DE10160820A1

DE10160820A1 - Durchstromgebläse mit Kühlungsventilator

Info

Publication number: DE10160820A1
Application number: DE10160820A
Authority: DE
Inventors: Anthony J Morelli
Original assignee: Ametek Inc
Current assignee: Ametek Inc
Priority date: 2000-12-14
Filing date: 2001-12-11
Publication date: 2002-08-08
Also published as: US20020076341A1; US6461124B1

Abstract

Eine Durchstromgebläseanordnung 10 enthält ein Gehäuse 12, das eine Motoranordnung 14 trägt. Der Rotor besitzt Durchgangsöffnungen. Eine Ventilator-Gehäuseschale 28 besitzt eine Axialöffnung 30 und ist mit dem Gehäuse gekoppelt. Mindestens ein drehbares Flügelrad 32 wird von der Welle 20 getragen und zieht Arbeitsluft durch die Axialöffnung 30, um sie durch eine Ausblasöffnung des Gehäuses auszublasen. Das drehbare Flügelrad hat einen größeren Durchmesser als der Rotor 64. Ein Kühlventilator 80 ist an dem Rotor befestigt und enthält eine Ventilatorscheibe sowie einen Ventilatorring. Die Ventilatorscheibe ist mit dem Ventilatorring über mehrere Leitschaufeln verbunden, wobei der Ventilatorring ein Fenster hat, welches direkt den Rotoröffnungen benachbart ist. Der Kühlventilator 80 hat einen Durchmesser, der nicht größer ist als derjenige des Rotors. Wenn sich der Rotor 64 dreht, zieht der Kühlventilator 80 einen Teil der Arbeitsluft über die Motoranordnung, um diese zu kühlen. Ortsfeste Flügelräder 34 können von der Gehäuseschale 28 gehaltert werden, wenn mehr als ein drehbares Flügelrad 32 vorhanden ist.

Description

Die Erfindung betrifft allgemein das Gebiet von Durchstromgebläsen. Insbesonde re geht es bei der vorliegenden Erfindung um einen Kühlventilator, der dem in dem Durchstromgebläse enthaltenen Motor in Huckepack-Bauart zugeordnet ist.

Durchstromgebläse dienen bekanntlich zum Einziehen von Luft, um die Luft an schließend in eine andere Richtung umzulenken. Solche Gebläse ziehen die Luft typischerweise durch eine Reihe von verschachtelten, von einem Motor angetrie benen drehenden Ventilatoren sowie ortsfesten Flügelrädern, um die Kraft des von dem Gebläse erzeugten Luftstroms zu steigern. Nachdem die Luft in das Gebläse eingetreten ist, wird sie typischerweise in der Hülle eines Gehäuses verwirbelt und tangential nach außen ausgeblasen.

Derzeit ist es übliche Praxis, interne Turbulenzen in dem angesetzten Motorge häuse, die Folge interner baulicher Ausgestaltungen des Gehäuses sind, zur Ab fuhr der von den Motorwicklungen erzeugten Wärme zu nutzen. Wenngleich diese Turbulenzen in den meisten Fällen zum Kühlen der Motorwicklungen ausreichen, so wird dennoch in gewissen Fällen zu viel Wärme erzeugt. Diese überschüssige Wärme kann zu einer Beschädigung des Motors und damit einhergehenden Be schädigungen anderer Teile führen. In einem Fall wurde festgestellt, daß die Tem peratur zwischen den Wicklungen und der Umgebungsluft bis zu 96°C betrug. Folglich besteht Bedarf an einer Erleichterung/Verbesserung des über die Motor wicklungen gelangenden Luftstroms bei Motoren, die in Durchstromgebläsen ein gesetzt werden.

Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung soll ein Durchstromgebläse mit einem Kühlventilator geschaffen werden.

Gemäß einem zweiten Aspekt soll ein Durchstromgebläse der oben beschriebe nen Art geschaffen werden, bei dem an einen Motor eine Ventilatoranordnung ge koppelt ist.

Nach einem noch weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Durchstromgebläse der oben umrissenen Art geschaffen, bei dem der Motor ein bürstenloser Motor mit ei ner Stator- und einer Rotoranordnung ist, wobei die Rotoranordnung mindestens eine Durchgangsöffnung besitzt.

In einem noch weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Durchstromgebläse der oben beschriebenen Art geschaffen, bei dem ein Kühlventilator an die Rotoranord nung gekoppelt ist, um Kühlungsluft durch die Öffnung einzuziehen und über die Motorwicklungen streichen zu lassen, damit Wärme in effizienterer Weise als bis her abgeführt wird.

In einem noch weiteren Aspekt schafft die vorliegende Erfindung ein Durchstrom gebläse der oben genannten Art, bei dem das Kühlgebläse einen Außendurch messer aufweist, der nicht größer ist als der Außendurchmesser des Rotors.

Die vorgenannten Ziele sowie weitere Ziele der Erfindung, die sich aus der nach folgenden detaillierten Beschreibung ergeben, werden erreicht durch ein Durch stromgebläse, welches aufweist: eine Arbeitsluft-Ventilatoranordnung mit einer Axialöffnung; und ein Gehäuse, das an die Arbeitsluft-Ventilatoranordnung ge koppelt ist und eine Ausblasöffnung aufweist; eine in dem Gehäuse gehalterte Motoranordnung, die die Arbeitsluft-Ventilatoranordnung dreht und die einen Sta tor und einen Rotor aufweist, wobei der Rotor mindestens eine Durchgangsöffnung besitzt; und einen Kühlventilator, der mit dem Rotor derart gekoppelt ist, daß bei drehendem Motor Kühlungsluft durch die Durchgangsöffnung gezogen wird.

Weitere Aspekte der Erfindung beinhalten: ein Gehäuse mit einer Tangential-Aus blasöffnung; einer von dem Gehäuse gehalterten Motoranordnung mit einem Sta tor und einem Rotor, von denen der Rotor eine Welle dreht, wenn die Motoranord nung gespeist wird, wobei der Rotor Durchgangsöffnungen besitzt; eine Ventila torumhüllung mit einer Axialöffnung; mindestens einen von der Welle getragenen drehenden Ventilator, welcher durch die Axialöffnung Arbeitsluft zieht und die Ar beitsluft durch die Ausblasöffnung nach außen bläst, wobei der mindestens eine drehende Ventilator einen Durchmesser besitzt, der größer als derjenige des Ro tors ist; und einen Kühlventilator mit einer Ventilatorscheibe und einem Ventilator ring, die miteinander durch mehrere Leitschaufeln verbunden sind, wobei der Ven tilatorring ein Fenster enthält, welches direkt den Rotoröffnungen benachbart ist, und das Kühlgebläse einen Durchmesser besitzt, der nicht größer ist als derjenige des Rotors.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Durchstromgebläses;

Fig. 2 eine Frontansicht des Durchstromgebläses;

Fig. 3 eine vergrößerte Ansicht eines Kühlventilators, der an einer Welle des Durchstromgebläses angebracht ist;

Fig. 4 eine Draufsicht auf die von dem Gebläse getragene Statoranordnung;

Fig. 5 eine Draufsicht auf eine von dem Gebläse getragene Rotoranordnung;

Fig. 6 eine Draufsicht auf einen Kühlventilator; und

Fig. 7 eine kantenseitige Ansicht des Kühlventilators.

Zunächst speziell auf die Fig. 1 bis 5 bezugnehmend, enthält ein allgemein mit 10 bezeichnetes Durchstromgebläse mit Kühlventilator ein Gehäuse 12, welches eine Motoranordnung 14 aufnimmt. Ein Paar Stromleitungen 16 geht von dem Ge häuse 12 ab, um dem Motor 14 von einer (nicht gezeigten) Energiequelle elektri sche Energie zuzuspeisen. In an sich bekannter Weise ist an die Motoranordnung 14 eine Welle 20 gekoppelt.

Eine Ventilatoranordnung 22 wird von der Welle 20 gedreht und ist mit dieser über eine Beilagscheibe 24 und einer Mutter 26 gekoppelt. Die Ventilatoranordnung 22 enthält eine Ventilator-Gehäuseschale 28, die die Ventilatoranordnung teilweise umschließt und an dem Gehäuse 12 durch Preßpassung oder geeignete Befesti gungsmittel fixiert ist. Die Gehäuseschale 28 besitzt eine Axialöffnung 30 zum be darfsweisen Einziehen von Arbeitsfuft und/oder Kühlungsluft. Die Ventilatoranord nung 22 enthält mindestens ein drehendes Flügelrad 32, und in der bevorzugten Ausführungsform sind drei drehende Flügelräder vorhanden. Verschachtelt zwi schen den einzelnen drehenden Flügelrädern 32 befinden sich ortsfeste Flügelrä der 34, die von einer Innenfläche der Gehäuseschale 28 in an sich bekannter Weise gehaltert werden. Wenn sich die drehbaren Flügelräder 32 drehen, wird Luft durch die Axialöffnung 30 eingezogen und dann von jedem Flügelrad radial nach außen bewegt. Nach dem Verlassen der Blätter der Flügelräder 32 wird die Luft unter Druck gesetzt und anschließend durch das ortsfeste Flügelrad 34 gedrückt, um von dem nächstfolgenden drehbaren Flügelrad 32 aufgenommen zu werden. Man sieht, daß praktisch jede beliebige Anzahl von drehbaren Flügelrädern 32 so wie ortsfesten Flügelrädern 34 in einem Gebläse 10 eingesetzt werden kann, wie es hier beschrieben wird. Typischerweise gibt es stets ein ortsfestes Flügelrad we niger, als es drehbare Flügelräder gibt. Wie in Fig. 1 gezeigt ist, gibt es drei dre hende und zwei ortsfeste Flügelräder. Ist nur ein drehendes Flügelrad vorhanden, so braucht kein ortsfestes Flügelrad vorhanden zu sein.

Das Gehäuse enthält eine tangential verlaufende Ausblasöffnung 38, durch die hindurch die Arbeitsluft ausgeblasen wird. Die Öffnung 38 befindet sich an einem Ende des Gehäuses 12 abgewandt von dem Ende, wo sich die Axialöffnung befin det. Man sieht, daß, wenn Arbeitsluft aus dem drehenden Flügelrad 32, welches am weitesten von der Axialöffnung 30 entfernt ist, austritt, diese Luft innerhalb des Gehäuses umherwirbelt und, nachdem sie unter Druck steht, aus der Ausblasöff nung 38 austritt. Das Gehäuse 12 enthält eine sich axial erstreckende Nabe 40, die in einer Richtung zu der Ventilatoranordnung 22 hin verläuft. Die Nabe enthält ein stirnseitiges Lager 42, welches drehbar ein Ende der Welle 20 in an sich be kannter Weise aufnimmt. Zwischen dem Lager 42 und dem Lager 12 kann sich ei ne Beilagscheibe 44 befinden. Ein Ventilator-Stirnlager 46 wird an dem freien En de der Nabe 40 gehaltert, entfernt von dem Gehäuse 12, um einen zweiten Punkt für den Drehkontakt mit der Welle zu bilden. Mehrere interne Stützelemente 50 sind um den Umfang des Gehäuses 12 verteilt angeordnet, um eine Statoranord nung 52 zu haltern und zu tragen. Die Statoranordnung 52 enthält eine Statorplatte 54, die Schaltungselemente und dazugehörige Verbindungen zwischen den Zulei tungen 16 und den Statorwicklungen 56 trägt. Von der Statorplatte 54 aus er streckt sich eine Stator-Seitenwand 58 mit mehreren Öffnungen 60.

Eine an der Welle 20 fixierte Rotoranordnung 64 bringt die Welle zum Drehen, wenn die Windungen mit Energie gespeist werden. Die Rotoranordnung ist dreh bar in der Statoranordnung 52 aufgenommen. Die Rotoranordnung enthält eine Seitenwand 66, die an ihrem einen Ende teilweise von einer Stirnwand 68 einge schlossen wird. Die Stirnwand 68 enthält mindestens eine Öffnung 70. Eine Kupp lung 72 sichert die Rotoranordnung 64 an der Welle 20.

Ein allgemein mit 80 bezeichneter Kühlventilator wird von der Welle 20 getragen und befindet sich neben der Stirnwand 68. Wie am besten aus den Fig. 6 und 7 ersichtlich ist, enthält der Kühlventilator eine Ventilatorscheibe 82 mit einem Wellenloch 83, und einen Ventilatorring 84 mit einer Öse oder einem Fenster 86. Die Ventilatorscheibe 82 und der Ventilatorring 84 werden durch mehrere kurven förmige Flügel oder Blätter 88 miteinander verbunden. Der Kühlventilator 80 ist derart positioniert, daß der Ventilatorring 84 direkt benachbart zu der Rotor-Stirn wand 68 angeordnet ist. Dementsprechend ist die Öse 86 direkt ausgerichtet mit zumindest einem Teil der Öffnungen 70. Ein Kühlventilator-Distanzstück 90 befin det sich zwischen der Ventilatorscheibe 82 und dem als nächstes benachbarten drehenden Flügelrad 32. Arbeitsventilator-Distanzstücke 92 befinden sich radial zwischen den drehenden Flügelrädern und den ortsfesten Flügelrädern 32, 34 und der Welle 20. Folglich wird von dem Distanzstück 90 eine Lücke 94 zwischen dem Kühlgebläse 80 und dem nächstliegenden drehenden Flügelrad 32 gebildet.

Wenn im Betrieb die Motoranordnung 14 mit Strom gespeist wird, fängt der Rotor 64 sowie die Welle 20 zu drehen an. Die Drehung der Welle dreht die drehenden Flügelräder 32, um Arbeitsluft durch die Axialöffnung 30 einzuziehen. Diese Ar beitsluft wird dann von den sich drehenden Flügelrädern radial nach außen getrie ben, woraufhin die Luft von den ortsfesten Flügelrädern 34 zerstreut wird. Sie wird dann von dem nächsten drehenden Flügelrad 32 aufgenommen, und dieser Vor gang wird solange wiederholt, bis schließlich die Arbeitsluft aus der Ausblasöff nung 38 ausgeblasen wird. In der Vergangenheit wurde diese Arbeitsluft herge nommen, um einen Kühlluftstrom in der Nähe der Motorwicklungen, allerdings nicht direkt oberhalb der Motorwicklungen zu erzeugen, um dadurch die dort ent stehende Wärme abzuführen. Um das Kühlen der Motorwicklungen deutlich zu verbessern, arbeitet nun das Kühlgebläse 80 so, daß sie Kühlungsluft direkt über die Motorwicklungen führt, um die dort anfallende Wärme abzuführen. Insbeson dere zieht die Drehung des Rotors mit dem daran angebrachten Kühlgebläse 80 einen Teil der Luft ein, bevor diese über die Öffnung 38 nach außen gelangt, um die Luft dann in axialer Richtung im wesentlichen in Gegenstromrichtung zu dem Arbeitsluftstrom zurückzuführen. Diese Luft wird dann direkt über die Wicklungen gezogen. Wenn diese Kühlungsluft dann von dem Gebläse 80 ausgetrieben wird, wird sie von den Leitflügeln oder -schaufeln 88 ausgeblasen, so daß sie sich mit dem Arbeitsluftstrom vermischt und schließlich über die Ausblasöffnung 38 nach außen gelangen kann.

Die Vorteile der vorliegenden Erfindung sind durch die erfolgte Beschreibung leicht ersichtlich: insbesondere die Verwendung des mit dem Rotor gekoppelten Kühlge bläses führt dazu, daß Luft durch die Motorwicklungen und über sie hinweg gezo gen wird, so daß dort entstehende Wärme abgeleitet und entfernt wird. Die Küh lungsluft wird aus dem Kühlventilator ausgetrieben, um sich mit dem Arbeitsluft strom zu vermischen. Erreicht wird dies durch Koppeln des Kühlventilators mit dem Rotor, so daß der Luftstrom aus einer axialen Richtung in eine radiale Rich tung umgelenkt wird. Darüber hinaus ist der Außendurchmesser des Kühlventila tors derart bemessen, daß er nicht mit dem Betrieb des Gebläses kollidiert oder von dem Motor übermäßige Arbeitsleistung abverlangt. Darüber hinaus ist der Au ßendurchmesser des Kühlventilators kleiner als derjenige der drehenden Flügelrä der 32 oder des Rotors 64, so daß der Primärstrom der Arbeitsluft nicht behindert wird. Die Einbeziehung des Kühlventilators in das Gebläse, wie es in der Be- schreibungseinleitung angesprochen wurde, verringert die Differenz zwischen der Umgebungstemperatur und der Wicklungstemperatur von etwa 96°C auf etwa 53°C.

Claims

1. Durchstromgebläse, umfassend:
eine Arbeitsluft-Ventilatoranordnung (22) mit einer Axialöffnung (30);
ein Gehäuse (12), das an die Arbeitsluft-Ventilatoranordnung (22) gekoppelt ist und eine Ausblasöffnung (38) aufweist;
eine in dem Gehäuse (12) gehalterte Motoranordnung (14), die die Arbeitsluft- Ventilatoranordnung (22) dreht, und die einen Stator (52) und einen Rotor (64) aufweist, wobei der Rotor (64) mindestens eine Durchgangsöffnung (70) aufweist; und
einen Kühlventilator (80), der mit dem Rotor (64) derart gekoppelt ist, daß bei dre hendem Rotor (64) Kühlungsluft durch die Durchgangsöffnung (70) gezogen wird.

2. Gebläse nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Welle (20), die mit dem Rotor (64), der Arbeitsluft-Ventilatoranordnung (22) und dem Kühlventila tor (80) gekoppelt ist.

3. Gebläse nach Anspruch 1, bei dem der Kühlventilator (80) aufweist:
eine Ventilatorscheibe (82) mit einer Wellenöffnung (83);
einen Ventilatorring (84) mit einer Öse (86); und
mehrere Leitschaufeln (88), die die Ventilatorscheibe (82) mit dem Ventilatorring (84) verbinden, wobei die Öse sich in der Nachbarschaft der Rotoröffnung (70) befindet.

4. Gebläse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem der Rotor aufweist:
eine Stirnwand (68) mit der Rotoröffnung (70); und
eine Seitenwand (66), die sich von der Stirnwand (68) aus erstreckt.

5. Gebläse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem der Rotor (64) einen grö ßeren Außendurchmesser besitzt als der Kühlventilator (80).

6. Durchstromgebläseanordnung, umfassend:
eine Gehäuse (12) mit einer Tangential-Ausblasöffnung (38);
eine Motoranordnung (14), die von dem Gehäuse gehaltert wird und die einen Stator und einen Rotor aufweist, wobei der Rotor (64) eine Welle (20) dreht, wenn die Motoranordnung (14) gespeist wird, und der Rotor Durchgangsöffnungen (70) besitzt;
eine Ventilatorumhüllung (28) mit einer Axialöffnung (30);
mindestens ein drehbares Flügelrad (32), das von der Welle (20) getragen wird, und das Arbeitsfuft durch die Axialöffnung (30) einzieht und sie durch die Ausblas öffnung (38) ausbläst, wobei das mindestens eine drehbare Flügelrad einen grö ßeren Durchmesser besitzt als der Rotor (64), und
einen Kühlventilator (80) mit einer Ventilatorscheibe (82) und einem Ventilatorring (84), wobei Ventilatorscheibe und Ventilatorring durch mehrere Leitschaufeln (88) miteinander verbunden sind, der Ventilatorring ein Fenster (84) aufweist, das direkt den Rotoröffnungen (70) benachbart ist, und der Kühlventilator (80) einen Durch messer besitzt, der nicht größer ist als derjenige des Rotors (84).

7. Anordnung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch mehrere von der Welle (20) getragene drehende Flügelräder (32), und eine vorbestimmte Anzahl von ortsfesten Flügelrädern (34), die von der Gehäuseschale (28) des Ventilators ge tragen werden, wobei die vorbestimmte Anzahl ortsfester Flügelräder um eins ge ringer ist als die Anzahl der mehreren drehbaren Flügelräder (32).

8. Anordnung nach Anspruch 7, bei der die ortsfesten Flügelräder (34) mit den drehbaren Flügelrädern (32) verschachtelt sind.