CN104364532A

CN104364532A - 鼓风机

Info

Publication number: CN104364532A
Application number: CN201380027931.4A
Authority: CN
Inventors: 神谷胜; 大矢英树; 吉田宪司
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2012-05-31
Filing date: 2013-05-31
Publication date: 2015-02-18
Anticipated expiration: 2033-05-31
Also published as: WO2013180296A1; CN104364532B; JP2013249762A; DE112013002698T5; JP5880288B2; US20150152875A1

Abstract

一种鼓风机(10)，配备有驱动马达(300)和鼓风机风扇(1)，该鼓风机风扇具有安装至驱动马达(300)的轮毂(4)和设置在轮毂(4)上的叶片(3)。鼓风机(10)的特征在于，给每个叶片(3)的前缘(6)提供包括三角形凸起的锯齿，以使该锯齿沿着该前缘(6)被设置，而且特征还在于，所述锯齿的节距、高度或方向根据所述鼓风机风扇(1)的径向位置处的气流而被改变。

Description

鼓风机

技术领域

本发明涉及轴流式鼓风机、离心式鼓风机、斜流式鼓风机等，尤其涉及可以抑制气流中的扰动且降低噪声的风扇叶片的结构。

背景技术

正在从轴流式鼓风机等中寻求更好的鼓风机性能和更低的噪声。专利文献1公开了给每个叶片的所有前缘部分设置弦线方向上的锯齿形式(后文称为“锯齿”)的多个三角形凸起以降低由鼓风机风扇导致的旋转噪声。

通常，靠近鼓风机的叶片表面的气流根据部位而有很大的不同。鼓风机风扇越靠近鼓风机风扇在径向上的外圆周侧，流量越大。而且，相对于旋转方向，鼓风机风扇的外圆周侧处的气流的方向，根据叶片的设计(前弯式叶片或后弯式叶片)而变化很大。即，在前弯式叶片(前掠翼)中，气流变成集中于叶片中心处的轴向流，而在后弯式叶片(后掠翼)中，气流变成流向叶片外圆周方向的斜向流。而且，在叶片端部部分，还会发生从正压力表面侧至负压力表面侧的逆流。在例如专利文献1的现有技术中，叶片上设置的锯齿不能充分且合适地处理根据叶片部位而带来的气流的变化，而且有时不能获得充分降低噪声的效果。进一步，有时会导致气流下降或驱动转矩增加，并导致效率下降。

引文列表

专利文献

专利文献1：第2000-087898号日本未审专利公开

发明内容

技术问题

考虑到上述问题，本发明提供一种防止气流下降同时有效降低风扇噪声的鼓风机。

技术方案

为了解决上述问题，权利要求1的本发明的一个方面提供一种包括驱动马达和鼓风机风扇的鼓风机，该鼓风机风扇具有连接到该驱动马达的轮毂和设置在该轮毂上的多个叶片，其中，叶片在其叶片前缘部分设置有锯齿，该锯齿包括沿叶片前缘部分的多个三角形凸起部分，并且该锯齿的节距、高度或方向根据鼓风机风扇的径向位置处的气流变化。

为了解决上述问题，权利要求10的本发明的一个方面提供一种鼓风机风扇，具有轮毂和多个叶片，该轮毂适于连接到驱动单元上，而且该多个叶片设置在所述轮毂上，其中，每个所述叶片具有所述叶片的叶片前缘部分的第一部分和所述叶片的叶片前缘部分的第二部分，该第一部分具有在径向上离所述叶片的旋转中心的第一距离，该第二部分具有在径向上离所述叶片的旋转中心的第二距离，所述叶片前缘部分设置有朝气流的上游侧伸出的多个锯齿，其中所述锯齿具有与气流的方向倾斜的第一倾斜侧边和以不同于所述第一倾斜侧边的方向与气流的方向倾斜的第二倾斜侧边，而且所述第一部分处的所述凸起的节距、高度和方向中的至少一个与所述第二部分处的所述凸起的节距、高度和方向中的至少一个不同。

注意，括号括起来的附图标记显示与在后文提及的实施例中描述的特定示例的对应性。

附图说明

图1是本发明第一实施例的主视示意图。

图2是本发明第一实施例的叶片的示意图。

图3是通过CFD(计算流体动力学)分析围绕前缘锯齿的气流的结构的仿真结果的一个示例的视图。

图4是图3的仿真结果的说明图。

图5是图3仿真的叶片的剖视图。

图6A是用于说明一般的轴流式鼓风机的说明视图。

图6B是沿图6A的线A-A形成的剖视图。

图6C是用于说明图6B的叶片的正压力表面和负压力表面的说明视图。

图7是本发明的第二实施例的叶片的示意图。

图8是本发明的第三实施例的叶片的示意图。

图9是本发明的第四实施例的叶片的示意图。

图10是本发明的第五实施例的叶片的示意图。

图11是本发明的第六实施例的叶片的示意图。

图12是本发明的第七实施例的叶片的示意图。

图13是本发明的第八实施例的叶片的示意图。

图14是本发明的第九实施例的叶片的示意图。

具体实施方式

在下文中，将参考附图说明本发明的多个实施例。在实施例中，构造相同的部分将会被指定相同的附图标记，而且说明将会被省略。

(第一实施例)

参见图1，鼓风机10是包括鼓风机风扇1的所谓的电动鼓风机，该鼓风机风扇1被放置在护罩200内并且被驱动马达(电动机)300驱动旋转。鼓风机10通过靠近护罩200的四个角部设置的底座250被固定到汽车散热器的引擎侧，并且将用于冷却用途的空气吹向散热器的中心部分。护罩200的外侧形状形成为与散热器的中心部分相对应的矩形形状。在近似中心处，形成有环形的护罩环部分210，以通过其外圆周包围鼓风机风扇1。这个护罩环部分210设置在护罩200上，以在径向上被定位在鼓风机风扇1的环2的外侧。在本实施例中，也可以没有鼓风机风扇1的环2。本发明的鼓风机10和后文说明的叶片3不限制用于汽车散热器。它们可以用于一般的工业用途。将会主要针对轴流式鼓风机给出说明，但即使对于离心式鼓风机、斜流式鼓风机和横向流式鼓风机，也可以获得类似的效果。驱动马达300不必局限于电动机。

在护罩环部分210和护罩200的矩形外周部分之间，形成有朝鼓风机风扇1的空气的上游侧扩张的空气导管220。在护罩环部分210的中心处，形成有圆形马达支撑部分230。这个马达支撑部分230被多个马达支柱240支撑，该多个马达支柱240在径向上朝外侧辐射地延伸并且被连接到护罩环部分210。在马达支撑部分230上，电动机300被固定。电动机300的轴与鼓风机风扇1的轮毂4(参见图2)固定。鼓风机10包括这个鼓风机风扇1、电动机300等。鼓风机风扇1的轮毂4是圆柱形的并且在径向上配备有多个叶片3。

叶片3的诸如弦线C、正压力表面、负压力表面、攻角α、升力等参数与一般定义一样，例如显示在图6A至6C中。而且，外圆周侧处的叶片端部部分在鼓风机风扇1的旋转方向上向后弯曲的叶片形状将被称为“后弯式叶片”，而外圆周侧处的叶片端部在鼓风机风扇1的旋转方向上向前弯曲的叶片形状将被称为“前弯式叶片”。在叶片3的叶片前缘部分上，形成有多个锯齿(三角形凸起部分)。锯齿具有与气流的方向倾斜的第一倾斜侧边3a和以不同于第一倾斜侧边3a的方向与气流的方向倾斜的第二倾斜侧边3b(参见图7)。在形成锯齿的三角形凸起部分中，此处，三角形凸起部分的底边将被称为锯齿(三角形凸起部分)的“节距p”，平分三角形凸起部分的顶角α的线将被称为锯齿(三角形凸起部分)的“方向”，并且顶角的平分线至底边的距离将被称为锯齿(三角形凸起部分)的“高度h”。锯齿(三角形凸起部分)的较大“尺寸”表示锯齿的节距或高度较大。三角形凸起部分的顶角α被称为锯齿的顶角α。在三角形的侧边弯曲的情况下，形状通常基于这些参数。

首先，开始，将会说明形成本发明的基础的锯齿的效果。图3的仿真是锯齿的三角形凸起部分在叶片前缘的方向上具有相同形状的情形。图3是从上面的位置看叶片前缘的视图。显示在图3中的箭头标记显示在X-Z平面(图4的S平面)的投影平面上的围绕锯齿的气流的切向速度的投影。可以看见发生从两侧的低谷部分至尖峰部分的顶表面的气流。在锯齿处，首先，在尖锋的顶端部分，会发生小涡流。它们进一步朝着低谷成长为大涡流。进一步，在尖峰的后面，相信该涡流会导致向下的气流，抑制气流分离，该气流分离特别容易发生在具有大流量的负压力表面上，并且因此减少了气流分离。正由于此，靠近叶片表面的扰动被减轻，并且叶片表面上的压力波动被抑制，所以获得导致更低噪声的效果变为可能。

为了利用锯齿的上述基本效果，本发明的第一实施例是根据鼓风机风扇1的径向位置上的气流改变锯齿的节距、高度或方向的实施例。即，第一实施例的锯齿的节距、高度和方向中的至少一个在第一部分和第二部分上不同，该第一部分和第二部分在鼓风机风扇的径向方向上离叶片3的旋转中心Q的距离不同。作为叶片3的第一部分和第二部分的一个示例，可能提及空气的流量(图7和8的流量)和气流方向等不同的部分。然而本发明不限于这些部分，而可以是沿叶片3的任何两个位置的部分。靠近鼓风机的叶片表面的气流根据部位有很大的不同。叶片的部分在鼓风机风扇的径向上越靠近外圆周侧，流量越大。而且，在前弯式叶片中，气流变成集中在叶片中心的轴向流，而在后弯式叶片中，气流变成朝叶片的外圆周方向流动的斜向流。而且，在叶片外端部分，出现从正压力表面至负压力表面的逆流。根据鼓风机风扇1的径向位置(至少两个位置)处的气流改变锯齿的节距、高度或方向，在减少气流分离方面是相当重要的。正由于此，锯齿的基本效果得以显示，靠近叶片表面的扰动被减轻，并且叶片表面上的压力波动被抑制，所以获得导致更低噪声的效果变成可能。

第一实施例的风扇的特征在于，提供最小化由于叶片不同位置处的空气的扰动而产生的噪声的气流控制形状。由于该气流控制形状，所以获得降低噪声而且防止气流降低和驱动转矩增加的效果。叶片具有锯齿形状(锯齿状的齿)部分。锯齿形状根据气流而改变。据此，在气流方向和流量不同的多个单独部分上合适地设置锯齿形状是可能的，因此，可能实现降低噪声而且防止气流下降和驱动转矩增加的效果。

(第二和第三实施例)

第二和第三实施例是与靠近鼓风机的叶片表面的空气在鼓风机风扇的圆周方向上流动的情形相对应的实施例。如图7所示，第二实施例的特征在于，叶片越靠近叶片外径侧，锯齿的尺寸形成得越大。锯齿指向鼓风机风扇的圆周方向。据此，锯齿的尺寸在叶片外圆周侧的具有大流量的部分处被增加，而且，形成在锯齿处的旋转气流，在更靠近叶片内圆周侧的部分上变得较弱并且在靠近叶片外圆周侧的部分上变得较强。正由于此，在气流分离可能容易发生的具有大流量的气流中，可能形成朝向叶片表面的向下气流，并且减少气流分离，以获得总体上降低噪声而且防止气流下降和叶片中的驱动转矩增加的效果。

如图8所示，第三实施例的特征在于，叶片越靠近叶片外径侧，锯齿的顶角α越尖锐。据此，锯齿角在叶片外圆周侧的大流量部分处形成得尖锐，并且形成在锯齿处的旋转气流在靠近叶片内圆周侧的部分变得较弱并且在靠近叶片外圆周侧的部分变得较强。正由于此，在气流分离可能容易发生的具有大流量的气流中，可能加强形成在锯齿低谷部分处的叶片表面上的向下气流，以实现总体上降低噪声而且防止气流下降和叶片中的驱动转矩增加的效果。本发明不限于使锯齿的节距p不变而且增加锯齿的高度h以使角度变尖锐的情况。还可能在叶片外圆周侧具有大流量的部分上，使锯齿角变尖锐，而不管三角形凸起的底边的长度。

(第四实施例)

如图9所示，第四实施例的特征在于，叶片后缘7也设置有锯齿，并且特征还在于叶片前缘6和叶片后缘7的锯齿形状是变化的。当叶片后缘7设置有锯齿时，因为高压的叶片正压力表面上的气流和低压的叶片负压力表面上的气流在靠近叶片后缘处混合，所以由于锯齿，两个表面的气流逐渐交叉，所以抑制叶片后缘的气流中的扰动是可能的。可以合适地设置叶片前缘6和叶片后缘7的锯齿形状。如果叶片后缘7的锯齿尺寸形成得比叶片前缘6的锯齿尺寸小，那么叶片前缘侧的被提供用于抑制气流分离的锯齿可以形成得较大，以形成辐射气流。另一方面，被提供用于抑制气流的扰动的叶片后缘侧的锯齿可以形成得较小，以使正压力表面和负压力表面上的气流逐渐交叉。因此，获得了降低噪声而且防止气流下降和驱动转矩增加的效果。还可能改变在叶片后缘和叶片前缘之间的锯齿的设置范围，并且可能仅在叶片前缘6和叶片后缘7的合适位置处设置锯齿。

在下面的第五和第六实施例中，对应靠近鼓风机的叶片表面的气流是与鼓风机风扇的圆周方向倾斜的斜向流的情形来说明实施例。

(第五和第六实施例)

如图10所示，第五实施例是与靠近鼓风机的叶片表面的气流是斜向流的情形对应的实施例。第五实施例使叶片前缘的锯齿的方向与斜向流的方向匹配。如图11所示，第六实施例的特征在于，改变在叶片后缘7和叶片前缘6之间的锯齿的设置范围。例如，当气流变成诸如对于后弯式叶片的斜向流时，空气在叶片表面上朝外圆周的方向从叶片前缘6朝叶片后缘7流动。此时，在其中在叶片的所有位置处存在与气流的干涉的叶片前缘侧，在宽范围上设置有锯齿，而在叶片后缘侧，锯齿仅设置在具有显著的斜向流的部分上，所以可以实现噪声降低而且防止气流下降和驱动转矩增加。

下面的第七和第八实施例是对应靠近鼓风机的叶片表面的气流是从叶片端部部分的正压力表面至负压力表面侧的逆流的情形的实施例。

(第七和第八实施例)

如图12所示，第七实施例的特征在于，使叶片端部部分的锯齿形状较小。据此，锯齿形状在由于逆流而导致气流扰动大的叶片端部部分处被形成得较小，所以形成在锯齿处的气流漩涡被细分。正由于此，可以减小叶片端部部分处的气流的扰动，所以，获得了降低噪声以及防止气流下降和驱动转矩增加的效果。如图13所示，第八实施例的特征在于，使叶片后缘7的叶片端部部分的锯齿形状较小。获得与第七实施例类似的操作效果。

(第九实施例)

如图14所示，第九实施例是使叶片前缘6的锯齿方向与斜向流的方向匹配、并且使叶片端部部分的锯齿形状与由于逆流导致的气流匹配以处理靠近鼓风机的叶片表面的气流的实施例。第九实施例被包括在第一实施例中。据此，可能设置锯齿的方向以匹配气流的方向，所以获得了降低噪声而且防止气流下降和驱动转矩增加的效果。当然，用于斜向流的第五和第六实施例以及用于逆流的第七和第八实施例的组合被包括在第九实施例中。尽管根据示例的目的参照选择的特定实施例描述了本发明，但对本领域技术人员清楚的是，在不背离本发明的基本思想以及本发明的公开范围的前提下，可以构思出许多变型。

附图标记列表

1 鼓风机风扇

3 叶片

4 轮毂

300 驱动马达

Claims

1.一种鼓风机(10)，包括：

驱动马达(300)；以及

鼓风机风扇(1)，该鼓风机风扇具有连接至所述驱动马达(300)的轮毂(4)和设置在所述轮毂(4)上的多个叶片(3)；

其中，所述叶片(3)在所述叶片的叶片前缘部分(6)设置有锯齿，所述锯齿包括沿所述叶片前缘部分(6)的多个三角形凸起部分，并且所述锯齿的节距、高度或方向根据所述鼓风机风扇(1)的径向位置处的气流而改变。

2.根据权利要求1的鼓风机，其中

随着所述锯齿越靠近所述叶片的外径侧，所述锯齿的节距(p)或高度(h)变得越大。

3.根据权利要求1或2的鼓风机，其中

随着所述锯齿越靠近所述叶片的外径侧，所述锯齿的顶角(α)变得越小。

4.根据权利要求1-3任一项的鼓风机，其中

所述锯齿具有在所述鼓风机风扇的圆周方向上的方向。

5.根据权利要求1-3任一项的鼓风机，其中

所述锯齿具有在所述气流的方向上而不是在所述鼓风机风扇的圆周方向上的方向。

6.根据权利要求1-5任一项的鼓风机，其中

所述锯齿的节距(p)、高度(h)或方向具有与叶片端部部分处的逆流相对应的大小或方向。

7.根据权利要求1-6任一项的鼓风机，其中

所述叶片(3)具有带有锯齿的叶片后缘部分(7)，所述锯齿包括沿所述叶片后缘部分(7)的多个三角形凸起部分。

8.根据权利要求7的鼓风机，其中

所述叶片后缘部分(7)的所述锯齿具有比所述叶片前缘部分(6)的所述锯齿小的节距(p)或高度(h)。

9.根据权利要求7或8的鼓风机，其中

所述叶片前缘部分(6)的所述锯齿与所述叶片后缘部分(7)的所述锯齿在所述鼓风机风扇(1)的径向位置上的设置位置不同。

10.一种鼓风机风扇(1)，该鼓风机风扇具有适于连接至驱动单元(300)的轮毂(4)和设置在所述轮毂(4)上的多个叶片(3)，其中

每个所述叶片(3)具有所述叶片的叶片前缘部分的第一部分和所述叶片的叶片前缘部分的第二部分，该第一部分具有在径向上离所述叶片(3)的旋转中心(Q)的第一距离，该第二部分具有在径向上离所述叶片(3)的旋转中心的第二距离；

所述叶片前缘部分(6)设置有朝气流的上游侧伸出的多个锯齿，其中所述锯齿具有相对于气流的方向倾斜的第一倾斜侧边(3a)和以不同于所述第一倾斜侧边(3a)的方向相对于气流的方向倾斜的第二倾斜侧边(3b)；并且

所述第一部分处的所述凸起的节距、高度和方向中的至少一个与所述第二部分处的所述凸起的节距、高度和方向中的至少一个不同。