一种小尺寸混流式叶轮的制作方法

本实用新型涉及一种应用于吸尘器电机风扇上的小尺寸混流式叶轮。

背景技术：

对于吸尘器交流电机风扇，其运转速度一般在1万至4万转每分钟。对于吸尘器直流无刷电机风扇，其运转速度均在4万至10万转之间，后者业内多采用离心式金属叶轮(如图1所示)，叶片与上下盖板冲压铆接。但这种离心式叶轮动平衡等级不高，高转速下较难做到G2.0，而且离心式叶轮的装配部件较多，需要螺帽，垫片之类零件来固定，这样增加了加工制造成本。

而一体式注塑离心叶轮又因为其采用超音波焊接，整体结构强度较差，不能够运行在超高速的情况下。

故一种结构简单，高效低噪的一种小尺寸混流式叶轮亟待提出。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本实用新型提出了一种小尺寸混流式叶轮，该叶轮结构简单，便于注塑开模，提高生产效率，具有高真空度和高静压效率的气动性能，且噪声水平较低，适用于各类小型轻便式电机。

为了达到上述目的，本实用新型的技术方案如下：

一种小尺寸混流式叶轮，包括：叶轮本体以及设置于叶轮本体上的N个叶轮叶片，在叶轮本体上设有用于安装旋转轴的台阶式通孔，叶轮叶片前缘厚度中心线的延长线与叶轮本体的平面中心之间设有偏移距离Δd，Δd/D1比值范围在0.05至0.1之间，其中D1为叶轮进口直径。

本实用新型一种小尺寸混流式叶轮的叶轮叶片前缘采用偏心式设计，使得叶轮前缘的旋转线速度非线性变化，增强了叶片前缘的三维流动性。而叶轮的轴向入流一般为非均匀，存在一定的非轴向速度，尤其在吸尘器整机中。对于复杂入流此特征对抑制叶片前缘分离的可能有更好的效果。

在上述技术方案的基础上，还可做如下改进：

作为优选的方案，叶轮叶片的叶根型线S1和叶高型线S2在以旋转轴为法线的平面的投影均为三阶贝塞尔曲线。

采用上述优选的方案，叶根型线S1投影后为S01，叶高型线S2投影后为S02，S01和S02呈现S型，S01和S02沿着直径方向逐渐靠拢，在1/2叶轮出口直径D2以后，两型线基本平行，使得叶轮叶片后边段接近与平面叶片。叶轮叶片的表面光滑且规则，能够减少流动分离，具有高真空度和高静压效率的气动性能。

作为优选的方案，叶轮叶片前缘顶端设有圆倒角，该圆倒角的倒圆半径为R1，R1/D1比值范围在0.01至0.02之间。

采用上述优选的方案，倒圆设计使得叶轮滑块式注塑出模更容易，且不至于影响叶轮效率。

作为优选的方案，叶轮叶片尾缘顶端设有圆倒角，该圆倒角的倒圆半径为R2，R2/D2比值范围在0.01至0.03之间，其中D2为叶轮出口直径。

采用上述优选的方案，倒圆设计使得叶轮滑块式注塑出模更容易，且不至于影响叶轮效率。

作为优选的方案，在台阶式通孔的顶部设有防溢胶槽，防溢胶槽的槽深为L，且L/H比值范围在0.01至0.02之间，其中H为叶轮本体的高度。

采用上述优选的方案，在通孔的顶端留有防溢胶槽，注塑过程中环形进胶后的胶体溢出，另外叶轮后期的装配中旋转轴顶部不会突出防溢胶槽4，也能使部分胶水粘附在此处，增加了旋转轴与叶轮的紧固性。

作为优选的方案，叶轮叶片为空间S型，叶轮叶片尾缘为倾斜面，倒向叶轮本体旋转方向的一侧。

采用上述优选的方案，叶轮叶片的形状成流线型，具有高真空度和高静压效率的气动性能，以及较低的噪音水平。

作为优选的方案，叶轮叶片与安装于台阶式通孔内的旋转轴的夹角的范围在75°至85°之间。

采用上述优选的方案，能够降低叶片出口相邻壁面压力脉动，有助于降低风机气动噪音。

作为优选的方案，N为质数。

采用上述优选的方案，质数的叶轮叶片降低了叶轮与导叶诱导共振的可能。

附图说明

图1为现有技术提供的离心式叶轮。

图2为本实用新型实施例提供的小尺寸混流式叶轮的俯视图之一。

图3为现有技术提供的常规涡轮叶轮的俯视图。

图4为本实用新型实施例提供的小尺寸混流式叶轮的立体图。

图5为本实用新型实施例提供的小尺寸混流式叶轮的俯视图之二。

图6为本实用新型实施例提供的平面三阶贝塞尔曲线原理图。

图7为本实用新型实施例提供的小尺寸混流式叶轮的主视图。

图8为图2中A-A方向剖视图。

图9为本实用新型实施例提供的电机整机效率和电机输入功率测试图。

其中：1叶轮本体、2叶轮叶片、3台阶式通孔、4防溢胶槽。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本实用新型的优选实施方式。

为了达到本实用新型的目的，一种小尺寸混流式叶轮的其中一些实施例中，

一种小尺寸混流式叶轮，包括：叶轮本体1以及设置于叶轮本体1上的五个叶轮叶片2，在叶轮本体1上设有用于安装旋转轴的通孔3。

叶轮叶片2的数量为五个，较少的叶片数使得滑块式脱模制造更加容易，且叶轮噪音更低，加工工艺更简单，且质数叶片减少了叶片与导叶之间诱导共振频率点的数量。

如图2所示，叶轮叶片2前缘厚度中心线的延长线与叶轮本体1的平面中心之间设有偏移距离Δd，Δd/D1比值范围在0.05至0.1之间，其中D1为叶轮进口直径。而常规涡轮叶轮的Δd＝0，如图3所示。

本实用新型一种小尺寸混流式叶轮的叶轮叶片前缘采用偏心式设计，使得叶轮前缘可能更好的应对复杂的三维入流气流，减小前缘流动分离。

为了进一步地优化本实用新型的实施效果，在另外一些实施方式中，其余特征技术相同，不同之处在于，叶轮叶片2的叶根型线S1和叶高型线S2在以旋转轴为法线的平面的投影均为三阶贝塞尔曲线。如图4所示，叶轮叶片2和叶轮本体1的连接处为根部，叶轮叶片压力面由4段曲线扫略而成，分别为叶根型线S1、叶高型线S2，叶片前缘型线LE(直线段)叶片尾缘型线TE(直线段)。为了更好的观察该四条型线，图4中的四个叶轮叶片2前缘和尾缘顶端进行了倒圆设计，一个叶轮叶片2前缘和尾缘顶端还未进行倒圆，为区别其他已倒圆的叶轮叶片2，未倒圆的叶轮叶片2的4段曲线均为虚线标识。

如图5所示，叶根型线S1、叶高型线S2在以旋转轴为法线的平面的投影均为三阶贝塞尔曲线。叶根型线S1投影后为S01，叶高型线S2投影后为S02，S01和S02呈现S型，S01和S02沿着直径方向逐渐靠拢，在1/2叶轮出口直径D2以后，两型线基本平行，使得叶轮叶片后边段接近与平面叶片。

贝塞尔曲线是计算机图形图像造型的基本工具，是图形造型运用得最多的基本线条之一，常用于光滑曲线的拟合。图6中为P0、P1、P2、P3四个点形成的平面三阶贝塞尔曲线，曲线的参数形式为：

B(t)＝P₀(1-t)³+3P₁t(1-t)²+3P₂t²(1-t)+P₃t³，t∈[0，1]

上式中P0，P1，P2，P3，均可以同时替换为四点对应的X坐标，或者Y坐标。

叶轮叶片2表面光滑且规则，能够减少流动分离，具有高真空度和高静压效率的气动性能。

如图7所示，为了进一步地优化本实用新型的实施效果，在另外一些实施方式中，其余特征技术相同，不同之处在于，叶轮叶片2前缘顶端设有圆倒角，该圆倒角的倒圆半径为R1，R1/D1比值范围在0.01至0.02之间。

叶轮叶片2尾缘顶端设有圆倒角，该圆倒角的倒圆半径为R2，R2/D2比值范围在0.01至0.03之间，其中D2为叶轮出口直径。

倒圆设计使得叶轮滑块式注塑出模更容易，且不至于影响叶轮效率。

如图8所示，为了进一步地优化本实用新型的实施效果，在另外一些实施方式中，其余特征技术相同，不同之处在于，在台阶式通孔3的顶部设有防溢胶槽4。防溢胶槽4的槽深为L，且L/H比值范围在0.01至0.02之间，其中H为叶轮本体2的高度。防溢胶槽4防止了注塑过程中环形进胶后的胶体溢出，另外叶轮后期的装配中旋转轴顶部不会突出防溢胶槽4，也能使部分胶水粘附在此处，增加了旋转轴与叶轮的紧固性。

为了进一步地优化本实用新型的实施效果，在另外一些实施方式中，其余特征技术相同，不同之处在于，叶轮叶片2为空间S型，叶轮叶片2的尾缘为倾斜面，倒向叶轮本体1旋转方向的一侧。叶轮叶片2与安装于台阶式通孔3内的旋转轴的夹角的范围在75°至85°之间，能够降低叶片出口相邻壁面压力脉动，有助于降低风机气动噪音

本实用新型一种小尺寸混流式叶轮包括叶轮本体1和叶轮叶片2，叶轮叶片2前缘采用非对中式设计，叶片前缘和尾缘均有脱模倒圆。

本实用新型一种小尺寸混流式叶轮的有益效果如下：

第一，该叶轮尺寸极小，叶轮最大直径均小于40mm，适用于各类小型轻便式式电机应用。

第二，叶轮基于计算流体力学的气动仿真设计，具有高真空度和高静压效率的气动性能，且噪声水平较低。如图9所示，采用该实用新型的混流式风机应用在一款直流无刷电机上，基于IEC60312测试标准，当电机最大输入功率为350W时候，测得其最高电机整机效率约52％，且全开孔板下，噪声声功率小于91dBA.

第三，叶轮叶片数为5，叶片数较少，易于滑块式脱模，且叶轮留有防溢胶槽4，叶轮出模无毛刺。一体式出模使得叶轮原始不平衡量较小，样机测试平均水平在20mg以下。

第四，叶轮与旋转轴装配采用过赢配合，中间有胶水粘接，无螺帽式固定，减少装配，防溢胶槽4装配时保留部分胶水，使得叶轮与旋转轴的粘接更牢固。

以上的仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。