叶片和风扇的制作方法

1.本公开的实施例总体上涉及一种风扇，特别地涉及用于风扇的叶片。


背景技术：

2.风扇被广泛地应用于各种设备中。传统的风扇的叶片角度是固定的，当风扇高速旋转时，将会产生大的噪音并且效率降低。期望能够提供风扇的效率并且降低风扇的噪音。


技术实现要素：

3.本公开的实施例提供了一种叶片和风扇，旨在解决上述问题以及其他潜在的问题中的一个或多个。
4.根据本公开的第一方面，提供了一种叶片。叶片包括：高压侧表面，包括设置在其上的入口槽；低压侧表面，包括设置在其上的出口槽；以及移动体，被可移动地设置在所述叶片中，并且被配置为：在所述叶片以第一速度旋转时，经由所述移动体阻塞所述出口槽和所述入口槽，并且在所述叶片以高于所述第一速度的第二速度旋转时，经由所述移动体连通所述出口槽和所述入口槽。
5.根据本公开实施例的叶片，通过在叶片上设置开口并且通过移动体根据所述叶片的旋转速度而移动以自适应地改变连通开口，由此可以显著提高风扇的性能，特别地，能够维持风扇的低速时的效率，同时提高风扇高速时流体效率并且降低噪声。
6.在一些实施例中，所述叶片包括用于接纳所述移动体的腔体，其中所述移动体包括贯通所述移动体的调谐通道，所述调谐通道适于根据所述移动体的位置而与所述出口槽和所述入口槽流体连通或堵塞所述出口槽和所述入口槽。
7.在一些实施例中，所述入口槽和所述出口槽均沿着所述叶片的径向延伸，并且所述出口槽相对于流体流动方向设置在所述入口槽的下游。
8.在一些实施例中，所述入口槽与所述高压侧表面实质垂直地连通至所述腔体。
9.在一些实施例中，所述出口槽与所述低压侧表面实质平行地连通至所述腔体。
10.在一些实施例中，每个所述调谐通道包括邻近所述入口槽的流入侧开口、邻近所述出口槽的流出侧开口以及连接所述流入侧开口和所述流出侧开口的通道部，其中所述流入侧开口的曲率与所述入口槽的曲率匹配地形成，所述流出侧开口实质平行于所述低压侧表面。
11.在一些实施例中，所述调谐通道与所述出口槽和所述入口槽在所述叶片的周向上偏移，并且所述移动体被配置为能够至少在周向上移动，以使得所述移动体能够在周向上移动而与所述出口槽和所述入口槽对齐。
12.在一些实施例中，所述移动体包括单个活塞体，其中所述活塞体被径向弹性地加载在所述腔体中，并且所述移动体能够在所述叶片旋转的离心力作用下移动，其中所述活塞体和所述腔体被形成为彼此形状约束，以使得在所述离心力作用下在径向内侧位置和径向外侧位置之间移动期间为所述移动体至少提供周向移动量。
13.在一些实施例中，所述活塞体包括非连续的第一轮廓和第二轮廓，所述腔体形成为与所述活塞体的形状匹配的轮廓，其中在所述第一轮廓处，所述活塞体与所述腔体的相应轮廓形状配合而在弹簧径向偏置力的作用下保持在第一周向位置处，其中在所述第一周向位置处，所述调谐通道与所述出口槽和所述入口槽偏移；在所述第二轮廓处，所述活塞体与所述腔体的相应轮廓形状配合并且保持在第二周向位置处，在所述第二周向位置处，所述调谐通道与所述出口槽和所述入口槽连通。
14.在一些实施例中，所述移动体包括彼此联动的第一活塞体和第二活塞体，所述调谐通道被设置在所述第二活塞体上；其中所述第一活塞体被弹性加载在所述腔体中并且适于在离心力的作用下而从径向内侧位置移动至径向外侧位置，其中所述第二活塞体被弹性加载在所述腔体中并且适于在所述第一活塞体从所述径向内侧位置移动至所述径向外侧位置期间与所述第一活塞体相互作用而周向地移动。
15.在一些实施例中，所述第一活塞体被至少径向偏置的弹簧弹性地加载在所述腔体中，所述第二活塞体被至少周向偏置的弹簧弹性地加载在所述腔体中。
16.在一些实施例中，所述第一活塞体和所述第二活塞体包括能够相互滑动的相应抵接面，以通过相互抵接而提供用于所述第二活塞体周向移动的力分量。
17.在一些实施例中，所述第二活塞体被径向地约束在所述腔体中并且被配置为仅能够周向地移动，并且所述第一活塞体被周向地约束在所述腔体中并且被配置为仅能够径向地移动。
18.在一些实施例中，所述第一活塞体和所述第二活塞体包括梯形形状。
19.在一些实施例中，所述入口槽形成在所述叶片中的邻近流体涡流形成的部位处。
20.在一些实施例中，所述入口槽被形成相对于所述叶片的周向长度在流体流动方向上距所述叶片的后缘1/3～1/2的区域中。
21.根据本公开的第二方面，提供了一种风扇。风扇包括多个根据第一方面所述的叶片。
附图说明
22.通过参考附图阅读下文的详细描述，本公开的实施例的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例而非限制性的方式示出本公开的若干实施例。
23.图1示出根据本公开的风扇的整体结构示意图。
24.图2示出根据本公开的一个实施例的叶片的结构示意图。
25.图3示出根据本公开的实施例的设置在叶片上的流体通道的剖视示意图，其中移除了移动体30。
26.图4示出根据本公开实施例的移动体被实施为单个活塞体结构示意图。
27.图5示出根据本公开实施例的叶片的透视图，其中流体通道处于封闭状态。
28.图6示出根据本公开实施例的叶片的透视图，其中流体通道处于打开状态。
29.图7示出根据本公开另一个实施例的叶片的透视图，其中流体通道处于封闭状态。
30.图8示出根据本公开另一个实施例的叶片的透视图，其中流体通道处于打开状态。
31.图9示出不设置根据本公开实施例的流体通道的流体流动仿真效果图。
32.图10示出设置根据本公开实施例的流体通道的流体流动仿真效果图。
33.在各个附图中，相同或对应的标号表示相同或对应的部分。
具体实施方式
34.下面将参照附图更详细地描述本公开的优选实施例。虽然附图中显示了本公开的优选实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本公开更加透彻和完整，并且能够将本公开的范围完整地传达给本领域的技术人员。
35.在本文中使用的术语“包括”及其变形表示开放性包括，即“包括但不限于”。除非特别申明，术语“或”表示“和/或”。术语“基于”表示“至少部分地基于”。术语“一个示例实施例”和“一个实施例”表示“至少一个示例实施例”。术语“另一实施例”表示“至少一个另外的实施例”。术语“上”、“下”、“前”、“后”等指示放置或者位置关系的词汇均基于附图所示的方位或者位置关系，仅为了便于描述本公开的原理，而不是指示或者暗示所指的元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造或操作，因此不能理解为对本公开的限制。
36.如前所述，传统的风扇在高速旋转时会产生极大的噪音，严重影响风扇的操作效率。本技术的发明人通过大量的试验发现，这些噪音的产生原因如下。通常风扇的叶片角是固定的，当叶片迎角大于设计点时，在叶片后部会出现流体流分流和涡流。当风扇转速高于设计转速时，涡流和分离的流体流会产生额外的气动噪声，且风扇叶片效率远低于设计点。针对此，发明人提出了一种提高风扇的操作效率并且降低噪声的方法，特别地，发明人通过改进叶片的结构以减小或防止涡流形成，由此提高风扇的操作效率并且降低噪声的方法。下面结合附图详细说明根据本公开实施例的发明构思。
37.图1示出能够实施根据本公开实施例的风扇100的结构示意图。如图1所示，风扇100包括多个叶片10，叶片10被固定地安装至风扇的轮毂并且叶片10从径向内侧朝向径向外侧延伸。
38.风扇100的电机操作以驱动叶片10围绕周向旋转。叶片在流体流的两侧形成流体流的低压区和高压区，流体将从低压区流动至高压区。值得说明的是，尽管在图示的实施例中轴流风扇作为示例来说明了根据本公开实施例的发明构思，根据本公开实施例也可应用于其他类型的风扇中。
39.下面结合图2-图3来说明根据本公开的实施例的叶片10的结构示意图。如图2所示，叶片10包括低压侧表面12和高压侧表面14。高压侧表面14和低压侧表面12为相对的表面，特别地，高压侧表面14是流体流入叶片所在的表面，在该表面处流体撞击叶片；低压侧表面12为流体流出叶片所在的表面，在该表面处流体远离叶片流动。叶片10可在径向内侧位置r1被安装至风扇的轮毂；叶片10在径向外侧位置r2处为自由端。图2中还示出了叶片10的流体流动方向的前缘p1和流体流动方向的后缘p2。在风扇操作时，流体从叶片10的前缘p1朝向下游的后缘p2流动。
40.如图2所示，高压侧表面14可包括设置在其上的入口槽142；低压侧表面12可包括设置在其上的出口槽122。叶片10还可包括腔体16，移动体30被可移动地布置在腔体16中。在一些实施例中，移动体30在叶片以第一速度旋转时，经由移动体30阻塞出口槽122和入口槽142，并且在叶片以高于第一速度的第二速度旋转时，经由移动体30连通出口槽122和入口槽142。由此，在移动体30与出口槽122、入口槽142连通而形成流体通道的情况下，可避免
或减少涡流的形成，进而提高流体效率并且降低噪声。
41.在一些实施例中，流体通道沿流体流动方向形成在叶片10中的易于形成流体涡流的位置处或其上游附近。通过在易于形成涡流的位置处设置流体通道，可以有效地避免涡流的形成，进而提高风扇的流动效率并且降低风扇的噪声。值得说明的是，该位置仅仅示例性的，在一些实施例中，流体通道沿流体流动方向形成在叶片10中的易于形成流体涡流的位置的下游附近。
42.在一些实施例中，流体通道被形成在相对于叶片10的周向长度在流体流动方向上距叶片10的后缘1/3～1/2的区域中。发明人大量实验发现，这些区域对于避免或减少涡流的形成和降低风扇的噪声方面是有效的。
43.在一些实施例中，如图2所示，出口槽122可沿着叶片的径向延伸并且具有较大的径向延伸长度。类似地，入口槽142可沿着叶片的径向延伸并且具有较大的径向延伸长度。入口槽142和出口槽122彼此对应地布置以形成相应的流体通道。腔体16可被设置在叶片的壁中间并且与入口槽142、出口槽122连通。值得说明的是，尽管在图2和图3所示的实施例中，叶片10仅包括一个流体通道；流体通道的数目并非限制性，流体通道的数目可以为一个或更多个。
44.在一些实施例中，入口槽142的开口方式以流动阻力最小的方式被设置。在如图3所示的实施例中，入口槽142与高压侧表面14处实质垂直地连通至腔体16。值得说明的是，术语“实质垂直”应当理解为入口槽的入口方向相对于高压侧表面尽可能得垂直或近似垂直。例如，在一些实施例中，入口槽的开口方向的法线相对于高压侧表面呈70
°
～110
°
的角度的范围内，更佳地在80
°
～100
°
的范围内。
45.在一些实施例中，出口槽122的开口方式以流动阻力最小的方式被设置。在如图3所示的实施例中，出口槽122与低压侧表面12实质平行地连通至腔体16。值得说明的是，术语“实质平行”应当理解为出口槽122的出口方向与低压侧表面12尽可能得平行或近似平行。例如，在一些实施例中，出口槽122的出口方向相对于低压侧表面呈0
°
～20
°
的角度的范围内，更佳地在0
°
～15
°
的范围内。
46.在一些实施例中，如图3所示，出口槽122相对于入口槽142设置在流体流动方向的下游。由此，可以最大限度地减小入口槽142和出口槽122之间的流动阻力。入口槽142和出口槽122之间周向间距可以与风扇的最佳操作性能相关地被确定。例如，可基于风扇的设计操作旋转速度来设置适当的入口槽142和出口槽122之间周向间距。
47.图4示出根据本公开实施例的移动体30的结构细节。移动体30可包括调谐通道35。调谐通道35具有较大的径向延伸长度。调谐通道35与入口槽142、出口槽122对应地布置。移动体可被实施为各种方式，图示的实施例仅仅是示例性的。
48.在一些实施例中，调谐通道35以流动阻力最小的方式被设置，以最大程度地减小调谐通道35对流体流动效率的影响。在图4所示的实施例中，调谐通道35包括邻近入口槽142的流入侧开口224、邻近出口槽122的流出侧开口222以及连接流入侧开口224和流出侧开口222的通道部226。通道部226可形成为流入侧开口224和流出侧开口222之间的平滑过渡。在一些实施例中，流入侧开口224的曲率与入口槽142的曲率匹配地形成，流出侧开口222实质平行于低压侧表面12。
49.根据本公开实施例，在流体通道具有较大的径向延伸的情况下，具有显著的好处。
由于调谐通道35、出口槽122和入口槽142的径向延伸较大，即使很小的涡流很难以形成。这在风扇以相对高的速度旋转时，能够进一步的提高流体效率。。
50.根据本公开的一些实施例，移动体30除了响应于离心力的作用而进行径向移动之外，移动体还被配置为进行周向移动。通过这种移动方式，可以实现封闭和连通大区域流体通道的要求。在这种情况下，即使在流体通道具有大的径向延伸而具有更强大的涡流消除性能的情况下，也便于以简单的方式实现流体通道的封闭。
51.在一些实施例中，调谐通道35与出口槽122和入口槽142在叶片的周向上偏移，并且移动体被配置为能够至少在周向上移动，以使得移动体能够在周向上移动而与出口槽122和入口槽142对齐。
52.为了实现移动体30的周向移动，移动体可被实现为多种方式。图5和图6示例性示出了根据本公开移动体30被实现为单个活塞体的示例性实施方式。图7-图8示出了根据本公开移动体30被实现为两个联动的活塞体的示例性实施方式。值得说明的是，图示的实施方式仅仅示例性的，移动体可以其他方式来提供周向移动分量。
53.在一些实施例中，如图5-图6所示，移动体30可实现为单个活塞体。活塞体通过径向偏置的弹簧40而被弹性地加载在腔体16中，并且活塞体能够在叶片旋转的离心力作用下移动。在图示的实施例中，活塞体和腔体16被形成为彼此形状约束，以使得在离心力作用下在径向内侧位置和径向外侧位置之间移动期间为移动体至少提供周向移动量。活塞体和腔体16的形状约束可被实现为多种形式。
54.在图示的实施例中，活塞体可包括非连续的第一轮廓和第二轮廓，腔体16形成为与活塞体的形状匹配的轮廓。在风扇低速状态下，活塞体第一轮廓与腔体16形状配合并且在在弹簧径向偏置力的作用下保持径向内侧位置r1并且位于第一周向位置。在该位置处，流体通道关闭。如图5所示，由于设置在活塞体上的调谐通道35与出口槽122和入口槽142偏移。由此，流体无法通过。由于流体通道关闭，所以防止了流体通过流体通道泄露，确保高的流体效率。
55.随着风扇速度的增加，作用在移动体30上的离心力将会增加；在增加的离心力的作用下，移动体30将克服弹簧40的作用而从径向内侧位置r1朝向径向外侧位置r2。伴随着活塞体的移动，在活塞体和腔体16的形状约束以及活塞体的离心力双重作用下，活塞体从径向内侧位置r1朝向径向外侧位置r2移动并且同时发生周向方向上的位移，活塞体的第二轮廓与腔体16的相应轮廓形状配合而在离心力的作用下而保持在第二周向位置处。在第二周向位置处，调谐通道35与出口槽122和入口槽142对齐。由此，撞击高压侧表面14流体流将进入入口槽142、进而穿过调谐通道22、出口槽122流出。由此，可以防止涡流的形成以及流体流的分流，并且提高了流体效率。
56.在图示的实施例中，活塞体通过径向偏置的弹簧40而被布置在腔体16中；值得说明的是，这仅仅是示例性的，弹簧40可实现为各种其他方式，其他任何适当的弹性装置均可用于实施根据本公开实施例的发明构思，只要能够提供保持活塞体的位置的径向分力即可。
57.在一些实施例中，弹簧的预加载力可被选择性地设置并且可以选择适当的弹簧以满足移动体30的移动性能要求。在一些实施例中，弹簧40可被设置在径向内侧或径向外侧处，并且在风扇的旋转过程中，可通过弹簧的弹性力与离心力的作用而调节移动体30的位
置。在一些实施例中，弹簧的预加载力被设置：在叶片10的转速小于预定阈值时，移动体30保持在径向内侧第一位置并且封闭流体通道。在叶片10的转速超过预定阈值时，移动体30在离心力的作用下而朝向径向外侧位置移动以形成适于流体流过的流体通道。
58.在一些实施例中，如图7和图8所示，移动体可被实现为彼此联动的多个活塞体的结构。
59.在图7和图8所示的实施例中，移动体可包括第一活塞体50和第二活塞体60。第一活塞体50可被实施为响应于风扇高速旋转时的增大的离心力而从径向内侧位置r1朝向径向外侧位置r2移动。第二活塞体60被实施为与第一活塞体50相互作用以在第一活塞体50径向移动过程中而执行周向移动。在这种情况下，调谐通道35被设置在第二活塞体60上。
60.在一些实施例中，第一活塞体50被径向偏置的弹簧40弹性地加载在腔体16中。第二活塞体60被周向偏置的弹簧弹性地加载在腔体16中。
61.在一些实施例中，第一活塞体50和第二活塞体60包括能够相互滑动的相应抵接面，以提供用于第二活塞体60周向移动的力分量。这样的结构简单且结构稳定。值得说明的是，这仅仅是示例性的。
62.在一些实施例中，第二活塞体60被径向地约束在腔体16中并且被配置为仅能够周向地移动。在一些实施例中，第一活塞体50被腔体16的壁和第二活塞体60周向地约束在腔体16中并且被配置为仅能够径向地移动。由此，可以简化结构的运动复杂度。
63.在一些实施例中，第一活塞体50和第二活塞体60被形成为梯形形状。由此可以方便地实现第二活塞体60的运动定位。值得说明的是，这仅仅是示例性的，第二活塞体60可被实现为其他适当的形状。
64.如图7所示，在风扇低速状态下，活塞体第一轮廓与腔体16形状配合并且在在弹簧径向偏置力的作用下保持径向内侧位置r1并且位于第一周向位置。在该位置处，流体通道关闭。如图7所示，由于设置在活塞体上的调谐通道35与出口槽122和入口槽142偏移。由此，流体无法通过。由于流体通道关闭，所以防止了流体通过流体通道泄露，确保高的流体效率。
65.随着风扇速度的增加，作用在第一活塞体50上的离心力将会增加；在增加的离心力的作用下，第一活塞体50将克服弹簧40的作用而从径向内侧位置r1朝向径向外侧位置r2。伴随着第一活塞体50的移动，第一活塞体50从径向内侧位置r1朝向径向外侧位置r2移动。在此过程中，第一活塞体50对第二活塞体60施力以使得第二活塞体60发生周向位移，以移动至第二周向位置。在第二周向位置处，调谐通道35与出口槽122和入口槽142对齐。由此，撞击高压侧表面14流体流将进入入口槽142、进而穿过调谐通道22、出口槽122流出。由此，可以防止涡流的形成以及流体流的分流，并且提高了流体效率。
66.尽管在图7-图8的实施例中以两个活塞体的组合运动的方式来实现移动体的周向位移，值得说明的是，这仅仅是示例性的。例如，图7-图8所示的活塞体还可与图5-图6所示的活塞体形状和腔体形状配合的方式进行组合以实现各种其他的活塞体；只要活塞体能够提供周向运动分量即可。
67.根据本公开实施例的叶片，通过移动体移动控制开槽大小提高了风扇的性能。在高速时消除或削弱涡流，降低噪声提高效率；而在低速时提高扇叶有效作用面积，提高风扇效率。
68.图9和图10示出不设置和设置根据本公开实施例的流体通道的流体流动仿真效果图。如图9所示，针对不设置根据本公开实施例的结构的叶片，当叶片以高速旋转时，在靠近叶片下缘的位置处存在大量的涡流和流体分流。这些涡流和流体分流将破坏流体的流动效率并且增加了风扇的噪声。如图10所示，针对设置根据本公开实施例的结构的叶片，即使叶片以高速旋转时，在靠近叶片下缘的位置处基本上不存在涡流和流体分流。与传统风扇相比，根据本公开实施例的风扇，显著提高了风扇的效率并且降低了噪声。
69.此外，虽然采用特定次序描绘了各操作，但是这应当理解为要求这样操作以所示出的特定次序或以顺序次序执行，或者要求所有图示的操作应被执行以取得期望的结果。在一定环境下，多任务和并行处理可能是有利的。同样地，虽然在上面论述中包含了若干具体实现细节，但是这些不应当被解释为对本公开的范围的限制。在单独的实施例的上下文中描述的某些特征还可以组合地实现在单个实现中。相反地，在单个实现的上下文中描述的各种特征也可以单独地或以任何合适的子组合的方式实现在多个实现中。
70.尽管已经采用特定于结构特征和/或方法逻辑动作的语言描述了本主题，但是应当理解所附权利要求书中所限定的主题未必局限于上面描述的特定特征或动作。相反，上面所描述的特定特征和动作仅仅是实现权利要求书的示例形式。
71.以上已经描述了本公开的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。