CN102753835B - 特别用于机动车辆的风扇转子 - Google Patents

Abstract

一种风扇转子，包括叶片（14），每一个叶片具有机翼类型的大体轮廓，该轮廓具有前缘（28）和后缘（30）、前缘（28）和后缘（30）之间的中性轴线（32）和跨距（36）。根据一个实施例，叶片（14）在其长度的至少一部分上具有一轮廓，该轮廓定形为使得中性轴线（32）使得反弯点（34）可行，叶片具有两个相反的凹部，即，位于前缘（28）和反弯点（34）之间的正凹部（C1）和位于反弯点（34）和后缘（30）之间的负凹部（C2）。应用于机动车辆。

Description

特别用于机动车辆的风扇转子

技术领域

本发明涉及风扇转子。

本发明更具体地涉及包括毂部和从毂部朝向外部径向延伸的叶片的风扇转子，其中每一个叶片具有通用的轮廓，特别是机翼类型的轮廓，其具有前缘和后缘、中性轴线和位于前缘和后缘之间的跨距。

背景技术

该类型的转子可以特别用在机动车辆设备中，例如在发动机风扇单元中，以便使空气流加速穿过包括一个或多个热交换器的冷却模块，包括车辆发动机冷却散热器。

转子随后固定到电马达的轴，以便被旋转。

转子叶片从毂部延伸，且所述转子叶片的外部端部是自由的或被膨胀圈连结，所述圈也称作“引导件”。

在特别针对机动车辆发动机风扇单元的应用中，转子必须在广泛的条件下操作，且必须能够以非常低的能量需求产生高的空气流速。

为了满足这些条件，转子通常配备由少量叶片（一般在5和9之间），每一个叶片具有有限长度的跨距，以便减少风扇的扭矩。

因此，许多用于机动车辆应用中的风扇，对于给定的半径具有低比率的几何空间（从转子的中心开始）。该比率，也称为“稠度（solidity）”，定义为跨距的长度乘以叶片的数量且除以相关半径的周长。因此，该比率越高，转子具有越多的叶片，且叶片的跨距越大。

具有低水平稠度的风扇转子具有以下不利：它们对操作条件、对其他机械部件的周围区域、对空气在叶片端部处的再循环现象非常敏感。

在不适宜的条件下，全局效率下降，导致低劣的冷却条件和/或更高的能量需求以便以足够的旋转速度驱动风扇。

此外，在这些已知风扇中，转子叶片总是具有机翼类型的常规轮廓，其中轮廓的中性轴线沿相同方向具有凹部。

发明内容

本发明的目的特别是克服上述不利。

该目标特别地提供了一种风扇转子，其可以在广泛的操作条件下操作，同时提供高流速，以及具有低能量需求。

为此，根据本发明的第一实施例，提出的是叶片在其长度的至少一部分上具有形成为扁平（flattened）的S形状的轮廓，从而中性轴线使得反弯点可行，叶片具有两个相反的凹部，即，位于前缘和反弯点之间的正凹部和位于反弯点和后缘之间的负凹部。

因此，每一个叶片特征在于在其长度的至少一部分上轮廓的具体形状，这使得可以将稠度保持在适当的值，而不显著地增加阻力，且因此不显著地增加风扇的扭矩。

该特定空气动力学轮廓来源于，它的中性轴线使得反弯点可行，这允许具有各自相反方向的两个相继曲线的限定。

考虑到该特定轮廓，可以制造具有改进性能的转子，且该转子的操作较少收到效率下降的影响。

反弯点有利地位于跨距的长度的从前缘开始的20%和80%之间处。

但是，反弯点优选定位为相比于靠近前缘更靠近后缘。

根据本发明的另一特征，中性轴线在反弯点水平上的切线与跨距相交并形成4°的最小角度，且优选地10至20°的角度。

有利地，轮廓的正凹部具有至少2%的曲度，轮廓的负凹部具有至少2%的曲度，曲度定义为中性轴线相对于跨距的高度与跨距的长度的比率。

根据本发明的第二实施例，在轮廓的至少部分长度上，叶片具有一轮廓，该轮廓成形为使得中性轴线具有在前缘和中间点之间的正凹部，和在该中间点和后缘之间的大体平坦部分。

有利地，中性轴线的切线，特别是在中间点区域中的切线，与跨距相交并形成至少4°的角度，所述角度被视为在一位置，在该位置处，中性轴线的切线和跨距之间的角度最大。

根据本发明的另一特征，中间点基本上对应于中性轴线的反弯点。

大体平坦的部分优选地具有跨距长度的20%和60%之间的长度。

根据本发明的第二和第二实施例的成形轮廓不必沿叶片的从它在毂部水平处的跟部到它的外部端部的整个长度上呈现。

因此，根据优选实施例，叶片具有发展中的（developing）轮廓，该轮廓从在毂部水平上的根部区域中的所述成形轮廓开始，并结束于在叶片端部区域中的机翼类型的轮廓，没有中性轴线的反弯点。

根据本发明的另一特征，风斩转子具有至少为0.5的稠度。有利地，稠度从在毂部水平上的叶片跟部朝向叶片的端部下降。

例如，稠度从叶片的跟部至叶片的端部从约0.9变化至约0.5。

附图说明

在以下仅通过示例提供的详细描述中，对附图进行了参考，其中：

图1是根据本发明的风扇转子的透视图；

图2示出了根据本发明的第一实施例的叶片的展开横截面；

图3是图2中的叶片的在前缘区域中的放大尺度的细节；

图4是图2中的叶片的在后缘区域中的放大尺度的细节；

图5示出根据本发明的第一实施例的另一叶片的展平的横截面，示出了轮廓的正凹部和负凹部的相应的曲度；

图6示出了根据本发明的第二实施例的叶片的展开横截面；

图7是类似于图1中风扇转子的风扇转子的局部透视图，示出叶片的三个圆柱形截面，分别位于靠近毂部的区域中、中间区域中、和靠近转子的圈的区域中；

图8A、8B和8C分别示出叶片轮廓的对应于图7中三个截面的展平的横截面；

图9示意性地示出根据现有技术的转子的两个叶片之间的空气流的视图；和

图10示意性地示出根据本发明的转子的两个叶片之间的空气流的视图。

具体实施方式

首先参考图1，图1示出根据本发明的转子10，在示例中，该转子10设计为形成机动车辆的发动机风扇单元的一部分。该转子有利地通过用适当的塑料材料模制而制造成单件，所述塑料材料例如为填充有纤维或玻璃珠的聚酰胺。转子10包括毂部12，也称作“滚子（bowl）”，该毂部12可以楔入到电马达的驱动轴（未示出）上，以根据给定的旋转方向绕轴线XX旋转。

多个叶片14，且在示例中为七个叶片，从毂部12径向地延伸。这些叶片具有内部端部16（也已知为“跟部”或“底部”）和外部端部18，所述内部端部16附连到毂部12，所述外部端部18在该情况下连接到外部圈20（也称作“引导件”）。但是，在变体（未示出）中，叶片的外部端部18可以是自由的。中间区域22在端部16和18之间延伸。

现在参考图2，图2示出叶片14的展平的横截面，即，通过将绕转子的轴线XX的圆柱形旋转表面与叶片相交，并展平该圆柱形表面而获得。叶片14具有展平的S形式的成形轮廓。该轮廓由具有弯曲形式的内部线24和具有弯曲形式的外部线26界定，这两条线在前缘28和后缘30处相连。

在该情况下的成形轮廓具有带中性轴线32的特征形状，该中性轴线使得反弯点34可行。将记住的是，中性轴线对应于中线，在第一近似中，该中线位于界定轮廓的内部线24和外部线26的一半处。由于该反弯点，中性轴线32具有曲率或凹度的倒转。因此有两个相反的凹度，即，前缘28和反弯点34之间的正凹度C₁，和反弯点34和后缘30之间的负凹度C₂。中性轴线32因此从跨距36的两侧延伸，所述跨距36连接前缘28和后缘30。

如可在图2中看到的，反弯点34位于跨距的长度L的从前缘开始的20%和80%之间处。反弯点34所位于的域D在图2中采用曲段的形式。大体上，反弯点34优选定位为相比于靠近前缘28更靠近后缘30，如图2中的情况。

中性轴线的在反弯点水平上的切线T与跨距36相交，且形成至少4°的角度A。优选地，该角度A会在10和20°之间。该角度越大，凹度C₁和/或C₂就会越明显。

轮廓的正凹度C₁具有至少2%的曲度，曲度定义为中性轴线32相对于跨距36的高度H₁和跨距的长度L之间的比值（图3）。该曲度可例如在4%和8%之间。

类似地，轮廓的负凹度C₂具有至少2%的曲度，曲度定义为中性轴线32相对于跨距36的高度H₂和跨距36的长度L之间的比值（图4）。该曲度可例如在4%和8%之间。

在所示示例中，H₁大于H₂，且因此凹度C₁的曲度大于凹度C₂的曲度。

图5示出类似于图2中的叶片的另一轮廓，其中标明了高度H₁和H₂以及角度A。

图6示出根据本发明的第二实施例的叶片14的展平的横截面，显示出另一叶片轮廓，其类似于上述第一实施例的叶片轮廓。在该情况下，在轮廓的至少部分长度上，叶片具有一轮廓，该轮廓成形为使得中性轴线32具有在前缘28和中间点38之间的正凹部C₁，和在该中间点38和后缘30之间的大体平坦部分P。

以特征的方式，中性轴线的在中间点38的区域中的切线T与跨距36相交，且形成至少4°的角度B。该角度B被视为处于一位置，在该位置处，中性轴线的切线和跨距之间的角度最大。高角度优选地在10和20°之间，例如为8°和12°。

中间点38基本上对应于中性轴线32的反弯点，该反弯点位于正凹部C₁和大体平坦部分P之间的连结处。

大体平坦部分P具有长度l，该长度l大体在跨距36的长度L的10%和80%之间，且特别地在20%和60%之间。在图6中的示例中，长度l基本上对应于长度L的三分之一。在示例中，中间点38因此定位为与靠近前缘28相比更靠近后缘30。

根据本发明的第一或第二实施例的定形轮廓可以沿叶片的整个长度呈现，或沿该长度的仅一部分呈现。在示例中，叶片具有一成形轮廓，该成形轮廓形成为从在毂部的水平上的叶片的跟部的区域直到叶片的端部区域。为了描述在本发明的第一实施例的情况下发展中的轮廓，现在参考图7以及8A、8B和8C。图7是转子的局部视图，该转子的其中一个叶片根据分别位于靠近毂部的跟部的区域中、中间区域中和靠近外部端部（靠近圈）的圆柱形截面VIIIA、VIIIB和VIIIC在三个位置被切割。图8A、8B和8C是对应的形成的横截面。它们显示出轮廓从内部端部区域16（跟部），经过中间区域22（图8B）直到外部端部区域18的变化。可以看到，轮廓在根部区域（图8A）比在外部区域（图8C）凹得多，并经过过渡（图8B）。

其它叶片轮廓可设置为，成形轮廓（在示例中为展平的S形式）沿叶片的长度的至少一部分呈现。因此，轮廓可以从根据本发明的第一或第二实施例的具体形式逐渐过渡到机翼类型的常规形式，而没有曲率的反转和没有反弯点。

在第一实施例中，正凹部通过负凹部延伸，而在第二实施例中，正凹部通过大体平坦部分延伸。在两种情况下，正凹部包括延伸直到后缘的跨距（负凹部或大体平坦部分），并影响被转子投入运动的流体的流动。

比较于根据现有技术的转子，现在将解释根据本发明的转子的操作。

首先参考图9，其示意性地示出根据现有技术的转子的空气流线，该转子的叶片具有机翼类型的常规轮廓，且其稠度（如之前定义的）很低。

如欧拉理论（Euler’s Theory）解释的，对于涡轮机来说，压力增加取决于流动沿叶片跨距的偏转。为了获得该类型的偏转，已经使用了许多空气动力学轮廓。更好的引导通过高水平的稠度而获得，即通过靠近彼此的叶片而获得。

在另一方面，在低稠度的情况下，流动的引导是低效的，且在前缘侧上获得了流动的分离，如图9中的视图所示的。在该视图中可以看到，空气的流动趋于分离并在顶部翘曲侧上形成湍流（箭头F₂），而这些空气流在下翘曲侧I上被良好引导（箭头F₁）。

为了避免该湍流形成的常规方案是增加稠度，无论是借助用于常规轮廓的更长的跨距，还是用更多叶片，其增加风扇扭矩。但是，该类型的方案常常不与直流电马达的技术约束相容，所述电马达用在机动车辆的发动机风扇中。

本发明使得可以借助使用如之前定义的轮廓而避免该类型的不利。

图10显示的是，由于根据本发明的成形表面（其在示例中为展平的S的形式），空气流线F₁继续接合在一起，而没有如图9的情况下的湍流的分离和产生。这些线因此在叶片14之间被引导和挤过。同样的结果可以由根据本发明的第二实施例定形的轮廓而获得。

在本发明的情况下，稠度有利地为至少0.5，且其可以从叶片的跟部直到叶片的端部从约0.9变化至约0.5。通过比较，对于常规叶片，该稠度从在跟部处的约0.7变化至在端部处的0.3。因此，通过更高水平的稠度，以及通过根据本发明的第一和第二实施例定形的轮廓，获得了更好的性能，而不产生断流或其它烦扰，且不需要较高水平的扭矩。

本发明的优选应用是在机动车辆的发动机风扇单元中。

Claims (14)

1.一种用于机动车辆的风扇转子，包括毂部(12)和叶片(14)，所述叶片从毂部(12)朝向外部径向地延伸，其中，每一个叶片(14)具有一轮廓，所述轮廓具有中性轴线(32)和跨距(36)，所述跨距(36)在所述叶片(14)的前缘(28)和后缘(30)之间延伸，

其特征在于，叶片(14)在其长度的至少一部分上具有形成为展平的S形状的轮廓，该轮廓定形为使得中性轴线(32)存在反弯点(34)，且叶片具有两个相反的凹部，即，位于前缘(28)和反弯点(34)之间的正凹部(C₁)和位于反弯点(34)和后缘(30)之间的负凹部(C₂)，叶片(14)还具有发展中的轮廓，该轮廓从在毂部(12)水平上的在叶片根部区域中的所述形成为展平的S形状的轮廓开始，并结束于在叶片端部区域中的机翼类型的轮廓，没有中性轴线的反弯点。

2.如权利要求1所述的风扇转子，其特征在于，反弯点(34)位于跨距(36)的长度的从前缘(28)开始的20％和80％之间处。

3.如权利要求1和2中的一项所述的风扇转子，其特征在于，反弯点(34)定位为与靠近前缘(28)相比更靠近后缘(30)。

4.如权利要求1和2中的一项所述的风扇转子，其特征在于，中性轴线的在反弯点水平上的切线(T)与跨距相交，且形成至少4°的角度(A)。

5.如权利要求1和2中的一项所述的风扇转子，其特征在于，轮廓的正凹部(C₁)具有至少2％的曲度，该曲度定义为中性轴线(32)的正凹部相对于跨距(36)的高度(H₁)和跨距的长度(L)之间的比值。

6.如权利要求1和2中的一项所述的风扇转子，其特征在于，轮廓的负凹部(C₂)具有至少2％的曲度，该曲度定义为中性轴线(32)的负凹部相对于跨距(36)的高度(H₂)和跨距的长度(L)之间的比值。

7.一种用于机动车辆的风扇转子，其包括毂部(12)和叶片(14)，所述叶片从毂部(12)朝向外部径向地延伸，其中，每一个叶片(14)具有一轮廓，所述轮廓具有中性轴线(32)和跨距(36)，所述跨距(36)在所述叶片(14)的前缘(28)和后缘(30)之间延伸，

其特征在于，叶片(14)在其长度的至少一部分上具有一轮廓，所述轮廓成形为使得中性轴线(32)具有在前缘(28)和中间点(38)之间的正凹部(C₁)，和在该中间点(38)和后缘(30)之间的大体平坦部分(P)，叶片(14)还具有发展中的轮廓，该轮廓从在毂部(12)水平上的在叶片根部区域中的成形为使得中性轴线(32)具有在前缘(28)和中间点(38)之间的正凹部(C1)和在该中间点(38)和后缘(30)之间的大体平坦部分(P)的所述轮廓开始，并结束于在叶片端部区域中的机翼类型的轮廓，没有中性轴线的反弯点。

8.如权利要求7所述的风扇转子，其特征在于，平坦部分(P)沿着跨距(36)取向。

9.如权利要求7所述的风扇转子，其特征在于，中性轴线的切线(T)与跨距(36)相交并在中性轴线的切线和跨距之间形成最大角度，该最大角度形成为至少4°的角度(B)。

10.如权利要求9所述的风扇转子，其特征在于，所述角度(B)在8°和12°之间。

11.如权利要求7或8所述的风扇转子，其特征在于，中间点(38)基本上对应于中性轴线(32)的反弯点。

12.如权利要求7或8所述的风扇转子，其特征在于，大体平坦的部分(P)具有跨距(32)的长度(L)的20％和60％之间的长度(l)。

13.如权利要求7所述的风扇转子，其特征在于，稠度从在毂部水平上的叶片跟部，朝向叶片的端部下降。

14.如权利要求13所述的风扇转子，其特征在于，稠度从叶片的跟部至叶片的端部从0.9变化至0.5。