葉風扇發展技術綜述

陳朝波

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

關鍵詞：風扇；無葉；柯恩達效應；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品。這種風扇是一種利用流體動力學工程技術，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形噴嘴噴出，從而產生風量的設備，又被稱為“戴森空氣倍增器”。由于無葉風扇沒有扇葉，不用擔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罩，這種產品的造型也突破了傳統風扇的模式。

2無葉風扇工作原理和基本結構

無葉風扇的基本結構如圖1所示，包括基座和環形噴嘴，環形噴嘴位于基座上，通過內部通道與基座連通?；饕菁{由馬達和葉輪組成的氣流產生裝置，進風口位于基座上；噴嘴包括用于接收氣流的內部通道和用于發射氣流的排氣口。

無葉風扇的基本原理利用流體力學中的柯恩達（Coanda）效應來實現空氣氣流的放大，通過風扇裝置中基座內的氣流產生裝置產生主氣流，該主氣流通過內部通道進入噴嘴內部通道，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、區域或噴嘴排氣口周圍的外部環境中或風扇裝置周圍的其它區域被抽吸，被引導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無葉風扇基本結構3無葉風扇近年的專利申請概況

早期的無葉風扇專利申請可以追溯到1981年東京芝浦電氣（現為東芝）在日本提交的發明專利申請，該發明專利公開了無扇葉風扇的基本原理和結構，如圖2所示，包括一個噴嘴和噴嘴底部的基座，基座內的氣流產生裝置產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，關于無葉風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扇對于無葉風扇在我國的專利申請，戴森技術有限公司和任文華等為該領域的主要申請人，其中，戴森技術有限公司的申請量幾乎占了該領域申請量的三分之一；國內的申請主要集中在個人，雖然海爾、美的等公司也有無葉風扇的專利申請但相對數量仍然較低。2008-2013年間我國無葉風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明專利申請。2009年開始，國內才有申請人提交了相關專利申請；2010年和2011年是無葉風扇專利申請爆發式增長的兩年，一方面，戴森技術公司在這兩年向我國提交了其在無葉風扇的多項專利申請，另一方面，由于看到了該風扇的市場前景，國內諸多申請人紛紛跟進，在仿制的基礎上進行一些技術創新，提交了很多關于無葉風扇的專利申請。2012年和2013年進入了調整期，專利申請量有所回落，但仍然保持在一定的申請量。

從發明技術內容上看，戴森公司仍然掌握該領域的大部分核心技術，國內申請人的申請技術改進深度有待提高，技術創新仍顯不足。加上國內申請人很多是個人，其在技術創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，難以形成系統的核心技術，因而國內關于無葉風扇的專利申請的發明點深度不高。國內一些發展較好的家電企業可以充分利用自身的資金和人才優勢，在學習借鑒戴森等國外發展較好的企業的先進技術的基礎上，進一步推進無葉風扇技術創新發展，逐步掌握無葉風扇的核心技術，這樣才能在未來無葉風扇的市場中占據有利地位。

4戴森（Dyson）公司的無葉風扇技術發展

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

圖3戴森技術公司無葉風扇的專利申請變化2008年：2008年戴森公司提交了2個無葉風扇的專利申請，其提出了無葉風扇的基本結構，無葉風扇具有環形噴嘴和容納有氣流產生裝置的基座，噴嘴包括了內部通道和排氣口，而氣流產生裝置包含有DC無刷馬達和混流葉輪，進風口設置在基座上。上述結構構成了現有的無葉風扇的基本結構，其技術有待繼續發展。

2009年：2009年戴森公司在中國提交4個關于無葉風扇的專利申請，為了改進排氣氣流的平穩，設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，提出了在風扇的產生空氣流的裝置的上游、下游以及噴嘴內設置過濾器，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重要，也是風扇技術發展的主流方向之一。

2010年：為了實現普通風扇的旋轉和傾斜功能，擴大風扇的掃風區域，在風扇基座上設計了基座可沿其滑動旋轉的滑動面，風扇可在一定范圍內旋轉和擺動，擴大了吹風范圍。而為了擴大風扇的應用范圍，提出了一種落地式無葉風扇，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構，實現相對平穩、基本均勻的空氣流輸出。并在此基礎上，提出了一種空氣加熱裝置，實現風扇的排熱風功能。另外，為了降低基座內馬達和葉輪產生的噪音，在基座內設置了消音構件，由此降低了基座內的噪音。同時，無葉風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，促進了無葉風扇的方便使用。

2011年：2011年，為了改善空氣流的質量促進人體健康，設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，提高空氣流質量。而為了保持室內環境溫度的穩定，在噴嘴內設置了多個流動通道和出口并相應設置有加熱器從而使得無葉風扇具有了調溫功能。同時，提出了一種用于天花板的無葉風扇，可以給整個房間提供氣流。另外，這一年，戴森技術公司對無葉風扇中的電源進行了改進，設計了使用電池的結構，使用方便靈活，擴大了風扇的使用環境。而且，還對提出了通過相關裝置以調節混合空氣流的參數，實現空氣流的有效調節。

2012年：2012年，戴森公司為了降低組合氣流的湍流影響，設計了內部通道設置多個區段的噴嘴結構，有效降低空氣流的阻力，有利于空氣流的平穩。而為了有利于空氣流的流動，噴嘴設置有位于出氣口下游流體控制端口，用于將空氣傳輸到流體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。這些結構的改進，促進了空氣流流動的平穩。而為了提高人們對環境多樣化的需求，設計具有兩個空氣通道和兩個空氣進出口的風扇，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扇功能。

2013年：2013年，戴森公司在2009年和2011年設計的過濾器的基礎上，在噴嘴外殼內設計了靜電除塵器，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，設計了一種噴嘴保持器件結構，用于將噴嘴可釋放地保持在基座上；以及可手動促動的構件，該構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，為了控制風扇氣流強度，設計了用于控制電機的旋轉速度的控制器件，從而控制空氣流的速度，進而改善空氣流的流動狀態。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件和閘代替原來的風扇組件的基座的支撐構件。

5結論

通過上述分析可以得知，無論是廣度還是深度，近幾年無葉風扇技術都取得了長足的進步，有力推動了無扇葉風扇的技術發展。從2008年的起步到2011年快速發展在到后來的逐步穩定發展，圍繞著便捷、節能、環保、健康、舒適等主題，無葉風扇不斷進行技術改進?？梢灶A見，未來無葉風扇技術仍將沿著上述主題繼續發展；同時，進一步推進無葉風扇從生活走向工業生產應用也是未來無葉風扇發展的一個重要方向。而隨著相關技術進步和人們對健康生活的追求，必將進一步促進無葉風扇更深層次的技術革新。參考文獻

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