實用新型進行了說明，然而本實用新型並不僅限於此。相反，應理解，本實用新型包括可由所屬領域的技術人員在不背離本實用新型專利精神及範圍的條件下對本實 用新型作出的其他變化形式及實施例。
權利要求1.一種可攜式空氣移動裝置，其特徵在於，包括: 殼體，具有空氣吸入開口及空氣離開開口； 內部空間，由所述殼體界定； 至少一個空氣產生器，位於所述殼體內，所述至少一個空氣產生器包括: 葉輪，包括: 輪轂，包括: 外壁； 前壁； 內腔，由所述外壁及所述前壁界定； 多個葉片，連接至所述輪轂的所述外壁並自所述輪轂沿徑向向外朝末端延伸； 噪音衰減結構，連接至所述多個葉片中多於一個葉片的所述末端，所述噪音衰減結構包括: 圓周壁，具有實質圓柱形狀； 所述圓柱形狀的軸線； 所述圓柱形狀的吸入邊緣； 所述圓柱形狀的排出邊緣，沿所述圓柱形狀的所述軸線而與所述吸入邊緣偏置一距離； 電動機，實質設置於所述輪轂的所述內腔內，所述電動機包括: 永磁轉子，固定地組裝至所述輪轂； 定子，可旋轉地連接至所述永磁轉子、所述輪轂、所述多個葉片、以及所述噪音衰減結構； 其中所述至少一個空氣產生器的所述葉輪的旋轉會使吸入空氣流進入所述殼體的所述空氣吸入開口中，並同時產生從所述殼體的所述空氣離開開口排出的排出空氣流。
2.根據權利要求1所述的可攜式空氣移動裝置，其特徵在於，還包括位於所述殼體的所述內部空間中的電加熱元件，其中所述排出空氣流的溫度高於所述吸入空氣流的溫度。
3.根據權利要求1所述的可攜式空氣移動裝置，其特徵在於，還包括位於所述殼體的所述內部空間中的空氣過濾器，其中所述排出空氣流在經所述空氣離開開口離開所述殼體之前實質上全部流經所述空氣過濾器。
4.根據權利要求3所述的可攜式空氣移動裝置，其特徵在於，所述空氣清潔器利用機械式過濾器來清潔所述空氣。
5.根據權利要求3所述的可攜式空氣移動裝置，其特徵在於，所述空氣清潔器利用靜電除塵器來清潔所述空氣。
6.根據權利要求1所述的可攜式空氣移動裝置，其特徵在於，所述葉輪的所述輪轂、所述多個葉片及所述噪音衰減結構構成一體式結構。
7.根據權利要求1所述的可攜式空氣移動裝置，其特徵在於，還包括葉輪殼體，所述葉輪殼體包括: 殼體壁，界定出內部空間； 入口開口 ； 出口開口 ；以及其中所述葉輪位於由所述殼體壁界定的所述內部空間內並通過至少一個葉輪支承構件而連接至所述殼體壁，所述葉輪支承構件連接至所述電動機並向外延伸至所述殼體壁。
8.根據權利要求7所述的可攜式空氣移動裝置，其特徵在於，所述殼體壁及所述葉輪支承構件構成一體式結構。
9.根據權利要求7所述的可攜式空氣移動裝置，其特徵在於，還包括所述至少一個葉輪支承構件的偏置距離A，所述偏置距離A是由沿所述空氣流的所述流動方向測量的從所述噪音衰減結構的所述排出邊緣至所述葉輪支承構件的最小距離來界定，其中所述距離是所述噪音衰減結構的所述吸入邊緣與所述排出邊緣之間的所述偏置距離的至少25%。
10.根據權利要求7所述的可攜式空氣移動裝置，其特徵在於，還包括所述至少一個葉輪支承構件的偏置距離A，所述偏置距離A是由沿與所述空氣流的所述流動方向相反的方向測量的從所述噪音衰減結構的所述吸入邊緣至所述葉輪支承構件的最小距離來界定，其中所述距離是所述噪音 衰減結構的所述吸入邊緣與所述排出邊緣之間的所述偏置距離的至少25%。
專利摘要本實用新型涉及一種低噪音空氣移動產生器，其具有改進的特性，從而在維持或改善空氣流產生及輸出的同時降低噪音。所述裝置可包括具有多個葉片的葉輪、連接至所述多個葉片的末端的減噪結構、葉輪殼體、錐形電動機安裝表面、加熱元件、機械式空氣過濾器及/或靜電除塵空氣過濾器。
文檔編號F04D25/08GK203130547SQ201320035709
公開日2013年8月14日 申請日期2013年1月23日 優先權日2012年1月23日
發明者菲利浦J.基恩瑞克斯, 盧迪A.範登貝爾特 申請人:拉斯科控股公司