CN102648571B - Hvac风机的空心线圈绕组 - Google Patents

Abstract

在用于汽车的内部空间通风设备的风机中，风机电动机包括具有多个径向对准的线圈的第一部分和具有多个径向对准的永磁体的相对于第一部分可旋转地来放置的第二部分，其中在第一部分的线圈与第二部分的永磁体之间构造同心的环状间隙，并且线圈是空心线圈。

Description

HVAC风机的空心线圈绕组

背景技术

为了电驱动HVAC(“Heating，VentilatingandAirconditioning(暖通空调)”)设备(以下称为通风设备)中的风机叶轮，通常根据期望的风机功率来采用机械或者电换向的电动机。在此，电动机的部分、例如定子承载多个线圈，而另一部分、例如转子承载多个永磁体。这两部分相对彼此可旋转地来放置，并且线圈和永磁体被设置在同心的环状间隙的不同侧上。线圈被缠绕在与环形磁通元件集成实施的芯周围，所述环形磁通元件引导线圈之间的磁通。在实践中，为此使用空心圆柱体通量元件(Flusselement)，例如由经冲压的板材构成的堆叠形式的空心圆柱体通量元件。通量元件具有径向槽，其中线圈的绕组通过相邻槽，使得被绕组包围的空间通过通量元件的区段来填充，该通量元件的区段作为铁磁线圈芯起作用。线圈由非铁磁材料制成，例如由铜线制成。

在转子相对于定子旋转时，与转子的永磁体交替对置的是铁磁区段(线圈芯)和定子的铁磁区段(线圈)。由此，在旋转期间持续交变的力在转子与定子之间起作用，由此可发生转子相对于定子的加速或制动，该加速或制动使转子的均匀运转受损。因此引起的同步运转波动的频率与转子的转速以及定子的沿着其周长的线圈数目有关。结果，在所描绘的风机电动机的情况下，在工作时可出现较低带宽的噪声，该噪声可被感觉为鸣声或者啸叫声。噪声可通过汽车的通风设备来传播，并且被乘客感觉为令人不快的。噪声也可与其他振荡集成，使得也可例如引发高次谐波、叠加的噪声和浮动频率，其在汽车的内部空间中是可听见的并且导致提高的噪声载荷。

过去曾尝试通过衰减激励或者通过减小电磁力来抵制这种噪声产生。但是，这得到了在其功率级测量的情况下具有大质量的风机电动机。这在制造时的操作、生产和资源消耗的方面是不期望的。

发明内容

因而，本发明所基于的任务是给出一种风机电动机，该风机电动机在质量较小时具有良好的同步运转，使得风机电动机产生较少的噪声。

该任务通过根据权利要求1所述的具有风机电动机的风机以及通过根据权利要求12所述的汽车来解决。从属权利要求说明了可能的或适宜的改进方案。

根据本发明的第一方面，用于汽车的内部空间通风设备的风机包括风机电动机，该风机电动机包括具有多个径向的线圈的第一部分和具有多个径向的永磁体的相对于第一部分可旋转地来放置的第二部分，其中在第一部分的线圈与第二部分的永磁体之间构造同心的环状间隙，并且线圈是空心线圈。

通过使用空心线圈避免风机电动机的部分的铁磁元件在工作时循环地进入和再次退出风机电动机的另一部分的磁场中。传统的风机电动机的通过这样的交变作用引起的同步运转波动没有被引起，并且甚至不会形成归因于这种同步波动的噪声。此外，无芯的空心线圈具有基本上较小的磁滞作为被缠绕在铁磁芯周围的线圈。

风机的风机电动机可包括用于将线圈磁耦合到其背离环状间隙的一侧上的第一磁通元件。该第一磁通元件使相邻的被触发的线圈的磁力线闭合，并且这样提高可引起的磁力，而且结果提高风机电动机的效率。

线圈的绕组可在轴向方向上靠在第一磁通元件上。以这种方式，虽然限制线圈中的每个线圈的最大匝数目，因为所有匝的区段必须并排并且仅该通量元件的有限的外部周长可供与匝接触，但是同时这些匝中的每个都处于距环状间隙为最小可能的间距中，其中所述环状间隙将匝与风机电动机的另一部分的永磁体分离。该实施形式因而可进一步提高风机电动机的效率。

风机的风机电动机此外还可包括用于将永磁体磁耦合到背离环状间隙的一侧上的第二磁通元件。第二磁通元件如第一磁通元件那样用于引导磁力线并且因此最终用于提高风机电动机的效率。

风机的风机电动机的第一部分可以是定子，而第二部分可以是包围定子的转子。这种风机电动机被公知为外转子。永磁体径向地在外部被置于转子上，以便最大化外转子的旋转质量。可省去机械换向器，因为设置在定子上的线圈相对于风机电动机的承载风机电动机的电端子的紧固元件是不运动的。

风机可在风机电动机旁包括与其转子连接的风机叶轮。在此，例如可涉及径向的或者轴向的风机叶轮。在一种方案中，风机叶轮是半轴向的，并且不仅包括用于轴向吸入空气的吸气叶片(Saugschaufeln)而且包括用于径向逸出所吸入的空气的逸出叶片。偏转元件将所吸入的空气导向逸出叶片，并且同时限制空气在轴向方向上的流动区域。偏转元件可以径向对称地被凹形构造。具有外转子的风机电动机可被设置在偏转元件的背离风机的叶片的凹侧上，由此得到特别好地利用可供使用的结构空间。以这种方式可以实现紧凑的、尤其是在轴向方向上短地构造的风机。

风机的风机电动机此外还可包括用于固定第一磁通元件的缠绕体。该缠绕体此外还可承载风机电动机的线圈的绕组，使得形成可被廉价制造的可单独操作的定子组件。

缠绕体可包括两个轴向设置的部分。这两个部分例如可被成形来使得这两个部分在轴向并合之后轴向地和径向地放置第一磁通元件。在并合之后，线圈的绕组可被施加到缠绕体上。缠绕体的这两部分可以是一致的，使得在大量制造的范围中可进一步节约生产成本。

缠绕体的每个部分都可包括用于固定其中一个线圈的匝的附件。在轴向方向上彼此对置的附件可用于放置线圈的多个匝。通过匝，缠绕体的这两个部分彼此连接，并且第一磁通元件可不移动地被保持在其位置上。

最后，风机的风机电动机可包括与线圈连接的用于基于未供电的线圈的激励而无传感器地进行转速控制的控制电路。

根据第二方面，汽车包括如上所实施的具有风机的内部空间通风设备。

附图说明

以下参考所附的附图更准确地描述本发明，其中：

-图1示出了汽车中的通风设备的示意图；

-图2示出了图1中的风机电动机的细节的轴向透视图；

-图3示出了图2中的细节的径向透视图；以及

-图4示出了通过图1中的风机电动机的侧向截面图。

如果未另外说明，则轴向和径向说明涉及风机电动机的旋转轴。在所有图中，相同的或彼此相对应的要素承载相同的附图标记。

图1示出了内部空间通风设备100的示意图。汽车110包括吸入部分120、风机130和分配部分140。风机130包括风机叶轮150和风机电动机160。在图1的图中没有包含内部空间通风设备100的可选元件，如过滤器、盖、阀门、换热器、冷凝器等，所述可选的元件在本上下文中并不进一步相关。风机电动机160将风机叶轮150置于旋转，使得空气从汽车110的外侧通过吸入部分120被抽入风机叶轮150中并且紧接着通过分配部分140被输送到汽车140的内部空间中。吸入部分120和分配部分140常常被集成到一个部分中地被实施。

图2从轴向透视图方面示出了图1中的具有空心线圈的风机电动机160的细节200。线圈210被绕在附件220周围，并且包括三个匝，这些匝的轴向区段彼此平行地置于风机电动机160的旋转轴线的周边上。每个匝的可见端被示为未连接的，以便表明匝以任意方案彼此地、与其他匝或者与控制电路410的电端子相连接。在线圈210的面向风机电动机160的旋转轴线的一侧上，第一同心磁通元件230延伸，所述第一同心磁通元件230的区段被示出。第一磁通元件230总体上具有空心圆柱体的形状。第一磁通元件230例如可以是任意形状的定子包(Statorpaket)。其可例如包括空心圆柱体的紧密元件、由板构成的堆叠或者螺旋形缠绕的扁丝。第一磁通元件的元件或者区段为了进一步避免噪声而彼此连接，例如通过粘接、焊接、铆接、夹紧或者螺纹来连接。在线圈210的中部，附件220遮盖第一磁通元件230。沿着第一磁通元件230的外周，在线圈210的匝之间没有芯，线圈210的内部空间用空气来填充(“空心线圈”)。

通过环状间隙240，与线圈210分开地在径向方向上延伸永磁体250。永磁体250与线圈210的大小比例不是比例正确的。风机电动机160的线圈210的数目可不同于永磁体250的数目，例如有12个线圈210，而有11个或13个永磁体250。永磁体250被磁径向定向，其中磁北极如所示的那样可在内部或者也在外部。在其背离环状间隙240的一侧上，永磁体250靠在第二磁通元件260上，所述第二磁通元件260的区段被示出。第二磁通元件260总体上具有空心圆柱体形状。所述第二磁通元件260如第一磁通元件230那样可由多个元件或者由充满的材料构成，并且例如被卷、被拉深或者由管来扭转(被切断)。

所示的线圈210的两侧的其他线圈210以及所示的永磁体250的两侧的其他永磁体250未示出。相邻元件可彼此靠置，并且相邻永磁体可具有彼此相反的磁定向。

图3以径向视图示出了图1中的风机电动机160的图2中的两个线圈210的其他详细视图300。图2中示出的永磁体250和第二磁通元件260在图3中未示出。线圈210分别被绕在彼此对置的附件220周围。线圈210中的每个线圈包括三个匝，其中相邻线圈210直接彼此连接。线圈210的匝的轴向区段彼此平行地沿着第一磁通元件230的外表面来设置。在每个线圈210的内部中的被分别在最内部的匝包围的空间用空气来填充；在另一改进方案中，也可使用其他磁中性材料，例如使用如聚酯或者环氧树脂的人造树脂。

图4示出了图1中的风机130的侧向截面图。风机130包括风机叶轮150、风机电动机160和容纳控制电路410的紧固法兰470。控制电路410被设计来在工作时以确定的序列激活或去活线圈210，以便引起风机电动机160的预确定的转速。风机电动机160的实际转速可通过如下方式来确定：检测在没有激活的线圈210中通过运动经过所述线圈210的永磁体所感生的感生电压。由于在风机电动机160的静止状态下没有感生出这种电压，所以在风机电动机160的起动阶段首先省去对实际转速的检测，并且引起线圈210的预确定的激活顺序，直至风机电动机160已达到足够大的旋转速度，以便执行转速调节。

风机叶轮150包括用于轴向吸入空气的吸气叶片420、用于径向逸出所吸入的空气的逸出叶片430以及用于将所吸入的空气偏转到逸出叶片430的偏转元件440。

偏转元件440以旋转稳定的方式与吸气叶片420和逸出叶片430相连接。此外，偏转元件440以永磁体250和第二磁通元件260的形式承载风机电动机160的转子490。风机电动机160的定子480包括由第一部分450和第二部分460构造的缠绕体，该缠绕体承载第一磁通元件230和线圈210。缠绕体的部分450、460中的每个都具有用于固定线圈210的突出部220。环状间隙240在线圈210与永磁体250之间延伸。紧固法兰470支承风机电动机160的定子480。

在上部区段上实施紧固法兰470，使得该紧固法兰470可例如在通风部分的壁的相对应的凹处中支承风机130。风机130可从该凹处作为整体单元在轴向方向上是可被取出的。

所描述的风机电动机160能够在小转矩至中等转矩的情况下覆盖宽的转速范围，并且因而特别适于用在风机130中。其小的质量和其产生噪声的小的趋势以特别的方式使风机电动机160对于用在汽车110的内部空间通风设备100中有资格。

与相同驱动功率的常规风机电动机相比，此外可实现可观的重量节省，因为不需要为了同步运转稳定化而提高风机电动机160的旋转质量或者为了避免噪声而使风机电动机160持续地在其构造方式决定的性能下工作。在所描述的风机电动机160的测试样本的情况下，可实现400g的重量，而可比较的输出功率的常规风机电动机具有880g的重量。

Claims (7)

1.用于汽车（110）的内部空间通风设备（100）的风机（130），其具有风机电动机（160），所述风机电动机（160）包括

-具有多个径向指向的空心线圈（210）的第一部分（480,490），以及

-具有多个径向指向的永磁体（250）的相对于第一部分可旋转地被支承的第二部分（490,480）；

-其中在第一部分的空心线圈（210）与第二部分的永磁体（250）之间构造同心的环状间隙（240），其中，

-具有用于将线圈（210）磁耦合到该线圈（210）的背离环状间隙（240）的一侧上的第一磁通元件（230），并且

-具有用于将永磁体（250）磁耦合到背离环状间隙（240）的一侧上的第二磁通元件（260），

-其中所述空心线圈（210）的内部空间用空气来填充，

其特征在于，

-第一部分是定子（480），而第二部分是包围定子（480）的转子（490），其中转子（490）与风机叶轮（150）连接，

-其中设置缠绕体（450,460）用于轴向地并且径向地固定所述第一磁通元件（230）。

2.根据权利要求1所述的风机（130），其特征在于，线圈（210）的匝在径向方向上靠在第一通量元件（230）上。

3.根据权利要求1所述的风机（130），其特征在于，风机叶轮（150）具有半轴结构。

4.根据权利要求1所述的风机（130），其特征在于，缠绕体（450,460）包括两个轴向设置的部分（450,460）。

5.根据权利要求4所述的风机（130），其特征在于，缠绕体的每个部分（450,460）包括用于固定其中一个线圈（210）的匝的凸起（220）。

6.根据前述权利要求之一所述的风机（130），其特征在于具有与线圈（210）连接的、用于基于未被供电的线圈（210）的激励而无传感器地进行转速控制的控制电路（470）。

7.一种汽车（110），其包括具有根据权利要求6所述的风机(130)的内部空间通风设备（100）。