CN1182643C - 带轴向入口的通风用鼓风机叶轮 - Google Patents

带轴向入口的通风用鼓风机叶轮 Download PDF

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Abstract

一种用于向电机壳体内提供通风气流的装置。这种装置包括一个安装到壳体上的轮毂，轮毂带有一个突出的中心部分和一个基本为环形的外部部分。该中心部分从外部部分向上突出以形成外表面。这种装置的特征是从轮毂向上延伸的第一组主叶片、从轮毂向下延伸的第二组辅助叶片。通风气流通过了轮毂中的一个轴向孔，主叶片适用于将气流至少部分地导入中心孔，而辅助叶片适用于带动气流通过壳体。一种用于向电机壳体内提供通风气流的鼓风机叶轮。这种鼓风机叶轮的特征是一个基本为圆顶状的轮毂。鼓风机叶轮的特征可以是具有自轮毂向下延伸的第三组叶片以将气流送至壳体内。

Description

带轴向入口的通风用鼓风机叶轮
                        技术领域
本发明涉及一种用于向电机提供通风气流的装置。特别是，本发明涉及一种用于向电动机提供通风气流的带有一个轴向入口的鼓风机叶轮。
                        背景技术
电机如电动机在运行期间会产生热量，如果热量不能散发出去，就会在电机内积累因而使内部部件受到损坏或者使它们的使用寿命缩短。传统的电动机(即电机)要使用通风气流，通风气流穿过电动机壳体上的孔或槽，从而冷却内部电动机部件。在一种常用的结构中，电动机包括一个中心固定于电动机转动轴上的风扇或类似结构，它带有一组或多组扇片(或叶片)，用于引导冷却气流，冷却气流随后通过孔或槽进入电动机壳体内。在这种结构中，冷却气流穿过孔或槽时可能会产生令人厌烦的或过大的噪音(例如由所谓的气笛效应引起)。在这种结构中，风扇中心安装于电动机轴上的方式也特别易于导致出现不平衡或偏心或其它结构不稳定性，这种情况立刻(即使鼓风机叶轮安装正确)会引发摆动效应。在其它所知的结构中，电动机上带有一个中心通风口，冷却气流可通过它进入电动机内。这种型式的所知结构通常更加昂贵、更加复杂而且要求电动机轴向总长度更长。
因此，如果有一种能有效地使电动机冷却并能减少或消除通风气流的流动所产生的气笛效应的电动机鼓风机叶轮，这将会非常有利。如果有一种能紧固稳定(例如有多个安装点)地安装于电动机转动部分(即转子)上并只需在安装过程中调整平衡的鼓风机叶轮，将会非常有利。如果有一种具有由较高强度的塑料材料制成的比较结实的整体结构形式并且成本较低的鼓风机叶轮，也将会非常有利。如果有一种适于加热、通风及空气调节(HVAC)应用领域中更高效率的鼓风机叶轮，也将会非常有利。如果有一种能使电动机得到有效冷却并且能保护电动机部件与喷溅的潮气隔绝的鼓风机叶轮，也将会非常有利。
                        发明内容
本发明涉及一种用于向电机壳体内提供通风气流的装置。这种装置包括一个轮毂，轮毂带有一个中心部分和一个形成外表面的基本为环形的外部部分。这种装置还包括从轮毂的外部部分向上延伸的第一组叶片、从轮毂的外部部分向下延伸的第二组叶片、以及适用于将轮毂安装到毂体上的安装装置。通风气流通过了轮毂中心部分中的一个轴向孔，第一组叶片适用于将气流至少部分地导向轮毂的外表面并且至少部分地导入中心孔内，而第二组叶片适用于带动气流通过壳体。
                        附图说明
图1是根据一个优选实施方案安装到电动机上的鼓风机叶轮的透视图；
图2是鼓风机叶轮和电动机的剖开截面图(用方向箭头示出通过的气流方向)；
图3是鼓风机叶轮和电动机的顶视图(用方向箭头示出通过的气流方向)；
图4是鼓风机叶轮的剖开顶视图(用方向箭头示出通过的气流方向)；
图4a是鼓风机叶轮的一个主叶片的剖开(详细)顶视图(用方向箭头示出通过的气流方向)；
图5是鼓风机叶轮和电动机的剖开顶视图(用方向箭头示出通过的气流方向)。
                     具体实施方式
参照图1，所示为安装到电动机200(位于鼓风机叶轮下方，部分可见)上的根据一个优选实施方案的鼓风机叶轮100。鼓风机叶轮100安装到电动机200的转动部分(即转子240)上，因而绕电动机200的中心转动轴线转动。
鼓风机叶轮100包括一个居中定位的圆顶状轮毂110，轮毂110上具有一个通过其中的位于中心(轴向)的通风气流入口120。现在参照图2，如图所示，轮毂110具有一个由上抛物型表面和下抛物型表面(分别由标号数字112和114标明)组成的弯曲轮廓，上、下抛物型表面平滑汇合以便形成一个平滑连续基本为圆顶状的外表面，这种轮廓是根据理想的设计标准进行了优化的以便保证通风气流的效率。轮毂110的上表面112与通风气流入口120的圆形内表面汇合，这种轮廓是进行了优化的，以便使通风气流的噪声最小化。流入鼓风机叶轮100和绕鼓风机叶轮100的一般的通风气流由箭头(标号字母为A)标明。
轮毂110的下表面114在轮毂110的外径边缘115处为基本水平(即平整)的轮廓，一组竖直的主叶片130由此处垂直向上延伸。一组辅助叶片140在轮毂110的外径边缘115处垂直向下延伸。如图1中清楚地所示，主叶片130的底端由轮毂115所支承(即安装)，而其顶端由支承和固定结构(图示为外圈134)支承，每个主叶片130均与该支承和固定结构相连。如图2所示，主叶片130具有一个弯曲的底端伸出部132，它汇入轮毂110下表面114的弯曲轮廓中。各个辅助叶片142的顶端安装到轮毂110的外径边缘(下表面)上，在顶端弯曲部142处与轮毂110的底面轮廓形成平滑过度。(圆角过渡的伸出部132和142用于减小应力集中，否则应力集中会使叶片130和140的安装变弱化。)根据优选实施方案，主叶片130和辅助叶片140沿轮毂110外径边缘115的整个圆周(分别在顶面和底面)上均匀间隔开分布。(在各图中，为使其它零件和部件可见，只画出了部分叶片)。
轮毂110的内表面也为基本与轮毂110的外表面(如前所述)相同的弯曲轮廓。在邻近通风气流入口120的轮毂110上部，一组叶轮叶片150(在优选实施方案中采用了四个)向下向内(基本为竖直和水平方向)延伸。叶轮叶片150的形状与轮毂110的内轮廓相适合，它包括一个圆形的外圆角152，用以减小噪声。在轮毂110内还有一组安装构件160竖直向下延伸，它们不仅用来增大鼓风机叶轮100的结构强度，而且用来将鼓风机叶轮100在相应数目的安装点处安装到电动机200上，安装点从安装构件(图示为支桩160)向下延伸到电动机200之转子240壳体中的对应孔246内。(转子通常为金属材料)。鼓风机叶轮100的结构使其通过四个安装点紧固稳定地安装到转子240上，安装点由支柱162(由支桩160上伸出)和对应的孔246(位于转子240的壳体内)构成。
如图1和图2所示，鼓风机叶轮100从电动机200的壳体242沿轴线方向延伸。(在各图所示的实施方案中，电动机采用的是轴向长度缩短的结构方案。)在图2中可见的有端盖250、转子240(示出了常见的用于通过通风气流的通风槽244)、通量环222、磁铁224(一般型)、铁心片226(一般型、带有线圈绕组227)、以及内部定子支承结构228(图中部分示出)。端盖250具有一个用于在应用场合中安装电动机的安装凸缘252。
现在参照图3，示出了主叶片130的弯曲剖面形状及其整体分布结构。主叶片130从鼓风机叶轮100的外圆周向内延伸。在稳定状态的情况下，当鼓风机叶轮100转动时(电动机240和鼓风机叶轮100的逆时针转动方向如标号字母为R的箭头方向所示)，通风气流在各转动(弯曲)主叶片130之间并由其带动而形成涡流分布，一部分通风气流被引入轮毂110中心的居中定位(轴向)的通风气流入口120中，而一部分气流则由转动的主叶片130之间排出。现在参照图4和图4a，被引入通风气流入口120的通风气流进一步由转动的弯曲叶轮叶片150向下引入轮毂110内部的基本为开口圆柱形的中心室(在图2中如标号数字170所示)中。现在参照图5，示出了转子240外表面(即壳体242)上的通风气流孔(槽244)(其中某些电动机部件为剖视图)。通风气流在转动的弯曲叶轮叶片150作用的迫使下和转动的弯曲辅助叶片140作用的带动下，从室170进入槽244内，并通往端盖250和转子240之间的径向通风气流通路中(见图2中)。主叶片130、叶轮叶片150或辅助叶片140的个数、长度和形状(轮廓)可在保持通风机叶轮100基本结构的情况下根据需要进行调整。(在如图所示的优选实施方案中包括了四十个主叶片和辅助叶片，但根据具体应用场合设计标准的要求可以采用更多或更少的个数)。
如图所示，由于鼓风机叶轮100没有安装到电动机中心轴上，为提高效率，鼓风机叶轮100之轮毂110的通风气流入口120位于鼓风机叶轮100正中心的特别理想的轴向位置。这就使鼓风机叶轮100的中心开口以使通风气流沿电动机200的轴线流动(因而减小了气流阻抗)。电动机的设计方案及其部件的内部结构可以适应于利用鼓风机叶轮设计的优点。因此，尽管气流体积流量必须足以充分散发所产生的热量、例如由电刷电路(图中未画出)所产生的热量，并且足以确保电动机的稳定状态运行温度与具体应用场合相适应，但通过电动机的通风气流的确切通路并非对鼓风机叶轮设计结构的限制。用作通风气流入口(也用作出口)的电动机壳体内的孔或开口可以在任意适合的位置和方向为任意适合的形状，以便于通风气流按照所要求的方式流过各个电动机部件(由电动机的设计方案来规定)。在其它实施方案中，电动机可包括一个内部散热器以促进内部冷却。鼓风机叶轮的设计可以随时进行调整以便为各种型号的电动机(或电机)提供所需(冷却)通风气流。
鼓风机叶轮100的形状和轮廓(包括轮毂110的外表面和内表面)使通风气流的流动得以优化以便减少噪音并保护电动机部件与喷溅液体隔绝，否则喷溅液体会进入壳体242内。鼓风机叶轮100的结构设计同样可促进通风气流流过壳体242(在图2中最为清楚)。辅助叶片140通过按照如在汽车加热通风及空气调节(HVAC)的应用场合中气流可在车辆的旅客车厢内排出的方式那样带动通风气流通过电动机200，从而提高鼓风机叶轮100(以及电动机200)的效率。利用这种结构，电动机为带动冷却气流进入电动机壳体内所供应的能量也可用于加热、通风和空气调节动能(如同一般电动机中一样并未浪费掉)。
如各图所示的优选实施方案中所示，在优选实施方案中轮毂110包括叶轮叶片150以引导通风气流通过位于中心的通风气流入口120进入鼓风机叶轮100(并流过电动机200)。在其它实施方案中，轮毂上没有叶轮叶片，而通风气流由辅助叶片140(它基本上带动气流通过电动机200)带动通过电动机200。在任一优选实施方案中，在通风机叶轮中采用单个位于中心(轴向)的通风气流入口减小了在已知结构中可能发生的气笛效应的可能性，而在这些已知结构中，通风气流入口由一组径向间隔开分布(即未位于中心)的孔(如孔或槽)组成。
根据优选实施方案，鼓风机叶轮100包括轮毂110和叶片130、140及150的特殊形状(在图中均已画出以便基本上反映一个优选实施方案的形状和轮廓)以及与电动机200的安装结构方式可保证通风气流在电动机200中及周围的有效(而且比较密封)的流动并保护电动机部件免受喷溅潮气的损坏。在其它实施方案中，可利用任何类型的固定件或固定装置(如螺栓、夹子或铆钉等)来将鼓风机叶轮安装到电动机上。与冷却风扇具有单个或中心安装位置的所知结构方案相比，多个径向延伸的安装点增加了鼓风机叶轮转动过程中的稳定性。
鼓风机叶轮100可以容易地调整结构以用于各种应用场合或各种电动机结构设计。根据优选实施方案，鼓风机叶轮的结构形式和方向可有助于提供消音功能，这在某些应用场合中是需要的。尽管所示的实施方案非常适合于轴向长度较短的电动机(如图所示)，其它的实施方案也可适合用于其它形状和结构设计的电动机。在任一优选实施方案中，鼓风机叶轮紧固稳定地安装(或者固定)于电动机转动部分上的某个点(或某些点)处。
尽管根据优选实施方案的鼓风机叶轮包括轮毂、主叶片、叶轮叶片、以及辅助叶片，其采用如图中所画的各个基本上弯曲的形状和轮廓，但对于看过本篇公开内容的本领域的技术人员来说，应当知道鼓风机叶轮的这些部件(甚至整个结构)的形状和轮廓可以根据具体应用场合的需要进行改动而不会偏离本发明。(例如，轮毂可为其它形状，如圆锥形。)
在任一优选实施方案中，鼓风机叶轮由塑料材料制成，但在其它实施方案中它可由其它适当的材料、包括金属或复合材料制成。根据一个特别优选的实施方案，鼓风机叶轮为由具有适合于所用应用场合的强度、弹性和耐用性的模压塑料制成的整体装置。在另一个特别优选的实施方案中，鼓风机叶轮由一种具有高耐用性但仍具有足够刚性的塑料材料，如“尼龙”制成。
应当清楚，尽管所给出的详图、具体实施例、以及特殊的部件尺寸描述了本发明的优选实施方案，但它们仅用于进行举例说明。本发明的装置不限于所公开的严格的细节和条件。此外，尽管所示的为特殊的形状和孔的尺寸，但电动机的各个部件均可采用各种其它形状、几何结构和尺寸。在不偏离所附权利要求中所表达的本发明的思想的情况下，在优选实施方案的结构设计、工作条件和结构形式方面均可以进行其它形式的替换、改动、修正和省略。

Claims (16)

1.一种用于向电机壳体内提供通风气流的装置，它包括：
一个具有一中心部分和一形成外表面的基本为环形的外部部分的轮毂(110)；
从轮毂的外部部分向上延伸的第一组叶片(130)；
从轮毂的外部部分向下延伸的第二组叶片(140)；
适用于将轮毂安装到壳体上的安装装置(252)；
气流由此通过轮毂中心部分的一个轴向孔(120)而流通，第一组叶片适用于将气流至少部分地导向轮毂的外表面并且至少部分地导入轴向孔(120)内，而第二组叶片适用于带动气流通过壳体。
2.权利要求1的装置，它还包括从轮毂的中心部分向下延伸并适用于带动气流进入壳体内的第三组叶片(150)。
3.权利要求1的装置，其特征在于，轮毂(110)基本上为圆顶状。
4.权利要求1的装置，还包括一个固定构件(134)，第一组叶片(130)中的每个叶片均在末端与固定构件相连接。
5.权利要求1的装置，其特征在于，安装装置包括多个从轮毂中心部分向下延伸的安装构件。
6.权利要求5的装置，其特征在于，多个安装构件(161)中的每个安装构件均沿基本竖直的方向延伸。
7.权利要求5的装置，其特征在于，多个安装构件中的每个安装构件均为带有一个支柱(162)的支桩，该支柱适于伸入壳体的孔(246)内。
8.权利要求2的装置，其特征在于，轮毂(110)、第一组叶片(130)、第二组叶片(140)、第三组叶片(150)以及安装装置(252)加工为一个整体装置。
9.权利要求8的装置，其特征在于，所述整体装置由塑料材料制成。
10.权利要求1的装置，其特征在于，第一组叶片(130)包括至少40个叶片并且第二组叶片(140)包括至少40个叶片。
11.权利要求1的装置，其特征在于，第一组叶片(130)从轮毂沿基本竖直的方向延伸。
12.权利要求1的装置，其特征在于，第二组叶片(140)沿基本竖直的方向延伸。
13.权利要求2的装置，其特征在于，第三组叶片(150)中的每个叶片均沿基本竖直的方向延伸。
14.权利要求1的装置，其特征在于，第一组叶片(130)从轮毂的外部部分延伸一段第一竖直距离而轮毂的中心部分从轮毂延伸一段第二竖直距离，该第一距离大于第二距离。
15.权利要求1的装置，其特征在于，安装装置(252)适于与壳体形成一个基本密封的界面。
16.权利要求1的装置，其特征在于，安装装置(252)适于与电机形成一个基本防喷溅的界面。
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