CN103133412B - 风扇模块 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种风扇(20)，其包括风扇轮毂(22)、安装在风扇轮毂(22)上的风扇叶片(24)和带有外转子(30)的驱动马达，其中，外转子(30)布置在风扇轮毂(22)内部。外转子(30)以下述方式布置在风扇轮毂(22)内：外转子(30)径向向外通过与风扇轮毂(22)一体构成的散热片(32)支承在风扇轮毂(22)的径向外壁(36)上。

Description

风扇模块

技术领域

本发明主要涉及一种用于使用在机动车中的风扇。

背景技术

冷却模块通常由电动机、风扇和散热器架（Kühlerzarge）组成，该散热器架围绕风扇和电动机。散热器架导引由风扇吸入的空气，并用于将由风扇和电动机组成的单元例如固定在机动车的马达舱中。

在机动车转弯行驶时，由于离心力而将倾斜力矩（Kippmoment）作用到旋转的风扇上。在设计风扇轮毂时要注意，在转弯行驶时风扇和散热器架之间不能出现碰撞。这通常通过坚固的风扇轮毂来实现，该风扇轮毂将减少风扇的倾斜。然而，由于较小的装配空间和用于气流管路的边界条件，难以有效地避免倾斜。

发明内容

因此，本发明的目的是，提供一种风扇，其中，即使在出现很强的离心力时也能使旋转的风扇和散热器架之间的碰撞危险最小化，从而相对于相邻的部件、例如散热器架能以尽可能小的径向间距来安装风扇。

所述目的通过根据本发明的风扇、根据本发明的冷却模块和根据本发明的机动车来实现。

根据第一方面设有风扇，该风扇包括风扇轮毂以及安装在风扇轮毂上的风扇叶片和带有外转子的驱动马达，其中，外转子布置在风扇轮毂内部。在此，外转子以下述方式布置在风扇轮毂中：外转子径向向外通过与风扇轮毂一体构成的散热片支承在风扇轮毂的径向外壁上。

因此，外转子用于在风扇轮毂中起加固作用，由此提高了风扇轮毂的刚度且可减小风扇轮毂在转弯行驶时的变形。外转子的弹性模量约为风扇轮毂的弹性模量的40倍，从而通过根据本发明将外转子布置在风扇轮毂中，可省略在风扇轮毂的径向内部区域中的此前通常的加固片，且尽管如此仍然在整体上明显提高了风扇轮毂的刚度。

因此，利用根据本发明的风扇可防止：风扇叶片或者径向外部地布置在风扇叶片上的风扇圈与邻近的构件进行接触。因此，风扇与邻近构件能以较小的间距来安装，由此可更好地利用现有的用于安装风扇的空间。

在此，外转子可包括多个磁体和一止挡环。为了实现外转子和风扇轮毂之间特别好的连接，可这样设置，即，将外转子注塑到风扇轮毂中。由此可在外转子的整个外周上在风扇轮毂和外转子之间实现稳定的、传力配合（kraftschlüssig）的连接，从而外转子一方面可靠地安装在风扇轮毂中，且另一方面利用安装在其中的外转子确保了风扇轮毂的高刚度。

外转子的止挡环可径向向外支承在风扇轮毂的散热片上。由此确保了在径向向外的方向上有效地冷却外转子。此外，作用到风扇轮毂的径向外部区域上的变形力经过散热片传递到外转子上，该外转子通过其高刚度减小了风扇轮毂径向外部区域的变形。

根据一种实施形式可这样设定，在散热片区域中，在风扇轮毂的至少一个壁上设置至少一个开口，从而空气可循环经过散热片。由此确保了外转子在风扇运行期间被充分冷却。

此外可这样设置，外转子可与风扇轮毂的散热片相连接，尤其可这样设置，外转子既可以在轴向方向上又可以在径向方向上与散热片相连接。通过外转子和风扇轮毂的散热片之间的固定连接可减小风扇轮毂的径向外部区域的变形，这是由于作用到风扇轮毂上的力可在整个外周上均匀地传递到外转子上。

根据一种实施形式，外转子包括多个磁体和一止挡环，其中，止挡环可与风扇轮毂的散热片相连接。由此可将外转子减少为止挡环和磁体，且不需要附加的外转子底部。由此简化了外转子的制造，且能确保特别好地冷却止挡环。

根据另一种实施形式，外转子包括多个磁体，一止挡环和一底部，其中，底部可与风扇轮毂的散热片相连接。由此可既在径向方向上又在轴向方向上实现外转子和散热片之间的连接，由此可实现风扇轮毂的特别高的刚度。

由于外转子如上所述的那样加固风扇轮毂，可以实现：在运行中最大设定的负荷的情况下，风扇轮毂在其径向外部区域中具有最大0.2mm、优选最大0.08mm的变形。在此，在运行中最大设定的负荷由风扇的最大设定的转速和最大出现的离心力来确定，该离心力由于其中装配有风扇的机动车的转弯行驶、加速或者减速而引起。

根据另一个方面，设置一种冷却模块，其包括如前所述的风扇，驱动马达和散热器架，在散热器架内部可旋转地安装风扇，且借助于该散热器架，能将冷却模块安装在要冷却的构件附近。

根据另一个方面，设置一种包括如上所述的冷却模块的车辆。

附图说明

下述借助附图详细阐述本发明的实施例。其中：

图1示出了与本发明的实施例相应的冷却模块；

图2示出了风扇的透视图，该风扇安装到图1中示出的冷却模块中；

图3示出了用于说明出现的离心力的示意图；

图4示出了用于阐述不够坚固的风扇轮毂由于回转矩而倾斜的示意图；

图5示出了用于阐述在图4中所示的倾斜的情况下、在风扇圈和散热器架之间的碰撞危险的示意图；

图6示出了根据本发明的风扇的风扇轮毂的视图；

图7示出了根据本发明第一变型的风扇轮毂的示意性剖面图。

具体实施方式

如图1所示，冷却模块100包括风扇20，该风扇可旋转地装配在散热器架10中。冷却模块100例如可装配在机动车的马达舱中。风扇20包括风扇轮毂22、多个风扇叶片24和风扇圈（Lüfterband）26。

如图2所示，风扇叶片24径向地在外部布置在风扇轮毂22上，且风扇圈26连接风扇叶片24的各个径向外部的端部。在风扇轮毂22上径向内部布置有轴套28，借助于该轴套将风扇轮毂22可旋转地安装在轴（未示出）上。风扇借助于电动机来驱动，其中，定子固定地安装在轴上，且外转子30（参见图6和图7）布置在风扇轮毂22中并与该风扇轮毂固定连接。

在图1中示出了，在风扇圈28和散热器架10之间存在狭窄的缝隙，以便防止旋转的风扇20与固定的散热器架10发生碰撞。

当散热器架10例如安装在机动车马达舱中时，在风扇20运行时不仅出现了直接由风扇20围绕其轴线旋转而产生的力，而且还出现了由于横向加速度、例如由于机动车转弯行驶，或者相对于行驶方向根据风扇的安装方向由于机动车的加速或减速引起的离心力。所述离心力引起了风扇20的倾斜，从而使风扇轮毂22变形。该变形可能会导致风扇圈28和散热器架10之间的碰撞。

为了避免这种碰撞，可以增大散热器架10和风扇圈28之间的距离。然而则不能最佳使用可支配的空间，且风扇20的冷却功率可能不够。因此，在根据本发明的风扇20中风扇轮毂22设计成特别刚性的，从而可减小风扇轮毂22的变形，并且进而，即使在下述情况下也可以防止风扇圈28与散热器架10碰撞，即风机20尽可能最佳地利用现有空间。

图3和图4说明了当迫使风扇20围绕一轴线旋转时产生的力，该轴线不是风扇的主轴线。在此，ω是风扇的角速度，ω_p是车辆围绕一旋转轴线的转弯速度，该旋转轴线在本实例中垂直于风扇的旋转轴线伸延。风扇20试图直角地补偿由于转弯行驶引起的转动且产生回转矩或者说陀螺力矩（Kreiselmoment），该回转矩通过风扇20的变形且特别是通过风扇轮毂22底部区域中的变形而获得。

在转弯行驶的旋转轴线垂直于风扇20的旋转轴线的情况下，回转矩M可通过公式

M = J * ω * ω_p

来确定，其中，近似圆柱形的风扇的惯性力矩J通过公式

J = ¹/₂ * m * R²

来确定，其中，m是风扇20的质量且R和是风扇的半径。

如图4右侧部分所示，作用于风扇20上的回转矩引起风扇轮毂22底部区域中的变形。如在图4中示出，当外转子（Außenläuferrotor）30布置在风扇轮毂22的径向内侧区域中时，变形（如图4右侧部分所示）首先在风扇轮毂的、径向上位于外转子30之外的区域中出现。

如在图5中示出，该变形引起风扇20的径向外部区域相对于散热器架10的角度偏移，从而使风扇圈26或者风扇叶片24可能会与散热器架10发生碰撞。

不坚固的风扇轮毂22的弹性模量相对较小，约为5000MPa。因此，由于在转弯行驶时出现的回转矩使不坚固的风扇轮毂产生相对较大的变形。轮毂的挠度W_A通常通过公式

W_A =（ F * r³ ）/（ 3 * E * I ）

来确定，其中F为施加的力，r为风扇轮毂22的半径，E为风扇轮毂22的弹性模量，I为风扇轮毂22的面积惯矩。

在所示的实施形式中，风扇轮毂22的弹性模量E能以下方式提高：如图6所示，将外转子30置入风扇轮毂22中。为了有效地提高刚度，外转子30在此必须尽可能远地径向靠外地安装在风扇轮毂22上，以便使图4中所示的风扇轮毂22的径向外部区域的变形最小化。

而另一方面，外转子30在运行期间必须被充分地冷却。因此，外转子30不能布置成直接贴靠到风扇轮毂22的径向外壁36上，而是需要有空气可围绕外转子30循环。因此在本发明中，在外转子30和风扇轮毂22的径向外壁36之间设有散热片32。

为了在风扇轮毂22和外转子30之间特别好地连接，外转子可与风扇轮毂22一起注塑。将外转子30注塑到风扇轮毂22中能将风扇轮毂的弹性模量从约5000MPa提高到210000MPa。

为了有效降低风扇圈26和散热器架10之间的碰撞危险，需要如此加固风扇轮毂，使得风扇20 的径向外部区域中的挠度由于风扇轮毂的挠度而 ≤ 2mm（参见图5）。在本发明中，通过外转子30与风扇轮毂22的大面积连接，并且由于外转子30的弹性模量约为轮毂材料的弹性模量的40倍（210000MPa比5000MPa），轮毂的挠度减少到约0.08mm。这足以用于相对于传统的风扇轮毂大大降低碰撞危险。从而在风扇轮毂22中的其它的加固片是多余的且可以省掉。

在将外转子30置入风扇轮毂22中时，可提供两种变型。

第一变型在图7中示出。在此，外转子30包括止挡环（Rückschlussring）38、多个磁体40和底部42。在此，止挡环38和底部42可一体地构造为深冲板。散热片32在此既布置在风扇轮毂22的径向外壁36和外转子30的止挡环38之间，又布置在风扇轮毂22的底部34和外转子30的底部42之间，从而空气可围绕外转子30循环。外转子30通过止挡环38和其底部42既在轴向方向又在径向方向上与散热片32相连接，从而外转子30能特别好地固定在风扇轮毂22中。

在第二变型中，省略外转子30的底部42，且因此，外转子30减少为止挡环38和多个磁体40。外转子30和风扇轮毂22之间的连接同样通过散热片32实现，其中，在该变型中，外转子30仅能在径向方向上支承和固定在散热片32上。因此相对于第一变型，第二变型能使得更好地冷却外转子30，这是因为改进了围绕磁体40和止挡环38的空气循环。

在两种变型中都可设置附加的通风口以便改进风扇轮毂22的底部34中的空气循环。

Claims (10)

1.风扇（20），包括：

-风扇轮毂（22），

-安装在所述风扇轮毂（22）上的风扇叶片（24），和

-带有外转子（30）的驱动马达，其中，所述外转子（30）布置在所述风扇轮毂（22）内部，

其特征在于，所述外转子（30）以下述方式布置在所述风扇轮毂（22）中：所述外转子（30）径向向外通过与所述风扇轮毂（22）一体构成的散热片（32）支承在所述风扇轮毂（22）的径向外壁（36）上。

2.根据权利要求1所述的风扇（20），其特征在于，所述外转子（30）包括多个磁体（40）和一止挡环（38），且所述外转子（30）注塑到所述风扇轮毂（22）中。

3.根据权利要求1或2中任一项所述的风扇（20），其特征在于，所述外转子（30）的止挡环（38）径向向外支承在所述风扇轮毂（22）的散热片（32）上。

4.根据权利要求1所述的风扇（20），其特征在于，在所述散热片（32）的区域中，在所述风扇轮毂（22）的至少一个壁上设置至少一个开口，从而空气能循环经过所述散热片（32）。

5.根据权利要求1所述的风扇（20），其特征在于，所述外转子（30）包括多个磁体（40）和一止挡环（38），其中，所述止挡环（38）能与所述风扇轮毂（22）的散热片（32）相连接。

6.根据权利要求1所述的风扇（20），其特征在于，所述外转子（30）包括多个磁体（40）、一止挡环（38）和一底部（42），其中，所述底部（42）能与所述风扇轮毂（22）的散热片（32）相连接。

7.根据权利要求1所述的风扇（20），其特征在于，在运行时最大设置的负荷的情况下，所述风扇轮毂（22）在其径向外部区域中具有最大为0.2mm的变形。

8.根据权利要求7所述的风扇（20），其特征在于，在运行时最大设置的负荷的情况下，所述风扇轮毂（22）在其径向外部区域中具有最大为0.08mm的变形。

9.冷却模块（100），其包括根据权利要求1至8中任一项所述的风扇（20）、驱动马达和散热器架（10），在所述散热器架内部能旋转地安装风扇（20），并且借助于所述散热器架能将所述冷却模块（100）安装在要冷却的构件附近。

10.机动车，包括根据权利要求9所述的冷却模块（100）。