CN101188373A - 风扇电动机 - Google Patents

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Abstract

在风扇电动机(10、100)中，风扇(14)的风扇毂(54)整体可旋转地连接到驱动电动机单元(12)的壳套(42)。多个鳍片(64、104)从风扇毂(54)的底部(56)的内表面朝向驱动电动机单元(12)的壳套(42)的底部轴向延伸，并从风扇毂(54)的管状部分(60)的内周边表面径向向内延伸，以当风扇毂(54)旋转时产生通过壳套(42)的冷却孔(52)从壳套(42)的内部朝向壳套(42)的外部的冷却气流。多个鳍片(64、104)中的每个都包括位于与至少一个冷却孔(52)中对应的一个冷却孔轴向相对的位置处的辅助鳍片(74、114)，以当风扇毂(54)旋转时帮助冷却气流的产生。

Description

风扇电动机
技术领域
本发明涉及一种风扇电动机。
背景技术
例如，一种已经公知并公开在US 2004/0223845A1中的风扇电动机。在US 2004/0223845A1的风扇电动机中，可旋转轴设置在内转子型的驱动电动机单元中，而风扇连接到可旋转轴上。风扇具有杯状风扇毂(fanboss)。多个叶片设置到风扇毂的外部，而多个鳍片(fin)设置在风扇毂的内部中。此外，多个冷却孔设置在驱动电动机单元的电动机壳套的底部中。当驱动电动机单元被供以能量而使可旋转轴旋转时，风扇毂相对于驱动电动机单元的壳套旋转以旋转叶片，从而产生用于冷却车辆的散热器的气流。此时，另一冷却气流也通过风扇毂的鳍片产生，以通过冷却孔从驱动电动机单元的壳套的内部流到驱动电动机单元的壳套的外部。
然而，在US 2004/0223845A1中公开的风扇电动机中，虽然冷却气流通过风扇毂的鳍片产生，以从驱动电动机单元的壳套的内部流到驱动电动机单元的壳套的外部，但通过驱动电动机单元的壳套内部的冷却气流的流量相对较小。因此，不能有效地冷却驱动电动机单元的内部。
发明内容
本发明解决以上问题。因此，本发明的一个目的是提供一种风扇电动机，所述风扇电动机能够增加通过驱动电动机单元的内部的冷却气流的流量，以更有效地冷却驱动电动机单元的内部。
为了实现本发明的目的，提供了一种包括驱动电动机单元和风扇的风扇电动机。驱动电动机单元包括壳套，所述壳套具有管状部分和底部。所述底部设置在管状部分的一个轴向端，并且包括轴向穿过底部的至少一个冷却孔。所述风扇包括风扇毂，风扇毂整体可旋转地连接到壳套，并通过驱动电动机单元驱动。风扇毂具有管状部分和底部。风扇毂的底部设置在风扇毂的管状部分的一个轴向端，并轴向相对壳套的底部。多个叶片设置到风扇毂的管状部分的外表面。多个鳍片从风扇毂的底部的内表面朝向壳套的底部轴向延伸，并从风扇毂的管状部分的内周边表面径向向内延伸，以当风扇毂旋转时，通过壳套的至少一个冷却孔产生从壳套的内部朝向壳套的外部的冷却气流。多个鳍片中的每个都包括位于与至少一个冷却孔中对应的一个冷却孔轴向相对的位置处的辅助鳍片，以当风扇毂旋转时帮助冷却气流的产生。
附图说明
从以下说明、随附权利要求和相应的附图可以最好地理解本发明以及本发明的其它目的、特征和优点，其中：
图1是根据本发明的第一实施例的风扇电动机的轴向横截面视图；
图2是显示从背面看到的第一实施例的风扇电动机的风扇毂和转子壳套的局部断裂透视图；
图3是显示与图2不同的不同角度观看的风扇毂的透视图；
图4是根据本发明的第一实施例的风扇毂的底视图；
图5是显示根据本发明的第一实施例的风扇毂的鳍片的倾斜角度和风扇毂的入口处的风速之间的关系的图表；
图6是根据本发明的第二实施例的风扇电动机的轴向横截面视图；
图7是根据本发明的第二实施例的风扇电动机的局部放大的横截面视图；
图8A是显示根据本发明的第一实施例的风扇电动机的定子的分析结果的图式；以及
图8B是显示根据本发明的第二实施例的风扇电动机的定子的分析结果的图式。
具体实施方式
(第一实施例)
将说明根据本发明的第一实施例的风扇电动机10的结构。
图1是根据本发明的第一实施例的风扇电动机10的轴向横截面视图。图2是显示从背面看到的风扇电动机10的风扇毂54和转子壳套42的局部断裂透视图。图3是显示与图2不同的从不同角度观看的风扇毂54的透视图。图4是风扇毂54的底视图。此外，图5是显示风扇毂54的鳍片64的倾斜角度和风扇毂54的入口66处的风速(空气流速)之间的关系的图表。
图1所示的第一实施例的风扇电动机10用于冷却车辆的散热器，并与车辆的发动机室中的散热器相邻放置。风扇电动机10包括驱动电动机单元12和风扇14。
驱动电动机单元12形成为外转子型的无刷电动机，并且包括定子16、定子壳套18、转子20和控制电路22。
在定子16中，绕组26通过绝缘体缠绕在环形的叠片铁芯24上。定子壳套18包括盘状壳套主体28。冷却孔30在壳套主体28的中心部分径向向外处沿壁厚方向延伸通过壳套主体28。
管状中心件32设置在壳套主体28的中心部分。中心件32容纳在叠片铁芯24的通孔34中。当中心件32压配合进叠片铁芯24的通孔34中时，定子16整体安装到定子壳套18。
两个轴承件36容纳在中心件32中，以可旋转地支撑可旋转轴38。可旋转轴38的一个纵向端通过在中心件32的底部处的孔40从中心件32向外突出。可旋转轴38的突出端固定到设置在转子20中的转子壳套42的中心支撑件44。
转子20包括杯状类型的转子壳套42。转子壳套42将定子16容纳在其中。转子磁铁48固定到转子壳套42的管状部分46的内周边表面。转子磁铁48与设置到定子16的叠片铁芯24径向相对。冷却孔52在转子壳套42的中心部分的径向向外处沿壁厚方向(轴向)延伸通过转子壳套42的底部50。
控制电路22整体设置到定子壳套18，并电连接到设置在定子16中的绕组26。控制电路22根据从外部的控制装置(未示出)输出的控制信号将电流顺序施加到定子16的绕组26。
风扇14包括杯状风扇毂54，杯状风扇毂54在轴向和径向上都大于转子壳套42。风扇毂54具有与转子壳套42的底部50轴向相对的底部56。管状连接部58形成于底部56的中心处。当管状连接部58固定配合到转子壳套42的中心支撑件44时，风扇毂54以整体可旋转的方式连接到转子壳套42。
此外，在风扇毂54中，管状部分60与底部56形成一体。多个叶片62从管状部分60的外周边表面径向向外延伸。叶片62被构造用于产生冷却气流，当风扇14旋转时，如图1中的箭头A所示，冷却气流从风扇电动机10的一个轴向侧(Z1侧)流动到另一轴向侧(Z2侧)。在第一实施例的图2到图4中，为简化起见没有显示叶片62。
此外，如图4所示，多个鳍片64设置在风扇毂54的内部，每个鳍片都从径向内侧向径向外侧径向延伸(更具体地，从风扇毂54的管状部分60的内周边表面径向向内延伸)。为了说明，参照图4，现在假设假想线L1连接在一个鳍片64的径向外端部分64a和风扇毂54的旋转中心54a之间。此鳍片64的径向内端部分64b在风扇毂54的旋转方向(箭头R1的方向)上位于假想线L1的向前侧(前侧)。因此，此鳍片64相对于假想线L2倾斜倾斜角度θ，其中假想线L2连接在此鳍片64的径向内端部分64b和风扇毂54的中心54a之间。
图5显示了在鳍片64的入口66(在接近对应的冷却孔52的对应相邻的鳍片64之间的空间的径向内部)处的此倾斜角度θ和风速(空气流速)之间的关系。在本实施例中，根据图5的结果，每个鳍片64的倾斜角度θ被设定为θ＝60度，以获得相对较高的风速。
此外，如图1和图3所示，每个鳍片64都从底部56连续延伸到风扇毂54中的管状部分60。具体地，每个鳍片64都包括第一鳍片部分68和第二鳍片部分70。第一鳍片部分68形成于风扇毂54的管状部分60处，并从风扇毂54的管状部分60朝向转子壳套42的管状部分46突出。第二鳍片部分70形成于风扇毂54的底部56处，且从风扇毂54的底部56朝向转子壳套42的底部50突出。
倾斜部分72形成于第一鳍片部分68的径向内部中，以在轴向上朝向风扇毂54的底部56延伸。此外，辅助鳍片74在适当的位置处设置到第二鳍片部分70上，所述位置与形成于转子壳套42的底部50中的对应的冷却孔52轴向相对(即，冷却孔52轴向突出的位置)。
辅助鳍片74通过设定第二鳍片部分70的对应部分的高度高于第二鳍片部分70的其余部分(与辅助鳍片74相邻的鳍片64的相邻部分)的高度而形成，所述第二鳍片部分70的对应部分的高度从风扇毂54的底部56测量。此外，如图2所示，辅助鳍片74的突出侧部76被放置在形成于转子壳套42的底部50中的对应的冷却孔52的内部。此外，辅助鳍片74的突出端面78的轴向位置大体上与转子壳套42的底部50的内端面80的轴向位置一致。
此外，如图1和图3所示，倾斜部分82通过倒角辅助鳍片74的径向外端部分的拐角而形成。倾斜部分82倾斜为使得倾斜部分82的径向长度(radialextent)在轴向上朝向风扇毂54的底部56增加。
当风扇14旋转时，每个都具有辅助鳍片74的鳍片64产生冷却气流，此冷却气流从转子壳套42的内部通过冷却孔52流动到转子壳套42的外部，此后，如箭头C所示，通过风扇毂54的内周边侧和转子壳套42的外周边侧之间的空间从风扇电动机10的一个轴向侧(Z1侧)排出到另一轴向侧(Z2侧)。
此外，当风扇14旋转时，鳍片64的辅助鳍片74促进了由箭头C表示的冷却气流的产生(即，增加气流)。
接下来，将说明根据本发明的第一实施例的风扇电动机10的操作。
在风扇电动机10中，当旋转的磁场从定子16施加到转子磁铁48时，转子20旋转，从而使风扇14与转子20一起旋转。当风扇14旋转时，如箭头A所示，产生从风扇电动机10的一个轴向侧(Z1侧)到另一轴向侧(Z2侧)的冷却气流。
当冷却气流如箭头A所示产生时，在风扇电动机10的另一轴向侧(Z2侧)上产生正压，而在风扇电动机10的一个轴向侧(Z1侧)产生负压。因此，如箭头B所示，冷却气流从风扇电动机10的另一轴向侧(Z2侧)通过冷却孔30流入转子壳套42的内部，并且在通过转子壳套42的内部(具体地，叠片铁芯24的狭槽25)后，通过冷却孔52从转子壳套42排出。依此方式，可以冷却容纳在转子壳套42的内部中的定子16。
此外，在此时，在风扇毂54的内部径向延伸的鳍片64产生从转子壳套42的内部通过冷却孔52流到转子壳套42的外部的冷却气流，并且此冷却气流通过风扇毂54的内周边侧和转子壳套42的外周边侧之间的空间，从风扇电动机10的一个轴向侧(Z1侧)排出到另一轴向侧(Z2侧)。依此方式，由于在冷却孔52的周围产生负压，通过转子壳套42的内部的冷却空气的流量增加，从而可以更有效地冷却容纳在转子壳套42的内部中的定子16。
在此，产生由箭头C表示的冷却气流的每个鳍片64都在与对应的冷却孔52轴向相对的位置处具有辅助鳍片74，以促进由箭头C表示的冷却气流的产生。因此，由于存在辅助鳍片74，所以，可以增加通过冷却孔52从转子壳套42的内部排出到转子壳套42的外部的冷却气流的流量。因此，通过转子壳套42的内部的冷却空气的流量增加，以更有效地冷却容纳在转子壳套42的内部中的定子16。
依此方式，根据本发明的第一实施例的风扇电动机10可以增加通过驱动电动机单元12的内部的冷却气流的流量，以更有效地冷却驱动电动机单元12的内部。
此外，在根据本发明的第一实施例的风扇电动机10中，每个鳍片64都被构成为使得鳍片64的径向内端部分64b在风扇毂54的旋转方向(箭头R1的方向)上位于假想线L1的向前侧，假想线L1连接在鳍片64的径向外端部分64a和风扇毂54的中心54a之间。因此，可以增加在各鳍片64的入口66处的风速。结果，可以进一步增加由箭头C所示的冷却气流的流量。
此外，在第一实施例的风扇电动机10中，倾斜部分82以使倾斜部分82的径向长度在轴向上朝向风扇毂54的底部56增加的方式设置在辅助鳍片74的径向外端部分中。依此方式，可以容易且可靠地增加由箭头C表示的冷却气流的流量。
此外，在本发明的第一实施例的风扇电动机10中，辅助鳍片74只通过设定鳍片64的第二鳍片部分70的对应部分的高度高于第二鳍片部分70的其余部分的高度而形成，其中所述第二鳍片部分70的对应部分的高度从风扇毂54的底部56测量。
(第二实施例)
接下来，将说明根据本发明的第二实施例的风扇电动机100的结构。
图6是根据本发明的第二实施例的风扇电动机100的轴向横截面视图。图7是风扇电动机100的局部放大的横截面视图。
在根据本发明的第二实施例的风扇电动机100中，每个鳍片104的形状和每个辅助鳍片114的形状由第一实施例的风扇电动机10的形状变形得到。在第二实施例中，除了以下说明的外，风扇电动机100的结构特征与本发明的第一实施例的结构特征相同。因此，与以上第一实施例中所述相同的结构特征将通过相同的参考符号表示，且为简化起见将不进一步说明。
如图6和图7所示，在本发明的第二实施例的风扇电动机100中，每个鳍片104都从风扇毂54的底部56连续形成到管状部分60。即，每个鳍片104都包括第一鳍片部分108和第二鳍片部分110。第一鳍片部分108形成于风扇毂54的管状部分60处，并从风扇毂54的管状部分60向转子壳套42的管状部分46突出。第二鳍片部分110形成于风扇毂54的底部56处，且从风扇毂54的底部56向转子壳套42的底部50突出。
第一鳍片部分108形成为平行于轴向延伸。第二鳍片部分110包括辅助鳍片114。辅助鳍片114通过设定第二鳍片部分110的对应部分的高度高于第二鳍片部分110的其余部分的高度而形成，其中所述第二鳍片部分110的对应部分的高度从风扇毂54的底部56测量。此外，如图7所示，辅助鳍片114的突出侧部116通过形成于转子壳套42的底部50中的对应的冷却孔52放置在转子壳套42的内部空间中。
即，辅助鳍片114的突出端面118放置在转子壳套42的底部50的内端面80的轴向向内侧(Z2侧)。此外，倾斜部分122通过倒角辅助鳍片114的径向外端部分的拐角而形成。倾斜部分122的径向长度在轴向上朝向风扇毂54的底部56增加。
当风扇14旋转时，每个都具有辅助鳍片114的鳍片104产生冷却气流，此冷却气流从转子壳套42的内部通过冷却孔52流动到转子壳套42的外部，此后，如箭头D所示，通过风扇毂54的内周边侧和转子壳套42的外周边侧之间的空间，从风扇电动机100的一个轴向侧(Z1侧)排出到另一轴向侧(Z2侧)。
此外，当风扇14旋转时，鳍片104的辅助鳍片114促进了由箭头D表示的冷却气流的产生(即，增加气流)。
接下来，将说明根据本发明的第二实施例的风扇电动机100的操作。
在风扇电动机100中，当旋转的磁场从定子16施加到转子磁铁48时，转子20旋转，从而使风扇14与转子20一起旋转。当风扇14旋转时，如箭头A所示，产生从风扇电动机100的一个轴向侧(Z1侧)到另一轴向侧(Z2侧)的冷却气流。
当冷却气流如箭头A所示产生时，在风扇电动机100的另一轴向侧(Z2侧)产生正压，而在风扇电动机100的一个轴向侧(Z1侧)产生负压。因此，如箭头B所示，冷却气流从风扇电动机100的另一轴向侧(Z2侧)通过冷却孔30流入转子壳套42的内部，并在通过转子壳套42的内部(具体地，叠片铁芯24的狭槽25)后，通过冷却孔52从转子壳套42排出。依此方式，可以冷却容纳在转子壳套42的内部中的定子16。
此外，在此时，在风扇毂54的内部中径向延伸的鳍片104产生从转子壳套42的内部通过冷却孔52流动到转子壳套42的外部的冷却气流，并且此冷却气流通过风扇毂54的内周边侧和转子壳套42的外周边侧之间的空间，从风扇电动机100的一个轴向侧(Z1侧)排出到另一轴向侧(Z2侧)。依此方式，由于在冷却孔52的周围产生负压，通过转子壳套42的内部的冷却空气的流量增加，从而可以更有效地冷却容纳在转子壳套42的内部中的定子16。
在此，产生由箭头D表示的冷却气流的每个鳍片104都具有促进由箭头D表示的冷却气流的产生的辅助鳍片114。辅助鳍片114的突出端通过形成于转子壳套42的底部50中的对应的冷却孔52放置在转子壳套42的内部空间中。因此，由于存在辅助鳍片114，所以可以增加通过冷却孔52从转子壳套42的内部排出到转子壳套42的外部的冷却气流的流量。因此，通过转子壳套42的内部的冷却空气的流量增加，以更有效地冷却容纳在转子壳套42的内部中的定子16。
依此方式，根据本发明的第二实施例的风扇电动机100可以增加通过驱动电动机单元12的内部的冷却气流的流量，以更有效地冷却驱动电动机单元12的内部。
此外，在根据本发明的第二实施例的风扇电动机100中，相似于第一实施例的鳍片64，每个鳍片104都被构成为使得鳍片104的径向内端部分在风扇毂54的旋转方向(参见图4)上位于假想线L1的向前侧，其中假想线L1连接在鳍片104的径向外端部分和风扇毂54的旋转中心54a之间。因此，可以增加各鳍片104的入口106处的风速。结果，可以进一步增加由箭头D所示的冷却气流的流量。
此外，在第二实施例的风扇电动机100中，倾斜部分122以使倾斜部分122的径向长度在轴向上朝向风扇毂54的底部56增加的方式设置在辅助鳍片114的径向外端部分中。依此方式，可以容易且可靠地增加由箭头D表示的冷却气流的流量。
此外，在本发明的第二实施例的风扇电动机100中，辅助鳍片114只通过设定鳍片104的第二鳍片部分110的对应部分的高度高于第二鳍片部分110的其余部分的高度而形成，其中所述第二鳍片部分110的对应部分的高度从风扇毂54的底部56测量。
接下来，将说明以上实施例的风扇电动机10、100的分析结果。
图8A和图8B显示了以上实施例的风扇电动机10、100的分析结果。分析的结果通过连续操作风扇电动机10、100并通过计算机计算定子16的温度分布而获得。该温度分布表示在图中。具体地，图8A显示根据本发明的第一实施例的风扇电动机10的定子16的分析结果，而图8B是根据本发明的第二实施例的风扇电动机100的定子16的分析结果。在图8A和图8B中，阴影越黑，则分布温度越高。如图8A和图8B清晰显示，与根据本发明的第一实施例的风扇电动机10相比，根据本发明的第二实施例的风扇电动机100显示了用于冷却定子16的更高的冷却性能。
即，如图6和图7所示，当每个辅助鳍片114的突出端通过形成于转子壳套42的底部50中的对应的冷却孔52放置在转子壳套42的内部空间中时，与图1所示的每个辅助鳍片74的结构相比，有利地增加通过冷却孔52从转子壳套42的内部排出到转子壳套42外的冷却气流的流量。因此，可以更有效地冷却容纳在转子壳套42中的风扇电动机100中的定子16。
其它优点和改进方式对本领域的普通技术人员将很容易实现。因此，在宽泛意义上的本发明不局限于具体的细节、代表性设备、以及显示和说明的说明性实例。

Claims (7)

1.一种风扇电动机，包括：
驱动电动机单元(12)，所述驱动电动机单元包括壳套(42)，所述壳套具有管状部分(46)和底部(50)，其中底部(50)设置在管状部分(46)的一个轴向端，并且包括轴向穿过底部(50)的至少一个冷却孔(52)；以及
风扇(14)，所述风扇包括风扇毂(54)，所述风扇毂整体可旋转地连接到壳套(42)，并通过驱动电动机单元(12)驱动，其中：
风扇毂(54)具有管状部分(60)和底部(56)；
风扇毂(54)的底部(56)设置在风扇毂(54)的管状部分(60)的一个轴向端，并与壳套(42)的底部(50)轴向相对；
多个叶片(62)设置到风扇毂(54)的管状部分(60)的外表面；
多个鳍片(64、104)从风扇毂(54)的底部(56)的内表面朝向壳套(42)的底部(56)轴向延伸，并从风扇毂(54)的管状部分(60)的内周边表面径向向内延伸，以当风扇毂(54)旋转时产生通过壳套(42)的至少一个冷却孔(52)从壳套(42)的内部朝向壳套(42)的外部的冷却气流；以及
多个鳍片(64、104)中的每个都包括位于与至少一个冷却孔(52)中对应的一个冷却孔轴向相对的位置处的辅助鳍片(74、114)，以当风扇毂(54)旋转时帮助冷却气流的产生。
2.根据权利要求1所述的风扇电动机，其中多个鳍片(104)中的每个的辅助鳍片(74、114)至少部分放置在至少一个冷却孔(52)中对应的一个冷却孔中。
3.根据权利要求2所述的风扇电动机，其中多个鳍片(104)中的每个的辅助鳍片(74、114)通过至少一个冷却孔(52)中对应的一个冷却孔轴向延伸进壳套(42)的内部。
4.根据权利要求1到3中任一项所述的风扇电动机，其中驱动电动机单元(12)包括：
定子(16)，所述定子包括叠片铁芯(24)，多个绕组(26)环绕所述叠片铁芯；以及
转子(20)，所述转子可相对于定子(16)旋转，并且包括容纳定子(16)的壳套(42)，作为转子(20)的转子壳套(42)。
5.根据权利要求1到3中任一项所述的风扇电动机，其中多个鳍片(64、104)中的每个的径向内端部分(64b)在风扇毂(54)的旋转方向上位于假想线(L1)的向前侧，其中假想线(L1)连接在鳍片(64、104)的径向外端部分(64a)和风扇毂(54)的旋转中心(54a)之间。
6.根据权利要求1到3中任一项所述的风扇电动机，其中多个鳍片(64、104)中的每个的辅助鳍片(74、114)都具有从风扇毂(54)的底部(56)测量并高于与辅助鳍片(74、114)相邻的鳍片(64、104)的相邻部分的高度。
7.根据权利要求6所述的风扇电动机，其中：
倾斜部分(82、122)形成为在多个鳍片(64、104)的每个中的辅助鳍片(74、114)的径向外部中径向向外延伸；以及
倾斜部分(82、122)的径向长度在驱动电动机单元(12)的轴向上朝向风扇毂(54)的底部(56)增加。
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