CN104314662A - 一种可调节排风量的电磁驱动变叶片角度风扇 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种可调节排风量的电磁驱动变叶片角度风扇，包括驱动轴、风扇壳体、齿条、叶片、齿轮、电磁衔铁、电磁线圈、弹簧；风扇壳体与驱动轴的一端固定连接，齿轮的轴可转动的装在风扇壳体上，叶片固定在齿轮轴的端部，齿轮与齿条构成齿轮齿条运动副；电磁衔铁外壁上有凸台，所述电磁衔铁套在驱动轴上的外部、且所述凸台装在风扇壳体内壁上的导轨槽中，齿条一端与电磁衔铁端部固定连接；弹簧一端与电磁衔铁固定连接、另一端固定连接在驱动轴上；所述电磁线圈位于所述电磁衔铁的外部。本发明通过改变电磁线圈的电压大小实现风扇叶片角度改变，来调节风扇排风量；能够准确使排风量与发动机工况匹配。本发明也适用于无法进行风扇调速的场合。

Description

一种可调节排风量的电磁驱动变叶片角度风扇

技术领域

本发明涉及一种可调节排风量的电磁驱动变叶片角度风扇。

背景技术

在低速车辆中，工作中迎面风对发动机冷却系统散热影响很小，发动机的冷却系统散热主要依赖冷却风扇的排风带走热量，其冷却系统的冷却风扇往往直接由发动机曲轴直接驱动，冷却风扇的转速与发动机曲轴转速相同。由于作业工况负载复杂，在设计冷却风扇的排风量时，都按照发动机在恶劣散热环境条件下最大负载时需要的排风量进行冷却风扇设计，一般冷却风扇的功率占发动机总功率的3％-5％。这就使得拖拉机的风扇冷却排风量与不同工况与环境中发动机散热量不匹配，例如，在低温环境轻载荷工作时，冷却风扇的排风量过大，一方面使得冷却风扇过多消耗了发动机功率，不利于节能；另一方面使得发动机的冷却液低于发动机的最佳温度范围，不但发动机的燃油经济性变差,排放污染物也会增加。针对这一问题，需要对冷却风扇的排风量进行调节。

针对冷却风扇排风量准确的调节和排风方向的改变，提出一种电磁驱动变叶片角度风扇，在旋转的风扇中，采用电磁线圈驱动风叶片相对风扇壳体的安装角度，通过改变叶片安装角度调节排风量，并且还可以改变风扇的排风方向。

目前，国内关于自动变叶片角度的风扇的专利有以下3项：

1)车辆用叶片安装角可变的冷却风扇(专利号CN85202986)。驱动叶片角度的装置是一个由感温石蜡推力器、传动环、传动钩等组成的可改变叶片安装角的自动控制装置，该专利叶片角度的驱动依赖于感温石蜡的温度特性，无法准确的控制风扇的排风量。

2)利用风力的动力发生装置(公开号CN1340662A)，利用叶片上的风压自动调节叶片的角度。

3)节能扇叶(专利号：CN91201328.1)其原理是利用扇叶材料的温度特性，当温度变化时，扇叶的弯曲角度发生改变。

可见上述自动进行风扇叶片角度调节的装置，无法根据需要进行准确的控制风扇的叶片角度，也无法实现排风量的电子控制，不利于控制车辆发动机散热器中冷却液的最佳温度；同时，无法根据发动机散热器除灰尘的需要，随时改变风扇的排风方向。

发明内容

针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种风扇排风量调节的方法及装置，是实现风扇排风量调节的电子控制的执行装置，可用于车辆发动机的冷却系统中，根据发动机不同工况对冷却系统散热器的要求进行冷却风扇排风量电子调节的执行装置；也可用于无法进行风扇调速又需要进行排风量电子调节的场合。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种可调节排风量的电磁驱动变叶片角度风扇，包括驱动轴、风扇壳体、齿条、叶片、齿轮、电磁衔铁、电磁线圈、弹簧；风扇壳体与驱动轴的一端固定连接，齿轮的轴可转动的安装在风扇壳体上，叶片固定在齿轮轴的端部，齿轮与齿条构成齿轮齿条运动副；电磁衔铁为圆筒结构、且外壁上具有凸台，所述电磁衔铁套在驱动轴上的外部、且所述凸台安装在风扇壳体内壁上的导轨槽中，齿条一端与电磁衔铁端部固定连接；弹簧一端与电磁衔铁固定连接、另一端固定连接在驱动轴上；所述电磁线圈位于所述电磁衔铁的外部。

优选地，所述风扇壳体与驱动轴的一端通过螺纹螺母紧固在一起。

优选地，电磁衔铁上的凸台位于所述电磁衔铁的一端。

优选地，所述电磁线圈缠绕在电磁线圈轭铁上，电磁线圈轭铁与电磁线圈壳体联接在一起。

优选地，所述齿条的长度不小于所述齿轮的节圆周长。

本发明所述的可调节排风量的电磁驱动变叶片角度风扇，驱动轴与风扇壳体通过螺纹螺母紧固在一起，齿轮轴安装在风扇壳体上，叶片与齿轮轴端部固定联接，齿轮轴的齿轮与齿条构成齿轮齿条运动副；电磁衔铁一端的凸台安装在风扇壳体内表面的导轨槽中，电磁衔铁与风扇壳体可相对直线运动。在驱动轴的带动下，齿轮、叶片、齿条、电磁衔铁随风扇壳体一起旋转。齿条一端与电磁衔铁端部联接；弹簧一端作用在电磁衔铁上，一端作用在驱动轴的轴肩上；电磁线圈缠绕在电磁线圈轭铁上，电磁线圈轭铁与电磁线圈壳体联接在一起。通过弹簧对电磁衔铁的作用力与电磁线圈对电磁衔铁的吸力平衡，以确定电磁衔铁的位置。风扇排风量调节的过程是：通过控制电磁线圈的电压大小，改变电磁线圈对电磁衔铁的吸力大小，弹簧根据受到的力的大小被拉长或压缩，使产生的弹力重新平衡电磁衔铁上的吸力，使电磁衔铁重新达到平衡位置，以此控制电磁衔铁的位置。同时，电磁衔铁驱动齿条移动，带动齿轮转动，齿轮的轴带动叶片转动，从而改变叶片相对风扇壳体的角度，叶片的角度改变实现风扇排风量的调节。当叶片的角度与迎风方向成反向时，此时风扇的排风方向发生变向。

本发明所述技术方案的益处：

1)在需要排风量调节，而无法对驱动轴进行调速而又需要对风扇排风量进行调节的场合，通过改变风扇叶片的角度可以满足风扇排风量调节的要求；

2)由于叶片的角度改变驱动是由电磁线圈进行的，因此，可以通过控制电磁线圈的电压大小实现风扇排风量的准确调节，可作为排风量电子控制系统的执行机构。

3)应用在车用发动机的冷却系统中，驱动轴动力可以直接由发动机曲轴驱动，可根据发动机冷却系统的冷却液温度来进行风扇排风量的调节，使得排风量与发动机工况匹配，冷却液的温度在发动机最佳工作范围内。

4)也可用于其他无法进行风扇调速的场合，根据需要进行排风量的电子调节。

附图说明

图1为本发明所述可调节排风量的电磁驱动变叶片角度风扇的结构图。

图2为图1的左视图。

图3为齿轮轴的结构图。

图4为图1的的局部放大图。

图5为图4的A-A向剖面图。

图6为图4的B-B向剖面图。

图7为叶片相对于风扇壳体的安装角的一种状态图。

图8为叶片相对于风扇壳体的安装角的一种状态图。

图9为所述风扇的应用案例示意图。

附图标记说明如下：

1-驱动轴，2-风扇壳体，4-叶片，5-齿轮，3-齿条，6-电磁衔铁，7-电磁线圈轭铁，8-电磁线圈，9-磁线圈壳体，10-弹簧，11-螺栓，12-卡簧，13-双列轴承，14-支撑板，15-电磁驱动变叶片角度风扇，16-散热器，17-温度传感器，18-转速传感器，19-控制器，20-发动机。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。

如图1所示，本发明所述的可调节排风量的电磁驱动变叶片角度风扇，包括驱动轴(1)、风扇壳体2、齿条3、叶片4、齿轮5、电磁衔铁6、电磁线圈8、弹簧10。风扇壳体2与驱动轴1的一端通过螺纹螺母紧固在一起，可带动风扇壳体转动，驱动轴1的另一端通过双列轴承13与支撑板14联接，形成悬臂轴。齿轮5的轴可转动的安装在风扇壳体2上。齿轮5轴上设有径向的通孔，如图3所示，叶片4通过螺栓11、卡簧12及螺母固定在齿轮5轴的端部，如图2、图4、图6所示。齿轮5与齿条3构成齿轮齿条运动副。电磁衔铁6为圆筒结构、且外壁上具有凸台，凸台位于所述电磁衔铁6的一端。所述电磁衔铁6套在驱动轴1上的外部、且所述凸台安装在风扇壳体2内壁上的导轨槽8中，如图5所示，齿条3一端与电磁衔铁6端部通过焊接固定连接，电磁衔铁6与风扇壳体2可相对直线运动。弹簧10一端与电磁衔铁6固定连接，另一端固定连接在驱动轴1的轴肩上。所述电磁线圈8位于所述电磁衔铁的外部，且缠绕在电磁线圈轭铁7上，电磁线圈轭铁7与电磁线圈壳体9联接在一起。

如图1所示，当驱动轴1有稳定的转速输入时，通过风扇壳体2带动叶片4旋转，进行排风，在电磁线圈8加载电压不变时，电磁线圈8对电磁衔铁6的吸力和弹簧10对电磁衔铁6的作用力与形成平衡力，电磁衔铁6处于稳定的位置，叶片4的角度不变，排风量大小不变。若需要改变风扇排风量的大小，此时改变电磁线圈8的电压大小改变电磁线圈8对电磁衔铁6的吸力，作用在电磁衔铁6上的吸力与弹簧10力使得电磁衔铁6重新达到平衡位置点，以此调节电磁衔铁6的位置，电磁衔铁6的位移量驱动齿条3和齿轮轴5机构，齿轮轴5带动叶片4转动，改变叶片4的安装角度，叶片4的角度改变实现风扇排风量的调节；如图7所示，从风扇壳体前端看，风扇逆时针转动时，若风扇转动速度和转动方向不变化，当叶片4的角度a增大时，风扇排风量减小，当a大于90°时，此时风扇的排风方向发生变向，如图8所示。为了满足使所述齿轮5能够选装一周，所述齿条3的长度不小于所述齿轮5的节圆周长。

本发明所述电磁驱动变叶片角度风扇的应用案例：

利用所述电磁式驱动变叶片角度风扇15对拖拉机冷却系统的水温进行控制，如图9所示。电磁驱动变风扇角度风扇15安装在发动机20前端壳体与散热器16之间，并且通过发动机20曲轴动力直接驱动风扇的转动，通过排风给散热器16散热；水温温度传感器17安装在散热器16进水管口用来测试散热器16的水温；转速传感器18安装在电磁驱动变风扇角度风扇15的电磁线圈壳体上，检测风扇的转速；若拖拉机自身具有发动机20转速检测装置，此处的转速传感器18可以省略；控制器19安装在拖拉机驾驶室内。

控制器19通过水温传感器17检测散热器16进水管的温度，通过转速传感器18检测风扇转速，然后根据电压-叶片角度之间的关系模型向电磁驱动变风扇角度风扇的电磁线圈发出控制电压，以此通过改变风扇的叶片角度调节排风量，最终控制散热器16的水温；如水温高于发动机20工作的最佳范围，则增加排风量，加快散热器16的散热速度，降低水温；如水温低于发动机20工作的最佳范围，则减小排风量，减小散热器16的散热速度，提高水温；如需要改变风扇的排风方向，利于除去散热器16的灰尘，则使得风扇叶片角度大于90°，如图8所示，风扇的风向变向。

所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种可调节排风量的电磁驱动变叶片角度风扇，其特征在于：包括驱动轴(1)、风扇壳体(2)、齿条(3)、叶片(4)、齿轮(5)、电磁衔铁(6)、电磁线圈(8)、弹簧(10)；风扇壳体(2)与驱动轴(1)的一端固定连接，齿轮(5)的轴可转动的安装在风扇壳体(2)上，叶片(4)固定在齿轮(5)轴的端部，齿轮(5)与齿条(3)构成齿轮齿条运动副；电磁衔铁(6)为圆筒结构、且外壁上具有凸台，所述电磁衔铁(6)套在驱动轴(1)上的外部、且所述凸台安装在风扇壳体(2)内壁上的导轨槽(8)中，齿条(3)一端与电磁衔铁(6)端部固定连接；弹簧(10)一端与电磁衔铁(6)固定连接、另一端固定连接在驱动轴(1)上；所述电磁线圈(8)位于所述电磁衔铁的外部。

2.根据权利要求1所述的风扇，其特征在于：所述风扇壳体(2)与驱动轴(1)的一端通过螺纹螺母紧固在一起。

3.根据权利要求1所述的风扇，其特征在于：电磁衔铁(6)上的凸台位于所述电磁衔铁(6)的一端。

4.根据权利要求1所述的风扇，其特征在于：所述电磁线圈(8)缠绕在电磁线圈轭铁(7)上，电磁线圈轭铁(7)与电磁线圈壳体(9)联接在一起。

5.根据权利要求1所述的风扇，其特征在于：所述齿条(3)的长度不小于所述齿轮(5)的节圆周长。