专利名称：多级锥形风扇电动机组件的制作方法
技术领域：
本发明一般地直接涉及一种电动机组件。尤其是，本发明直接地涉及电动机组件的风扇部分，其提高了电动机效率和气流特性。特别地，本发明涉及带有具有非线性锥形的工作空气风扇的多级风扇组件，其提高了效率并且阻止了污染物的聚积。
背景技术：
利用多级锥形风扇的真空电动机在很多应用中得到使用，例如真空操纵器、包装设备、装袋机、割台、用具和排气处理，当然这里只提出了少数一部分。这样的真空设计一般地包括一个圆柱形外壳，或者是罩，其封入一对围绕轴旋转的电动机驱动的工作空气风扇。
现有技术如图1所示，这样的设计通过在第一级风扇B之上的外壳顶部轴中心的孔A将空气吸入外壳内。第一级风扇包括多个叶片，这些叶片由在底部的圆盘和截头圆锥体的盖封闭。这样，在相邻的叶片之间限定出通道，当风扇旋转时，空气在圆周方向和沿半径向外的方向上加速通过通道。然后空气被导入包括第二级风扇C的第二级。第二级风扇一般地与第一级风扇相同，其包括多个叶片，这些叶片由在底部的圆盘和截头圆锥体的盖封闭。空气再一次在圆周方向和沿半径向外的方向上加速通过由相邻叶片限定的通道。外壳提供了位于最接近风扇的与孔相对的出口。由图1可以很显然地看出，这样的风扇可以使用线性锥形，其中风扇的横截面高度以从旋转轴的径向距离的函数线性变小。这反过来导致以从旋转轴的径向距离的函数的通道容量的线性收缩。这一特征用来改善空气流特性和提高效率。尽管这样的风扇的线性锥形已经被发现用来提高气流，但是某些缺点仍继续存在。特别地，这种特性的组件易于聚集污染物，例如旋转的工作空气风扇内的灰尘和碎屑。更担心的是，吸入风扇组件的空气携带灰尘和水的混合物，例如将会在湿/干真空吸尘器内看到的。已经发现，聚集在工作空气风扇内的灰尘和其他污染物，随着时间的过去，导致轴承的损坏和最终的风扇和/或电动机组件故障。这样，尽管这样的风扇高效和具有小的外形，但是前面提到的缺点仍继续存在。
因此，本领域需要一种风扇组件，其将在工作空气风扇上聚集的灰尘和污染物减到最小，并且因此延长风扇组件的寿命。
发明内容
考虑到前述的，本发明的第一个方面是提供获得改良效率的风扇插入件。
本发明的另一个方面是提供一种电动机驱动风扇组件，包括电动机组件，连接到电动机组件的支架，该支架包括出口，限定了第一腔室和第二腔室并且包括进口的罩组件，该罩组件适于接收在支架上，由电动机组件旋转的轴，该轴延伸通过支架并且进入罩组件，连接到轴并且位于第一腔室内的第一风扇，连接到轴并且位于第二腔室内的第二风扇，其中第一和第二风扇各自包括多个位于平面圆盘和盖之间的弯曲叶片，每一个盖限定了一个非线性横截面。
本发明的又一个方面，通过与具有旋转轴的电动机组件结合的风扇组件获得，该风扇组件包括罩组件，该罩组件包括其间具有间隔支架的第一壳体和第二壳体，第一壳体包括锥形壁，第二壳体包括锥形壁，第一壳体的锥形壁是弯曲的并且基本上与第二壳体的锥形壁相同，罩组件适于接收旋转轴，第一风扇适于连接于轴并且邻近第一壳体的锥形壁布置，第二风扇适于连接于轴并且邻近第二壳体的锥形壁布置，其中第一和第二风扇包括多个设置在平面圆盘和盖之间的弯曲叶片，每一个盖弯曲以与邻近锥形壁的曲率匹配。
为了充分理解本发明的目的、技术和结构，应当参考以下详细的说明和附图，其中图1是现有技术风扇/电动机组件的截面图；图2是按照本发明原理制成的风扇/电动机组件的截面图；图3是按照本发明原理制成的风扇/电动机组件的分解截面图；图4是示范性的旋转风扇的顶部平面图；以及图5是固定风扇的顶部平面图。
具体实施例方式
现在参考附图，尤其是附图2和3，可以看出，按照本发明制成的电动机/风扇组件一般地由数字10指示。本发明的电动机/风扇组件10包括电动机子组件11和风扇子组件12。可以理解，本发明一般地涉及风扇子组件，这样，电动机子组件11可以是任何适合的常规结构。在一个实施例中，电动机子组件11包括外壳13。电动机外壳13可以支撑同心设置的其内接收轴15的轴承14。轴15支撑在其上的转子16和换向器17，以及在下文中将讨论的很多风扇。电动机子组件进一步包括本领域公知形式的多个励磁线圈19。如在本领域公知地，这些电动机元件互相作用来使得轴15选择性地旋转。如将在下文中所述的，轴15驱动风扇子组件的工作元件。
在电动机子组件11的末端上与电动机外壳13相对的提供了末端支架30。末端支架30一般地是圆形，其被提供来使风扇元件连接到电动机子组件11上。末端支架30包括限定其径向外部表面的外部边缘32。外部边缘32可以设有凸起的肩34，其从外部边缘32径向地和圆周方向地凸出。在末端支架30内设有至少一个出口36。尽管当前实施例的出口是轴向相对的，但是可以理解可以使用其他的出口设计。例如，可以使用多个径向相对的开口或者单个切线角，其可以获得基本上相同的从风扇子组件排出空气的结果。
操作地连接到上述的电动机元件的轴15，延伸通过并被末端支架30支撑。相应地，末端支架30包括支撑环38，其通常由圆柱体40和从圆柱体40向内径向凸出的边缘42形成。边缘42限定了轴向开口44，其大小允许轴15从中延伸通过。圆柱体40适于在其内接收轴承46。这样，轴承46接收和支撑在其内旋转的轴15。密封件48位于边缘42和轴承46之间，来防止污染物到达轴承46。于是，末端板30支撑轴15。
由末端支架30支撑的风扇子组件12包括罩组件52，其封入多个风扇，这将在下文中讨论。可以理解，尽管图2-5示出的实施例使用两个工作空气风扇，但是可以使用多于两个的风扇，并以以下公开的方式叠加。罩组件52包括第一壳体54，其位于风扇子组件12的轴向末端，与末端支架30相对。第一壳体54包括外壁56，其基本上是圆柱形并且以由轴15限定的轴为中心。外壁56终止于圆角边缘58，圆角边缘58过渡至平面的轴向相对壁60。相对壁60是环形的，并且从圆角边缘58径向向内延伸。相对壁60的径向内边缘终止在轴向凸出的阶梯62。轴向阶梯62一般地是圆柱形并且联接到锥形壁64，锥形壁64径向向内和轴向向外地延伸，远离电动机子组件11。如从图2很明显的看出，锥形壁64的角度随半径的位置而变化。换句话说，锥形壁64的横截面是非线性的。在一个或者更多实施例中，锥形壁可以在几何学上可以描述为具有不变半径R。在一个或者多个实施例中，锥形壁的半径R可以是大约4英寸。然而，可以理解，锥形壁64可以包括非线性外形，其不包括不变半径。例如，锥形可以描述为凹曲率。无论如何，锥形壁64的径向内边缘终止在环66。环66是轴向相对的，并且限定了入口68。入口68提供了开口，通过开口工作空气进入风扇子组件12。
罩组件52进一步包括间隔支架70。间隔支架70包括外壁72，其基本上是圆柱形，并且以由轴15限定的轴为中心。如图2所示，第一壳体54的外壁56被接收在外壁72的一部分上，并且依靠着阶梯74。阶梯74起到障碍的作用，外壁56的边缘依靠着它。如此，第一壳体54叠在间隔支架70的顶上。外壁72终止于圆角边缘76，圆角边缘76过渡至轴向相对底壁78。底壁78一般地是圆盘形状，并且从外壁72径向向内凸出。在底壁78的同轴中心设有开口80。如从图2很明显的看出，第一壳体54和间隔支架70限定了第一腔室82，在入口68和开口80提供了通往其的通路。
罩组件52进一步包括第二壳体84，其位于末端支架30和间隔支架70之间。第二壳体84包括外壁86，其基本上是圆柱形，并且以由轴15限定的轴为中心。间隔支架70的圆柱形外壁72被接收在外壁86的一部分上，并且依靠着阶梯88。阶梯88起到障碍的作用，外壁72的边缘依靠着它。外壁86终止于圆角边缘90，圆角边缘90过渡至平面的轴向相对壁92。相对壁92是环形，并且从圆角边缘90径向向内凸出。相对壁92的径向内边缘终止在轴向凸出阶梯94。轴向阶梯94一般地是圆柱形，并且联接到锥形壁96，锥形壁96径向向内和轴向向外地延伸，远离电动机子组件11。如从图2很明显的看出，锥形壁96的角度随半径位置而变化。换句话说，锥形壁96的横截面是非线性的。在一个或者更多实施例中，锥形壁96在几何上可以描述为具有不变半径R。在一个或者多个实施例中，锥形壁96的半径R可以是大约4英寸。然而，可以理解，锥形壁96可以包括非线性外形，其不包括不变半径。例如，锥形可以描述为凹曲率。无论如何，锥形壁96的径向内边缘终止在环98。环98是轴向相对的，并且限定了入口100。这样很明显，第二壳体84和末端支架30限定了第二腔室102，在入口100和出口36提供了通往其的通路。
如前所述，罩组件52封入了多个风扇。第一腔室82封入了第一工作空气风扇104，在下文中称作第一风扇104。第一风扇104包括圆盘形式的底106。底106连接到轴15，连接到轴15的端部设有中心孔108，其大小为其中可接收轴15。如图4所示，多个叶片110由底106支撑，并且设置成向着外壁56向外呈辐射状的弯曲旭日形结构。每一个叶片110包括前导边缘112，其由轴15间隔，这样限定了风扇孔眼114。每一个叶片110的后边缘116在接近底106的外部径向边缘处终止。当轴15以顺时针方向旋转，图4的叶片110进一步限定了前导表面118和后表面120，这将在随后更详细的讨论。在一个或者更多实施例中，叶片110可以通过多个接收在沿底106的相应孔内的柱或者铆钉(未示出)，沿其底部边缘连接到底106。尽管叶片110的底部边缘是平面的，顶部边缘128设有非线性锥体。换句话说，叶片110的高度，也就是限定为离开底106的距离，相应于离开轴15的径向距离非线性变化。每一个邻接的叶片110之间限定了通道129，其在风扇运行期间提供了气流的路径。最后，提供了盖130，其和底106一起，在它们之间保持了叶片110。盖130沿叶片110的顶部边缘128，与叶片110的顶部边缘128的外形匹配。盖130包括中心孔132，其与叶片110的前导边缘114相配。盖130具有外围边缘133，其与轴向阶梯62最接近。相应地，在盖130和锥形壁64的下面之间，产生了最小的湍流。换句话说，通过风扇组件的干扰工作空气流的附加气流被最小化。如从图2很明显的看出，盖130和相应的叶片110可以基本上与第一壳体54的锥形壁64的横截面外形匹配。这样，在一个或者更多个实施例中，盖130的横截面在几何学上可以描述为具有不变半径。在一个或者更多实施例中，盖130的半径可以是大约4英寸。在其他实施例中，盖130可以包括非线性横截面外形，其不包括不变半径。例如，横截面形状可以描述为凹曲率。
第一腔室82也封闭固定风扇134，固定风扇134由间隔支架70支撑。如图5所示，固定风扇134包括多个叶片136，多个叶片136可以定位成向着外壁56向外呈辐射状的旭日形结构。圆盘138沿叶片136的顶部表面设置并且包括允许轴15从中凸出的中心孔140。叶片136从圆盘138的外部径向边缘径向向内地延伸，并且在间隔支架70的中心开口80处结束。
间隔支架70的中心开口80与第二工作空气风扇142相通，在下文中称为第二风扇142，二风扇142被第二腔室102封闭。第二风扇142与第一工作空气风扇104基本上相同。这样，第二工作空气风扇142包括圆盘形式的底144。底144连接到轴15，连接到轴15的端部设有中心孔146，其大小为其中可接收轴15。如图4所示，多个叶片148由底146支撑，并且设置成向着外壁56向外呈辐射状的弯曲旭日形结构。每一个叶片148包括前导边缘150，其由轴15间隔，这样限定了风扇孔眼152。每一个叶片110在后边缘154在接近底144的外部径向边缘处终止。当轴15以顺时针方向旋转，叶片148进一步限定了前导表面156和后表面158，这将在随后更详细的讨论。在一个或者更多实施例中，叶片148可以通过多个接收在沿底144的相应孔内的柱或者铆钉(未示出)，沿其底部边缘连接到底144。尽管叶片110的底部边缘是平面的，顶部边缘166设有非线性锥体。换句话说，叶片148的高度，也就是限定为离开底144的距离，相应于离开轴15的径向距离非线性变化。每一个邻接的叶片之间限定了通道167，其在风扇运行期间，提供了气流的路径。最后，提供了盖168，其和底144一起，在它们之间保持了叶片148。盖168沿叶片148的顶部边缘166，与叶片148的顶部边缘166的外形匹配。盖168包括中心孔170，其与叶片148的前导边缘150相配。盖168具有外围边缘169，其与轴向阶梯94最接近。相应地，在盖168和锥形壁96的下面之间，产生了最小的湍流。换句话说，通过风扇组件干扰工作空气流的附加气流被最小化。如从图2很明显的看出，盖168和相应的叶片148可以基本上与第二壳体84的锥形壁96的横截面外形匹配。这样，在一个或者更多个实施例中，盖168的横截面在几何学上可以描述为具有不变半径。在一个或者更多实施例中，盖168的半径可以是大约4英寸。在其他实施例中，盖168可以包括非线性横截面外形，其不包括不变半径。例如，横截面形状可以描述为凹曲率。
在当前实施例中，上述风扇104和142由多个元件间隔并且连接到轴15。T衬套172向内延伸通过支撑环38内的开口44，并且抵靠在轴承46的内圈。T衬套172可以一般地具有T型横截面来提供放大的横断表面，第二风扇142的底144可以抵靠在该横截面上。套管衬套174位于风扇104和142之间，此套管衬套接收在轴15上。垫圈176位于轴15周围，以及套管衬套174和每一个工作空气风扇之间。可以在轴15的末端提供螺母178，轴可以靠着垫圈180旋紧，垫圈依次抵靠第一工作空气风扇104的底106。这样依次同时夹紧轴承46的内圈、T衬套172、套管衬套174、垫圈176、风扇104和142以及垫圈180，以便当由电动机子组件11驱动时，所有这些部件与轴15作为一个整体旋转。
如此，当轴15以顺时针方向旋转时，空气通过入口68被吸入第一腔室82。空气被吸入孔眼114并且由叶片110径向向外地推动。一旦空气径向向外地喷出经过叶片110，固定风扇134的叶片136引导气流径向向内地地朝向开口80。如从图2很明显的看出，开口80引导气流进入第二腔室102。当第二风扇142旋转时，叶片148再一次径向向外地推动空气。由于外部大气和第二腔室102之间的压力差，空气经由出口36离开。这样，如上所述，在轴15的旋转时空气被吸入入口68并且从出口36排出。
对于这种风扇特别关心的是在工作空气风扇内灰尘和其他颗粒的收集。本发明通过两个元件的协作解决这个问题。第一，多级风扇的使用，也就是使用两个工作风扇和在其间的一个静止风扇的一个多级风扇产生增强的气流。这个特征，与叶片110和148的非线性外形结合，大大降低污染物粘在风扇叶片上。尤其是，已经发现传统的多级风扇，当空气径向地从风扇的孔眼114或者152向外传输时，灰尘和碎片粘到前导表面118或者156上。通过在径向向外的方向上非线性地降低盖130或者168的高度，通道129和167的横截面面积就减小了。这样，本发明的通道面积比现有技术的风扇减小的更快。这种面积的减小反过来加速颗粒。因此，空气中的颗粒加速得比传统风扇快。因为当空气径向向外地传输时被加速得更快，空气中的任何颗粒或污染物从风扇喷射出，并且没有给颗粒或污染物粘到前导表面118或者156上的任何机会。这样，当对多级工作空气风扇使用非线性锥形设计时，风扇污染物的出现大大降低了。这反过来导致增大的风扇和轴承寿命。尤其是，不均匀的污染物聚积，或者聚积从叶片突然地脱离，能引起振动，这降低了轴承寿命。通过防止污染物粘在叶片上，这种振动得到限制并且提高了轴承寿命。
如此，可以看出本发明的目的通过上述结构已经得到满足。然而依照专利法，仅仅呈现和详细描述了优选实施例和最佳模式，可以理解本发明不能因此而限制于此。相应地，对本发明的真实范围和宽度的评价，应该参考随后的权利要求。
权利要求
1.一种电动机驱动风扇组件，包括电动机组件；连接到所述电动机组件的支架，所述的支架包括出口；罩组件，其限定了至少第一腔室和第二腔室，并包括入口，所述的罩组件适于接收在所述的支架上；轴，由所述电动机组件旋转，所述的轴延伸通过所述的支架并进入到所述的罩组件；第一风扇，连接到所述的轴，并且位于所述的第一腔室中；以及第二风扇，连接到所述的轴，并且位于所述的第二腔室中，其中所述的第一和第二风扇各自包括多个位于平面圆盘和盖之间的弯曲叶片，每一个所述的盖限定了非线性横截面。
2.按照权利要求1的风扇组件，其中所述的叶片以径向向外地呈辐射状弯曲的旭日形结构设置在所述的圆盘上。
3.按照权利要求1的风扇组件，其中每一个所述的叶片从所述的圆盘向所述的盖延伸。
4.按照权利要求1的风扇组件，其中所述的叶片紧固于所述盖和所述圆盘。
5.按照权利要求1的风扇组件，其中所述罩组件进一步包括至少第一外壳体和第二外壳体，两壳体间具有间隔支架，所述的第一外壳体包括锥形壁，锥形壁具有与所述第一风扇的所述盖相同的横截面外形，所述的第二外壳体包括具有与所述第二风扇的所述盖相同的横截面外形的壁。
6.按照权利要求5的风扇组件，进一步包括固定风扇，所述的固定风扇连接到所述间隔支架。
7.按照权利要求6的风扇组件，其中所述的固定风扇包括多个弯曲叶片和圆盘，所述的叶片设置在所述圆盘和所述固定间隔支架之间。
8.按照权利要求1的风扇组件，其中所述的第一风扇的所述盖包括第一风扇孔，所述的第二风扇的所述盖包括第二风扇孔，当所述的轴旋转时，空气通过所述第一和第二风扇孔被吸入，并且穿过所述叶片径向地向外。
9.一种风扇组件，结合具有旋转轴的电动机组件，这种风扇组件包括罩组件，其包括第一外壳体和第二外壳体，两壳体间设置有间隔支架，所述第一外壳体包括锥形壁，所述第二外外壳具有锥形壁，所述第一外壳的所述锥形壁是弯曲的并且基本上与所述第二壳体的锥形壁相同，所述罩组件适于接收旋转轴；第一风扇，适于连接到轴，并且邻近所述第一壳体的所述锥形壁布置；第二风扇，适于连接到轴，并且邻近所述第二壳体的所述锥形壁布置，其中所述的第一和第二风扇包括多个位于平面圆盘和盖之间的弯曲叶片，每一个所述的盖被弯曲以与所述邻近锥形壁的曲率匹配。
10.按照权利要求9的风扇组件，其中每一个所述的叶片以径向向外地呈辐射状弯曲的旭日形结构设置在所述的圆盘上。
11.按照权利要求10的风扇组件，其中每一个所述的叶片从所述的圆盘向所述的盖延伸。
12.按照权利要求10的风扇组件，其中所述的叶片紧固于所述盖和所述圆盘。
13.按照权利要求12的风扇组件，进一步包括连接到所述间隔支架的固定风扇。
14.按照权利要求10的风扇组件，其中所述的固定风扇包括多个弯曲固定叶片和固定圆盘，所述的固定叶片设置在所述固定圆盘和所述固定间隔支架之间。
15.按照权利要求10的风扇组件，其中所述的第一风扇的所述盖包括第一孔，所述的第二风扇的所述盖包括第二孔，当所述的轴旋转时，空气通过所述第一和第二孔被吸入，并且穿过所述叶片径向地向外。
全文摘要
一种电动机驱动风扇组件，包括连接到电动机组件的支架，并且包括出口。罩组件限定了第一腔室和第二腔室，并且包括出口，罩组件接收在支架上。轴承支撑的轴由电动机组件驱动，并且延伸通过支架并且进入盖组件。第一风扇连接到轴并且位于第一腔室内。第二风扇连接到轴并且位于第二腔室内。第一和第二风扇包括多个位于平面圆盘和盖之间的弯曲叶片，盖限定了非线性横截面。由轴旋转的风扇，导致通过风扇组件的空气流动。一般地在运行期间，防止了灰尘沉降在风扇叶片上，因此防止了非均匀的灰尘聚积或者脱离，这些可以引起过度振动并且降低轴承和电刷寿命。
文档编号F04D29/42GK101078406SQ20071012662
公开日2007年11月28日 申请日期2007年5月25日 优先权日2006年5月26日
发明者G·本宁顿, D·B·芬肯宾德 申请人:埃米特克有限公司