DE102012102626A1

DE102012102626A1 - Impeller und Zentrifugallüfter

Info

Publication number: DE102012102626A1
Application number: DE201210102626
Authority: DE
Inventors: Manabu FUCHIBE
Original assignee: Minebea Motor Manufacturing Corp
Current assignee: MinebeaMitsumi Inc
Priority date: 2011-03-31
Filing date: 2012-03-27
Publication date: 2012-10-04
Also published as: JP2012215099A; US20120251321A1

Abstract

Es werden ein Impeller sowie ein Zentrifugallüfter angegeben, der diesen Impeller umfasst. Der Impeller umfasst: Eine becherförmige metallische Nabe 13, die einen zylindrischen Abschnitt 14 hat, wobei die Nabe 13 einen Flansch 18 aufweist, der sich von einem Rand des Bechers nach außen erstreckt, eine Vielzahl von Kunststoffflügeln 11, die oberhalb eines äußeren Abschnitts des Flansches 18 und gleichachsig mit dem zylindrischen Abschnitt angeordnet sind, und einen ringförmigen, aus Kunststoff bestehenden Teil 17, auf dem die Vielzahl von Kunststoffflügeln gehalten wird und der den äußeren Abschnitt des Flansches aufnimmt, der darin eingebettet ist.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Impeller, der als rotierendes Teil in einem Strömungsgerät, wie zum Beispiel einem Lüfter verwendet wird.
2. Stand der Technik
Es sind mehrere Konfigurationen von herkömmlichen Lüftermotoren bekannt, die einen den verschiedenen Anwendungssituationen entsprechenden Impeller verwenden. Zum Beispiel wird in JP-A-2007-120378 ein Außenrotor-Zentrifugallüfter offenbart, in dem ein zur Rotation und zur Erzeugung einer Luftströmung geeigneter Impeller vorgesehen wird, der eine Vielzahl von Hauptflügeln aufweist, sowie eine Vielzahl von Hilfsflügeln, die an dem inneren Umfang des Impellers einstückig angeformt sind. Ein becherförmiger Abschnitt ist am Rotationszentrum des Impellers angeordnet, und die Hilfsflügel sind mit der äußeren Oberfläche des becherförmigen Abschnitts verbunden. Die Außenseite des becherförmigen Abschnitts dient als ein aus Kunststoff geformter äußerer Becherabschnitt in annähernd zylindrischer Form mit einem Boden und ist einstückig mit dem gesamten Impeller ausgeformt. Ein metallisches Rückschlussteil wird am äußeren Becherabschnitt aufgepresst und befestigt und dient ausschließlich dazu, den Magnetfluss zu verdichten.
Der Gebläseimpeller, der in JP-A-2005-54692 offenbart wird, ist hingegen mit einer Vielzahl von Flügeln mit Tragflächenprofil versehen, die eine zylindrische Nabe umgeben. Die Nabe und die Profilflügel sind einstückig aus Kunststoff ausgeformt, und in der Mitte der Nabe ist kein metallischer Rückschluss angeordnet.
Da Lüfter oder ähnliches, die einen Impeller verwenden, ein großes Anwendungsgebiet haben, wird in manchen Fällen eine Temperaturfestigkeit in einem weiten Bereich von unter Null Grad bis 100°C oder mehr verlangt, (insbesondere zum Beispiel von –40°C bis +125°C. In dem obigen Beispiel der JP-A-2007-120378 ist der äußere Becherabschnitt aus Kunststoff und der darin eingepresste Rückschluss aus Metall gefertigt. Da diese beiden Materialien unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten haben, ergibt sich daraus der Nachteil, dass im äußeren Becherabschnitt auf Grund von Temperaturschock Risse auftreten könnten.
In dem obigen Beispiel der JP-A-2005-54692 ist der gesamte Impeller aus einem Kunststoff gefertigt, das mit einem thermoplastischen Elastomer vermischt ist. Wird dieser Impeller einem großen Temperaturbereich, wie dem oben erwähnten, ausgesetzt, so hat sich jedoch gezeigt, dass ebenfalls der Nachteil auftrat, dass Temperaturschock-Rissbildung nicht verhindert werden konnte.
In Anbetracht der zuvor genannten Nachteile ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Impeller anzugeben, der die strengen Anforderungen an die Widerstandsfähigkeit gegenüber Umwelteinflüssen, wie Temperaturfestigkeit und Stoßfestigkeit, erfüllen kann, und dabei eine Kostensenkung und Gewichtseinsparung erzielt, die mindestens so groß wie oder größer ist als die bei herkömmlichen Anordnungen.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Der Impeller gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst: eine becherförmige metallische Nabe, die einen zylindrischen Abschnitt aufweist, wobei die Nabe einen Flansch umfasst, der sich von einem Rand des Bechers nach außen erstreckt, eine Vielzahl von Kunststoffflügel, die oberhalb eines äußeren Abschnitts des Flansches und koaxial zu dem zylindrischen Abschnitt angeordnet sind, und einen ringförmigen, aus Kunststoff bestehenden Teil, der die Vielzahl von Kunststofflügeln trägt und der den äußeren Abschnitt des Flansches hält, der darin eingebettet ist.
Der Impeller ist vorzugsweise so gestaltet, dass die Vielzahl von Kunststoffflügeln und der ringförmige Teil ein Elastomer aufweisen.
Der Impeller ist vorzugsweise so gestaltet, dass zumindest der äußere Abschnitt des Flansches, der in dem ringförmigen Teil eingebettet ist, eine Form aufweist, die nicht senkrecht zur Rotationsachse des zylindrischen Abschnitts steht.
Der Impeller ist vorzugsweise so gestaltet, dass die Vielzahl von Kunststoffflügeln und der ringförmige Teil Glasfasern aufweisen.
Vorzugsweise wird ein Zentrifugallüfter angegeben, dessen Aufbau den Impeller und einen Motor umfassen, der den Impeller in Rotation versetzt.
Gemäß der obigen Konfiguration besteht die gesamte Nabe aus Metall, und der Verbindungsbereich von Kunststoff und Metall bleibt ausschließlich auf den Flanschabschnitt begrenzt. Dadurch wird der Bereich, der den Auswirkungen der unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten ausgesetzt ist, minimiert, und die Rissbildung auf Grund von Temperaturschock kann selbst bei Betriebsbedingungen in einem großen Temperaturbereich unterdrückt werden. Da in der Nabe kein Kunststoff verwendet wird, lässt sich ferner das Gewicht der Nabe gegenüber dem Stand der Technik verringern, was auch in Bezug auf die Reduzierung der Materialkosten von Vorteil ist.
Ferner lässt sich durch Beimischung eines Elastomers zum Kunststoffmaterial der Flügel und des ringförmigen Teils die Elastizität des Kunststoffmaterials verbessern und eine Rissbildung auf Grund von Temperaturschock besser unterdrücken.
Auch lässt sich durch Beimischung von Glasfasern zum Kunststoffmaterial der Flügel und des ringförmigen Teils sowohl die Stoßfestigkeit verbessern als auch eine Rissbildung auf Grund von Temperaturschock besser vermeiden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung lässt sich ein Impeller angeben, der Rissbildung auf Grund von Temperaturschock selbst bei hoher Umgebungstemperatur unterdrücken kann und die Stoßfestigkeit verbessert. Es lässt sich ferner ein Impeller angeben, der das Gewicht des Nabenabschnitts verringern kann und auch in Bezug auf die Kostenreduzierung des Rohmaterials von Vorteil ist.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine perspektivische Ansicht eines Impellers gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
2 ist eine Vorderansicht des in 1 abgebildeten Impellers,
3 ist eine Schnittansicht entlang der Linie A-A des in 2 abgebildeten Impellers,
4 ist eine partielle Schnittansicht, die eine andere Flanschform des Impellers eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zeigt,
5 ist eine Draufsicht auf ein Gebläse eines Ausführungsbeispiels eines Zentrifugallüfters, das den erfindungsgemäßen Impeller verwendet,
6 ist eine Schnittansicht entlang der Linie B-B von 5.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Nachstehend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Impellers beschrieben. 1 ist eine perspektivische Ansicht eines Impellers gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, 2 ist eine Vorderansicht des in 1 abgebildeten Impellers, 3 ist eine Schnittansicht entlang der Linie A-A des in 2 abgebildeten Impellers.
Wie in den 1 und 2 dargestellt ist, besteht ein Impeller 10 des vorliegenden Ausführungsbeispiels aus: Kunststoffflügeln 11, einer becherförmigen metallischen Nabe 13, einem oberen ringförmigen Teil 15 und einem unteren ringförmigen Teil 17. Wie in 3 gezeigt ist, hat die metallische Nabe die Form eines Bechers mit einem zylindrischen Abschnitt 14. Ein Flansch 18 erstreckt sich an einem Rand 16 der Becherform von dem zylindrischen Bereich 14 nach außen. Eine Welle 21 ist durch ein Ansatzteil 22 mit der Mitte der Rotationsachse der Nabe 13 verbunden.
Die Kunststoffflügel 11 sind oberhalb eines äußeren Abschnitts des Flansches 18 und koaxial zu der Welle des zylindrischen Abschnitts 14 angeordnet. Die Flügel 11 sind umfänglich und mit gleichmäßigem Abstand zueinander zwischen dem oberen ringförmigen Teil 15 und dem unteren ringförmigen Teil 17 angeordnet und bilden dadurch einen Mehrflügel-Anordnung. Die Flügel 11, das obere ringförmige Teil 15 und das untere ringförmige Teil 17 werden einstückig aus Kunststoff ausgeformt.
Das untere ringförmige Teil 17 wird so ausgeformt, dass der äußere Umfang des Flansches 18 zum Zeitpunkt des einstückigen Formens im unteren ringförmigen Teil 17 eingebettet ist. Das ermöglicht es, dass der Flansch 18 und das untere ringförmige Teil 17 gemeinsam rotieren, wodurch der Impeller 10 so gebildet wird, dass die Kunststoffflügel 11, die becherförmige metallische Nabe 13, das obere ringförmige Teil 15 und das untere ringförmige Teil 17 gemeinsam rotieren.
Der Metall-Kunststoff-Verbindungsbereich ist nur an dem äußeren Abschnitt des Flansches 18 ausgebildet. Da im becherförmigen Abschnitt, der den größten Teil der Nabe 13 ausmacht, kein Kunststoff verwendet wird, gibt es keinen Abschnitt, bei dem es zu Rissbildung kommen könnte. Ferner ist auch der Verbindungsbereich, der den Auswirkungen der unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten ausgesetzt ist, auf einen kleinen Bereich nur an dem äußeren Umfang des Flansches 18 beschränkt. Dadurch wird der Temperaturschock-Effekt selbst bei hohen Umgebungstemperaturen minimiert. Das Nichtvorhandensein von Kunststoff im becherförmigen Abschnitt hat ferner den Vorteil, dass Gewicht und Material eingespart werden können. Da die Nabe 13 aus Metall besteht, kann sie ferner auch als Rückschluss dienen.
Wie in 3 dargestellt ist, ist innerhalb des unteren ringförmigen Teils 17 zumindest ein Teil des Flansches 18 aus einer Ebene, die senkrecht zu der Welle ist, welche die Rotationsachse des zylindrischen Abschnitts 14 bildet, nach oben in Richtung des oberen ringförmigen Teils 15 gebogen. Das bedeutet, dass der Winkel, der zwischen zumindest einem Teil des äußeren Abschnitts des Flansches 18, der in dem unteren ringförmigen Teil 17 eingebettet ist, und der Richtung der Rotationsachse gebildet wird, kleiner als 90 Grad ist (ein spitzer Winkel). Dieses Konstruktionsmerkmal ermöglicht es, die Kraft der Verbindung zwischen dem Flansch 18 und dem unteren ringförmigen Teil 17 zu vergrößern, was zu einer Verkleinerung des Verbindungsbereichs und zu einer stabilen Rotation, selbst bei hohen Umgebungstemperaturen, beiträgt.
Das Kunststoffmaterial, das für den Impeller 10 verwendet wird, kann mit einem Elastomer gemischt sein. Als kombinierter Effekt des Zumischens des Elastomers zum Kunststoff und der Verwendung des Aufbaus des Impellers 10 gemäß der vorliegenden Erfindung wird das Auftreten von Rissbildung in dem für den Impeller 10 verwendeten Kunststoff weiter unterdrückt.
Glasfasern können dem für den Impeller 10 verwendeten Kunststoff beigemischt werden. Der Anteil an Glasfasern sollte in einem Bereich von 15 bis 40% (Massenanteil) liegen, vorzugsweise bei ungefähr 30%. Durch das Zumischen des Elastomers zum Kunststoff und die Verwendung des Aufbaus des Impellers 10 gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Stoßfestigkeit des Impeller 10 erhöht. Hierbei bedeutet Stoßfestigkeit die Festigkeit gegenüber einem Stoß (mechanische Kraft), der von außen ausgeübt wird. Werden dem Kunststoffmaterial, das für den Impeller 10 verwendet werden soll, des Weiteren sowohl Elastomer als auch Glasfasern beigemischt, so wird zusätzlich zur Verbesserung der Stoßfestigkeit des Impellers 10 auch die Rissbildung im Kunststoffmaterial, das für den Impeller 10 verwendet wird, noch weiter unterdrückt.
4 ist eine partielle Schnittzeichnung, die eine andere Form des Flansches des erfindungsgemäßen Impellers zeigt. Wie in 4 dargestellt ist, hat der Querschnitt eines Flansches 58, der sich von einem Rand 56 des zylindrischen Abschnitts 54 aus erstreckt, eine Welleform. So eine wellenartige Form kann die Verbindungskraft weiter verbessern, ohne dabei den Verbindungsbereich zwischen dem Flansch 18 und dem unteren ringförmigen Teil 17 zu vergrößern (in Richtung von links nach rechts in 4). Zusätzlich zu diesem Konstruktionsmerkmal lässt sich die Verbindungskraft zwischen dem Flansch und dem unteren ringförmigen Teil 17 dadurch verbessern, dass der Flansch 18 in der Nabe so geformt wird, dass der Winkel, der zwischen dem Flansch 18 und der Rotationsachse gebildet wird, nicht rechtwinklig ist, d. h. er ist spitzwinklig, zumindest innerhalb des unteren ringförmigen Teils 17.
5 ist eine Ansicht eines Gebläses von oben, die ein Ausführungsbeispiel eines Zentrifugallüfters, in dem ein Impeller gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird, zeigt. 6 ist eine Schnittzeichnung entlang der Linie B-B in 5. Ein Impeller 40 ist innerhalb eines Gehäuses 33 eines Gebläses 30 angeordnet. Das Gehäuse 33 ist so geformt, dass es eine Einlassöffnung 38a auf einer oberen Fläche des Gebläses 30 und eine Auslassöffnung 38b auf einer Seitenfläche des Gebläses 30 aufweist. Eine Statoranordnung 34 ist an einem äußeren Umfang einer zylindrischen Wand 36 befestigt, die von einer Grundplatte 35 herausragt, die an einer unteren Fläche des Gehäuses 33 angeordnet ist. Die Statoranordnung 34 umfasst einen Kern 34a und eine Wicklung 34b. Ein Lager 37 ist an einem inneren Umfang der zylindrischen Wand 36 befestigt. Eine Welle 31 ist drehbar in dem Lager 37 gelagert. Die Welle 31 trägt über ein Ansatzteil 32 eine becherförmige Nabe 43. Ein Magnet 39 ist an einem zylindrischen Abschnitt der Nabe 43 befestigt.
Da der Boden der Nabe 43, der mit dem Ansatzteil 32 verbunden ist, einen kleineren äußeren Durchmesser aufweist als der zylindrische Abschnitt, hat der Bereich zwischen dem zylindrischen Abschnitt und dem Boden die Form eines kreisförmigen Kegelstumpfs. Des Weiteren ist die Nabe 43 in ihrer Höhe niedriger als die Flügel. Dieser Aufbau erleichtert ein störungsfreies Einströmen der Luft von der Einlassöffnung 38a.
Die Anordnung von Flügeln 41 und einem Flansch 48 ist ähnlich zu der der Flügel 11 und des Flansches 18, die in 1 bis 3 abgebildet sind. Das bedeutet, dass sich der Flansch 48 von einem Rand des zylindrischen Abschnitts der metallischen Nabe 43 aus erstreckt. Ein äußerer Abschnitt des Flansches 48 ist an der unteren Position der Flügel 41 so geformt, dass er während des einstückigen Ausformens des Impellers 40 im Kunststoff eingebettet wird. Auf diese Art und Weise werden der Flansch 48 und die Flügel 41 zu einem Stück, und es wird ein Impeller 40 gebildet, bei dem die Kunststoffflügel 41 und die becherförmige metallische Nabe 43 gemeinsam drehen.
Der Magnet 39, der innerhalb der metallischen Nabe 43 befestigt ist, bildet in Kombination mit der Statoranordnung 34 einen Elektromotor aus, der den Impeller 40 in Rotation versetzt, wenn eine Spannung an die Erregerschaltung (nicht abgebildet) angelegt wird, die sich auf einer Leiterplatte in der Statoranordnung 34 befindet. Durch eine solche Rotation des Impellers 40 wird die Luft um das Gebläse 30 durch die Einlassöffnung 38a aufgenommen und durch die Auslassöffnung 38b ausgestoßen.
Selbst wenn die Temperatur um das Gebläse 30 herum hoch ist, zum Beispiel 100°C, wird der Impeller 40 weniger anfällig für Temperaturschock, selbst bei so hohen Umgebungstemperaturen, da der Verbindungsbereich von Flansch 48 und den Flügeln 41 klein ist und dem Kunststoff sowohl Elastomer als auch Glasfasern beigemischt sind.
Ferner ist der Flansch 48 mit einer Vielzahl von Schlitzen 49 versehen, die in einer Umfangsrichtung in einem inneren Umfangsabschnitt zwischen den Flügeln 41 und der Nabe 43 so angeordnet sind, dass das Rotationsgleichgewicht erhalten bleibt. Die Schlitze 49 dienen der Verbesserung der Luftströmung innerhalb des Gebläses 30 und auch dem Abführen von Wärme von der Statoranordnung 34.
Mit einem solchen Aufbau kann ein Gebläse 30 angegeben werden, das die Temperaturfestigkeits-Anforderungen erfüllen kann, zum Beispiel in einem Bereich von –40°C bis +125°C, und dabei eine stabile Leistung zeigt.
Hierbei ist die metallische Nabe gemäß der vorliegenden Erfindung normalerweise aus Stahl gefertigt. Jedoch kann ein beliebiges Material verwendet werden, so lange es in der Lage ist den Magnetfluss ohne Verluste zu verdichten und genügend Kraft als Rotationsteil zu entfalten. Ferner können eine beliebige Flügelform und ein beliebiger Impeller verwendet werden, so lange er so aufgebaut ist, dass darin ein metallischer Rückschluss eingebettet werden kann.
Wie oben beschrieben, ist gemäß dem obigen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung der gesamte Nabenteil des Impellers aus Metall gefertigt, und der Verbindungsbereich von Kunststoff und Metall ist auf den äußeren Abschnitt des Flansches begrenzt, der sich von der Nabe aus erstreckt. Dadurch wird der Bereich, der den Auswirkungen der unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten ausgesetzt ist, minimiert, und die Rissbildung auf Grund von Temperaturschock kann selbst bei Auftreten von großen Temperaturänderungen unterdrückt werden. Da in der Nabe ferner kein Kunststoff verwendet wird, lässt sich das Gewicht gegenüber einer Nabe nach dem Stand der Technik verringern, was auch in Bezug auf die Reduzierung der Materialkosten von Vorteil ist.
Es sollte beachtet werden, dass die vorliegende Erfindung nicht auf das oben beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt ist, und Abwandlungen und Verbesserungen der Erfindung innerhalb ihres Schutzbereichs, in dem eine Aufgabe der Erfindung verwirklicht werden kann, sind in der vorliegenden Erfindung enthalten.
Bezugszeichenliste

10, 40: Impeller
30: Gebläse
11, 41: Kunststoffflügel
13, 43: Metallische Nabe
14, 54: Zylindrischer Abschnitt
16, 56: Rand
17: Ringförmiger Teil
18, 48, 58: Flansch

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2007-120378 A [0002, 0004]
JP 2005-54692 A [0003, 0005]

Claims

Impeller, der folgendes umfasst: eine becherförmige metallische Nabe, die einen zylindrischen Abschnitt aufweist, wobei die Nabe einen Flansch umfasst, der sich von einem Rand des Bechers nach außen erstreckt, eine Vielzahl von Kunststoffflügeln, die oberhalb eines äußeren Abschnitts des Flansches und gleichachsig mit dem zylindrischen Abschnitt angeordnet sind, und einen ringförmigen, aus Kunststoff bestehenden Teil, auf dem die Vielzahl von Kunststoffflügeln gehalten wird und in dem der äußere Abschnitt des Flansches aufgenommen wird, der darin eingebettet ist.
Impeller nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vielzahl von Kunststoffflügeln und der ringförmige Teil ein Elastomer aufweisen.
Impeller nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil des äußeren Abschnitts des Flansches, der in dem ringförmigen Teil eingebettet ist, eine Form aufweist, die nicht senkrecht zur Rotationsachse des zylindrischen Bereichs steht.
Impeller nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Vielzahl von Kunststoffflügeln und der ringförmige Teil Glasfasern aufweisen.
Zentrifugallüfter, der den Impeller nach einem der Ansprüche 1 bis 4, sowie einen Motor, der den Impeller in Rotation versetzt, aufweist.