压缩机

技术领域

本发明涉及一种在家用器具中使用的压缩机以及一种包括压缩机的风扇组件。

背景技术

许多家用器具使用诸如泵、风扇和压缩机的流体位移设备将诸如水或空气的流体从一个地方泵送到另一个地方，并且在压缩机的情况下对流体进行压缩和加压。家用器具中使用的流体位移设备的典型示例是用于冰箱、洗衣机和洗碗机的泵，用于落地式和台式风扇的风扇和压缩机，以及用于消费电子产品如计算机和笔记本电脑中的冷却设备。

已知的压缩机布置包括可在固定壳体内旋转的叶轮。叶轮包括轮毂和从轮毂的外表面延伸的多个叶轮叶片。轮毂连接到由使用中的电动机驱动的旋转轴。在一些示例中，护罩可以布置成围绕轮毂和叶片并与轮毂和叶片一起旋转。在使用中，空气在流过叶轮并经由出口从压缩机排出之前，通过入口被吸入压缩机中。

理想地，在压缩机入口处吸入的所有空气将流过叶轮并到达出口，以获得最佳的压缩机性能。然而，实际上，在运行期间，一些量的空气将通过静止壳体和旋转叶片尖端或护罩之间存在的小间隙泄漏。这种尖端泄漏导致压力损失，降低了压缩机的整体性能，并导致压缩机的不期望的噪声。

以这种方式流过叶尖泄漏路径的空气朝向叶轮入口回流，并通过叶轮重新注入。该空气在离开叶轮时已经形成涡流，并且当空气流过尖端泄漏路径时，随着空气经过护罩的前表面，边界层摩擦引起进一步的涡流。当在叶轮的入口处重新注入时，这种涡旋空气进一步降低效率并产生额外的噪声。

正是在这种背景下设计了本发明。

发明内容

在本发明的一个方面，提供了一种用于家用器具的压缩机。压缩机包括：叶轮，叶轮包括入口、出口、限定叶轮的旋转轴线的轮毂、从轮毂延伸的多个叶轮叶片以及至少部分地包围叶轮叶片的护罩；壳体，至少部分地包围护罩，并且相对于叶轮的旋转轴线同轴地布置，以允许叶轮在壳体内旋转；和泄漏流动路径，限定在护罩和壳体之间从泄漏流动路径入口通向泄漏流动路径出口。压缩机还包括设置在泄漏流动路径中的迷宫式密封布置。迷宫式密封布置包括一个或多个护罩环，与一个或多个壳体环相互交叉，从而为流经泄漏流动路径的流体形成曲折的流动路径。

凭借互锁或交叉的护罩和壳体环，本发明的迷宫式密封布置有利地为流经泄漏流动路径的空气提供了长且曲折的流动路线。在通过迷宫式密封布置途中，由于护罩和壳体环的互锁特性，泄漏流在穿过护罩和壳体之间的紧密间隙时，必须多次方向变化地导航。这样，迷宫式密封布置有利地降低了空气通过泄漏流动路径从叶轮出口回到叶轮入口的流量。

一个或多个护罩环和一个或多个壳体环可以基本平行于叶轮的旋转轴线延伸。这种布置允许压缩机中的护罩和壳体环的最大数量，其中封装的径向尺寸受到限制。

一个或多个护罩环和一个或多个壳体环可以基本垂直于叶轮的旋转轴线延伸。一个或多个护罩环和一个或多个壳体环可以在平行和垂直取向之间的倾斜取向上横向于叶轮的旋转轴线延伸。

一个或多个护罩环可以围绕护罩连续地延伸。相应地，一个或多个壳体环可以围绕壳体连续地延伸。

两个或更多护罩环的各自尖端可以彼此轴向对齐地终止。在这方面，护罩环的各自轴向长度可以大于叶轮的轴向长度的30％。

压缩机可以包括流动矫正布置，流动矫正布置具有在迷宫式密封布置的出口处的入口。在迷宫式密封布置的出口处提供流动矫正布置允许在空气流被重新注入到叶轮之前从气流去除涡流。

流动矫正布置的出口可以与泄漏流动路径出口间隔开，以便至少部分地限定泄漏流动路径出口上游的尾流恢复室。在包括尾流恢复室的实施例中，该室用作流动矫正布置和泄漏流动路径出口之间的流动均匀化区。这有益于离开流动矫正布置的气流的音调含量，并允许在空气流过流动矫正布置时可能产生的空气动力尾流在重新注入叶轮时与叶轮叶片相互作用之前混合。

流动矫正布置的轴向长度可以基本上等于或小于流动矫正布置的出口和泄漏流动路径出口之间的轴向距离，以便在流动矫正布置和用于尾流恢复的重新注入端口之间提供合适的间距。

在一些实施例中，流动矫正布置可以包括网格、泡沫体和/或多个矫正翼片中的至少一个。在结合有矫正翼片的实施例中，这些翼片可以围绕叶轮的旋转轴线等距地间隔开。矫正翼片的数量可以大于叶轮叶片的数量。矫正翼片的数量可以不等于叶轮叶片的数量的倍数。每个矫正翼片的轴向长度可以大于相邻矫正翼片之间的周向距离。

叶轮可以是混流叶轮。

在本发明的另一个方面，提供了一种风扇组件，风扇组件包括如任一前述段落中所述的压缩机。

附图说明

现在将参考附图以示例的方式描述本发明的实施例，其中:

图1示出了风扇组件，其中可以使用根据本发明的压缩机；

图2是根据本发明的压缩机的截面图，包括泄漏流动路径中的迷宫式密封布置和泄漏流动路径的出口处的流动矫正布置；

图3是图2的压缩机的分解图，示出了叶轮护罩的护罩环和压缩机壳体的壳体环，它们一起限定了迷宫式密封布置；

图4是图2的压缩机和叶轮的流动矫正布置的平面图，包括流动矫正翼片或翅片；

图5a是用于本发明的压缩机中的替代的流动矫正布置的平面图，包括泡沫体；和

图5b是用于本发明的压缩机中的另一替代的流动矫正布置的平面图，包括网格。

具体实施方式

图1示出了风扇组件8，其中可以使用根据本发明的压缩机10。

取决于具体的布置，风扇组件8可以用作普通的风扇、空调、空气净化器和/或加热器。然而，应当注意，这些是可以使用根据本发明的压缩机10的家用器具的非限制性示例，并且其他示例也是可能的。可以利用根据本发明的压缩机10的其他设备包括但不限于吹风机、干手器、用于计算机和消费电子产品的冷却风扇、烤箱、冰箱和洗衣机。

风扇组件8包括主体12、安装在主体12上的可拆卸过滤器14和环形喷嘴16。应该注意的是，压缩机10容纳在主体12内，因此在图1中是隐藏的。喷嘴16具有细长的环形形状，并具有空气出口18，用于从风扇组件8排出主气流。喷嘴16限定了开口或孔19，来自风扇组件8外部的空气通过开口或孔19被从出口18排出的空气吸入。主体12还包括用户界面，用户界面允许用户控制风扇组件8的操作，风扇组件8在该示例中包括按钮20。风扇组件8还可以设有遥控单元，以使得风扇组件8的操作能够被远程控制。

图2示出了根据本发明的实施例的压缩机10。压缩机10包括叶轮22和包围叶轮22的至少一部分的壳体24。在使用中，叶轮22在保持静止的壳体24内旋转，以驱动空气通过压缩机10。

叶轮22包括大致圆锥形的轮毂26、附接到轮毂26的多个叶片28、以及至少部分地包围轮毂26和叶片28并且附接到叶片28的大致截头圆锥形的护罩30。在这种混流压缩机的传统方式中，叶片以螺旋路径围绕轮毂26延伸。叶片28从轮毂的外表面32向外延伸，并终止于附接到护罩30的内表面36的叶片尖端34。

叶轮22还包括导管38，在使用中，空气通过导管38流过叶轮22。导管38限定在轮毂26的外表面32和周围护罩30的内表面36之间，使得轮毂外表面32限定导管38的内壁，护罩内表面36限定导管38的外壁。导管38的第一端(图2中的下端)限定了用于将空气接收到叶轮22中的叶轮入口40，导管38的第二端(图2中的上端)限定了叶轮出口42，空气从叶轮出口42从叶轮22排出。

在使用中，叶轮轮毂26被驱动围绕叶轮22的旋转轴线44旋转，旋转轴线44由轮毂26的纵向轴线限定。叶轮轮毂26的旋转导致叶轮叶片28将空气经由叶轮入口42吸入叶轮22中，并通过导管38朝向叶轮出口42，空气从叶轮出口42离开叶轮22。

为此，叶轮22连接到旋转轴46，旋转轴46从容纳在轮毂26内的电机48沿轮毂26的纵向轴线延伸。在该实施例中，电机48是具有可变速度的DC无刷电机，电机可以响应于用户的选择经由控制电路(未示出)来控制。当压缩机10用于如图1所示的风扇组件8时，电机48的最大速度通常在1000到10,000rpm的范围内，这取决于风扇组件8的尺寸和所需的气流。

壳体24包围叶轮22的至少一部分，特别是叶轮护罩30的至少一部分。壳体24相对于叶轮22的旋转轴线44同轴地布置，并且在壳体24和护罩30之间需要间隙49，以允许叶轮22在使用中由电机48驱动时在壳体24内旋转。

对于如上所述的典型的叶轮22和电机48，叶轮22的入口40和出口42之间的压差通常在大约100Pa和1000Pa之间。当然，许多设计参数影响叶轮22的入口40和出口42之间可获得的压差，并且不同的应用可能需要不同的压差。例如，在真空吸尘器中，产生的压差可以容易地超过20kPa。

在使用中，叶轮22的入口40和出口42之间的压差导致叶轮出口42处的高压空气被迫通过存在于护罩30和壳体24之间的间隙49返回，以允许叶轮22的旋转。因此，间隙49限定了护罩30和壳体24之间的泄漏流动路径50。泄漏流动路径50从泄漏流动路径入口52通向泄漏流动路径出口56，泄漏流动路径入口52沿叶轮22的旋转轴线44与叶轮出口42大致对齐。

泄漏流动路径出口56由壳体24和护罩30之间的开口限定，开口沿叶轮22的旋转轴线44与叶轮入口40大致对齐。因此，泄漏流动路径出口56用作重新注入端口，来自泄漏流动路径50的空气通过重新注入端口经由叶轮入口40流回到叶轮22中。

从叶轮出口42通过泄漏流动路径50返回的气流(称为尖端泄漏)是不利的，因为它导致系统中的压力损失，除了产生不期望的噪声之外，还会降低压缩机10的整体性能。

为了减少尖端泄漏，在压缩机10的制造和组装过程的工程公差水平内，护罩30和壳体24之间的间隙49保持尽可能小。为了进一步减少尖端泄漏，压缩机10设有迷宫式密封布置58，迷宫式密封布置58设置在泄漏流动路径50中，如现在将描述。

参照图2和图3，迷宫式密封布置58包括与多个壳体环62相互交叉的多个护罩环60。在该实施例中，迷宫式密封布置58包括三个护罩环60和三个壳体环62。在其他实施例中，可以包括更多或更少的护罩和/或壳体环60、62。然而，迷宫式密封布置58优选地包括在压缩机封装空间和制造限制的约束下可能的最大数量的相互交叉的环60、62，以便在泄漏流动路径50中提供可能的最曲折的流动路线，并进而提供通过泄漏流动路径50的流量的最大可能的降低。

从图2和图3中可以理解，在该实施例中，迷宫式密封布置58仅沿叶轮22的轴向长度的一部分延伸，轴向长度被限定为叶轮沿其纵向轴线的长度。迷宫式密封布置58的轴向长度在图2中显示为尺寸“L

每个护罩环60由从护罩30的外表面66延伸的环形突起限定，并且横截面大致为矩形。护罩环60在护罩30上彼此径向间隔开，以便限定同心环的图案，并且每个护罩环60围绕护罩30的圆周连续地延伸。尽管设想护罩环将是连续的，但是在一些实施例中，护罩环可以是不连续的，如下文所述。每个护罩环60基本平行于叶轮22的旋转轴线44延伸，并且具有径向厚度和轴向长度。每个护罩环60的轴向长度被限定为该护罩环60的尖端68和护罩环60从其延伸的护罩30的外表面66之间的轴向距离。每个护罩环60的径向厚度被限定为该护罩环60在径向方向上的厚度。

在该实施例中，每个护罩环60具有相同的径向厚度，但是与其他护罩环60相比具有不同的轴向长度。参照图2可以最好地理解，两个护罩环60的各自尖端通常彼此轴向对齐地终止，其余的护罩环60终止于更靠近叶轮出口42的不同轴向位置。在其他示例中，所有护罩环60可能终止于相同的轴向位置，或者每个护罩环60终止于不同的轴向位置。

现在转向壳体环62，每个壳体环62由从壳体24的内表面72延伸的环形突起限定。壳体环62在壳体24上彼此径向间隔开，以便限定同心环的图案，并且每个壳体环62围绕壳体24的圆周连续地延伸。如同护罩环60，每个壳体环62也大致平行于叶轮22的旋转轴线44延伸，并且横截面大致为矩形，但是具有倾斜的端部，以便当组装压缩机10和形成迷宫式密封布置58时更好地遵循护罩30的外表面66的轮廓。每个壳体环62具有由该壳体环62的尖端76和壳体24的内表面72(壳体环62从该内表面延伸)之间的轴向距离限定的轴向长度，以及限定为该壳体环62在径向方向上的厚度的径向厚度。在该示例中，壳体环62的各自尖端76都终止于彼此不同的轴向位置。

如图2最好地所示，当组装压缩机10时，护罩环60与壳体环62相互交叉或互锁，以在泄漏流动路径50中限定迷宫式密封布置58。

迷宫式密封布置58为从叶轮出口42流过泄漏流动路径50的空气提供了曲折的流动路径，从而降低了通过泄漏流动路径50朝向叶轮入口40回流的空气流量，并且有利地降低了尖端泄漏。迷宫式密封布置58的配置由一系列相互交叉的环60、62限定，并且基于可用的封装空间包括尽可能多的这些环60、62，该配置在泄漏流动路径入口52和泄漏流动路径出口54之间提供了高度曲折的路线，气流在通过泄漏流动路径50期间需要多次改变方向。

应当理解，迷宫式密封布置58的许多变型在本发明的范围内是可能的。尽管在所描述的实施例中，每个护罩环60和每个壳体环62基本上平行于叶轮22的旋转轴线44延伸，但是一些或所有护罩环60和/或壳体环62延伸的方向在其它实施例中可以变化。例如，尽管在所示的实施例中，护罩环轴向地定向，这从封装角度看是有益的，但是在其它实施例中，一些或全部护罩环60和/或壳体环62可以基本垂直于叶轮22的旋转轴线44延伸，或者在平行和垂直于叶轮旋转轴线44的极端之间的任何其它横向/倾斜取向上延伸。

在一些实施例中，一些或全部护罩环60和/或一些或全部壳体环62可以是不连续的。这种不连续的环60、62可以包括围绕其圆周长度的空隙或空间，并且因此由多个单独的突起形成。

在其它实施例中，护罩和/或壳体环60、62的轴向长度和径向宽度也可以变化，并且护罩和/或壳体环60、62的数量和间距也可以变化。此外，在其它实施例中，一些或全部护罩和/或壳体环60、62的横截面形状可以变化。

现在参照图2、3和4，在图示的实施例中，压缩机10还包括流动矫正布置78，用于在离开迷宫式密封布置58的气流重新注入回叶轮22之前，消除气流中的涡流。

流动矫正布置78包括多个矫正翅片或翼片80和周向壁82。流动矫正布置78的周向壁82围绕流动矫正布置78的内圆周延伸，如图3最好地所示。在组装的压缩机10中，矫正翼片80围绕叶轮22的旋转轴线44布置成环形，并且围绕叶轮22的旋转轴线44等距地间隔开。矫正翼片80的数量优选地尽可能多，而不过度限制通过流动矫正布置78的空气的流动，因为最大化矫正翼片80的数量可以将空气通过流动矫正布置78途中产生的音调转移到更高的频率。特别地，矫正翼片80的数量应该大于叶轮叶片28的数量，但是优选地不等于/不同于叶轮叶片28数量的倍数，以避免压缩机10产生的噪声音值的任何增加。在图示的实施例中，叶轮22包括七个叶轮叶片22，流动矫正布置78包括五十九个矫正翼片80。在其它实施例中，矫正翼片80的数量可以变化，但是至少部分地由空间和制造约束确定。

在该实施例中，每个矫正翼片80具有相同的周向厚度，并且相邻的矫正翼片80被空隙或空间分开，使得相邻矫正翼片80之间的周向距离大于翼片80的厚度。在这个示例中，叶片与空间的比率，即叶片与围绕叶轮22的旋转轴线44的圆周的自由空间的比率，大约是1∶6。在其它实施例中，矫正翼片80的厚度和间距可以变化，但优选地至少为1∶4。此外，每个矫正翼片80的轴向长度优选地大于相邻矫正翼片80之间的周向距离，使得翼片在它们之间限定长度大于宽度的通道。

现在具体参照图2，流动矫正布置78设置在迷宫式密封布置58的出口84处，并位于叶轮护罩30和壳体24之间。具体地，流动矫正布置78的入口86设置在迷宫式密封布置58的出口84处，使得离开迷宫式密封布置58的空气被直接地输送到流动矫正布置78。

流动矫正布置58的出口88与泄漏流动路径出口56间隔开，以便在流动矫正布置58和泄漏流动路径出口56之间限定尾流恢复室90，使得尾流恢复室90位于泄漏流动路径出口56的上游和流动矫正布置58的下游。尾流恢复室90被限定在流动矫正布置78的出口88、壳体24的内表面72和护罩30的外表面66之间。尾流恢复室90用作流动矫正布置78和泄漏流动路径出口56之间的流动均匀化区域，其用于在重新注入叶轮入口40之前使离开流动矫正布置78的气流的音调含量均匀化。因此，尾流恢复室90允许由矫正翼片80产生的空气动力尾流在重新注入叶轮22时与叶轮叶片28相互作用之前混合。

在该实施例中，流动矫正布置78的轴向长度基本上等于流动矫正布置78的出口88和泄漏流动路径出口56之间的轴向距离。在其它实施例中，流动矫正布置78的轴向长度与出口88和泄漏流动路径出口56之间的轴向距离的比率可以不同于该1∶1的比率，只要出口88和泄漏流动路径出口56之间存在合适的间距以限定尾流恢复室90。

在现有技术的包括矫正翼片的压缩机布置中，这些翼片通常设置在尽可能靠近重新注入端口的位置，尖端泄漏通过重新注入端口被重新注入到叶轮的入口中，从而在离开矫正翼片和被重新注入到叶轮之间，最小化由护罩的旋转而增加到气流中的涡流。

如上所述，本发明的示例性实施例的压缩机10的流动矫正布置78直接定位在迷宫式密封布置58的出口84的下游，并且流动矫正布置78的出口88与泄漏流动路径出口56间隔开，尖端泄漏从泄漏流动路径出口56重新注入回叶轮22。

流动矫正布置78的这种特定位置通过去除离开迷宫式密封布置78的气流中的涡流而提供了最大的空气动力学益处，同时通过在流动矫正布置78和泄漏流动路径出口56之间提供尾流恢复室90而最小化由矫正翼片80产生的尾流的声学影响。然而，包括尾流恢复室90对声学影响的益处与最小化流动矫正布置78和重新注入端口56之间的距离的益处平衡，以最小化当空气从流动矫正布置78流向泄漏流动路径出口56时添加到空气中的涡流。

尽管在所描述的实施例中，流动矫正布置78包括多个矫正翼片80，但是其他布置也是可能的。例如，在其它实施例中，流动矫正布置78可以包括多孔材料，例如泡沫92，用于代替矫正翼片80或除了矫正翼片80之外，从进入的尖端泄漏流去除涡流。替代地或额外地，流动矫正布置78可以包括网格94。

图5a示出了流动矫正布置78，其利用泡沫92，特别是开孔泡沫，来代替矫正翼片80。图5b示出了流动矫正布置78，其利用网格94代替矫正翼片80。如这些图中所示，除了周向壁82之外，这些流动矫正布置78还包括多个径向壁96，径向壁96在壳体24的内表面和周向壁82之间延伸，并且将该布置的泡沫和网格主体92、94分段。

在流动矫正布置78中使用泡沫材料是有利的，因为当气流穿过流动矫正布置78时由这种材料产生的尾流不如由分立的翼片或翅片产生的尾流显著。以这种方式，包括利用泡沫92的流动矫正布置78的压缩机10可以需要流动矫正布置78的出口88和泄漏流动路径出口56之间的较小距离用于尾流恢复，从而减少涡流在重新注入叶轮入口40之前被重新添加到流出流动矫正布置78的空气中的机会。

因此，根据本发明的压缩机10包括由一系列互锁的环60、62形成的迷宫式密封布置58，这些环在护罩30和壳体24之间提供了高度曲折、长且紧密的流动路径，以降低尖端泄漏的流量。

此外，对于确实流过泄漏流动路径50并且由于旋转护罩30的外表面66上的边界层摩擦而增加了涡流的空气，可以提供流动矫正布置78。如所解释，该流动矫正布置78的位置和尺寸被设置成平衡在它的出口88和泄漏流动路径出口56之间提供用于尾流恢复的间距，以及在离开流动矫正布置78之后但重新注入叶轮入口40之前减少添加到流动中的涡流的益处。

最后，应该注意的是，尽管迷宫式密封布置和流动矫正布置都包括在所描述的示例性实施例中，但是迷宫式密封布置可以在没有流动矫正布置的情况下利用。