CN102900680A - 可调风量低噪声无干扰的汽车空调蒸发风机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可调风量低噪声无干扰的汽车空调蒸发风机。包括两只空心圆柱形离心风扇、两只蜗壳、电阻调速器和永磁直流电动机，所述两只离心风扇固定连接在直流电动机的中心转轴的两端，离心风扇的外圆外和端面外装有可从端部进入自由空气的密封蜗壳，所述电阻调速器串联在直流电源与直流电动机之间。本发明使用电阻调速器可调风量；离心风扇的叶片非等距排列降低了噪声；蜗壳包容了离心风扇避免了漏风与泄压；加长电刷盒延长了电刷的使用寿命；在电刷装置的线路上设有自生电磁波的流转通道，结合使用无电火花换向器，基本消除了整个电动机对车载电视电话等的可能电磁干扰；在电动机外壳和端盖间留有间隙减小了电动机温升，适应了夏季高温运行。

Description

可调风量低噪声无干扰的汽车空调蒸发风机

技术领域

本发明涉及一种汽车空调风机，尤其涉及一种可调风量低噪声无干扰的汽车空调蒸发风机。

背景技术

现有技术中，装于现代汽车驾驶室或乘员室内的空调器所用之蒸发风机，主要由离心风扇、风扇蜗壳和永磁直流电动机等3部分组成。 

现有技术的汽车空调蒸发风机，存在以下不足： 

① 温升较高。汽车空调蒸发风机通常装在不易拆卸的蒸发器总成所在空腔內，电动机的散热条件差，尤其夏季温升达45度以上，影响正常运行。

② 风量不可调。蒸发风机由汽车蓄电池提供的固定直流电压的永磁直流电动机驱动，电动机转速不变，则蒸发风机风量不会变。

③ 噪声较大。蒸发风机所用离心风扇之叶片在圆周方向上是等间距排列的，运转时产生的气流声大，声功率级噪声竟达80dB（A）以上，影响乘员的休息和语言交流。

 伴隨直流电动机的运行而产生的交流电磁干扰值较大，影响各种车载电视机、收音机、手机等的收听收视效果。

 工作寿命短。蒸发风机寿命最短的是核心部件永磁直流电动机，通常有效工作寿命为2500h左右，出了故障不方便拆卸维修。

发明内容

本发明的目的在于提供一种使用低噪声离心风扇、无电火花换向器、散热好温升低且对车载电器无干扰的永磁直流电动机，有效工作寿命长的，可调风量的主要用于汽车上的汽车空调蒸发风机。

本发明的技术方案是：包括两只空心圆柱形离心风扇、两只蜗壳、电阻调速器和永磁直流电动机，所述两只离心风扇固定连接在直流电动机的中心转轴的两端，离心风扇的外圆外和端面外装有可从端部进入自由空气的密封蜗壳，所述电阻调速器串联在直流电源与直流电动机之间。

所述的离心风扇由塑制圆弧瓦状叶片4~5片一组非等距周期地周向排列连成一体形成空心圆柱；各叶片中部用中圆环连成一体，所述中圆环将同一离心风扇分隔为左右两边的同方位之叶片错开3~4mm，离心风扇由中圆环出发通过辐射状之直条汇总于风扇中心孔周围形成扇毂。

所述的电阻调速器包括多个调速电阻、限温熔断器、调速电阻接头，所述的每个调速电阻分别对应连接一调速电阻接头且相互串联，所述的多个调速电阻接头可分别与直流电源的旋钮相接触，所述的限温熔断器与多个调速电阻串联。

所述的蜗壳为具有阿基米德曲线型的外周和中部开有圆孔的端面的中空壳体，包容在离心风扇的外圆外和端面外，与离心风扇的外圆和端面间形成一个间隙由小均匀增大的阿基米德曲线型的空腔并在空腔最大处留有缺口，蜗壳外周的阿基米德曲线中心与离心风扇同心。

所述永磁直流电动机包括机壳、轴承、换向器、电刷装置、永磁体定子、转子铁芯和绕组，所述的机壳呈圆柱形，由钢板卷圆制成两端装有不完整圆柱形金属端盖，且不全封住机壳端面，端盖内部固定有与机壳同心的含油滑动轴承或滚动轴承，有双轴伸式中心转轴分别伸出于两个端盖外；所述换向器固连在电动机转子的中心转轴上且与转子同轴同心且相互绝缘；所述的电刷装置又包括刷盒、电刷、恒力弹簧和引出线，所述的电刷为偶数个，分别与直流电源的正负极相连通，在恒力弹簧的推动下与换向片有效接触，每只电刷后端均各自固结一根由多股细铜导线编结而成的引出线；所述的永磁定子由一对以上的永磁性N极和S极磁钢组成，每个磁钢定子均呈瓦片形局部圆环状以180°或90°对称地固定在圆柱形金属壳体内；所述的转子铁芯固连在中心转轴上。

所述的转子铁芯由圆形低碳钢片叠装而成，转子铁芯圆周设有与换向片数量相等的偶数个凹槽，每个凹槽内放置层层叠叠的导线形成绕组，且各绕组与对应的换向片用导线连接。

所述的换向器由圆柱形塑制换向体和12个以上偶数个相互隔开且等长等宽具有钩状端头的导电性能良好的换向片共同固连在同一换向体外圆上组成，所述周向分布的换向片之间加以可绝缘易磨损之填充物隔开形成无缺口的换向片外圆。

所述的引出线连接到抑制电磁干扰的电感及电容上，经由此电感和电容而分别连接到直流电源的正负极上。

本发明使用电阻调速器可调风量；离心风扇的叶片非等距排列降低了噪声；蜗壳包容了离心风扇避免了漏风与泄压；加长电刷盒延长了电刷的使用寿命；在电刷装置的线路上设有自生电磁波的流转通道，结合使用无电火花换向器，基本消除了整个电动机对车载电视电话等的可能电磁干扰；在电动机外壳和端盖间留有间隙减小了电动机温升，适应了夏季高温运行。本发明结构简单制造容易，可应用于各类汽车。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是离心风扇的结构示意图。

图中1是直流电源，2是调速电阻接头，3是调速电阻，4是限温熔断器，5是带芯电感一，6是电容，7是离心风扇，8是中心转轴，9是换向片，10是前端盖，11是电刷盒，12是恒力弹簧，13是电刷，14是机壳，15是N极磁钢，16是后端盖，17是转子绕组，18是S极磁钢，19是蜗壳，20是电阻器，21是带芯电感二，22是接插件，23是叶片。

具体实施方式

以下结合一种使用自备蓄电池汽车的具有一对磁钢、12个换向片的换向器、额定直流电压DC24V、可有4档转速、最大风量650m³/h的蒸发风机对本发明做进一步的详述。

所述的蒸发风机包括两只空心圆柱形离心风扇7、两只蜗壳19、电阻调速器和永磁直流电动机。

所述的离心风扇7外径约Φ104，由奇数35个用高強度塑料制成的圆弧瓦状叶片23构成，瓦状叶片23分布在圆周方向上相对于离心风扇7圆心略有倾角地排列连成一体形成一个空心圆柱形，叶片23两端各与一个圆环相连以形成整体；在圆周方向上每5个叶片为一组间距由小到大在8.5～10.5mm范围内周期地变动，各叶片23中部用一中圆环连为一体以加固，并通过辐射状之12个直条将此中圆环连结到离心风扇7中心孔周围的圆形扇毂上，同一离心风扇7以中圆环为界的两边叶片23适当错开3~4mm，中圆环与中心圆扇毂处于同一轴向位置，两只结构相同的离心风扇7通过此中心圆扇毂对称地固连在电动机中心转轴8的左右两端，以使相对于电动机端盖轴承的运转力矩平衡。所述中心转轴8的左右两端铣扁的方位错开5°~8°角，以使两只结构相同的离心风扇的对应叶片对于同一极座标的方向角不相同，使两只结构相同的离心风扇7起到4只具有不同方向角叶片的离心风扇7的作用。

离心风扇7高速旋转时，自由空气分子通过两只蜗壳19端面中部圆形孔洞从两只离心风扇7的4个端口进入离心风扇7内部，从垂直于中心转轴8的方向高速流出离心风扇7外，空气分子从离心风扇7内部通过叶片23间隙流向离心风扇7外部的过程中，因高速擦过叶片23而产生噪声；设叶片23的间距为某值时噪声频率为A值，当圆周上风扇叶片23的间距相同时，则同一风扇的每个叶片23上产生同为A频率噪声，总音量为同频叠加，显得较大。当圆周上风扇叶片23的间距不同时，例如每5个叶片23为一组间距由小到大在一定范围内周期地变动，则会有5种频率的噪声，同一离心风扇7中圆环两边叶片23适当错开3~4mm后，则会有另5种频率的噪声与前5种错开时段，当中心转轴8的左右两端的离心风扇7叶片23有不同方向角时，则总的原在1个时段内产生的同频噪声会反映为有5种频率在20个小的时段内出现。噪声多频化可避免声频共振，因不同声频叠加而可降低风机总噪声值（声功率级）约5dB（A）。

调整叶片23宽度和电动机的转速可以得到人们需要的最大风量。

所述风扇叶片23总数为奇数，利于用配重法对离心风扇7进行动平衡处理以减小离心风扇7在运转时的微小不平衡性导致的噪声。

离心风扇7固连于中心转轴8后，连同经过动平衡处理的电动机转子，对在旋转状态下的瓦状叶片23上又进行配重法动平衡处理，以大幅减少风扇叶片23的不平衡振动和振动性噪声。

所述蜗壳19为內壁光滑可减小空气流动阻力和阻尼噪声的阿基米德曲线型的空心壳体，阿基米德曲线中心与离心风扇7同轴同心，蜗壳19几乎全包容在圆柱形离心风扇7外圆外和端面外，与离心风扇7的外圆间形成一个径向间隙由小约8～12mm均匀增大到30～35mm的空腔；所述蜗壳19的两端复盖有同一参数的阿基米德曲线型的端面，所述端面中部是中空圆，所述中空圆的圆心与离心风扇7同轴同心，中空圆的直径略小于离心风扇7内径；所述阿基米德曲线端面包容住圆柱形离心风扇7的两端叶片23且与离心风扇7端面间留有一定间隙，而成为阿基米德曲线型端面空腔。蜗壳19的外周与端面连为一体而使两种空腔连为一腔，在空腔最大处留有缺口以面向蒸发器。

离心风扇7隨电动机高速旋转时，在大气压力作用下自由空气分子从（也只能从）蜗壳19两端面中空圆进入气压较低的离心风扇7内部，被离心风扇7的瓦状叶片23強大的离心力牵连加速后形成具有一定气压的力学中称为牵连加速度的高速空气分子流，流向离心风扇7外圆及端面与蜗壳形成的空腔中，又受到离心风扇7叶片23切向惯性动力的连带作用，自由空气分子由空腔最小处逐步累积流到空腔最大处成为有一定风压的強大气流（风量），由蜗壳19的空腔缺口集中吹向空调蒸发器上，离心风扇7与蜗壳19端面中空圆为同一圆心，保证了空腔中形成的強大气流不会从蜗壳19端面某处中途漏气减压。

所述的永磁直流电动机包括机壳14、端盖和轴承、换向器、电刷装置、永磁体定子、转子铁芯和绕组17，所述的机壳14呈圆柱形，两端装有钣金制前端盖10和后端盖16，两端盖内均固定有专用的与圆柱形机壳14同心的滑动轴承或滚动轴承，有双轴伸式中心转轴8分别从二个端盖穿过轴承伸出以装配二只离心风扇7，前端盖10及后端盖16均为镂空有较大缺口的不完全圆柱形，不直接全复盖遮挡机壳14的端面而与机壳14间保持一定孔洞式间隙，当风机运转时，自由空气分子流入2个蜗壳19中部的2个圆形孔洞时必扫过机壳14外圆和端盖，而顺便带走电动机运行中产生的传到机壳14和端盖上的热量，自动地实现了自通风冷却散热。外延了的不完全圆柱形的两端盖使位于端盖内的两轴承之间距有所加大，使两端离心风扇7运转时产生的离心力对于轴承的力臂相对减小而利于运行平稳。在前端盖10与机壳14的该间隙内安装的电刷盒11，其外端可自由高出前端盖10和机壳14的外圆外径，从而实现了加长电刷盒11、恒力弹簧12和电刷13的长度，配合略为加厚的铜合金换向片9，可使图1所示蒸发风机中寿命最短较易磨损的电刷和换向片9大幅度延长了使用寿命，相比现有技术之内藏式刷盒延长使用寿命1000h以上，加強了薄弱环节，从而整体上延长了蒸发风机的使用寿命，实现了整个蒸发风机接近等寿命使用。

所述安装于前端盖10、后端盖16内的滑动轴承或滚动轴承必须是经特殊设计且经特殊处理而含油的、可在温度较高油易挥发的使用条件下自润滑运行4000小时以上而不干涸；免去了汽车驾驶员几乎无法定期加油的麻烦。

所述的电刷装置包括电刷盒11、电刷13、恒力弹簧12和引出线，所述的电刷13为偶数个，长方形，位于电刷盒11内，后端均各自固结一根由多股细铜导线编结而成的引出线，分别与直流电源1的正负极相连通，在恒力弹簧12的推动下与换向片9有效接触。

所述的永磁定子由一对以上的永磁性N极磁钢15和S极磁钢18组成，每个磁钢定子均呈瓦片形局部圆环状，以180°或90°对称地固定在圆柱形金属壳体内。

所述的转子铁芯由圆形低碳钢片密集叠装而成，固连在中心转轴8上，转子铁芯圆周设有与换向片9数量相等的偶数个凹槽，每个凹槽内绕置层层叠叠的导线形成绕组17，且各绕组17与对应的换向片9用导线连接。由于转子绕组的每一组导线相互呈串联状态，因此换向片之间也间接形成导通电路，只是各片的电压不同，本实施例断续为12V、8V、4V、0V、-4V、-8V、-12V。

所述的换向器由圆柱形塑制换向体和12个以上偶数个相互隔开且等长等宽具有钩状端头的铜合金换向片共同固连在同一换向体外圆上组成，再整体套装固定在电动机转子的中心转轴8上且与转子同轴同心且相互绝缘；所述的周向分布的铜合金换向片9之间加以可绝缘易磨损之填充物，比如发泡橡皮等，形成无空气隔离槽的运行中不会产生电火花的换向片外圆。

所述的电刷13之由多股细铜导线编结而成利于自由活动的引出线连接到抑制电磁干扰的电感及电容上，经由此电感和电容而分别连接到直流电源1的正负极上。

如附图1所示，本实施例还包括带芯电感一5和带芯电感二21、电容6和电阻器20，它们串联为一体；串联后的带芯电感一5、带芯电感二21、电阻器20和电容6一起又通过电阻调速器与旋动开关的结合点G（或D、或E、或F）与直流蓄电池1并联。电动机在启动过程或正常运行时，当固定位置的正负极电刷分别与第一对换向片9接触转为与下一对换向片9接触时，因中间要越过换向片9之间的绝缘隔离带，换向片9上就会产生接触电压由低压（如8V）向额定电压（如12V）的突跳，由此在电刷13、换向片9和转子上将有次生的三种频率段的交流电磁波和次生交流电流：

① 当换向片9个数为12，电动机以每分钟4800～5400转旋转时，就会产生频率0.96 kHz～1.08 kHz的具有正弦波那样周期性的电磁波，成第一层次的动态电磁波；

② 由于瓦形N极和S极定子磁钢内外表面不完全达到同心，由于每只磁钢之充磁量均有误差均不相等，由于转子与定子间实际存在微量不同心误差，由于转子旋转的微观不均匀性不稳定性，由于铁芯转子中各根导线之每一微小段所处的实际半径均各自不同，故所受的实际磁场強度均时时刻刻各自不同。在电动机高速旋转时，使每一微小段导线在每瞬间感应产生的电磁大小就不相同而成为有一定振幅和频率的几乎连续的电磁波；频率范围约为10 kHz～800 kHz，成第二层次的动态电磁波；

③ 电动机运行时，现有技术中电刷13滑过换向片9之间有锋利刃口的绝缘隔离槽时，被刮削而在槽中残留有石墨性粉末；在电动机转速高达4800～5400r/min时，由于电刷13相对于换向片9的高速滑动的摩擦发热极易引起此熔点极低的石墨产生火花，所述电火花发出的电磁波的频率高达数千kHz以上，对车载电器产生影响。电火花电磁波瞬间发生又瞬间熄灭，时间分布和位置分布均为隨机的不均匀的。本实施例将换向片9之间的隔离槽填充以易磨损可绝缘之物如发泡橡皮后，电刷13被刮削的概率大幅降低而延长了使用寿命；极少量的电刷13磨损的粉末一旦产生无处可存几乎立即会被顺带扫过镂空端盖之间隙的流动空气卷入两蜗壳19中部而被带入离心风扇7中再吹出于离心风扇7外，而不会暂留在换向片9上，于是由电刷13粉末电火花引发的高频电磁波就会大幅减少。

由上述3个层次组合而成的且同时产生的中高频电磁波被金属机壳14和金属前后端盖屏蔽吸收形成涡流而引起机壳14和端盖发热。本实施例设计的前端盖10、后端盖16均与机壳14保持相当大的镂空式间隙，可时时刻刻将转子铁芯和机壳端盖的热量散发到本蒸发风机之外的装有蒸发器的空间中，以降低电动机的温升，实测表明，例如作为标志性部位的机壳14的温升最大只达到22K度，远低于汽车行业常用于考核的50K度。这就加強了本实施例风机的高温适应性，而会少出高温性故障。

本实施例蒸发风机自生的中高频电磁波另有一些可能扩散到电动机以外的空间，叠加到车载视听电器之外来载波的频率范围非常宽泛的电磁波上。自生电磁波与外来载波的电磁波二者频率相同相近的那一部分叠加，就扭曲了载波的波形，就会影响到车载电器（电视机、收音机、手机等）的图像、音质和音量。对于这种组合性中高频电磁波，本实施例是用如下技术方案来削减与抑制的：

电动机旋转过程产生的极微弱中高频电磁波相伴生的中高频电流通过带芯电感一5时，相当大的部分被吸收蓄积缓冲而减小，同时这部分电流在由正极流向负极的过程中，通过电容6、电阻器20及另一带芯电感二21时又一次被吸收蓄积缓冲而减小，最终消失于蓄电池中。由于以上几种元件的综合作用，从而使得散发到电动机周围空间的中高频电磁波大幅度地被抑制，也减少了金属机壳14和端盖的温升。设计调整带芯电感和电容器的大小，可以使得这样产生的电磁波被抑制到不至于影响具有一定电磁兼容性的车载电器的正常使用。

将图1中带芯电感一5和带芯电感二21的线圈电阻值适当加大可去除电阻器20。我们可以按照汽车电路整体设计情况调整小电感绕组或电容的参数，达到抑制效果最大化。     

在本发明离心风机7停止使用时，自生电磁波消失了，电容器6又会阻断直流电的流通，使得车载蓄电池的直流电不会通过这种串联电路而发生漏电，从而保证了车载蓄电池在停车时不漏电，无需驾驶员另外操心。 

如附图1所示，本实施例还包括具有4档转速的电阻调速器。所述电阻调速器中包括呈连续串联状态的3只调速电阻3和1只限温熔断器4，每只调速电阻3的一端设有电阻接头2，例如D、E、F均伸出电阻调速器外通过旋动接头可分别接至直流电源1的正极上，另一端最终接至带芯电感一5上。

附图1所示的最大风量650m³/h本实施例转子线圈绕组17的电阻（例）为2欧姆，如设计每只调速电阻3的电阻为1欧姆，当调速器分别接至D、E、F档时，相当于线圈绕组17的运行电阻分别变为5欧姆、4欧姆、3欧姆，在固定的永磁磁场強度和固定的直流电压下，线圈绕组17的运行电流减小了，转速可减至最大值的25%左右，从而实现可调风量的功能。为避免调速电阻3过长过细，故选具有高电阻率的合金材料制成；限温熔断器4的限温值可为150℃-210℃，防止调速运行时调速电阻3先过热烧断。可设计调速电阻3的电阻为其他某值和/或3只调速电阻3不等电阻，可实现人们需要的风量减小值。

在电阻调速器运行时，线圈绕组17的运行电流和转速减小了，从而也就减小了上述第

类电磁干扰波的频率和幅度值，同时也减小了电磁噪声。

本发明的汽车空调蒸发风机，可以应用于直流电压DC12V～48V电动机功率50W～600W，风量可调，离心风扇7的周向叶片成不等距排列，永磁直流电动机转子用低碳钢板制成，结合使用无电火花换向器，在运行中产生的极小的瞬时中高频电磁波和电流得到大幅抑制；保证了现代汽车上装有电视机、收音机、手机等不受空调蒸发风机自生的电磁波的干扰。实现了可调风量低噪声无干扰长寿命小温升低成本。

Claims (8)

1.可调风量低噪声无干扰的汽车空调蒸发风机，包括两只空心圆柱形离心风扇、两只蜗壳、电阻调速器和永磁直流电动机，所述两只离心风扇固定连接在直流电动机的中心转轴的两端，离心风扇的外圆外和端面外装有可从端部进入自由空气的密封蜗壳，所述电阻调速器串联在直流电源与直流电动机之间。

2.根据权利要求1所述的可调风量低噪声无干扰的汽车空调蒸发风机，其特征在于：所述的离心风扇由塑制圆弧瓦状叶片4~5片一组非等距周期地周向排列连成一体形成空心圆柱；各叶片中部用中圆环连成一体，所述中圆环将同一离心风扇分隔为左右两边的同方位之叶片错开3~4mm，离心风扇由中圆环出发通过辐射状之直条汇总于风扇中心孔周围形成扇毂。

3.根据权利要求1所述的可调风量低噪声无干扰的汽车空调蒸发风机，其特征在于：所述的电阻调速器包括多个调速电阻、限温熔断器、调速电阻接头，所述的每个调速电阻分别对应连接一调速电阻接头且相互串联，所述的多个调速电阻接头可分别与直流电源的旋钮相接触，所述的限温熔断器与多个调速电阻串联。

4.根据权利要求1所述的可调风量低噪声无干扰的汽车空调蒸发风机，其特征在于：所述的蜗壳为具有阿基米德曲线型的外周和中部开有圆孔的端面的中空壳体，包容在离心风扇的外圆外和端面外，与离心风扇的外圆和端面间形成一个间隙由小均匀增大的阿基米德曲线型的空腔并在空腔最大处留有缺口，蜗壳外周的阿基米德曲线中心与离心风扇同心。

5.根据权利要求1所述的可调风量低噪声无干扰的汽车空调蒸发风机，其特征在于：所述永磁直流电动机包括机壳、轴承、换向器、电刷装置、永磁体定子、转子铁芯和绕组，所述的机壳呈圆柱形，由钢板卷圆制成两端装有不完整圆柱形金属端盖，且不全封住机壳端面，端盖内部固定有与机壳同心的含油滑动轴承或滚动轴承，有双轴伸式中心转轴分别伸出于两个端盖外；所述换向器固连在电动机转子的中心转轴上且与转子同轴同心且相互绝缘；所述的电刷装置又包括刷盒、电刷、恒力弹簧和引出线，所述的电刷为偶数个，分别与直流电源的正负极相连通，在恒力弹簧的推动下与换向片有效接触，每只电刷后端均各自固结一根由多股细铜导线编结而成的引出线；所述的永磁定子由一对以上的永磁性N极和S极磁钢组成，每个磁钢定子均呈瓦片形局部圆环状以180°或90°对称地固定在圆柱形金属壳体内；所述的转子铁芯固连在中心转轴上。

6.根据权利要求5所述的可调风量低噪声无干扰的汽车空调蒸发风机，其特征在于：所述的转子铁芯由圆形低碳钢片叠装而成，转子铁芯圆周设有与换向片数量相等的偶数个凹槽，每个凹槽内放置层层叠叠的导线形成绕组，且各绕组与对应的换向片用导线连接。

7.根据权利要求5所述的可调风量低噪声无干扰的汽车空调蒸发风机，其特征在于：所述的换向器由圆柱形塑制换向体和12个以上偶数个相互隔开且等长等宽具有钩状端头的导电性能良好的换向片共同固连在同一换向体外圆上组成，所述周向分布的换向片之间加以可绝缘易磨损之填充物隔开形成无缺口的换向片外圆。

8.根据权利要求5所述的可调风量低噪声无干扰的汽车空调蒸发风机，其特征在于：所述的引出线连接到抑制电磁干扰的电感及电容上，经由此电感和电容而分别连接到直流电源的正负极上。

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