CN101846087B - 离心风扇及设有该离心风扇的密闭式电机 - Google Patents

Abstract

本发明为了解决密闭式电机内风路循环不畅的问题，提供了一种离心风扇以及设有该离心风扇的密闭式电机。本发明的离心风扇，通过设置导流器可流畅地将叶轮出口甩出的沿叶轮径向的气流转变为沿叶轮轴向气流，当密闭式电机在其一端设置本发明的离心风扇后，可避免被离心风扇叶轮甩出的气流在电机一端做沿转轴的圆周运动，使得气流从叶轮甩出后，可以顺利地进入到电机定子和框架之间的通道中，由此大大减少了系统阻力，提高了离心风扇工作点的流量，进而降低了密闭式电机内空气的温升。

Description

离心风扇及设有该离心风扇的密闭式电机

技术领域

本发明涉及电机技术领域，更具体地说，涉及一种离心风扇以及设有该离心风扇的密闭式电机。

背景技术

在一些工作环境比较恶劣的场合，电机的外壳防护等级普遍采用IP54，即需要达到防尘防喷水的要求，这样一般都采用全密闭式的结构。由此会形成内风路，用来散定子绕组伸出端的铜耗，及转子上的所有损耗。这时，如果内风路的风量不能足够大，则散热效果较弱，内部空气的温升较高，导致转子温升会非常高，直接影响电机寿命。

对于这样全密闭式的电机，例如密闭式的风力发电机，一般在电机内部一端安装一个离心风扇以克服系统阻力形成内风路，即气流从离心风扇叶轮出口甩出后进入电机框架槽或定子管道内，然后流动到电机的另一端，再从转子孔及定转子间气隙回到离心风扇叶轮吸气口。

内风路的情况比较复杂，但是可以分析比较关心的局部流场，看其流动情况是否顺畅，即气流从离心风扇叶轮出口甩出后，是否能很流畅地进入框架槽或管道。而现有的离心风扇，在气流被叶轮甩出后，很大一部分在做沿转轴的圆周运动，进入框架槽或管道的风量比较少。这样，只有少部分风能够进入电机框架槽或定子管道，导致内风路循环不畅，严重影响电机的散热。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术中，在密闭式电机中，在电机内部一端安装离心风扇形成内风路后，气流从离心风扇叶轮出口甩出后，不能很流畅地进入电机框架槽或定子管道，导致内风路循环不畅，影响电机散热的问题，提供可以解决上述问题的离心风扇以及设有该离心风扇的密闭式电机。

本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：

本发明的第一方面，一种离心风扇，包括具有前后盖盘的叶轮，其特征在于：还包括将叶轮出口甩出的沿叶轮径向的气流转变为沿叶轮轴向气流的导流器，所述导流器包括底面相互平行的第一盘体和第二盘体，所述第一盘体和第二盘体的底面设有同轴的圆形开孔，叶轮设置在两开孔之间并可在驱动机构的驱动下转动，第一盘体和第二盘体的底面之间形成沿叶轮径向与叶轮出口相通的环状入口，第一盘体和第二盘体侧壁之间形成沿叶轮轴向的环状出口，第一盘体底面和侧壁的外侧与第二盘体底面和侧壁的内侧之间设有多个圆弧状导流板，所述导流板沿垂直于叶轮径向的方向布置，导流板的入口安装角度由叶轮出口的气流角度确定。

本发明中，导流板入口安装角度与叶轮出口的气流角度相差小于5度，即使得进入导流器的气流攻角小于5度，以便于叶轮甩出的径向气流能流畅地进入导流器。

导流板的出口安装角度为叶轮径向，使得流出导流器的气流尽可能沿着叶轮轴向。

所述第一盘体和第二盘体的底面为圆形，至少第二盘体的底面和侧壁之间通过90度环状圆弧进行过渡，以减少导流器中的阻力，避免由于直角产生漩涡，以提高气流通过导流器的流畅度。

所述第一盘体和第二盘体底面之间的距离与叶轮前后盖盘之间的距离相等，第一盘体和第二盘体底面圆形开孔的直径略大于叶轮前后盖盘的直径，以增强叶轮出口和导流器入口之间的气密性，使得被叶轮甩出的沿叶轮径向的气流尽可能多的进入导流器。

本发明中，所述叶轮可采用前向叶轮、径向叶轮或后向叶轮，优选地是采用后向叶轮，是因为后向叶轮效率相对较高，噪声相对较小。

本发明的第二方面，一种密闭式电机，包括设置在电机内部一端的离心风扇，离心风扇叶轮具有前后盖盘，离心风扇叶轮的吸气口朝向电机的另一端，离心风扇叶轮的轮毂安装在电机转轴上，其特征在于：还包括导流器，所述导流器包括底面相互平行的第一盘体和第二盘体，所述第一盘体和第二盘体的底面设有同轴的圆形开孔，叶轮设置在两开孔之间并可在驱动机构的驱动下转动，第一盘体和第二盘体的底面之间形成沿叶轮径向与叶轮出口相通的环状入口，第一盘体和第二盘体侧壁之间形成沿叶轮轴向的环状出口，电机定子和框架之间设有通道，所述环状出口与所述通道连通，第一盘体底面和侧壁的外侧与第二盘体底面和侧壁的内侧之间设有多个圆弧状导流板，所述导流板沿垂直于叶轮径向的方向布置，导流板的入口安装角度由叶轮出口的气流角度确定。

本发明中，导流板入口安装角度与叶轮出口的气流角度相差小于5度，即使得进入导流器的气流攻角小于5度，以便于叶轮甩出的径向气流能流畅地进入导流器。

导流板的出口安装角度为叶轮径向，使得流出导流器的气流尽可能沿着叶轮轴向，便于进入电机定子和框架之间的通道。

所述第一盘体和第二盘体的底面为圆形，至少第二盘体的底面和侧壁之间通过90度环状圆弧进行过渡，以减少导流器中的阻力，避免由于直角产生漩涡，以提高气流通过导流器的流畅度。

所述第一盘体和第二盘体底面之间的距离与叶轮前后盖盘之间的距离相等，第一盘体和第二盘体底面圆形开孔的直径略大于叶轮前后盖盘的直径，以增强叶轮出口和导流器入口之间的气密性，使得被叶轮甩出的沿叶轮径向的气流尽可能多的进入导流器。

本发明中，所述叶轮可采用前向叶轮、径向叶轮或后向叶轮，优选地是采用后向叶轮，是因为后向叶轮效率相对较高，噪声相对较小。

本发明中，电机定子和框架之间通道与导流器出口连通处设有环状托架，第一盘体的侧壁与底面之间为直角结构以便于将离心风扇放置在托架上，对离心风扇在电机内的位置进行定位。

所述第二盘体底面的外侧设有多个与电机框架固定的挂耳，以将整个离心风扇进行固定。

本发明中，电机定子和框架之间采用具有多个沿电机轴向风管的水冷结构，在对密闭式电机直接冷却的同时，对内风路循环的空气进行冷却。

本发明的离心风扇，通过设置导流器可流畅地将叶轮出口甩出的沿叶轮径向的气流转变为沿叶轮轴向气流，当密闭式电机在其一端设置本发明的离心风扇后，可避免被离心风扇叶轮甩出的气流在电机一端做沿转轴的圆周运动，使得气流从叶轮甩出后，可以顺利地进入到电机定子和框架之间的通道中，由此大大减少了系统阻力，提高了离心风扇工作点的流量，进而降低了密闭式电机内空气的温升。

说明书附图

图1为本发明离心风扇的结构示意图

图2为本发明导流板入口安装角和出口安装角的示意图

图3为采用圆弧型叶片的后向叶轮出口气流角度的矢量图

图4为本发明导流器侧面结构的剖视图

图5为设有本发明离心风扇的密闭式电机沿轴向的剖视图

图6为本发明叶轮、导流器与电机框架的爆炸图

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

本发明的主旨在于解决密闭式电机中，在电机内部一端安装离心风扇形成内风路后，气流从离心风扇叶轮出口甩出后，不能很流畅地进入电机框架槽或定子管道，导致内风路循环不畅，影响电机散热的问题。提供一种离心风扇以及设有该离心风扇的密闭式电机。

首先介绍本发明的离心风扇，如图1所示，本发明的离心风扇包括叶轮10，叶轮10具有前后盖盘11，叶轮10是离心风扇的主要部件，其工作原理是在驱动机构的驱动下旋转(例如叶轮的轮毂12直接安装在电机转轴上，或者通过联轴器、皮带轮等与电机转轴连接)，空气经吸气口13从叶轮10中心处吸入，由于叶轮叶片15对气体的动力作用，气体压力和速度得以提高，并在离心力作用下从叶轮出口14排出。

按叶轮叶片15出口方向的不同，叶轮10分为前向、径向和后向三种型式。前向叶轮的叶片顶部向叶轮旋转方向倾斜；径向叶轮的叶片顶部是向径向的；后向叶轮的叶片顶部向叶轮旋转的反向倾斜。前向叶轮产生的压力最大，在流量和转数一定时，所需叶轮直径最小，但效率一般较低；后向叶轮相反，所产生的压力最小，所需叶轮直径最大，而效率一般较高；径向叶轮介于两者之间。叶片的型线以直叶片最简单，机翼型叶片最复杂，为了使叶片表面有合适的速度分布，一般采用曲线型叶片，如等厚度圆弧叶片。叶轮10的结构和其工作原理，对于本领域的技术人员来说都是熟知的，在此不作过多阐述。

对于本发明的离心风扇，除了叶轮10外还包括一个导流器20，导流器20由第一盘体30和第二盘体40构成，第一盘体30的底面31和第二盘体40的底面41相互平行，第一盘体30的底面31和第二盘体40的底面41设有同轴的圆形开孔，叶轮10设置在两开孔之间(图1中为了便于展示叶轮10和导流器20各自的结构，将二者分离开进行展示)，可在驱动机构的驱动下转动，例如上文所述，叶轮的轮毂12直接安装在电机转轴上，或者通过联轴器、皮带轮等与电机转轴连接。

这样，第一盘体30底面31和第二盘体40的底面41之间形成沿叶轮10径向与叶轮出口14相通的环状入口21，第一盘体30侧壁32和第二盘体40侧壁42之间形成沿叶轮10轴向的环状出口22。为了增强叶轮出口14和导流器入口21之间的气密性，使得被叶轮10甩出的沿叶轮径向的气流尽可能多的进入导流器20，第一盘体30底面31和第二盘体40底面41之间的距离最好与叶轮前后盖盘11之间的距离相等，第一盘体30和第二盘体40底面圆形开孔的直径不要过大，略大于叶轮前后盖盘11的直径即可。

仅仅将叶轮出口14与导流器入口21连通，最多只能解决被叶轮10甩出的气流做沿转轴的圆周运动的问题，但不能解决叶轮出口14甩出的沿叶轮10径向的气流流畅地转变为沿叶轮10轴向气流的问题。因此，本发明的离心风扇在第一盘体30底面31和侧壁32的外侧与第二盘体40底面41和侧壁42的内侧之间设置了多个圆弧状导流板23，导流板23与叶轮的叶片15相同，沿垂直于叶轮10径向的方向布置。

从叶轮10出口14甩出的气流是否能流畅地进入导流器20，由导流板23的入口安装角决定；是否能流畅地流出导流器20，由导流板23的出口安装角决定。参见图2，图2是本发明离心风扇沿叶轮10径向的剖视图，导流板23的入口安装角是指导流板23在导流器入口21处，圆弧状导流板23端部的切线，与导流板23端部所在外圆(以叶轮10的轴心为圆心)切线之间的夹角；导流板23的出口安装角是指导流板23在导流器出口22处，圆弧状导流板23端部的切线，与导流板23端部所在外圆(以叶轮10的轴心为圆心)切线之间的夹角。图2中直线AB为导流器入口21处，导流板23端部的切线，直线AB’为该端部所在外圆(以叶轮10的轴心为圆心)的切线，这样直线AB和直线AB’构成的夹角即为导流板23的入口安装角。同理，直线RO为导流器出口22处，导流板23端部的切线，直线RR’为该端部所在外圆(以叶轮10的轴心为圆心)的切线，这样直线RO和直线RR’构成的夹角即为导流板23的出口安装角。对于导流器20中的多个导流板23，每个导流板23的入口安装角和出口安装角应当是相同的。

本发明中，导流板23入口安装角的角度是由叶轮出口14的气流角度来决定的。叶轮出口14的气流角度是叶轮出口14处气流的绝对速度方向和叶片15在叶轮出口14处端部所在外圆(以叶轮10的轴心为圆心)沿叶轮10转动方向的切线之间的夹角。而叶轮出口14处气流的绝对速度是由沿叶片15出口安装角气流的相对速度和叶轮出口14处气流的牵连速度合成的，上述相对速度又是由叶轮出口14处气流的径向速度和叶片15的出口安装角决定的。由于后向叶轮效率高，噪音小，效果更好，本实施例中采用后向叶轮(即叶轮10在图2中是逆时针转动的)，因此将以后向叶轮为例进行说明。

参见图3，图3中点C为叶片15在叶轮出口14处的端部，为了保护叶片15的端部，通常叶片15在叶轮出口14处的端部可以不与盖盘11的边缘相平齐，本实施例中即是如此。首先，叶片15的出口安装角的定义与导流板23的入口安装角和出口安装角相同，图3中直线CG为叶片15端部的切线，直线CF为叶片15端部所在外圆(以叶轮10的轴心为圆心)的切线，角GCF即为叶片15的出口安装角。

矢量CE表示叶轮出口14处气流的径向速度Vr，Vr＝Q/A，其中Q为叶轮10工作点的流量，A为叶轮10的出口面积，对本领域技术人员来说，参数确定的叶轮由Q、A计算Vr是熟知的，在此不累述。径向速度Vr与叶片15出口安装角已知，即可根据径向速度Vr与叶片出口安装角的正弦值计算沿叶片15出口安装角气流的相对速度，图3中矢量CG即表示沿叶片15出口安装角气流的相对速度。

叶轮出口14处气流的牵连速度即叶片15在叶轮出口11处端部的线速度，因此气流的牵连速度可由叶轮10转动的角速度和叶片15在叶轮出口11处端部外圆的半径(以叶轮10的轴心为圆心)的乘积计算获得，图3中矢量CD’即表示的叶轮出口14处气流的牵连速度。

获得沿叶片15出口安装角气流的相对速度和叶轮出口14处气流的牵连速度即可合成叶轮出口14处气流的绝对速度，图中矢量CD即表示叶轮出口14处气流的绝对速度。

叶轮出口14的气流角度则可以根据，叶轮出口14处气流的绝对速度方向和叶片15在叶轮出口14处端部所在外圆(以叶轮10的轴心为圆心)沿叶轮10转动方向的切线之间的夹角确定，由于叶片15在叶轮出口14处端部所在外圆(以叶轮10的轴心为圆心)沿叶轮10转动方向的切线方向与叶轮出口14处气流的牵连速度方向是相同的，因此图3中，实际角DCD’即为叶轮出口14的气流角度。

对于前向叶轮，气流角度的计算过程是相似的，对于径向叶轮，直接采用叶轮出口14处气流的径向速度与叶轮出口14处气流的牵连速度进行合成即可获得叶轮出口14处气流的绝对速度，在此就不在进行累述了。

获得了叶轮出口14的气流角度，即可决定导流板23的入口安装角的角度。能够使得叶轮出口14甩出的沿叶轮10径向的气流比较流畅地进入导流器，导流板23入口安装角度与叶轮出口14的气流角度相差应小于5度，即使得进入导流器20的气流攻角小于5度。对于导流板23的出口安装角度，最优的是采用沿叶轮10径向，即图2中角ORR’为90度，这样流出导流器20的气流会尽可能沿着叶轮10轴向。这样，从叶轮出口14甩出的气流既流畅地进入导流器20，又能流畅地流出导流器20。

为了减少气流在导流器20中的阻力，避免由于直角产生漩涡，进而提高气流通过导流器20的流畅度，第一盘体30的底面31和第二盘体40的底面41为圆形，如图4所示，至少第二盘体40的底面41和侧壁42之间通过90度环状圆弧43进行过渡。

通过叶轮10和导流器20配合，本发明的离心风扇，可将叶轮出口14甩出的沿叶轮10径向的气流转变为沿叶轮10轴向气流，并且保持了较高的流畅度。

参见图5、图6，本发明的离心风扇可设置在密闭式电机内部的一端，离心风扇叶轮的吸气口13朝向电机的另一端，离心风扇叶轮的轮毂12安装在电机转轴50上，电机定子51和框架52之间设有通道53，导流器的环状出口22与通道53连通。这样，叶轮吸气口13从电机的另一端吸入空气，经叶轮出口14沿叶轮10径向甩出后，流畅地进入导流器入口21，经过导流器20在流畅地从导流器出口22流出进入通道53，最终到达电机的另一端，以此循环构成了密闭式电机的内风路。

在此过程中，由于避免了被离心风扇叶轮10甩出的气流在放置离心风扇的一端做沿转轴的圆周运动，使得气流从叶轮10甩出后，可以顺利地进入到电机定子51和框架52之间的通道53中，由此大大减少了系统阻力，提高了离心风扇工作点的流量，进而降低了密闭式电机内空气的温升。

本发明中，电机定子51和框架52之间通道53与导流器出口22连通处可设置环状托架54，第一盘体30的侧壁32与底面31之间为直角结构，这样离心风扇可方便地放置在环状托架54上，以对离心风扇在电机内的位置进行定位。

第二盘体底面41的外侧设有多个与电机框架固定的挂耳55，这些挂耳55沿第二盘体底面41均匀分布，以将整个离心风扇在电机内部进行固定。

电机定子51和框架52之间采用具有多个沿电机轴向风管56的水冷结构，在对密闭式电机直接冷却的同时，对内风路循环的空气进行冷却。对于这样的水冷和风冷结合的结构，是本领域技术人员熟知的，在此不进行累述。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.离心风扇，包括具有前后盖盘的叶轮，其特征在于：还包括将叶轮出口甩出的沿叶轮径向的气流转变为沿叶轮轴向气流的导流器，所述导流器包括底面相互平行的第一盘体和第二盘体，所述第一盘体和第二盘体的底面设有同轴的圆形开孔，叶轮设置在两开孔之间并可在驱动机构的驱动下转动，第一盘体和第二盘体的底面之间形成沿叶轮径向与叶轮出口相通的环状入口，第一盘体和第二盘体侧壁之间形成沿叶轮轴向的环状出口，第一盘体底面和侧壁的外侧与第二盘体底面和侧壁的内侧之间设有多个圆弧状导流板，所述导流板沿垂直于叶轮径向的方向布置，导流板的入口安装角度由叶轮出口的气流角度确定，所述导流板的入口安装角为导流板在导流器入口处，圆弧状导流板端部的切线，与导流板端部以叶轮轴心为圆心所在外圆切线之间的夹角，所述叶轮出口的气流角度为叶轮出口处气流的绝对速度方向和叶片在叶轮出口处端部以叶轮的轴心为圆心所在外圆沿叶轮转动方向的切线之间的夹角。

2.如权利要求1所述的离心风扇，其特征在于：导流板入口安装角度与叶轮出口的气流角度相差小于5度。

3.如权利要求1所述的离心风扇，其特征在于：导流板的出口安装角度为90度，所述导流板的出口安装角为导流板在导流器出口处，圆弧状导流板端部的切线，与导流板端部以叶轮的轴心为圆心所在外圆切线之间的夹角。

4.如权利要求1所述的离心风扇，其特征在于：所述第一盘体和第二盘体的底面为圆形，至少第二盘体的底面和侧壁之间通过90度环状圆弧进行过渡。

5.如权利要求1所述的离心风扇，其特征在于：所述第一盘体和第二盘体底面之间的距离与叶轮前后盖盘之间的距离相等，第一盘体和第二盘体底面圆形开孔的直径略大于叶轮前后盖盘的直径。

6.如权利要求1所述的离心风扇，其特征在于：所述叶轮采用前向叶轮、径向叶轮或后向叶轮。

7.设有如权利要求1至6任一所述离心风扇的密闭式电机，其特征在于：离心风扇设置在电机内部的一端，离心风扇叶轮的吸气口朝向电机的另一端，离心风扇叶轮的轮毂安装在电机转轴上，电机定子和框架之间设有通道，导流器环状出口与所述通道连通。

8.如权利要求7所述的密闭式电机，其特征在于：电机定子和框架之间通道与导流器出口连通处设有环状托架，第一盘体的侧壁与底面之间为直角结构以将离心风扇放置在托架上。

9.如权利要求7所述的密闭式电机，其特征在于：所述第二盘体底面的外侧设有多个与电机框架固定的挂耳。

10.如权利要求7所述的密闭式电机，其特征在于：电机定子和框架之间采用具有多个沿电机轴向风管的水冷结构。

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