CN106573522B - 用于机动车的暖风机装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于机动车的乘客舱的暖风机装置，其包括具有至少一个进口和至少一个出口的主体、围绕主体内的轴线可旋转地安装的电驱动的轴流式风扇。风扇与具有螺旋管形几何形状的电动机(M)相联，电动机具有可在环形定子内旋转并且在其内侧限定中心开口的环形转子，所述风扇(F)具有由转子承载的一个或多个叶片(B)，每个叶片朝向叶片的自由端延伸进入到所述中心开口中，自由端终止于离风扇的中心轴线一定距离的位置处，并且其中转子的环形体和/或定子的环形体限定了引导管，以用于由风扇(F)驱动的在电阻式加热器(H)上的空气流。

Description

用于机动车的暖风机装置
技术领域
本发明涉及一种用于机动车的乘客舱的暖风机装置，该类型的所述风暖机装置包括具有至少一个进口和至少一个出口的主体、可旋转地安装在主体内以产生从进口至出口的空气流的电驱动轴流式风扇、以及由主体承载并且适于加热导向出口的空气流的电加热器。
背景技术
这种类型的装置例如根据文献US 4,366,368或根据文献JP S56 154307而已知。
这种装置的优点是在非常短的时间内提供热的空气流，所述热的空气流例如适于对在低温中长期停留之后的风挡进行除霜，而无需等待机动车暖车。
发明目的
本发明的目的是获得这类装置，该装置适于容易地集成在机动车的仪表板或乘客舱的其它部件中，并且该装置的特征在于高效、重量小和尺寸小的特点。
发明内容
为了实现该目的，本发明提供了一种用于机动车的乘客舱的暖风机装置，该暖风机装置具有上述特定特征，并且其特征还在于所述轴流式风扇与具有螺旋管形几何形状的电动机相联，电动机具有环形转子，环形转子能够在环形定子中旋转并且在转子内侧限定了中心开口，所述轴流式风扇具有由转子承载的一个或多个叶片，并且每个叶片朝向叶片的自由端延伸进入所述中心开口中，叶片的自由端终止于离轴流式风扇的中心轴线一定距离的位置处，并且转子的环形体和/或定子的环形体限定了用于由轴流式风扇驱动的空气流的引导管，并且
所述电加热器(H)包括一个或多个电阻与之相联的加热器主体，所述加热器主体(H)基本上呈圆筒形，加热器主体具有基本上与所述轴流式风扇的轴线对齐的加热器轴线，以嵌入在由轴流式风扇(F)驱动的空气流内。
在一个实施例中，用于由所述轴流式风扇产生的空气流的所述引导管设置有固定翅片，固定翅片以悬臂方式支撑圆筒形的所述加热器主体。近年来，已经研发了适于用在根据本发明的装置中的电机，以用作例如引擎或发生器。用于本发明目的的尤为感兴趣方案记载在同一发明人的欧洲专利EP 1 885 047B1和对应美国专利US 7,592,712B2中。下文对这类电动机进行了详细描述。
根据本发明的另一特征，所述一个或多个叶片的构型使得空气流朝向相对于流动方向位于风扇下游处的聚焦点汇聚。由于该特征，根据本发明的装置的风扇具有更高的效率并且提供了更大的推力。
装置的主体旨在位于机动车的仪表板内。在优选的实施例中，该主体具有与机动车的内部连通的第一进口、与用于提供外侧空气的管道连通的第二进口、以及用于控制两个进口与风扇之间连通的旋转门。
此外或作为替代，装置的主体具有用于将空气流导向机动车的风挡和/或乘客的第一出口、用于将空气流导向机动车的底板的第二出口、以及用于控制风扇与两个出口之间连通的门。所述第一出口优选设置有可调节的百叶窗。
根据另一优选特征，加热器主体呈圆筒形管形并且定位成使得其轴线沿着由风扇驱动的空气流的方向定向，从而加热器主体的内表面和/或其外表面暴露至空气流。在第二实施例中，加热器主体是实心的圆柱体并且定位成使得其轴线沿着由风扇驱动的空气流的方向定向，从而加热器主体的外表面暴露至空气流。在两种情况下，加热器主体的外表面优选设置有多个径向设置的纵向翅片。
在另一实施例中，装置还包括至少一个珀耳帖效应电冷却器。
根据另一特征，用于驱动风扇的电动机、电加热器和/或电冷却器连接至机动车的电路的电池、以及连接至机动车的车载发电机、连接至电子控制单元，电子控制单元被编程以使得能够根据电池的充电状态和/或发电机的运转状况而对加热器和/或冷却器进行供电。
附图说明
参考附图，根据下文说明书，本发明的其它特征和优点将变得显而易见，所述附图仅作为非限制性的实例提供，其中：
-图1是根据本发明的其中集成有两个暖风机装置的机动车仪表板的透明透视图，
-图2是本发明的暖风机装置的截面示意图，
-图3-6是根据本发明的暖风机装置的透视图，其参考驱动的进口和出口示出了暖风机装置的不同操作模式，
-图7是根据本发明的暖风机装置的放大比例的透视图，其中移除了一些部件，
-图7A是类似于图7的视图，其中还已经移除了加热器，
-图8是根据现有技术的电机的局部剖切的透视图，电机最初被研究以作为与空气流驱动的转子相联的发生器操作，并且电机代替地用作发动机以驱动根据本发明的暖风机装置中的风扇，
-图9示出了图7的变型方案，
-图10示出了根据本发明的暖风机装置中的风扇的操作原理，
-图11示出了图6的另一变型方案，
-图12是风扇与之相联的电动机单元的一个实施例的透视图，
-图13是图12的组件的局部剖切的另一透视图，以及
-图14是图12、13的单元在包含单元轴线的平面内的截面视图。
具体实施方式
在图1中，附图标记1整体上指代机动车的仪表板(示出为透明)，其中根据本发明集成有一对暖风机装置。
参考图2-6，这些暖风机装置的每一个整体上由附图标记2指代并且具有中空体3，中空体在所示的实施例中具有大致双T形构造，T形的一个头部(由附图标记4指代)相对于另一个头部旋转90°，中空体还具有连接T形构造的中心部分5。
第一个T形的头部4的端部部分限定了适于接收来自机动车的内部和机动车的外部环境的空气的进口4a、4b。另一T形的头部4的端部部分限定了出口4c、4d，所述出口定向成将由暖风机装置2产生的热空气流和/或冷空气流导向机动车的风挡和/或乘客(在出口4c的情况下)以及导向机动车的底板(在出口4d的情况下)。
在暖风机装置的主体内设置有两个旋转门6、7(图2)，旋转门可以具有手动控件或由电动机驱动的控件，这些旋转门分别控制两个进口4a、4b与连接部分5的内腔之间的连通以及两个出口4c、4d与该内腔之间的连通，其中提供了与电动机M相联的轴流式风扇F。
图3-6中的箭头示出了通过旋转门6、7驱动的不同操作模式：
图3：空气从机动车的内部进入，并且空气朝向风挡和/或乘客离开。
图4：空气从机动车的内部进入，并且空气朝向底板离开。
图5：空气从外部环境进入，并且空气朝向风挡和/或乘客离开。
图6：空气从外部环境进入，并且空气朝向底板离开。
出口4c设置有能够手动地调节的百叶窗12，以引导空气流朝向机动车的风挡和/或乘客。
根据本发明的基本特征，轴流式风扇F与具有螺旋管形几何形状的电动机M相联，电动机具有环形转子R(特别地参见图8)，环形转子可在环形定子S内旋转并且在环形转子的内侧限定了中心开口，轴流式风扇F的叶片B在该中心开口中延伸。如图7A和8中所示，电动机M的由转子的环形体和定子的环形体限定的螺旋管形体构成了用于由轴流式风扇F驱动的空气流的引导和传输管。
如上已经指出的，过去已经在其它应用中建议和研发了适于构建具有图7A中所示的螺旋管形结构的发电机。附图中的图8获自于同一发明人的文献EP 1 885 047 B1以及对应文献US 7,592,712 B2。在这些文献的情况中，电机用作发电机，发电机与由风使其旋转的转子相联。
在图8中，定子S的主体和转子R的主体以剖面示出，以便示出其内侧的部件。首先，在图8所示实施例的情况下，借助于提供磁力支持的器件而将转子R可旋转地支撑在定子S内，该器件由两对环形永磁体MR和MS构成。在图8中，N指代作为定子S的一部分的环形芯部，其由铁磁材料(例如SMC(“软磁复合物”)、铁素体以及钕铁硼基复合物)制成。自环形芯部N的内表面开始形成有适于接收绕组(未示出)的槽C，该绕组与定子S相联并且旨在与由转子R承载的永磁体相协作。D指代限定位于相邻槽C之间的齿部。转子R包括也由铁磁材料(例如SMC)制成的环形芯部G。转子R还具有位于环形芯部G的径向外侧处的环形的系列永磁体P，这些永磁体设置以形成旨在与定子S的绕组相协作的交替的磁体北极和南极，以随着电流通过绕组而产生转子R的旋转。在一个变型方案中，转子可以包括定位以形成交替的磁体北极-南极的多层复合磁材料。在另一变型方案中，转子R可以包括以本身已知的所谓“Halbach阵列”构造定位的多个永磁体，其目的是减小转子R的重量和尺寸。叶片B从转子R的主体的内表面延伸。
如图所示，在本文所示的实施例中，叶片B在转子的中心处彼此不接触，而是替代地叶片保持彼此间隔开，以使得转子内的开口的中心部分不受干扰。然而，作为代替，可以提供叶片3A，使得叶片在开口的中心处彼此连结。
自然地，虽然上述电动机被认为最适于应用在根据本发明的系统中，但是这并不代表唯一可行的方案。还可以使用具有与上述螺旋管形构造类似的螺旋管形构造的其它类型的电动机。感应电机效率较低，但是它们是大规模生产的并且优点在于耐用且成本低的技术。就成本、效率和安全性而言的更佳折衷方案由均根据同步技术和开关式磁阻技术的磁阻电机构成。
与常规方案相比，轴流机器就效率和特定力矩而言具有优选特征。具有轴向场的电动机包括可旋转的转子和由转子承载的具有多个轴向流的路径/发生器(永磁体、可变磁阻通道、鼠笼绕组元件)。轴流发生器定向成使得由其产生的磁流至少大部分沿轴向定向。轴流发生器围绕转子定位，其中流动方向交替定向，从而使得相邻段的流动方向至少大部分沿相反方向轴向定向。轴流机器可以设置有含量降低或为零的稀土元素，并且因而其成本较低。
如图7中所示，定子的主体安装在框架8内，框架是暖风机装置的中空体3的一部分。
框架8还支撑电加热器H，电加热器包括加热器的大致圆筒体，其中一个或多个电阻相联(图中未示出)并且大致圆筒体定位在暖风机装置的中空体3内，以嵌入在由轴流式风扇F驱动的空气流内。加热器的圆筒体H的轴线与轴流式风扇F的轴线对齐，并且圆筒体由从管壁突出的固定翅片以悬臂方式支撑，管壁引导由轴流式风扇F产生的空气流。
在图7、7A的实施例中，加热器的主体呈圆筒形管形并且定位成使得其内表面和/或其外表面暴露至空气流。
在图9的变型方案中，加热器的主体是实心圆柱体，实心圆柱体定位成使得其轴线沿着由风扇驱动的空气流的方向定向、设置成使得其外表面暴露至空气流。
在图7和9的两个变型方案中，加热器的主体的外表面具有多个径向设置的纵向翅片。
在图11的变型方案中，该装置还包括至少一个电冷却器。在特定实施例中，设置有由框架8承载并且定位在由轴流式风扇F驱动的空气流的通道的周边处的多个珀耳帖效应板10。
用于驱动轴流式风扇F的电动机M、电加热器H和/或电冷却器10连接至机动车的电路的电池、连接至车载发电机和连接至电子控制单元，电子控制单元被编程以使得能够根据电池的充电状态和/或发电机的操作状况而向加热器和/或冷却器供电。
在一个实施例中，加热器是多线圈式加热器，并且加热器设置成由车辆的低压电池供电或者直接由供电干线供电。
在应用于电动机动车的情况下，提供了根据本发明的一个或多个装置，所述一个或多个装置分布在电动车的一个或多个舱区域中，以用于所述舱区域处的预加热调节或维持预定温度，所述装置设置成从供电干线供电并且受远程控制单元所控制。
在该最后情况下，参考电动车的应用，电动车的一个或多个舱通过使用供电干线的能量而得以预热调节或维持在固定温度处。预调节将通过远程控件而管控。
参考图10，在优选的实施例中，叶片B的构型使得空气朝向聚焦点汇聚，所述聚焦点相对于流动方向位于风扇的下游。叶片B的曲率和三维构型被最优化，以获得所需的汇聚度。
优选地，所述聚焦点P和叶片的中间面Z(参见图10)之间的距离等于所述引导流的对应于所述中间面的内径的1.8-2.2倍。
由于这个特征，根据本发明的装置的风扇具有更高的效率和更大的推力。
图12-14示出了轴流式风扇F与之相联的电动机M的单元的另一实施例。在这些附图中，对应于前一附图的部件用相同的附图标记指代。轴流式风扇F的叶片B朝向由转子R限定的环的内部径向地突出，转子可在环形定子S内旋转。固定至框架8的定子S设置有绕组W，而转子承载一系列永磁体P。
自然地，在本发明的原理保持不变的情况下，结构和实施例的细节可以相对于仅作为实例已经描述和示出的内容进行很大的改变，而不脱离本发明的范围。

Claims (13)

1.一种用于机动车的乘客舱的暖风机装置(2)，所述暖风机装置包括：
-主体(3)，主体具有至少一个进口(4a、4b)和至少一个出口(4c、4d)，
-电驱动的轴流式风扇(F)，轴流式风扇围绕其轴线可旋转地安装在所述暖风机装置的主体(3)内，以用于产生从进口(4a、4b)至出口(4c、4d)的空气流，以及
-电加热器(H)，电加热器由主体(3)承载并且能够加热导向出口(4c、4d)的空气流，所述电加热器(H)包括加热器主体，一个或多个电阻与加热器主体相联，所述加热器主体呈大致圆筒形，加热器的轴线基本上与所述轴流式风扇的轴线对齐，以便嵌入在由轴流式风扇(F)驱动的空气流中，
其特征在于，轴流式风扇(F)与具有螺旋管形几何形状的电动机(M)相联，电动机具有环形的转子(R)，转子能够在环形的定子(S)内旋转并且在转子中限定了中心开口，所述轴流式风扇(F)具有由转子(R)承载的一个或多个叶片(B)，并且每个叶片(B)朝向叶片(B)的自由端延伸进入所述中心开口中，所述自由端终止于离轴流式风扇(F)的中心轴线一定距离的位置处，并且转子(R)的环形体和/或定子(S)的环形体限定了用于由轴流式风扇(F)驱动的空气流的引导管，
并且，所述一个或多个叶片(B)的构型使得空气流朝向相对于流动方向位于轴流式风扇(F)下游处的聚焦点(P)汇聚。
2.根据权利要求1所述的暖风机装置，其特征在于，所述暖风机装置(2)包括旨在与机动车的仪表板相联的独立单元。
3.根据权利要求1所述的暖风机装置，其特征在于，暖风机装置(2)的主体(3)设置在机动车的仪表板(1)内，并且暖风机装置具有与机动车的内部连通的第一进口(4a)、与外部空气供应管道连通的第二进口(4b)、以及用于控制第一进口(4a)和第二进口(4b)这两个进口与轴流式风扇(F)之间的连通的旋转门(6)。
4.根据权利要求1所述的暖风机装置，其特征在于，暖风机装置的主体(3)旨在定位于机动车的仪表板(1)内，并且暖风机装置具有用于将空气流导向机动车的风挡和/或乘客的第一出口(4c)、用于将空气流导向机动车的底板的第二出口(4d)、以及用于控制轴流式风扇与第一出口(4c)和第二出口(4d)这两个出口之间的连通的门(7)。
5.根据权利要求4所述的暖风机装置，其特征在于，第一出口(4c)设置有可调节的百叶窗(12)。
6.根据权利要求1所述的暖风机装置，其特征在于，用于由所述轴流式风扇(F)产生的空气流的所述引导管设置有固定翅片，固定翅片以悬臂方式支撑圆筒形的所述加热器主体。
7.根据权利要求1或6所述的暖风机装置，其特征在于，加热器主体呈圆筒形管形状并且设置成使得其内表面和/或其外表面暴露至空气流。
8.根据权利要求1或6所述的暖风机装置，其特征在于，加热器主体是实心的圆柱体并且设置成使得其外表面暴露至空气流。
9.根据权利要求1所述的暖风机装置，其特征在于，加热器主体的外表面具有多个径向设置的纵向翅片(9)。
10.根据权利要求1所述的暖风机装置，其特征在于，暖风机装置(2)还包括至少一个电冷却器(10)。
11.根据权利要求1所述的暖风机装置，其特征在于，用于驱动轴流式风扇(F)的电动机(M)、电加热器(H)和/或电冷却器(10)连接至机动车的电路的电池、连接至车载的发电机、以及连接至电子控制单元，电子控制单元被编程以使得能够根据电池的充电状态和/或发电机的操作状况而向加热器和/或珀耳帖效应装置供电。
12.根据权利要求1所述的暖风机装置，其特征在于，所述电加热器(H)具有多个线圈并且设置成由车辆的低电压电池供电或直接由供电干线供电。
13.一种电动机动车，所述电动机动车包括一个或多个根据前述权利要求中的任一项所述的暖风机装置(2)，暖风机装置分布在电动机动车的一个或多个舱区域上，以用于在所述舱区域处进行预加热调节或维持预定温度，所述暖风机装置(2)设置成从供电干线供电并且由远程控制单元控制。
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