TW201503553A - 減少由旋轉耦合及驅動器產生的噪音之裝置、系統及方法 - Google Patents

減少由旋轉耦合及驅動器產生的噪音之裝置、系統及方法 Download PDF

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Jeong-Kwan Lee
Dennis Noson
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Abstract

本發明揭示一種用於一器件之散熱元件，其可由一導體轉子總成與一磁體轉子總成之相對旋轉操作。該散熱元件包含一基座部分及複數個鰭片。該基座部分包含經設定尺寸及維度以耦合至該導體轉子總成之一安裝面，及一相對對流熱轉移面。該複數個鰭片自該基座部分之該對流熱轉移面延伸。鄰近鰭片由沿該等鰭片之一縱向方向延伸之一通道分隔。該等鰭片在其等之一頂表面上包含至少一表面破壞。

Description

減少由旋轉耦合及驅動器產生的噪音之裝置、系統及方法 [相關申請案交叉參考]
本申請案根據35 U.S.C.§ 119(e)規定主張2013年5月7日提交之美國臨時申請案第61/820,606號之權利，該案之全文以引用之方式併入本文中。
本發明係關於散熱總成及用於各種氣體冷卻機構(包含但不限於：可調速磁驅動系統、固定間隙磁耦合及磁耦合及包含速度修剪、扭矩限制及延遲啟動特徵之驅動)之相關聯修整方法。
可調速磁驅動系統藉由跨一氣隙將扭矩自一馬達傳輸至一負載而操作。在設備之驅動與被驅動側之間不存在機械連接。藉由驅動之一側上之功能強大之稀土磁體與另一側上之磁場之相互作用而產生扭矩。藉由變動氣隙間隔，可控制所傳輸之扭矩之量，因此允許速度控制。
習知地，此類型之可調速驅動器由三組組件構成。含有稀土磁體之一磁體轉子總成附接至負載。一導體轉子總成附接至馬達。導體轉子總成包含由一導電材料(諸如鋁、銅或黃銅)製成之一轉子。致動組件控制磁體轉子與導體轉子之間之氣隙間隔。導體與磁體轉子總成之相對旋轉引發出跨氣隙之一功能強大之磁耦合。變動磁體轉子與導 體轉子之間之氣隙間隔導致經控制之輸出速度。輸出速度係可調整的、可控制的及可重複的。
磁感應之原理需要磁體與導體之間之相對運動。此意指輸出速度始終小於輸入速度。速度上之差異稱作下滑。通常，在依一全速率馬達速度之操作期間之下滑介於1%至3%之間。
相對於導體轉子之磁體之相對運動使得於導體材料中引發渦流。繼而，渦流產生其等本身之磁場。此係永久磁場與允許扭矩自磁體轉子轉移至導體轉子之所引發渦流磁場之相互作用。導體材料中之電渦流在導體材料中產生電熱。
習知地，鰭片經配置於導體轉子之一外表面上以有助於在驅動單元之操作期間移除熱量。圖1及圖2繪示一此習知組態。一可調速驅動器10包含由間隔件16耦合在一起之導體轉子12及14。複數個熱轉移元件20圓周地排列於導體轉子12及14之一外表面上。如圖2A至圖2C中所示，各熱轉移元件20包含自一基座22延伸以界定鰭片26之間之複數個通道28之複數個鰭片26。熱轉移元件20可經由基座22中之開口24而固定於導體轉子12及14。熱轉移元件20經耦合至導體轉子12及14，使得鰭片26及通道28依相對於導體轉子12及14之一旋轉軸之一實質上徑向方向延伸。由於可調速驅動器被操作，所以轉子12及14之旋轉使得氣體通過通道28徑向流出，藉此冷卻導體轉子12及14。
已觀察到，在一可調速驅動器之導體轉子上包含散熱總成在操作期間產生一不可接受量之噪音。已進一步觀察到，藉由破壞散熱元件之鰭片上之邊緣幾何形態，聲音位準可在不妥協散熱元件之熱轉移優點之情況下降低至用於可調速驅動器之低及高速操作兩者之可接收範圍。
用於係由一導體轉子總成與一磁體轉子總成之相對旋轉操作之 一器件之一散熱元件包含一基座部分及複數個鰭片。基座部分包含經設定尺寸及維度以耦合至導體轉子總成之一安裝面，及一相對對流熱轉移面。複數個鰭片自基座部分之對流熱轉移面延伸。鄰近鰭片由沿鰭片之一縱向方向延伸之一通道分隔。鰭片在其之一頂表面上包含至少一表面破壞。表面破壞可為一凹口。表面破壞可為一三角形。表面破壞可為一扇形表面。表面破壞可為一連續曲線。
一旋轉單元包含一磁體轉子總成及一導體轉子總成，其相對於磁體轉子總成定位使得在磁體轉子總成與導體轉子總成之間存在一氣隙，且使得導體與磁體轉子總成之相對旋轉引發出跨氣隙之一磁耦合。一散熱總成經耦合至導體總成。散熱總成包含複數個鰭片。鄰近鰭片由沿鰭片之一縱向方向延伸之一通道分隔。鰭片在其之一頂表面上包含至少一表面破壞。散熱總成可包含經配置於導體轉子總成之一外表面上之複數個散熱元件，各散熱元件包含複數個群組之鰭片。在散熱總成之至少一者上，表面破壞可為一凹口。在散熱總成之至少一者上，表面破壞可為一三角形。在散熱總成之至少一者上，表面破壞可為一扇形表面。在散熱總成之至少一者上，表面破壞可為一連續曲線。
一種減少由一旋轉部件(其可由一導體轉子總成與一磁體轉子總成之相對旋轉操作)產生之噪音之方法包含：自導體轉子總成移除一第一散熱元件，該第一散熱元件包含依相對於導體轉子總成之一旋轉軸之一實質上徑向方向延伸之第一複數個鰭片；且接著將一第二散熱元件耦合至導體轉子總成以取代第一散熱元件，該第二散熱元件包含依相對於導體轉子總成之旋轉軸之一實質上徑向方向延伸之第二複數個鰭片，該第二複數個鰭片之暴露表面區域包含一表面破壞輪廓。該表面破壞輪廓可包含複數個凹口。該表面破壞輪廓可包含複數個三角形。該表面破壞輪廓可包含扇形。該表面破壞輪廓可包含一連續曲 線。
10‧‧‧可調速驅動器
12‧‧‧導體轉子
14‧‧‧導體轉子
16‧‧‧間隔件
16a‧‧‧突變邊緣
16b‧‧‧突變邊緣
20‧‧‧熱轉移元件/散熱元件
22‧‧‧基座
24‧‧‧開口
26‧‧‧鰭片
28‧‧‧通道
30‧‧‧散熱元件/熱轉移元件
32‧‧‧基座
34‧‧‧安裝孔
35a‧‧‧凹口
35b‧‧‧凹口
35c‧‧‧凹口
36‧‧‧鰭片
38‧‧‧通道
40‧‧‧散熱元件/熱轉移元件
42‧‧‧基座
44‧‧‧安裝孔
45a‧‧‧扇形
45b‧‧‧扇形
45c‧‧‧扇形
46‧‧‧鰭片
48‧‧‧通道
50‧‧‧散熱元件/熱轉移元件
52‧‧‧基座
54‧‧‧安裝孔
56‧‧‧鰭片
58‧‧‧通道
D‧‧‧間隔
D'‧‧‧距離/間隔
D"‧‧‧距離
d‧‧‧寬度
R1‧‧‧半徑
R2‧‧‧半徑
r‧‧‧半徑
在圖式中，相同元件符號識別類似元件或動作。
圖1A係一可調速驅動器上之一習知散熱配置之一等角視圖。
圖1B係圖1A之可調度驅動器之一正視圖。
圖1C係圖1A之可調速驅動器之一左側視圖。
圖1D係圖1A之可調速驅動器之一右側視圖。
圖2A係圖1A至圖1D之可調速驅動器之一習知散熱元件之一俯視圖。
圖2B係圖2A之散熱元件之一正視圖。
圖2C係圖2B之散熱元件之一等角視圖。
圖3A係根據本發明之一態樣之包含複數個凹口之一散熱元件之一等角視圖。
圖3B係圖3A之散熱元件之一俯視圖。
圖3C係圖3B之散熱元件之一右側視圖。
圖3D係圖3B之散熱元件之一正視圖。
圖4A係根據本發明之一態樣之包含一扇形表面之一散熱元件之一等角視圖。
圖4B係圖4A之散熱元件之一俯視圖。
圖4C係圖4B之散熱元件之一右側視圖。
圖5A係根據本發明之一態樣之包含一扇形表面之一散熱元件之一等角視圖。
圖5B係圖5A之散熱元件之一俯視圖。
圖5C係圖5B之散熱元件之一右側視圖。
圖5D係圖5B之散熱元件之一正視圖。
在以下描述中，闡述某些特定細節以提供本發明之各種實施例之一透徹理解。然而，熟悉此項技術者將瞭解，本發明可在沒有此等細節之情況下實施。
除非內文另外需要，貫穿說明書及隨後之申請專利範圍，詞語「包括」及其之變體(諸如「包括」)應被理解為具有一開放、包含意義，即如「包含，但不限於」。
貫穿本說明書對於「一個實施例」或「一實施例」之指稱意指關聯於實施例所描述之一特定特徵、結構或特性係包含於至少一實施例中。因此，在貫穿本說明書之各處之片語「在一個實施例中」或「在一實施例中」之出現無需全部指相同實施例。此外，特定特徵、結構或特性可依任何適合方式組合至一或多個實施例中。
如本說明書及隨附申請專利範圍中所使用，單數形式「一」及「該」包含複數個參照物，除非內文另有明示。亦應注意，術語「或者」大體上係採用其之最廣泛意義，即如意指「及/或」，除非內文另有明示。
文中所提供之本發明之摘要係僅為方便起見，且並不解釋實施例之範疇或意思。
如上文所指出，已認識到可調速驅動器上之散熱元件會產生高於可調速驅動器之一臨限旋轉速度之一非所要高鳴聲噪音。如下文之表1中所示，已判定可將聲音位準降低至用於高速操作之可接受範圍，而仍藉由破壞散熱元件之鰭片上之邊緣幾何形態而維持散熱元件之熱轉移優點。
如表1中所示，使用一習知散熱元件(諸如圖2A至圖2C中所繪示之散熱元件)依一相對較高速之1800 RPM操作之一可調速驅動器產生在1米處之108.2 dB(A)及在3米處之103.5 dB(A)之位準之噪音。將一降噪外殼(NRE)添加至可調速驅動器將噪音產生減少至在1米處之92.5 dB及在3米處之88.8 dB(A)。
如名稱為「Apparatus,Systems And Methods For Reducing Noise Generated By Rotating Couplings」之美國臨時專利申請案第61/770,003號中所描述，該案之全部內文以引用之形式併入本文中，經進一步觀察：(1)藉由減少散熱元件上之鰭片高度，聲音位準可降低至用於可調速驅動器之較低速操作之可接受範圍；及(2)包含跨鰭片之狹槽且散熱元件亦對聲音位準降低具有一有利影響，包含依高速操作。
在表1中反映歸因於包含狹槽之噪音減少。例如，當在不具有一降噪外殼之情況下依1800 RPM運行一可調速驅動器時，包含五個全高狹槽之一全高散熱元件展示在1米處之97.0 dB(A)及在3米處之92.2 dB(A)之一噪音位準。大於10 dB(A)中之一噪音減少表示噪音產生中之一顯著下降。
然而(出乎意料)，當一降噪外殼被添加至可調速驅動器時，此槽狀散熱組態導致所產生之噪音之量之一增加(在1米處之99.9 dB(A)及在3米處之96.2 dB(A))。在降噪外殼處於適合位置中之情況下，噪音位準不僅增加，且可聽到與一共振頻率相關聯之一鳴聲。
經觀察，可在不產生全高狹槽之情況下，藉由破壞散熱元件之鰭片上之邊緣幾何形態而克服槽狀組態中之缺陷。例如，如上表1中所示，當在不使用一降噪外殼之情況下依1800 RPM運行一可調速驅動器時，一凹口散熱元件展示在1米處之96.6 dB(A)及在3米處之91.8 dB(A)之一噪音位準。當可調速驅動器使用一降噪外殼運行時，噪音 位準甚至進一步下降至1米處之90.6 dB(A)及3米處之86.6 dB(A)。因而，凹口散熱組態導致在使用及不使用一降噪外殼之兩種情況下之噪音產生之減少。
值得注意的是，當與標準之未修改散熱元件比較時，凹口散熱元件呈現類似熱消散效能。因而，以降低噪音產生之方式改變散熱元件並無礙散熱。
圖3A至圖3D繪示根據本發明之一實例之一凹口散熱元件30。散熱元件30包含自其延伸複數個鰭片36之一基座32。鰭片36界定其等之間之通道38且在基座32上方延伸。鰭片36進一步包含複數個凹口。若干列之凹口35a實質上橫向於鰭片36之延伸方向延伸，藉此破壞鰭片之一頂表面。在此實例中，凹口35b中斷鰭片36之一正面，且凹口35c中斷鰭片36之一後表面。在此實例中，凹口係具有在約0.02英寸至0.80英寸之一範圍內之一寬度d及一深度之矩形。在其他實例中，凹口可為三角形、圓形或其他已知多邊形或不規則形狀或其等之任何組合。凹口可被規則或不規則間隔。在一些實例中，凹口被在約0.02英寸至約1.0英寸之一範圍內之一間隔D隔開。與美國臨時專利申請案第61/770,003號中所揭示之槽狀組態不同，本發明之凹口係不延伸鰭片36之全高度之表面破壞。熱轉移元件30可經由安裝孔34固定至導體轉子。
圖4A至圖4D繪示其中使用一扇形輪廓來破壞一散熱元件之鰭片之暴露表面之另一實例。散熱元件40包含自其延伸複數個鰭片46之一基座42。鰭片46界定其等之間之通道48且在基座42上方延伸。鰭片46進一步包含複數個扇形。若干列之扇形45a實質上橫向於鰭片46之延伸方向延伸，藉此破壞鰭片之一頂表面。在此實例中，扇形45b中斷鰭片46之一正面，且扇形45c中斷鰭片46之一後表面。在此實例中，扇形由一半徑r界定且以一距離D'分隔。如同先前實例，可以規則或 不規則之間隔來分隔破壞。在一些實例中，破壞係以在約0.02英寸至約1.0英寸之一範圍內之一間隔D'隔開。熱轉移元件40可經由安裝孔44固定至導體轉子。
圖5A至圖5D繪示其中使用一連續曲線來破壞一散熱元件之鰭片之暴露表面之另一實例。散熱元件50包含自其延伸複數個鰭片56之一基座52。鰭片56界定其等之間之通道58且在基座52上方延伸。鰭片56進一步包含由半徑R1及R2界定之一連續曲線，其中一最小鰭片高度以一距離D"分隔，藉此破壞鰭片之一頂表面。在此實例中，曲線沿鰭片56之一正表面55b延伸，且沿鰭片56之一後表面55c延伸。在此實例中，扇形由一半徑r界定且以一距離D'分隔。熱轉移元件50可經由安裝孔54固定至導體轉子。
進一步注意，在一些實例中，破壞可在鄰近鰭片上彼此偏移，使得當在散熱部件之一圓周方向上觀察時，破壞相對於彼此為不連續。
除新的安裝之外，可藉由用文中所描述之經改良之熱轉移元件之任何者來替換既有熱轉移元件而達成噪音改良。例如，全高熱轉移元件可用針對低速應用之半高熱轉移元件來替換。針對更高速應用，全高熱轉移元件可用具有所要熱轉移所需之適當高度之槽狀熱轉移元件來替換。
儘管已對可調速磁驅動系統做出特定參考，然亦可組合其他氣體冷卻機構(包含但不限於：固定間隙磁耦合及包含速度修剪、扭矩限制及延遲啟動特徵之磁耦合及驅動器)來使用本發明之散熱元件。
可組合以上所描述之各種實施例以提供進一步實施例。可鑑於以上詳細描述對實施例做出此等及其他改變。通常，在以下申請專利範圍中，所用術語不應被理解為將申請專利範圍限制於說明書及申請專利範圍中所揭示之特定實施例，但應被理解為包含全部可能實施 例，連同此等申請專利範圍授權之等效物之全部範疇。據此，申請專利範圍不由本揭示限制。
30‧‧‧散熱元件/熱轉移元件
32‧‧‧基座
35a‧‧‧凹口
35b‧‧‧凹口

Claims (16)

  1. 一種用於可由一導體轉子總成與一磁體轉子總成之相對旋轉操作之一器件之散熱元件，該散熱元件包括：一基座部分，其包含經設定尺寸及維度以耦合至該導體轉子總成之一安裝面，及一相對對流熱轉移面；複數個鰭片，其等自該基座部分之該對流熱轉移面延伸，鄰近鰭片由沿該等鰭片之一縱向方向延伸之一通道分隔，該等鰭片在其之一頂表面上包含至少一表面破壞。
  2. 如請求項1之散熱元件，其中該表面破壞係一凹口。
  3. 如請求項1之散熱元件，其中該表面破壞係一三角形。
  4. 如請求項1之散熱元件，其中該表面破壞係一扇形表面。
  5. 如請求項1之散熱元件，其中該表面破壞係一連續曲線。
  6. 一種旋轉單元，其包括：一磁體轉子總成；一導體轉子總成，其相對於該磁體轉子總成定位，使得在該磁體轉子總成與該導體轉子總成之間存在一氣隙，且使得該導體轉子總成與該磁體轉子總成之相對旋轉引發出跨該氣隙之一磁耦合；及一散熱總成，其耦合至該導體總成，該散熱總成包含複數個鰭片，鄰近鰭片由沿該等鰭片之一縱向方向延伸之一通道分隔，該等鰭片在其之一頂表面上包含至少一表面破壞。
  7. 如請求項6之旋轉單元，其中該散熱總成包含經配置於該導體轉子總成之一外表面上之複數個散熱元件，各散熱元件包含該複數個群組之鰭片。
  8. 如請求項7之旋轉單元，其中在該等散熱總成之至少一者上，該 表面破壞係一凹口。
  9. 如請求項7之旋轉單元，其中在該等散熱總成之該至少一者上，該表面破壞係一三角形。
  10. 如請求項7之旋轉單元，其中在該等散熱總成之該至少一者上，該表面破壞係一扇形表面。
  11. 如請求項7之旋轉單元，其中在該等散熱總成之該至少一者上，該表面破壞係一連續曲線。
  12. 一種減少由可由一導體轉子總成與一磁體轉子總成之相對旋轉操作之一旋轉部件所產生之噪音之方法，該方法包括：自該導體轉子總成移除一第一散熱元件，該第一散熱元件包含依相對於該導體轉子總成之一旋轉軸之一實質上徑向方向延伸之第一複數個鰭片；且接著將一第二散熱元件耦合至該導體轉子總成以取代該第一散熱元件，該第二散熱元件包含依相對於該導體轉子總成之該旋轉軸之一實質上徑向方向延伸之第二複數個鰭片，該第二複數個鰭片之暴露表面區域包含一表面破壞輪廓。
  13. 如請求項12之方法，其中該表面破壞輪廓包含複數個凹口。
  14. 如請求項12之方法，其中該表面破壞輪廓包含複數個三角形。
  15. 如請求項12之方法，其中該表面破壞輪廓包含扇形。
  16. 如請求項12之方法，其中該表面破壞輪廓包含一連續曲線。
TW103106887A 2013-05-07 2014-02-27 減少由旋轉耦合及驅動器產生的噪音之裝置、系統及方法 TW201503553A (zh)

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