CN100416108C - 高效单件式离心鼓风机 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种离心鼓风机的离心叶轮，其中，a)轮毂(11)延伸到一个比叶轮入口半径(R2)小的半径(R1)，使叶轮能用注射模塑模具制成单件结构而可不需滑模或其他行动；b)叶片(12)在其基部上从一个小于轮毂半径的半径向外延伸，使叶片基部能连接到轮毂上；c)叶轮顶盖在含有叶轮轴线(16)的平面内具有曲线的部分；d)圆筒形面积的比率在1.0和2.0之间。本发明还提供了一种离心鼓风机总成，其中，有一分开的基板定位在紧密贴近叶轮叶片基部的地方。基板可被结合到电动机突缘内、或鼓风机壳体内、或电动机壳体内。

Description

高效单件式离心鼓风机
技术领域
本发明涉及离心鼓风机用于汽车环境控制那样的一般领域。
背景技术
离心叶轮一般包括多个叶片，当空气流从叶轮入口移动到叶轮出口时，这些叶片转动进入的空气流使它向径向流动。叶片一般被连结到轮毂上并与它一同旋转，轮毂在叶轮基部上(与入口相对的一侧)形成空气流动的路径。对于双件的叶轮来说，空气流动路径的顶部一般建在顶盖上，顶盖也被连结到叶片上，并与叶片和轮毂一同旋转。
在汽车环境控制的用途中(即加热、通风和空调)，离心叶轮一般可归为两类：a)低费用的单件叶轮；和b)高费用高效的双件叶轮。单件叶轮由于其低费用，一般被使用，次数要比双件叶轮多得多。双件叶轮一般只是被使用在对实现高效率或高压力的需要胜过费用上的缺点时。
在汽车环境控制的用途中，离心鼓风机应在操作条件的范围内有效地操作。例如通过通风管道的启闭，空气可被引导通过具有不同流动阻力的不同热交换器。典型的情况，流动阻力最大是在加热器和去霜状态，最小是在空调模式。在某些情况下，加热器和去霜模式的高流动阻力能在传统的单件叶轮上引起功效和噪声的问题，使它效率降低或者只能产生较低的压力。
Yapp的U.S.4,900,228曾公开一个具有向后弯曲呈S形叶片的双件叶轮。
Chapman(WO 01/05652)曾公开一个具有高叶片弯度的双件叶轮。
发明内容
本发明对双件离心叶轮内见到的叶片和风道的几何形状进行设计使它们能被注射模塑成一个单件。在模制该部件时注射模不需任何行动或滑模。
一般地说，本发明以构造成一单件的离心叶轮为特征。该叶轮包括三种构件：i)多个叶片，各有一个前缘和一个后缘；ii)一个大致为环形的顶盖连接在叶片的顶部，该顶盖有一内半径；和iii)一个轮毂连接在叶片基部的内部上，该轮毂有一比顶盖内半径小的外半径，因此叶片、顶盖和轮毂能被构造成一个单独的单元。本发明的制造费用比双件叶轮小，但在较高的流动阻力下比传统的单件叶轮能更有效地操作。
本发明的另一方面为鼓风机的总成，该总成包括上述叶轮和一块基板，两者共同形成从入口到出口的空气流动路径。基板并不旋转而是向外延伸到一个比叶轮轮毂半径大的半径。在基板和叶轮叶片之间的间隙一般小于叶片后缘底部半径的10％。在优选的实施例中，基板在含有叶轮轴线的平面内具有曲线的形状，其轮廓与叶轮旋转时叶轮叶片基部的轮廓匹配。
在某些优选的实施例中，叶轮被包含在鼓风机壳体内，所述基板被结合到所述鼓风机壳体的一部分内成为一个单独的整体部件。在某些优选的实施例中，装有电动机来转动叶轮，所述电动机装在电动机突缘上，所述基板被结合到所述电动机突缘内成为一个单独的整体部件。在某些优选的实施例中，装有电动机来转动叶轮，所述电动机装在电动机壳体内，所述基板被结合到所述电动机壳体内或为一个单独的整体部件。在某些优选的实施例中，所述电动机壳体被结合到鼓风机壳体的一部分内成为一个单独的整体部件。
在优选的实施例中，鼓风机总成的大小和形状被设计得适宜装在汽车环境控制系统内。
在优选的实施例中，叶轮具有下列特征：
a)顶盖在含有叶轮轴线的平面内具有曲线的形状；
b)圆筒形面积的比率在1.0和2.0之间；
c)入口对出口的面积比在0.7和1.0之间；
d)叶片与轮毂接触的范围小于叶片基部上叶片中线长度的20％；
e)最小叶片弦长为叶轮直径的15％；
f)叶片的密实度至少为2.0；
g)叶片前缘的顶部沿径向向内伸出到比叶轮入口半径小1-8毫米之处；
h)顶盖覆盖叶片的大于叶轮入口半径的径向部分至少为50％；和
i)顶盖配有一环用来控制通过叶轮和鼓风机壳体之间间隙的再循环。
本发明的一个突出之处是用注射模塑将上述叶轮制成一个单件的方法。本发明还有一个突出之处是装配鼓风机总成的方法，其中电动机被连结到已将基板制成一体的电动机壳体、电动机突缘、或鼓风机壳体的一部分上，并且上述叶轮被这样连结到电动机上使能控制在叶轮和基板之间的间隙。
下面结合附图说明本发明的实施例的细节，从中还可看到本发明的其他一些特点、目的和优点。
附图说明
图1为叶轮的一个实施例的半截面图，所述截面是在含有叶轮轴线的一个平面内。该图包括一个叶片的扫视图(swept view)，示出叶轮旋转时叶片的包络线(envelope)，还示出叶轮轮毂和顶盖的形状。
图2为两个叶轮叶片的视图，所述视图是在一个与叶轮轴线垂直的平面内。该图示出在叶片顶部和基部的叶片弦、及叶片后缘的间隔。
图3为叶轮叶片的透视图示出叶片在其基部的中线。
图4为具有基板的叶轮另一个实施例的半截面图，所述截面是在含有叶轮轴线的一个平面内。该图包括一个叶片的扫视图，还示出基板的优选实施例。
图5为具有基板的叶轮另一个实施例的半截面图，所述截面是在含有叶轮轴线的一个平面内。该图包括一个叶片的扫视图和鼓风机壳体的一部分，还示出基板的第二实施例。
图6为一含有鼓风机壳体、电动机和叶轮的总成的截面图，所述截面是在含有叶轮轴线的一个平面内。该图包括叶轮叶片的扫视图，还示出一个基板结合到鼓风机壳体一部分内的实施例。
图7为一含有鼓风机壳体、电动机、电动机突缘和叶轮的总成的截面图，所述截面是在含有叶轮轴线的一个平面内。该图包括叶轮叶片的扫视图，还示出一个基板结合到电动机突缘内的实施例。
图8为一含有鼓风机壳体、电动机壳体、电动机和叶轮的总成的截面图，所述截面是在含有叶轮轴线的一个平面内。该图包括叶轮叶片的扫视图，还示出一个基板结合到电动机壳体内的实施例。
图9为一含有鼓风机壳体、电动机壳体、电动机和叶轮的总成的截面图，所述截面是在含有叶轮轴线的一个平面内。该图包括叶轮叶片的扫视图，还示出一个基板和电动机壳体结合到鼓风机壳体的一部分内的实施例。
图10为叶轮的透视图示出一个可能的叶片前缘的形状。
图11为叶轮的透视图示出第二个可能的叶片前缘的形状。
具体实施方式
图1为叶轮的一个实施例的半截面图，所述截面是在含有叶轮轴线16的一个平面内。该图包括一个叶片的扫视图。叶轮具有轮毂11、叶片12和叶轮顶盖13。
叶轮轮毂11延伸到一个比入口半径R2小的半径R1，使能用注射模塑模具制出单件结构，而可在模塑时不用滑模或其他行动。
叶片的前缘14是在叶片15的基部上从一个比叶轮轮毂半径R1小的半径上伸出，使叶片的基部能够连接到叶轮轮毂11上。
叶轮的顶盖13覆盖叶片并在含有叶轮轴线的平面内具有曲线部分。顶盖的曲线部分被这样设计使空气流能最佳地顺畅通过叶轮。作为叶轮的结构零件，叶轮的顶盖是必要的，它还可有助于防止气流的分离和混乱，并可限制离开叶轮的气流返回到叶片内再循环，这些都会造成较低的操作效率。在优选的实施例中，叶轮顶盖可引用一个环17来对再循环气流提供一条较长和阻力较大的流动路径，这样来减少再循环气流返回到叶轮入口内的数量。这种环还可添加以资进一步减少再循环气流的数量。另外，在优选的实施例中，叶轮顶盖覆盖叶片的大于叶轮入口半径R2的径向部分超过50％。
叶轮入口半径R2和叶片在该半径的高度H2限定一个入口圆筒的面积为2πR2H2。叶片后缘顶部半径R3和叶片后缘的高度H3限定一个出口圆筒面积为2πR3H3。圆筒面积的比率为入口圆筒面积对出口圆筒面积之比。在优选实施例中，叶轮圆筒面积的比率在1.0和2.0之间，即：
1.0＜R2H2/R3H3＜2.0
这个比率有助于防止气流从顶盖表面上离开，从而能得到一个较高的鼓风机操作效率。
叶轮入口面积被定义为半径R2的圆面积。叶轮的出口面积，叶轮出口面积被定义为半径R3和高度H3的圆筒的表面积。叶轮入口对出口之比为这两个面积之比。在优选的实施例中，叶轮入口对出口面积之比在0.7和1.0之间，即：
0.7＜π(R2)2/2πR3H3＜1.0
这个比率同样有助于防止气流从顶盖表面上离开，从而能得到一个较高的鼓风机操作效率。
在叶片顶部的叶片前缘在径向上向内伸出到一个比入口半径小的半径。这两个半径之差在图上被示出为“a”。这个几何尺寸使模塑出大部分叶片的半爿模具能在轴向上延伸到叶片12的顶边18。两半爿模具沿着这条边会合。在优选的实施例中，尺寸“a”为1-8毫米。
图2示出两个叶轮叶片的视图，所述视图是在一个与叶轮轴垂直的平面内。该视图示出在叶片顶部的叶片弦21、在叶片基部的叶片弦22、和叶片后缘的间距23。在叶片顶部的叶片弦21被定义为在一个垂直于叶轮轴线的平面上一条从叶片顶部的前缘延伸到叶片顶部后缘的投影线。同样，叶片基部的叶片弦被定义为在一个垂直于叶轮轴线的平面上从叶片基部的前缘延伸到叶片基部后缘的投影线。最小的叶片弦就是这两条弦中较短的一个。至少为叶轮直径15％的最小叶片弦有助于提供比传统的单件叶轮显著较高的操作效率。叶轮直径通常由叶片后缘在其最大径向范围的直径确定。
高效率另一个重要因素是叶片要有高密实度。叶片密实度被定义为最小叶片弦长对叶片后缘在径向最远范围处的间距之比。至少为2.0的叶片密实度对有效操作最为适合。叶片密实度与叶片弦长受到同样现象的限制，即过大时会使叶片的通道变窄以致堵塞通过叶轮前进的空气流而降低操作效率。
图3为一叶轮叶片的透视图示出在叶片基部的中线31。在叶片基部的叶片中线被定义为一条沿着叶片的基部、与叶片两面都等距离地从前缘延伸到后缘的线。在优选的实施例中，叶片与叶轮轮毂接触的范围不超过在叶片基部的叶片中线的20％(如叶片中线的前20％)。
图4为一鼓风机总成的半截面图，总成包括一个叶轮43和一块基板42，所述截面是在含有叶轮轴线41的一个平面内。该图包括一个叶片的扫视图。基板42沿径向延伸到叶轮轮毂半径R1之外，在优选实施例中延伸到叶轮叶片基部44的外直径R5如图所示。基板42就定位在叶轮43之下，基板的轮廓与叶轮叶片基部44的轮廓匹配。基板42与叶轮叶片基部44之间的垂直距离如图4中的“c”所示。为了有效地建立通过叶轮的空气流动路径，间隙“c”一般应小于半径R5的10％。在优选的实施例中，在制造公差允许的条件下将基板靠近叶轮定位可使鼓风机的效率增至最高。汽车环境控制用的叶轮，其半径一般从60到130mm。对于半径为100mm的典型的叶轮，间隙“c”应在1和10mm之间。
图5为另一个鼓风机总成的半截面图，该总成具有一个叶轮和一块基板，所述截面是在含有叶轮轴线51的一个平面内。叶轮54的截面图包括叶片55的扫视图。这个实施例包括基板52的另一个实施例和顶盖53的另一个实施例。这块基板52具有一个比叶轮叶片55基部的半径R5小的半径R4。基板52在具有任何一个比叶轮轮毂半径R1大的半径时都能起作用。顶盖53的外半径小于叶轮叶片55顶部的半径R3。图中还示出鼓风机壳体56的一部分。当顶盖53在径向上延伸的部分显然小于叶轮叶片55顶部的半径R3时，鼓风机壳体56的一部分必须紧密地贴近叶轮叶片55的顶部为的是限制再循环。
图6为一鼓风机总成的截面图，该总成包括鼓风机壳体61、叶轮62、和电动机63，所述截面是在含有叶轮轴线64的一个平面内。该图还包括叶片的扫视图。在这实施例中，基板65被结合到鼓风机壳体61的一个部分内以便减少总成内零件的数目。
图7为一鼓风机总成的截面图，该总成包括鼓风机壳体71、具有突缘73的电动机72和叶轮74，所述截面是在含有叶轮轴线的一个平面内。该图包括叶轮叶片的扫视图。在这实施例中，基板76被结合到电动机突缘73内。
图8为一鼓风机总成的截面图，该总成包括鼓风机壳体81、电动机壳体82、电动机83和叶轮84，所述截面是在含有叶轮轴线85的一个平面内。该图包括叶片的扫视图。在这实施例中，基板86被结合到电动机壳体内。
图9为一鼓风机总成的截面图。该总成包括鼓风机壳体91、电动机壳体92、电动机93和叶轮94，所述截面是在含有叶轮轴线的一个平面内。该图还包括叶片的扫视图。在这实施例中，电动机壳体92和基板96被结合到鼓风机壳体的一部分内。
图10为一叶轮的透视图示出一种可能的叶片前缘的形状102，它可适应制造的需要而变化。在这实施例中，大多数叶片前缘近乎直立，具有“脚”101将叶片连结到轮毂上。
图11为一叶轮的透视图示出另一种可能的叶片前缘的形状111，它可适应制造的需要而变化。在这实施例中，前缘在其跨度上为一恒定的角度。
上面说明了本发明的多个实施例。应该知道在不离开本发明的创意和范围的情况下，是可作出各种不同的修改的。

Claims (20)

1. 一种离心鼓风机的离心叶轮，可被安装在一根轴上旋转，该叶轮包括多个叶片，每个叶片具有前缘和后缘，一个叶轮轮毂，和一个顶盖；叶片限定了叶轮直径、圆筒形面积的比率、出口面积、最小弦长、叶片中线长度和叶片密实度；顶盖形成通往叶轮的入口，而叶轮具有一个叶轮入口半径和入口面积；其中，
a)叶轮被注射模塑制成单件；
b)叶轮轮毂向外延伸到一个比叶轮入口半径小的半径处；
c)叶片从比叶轮轮毂半径小的半径处向外延伸；
d)顶盖在含有叶轮轴线的平面内具有曲线形状；
e)圆筒形面积的比率在1.0到2.0之间；
其特征在于，所述叶片密实度至少为2.0。
2. 如权利要求1所述的离心叶轮，其特征在于，所述最小弦长至少为叶轮直径的15％。
3. 如权利要求1所述的离心叶轮，其特征在于，所述顶盖配有至少一个环用来控制气流的再循环。
4. 如权利要求1所述的离心叶轮，其特征在于，所述顶盖至少覆盖叶片的超过50％的径向延伸部分，该部分大于叶轮入口半径。
5. 如权利要求1所述的离心叶轮，其特征在于，叶片前缘的顶部向内伸出到一个比叶轮入口半径小的半径。
6. 如权利要求1所述的离心叶轮，其特征在于，所述叶片与轮毂接触的范围小于叶片基部上叶片中线长度的20％。
7. 如权利要求1所述的离心叶轮，其特征在于，叶片前缘的顶部向内伸出到比叶轮入口半径小1-8mm之处。
8. 如权利要求1所述的离心叶轮，其特征在于，入口面积对出口面积之比在0.7和1.0之间。
9. 一种离心鼓风机总成，具有一块基板和权利要求1所述的叶轮；所述叶轮顶盖和基板共同形成从入口到出口的空气流动路径；其中，
a)所述基板向外延伸到一个比叶轮轮毂半径大的半径处；
b)所述基板并不旋转；
c)基板和叶轮叶片之间的间隙小于叶轮半径的10％。
10. 如权利要求9所述的离心鼓风机总成，其特征在于，还具有鼓风机壳体，基板被结合到所述鼓风机壳体的一部分内成为一个单独的整体部件。
11. 如权利要求9所述的离心鼓风机总成，其特征在于，还具有电动机和电动机突缘，基板被结合到所述突缘内成为一个单独的整体部件。
12. 如权利要求9所述的离心鼓风机总成，其特征在于，还具有电动机壳体，基板被结合到所述电动机壳体内成为一个单独的整体部件。
13. 如权利要求12所述的离心鼓风机总成，其特征在于，还具有鼓风机壳体，电动机壳体被结合到所述鼓风机壳体的一部分内成为一个单独的整体部件。
14. 如权利要求9所述的离心鼓风机总成，其特征在于，所述基板与所述叶轮组合制出成型轮廓以便在叶轮旋转时与叶轮叶片基部的轮廓匹配，形成所述空气流动路径。
15. 如权利要求9所述的离心鼓风机总成，其特征在于，所述基板在含有风机轴线的平面上具有曲线的形状。
16. 一种用注射模塑法将所述叶轮制成单件的制造权利要求1或2中所述的离心叶轮的方法。
17. 一种装配权利要求10中所述的离心鼓风机总成的方法，其特征在于，电动机被装在所述鼓风机壳体的所述部分上，而所述叶轮被连结到所述电动机上。
18. 一种装配权利要求11中所述的离心鼓风机总成的方法，其特征在于，所述电动机被装在所述电动机突缘上，而所述叶轮被连结到所述电动机上。
19. 一种装配权利要求12或13中所述的离心鼓风机总成的方法，其特征在于，电动机被装在所述电动机壳体上，而所述叶轮被连结到所述电动机上。
20. 如权利要求10到13中任一项所述的离心鼓风机总成，其特征在于，其大小和形状的设计适宜装在汽车环境控制系统内。
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