CN1205763A - 冷却风扇与电动机用扭转－锁定连接系统 - Google Patents

Abstract

一冷却风扇组件(13)借助一带有几个径向凸耳(33)的相匹配的“扭转－锁定”接合板(30),与一电动机相连,两者于相应轮毂(22A)的肩部凹槽(22)中相啮合。

Description

冷却风扇与电动机用 扭转-锁定连接系统

发明背景

本发明涉及冷却风扇安装于电动机的连接系统，尤其涉及由电动机驱动的汽车冷却系统风扇。

汽车冷却系统经常采用由电动机驱动的冷却风扇。风扇与电动机必须以某种方式相连接。要在现代汽车机罩下愈来愈减小的布局空间中，容纳冷却风扇和电动机系统，就必须使该系统相当紧凑，理论上应减小风扇和电动机组件的轴向长度。在汽车工业中另一个必不可少的要求是通过简化零件制造和装配的降低生产成本。在努力提高燃料经济性的同时，还希望尽可能减少风扇与电动机组件的重量。

对经常暴露于雨水飞溅，有时处于海岸附近的腐蚀环境下的冷却风扇和电动机组件，还要求其具有高的可靠性。用户要求车辆振动小且运行平稳，这就需要风扇和电动机组件以较小噪音和振动运转；故一定要减小风扇和电动机组件在工作和寿命周期内的动态不平衡。

正如精通此技术的人们所理解的那样，最小的机组组件尺寸，重量，寿命周期内的噪音和振动及制造成本与最高的可靠性经常存在着矛盾的设计参数，以及最终的设计选择。

早先公知的电动机风扇和冷却组件一直通过类似锥形垫圈的径向弹簧卡环将风扇连接于电动机轴，此卡环产生轴向张力，使风扇牢固地装在轴上。弹簧卡环在轴上形成的槽中与轴相接合。当超过风扇和电动机的寿命周期时，弹簧卡环可能疲劳破坏，就会导致风扇与电动机轴分离。此外，风扇与电动机组件连接系统上，增加一个弹簧卡环，必须会增加组装结构的轴向长度。同样，值得注意的是因两个理由：(a)随着摆动载荷作用于风扇而使弹簧卡环挠曲，与(b)相当小的弹簧卡环直径未留下很大的支承表面以抵销作用在风扇上的摆动载荷，故弹簧卡环不易抑制风扇相对电动机轴的摆动。

另一种公知的冷却风扇与电动机轴的连接系统包括模压在风扇中的一个金属轮毂。金属轮毂借助一个销，例如一圆柱销与电动机轴相连接。模压就位的轮毂和销的安装系统在许多方面增加了制造复杂性。首先电动机轴要钻孔以便装销。其次，装有模压就位金属轮毂的塑料风扇的生产费用必然比只由塑料制造的风扇要贵。第三，风扇和电动机组件需要插入销，增加了附加的制造组装工序。

在汽车工业中，长期以来一直感到需要这样一种电动机与冷却风扇连接系统它减少了组件的轴向长度，降低了重量和制造成本，增加产品在寿命周期内的可靠性及在超过产品的寿命周期期间保持良好的动态平衡(从而有较低的振动和噪音)还要使制造和装配费用相当便宜。

发明的概要

本发明满足了汽车工业中对冷却风扇和电动机连接系统的这些要求，即具有最小的组件轴向长度，减轻了重量，增加了在组件的寿命周期内的可靠性和保持动态平衡，而且还降低制造和装配成本。本发明的冷却风扇和电动机连接组件也允许易于分解和重新装配电动机和风扇，而并不影响重新装配好的组件的动平衡。本发明的冷却风扇和电动机连接组件的特点是把跟电动机和风扇之一相连接的带径向凸耳的接合板插入跟电动机和风扇之另一件相连接的相应轮毂的肩部凹槽中，而形成的“扭转-锁定”啮合。

本发明的特点是冷却风扇和电动机连接系统包括一接合板，以连接电动机和冷却风扇之一，接合板上至少有一个径向向外伸出的凸耳。该系统还有一轮毂，以连接电动机和冷却风扇之另一件，其上有一限定的凹槽，供接合板轴向插入之用，还有一肩部，随接合板与轮毂相对锁定转动而锁位凸耳。

本发明的另一特点是冷却风扇和电动机连接系统包括一接合板，以连接电动机轴和冷却风扇之一，接合板上设有多个径向向外伸出的凸耳。该系统还有一轮毂，以连接电动机轴和冷却风扇之另一件，其上有一条由一个前面和一个通常为径向取向的侧壁限定的凹槽，供接合板轴向插入其内。轮毂凹槽还由多个肩部所限定，且与各相应的凸耳相对应，与前面有轴向间隔，用以随接合板和轮毂相对锁定转动而锁位应力相应的凸耳。

本发明还有一特点是冷却风扇和电动机系统包括一个有电动机轴的电动机和一个冷却风扇。接合板跟电动机轴和冷却风扇之一相连接，其上有多个径向对称取向，向外伸出的凸耳。轮毂跟电动机轴和冷却风扇之另一件相连，其上有一根由一个前面一个通常为径向取向的侧壁及多个肩部所限定的凹槽，与各相应的凸耳相对应，以相对于前面的相反形式轴向间隔，用以使接合板的轴向插入肩部之间的凹槽内，并随接合板和轮毂相对锁定转动而锁位应力相应的凸耳。在接合板和轮毂之一上设置几个伸出的制动爪，而在接合板和轮毂之另一件上设置相应的几个凹槽，两者随着轮毂与接合板相对锁定转动而互相啮合。

附图说明

图1是本发明的电动机和冷却风扇连接系统的局部轴向剖视图，为简化此图，示意地表示了电动机和断开的风扇叶片；

图2是图1冷却风扇的后视图，示意地表示断开的风扇叶片。

图2A是图2冷却风扇的前视图。

图3是沿图2的3-3线所取的扇形剖视图。

图4是沿图2的4-4线所取的风扇轮毂部分的断开的剖视图，带有断开的风扇的剩余部分。

图5是图2风扇轮毂部分放大后的后视图。

图6是沿图5的6-6线所取的扇形轮毂部分断开的剖视图。

图7是图1组件的接合板部分的前视图。

图8是图7接合板的后视图。

图9是沿图7的9-9线所取的接合板的径向剖视图。

图10是沿图7的10-10线所取的扇形接合板的剖视图。

图11是分别沿图2和7的11-11的组装后的风扇图中已此表示轮毂部分与接合板的扇形剖视图。

优先实施例的详细说明

图1表示装配好的冷却风扇驱动电动机11的局部剖视图，其上有一轴12和一冷却风扇13，冷却风扇包括多个风扇叶片，可用该技术领域中任何已知的方法制成。这种风扇叶片结构的例子公司于美国专利NO.5,326,225中，正如在此充分陈述的那样，引用该专利的整个内容是为了参考。风扇组件13还在转子20内限定一中心孔15，风扇叶片14的根部与转子相连。用下述方法，通过接合板30，使转子20与电动机轴12相连。

现参照图2-6，表示了风扇13的后视图，和前视图，附有针对转子20的附图的特别细节，包括连接风扇叶片14根部的转子裙部，转子加强筋22及轮毂22A。轮毂22A上已成形一轮毂凹槽23，包括一通常为平直的前面24，一径向定位侧壁25以及轮毂驱动边25A。

轮毂22A还限定了肩部26，与前面24有轴向间隔并自侧壁25径向向内伸入。有利于风扇组件13的动平衡，转子肩部26沿转子轮毂22A周边对称间隔排列。虽然，图中表示三个肩部26相互间隔120°，但应当了解可选择任何别的数量的肩部，以便和本发明一起应用。甚至可利用一个肩部，但优先的最小数应至少为两个对称间隔的肩部。另一方面，肩部26也可为不对称形和/或间隔的，但最好要进行系统的动态平衡。

正如特别于图5和6所示，轮毂22A还有多个(图中表示3个)制动爪27从轮毂前面24轴向伸出。轮毂22A前面24还有一条槽28及应力减轻切槽29。制动爪27，槽28和应力减轻切槽29的具体功能将在有关产品装配的更详细的下文中进行解释。

现参考图7～10说明接合板30的结构。接合板上有一孔31，供其上连接电动机轴12，相互之间最好为热装(冷缩)配合。然而，应当了解同样可利用其它连接结构；例如，粘接，钎焊，焊接或采用一销钉。业已发现热装配合可对风扇13旋转的载荷提供足够的扭转剪切阻力。接合板30有一可在其上加工成形的六角形结构32，其作用将在有关产品装配的更详细的下进行解释。

接合板凸耳33自接合板30径向伸出。每个接合板凸耳33限定一径向外边缘34及一凸耳驱动边缘34A。接合板30还有一啮合面35，此面有一斜块段36，自啮合面35向间隙面35A倾斜。接合板30上还有多个制动爪凹槽37，与各相应的轮毂制动爪27相对应。在啮合面35上设有一键38，加工成局部球形外形。制动爪凹槽37和键38的功能将在有关产品装配的下文中加以说明。

风扇组件13的结构最好为整体式单个模压件。风扇组件13的一种合适的模压材料为含12％玻璃纤维与28％人造纤维如由E.I.Dupont de Nemours of Delaware，USA出售的“NYLON66”的热塑料，尽管打算以任何适合于制造汽车冷却风扇的其它塑料取代它。

接合板30可便于以单一粉末状金属烧结处理而制成。中以利用任何适合烧结的金属，但适于此应用的粉末状金属要具有50,000磅/英寸²(345MPa)的抗拉强度。电动机轴12可由低碳钢制造，在小功率电动机工业中，它是通用的。

整台电动机11与冷却风扇13系统易于装配。接合板30通过如前所述的热装配合，在整台电动机装配前，期间或以后，与电动机轴12相连接。如图1所示使接合板30插入风扇组件13。随着接合板30插入轮毂凹槽23，轮毂22A与接合板30互相转动。于是，接合板30径向凸耳33便由轮毂前面24，径向侧壁25，轮毂驱动边25A，肩部26及轮毂制动爪27被锁定在轮毂凹槽23内，即完成了“扭转-锁定”锁定，这将在下文作更详细的说明。

接合板30与风扇轮毂22A向“扭转-锁定”组装可通过将套筒或其它型式的扳手插入风扇组件13形成的孔15并与接合板30内成形的六角形结构32相啮合而进行。于是可用扳手得到使接合板凸耳33与风扇轮毂22A相对转动所需的扭转力。

随着接合板30插入轮毂22A并相对转动而使风扇13与接合板30的组装，当凸耳33与轮毂肩部26相啮合时，轮毂制动爪27骑在接合板间隙面35A上。然后随着继续转动，轮毂制动爪27与接合板30的斜坡段36之间轴向接触，使轮毂22A肩部段26轴向向外伸展并远离轮毂前面24。接合板30相对轮毂22A进一步“扭转-锁定”转动，推动风肩组件13的制动爪27，在接合板30的凹槽37内啮合并锁定，如图11所示。随着凸耳驱动边34A与轮毂驱动边25A相啮合，而完成“扭转-锁定”转动。

在风扇轮毂22A前面24中成形的应力减轻切槽29有助于阻止在接合板30插入与扭转时可能在风扇轮毂22A上产生的裂纹，这种裂纹另外可能由于轮毂肩部26的挠曲而出现。如果一个或更多的风扇叶片在风扇运转期间受冲击或受别的快速冲击载荷作用，例如大流量水或固体碎片偶然被吸入转动着的风扇结构，则应力减轻切槽29同样方便地有利于防止风扇组件13产生裂纹。

在接合板30上成形的键38及其在轮毂22A前面24中成形的相配的槽28，为在图11所示的整个冷却系统组件的制造期间为易于动态平衡，提供该组件简单的组装定位。如果它们曾被拆卸维修过，则在组件重新组装期间，键38和相应的槽28同样保证适当的平衡好的组件定位。另一方面，为提供组件简单组装定位，肩部26与凸耳33可有不对称地间隔或是不对称的型面。当然，如果选择不对称定位或型面的肩部26和凸耳33作为部分设计，则最好用任何该技术方面已知的技术，对此组装结构作动态平衡。

通过选择风扇组件13的轮毂部分22A与接合板30的模压允差，可使接合板30与轮毂22A之间轴向和径向均为紧配合，以确保在组装期间和风扇与电动机组件的整个寿命循环期间转动的平稳性。由于选定轮毂22A侧壁25的内部径向尺寸小于接合板凸耳径向外边34的径向尺寸，就能实现偏差压配合。同样，由于选定轮毂22A前面24与肩部26之间的实际间隔小于接合板30的轴向宽度，即能在轴向尺寸上实现偏差压配合。

有弹性的塑料轮毂22A对刚性的接合板30的偏差压配合提供足够的尺寸偏差，以补偿金属轮毂30和塑料风扇组件13的热膨胀系数的差别，还可补偿在寿命循环期间塑料风扇结构老化引起的变形或蠕变。

最后，轮毂22A和接合板30之间的偏差压配合发生在离电动机轴12中心相当长的径向距离。该径向间隔提供了一广宽的空间和接合板30与轮毂22A之间大的啮合平面，可抑制风扇组件13相对电动机轴12的摆动或振动载荷，这又提高了动态刚性，因而减小了振动。

虽然这是已图示和说明了本发明的优先实施例，但精通于此技术的人们仍然可以本文所附的权利要求书范围内，对本优先实施例作些更改，可对风扇组件13和接合板30的组件结构作修改。例如，键38可在风扇轮毂22A上成形，而相应的槽28可模压在接合板30中。同样，轮毂凹槽23与其前面24，径向侧壁25，肩部26和制动爪27(或任何代用品)可在接合板中成形，而相应的凸耳33，啮合面35，斜坡为36，制动爪凹槽37和键38可相应地在风扇结构13中成形、可按精通于此技术的人们的自由决定，有选择地使分别示于所公开的图1～10中风扇13和接合板30的任何基体结构要素反过来。同样，凸耳与肩部轮毂能轴向互锁而不是径向互锁；而制动爪和相对应的制动爪凹槽可径向定位，而不是轴向定位。

Claims (29)

1.一种冷却风扇和电动机连接系统，包括：

(a)一接合板，用以连接电动机和冷却风扇之一，其上至少有一个径向向外伸出的凸耳；与

(b)一轮毂，用以连接电动机和冷却风扇中之另一件，其上有一限定的凹槽，用以将接合板轴向定向插入其内，还有一肩部，用以随接合板与轮毂相对锁定转动而锁位应力凸耳。

2.按权利要求1的系统，其特征在于接合板有多个凸耳，而轮毂有多个肩部。

3.按权利要求2的系统，其特征在于相应的凸耳和肩部被径向对称定向。

4.按权利要求2的系统，其特征在于相应的凸耳和肩部被轴向对称定向。

5.按权利要求2的系统，其特征在于还包括至少一伸出的制动爪、配置在接合板和轮毂中之一上；和至少有一相应的凹槽，配置在接合板和轮毂中之另一件上，两者随轮毂和接合板相对锁定转动而相互啮合。

6.按权利要求2的系统，其特征在于接合板有三个凸耳，而轮毂有三个肩部。

7.按权利要求2的系统，其特征在于在轮毂和接合板中之一上有一个由此伸出的键，而在轮毂和接合板中之另一件上有一相应的槽，以安装该键。

8.按权利要求2的系统，其特征在于接合板有一连接电动机轴的孔，而轮毂与冷却风扇相连。

9.按权利要求2的系统，其特征在于：

(a)轮毂由弹性材料制成；与

(b)凹槽由一般为径向定向的侧壁而限定，部分区段为对称定向，并与接合板的径向外边径向偏差啮合，而肩部被对称定位，并随接合板和轮毂的相对锁定转动，与接合板轴向偏差啮合。

10.按权利要求2的系统，其特征在于接合板还包括一啮合面，以紧贴轮毂肩部。

11.按权利要求10的系统，其特征在于接合板凸耳有一与轮毂驱动边啮合的驱动边。

12.一种冷却风扇和电动机连接系统，包括：

(a)一接合板，用以连接电动机和冷却风扇中之一，其上至少有一个径向向外伸出的凸耳；与

(b)一轮毂，用以连接电动机轴和冷却风扇中之另一件，其上有一由前面和一般为径向定位的侧壁所限定的凹槽，用以插入接合板的轴向定位插入部，轮毂凹槽还进一步被多个肩部所限定，与各相应的凸耳相对应，离前面有轴向间隔，用以随接合板与轮毂相对锁定转动而锁位应力相应的凸耳。

13.按权利要求12的系统，其特征在于：

(a)轮毂由有弹性的材料制造；

(b)一般为径向定位的侧壁限定了对称定位并与接合板的径向外边径向偏差啮合的部分区段，而肩部被对称定位，并随接合板和轮毂的相对锁定转动，与接合板轴向偏差啮合。

14.按权利要求13的系统，其特征在于接合板还包括一啮合面，以紧贴轮毂肩部。

15.按权利要求12的系统，其特征在于至少一个凸耳有一与轮毂驱动边啮合的驱动边。

16.按权利要求12的系统，其特征在于相应的凸耳和肩部径向对称定位。

17.按权利要求12的系统，其特征在于相应的凸耳和肩部轴向对称定位。

18.按权利要求12的系统，还包括配置在接合板和轮毂中之一上的伸出的制动爪，以及配置在接合板和轮毂中之另一件上相应的凹槽，两者随轮毂和接合板的相对锁定转动而相互啮合。

19.按权利要求12的系统，其特征在于在轮毂与接合板中之一上有一由此伸出的键，而在轮毂和接合板中之另一件上有一相应的槽，以嵌入该键。

20.按权利要求12的系统，其特征在于接合板有一连接电动机轴的孔，而轮毂与冷却风扇相连。

21.按权利要求12的系统，其特征在于轮毂在限定凹槽的面上限定切槽。

22.一种冷却风扇和电动机连接系统，包括：

(a)有一电动机轴的电动机；

(b)一冷却风扇；

(c)一接合板，与电动机轴和冷却风扇中之一相连，其上有多个径向对称定位的向外伸出的凸耳；

(d)一轮毂，与电动机轴和冷却风扇中之另一件相连，其上有一由前面，一般为径向定位的侧壁和多个肩部所限定的凹槽，与各相应的凸耳相对应，以相对于前面的相反的形式轴向间隔，用以使接合板的轴向定位插入部插入肩部之间的凹槽，并随接合板与轮毂相对锁定转动而锁位应力相应的凸耳；和

(e)配置在接合板和轮毂中之一上伸出的制动爪，以及配置在接合板和轮毂中之另一件上相应的凹槽，两者随轮毂和接合板的相对锁定转动而互相啮合。

23.按权利要求22的系统，其特征在于：

(a)轮毂由有弹性的材料制造；

(b)一般为径向定位的侧壁限定了对称定位并与接合板的径向外边径向偏差啮合的部分区段，而肩部被对称定位并随接合板和轮毂的相对锁定转动，与接合板轴向偏差啮合。

24.按权利要求23的系统，其特征在于接合板还包括一啮合面，以紧贴轮毂肩部，其上有一相对轮毂轴向定位的斜坡段。

25.按权利要求22的系统，其特征在于至少一个凸耳有一与轮毂驱动边啮合的驱动边。

26.按权利要求22的系统，其特征在于接合板有三个凸耳，而轮毂有三个肩部。

27.按权利要求22的系统，其特征在于轮毂和接合板中之一有一由此伸出的键，而轮毂和接合板中之另一件有一相应的槽，以嵌入该键。

28.按权利要求22的系统，其特征在于接合板有一连接电动机轴的孔，而轮毂与另一件冷却风扇相连。

29.按权利要求22的系统，其特征在于轮毂在限定凹槽的面上限定几个切槽。

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