电机扇叶及电机风扇的制作方法

1.本发明涉及电机风扇技术领域，特别涉及一种电机扇叶及电机风扇。


背景技术：

2.目前使用的电机风扇的截面形状为平板型，当测试到这种风扇的损耗较高时，往往会牺牲一些进风量与散热性能，选择小一号尺寸的风扇。而为了减少电机的发热损耗，一般需要增加漆包线的用量，这样又会增加电机成本。


技术实现要素：

3.本发明实施例提供了一种顿尾缘翼型电机风扇，能够降低风扇的损耗。
4.第一方面，本发明一个实施例提供一种电机扇叶，所述扇叶的剖面为对称翼型，所述对称翼型包括上弧线、中弧线和下弧线，所述上弧线和所述下弧线以所述中弧线对称，所述对称翼型具有钝状尾缘，所述钝状尾缘为所述对称翼型的尾部中位于所述上弧线和所述下弧线之间的直线段边沿。
5.在一个实施例中，所述直线段边沿的长度为所述对称翼型的弦长的5%~10%，所述弦长为所述中弧线的长度。
6.在一个实施例中，所述扇叶的横向宽度从所述钝状尾缘至嵌入位置呈增大趋势；其中，所述嵌入位置为所述扇叶上嵌入电机风扇的转子轴的位置，所述扇叶的横向为沿着所述扇叶的所在平面与所述钝状尾缘和前缘之间的轴向相垂直的方向。
7.进一步的，所述扇叶在平面上可以具有多边形的外轮廓，所述多边形为由依次连接的第一边、第二边、第三边、第四边、第五边和第六边形成的六边形结构，所述第一边为所述钝状尾缘，所述第一边和所述第二边之间的夹角与所述第二边和所述第三边之间的夹角均为钝角，所述嵌入位置位于所述第三边和所述第六边上。
8.更进一步的，所述第一边和所述第六边之间的夹角为90
°
；所述第一边和所述第二边之间的夹角与所述第二边和所述第三边之间的夹角相等，且在135
°
~145
°
之间；所述第六边和所述第五边之间的夹角在90
°
~135
°
，所述第五边和所述第四边之间的夹角为90
°
，所述第四边和所述第三边之间的夹角在125
°
~135
°
。
9.在一个实施例中，所述对称翼型的上弧线和下弧线上的对称位置之间的间距为预先根据所述对称翼型的最大厚度、弦长和所述直线段边沿的长度而确定。
10.进一步的，所述对称翼型的上弧线和下弧线上的对称位置之间的间距采用第一计算式计算得到，所述第一计算式为：y= 式中，y为在横坐标x处上弧线和下弧线上对称位置之间的间距，所述第一计算式采用的坐标系的横轴沿弦长方向延伸，纵轴沿与所述弦长垂直的方向延伸，t为所述对称翼型的最大厚度和弦长之间的比值，g为所述直线段边沿的长度和所述弦长之间的比值，c为
弦长，n为所述对称翼型的连续性控制参数，为所述最大厚度对应的横坐标。
11.更进一步的，所述连续性控制参数为预先采用第二计算式计算得到，所述第二计算式包括：式中，a为经验参数，a的取值范围为（13，14）。
12.在第二方面，本发明一个实施例提供一种电机风扇，其特征在于，包括转子轴以及嵌设在所述转子轴上的预设数量的扇叶，所述扇叶为第一方面提供的所述的电机扇叶。
13.本发明实施例提供的电机扇叶以及电机风扇，由于扇叶的剖面为对称翼型，因此可以保证风扇可以顺时针旋转和逆时针旋转，即正转和反转。由于采用的是对称翼型，因此气流能够顺利地通过翼型的上下表面，不会发生提前的分离，相对于现有技术中的扇叶在降低阻力方面更为有效，因此本发明实施例所提供的扇叶可以降低风扇在运行中产生的损耗，进而不必牺牲掉一些进风量与散热性能，不必选择小一号尺寸的风扇，也不必增加漆包线的用量，可以降低成本。而且，由于对称翼型具有钝状后缘，便于加工生产。
附图说明
14.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以基于这些附图获得其他的附图。
15.图1是本发明一个实施例中具有钝状尾缘的对称翼型的示意图；图2是本发明一个实施例中扇叶的平面轮廓示意图；图3是现有技术中的一种扇叶的剖面示意图；图4是针对图3的扇叶所设置的空气流场的示意图；图5本发明一个实施例中具有尖状尾缘的对称翼型的示意图；图6为本发明一个实施例中风扇的示意图；图7是现有技术中一种扇叶的平面轮廓示意图。
16.附图标记：11上弧线12下弧线13中弧线14前缘15钝状尾缘21第一边22第二边23第三边24第四边25第五边26第六边
a-a分割线200转子轴100扇叶b1、b2最大厚度对应的上弧线位置点和下弧线位置点
具体实施方式
17.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
18.第一方面，本发明一个实施例提供一种电机扇叶。
19.参见图1，所述扇叶的剖面为对称翼型，所述对称翼型包括上弧线11、中弧线13和下弧线12，所述上弧线11和所述下弧线12以所述中弧线13对称，所述对称翼型具有钝状尾缘15，所述钝状尾缘15为所述对称翼型的尾部中位于所述上弧线11和所述下弧线12之间的直线段边沿。
20.其中，对称翼型是指翼型弯度为零，即上下弧线12对称的翼型。对称翼型具有上弧线11、下弧线12和中弧线13，且上弧线11和下弧线12以中弧线13对称设置，中弧线13连接翼型的前缘和后缘，后缘也可以称之为尾缘。在对称翼型中，中弧线13的长度也是弦长。
21.其中，对称翼型包括前部、中部和尾部，前部中包括圆弧状前缘14和连接的一部分上弧线11、下弧线12；中部为中间的大部分上弧线11和下弧线12，尾部包括钝状尾缘15和连接的一部分上弧线11、下弧线12。
22.参见图1，在本发明实施例中，尾缘为直线段边沿，可以通过对尖状的尾缘进行钝化处理而得到。直线形状的尾缘可以称之为钝状尾缘。在图1中，前缘为圆弧状。
23.可理解的是，对称翼型指的是扇叶的剖面形状。参见图2，为扇叶的一种平面形状的示意图，剖面是指沿着a-a而分割得到的横截面，该横截面的形状为对称翼型，即沿着分割线a-a分割可以得到图1示出的对称翼型。
24.在现有技术中扇叶的剖面多采用平板型，参见图3示出的剖面形状。通过有限元流体仿真的方法观测恒定风速通过平板型扇叶的情况，并设置如图4所示的空气流场。通过平板型扇叶的压力云图，可以观测到气流不能稳定地通过平板型的上下表面，在平板上很早就出现脱离，造成了很大的阻力。
25.基于平板型扇叶的缺点，将上述平板型替换为尖状尾缘的对称翼型，尖状尾缘的对称翼型具体参见图5。通过同样的有限元流体仿真的方法观测尖状尾缘的对称翼型在同样风速条件下的表现。通过尖状尾缘的对称翼型对应的压力云图可以观测到，气流能够顺利地通过翼型的上下表面，并没有发生提前的分离，因此不会产生很大阻力。
26.但是考虑到尖状尾缘的对称翼型的尾部为尖状，在实际的生产制造中很难达到翼型形状的效果。因此采用图1示出的钝状尾缘的对称翼型。在实际应用中，可以采用程序x-foil对尖状尾缘的对称翼型进行处理，得到图1示出的钝状尾缘的对称翼型。在实际中并不是仅仅将尖部去掉，而是同时将上弧线和下弧线之间的距离扩大。
27.其中，本发明实施例中之所以采用对称翼型，原因是电机风扇必须满足可正反旋
转，所以扇叶剖面的翼型必须选择对称翼型。
28.通过程序x-foil计算尖状尾缘和钝状尾缘两种对称翼型的升力系数与阻力系数的关系，从该关系中得知当翼型攻角为0时，升力系数等于0。且可以观测到的是，在升力系数等于0时，钝状尾缘的对称翼型的阻力系数要比尖状尾缘的对称翼型的阻力系数低。可见，钝状尾缘相对于尖状尾缘在降低阻力方面更加有效。
29.在一个实施例中，所述直线段边沿的长度可以为所述对称翼型的弦长的5%~10%。在实际中，如果直线段边沿的长度过小，其降低阻力的效果和尖状尾缘相差无几，而如果直线段边沿的长度过大，接近于平板型，也不是我们所需要的。因此对于直线段边沿的长度进行了多次实验，发现当直线段边沿的长度为所述对称翼型的弦长的5%~10%时，气流能够顺利地通过翼型的上下表面，且降低阻力的效果也比较理想。
30.实际上，直线段边沿的长度越大，在制造工艺上难度越小，但是降低阻力的效果等方面越差。因此在5%~10%的范围内，当直线段边沿的长度为所述对称翼型的弦长的7%时，从制造工艺、降低阻力的综合情况来看是最理想的。
31.在一个实施例中，所述扇叶的横向宽度从所述钝状尾缘至嵌入位置呈增大趋势；其中，所述嵌入位置为所述扇叶上嵌入电机风扇的转子轴的位置，所述扇叶的横向为沿着所述扇叶的所在平面与所述钝状尾缘和前缘之间的轴向相垂直的方向。
32.可理解的是，在安装时，将扇叶嵌入至电机风扇的转子轴中，所谓的转子轴是指带动各个扇叶转动的结构，例如，参见图6示出的风扇中的标记200。扇叶的嵌入位置也可以称之为扇叶的安装位置。具体的，可以通过对图2示出的形状进行扫掠建模，便可以得到图6示出的结构。
33.其中，轴向是指钝状尾缘和前缘之间的中弧线所在的方向，而横向是指沿着扇叶的所在平面与轴向相垂直的方向，横向宽度是指扇叶沿横向的宽度大小。
34.可理解的是，扇叶的横向宽度从钝状尾缘至嵌入位置呈增大的趋势，这样在嵌入位置处的扇叶横向宽度是较大的，这样可以将扇叶非常稳固的安装在转子轴上。
35.进一步的，所述扇叶100在平面上可以具有多边形的外轮廓，所述多边形为由依次连接的第一边21、第二边22、第三边23、第四边24、第五边25和第六边26形成的六边形结构，所述第一边21为所述钝状尾缘；所述第一边21和所述第二边22之间的夹角与所述第二边22和所述第三边23之间的夹角均为钝角，所述嵌入位置位于所述第三边23和所述第六边26上。
36.也就是说，扇叶100的平面形状的外轮廓为一个六边形，具体可以参见图2。第一边21为钝状尾缘对应的轮廓边，第一边21和第二边22之间的夹角称为第一夹角，第二边22和第三边23之间的夹角称之为第二夹角，而且均为钝角。参见图7，为现有技术中的一种扇叶100的形状，该扇叶100相对于图2中的扇叶100而言没有第二夹角。由于本发明实施例中的扇叶100具有第二夹角，因此在运行时可以带动更多的空气流动。而且由于本发明实施例中存在第二夹角，这样图2中的第一夹角会相对于图7中的第一夹角会更大一些，这样在运行时可以进一步带动更多的空气流动。
37.而且，由于第三边23和第六边26之间的横向宽度是比较大的，因此将所述嵌入位置设置在所述第三边23和所述第六边26上，可以保证嵌入位置处的横向宽度比较大，从而保证扇叶100安装的稳固性。
38.更进一步的，多边形可以具有以下特征：所述第一边21和所述第六边26之间的夹角为90
°
；所述第一边21和所述第二边22之间的夹角与所述第二边22和所述第三边23之间的夹角相等，且在135
°
~145
°
之间；所述第六边26和所述第五边25之间的夹角在90
°
~135
°
；所述第五边25和所述第四边24之间的夹角为90
°
；所述第四边24和所述第三边23之间的夹角在125
°
~135
°
。
39.可理解的是，第一夹角、第二夹角较大时，所需的转子轴200的尺寸较大，这样会增加风扇的成本。如果第一夹角和第二夹角较小时，风扇运行时带动空气流动的效果会较差。因此将第一夹角和第二夹角设置为相同的大小，且在90
°
~135
°
之间，这样所需的转子轴200的尺寸不会过大，而且能够保证在风扇运行时带动空气流动的效果。
40.而且，第五边25和第四边24之间的夹角为90度，这样可以保证在嵌入位置的横向宽度较大的基础上尽量减少嵌入至转子轴200内部的扇叶面积，即在保证安装稳固性的同时降低扇叶的成本。
41.可理解的是，在上述多个夹角的取值或取值范围确定后，可以将所述第六边26和所述第五边25之间的夹角设置在90
°
~135
°
范围内，所述第四边24和所述第三边23之间的夹角设置在125
°
~135
°
范围内，从而得到图2示出的多边形外轮廓。
42.在一个实施例中，所述对称翼型的上弧线和下弧线上的对称位置之间的间距可以为预先根据所述对称翼型的最大厚度、弦长和所述直线段边沿的长度而确定。
43.也就是说，在图1示出的对称翼型中，上弧线和下弧线是关于中弧线对称的，而上弧线和下弧线的对称位置之间的间距可以根据对称翼型的最大厚度、弦长、钝状后缘的长度等因数确定，从而得到过渡平滑的对称翼型。
44.可理解的是，最大厚度、弦长、钝状后缘的长度为对称翼型的三个关键参数，依据这三个关键参数可以大致确定对称翼型的形状，但是具体的尺寸还需要进一步计算确定。
45.进一步的，所述对称翼型的上弧线和下弧线上的对称位置之间的间距采用第一计算式计算得到，所述第一计算式为：y= 式中，y为在横坐标x处上弧线和下弧线上对称位置之间的间距，所述第一计算式采用的坐标系的横轴沿弦长方向延伸，纵轴沿与所述弦长垂直的方向延伸，t为所述对称翼型的最大厚度和弦长之间的比值，g为所述直线段边沿的长度和所述弦长之间的比值，c为弦长，n为所述对称翼型的连续性控制参数，为所述最大厚度对应的横坐标。
46.其中，在图1中，最大厚度是指点b1和点b2之间的厚度。
47.在上述第一计算式中，横轴沿沿弦长方向延伸，纵轴沿与所述弦长垂直的方向延伸。
48.例如，以图1中的中弧线为x轴，以圆弧形前缘的中点为原点设置坐标系。基于该坐标系，上弧线上的各个位置可以采用如下计算式计算：y1= 下弧线上的各个位置可以采用如下计算式计算：
y2=基于这两个计算式可以得到上述第一计算式。
49.其中，在上述第一计算式中，t和g均采用比值的方式表示，例如，钝状后缘为弦长的7%，则g为7%，最大后续为弦长的11%，则t为11%，此时这个对称翼型可以称为naca 0011。这样可以针对不同规格的扇叶进行尺寸计算。
50.其中，在上述第一计算式中，采用对上下弧线之间的宽度进行扩大，g为钝状后缘的尺寸，c为弦长，为最大厚度对应的横坐标，n为对称翼型的连续性控制参数，因此利用对上下弧线之间的宽度进行扩大后得到的对称翼型具有很好的连续性，而且与钝状后缘、弦长、最大厚度等尺寸相匹配。
51.其中，n为对称翼型的连续性控制参数，用于对对称翼型的上下弧形的连续性进行控制，在实际场景中可以根据经验在1~2.5之间选择合适的n值，例如，1.8。当然，也可以采用计算式计算得到。
52.即，所述连续性控制参数可以为预先采用第二计算式计算得到，第二计算式包括：式中，a为经验参数，a的取值范围为（13，14）。
53.在上述第二计算式中，在计算连续性控制参数时考虑到了弦长、最大厚度以及钝状后缘的尺寸，因此通过第二计算式计算得到的参数n相对于依据经验选取的n值更加符合实际情况。
54.可理解的是，目前使用的电机扇叶的横截面形状为平板型，因为风扇需要顺时针和逆时针旋转，所以不能有任何曲线。而且尖状后缘的对称翼型因为尖锐的后缘，对于加工生产有很大的不利，所以还没有发现任何电机风扇使用翼型。
55.设置流体计算域，分别将平板型、尖状后缘的对称翼型、钝状后缘的对称翼型的扇叶对应的风扇分别装配至电机中（以fs160-2极为例），进行计算流体动力学的流体仿真。检测不同截面扇叶的风扇作用下电机的进风量和损耗力矩，然后计算这三种风扇的效率系数，效率系数为进风量和损耗力矩之间的比值。发现，平板型扇叶对应的风扇的效率系数、尖状后缘的对称翼型的扇叶对应的风扇的效率系数、钝状后缘的对称翼型的扇叶对应的风扇的效率系数依次增大，即钝状后缘的对称翼型的扇叶对应的风扇的效率系数是最大的。可见，钝状后缘的对称翼型的扇叶对应的风扇的效率有明显的提高。
56.进一步的，采用图2示出的多边形轮廓，可以优化扇叶的形状，进一步提高风扇的效率，降低风扇损耗。改善风扇的通风性能，提高产品的竞争力。
57.本发明实施例提供的电机扇叶，由于扇叶的剖面为对称翼型，因此可以保证风扇可以顺时针旋转和逆时针旋转，即正转和反转。由于采用的是对称翼型，因此气流能够顺利地通过翼型的上下表面，不会发生提前的分离，相对于现有技术中的扇叶在降低阻力方面更为有效。本发明实施例所提供的扇叶可以提高风扇的效率，降低风扇在运行中产生的损耗，进而不必牺牲掉一些进风量与散热性能，不必选择小一号尺寸的风扇，也不必增加漆包
线的用量，可以降低成本。而且，由于对称翼型具有钝状后缘，便于加工生产。
58.第二方面，本发明实施例提供一种电机风扇。
59.参见图6，包括转子轴200以及嵌设在所述转子轴上的预设数量的扇叶，所述扇叶为第一方面提供的所述的电机扇叶100。
60.可理解的是，本发明实施例提供的电机风扇中有关内容的解释、具体实施方式、有益效果、举例等内容可以参见第一方面提供的电机扇叶中的相应部分，此处不再赘述。
61.本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
62.本领域技术人员应该可以意识到，在上述一个或多个示例中，本发明所描述的功能可以用硬件、软件、挂件或它们的任意组合来实现。当使用软件实现时，可以将这些功能存储在计算机可读介质中或者作为计算机可读介质上的一个或多个指令或代码进行传输。
63.以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的技术方案的基础之上，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本发明的保护范围之内。