CN105493385B - 具有自由旋转风扇的风扇冷却的马达 - Google Patents

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Abstract

一种马达组件包括：轴；电动马达，其操作性地连接到轴以在第一旋转方向上驱动该轴；离合器组件，其连接到轴；以及，风扇，其连接到离合器组件并且被配置成向电动马达供应冷却空气。当电动马达驱动该轴时离合器组件驱动风扇并且当电动马达不驱动该轴时允许风扇在第一旋转方向上自由旋转。一种操作风扇冷却的电动马达的方法，包括：使电动马达通电以使用电动马达在第一旋转方向上驱动该轴和使电动马达断电以使得其不再驱动该轴，允许风扇在第一旋转方向上自由旋转。

Description

具有自由旋转风扇的风扇冷却的马达
技术领域
本公开涉及具有自由旋转风扇的风扇冷却的马达。
背景技术
喷漆器和其它装置利用电动马达来使轴旋转。在喷漆器的情况下，轴有时连接到曲轴或凸轮/偏心件以将轴的旋转运动转换为往复运动。往复运动被转移到泵并且用来增加在喷漆器中的系统压力。这种压力由喷漆器使用以喷射和涂覆油漆或涂料。一旦系统压力已升高到或超过最大或失速压力(stall pressure)，电动马达关掉电源。在喷射油漆或涂料时，在喷漆器中的系统压力降低。一旦系统压力已降低到或低于指定水平，电动马达重新通电以再向喷漆器供应最大压力。在某些喷漆系统中，向喷漆器供应压力的电动马达仅基于喷漆器系统压力而运转并且不“知道”操作者何时开始和停止喷射油漆或涂料。
需要一种冷却装置来防止电动马达在使用期间超过其温度额定值。在某些情况下，风扇被连接到由电动马达旋转的轴并且通过抽吸空气经过和/或环绕马达而向电动马达提供冷却空气。取决于喷漆操作的配置和参数，电动马达可以频繁地通电和断电，常常比操作者利用喷枪做出的触发按压次数更频繁。频繁对电动马达通电和断电增加了电动马达的生热和温度。直接连接到轴的风扇仅当对电动马达通电时旋转。这些配置被设计成在最大功率/最大空气流动提供充分冷却，但当使用频繁启动和停止的循环时并非总向电动马达提供充分冷却。在其它情况下，恒温控制或电控制的离合器允许风扇在电动马达不接收电力时继续提供冷却。替代地，独立通电的风扇可能向电动马达提供冷却。在后两种情况下，这些额外的部件增加了系统成本和复杂性。
发明内容
一种马达组件包括：轴；电动马达，其操作性地连接到轴以在第一旋转方向上驱动该轴；离合器组件，其连接到该轴；以及，风扇，其连接到离合器组件并且被配置成向电动马达供应冷却空气。当电动马达驱动该轴时离合器组件驱动该风扇，并且当电动马达不驱动该轴时离合器组件允许风扇在第一旋转方向上自由旋转即惯性地轮转(freewheel)。
一种操作风扇冷却的电动马达的方法，包括：使电动马达通电以使用电动马达在第一旋转方向上对轴进行驱动。轴由离合器组件连接到风扇，当轴并未由电动马达驱动时，离合器组件允许风扇在第一旋转方向上自由旋转。在风扇在第一方向上旋转时，风扇向电动马达供应冷却空气。该方法还包括：使电动马达断电以使得其不再驱动该轴，允许风扇在述第一旋转方向上自由旋转。
附图说明
图1是具有自由旋转风扇的风扇冷却电动马达的一实施例的截面图。
图2是图1的风扇冷却的电动马达的分解图。
图3是图2的风扇冷却的电动马达的截面图。
图4是示出了具有固定风扇的风扇冷却的电动马达和具有自由旋转式风扇的风扇冷却的电动马达的工作温度的曲线图。
具体实施方式
本公开描述了一种具有自由旋转风扇的风扇冷却的电动马达。风扇连接到电动马达的尾轴，并且能在电动马达断电并且轴不再由电动马达驱动之后向电动马达提供冷却。当轴不由电动马达驱动时，允许风扇自由旋转从而使得其继续向电动马达提供冷却空气。关于在喷漆系统中的风扇冷却的电动马达描述了本公开。采用具有频繁开/关循环的风扇冷却的电动马达的其它系统可以预期受益于本文的描述。
图1至图3示出了具有自由旋转风扇的风扇冷却的电动马达的一个实施例。图1是截面图，图2是分解图，并且图3是图2的截面图。风扇冷却的电动马达10包括电动马达12、轴14、风扇16和离合器组件18。电动马达12被配置成使轴14旋转。电动马达12从能源(未图示)接收电能。当向电动马达12加电时，电动马达12驱动轴14，使轴14绕纵向轴线在旋转方向上转动。当电动马达12断电时，电动马达12停止驱动轴14，允许轴14的旋转随着时间减速。轴14的一端包含齿轮(未图示)，齿轮用来驱动属于另一系统(例如，喷漆系统)的齿轮。取决于从电动马达12接收输出的系统的最终用途，电动马达12可以在一分钟内通电和断电若干次。例如，在一个喷漆器系统中，电动马达12每分钟循环接通(通电)和断开(断电)多达一百次。
在某些实施例中，电动马达12被配置成以“软启动”工作。在软启动系统中，控制器20(在图1中示出)计量发送给电动马达12的电力从而使得在向电动马达12供应最大量的能量之前所述电动马达12开始驱动轴14。控制器20判断电动马达12何时驱动轴14。在某些实施例中，使用压力传感器22来判断电动马达12应驱动轴14还是不应驱动轴14。来自压力传感器22的信息被发送到控制器20从而使得电动马达在适当时间通电或断电。
在测试期间，申请者发现当能量首先供应到电动马达12时而不是当电动马达12以最大功率通电持续一段延长时段时形成了由电动马达12所生成的大部分热。当电动马达12几乎不运行但经常重新启动时电动马达12通常最热。以软启动工作的电动马达12也表现出这种效果。一旦电动马达12的温度到达阈值最大值(即，电动马达的温度额定值)，电动马达12自动关掉以防止不可逆的损坏。由风扇16向电动马达12提供冷却空气以在工作期间降低其温度。
风扇16从上文所描述的齿轮连接到轴14的相对端。当电动马达12通电时，风扇16随着轴14旋转。风扇16可以是如图1所示的离心风扇。替代地，风扇16可以是轴流式风扇、横流式风扇或者用于移除马达热的任何其它设备。当风扇16通过经过和围绕电动马达12抽吸冷却空气而旋转时风扇16的叶片布置成向电动马达12提供冷却空气。在某些实施例中，风扇冷却的电动马达10被容纳于管或外壳内，或者安装于马达本身内，从而使得冷却空气更好地导向至电动马达12和/或经过电动马达12并且从电动马达12抽走热。
离合器组件18将风扇16连接到轴14。在电动马达12断电并且不再驱动轴14之后，离合器组件18允许风扇16自由旋转持续一段时间。一旦电动马达12断电，其停止驱动轴14。轴14将继续旋转，但是由于轴不再由电动马达12驱动，轴14的旋转速度减小。由于离合器组件18和风扇16的质量，离合器组件18允许风扇16继续比轴14更快地旋转。离合器组件18允许风扇16在仅一个方向(即轴14旋转的方向)上自由旋转。这种配置在电动马达12通电时允许轴14驱动风扇16并且一旦电动马达12已断电则允许风扇16继续旋转，从而使得风扇16继续向电动马达12提供冷却空气。
离合器组件18可以是滚柱离合器、斜撑式离合器或一系列棘轮。这些结构中的每一个允许在单个方向上旋转，同时防止在相反方向上旋转。例如，在图1至图3所示的实施例中，离合器组件18是滚柱离合器。如图3中最佳地所示，离合器组件18包括匹配的滚柱轴承24和斜块26。滚柱轴承24是绕离合器组件18的内圆周间隔开的圆柱轴承。斜块26紧邻每个滚柱轴承24定位。当斜块26与它们的匹配的滚柱轴承24在一个方向上旋转时，斜块26与它们的匹配的滚柱轴承24接合；但是当斜块26与其匹配的滚柱轴承24在相反方向上旋转时，斜块26不与滚柱轴承24接合。当斜块26与滚柱轴承24接合时，锁定了滚柱轴承24以防止旋转。由此斜块26防止滚柱轴承24在一个方向上旋转，但是允许滚柱轴承24在相反方向上旋转。
在某些实施例中，风扇16被模制到离合器组件18上从而使得绕离合器组件18的外径形成了风扇16的内径。在其它实施例中，离合器组件18通过粘合剂或紧固件诸如固定螺钉而附连到风扇16上。在其它实施例中，离合器组件18被干涉配合到风扇16上。
离合器组件16可以与轴14或者位于轴14上的转接器或适配器(adaptor)直接相互作用。在某些实施例中，离合器组件18由轴转接器28连接到轴14。轴转接器28可以排除对于大小适合与离合器组件18直接相互作用的轴14的需要。这允许轴14更薄并且制造起来通常更廉价。轴转接器28可通过紧固件诸如固定螺钉、和/或通过使轴14的“D”形端部与轴转接器28的相对应内部形状(如图1至图3所示)匹配而连接到轴14。紧固件可以防止轴转接器28相对于轴14的旋转移动和轴向移动。“D”形轴14和轴转接器28能防止轴转接器28相对于轴14的旋转移动。在这些实施例中，由填隙片(shim)30和夹子32来防止轴转接器28(除了离合器组件18和风扇18之外)相对于轴14的轴向移动，如在图1至图3中所示。
轴转接器28也可以排除对于由不会对滚柱轴承24造成损坏的耐磨材料构成的轴14的需要。在某些实施例中，轴转接器28由硬化不锈钢制成。在其它实施例中，轴转接器28由已浸渍了油的烧结粉末金属制成。与某些其它材料相比，这些材料中的每一种材料不太可能过早地磨损或者对滚柱轴承24造成损坏。用这些材料来构造轴转接器28而不是构造整个轴14可以减少材料和制造成本以及制造复杂性。
风扇16和离合器组件18大小设定和额定为使得风扇具有旋转惯性矩以当电动马达12断电时提供可观的自由旋转转数。同时，风扇的大小必须不太大以至于在随后的“接通”循环期间当电动马达12通电时其造成过度的离合器打滑。打滑造成滚柱磨损和加热，这可能会缩短滚柱轴承24的寿命。风扇16可以大小设定成(尽管不像风扇大小那样重要，离合器组件18可以额定成)获得所希望的自由旋转量。在一实施例中，风扇16的大小设定为在电动马达12已停止驱动轴14之后自由旋转持续至少一秒。在其它实施例中，风扇16大小设定成在电动马达12已停止驱动轴14之后自由旋转持续至少四秒。在另一实施例中，离合器组件18额定成在电动马达12已停止驱动轴14之后允许风扇16自由旋转持续至少一秒之间。在其它实施例中，离合器组件18额定为在电动马达12已停止驱动轴14之后允许风扇16自由旋转持续至少四秒。
图4是展示了具有自由旋转风扇和固定风扇的风扇冷却的电动马达的温度的曲线图。电动马达连接到喷漆器，喷漆器喷涂油性漆。在测试期间，电动马达每分钟循环开关72次与81次之间。同一电动马达用于两种测试。从位于电动马达轴中的温度传感器获得温度。
在一个测试中，风扇被固定到电动马达的轴上。不允许风扇自由旋转而是替代地仅当电动马达驱动轴时旋转。曲线40示出了具有固定风扇的电动马达的温度。在大约三十分钟之后，测试停止，因为温度超过了电动马达的温度额定值并且马达自动关掉。使用固定风扇的温度升高为134℃(273℉)。
在另一测试中，如本文中所描述的风扇16和离合器组件18被固结到电动马达的轴上。如在本文中所描述，允许风扇16自由旋转。曲线16示出了具有自由旋转风扇的电动马达的温度。使用自由旋转风扇的温度升高为26℃(79℉)。自由旋转风扇测试能继续经过三十分钟，因为温度从未达到电动马达的温度额定值。如图4所示，在自由旋转风扇测试期间的温度并未升高到接近固定风扇的水平并且显著低于预期值。
除了风扇冷却的电动马达10之外，本公开还描述了操作方法。操作风扇冷却的电动马达的方法包括使电动马达12通电以在第一旋转方向上驱动轴14。由于轴14由离合器组件18连接到风扇16，当轴14并不由电动马达12驱动时，允许风扇16在第一旋转方向上自由旋转。当风扇16在第一方向上旋转时，风扇16向电动马达12供应冷却空气。该方法还包括使电动马达12断电从而使得其不再驱动轴14，允许风扇16在第一旋转方向上自由旋转。重复进行使电动马达12通电(驱动风扇16)和使电动马达12断电(允许风扇16自由旋转)的循环。在一实施例中，以介于每分钟2个循环与100个循环之间的速率，依序发生使电动马达12通电和使电动马达12断电的步骤。
尽管已参考优选实施例描述了本发明，本领域技术人员将认识到在不偏离本发明的精神和范围的情况下可做出形式和细节的变化。

Claims (16)

1.一种用于流体喷涂系统的马达组件，所述马达组件包括：
轴；
电动马达，所述电动马达操作性地连接到所述轴，以在第一旋转方向上驱动所述轴，其中所述轴的第一端被配置为提供用于在所述流体喷涂系统中泵送流体的旋转动力；
离合器组件，所述离合器组件连接到所述轴的与所述第一端相反的一端；
压力传感器，所述压力传感器被配置为感应流体压力；
控制器，所述控制器被配置为基于从所述压力传感器所感应的流体压力接通所述电动马达，从而使得所述电动马达基于从所述压力传感器所感应的流体压力驱动所述轴和断开所述电动马达，从而使得所述电动马达不驱动所述轴；以及
风扇，所述风扇连接到所述离合器组件并且配置成向所述电动马达供应冷却空气，其中当所述电动马达驱动所述轴时所述离合器组件驱动所述风扇，并且当所述电动马达不驱动所述轴时所述离合器组件允许所述风扇在所述第一旋转方向上自由旋转。
2.根据权利要求1所述的马达组件，还包括：
轴转接器，所述轴转接器将所述离合器组件连接到所述轴。
3.根据权利要求1所述的马达组件，其中，所述离合器组件选自包括以下各项的组：滚柱离合器、斜撑式离合器和棘轮。
4.根据权利要求1所述的马达组件，其中，所述风扇是离心风扇。
5.根据权利要求1所述的马达组件，其中，所述风扇是轴流式风扇。
6.根据权利要求2所述的马达组件，其中，接触所述离合器组件的所述轴转接器的一部分由不锈钢形成。
7.根据权利要求2所述的马达组件，其中，接触所述离合器组件的所述轴转接器的一部分由利用油浸渍的烧结粉末金属形成。
8.根据权利要求1所述的马达组件，其中，所述风扇被模制到所述离合器组件上。
9.根据权利要求1所述的马达组件，其中，所述风扇的大小设定成在所述电动马达停止驱动所述轴之后在所述第一旋转方向上自由旋转持续至少一秒。
10.根据权利要求9所述的马达组件，其中，所述风扇的大小设定成在所述电动马达停止驱动所述轴之后在所述第一旋转方向上自由旋转持续至少四秒。
11.根据权利要求1所述的马达组件，其中，所述离合器组件额定为在所述电动马达停止驱动所述轴之后允许所述风扇在所述第一旋转方向上自由旋转持续至少一秒。
12.根据权利要求11所述的马达组件，其中，所述离合器组件额定为在所述电动马达停止驱动所述轴之后允许所述风扇在所述第一旋转方向上自由旋转持续至少四秒。
13.根据权利要求1所述的马达组件，还包括：
控制器，所述控制器用于调节所述电动马达驱动所述轴的速度。
14.一种喷漆系统，包括：
根据权利要求1所述的马达组件，其中所述马达组件通过在所述第一旋转方向上驱动所述轴而增加所述喷漆系统的部件中的压力。
15.一种操作流体喷涂系统中风扇冷却的电动马达的方法：
使所述电动马达通电以使用所述电动马达在第一旋转方向上驱动轴，其中所述轴的第一端由离合器组件连接到风扇，当所述轴并未由所述电动马达驱动时，所述离合器组件允许所述风扇在所述第一旋转方向上自由旋转，所述轴的第二端连接至所述喷涂系统的部件以使所述部件输出加压流体，并且其中当所述风扇在所述第一旋转方向上旋转时，所述风扇在所述电动马达上吹送冷却空气；以及
使所述电动马达断电以使得所述电动马达不再驱动所述轴，允许所述风扇在所述第一旋转方向上自由旋转，
其中压力传感器被配置为感应流体压力，并且控制器被配置为基于来自所述压力传感器的信息判断所述电动马达接通或断开从而驱动或不驱动所述轴。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，使所述电动马达通电和使所述电动马达断电的步骤以在每分钟2个循环与100个循环之间的速率依序发生。
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