专利名称：风扇模块的制作方法
风扇模块
本发明涉及一种尤其是用于冷却汽车发动机的风扇模块。 由现有技术已知布置在汽车的冷却器和内燃机之间的轴流式风扇。 这种轴流式风扇配置有空气导向叶片，它们覆盖整个出口横截面并且用 于将流动的空气的转动能量转向到轴向上以便由此加强轴向的空气流。
由于在现代汽车的发动机室中不同的安装条件使得为内燃机和风 扇模块之间的间距提供的空间越来越小，混流式风扇变得越来越重要。
图14和15示意地显示了在汽车的冷却器200和内燃机300之间布置的 具有风扇马达500的风扇模块400，其中在图11中示出了轴流式空气流 动600和在图12中示出了混流式空气流动700。在这种结构形式中，空 气流沿轴向进入风扇和再部分地沿径向离开风扇。但是，使用已知的空 气导向叶片此时导致风扇性能的下降，因为在空气导向叶片将空气转向 到轴向时干扰了沿径向的空气流动。
此外，受限制的结构布置使得风扇马达的运行温度升高，这要求对 风扇马达以及尤其是对集成的电子装置进行更好的冷却。同时要使用越 来越大的功率的风扇马达，从而对风扇马达的冷却要求也不断提高。最 后由于内燃机的功率越来越大，风扇马达的环境温度和运行温度也不断 提高。
EP0387987A2描述了 一种用于在外壳中安置冷却器风扇马达的支 撑环。其中内支撑环借助于径向牵条定位在圆孔的中心上。径向牵条配 置有附加的稳定环，它们一方面用于提高支撑装置的机械稳定性和另一 方面用于将冷却空气流乂人径向转向到轴向和由此提高风扇效率。
US2005/0186070A1显示了一种风扇装置，其中空气进入开口用空 气导向元件覆盖，其中在开口的中心处的第一区域中的空气导向元件的 数目不同于在开口的周面处的第二区域中的空气导向元件的数目。空气 导向元件的数目此时相应于在风扇叶片的长度上可能出现的压力差这 样地选择，使得风扇的性能得到优化。
本发明的任务是提供 一种可以改善风扇马达的冷却的风扇模块。
该任务通过按照权利要求1所述的风扇模块解决。由此提供一种尤 其是用于汽车发动机的冷却的风扇模块，包括风扇外壳，包括在风扇外壳中布置的风扇马达(尤其是电动马达)和包括由风扇马达驱动的风扇 轮，其中风扇外壳具有固定的空气导向元件，它们布置在风扇轮的风扇 毂的区域中和仅仅部分地覆盖通过风扇外壳限定的出口横截面。在风扇 毂上布置有风扇叶片，其中在风扇毂的区域中的一些风扇叶片具有用于 形成流动开口的风扇叶片部段，该风扇叶片部段按照固定的分裂式襟翼
(Spreizklappe)的方式构造，用于在风扇毂附近产生提高的静空气压力。
因此按照本发明，风扇模块的冷却通过在风扇外壳，即支撑风扇马 达的框架上进行结构修改而得到改善。为此在风扇外壳上设有空气导向 元件，尤其是形式为空气导向叶片。通过这些空气导向元件在风扇模块 的前侧和后侧之间产生附加的压力差。
换言之，通过本发明，以前没有被利用的转动能量或者换一种方式 -沈，即通过风扇的空气流动的切向部分，纟支转换成静压力。在马达前侧 和马达后側之间的提高的压力差导致通过以敞开的结构方式实现的风 扇马达的空气流动被提高和由此使得风扇马达的冷却得到明显改善。但 是，空气导向元件没有导致沿径向的空气流的恶化，因为它们不是在出 口横截面的整个面积上延伸。此外，空气导向元件中央地布置在出口横 截面上，亦即在风扇穀的区域中，从而在风扇轮的外周上出现的空气流 动的大部分保持不受空气导向元件的干扰。用于冷却内燃机的主空气量 被在风扇的外部区域中(在叶片顶尖的区域中)转换。
为了进一步改善风扇马达的冷却，规定风扇叶片在风扇毂的区域中 具有用于形成流动开口的风扇叶片部段，它按照一种固定的分裂式襟翼 的形式进行构造，用于在风扇毂附近产生提高的静空气压力。由此提高 在风扇模块的前侧和后侧之间压力差。由此在风扇毂和风扇马达之间的 间隙上引导通过较大的空气量，其导致在该间隙中的文氏管效应的加强 和因此使得通过风扇马达的冷却空气流提高。
因此按照本发明，风扇;^莫块的冷却通过在风扇叶片上进行的结构改 变得到改善。为此在每个风扇叶片上在风扇毂的附近设有从风扇叶片的 型面上固定延伸的风扇叶片部段，从而形成一种具有初级叶片或主叶片 和次级叶片或辅助叶片的"被分开的风扇叶片"("裂开的叶片"或"开缝的 叶片")。此时辅助叶片通过固定延伸的风扇叶片部段形成和主叶片通过 (未延伸的)其余风扇叶片形成。用语"裂开的叶片"和"被分开的风扇叶片" 以下被同义地使用。该实施例基于这种被分开的风扇叶片在轴向风扇中的使用。这样延 伸的和作为辅助叶片使用的风扇叶片部段的作用原理基本上对应于一 种分裂式襟翼的作用原理，如它们在航空工业中作为提升辅助使用在机 翼后缘处的情况。由于风扇叶片的一部分(即辅助叶片)被延伸，因此风 扇叶片的弯曲增大。通过按照本发明的风扇叶片部段的该延伸，在风扇 叶片上形成的流动开口 。作为风扇叶片部段作用的辅助叶片的攻角和因 此通过风扇模块流动的空气的作用角不同于主叶片的攻角。
特别有利的是，通过辅助叶片使流动这样地被导向，使得由风扇叶 片可以防止不希望的流动分离。由此实现用于主空气流的最大风扇效率 的改善，因为减小了再循环效应。切向空气速度(周向速度)比常规的风 扇模块明显提高，由此同时也提高轴向分量，其导致冷却空气流的加强。 另一方面，由于提高了通过风扇马达的冷却空气流，因此可以改善风扇 马达的冷却包括集成的电子装置。
通过将流动开口集中在风扇毂的区域中，实现了在风扇外部区域中 在混流式流动分布下对风扇模块的背侧上的希望的径向通风效果的不 受影响。
通过本发明实现了对风扇马达冷却的改善。由此例如可以使用更强 大的风扇马达或现有的风扇马达可以在更高的环境温度下使用。 本发明的有利的实施例在从属权利要求中给出。
按照本发明的一个优选的实施例，空气导向元件覆盖出口横截面的
10至50%的面积。
被覆盖的面积大约20%取决于所选择的风扇直径，大约70%取决于 毂直径和大约10 %取决于轴向风扇模块至内燃机的距离。
在本发明的另 一 个实施例，空气导向元件的角度位置取决于风扇半 径r。攻角ot此时依据风扇半径r优选在ot=12°,当r-d时至oc=45。，当 产1.3xd时的范围中变化，其中d表示风扇毂的直径。
空气导向元件的攻角优选在径向上变化并且这样地变化，即对于各 个空气向量和其方向可以尽可能最佳地回收切向的空气能量。换言之， 通过空气导向元件的相应的实施例应该实现，将尽可能高的比例的切向 能量转向到轴向上。
按照本发明的另 一 个优选的实施例，空气导向元件的外端部通过外 环相互连接。由此实现特别稳定的结构。该外环优选这样地成形，使得沿轴向-径向通过的空气流动不受到阻碍。该环此时这样地构造，即轴向 流入的空气沿径向引走，而没有进行有意识的转向(例如使用转向元 件)。
按照另 一个优选的实施例，流动开口直接从风扇毂出发沿径向向外 在风扇叶片的端部的方向上延伸。("高度")流动开口的径向长度此时优
选最大对应于毂半径的30%。但是流动开口也可以具有更大的径向长 度，直到达到在风扇叶片的整个径向长度上延伸的流动开口处。
按照本发明的另一个优选的实施例，，相对于各自的径向位置，流 动开口的宽度优选在风扇叶片宽度的10和50%之间。当流动开口的宽 度在风扇叶片宽度的3 5和4 5 %之间时可以达到特别好的冷却效果。
按照本发明的另 一个优选的实施例，通过延伸的风扇叶片部段形成 的辅助叶片的攻角大于主叶片的攻角25至70度。当辅助叶片的攻角大 于主叶片的攻角40至55时可以达到特别好的冷却效果。
此时通过延伸的风扇叶片部段形成的辅助叶片可以按照各种方式 延伸。换言之，流动开口或者朝着压力侧布置或者朝着吸气侧布置。选 择哪种变型首先取决于可供使用的轴向结构空间。
延伸的风扇叶片部段和由此流动开口优选布置在风扇叶片后缘的 区域中。由此产生特别大的流动加强效果。
如果风扇叶片部段是成型的，尤其如机翼那样是弯曲的，则可以进 一步改善希望的流动效果。
此外，特别有利的是这样地设计流动开口的径向长度，使得流动开 口终止于空气导向元件的外环。这样就产生了一种特别有效的更高的切 向速度。它可以被相应地在风扇外壳布置的的、按照本发明的空气导向 元件利用，从而产生空气导向元件和流动开口的最佳的相互作用。
本发明以下根据借助于附图描述的实施例进行详细的说明。附图中
图1显示了风扇模块的一个示意视图，
图2显示了按照本发明的框架的一个示意的侧视图，
图3显示了空气导向元件的一个细节视图，
图4显示了带流动开口的风扇叶片的一个透视图，
图5显示了图4所示风扇叶片的毂周面的俯视图，
图6显示了第一实施例的一个示意视图，
图7显示了第二实施例的一个示意视图，图8显示了第三实施例的一个示意视图， 图9显示了第四实施例的一个示意视图， 图10显示了第五实施例的一个示意^L图， 图11显示了第六实施例的一个示意视图， 图12显示了第七实施例的一个示意视图， 图13显示了第八实施例的一个示意视图，图14显示了通过风扇模块(现有技术)的纯粹轴向的空气流动通过 的一个示意^L图和图15显示了通过风扇模块(现有技术)的混流式的空气流动的一个 示意视图。图1和2显示了轴向风扇模块100,如布置在汽车的发动机室中的 冷却器200和内燃机300之间。风扇模块IOO具有带圆形的开口 102(空 气通过开口)的框架101。该开口 102用作流过风扇模块IOO的冷却空气 的空气出口。在开口 102的中心布置马达安装环104,它用于支撑电动 马达，风扇马达105。风扇马达105通过驱动轴HI驱动风扇轮1。风 扇轮1具有风扇毂2和风扇叶片3。借助于风扇轮1在内燃机300的方 向上产生空气流。此时它是一种轴向-径向混合流动。冷却空气的流动 方向用箭头103示出了轴向流入的空气和用箭头103'示出了沿径向流出 的空气。这是指，空气沿轴向在流入側106(前侧)进入风扇模块100，但 是在出口侧107(后侧)沿轴向-径向离开风扇模块IOO和进入在风扇模块 100和内燃才几300之间的中间空间108 。从马达安装环104上出发， 一些形式为空气叶片的空气导向元件 109沿径向116向外延伸。风扇轮1的半径110在示出的实施例中为风 扇毂2的直径112的1.3倍。框架101的空气导向元件109的攻角oc在 流动方向103上为a=45°,参见图3。空气导向元件109的外端部113 外环114相互连接，该外环成形成不阻碍沿着轴向-径向流过的空气流动 103。外环U4通过沿径向116分布的径向牵条115按照支撑臂的方式 与框架101连接。换言之，风扇马达105由此被保持在框架101中。外 环114的直径117明显小于框架101的开口 102的直径U8，但是大于 风扇毂2的直径112。产生通过通过敞开的风扇马达105的冷却空气流，在风扇一莫块100 的流入侧106和出口侧107之间需要有压力差。通过设置空气导向元件109,在风扇才莫块100的出口侧107的压力被提高和由此在流入侧116 和出口侧107之间的压力差被提高。同时在风扇轮l的外部区域中冷却 空气的沿径向的流动不受影响。在图4和5中示出了风扇轮1的一部分。风扇毂2在风扇轮1转动 时沿转动方向4转动。在风扇毂2的区域中所示的风扇叶片3具有用于 形成流动开口 6的风扇叶片部段5。风扇叶片部段5按照一种固定的分 裂式襟翼的形式构造和用于在风扇毂2附近产生提高的静空气压力。为 了更好地显示流动情况，在附图中用箭头7表示出了相对于转动的风扇 叶片的空气流方向。风扇叶片3在毂周面8上以一定的攻角从风扇毂2的前缘9延伸到 后缘10风扇毂2的。换言之，风扇叶片3的前缘11在图中4中向右指 向观察者，而风扇叶片3的后缘12向左背离观察者指向。延伸的风扇 叶片部段5和由此流动开口 6布置在风扇叶片3的后缘12的区域中。通过延伸的风扇叶片部段5形成的流动开口 6向下由毂周面8限制。 换言之，流动开口 6直接从风扇毂2沿径向向外向外在风扇叶片端部13 的方向上延伸。流动开口 6的径向长度("高度")14此时对应于毂半径15 的30%,其中穀半径对应于乂人毂轴19到毂周面8的^_离。流动开口 6 的径向长度14设计成使得流动开口 6终止于空气导向元件109的外环 114。换言之，空气导向元件109的长度119对应于流动开口 6的径向 长度14。流动开口的宽度16为风扇叶片宽度17的35%。风扇叶片部 段5的宽度33在示出的实施例对应于流动开口 6的宽度16。风扇叶片 部段5(辅助叶片)的攻角P大于风扇叶片3(主叶片)的攻角25度。流动 开口 6向外在风扇叶片端部13的方向上由覆盖面18限制，该覆盖面将 风扇叶片部段5与风扇叶片3连接。但是作为覆盖面18的替代，也可 以设置从辅助叶片5到风扇叶片3的空气动力学上优化的流线的过渡部 分。但是，在其它的实施例(未示出)中，风扇叶片部段5的宽度33也可 以小于或大于流动开口 6的宽度16。为了清楚起见，在附图中分别只示出了一个惟一的风扇叶片3。但 是，优选风扇轮2的所有的风扇叶片3具有按照本发明的风扇叶片部段 5。如在图6至9中示意地示出的那样，通过延伸的风扇叶片部段5形 成的次级或辅助叶片21可以以各种方式伸展。此时作为辅助叶片21作用的风扇叶片部段5的攻角(32和由此通过风扇模块流动的空气的作用 角始终大于初级或主叶片20的攻角Ph在第一，简单的实施例(图6)中，主叶片20的后缘22与辅助叶片 21的前缘23位于相同的平面中。在第二实施例(图7)中，辅助叶片21的前缘23相对于主叶片20的 后缘22在轴向上错开距离24负地布置，亦即沿着风扇毂2的后缘10 的方向上布置。在第三实施例(图8)中，辅助叶片21的后缘26位于与主叶片20的 后缘22相同的平面中。换一种方式说，辅助叶片21的前缘23相对于 主叶片20的后缘22沿轴向错开距离25正地布置，亦即在风扇穀2的 前缘9的方向上布置。在第四实施例(图9)中，辅助叶片21的后缘26相对于主叶片20的 后缘22在轴向上错开距离27正地布置，亦即在风扇毂2的前缘9的方 向上布置。在第五实施例(图IO)中，主叶片20和辅助叶片21也可以完全重叠。 换言之，辅助叶片21的后缘26在轴向上错开距离28正地布置，亦即 在风扇毂2的前缘9的方向上布置。辅助叶片21的后缘26到主叶片20 的前缘29的距离此时要短于主叶片20的后缘22到其前缘29的距离。 此外，辅助叶片的前缘23在轴向上被正地移动超过主叶片20的前缘29。在第六实施例(图ll)中，类似于在图6至10中的情况，辅助叶片 21在其后缘26的区域中强烈弯曲。在第七实施例(图12)中，主叶片20 在其后缘22的区域中强烈弯曲。在第八实施例(图13)中，不仅主叶片 20而且辅助叶片21在其后缘22, 26的区域中都强烈弯曲。此时强烈弯 曲部32总是用于加强空气流。在所有到此为止所描述的和示出的示例中，主叶片20的弦长30总 是大于辅助叶片21的弦长31，参见图10。但是按照本发明，主叶片20 的弦长30也可以小于或等于辅助叶片21的弦长31。具体的尺寸设计主 要取决于各使用目的。
权利要求
1.风扇模块(100)，尤其用于冷却汽车发动机，包括风扇外壳(101)，包括在风扇外壳(101)中布置的风扇马达(105)和包括由风扇马达(105)驱动的风扇轮(1)，其中风扇外壳(101)具有固定的空气导向元件(109)，它们布置在风扇轮(1)的风扇毂(2)的区域中和仅仅部分地覆盖通过风扇外壳(101)限定的出口横截面(102，118)，其特征在于，在风扇毂(2)上布置有风扇叶片(3)，其中在风扇毂(2)的区域中的一些风扇叶片(3)具有用于形成流动开口(6)的风扇叶片部段(5)，该风扇叶片部段按照固定的分裂式襟翼的方式构造，用于在风扇毂(2)附近产生提高的静空气压力。
2. 按照权利要求1所迷的风扇模块(IOO),其特征在于，空气导向元 件(109)覆盖出口横截面(102, 118)的10至50%的面积。
3. 按照权利要求1或2所述的风扇模块(IOO)，其特征在于，空气导 向元件(109)以一定的攻角ot相对于冷却空气的流动方向(103)布置和空 气导向元件(109)的角度位置取决于风扇轮(1)的半径(110)。
4. 按照权利要求3所迷的风扇模块(IOO),其特征在于，空气导向元 件(109)的攻角a为在r=d下的a^2。至在r=1.3xd下的a=45°,其中"r" 表示风扇轮(l)的半径(110)和"d"表示风扇毂P)的直径(112)。
5. 按照权利要求1至4中之一所述的风扇模块(IOO)，其特征在于， 空气导向元件(109)的外端部(13)通过外环(114)相互连接。
6. 按照权利要求1至5中之一所述的风扇模块(IOO)，其特征在于， 流动开口 (6)的径向长度(14)最大对应于毂半径(15)的30 % 。
7. 按照权利要求1至6中之一所述的风扇模块(IOO),其特征在于， 流动开口 (6)的宽度(16)在风扇叶片宽度(17)的3 5和45 %之间。
8. 按照权利要求1至7中之一所述的风扇模块(IOO)，其特征在于， 风扇叶片部段(5)的攻角(p》比风扇叶片(2)的攻角((30大40至55度。
9. 按照权利要求1至8中之一所述的风扇模块(IOO)，其特征在于， 风扇叶片部段(5)布置在风扇叶片(2)的后缘(12)的区域中。
10. 按照权利要求1至9中之一所述的风扇模块(IOO)，其特征在于， 流动开口 (6)的径向长度(14)设计成使得流动开口 (6)终止于空气导向元 件(109)的外环(U4)。
全文摘要
本发明涉及一种风扇模块，尤其用于冷却汽车发动机。为了能够改善风扇马达的冷却，建议，其中布置了风扇马达(105)的风扇外壳(101)具有固定的空气导向元件(109)，它们布置在由风扇马达(105)驱动的风扇轮(1)的风扇毂(2)的区域中和仅仅部分地覆盖通过风扇外壳(101)限定的出口横截面(102，118)。
文档编号F04D29/54GK101278128SQ200680035764
公开日2008年10月1日 申请日期2006年9月13日 优先权日2005年9月27日
发明者B·哈维尔, H·雷德尔伯格, P·德菲利皮斯 申请人:威迪欧汽车电子股份公司