CN114830495A - 用于机动车辆风扇电动机的外部转子杯 - Google Patents

用于机动车辆风扇电动机的外部转子杯 Download PDF

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CN114830495A CN202080088895.2A CN202080088895A CN114830495A CN 114830495 A CN114830495 A CN 114830495A CN 202080088895 A CN202080088895 A CN 202080088895A CN 114830495 A CN114830495 A CN 114830495A
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S.比德
M.贝尔库克
L.勒戈特
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Abstract

一种外部转子杯(28)，具有关于轴线的旋转对称性，包括：径向内部的第一圆柱形部分(68)，径向外部的第二圆柱形部分(32)，以及两个圆柱形部分(32、68)之间的第三部分(70)。如截面图中所见，第三部分(70)在限定直线的两个点(P1、P2)之间延伸，该直线与转子杯(28)的轴线形成65°至80°之间的角度(α)。一方面、径向内部或径向外部的第一点(P1、P2)与转子杯(28)的对称轴线(A)之间的距离(RP1、RP2)与另一方面、第二圆柱形部分(32)的半径(R32)之间的比值分别在0.04和0.32之间或者0.65和1.0之间。

Description

用于机动车辆风扇电动机的外部转子杯
技术领域
本发明涉及一种用于机动车辆加热、通风和/或空调设备的风扇电动机的外部转子杯。本说明书同样涉及包括这种杯的电动机和包括这种电动机的风扇。
背景技术
机动车辆通常配备有能够产生气流的加热、通风和/或空调设备。这种设备还能够管理车辆内部产生的气流的温度和分布。这种加热、通风和/或空调设备尤其具有风扇，该风扇包括由电动机驱动旋转的风扇叶轮。电动机特别是由电源模块控制的电子开关电动机。
电子开关电动机或无刷直流电动机具有转子和定子组件，这些部件中的每一个都承载电磁元件，这些电磁元件的相互作用产生转子相对于定子的运动，并最终产生风扇叶轮的运动。
电动机通常包括固定在电动机支架上的外部转子和内部定子。外部转子尤其包括金属杯(或轭)，其具有圆柱形外边缘，磁体固定在圆柱形外边缘内，从而围绕转子的绕组。杯通常具有容纳转子输出轴的径向内部圆柱形部分。在径向内部圆柱形部分和径向外部圆柱形部分之间，杯通常形成整体平面部分。
为了减轻风扇的重量，有建议减小杯的厚度。然而，已发现，减小杯的厚度会降低杯的第一固有模式的频率，使得该第一固有模式产生大的噪音，这在机动车辆中、在使用风扇的某些情况下是不可接受的。
本说明书的一个目的是提出这样一种转子杯，其不具有至少一些上述缺点。
发明内容
为此，描述了一种用于具有外部转子的电动机的转子杯，特别是用于旨在装备机动车辆的加热、通风或空调设备的电动机风扇单元的转子杯，该转子杯表现出关于对称轴线的旋转对称性，该转子杯包括：
径向内部的第一圆柱形部分，
径向外部的第二圆柱形部分，
第一圆柱形部分和第二圆柱形部分之间的至少第三部分，使得如在横截面中所见，第三部分在径向内部的第一点和径向外部的第二点之间延伸，连接第一点和第二点的直线与转子杯的对称轴线形成65°和80°之间的角度，一方面、该第一点和转子杯的对称轴线之间的距离与另一方面、该第二圆柱形部分的半径之间的比值在0.04和0.32之间，一方面、该第二点和转子杯的对称轴线之间的距离与另一方面、该第二圆柱形部分的半径之间的比值在0.65和1.0之间。
这样，转子杯有利地具有截头圆锥形总体形状的主要部分，从而提高了转子杯的刚度。然而，截头圆锥形部分的顶角被选定为限制转子杯的轴向体积。
单独地或组合地，转子杯优选地具有一个或多个以下特征:
转子杯包括在第一部分和第三部分之间的环形的第四部分，基本上垂直于转子杯的对称轴线，第四部分的内径和第二圆柱形部分的半径之间的比值优选地在0.05和0.24之间，和/或，第四部分的外径和第二圆柱形部分的半径之间的比值优选地在0.15和0.30之间；
第四部分相对于第三部分形成凹槽；
第三部分是截头圆锥形或喇叭形；
第三部分具有由臂分隔的开口，转子杯优选地包括大于或等于7的质数个的臂；
开口是梯形的或者是尖顶拱的形式；
臂呈“Y”形；
转子杯由金属制成，转子杯的厚度优选小于或等于3毫米，更优选小于或等于2毫米，甚至更优选等于1.6毫米；
如截面图所示，转子杯包括在一侧的第一部分和另一侧的第三部分或第四部分(如适用)之间的弯曲部，弯曲部的厚度大于第一部分的厚度，弯曲部的厚度与第一部分的厚度之间的比值优选大于或等于1.3和/或小于或等于1.6；
第一圆柱形部分在沿杯的对称轴线方向测得的高度上延伸，使得第一圆柱形部分的高度与第一圆柱形部分的直径之间的比值在0.80和0.98之间；以及
第二圆柱形部分在沿杯的对称轴线方向测得的高度上延伸，第二圆柱形部分的高度与第二圆柱形部分的半径之间的比值在0.30和0.60之间。
根据另一方面，所描述的是一种用于机动车辆加热、通风或空调设备的具有外部转子的电动机，包括：具有绕组的定子；转子，包括如上所述的所有组合形式的转子杯；以及磁体，固定在转子杯的第二圆柱形部分上，该磁体相对于定子的绕组径向布置在外部。
根据又一方面，所描述的是一种用于机动车辆加热、通风或空调设备的风扇，包括如上所述的所有组合形式的电动机、固定到转子杯的轴以及固定到轴上以便在驱动下旋转的风扇叶轮。
附图说明
通过阅读下面的详细描述并且分析附图，本发明的其他特征、细节和优点将变得显而易见，附图中:
图1是风扇装置的示意性透视图；
图2是可以在图1的风扇装置中实施的电动机的示例的示意性透视图；
图3是图2中电动机的示例从不同角度的示意图；
图4是在图2和图3的电动机中实施的转子支架的透视图；
图5是图2和图3中电动机的底部透视图，其中电动机盖已经被移除；
图6是图1中风扇装置的底部透视图；
图7示意性地示出了图2和图3中电动机盖的外表面；并且
图8是能够在图2和图3的电动机中实施的转子杯的第一示例的示意性透视图；
图9是固定到电动机转子轴上的、图8中的转子杯的第一示例的截面示意图；
图10是能够在图2和图3的电动机中实施的转子杯的第一示例的变型的示意性透视图；
图11是能够在图2和图3的电动机中实施的转子杯的第二示例的截面示意图。
具体实施方式
在说明书的剩余部分中，相同元件或执行相同功能的元件用相同的附图标记表示。在本说明书中，为了简明起见，在每个实施例中没有详细描述这些元件。相反，仅详细描述不同实施例之间的差异。
图1示出了用于车辆通风设备的风扇装置10。
如图所示，风扇装置10主要包括风扇叶轮12、电动机14和用于电动机14的支架16。风扇叶轮12围绕旋转轴线A旋转。电动机14旨在驱动风扇叶轮12围绕其轴线A旋转。用于电动机14的支架16旨在通过限制由电动机14和/或风扇叶轮12在机动车辆中产生的振动的传递和/或朝向电动机14和/或风扇叶轮12的外部应力的传递，允许风扇装置10在机动车辆中的固定。用于电动机14的支架16尤其可以具有两个同轴的环，这两个环具有风扇叶轮12的旋转轴线A，这两个环通过弹性体材料相互连接。特别地，弹性体材料可以在内环和外环之间形成解耦环。内环可以被固定到电动机14上。外环可以用于固定到结构元件上，特别是车辆通风设备的结构元件上。弹性体材料例如是聚苯乙烯-b-聚(乙烯-丁烯)-b-聚苯乙烯或SEBS。
电动机14在此形成机械组件，该机械组件包括：旋转元件18，在这种情况下是电动机14的转子18；用于转子18的支架20；以及固定在用于转子18的支架20上的盖22。在此，盖22通过螺钉24固定在用于转子18的支架20上。当然，可以实施其他固定装置来将盖22固定在用于转子18的支架20上。
在这种情况下，转子18是外部转子。因此，与转子18相关联的定子26径向布置在转子18内部。更具体地，转子18的磁体27相对于定子26的绕组径向位于外部。
转子18具有穿孔杯28的形状，固定到轴30上。在此，风扇叶轮12直接固定在轴30上。在这种情况下，转子18的磁体27固定在杯28的内表面上，在由杯28形成的圆柱形条带32上。
支架20例如由铝合金或填充有金属颗粒的塑料材料制成。
在此，用于转子18的支架20具有基部34。在这种情况下，基部34完全在垂直于电动机14的旋转轴线A的平面内延伸。大致圆柱形的凸起36从基部34延伸。在此，凸起36基本上在电动机14的旋转轴线A的方向上延伸。凸起36是中空的。特别地，凸起36可以形成一个或两个壳体38，每个壳体容纳轴承环，特别是滚珠轴承，用于引导轴30相对于支架20的旋转。特别地，第一壳体形成在凸起36的自由端，第二壳体形成在凸起36中，基本上在基部34处。滚珠轴承容纳在这些壳体的每一个中。
从图5中可以更具体地看出，基部34在其与圆柱形凸起36相对的表面上形成凹槽40，该凹槽容纳用于控制电动机14的印刷电路板42(或电子板)。凹槽40可以被突出的边缘41包围。各种机电部件44、46固定在印刷电路板42上。特别地，机械装置44使得能够将与定子26的绕组成一体的接线片连接到印刷电路板42。然后，这些绕组通过这些接线片的电力供应可以允许控制电动机14。体积最大的部件46，尤其是电容器，也可以固定在印刷电路板42上，优选地靠近印刷电路板42的边缘。
连接器48也连接到印刷电路板42。连接器48允许向印刷电路板42供电，从而向电动机14供电。
最后，盖22固定在支架20的基部34上。在这种情况下，盖22与基部34中的凹槽40一起限定了用于容纳印刷电路板42的壳体。在此，盖22包括在垂直于电动机14的旋转轴线A的平面中延伸的基本平坦的边缘50。边缘50具有孔51，允许通过螺钉24将盖22固定在支架20的基部34上。盖22还包括在电动机14的旋转轴线A的方向上远离边缘50的底部52。在这种情况下，底部52基本上是平面的。底部52基本上在垂直于电动机14的旋转轴线A的平面内延伸。在这种情况下，盖22的底部52基本上平行于支架20的基部34。在此，盖22的底部52也基本平行于印刷电路板42。
盖22例如由铝合金或填充有导电颗粒的塑料制成，特别是填充有金属颗粒的塑料。
在此应该注意的是，所示的盖22包括外围凸台54、56。这些凸台54、56使得可以容纳体积最大的电子设备46，尤其是那些在电动机14的旋转轴线A的方向上最高的电子设备。
特别是在图6和7所示的示例中，盖22还具有平面53，在电动机14的旋转轴线A的方向上，该平面53比底部52更靠近边缘50。
最后，如图所示，盖22和印刷电路板42可以各自具有面向转子18的轴30的通孔60、62。这些通孔60、62可以允许轴30的反向支撑通过，允许叶轮12安装在轴30上。然后可以封闭盖中的通孔60，特别是通过粘贴物封闭。这使得可以保护印刷电路板42抵御环境空气的潮湿。
在下文中，将给出具有外部转子的电动机的转子杯28的示例的更详细的描述，其可以在上述通风装置10的电动机14中实施。
杯28的第一示例在图8和9中示出。
从这些图中可以看出，杯28表现出关于对称轴线A的旋转对称性，对称轴线A对应于杯28和电动机14的旋转轴线。
杯28基本上具有径向内部的第一圆柱形部分68和径向外部的第二圆柱形部分32。第二圆柱形部分32对应于上述圆柱形条带32，转子18的磁体27固定在其上。磁体27固定在第二圆柱形部分32的径向内表面上。
第一圆柱形部分68在高度h68上延伸，该高度是在杯28的对称轴线A的方向上测得的。第一部分68的高度h68可以使得第一圆柱形部分68的高度h68与第二圆柱形部分32的半径R32之间的比值在0.8和0.98之间。如果轴30压配在第一部分68中，这样的范围是非常有利的。然而，作为替代方案，轴30可以通过焊接固定到杯28上。在这种情况下，第一部分的高度h68可以显著降低，特别是接近0。第一圆柱形部分68容纳电动机14的轴30。轴30例如压配在该第一圆柱形部分68中。作为替代或补充，轴30可以焊接至第一圆柱形部分68。
因此，由于轴30由两个滚珠轴承支撑，则沿着轴30按以下顺序具有：
轴30在第一圆柱形部分68中的装配区域，更一般地，该第一圆柱形部分68；
第一滚珠轴承，
定子，通过用于转子18的支架20的圆柱形凸起36与轴分离，以及
第二滚珠轴承。
第二圆柱形部分32在沿杯28的对称轴线A的方向上测得的高度h32上延伸，使得第二圆柱形部分32的高度h32与第二圆柱形部分32的半径R32之间的比值在0.30和0.60之间。
在第一圆柱形部分68和第二圆柱形部分32之间，杯28具有第三部分70，使得如在截面图中所示，第三部分70在径向内部的第一点P1和径向外部的第二点P2之间延伸，连接第一和第二点P1、P2的直线与杯28的对称轴线A形成65°和80°之间的角度α。这样，杯28的第三部分70具有截头圆锥形的整体形状，从而有助于加强杯28。然而，该第三部分70中心处的角度受到限制，从而限制了杯28的轴向体积。在这种情况下，第三部分70是截头圆锥形的，第三部分70在截面上基本上沿着连接第一和第二点P1、P2的直线延伸。
在所示的示例中，一方面、第一点P1和杯28的对称轴线A之间的距离RP1与另一方面、第二圆柱形部分32的半径R32之间的比值在0.04和0.32之间。此外，一方面、第二点P2和杯28的对称轴线A之间的距离RP2与另一方面、第二圆柱形部分32的半径R32之间的比值在0.65和1.0之间。这样，总体形状为截头圆锥形的第三部分70在杯28的大部分表面上延伸，确保了杯28的硬度。这里应该注意的是，第二部分32的半径R32是转子杯28的外半径。
在图8和图9所示的示例子中，第三部分70具有由臂74分隔的开口72。在此，杯28包括七个臂74，分隔七个开口72。更一般地，为了限制杯28的固有模式在相对低的频率出现的风险，杯28有利地包括质数个的臂74。该臂的数量优选大于或等于七个。开口72使得可以进一步减轻杯28的重量。开口72同样使得有可能促进容纳在杯28内部的定子的绕组的冷却。
为了保持杯28令人满意的硬度，臂74可以具有基本上梯形的形状。因此，臂74限定了同样是梯形的开口72。在这种情况下，每个臂74具有相对于杯28的对称轴线A、沿正交径向方向测得的最小宽度I74，使得该最小宽度I74与第二圆柱形部分32的半径R32之间的比值在0.08和0.30之间。每个臂74同样具有相对于杯28的对称轴线A、沿正交径向方向测得的最大宽度L74，使得该最大宽度L74与第二圆柱形部分32的半径R32之间的比值在0.08和0.45之间。有利地，臂74的最大宽度L74在所述臂74的径向外端处测得，而最小宽度L74在所述臂74的径向内端处测得。
在图8和图9的示例中，杯28还包括环形的第四部分76。在这种情况下，第四部分76相对于第三部分70的径向内端并且相对于第一圆柱形部分68形成凹槽。第四部分76径向位于第一部分68和第三部分70之间。在此，第四部分76垂直于杯28的对称轴线A。第四部分76的内半径R76i与第二部分32的半径R32之间的比值例如在0.05和0.24之间。替代地或附加地，第四部分76的外半径R76e与第二部分32的半径R32之间的比值例如在0.15和0.30之间。因此，有利的是，该环形的第四部分76具有减小的面积。形成凹槽的该第四部分76使得能够进一步加强杯28。第四部分76例如通过弯曲部连接到第一圆柱形部分68。在这种情况下，第四部分76邻近于第三截头圆锥形部分70。
图8和图9的杯28还包括位于第二部分32和第三部分70之间的第五扩口部分78。更具体地，在截面上，第五部分78形成弯曲部。在此，第五部分78在一侧与第三截头圆锥形部分70相邻，在另一侧与第二圆柱形部分32相邻。形成弯曲部的该第五部分78也使得可以加强杯28。
有利地，杯28由第一、第二、第三、第四和第五部分68、32、70、76、78以及可能的将第一部分68连接到第四部分76的弯曲部形成。
在这种情况下，杯28由金属制成。杯28的厚度优选小于或等于3毫米，更优选小于或等于2毫米，更优选等于1.6毫米。这限制了杯28的重量。
在第一部分68和第四部分76之间，杯在此形成弯曲部。弯曲部可以具有厚度e2，该厚度e2大于第一部分68的厚度e1。厚度e2和厚度e1之间的比值尤其可以大于或等于1.3和/或小于或等于1.6。较厚的弯曲部使得可以加强杯28。例如，厚度e1等于1.8毫米。弯曲部的最大厚度e2可以等于2.8毫米
图10示出了图8和图9的杯28的一种变型。该变型与图8和图9的杯28的不同之处首先在于臂74的“Y”形，该臂74包括在其径向内端附近分成两个分支742、743的杆741，这两个分支在这种情况下是相同的。在这种情况下，每个臂74的杆具有宽度I741，该宽度I741在相对于杯28的对称轴线A的正交径向方向上测得，使得该宽度I741与第二圆柱形部分32的半径R32之间的比值在0.08和0.22之间。每个分支742、743同样具有宽度I742，该宽度I742在相对于杯28的对称轴线A的正交径向方向上测得，使得该宽度I742与第二圆柱形部分32的半径R32之间的比值在0.04和0.12之间。
由于该变型中的臂74的形状，此处的开口72是具有圆形径向内端的拱顶形式。开口72在其径向外端处的宽度L72(沿正交径向方向测得)使得该宽度L72与第二圆柱形部分32的半径R32之间的比值在0.4和0.9之间。
此外，每个臂74的两个分支742、743限定了孔80。与开口72相比，每个孔80具有显著减小的面积。在这种情况下，孔80也是拱顶形式，朝向与开口72相反的方向。换句话说，此处的孔80的圆形端是径向向外定向的。
图11示出了杯28的第二实施例。
杯的该第二示例包括，优选地包括第一圆柱形部分68、第二圆柱形部分32、在第一部分68和第二部分32之间延伸的第三部分70、以及在这种情况下在第一部分68和第三部分70之间的弯曲部。在这种情况下，第三部分70邻近于第二部分32。
在此，第三部分70也是这样的：如在横截面中看到的，第三部分70在径向内部的第一点P1和径向外部的第二点P2之间延伸，连接第一和第二点P1、P2的直线与杯28的对称轴线A形成65°和80°之间的角度α。这样，杯28的第三部分70具有截头圆锥形的整体形状，从而有助于加强杯28。然而，该第三部分70中心处的角度受到限制，从而限制了杯28的轴向体积。
然而，如图11所示，在此，第三部分70在第二圆柱形部分32的方向上扩口。更具体地，第三部分70具有凹形外观。换句话说，如截面图所示，第三部分70位于连接第三部分70的端点P1、P2的直线下方。换句话说，连接第三部分70的端点P1、P2的区段不包括在杯28中。
图11的杯28的第二示例的第三部分70具有“Y”形的臂74，类似于上面参照图10所描述的那些。然而，作为替代，杯28的第二示例可以具有梯形臂74，如参照图8所述。在图11的杯28的第二示例中，只有臂74的形状不同，如截面图所示。
在该示例中，杯28在第一部分68和第三部分70之间具有弯曲部。弯曲部可以具有厚度e2，该厚度e2大于第一部分68的厚度e1。厚度e2和厚度e1之间的比值尤其可以大于或等于1.3和/或小于或等于1.6。较厚的弯曲部使得可以加强杯28。例如，厚度e1等于1.8毫米。弯曲部的最大厚度e2可以等于2.8毫米。
本发明不限于关于附图描述的示例性实施例，并且进一步的实施例对于本领域技术人员来说将变得显而易见。特别地，各种示例可以组合，只要它们不矛盾。
具体而言，上述各种示例可以进行组合。

Claims (11)

1.一种用于具有外部转子(14)的电动机的转子杯(28)，特别是用于旨在装备机动车辆的加热、通风或空调设备的电动机风扇单元，所述转子杯(28)表现出关于对称轴线(A)的旋转对称性，所述转子杯(28)包括：
径向内部的第一圆柱形部分(68)，
径向外部的第二圆柱形部分(32)，以及
所述第一圆柱形部分(68)和所述第二圆柱形部分(32)之间的至少第三部分(70)，使得如在截面图中所见，所述第三部分(70)在径向内部的第一点(P1)和径向外部的第二点(P2)之间延伸，连接第一点(P1)和第二点(P2)的直线与所述转子杯(28)的对称轴线(A)形成65°至80°之间的角度(α)，一方面、所述第一点(P1)与所述转子杯(28)的对称轴线(A)之间的距离(RP1)与另一方面、所述第二圆柱形部分(32)的半径(R32)之间的比值在0.04和0.32之间，一方面、所述第二点(P2)与所述转子杯(28)的对称轴线(A)之间的距离(RP2)与另一方面、所述第二圆柱形部分(32)的所述半径(R32)之间的比值在0.65和1.0之间。
2.如权利要求1所述的转子杯，其中，所述转子杯包括所述第一圆柱形部分(68)和所述第三部分(70)之间的环形的第四部分(76)，其基本上垂直于所述转子杯(28)的对称轴线(A)，所述第四部分(72)的内半径(R76i)与所述第二圆柱形部分(32)的半径(R32)之间的比值优选地在0.05和0.24之间，和/或，所述第四部分(76)的外半径(R76e)与所述第二圆柱形部分(32)的所述半径(R32)之间的比值优选地在0.15和0.30之间。
3.如权利要求1或2所述的转子杯，其中，所述第四部分(76)相对于所述第三部分(70)形成凹槽。
4.如权利要求1至3中任一项所述的转子杯，其中，所述第三部分(70)为截头圆锥形或扩口形。
5.如前述权利要求中任一项所述的转子杯，其中，所述第三部分(70)具有由臂(74)分隔的开口(72)，所述转子杯(28)优选包括大于或等于七个的、质数个的臂(74)。
6.如权利要求5所述的转子杯，其中，所述开口(72)是梯形的或者是拱顶形式。
7.如权利要求5或6所述的转子杯，其中，所述臂(74)呈“Y”形。
8.如前述权利要求中任一项所述的转子杯，其中，所述转子杯由金属制成，所述转子杯(28)的厚度优选小于或等于3mm，更优选小于或等于2mm，甚至更优选等于1.6mm。
9.如前述权利要求中任一项所述的转子杯，其中，如截面图所示，在适当的情况下，所述转子杯包括在一侧的所述第一圆柱形部分(68)和适当地在另一侧的所述第三部分(70)或第四部分(76)之间的弯曲部，所述弯曲部的厚度(e2)大于所述第一圆柱形部分(68)的厚度(e1)，所述弯曲部的所述厚度(e2)与所述第一圆柱形部分(68)的所述厚度(e1)之间的比值优选地大于或等于1.3和/或小于或等于1.6。
10.一种用于机动车辆加热、通风或空调设备的具有外部转子(14)的电动机，包括：具有绕组的定子(26)；转子(18)，包括如前述权利要求中任一项所述的转子杯(28)；磁体(27)，固定在所述转子杯(28)的所述第二圆柱形部分(32)上，所述磁体(27)相对于所述定子(26)的绕组径向布置在外部。
11.一种用于机动车辆加热、通风或空调设备的风扇(10)，包括：如权利要求10所述的电动机(14)；轴(30)，固定至所述转子杯(28)；以及风扇叶轮(12)，固定至所述轴(30)以便在驱动下旋转。
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