层流风扇的制作方法

本发明涉及家用电器技术领域，特别是涉及一种层流风扇。

背景技术：

随着社会发展以及人们的生活水平不断提高，各种空气调节装置已经成为人们日常生活中不可或缺的电气设备之一。各种空气调节装置可以在环境温度过高或过低时，帮助人们达到一个能够适应的温度。

目前的空调调节装置主要包括各种类型的空调器以及风扇，但是大部分用户认为目前的空调器产生的热气或者冷气在房间或密闭的空间内不均匀分布，具有一定的分布局限性。此外，空调器的室内机使用的风扇主要是离心风扇和贯流风扇。但是离心风扇和贯流风扇存在以下问题：由于离心风扇需要由几十个大体积叶片来提高风压和风量，导致离心风扇噪音很大，并且将离心风扇用于立式空调器时，空气从进入离心风扇到送出空调器需进行两个90°的方向转折，每次方向转折都会有风量损失；贯流风扇虽然噪音较低，但是风压太小，送风距离短。并且贯流风扇整体体积大，而实际的有效体积小，造成空间浪费。

技术实现要素：

本发明的一个目的是提供噪音小、风量高的层流风扇。

本发明一个进一步的目的是使层流风扇实现360°送风，避免出风直吹用户，提升用户的使用体验。

特别地，本发明提供了一种层流风扇，包括：多个环形盘片，多个环形盘片彼此间隔地平行设置，具有相同的中心轴线，且每个环形盘片均为由内至外逐渐升高且向上凸起的弧形盘片；以及电机，配置成驱动多个环形盘片旋转，以使多个环形盘片与彼此之间的空气接触并相互运动，进而使靠近多个环形盘片表面的空气边界层因粘性效应被旋转的多个环形盘片带动由内向外旋转移动形成层流风。

可选地，多个环形盘片的内径由下至上逐渐缩小，且多个环形盘片的内外径连线的圆心角为9°至30°。

可选地，该层流风扇还包括：单个圆形盘片，间隔地平行设置于多个环形盘片的上方，且电机固定设置于圆形盘片上方。

可选地，该层流风扇还包括：连接杆，贯穿圆形盘片和多个环形盘片，以将多个环形盘片连接至圆形盘片。

可选地，电机还配置成：直接驱动圆形盘片旋转，进而由圆形盘片带动多个环形盘片旋转。

可选地，多个环形盘片的中心共同形成有进风通道，以使层流风扇外部的空气进入。

可选地，多个环形盘片彼此之间的间隙形成有多个出风口，以供层流风吹出。

可选地，圆形盘片的下表面具有倒圆锥的凸起，以引导进入层流风扇的空气流动并协助形成层流风。

可选地，圆形盘片的半径和多个环形盘片的外径相同。

可选地，连接杆为多根，且均匀间隔地贯穿于圆形盘片和多个环形盘片的边缘部分。

可选地，电机还配置成：电机的转速根据获取到的层流风扇的目标风量确定，且转速与目标风量为线性关系。

本发明的层流风扇，包括：多个环形盘片，彼此间隔地平行设置，具有相同的中心轴线，且每个环形盘片均为由内至外逐渐升高且向上凸起的弧形盘片；以及电机，配置成驱动多个环形盘片旋转，以使多个环形盘片与彼此之间的空气接触并相互运动，进而使靠近多个环形盘片表面的空气边界层因粘性效应被旋转的多个环形盘片带动由内向外旋转移动形成层流风。每个环形盘片均设置成由内至外逐渐升高且向上凸起的弧形盘片，使得外部空气进入层流风扇的角度更加符合流体流动，从而更利于外部的空气进入层流风扇，有效减少风量损失，保证层流风扇的出风满足用户的使用需求。此外，层流风扇通过粘性效应实现层流送风，降低传统风扇对叶片的使用甚至可以不增加叶片即可满足风量的要求，送风过程噪音小、风量高，有效提升用户的使用体验。

进一步地，本发明的层流风扇，还包括：单个圆形盘片，间隔地平行设置于多个环形盘片的上方，且电机固定设置于圆形盘片上方。连接杆，贯穿圆形盘片和多个环形盘片，以将多个环形盘片连接至圆形盘片。电机还配置成：直接驱动圆形盘片旋转，进而由圆形盘片带动多个环形盘片旋转。多个环形盘片的中心共同形成有进风通道，以使层流风扇外部的空气进入。多个环形盘片彼此之间的间隙形成有多个出风口，以供层流风吹出。在层流风通过多个出风口吹出后，由于受到压差作用，层流风扇外部的空气通过进风口被压入环形盘片，如此循环往复，从而形成层流空气循环。多个环形盘片彼此之间的间隙形成的多个出风口可以使得层流风扇实现360°送风，避免用户因空调器直吹送风而产生的多种不适症状，进一步提升用户的使用体验。

根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。

附图说明

后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：

图1是现有技术中离心风扇的送风示意图；

图2是根据本发明一个实施例的层流风扇的整体结构示意图；

图3是图2中层流风扇另一视角的整体结构示意图；

图4是图2中层流风扇再一视角的整体结构示意图；

图5是根据本发明一个实施例的层流风扇的多个环形盘片在经过中心轴线的同一纵截面上的内外径连线的圆心角示意图；

图6是图5中的圆心角与风量和风压的关系示意图；

图7是根据本发明一个实施例的层流风扇的送风原理示意图；

图8是根据本发明一个实施例的层流风扇的速度分布和受力分布图；

图9是根据本发明一个实施例的层流风扇的空气循环示意图；以及

图10是根据本发明一个实施例的层流风扇的电机转速与风量的关系示意图。

具体实施方式

图1是现有技术中离心风扇200的送风示意图。图1中的两个箭头示出了离心风扇200在应用于立式空调器时送风过程中空气流动的方向，现有技术中的离心风扇200在应用于立式空调器时由进风到出风的整个过程需要进行两次90°的转折，每次转折都会伴随着较多的风量损失。此外，离心风扇200一般需要由几十个大体积叶片来提高风压和风量，在离心风扇200工作时，叶片旋转与空气产生摩擦或发生冲击。离心风扇200的叶片较宽，且厚度大，因此在离心风扇200的电机高速运转时会产生非常大的噪音。此外，现有技术中还常用贯流风扇，但是贯流风扇虽然噪音较低，但是风压太小，送风距离短；并且贯流风扇整体体积大，而实际的有效体积小，造成空间浪费。本实施例提供了一种层流风扇100，可以降低传统风扇对叶片的使用甚至可以不增加叶片即可满足风量的要求，送风过程噪音小、风量高，有效提升用户的使用体验。图2是根据本发明一个实施例的层流风扇100的整体结构示意图，图3是图2中层流风扇100另一视角的整体结构示意图，图4是图2中层流风扇100再一视角的整体结构示意图。如图2至图4所示，本实施例的层流风扇100一般性地可以包括：多个环形盘片10和电机20。

其中，多个环形盘片10可以彼此间隔地平行设置，具有相同的中心轴线，且每个环形盘片10均为由内至外逐渐升高且向上凸起的弧形盘片。弧形盘片相较平面盘片可以使得外部空气进入层流风扇100的角度更加符合流体流动，从而更利于外部的空气进入层流风扇100，有效减少风量损失。

本实施例的层流风扇100不仅可以单独使用进行送风，更重要地，该层流风扇100还可以应用于各种类型的空调器室内机，例如应用于立式空调器和挂式空调器等。考虑到空调器室内机的内在空间有限，对层流风扇100的整体占用体积需要有一定约束。本实施例的层流风扇100考虑到厚度不要过大，可以对环形盘片10的数量、相邻两个环形盘片10之间的间距、环形盘片10的厚度进行相应的约束。此外，层流风扇100考虑到横向占用体积不要过大，可以对环形盘片10的外径进行相应的约束。需要说明的是，环形盘片10的外径指的是环形盘片10的外圆周的半径，而环形盘片10的内径指的是环形盘片10的内圆周的半径。

电机20可以配置成驱动多个环形盘片10旋转，以使多个环形盘片10与彼此之间的空气接触并相互运动，进而使靠近多个环形盘片10表面的空气边界层13因粘性效应被旋转的多个环形盘片10带动由内向外旋转移动形成层流风。其中空气边界层13是靠近各盘片表面的很薄的空气层。

本实施例的层流风扇100，每个环形盘片10均设置成由内至外逐渐升高且向上凸起的弧形盘片，使得外部空气进入层流风扇100的角度更加符合流体流动，从而更利于外部的空气进入层流风扇100，有效减少风量损失，保证层流风扇100的出风满足用户的使用需求。此外，层流风扇100通过粘性效应实现层流送风，降低传统风扇对叶片的使用甚至可以不增加叶片即可满足风量的要求，送风过程噪音小、风量高，有效提升用户的使用体验。

图5是根据本发明一个实施例的层流风扇100的多个环形盘片10在经过中心轴线的同一纵截面上的内外径连线的圆心角θ示意图，图6是图5中的圆心角θ与风量和风压的关系示意图。如图5所示，多个环形盘片10的内径由下至上逐渐缩小，且多个环形盘片10在经过中心轴线的同一纵截面上的内外径连线形成有圆心角θ。多个环形盘片10的内径由下至上逐渐缩小，会有效提升层流风扇100的风量，使得层流风扇100的出风满足用户的使用需求。

图6中横坐标轴θ指的是多个环形盘片10在经过中心轴线的同一纵截面上的内外径连线的圆心角，左纵坐标轴massflowrate指的是风量，右纵坐标轴pressurerise指的是风压，风压指的是层流风扇100的出风口12与进风通道11进口处的压力差。具体地，图6示出的是在层流风扇100的环形盘片10外径、层数、间距、厚度、电机20的转速均保持不变时，圆心角θ与风量和风压的关系示意图。如图6所示，在上述提及的各参数均保持不变时，随着圆心角θ逐渐增大，层流风扇100的风量先增大后减小，而风压有少许上升。在一种优选的实施例中，层流风扇100的环形盘片10外径为175㎜，环形盘片10的层数为10层，环形盘片10的间距为13.75㎜，环形盘片10的厚度为2㎜，电机20的转速为1000rpm(revolutionsperminute，转/分钟)，此时综合风量和风压考虑，多个环形盘片10在经过中心轴线的同一纵截面上的内外径连线的圆心角θ可以设置为9°至30°。并且如图6所示，在圆心角θ设置为15°时，层流风扇100的风量达到最大值。

如图2至图4所示，层流风扇100还可以包括：单个圆形盘片30和连接杆40。其中圆形盘片30可以间隔地平行设置于多个环形盘片10的上方，且电机20固定设置于圆形盘片30上方。连接杆40可以贯穿圆形盘片30和多个环形盘片10，以将多个环形盘片10连接至圆形盘片30。电机20还可以配置成：直接驱动圆形盘片30旋转，进而由圆形盘片30带动多个环形盘片10旋转。也就是说，上文中提到的电机20配置成驱动多个环形盘片10旋转是依赖于电机20先带动圆形盘片30旋转，再由圆形盘片30带动多个环形盘片10旋转。在一种具体的实施例中，圆形盘片30的半径和多个环形盘片10的外径相同，可以有效约束层流风扇100的整体占用体积。

在一种优选的实施例中，连接杆40为多根，且均匀间隔地贯穿于圆形盘片30和多个环形盘片10的边缘部分。多根连接杆40均匀间隔地贯穿于圆形盘片30和多个环形盘片10的边缘部分，可以保证圆形盘片30和多个环形盘片10的连接关系稳固，进而保证在电机20驱动圆形盘片30旋转时，圆形盘片30可以稳定地带动多个环形盘片10旋转，提高层流风扇100的工作可靠性。

图7是根据本发明一个实施例的层流风扇100的送风原理示意图，图8是根据本发明一个实施例的层流风扇100的速度分布和受力分布图。层流风扇100的送风原理主要来源于尼古拉·特斯拉发现的“特斯拉涡轮机”。特斯拉涡轮机主要利用流体的“层流边界层效应”或者“粘性效应”实现对“涡轮盘片”做功的目的。本实施例的层流风扇100通过电机20驱动圆形盘片30、圆盘带动多个环形盘片10高速旋转，各盘片间隔内的空气接触并发生相互运动，则靠近各盘片表面的空气边界层13因受粘性剪切力τ作用，被旋转的盘片带动由内向外旋转移动形成层流风。

图8示出的就是空气边界层13受到的粘性剪切力分布τ(y)和速度分布u(y)的示意图。空气边界层13受到的粘性剪切力实际上是各盘片对空气边界层13产生的阻力。图8中的横坐标轴指的是空气边界层13的的移动方向上的距离，纵坐标轴指的是空气边界层13在与移动方向垂直的方向上的高度。ve为空气边界层13内每一点的气流速度，δ为空气边界层13的厚度，τw为环形盘片10表面处的粘性剪切力。τ(y)和u(y)中的变量y指的是空气边界层13在与移动方向垂直的方向上截面的高度，l为环形盘片10内圆周的某一点与环形盘片10表面某一点之间的距离。则τ(y)是在该距离l处，空气边界层13截面的高度为y时受到的粘性剪切力分布；u(y)是在该距离l处，空气边界层13截面的高度为y时的速度分布。

图9是根据本发明一个实施例的层流风扇100的空气循环示意图。如图2至图4以及图9所示，多个环形盘片10的中心共同形成有进风通道11，以使层流风扇100外部的空气进入。多个环形盘片10彼此之间的间隙形成有多个出风口12，以供层流风吹出。空气边界层13由内向外旋转移动形成层流风的过程是离心运动，因而离开出风口12时的速度要大于进入进风通道11时的速度。本实施例的多个环形盘片10中每两个相邻的环形盘片10之间的间距可以相同，也就是说多个环形盘片10以相同的间距彼此间隔地平行设置。多个环形盘片10彼此之间的间隙形成的多个出风口12可以使得层流风扇100实现360°均匀送风，避免用户因空调器直吹送风而产生的多种不适症状，进一步提升用户的使用体验。此外，本实施例的环形盘片10均为由内至外逐渐升高且向上凸起的弧形盘片，使得外部空气进入层流风扇100的角度更加符合流体流动，尤其是更利于进风通道11中的空气进入各环形盘片10之间的间隙，有效减少风量损失。

如图4所示，在一种优选的实施例中，圆形盘片30的下表面具有倒圆锥的凸起31，以引导进入层流风扇100的空气流动并协助形成层流风。圆形盘片30的上表面可以为平面，且圆形盘片30的主要作用在于固定承接电机20，并与多个环形盘片10通过连接杆40实现连接，以在电机20驱动圆形盘片30旋转时带动多个环形盘片10旋转。而圆形盘片30下表面的倒圆锥的凸起31可以有效引导通过进风通道11进入层流风扇100的空气进入各盘片之间的间隙，进而提高形成层流风的效率。

图10是根据本发明一个实施例的层流风扇100的电机20的转速与风量的关系示意图。其中横坐标轴speedofrevolution指的是电机20的转速，左纵坐标轴flowrate指的是风量。具体地，图10示出的是在层流风扇100的环形盘片10外径、内径、层数、间距、厚度均保持不变时，电机20的转速与风量的关系示意图。如图9所示，在上述提及的各参数保持不变时，风量随电机20的转速增高呈线性增加，且变化很明显。即对于同一个层流风扇100，电机20转速增高时风量呈线性增加。由于风压随电机20的转速增高基本没有变化，因而未在图中示出。在一种优选的实施例中，层流风扇100的环形盘片10外径为175㎜，环形盘片10的层数为10层，环形盘片10的间距为13.75㎜，环形盘片10的厚度为2㎜，多个环形盘片10在经过中心轴线的同一纵截面上的内外径连线的圆心角θ为16.7°时，电机20的转速与层流风扇100的风量呈线性关系更加明显。

由于在环形盘片10为由内至外逐渐升高且向上凸起的弧形盘片时，电机20的转速与层流风扇100的风量呈线性关系，因而在一种优选的实施例中，电机20还可以配置成：电机20的转速根据获取到的层流风扇100的目标风量确定。也就是说，可以首先获取层流风扇100的目标风量，再根据其与电机20的转速之间的线性关系确定电机20的转速。需要说明的是，该目标风量可以通过用户的输入操作获取。

本实施例的层流风扇100，包括：多个环形盘片10，彼此间隔地平行设置，具有相同的中心轴线，且每个环形盘片10均为由内至外逐渐升高且向上凸起的弧形盘片；以及电机20，配置成驱动多个环形盘片10旋转，以使多个环形盘片10与彼此之间的空气接触并相互运动，进而使靠近多个环形盘片10表面的空气边界层13因粘性效应被旋转的多个环形盘片10带动由内向外旋转移动形成层流风。每个环形盘片10均设置成由内至外逐渐升高且向上凸起的弧形盘片，使得外部空气进入层流风扇100的角度更加符合流体流动，从而更利于外部的空气进入层流风扇100，有效减少风量损失，保证层流风扇100的出风满足用户的使用需求。此外，层流风扇100通过粘性效应实现层流送风，降低传统风扇对叶片的使用甚至可以不增加叶片即可满足风量的要求，送风过程噪音小、风量高，有效提升用户的使用体验。

进一步地，本实施例的层流风扇100，还包括：单个圆形盘片30，间隔地平行设置于多个环形盘片10的上方，且电机20固定设置于圆形盘片30上方。连接杆40，贯穿圆形盘片30和多个环形盘片10，以将多个环形盘片10连接至圆形盘片30。电机20还配置成：直接驱动圆形盘片30旋转，进而由圆形盘片30带动多个环形盘片10旋转。多个环形盘片10的中心共同形成有进风通道11，以使层流风扇100外部的空气进入。多个环形盘片10彼此之间的间隙形成有多个出风口12，以供层流风吹出。在层流风通过多个出风口12吹出后，由于受到压差作用，层流风扇100外部的空气通过进风口被压入环形盘片10，如此循环往复，从而形成层流空气循环。多个环形盘片10彼此之间的间隙形成的多个出风口12可以使得层流风扇100实现360°送风，避免用户因空调器直吹送风而产生的多种不适症状，进一步提升用户的使用体验。

本领域技术人员应理解，在没有特别说明的情况下，本发明实施例中所称的“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等用于表示方位或位置关系的用语是以层流风扇100的实际使用状态为基准而言的，这些用语仅是为了便于描述和理解本发明的技术方案，而不是指示或暗示所指的装置或部件必须具有特定的方位，因此不能理解为对本发明的限制。

至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。