CN110439835A - 电机嵌入叶轮式整体流道轴流通风机 - Google Patents

Abstract

本发明属于流体机械技术领域，涉及一种电机嵌入叶轮式整体流道轴流通风机，包括前导风筒与机座组件、叶轮、电机定子以及转子组件；转子组件置于前导风筒与机座组件内部并与前导风筒与机座组件同轴；电机定子环绕设置在转子组件的周向；电机定子电磁力直接驱动转子组件绕转子组件的轴向转动；叶轮置于前导风筒与机座组件顶部并与转子组件相连，叶轮的最外径小于前导风筒与机座组件的内径；转子组件带动叶轮同步转动。本发明提供了一种减小了轴向尺寸、有效减轻整体重量、有利于改善电机与叶轮旋转时产生的振动以及可在有限的空间内满足风机各项性能要求的电机嵌入叶轮式整体流道轴流通风机。

Description

电机嵌入叶轮式整体流道轴流通风机

技术领域

本发明属于流体机械技术领域，涉及一种整体流道轴流通风机，尤其涉及一种电机轴伸端部分嵌入叶轮腔体内部，同时实现风机前导风筒与电机机座结构一体化的电机嵌入叶轮式整体流道轴流通风机。

背景技术

传统的前导流式轴流通风机结构通常为叶轮的进风一侧安装有前导风筒，电机安装在叶轮气流出口一侧，即电机安装在后导风筒内；或者叶轮通过传动轴与皮带轮、齿轮箱等传动机构相连，再与电机传动轴连接；传统轴流风机前导风筒与电机总体上为各自独立结构。另外，传统的轴流通风机驱动电机通常安装在风筒内部或通过传动机构单独外置，电机均需要配置有尾部风扇为其散热，或配备有独立的散热机构为其散热。由于前述传统轴流风机结构相对较多，各部件均需占用空间，且结构强度设计需兼顾各部件强度的要求，轻量化可优化的空间十分有限，故传统前导流式轴流风机结构无法满足空间和重量受到严格限制的特定场合。

发明内容

为了解决背景技术中存在的上述技术问题，本发明提供了一种减小了轴向尺寸、有效减轻整体重量、有利于改善电机与叶轮旋转时产生的振动以及可在有限的空间内满足风机各项性能要求的电机嵌入叶轮式整体流道轴流通风机。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种电机嵌入叶轮式整体流道轴流通风机，所述电机嵌入叶轮式整体流道轴流通风机包括前导风筒与机座组件、叶轮、电机定子以及转子组件；所述转子组件置于前导风筒与机座组件内部并与前导风筒与机座组件同轴；所述电机定子环绕设置在转子组件的周向；所述电机定子电磁力直接驱动转子组件绕转子组件的轴向转动；所述叶轮置于前导风筒与机座组件顶部并与转子组件相连，所述叶轮的最外径小于前导风筒与机座组件的内径；所述转子组件带动叶轮同步转动。

作为优选，本发明所采用的前导风筒与机座组件包括外筒、导叶以及内风筒；所述外筒套装在内风筒外部并与内风筒同轴；所述外筒和内风筒之间形成导流风筒；所述外筒通过导叶与内风筒相连；所述转子组件置于内风筒内部并与内风筒同轴；所述电机定子环绕设置在转子组件的周向并置于内风筒内部；所述叶轮置于内风筒顶部；所述叶轮的最外径小于外筒的内径。

作为优选，本发明所采用的前导风筒与机座组件还包括设置在内风筒顶部的轴伸端端盖以及设置在和内风筒底部的后端盖；所述叶轮置于轴伸端端盖顶部并与转子组件相连。

作为优选，本发明所采用的前导风筒与机座组件还包括中间转轴；所述转子组件通过中间转轴与叶轮相连。

作为优选，本发明所采用的导叶的结构整体是机翼型结构，所述导叶的数量是多片。

作为优选，本发明所采用的导叶的数量是18-21片。

作为优选，本发明所采用的叶轮包括轮毂、轮体以及叶片；所述轮体设置在轮毂上并与轮毂同轴；所述叶片设置在轮体上；所述轮毂置于内风筒顶部并与转子组件相连；所述叶片的最外径小于前导风筒与机座组件的内径；所述转子组件通过轮毂带动轮体绕转子组件的轴向转动。

作为优选，本发明所采用的轮体的截面整体呈C型；所述轮体的顶部与轮毂相连并与轮毂同步转动；所述轮体的侧部与叶片相连；所述轮体在转动时带动叶片同步转动；所述轮体罩于内风筒外部并与内风筒非接触。

作为优选，本发明所采用的叶片的结构整体是机翼型结构，所述叶片的数量是多片。

作为优选，本发明所采用的叶片的数量是12-14片。

由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：

本发明提供了一种电机嵌入叶轮式整体流道轴流通风机，包括：叶轮、前导风筒与机座组件、电机定子、转子组件、轴伸端端盖和后端盖。前导风筒与机座组件分为外风筒、导叶、和内风筒，构成现有技术中轴流风机的前导风筒结构；前导风筒与机座组件的内风筒等同于现有技术中电机的机座结构，导叶同时也等同于现有技术中电机机座上的散热筋结构。内风筒在电机轴伸端缩小直径并嵌入叶轮腔体内部区域；电机轴伸端端盖为凹形结构，且叶轮的轮芯嵌入其凹形结构内部。叶轮的为轴流叶轮，安装在电机转子组件上，工作时的风机所输送的空气流动顺序为从前导风筒到导叶，在到叶轮做功，再输送到叶轮外部，故该结构为前导流式轴流风机。前导风筒与机座组件的前导流式内、外风筒和前导流叶片，构成轴流通风机整体前导流道结构；该结构电机布置于前导风筒内部，电机机座即为内风筒，外部为风机的前导风筒流道，流道内的空气高速通过电机机座和散热筋，同时为电机散热冷却。其机座(内风筒)通过导叶与前导风筒组成的整体流道结构，实现风机整体结构紧凑，轴向尺寸控制严格，振动控制良好，以及重量相对传统轴流风机轻量化等优点，从而有效地解决了本发明在背景技术一项中提出的问题和不足。具体而言，本发明具有如下优点：

1)现有技术的传统前导流式轴流风机结构中，前导风筒和电机分别置于叶轮的两侧，各个部件均需占用轴向尺寸；本发明电机置于前导风筒内部，完全省去了电机所占用的轴流风机轴向空间尺寸。

2)本发明的叶轮电机机座在轴伸端缩小径向尺寸并嵌入叶轮腔体内部，充分利用叶轮腔体内的轴向空间，进一步减小了轴向尺寸。

3)本发明电机定子和转子径向尺寸适合前导风筒内风筒的直径，比同功率传统电机相对较大，但实现了轴向尺寸相对缩短，故进而进一步缩短轴向尺寸空间。综上所述，本发明与现有技术在轴向空间尺寸缩小方面取得较为明显的改进。

4)现有技术的传统轴流风机，前导风筒、叶轮、电机、后导风筒等部件分别为独立的结构，各部件均有自身重量。本发明的前导风筒组中的内风筒与机座、导叶与散热筋相互合二为一结构，减小了部件的使用数量；外筒即作为外部导流风筒，又作为整体安装结构部件，能有效减轻整体的重量。

5)本发明无现有技术传统轴流风机驱动电机必须要用的机座及散热筋结构，而是实现了与电机共用内风筒和导叶，即电机的机座与散热筋，导叶直接传导定子产生的热量，且流道内的气流直接流经机翼型导叶的叶面，有利于电机定子在运行过程中所产生热量的传导和散发，解决了驱动电机轴向尺寸缩短，且无散热风扇所造成的散热问题。经样机测试表明，该整体结构比各部件独立布局的同类型传统结构电机在温升方面要低10K左右，具有明显的温升控制优势。

6)本发明通过前导风筒多片导叶直接支撑电机机座(内风筒)，中间无需传统轴流所用的电机支撑连接部件和紧固件进行过渡。该整体流道结构另外的作用构成了既紧凑又可靠的整体支撑，有利于提高整体刚性，改善电机与叶轮旋转时产生的振动。经样机测试表明，风机叶轮与电机旋转产生的振动与同类型传统结构相比，其数值为传统结构的的1/3以内，振动表现良好。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明所提供的电机嵌入叶轮式整体流道轴流通风机的轴测结构示意图；

图2是本发明所提供的电机嵌入叶轮式整体流道轴流通风机的正视剖视结构示意图；

图3是本发明所采用的前导风机与机座的结构示意图；

图4是本发明所采用的叶轮的结构示意图；

图中：

1-叶轮；2-前导风筒与机座组件；3-轴伸端端盖；4-电机定子；5-转子组件；6-后端盖；7-外筒；8-导叶；9-内风筒；10-轮毂；11-轮体；12-叶片。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“内”、“外”、“前端”、“后端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。同时，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电性连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

参见图1，本发明提供了一种电机嵌入叶轮式整体流道轴流通风机，电机嵌入叶轮式整体流道轴流通风机包括前导风筒与机座组件2、叶轮1、电机定子4以及转子组件5；转子组件5置于前导风筒与机座组件2内部并与前导风筒与机座组件2同轴；电机定子4环绕设置在转子组件5的周向；电机定子4电磁力直接驱动转子组件5绕转子组件5的轴向转动；叶轮1置于前导风筒与机座组件2顶部并与转子组件5相连，叶轮1的最外径小于前导风筒与机座组件2的内径；转子组件5带动叶轮1同步转动。

其中，参见图1以及图3，本发明所采用的前导风筒与机座组件2包括外筒7、导叶8以及内风筒9；外筒7套装在内风筒9外部并与内风筒9同轴；外筒7和内风筒9之间形成导流风筒；外筒7通过导叶8与内风筒9相连；转子组件5置于内风筒9内部并与内风筒9同轴；电机定子4环绕设置在转子组件5的周向并置于内风筒9内部；叶轮1置于内风筒9顶部；叶轮1的最外径小于外筒7的内径。前导风筒与机座组件2还包括设置在内风筒9顶部的轴伸端端盖3以及设置在和内风筒9底部的后端盖6；叶轮1置于轴伸端端盖3顶部并与转子组件5相连。。前导风筒与机座组件2还包括中间转轴；转子组件5通过中间转轴与叶轮1相连。导叶8的结构整体是机翼型结构，导叶8的数量是多片。导叶8的数量是18-21片。

参见图1、图2以及图4，本发明所采用的叶轮1包括轮毂10、轮体11以及叶片12；轮体11设置在轮毂10上并与轮毂10同轴；叶片12设置在轮体11上；轮毂10置于内风筒9顶部并与转子组件5相连；叶片12的最外径小于前导风筒与机座组件2的内径；转子组件5通过轮毂10带动轮体11绕转子组件5的轴向转动。轮体11的截面整体呈C型的腔体结构；轮体11的顶部与轮毂10相连并与轮毂10同步转动；轮体11的侧部与叶片12相连；轮体11在转动时带动叶片12同步转动；轮体11罩于内风筒9外部并与内风筒9非接触。叶片12的结构整体是机翼型结构，叶片12的数量是多片。叶片12的数量是12-14片。

前导风筒与机座组件2为现有技术中轴流风机的前导风筒结构，且前导风筒与机座组件2中的内风筒9上下两端安装有轴伸端端盖3和后端盖6；且内风筒9内部的中空部位安装电机定子4，电机定子4的中空部位安装有转子组件5；转子组件5通过安装在轴伸端端盖3和后端盖6上的轴承支撑，转子组件5中间转轴的上部安装连接有叶轮1。转子组件5及叶轮1构成整体轴流风机结构的旋转部件，且旋转部件围绕中心转轴呈360°旋转，叶轮1旋转对空气做功，形成轴流式通风机，转子组件5以及叶轮1均为刚性整体结构，由电机定子4通过电磁力直接驱动。

前导风筒与机座组件2为通风机的前导流道，外筒7和内风筒9形成导流风筒，导叶8使空气沿机翼型叶片流动，相对叶轮叶片12形成特定角度，为叶轮1导流空气。多片导叶8均为机翼型结构，导叶8的数量为18-21片，为与叶轮叶片最佳匹配；导叶8与内风筒9连接直接支撑电机机座，从而支撑整个电机及叶轮，前导风筒的多片导叶8直接连接外筒，构成支撑本轴流风机的整体结构。

前导风筒与机座组件2为整体铸造结构，外筒7、导叶8和内风筒9为直接连接，同时为风机整体的支撑结构。叶轮轮体11组成的腔体内侧与内筒嵌入腔体内部分之间的直径方向留有1-2mm间隙，叶轮旋转不影响内筒。电机定子4与内筒7紧配合，两者产生有足够固定定子所需的摩擦力。

叶轮1的叶片12为机翼型结构，轮体11组成腔体结构。叶轮1的中心部位安装有轮毂10，且轮毂10安装在转子组件5的中心转轴上；轴伸端端盖3安装在前导风筒与机座组件2的上部，且轴伸端端盖3的中间位置呈凹形状，轴伸端端盖3的凹形结构趋于布局叶轮轮毂10的安装空间；后端盖安装在前导风筒与机座组件2的下部。前导风筒与机座组件2的内风筒9在电机轴伸端的尺寸根据叶轮轮体的尺寸进行缩小，缩小比例为0.88-0.92之间，且轴伸端端盖3和电机轴伸端部分内风筒9嵌入叶轮1腔体内部。轴流风机为前导流式结构，其驱动电机的电机定子4和转子组件5布局在前导风筒内风筒9内部，而非传统轴流风机电机在叶轮的出风端一侧安装。前导风筒与机座组件2的外筒7上部法兰均设置有机座8的安装孔，为安装固定本轴流风机的安装位置。

本发明所提供的前导流式轴流式通风机电机机座轴伸端缩小径向尺寸并嵌入叶轮腔体内部，充分利用叶轮腔体内的轴向空间；其次，电机置于前导风筒内部，非传统前导流式轴流风机结构中前导风筒和电机分别置于叶轮的两侧，极大得解决了传统轴流风机各部件均需占用轴向空间的问题；再者，在驱动电机定子和转子在径向尺寸上充分利用内风筒中部空间，比传统电机相对较大，但实现了轴向尺寸相对缩短。在结构布局上提供了轴向尺寸减小和重量优化的空间。前导流式轴流式通风机驱动电机的机座为前导风筒的内风筒，完全放弃传统电机单独机座部件；且前导风筒的导叶充当传统电机机座上的散热筋，同时电机与前导风筒组构成一体化结构，形成整体流道，为轴流风机进入叶轮空气进行导流。电机机座与前导风筒内风筒，机座散热筋与导叶均合二为一，省去了传统电机结构中机座和散热筋，为轻量化设计提供了可行的结构基础。前导风筒组中的内风筒、导叶同时为电机的机座和散热筋结构，比传统结构更有利于电机定子在运行过程中所产生热量的传导和散发，进而解决了驱动电机轴向尺寸缩短后的散热问题；该结构并且实现了前导风筒多片导叶直接支撑电机整体外壳，中间无需其他部件和紧固件，该整体流道结构另外的作用构成了既紧凑又可靠的整体支撑，有利于改善电机与叶轮旋转时产生的振动，可以在有限的空间内满足风机各项性能的要求。

本发明所提供的电机嵌入叶轮式整体流道轴流通风机的电机轴伸端端盖为凹形结构，解决了叶轮轮芯布置空间问题。本发明所提供的电机嵌入叶轮式整体流道轴流通风机的导叶为机翼型结构，其上部为出风端，机翼型导叶出风端的与叶轮叶片形成特定角度布局。本发明所提供的电机嵌入叶轮式整体流道轴流通风机外筒即为导流风筒，又作为支撑整机的安装固定部件。

本发明所采用的前导流式轴流式通风机电机置于前导风筒内部，充分利用前导风筒内风筒的空间，且电机机座轴伸端缩小径向尺寸并嵌入叶轮腔体内部；再者，驱动电机定子和转子在径向尺寸方面利用内风筒径向尺寸，比传统电机相对较大，但实现了轴向尺寸与内风筒一致；前述多重结构设计最大限度缩短轴流风机轴向尺寸。本前导流式轴流式通风机电机机座为前导风筒的内风筒，完全放弃传统电机机座；且前导风筒的导叶为轴流风机导流进入叶轮的空气，同时充当传统电机机座上的散热筋，电机与前导风筒组构成一体化结构，形成整体流道，省去了传统结构中机座和散热筋。为轻量化设计提供了有效的基础，满足了极限情况下重量轻的要求。前导风筒组中的内风筒、导叶、外筒与机座、散热筋之间的合二为一结构，有利于电机定子在运行过程中所产生热量的传导和散发，解决了驱动电机轴向尺寸缩短后的散热问题；该结构实现了前导风筒多片导叶直接支撑电机整体外壳，中间无需其他部件和紧固件，该整体流道结构另外的作用构成了既紧凑又可靠的整体支撑，有利于改善电机与叶轮旋转时产生的振动，可以在有限的空间内满足风机各项性能的要求。

本发明在具体工作时：

前导风筒与机座组件2组成整体式前导流式风筒，外部空气通过导叶8的机翼型结构导流，形成一定角度后倒入叶轮1。叶轮1置于其驱动电机上端，安装在轴伸端转轴上；轴流风机驱动电机的定子4通过电磁力驱动电机转子5旋转，旋转组件5带动刚性连接的叶轮1围绕中心转轴旋转，叶轮1对前导流风筒倒入的空气做功，形成轴流风机输出的压力和流量。前导风筒与机座组件2形成了前导流道结构，其中内风筒9等同与电机的机座，导叶8等同为电机的散热筋；外部空气直接流经导叶8机翼型叶面，导叶8和内风筒9直接连接，导叶8通过内风筒9直接传导电机定子产生的热量，对电机进行了直接冷却，电机无需额外加装冷却风扇。电机机座，即内风筒9，在轴伸端缩小径向尺寸并嵌入叶轮1轮体11的腔体内部，充分利用叶轮腔体内的轴向空间，可有效减轻风机的轴向空间。电机部件完全安装在前导风筒与机座组件2的内筒中间，完全省去了电机占用的轴向空间。

综上，该一种电机轴伸端部分嵌入叶轮腔体内部的整体流道结构前导流式轴流通风机，无传统轴流风机电机和前导风筒分别安装在叶轮两侧的结构，通过电机置于前导风筒内风筒，以及电机机座轴伸端缩小径向尺寸嵌入叶轮腔体内部的这两种设计方案，极大地节省了轴向空间尺寸。轴流风机的驱动电机与前导风筒构成为一个整体结构，第一，内风筒9同时作为电机机座，导叶8同时作为电机的散热筋，省去部分电机必要部件和传统结构中电机与风筒必要的链接部件，可有效减轻风机的重量；第二，内筒与电机定子直接连接，内筒与导叶直接连接，该结构直接传到定子热量，以及导叶有快速流道的空气，有利于电机散热；第三，前导风筒与机座组件2与电机定子4直接连接，无过渡结构，提高整体刚性，有效控制叶轮1与转子组件5旋转时产生的振动。本发明通过上述设计改进，具有结构紧凑，电机自冷，振动控制良好的特点；同时，具有相对轻量化，轴向尺寸可严格控制等优点，从而有效的解决了本发明在背景技术一项中提出的问题和不足。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种电机嵌入叶轮式整体流道轴流通风机，其特征在于：所述电机嵌入叶轮式整体流道轴流通风机包括前导风筒与机座组件(2)、叶轮(1)、电机定子(4)以及转子组件(5)；所述转子组件(5)置于前导风筒与机座组件(2)内部并与前导风筒与机座组件(2)同轴；所述电机定子(4)环绕设置在转子组件(5)的周向；所述电机定子(4)电磁力直接驱动转子组件(5)绕转子组件(5)的轴向转动；所述叶轮(1)置于前导风筒与机座组件(2)顶部并与转子组件(5)相连，所述叶轮(1)的最外径小于前导风筒与机座组件(2)的内径；所述转子组件(5)带动叶轮(1)同步转动。

2.根据权利要求1所述的电机嵌入叶轮式整体流道轴流通风机，其特征在于：所述前导风筒与机座组件(2)包括外筒(7)、导叶(8)以及内风筒(9)；所述外筒(7)套装在内风筒(9)外部并与内风筒(9)同轴；所述外筒(7)和内风筒(9)之间形成导流风筒；所述外筒(7)通过导叶(8)与内风筒(9)相连；所述转子组件(5)置于内风筒(9)内部并与内风筒(9)同轴；所述电机定子(4)环绕设置在转子组件(5)的周向并置于内风筒(9)内部；所述叶轮(1)置于内风筒(9)顶部；所述叶轮(1)的最外径小于外筒(7)的内径。

3.根据权利要求2所述的电机嵌入叶轮式整体流道轴流通风机，其特征在于：所述前导风筒与机座组件(2)还包括设置在内风筒(9)顶部的轴伸端端盖(3)以及设置在和内风筒(9)底部的后端盖(6)；所述叶轮(1)置于轴伸端端盖(3)顶部并与转子组件(5)相连。

4.根据权利要求3所述的电机嵌入叶轮式整体流道轴流通风机，其特征在于：所述前导风筒与机座组件(2)还包括中间转轴；所述转子组件(5)通过中间转轴与叶轮(1)相连。

5.根据权利要求4所述的电机嵌入叶轮式整体流道轴流通风机，其特征在于：所述导叶(8)的结构整体是机翼型结构，所述导叶(8)的数量是多片。

6.结构权利要求5所述的电机嵌入叶轮式整体流道轴流通风机，其特征在于：所述导叶(8)的数量是18-21片。

7.根据权利要求2-6任一权利要求所述的电机嵌入叶轮式整体流道轴流通风机，其特征在于：所述叶轮(1)包括轮毂(10)、轮体(11)以及叶片(12)；所述轮体(11)设置在轮毂(10)上并与轮毂(10)同轴；所述叶片(12)设置在轮体(11)上；所述轮毂(10)置于内风筒(9)顶部并与转子组件(5)相连；所述叶片(12)的最外径小于前导风筒与机座组件(2)的内径；所述转子组件(5)通过轮毂(10)带动轮体(11)绕转子组件(5)的轴向转动。

8.根据权利要求7所述的电机嵌入叶轮式整体流道轴流通风机，其特征在于：所述轮体(11)的截面整体呈C型；所述轮体(11)的顶部与轮毂(10)相连并与轮毂(10)同步转动；所述轮体(11)的侧部与叶片(12)相连；所述轮体(11)在转动时带动叶片(12)同步转动；所述轮体(11)罩于内风筒(9)外部并与内风筒(9)非接触。

9.根据权利要求8所述的电机嵌入叶轮式整体流道轴流通风机，其特征在于：所述叶片(12)的结构整体是机翼型结构，所述叶片(12)的数量是多片。

10.结构权利要求9所述的电机嵌入叶轮式整体流道轴流通风机，其特征在于：所述叶片(12)的数量是12-14片。