具有结合线强度改进的带状冷却风扇带的制作方法

1.本发明涉及一种具有结合线强度改进的带状冷却风扇带。

背景技术：

2.汽车通常需要一个或多个空气流动风扇来帮助通过一个或多个热交换器进行热传递。例如，轴流式风扇可用于汽车冷却，其包括联接到马达轴的毂、从毂外圆周突出的多个叶片，和连接叶片尖端以防止叶片变形的带。
3.这种风扇通常经由塑料注射模制工艺大量制造，在该工艺中，风扇100的模具在毂形成部分附近注射有熔融塑料（图1）。从（一个或多个）注射点101，熔融塑料（由箭头表示）在模具腔内从毂形成部分，径向向外通过叶片形成部分，并且然后沿带形成部分周向流动。当两个流动前沿在带形成部分内相遇时，在所得的风扇带120中形成结合线150。结合线150形成在带120中每对相邻风扇叶片140之间的大约中间位置。结合线150通常比没有结合线150的带120的其它区域更弱，并且因此可能是风扇100内的初始故障点。
4.可通过简单地增加带的厚度来改进扇形带的结合线强度。但是随着厚度的增加，带的质量增加，并且因此离心应力增加。此外，从模制最佳实践的观点来看，增加远离注射位置的注射模制零件的质量是不期望的。

技术实现要素：

5.在一些方面，带状风扇包括结构增强的结合线，该结合线改进了带状结合区域的强度，从而增加了风扇的整体结构强度。
6.为了增加风扇叶片之间的风扇带的刚度和强度，在风扇带结合线出现的地方，风扇带包括增加径向厚度的区域（称为“加厚区域”），这些区域设置在风扇带圆柱形部分的向外表面上。每个加厚区域远离毂向外突出，并且周向延伸穿过（或“桥接”）结合线。每个加厚区域被配置成具有到带的向外表面的其它部分的平滑过渡，并且其尺寸被设计成降低带中的应力，同时确保结合线被桥接和充分增强。
7.通过提供增加厚度的局部区域，风扇带结合线强度得到改进，同时最小化带质量的增加，并且因此也最小化离心应力的对应增加。此外，通过将带厚度的增加限制到（1）带的圆柱形部分和（2）不与风扇叶片径向对齐的带区域，增加带厚度的不期望的影响被最小化。这种增加厚度的策略增加了弱带结合线的强度，并且通过避免在不增加结合强度的地方增加质量而有效地做到了这一点。
8.在一些方面，风扇包括被配置为由马达驱动以绕风扇旋转线旋转的毂，和围绕旋转轴线并与毂同心的带。带包括面向通过风扇的气流方向的前端和与前端相对的后端。风扇包括从毂径向突出的叶片。每个叶片具有连接到毂的根部和连接到带的面向毂的表面的尖端。对于沿绕带的圆周延伸的线的每个位置，风扇旋转轴线和带之间的距离是恒定的，其中，线设置在带后端的带的面向毂的表面上。此外，带的径向尺寸沿线是不均匀的。
9.在一些实施例中，带包括圆柱形部分、唇部分和中间部分。圆柱形部分平行于风扇
旋转轴线延伸，并包括带后端。唇部分相对于风扇旋转轴线成角度延伸。唇部分的表面包括带前端。中间部分将圆柱形部分的一个端部连接到唇部分的一个端部。每个叶片的尖端沿对应的叶片尖端区域接合到圆柱形部分。圆柱形部分包括具有第一径向尺寸的线的第一区域和具有第二径向尺寸的线的第二区域。第二径向尺寸比第一径向尺寸小。线的第一区域设置在一对相邻叶片的尖端的相应叶片尖端区域之间，并且线的第二区域与相应叶片尖端区域径向对齐。
10.在一些实施例中，第一径向尺寸比唇部分的轴向尺寸大。
11.在一些实施例中，第一径向尺寸比第二径向尺寸大至少百分之五。
12.在一些实施例中，中间部分的尺寸沿带的圆周是不均匀的，使得中间部分在与线的第一区域径向对齐的位置处的尺寸比中间部分在与线的第二区域径向对齐的位置处的对应尺寸大。
13.在一些实施例中，圆柱形部分包括具有锥形径向尺寸的线的第三区域。线的第三区域提供了线的第一区域和线的第二区域之间的过渡，其中线的每个第三区域的圆周尺寸至少与其邻接的线的第一区域的圆周尺寸一样长。
14.在一些实施例中，圆柱形部分包括具有锥形径向尺寸的线的第三区域。线的第三区域提供了线的第一区域和线的第二区域之间的过渡，其中，线的第一区域中的一个和各自邻接的线的第三区域的周向尺寸的总和至少是相邻叶片尖端之间距离的百分之五十。
15.在一些实施例中，带的径向尺寸沿线是不均匀的，使得径向尺寸沿带的圆周周期性变化。此外，径向尺寸在相邻叶片之间的位置处最大，并且在与叶片对齐的位置处最小。
16.在一些实施例中，带包括圆柱形部分、唇部分和中间部分。圆柱形部分平行于风扇旋转轴线延伸，并且包括带前端。唇部分相对于风扇旋转轴线成角度延伸。唇部分的表面包括带后端。中间部分将圆柱形部分的一个端部连接到唇部分的一个端部。每个叶片的尖端沿相应的叶片尖端区域接合到圆柱形部分。圆柱形部分包括具有第一径向尺寸的线的第一区域和具有第二径向尺寸的线的第二区域。第二径向尺寸比第一径向尺寸小。线的第一区域设置在一对相邻叶片的尖端的相应叶片尖端区域之间。此外，线的第二区域与相应的叶片尖端区域径向对齐。
17.在一些方面，风扇包括被配置为由马达驱动以绕风扇旋转线旋转的毂，和围绕旋转轴线并与毂同心的带。带包括面向通过风扇的气流方向的前端和与前端相对的后端。风扇包括从毂径向突出的叶片，每个叶片包括连接到毂的根部和连接到带的面向毂的表面的尖端。对于沿绕带的圆周延伸的线的每个位置，风扇旋转轴线和带之间的距离是恒定的，其中，线设置在带后端的带的面向毂的表面上。带的径向尺寸沿线是不均匀的，使得径向尺寸沿带的圆周周期性地变化，并且径向尺寸在相邻叶片之间的位置处具有最大值，并且在与叶片对齐的位置处具有最小值。
附图说明
18.图1为带状冷却风扇的示意性俯视平面图，用以下进行标记：a）圆圈识别出风扇的注射模制工艺期间熔融塑料的注射位置；b）箭头示出注射模制工艺期间熔融塑料通过模具腔的流动方向；和c）虚线指示相邻风扇叶片对之间的结合线的位置。
19.图2为包括增强加厚区域的带状冷却风扇的一部分的透视图，其中虚线指示相邻
风扇叶片对之间的结合线的位置。
20.图3为图2的带状冷却风扇的一部分的透视图，其说明了具有切除部分的带，该切除部分示出了带在结合线处的横截面和带在叶片尖端区域的横截面。
21.图4为图3中称为“图4”的位置处的带的横截面图。
22.图5为图3中称为“图5”的位置处的带的横截面图。
23.图6为沿图7的线a-a所见的带的横截面图。
24.图7为风扇的一部分的底部平面图。
25.图8为图2的风扇的一部分的侧横截面图。
26.图9为替选实施例风扇的一部分的侧横截面图。
27.图10为另一个替选实施例风扇的一部分的侧横截面图。
28.图11为又另一个替选实施例风扇的一部分的侧横截面图。
具体实施方式
29.参考图2-8，可用于冷却通过诸如汽车散热器的热交换器内部的热交换介质的轴流式风扇1提供有联接到诸如马达的驱动源（未示出）的毂2。风扇1包括从毂2径向向外突出的多个叶片40。此外，风扇1包括围绕毂并连接每个叶片40的尖端42的带20，以防止叶片40变形。毂2、叶片40和带20例如在注射模制工艺中以单件形成。风扇1通过从马达传递到毂2的旋转力而旋转。在说明的实施例中，风扇1相对于图2所示的视图在顺时针方向绕风扇旋转轴线10旋转，并且由箭头a表示的气流方向平行于风扇旋转轴线10。带20包括加厚区域160，其在结合线150附近减小带应力并增加带20的结构完整性。加厚区域160将在下面详细描述。
30.毂2为中空圆柱体，其在一端部处由垂直于风扇旋转轴线10的端部表面6封闭。毂2的外圆周4面向带20。
31.每个叶片40包括联接到毂2的面向带的表面4的根部44，和与根部44间隔开的尖端42。每个尖端42联接到带20的面向毂的表面24。每个叶片40的气流导向表面具有复杂的三维曲率，这由具体应用的要求确定。叶片配置，包括风扇1采用的叶片40的数量、叶片40的形状、叶片间距等也由具体应用的要求确定。
32.从风扇1排出的气流的方向至少部分取决于叶片曲率，并且包括基本上轴向流动分量。如本文所用，术语“轴向流动分量”是指沿平行于风扇旋转轴线10的方向流动的气流分量。
33.带20通常为与毂2同心并且从毂2径向向外间隔开的l形圆周环。特别地，带20包括圆柱形部分22，其对应于l形的一条腿，并且平行于风扇旋转轴线10延伸。带20包括唇部分30，其对应于l形的另一条腿，并且与风扇旋转轴线10成角度延伸。在说明的实施例中，唇部分30垂直于圆柱形部分22，并且相对于通过风扇1的气流方向a提供了带20的前端25。此外，带20包括弯曲的中间部分28，其将圆柱形部分22的一个端部连接到唇部分30的一个端部。圆柱形部分22环绕毂2，并且唇部分30朝远离毂2的方向从圆柱形部分22突出。
34.带20具有面向并与流经风扇1的空气形成接触的第一表面21，和与第一表面相对的第二表面23。因此，圆柱形部分22的面向毂的表面24提供了第一表面21的一部分。
35.每个叶片尖端42沿圆柱形部分22的被称为“叶片尖端区域”48的周向延伸区域接
合到圆柱形部分22的面向毂的表面24。
36.带20的圆柱形部分22包括从第二表面23突出的结构增强的加厚区域160。如本文所用，带20的厚度的提及对应于第一表面21和第二表面23之间的距离。在圆柱形部分22内，带20的厚度对应于带20的径向尺寸，而在唇部分30内，带20的厚度对应于带20的轴向尺寸。
37.由于风扇1为注射模制的，所以风扇1包括有利于注射模制制造工艺的结构。例如，毂2和带20可具有允许风扇1从模具去除的拔模角度。在另一个示例中，面向彼此的毂2和带20的表面可包括在分模线附近控制熔融塑料在模具内的流动的截流阀。虽然带20包括制造目的所需且影响带20厚度的特征，诸如拔模和截流阀，但是这种制造相关的特征不增强结合线150，并且不被认为是加厚区域160的一部分。由于与制造相关的特征、诸如拔模和截流阀不延伸到带的后端29（例如，带20的相对于通过风扇1的气流方向a最下游的端部），所以加厚区域160可相对于绕带的圆周延伸的线180来限定，其中线180设置在后端29处的带20的面向毂的表面24上。特别地，对于沿线180的每个位置，风扇旋转轴线10和带20的面向毂的表面24之间的距离12都是恒定的，并且带20的径向尺寸沿线180是不均匀的。也就是说，加厚区域160对应于来自带第二表面23的突出部。应当理解，加厚区域160不限于线180，并且在唇30和后端29之间轴向延伸。
38.每个加厚区域160在与加厚区域160间隔开（例如，之间）的位置处的厚度t1比带圆柱形部分22的厚度t2大。特别地，带圆柱形部分22与叶片尖端区域48径向对齐的部分不提供增加的厚度，并且被称为非加厚区域162。在非加厚区域162中，带圆柱形部分22、带中间部分28和带唇部分30各自具有厚度t2。在说明的实施例中，非加厚区域162的厚度t2等于唇部分30的厚度t
唇
。虽然加厚区域160可轴向（例如，沿平行于风扇旋转轴线10的方向）延伸到弯曲的中间部分28的一部分中，但是带20的唇部分30没有加厚，并且在带20的圆周上具有均匀的厚度t
唇
。
39.在一些实施例中，加厚区域160的厚度t1比非加厚区域162的厚度t2大至少百分之五。在其它实施例中，加厚区域160的厚度t1比非加厚区域162的厚度t2大至少百分之10、百分之20、百分之30、百分之40、百分之50或百分之60。加厚区域160的厚度t1基于具体应用的要求来确定，同时改进结合线强度并最小化带质量的增加，并且因此也最小化离心应力的对应增加。
40.带20包括设置在每对相邻叶片40之间的加厚区域160，使得单个加厚区域160设置在每对相邻叶片40之间。在说明的实施例中，加厚区域160的数量等于叶片40的数量。
41.加厚区域160设置在相邻一对叶片40的相应尖端42之间。在说明的实施例中，加厚区域160设置在相邻一对叶片40的相应尖端42之间的中间位置，以便延伸穿过对应的结合线150。然而，在其中结合线150未设置在相应尖端42中间位置的应用中，诸如可能发生在具有不相等叶片间距的风扇中，应当理解，加厚区域160可朝向相邻叶片对中的一个叶片偏移，以便桥接结合线150。
42.每个加厚区域160周向延伸。在一些实施例中，每个加厚区域160的周向尺寸c1在叶片间弧长c2的百分之5至百分之50的范围内，其中叶片间弧长对应于相邻叶片40的相应尖端42或叶片尖端区域48之间沿面向毂的表面24的距离。
43.带20的圆柱形部分22包括设置在每个加厚区域160和相邻叶尖42之间的过渡区域164。在一些实施例中，每个加厚区域160的周向尺寸c1和邻接过渡区域164的周向尺寸c3的
总和在叶片间弧长c2的百分之50至百分之100的范围内。
44.在图2-8所说明的实施例中，邻接加厚区域160的每个过渡区域164的周向尺寸c3大约与加厚区域160的周向尺寸c1相同，每个区域164、160、164沿叶片间弧长c2的大约三分之一延伸。在其它实施例中，加厚区域160可不周向延伸，因为最大厚度可出现在单个基本上零宽度的线上（例如，在这种情况下，每个加厚区域160的周向尺寸c1接近零），并且过渡区域164可相对较大，使得厚度变化在叶片间空间上非常平缓。
45.因此，带圆柱形部分22沿带20的圆周具有不均匀的厚度，使得厚度沿带的圆周周期性地变化。此外，圆柱形部分22在相邻叶片40之间的位置处具有最大厚度，并且在与叶片40对齐的位置处具有最小厚度。
46.加厚区域160是低调的，体现在加厚区域160的厚度t1至多为叶片跨度46的百分之20,其中叶片跨度46对应于叶片40中的一个的根部44和尖端42之间的距离。这种配置最小化了风扇直径，改进了封装灵活性。在诸如发动机冷却的一些应用中，发动机冷却风扇可具有加厚区域160，其中厚度t1可在叶片跨度46的百分之二至百分之三的范围内。因为加厚区域160具有相对较大的圆周范围，所以确保了每个带结合线150将处于加厚区域160的径向突出部中。继而，这确保了加厚区域160适当地增强相应的结合线150，即使在制造工艺期间塑料注射的位置有相对较大的变化。
47.通过在带20的第二表面23上提供加厚区域160，空气通过风扇1时的流动损失被最小化。
48.在带20上采用加厚区域160不限于具有下游定子设计的风扇1，如图2-8所示，其中定子（未示出）支撑马达（未示出），该马达经由毂2驱动风扇1。在下游定子设计中，定子相对于通过风扇1的气流方向a设置在风扇1的下游。在下游定子设计中，唇部分30提供了带20的前端25。加厚区域160可用于增强具有上游定子设计的风扇201中的带结合线150，如图9所示。在上游设计中，定子相对于通过风扇201的气流方向a设置在风扇201的上游。在图9中，唇部分30提供了带220的前端25。在替选的具有上游定子设计的风扇301（图10）中，唇部分30提供了带320的后端29。虽然如图8-10所示，唇部分30可在垂直于风扇旋转轴线10的方向上延伸，但是唇部分10不限于这种配置。例如，在一些实施例中，唇部分30可相对于风扇旋转轴线10成锐角延伸，如图11所说明的替选的上游定子设计风扇401的带420中，或在下游定子设计风扇（未示出）中所示。
49.虽然图2-11中所说明的冷却风扇为汽车冷却风扇，但是图2-11中描述的冷却风扇不限于汽车应用。例如，冷却风扇可在计算机中用于冷却硬盘驱动器，在加热和通风单元中冷却压缩机等。此外，图2-11所说明的冷却风扇不限于用于冷却应用。
50.风扇的选择性说明实施例在上文一些细节中描述。应该理解的是，本文只描述了被认为是使风扇清晰所必需的结构。其它常规结构和那些风扇的附属和辅助部件的部件被认为是本领域技术人员已知和理解的。此外，虽然上文已经描述了风扇的工作示例，但是风扇不限于上述工作示例，而是可在不脱离权利要求中阐述的风扇的情况下进行各种设计修改。

技术特征：

1.一种风扇，所述风扇包括：毂，所述毂被配置成由马达驱动以绕风扇旋转轴线旋转；带，所述带围绕所述旋转轴线并与所述毂同心，所述带包括面向通过所述风扇的气流方向的前端和与所述前端相对的后端；和叶片，所述叶片从所述毂径向突出，每个叶片包括连接到所述毂的根部和连接到所述带的面向毂的表面的尖端，其中，对于沿绕所述带的圆周延伸的线的每个位置，所述风扇旋转轴线和所述带之间的距离是恒定的，其中所述线设置在带后端处所述带的面向毂的表面上，并且所述带的径向尺寸沿所述线是不均匀的。2.根据权利要求1所述的风扇，其中，所述带包括：圆柱形部分，所述圆柱形部分平行于所述风扇旋转轴线延伸，所述圆柱形部分包括带后端；唇部分，所述唇部分相对于所述风扇旋转轴线成角度延伸，所述唇部分的表面包括带前端；和中间部分，所述中间部分将所述圆柱形部分的一个端部连接到所述唇部分的一个端部，并且其中，每个叶片的尖端沿对应的叶片尖端区域接合到所述圆柱形部分，所述圆柱形部分包括所述线的具有第一径向尺寸的第一区域和所述线的具有第二径向尺寸的第二区域，所述第二径向尺寸比所述第一径向尺寸小，所述线的第一区域设置在一对相邻叶片的尖端的相应叶片尖端区域之间，并且所述线的第二区域与相应的叶片尖端区域径向对齐。3.根据权利要求2所述的风扇，其中，所述第一径向尺寸比所述唇部分的轴向尺寸大。4.根据权利要求2所述的风扇，其中，所述第一径向尺寸比所述第二径向尺寸大至少百分之五。5.根据权利要求2所述的风扇，其中，所述中间部分的尺寸沿所述带的圆周是不均匀的，使得所述中间部分在与所述线的第一区域径向对齐的位置处的尺寸比所述中间部分在与所述线的第二区域径向对齐的位置处的对应尺寸大。6.根据权利要求2所述的风扇，其中，所述圆柱形部分包括所述线的具有锥形径向尺寸的第三区域，所述线的第三区域提供所述线的第一区域和所述线的第二区域之间的过渡，其中，所述线的每个第三区域的圆周尺寸至少与其邻接的所述线的第一区域的圆周尺寸一样长。7. 根据权利要求2所述的风扇，其中，所述圆柱形部分包括具有锥形径向尺寸的所述线的第三区域，所述线的第三区域提供所述线的第一区域和所述线的第二区域之间的过渡，其中，所述线的第一区域中的一个和每个邻接的所述线的第三区域的周向尺寸的总和至少是相邻叶片的尖端之间距离的百分之五十。8.根据权利要求1所述的风扇，其中，所述带的径向尺寸沿所述线是不均匀的，使得所
述径向尺寸沿所述带的圆周周期性变化，并且所述径向尺寸在相邻叶片之间的位置处最大，并且在与叶片对齐的位置处最小。9.根据权利要求1所述的风扇，其中，所述带包括：圆柱形部分，所述圆柱形部分平行于所述风扇旋转轴线延伸，所述圆柱形部分包括带前端；唇部分，所述唇部分相对于所述风扇旋转轴线成角度延伸，所述唇部分的表面包括带后端；和中间部分，所述中间部分将所述圆柱形部分的一个端部连接到所述唇部分的一个端部，并且其中，每个叶片的尖端沿对应的叶片尖端区域接合到所述圆柱形部分，所述圆柱形部分包括所述线的具有第一径向尺寸的第一区域和所述线的具有第二径向尺寸的第二区域，所述第二径向尺寸比所述第一径向尺寸小，所述线的第一区域设置在一对相邻叶片的尖端的相应叶片尖端区域之间，并且所述线的第二区域与相应的叶片尖端区域径向对齐。10.一种风扇，所述风扇包括：毂，所述毂被配置成由马达驱动以绕风扇旋转轴线旋转；带，所述带围绕所述旋转轴线并与所述毂同心，所述带包括面向通过所述风扇的气流方向的前端和与所述前端相对的后端；和叶片，所述叶片从所述毂径向突出，每个叶片包括连接到所述毂的根部和连接到所述带的面向毂的表面的尖端，其中，对于沿绕所述带的圆周延伸的线的每个位置，所述风扇旋转轴线和所述带之间的距离是恒定的，其中，所述线设置在带后端处所述带的面向毂的表面上，所述带的径向尺寸沿所述线是不均匀的，使得所述径向尺寸沿所述带的圆周周期性地变化，并且所述径向尺寸在相邻叶片之间的位置处具有最大值，并且在与叶片对齐的位置处具有最小值。

技术总结

风扇包括被配置成由马达驱动以绕风扇旋转轴线旋转的毂，从所述毂径向突出的叶片，和围绕旋转轴线并连接叶片的尖端的带。带包括结构增强的加厚区域，其朝远离毂的方向从带的外表面突出。加厚的区域设置在每对相邻叶片的相应尖端之间。每个加厚的部分桥接带的结合线。应尖端之间。每个加厚的部分桥接带的结合线。应尖端之间。每个加厚的部分桥接带的结合线。