專利名稱：風扇和罩組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及風扇和罩組件，尤其是，涉及一種風扇和罩組件，其中，渦旋防止單元(swirl prevention units)布置在罩的氣流進口處，風扇插入該氣流進口處，因此，在通過風扇旋轉(zhuǎn)引起氣流的過程中所產(chǎn)生的氣流渦旋減少，從而使空氣能夠有效地以較低噪音進行吹風。
背景技術(shù)：
如圖12所示，用于冷卻經(jīng)過換熱器例如汽車的散熱器或冷凝器的內(nèi)部的換熱介質(zhì)的風扇包括輪轂11，該輪轂11與驅(qū)動源例如馬達的軸相連；以及多個葉片12，這些葉片沿輪轂11的外周表面徑向布置。連接葉片12的頂端的風扇環(huán)帶13還可以有防止葉片12變形的作用。因此，當風扇10通過由驅(qū)動源傳遞給輪轂11的旋轉(zhuǎn)力而旋轉(zhuǎn)時，空氣可以通過葉片12而沿軸向進行吹風。罩可以固定在換熱器上，以便將由風扇10吹出的空氣引向換熱器。該罩可以有氣流進口，該氣流進口的尺寸足以使風扇10可旋轉(zhuǎn)地插入其中，以便引導氣流，且該罩形成為支承作為驅(qū)動源的馬達。
其中，下面將介紹構(gòu)成拉動器型(puller type)風扇罩組件的罩，該罩例如安裝在換熱器的后面，以便吸入空氣和使該空氣吹向換熱器的后部。參考圖10和11，罩20包括殼體21，風扇10可旋轉(zhuǎn)地插入該殼體21內(nèi)，且該殼體21有氣流進口22，以便引導由風扇10產(chǎn)生的氣流；馬達支承環(huán)23，該馬達支承環(huán)23在氣流進口22的中心處；以及多個引導肋24，這些引導肋24徑向布置，同時與殼體21和馬達支承環(huán)23相連，以便支承該馬達支承環(huán)23。
氣流進口22由凸出到殼體21后部的外引導環(huán)25形成。為了使氣流平滑，喇叭口26形成于該外引導環(huán)25的后端處，并向內(nèi)彎曲，內(nèi)引導環(huán)27可以從該喇叭口26的內(nèi)端部分向前延伸。風扇10安裝成在風扇環(huán)帶13(當沒有風扇環(huán)帶13時葉片12的頂端)與喇叭口26的后端相對應的位置處與內(nèi)引導環(huán)27具有一預定間隙。風扇環(huán)帶13的前緣端朝著外引導環(huán)25延伸，并包圍內(nèi)引導環(huán)27的前緣端，以便使氣流平滑。
已經(jīng)提出了上述結(jié)構(gòu)的氣流進口22和風扇環(huán)帶13，以便通過減小在風扇13旋轉(zhuǎn)過程中在葉片12的端部產(chǎn)生氣渦旋而使產(chǎn)生的噪音減至最小。不過，空氣實際上通過在外引導環(huán)25和風扇環(huán)帶13外周表面之間的間隙，因此，氣渦旋在外引導環(huán)25和內(nèi)引導環(huán)27之間的空間內(nèi)產(chǎn)生，并且流動方向與氣流方向相反。因此，由于該反向氣流，氣流量損失，同時由于氣渦旋而產(chǎn)生噪音。
同時，美國專利No.6,254,343公開了一種低噪音冷卻風扇。在該冷卻風扇中，殼體具有連接形成進口的第一端部和形成出口的第二端部的通路，并使具有多個風扇葉片的轉(zhuǎn)子裝入該殼體內(nèi)。進口的截面面積大于通路。連接進口和通路的過渡區(qū)域與該進口確定了一個陡峭的臺階。還有，進口具有平行于流體通道的內(nèi)側(cè)表面，且在該內(nèi)側(cè)表面上形成有多個凸起。
在上述冷卻風扇中，盡管在進口邊緣處的吸氣噪音由于臺階和凸起而減小，但是不能減小由于在風扇葉片頂端處的渦旋而產(chǎn)生的噪音。也就是，因為由于構(gòu)成轉(zhuǎn)子的風扇葉片的頂端旋轉(zhuǎn)而在風扇葉片頂端和通路的內(nèi)周表面之間產(chǎn)生氣渦旋，因此產(chǎn)生很大的噪音，還使氣流效率減小。
還有，美國專利No.5,489,186公開了一種風扇和殼體組件，其中，在殼體和風扇環(huán)帶之間的間隙處安裝了多個葉片，反向氣流通過該葉片來控制。
不過，在上述風扇和殼體組件中，盡管能夠控制從高壓的下游向低壓的上游流動的反向氣流，但是因為由薄部件制成的葉片等間距布置，并朝著殼體的通路凸出，沿與風扇旋轉(zhuǎn)方向相同的方向產(chǎn)生的氣渦旋不能有效防止。因此，不能大大改善噪音減小效果。
發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述和其它問題，本發(fā)明提供了一種風扇和罩組件，該風扇和罩組件能夠有效減小在吹氣時由風扇的旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的噪音，并提高氣流效率。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，風扇和罩組件包括風扇，該風扇具有繞一根軸旋轉(zhuǎn)的輪轂以及從該輪轂向外延伸的多個葉片；罩，該罩包圍風扇，以便調(diào)節(jié)由風扇旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的氣流；引導環(huán)部分，該引導環(huán)部分位于在該罩和連接葉片的頂端的圓周(circumference connecting end tips of the blades)之間存在一預定間隙的位置處，從而，與罩結(jié)合的風扇能夠旋轉(zhuǎn)；以及多個渦旋防止單元，這些渦旋防止單元與引導環(huán)部分形成為一體，以防止渦流運動沿連接葉片的頂端的圓周在引導環(huán)部分和該圓周之間前進，各渦旋防止單元的形狀為這樣，即相對于罩的中心，經(jīng)過各個渦旋防止單元的圓弧的長度隨著該圓弧接近該罩的中心而減小。
各渦旋防止單元包括對著風扇旋轉(zhuǎn)方向的第一表面以及對著與風扇旋轉(zhuǎn)方向相反方向的第二表面。
由第一表面與從罩的中心到該第一表面的半徑線形成的第一角度大于由第二表面與半徑線形成的第二角度。
該第一角度不小于20°但不大于80°，而該第二角度不小于-15°但不大于45°。
渦旋防止單元布置成彼此連續(xù)連接。
各渦旋防止單元還包括連接第一和第二表面的第三表面。
由第一表面與從罩的中心到該第一表面的半徑線形成的第一角度大于由第二表面與半徑線形成的第二角度。
第三表面有一定曲率，它的曲率半徑由從罩的中心到該第三表面的長度確定。
風扇還包括連接葉片的頂端的環(huán)帶。
引導環(huán)部分還包括喇叭口(bell mouth)，該喇叭口在位于罩后側(cè)的引導環(huán)部分后端處向引導環(huán)部分內(nèi)部延伸，并彎曲成使得空氣流過通路朝著引導環(huán)部分的內(nèi)部減小。
該風扇和罩組件將空氣吹向換熱器。
在具有本發(fā)明的上述結(jié)構(gòu)的風扇和罩組件中，當風扇通過由罩支承的馬達驅(qū)動而旋轉(zhuǎn)時，空氣通過葉片的旋轉(zhuǎn)而從風扇的前側(cè)吸入，并排出到風扇的后面。該空氣由罩的引導環(huán)部分導向該罩的后側(cè)，并平滑排出。
在普通罩中，由于葉片的旋轉(zhuǎn)而在引導環(huán)部分的內(nèi)周表面和葉片的頂端或連接葉片頂端的環(huán)帶之間產(chǎn)生了其旋轉(zhuǎn)方向與風扇旋轉(zhuǎn)方向相同的渦流。該渦流增加了噪音，并導致氣流量損失。不過，在本發(fā)明中，例如，通過具有沿風扇旋轉(zhuǎn)方向傾斜的傾斜表面的渦旋防止單元，使該渦流現(xiàn)象被減至最小。
盡管已經(jīng)參考優(yōu)選實施例特別表示和說明了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應當知道，在不脫離由附加的權(quán)利要求確定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，能夠在形式和細節(jié)上進行各種變化。
通過參考附圖對優(yōu)選實施例的詳細說明，可以更清除本發(fā)明的上述特征，附圖中圖1是表示本發(fā)明優(yōu)選實施例的罩的透視圖；圖2A是表示圖1的罩的正視圖；圖2B是表示本發(fā)明的渦旋防止單元的放大圖；圖3是表示根據(jù)本發(fā)明，通過組合罩和風扇而制成的風扇和罩組件的后視圖；圖4是表示圖3的風扇和罩組件的一部分在從前面看時的放大圖；圖5是表示圖3的風扇和罩組件的一部分的剖視圖；
圖6是表示圖3的罩的一部分的正視圖，表示構(gòu)成本發(fā)明的罩的渦旋防止單元的兩個表面的傾斜角；圖7A、7B和7C是表示本發(fā)明其它優(yōu)選實施例的罩的正視圖；圖8A是表示在現(xiàn)有的風扇環(huán)帶和引導環(huán)部分之間產(chǎn)生的湍流和渦流運動的視圖；圖8B是表示根據(jù)本發(fā)明，在風扇環(huán)帶和引導環(huán)部分之間產(chǎn)生的氣渦旋減小的視圖；圖9是表示本發(fā)明另一優(yōu)選實施例的推動器型(pusher type)風扇和罩組件的剖視圖；圖10是表示現(xiàn)有的風扇和罩組件的一個例子的后視圖；圖11是表示圖10的風扇和罩組件的一部分的剖視圖；以及圖12是表示現(xiàn)有的風扇的一個例子的正視圖。
具體實施例方式
參考圖1和2A，本發(fā)明的罩100包括殼體110，該殼體110有氣流進口120，風扇200(參考圖3)可旋轉(zhuǎn)地插入該氣流進口120中；馬達支承環(huán)130，該馬達支承環(huán)130在殼體110的氣流進口120的中心處，并支承著使風扇200旋轉(zhuǎn)的馬達(未示出)；以及多個引導肋140，該引導肋140支承馬達支承環(huán)130，并徑向連接馬達支承環(huán)130和殼體110，以便引導在風扇200的旋轉(zhuǎn)過程中排出的空氣。
殼體110的形狀為向其后側(cè)凹入，以便朝著氣流進口有效引導吸入的空氣。其中，多個連接肋(未示出)形成于殼體110的邊緣，從而使該殼體110與換熱器(未示出)相連。
氣流進口120由朝著殼體110的后部凸出的引導環(huán)部分150形成。如圖5所示，還可以提供有喇叭口180，該喇叭口180從引導環(huán)部分150的后端和多個渦旋防止單元160朝著引導環(huán)部分150的內(nèi)側(cè)彎曲，以便引導空氣平滑排出。不過，本發(fā)明并不局限于此，氣流進口120可以只形成有引導環(huán)部分150，而沒有該喇叭口180。
根據(jù)本發(fā)明，渦旋防止單元160是沿氣流進口120的內(nèi)周表面形成的，也就是沿引導環(huán)部分150的內(nèi)周表面形成。當提供有喇叭口180時，優(yōu)選是，該渦旋防止單元160成一體地形成于與引導環(huán)部分150的喇叭口180相連的一部分的內(nèi)周表面上。
渦旋防止單元160布置成與風扇200的多個葉片210的頂端保持預定間隙，或者與連接葉片210頂端的環(huán)帶220保持預定間隙。如圖2B所示，各渦旋防止單元160的形狀為這樣，即相對于罩100的中心，圓弧163經(jīng)過各個渦旋防止單元160的長度隨著它接近該罩100的中心而減小。優(yōu)選的是，各渦旋防止單元160具有朝著風扇200的旋轉(zhuǎn)方向的第一表面162以及朝著相反方向的第二表面164。
如圖6所示，假設由第一表面162相對于氣流進口120的半徑線R，即從罩的中心到該第一表面的半徑線，所形成的第一角度為θ1，由第二表面164與半徑線R形成的第二角度為θ2，該第一角度θ1和第二角度θ2有一優(yōu)選關(guān)系，這樣，該第二角度θ2相對于半徑線R為0°，而第一角度θ1在大于0°但小于90°的范圍內(nèi)。因此，第一表面162朝著風扇200旋轉(zhuǎn)的方向傾斜，而第二表面164垂直于風扇200旋轉(zhuǎn)的方向。
相反，當?shù)谝槐砻?62形成為使得第一角度θ1為0°時，第二表面164形成為使得第二角度θ2在大于0°但小于90°的范圍內(nèi)。還有，第一表面162和第二表面164能夠形成為使得第一角度θ1和第二角度θ2相同，例如45°。還有，當?shù)谝唤嵌圈?和第二角度θ2都不為0°且彼此不同時，第一表面162和第二表面164能夠形成為使得第一角度θ1和第二角度θ2分別在大于0°但小于90°的范圍內(nèi)。還有，當?shù)谝唤嵌圈?大于0°但小于90°時，第二角度θ2形成為有負角度。
優(yōu)選是，第一角度θ1不小于20°但不大于80°，而第二角度θ2不小于-15°但不大于45°。當?shù)谝唤嵌圈?小于20°時，渦旋防止單元160的數(shù)目增加。當?shù)谝唤嵌却笥?0°時，因為渦旋防止單元160的間距增大，因此效果減小。
能夠防止噪音并能提高吹氣效率的罩100可以通過利用在第一角度θ1和第二角度θ2之間的上述各種關(guān)系形成渦旋防止單元160并通過試驗選擇最佳渦旋防止單元而獲得。
渦旋防止單元160能夠布置成彼此連續(xù)連接，或者間斷布置成在它們之間有預定間隔。
當間開布置渦旋防止單元160時，為了防止各連續(xù)布置的渦旋防止單元160的第一表面與鄰近該第一表面162的第二表面164相連，如圖7A所示，切除第一表面162的端部，這樣，通過切口部分166在渦旋防止單元160之間形成預定間距。因此，渦旋防止單元160可以間斷地布置。
還有，如圖7B和7C所示，渦旋防止單元160可以包括第三表面168，該第三表面連接第一表面162和第二表面164。這時，優(yōu)選是該第三表面168有一曲率，該曲率半徑由從氣流進口120的中心到該第三表面168的長度來確定。
盡管在上述優(yōu)選實施例中第一表面和第二表面通過第三表面相連，但是本發(fā)明并不局限于此，該第一和第二表面也可以通過多個表面相連。
這時，優(yōu)選的是，在氣流進口120的外周表面上，也就是引導環(huán)部分150的外周表面上，與渦旋防止單元160相對應，形成有與該渦旋防止單元160相對應的外鋸齒170。當在與渦旋防止單元160相對應的引導環(huán)部分150的外周表面上形成外鋸齒170時，因為引導環(huán)部分150有褶皺形狀，它在不增加渦旋防止單元160的厚度的情況下具有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，因此能保持承受汽車振動的強度。
在具有本發(fā)明的上述結(jié)構(gòu)的風扇和罩組件的工作中，馬達(未示出)由罩100的馬達支承環(huán)130支承。風扇200從罩100的前側(cè)插入氣流進口120中。然后，風扇200的輪轂230(參考圖3)與馬達的軸相連。該組件通過其前側(cè)而支承在換熱器(未示出)的后表面上，也就是通過安裝風扇200的一側(cè)，對應于圖5中氣流的上游。當在該狀態(tài)下驅(qū)動馬達時，風扇200在氣流進口120中旋轉(zhuǎn)。
當風扇200旋轉(zhuǎn)時，通過由于風扇200的葉片210旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的吸力，空氣從位于風扇和罩組件前面的換熱器的前側(cè)被吸向換熱器，且該空氣通過該換熱器。在空氣通過換熱器的過程中，在換熱器中流動的換熱介質(zhì)被流過換熱器的空氣來冷卻。流過換熱器的空氣被殼體110導向氣流進口120。換句話說，從換熱器前側(cè)流向換熱器的空氣的量通過該罩100而增加。
由罩100的殼體110導向氣流進口120的空氣通過喇叭口180而平滑地向罩100的后側(cè)、葉片210之間排出。在該過程中，如圖8A所示，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，在連接旋轉(zhuǎn)的葉片12的頂端的環(huán)帶13和固定的罩100的引導環(huán)部分150之間的環(huán)形空間中產(chǎn)生湍流和渦流。然而，在本發(fā)明中，例如如圖8B所示，渦流被渦旋防止單元160有效地抑制，其中該渦旋防止單元160有沿葉片200旋轉(zhuǎn)方向傾斜的第一表面162。
詳細地說，當風扇200旋轉(zhuǎn)時，在環(huán)帶13和引導環(huán)部分150的內(nèi)周表面之間的環(huán)形空間內(nèi)產(chǎn)生沿風扇200旋轉(zhuǎn)的方向流動的渦流。該渦流導致在風扇200的頂部產(chǎn)生頂部渦流噪音。在本發(fā)明中，渦旋防止單元160形成于引導環(huán)部分150的內(nèi)周表面上，該渦旋防止單元160的形狀為這樣，即相對于罩100的中心圓弧163經(jīng)過各個渦旋防止單元160的長度隨著它接近該罩100的中心而減小，這樣，能夠即時防止渦流。也就是，當產(chǎn)生的渦流沿環(huán)帶13流動并經(jīng)過由渦旋防止單元160的一個表面，例如第一表面，和環(huán)帶13的外周表面形成的漸減空間(decreasing space)時，渦流受到壓縮，然后大大減小。
上述效果并不只是在有環(huán)帶13時才產(chǎn)生。當沒有環(huán)帶時，在第一表面和根據(jù)風扇200旋轉(zhuǎn)而形成的連接葉片12頂端的圓周之間也能產(chǎn)生該效果。
因此，因為在罩100的引導環(huán)部分150的內(nèi)周表面內(nèi)部顯著減小了氣體渦流現(xiàn)象，因此氣流平滑。這樣，因為經(jīng)過換熱器的空氣量增加，換熱器的冷卻效率提高。還有，當氣體渦流現(xiàn)象顯著減小時，噪音減小。
本發(fā)明人在相同的風扇200轉(zhuǎn)速條件下測量了現(xiàn)有的風扇和罩組件以及本發(fā)明的風扇和罩組件的噪音和氣流量。其中，本發(fā)明的風扇和罩組件除了渦旋防止單元160以及在渦旋防止單元160和環(huán)帶220之間的間隙外具有相同的規(guī)格。因此，與現(xiàn)有的風扇和罩組件相比，本發(fā)明的風扇和罩組件總是能使噪音減小至少2.0dB。
還有，根據(jù)對現(xiàn)有的罩和本發(fā)明的罩100的重量進行測量的結(jié)果，可以看見，本發(fā)明的罩100的重量比現(xiàn)有的罩的重量輕至少10％，因為本發(fā)明的罩100只有一個引導環(huán)部分150，而現(xiàn)有的罩有用于形成氣流進口的外引導環(huán)和內(nèi)引導環(huán)。
盡管上面介紹和說明了用于拉動器類型的風扇和罩組件的罩，但是渦旋防止單元也可以用于如圖9所示的推動器類型的風扇和罩組件的罩，其中，空氣被吸入，并在經(jīng)過該風扇和罩組件后吹向換熱器，這也包含在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
如上所述，在具有根據(jù)本發(fā)明的上述結(jié)構(gòu)的風扇和罩組件中，因為具有沿風扇旋轉(zhuǎn)方向的傾斜表面的渦旋防止單元沿氣流進口的內(nèi)周表面，也就是沿引導環(huán)的內(nèi)周表面，被布置成與風扇葉片頂端或風扇環(huán)帶有預定間隙，因此，在引導環(huán)部分減小了氣體渦流現(xiàn)象，從而提高了氣流效率，還減小了噪音。因此，能夠提高換熱器的冷卻效率，并可以實現(xiàn)汽車的安靜駕駛。
還有，因為本發(fā)明的罩只包括一個引導環(huán)部分來形成氣流進口，與現(xiàn)有的罩不同，因此該組件的總重量能減小。因此，當該組件安裝在汽車內(nèi)時，由于汽車重量減小，因此能夠省油。
權(quán)利要求
1.一種風扇和罩組件，包括風扇，該風扇具有繞一根軸旋轉(zhuǎn)的輪轂以及從該輪轂向外延伸的多個葉片；罩，該罩包圍風扇，以便調(diào)節(jié)由風扇旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的氣流；引導環(huán)部分，該引導環(huán)部分位于在該罩和連接葉片頂端的圓周之間具有一預定間隙的位置處，從而，與罩結(jié)合的風扇能夠旋轉(zhuǎn)；以及多個渦旋防止單元，這些渦旋防止單元與引導環(huán)部分形成為一體，以防止渦流運動沿連接葉片頂端的圓周在引導環(huán)部分和該圓周之間前進，各渦旋防止單元的形狀為這樣，即相對于罩的中心，經(jīng)過各個渦旋防止單元的圓弧的長度隨著它接近該罩的中心而減小。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組件，其特征在于各渦旋防止單元包括朝著風扇旋轉(zhuǎn)方向的第一表面以及朝著與風扇旋轉(zhuǎn)方向相反的方向的第二表面。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的組件，其特征在于由第一表面與從罩的中心到該第一表面的半徑線形成的第一角度大于由第二表面與該半徑線形成的第二角度。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的組件，其特征在于該第一角度不小于20°但不大于80°，而該第二角度不小于-15°但不大于45°。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的組件，其特征在于該渦旋防止單元布置成彼此連續(xù)連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的組件，其特征在于各渦旋防止單元還包括連接第一表面和第二表面的第三表面。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的組件，其特征在于由第一表面與從罩的中心到該第一表面的半徑線形成的第一角度大于由第二表面與該半徑線形成的第二角度。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的組件，其特征在于第三表面有一曲率，該曲率的半徑由從罩的中心到該第三表面的長度確定。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的組件，其特征在于該第一角度不小于20°但不大于80°，而該第二角度不小于-15°但不大于45°。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組件，其特征在于該風扇還包括連接葉片的頂端的環(huán)帶。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組件，其特征在于該引導環(huán)部分還包括一喇叭口，該喇叭口在位于罩后側(cè)的引導環(huán)部分后端處向引導環(huán)部分內(nèi)部延伸，并彎曲成使得空氣流動所經(jīng)過的通路朝著引導環(huán)部分的內(nèi)部而減小。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組件，其特征在于該風扇和罩組件吸入空氣，并將該空氣吹向換熱器。
全文摘要
一種風扇和罩組件包括風扇，該風扇具有繞一根軸旋轉(zhuǎn)的輪轂以及從該輪轂向外延伸的多個葉片；罩，該罩包圍風扇，以便調(diào)節(jié)由風扇的旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的氣流；引導環(huán)部分，該引導環(huán)部分位于在該罩和連接葉片頂端的圓周之間具有一預定間隙的位置處，這樣，與罩結(jié)合的風扇能夠旋轉(zhuǎn)；以及多個渦旋防止單元，這些渦旋防止單元與引導環(huán)部分形成為一體，以防止渦流運動沿連接葉片頂端的圓周在引導環(huán)部分和該圓周之間前進，各渦旋防止單元的形狀為這樣，即相對于罩的中心，經(jīng)過各個渦旋防止單元的一圓弧的長度隨著它接近該罩的中心而減小。
文檔編號F04D29/16GK1441170SQ0310701
公開日2003年9月10日 申請日期2003年2月27日 優(yōu)先權(quán)日2002年2月27日
發(fā)明者趙慶錫, 閔鈺烈, 樸昌鎬, 樸世榮 申請人:漢拏空調(diào)株式會社