CN103890407B - 离心式风扇 - Google Patents
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Abstract
描述了一种离心式风扇，它包含可绕转动轴线（R）转动的离心叶轮（4）；离心叶轮（4）的驱动电机（3）；外壳（2）包括用于容纳电机（3）和所述离心叶轮（4）的中心部分（17）以及与所述中心部分（17）连通的切向出口通道（18）。所述外壳（2）具有在中心部分（17）的进口开口（15）和在切向开口通道（18）的出口开口（16）。电扇（1）包括用于冷却电机（3）的系统（4，14，28，29），该系统包括：叶轮（4）、通风通道（31）、套环（28）和多个电机（3）的叶片，其中通风通道在切向开口通道（18）和中心部分（17）之间运行用于产生冷却空气流，套环（28）与离心叶轮（4）一体并在电机（3）周围从离心叶轮（4）轴向延伸，多个电机叶片用于产生切向冷却分量，所述分量与冷却空气结合产生了在电机（3）周围的螺旋状涡流。
Description
技术领域
本发明涉及一个离心式风扇，特别涉及包括一个冷却风扇的电动机的系统的离心式风扇。
背景技术
在汽车领域（用于客运汽车、卡车和类似的应用）使用开放式直流电机驱动的离心式风扇是普遍存在的。
这些风扇可以方便设有基于冷却空气的强制循环用相关驱动电机的冷却的系统。
图1示出了现有技术的离心式风扇的局部横截面的示意图。
这种类型的风扇包括涡旋形外壳100，其由中心部分101和与中心部分101连通的出口通道102形成。
外壳100具有在中心部分101中形成的进口开口103和在通道102的端部形成的出口开口104。
通常是“开放”型并配有通风孔105a的电机105安装在用于驱动离心叶轮106的涡壳内，叶轮绕轴线R转动，该叶轮从入口开口103吸入空气并将吹入空气引入到涡旋2的通道102内。
在叶轮106被转动布置之后，叶轮106在进口开口103和出口开口104之间产生压力差，以便产生沿着通道102的空气流F。一般的，需指出的是在风扇的出口处或者外部存在高压，而在入口处或者内部存在负压（与出口处比较）。
电机105的冷却系统包括了再循环管107，其进口与通道102连通而其出口与中心部分101连通。管107在外壳100的出口收集加压空气，用于形成冷却空气流RF，该空气流从从叶轮106来的过压被推进到在电机105后部的中心部分101。以这种方式，冷却空气RF经过电机的通气孔105a，直接从电机105的绕阻除去热量，并再次到达叶轮106的内部，从那开始再次引入到通道102中。
从电动驱动的电机的角度，这种电扇的相关市场需要更加先进的技术方案，风扇必须与电机形成一体，无论所述电机为无刷型或直流型，同时，这也是从在恶劣的操作条件下电机的寿命和可靠性的角度出发所需要的。
采用这种技术方案的主要障碍是由于现有技术电机冷却系统的相对较差的性能，不能保证风扇操作的最优操作条件。
需要考虑的是，例如，驱动电子设备集成在电机内的情况下，操作限制温度必须高达50°C，该温度低于绕阻的温度，为了不超出有限制的操作条件，电机的冷却系统是必要的，它能够除去大量的热。
应当指出的是，产品的寿命和在恶劣操作条件下操作的可能性都与保证充分和有效的电机和相对电子的冷却的可能性紧密联系。
发明内容
本文中，本发明的主要技术目的是提供一种没有上述缺点的离心式风扇。
本发明的一个目的是提供一种装配有高效冷却系统的离心式风扇。
本发明的另一目的是提供装配冷却系统的风扇，在例如在采用封闭电机（电机中的冷却组件不直暴露于强制的冷却气流）的情况下该冷却系统同样能够从驱动的叶轮电机去除大量的热量。
指出的技术目的和目标大体上由独立权利要求1的离心式风扇所实现。
附图说明
本发明的进一步特征和优点在有关附图中示出，在非限制的较佳实施例的非限制描述中会更加明瞭，如下：
图1是现有技术的离心式风扇的示意图。
图2示出根据本发明离心式风扇的第一实施例的横截面剖视图；
图3示出根据本发明离心式风扇的第二实施例的仰视图；
图4示出根据图3中的风扇沿剖线IV-IV的横截面的示意图。
图5示出了图4按比例放大的风扇部分。
图6示出了图3的电扇的俯视图，其中一些部件被去除以更好地示出其他部件。
图7示出根据本发明的第一实施例的离心式风扇的叶轮的第一立体图。
图8示出图7的叶轮的第二立体图。
图9示出了根据本发明的风扇的第三实施例的一部分的局部示意剖面。
图10示出了图9中风扇的离心叶轮细节的示意立体图。
具体实施方式
参照附图，特别是附图2，附图标记1是根据本发明的离心式风扇。
具有转动轴线R的风扇1包括外壳、（或者涡螺，或者涡旋2）、电动机3和离心叶轮，电机3优选地为封闭的或“密封”型，它具有相应的轴3a，轴位于外壳2内并由外壳2支承，特别在图7和图8示出，叶轮由电动机3的驱动。绕着轴线R转动的叶轮4包括了多个离心叶片5以及第一和第二支撑环6，7，离心叶片5具有根据轴线R的主延伸部，并且叶片5在第一支撑环和第二支撑环之间延伸。
叶轮4包括第一进口8和切向出口9，第一进口由通过支撑环7限定的开口形成且与轴线R同轴，而切向出口9实践中由叶片5之间的空间形成。叶轮4包括轮毂10,其与第一支撑环6连接，用于与电机3连接。
轮毂10具有套筒11，用于与轴3a连接，多个臂12从轴3a延伸出以与环6连接。轮毂10还包括了中心部分13，其在臂12之间从套筒11延伸出，并与臂12和支撑环6形成多个开口14。
如图所示，例如，在图2，3和4中，电机3部分地插入轮毂10内部，但在未示出的替代实施例中，电机3可在轮毂10的外部。
上述外壳2具有轴向进口开口15和切向出口开口16，开口15与转动轴线R同轴（且因此与叶轮的进口8同轴），开口16以已知的方式相对于叶轮4放置，用来循环由叶轮4移动的空气。
外壳2包括了具有中心部分17和出口通道18的主体，在中心部分17中构成了进口开口15出口通道18从中心部分17切向延伸并与之流体连通，在通道18的自由端设置有出口开口16。
风扇1包括盖19，用于封闭外壳2，优选的，电机3被固定。
实践中，盖19相对于电机3从叶轮4的相对部分放置，并且其与主体的中心部分17连接。
盖19形成了用于电机3的壳体20，电机3部分地位于其中。
更具体的，盖19具有圆柱形的内侧壁21和与侧壁21相连的内后壁22，它们限定了壳体20，而电动机以同轴的方式被放置在壳体20内。
更加具体的，参照图5，电机3的上部3b是电机3位于壳体20内的一部分，电机3的下部3c是部分插入到轮毂10中的一部分。
空气循环区域32限定在电机3和盖19之间，特别是限定在其上部3b和盖19之间。
风扇1包括用于通过从外壳2的内部将冷却气流RF导向其外部而从电机3去除热量的冷却系统。
根据本发明，如下面阐述，根据转动轴线R的指向，冷却气流RF由切向分量和轴向分量组成。
切向分量和轴向分量矢量相加，得到一个在电机3周围的螺旋状涡流RF。
参照图2，在第一个实施例里，为产生上述轴向分量，电机3的冷却系统包括叶轮4和管30，该管30具有在出口通道18内的进口26和在中心部分17中的出口27，大体上在电机3处。
在使用中，在叶轮4的出口9产生过压，特别地在管30的进口26也产生过压。
所述过压沿着管30从进口26向出口27推进空气，从管30离开的气流形成上述的轴向分量。
在使用中，为了产生上述的冷却流RF的切向分量，冷却系统包括了与叶轮4一体的套环28和多个径向叶片29，该套环28在电机3的外部从叶轮4朝着电机3延伸，多个径向叶片29由套环28支撑并面向电机3。
套环28与叶轮4被制成一个单体，其从相对于叶片5的对面侧上的支撑环6延伸出。
径向叶片29在支撑环6和外套环28之间延伸，并且这些叶片从后者向电机3延伸。
外套环28与叶片29一起包围电机，特别的电机的上部3b。
所述壳体被还设计用来容纳套环28,且因此容纳叶片29。
由多个叶片29构成的叶片组和以相对叶轮4转动放置且与叶轮成为一个单体的外套环28一起为形成上述切向分量的冷却流RF作出了贡献。
换言之，叶片29转动的效果是拖拽包含在叶片29和电机3之间的中空空间内的空气，产生冷却流RF的切向分量。
上述轴向分量有利地在外壳2内从电机的上部3b引导向电机的下部3c，在这种方式下，由切向分量和轴向分量的组合得到的冷却流RF通过轮毂10的开口14移动到叶轮4的内部，并从那里通过出口开口16排出到壳体2的外部。
在第二个实施例中，如图4和图5所示，冷却系统包括在套环28的圆柱形外壁和壳体20的圆柱形侧壁21之间形成的中空空间31（或环形通道31）。
环形通道31在电机3的上部3b使通道18与外壳2的中心部分17流体连通。
更具体地，盖19形状设定成使环形中空空间31与通道18流体连通。
具体参照图5，标记31a表示环形通道31的进口，标记31b表示通道31的出口。
类似于第一实施例，冷却系统包括套环28和径向叶片29套环28与叶轮4一体构成且在电机外侧从叶轮4向电机3轴向延伸，径向叶片29由套环28支撑并面向电机3。
套环28和叶轮4被制成一个单体，套环28在叶片5的相反侧上从支撑环6延伸出。
径向叶片29在支撑环6和外套环28之间延伸，并从后者向电机3延伸。
外套环28与叶片29一起包围电机，特别是包围电机的上部3b。
所述壳体20还被设计用来容纳套环28，且因此容纳叶片29。
由随叶轮4转动布置的多个叶片29构成的叶片组和与叶轮成为一个单体的外套环28一起为形成上述切向分量的冷却流RF作出了贡献。
叶片29转动的效果是拖拽在叶片29和电机3之间中空空间内包含的空气，产生冷却流RF的切向分量。
使用中，叶轮4沿着通道18高速推进空气。
高速空气产生文丘里效应，其进而在通道31的出口31b处产生负压。
负压产生沿着中空空间31的冷却空流的吸入效应。
换言之，在从进口31a至出口31b的环形通道31中产生吸入气流。
实践中，沿着中空空间31的抽吸在外壳2的中心部分17内产生基本上根据在外壳2内电机3的转动轴线R定向的所谓的轴向分量。
所述轴向分量通过进口8被吸入叶轮4内。
上述轴向分量有利地在外壳2内从电机的下部3c指向电机的上部3b，在这种方式下，由切向分量和轴向分量的组合得到的螺旋状的冷却流RF通过轮毂10的开口14、通过叶轮4移动到区域32，从那里冷却流通过中空空间31和通道18排出到外壳2的外部。轴向分量由于叶片29与切向流结合，产生上述螺旋状涡流RF，该涡流通过中空空间31和通道18从外壳2的内部运送到外壳2的外部。
在优选的所示实施例中，环形通道31具有出口31b，该出口限定在盖19和叶轮4之间，它具有尺寸“h”，该尺寸与在套环28和限定了壳体20的圆柱形侧壁21之间的通道31的尺寸“hi”数量级相同。
换言之，盖19形状设定成同第一支撑环6和/或同叶片5一起限定出口31b。
如所示实施例，环形通道31的出口31b有利地由支撑环6形成，特别地由其面向盖19的相应环形部分19a的环形边60形成。
环形中空空间31与空气循环区域32连通，进口31a形成在区域32。
在这种方式下，使用中，沿着中空空间31得到的流由于叶片29在区域32中与切向流合并，在电机3周围产生上述涡流RF，其被通道18吸入。
在上述空气循环区域32中，冷却气流RF接触电机3的盖，去除了热量。
空气循环区域32形成在壳体20的后壁22和其面对的电机的后表面33之间。
实践中，壳体20的内部在侧壁和盖19之间和在电机3的底壁和盖19之间都提供了用于空气循环的空间。
本发明风扇的第三个实施例如图9所示。
在这个方案中，与第二实施例比较，经过中空空间31的冷却流的抽吸由放置在套环28之外的一系列离心叶片40所辅助，该套环用于推进空气从中空空间31朝向通道18的出口开口。
离心叶片40从电机3的对面侧延伸出，形成了第二个辅助离心风扇41，其进一步从中空空间31向着外壳2的外部推进冷却流，该冷却流是由切向分量和轴向分量结合产生的。
叶片40有利地与套环28制成一个单体，且延伸到套环外，如图10所示。在优选的实施例所示的例子中，每个叶片40作为叶轮4的相应的叶片5的延伸部形成，如图10所示。
优选的，冷却系统、特别是叶片29、被设计成使切向分量的数量级比轴向分量的大，用于有效地去除电机3的热量。
第一实施例的外壳2外面的管30和第二、第三实施例的中空空间或环形通道31限定了通风通道，其形成了风扇1的部分冷却系统，由于该部分冷却系统形成为螺旋状涡流的冷却流RF从电机3去除了热量。
电机3因此在外表层被高速空气接触，这对于散热是特别有效的。
换言之，叶片29转动的效果是拖拽包含在叶片29和电机3之间的中空空间内的空气，产生上述切向分量。电机可被对于强制冷却极为有效的螺旋状涡流包围，而不使用会对风扇的效率和噪音水平有损害的轴向分量。
轴向分量对于传送用上述涡流RF在“电机区域”外部收集的热量是必要的。离心电扇允许采用封闭的或者密封的电机（也可带有集成在内部的驱动电机），这种电机在恶劣的周围环境条件下能正常工作。
所述的冷却系统相比较现有技术的风扇允许风机的寿命延长至多于30000小时工作时间。
提议的方案通过避免采用在风扇出口和电机壳体之间的连接管允许驱动叶轮的电机冷却的最大化，流体动力噪声来源的最小化，同时，在相同性能水平下成本最小化。
与现有技术方案相比，在风扇的外壳内采用环形抽吸通道（轴向分量）允许由于流体动力产生的噪音和震动的减弱。
Claims (9)
1.一种离心式风扇,包括:
绕转动轴线(R)转动的离心叶轮(4)，所述离心叶轮(4)包括多个离心叶片(5)和两个支撑环(6，7)，所述离心叶片(5)在所述两个支撑环之间延伸；
离心叶轮(4)的驱动电机(3)；
外壳(2)，所述外壳包括用于容纳电机(3)和所述离心叶轮(4)的中心部分(17)和与中心部分(17)连通的切向出口通道(18)，所述外壳(2)具有在中心部分(17)的进口开口(15)和在切向出口通道(18)的出口开口(16)，
用于冷却电机(3)的冷却系统，所述冷却系统包括叶轮(4)和通风通道(30,31)，其在切向出口通道(18)和中心部分(17)之间运行用于产生冷却气流，所述风扇其特征在于，所述冷却系统包括与离心叶轮(4)一体的套环(28)和多个径向叶片(29)，所述套环在电机(3)周围在所述离心叶轮(4)的离心叶片(5)的相对侧上从所述支撑环中的一个轴向延伸，多个所述径向叶片由套环(28)支承且面对电机(3)，用于产生切向冷却分量，所述切向冷却分量与冷却空气结合产生在电机(3)周围的螺旋状涡流。
2.根据权利要求1所述的风扇，其特征在于，外壳(2)包括封闭中心部分(17)的盖(19)，所述盖在所述离心叶轮(4)的相对侧上与电机(3)同轴布置，通风通道至少部分形成在套环的外表面和所述盖之间。
3.根据权利要求2所述的风扇，其特征在于，所述通风通道具有环形的出口(31b)，所述出口限定在所述盖(19)和所述离心叶轮(4)之间，其具有与在所述套环(28)和所述盖(19)之间的通风通道(31)的尺寸(h1)相同数量级的尺寸(h)。
4.根据权利要求1所述的风扇，其特征在于，所述冷却系统包括多个离心叶片(40)，所述离心叶片从相对于所述套环的电机(3)的相对面延伸出，用于沿着切向出口通道(18)推动冷却流。
5.根据权利要求4所述的风扇，其特征在于，离心叶片(40)从套环延伸出，且与套环形成一个单体。
6.根据权利要求1所述的风扇，其特征在于，套环(28)和径向叶片(29)与离心叶轮(4)制成一个单体。
7.根据权利要求1所述的风扇，其特征在于，所述电机(3)至少部分插入到所述离心叶轮(4)内。
8.根据权利要求1所述的风扇，其特征在于，所述外壳(2)包括封闭所述中心部分(17)的盖(19)，其在所述离心叶轮(4)的相对侧上与电机(3)同轴放置，所述盖(19)具有限定插入所述电机(3)的壳体(20)的圆柱形内侧壁(21)和内部后壁(22)，通风通道(30，31)在套环(28)和圆柱形内侧壁之间形成，空气循环区域(32)在内部后壁(22)和电机(3)的后表面(33)之间形成，所述通风通道(30，31)和所述循环区域(32)彼此流体连通。
9.根据权利要求1所述的风扇，其特征在于，所述通风通道由外壳(2)之外的再循环管(30)形成，所述再循环管具有在切向出口通道中的进口(26)和在中心部分(17)中的出口。
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