高效率吊扇 【技术领域】
本发明通常涉及吊扇，特别涉及电动吊扇及其效率。
背景技术
用于循环空气并由电动马达驱动的吊扇已经使用了多年。这种吊扇典型地具有一台位于外壳之中的马达，该外壳安装在一条直立杆上，该马达驱动一组风扇叶片绕该直立杆的轴旋转。这种风扇的叶片传统上为扁平状，排列方向具有一定倾斜度，以便在空气中转动时相对于空气形成一个攻角(angle of attack)，这样就可向下驱动空气。
通常，当从其旋转轴径向伸出的风扇叶片转动时，在一定的时间内其末梢所经历的路径远比其根部所经历的路径长，因此风扇叶片末梢的速度远大于其根部的速度。为了均衡沿叶片的风阻载荷分布以及因叶片运动而产生的空气流，在设计风扇时使其具有一个朝末梢方向递减的攻角。这种设计特点也常用在其它旋转叶片中，比如应用在船用螺旋桨和飞机螺旋桨中。
1997年佛罗里达太阳能中心(Florida Solar Energy Center)对几种市场上可买到的吊扇的效率做了一个研究。该测试报道在美国申请专利号6 039 541中。该专利权人发现，通过在设计叶片时使其在根部有一定角度的扭曲，且该扭曲角度向叶片末梢均匀递减直至在叶片末梢形成一较小的扭曲角或一攻角，能效(也就是每一功耗(以瓦特为单位)所产生的空气流(CFM))将增加。例如，这已应用在叶片根部扭曲角度为26.7°，而在其末梢扭曲角为6.9°，长20英寸的叶片(该叶片具有渐缩弦)上。
【发明内容】
现已发现，统一均匀地减小攻角或者扭曲角对于吊扇来说不是最有效率的办法。两脚叶片或者螺旋桨的末端在一转中运行一个圆周或者2π(2)，因此向外伸出的叶片的中点在一转中运行2π(1)或者说一半的距离。当飞机螺旋桨的运动轨迹通常位于垂直于其飞行路径地平面中时，这种线性关系对于该飞机螺旋桨来说是正确的。然而吊扇的运行轨迹平行于空气流约束并位于空气流约束(此处指天花板)之下，也就是平行于天花板本身并位于天花板之下。因此它的叶片并不象飞机一样与气团均匀冲击，这是因为在吊扇叶片的末梢比在其内侧更容易获得“置换”空气。邻近叶片旋转轴的空气必须来自周围环境，在空气到达叶片的根部的过程中要经过天花板平面与风扇叶片之间的有限空间。
了解这一点后，现在已经发现，在形成叶片时通过使其攻角从根部到末梢不均匀地递减，这样可提高吊扇的效率。更具体地讲就是，现在已经发现，攻角或者倾斜度的变化率在邻近叶片末梢处应比在根部处更大一些。这显然是用来迫使在天花板限制之下的叶片上的置换空气向内运动，以便在叶片的根部附近可容易地获得更多的空气。然而，不管该理论正确与否，事实已经证明这样做风扇的效率得到了提高。通过使风扇的攻角在其末梢的变化率大于在其根部的变化率，已发现风扇的效率得到了极大提高。
【附图说明】
图1为本发明的吊扇的优选实施例的侧视图。
图2为便于显示，以二维形式显示图1中吊扇叶片的一个简图。
图3为图2中的吊扇叶片的一个简图，显示了沿叶片的不同位置叶片扭曲的角度。
图4为空气流测试参数的一个图表。
【具体实施方式】
在美国专利申请号6 039 541中公开的风扇叶片技术遵循这样一个假定：所有进入风扇叶片的空气流都来自与叶片旋转平面垂直的同一个方向。此外，就像在飞机螺旋桨理论中所使用的那样，还假定空气流从叶片的根部以恒定速度流至叶片末梢。利用该假设，在设计叶片时使从根部到末梢的扭曲角度为一定值。
扭曲叶片的目的在于优化空气流方向相对于叶片表面的相对攻角。这样做是为了保证叶片从其根部到其末梢都以最优攻角运转。此角度变化是为了适应这样一个事实，即叶片末梢移动的速度比叶片直径根部的移动速度快，而速度的增加改变了叶片上相对气流的方向。
再就是，现在已经发现这个假定已不适用于吊扇。吊扇为空气重复循环装置，而不象一个飞机螺旋桨那样穿过空气。在风扇叶片上，从其根部到其末梢，空气并不沿着同一矢量方向移动，甚至速度也不相同。
图1显示了一台除其叶片形状之外其余为传统构造的吊扇。从图中可见，风扇通过一条直立杆安装在天花板之下，该直立杆从天花板伸出然后进入到一用于安置电动马达和开关盒的外壳中。从此处还可以看到，风扇在其底部有一个灯具。通过经过直立杆与一市电电源相连的导电体，马达获得电力从而驱动叶片旋转。
从图可以看到，风扇叶片被扭曲而不成扁平状，且形成一逐渐变化的两面角。进出风扇叶片的空气流用带箭头的多条线表示。从这些线条我们可以直观地看到风扇叶片为何不像飞机螺旋桨那样遇到空气团。相反，叶片之上的有限空间改变了进入风扇的空气流矢量，与飞行器的空气流矢量相反。
如图2中所示的简图，每一风扇叶片的宽度或者翼弦都形成一锥度。每一叶片都从其基部或者根部向其末梢逐渐变细，以便其在末梢变得更窄。另外，尽管这对于体现本发明的优势并不必要，但每一叶片最好还是具有一个如图1中所示的两面角。提供两面角是为了使风扇下面空间中的空气发散分布得更宽。
继续参考图2和图3我们可以看到，尽管叶片实际上为单体结构，仍然将其区分为三个区域。此处24英寸长的叶片具有三个等长度的区域，即每一区域长8英寸。如图1所示，所有区域都被扭曲了一定角度，但是从根部到末梢扭曲率不一样。从根部开始的扭曲或者攻角一直减小直到在末梢变成10°。从图1中还可以清楚看到，该攻角是以三种不同的速率减小。在靠近根部的第一个8英寸区域，扭曲变化速率为每英寸0.4°；在中间的区域，扭曲变化速率为每英寸0.7°；对于邻近末梢的第三个区域，扭曲变化速率为每英寸1.0°。当然每一区域之间变化速率有一个小变化，但其显著性可忽略不计。因此在图3中，从该外侧区域的一端到其另一端攻角的差值为8°(1°/英寸×8英寸)，对于中间一个区域两端攻角之差大约为6°，而内侧区域两端的攻角差值约为30。
在Hunter Fan Company(Hunter风扇公司)实验室对风扇进行了测试，即“能源之星适应性”(Energy Star Compliance)测试，并得到了环境保护机构(Environmental Protection Agency)的认证。除空气速度传感器也安装在上面并靠近风扇叶片之外，依照“能源之星”测试要求对风扇进行了测试。这样就可测试风扇附近的空气速度。在测试过程中，规定在风扇叶片上从根部到末梢，不同位置空气的速度也不相同。图4中给出了测试参数，表1中给出了实际测试结果。表1传感器平均速度英尺/分钟(FPM)空气速度英尺/秒(FPS)转子速度英尺/秒(FPS)合速度合力角 度/英寸 0 283 4.7 22.7 23.2 11.7 1 303 5.1 24.4 24.9 11.7 0.07 2 320 5.3 26.2 26.7 11.5 0.16 3 325 5.4 27.9 28.4 11.0 0.54 4 320 5.3 29.7 30.1 10.2 0.79 5 313 5.2 31.4 31.8 9.4 0.76 6 308 5.1 33.1 33.5 8.8 0.63 7 305 5.1 34.9 35.3 8.3 0.51 8 290 4.8 36.6 37.0 7.5 0.77 9 275 4.6 38.4 38.7 6.8 0.71 10 262 4.4 40.1 40.4 6.2 0.60 11 235 3.9 41.9 42.0 5.3 0.87 12 174 2.9 43.6 43.7 3.8 1.54 13 132 2.2 45.4 45.5 2.8 1.03
比较试验结果显示在表2中，其中叶片1为刚描述过的一新叶片，其具有一10°的固定两面角，叶片2为用申请专利号6 039 541中讲到的技术设计的Hampton Bay Gossomer Wind/Windward叶片，叶片3为一攻角为15°的扁平状叶片。如前所定义，表中所罗列的数字指在能效方面的改良。表2叶片马达带 圆筒在Hampton Bay方面的改良在标准之上的改良不带圆筒在HamptonBay方面的改良在4英尺之外的改良1 172×18AM 12 878 21％ 29％ 37 327 24％ 27％2 188×15 10 639 NA 6％ 30 034 NA NA3 172×18AM 10 018 -6％ NA 28 000 -7％-7％
因此可以看到，现在提供了一种比先前技术具有更大能效的吊扇。风扇当然也可用在其它位置，比如桌上。尽管利用吊扇的较佳形式进行了显示和描述，我们应该了解的是，只要不偏离下面权利要求书中所阐述的本发明的精神和范围，另外可进行其它的更改，增减。