CN116097004A - 风扇 - Google Patents

Abstract

公开了一种风扇，包括具有空气出口的喷嘴，气流通过空气出口沿轴向方向排出。风扇包括轴向扰动装置，用于在轴向方向上以第一频率对气流施加速度扰动。

Description

风扇

技术领域

本发明涉及一种风扇，特别是一种房间风扇或台式风扇。

背景技术

已知提供具有相对大直径喷嘴的风扇，该喷嘴相应地排出更大直径的射流。这可能是期望的，例如，向房间的更大容积提供空气，或者向用户的头部和/或身体的更大区域提供空气。在实践中，诸如风扇尺寸或美学考虑的设计约束通常是风扇(例如房间风扇或台式风扇)喷嘴尺寸的限制因素。

发明内容

本发明提供了一种风扇，包括具有空气出口的喷嘴，气流通过空气出口沿轴向方向排出；以及轴向扰动装置，用于在轴向方向上以第一频率对气流施加速度扰动。

因此，扰动装置可以导致在空气出口处以第一频率产生一系列环形涡流。涡流可以在轴向方向上对齐。该系列涡流可以导致射流相对于轴向方向径向扩展。也就是说，对于给定的喷嘴直径，在轴向方向上扰动射流的速度可以增加出口下游的射流直径。这可以改善具有固定形状和/或直径的喷嘴的风扇的多功能性。

第一频率可以被选择成对应于射流中环形涡流模式的固有频率。这可能导致环形涡流模式的放大，从而在喷嘴或射流直径的尺度上形成相干环形涡流。

可选地，风扇可在以下模式中操作：第一操作模式，其中轴向扰动装置不活动；以及第二操作模式，其中轴向扰动装置活动，并且以第一频率对气流施加速度扰动。

以这种方式，风扇可以在第一操作模式下操作，其中空气射流从喷嘴排出而不扰动气流，这可以减少环境空气夹带到射流中。在空气是经调节的空气例如净化空气的情况下，这可能是有利的。风扇也可以在第二操作模式下操作，其中气流在轴向方向上受到扰动，以增加喷嘴下游的射流直径，例如将空气喷向用户面部或身体的更大区域。

可选地，风扇包括径向扰动装置，用于在与轴向方向正交的平面内以第二频率对气流施加速度扰动。

例如，径向扰动装置可以在与轴向方向正交的径向方向上以第二频率施加速度扰动，和/或围绕与轴向方向对齐的轴线螺旋地施加速度扰动。这可能导致一系列环形涡流中的连续环形涡流相对于彼此径向移位。因此，射流中的气流可能被径向移位的环形涡流夹带，并且射流可能在一个或多个径向方向上扩展或分裂，或者射流可能在所有方向上膨胀和扩展。以这种方式，风扇可以从单个喷嘴提供可变的气流特性，例如不同形状的射流。

可选地，第一频率与第二频率的比率大于1。第一频率与第二频率的比率可以至少为2。这可以允许射流在至少一个径向方向上扩展或分裂，例如使得射流在与轴向方向对齐的分叉平面中分叉。

可选地，第一频率与第二频率的比率不大于4。这可以允许射流在平行于轴向方向的一个以上的平面中扩展或分裂。这可以限制第一和/或第二频率的范围。

可选地，风扇可以在以下模式中操作：第一操作模式，其中轴向和径向扰动装置不活动；第二操作模式，其中轴向扰动装置是活动的并且以第一频率对气流施加速度扰动，而径向扰动装置是不活动的；以及第三操作模式，其中轴向扰动装置是活动的并以第一频率对气流施加速度扰动，并且径向扰动装置是活动的并以第二频率对气流施加速度扰动。

以这种方式，轴向和径向扰动装置可以合作以引起射流行为的改变，例如导致射流在一个或多个方向上分裂或扩展。

可选地，风扇可以在第四操作模式下操作，其中径向扰动装置以第三频率对气流施加速度扰动，并且第三频率不同于第二频率。

以这种方式，在第四操作模式中，射流的行为可以不同于第三操作模式中的射流，例如以提高风扇的多功能性。

可选地，第二频率和第三频率被选择成使得从喷嘴排出的气流在第三操作模式中分叉并且在第四操作模式中膨胀。

在第三操作模式中，第一频率可以是第二频率的整数倍，或者可以足够接近第二频率的整数倍，例如，第二频率的两倍或三倍。以这种方式，产生的每个环形涡流可以遵循先前产生的另一个环形涡流的路径。也就是说，涡流可以围绕与轴向方向对齐的轴线以规则的、重复的模式移动，这可以导致射流在一个或多个径向方向上分裂或扩展。

在第四操作模式中，可以选择频率，使得连续产生的环形涡流围绕与轴向方向对齐的轴线以不规则图案移动。也就是说，一个涡旋可能不完全跟随先前产生的另一个涡旋。以这种方式，环形涡流可以相互作用以导致射流在多个径向方向上膨胀和扩展，这些径向方向可以是任意的径向方向。

可选地，第一频率与第二频率的比率为约2.0，并且第一频率与第三频率的比率为约2.5。

也就是说，第一频率可以是第二频率的两倍，以使连续产生的涡流在平行于轴线的平面内的轴线的相对侧上交替移位。这可以在喷嘴下游的平面中形成一系列径向交错的环形涡流。取决于第一和第二频率，涡流可以在一个或多个径向方向上移位。因此，射流中的气流可以被径向移位的环形涡流夹带，导致射流在一个或多个径向方向上扩展。射流可以分裂或分叉成两个或更多个射流。

以这种方式，在第三操作模式中，风扇可以从单个喷嘴提供分裂或扩展的射流。例如，在第三操作模式下从喷嘴排出的射流可以同时指向两个或更多用户，或者可以在垂直方向上扩展以改善对用户身体的覆盖。

在第四操作模式中，射流可以在多个径向方向上膨胀或扩展。这可以向房间提供更分散的气流。这种效果可以在没有任何挡板或其他此类装置的情况下实现。膨胀的射流可以增加环境空气的夹带和混合，这在将经调节的空气供应到房间时可能是有利的。

可选地，径向扰动装置包括配置为以第二频率振荡空气出口的致动器。

致动器可以机械地和/或磁性地联接到喷嘴的至少一部分，例如喷嘴尖端。致动器可以是任何合适的致动器，例如机电致动器、电磁致动器、液压致动器或气动致动器。例如，径向扰动装置可以包括一个或多个致动器，用于在相应的一个或多个径向方向上传递线性运动。以这种方式，喷嘴可以通过一个或多个致动器以线性、椭圆形或圆形运动振荡。可选地，致动器可以包括电机和连杆或合适的齿轮系统，用于引起空气出口的圆周运动。

替代地，径向扰动装置可以是声学扰动装置，例如包括一个或多个声学装置，例如围绕空气出口周向设置的扬声器。相邻的声学装置可以在第二频率下依次操作，以对从喷嘴排出的气流施加螺旋速度扰动。可选地，设置在空气出口任一侧的相对的声学装置可以以第二频率顺序操作，以向从喷嘴排出的气流施加径向速度扰动。

可选地，致动器以大于喷嘴直径1％的峰到峰振幅振荡空气出口。

喷嘴直径可以是空气出口的直径。致动器可以以喷嘴直径的1％到10％之间、或等于或大于喷嘴直径的10％的峰到峰振幅振荡空气出口。致动器可以以喷嘴直径的3％到7％之间的峰到峰振幅振荡空气出口，例如喷嘴直径的5％。例如，当喷嘴直径约为92mm时，径向扰动装置可以使空气出口移位2mm至6mm之间，例如3mm至5mm之间，例如4mm。

可选地，轴向扰动装置是声学扰动装置。

以这种方式，风扇可以包括更少的运动部件。声学扰动装置可以被电子控制，这可以改进对扰动的频率和/或振幅的控制。

替代地或另外地，轴向扰动装置可以包括机械或机电部件，例如可移动桨叶、限流器或柔性壁或膜。风扇可以包括用于将空气从气流发生器输送到喷嘴的导管，并且轴向扰动装置可以改变导管中的空气流速，从而扰动从喷嘴沿轴向方向排出的气流的速度。

可选地，轴向扰动装置可以使空气出口以第一频率沿轴向方向移动，例如通过沿轴向方向来回移动喷嘴的至少一部分，或者其可以包括用于使喷嘴形状变形的装置，例如用于以第一频率改变喷嘴的直径。

可选地，由轴向扰动装置施加的速度扰动具有大于空气出口处气流速度的1％的峰到峰振幅。

速度扰动可以具有1％到50％之间的峰到峰振幅，或者等于或大于50％。速度扰动可以具有大约25％的峰到峰振幅。例如，空气出口处的平均出口速度可以在2.5米/秒(m/s)到3.5m/s之间，例如3m/s，并且轴向扰动的峰到峰振幅可以在0.03m/s到1.5m/s之间，例如0.75m/s。增加扰动的振幅可以增加涡流的强度，这可以例如通过增加扩展或分裂射流的扩展或分叉角来增加射流扩展、分裂和/或膨胀的效果。

可选地，气流以10l/s到100l/s之间的流速排出。

可选地，空气出口的直径在45mm到200mm之间。

可选地，第一频率小于60Hz。

以这种方式，可以在可听范围内较低的第一和/或第二频率下获得射流分裂和/或扩展。第一和第二频率可以是亚可听的，例如小于30Hz、小于25Hz或小于20Hz。第一频率可以在10Hz到30Hz之间，和/或第二频率可以在5Hz到15Hz之间。

也就是说，喷嘴直径和空气流速可以被选择以在亚可听扰动频率下提供期望的功能。这可以减少风扇的声学特征，这在轴向和/或径向扰动装置是声学扰动装置的情况下可以是特别有利的。

对气流施加轴向速度扰动可能导致环境空气夹带到射流中的增加。通过使用相对大直径的喷嘴，可以获得减少的环境空气夹带。这在例如使用净化空气时可能是有益的。环境空气夹带的减少可以导致到达用户的更高纯度的空气。较大直径的喷嘴和/或较低的空气流速可以降低获得射流分裂、扩展和/或膨胀所需的扰动频率，从而降低风扇的声学特征。

可选地，风扇包括流动调节装置，用于调节输送到喷嘴和/或从喷嘴排出的气流的速度分布。

流动调节装置可以使从喷嘴排出的气流的速度分布更加均匀，例如更轴对称和/或更少湍流。流动调节装置可以减少流动中的涡流。风扇可以包括用于将气流例如从气流发生器输送到喷嘴的导管。导管可以包括沉淀室，其可以用作流动调节装置。

替代地或另外地，流动调节装置可以包括在导管和/或喷嘴中的流动矫直器。流动矫直器可以包括网、筛、蜂窝结构或任何其他合适的流动矫直器。

流动调节装置可以改善风扇的扩展、分裂和/或膨胀功能，例如在第一至第四操作模式中的任何模式下。

可选地，风扇包括用于控制从喷嘴排出的气流的方向的流动定向装置。

流动定向装置可操作以控制从喷嘴排出的气流的方向。也就是说，流动定向装置可以改变从空气出口排出的射流的轴向方向。流动定向装置可以控制扩展、分裂和/或膨胀射流的方向，例如在第一至第四操作模式中的任何模式下。例如，径向扩展或分叉射流的平面可以在一个或多个不同方向上倾斜。

风扇可以在第五操作模式下操作，其中流动定向装置连续和/或周期性地改变从喷嘴排出的射流的方向，例如自动将分叉或扩展的射流导向房间的不同部分，或者导向两个或更多用户的方向。

可选地，流动定向装置包括一个或多个导向叶片。

导向叶片或百叶窗可以是可调节的，以调节从喷嘴排出的气流的方向。替代地或另外地，流动定向装置可以包括万向节装置，用于使喷嘴的至少一部分万向节化，以在不同方向上定向空气出口。

风扇可以包括流动矫直器，并且流动矫直器的至少一部分的取向可以改变以在第一到第五操作模式中的任何一种中改变射流的方向。也就是说，流动定向装置可以包括一个或多个可调节的流动矫直器。

可选地，风扇是房间风扇或台式风扇。

风扇可以是风扇加热器、冷却器、加湿器、除湿器和/或净化器。风扇可以包括气流发生器，用于产生输送到喷嘴的气流。输送到喷嘴和/或从喷嘴排出的气流可以包括来自空气调节装置的经调节的空气，空气调节装置例如是被配置为加热、冷却、净化、加湿和/或去湿空气的装置。

附图说明

现在将参考附图仅以示例的方式描述实施例，其中：

图1是根据一个示例的风扇的侧面示意图；

图2是图1的风扇的正面示意图；

图3是图1的风扇的可选径向扰动装置的正面示意图；

图4是图1的风扇的另一可选径向扰动装置的正面示意图；

图5A是示出了由图1的风扇的轴向扰动装置的操作产生的环形涡流的侧面示意图；

图5B是示出了通过径向扰动装置的操作从图1的风扇中排出的射流的改进的侧面示意图；

图6A是当风扇以低夹带操作模式操作时从图1的风扇排出的射流的示意图；

图6B是当风扇以中等夹带操作模式操作时从图1的风扇排出的宽射流的示意图；

图6C是在射流扩展操作模式下从图1的风扇排出的分叉射流的示意图；

图6D是在扩散操作模式下从图1的风扇排出的扩散射流的示意图；

图7A是图1的风扇在射流扩展操作模式下的侧视示意图，示出了示例性流动调节和流动定向装置；

图7B是图7A的风扇的示意图，示出了由流动定向装置的操作产生的定向分叉射流；

图7C是图7A和/或7B的流动调节或流动定向装置的示例横截面的正面示意图；

图7D是图7A和7B的风扇的示意图，示出了可选的流动定向装置。

具体实施方式

参照附图，根据示例的方法和系统的细节将从下面的描述中变得显而易见。在该描述中，出于解释的目的，阐述了示例的许多具体细节。说明书中对“示例”或类似语言的引用意味着结合该示例描述的特定特征、结构或特性包括在至少一个示例中，但不一定包括在其他示例中。应当进一步注意，附图中示出的示例以各种不同的方式描述，并且示意性地描述，省略和/或必要地简化某些特征，以便于解释和理解示例背后的概念。

在下面的描述中，描述了与具有圆形喷嘴的房间或台式风扇相关的示例。应当理解，示例的特征和基本概念可以应用于其他种类的风扇。

图1示出了包括导管100和喷嘴200的风扇10的示例的侧视图，喷嘴包括会聚部分210和空气出口230。会聚部分210从导管100会聚到喷嘴出口220。空气出口230布置成邻近喷嘴出口220。以这种方式，由喷嘴200接收的空气经由喷嘴出口220被朝向空气出口230压缩，从而增加气流的速度。在其他示例中，喷嘴200是任何其他合适的形状，例如膨胀喷嘴200，或直喷嘴200，例如恒定直径喷嘴200。气流沿图1中箭头310所示的轴向方向通过空气出口230排出，从而形成空气射流300，空气射流300例如被导入房间或朝向用户。轴向方向310平行于“z”坐标，如图1所示。“x”和“y”坐标定义了与z坐标正交的平面。即，z坐标对应于轴向方向310，并且x和y坐标对应于径向方向，在该示例中垂直于轴向方向310。

图2示出了当沿着与轴向方向310平行的轴线观察时的风扇10。风扇包括圆形空气出口230，但也可以采用其他合适的形状，例如细长或方形空气出口230。

在本示例中，空气出口230邻接喷嘴出口220，如图1所示，并且相对于喷嘴出口220可移动。在喷嘴出口220和空气出口230之间形成合适的密封，使得空气从喷嘴出口220流向空气出口230。在一些示例中，空气出口230与喷嘴出口220间隔开，并且在空气出口230和喷嘴出口220之间提供密封件(未示出)。在一些示例中，喷嘴出口220是空气出口230。在一些示例中，密封件和/或喷嘴200至少部分由柔性或以其他方式可变形的材料构成，以允许空气出口230相对于喷嘴230和/或导管100移动。

如图1中箭头11所示，导管100在其一端接收空气。空气由导管100从气流发生器(未示出)接收。任何合适的气流发生器可以用于向导管100、喷嘴200和/或空气出口230供应空气。例如，气流发生器可以包括轴向、离心或横流布置的叶轮。在一些示例中，叶轮由电换向(EC)电机驱动，尽管在其他实施例中不必如此。

在一些示例中，空气经由用于调节空气的空气调节装置供应到导管100和/或喷嘴200。空气调节装置是加热器、冷却器、净化器、加湿器或任何其他空气调节装置中的任何一种。也就是说，在一些示例中，由空气出口230接收和从空气出口230排出的空气被加热、冷却、净化、加湿或以其他方式调节。在一些示例中，风扇10包括气流发生器和/或空气调节装置。在其他示例中，气流发生器和/或空气调节装置远离风扇10定位，并且被配置为向风扇10供应经调节或未经调节的空气。

在本示例中，导管100是直的。在一些示例中，导管包括弯曲部，使得来自气流发生器的气流在弯曲部中改变方向。在一些示例中，导管包括多个部分，包括直部分和弯曲部分的组合。在一些示例中，导管包括和/或导管的部分散布在如上文所述的空气调节装置和/或如下文将参考图7A至7D描述的流动调节装置之间。在一些示例中，导管100不存在，并且空气由喷嘴直接从气流发生器接收。

参照图1和2，风扇包括轴向扰动装置400和径向扰动装置500。在一些示例中，不存在径向扰动装置500，并且风扇仅包括轴向扰动装置400。轴向扰动装置用于在轴向方向300上对气流施加轴向扰动频率的速度扰动。在本示例中，轴向扰动装置是包括扬声器410的声学扰动装置，例如低音炮。扬声器410通过通道420联接到导管100。即，扬声器410一侧上的空气经由通道420与导管100中的气流流体连通。扬声器在图1中箭头400a所指示的方向上以轴向扰动频率振荡。这将正弦速度波动施加到导管100中的气流上，并因此施加到通过空气出口230排出的气流上。离开喷嘴的平均流速和速度不受影响。下面参考图5讨论应用轴向速度扰动的效果。

在一些示例中，轴向扰动装置400联接到喷嘴200，例如联接到会聚部分210、喷嘴出口220或空气出口230。在一些示例中，轴向扰动装置400包括在导管100或喷嘴200中。在一些示例中，轴向扰动装置400包括机械或机电部件，例如导管100内的可移动桨叶、限流器或柔性壁或膜，例如用于改变导管100中的空气流速。在一些示例中，轴向扰动装置400包括致动器(未示出)，用于沿轴向方向310来回移动喷嘴200和/或空气出口230，例如将轴向速度波动直接施加到从空气出口230排出的气流中。在一些示例中，轴向扰动装置400包括用于使喷嘴200和/或空气出口230的形状变形的装置，例如用于以轴向扰动频率改变空气出口230的直径。

径向扰动装置500包括径向致动器510，例如包括连接到空气出口230的连接臂511的活塞510。这里的空气出口230是包括圆形开口的环，并且连接臂511连接到该环。径向致动器510被配置为以径向扰动频率振荡，使得连接臂511在图2中标记为500a的箭头所示的方向上移动，该方向在这里与y坐标对准。这导致空气出口200以径向扰动频率在图2中标记为500b的箭头所示的方向上振荡，该方向也与y坐标对齐。这是为了将径向扰动频率的径向速度波动赋予从空气出口230排出的气流。

径向致动器510是任何合适种类的致动器，例如机械的、机电的、液压的或气动的致动器。在本示例中，径向致动器510包括配置为移动连接臂511的扬声器。在一些示例中，径向致动器510包括任何其他合适的电子移动器，例如压电致动器或伺服控制电机装置。

在一些示例中，径向扰动装置500被配置为在多于一个径向方向上移动空气出口230。在一些示例中，径向扰动装置500包括连接到空气出口230或喷嘴200的其他部分的一个以上的径向致动器510，以使空气出口230在相应的一个以上的径向方向上移动。也就是说，在一些示例中，径向扰动装置500包括一个以上的径向致动器510，该径向致动器510围绕空气出口230周向地间隔开，并且相对于空气出口230以不同角度定向。在一些示例中，沿多于一个径向方向移动空气出口包括以圆周运动移动空气出口。

图3示出了包括围绕空气出口周向间隔开的多个径向致动器520a-520d的这种布置。在该示例中，径向致动器520a-520d是电磁致动器520a-520d，其包括可切换以产生电磁场的至少一个电磁铁。这里的空气出口230包括铁材料，并且当电磁铁被操作以产生电磁场时，空气出口230被吸引到电磁铁520a-520d。以这种方式，通过顺序激活相对的电磁铁，空气出口230可以在至少一个径向方向上移动，例如在x或y方向上。例如，通过沿圆周顺序激活磁体，空气出口230可以以圆周运动的方式移动。

在一些示例中，图3的径向致动器520a-520d是任何合适的致动器，例如上文参考图1和图2描述的那些致动器。在其他示例中，径向扰动装置是声学扰动装置，其包括例如在一个或多个径向方向上朝向空气出口的一个或多个扬声器。即，在一些示例中，图1和2的径向致动器510和/或图3的径向致动器520a-520d替代为声学扰动装置。以这种方式，径向扰动装置500可以被配置为向从喷嘴排出的气流施加正弦径向速度波动，而不物理地移动空气出口。

图4示出了用于使空气出口230以圆周运动移动的示例性替代布置。在该示例中，径向致动器530a、530b是经由相应的连杆540a、540b联接到空气出口230的电机530a、530b。每个连杆包括第一和第二连接器541a、542a、541b、542b。参考电机530a中的一个，第二连接器542a经由第一连接器541a偏心地联接到电机530a的轴。即，第二连接器542a偏离电机530a的轴的中心。以这种方式，电机530a、530b在图4中标记为550a、550b的箭头所示的方向上的操作导致空气出口230在x-y平面中以圆周运动移动，如图4中标记为560的箭头所示。电机530a 530b是本领域技术人员已知的任何合适的电机，例如伺服电机。在一些示例中，存在任意数量的电机530a、530b，例如仅一个电机或多于两个电机。在其他示例中，空气出口230以任何合适的方式在一个或多个径向方向上移动，例如以圆周运动的方式，例如通过使用任何其他合适的连杆和/或传动系统，例如通过使用太阳齿轮或凸轮系统。

我们现在参照图5a至7D讨论风扇10的操作。

低夹带模式

在本示例中，风扇10可以在低夹带操作模式下操作，其中轴向和径向扰动装置400、500不活动，并且环境空气进入射流300的夹带相对较低。即，在低夹带操作模式中，从喷嘴200排出的气流不受轴向和径向扰动装置的扰动通过空气出口230。图6A示出了从空气出口230排出的射流300的示意图。射流300具有潜在的芯部(未示出)，其在空气出口230的下游延伸，例如在空气出口230的下游的空气出口230的直径的4到7倍之间，例如在空气出口230的直径的5到6倍之间。潜在的芯部主要由从风扇10排出的空气组成，例如如上所述的经调节的空气。在潜在芯部之外，围绕射流300的环境空气开始与射流300中的空气混合。因此，在一些示例中，希望增加空气出口230的直径，以便最小化夹带并增加潜在芯部的长度，从而将经调节的空气进一步喷射到喷嘴200的下游进入房间和/或朝向用户。

中等夹带模式

本示例的风扇10可以在中等夹带操作模式下操作，其中轴向扰动装置400是活动的，而径向扰动装置500是不活动的。在中等夹带模式中，轴向扰动装置400被配置为以轴向扰动频率向从空气出口230排出的气流施加速度扰动或波动，如上文所述。轴向扰动频率被选择为对应于射流中环形涡流模式的固有频率。以这种方式，如图5A所示，轴向扰动装置400导致在空气出口处以轴向扰动频率产生一系列环形涡流350a、350b。环形涡流350a、350b是在轴向方向310中行进并具有与轴向方向310对准的中心轴线(未示出)的环形涡流。当沿着轴向方向310观察时，例如由于空气出口230的形状，每个环形涡流350a、350b基本上是圆形的。图5A示出了在y-z平面中穿过环形涡流350a、350b的横截面。环形涡流内的气流比环形涡流外的气流移动得更快。以这种方式，局部气流围绕假想轴线循环，围绕中心轴线形成闭环，如图5A中标记为351的箭头所示。每个环形涡流350a、350b的直径与空气出口230的直径相当。在一些示例中，每个环形涡流350a、350b的直径随着涡流350a、350b从空气出口230向下游行进而增大。

局部循环351使得射流300中的空气在所有径向方向上扩展。即，环形涡流350a、350b将气流夹带在射流300中，以增大喷嘴200下游的射流300的直径。图6B示意性地说明了这一点。这里，修改后的射流用实线320示出，而在低夹带操作模式下产生的射流300用虚线300示出。在中等夹带操作模式中，环形涡流350a、350b通常增加环境空气进入射流320的夹带。这导致较短的潜在芯部。中等夹带模式操作可以在示例中用于增加喷射到房间或朝向用户的气流的面积，例如覆盖用户的面部或身体的更多部分。

射流扩展模式

所示示例的风扇10可以在射流扩展操作模式下操作。在射流扩展操作模式中，轴向和径向扰动装置400、500都是活动的。即，如上所述，轴向扰动装置以轴向扰动频率对从空气出口230排出的气流施加轴向速度扰动，而径向扰动装置以径向扰动频率对从空气出口230排出的气流施加一个或多个径向速度扰动。如图5B所示，这将导致由轴向扰动装置400的操作产生的一系列环形涡流中的连续环形涡流350a、350b相对于彼此径向移位。在所示的示例中，轴向扰动频率与径向扰动频率的强制比率为2，并且空气出口230在y方向上来回振荡，如图5B中标记为500c的箭头所示。也就是说，轴向扰动频率是径向扰动频率的两倍。在其他示例中，空气出口230以径向扰动频率(其为轴向扰动频率的一半)以如上所述的圆周运动移动。

以2的强制比率操作轴向和径向扰动装置导致在与轴向方向310对齐的轴线的相对侧产生连续的环形涡流350a、350b。这导致涡流350a、350b在空气出口230的下游径向交错，如图5B所示。连续的涡流350a、350b彼此相互作用，使得每个涡流的中心轴线偏离轴向方向倾斜。以这种方式，连续产生的环形涡流350a、350b沿与轴向方向310倾斜的相反方向行进。环形涡流350a、350b在射流300中夹带气流，以将射流300拉向任一侧，从而导致射流300在y方向上扩展。在一些示例中，如图6C的示意图所示，射流300分叉成两个不同的射流330a、330b。

在所示的示例中，射流330a、330b中的气流沿第一和第二分叉方向331a、331b喷射，所述第一和第二分叉方向331a、331b以分叉角α彼此分叉。即，射流300在平行于轴向方向310且平行于第一和第二分叉方向331a、331b定向的分叉平面上扩展。可以通过增加径向和/或轴向扰动的振幅来增加角度α。增加轴向和/或径向扰动振幅可以增加射流强度，导致明确界定的分叉射流330a、330b。选择三的比率导致射流300在三个径向方向上的三分叉或扩展。例如，当空气出口230被径向扰动装置500以3的强制比率以圆周运动移动时，当沿着轴向方向310观察时，连续的环形涡流350a、350b在围绕由空气出口230的中心描绘的圆的三个等距位置处射出。这导致环形涡流350a、350b在空气出口230的下游螺旋扩展，并导致射流300在三个方向上扩展(未示出)。换句话说，在射流扩展操作模式中，轴向扰动频率是径向扰动频率的整数倍，例如径向扰动频率的2、3倍或不超过4倍，以引起射流330a、330b在一个或多个径向方向上的扩展或分裂。

扩散模式

在本示例中，风扇可以在扩散操作模式下操作，其中轴向和径向扰动装置400、500都是活动的。在该操作模式中，空气出口230如上所述以圆周运动移动，尽管在其他示例中，空气出口230沿多个其他径向方向移动。在扩散操作模式中，轴向扰动频率是径向扰动频率的非整数倍。也就是说，强制比率是非整数，例如1和2之间、2和3之间或3和4之间的数。以这种方式，连续产生的环形涡流350a、350b以不规则的图案围绕与轴向方向310对准的轴线移动。即，一个涡流350a可能不完全跟随先前产生的另一个涡流350b。

在扩散操作模式中，强制比率适当地远离整数，例如远离整数大于0.2或0.3个单位，使得环形涡流350a、350b相互作用以在多个径向方向上扩展射流，所述径向方向可以是任意的径向方向。这增加了环境空气进入射流300的夹带，并导致射流变成如图6D所示的扩散射流340。这在这里可以被称为膨胀射流340。在一些示例中，例如，具有高水平夹带的膨胀射流340更好地将从风扇10排出的经调节的空气与房间内的环境空气混合。这可能是为了更好地加热、冷却、净化或以其他方式调节整个房间的空气。

进动模式

在一些示例中，风扇10以进动操作模式操作。这里，轴向和径向扰动装置400、500使用非整数强制比率来操作，如在膨胀操作模式中，其中强制比率足够接近整数，使得连续产生的环形涡流350a、350b紧密地(但不精确地)遵循先前产生的环形涡流350a、350b的路径。在一些示例中，强制比率在整数的0.2或0.1个单位内。以这种方式，使射流300在一个或多个径向方向330a、330b上分叉或扩展，如图6C所示。扩展或分叉射流330a、330b围绕与轴向方向310对齐的轴线进动。

流动调节和方向

图7A示出了图1的风扇10的示例，该风扇10包括用于调节输送到喷嘴200的气流的速度分布的流动调节装置600。在本示例中，流动调节装置600是流动矫直器600，用于使速度分布更均匀，例如更轴对称和/或更少湍流。更均匀的速度分布是期望的，以改善环形涡流350a、350b的形成，并由此改善风扇10的扩展、分裂和/或膨胀功能，如上文所述。

本示例的流动矫直器600位于导管100中。在其他示例中，流动矫直器600设置在空气出口230上游的任何合适位置。在一些示例中，流动矫直器600位于导管100的弯曲部分之后，或者位于气流发生器(未示出)和空气出口230之间。流动矫直器600具有适于矫直气流的轮廓。图7C示出了当在z方向上观察时的两个示例轮廓的示意图，例如网状轮廓601和叶片轮廓602，尽管也设想了其他轮廓，例如蜂窝或其他六边形紧密堆积轮廓。在其他示例中，流动调节装置600替代地或附加地包括导管100中的沉降室(未示出)。沉降室包括直径相对较宽的部分，和/或沿穿过导管100的气流方向的相对较长的部分，使得速度分布通过沉降部分形成更均匀的速度分布。

在一些示例中，风扇10包括流动定向装置610，该流动定向装置610可操作以控制从喷嘴排出的气流的方向。在本示例中，流动定向装置610包括具有任何合适的流动矫直器轮廓601、602的流动矫直器600，如上文参考图7C所述。流动定向装置在枢转点611处可枢转地安装在喷嘴出口220中，喷嘴出口220在这里也是空气出口230。在一些示例中，流动定向装置610设置在单独的空气出口230中，如上文所述。

流动定向装置610的操作包括使流动定向装置610围绕枢转点610枢转，以使流动矫直器轮廓601、602沿不同方向定向。这将改变从空气出口排出的射流300的轴向方向310。因此，流动定向装置610既可用于矫直通过空气出口230的气流，从而提供上文所述的益处，又可用于引导从空气出口230排出的射流300。在各种示例中，流动定向装置610可操作以控制低夹带模式下的低夹带射流300、中等夹带模式下的中等夹带射流310、分叉模式下的分叉或扩展射流330a、330b、扩散模式下的扩散或膨胀射流340和/或进动模式下的进动射流330a、330b的方向。例如，径向扩展或分叉射流330a、330b的平面可以在一个或多个不同方向上倾斜。

在一些示例中，风扇10可以在流动定向操作模式下操作，其中流动定向装置610在上述任何一种操作模式下连续和/或周期性地改变可从喷嘴200排出的射流300的方向。在一些示例中，这是自动地，或者应用户的请求手动地，将分叉的或扩展的射流引导到房间的不同部分，或者引导到一个或多个用户的方向上。

在一些示例中，流动定向装置610可以采取任何其他合适的形式。在一些示例中，流动定向装置610包括具有叶片轮廓602或“百叶窗轮廓602”的流动矫直器600，并且每个导向叶片或百叶窗单独围绕各自的轴线枢转。图7D示出了这种示例性流动定向装置610的示意图，该流动定向装置610包括单独的导向叶片620和相应的枢转点621。应当理解，一起移动导向叶片620在引导射流300方面具有与围绕单个枢转点611移动图7A和7B的流动定向装置610类似的效果。

在其他示例中，流动定向装置610包括万向节机构(未示出)，用于在不同方向上定向喷嘴200、喷嘴出口220和/或空气出口230。在这种情况下，喷嘴200可以由柔性材料构成，以允许空气出口230相对于喷嘴200的相对运动。在一些示例中，整个喷嘴200是可移动的。应当理解，可以使用用于重定向气流的任何其他合适的机制来实现相同的效果。

在本示例中，风扇10是房间风扇或台式风扇。通过风扇10的气流的流速在10到100l/s之间，尽管在其他示例中可以使用任何合适的流速。在一些示例中，较高的流速提供了更强烈的射流和/或更长的潜在芯部，例如用于输送更高体积的调节空气。在一个实施例中，流速在10l/s到40l/s之间，例如在20l/s到30l/s之间，例如大约25l/s。10l/s和40l/s之间的流速可以提供合适的流速，同时对用户来说更舒适，具有更低的噪声特征，允许更小直径的空气出口230，和/或减少对环境空气的干扰，例如减少对房间内或用户附近的物体(例如纸张)的干扰。

产生环形涡流350a、350b所需的轴向扰动频率取决于通过空气出口230排出的气流的流速和空气出口230的直径。该关系用所谓的轴向斯特劳哈尔数(Strouhal number)来表示，其定义为St_a＝f₀d/U₀，其中f₀是轴向扰动频率，d是空气出口230的直径，并且U₀是通过空气出口230排出的气流的平均速度。可以通过考虑空气出口230的流速和横截面积来获得速度U₀。在本示例中，轴向斯特劳哈尔数在0.4和0.65之间，例如0.5。在一些示例中，0.4和0.55之间的斯特劳哈尔数，例如0.45和0.5之间的斯特劳哈尔数导致射流300在分叉和进动操作模式中分裂成明确界定的分叉射流330a、330b。在一些示例中，介于0.55和0.65之间的斯特劳哈尔数，例如0.6，导致射流300在一个或多个径向方向上扩展，或有效地被混匀，或形成不太明确界定的分叉射流330a、330b。在一些示例中，斯特劳哈尔数是可变的，例如通过改变轴向扰动频率，以便以从喷嘴200喷射的射流330a、330b的形式为用户提供灵活性。

在本示例中，空气出口230的直径被选择为允许轴向和径向扰动频率对于通过空气出口230的气流的给定流速或速度小于60Hz。例如，对于给定的空气流速，可以选择直径以提供亚可听的轴向扰动频率，例如低于30Hz的频率。仅作为示例，采用0.4的斯特劳哈尔数并要求小于60Hz的轴向强制频率，空气出口230的最小直径(在此可称为“喷嘴直径”)为：对于10l/s的流速，44mm；对于25l/s的流速，60mm；对于50l/s的流速，76mm；对于100l/s的流速，95mm。

对于给定的斯特劳哈尔数，较大直径的空气出口230需要较低的轴向扰动频率来产生合适的环形涡流350a、350b。以这种方式，在一些示例中，空气出口230的直径的上限由设计约束来设置。在其他示例中，轴向扰动频率大于10Hz，使得所产生的环形涡流350a、350b对于用户来说不太容易察觉。作为进一步说明，采用0.65的斯特劳哈尔数并要求轴向扰动频率大于10Hz，最大喷嘴直径为：对于10l/s的流速，93mm；对于25l/s的流速，127mm；对于50l/s的流速，160mm；对于100l/s的流速，202mm。以这种方式，在一些示例中，空气出口230的直径在45和200mm之间，轴向扰动频率在10Hz和60Hz之间，并且空气流速在10l/s和100l/s之间，使得斯特劳哈尔数在0.4和0.65之间。

在一些示例中，轴向扰动装置400被配置为施加具有大于空气出口230处气流速度的1％的峰到峰(p-p)振幅的速度扰动。在一些示例中，p-p速度扰动振幅在空气出口230处的气流速度的1％和50％之间，尽管在其他示例中，振幅是空气出口230处的气流速度的50％或大于50％。空气出口230处的速度可以是空气出口230中位置处的瞬时速度，和/或空气出口230处的时间平均和/或空间平均速度。

在一些示例中，径向扰动装置500被配置为以大于喷嘴直径1％的p-p振幅振荡空气出口。在一些示例中，径向扰动装置500以1％和10％之间的p-p振幅振荡空气出口。在其他示例中，径向扰动装置500以空气出口230直径的10％或大于10％的p-p振幅振荡空气出口230。

在一些示例中，风扇10包括用于控制风扇10的操作的控制器(未示出)。控制器控制以下任一项或多项：供应到空气出口230和/或通过空气出口230排出的空气的流速；轴向扰动频率；轴向扰动振幅；径向扰动频率；和径向扰动振幅。控制器响应于用户输入，例如响应于用户选择上文描述的模式之一，和/或响应于特定用户请求，例如要求风扇10以高流速产生明确界定的分叉射流，来控制前述参数。在一些示例中，风扇10包括用于用户输入到控制器的物理控制。在其他示例中，控制器从用户远程接收命令或请求，例如通过遥控器，或者通过移动应用经由已建立的通信网络，例如3G、4G、5G、Wifi和/或蓝牙连接。应当理解，在示例中，控制器可以被配置为响应于用户请求提供上文描述的任何功能和可变性。

应当理解，关于任何一个示例描述的任何特征可以单独使用，或者与所描述的其他特征结合使用，并且还可以与任何其他示例的一个或多个特征结合使用，或者与任何其他示例的任何组合结合使用。此外，在不脱离本发明的范围的情况下，也可以采用上面没有描述的等同物和修改，本发明的范围在所附权利要求中定义。

Claims (20)

1.一种风扇，包括：

喷嘴，具有空气出口，气流通过所述空气出口沿轴向方向排出；和

轴向扰动装置，用于沿轴向方向以第一频率对气流施加速度扰动。

2.根据权利要求1所述的风扇，其中，所述风扇能够在以下模式中操作：

第一操作模式，其中所述轴向扰动装置不活动；以及

第二操作模式，其中所述轴向扰动装置是活动的并且以第一频率对气流施加速度扰动。

3.根据权利要求1或2所述的风扇，其中，所述风扇包括径向扰动装置，所述径向扰动装置用于在与所述轴向方向正交的平面内以第二频率对气流施加速度扰动。

4.根据权利要求3所述的风扇，其中，所述第一频率与所述第二频率的比率大于1。

5.根据权利要求3或4所述的风扇，其中，所述第一频率与所述第二频率的比率不大于4。

6.根据权利要求3至5中任一项所述的风扇，其中，所述风扇能够在以下模式中操作：

第一操作模式，其中轴向和径向扰动装置不活动；

第二操作模式，其中所述轴向扰动装置是活动的并以第一频率对气流施加速度扰动，而径向扰动装置是不活动的；以及

第三操作模式，其中所述轴向扰动装置是活动的并以第一频率对气流施加速度扰动，并且所述径向扰动装置是活动的并以第二频率对气流施加速度扰动。

7.根据权利要求6所述的风扇，其中，所述风扇能够在第四操作模式下操作，其中所述径向扰动装置以第三频率对气流施加速度扰动，并且所述第三频率不同于所述第二频率。

8.根据权利要求7所述的风扇，其中，所述第二频率和所述第三频率被选择成使得从所述喷嘴排出的气流在所述第三操作模式中分叉并且在所述第四操作模式中膨胀。

9.根据权利要求7或8所述的风扇，其中，所述第一频率与所述第二频率的比率约为2.0，并且所述第一频率与所述第三频率的比率约为2.5。

10.根据权利要求3至9中任一项所述的风扇，其中，所述径向扰动装置包括致动器，所述致动器被配置为以所述第二频率振荡所述空气出口。

11.根据权利要求10所述的风扇，其中，所述致动器以大于所述喷嘴直径的1％的峰到峰振幅振荡所述空气出口。

12.根据前述权利要求中任一项所述的风扇，其中，所述轴向扰动装置是声学扰动装置。

13.根据前述权利要求中任一项所述的风扇，其中，由所述轴向扰动装置施加的速度扰动具有大于所述空气出口处的气流速度的1％的峰到峰振幅。

14.根据前述权利要求中任一项所述的风扇，其中，所述气流以10l/s和100l/s之间的流速排出。

15.根据前述权利要求中任一项所述的风扇，其中，所述空气出口的直径在45mm和200mm之间。

16.根据前述权利要求中任一项所述的风扇，其中，所述第一频率小于60Hz。

17.根据前述权利要求中任一项所述的风扇，包括流动调节装置，用于调节输送到所述喷嘴和/或从所述喷嘴排出的气流的速度分布。

18.根据前述权利要求中任一项所述的风扇，包括流动定向装置，用于控制从所述喷嘴排出的气流的方向。

19.根据权利要求18所述的风扇，其中，所述流动定向装置包括一个或多个导向叶片。

20.根据前述权利要求中任一项所述的风扇，其中，所述风扇是房间风扇或台式风扇。

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