CN100552315C - 混合式通风机 - Google Patents

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Abstract

一种通风机(10)，包括：通风机定子(12)，用于安装至结构；通风机转子(14)，用于安装至所述通风机定子并相对所述通风机定子转动。一个或多个能够由风驱动的元件(44)安装至所述通风机转子。设置马达(20)以在所述通风机转子和所述通风机定子之间操作，用于所述通风机转子的选择性的马达驱动转动。

Description

混合式通风机
技术领域
在此公开的通风机为一种风驱动通风机和马达驱动通风机的混合形式。
背景技术
通风机可用于从封闭空间排出空气和其它气体。这种封闭空间可包括商业建筑和民用建筑的房顶空间或内部、集装箱、活动房屋或工棚、汽车等等。排出的空气和其它气体可以包括温暖的或加热的气体、潮湿的气体、含有诸如污染空气或有毒烟气等污染物的气体、污浊的气体(尤其是空气)等等。
已知的作为转子通风机的通风机包括具有多个叶片的转子，所述多个叶片在使用中取向为捕获环境的风以驱动(转动)通风机的转子。在使用中，当通风机转子是风驱动时，靠近叶片的空气被转动的叶片向外迫动，并且所述空气又被来自封闭空间中的空气更换。这导致有效地从空间泵出空气。
发明内容
在一方面，提供了一种通风机，包括：
通风机定子，用于安装至结构；
通风机转子，用于安装至所述通风机定子并绕转子轴线相对所述通风机定子转动，所述转子包括一个或多个能够由风驱动的元件并且安装成在使用中从所述定子延伸从而一个或多个能够由风驱动的元件没有由所述定子包围而是在使用时基本上暴露于风中；以及
在所述通风机转子和所述通风机定子之间操作的马达，用于选择性地达驱动所述通风机转子转动，且所述马达位于所述转子轴线上。
在另一方面，提供了一种通风机，包括：
通风机定子，用于安装至结构；
通风机转子，用于安装至所述通风机定子并相对所述通风机定子转动，所述转子包括一个或多个能够由风驱动的元件并且安装成在使用中从所述定子延伸从而一个或多个能够由风驱动的元件不被所述定子包围而是在使用时基本上暴露于风中；以及
马达，在所述通风机转子和所述通风机定子之间运行，用于选择性地马达驱动所述通风机转子转动，并且所述马达位于所述通风机内部。
在另一方面，提供了一种通风机，包括：
通风机定子，用于安装至结构；
通风机转子，用于安装至所述通风机定子并相对所述通风机定子转动，所述转子包括一个或多个能够由风驱动的元件；
马达，当通风机转子被风驱动时，所述马达能够用作通风机转子和通风机定子之间的转动轴承。
马达使通风机转子选择性地被驱动，例如，在低风速条件下和/或在过度(例如过热、潮湿或污染的)封闭空间条件下。
这里所指的“能够由风驱动的元件”不排除通过风或马达之外的方式驱动的通风机转子。例如，通风机转子可由因热产生的经由通风机从封闭空间排出的气流驱动，或由于在封闭空间中操作的其它气体压力装置(例如，经调节或加热的气流)。同样，“能够由风驱动”指元件可以被风驱动。
能够由风驱动的元件通常为叶片或桨片，但是可以包括例如杯形、帆形等的其它集风设备。
典型地，转子取向为一个或多个能够由风驱动的元件在使用时基本上暴露于风中。更典型地，每个元件设置成在使用时基本上暴露于风中。因此，通风机转子可在正常风驱动方式下发挥作用以接收最大量的主要风力。
虽然马达通常可以安装成用于在转子和定子之间进行操作，马达自身可以限定通风机的转子和/或定子。在这方面，以及在电动马达的情况下，马达磁体可以集成在通风机转子中并且/或者线圈可集成在通风机定子中。换言之，马达可以集成在通风机的实际结构中。
在一个实施方式中，马达将通风机转子连接至通风机定子。在这方面，马达转子可以连接至通风机转子，以及马达定子可以连接至通风机定子。接下来，马达可用作通风机转子相对于通风机定子的转动支架。而且，马达还用作通风机转子的一种轴承。
例如，当诸如风等引起通风机转子相对于通风机定子转动时，通常通风机转子使马达转子与其一起转动，并由此相对马达定子转动。
然而，可选择地马达可以与通风机转子和定子分离，甚至可定位于通风机的外部。在任何情况下，马达都可以经由齿轮系或皮带传动装置等驱动通风机转子。
在一种形式中，通风机定子可包括用于安装至结构的框架。
在第一实施方式中，马达定子可以直接安装至框架。将马达定子直接安装至框架可以增强机械上、构造上以及操作上的有效性。例如，通风机可以一种更紧凑的形式设置，并且马达可以完全容置在通风机内部。
在第二可选择的实施方式中，马达定子可安装至轴，轴又安装至框架并从框架突出。轴可在其远端处支撑马达定子。
在一种形式中，马达转子可以直接安装至通风机转子，从而导致与将马达定子直接安装至框架具有相同的效果。
典型地，马达为“外部转子型马达”，在这种情况下马达包括所谓的“外部转子”。外部转子能够更容易安装至通风机转子。
在第一实施方式中，在马达转子和马达定子分别直接安装至通风机相应的部件时，马达内部轴承通常设置成主要吸收轴向推力负载，但是在使用时也可吸收通风机转子受到的径向力。典型地，选择马达内部轴承使得马达能够抵抗由可变的风条件/方向施加至通风机的扭转力或转动力。
在第二实施方式中，马达定子可以安装至位于轴的远端的凸缘。接着，推力轴承装置可以设置成主要吸收轴向推力负载，但是其在使用中也可吸收通风机转子会受到的径向力。推力轴承装置包括从马达转子突出的突出件，所述马达转子被支撑成用于在轴的远端的凹槽中转动。典型地，突出件是支撑在衬套中的马达转子的轴，所述衬套又被支撑，用于在位于凸缘凹槽中的滚珠轴承组件内转动，因此利用所述组件设置推力轴承。推力轴承装置一般可增强在通风机转子和定子之间的马达的轴承功能。以这种方式支撑轴还可以使马达抵抗由例如可变的风状况/方向施加至转子的扭转力或转动力。
典型地，马达的轴线与通风机转子的中心轴线对齐，以在使用中使马达和通风机能够对称地和平衡地操作。
马达转子可连接至马达的外围壳体，而马达壳体又连接至通风机转子。
在一个实施方式中，壳体是套管，套管直接安装至转子的板，其中马达转子由套管容纳并保持。套管可选择地与板一体形成而从板突出。
在另一个实施方式中，壳体包括将马达转子容纳并保持在其中的帽以将马达转子连接至其上，而帽安装到通风机转子板上。
这种装置提供了一种用于将马达转子附连至通风机转子的简单方法。套管和帽分别还可提供用于马达转子的封闭装置以防止诸如灰尘等颗粒物质侵入。
在一种形式中，通风机转子包括使用状态的顶板、使用状态的底板、以及多个能够由风驱动的元件，能够由风驱动的元件在顶板和底板之间延伸并在相对的端部分别连接至顶板和底板。
通风机可进一步包括用于转子的拱顶形机盖。拱顶形机盖可安装至转子顶板。拱顶形机盖可以保护转子通风机免受环境条件/因素的影响，可以增强转子的刚性，可以为转子提供空气动力学轮廓，并且可以提高转子的美观度。
典型地，马达具有低转动阻力。在这方面，马达可以是“自旋式”马达。因此，当马达在通风机中起轴承的作用时(即，通过相互连接通风机转子和通风机定子)，低转动阻力可以增强马达作为轴承的功能并且可允许通风机转子在大范围的环境风条件下转动。
所述马达可以是电动的，由直流电源或交流电源(例如电力网电源)提供动力，或者可以由电池驱动。当电源是直流电源时，马达可以通过一个或多个太阳能电池板提供电力。可选择地，马达也可以由空气/气动地驱动，或者可包括内燃机或燃气轮机等。
安装有通风机定子的典型结构是建筑物的封闭空间的房顶、墙壁等，或者是诸如工棚、房屋、汽车等可移动结构。
附图说明
虽然有可能落入在发明内容中限定的通风机范围内的任何其它形式，现在将仅通过实例并参考附图描述通风机的具体实施方式，在附图中：
图1示出了第一种混合式通风机的实施方式的立体图，其中将可选择的拱顶形机盖去除；
图2示出了图1的通风机从下面观察的立体图，图中示出了位于其中的马达；
图3示出了图1和图2的第一种通风机的实施方式的俯视图；
图4示出了沿图3的线A-A的通风机的侧截面图；
图5详细示出了图4的截面图的细节；
图6示出了第二种混合式通风机的实施方式的俯视图，其中将拱顶形机盖去除；
图7示出了图6的通风机的侧截面视图，但是拱顶形机盖在适当的位置。
具体实施方式
首先参考图1和图5，图1和图5示出了混合式通风机10的第一实施方式。这种构造典型地用于较大型的通风机设备。
所示出的通风机包括两个主体：通风机定子12和通风机转子14。
通风机定子12包括横截面是圆形的喉道16和装配件形式的框架18以定位及支撑驱动马达20。在图1至图5绘出的混合式通风机的实施方式中，马达直接将通风机转子连接至通风机定子。马达还用作在通风机转子和通风机定子之间的轴承。典型地，马达如下文所述具有低转动阻力(如，自旋式马达，其转子在定子的外部)。
马达转子包括用于安装至通风机转子的马达本体21。当马达具有所示出的外部转子时，马达本体21形成马达转子的一体部分。
马达定子包括用于支撑所述马达本体21的马达底座22，以使马达本体21在马达底座22上转动。马达定子连接至通风机定子12以将通风机固定至烟道或其它出口，底座可以附连至喉道16，接着喉道16使通风机适于根据需要安装至不同斜度的房顶，或墙壁等。
通风机定子装配件18包括多个支架23(例如，在图2中示出了四个支架)。支架在24处交叉并在25处成型，用于支撑安装环26和马达底座22的接收部，安装环26固定至底座22和支架上。各支架23的外端经由各自的铆钉27连接至喉道16。因此，装配件18将马达定子安装至通风机定子12并在使用中支撑马达。而且，当马达被启动时，防止马达定子在使用中转动。
从例如电力网电源、电池、变压器、太阳能电池板等直流电源或交流电源引出的马达引线通常支撑在装配件18上，并沿给定的支架23延伸以装入马达底座22。
马达本体21安装至套管30，并在套管30的内部，套管30形成通风机转子的一部分。套管30安装至圆形板31，圆形板31通过紧固件34紧固至通风机转子顶板32的下面。套管30可以选择性地与通风机转子一体地形成。
马达本体包括外围凸缘35，凸缘35从马达本体的侧壁伸出并靠近马达本体21的底座。凸缘35与套管30对应的凸缘36对齐，并且接着紧固件通过凸缘35、36引入以将马达本体紧固至通风机转子14(即由此紧固马达转子)。
为了获得额外的稳定性，设置有一些撑杆37(在图2中示出了五个撑杆)，撑杆在套管30和通风机转子顶板32的外周之间延伸，其中撑杆(如，通过铆钉)紧固至板32的下面。各撑杆37的尺寸构造成在近端处紧贴着位于板31和套管30的凸缘36之间(这在图5中示出得最清楚)。
典型地，马达20在马达转子和定子之间采用深槽滚珠轴承列/座圈。这种轴承可以起推力轴承的作用以主要吸收轴向推力负载以及在使用中通风机可能受到的径向力。虽然这种设置在某些应用中或具有某些通风机构造中并不使用，但是其通常用于具有加强的马达的较大型的通风机。
深槽滚轴轴承组件可以抵抗/适应通风机转子受到的轴向及径向负载，并且还抵抗由可变风条件及方向作用至通风机转子的扭转力或转动力。
通风机转子包括涡轮机或叶轮组件40。所述组件40包括盘形通风机转子顶板32和环形盘状的底板42。多个叶片或桨片44在顶板和底板之间延伸并在各自的端部连接至顶板和底板。在这方面，叶片或桨片由弯曲的突片46(见图1至图3)固定至顶板32和底板42，突片46插入并通过板中对应的槽。
考虑到美观和/或空气动力学效应，涡轮机组件40还可包括拱顶，尽管图1至图5绘出的设备没有拱顶也是完全防水的。拱顶还可以作为抵挡阳光和灰尘的保护性的机盖。
在使用中，马达本体21在马达底座22上转动并由马达底座22支撑。如上所述，马达20在通风机定子12和通风机转子14之间机械地连接，并机械地连接至分别的通风机定子12和通风机转子14，因此当被启动时，可用来驱动(或辅助驱动)通风机转子14。同时，马达可用作通风机转子14的转动轴承。
在一种使用模式中，当从封闭空间排出空气时，马达20的转动输出传送至通风机马达14，驱动涡轮机组件(叶轮)40产生通风(泵送)作用。在这方面，在通风机10位于其内的封闭空间中的空气(或其它气体)从封闭空间抽出，空气/气体在叶片/桨片44之间排出。
通风机10的独一无二的特征是涡轮机组件40能够由环境的风和/或马达驱动。在这方面，叶片/桨片44分别起工作元件的作用，因为它们可引起类似于离心式风扇所产生的径向流动。转动的叶片/桨片(即，由于环境的风和/或马达)使靠近的空气(或气体)分子一起转动。由于离心加速度作用在转动分子上，逐渐增大的向外的径向力作用于空气分子。所产生的离心力使空气分子从通风机10径向向外排出，导致(或诱导)更换的空气吸入通风机的喉道16，接着吸入叶片/桨片之间的空隙。因此，当转子运动时，导致通过通风机的连续空气流。
现在参考图6和图7，图6和图7示出了混合式通风机100的第二实施方式。这种构造通常用于小型的通风机设备。
同样，所示出的通风机包括两个主体：通风机定子112和通风机转子114。所述定子112包括横截面是圆形的喉道116以及定位和支撑驱动马达120的装配件118。
在图6和图7中绘出的混合式通风机的实施方式中，所述马达通过轴124将通风机转子连接至通风机定子(如下文所述)。同样，所述马达是低转动阻力(自旋式)类型的马达。
同样，马达转子包括马达本体121，并且马达定子包括用于支撑所述马达本体的马达底座122，以使马达本体121在马达底座122上转动。同样，定子112可适于将通风机固定至烟道，并且还可以安装至底座结构，底座结构适于根据需要将通风机安装至房顶、墙壁等等。
定子装配件118包括支架123、轴124和凸缘126。支架123通过铆钉123A连接至喉道116。轴124又在一端通过螺钉125A连接至支架123，并且在另一端通过螺钉125B连接至凸缘126。马达底座121通过紧固件127(例如，
Figure C20058003216500131
螺钉)固定至凸缘126，并由此连接至喉道116(定子)。因此支架123、轴124、和凸缘126的装配件118将马达120安装至定子112并在使用中支撑马达。另外，当马达被启动时，在使用中防止马达底座转动。
从例如电池、变压器、太阳能电池板等直流电源或交流电源引出的马达引线128穿过喉道116中的绝缘(橡胶)孔眼129，并且也同样支撑在装配件118上，并如图所示向上引导至马达120，穿过轴124中的通道124A和凸缘126中的通道126A。
通风机100的涡轮机/叶轮组件130包括顶板131和底板132，其中多个叶片或桨片134在顶板和底板之间延伸并连接至顶板和底板。在这方面，叶片由弯曲的叶片突片138(见图1)固定至顶板130和底板132。
涡轮机组件130进一步包括拱顶136。拱顶136通过铆钉140或通过一系列冷成型的接头固定至顶板131。拱顶136作为用于转子通风机的保护性的机盖以保护通风机抵挡环境条件/因素(雨水、阳光等)，并且还用作结构元件以增大顶板131的刚性。而且还为通风机提供了空气动力学轮廓。
除了将马达底座122安装至凸缘126，将马达本体121安装至轴124也可以采用推力轴承装置，以主要吸收轴向推力负载和在使用中通风机转子可能受到的径向力。虽然这种设置在某些应用中或马达构造中不需要，但是其可以用于较小的或不那么强大的马达类型。
推力轴承装置包括衬套142，如图所示，衬套142定位成用于在轴124端部中的凹槽内转动。衬套142紧固至从马达本体121居中地突出的马达轴144。衬套142还安装在容置在凸缘126中的滚珠轴承组件146之内。
滚珠轴承组件起推力轴承的作用。因此，当马达启动时，滚珠轴承组件146在其内部支撑衬套142和马达轴144的转动，并且抵抗/适应转子受到的任何轴向及径向负载。马达轴144的轴承还会使马达抵抗由可变的风条件及方向施加至转子的扭转力或转动力。
当马达本体121在马达底座122上转动时，连接至马达本体121的马达轴144在其中转动并由轴承146支撑。
为了将马达本体121安装至转子114，帽150通过固定螺钉152连接至马达本体。接着，帽150的下缘通过一系列螺钉154紧固至顶板131。
为了防护马达和轴承组件免遭空气中携带的颗粒物质(如，灰尘、湿气、流体等)侵入，以及防止马达和轴承组件的润滑剂流失，防护板160可通过一系列螺钉162安装至凸缘126，如图所示。
由此马达120可用于通风机转子114的驱动(或辅助驱动)。
图6和图7的通风机的实施方式与图1至图5的通风机的实施方式具有相同的使用模式。
马达20、120的启动可由基于微处理器的控制系统控制，所述控制系统可接收如环境温度、封闭空间的温度、湿度、环境风速等作为输入，或者可预编程。因此，马达可选择性地启动(如，在炎热天气中低风速条件下)。
与总是装入一定形式整流罩中的动力风扇相比，通风机10、100将叶轮(更具体而言是叶片/桨片)暴露至任意周围环境的风条件下，并利用这种状况获得通风效果。如图1和图7最清楚示出，叶片取向为在使用中基本暴露至风中(即，当风(气流)一般横向撞击在转子通风机上时，设置叶片以接收主要风的最大分量)。在这方面，叶片不会被整流罩等遮挡并可在正常风驱动方式下发挥作用。
叶片/桨片可由环境的风或马达之外的其它动力驱动。例如，通风机转子可由转子通风机位于其中的封闭空间中因热产生的气流、或者通过在封闭空间中操作的其它气体压力装置(例如，经调节或加热的气流)驱动。在这方面，通风机可起到受控/可控的放气阀的作用。
虽然在图1至图7的实施方式中，所示出的马达将通风机转子连接至通风机定子，但是马达还可以设置成与通风机转子/定子支架分离。在这种情况下，在通风机转子和通风机定子之间使用独立的轴承。接着，马达可位于通风机内部并且由齿轮、皮带传动装置等连接至通风机转子。
作为另一种选择，马达可位于通风机的外部，并且通过齿轮或其它方式连接至转子(如，通过皮带传动装置或链条)。在又一种选择中，马达安装在喉道16、116处，或安装在喉道16、116的下方，并且通过合适的传动装置(如，齿轮)连接以驱动(转动)通风机转子。
在另一种改型中，可采用单向超限运转离合器作为在马达和通风机转子之间的传动装置的一部分以进一步减小对通风机转子转动的任何马达阻力，例如，当环境的风条件和/或热气流作为仅有的动力源时。
马达使用的直流电源的电压在5至100伏特的范围内(如12、24、48伏特的电池等)。交流电源可以采用在100至425伏特范围内的电压(如，110或240伏特的电力网电源)以及采用单相或三相的电源。直流电的使用使得电池和太阳能电池板能够向马达提供动力，而交流电的使用使得电力网或电网电源能够向马达提供动力。
除了电力，马达也可以由空气/气动地驱动、甚至由蒸汽驱动，或者可以包括内燃机或燃气轮机等。
尽管通常每个混合式通风机都是根据用途而设计和制造的，但是通风机的构件可以改装至已知的包括顶板和从顶板延伸出的风驱动叶片或桨片的通风机。
也可以在通风机转子的底板处设置外部光顺部件(faring)以增强通风机的空气动力学轮廓。
虽然马达通常为低转动阻力(自旋式)类型的马达，其也可以具有相对较高的扭矩输出，尤其是对于较大的通风机设备。马达可具有在1-2Nm范围内的扭矩。在此方面，马达可具有高的扭矩与rpm的比率，其中较大的通风机设备以在200-400rpm范围内的速度进行操作，而较小的通风机设备以在600-800rpm范围内的速度进行操作。
在另一种改型中，马达可集成在通风机的实际结构中。在这方面，马达自身可以构造并形成为限定通风机转子和/或通风机定子的形状。在电动马达的情况下，马达磁体可以集成在通风机转子中并且/或者线圈集成在通风机定子中。
虽然已经对转子通风机的具体实施方式进行了描述，但是应当理解转子通风机可以许多其它形式实现。

Claims (21)

1.一种通风机，包括：
通风机定子，用于安装至结构；
通风机转子，用于安装至所述通风机定子并绕转子轴线相对所述通风机定子转动，所述转子包括一个或多个能够由风驱动的元件并且安装成在使用中从所述定子延伸从而一个或多个能够由风驱动的元件不被所述定子包围而是在使用时基本上暴露于风中；以及
马达，在所述通风机转子和所述通风机定子之间运行，用于选择性地马达驱动所述通风机转子转动，并且所述马达位于所述转子轴线上。
2.一种通风机，包括：
通风机定子，用于安装至结构；
通风机转子，用于安装至所述通风机定子并相对所述通风机定子转动，所述转子包括一个或多个能够由风驱动的元件并且安装成在使用中从所述定子延伸从而一个或多个能够由风驱动的元件不被所述定子包围而是在使用时基本上暴露于风中；以及
马达，在所述通风机转子和所述通风机定子之间运行，用于选择性地马达驱动所述通风机转子转动，并且所述马达位于所述通风机内部。
3.一种通风机，包括：
通风机定子，用于安装至结构；
通风机转子，用于安装至所述通风机定子并相对所述通风机定子转动，所述转子包括一个或多个能够由风驱动的元件；
马达，当所述通风机转子被风驱动时，所述马达能够用作所述通风机转子和所述通风机定子之间的转动轴承。
4.如前述权利要求中任一项所述的通风机，其中所述马达将所述通风机转子连接至所述通风机定子。
5.如权利要求1-3中任一项所述的通风机，其中所述一个或多个能够由风驱动的元件是叶片或桨片。
6.如权利要求1-3中任一项所述的通风机，其中所述通风机定子包括用于安装至所述结构的框架，并且所述马达定子直接安装至所述框架。
7.如权利要求6所述的通风机，其中所述马达的转子包括马达本体而所述马达的定子包括马达底座，所述马达本体能够相对于所述马达底座转动，并且所述马达底座相对所述框架固定。
8.如权利要求1-3中任一项所述的通风机，其中所述通风机定子包括用于安装至所述结构的框架和安装至所述框架并从所述框架突出的轴，所述轴在其远端支撑所述马达。
9.如权利要求8所述的通风机，其中所述马达的转子包括马达本体而所述马达的定子包括马达底座，所述马达本体能够相对于所述马达底座转动，并且所述马达底座相对于所述框架固定。
10.如权利要求9所述的通风机，其中所述马达底座安装至位于所述轴的远端的凸缘，其中从所述马达本体突出的突出件受到支撑用于在所述轴的远端的凹槽内转动。
11.如权利要求10所述的通风机，其中所述突出件是支撑在衬套中的所述马达本体的轴，所述衬套又被支撑，用于在位于所述凸缘凹槽中的滚珠轴承组件内转动。
12.如权利要求7或9至11中任一项所述的通风机，其中所述马达本体连接至外围马达壳体，其中所述壳体又连接至所述通风机转子。
13.如权利要求12所述的通风机，其中所述壳体是套管或帽。
14.如权利要求12所述的通风机，其中所述通风机转子包括使用状态的顶板、使用状态的底板、以及多个能够由风驱动的元件，所述能够由风驱动的元件在所述顶板和所述底板之间延伸并将元件两端部分别连接至所述顶板和所述底板。
15.如权利要求14所述的通风机，其中所述壳体连接至所述顶板以将所述马达本体连接至所述顶板。
16.如权利要求14所述的通风机，进一步包括用于所述通风机转子的拱顶形机盖。
17.如权利要求16所述的通风机，其中所述拱顶形机盖安装至所述转子顶板。
18.如权利要求1-3中任一项所述的通风机，其中所述马达具有低转动阻力。
19.如权利要求1-3中任一项所述的通风机，其中所述马达由直流电源或交流电源提供动力。
20.如权利要求1-3中任一项所述的通风机，其中安装有所述通风机定子的所述结构是建筑物的封闭空间的房顶。
21.如权利要求1-3中任一项所述的通风机，其中安装有所述通风机定子的所述结构是包括工棚、房屋或汽车的活动结构。
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