專利名稱：風扇，特別是帶有平衡的單葉片的吊扇的制作方法
技術領域：
本發明涉及風扇，特別地涉及平衡的吊扇。本發明特別涉及可以被認為是具有單葉片的這類吊扇。
背景技術：
單葉片的吊扇是所希望的，因為它們可以潛在地產生較少的阻力，由此增加風扇的效率。這個意味著可以在較低的旋轉速度下實現較大的空氣流動。同多葉片風扇的常規葉片比較，單葉片的另一個潛在優點是可以減輕風扇的重量，從而允許葉片的跨度具有較大尺寸。
然而，在平衡的單葉片風扇中一直存在一些問題。人們一直在風扇軸上或相對于葉片的質量施加配重。在美國專利No.6726451中已經試圖解決這一問題，這里吊扇葉片的安裝布置導致旋轉重心在旋轉風扇的豎直軸線之外。
本發明的一個目的是提供一種吊扇，它能夠靜平衡和動平衡，以在高轉速和低轉速下穩定旋轉。本發明還有一個目的是在一個優選實施例中提供一種吊扇，它能夠成為一個具有美感的建筑特征。在優選實施例中，單葉片風扇具有一個類似于梧桐樹種子莢的形狀的葉片，這樣能夠具有雕塑形狀，甚至在風扇不使用時它可以被欣賞。可以相信，同常規葉片的形狀比較，這樣一種形狀具有空氣動力學上的優點。
發明內容
相應地，本發明提供一種風扇，它包括具有第一端、第二端、前部邊緣和尾部邊緣的葉片，所述葉片通過與馬達連接的軸被驅動旋轉，其中葉片由配重裝置平衡，至少一些配重裝置位于葉片中。
本發明的風扇優選地是吊扇，但是不局限于吊扇。
本發明還提供一種風扇葉片，該葉片具有第一端、第二端、前部邊緣和尾部邊緣，葉片適合于通過與馬達連接的軸旋轉，其中所述葉片包括配重裝置。
葉片可以由任何合適材料建造。材料可以是固體低密度材料或高密度材料，諸如金屬、聚合物或木材。葉片可以由填充有泡沫補強材料諸如表面自覆式(self-skinning)聚氨酯的薄的剛性表皮制作。優選地，風扇是通過擠壓吹模法或反應噴射模制法或其他合適技術諸如金屬鑄造法制造的。
優選地，葉片是一個不規則雕塑形狀。甚至更優選地，葉片呈梧桐樹種子莢的形狀，或由梧桐樹種子莢的形狀變形成下面的附圖中的葉片是由梧桐樹種子莢的形狀變形而成。這樣的一種葉片與許多常規風扇葉片不同，不是平的而是具有曲線和型線。
在這個實施例中，葉片具有翼型(aerofoil)橫斷面，從前部邊緣到尾部邊緣帶有變化的豎直厚度。葉片的翼型部分設計成在其工作中形成較少的紊流和阻力。同常規平葉片相比，它可以需要較少能量使它繞其豎直軸旋轉，它還可以產生較少的風噪音。翼型設計與常規吊扇相比還可以在較低速度下形成較強的空氣流。
在這個實施例中的葉片可以寬于許多常規風扇葉片。在低速下，較長弦長(chord length)的翼型段是更有效的。第一端和第二端彎曲成形，優選地為橢圓形。眾所周知帶有橢圓形翼尖(在平面視圖中)的飛機機翼在低速度下產生比方形端翼尖較少的紊流。
在優選的實施例中，葉片在平面視圖中不是線性的，而是有角度的。在這種結構形狀中，在第一端和第二端之間存在一個約170°的角度。
軸和馬達可以具有任何合適的形狀或結構。優選地，葉片在位于第一端和第二端之間的連接點處與軸連接。還優選的是，連接點比距離第一端更靠近第二端。此處葉片被彎曲成在第一端和第二端之間存在一個約170°的角度，優選的是連接點處在或靠近彎曲角。
將要理解的是，本發明的風扇的葉片可以被認為是單葉片。雖然連接點優選地位于第一端和第二端之間，比距離第一端更靠近第二端，但是整個葉片是一個單獨單元。再關注葉片從連接點到第一端的葉片部分可以認為是主葉片，從連接點到第二端的葉片部分可以認為是莢，這是由于類似于梧桐樹種子莢。優選地莢前部邊緣高于其尾部邊緣。莢可能對由本發明的風扇提供的空氣流動貢獻不是很大。然而，莢可以提供空氣動力提升力，該空氣動力提升力能夠部分地平衡由主葉片形成的空氣動力提升力。另外，如下面附圖中所圖示的，莢可以設計成在其工作中形成最少的紊流，以使克服其空氣動力阻力所需要的能量最小。
在這個實施例中，本發明的主葉片和葉片的莢的結構形狀、輪廓和相對方位已設計成可允許將至少一些配重裝置結合在葉片的形狀內。這個目的是，在使葉片的重心位置位于葉片內的同時，避免本發明葉片的連續塑造表面的中斷。
在討論的實施例中，本發明的葉片已設計成使至少一部分配重裝置結合在莢內，使得本發明的葉片質心處在頂視圖中葉片內的一點。另外，配重裝置的位置和質量可以調整，以確保本發明葉片和配重裝置的組合質心位于本發明葉片的豎直旋轉軸上。
在一個特別優選的實施例中，葉片通過一個裝置與軸連接，該裝置適合于允許葉片相對于軸的角運動。優選地，這些裝置包括或含有稱之為搖擺鉸鏈的這類鉸鏈，它們的一個例子示出在附圖中。
同樣優選的是本發明葉片和配重裝置的質心，當在前視圖中觀察葉片時，位于本發明葉片的本體內。主葉片和莢的形狀、輪廓和相對方位可以確定，以確保質心在葉片形狀內足夠遠以使所有的要求的部件相對于位于葉片內的軸能夠允許葉片角運動，而不影響葉片形狀的塑造完整性。
配重裝置優選地包括至少一個不連續的材料重塊。配重裝置可以包括兩個或多個不連續的這樣的材料重塊。所有配重裝置可以位于葉片內。可選地，一些配重裝置可以位于葉片內，一些在另外的地方諸如在軸上。在同一風扇中，一個不連續的重塊可以和另一個不連續的重塊是同樣的材料或不同的材料。在一個實施例中，配重裝置是由大于葉片材料質量的材料制造的。在另一個實施例中，配重裝置是由小于葉片材料質量的材料制造的。在再另一個實施例中，配重裝置是通過例如在制造中增加葉片內的壁厚度來提供。例如，葉片可以通過擠壓吹模法制造。在制造中，葉片的所選定部分的壁厚可以增加，以提供所有的或一些配重裝置。
作為另一個例子，葉片可以按兩個半塊諸如頂半塊和底半塊通過反應噴射模制法或其合適技術諸如金屬鑄造—鋁或鎂、玻璃纖維層壓(lay up)或木材成形來模制，在連接兩個半塊以形成完整葉片之前，根據需要提供一些或所有的配重裝置不同的、變化的壁斷面。
優選地，至少一些配重裝置的位置是可調整的，以致對制造公差能夠進行補償。同樣優選地，可以為本發明的風扇增加附加配重，以協調制造中的平衡。在一個實施例中，這些配重位于葉片上的可取下蓋子的下面。同一蓋子能夠蓋住一些或所有配重裝置可以插入其中的空腔中。這樣的蓋子可以塑造成與葉片的表面形狀配合，或可以是在葉片的頂部表面上的簡單的平的或圓的插入件。
當然，位于葉片內的任何配重裝置可以組裝進入葉片外的一個凹坑內(帶有或不帶有蓋子)，或模塑入葉片的表面(帶有或不帶有蓋子)。
在所有配重裝置不位于葉片內的場合，優選的是配重裝置的一部分位于軸上。
優選的是一些或所有配重裝置沿葉片的前部邊緣放置。配重裝置的一部分可以沿前部邊緣放置和一部分可以沿葉片的尾部邊緣放置。
現在將結合如附圖中所示的一些非限制的實施例描述本發明，其中圖1是從尾部邊緣觀察的吊扇的第一個實施例的側視圖；圖2是從前部邊緣觀察的圖1風扇的側視圖；圖3是從前部邊緣觀察的風扇的第二個實施例的側視圖；圖4是從前部邊緣觀察的吊扇的再一個實施例的葉片的側視圖；圖5是圖4葉片的頂視圖；圖6是圖4和圖5葉片的透視圖，在第二端處切去以示出內部結構；圖7是葉片的再一個實施例的頂視圖；圖8是圖3葉片的第二個實施例的頂視圖；圖9是葉片的另一個實施例的透視圖，它包括搖擺鉸鏈；圖10更詳細地示出圖9實施例的連接點和搖擺鉸鏈的一部分；圖11示出圖9和10葉片的第二端，帶有在葉片內的以虛線輪廓表示的配重裝置；圖12是沿圖10的線A-A剖視的圖9、10和11葉片的局部橫斷面視圖；圖13示出沿圖10的線B-B剖視的葉片的斷面詳圖；圖14示出在圖13中以斷面視圖示出的搖擺鉸鏈和連接點。
具體實施例方式
首先參考圖1，吊扇10具有葉片12，葉片12可以被認為是單葉片且具有第一端14和第二端16。葉片12是按類似于梧桐樹種子莢的形狀塑造的。它彎曲和設計成在它順時針旋轉時(從上方觀察)提供向下的氣流。
葉片12是由連接到位于馬達罩子20內的電馬達(未示出)的軸18驅動旋轉的。
如從圖1和2能夠看到的，葉片12的形狀不規則，葉片12固定到軸18上，第二端16比第一端14更靠近軸18。
在這個實施例中，配重裝置包括平衡重塊22，它是沿主葉片(在軸18和第一端14之間的那部分)的前部邊緣24和沿莢(在軸18和第二端16之間的那部分)的尾部邊緣和靠近第二端16放置的。平衡重塊22是由密度大于葉片12材料的材料制造的。平衡重塊22包括單個的不連續的質量(discrete mass)并沿著葉片12的輪廓模制以致它是不顯眼的。
因為沒有配重連接到軸18，馬達罩子20不必擴大以容納任何這樣的重塊，實際上可以比圖示的稍微小些。
圖3示出與圖1和2中的實施例類似的實施例，且與圖1和2的同樣零件使用同樣的標記。在圖3實施例中，配重28位于葉片12中且非常靠近第二端16。然而，在這個實施例中，重塊28在質量上稍微小于圖2的重塊22。有第二個不連續的重塊30(在圖3中看不見)連接到軸18。重塊28和30的組合在旋轉時平衡葉片12。
如果希望的話，在軸18上的重塊30可以分成兩塊和繞軸18分布。
現在參考圖4、5和6，雖然這個實施例不同于圖1和2的實施例和圖3的實施例，但是同樣的或類似的零件將使用同樣的零件編號。在這個實施例中，葉片12具有基本上為橢圓形的第一端14、基本上為橢圓形的第二端16、前部邊緣24和尾部邊緣26。如圖5的平面視圖所示，葉片12在前部邊緣24處彎曲，在第一端14和第二端16之間存在一個約170°的角度。連接點32大約位于彎曲點處。在這個實施例中，連接點32是一個圓孔，適合于接納軸18(未示出)。連接點32可以是任何其他合適形狀。
葉片12包括兩個作為配重裝置的不連續的重塊，第一重塊34和第二重塊36。重塊34和36都插入在葉片12內。第二重塊36的一部分能夠在圖6中看到且插入在空腔38內。蓋子40蓋住第一重塊34，蓋子42蓋住第二重塊36。蓋子40和42都是可取下的，以致里面空腔中的重塊可以取出或合適地改變。
從圖6也將注意到，葉片12一般地是空心的，由熱塑性聚合材料諸如ABS或高密度聚乙烯制造。
圖7的實施例類似于圖4、5和6，除了第一重塊34和第二重塊36由單個重塊44代替之外。
圖8實施例以頂視圖示出了上面結合圖3所討論的實施例。
在圖9、10和11示出的另一個實施例中，單個不連續的重塊或多個重塊可以插進由蓋子50蓋住的空腔48。在這個實施例中空腔48延伸以容納連接點32和搖擺鉸鏈(teeter hinge)52，下面結合圖12、13和14將更詳細地討論這一點。
單個不連續的重塊54在圖11中以假想輪廓線示出，由支架56懸吊在葉片12內。
搖擺鉸鏈52的細節能夠在圖12、13和14中看到。搖擺鉸鏈52能夠適用于這里在圖4、5、6、7、9、10和11中示出的實施例中的任何一個。
搖擺鉸鏈52具有最初與板60和62連接或結合(如在這種情況)的橫桿58。橫桿58包括螺絲孔64，裝配螺絲66穿過該孔用于將橫桿58固定到葉片12(參考圖13)。
將葉片12與軸18(未示出)連接的連接點32具有尾部68。尾部68上的孔70接納樞銷72以將尾部68與板60和62可轉動地連接。
如從圖13和14能夠看到的，在橫桿58的內端和尾部68之間存在有小的間隙，以致連接點32能夠繞樞銷72以一個小的程度轉動。
葉片12和配重位置被設計成使葉片12的質心(在平面視圖觀察時)大約位于連接點32和驅動軸18(未示出)的位置中。同樣在平面視圖中觀察時，樞銷軸線垂直于從平衡葉片的旋轉軸線到平衡葉片的葉片部分的提升中心(center of lift)畫出的線。樞銷軸線也與水平面對齊。因此，葉片12的尖端通過繞樞銷旋轉在豎直方向自由運動，但是被限制成只在葉片的空氣動力提升力作用的平面內轉動，從而維持葉片的正確連接角度。
這同常規風扇相反，常規風扇的葉片一般與馬達外殼或驅動軸剛性連接。
應理解的是，葉片12的空氣動力中心—提升力應作用的點—將變化，取決于葉片12的空氣速度和葉片12的斜度(pitch)。葉片12上的空氣動力包括來自葉片12的升力和來自葉片12的升力和阻力，來自葉片12的升力和阻力包括來自靠近第二端16的葉片12的那部分的升力和阻力。優選的是這些力的組合的作用中心是這樣的點，即該點用于限定樞銷軸線與之垂直的線。涉及的空氣動力較小，因此樞銷軸線的角度計算可以由一個數值范圍來表示。
因為葉片12被懸吊在樞銷上的質心上，葉片12自由地找到它自己的平衡位置，在平衡位置質心處在豎直的旋轉軸上，平衡葉片12的重心的主慣性軸線處在豎直的和水平的平面內。人們一直認為，如果葉片12被剛性地安裝并且是平衡的，那么重心的主慣性軸線不處在水平的/豎直的平面內，即使重心可以在豎直軸上，離心力將不被平衡，葉片的旋轉將使馬達的軸承振動。
當葉片12支承在平衡葉片的質心上時且葉片12由于搖擺鉸鏈52允許“自水平”，已經發現葉片12的質量不對軸18施加不需要的離心力，該離心力將使葉片12偏離中心或搖晃，引起馬達內的不希望有的振動或磨損和/或將不適當的應力傳輸到用于將風扇組件緊固到天花板的機構。
因為樞銷結合在質心上，所以葉片12能夠自由地繞樞銷轉動。作用在葉片12上的空氣動力使葉片12旋轉直到空氣動力由作用在葉片12上的重力和向心力匹配。這樣，在任何給定速度下，第一端14將上升直到作用在葉片12上的空氣動力與重力和向心力處于平衡的位置被找到。軸18上的任何彎矩因此可以消除或減至最小，風扇10可以平穩地運轉，而沒有或只有最小的不平衡的力被傳輸到軸18等。
工業適用性本發明的風扇為風扇技術特別是涉及吊扇的場合提供了有價值的新內容。本發明的風扇能夠以現代的、流線的造型出現，它能夠在較小的旋轉速度下使較大體積的空氣運動。
權利要求
1.一種風扇，包括葉片，所述葉片具有第一端、第二端、前部邊緣和后部邊緣，葉片由與馬達連接的軸驅動旋轉，其中葉片由配重裝置平衡，至少一些配重裝置位于葉片內。
2.如權利要求1的風扇，其中葉片在位于第一端和第二端之間的連接點上與所述軸連接。
3.如權利要求2的風扇，其中所述連接點比距離第一端更靠近于第二端。
4.如權利要求1到3中的任何一項所述的風扇，其中通過適合于使葉片相對于所述軸能夠進行角運動的裝置將葉片與軸連接。
5.如權利要求4的風扇，其中適合于葉片的所述角運動的裝置包括搖擺鉸鏈。
6.如權利要求1到5中的任何一項所述的風扇，其中所有配重裝置位于葉片內。
7.如權利要求1到5中的任何一項所述的風扇，其中部分的配重裝置位于所述軸內。
8.如權利要求1到5中的任何一項所述的風扇，其中一些或所有的配重裝置沿葉片的前部邊緣放置。
9.如權利要求1到5中的任何一項所述的風扇，其中一些配重裝置沿葉片的前部邊緣放置，一些沿葉片的尾部邊緣放置。
10.如權利要求1到9中的任何一項所述的風扇，它是一種吊扇。
11.一種風扇的葉片，所述葉片具有第一端、第二端、前部邊緣和尾部邊緣，所述葉片適合于由與馬達連接的軸驅動旋轉，其中所述葉片包括配重裝置。
12.如權利要求11的葉片，它包括用于將葉片與所述軸連接的連接點，連接點在第一端和第二端之間轉動。
13.如權利要求12的葉片，其中所述連接點比距離第一端更靠近于第二端。
14.如權利要求11到13中的任何一項所述的葉片，其中配重裝置沿葉片的前部邊緣放置。
15.如權利要求1到13中的任何一項所述的葉片，其中葉片具有沿葉片的前部邊緣放置的配重裝置和沿葉片的尾部邊緣放置的配重裝置。
16.一種風扇，基本上如此前結合附圖中的圖1和圖2或圖3或圖4、圖5和圖6或圖7或圖8或圖9～14中的任何一個圖所描述。
17.一種風扇的葉片，基本上如此前結合附圖中的圖1和圖2或圖3或圖4、圖5和圖6或圖7或圖8或圖9～11中的任何一個所描述。
全文摘要
本發明提供了一種具有葉片(12)的適合于用作吊扇的風扇(10)。所述葉片(12)可以認為是單葉片，雖然軸(18)不連接到葉片(12)的一端；相反地，但是軸(18)連接到葉片(12)的在第一端(14)和第二端(16)之間的一點。葉片(12)是由放置在葉片(12)中的配重裝置(22)平衡。在一個實施例中，葉片(12)通過允許角運動的裝置諸如搖擺鉸鏈與軸(18)連接。
文檔編號F04D25/08GK1930397SQ200580007563
公開日2007年3月14日 申請日期2005年3月8日 優先權日2004年3月8日
發明者邁克爾·約翰·霍特, 丹尼爾·加塞, J·M·利維 申請人:邁克爾·約翰·霍特, 丹尼爾·加塞