包括线材弹簧的线性风扇制造技术

本发明专利技术公开了一种线性风扇叶片组件，其包括具有附接到风扇叶片的第一端和附接到风扇框架的第二端的线材弹簧。风扇叶片包括自由端，使得叶片可以通过在线材弹簧上枢转而振荡。线材弹簧屈曲以使风扇叶片振荡。荡。线材弹簧屈曲以使风扇叶片振荡。荡。线材弹簧屈曲以使风扇叶片振荡。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】包括线材弹簧的线性风扇
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2019年12月4日提交的美国临时专利申请62/943,604的优先权和权益。前述临时专利申请通过引用整体并入本文。

技术介绍

[0003]本申请涉及用于强制空气热管理系统的风扇技术且特别是用于炎热恶劣环境中的强制空气热管理系统和通用风扇应用。
[0004]旋转风扇驱动的强制空气传热系统是电子冷却最流行的热管理解决方案。最近，汽车、自主车辆、电信、户外电子外壳、军事、航空航天、能源和LED照明应用等市场正在将电子产品推向日益炎热和恶劣的环境，这会显著降低风扇寿命，这是由于随着操作温度升高，轴承润滑剂指数性地更快蒸发。在恶劣的环境中，轴承还可吸入大气污染物，导致润滑剂劣化，从而进一步缩短风扇寿命。
[0005]由于线性风扇(例如悬臂风扇)经由在弹簧上枢转的振荡叶片移动空气，因此其不需要轴承且因此其预期寿命不受温度或润滑剂劣化的影响。如果弹簧的峰值弯曲应力小于材料的疲劳极限，则使用含铁金属制成的枢转弹簧可以为线性风扇实现所谓的“无限寿命”。然而，钢板金属枢转弹簧已被证明存在问题且因此尚未取得商业成功。
[0006]典型的现有技术线性风扇结构如图1所示，包括弹簧夹块2、板金属弹簧4和刚性风扇叶片6。叶片6通过在金属板弹簧4上枢转来回振荡，金属板弹簧4弯曲以适应叶片振荡。这种由在弯曲弹簧上枢转的刚性叶片组成的架构对于商业上可行的线性风扇所需的动态稳定性至关重要。
[0007]为了产生空气流，叶片必须在其基本枢转模式下在/>±
x方向上振荡，如图1中的弯曲箭头所示。如果叶片组件在更高振荡模式下被激发，那么这些更高模式振荡叠加在基本振荡上，导致叶片的动态不稳定性、由于高弹簧应力和过大噪声导致的过早弹簧失效。
[0008]对于图1所示的架构，叶片高度H
B
与弹簧高度H
S
的比率越大，则叶片组件的动态稳定性就越大。H
B
/H
S
的比率越大，叶片就越像铰链上的简单面板进行动态行为。与沿其整个高度自由弯曲的全悬臂叶片相比，具有高H
B
/H
S
比率的图1架构将大大减少导致动态不稳定性的不期望更高共振模式的数量并且还将增加这些更高模式和基本枢转模式之间的频率分离。只要弹簧不会将其自身的不稳定性引入叶片组件，则这些优点就会得到确认。
[0009]虽然理论上图1的叶片组件架构似乎提供了高稳定性，但在实践中，金属板枢转弹簧的使用引入了阻止叶片组件在商业上可行的不稳定性。每个部件所需的不同材料将具有不同的热膨胀系数(CTE)值。因此，随着操作期间温度变化，CTE失配将导致金属板弹簧变形，从而导致(1)弹簧刚度的周期性变化，(2)随之引起的动态不稳定性，(3)超过弹簧疲劳极限的应力梯级，使商业相关的风扇寿命无法实现，以及(4)金属板弹簧中的循环跳变导致的商业上不可接受的噪音水平。参考图1，这些CTE失配在任何叶片宽度W下都是有问题的，但是随着叶片宽度W增加，CTE引起的部件变形明显成比例地变得更严重。
[0010]在图1的架构中包含金属板弹簧的另一个缺点是，线性风扇必须以或接近其质量
‑
弹簧共振频率运行，以便以可接受的能量效率操作，并且需要大弹簧K(刚度)值以针对有用空气流率提供足够高的共振频率。在动态叶片稳定性所需的短高度H
S
内，金属板弹簧无法在不超过弹簧疲劳极限的情况下为商业相关流率提供足够大的弹簧K值，从而导致风扇快速失效。
[0011]金属板弹簧的另一个缺点是，一旦将材料切割成应用所需的尺寸，在应用中经历重复弯曲的切割边缘必须首先进行边缘修整操作，以消除导致应力梯级的毛刺和裂纹。在远低于材料认证的疲劳极限的弹簧弯曲应力下，这些应力梯级会导致弹簧的裂纹传播失效。无论轧机制造的金属板的质量和材料特性如何，其寿命和可靠性仅与二次边缘修整操作一样好。
[0012]因此，对于任何宽度W的线性风扇要实现商业可行性，需要这样一种枢转弹簧：其可以吸收由于实际CTE失配而导致的叶片组件部件的不同尺寸变化，同时还提供了商业有用空气流率所需的大弹簧K值，而不会出现弹簧失效或破坏图1架构的固有动态稳定性。
[0013]为了满足当前在炎热恶劣环境中延长风扇寿命的未实现市场需求，本专利技术涉及一种风扇，该风扇包括线材弹簧以克服现有技术金属板弹簧的上述限制。
附图说明
[0014]本公开的特征、方面和优点将从以下描述以及附图中所示的随附示例性实施例变得显而易见，这些附图将在下文进行简要描述。
[0015]图1是采用金属板弹簧的风扇叶片组件的透视图。
[0016]图2是包括线材弹簧的风扇叶片组件的示例性实施例的透视图。
[0017]图3是图2的组件中采用的螺旋弹簧的侧视图。
[0018]图4示出了图2的风扇叶片组件的侧视图和俯视图。
[0019]图5示出了风扇叶片组件的各种示例性实施例的侧视图，包括以相对于风扇叶片的各种定向安装的线材弹簧。
[0020]图6是包括线材弹簧的风扇叶片组件的透视图。
[0021]图7是采用金属板弹簧的风扇叶片组件的透视图。
[0022]图8是图6和7的叶片组件的并排端视图。
[0023]图9是风扇叶片组件的示例性实施例的透视图，其包括线材弹簧和多个风扇叶片。
[0024]图10是图9的风扇叶片组件的侧视图。
[0025]图11是与风扇叶片一起使用的线材弹簧的示例性实施例的透视图。
[0026]图12是连接到示例性风扇叶片的图11的线材弹簧的透视图。
具体实施方式
[0027]本文所述的实施例涉及一种线性风扇，该线性风扇可包括线性叶片组件，该线性叶片组件包括线性振荡风扇叶片和弹簧。如下面进一步描述的，线性振荡风扇叶片可以由例如电磁马达驱动。
[0028]图2示出了线性风扇叶片组件的示例性实施例，该组件包括多个线材螺旋弹簧10，这些线材螺旋弹簧具有竖直定向并通过支架12刚性地附接到风扇叶片8，而弹簧10的另一端附接到静止夹块14。尽管图示了四个弹簧，但其他实施例可以包括一个或多个螺旋弹簧，
这取决于风扇的尺寸和采用风扇的应用。弹簧10允许叶片8如弯曲箭头所示枢转和振荡。弹簧10具有类似于压缩弹簧的节距，但与压缩弹簧不同的是，弹簧10以侧向模式弯曲，如图3所示。弹簧10被构造为具有足够大的螺旋节距以防止在侧向弯曲期间螺旋匝之间的接触，这种接触会造成不稳定性、应力梯级、表面损坏、弹簧过早失效和显著噪音。
[0029]图2的叶片组件解决了CTE失配问题，这是由于竖直安装的螺旋弹簧10能够在侧向x
‑
z平面中屈曲(如图4所示)以吸收叶片组件和风扇组件子部件的变化尺寸膨胀或收缩，从而防止这些部件由于其不同的CTE值而发生任何变形或翘曲。弹簧的x
‑
z屈曲不会以任何方式干扰其作为叶片的枢转弹簧的功能，因本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种线性风扇叶片组件，包括：线材弹簧，其具有附接到风扇叶片的第一端以及附接到风扇框架的第二端；所述风扇叶片具有自由端使得所述叶片能够通过在所述线材弹簧上枢转而振荡；其中，所述线材弹簧屈曲以使得所述风扇叶片能够振荡。2.根据权利要求1所述的线性风扇叶片组件，其中，所述线材弹簧被构造为至少一个螺旋弹簧，并且包括节距，所述节距足以确保弹簧螺旋在所述螺旋弹簧的侧向弯曲分量期间不彼此接触。3.根据权利要求2所述的线性风扇叶片组件，其中，所述至少一个螺旋弹簧以与竖直成0度角度安装到所述风扇叶片以主要以侧向模式屈曲。4.根据权利要求2所述的线性风扇叶片组件，其中，所述至少一个螺旋弹簧以与竖直成90度角度安装到所述风扇叶片以主要以扭转模式屈曲。5.根据权利要求2所述的线性风扇叶片组件，其中，所述至少一个螺旋弹簧以除0度或90度以外的任何角度安装到所述风扇叶片，使得弹簧弯曲模式包含侧向弯曲分量和扭转弯曲分量两者。6.根据权利要求1所述的线性风扇叶片组件，其中，所述线材弹簧被构造为至少一个平面弹簧。7.根据权利要求1所述的线性风扇叶片组件，还包括：第二风扇叶片组件，其附接到所述风扇框架；其中，所述第一叶片组件和所述第二叶片组件以180度异相振荡，以促进抵消由所述叶片组件中的每个施加在所述风扇框架上的反作用力。8.根据权利要求7所述的线性风扇叶片组件，其中，所述线材弹簧被构造为至少一个螺旋弹簧。9.根据权利要求7所述的线性风扇叶片组件，其中，所述线材弹簧被构造为至少一个平面弹簧。10.根据权利要求1所述的线性风扇叶片组件，还包括：至少一个永磁弹簧，其中，所述至少一个永磁弹簧增加所述风扇叶片组件的有效弹簧刚...

【专利技术属性】
技术研发人员：T，
申请(专利权)人：波佩图阿有限公司，
类型：发明
国别省市：