DE1628361C3

DE1628361C3 - Centrifugal fan

Info

Publication number: DE1628361C3
Application number: DE19671628361
Authority: DE
Inventors: Richard G. Woodstock; Seabury III William A. Ulster Park; N.Y. Hajec (V.St.A.)
Original assignee: Rotron Manufacturing Co Inc
Current assignee: Rotron Manufacturing Co Inc
Priority date: 1966-02-02
Filing date: 1967-01-31
Publication date: 1976-12-02

Description

Die Erfindung betrifft ein Zentrifugalgebläse gemäß dem Gattungsbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a centrifugal fan according to the preamble of claim 1.

Mit der Miniaturisierung elektronischer Bausteine hat sich ein zunehmender Bedarf nach einem kleinen, leistungsfähigen Kühlgebläse ergeben. Bekanntlich müssen elektronische Schaltungsanordnungen, insbesondere Halbleiterbauelemente, auf Temperaturen innerhalb bestimmter Grenzen gehalten werden, damit sie einwandfrei arbeiten. Durch die räumliche Verkleinerung der einzelnen Bauteile und durch die Mikroschaltungstechnik ist man zu einer höheren Packungsdichte, d. h. einer größeren Anzahl von elektronischen Bauteilen innerhalb eines gegebenen räumlichen Volumens gelangt. Häufig verwendet man zum Kühlen derartiger Anordnungen Zentrifugalgebläse, da sie sich gut dazu eignen, die Kühlluft gegen erhebliche Druckgefälle umzuwälzen. Wegen der hohen Packungsdichte muß man jedoch Gebläse verwenden, die einen Luftstrom mit hohen Anfangsdrücken fördern. Andererseits soll das Gebläse so klein und leicht wie möglich sein und eine kompakte Form haben.With the miniaturization of electronic components, there has been an increasing need for a small, powerful cooling fan. It is well known that electronic circuit arrangements, in particular Semiconductor components must be kept at temperatures within certain limits so that they work flawlessly. Through the spatial reduction of the individual components and through the microcircuit technology one is to a higher packing density, i. H. a larger number of electronic Components arrives within a given spatial volume. Often used for cooling Such arrangements centrifugal fans, as they are well suited to the cooling air against significant To circulate pressure gradient. Because of the high packing density, however, you have to use fans that one Promote airflow with high initial pressures. On the other hand, the fan should be as small and light as possible be and have a compact shape.

Bekanntlich hängt die Leistung eines Zentrifugalgebläses weitgehend von der Größe des rotierenden Laufrades ab. Um daher die Gesamtgröße des Gebläses ohne Einbuße an Förderleistung zu verringern, muß man den Wirkungsgrad des Gebläses steigern. Durch eine solche Steigerung des Wirkungsgrades erreicht man außerdem, daß man für den Antrieb des Laufrades einen kleineren Motor verwenden kann.As is well known, the performance of a centrifugal fan depends largely on the size of the rotating one The impeller. Therefore, in order to reduce the overall size of the fan without sacrificing output, must to increase the efficiency of the fan. Achieved by such an increase in efficiency it also means that a smaller motor can be used to drive the impeller.

Aus der GB-PS 7 51 906 ist ein Zentrifugalgebläse mit einem spiralig gewundenen Strömungskanal bekannt, in dem die Luft axial eintritt, und dessen Querschnitt elliptisch ist und eine von innen nach außen zunehmende Fläche hat. Die große Hauptachse der Querschnittsellipse liegt bei"wenigstens annähernd konstantem Verhältnis zur kleinen Hauptachse über den gesamten Verlauf des Kanals parallel zur Rotationsachse des Laufrades, wodurch relativ geringe radiale Abmessungen erreich; werden. Das bekannte Gebläse ist aber für die ober, erläuterten Zwecke in Axialrichtung zu sperrig, schon ίο weil der Gebläsemotor räumlich vom Laufrad getrennt ist.From GB-PS 7 51 906 a centrifugal fan with a spirally wound flow channel is known in which the air enters axially, and whose cross-section is elliptical and one that increases from the inside to the outside Has area. The major major axis of the cross-sectional ellipse is at least approximately constant ratio to the small main axis over the entire course of the channel parallel to the axis of rotation of the impeller, thereby achieving relatively small radial dimensions; will. The well-known blower is for the upper, explained purposes too bulky in the axial direction, already ίο because the fan motor is spatially separated from the impeller is.

Es ist auch schon ein Zentrifugalgebläse bekannt, be: dem der am Umfang des Laufrades angeordnete Strömungskanal den Gebläsemotor teilweise umschließt (FR-PS 7 45 615), doch hat der Strömungskanal hier einen konstanten, etwa halbkreisförmigen Querschnitt. Abgesehen von der relativ großen radialen Abmessung über den gesamten Gebläseumfang ist bei einer solchen Form des Strömungskanals der Auslaßquerschnitt und damit die Leistungsfähigkeit des Gebläses für die oben erläuterten Zwecke zu klein Außerdem muß zur Kühlung des Motors ein Hilfsluftstrom erzeugt werden.A centrifugal fan is also known, be: which the flow channel arranged on the circumference of the impeller partially encloses the fan motor (FR-PS 7 45 615), but the flow channel here has a constant, approximately semicircular cross-section. Apart from the relatively large radial dimension over the entire fan circumference, Such a shape of the flow channel of the outlet cross-section and thus the performance of the Fan too small for the purposes explained above. In addition, an auxiliary air flow must be used to cool the motor be generated.

Aufgabe der Erfindung ist, ein kleines, aber leistungsfähiges Gebläse zu schaffen, das insbesondere in Axialrichtung einen geringeren Platzbedarf hat als ein bekanntes Gebläse vergleichbarer Kühlleistung.The object of the invention is to create a small but powerful fan, in particular requires less space in the axial direction than a known fan with comparable cooling capacity.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch das im Patentanspruch I gekennzeichnete Gebläse.
Die Erfindung hat den Vorteil, daß das Gebläse einen sehr geringen Platzbedarf hat. Bei gegebenem Gesamtvolumen der Gebläseeinheit einschließlich des Motors kann man andererseits für den Strömungskanal an seinem Auslaßende eine optimal große Querschnittsfläehe vorsehen, was bedeutet, daß das Gebläse leistungsfähiger ist als bekannte Gebläse mit dem gleicher Raumbedarf. Die gute Kühlwirkung erlaubt in vielen Fällen die Verwendung eines kleineren und leichteren Motors als bisher. Insgesamt handelt es sich also um ein besonders kleines und leichtes Gebläse hoher Förderleistung. The invention solves this problem with the fan characterized in claim I.
The invention has the advantage that the fan has a very small footprint. For a given total volume of the fan unit including the motor, on the other hand, an optimally large cross-sectional area can be provided for the flow channel at its outlet end, which means that the fan is more powerful than known fans with the same space requirements. The good cooling effect allows the use of a smaller and lighter motor than before in many cases. Overall, it is therefore a particularly small and light fan with a high delivery rate.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung erläutert. Es zeigtA preferred embodiment of the invention is explained below with reference to the drawing. It indicates

F i g. 1 eine teilweise im Schnitt dargestellte Vorderansicht des Gebläses,F i g. 1 is a partially sectioned front view of the fan;

Fig. 2 eine teilweise aufgeschnittene Seitenansicht des Gebläses nach Fig. 1,FIG. 2 is a partially cut-away side view of the fan according to FIG. 1,

Fig. 3 eine von der anderen Seite gesehene Ansich: des Gebläses nach Fig. 1,Fig. 3 is a view seen from the other side: of the fan according to Fig. 1,

Fig.4A bis 4D Schnitte des Gebläsegehäuses, und zwar allgemein entlang der Linien A-A, B-B, C-Cbzw D-Din Fig. 3,und4A to 4D sections of the fan housing, namely generally along the lines AA, BB, CC and DD in Fig. 3, and

Fig. 5 das Leistungsdiagramm einer typischer Gebläseausführung gemäß der Erfindung.Fig. 5 shows the performance diagram of a typical fan design according to the invention.

Die Förderleistung eines Zentrifugalgebläses ist, wie erwähnt, hauptsächlich der Größe des Laufrades proportional. Das Ausmaß, in dem die radialen und die axialen Abmessungen des Laufrades im Interesse der Kompaktheit des Gesamtaufbaus verkleinert werden können, ist daher durch die erforderliche Größe des Laufrades und den erforderlichen Wirkungsgrad des Gebläses begrenzt. Bei herkömmlichen Gebläsen kann die radiale Gesamtabmessung nicht ohne Verlust an Wirkungsgrad oder Förderleistung verkleinert werden Bei dem in Fig. 1 und 2 dargestellten Gebläse wire dagegen die radiale Abmessung des Gebläses durch du spezielle Querschnittsform des Spiralkanals 15, der nocrAs mentioned, the delivery rate of a centrifugal fan is mainly the size of the impeller proportional. The extent to which the radial and axial dimensions of the impeller are in the interest of the The compactness of the overall structure can therefore be reduced by the required size of the Impeller and the required efficiency of the fan are limited. With conventional blowers, the overall radial dimension cannot be reduced without a loss of efficiency or delivery rate In the case of the fan shown in FIGS. 1 and 2, however, the radial dimension of the fan is determined by you special cross-sectional shape of the spiral channel 15, the nocr

näher beschrieben wird, ohne Leistungseinbuße verkleinert. Zusätzlich wird die Größe des Gebläses dadurch verringert, daß der Motor 12 teilweise in das Gehäuse 14 eingebaut ist. Der Motor 12 treibt ein Laufrad 10, das im Gehäuse 14 umläuft. Das Gehäuse 14, das aus Polyesterkunstharz geringen Gewichtes gefertigt sein kann, bildet den erwähnten Spiralkanal 15, also eine spiralig gewundene Strömungskammer mit allgemein elliptischem Querschnitt. Wie man in F i g. 1 sieht, ist der Innenumfangsteil 17 des Spiralkanals offen, um die vom Umfang des Laufrades 10 geförderte Luft einströmen zu lassen. Das Laufrad 10 saugt bei seiner Umdrehung Luft in eine Einlaßöffnung 17 an einem Einlaßkanal 16 an der Seite des Gehäuses 14 mit einem Rand 16a, dessen Kontur der Einsaugströmung angepaßt ist. Die Laufradschaufeln 10a setzen die axiale Ansaugströmung in eine zentrifugale Strömung um, die in die Einlaßöffnung, also den offenen Innenteil des Spiralkanals fließt.is described in more detail, scaled down without sacrificing performance. Additionally, it increases the size of the fan reduces the motor 12 being partially built into the housing 14. The motor 12 drives an impeller 10, the in the housing 14 rotates. The housing 14, which can be made of lightweight polyester resin can, forms the mentioned spiral channel 15, so a spirally wound flow chamber with generally elliptical cross-section. As shown in FIG. 1 sees, the inner peripheral part 17 of the spiral channel is open to the from To let the circumference of the impeller 10 flow in conveyed air. The impeller 10 sucks in air as it rotates into an inlet opening 17 on an inlet channel 16 on the side of the housing 14 with a rim 16a, the The contour of the intake flow is adapted. The impeller blades 10a put the axial suction flow into one centrifugal flow that flows into the inlet opening, so the open inner part of the spiral channel.

Wie man am besten in Fig. 1 sieht, hat der Spiralkanal 15 an der Verbindungsstelle zwischen dem Diffusorabschnitt 19 und dem gewundenen Teil des Gehäuses 14 eine Einschnürung oder Kehle 18. Der untere in Richtung der Laufradumdrehung gelegene Rand 18a dieser Kehle verläuft im Winkel zu den Laufradschaufeln 10a und überspannt oder überbrückt zwei aufeinanderfolgende Schaufeln 10a (wodurch ein Flattern und Pulsationsgeräusche unterbunden werden, die andernfalls durch das Abfließen von zwischen aufeinanderfolgenden Schaufeln 10a eingefangener Luft beim Vorbeilaufen der Schaufeln an der Kehle erzeugt würden). Vom Einlaßende des Spiralkanals 15, unmittelbar unter der Kehle 19 (Fig.2), aus nimmt der Windungsradius des Spiralkanals 15 in Richtung der Laufradumdrehung allmählich zu. Zugleich nimmt, wie man am besten aus F i g. 4A bis 4D sieht, das Verhältnis der Abmessung 20a zur Abmessung 206 des elliptischen Querschnittes des Spiralkanals allmählich zu, bis an seinem Auslaß zum Diffusorabschnitt 19 dieses Verhältnis größer als 1 ist. Das heißt, die zur Achse des Motors 12 parallele Achse des elliptischen Querschnitts, welche die große Hauptachse der Ellipse in den kleinflächigen Teilen der Windung bildet (F i g. 4A), geht allmählich in die kleine Hauptachse am Auslaß des Spiralkanals über (F i g. 1 und 4D), wo die große Hauptachse in einer zur Motorachse senkrechten Ebene verläuft. An sämtlichen _4J Stellen entlang dem Spiralkanal 15 ist die Querschnittsfläche so bemessen, daß sich optimale Luftströmungseigenschaften ergeben. Wie ohne weiteres aus den Zeichnungen ersichtlich ist, ergibt die beschriebene Ausbildung eine Kombination optimaler Strömungseigenschaften mit minimalen axialen und radialen Abmessungen.As can best be seen in FIG. 1, the spiral channel 15 has a constriction or throat 18 at the junction between the diffuser section 19 and the winding part of the housing 14 Impeller blades 10a and spans or bridges two consecutive blades 10a (thereby eliminating flutter and pulsation noises that would otherwise be caused by air trapped between consecutive blades 10a flowing past the throat). From the inlet end of the spiral channel 15, immediately below the throat 19 (FIG. 2), the winding radius of the spiral channel 15 gradually increases in the direction of the impeller rotation. At the same time, as can best be seen from FIG. 4A to 4D see the ratio of dimension 20a to dimension 206 of the elliptical cross section of the spiral channel gradually increasing until this ratio is greater than 1 at its outlet to the diffuser section 19. That is, the axis of the elliptical cross-section parallel to the axis of the motor 12, which forms the major major axis of the ellipse in the small-area parts of the winding (FIG. 4A), gradually merges into the minor major axis at the outlet of the spiral duct (F i g. 1 and 4D), where the major major axis runs in a plane perpendicular to the motor axis. At all _4J points along the spiral channel 15, the cross-sectional area is dimensioned so that optimal air flow properties result. As is readily apparent from the drawings, the design described results in a combination of optimal flow properties with minimal axial and radial dimensions.

In Fig. 1 ist der Motor 12 schematisch unter Veranschaulichung seiner Lagebeziehung zum Gebläse gezeigt. Der Motor enthält einen Ständer 21 und einen Läufer 22, der durch die Lager 24 und 25 auf der Welle 23 gelagert ist. Auf Grund der hier beschriebenen Konstruktion sind die Ständerwicklungen 21a und Teile des Läufers 22 dem durch das rotierende Laufrad 10 im Gehäuse 14 erzeugten Luftstrom ausgesetzt. Der teilweise Einbau des Motors 12 in das Gehäuse 14 dient zwei Zwecken. Als erstes wird dadurch die axiale Länge des Gebläses beträchtlich verringert, und zweitens wird durch die Ableitung der Wärme von den Wicklungen 21a und dem Läufer 22 durch die Kühlwirkung der zirkulierenden Luft die Verwendung eines kleineren Motors möglich. Letzteres ergibt natürlich eine weitere Verkleinerung der axialen Länge der Gebläseanordnung sowie eine Verringerung des Leistungsbedarfs.In Fig. 1, the motor 12 is schematically illustrating its positional relationship to the fan shown. The motor includes a stator 21 and a rotor 22 supported by bearings 24 and 25 on the shaft 23 is stored. Due to the construction described here, the stator windings 21a and 21a are parts of the rotor 22 is exposed to the air flow generated in the housing 14 by the rotating impeller 10. the Partial incorporation of the motor 12 into the housing 14 serves two purposes. The first thing it does is axial length of the fan is considerably reduced and, secondly, by dissipating the heat from the windings 21a and the rotor 22 by the cooling effect of the circulating air the use of a smaller one Motor possible. The latter naturally results in a further reduction in the axial length of the fan arrangement as well as a reduction in power requirements.

Das Laufrad 10 ist mit dem Läufer 22 durch eine allgemein zylindrische Läuferabschlußring- und Nabenanordnung 27 aus Aluminium oder einem anderen geeigneten Werkstoff hoher Wärmeleitfähigkeit verbunden. Die Nabe 27 bildet eine Fortsetzung des Läufers und steht mit einer beträchtlichen Fläche 27b in thermischer Berührung mit den Metallteilen des Laufrades 10. Diese Ausbildung ermöglicht eine gute Wärmeübertragung vom Läufer 22 zum Laufrad 10, das wegen der es durchsetzenden starken Luftströmung als Wärmesenke wirkt.The impeller 10 is connected to the rotor 22 by a generally cylindrical rotor end ring and hub assembly 27 made of aluminum or other suitable material of high thermal conductivity. The hub 27 forms a continuation of the rotor and is in thermal contact with the metal parts of the impeller 10 with a considerable surface 27b . This design enables good heat transfer from the rotor 22 to the impeller 10, which acts as a heat sink because of the strong air flow passing through it.

Ein Motorgehäuse 30 mit einem Flansch 31 an seinem inneren Ende lagert die Motorwelle 23 und umschließt das außerhalb befindliche oder linke Ende des Motors 12. Der Flansch 31 hat in seiner Fläche 33 nahe seinem Außenumfang eine Umfangsnut 32, die einen zylindrischen Ansatz 34 am Gehäuse 14 aufnimmt. Dadurch kann das Gehäuse 14 gleitend gegenüber dem Motorgehäuse 30 verdreht werden. Wenn das Gebläse durch Befestigen des Motorgehäuses 30 an einer äußeren Halterung (nicht gezeigt), beispielsweise mittels durch den Halter und die Gewindelöcher 36 am Boden des Motorgehäuses 30 geschraubte Schraubbolzen, montiert werden soll, so kann man das Gehäuse 14 relativ zur äußeren Halterung so verdrehen, daß der geförderte Luftstrom in seiner Richtung über einen Winkel von 360° verändert werden kann. Man kann aber die Einheit auch an einer Platte oder Wand mit einer geeigneten öffnung für das Auslaßende des Diffusorabschnitts 19 montieren, zu welchem Zweck der Flansch 48 des Diffusors mit Löchern 48a für geeignete Befestigungsmittel versehen ist. Zur Befestigung des Motorgehäuses am Gebläsegehäuse 14 dienen eine Anzahl von Spannblöcken 40 mit einer Schrägfläche 40a am einen Ende, die längs ebener Flächen auf einer gleichen Anzahl von radial am Motorgehäuse 30 angeordneten Rippen 42 gleitbar sind, jeder Spannblock 40 wird von einer einen Schlitz 45 im Motorgehäuse durchsetzenden Spannschraube 44 erfaßt. A motor housing 30 with a flange 31 at its inner end supports and encloses the motor shaft 23 the outside or left end of the motor 12. The flange 31 has in its surface 33 near his The outer circumference is a circumferential groove 32 which receives a cylindrical extension 34 on the housing 14. Through this the housing 14 can be rotated in a sliding manner relative to the motor housing 30. When the blower by attaching the motor housing 30 to an external bracket (not shown), for example by means of screw bolts screwed through the holder and the threaded holes 36 at the bottom of the motor housing 30, is to be mounted, so you can rotate the housing 14 relative to the outer bracket so that the conveyed air flow can be changed in its direction over an angle of 360 °. One can but the unit can also be attached to a plate or wall with a suitable opening for the outlet end of the Assemble diffuser section 19, for which purpose the flange 48 of the diffuser with holes 48a for suitable Fastening means is provided. To attach the motor housing to the fan housing 14 are used Number of clamping blocks 40 with an inclined surface 40 a at one end, the longitudinal flat surfaces on a the same number of ribs 42 arranged radially on the motor housing 30 are slidable, each clamping block 40 is gripped by a clamping screw 44 penetrating a slot 45 in the motor housing.

Der Flansch 31 am Motorgehäuse 30 kann außerdem eine axiale Verlängerung 31a haben, so daß ein um den Motor 12 herum verlaufender Raum 50 entsteht. Dieser Raum, durch den die radiale Gesamtabmessung des Gebläses nicht vergrößert wird, kann für den Einbau von elektrischen Komponenten, beispielsweise dem im oberen Teil des Raumes 50 gezeigten Anlaßkondensator 51, Schaltern, Überlastungsrelais usw. verwendet werden. Zur Abdichtung des Raumes 50 kann ein geeigneter Preßsitzring 52 vorgesehen sein.The flange 31 on the motor housing 30 may also have an axial extension 31 a so that a to the Space 50 running around motor 12 is created. This space, through which the total radial dimension of the Fan is not enlarged, can be used for the installation of electrical components, such as the im Starting capacitor 51, switches, overload relays, etc. shown in the upper part of the room 50 are used will. A suitable interference fit ring 52 can be provided to seal off the space 50.

Die Eigenschaften des beschriebenen Gebläses lassen sich aus dem Leistungsdiagramm nach F i g. 5 ersehen, das mit einem Gebläse erhalten wurde, dessen Abmessungen ungefähr 28 χ 30 χ 19 cm betrugen und das 6,4 kg wog. Die obere Kurve zeigt den statischen Druck (in Torr · 1,87) in Abhängigkeit vom geförderten Luftvolumen (in M³ · 0,028 pro Minute), während die untere Kurve die entsprechende Leistungsaufnahme (in Watt) zeigt. Wie man aus dem Diagramm sieht, kann dieses Gebläse mehr als 8,4 m³ pro Minute bei einem statischen Druck von 5,6 Torr fördern. Die Erfindung schafft also ein Zentrifugalgebläse, das bei optimalen Größen- und Gewichtsabmessungen in seiner Leistung den bekannten Gebläsen überlegen ist.The properties of the described fan can be seen from the performance diagram according to FIG. 5 obtained with a blower whose dimensions were approximately 28 30 19 cm and which weighed 6.4 kg. The upper curve shows the static pressure (in Torr * 1.87) as a function of the air volume conveyed (in M ³ * 0.028 per minute), while the lower curve shows the corresponding power consumption (in watts). As can be seen from the diagram, this fan can deliver more than 8.4 m ³ per minute at a static pressure of 5.6 Torr. The invention thus creates a centrifugal fan which is superior to the known fans in terms of its performance with optimal size and weight dimensions.

Hierzu 4 Blatt ZeichnungenFor this purpose 4 sheets of drawings

Claims

Patent claims:

1. Centrifugal fan, the housing of which has a spirally wound flow channel with generally elliptical cross-section and from the inside to the outside increasing cross-sectional area forms the one has inlet opening extending in its circumferential direction, the major axis of which is the Cross-sectional ellipse at an inner end of the spiral channel parallel to the axis of rotation of the impeller runs, characterized in that the spiral channel (15) around a within the Housing arranged part of the motor (12) of the fan is wound, and that the ratio of minor major axis (20a in Fig. 4A) to the major major axis of the symmetrical with respect to the major axes Cross-sectional ellipse of the spiral channel progressive outward from the inner end increases and the major major axis (20 <-i in Fig. 4D) of the cross-sectional ellipse is attached to the spiral channel subsequent, also elliptical pressure port (19) is perpendicular to the axis of rotation.

2. Centrifugal fan according to claim 1, characterized in that the inlet opening (17) of the Spiral channel (15) is located on its inner circumference.

3. Centrifugal fan according to claim 2, characterized in that the motor (12) so from Spiral channel (15) is surrounded, that it is through the inlet opening (17) on the inner circumference of the spiral channel flowing main air stream of the fan is cooled.