離心動葉輪、葉片組件以及風扇的製作方法

2024-02-04 21:04:15 1

本實用新型涉及葉輪，特別是風機的葉輪，屬於流體葉輪機械領域。

背景技術：

在主動抽吸空氣進行過濾的頭戴式空氣淨化器中，需要使用風扇工作來抽吸空氣進入空濾層進行空濾，過濾後的空氣供給人的口部、鼻部進行呼吸。

湯斌洪(中國專利，口罩用軸流風扇及其口罩，CN205446182U，公開日2016.08.10)設計的軸流風扇雖然較普通的風扇風力增強了，能夠克服過濾層的阻力，方便呼吸有困難的兒童、年老體弱的老人佩戴空氣淨化器。然而，由於其採用的是軸流動葉輪(即該實用新型專利中的軸流風扇動葉)+軸嚮導葉(即該實用新型專利中的軸流風扇靜葉)的形式，在實際用戶使用後發現該形式的風扇能夠實現較大空氣量的輸送，但是，其能夠達到的風壓仍然不足以完全克服過濾層(比如實際中使用的過濾棉)的阻力，特別是在霧霾嚴重時，微小顆粒會很快堵塞過濾層而使得阻力更大，同時該形式的風扇效率偏低。

解決以上風壓不足問題的一個通用慣常方法是採用出氣蝸殼來進行升壓，加裝出氣蝸殼的風扇能夠達到較大的風壓，但是由於出氣蝸殼的周向形狀不均勻，出氣口小，會導致空氣流量不足且出氣周向的出氣不均勻，而且會使得風扇的工況範圍窄、效率低，耗能升高，這種情況必須相應提高頭戴時空氣淨化器的電源容量，不僅增加成本，更會增加淨化器的重量而影響消費者使用體驗。

技術實現要素：

本實用新型就是為了解決上述的問題的，目的在於提供一種將軸流動葉輪和離心動葉輪的優點結合的風扇，通過離心動葉輪實現升壓過程，徑軸向的環形罩和軸嚮導葉使得出氣流量大，且出氣均勻，進而使得整個風扇的變工況範圍寬、效率高。

一種離心動葉輪，與原動機連接旋轉，用於產生氣流，其特徵在於，包括：環形基座；至少在環形基座的一面上環繞設置的多個離心葉片，其中，離心葉片為等高等厚的弧形葉片，離心葉片靠近環形基座的內環面的一端為入口端，靠近外環面的一端為出口端，離心葉片的切線角從入口端到出口端是線性均勻增大的。

本實用新型提供的離心動葉輪，還可以具有這樣的特徵，其特徵在於：其中，離心葉片的厚度是沿中弧線均勻等厚分布的。

本實用新型提供的離心動葉輪，還可以具有這樣的特徵，其特徵在於：其中，離心葉片的入口端為圓弧形，出口端為尖端的銳角。

本實用新型提供的離心動葉輪，還可以具有這樣的特徵，其特徵在於：其中，離心葉片的出口端和環形基座的外環面平齊。

本實用新型提供的離心動葉輪，還可以具有這樣的特徵，其特徵在於：其中，環形基座的內環面邊緣設置有環形突起殼，該環形突起殼設置在與離心葉片相同的一面上。

本實用新型還提供一種葉片組件，與原動機連接旋轉，用於產生氣流並均勻的排出，其特徵在於，包括：軸嚮導葉，具有中心環和在該中心環的外壁上環繞設置的多個軸嚮導葉片；環形罩，呈中間突起的環形，和軸嚮導葉配合且固定連接；以及上述的離心動葉輪，設置在環形罩和軸嚮導葉之間的空間內，經由離心動葉輪後的高速高壓氣流在經過軸嚮導葉後被降速增壓後從軸嚮導葉的多個軸嚮導葉片的間隙中排出。

本實用新型提供的葉片組件，還可以具有這樣的特徵，其特徵在於：其中，軸嚮導葉片還包括外環片，其與環形罩固定連接，軸嚮導葉片連接中心環的一端為根部，另一端為葉尖部，軸嚮導葉片的切線角從其根部到葉尖部是線性均勻減小的，外環片套在多個軸嚮導葉片上且與葉尖部連接。

本實用新型提供的葉片組件，還可以具有這樣的特徵，其特徵在於：其中，軸嚮導葉片的轉折角為10～20度，環形罩整體呈喇叭形，其進口面積小於出口面積。

本實用新型提供的葉片組件，還可以具有這樣的特徵，其特徵在於還包括：後蓋板，設置在軸嚮導葉上，與環形罩相配而將環形基座的中空部分覆蓋起來。

本實用新型還提供一種風扇，用於固定安裝在安裝部件上，產生氣流並均勻的排出，其特徵在於，包括：固定設置在安裝部件上的原動機，具有輸出軸；上述的葉片組件，其具有的離心動葉輪和輸出軸連接，葉片組件所具有的環形罩的的外邊緣上設置有安裝件，用於組裝銜接。

實用新型作用與效果

根據本實用新型所提供的離心動葉輪，由於具有環形基座和環繞設置在環形基座的一面上的多個離心葉片，離心葉片的切線角從入口端到出口端是線性均勻增大的，通過多個離心葉片的高速旋轉對吸入的氣體做功來轉化為高速流動的氣體，在相鄰的離心葉片之間的空隙是隨著氣流的流動方向而越來越大的，這樣在流動的過程中高速流動的空氣的動能會轉化為高壓的勢能，即高速流動的空氣從上述的間隙流出後就獲得了高壓。另一面，由於空隙是逐漸變大的，所以氣流比較平穩，對應的高速旋轉過程中的擾動也比較小，氣流更均勻。

根據本實用新型所提供的葉片組件，由於具有上述的離心動葉輪和軸嚮導葉以及環形罩，這三者彼此形成的空氣流道包括進氣段、離心動葉輪、徑軸向的環形罩以及軸嚮導葉這四個部分。

其中，進氣段為風扇進氣口到離心動葉輪進口部分，旋轉的離心動葉輪在進口形成持續的負壓將經由環形罩的軸向流動的空氣源源不斷的吸入，通過進氣段進入到離心動葉輪中，減少了流道空氣阻力。

離心動葉輪將高速運動的空氣的機械能加載到空氣，使離心動葉輪的出口的空氣壓力能和速度動能大幅增加，並將一部分動能轉化為空氣的壓力勢能從而進一步提高出口空氣的風壓。

徑軸向的環形罩的圓弧形的光滑內壁將離心動葉輪的出口徑向流動的空氣圓滑的轉變為軸向流動，在該罩頭中高速高壓的空氣能夠實現進一步地降速增壓，使出氣均勻、柔和。

從環形罩出來的軸向流動的空氣進入軸嚮導葉，在多個軸嚮導葉片的作用下，被進一步地降低速度和改變方向而變為軸向流動，最後在穿過過濾層後均勻、柔和地被輸送到穿戴式空氣淨化器裡面。

附圖說明

圖1為本實用新型的風扇的三維示意圖；

圖2為圖1的另一方向的視圖；

圖3為本實用新型的風扇的剖視圖；

圖4為圖3的另一方向的視圖；

圖5為本實用新型的風扇中的後蓋板和軸嚮導葉的示意圖；

圖6為本實用新型的風扇中的環形罩的示意圖；

圖7為本實用新型的風扇中的離心動葉輪的示意圖；

圖8為本實用新型的單個離心葉片的橫截面示意圖；以及

圖9為本實用新型的風扇的空氣流道示意圖。

具體實施方式

為了使本實用新型實現的技術手段、創作特徵、達成目的與功效易於明白了解，以下實施例結合附圖對本實用新型的風扇的具體結構作具體闡述。

實施例

圖1為本實用新型的風扇的三維示意圖。

圖2為圖1的另一方向的視圖。

圖3為本實用新型的風扇的剖視圖。

圖4為圖3的另一方向的視圖。

如圖1-4所示，風扇1包括原動機(圖中未顯示)和葉片組件100，原動機的輸出軸和葉片組件連接。本實施例中風扇為適用於頭戴式空氣淨化器的小型風扇，對應的，原動機選用永磁直流電機，其定子是線圈，轉動部份是磁體殼(就是個人計算機的cpu的散熱風扇所用的微型電機)。

如圖2、3、4所示，葉片組件100包括軸嚮導葉10、環形罩20、離心動葉輪30以及後蓋板40。

圖5為本實用新型的風扇中的後蓋板和軸嚮導葉的示意圖。

軸嚮導葉10，具有圓形的中心環11和環繞設置在該中心環11的外壁上的多個軸嚮導葉片12和外環片13。

如圖5所示，中心環11的外壁上均勻設置有同扭向的8個軸嚮導葉片12。軸嚮導葉片12連接中心環11的外壁的一端為根部，另一端為葉尖部。軸嚮導葉片12的切線角從其根部到葉尖部是線性均勻減小的，裝摺角(根部的切線角和葉尖部切線角的差值)為10-20度，本實施例中為15度。

圓形的外環片13套在軸嚮導葉片12上且與葉尖部連接，如圖5所示。本實施例中外環片13上均勻環繞設置有3個通孔，用於安裝固定。

圖6為本實用新型的風扇中的環形罩的示意圖。

如圖3、4所示，環形罩20的外邊緣上設置有和外環片13上的通孔配合的安裝柱，這三個安裝柱穿過通孔後將環形罩20和軸嚮導葉10連接在一起。

如圖6所示，圓形的環形罩20呈中間突起的環形，整體呈喇叭形，其進口面積小於出口面積，中空部分的圓形的進口和中心環11是共軸的。環形罩20的進口和出口使用圓弧形的曲線面過渡連接，同時內壁也加工為光滑的。其邊緣部分環繞設置有3個安裝柱21和外環片13上的3個通孔相配合固定，用於將環形罩20、軸嚮導葉10組裝銜接起來並安裝到安裝部件上。

圖7為本實用新型的風扇中的離心動葉輪的示意圖。

如圖3、4所示，圓形的離心動葉輪30設置在環形罩20和軸嚮導葉10之間的空間內。

如圖7所示，離心動葉輪30具有環形基座31、環形突起殼32、多個離心葉片33。

環形基座31，為圓環形的薄片。

環形突起殼32，呈圓桶形，設置在靠近環形罩20的進口的一面上，封閉底面面靠近環形罩20的進口的方向，而開口面背離環形罩20的進口的方向。本實施例中如圖7所示，封閉底面是平面，也可以設計為凸起的圓弧面。

該環形突起殼32與後蓋板40相對，兩者之間的空腔即為固定設置原動機的空間，本實施例中，作為原動機100的微型永磁直流電機就是固定設置在後蓋板上的，電機的圓柱形轉子即磁體殼套入環形突起殼32內，而電機的定子即線圈與後蓋板40固定連接。

環繞設置在環形基座31的一面上的至少多個離心葉片33，本實施例中離心葉片是設置在靠近環形罩20的進口的一面上的(即設置在與環形突起殼32相同的一面上)，數目為37個。作為一種優化，本實施例的離心葉片也可以設置在環形基座31的背離環形罩20的一面上，或是兩面都設置。

圖8為本實用新型的單個離心葉片的橫截面示意圖。

進一步，如圖8所示，離心葉片33為等高等厚的弧形葉片，37個離心葉片37的環形方向是相同的。圖中的虛線表示的中弧線的兩側是等厚的即離心葉片33的厚度是沿中弧線均勻等厚分布的。

離心葉片33靠近環形基座31的內環面的一端為入口端，靠近外環面的一端為出口端，離心葉片33的切線角從入口端到出口端是線性均勻增大的。離心葉片的入口端為圓弧形，出口端為尖端的銳角，出口端和環形基座10的外環面平齊。

後蓋板40，呈圓形，如圖2、3、4、5所示，設置在軸嚮導葉10上，與環形罩20同軸而將環形基座31的的邊緣部分固定連接，而將環形基座31的中空部分覆蓋起來。

圖9為本實用新型的風扇的空氣流道示意圖。

下面結合圖9的空氣流道示意圖來詳細說明本實用新型的風扇的工作原理。

如圖9所示，空氣流道包括進氣段A、離心動葉輪部分B、徑軸向的環形罩部分C以及軸嚮導葉部分D這四個部分。

首先，進氣段A為風扇進口(環形罩的進口)到離心動葉輪進口部分(離心葉片的入口端)，旋轉的離心動葉輪在進口形成持續的負壓將經由環形罩的軸向流動的空氣源源不斷的吸入，通過進氣段進入到離心動葉輪中，減少了流道空氣阻力。

離心動葉輪將高速運動的空氣的機械能加載到空氣，使離心動葉輪的出口的空氣壓力能和速度動能大幅增加，並將一部分動能轉化為空氣的壓力勢能從而進一步提高出口空氣的風壓。

徑軸向的環形罩的圓弧形的光滑內壁將離心動葉輪的出口徑向流動的空氣圓滑的轉變為軸向流動，在該罩頭中高速高壓的空氣能夠實現進一步地降速增壓，使出氣均勻、柔和。

從環形罩出來的軸向流動的空氣進入軸嚮導葉，在多個軸嚮導葉片的作用下，被進一步地降低速度和改變方向而變為軸向流動，最後均勻、柔和地輸出空氣流。

實施例的作用和有益效果

根據本實施例所提供的離心動葉輪，由於具有環形基座和環繞設置在環形基座的一面上的多個離心葉片，離心葉片的切線角從入口端到出口端是線性均勻增大的，通過多個離心葉片的高速旋轉對吸入的氣體做功來轉化為高速流動的氣體，在相鄰的離心葉片之間的空隙是隨著氣流的流動方向而越來越大的，這樣在流動的過程中高速流動的空氣的動能會轉化為高壓的勢能，即高速流動的空氣從上述的間隙流出後就獲得了高壓。另一面，用於空隙是逐漸變大的，所以氣流比較平穩，對應的高速旋轉過程中的擾動也比較小，氣流更均勻。

根據本實用新型所提供的葉片組件，由於具有上述的離心動葉輪和軸嚮導葉以及環形罩，這三者彼此形成的空氣流道包括進氣段、離心動葉輪、徑軸向的環形罩以及軸嚮導葉這四個部分。

其中，進氣段為風扇進氣口到離心動葉輪進口部分，旋轉的離心動葉輪在進口形成持續的負壓將經由環形罩的軸向流動的空氣源源不斷的吸入，通過進氣段進入到離心動葉輪中，減少了流道空氣阻力。

離心動葉輪將高速運動的空氣的機械能加載到空氣，使離心動葉輪的出口的空氣壓力能和速度動能大幅增加，並將一部分動能轉化為空氣的壓力勢能從而進一步提高出口空氣的風壓。

徑軸向的環形罩的圓弧形的光滑內壁將離心動葉輪的出口徑向流動的空氣圓滑的轉變為軸向流動，在該罩頭中高速高壓的空氣能夠實現進一步地降速增壓，使出氣均勻、柔和。

從環形罩出來的軸向流動的空氣進入軸嚮導葉，在多個軸嚮導葉片的作用下，被進一步地降低速度和改變方向而變為軸向流動，最後在穿過過濾層後均勻、柔和地被輸送到穿戴式空氣淨化器裡面。