CN101617126B - 汽车散热器的轴流风扇 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种汽车散热器的轴流风扇，其供给主空气流的风扇轮由在中央处与其旋转连接的轮毂马达来驱动，其中汽车散热器设置在风扇轮的吸入侧上，轮毂马达在运转期间借助辅助空气流来冷却，且轮毂马达的冷却空气流从位于风扇轮的轮毂区域内的吸入侧上的空气排出孔流出。因此，为了能够在避免明显减小风扇效率的情况下提供充足的空气流来冷却轮毂马达，给轮毂马达配设空气引导装置，轮毂马达的大部分冷却空气流通到该空气引导装置，且在避免干扰由风扇轮所供给的主空气流的情况下，将通过该空气引导装置的冷却空气流从该空气排出孔中被引导出来。

Description

汽车散热器的轴流风扇

技术领域

本发明涉及一种汽车散热器的轴流风扇。

背景技术

对于例如可以在汽车内燃机的横流散热器中产生冷却空气流的这种轴流风扇的驱动装置而言，特别使用了电动马达，该电动马达在环境温度较高时具有最大的功率输出，且因此也具有最高的自加热。特别是电动风扇具有较大的轮毂直径并且在吸入侧设置有轴流风扇轮时产生了这样的问题，即仅不充分地由空气流过通常设置在轮毂中的电动马达。在这方面已知，轴向地通过轮毂马达引导冷却空气流，以降低电动马达的自加热并且因此在提高功率的同时也可以提高使用寿命。如果人们在电动马达的端部上设置冷却空气的相应通孔，那么在风扇轮的受压侧和吸入侧之间必然地产生了“短路”，即冷却空气由于压力降低与轴流风扇的主空气流反向地从受压侧流向吸入侧，且在这种情况下可以使冷却空气充分地、轴向地通过电动马达。但在这种情况下存在的缺陷是，风扇效率由于空气环流而被明显减小。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种汽车散热器的轴流风扇，该轴流风扇在避免明显减小风扇效率的情况下能够用充足的空气流来冷却轮毂马达。

本发明的基本理念是以下面的考虑为基础的，即尽可能地使冷却轮毂马达的辅助空气流和由风扇轮所供给的主空气流同步。此外，使主空气流的流动方向和用来冷却马达的、通过轮毂马达来引导的辅助空气流的流动方向一致。通过至少局部地使主空气流和辅助空气流的流动方向一致，有效地冷却轮毂马达。通常在现有技术中，通过从轴流风扇的受压侧到吸入侧的均压流动，实现了使冷却空气轴向地流过轮毂马达。这种传统的、与主空气流相反向的辅助空气流的流动减小了可由主空气流所产生的压力和体积流。由于这个原因，减小了轴流风扇的效率。为了避免这种效率的减小，使整流后的主空气流和辅助空气流同向地流过马达。对此，轮毂马达的吸入侧设置了空气引导装置，通过该空气引导装置可将辅助空气流在吸入侧输送到轮毂马达，并且至少局部地沿着与主空气流的流动方向相一致的流动方向流过轮毂马达。空气引导装置例如通过合适的轮毂设计来形成，通过该轮毂的合适设计将辅助空气流与主空气流进行整流。

按照本发明的轴流风扇虽然是针对由于行驶相对气流问题对流动技术有非常严格要求的汽车散热器而开发的，但是也可以毫无问题地用在其它的汽车热交换器中或者也可以用在具有类似问题的、需要对其轮毂马达进行空气冷却的固定热交换器中。

在本发明的有利设计中，旋转的空气供给装置被设置成为空气引导装置，该空气供给装置通过至少一个、优选为多个位于风扇轮的轮毂区域内的吸入侧上的空气进入孔吸取轮毂马达的冷却空气流，且又在具有径向间隔的空气排出孔处排放。在这种情况下，将也可由多个孔共同提供入口横截面的空气进入孔尽可能地设置在轮毂端面的中央处，而位于轮毂马达的圆周附近的边缘区域内的空气排出孔也设置在轮毂端面上。因此，吸入侧上的冷却空气通过位于轮毂区域内的轴线附近的空气进入孔到达马达，并且在轮毂外缘上通过空气引导装置、特别是空气排出孔在吸入侧上被排出。这些相互对应的孔通过位于轮毂马达内部的流动路径相互连接成冷却空气通道，其中，流动路径通过有待冷却的构件形成且具有轴向和径向路径段。在进行空气引导时，用来对轮毂马达进行马达冷却的空气流几乎不影响风扇效率，因为在风扇轮的受压侧上没有用于冷却空气流的输入孔，且因此在风扇轮的过压侧和低压侧之间不会产生“短路”。空气供给装置的供给功率更是被设计成仅产生足够的用来冷却轮毂马达的冷却空气流。

由于必须仅供给相对较少的冷却空气流，因此可以设置功率需求极小的且具有分布在圆周上的叶片的叶轮作为空气供给装置，该叶轮被布置在环形的空气排出孔的区域内，且通过轮毂马达内部的冷却空气通道从轮毂端面的中部区域吸取冷却空气，以及在位于轮毂端面上的圆周附近边缘区域内又排放出去。

当叶轮被设计成通过风扇轮来旋转的叶轮时，就可以实现空气供给装置在技术上特别简单的结构，该叶轮优选被设计成与轴流风扇的风扇轮形成一体。

此外，当叶轮具有许多分布在其圆周上的、径向延伸的叶片时，可特别稳定地将叶轮整合到风扇轮中，该叶片的内端分别与叶轮的内环相连接，而该叶片的外端分别与叶轮的外环相连接。

无电刷的电动马达更适合作为轮毂马达，因为这里在使用电动马达的组件用于冷却空气通道的流动路径的情况下可以非常方便地引导冷却空气。

由多个缝隙状的空气进入孔所形成的系统优选作为轮毂马达的中间区域内的冷却空气的空气进入孔围绕其转子的中央轴架，其中在星形总体布局下的空气进入孔径向延伸。由此总共提供了足够大的吸取横截面，并且轮毂区域在与支承区域连接的位置不会被过度弱化。

冷却空气引导的另一个优点通过使用外转子马达作为轮毂马达来实现。在这种情况下，在旋转元件和静止元件之间可以形成轮毂区域内的环形间隙，该环形间隙导致受压侧和吸入侧之间的流动阻力增大。由于流动阻力增大，可以阻止与主空气流相反的辅助空气流。同时，使流过轮毂马达的空气进行偏转。

附图说明

下面参照附图详细解释本发明的实施例。其中：

图1是处于安装位置上的轴流风扇的轮毂区域的对角剖视图；以及

图2是图1的轴流风扇的单个透视图。

具体实施方式

在图1中示出了用点划线来部分示出的轴流风扇10的中间区域，该轴流风扇具有水平的旋转轴和垂直的旋转平面，该轴流风扇以较小的间隔设置在汽车散热器11的宽面之后。在这种情况下，轴流风扇10的旋转平面基本上平行于散热器11的后部的宽面延伸，因为其被设计成平行六面体的横流散热器。

轴流风扇10通常的作用在于，当没有足够的行驶相对气流流经散热器11时，散热器11的足以冷却散热器介质的流通借助由风扇轮12的旋转所产生的冷却空气流来实现，该冷却空气流的流动方向与行驶相对气流的方向相一致。为此，风扇轮12借助于居中设置在空气轮12内的轮毂马达13沿着逆时钟方向被旋转驱动，由此散热器11被风扇轮12的吸入流即其主空气流H流过。

为说明压力关系，轴流风扇10的吸入侧用p-表示以及其受压侧用p+表示。此外，主空气流H通过没有示出的风扇罩引导，通过该风扇罩来气密地包围位于散热器11的矩形周边和容纳风扇轮12的风扇框的圆形出流孔之间的流动路径。在风扇框的圆形出流孔中，通常由风扇罩例如通过星形支柱将轮毂壳体14固定地保持在中央，在该轮毂壳体14上共轴地连接轮毂马达13。

如在图2中的风扇轮12的总概要图中可见，支承轮毂马达13的轮毂壳体14延伸至风扇轮直径的大约三分之一处并且覆盖散热器11的相应大小的平面区域。在具有轮毂马达13的覆盖区域内，通过位于轮毂马达13圆周上的叶片12.1由散热器11所吸入的主空气流H的部分由于需要偏转90°而很少。尽管如此，通过轮毂圆周上的很高的轴向流动速度在此产生了与轴流风扇10的受压侧P+相比具有较低的压力的区域，从而所形成的压力降在迄今为止通常的轮毂马达13的开放式的结构中，导致来自受压侧P+的空气回流到吸入侧P-。在这种情况下所产生的体积流虽然一方面冷却轮毂马达13的部件且因此在环境温度较高时提高电动轮毂马达13的效率，但是另一方面导致体积流的损失和轻微地提高受压侧P⁺上的压力，并且因此导致轴流风扇的总效率减小。

为了能够在没有显著地干扰由风扇轮12所产生的主空气流的情况下通过空气冷却来改善轮毂马达13的电动效率，还为轮毂马达13设置尽可能适合于主空气流H的引导的冷却空气引导，该冷却空气引导仍然可以确保以至少局部地整流过的辅助空气流N的形式充分地流过轮毂马达13。为此，在轮毂马达13中间区域内的旋转轴附近，从轮毂马达的端面上留出多个微长的、径向延伸的空气进入孔15，空气进入孔15均匀地围绕轮毂马达13的中央轴架分布。空气进入孔15也通过风扇轮12的轮毂板12.2，该轮毂板12.2通过三个旋紧位置固定在轮毂马达13的罐形转子壳体17的端面上。支承永磁体的转子壳体17通过位于空气进入孔15之间的中央轴承罩和两个滚动轴承支承在轴颈16上，该轴颈16与同样是罐形的定子壳体18相隔开。支承具有马达绕组19的定子的定子壳体18自身与轮毂壳体14固定连接。

由转子壳体17和定子壳体18所组成的轮毂马达13形成为直流外转子马达并且不具有接触电刷，因为轮毂马达被电子整流。用来电子整流轮毂马达13的构件必要时与其它电子构件一起受保护地位于轮毂壳体14内，该轮毂壳体14由轻金属如铝制成并且能够很好地散热。通过在轮毂壳体14内布置这些元件，一方面使轮毂马达13的结构紧凑，并且使轮毂马达13内部的冷却空气流的空气引导简单化。

在过渡到风扇轮12的轮毂圆周表面的轮毂板12.2的过渡区域前面，在轮毂板12.2上模制叶轮21，该叶轮21与由塑料制成的风扇轮12形成一体并且在其圆周上分布有多个径向延伸的叶片21.1，这些叶片的内端分别与内环21.2相连接，并且其外端分别与叶轮21的外环21.3相连接。由此将叶轮21稳定地、振动较小地引入到风扇轮12的连接中。叶轮21的叶片21.1覆盖总体上为环形的空气排出孔22，轮毂马达13的冷却空气可以在该排出孔处轴向地流出。位于排出孔22下游处的、轮毂马达13内部的轴向通道段通过圆周壁接通外圆周，风扇轮12的叶片12.1与该圆周壁隔开。圆周壁刚好延伸到轮毂壳体14上并且在纵向覆盖的情况下与定子壳体18的反向突起的圆周壁保持较小的圆周间隔。

因此，风扇轮12、定子壳体18和转子壳体17共同限定出冷却空气通道23，该通道通过流动箭头所示出的流动路径包括一个径向路径段和两个轴向路径段。如果通过电缆束24与汽车电路相连接的轮毂马达13被相应地控制或者开动，那么风扇轮12被轮毂马达13旋转驱动并且产生了横向地流过汽车散热器11的理想的主空气流H。在这种情况下，叶轮21借助于风扇轮12旋转并且在冷却空气通道23内产生了吸入流。基于该吸入流，通过空气进入孔15吸取用来冷却轮毂马达13的辅助空气流N，其中该吸取空气流通过散热器11的对置的平面区域被引导。在冷却空气流进入到空气进入孔15之后，首先冷却空气基本上轴向地流动，直到到达定子壳体18的对置的端壁，然后冷却空气通过位于转子壳体17的罐边缘和对置的定子壳体18的端壁之间的间隙而被径向地吸取，最后在通过空气排出孔22再次流出轮毂马达13之前，冷却空气流在与流入方向相反的方向上被轴向吸入到叶轮21中。所排出的冷却空气流在受压下极不稳定，且因此在没有明显涡流的情况下可以被风扇轮12的主空气流H沿着径向进行偏转，且因此被输送到风扇轮12的叶片12.1中。

附图标记

10轴流风扇

11汽车散热器

12风扇轮

12.1叶片

12.2轮毂板

13轮毂马达

14轮毂壳体

15空气进入孔

16轴颈

17转子壳体

18定子壳体

19具有马达绕组的定子

20构件(电子的)

21叶轮

21.1叶片

21.2内环

21.3外环

22空气排出孔

23冷却空气通道

24电缆束

H主空气流

N辅助空气流

P+受压侧

P-吸入侧

Claims (10)

1.一种汽车散热器的轴流风扇，其供给主空气流的风扇轮由在中央处与其旋转连接的轮毂马达来驱动，其中，汽车散热器设置在风扇轮的吸入侧上，轮毂马达在运转期间借助辅助空气流来冷却，且轮毂马达的辅助空气流从位于风扇轮的轮毂区域内的吸入侧上的空气排出孔流出，其特征在于，在轮毂马达的吸入侧设置了空气引导装置，通过所述空气引导装置能够将辅助空气流在吸入侧供给到轮毂马达，并且所述辅助空气流至少局部地沿着与主空气流的流动方向相一致的流动方向流过轮毂马达。

2.根据权利要求1所述的轴流风扇，其特征在于，所述空气引导装置是通过旋转来产生轮毂马达的冷却空气流的空气供给装置，所述空气供给装置通过至少一个同样位于风扇轮的轮毂区域内的吸入侧上的空气进入孔来吸取冷却空气流。

3.根据权利要求2所述的轴流风扇，其特征在于，每个配设给空气供给装置的空气进入孔被设置在轮毂马达的中间区域内，且每个空气排出孔设置在轮毂马达的圆周附近边缘区域中，其中，空气进入孔和与之配合的空气排出孔通过具有轴向路径段以及至少一个径向路径段的流动路径相互连通成强制通风的冷却空气通道。

4.根据权利要求2所述的轴流风扇，其特征在于，所述空气排出孔基本上被设计成环形，其中，在具有空气排出孔的覆盖区域内设置多个在轮毂马达运转时进行旋转的叶轮的第一叶片。

5.根据权利要求4所述的轴流风扇，其特征在于，所述叶轮被设计成随风扇轮一起旋转的叶轮。

6.根据权利要求5所述的轴流风扇，其特征在于，所述叶轮与所述风扇轮形成一体。

7.根据权利要求5所述的轴流风扇，其特征在于，所述叶轮在其圆周分布有多个径向延伸的第二叶片，所述第二叶片的内端分别与叶轮的内环相连接，而其外端分别与叶轮的外环相连接。

8.根据权利要求3所述的轴流风扇，其特征在于，所述轮毂马达是无电刷的电动马达，所述电动马达的部件局部地限定冷却空气通道的流动路径。

9.根据权利要求3所述的轴流风扇，其特征在于，在轮毂马达的中间区域内环绕转子壳体的中央轴架设置有多个径向延伸的空气进入孔。

10.根据权利要求3所述的轴流风扇，其特征在于，所述轮毂马达被设计成外转子马达。

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