CN106460865B - 复合物风扇 - Google Patents

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Abstract

一种模块化风扇组件(20)包括中心毂组件(26)和附接到所述中心毂组件的第一叶片(24；24’)。所述中心毂组件包括具有外边缘(26‑3)的第一板(26‑1)和具有外边缘(26‑3)的第二板(26‑2)。所述第一叶片具有安装衬垫(30)和工作部分(34)。所述安装衬垫被定位于所述第一板与所述第二板之间。所述工作部分延伸超出所述中心毂组件的所述第一板和第二板的外边缘。所述第一叶片的厚度在所述第一板的外边缘附近的厚度小于在所述安装衬垫处的厚度，以在所述第一板的外边缘处在所述第一叶片和所述第一板之间形成第一间隙(60)。

Description

复合物风扇
技术领域
本发明涉及复合物风扇叶片和运用这种叶片的风扇，以及相关联的制造方法。
背景技术
风扇用于多种应用中，诸如用于汽车和行业(例如，农业，工业)应用。这样的风扇能够与管控风扇运行的合适的离合器接合，允许对风扇旋转速度和相关联的气流输出进行选择性控制。
现有技术的风扇经常由模制材料制成。然而，一件式风扇设计呈现对关于给定设计的可扩展性方面的限制。对于所提供的每种大小风扇，必须开发出新的模具/模子和工具，这是冗繁且昂贵的。模块化风扇也是已知的，其运用附接到共用毂结构上的多个单独叶片。当单独叶片由复合物材料制成时，产生了关于维持足够强度和用于严格长期使用的耐久性的许多限制。用于制造复合物叶片的技术是已知的，诸如使用接续纤维增强(例如，编织纤维增强预制件)。但许多这样的现有技术的配置需要复杂的制造方法，这继而较之所期望而言是可扩展性/升级能力更低的(例如，必须针对每种叶片大小而设计和提供连续纤维预制件)。
因此，期望提供一种替代的风扇，其提供实质上的设计灵活性而同时维持易于制造性并且提供充足的强度和耐久性。
发明内容
在一方面，根据本发明的模块化风扇组件包括中心毂组件和附接到所述中心毂组件的第一叶片。所述中心毂组件包括具有外边缘的第一板和具有外边缘的第二板。所述第一叶片具有安装衬垫和工作部分。所述安装衬垫被定位于所述第一板与所述第二板之间。所述工作部分延伸超出所述中心毂组件的所述第一板和第二板的外边缘。所述第一叶片的厚度在所述第一板的外边缘附近的厚度小于在所述安装衬垫处的厚度，以在所述第一板的外边缘处在所述第一叶片和所述第一板之间形成第一间隙。
在本发明的另一方面中，一种用于轴流风扇的复合物叶片包括末端、与所述末端相对的根部端，邻近于所述根部端定位的安装衬垫、与所述末端邻接的工作部分、介于所述安装衬垫与所述工作部分之间的过渡区、以及增强表层/蒙皮。叶片长度被限定于所述根部端与所述末端之间，并且所述工作部分限定空空气动力学的力学的轮廓。所述增强表层沿着所述叶片长度位于所述根部端附近，并且延伸通过所述安装衬垫以及过渡区并且进入所述工作部分内。
本发明内容部分仅作为示例而非限制。本公开的另一方面将考虑本公开的整体而加以理解，包括整个文本、权利要求书和附图。
附图说明
图1是根据本发明的图示为附接到风扇离合器的风扇的一种实施例的透视图。
图2A是沿着图1的线2-2截取的模块化风扇的一部分的截面图。
图2B是图2A的截面的区域B的放大视图。
图3A是孤立地示出用于模块化风扇的叶片的一种实施例的前视立视图。
图3B是图3A的叶片的侧视立视图。
图4是叶片的替代实施例的一部分的前视立视图。
图5是叶片的多个实施例的用最大厚度的百分比表示的在从风扇轴线延伸的径向平面处的厚度与用叶片长度的百分比表示的径向位置之间关系的曲线图。
图6是根据本发明的增强风扇叶片的另一实施例的前视立视图。
图7是图6的增强风扇叶片的一部分的截面图。
图8是根据本发明的叶片工件组件和模组件的示意图。
尽管如上附图阐释了本发明的实施例，也设想到其它实施例，如在讨论中指出。在所有情况下，此公开以图示而非限制方式来呈示了本发明。应理解，本领域普通技术人员可以设计出属于本发明的原理的范畴和宗旨内的许多其它修改和实施例。附图可以不按比例绘制，并且本发明的应用和实施例可包括并未被具体图示于附图中的特征、步骤和/或部件。
具体实施方式
总而言之，本发明涉及可由复合物材料制成的模块化风扇叶片。本发明的风扇叶片的厚度轮廓可以提供比现有技术的复合物风扇叶片改善的结构品质以及应力消除品质。附加地或替代地，本发明的风扇叶片可以具有增强图案，所述增强图案以很少或没有重量及厚度代价提供会有所增强的强度和提高的耐久性。本发明还包括合并有本发明叶片设计的模块化风扇、以及相关联的制造方法。以此方式，所述风扇具有模块化构造，所述模块化构造允许相对容易地修改和调整诸如叶片的数目、叶片的大小、和/或叶片的翼面工作区域几何结构的特征，而不需要大量的重新设计工作、制造工厂的再加工，等等。相同或相似的制造方法和装备因而可用来生产适于多种类型应用的并且能够提供多种流体流动性能概况的相对较大类型的风扇。本领域普通技术人员通过考虑本公开的全部(包括附图)可以认识到本发明的多种益处和优点。本申请主张2014年5月5日提交的美国临时专利申请序列号61/988,582的优先权，该文献在此被整体援引合并到本文中。
图1是根据本发明的图示为附接到风扇离合器的风扇20的一种实施例的透视图。图2A是风扇20的一部分的沿图1的线2-2截取的截面图(即，在当被投影时穿过轴线A的径向截面平面中)，并且图2B是图2A的截面的区域B的放大视图。所图示的实施例的风扇20是在设计上为模块化的，且具有牢固固定到中心毂(或盘)组件26上的多个(例如，三到十五个)单独的叶片24。所述风扇20可配置成绕轴线A旋转以提供轴向流体流动，也就是说，风扇20可以大体看作轴流风扇，即使在某些实施例中排放流型可以是略微圆锥形的。仅作为示例而非限制，在图1中描绘了叶片24的数目和风扇20的叶片实度/坚实性(soliditv)，在其他实施例中叶片24的数目和风扇20的叶片坚实性可针对特定应用而按需变化。
叶片24可以单独地制成，并且可以被单独地固定至中心毂组件26。每个叶片24具有末端24-1和相对的根部(或跟跟部)端24-2，压力侧24-3和相对的抽吸侧24-4，以及前缘24-5和相对的后缘24-6。叶片24的长度L沿径向(或顺着叶展方向的)方向限定于所述末端24-1与所述根部端24-2之间。所述叶片也具有可以变化的厚度，其具备最大厚度(在整个所述叶展方向的叶片长度L上)TM。所述叶片24可以由纤维增强的复合物材料制成，如下面进一步讨论的。螺栓、铆钉或其它合适的紧固件可以被用来将所述叶片24附接到所述中心毂组件26。在替代实施例中，诸如燕尾榫的机械保持或互锁特征可提供用来保持或帮助保持所述叶片。每个叶片24可具有相同的或基本上相同的构造。即，单一的叶片设计可被用来形成所述风扇20的所有叶片24。所述单一的叶片设计可被运用来形成具有不同叶片数目、不同中心毂组件、或适合于特定应用的其它修改的其它风扇(未示出)。以此方式，风扇设计者可运用所述单一的叶片设计来提供多种不同的风扇构造，由此提供模块性和设计灵活性。单个风扇叶片24也可被修整或调整长度，诸如通过从叶片末端移除材料，由此允许单一叶片设计用于具有多种不同风扇直径的风扇。例如，叶片修整可促成高达大约33％的风扇直径变化。通过提供具有不同长度的一定数目的不同叶片设计，且每个叶片可进一步从标称的起始长度修整，风扇直径可以有其他的变化。下面讨论根据本发明的单独叶片的实施例的进一步的细节。
所述中心毂组件26可以包括诸如使用合适的紧固件(例如螺栓、铆钉)用来“以夹心结构的形式夹住”和牢固固定所述叶片24的多个至少部分平坦的盘。所图示的组件26包括第一板26-1和第二板26-2(参见，例如，图2A)，每个板是平的并且具有圆形周边。在另外的实施例中，所述板26-1和/或26-2可以具有更复杂的三维形状。而且，在某些实施例中，多个板可以在叶片24的一侧或两侧上堆叠在一起。例如，对于更大的风扇尺寸，多个相同的板可在所述叶片24的两侧上被堆叠在一起以形成所述中心毂组件26。所述第一板26-1和所述第二板26-2中的每一个可以是由诸如钢的金属材料制成的。正如下面进一步解释的，某些或所有叶片24具有定位于所述第一板26-1与所述第二板26-2之间的部分，且那些叶片24的其余部分从所述中心毂组件26向外突出。在每个板26-1和26-2中可以设置中心开口以便于所述风扇20附接到所述离合器22或其它所需的安装部位。合适的紧固件开口可以设置于每个板26-1和26-2中以用于将所述叶片24附接到所述中心毂组件26，以及将所述中心毂组件26附接到所述离合器22或其他结构。在另外的实施例中，所述板26-1和26-2之一可以被集成到所述离合器22内。
在所述中心毂组件26的中心孔处或另外在所述组件26的内径处或附近可以设置间隔件28(或其它合适嵌件或插塞)，定位于所述第一板26-1与所述第二板26-2之间。在所述叶片24被附接到所述中心毂组件26的所述第一板26-1和所述第二板26-2的外径部分处或附近的实施例中，当将所述风扇20安装到所述离合器22(或其它结构)时，所述间隔件28可以有助于提供刚性。在替代实施例中，诸如当所述离合器22上存在合适的安装结构以消除对于所述间隔件28的需要时，所述间隔件28可以省略。
图3A是孤立的形式示出的用于风扇20的叶片24的一种实施例的前视立视图，并且图3B是图3A的叶片24的侧视立视图。如上所讨论，叶片24包括末端24-1，根部(或跟部)端24-2，压力侧24-3、抽吸侧24-4(在图3A和图3B中不可见)、前缘24-5和后缘24-6。所述叶片24可以被分成不同区域，包括安装衬垫30、过渡区32、和工作部分34。
所述安装衬垫30的位置可以邻近于或邻接于所述根部端24-2，并且可以用来提供到所述中心毂组件26的附接。在图示的实施例中，所述安装衬垫30具有多个开口36(例如，五个阶梯孔或交错孔)，紧固件可以穿过所述开口36定位以便于在所述叶片24与所述中心毂组件26之间的接合。在某些实施例中，安装衬垫30可以是基本上平的(例如，具有相对的、平行的平坦表面)，以便于捕获在平坦的第一板26-1与第二板26-2之间。
所述工作部分34邻接所述叶片24的末端24-1，并且提供空空气动力学的力学的轮廓的主工作表面以当使用所述叶片24时与流体交互作用。所述工作部分34的特定形状可配置以提供几乎任何所需空气动力学的特性。例如，诸如弦长、径向(即，顺着叶展方向的)长度L、厚度、扭转、拱起(camber)、扫掠、倾斜、首部弯曲、二面角/反角等等的参数可针对特定应用而按需调节。例如，工作部分24(例如，前缘24-5和/或后缘24-6处)可被扫掠进入或远离旋转方向以帮助改善所述风扇20的噪声或效率特征，并且所述工作部分3的扭转角(其可作为介于在前缘24-5和后缘24-6之间延伸的弦线与正交于轴线A而取向的平面之间的角度而被测量)可以在径向(顺着叶展方向的)方向上变化。
所述过渡区32在所述安装衬垫30与所述工作部分34之间延伸，并且可以提供相对高的扭转量以便相对于所述安装衬垫30和所述中心毂组件26将所述工作部分34定位在期望的不同的取向上。例如，过渡区32可以比所述工作部分34或所述安装衬垫30扭曲，即，所述过渡区32可以具有比所述工作部分34或所述安装衬垫30内大的扭转角变化。在一个实施例中，所述工作部分34的扭转角在5-20°的范围上改变(例如，从所述过渡区32附近的大约30°至所述末端24-1处的20°)，所述安装衬垫30未被扭曲或扭转(即，具有不改变的扭转角)，并且所述过渡区32具有在超过20°的范围上改变的扭转角(例如，改变大约30°)。如下面进一步解释的，所述安装衬垫30和所述过渡区32可以中的每一个是比所述工作部分34实质上更厚的，从而使得在所述中心毂组件26的附接部处和附接附近提供了结构完整性和刚性，而同时在所述工作部分34中提供了所需的空气动力学的和质量特征。下面讨论沿着所述叶片24的长度L的某些特别有利的厚度特征。
在某些实施例中，所述叶片24可以由片状模塑复合物(SMC)材料制成，具有或不具有增强件、填料(例如，中空玻璃珠、抗腐蚀材料，等等)、或其它添加物(例如，用于颜色、抗静电特性，等等)。填料和添加物可以均一地分布于整个所述叶片24和所述SMC材料，或可以局部位于选定区域中。例如，可以使用具有短切的玻璃纤维增强件的乙烯基酯树脂的热固性SMC材料。与连续纤维复合物材料相比，用于复合材料的切短的增强纤维具有实质上在粘合剂基质内随机地布置的短的不连续纤维。所述短切的增强纤维可以是大体上均匀地分布遍及所述SMC材料的，尽管下面讨论了具有附加的增强件的另外的实施例。所述短切增强纤维可以是总的SMC材料的30-55％(以重量计)，并且更优选地为34-50％(以重量计)，并且最优选地为大约47％(以重量计)。然而，所使用的特定材料，以及增强纤维的百分比可针对特定应用而按需变化。
图4是叶片24的替代实施例的一部分的前视立视图，具有不同地配置的安装衬垫30’。如在图4的实施例中所示，凹入部40沿着所述安装衬垫30’的侧向边缘设置作为用于品质测量的对准特征件。所述凹入部40可以延伸到所述根部端24-2。所述凹入部40的存在并非特定或明确地涉及到所述叶片24的空空气动力学的力学或结构设计，而是对于可制造性和尺寸验证及控制而言有益的。
图5是针对叶片24的多个实施例的用最大厚度TM的百分比表示的从风扇轴线A(与图1的剖面线2-2对应)延伸的径向平面处的厚度轮廓与用整个叶片长度L的百分比表示的径向位置之间关系的曲线图。每个图示的实施例(总共11个)由对应的图线48-1至48-12而被呈示在图5的曲线图中。如在图5中所示，叶片长度L的0％对应所述根部端24-2并且所述叶片长度L的100％对应于所述末端24-1。与最大厚度TM以及叶片长度L对应的实际尺寸可以针对特定应用而按需变化。在一个示例性实例中，最大厚度TM可以是11mm(0.433英寸)并且叶片长度L可以是400mm(15.748英寸)。
在图示实施例中，所述叶片厚度可以具有第一区域50、收窄过渡区域52、第二区域54以及与所述工作部分34对应的附加区域34’(本文中简称为工作部分区域34’)。所述工作部分区域34’可以延伸到所述叶片长度L的100％(即，到所述末端24-1)。在图示实施例中，所述工作部分区域34始于所述叶片长度L的30％处并且终止于所述叶片长度L的100％处，意味着所述工作部分34包括所述叶片长度L的70％。所述第一区域50可以始于所述叶片长度L的0％处(即，在所述根部端24-2处)。在图示实施例中，所述第一区域50终止于所述叶片长度L的100％处，意味着所述第一区域50包括所述叶片长度L的10％。所述收窄过渡区域52位于所述第一区域50与所述第二区域54之间，并且可以连接第一区域50和第二区域54。在图示实施例中，所述收窄过渡区域52始于所述叶片长度L的10％处并且终止于所述叶片长度L的11.5％处，意味着所述收窄过渡区域52包围所述叶片长度L的1.5％。所述第二区域54可以邻接所述工作部分区域34’。在图示实施例中，所述第二区域54始于所述叶片长度L的11.5％处并且终止于所述叶片长度L的30％处，意味着所述第二区域54包括所述叶片长度L的18.5％。在图示实施例中，所述第一区域50和第二区域54中的每一个具有恒定的(即，均匀的)或基本上恒定的厚度。沿着所述叶片长度L的所述最大厚度TM可以位于所述第一区域50处，即，所述第一区域50可以具有TM的100％的值。所述第二区域54具有比所述第一区域50小的厚度(例如，大约TM的91％)。所图示的图线48-1至48-12中的每个在所述叶片长度L的100％处(即，在末端24-1处)具有最小厚度值。所述收窄过渡区域52中的厚度可以线性地或基本上线性地减少，或能够以其它方式减少，诸如以根据所述叶片长度L而增加或减少的变化率。
所述第一区域50可以对应于所述安装衬垫30，而所述收窄过渡区域52可以落入所述过渡区32内。在另一实施例中，可以在所述过渡区32内设置一个或更多个附加的收窄过渡区域(在图5中未示出)，使得发生厚度的逐步/阶梯式收窄。在又一个实施例中，所述第二区域54可以具有不均匀的厚度，诸如用来以远低于所述收窄过渡区域52中的变化率的变化率提供厚度的略微和逐渐的变化。
所述收窄过渡区域52可以沿着所述叶片长度L定位从而使得所述过渡区32的一部分比位于所述第一板26-1与第二板26-2之间的安装衬垫30薄。如在图2B中最佳地示出，叶片24可以被牢固固定到所述中心毂组件26，从而使得所述过渡区32从所述中心毂组件26的第一板26-1和第二板26-2的外径边缘26-3径向向内起始。由所述收窄过渡区域52所产生的叶片24的厚度的减少可以在所述叶片24的所述过渡区32处一侧或两侧处在所述叶片24与所述中心毂组件26之间形成间隙60。换言之，与所述安装衬垫30处的厚度相比，所述叶片24的所述第一板26-1和所述第二板26-2的外径边缘26-3中至少一个附近的较小厚度产生了一个或更多个间隙60。在图2B的图示实施例中，存在着两个基本上相等的间隙60，一个与所述第一板26-1邻接，且另一个与位于所述叶片24的相对侧上的第二板26-2邻接。使得一个或多个间隙60位于所述中心毂组件26的外径边缘26-3处或附近有助于减少介于给定叶片24与所述中心毂组件26之间的界面处的应力集中。这样的应力集中的减少可以有利于使用所述叶片24的较小的最大厚度TM的值，由此减少所述风扇20的质量，并且可以有助于避免需要连续的束增强丝、完全成型的增强材料预制件或叶片由复合物材料制成的其它更复杂并且昂贵的制造技术的需要。
再次转至图5，尽管图示的全部实施例在区域50、52和54中具有共同的轮廓，即，所述图线48-1至48-12是在区域50、52和54中是一致的，所述工作部分区域34’中的厚度在由图5中的图线48-1至48-12所图示的实施例之间变化。一般而言，所有所图示的实施例的厚度在所述工作部分区域中朝向叶片长度L的100％(即，朝向所述末端24-1)减少。各种图示实施例(例如，图线48-2)具有基本上线性减少的分布。由图线48-1至48-7所表示的实施例中的每一个从90.9％TM向在所述叶片长度L的100％处的31.8％TM减少。替代地由图线48-8所表示的实施例从90.9％TM向在所述叶片长度L的100％处的27.3％TM减少。此外，由图线48-9至48-12所表示的实施例中的每一个从90.9％TM向在所述叶片长度L的100％处的22.7％TM减少。由所述图线48-9至48-12所表示的实施例的厚度也相对迅速地大致减少至一点(例如，在所述叶片长度L的大约42％处)，并且然后厚度相对缓慢地减少或者维持基本上恒定的厚度至所述叶片长度L的100％。例如，在图线48-11和48-12中，二者的厚度在所述工作部分区域34’的内部以基本上线性的或减小的变化率在所述叶片长度L的37.5％上减少TM的67.3％，并且随后在所述叶片长度L的剩余32.5％直至所述叶片长度L的100％(即，至所述末端24-1)上减少仅TM的0.9％的厚度。所述图线48-9至48-12中的每一个在所述叶片长度L的最外部上具有均匀的厚度，诸如在所述叶片长度L的最外7.5％上。可以针对多种性能参数优化在所述工作部分区域34’中的厚度减小。例如，如上所讨论的所述工作部分区域34’的厚度轮廓可以有助于减少在所述翼面24的过渡区32向外的前缘24-5和后缘24-6处的应力集中，而同时具有对于最大突发速度能力的不可忽略的影响。
应指出的是，如图5中所示和如上所描述的实施例仅作为示例而非限制而提供。本领域普通技术人员将会认识到，根据本发明，其它实施例是可能的。
图6是增强叶片24’的实施例的前视立视图，并且图7是增强叶片24’的一部分的截面图。所述叶片24’可以用于所述风扇20，并且可以具有与如上所描述的叶片24的实施例类似的构造或所需的其它构造。所述叶片24’包括可以有助于改善耐久性和强度的增强件。
叶片24’可以由片状模塑复合物(SMC)材料制成，诸如在粘合剂基质(乙烯基酯)内具有短切玻璃纤维增强件的热固性SMC材料，具有设置于一个或更多所选择区域处的附加增强件。例如，增强垫70可以被合并到所述刀片24’的安装衬垫30、过渡区32和/或工作部分34内，其向局部增强表层提供了整体地结合到所述刀片24’的其余部分的附加增强纤维。由所述增强垫70提供的所述表层可以位于所述叶片24’的外表面处或附近(例如，压力侧24-2和抽吸侧24-4)，如图7所示。应注意的是，图6和图7中未示出单独的增强纤维，而替代地，由点画示意性描绘出所述增强垫70。
在某些实施例中，增强垫70可以被合并到所述叶片24’内，而没有相对于如上所述非增强叶片24而言的任何厚度的总体改变。在其它实施例中，所述增强垫70可以有助于提供在根部端24-2处或附近的增厚区域。所述增强垫70可以从所述根部端24-2延伸通过所述安装衬垫30并且进入(或穿过)所述过渡区32，并且也可选地进入所述工作部分34内。以此方式，相对于如上描述的厚度轮廓的多个实施例而言，所述增强垫70可以整个地延伸通过所述过渡区32的所述收窄过渡区域52，并且也整个地通过所述第二部分54。以该方式，当所述叶片24’用于所述风扇组件20中，所述增强垫可向外延伸超出所述第一板26-1和/或第二板26-2的外边缘26-3(由图6中的虚线参考弧所图示)。在一些实施例中，所述增强垫70可以提供第一区域70-1和第二区域70-1。所述第一区域70-1可以位于所述根部端24-2处或附近并且可以沿着所述叶片24’的长度向外延伸通过所述安装衬垫30以及过渡区32并且进入到所述工作部分34内。在所述第一区域70-1中，所述增强垫70可以提供相对更密集的增强。由于制造期间的材料流动，所述增强垫70可以在所述第一区域70-1和/或所述第二区域70-1中具有受限制的或受干扰的某些区域或范围，这在下面进一步加以讨论，尽管在至少所述第一区域70-1中的均一区域或范围可以是在某些实施例中有利的。在所述第二区域70-2中，所述垫70可以被减薄或混入所述叶片24’的基部材料或母质材料内，例如以在向外的方向上减少所述增强的梯度或坡度方式。所述第二区域70-2的梯度或坡度由此平滑地将所述增强垫70混入到所述叶片24’的母质材料内。所述第二区域70-2可以位于所述垫70的向外延伸部处，并且可以定位在所述工作部分34内(例如，靠近所述翼面工作部分的基部或根部端)。使用如下面解释的压缩模塑技术的特定实施例可以有利于生成在所述第一区域70-1和第二区域70-2中具有增强垫70的增强表层。
所述增强垫70可以由与所述叶片24’的基部材料相当的材料制成，诸如短切玻璃纤维增强的SMC材料。替代地，所述增强垫可以由与所述母质材料不同的材料制成，诸如呈具有方向性取向(即，非随机的)的短切增强纤维、且具有比所述母质材料更高增强纤维百分比等等的编织垫的形式(即，呈编织图案的连续束增强丝)。
所述增强垫70有助于为所述叶片24’提供改善的强度和耐久性以用于所述风扇20，特别是针对所述中心毂组件26处或附近的相对高应力区域。这样的提高的强度和耐久性允许比本来不可能的情况更高速运行(即，更快的旋转速度)。发明人已通过经验测试发现，通过将增强垫70用于叶片24’，则所述风扇20的速度性能可以增加大约118％。
图8是叶片工件组件124’和适合于制造所述增强叶片24’的模具组件180。用于制造所述增强叶片24’的制作工艺的一种实施例如下所示。首先，SMC片状原材料(例如，未固化的热固性片状材料)被粗切为所需大小以制成“装料切割(charge cut)”坯料182，其具有末端124-1’和相对的根部或跟部124-2’。所述装料切割坯料182可以对应于可以替代地用来制作叶片24的坯料，并且代表了成品增强叶片24’的母质材料。在典型的实施例中，坯料182被成形为带或其它简单形状。在此意义上，复杂的预备切割和成形是不必要的。所述增强垫70也从SMC片状原料被粗切割为想要的尺寸，并且可以围绕所述坯料182的根部124-2’卷曲或缠绕。在图示实施例中，仅使用了单层增强垫70，但是在另外的实施例中可以使用多层。当卷曲或缠绕所述坯料182时，所述增强垫70的尺寸可以形成为朝向所述末端124-1’延伸所需距离。在压缩模塑之前，所述增强垫70的切割长度可被调整以确定当完工时所述增强垫70延伸通过所述过渡区32并且进入所述叶片24’的多远。在图示的实施例中，增强垫70沿着所述坯料182的相对侧对称地延伸，但是在替代实施例中，也可以使用不对称布置来代替。所述坯料182与所述增强垫70一起构成了所述工件组件124’。
具有相对于所述坯料182沿期望的取向定位的增强垫70的所述工具组件124’可被插入到所述模具组件180内。以此方式，所述坯料182(即，所述母质材料)和所述增强垫70二者同时存在于所述模具组件180内。任选地，添加剂和/或其它材料也与所述增强垫70和所述坯料182定位于所述模具组件180中。例如，玻璃珠可以沿着所述坯料182的至少一个选定部分置于所述模具组件180内，从而使得沿着所述叶片24’的至少一部分形成了复合物材料。所述玻璃珠可以存在于附加的SMC带中，或是松散的。
随后可以通过对所述工件组件124’施加合适的热和压力利用所述模具组件180执行压缩模塑。所述模具组件180改变所述工具组件124’的形状以形成适当形状的叶片24’。如果使用这样的材料，则压缩模塑工艺的所述热和压力能够以本领域普通技术人员公知的方式“设置”所述热固性SMC材料。在压缩模塑之后，可以执行修整操作以移除溢料。此外，如上所提及，可以可选地执行附加的修整操作以缩短所述叶片24’至所需长度。应指出的是，可以用类似方式，简单地通过略去所述增强垫70和相关步骤米制成所述叶片24。
以上所描述的所述制造工艺允许相对有效并且经济地制造所述叶片24’，而不需要复杂的模具或更精巧复杂的模塑工艺(例如，不需要复杂的连续搓束复合物模塑技术或预制件)，而同时仍产生适合于车辆和行业风扇应用的轻量的复合物材料制成的强固的并且耐久的叶片。而且，由于在压缩模塑期间的材料流动，上述制造工艺适应增强纤维取向的一些可变性，同时仍提供强固的并且耐久的成品叶片24’和风扇20。
可以的实施方式的说明
下列是本发明的可以的实施方式的非排他性描述。
模块化风扇组件包括：中心毂组件，其包括具有外边缘的第一板和具有外边缘的第二板；以及附接到所述中心毂组件的第一叶片，所述第一叶片具有安装衬垫和工作部分，其中所述安装衬垫被定位于所述第一板与所述第二板之间，其中所述工作部分延伸超过所述中心毂组件的第一板和第二板的外边缘，并且其中所述第一叶片在所述第一板的外边缘附近的厚度小于在所述安装衬垫处的厚度，以在所述第一板的外边缘处在所述第一叶片和所述第一板之间形成第一间隙。
附加地和/或替代地，前述段落的模块化风扇组件可以可选地包括下列特征、构造和/或附加部件中的任一个或更多个：
多个附加叶片，其中所述多个附加叶片每一个配置成与所述第一叶片基本上相同；
所述安装衬垫可以具有平面构造和均匀厚度；
第二间隙在所述第二板的外边缘处介于所述第一叶片与所述第二板之间；
所述第一间隙和所述第二间隙可以基本上相等；
所述第一叶片可以具有从根部端至末端的厚度轮廓，并且所述厚度轮廓可以具有在所述安装衬垫处的最大厚度；
厚度轮廓可以具有在所述末端处的最小值，所述末端是所述工作部分的部分；
所述第一叶片可以具有包括第一区域、收窄过渡区域、第二区域和与所述工作部分对应的另一区域的厚度轮廓，其中所述第一区域具有均匀厚度并且与所述安装衬垫对应，其中所述收窄过渡区域和所述第二区域是介于所述安装衬垫与所述工作部分之间的过渡区域的部分，其中在所述第一板的外边缘附近的所述第一叶片的较小厚度由所述收窄过渡区域与所述第二区域中的至少一个提供；
所述第一叶片可以具有从根部端到末端的厚度轮廓，所述厚度轮廓具有在均匀厚度的两个区域之间的逐步收窄，均匀厚度的所述两个区域位于所述工作部分径向向内，并且均匀厚度的两个区域之一包括所述安装衬垫；
工作部分的厚度可以朝向所述末端减少；
工作部分的厚度的变化率可以朝向所述末端非线性地减少；
工作部分的厚度的变化率可以朝向所述末端以一递减率减少；
所述工作部分可包括在末端处的基本上恒定厚度区域。
所述第一叶片可以由复合物材料制成，并且优选地，所述叶片由短束纤维增强热固性材料制成；
增强表层位于所述第一叶片的根部端附近，其中所述增强表层延伸穿过所述安装衬垫并且进入所述工作部分内；
所述增强表层可以包括短束纤维的增强垫；
所述增强表层可包括沿着所述第一叶片的工作部分的梯度或坡度区域；
所述第一叶片可被配置成用以在操作期间产生轴向或大体上轴向的流体流动；
所述安装衬垫可包括多个紧固件开口；和/或
所述工作部分可以比所述安装衬垫和所述过渡区二者薄。
用于轴向流或大体上轴向流风扇的叶片可包括：末端；与所述末端相对的根部端，其中在所述根部端与所述末端之间限定叶片长度；与所述根部端相邻定位的安装衬垫，其中所述安装衬垫具有基本上均匀的第一厚度；邻接所述末端的工作部分，其中所述工作部分限定空气动力学的轮廓；以及介于所述安装衬垫与所述工作部分之间的过渡区，其中所述过渡区包括收窄过渡区域和具有基本上均匀的第二厚度的区域，所述第二厚度小于所述第一厚度。
附加地和/或替代地，前述段落的叶片可以可选地包括下列特征、构造和/或附加部件中的任一个或更多个：
过渡区可被扭转或扭曲；
过渡区可以比所述工作部分扭转更多；
所述工作部分可以比所述安装衬垫和所述过渡区二者更薄；
所述第一厚度可构成介于所述根部端与所述末端之间的最大厚度；
在所述工作部分中的厚度可朝向所述末端而增加，并且在所述根部端与所述末端之间的最小厚度可位于所述末端处；
工作部分的厚度的变化率可以朝向所述末端而非线性地减少；
工作部分的厚度的变化率可以朝向所述末端以一定递减率减少；
所述工作部分的厚度可包括在末端处的基本上恒定厚度区域；
所述叶片的工作部分可以被扫掠进入或远离旋转方向以改善风扇噪声或效率特征；
所述第一叶片可以由增强复合物材料制成，优选地，为短束纤维增强热固性材料；
增强表层位于所述根部端附近，所述增强表层延伸穿过所述安装衬垫以及过渡区并且进入所述工作部分内。
所述增强表层可以包括短束纤维的增强垫；
所述增强表层可包括沿着所述第一叶片的工作部分的梯度或坡度区域；
所述安装衬垫可包括多个紧固件开口；和/或
所述多个紧固件开口可以交错。
一种制造模块化风扇的方法可包括：将叶片的安装衬垫定位于中心毂组件的两个板之间，对齐所述叶片从而使得所述安装衬垫定位于所述两个板中至少一个的外边缘的径向内部；并且将所述两个板中的至少一个的外边缘与所述外边缘处的叶片间隔开。
附加地和/或替代地，前述段落的方法可以可选地包括下列步骤和/或方面中的任一个或更多个：
将紧固件附接到所述两个板和所述叶片，其中所述紧固件穿过所述安装衬垫中的开口；
将增强垫在所述安装衬垫处模制到所述叶片内；和/或
将由增强热固性材料的片制成的增强垫包裹或卷绕由增强热固性材料制成的坯料，从而使得所述增强垫仅沿着一定长度的坯料而部分地延伸；并且压缩在模具中的所述增强垫和所述坯料。
模块化风扇可包括：中心毂组件，包括：具有外边缘的第一板；和具有外边缘的第二板；以及由复合物材料制成并且附接到所述中心毂组件的第一叶片，所述第一叶片包括：末端；与末端相对的根部端，其中叶片长度被限定于所述根部端与所述末端之间；以及，沿着所述叶片长度位于所述根部端附近的增强表层，其中所述增强表层延伸超过所述中心毂组件的第一板的外边缘。
附加地和/或替代地，前述段落的模块化风扇可以可选地包括下列特征、构造和/或附加部件中的任一个或更多个：
所述增强表层可以延伸超过所述中心毂组件的所述第二板的外边缘；
所述增强表层在所述第一叶片的相对侧上沿着所述叶片长度基本上相等地延伸；
所述增强表层可以包括短束纤维的增强垫；
所述增强表层可包括梯度或坡度区域；
所述第一叶片可被配置成在操作期间产生轴向或大体上轴向的流体流动；
所述第一叶片还包括：
邻近于所述根部端定位的安装衬垫；
邻接所述末端的工作部分，其中所述工作部分限定空气动力学的轮廓；
介于所述安装衬垫与所述工作部分之间的过渡区，其中所述增强表层延伸穿过所述安装衬垫和所述过渡区并且进入所述工作部分内；
所述工作部分可以比所述安装衬垫和所述过渡区二者更薄；
介于所述根部端与所述末端之间的最大厚度可位于所述安装衬垫处；
在所述工作部分中的厚度可朝向所述末端增加，从而使得介于所述根部端与所述末端之间的最小厚度位于所述末端；
所述安装衬垫可包括多个紧固件开口。
所述过渡区可以比所述安装衬垫和所述工作部分扭转更多；
所述第一叶片可以由短束纤维增强热固性材料制成；
多个附加叶片，其中所述多个附加叶片中的每一个与所述第一叶片基本上相同地配置；
所述第一叶片在所述第一板的外边缘附近的厚度可以小于在所述根部端邻近处的厚度，以在所述第一板的外边缘处在所述第一叶片和所述第一板之间形成第一间隙；和/或
在所述第二板的外边缘处介于所述第一叶片与所述第二板之间的第二间隙；
用于轴向流或大体上轴向流风扇的复合物叶片可包括：末端；与所述末端相对的根部端，其中叶片长度被限定于所述根部端与所述末端之间；邻近于所述根部端定位的安装衬垫；邻接所述末端的工作部分，其中所述工作部分限定空气动力学的轮廓；介于所述安装衬垫与所述工作部分之间的过渡区；以及沿着所述叶片长度位于所述根部端附近的增强表层，其中所述增强表层延伸穿过所述安装衬垫和所述过渡区并且进入所述工作部分内。
附加地和/或替代地，前述段落的复合物叶片可以可选地包括下列特征、构造和/或附加部件中的任一个或更多个：
所述安装衬垫可具有基本上均匀的第一厚度，其中所述过渡区包括收窄过渡区和具有基本上均匀的第二厚度的区域，所述第二厚度小于所述第一厚度；
所述增强表层可整个地延伸穿过所述过渡区的收窄过渡区域；
所述增强表层可以包括短束纤维的增强垫；
所述增强表层可包括梯度或坡度区域；
所述工作部分可以比所述安装衬垫和所述过渡区二者更薄；
介于所述根部端与所述末端之间的最大厚度可位于所述安装衬垫处；
在所述工作部分中的厚度可朝向所述末端增加，并且介于所述根部端与所述末端之间的最小厚度可位于所述末端处；
所述安装衬垫可包括多个紧固件开口；
所述过渡区可以比所述安装衬垫和所述工作部分扭转更多；和/或
所述叶片可以由短束纤维增强热固性材料制成。
制造复合物风扇叶片的方法可包括：将增强垫包裹或卷绕由复合物材料制成的坯料，从而使得所述增强垫仅沿着一定长度的坯料而部分地延伸；并且压缩模具中的所述增强垫和所述坯料。
附加地和/或替代地，前述段落的方法可以可选地包括下列步骤和/或方面中的任一个或更多个：
从热固性片状模塑复合物片原料切割所述坯料；
制造具有如上所述的风扇叶片的风扇的方法可包括：将复合物风扇叶片的安装衬垫定位于中心毂组件的两个板之间，对齐所述复合物风扇叶片从而使得所述安装衬垫定位于所述两个板中至少一个的外边缘的径向内部；并且将所述两个板中的至少一个的外边缘与所述外边缘处的复合物风扇叶片间隔开；
将紧固件附接到所述两个板和所述叶片，其中所述紧固件穿过所述安装衬垫中的开口；
将增强垫的材料以梯度或坡度方式分散到所述坯料的母质材料内；和/或
将玻璃珠合并到所述坯料的至少一部分内。
总结
本文中所用的任何相关术语，诸如“基本上”、“实质上”、“大体上”、“大致”等等，应根据并且受制于本文中明确地陈述的任何适用的定义或限定而加以解释。在所有实例中，本文中所用的任何相关术语应被解释为广义地包括任何相关的所披露实施例以及正如由本领域普通技术人员考虑本发明整体而将会理解的这些范围或变形，诸如包括由热、旋转或震动工作状况引发的普通制造公差变化，偶然的对齐变化，瞬态对齐或形状变化，等等。而且，本文中所用的任何相关术语应被解释为包括如下的一定范围：其明确地包括指定的品质、特征、参数或值，而没有变化，正如在给定的公开或引用中没有运用符合条件的相关术语。
尽管本发明已经参考优选实施例加以描述，本领域普通技术人员将会认识到可以在形式和细节方面做出改变而不离开本发明的精神和范畴。例如，如上所公开的任何实施例的特征可结合来自以上所公开的任何其它实施例的特征而加以运用。

Claims (56)

1.一种模块化风扇组件，包括：
中心毂组件，包括：
具有外边缘的第一板；和
具有外边缘的第二板；和
附接到所述中心毂组件的第一叶片，所述第一叶片具有安装衬垫和工作部分，其中所述安装衬垫定位在所述第一板与所述第二板之间，其中所述工作部分延伸超出所述中心毂组件的第一板和第二板的外边缘，并且其中所述第一叶片在所述第一板的外边缘附近的厚度小于在所述安装衬垫处的厚度以在所述第一板的外边缘在所述第一叶片与所述第一板之间形成第一间隙。
2.根据权利要求1所述的组件，还包括：
多个附加叶片，其中所述多个附加叶片中的每一个配置成与所述第一叶片相同。
3.根据权利要求1所述的组件，其中所述安装衬垫具有平面构造和均匀厚度。
4.根据权利要求1所述的组件，还包括：
在所述第二板的外边缘处介于所述第一叶片与所述第二板之间的第二间隙。
5.根据权利要求4所述的组件，其中所述第一间隙和所述第二间隙相等。
6.根据权利要求1所述的组件，其中所述第一叶片具有从根部端至末端的厚度轮廓，并且其中所述厚度轮廓在所述安装衬垫处具有最大厚度。
7.根据权利要求6所述的组件，其中所述厚度轮廓在所述末端处具有最小值，并且其中所述末端是所述工作部分的部分。
8.根据权利要求6所述的组件，其中所述第一叶片具有包括第一区域、收窄过渡区域、第二区域和与所述工作部分对应的另一区域的厚度轮廓，其中所述第一区域具有均匀的厚度并且与所述安装衬垫对应，其中所述收窄过渡区域和所述第二区域是介于所述安装衬垫与所述工作部分之间的过渡区的部分，其中在所述第一板的外边缘附近的所述第一叶片的较小厚度由所述收窄过渡区域与所述第二区域中的至少一个提供。
9.根据权利要求1所述的组件，其中所述第一叶片具有从根部端到末端的厚度轮廓，并且其中所述厚度轮廓具有在均匀厚度的两个区域之间的逐步收窄，均匀厚度的所述两个区域从所述工作部分径向向内定位，并且均匀厚度的所述两个区域之一包括所述安装衬垫。
10.根据权利要求1所述的组件，其中工作部分的厚度朝向末端减少。
11.根据权利要求10所述的组件，其中工作部分的厚度的变化率朝向所述末端非线性地减少。
12.根据权利要求10所述的组件，其中所述工作部分的厚度的变化率朝向所述末端以一定递减率减少。
13.根据权利要求10所述的组件，其中所述工作部分包括在末端处的恒定厚度的区域。
14.根据权利要求1所述的组件，其中所述第一叶片由复合物材料制成。
15.根据权利要求14所述的组件，其中所述第一叶片由短束纤维增强热固性材料制成。
16.根据权利要求14所述的组件，还包括：
位于所述第一叶片的根部端附近的增强表层，其中所述增强表层延伸穿过所述安装衬垫并且进入所述工作部分内。
17.根据权利要求16所述的组件，其中所述增强表层包括短束纤维的增强垫。
18.根据权利要求16所述的组件，其中所述增强表层包括沿着所述第一叶片的工作部分的梯度或坡度区域。
19.根据权利要求1所述的组件，其中所述第一叶片被配置成在操作期间产生轴向流体流动。
20.根据权利要求1所述的组件，其中所述安装衬垫包括多个紧固件开口。
21.根据权利要求1所述的组件，其中所述工作部分比所述安装衬垫和所述安装衬垫和所述工作部分之间的过渡区薄。
22.一种用于轴向流动风扇的叶片，所述叶片包括：
末端；
与所述末端相对的根部端；其中叶片长度被限定于所述根部端与所述末端之间；
邻近于所述根部端定位的安装衬垫，其中所述安装衬垫具有均匀的第一厚度；
邻接所述末端的工作部分，其中所述工作部分限定空气动力学的力学的轮廓；和
介于所述安装衬垫与所述工作部分之间的过渡区，其中所述过渡区包括收窄过渡区域和具有均匀的第二厚度的区域，所述第二厚度小于所述第一厚度。
23.根据权利要求22所述的叶片，其中所述过渡区被扭转。
24.根据权利要求23所述的叶片，其中所述过渡区比所述工作部分扭转更多。
25.根据权利要求22所述的叶片，其中所述工作部分比所述安装衬垫和所述过渡区薄。
26.根据权利要求22所述的叶片，所述第一厚度构成介于所述根部端与所述末端之间的最大厚度。
27.根据权利要求22所述的叶片，其中在所述工作部分中的厚度朝向所述末端减小，并且其中介于所述根部端与所述末端之间的最小厚度位于所述末端处。
28.根据权利要求27所述的叶片，其中工作部分的厚度的变化率朝向所述末端非线性地减少。
29.根据权利要求27所述的叶片，其中所述工作部分的厚度的变化率朝向所述末端以一递减率减小。
30.根据权利要求27所述的叶片，其中所述工作部分的厚度包括在末端处的恒定厚度的区域。
31.根据权利要求22所述的叶片，其中所述叶片由增强复合物材料制成。
32.根据权利要求31所述的叶片，其中所述叶片由短束纤维增强热固性材料制成。
33.根据权利要求22所述的叶片，还包括：
位于所述根部端附近的增强表层，其中所述增强表层延伸穿过所述安装衬垫以及过渡区并且进入所述工作部分内。
34.根据权利要求33所述的叶片，其中所述增强表层包括短束纤维的增强垫。
35.根据权利要求33所述的叶片，其中所述增强表层包括沿着所述叶片的工作部分的梯度或坡度区域。
36.根据权利要求22所述的叶片，其中所述安装衬垫包括多个紧固件开口。
37.根据权利要求36所述的叶片，其中所述多个紧固件开口是交错的。
38.一种制造如权利要求1所述的模块化风扇组件的方法，所述方法包括：
将第一叶片的所述安装衬垫定位于所述中心毂组件的第一板和第二板之间；
对齐所述第一叶片使得所述安装衬垫定位于所述第一板和第二板中的所述外边缘的径向内部；以及
将所述第一板的外边缘在所述外边缘处与所述第一叶片间隔开。
39.根据权利要求38所述的方法，还包括：
将紧固件附接到所述第一板和第二板和所述第一叶片，其中所述紧固件穿过所述安装衬垫中的开口。
40.根据权利要求38所述的方法，还包括：
将增强垫在所述安装衬垫处模制到所述第一叶片内。
41.根据权利要求38所述的方法，还包括：
将由增强热固性材料的片制成的增强垫包裹或卷绕由增强热固性材料制成的坯料，从而使得所述增强垫仅部分地沿着坯料的长度而延伸；并且
压缩模具中的所述增强垫和所述坯料。
42.一种模块化风扇，包括：
中心毂组件，包括：
具有外边缘的第一板；和
具有外边缘的第二板；和
由复合物材料制成并且被附接到所述中心毂组件的第一叶片，所述第一叶片包括：
末端；
与所述末端相对的根部端；其中叶片长度被限定于所述根部端与所述末端之间；和
沿所述叶片长度位于所述根部端附近的增强表层，其中所述增强表层延伸超过所述中心毂组件的第一板的外边缘，
其中所述第一叶片在所述第一板的外边缘附近的厚度小于在所述根部端邻近处的厚度，以在所述第一板的外边缘处在所述第一叶片和所述第一板之间形成第一间隙。
43.根据权利要求42所述的模块化风扇，其中所述增强表层延伸超过所述中心毂组件的所述第二板的外边缘。
44.根据权利要求42所述的模块化风扇，其中所述增强表层在所述第一叶片的相对侧上沿着所述叶片长度相等地延伸。
45.根据权利要求42所述的模块化风扇，其中所述增强表层包括短束纤维的增强垫。
46.根据权利要求42所述的模块化风扇，其中所述增强表层包括梯度或坡度区域。
47.根据权利要求42所述的模块化风扇，其中所述第一叶片被配置成在操作期间生成轴向流体流动。
48.根据权利要求42所述的模块化风扇，其中所述第一叶片还包括：
邻近于所述根部端定位的安装衬垫；
邻接所述末端的工作部分，其中所述工作部分限定空气动力学的力学的轮廓；
介于所述安装衬垫与所述工作部分之间的过渡区，其中所述增强表层延伸穿过所述安装衬垫和所述过渡区并且进入所述工作部分内。
49.根据权利要求48所述的模块化风扇，其中所述工作部分比所述安装衬垫和所述过渡区薄。
50.根据权利要求48所述的模块化风扇，其中介于所述根部端与所述末端之间的最大厚度位于所述安装衬垫处。
51.根据权利要求48所述的模块化风扇，其中在所述工作部分中的厚度朝向所述末端减小，并且其中介于所述根部端与所述末端之间的最小厚度位于所述末端处。
52.根据权利要求48所述的模块化风扇，其中所述安装衬垫包括多个紧固件开口。
53.根据权利要求48所述的模块化风扇，其中所述过渡区比所述安装衬垫和所述工作部分扭转更多。
54.根据权利要求42所述的模块化风扇，其中所述第一叶片由短束纤维增强热固性材料制成。
55.根据权利要求42所述的模块化风扇，还包括：
多个附加叶片，其中所述多个附加叶片中的每一个与所述第一叶片相同地配置。
56.根据权利要求42所述的模块化风扇，且其还包括：
在所述第二板的外边缘处介于所述第一叶片与所述第二板之间的第二间隙。
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