CN109424581B - 风扇叶轮和带有这种风扇叶轮的散热器风扇模块 - Google Patents

风扇叶轮和带有这种风扇叶轮的散热器风扇模块 Download PDF

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Abstract

本发明涉及风扇叶轮和带有这种风扇叶轮的散热器风扇模块，风扇叶轮具有包括罐形毂10和多个叶片30，叶片布置在罐形毂10上并且从罐形毂10的尤其是至少基本上柱形的外壁12沿径向方向向外延伸，其中，每个叶片30具有前棱边VK和后棱边HK，其中，对于至少一个叶片30，叶片的前棱边的相对位置POSrel_VK(t)的曲线和/或后棱边的相对位置POSrel_HK(t)的曲线具有非周期性波浪形状。此外，本发明还涉及风扇叶轮在机动车辆中的用途。

Description

风扇叶轮和带有这种风扇叶轮的散热器风扇模块
技术领域
本发明涉及一种尤其是带有向后镰刀状的叶片的叶轮，其用于散热器模块，尤其是用于电操作的散热器风扇模块，其尤其是用于机动车辆。
背景技术
内燃机的冷却系统，特别是机动车辆的冷却系统，主要是导出排放到燃烧室和气缸的壁的热量，这是因为燃烧过程并非理想地进行。由于过高的温度会损坏发动机(撕掉润滑膜、燃烧阀门等)，因此必须主动冷却内燃机。
现代内燃机，尤其是机动车辆中的四冲程发动机除少数例外之外都是液体冷却的，其中通常使用水、防冻剂和防腐剂组成的混合物作为冷却液体。
冷却液体通过软管、管筒和/或通路泵送穿过发动机(气缸盖和发动机缸体)以及必要时穿过被热强烈地负荷的发动机附件、例如废气涡轮增压器、发电机或废气再循环散热器。在这种情况下，冷却液体吸收热能并将其从上述组件中导出。被加热的冷却液体继续流向散热器。这种散热器(以前通常由黄铜制成，现在主要由铝制成)大多安装在机动车辆的前部，在那里，空气流从冷却剂吸收热能并在其再次流回发动机之前冷却它，由此使冷却剂回路闭合。
为了驱动空气通过散热器，在沿着流动方向看在散热器之前(即上游)或在散热器之后(即下游)设置散热器风扇模块，其可以通过皮带驱动器机械驱动或通过电动马达电驱动。以下实施方案涉及电驱动的散热器风扇模块。
散热器风扇模块典型地由风扇框架和风扇叶轮组成，风扇框架具有风扇叶轮容纳部，风扇叶轮可转动地保持在风扇叶轮容纳部中。
风扇叶轮的几何形状显著影响输送的空气量和散热器风扇模块的声学特性。
典型的风扇轮(参见图1A和1B)在叶片上具有至少基本平坦或略微弯曲的棱边几何形状。
发明内容
本发明所基于的任务是提供一种有利的风扇叶轮，其尤其是在其空气输送和/或其声学特性方面特别有利。
该任务通过根据权利要求1的风扇叶轮和根据权利要求10的散热器风扇模块解决。风扇叶轮和散热器风扇模块的优选改进方案是从属权利要求和以下说明书的主题。
根据本发明，该任务通过一种特别是用于机动车辆的风扇叶轮解决，该风扇叶轮具有：尤其是围绕旋转轴线旋转对称的罐形毂和多个布置在罐形毂上且从罐形毂的尤其是至少基本上柱形的外壁沿径向方向向外延伸的叶片，其中，每个叶片都具有前棱边和后棱边，其中，对于至少一个叶片，特别是叶片中的一些，尤其是所有的叶片，所适用的是：基准直线，其通过以下限定出：在风扇叶轮的旋转轴线上的第一点；穿过第一点并垂直于旋转轴线的径向延伸部；以及将从罐形毂至叶片的过渡部上的圆弧形的棱边划分为两个长度相等的区段的第二点，其中，基准平面由相对于旋转轴线平行地推移的直线和相对于基准直线平行地推移的直线限定出，其中，推移如下地进行，即，沿叶轮的转动方向观察完全处在叶片之前，其中，在基准平面中映像了叶片的前棱边的正交投影和叶片的后棱边的正交投影；其中，在基准平面中，z轴通过旋转轴线在基准平面中的正交投影限定出，z轴在基准平面中从旋转轴线的正交投影出发沿径向方向向外平行推移了罐形毂的外半径；其中，在基准平面中，y轴由径向延伸部在基准平面上的正交投影限定出；其中，在y轴上，绘制了相对单位半径t(r)，其如下地定义：
Figure GDA0001850958870000031
其中，Ri是罐形毂的外半径，其尤其是至少基本上对应于叶片的内半径；Ra是叶片的外半径；并且r是旋转轴线与要考虑的特别是柱形的剖平面之间的距离，该剖平面以与旋转轴线的距离r垂直于所属的基准直线，其中r∈[Ri；Ra]，其中，前棱边的相对位置POSrel_VK(t)的曲线和/或后棱边的相对位置POSrel_HK(t)的曲线具有非周期性波浪形状。
根据本发明的方案这是特别有利的，因为以这种方式可以实现有利的空气体积流。在附图说明中详细阐述的对比测量表明，与具有平坦或弯曲的后棱边的其他方面结构相同的风扇叶轮相比，根据本发明的风扇叶轮可以实现更高的空气体积流，特别是实现了更高的空气体积流。换句话说，根据本发明，可以利用功率节约或慢速运行的风扇叶轮产生相同的空气体积流。备选地，可以在相同的功率下实现更高的空气体积流。
在本发明的意义上的“风扇叶轮”特别是旋转对称的部件，其具有毂，特别是罐形毂，其将风扇叶轮与马达特别是通过从马达凸出的轴以如下方式连接，即将由马达产生的转矩至少基本上完全转移到风扇。此外，风扇叶轮具有多个叶片，它们设置用于尤其是设立用于在风扇被置于旋转运动中时产生空气体积流。在此，叶片优选地相对于旋转轴线在-90°至+90°的角度范围内倾斜。
特别是，在本发明的意义上的“罐形毂”是风扇叶轮的中央部分，罐形毂至少基本上布置在风扇叶轮的中心，提供与驱动装置特别是马达特别是电动马达的连接，罐形毂至少部分地覆盖驱动装置特别是马达特别是电动马达，并且罐形毂与典型的罐一样由至少基本平坦的基面和与之邻接的柱形表组成。特别地，叶片布置在特别是成形在该柱形外壁上。
本发明的意义上的“叶片”是相对于与旋转轴线垂直的平面倾斜的扁平体，叶片布置在罐形毂上，并且叶片设置用于特别是设立用于在风扇被置于旋转运动中时产生空气体积流。在本发明的意义中，叶片也应理解为特别是指翼片或转子片。
特别是，在本发明的意义上，叶片的“前棱边”是在旋转方向上领先的棱边。
特别是，在本发明的意义上，叶片的“后棱边”是在旋转方向上观察滞后的棱边。
在本发明的意义上，“正交投影”是平面上的点的映像，使得该点与该点的映像之间的连接线与该平面形成直角。然后，就平面的所有点而言，映像具有距起始点的最短距离。因此，正交投影是平行投影的特殊情况，其中投影方向等于平面的法线方向。
在本发明的意义上，“相对单位半径”以标准化的方式说明了与旋转轴线处于限定距离内的点或特别是柱形的平面，这导致不同的风扇叶轮之间的可对比性的改善。
在本发明的意义上，“非周期性”特别是在相对单位半径上不对称地延伸的形状，换句话说，无法找到将前棱边的相对位置POSrel_VK(t)的曲线和/或后棱边的相对位置POSrel_HK(t)的曲线划分为两个相互完全相同的子函数的对称轴线。换句话说，前棱边的相对位置POSrel_VK(t)的曲线和/或后棱边的相对位置POSrel_HK(t)的曲线不是其函数值以规则间隔重复的函数。
在本发明的意义上的“波浪”形状的特征尤其在于所基于的函数的二阶导数是始终连续的。
换句话说，本发明的基本构思在于，给予前棱边和/或后棱边非周期性波浪形状，这促成叶片的独特设计方案，如其可以通过棱边几何形状(前棱边或后棱边的相对位置的曲线)来描述的那样。在根据本发明的这种形式中，关键是提高空气性能和上述功率节约。
根据本发明的一种实施方案，前棱边的相对位置POSrel_VK(t)参考第三点，该第三点沿风扇叶轮的转动方向观察是从罐形毂到叶片的过渡部上的最前点，并且/或者后棱边的相对位置POSrel_HK(t)参考第四点，该第四点沿风扇叶轮的转动方向观察是从罐形毂到叶片的过渡部上的最后点。这是特别有利的，因为以这种方式，前棱边和/或后棱边的相对位置参考限定的点，以便因此能够从相对位置依赖于第三和/或第四点确定绝对位置。
根据本发明的另一实施方案，风扇叶轮具有一个或多个沿转动方向上看向后镰刀状的叶片。这是特别重要的，因为对于具有向前和向后镰刀状的风扇叶轮而言存在完全不同的空气动力学行为，其尤其对输送的空气体积流具有显著影响。在本发明的意义上的向后镰刀状特别意味着，具有外半径Ra的叶片的尖端沿转动方向观察滞后于叶片的中心。
根据本发明的优选实施方式，风扇叶轮具有至少基本上圆形的外环，该外环将叶片的叶尖端彼此连接起来。这是特别有利的，因为以这种方式实现了风扇叶轮的增加的机械强度，并且在框架环和外环之间提供了限定的至少基本恒定的间隙，这又促成有利的空气动力学和/或声学效果。
根据本发明的一个实施方案，后棱边的相对位置POSrel_HK(t)的曲线在叶片(30)的相对单位半径t(r)的80％至100％、特别是90％至100％、特别是92.5％至97.5％的范围内具体有特别是局部的最大值。这是特别有利的，因为大量的实验研究表明，在给出的范围中的特别是局部的最大值对于空气体积流的增加贡献了重要的份额。
根据本发明的一个实施方案，前棱边的相对位置POSrel_VK(t)的曲线在叶片(30)的相对单位半径t(r)的80％至100％、特别是90％至100％、特别是92.5％至97.5％的范围内具体有特别是局部的最小值。这是特别有利的，因为大量的实验研究表明，在给出的范围中的特别是局部的最小值对于空气体积流的增加贡献了重要的份额。
根据本发明的另一实施方案，后棱边的相对位置POSrel_HK(t)的曲线在y方向上在特别是局部的最大值之后不具有低点或者具有最多一个低点。这是特别有利的，因为以这种方式风扇至少基本上是直线性地运行终止的，因为大量的实验已经表明，在特别是局部的最大值之后的更多波浪不会实现进一步的显著的功率节约。
根据本发明的另一实施方案，前棱边的相对位置POSrel_VK(t)的曲线在y方向上在特别是局部的最小值之后没有高点或者具有最多一个高点。这是特别有利的，因为以这种方式风扇至少基本上是直线性地运行终止的，因为大量的实验已经表明，在特别是局部的最小值之后的更多波浪不会实现进一步的显著的功率节约。
根据本发明的另一实施方案，前棱边的相对位置POSrel_VK(t)的曲线与后棱边的相对位置POSrel_HK(t)的曲线至少基本上彼此轴对称，特别是后棱边POSrel_HK(t)在围绕是前棱边的相对位置POSrel_VK(t)的值的+/-20％、特别是+/-10％的几何上精确地在对称轴上镜像的弧线的区域中延伸。特别地，对称轴对应于具有以下特性的特别是水平的直线：
POSrel(t)＝0
这是特别有利的，因为大量实验表明，前棱边和后棱边彼此至少基本上轴对称的曲线实现了特别积极的结果。
换句话说，穿过叶片，在中心或略微偏离中心地，例如在转动方向上的叶片延长度的40％处，弯曲的枢转轴线延伸穿过叶片，叶片的增量盘分别围绕该枢转轴线取向，这些增量盘垂直于枢转轴线。这导致前棱边的相对位置POSrel_VK(t)的曲线与后棱边的相对位置POSrel_HK(t)的曲线之间的关于枢转轴线的函数关系。
根据本发明的另一实施方案，相关于相对单位半径t(r)的前棱边的相对位置POSrel_VK(t)的曲线满足以下条件：
Figure GDA0001850958870000071
其中，
t0∈[0；0.5],特别是t0∈[0；0.25],特别是t0∈[0；0.1],
N∈[1；8],特别是N∈[2；5],特别是N∈[2；4],
a∈[-1.5；1.5],特别是a∈[-1.0；1.0],特别是a∈[-0.5；0.5],
A1∈[-10；10],特别是A1∈[-8；8],特别是A1∈[-5；5],
A2∈[-10；10],特别是A2∈[-8；8],特别是A2∈[-5；5],
A3∈[-10；10]，特别是A3∈[-8；8]，特别是A3∈[-5；5]，且
A4∈[-10；10]，特别是A4∈[-8；8]，特别是A4∈[-5；5]。
t0描述用于调整罐形毂的顶点的相对单位半径的偏移量，N描述轴向单位半径上的振荡次数，a描述用于缩放波长并调整尤其是局部的极值点的位置的振荡系数，A1描述二次多项式系数，A2描述线性多项式系数，A3描述轴向线程系数，即用于调节罐形毂的前棱边到叶片尖端或外环的线性曲线，而A4描述罐形毂上的前棱边的相对基本偏转(“开始”偏转)。上述函数描述了前棱边的相对位置POSrel_VK(t)的曲线的非周期性波浪形状。借助给出的参数，可以使前棱边的相对位置POSrel_VK(t)的曲线匹配风扇叶轮设计过程中的外部条件，从而实现有利的功率节约或等价的空气体积流增加。
根据本发明的另一实施方案，相关于相对单位半径t(r)的后棱边的相对位置POSrel_HK(t)的曲线满足以下条件：
Figure GDA0001850958870000081
其中，
t0∈[0；0.5],特别是t0∈[0；0.25],特别是t0∈[0；0.1],
N∈[1；8],特别是N∈[2；5],特别是N∈[2；4],
a∈[-1.5；1.5],特别是a∈[-1.0；1.0],特别是a∈[-0.5；0.5],
A1∈[-10；10],特别是A1∈[-8；8],特别是A1∈[-5；5],
A2∈[-10；10],特别是A2∈[-8；8],特别是A2∈[-5；5],
A3∈[-10；10]，特别是A3∈[-8；8]，特别是A3∈[-5；5]，且
A4∈[-10；10]，特别是A4∈[-8；8]，特别是A4∈[-5；5]。
t0描述用于调整罐形毂的顶点的相对单位半径的偏移量，N描述轴向单位半径上的振荡次数，a描述用于缩放波长并调整尤其是局部的最小值的位置的振荡系数，A1描述二次多项式系数，A2描述线性多项式系数，A3描述轴向线程系数，即用于调节罐形毂的后棱边到叶片尖端或外环的线性曲线，而A4描述罐形毂的后棱边的相对基本偏转(“开始”偏转)。上述函数描述了后棱边的相对位置POSrel_HK(t)的曲线的非周期性波浪形状。借助给出的参数，可以使后棱边的相对位置POSrel_HK(t)的曲线匹配风扇叶轮设计过程中的外部条件，从而实现有利的功率节约或等价的空气体积流增加。
根据本发明的根据在此说明的实施方案之一的叶轮特别设置用于与具有前支柱的风扇框架结合使用，即，支柱沿主流动方向看处在风扇前方。
本发明的另一方面涉及一种特别是用于机动车辆的散热器风扇模块，其具有风扇框架；构造在风扇框架中的风扇叶轮容纳部，其中，风扇叶轮容纳部由框架环限定；布置在风扇叶轮容纳部中且通过支柱与风扇框架机械连接的马达支架；马达，特别是电动马达，其至少部分地保持在马达支架中；以及风扇叶轮，其布置在风扇叶轮容纳部中并且由马达旋转驱动，其中，风扇叶轮根据本发明的实施方案构造。
特别是，在本发明的意义上的“散热器风扇模块”是如下的结构组件，它们在流动方向上看布置在车辆的散热器之前或之后，并且它们设置用于特别是设立用于产生穿过散热器或围绕散热器延伸的空气体积流，其中空气体积流从散热器吸收热能。
特别是，在本发明的意义上的“风扇框架”是在其中风扇叶轮被保持的框，并且其优选布置在尤其是紧固在散热器上或散热器附近。在本发明的意义上的风扇框架优选地具有塑料材料特别是塑料化合物，特别是框架由其形成。附加地和/或备选地，风扇框架包括金属材料，例如铁、钢、铝、镁或类似物，特别是至少部分地，特别是至少基本上，特别是完全由其形成。根据一个实施方案，风扇框架还可以具有多于一个风扇叶轮容纳部、马达支架、马达和风扇叶轮，特别地，本发明适用于具有两个或多个，特别是两个风扇叶轮的散热器风扇模块中。根据一个实施方案，风扇框架附加地具有至少一个可封闭的开口，尤其是至少一个活门，尤其是多个活门。因为以这种方式可以实现更多的空气输送特性，这是特别有利的。
特别是，在本发明的意义上的“风扇叶轮容纳部”是在风扇框架内的材料留空部。根据本发明实施方案，在风扇叶轮容纳部中延伸有支柱，该支柱机械地，特别是并且电气地和/或电子地将同样布置在风扇叶轮容纳部中的马达支架与风扇框架连接。根据本发明，风扇叶轮容纳部受框架环的限制。
本发明的意义上的“框架环”将风扇叶轮容纳部限制在垂直于风扇叶轮的旋转轴线的平面中，其中该平面特别是与风扇框架的延伸方向至少基本相同。框架环可以或由风扇叶轮容纳部的棱边形成和/或在轴向方向上具有扩大的柱体面，其优选地与风扇框架一体地构造。
特别是，在本发明的意义上的“马达支架”是用于将马达机械地紧固到风扇框架上的装置，特别是用于提供与风扇轮起反作用的转矩。根据一个实施方案，马达支架是至少基本上环形的结构，马达保持在该结构中。这是特别有利的，因为以这种方式，有利的冷却空气流不受马达的影响。
特别是，在本发明的意义上的“支柱”是梁状或镰刀状结构，其在发动机支架和风扇框架之间提供机械连接。举例来说，支柱可具有水滴形横截面，以实现有利的空气动力学和/或声学效果。
特别是，在本发明的意义上的“马达”是通过将能量形式(例如热/化学能或电能)转换成动能特别是转矩的形式来做机械功的机器。这是特别有利的，因为以这种方式，风扇框架可以除了能量供应之外至少基本上自给自足地操作，即没有外部供应动能，例通过如楔形或齿形带供应动能。
在本发明意义上的“电动马达”是电-机械转换器(电机)，其将电功率转换为机械功率，特别是转换为转矩。在本发明意义上的术语电动马达包括但不限于直流电动马达、交流电动马达和三相电动马达或有刷和无刷电动马达或内转子和外转子电动马达。这是特别有利的，因为电能是与机械或化学能相比易于传递的能量形式，利用该能量形式提供所需的转矩以驱动风扇叶轮。
为避免重复，对于这种设计的散热器风扇模块的优点参考上述实施方案。
根据本发明的一个实施方案，散热器风扇模块的支柱沿流动方向看布置在风扇叶轮之前。这是特别重要的，因为在前和在后的支柱导致大幅不同的空气动力学条件，并且这里描述的风扇叶轮可以特别有利地用于在前的支柱，如大量实验所表明的那样。
本发明的另一方面涉及这里所述类型的风扇叶轮或这里所述类型的散热器风扇模块在机动车辆中的用途。这是特别重要的，因为这里描述的风扇叶轮的类型以特别有利的方式实现了在安装地点处的外部条件。
附图说明
本发明的其他优选改进方案由从属权利要求和以下的对优选实施方案的说明得出。在此部分示意性地示出：
图1A以俯瞰顶侧的立体图示出来自现有技术的风扇叶轮；
图1B以立体图以从基准平面出发的视线示出图1A的公知的风扇叶轮的叶片的前视图，其中风扇叶轮的顶侧向下指向；
图2A以俯瞰顶侧的立体图示出根据本发明的一种实施方式的风扇叶轮；
图2B以立体图以从基准平面出发的视线示出图2A的风扇叶轮的叶片的前视图，其中风扇叶轮的顶侧向下指向；
图3以立体图示出来自现有技术的风扇叶轮，用于说明基准平面；
图4示出根据本发明的实施方案的风扇叶轮的前棱边的相对位置POSrel_VK(t)和后棱边的相对位置POSrel_HK(t)关于相对单位半径的曲线；
图5示出之前公知的风扇叶轮与根据本发明的实施方案的风扇叶轮的对比；并且
图6示出根据本发明的第二方面的散热器风扇模块，其带有根据本发明的风扇叶轮。
具体实施方式
图1A以俯瞰顶侧的立体图示出来自现有技术的风扇叶轮1，而图1B以立体图以从基准平面出发的视线示出图1A的公知的风扇叶轮的叶片30的前视图，其中风扇叶轮1的顶侧(对应于抽吸侧)向下指向
根据图1A、1B、2A、2B和3，风扇叶轮1具有关于旋转轴线R旋转对称的罐形毂10。在罐形毂10上布置有多个叶片30，叶片30从罐形毂10的柱形外壁12沿径向方向向外延伸。转动方向D在图1A和2A中由箭头指示。因此，转动方向是逆时针的。输送的空气的主流动方向用HSR标记。风扇叶轮1具有至少基本上圆形的外环20，外环将叶片30的片尖端彼此连接。
关于图1B(和图2B)，应该注意的是，旋转轴线R相对于其距罐形毂10的柱形外壁12或叶片30的内棱边(由点P3和P4标识)的距离的位置被认为是不按比例的，即，取向是有约束力的，而位置没有。
如在图1A和1B中可以看到的，根据现有技术的叶片30在正交投影中具有平坦或弯曲的前棱边VK和平坦或弯曲的后棱边HK。
图2A以立体图示出了根据本发明的实施方式的风扇叶轮1，而图2B以立体图以从基准平面E_REF出发的视线示出了图2A的风扇叶轮的叶片30的正视图。
与根据现有技术的风扇叶轮1的实施方案(参见图1A和1B)相比，根据图2A、2B的本发明的实施方案的风扇叶轮1具有叶片30，其带有非周期性的波浪状的后棱边HK
关于截面图的透视，参考以下关于图3的实施方案。
图3以立体图示出来自现有技术的风扇叶轮1，用于说明基准平面E_REF。
在下文中，应当为了描述前棱边VK和后棱边HK而定义观察平面。图3中所示的风扇叶轮没有根据本发明的叶片几何形状，这与基准平面E_REF的描述无关，因为这方面的实施方案以相同的方式也适用于根据本发明的实施方案。
从旋转轴线R出发，基准直线G_REF通过在风扇叶轮1的旋转轴线R上第一点P1、穿过第一点P1且垂直于旋转轴线R的延长部E和第二点P2限定，该第二点将从罐形毂10至叶片30的过渡部上的圆弧形棱边划分为两个长度相等的区段。换句话说，测定穿过点P2延伸的半径。点P2表示从罐形毂10至叶片30的过渡棱边(特别是叶片30面向罐底的棱边)的中点。P2的另一至少基本上相同的定义可以通过角度来导出：需要两个辅助半径，其中第一辅助半径穿过P1和柱形外壁与叶片30之间的过渡棱边的第三点延伸，而第二辅助半径穿过从罐形毂10至叶片30的过渡棱边的第四点P4延伸，而在两个辅助之间围成的该角度形成了角平分线。所述角平分线与柱形外壁12相交的点，特别是在外侧的点，是P2。从G_REF出发，基准平面E_REF由平行于旋转轴线R移动的直线和平行于基准直线G_REF移动的直线定义，其中移动是这样的，即，其沿叶轮1的转动方向D观察完全处在叶片30之前。基于基准平面E_REF，映像了叶片10的前棱边VK的正交投影和叶片10的后棱边NK的正交投影。视线B表示在图1B和2B中怎样分别对风扇叶轮1的各个叶片部段进行观察。
由z轴和y轴组成的坐标系在基准平面E_REF中展开。这对于说明前棱边的相对位置POSrel_VK(t)的曲线和后棱边的相对位置POSrel_HK(t)的相对位置的曲线是关键性的。z轴通过旋转轴线R在基准平面E_REF中的正交投影定义，其在第二步骤中在基准平面E_REF中从旋转轴线R的正交投影出发沿径向方向向外平行移动了罐形毂10的一个外半径Ri。换句话说，z轴是在其取向方面不变，但是在两个步骤中平行移动，即一次通过正交投影到基准平面E_REF上来，然后在基准平面E_REF中移动Ri。这意味着，z轴穿过从P2在E_REF上的正交投影延伸。y轴由径向延伸部E在基准平面E_REF上的正交投影定义。该y-z坐标系的原点由两个轴的交点定义。
在y轴上，绘制了相对单位半径t(r)，其定义如下：
Figure GDA0001850958870000141
其中，
Ri是罐形毂10的外半径，其尤其是至少基本上对应于叶片30的内半径；
Ra是叶片30的外半径，并且
r是旋转轴线R与要考虑的剖平面S之间的距离，该剖平面以与旋转轴线R的距离r垂直于所属的基准直线G_REF，其中r∈[Ri；Ra]。
图4示出根据本发明的实施方案的风扇叶轮的前棱边的相对位置POSrel_VK(t)和后棱边的相对位置POSrel_HK(t)关于相对单位半径的曲线。
横轴对应于上述y轴，而纵轴对应于上述z轴。在横轴上，绘制相对单位半径t(r)。
在纵轴上，前棱边的相对位置POSrel_VK(t)的曲线和后棱边的相对位置POSrel_HK(t)的曲线分别以归一化的形式绘制。
前棱边的相对位置POSrel_VK(t)的曲线由
Figure GDA0001850958870000151
得出；并且后棱边的相对位置POSrel_HK(t)的曲线由
Figure GDA0001850958870000152
得出，其中，t0说明用于调整罐形毂的顶点的相对单位半径的偏移量，N说明轴向单位半径上的振荡次数，a说明用于缩放波长并调整尤其是局部的极值点的位置的振荡系数(即针对前棱边：最小值；针对后棱边：最大值)，A1说明二次多项式系数，A2说明线性多项式系数，A3说明轴向线程系数，即用于调节罐形毂的前棱边或后棱边到叶片尖端或外环的线性曲线，而A4说明罐形毂的前棱边或后棱边的相对基本偏转(“开始”偏转)。上述函数说明了前棱边的相对位置POSrel_VK(t)和后棱边的相对位置POSrel_HK(t)的曲线的非周期性波浪形状。
可以看出，后棱边的相对位置POSrel_HK(t)的曲线在叶片(30)的相对单位半径t(r)的80％至100％、特别是90％至100％、特别是92.5％至97.5％的范围内具有特别是局部的最大值，而前棱边的相对位置POSrel_VK(t)的曲线在叶片(30)的相对单位半径t(r)的80％至100％、特别是90％至100％、特别是92.5％至97.5％的范围内具有特别是局部的最小值。
如同样能由图4的示例性实施方式得出的那样，后棱边的相对位置POSrel_HK(t)的曲线在y方向上在特别是局部的最大值之后不具有低点或者具有最多一个低点，和/或前棱边的相对位置POSrel_VK(t)的曲线在y方向上在特别是局部的最小值之后不具有高点或者具有最多一个高点。
如同样能由图4得出的那样，
前棱边的相对位置POSrel_VK(t)的曲线与后棱边的相对位置POSrel_HK(t)的曲线至少基本上彼此轴对称，特别是后棱边POSrel_HK(t)在围绕是前棱边的相对位置POSrel_VK(t)的值的+/-20％、特别是+/-10％的镜像弧线的几何上唯一确定的曲线的区域中延伸。
图4的示例性实施方式的前棱边的相对位置POSrel_VK(t)的曲线遵循以下相关于相对单位半径t(r)的函数：
Figure GDA0001850958870000161
其中，
t0∈[0；0.5],
N∈[1；8],
a∈[-1.5；1.5],
A1∈[-10；10],
A2∈[-10；10],
A3∈[-10；10]，且
A4∈[-10；10]。
与相对单位半径t(r)的函数相关地，图4的示例性实施方式的后棱边的相对位置POSrel_HK(t)的曲线遵循以下条件：
Figure GDA0001850958870000171
其中，
t0∈[0；0.5],
N∈[1；8],
a∈[-1.5；1.5],
A1∈[-10；10],
A2∈[-10；10],
A3∈[-10；10]，且
A4∈[-10；10]。
在图4中示出的后棱边的相对位置POSrel_HK(t)的曲线至少基本上，尤其是绝对地，基于以下参数得出：
t0＝0.04,
N＝4，
a＝0，
A1＝0,
A2＝2,
A3＝4，且
A4＝0。
在图4中示出的前棱边的相对位置POSrel_VK(t)的曲线至少基本上，尤其是绝对地，基于以下参数得出：
t0＝0.04,
N＝4，
a＝0，
A1＝0,
A2＝2,
A3＝-5，且
A4＝0。
图5示出之前公知的叶轮1与根据本发明的实施方案的叶轮1的对比。
所示出的是：
压力数ψ，其作为无量纲的、与有效风扇直径DW、空气密度ρ和转速n无关的特征数说明了由风扇叶轮在其上游和下游侧之间产生的总压力降Δpt(由静态和动态分量组成)：
Figure GDA0001850958870000181
功率数λ：其作为无量纲的、与有效风扇直径DW、空气密度ρ和转速n无关的特征数说明了输入功率Pwel：
Figure GDA0001850958870000191
在此使用电动马达的轴功率作为输入功率Pwel，其中不考虑电动马达的相应损耗(热、摩擦等)。
此外示出的是：
总体效率η，其通过所输送的体积流量
Figure GDA0001850958870000196
将输入功率Pwel与所产生的总压降Δpt相关联：
Figure GDA0001850958870000192
在图表的X轴上绘出了体积数
Figure GDA0001850958870000193
其作为无量纲的、与有效风扇直径DW和转速n无关的特征数说明了所输送的体积流量
Figure GDA0001850958870000194
Figure GDA0001850958870000195
换而言之，
所给出的特征数通过圆周率π、以kg/m3为单位的空气密度ρ、以m为单位的有效直径(Dw＝2Ra)和以1/s为单位的转速去量纲。因此给出了与结构不同的风扇叶轮的可对比性。
如能看到的那样，在近似相等的功率(相似的功率数)的情况下获得了更高的压力数(＝>总压力增加)，从而在相关的体积数范围中得到了明显的功率提升。
图6示出根据本发明的第二方面的散热器风扇模块100，其带有根据本发明的风扇叶轮1。
散热器风扇模块100具有风扇框架2，其中在风扇框架2中构造有风扇叶轮容纳部40，其由框架环42界定。马达支架(被罐形毂10遮盖)布置在风扇叶轮容纳部40中并通过支柱44与风扇框架2机械连接。在马达支架中，马达特别是电动马达至少部分地被保持(同样被罐形毂10隐藏)。风扇1布置在风扇叶轮容纳部40中并由马达旋转式驱动。风扇1对应于根据本发明的风扇1的实施方案。对于风扇叶轮1的详细设计方案参考上述实施方案。支柱44根据图6的实施方式沿流动方向看布置在风扇叶轮前方，其中流动方向从图6的图示垂直出来地指向。
尽管已经在前面的说明书中阐述了示例性实施方案，但是应该理解的是可以进行各种修改。特别地，风扇框架的这种创造性设计方案也适合于从纯电动运行的车辆的部件中导出废热。还应注意的是，示例性实施方案仅仅是示例，而不应以任何方式限制保护范围、应用和构造。相反，本领域技术人员通过前面的说明书给出了用于实现至少一个示例性实施方案的教导，其中可以在不脱离保护范围的情况下进行各种改变，特别是所描述的组成部分的功能和布置方面的改变，如根据权利要求和这些等同的特征组合得出的那样。
附图标记列表：
Figure GDA0001850958870000201
Figure GDA0001850958870000211
HK 前棱边
VK 后棱边
B 视线
D 转动方向
E 径向延伸部
E_REF 基准平面
G_REF 基准直线
HSR 主流动方向
P1 第一点
P2 第二点
P3 第三点
P4 第四点
POS<sub>rel_VK</sub>(t) 前棱边的相对位置
POS<sub>rel_HK</sub>(t) 后棱边的相对位置
r 旋转轴线R与剖平面S之间的距离
R 旋转轴线
R<sub>a</sub> 叶片30的外半径
R<sub>i</sub> 罐形毂10的外半径
S 剖平面
y y轴
z z轴

Claims (30)

1.一种风扇叶轮(1)，所述风扇叶轮具有：
罐形毂(10)；和
多个布置在罐形毂(10)上且从罐形毂(10)的外壁(12)沿径向方向向外延伸的叶片(30)，
其中，每个叶片(30)具有前棱边(VK)和后棱边(HK)，
其中，对于至少一个叶片(30)，所适用的是：
基准直线(G_REF)，其通过如下限定出：
在风扇叶轮(1)的旋转轴线(R)上的第一点(P1)；
穿过所述第一点(P1)并垂直于所述旋转轴线(R)的径向延伸部(E)；以及
将从罐形毂(10)至叶片(30)的过渡部上的圆弧形的棱边划分为两个长度相等的区段的第二点(P2)，
其中，基准平面(E_REF)由相对于旋转轴线(R)平行地推移的直线和相对于基准直线(G_REF)平行地推移的直线限定出，其中，推移如下进行，即，沿叶轮(1)的转动方向(D)观察，推移完全位于叶片(30)之前，
其中，在基准平面(E_REF)中映像了叶片(30)的前棱边(VK)的正交投影和叶片(30)的后棱边(HK)的正交投影；
其中，在基准平面(E_REF)中，z轴通过旋转轴线(R)在基准平面(E_REF)中的正交投影限定出，z轴在基准平面(E_REF)中从旋转轴线(R)的正交投影出发沿径向方向向外平行推移了罐形毂(10)的外半径(Ri)；
其中，在基准平面中，y轴由径向延伸部(E)在基准平面(E_REF)上的正交投影限定出；
其中，在y轴上绘制了相对单位半径t(r)，其如下地定义：
Figure FDA0002933794400000011
其中，
Ri是罐形毂(10)的外半径；
Ra是叶片(30)的外半径；并且
r是旋转轴线(R)与要考虑的剖平面(S)之间的距离，所述剖平面以与旋转轴线(R)的距离r垂直于所属的基准直线(G_REF)，其中r∈[Ri；Ra]，
其中，在z轴上绘出前棱边的相对位置POSrel_VK(t)和/或后棱边的相对位置POSrel_HK(t)，
其中，前棱边的相对位置POSrel_VK(t)的曲线和/或后棱边的相对位置POSrel_HK(t)的曲线具有非周期性波浪形状，也就是说，轴向的标准结构深度不是其函数值以规则的间距重复的函数。
2.根据权利要求1所述的风扇叶轮，其中，
前棱边的相对位置POSrel_VK(t)参考第三点(P3)，所述第三点沿风扇叶轮(1)的转动方向(D)观察是从罐形毂(10)到叶片(30)的过渡部上的最前点，并且/或者
后棱边的相对位置POSrel_HK(t)参考第四点(P4)，所述第四点沿风扇叶轮(1)的转动方向(D)观察是从罐形毂(10)到叶片(30)的过渡部上的最后点。
3.根据权利要求1或2所述的风扇叶轮，其中，
所述叶片(30)是沿转动方向(D)看向后镰刀状的叶片(30)。
4.根据权利要求1或2所述的风扇叶轮，其中，
所述风扇叶轮(1)具有圆形的外环(20)，所述外环将叶片(30)的叶尖端彼此连接起来。
5.根据权利要求1或2所述的风扇叶轮，其中，
后棱边的相对位置POSrel_HK(t)的曲线在叶片(30)的相对单位半径t(r)的80％至100％的范围内具有最大值；并且/或者
前棱边的相对位置POSrel_VK(t)的曲线在叶片(30)的相对单位半径t(r)的80％至100％的范围内具有最小值。
6.根据权利要求5所述的风扇叶轮，其中，
后棱边的相对位置POSrel_HK(t)的曲线在y方向上在最大值之后不具有低点或者具有最多一个低点；和/或
前棱边的相对位置POSrel_VK(t)的曲线在y方向上在最小值之后不具有高点或者具有最多一个高点。
7.根据权利要求1或2所述的风扇叶轮，其中，
前棱边的相对位置POSrel_VK(t)的曲线与后棱边的相对位置POSrel_HK(t)的曲线彼此轴对称。
8.根据权利要求1或2所述的风扇叶轮，其中，
相关于相对单位半径t(r)的前棱边的相对位置POSrel_VK(t)的曲线满足以下条件：
Figure FDA0002933794400000031
其中，
t0∈[0；0.5],
N∈[1；8],
a∈[-1.5；1.5],
A1∈[-10；10],
A2∈[-10；10],
A3∈[-10；10]，且
A4∈[-10；10]。
9.根据权利要求1或2所述的风扇叶轮，其中，
相关于相对单位半径t(r)的后棱边的相对位置POSrel_HK(t)的曲线满足以下条件：
Figure FDA0002933794400000041
其中，
t0∈[0；0.5],
N∈[1；8],
a∈[-1.5；1.5],
A1∈[-10；10],
A2∈[-10；10],
A3∈[-10；10]，且
A4∈[-10；10]。
10.根据权利要求5所述的风扇叶轮，其中，
后棱边的相对位置POSrel_HK(t)的曲线在叶片(30)的相对单位半径t(r)的90％至100％的范围内具有最大值。
11.根据权利要求5所述的风扇叶轮，其中，
后棱边的相对位置POSrel_HK(t)的曲线在叶片(30)的相对单位半径t(r)的92.5％至97.5％的范围内具有最大值。
12.根据权利要求5所述的风扇叶轮，其中，
后棱边的相对位置POSrel_HK(t)的曲线在叶片(30)的相对单位半径t(r)的80％至100％的范围内具有局部的最大值。
13.根据权利要求5所述的风扇叶轮，其中，
前棱边的相对位置POSrel_VK(t)的曲线在叶片(30)的相对单位半径t(r)的90％至100％的范围内具有最小值。
14.根据权利要求5所述的风扇叶轮，其中，
前棱边的相对位置POSrel_VK(t)的曲线在叶片(30)的相对单位半径t(r)的92.5％至97.5％的范围内具有最小值。
15.根据权利要求5所述的风扇叶轮，其中，
前棱边的相对位置POSrel_VK(t)的曲线在叶片(30)的相对单位半径t(r)的80％至100％的范围内具有局部的最小值。
16.根据权利要求12所述的风扇叶轮，其中，
后棱边的相对位置POSrel_HK(t)的曲线在y方向上在局部的最大值之后不具有低点或者具有最多一个低点。
17.根据权利要求15所述的风扇叶轮，其中，
前棱边的相对位置POSrel_VK(t)的曲线在y方向上在局部的最小值之后不具有高点或者具有最多一个高点。
18.根据权利要求7所述的风扇叶轮，其中，
后棱边POSrel_HK(t)在围绕是前棱边的相对位置POSrel_VK(t)的值的+/-20％的镜像弧线的几何上唯一确定的曲线的区域中延伸。
19.根据权利要求7所述的风扇叶轮，其中，
后棱边POSrel_HK(t)在围绕是前棱边的相对位置POSrel_VK(t)的值的+/-10％的镜像弧线的几何上唯一确定的曲线的区域中延伸。
20.根据权利要求1所述的风扇叶轮，其中，
所述风扇叶轮(1)用于机动车辆。
21.根据权利要求1所述的风扇叶轮，其中，
所述罐形毂(10)围绕旋转轴线(R)旋转对称。
22.根据权利要求1所述的风扇叶轮，其中，
所述叶片(30)布置在罐形毂(10)上且从罐形毂(10)的柱形的外壁(12)沿径向方向向外延伸。
23.根据权利要求1所述的风扇叶轮，其中，
Ri是罐形毂(10)的外半径且对应于叶片(30)的内半径。
24.根据权利要求1所述的风扇叶轮，
其中，对于叶片(30)中的一些所适用的是：
基准直线(G_REF)，其通过如下限定出：
在风扇叶轮(1)的旋转轴线(R)上的第一点(P1)；
穿过所述第一点(P1)并垂直于所述旋转轴线(R)的径向延伸部(E)；以及
将从罐形毂(10)至叶片(30)的过渡部上的圆弧形的棱边划分为两个长度相等的区段的第二点(P2)，
其中，基准平面(E_REF)由相对于旋转轴线(R)平行地推移的直线和相对于基准直线(G_REF)平行地推移的直线限定出，其中，推移如下进行，即，沿叶轮(1)的转动方向(D)观察，推移完全位于叶片(30)之前，
其中，在基准平面(E_REF)中映像了叶片(30)的前棱边(VK)的正交投影和叶片(30)的后棱边(HK)的正交投影；
其中，在基准平面(E_REF)中，z轴通过旋转轴线(R)在基准平面(E_REF)中的正交投影限定出，z轴在基准平面(E_REF)中从旋转轴线(R)的正交投影出发沿径向方向向外平行推移了罐形毂(10)的外半径(Ri)；
其中，在基准平面中，y轴由径向延伸部(E)在基准平面(E_REF)上的正交投影限定出；
其中，在y轴上绘制了相对单位半径t(r)，其如下地定义：
Figure FDA0002933794400000071
其中，
Ri是罐形毂(10)的外半径；
Ra是叶片(30)的外半径；并且
r是旋转轴线(R)与要考虑的剖平面(S)之间的距离，所述剖平面以与旋转轴线(R)的距离r垂直于所属的基准直线(G_REF)，其中r∈[Ri；Ra]，
其中，在z轴上绘出前棱边的相对位置POSrel_VK(t)和/或后棱边的相对位置POSrel_HK(t)，
其中，前棱边的相对位置POSrel_VK(t)的曲线和/或后棱边的相对位置POSrel_HK(t)的曲线具有非周期性波浪形状，也就是说，轴向的标准结构深度不是其函数值以规则的间距重复的函数。
25.根据权利要求1所述的风扇叶轮，
其中，对于所有的叶片(30)所适用的是：
基准直线(G_REF)，其通过如下限定出：
在风扇叶轮(1)的旋转轴线(R)上的第一点(P1)；
穿过所述第一点(P1)并垂直于所述旋转轴线(R)的径向延伸部(E)；以及
将从罐形毂(10)至叶片(30)的过渡部上的圆弧形的棱边划分为两个长度相等的区段的第二点(P2)，
其中，基准平面(E_REF)由相对于旋转轴线(R)平行地推移的直线和相对于基准直线(G_REF)平行地推移的直线限定出，其中，推移如下进行，即，沿叶轮(1)的转动方向(D)观察，推移完全位于叶片(30)之前，
其中，在基准平面(E_REF)中映像了叶片(30)的前棱边(VK)的正交投影和叶片(30)的后棱边(HK)的正交投影；
其中，在基准平面(E_REF)中，z轴通过旋转轴线(R)在基准平面(E_REF)中的正交投影限定出，z轴在基准平面(E_REF)中从旋转轴线(R)的正交投影出发沿径向方向向外平行推移了罐形毂(10)的外半径(Ri)；
其中，在基准平面中，y轴由径向延伸部(E)在基准平面(E_REF)上的正交投影限定出；
其中，在y轴上绘制了相对单位半径t(r)，其如下地定义：
Figure FDA0002933794400000081
其中，
Ri是罐形毂(10)的外半径；
Ra是叶片(30)的外半径；并且
r是旋转轴线(R)与要考虑的剖平面(S)之间的距离，所述剖平面以与旋转轴线(R)的距离r垂直于所属的基准直线(G_REF)，其中r∈[Ri；Ra]，
其中，在z轴上绘出前棱边的相对位置POSrel_VK(t)和/或后棱边的相对位置POSrel_HK(t)，
其中，前棱边的相对位置POSrel_VK(t)的曲线和/或后棱边的相对位置POSrel_HK(t)的曲线具有非周期性波浪形状，也就是说，轴向的标准结构深度不是其函数值以规则的间距重复的函数。
26.一种散热器风扇模块(100)，所述散热器风扇模块具有
风扇框架(2)；
构造在所述风扇框架(2)中的风扇叶轮容纳部(40)，其中，风扇叶轮容纳部(40)由框架环(42)限定；
布置在风扇叶轮容纳部(40)内部且通过支柱(44)与风扇框架(2)机械连接的马达支架；
马达，其至少部分地保持在所述马达支架中；以及
风扇叶轮(1)，其布置在风扇叶轮容纳部(40)中并且由所述马达旋转驱动，
其特征在于，
构造有根据前述权利要求中任意一项所述的风扇叶轮(1)。
27.根据权利要求26所述的散热器风扇模块，其中，所述支柱(44)沿流动方向看布置在所述风扇叶轮(1)之前。
28.根据权利要求26所述的散热器风扇模块，其中，所述散热器风扇模块(100)用于机动车辆。
29.根据权利要求26所述的散热器风扇模块，其中，所述马达是电动马达。
30.根据权利要求1至25中任意一项所述的风扇叶轮或根据权利要求26至29中任意一项所述的散热器风扇模块在机动车辆中的用途。
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