专利名称：叶轮结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及叶轮结构。更具体地说，本发明涉及特别用于吹吸机、抽吸或吹扫装置的叶轮结构。
背景技术：
一般来说，吹吸装置包括电动机和风机结构。电动机通常以汽油或电力为动力。风机包括离心式叶轮，该离心式叶轮装在被称为蜗壳(volute)的环形外壳内。叶轮构造为在使用时将空气沿着旋转轴线朝叶轮的中心或“入口”吸入，并将空气径向向外地排出。蜗壳包括流体入口，其围绕叶轮的入口并且与叶轮的旋转轴线对准；以及流体出口，其位于蜗壳外周的某一位置。蜗壳的形状基本上朝向流体出口引导径向移动的空气。吹吸装置通常具有两种操作模式吹扫模式和抽吸模式。在吹扫模式下，清洁的空气经由流体入口被吸入蜗壳内并经由流体出口被排出。该流体出口安装有送风管，以便将被排出的空气会聚并引导为喷流。可以通过操作送风管或者吹吸机来对准该气体喷流以便移动或收集花园垃圾。当处于抽吸模式时，花园垃圾可以被与吹吸机连接的吸气管收集起来。存在两种用于具有抽吸模式的吹吸装置的常规结构布置脏式风机构造和净式风机构造。在脏式风机结构中，具有吸气入口的吸气管与蜗壳的流体入口连接，并且用于花园垃圾的碎屑收集器(可以包括诸如半透气袋或容器等分离装置)与蜗壳的流体出口直接流体连接。因此，在这种结构中，风机直接位于从吸气入口到碎屑收集器的流路中。结果，空气中所携带的花园垃圾或碎屑穿入吸气入口，穿过蜗壳的流体入口并在经由蜗壳的流体出口穿入到碎屑收集器之前与风机发生碰撞。该结构使得花园垃圾或碎屑能够破碎或分散(mulched into)成更小的颗粒，以便有效地收集在碎屑收集器中。在净式风机结构中，用于花园垃圾的碎屑收集器(可以包括诸如半透气袋或容器等分离装置)也与蜗壳的流体出口直接流体连接。然而不同的是，吸气管包括与蜗壳的流体出口的下游连接的吸气入口。因此，以与吹扫模式相同的方式，在使用时，空气从环境中被吸入蜗壳的流体入口并通过流体出口朝碎屑收集器被排出。从流体出口进入并通过碎屑收集器的气流使得吸气管的近端与远端之间产生了压力差。这使得空气被吸入吸气入口，穿过吸气管并进入碎屑收集器。结果，穿入吸气管的空气中所携带的任何花园垃圾或碎屑将堆积在碎屑收集器内。该结构具有这样的优点始终向风机供应清洁的气流，因而能够在相对来说几乎不会形成堵塞的最佳条件下进行操作。可选的结构是无抽吸功能的简单的吹扫装置。该结构以与净式风机结构的吹扫模式相同的方式操作。清洁的空气经由流体入口从环境中被吸入蜗壳并经由流体出口被排出。安装在流体出口上的送风管将空气会聚并引导为喷流。可以通过操作送风管或者吹吸机来对准该气体喷流以便移动或收集花园垃圾。吹吸机和/或吹扫装置经常需要生成穿过叶轮的高的空气流速以产生强力的空气喷流(在吹扫模式下)或强力的吸气(在抽吸模式下，适当时)以清除外部环境的碎屑或垃圾。因此，有益的是使装置中的损失最小化以便使可利用的气流最大化。通常，在包括离心式叶轮的蜗壳结构中，空气被朝向叶轮的入口引导然后从叶轮的入口被径向向外地弓I导。然而，由于这样形成的压力分布，一些穿入蜗壳入口的空气可能不沿轴向直接进入叶轮内，而是可能从蜗壳壳体与叶轮的上表面(被称为外罩)之间大致径向地穿过。该气流基本上绕过叶轮从而未被加速。由于并非全部进入蜗壳入口的空气穿过了叶轮，因此这可能降低叶轮的吸入效率。因此，在本技术领域中需要提供一种与已知的结构相比具有更小的损失的叶轮结构。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供一种设置在叶轮壳体中的叶轮结构，所述叶轮壳体
限定有壳体入口，所述叶轮能够围绕旋转轴线旋转并且包括基体、外罩以及位于所述基体与所述外罩之间的多个叶片，所述外罩包括叶轮入口，所述叶轮入口限定延伸至所述多个叶片的通道，其中，所述叶轮结构还包括障碍结构，所述障碍结构位于所述叶轮入口附近并且设置为接纳所述叶轮壳体的围绕所述壳体入口的一部分或延伸入所述叶轮壳体的围绕所述壳体入口的一部分内，以限制所述叶轮壳体与所述外罩之间的气流。通过设置这种结构，与已知的结构相比，能够减小叶轮的吸入损失。设置在叶轮的外罩上的障碍结构位于与叶轮壳体的空气入口附近的互补部分接近的位置。这些部件之间的相互作用对背离入口的气流的排出形成了障碍，降低了空气从外罩与叶轮壳体之间穿过的可能性并改善了叶轮的吸入效率。在一个实施例中，所述障碍结构和所述叶轮壳体的所述一部分限定位于二者之间的蜿蜒曲折的路径。通过限定外罩与叶轮壳体之间的蜿蜒曲折的路径或迂回曲折的路径，气流被迫经历许多次方向变化，导致气流排出的减少以及流速的降低。在一个实施例中，所述障碍结构包括环形通道，所述环形通道设置为接纳所述叶轮壳体的一部分。该结构为气流排出的障碍提供了直接而可靠的方法。在一个实施例中，所述障碍结构包括形成在外罩上的两个径向间隔开的环形肋，所述两个径向间隔开的环形肋限定位于二者之间的所述环形通道。可以在制造期间直接形成这些肋并且提供必要的障碍特征。在一个实施例中，所述障碍结构围绕所述叶轮入口。通过以障碍结构围绕叶轮的入口，减小了空气背离叶轮入口而排出的可能性。根据本发明的第二方面，提供一种风机结构，其包括叶轮壳体，其限定有壳体入口 ；以及根据所述第一方面的叶轮结构。在一个实施例中，环形壳体肋位于所述壳体入口的外周，并且所述环形壳体肋设置为位于所述环形通道内。这为形成蜿蜒曲折的物理路径以缓和气流的泄漏提供了可靠且简单的位置结构关系。在一个实施例中，所述环形壳体肋与所述基体以及所述环形通道的侧面间隔开。这为在使用期间防止壳体肋与叶轮的外罩之间接触提供了足够的公差。在一个实施例中，所述叶轮壳体包括蜗壳。
在一个实施例中，所述蜗壳包括位于所述叶轮的下游的涡卷型蜗壳出口。涡卷型蜗壳对于向叶轮的下游引导和传送气流特别有用。根据本发明的第三方面，提供一种包括根据所述第二方面的风机结构的装置。在一个实施例中，所述装置具有碎屑吹扫装置和/或碎屑抽吸装置的形式。
下面将参考附图详细说明本发明的实施例，其中图I是示出吹扫装置的总体构造的侧视图；图2是示出吹吸装置的总体构造的侧视图；图3是根据本发明的实施例的蜗壳的剖视图；图4是图3中的蜗壳的剖视平面图；图5是图3中的蜗壳的一部分的透视图；图6是根据本发明的实施例的叶轮的透视图；图7是示出位于图3中的蜗壳的一部分中的图6中的叶轮的透视图；以及图8是图3中的蜗壳的一部分的细节剖视图。
具体实施例方式本发明提供一种与已知的结构相比能够减小叶轮的吸入损失的叶轮和蜗壳结构。设置在叶轮的外罩上的障碍结构位于与蜗壳的空气入口附近的互补部分接近的位置。这些部件之间的相互作用限定外罩与蜗壳壳体之间的蜿蜒曲折的路径或迂回曲折的路径(迷宫式路径)，减小了空气从其中穿过的可能性并改善了进入叶轮的入口的气流。现在将参考图I和图2描述吹扫装置和吹吸装置。图I示出可应用本发明的实施例的吹扫(或清扫)装置10的实例。吹扫装置10是包括电池组的电动装置。然而，作为选择，吹扫装置10可以是由市电供电的装置或者可以包括内燃机和燃料罐。吹扫装置10包括主体12，主体12可以由硬化的塑料材料形成。主体12包括蜗壳14和可抓握把手16。可拆卸的电源18 (以电池组的形式)位于把手16的基体处。蜗壳14呈大致盘形并且容纳有用于产生穿过吹扫装置10的气流的电动机和叶轮结构(在图I中未示出)。盘形蜗壳14包括位于其中央的空气入口 20和从蜗壳14的盘形部分切向地向外延伸的空气出口 22。叶轮可操作为通过空气入口 20吸入气流并通过空气出口 22排出气流。如图所示，空气入口 20被格栅或盖子24遮盖，格栅或盖子24防止用户接触位于空气入口 20内的旋转部分。格栅24的间隔设定为这样根据Underwriters’Laboratory Inc (美国安全检测实验室公司)的安全标准UL-1017能够防止人的手指的插入。可拆卸的送风管26与空气出口 22连接，并且送风管26包括位于其远端的排气出口 28。送风管26从空气出口 22附近到排气出口 28变窄以便将气流会聚并引导为强力喷流。图2示出可应用本发明的实施例的吹吸装置30。吹吸装置30的构造与图I中的吹扫装置10类似，并且吹吸装置30是包括电池组的电动装置。吹吸装置30包括主体32，主体32包括蜗壳34和可抓握把手36。可拆卸的电源38 (以电池组的形式)位于把手36的基体处。蜗壳34基本上与吹扫装置10的蜗壳14相同，并且蜗壳34容纳有用于产生穿过吹吸装置30的气流的电动机和叶轮结构(在图2中未示出)。然而，在本实例中，吹吸装置30是脏式风机结构，从而叶轮构造为收纳碎屑和分散碎屑。盘形蜗壳34包括位于其中央的空气入口 40和从蜗壳34的盘形部分切向地向外延伸的空气出口 42。在这种结构中，吸气管44与空气入口 40连接，并且吸气管44包括位于其远端的吸气入口 46。吸气管44构造为吸入空气并且携带碎屑通过吸气入口 46进入碎屑在其中分散的蜗壳34内。碎屑收集器48与空气出口 42直接连接并且设置有用于穿过蜗壳34的分散碎屑
的收集容器。碎屑收集器48是半透气的从而空气能够穿过碎屑收集器48而排出，并且碎屑收集器48可以包括例如尼龙袋或其他收集装置。如上文所述的吹吸装置30示出为处于抽吸操作模式下。为了在吹扫模式下操作，可以将吸气管44拆卸下来并且以吹扫装置10的方式将吸气管44连接至空气出口 42。然后可以将格栅(未示出)连接至空气入口。图3至图7示出根据实施例的蜗壳组件100的剖视图。参考图3至图6，蜗壳组件100包括第一蛤形部102和第二蛤形部104。蛤形部102、104限定有中央毂盘106和位于毂盘106外的涡卷部108。毂盘106包括位于其上部中央的空气入口 110。空气入口 110被格栅112遮盖。叶轮200位于毂盘106的中央并与空气入口 110连通。叶轮200安装在与电动机204连接的驱动轴202上。在使用时，叶轮200可操作为围绕轴线X-X在驱动轴202上旋转，轴线X-X与毂盘106的中心重合。扩散器114位于叶轮200的径向上的外侧和下游，并且扩散器114包括由两个扩散器壁116、118所限定的环形通道。扩散器114位于蜗壳100的毂盘106与涡卷部108之间，并且扩散器114具有比毂盘106或涡卷部108更小的高度。扩散器114是无叶片的。也就是说，在包含扩散器114的环形通道中没有设置叶片、突起件或引导件，并且扩散器114基本上包括由两个平坦的、间隔开的环形壁116、118所限定的环形通道。扩散器114相对于轴线X-X对称并且具有恒定的高度和宽度。涡卷部108位于紧接扩散器114下游的流路中。涡卷部108包括由蜗壳壁122限定的螺旋涡卷状空腔120。蜗壳壁122具有圆形的横截面，该横截面的直径沿逆时针方向(如图4所示)从位于扩散器114的外侧部附近的蜗壳舌124附近的位置截止到空气出口126逐渐增大。空气出口 126形成在涡卷部108的切向部分128的远端。如图4所示，蜗壳舌124限定通向空气出口 126的切向部分128的一部分。现在将参考图6至图8详细描述叶轮200。在图6中示出了从蜗壳结构100中拆卸下来的叶轮200。在图7中示出了位于下蛤形部104上的叶轮200，并且上蛤形部102被移除。叶轮200包括基体206、外罩208和位于基体206与外罩208之间的多个风机叶片210。基体206从驱动轴202的轴线X-X径向延伸并与扩散器114平行。风机叶片210从基体206垂直地延伸并且为空气动力效率而弯曲。外罩208限定有通向叶轮200入口的沿轴向设置的入口 212。当叶轮200装配在蜗壳100中时，通向叶轮200的入口 212与形成在蜗壳100的毂盘106中的空气入口 110同轴且相邻。外罩208包括位于外罩208的背向基体206的表面上的障碍结构214。障碍结构214包括从外罩208向外突伸并且环绕入口 212的两个环形肋216、218。最内侧的环形肋216形成了限定入口 212的边界的一部分。环形肋216、218限定位于二者之间的环形通道220。该结构示出在图8中。图8示出了蜗壳100的剖视图(类似图3)，其中示出了位于蜗壳100的毂盘106中的叶轮。如图8所示，在蜗壳100的毂盘106的壁的内表面上形成有互补的环形蜗壳肋130。环形蜗壳肋130延伸到由环形肋216、218形成的环形通道220内，从而限定从空气入口 110通过环形通道220的蜿蜒曲折的路径或迂回曲折的路径P (图8)。蜗壳肋130与环形肋216、218在轴向和径向上均间隔开，以便确保在使用时有足够的公差以防止蜗壳肋130与环形肋216、218 (其将随着叶轮200而旋转)之间的接触。如图8所示，入口 110的内入口壁132位于与内环形壁216相同的径向位置处以限定供空气进入入口 Iio并经由入口 212进入叶轮200的入口的基本光滑的(除了环形壁216与内入口壁132之间的必要的轴向间隔以外)入口流路。在使用时，当用户启动电动机204时，驱动轴202将被驱动旋转。固定在驱动轴202上的叶轮200也将被驱动旋转。从而，气流通过蜗壳入口 110并通过叶轮200的入口212而被吸入。然后，空气被引导到风机叶片210上，在此处，空气被风机叶片210加速和径向向外分散。由于叶轮200的下游的空气以比叶轮200的上游的气流更快的速度移动，因此这导致了在整个叶轮200上的压降。这继而导致更多的空气被吸入蜗壳入口 110并进入叶轮200。在常规的离心式叶轮结构中，在整个叶轮上的压降可能导致在叶轮入口的边缘周围以及在蜗壳壳体与叶轮外罩之间发生不希望的空气排出。这减少了叶轮所处理的空气的量并降低了叶轮的效率。然而，在上述实施例中，将蜗壳肋130定位在由环形壁216、218所形成的环形通道220中以形成障碍，从而减少了进入的空气以这种方式排出。蜗壳肋130与环形壁216、218之间的紧密间隔的关系形成了蜗壳入口 110与叶轮200的出口之间的迂回曲折的路径P。从而，为了通过迂回曲折的路径P，空气被迫沿着方向多次变化的蜿蜒曲折的路径流动。每一次方向变化将从气流中流失能量并将导致在每个方向变化点处的滞留点。这继而减小了气流从中穿过的速度，从而减小了单位时间内在蜗壳壳体102与叶轮200的外罩208之间流过的空气的体积。结果，减少了空气的泄漏，使得更多的气流通过蜗壳入口 110并直接通入叶轮200的入口 212内。这改善了气流对风机叶片210的冲击，保证了叶轮200能够以高的效率操作。气流然后穿过风机叶片210，跨过扩散器114并被排入蜗壳100的涡卷部108。然后，气流环绕蜗壳壁122朝切向部分128受到引导并通过空气出口 126。上述实施例的各种变型对于本领域的技术人员来说是显而易见的。各个部件的具体结构可能不同，但均落入本发明的保护范围以内。
例如，虽然根据通常用于居住环境的吹扫机或吹吸装置描述了上述实例，然而本发明还容易应用于包括离心式叶轮的其他机械。例如，本发明的实施例同样适用于家用或工业用抽吸式清洁器。另外地或者作为选择地，通过本发明可以改进包括离心式风机或离心式叶轮的任何结构的吸入效率。该结构的非穷举性实例包括涡轮增压器或者离心泵。事实上，不必设置蜗壳，而是可以使用任何合适的叶轮壳体。虽然在上述实例中障碍结构被描述为包括限定将蜗壳肋接纳于其中的环形通道的一对环形肋，但不必是这样的情况。本领域的技术人员容易想到落入本发明的范围以内的改变和变型。例如，障碍结构可以包括形成为朝向入口的外罩表面上的凹部而无需设置突伸肋。作为选择，通道可以形成在蜗壳壁的内表面上，并且单个的突伸肋可以设置在外罩上以延伸到形成在蜗壳壁中的通道内。这可以包括位于蜗壳壳体上的两个或多个间隔的肋，或者通道可以形成为蜗壳壳体中的凹部。一般来说，障碍结构可以包括形成障碍以限制叶轮外罩与蜗壳壳体之间的气流的任何适当的结构。这可以包括在叶轮上设置部件，当沿径向观察时，该部件与位于蜗壳壳体上的部件重叠。这使得从蜗壳壳体与外罩之间穿过的空气被迫沿着方向至少改变一次的蜿蜒曲折的路径流动。此外，虽然根据轴向延伸的障碍结构示出并描述了上述实施例，然而也可以使用径向延伸的障碍结构。例如，环形肋可以包括径向延伸的凸缘，该凸缘伸入形成在蜗壳入口的侧壁中的凹部内。虽然已示出和描述的障碍结构包括单个通道并且单个突伸肋在该通道内延伸，但是障碍结构也可以包括任意数量的通道和/或肋或者任意数量的上述变型结构。已经特别参考所示出的实例描述了本发明的实施例。虽然在附图中示出了并在说明书中详细描述了具体的实例，然而，应该理解，这些附图和详细描述并非意在将本发明限制为所公开的具体形式。应当了解，在本发明的范围内可以对所描述的实例做出各种变型和修改。
权利要求
1.一种设置在叶轮壳体中的叶轮结构，所述叶轮壳体限定有壳体入口，所述叶轮能够围绕旋转轴线旋转并且包括基体、外罩以及位于所述基体与所述外罩之间的多个叶片，所述外罩包括叶轮入口，所述叶轮入口限定延伸至所述多个叶片的通道， 其中，所述叶轮结构还包括障碍结构，所述障碍结构位于所述叶轮入口附近并且设置为接纳所述叶轮壳体的围绕所述壳体入口的一部分或延伸入所述叶轮壳体的围绕所述壳体入口的一部分内，以限制所述叶轮壳体与所述外罩之间的气流。
2.根据权利要求I所述的叶轮结构，其中，所述障碍结构和所述叶轮壳体的所述一部分限定位于二者之间的蜿蜒曲折的路径。
3.根据权利要求I或2所述的叶轮结构，其中，所述障碍结构包括环形通道，所述环形通道设置为接纳所述叶轮壳体的一部分。
4.根据权利要求3所述的叶轮结构，其中，所述障碍结构包括形成在外罩上的两个径向间隔开的环形肋，所述两个径向间隔开的环形肋限定位于二者之间的所述环形通道。
5.根据前述任一项权利要求所述的叶轮结构，其中，所述障碍结构围绕所述叶轮入口。
6.—种风机结构,包括 叶轮壳体，其限定有壳体入口 ；以及 根据前述任一项权利要求所述的叶轮结构。
7.根据权利要求6在从属于权利要求3时所述的风机结构,其中,位于所述壳体入口的外周的环形壳体肋设置为位于所述环形通道内。
8.根据权利要求7所述的风机结构，其中，所述环形壳体肋与所述基体以及所述环形通道的侧面间隔开。
9.根据权利要求6、7或8所述的风机结构，其中，所述叶轮壳体包括蜗壳。
10.根据权利要求9所述的风机结构，其中，所述蜗壳包括位于所述叶轮的下游的涡卷型蜗壳出口。
11.一种包括根据如权利要求6至10中任一项所述的风机结构的装置。
12.根据权利要求11所述的装置，其具有碎屑吹扫装置和/或碎屑抽吸装置的形式。
全文摘要
本发明公开一种设置在限定有壳体入口的叶轮壳体中的叶轮结构，该叶轮能够围绕旋转轴线旋转并且包括基体、外罩以及位于基体与外罩之间的多个叶片。外罩包括限定延伸至多个叶片的通道的叶轮入口。其中，叶轮结构还包括位于叶轮入口附近的障碍结构，并且将其设置为接纳叶轮壳体的围绕壳体入口的一部分或延伸入叶轮壳体的围绕壳体入口的一部分内，以限制叶轮壳体与外罩之间的气流。通过设置这样的结构能够减小叶轮的吸入损失。设置在叶轮的外罩上的障碍结构接近于蜗壳的空气入口附近的互补部分。这些部件之间的相互作用对背离入口的气流的排出形成了障碍，降低了空气从外罩与蜗壳壳体之间穿过的可能性并改善了叶轮的吸入效率。
文档编号F04D29/42GK102878111SQ20121024591
公开日2013年1月16日 申请日期2012年7月16日 优先权日2011年7月14日
发明者乔纳森·阿姆斯特朗, 斯蒂文·希尔 申请人:百得有限公司