ITTO20080628A1 - Ventola assiale a flusso misto per elettroventilatore - Google Patents

Description

C. TITOLO

VENTOLA ASSIALE A FLUSSO MISTO PER ELETTROVENTILATORE

O. RIASSUNTO

L'invenzione si riferisce ad una ventola per elettroventilatore, in particolare per gruppo di raffreddamento radiatore, in cui ad un mozzo ventola (1) sono collegate una pluralità di pale (2). La parte interna del mozzo è conformata a tronco di cono (9) e accoglie una pluralità di palette (8a) tali da realizzare una girante centrifuga (8). Tale mozzo può recare nella sua parte anteriore delle aperture (17) atte a consentire il passaggio unidirezionale di aria di raffreddamento (26) per il motore elettrico.

DESCRIZIONE dell'invenzione industriale dal titolo:

“VENTOLA ASSIALE A FLUSSO MISTO PER ELETTROVENTILATORE”

TESTO DELLA DESCRIZIONE

La presente invenzione concerne una ventola assiale abbinata ad un motore elettrico, realizzante un elettroventilatore, tipicamente utilizzato nel settore automotive e facente parte del sistema di raffreddamento radiatore a cui la seguente descrizione si riferisce senza porre limiti al campo di applicazione della invenzione.

Si consideri a titolo esemplificativo e non riduttivo un elettroventilatore costituito da un motore elettrico, da una ventola in materiale plastico trascinata dall’albero del motore elettrico e da un supporto del predetto motore elettrico, costituenti un insieme compatto.

Tale elettroventilatore è posizionato generalmente davanti al radiatore del circuito di raffreddamento di un motore termico per aumentare tramite convezione di aria forzata il trasferimento di calore tra l’aria ambiente e il liquido di raffreddamento.

La ventola è normalmente in materiale plastico e può essere provvista di un inserto metallico centrale che la vincola all’albero motore con maggior robustezza e precisione.

Il motore rientra in parte o completamente all’interno della parte cilindrica di sostegno delle pale coassiale all’albero, qui di seguito chiamata mozzo ventola.

Le pale si estendono radialmente dal mozzo con profili anche differenti dalla forma rettilinea e possono presentare angoli di attacco della pala al mozzo di diversi valori.

Nella maggior parte dei casi è presente al termine dell’estensione delle pale un anello strutturale che può avere anche funzioni di incremento prestazioni aerodinamiche. Il mozzo presenta internamente delle strutture di irrigidimento ad alette che hanno anche lo scopo di realizzare un dispositivo di raffreddamento supplementare per il motore elettrico alloggiato al suo interno.

Il supporto motore, a seconda delle realizzazioni, può costituire un semplice sostegno per l’elettroventilatore, ovvero una struttura a razze che vincola il motore elettrico ai sostegni del radiatore oppure una vera e propria copertura che aderisce al radiatore. Tale copertura, qui di seguito chiamata convogliatore, sigilla il volume compreso tra la ventola e la massa radiante aumentando il potere estrattivo dello elettroventilatore.

I supporti tra motore e convogliatore invece, nel caso più ge nerico, sono realizzati con staffe che si dipartono dalla carcassa del motore o dalla sua calotta posteriore e si uniscono al sostegno del convogliatore con viti.

Normalmente i motori sono privi di aperture e per speciali applicazioni sono anche sigillati contro l’ingresso di polvere e/o acqua. Nel caso di motori chiusi la potenza interna non convertita in potenza meccanica è dissipata solo tramite la carcassa del motore.

La tendenza attuale nel campo automotive è di compattare il più possibile i motori in senso assiale innalzando la potenza elettrica.

Per elevate potenze ed ingombri assiali limitati si impiegano quindi motori a struttura aperta, con aperture di ventilazione per consentire il passaggio di aria all’interno allo scopo di raffreddare dall’interno i componenti del motore.

Nel caso sia di struttura aperta che di struttura chiusa, si necessita un movimento di aria esternamente al motore.

La struttura tradizionale del mozzo ventola assolve appunto a detta ventilazione, perché le nervature di irrigidimento realizzano una ventola centrifuga approssimata, ma tale struttura presenta delle limitazioni:

lo sfogo dell’aria all’esterno del mozzo è assiale mentre la geometria stessa della ventola centrifuga prevede lo scarico dell’aria radiale. Inoltre l’aria che fuoriesce dal mozzo ventola incontra solitamente i supporti motore delle razze del convogliatore, realizzandosi un ulteriore ostacolo al flusso. Prese in considerazione le limitazioni della tecnica nota, la presente invenzione intende porre rimedio alle problematiche sopraesposte presenti nei gruppi di ventilazione a motore elettrico caratterizzati da alta potenza specifica.

Scopi, caratteristiche e vantaggi dell’invenzione appariranno nella dettagliata descrizione che segue, data a solo titolo indicativo, con riferimento ai disegni esemplificativi annessi, in cui:

- la figura 1 illustra in prospettiva il mozzo della ventola in versione non asolata, visto dal lato anteriore;

- la figura 2 mostra il predetto mozzo ventola in versione non asolata, visto dal lato posteriore;

- la figura 3 mostra una sezione assiale parziale dell’elettroventilatore con ventola non asolata, senza radiatore;

- la figura 4 evidenzia una sezione assiale parziale dell’elettroventilatore con ventola non asolata, con radiatore; - la figura 5 mostra una sezione assiale parziale dell’elettroventilatore con ventola asolata, senza radiatore; - la figura 6 illustra una sezione assiale parziale dell’elettroventilatore con ventola asolata, con radiatore. La ventola secondo l'invenzione possiede un mozzo (1) caratterizzato dall’avere una vera e propria girante centrifuga al suo interno.

Con riferimento alle figg. 1 e 2, una ventola comprende un mozzo (1) al quale è calettata una pluralità di pale (2). Il mozzo (1) è trascinato in rotazione da un albero motore (3) (fig. 3); nelle figg. 1, 2 è visibile l’apertura (3a) per il suo inserimento nella ventola. Il mozzo e quindi l’intera ventola sono realizzati in materiale plastico.

La parte a disco (4) del mozzo è realizzata con una geometria tridimensionale che alterna superfici piane (5) a bassifondi (6), alternati sia nella parte interna che in quella esterna per irrigidire la struttura senza utilizzare nervature interne al mozzo. Una simile geometria consente di diminuire lo spessore complessivo di tale parte discoidale rispetto ad una parete tradizionale con la superficie esterna del mozzo piana e quella interna con nervature in rilievo. La ventola si può abbinare infatti ad un elettroventilatore molto compatto assialmente e tali nervature incrementerebbero l’ingombro assiale. Nervature esterne (7) sono presenti esclusivamente sulla parte esterna del mozzo e hanno esclusive funzioni di irrigidimento.

Con riferimento anche alle figg. 3, 4, 5 e 6 il mozzo ventola (1) assume un profilo complesso per realizzare una molteplicità di funzioni. Al termine della parte a disco (4) del mozzo, inizia un profilo a tronco di cono (9) raccordato (10) con la predetta parte a disco, a sostanziale forma di campana. Sul lato interno di detta campana è realizzata una vera e propria girante centrifuga (8) caratterizzata da una pluralità di palette (8a) profilate in modo tale da aspirare aria dal vano (11) compreso tra mozzo ventola e motore e scaricare aria a livello del diametro maggiore (12) del mozzo ventola in direzione mista assiale – radiale (22). Tali palette concorrono anche a irrigidire il mozzo ventola.

Si analizza ora l’impiego di tale mozzo su una ventola che compone un elettroventilatore con motore internamente ventilato. Con riferimento alla fig. 3, si analizza un elettroventilatore privo di massa radiante, composto di un una ventola assiale con mozzo (1) oggetto della presente invenzione, di un convogliatore (15, 15a e 18) e un motore a corrente continua a magneti permanenti (16) collegato al convogliatore tramite viti (30) e dadi (29), provvisto di aperture di ventilazione anteriori (13) e posteriori (14). Il convogliatore comprende un anello di vincolo motore (18), una scatola convogliatore (15a) che racchiude il vano tra ventola e radiatore e una pluralità di razze di collegamento (15) tra anello (18) e scatola (15a). A titolo puramente indicativo la ventola in figura è provvista di un anello perimetrale (2a). In questo caso l’elettroventilatore è privo di massa radiante, quindi tra flussi d’aria in ingresso (23) e in uscita (24) non vi sono sostanziali differenze di pressione. La rotazione del motore aziona la ventola assiale determinando il flusso d’aria schematicamente indicato dalle frecce. Il ventilatore centrifugo interno al mozzo determina un passaggio di aria (19, 20) che inizialmente attraversa il motore, in seguito lambisce la carcassa motore dal lato esterno (21a, 21b) e fuoriesce (22) nel flusso principale. Il circuito d’aria indicato ha luogo perché nel vano (11) viene creata una leggera depressione dal movimento della girante centrifuga.

In funzione della perdita di carico offerta dal motore vengono individuati sia il profilo che il numero di pale della girante centrifuga per ottimizzare la portata d’aria del mozzo. Lo scarico dell’aria (22) è ostacolato solo in misura minima dal flusso d’aria principale. Inoltre l’anello del convogliatore (18) che vincola il motore a mezzo delle viti possiede un invito tale da ostacolare in minima misura il flusso d’aria (22) proveniente dal mozzo. Il senso dei flussi d’aria (23) e (24) è solo indicativo.

Si consideri ora lo stesso elettroventilatore con massa radiante (28) posizionata sul convogliatore (15a) (fig. 4).

In modo indicativo, i flussi d’aria in uscita (24) rispetto alla condizione di fig. 3 cambiano in direzione ed intensità, assumendo un moto vorticoso e diretto verso la periferia della ventola. Inoltre si creano dei nuovi flussi d’aria (23a) in prossimità del mozzo. Poiché ora è presente la massa radiante, la ventola nella sua rotazione crea una depressione nel vano tra ventola e radiatore, si produce passaggio di aria attraverso il radiatore e si produce lavoro utile di scambio termico. Per effetto del salto di pressione e per la geometria stessa della ventola, facilmente viene a crearsi un flusso d’aria (25) opposto al flusso principale che diminuisce lo scambio termico alla massa radiante perché fa entrare in circolo flussi che non interessano la massa radiante stessa. Il flusso d’aria (22) proveniente dall’interno del mozzo tuttavia rimane sostanzialmente inalterato e oltre ad assicurare il raffreddamento del motore, ostacola in maniera quantitativa il ritorno di flusso (25) permettendo un funzionamento dell’elettroventilatore ad efficienza leggermente più elevata.

Con riferimento alla fig. 5 ora si analizza l’applicazione del mozzo ventola oggetto della presente invenzione in un motore chiuso o addirittura sigillato. In questo caso lo scambio termico del motore con l’esterno è garantito solo dai moti convettivi attorno alla carcassa.

Il mozzo ventola (1) ora è provvisto di aperture (17) che consentono il passaggio di aria interno al mozzo precedentemente descritto (21a, 21b e 22) in assenza di flusso interno al motore. Tale flusso è unidirezionale, entra dalle aperture (17) e permette di scambiare energia termica tra il motore e l’ambiente perché lambisce la superficie cilindrica della carcassa.

Si osserva che in condizioni di differenza di pressione nulla tra ingresso (23) e uscita aria (24) il flusso (26) è di agevole realizzazione anche senza una realizzazione di ventola centrifuga (8) particolarmente accurata perché non sono presenti le perdite di carico interne al motore.

Differente è il caso di elettroventilatore in presenza di massa radiante (28) (fig. 6). In queste condizioni il flusso contrario (25) incontra un agevole accesso al vano bassa pressione (27) in virtù della presenza delle aperture (17) anteriori al mozzo e se la ventola centrifuga (8) non fosse realizzata in modo ottimale, ma fosse costituita ad esempio solo da nervature di irrigidimento tipiche delle ventole della tecnica nota, il flusso (26) si invertirebbe e l’efficienza dello elettroventilatore decadrebbe. Per questo motivo nella pratica usuale tali aperture (17) sono poco diffuse.

Nel caso del mozzo oggetto della presente invenzione le palette (8a) della girante centrifuga (8) realizzano una depressione nel vano (11) superiore alla depressione del vano (27), consentendo al flusso (26, 21a, 21b, 22) di avere luogo e di permettere ugualmente lo scambio termico per convezione tra motore ed ambiente.

Si riassumono qui di seguito i vantaggi della nuova soluzione di mozzo ventola rispetto ad una soluzione tradizionale:

• Aumento dello scambio termico motore elettrico - ambiente rispetto ad una soluzione tradizionale sia in presenza di motori aperti che di motori chiusi per la particolare conformazione del mozzo ventola e quindi possibilità di incremento delle potenze elettriche dell’elettroventilatore oppure aumento dell’efficienza.

• Aumento della rigidità della ventola complessiva.

• Riduzione del peso della ventola.

• Miglioramento dell’efficienza della ventola in presenza di massa radiante.

L’invenzione può essere soggetta a modifiche dettate dalla pratica senza per questo motivo uscire dall'ambito dell'invenzione.

Elenco dei riferimenti usati nella descrizione 1 mozzo ventola

2 pluralità di pale

2a anello perimetrale

3 albero motore

3a apertura inserimento albero

4 parte a disco del mozzo

5 superfici piane

6 bassifondi

7 nervature esterne

8 girante centrifuga

8a pluralità di palette centrifughe

9 profilo tronco di cono

10 raccordo tronco cono – parte piana

11 vano mozzo ventola - motore

12 diametro maggiore mozzo ventola

13 aperture ventilazione anteriori

14 aperture ventilazione posteriori

15 pluralità razze di collegamento

15a scatola convogliatore

16 motore DC magneti permanenti

17 aperture anteriori al mozzo

18 anello vincolo motore, anello convogliatore

19 passaggio aria interno motore

20 passaggio aria interno motore

21a flussi aria intercapedine mozzo - carcassa

21b flussi aria intercapedine mozzo - carcassa

22 direzione mista assiale – radiale, scarico aria, flusso aria interno al mozzo

23 flusso aria ingresso EV

23a nuovi flussi aria vicini al mozzo

24 flusso aria uscita EV

25 flusso aria opposto al principale, ritorno di flusso

26 aria di raffreddamento, flusso aria

27 vano bassa pressione

28 massa radiante

29 dadi

30 viti

Claims (5)

1. RIVENDICAZIONI 1. Ventola assiale a flusso misto per elettroventilatore, caratterizzata da un mozzo (1) comprendente al suo interno una girante centrifuga (8, 8a).
2. 2. Ventola secondo la rivendicazione 1 per applicazione raffreddamento radiatore, caratterizzata dal fatto che la parte interna del mozzo (1) è conformata sostanzialmente a tronco di cono (9), sopra al quale è provvista una pluralità di palette (8a) sagomate a girante di ventilatore centrifugo (8, 8a); l’aspirazione dell’aria di tale girante centrifuga essendo interna al motore (19, 20), mentre lo scarico dell’aria di tale ventilatore centrifugo avviene in senso misto assiale – radiale (22).
3. 3. Ventola secondo la rivendicazione 1 e/o 2, caratterizzata dal fatto che l’aspirazione (26) di tale girante centrifuga (8, 8a) è esterna al motore attraverso apposite aperture (17) nella parte frontale del mozzo (1), mentre lo scarico dell’aria di tale ventilatore centrifugo avviene in senso misto assiale – radiale (22).
4. 4. Ventola secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che detto mozzo (1) pre senta una parte a disco (4) realizzata con una geometria tridimensionale che alterna superfici piane (5) a bassifondi (6), sia nella parte interna che in quella esterna, per irrigidire la struttura senza utilizzare nervature interne al mozzo.
5. 5. Ventola secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che delle nervature esterne (7) sono presenti sulla parte esterna del mozzo e hanno funzione di irrigidimento.