垂直轴电风扇以及垂直轴扇体的制作方法

本发明总的来说涉及通风设备或风机领域，具体而言，涉及一种垂直轴电风扇。此外，本发明还涉及一种垂直轴扇体。

背景技术：

传统的电风扇大多采用水平轴风机(即轴流风机，其出风方向与主轴平行)，通过电动机带动扇叶的主轴旋转以推动空气沿着轴向运动，并将空气沿主轴方向(或轴向)排出。目前市售电风扇主要采用两种方式：1.立式水平轴电风扇，其带有摇头机构以实现风向的周期性调整，然而由于摇头的角度范围有限且同一时刻仅有单个方向能够受风，导致电风扇的用户体验不佳；2.吊扇，即水平轴风机安装在房顶，实现更大范围的空气流动，但是它对受力平面(屋顶)及安装的要求较高，且一般为固定安装，存在无法便携和移动的缺陷。

为了实现多样化的出风或送风方向，现有技术已经做出了一些尝试，例如如下文献：

cn104963881a/u提出了一种可以在水平和垂直方向送风的电风扇，采用了水平轴扇叶，通过设计了两个独立的旋转轴实现360度送风。然而，该设计结构复杂且成本较高。

cn102116302a公开了一种具有热风吹出功能的全向电风扇，其能够通过采用垂直扇叶全向排放由安装于中心轴内的加热装置产生的辐射热。该方案可以实现360度侧向出风，但是该电风扇由于进风和出风均为侧向，因此不能做到最优的冷热分离。

cn-101555883a公开了一种广角度电风扇，其特征是在传统的水平轴吊扇的基础上，设计了一个独立的转动轴和马达驱动部件，可以扩大吊扇的覆盖范围，解决在公众场所中安装的现有电风扇设备普遍存在风力死角的问题。但是，实际应用中成本较高，且存在电缆扭转疲劳的问题难以解决。

cn2065688u采用水平轴流式和离心式两个风叶轮，均安置在电机主轴上，工作时速度气流在电机主轴方向和与主轴垂直方向，实现全方位的气流。然而该方案的双风轮结构较为复杂和高成本。

cn2135675y提出了一种圆形风扇，其特征是将电机设置在底座内，在底座中心设置与其垂直的中心轴，风扇扇叶竖向布置在轴上，由电机带动轴上扇叶旋转，达到四周都有风。cn-2248259y提出一种台式柱形电风扇，该电风扇的电动机、扇叶及其主轴均垂直于水平面设置，扇叶轴分别固定于电动机轴及外罩顶部的支承座上，使风扇在工作时可环水平方向360度柱面送风。然而，cn-2135675y和cn-2248259y两个方案的扇叶都是直接固定在垂直于水平面的主轴上，导致风压小、效率低。

目前，仍然需要一种送风面覆盖广、结构简单、高效率的电风扇。

技术实现要素：

从现有技术出发，本发明的任务是提供一种垂直轴电风扇以及一种垂直轴扇体，通过所述垂直轴电风扇和/或所述垂直轴扇体，可以通过离心式出风方式增大电风扇的送风面，同时其风路简单高效，使得风扇结构简单、成本低廉并且可根据不同场合实现更加灵活的扇叶配置。

在本发明的第一方面，该任务通过一种垂直轴电风扇来解决，该风扇包括：

扇体，其被配置为在转动的情况下吸入和排出气流，其中所述扇体具有上壳体、下壳体以及布置在上壳体与下壳体之间的多个扇叶，其中所述上壳体或者下壳体具有用于引入气流的开口，并且所述扇叶在上壳体与下壳体之间被布置为使得扇叶在绕主轴转动时从所述开口在所述主轴的方向上将气流吸入并且在与主轴垂直的方向上将气流排出；以及

驱动装置，其被配置为驱动所述扇叶绕主轴转动。

在此，术语“主轴”是指风扇转动所绕的轴体或轴线，其中主轴既可以指实体的轴体，也可以指假想的直线、即轴线。例如，在本发明中，可以不设置实体主轴，而是扇叶通过上下壳体被固定，并且能够绕该假想的轴线转动。

在本发明的一个扩展方案中规定，所述上壳体与下壳体彼此平行布置，并且所述扇叶垂直地布置在上壳体与下壳体之间。通过该扩展方案，可以简单地实现进风方向与出风方向彼此垂直。但是在其它实施例中，也可以设置进风方向与出风方向之间的其它角度、例如70°-85°。

在本发明的另一扩展方案中规定，所述驱动装置在所述主轴的方向上安装在下壳体处以驱动扇体转动。通过该扩展方案，可以简单地实现扇叶的转动。在其它实施例中，可以设置不同的驱动方案，例如由驱动装置直接驱动扇叶、而不是驱动扇体。

在本发明的一个优选方案中规定，所述扇叶为弯曲的，并且所述多个扇叶被布置为使得所述多个扇叶的外端点全部处于第一圆形的圆周上，并且所述多个扇叶的内端点全部处于第二圆形的圆周上，并且其中扇叶的内倾角为扇叶在内端点处与第二圆形的夹角，并且扇叶的外倾角为扇叶在外端点处与第一圆形的夹角，其中：

所述扇叶的内倾角为30°并且其外倾角为45°；和/或

所述扇叶的内倾角为15°并且其外倾角为90°。

该优选方案基于本发明人的如下洞察：本发明人通过研究发现，扇叶30°/45°倾角组合(a/b表示法，其中a表示内倾角，b表示外倾角)的湍流动能最小且具有较大的出风量，而扇叶的15°/90°倾角组合的湍流动能较小且具有最大的出风量。通过该优选方案，可以实现最小的湍流或最大的出风量。

在本发明的一个扩展方案中规定，垂直轴电风扇还包括支撑部件，其被配置为支承扇体，其中所述支撑部件的高度为可调的。

在本发明的一个优选方案中规定，垂直轴电风扇还包柔性管，其一端与所述开口连接，并且另一端被配置为能够与空调器或暖风机的风路连接。通过该优选方案，可以附加地将垂直轴电风扇用于吹送来自空调器的冷风，由此实现冷风的更多方向和更大面积的吹送。同理，本发明的垂直轴电风扇也可以用于暖气装置，其中柔性管被配置为能够与暖气装置、如暖风机的出风口。

在本发明的另一优选方案中规定，所述扇叶为气动升力型结构或者曲面扇形结构。通过该优选方案，可以优化扇叶的流体动力学特性，从而实现更小的噪音和/或更高的送风效率。

在本发明的一个扩展方案中规定，所述扇叶均匀地分布在扇体中。在此，“均匀分布”是指，扇叶以彼此相等的间隔距离或间隔角度布置在上下壳体的周界上。

在本发明的第二方面，前述任务通过一种垂直轴扇体来解决，该扇体包括：

上壳体，其与扇叶的上端连接；

下壳体，其与扇叶的下端连接，其中所述上壳体或下壳体具有用于引入气流的开口；以及

多个扇叶，其在上壳体与下壳体之间被布置为使得扇叶在绕主轴转动时从所述开口在所述主轴的方向上将气流吸入并且在与主轴垂直的方向上将气流排出。

应当指出，尽管本发明的扇体是以电风扇为例说明的，但是应当指出，该扇体也可以应用于其它领域、例如空调、暖气、通风扇等等。

在本发明的一个优选方案中规定，每个扇叶为宽度不变的弯曲形，并且所述多个扇叶被布置为使得所述多个扇叶的外端点全部处于第一圆形的圆周上，并且所述多个扇叶的内端点全部处于第二圆形的圆周上，并且其中扇叶的内倾角为扇叶在内端点处与第二圆形的夹角，并且扇叶的外倾角为扇叶在外端点处与第一圆形的夹角，例如：

所述扇叶的内倾角为30°并且其外倾角为45°；和/或

所述扇叶的内倾角为15°并且其外倾角为90°。

在本发明的另一优选方案中规定，每个扇叶以可转动的方式布置在上壳体与下壳体之间，使得能够调整扇叶的外倾角和/或内倾角。例如，每个扇叶可以具有转动轴，该转动轴与上壳体和/或下壳体固定在一起，使得每个扇叶都可以转动。在本发明的教导下，其它连接方式也可设想的，例如扇叶通过万向节或关节球与上壳体和/或下壳体连接。此外，还可以将扇叶彼此连接，使得调节一个扇叶的取向时，可以将带动全部扇叶转动，从而将全部扇叶的取向调整为一致。

在本发明的一个扩展方案中规定，垂直轴扇体还包括：

滤网，其布置在所述开口中和/或扇叶的外侧；和/或

防护网，其布置在扇叶的外侧。

通过设置滤网，可以提供更清洁的空气，而增加防护网，可以防止误触扇叶造成伤害。滤网例如可以包括活性炭或其它过滤材料。防护网例如可以是网格或栅栏。

此外，本发明还提供了一种空调器，其具有根据本发明的垂直轴扇体，其中所述垂直轴扇体通过柔性管与空调器的风路连通。

本发明至少具有如下有益效果：本发明通过采用垂直轴/离心式风机构造，可有利地使入风口和出风口的方向彼此去耦合/正交，从而可以实现360°的出风口构造，而不影响或干扰入风口，这较好地扩展了电风扇的出风覆盖面而无需附加的机械摆动装置；同时，本发明结构简单、成本低廉且配置灵活、如可实现扇叶的数目和参数的灵活配置，因此适于在各种场合应用。

附图说明

下面结合具体实施方式参考附图进一步阐述本发明。

图1示出了根据本发明的垂直轴扇体的示意图；

图2示出了根据本发明的垂直轴电风扇的示意图；以及

图3示出了根据本案发明的垂直轴扇体的一个应用场景。

具体实施方式

应当指出，各附图中的各组件可能为了图解说明而被夸大地示出，而不一定是比例正确的。在各附图中，给相同或功能相同的组件配备了相同的附图标记。

在本发明中，除非特别指出，“布置在…上”、“布置在…上方”以及“布置在…之上”并未排除二者之间存在中间物的情况。此外，“布置在…上或上方”仅仅表示两个部件之间的相对位置关系，而在一定情况下、如在颠倒产品方向后，也可以转换为“布置在…下或下方”，反之亦然。

在本发明中，各实施例仅仅旨在说明本发明的方案，而不应被理解为限制性的。

在本发明中，除非特别指出，量词“一个”、“一”并未排除多个元素的场景。

在此还应当指出，在本发明的实施例中，为清楚、简单起见，可能示出了仅仅一部分部件或组件，但是本领域的普通技术人员能够理解，在本发明的教导下，可根据具体场景需要添加所需的部件或组件。

在此还应当指出，在本发明的范围内，“相同”、“相等”、“等于”等措辞并不意味着二者数值绝对相等，而是允许一定的合理误差，也就是说，所述措辞也涵盖了“基本上相同”、“基本上相等”、“基本上等于”。以此类推，在本发明中，表方向的术语“垂直于”、“平行于”等等同样涵盖了“基本上垂直于”、“基本上平行于”的含义。

另外，本发明的各方法的步骤的编号并未限定所述方法步骤的执行顺序。除非特别指出，各方法步骤可以以不同顺序执行。

下面结合具体实施方式参考附图进一步阐述本发明。

图1示出了根据本发明的垂直轴扇体100的示意图。

如图1所示，根据本发明的垂直轴扇体100包括下列部件(其中一些部件是可选的):

·上壳体101，其与扇叶103的一端、如上端连接。在此，所述上壳体101被示为具有用于引入气流的开口104，但是在其它实施例中，也可以给下壳体102配备用于引入气流的开口104，在这种情况下，上壳体101不具有开口。在此，上壳体101被构造为圆形板材，并且开口104是与上壳体101同心的圆形孔。在本发明的教导下，根据应用需要，其它形状和构造的上壳体101和开口104也是可设想的。

·下壳体102，其与扇叶103的另一端、如下端连接。在此，下壳体102被构造为无开口的圆形板材，其与上壳体101的形状和尺寸相同或近似。在本发明的教导下，根据应用需要，其它形状和构造的下壳体102也是可设想的。通过构造平坦的上壳体101和102，可以最大限度地减少风阻，从而增加出风量。

·多个扇叶103，其在上壳体101与下壳体102之间被布置为使得扇叶103在绕主轴转动时从所述开口104在所述主轴105的方向上(参见箭头a)将气流吸入并且在与主轴105垂直的方向上(参见箭头b)将气流排出。在此，每个扇叶103形状和尺寸相同，均为宽度不变的弯曲形，例如在本实施例中，扇叶为弧形段、如圆柱体的截取片段，其中扇叶在一侧凹进、在另一侧凸出。通过构造扇叶的数目和几何形状，可以定制具有所需空气动力学特性的扇体或扇叶，例如所述扇叶可以为气动升力型结构或者曲面扇形结构。通过这样做，例如可以优化扇叶的流体动力学特性，从而实现更小的噪音和/或更高的送风效率。

在本实施例中，所述多个扇叶103被布置为使得全部扇叶103的外端点全部处于第一圆形的圆周上，并且全部扇叶103的内端点全部处于第二圆形的圆周上，其中扇叶103的内倾角为扇叶在内端点处与第二圆形的夹角，并且扇叶103的外倾角为扇叶103在外端点处与第一圆形的夹角，其中所述扇叶的内倾角优选为30°并且其外倾角为45°，或者所述扇叶的内倾角优选为15°并且其外倾角为90°。上述优选的角度设置基于发明人的如下独特研究：

发明人风扇主体的三维结构模型的基础上，选择典型的后倾型(内倾角大于0且小于90°，外倾角45°)、前倾型(内倾角大于90°且小于180°，外倾角135°)和径向型(内倾角大于0°且小于180°，外倾角为90°)三类叶型进行流体仿真分析，其中的每一类叶型又对应了多组不同的内外倾角组合。

通过调整后倾扇叶与其内切圆的夹角，以15度为间隔生成15/45、30/45、45/45、60/45、75/45、90/45的组合(单位°)，其中在a/b表示法中，a表示内倾角，b表示外倾角。同样，调整前倾扇叶与内切圆的夹角，生成90/135、105/135、120/135、135/135、150/135、165/135的组合(单位°)。

调整径向扇叶与其内切圆的夹角，以15度为间隔生成15/90、30/90、45/90、60/90、75/90、105/90、120/90、135/90、150/90、165/90的组合(单位°)。

针对上述地每一种内外倾角组合，遍历计算风扇的风量q和湍流脉动动能k，对比各个组合的风量大小和噪声强度(假设噪声强度与湍流脉动动能正相关)，得出综合性能最优的内外倾角组合方案。

针对上述计算所得的两种综合性能最优的方案，即后倾型扇叶30°/45°倾角组合和径向型扇叶的15°/90°倾角组合，进行三维的风速分布和湍流动能云图和压力云图的分析对比。通过校对三维空间的风速和湍流动能数据，进一步确认这两种组合的输出风量大、风速分布均匀，且具有湍流强度低、噪声小的特点，是综合性能最优的设计方案。通过对比后倾和前倾叶型所对应不同的扇叶内外倾角组合的风量和湍流脉动动能，对比数据发现后倾型扇叶30/45倾角组合的湍流动能最小且具有较大的出风量。通过对比径向叶型所对应不同倾角组合的风量和湍流脉动动能数据，可以确定径向型扇叶的15/90倾角组合的湍流动能较小且具有最大的出风量。

此外，每个扇叶103可以以可转动的方式布置在上壳体101与下壳体102之间，使得能够调整扇叶103的外倾角和/或内倾角。例如，每个扇叶103可以具有转动轴(未示出)，该转动轴可以与上壳体102和/或下壳体102固定在一起，使得每个扇叶都可以转动。在本发明的教导下，其它连接方式也可设想的，例如扇叶通过万向节或关节球(未示出)与上壳体101和/或下壳体102连接。此外，还可以将扇叶103彼此连接，使得调节单个扇叶103的取向时，可以将带动全部扇叶103转动，从而将全部扇叶的取向调整为一致。例如，可以将全部扇叶103的的某个部位、如尾部或下端通过张紧的绳线彼此连接，使得每个扇叶103转动时，张紧的绳线会带动其它扇叶103转动相同角度，从而将全部扇叶103的外倾角和/或内倾角或取向调整一致。

·可选的滤网(未示出)，其布置在所述开口104中和/或扇叶103的外侧、即从外部包围扇叶103。通过设置滤网，可以提供更清洁的空气。滤网例如可以包括活性炭或其它过滤材料。

·可选的防护网(未示出)，其布置在扇叶103的外侧、即从外部包围扇叶103。通过增加防护网，可以防止误触扇叶造成伤害。防护网例如可以是网格或栅栏。

图2示出了根据本发明的垂直轴电风扇200的示意图。

如图2所示，根据本发明的垂直轴电风扇200包括下列部件(其中一些部件是可选的)：

·扇体100，其被配置为在转动的情况下吸入和排出气流。关于扇体100的进一步细节，可参阅图1及其描述。

·驱动装置(未示出)，其被配置为驱动所述扇叶绕主轴转动。例如，驱动装置在所述主轴的方向上安装在下壳体处以驱动整个扇体转动，进而带动各个扇叶转动。驱动装置例如可以是无刷直流电机。

·可选的支撑部件202，其被配置为支承扇体100以及附加地支承驱动装置，其中所述支撑部件的高度为可调的、例如为伸缩杆或者具有高度调节螺母。支撑部件202还可选地配别有底座203，其用于与地面接触并将电风扇200稳定地支承在地面上。

图3示出了根据本案发明的垂直轴扇体100的一个应用场景。

如图3所示，根据本发明的垂直轴扇体100的开口通过柔性管302与空调器301的风路连接，例如连接到空调器301的出风管道。由此，可以通过垂直轴扇体100将空调器301输出的冷空气或暖空气在360°的方向上向四周输出，从而提高出风覆盖范围，增加空调的舒适性。柔性管例如为可弯曲的塑料管或者金属波纹管。根据本发明的垂直轴扇体100还可以用于其它空气处理装置，如暖气装置、空气净化装置、中央空调等等。

本发明至少具有如下有益效果：本发明通过采用垂直轴/离心式风机构造，可有利地使入风口和出风口的方向彼此去耦合/正交，从而可以实现360°的出风口构造，而不影响或干扰入风口，这较好地扩展了电风扇的出风覆盖面而无需附加的机械摆动装置；同时，本发明结构简单、成本低廉且配置灵活、如可实现扇叶的数目和参数的灵活配置，因此适于在各种场合应用。

虽然本发明的一些实施方式已经在本申请文件中予以了描述，但是本领域技术人员能够理解，这些实施方式仅仅是作为示例示出的。本领域技术人员在本发明的教导下可以想到众多的变型方案、替代方案和改进方案而不超出本发明的范围。所附权利要求书旨在限定本发明的范围，并由此涵盖这些权利要求本身及其等同变换的范围内的方法和结构。