专利名称：垂直塔式风扇的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种空气移动装置。本发明特别涉及一种垂直塔式风扇。
背景技术：
各种尺寸的便携式的，自由站立风扇已经应用了许多年。便携式风扇的通常用途是给使用者的身体带来凉爽的感觉。这是由风扇产生的气流通过个人的皮肤来实现的。通过个人的气流，通过皮肤上的湿气(例如汗水)的自然蒸发过程来增加身体的对流热损失。蒸发量越大，凉爽的感觉就越大。另外，气流影响身体的部分越大，对于使用者来说，凉爽的感觉就越大。
使用轴向叶轮的传统的便携式风扇已经被利用来获取这些所需的凉爽效果。然而，传统的轴向叶轮有若干缺点。轴向叶轮通常较大，并且需要更大的保护格栅。这类装置不但产生气流，而且也可以产生大量的空气运动。使用轴向叶轮的传统的便携式风扇产生的气流的形状是圆锥形的。当气流从风扇中流出时，覆盖面积按直径增长。大量的空气及气流的覆盖面积的增长可以使物体(例如纸张)被吹出出它们所要放置的位置。另外，上述覆盖面积的量及其增长增加了灰尘，花粉，毛屑等被吹起在空气中传播的可能性。在空气中传播的灰尘和碎屑能对例如呼吸条件造成损害。
使用轴向叶轮的传统风扇产生的空气量也需要一定量的动力来产生该空气量。空气量越大需要来自于风扇的电动机的的动力越大。来自于电动机的动力更大通常需要发动机使用更多材料，例如是叠片钢和铜线。增加材料的使用就增加了传统风扇对于制造商和最终使用者的花费。
使用轴向叶轮的传统便携式风扇产生的气体量也会促成推力的增加。增加的推力对于风扇的稳定性是有害的。为了稳定装置，推力必须通过使用大底座来抵销。如果装置直立在支承表面以上，推力和稳定性问题可能更加严重。轴向风扇的大组件(叶片和保护格栅)，连同增加的推力和相应的稳定性问题，使得这类型装置不具有容易地运输(手提)或者是有节省空间的特点。
上述的传统便携式风扇的大底座和格栅需要大量的包装材料和装运空间。为了努力满足装运的空间需求，这些风扇经常要被拆卸，并且需要消费者装配。如果消费者不能按照装配指南正确地装配，风扇可能不稳定、安全和/或可能被退回制造商。这对于制造商，零售商来说，可能引起额外的花费，并且可能造成消费者的不愉快。
发明内容
本发明的目的在于提供一种相对于支承表面具有垂直纵横比(vertical aspect ratio)的垂直塔式风扇。装置产生的气流也具有垂直纵横比。装置和气流的垂直纵横比容许产生的气流更好地符合人体形状，而不必产生大量的空气。
本发明的技术方案是垂直塔式风扇，包括吹风装置，包括；至少一个横向型空气叶轮；上述空气叶轮的轴向长度充分向上延伸，上述横向空气叶轮的长度大于24英寸；设置在上述内部空间内的空气引导装置，充分延伸至上述空气叶轮的整个长度；设置在上述内部空间内的空气切断装置，充分延伸至上述空气叶轮的整个长度；至少一个发动机，使上述空气叶轮绕实质上垂直的旋转轴转动；由上述吹风组件产生的排气气流；一个垂直方向的细长的壳体，包括；
顶端；底端；至少一个侧壁，有在上述较低区域和上述顶部之间充分向上延伸的纵向长度；由上述细长壳体定义的内部空间，上述吹风装置设置在上述内部空间；在上述至少一个侧壁上有至少一个空气进口，容许入口空气进入上述内部空间；位于上述至少一个侧壁上的细长空气出口，容许排气气流排出上述内部空间；连接上述细长壳体的底座，保持上述细长的壳体在支承表面上的垂直竖立状态；和上述排气气流的最大出口高度和上述排气气流的最小出口高度，上述最大出口高度定义为上述支承表面到上述排气气流的最高垂直出口高度，并且上述最小出口高度定义为上述支承表面到上述排出气流的最低垂直出口高度；其中，上述最大出口高度大于36英寸，并且上述最小出口高度小于15英寸。
进一步包括其纵横比大于10∶1，上述纵横比之定义为上述排气气流的垂直长度大于上述排气气流的水平宽度10倍以上。
还包括上述空气叶轮有一最大半徑，其中上述最大半径小于4英寸。进一步包括约6个或者更多装配在一起成为上述空气叶轮的聚合物截面，上述截面中的一个的轴向长度小于5英寸。
上述截面的上述聚合物是使用聚合物粘结物质和纤维，细丝和/或填充物的增强纤维聚合物。
上述空气叶轮至少由金属构成。
上述叶轮还包括第一部分和至少一个位于轴向的彼此相关的第二部分，并且上述发动机设置在上述第一部分和上述叶轮的上述至少一个第二部分之间。
当参照上述空气叶轮的上述旋转轴时，上述空气引导装置是凹入的形状，并且当参照上述空气叶轮的上述旋转轴时，上述空气切断装置是凸出的形状。
还包括总高度，定义为从上述支承表面到上述垂直向细长壳体的最大垂直延伸的距离，其特征是上述总高度大于44英寸。
还包括不运行的结构，其中上述装置置放在运送包裹内，并且家庭舒适装置必要时被装配在上述不运行结构内；和可运行结构，其中上述装置被完全装配，并且是提供功能的。
由装置产生的较少量的空气有足够速度来吹向使用者，这就促进了蒸发和使用者身上的凉爽效果。较少量的空气也只要较少的动力来产生，从而减少了装置内的电动机的成本。产生的较少量的空气还降低了推力，并且增加了装置的稳定性。装置的稳定性得提高减少了对大底座的需求。
这个装置也能够比先前技术更加准确地控制产生的气流朝向使用者，这也促进了蒸发和使用者的凉爽效果。产生气流的更加准确的方向还减少了物体，粉尘，花粉，毛屑等被吹起的可能性。
垂直塔式风扇还提供有别于传统风扇的节省空间的设计。横向叶轮(横向吹风器)的使用排除了例如轴向型风扇特别所需的大保护格栅的需求。因推力的减少而减少了底座尺寸，同时因为可以不用大保护格栅，所以操作、储存和装运装置所需到的空间得以最小化。空间的最小化大大提高了装置的空间节约特点。空间的最小化也使得装置的装运很少或者根本不需要消费者进行装配。很少或者根本不需要消费者进行装配提高了消费者的满意度，并且可以给零售商和生产商增加利润。
本发明包括在能让消费者满意的零售价格水平上的上述一个或多个特征和特点的各种组合。
通过下列的详细描述及其附图，便能够更好地理解本发明。要强调的是，按照通常的做法，图的各种特征不是按规定的尺寸。相反地，为了清楚，各种特征的尺寸被任意地扩大或者缩小了。附图中包括下列图表图1是根据本发明的一个垂直塔式风扇的示例性实施例的透视图；图2为图1所示的示例性实施例的分解图。
图3为本发明的示例性上部叶轮轴承的详细剖面图；图4A和4B为根据图1所示的水平截面4-4的剖面图，图示了气流进入，通过，和流出示例性垂直塔式风扇的模式。
图5A，5B，5C和5D表示根据本发明的一个实施例的物理结构的各种尺寸和产生的气流模式。
图6A和6B为用来比较使用轴向叶轮的传统便携式风扇和根据本发明的垂直塔式风扇的一个实施例的推力特性的图表；图7A和7B为使用轴向型叶轮的传统便携式风扇和本发明的示例性垂直塔式风扇的比较透视图；图8表示使用轴向叶轮的传统的便携式风扇的包装结构；和图9表示本发明的垂直塔式风扇的包装结构。
具体实施方式
图1为一个示例性垂直塔式风扇100的透视图。如图1所示，垂直塔式风扇100包括壳体102，其有至少一个侧壁101，延伸在顶端103和下端105之间。如图所示，垂直塔式风扇100包括底座160，用来连接支承表面(图中未示出)。壳体102包含内部空间104。在内部空间104中设置吹风组件106。
在一个示例性的实施例中，壳体102是一个长形的有垂直纵横比的壳体。壳体102的垂直纵横比定义为壳体102的垂直高度H大于壳体102的最大水平宽度W的值。在一个实施例中，上述长形壳体的垂直纵横比大于约3∶1。
垂直塔式风扇100包括至少一个空气进口110和至少一个空气出口112。如图1所示，空气进口110最好位于壳体102的后部，空气出口112位于壳体102的前部。空气进口格栅111最好盖在空气进口110上面，并且空气出口格栅136盖在空气出口112上面。出口格栅136可以包括百页窗，其位置变化用来对从空气出口112排出的排气气流进行导向。
垂直塔式风扇100还包括至少一个控制组件170。控制组件170控制垂直塔式风扇100的功能。图中还示出了电源线178，用来连接垂直塔式风扇100和电源(例如墙上的插口)。垂直塔式风扇100的电子组件的连接被整合在装置内，例如在控制组件170和吹风组件106之间的连接。电子组件连接整合在装置内使得使用者无需再进行连接。在如图所示的示例性实施例中，例如，要对装置进行操作，只需将电源线178与电源连接即可。所有电子组件连接整合在装置内也提高了垂直塔式风扇100的便携性。
电源线178最好使用安全插头。安全插头的细节和它的优点可以参考美国专利6,394,842号，6,604,965号，6,793,535号和6,896,554号，这些专利被引用于此。
图2是垂直塔式风扇100的分解透视图。如图2所示，壳体102可以由不止一个组件构成，例如，由两半壳体102a和102b装配在一起。壳体102有至少一个空气进口110和一个空气出口112。壳体102确定了内部空间104。
如图所示，壳体102还包括把手114。把手114用来增加装置携带的便利性。可以考虑的是把手114可以是如图所示的壳体102的整体构成的一部分，或者，把手114可以作为连接在垂直塔式风扇100上的的一个或者多个独立部件(图中未示出)。
内部空间104内设置的是吹风装置106。吹风装置106包括电机116，和至少一个连接电机轴118的空气叶轮120。电机116使空气叶轮120沿旋转轴Z转动。电机116可以通过支架(图中未示出)或者通过其它常规的方式安装在壳体102上。在一个较佳实施例中，空气叶轮120是横向型叶轮。如图2所示，电机11最好位于空气叶轮120的下部，从而容许电机116的质量位于相对于支承表面较低的位置。电机116的质量的低位降低了重心，因此增加了垂直塔式风扇100的整体稳定性。
在图2和图4中还示出了空气导向装置122和空气切断装置124。空气导向装置122的形状和结构最好以空气叶轮的旋转轴Z为参照是凹入的，并且实质上延伸到空气叶轮120整个轴向长度。空气切断装置124的形状和结构最好以空气叶轮的旋转轴Z为参照是凸起的，并且实质上延伸到空气叶轮120的整个轴向长度。
在如图所示的示例性实施例中，空气导向装置122和空气切断装置124是离散的部分。可以考虑的是，空气导向装置122和/或空气切断装置124中的一个或者两者可以这样设计，使其能跟垂直塔式风扇100的另一个组件，例如壳体102，成为一体。值得注意的是，作为分散的部分的空气导向装置122和空气切断装置124的使用可以容许这些组件的结构和形状得到更好的控制，从而增加吹风机装置106的可能的有效性。
在图2中还示出了叶轮轴123和上部叶轮轴承装置150。当空气叶轮120绕着旋转轴Z转动时，上部叶轮轴承装置150支承空气叶轮120的叶轮轴123。
保护格栅136最好位于接近空气出口112处。保护格栅136被设计用来保护内部空间104免受外部物体的穿过。保护格栅136的设计也用来使排出垂直塔式风扇100的排出气流阻力最小。与保护格栅136成一体的可以是空气导向装置，例如，可调整的百页窗(图中未示出)。可调整的百页窗可增加额外的高速气流导向控制性能。保护格栅136可以通过一个组装装置(图中未示出)，例如是螺丝钉，粘合剂或者嵌扣，装在壳体102上。
入口格栅111最好位于接近至少一个空气进口110处。入口格栅111被设计使得气流进入垂直塔式风扇100的阻力最小，同时保护垂直塔式风扇100免受外部物体的穿进内部空间104。如图所示，入口格栅111可以是壳体102的整体的一部分，特别是壳体一半102a的一部分。
尽管作为离散部分的底座160和壳体102表示在图2所示的示例性实施例中，但是本发明并不限定于此。可以考虑的是，壳体102的支承可以采用各种方式完成，例如可以由具有各种预定形状的单独的部分构成底座160。如图所示，底座160可以进一步拆卸为多个部分，例如底座部分160a和底座部分160b。
在一个示例性的实施例中，壳体102相对于底座160和/或支承表面(图中未示出)转动。那样的转动可以采用摆动方式，壳体102的步进位置变化(人工或者自动控制)方式，或者顺时针或者逆时针方向的不停转动。在一个例子中，壳体102的转动范围介于约0度和约360度之间。在另一个示例性实施例中，转动的范围介于约0度和约90度之间。
图2还表示了摆动机构140。摆动机构140通过摆动运动使便携式气动装置100的壳体102运动。摆动运动使得产生的气流被分散到所需的更大面积。如图所示，摆动机构140包括摆动盘142，摆动发动机144，发动机盘146，上推力轴承148，径向轴承149，齿轮141和下推力轴承143。摆动机构140使用常规的方法，例如用垫圈145和摆动肩螺丝钉147，装配在一起。可考虑用其它摆动机构，例如链环和枢轴设计，来实现摆动运动。
控制装置170被用来控制垂直塔式风扇100的功能，例如，吹风装置106的气流速度和/或壳体102的转动或者摆动的速度。如图所示，控制装置可以包括控制盖172，按钮盘174和电子组件176。在一个较佳的实施例中，电子组件176位于控制盖172的内部。电子组件176可以包括，例如，开关，电源控制面板和LED指示器。在一个较佳实施例中，控制装置170设置在壳体102的顶端103。控制装置170在垂直塔式风扇100上的位置大体上垂直及其竖向结构，对于使用者比较有利，控制装置170高出支承表面(地面)的高度使得控制功能的可视检查和手动调节能方便实现。或者，可以用远程控制单元(图中未示出)与控制装置170一起，或替代控制装置170，实现对垂直塔式风扇100的控制。
可以考虑的是，垂直塔式风扇100可以由例如聚合物材料，密封的发动机，密封的开关和其它组件，例如能够优化防水结构的雨传感器构成。这将方便垂直塔式风扇100在甲板，船和其它可能暴露在变化的气候状况的地方使用。
图3为垂直塔式风扇100的上部叶轮轴承装置150的详细的剖面图。如图所示，空气叶轮120的轴123位于上部叶轮轴承装置150的轴承152内部。轴承152可以是球面轴承，由注入油的多孔材料，例如，烧结金属，构成。在这个例子中，轴承152位于托架156的凹处154，并且通过保持弹簧157和油杯158保持位置。在这个例子中，托架156装在垂直塔式风扇100的壳体102上。保持弹簧157被设计用来保持轴承152在一定位置，同时也容许轴承152在凹处区域154内转动。轴承152在凹处区域154内的转动使得轴承152的内径跟空气叶轮120的轴123的旋转轴Z“自动对齐”。如图所示，被油浸透的毛细媒介物151位于四周，与轴承152接触，沿着油杯158的内部圆周面159。被油浸透的毛细媒介物151可以是有机材料，例如木浆。甩油环153跟轴123装配在一起。
从功能上看，轴123绕着Z轴转动，在轴123和轴承152的内径之间引起流动的油膜。重力将自然地使油膜沿着轴顺着第一路径160下移。油接触绕轴123转动的甩油环153。油膜有了离心力，离心力使油膜沿着第二路径161放射状地“甩”出去。油膜然后被吸收进毛细媒介物151，通过毛细运动沿着跟轴承152接触的路径162移动。然后油膜被吸收进轴承152，并且通过流体力学过程再循环。
上述轴承装置150的使用增加了轴承152和轴123的使用寿命，进而，也增加了垂直塔式风扇100的整个功能的使用寿命。如果油膜没有上述的再循环而从轴承152处消耗掉，那么轴123和轴承152之间的摩擦将造成过早损坏。
图4A和4B为图1所示的4-4水平截面的截面图。图4A表示气流从壳体102的内部空间104流进和流出。空气叶轮120绕旋转轴Z的转动引导入口空气300通过至少一个空气进口110进入壳体102的内部空间104。入口空气300进入空气叶轮120，被加速，被空气叶轮120推进，然后作为排气气流302通过空气出口112流出壳体102。如图所示，空气叶轮120可以是横向型叶轮。
最好由空气引导装置122和空气切断装置124把壳体102的内部空间104隔离成入口部分104a和排气部分104b。空气引导装置122和空气切断装置124与空气叶轮120的相对位置容许绕Z轴转动的空气叶轮120自由转动，同时防止排出空气302在内部空间104内从排出部分104b到入口部分104a的再循环。阻止内部空间104内的空气再循环促进了通过垂直塔式风扇100的入口空气300和排出气流302的更有效的移动。在这个例子中，空气引导装置122以空气叶轮120的旋转轴Z为参照是凹入的。在这个例子中，当空气切断装置124以空气叶轮120的旋转轴Z为参照是凸起的。尽管空气引导装置122和空气切断装置124在图中表示为连续的光滑径向的形状，但是本发明并不仅限于此。可考虑的是，空气引导装置122和空气切断装置124的形状可以是能获得空气引导装置122的所需的凹入形状和空气切断装置124的凸出形状的非径向的，直的，非连续等等的形状。
空气引导装置122和空气切断装置124的形状和结构容许空气叶轮120绕旋转轴Z转动，目的是在入口部分104a和壳体102的外部大气之间有效产生第一压力差。该第一压力差使入口空气300通过空气进口110进入入口部分104a。空气引导装置122和空气切断装置124的形状和结构也容许空气叶轮120绕旋转轴Z转动，目的是在排气部分104b和壳体102的外部大气之间有效产生第二压力差。第二压力差使排出气流302通过空气出口112流出排气部分104b。
空气引导装置122和空气切断装置124把空气叶轮120分成入口侧120a和排气侧120b。入口侧120a定义为在空气叶轮120的转动方向上沿着从空气切断装置124到空气引导装置122之间的空气叶轮120的圆周的第一距离。排气侧120b被定义为在空气叶轮120的转动方向上沿着从空气引导装置122到空气切断装置124之间的空气叶轮120的圆周的第二距离。空气叶轮120的入口侧120a通过内部空间104的入口部分104a，跟空气进口110直接流通。以类似的方式，空气叶轮120的排气侧120b通过内部空间104的排气部分104b，跟空气出口112直接流通。
位置接近空气出口112的是保护格栅136。保护格栅136被设计用来使排出气流302从壳体102排出的阻力最小，同时也保护空气叶轮120免受外部物体的穿进。
如图4A所示，空气叶轮120由多个叶片310构成，叶片确定了位于叶片310之间的空气通道312。叶片310和空气通道312位于接近空气叶轮120的圆周处。图4A所示为由金属制造的横向空气叶轮。
图4B类似于图4A，除了空气叶轮400是由聚合物制造。因为聚合物材料的成型限制，例如脱模需求和塑料的流动性，所以与图4A所示的金属叶片310的厚度相比，叶片410的厚度约为其3倍(are about 3 timesgreater)。空气通道412必须足够容许入口空气300有效地通过空气叶轮120流动。当与金属叶片310(参照图4A)相比时，叶片410的额外的厚度，连同空气通道412的足够尺寸，限制了接近空气叶轮400的圆周的叶片410的数量。接近横向空气叶轮的圆周的叶片数量影响排气气流302的量。叶轮以及正确尺寸的空气通道数量越多，越能增加排气气流302的量。
通过比较图4A和图4B可以看出，由金属制造的空气叶轮120的叶片310的数量(图4A)多于由聚合物制造的空气叶轮400的叶片410的数量(图4B)。与厚聚合物叶片410相比，可由薄金属构成叶片310容许图4A的空气叶轮120产生具有充分的速度和空气量的排气气流302。在较佳实施例中，横向空气叶轮120的叶片310由金属构成。可考虑的是，如果薄聚合物叶片是由高融化流动聚合物构成，或者是从薄聚合物片上切下来形成的，这样的叶片可以使用。然而，这些聚合物的应用可能增加横向空气叶轮120的生产成本。
图5A，5B和5C表示了由垂直塔式风扇100和叶轮的一个实施例产生的排气气流的各种尺寸方位和空气流动模式。图5A表示了垂直塔式风扇100的总高度，尺寸H。尺寸H定义为从底座160的底端(即底座160接触支承表面500处)到壳体102的最高垂直范围的一段距离。
图5A还表示了排出气流302的各种尺寸。尺寸AH1是排气气流302的最大出口高度。尺寸AH1被定义为从底座160的末端(支承表面500)到当排气气流302流出壳体102时的最高垂直出口高度的一段距离。尺寸AH2是排气气流302的最小出口高度。尺寸AH2被定义为从底座160的末端(支承表面500)到排气气流302从壳体102中排出的最低垂直出口高度的一段距离。尺寸AL是排气气流302的垂直长度(即高度)。尺寸AL定义为排气气流302的最高垂直出口高度到排气气流302的最低垂直出口高度之间的距离。尺寸AW是排气气流302的最大宽度。尺寸AW定义为当排气气流302从壳体102排出的最大水平宽度。
图5B所示为垂直塔式风扇100的壳体102的内部空间104内的空气叶轮520的尺寸。如图所示，空气叶轮520可以是横向型叶轮。尺寸AID和AIL表示在图5B中。尺寸AID定义为与叶轮翼502，叶轮末端504和/或翼支承结构506相应的空气叶轮520的最大直径。尺寸AIL定义为与产生排气气流302的空气叶轮520部分相应的最大轴向长度(即高度)。
在一个实施例中，尺寸H大于约44英寸，尺寸AH1大于约36英寸，和尺寸AH2小于约15英寸。在一个较佳实施例中，排气气流302有细长的垂直纵横比。排气气流302的细长的垂直纵横比定义为尺寸AL大出尺寸AW的值。在一个实施例中，排气气流302的尺寸AL大于约24英寸。在一个实施例中，排气气流302的垂直纵横比是约10∶1或者更大。
如上所述和图示，垂直塔式风扇100的尺寸，以及排气气流302和空气叶轮520的尺寸，使得产生的排气气流302更好地符合人体的细长形态。排气气流302和空气叶轮520的尺寸已经被设计用来有效地产生能够以预定速度到达距离垂直塔式风扇100的预定距离的使用者的排出气流302，从而传递所需的凉爽效果。排出气流302的空气流动特性可以表达为Q/A＝V其中Q是由空气叶轮520产生的气流量(立方英尺/分)。V是排气气流302的预定速度(英尺/分)。A是排气气流302从壳体102中流出的面积。面积A可以表达为A＝AL×AW排出气流302的空气流动特性从而可以表达为Q/(AL×AW)＝V垂直塔式风扇100的尺寸考虑如下气流302的速度V被预定来有效地到达使用者和传递需求的凉爽效果。由空气叶轮520产生的所需的空气流量Q也预定为Q被限制在容许使用低动力的电机。较低的Q比较高的Q需要较少的动力来产生。AL也被预设来有效地符合人体所需地细长的形状。因此，AW用来控制获得排气气流302的预设速度特征V。在一个实施例中，排气气流302的AW约是3英寸或者更小。
由空气叶轮520产生的空气量Q受空气叶轮520的尺寸AID和空气叶轮520的尺寸AIL的影响。空气叶轮520的尺寸AIL被预定符合排气气流302所所需的细长的形状。因此，一种限制叶轮520的空气量Q的有效方式是减少AID的尺寸。减少空气叶轮520的尺寸AID的一个优点是将更加容易地适应垂直塔式风扇100的细长的壳体102，从而维持需求的垂直纵横比。减少空气叶轮520的尺寸AID的另一个优点是在空气叶轮520的结构内的任何不均匀的重量分布更少可能影响叶轮520的转动，从而减少由于叶轮不平衡产生震动的可能性。在一个实施例中，空气叶轮520的尺寸AIL大于约24英寸。在一个实施例中，空气叶轮520的尺寸AID小于约4英寸。在另外一个实施例中，空气叶轮520的尺寸AID是在约2.5英寸和约3.75英寸之间。
空气叶轮520的所需长度AIL增加了空气叶轮520的结构中的变形可能性和力平衡问题。结构问题可能在空气叶轮520的制造或者装配中发生。空气叶轮520的所需长度AIL也增加了长度AIL反方向的轴承支承面积(图中未示出)间的距离。在轴承支承面积之间增加的距离增大了空气叶轮520转动期间的振动和动态不平衡的可能性。空气叶轮520的可能的结构变形将进一步造成空气叶轮520转动期间的振动和动态不平衡。
减少由聚合物制造的空气叶轮520的可能的结构变形的一个方式是使用有聚合物基体的增强纤维聚合物，例如丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)和纤维，细丝和/或填充物，例如玻璃，陶瓷，纺织品和/或金属。这样一种材料的使用增加了空气叶轮520的结构强度和尺寸的稳定性。空气叶轮520的增加了的强度和尺寸稳定性进一步加强了垂直塔式风扇100运行期间空气叶轮520的平衡性和精确性，从而保持更好的设计工作特性。
获得由聚合物制造的空气叶轮520的所需的平衡和结构的另一种方式是采用多个叶轮翼502、叶轮末端504和支承结构506的部分来构建空气叶轮520。空气叶轮520的多个部分可以使用常规的装配技术装配在一起，例如胶粘，化学反应焊接，超声焊接，等等。多个部分的使用减少了模制部件的尺寸，提高了增强纤维聚合物在注射成型过程中填充工具腔的能力。多个部分的使用也增加了遍布空气叶轮520的长度AIL的支承结构506。遍布空气叶轮520的长度AIL的支承结构506的分布增加了空气叶轮520的结构强度和空间稳定性。
通过材料强度和横梁弯曲物理的研究已公知，支承在各端部的横梁的最大自然弯曲位于两个支承体中间。空气叶轮520的支承结构与支承于各端部的横梁相似。偏转的阻力通过在长度AIL中间或者接近中间增加结构，在这个例子中是支承结构506，提高了抗弯曲的力。偶数的叶轮翼502部分的使用将把支承结构506设置在所需的位置或者接近所需的位置。
在一个实施例中，空气叶轮520包括约6个或者更多叶轮翼502的部分。在另一个实施例中，空气叶轮520由在约7个和约12个之间的叶轮翼502部分构成。在另一个实施例中，叶轮翼502的一个部分的轴向长度小于约5英寸。还在另外一个实施例中，叶轮翼502的一个部分的轴向长度是在2.5英寸和约4.5英寸之间。
还有另一种提高由聚合物制造的叶轮520的平衡的方式是确保叶轮翼502，叶轮末端504和支承结构506在成型后装配前完全冷却。除了装配冷却的部分之外，叶轮520的平衡能够通过容许叶轮520在装配后平衡前的熟化来提高。额外的热处理能够用来加速熟化过程。额外的热处理被用来减少叶轮520内的装配和成型应力。在热处理过程中，叶轮520最好被悬挂，以让重力作用在跟叶轮520的轴向长度实质上共线的方向上。已经发现75℃到95℃的炉温，约12个小时的加热和冷却循环可以释出叶轮520内的装配和成型应力。使用完全冷却的部分和装配后熟化叶轮520降低了所需的平衡要求。
具有上述材料，尺寸和结构特征的叶轮使空气叶轮520转动期间不必要的振动和动态不平衡性最小化，进而最小化了叶轮520的大范围的动态或者静态平衡的要求。如果需要有限的平衡，已经发现，如果空气叶轮520在动态平衡过程中的转动速度(RPM)实质上与空气叶轮520的最大运行转动速度相等，空气叶轮520的平衡就得到了改善。空气叶轮520的最大运行转动速度定义为在垂直塔式风扇100的正常运行参数内的空气叶轮520经历的最大转动速度。
图5C表示了另一种提高叶轮平衡的方法。如图所示，叶轮522的结构与图5B所示的叶轮520的相似。然而叶轮522包括第一部分510和第二部分512。第一部分510通过中间轴508连接第二部分512。叶轮522有叶轮平衡和对准的优点。使用短的叶轮长度，第一和第二部分510，512减轻了上述图5B所示的叶轮520的多个装配和平衡问题。为了在转动期间支承叶轮522，中间轴508提供了使用与图2所示的上部叶轮轴承装置150类似的轴承(图中未示出)的可能性。中间轴508上的轴承增加的支承和轴承支承面间减少的距离将抵销图5B的叶轮520带来的平衡和对准的问题。在所有其它的方面，图5C的叶轮522与图5B的叶轮520相似。
尽管图5C表示的叶轮522有第一和第二部分510，512，但是可考虑的是可使用多于两部分。上述的多个部分的使用提高了进一步增加叶轮522的长度AIL的可能性。也可以考虑的是，发动机可位于第一和第二部分510，512之间。放置一个上述的发动机将排除对中间轴508及其支承轴承的需求，并且将在叶轮522的上部和下部使用图2所示的两个上部叶轮轴承装置150。
另一个提高叶轮520平衡的方式将避免聚合物材料的使用带来的问题。叶轮520可由金属成分构成。这不仅增加了保持叶轮520的平衡和对准的可能性，而且提高了图4A和图4B中所述的叶轮工作特性。
图5D表示了使用上述长度AIL的叶轮522的优点，叶轮522产生由尺寸AL和AW定义的上述的纵横比的排出气流302。在范围530内移动和/或摆动排气气流302产生一个空间覆盖范围532。上述长度AL增加了空间作用范围532的体积。这个增加容许垂直塔式风扇100被使用来接近使用轴向叶轮的传统便携式风扇的空间覆盖体积，同时当不摆动时也使得排气气流302有更准确的方向控制，从而克服使用轴向叶轮的传统便携式风扇的圆锥气流形状的问题(参照背景技术)。可以看到，使用“扩大的”空间覆盖面积532或者使用排气气流302的准确的方向控制的选择增加了垂直塔式风扇100的使用特性的适应性。
图6A和图6B表示了两个图表，分别用来比较使用轴向叶轮的传统便携式风扇和垂直塔式风扇100的一个实施例的推力特性。图6A表示了与使用轴向叶轮的传统风扇产生的推力(磅)的相对的气流速度(英尺/分)。弧线下的阴影区域以每分钟磅英尺为单位表示使用轴向叶轮的传统风扇的发动机所需的动力。弧线上的阴影区域也表示了使用轴向叶轮的传统风扇产生的气流体积。图6B为根据与本发明的一个示例性实施例的垂直塔式风扇100的推力(磅)相对的气流速度(英尺/分)。弧线下的阴影区域以每分钟磅英尺为单位表示垂直塔式风扇100的发动机所需的动力。弧线下的阴影区域也表示了垂直塔式风扇100产生的气流体积。
如图6A和图6B所示，垂直塔式风扇100的空气叶轮120被设计是用来优化获得排出垂直塔式风扇100的气流速度的所需特征，同时最小化产生的推力。保持所需的速度使得对于使用者的凉爽效果最大化。最小化或者限制推力降低了垂直塔式风扇100的失稳效果。推力是从壳体102排出的排出气流302的气流方向反方向产生的力，如图5A所示。为了保持稳定和垂直状态，垂直塔式风扇100抵销了这个推力。抵销推力的一种方法是增加垂直塔式风扇100的底座160的尺寸。最小化或者限制推力减少了它的失稳效果，并且进而减少了对大底座的需要。减少对大底座的需要提高了可能的空间节约特征，同时也使得排出气流302有垂直纵横比。
使得推力最小化的另一个优点是垂直塔式风扇100的发动机116不需要用来移动大量气体所需的动力(以每分钟的所做的功，例如瓦，来量度)。这就容许降低所需的发动机扭矩，并且减少发动机116产生的热量。因此发动机116可以使用更少的材料和更少的成本，同时还产生了所需的气流速度。这进而也为生产者和消费者节省了费用。在一个实施例中，发动机116能产生的最大扭矩小于约22 in oz。
在一个示例性实施例中，当在距离壳体102约8英尺的距离测量时，排出气流302有约400英尺/分的最大速度V或者更大。排出气流302的最大速度是把一个风力计放在距离便携式气动装置100的出口112的8英尺处测量的。风力计被垂直上下移动，并且水平向保持8英尺距离，直到找到排出气流302的最大速度位置。
在另一个示例性的实施例中，排出气流302的流动方向的反方向产生的最大推力值是约0.5lbs(磅)或者更少。最大推力值的测量是使用由AMCA(气动和控制协会)指定的经批准的推力表。在另外一个示例性的实施例中，用距离壳体102约8英尺处测量的排出气流302的速度V除以在排出气流302的流动方向的反方向产生的最大推力所得的商为约800∶1或者更大。
图7A和图7B分别为使用风扇装置702的传统便携式风扇700和垂直塔式风扇100的比较图。如图7A所示，风扇装置702包括轴向叶轮704和保护格栅706，708。对比可知，图7B中所示的垂直塔式风扇100比传统便携式风扇700有更小的摆动面积720。这是由于与传统便携式风扇700的风扇装置702的尺寸相比，垂直塔式风扇100的壳体102具有垂直纵横比。垂直塔式风扇100的摆动面积720定义为绕垂直轴转动的壳体102相对于放置表面的移动面积。传统便携式风扇700的摆动面积710定义为绕垂直轴转动的风扇装置702相对于放置表面的移动面积。
传统便携式风扇700的轴向叶轮704的旋转轴Y是水平向的。相反地，垂直塔式风扇100的空气叶轮120的旋转轴Z是垂直的。与传统便携式风扇700的风扇装置702摆动期间的陀螺进动效应相比，这个不同减少了壳体102的摆动期间的陀螺进动效应，并且增加了垂直塔式风扇100的稳定性。
垂直塔式风扇100摆动期间陀螺进动效应的降低与较低的推力特性，(在图6A与图6B中表示得最清楚)使得垂直塔式风扇100的底座160与传统便携式风扇700的底座760的最大宽度尺寸PB相比，可具有较小的最大宽度尺寸TB。底座160的较小的最大宽度尺寸TB使得垂直塔式风扇100与传统便携式风扇700相比具有提高了空间节省特性。图中也表示，由于最小化了底座160的宽度尺寸TB，垂直塔式风扇100可容易地在居住空间内或者在不同生存空间之间从一个地方搬运到另一个地方。
图8是传统便携式风扇700在搬运箱800中。如图所示，传统便携式风扇700在搬运箱800中采用了较大的拆卸结构被运送给使用者。传统便携式风扇700的组件被分别包装在搬运箱800中。如图所示，叶片704，保护格栅706和708，底座760和其它组件的包装需要使用者在得到一个传统便携式风扇700的可操作的结构之前进行许多装配工作。
图9是垂直塔式风扇100在搬运箱900中。如图所示，垂直塔式风扇100在搬运箱900中以基本上组装完的结构运送给使用者。在本实施例中，只表示出底座160在搬运箱900中是与壳体102分离的。在图示的实施例中，底座160被进一步的拆卸成底座部分160a和底座部分160b，从而进一步节省了搬运箱900所需的体积。与图8中的传统便携式风扇700相比，采用基本上装配完的形式运送垂直塔式风扇100使得最终使用者所需进行的装配工作有限。
与传统便携式风扇700的摆动面积710(参照图7A)相比，垂直塔式风扇100的更小的摆动面积720(参照图7B)便利了采用基本上装配完的结构来运送垂直塔式风扇100的可能性。可以看到，与传统便携式风扇700在搬运箱800中的重大的拆卸结构相比，垂直塔式风扇100在搬运箱900中的基本上装配完成的结构使得消费者感觉不错，减少了零售商和/或制造商退货数量。实质上装配完成意味着少于三个独立组件需要使用者装配来完成装置的可操作的配置。
上述垂直塔式风扇100产生具有垂直纵横比的排气气流302。排气气流302的垂直纵横比符合人体形状，而不必产生大量的气流。排气气流302有充分吹到使用者，从而加速蒸发的速度，以及由此产生的使用者的凉爽效果。由吹风装置106产生的较低量的排气气流302只需较低的动力来产生，并且还降低了排气气流302从壳体102的内部空间104排出时产生的推力。较低的动力需求减少了电机116的成本，同时较低的推力增加了垂直塔式风扇100的稳定性，从而减少了底座160所需的尺寸。底座160减少的尺寸，连同先前技术的大保护格栅的排除，使操作、储存和运送垂直塔式风扇100的所需空间最小化。空间的最小化大大提高了垂直塔式风扇100的空间节省方面的优点。空间的最小化也容许垂直塔式风扇100用更少或者不需顾客装配来运送，这可能产生增加顾客满意度的结果，并且可以减少给零售商和制造商的退货。
尽管本发明已经参照示例性实施例进行说明，但是并不限定于此。更确切地说，权利要求应该解读为包含了在不脱离本发明的真实精神和范围内，所属技术领域的技术人员可以作出的本发明的其它变化和实施例。
权利要求1.垂直塔式风扇，其特征是包括吹风装置，包括；至少一个横向型空气叶轮；上述空气叶轮的轴向长度充分向上延伸，上述横向空气叶轮的长度大于24英寸；设置在上述内部空间内的空气引导装置，充分延伸至上述空气叶轮的整个长度；设置在上述内部空间内的空气切断装置，充分延伸至上述空气叶轮的整个长度；至少一个发动机，使上述空气叶轮绕实质上垂直的旋转轴转动；由上述吹风组件产生的排气气流；一个垂直方向的细长的壳体，包括；顶端；底端；至少一个侧壁，有在上述较低区域和上述顶部之间充分向上延伸的纵向长度；由上述细长壳体定义的内部空间，上述吹风装置设置在上述内部空间；在上述至少一个侧壁上有至少一个空气进口，容许入口空气进入上述内部空间；位于上述至少一个侧壁上的细长空气出口，容许排气气流排出上述内部空间；连接上述细长壳体的底座，保持上述细长的壳体在支承表面上的垂直竖立状态；和上述排气气流的最大出口高度和上述排气气流的最小出口高度，上述最大出口高度定义为上述支承表面到上述排气气流的最高垂直出口高度，并且上述最小出口高度定义为上述支承表面到上述排出气流的最低垂直出口高度；其中，上述最大出口高度大于36英寸，并且上述最小出口高度小于15英寸。
2.根据权利要求1所述的垂直塔式风扇，其特征是，进一步包括其纵横比大于10∶1，上述纵横比之定义为上述排气气流的垂直长度大于上述排气气流的水平宽度10倍以上。
3.根据权利要求1所述的垂直塔式风扇，其特征是，还包括上述空气叶轮有一最大半径，其中上述最大半径小于4英寸。
4.根据权利要求1所述的垂直塔式风扇，进一步包括约6个或者更多装配在一起成为上述空气叶轮的聚合物截面，其特征是上述截面中的一个的轴向长度小于5英寸。
5.根据权利要求4所述的垂直塔式风扇，其特征是上述截面的上述聚合物是使用聚合物粘结物质和纤维，细丝和/或填充物的增强纤维聚合物。
6.根据权利要求1所述的垂直塔式风扇，其特征是上述空气叶轮至少由金属构成。
7.根据权利要求1所述的垂直塔式风扇，其特征是上述叶轮还包括第一部分和至少一个位于轴向的彼此相关的第二部分，并且上述发动机设置在上述第一部分和上述叶轮的上述至少一个第二部分之间。
8.根据权利要求1所述的垂直塔式风扇，其特征是当参照上述空气叶轮的上述旋转轴时，上述空气引导装置是凹入的形状，并且当参照上述空气叶轮的上述旋转轴时，上述空气切断装置是凸出的形状。
9.根据权利要求1所述的垂直塔式风扇，还包括总高度，定义为从上述支承表面到上述垂直向细长壳体的最大垂直延伸的距离，其特征是上述总高度大于44英寸。
10.根据权利要求1所述的垂直塔式风扇，其特征是还包括不运行的结构，其中上述装置置放在运送包裹内，并且家庭舒适装置必要时被装配在上述不运行结构内；和可运行结构，其中上述装置被完全装配，并且是提供功能的。
专利摘要垂直塔式风扇，涉及一种空气移动装置。包括吹风装置，至少一个横向型空气叶轮；至少一个发动机；由上述吹风组件产生的排气气流；一个垂直方向的细长的壳体；至少一个侧壁，有在上述较低区域和上述顶部之间充分向上延伸的纵向长度；由上述细长壳体定义的内部空间，上述吹风装置设置在上述内部空间；连接上述细长壳体的底座。本实用新型的目的在于提供一种相对于支承表面具有垂直纵横比(vertical aspect ratio)的垂直塔式风扇。装置产生的气流也具有垂直纵横比。装置和气流的垂直纵横比容许产生的气流更好地符合人体形状，而不必产生大量的空气。
文档编号F04D25/02GK2888137SQ20052012816
公开日2007年4月11日 申请日期2005年10月28日 优先权日2004年10月29日
发明者瓦山堤·艾尔, 汤玛斯·J·多利 申请人:拉斯科控股公司