CN101715624A - 用于发电机的两级冷却风扇 - Google Patents

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Abstract

一种发动机驱动的发电机(17)具有位于其一端的第一和第二级风扇(41，42)。该两级风扇系统吸入周围空气并迫使其通过发电机绕组(38)和转子-定子气隙(37，39)，以改进发电机的冷却。在该两个风扇(41，42)之间设置有固定的导向叶片(49)，以消除它们之间的涡流。所述风扇是离心式的并且最好为向后弯曲的。

Description

用于发电机的两级冷却风扇
技术领域
本发明总体上涉及运输工具制冷系统，并且特别地，涉及用于该制冷系统的发动机驱动的发电机的冷却。
背景技术
一般来说，运输工具制冷系统(例如用于货运拖车上的制冷系统)采用了皮带传动和/或机械联接、轴传动的压缩机单元和/或皮带传动、或者其它方式的机械联接、风扇动力系统。也就是说，单元发动机(例如柴油发动机)被机械连接以驱动压缩机单元和单元制冷系统风扇和其它部件。
这种布置的重要改进就是所谓的“全面电气化”的运输工具制冷系统，如转让给本发明的受让人的美国专利6,223,546中所描述的。在这样的单元中，发电机被机械连接到系统发动机并被用来产生驱动压缩机和各类制冷系统风扇和其它部件所需要的电能。
之前，这类发动机驱动的发电机是通过单级离心式风扇来冷却的，单级离心式风扇被设置在其一端部并适于使空气循环流过定子和电枢部件以对这些部件进行冷却。
拖车制冷系统中需要相对低的发动机速度以便得到低燃料燃烧率。这种对轴速度的限制导致了相对低的来自单级风扇的压力上升能力。然而，驱动气流穿过发电机绕组和转子-定子气隙需要很高的压力上升。系统空间约束使选择很大的冷却风扇或者推挽式风扇变得不切实际。
如美国专利6,700,235和7,129,604中所示的旋转机械的冷却中，通过利用第二风扇增加了冷却风扇。但是，这些风扇被安装在发电机的相对端，以使其中一个风扇向旋转机械吹送较冷的空气，而另一风扇从旋转机械吸走较暖的空气。这样很不利，因为较暖的空气的密度较低，从而导致空气质量流率减小。
发明内容
简单地说，根据本发明的一个方面，两级离心式风扇驱动地连接至发动机驱动的发电机的转子的一端，从而以相对适度的风扇梢速提供相对高压力的空气，对发电机的定子和转子进行冷却。
本发明的另一方面，在两级之间放置固定的导向叶片，以控制从一级到下一级的流动。
本发明的再一个方面，风扇是离心式的。
本发明的再一个方面，离心式风扇是向后弯曲的。
在此之后描述的附图中，描述了一个较佳实施例；然而，不脱离本发明的精神和范围，可以对本发明作出各种类型的其它修正和替代结构。
附图说明
图1是根据现有技术的发动机驱动的发电机的分解透视图。
图2是根据本发明的发动机驱动的发电机的纵剖面图；
图3是根据本发明的两级冷却风扇的分解图。
具体实施方式
图1描述了根据现有技术通过空气循环进行冷却的整体式发动机驱动的发电机。发电机17包括外部定子组件18，其被固定地连接至例如柴油发动机21的适当的原动机的外壳19。转子组件22被直接固定于发动机飞轮23，以形成发电机17的发动机驱动轴、发动机飞轮和转子组件22之间的连续的驱动连接。盖24和发电机冷却风扇26已被移除以显示转子组件22的详细结构。
外部定子组件18包括可由铁叠片或者粉末金属制成的芯体部段。主绕组和副绕组以传统的方式被设置在定子芯的槽缝中，主绕组向制冷系统提供主要动力，副绕组电连接到电池充电设备。通过使用一系列伸长的螺纹紧固件27穿过定子芯的配合孔28，实现将定子组件18连接到外壳19。紧固件27依次穿过位于转接板31中的轴向对准的孔29，并由该处进入外壳19中的轴向对准的螺纹孔32。
转子组件22包括具有多个轴向孔的钢转子毂33，轴向孔适于接收多个能穿越其中的伸长的螺纹紧固件34。螺纹紧固件34适合于接收在发动机飞轮23中的轴向对准的螺纹孔36中，以提供转子组件22、发动机飞轮23以及驱动轴之间的整体连接。
在运行过程中，柴油发动机21驱动飞轮23和带有相关的转子磁体的转子组件22，从而以对同步发电机设计领域技术人员而言十分熟悉的方式在定子绕组中感生同步电压。关于现有技术的系统的其它细节在转让给本发明的受让人、并在此合并参考的美国专利6,223,564中都有说明和描述。
应当理解，尽管发电机17的部分冷却是通过从外部定子组件18散热进行的，但是主要的冷却功能是通过风扇26来实现的，风扇26连接到转子组件22并由转子组件22驱动，以使空气穿过盖24吸入，并让空气循环穿过定子绕组和转子。尽管定子绕组产生了相当大的热量并需要冷却空气以防止过温和由此带来的损害，但是也必须对转子进行冷却以防止永磁体退磁。在这一点上，申请人发现由于由紧密的转子-定子气隙和其它限制性流路元件所施加的高气流阻力，很难让空气穿过转子。申请人还发现由于发动机-发电机-风扇系统的旋转速度的限制，使得这个问题变得更加复杂。
现在参照图2和3，图示的发电机17包括驱动地连接到转子组件22的原动机21，飞轮23被机械地连接到二者之间。外部定子组件或者罩壳18以及内部定子组件37是固定的，并借助外壳19以悬臂方式被支撑。
定子组件22包括被安装在轴39上的电枢38，用于在无自动力的定子组件37内由原动机21驱动旋转，从而产生电流。电枢38和它的轴39也以悬臂方式被安装，以不包含任何支承件。
一对离心式的第一和第二级风扇41和42被串联安装到轴39，以与电枢38以相同的转速旋转。通过毂43实现这种连接。也就是说，毂43形成了第二级风扇42的中心本体部分并包括凹部44和凸部46，凹部44连接到所示的驱动轴39，第一级风扇41的毂47安装在凸部46上。可以预见到该系统的其它形式的风扇-轴布置结构，例如，双阶梯或者双锥型的轴，以适应该两级组件。
安装在两个风扇41和42之间的是多个径向延伸的导向叶片48，导向叶片48通过相关联的第二级罩壳和入口组件49安装到支撑结构50和外部定子组件18。导向叶片48是固定的，并用于将来自第一级风扇41的向内流动的空气涡流在到达第二级风扇42之前消除掉。导向叶片也被叫做定子叶片。带有孔52的入口罩壳51连接到支撑结构49并用来形成围绕在第一和第二级风扇41和42以及与它们相关联的导向叶片48周围的隔离室53。
在运行中，第一和第二级风扇41和42通过轴39以恒定速度旋转，使得周围空气被吸入孔52中，并使空气穿过将压力提升到中间水平的第一级风扇41。然后空气穿过导向叶片48，导向叶片48用来消除涡流并将流动定位在径向上。气流然后穿过第二级风扇42，第二级风扇42用于将压力增大到更高压力，然后更高压力的空气穿过内部定子组件37和电枢38中的各类孔以进行冷却。然后，空气从围绕在发电机外围的一系列孔50处流出该发电机。第一和第二级风扇41和42最好为向后弯曲的，但是只要在本发明的范围内，可以为任意形式。
尽管已经详细公开了本发明的某些较佳实施例，但是应当明白，在不脱离所附的权利要求的精神和范围的情况下，可以对其结构进行各种类型的修正。

Claims (18)

1.一种用于发动机驱动的发电机的冷却装置，该发电机具有用来产生电力的定子和安装有轴的转子，所述冷却装置包括：
第一级风扇，该第一级风扇连接到所述转子并被所述转子驱动，以吸入周围空气并使其向所述发电机运动；
设置在所述第一级风扇的下游的多个导向叶片，用来接收来自所述第一级风扇的气流并使其流动方向改变为大致的径向流动方向；和
第二级风扇，该第二级风扇连接到所述转子并被所述转子驱动，所述第二级风扇被轴向地设置在所述多个导向叶片的下游，用来接收来自所述多个导向叶片的气流并使其运动经过所述定子和转子以对所述定子和转子进行冷却。
2.如权利要求1所述的冷却装置，其中所述第一级风扇是离心式的。
3.如权利要求2所述的冷却装置，其中所述第一级风扇是向后弯曲式的。
4.如权利要求1所述的冷却装置，其中所述第二级风扇是离心式的。
5.如权利要求4所述的冷却装置，其中所述第二级风扇是向后弯曲式的。
6.如权利要求1所述的冷却装置，其中所述发动机驱动的发电机被整体地安装到驱动发动机。
7.如权利要求6所述的冷却装置，其中所述发电机从所述发动机悬臂式伸出，并且自身没有支承件。
8.一种冷却发动机驱动的发电机的方法，该发电机具有定子、旋转轴和支撑在定子内部的旋转轴上以进行旋转的转子，所述方法包括步骤：
提供空气入口和至少一个空气出口；
提供第一级风扇，用来将周围空气吸入所述空气入口并使其向所述定子和转子运动；
在所述第一级风扇的下游提供多个导向叶片，用来接收来自所述第一级风扇的气流并将其方向改变为大致的径向流动方向；以及
在所述多个导向叶片的下游提供第二级风扇，用来接收来自所述多个导向叶片的气流，并使其运动经过所述定子和转子以对所述定子和转子进行冷却。
9.如权利要求8所述的方法，其中所述第一级风扇是离心式风扇。
10.如权利要求9所述的方法，其中所述离心式风扇是向后弯曲式的。
11.如权利要求8所述的方法，其中所述第二级风扇是离心式的。
12.如权利要求11所述的方法，其中所述离心式风扇是向后弯曲式的。
13.一种带有罩壳的发电机，具有固定的定子和安装在其中的安装有轴的转子，所述发电机包括：
设置在所述外壳的一端附近的至少一个空气入口和设置在所述外壳的另一端附近的至少一个空气出口；
第一级风扇，该第一级风扇设置在所述罩壳内并与所述至少一个空气入口相邻，所述第一级风扇适合于由所述轴驱动，以通过所述至少一个空气入口吸入周围空气，并将空气压力提升到中间水平；以及
第二级风扇，该第二级风扇设置在所述罩壳内并位于所述第一级风扇和所述转子之间，所述第二级风扇能通过所述轴旋转，以接收来自所述第一级风扇的气流，并将气流压力提高到更高压力，利用更高压力的空气在从所述至少一个空气出口流出之前穿过所述罩壳以对转子和定子进行冷却。
14.如权利要求13所述的发电机，包括设置在所述第一和第二级风扇之间的多个导向叶片，以在气流流向所述第二级风扇之前，消除来自所述第一级风扇的气流的涡流。
15.如权利要求13所述的发电机，其中，所述第一级风扇是离心式的。
16.如权利要求15所述的发电机，其中，所述离心式风扇是向后弯曲式的。
17.如权利要求13所述的发电机，其中，所述第二级风扇是离心式的。
18.如权利要求17所述的发电机，其中，所述离心式风扇是向后弯曲式的。
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