CN108087337B - 具有断流阀的风扇和操作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种风扇，其具有限定内部和其中的流径的外壳，和包括阀门元件和连杆组件的阀门组件，所述阀门元件安置于所述流径中且被配置成在打开位置与关闭位置之间旋转，在所述关闭位置中所述阀门元件关闭所述流径；且本发明提供一种操作风扇组件的方法。

Description

具有断流阀的风扇和操作方法

技术领域

本申请涉及风扇，尤其涉及具有断流阀的风扇和操作方法。

背景技术

在导管风扇或带护罩的风扇，包括航空电子设备的领域中的风扇的某些应用中，需要空气流不在风扇静止时逆流。为了将此实现，引入断流阀以关闭空气通道。常规方法是使用具有通过空气动力移动的挡板的止回阀。

发明内容

一方面，本发明涉及一种风扇，其包括：外壳，其限定内部和其中的流径；叶轮组件，其以可滑动方式定位于所述内部内且具有一组叶片，其中所述叶轮可围绕旋转轴旋转；以及阀门组件，所述阀门组件包括：阀门元件，其安置于所述流径中且以可操作方式连接到所述叶轮组件，且被配置成在打开位置与关闭位置之间旋转，在所述关闭位置中所述阀门元件关闭所述流径；以及连杆组件，其以物理方式连接所述叶轮组件与所述阀门元件，其中所述阀门元件被配置成基于所述叶轮组件的可滑动移动而在所述打开位置与所述关闭位置之间旋转。

另一方面，本发明涉及一种用于具有限定流径的外壳的风扇的阀门组件，所述阀门组件包括：风扇，其被配置成提供线性驱动力；阀门元件，其以可旋转方式安装到所述外壳且安置于所述流径中，且以可操作方式连接到所述风扇且被配置成在打开位置与关闭位置之间旋转，在所述关闭位置中所述阀门元件关闭所述流径；以及连杆组件，其以物理方式连接所述风扇与所述阀门元件，其中所述连杆组件被配置成将所述线性驱动力转换成所述阀门元件的旋转运动，使得所述阀门元件基于由所述风扇提供的所述线性驱动力而在所述打开位置与所述关闭位置之间旋转。

又一方面，本发明涉及一种操作风扇断流阀的方法，所述方法包括：操作叶轮以产生线性地移动所述风扇断流阀的至少一部分的推力；以及将所述风扇断流阀的所述至少一部分的线性移动转换成所述阀的板部分的旋转移动，以使所述板部分从关闭位置旋转到打开位置。

具体地，本申请的技术方案1涉及一种风扇，其包括：外壳，其限定内部和其中的流径；叶轮组件，其以可滑动方式定位于所述内部内且具有叶片组，其中所述叶轮组件能围绕旋转轴旋转；以及阀门组件，其包括：阀门元件，其安置于所述流径中且以可操作方式连接到所述叶轮组件，且被配置成在打开位置与关闭位置之间旋转，在所述关闭位置中所述阀门元件关闭所述流径；以及连杆组件，其以物理方式连接所述叶轮组件与所述阀门元件；其中所述阀门元件被配置成基于所述叶轮组件的可滑动移动而在所述打开位置与所述关闭位置之间旋转。

本申请的技术方案2根据技术方案1所述的风扇，所述叶轮组件进一步包括电动机，所述电动机以可滑动方式定位于所述内部内且具有传动地连接到所述组叶片的输出轴。

本申请的技术方案3根据技术方案2所述的风扇，所述外壳进一步包括轨道，所述电动机沿着所述轨道以可滑动方式安装。

本申请的技术方案4根据技术方案3所述的风扇，所述轨道包括圆柱管，所述电动机的至少一部分定位于所述圆柱管内。

本申请的技术方案5根据技术方案1所述的风扇，所述连杆组件包括以可操作方式连接到所述叶轮组件和所述阀门元件的棒。

本申请的技术方案6根据技术方案1所述的风扇，所述阀门元件是包括板和轴的蝶阀元件，其中所述轴以可旋转方式安装到所述外壳。

本申请的技术方案7根据技术方案6所述的风扇，其进一步包括偏置元件，所述偏置元件以可操作方式连接到所述蝶阀元件且被配置成使所述蝶阀元件朝向所述关闭位置偏置。

本申请的技术方案8根据技术方案7所述的风扇，所述偏置元件是以可操作方式连接到所述蝶阀元件的所述轴的扭力弹簧。

本申请的技术方案9根据技术方案8所述的风扇，所述偏置元件定位于所述外壳外部。

本申请的技术方案10根据技术方案6所述的风扇，所述板的所述旋转轴从所述叶轮组件的所述旋转轴偏移。

本申请的技术方案11涉及一种用于具有限定流径的外壳的风扇的阀门组件，所述阀门组件包括：阀门元件，其以可旋转方式安装到所述外壳且安置于所述流径中，且以可操作方式连接到所述风扇且被配置成在打开位置与关闭位置之间旋转，在所述关闭位置中所述阀门元件关闭所述流径；以及连杆组件，其以物理方式连接所述风扇的可线性移动部分与所述阀门元件；其中所述连杆组件被配置成将由所述风扇的可线性移动部分提供的线性驱动力转换成所述阀门元件的旋转运动，使得所述阀门元件基于所述线性驱动力而在所述打开位置与所述关闭位置之间旋转。

本申请的技术方案12根据技术方案11所述的阀门组件，所述阀门元件是包括板和轴的蝶阀元件，其中所述轴以可旋转方式安装到所述外壳。

本申请的技术方案13根据技术方案12所述的阀门组件，所述连杆组件包括被配置成将所述线性驱动力转换成所述板的旋转移动的棒。

本申请的技术方案14根据技术方案12所述的阀门组件，其进一步包括偏置元件，所述偏置元件以可操作方式连接到所述蝶阀元件且被配置成使所述蝶阀元件朝向所述关闭位置偏置。

本申请的技术方案15根据技术方案14所述的阀门组件，所述偏置元件是以可操作方式连接到所述蝶阀元件的所述轴的扭力弹簧。

本申请的技术方案16根据技术方案14所述的阀门组件，所述偏置元件定位于所述外壳外部。

本申请的技术方案17根据技术方案12所述的阀门组件，所述板的旋转轴在所述外壳内偏移。

本申请的技术方案18涉及一种操作风扇组件的方法，所述方法包括：操作叶轮以产生线性地移动所述风扇组件的至少一部分的推力；以及将所述风扇组件的所述至少一部分的线性移动转换成阀的板部分的旋转移动，以使所述板部分从关闭位置旋转到打开位置。

本申请的技术方案19根据技术方案18所述的方法，其进一步包括停止所述叶轮的操作以从所述风扇组件的所述至少一部分去除所述推力。

本申请的技术方案20根据技术方案19所述的方法，其进一步包括利用弹簧力以使所述板部分返回到所述关闭位置。

附图说明

在附图中：

图1A是风扇组件的示意性侧剖视图。

图1B是图1A的风扇组件的端视图。

图2A是叶轮的操作期间的图1A的风扇组件的示意性侧剖视图。

图2B是图2A的风扇组件的端视图。

图3是包括于图1A的风扇组件中的阀门组件的一部分的示意图。

图4是图1A的风扇组件的示意图。

图5是展示示范性风扇组件中的阀转矩对比恢复扭矩的曲线图。

图6是展示根据本发明的方面的操作风扇组件的方法的流程图。

具体实施方式

本文中所描述的本发明的方面涉及一种用于风扇或连接到风扇的空气管道流体的断流阀。图1说明示范性实施例，其中风扇组件10包括风扇12、阀门组件14和外壳16。此图说明风扇组件10静止，其中阀门组件14在其默认关闭位置中。作为非限制性实例，圆柱形管道18可形成外壳16，并限定内部20和其中的外壳入口24与外壳出口26之间的流径22。还出于示范性目的而说明用于风扇组件10的电连接器28。此电连接器可以可操作方式连接到控制器(未展示)或电源(未展示)。

风扇12至少部分地定位于外壳16内，并包括以可滑动方式定位于内部20内且具有叶片组32的叶轮组件30。所述叶片组32可围绕旋转轴34旋转。在所说明实例中，旋转轴34还限定外壳16内的中心线。电动机36还包括于叶轮组件30中，且包括传动地连接到所述组叶片32的输出轴38。

预期叶轮组件30以可滑动方式定位于内部20内。举例来说，轨道40可包括在外壳16的内部20内，且电动机36可以可滑动方式安装到此轨道40上或此轨道40内。在所说明实例中，轨道40包括圆柱管，电动机36的至少一部分定位于所述圆柱管内。在所说明实例中，轨道40可形成为外壳16的一部分，且通过多个径向轮叶42固持于外壳16中。

阀门组件14的阀门元件50大体上居中地安置于外壳16内且定位于流径22内。阀门元件50可以是包括具有板52的蝶阀元件的任何合适的阀门元件。板52可符合外壳16的形状，以便在阀门元件在关闭位置中时密封或封闭流径22。板52以可操作方式连接到固持于外壳16内或以其它方式安装到外壳16的轴54。轴54可与板52形成为一体或以其它方式安装到板52。外壳16或板52可一体地包括安装特征，或可单独地形成此类安装特征。无论如何，阀门元件50集成于外壳16中且被配置成在打开位置(图2B)与关闭位置(图1B)之间旋转，在关闭位置中阀门元件50关闭流径22。

预期板52具有与由圆柱形管道18形成的流径22的横截面积大体上相同的面积。当阀门元件50在关闭位置中时，其可接触圆柱形管道18的内表面。预期底座或密封件可包括于圆柱形管道18内，使得阀门元件50可在阀门元件50在关闭位置中时紧靠着此底座或密封件。不论是否包括底座或密封件，预期阀门元件50可完全关闭或以其它方式密封圆柱形管道18，如图1B中所说明。当阀门元件50在打开位置(图2A)中时，板52旋转使得流体可通过由圆柱形管道18限定的流径22。

又另外，连杆组件60可被包括且被配置成以物理方式连接可侧向地滑动的叶轮组件30与阀门元件50。在所说明实例中，连杆组件60包括以可操作方式连接到叶轮组件30和阀门元件50的棒62。更具体地说，眼部64已说明为以可操作方式连接到电动机36和板52或以其它方式包括于电动机36和板52中。棒62在其任一末端处连结到眼部64，且因此以可操作方式连接叶轮组件30与阀门元件50。虽然为了清晰起见未说明，但是应了解，棒62可以任何合适方式以可操作方式连接到眼部64，包括棒62可在每一末端上包括眼部。应了解，连杆组件可以是替代性机械连杆。

因为风扇组件10常常经受振动，所以可包括偏置元件66以使阀门元件50偏置到关闭位置。在图1A的所说明实例中，弹簧68以可操作方式连接到轴54且被配置成使板52朝向关闭位置偏置。弹簧68可包括但不限于以可操作方式连接到阀门元件50的轴54的扭力弹簧或螺旋弹簧。在所说明实例中，弹簧68定位于外壳16外部。在图1B中，为了清晰起见而将弹簧68示意性地说明为矩形的。图1B说明阀门元件50的轴54与弹簧68接合，弹簧68放置于其自身的外壳70中。

在操作期间，当使风扇组件10的电动机36通电时，所述组叶片32旋转且产生推力作为反作用力。现参考图2A，将功率或控制信号示意性地说明为箭头78，且所述组叶片32的旋转由箭头80指示。此图说明操作期间的风扇组件10，其中阀门组件14在其打开位置中。应注意包括电动机36的叶轮组件30的不同位置。作为非限制性实例，以箭头82说明沿着流径22的气流。

在说明中，当空气从左向右流动时，由空气流产生推力以作为反作用力。此沿着外壳16的一部分侧向地推动叶轮组件30，包括电动机36。更具体地说，叶轮组件30朝前向左移动，如由箭头84(图4)说明。因此，在说明中朝前向左拉动棒62，且此动作产生围绕由阀门元件50的轴54限定的旋转轴58的转矩，以将板52转向打开位置。换句话说，连杆组件60拉着阀门元件50，且阀门元件50朝向打开位置旋转。以此方式，连杆组件60和所说明棒62被配置成将线性驱动力转换成板52的旋转移动。对应地，阀门元件50在关闭位置(图1A)与打开位置(图2A)之间旋转，在打开位置中流径22基于线性驱动力而打开。板52移动到完全打开位置中，因此对气流的干扰最小。

相反地，当风扇12停止时，弹簧68展开并使阀门元件50返回到其默认关闭位置(图1A)。当风扇12停止时，弹簧68逐渐展开并使所有事物返回到默认关闭位置。

板52的由轴54限定的旋转轴58在外壳16的内部20和叶轮组件30的旋转轴34内偏移。板52的偏移轴通过防止转矩在完全打开位置处递减来帮助阀门元件50平行于经过外壳16的空气流完全打开，且确保板52保持在完全打开位置处。如果板的轴线居中，那么阀可不完全打开或可不保持完全打开。旋转偏移轴58还有助于更轻易地打开阀门元件50，这归功于轴54的相对侧之间的表面区域的不平衡，这将通过流动压力而产生转矩；并有助于打开。

如在图3中更清晰地说明，在操作期间，由于由轴54限定的板52的更大上表面区域上的气流，存在更高的动态力。以箭头86示意性地展示更高的动态力。相反地，由于板52的更小下表面区域上的气流，存在更低的动态力，以箭头88示意性地展示。此不平衡在阀门元件50上产生更多转矩。同一机制也在风扇组件10静止且阀门元件50在关闭位置中时起作用。如果存在背压，那么区域的不平衡用来在相对方向上产生力矩。

应了解，以此方式设定外壳16内的电动机36的行进距离以对应于关闭位置与打开位置之间的板52的转角。图4说明示范性风扇组件10的各个几何参数。当D＝12.7厘米(5.0英寸)时，当支点偏移H＝1.27厘米(0.5英寸)时，R＝1.5875厘米(0.625英寸)，且L＝3.556厘米(1.4英寸)。应了解，调节弹簧68的弹簧常数，使得其足够高以在风扇12静止时保持板52关闭，但足够软以允许电动机36在由叶轮组件30产生的推力下滑动。在以上实例中，预期所产生风扇推力是0.0037吨的力(7.4lbf)。图5展示说明示范性阀门元件转角

对比电动机行进距离和由于弹簧68的恢复扭矩的曲线图。曲线92说明风扇推力在板52上的转矩，曲线94说明电动机行进，且曲线96说明弹簧68的恢复扭矩。已发现，在任何阀打开角度下存在充足的转矩，这将保证板52达到完全打开位置。

以此方式，先前描述的风扇组件10和阀门组件14可用以实施方法的一个或多个实施例。举例来说，图6说明操作例如包括于风扇组件10中的风扇止回阀或断流阀的方法100的流程图。在102处，方法以以下操作开始：操作例如叶轮组件30等叶轮组件以产生线性地移动风扇断流阀或阀门元件50的至少一部分的推力。在104处，将风扇断流阀的至少一部分的由推力产生的线性移动转换成阀门元件50的板52的旋转移动，以使板52从关闭位置旋转到打开位置。在以上说明中，通过连杆组件60实现此类线性转换。

所描绘顺序仅仅是用于示范性目的，且并不意图以任何方式限制所述操作方法，这是因为应了解，在不影响本发明的情况下，方法的部分可以不同逻辑次序继续进行，可包括额外或中介部分，或方法的所描述部分可划分成多个部分。举例来说，方法100可包括停止叶轮组件30的操作以从其一部分去除推力。另外，可利用例如来自偏置元件66的弹簧力以使板52返回到关闭位置(图1A)

在常规上，挡板止回阀的操作仅仅依赖于空气动力或复杂的齿轮装置。举例来说，已通过由风扇的旋转叶轮产生的全压推开挡板。在此类常规组件中，不保证挡板将完全打开，这是因为在挡板的某一打开角度下，用来推动挡板的空气动力将与弹簧的恢复力矩平衡，从而引起部分打开的状态。这样可对所述流造成相当大的压力损耗。为了将此克服，风扇需要被设计成产生更高压升，更高压升将转换成对更强力电动机的需要，且因此转换成更高的功耗。

本发明的方面将挡板替换成蝶阀或板阀元件，且以机械方式连结所述元件与叶轮-电动机分组件，所述分组件被设计成轴向地滑动，同时利用由旋转叶轮产生的推力。以此方式，阀门元件被配置成基于叶轮组件的可滑动移动而在打开位置与关闭位置之间旋转。本文中所描述的本发明的方面实现多种益处，包括所描述阀调，且机制解决对所述流的可能的不良影响的问题和对与常规阀相关联的电动机的较高功率预算要求。通过确保平行于空气流的阀的完全打开，本发明的方面实现对所述流的最少扰乱。这又可节约电动机的功率，并因此在载具方面降低功率需求。此又意味着电动机可更小，这将减轻重量。另外，更小的电动机制造起来成本将更低。虽然以上说明书相对于航空电子设备风扇而论述本发明的方面，但是应了解，本发明的方面可用于利用推动空气的任何阀门组件中，包括但不限于例如汽车和船等替代性载具中。又另外，本发明的方面不需要用于阀的单独且外部的控制机制，且因此是自给的。弹簧可出于防拍击目的而附接到阀门元件。

本书面描述用实例来公开包括最佳模式的本发明，并且还使所属领域的技术人员能实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何所并入方法。本发明的可获专利的范围由权利要求书界定，并且可以包括所属领域的技术人员所想到的其它实例。如果此类其它实例具有并非不同于权利要求书的字面语言的结构要素，或如果它们包括与权利要求书的字面语言无实质差异的等效结构要素，那么它们既定在权利要求范围内。

Claims (19)

1.一种风扇，其包括：

外壳，其限定内部和其中的流径；

叶轮组件，其以可滑动方式定位于所述内部内且具有叶片组，所述叶轮组件包括电动机，所述电动机以可滑动方式定位于所述内部内且具有传动地连接到所述叶片组的输出轴，其中所述叶轮组件的所述叶片组能围绕旋转轴线旋转；以及

阀门组件，其包括：

阀门元件，其安置于所述流径中且以可操作方式连接到所述叶轮组件，且被配置成在打开位置与关闭位置之间旋转，在所述关闭位置中所述阀门元件关闭所述流径；以及

连杆组件，其以物理方式连接所述叶轮组件与所述阀门元件；

其中所述阀门元件被配置成基于所述叶轮组件的可滑动移动而在所述打开位置与所述关闭位置之间旋转。

2.根据权利要求1所述的风扇，其特征在于所述外壳进一步包括轨道，所述电动机沿着所述轨道以可滑动方式安装。

3.根据权利要求2所述的风扇，其特征在于所述轨道包括圆柱管，所述电动机的至少一部分定位于所述圆柱管内。

4.根据权利要求1所述的风扇，其特征在于所述连杆组件包括以可操作方式连接到所述叶轮组件和所述阀门元件的棒。

5.根据权利要求1所述的风扇，其特征在于所述阀门元件是包括板和轴的蝶阀元件，其中所述轴以可旋转方式安装到所述外壳。

6.根据权利要求5所述的风扇，其特征在于进一步包括偏置元件，所述偏置元件以可操作方式连接到所述蝶阀元件且被配置成使所述蝶阀元件朝向所述关闭位置偏置。

7.根据权利要求6所述的风扇，其特征在于所述偏置元件是以可操作方式连接到所述蝶阀元件的所述轴的扭力弹簧。

8.根据权利要求7所述的风扇，其特征在于所述偏置元件定位于所述外壳外部。

9.根据权利要求5所述的风扇，其特征在于所述板的旋转轴线从所述叶轮组件的旋转轴线偏移。

10.一种用于具有限定流径的外壳的风扇的阀门组件，所述阀门组件包括：

阀门元件，其以可旋转方式安装到所述外壳且安置于所述流径中，且以可操作方式连接到所述风扇，所述风扇具有电动机，所述电动机以可滑动方式定位于所述外壳的内部内且具有传动地连接到所述风扇的输出轴，所述阀门元件被配置成在打开位置与关闭位置之间旋转，在所述关闭位置中所述阀门元件关闭所述流径；以及

连杆组件，其以物理方式连接所述风扇的可线性移动部分与所述阀门元件；

其中所述连杆组件被配置成将由所述风扇的可线性移动部分提供的线性驱动力转换成所述阀门元件的旋转运动，使得所述阀门元件基于所述线性驱动力而在所述打开位置与所述关闭位置之间旋转。

11.根据权利要求10所述的阀门组件，其特征在于所述阀门元件是包括板和轴的蝶阀元件，其中所述轴以可旋转方式安装到所述外壳。

12.根据权利要求11所述的阀门组件，其特征在于所述连杆组件包括被配置成将所述线性驱动力转换成所述板的旋转移动的棒。

13.根据权利要求11所述的阀门组件，其特征在于进一步包括偏置元件，所述偏置元件以可操作方式连接到所述蝶阀元件且被配置成使所述蝶阀元件朝向所述关闭位置偏置。

14.根据权利要求13所述的阀门组件，其特征在于所述偏置元件是以可操作方式连接到所述蝶阀元件的所述轴的扭力弹簧。

15.根据权利要求13所述的阀门组件，其特征在于所述偏置元件定位于所述外壳外部。

16.根据权利要求11所述的阀门组件，其特征在于所述板的旋转轴线相对于所述外壳的中心线偏移。

17.一种操作风扇组件的方法，所述方法包括：

经由以可滑动方式定位于所述风扇组件的外壳内的电动机操作叶轮以产生线性地移动所述风扇组件的至少一部分的推力，所述电动机具有传动地连接到所述叶轮的输出轴；以及

将所述风扇组件的所述至少一部分的线性移动转换成阀的板部分的旋转移动，以使所述板部分从关闭位置旋转到打开位置。

18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于进一步包括停止所述叶轮的操作以从所述风扇组件的所述至少一部分去除所述推力。

19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于进一步包括利用弹簧力以使所述板部分返回到所述关闭位置。

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