轴流式风扇的制作方法

文档序号:14395407阅读:190来源:国知局

本发明涉及一种轴流式风扇,特别是用于汽车应用的轴流式电风扇。

本说明书中所提到的现有技术的风扇包括轴流式风扇和驱动该风扇的电动马达,因此通常被称为“轴流式电风扇”。



背景技术:

电动马达具有大体柱状的壳体、容纳在该壳体内的定子单元和转子单元以及设计成将转子单元联接至叶轮以使转子单元旋转的联接装置。

上述联接装置通常由从壳体突出的轴限定,并通过转子单元旋转。

在本说明书中,为了简便起见,将总是提到上述联接装置包括从电动马达的壳体突出并随转子单元旋转的轴,但是不限制本发明的范围。

叶轮具有与马达的轴同轴的连接轮毂和从该轮毂径向延伸的多个叶片。

通常,叶轮的轮毂为杯状,也就是说,其具有底壁和大致柱状的侧壁,其中,底壁面朝马达的、轴从其伸出的壁以连接至马达的轴,叶片从侧壁延伸。

为了限制“轴流式电风扇”单元的轴向尺寸,马达至少部分地容纳在轮毂内、被轮毂本身的侧壁包围,该侧壁从底壁开始朝向马达延伸。

再次,为了尽可能地减小“轴流式电风扇”单元的尺寸,使用“无刷”型电动马达,其具有相对有限的轴向尺寸(厚度)。

此外,在设计阶段,尽可能地限制轮毂的底壁与面朝轮毂的底壁的电动马达的前壁之间的距离。

最后,在马达壳体与叶轮的轮毂之间(即,壳体与轮毂的侧壁之间)限定管状间隙,以允许叶轮自由地旋转。

由于现代汽车的发动机舱中可用的空间越来越有限,因此使用所谓的“扁平的马达风扇”(也就是说,具有有限的轴向厚度的特性的马达)是轴流式电风扇单元的有利因素。

在这方面,还应注意,虽然使用“无刷”型电动马达,但是轴流式电风扇的大部分空间被电动马达本身占据,因此,即使马达的大部分在轮毂内,为了容纳电风扇单元的轴向尺寸,也需要减小叶轮的轴向尺寸。

然而,由于叶轮的轴向尺寸(其厚度)不能减小到低于一定的结构限度,特别是对于其中叶轮具有非常大的直径的高输出,为了试图尽可能地限制电风扇的轴向尺寸,需要尽可能地减小轮毂的底壁与马达的面朝轮毂本身的底壁的表面之间的距离。

应注意,该距离成为了设计的关键点并且趋于不断减小。

还应注意,轴必须从马达突出以充分伸长,使得其可以机械安全地联接至风扇。

在这方面,在将轴用键固定到轮毂上的中心点处,轮毂的底壁配备有与底壁共同模塑的烧结的钢衬套。这种技术也可以减小轮毂的底壁与马达的面朝轮毂的底壁的壁之间的距离。

除了上述有关轴向尺寸(将在下面进一步讨论)的缺点之外,电风扇单元并且更具体而言转子和叶轮具有振动问题。

已知的是,由电动马达(任何类型:无刷、dc等)驱动的轴流式风扇的叶轮通常具有马达将具有一定频率的转矩脉动传递至叶轮的问题,该频率通常是马达的转数的倍数,并叠加在所需的连续转矩上。

换言之,没有一种类型的电动马达产生恒定的转矩,而总是具有叠加在恒定分量上的可变的“寄生”分量。“寄生”分量正是上述转矩脉动。这些转矩脉动的频率通常为马达的转速的倍数。由此可见,这些频率随马达的速度而变化。如果转子和叶轮单元具有相对的共振频率,这意味着在马达的某个预定速度下,上述转矩脉动的频率正好为共振频率。

因此得出,转矩脉动在其频率产生弹性/惯性系统与马达的转子和叶轮的惯性矩的共振时产生其最大破坏,该弹性/惯性系统通常由驱动轴(所谓的转矩扭簧)组成。

总之,所谓的转矩脉动引起在叶轮单元、轴、马达转子的共振频率下被放大的振动现象,其反过来产生不希望且不可接受的声学噪音作用。现有技术中已知在马达与叶轮之间使用以各种形状和尺寸插入的、由橡胶制成的传统的减振器。

在这方面,参照专利公开文本gb1464559、us4193740、ep1375923。

参照上面有关减小电风扇单元的轴向尺寸的需要的描述,必须得出下述结论:使用电风扇单元来冷却汽车领域中的热交换器导致一系列限制,这意味着使用上述传统的减振结构对于解决上述噪声问题不实际。

如上所示,对电风扇单元的最小轴向长度的市场要求仅提供几毫米的马达轴以将叶轮联接至马达,并且特别是轮毂的底壁与马达的面朝轮毂的底壁的壁之间减小的距离不允许使用传统的橡胶减振器。

另外,叶轮由塑性材料制成,并且必须符合规范并能够承受振动测试和陀螺效应,这些振动测试和陀螺效应要求在轴向和径向以及在叶轮本身所在平面上产生弯曲时具有显著的刚性。

为此,上述叶轮还包含相当大比例的玻璃纤维(通常为35%),其趋于增大它们的刚性。

减小轮毂的底壁与马达的壁之间的距离的事实和使用橡胶“减振器”的可能将会降低叶轮对上述轴向力和弯曲力的刚性,并且会在其工作期间引入叶轮的运动,该运动可能会引起叶轮相对于机动车辆的马达舱中存在的其它部件滑动或甚至相对于叶轮本身的支撑结构(护罩)滑动。

还应注意,陀螺效应非常强。叶轮在其平面上受到转矩力,如果叶轮不是刚性的,则该叶轮可能会具有上述所有问题。

换言之,叶轮必须绝对不会相对于其保持在其所在的平面上的位置移动或弯曲,因为用于弯曲的空间很小并且它会倾向于接触马达舱中存在的其它部件并破裂。

此外,由于环境要求和产品的可靠性/寿命而定的规范非常严格。例如,叶轮必须能够在-40°至+150°(环境温度)的工作温度下工作,并且必须能承受所有外部试剂,例如,汽油、油、水、盐水以及其他化学成分。

同样由于这些原因,橡胶绝对不适合用于制造减振装置或结构。

在这种情况下,本发明的主要目的是克服上述缺点。



技术实现要素:

本发明的目的为提供一种不存在因共振频率引入的噪音问题的轴流式电风扇。

本发明的另一个目的为提供一种风扇单元,其允许保持相同的刚性以防止轴向和径向运动和弯曲,从而对由于上述脉动转矩造成的应力产生衰减作用。

所指出的技术目的和指定的目标基本上通过根据权利要求1的轴流式风扇得到实现。

附图说明

在下面参照附图所示的轴流式风扇的优选的、非限制性实施方式的详细描述中,本发明的另外的特征和优点更加显而易见,在附图中:

图1示出了配备有电动马达的根据本发明的轴流式风扇的示意性立体图,没有叶片的视图;

图2示出了图1的轴流式风扇的示意性径向截面视图;

图3示出了配备有叶片的根据前面的附图的轴流式风扇的前视图;

图4示出了图3的轴流式风扇的前视图,其中根据替代实施方式并为了更清楚而切除了一些部件;

图5示出了图4的风扇的叶轮的轮毂的内部部件的示意性立体图,没有示出叶片;

图6示出了图1的风扇的叶轮的轮毂的内部部件的示意性立体图,没有示出叶片;

图6a示出图6的轮毂的叶片的放大的示意性立体图;

图7示出了图6的风扇的轮毂的内部部件的示意性前视图,没有示出叶片;

图8示出了根据本发明的风扇的轮毂的叶片所吸收的能量的图。

具体实施方式

参照附图,特别是参照图1和图2,附图标记1表示根据本发明的风扇单元的整体。

风扇单元1在冷却散热器方面优选指定用于汽车应用。

风扇单元1包括具有旋转轴线r的轴流式风扇2、电动马达3和由马达3驱动并围绕轴线r旋转的轴流式叶轮4。

如图3和图4所示,风扇4配备有轮毂5和从轮毂5伸出的多个叶片6。

特别是如图1和图2所示,马达3包括外壳7和与轴线r同轴的轴8,叶轮4连接至轴8,马达3优选为封闭和密闭式的,基本为已知的类型且仅在理解本发明需要的范围内进行描述。

叶轮4或更确切些轴流式风扇2包括上述轮毂5,该轮毂5又成形为杯状并且包括底壁9和环形侧壁10,以部分容纳电动马达3。

特别是如图4、图5、图6和图7所示,在轮毂5的底壁9上存在中心部分11、连接至环形侧壁10的外部环形部分12以及用于中心部分11与外部环形部分12之间的连接的中间部分13。

中心部分11连接至电动马达3的可动部件,使得轮毂5可以围绕旋转轴线r旋转,并且因此风扇6可以围绕旋转轴线r旋转。

如图2所示,电动马达3配备有连接至内转子并且被设计为在相对自由端部处支撑叶轮4的轴14。

更具体而言,在轮毂5的底壁9的中心部分11处存在烧结的钢衬套15,该钢衬套允许轮毂5稳定且坚固地用键固定在马达3的轴14上。

上述中间部分13包括多个叶片16,所述叶片相对于旋转轴线r朝向上述外部环形部分12径向延伸。

叶片16是弹塑性叶片,并且它们中的每一个都具有扁平的矩形形状。

更具体而言,如图6a所示,每个叶片由相对于旋转轴线r径向延伸的纵向尺寸l、平行于旋转轴线r延伸的横向尺寸t和厚度s限定。

每个叶片16的横向尺寸或厚度s必须比其纵向尺寸l小得多。

根据图4和图5所示的实施方式,叶片16被空白空间17成角度地隔开。

根据图3、图6和图7所示的实施方式,叶片16被基本上为v形的突出部18成角度地隔开,以保护轮毂5。

如图2所示,在轮毂5的底壁9与马达3的前壁19之间存在距离d。

距离d是在电风扇单元1的构造中可以获得的最小距离。

应注意,每个叶片16都具有基本等于距离d的相对横向尺寸t。

显然,横向尺寸t恰好小于距离d,以使轮毂5能够旋转而不在马达3的前壁19上滑动。

从上面的描述可以得出,上述叶片16以其横向尺寸t平行于轴线r和轴14且其纵向尺寸l垂直于轴14而延伸,同时它们以其厚度s沿与叶轮4的旋转方向平行的方向而延伸。

换言之,每个叶片16包括i形梁,该梁的尺寸非常抗纵向载荷(即,沿它们的横向方向t)、非常抗沿它们的纵向l的载荷,而它们对于沿着它们的垂直于它们的较大侧面的厚度s的载荷容易弯曲,在所述尺寸中,厚度s相对于横向尺寸t减小并且所述尺寸相对于轮毂5和叶轮4的旋转轴线r特别定位。

因此,多个叶片16能够防止叶轮4平行于旋转轴线r轴向移动、垂直于旋转轴线径向移动,并且能够防止具有垂直于叶轮4本身的中间表面所在的平面的运动的叶轮4的弯曲。

另一方面,上述叶片16允许扭转弯曲的运动,以便允许共振频率衰减。

应注意,叶片的数量取决于风扇的叶片的数量,并且必须至少足以获得消除径向和纵向运动的最小效果,并且至少允许扭转弯曲来使共振频率衰减。

所提供的叶片的数量必须足以获得消除径向和纵向运动的这些效果,并允许随着弯曲来使共振频率衰减。

出于此原因,叶片的数量可以随人们希望的结果而改变;特别地,叶片的数量必须足以保证这些效果,并且它总是取决于弯矩和扭矩之间的比率。

还应注意,叶片16在模塑叶轮4的步骤期间制成,因此由用于制造叶轮4本身的相同材料制成。

因此,该制造过程不涉及添加不同的材料或除模塑之外的程序,从而允许在没有额外的制造成本(也就是说,显著降低成本)的情况下实现风扇的制造。

在叶片同时具有弹性效果和塑性效果的意义上,其是弹塑性结构,在它们的工作期间具有滞后周期。

如图8所示,当叶片16工作时,它们限定了对应于能量吸收的滞后周期,因此它们构成了允许由共振频率引起的振动被减弱的实际减振器。

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