CN102099586A - 风扇和风扇的运行方法 - Google Patents

Abstract

本发明以一种风扇(10)，特别一种离心式风扇为依据，它具有带有旋转轴线(14)的风扇毂(18)，其中，围绕旋转轴线(14)设置多个用于使气流(L1、L2)偏转的风扇叶片(12)。本发明建议，设置用于根据转速调节风扇叶片(12)上的气流(L1、L2)的调节装置(26、28、40)。

Description

风扇和风扇的运行方法

现有技术

本发明涉及一种按照独立权利要求的前序部分所述的风扇和一种风扇运行方法。

已普遍公开在电动工具中使用风扇，特别是离心式和半轴式风扇。通过由于在空转时太小的风扇力矩而造成的部分太高的空转转速会出现或者加大电动工具的干扰性的振动。其中这些振动会减小电动机的电刷寿命，并且增加材料疲劳。

风扇在电动工具中的一个任务是对电动工具中的热载荷部件进行冷却，另一任务是通过相应的空转力矩调节电动机的空转转速。例如在万能电动机中通过设置在电枢轴上的风扇对万能电动机进行保护，防止在空转时的无控制的高速运转。通过将电枢轴支承在支承部位上也出现小的载荷力矩，然而和通过风扇产生的载荷力矩相比较这种通过支承所产生的载荷力矩是小的。在电设备中，例如在吸尘器中是用通过风扇所输送的气流工作的，例如吸尘的。

在空转时，也就是在主轴上不消耗功时的高转速给电动工具提供足够的冷却空气。同时通过高转速噪音的排放和部件结构的振动载荷也在增加。

发明内容

本发明涉及一种风扇，特别是一种离心式风扇，它具有一个风扇毂和一个旋转轴线，其中，围绕旋转轴线设置多个将气流偏转的风扇叶片。

本发明建议，设置一种用于根据转速调节在风扇叶片上的气流的调节装置。

在风扇叶片上的气流既可通过风扇叶片本身，也可附加地或者代替地通过风扇中的相应的部件而变化。

通过这一措施可以达到不同的目的。一方面作为第一替代方案，通过对气流的合适调节在风扇驱动装置的转速增加时超过未调节时产生的通常的与转速相关的和力矩特性提高风扇的力矩。另一方面作为第二替代方案是可以通过对气流的合适调节在风扇驱动装置的转速降低时改进风扇的流量特性，并且通过这些措施在小转速时，也就是通常的高载荷时产生一个相对于无调节的通常的与转速相关的与流量特性相比更大的体积流量和转速之比。在这种情况中，第一和第二替代方案的调节装置的具体方案可以是不同的。

原则上讲，风扇可以具有向前或者向后弯曲的风扇叶片，或者也可具有不弯曲的风扇叶片。

可有利地充分利用这样一种知识，即在离心式风扇中的功的转换和因此风扇的力矩主要和风扇气流和它的叶片几何形状之间的脉冲交换有关。优选地将风扇应用在电动工具或者电设备中，如吸尘器中，并且由它的电动机驱动。在风扇中气流的强烈的转向以及高的空气质量流在马达轴(在此为电动机)上产生高的转矩。相应地小的流动转向或者小的空气质量流产生较小的转矩。流动转向可通过风扇叶片本身而变化，或者可以设置一些附加的部件，这些部件根据转速改变气流。通过风扇叶片对流动的转向可被动地例如通过风扇叶片的易于弯曲区域，和/或一个主动的调节机构引起，所述调节机构对风扇叶片产生作用。

根据第二替代方案下述做法是有利的，即如此地对气流进行调节，即在小转速时，例如在通过风扇冷却的工具/设备的一个工作点中，在有载荷的情况下对气流的转向比更高转速时，例如在空转时要小，确地说是如此，即在小转速时输送尽可能多的气流。例如可用风扇叶片对气流进行偏转，特别是可用风扇叶片中的附加的调节机构对气流进行偏转。例如借助瓣可达到气流转向。

随着风扇转速的增加，并且因此电动机马达轴-优选地风扇由此轴驱动-的转速的增加作用于风扇结构的离心力也提高。

此外，下述做法也是有利的，即根据第一替代方案可如此地调节气流，即在高转速时有足够的载荷力矩作用到马达轴上。当气流未改变时这个载荷力矩会有较小。根据第二替代方案，当转速较小时可为最佳冷却功率调节一个体积流量和转速之间的增大的比。更为有利的是可使体积流量的减少更少地依赖于电机的转速的减小。

当对风扇叶片进行相应的设计，在根据第一替代方案进行合适的调节时，这和离心力和流体力-也就是由气流所施加的力-一起导致风扇叶片的合适的变形以及流动转向的提高，风扇力矩的提高和空转转速的降低。然后通过在工作点(也就是在较小的转速时)的较小的叶片变形产生一种较小的流动转向和较小的风扇力矩，并且因此产生风扇设置其中的电动工具的更好的总效率。

更为有利的是至少其中一个风扇叶片的一个通过离心力，和/或流体力可变形的区域形成调节装置的一个组成部分。优选地风扇叶片沿着它的纵向弦

至少区域地和也叫做风扇叶片的底板的风扇毂连接，并且区域地和风扇毂分离。也可代替地或者附加地设想，风扇叶片至少区域地可连接在一起旋转的风扇盖盘上，并且可区域地分开。这个风扇盖盘如此地和风扇毂对置，即风扇叶片设置在风扇盖盘和风扇毂之间。

按照所希望的效果可采取技术人员合适选择的不同的措施。当风扇叶片为向前弯曲时它的靠近圆周的区域可和风扇毂和/或风扇盖盘连接。当风扇叶片为向后弯曲时它的靠近旋转轴线的区域和/或它的靠近圆周的区域可和风扇毂和/或风扇盖盘连接。在这种情况中风扇叶片的这种连接优选地不是连续的，而是规定至少一个中断。

有利地风扇叶片在非连接区域中比连接区域中更易于弯曲。然而风扇叶片也可以全部为易于弯曲的。

通过在工作点(也就是在转速较小时)较小的叶片变形产生较小的流动转向和较小的风扇力矩，并且因此产生设置风扇电动工具或者电设备的更好的总效率。通过充分利用总是存在的流体力和离心力可以放弃电动工具或者电设备中附加的部件，如一种主动的机械调节机构。

在优选的离心式风扇中，为了对电动工具的运行特性进行调节在优选的被动的转速可变的叶片变形时在充分利用所出现的流体力和离心力的情况下通过被动的叶片变形有利地进行离心式风扇的风扇特性适配，以使电动工具的运行特性最佳化。更为有利的是根据第一替代方案可减小空转转速，并且其结果是减小部件振动。其结果是也提高了AC-领域的电刷使用寿命，并且延缓了材料的疲劳。也可减小优选的电动工具的噪音排放。

除了风扇叶片外还可在风扇毂上，和/或在风扇盖盘上设置一些可运动的部件。这些部件根据转速改变气流。这种做法特别在第二替代方案中受到欢迎。

在这种情况中附加地风扇叶片是可调节的，或者也可为刚性设计。这些可运动的部件，优选地是瓣，可根据风扇的离心力改变它们的状态。这些瓣可以是风扇的集成的组成部分，或者是设置在风扇上的分开的结构部件。这样，当小转速时可如此地设计，即用相应高的气流对气流进行最佳的导向。当转速较高时通过瓣的较强烈的变形或者调节，并且根据对横截面的足够的闭锁和/或对流动的有利的偏转输送较少的气流。

更为有利的是可代替地或者附加地设置一个与风扇毂，和/或风扇盖盘分开的，且用于调节风扇叶片的装置，这种装置已在废气涡轮增压器，或者在直升机的转子叶片的调节中已公开。

当通过调节，和/或控制可主动控制空气量时甚至可以设想将第一和第二代替方案彼此组合。通过对第一替代方案和/或第二替代方案的主动调节可有利地为每一种运行情况塑造出风扇的流动几何形状。这样，风扇首先可按照第一替代方案运行，也就是说在高转速时用提高的风扇力矩运行。在有载荷时(小转速)空气量一直在减少，直到在短时间后电动机温度如此程度地增加，即需要更多的冷却空气。然后可以转换到第二替代方案，在有载荷时这个方案可以提供较高的冷却气流。然后可合适地规定例如通过执行器主动调节在风扇叶片和/或在可运动的瓣上的空气流。

本发明提出一种风扇运行的方法，其中，如此地根据转速改变风扇叶片上的气流，即在高转速时和在没有调节的情况下的转速和力矩的关系特性相比出现更高的力矩。这是一种按照第一替代方案的优选的运行方式。

根据第二替代方案建议一种风扇运行方法，在该方法中，根据转速如此地改变风扇叶片上的气流，即在小转速时出现比大转速时更大的体积流量和转速之间之比。

本发明优选地可应用在径向风扇或者半轴向风扇中轴向地吸入气流，并且径向地或者半轴地排出冷却空气。本发明也可应用在轴向地吸入气流，并且轴向地排出气流的轴向风扇中。

本发明可特别有利地用于具有带有风扇的电动机或者万能电动机的电动工具中，或者一般地用在对马达进行冷却的风扇中。然而，因为电动工具通常有一个风扇，在风扇具有合适的几何形状的情况下，本发明，例如叶片被动变形的原理可有利地应用在每个具有相应高的马达转速的电动工具中。

附图说明

附图

从下述附图说明中得到其它的优点。在附图中示出了本发明的一些实施形式。附图、说明书和权利要求书包含有大量的特征组合。专业技术人员可合适地单独地对待这些特征，并且也可以组合成其它有意义的特征组合。这些附图是：

图1a-1c：一个具有多个风扇叶片，且反向弯曲的优选的风扇的透视图(图1a)，具有风扇叶片到风扇毂的内连接的详细图(图1b)，具有风扇叶片到风扇毂的外连接的详细图(图1c)。

图2a、2b：优选的向前弯曲、具有多个风扇叶片的风扇透视图(图2a)，且风扇叶片具有到风扇毂的外连接，和具有风扇叶片到风扇毂的外连接的详细图(图2b)。

图3a-3c：合力作用到向后弯曲，且具有内连接(图3a)和到风扇毂的外连接(图3b)的风扇叶片、以及力作用到向前弯曲、且具有到风扇毂的外连接的风扇叶片(图3c)。

图4a、4b：一个具有可运动的瓣的优选的风扇的一部分的顶视图(图4a)和在不同转速时可运动的瓣的侧视图(图4b)。

具体实施方式

在这些图中功能相同的，或者作用相同的部件分别用同一附图标记表示。这些图是本发明的简图。它不表示本发明的特定的参数。此外，这些图只是反映本发明的一些典型方案，并且不是将本发明局限于所示出的这些方案。

为了对本发明进行说明图1a至1c和图2a、2b示出具有一个风扇毂18的一个风扇10。在风扇毂18上绕旋转轴线14设置多个用于使气流转向的风扇叶片12。气流的流入方向位于风扇毂18的中心区域16中的轴向方向中。一个未示出的轴设置在中心区域16的中心中。为了明了起见没有画出盖盘，因为这个盖盘会盖住风扇叶片12。然而它当然是存在的，并且如下面描述风扇毂18一样，以可比较的方式和风扇叶片12连接。这样一种风扇盖板以非常不同的方案公开，例如在盖盘的圆周区域中有或无出口侧的气流转向。盖盘也可和风扇叶片12固定连接和一起旋转。风扇叶片12也可沿它的纵向延伸完全和盖盘连接，并且只有部分地和风扇毂18连接，这样，这些风扇叶片径向地超出风扇毂18。

其中，图1a至1c示出向后弯曲的风扇叶片12、而在图2a、2b中示出向前弯曲的风扇叶片12。旋转方向例如是顺时针方向。

根据本发明设置一种用于根据转速调节风扇叶片12上的气流的调节装置26、28。其中，风扇叶片12在风扇毂18的靠近中心16的区域中，或者在圆周的区域中和风扇毂18连接。风扇叶片12的未连接的区域在离心力和流体压力，也就是由气流所施加的压力的作用下发生变形。优选地这些区域可以为易于弯曲设计。

风扇叶片12的通过离心力和流体力可变形的区域26a(靠近圆周)或者28a(靠近中心)组成调节装置26、28的一个组成部分。风扇叶片12沿着它的纵向弦20至少区域地和风扇毂18连接，并且区域地和风扇毂18分开。

当风扇叶片12向后弯曲时规定它的靠近旋转轴线的区域28a连接部30(图1a和图1b)，或者它的靠近圆周区域26a(图1c)和风扇毂18的(部分)连接部32。

当风扇叶片12为向前弯曲时，规定它的靠近圆周区域26a和风扇毂18的连接部32，如在图2a，2b中看到的。在外圆周区域中风扇叶片12和风扇毂18连接(连接部32)，而风扇叶片12的靠近中心区域则和风扇毂18是分开的。

按照将风扇10优化到在高转速时具有提高的风扇力矩，或者电动工具或者电设备具有改进的总的效率特性(第一替代方案)，或者优化到在较小的转速时在冷气流和转速之间具有改进的关系(第二替代方案)，必须对风扇叶片12或者风扇10进行相应合适的设计，以便以和风扇叶片12的根据转速的变形和按照第二替代方案的合适的调节机构的组合达到相应的目的。

当工具中的结构空间较小时可以放弃用于调节风扇叶片或者气流的附加的装置。由于离心式风扇的材料弹性可被动地通过有针对性的，且转速可变的叶片变形、并且充分利用流体力和离心力完成用于改变流动导向的几何形状的适配。当结构空间足够时原则上也可以进行主动的叶片调节(机械的调节机构)。随着转速的增加作用到风扇结构上的离心力在提高。当叶片相应地连接在风扇毂上，和/或风扇盖盘上时这和流体力一起导致风扇叶片的变形以及流动偏转的提高、风扇力矩的提高(超出通常的和转速有关和力矩特性)和降低空转转速。通过在工作点(更低的转速)时的较小的叶片变形产生更小的风扇力矩(更小的流动偏转)和电动工具更好的总效率。

图3a至3c示出当转速相同时及在离心力和流体力的作用下风扇叶片12的状态。状态12a相应于未变形的风扇叶片12。图中可清楚地看出在未连接的区域中的风扇叶片12的变形，其中，示出了和未示出的风扇毂有内连接，也就是靠近中心的连接的向后弯曲的风扇叶片12(图3a)，以及和风扇毂有外部连接，也就是靠近圆周的连接的向后弯曲的风扇叶片12(图3b)。图3c示出了和未示出的风扇毂有外连接的向前弯曲的风扇叶片。

附加于这样一些可任选地是刚性的或者是可变形的风扇叶片12，也可在风扇毂18上设置一些根据转速改变气流的可运动的部件。这个方案特别是在第二替代方案中是优选的。图4a示出一个优选的风扇10的一个顶视图(风扇叶片未示出)。在这个风扇中这些例如设计为瓣的部件40以一半地从风扇毂18中冲压出的舌片的形式设置。图4b示出风扇10的侧面图。从该图可以看出，当小转速时气流L1是如何地被设计为瓣的部件40比较弱地偏转。在这种状态中最佳地输送气流L1。

当转速较高时设计为瓣的部件40a从风扇10抬起，并且比转速较小时更为强烈地偏转气流L2。在此该瓣的任务是使空气更早地离开风扇10。

采用所示的第一替代方案的措施可有利地降低电动工具或者电设备空转转速。这是通过在电动工具空转运行时对风扇气流的更为强烈的偏转实现的。同时在工具或者设备工作点中(转速更低)可达到良好的总效率。

可示例性地对第二替代方案在吸尘器上的功能方式加以说明。在正常运行时吸尘器的风扇输送一定量的空气。这个空气量应尽可能地大，以便能取得良好的吸尘效果。当吸尘器固定在一个平面上抽吸时就不再能抽吸到气流，风扇的转速增高，因为不再输送空气了，并且也不再要求驱动的电动机提供功率了。在根据第二替代方案在高转速的这个区域中的风扇的的这种运行特性导致吸尘器的抽吸更弱，并且吸尘器很容易从这个平面松开。然后转速重新下降，因为又能抽吸空气了。通过根据第二替代方案的较小转速时的这种运行特性气流可重新增加，并且可正常地继续吸尘。

Claims (12)

1.风扇(10)，特别是离心式风扇，具有带有旋转轴线(14)的风扇毂(18)，其中，围绕旋转轴线(14)设置多个用于使气流(L1、L2)偏转的风扇叶片(12)，其特征在于，设置用于根据转速调节风扇叶片(12)上的气流(L1、L2)的调节装置(26、28、40)。

2.按照权利要求1所述的风扇，其特征在于，其中至少一个风扇叶片(12)的通过离心力和流体力可变形的区域(26a、28a)形成调节装置(26、28、40)的组成部分。

3.按照权利要求2所述的风扇，其特征在于，风扇叶片(12)沿着它的纵向弦(20)至少区域地和风扇毂(28)和/或和风扇盖盘连接，和区域地和风扇毂(18)和/或和风扇盖盘分开。

4.按照权利要求2或3的任一项所述的风扇，其特征在于，在风扇叶片(12)的向前弯曲时，它的靠近圆周的区域(32)和风扇毂(18)和/或和风扇盖盘连接。

5.按照权利要求2至4的任一项所述的风扇，其特征在于，在风扇叶片(12)的向后弯曲中，它的靠近旋转轴线的区域(30)和/或它的靠近圆周的区域(32)和风扇毂(18)和/或和风扇盖盘连接。

6.按照权利要求2至5的任一项所述的风扇，其特征在于，风扇叶片(12)在非连接区域(26、28)中设计得比在连接区域(30、32)中的要易于弯曲。

7.按照前述权利要求的任一项所述的风扇，其特征在于，除了风扇叶片(12)外在风扇毂(18)上和/或在风扇盖盘上设置根据转速改变气流的能运动的部件(40)。

8.按照前述权利要求的任一项所述的风扇，其特征在于，设置和风扇毂(18)分开的，且用于调节风扇叶片(12)的装置。

9.用于按照权利要求1至8的任一项所述的风扇(10)的运行方法，其特征在于，根据转速改变风扇叶片(12)上的气流(L1、L2)，从而在转速高时出现和在没有调节的情况下的转速和力矩关系特性相比更高的风扇(10)的力矩。

10.用于按照权利要求1至8的任一项所述的风扇(10)的运行方法，其特征在于，根据转速改变风扇叶片(12)上的气流(L1、L2)，从而在小转速时在风扇(10)的体积流量和转速之间出现比大转速时更大的比例。

11.具有按照权利要求1至8的任一项所述的风扇(10)的电动工具。

12.具有按照权利要求1至8的任一项所述的风扇(10)的电设备。

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