CN107438717A - 自由梢端型轴流式风扇组件 - Google Patents

Abstract

一种自由梢端型轴流式风扇组件，其以包括入口的罩盖筒为特征，所述入口在其上游端处的半径大于所述入口在其下游端处的半径。所述入口的表面与风扇轴线的方向之间的、在包括风扇轴线的平面中的角度相对于表面坐标非单调地变化，所述表面坐标沿入口的表面随距离增大。

Description

自由梢端型轴流式风扇组件

相关申请的交叉引用

本申请要求在2015年4月15日提交的美国临时专利申请No. 62/147,686的优先权益，所述申请的全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明总体上涉及自由梢端型轴流式风扇，除了其它用途之外，其也可以用作机动车发动机冷却风扇。

背景技术

发动机冷却风扇被用在机动车辆中以使空气移动通过一组热交换器，其通常包括用以冷却内燃发动机的散热器、空调机冷凝器，且或许包括额外的热交换器。这些风扇通常安装在罩盖中，所述罩盖在热交换器与风扇之间引导空气并控制再循环。通常，这些风扇由被罩盖支撑的电气马达供能。

风扇通常以塑料（一种具有有限机械性质的材料）注塑成型。当在高温下经受旋转和空气动力负载时，塑料风扇表现出蠕变挠曲。必须在设计过程中考虑这种挠曲。

虽然一些发动机冷却风扇具有连接所有叶片的梢端的旋转梢端带，但许多发动机冷却风扇是自由梢端型的（即，叶片的梢端没有彼此连接）。当与有带型风扇（Banded Fan）相比时，自由梢端型风扇具有若干优势。它们能够具有更低的成本、减小的重量、更好的平衡和由于其减小的惯性所致的优点（诸如，更低的偶不平衡、更低的进动转矩和当降低功率时更快的滑行减载）。

自由梢端型风扇经常设计成具有半径恒定的梢端形状，并且在与风扇叶片具有最接近的空隙的区域中的圆筒形的罩盖筒（Shroud Barrel）中运行。在其它情况下,梢端半径非恒定。例如，美国专利No. 6,595,744描述了一种自由梢端型的发动机冷却风扇，其中叶片梢端的形状与喇叭型罩盖筒相顺应。这种构型减少了筒的进口（entrance）处的流动分离，同时允许叶片梢端在密切接近罩盖处运行。

自由梢端型风扇设计成在叶片梢端与罩盖筒之间具有梢端间隙或运转空隙。这种梢端间隙必须足够以允许制造公差和风扇组件的使用寿命期间可能出现的最大挠曲两者。在实践中，此间隙通常为风扇直径的至少0.5%，但小于2%，且更通常地为风扇直径的近似1%。

梢端间隙的存在对性能具有许多不利影响。一种影响是当间隙增加时，风扇必须以更高的速度运行以实现给定的运行点。这是由于叶片负载（风扇叶片的压力侧与吸力侧之间的压力差）在间隙附近减小的事实。其他影响是降低的风扇效率和增加的风扇噪音，尤其是当系统阻抗高时。这些不利影响能够限制自由梢端型风扇对其中系统阻抗相对低的应用的适用性。为了提高自由梢端型风扇的适用性，已多次尝试克服由梢端间隙引起的不利性能影响。

一种方法是设计风扇以便抵消梢端间隙对风扇负载的影响。美国专利申请No.13/035,440（被授权为美国专利No. 9,004,860）描述了在梢端间隙存在的情况下具有改进的梢端负载的风扇。这种风扇能够改进风扇性能，但间隙仍损害风扇的效率和噪音。

其它努力试图减小叶片梢端的挠曲，使得能够在没有冲突的风险的情况下使梢端间隙更小。美国专利No. 6,595,744描述能够减小倾斜的自由梢端型风扇的轴向挠曲的倾斜度分布（rake distribution），并且美国专利No. 8,137,070描述了使径向挠曲最小化的前缘和尾缘倾斜分布。

另一种方法是设计风扇的梢端使得穿过给定大小的间隙的空气的流动最小化。美国专利申请No. 13/964,872（被公开为美国专利申请公开No. 2014/0271172）描述了一种具有局部增厚型梢端的风扇，所述风扇相比于具有非增厚型梢端区段的风扇展现出改进的效率和减小的噪音。

虽然过去的努力已改进了效率并减小了自由梢端型风扇的噪音，但仍需要更安静的自由梢端型风扇组件（具体地在高压运行点下）。在这些运行点下，由每个叶片生成的梢端涡旋可与该叶片、罩盖筒和/或后续叶片相互作用。这种相互作用能够引起相比于更低压力的运行点下的噪音的噪音的显著增加。

发明内容

在一个方面中，本发明提供一种包括风扇和罩盖的自由梢端型轴流式风扇组件，所述风扇包括多个径向延伸的叶片，所述多个叶片中的每一个均具有叶片梢端、前缘和尾缘，所述风扇具有等于叶片梢端在尾缘处的径向范围的2倍的直径D。罩盖包括筒，且该筒包括入口，所述入口在其上游端处的半径大于所述入口在其下游端处的半径。风扇组件的特征在于，入口的表面与风扇轴线的方向之间的在子午平面中的角度相对于表面坐标非单调地变化，所述表面坐标从入口的上游端至其下游端沿入口的表面随距离增大。

在本发明的一个方面中，自由梢端型轴流式风扇的特征还在于，当表面坐标增大时，入口表面的径向坐标减小或保持恒定。

在本发明的另一个方面中，自由梢端型轴流式风扇的特征还在于，当表面坐标增大时，入口表面的轴向坐标增大或保持近似恒定。

在本发明的另一个方面中，自由梢端型轴流式风扇组件的特征还在于，入口包括台阶，每个台阶均具有近似轴向（在子午平面中面向径向）表面和近似径向（在子午平面中面向轴向）表面。

在本发明的另一个方面中，自由梢端型轴流式风扇组件的特征还在于，位于子午平面中的假想直线能够在沿具有非单调地变化的角度的区域定位的两个点处触碰入口表面而不在所述点之间与所述表面相交，并且假想线与筒表面上的所述两个点之间的点之间的、垂直于假想线测得的距离等于或大于风扇直径的0.2%。

在本发明的另一个方面中，所述距离等于或大于风扇直径的0.4%。

在本发明的另一个方面中，自由梢端型轴流式风扇组件的特征还在于，入口的至少一部分位于叶片梢端的至少一部分的轴向位置处，并且入口在该部分的上游端处的轴向位置处的径向尺寸大于入口在该部分的下游端的轴向位置处的径向尺寸，并且叶片梢端在该部分的上游端处的径向范围大于叶片梢端在该部分的下游端处的径向范围，并且入口的位于叶片梢端的该部分的轴向位置处的部分包括具有非单调地变化的角度的区域的至少一部分，具有非单调地变化的角度的区域的该部分的轴向位置限定叶片梢端的第二部分。

在本发明的另一个方面中，自由梢端型轴流式风扇组件的特征还在于，位于子午平面中的假想直线能够在两个点处触碰入口表面而不在所述点之间与所述表面相交，所述两个点位于具有非单调地变化的角度的区域中并且在叶片梢端的轴向范围内，并且假想线与筒表面上的位于所述两个点之间的点之间的、垂直于假想线测得的距离等于或大于风扇直径的0.2%。

在本发明的另一个方面中，自由梢端型轴流式风扇组件的特征还在于，所述距离等于或大于风扇直径的0.4%。

在本发明的另一个方面中，自由梢端型轴流式风扇组件的特征还在于，整个叶片梢端的轴向位置均处于入口的轴向范围内。

在本发明的另一个方面中，自由梢端型轴流式风扇组件的特征还在于，具有非单调地变化的角度的区域至少在入口的与叶片梢端的轴向范围重叠的部分的轴向范围的最上游的50%上延伸。

在本发明的另一个方面中，自由梢端型轴流式风扇组件的特征还在于，具有非单调地变化的角度的区域至少在入口的在叶片梢端的上游的第二部分的轴向范围的最下游的50%上延伸。

在本发明的另一个方面中，自由梢端型轴流式风扇组件的特征还在于，入口在该部分的上游端处的径向尺寸比入口在该部分的下游端处的径向尺寸大入口在该部分的下游端处的径向尺寸的至少2%。

在本发明的另一个方面中，自由梢端型轴流式风扇组件的特征还在于，叶片梢端在该部分的上游端处的径向范围比叶片梢端在该部分的下游端处的径向范围大叶片梢端在该部分的下游端处的径向范围的至少2%。

在本发明的另一个方面中，自由梢端型轴流式风扇组件的特征还在于，叶片梢端部分的扫掠范围与所述入口部分的形状相顺应。

在本发明的另一个方面中，自由梢端型轴流式风扇组件的特征还在于，叶片梢端的该部分与入口的该部分之间的垂直于叶片梢端的扫掠范围测得的最小距离大于风扇直径D的0.005倍且小于风扇直径D的0.02倍。

在本发明的另一个方面中，自由梢端型轴流式风扇组件的特征还在于，叶片梢端的第二部分的扫掠范围与风扇轴线的方向之间的、在子午平面中的角度相对于梢端坐标单调地减小，所述梢端坐标从叶片梢端前缘至叶片梢端尾缘沿叶片梢端的扫掠范围随距离增大。

在本发明的另一个方面中，自由梢端型轴流式风扇组件的特征还在于，叶片梢端的第二部分的扫掠范围与入口的该部分上的局部最接近点之间的、垂直于叶片梢端扫掠范围测得的距离沿叶片梢端的第二部分变化不超过±30%，或者不超过±20%。

在本发明的另一个方面中，自由梢端型轴流式风扇组件的特征还在于，叶片梢端的第二部分与两个最接近点之间的入口表面之间的、垂直于叶片梢端扫掠范围测得的距离比叶片梢端的第二部分与这两个最接近点之间的平均距离大至少20%。

在本发明的另一个方面中，自由梢端型轴流式风扇组件的特征还在于，叶片梢端的第二部分与两个最接近点之间的入口表面之间的、垂直于叶片梢端扫掠范围测得的距离比叶片梢端的第二部分与这两个最接近点之间的平均距离大至少40%。

在本发明的另一个方面中，自由梢端型轴流式风扇组件的特征还在于，叶片梢端的第二部分与入口的该部分上的最接近点之间的、垂直于叶片梢端的扫掠范围测得的最小距离大于风扇直径D的0.005倍且小于风扇直径D的0.02倍。

在本发明的另一个方面中，自由梢端型轴流式风扇组件的特征还在于，叶片梢端的第二部分的扫掠范围在子午平面中顺应包络曲线，所述包络曲线穿过入口的该部分上局部最接近叶片梢端的点。

在本发明的另一个方面中，自由梢端型轴流式风扇组件的特征还在于，包络曲线是平滑的。

在本发明的另一个方面中，自由梢端型轴流式风扇组件的特征还在于，包络曲线的轴向坐标和径向坐标中的每一个均近似给定为样条曲线的值，所述样条曲线以以下方式确定：

1)创建遵循分段线性曲线的围长坐标（girth coordinate），所述分段线性曲线的顶点是包络曲线所穿过的入口上的点，

2)生成轴向坐标和径向坐标相对于围长坐标的三次样条，其中节点位于顶点处，

3)在围长坐标的位于顶点之间的值下对样条进行评估。

在本发明的另一个方面中，自由梢端型轴流式风扇组件的特征还在于，叶片梢端的第二部分的扫掠范围与包络曲线之间的、垂直于包络曲线测得的距离在叶片梢端的第二部分的范围上变化不超过±30%，或不超过±20%。

在本发明的另一个方面中，自由梢端型轴流式风扇组件的特征还在于，叶片梢端的第二部分与两个最接近点之间的点处的入口表面之间的、垂直于叶片梢端扫掠范围测得的距离比叶片梢端的第二部分与包络曲线之间的局部距离大至少20%。

在本发明的另一个方面中，自由梢端型轴流式风扇组件的特征还在于，叶片梢端的第二部分与两个最接近点之间的点处的入口表面之间的、垂直于叶片梢端扫掠范围测得的距离比叶片梢端的第二部分与包络曲线之间的局部距离大至少40%。

在本发明的另一个方面中，自由梢端型轴流式风扇组件的特征还在于，在叶片梢端的第二部分的扫掠范围与包络曲线之间的、垂直于包络曲线测得的最小距离大于风扇直径D的0.005倍且小于风扇直径D的0.02倍。

在本发明的另一个方面中，自由梢端型轴流式风扇组件的特征还在于，包络曲线在叶片梢端与其顺应的区域中穿过入口上的局部最接近叶片梢端的至少3个点。

在本发明的另一个方面中，自由梢端型轴流式风扇组件的特征还在于，入口部分的表面是轴对称的。

在本发明的另一个方面中，自由梢端型轴流式风扇组件的特征还在于，罩盖是塑料注塑成型零件。

在本发明的另一个方面中，自由梢端型轴流式风扇组件的特征还在于，罩盖包括促进将风扇组件安装到定位在风扇组件的上游的热交换器的特征。

在本发明的另一个方面中，自由梢端型轴流式风扇组件的特征还在于，罩盖包括在筒的上游的气室（plenum），所述气室安装在上游热交换器后方，其中热交换器面的被气室覆盖的面积是风扇盘面积的至少1.5倍。

在本发明的另一个方面中，自由梢端型轴流式风扇组件的特征还在于，角度在多个子午平面中非单调地变化，所述子午平面定位在总计大于180度的方位角的一个或多个范围内。

本发明的其它方面将通过考虑详细描述和附图变得显而易见。

附图说明

图1a是现有技术的自由梢端型轴流式风扇组件的示意图，其示出顺应喇叭型罩盖筒的形状的叶片梢端。自由梢端型轴流式风扇组件构造为发动机冷却风扇组件。

图1b是图1a的罩盖筒和每个叶片的最外部分的扫掠区域在子午平面中的详细示意图。

图1c是来自风扇的上游的视图，其示出前缘和尾缘以及叶片梢端。

图2a是根据本申请的一个实施例的自由梢端型轴流式风扇组件的示意图，其具有罩盖筒，所述罩盖筒包括具有多个台阶的入口；以及风扇叶片梢端，其顺应有台阶筒。

图2b是图2a的罩盖筒在子午平面中的详细示意图。

图2c是图2a的罩盖筒和由每个叶片的外部部分扫掠的区域在子午平面中的详细示意图。

图3a是根据本申请的一个实施例的自由梢端型轴流式风扇组件的示意图，其具有罩盖筒，所述罩盖筒包括具有多个台阶的入口；以及风扇叶片梢端，其顺应穿过筒上的局部最接近点的平滑包络曲线。

图3b是图3a的罩盖筒和由每个叶片的最外部分扫掠的区域在子午平面中的详细示意图。

图3c示出图3a的自由梢端型轴流式风扇组件的平面图（从上游，看下游），其示出矩形罩盖气室。

图4a是罩盖筒和叶片的外部部分的扫掠区域在子午平面中的详细示意图，其中叶片梢端的轴向范围小于限定入口上的最接近点的包络曲线的椭圆的轴向半轴。

图4b是罩盖筒和叶片的外部部分的扫掠区域在子午平面中的详细示意图，其中叶片梢端的轴向范围小于限定入口上的最接近点的包络曲线的椭圆的轴向半轴，并且筒在接近叶片的尾缘处终止。

图4c是罩盖筒和叶片的外部部分的扫掠区域在子午平面中的详细示意图，其中叶片梢端的轴向范围小于限定入口上的最接近点的包络曲线的椭圆的轴向半轴，并且风扇定位成梢端尾缘位于椭圆的径向半轴处。

图5a是有台阶罩盖筒的子午视图，其示出入口上的最接近叶片梢端（未示出）的点。

图5b是有台阶罩盖筒的子午视图，其示出分段线性包络曲线并限定围长参数。

图5c是有台阶罩盖筒的子午视图，其示出平滑包络曲线，所述平滑包络曲线的坐标由三次样条函数限定。

图5d是有台阶罩盖筒的子午视图，其示出从图5c的平滑包络曲线偏移的曲线。

图5e是有台阶罩盖筒和由叶片扫掠的区域的子午视图，其中叶片梢端扫掠范围沿循图5d的偏移曲线。

图6a是有台阶罩盖筒和叶片的扫掠区域的子午视图，其中台阶的近似轴向表面上存在脱模角。

图6b是有台阶罩盖筒和叶片的扫掠区域的子午视图，其中台阶的外转角倒圆。

图6c是有台阶罩盖筒和叶片的扫掠区域的子午视图，其中台阶的内转角倒圆。

图6d是罩盖筒和叶片的扫掠范围的子午视图，其中通向筒的入口具有轴向沟槽。

图6e是罩盖筒和叶片的扫掠范围的子午视图，其中通向筒的入口具有不连续的台阶。

图6f是罩盖筒和叶片的扫掠区域的子午视图，其中通向筒的入口具有台阶，所述台阶具有轴向表面和相对于径向方向成角度的表面。

图7a示出有台阶罩盖筒的两侧，其中台阶的深度可与筒的厚度相当，并且筒的外侧表面也有台阶。

图7b示出有台阶罩盖筒的两侧，其中外部台阶倒圆。

图7c示出有台阶罩盖筒的两侧，其中台阶的深度相比于筒的厚度是小的，并且筒的外侧表面是平滑的。

图8a是根据美国专利申请公开No. 2014/0271172的风扇的吸力侧和根据本申请的一个实施例的有台阶筒入口的轴向视图。

图8b是以对应于叶片梢端处的最大厚度的点的角度穿过叶片和筒入口的子午区段，如图8a中所指示的那样。

图8c是图8b的梢端区域的详细视图。

图9a是图8的有台阶筒入口和自由梢端型风扇的透视图，其中台阶是轴对称的。

图9b是图8的自由梢端型风扇和有台阶筒入口的透视图，其中台阶为非轴对称的且呈螺旋形状。

图10是根据本申请的一个实施例的风扇组件的性能与现有技术的风扇组件（以平滑喇叭型罩盖筒为特征）的性能相比较的曲线图。

图11示出与图10的数据相同的数据，但使用无因次变量。

图12a是根据美国专利申请公开No. 2014/0271172的风扇的吸力侧和有台阶筒入口的轴向图，其中所述台阶在方位上不连续。

图12b是以对应于叶片梢端处的最大厚度点的角度穿过叶片和筒入口的子午区段（指示在图12a中），其中该区段在所述区段有台阶处以一角度穿过罩盖。

图12c是图12a中所示的罩盖筒入口的一部分的透视图。

图13a是根据美国专利申请公开No. 2014/0271172的风扇的吸力侧和筒入口的轴向视图，所述筒入口具有交错的多排环形凹处。

图13b是以对应于叶片梢端处的最大厚度点的角度穿过叶片和筒入口的子午区段（指示在图13a中），其中这个区段穿过两个入口凹处。

图13c是以一角度穿过叶片和筒入口的子午区段，使得所述区段穿过一个入口凹处。

图13d是图13a中所示的罩盖筒入口的一部分的透视图。

具体实施方式

在详细解释本发明的任何实施例之前，应理解的是，本发明在其应用方面不限于以下描述中所陈述或以下附图中所图示的构造的细节和部件的布置。本发明能够实现其它实施例，且能够以各种方式被实践或实施。

图1a示出现有技术的自由梢端型轴流式风扇组件1。在所图示的构造中，自由梢端型轴流式风扇组件1是邻近至少一个热交换器5安装的发动机冷却风扇组件。在该构造中，（多个）热交换器5包括冷却内燃发动机（未示出）的散热器51。在以替代方式被供能的车辆中，风扇组件1能够与一个或多个热交换器结合使用以冷却电池、电气马达等。罩盖2将冷却空气从散热器51导引到风扇4、环绕风扇以控制泄漏，并且为马达3提供支撑件28。

罩盖2包括气室壁21和侧壁23，这些壁一同封闭气室20。气室壁21被示为具有小的圆锥角，但在其它情况下能够位于近似垂直于风扇轴线6的平面中。侧壁23被示为平行于风扇轴线6，但将常常具有脱模角以改进可制造性。罩盖2还包括环绕风扇4的筒22。筒22包括平滑喇叭型入口24和在喇叭型入口24的下游的圆筒形部分26。通向罩盖入口的进口的径向坐标R₁（从轴线6测得）大于出口（其在该处联结圆筒形部分26）的径向坐标R₂。虽然被称为圆筒形，但部分26可形成有脱膜角以实现可制造性，使得其并非真正与轴线6平行。在任一情况下，部分26均可与具有限定喇叭型入口24的形状的部分区分开。

风扇4围绕轴线6旋转，并且包括毂41和多个大体径向延伸的叶片40。图1a示出在风扇旋转时由这些叶片扫略的在子午平面（包含风扇轴线的平面）中的区域。每个叶片40的邻近毂41的端部是叶片根部43，且每个叶片40的最外端部是叶片梢端46。叶片梢端46顺应罩盖筒22。换言之，叶片梢端46从罩盖筒22偏移，但具有遵循或匹配由罩盖筒22限定的轮廓。叶片梢端前缘的径向坐标R_LE大于叶片梢端尾缘的径向坐标R_TE。标称风扇半径R被视为等于R_TE且风扇直径D等于2倍的R。梢端间隙7提供叶片梢端46与罩盖筒22之间的最小运转空隙，所述最小运行间隙在0.005 D与0.02 D之间。

图1b是图1a的罩盖筒22和由每个叶片40的最外部分扫掠的区域在子午平面中的详细示意图。喇叭型入口的形状近似为椭圆形，并且叶片梢端46的扫掠范围是从筒22偏移近似恒定距离“g”的平滑曲线。该距离表示叶片梢端46与罩盖筒22之间的空隙间隙7的宽度。

图1b也示出入口表面坐标“s”，所述入口表面坐标在入口与气室壁21相遇之处为零并且沿入口轮廓随距离线性地增大。虽然图1b中所示的喇叭型入口是椭圆形的，但是其它现有技术的喇叭型罩盖也能够与该形状有所不同。在所有情况下，当“s”增加时，喇叭型入口24的表面与风扇轴线6的方向之间的角度“Θ”（在子午平面中）单调地减小。

尽管图1b示出近似恒定的间隙宽度，但在其它情况下，间隙从前缘到尾缘是不恒定的。具体地，其有时被设计成使得叶片梢端与罩盖之间的最小轴向距离大于在恒定间隙宽度的情况下的最小轴向距离。这在叶片梢端的预测轴向挠曲大于预测径向挠曲时是特别有利的。

尽管图1a和图1b示出筒22在叶片梢端46的尾缘TE下游延伸一些距离，但其有时在非常接近叶片梢端46的尾缘TE处终止。在沿筒圆周的位置（其中下游不存在马达支撑结构28）处，常常是这种情况。在这些位置处，使筒22延伸得比限制叶片梢端46周围的再循环所需的更远在空气动力学上常常存在很少的优点或不存在优点。在一些情况下，甚至在筒22在叶片梢端尾缘TE的略微上游处终止的情况下也能够实现良好的性能。

虽然图1a和图1b示出叶片梢端46的轴向范围近似等于喇叭型入口的轴向范围，但有时并非这种情况。在一些情况下，叶片梢端延伸超过入口的端部，并延伸到筒22的近似圆筒形部分内。在其它情况下，叶片梢端46的尾缘TE处于喇叭型入口相对于风扇轴线6的角度尚不为零的轴向位置处。在椭圆形罩盖形状的情况下，这对应于在径向半轴“b”的上游的位置。

在一些情况下，叶片梢端前缘位于通向入口的进口的前方，且在其它情况下恰好位于通向入口的进口内侧。

图1c是现有技术的自由梢端型风扇4的轴向投影，并且所述自由梢端型风扇具有顺应喇叭型罩盖（如图1a和图1b中所示）的叶片梢端。旋转是顺时针的，并且风扇前缘LE和尾缘TE如图所示。叶片梢端在前缘处的半径R_LE大于在尾缘处的半径R_TE。

图2a图示根据本申请的一个实施例的自由梢端型轴流式风扇组件。像图1a的现有技术的风扇组件那样，筒22包括入口242，所述入口的特征在于，入口表面相对于风扇轴线6的径向坐标在通向入口的进口处大于其在出口处的径向坐标。因而，入口限定具有沿轴向流动方向F横截面面积减小的区域。在该示例中，入口在叶片梢端前缘的轴向位置处的径向坐标R₁比在叶片梢端尾缘的轴向位置处的径向坐标R₂大R₂的近似6.8%。不同于图1a的发动机冷却风扇组件，入口242并非为平滑喇叭型，而是替代地有台阶，每个台阶在子午平面中包括近似径向（面向轴向）表面和近似轴向（面向径向）表面。

图2a示出风扇4，其具有顺应台阶的叶片梢端46。叶片梢端前缘的径向范围（自轴线6测得）R_LE大于叶片梢端尾缘的径向范围R_TE。在该示例中，R_LE超过R_TE近似R_TE的6.9%。梢端间隙7提供叶片梢端与罩盖筒之间的运转空隙，在该示例中，所述运转空隙是近似恒定的并且等于风扇直径D的1.0%。

图2b是图2a的罩盖筒22在子午平面中的详细示意图。筒22包括有台阶入口242和近似圆筒形部分26。入口242的上游是气室壁21。表面坐标“s”在入口与气室壁21相遇的点处为零，并且沿有台阶入口表面随距离线性地增加直到其与圆筒形部分26相遇。

在图2b中所示的入口的情况下，当“s”增大时，表面的径向坐标单调地减小（即，其或者减小或者保持恒定）。这种特性允许入口用简单的注塑成型工具由注塑成型塑料制成。

图2b中所示的有台阶入口具有额外的特性，当表面坐标“s”增大时，入口表面的轴向坐标（正下游）单调地增大（即，其或者增大或者保持近似恒定）。当设计注塑成型工具作业时，这种特性是特别有利的。

入口表面与风扇轴线之间的角度（在图2b中示为“Θ”）在通向入口的进口处近似为90度，且在从入口的出口（在该处其连结筒的圆筒形部分）处近似为0度，不过通过提供如图2a的气室壁21中所示的圆锥角（例如，5度），可出现变化。不同于图1的平滑喇叭型入口，当“s”增大时，角度“Θ”以非单调方式从其在进口处的值减小到其在出口处的值，从沿台阶的近似径向表面的近似90度变化到沿台阶的近似轴向表面的近似0度。如在沿子午平面的横截面中观察到的那样，入口表面的斜率在点“A”与点“B”之间是不连续的（见图2b），并且在这些点之间限定其中角度“Θ”非单调地变化的区域。在具有非单调地变化的角度“Θ”的区域中，多个台阶被限定在入口表面中，每个台阶连接处于不同径向坐标处的两个入口表面节段。

图2b示出直线28，所述直线触碰入口表面上的两个点（例如，两个连续的突出点）而不与入口表面相交，使得直线28表示抵靠入口表面放置的直尺（straightedge）。在位于直线28触碰入口表面之处的两个点之间的点处，直线28与筒表面之间的距离“d”（垂直于直线28测得）被示为风扇直径D的至少1.0%（例如，风扇直径D的1.5%）。

图2c是图2a的罩盖筒22和由每个叶片40的最外部分扫掠的区域在子午平面中的详细示意图。叶片梢端的处于筒入口的轴向范围内的部分P₁等于叶片梢端在前缘LE与尾缘TE之间的整个轴向范围。具有非单调地变化的角度“Θ”的区域至少在入口的与部分P₁重叠的部分的轴向范围的最上游50%上延伸。叶片梢端的处于具有非单调地变化的角度的区域的轴向范围内的部分被标记为叶片梢端的第二部分P₂。

图2c中的叶片梢端46的扫掠范围是有台阶的以顺应有台阶入口，并且从入口偏移径向间隙“g_r”和轴向间隙“g_a”，这些间隙可相等（如图所示）或可以不同。具体地，将g_a设定成大于g_r有时是有益的。当叶片梢端的预测轴向挠曲大于预测径向挠曲时，这是特别有利的。叶片梢端与入口之间的通常的最小距离在风扇直径D的0.005倍与0.02倍之间。

图3a图示自由梢端型轴流式风扇组件，其与图2a的自由梢端型轴流式风扇组件类似，但具有如下文所论述的某些差异。对于类似特征的公开依赖于以上描述。代替顺应有台阶入口242，叶片梢端46顺应穿过罩盖筒上的局部最接近风扇叶片梢端的点的包络曲线。如图2a中那样，叶片梢端前缘的径向范围（自轴线6测得R_LE）大于叶片梢端尾缘R_TE的径向范围。相比于图2a到图2c的风扇组件的入口表面，筒22的入口表面形成有数量增加的台阶。

图3b是图3a的罩盖筒22和由每个叶片40的最外部分扫掠的区域在子午平面中的详细示意图。在该示例中，穿过筒上的局部最接近风扇叶片梢端的点的包络曲线形成椭圆的一部分，所述椭圆具有轴向半半径（semi-radius）“a”和径向半轴“b”。叶片梢端的扫掠范围是从包络曲线偏移近似恒定距离“g”的曲线。在该示例中，“g”是风扇直径D的近似1.0%。梢端坐标“t”从叶片前缘到叶片尾缘沿叶片梢端的扫掠范围随距离线性地增加。当“t”增大时，叶片梢端的扫掠范围与风扇轴线6的方向之间的角度“ψ”（在子午平面中）单调地减小。在图3b中所示的构造中，叶片梢端的扫掠范围是平滑曲线，因为角度“ψ”是“t”的连续函数。在其它构造中，叶片梢端扫掠范围是不平滑的，因为角度“ψ”不是“t”的连续函数，但这种构造仍能够以角度“ψ”为特征，当“t”减小时，所述角度单调地减小。

如在沿子午平面的横截面中观察到的那样，入口表面的斜率在点“A”与点“B”之间是不连续的（见图3b），并且在这些点之间限定其中如上文所限定的入口表面与风扇轴线的方向之间的角度“Θ”非单调地变化的区域。叶片梢端的位于入口的轴向范围内的部分P₁是叶片梢端的整个轴向范围。位于点A与B之间的具有非单调地变化的角度“Θ”的区域至少在入口的与叶片梢端的轴向范围重叠的部分的轴向范围的最上游50%上延伸。叶片梢端的位于具有非单调地变化的角度的区域的轴向范围内的部分被标记为叶片梢端的第二部分P₂。

图3b示出直线28，所述直线在两个点处触碰入口表面而不与入口表面相交，所述两个点均在叶片梢端的轴向范围内。这表示抵靠入口表面放置的直尺。在位于直线触碰入口表面的两个点之间的点处，该直线与筒表面之间的距离“d”（垂直于直线28测得）被示为风扇直径D的近似0.5%。在该具体示例中，该测量值表示台阶深度的最大值，如果在更接近叶片梢端46的尾缘TE处进行相似测量，则距离更小。能够使用该最大台阶深度d作为度量以比较不同的入口设计。叶片梢端46的轴向范围内的最大台阶深度d能够是风扇直径D的0.2%或更大，且在一些构造中最大台阶深度d大于风扇直径D的0.3%，或甚至大于0.4%。虽然限制能够沿入口表面设置的台阶的量，但是叶片梢端46的轴向范围内的最大台阶深度d可甚至大于风扇直径D的0.5%。

在图3b中，距离“g”表示仅在其局部地处于最小值的点处的空隙间隙7的宽度。虽然图3b示出其中距离“g”从叶片前缘到叶片尾缘是恒定的示例，但在其它实施例中，其能够在该距离上变化。具体地，其有时被设计成使得叶片梢端与罩盖之间的最小轴向距离大于在“g”有恒定值的情况下将达到的所述最小轴向距离。这在叶片梢端的预测的轴向挠曲大于预测的径向挠曲时是特别有利的。在叶片梢端46上方，到局部最接近点的距离“g”的变化的范围小于其平均值的±30%，且可小于其平均值的±20%。距离“g”的最小值能够在风扇直径D的0.005倍与0.02倍之间。

虽然距离“g”表示叶片梢端与罩盖上的局部最接近点之间的空隙间隙7的宽度，但是在其它点处，间隙7能够显著大于尺寸“g”。在图3b的示例中，空隙间隙7的宽度（垂直于叶片梢端扫掠范围测得）比在两个局部最接近点之间的位置处的尺寸“g”的局部值大多达50%。局部最接近叶片梢端46的点之间的空隙间隙7的该局部最大宽度可比尺寸“g”的局部值大至少20%，且在一些构造中，比尺寸“g”的局部值大至少30%或至少40%或甚至至少50%。

图3b中所示的叶片梢端46在限定包络曲线的椭圆的整个范围上延伸，并且在叶片梢端尾缘TE的区域中的台阶的深度小。然而，在入口的一部分（其具有朝向叶片梢端46的尾缘TE的轴向范围）上，入口能够是平滑的（即，没有台阶）。在一些方面中，台阶在入口的与叶片梢端46的轴向范围重叠的部分的轴向范围的至少最上游50%、且更具体地大部分上延伸。

图3c示出图3a的自由梢端型轴流式风扇组件的平面图（从上游，看下游）。罩盖2具有近似矩形的气室20，其由近似矩形的气室壁21和侧壁23围封，所述侧壁23从气室壁的外边缘轴向地延伸到上游热交换器（未示出）。热交换器的被气室覆盖的面积是风扇盘面积的近似2.14倍，所述风扇盘面积被限定为具有等于风扇直径D的直径的圆的面积。罩盖以支架29为特征，所述支架29与热交换器上的安装特征接合。罩盖以有台阶筒入口242和马达支撑件28的阵列为特征。虽然图3c示出具有单个风扇的风扇组件，但其他构造在单个罩盖中具有多个风扇。在这些构造中，热交换器面积的相关度量是该面积与所有风扇的总盘面积之比。

图3c中所示的风扇4的轴向投影与图1c中所示的现有技术的自由梢端型风扇的轴向投影相同。虽然该风扇在叶片根部附近具有前掠形且在叶片梢端处具有后掠形，但其它实施例能够展现其它掠形的分布。类似地，虽然图2和图3的风扇具有与图1a中所示的现有技术的风扇的倾斜度分布类似的倾斜度分布，但其它实施例能够展现出其它倾斜度分布。

图2和图3两者均示出风扇组件，其中入口上的所有台阶均具有带有相同的轴向范围的轴向表面和具有变化的径向范围的径向表面。在其它实施例中，所有台阶均具有带有相同的径向范围的径向表面和具有变化的轴向范围的轴向表面。还有一种可能性是使垂直于包络曲线的深度对于所有台阶恒定。其它构型也是可能的。

图4a是罩盖筒22和叶片40的外部部分的扫掠区域在子午平面中的详细示意图，其中如图3a中那样，穿过筒上的局部最接近风扇叶片梢端的点的平滑包络曲线形成具有轴向半半径“a”和径向半轴“b”的椭圆23的一部分。在这种情况下，叶片梢端46的轴向范围小于椭圆23的轴向半轴，且叶片梢端尾缘TE在椭圆径向轴线的上游距离“X”处。这允许叶片梢端尾缘TE附近的台阶比图3b的风扇的叶片梢端尾缘TE附近的台阶更深且更有效。入口的在叶片梢端尾缘TE下游的部分是平滑的，没有台阶。通过使台阶延伸到叶片梢端尾缘的下游可能不能够显著地提高该风扇组件的性能。

图4b与图4a类似，但在该示例中，筒22在接近风扇的尾缘TE处终止。该构型常用在图3a中所示的马达支撑结构28之间的周向位置处。

图4c还示出叶片梢端46的轴向范围小于椭圆23的轴向半轴“a”的情况，所述椭圆23限定穿过入口上的最接近点的包络曲线。在此，风扇定位成使梢端尾缘TE位于椭圆23的径向半轴“b”处，且叶片梢端前缘LE在通向罩盖筒22的进口的下游距离“Y”处。台阶从叶片梢端前缘LE向前延伸，从而覆盖入口的位于叶片梢端46的前缘LE上游的第二部分的轴向范围的至少最下游50%。该风扇组件的噪音性能显著优于其中台阶不从叶片梢端前缘LE向前延伸的类似组件的噪音性能。

虽然图3b和图4a到图4c中的包络曲线形成椭圆的一部分，但其它形状也能够产生优良的结果。在一些实施例中，包络曲线的坐标形成为穿过节点的样条曲线，所述节点对应于罩盖上的作为局部最接近叶片梢端46的点的点。图5a中标识这些“局部最接近”点。

图5b示出在最接近点之间呈线性的包络线。其还限定围长坐标“s_g”，所述围长坐标沿该包络线的长度线性地增大。这种包络线拥有以下品质：当“s_g”增大时，包络线与风扇轴线6的方向之间的角度（在子午平面中）单调地减小。

图5c示出具有遵循三次样条的轴向坐标和径向坐标的平滑包络曲线，所述三次样条的节点是入口的最接近点的轴向坐标和径向坐标，并且其独立变量是坐标“s_g”。这些样条的末端条件使得平滑包络曲线与具有非单调角度变化的区域外侧的罩盖表面融合。

图5d示出从图5c的平滑包络曲线偏移恒定距离的曲线，且图5e示出风扇叶片的扫掠区域，其中叶片梢端扫掠范围遵循偏移曲线。

虽然图2、图3、图4和图5均示出带有具有轴向面和径向面的台阶的有台阶筒入口，但其它几何结构也是有效的。图6a示出在入口的多个部分（这些部分在图2到图5中为轴向）上具有脱模角的有台阶筒入口242。所示的脱模角是5度。脱模斜度能够改进塑料零件的可模压性，且在很大程度上不损害风扇组件的性能。

图6b示出有台阶筒入口242，其中台阶的外转角（最接近叶片梢端的转角）倒圆。虽然将转角倒圆引起相对于具有锐利转角的有台阶筒的性能的小损失，但如果包络曲线被重新限定为包括转角半径的作用，则损失被最小化，并且叶片梢端46与包络曲线之间的偏移得以维持。

图6c示出有台阶筒入口242，其中台阶的内转角倒圆。在模制塑料零件的情况下，这种半径的优点在于在制造期间熔融塑料能够更容易地填充工具。虽然这种半径能够引起相对于无倒圆转角的有台阶筒的性能的损失，但是该损失通常小于在半径被应用于外转角的有台阶入口（如图6b中所示）的情况下的损失。

图6a到图6c示出有台阶筒入口的改型，这些改型可改进模制零件的可制造性。它们不互相排斥，因为能够在相同的罩盖筒上使用这些改型或类似改型的任何组合。

图6d示出包括轴向沟槽的筒入口242。展开视图示出入口表面坐标“s”，所述入口表面坐标在入口与气室壁21相遇的情况下为零并且沿入口轮廓随距离线性地增大。如在图2到图5的有台阶入口的情况下那样，当“s”增大时，径向尺寸或者减小或者保持恒定。然而，不同于有台阶入口的情况，当“s”增大时，轴向尺寸（正下游）不必然或者增加或者保持恒定。代替地，其也能够减小。当与具有平滑喇叭型罩盖入口的风扇组件相比时，包括如图6d中所示的轴向沟槽能够改进自由梢端型轴流式风扇组件的性能。

图6e示出有台阶筒入口242，其中台阶不连续，而是由平滑喇叭型罩盖的多个部分分离。一般地，这种构型相比于其中台阶是连续的构型更不有效。这可以解释具有轴向沟槽的入口相对于连续有台阶入口的一些性能不足。

图6f示出一种构型，其中有台阶入口的非轴向表面不处于径向，而是代替地与径向方向在子午平面中形成锐角（例如，30度角）。在该示例中，四个台阶的成角度部分的径向范围是恒定的。该构型提供带沟槽的入口的增加的深度和有台阶入口的连续性质。虽然优于平滑喇叭型入口，但是这种构型可能比其中台阶表面近似彼此垂直的构型更不有效。

图4、图5和图6仅示出罩盖筒的内侧表面。在一些情况下，筒的外部能够遵循内部的形状，如图2a和图3a中所示。图7a是穿过罩盖筒的子午区段，所述罩盖筒的内表面在图4b中示出。在该示例中，外表面从内表面偏移近似恒定的量。图7b示出穿过罩盖筒的子午区段，其中外转角倒圆。这减少了所使用的材料的量，并且在注塑成型的罩盖的情况下可改进制造期间的塑性流动。为进一步改进可模压性，外表面和内表面上的内转角也能够倒圆，且能够将脱模角应用于外表面与内表面两者。

在罩盖中的台阶相对浅的情况下，替代性方法是使筒的外部成为平滑表面。这在图7c中图示。在该示例中，台阶均具有相同的正交于椭圆形包络曲线的深度。内转角倒圆以改进塑料材料进入工具的流动。

图8a是根据美国专利申请公开No. 2014/0271172的风扇的吸力侧和根据本申请的实施例的有台阶筒入口的轴向视图。在该视图中，风扇沿逆时针方向旋转。图8b是以对应于叶片梢端处的最大厚度的点的角度穿过叶片和筒入口的子午区段，如图8a中所指示的那样。筒入口与图7a中所示的筒入口相同。图8c是图8b的梢端区域的详细视图，并且具有泄漏经过叶片梢端的流动和在流动分离的区域处生成的涡量的示意草图。除了叶片的压力侧与空隙间隙的入口在其中相遇的分离的区域之外，在罩盖入口的每个台阶的径向表面处还额外地存在流动分离。这些分离的区可减少穿过梢端间隙的流动，并且可以额外地用以将梢端涡旋分裂成可比单个涡旋更快地消散的若干更小的涡旋，因此引起与后续叶片的更小的相互作用。在叶片已经过之后，梢端涡旋能够继续沿上游方向沿罩盖诱导流动，因此所描绘的分离区能够在大的周向范围内存在。这些分离的区的存在可减少由于不稳定的压力场而由罩盖辐射出的噪音。在叶片之间的区域（其中梢端涡旋已向下游移动）中，沿有台阶表面的流动沿下游方向移动，并且分离区移位到轴向表面，且生成符号相反的涡量。

图9a是图8a到图8c的自由梢端型风扇和有台阶筒入口的透视图，其中台阶是轴对称的。图9b相同地是图8a到图8c的自由梢端型风扇和有台阶筒入口的透视图，其中台阶是非轴对称的且呈螺旋形状。穿过该罩盖筒22的子午区段具有与图9a的有台阶轮廓极为类似的有台阶轮廓，但台阶的轴向位置随围绕风扇轴线的周向位置改变。虽然所示的螺旋形台阶具有与叶片节距螺旋线（blade pitch helix）相对的取向，但其它螺旋形筒台阶能够具有与叶片节距螺旋线类似的取向。虽然非轴对称有台阶筒入口相比于平滑喇叭型入口能够导致显著的噪音减少，但其不必然优于具有轴对称台阶的入口。

还应注意到的是，能够在罩盖的整个周向范围（即，完整的360度方位角范围）上设置根据本文所公开的任何构造的任何入口几何结构。然而，在一些情况下，可以在少于完全的周向范围上设置所描述的入口几何结构。在这种情况下，所描述的入口几何结构可在相当一部分周向范围（即，至少33%）上存在。在一些构造中，所描述的几何结构可在至少大部分（即，大于方位角的180度）的周向范围上存在，且在一些情况下实质上更多（例如，67%、80%、90%、95%或99%）。

图10示出与现有技术的风扇组件的性能（虚线点）相比较的根据本申请的一个实施例的风扇组件的性能（实线点），现有技术的风扇组件的差别仅在于通向罩盖筒的入口是平滑喇叭型的。风扇直径是375 mm。调整两种风扇的运行速度以在200 Pa的压力下实现0.7m³/s的设计流量，所述设计流量表示汽车静止的情况下的车辆“怠速”状态。现有技术组件中的风扇的速度是2760 rpm，且根据本申请的风扇组件的风扇的速度是2736 rpm。在由压力曲线上的小圆圈所指示的设计点处，根据本申请的风扇组件比现有技术的风扇安静2.0dB。其效率高1.2点（point）。在更高压力运行点处，噪音减少显著更大。

图11示出与图10的数据相同但依据不同变量的数据。在此，横坐标是系统阻抗系数，其与静压力除以动压力成比例。右手侧的纵坐标是比噪音，其考虑到所递送的空气动力和风扇盘面积而使测得的噪音归一化。基线风扇组件的噪音水平在2.5与4.5的系统系数之间急剧增大。这能够被称为“噪音壁”。如果将噪音壁的位置限定为在比噪音超过70 dB的情况下的系统系数，则有台阶入口的作用是将噪音壁移动28.6%。这是非常显著的增加。有台阶罩盖允许在具有比具有平滑喇叭型筒入口的情况下的系统阻抗显著更大的系统阻抗的应用中使用自由梢端型风扇。

图12a是根据美国专利申请公开No. 2014/0271172的风扇的吸力侧和有台阶筒入口的轴向视图，其中所述台阶在方位上不连续。尽管有台阶入口形状仅在筒入口的所选方位部分上应用，但仍然存在与其中罩盖筒入口的整个周向均具有有台阶形状的实施例类似的优点。当筒入口仅部分有台阶时，有台阶部分能够是方位的单个范围，或如图12a的情况中那样，是方位的多个小范围。总之，具有有台阶形状的部分可形成入口的主要方位部分或区域（即，大于方位角的180度）。图12b是以对应于叶片梢端处的最大厚度的点的角度穿过叶片和筒入口的子午区段，如图12a中所指示的那样，其中该区段在其中该区段的形状包括多个台阶的点处穿过罩盖筒入口。每个单个有台阶部分均被示为具有如图8a到图8c中所示的形状，且因而参考上文的描述。然而，在替代构造中，各个有台阶部分的形状能够根据如本文中所限定的任何其他构造确定。图12c是罩盖筒入口的一部分的透视图。

图13a是根据美国专利申请公开No. 2014/0271172的风扇的吸力侧和筒入口的轴向视图，且所述筒入口具有交错的多排凹处（例如，圆形凹处）。每个凹处限定平行于风扇轴线延伸的轴线，或具有平行于风扇轴线的主要分量。而图12a中所示的罩盖筒入口具有方位上不连续的台阶，图13a的筒入口能够被视为表示不连续的轴向沟槽。这能够在图13b和图13c中看到。图13b是以对应于叶片梢端处的最大厚度的点的角度穿过叶片和筒入口的子午区段，如图13a中所指示的那样，其中该区段穿过两个凹处使得入口表面限定如参考先前的实施例所描述的具有非单调地变化的角度“Θ”的区域。该区段与图6d中所示的轴向沟槽的区段相似，不过图6d包括数量增加的成形特征。图13c是以一角度穿过叶片和筒入口的子午区段，其使得所述区段穿过单个凹处。虽然并非在所有构造中均需要，但是当总合考虑时，在该处限定多个凹处（在子午横截面中）的部分能够构成筒入口的主要方位部分或区域（即，大于方位角的180度）。

美国专利No. 6,595,744、美国专利No. 8,137,070、美国专利No. 9,004,860和美国专利申请公开No. 2014/0271172全部通过引用并入本文。美国专利No. 6,595,744描述了能够减少倾斜的自由梢端型风扇的轴向挠曲的倾斜度分布，且美国专利No. 8,137,070公开了减少自由梢端型风扇的径向挠曲的倾斜分布。这两个特征均能够减小自由梢端型风扇组件的所需的设计梢端间隙。美国专利No. 9,004,860公开了叶片弯度和叶片角度的变化，这种变化起作用以对抗梢端间隙对梢端间隙负载的影响。美国专利申请公开No. 2014/0271172公开了在叶片梢端处具有增加的叶片厚度的风扇，所述增加的叶片厚度减小了梢端间隙对噪音和效率的不利影响。由于本申请的许多方面不涉及对叶片几何结构的任何改变，所以除了本申请的特征之外，风扇组件能够有利地结合在通过引用并入的这些文献中的任何文献中所公开的特征的任何组合。进一步地，将理解的是，可与其它已知类型的额外自由梢端型风扇叶片几何结构一起使用本申请的特征。

具有根据本申请的一个或多个方面的性质的风扇组件能够是向前倾斜式、向后倾斜式、径向式或混合倾斜式设计。类似地，根据本申请的一个或多个方面的风扇组件能够具有任何数量的叶片，叶片角度、弯度、弦或倾斜度的任何分布，并且可以具有推动器或者拉动器构型中的任一者。

Claims (36)

1.一种自由梢端型轴流式风扇组件，其包括：

风扇，其包括多个径向延伸的叶片，所述多个叶片中的每一个均具有叶片梢端、前缘和尾缘，其中，所述风扇具有等于所述叶片梢端在所述尾缘处的径向范围的两倍的直径D；以及

罩盖，其包括筒，所述筒包括入口，所述入口在其上游端处的半径大于所述入口在其下游端处的半径，

其中，所述入口的表面与风扇轴线的方向之间、在子午平面中的角度在所述入口表面的区域上相对于表面坐标非单调地变化，所述表面坐标沿所述入口的表面从其上游端至其下游端随距离增大。

2.根据权利要求1所述的自由梢端型轴流式风扇组件，其中，当所述表面坐标增大时，所述入口表面的径向坐标减小或保持恒定。

3.根据权利要求2所述的自由梢端型轴流式风扇组件，其中，当所述表面坐标增大时，所述入口表面的轴向坐标增大或保持近似恒定。

4.根据权利要求1所述的自由梢端型轴流式风扇组件，其中，所述入口包括台阶，每个台阶均具有近似轴向（在所述子午平面中面向径向）表面和近似径向（在所述子午平面中面向轴向）表面。

5.根据权利要求1所述的自由梢端型轴流式风扇组件，其中，位于子午平面中的假想直线能够在沿具有非单调地变化的角度的区域定位的两个点处触碰所述入口表面而不在所述两个点之间与所述表面相交，并且假想线与筒表面上的位于所述两个点之间的点之间的、垂直于所述假想线测得的距离等于或大于所述风扇直径的0.2%。

6.根据权利要求5所述的自由梢端型轴流式风扇组件，其中，所述距离等于或大于所述风扇直径的0.4%。

7.根据权利要求1所述的自由梢端型轴流式风扇组件，其中：

所述入口的至少一部分位于叶片梢端的至少一部分的轴向位置处；

所述入口在所述部分的上游端的轴向位置处的径向尺寸大于所述入口在所述部分的下游端的轴向位置处的径向尺寸；

所述叶片梢端在所述部分的上游端处的径向范围大于所述叶片梢端在所述部分的下游端处的径向范围；并且

所述入口的位于所述叶片梢端的所述部分的轴向位置处的部分包括具有非单调地变化的角度的区域的至少一部分，具有非单调地变化的角度的所述区域的部分的轴向位置限定所述叶片梢端的第二部分。

8.根据权利要求7所述的自由梢端型轴流式风扇组件，其中，位于子午平面中的假想直线能够在两个点处触碰所述入口表面而不在所述两个点之间与所述表面相交，其中所述两个点均位于具有非单调地变化的角度的所述区域中并且处于所述叶片梢端的轴向范围内，且在假想线与筒表面上的位于所述两个点之间的点之间的、垂直于所述假想线测得的距离等于或大于所述风扇直径的0.2%。

9.根据权利要求8所述的自由梢端型轴流式风扇组件，其中，所述距离等于或大于所述风扇直径的0.4%。

10.根据权利要求7所述的自由梢端型轴流式风扇组件，其中，整个所述叶片梢端的轴向位置均处于所述入口的轴向范围内。

11.根据权利要求7所述的自由梢端型轴流式风扇组件，其中，具有非单调地变化的角度的所述区域至少在所述入口的与所述叶片梢端的轴向范围重叠的部分的轴向范围的最上游的50%上延伸。

12.根据权利要求7所述的自由梢端型轴流式风扇组件，其中，具有非单调地变化的角度的所述区域至少在所述入口的在所述叶片梢端的上游的第二部分的轴向范围的最下游的50%上延伸。

13.根据权利要求7所述的自由梢端型轴流式风扇组件，其中，所述入口的在所述部分的上游端处的径向尺寸比所述入口的在所述部分的下游端处的径向尺寸大所述入口的在所述部分的下游端处的径向尺寸的至少2%。

14.根据权利要求7所述的自由梢端型轴流式风扇组件，其中，所述叶片梢端的在所述部分的上游端处的径向范围比所述叶片梢端的在所述部分的下游端处的径向范围大所述叶片梢端的在所述部分的下游端处的径向范围的至少2%。

15.根据权利要求7所述的自由梢端型轴流式风扇组件，其中，所述叶片梢端部分的扫掠范围顺应所述入口部分的形状。

16.根据权利要求7所述的自由梢端型轴流式风扇组件，其中，所述叶片梢端的所述部分与所述入口的所述部分之间的、垂直于所述叶片梢端的扫掠范围测得的最小距离大于所述风扇直径D的0.005倍且小于所述风扇直径D的0.02倍。

17.根据权利要求7所述的自由梢端型轴流式风扇组件，其中，所述叶片梢端的第二部分的扫掠范围与所述风扇轴线的方向之间的、在子午平面中的角度相对于梢端坐标单调地减小，所述梢端坐标沿所述叶片梢端的扫掠范围从所述叶片梢端前缘至所述叶片梢端尾缘随距离增大。

18.根据权利要求17所述的自由梢端型轴流式风扇组件，其中，所述叶片梢端的第二部分的扫掠范围与所述入口的所述部分上的局部最接近点之间的、垂直于所述叶片梢端扫掠范围测得的距离沿所述叶片梢端的第二部分变化不超过±30%。

19.根据权利要求17所述的自由梢端型轴流式风扇组件，其中，所述叶片梢端的第二部分的扫掠范围与所述入口的所述部分上的局部最接近点之间的、垂直于所述叶片梢端扫掠范围测得的距离沿所述叶片梢端的第二部分变化不超过±20%。

20.根据权利要求17所述的自由梢端型轴流式风扇组件，其中，所述叶片梢端的第二部分与两个所述最接近点之间的所述入口表面之间的、垂直于所述叶片梢端扫掠范围测得的距离比所述叶片梢端的第二部分与所述两个最接近点之间的平均距离大至少20%。

21.根据权利要求17所述的自由梢端型轴流式风扇组件，其中，所述叶片梢端的第二部分与两个所述最接近点之间的所述入口表面之间的、垂直于所述叶片梢端扫掠范围测得的距离比所述叶片梢端的第二部分与所述两个最接近点之间的平均距离大至少40%。

22.根据权利要求17所述的自由梢端型轴流式风扇组件，其中，所述叶片梢端的第二部分与所述入口的所述部分上的最接近点之间的、垂直于所述叶片梢端的扫掠范围测得的最小距离大于所述风扇直径D的0.005倍且小于所述风扇直径D的0.02倍。

23.根据权利要求7所述的自由梢端型轴流式风扇组件，其中，所述叶片梢端的第二部分的扫掠范围在子午平面中顺应包络曲线，所述包络曲线穿过所述入口的所述部分上局部最接近所述叶片梢端的点。

24.根据权利要求23所述的自由梢端型轴流式风扇组件，其中，所述包络曲线是平滑的。

25.根据权利要求23所述的自由梢端型轴流式风扇组件，其中，所述包络曲线的轴向坐标和径向坐标中的每一者均被近似给定为样条曲线的值，所述样条曲线以以下方式确定：

1)创建遵循分段线性曲线的围长坐标，所述分段线性曲线的顶点是所述点，

2)生成所述轴向坐标和所述径向坐标相对于所述围长坐标的三次样条，并且其中节点位于所述顶点处，

3)在所述围长坐标的位于所述顶点之间的值下对所述样条进行评估。

26.根据权利要求23所述的自由梢端型轴流式风扇组件，其中，所述叶片梢端的第二部分的扫掠范围与所述包络曲线之间的、垂直于所述包络曲线测得的距离在所述叶片梢端的第二部分的范围上变化不超过±30%。

27.根据权利要求23所述的自由梢端型轴流式风扇组件，其中，所述叶片梢端的第二部分的扫掠范围与所述包络曲线之间的、垂直于所述包络曲线测得的距离在所述叶片梢端的第二部分的范围上变化不超过±20%。

28.根据权利要求23所述的自由梢端型轴流式风扇组件，其中，所述叶片梢端的第二部分与两个所述最接近点之间的点处的所述入口表面之间的、垂直于所述叶片梢端扫掠范围测得的距离比所述叶片梢端的第二部分与所述包络曲线之间的局部距离大至少20%。

29.根据权利要求23所述的自由梢端型轴流式风扇组件，其中，所述叶片梢端的第二部分与两个所述最接近点之间的点处的所述入口表面之间的、垂直于所述叶片梢端扫掠范围测得的距离比所述叶片梢端的第二部分与所述包络曲线之间的局部距离大至少40%。

30.根据权利要求23所述的自由梢端型轴流式风扇组件，其中，所述叶片梢端的第二部分的扫掠范围与所述包络曲线之间的、垂直于所述包络曲线测得的最小距离大于所述风扇直径D的0.005倍且小于所述风扇直径D的0.02倍。

31.根据权利要求23所述的自由梢端型轴流式风扇组件，其中，所述包络曲线在所述叶片梢端顺应其的区域中穿过所述入口上的局部最接近所述叶片梢端的至少3个点。

32.根据权利要求7所述的自由梢端型轴流式风扇组件，其中，所述入口的所述部分的表面是轴对称的。

33.根据权利要求1所述的自由梢端型轴流式风扇组件，其中，所述罩盖是塑料注塑成型零件。

34.根据权利要求1所述的自由梢端型轴流式风扇组件，其中，所述罩盖包括促进将所述风扇组件安装于定位在所述风扇组件的上游的热交换器的特征。

35.根据权利要求34所述的自由梢端型轴流式风扇组件，其中，所述罩盖包括在所述筒的上游的气室，并且其中热交换器面的被所述气室覆盖的面积是风扇盘面积的至少1.5倍。

36.根据权利要求1所述的自由梢端型轴流式风扇组件，其中，所述角度在多个子午平面中非单调地变化，所述子午平面定位在总计大于180度的方位角的一个或多个范围上。