CN115758629A

CN115758629A - 一种扫地机器人专用的高速离心风机及其设计方法和装置

Info

Publication number: CN115758629A
Application number: CN202310034093.9A
Authority: CN
Inventors: 王威; 张玮玮; 覃万翔; 梁燕好
Original assignee: Guangdong Sunwill Precising Plastic Co Ltd
Current assignee: Guangdong Sunwill Precising Plastic Co Ltd
Priority date: 2023-01-10
Filing date: 2023-01-10
Publication date: 2023-03-07
Anticipated expiration: 2043-01-10
Also published as: CN115758629B

Abstract

本发明涉及离心风机技术领域，尤其涉及一种扫地机器人专用的高速离心风机及其设计方法和装置。一种扫地机器人专用的高速离心风机的设计方法，包括以下步骤：步骤a1、根据高速离心风机的安装尺寸确定叶轮进口半径R ₁、叶轮半径R ₃和叶片宽度B，根据给定的电机尺寸确定轮毂半径R ₂；步骤a2、根据叶轮进口半径R ₁、叶轮半径R ₃和叶片宽度B，通过四点控制法分别控制叶轮的机壳型线及轮毂型线。所述扫地机器人专用的高速离心风机的设计方法，设计得到的高速离心风机具有效率高、静压高、噪音低和真空度大，应用于扫地机器人中具有吸尘效果好的优点，解决了现有扫地机器人中的高速离心风机效率低、噪音高且真空度小的问题。

Description

一种扫地机器人专用的高速离心风机及其设计方法和装置

技术领域

本发明涉及离心风机技术领域，尤其涉及一种扫地机器人专用的高速离心风机及其设计方法和装置。

背景技术

随着生活水平的提高，扫地机器人具有操作简单和使用方便的优点，越来越多的消费者选择了扫地机器人，扫地机器人进入人们生活，并和家庭、办公联系在了一起，成为了小家电中的重要一员，深受欢迎。而在扫地机器人中，发挥主要作用的是其内部的高速离心风机，而随着人民生活水平和健康意识的大幅提升，高速离心风机在扫地机器人中如何高效、稳定、安静地运行是产品设计和工程优化中的关键问题。

在传统的扫地机器人离心风机的叶轮设计中，通常根据设计的二维叶型轴向拉伸一定高度，但离心风机内部是复杂的三维流动，因此叶轮的型线应是一个复杂的三维空间曲线。因此大多数扫地机器人离心风机采用原始的设计方法，效率比较低、噪音较高且真空度小。在运行过程中耗能大，影响周围环境，大大浪费能源，不利于可持续发展。

发明内容

针对背景技术提出的问题，本发明的目的在于提出一种扫地机器人专用的高速离心风机的设计方法，设计得到的高速离心风机具有效率高、静压高、噪音低和真空度大，应用于扫地机器人中具有吸尘效果好的优点，解决了现有扫地机器人中的高速离心风机效率低、噪音高且真空度小的问题。

本发明的另一目的在于提出一种上述用于执行扫地机器人专用的高速离心风机的设计方法的设计装置，设计过程中可以根据具体工况进行参数优化，整个设计过程采用计算机辅助设计，减少了人工误差并提高了设计效率，便捷地做到参数可调。

本发明的再一目的在于提出使用上述用于实现扫地机器人专用的高速离心风机的设计方法设计得到的高速离心风机，具有效率高、静压高、噪音低和真空度大的优点，应用于扫地机器人中，扫地机器人的吸尘效果好。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种扫地机器人专用的高速离心风机的设计方法，包括以下步骤：

步骤a1、根据高速离心风机的安装尺寸确定叶轮进口半径R ₁、叶轮半径R ₃和叶片宽度B，根据给定的电机尺寸确定轮毂半径R ₂；

步骤a2、根据叶轮进口半径R ₁、叶轮半径R ₃和叶片宽度B，通过四点控制法分别控制叶轮的机壳型线及轮毂型线，以绘制叶轮的机壳和轮毂在子午流面的型线；

步骤a3、在叶轮的机壳型线与轮毂型线间截取数个叶高截面；

步骤a4、将截取的各三维的叶高截面通过保角变换转换为二维平面，将坐标系由三维的坐标系

变换成二维的

流面坐标系；

步骤a5、在

流面坐标系下，每个叶高对应的二维平面上单独设计叶型；

步骤a6、将设计的各叶型通过二维

坐标转换为三维笛卡尔坐标，即不同叶高处的三维叶型，并按设置最大包角

的方式进行放置，得到三维叶型；

步骤a7、将设计的三维叶型与叶轮的机壳型线和轮毂型线合并得到叶轮；

步骤a8、根据设计的叶轮对蜗壳采用螺旋渐开线的方式按照流场进行匹配设计，得到蜗壳。

更进一步说明，所述步骤a2中，子午流面型线在z-r平面上，分别由机壳型线和轮毂型线构成，机壳型线与轮毂型线分别由两条四控制点的三次B样条曲线控制；

机壳型线的控制点分别为A ₁、A ₂、A ₃和A ₄，其中线段A ₁ A ₂保持水平，线段A ₃ A ₄保持垂直，记线段A ₁ A ₂的长度为L ₁，线段A ₃ A ₄的长度为L ₂；

轮毂型线的控制点分别为A ₅、A ₆、A ₇和A ₈，其中线段A ₅ A ₆保持水平，线段A ₇ A ₈保持垂直，记线段A ₅ A ₆的长度为L ₃，线段A ₇ A ₈的长度为L ₄；

其中控制点A ₁与控制点A ₅的横坐标相同，控制点A ₄与控制点A ₈的纵坐标相同；

控制点A ₁的纵坐标为R ₁，控制点A ₅的纵坐标为R ₂，控制点A ₄和控制点A ₈的纵坐标为R ₃，控制点A ₄与控制点A ₈的横坐标之差为叶片宽度B；

L ₁的范围为0.3(R ₁ -R ₂ )~0.6(R ₁ -R ₂ )，L ₂的范围为0.9B~1.1B，L ₃的范围为1.2(R ₁ -R ₂ )~1.4(R ₁ -R ₂ ), L ₄的范围为1.2B~1.4B。

更进一步说明，所述步骤a3中，采用插值法在机壳型线与轮毂型线之间取1～15个叶高截面。

更进一步说明，所述步骤a3中，采用插值法在机壳型线与轮毂型线之间按10%的高度梯度变化，分别构建从0%、10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%和100%的叶高截面。

更进一步说明，所述步骤a4中，将二维叶型定义在

流面坐标系下，

流面坐标系由三维圆柱坐标系通过保角变换得到：

；

其中，z为轴向方向的坐标值，r为径向方向的坐标值，θ为圆周角，定义m为子午长度，m’为无量纲子午长度；

对于三维笛卡尔坐标系下的叶型离散点，通过以下的梯形法则积分获得二维

坐标：

；

；

；

其中，角标i为离散点序号，与z轴垂直的平面为xoy平面，x为xoy平面的x方向的坐标值，y为xoy平面的y方向的坐标值，z为轴向方向的坐标值，r为径向方向的坐标值，其中

。

更进一步说明，所述步骤a5中，叶型由前缘P ₁ S ₁、尾缘P ₄ S ₄、吸力面S ₁ S ₂ S ₃ S ₄、压力面P ₁ P ₂ P ₃ P ₄四段曲线组成，其中吸力面和压力面为四控制点的3次B样条曲线，所述前缘和所述尾缘分别为圆弧，P ₁、P ₂、P ₃和P ₄均为所述压力面的控制点，S ₁、S ₂、S ₃和S ₄均为所述吸力面的控制点；

其中，线段P ₁ P ₂与线段S ₁ S ₂相平行，线段P ₂ P ₃与线段S ₂ S ₃相平行，线段P ₃ P ₄与线段S ₃ S ₄相平行；

定义β ₁为进口气流角，β ₁为线段S ₁ S ₂与线段S ₁ S ₄的夹角，25°≤β ₁≤45°；

定义β ₂为出口气流角，β ₂为线段S ₃ S ₄与线段S ₁ S ₄的夹角，25°≤β ₂≤45°；

定义S ₁与P ₁的距离R _l与线段S ₁ S ₄的比值为前缘系数χ _l，0.01≤χ _l≤0.04；

定义S ₄与P ₄的距离R _t与线段S ₁ S ₄的比值为尾缘系数χ _t，0.005≤χ _t≤0.02；

定义吸力面距离线段S ₁ S ₄的最大值为弯度f，0.05≤f≤0.2。

更进一步说明，所述步骤a6中，在

流面坐标系下，

流面坐标系的横坐标θ的单位为弧度，对二维叶型进行安放，定义最大包角θ _max ，将二维

坐标转换为三维笛卡尔坐标，得到不同叶高处的三维叶型，通过边界混合得到三维叶型。

更进一步说明，所述步骤a8中，所述蜗壳的型线呈渐开式螺旋线，所述蜗壳的型线由依次连接的五段弧线C ₁、C ₂、C ₃、C ₄、C ₅和一段直线D ₁组成，直线D ₁连接于弧线C ₅的末端；

G ₁至G ₂之间的弧线为弧线C ₁，弧线C ₁对应的圆心为O ₁，O ₁为叶轮的圆心，弧线C ₁对应的半径为E ₁；

G ₂至G ₃之间的弧线为弧线C ₂，弧线C ₂对应的圆心为O ₂，弧线C ₂对应的半径为E ₂；

G ₃至G ₄之间的弧线为弧线C ₃，弧线C ₃对应的圆心为O ₃，弧线C ₃对应的半径为E ₃；

G ₄至G ₅之间的弧线为弧线C ₄，弧线C ₄对应的圆心为O ₄，弧线C ₄对应的半径为E ₄；

G ₅至G ₆之间的弧线为弧线C ₅，弧线C ₅对应的圆心为O ₅，弧线C ₅对应的半径为E ₅；

对于圆心O ₁的夹角：∠G ₁ O ₁ G ₂=85°～95°，∠G ₂ O ₁ G ₃=20°～30°，∠G ₃ O ₁ G ₄=90°，∠G ₄ O ₁ G ₅=90°，直线D ₁与竖直线之间的夹角H为8°～15°；

E ₁=32mm～35mm，E ₂=32mm～35mm，E ₃=34mm～37mm，E ₄=36mm～39mm，E ₅=21mm～23mm，且圆心O ₂、圆心O ₃和圆心O ₄组成一个等腰直角三角形，O ₂ O ₃=O ₃ O ₄=2mm。

一种扫地机器人专用的高速离心风机的设计装置，用于执行所述的扫地机器人专用的高速离心风机的设计方法，包括：

型线绘制模块，用于根据叶轮进口半径R ₁、叶轮半径R ₃和叶片宽度B，通过四点控制法分别控制叶轮的机壳型线及轮毂型线，绘制叶轮的机壳和轮毂在子午流面的型线；

叶高截面截取模块，用于在叶轮的机壳型线与轮毂型线间取数个叶高截面；

坐标系转换模块，用于将截取的各三维的叶高截面通过保角变换转换为二维平面，将坐标系由三维的坐标系

变换成二维的

流面坐标系；

叶型设计模块，用于在

流面坐标系下，每个叶高对应的二维平面上单独设计叶型；

三维叶型获取模块，用于将设计的各叶型通过二维

的方式进行放置，获取三维叶型；

叶轮获取模块，用于将设计的三维叶型与叶轮的机壳型线和轮毂型线合并得到叶轮；

蜗壳设计模块，用于根据设计的叶轮对蜗壳采用螺旋渐开线的方式按照流场进行匹配设计，得到蜗壳。

一种扫地机器人专用的高速离心风机，使用所述的扫地机器人专用的高速离心风机的设计方法设计得到，包括蜗壳以及设置于所述蜗壳内的叶轮，所述叶轮包括轮毂、机壳和叶片，所述轮毂的外周环形设置有若干所述叶片，所述机壳设置于所述叶片的转动方向的两侧；

所述高速离心风机在30000rpm的设计转速下的静压效率为36%~42%，额定工作点处噪声为63~68db，真空度为5800~6400pa。

与现有技术相比，本发明的实施例具有以下有益效果：

基于高速离心风机的基本参数进行扫地机器人专用的高速离心风机的叶轮、蜗壳快速成型设计，叶片采用全三维造型方法，设计的三维叶型与叶轮的机壳型线和轮毂型线合并得到叶轮后，根据风轮进行蜗壳的匹配设计后进行扩压，将叶轮产生的动压一部分转换为静压以获得较高的真空度，能够满足扫地机器人高真空度的需求，采用基于基元级概念的三元设计方法设计高速离心风机，能够有效地提高风机性能，设计得到的高速离心风机具有效率高、静压高、噪音低和真空度大，应用于扫地机器人中具有吸尘效果好的优点，使得本高速离心风机能够有效地应用于扫地机器人中，具有非常大的应用价值，解决了现有扫地机器人中的高速离心风机效率低、噪音高且真空度小的问题。

附图说明

图1是本发明一个实施例的扫地机器人专用的高速离心风机的设计方法的流程图；

图2是本发明一个实施例的扫地机器人专用的高速离心风机的设计方法的步骤a2的子午流面型线图；

图3是本发明一个实施例的扫地机器人专用的高速离心风机的设计方法的步骤a3的不同叶高截面示意图；

图4是本发明一个实施例的扫地机器人专用的高速离心风机的设计方法的步骤a5的叶型参数示意图；

图5是本发明一个实施例的扫地机器人专用的高速离心风机的设计方法的步骤a5的叶型前缘的结构示意图；

图6是本发明一个实施例的扫地机器人专用的高速离心风机的设计方法的步骤a5的叶型尾缘的结构示意图；

图7是本发明一个实施例的扫地机器人专用的高速离心风机的设计方法的步骤a6的某叶高截面上叶型在二维

坐标上的示意图；

图8是本发明一个实施例的扫地机器人专用的高速离心风机的设计方法的步骤a6的不同叶高处叶型的示意图；

图9是本发明一个实施例的扫地机器人专用的高速离心风机的设计方法的步骤a6的二维坐标叶型转换为三维笛卡尔坐标叶型后在对应叶高上该叶型的空间曲线示意图；

图10是本发明一个实施例的扫地机器人专用的高速离心风机的设计方法的步骤a6的二维坐标叶型转换为三维笛卡尔坐标叶型后在对应叶高上该叶型的轴面曲线示意图；

图11是本发明一个实施例的扫地机器人专用的高速离心风机的设计方法的步骤a6的不同叶高截面型线边界混合得到的三维叶型的示意图；

图12是本发明一个实施例的扫地机器人专用的高速离心风机的设计方法的步骤a8的蜗壳型线的参数示意图；

图13是本发明一个实施例的扫地机器人专用的高速离心风机的立体结构示意图；

图14是本发明一个实施例的扫地机器人专用的高速离心风机的叶轮的立体结构示意图；

图15是本发明的实施例1在5000pa背压下50%叶高截面处的流线图；

图16是本发明的实施例2在5000pa背压下50%叶高截面处的流线图；

图17是本发明的实施例3在5000pa背压下50%叶高截面处的流线图；

图18是本发明的实施例4在5000pa背压下50%叶高截面处的流线图；

附图中：蜗壳1、叶轮2、轮毂21、机壳22、叶片23。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征，用于区别描述特征，无顺序之分，无轻重之分。

在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个以上。

如图1所示，一种扫地机器人专用的高速离心风机的设计方法，包括以下步骤：

变换成二维的

流面坐标系；

步骤a5、在

流面坐标系下，每个叶高对应的二维平面上单独设计叶型；

步骤a6、将设计的各叶型通过二维

的方式进行放置，得到三维叶型；

本发明基于高速离心风机的基本参数进行扫地机器人专用的高速离心风机的叶轮、蜗壳快速成型设计，叶片采用全三维造型方法，设计的三维叶型与叶轮的机壳型线和轮毂型线合并得到叶轮后，根据风轮进行蜗壳的匹配设计后进行扩压，将叶轮产生的动压一部分转换为静压以获得较高的真空度，能够满足扫地机器人高真空度的需求，采用基于基元级概念的三元设计方法设计高速离心风机，能够有效地提高风机性能，设计得到的高速离心风机具有效率高、静压高、噪音低和真空度大，应用于扫地机器人中具有吸尘效果好的优点，使得本高速离心风机能够有效地应用于扫地机器人中，具有非常大的应用价值，解决了现有扫地机器人中的高速离心风机效率低、噪音高且真空度小的问题。

如图2所示，更进一步说明，所述步骤a2中，子午流面型线在z-r平面上，分别由机壳型线和轮毂型线构成，机壳型线与轮毂型线分别由两条四控制点的三次B样条曲线控制；

控制点A ₁的纵坐标为R ₁，控制点A ₅的纵坐标为R ₂，控制点A ₄和控制点A ₈的纵坐标为R ₃，控制点A ₄与控制点A ₈的横坐标之差为叶片宽度B。

L ₁的范围为0.3(R ₁ -R ₂ )~0.6(R ₁ -R ₂ )，L ₂的范围为0.9B~1.1B，L ₃的范围为1.2(R ₁ -R ₂ )~1.4(R ₁ -R ₂ ), L ₄的范围为1.2B~1.4B。通过限定控制点A ₁与控制点A ₅的横坐标相同，以及控制点A ₄与控制点A ₈的纵坐标相同，保证离心风机轴向进气、径向出气的流道结构，具体地，叶片宽度也即叶轮出口的宽度。

优选地，所述步骤a3中，采用插值法在机壳型线与轮毂型线之间取1～15个叶高截面。

具体地，所述插值法为拉格朗日插值法，由于在不同叶高处的流场不同，根据确定的机壳型线与轮毂型线，通过插值法，在机壳型线与轮毂型线之间进行叶型截取，每个叶高单独设计，以贴合实际流场。

如图3所示，在本实施例中，所述步骤a3中，采用插值法在机壳型线与轮毂型线之间按10%的高度梯度变化，分别构建从0%、10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%和100%的叶高截面。

插值法的数量为1~15个之间，在本实施例中，按10%的高度梯度变化，插值数量越多，该叶轮的叶型越贴合实际流场，效率越高，损失越小。当设计的叶高截面越多时，对应的设计变量越多，当叶高截面太少时，会导致叶型失真，表面不够连续。

每个叶高截面需要单独设计三维基元级型线，通过保角变换将三维空间曲线转换成二维曲线，为了将三维的截面型线展开成二维平面，将三维的坐标系

变换成二维的

流面坐标系。更进一步说明，所述步骤a4中，将二维叶型定义在

流面坐标系下，

流面坐标系由三维圆柱坐标系通过保角变换得到：

；

坐标：

；

；

；

。

如图4至图6所示，更进一步说明，所述步骤a5中，叶型由前缘P ₁ S ₁、尾缘P ₄ S ₄、吸力面S ₁ S ₂ S ₃ S ₄、压力面P ₁ P ₂ P ₃ P ₄四段曲线组成，其中吸力面和压力面为四控制点的3次B样条曲线，所述前缘和所述尾缘分别为圆弧，P ₁、P ₂、P ₃和P ₄均为所述压力面的控制点，S ₁、S ₂、S ₃和S ₄均为所述吸力面的控制点；

前缘系数与尾缘系数直接影响叶型的厚度，如果前缘系数和尾缘系数过大，叶型过厚，则叶轮的质量会重，使得高速离心风机的启动困难；如果前缘系数和尾缘系数过小，叶型过薄，则叶轮的结构强度不够，容易断裂；此外，通过限定叶型的弯度，如果弯度过大，则气流容易分离，导致气流损失增大；而叶型的弯度过小，则会导致叶片的做功能力不足。

如图7和图11所示，更进一步说明，所述步骤a6中，在

流面坐标系下，

如图12所示，更进一步说明，所述步骤a8中，所述蜗壳的型线呈渐开式螺旋线，所述蜗壳的型线由依次连接的五段弧线C ₁、C ₂、C ₃、C ₄、C ₅和一段直线D ₁组成，直线D ₁连接于弧线C ₅的末端；

在本实施例中，对于圆心O ₁的夹角：∠G ₁ O ₁ G ₂=85°～95°，∠G ₂ O ₁ G ₃=20°～30°，∠G ₃ O ₁ G ₄=90°，∠G ₄ O ₁ G ₅=90°，直线D ₁与竖直线之间的夹角H为8°～15°；

所述蜗壳的型线呈渐开式螺旋线，根据风轮进行蜗壳的匹配设计后进行扩压，将叶轮产生的动压一部分转换为静压以获得较高的真空度满足扫地机高真空度的需求。

变换成二维的

流面坐标系；

叶型设计模块，用于在

流面坐标系下，每个叶高对应的二维平面上单独设计叶型；

三维叶型获取模块，用于将设计的各叶型通过二维

的方式进行放置，获取三维叶型；

使用本扫地机器人专用的高速离心风机的设计装置进行扫地机器人专用的高速离心风机的设计，设计过程中可以根据具体工况进行参数优化，整个设计过程采用计算机辅助设计，减少了人工误差并提高了设计效率，便捷地做到参数可调。需要说明的是，设计人员根据实际情况，根据高速离心风机的安装尺寸确定叶轮进口半径R ₁、叶轮半径R ₃和叶片宽度B，以及根据给定的电机尺寸确定轮毂半径R ₂，然后输入到计算机，进而三维生成叶型。

如图13和图14所示，一种扫地机器人专用的高速离心风机，使用所述的扫地机器人专用的高速离心风机的设计方法设计得到，包括蜗壳1以及设置于所述蜗壳1内的叶轮2，所述叶轮2包括轮毂21、机壳22和叶片23，所述轮毂21的外周环形设置有若干所述叶片23，所述机壳22设置于所述叶片23的转动方向的两侧；

实施例1

对于∠G ₁ O ₁ G ₂=88°，∠G ₂ O ₁ G ₃=24.8°，∠G ₃ O ₁ G ₄=90°，∠G ₄ O ₁ G ₅=90°，直线D ₁与竖直线之间的夹角H为12°，E ₁=33.8mm，E ₂=33.3mm，E ₃=35.3mm，E ₄=37.3mm，E ₅=22mm。叶轮进口半径R₁=12mm、叶轮半径R₃=30mm、叶片宽度B=6mm、轮毂半径R₂=4mm。L ₁为2.6mm，L ₂为5.4mm，L ₃为10.0mm，L ₄为7.8mm。采用外转子无刷直流电机，电机设计转速为30000rpm。二维叶型参数为：β ₁ =30°，β ₂ =25°，θ_max=25°，弯度f=0.12，前缘系数χ _l=2%，尾缘系数χ _t=0.4%。

实施例2

对于∠G ₁ O ₁ G ₂=88°，∠G ₂ O ₁ G ₃=24.8°，∠G ₃ O ₁ G ₄=90°，∠G ₄ O ₁ G ₅=90°，直线D ₁与竖直线之间的夹角H为12°，E ₁=33.8mm，E ₂=33.3mm，E ₃=35.3mm，E ₄=37.3mm，E ₅=22mm。叶轮进口半径R₁=12mm、叶轮半径R₃=30mm、叶片宽度B=6mm、轮毂半径R₂=4mm。L ₁为2.6mm，L ₂为5.4mm，L ₃为10.0mm，L ₄为7.8mm。采用外转子无刷直流电机，电机设计转速为30000rpm。二维叶型参数为：β ₁ =35°，β ₂ =30°，θ_max=35°，弯度f=0.12，前缘系数χ _l=2%，尾缘系数χ _t=0.4%。

实施例3

对于∠G ₁ O ₁ G ₂=88°，∠G ₂ O ₁ G ₃=24.8°，∠G ₃ O ₁ G ₄=90°，∠G ₄ O ₁ G ₅=90°，直线D ₁与竖直线之间的夹角H为12°，E ₁=33.8mm，E ₂=33.3mm，E ₃=35.3mm，E ₄=37.3mm，E ₅=22mm。叶轮进口半径R₁=12mm、叶轮半径R₃=30mm、叶片宽度B=6mm、轮毂半径R₂=4mm。L ₁为2.6mm，L ₂为5.4mm，L ₃为10.0mm，L ₄为7.8mm。采用外转子无刷直流电机，电机设计转速为30000rpm。二维叶型参数为：β ₁ =40°，β ₂ =35°，θ_max=40°，弯度f=0.12，前缘系数χ _l=2%，尾缘系数χ _t=0.4%。

实施例4

本实例中高速离心风机，蜗壳尺寸固定，对于∠G ₁ O ₁ G ₂=88°，∠G ₂ O ₁ G ₃=24.8°，∠G ₃ O ₁ G ₄=90°，∠G ₄ O ₁ G ₅=90°，直线D ₁与竖直线之间的夹角H为12°，E ₁=33.8mm，E ₂=33.3mm，E ₃=35.3mm，E ₄=37.3mm，E ₅=22mm。叶轮进口半径R₁=12mm、叶轮半径R₃=30mm、叶片宽度B=6mm、轮毂半径R₂=4mm。L ₁为2.6mm，L ₂为5.4mm，L ₃为10.0mm，L ₄为7.8mm。采用外转子无刷直流电机，电机设计转速为30000rpm。二维叶型参数为：β ₁ =45°，β ₂ =40°，θ_max=50°，弯度f=0.12，前缘系数χ _l=2%，尾缘系数χ _t=0.4%。

实施例1～实施例4采用相同尺寸的蜗壳。

对比例1

本对比例采用和实施例一样的蜗壳，叶轮的叶型为双圆弧叶型，叶型几何进口角为60°，出口角为45°，两段圆弧的连接位置为30%弦长处，连接处切线角为45°，将二维叶型沿径向拉伸6mm生成三维叶型，再沿周向阵列成为13个，生成三维离心叶轮模型。叶轮的外径为30mm，内径为12mm。

对实施例1～4和对比例进行风量、静压效率和噪声的测试，测试结果见下表1：

表1 实施例1～4和对比例的测试结果

图15至图18为本发明实施例1～4在5000pa背压下50%叶高截面处的流线图，通过对比例与实施例1、实施例2、实施例3和实施例4的数值模拟结果，如表1所示，实施例1~4通过改变叶型参数，在不改变蜗壳的情况下，大幅度的提高了风机的风量，有效提高风机效率。实施例3中的风机在给定工作被压5000情况下，性能最优。实施例3与其它实施例相比，改变了叶片的最大包角，提高了风机效率，同时也降低了风机的工作噪音。

通过所述的扫地机器人专用的高速离心风机的设计方法设计得到的高速离心风机，具有效率高、静压高、噪音低和真空度大的优点，应用于扫地机器人中，扫地机器人的吸尘效果好。

以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种扫地机器人专用的高速离心风机的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

变换成二维的

流面坐标系；

步骤a5、在

流面坐标系下，每个叶高对应的二维平面上单独设计叶型；

步骤a6、将设计的各叶型通过二维

的方式进行放置，得到三维叶型；

2.根据权利要求1所述的扫地机器人专用的高速离心风机的设计方法，其特征在于，所述步骤a2中，子午流面型线在z-r平面上，分别由机壳型线和轮毂型线构成，机壳型线与轮毂型线分别由两条四控制点的三次B样条曲线控制；

L ₁的范围为0.3(

-

)~0.6(

-

)，L ₂的范围为0.9B~1.1B，L ₃的范围为1.2(

-

)~1.4(

-

), L4的范围为1.2B~1.4B。

3.根据权利要求1所述的扫地机器人专用的高速离心风机的设计方法，其特征在于，所述步骤a3中，采用插值法在机壳型线与轮毂型线之间取1～15个叶高截面。

4.根据权利要求3所述的扫地机器人专用的高速离心风机的设计方法，其特征在于，所述步骤a3中，采用插值法在机壳型线与轮毂型线之间按10%的高度梯度变化，分别构建从0%、10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%和100%的叶高截面。

5.根据权利要求1所述的扫地机器人专用的高速离心风机的设计方法，其特征在于，所述步骤a4中，将二维叶型定义在

流面坐标系下，

流面坐标系由三维圆柱坐标系通过保角变换得到：

；

坐标：

；

；

；

。

6.根据权利要求1所述的扫地机器人专用的高速离心风机的设计方法，其特征在于，所述步骤a5中，叶型由前缘P ₁ S ₁、尾缘P ₄ S ₄、吸力面S ₁ S ₂ S ₃ S ₄、压力面P ₁ P ₂ P ₃ P ₄四段曲线组成，其中吸力面和压力面为四控制点的3次B样条曲线，所述前缘和所述尾缘分别为圆弧，P ₁、P ₂、P ₃和P ₄均为所述压力面的控制点，S ₁、S ₂、S ₃和S ₄均为所述吸力面的控制点；