CN110439856A - 一种轴流散热风扇装配结构 - Google Patents

一种轴流散热风扇装配结构 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种轴流散热风扇装配结构，其包括叶轮、风罩连接机构和电机，所述叶轮通过所述电机装配在所述风罩连接机构中；所述叶轮包括轮毂、叶片和护风圈，所述叶片的根部与所述轮毂连接，顶部与所述护风圈连接；所述风罩连接机构包括护风罩、肋筋和电机连接罩；所述肋筋的根部与所述电机连接罩连接，顶部与所述护风罩连接；所述肋筋包括若干气流导向肋筋，所述气流导向肋筋的横截面为机翼型，且相对于径向具有扭曲结构；所述电机的后端安装在所述电机连接罩中，所述电机的转轴前端与所述轮毂同轴连接。本发明的轴流散热装配结构具有流量大、散热效果和声质量好等多个优点。

Description

一种轴流散热风扇装配结构
技术领域
本发明属于发动机冷却风扇技术领域，具体涉及一种轴流散热风扇装配结构。
背景技术
目前常规发动机冷却风扇有以下缺点：
1.常规叶片叶型表面光滑，能够达到流量和噪声要求。但该结构阶次噪声值偏大，总声压级偏高，声质量不理想。
2.常规风罩筋布置在叶片出气口处，起到支撑电机和加强结构强度的作用，但不适宜的布置方式和肋筋结构，对出风口流量有一定的负影响，使得风扇整体效率偏低，声质量下降。
3.常规风扇的电机通过电机罩结构与风罩装配，电机罩结构可以保证支撑强度，阻挡异物进入电机，但也会引起发热量较大的问题。
发明内容
针对常规发动机冷却风扇流量小、声质量和散热效果不理想的技术问题，本发明的目的在于提供一种流量大、散热效果和声质量好的轴流散热装配结构。
本发明的轴流散热风扇装配结构包括叶轮、风罩连接机构和电机，所述叶轮通过所述电机装配在所述风罩连接机构中；其特征在于，
所述叶轮包括轮毂、叶片和护风圈，所述叶片的根部与所述轮毂连接并围绕所述轮毂径向向外延展布置，所述叶片的顶部与所述护风圈连接；
所述风罩连接机构包括护风罩、肋筋和电机连接罩；所述肋筋的根部与所述电机连接罩连接并围绕所述电机连接罩径向向外延展布置，所述肋筋的顶部与所述护风罩连接，所述护风罩作为整体结构的外壳与所述护风圈以非接触方式相互配合；所述肋筋包括若干气流导向肋筋，所述气流导向肋筋的横截面为机翼型，且相对于径向具有扭曲结构；
所述电机的后端安装在所述电机连接罩中，所述电机的转轴前端与所述轮毂同轴连接。
本申请中，所述的横截面是指以装配结构中心轴线(包括轮毂的轴心线和电机连接罩的轴心线)为轴心的弧形切割面，下同。
所述叶轮中，
较佳的，所述叶片数量为7片，且沿着轮毂周围不等距分布；以相邻叶片的根部中点与轮毂轴心线的垂直连线所成的夹角记为叶片间隔角，以工作时的运转方向为准，叶片间隔角依次为55～56°，54～56°，53～54°，43～44°，60～61°，60～61°，48～49°，47～48°。
较佳的，各叶片的横截面为机翼型。
较佳的，相对于径向各叶片具有前弯结构。
从叶根至叶顶方向，叶片可看成是由若干叶片节段沿着特定的曲线积叠而成，该特定的曲线称作叶片积叠线，叶片积叠线将所有叶片节段的重心连接起来，叶片积叠线体现了叶片从根部径向延伸弯曲方向，将叶片积叠方式作为结构设计的自变量，可实现弯掠叶片的参数化建模。
本发明的一些较佳实施例中，以叶根截面的重心为原点，在垂直于轮毂的轴心线的平面内建模，以叶片径向为x方向，与x方向正交的方向为y方向，叶片的重心积叠线方程为：
y＝0.013x3-0.0173x2+0.592x。
较佳的，各叶片倾斜安装，以叶片各处的截面弦长线与轮毂轴心线所成的夹角为叶片倾斜角，从叶片根部至顶部，11个等间隔横截面处(包括叶片根部和顶部的横截面)的叶片倾斜角依次为67～68°，69～70°，71～72°，72～73°，73～74°，74～75°，74～75°，74～75°，74～75°，74～75°，73～74°；所述截面弦长线是指叶片任一处横截面的前缘点与后缘点的连线。
较佳的，所述轮毂设有若干扁形槽孔。
进一步的，所述扁形槽孔不均匀周向分布；所述扁形槽孔的大小和数量亦可调整以保证风量的同时，电机工作产生的较大热量能够部分地通过所述扁形槽孔耗散。
较佳的，所述轮毂的表面周向设有环形凹槽，所述环形凹槽能够加强叶片叶根处的强度，叶片转动时平衡状态较为稳定。
所述风罩连接机构中，
较佳的，所述电机连接罩周围设有三个电机装配孔并配有螺栓用于安装所述电机，所述肋筋还包括三根支撑导流肋筋，三根所述支撑导流肋筋的根部分别与三个所述电机装配孔连接，所述支撑导流肋筋横截面呈扩口U型，所述支撑导流肋筋的延长线两两相交且不汇聚于旋转中心。
较佳的，所述肋筋总数为所述叶片总数的1.5到1.9倍；所述肋筋沿着电机连接罩周围不等距分布。
较佳的，所述气流导向肋筋数量为10根；加上3根所述支撑导流肋筋共13根肋筋，以相邻肋筋的根部中点与电机连接罩轴心线的垂直连线所成的夹角记为肋筋间隔角，肋筋间隔角依次为30～31°，40～41°，27～28°，23～24°，32～33°，27～28°，27～28°，31～32°，24～25°，27～28°，27～28°，19～20°，20～21°。
从肋筋根部至顶部，所述气流导向肋筋可看成是由若干肋筋节段沿着特定的曲线积叠而成，该特定的曲线称作肋筋积叠线，肋筋积叠线将所有肋筋节段的重心连接起来，肋筋积叠线体现了气流导向肋筋从根部径向延伸弯曲方向，将肋筋积叠方式作为结构设计的自变量，可实现弯掠气流导向肋筋的参数化建模。
本发明的一些较佳实施例中，以气流导向肋筋的根部截面的重心为原点，在垂直于电机连接罩的轴心线的平面内建模，以肋筋径向为x方向，与x方向正交的方向为y方向，气流导向肋筋的重心积叠线方程为：
y＝-0.004x4-0.21x3-2.746x2-20.8x。
较佳的，所述气流导向肋筋倾斜安装，以气流导向肋筋各处的截面弦长线与电机连接罩轴心线所成的夹角为肋筋倾斜角，从肋筋根部至顶部，11个等间隔横截面处(包括肋筋根部和顶部的横截面)的肋筋倾斜角依次为35～36°,31～32°，26～27°，24～25°，26～27°，27～28°，30～31°，36～37°，42～43°，51～52°，61～62°；所述截面弦长线是指肋筋任一处横截面的前缘点与后缘点的连线。
较佳的，所述电机连接罩沿周向设有若干凸台，所述凸台通向罩外设有流通扁孔。
本发明的轴流散热风扇装配结构具有以下优点和特点：
1、叶片采用前弯型叶片，风叶所需功率较小，流动效率较大；7片叶片不均布在轮毂周围，改善离散噪声在噪声频谱中的聚集分布；叶片表面做二阶连续多曲面改型处理，该处理能够降低第七阶次的噪声值，综合提高声质量，风扇噪声达到客户要求。
2、叶轮中，护风圈与叶片的叶顶相连接，叶片工作时护风圈随叶片一起旋转，减小了旋转带来的风叶变形和振动。在具有较高速度的叶顶处会产生叶尖涡流等脱落涡，护风圈和护风罩以一定轴向和径向距离，相互配合形成内腔，在一定程度上削弱了叶顶处的涡流产生，阻挡低能量的回流汇入主流，叶片流动效率有所提-高。
3、在轮毂上设计扁形槽孔，扁形槽孔的大小和数量以及分布可调整以保证风量的同时，电机工作产生的较大热量能够部分地通过槽孔耗散。轮毂面周向设计有环形凹槽，该凹槽能够加强叶片叶根处的强度，叶片转动时平衡状态较为稳定。
4、护风罩作为整体结构的外壳，阻挡一部分异物进入结构内部同时起到外支撑作用，在轴向和径向以一定距离形成内腔，减小了叶顶处的低能流体回流入主流。
5、所述气流导向肋筋不均匀周向分布在电机连接罩，起到后导叶的作用，该筋径向截面设计为机翼型，根据风叶出口气流角度设计筋的安装角度，回收尾流静压，相比无该类筋的工况下，有该类后导叶的风扇流量更大。所述支撑导流肋筋与电机安装孔直接连接，该肋筋径向截面设计为扩口U型，兼顾了支撑和导流作用。
6、电机连接罩连接电机与风罩外壳部分，阻挡异物进入电机。其中凸台设计增大了散热面积，扁口设计增加了罩内散热流通。
总之，本发明的轴流散热装配结构具有流量大、散热效果和声质量好等多个优点。
附图说明
图1和图2为本发明轴流散热风扇装配结构的立体示意图；
图3为本发明轴流散热风扇装配结构的正面示意图；
图4为图3中轮毂的放大示意图；
图5为本发明轴流散热风扇装配结构的背面示意图；
图6为图5中电机连接罩的放大示意图；
图7为图3中B-B面的剖视图；
图8为图7中C1处的放大示意图；
图9为图7中C2处的放大示意图；
图10a-10c为本发明叶片和气流导向肋筋的11个等间隔横截面的示意图，左侧列为风机叶片，右侧列为导向筋；
图11为本发明支撑导流肋筋的横截面的示意图。
附图标记
叶轮1，轮毂11，扁形槽孔111，环形凹槽112，叶片12，护风圈13；风罩连接机构2，电机连接罩21，电机装配孔211，凸台212，肋筋22，气流导向肋筋22a，支撑导流肋筋22b，护风罩23；电机3。
具体实施方式
以下结合具体实施例，对本发明作进一步说明。应理解，以下实施例仅用于说明本发明而非用于限定本发明的范围。
实施例1
图1和图2示出了本发明一较佳的轴流散热风扇装配结构，其包括叶轮1、风罩连接机构2和电机3，叶轮1通过电机3装配在风罩连接机构2中。
如图3所示，叶轮1包括轮毂11、叶片12和护风圈13，叶片11的根部与轮毂12连接并围绕轮毂径向向外延展布置，叶片12的顶部与护风圈13连接。
如图4所示，轮毂11设有若干扁形槽孔111，扁形槽孔111不均匀周向分布；扁形槽孔111的大小和数量亦可调整以保证风量的同时，电机工作产生的较大热量能够部分地通过扁形槽孔耗散。轮毂11的表面周向设有环形凹槽112(另见图7和图9)，环形凹槽112能够加强叶片叶根处的强度，叶片转动时平衡状态较为稳定。
叶片12数量为7片，且沿着轮毂11周围不等距分布；以相邻叶片的根部中点与轮毂轴心线的垂直连线所成的夹角(如图3中的角A1)记为叶片间隔角，以工作时的运转方向(图3中沿转向箭头指向，顺时针)为准，叶片间隔角依次为55～56°，54～56°，53～54°，43～44°，60～61°，60～61°，48～49°，47～48°。
叶片11的横截面采用机翼型，且相对于径向，各叶片11具有前弯结构。
从叶根至叶顶方向，叶片可看成是由若干叶片节段沿着特定的曲线积叠而成，该特定的曲线称作叶片积叠线，叶片积叠线将所有叶片节段的重心连接起来，叶片积叠线体现了叶片从根部径向延伸弯曲方向，将叶片积叠方式作为结构设计的自变量，可实现弯掠叶片的参数化建模。
具体的，以叶根截面的重心为原点，在垂直于轮毂的轴心线的平面内建模，以叶片径向为x方向，与x方向正交的方向为y方向，叶片的重心积叠线方程为：
y＝0.013x3-0.0173x2+0.592x。
取叶根至叶顶区11个同心横截面F1(如图4所示，包括叶片根部和顶部的横截面)，叶根处截面半径r1＝85.2mm，叶顶处截面半径r11＝216.6mm，等截距△r＝13.25mm。
如图10a-图10c所示，11个同心横截面的截面弦长从叶根至叶顶依次为a11＝62～64mm，a21＝62～63mm，a31＝62～63mm，a41＝62～63mm，a51＝62～63mm，a61＝61～62mm，a71＝61～62mm，a81＝61～62mm，a91＝61～62mm，a101＝64～65mm，a111＝67～68mm。
各叶片11倾斜安装，以叶片各处的截面弦长线与轮毂轴心线所成的夹角为倾斜角，从叶片根部至顶部，11个同心横截面处的叶片倾斜角依次为a12＝67～68°，a22＝69～70°，a32＝71～72°，a42＝72～73°，a52＝73～74°，a62＝74～75°，a72＝74～75°，a82＝74～75°，a92＝74～75°，a102＝74～75°，a112＝73～74°；截面弦长线是指叶片任一处横截面的前缘点与后缘点的连线。
如图5所示，风罩连接机构2包括电机连接罩21、肋筋22和护风罩23。如图6所示，电机连接罩21周围设有三个电机装配孔211并配有螺栓用于固定电机3，如图7所示，电机3的后端安装在电机连接罩21中，电机3的转轴前端与轮毂11同轴连接。电机连接罩21沿周向设有八个凸台212，凸台212通向罩外设有流通扁孔。肋筋22的根部与电机连接罩21连接并围绕电机连接罩径向向外延展布置，肋筋22的顶部与护风罩23连接，护风罩23作为整体结构的外壳与护风圈13以非接触方式相互配合，如图8所示，护风圈13外圈与护风罩23内圈径向和轴向均留有一定距离d1和d2。
肋筋22共有13根，肋筋22包括10根横截面为机翼型的气流导向肋筋22a和3根横截面呈扩口U型的支撑导流肋筋22b。沿着电机连接罩周围不等距分布，以相邻肋筋的根部中点与电机连接罩轴心线的垂直连线所成的夹角(如图5中的角A2)记为肋筋间隔角，以图5顺时针方向(工作时的叶轮运转相反的方向)为准，肋筋间隔角依次为30～31°，40～41°，27～28°，23～24°，32～33°，27～28°，27～28°，31～32°，24～25°，27～28°，27～28°，19～20°，20～21°。
从肋筋根部至顶部，所述气流导向肋筋可看成是由若干肋筋节段沿着特定的曲线积叠而成，该特定的曲线称作肋筋积叠线，肋筋积叠线将所有肋筋节段的重心连接起来，肋筋积叠线体现了气流导向肋筋从根部径向延伸弯曲方向，将肋筋积叠方式作为结构设计的自变量，可实现弯掠气流导向肋筋的参数化建模。
具体的，以气流导向肋筋22a的根部截面的重心为原点，在垂直于电机连接罩的轴心线的平面内建模，以肋筋径向为x方向，与x方向正交的方向为y方向，气流导向肋筋的重心积叠线方程为：
y＝-0.004x4-0.21x3-2.746x2-20.8x。
气流导向肋筋22a倾斜安装，且相对于径向气流导向肋筋具有扭曲结构。自气流导向肋筋22a的根部(靠近电机连接罩)至顶部(靠近护风罩)等距取11个同心横截面F2。翼型截面做切尾缘处理，如图10a～10c所示，自根部至顶部，气流导向肋筋22a的11个同心横截面F2的截面弦长依次为b11＝24～25mm，b21＝22～23mm，b31＝21～22mm，b41＝21～22mm，b51＝21～22mm，b61＝22～23mm，b71＝22～23mm，b81＝23～24mm，b91＝24～25mm，b101＝24～25mm，b111＝26～28mm。
气流导向肋筋22a倾斜安装，且相对于径向气流导向肋筋具有扭曲结构，以气流导向肋筋各处的截面弦长线与电机连接罩轴心线所成的夹角为肋筋倾斜角，从肋筋根部至顶部，11个等间隔横截面处(包括肋筋根部和顶部的横截面)的肋筋倾斜角依次为b12＝35～36°，b22＝31～32°，b32＝26～27°，b42＝24～25°，b52＝26～27°，b62＝27～28°，b72＝30～31°，b82＝36～37°，b92＝42～43°，b102＝51～52°，b112＝61～62°。截面弦长线是指肋筋任一处横截面的前缘点与后缘点的连线。
三根支撑导流肋筋22b的根部分别与三个电机装配孔211连接，支撑导流肋筋22b的延长线两两相交且不汇聚于旋转中心。支撑导流肋筋22b的横截面如图11所示，呈扩口U型，兼顾了支撑和导流作用。
本发明的轴流散热风扇装配结构具有以下优点和特点：
1、如图3所示，叶片采用前弯型叶片，风叶所需功率较小，流动效率较大；7片叶片不均布在轮毂周围，改善离散噪声在噪声频谱中的聚集分布；叶片表面做二阶连续多曲面改型处理，该处理能够降低第七阶次的噪声值，综合提高声质量，风扇噪声达到客户要求。
2、如图3所示，叶轮中，护风圈13与叶片11的叶顶相连接，叶片11工作时护风圈13随叶片11一起旋转，减小了旋转带来的风叶变形和振动。在具有较高速度的叶顶处会产生叶尖涡流等脱落涡，护风圈13和护风罩23以一定轴向和径向距离，相互配合形成内腔，在一定程度上削弱了叶顶处的涡流产生，阻挡低能量的回流汇入主流，叶片流动效率有所提-高。
3、如图4所示，在轮毂11上设计扁形槽孔111，扁形槽孔111的大小和数量以及分布可调整以保证风量的同时，电机工作产生的较大热量能够部分地通过槽孔耗散。轮毂面周向还设计有环形凹槽112，该凹槽能够加强叶片叶根处的强度，叶片转动时平衡状态较为稳定。
4、如图1和2所示，护风罩结构作为整体结构的外壳，阻挡一部分异物进入结构内部同时起到外支撑作用，在轴向和径向以一定距离形成内腔，减小了叶顶处的低能流体回流入主流。
5、如图2所示，气流导向肋筋22a不均匀周向分布在电机连接罩周围，起到后导叶的作用，该筋径向截面设计为机翼型，根据风叶出口气流角度设计筋的安装角度，回收尾流静压，相比无该类筋的工况下，有该类后导叶的风扇流量更大。支撑导流肋筋22b与电机安装孔直接连接，该肋筋径向截面设计为扩口U型，兼顾了支撑和导流作用。
6、如图2所示，电机连接罩21连接电机与风罩外壳部分，阻挡异物进入电机。其中凸台设计增大了散热面积，扁口设计增加了罩内散热流通。
总之，本发明的轴流散热装配结构具有流量大、散热效果和声质量好等多个优点。
以上已对本发明创造的较佳实施例进行了具体说明，但本发明创造并不限于实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明创新的前提下还可作出种种的等同的变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (10)

1.一种轴流散热风扇装配结构，包括叶轮、风罩连接机构和电机，所述叶轮通过所述电机装配在所述风罩连接机构中；其特征在于，
所述叶轮包括轮毂、叶片和护风圈，所述叶片的根部与所述轮毂连接并围绕所述轮毂径向向外延展布置，所述叶片的顶部与所述护风圈连接；
所述风罩连接机构包括护风罩、肋筋和电机连接罩；所述肋筋的根部与所述电机连接罩连接并围绕所述电机连接罩径向向外延展布置，所述肋筋的顶部与所述护风罩连接，所述护风罩作为整体结构的外壳与所述护风圈以非接触方式相互配合；所述肋筋包括若干气流导向肋筋，所述气流导向肋筋的横截面为机翼型，且相对于径向具有扭曲结构；
所述电机的后端安装在所述电机连接罩中，所述电机的转轴前端与所述轮毂同轴连接。
2.如权利要求1所述的轴流散热风扇装配结构，其特征在于，所述叶片数量为7片，且沿着轮毂周围不等距分布；以相邻叶片的根部中点与轮毂轴心线的垂直连线所成的夹角记为叶片间隔角，以工作时的运转方向为准，叶片间隔角依次为55～56°，54～56°，53～54°，43～44°，60～61°，60～61°，48～49°，47～48°。
3.如权利要求1或2所述的轴流散热风扇装配结构，其特征在于，各叶片的横截面为机翼型，且相对于径向各叶片具有前弯结构。
4.如权利要求3所述的轴流散热风扇装配结构，其特征在于，各叶片倾斜安装，以叶片各处的截面弦长线与轮毂轴心线所成的夹角为叶片倾斜角，从叶片根部至顶部，11个等间隔横截面处的叶片倾斜角依次为67～68°，69～70°，71～72°，72～73°，73～74°，74～75°，74～75°，74～75°，74～75°，74～75°，73～74°；所述截面弦长线是指叶片任一处横截面的前缘点与后缘点的连线。
5.如权利要求1所述的轴流散热风扇装配结构，其特征在于，所述轮毂设有若干扁形槽孔；所述轮毂的表面周向设有环形凹槽。
6.如权利要求1所述的轴流散热风扇装配结构，其特征在于，所述电机连接罩周围设有三个电机装配孔并配有螺栓用于安装所述电机，所述肋筋还包括三根支撑导流肋筋，三根所述支撑导流肋筋的根部分别与三个所述电机装配孔连接，所述支撑导流肋筋横截面呈扩口U型，所述支撑导流肋筋的延长线两两相交且不汇聚于旋转中心。
7.如权利要求6所述的轴流散热风扇装配结构，其特征在于，所述肋筋总数为所述叶片总数的1.5到1.9倍；所述肋筋沿着电机连接罩周围不等距分布。
8.如权利要求7所述的轴流散热风扇装配结构，其特征在于，所述气流导向肋筋数量为10根；以相邻肋筋的根部中点与电机连接罩轴心线的垂直连线所成的夹角记为肋筋间隔角，肋筋间隔角依次为30～31°，40～41°，27～28°，23～24°，32～33°，27～28°，27～28°，31～32°，24～25°，27～28°，27～28°，19～20°，20～21°。
9.如权利要求1所述的轴流散热风扇装配结构，其特征在于，所述气流导向肋筋倾斜安装，以气流导向肋筋各处的截面弦长线与电机连接罩轴心线所成的夹角为肋筋倾斜角，从肋筋根部至顶部，11个等间隔横截面处的肋筋倾斜角依次为35～36°,31～32°，26～27°，24～25°，26～27°，27～28°，30～31°，36～37°，42～43°，51～52°，61～62°；所述截面弦长线是指肋筋任一处横截面的前缘点与后缘点的连线。
10.如权利要求1所述的轴流散热风扇装配结构，其特征在于，所述电机连接罩沿周向设有若干凸台，所述凸台通向罩外设有流通扁孔。
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