ES2205200T3

ES2205200T3 - Turbina de ventilador con entrada axial de aire para ventilacion.

Info

Publication number: ES2205200T3
Application number: ES97915226T
Authority: ES
Inventors: Jerzy Muszynski
Original assignee: Siemens VDO Automotive Inc
Current assignee: Continental Tire Canada Inc
Priority date: 1996-04-30
Filing date: 1997-04-09
Publication date: 2004-05-01
Anticipated expiration: 2017-04-09
Also published as: KR100457494B1; JPH11508760A; JP3354157B2; WO1997041630A1; CN1182643C; EP1018204A1; DE69722828T2; CN1223027A; US5814908A; EP1018204B1; DE69722828D1; KR20000065150A

Abstract

Turbina de ventilador para proporcionar aire de ventilación a un alojamiento de una máquina eléctrica, que comprende: un cubo (110) que tiene una parte central y una parte externa generalmente circular, que forma una superficie externa; una primera pluralidad de palas (130) que se extienden según una dirección desde la parte externa del cubo; una segunda pluralidad de palas (140) que se extienden en dirección opuesta desde la parte externa del cubo; medios (252) de montaje adaptados para montar el cubo en el alojamiento, en la que el aire se comunica a través de una abertura (120) axial de la parte central del cubo, estando la primera pluralidad de palas adaptadas para guiar aire, al menos parcialmente, hacia la superficie externa del cubo, y al menos parcialmente hacia la abertura central, y estando la segunda pluralidad de palas adaptadas para transmitir aire a través del alojamiento.

Description

Turbina de ventilador con entrada axial de aire para ventilación.

Campo de la invención

La presente invención se refiere a un aparato para proporcionar aire de ventilación a una máquina eléctrica. En particular, la presente invención se refiere a una turbina de ventilador con una entrada axial para proporcionar aire de ventilación a un motor eléctrico.

Antecedentes de la invención

Las máquinas eléctricas, tales como los motores eléctricos, generan calor durante su funcionamiento que, y a menos que sea disipado, puede acumularse en el interior de la máquina y dañar los componentes internos o acortar su vida útil. Los motores eléctricos convencionales (es decir, las máquinas), utilizan aire de ventilación, que se mueve a través de orificios o ranuras del alojamiento del motor, y que enfría los componentes internos del motor. En una disposición normal, el motor incluye un ventilador o estructura similar fijada centralmente al eje de rotación del motor, con uno más conjuntos de palas (o aspas) para dirigir el aire de enfriamiento, el cual se mueve entonces hacia el alojamiento del motor a través de los orificios o las ranuras. En las disposiciones de este tipo, el aire de enfriamiento puede provocar un ruido audible excesivo o indeseado según se mueve a través de los orificios o ranuras (por ejemplo, debido al llamado efecto sirena). En tales disposiciones, la manera en que se monta centralmente el ventilador en el eje del motor, hace que sea también particularmente susceptible de desequilibrio o de excentricidad o de cualquier otra inestabilidad estructural, lo que con el tiempo (incluso aunque la turbina del ventilador haya sido montada apropiadamente) puede provocar un efecto de vibración. En otras disposiciones conocidas, el motor está configurado con un orificio de ventilación central, a través del cual se arrastra aire de enfriamiento. Las disposiciones conocidas de este tipo, son normalmente más caras, más complejas, y requieren normalmente un motor de mayor longitud axial global.

En consecuencia, sería ventajoso disponer de una turbina de ventilador para un motor eléctrico, que enfríe de manera efectiva el motor, pero que esté diseñada para reducir o eliminar el efecto sirena audible provocado por el flujo de aire de ventilación.

Podría ser ventajoso tener una turbina de ventilador que esté montada en la parte de rotación (es decir, el rotor) del motor, de una manera segura y estable (por ejemplo, en un número múltiple de puntos de montaje), que requiera su equilibrado solamente durante el montaje inicial. También sería ventajoso tener una turbina de ventilador que pueda ser construida a modo de estructura unitaria relativamente compacta, de un material plástico de resistencia relativamente alta, pero a un coste relativamente bajo. También sería ventajoso, además, tener una turbina para ventilador adaptada para una mayor eficacia en cuanto a aplicaciones de calefacción, ventilación y acondicionamiento de aire (HVAC). También sería ventajoso tener una turbina de ventilador que proporcione un enfriamiento efectivo al motor, pero que proteja los componentes del motor con respecto a la humedad que salpique. Los documentos de patente WO 89/07716, EP-345796 y WO 92/10682, describen ventiladores de ventilación radial impulsados por motor. El documento EP-0564538 describe un
ventilador centrífugo impulsado por motor eléctrico.

Sumario de la invención

La presente invención se refiere a una turbina de ventilador que proporciona aire de ventilación hacia un alojamiento de una máquina eléctrica. La turbina del ventilador incluye un cubo en forma general de cúpula, que tiene una parte central elevada y una parte externa generalmente circular, estando la parte central desplazada ascendentemente desde la parte externa para formar una superficie externa sustancialmente continua. La turbina de ventilador tiene una primera pluralidad de palas que se extienden ascendentemente desde la parte externa del cubo, una segunda pluralidad de palas que se extienden descendentemente desde la parte central del cubo, una tercera pluralidad de palas que se extiende descendentemente desde la parte externa del cubo, y medio de montaje para montar el cubo en el alojamiento. El aire de ventilación se suministra a través de una abertura central realizada en la parte central del cubo, estando la primera pluralidad de palas adaptadas para guiar al menos parcialmente hacia la superficie externa del cubo y al menos parcialmente hacia la abertura central, estando la segunda pluralidad de palas adaptadas para transmitir aire hacia el alojamiento, y estando la tercera pluralidad de palas adaptada para transmitir aire desde el alojamiento.

Breve descripción de los dibujos

La figura 1 es una vista en perspectiva de una turbina de ventilador, una vez montada en un motor eléctrico de acuerdo con una realización preferida;

la figura 2 es una vista en corte y en sección transversal de la turbina de ventilador y del motor (mostrándose, mediante flechas direccionales, el flujo de aire);

la figura 3 es una vista superior de la turbina de ventilador y del motor (mostrándose, mediante flechas direccionales, el flujo de aire a su través);

la figura 4 es una vista cortada y desde arriba de la turbina de ventilador (mostrándose con flechas direccionales el flujo de aire a su través);

la figura 4a es una vista en corte (detalle) y desde arriba de una pala principal de la turbina del ventilador (mostrándose mediante flechas direccionales el flujo de aire a lo largo de la misma); y

la figura 5 es una vista en corte y desde arriba de la turbina de ventilador y del motor (mostrándose mediante flechas direccionales, el flujo de aire a su

\hbox{través).}

Descripción detallada de las realizaciones preferidas

Con referencia a la figura 1, una turbina 100 para ventilador de acuerdo con una realización preferida, ha sido representada como montada en un motor 200 eléctrico (visible parcialmente por debajo de la turbina de ventilador). La turbina 100 de ventilador está montada en la parte giratoria (es decir, el rotor 240) del motor 200, y por tanto gira en torno a un eje rotacional central del motor 200.

La turbina 100 de ventilador incluye un cubo 110 configurado a modo de cúpula, situado centralmente, que tiene a su través una entrada 120 de aire de ventilación situada en posición central (axial). Haciendo ahora referencia a la figura 2, se muestra que el cubo 110 tiene un perfil curvo que consiste en superficies superior e inferior de tipo parabólico (mostradas mediante las referencias numéricas 112 y 114, respectivamente) que se funden y se combinan para
proporcionar una superficie externa en forma de cúpula, lisa y continua en general, estando este perfil optimizado para proporcionar eficacia del flujo de aire de ventilación de acuerdo con criterios de diseño deseados. La superficie 112 superior del cubo 110 se funde y combina con una superficie interior redondeada de la entrada 120 de aire de ventilación, estando este perfil optimizado para minimizar el ruido audible del flujo de aire de ventilación. El flujo de aire de ventilación típico hacia, y alrededor de, la turbina 100 de ventilador, ha sido representado mediante flechas (se les ha dado la referencia A).

La superficie 114 inferior del cubo 110 alcanza un perfil sustancialmente horizontal (es decir, aplanado), en un borde 115 radial externo del cubo 110, desde el que se extienden hacia arriba y verticalmente una pluralidad de palas 130 principales rectas. Una pluralidad de palas 140 auxiliares, se extienden hacia abajo y verticalmente en un borde 115 radial externo del cubo 110. Según se muestra en la figura 1, las palas 130 principales están soportadas (es decir, montadas) por el extremo inferior por el borde radial externo del cubo 115, y por el extremo superior mediante una estructura de soporte y rigidización (mostrada como anillo 134 externo), a la que se ha vinculado cada pala 130 principal. Según se muestra en la figura 2, las palas 130 principales tienen una extensión 132 inferior curva que se funde con el perfil curvo de la superficie 114 inferior del cubo 110. Cada pala 142 auxiliar se ha montado, por el extremo superior, en el borde radial externo (superficie inferior) del cubo 110, formando en una extensión 142 superior curva, una transición suave con el perfil de la parte inferior del cubo 110 (se han previsto extensiones radiales 132 y 142 para reducir la concentración de esfuerzos que podrían, en su caso, debilitar el montaje de las palas 130 y 140). De acuerdo con la realización preferida, las palas 130 principales y las palas 140 auxiliares, están separadas uniformemente en torno al perímetro total (superior e inferior, respectivamente) del borde 115 radial externo del cubo 110 (solamente se ha representado en las figuras una parte de las palas, a efectos de permitir la visualización de otros elementos y características).

La superficie interior del cubo 110 es también sustancialmente del mismo perfil curvo que la superficie externa del cubo 110 (tal como se ha descrito en lo que antecede). En la parte superior del cubo 110 adyacente a la entrada 120 de aire de ventilación, una pluralidad de palas 150 impulsoras (en la realización preferida se han empleado cuatro), se extienden con orientación hacia abajo y hacia el interior (sustancialmente verticales y sustancialmente horizontales). Las palas 150 impulsoras están configuradas de modo que se acoplen en el interior del perfil interno del cubo 110, e incluyen una esquina 152 descubierta redondeada, que sirve para reducir el ruido audible. También extendiéndose en dirección descendente y vertical, por el interior del cubo 110, existe una pluralidad de elementos 160 de montaje, que no sólo proporcionan resistencia estructural adicional a la turbina 100 de ventilador, sino que también proporcionan el montaje en el motor 200 en un número correspondiente de puntos de montaje que se extienden descendentemente desde elementos de montaje (mostrados en las posiciones 160), hacia aberturas 246 correspondientes del alojamiento 242 del rotor 240 del motor 200 (el rotor es normalmente de material metálico). La turbina 100 de ventilador está configurada para su montaje en el rotor 240 de manera segura y estable en cuatro postes de montaje, consistentes en tetones 162 (que se extienden desde los postes 160), y aberturas 246 correspondientes (formadas en el alojamiento del
rotor 240).

Según se muestra en las figuras 1 y 2, la turbina 100 de ventilador se extiende en dirección axial desde el alojamiento 242 del motor 200 (en la realización mostrada en las figuras, el motor corresponde a un diseño de longitud axial reducida). Visible en la figura 2, se encuentra la tapa 250 extrema, el rotor 240 (que muestra una ranura 244 de ventilación normal para el flujo de aire de ventilación), el anillo 222 de flujo, un imán 224 (normal), una laminación 226 (normal, con arrollamiento 227 de alambre), y una estructura 228 de soporte interno (mostrada parcialmente). La tapa 250 extrema tiene una pestaña 252 de montaje para instalación del motor durante su aplicación.

Haciendo ahora referencia a la figura 3, se ha representado la forma en sección transversal curva y la disposición global de palas 130 principales. Las palas 130 principales se extienden hacia el interior desde el perímetro externo de la turbina 100 de ventilador. En la condición de estado permanente, según gira la turbina 100 de ventilador (la rotación contraria a las agujas del reloj del rotor 240 y de la turbina 100 de ventilador ha sido representada mediante una flecha de dirección a la que se ha dado la letra de referencia R), el aire de ventilación es arrastrado a lo largo de y entre las palas 130 principales giratorias (curvas) y dirigido hacia un patrón de vórtice, con una parte del aire de ventilación arrastrada hacia la entrada 120 de aire de ventilación situada centralmente (axial), en el centro del cubo 110, y una parte del aire expelida entre las palas 130 principales giratorias. Haciendo ahora referencia a las figuras 4 y 4a, el aire de ventilación arrastrado hacia la entrada 120 de aire de ventilación es forzado además hacia abajo, hacia una cámara central cilíndrica sustancialmente abierta (mostrada con el número de referencia 170 en la Figura 2), en el interior del cubo 110, por rotación de las palas 150 impulsoras curvas. Haciendo ahora referencia a la figura 5, se han representado aberturas (ranuras 244) en la superficie externa (es decir, el alojamiento 242) del rotor 240 (junto con una vista en corte de ciertos componentes del motor). El aire de ventilación se recibe desde la cámara 170 en las ranuras 244, forzado por el efecto de las palas 150 impulsoras giratorias curvas, y arrastrado por el efecto de las palas 140 auxiliares giratorias curvas, junto con una trayectoria radial del aire de ventilación entre la tapa 250 extrema y el rotor 240 (visible en la Figura 2). El número, la longitud y la configuración (perfil) de las palas 130 principales, de las palas 150 impulsoras, o de las palas 140 auxiliares, pueden adaptarse según se desee dentro de la estructura y la disposición básicas de la turbina 100 de ventilador (se han incluido cuarenta palas principales y auxiliares de acuerdo con la realización preferida representada en las figuras, aunque se puede emplear un número mayor o menor según exijan los criterios de diseño de cada aplicación particular).

Según se ha mostrado, puesto que la turbina 100 de ventilador no se monta en un eje motor central, el cubo 110 de la entrada 120 de aire de ventilación de la turbina 100 de ventilador ha sido situado, para una mayor eficacia, en una posición axial particularmente deseable, directamente en el centro de la turbina 100 de ventilador. Esto abre el centro de la turbina 100 de ventilador para el flujo de aire de ventilación a lo largo del eje del motor 200 (y reduce la impedancia al flujo de aire). El diseño del motor y la disposición interna de sus componentes, pueden estar adaptados para sacar provecho de los beneficios del diseño de la turbina de ventilador. En consecuencia, la trayectoria exacta del aire de ventilación a través del motor, no está limitada al diseño de la turbina de ventilador, aunque el volumen del flujo de aire debe ser suficiente como para disipar el calor generado, por ejemplo, por la circuitería electrónica de la tarjeta de escobillas (no representada), y para garantizar que la temperatura operativa del motor en estado permanente es adecuada para la aplicación particular. La abertura o aberturas del alojamiento del motor, que sirven como entrada para el aire de ventilación (así como también como salida), pueden ser de cualquier forma adecuada en cualquier posición adecuada y con cualquier orientación, para facilitar el flujo de aire de ventilación a lo largo y a través de los diversos componentes del motor de la manera deseada (exigida por el diseño del motor). En realizaciones alternativas, el motor puede incluir un sumidero de calor interno para aumentar el enfriamiento interno. El diseño de la turbina de ventilador puede ser adaptado fácilmente para proporcionar un flujo deseado (enfriamiento) de aire de ventilación para cualquier tipo de motor eléctrico (o

\hbox{máquina).}

La forma y el perfil de la turbina 100 de ventilador (incluyendo las superficies externa e interna del cubo 110), optimizan el flujo de aire de ventilación para reducir al mínimo el ruido, y proteger los componentes del motor frente a líquidos derramados que pudieran en su caso penetrar en el alojamiento 242. La turbina 100 de ventilador está diseñada también para aumentar el aire de ventilación arrastrado a través del alojamiento 242 (como resulta más evidente en la Figura 2). Las palas auxiliares 140 aumentan la eficacia de la turbina 100 de ventilador (y del motor 200) impulsando aire de ventilación a través del motor 200 de tal manera que, por ejemplo, en una aplicación HVAC en el automóvil, el aire pueda ser descargado en el interior del compartimiento de pasajeros de un vehículo. Con esta disposición, la energía que suministra el motor para arrastre del volumen de aire de enfriamiento hacia el alojamiento del motor, está también disponible para la función de HVAC (no se pierde como ocurriría en un motor normal).

Según se muestra en las realizaciones preferidas mostradas en las figuras, el cubo 110 incluye palas 150 impulsoras en la realización preferida, para guiar el flujo de aire de ventilación en una turbina 100 de ventilador (y a través del motor 200), a través de una entrada 120 de aire de ventilación situada en posición central. En realizaciones alternativas, el cubo no tiene palas impulsoras, y el flujo de aire de ventilación es arrastrado a través del motor 200 por medio de palas 140 auxiliares (las cuales tiran básicamente del aire a través del motor 200). En cualquier realización preferida, el uso de una entrada única de aire de ventilación situada en posición central (axial) en la turbina de ventilador, reduce la probabilidad de efecto sirena que podría presentarse en las disposiciones conocidas en las que la entrada de aire de ventilación consiste en una pluralidad de aberturas (por ejemplo, orificios o ranuras) separadas radialmente (es decir, no situadas en posición central).

De acuerdo con las realizaciones preferidas, la forma particular de la turbina 100 de ventilador, incluyendo el cubo 110 y las palas 130, 140 y 150 (dibujados todos ellos en las figuras con el fin de reflejar sustancialmente la forma y el perfil de una realización preferida) y la disposición de montaje con respecto al motor 200, proporcionan un flujo eficaz (y relativamente libre de fugas) de aire de ventilación en y alrededor del motor 200, así como también protección a los componentes del motor frente a la proyección de humedad. En realizaciones alternativas, cualquier tipo de sujetador o de disposición de sujeción (tal como pernos, clips o remaches, etc.), podría ser utilizada para montar la turbina de ventilador en el motor. La pluralidad de puntos de montaje extendidos radialmente, proporciona una estabilidad adicional durante la rotación de la turbina de ventilador en comparación con las disposiciones conocidas que tienen una posición de montaje única o centrada para un ventilador de refrigeración.

La turbina 100 de ventilador puede ser configurada fácilmente para su uso en una amplia variedad de aplicaciones o con una amplia variedad de diseños de motor. De acuerdo con las realizaciones preferidas, la disposición y orientación de la turbina de ventilador puede servir para proporcionar una función de debilitamiento del ruido, según se desea en ciertas aplicaciones. Mientras que la realización mostrada resulta muy adecuada para un motor de longitud axial corta (según se ha mostrado), otras realizaciones pueden ser estar adaptadas para acoplarse a otras formas y diseños de motor. En cualquier realización preferida, la turbina de ventilador está montada (o sujetada de otra forma) de una manera segura y estable en algún punto (o puntos) sobre la parte giratoria del motor.

Mientras que la turbina de ventilador conforme a la invención, incluye un cubo, palas principales, palas impulsoras, y palas auxiliares, todos ellos con los perfiles y las formas curvas básicas que se han mostrado en las figuras, como podrán entender los expertos en la materia que hayan revisado esta descripción, las formas y perfiles de estos componentes (e incluso la configuración global) de la turbina de ventilador, pueden modificarse según sea necesario para una aplicación particular, mientras no se aparten de la presente invención (por ejemplo, el cubo podría tener otras formas, tal como una forma cónica).

En cualquier realización preferida, la turbina de ventilador está formada a base de material plástico aunque, en realizaciones alternativas, puede hacerse con otros materiales adecuados, incluyendo materiales metálicos o compuestos. De acuerdo con una realización particularmente preferida, la turbina de ventilador se forma como un conjunto unitario de material plástico moldeado de resistencia, elasticidad y durabilidad adecuadas para la aplicación prevista. En otra realización particularmente preferida, la turbina de ventilador está hecha de un material plástico suficientemente rígido y altamente duradero, tal como "NYLON".

Claims

1. Turbina de ventilador para proporcionar aire de ventilación a un alojamiento de una máquina eléctrica, que comprende:

un cubo (110) que tiene una parte central y una parte externa generalmente circular, que forma una superficie externa;

una primera pluralidad de palas (130) que se extienden según una dirección desde la parte externa del cubo;

una segunda pluralidad de palas (140) que se extienden en dirección opuesta desde la parte externa del cubo;

medios (252) de montaje adaptados para montar el cubo en el alojamiento,

en la que el aire se comunica a través de una abertura (120) axial de la parte central del cubo, estando la primera pluralidad de palas adaptadas para guiar aire, al menos parcialmente, hacia la superficie externa del cubo, y al menos parcialmente hacia la abertura central, y estando la segunda pluralidad de palas adaptadas para transmitir aire a través del alojamiento.

2. Turbina de ventilador de la reivindicación 1, que comprende además una tercera pluralidad de palas (150) que se extienden desde la parte central del interior del cubo, y que están adaptadas para transmitir aire hacia el alojamiento.

3. Turbina de ventilador de la reivindicación 1, en la que el cubo (110) adopta en general forma de cúpula.

4. Turbina de ventilador de la reivindicación 1, que comprende además un elemento (134) de rigidización, estando cada una de la primera pluralidad de palas (130) acoplada por un extremo distal al elemento de rigidización.

5. Turbina de ventilador de la reivindicación 1, en la que los medios de montaje comprenden una pluralidad de elementos (160) de montaje que se extienden desde la parte central del cubo.

6. Turbina de ventilador de la reivindicación 3, en la que cada uno de la pluralidad de elementos (160) de montaje se extiende en una dirección sustancialmente vertical.

7. Turbina de ventilador de la reivindicación 3, en la que cada uno de la pluralidad de elementos de montaje consiste en un poste con un tetón (162) adaptado para extenderse hacia una abertura del alojamiento.

8. Turbina de ventilador de la reivindicación 2, en la que el cubo (110), la primera pluralidad de palas (130), la segunda pluralidad de palas (140), la tercera pluralidad de palas (150), y los medios (252) de montaje adoptan la forma de conjunto integral.

9. Turbina de ventilador de la reivindicación 8, en la que el conjunto integral está hecho de un material plástico.

10. Turbina de ventilador de la reivindicación 1, en la que la primera pluralidad de palas (130) incluye al menos 40 palas, y la segunda pluralidad de palas (140) incluye al menos 40 palas.

11. Turbina de ventilador de la reivindicación 1, en la que la primera pluralidad de palas (130) se extiende desde el cubo en una dirección sustancialmente vertical.

12. Turbina de ventilador de la reivindicación 1, en la que la segunda pluralidad de palas (140) se extiende en una dirección sustancialmente vertical.

13. Turbina de ventilador de la reivindicación 2, en la que cada una de la tercera pluralidad de palas (150), se extiende en una dirección sustancialmente vertical.

14. Turbina de ventilador de la reivindicación 1, en la que la primera pluralidad de palas (130) se extiende a una primera distancia vertical desde la parte externa del cubo, y la parte central del cubo se extiende a una segunda distancia desde el cubo, siendo la primera distancia mayor que la segunda distancia.

15. Turbina de ventilador de la reivindicación 1, en la que los medios (252) de montaje se han adaptado para proporcionar una interfaz sustancialmente a prueba de fugas con el alojamiento.

16. Turbina de ventilador de la reivindicación 1, en la que los medios (252) de montaje se han adaptado para proporcionar una interfaz sustancialmente a prueba de proyección de humedad con la máquina.

17. Turbina de ventilador de la reivindicación 2, en la que el cubo (110) tiene en general forma de cúpula, estando la posición central desplazada de la parte externa para formar una superficie exterior sustancialmente continua.

18. Turbina de ventilador de la reivindicación 17, en la que la abertura (120) axial está centrada, y tiene un reborde circular sustancialmente redondeado, adaptado para reducir el ruido.

19. Turbina de ventilador de la reivindicación 17, en la que la parte externa del cubo (110) es sustancialmente perpendicular a su eje en el extremo distal.

20. Turbina de ventilador de la reivindicación 17, en la que los medios (252) de montaje comprenden al menos un elemento (160) que se extiende desde el cubo.