CN105422515A - 风扇或电动马达 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种风扇或电动马达，包括：密闭电子壳体，所述电子壳体内设有包含电子器件的印制电路板，所述印制电路板将所述电子壳体划分成上部区域和下部区域；以及在所述下部区域与所述印制电路板轴向邻接布置的冷却轮，其中所述印制电路板具有至少一个中孔和数个周缘孔或周缘缺口，以便在所述上部区域与所述下部区域之间建立通流连接，并且空气可以由所述冷却轮通过所述至少一个中孔从所述上部区域吸入所述下部区域，并且可以通过所述数个周缘孔或周缘缺口返回所述上部区域，其中形成空气回路，所述空气回路包含至少一股沿着所述印制电路板设有所述电子器件的表面流动的空气流。该风扇或电动马达能对电子壳体中的印制电路板进行有效冷却。

Description

风扇或电动马达
技术领域：
本发明及一种风扇或电动马达，具有用于将安装在印制电路板上的电子器件冷却的印制电路板冷却回路，所述风扇具体是径流式风扇或轴流式风扇。
背景技术
由现有技术早就已知，要延长印制电路板上的电子器件的使用寿命并改善其利用率，需要对其进行冷却。相关说明例如参见DE202005004274U1。此案所揭示的解决方案的有利之处是，可以通过流入区将外部空气导向印制电路板，从而将其冷却。现有技术使用至今的印制电路板呈平面状且不具有例如用来固定到壳体或其它器件上的孔口或从制造技术角度看定位不明确的孔口。
发明内容
本发明的目的是解决以下难题，即如何对位于密闭电子壳体中的印制电路板电子器件进行明确冷却，而所述密闭电子壳体无法通过向外排风和外部送风来与环境空气实现交换。这样的密闭壳体例如应用于IP防护等级(IPX4/IPX5或以上)的风扇。
本发明用以达成上述目的的解决方案为如下的装置。
本发明提供一种风扇或电动马达，其包括：密闭的电子壳体，所述电子壳体内设有包含电子器件的印制电路板，所述印制电路板将所述电子壳体划分成上部区域和下部区域，以及在所述下部区域与所述印制电路板轴向邻接布置的冷却轮，其中所述印制电路板具有至少一个中孔和数个周缘孔或周缘缺口，以便在所述上部区域与所述下部区域之间建立通流连接，并且空气可以由所述冷却轮通过所述至少一个中孔从所述上部区域吸入所述下部区域，并且可以通过所述数个周缘孔或周缘缺口返回所述上部区域，其中形成空气回路，所述空气回路包含至少一股沿着所述印制电路板设有所述电子器件的表面流动的空气流，在所述印制电路板或设置在所述冷却轮和所述印制电路板之间的用于保护所述印制电路板的接触保护装置处形成或设有入口喷嘴，所述冷却轮具有锥形吸入区，所述冷却轮的锥形吸入区沿轴向伸入所述入口喷嘴。
优选地，所述接触保护装置具有轴向对准所述至少一个中孔的开口，其中在所述开口处形成或设有指向所述冷却轮的入口喷嘴。优选地，在所述印制电路板的至少一个中孔处形成或设有指向所述冷却轮的入口喷嘴。
优选地，所述冷却轮具有按旋转方向定向的弯曲叶片和/或盖盘。
优选地，空气可由所述冷却轮轴向吸入并沿所述电子壳体的内壁径向吹出，其中在所述电子壳体的内壁上以材料接合方式形成有散热片，所述被径向吹出的空气可沿所述散热片流动并在其间透过所述电子壳体释放热量。
优选地，所述散热片沿径向弯曲延伸。
优选地，所述散热片的弯曲方向与所述冷却轮的叶片的弯曲方向相反，从而使得所述叶片与所述散热片在俯视角度下构成S形或反S形。
优选地，在所述电子壳体和所述印制电路板的径向边缘之间设有气隙。
优选地，所述至少一个中孔的面积比一个周缘孔或一个周缘缺口的面积大5至50倍。
优选地，设有数个中孔，所述中孔分别具有与一个周缘孔或周缘缺口的面积相等的面积。
优选地，所述风扇或电动马达具有可由马达驱动的驱动轴以及设置在所述驱动轴上的风扇叶轮，并且所述冷却轮固定在所述驱动轴上。
本发明还提供一种将设置在风扇或电动马达的印制电路板上的电子器件冷却的方法，其中所述印制电路板固定在所述风扇或电动马达的气密封闭的电子壳体内，并且将所述电子壳体划分成上部区域和下部区域，其中所述印制电路板具有至少一个中孔和数个周缘孔和/或周缘缺口，以便在所述上部区域与所述下部区域之间建立通流连接，以及由所述下部区域与所述印制电路板轴向邻接布置的冷却轮通过所述至少一个中孔将空气从所述上部区域吸入所述下部区域，并且通过所述数个周缘孔和/或周缘缺口将空气导回所述上部区域，其中产生空气回路，所述空气回路包含至少一股沿着所述印制电路板设有所述电子器件的表面流动的空气流，其中，在所述印制电路板或设置在所述冷却轮和所述印制电路板之间的用于保护所述印制电路板的接触保护装置处形成或设有入口喷嘴，所述冷却轮具有锥形吸入区，所述冷却轮的锥形吸入区沿轴向伸入所述入口喷嘴。
优选地，所述冷却轮具有按旋转方向定向的弯曲叶片，并且轴向吸入空气并沿所述电子壳体的内壁径向吹出空气，其中在所述电子壳体的内壁上以材料接合方式形成有散热片，所述被冷却轮吹出的所述空气被吹向所述散热片，从而将热量从所述空气释放到所述电子壳体上。
因此，本发明能够对位于密闭电子壳体中的印制电路板电子器件进行明确冷却。
利用冷却轮通过印制电路板的至少一个中孔吸入空气时，在电子壳体的上部区域形成负压。由于电子壳体采用密封设计，这会引发从下部区域到上部区域的空气回流，这一空气回流通过周缘孔或周缘缺口而实现。由此形成一个明确的闭合空气回路，所述闭合空气回路从对至少一个中孔产生抽吸作用的冷却轮开始，在下部区域沿电子壳体径向朝外，而后通过印制电路板的周缘孔或周缘缺口回到上部区域并在上部区域沿着印制电路板表面径向朝内再度到达位于中央的至少一个中孔。在沿电子壳体(壳体盖和下壳体(定子衬套壳体))流动期间，空气将热量释放到壳体上，从而释放到周围环境中。在所述印制电路板处设置入口喷嘴。或者所述入口喷嘴由设置在冷却轮和印制电路板之间的用于保护印制电路板的接触保护装置提供，所述接触保护装置能防止静电产生的电压到达并损坏电子设备。所述冷却轮具有由其轮毂形成的锥形吸入区。所述吸入区可由冷却轮的轮毂形状确定。无论所述入口喷嘴形成于何处或是由何种部件构成，冷却轮的锥形吸入区都优选沿轴向伸入所述入口喷嘴。根据喷嘴/扩散器原理，借此可以在冷却轮的吸入区达到更高的流速或体积流量并增大印制电路板的周缘孔和周缘缺口处的动态压力(动压)。在此过程中，电子壳体上部区域的负压进一步降低，下部区域的过压升高。上部区域与下部区域之间的压差越大，释放到电子壳体及其散热片上的热量就越多，冷却效率也就越高。
通过上述空气循环形成一个冷却空气回路，与直接将未冷却空气吹向电子器件相比，所述冷却空气回路能使电子器件和集成式电子设备得到明显更好更有效的冷却。
所述周缘孔被确定为设于所述印制电路板的径向外沿区域的孔口。所述周缘缺口被定义为设于所述印制电路板的径向边缘的缺口。在本案中被称作电子壳体的壳体至少用于容置所述风扇或电动马达的电子器件，但也可以包含多数情况下相互衔接或由一个部件构成的其它壳体部件的部件，例如鼓风机叶轮壳体或马达壳体。
在一个有益实施方案中，周缘孔或周缘缺口被确定在所述印制电路板位于高温电子器件(热点)径向外侧的位置上，从而使得空气流从周缘孔或周缘缺口径向朝内掠过这些热点并将其大幅冷却。本发明还包含以下实施方案：沿所述印制电路板的整个径向边缘区域确定周缘孔和/或周缘缺口。
根据本发明风扇或电动马达的一个实施例，在所述电子壳体和所述印制电路板的径向边缘之间设有气隙，这样也能确保空气在从下部区域进入上部区域时完全环流过印制电路板的径向边缘。
可以通过各种措施来增强冷却效率。其中，流动优化措施和散热改善措施都是有益的。
根据本发明的有益实施方案，所述冷却轮具有按旋转方向定向的弯曲叶片，这些叶片能增强空气的冷却流，特别是在较高转速下能以可测量的程度提高电子器件上的冷却效果。其中既可以采用前曲叶片也可以采用后曲叶片，具体视冷却轮使用时的主要旋转方向而定。
为了提高被冷却轮轴向吸入并径向吹出的空气流的放热效果，本发明提出如下有益实施方式：在所述电子壳体的内壁上以材料接合方式形成有散热片，被径向吹出的空气流经这些散热片并透过所述电子壳体释放热量。根据特别有益的实施方案，所述散热片沿径向弯曲延伸，即从俯视角度看呈弧形。此外，如果散热片的弯曲方向与冷却轮叶片的弯曲方向相反，从而使得叶片与散热片在俯视角度下根据冷却轮的旋转方向而构成S形或反S形，就能达到最高流速，进而实现最佳冷却效果。其中，空气流在与冷却轮相接的径向区域以较高流动压力沿散热片径向朝外到达印制电路板的周缘孔和周缘缺口处，从而将尽可能多的热量释放到电子壳体上，并且将返回上部区域的空气流大幅冷却。
根据所述风扇或电动马达的印制电路板的优选实施方案，所述至少一个中孔的面积比一个周缘孔或周缘缺口的面积大5至50倍，优选大10至30倍，以便在穿过印制电路板的周缘孔和周缘缺口的空气流速较高的情况下达到足够高的抽吸效率。
本发明还包括设置数个中孔的实施方案，这些中孔的面积均与所述周缘孔或周缘缺口的面积大体相等。在此情况下，这些孔口可以全部借助同一个工具来形成。
根据本发明的实施方案，所述风扇进一步具有可由马达驱动的驱动轴以及设置在所述驱动轴上的风扇叶轮，其中所述冷却轮也固定在所述驱动轴上，尤其固定在所述驱动轴的轴向末端区段。
通过在叶片区域设置盖盘，可以在声学和空气动力学方面进一步改善所述冷却轮。
附图说明
下面参照附图并结合本发明的优选实施方案予以详细说明。其中：
图1为本发明风扇的侧面局部剖视图；
图2为图1的局部图X；
图3为替代性实施方案的局部剖面图；
图4为另一替代性实施方案的局部剖面图；
图5为印制电路板透视图；
图6为冷却轮的两种实施方式；以及
图7为风扇的透视图和附加的局部放大图。
具体实施方式
附图是示例性和示意性的，用以更加清楚地说明本发明的实施例。在所有视图中，相同部件均标注相同的附图标记。
图1以侧面局部剖视图示出本发明的风扇1。图2更详细地放大示出用X标示的截取部分剖面图。风扇1包括容置在马达壳体31内的马达，所述马达通过驱动轴19驱动风扇叶轮(未图示)和冷却轮4旋转。在由下壳体2-2和壳体盖2-1构成且相对于周围环境被密封件30密闭的电子壳体2中设有包含各种电子器件的印制电路板3，所述印制电路板将电子壳体2划分成上部区域5和下部区域6。其中，下部区域6被确定为位于冷却轮4所在一侧的区域，上部区域5被确定为位于印制电路板3的与冷却轮4相对的一侧的区域。印制电路板3的中央设有中孔7，上部区域5通过所述中孔与下部区域6通流连接，如此一来，通过冷却轮4的旋转可以将空气从上部区域5吸入下部区域6。印制电路板3在其径向边缘具有数个周缘孔8和周缘缺口9，详见图5。借助这些周缘孔和周缘缺口也能在上部区域和下部区域5、6之间建立通流连接，从而使得通过中孔7被冷却轮4轴向吸入的空气首先可以沿着下壳体2-2的内壁20径向朝外被吹向印制电路板3的径向边缘区域，而后再通过周缘孔8和周缘缺口9返回上部区域5。在此过程中形成一个用箭头P标示的空气冷却回路，其中空气在上部区域5沿着印制电路板3设有电子器件的表面流动并将这些电子器件冷却。空气在下部区域6沿下壳体2-2流动时，将热量释放到下壳体2-2上，从而间接地向外释放到周围环境中。返回上部区域5并得到冷却的空气可以再度吸收印制电路板3上的高温电子器件的热量并在其间将这些电子器件冷却。由于电子壳体2采用密封实施方案，无法进行空气交换。冷却轮4具有数个按旋转方向定向的弯曲叶片10并且固定或放置在马达驱动轴19的轴向末端。
图3与图1所示的实施方案一致，只不过在冷却轮4和印制电路板3之间设置了格栅元件形式的接触保护装置15，所述接触保护装置具有轴向对准中孔7的开口16，这样就能借助冷却轮4将空气从上部区域5吸入下部区域6。在开口16处设有指向冷却轮4的入口喷嘴17，所述入口喷嘴从流体技术角度看与形成在冷却轮4的轮毂上的锥形吸入区12配合作用以产生喷嘴效应，借此提高空气沿箭头P所示方向的流速。冷却轮4的锥形吸入区12沿轴向伸入入口喷嘴17。在图示实施方案中，入口喷嘴17一体形成在接触保护装置15上。在图示实施方案中，在印制电路板3和电子壳体2之间设有气隙18，所述气隙能确保空气完全环流过印制电路板3的外沿。
图4示出图1和图2所示风扇1的另一替代性实施方式，其中入口喷嘴14作为附加部件直接使用在印制电路板3上。冷却轮4与图3所示一样具有锥形吸入区12，所述锥形吸入区与入口喷嘴14配合作用。当然也可以像图3所示的接触保护装置15那样，直接在印制电路板3上形成入口喷嘴。
图5以透视图示出的示例性印制电路板3的中孔7是一个大孔。作为替代方案，也可以在中央区域设置数个作为中孔7配合作用的小孔，只要冷却轮4能够在合理的效率下将空气从上部区域5吸入下部区域6。在印制电路板3的径向边缘设有数个不同形状和不同大小的周缘孔8和周缘缺口9，其形状和大小可以根据设于印制电路板3表面的各器件所需要的冷却程度来加以确定。在图示实施方案中，中孔的大小大约是周缘孔8的大小的25倍。
图6示出具有后曲叶片10的流动优化一体式冷却轮4的两种示例性实施方式，其中右半部分示出的冷却轮4的实施方式进一步具有盖盘11。左半部分示出的冷却轮4在图7的透视图中插在风扇1内，其中为了更好地说明，图示壳体盖2-1被掀起。如图7的放大图所示，在下壳体2-2的内壁20上以材料接合方式形成有散热片13，沿径向被冷却轮4吹出的空气沿这些散热片流动并将热量释放到电子壳体2的下壳体2-2上。散热片13沿径向呈弧形弯曲延伸，其中散热片13的弯曲方向与冷却轮4的叶片10的弯曲方向相反，因而从俯视角度看，叶片10与散热片13共同构成反S形。作为替代方案，也可以颠倒叶片和散热片的弯曲方向，使其在俯视角度下构成S形。为清楚起见，图中未示出印制电路板3。
本发明的实施范围不限于前述优选实施例。凡是运用前述解决方案的技术变种，即便以完全不同的方式进行实施，也落入本发明的范围。举例而言，图1所示的冷却轮也可以配设图3所示的冷却轮。

Claims (11)

1.一种风扇或电动马达，其特征在于，包括：
密闭的电子壳体(2)，所述电子壳体内设有包含电子器件的印制电路板(3)，所述印制电路板将所述电子壳体(2)划分成上部区域(5)和下部区域(6)，以及
在所述下部区域(6)与所述印制电路板(3)轴向邻接布置的冷却轮(4)，
其中所述印制电路板(3)具有至少一个中孔(7)和数个周缘孔或周缘缺口，以便在所述上部区域(5)与所述下部区域(6)之间建立通流连接，
并且空气可以由所述冷却轮(4)通过所述至少一个中孔(7)从所述上部区域(5)吸入所述下部区域，并且可以通过所述数个周缘孔(8)或周缘缺口(9)返回所述上部区域(5)，其中形成空气回路，所述空气回路包含至少一股沿着所述印制电路板(3)设有所述电子器件的表面流动的空气流，
在所述印制电路板(3)或设置在所述冷却轮(4)和所述印制电路板(3)之间的用于保护所述印制电路板(3)的接触保护装置(15)处形成或设有入口喷嘴，
所述冷却轮(4)具有锥形吸入区(12)，
所述冷却轮(4)的锥形吸入区(12)沿轴向伸入所述入口喷嘴。
2.如权利要求1所述的风扇或电动马达，其特征在于，所述冷却轮(4)具有按旋转方向定向的弯曲叶片(10)和/或盖盘(11)。
3.如权利要求1或2所述的风扇或电动马达，其特征在于，空气可由所述冷却轮(4)轴向吸入并沿所述电子壳体(2)的内壁(20)径向吹出，其中在所述电子壳体(2)的内壁(20)上以材料接合方式形成有散热片(13)，被径向吹出的所述空气可沿所述散热片流动并在其间透过所述电子壳体(2)释放热量。
4.如权利要求3所述的风扇或电动马达，其特征在于，所述散热片(13)沿径向弯曲延伸。
5.如权利要求4所述的风扇或电动马达，其特征在于，所述散热片(13)的弯曲方向与所述冷却轮(4)的叶片(10)的弯曲方向相反，从而使得所述叶片(10)与所述散热片(13)在俯视角度下构成S形或反S形。
6.如权利要求1或2所述的风扇或电动马达，其特征在于，在所述电子壳体(2)和所述印制电路板(3)的径向边缘之间设有气隙(18)。
7.如权利要求1或2所述的风扇或电动马达，其特征在于，所述至少一个中孔(7)的面积比一个周缘孔(8)或一个周缘缺口(9)的面积大5至50倍。
8.如权利要求1或2所述的风扇或电动马达，其特征在于，设有数个中孔(7)，所述中孔分别具有与一个周缘孔(8)或周缘缺口(9)的面积相等的面积。
9.如权利要求1或2所述的风扇或电动马达，其特征在于，所述风扇或电动马达具有可由马达驱动的驱动轴(19)以及设置在所述驱动轴上的风扇叶轮，并且所述冷却轮(4)固定在所述驱动轴(19)上。
10.一种将设置在风扇(1)或电动马达的印制电路板(3)上的电子器件冷却的方法，其特征在于，所述印制电路板(3)固定在所述风扇(1)或电动马达的气密封闭的电子壳体(2)内，并且将所述电子壳体(2)划分成上部区域(5)和下部区域(6)，其中所述印制电路板(3)具有至少一个中孔(7)和数个周缘孔(8)和/或周缘缺口(9)，以便在所述上部区域(5)与所述下部区域(6)之间建立通流连接，以及由在所述下部区域(6)与所述印制电路板(3)轴向邻接布置的冷却轮(4)通过所述至少一个中孔(7)将空气从所述上部区域(5)吸入所述下部区域，并且通过所述数个周缘孔(8)和/或周缘缺口(9)将空气导回所述上部区域(5)，其中产生空气回路，所述空气回路包含至少一股沿着所述印制电路板(3)设有所述电子器件的表面流动的空气流，
其中，在所述印制电路板(3)或设置在所述冷却轮(4)和所述印制电路板(3)之间的用于保护所述印制电路板(3)的接触保护装置(15)处形成或设有入口喷嘴，所述冷却轮(4)具有锥形吸入区(12)，所述冷却轮(4)的锥形吸入区(12)沿轴向伸入所述入口喷嘴。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述冷却轮(4)具有按旋转方向定向的弯曲叶片(10)，并且轴向吸入空气并沿所述电子壳体(2)的内壁径向吹出空气，其中在所述电子壳体(2)的内壁(20)上以材料接合方式形成有散热片(13)，被所述冷却轮(4)吹出的所述空气被吹向所述散热片，从而将热量从所述空气释放到所述电子壳体(2)上。
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