叶风扇发展技术综述

陈朝波

摘要：无叶风扇是近年来发展起来的一种新型风扇，这种新型风扇具有风速均匀、使用安全方便、舒适等优点获得了快速发展。为此，对无叶风扇的原理、发展技术进行了分析，通过无叶风扇的重点企业英国的戴森技术公司的无叶风扇技术的发展过程进行了综述，以对无叶风扇的发展趋势进行一定的探讨。

关键词：风扇；无叶；柯恩达效应；喷嘴；基座

中图分类号：TB文献标识码：Adoi：10.19311/j.cnki.16723198.2016.24.092

1引言

无叶风扇是英国戴森（Dyson）有限公司于2009年10月12日在英国首度推出的产品。这种风扇是一种利用流体动力学工程技术，通过高效的无刷电机从底座部分吸入空气并使气流增加后从环形喷嘴喷出，从而产生风量的设备，又被称为“戴森空气倍增器”。由于无叶风扇没有扇叶，不用担心手被扇叶割伤也不用操心扇叶的清洁，因而更加安全方便；同时，也没有扇叶和防护网罩，这种产品的造型也突破了传统风扇的模式。

2无叶风扇工作原理和基本结构

无叶风扇的基本结构如图1所示，包括基座和环形喷嘴，环形喷嘴位于基座上，通过内部通道与基座连通。基座主要容纳由马达和叶轮组成的气流产生装置，进风口位于基座上；喷嘴包括用于接收气流的内部通道和用于发射气流的排气口。

无叶风扇的基本原理利用流体力学中的柯恩达（Coanda）效应来实现空气气流的放大，通过风扇装置中基座内的气流产生装置产生主气流，该主气流通过内部通道进入喷嘴内部通道，该主气流通过喷嘴排气口排出后将周围的空气卷吸走，像空气放大器一样将主气流和卷吸的空气副气流提供给使用者，副气流从房间、区域或喷嘴排气口周围的外部环境中或风扇装置周围的其它区域被抽吸，被引导流过柯恩达表面的主气流和被空气放大器卷吸的副气流从由喷嘴限定的开口作为总气流向使用者喷射或投射。

图1无叶风扇基本结构3无叶风扇近年的专利申请概况

早期的无叶风扇专利申请可以追溯到1981年东京芝浦电气（现为东芝）在日本提交的发明专利申请，该发明专利公开了无扇叶风扇的基本原理和结构，如图2所示，包括一个喷嘴和喷嘴底部的基座，基座内的气流产生装置产生的空气流通过喷嘴喷射形成气流吹向使用者。然而，该申请后近30年的时间里，关于无叶风扇的专利申请却极少。直到2008年后，其专利申请量才开始快速增长。

图2东京芝浦电气公开的无叶风扇对于无叶风扇在我国的专利申请，戴森技术有限公司和任文华等为该领域的主要申请人，其中，戴森技术有限公司的申请量几乎占了该领域申请量的三分之一；国内的申请主要集中在个人，虽然海尔、美的等公司也有无叶风扇的专利申请但相对数量仍然较低。2008-2013年间我国无叶风扇的专利申请量增加明显，其中，2008年的2件专利申请均为英国戴森公司向我国提交的发明专利申请。2009年开始，国内才有申请人提交了相关专利申请；2010年和2011年是无叶风扇专利申请爆发式增长的两年，一方面，戴森技术公司在这两年向我国提交了其在无叶风扇的多项专利申请，另一方面，由于看到了该风扇的市场前景，国内诸多申请人纷纷跟进，在仿制的基础上进行一些技术创新，提交了很多关于无叶风扇的专利申请。2012年和2013年进入了调整期，专利申请量有所回落，但仍然保持在一定的申请量。

从发明技术内容上看，戴森公司仍然掌握该领域的大部分核心技术，国内申请人的申请技术改进深度有待提高，技术创新仍显不足。加上国内申请人很多是个人，其在技术创新上存在其固有的一些缺陷和不足，只能进行局部的逐步改进，难以形成系统的核心技术，因而国内关于无叶风扇的专利申请的发明点深度不高。国内一些发展较好的家电企业可以充分利用自身的资金和人才优势，在学习借鉴戴森等国外发展较好的企业的先进技术的基础上，进一步推进无叶风扇技术创新发展，逐步掌握无叶风扇的核心技术，这样才能在未来无叶风扇的市场中占据有利地位。

4戴森（Dyson）公司的无叶风扇技术发展

从2008年至2013年，戴森技术公司在我国提交了多项发明专利申请，下图是这几年戴森公司在我国专利申请量的变化，2008-2009年，由于该产品刚推出，其专利申请量较少，2010-2013年期间，戴森技术公司对无叶风扇进行了较大的技术改进，其向我国提交发明专利申请量较大。从这几年的发明专利申请量的变化趋势看，由于技术逐步趋于成熟和稳定，未来的专利申请量应该保持在相对稳定的水平。

图3戴森技术公司无叶风扇的专利申请变化2008年：2008年戴森公司提交了2个无叶风扇的专利申请，其提出了无叶风扇的基本结构，无叶风扇具有环形喷嘴和容纳有气流产生装置的基座，喷嘴包括了内部通道和排气口，而气流产生装置包含有DC无刷马达和混流叶轮，进风口设置在基座上。上述结构构成了现有的无叶风扇的基本结构，其技术有待继续发展。

2009年：2009年戴森公司在中国提交4个关于无叶风扇的专利申请，为了改进排气气流的平稳，设计了一种用于隔开喷嘴的相对表面的间隔装置；而为了提高气流的清洁性，改善人体健康状况，提出了在风扇的产生空气流的装置的上游、下游以及喷嘴内设置过滤器，利用过滤器对气流中的微粒进行有效过滤清洁。在无叶风扇中，排气口直接影响到使用者感受气流的舒适性，而气流过滤清洁直接影响到人体的健康，这两者对人体都至关重要，也是风扇技术发展的主流方向之一。

2010年：为了实现普通风扇的旋转和倾斜功能，扩大风扇的扫风区域，在风扇基座上设计了基座可沿其滑动旋转的滑动面，风扇可在一定范围内旋转和摆动，扩大了吹风范围。而为了扩大风扇的应用范围，提出了一种落地式无叶风扇，满足人们实际生活中的不同需要。同时，提出了一种槽口形的喷嘴结构，实现相对平稳、基本均匀的空气流输出。并在此基础上，提出了一种空气加热装置，实现风扇的排热风功能。另外，为了降低基座内马达和叶轮产生的噪音，在基座内设置了消音构件，由此降低了基座内的噪音。同时，无叶风扇的遥控器和便于遥控器的使用的磁性装置也于这一年提出，促进了无叶风扇的方便使用。

2011年：2011年，为了改善空气流的质量促进人体健康，设计了一个可拆卸过滤器，通过该过滤器可以将大气悬浮颗粒从主空气流移除，提高空气流质量。而为了保持室内环境温度的稳定，在喷嘴内设置了多个流动通道和出口并相应设置有加热器从而使得无叶风扇具有了调温功能。同时，提出了一种用于天花板的无叶风扇，可以给整个房间提供气流。另外，这一年，戴森技术公司对无叶风扇中的电源进行了改进，设计了使用电池的结构，使用方便灵活，扩大了风扇的使用环境。而且，还对提出了通过相关装置以调节混合空气流的参数，实现空气流的有效调节。

2012年：2012年，戴森公司为了降低组合气流的湍流影响，设计了内部通道设置多个区段的喷嘴结构，有效降低空气流的阻力，有利于空气流的平稳。而为了有利于空气流的流动，喷嘴设置有位于出气口下游流体控制端口，用于将空气传输到流体控制端口的流体控制腔以及用于选择性地阻止空气流动穿过流体控制端口控制器件也被提出。这些结构的改进，促进了空气流流动的平稳。而为了提高人们对环境多样化的需求，设计具有两个空气通道和两个空气进出口的风扇，通过一个器件改变第二空气流的温度、湿度、组成和电荷中的一个，能够为使用者提供更加多样化的风扇功能。

2013年：2013年，戴森公司在2009年和2011年设计的过滤器的基础上，在喷嘴外壳内设计了静电除尘器，用于处理被抽吸通过喷嘴孔的空气。而为了便于喷嘴的拆卸，设计了一种喷嘴保持器件结构，用于将喷嘴可释放地保持在基座上；以及可手动促动的构件，该构件可以允许喷嘴被快速且容易地释放以用于从本体移除，从而便于喷嘴的清洁和更换。另外，为了控制风扇气流强度，设计了用于控制电机的旋转速度的控制器件，从而控制空气流的速度，进而改善空气流的流动状态。同时，还对基座的滑动面作了改进，利用连接到基座的挡止构件和闸代替原来的风扇组件的基座的支撑构件。

5结论

通过上述分析可以得知，无论是广度还是深度，近几年无叶风扇技术都取得了长足的进步，有力推动了无扇叶风扇的技术发展。从2008年的起步到2011年快速发展在到后来的逐步稳定发展，围绕着便捷、节能、环保、健康、舒适等主题，无叶风扇不断进行技术改进。可以预见，未来无叶风扇技术仍将沿着上述主题继续发展；同时，进一步推进无叶风扇从生活走向工业生产应用也是未来无叶风扇发展的一个重要方向。而随着相关技术进步和人们对健康生活的追求，必将进一步促进无叶风扇更深层次的技术革新。参考文献

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