CN220850131U - 一种基于莫比乌斯环的扇叶及风扇 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于风扇技术领域，具体公开了一种基于莫比乌斯环的扇叶及风扇，所述风扇包括基于莫比乌斯环的扇叶，基于莫比乌斯环的扇叶包括轮毂、规则排列在轮毂周侧的若干叶片；所述叶片是由边界曲面加厚而成，所述边界曲面包括依次相接的前弧面、中弧面和后弧面；所述中弧面沿轮毂轴向投影形成弧线段，该弧线段所在圆与轮毂外表面沿轮毂轴向投影所形成的圆同心；经过轮毂轴线的面为垂直面，所述前弧面和所述后弧面都相对垂直面倾斜。本技术方案中叶片正转和反转PQ性能相差小，提高反转出风量，维持风口清洁度，延长风扇使用寿命。

Description

一种基于莫比乌斯环的扇叶及风扇

技术领域

本实用新型属于风扇技术领域，具体涉及一种基于莫比乌斯环的扇叶及风扇。

背景技术

目前越来越多的散热风扇被使用在户外，不仅对散热风扇的安装、使用以及散热性能要求较高，还因为户外工作的风扇进风面有树叶类异物遮挡或者积尘过多，对散热风扇的反转排异物及灰尘的要求提高，因此，散热风扇在满足正常正转散热需求同时，还需增加反转功能。

目前现状是传统扇叶设计在风扇正转时可满足散热需求，但是反转后风扇的PQ曲线(静压风量曲线)只能达到正转30％-40％，如图1所示，曲线A为风扇扇叶正转的PQ曲线，曲线B为风扇反转的PQ曲线；据此可知，传统扇叶达不到反转吹走异物及灰尘，维持风口洁净的效果。所以需设计一款正转/反转PQ性能接近的扇叶及风扇。

实用新型内容

为了解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是：

一种基于莫比乌斯环的扇叶，包括轮毂以及环布在轮毂周侧的若干叶片；

所述叶片是由边界曲面加厚而成，所述边界曲面包括依次相接的前弧面、中弧面和后弧面；

所述中弧面沿轮毂轴向投影形成弧线段，该弧线段所在圆与轮毂外表面沿轮毂轴向投影所形成的圆同心；

所述前弧面的上边界线为第一上曲线，前弧面的下边界线为第一下曲线，后弧面的上边界线为第二上曲线，后弧面的下边界线为第二下曲线；

沿轮毂轴向投影，第一上曲线、第一下曲线、第二上曲线和第二下曲线的投影生成的弧线依次排列。

具体地，所述边界曲面具有相对设置的第一端和第二端，从第一端至第二端，边界曲面的面宽一致。

具体地，所述边界曲面的上边界线在轮毂轴向上投影为第一线，所述边界曲面的下边界线在轮毂轴向上投影为第二线，从第一端至第二端，第一线和第二线之间的间距逐渐增大，再逐渐减小，而后重合，并在重合后逐渐增大，再逐渐减小。

具体地，从第一端至第二端，所述边界曲面的上边界线在轮毂轴向上的高度逐渐降低，所述边界曲面的下边界线在轮毂轴向上的高度也逐渐降低。

具体地，所述叶片一端的上表面与轮毂上表面相接，叶片另一端的下表面与轮毂下表面相接。

具体地，所述轮毂和叶片一体成型。

具体地，所述第一上曲线靠近中弧面的弧线段所在圆圆径为a，第一下曲线靠近中弧面的弧线段所在圆圆径为b，第二上曲线靠近中弧面的弧线段所在圆圆径为c，第二下曲线靠近中弧面的弧线段所在圆圆径为d，其中，a＞b＞c＞d。

具体地，所述中弧面的上边界线为第三上曲线，中弧面的下边界线为第三下曲线，所述第三上曲线后端端点与第三下曲线前端端点在轮毂轴向投影位置重叠。

一种风扇，包括基于莫比乌斯环的扇叶。

本实用新型提供的技术方案与现有技术相比具有如下优势：

1、设置未闭合的莫比乌斯叶片，叶片的前端和后端同向侧翻呈倾斜状，叶片正转和反转状态下，风扇单位时间的静压风量相差10％以下，叶片不仅能正转出风散热，还能够反转出风来排出异物及灰尘，维持风扇两侧风口的清洁度，提高出风量，延长使用寿命。

2、叶片的中部是与轮毂同轴的圆弧段，让叶片外围的气流沿中弧面顺畅过渡，不会阻挡气流流动，减少风阻的产生，降低风扇驱动结构的动能，增大转速，提高风量。

附图说明

图1是本实用新型背景技术中散热风扇的PQ曲线图；

图2是本实用新型实施例中基于莫比乌斯环的扇叶结构图；

图3是本实用新型实施例中基于莫比乌斯环的扇叶另一结构图；

图4是本实用新型实施例中边界曲面图；

图5是本实用新型实施例中扇叶图形设计流程图；

图6是本实用新型实施例中NACA标准翼型软件生成叶形曲线参数界面图；

图7是本实用新型实施例中翼型参数导入后效果图；

图8是本实用新型实施例中风扇的PQ曲线图。

图中所示：

1、轮毂；2、叶片；3、边界曲面；4、前弧面；41、第一上曲线；42、第一下曲线；5、中弧面；51、第三上曲线；52、第三下曲线；6、后弧面；61、第二上曲线；62、第二下曲线。

具体实施方式

为了便于理解，下面结合实施例阐述所述一种基于莫比乌斯环的扇叶及风扇，应理解，这些实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位和位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

如图2至图3所示，本实施例的基于莫比乌斯环的扇叶，包括轮毂1，轮毂1为圆柱形，其外壁上环布有若干片叶片2，叶片2和轮毂1一体成型，扇叶的结构强度提高，使用寿命延长；叶片2是由边界曲面3加厚而成的未闭合环体(也即是说，叶片2是边界曲面3所对应的实体)，未闭合环体的两端都连接轮毂1外壁，未闭合环体在连接轮毂1外壁后，其与轮毂1的外壁围构成闭合的镂空区域。

如图4所示，边界曲面3具有相对设置的第一端和第二端，从第一端至第二端，边界曲面3的面宽一致。边界曲面3包括从第一端到第二端依次相接的前弧面4、中弧面5和后弧面6，相应地，叶片2具有相对设置的第一端和第二端，叶片2包括从第一端到第二端依次相接的第一段、第二段和第三段，其中，第一段由前弧面4加厚形成，第二段由中弧面5加厚形成，第三段由后弧面6加厚形成，第一段和第三段各有一端与轮毂1连接，二者的另一端分别与第二段连接。

如图4所示，前弧面4的上边界线为第一上曲线41，前弧面4的下边界线为第一下曲线42，后弧面6的上边界线为第二上曲线61，后弧面6的下边界线为第二下曲线62；中弧面5的上边界线为第三上曲线51，中弧面5的下边界线为第三下曲线52，第一上曲线41、第三上曲线51、第二上曲线61依次相接后构成边界曲面3的上边界线，第一下曲线42、第三下曲线52、第二下曲线62依次相接后构成边界曲面3的下边界线。

从第一端至第二端，上边界线在轮毂1轴向上的高度逐渐降低；下边界线在轮毂1轴向上的高度也逐渐降低，将未闭合环体的两端在轮毂1轴向的高度上错开，增大叶片2推动气流的作用面积。

沿轮毂1轴向投影，第一上曲线41、第一下曲线42、第二上曲线61和第二下曲线62的投影生成的弧线依次排列。因此，相应的，第一段的内壁上翻，第三段的外壁上翻。边界曲面3的上边界线在轮毂1轴向上投影为第一线，边界曲面3的下边界线在轮毂1轴向上投影为第二线，从第一端至第二端，第一线和第二线之间的间距逐渐增大，再逐渐减小，而后重合，并在重合后逐渐增大，再逐渐减小。由于边界曲面3的面宽一致，第一段位置处第一线和第二线之间的间距越大，第一段的内壁上翻程度越大，第三段位置处第一线和第二线之间的间距越大，第三段的外壁上烦程度越大。

继续参阅图4，中弧面5沿轮毂1轴向投影形成弧线段，该弧线段所在圆与轮毂1外表面沿轮毂1轴向投影所形成的圆同心，该设计能够在风扇转动时，让扇叶外的气流沿叶片2第二段的表面(也即中弧面5)顺畅过渡，不会阻挡气流流动，减少风阻的产生，降低风扇驱动结构的动能，增大转速，提高风量。

第三上曲线51与第三下曲线52的轮毂1轴向投影位置重叠，第三上曲线51后端端点与第三下曲线52前端端点在轮毂1轴向投影位置重合。

继续参阅图2、图4，叶片2一端的上表面与轮毂1上表面相接，叶片2另一端的下表面与轮毂1下表面相接，让叶片2的宽度跨幅等于轮毂1的高度，本实施例中，第一下曲线42在轮毂1轴向上的高度低于第二上曲线61的高度，第一端和第三段之间可流畅衔接，为气流导流。

叶片2正转，也就是叶片2以轮毂1轴线为轴心顺时针旋转，此时的叶片2的第一段撞击空气产生气流，气流沿倾斜的第一段外壁(也就是前弧面4)向下流动，再流动至第三段的内壁(也就是后弧面6)上，沿倾斜的第三段的内壁继续向下流动，达到正向出风散热的目的。

叶片2反转，也就是叶片2以轮毂1轴线为轴心逆时针旋转，此时的叶片2撞击空气产生气流，气流沿第三段的外壁(也就是后弧面6)向上流动，再流动到第一段内壁(也就是前弧面4)上，继续沿倾斜的第一段内壁继续向上流动，达到反向出风带走灰尘的目的。

参阅图4，本实施例中一个较佳的实施方式，第一上曲线41靠近中弧面5的弧线段所在圆圆径为a，第一下曲线42靠近中弧面5的弧线段所在圆圆径为b，第二上曲线61靠近中弧面5的弧线段所在圆圆径为c，第二下曲线62靠近中弧面5的弧线段所在圆圆径为d，其中，a＞b＞c＞d，该设计下的风扇在正转时，叶片2前缘朝向其转动方向凸起，确保风扇反转风量，并增大风扇正转时的出风量。

本实施例的风扇，该风扇包括基于莫比乌斯环的扇叶。

如图5所示，制作本实施例中基于莫比乌斯环的扇叶包括以下步骤：

根据风扇结构组合图先确定内环和外环尺寸，其中，外环尺寸为叶片2外径，内环尺寸为扇叶轮毂1外径，内环与外环同轴；

使用NACA标准翼型软件生成叶形曲线参数并导入翼型参数，参数为HUB高度11，HUB半径14.2，扇叶半径28.2，内倾角37，安装角34，旋向正，内降比0.85，中降比1，中径29.14327，中倾角40，外倾角25，内弦长18.27805，中弦长17.11297，外弦长26.02824，获得上边界线和下边界线，再生成以上边界线和下边界线为轮廓的边界曲面3，如图6、图7所示；

将边界曲面3加厚获得叶片2，以轮毂1轴心为中心环形阵列生成扇叶设计图；

根据扇叶设计图制备模具，再由模具制作扇叶；

将扇叶、马达、风扇壳、风扇轴以及控制结构组装，获得风扇。

如图8所示，测量风扇风量静压特性，获得PQ曲线，其中，曲线C为该风扇正转的PQ曲线，曲线D为该风扇反转的PQ曲线，通过本实施例中风扇的PQ曲线图可知，基于莫比乌斯环的叶片2正转与反转曲线相近。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换，而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (9)

1.一种基于莫比乌斯环的扇叶，其特征在于，包括轮毂以及环布在轮毂周侧的若干叶片；

所述叶片是由边界曲面加厚而成，所述边界曲面包括依次相接的前弧面、中弧面和后弧面；

所述中弧面沿轮毂轴向投影形成弧线段，该弧线段所在圆与轮毂外表面沿轮毂轴向投影所形成的圆同心；

所述前弧面的上边界线为第一上曲线，前弧面的下边界线为第一下曲线，后弧面的上边界线为第二上曲线，后弧面的下边界线为第二下曲线；

沿轮毂轴向投影，第一上曲线、第一下曲线、第二上曲线和第二下曲线的投影生成的弧线依次排列。

2.如权利要求1所述的基于莫比乌斯环的扇叶，其特征在于，所述边界曲面具有相对设置的第一端和第二端，从第一端至第二端，边界曲面的面宽一致。

3.如权利要求2所述的基于莫比乌斯环的扇叶，其特征在于，所述边界曲面的上边界线在轮毂轴向上投影为第一线，所述边界曲面的下边界线在轮毂轴向上投影为第二线，从第一端至第二端，第一线和第二线之间的间距逐渐增大，再逐渐减小，而后重合，并在重合后逐渐增大，再逐渐减小。

4.如权利要求2所述的基于莫比乌斯环的扇叶，其特征在于，从第一端至第二端，所述边界曲面的上边界线在轮毂轴向上的高度逐渐降低，所述边界曲面的下边界线在轮毂轴向上的高度也逐渐降低。

5.如权利要求1所述的基于莫比乌斯环的扇叶，其特征在于，所述叶片一端的上表面与轮毂上表面相接，叶片另一端的下表面与轮毂下表面相接。

6.如权利要求1所述的基于莫比乌斯环的扇叶，其特征在于，所述轮毂和叶片一体成型。

7.如权利要求1所述的基于莫比乌斯环的扇叶，其特征在于，所述第一上曲线靠近中弧面的弧线段所在圆圆径为a，第一下曲线靠近中弧面的弧线段所在圆圆径为b，第二上曲线靠近中弧面的弧线段所在圆圆径为c，第二下曲线靠近中弧面的弧线段所在圆圆径为d，其中，a＞b＞c＞d。

8.如权利要求1所述的基于莫比乌斯环的扇叶，其特征在于，所述中弧面的上边界线为第三上曲线，中弧面的下边界线为第三下曲线，所述第三上曲线后端端点与第三下曲线前端端点在轮毂轴向投影位置重叠。

9.一种风扇，其特征在于，包括权利要求1-8中任意一项的基于莫比乌斯环的扇叶。