CN112253544A - 一种多槽多级数宽频外转交流散热轴流风机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种多槽多级数宽频外转交流散热轴流风机，包括机壳，机壳内侧上有风扇和用于驱动风扇的交流电机，机壳上有分别置于风扇轴向两侧的出风口和进气口，所述机壳上有置于出风口内侧并与机壳转动连接的转环，转环内侧有圆周均布的若干三棱柱，所述三棱柱的底面水平设置，三棱柱的任一侧面与转环的径向垂直，且所述任一侧面与一侧相邻的三棱柱的另一侧面共面滑动连接，使所述若干三棱柱依次经相邻侧面密封滑动连接，形成类圆多边形通道；所述三棱柱与机壳在水平面上滑动连接，三棱柱与转环经连杆铰接，使转环转动时，三棱柱经连杆的驱动而产生滑动；本发明可实时改变风道直径，保证风机内部气流处于层流状态，防止失速现象产生。

Description

一种多槽多级数宽频外转交流散热轴流风机
技术领域
本发明涉及交流风机，特别是一种多槽多级数宽频外转交流散热轴流风机。
背景技术
风机的主要功能是通风散热，在正常使用环境下，其性能稳定，运行过程中的噪音和振动都较小，但在一些特殊条件如机载雷达散热系统中，由于飞机飞行过程中高空有较多的乱流且气压变化无常，因此，高空的工作环境对风机产生的冲击影响较大，尤其在飞机机动过程中，瞬间的压力变化极易导致风机失速或引发喘振，使风机无法正常工作，不仅会严重影响机载雷达的正常使用，还会对风机自身造成机械损伤，继而引起风机故障，带来安全隐患。
发明内容
针对上述情况，为弥补现有技术所存在的技术不足，本发明提供一种多槽多级数宽频外转交流散热轴流风机，以解决现有风机在复杂工作环境中难以有效运行和易引发故障的问题。
其解决的技术方案是：包括机壳，机壳内侧上有风扇和用于驱动风扇的多级数宽频外转交流电机，机壳上有分别置于风扇轴向两侧的出风口和进气口，所述机壳上有置于出风口内侧并与机壳沿风扇的轴线转动连接的转环，转环内侧有沿转环的轴线圆周均布的若干三棱柱，所述三棱柱的三角形底面水平设置，三棱柱的任一侧面与转环的径向垂直，且所述任一侧面与一侧相邻的三棱柱的另一侧面共面并密封滑动连接，使所述若干三棱柱依次经相邻侧面密封滑动连接，若干三棱柱依次滑动连接后形成接近圆柱形的类圆多边形通道；所述三棱柱与机壳在水平面上定向滑动连接，定向滑动方向与所述三棱柱的任一侧面之间朝向三棱柱另一侧面的夹角与类圆多边形通道的多边形边长与半径之间的夹角相等，三棱柱与转环经连杆铰接，连杆与所述三棱柱定向滑动方向之间朝向转环圆周外侧的夹角小于90°，使转环转动时，三棱柱经连杆的驱动而产生滑动，从而改变类圆多边形通道的大小即改变风机的有效风道大小。
本发明可根据出风口处的压力变化，实时转动转环以改变出风口处有效风道直径的大小，从而使机壳内部气流的雷诺数发生改变，以保证风机内部气流保持层流状态，防止失速现象产生，消除喘振隐患。
附图说明
图1为本发明的主视图。
图2为本发明的A-A剖视图。
图3为本发明的B-B剖视图。
图4为本发明正常工作即承受额定气流压力时的状态示意图。
图5为本发明中图4的C-C剖视图。
图6为本发明超负荷工作即承受过载气流压力时的状态示意图。
图7为本发明中图6的D-D剖视图。
图8为本发明的轴测图。
图9为本发明的轴测剖视图。
图10为本发明中机壳的立体示意图。
图11为本发明中转环及凸轮槽的立体示意图。
图12为本发明中三棱柱及导轨的立体示意图。
图13为本发明中交流电机外壳的立体示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。
由图1至图13给出，本发明包括机壳1，机壳1内侧上有风扇2和用于驱动风扇2的多级数宽频外转交流电机3，机壳1上有分别置于风扇2轴向两侧的出风口4和进气口5，所述的机壳1上有置于出风口4内侧并与机壳1沿风扇2的轴线转动连接的转环6，转环6内侧有沿转环6的轴线圆周均布的若干三棱柱7，所述三棱柱7的三角形底面水平设置，三棱柱7的任一侧面与转环6的径向垂直，且所述任一侧面与一侧相邻的三棱柱7的另一侧面共面并密封滑动连接，使所述若干三棱柱7依次经相邻侧面密封滑动连接，若干三棱柱7依次滑动连接后形成接近圆柱形的类圆多边形通道，三棱柱7数量越多，类圆多边形通道越接近圆柱形；所述三棱柱7与机壳1在水平面上定向滑动连接，定向滑动方向与所述三棱柱7的任一侧面之间朝向三棱柱7另一侧面方向的夹角与类圆多边形通道的多边形边长与半径之间的夹角相等(参考附图2中的∠α)，三棱柱7与转环6经连杆8铰接，连杆8与所述三棱柱7定向滑动方向之间朝向转环6圆周外侧方向的夹角小于90°，使转环6转动时，三棱柱7经连杆8的传动而产生滑动，从而改变类圆多边形通道的大小即改变风机的有效风道直径；由于雷诺数Re＝ρvd/μ，可知机壳内侧有效风道直径的大小会对雷诺数产生直接影响，因此，本发明对风道直径的调节会改变风机内部气流的雷诺数，雷诺数的大小会影响气流的流动特性，雷诺数越大，层流越多，雷诺数越小，湍流越多，而湍流是造成风机叶片失速的主要原因，可见，本发明对风道直径的改变可以达到消除叶片周围的湍流，防止叶片发生失速或喘振的效果。
进一步地，所述的风扇2置于转环6与进风口5之间，所述的风扇2由叶根轮毂201、与叶根轮毂201同轴设置的叶顶轮毂202和置于叶根轮毂201和叶顶轮毂202之间的多个叶片203连接构成，叶根轮毂201与交流电机3的输出轴301传动连接并轴向弹性滑动；所述的机壳1上有同轴置于叶顶轮毂202圆周外侧的传动环9，传动环9与机壳1轴向滑动连接，传动环9与叶顶轮毂202同轴转动连接；所述的转环6上有置于传动环9圆周外侧的至少一个螺旋状凸轮槽10，传动环9上有置于所述凸轮槽10内的凸轮推杆11，机壳1上有与所述凸轮槽10的支撑部1001匹配的让位槽20，使凸轮槽10随转环6转动时不受机壳1阻挡；在风机运行过程中，当出风口4处的压力产生变化时，风扇2受到压力(压力变大时)或弹性力(压力变小时)作用而带动传动环9产生轴向位移，从而使转环6在凸轮推杆11个凸轮槽10的传动作用下产生传动，继而带动若干三棱柱7同步滑动；同理，当压力恢复正常后，风扇2在弹性力(压力减小为正常值时)或气流压力(压力增大为正常值时)作用下带动传动环9复位，从而使转环6和若干三棱柱7复位，实现风道大小的实时自动调节。
进一步地，所述的风扇2置于转环6与进风口5之间，所述的风扇2由叶根轮毂201和多个叶片203组成，叶根轮毂201与交流电机3的输出轴301传动连接并轴向弹性滑动；所述的叶片203与叶根轮毂201经径向轴204转动连接，叶根轮毂201上有与叶片203沿径向轴204的轴线同轴连接的蜗轮205和用于驱动蜗轮205转动的蜗杆206，所述蜗杆206的轴线与交流电机3的轴线垂直；叶根轮毂201上有与蜗杆206同轴连接的齿轮207，交流电机3上有与齿轮207匹配的沿交流电机3轴向设置的齿条302，齿条302与齿轮207啮合；在风机运行过程中，当出风口4处的压力产生变化时，风扇2受到压力(压力变大时)或弹性力(压力变小时)作用而产生轴向位移，从而使齿轮207在齿条302上啮合滚动，蜗杆206随齿轮207同步转动而带动蜗轮205转动，则叶片203随蜗轮205同步转动；同理，当压力恢复正常后，风扇2在弹性力(压力减小为正常值时)或气流压力(压力增大为正常值时)作用下复位，从而使叶片203反向转动复位，实现叶片角度的实时自动调节；根据本领域技术常识可知，叶片角度的大小影响风量大小，而风量大小是叶片产生失速的影响条件之一，因此，本发明中叶片角度在不同工作环境下所作出的改变可以有效防止失速情况的产生，消除喘振隐患，使风机始终处于稳定的工作状态。
进一步地，所述的叶顶轮毂202与叶根轮毂201之间有与叶片203一一对应的多个径向轴204，径向轴204的两端分别与叶顶轮毂202与叶根轮毂201转动连接，叶片203与径向轴204连接；所述的叶根轮毂201上有与叶片203沿径向轴204的轴线同轴连接的蜗轮205和用于驱动蜗轮205转动的蜗杆206，所述蜗杆206的轴线与交流电机3的轴线垂直；叶根轮毂201上有与蜗杆206同轴连接的齿轮207，交流电机3上有与齿轮207匹配的沿交流电机3轴向设置的齿条302，齿条302与齿轮207啮合；在风机运行过程中，当出风口4处的压力产生变化时，风扇2受到压力(压力变大时)或弹性力(压力变小时)作用而产生轴向位移，从而实时带动若干三棱柱7同步滑动以改变风道大小，同时带动叶片203转动也改变叶片角度，利用风道大小和叶片角度的实时同步改变，实现风机的自动调节，以主动适应不同的工作环境，并防止失速和喘振产生，保证风机的正常、稳定运转。
进一步地，所述的叶根轮毂201上有轴向设置的止转轴12如花键轴、多边形轴等，输出轴301上有与止转轴12同轴匹配的插孔13，止转轴12滑动置于插孔13内，构成输出轴301与止转轴12传动连接并轴向滑动的结构；所述的叶根轮毂201与交流电机3经轴向设置的弹簧14连接，构成叶根轮毂201与输出轴301在弹簧14的弹力作用下弹性滑动的结构。
进一步地，所述的传动环9与机壳1之间经轴向设置的复位弹簧15连接，使传动环9与机壳1之间经复位弹簧15的弹力作用而轴向弹性滑动，用于辅助传动环9的复位，防止风扇内外部分复位不同步造成内部部件的应力损伤，降低风机使用寿命。
进一步地，所述的三棱柱7上有直线形导轨16，所述导轨16的方向与所述三棱柱7的任一侧面之间朝向三棱柱7另一侧面方向的夹角与类圆多边形通道的多边形边长与半径之间的夹角相等(参考附图2中的∠α)，所述的机壳1上有与导轨16匹配的导槽17，导轨16滑动置于对应的导槽17内，构成三棱柱7与机壳1在水平面上定向滑动的机构。
进一步地，所述的交流电机3包括与机壳1连接的中管303和置于中管303内侧的输出轴301，输出轴301与中管303经轴承304同轴转动连接；所述的中管303上有置于中管303圆周外侧的铁芯305，铁芯305外包裹有绝缘层306，绝缘层306外缠绕有绕组307；所述的交流电机3还包括外壳308，所述的输出轴301、中管303、轴承304、铁芯305、绝缘层306和绕组307分别置于外壳308内，中管303与外壳308经轴座309连接，外壳308上有沿中管303的轴线圆周均布的多个转子310，转子310置于外壳308内并与铁芯305对应。
进一步地，所述的出风口4处有导流栅格结构的机罩18，用于保证风机的正常通风并防止异物进入风机。
进一步地，所述的进气口5处有进气栅格19，用于保证风机的正常通风并防止异物进入风机。
本发明使用时，根据出风口处的压力变化，转动转环即可改变出风口的有效风道直径大小，从而使机壳内部气流的雷诺数发生改变，以保证风机内部气流保持层流状态，防止失速现象产生，消除喘振隐患。
本发明利用风扇在气流压力作用下产生的轴向位移带动叶片产生转动，使叶片角度根据出风口处的压力变化而实时调节，进一步防止叶片失速现象产生。
在上述风道直径和叶片角度的综合调节下，本发明可以有效应对环境变化带来的不利影响，使叶片始终处于良好的工作状态，不会轻易产生失速或引发喘振，保证了风机的正常运转，防止风机内部部件震动受损，延长了风机使用寿命。
同时，由于叶顶泄漏流与主流相互混流后，会造成流动损失，导致风机效率降低，同时泄漏流还会造成风机内部气流堵塞，导致风量下降，甚至引发旋转失速或发生喘振，因此，本发明采用两层轮毂将叶片固定在中间，使得叶片顶部没有气流通过空间，有效避免了气流在叶片顶部的泄漏，进一步保证了本发明对叶片失速和喘振现象的抑制效果。
此外，本发明中风扇的轴向弹性滑动，可以在风机产生振动时对振动产生有效缓冲，且缓冲过程中叶片角度和风道直径的改变所带来的风机实时性能变化还会对振动产生有效抑制，从而使风扇快速恢复稳定，降低振动对风机运行的不利影响，避免风机内部部分部件受到振动冲击，进一步延长风机的使用寿命。

Claims (10)

1.一种多槽多级数宽频外转交流散热轴流风机，包括机壳(1)，机壳(1)内侧上有风扇(2)和用于驱动风扇(2)的多级数宽频外转交流电机(3)，机壳(1)上有分别置于风扇(2)轴向两侧的出风口(4)和进气口(5)，其特征在于，所述机壳(1)上有置于出风口(4)内侧并与机壳(1)转动连接的转环(6)，转环(6)内侧有圆周均布的若干三棱柱(7)，所述三棱柱(7)的底面水平设置，三棱柱(7)的任一侧面与转环(6)的径向垂直，且所述任一侧面与一侧相邻的三棱柱(7)的另一侧面共面滑动连接，使所述若干三棱柱(7)依次经相邻侧面密封滑动连接，形成类圆多边形通道；所述三棱柱(7)与机壳(1)在水平面上滑动连接，三棱柱(7)与转环(6)经连杆(8)铰接，使转环(6)转动时，三棱柱(7)经连杆(8)的传动而产生滑动。
2.根据权利要求1所述的一种多槽多级数宽频外转交流散热轴流风机，其特征在于，风扇(2)由叶根轮毂(201)、叶顶轮毂(202)和多个叶片(203)连接构成，叶根轮毂(201)与交流电机(3)的输出轴(301)传动连接并轴向弹性滑动；所述的机壳(1)上有同轴置于叶顶轮毂(202)圆周外侧的传动环(9)，传动环(9)与机壳(1)轴向滑动连接，传动环(9)与叶顶轮毂(202)同轴转动连接；所述的转环(6)上有置于传动环(9)圆周外侧的至少一个凸轮槽(10)，传动环(9)上有置于所述凸轮槽(10)内的凸轮推杆(11)。
3.根据权利要求1所述的一种多槽多级数宽频外转交流散热轴流风机，其特征在于，风扇(2)由叶根轮毂(201)和多个叶片(203)组成，叶根轮毂(201)与交流电机(3)的输出轴(301)传动连接并轴向弹性滑动；所述的叶片(203)与叶根轮毂(201)经径向轴(204)转动连接，叶根轮毂(201)上有与叶片(203)同轴连接的蜗轮(205)和用于驱动蜗轮(205)转动的蜗杆(206)，所述蜗杆(206)的轴线与交流电机(3)的轴线垂直；叶根轮毂(201)上有与蜗杆(206)同轴连接的齿轮(207)，交流电机(3)上有与齿轮(207)匹配的轴向设置的齿条(302)，齿条(302)与齿轮(207)啮合。
4.根据权利要求2所述的一种多槽多级数宽频外转交流散热轴流风机，其特征在于，叶顶轮毂(202)与叶根轮毂(201)之间有与叶片(203)一一对应的多个径向轴(204)，径向轴(204)的两端分别与叶顶轮毂(202)与叶根轮毂(201)转动连接，叶片(203)与径向轴(204)连接；所述的叶根轮毂(201)上有与叶片(203)同轴连接的蜗轮(205)和用于驱动蜗轮(205)转动的蜗杆(206)，所述蜗杆(206)的轴线与交流电机(3)的轴线垂直；叶根轮毂(201)上有与蜗杆(206)同轴连接的齿轮(207)，交流电机(3)上有与齿轮(207)匹配的轴向设置的齿条(302)，齿条(302)与齿轮(207)啮合。
5.根据权利要求2至4任一所述的一种多槽多级数宽频外转交流散热轴流风机，其特征在于，叶根轮毂(201)上有轴向设置的止转轴(12)，输出轴(301)上有与止转轴(12)同轴匹配的插孔(13)，止转轴(12)滑动置于插孔(13)内，构成输出轴(301)与止转轴(12)传动连接并轴向滑动的结构；所述的叶根轮毂(201)与交流电机(3)经弹簧(14)连接，构成叶根轮毂(201)与输出轴(301)在弹簧(14)的弹力作用下弹性滑动的结构。
6.根据权利要求2所述的一种多槽多级数宽频外转交流散热轴流风机，其特征在于，传动环(9)与机壳(1)之间经复位弹簧(15)连接，使传动环(9)与机壳(1)之间经复位弹簧(15)的弹力作用而轴向弹性滑动。
7.根据权利要求1所述的一种多槽多级数宽频外转交流散热轴流风机，其特征在于，三棱柱(7)上有直线形导轨(16)，所述导轨(16)的方向与所述三棱柱(7)的任一侧面之间的夹角与类圆多边形通道的多边形边长与半径之间的夹角相等，所述的机壳(1)上有与导轨(16)匹配的导槽(17)，导轨(16)滑动置于对应的导槽(17)内。
8.根据权利要求1所述的一种多槽多级数宽频外转交流散热轴流风机，其特征在于，交流电机(3)包括与机壳(1)连接的中管(303)和置于中管(303)内侧的输出轴(301)，输出轴(301)与中管(303)经轴承(304)同轴转动连接；所述的中管(303)上有置于中管(303)圆周外侧的铁芯(305)，铁芯(305)外包裹有绝缘层(306)，绝缘层(306)外缠绕有绕组(307)；所述的交流电机(3)还包括外壳(308)，中管(303)与外壳(308)经轴座(309)连接，外壳(308)上有沿中管(303)的轴线圆周均布的多个转子(310)，转子(310)与铁芯(305)对应。
9.根据权利要求1所述的一种多槽多级数宽频外转交流散热轴流风机，其特征在于，出风口(4)处有导流栅格结构的机罩(18)。
10.根据权利要求1所述的一种多槽多级数宽频外转交流散热轴流风机，其特征在于，进气口(5)处有进气栅格(19)。
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