专利名称：汽车发动机冷却风扇装置的制作方法
技术领域：
本发明总体上涉及一种风扇装置，并且更具体的是涉及一种汽车发动机冷却风扇装置。
背景技术：
典型的汽车发动机冷却风扇装置包括具有被连接到风扇的驱动轴的电动机。典型的风扇包括从驱动轴延伸到风扇叶片的根部的毂，所述风扇叶片从所述毂延伸。所述毂通常具有从驱动轴附件径向向外延伸到圆柱部分的端面部分，其中风扇叶片被连接到所述圆柱部分上。为了节省轴向空间，电动机通常被设置在毂的凹入一侧，于是电动机的至少一部分位于毂的圆柱部分内。毂的相对一侧或者凸出一侧朝着风扇叶片引导空气。
径向肋被与毂结合以加强风扇结构。作用在风扇叶片和转动带(如果使用了一个)上的离心力趋向于使毂变形。通过在端面部分的内表面和圆柱部分的内表面上设置肋，可以减轻这种效果。如果使用了通风式或者风冷式电动机，那么所述肋还有助于冷却电动机。电动机的端面和毂的端面之间的包括肋的区域如同离心式风扇一样起着将冷却空气抽吸穿过电动机的作用。
图1-3示出了现有技术中汽车发动机冷却风扇装置10。现有技术中风扇装置10包括被安装到电动机22的驱动轴18上的风扇14，所述电动机22由风扇护罩26支撑。风扇护罩26被设置在换热器30(即散热器)的附近，于是风扇14的旋转产生了穿过换热器30的气流A1。风扇14包括被连接到驱动轴18的毂34，用于与驱动轴18一起旋转。风扇14还包括多个从所述毂34径向延伸的叶片38。
图1和图2示出了多个被连接到毂34的内表面46的径向延伸的肋42。所述肋42在它们的全部范围上连接到毂34的内表面46上，并且肋42被均匀地分布在毂34周围以在结构上加强毂34。
肋42在电动机22的运转间隙(running clearance)中朝着电动机22轴向延伸。在风扇14旋转时，肋42起着离心式风扇的作用，用于产生穿过电动机22的气流A2，其穿过开口48进行风冷和通风。
发明内容
理想的是，设计一种汽车发动机冷却风扇装置来将噪声和振动最小化。一些发动机冷却风扇装置可能承受高于理想等级的噪声、振动和声刺耳程度(“NVH”)，这由可以激发风扇结构中的谐振模态的例如电动机磁阻转矩、轴向顿振推力(axial coggingforce)、转矩波动和轴向波动力矩引起。
在保持风扇的通风性能、结构完整性、电动机冷却气流和低成本的同时，本发明的汽车发动机冷却风扇装置降低了风扇的扭转和轴向的振动模态的激发。
一方面，本发明提供了一种汽车发动机冷却风扇装置，其包括具有驱动轴的电动机和由所述电动机驱动的风扇，其中所述驱动轴限定出中心轴线。所述风扇包括被连接到驱动轴上的内毂部和被连接到所述内毂部的外毂部。外毂部被连接到多个径向延伸的叶片上。风扇还包括多个将内毂部和外毂部相互连接起来的隔振元件。
另一方面，本发明提供了一种汽车发动机冷却风扇装置，其包括风扇和具有驱动轴的电动机。风扇包括毂和径向延伸的叶片。所述毂包括被连接到驱动轴的径向延伸的端面和轴向延伸的外部，其中叶片被整体连接到所述外部。所述毂还包括多个径向肋，所述多个径向肋被连接到毂的所述端面和所述外部的内表面上。所述肋在毂的端面和外部之间具有未连接的部分。所述端面仅通过所述肋被连接到所述毂的外部上。
在阅读下面详细的说明、权利要求和附图的基础上，对于本领域的普通技术人员来说，本发明的其它特征和方面将变得更为清楚。
附图中，其中相同的附图标记表示相同的零件图1是现有技术中的汽车发动机冷却风扇装置的横截面视图。
图2是图1的现有技术的风扇装置的一部分沿着图3中的截面线2-2截取的放大横截面视图，其示出了被连接到电动机的驱动轴上的风扇毂。
图3是图2所示的风扇毂的正视图。
图4是本发明的汽车发动机冷却风扇装置的横截面视图。
图5是图4的风扇装置的一部分沿图6中的截面线5-5截取的放大横截面视图，其示出了被连接到电动机的驱动轴的风扇毂。
图6是图5所示的风扇毂的正视图。
图7是图6所示的风扇毂的放大部分视图。
图8是本发明的风扇装置的第二结构的一部分沿图9中的截面线8-8截取的放大横截面视图。
图9是图8所示的风扇毂的正视图。
图10是图9所示的风扇毂的放大部分视图。
在详细描述本发明的任何特征之前，应当理解，本发明不限于它在下面的说明书中阐述的和附图中所示的结构和组件的设置的细节中的应用。本发明能够具有其它实施例，并且能够以各种方式被应用或者被实施。同样应当理解，此处使用的措辞和术语是用于描述的目的，并且不应当被认为是限制性的。此处，“包括”、“具有”以及“包含”的使用和它们的变化意思是包括其后列出的项目和它的等价物、以及另外的项目。
具体实施例方式
图4示出了本发明的汽车发动机冷却风扇装置50。风扇装置50包括被安装到电动机62的驱动轴58上的风扇54，所述电动机62可以由风扇护罩66或者另一个结构支撑。风扇护罩66被设置在换热器70(即散热器)的附近，于是风扇54围绕驱动轴58的中心轴线74(见图5)的旋转产生了穿过换热器70的气流A1。
风扇54包括具有内毂部82和外毂部86的毂78。内毂部82限定出相对于中心轴线74径向延伸的基本平坦的端面，并且内毂部82被连接到驱动轴58上，用于与驱动轴58一起旋转。可以利用现有技术中已知的一些组件和方法中的任何一种来将内毂部82连接到驱动轴58上。尽管所示的内毂部82被示为直接连接到驱动轴58上，但是应当理解，也可以采用连接器来连接内毂部82和驱动轴58。虽然内毂部82在图4-7中被示为是基本平面或者平坦的，但内毂部82可以具有锥形形状。这样的形状可以使模制之后风扇的翘曲最小化，并且可以允许灵活地设置电动机62。同样，锥形内毂部可以在相对于气流A1的方向的上游或者下游方向具有锥角。
外毂部86相对于中心轴线74径向并且轴向延伸。如图4所示，风扇54还包括多个叶片90，所述叶片90从外毂部86的轴向延伸的或者圆柱部分径向延伸。叶片90在它们的末端通过围绕风扇54圆周延伸的转动带94被互相连接。转动带94有助于稳定叶片90的末端，然而，风扇54的可选的结构可以不使用转动带94。
参考图5，风扇54还包括多个隔振元件或者肋98，所述隔振元件或者肋98被连接到内毂部82的内表面102和外毂部86的内表面106上，用于将内毂部82和外毂部86相互连接起来。肋98沿着内毂部82的内表面102径向延伸。肋98还沿着外毂部86的内表面106径向并且轴向延伸。因此，如图5所示，肋98大致是L形，然而，可以采用其它形状以与毂78的形状相一致。在图示的结构中，肋98被均匀地分布在毂78周围，用于在结构上加强内毂部82和外毂部86。
肋98包括与电动机62的驱动轴58间隔开的径向最靠内的边缘110。因此，内毂部82包括基本平坦的中央区域114，在此处，没有肋围绕驱动轴58。肋98还包括与电动机62间隔开的径向延伸的自由边缘118以及被与电动机62间隔开的轴向延伸的自由边缘122。更具体的是，可以通过大约3mm或者更小的运转间隙来将径向延伸的自由边缘118与电动机62轴向间隔开。可选的是，可以通过大约6mm或者更小的运转间隙来将径向延伸的自由边缘118与电动机62轴向间隔开。在图示的结构中，肋98的轴向延伸的自由边缘122与电动机62之间的运转间隙略微大于肋98的径向延伸的自由边缘118和电动机62之间的运转间隙。可选的是，肋98的轴向延伸的自由边缘122和电动机62之间的运转间隙可以基本大于或者小于肋98的径向延伸的自由边缘118和电动机62之间的运转间隙。
在风扇54的转动过程中，肋98起着离心式风扇叶片的作用，用于产生穿过电动机62的气流A2，其穿过孔126进行风冷和通风。
参考图5和图7，可以看出，肋98是将内毂部82和外毂部86相互连接起来的唯一结构。如图5所示，肋98的部分P没有被直接连接到内毂部82或者外毂部86上。肋98的没有被连接到内毂部82或者外毂部86上的部分P通过轴向间隙Ga与内毂部82的内表面102轴向间隔开。
如图7所示，外毂部86包括多个在相邻的肋98之间延伸的突起130。相邻的突起130被径向延伸的槽134分开，所述槽134与肋98的未连接的部分P对齐。在图示的结构中，槽134的宽度Sr仅略微大于肋98的厚度T(例如在肋98的未连接的部分P处测量)。槽134的宽度Sr足够大足以确保肋98与外毂部86的相邻突起130分开。在图示结构中，肋98的厚度T约为2mm或更小。可选的是，肋98的厚度T可以约为3.5mm或更小。槽134还允许形成轴向间隙Ga(见图5)，而不需要在模具中采取活动措施(即，在模具中不需要活动部件)。
继续参考图5，槽134具有与肋98的未连接的部分P的长度基本一致的径向长度L。在图示结构中，槽134的径向长度L至少是肋98的厚度T的5倍，并且肋98的未连接的部分P的径向长度至少是肋98的厚度T的5倍。同样，参考图5，肋98的宽度D(例如在肋98的未连接的部分P处测量)至少是肋98的厚度T的两倍。肋98的宽度D显著地大于肋98的厚度T，于是毂78的轴向刚度大于扭转刚度。
参考图7，在每一个突起130和内毂部82之间存在圆周间隙138。径向延伸的槽134的径向内端在各个圆周间隙138中开口。在图示结构中，间隙138的宽度SC相对地小，于是空气穿过其流经圆周间隙138的开口相对地小。因此，穿过风扇叶片90的气流A1(见图4)和肋98产生的电动机冷却气流A2主要不受圆周间隙138和径向延伸的槽134影响。
如图7所示，间隙138在径向被设置在相对靠近肋98的径向最靠内的边缘110的位置。这基本上可以将由间隙138的给定宽度SC导致的的开口区域最小化。可选的是，圆周间隙138可以被与肋98的径向最靠内的边缘110间隔得更远。间隙138的这样的位置可以改善穿过电动机62的冷却气流A2。另外可选的是，间隙138可以与肋98的径向最靠内的边缘110沿着间隙138的圆周长度间隔开可变的距离。在这样的一个实例中，间隙的宽度SC应当足够大以容纳风扇54旋转时肋98的最大的理想变形。
在风扇54的运行过程中，肋98起着将外毂部86和风扇叶片90从内毂部82扭转地隔离的隔振元件或者是类似的弹性柱的作用。换句话说，在风扇54旋转过程中，肋98可以变形以允许外毂部86相对于内毂部82略微旋转。这样的扭转的隔离可以降低由电动机62的电动机磁阻转矩和转矩波动引起的辐射噪声。肋98或者隔振元件同样有效地降低了风扇54的刚度。结果，风扇54的固有频率可以被降至低于风扇54在运行过程中通常经历的典型的激发频率。另外，内毂部82的没有肋98的平坦的中央区域114可提供外毂部86与内毂部82的轴向隔离。这样的轴向隔离基本上可以降低由电动机62的轴向顿振推力和波动力矩引起的风扇谐振模态的激发。
图8-10示出了本发明的汽车发动机冷却风扇装置142的另一种结构。风扇装置142包括被安装到电动机62的驱动轴58上的风扇146(仅示出了一部分)，安装方式与图4-7中的风扇54相类似。因此，相同的组件采用相同的附图标记表示。
风扇146包括具有内毂部154和外毂部158的毂150。内毂部154限定出基本上平坦或者径向的端面，所述端面被连接到驱动轴58上，用于与驱动轴58一起旋转。虽然在图8-10中未示出，风扇146还包括多个从外毂部158径向延伸的叶片。与图4-7中的风扇54类似，风扇146的叶片可以在它们的末端通过围绕风扇146圆周延伸的转动带被相互连接。
风扇146还包括多个被连接到内毂部154和外毂部158上的隔振元件或者肋162，用于将内毂部154和外毂部158相互连接起来。与图4-7中的肋98类似，肋162将内毂部154和外毂部158相互连接起来，于是肋162是将内毂部154和外毂部158相互连接起来的唯一结构。然而，与肋98不同的是，肋162没有被构造成在毂150的内表面和肋162之间具有轴向间隙。
参考图8，肋162包括与电动机62的驱动轴58间隔开的径向最靠内的边缘166。内毂部154包括基本上平坦的中央区域170，在此处，没有肋162围绕驱动轴58。肋162还包括径向延伸的自由边缘174和轴向延伸的自由边缘178，所述自由边缘174和178通过与图4-7中的风扇54的运转间隙类似的各个运转间隙被与电动机62间隔开。与图4-7中的肋98类似，在风扇146运行过程中，肋162起着离心式风扇的作用，用于产生穿过电动机62的气流A2。
如图9和10所示，外毂部158包括多个在相邻的肋162之间延伸的突起182。径向延伸的槽186被限定在相邻的成对的突起182和肋162之间。在图示的结构中，槽186的宽度Wr应当足够宽以容纳外毂部158相对于内毂部154的扭转变形。肋162的厚度T和深度D的尺寸可与上面参考图4-7中的肋98所描述的类似。
参考图10，在每个突起182和内毂部154之间存在圆周间隙194。径向延伸的槽186的径向内端在各个圆周间隙138中敞开。在图示的结构中，径向延伸的槽186的宽度Wr在槽186的径向长度上基本恒定。可选的是，作为径向定位的功能，径向延伸的槽186的宽度Wr可以在槽186的径向长度上改变，以在容纳肋162的预期的变形的同时将槽186的整个开口区域最小化。
在一些实例中，理想的是限制肋162的变形。例如，电动机62的启动转矩可以是足够高，于是如果没有限制的话，肋162可能过度变形。这样的限制可以通过如下方式来建立，即选择槽186的宽度Wr为足够大以容纳由于风扇146运行或者滑行(coastingdown)时转矩波动引起的变形，但是选择为足够小以限制启动时肋162的变形。可选的是，圆周间隙194的形状可以改变以限制肋162的变形。
在运行过程中，风扇146以与图4-7中的风扇54基本类似的方式运行。肋162起着隔振元件的作用，用于将外毂部158与由电动机62传递到内毂部154的电动机磁阻转矩和转矩波动扭转地隔离开。另外，内毂部154的没有肋162的平坦的中央区域170可提供外毂部158与内毂部154的轴向隔离。这样的轴向隔离可以基本降低由电动机62的顿振推力和波动力矩引起的风扇谐振模态的激发。
下面的权利要求阐述了本发明的各个特征。
权利要求
1.一种汽车发动机冷却风扇装置，包括具有限定出中心轴线的驱动轴的电动机；和由所述电动机驱动的风扇，所述风扇包括被连接到所述驱动轴的内毂部；被连接到所述内毂部的外毂部，所述外毂部被连接到多个径向延伸的叶片上；和多个将所述内毂部和外毂部相互连接起来的隔振元件。
2.如权利要求1所述的汽车发动机冷却风扇装置，其特征在于，所述内毂部相对于所述中心轴线径向延伸，并且所述外毂部沿着所述中心轴线轴向延伸，并且其中所述隔振元件相对于中心轴线径向并且轴向延伸。
3.如权利要求1所述的汽车发动机冷却风扇装置，其特征在于，所述隔振元件从所述内毂部的内表面朝着所述电动机轴向延伸。
4.如权利要求3所述的汽车发动机冷却风扇装置，其特征在于，所述电动机是风冷式电动机，并且其中所述隔振元件可操作地产生穿过所述电动机的冷却气流。
5.如权利要求3所述的汽车发动机冷却风扇装置，其特征在于，所述隔振元件的一部分与所述内毂部的内表面间隔开。
6.如权利要求3所述的汽车发动机冷却风扇装置，其特征在于，还包括多个形成在外毂部中的径向延伸的槽，所述多个径向延伸的槽与对应的所述多个隔振元件对齐。
7.如权利要求6所述的汽车发动机冷却风扇装置，其特征在于，所述槽具有大于所述隔振元件的厚度的宽度。
8.如权利要求1所述的汽车发动机冷却风扇装置，其特征在于，所述外毂部包括多个在相邻的隔振元件之间延伸的突起，并且其中在每个突起和所述内毂部之间存在圆周间隙。
9.如权利要求8所述的汽车发动机冷却风扇装置，其特征在于，所述多个突起在其间限定出与各个隔振元件对齐的径向延伸的槽。
10.如权利要求8所述的汽车发动机冷却风扇装置，其特征在于，相邻的成对的突起和隔振元件在其间限定出径向延伸的槽。
11.如权利要求10所述的汽车发动机冷却风扇装置，其特征在于，单个隔振元件被设置在两个径向延伸的槽之间。
12.如权利要求8所述的汽车发动机冷却风扇装置，其特征在于，所述外毂部在其中限定出两个相邻的径向延伸的槽，并且其中相邻的槽的径向内端在圆周间隙中敞开。
13.如权利要求1所述的汽车发动机冷却风扇装置，其特征在于，所述隔振元件从所述内毂部朝着所述电动机轴向延伸。
14.如权利要求1所述的汽车发动机冷却风扇装置，其特征在于所述内毂部和所述外毂部仅通过隔振元件被连接。
15.如权利要求1所述的汽车发动机冷却风扇装置，其特征在于，所述隔振元件的径向最靠内的边缘被与所述电动机的驱动轴间隔开，于是所述驱动轴被连接到所述内毂部的没有肋的基本平坦的区域。
16.一种汽车发动机冷却风扇装置，包括风扇和具有驱动轴的电动机，所述风扇包括毂和径向延伸的叶片，所述毂包括被连接到所述驱动轴的径向延伸的端面以及轴向延伸的外部，所述叶片被整体连接到所述外部上，所述毂还包括多个径向延伸的肋，所述肋被连接到所述毂的所述端面的和外部的内表面上，所述肋在所述毂的所述端面和所述外部之间具有未连接的部分，所述端面仅通过所述肋被连接到所述毂的外部上。
17.如权利要求16所述的汽车发动机冷却风扇装置，其特征在于，所述电动机是通风式的，并且其中所述肋朝着所述电动机延伸，并且所述肋通过小于大约6mm的运转间隙被与所述电动机间隔开以产生穿过所述电动机的冷却气流。
18.如权利要求16所述的汽车发动机冷却风扇装置，其特征在于，在所述肋的一部分和所述端面的内表面之间存在轴向间隙。
19.如权利要求18所述的汽车发动机冷却风扇装置，其特征在于，所述轴向间隙位于所述肋的未连接的部分和所述端面的内表面之间。
20.如权利要求18所述的汽车发动机冷却风扇装置，其特征在于，还包括多个位于所述毂的外部中的径向延伸的槽，所述槽与对应的多个肋对齐。
21.如权利要求20所述的汽车发动机冷却风扇装置，其特征在于，所述槽具有大于所述肋的厚度的宽度。
22.如权利要求16所述的汽车发动机冷却风扇装置，其特征在于，所述毂的外部包括多个在相邻的肋之间延伸的突起，并且其中在每个突起和所述端面之间存在圆周间隙。
23.如权利要求22所述的汽车发动机冷却风扇装置，其特征在于，所述多个突起在其间限定出与各个肋对齐的径向延伸的槽。
24.如权利要求22所述的汽车发动机冷却风扇装置，其特征在于，相邻的成对的突起和肋在其间限定出径向延伸的槽。
25.如权利要求24所述的汽车发动机冷却风扇装置，其特征在于，单个肋被设置在两个径向延伸的槽之间。
26.如权利要求22所述的汽车发动机冷却风扇装置，其特征在于，所述外毂部在其中限定出两个相邻的径向延伸的槽，并且其中相邻的槽的径向内端在所述圆周间隙中敞开。
27.如权利要求16所述的汽车发动机冷却风扇装置，其特征在于，所述肋从所述端面朝着所述电动机轴向延伸。
28.如权利要求16所述的汽车发动机冷却风扇装置，其特征在于，所述毂限定出凸出一侧和凹入一侧，并且其中所述肋被连接到所述毂的凹入一侧。
29.如权利要求16所述的汽车发动机冷却风扇装置，其特征在于，所述肋的未连接的部分具有约为3.5mm或者更小的厚度。
30.如权利要求16所述的汽车发动机冷却风扇装置，其特征在于，所述肋的未连接的部分具有至少是肋的未连接的部分的厚度的5倍的径向长度。
31.如权利要求16所述的汽车发动机冷却风扇装置，其特征在于，所述肋的未连接的部分具有至少是肋的未连接的部分的厚度的2倍的轴向深度。
32.如权利要求16所述的汽车发动机冷却风扇装置，其特征在于，所述肋的径向最靠内的边缘被与所述电动机的驱动轴间隔开，于是所述驱动轴被连接到所述端面的没有肋的基本平坦的区域。
全文摘要
本发明提供一种汽车发动机冷却风扇装置，其包括具有限定出中心轴线的驱动轴的电动机和由所述电动机驱动的风扇。所述风扇包括被连接到所述驱动轴的内毂部和被连接到所述内毂部的外毂部。所述外毂部被连接到多个径向延伸的叶片上。所述风扇还包括多个将所述内毂部和外毂部相互连接起来的隔振元件。
文档编号F04D29/32GK1813136SQ200480018403
公开日2006年8月2日 申请日期2004年4月27日 优先权日2003年4月28日
发明者马克·D·卡普兰, 沃尔夫冈·克雷尔, 马丁·G·亚普 申请人:罗伯特·博世公司