JP2013538976A - 翼弦長さが変化するブロアホイール - Google Patents

Abstract

ホイール（１）は、ハブ（３）、ガイド（４）、およびハブ（３）とガイド（４）との間を径方向に延びるブレード（２）を備え、各ブレード（２）は、ハブ（３）との結合部に付根（６）、およびガイド（４）との結合部にヘッド（１１）を含み、各ブレード（２）は前縁（１６）および後縁（１７）を有し、それらの間に各平坦な断面において翼弦（１５）が定められる。
各ブレード（２）では、付根（６）とヘッド（１１）との間で、翼弦（１５）の長さが変化し、付根（６）とヘッド（１１）との間の翼弦（１５）の長さの変化は、２つの高さ間に変曲点を有する。

Description

本発明は、ハブおよびハブから径方向外向きに延びるブレードを含むブロアホイールに関する。

そのようなホイールは、特に自動車を駆動するためのエンジンを冷却するために使用され、ホイールは熱交換器を通る空気流を生成する。

「ボウル」ともいうホイールのハブは、制御電子機器によって駆動される電気モータとすることができるモータのシャフトにロックするのに適している。

そのようなホイールは、自動車のエンジンの冷却のために使用される場合、エンジンの冷却に使用されるラジエータの前方または後方に置かれる。

これらのホイールの設計は、ホイールの空気学的および音響的性能の両方を改善しようとすると、実際には多数の問題を有する。

特に、エントロピーの損失がないとき総圧力は均衡されていなければならないため、断面の理論（抗力および揚力）および径方向平衡の規則によって知られている空気力学的基準を考慮に入れる必要がある。

これらの基準を満たすために、ブレードは半径とともに増加するピッチ角で既知の方法で作製される。

ピッチは、翼弦と回転軸との間の角度によって定められ、翼弦は平坦な断面でブレードの前縁と後縁を接続する線分として定められる。

通常、付根では６５°でありヘッドでは最大で７５°まで増加するピッチ角を有するホイールが知られている。

ブレードはもともと３次元であるため、特にブレードの付根およびヘッドでの二次流れが生成される。これらの位置では、ブレードは、ハブおよび回転ガイドにそれぞれ連結されている。そこで流れが遮断され、そこで空気力学的分離が発生する。

ピッチ角がヘッド付近で局所的に減少するブレードを有するホイールの助けによって、これらの問題を解決するための試みがなされてきた。これらのホイールはヘッドでは満足が得られるが、それ以外の場所では二次流れが減少しない。

本発明の目的は、ブレードのヘッドおよび付根だけでなく、概して、ブレードの全スパンにわたって二次流れを制限することを可能にする形状のそのようなホイールを提案することである。

したがって、本発明は、特に自動車を駆動するためのエンジンを冷却するためのブロアホイールを提案し、このブロアホイールは、ハブ、ガイド、およびハブとガイドとの間を径方向に延びるブレードを備え、各ブレードは、ハブとの結合部に付根、およびガイドとの結合部にヘッドを含み、各ブレードは前縁および後縁を有し、それらの間にそれぞれの平坦な断面において翼弦が定められる。各ブレードでは、付根とヘッドとの間で、翼弦の長さが変化し、付根とヘッドとの間の翼弦の長さの変化は、２つの高さ間に変曲点を有する。

したがって、翼弦の長さを変化させることによって、ボウルおよびガイドによって誘導される乱流が二次流れを考慮に入れ、二次流れは付根およびヘッドにおいて、およびブレードのスパン全体にわたって抑制される。

一実施形態によれば、翼弦の長さの変化は、２つの連続する高さ間に変曲点を有する３つの高さを有する。

径方向で翼弦の長さは第１の高さに至るまで半径とともに減少し、翼弦の長さは第２の高さに至るまで半径とともに増加し、翼弦の長さは第３の高さに至るまで半径とともに再び減少する。

任意で、翼弦の長さは、第３の高さとブレードのヘッドとの間で急激に増加する。

実施形態の１つの変形によれば、径方向で翼弦の長さは第１の高さに至るまで半径とともに増加し、翼弦の長さは第２の高さに至るまで半径とともに減少し、翼弦の長さは第３の高さに至るまで半径とともに再び増加する。

任意で、翼弦の長さは、第３の高さとヘッドとの間で急激に減少する。

上記の特徴のいくつかと組み合わせると、ピッチ角は付根とヘッドとの間で変化し、付根とヘッドとの間のピッチ角の変化は、第１の高さと第２の高さとの間に変曲点を有する。

任意で、付根からヘッドへと延びる径方向で、ピッチ角は、第１の高さに至るまで半径とともに急激に増加し、ピッチ角は第１の高さと第２の高さとの間で半径とともに再び増加する。

ヘッドでは、ピッチ角は第２の高さとブレードのヘッドとの間で急激に減少するように形成することができる。

１つの変形実施形態によれば、付根からヘッドへと延びる径方向で、ピッチ角は、第１の高さに至るまで半径とともに急激に減少し、ピッチ角は第１の高さと第２の高さとの間で半径とともに再び減少する。

任意で、ピッチ角は第２の高さとブレードのヘッドとの間で急激に増加する。

本発明によるホイールは、以下の特徴を単独または組合せで含む。
− 前縁および後縁の少なくとも一方が、凹状起伏を有し、凸状起伏に対して延び、かつ／または
− 凸状起伏は２つの凹状起伏間にあり、かつ／または
− 凹状起伏は２つの凸状起伏間にあり、かつ／または
− 各ブレードは、窪みを有し隆起に対して延びている、前縁と後縁との間に延在する面を有し、かつ／または
− 隆起は２つの窪み間にある。

本発明の特徴および利点は、添付の図面を参照して、限定的ではないが好ましい例として記載されている以下の説明を読めば明らかになるであろう。

従来技術のホイールの正面図である。 ブレードを断面に沿って切断した図１のホイールの部分断面図である。 平坦な断面に沿った図２のホイールのブレードの断面図である。 本発明によるホイールの前面の斜視図である。 図４のホイールの後面の斜視図である。 本発明によるブレードのある角度に沿った斜視図である。 本発明によるブレードの異なる角度に沿った斜視図である。 本発明によるブレードの異なる角度に沿った斜視図である。 ブレードの付根までの距離に応じてピッチの変化を表す曲線のグラフである。 ブレードの付根までの距離に応じて翼弦の長さの変化を表す曲線のグラフである。 ブレード変形例について図８と同様のグラフである。 ブレード変形例について図９と同様のグラフである。

図に示されるホイール１は、中心ハブ３から概して径方向に延び、ガイド４によってホイール１の周縁部で互いに連結される複数のブレード２を含む。ハブ３、ブレード２、およびガイド４は、プラスチック成形によって一体部品に形成されている。

ハブ３は、ブレード２の付根６に連結された軸対称環状壁５、および上流を向いた平らな前面壁７を有する。この場合、上流および下流という用語は、ホイール１の回転によって生成される空気流の方向を示す。前面壁７および環状壁５は、円形アーチ断面の円形要素によって互いに連結されている。

前面壁は、ホイール軸の方向に、図示されていないドライブモータのシャフトにホイール１を連結するように設計された金属製の環状挿入部８にオーバーモールドされた中心スリーブに連結されている。ハブ３の内部には補強リブが設けられている。

ガイド４はまた、ブレード２の端部のヘッド１１が連結され、円形のフレアリングによって上流側から突出している軸対称環状壁１０を有する。

以下において、「平坦な断面１３」という表現は、ブレードをホイール１の軸の周りの線対称な円筒面で切断し、この円筒面を平らに回転することによって得られる平らな閉曲線として定められる。図２および図３に示される従来技術の断面１３は、航空機の翼の断面と同様の空気力学的断面形状を有する。

次いで、翼弦１５は平坦な断面で前縁１６と後縁１７を接続する線分として定められる。ホイール１は「後縁から前縁」方向によって定められる方向に回転する。ピッチα、すなわちピッチ角は、翼弦１５と回転軸９との間の角度によって定められる。図３から分かるように、ピッチ角αは翼弦１５とホイール１の回転軸９に平行な軸２０との間に示されている。

図４から図８を参照すると、ホイールは、図１から図３に示される従来技術のホイールと同様の参照符号が維持される、本発明の一実施形態によって説明される。

ホイール１は、従来技術のホイールと、ブレード２の形状が異なる。

ここでホイール１のブレード２が説明される。後者は、ハブ３からガイド４へと延び、ハブ３の周りで均一の角度で分布している７つの同一のブレード２を含む。

それぞれのブレード２は上流面２２および下流面２３を有し、上流面２２は図４に見ることができ、下流面２３は図５に見ることができる。

ブレード２は互いに同一であるので、１つのみが図４から図１０を参照しながら説明される。

概して、ブレード２の形状は付根６からヘッド１１へと、一方の側で翼弦１５の長さおよびピッチ角αが変化することによって得られる。翼弦１５の長さの変化は、ブレード２の幅に影響する。結果として、この場合、前縁に起伏が存在する。ピッチαの変化は、隆起および窪みを形成することによって、ブレード２の起伏に影響する。

ブレード２は起伏のある前縁１６を有する。縁部１６は、付根６から、起伏または凹曲面２５ではじまる。凹曲面２５は凸曲面２６に対して延び、凸曲面２６は凹曲面２７に対して延びている。曲面２７はブレード２とガイド４との間の結合部のヘッド１１に、付根６と反対側の端部を有する。

３つの測定位置３０、３１、３２はブレード２の前縁１６に定められる。位置３０は付根６の付近にある。位置３１は、付根６とヘッド１１との間のブレードの２分の１の距離の領域にある。位置３２はその一部がヘッド１１の付近にある。

位置３０は凹曲面２５の頂点にあり、位置３１は曲面２６の頂点にあり、位置３２は曲面２７の頂点にある。

後縁１７はその一部がより平らな単一の凹部、すなわち、ほぼ平らな幅広の中心高さ２８を有する曲面を有する。

ここで図１０を参照すると、ブレード２のスパンに対する、すなわち付根６への距離に対する翼弦１５の長さの変化を示している。この図は位置３０、３１および３２からブレード２の付根６への距離に対応する値Ｌ３０、Ｌ３１およびＬ３２を含む。

グラフは、付根６と位置３０との間、すなわち長さＬ３０では翼弦の長さが減少することを示す。位置３０では、第１の最小値に達する。次いで、この位置３０付近で、翼弦の長さが事実上変化しない高さ３３で翼弦の長さの変化が起きる。ここで、本明細書のこれ以降の部分において、ブレードのスパンの１０％の範囲で、翼弦の長さが５％より多く変化しないとき、長さは全く変化しないとみなされる。変形例によれば、翼弦の変化が３％以下の高さを設けることもできる。

長さＬ３０を引いた長さＬ３１、したがって位置３０と３１との間で、翼弦の長さは増加する。この翼弦の長さは位置３１で最大値に達する。次いで、この位置３１付近で、翼弦の長さが事実上変化しない高さ３４で翼弦の長さの変化が起きる。

２つの高さ３３、３４間、したがって位置３０に対応する最小値と位置３１に対応する最大値との間に、翼弦の変化の曲線は第１の変曲点３６を有する。

長さＬ３１を引いた長さＬ３２、すなわちブレードの位置３１と３２との間で、翼弦の長さは再び減少して、第２の最小値に達する。次いで、この位置３２付近で、翼弦の長さが事実上変化しない高さ３５で翼弦の長さの変化が起きる。

２つの高さ３４、３５間、したがって位置３１に対応する最大値と位置３２に対応する第２の最小値との間に、翼弦の変化の曲線は第２の変曲点３７を有する。

ブレード２の残りの長さ、すなわちブレード２の位置３２とヘッド１１との間で、翼弦の長さは急激に増加する。「急激に」とは、位置３２とヘッド１１との間の増加の勾配が、絶対値で、位置３１と位置３２との間の減少の勾配よりはるかに大きいことを意味する。

翼弦の長さのこれらの変化は、上記のように前縁の起伏の結果である。

図示されていない変形実施形態では、付根６と位置３０との間で、翼弦の長さは急激に減少する。ここでもまた本明細書のこれ以降の部分において、急激にとは、絶対値で、この部分での勾配が、変化が急激でないとみなされる部分よりはるかに大きいことを意味する。

翼弦１５の長さと同様に、ピッチ角αの値は付根６とヘッド１１との間で変化する。これは、ブレード１２の面に起伏が顕著に存在することの結果である。

したがって、図６から図８に見ることができるように、ブレード２の上流面２２は、付根６の側に窪み４０を有する。後者は面２２の中間に隆起４１を有する。ヘッド１１の側には、面２２が隆起４１と、いずれかの側に窪み４０、４２を有するように、面は窪み４２も有する。隆起４１および窪み４０、４２は、頂点またはこれらの窪みの最小値または隆起が、この場合は縁部１６、１７になくても、面２２のほぼ幅全体にわたって延在する。

ブレードの一部の下流面は反対の起伏を有する。

ここで図９を参照すると、ブレード１２のスパンに対する、すなわち付根６への距離に対するピッチ角αの変化を示している。値Ｌ３０、Ｌ３１およびＬ３２も図に示されている。

ピッチαは、長さＬ３０全体にわたって付根６から急激に増加し、位置３０と３１との間に位置する高さ４３に至るまで大きく増加し続ける。高さ４３の領域では、ピッチαは一定値に維持され、次いで位置３１から再び増加する。増加は続き、変曲点４５を通過する。変曲点４５の後、ピッチαは第２の高さ４４に至るまで再び増加する。第２の高さ４４は、位置３１と位置３２との間で位置３２の少し前にある。高さ４４の後、より明確には位置３２の後、ピッチαはヘッド１１に至るまで急激に減少する。

図示されていない変形例によれば、高さ４３の後、ピッチαの値は、その後増加するように最小値まで減少する。

これらのピッチ角の変化は、上記の窪みおよび隆起を備えたブレード２の形状の結果である。

図１１および図１２に示す変形例によれば、以下で詳細に説明するように、翼弦の長さおよびピッチαの変化は、図９および図１０を参照しながら上記で説明されたものに対して反対である。

ここで図１２を参照すると、ブレード１２のスパンに対する、すなわち付根６への距離に対する翼弦１５の長さの変化を示している。この図は、位置３０、３１および３２からブレード２の付根６への距離に対応する値Ｌ３０、Ｌ３１およびＬ３２を示す。

グラフは、付根６と位置３０との間、すなわち長さＬ３０では翼弦の長さが増加することを示す。位置３０では、第１の最大値に達する。次いで、この位置３０付近で、翼弦の長さが事実上変化しない高さ５３で翼弦の長さの変化が行われる。

長さＬ３０を引いた長さＬ３１、したがって位置３０と３１との間で、翼弦の長さは増加する。翼弦の長さは最大値に達する。次いで、この位置３１付近で、翼弦の長さが事実上変化しない高さ５４で翼弦の長さの変化が起きる。

２つの高さ５３、５４間、したがって位置３０に対応する最大値と位置３１に対応する最小値との間に、翼弦の変化の曲線は第１の変曲点５６を有する。

長さＬ３１を引いた長さＬ３２、すなわちブレードの位置３１と３２との間で、翼弦の長さは再び増加して、第２の最大値に達する。次いで、この位置３２付近で、翼弦の長さが事実上変化しない高さ５５で翼弦の長さの変化が起きる。

２つの高さ５４、５５間、したがって位置３１に対応する最小値と位置３２に対応する第２の最大値との間に、翼弦の変化の曲線は第２の変曲点５７を有する。

ブレード２の残りの長さ、すなわちブレード２の位置３２とヘッド１１との間で、翼弦の長さは急激に減少する。

図示されていない変形実施形態によれば、付根６と位置３０との間で、翼弦の長さは急激に増加する。

この変形例によるブレード２は図示されていないが、類推により、前縁１６は前縁１７に向かって、前縁１７からある距離で起伏している。縁部１６は、付根６から、凸起伏または曲面ではじまる。凸曲面は凹曲面に対して延び、凹曲面は凹曲面に対して延びている。曲面はブレード２とハブ３の壁５との間の結合部のヘッド１１に、付根６と反対側の端部を有する。

翼弦１５の長さと同様に、ピッチ角αの値は付根６とヘッド１１との間で変化する。これは、ブレード１２の面に起伏が顕著に存在することの結果である。

したがって、図１１および図１２のグラフが示されているブレード２は、斜視図では示されていないが、後者は付根６の側に隆起を有する。後者は面２２の中間スパンに窪みを有する。ヘッド１１の側には、面２２がいずれかの側に隆起を有する窪みを有するように、面は隆起も有する。窪みおよび隆起は、面２２のほぼ幅全体にわたって延在する。下流面の一部は反対の起伏を有する。

ここで図１１を参照すると、ブレード１２のスパンに対する、すなわち付根６への距離に対するピッチ角αの変化を示している。値Ｌ３０、Ｌ３１およびＬ３２も図に示されている。

ピッチαは、長さＬ３０全体にわたって付根６から急激に減少し、位置３０と３１との間に位置する高さ６３に至るまで大きく減少し続ける。高さ６３の領域では、ピッチαは一定値に維持され、次いで位置３１から再び減少する。減少は続き、変曲点６５を通過する。変曲点６５の後、ピッチαは第２の高さ６４に至るまで再び減少する。第２の高さ６４は、位置３１と位置３２との間で位置３２の少し前にある。高さ６４の後、より明確には位置３２の後、ピッチαはヘッド１１に至るまで急激に増加する。

ブレード２は、ピッチ角の長さの変化による起伏とともに示されている。本発明の文脈の範囲内で、これらの起伏を有さないが翼弦の長さの変化のみを有するブレードを提供することが可能である。

１つの変形実施形態によれば、後縁はまた、前縁の形状によって、凸曲面を囲む２つの凹曲面、またはその反対の形状を有する。この変形例では、前縁は同等の形状を有しても、または有していなくてもよい。

変形実施形態によれば、翼弦の長さの変化は、２つの高さ間に１つの変曲点のみを有する。

図示されていない別の実施形態によれば、ある種のブレードのみが本発明にしたがって形成されるが、他のブレードは、図１に示すように、翼弦またはピッチのより従来的な分布を有する。この場合、本発明によるブレードは、均一であっても、または均一でなくてもよい形で角度を成して分布されている。

図示されていない実施形態によれば、付根とヘッドとの間の翼弦の長さの変化は２つの変曲点を有し、２つの変曲点のうちの１つは第１の高さと第２の高さとの間にある。

図示されていない別の実施形態では、翼弦の長さのみが付根からヘッドへと変化するように形成されているが、ピッチ角αは変化しない。これにより、断面の向きが一定になり、したがって起伏（連続する窪みおよび隆起）がなくなる。

本発明は、説明および図示された実施形態に限定されず、任意の変形実施形態を包含するものである。

Claims (16)

1. 特に自動車を駆動するためのエンジンを冷却するためのブロアホイールであって、
   ハブ（３）と、
   ガイド（４）と、
   前記ハブ（３）と前記ガイド（４）との間を径方向に延びるブレード（２）と、
   を備え、
   各ブレード（２）は、前記ハブ（３）との結合部に付根（６）を含むとともに、前記ガイド（４）との結合部にヘッド（１１）を含み、
   各ブレード（２）は前縁（１６）および後縁（１７）を有し、それらの間に各平坦な断面において翼弦（１５）が定められ、
   各ブレード（２）では、前記付根（６）から前記ヘッド（１１）への径方向で、前記翼弦（１５）の長さが変化し、
   前記付根（６）と前記ヘッド（１１）との間の前記翼弦（１５）の長さの変化が、２つの高さ間（３３−３４、３４−３５；５３−５４、５４−５５）に変曲点（３６、３７；５６、５７）を有することを特徴とするホイール。
2. 前記翼弦の長さの変化が、２つの連続する高さ間に変曲点（３６、３７；５６、５７）を有する３つの高さ（３３、３４、３５；５３、５４、５５）を有することを特徴とする、請求項１に記載のホイール。
3. 径方向で前記翼弦（１５）の長さが第１の高さ（３３）に至るまで半径とともに減少し、
   前記翼弦（１５）の長さが第２の高さ（３４）に至るまで半径とともに増加し、
   前記翼弦（１５）の長さが第３の高さ（３５）に至るまで半径とともに再び減少することを特徴とする、請求項２に記載のホイール。
4. 径方向で前記翼弦（１５）の長さが第３の高さ（３５）と前記ブレード（２）の前記ヘッド（１１）との間で急激に増加することを特徴とする、請求項２または３に記載のホイール。
5. 径方向で前記翼弦（１５）の長さが第１の高さ（５３）に至るまで半径とともに増加し、
   前記翼弦（１５）の長さが第２の高さ（５４）に至るまで半径とともに減少し、
   前記翼弦（１５）の長さが第３の高さ（５５）に至るまで半径とともに再び増加することを特徴とする、請求項２に記載のホイール。
6. 前記翼弦（１５）の長さが第３の高さ（５５）と前記ヘッド（１１）との間で急激に減少することを特徴とする、請求項２または５に記載のホイール。
7. 前記付根（６）と前記ヘッド（１１）との間で、前記ピッチ角（α）が変化し、
   前記付根（６）と前記ヘッド（１１）との間の前記ピッチ角（α）の変化が、第１の高さ（４３；６３）と第２の高さ（４４；６４）との間に変曲点（４５；６５）を有することを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載のホイール。
8. 径方向でピッチ角（α）が前記第１の高さ（４３）に至るまで半径とともに急激に増加し、
   ピッチ角（α）が前記第１の高さ（４３）と前記第２の高さ（４４）との間で半径とともに再び増加することを特徴とする、請求項７に記載のホイール。
9. 前記ヘッド（１１）では、ピッチ角（α）が前記第２の高さ（４４）と前記ヘッド（１１）との間で急激に減少することを特徴とする、請求項７または８に記載のホイール。
10. 径方向で、ヘッド（７）に対して、ピッチ角（α）が前記第１の高さ（６３）に至るまで半径とともに急激に減少し、
    ピッチ角（α）が前記第１の高さ（６３）と前記第２の高さ（６４）との間で半径とともに再び減少することを特徴とする、請求項７に記載のホイール。
11. ピッチ角（α）が前記第２の高さ（６４）と前記ヘッド（１１）との間で急激に増加することを特徴とする、請求項７または１０に記載のホイール。
12. 前記前縁（１６）および前記後縁（１７）の少なくとも一方が、凹状起伏（２５、２７）を有し、凸状起伏（２６）に対して延びていることを特徴とする、請求項１から１１のいずれか一項に記載のホイール。
13. 前記凸状起伏（２６）が２つの凹状起伏（２５、２７）間にあることを特徴とする、請求項１２に記載のホイール。
14. 前記凹状起伏が２つの凸状起伏間にあることを特徴とする、請求項１２に記載のホイール。
15. 各ブレード（２）が、窪み（４０、４２）を有し隆起（４１）に対して延びている、前記前縁（１６）と前記後縁（１７）との間に延在する面（２２）を有することを特徴とする、請求項１から１４のいずれか一項に記載のホイール。
16. 前記隆起（４１）が２つの窪み（４０、４２）間にあることを特徴とする、請求項１５に記載のホイール。

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