CN1712742A - 离心式风扇 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种离心式风扇，其中涡壳外周边的曲率半径的展开角从用作吸气部分的截止部分的位置角到在气流方向上自该截止部分的一指定部分逐渐减小；而且涡壳外周边的曲率半径的展开角从所述指定部分到排气部分逐渐增大。由此由于排气区域尺寸增大导致被排流体速度向压力简便转换，并增大流速。此外，由于本发明离心式风扇的截止部分产生的噪音保持和传统离心式风扇相同的水平，所以在相同流速下，本发明离心式风扇的噪音降低。

Description

离心式风扇

技术领域

本发明涉及离心式风扇，更具体的是涉及这样一种离心式风扇，其展开角度可以改变而不用增加涡壳(scroll housing)的整体宽度，由此提高吹风能力并降低噪音。

背景技术

通常，被称作“热风扇”的用于发热的离心式风扇广泛用于包括液晶显示屏(LCD)投影仪的家用电器中。如图1所示，离心式风扇包括：由电动机转动的叶轮11，和用于将由叶轮11吸入的空气导向出口12b以将空气排放到外界的涡壳12。

叶轮11包括肋11b和多个由该肋11b支撑的叶片11a，并且连接到电动机的致动部件上。涡壳12被设计成：借助喇叭口13的引导，通过穿过涡壳前表面形成的入口12a，将空气吸入涡壳中，然后沿着从截止部分扩展的路径通过出口12b将空气排放到外界。即，当转动连接到致动部件的叶轮11时，空气通过入口12a被吸入涡壳12中，沿着涡壳12的逐渐扩展的路径行进，并通过出口12b排放到外界。

在此，由于离心式风扇10产生的噪音和流速根据涡壳12的设计而变化，所以已经研发了具有低噪音和高流速的涡壳的设计。

图1中，θ₀表示形成涡壳50外周边的曲面终止部分的基准角，θ_c表示截止部分(C)的位置角，且θ_x表示叶轮11自基准角(θ₀)沿逆时针方向旋转的角度。

图2是示出涡壳利用阿基米德螺线(Archimedean scroll curve)进行设计的传统离心式风扇的展开角的曲线图。图3是涡壳利用阿基米德螺线进行设计的传统离心式风扇的示意性正视图。图4是示出涡壳利用指数螺线(exponential scroll curve)进行设计的另一个传统离心式风扇的展开角的曲线图。

如图2和4所示，传统离心式风扇的涡壳12分为两类，即，一类利用阿基米德螺线(A)进行设计，而另一类利用指数螺线(B)进行设计。

首先，将要参照图2和3描述利用阿基米德螺线(A)设计涡壳12外径的方法。该涡壳12具有这种结构，即当确定了叶轮11的半径(R₀)时，涡壳12的曲率半径(R_θ)与基于平均速度公式的角度(θ)成比例。在涡壳12的展开角由α表示的情况下，在指定角度(θ_x)处的涡壳12的曲率半径(R_θ)通过下列等式计算。

$\tan \left(\mathrm{\α}\right)=\left[\frac{R_{\mathrm{\θ}}-(R_0+C_C)}{2\mathrm{\π}(R_0+C_C)\left(\frac{{\mathrm{\θ}}_X-{\mathrm{\θ}}_C}{360}\right)}\right]$

$R_{\mathrm{\θ}}=(R_0+\mathrm{Cc})+\tan \left(\mathrm{\α}\right)\left[2\mathrm{\π}(R_0+\mathrm{Cc})\left(\frac{{\mathrm{\θ}}_x-{\mathrm{\θ}}_c}{360}\right)\right]$

$R_{\mathrm{\θ}}=(R_0+\mathrm{Cc})+[1+\tan \left(\mathrm{\α}\right)\mathrm{\π}\left(\frac{{\mathrm{\θ}}_x-{\mathrm{\θ}}_c}{180}\right)]$

这里，R₀表示叶轮11的半径(mm)，θ_x表示指定角度(°)，Cc表示截止部分的分离长度(cleavage)(mm)，而θ_c表示截止部分的位置角(°)。

然后，参照图4，将要描述利用指数螺线(E)设计涡壳12外径的方法。涡壳12具有这种结构，即，涡壳的曲率半径(R_θ)基于自由涡流公式(freevortex formula)而指数增加。在涡壳12的展开角度由α表示的情况下，在指定角度(θ_x)处的涡壳12的曲率半径(R_θ)通过下列等式计算。

$R_{\mathrm{\θ}}=(R_0+\mathrm{Cc})\×e^{\left[\tan \left(\mathrm{\α}\right)\mathrm{\π}\frac{{\mathrm{\θ}}_x-{\mathrm{\θ}}_c}{180}\right]}$

这里，在图2所示的阿基米德螺线(A)中，涡壳12的宽度(W)是当其曲率半径是180°时的涡壳12的宽度(w180)和当其曲率半径是360°时的涡壳12的宽度(w360)的总和。因而，当叶轮11的半径(R₀)得以确定且涡壳12的宽度(W)恒定时，涡壳12的展开角度(α)受到上述等式限制。

即，在将叶轮11的半径(R₀)设定为40mm时，截止部分的分离长度(Cc)设定为5mm，截止部分的位置角(θ_c)设定为90°，且涡壳12的宽度(W)设定为115mm，利用阿基米德螺线(A)设计的涡壳12的最大展开角(α)是5.053°，w180是51.2501mm，而w360是63.7503mm。

另一方面，利用指数螺线(E)设计的涡壳12的最大展开角(α)是4.3334°，w180是50.6882mm，而w360是64.3123mm。

由于当叶轮11的半径(R₀)和截止部分的分离长度(Cc)被确定且涡壳12的宽度(W)恒定时，传统离心式风扇的涡壳12的最大展开角(α)是恒定的，所以传统离心式风扇的叶轮11的半径(R₀)和涡壳12截止部分的分离长度(Cc)必须减小，以便增加展开角(α)，其会影响流速。但是，这种设计引发了问题，诸如气流量降低且噪音增加。

发明内容

因此，鉴于上述问题提出了本发明，本发明的目的是提供一种离心式风扇，其中涡壳外周边的曲率半径从截止部分的位置角到指定部分的展开角逐渐减小，而且涡壳外周边的曲率半径从上述指定部分到排气部分的展开角逐渐增大，由此提高了吹风能力并降低噪音。

根据本发明的一个方面，上述和其他目的可以通过提供这种离心式风扇实现，其中：涡壳外周边的曲率半径的展开角从用作吸气部分的截止部分的位置角到在气流方向上自该截至部分的指定部分逐渐减小，而且涡壳外周边的曲率半径的展开角从上述指定部分到排气部分逐渐增大。

优选的是，具有减小的展开角的区域可以设定成从截止部分的位置角到自基准角(θ₀)的180°±10°角度的位置，所述该位置是涡壳外周边曲面终止处。

优选的是，增大的展开角可以设定成和由阿基米德螺线确定的展开角相等，或者大于由阿基米德螺线确定的展开角。

此外，优选的是，增大的展开角可以设定成和由指数螺线确定的展开角相等。

根据本发明的另一方面，提供了这样一种离心式风扇，其中涡壳外周边的曲率半径的展开角从用作吸气部分的截止部分的位置角到在气流方向上自截止部分的指定部分逐渐减小。

由于本发明的离心式风扇，其中在甚少影响流速和噪音的吸入区域中的展开角逐渐减小，而在排气区域中的展开角逐渐增大，离心式风扇确保了最大的排气路径，由此由于排气区域增大的尺寸导致增大从被排流体速度向压力简便转换所产生的流速。此外，由于本发明离心式风扇的截止部分产生的噪音保持和传统离心式风扇相同的水平，从而在相同流速下降低噪音。

附图说明

本发明的这些和/或其他目的、特征和其他优点将从结合附图的下述详细说明中更加清楚地理解，附图中：

图1是传统离心式风扇的示意性正视图；

图2是说明涡壳利用阿基米德螺线设计的传统离心式风扇的展开角的曲线图；

图3是涡壳利用阿基米德螺线设计的传统离心式风扇的示意性正视图；

图4是涡壳利用指数螺线设计的另一种传统离心式风扇的展开角的曲线图；

图5是涡壳根据本发明设计的离心式风扇的示意性正视图；

图6是说明涡壳根据本发明设计的离心式风扇的展开角和涡壳根据阿基米德螺线设计的传统离心式风扇的展开角的曲线图；

图7是比较说明本发明离心式风扇和传统离心式风扇的静压力、流速和转速的曲线图。

具体实施方式

现在将参照附图详细描述本发明的各优选实施例。

尽管本发明可以包括离心式风扇的几个实施例，但是下面将要描述离心式风扇的最优选的实施例。离心式风扇的基础结构和传统离心式风扇的相同，由此将省略对其详细说明。

图5是涡壳根据本发明设计的离心式风扇的示意性正视图。图6是说明涡壳根据本发明设计的离心式风扇的展开角和涡壳根据阿基米德螺线设计的传统离心式风扇的展开角的曲线图。

如图5和6所示，根据本发明的离心式风扇包括：由电动机转动的叶轮50，以及用于将由叶轮50吸入的空气导向出口60a并将空气通过出口60a排放到外界的涡壳60。

具体地，当沿着气流方向，从在形成涡壳60外周边曲面终止的部分处的基准角(θ₀)设定指定角度(θ_x)时，形成涡壳60外周边的曲线(P)根据角度(θ_x)而不同地改变展开角(α₁和α₂)。更具体地，涡壳60外周边的曲率半径(R_θ)的展开角(α₁)从用作吸气部分的截止部分的位置角(θc)到在叶轮50旋转方向上自该截至部分的一指定部分逐渐减小，而从该指定部分到排气部分的涡壳60外周边的曲率半径(R_θ)的展开角(α₂)逐渐增大。

也就是，在形成涡壳60外周边的曲线(P)中，减小的展开角(α₁)设定成从形成涡壳60外周边的曲面终止的截止部分的位置角(θc)到从基准角(θ₀)的180°±10°角度的位置的区域，而增大的展开角(α₂)设定成和由阿基米德螺线(A)或指数螺线(E)确定的展开角相同，或者大于由图6所示的由阿基米德螺线(A)确定的展开角(α)。

因而，由于在本发明离心式风扇的叶轮50被设计成叶轮50在任何部分都具有相同半径的条件下，涡壳60的从截止部分的位置角(θc)到自基准角(θ₀)大约180°角度位置的展开角(α₁)逐渐减小，所以叶轮50外径和涡壳60在截止部分的曲面之间的分离长度(Cc)最大，而叶轮50外径和涡壳60在自基准角(θ₀)大约180°角度部分的曲面之间的分离长度(Cc′)最小。此外，由于涡壳60在180°-360°角度区域中的展开角(α₂)设定得大于由阿基米德螺线(A)确定的展开角(α)，所以如图6所示的展开角(α₂)的斜率快速增加。

下表比较性地陈述了由阿基米德螺线(A)和指数螺线(E)设计的涡壳外周边的曲率半径，以及由本发明的曲线(P)设计的涡壳外周边的曲率半径。

角度	阿基米德(A)	指数(E)	本发明(P)
				90	45	45	45
95	45.3472	45.2986	44.88889
				100	45.6945	45.5991	44.77778
105	46.0417	45.9016	44.66667
				110	46.3889	46.2062	44.55556
115	46.7361	46.5127	44.44444
				120	47.0834	46.8213	44.33333
125	47.4306	47.132	44.22222
				130	47.7778	47.4447	44.11111
135	48.1251	47.7595	44
				140	48.4723	48.0763	43.88889
145	48.8195	48.3953	43.77778
				150	49.1667	48.7164	43.66667

155	49.514	49.0396	43.55556
				160	49.8612	49.365	43.44444
165	50.2084	49.6925	43.33333
				170	50.5556	50.0222	43.22222
175	50.9029	50.3541	43.11111
				180	51.2501	50.6882	43
185	51.5973	51.0244	43.8056
				190	51.9446	51.363	44.6111
195	52.2918	51.7038	45.4167
				200	52.639	52.0468	46.2222
205	52.9862	52.3921	47.0278
				210	53.3335	52.7397	47.8333
215	53.6807	53.0896	48.6389
				220	54.0279	53.4419	49.4444
225	54.3752	53.7964	50.25
				230	54.7224	54.1533	51.0555
235	55.0696	54.5126	51.8611
				240	55.4168	54.8743	52.6666
245	55.7641	55.2384	53.4722
				250	56.1113	55.6049	54.2777
255	56.4585	55.9738	55.0833
				260	56.8057	56.3452	55.8889
265	57.153	56.719	56.6944
				270	57.5002	57.0953	57.5
275	57.8474	57.4741	58.3055
				280	58.1947	57.8554	59.1111
285	58.5419	58.2393	59.9166
				290	58.8891	58.6257	60.7222
295	59.2363	59.0146	61.5277
				300	59.5836	59.4062	62.3333

305	59.9308	59.8003	63.1388
				310	60.278	60.1971	63.9444
315	60.6253	60.5965	64.7499
				320	60.9725	60.9985	65.5555
325	61.3197	61.4032	66.361
				330	61.6669	61.8106	67.1666
335	62.0142	62.2227	67.9722
				340	62.3614	62.6335	68.7777
345	62.7086	63.0491	69.5833
				350	63.0558	63.4674	70.3888
355	63.4031	63.8885	71.1944
				360	63.7503	64.3123	71.9999

涡壳60的宽度(W)是当涡壳曲率半径(R_θ)为180°时的涡壳60的宽度(w180)和当涡壳曲率半径(R_θ)为360°时的涡壳60的宽度(w360)的总和。因而，当叶轮50的半径(R₀)得以确定且涡壳60的宽度(W)恒定时，涡壳60的曲率半径(R_θ)的设计如上表中所列。

这里，在叶轮50的半径(R₀)设定为40mm的情况下，截止部分的分离长度(Cc)设定为5mm，截止部分的位置角(θc)设定为90°，涡壳60的宽度(W)设定为115mm，在自基准角(θ₀)大约180°角度部分的分离长度(Cc′)设定为3mm；当曲线(P)的展开角(α₂)达到12.116°时，宽度(w180)为43mm且宽度(w360)为72mm，其中所述12.116°为两倍或更多倍传统阿基米德螺线(A)的展开角(α)(即，5.053°)。

在涡壳60的宽度(W)如上所述受到限制的情况下，叶轮50的半径(R₀)相同，展开角(α₁)减小，而展开角(α₂)增大。这里，本发明离心式风扇的涡壳60半径在270°-360°角度范围内的排气区域增大到大于传统离心式风扇的涡壳半径，由此减小了涡壳60中产生气流损失的区域的尺寸，所述气流损失由增大的展开角导致的流速增加作用引起。此外，由于在本发明离心式风扇的涡壳60的截止部分产生的噪音具有和传统离心式风扇相同的水平，由此在相同流速下降低噪音。

图7是比较说明本发明的离心式风扇和传统离心式风扇的静压力、流速和转速的曲线图。在本发明的离心式风扇和传统离心式风扇使用相同叶轮50的情况下，本发明的离心式风扇与传统离心式风扇相比流速增大(当静压力(P_s)是零(0)时)。但是，在工作点(P)，两个离心式风扇的速率是相同的，但是本发明离心式风扇的叶轮的转速(rpm)与传统离心式风扇的相比有所降低。由此，可以理解，在相同流速下，本发明离心式风扇的噪音明显低于传统离心式风扇的噪音。

如从上述说明显而易见，本发明提供了这样一种离心式风扇，其中在对流速和噪音影响甚小的吸气区域中的展开角逐渐减小，而在排气区域中的展开角逐渐增大，以确保最大的排气路径，由此由于排气区域增大的尺寸导致增大从被排流体速度向压力简便转换所产生的流速。此外，由于本发明离心式风扇的截止部分产生的噪音保持和传统离心式风扇相同的水平，所以在相同流速下，本发明离心式风扇的噪音降低。

尽管出于示例性目的已经公开了本发明的优选实施例，但是本领域的技术人员将会意识到，在不脱离所附权利要求书公开的本发明的范围和思想的前提下可以进行各种改变、添加和置换。

Claims (10)

1.一种离心式风扇，其中：

涡壳外周边的曲率半径的展开角从用作吸气部分的截止部分的位置角到在气流方向上自该截止部分的一指定部分逐渐减小；而且

涡壳外周边的曲率半径的展开角从所述指定部分到排气部分逐渐增大。

2.如权利要求1所述的离心式风扇，

其中具有减小的展开角的区域被设定成从截止部分的位置角到自基准角(θ₀)的180°±10°角度的位置，在该位置涡壳外周边的曲面终止。

3.如权利要求2所述的离心式风扇，

其中增大的展开角设定成和由阿基米德螺线确定的展开角相等。

4.如权利要求2所述的离心式风扇，

其中增大的展开角设定成大于由阿基米德螺线确定的展开角。

5.如权利要求2所述的离心式风扇，

增大的展开角设定成和由指数螺线确定的展开角相等。

6.如权利要求1所述的离心式风扇，

其中增大的展开角设定成和由阿基米德螺线确定的展开角相等。

7.如权利要求1所述的离心式风扇，

其中增大的展开角设定成大于由阿基米德螺线确定的展开角。

8.如权利要求1所述的离心式风扇，

其中增大的展开角设定成和由指数螺线确定的展开角相等。

9.一种离心式风扇，其中涡壳外周边的曲率半径的展开角从用作吸气部分的截止部分的位置角到在气流方向上自该截止部分的一指定部分逐渐减小。

10.如权利要求9所述的离心式风扇，

其中具有减小的展开角的区域被设定成从截止部分的位置角到自基准角(θ₀)的180°±10°角度的位置，在该位置涡壳外周边的曲面终止。

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