專利名稱：葉輪結構的制作方法
技術領域：
本發明涉及葉輪結構。更具體地說，本發明涉及特別用于吹吸機、抽吸或吹掃裝置的葉輪結構。
背景技術：
一般來說，吹吸裝置包括電動機和風機結構。電動機通常以汽油或電力為動力。風機包括離心式葉輪，該離心式葉輪裝在被稱為蝸殼(volute)的環形外殼內。葉輪構造為在使用時將空氣沿著旋轉軸線朝葉輪的中心或“入口”吸入，并將空氣徑向向外地排出。蝸殼包括流體入口，其圍繞葉輪的入口并且與葉輪的旋轉軸線對準；以及流體出口，其位于蝸殼外周的某一位置。蝸殼的形狀基本上朝向流體出口引導徑向移動的空氣。吹吸裝置通常具有兩種操作模式吹掃模式和抽吸模式。在吹掃模式下，清潔的空氣經由流體入口被吸入蝸殼內并經由流體出口被排出。該流體出口安裝有送風管，以便將被排出的空氣會聚并引導為噴流。可以通過操作送風管或者吹吸機來對準該氣體噴流以便移動或收集花園垃圾。當處于抽吸模式時，花園垃圾可以被與吹吸機連接的吸氣管收集起來。存在兩種用于具有抽吸模式的吹吸裝置的常規結構布置臟式風機構造和凈式風機構造。在臟式風機結構中，具有吸氣入口的吸氣管與蝸殼的流體入口連接，并且用于花園垃圾的碎屑收集器(可以包括諸如半透氣袋或容器等分離裝置)與蝸殼的流體出口直接流體連接。因此，在這種結構中，風機直接位于從吸氣入口到碎屑收集器的流路中。結果，空氣中所攜帶的花園垃圾或碎屑穿入吸氣入口，穿過蝸殼的流體入口并在經由蝸殼的流體出口穿入到碎屑收集器之前與風機發生碰撞。該結構使得花園垃圾或碎屑能夠破碎或分散(mulched into)成更小的顆粒，以便有效地收集在碎屑收集器中。在凈式風機結構中，用于花園垃圾的碎屑收集器(可以包括諸如半透氣袋或容器等分離裝置)也與蝸殼的流體出口直接流體連接。然而不同的是，吸氣管包括與蝸殼的流體出口的下游連接的吸氣入口。因此，以與吹掃模式相同的方式，在使用時，空氣從環境中被吸入蝸殼的流體入口并通過流體出口朝碎屑收集器被排出。從流體出口進入并通過碎屑收集器的氣流使得吸氣管的近端與遠端之間產生了壓力差。這使得空氣被吸入吸氣入口，穿過吸氣管并進入碎屑收集器。結果，穿入吸氣管的空氣中所攜帶的任何花園垃圾或碎屑將堆積在碎屑收集器內。該結構具有這樣的優點始終向風機供應清潔的氣流，因而能夠在相對來說幾乎不會形成堵塞的最佳條件下進行操作。可選的結構是無抽吸功能的簡單的吹掃裝置。該結構以與凈式風機結構的吹掃模式相同的方式操作。清潔的空氣經由流體入口從環境中被吸入蝸殼并經由流體出口被排出。安裝在流體出口上的送風管將空氣會聚并引導為噴流。可以通過操作送風管或者吹吸機來對準該氣體噴流以便移動或收集花園垃圾。吹吸機和/或吹掃裝置經常需要生成穿過葉輪的高的空氣流速以產生強力的空氣噴流(在吹掃模式下)或強力的吸氣(在抽吸模式下，適當時)以清除外部環境的碎屑或垃圾。因此，有益的是使裝置中的損失最小化以便使可利用的氣流最大化。通常，在包括離心式葉輪的蝸殼結構中，空氣被朝向葉輪的入口引導然后從葉輪的入口被徑向向外地弓I導。然而，由于這樣形成的壓力分布，一些穿入蝸殼入口的空氣可能不沿軸向直接進入葉輪內，而是可能從蝸殼殼體與葉輪的上表面(被稱為外罩)之間大致徑向地穿過。該氣流基本上繞過葉輪從而未被加速。由于并非全部進入蝸殼入口的空氣穿過了葉輪，因此這可能降低葉輪的吸入效率。因此，在本技術領域中需要提供一種與已知的結構相比具有更小的損失的葉輪結構。
發明內容
根據本發明的第一方面，提供一種設置在葉輪殼體中的葉輪結構，所述葉輪殼體
限定有殼體入口，所述葉輪能夠圍繞旋轉軸線旋轉并且包括基體、外罩以及位于所述基體與所述外罩之間的多個葉片，所述外罩包括葉輪入口，所述葉輪入口限定延伸至所述多個葉片的通道，其中，所述葉輪結構還包括障礙結構，所述障礙結構位于所述葉輪入口附近并且設置為接納所述葉輪殼體的圍繞所述殼體入口的一部分或延伸入所述葉輪殼體的圍繞所述殼體入口的一部分內，以限制所述葉輪殼體與所述外罩之間的氣流。通過設置這種結構，與已知的結構相比，能夠減小葉輪的吸入損失。設置在葉輪的外罩上的障礙結構位于與葉輪殼體的空氣入口附近的互補部分接近的位置。這些部件之間的相互作用對背離入口的氣流的排出形成了障礙，降低了空氣從外罩與葉輪殼體之間穿過的可能性并改善了葉輪的吸入效率。在一個實施例中，所述障礙結構和所述葉輪殼體的所述一部分限定位于二者之間的蜿蜒曲折的路徑。通過限定外罩與葉輪殼體之間的蜿蜒曲折的路徑或迂回曲折的路徑，氣流被迫經歷許多次方向變化，導致氣流排出的減少以及流速的降低。在一個實施例中，所述障礙結構包括環形通道，所述環形通道設置為接納所述葉輪殼體的一部分。該結構為氣流排出的障礙提供了直接而可靠的方法。在一個實施例中，所述障礙結構包括形成在外罩上的兩個徑向間隔開的環形肋，所述兩個徑向間隔開的環形肋限定位于二者之間的所述環形通道。可以在制造期間直接形成這些肋并且提供必要的障礙特征。在一個實施例中，所述障礙結構圍繞所述葉輪入口。通過以障礙結構圍繞葉輪的入口，減小了空氣背離葉輪入口而排出的可能性。根據本發明的第二方面，提供一種風機結構，其包括葉輪殼體，其限定有殼體入口 ；以及根據所述第一方面的葉輪結構。在一個實施例中，環形殼體肋位于所述殼體入口的外周，并且所述環形殼體肋設置為位于所述環形通道內。這為形成蜿蜒曲折的物理路徑以緩和氣流的泄漏提供了可靠且簡單的位置結構關系。在一個實施例中，所述環形殼體肋與所述基體以及所述環形通道的側面間隔開。這為在使用期間防止殼體肋與葉輪的外罩之間接觸提供了足夠的公差。在一個實施例中，所述葉輪殼體包括蝸殼。
在一個實施例中，所述蝸殼包括位于所述葉輪的下游的渦卷型蝸殼出口。渦卷型蝸殼對于向葉輪的下游引導和傳送氣流特別有用。根據本發明的第三方面，提供一種包括根據所述第二方面的風機結構的裝置。在一個實施例中，所述裝置具有碎屑吹掃裝置和/或碎屑抽吸裝置的形式。
下面將參考附圖詳細說明本發明的實施例，其中圖I是示出吹掃裝置的總體構造的側視圖；圖2是示出吹吸裝置的總體構造的側視圖；圖3是根據本發明的實施例的蝸殼的剖視圖；圖4是圖3中的蝸殼的剖視平面圖；圖5是圖3中的蝸殼的一部分的透視圖；圖6是根據本發明的實施例的葉輪的透視圖；圖7是示出位于圖3中的蝸殼的一部分中的圖6中的葉輪的透視圖；以及圖8是圖3中的蝸殼的一部分的細節剖視圖。
具體實施例方式本發明提供一種與已知的結構相比能夠減小葉輪的吸入損失的葉輪和蝸殼結構。設置在葉輪的外罩上的障礙結構位于與蝸殼的空氣入口附近的互補部分接近的位置。這些部件之間的相互作用限定外罩與蝸殼殼體之間的蜿蜒曲折的路徑或迂回曲折的路徑(迷宮式路徑)，減小了空氣從其中穿過的可能性并改善了進入葉輪的入口的氣流。現在將參考圖I和圖2描述吹掃裝置和吹吸裝置。圖I示出可應用本發明的實施例的吹掃(或清掃)裝置10的實例。吹掃裝置10是包括電池組的電動裝置。然而，作為選擇，吹掃裝置10可以是由市電供電的裝置或者可以包括內燃機和燃料罐。吹掃裝置10包括主體12，主體12可以由硬化的塑料材料形成。主體12包括蝸殼14和可抓握把手16。可拆卸的電源18 (以電池組的形式)位于把手16的基體處。蝸殼14呈大致盤形并且容納有用于產生穿過吹掃裝置10的氣流的電動機和葉輪結構(在圖I中未示出)。盤形蝸殼14包括位于其中央的空氣入口 20和從蝸殼14的盤形部分切向地向外延伸的空氣出口 22。葉輪可操作為通過空氣入口 20吸入氣流并通過空氣出口 22排出氣流。如圖所示，空氣入口 20被格柵或蓋子24遮蓋，格柵或蓋子24防止用戶接觸位于空氣入口 20內的旋轉部分。格柵24的間隔設定為這樣根據Underwriters’Laboratory Inc (美國安全檢測實驗室公司)的安全標準UL-1017能夠防止人的手指的插入。可拆卸的送風管26與空氣出口 22連接，并且送風管26包括位于其遠端的排氣出口 28。送風管26從空氣出口 22附近到排氣出口 28變窄以便將氣流會聚并引導為強力噴流。圖2示出可應用本發明的實施例的吹吸裝置30。吹吸裝置30的構造與圖I中的吹掃裝置10類似，并且吹吸裝置30是包括電池組的電動裝置。吹吸裝置30包括主體32，主體32包括蝸殼34和可抓握把手36。可拆卸的電源38 (以電池組的形式)位于把手36的基體處。蝸殼34基本上與吹掃裝置10的蝸殼14相同，并且蝸殼34容納有用于產生穿過吹吸裝置30的氣流的電動機和葉輪結構(在圖2中未示出)。然而，在本實例中，吹吸裝置30是臟式風機結構，從而葉輪構造為收納碎屑和分散碎屑。盤形蝸殼34包括位于其中央的空氣入口 40和從蝸殼34的盤形部分切向地向外延伸的空氣出口 42。在這種結構中，吸氣管44與空氣入口 40連接，并且吸氣管44包括位于其遠端的吸氣入口 46。吸氣管44構造為吸入空氣并且攜帶碎屑通過吸氣入口 46進入碎屑在其中分散的蝸殼34內。碎屑收集器48與空氣出口 42直接連接并且設置有用于穿過蝸殼34的分散碎屑
的收集容器。碎屑收集器48是半透氣的從而空氣能夠穿過碎屑收集器48而排出，并且碎屑收集器48可以包括例如尼龍袋或其他收集裝置。如上文所述的吹吸裝置30示出為處于抽吸操作模式下。為了在吹掃模式下操作，可以將吸氣管44拆卸下來并且以吹掃裝置10的方式將吸氣管44連接至空氣出口 42。然后可以將格柵(未示出)連接至空氣入口。圖3至圖7示出根據實施例的蝸殼組件100的剖視圖。參考圖3至圖6，蝸殼組件100包括第一蛤形部102和第二蛤形部104。蛤形部102、104限定有中央轂盤106和位于轂盤106外的渦卷部108。轂盤106包括位于其上部中央的空氣入口 110。空氣入口 110被格柵112遮蓋。葉輪200位于轂盤106的中央并與空氣入口 110連通。葉輪200安裝在與電動機204連接的驅動軸202上。在使用時，葉輪200可操作為圍繞軸線X-X在驅動軸202上旋轉，軸線X-X與轂盤106的中心重合。擴散器114位于葉輪200的徑向上的外側和下游，并且擴散器114包括由兩個擴散器壁116、118所限定的環形通道。擴散器114位于蝸殼100的轂盤106與渦卷部108之間，并且擴散器114具有比轂盤106或渦卷部108更小的高度。擴散器114是無葉片的。也就是說，在包含擴散器114的環形通道中沒有設置葉片、突起件或引導件，并且擴散器114基本上包括由兩個平坦的、間隔開的環形壁116、118所限定的環形通道。擴散器114相對于軸線X-X對稱并且具有恒定的高度和寬度。渦卷部108位于緊接擴散器114下游的流路中。渦卷部108包括由蝸殼壁122限定的螺旋渦卷狀空腔120。蝸殼壁122具有圓形的橫截面，該橫截面的直徑沿逆時針方向(如圖4所示)從位于擴散器114的外側部附近的蝸殼舌124附近的位置截止到空氣出口126逐漸增大。空氣出口 126形成在渦卷部108的切向部分128的遠端。如圖4所示，蝸殼舌124限定通向空氣出口 126的切向部分128的一部分。現在將參考圖6至圖8詳細描述葉輪200。在圖6中示出了從蝸殼結構100中拆卸下來的葉輪200。在圖7中示出了位于下蛤形部104上的葉輪200，并且上蛤形部102被移除。葉輪200包括基體206、外罩208和位于基體206與外罩208之間的多個風機葉片210。基體206從驅動軸202的軸線X-X徑向延伸并與擴散器114平行。風機葉片210從基體206垂直地延伸并且為空氣動力效率而彎曲。外罩208限定有通向葉輪200入口的沿軸向設置的入口 212。當葉輪200裝配在蝸殼100中時，通向葉輪200的入口 212與形成在蝸殼100的轂盤106中的空氣入口 110同軸且相鄰。外罩208包括位于外罩208的背向基體206的表面上的障礙結構214。障礙結構214包括從外罩208向外突伸并且環繞入口 212的兩個環形肋216、218。最內側的環形肋216形成了限定入口 212的邊界的一部分。環形肋216、218限定位于二者之間的環形通道220。該結構示出在圖8中。圖8示出了蝸殼100的剖視圖(類似圖3)，其中示出了位于蝸殼100的轂盤106中的葉輪。如圖8所示，在蝸殼100的轂盤106的壁的內表面上形成有互補的環形蝸殼肋130。環形蝸殼肋130延伸到由環形肋216、218形成的環形通道220內，從而限定從空氣入口 110通過環形通道220的蜿蜒曲折的路徑或迂回曲折的路徑P (圖8)。蝸殼肋130與環形肋216、218在軸向和徑向上均間隔開，以便確保在使用時有足夠的公差以防止蝸殼肋130與環形肋216、218 (其將隨著葉輪200而旋轉)之間的接觸。如圖8所示，入口 110的內入口壁132位于與內環形壁216相同的徑向位置處以限定供空氣進入入口 Iio并經由入口 212進入葉輪200的入口的基本光滑的(除了環形壁216與內入口壁132之間的必要的軸向間隔以外)入口流路。在使用時，當用戶啟動電動機204時，驅動軸202將被驅動旋轉。固定在驅動軸202上的葉輪200也將被驅動旋轉。從而，氣流通過蝸殼入口 110并通過葉輪200的入口212而被吸入。然后，空氣被引導到風機葉片210上，在此處，空氣被風機葉片210加速和徑向向外分散。由于葉輪200的下游的空氣以比葉輪200的上游的氣流更快的速度移動，因此這導致了在整個葉輪200上的壓降。這繼而導致更多的空氣被吸入蝸殼入口 110并進入葉輪200。在常規的離心式葉輪結構中，在整個葉輪上的壓降可能導致在葉輪入口的邊緣周圍以及在蝸殼殼體與葉輪外罩之間發生不希望的空氣排出。這減少了葉輪所處理的空氣的量并降低了葉輪的效率。然而，在上述實施例中，將蝸殼肋130定位在由環形壁216、218所形成的環形通道220中以形成障礙，從而減少了進入的空氣以這種方式排出。蝸殼肋130與環形壁216、218之間的緊密間隔的關系形成了蝸殼入口 110與葉輪200的出口之間的迂回曲折的路徑P。從而，為了通過迂回曲折的路徑P，空氣被迫沿著方向多次變化的蜿蜒曲折的路徑流動。每一次方向變化將從氣流中流失能量并將導致在每個方向變化點處的滯留點。這繼而減小了氣流從中穿過的速度，從而減小了單位時間內在蝸殼殼體102與葉輪200的外罩208之間流過的空氣的體積。結果，減少了空氣的泄漏，使得更多的氣流通過蝸殼入口 110并直接通入葉輪200的入口 212內。這改善了氣流對風機葉片210的沖擊，保證了葉輪200能夠以高的效率操作。氣流然后穿過風機葉片210，跨過擴散器114并被排入蝸殼100的渦卷部108。然后，氣流環繞蝸殼壁122朝切向部分128受到引導并通過空氣出口 126。上述實施例的各種變型對于本領域的技術人員來說是顯而易見的。各個部件的具體結構可能不同，但均落入本發明的保護范圍以內。
例如，雖然根據通常用于居住環境的吹掃機或吹吸裝置描述了上述實例，然而本發明還容易應用于包括離心式葉輪的其他機械。例如，本發明的實施例同樣適用于家用或工業用抽吸式清潔器。另外地或者作為選擇地，通過本發明可以改進包括離心式風機或離心式葉輪的任何結構的吸入效率。該結構的非窮舉性實例包括渦輪增壓器或者離心泵。事實上，不必設置蝸殼，而是可以使用任何合適的葉輪殼體。雖然在上述實例中障礙結構被描述為包括限定將蝸殼肋接納于其中的環形通道的一對環形肋，但不必是這樣的情況。本領域的技術人員容易想到落入本發明的范圍以內的改變和變型。例如，障礙結構可以包括形成為朝向入口的外罩表面上的凹部而無需設置突伸肋。作為選擇，通道可以形成在蝸殼壁的內表面上，并且單個的突伸肋可以設置在外罩上以延伸到形成在蝸殼壁中的通道內。這可以包括位于蝸殼殼體上的兩個或多個間隔的肋，或者通道可以形成為蝸殼殼體中的凹部。一般來說，障礙結構可以包括形成障礙以限制葉輪外罩與蝸殼殼體之間的氣流的任何適當的結構。這可以包括在葉輪上設置部件，當沿徑向觀察時，該部件與位于蝸殼殼體上的部件重疊。這使得從蝸殼殼體與外罩之間穿過的空氣被迫沿著方向至少改變一次的蜿蜒曲折的路徑流動。此外，雖然根據軸向延伸的障礙結構示出并描述了上述實施例，然而也可以使用徑向延伸的障礙結構。例如，環形肋可以包括徑向延伸的凸緣，該凸緣伸入形成在蝸殼入口的側壁中的凹部內。雖然已示出和描述的障礙結構包括單個通道并且單個突伸肋在該通道內延伸，但是障礙結構也可以包括任意數量的通道和/或肋或者任意數量的上述變型結構。已經特別參考所示出的實例描述了本發明的實施例。雖然在附圖中示出了并在說明書中詳細描述了具體的實例，然而，應該理解，這些附圖和詳細描述并非意在將本發明限制為所公開的具體形式。應當了解，在本發明的范圍內可以對所描述的實例做出各種變型和修改。
權利要求
1.一種設置在葉輪殼體中的葉輪結構，所述葉輪殼體限定有殼體入口，所述葉輪能夠圍繞旋轉軸線旋轉并且包括基體、外罩以及位于所述基體與所述外罩之間的多個葉片，所述外罩包括葉輪入口，所述葉輪入口限定延伸至所述多個葉片的通道， 其中，所述葉輪結構還包括障礙結構，所述障礙結構位于所述葉輪入口附近并且設置為接納所述葉輪殼體的圍繞所述殼體入口的一部分或延伸入所述葉輪殼體的圍繞所述殼體入口的一部分內，以限制所述葉輪殼體與所述外罩之間的氣流。
2.根據權利要求I所述的葉輪結構，其中，所述障礙結構和所述葉輪殼體的所述一部分限定位于二者之間的蜿蜒曲折的路徑。
3.根據權利要求I或2所述的葉輪結構，其中，所述障礙結構包括環形通道，所述環形通道設置為接納所述葉輪殼體的一部分。
4.根據權利要求3所述的葉輪結構，其中，所述障礙結構包括形成在外罩上的兩個徑向間隔開的環形肋，所述兩個徑向間隔開的環形肋限定位于二者之間的所述環形通道。
5.根據前述任一項權利要求所述的葉輪結構，其中，所述障礙結構圍繞所述葉輪入口。
6.—種風機結構,包括 葉輪殼體，其限定有殼體入口 ；以及 根據前述任一項權利要求所述的葉輪結構。
7.根據權利要求6在從屬于權利要求3時所述的風機結構,其中,位于所述殼體入口的外周的環形殼體肋設置為位于所述環形通道內。
8.根據權利要求7所述的風機結構，其中，所述環形殼體肋與所述基體以及所述環形通道的側面間隔開。
9.根據權利要求6、7或8所述的風機結構，其中，所述葉輪殼體包括蝸殼。
10.根據權利要求9所述的風機結構，其中，所述蝸殼包括位于所述葉輪的下游的渦卷型蝸殼出口。
11.一種包括根據如權利要求6至10中任一項所述的風機結構的裝置。
12.根據權利要求11所述的裝置，其具有碎屑吹掃裝置和/或碎屑抽吸裝置的形式。
全文摘要
本發明公開一種設置在限定有殼體入口的葉輪殼體中的葉輪結構，該葉輪能夠圍繞旋轉軸線旋轉并且包括基體、外罩以及位于基體與外罩之間的多個葉片。外罩包括限定延伸至多個葉片的通道的葉輪入口。其中，葉輪結構還包括位于葉輪入口附近的障礙結構，并且將其設置為接納葉輪殼體的圍繞殼體入口的一部分或延伸入葉輪殼體的圍繞殼體入口的一部分內，以限制葉輪殼體與外罩之間的氣流。通過設置這樣的結構能夠減小葉輪的吸入損失。設置在葉輪的外罩上的障礙結構接近于蝸殼的空氣入口附近的互補部分。這些部件之間的相互作用對背離入口的氣流的排出形成了障礙，降低了空氣從外罩與蝸殼殼體之間穿過的可能性并改善了葉輪的吸入效率。
文檔編號F04D29/42GK102878111SQ20121024591
公開日2013年1月16日 申請日期2012年7月16日 優先權日2011年7月14日
發明者喬納森·阿姆斯特朗, 斯蒂文·希爾 申請人:百得有限公司