CN102904382A - 用于操作马达的轴安装齿轮传动的风扇和组装马达的方法 - Google Patents

用于操作马达的轴安装齿轮传动的风扇和组装马达的方法 Download PDF

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CN102904382A CN2012102630707A CN201210263070A CN102904382A CN 102904382 A CN102904382 A CN 102904382A CN 2012102630707 A CN2012102630707 A CN 2012102630707A CN 201210263070 A CN201210263070 A CN 201210263070A CN 102904382 A CN102904382 A CN 102904382A
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M.R.雷
S.拉吉迪米利
S.V.马哈简
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Abstract

本申请涉及用于操作马达的轴安装齿轮传动的风扇和组装马达的方法。其中，公开一种齿轮传动的冷却装置(10)和制造齿轮传动的冷却装置(10)的方法。该冷却装置(10)包括：风扇轴(48)；风扇，其联接到风扇轴(48)；以及速度调整器(108)，其联接到马达(12)的马达轴(18)且联接到风扇轴(48)。该速度调整器(108)调整风扇轴(48)的旋转速度以使得该风扇轴(48)以不同于马达轴(18)的旋转速度来旋转，从而便于传递冷却空气经过该马达(12)。该制造方法包括将速度调整器(108)联接到马达轴和风扇轴(48)。

Description

用于操作马达的轴安装齿轮传动的风扇和组装马达的方法
技术领域
本公开内容大体而言涉及电动马达，且更特定而言涉及用于冷却电动马达的方法和系统。
背景技术
电动马达在操作期间由于电损耗和机械损耗而发热。通常，必须冷却电动马达来便于马达的所需和高效操作。此外，过高马达温度可导致马达轴承故障或对于定子绕组绝缘的损坏。
电动马达通常具有机壳，机壳包括框架和端盖。最常见的机壳为“开放式的”或完全封闭的。对于“开放式”机壳而言，周围空气在机壳内循环，且通过在空气与机壳内的发热马达构件之间对流来去除热。热空气从机壳排出。相比而言，全封闭型机壳通常用于必须防止空气传播的污染物(例如污垢、油或薄雾)进入到机壳内的应用中。在机壳内既发生对流型冷却也发生传导型冷却，且一些对流冷却沿着机壳的外表面发生。例如，由直接安装到机壳外部的马达轴上的风扇来提供强制对流冷却，其迫使空气经过框架和端盖。特别地，使用键槽或螺栓机构来将风扇直接安装到轴上。在马达操作期间，风扇以与马达速度相同的速度旋转。
制造商开发了各种类型的风扇和风扇罩来冷却不同类型的马达。各种类型和形式的风扇是基于马达考虑，诸如马达的极，旋转方向，维持马达的占据区的空间考虑，规章要求和噪声级。冷却性能基于其中风扇操作的马达特征。因此，需要制造商开发，安装和维持用于不同马达的风扇和风扇罩的多种变型。利用错误的风扇和/或风扇罩操作可降低马达的性能和/或马达冷却的成本低效。
发明内容
在一方面，提供一种冷却装置。该冷却装置包括风扇轴和联接到风扇轴的风扇。该冷却装置还包括速度调整器，其联接到马达轴且联接到风扇轴以便于调整风扇轴的旋转速度以不同于马达轴的另一旋转速度来使得风扇轴旋转，从而便于在电动马达周围移动空气。
在另一方面，提供一种电动马达。该电动马达包括定子，转子和安装于转子内以在定子中旋转的马达轴。该电动马达还包括风扇轴和速度调整器，其联接到马达轴且联接到风扇轴以便于调整风扇轴的旋转速度以不同于马达轴的另一旋转速度来使得风扇轴旋转，从而便于在电动马达周围移动空气。
在又一方面，提供一种制造用于电动马达的冷却装置的方法。该方法包括：将风扇联接到风扇轴和将速度调整器联接到风扇轴。该方法还包括：将速度调整器联接到马达轴以便于调整风扇轴的旋转速度以不同于马达轴的另一旋转速度来使得风扇轴旋转，从而便于在电动马达周围移动空气。
在另一方面，提供一种电动马达，其包括：定子，其具有纵向轴线；转子，其可旋转地联接于所述定子内；马达轴，其沿着所述纵向轴线可旋转地联接到所述转子；风扇轴；风扇，其联接到所述风扇轴；以及，速度调整器，其联接到所述马达的马达轴且联接到所述风扇轴。所述速度调整器调整所述风扇轴的旋转速度以使得所述风扇轴以不同于所述马达轴的旋转速度旋转，以便于传递冷却空气经过所述马达，从而便于增强对所述马达的冷却。
根据所述电动马达的第一优选方面，所述速度调整器包括行星齿轮箱。
根据所述的电动马达的第二优选方面(其基于上述第一优选方面)，所述行星齿轮箱包括：外壳；齿圈，其安置于所述外壳内；太阳齿轮，其联接到所述马达轴的轴端；多个行星齿轮，其与所述齿圈和所述太阳齿轮在操作上联接；以及，载体，其可旋转地携带所述多个行星齿轮且联接到所述风扇。
根据所述的电动马达的第三优选方面(其基于上述第一优选方面)，所述行星齿轮箱包括：外壳；齿圈，其安置于所述外壳内；太阳齿轮，其联接到所述风扇；多个行星齿轮，其与所述齿圈和所述太阳齿轮在操作上联接；以及，载体，其可旋转地联接所述多个行星齿轮且联接到所述马达轴的轴端。
根据所述的电动马达的第四优选方面，所述电动马达还包括：风扇罩，其被配置成容纳所述速度调整器和所述风扇。
在另一方面，提供一种组装马达的方法，所述方法包括：将风扇联接到风扇轴；以及，将速度调整器联接到所述风扇轴且到所述马达的马达轴，所述速度调整器调整所述风扇轴的旋转速度以使得所述风扇轴以不同于所述马达轴的旋转速度来旋转，从而便于传递冷却空气经过所述马达。
根据所述方法的第一方面，联接所述速度调整器包括将行星齿轮箱联接到所述风扇轴和所述马达轴。
根据所述方法的第二方面(其基于上述第一方面)，联接所述行星齿轮箱包括将所述行星齿轮箱的太阳齿轮联接到所述马达轴。
根据所述方法的第三方面(其基于上述第二方面)，联接所述行星齿轮箱包括将所述行星齿轮箱的载体联接到所述风扇轴。
根据所述方法的第四方面(其基于上述第一方面)，联接所述行星齿轮箱包括将所述行星齿轮箱的太阳齿轮联接到所述风扇轴。
根据所述方法的第五方面(其基于上述第四方面)，联接所述行星齿轮箱包括将所述行星齿轮箱的载体联接到所述马达轴。
附图说明
图1示出了用于冷却马达的示例性冷却装置的侧视分解图；
图2示出了图1所示的冷却装置的侧视截面图；
图3为用于图2所示的冷却装置的示例性速度调整器的局部细节图；
图4示出了图2所示的冷却装置的一部分的侧视图；
图5示出了可用于冷却马达的备选冷却装置的侧视分解图；
图6为用于图5所示的冷却装置的示例性速度调整器的局部细节图；
图7示出了可用于制造图1所示的冷却装置的示例性方法的流程图。
部件列表：
10　冷却装置
12　电动马达
14　定子
16　转子
18　马达轴
20　机壳
22　前端盖
24　后端盖
26　紧固件
28　内孔
30　绕组
32　端部绕组
34　开放中心
38　轴承
40　前端
42　轴端
44　风扇罩
46　风扇
48　风扇轴
50　速度调整器
52　顶部
54　底部
56　侧壁
58　端壁
60　通风孔
62　紧固件
64　内孔
66　内部
68　主体
70　臂
72　叶片
74　内孔
76　内表面
78　外表面
80　齿轮箱
82　外壳
84　太阳齿轮
86　齿圈
88　载体
90　行星齿轮
92　内孔(太阳)
94　齿轮齿(太阳)
96　齿轮齿(圈)
98　盘
100　内孔(载体)
101　内孔(小齿轮)
102　小齿轮(pinions)
104　齿轮齿(行星)
106　冷却装置
108　速度调整器
110　齿轮箱
112　外壳
114　太阳齿轮
116　齿圈
118　载体
120　行星齿轮
122　内孔(载体)
124　小齿轮
126　齿轮齿(行星)
128　齿轮齿(圈)
130　内孔(太阳齿轮)
132　齿轮齿(太阳)
710　将太阳齿轮联接到轴端
720　将行星齿轮联接到载体
730　将齿圈联接到外壳
740　将载体定位成使得行星齿轮与太阳齿轮和齿圈啮合
750　将载体联接到风扇轴。
具体实施方式
图1为用于电动马达12的示例性冷却装置10的侧视分解图。图2为联接到电动马达12的冷却装置10的侧视截面图。图3为冷却装置10的构件的局部细节图。在示例性实施例中，冷却装置10便于电动马达12冷却和散热。冷却装置10还便于非电动马达(未图示)冷却和散热。电动马达12包括固定组件或转子(大体上标注为14)、以磁力联接到定子14的可旋转的组件或转子(大体上表示为16)以及马达轴18。马达12的机壳20容纳定子14和转子16。前盖板22和后盖板24限定机壳20的相对纵向端部。封盖22和24经由周向间隔开的紧固件26而联接在一起，紧固件26穿过限定于每个端盖22和24上的相对应的内孔28而被接纳。
定子14保持一个或多个线缠绕的线圈或绕组(大体上标注为30)。特别地，定子14可由并排间隔开的一系列薄层压件以及导电材料形成的绕组30形成。定子14还可包括由一系列缠绕导电材料形成的端部绕组32。转子16容纳于定子14内且在定子14内旋转以形成扭矩和/或电力。形成为圆柱形的转子16具有开放的中心34，开放的中心34允许联接到轴18。当定子14的绕组30由电流来提供能量且在其旋转时与转子16相互作用时，电动马达12将电能转换为机械扭矩或者将机械扭矩转换为电能。上文所述的定子14和转子16的许多方面为常规的且将不在此处进一步详细描述。
轴18延伸穿过转子16且限定马达轴线36。马达轴线36可为定子14、转子16和机壳20的中心轴线，其全都基本上同心对准。轴18可固定到转子16上使得在转子16旋转时，转子16驱动轴18。同样，当轴18旋转时，轴18可驱动转子16。轴承38支承在机壳20内的轴18。轴18具有前端40和第二端42，前端40延伸穿过并超过前端盖22以允许由轴18输出功，且第二端42延伸穿过并超过后端盖24以允许与冷却装置10联接。轴端42可具有比轴主体68减小的大小以便于与冷却装置10联接。
在示例性实施例中，冷却装置10包括风扇罩44、风扇46、风扇轴48和速度调整器50。风扇罩44包括顶部52、底部54、侧壁56和端壁58。通风孔60限定于侧壁56、端壁58、顶部52和底部54中的至少一个内。风扇罩44可移除地在后端盖24附近联接到马达12上，且更具体地，由若干周向间隔开的紧固件62联接，紧固件62延伸穿过限定于电动马达12上的相对应的内孔69。当连接到马达12时，风扇罩44限定大小适于容纳风扇46、风扇轴48和速度调整器50的内部66。罩端壁58与轴端42相反，使得轴端42定位于内腔66内。
风扇46包括主体68、臂70和叶片72。具体而言，主体68包括内孔74，内孔74接纳并联接到风扇轴48，且臂70从主体68向外延伸以使得叶片72绕主体68扩展。在示例性实施例中，臂70从主体68在周向且绕风扇轴48延伸。更具体而言，臂70从主体68以相对于风扇主体68测量为小于或约等于45°的角度延伸。在另一实施例中，臂70以超过约45°的角度从主体68延伸。臂70具有内表面76和外表面78，且风扇叶片72从外表面78向外延伸以使得空气朝向电动马达12移动。
速度调整器50联接到轴端42，而风扇轴48联接到基本上沿着马达轴线36同轴的速度调整器50。风扇轴48的纵向轴线基本上沿着与马达轴线36相同的轴线延伸。风扇轴48联接到风扇46以允许风扇46悬挂于内腔66内使得风扇46可在内腔66内旋转。
速度调整器50的大小和方位便于将马达轴18的旋转速度转换为风扇轴48的另一旋转速度。速度调整器50改变相对于马达轴18的旋转速度的风扇轴48的旋转速度。基于速度调整器50的配置，风扇轴48的旋转速度可比马达轴18的旋转速度更快、更慢或大约相同。
风扇轴48的旋转造成风扇叶片72的旋转。作为响应，风扇叶片72通过通风孔60和通过风扇罩44来抽吸周围空气。风扇叶片72的大小和方位适于移动空气朝向且穿过马达12以便于冷却马达12。
速度调整器50能为任何类型的速度或相位调整器，诸如(但不限于)齿轮箱组件或链条和链轮组件。在示例性实施例中，速度调整器50包括行星齿轮箱80。齿轮箱80包括外壳82、太阳齿轮84、齿圈86、载体88和行星齿轮90。
图4最佳地示出了太阳齿轮84、齿圈86、载体88和行星齿轮90。轴端42延伸到齿轮箱外壳82内且轴承38旋转地支承马达轴18。太阳齿轮84联接到轴端42且在太阳齿轮84中限定的内孔92使得齿轮84压靠在轴端42上。备选地，太阳齿轮84可与轴端42一体地机械加工或形成。太阳齿轮84可以允许齿轮84联接到轴端42的任何配置形成。在示例性实施例中，太阳齿轮84包括从轴端42在径向向外延伸的外齿轮94阵列。齿圈86相对于外壳82内部基本上固定且绕太阳齿轮84在周向延伸。齿圈86具有朝向太阳齿轮84延伸的内齿轮齿96阵列。
载体88联接到风扇轴48。在示例性实施例中，载体88为平面盘98，其大体上为三角形且包括大小适于在其中接纳风扇轴48的中心圆内孔100和靠近盘98外周限定，用于经由小齿轮102来接纳行星齿轮90的基本上圆形的内孔101。在示例性实施例中，三个小齿轮102在载体88基本上等距隔开。备选地，可使用如本文所述的允许齿轮箱80操作的任意多个小齿轮102和行星齿轮90。此外，行星载体88无需大体上为三角形，而是可为允许中心内孔100扩展用于收缩配合目的的任何形状。更具体而言，可使用允许轴48联接到载体88且大小适于接纳行星齿轮90的任何载体88配置。
行星齿轮90安装于相应小齿轮102上以允许行星齿轮90联接到载体88上。行星齿轮90包括朝向太阳齿轮84延伸的内齿轮齿104的阵列。照此，行星齿轮90与太阳齿轮84和齿圈86啮合。
在马达12操作期间，太阳齿轮84从轴端42接收旋转力且响应于轴端42的旋转来使得行星齿轮90相对于外壳82旋转。当太阳齿轮84旋转时，轴端42的旋转力传到行星齿轮90使行星齿轮90绕太阳齿轮84且在齿圈86内绕轨道运行从而使得载体88旋转。
风扇轴48和风扇46响应于载体88的旋转而旋转。基于在齿轮箱80内的构件的配置和齿轮比，风扇轴48可在不同于轴端42的旋转速度的速度旋转。在示例性实施例中，齿轮箱80使得风扇轴48和风扇46以比轴端42的旋转速度更快的旋转速度旋转。风扇轴48的旋转使得风扇46经由通风孔60将空气抽入到风扇罩44内。更具体而言，空气被朝向并穿过马达12抽送以便于马达12冷却。齿轮箱80可以比轴端42更慢或与轴端42近似相同的速度来旋转风扇轴48。
图5示出了用于冷却马达12的另一示例性冷却装置106的侧视分解图。图6示出冷却装置106的示例性构件的局部细节图。冷却装置106包括速度调整器108。在示例性实施例中，速度调整器108包括行星齿轮箱110。行星齿轮箱110包括外壳112、太阳齿轮114、齿圈116、载体118和行星齿轮120。
行星载体118的中心内孔122以合适方式联接到轴端42以使得行星载体118随着轴端42旋转。载体118的内孔122可压配到轴端42上。备选地，载体118能从轴端42机械加工或形成。更具体而言，可使用允许联接到此处的轴端42的载体118的任何配置。
行星齿轮118在其中支承多个行星小齿轮124以允许绕马达轴线36进行轨道移动。在示例性实施例中，三个行星小齿轮124在载体118上基本上等距设置。行星齿轮120的数量等于行星小齿轮124的数量。可在本发明中使用允许齿轮箱110操作的任意多个小齿轮124和行星齿轮120。行星齿轮120中每一个固定到行星小齿轮124之一以随着其相关联的行星小齿轮124旋转。行星齿轮120具有外齿轮齿126阵列。
齿圈116相对于齿轮箱外壳112的内部基本上固定。齿圈116包括内齿轮齿128阵列。在齿圈116上内齿轮齿128与行星齿轮120上的外齿轮齿126啮合接合。
太阳齿轮114安装于行星载体118内，由行星齿轮120包围。太阳齿轮114通过与周围行星齿轮120接触而在径向支承以使得太阳齿轮114相对于齿轮箱外壳112绕马达轴线36旋转。太阳齿轮114与风扇轴48联接。限定于太阳齿轮114中的内孔130接合齿轮114以压配到风扇轴48。备选地，太阳齿轮114可与轴端48一体地机械加工或形成。太阳齿轮114可以允许齿轮114联接到风扇轴48的任何配置形成。太阳齿轮114包括从风扇轴46在径向向外延伸的外齿轮132阵列。太阳齿轮114的外齿轮齿132与行星齿轮120上的外齿轮齿126啮合接合。
在马达12操作期间，载体118从轴端42接收旋转力且响应于该旋转力而使得载体118相对于齿轮箱外壳112旋转。当行星载体118旋转时，轴端42的旋转力传到行星齿轮120以驱动行星齿轮120绕小齿轮124旋转。响应于轴端42和载体118的旋转，行星齿轮120的旋转使得太阳齿轮114绕马达轴线36旋转。轴端42和行星齿轮118的旋转力通过行星齿轮120传输到太阳齿轮114，驱动行星齿轮114绕马达轴线36旋转。
风扇轴48和风扇46响应于太阳齿轮114的旋转而旋转。基于在齿轮箱110内的构件的配置和齿轮比，风扇轴48可在不同于轴端42速度的速度旋转。在示例性实施例中，齿轮箱110使得风扇轴48和风扇46以比轴端42的速度的更快的速度旋转。风扇轴48的旋转使得风扇46经由通风孔60将空气抽入到风扇罩44内。更具体而言，空气被朝向并穿过马达12抽送以便于马达12冷却。齿轮箱110也可以比轴端42更慢或与轴端42近似相同的速度来旋转风扇轴48。
图7为可用于制造诸如冷却装置10的冷却装置的示例性方法的流程图。在示例性实施例中，可对电动马达2的新组件执行任何或所有制造过程或者修改现有电动马达12。
在示例性实施例中，最初，太阳齿轮86联接710到轴端42。行星齿轮90然后经由小齿轮102而联接720到载体88。齿圈86相对于外壳82的内部且绕太阳齿轮84联接。载体88然后啮合740到行星齿轮90和齿圈86。载体88然后联接750到风扇轴48。在示例性实施例中，风扇46可从外壳82可旋转地悬挂。风扇罩49联接到电动马达12以允许速度调整器50和风扇46定位于内腔66内。
本文所述的实施例提供轴动力、齿轮传动的风扇(shaft-powered, geared fan)，其通过使用马达轴作为原动机来便于促进马达冷却和散热。由于为模块化构造，速度调整器允许制造商选择风扇特征，诸如速度，与马达速度无关。此外，通过使用具有预先限定的操作特征的风扇，该风扇可至少基于马达电阻来选择以便以其最佳效率性能和以最小噪声来操作。通过更好地冷却和散热，更多动力可供应给马达。因此，由于更少的电和机械摩擦损耗而增加了马力。风扇性能取决于其自身的操作特征。因此，为了在效率、CFM和噪声方面取得最佳性能来设计风扇且使用具有不同马达极性的风扇提高了马达性能。由于风扇可根据其操作特征来进行设计，本文所述的冷却装置排除了风扇罩类型、风扇类型和相关联的安装布置的不同组合。此外，冷却装置减小了风扇和风扇罩的总占据区以占据更少空间且提供更美观的外观。
在本发明的一实施例中，增加风扇速度能使用所有类型的齿轮系、链轮和链条机构、皮带和滑轮机构等。增加风扇速度的示例性方法是通过将风扇安装在行星齿轮系上，行星齿轮系在很紧凑的空间中给出最大比同时提供高操作效率。行星齿轮系提供另外的优点，诸如(但不限于)：低齿隙、紧凑的大小、更小重量、高循环和径向承载能力、改进的效率、抗冲击性和润滑益处。
速度调整器的构件可模块化组装以便于构件的方便可移除性能和替换，以便于向组装者提供用于冷却电动马达的不同风扇标准。此外，构件的可互换性允许不同的齿轮比和计算来设计风扇轴的不同旋转速度来适应电动马达和风扇的不同标准。另外，齿轮箱为标准的，其降低了添加冷却装置的成本。
本书面描述使用示例来公开本发明(包括最佳实施方式)，且也能使本领域技术人员实践本发明(包括做出和使用任何装置或系统和执行任何合并的方法)。专利保护范围由权利要求限定，且可包括本领域技术人员想到的其它示例。如果其它示例具有与权利要求的字面语言并无不同的结构元件或者如果其它示例包括与权利要求的字面语言并无实质不同的等效结构元件，那么其它示例预期在权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1. 一种用于具有马达轴(18)的马达(12)的操作装置(10)，所述装置包括：
风扇轴(48)；
风扇(46)，其联接到所述风扇轴(48)；以及
速度调整器(108)，其联接到所述马达轴(18)且联接到所述风扇轴(48)，所述速度调整器(108)调整所述风扇轴(48)的旋转速度以使得所述风扇轴(48)以不同于所述马达轴(18)的旋转速度旋转，以便于传递冷却空气经过所述马达(12)，从而便于增强对所述马达(12)的冷却。
2. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述速度调整器(108)包括行星齿轮箱(110)。
3. 根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述行星齿轮箱(110)包括外壳(112)和齿圈(116)。
4. 根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述行星齿轮箱(110)包括联接到所述马达轴(18)的轴端的太阳齿轮(114)。
5. 根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述行星齿轮箱(110)包括在操作上联接于所述齿圈(116)与所述太阳齿轮(114)之间的多个行星齿轮(120)。
6. 根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述行星齿轮箱(110)包括载体(118)，所述载体(118)可旋转地携带所述多个行星齿轮(120)且联接到所述风扇轴(48)。
7. 根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述行星齿轮箱(110)包括联接到所述风扇轴(48)的太阳齿轮(114)。
8. 根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述行星齿轮箱(110)包括在操作上联接于所述齿圈(116)与所述太阳齿轮(114)之间的多个行星齿轮(120)。
9. 根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述行星齿轮箱(110)包括载体(118)，所述载体(118)可旋转地联接到所述多个行星齿轮(120)且联接到所述马达轴(18)的轴端。
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