CN1238641C - 风扇和罩组件 - Google Patents

Abstract

一种风扇和罩组件包括：风扇，该风扇具有绕一根轴旋转的轮毂以及从该轮毂向外延伸的多个叶片；罩，该罩包围风扇，以便调节由风扇的旋转而产生的气流；引导环部分，该引导环部分位于在该罩和连接叶片顶端的圆周之间具有一预定间隙的位置处，这样，与罩结合的风扇能够旋转；以及多个涡旋防止单元，这些涡旋防止单元与引导环部分形成为一体，以防止涡流运动沿连接叶片顶端的圆周在引导环部分和该圆周之间前进，各涡旋防止单元的形状为这样，即经过各个涡旋防止单元的、以所述一根轴的旋转轴线为中心的一圆弧的长度随着它接近该罩的中心而减小。

Description

风扇和罩组件

本申请要求于2002年2月27日在韩国知识产权局申请的韩国专利申请No.2002-10389的优先权，该文献的说明书整个由本文参引。

发明领域

本发明涉及风扇和罩组件，尤其是，涉及一种风扇和罩组件，其中，涡旋防止单元(swirl prevention units)布置在罩的气流进口处，风扇插入该气流进口处，因此，在通过风扇旋转引起气流的过程中所产生的气流涡旋减少，从而使空气能够有效地以较低噪音进行吹风。

背景技术

如图12所示，用于冷却经过换热器例如汽车的散热器或冷凝器的内部的换热介质的风扇包括：轮毂11，该轮毂11与驱动源例如马达的轴相连；以及多个叶片12，这些叶片沿轮毂11的外周表面径向布置。连接叶片12的顶端的风扇环带13还可以有防止叶片12变形的作用。因此，当风扇10通过由驱动源传递给轮毂11的旋转力而旋转时，空气可以通过叶片12而沿轴向进行吹风。罩可以固定在换热器上，以便将由风扇10吹出的空气引向换热器。该罩可以有气流进口，该气流进口的尺寸足以使风扇10可旋转地插入其中，以便引导气流，且该罩形成为支承作为驱动源的马达。

其中，下面将介绍构成拉动器型(puller type)风扇罩组件的罩，该罩例如安装在换热器的后面，以便吸入空气和使该空气吹向换热器的后部。参考图10和11，罩20包括：壳体21，风扇10可旋转地插入该壳体21内，且该壳体21有气流进口22，以便引导由风扇10产生的气流；马达支承环23，该马达支承环23在气流进口22的中心处；以及多个引导肋24，这些引导肋24径向布置，同时与壳体21和马达支承环23相连，以便支承该马达支承环23。

气流进口22由凸出到壳体21后部的外引导环25形成。为了使气流平滑，喇叭口26形成于该外引导环25的后端处，并向内弯曲，内引导环27可以从该喇叭口26的内端部分向前延伸。风扇10安装成在风扇环带13(当没有风扇环带13时叶片12的顶端)与喇叭口26的后端相对应的位置处与内引导环27具有一预定间隙。风扇环带13的前缘端朝着外引导环25延伸，并包围内引导环27的前缘端，以便使气流平滑。

已经提出了上述结构的气流进口22和风扇环带13，以便通过减小在风扇13旋转过程中在叶片12的端部产生气涡旋而使产生的噪音减至最小。不过，空气实际上通过在外引导环25和风扇环带13外周表面之间的间隙，因此，气涡旋在外引导环25和内引导环27之间的空间内产生，并且流动方向与气流方向相反。因此，由于该反向气流，气流量损失，同时由于气涡旋而产生噪音。

同时，美国专利No.6,254,343公开了一种低噪音冷却风扇。在该冷却风扇中，壳体具有连接形成进口的第一端部和形成出口的第二端部的通路，并使具有多个风扇叶片的转子装入该壳体内。进口的截面面积大于通路。连接进口和通路的过渡区域与该进口确定了一个陡峭的台阶。还有，进口具有平行于流体通道的内侧表面，且在该内侧表面上形成有多个凸起。

在上述冷却风扇中，尽管在进口边缘处的吸气噪音由于台阶和凸起而减小，但是不能减小由于在风扇叶片顶端处的涡旋而产生的噪音。也就是，因为由于构成转子的风扇叶片的顶端旋转而在风扇叶片顶端和通路的内周表面之间产生气涡旋，因此产生很大的噪音，还使气流效率减小。

还有，美国专利No.5,489,186公开了一种风扇和壳体组件，其中，在壳体和风扇环带之间的间隙处安装了多个叶片，反向气流通过该叶片来控制。

不过，在上述风扇和壳体组件中，尽管能够控制从高压的下游向低压的上游流动的反向气流，但是因为由薄部件制成的叶片等间距布置，并朝着壳体的通路凸出，沿与风扇旋转方向相同的方向产生的气涡旋不能有效防止。因此，不能大大改善噪音减小效果。

发明内容

为了解决上述和其它问题，本发明提供了一种风扇和罩组件，该风扇和罩组件能够有效减小在吹气时由风扇的旋转而产生的噪音，并提高气流效率。

根据本发明的一个方面，风扇和罩组件包括：风扇，该风扇具有绕一根轴旋转的轮毂以及从该轮毂向外延伸的多个叶片；罩，该罩包围风扇，以便调节由风扇旋转产生的气流；引导环部分，该引导环部分位于在该罩和连接叶片的顶端的圆周(circumference connecting end tips of the blades)之间存在一预定间隙的位置处，从而，与罩结合的风扇能够旋转；以及多个涡旋防止单元，这些涡旋防止单元与引导环部分形成为一体，以防止涡流运动沿连接叶片的顶端的圆周在引导环部分和该圆周之间前进，各涡旋防止单元的形状为这样，即经过各个涡旋防止单元的、以所述一根轴的旋转轴线为中心的圆弧的长度随着该圆弧接近该罩的中心而减小。

各涡旋防止单元包括对着风扇旋转方向的第一表面以及对着与风扇旋转方向相反方向的第二表面。

由第一表面与气流进口的半径线，即从罩的中心到该第一表面的半径线，形成的第一角度大于由第二表面与半径线形成的第二角度。

该第一角度不小于20°但不大于80°，而该第二角度不小于-15°但不大于45°。

涡旋防止单元布置成彼此连续连接。

各涡旋防止单元还包括连接第-和第二表面的第三表面。

由第一表面与气流进口的半径线，即从罩的中心到该第一表面的半径线，形成的第一角度大于由第二表面与半径线形成的第二角度。

第三表面有一定曲率，它的曲率半径由从罩的中心到该第三表面的长度确定。

风扇还包括连接叶片的顶端的环带。

引导环部分还包括喇叭口(bell mouth)，该喇叭口在位于罩后侧的引导环部分后端处向引导环部分内部延伸，并弯曲成使得空气流过通路朝着引导环部分的内部减小。

该风扇和罩组件将空气吹向换热器。

在具有本发明的上述结构的风扇和罩组件中，当风扇通过由罩支承的马达驱动而旋转时，空气通过叶片的旋转而从风扇的前侧吸入，并排出到风扇的后面。该空气由罩的引导环部分导向该罩的后侧，并平滑排出。

在普通罩中，由于叶片的旋转而在引导环部分的内周表面和叶片的顶端或连接叶片顶端的环带之间产生了其旋转方向与风扇旋转方向相同的涡流。该涡流增加了噪音，并导致气流量损失。不过，在本发明中，例如，通过具有沿风扇旋转方向倾斜的倾斜表面的涡旋防止单元，使该涡流现象被减至最小。

尽管已经参考优选实施例特别表示和说明了本发明，但是本领域技术人员应当知道，在不脱离由附加的权利要求确定的本发明的精神和范围的情况下，能够在形式和细节上进行各种变化。

附图说明

通过参考附图对优选实施例的详细说明，可以更清除本发明的上述特征，附图中：

图1是表示本发明优选实施例的罩的透视图；

图2A是表示图1的罩的正视图；

图2B是表示本发明的涡旋防止单元的放大图；

图3是表示根据本发明，通过组合罩和风扇而制成的风扇和罩组件的后视图；

图4是表示图3的风扇和罩组件的一部分在从前面看时的放大图；

图5是表示图3的风扇和罩组件的一部分的剖视图；

图6是表示图3的罩的一部分的正视图，表示构成本发明的罩的涡旋防止单元的两个表面的倾斜角；

图7A、7B和7C是表示本发明其它优选实施例的罩的正视图；

图8A是表示在现有的风扇环带和引导环部分之间产生的湍流和涡流运动的视图；

图8B是表示根据本发明，在风扇环带和引导环部分之间产生的气涡旋减小的视图；

图9是表示本发明另一优选实施例的推动器型(pusher type)风扇和罩组件的剖视图；

图10是表示现有的风扇和罩组件的一个例子的后视图；

图11是表示图10的风扇和罩组件的一部分的剖视图；以及

图12是表示现有的风扇的一个例子的正视图。

具体实施方式

参考图1和2A，本发明的罩100包括：壳体110，该壳体110有气流进口120，风扇200(参考图3)可旋转地插入该气流进口120中；马达支承环130，该马达支承环130在壳体110的气流进口120的中心处，并支承着使风扇200旋转的马达(未示出)；以及多个引导肋140，该引导肋140支承马达支承环130，并径向连接马达支承环130和壳体110，以便引导在风扇200的旋转过程中排出的空气。

壳体110的形状为向其后侧凹入，以便朝着气流进口有效引导吸入的空气。其中，多个连接肋(未示出)形成于壳体110的边缘，从而使该壳体110与换热器(未示出)相连。

气流进口120由朝着壳体110的后部凸出的引导环部分150形成。如图5所示，还可以提供有喇叭口180，该喇叭口180从引导环部分150的后端和多个涡旋防止单元160朝着引导环部分150的内侧弯曲，以便引导空气平滑排出。不过，本发明并不局限于此，气流进口120可以只形成有引导环部分150，而没有该喇叭口180。

根据本发明，涡旋防止单元160是沿气流进口120的内周表面形成的，也就是沿引导环部分150的内周表面形成。当提供有喇叭口180时，优选是，该涡旋防止单元160成一体地形成于与引导环部分150的喇叭口180相连的一部分的内周表面上。

涡旋防止单元160布置成与风扇200的多个叶片210的顶端保持预定间隙，或者与连接叶片210顶端的环带220保持预定间隙。如图2B所示，各涡旋防止单元160的形状为这样，即相对于罩100的中心，圆弧163经过各个涡旋防止单元160的长度随着它接近该罩100的中心而减小。优选的是，各涡旋防止单元160具有朝着风扇200的旋转方向的第一表面162以及朝着相反方向的第二表面164。

如图6所示，假设由第一表面162相对于气流进口120的半径线R，即从罩的中心到该第一表面的半径线，所形成的第一角度为θ1，由第二表面164与半径线R形成的第二角度为θ2，该第一角度θ1和第二角度θ2有一优选关系，这样，该第二角度θ2相对于半径线R为0°，而第一角度θ1在大于0°但小于90°的范围内。因此，第一表面162朝着风扇200旋转的方向倾斜，而第二表面164垂直于风扇200旋转的方向。

相反，当第一表面162形成为使得第一角度θ1为0°时，第二表面164形成为使得第二角度θ2在大于0°但小于90°的范围内。还有，第一表面162和第二表面164能够形成为使得第一角度θ1和第二角度θ2相同，例如45°。还有，当第一角度θ1和第二角度θ2都不为0°且彼此不同时，第一表面162和第二表面164能够形成为使得第一角度θ1和第二角度θ2分别在大于0°但小于90°的范围内。还有，当第一角度θ1大于0°但小于90°时，第二角度θ2形成为有负角度。

优选是，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°。当第一角度θ1小于20°时，涡旋防止单元160的数目增加。当第一角度大于80°时，因为涡旋防止单元160的间距增大，因此效果减小。

能够防止噪音并能提高吹气效率的罩100可以通过利用在第一角度θ1和第二角度θ2之间的上述各种关系形成涡旋防止单元160并通过试验选择最佳涡旋防止单元而获得。

涡旋防止单元160能够布置成彼此连续连接，或者间断布置成在它们之间有预定间隔。

当间开布置涡旋防止单元160时，为了防止各连续布置的涡旋防止单元160的第一表面与邻近该第一表面162的第二表面164相连，如图7A所示，切除第一表面162的端部，这样，通过切口部分166在涡旋防止单元160之间形成预定间距。因此，涡旋防止单元160可以间断地布置。

还有，如图7B和7C所示，涡旋防止单元160可以包括第三表面168，该第三表面连接第一表面162和第二表面164。这时，优选是该第三表面168有一曲率，该曲率半径由从气流进口120的中心到该第三表面168的长度来确定。

尽管在上述优选实施例中第一表面和第二表面通过第三表面相连，但是本发明并不局限于此，该第一和第二表面也可以通过多个表面相连。

这时，优选的是，在气流进口120的外周表面上，也就是引导环部分150的外周表面上，与涡旋防止单元160相对应，形成有与该涡旋防止单元160相对应的外锯齿170。当在与涡旋防止单元160相对应的引导环部分150的外周表面上形成外锯齿170时，因为引导环部分150有褶皱形状，它在不增加涡旋防止单元160的厚度的情况下具有结构稳定性，因此能保持承受汽车振动的强度。

在具有本发明的上述结构的风扇和罩组件的工作中，马达(未示出)由罩100的马达支承环130支承。风扇200从罩100的前侧插入气流进口120中。然后，风扇200的轮毂230(参考图3)与马达的轴相连。该组件通过其前侧而支承在换热器(未示出)的后表面上，也就是通过安装风扇200的一侧，对应于图5中气流的上游。当在该状态下驱动马达时，风扇200在气流进口120中旋转。

当风扇200旋转时，通过由于风扇200的叶片210旋转而产生的吸力，空气从位于风扇和罩组件前面的换热器的前侧被吸向换热器，且该空气通过该换热器。在空气通过换热器的过程中，在换热器中流动的换热介质被流过换热器的空气来冷却。流过换热器的空气被壳体110导向气流进口120。换句话说，从换热器前侧流向换热器的空气的量通过该罩100而增加。

由罩100的壳体110导向气流进口120的空气通过喇叭口180而平滑地向罩100的后侧、叶片210之间排出。在该过程中，如图8A所示，根据现有技术，在连接旋转的叶片12的顶端的环带13和固定的罩100的引导环部分150之间的环形空间中产生湍流和涡流。然而，在本发明中，例如如图8B所示，涡流被涡旋防止单元160有效地抑制，其中该涡旋防止单元160有沿叶片200旋转方向倾斜的第一表面162。

详细地说，当风扇200旋转时，在环带13和引导环部分150的内周表面之间的环形空间内产生沿风扇200旋转的方向流动的涡流。该涡流导致在风扇200的顶部产生顶部涡流噪音。在本发明中，涡旋防止单元160形成于引导环部分150的内周表面上，该涡旋防止单元160的形状为这样，即相对于罩100的中心圆弧163经过各个涡旋防止单元160的长度随着它接近该罩100的中心而减小，这样，能够即时防止涡流。也就是，当产生的涡流沿环带13流动并经过由涡旋防止单元160的一个表面，例如第一表面，和环带13的外周表面形成的渐减空间(decreasing space)时，涡流受到压缩，然后大大减小。

上述效果并不只是在有环带13时才产生。当没有环带时，在第一表面和根据风扇200旋转而形成的连接叶片12顶端的圆周之间也能产生该效果。

因此，因为在罩100的引导环部分150的内周表面内部显著减小了气体涡流现象，因此气流平滑。这样，因为经过换热器的空气量增加，换热器的冷却效率提高。还有，当气体涡流现象显著减小时，噪音减小。

本发明人在相同的风扇200转速条件下测量了现有的风扇和罩组件以及本发明的风扇和罩组件的噪音和气流量。其中，本发明的风扇和罩组件除了涡旋防止单元160以及在涡旋防止单元160和环带220之间的间隙外具有相同的规格。因此，与现有的风扇和罩组件相比，本发明的风扇和罩组件总是能使噪音减小至少2.0dB。

还有，根据对现有的罩和本发明的罩100的重量进行测量的结果，可以看见，本发明的罩100的重量比现有的罩的重量轻至少10％，因为本发明的罩100只有一个引导环部分150，而现有的罩有用于形成气流进口的外引导环和内引导环。

尽管上面介绍和说明了用于拉动器类型的风扇和罩组件的罩，但是涡旋防止单元也可以用于如图9所示的推动器类型的风扇和罩组件的罩，其中，空气被吸入，并在经过该风扇和罩组件后吹向换热器，这也包含在本发明的范围内。

如上所述，在具有根据本发明的上述结构的风扇和罩组件中，因为具有沿风扇旋转方向的倾斜表面的涡旋防止单元沿气流进口的内周表面，也就是沿引导环的内周表面，被布置成与风扇叶片顶端或风扇环带有预定间隙，因此，在引导环部分减小了气体涡流现象，从而提高了气流效率，还减小了噪音。因此，能够提高换热器的冷却效率，并可以实现汽车的安静驾驶。

还有，因为本发明的罩只包括一个引导环部分来形成气流进口，与现有的罩不同，因此该组件的总重量能减小。因此，当该组件安装在汽车内时，由于汽车重量减小，因此能够省油。

Claims (12)

1.一种风扇和罩组件，包括：

风扇，该风扇具有绕一根轴旋转的轮毂以及从该轮毂向外延伸的多个叶片；

罩，该罩包围风扇，以便调节由风扇旋转产生的气流；

引导环部分，该引导环部分位于在该罩和连接叶片顶端的圆周之间具有一预定间隙的位置处，从而，与罩结合的风扇能够旋转；以及

多个涡旋防止单元，这些涡旋防止单元与引导环部分形成为一体，以防止涡流运动沿连接叶片顶端的圆周在引导环部分和该圆周之间前进，各涡旋防止单元的形状为这样，即，经过各个涡旋防止单元的、以所述一根轴的旋转轴线为中心的圆弧的长度随着它接近该罩的中心而减小。

2.根据权利要求1所述的组件，其特征在于：各涡旋防止单元包括朝着风扇旋转方向的第一表面以及朝着与风扇旋转方向相反的方向的第二表面。

3.根据权利要求2所述的组件，其特征在于：由第一表面与气流进口的半径线，即从罩的中心到该第一表面的半径线，形成的第一角度大于由第二表面与该半径线形成的第二角度。

4.根据权利要求3所述的组件，其特征在于：该第一角度不小于20°但不大于80°，而该第二角度不小于-15°但不大于45°。

5.根据权利要求3所述的组件，其特征在于：该涡旋防止单元布置成彼此连续连接。

6.根据权利要求2所述的组件，其特征在于：各涡旋防止单元还包括连接第一表面和第二表面的第三表面。

7.根据权利要求6所述的组件，其特征在于：由第一表面与气流进口的半径线，即从罩的中心到该第一表面的半径线，形成的第一角度大于由第二表面与该半径线形成的第二角度。

8.根据权利要求7所述的组件，其特征在于：第三表面有一曲率，该曲率的半径由从罩的中心到该第三表面的长度确定。

9.根据权利要求7所述的组件，其特征在于：该第一角度不小于20°但不大于80°，而该第二角度不小于-15°但不大于45°。

10.根据权利要求1所述的组件，其特征在于：该风扇还包括连接叶片的顶端的环带。

11.根据权利要求1所述的组件，其特征在于：该引导环部分还包括一喇叭口，该喇叭口在位于罩后侧的引导环部分后端处向引导环部分内部延伸，并弯曲成使得空气流动所经过的通路朝着引导环部分的内部而减小。

12.根据权利要求1所述的组件，其特征在于：该风扇和罩组件吸入空气，并将该空气吹向换热器。

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