CN101379300A - 轴流式风扇 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及轴流式风扇，且本发明的目的是使其能提高结构稳定性以减少叶片的变形和不平衡性，并且通过用最优间隙角确定叶片的分布角和因此确定叶片的不均匀率来实现低噪声级别。

Description

轴流式风扇
技术领域
本发明涉及轴流式风扇，更具体地，涉及能提高结构稳定性以减少叶片的变形和不平衡性并且实现低噪声级的轴流式风扇。
背景技术
如图1所示，用于冷却经过诸如车辆散热器、冷凝器等热量交换器内部的热量交换介质的轴流式风扇10设置有连接到诸如电动机的驱动源50的轴52的轮毂20，径向地排列在轮毂20的外圆周长处的多个叶片30，和用于连接叶片尖端以防止叶片变形的风扇带40。轴流式风扇10因此由从驱动源50传向轮毂20的旋转力而旋转并且由叶片30沿轴线方向吹气。
固定到热量交换器的罩60用于有效地引导由轴流式风扇10吹来的气体。罩60设置具有气孔并且支撑作为驱动源的电动机50，气孔的大小使得轴流式风扇10可旋转地插入其中。
在传统的轴流式风扇10的叶片30中，如图2所示，前缘LE是旋转方向一侧的边缘，后缘TE是旋转方向的对侧的边缘，当其从连接叶片30与轮毂20的叶片根部32延展至叶片30的中心部时具有向旋转的反方向倾斜的后扫描角(sweeping angle)，和当其延展至连接叶片到风扇带(fan band)40的叶片尖端34时具有向旋转方向倾斜的前扫描角。扫描角的此种改变为轴流式风扇的性能中的重要因素，然而，已知其难于获得满意的鼓风效率和减噪效果。
考虑到上述问题，改进型轴流式风扇已经在由本发明人的韩国专利申请公开号第2002-94183号和第2002-94184号中提出。
如图3和图4中所示，前述轴流式风扇10a具有波形结构叶片30a，其中，前缘LE和后缘TE的扫描角在其从叶片根部32a延展至叶片尖端34a时从向后到向前和从向前到向后交替改变。并且，弦长CL在其从叶片根部32a延展至叶片尖端34a时逐渐增加。标记符号α表示叶片30相对于水平线H的角度。标记符号20a和40a分别表示轮毂和风扇带。
如图5和图6所示，后述的轴流式风扇10b具有与前述相同的波形结构叶片30b，且弦长CL(见图4)也在其从叶片根部32b延展至叶片尖端34b时逐渐增加。此外，叶片根部32b具有最大的后扫描角且叶片尖端34b具有最大的前扫描角。标记符号20b和40b分别表示轮毂和风扇带。
根据分别具有上述波形结构叶片30a和30b的轴流式风扇10a和10b，位于沿前缘LE和后缘TE间的中点走向的中弦线上的拐点P1和P2之间的区域，用作用于分散气流并因此防止气流聚集从而与图1和图2所示的轴流式风扇相比能增加流动效率和减小噪声的区域。
如图7中所示，例如，在设置有具有上述波形结构的叶片的轴流式风扇中，当假定分别穿过轮毂20b的中心C和相邻两个叶片30b和轮毂20b相接触的各叶片的根部32b的中点C1和C2的两条线L1和L2之间的角度为叶片的分布角度A1，且叶片的数目为n时，等角分布角度被定义为分布角度变为360/n的情况。
另外，叶片的分布角度A1可在轴流式风扇的旋转方向(+)或反方向(—)上以等角分布角度中的预定角度移动，且此时其中可增加或减小角度的范围被称为间隙角B。换言之，其可由以下公式表示：叶片的分布角度A1＝等角分布角度×间隙角B。
同时，美国专利第5,000,660号公开了具有不均匀结构的叶片的轴流式风扇，其中在至少两个叶片间从叶片根部到叶片尖端的曲率是不同的，且该轴流式风扇被建议用于增加叶片根部的刚度并且减小叶片尖端部的噪声。
然而，在具有上述波形结构的传统轴流式风扇中，存在有以下问题，即，当轴流式风扇旋转时出现不平衡，并且如果间隙角B被设置得过大，则不能达到满意的减噪效果。
发明内容
本发明的目的是提供一种轴流式风扇，其能提高结构稳定性以减少叶片的变形和不平衡性，并且通过用最优间隙角确定叶片的分布角度并且因此确定叶片的不均匀率来实现低噪声级。
为了实现上述目标，根据本发明的轴流式风扇包括：轮毂(110)；在轮毂周围径向地排列的且具有扫描角的多个叶片(120)，其扫描角的方向在叶片的根部(122)和尖端(124)之间的区域内交替变化；用于整体地连接每一叶片的尖端的风扇带(130)；其中，当假定分别穿过轮毂(110)的中心(C)和相邻两个叶片(120)与轮毂(110)相接触的各叶片的根部的中点(C1，C2)的两条线(L1，L2)之间的角度是叶片的分布角A1，并且在叶片的数目为n的情况下等角分布角的角度是360/n，则所述叶片被排列成间隙角处于4°到9°的范围内，同时满足公式：叶片的分布角(A1)＝等角分布角±间隙角。
根据本发明，优选间隙角处于6°到7°的范围内。
另外，优选当假定分别通过轮毂的中心和相邻两叶片和轮毂相接触的各叶片的根部的中点的两条线之间的角度是叶片的轮毂侧分布角，且分别穿过轮毂的中心和两个叶片(120)的各尖端的中点的两条线之间的角度是叶片的尖端侧分布角时，叶片的轮毂侧分布角和叶片的尖端侧分布角是相同的。
另外，叶片具有扫描角，当从具有前向角的叶片的尖端向与轮毂相连接并具有后向角的叶片的根部延展时，扫描角逐渐改变，并且叶片具有叶片的尖端(124)侧的前向角区域和叶片的根部(122)侧的后向角区域之间的多个流动分散区域(D)，其中扫描角的方向交替反向。
此时，优选的是，叶片具有从叶片尖端向叶片根部延伸的前缘(LE)，且前缘的扫描角的方向从在叶片根部处的最大后向角至叶片尖端处的最大前向角逐渐改变，其中扫描角的方向从叶片根部侧的后向角反向为前向角，随后，反向为后向角并且再次反向为前向角以连接到叶片尖端侧的前向角。此外，优选的是，叶片具有从叶片尖端向叶片根部延伸的后缘(TE)，并且后缘(TE)的扫描角的改变模式与前缘(LE)的相同。
附图说明
本发明的以上和其它目标、特性和优点将从下列优选实施方式的说明结合附图而变得很明显，其中：
图1是说明传统轴流式风扇和罩组件的分解透视图。
图2是说明传统轴流式风扇的部分正视图。
图3是说明传统轴流式风扇的另一个实例的正视图。
图4是定义弦的叶片的剖视图。
图5是说明传统轴流式风扇的又一实例的透视图。
图6是说明图5中所示的轴流式风扇的部分正视图。
图7是用于解释图5中所示的轴流式风扇中的叶片的分布角的部分正视图。
图8是说明根据本发明的轴流式风扇的一个实施方式的正视图。
图9是用于解释图8中所示的本发明的轴流式风扇中叶片的结构的部分正视图。
图10至图15是比较性地显示关于根据本发明的轴流式风扇和传统轴流式风扇，依照频率的噪声级别的图表。
图16是显示总噪声根据间隙角变化的变化模式的图表。
主要元件的描述
110：轮毂
120：叶片
122：叶片根部
124：叶片尖端
130：风扇带
A1：叶片的分布角
C：轮毂的中心
C1，C2：接触轮毂的叶片的根部的中点
L1，L2：穿过轮毂的中心和叶片的根部中点的线
D：流动分散区域
S1，S2：集流部件
r11，r12，r13：第一，第二和第三拐点
具体实施方式
此后，将参照附图详细说明本发明的实施方式。
图8显示了根据本发明的轴流式风扇。轴流式风扇100包括轮毂110；多个叶片120，其径向地排列在轮毂110的周围并且具有扫描角，扫描角的方向在叶片根部122和叶片尖端124间的区域内交替地改变；和用于整体地连接每一叶片120的尖端124的风扇带130。在本实施方式中，图示的轴流式风扇100具有9个叶片120。
根据本发明，当假定分别穿过轮毂110的中心C和相邻两叶片120和轮毂110相接触的各叶片的根部122的中点C1和C2的两条线L1和L2之间的角度为叶片的分布角A1时，叶片的分布角A1沿轴流式风扇100的旋转方向(+)或反方向(-)移动的角度范围是间隙角，且叶片的数目为n，代表叶片排列的间隔的等角分布可规定为360/n。
换言之，叶片120可被示例性地以40°的间隔排列，叶片120的实际角度分布可在轴流式风扇100的旋转方向(+)或旋转的反方向(-)上以间隙角范围中的预定角度移动。
叶片120的分布角度A1可由以下公式表示：叶片的分布角A1＝等角分布角±间隙角，且间隙角优选地处于4°到9°的范围内并更优选处于6°到7°的范围内。
此外，当假定分别穿过轮毂110的中心C和相邻两个叶片120和轮毂110相接触的各叶片的根部122的中点C1和C2的两条线L1和L2之间的角度A1r是叶片的轮毂侧分布角，并且分别穿过轮毂110的中心C和两个叶片120的各尖端124的中点C3和C4的两条线L3和L4之间的角度A1t是叶片的尖端侧分布角时，优选叶片的轮毂侧分布角A1r和叶片的尖端侧分布角A1t是相同的。
图9是用于解释图8中所示的本发明的轴流式风扇中的叶片结构的部分正视图。在图9的叶片中，显示了前缘LE、后缘TE和中弦线ML，中弦线ML被定义为径向地沿前端LE和后端TE间的中点走向的线。如图所示，在根据本发明的轴流式风扇中，叶片120的前缘LE具有扫描角，在叶片根部122和叶片尖端之间的全剖面上，扫描角的方向从在叶片根部122处的最大后向扫描角至叶片尖端124处的最大前向扫描角逐渐改变。此外，前缘LE具有流动分散区域D，该区域是从第一拐点r11(此处扫描角的方向从后向变为前向)开始穿过第二拐点r12，并到达第三拐点r13(此处扫描角的方向再次从后向变为前向)的小区段。
换言之，叶片120的前缘LE如此形成使得扫描角的方向从叶片根部122侧处的后向按照前向、后向和前向的顺序逐渐改变，并且最终在叶片120的根部122侧的后部区域和叶片120的尖端124侧的前部区域间的叶片的尖端124侧变为前向。
此外，如图所示，叶片120的后缘TE也以与前缘LE相同的模式形成，也就是，使得扫描角的方向从在叶片的根部122侧处的后向按照前向、后向和前向的顺序逐渐改变，且最终在叶片120的根部122侧的后部区域和叶片120的尖端124侧的前部区域间的叶片的尖端124侧变为前向。
如上所述，流动分散区域D形成两个集流部件S1和S2，在此处流集中到后缘TE的一侧并因此大量减少流的集中，从而相对于功耗增加了鼓风效率，并且极大地减少噪声的生成。
图10至图15是比较性地显示在根据本发明间隙角处于4°到9°的情况下各种频率下的噪声级别的图表。如图10到图15所示，在相同电压条件下对根据本发明(第一和第二实施例)的轴流式风扇和传统的轴流式风扇的测试显示根据本发明的轴流式风扇在噪声级别方面比传统轴流式风扇低很多。根据本发明的轴流式风扇在低rpm下具有很大的气流速率，并且在相同气流速率条件下对根据本发明的轴流式风扇和传统轴流式风扇的测试显示在噪声级别、rpm和电压方面，根据本发明的轴流式风扇都比传统轴流式风扇低很多。
在图10到图15的图表中，均匀风扇的噪声级别由黑实线表示，而每一不均匀风扇的噪声级别由灰虚线表示。在图10到图15中，可清楚地注意到，不均匀风扇的噪声峰值比均匀风扇噪声峰值低很多。
表1列出总噪声根据间隙角变化的数据，并且图16示意性地显示表1的数据。
[表1]
 
间隙角(°) 总噪声(dB)
0 67.9
1 67.7
 
2 67.6
3 67.8
4 67.0
5 66.6
6 66.3
7 66.6
8 66.5
9 66.7
10 67.2
11 67.3
12 67.5
13 67.4
14 67.9
在以上表1和图16中，间隙角为0°的情况表示均匀风扇的情况，即，叶片精确地以等角分布排列的情况(叶片的分布角＝等角分布角)。
图16清楚地显示出一种趋势，其中在叶片的分布角为等角分布角，也就是间隙角为0°的情况下噪声非常高，并且噪声随着间隙角的增加逐渐减少，而如果间隙角超过特定值，则噪声又增加。如图所示，将知道噪声在间隙角处于4°到9°的范围内的情况下比均匀风扇的情况下明显减少，特别地，在间隙角处于6°到7°的范围内的情况下，减噪效果达到最大。
[工业应用性]
使用根据本发明的上述轴流式风扇，与传统轴流式风扇相比，由于通过用最优间隙角确定叶片120的分布角，可极大地降低噪声，因此能促进使用轴流式风扇的设备的安静操作。此外，鼓风效率和减噪效果可通过调整间隙角以及在叶片上形成流动分散区域而大幅增加。
另外，与传统轴流式风扇相比，由于根据本发明的轴流式风扇即使在低rpm下也可产生较大的气流速率，因此能提高结构稳定性并且由此增加轴流式风扇的耐用性。

Claims (6)

1.一种轴流式风扇，其包括轮毂(110)；在所述轮毂周围径向排列且具有扫描角的多个叶片(120)，所述扫描角的方向在所述叶片的根部(122)和尖端(124)之间的区域内交替变化；和用于整体地连接每一所述叶片的尖端的风扇带(130)；
其中，假定分别穿过所述轮毂(110)的中心(C)和相邻两个所述叶片(120)与所述轮毂(110)相接触的各所述叶片的根部的中点(C1，C2)的两条线(L1，L2)之间的角度是所述叶片的分布角A1，并且在所述叶片的数目为n的情况下等角分布角的角度是360/n，则所述叶片被排列成间隙角处于4°到9°的范围内，同时满足公式：叶片的分布角(A1)＝等角分布角±间隙角。
2.如权利要求1所述的轴流式风扇，其中所述间隙角处于6°到7°的范围内。
3.如权利要求1或2所述的轴流式风扇，其中，假定分别穿过所述轮毂(110)的中心(C)和相邻两个所述叶片(120)与所述轮毂(110)相接触的各所述叶片的根部(122)的中点(C1，C2)的两条线(L1，L2)之间的角度(Alr)是所述叶片的轮毂侧分布角，并且分别穿过所述轮毂的中心(C)和两个所述叶片(120)的各尖端(124)的中点(C3，C4)的两条线(L3，L4)之间的角度(Alt)是所述叶片的尖端侧分布角，则所述叶片的所述轮毂侧分布角(Alr)和所述叶片的所述尖端侧分布角(Alt)是相同的。
4.如权利要求3所述的轴流式风扇，其中所述叶片(120)具有扫描角，当从具有前向角的所述叶片的所述尖端(124)向与所述轮毂(110)相连接并具有后向角的所述叶片的所述根部(122)延展时，所述扫描角逐渐改变，并且所述叶片具有所述叶片的所述尖端(124)侧的前向角区域和所述叶片的所述根部(122)侧的后向角区域之间的多个流动分散区域(D)，其中所述扫描角的方向交替反向。
5.如权利要求4所述的轴流式风扇，其中所述叶片(120)具有从所述叶片的所述尖端(124)向所述叶片的所述根部(122)延伸的前缘(LE)，并且所述前缘的扫描角的方向从所述叶片的所述根部(122)处的最大后向角至所述叶片的所述尖端(124)处的最大前向角逐渐改变，其中所述扫描角的方向从所述叶片的所述根部(122)侧的后向角反向为前向角，随后反向为后向角并再次反向为前向角以便连接到所述叶片的所述尖端(124)侧的前向角。
6.如权利要求4所述的轴流式风扇，其中所述叶片(120)具有从所述叶片的所述尖端(124)向所述叶片的所述根部(122)延伸的后缘(TE)，并且所述后缘(TE)的扫描角的改变模式与所述前缘(LE)的扫描角的改变模式相同。
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