CN101317010A - 用于机动车的冷却通风机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一个用于机动车的冷却通风机(1)，具有一个通风机叶轮(4)和具有一个无电刷的通风机电机(2)以驱动该通风机叶轮(4)，其中，通风机电机(2)具有一个内转子(3)，为了在相同功率下减小这种冷却通风机(1)的结构尺寸而建议，使通风机叶轮(4)直接与内转子(3)连接。

Description

用于机动车的冷却通风机
本发明涉及一个用于机动车的冷却通风机，具有一个通风机叶轮和具有一个无电刷的通风机电机以驱动该通风机叶轮，其中该通风机电机具有一个内转子。
在汽车领域中已公知了应用无电刷的通风机电机。这些(通风机电机)其中被应用于冷却通风机以冷却该内燃机和被应用于空调设备和内部空间通风用的冷却通风机。
在已知的具有内转子的无电刷通风机电机中不仅包含了转子和定子而且包含了位于前与后轴承盖之间壳体中的电机电子装置。该通风机叶轮被配置在壳体的外部并且通过驱动轴与通风机电机连接。其中该驱动轴被导引在壳体的前与后轴承盖中。
德国实用新型文件9404147U1公开了一个轴流式通风机，其中该通风机叶轮直接与该通风机的一个设置为内转子的转子相连接。在转子之与通风机叶轮相反对置的端侧面上设置一个附加的较小的通风机叶轮以用于产生一个通过由定子和转子形成之空气隙缝的空气流，因此转子和定子的绕组被冷却并且可避免在电机之空气隙缝中的湿气沉积。
德国公开文本DE4214160A1描述了一个通风机，其中该通风机叶轮载有驱动装置的转子，同时其中没有应用一个驱动轴。
本发明的任务是，在相同的功率情况下减小一个冷却通风机的结构尺寸。
这一任务通过权利要求1限定的一个冷却通风机解决。依此规定：一个用于机动车的冷却通风机，具有一个通风机叶轮和具有一个无电刷的通风机电机以驱动该通风机叶轮，其中该通风机电机具有一个内转子，其中该通风机叶轮具有一个通风机轮毂并且该通风机轮毂直接与内转子连接以及其中该通风机轮毂在它之面对内转子的内侧面上具有多个通风机叶片。按照本发明，该通风机叶片被配置在两个组中，其中一个组主要应用于产生一个通过内转子之开放的中央区域的空气流，同时另一组主要应用于产生一个通过定子之槽隙缝的空气流。
通过这种结构设置方案，一方面可实现该轴向结构长度的一个明显减小。也不再需要一个前边的轴承盖。因为通风机叶轮的驱动直接通过内转子实现，故不再需要驱动轴了。代替其可以为了保持该内转子设置一个导引轴。
此外通过本发明该通风机电机的重量并因此该整个冷却通风机的重量被减小。同时实现制造-和安装成本的降低以及-通过构件数量的减少-实现提高的可靠性。
此外尽管冷却通风机的结构尺寸减小本发明还能实现通风机电机和电机电子装置的明显改善的热排放。通过减小的结构长度还使冷却空气在通风机电机内部所经历的路程缩短。因此压力降也减小，从而通过强制热对流提高冷却效率。
基于通风机叶轮通过其通风机轮毂与内转子的直接连接即能实现该冷却通风机之轴向结构长度一个最大的减小。因此可实现一个特别紧凑的结构方案。
为了能实现通风机叶轮的直接连接，设置一个朝通风机叶轮之方向上敞口的壳体。因为没有前面轴承盖来封闭该壳体，故能实现一个对在壳体中安置的结构件(绕组等)的直接冷却。此外该通风机轮毂在它之面对内转子的内侧上置有多个通风机叶片。
通过将通风机叶片设置在两个组中，一方面能实现一个特别有效的对壳体中电机电子装置的冷却并且另一方面能实现一个对绕组的冷却以及因此能实现一个改善的对通风机电机的自身冷却。
借助本发明可以制备在汽车领域中应用的冷却通风机，其相对现有技术中公知的解决方案在功率，可靠性和效率方面都被改进。
本发明之优选的结构方案被限定在从属权利要求中。
如果所述两组通风机叶片相互间隔，从而它们可以接纳这些轴向上从定子中伸出的单齿形绕组的话，则可以再次地减小轴向结构长度。
此外为导引两个冷却空气流特别优选的是，一组通风机叶片被配置在导引轴的附近并且该通风机叶片被设置为与转动方向相反地弯曲，同时该另一组通风机叶片被配置在轮毂圆周上并且被实施为直线的结构。
结构上优选的实施方案包括：一个具有一个用于接纳导引轴的导引孔的内转子，该导引轴被支承在壳体的一个后轴承盖中；导引轴在内转子上支承并且并结合导引轴安置在壳体中；以及导引轴支承在通风机轮毂并且导引轴安置在壳体中。
其中为了导引轴之一个特别可靠的支承最好是应用两个球轴承，一个球轴承和一个滑动轴承或两个滑动轴承。
下面借助一个具体实施例描述本发明，并借助附图详细阐述这个具体实施例。其中表明：
图1是一个现有技术中的具有一个含内转子之通风机电机的冷却通风机的示意截面图，
图2是一个本发明的具有一个含内转子之通风机电机的冷却通风机的示意截面图，
图3是一个本发明的冷却通风机(从前面倾斜看)的一个第一分解图，
图4是一个本发明的冷却通风机(从后面倾斜看)的一个第二分解图，
图5是一个在本发明的冷却通风机的一个壳体上的俯视图，
图6是一个沿图5中剖示线AA的本发明的冷却通风机之一个剖面视图，
图7是沿图6中剖示线BB的本发明之一个定子和一个内转子的剖面视图和
图8是一个在本发明冷却通风机之通风机叶轮的通风机轮毂内侧面上的俯视图。
图1中描述了一个现有技术中公知的冷却通风机101，其具有一个含一内转子103的通风机电机102。铝壳体107-它同时应用作为冷却元件-具有一个前轴承盖150和一个后轴承盖108，它们构成一个封闭的内部空间151以接纳定子114和内转子103。在后轴承盖108中配置了电机电子装置。不仅在前轴承盖150中而且在后轴承盖108中都设置了轴承117以支承一个驱动轴152。与驱动轴152连接的是带有永久磁体126的内转子103。定子114具有铜绕组128。在从前轴承盖150伸出的驱动轴152上固定了该通风机叶轮的通风机轮毂105。从通风机电机102到通风机叶轮上的扭矩之传递通过驱动轴152实现。冷却空气流134沿着电机电子装置地流动，并通过定子114的槽隙缝138并且通过前轴承盖150中的开口流到自由空间去。轴向结构长度116通过后轴承盖108，定子114或内转子103，前轴承盖150和通风机轮毂105的结构长度以及所属的中间空间来确定。
在图2-8中描述了本发明的一个具体实施例。所描述的冷却通风机1具有一个含一内转子3的通风机电机2。通风机叶轮4具有一个通风机轮毂5和多个沿径向从通风机轮毂5向外延伸的通风机叶片6。它例如可以设置为轴流式通风机。
用作冷却元件的铝壳体7主要由一个后轴承盖8构成，其中安置了具有如电解电容器11，金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)，处理器等器件的电机电子装置9。该轴承盖8被设有多个冷却肋板12和用于冷却空气的通口13。这些构件应用于通过热传导，热辐射和热对流进行热排放。
一个定子14被固定在一个固定环15上，其被设置为壳体7的一体式组成构件(参见图7)并且从轴承盖8朝通风机叶轮4的方向延伸。在朝通风机叶轮4之通风机轮毂5的方向上该壳体7是敞口的。因此定子14和内转子3是无分开之壳体件地被直接相邻于通风机叶轮4布置的。
通风机轮毂5直接与内转子3相连接。因此实现了扭矩从内转子3直接到通风机叶轮4的传递。冷却通风机1之轴向结构长度16由此相对图1中描述的解决方案被明显地减小了。同时制造成本也低于传统的内转子解决方案，因为既不需要一个机械高负荷的将内转子3固定在一驱动轴上的固定装置，也不需要一个高机械负荷的将通风机叶轮4固定在该驱动轴上的固定装置。
通风机轮毂5与内转子3的连接可以用不同的方式实现，例如通过螺纹连接，压注，通过制造一个挤压配合形成的压紧套装或类似措施。
在后轴承盖8中设置了两个中央安置的球轴承17以支承一个导引轴18。导引轴18没有被安排驱动功能。导引轴18应用于导引该内转子3和通风机轮毂5。作为对它的选择方案，也可以应用一个另外的轴承结构方案，例如应用一个球轴承和一个滑动轴承或应用两个滑动轴承。作为选择，也可以使轴承设置在内转子3中或其上，其中该导引轴18然后被安置在壳体7中。作为选择，轴承也可以设置在通风机轮毂5中或其上，其中该导引轴18也被安置在壳体7中。
由多个铁板构成的内转子3具有一个含一用于接纳导引轴18的导引孔21的中央导引元件19。该导引元件19被一个中央区域22所包围，中央区域被实施为开放的并且适合于冷却空气的流通。中央区域22被配置在内转子3的一个无有磁性作用的区域中。由于缺少的转子材料，因此在通风机电机2之相同功率情况下获得内转子3之一个部分可观的重量减小。
该中央区域22被一个外环23所包围，外环构成该通风机电机2之真正的“铁芯”并且通过四个固定及连接辐条24与中央导引元件19相连接。在外环23的圆周25上配置了多个造型为长面包形磁体的永久磁体26，因此，在内转子3的内部存在无磁作用的区域。作为选择，也可以应用袖珍磁体(Taschenmagnet)。永久磁体最好是稀土磁体。这些是通过一个包封塑结构27与外环23连接的。定子14具有多个单齿形绕组形式的铜绕组28。
这个以钵形围绕壳体7之固定环15罩住的通风机轮毂5在它之面对内转子3的内侧面29上具有多个通风机叶片31，32，其被如此设置，以便它们在该通风机叶轮4之以转动方向33转动时产生冷却空气流。
其中该通风机叶片31，32被配置在两个组中。通风机叶片的一个组31被配置在导引轴18的附近并且主要应用于产生一个通过内转子3之开放中央区域22的空气流34而且因此首先用于冷却该朝通风机叶轮4之方向上敞露地在轴承盖8中安置的电机电子装置9。其中这些单个的通风机叶片31构成一个离心式通风机。它们被实施为与转动方向33相反地(亦即“反向”)弯曲并且从通风机轮毂5的中央导引孔35开始朝轮毂圆周36的方向上延伸。
另外组的通风机叶片32是与导引轴18间隔地配置在轮毂圆周36上并且沿着通风机轮毂5之钵形的延长部()设置而且主要地应用于产生一个通过定子14之槽隙缝38的空气流37。这个冷却空气流用于直接冷却定子14的绕组28并且此外也冷却电机电子装置9。其中这些单个的通风机叶片32被设置为直线的结构并且从轮毂圆周36开始在转动方向33上向内倾斜地延伸。为了能实现一个足够的冷却，该通风机电机2的电磁特性是相互协调，使在所述槽有低的填充度(Füllgrad)，从而，就可以通过该槽隙缝38流通一个足够用于冷却的冷却空气流。
这两个组的通风机叶片31，32是相互间隔的。间距39应用于接纳该定子14之绕组28的绕组端部41。因此该冷却通风机1的轴向结构长度16又进一步被减小。一个特别高的冷却效率则由于可实现的较高空气流速被如下实现，即在绕组28和通风机叶片31，32之邻接的端部之间的间距是很微小的。
通过这两个冷却空气流34，37，借助热对流作用即实现一个相对公知解决方案明显改善的对定子14和电机电子装置9的冷却作用。冷却空气损失则向外由于较短路程也被最小化。此外通过本发明，可能产生涡流的区域数也减少了，因此总体上实现一个明显更均匀的冷却空气流。这个可以如此实现，即，在具有通风机叶片31，32的通风机轮毂5和起作用的电机构件(定子14和内转子3)之间不再设置任何中间构件。
整个电机电子装置9则为了一个简便安装而被配置在轴承盖8之面对通风机轮毂5的前侧42上。选择地，该电机电子装置9可以出于热力学原因而完全或部分地配置在轴承盖8之背离通风机轮毂5的背侧面43上。

Claims (8)

1.用于机动车的冷却通风机(1)，具有通风机叶轮(4)和用于驱动该通风机叶轮(4)的无电刷的通风机电机(2)，
-其中，通风机电机(2)具有内转子(3)，
-其中，通风机叶轮(4)具有通风机轮毂(5)且该通风机轮毂(5)直接与内转子(3)连接，
-该通风机轮毂(5)在其面对内转子(3)的内侧(29)上具有多个通风机叶片(31，32)，其特征在于：
该通风机叶片(31，32)被设置在两个组中，其中一个组主要应用于产生通过内转子(3)的开放中央区域(22)的空气流(37)，而另一个组主要应用于产生通过定子(14)的槽隙缝(38)的空气流(34)。
2.按权利要求1的冷却通风机(1)，其特征在于：
两组通风机叶片(31，32)是相互间隔的用于接纳定子(14)之绕组(28)的绕组端部(41)。
3.按权利要求1或2的冷却通风机(1)，其特征在于：
所述一组通风机叶片(31)被配置在导引轴(18)的附近并且该通风机叶片(31)被设置为与转动方向(33)相反地弯曲。
4.按权利要求1-3之一的冷却通风机(1)，其特征在于
所述另一组通风机叶片(32)被配置在轮毂圆周(36)上并且直地实施。
5.按权利要求1-4之一的冷却通风机(1)，其特征在于：
内转子(3)具有导引孔(21)以接纳导引轴(18)并且导引轴(18)被支承在壳体(7)的后轴承盖(8)中。
6.按权利要求1-4之一的冷却通风机(1)，其特征在于：
导引轴(18)被支承在内转子(3)上并且被安置在一个壳体(7)中。
7.按权利要求1-4之一的冷却通风机(1)，其特征在于：
导引轴(18)被支承在通风机轮毂(5)上并且被安置在壳体(7)中。
8.按权利要求5-7之一的冷却通风机(1)，其特征在于：
为了支承该导引轴(18)应用两个球轴承(17)，一个球轴承和一个滑动轴承或两个滑动轴承。
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