一种基于双曲率气动构型的弧形斗式风扇的制作方法

1.本发明涉及一种电机风扇结构，尤其是一种弧形斗式风扇结构。

背景技术：

2.电机在运转过程中往往会释放产生大量的热量，为了保证电机的正常工作，必须对这些在高温条件下工作的部件进行冷却。冷却系统设计的好坏对电机的性能影响重大，冷却风扇更是在冷却系统中起着巨大的作用，因此冷却风扇关系到电机性能的好坏。如图1的(a),(b)所示。
3.随着电机技术的不断发展，散热量大，效率高，功耗低成为了现在电机发展对冷却风扇设计理念所提出的必然要求。冷却风扇作为冷却系统的重要组成部分，主要分为离心式和轴流式两种，如图2的(a)，(b)所示。
4.离心式风扇风压高，可以根据需要获得不同的压力；轴流式风扇具有风量大、结构简单、普适性、用途广泛等特点，但由于其受到电机的阻隔，气流不能顺利到达中央部位，造成“盲区”。盲区的存在会导致其散热器核心部位温度偏高，影响整体散热效果。无论是轴流风扇还是离心风扇，由于其本身结构特性，在电机上均只存在单一风路，这就导致电机散热能力差，影响使用寿命。为解决单一风路问题，现有技术提出了一种用于电机上的弧形斗式风扇结构，将该风扇安装于电机转子上，如图3的(a)所示。弧形斗式风扇的气流走向主要可分为两路，一路为转子与定子中部(表现为轴流特性)，另一路为定子端部(表现为离心特性)，如图3的(b)所示。当电机运行后(图6的(a)中的向上箭头为电机旋转方向)，由于弧形斗式风扇的加装，两侧气流将顺着风扇轴流方向(沿着向内虚线箭头)流进转子铁芯凹槽内,接着被甩出凹槽从而达到冷却定子铁芯中部的效果；同样，两侧气流也会顺着风扇离心方向(沿着向外虚线箭头)，将气流沿转子径向甩出从而达到冷却定子铁芯端部的效果。因此，弧形斗式风扇很好的解决了目前现有的轴流式与离心式风扇单一风路的问题。如图4所示，原始弧形斗式风扇轴向叶片叶型由径向直板1、轴向进口直板2、轴向圆弧板3、轴向出口直板4构成，叶片进出口均为直线段，对于轴向流动中的周向速度适应度有限，无法避免叶片进口的气流冲击现象。中段圆弧曲率过大，对于气流转折的调节度有限；进口几何角度α与来流速度方向的匹配度，亦会在相当程度上影响流场分布与气动效率。

技术实现要素：

5.本发明是要提供一种基于双曲率气动构型的弧形斗式风扇，使得流场结构得到不同程度的改善，尤其是吸力面(背弧)的流动分离现象及局部低速涡流现象，得到较为明显的抑制，从而减少了流动损失，同时可在较大程度减少流场的进口气流冲击损失，最终提高了叶轮效率。
6.为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种基于双曲率气动构型的弧形斗式风扇，包括弧形斗式风扇径向叶片叶型，所述弧形斗式风扇径向叶片叶型由径向进口圆弧板、径向出口直板、轴向圆弧板、轴向出口直板组成，所述径向出口直板下端连接径向进口圆弧
板构成进口圆弧段，上端通过轴向圆弧板连接轴向出口直板构成出口直线段。
7.进一步，所述进口圆弧段具有一个进口几何角度α和几何角度β，通过调整进口几何角度α，几何角度β能优化气流诱导作用，减轻气流对叶片的冲击，以减少局部流动损失。
8.进一步，所述进口圆弧段上的进口几何角度α大小由轴向进口曲率ra和径向进口曲率rc确定。
9.进一步，所述进口几何角度α通过增加轴向进口曲率ra和增加径向进口曲率rc来调整进口圆弧板的进口几何角度α，用于优化气流诱导作用，减轻叶片进口的气流冲击现象，以减少局部流动损失和气流经过风扇的局部损失。
10.进一步，所述出口直线段与转子凹槽方向保持一致。
11.本发明的有益效果是：
12.(1)本发明取消进口直线段，将进口直线段与中段圆弧，采用单独的小曲率圆弧段代替，调整进口几何角度α。
13.(2)本发明将叶片径向型线改为由进口圆弧段与出口直线段构成，调整几何角度β，进口圆弧段的作用在于减小进口气流冲击，出口直线段的目的是与转子凹槽方向保持一致。
14.(3)本发明极大程度上提高了风扇的气动性能，加强了散热能力，且几乎没有额外增大风扇面积，在相同的迎风面积下，能产生更大的风量风压，节约成本。
15.因此，本发明的基于双曲率气动构型的弧形斗式风扇，使得流场结构得到不同程度的改善，尤其是吸力面(背弧)的流动分离现象及局部低速涡流现象，得到较为明显的抑制，从而减少了流动损失，同时可在较大程度减少流场的进口气流冲击损失，最终提高了叶轮效率。
附图说明
16.图1为电机简化图；
17.其中：(a)转子及风扇(去除定子铁芯)，(b)风扇局部放大图；
18.图2为常见轴流及离心风扇示意图；
19.其中：(a)轴流风扇，(b)离心风扇；
20.图3为弧形斗式风扇轴流离心特性示意图；
21.其中：(a)风扇安装于电机转子上，(b)弧形斗式风扇的气流走向
22.图4为原始弧形斗式风扇简化图；
23.图5为本发明的基于双曲率气动构型的弧形斗式风扇简化图；
24.图6为本发明的基于双曲率气动构型的弧形斗式风扇的气流走向示意图；
25.图7为本发明的基于双曲率气动构型的弧形斗式风扇的改进方案示意图；
26.其中：(a)轴向剖面方案，(b)径向剖面方案。
具体实施方式
27.下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
28.如图5所示，本发明的一种基于双曲率气动构型的弧形斗式风扇，包括弧形斗式风扇径向叶片叶型。弧形斗式风扇径向叶片叶型由径向进口圆弧板5、径向出口直板6、轴向圆
弧板3、轴向出口直板4构成。径向出口直板6下端连接径向进口圆弧板5构成进口圆弧段，上端通过轴向圆弧板3连接轴向出口直板4构成出口直线段。
29.进口圆弧段具有一个进口几何角度α和几何角度β。进口圆弧段上的进口几何角度α大小由轴向进口曲率ra和径向进口曲率rc确定。
30.本发明通过调整进口几何角度α，几何角度β,优化气流诱导作用，减轻气流对叶片的冲击，以减少局部流动损失。基于双曲率气动构型的弧形斗式风扇使得流场结构得到不同程度的改善，尤其是吸力面(背弧)的流动分离现象及局部低速涡流现象，得到较为明显的抑制，从而减少了流动损失，同时可在较大程度减少流场的进口气流冲击损失，最终提高了叶轮效率。
31.具体风路如图6所示，首先保持叶片轴向出口直板段不变，取消进口直板段，将进口直板段与中段圆弧，采用单独的小曲率圆弧段代替，如图7的(a)所示。可调整圆弧板进口几何角度，增加轴向进口曲率ra，优化气流诱导作用，减轻叶片进口的气流冲击现象，以减少局部流动损失；接着保持叶片径向出口几何角度不变，将叶片径向型线由进口直板段改为进口圆弧段与出口直板段构成，如图7的(b)所示。可调整圆弧板进口几何角度，增加径向进口曲率rc，以达到尽量减小气流冲击的目的，减少局部流动损失减小气流经过风扇的局部损失。

技术特征：

1.一种基于双曲率气动构型的弧形斗式风扇，包括弧形斗式风扇径向叶片叶型，其特征在于：所述弧形斗式风扇径向叶片叶型由径向进口圆弧板、径向出口直板、轴向圆弧板、轴向出口直板组成，，所述径向出口直板下端连接径向进口圆弧板构成进口圆弧段，上端通过轴向圆弧板连接轴向出口直板构成出口直线段。2.根据权利要求1所述的基于双曲率气动构型的弧形斗式风扇，其特征在于：所述进口圆弧段具有一个进口几何角度α和几何角度β，通过调整进口几何角度α，几何角度β能优化气流诱导作用，减轻气流对叶片的冲击，以减少局部流动损失。3.根据权利要求2所述的基于双曲率气动构型的弧形斗式风扇，其特征在于：所述进口圆弧段上的进口几何角度α大小由轴向进口曲率ra和径向进口曲率rc确定。4.根据权利要求3所述的基于双曲率气动构型的弧形斗式风扇，其特征在于：所述进口几何角度α通过增加轴向进口曲率ra和增加径向进口曲率rc来调整进口圆弧板的进口几何角度α，用于优化气流诱导作用，减轻叶片进口的气流冲击现象，以减少局部流动损失和气流经过风扇的局部损失。5.根据权利要求1所述的基于双曲率气动构型的弧形斗式风扇，其特征在于：所述出口直线段与转子凹槽方向保持一致。

技术总结

本发明涉及一种基于双曲率气动构型的弧形斗式风扇，包括弧形斗式风扇径向叶片叶型，所述弧形斗式风扇径向叶片叶型由径向进口圆弧板、径向出口直板、轴向圆弧板、轴向出口直板组成，所述径向出口直板下端连接径向进口圆弧板构成进口圆弧段，上端通过轴向圆弧板连接轴向出口直板构成出口直线段。本发明的基于双曲率气动构型的弧形斗式风扇，使得流场结构得到不同程度的改善，尤其是吸力面(背弧)的流动分离现象及局部低速涡流现象，得到较为明显的抑制，从而减少了流动损失，同时可在较大程度减少流场的进口气流冲击损失，最终提高了叶轮效率。率。率。