轴流风机及具有其的空调的制作方法

本发明涉及风机领域，尤其涉及一种轴流风机及具有其的空调。

背景技术：

如图1所示，轴流风机包括轮毂部1’和连接轮毂部1’外周面的叶片2’，对于叶片2’连接轮毂部1’的两条侧边，其中一条侧边为连续的弧形凹陷，另一条侧边为连续的弧形凸起。在叶片旋转过程中，叶片2’离轮毂部1’半径方向越远的位置，局部旋转速度越大，对应的叶片表面压力波动强度越强，产生的噪音也越大。根据噪声合成机理，轴流风机的噪音主要贡献量来自叶片2’上噪音最大的区域，故图1中的轴流风机噪音主要分布在叶片2’的外圈区域，而由于外圈区域产生的噪音较大，故轴流风机的噪音也较大。

技术实现要素：

本发明提供一种轴流风机及具有其的空调。

具体地，本发明是通过如下技术方案实现的：

根据本发明的第一方面，提供一种轴流风机，包括：

轮毂部，所述轮毂部呈圆形；以及

分别固定在所述轮毂部的外周面上的多个叶片，所述叶片包括邻接的第一叶片区和第二叶片区，其中，所述第一叶片区设于所述叶片靠近所述轮毂部的一端，所述第二叶片区设于所述叶片远离所述轮毂部的一端，且所述第一叶片区和所述第二叶片区分布在以所述轮毂部的中心为圆心的同心圆上；

所述第一叶片区包括位于叶片两侧的第一边缘和第二边缘，所述第二叶片区包括位于叶片两侧的第三边缘和第四边缘，所述第一边缘和所述第三边缘设于所述叶片的前缘，所述第三边缘和所述第四边缘设于所述叶片的尾缘；

其中，所述第一边缘沿着径向形成一凹陷，所述第二边缘沿着径向形成一凸起，所述第三边缘在径向相对所述第一边缘凸出，所述第四边缘与所述第二边缘远离所述轮毂部的一端形成一凹陷。

可选地，所述第一叶片区对应的同心圆的半径和所述轮毂部的半径的差值，与所述第二叶片区对应的同心圆的半径和所述轮毂部的半径的差值的比值大于55％且小于85％和/或，所述第一边缘的最内侧和圆心的连线，与所述第三边缘的最外侧和圆心的连线的夹角大于10度并小于25度；和/或

所述第二边缘的最外侧和圆心的连线，与所述第四边缘的最外侧的连线的夹角大于5度并小于15度。

可选地，由所述叶片靠近所述轮毂部的一端至所述叶片远离所述轮毂部的一端，所述叶片的折转角沿径向的分布曲线由直线段变化至抛物线段，其中，所述直线段呈递增趋势，所述抛物线段对应的抛物线的开口朝下，且所述抛物线段包括所述抛物线的顶点。

可选地，所述抛物线的方程为：

y＝a-(x-b)²；

其中，

x为归一化后的所述叶片的径向位置；

ri为所述叶片的径向位置；

rh为所述第二叶片区对应的同心圆的半径；

rs为所述轮毂部的半径；

(a，b)为所述抛物线的顶点，其中a为叶片的最大转折角角度，b为最大转折角对应在叶片的径向位置。

可选地，a大于或等于23°并小于或等于28°；和/或

b大于或等于6并小于或等于8；和/或

c大于或等于10°并小于或等于15°，其中c为所述直线段的起点对应的所述叶片的转折角。

可选地，所述第三边缘和所述第四边缘中的至少一个包括多个连续的锯齿。

可选地，所述锯齿的形状为正弦曲线。

可选地，所述第三边缘的多个锯齿为等幅度或非等幅度的；和/或

所述第四边缘的多个锯齿为等幅度或非等幅度的。

可选地，所述正弦曲线的公式如下：

a′*sin(x/p)；

其中，x为所述锯齿在径向的位置，a′为所述锯齿的幅度，p为第一经验系数。

可选地，对于所述第三边缘的锯齿，a′大于或等于4mm并小于或等于8mm，p大于或等于0.6并小于或等于1.2；和/或

对于所述第四边缘的锯齿，a′大于或等于2mm并小于或等于6mm，p大于或等于0.8并小于或等于1.4。

根据本发明的第二方面，提供一种空调，包括空调外机，其中，所述空调外机包括驱动系统以及上述第一方面任一项所述的轴流风机，所述驱动系统用于驱动所述轴流风机转动。

由以上本发明实施例提供的技术方案可见，本发明将叶片分成第一叶片区(内圈)和第二叶片区(外圈)，通过第一叶片区和第二叶片区的叶片折转角的合理设计，提高低转速的第一叶片区的受力大小，并相应降低高转速的第二叶片区的受力大小，这样可以有效降低整个叶片上的压力脉动强度，从而降低了轴流风机的噪声；并且，叶片内外圈整体受力不受影响，能够保证轴流风机总风量不变，叶片内外圈压力分布更加均匀，从而进一步提高轴流风机效率。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

图1是相关技术中的一种轴流风机的结构示意图；

图2是本发明一示例性实施例示出的一种轴流风机的结构示意图；

图3a是本发明一示例性实施例示出的一种轴流风机的立体图；

图3b是本发明一示例性实施例示出的一种轴流风机的另一结构示意图；

图3c是图3b所示的叶片在c-c面的转折角的分解图；

图3d是图3b所示的叶片的转折角，由靠近轮毂部的一端至远离轮毂部1的一端，对应的径向分布曲线示意图；

图3e是本发明一示例性实施例示出的一种轴流风机在另一方向的结构示意图；

图3f是图3e的局部放大图；

图4a是本发明一示例性实施例示出的一种轴流风机在又一方向的结构示意图；

图4b是图3a所示实施例的轴流风机中a部分的结构示意图；

图4c是图3a所示实施例的轴流风机中b部分的结构示意图；

图5是本发明一示例性实施例示出的一种轴流风机的立体图；

图6a是基于fukano尾迹涡噪声模型对本发明的轴流风机和相关技术中的轴流风机进行噪音分析预测的预测结果对比图；

图6b是本发明一示例性实施例示出的一种轴流风机的噪音测试结果与相关技术中的轴流风机的噪音测试结果的对比图，揭示了对应轴流风机声压级频谱分布结果图；

图6c是图6b的局部示意图。

附图标记：

1：轮毂部；2：叶片；21：第一叶片区；211：第一边缘；212：第二边缘；22：第二叶片区；221：第三边缘；222：第四边缘。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。

在本发明使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

应当理解，尽管在本发明可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本发明范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。

下面结合附图，对本发明的轴流风机及具有其的空调进行详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施方式中的特征可以相互组合。

结合图2、图3a-图3b、图3e、图4a以及图5，本发明实施例提供一种轴流风机，该轴流风机可包括轮毂部1以及多个叶片2，其中，轮毂部1呈圆形，多个叶片2分别固定在轮毂部1的外周面上的多个叶片2。叶片2的数量可根据需要选择，例如，3个、4个。本实施例中，多个叶片2间隔设置在轮毂部1的外周面上。

参见图2，叶片2可包括第一叶片区21(即根部或叶片内圈)和第二叶片区22(即叶片外圈)，第一叶片区21和和第二叶片区22相邻接，第一叶片区21设于叶片2靠近轮毂部1的一端，第二叶片区22设于叶片2远离轮毂部1的一端。本实施例中，第一叶片区21和第二叶片区22分布在以轮毂部1的中心(即轮毂部1的圆心)为圆心的同心圆上。可选的，叶片2远离轮毂部1的一端的外边缘也分布在第二叶片区22所在的同心圆上。

进一步的，请再次参见图2，第一叶片区21可包括位于叶片2两侧的第一边缘211和第二边缘212，第二叶片区22包括位于叶片2两侧的第三边缘221和第四边缘222，第一边缘211和第三边缘221设于叶片2的前缘(即叶片2的进风侧)，第二边缘212和第四边缘222设于叶片2的尾缘(即叶片2的出风侧)，也即，同一叶片2上，第一边缘211和第三边缘221所在的叶片侧边与第二边缘212和第四边缘222所在的叶片侧边相对设置。需要说明的是，本发明实施例中，叶片2两侧是指叶片2上与轮毂部1相连接的两条侧边。

在本实施例中，第一边缘211沿着径向(即叶片2的径向)形成一凹陷，第二边缘212沿着径向形成一凸起，第三边缘221在径向相对第一边缘211凸出，第四边缘222与第二边缘212远离轮毂部1的一端形成一凹陷。

本发明实施例的轴流风机，将叶片2分成第一叶片区21(内圈)和第二叶片区22(外圈)，通过第一叶片区21和第二叶片区22的叶片折转角的合理设计，提高低转速的第一叶片区21的受力大小，并相应降低高转速的第二叶片区22的受力大小(相比图1中的轴流风机，本发明实施例的轴流风机的叶片2总的受力大小未改变或改变较小)，这样可以有效降低整个叶片上的压力脉动强度，从而降低了轴流风机的噪声；并且，叶片内外圈整体受力不受影响，能够保证轴流风机总风量不变，叶片内外圈压力分布更加均匀，有效降低了整个叶片2上的压力动脉，从而进一步提高轴流风机效率。

本实施例的轴流风机的转动方向(图2中的箭头方向)为叶片2的第四边缘222至第三边缘221的设置方向，也即轴流风机的转动方向沿着叶片2的第四边缘222至第三边缘221的设置方向；或者说轴流风机的转动方向为叶片2的第二边缘212至第一边缘211的设置方向，也即轴流风机的转动方向沿着叶片2的第二边缘212至第一边缘211的设置方向。

在某些实施例中，第一叶片区21对应的同心圆的半径和轮毂部1的半径的差值l1(如图2所示)与第二叶片区22对应的同心圆的半径和轮毂部1的半径的差值l0(如图2所示)的比值大于55％且小于85％，也即55％<l1/l0<85％，如，l1/l0可以为56％、57％、58％、59％、60％、61％、62％、63％、64％、65％、66％、67％、68％、69％、70％、71％、72％、73％、74％、75％、76％、77％、78％、79％、80％、81％、82％、83％或84％，也可为其他大于55％且小于85％的数值大小。

在某些实施例中，第一边缘211的最内侧和圆心的连线，与第三边缘221的最外侧和圆心的连线的夹角θ1(如图2所示)大于10度并小于25度，例如，θ1可以为11度、12度、13度、14度、15度、16度、17度、18度、19度、20度、21度、22度、23度或24度，也可以为其他大于10度并小于25度的数值大小，具体可根据实际需求选择。

在某些实施例中，第二边缘212的最外侧和圆心的连线，与第四边缘222的最外侧的连线的夹角θ2大于5度并小于15度，例如，θ2可以为6度、7度、8度、9度、10度、11度、12度、13度或14度，也可以为其他大于5度并小于15度的数值大小，具体可根据实际需求选择。

可选的，第一边缘211呈弧形和/或第二边缘212呈弧形，弧形的边缘能够进一步减小噪音。作为一种可行的实现方式，又结合图2、图3a、图4a以及图5，第一边缘211和第二边缘212均呈弧形。

进一步的，本发明实施例的叶片2并非整体处于同一平面。

具体的，结合图3a至图3f，由叶片2靠近轮毂部1的一端至叶片2远离轮毂部1的一端，叶片2的折转角沿径向的分布曲线由直线段变化至抛物线段。其中，直线段呈递增趋势(如图3f)，抛物线段对应的抛物线的开口朝下，且抛物线段包括抛物线的顶点。可选的，抛物线段对应的抛物线为对称结构。

本发明实施例中，对于同一圆周c-c，c-c与叶片2的前缘的交点为le，与叶片2的尾缘的交点为te，图3b可以理解为c-c所对应的圆周面经正交变换后所形成的正交圆柱平面，其中，le端与c-c之间的夹角βle与te端与c-c之间的夹角βte二者之差(βle-βte)，可以理解为叶片2的c-c面的尾缘处te相对前缘处le的偏转角度。需要说明的是，本发明实施例的叶片2的折转角y也即叶片2的c-c面的尾缘处te相对前缘处le的偏转角度。另外需要说明的是，本发明实施例中，抛物线段可包括与抛物线形状的偏差较小(小于预设偏差阈值)的曲线形状，也可包括抛物线形状重合的曲线形状。

作为一种可行的实现方式，抛物线的方程可为如下公式：

y＝a-(x-b)²(1)

公式(1)中，

x为归一化后的所述叶片的径向位置；

ri为所述叶片的径向位置；

rh为所述第二叶片区对应的同心圆的半径；

rs为所述轮毂部的半径；

(a，b)为所述抛物线的顶点，其中a为叶片的最大转折角角度，b为最大转折角对应在叶片的径向位置。

其中，a大于或等于23°并小于或等于28°，和/或b大于或等于6并小于或等于8，和/或c大于或等于10°并小于或等于15°。

可选的，在某些实施例中，a大于或等于23°(角度单位，度)并小于或等于28°，如，a可为23°、23.5°、24°、24.5°、25°、25.5°、26°、26.5°、27°、27.5°、28°。当然，a也可为其他大于23°并小于28°之间的度数大小。

可选的，在某些实施例中，b大于或等于6并小于或等于8，如，b可为6、6.5、7、7.5、8。当然，b也可为其他大于6并小于8之间的数值大小。

可选的，在某些实施例中，c大于或等于10°并小于或等于15°，其中c为所述直线段的起点对应的所述叶片的转折角。如，c可为10°、10.5°、11°、11.5°、12°、12.5°、13°、13.5°、14°、14.5°、15°或其他大于10°并小于15°之间的度数大小。

可以理解，抛物线的方程并不限于上述公式(1)，还可为公式(1)的变形，或其他抛物线方程。

请再次结合图2、图3a、图4a至图4b以及图5，第三边缘221和第四边缘222中的至少一个包括多个连续的锯齿。可选的，第三边缘221和第四边缘222分别包括多个连续的锯齿，其中，第三边缘221的锯齿可以抑制叶片2旋转过程中与其他静部件动静干涉，例如，轴流风机应用在空调上，第三边缘221的锯齿可以抑制叶片2旋转过程中与空调内静部件动静干涉；第四边缘222的锯齿可以保证良好的声音品质特性。

下述实施例中，第三边缘221和第四边缘222分别包括多个连续的锯齿。

锯齿的形状可根据需要设计，例如，在一些实施例中，如图4b和图4c所示，锯齿的形状为正弦曲线，该形状的锯齿能够减小第二叶片区22的受力大小，以降低第二叶片区22的噪声。需要说明的是，本发明实施例中，正弦曲线可包括与正弦曲线形状的偏差较小(小于预设偏差阈值)的曲线形状，也可包括正弦曲线重合的曲线形状。

可选的，第三边缘221的多个锯齿为等幅度的，结构设计简单；可选的，第三边缘221的多个锯齿为非等幅度的，例如，位于第三边缘221的两端的锯齿的幅度小于位于第三边缘221的中部的锯齿的幅度，有利于抑制叶片2旋转过程中与其他静部件动静干涉，减小第三边缘221的受力大小。

可选的，第三边缘221的多个锯齿为等幅度的，结构设计简单；可选的，第三边缘221的多个锯齿为非等幅度的，例如，位于第四边缘222的两端的锯齿的幅度小于位于第四边缘222的中部的锯齿的幅度，有利于抑制叶片2旋转过程中与其他静部件动静干涉，减小第四边缘222的受力大小。

作为一种可行的实现方式，位于第三边缘221的两端的锯齿的幅度小于位于第三边缘221的中部的锯齿的幅度，且位于第四边缘222的两端的锯齿的幅度小于位于第四边缘222的中部的锯齿的幅度。

可选的，正弦曲线的公式如下：

a′*sin(x/p)(2)；

公式(2)中，x为锯齿在径向的位置，a′为锯齿的幅度，p为第一经验系数。

在某些实施例中，对于第三边缘221的锯齿，a′大于或等于4mm并小于或等于8mm，p大于或等于0.6并小于或等于1.2，例如，a′可包括4mm、4.5mm、5mm、5.5mm、6mm、6.5mm、7mm、7.5mm、8mm，还可包括其他大于4mm并小于8mm的数值；p可包括0.6、0.65、0.7、0.75、0.8、0.85、0.9、0.95、1、1.05、1.1、1.15、1.2，还可包括其他大于0.6并小于1.2的数值。

在某些实施例中，对于第四边缘222的锯齿，a′大于或等于2mm并小于或等于6mm，p大于或等于0.8并小于或等于1.4，例如a′可包括2mm、2.5mm、3mm、3.5mm、4mm、4.5mm、5mm、5.5mm、6mm，还可包括其他大于2mm并小于6mm的数值；p可包括0.8、0.85、0.9、0.95、1、1.05、1.1、1.15、1.2、1.25、1.3、1.35、1.4,，还可包括其他大于0.8并小于1.4的数值。

在某些实施例中，对于第三边缘221的锯齿，a′大于或等于4mm并小于或等于8mm，p大于或等于0.6并小于或等于1.2；且对于第四边缘222的锯齿，a′大于或等于2mm并小于或等于6mm，p大于或等于0.8并小于或等于1.4。

可以理解，正弦曲线不限于公式(1)，也可为其他，如公式(1)的变形。

当然，锯齿的形状并不限于正弦曲线，也可以为其他弧形或非弧形。

图6a是基于fukano尾迹涡噪声模型对本发明的轴流风机和相关技术中的轴流风机(图1所示结构形状的轴流风机)进行噪音分析预测的预测结果对比图；图6b是本发明一示例性实施例示出的一种轴流风机的噪音测试结果(图6b中的曲线10)与相关技术中的轴流风机的噪音测试结果(图6b中的曲线10’)的对比图，也即，图6b为实际测试确定的噪音测试结果对比图；图6c是图6b的局部示意图。

具体的，采用如公式(3)的fukano尾迹涡噪声模型分析本发明实施例的轴流风机的噪音和相关技术中的轴流风机的噪音，fukano尾迹涡噪声模型如下：

公式(3)中，e为噪声功率，单位为w；

ρ0为介质密度，本发明风机对应的介质为空气,单位为kg/m3；

c0为声速,单位为m/s；

i为叶片2的扇叶数量，本发明实施例的轴流风机和相关技术中的轴流风机均包括3个叶片；

r为半径,单位为m；

rh为叶片2第一叶片区的半径,单位为m；

rt为叶片2第二叶片区的半径,单位为m；

d为尾迹涡宽度,单位为m；

w为尾迹涡相对速度,单位为m/s；

l为距离风机位置，单位为m；

为本发明实施例的叶片2的声学声压，可根据公式(3)中前两个公式确定；

p0为声学基准声压，大小为2e-5pa；

spl为噪声声压级大小，即图6a的纵坐标，单位为db。

对于相关技术中的轴流风机和本发明实施例的轴流风机，均进行如下操作：

将叶片沿径向等分为5部分，从靠近轮毂部的外周面至远离轮毂部的外周面的方向，分别为span0～20％的区域、span20～40％的区域、span40～60％的区域、span60～80％的区域和span80～100％的区域。

图6a中的每部分，左侧的方柱用于指示相关技术中的轴流风机对应部分的噪音预测结果，右侧的方柱用于指示本发明实施例的轴流风机对应部分的噪音预测结果。

由图6a可知，相比相关技术中的轴流风机，本发明实施例的轴流风机span40％～80％的区域噪声值适当增加，span80％～100％的区域噪声大幅下降，轴流风机不同叶片2部位的噪声分布更加合理；相关技术中的轴流风机的总噪音大小为71.7db，本发明实施例的轴流风机的总噪音大小为70.0db，本发明实施例的轴流风机的总噪音下降1.7db。

进一步的，将相关技术中的轴流风机和本发明实施例的轴流风机分别安装在整机(空调系统)上进行测试，测试结果可参见图6b和图6c，其中，曲线10’为相关技术中的轴流风机(常规设计)在不同频率下的声压级曲线，曲线10为本发明实施例的轴流风机(混合设计)在不同频率下的声压级曲线，图6b和图6c的纵坐标为噪声声压级大小spl，单位为dba；横坐标为声音频率，单位为hz。由图6b和图6c可知，本发明实施例的轴流风机噪声在低频范围内降噪明显。在图6c中200～600hz范围内，叶片通过频率处声压级大小下降5～10db。相比相关技术的轴流风机，本发明实施例的轴流风机的声品质更好，最终整机噪声下降～1dba。

可见，本发明实施例的轴流风机，通过第一叶片区21和第二叶片区22的边缘形状的合理设计，降低了轴流风机的噪声；并且，能够保证轴流风机总风量不变，有效降低了整个叶片2上的压力动脉，从而提高轴流风机效率。

值得一提的是，本发明实施例的轴流风机可应用在空调上，也可应用在其他需要风机的设备上。

本发明实施例还提供一种空调，包括空调外机，其中，空调外机包括驱动系统以及上述实施例的轴流风机，驱动系统用于驱动轴流风机转动。

可选的，驱动系统包括电机，电机的主轴与轴流风机的轮毂部1连接，驱动轴流风机转动。当然，驱动系统也可选择其他动力系统，不限于电机。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。