CN101657645A - 风扇罩和驱动装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种风扇罩和驱动装置，其中在风扇罩的周缘上布置有用于降低声排放的切口，其中所述切口布置成阻碍耦合的振动成分的传播。

Description

风扇罩和驱动装置

技术领域

本发明涉及一种风扇罩和一种驱动装置。

背景技术

由US 5 118 252已知一种风扇罩，该风扇罩能通过加强区(参见该文献的第4栏第21行和权利要求9-10)降低工作噪声。在这种情况下，该风扇罩的制造极昂贵，除非制造为塑料注塑件。

由US 6 896 095 B2已知一种风扇罩，其中借助开口来避免流动噪声。

由JP 072 985A已知一种带定子、转子和风扇的旋转机器。

由JP 622 178 33已知一种带风扇的电机。其中设有一风扇罩，该风扇罩具有共振箱、可能是Helmholtz共振器，以吸收某一频率的振动。

发明内容

因此，本发明的目的在于，进一步改进安全性和环保性，其中特别是要减小工业驱动装置的(声)排放。

根据本发明，所述目的通过按照权利要求1、2或3给出的特征所述的风扇罩以及按照权利要求14给出的特征所述的驱动装置来实现。

本发明的重要特征为：在风扇罩的周缘上布置有用于降低声排放/声发射的切口，其中，所述切口布置成阻止耦合的振动成分——特别是耦合在连接区域中的振动成分——的传播。

可选地，根据权利要求2的重要特征是：风扇罩包括用于将风扇罩固定在一具有固体声的部件上的连接区域，其中，设置有用于降低由经所述连接区域耦合的固体声引起的空气声辐射的切口。

在另一可选方案中，根据权利要求3的重要特征为：风扇罩包括用于将风扇罩固定在一具有固体声的部件上的连接区域，其中，设置有切口作为用于经所述连接区域耦合的固体声的消声器。

风扇罩例如用于工业驱动装置，该工业驱动装置通常包括由电机驱动的传动装置，其中电机是变频器。变频器的脉宽调制运行以及其它交变电值在驱动装置零件上引起随时间变化的力。例如由于受电磁影响的(力)分量激励出振动。这种振动引起了声辐射向环境排放。特别是，振动还从包括支承法兰的电机壳体经螺旋连接部传递到旋拧在电机壳体上的电机风扇罩上，并在该风扇罩处作为声音辐射出。

其优点是，能以极经济的方式降低声排放、进而改善环保性。此外，减小了布置结构、即驱动装置的质量，进而减小其重量。此外还可节省材料、进而可改善环保性。在本发明中重要的是，尽管固体声耦合到风扇罩的紧固位置上，但借助于作为消声器或固体声阻声结构的切口可阻止或至少降低固体声进入其它风扇罩区域中的传播。因此甚至可选择板材作为风扇罩的材料，并且尽管如此仍可降低固体声向空气声的转变，这种转变在无切口时极明显。所述切口布置在围绕固定结构的区域中并从而使固体声很难传播。另外重要的是，固体声以不同的模态振动，即具有在径向、轴向等方向上的振型。本发明提出，这样形成切口，使得通过所述切口的形状和压型(

)降低或完全抑制这样的模态，该模态形成耦合的固体声的主要成分。

流动噪声以及与之相关的声排放与这里所说的声形(Schallform)不同，该流动噪声由转动的风扇叶片和由该转动的风扇叶片所引起的空气流动而引起。本发明不涉及这种声排放。根据本发明所述的、耦合到风扇罩中的固体声由风扇罩固定在其上的装置产生。这例如是一驱动装置，该驱动装置的电机由一变频器馈电。因此，一方面可通过变频器而耦合振动，另一方面也可通过定子绕组的交变电流耦合振动。另外，振动还源自传动装置或轴承和不完全平衡的部件。也可能存在其它原因。通过这种方式产生了固体声，该固体声形成在驱动装置的壳体件、特别是驱动装置电机的轴承盖上。借助于固定区域实现了固体声耦合到风扇罩中的可能性。因为风扇罩设计成基本上圆形地朝向电机延伸或设计成倒圆角的四边形。同样，电机也设计成基本上圆形地朝向风扇罩延伸，其中不考虑散热片等。因此，耦合的固体声的一主要成分沿周向传播，而另一重要成分沿轴向传播。因此相应地将切口设计成使得这些传播可被降低或完全抑制。

优选地，可选择板材、特别是钢板作为用于风扇罩的材料。因此切口可通过冲裁简单、快速地形成。另外可实现抵抗机械载荷的高强度，特别是与应用塑料的情况相比。

在一有利实施形式中，在略去所述切口时，耦合的振动成分的主要成分沿周向和/或沿轴向传播。其优点是，所述切口可成形为使得所述切口可阻止或可降低所述主要成分的传播。

在一有利实施形式中，所述切口沿轴向和/或周向取向。当所述切口沿轴向取向时，可有利地降低径向模态的振幅，该径向模态从耦合区域起也沿周向方向传播。在沿周向取向时，可有利地相应地减小另一模态的振幅。特别是也可组合有所述两种切口。

在一有利实施形式中，所述切口弓形、U形和/或C形地包围耦合区域。特别是其中所述弓形、U和/或C的开口朝向轴向。其优点是，可抑制或至少可降低相应的模态在风扇罩中的传播。

在一有利实施形式中，所述耦合区域包括与电机壳体——特别是与电机壳体的轴承盖——(相连接)的连接区域，特别是螺旋连接部。其优点是，可使用通常的连接结构，经该连接结构也可耦合固体声。亦即不必使用消声连接结构，例如塑料垫片和塑料螺栓。在使用这种结构时可明显地进一步降低声排放。

在一有利实施形式中，所述风扇罩在第一轴向段内具有柱形区域，在第二轴向区域内具有倾斜的区域，在第三轴向区域内具有风扇罩格栅。其优点是，可设置其它的消声切口。这些切口也可经济地制造。

在一有利实施形式中，所述切口在轴向方向上仅部分地在柱形区域的宽度上延伸。其优点是，对风扇罩稳定性的负面影响很小。特别是从边缘起延伸或仅设置在所述风扇罩内部。

在一有利实施形式中，在周缘上，与电机壳体(相连接)的连接区域——特别是螺旋连接部——相互间具有角度α＝360°/n。其优点是，在本发明中可在周缘上设置任意数量的固定位置。

在一有利实施形式中，在周向方向上布置在连接区域前的各切口相对于所述连接区域具有一角度β，该角度β满足0≤β≤α/2，特别是α/20≤β≤α/5。同样，在周向方向上布置在连接区域后的各切口相对于所述连接区域具有一角度γ，该角度γ满足0≤γ≤α/2，特别是α/20≤γ≤α/5。其优点是，可实现特别好地降低声排放，特别是在功率为0.3kw～500kw之间的电机转速为每分钟0～5000转的情况下。

在一有利实施形式中，切口的轴向尺寸t满足：0.5c≤t≤5c，其中，c是从连接区域的中心到风扇罩的罩边缘的距离。其优点是，在功率为0.3kw～500kw之间的电机转速为每分钟0～5000转的情况下，可实现特别好地降低声排放。

在一有利实施形式中，角度β与角度γ的值相等。其优点是，可实现简单的制造和可特别好地降低声排放。

在一有利实施形式中，在周向方向上分别布置在连接区域前和连接区域后的切口关于所述连接区域对称。

在一有利实施形式中，所述切口的布置形式和形状设计成使得声排放减小。其优点是，所述形状的类型不会提高成本，因此是一种经济的、用于降低排放的方法。

在一有利实施形式中，在风扇罩的周缘上，所述切口布置在紧固螺栓之间，特别是围绕所述紧固螺栓。其优点是，可减小循环波和驻波的出现在那里的较大的振幅。

在一有利实施形式中，所述风扇罩具有为风扇和/或与电机轴相连接的角度传感器形成壳体的功能。其优点是，风扇罩为以经济的方式辐射较小的声排放的壳体件。

本发明在驱动装置方面的主要优点是，该驱动装置包括至少一个电机和/或传动装置，其中，在至少一个壳体件上布置有切口，以降低声排放。该壳体件例如是散热片、接线盒或风扇罩。特别是平的构件或薄的平面件，如片和罩，在无切口的情况下造成声排放的显著分量。

其优点是，通过简单、经济的措施，如为构件切口，可将驱动装置设计成消声的。在任何情况下，由电机和/或传动装置产生的固体声在壳体件内的传播可被阻止或可使所述传播至少变得困难，该固体声在壳体件的用于与电机和/或传动装置相连接的固定区域和/或连接区域上耦合到该壳体件中。因此在壳体件中仅出现很小的固体声，从而仅产生和辐射很小的空气声。本发明所说的空气声与由在风扇叶片上和/或风扇罩的开口上的空气流动所产生的空气声不同。

在一有利实施形式中，壳体件是散热片、接线盒或风扇罩。其优点是，切口可设置在不同的构件中，其中不是必须应用板件，而是也可应用铸件。

在一有利实施形式中，设置有连接区域以连接风扇罩与电机壳体，该连接区域特别是包括能旋入电机壳体的螺纹孔中的紧固螺栓，特别是其中固体声从电机壳体经由所述连接区域传播到风扇罩中。其优点是，尽管经由连接区域耦合入固体声，但可使用简单的手段/结构如切口以降低固体声向壳体件中的传播。因此由该壳体件、特别是风扇罩仅辐射很小的、由固体声产生的空气声。

在一有利实施形式中，所述切口布置在风扇罩的刚度或强度较小的区域中。其优点是，正是在这些区域中在无切口的情况下会出现大的振幅。通过将切口设计得仅很小，即很短，使得强度的降低不明显，但振动能力却被降低，特别是通过切口阻止循环波和脉冲波的形成和传播。

在一有利实施形式中，将切口布置在风扇罩的第二或第三轴向区域中。其优点是，可抑制或至少可降低相应的振动。

其它优点由从属权利要求给出。

附图标记列表

1   切口

2  用于紧固螺栓的开口

3  风扇罩

4  风扇罩格栅

5  圆柱形区域

6  倾斜区域

30 紧固螺栓

31 支承法兰

40 U形或C形切口

具体实施方式

下面借助附图详细说明本发明：

图1示出根据本发明的、用于驱动装置的风扇罩。

风扇罩3借助于紧固螺栓与驱动装置的电机壳体相连接，所述紧固螺栓设置在开口2上。在周缘上设置有四个开口2。

风扇罩3具有一用于引导风扇的冷空气流通过的风扇罩格栅4，所述风扇由风扇罩3保护，用于影响冷空气流。在此，风扇安装在电机的轴向端部区域、优选一支承法兰上。圆柱形区域5轴向取向地布置。一倾斜区域6连接在圆柱形区域5上并终止在风扇罩格栅4的区域中。

在风扇罩3的周缘上设有八个沿轴向取向的切口1。优选每两个切口围绕各开口2设置在开口附近。

在根据本发明的另一实施例中，布置有八个或其它数量的开口2。可对切口的数量和切口形状、特别是切口长度进行调节并相应地进行匹配以降低声排放。

在根据本发明的另一实施例中，其它取向的切口1也是有利的，例如径向或倾斜地布置所述切口。亦即也可将切口设置在所述倾斜区域中、甚至是风扇罩格栅中。特别有利的是，将切口形成在没有所述切口则出现高的、甚至是局部最高的振幅的区域中。

电机壳体经由紧固螺栓在开口2的区域中耦合固体声。在切口1在开口2旁轴向取向的情况下，耦合的固体声在周向上的传播被阻止或至少降低。即在周向方向上的振动波传播被中断。通过所述切口显著降低了振幅、进而降低了声辐射、亦即驱动装置的噪声形成。另外重要的是，在周向方向上在其中所述切口之间不设有紧固螺栓的区域中，在材料中引起很低的应力。因此，在此处与弦乐器的无应力的弦类似地，固体声不会或仅极少量地转变成空气声或以空气声辐射。因此，也可选择金属作为风扇罩3的材料，该金属提供比塑料更好的防护性，但在有应力地紧固时固体声的很大部分作为空气声辐射。但是，借助于所述切口却使很大部分的区域去应力、进而降低甚至是阻止(声)辐射。

显然，其它壳体区域，如电机壳体、电机壳体的散热片、电机壳体上的接线盒等，同样辐射声。另外在强度最低的区域中形成切口是有利的和能降低排放的。

如果电机壳体耦合的固体声的主要振动成分并非如上所述的在周向上、而是在轴向上很显著，则优选在紧固螺栓的轴向后侧设置沿周向的切口。

在图4中示出了两个轴向切口和一周向切口的组合结构，其中在风扇罩的板材内将所述各切口组合成U形或C形的切口40。从而在周向方向上减小并在轴向方向上完全阻止固体声的传播和振动。仍有少许固体声仅经由所述两个窄的连接片传播。但所述窄的连接片有利于，在拧紧紧固螺栓时使风扇罩的轴向区域无明显变形，该风扇罩在该轴向区域中设置在轴承盖和/或电机壳体上。因此即使在电机壳体上设置散热片或其它波纹部，在拧紧紧固螺栓时也能实现尽可能小和轻微的变形，从而使接触护罩保持笔直。特别是，根据标准定义的手指不能在风扇罩与支承法兰或电机壳体之间伸入电机内部。从而提高了安全性。

对此，在图3b中展示出，在将紧固螺栓旋入电机的轴承盖31中并且不设置切口的情况下，风扇罩3是如何变形的。在电机较大的情况下，变形显著得危害到安全性，因为手指能在轴承盖与风扇罩之间伸入电机内部，尽管在拧紧螺栓之前手指不能伸入。在电机运行时，还另外引入风扇罩的由振动引起的运动的效果。

在图3a中示出，在存在根据本发明的切口的情况下，当将紧固螺栓旋入电机的轴承盖31中时，风扇罩3不变形或至少不可见地变形，而是保持其圆柱形形状。

在图2中还示出，如何为工业电机设置尺寸优化的切口。此处的说明针对根据图1的轴向切口1，其中在紧固螺栓30旁、设置在左侧的各切口1相对于紧固螺栓具有一角度β，在紧固螺栓30旁、设置在右侧的各切口1相对于紧固螺栓具有一角度γ。对于n个均匀布置在周缘上的紧固螺栓，这些螺栓之间的角度为α＝360°/n。因此0≤β≤α/2，0≤γ≤α/2。已证实，在α/20≤β≤α/5，α/2≤γ≤α/5的情况下可极好地降低声辐射。

此外，切口的轴向尺寸t优选满足：0.5c≤t≤5c，其中，c是从紧固螺栓轴线到风扇罩3的罩边缘的距离。

角度β与角度γ的值无需相等，但在制造公差范围内的对称的布置是优选的。

相应的条件对根据图4的U形或C形切口也适用，其中U或C主要由满足上述关系的两个轴向取向的切口1和一例如周向的连接切口组成。

优选地，风扇罩3可借助于卡口连接结构与支承法兰或电机壳体连接，其中为此将固定紧固螺栓旋入支承法兰或电机壳体中。为此相应地形成用于紧固螺栓的开口。通过这种方式可快速简单地连接风扇罩。

风扇罩的板材优选选择成钢板。已证明在周缘上设置三个紧固螺栓，而非四个，也是特别有利的。在本发明中重要的还包括，通过切口减小由于借助紧固螺栓的安装而引起的风扇罩应力，其中在各紧固螺栓的两侧设置切口。而应力的降低引起从去应力区域出来的声辐射的减小。

在优选实施例中，风扇罩至少朝向电机延伸地——亦即在连接区域布置在其中的轴向区域中——被设计成基本上为圆形的或被设计成倒圆角的四边形。视实施的形式而定，尽管可产生不同的、高的固有频率、进而引起不同的、强的传播，但本发明所基于的工作原理是类似的。这里与电机耦合的径向振动成分优选在周向方向上、从连接区域起传播。与传动装置耦合的振动成分也在径向方向上、从连接区域起传播。相应地将切口布置成阻声结构，特别是分别横向于传播方向地取向。这里也可将多个切口相互连接。

Claims (15)

1.一种风扇罩，

其特征在于，

在风扇罩的周缘上布置有用于降低声排放的切口，

其中，所述切口布置成使得所述切口阻止耦合的振动成分——特别是耦合在连接区域中的振动成分——的传播。

2.一种风扇罩，包括用于将风扇罩固定在一具有固体声的部件上的连接区域，

其中，设置有用于降低空气声辐射的切口，该空气声辐射由经所述连接区域耦合的固体声引起。

3.一种风扇罩，包括用于将风扇罩固定在一具有固体声的部件上的连接区域，

其中，设置有切口作为用于经所述连接区域耦合的固体声的消声器。

4.根据上述权利要求中至少一项所述的风扇罩，其特征在于，

在略去所述切口时，耦合的振动成分的主要部分沿周向和/或沿轴向传播。

5.根据上述权利要求中至少一项所述的风扇罩，其特征在于，

所述切口沿轴向和/或周向取向。

6.根据上述权利要求中至少一项所述的风扇罩，其特征在于，

所述切口弓形地、U形地和/或C形地包围耦合区域，特别是其中所述弓形、U和/或C的开口沿轴向取向。

7.根据上述权利要求中至少一项所述的风扇罩，其特征在于，

所述耦合区域包括与电机壳体——特别是与电机壳体的轴承盖——相连接的连接区域，特别是螺旋连接部。

8.根据上述权利要求中至少一项所述的风扇罩，其特征在于，

所述风扇罩在第一轴向段内具有柱形区域，在第二轴向区域内具有倾斜的区域，在第三轴向区域内具有风扇罩格栅。

9.根据上述权利要求中至少一项所述的风扇罩，其特征在于，

所述切口在轴向方向上仅部分地在柱形区域的宽度上延伸、特别是从边缘起延伸，或仅设置在所述风扇罩内部。

10.根据上述权利要求中至少一项所述的风扇罩，其特征在于，

在周缘上，与电机壳体相连接的连接区域——特别是螺旋连接部——相互间具有角度α＝360°/n。

11.根据上述权利要求中至少一项所述的风扇罩，其特征在于，

在周向方向上分别布置在连接区域前的切口(1)相对于所述连接区域具有一角度β，该角度β满足0≤β≤α/2，特别是α/20≤β≤α/5。

12.根据上述权利要求中至少一项所述的风扇罩，其特征在于，

在周向方向上分别布置在连接区域后的切口(1)相对于所述连接区域具有一角度γ，该角度γ满足0≤γ≤α/2，特别是α/20≤γ≤α/5；和/或

切口的轴向尺寸t满足：0.5c≤t≤5c，其中，c是从连接区域的中心到风扇罩(3)的罩边缘的距离；和/或

角度β与角度γ的值相等。

13.根据上述权利要求中至少一项所述的风扇罩，其特征在于，

在周向方向上分别布置在连接区域前和连接区域后的切口关于所述连接区域对称；和/或

将所述切口的布置形式和形状设计成，使得声排放减小；和/或

在风扇罩的周缘上，所述切口布置在紧固螺栓之间，特别是围绕所述紧固螺栓；和/或

所述风扇罩具有为风扇和/或与电机轴相连接的角度传感器形成壳体的功能。

14.一种驱动装置，包括至少一个电机和/或传动装置，其特征在于，

在至少一个壳体件上布置有切口，以降低由固体声引起的、对环境空气的声排放。

15.根据上述权利要求中至少一项所述的驱动装置，其特征在于，

壳体件是散热片、接线盒或风扇罩，和/或

设置有连接区域以连接风扇罩与电机壳体，该连接区域特别是包括能旋入电机壳体的螺纹孔中的紧固螺栓，特别是其中固体声从电机壳体经由所述连接区域传播到风扇罩中。

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