葉風(fēng)扇發(fā)展技術(shù)綜述

陳朝波

摘要：無葉風(fēng)扇是近年來發(fā)展起來的一種新型風(fēng)扇，這種新型風(fēng)扇具有風(fēng)速均勻、使用安全方便、舒適等優(yōu)點獲得了快速發(fā)展。為此，對無葉風(fēng)扇的原理、發(fā)展技術(shù)進行了分析，通過無葉風(fēng)扇的重點企業(yè)英國的戴森技術(shù)公司的無葉風(fēng)扇技術(shù)的發(fā)展過程進行了綜述，以對無葉風(fēng)扇的發(fā)展趨勢進行一定的探討。

關(guān)鍵詞：風(fēng)扇；無葉；柯恩達效應(yīng)；噴嘴；基座

中圖分類號：TB文獻標識碼：Adoi：10.19311/j.cnki.16723198.2016.24.092

1引言

無葉風(fēng)扇是英國戴森（Dyson）有限公司于2009年10月12日在英國首度推出的產(chǎn)品。這種風(fēng)扇是一種利用流體動力學(xué)工程技術(shù)，通過高效的無刷電機從底座部分吸入空氣并使氣流增加后從環(huán)形噴嘴噴出，從而產(chǎn)生風(fēng)量的設(shè)備，又被稱為“戴森空氣倍增器”。由于無葉風(fēng)扇沒有扇葉，不用擔(dān)心手被扇葉割傷也不用操心扇葉的清潔，因而更加安全方便；同時，也沒有扇葉和防護網(wǎng)罩，這種產(chǎn)品的造型也突破了傳統(tǒng)風(fēng)扇的模式。

2無葉風(fēng)扇工作原理和基本結(jié)構(gòu)

無葉風(fēng)扇的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括基座和環(huán)形噴嘴，環(huán)形噴嘴位于基座上，通過內(nèi)部通道與基座連通。基座主要容納由馬達和葉輪組成的氣流產(chǎn)生裝置，進風(fēng)口位于基座上；噴嘴包括用于接收氣流的內(nèi)部通道和用于發(fā)射氣流的排氣口。

無葉風(fēng)扇的基本原理利用流體力學(xué)中的柯恩達（Coanda）效應(yīng)來實現(xiàn)空氣氣流的放大，通過風(fēng)扇裝置中基座內(nèi)的氣流產(chǎn)生裝置產(chǎn)生主氣流，該主氣流通過內(nèi)部通道進入噴嘴內(nèi)部通道，該主氣流通過噴嘴排氣口排出后將周圍的空氣卷吸走，像空氣放大器一樣將主氣流和卷吸的空氣副氣流提供給使用者，副氣流從房間、區(qū)域或噴嘴排氣口周圍的外部環(huán)境中或風(fēng)扇裝置周圍的其它區(qū)域被抽吸，被引導(dǎo)流過柯恩達表面的主氣流和被空氣放大器卷吸的副氣流從由噴嘴限定的開口作為總氣流向使用者噴射或投射。

圖1無葉風(fēng)扇基本結(jié)構(gòu)3無葉風(fēng)扇近年的專利申請概況

早期的無葉風(fēng)扇專利申請可以追溯到1981年東京芝浦電氣（現(xiàn)為東芝）在日本提交的發(fā)明專利申請，該發(fā)明專利公開了無扇葉風(fēng)扇的基本原理和結(jié)構(gòu)，如圖2所示，包括一個噴嘴和噴嘴底部的基座，基座內(nèi)的氣流產(chǎn)生裝置產(chǎn)生的空氣流通過噴嘴噴射形成氣流吹向使用者。然而，該申請后近30年的時間里，關(guān)于無葉風(fēng)扇的專利申請卻極少。直到2008年后，其專利申請量才開始快速增長。

圖2東京芝浦電氣公開的無葉風(fēng)扇對于無葉風(fēng)扇在我國的專利申請，戴森技術(shù)有限公司和任文華等為該領(lǐng)域的主要申請人，其中，戴森技術(shù)有限公司的申請量幾乎占了該領(lǐng)域申請量的三分之一；國內(nèi)的申請主要集中在個人，雖然海爾、美的等公司也有無葉風(fēng)扇的專利申請但相對數(shù)量仍然較低。2008-2013年間我國無葉風(fēng)扇的專利申請量增加明顯，其中，2008年的2件專利申請均為英國戴森公司向我國提交的發(fā)明專利申請。2009年開始，國內(nèi)才有申請人提交了相關(guān)專利申請；2010年和2011年是無葉風(fēng)扇專利申請爆發(fā)式增長的兩年，一方面，戴森技術(shù)公司在這兩年向我國提交了其在無葉風(fēng)扇的多項專利申請，另一方面，由于看到了該風(fēng)扇的市場前景，國內(nèi)諸多申請人紛紛跟進，在仿制的基礎(chǔ)上進行一些技術(shù)創(chuàng)新，提交了很多關(guān)于無葉風(fēng)扇的專利申請。2012年和2013年進入了調(diào)整期，專利申請量有所回落，但仍然保持在一定的申請量。

從發(fā)明技術(shù)內(nèi)容上看，戴森公司仍然掌握該領(lǐng)域的大部分核心技術(shù)，國內(nèi)申請人的申請技術(shù)改進深度有待提高，技術(shù)創(chuàng)新仍顯不足。加上國內(nèi)申請人很多是個人，其在技術(shù)創(chuàng)新上存在其固有的一些缺陷和不足，只能進行局部的逐步改進，難以形成系統(tǒng)的核心技術(shù)，因而國內(nèi)關(guān)于無葉風(fēng)扇的專利申請的發(fā)明點深度不高。國內(nèi)一些發(fā)展較好的家電企業(yè)可以充分利用自身的資金和人才優(yōu)勢，在學(xué)習(xí)借鑒戴森等國外發(fā)展較好的企業(yè)的先進技術(shù)的基礎(chǔ)上，進一步推進無葉風(fēng)扇技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展，逐步掌握無葉風(fēng)扇的核心技術(shù)，這樣才能在未來無葉風(fēng)扇的市場中占據(jù)有利地位。

4戴森（Dyson）公司的無葉風(fēng)扇技術(shù)發(fā)展

從2008年至2013年，戴森技術(shù)公司在我國提交了多項發(fā)明專利申請，下圖是這幾年戴森公司在我國專利申請量的變化，2008-2009年，由于該產(chǎn)品剛推出，其專利申請量較少，2010-2013年期間，戴森技術(shù)公司對無葉風(fēng)扇進行了較大的技術(shù)改進，其向我國提交發(fā)明專利申請量較大。從這幾年的發(fā)明專利申請量的變化趨勢看，由于技術(shù)逐步趨于成熟和穩(wěn)定，未來的專利申請量應(yīng)該保持在相對穩(wěn)定的水平。

圖3戴森技術(shù)公司無葉風(fēng)扇的專利申請變化2008年：2008年戴森公司提交了2個無葉風(fēng)扇的專利申請，其提出了無葉風(fēng)扇的基本結(jié)構(gòu)，無葉風(fēng)扇具有環(huán)形噴嘴和容納有氣流產(chǎn)生裝置的基座，噴嘴包括了內(nèi)部通道和排氣口，而氣流產(chǎn)生裝置包含有DC無刷馬達和混流葉輪，進風(fēng)口設(shè)置在基座上。上述結(jié)構(gòu)構(gòu)成了現(xiàn)有的無葉風(fēng)扇的基本結(jié)構(gòu)，其技術(shù)有待繼續(xù)發(fā)展。

2009年：2009年戴森公司在中國提交4個關(guān)于無葉風(fēng)扇的專利申請，為了改進排氣氣流的平穩(wěn)，設(shè)計了一種用于隔開噴嘴的相對表面的間隔裝置；而為了提高氣流的清潔性，改善人體健康狀況，提出了在風(fēng)扇的產(chǎn)生空氣流的裝置的上游、下游以及噴嘴內(nèi)設(shè)置過濾器，利用過濾器對氣流中的微粒進行有效過濾清潔。在無葉風(fēng)扇中，排氣口直接影響到使用者感受氣流的舒適性，而氣流過濾清潔直接影響到人體的健康，這兩者對人體都至關(guān)重要，也是風(fēng)扇技術(shù)發(fā)展的主流方向之一。

2010年：為了實現(xiàn)普通風(fēng)扇的旋轉(zhuǎn)和傾斜功能，擴大風(fēng)扇的掃風(fēng)區(qū)域，在風(fēng)扇基座上設(shè)計了基座可沿其滑動旋轉(zhuǎn)的滑動面，風(fēng)扇可在一定范圍內(nèi)旋轉(zhuǎn)和擺動，擴大了吹風(fēng)范圍。而為了擴大風(fēng)扇的應(yīng)用范圍，提出了一種落地式無葉風(fēng)扇，滿足人們實際生活中的不同需要。同時，提出了一種槽口形的噴嘴結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)相對平穩(wěn)、基本均勻的空氣流輸出。并在此基礎(chǔ)上，提出了一種空氣加熱裝置，實現(xiàn)風(fēng)扇的排熱風(fēng)功能。另外，為了降低基座內(nèi)馬達和葉輪產(chǎn)生的噪音，在基座內(nèi)設(shè)置了消音構(gòu)件，由此降低了基座內(nèi)的噪音。同時，無葉風(fēng)扇的遙控器和便于遙控器的使用的磁性裝置也于這一年提出，促進了無葉風(fēng)扇的方便使用。

2011年：2011年，為了改善空氣流的質(zhì)量促進人體健康，設(shè)計了一個可拆卸過濾器，通過該過濾器可以將大氣懸浮顆粒從主空氣流移除，提高空氣流質(zhì)量。而為了保持室內(nèi)環(huán)境溫度的穩(wěn)定，在噴嘴內(nèi)設(shè)置了多個流動通道和出口并相應(yīng)設(shè)置有加熱器從而使得無葉風(fēng)扇具有了調(diào)溫功能。同時，提出了一種用于天花板的無葉風(fēng)扇，可以給整個房間提供氣流。另外，這一年，戴森技術(shù)公司對無葉風(fēng)扇中的電源進行了改進，設(shè)計了使用電池的結(jié)構(gòu)，使用方便靈活，擴大了風(fēng)扇的使用環(huán)境。而且，還對提出了通過相關(guān)裝置以調(diào)節(jié)混合空氣流的參數(shù)，實現(xiàn)空氣流的有效調(diào)節(jié)。

2012年：2012年，戴森公司為了降低組合氣流的湍流影響，設(shè)計了內(nèi)部通道設(shè)置多個區(qū)段的噴嘴結(jié)構(gòu)，有效降低空氣流的阻力，有利于空氣流的平穩(wěn)。而為了有利于空氣流的流動，噴嘴設(shè)置有位于出氣口下游流體控制端口，用于將空氣傳輸?shù)搅黧w控制端口的流體控制腔以及用于選擇性地阻止空氣流動穿過流體控制端口控制器件也被提出。這些結(jié)構(gòu)的改進，促進了空氣流流動的平穩(wěn)。而為了提高人們對環(huán)境多樣化的需求，設(shè)計具有兩個空氣通道和兩個空氣進出口的風(fēng)扇，通過一個器件改變第二空氣流的溫度、濕度、組成和電荷中的一個，能夠為使用者提供更加多樣化的風(fēng)扇功能。

2013年：2013年，戴森公司在2009年和2011年設(shè)計的過濾器的基礎(chǔ)上，在噴嘴外殼內(nèi)設(shè)計了靜電除塵器，用于處理被抽吸通過噴嘴孔的空氣。而為了便于噴嘴的拆卸，設(shè)計了一種噴嘴保持器件結(jié)構(gòu)，用于將噴嘴可釋放地保持在基座上；以及可手動促動的構(gòu)件，該構(gòu)件可以允許噴嘴被快速且容易地釋放以用于從本體移除，從而便于噴嘴的清潔和更換。另外，為了控制風(fēng)扇氣流強度，設(shè)計了用于控制電機的旋轉(zhuǎn)速度的控制器件，從而控制空氣流的速度，進而改善空氣流的流動狀態(tài)。同時，還對基座的滑動面作了改進，利用連接到基座的擋止構(gòu)件和閘代替原來的風(fēng)扇組件的基座的支撐構(gòu)件。

5結(jié)論

通過上述分析可以得知，無論是廣度還是深度，近幾年無葉風(fēng)扇技術(shù)都取得了長足的進步，有力推動了無扇葉風(fēng)扇的技術(shù)發(fā)展。從2008年的起步到2011年快速發(fā)展在到后來的逐步穩(wěn)定發(fā)展，圍繞著便捷、節(jié)能、環(huán)保、健康、舒適等主題，無葉風(fēng)扇不斷進行技術(shù)改進?？梢灶A(yù)見，未來無葉風(fēng)扇技術(shù)仍將沿著上述主題繼續(xù)發(fā)展；同時，進一步推進無葉風(fēng)扇從生活走向工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用也是未來無葉風(fēng)扇發(fā)展的一個重要方向。而隨著相關(guān)技術(shù)進步和人們對健康生活的追求，必將進一步促進無葉風(fēng)扇更深層次的技術(shù)革新。參考文獻

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