风扇护罩以及包含风扇护罩的电机组件的制作方法
【专利摘要】本公开提出了用于使用单一的、外部供电的风扇设计耗散电机的热能的风扇护罩设计。所提出的风扇护罩的示例使得冷却流体能够在适当位置实现最大速度，在所述位置处，所述风扇护罩使所述流体流暴露于包围所述风扇护罩/电机组件的较冷的环境空气。在这种构型中，高速的冷却流体将较冷的环境空气引向所述电机的表面，进而增加移动的冷却流体的热容量以便耗散更多电机热能。
【专利说明】风扇护罩以及包含风扇护罩的电机组件
【技术领域】
[0001]本文公开的主题涉及耗散热能的结构，更具体地，涉及一种在电机(例如，用于驱动涡轮机风力叶片的变桨的电机)周围分散冷却流体的风扇护罩的实施例。
【背景技术】
[0002]在长时间状态下运行的电机可能产生过多的热量。这些状态导致的高温可能降低电机的性能并缩短电机的整体使用寿命。为了避免这些问题，许多电机包含一个或多个风扇，这些风扇使冷却流体(例如，空气)遍于电机的外表面之上移动以排出并分散热能。这些风扇可与护罩联接，这有助于将大部分的移动流体引向该电机的外表面。
[0003]改进冷却效率和/或冷却率的设计通常增加靠近电机外表面的冷却流体的量。例如，一些设计利用额外的风扇以便将较多流体分散到护罩内。其它设计可能增大风扇的尺寸(例如，流速)以满足冷却需求和要求。然而，当对风扇的改变不能实现时，新的设计可能改变护罩以便提供以便于热耗散的方式控制冷却流体的几何形状。不幸的是，虽然这些设计选择中的每一个都提供了更好的热能控制，但用于提高性能的改进可能增加该设计的成本及复杂性，其违反产品商业化及预算限制。
[0004]上述论述仅被用于提供总体背景信息，而并非意在用于帮助确定要求保护的主题的范围。
【发明内容】
[0005]本公开提出了使用单一风扇的设计耗散电机热能的风扇护罩的设计。所提出的风扇护罩的示例使得冷却流体能够在适当位置实现最大速度，在该位置处，风扇护罩使流体流暴露于包围该风扇护罩/电机组件的较冷的环境空气。在这种构型中，高速的冷却流体使较冷的环境空气流向电机表面，进而增加了移动的冷却流体的热容量以便耗散更多电机热能。
[0006]在一个实施例中，本公开描述了一种用于电机的风扇护罩。所述风扇护罩具有顶部元件、第一侧元件、和第二侧元件。所述第一侧元件和第二侧元件在第一端部处与所述顶部元件联接并在第二端部处终止。所述第一侧元件的第二端部和所述第二侧元件的第二端部分别终止于第一平面和第二平面。在一个示例中，所述第一平面和第二平面分别垂直于第一切面和第二切面，所述第一切面和所述第二切面均与电机的外廓相切。
[0007]在一个实施例中，本公开还描述了一种用于电机的风扇护罩。所述风扇护罩具有侧元件，所述侧元件的端部分别终止于第一平面和第二平面。在一个示例中，所述第一平面和第二平面分别垂直于第一切面和第二切面，所述第一切面和所述第二切面均与电机的外廓相切。
[0008]在一个实施例中，本公开进一步描述了一种具有电机的电机组件，所述电机具有电机壳体和中央电机轴线。所述电机组件还具有联接到所述电机的风扇护罩。所述风扇护罩包括第一侧元件和第二侧元件，所述第一侧元件和第二侧元件的端部分别终止于第一平面和第二平面。在一个示例中，所述第一平面和第二平面分别垂直于第一切面和第二切面，所述第一切面和所述第二切面均与电机的外廓相切。
[0009]本发明的简要说明仅是为了提供根据一个或多个示意性实施例在本文中公开的主题的简要概述，并非用作为解释权利要求的指南，或是用来限定或限制本发明的范围，本发明的范围仅由所附的权利要求限定。该简要说明被提供为用来以简化的方式介绍说明性的概念选择，在下文的详细说明中将进一步说明这些概念。该简要说明并非意在确定要求保护的主题的关键特征或基本特征，也并非意在用于帮助确定要求保护的主题的范围。要求保护的主题不限于解决【背景技术】中提到的任何或全部缺点的实施方式。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]为了以能够理解本发明的特征的方式，本发明的详细描述可以参照特定实施例给出，其中一些实施例在附图中示出。然而，应当注意，附图仅示出了本发明的某些实施例，因此，其不能被认为限制其范围，因为本发明的范围包括其它等效的实施例。附图不一定是按比例绘制的，通常将重点放在说明本发明的某些实施例的特征。在附图中，相似的附图标记用于在各个视图中指示相似的零件。因此，为了进一步理解本发明，可参照下文的详细说明并结合附图阅读，其中:
[0011]图1示出了作为电机组件的一部分的风扇护罩的示例性实施例的透视图；
[0012]图2示出了风扇护罩的示例性实施例的透视图；
[0013]图3示出了图2的风扇护罩的主视图；
[0014]图4示出了作为电机组件的一部分的图2的风扇护罩的主视图；
[0015]图5示出了可能在图4的电机组件上出现的冷却流体的流型；和
[0016]图6示出了能够用于形成风扇护罩的示例性实施例的材料毛坯的示例。
【具体实施方式】
[0017]图1示出了能够改进冷却效率以保持电机温度的风扇护罩100的示例性实施例。该风扇护罩100是电机组件102的一部分。电机组件102的不例应用于各种应用中，也就是，用于在风力涡轮机系统中调节转子叶片的位置。在图1的示例中，电机组件102具有电机104,该电机104具有壳体106和中央电机轴线108。一个或多个紧固件110将风扇护罩100联接到外部壳体106。这种构型将风扇112安装到壳体106上适当的位置处，风扇112可固定至风扇护罩100。
[0018]作为风力涡轮机系统的一部分的电机组件102的实施方式通常需要电机104将转子叶片保持在一个或多个所需位置。为了实现这一要求，风力涡轮机系统通常长时间地保持电机104上的电力。以这种方式给电机104通电产生了热量。风扇106的运行通过使冷却流体(例如，空气)流到风扇护罩100内并接近电机104的外部壳体106来耗散来自电机组件102的热量。
[0019]如下文更加详细地论述的那样，风扇护罩100的构造通过改进冷却流体的流动特性促进冷却。风扇护罩100的实施例具有使得冷却流体能够在沿着电机104的壳体106的位置处实现最大速度的特征。这些实施例利用移动的冷却流体的高速将来自风扇护罩100外的环境中的额外的、较冷的流体引入在壳体106周围形成的流动流中。这种较冷流体的增加扩大了冷却流体的热容量以便，例如，在电机组件102的长期运行期间，增加可耗散的来自电机104的热量。
[0020]风扇护罩100能够实施为单一或整体式结构，例如，由金属(例如，钢、不锈钢、铝等)片材形成的单一或整体式结构。构造的材料可包括能够进一步增强热耗散的热传导性材料。在其他示例中，风扇护罩100的构造可包括多个单独工件，这些单独工件使用已知的紧固件(例如，螺钉和螺栓)和技术(例如，焊接)固定在一起。
[0021]图2示出了用于电机组件(例如，图1的电机组件102)中的风扇护罩200的另一示例性实施例。该风扇护罩200具有顶部元件214和多个侧元件(例如，第一侧元件216和第二侧元件218)。该风扇护罩200还具有前部元件220和后部元件222。如图2所示，顶部元件214具有孔224。前部元件220和后部元件222具有边缘226，在一种结构中，该边缘226的轮廓与壳体206的外廓的轮廓和/或形状匹配。外廓的示例可呈圆形，例如，其中电机204具有大体上呈圆形和/或圆柱形的构型。
[0022]风扇护罩200还包括一个或多个安装特征(例如，第一安装特征228和第二安装特征230)，这些安装特征固定至前部元件220和后部元件222中的一个或多个。在一个实施例中，在前部元件220和后部元件222上均有安装特征228、230。安装特征228、230可形成L形支架，该L形支架的第一部分232径向延伸而第二部分234轴向延伸，例如相对于电机的轴线(例如，图1的中央电机轴线108)。第一部分232可通过风扇护罩200固定至，例如，前部元件220和后部元件222中的一个。第二部分234可具有能够容纳紧固件(例如，图1的紧固件110)的开口 236，以便将风扇护罩200固定到电机壳体(例如，图1的电机外部壳体106)上适当位置处,如上述图1的示例所示。
[0023]图3示出了图2的风扇护罩200的主视图。该风扇护罩200具有护罩轴线238和延伸通过该护罩轴线238的中心线240。在一个示例中，护罩轴线238形成了限定边缘226轮廓的形状的中心点。侧元件216、218在第一端部242处固定到顶部元件214并终止于第二端部244。如图3所示，第一侧元件216和第二侧元件218的端部244绕护罩轴线238对向呈夹角246。
[0024]在一个实施例中，风扇护罩200关于中心线240对称，例如，第一侧兀件216和第二侧元件218关于中心线240等距定位。这种构型将第一侧元件216的第二端部244与第二侧元件218的第二端部244定位为直径对置。然而，在其他构型中，风扇护罩200可放弃这种对称性而仍促进冷却流体的最佳流体动力学以改进冷却效率，如上所述。为此，夹角246的值可以改变，例如，大于和/或小于90°和/或在100°至180°的范围内。本发明公开内容考虑到，夹角246包括熟悉相关技术的技术人员理解的合理制造公差以便制造本文描述的风扇护罩的实施例。
[0025]侧元件216、218可采用多种形状。例如，侧元件216、218可形成从第一端部242延伸到第二端部244并从前部元件114轴向延伸到后部元件116的平面和/或平坦表面。在其他实施例中，侧元件216、218可形成曲面，例如，从第一端部242到第二端部244相对于中心线240向内弯曲和/或向外弯曲的曲面。这种弯曲可在侧元件216、218中形成凹面和/或凸面特征。对侧元件216、218的适当形状的选择可根据需要变化以调节输送到风扇护罩200外的空气的流动特性(例如，速度)，如本文公开的那样。
[0026]图4和图5示出了作为电机组件202的一部分的风扇护罩200的主视图。在图4中，护罩轴线238与电机204的中央电机轴线208对齐。在这一位置，第一侧元件216和第二侧元件218在第二端部244处形成了空隙(例如，第一空隙248和第二空隙250)。空隙248,250沿电机204的中央轴线208轴向延伸。在一个示例中，第一空隙248和第二空隙250相同，即，第一侧元件216和第二侧元件218都与壳体206分隔开相同的距离。
[0027]图4还示出了第一侧元件216和第二侧元件218的第二端部244在平面处终止(例如,第一平面252和第二平面254)。平面252、254的示例垂直于切面(例如,第一切面256和第二切面258)。切面256、258与电机204的外廓相切。
[0028]图5示出了使用本文公开的风扇护罩的实施例形成的一个示例性流型。该流型包括多个主要气流(例如，第一主要气流260和第二主要气流262)。多个外周气流(例如，第一外周气流264和第二外周气流266)能够在侧元件216、218的第二端部244附近进入主气流260、262。这些外周气流264、266包括包围风扇护罩200的环境中的较冷的流体。
[0029]风扇护罩200的构型使得在冷却流体穿过电机204的壳体206时冷却流体能够流出风扇护罩200。在空隙248、250处，主要气流260、262以最大速度并以低压流出风扇护罩200。气流260、262的这些特性允许来自风扇护罩200外侧的较冷流体(例如，外周气流264、266)与冷却流体混合以改进在风扇212运行期间的热耗散。这种特征在电机106的表面附近引入额外的冷却流体以实现对于给定的流速和压降的最佳热传递，而不需要额外的风扇或其它空气驱动装置。
[0030]图6示出了能够用于形成图1、图2、图3、图4和图5的风扇护罩100、200的材料毛坯300的示例。材料毛坯300的示例能够实施为方形和/或大致呈矩形的金属板材件，其材料厚度为约0.5mm至约10mm。如图6所示,这种材料可被切割(例如,激光切割)为形成本文考虑的风扇护罩的一个或多个特征。例如，激光切割能够建立开口 302、一个或多个径向表面(例如，第一径向表面304和第二径向表面306)、带有穿透孔310的舌片308。在一个实施例中，材料毛坯300可具有多个折弯线312，该材料毛坯300的材料可绕这些折弯线塑造和成形以便形成上文论述的风扇护罩的大体形状和特性。
[0031]在本文中使用时，以单数形式叙述或与冠词“一”或“一个” 一起进行叙述的元件或功能应当被理解为不排除多个所述元件或功能，除非明确说明了这种排除。此外，提到要求保护的发明中的“一个实施例”时，不应当解释为排除也包含所述特征的其它实施例的存在。
[0032]本书面描述使用示例来公开包括最佳模式的本发明，并且也使本领域的任何技术人员能够实施本发明，包括制造和使用任何装置或系统并且执行任何包含的方法。本发明的可专利范围由权利要求书限定，并且可以包括本领域的技术人员想到的其它示例。这样的其它示例旨在属于权利要求书的范围内，只要它们具有与该权利要求书的文字语言没有区别的结构元件，或者只要它们包括与该权利要求的文字语言无实质区别的等效结构元件。
【权利要求】
1.一种用于电机的风扇护罩，所述风扇护罩包括: 顶部元件、第一侧元件、和第二侧元件； 其中，所述第一侧元件和所述第二侧元件在第一端部处与所述顶部元件联接并在第二端部处终止； 其中，所述第一侧元件的第二端部和所述第二侧元件的第二端部分别在第一平面和第二平面处终止； 并且其中，所述第一平面和所述第二平面分别垂直于第一切面和第二切面，所述第一切面和所述第二切面均与所述电机的外廓相切。
2.根据权利要求1所述的风扇护罩，其特征在于，所述第一侧元件和所述第二侧元件形成了沿护罩轴线延伸的平坦表面。
3.根据权利要求1所述的风扇护罩，其特征在于，所述第一侧元件和所述第二侧元件形成了沿护罩轴线延伸的曲面。
4.根据权利要求1所述的风扇护罩，其特征在于，所述顶部元件具有延伸穿过所述顶部元件的孔。
5.根据权利要求1所述的风扇护罩，其特征在于，所述第一侧元件和所述第二侧元件与所述顶部元件一体地成形。
6.根据权利要求1所述的风扇护罩，其特征在于，所述风扇护罩还包括前部元件和后部元件，所述前部元件和所述后部元件与所述顶部元件联接，其中所述前部元件和所述后部元件形成了关于护罩轴线呈圆形的轮廓边缘。
7.根据权利要求6所述的风扇护罩，其特征在于，所述轮廓边缘在接近所述第一侧元件的第二端部和所述第二侧元件的第二端部处终止。
8.根据权利要求6所述的风扇护罩，其特征在于，所述前部元件和所述后部元件与所述第一侧元件和所述第二侧元件联接。
9.根据权利要求6所述的风扇护罩，其特征在于，所述风扇护罩还包括一个或多个安装特征，所述安装特征固定到所述前部元件和所述后部元件中的一个。
10.根据权利要求9所述的风扇护罩，其特征在于，所述安装特征固定到所述前部元件和所述后部元件两者。
11.一种用于电机的风扇护罩，所述风扇护罩包括侧元件，所述侧元件的端部分别终止于第一平面和第二平面，并且其中所述第一平面和所述第二平面分别垂直于与所述电机的外廓相切的第一切面和第二切面。
12.根据权利要求11所述的风扇护罩，其特征在于，所述风扇护罩还包括与所述侧元件联接的前部元件和后部元件。
13.根据权利要求11所述的风扇护罩，其特征在于，所述侧元件包括平坦表面。
14.根据权利要求11所述的风扇护罩，其特征在于，所述侧元件包括相对于中心线弯曲的曲面。
15.一种电机组件，所述电机组件包括: 电机，所述电机具有电机壳体和中央电机轴线；和 联接到所述电机的风扇护罩，，所述风扇护罩包括第一侧元件和第二侧元件，所述第一侧元件和所述第二侧元件具有分别终止于第一平面和第二平面的端部，并且其中所述第一平面和所述第二平面分别垂直于第一切面和第二切面，所述第一切面和所述第二切面均与所述电机的外廓相切。
16.根据权利要求15所述的电机组件，其特征在于，所述电机组件还包括布置在所述风扇护罩上的风扇，并且所述风扇护罩具有使得冷却流体能够流经所述风扇护罩的孔。
17.根据权利要求15所述的电机组件，其特征在于，所述侧元件在所述端部处与所述电机壳体分隔开以形成使得冷却流体能够流出腔体的空隙。
18.根据权利要求17所述的电机组件，其特征在于，所述第一侧元件的端部处的空隙与所述第二侧元件的端部处的空隙尺寸相同。
19.根据权利要求15所述的电机组件，其特征在于，所述第一侧元件和所述第二侧元件关于延伸通过中央轴线的中心线对称。
20.根据权利要求15所述的电机组件，其特征在于，所述电机组件还包括一个或多个L形支架，所述L形支架与所述风扇护罩一体地成形，其中所述L形支架具有轴向部分，所述轴向部分具有用于容纳 将所述风扇护罩固定到所述壳体的紧固件的开口。
【文档编号】F04D29/00GK104047884SQ201410097045
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2014年3月14日 优先权日:2013年3月15日
【发明者】G.M.斯特胡拉克, J.Z.弗里德 申请人:通用电气公司