CN105626585B - 冷却马达的风扇和方法 - Google Patents

Abstract

一种风扇，包括轮毂和联接至该轮毂的至少一个桨叶。该桨叶包括入口部和出口部。该入口部由纵轴、入口边缘和末梢边缘的一部分限定。该出口部由纵轴、出口边缘和末梢边缘的另一部分限定。

Description

冷却马达的风扇和方法

技术领域

本发明的领域大体上涉及马达的冷却，更具体地，涉及使用轴流风扇冷却电动马达。

背景技术

一些已知的轴流风扇包括叶轮，该叶轮具有多个环绕轮毂定位的桨叶。马达使叶轮围绕轴线旋转，并且叶轮沿基本平行于该轴线的方向导引空气。当叶轮导引空气时，气流具有不同的风速，因此沿叶轮的桨叶具有不同的气压。气压差产生低效的流动结构，这等同于能量损耗。典型地，风扇在轮毂附近、桨叶下方和气流进入风扇的位置产生低效的流动结构。

一些包封式电动马达使用轴流风扇进行冷却。电动马达一般包括完全包封在壳体内的定子和转子。轴流风扇连接在转子轴的端部，用来增强壳体上的空气循环，并且用来提高转子和定子向周围环境的热耗散。这些风扇冷却式电动马达中的一些包括风扇罩，以便有利于在电动马达壳体的外表面上导引冷却空气。这些用于冷却包封式马达的***产生了高压点，并且因此产生了低效率和噪声。

发明内容

在一个方面中，一种轴流风扇包括限定了轴流风扇的中心的轮毂以及环绕该轮毂的引导件。该引导件限定了至少一个开口，该开口有利于轴流风扇的出口侧上的气流。该轴流风扇进一步包括至少一个桨叶，该桨叶联接至该轮毂并且从该轮毂沿径向向外延伸。该引导件沿桨叶纵轴平分该至少一个桨叶。该桨叶纵轴限定了该至少一个桨叶的入口部和出口部。

在另一方面中，一种风扇包括限定了风扇的中心的轮毂和联接至该轮毂的桨叶。该桨叶从该轮毂沿径向向外延伸并且具有纵轴。该桨叶包括与第一轮毂连接点隔开第一径向距离的入口末梢(远端)尖端(末端)和与该第一轮毂连接点隔开第二径向距离的出口末梢尖端。末梢边缘在该入口末梢尖端与该出口末梢尖端之间延伸。入口边缘在该入口末梢尖端与该第一轮毂连接点之间延伸。出口边缘在该出口尖端末梢与第二轮毂连接点之间延伸。桨叶纵轴、入口边缘和末梢边缘的第一部分限定了桨叶的入口部。所述纵轴、出口边缘和末梢边缘的第二部分限定了桨叶的出口部。

在又一方面中，一种冷却包封式马达的方法使用了联接至马达的风扇。该方法包括提供风扇，该风扇包括叶轮，该叶轮具有多个桨叶和联接至所述多个桨叶的引导件。所述多个桨叶中的第一桨叶具有入口部，所述多个桨叶中的第二桨叶具有出口部。该方法进一步包括使叶轮旋转以便在入口侧将空气吸入风扇中，使得空气接触第一桨叶的入口部。朝向风扇的出口侧导引空气穿过引导件中的开口，以使空气接触第二桨叶的出口部。

附图说明

图1是由轴流风扇冷却并且包括轴流风扇罩的示例性电动马达的示意性透视图；

图2是图1的电动马达沿线2-2截取的横截面视图；

图3是示例性轴流风扇叶轮的示意性透视图；

图4是图3的轴流风扇叶轮的正视图；

图5是图3的轴流风扇叶轮的侧视图；

图6是图3的轴流风扇叶轮的后视图；

图7是图3的轴流风扇叶轮沿线7-7截取的横截面视图；

图8是示出了围绕桨叶的气流的示例性桨叶的侧视图。

具体实施例

下面描述用于高效且安静地冷却马达的风扇和使用风扇的方法。该风扇包括连接至中心轮毂的多个桨叶以及环绕轮毂并等分桨叶的引导件。该风扇使用独特的桨叶形状-该形状类似于鲨鱼尾-以便最优地导引空气。连同双面桨叶形状，该引导件具有开口，用来便于气流跨过桨叶的入口部和出口部。此外，开口便于充足的气流流至风扇的出口侧以便减轻高压蓄积。因此，该风扇产生最小的噪声，同时高效地朝向马达导引用于冷却的空气。

图1是示例性电动马达10的透视图，图2是沿线2-2截取的该电动马达10的横截面视图。马达10由轴流风扇12冷却，并且包括轴流风扇罩(导流罩)14。在该示例性实施例中，马达10是完全包封式马达。柱形壳体16包封马达10，以便防止灰尘和/或其它有害污染物侵入马达10。壳体16包括多个冷却翅片18，这些冷却翅片基本覆盖壳体16并且从该壳体16沿基本平行于马达10的中心纵轴的方向向外延伸。冷却翅片18热联接至马达10的发热部件，以便散逸所产生的热量。

马达10包括联接至转子轴22的转子20，该转子轴22在壳体16内部穿过马达10的中心纵轴延伸。转子20被联接至壳体16的定子24环绕。转子轴22被位于马达10的驱动端部28处的轴承组件26和位于马达10的与驱动端部28相反的端部32的轴承组件30支承。轴承组件26和30一般分别由圆形端部支架34和36支承。在该示例性实施例中，圆形端部支架34和36分别包括与冷却翅片18相似的冷却翅片38和40。

罩14牢固地联接至马达10的端部32，并且环绕轴流风扇12。该罩14大体上包括限定了腔体46的端壁42和侧壁44。端壁42和侧壁44的形状设计成可装配在轴流风扇12上。该罩14的形状提供了紧凑的组件，并且优化了用来生产罩14的材料。此外，罩14的形状有利于朝向马达10导引气流50。在运行中，轴流风扇12通过入口52抽吸气流50进入罩14，并且沿大致轴向方向改变气流50的方向。罩14使一部分气流50朝向由马达10的壳体16上的冷却翅片18形成的通道偏转。在替代性实施例中，因为轴流风扇12在不需要罩14的情况下朝向冷却翅片18导引充足的气流50用来冷却马达10，因此可不包括罩14。

在该示例性实施例中，轴流风扇12包括叶轮110。图3是示例性轴流风扇叶轮110的示意性透视图。图4是叶轮110的正视图。图5是叶轮110的侧视图。图6是叶轮110的后视图。图7是沿线7-7截取的叶轮110的横截面视图。在运行中，风扇马达(未示出)构造成使叶轮110围绕旋转轴112旋转以便产生气流。

叶轮110包含中心轮毂114和连接至轮毂114的多个垂直的桨叶116。本文使用的术语“垂直的”是指桨叶116的空气导引表面与旋转轴112基本共面。在其它实施例中，桨叶116不是垂直的桨叶，即，桨叶116的空气导引表面与旋转轴112基本不共面。在该示例性实施例中，叶轮110具有七个垂直的桨叶116。可替代地，叶轮110可具有任意数量的桨叶116。

环绕轮毂114，叶轮110包括引导件118，该引导件基本在桨叶纵轴120处联接至桨叶116并且等分该桨叶116。引导件118具有基本截头锥形的形状(最佳如图5所示)，并且具有圆形周界(最佳如图6所示)。在替代性实施例中，引导件118仅环绕轮毂114的部分，即，引导件118包含靠近轮毂114部分的至少一个区段。在该示例性实施例中，引导件118限定了叶轮110的入口侧122和叶轮110的出口侧124，在该入口侧空气被朝向叶轮110抽吸，在该出口侧空气被远离叶轮110排出。引导件118的第一表面126、亦即图5中的截头锥形的外表面限定了入口侧122。引导件118相反的第二表面128限定了出口侧124。第一表面126和第二表面128导引被吸入叶轮110以及从叶轮110排出的空气。

在该示例性实施例中，每个桨叶116都至少部分地在叶轮110的入口侧122和出口侧124延伸。在替代性的实施例中，部分桨叶116不是在叶轮110的两侧都延伸。例如，在一个实施例中，叶轮110包括仅在出口侧124上延伸的出口桨叶(未示出)和仅在入口侧122上延伸的入口桨叶(未示出)。在替代性实施例中，叶轮110包括任意数量和组合的入口桨叶、出口桨叶以及允许叶轮110如本文所述运行的桨叶116。

在该示例性实施例中，每个桨叶116都至少部分地由末梢边缘130、入口边缘132和出口边缘134限定。末梢边缘130在末梢入口尖端136与末梢出口尖端138之间延伸。入口边缘132在第一轮毂连接点140和末梢入口尖端136之间延伸。入口边缘132的一部分沿第一表面126延伸。与入口边缘132相对地，出口边缘134在第二轮毂连接点142与末梢出口尖端138之间延伸。在该示例性实施例中，中间点144位于末梢入口尖端136与末梢出口尖端138之间的末梢边缘130上。末梢入口尖端136与第一轮毂连接点140之间的第一径向距离146大于末梢出口尖端138与第一轮毂连接点140之间的第二径向距离148。此外，第一径向距离146大于中间点144与第一轮毂连接点140之间的第三径向距离150。因此末梢边缘130至少部分地成一定角度。在该示例性实施例中，末梢边缘130具有两个相对彼此成一定角度的直线部，使得末梢边缘130基本上形成钝角、即大于90°的角，该角在中间点144处测得。在替代性实施例中，末梢边缘形成任意数量的角，该角具有任意的测量值。总体而言，入口边缘132、出口边缘134和末梢边缘130的构型使得桨叶116具有大体上带双鳍的尾巴形状，类似于鲨鱼尾。

为了该鲨鱼尾形状，入口边缘132、出口边缘134和末梢边缘130都具有弯曲的形状，最佳如图7和8中可见的。在另外的实施例中，桨叶116具有任意数量的边缘，该边缘具有任意合适的弯曲的或直线的形状。此外，在一些实施例中，桨叶116具有包括弯曲部和直线部的组合的边缘。在该示例性实施例中，入口边缘132沿着基本其整个长度具有大致凸形的形状。出口边缘134在轮毂114附近具有大致凹形的形状，并在末梢出口尖端138附近具有大致凸形的形状。末梢边缘130在其中部具有大致凹形的形状，并且在末梢出口尖端138和末梢入口尖端136附近具有大致凸形的形状。

如图7中可见的，桨叶纵轴120穿过末梢边缘130的中间点144并处于第一轮毂连接点140与第二轮毂连接点142之间。桨叶纵轴120、入口边缘132和一部分末梢边缘130限定了桨叶116的入口部152。与入口部152相对，出口部154由桨叶纵轴120、入口边缘132和一部分末梢边缘130限定。杆部156将入口部152和出口部154连接至轮毂114。杆部156具有减小的横截面积，以便最优化制造材料和改善风扇气流。

在该示例性实施例中，引导件118限定了围绕轮毂114的开口158。开口158位于引导件118的中心附近，并且因此靠近轮毂114。开口158有利于使气流从叶轮110的入口侧122向出口侧124移动，这减少了轮毂114附近的低效流动结构的产生。在替代性实施例中，引导件118限定任意数量的开口158，例如一个连续的开口，这允许叶轮110如本文所述的运行。可替代地，引导件118可以没有开口158。在该示例性实施例中，引导件118限定七个开口158，这些开口具有弧形槽的形状，该弧形槽具有圆化的边缘。因此，开口158的数量等于叶轮110上桨叶116的数量。开口158在桨叶116之间均匀隔开。在其它实施例中，开口158具有任意形状，并且以允许它们如本文所述的执行功能的任意方式分隔。

有益地，当叶轮110旋转时，入口部152和出口部154起到了在叶轮110的两侧移动空气的两个风扇的作用。这种两侧作用降低了叶轮110上的轴向力。此外，叶轮110在旋转时产生并且导引高效的气流。叶轮110减少了在其中空气被朝向叶轮110抽吸的位置、其中空气被从叶轮110排出的位置以及桨叶116之间的位置处的低效流动结构的产生。总体来说，叶轮110在入口侧122和出口侧124上提供了平滑的低压流，由此当叶轮110围绕轴112旋转以移动空气时产生的噪声最小化。

在该示例性实施例中，桨叶116与轮毂114一体形成。在其它实施例中，桨叶116通过机械紧固件、通过焊接和/或以允许叶轮110如本文所述的执行功能的任意方式联接至轮毂114。在该示例性实施例中，轮毂114具有中空中心160，该中心构造成联接至用于使叶轮110围绕旋转轴112旋转的转子轴22。

图8是示出了环绕桨叶200的气流202的单个桨叶200的侧视图。桨叶200基本类似于叶轮110的桨叶116。气流202流过桨叶200，入口部204导引气流202。入口部204的形状优化了导引气流202的表面面积并且有助于气流202维持基本恒定的速度。气流202的恒定速度最小化了高压区域和低效率的流动结构的产生。此外，出口部206在引导件208下方导引气流202，并且因此最小化了引导件208附近的高压区域和低效率的流动结构的产生。该较低压的气流202是更有效的，并且产生的噪声更少。共同地，引导件208和桨叶200有利于平滑的气流202通过入口部204和出口部206，以便提高效率收益并进一步减少联接至桨叶200的风扇(未示出)的噪音产生。此外，通过出口部206和入口部204同时导引气流202降低了作用在桨叶200和联接至桨叶200的风扇(未示出)上的轴向力。

桨叶200适于由任意数量的材料制成，包括-但不限于-塑料、金属和柔性或顺应性材料。例如，桨叶200由用于利用热塑性或热固性塑料材料和/或金属制造部件的模制、成型、挤出和/或三维打印工艺制成。或者，桨叶200由材料的组合制成，例如将柔性或顺应性材料附加到刚性材料。然而，在替代性实施例中，桨叶200由允许桨叶200如本文所述的运行的任意合适的材料构成，例如金属。

冷却马达10的示例性方法使用轴流风扇12。马达10一般包括壳体16和环形端部支架34与36，它们基本包封马达10。壳体16包括多个冷却翅片18，所述冷却翅片基本覆盖壳体16并且从该壳体16向外延伸。此外，马达10包括在壳体16内部联接至转子轴22的转子20。转子20被联接至壳体16的定子24环绕。轴流风扇12的叶轮110传动联接至转子轴22以用于围绕旋转轴112旋转。叶轮110包含桨叶116和联接至桨叶116的引导件118。该示例性方法还包括提供罩14，该罩构造成沿马达10的壳体16的外部导引气流50至冷却翅片18。

该示例性方法还包括迫使气流50穿过入口52进入罩14的腔体46。在腔体46内，叶轮110旋转以便导引和移动气流50。特别地，气流50在入口侧122被吸入叶轮110中。该方法还包括导引气流50朝向叶轮110的出口侧124穿过引导件118内的开口158。桨叶116的入口部152和出口部154接触气流50，使得叶轮110的入口侧122和出口侧124导引气流50。此外，该方法包括从腔体46向外并且沿着壳体16排出气流50。

在上文中详细描述了风扇的示例性实施例。风扇及其部件并不限于本文描述的特定实施例，相反，***的部件可以与本文描述的其它部件分开并且独立地使用。例如，部件还可以与其它机器***、方法和装置组合使用，而非限制于仅采用本文描述的***和装置来实现。当然，这些示例性实施例可以与其它很多应用相关联地实施和使用。

本文描述的装置、方法和***提供了被配置用来直接栓接至完全包封电动马达的端部支架的轴流风扇。此外，源自轴流风扇的有益效果包括提高了用于冷却完全包封式电动马达的风扇的效率并且降低了该风扇的噪声。本文描述的示例性实施例提供了特别适用于工业电动马达的装置、***和方法。

尽管以一些附图而非其它示出了本发明的各种实施例的特定特征，但这仅是方便起见。依照本发明的原理，附图的任意特征可以与任意其它附图的任意特征结合引用和/或受到保护。

该书面的描述使用实例来公开本发明-包括最佳模式，并且还用来使所属领域的技术人员实践本发明-包括制造和使用任意设备或***和执行任意合并的方法。本发明的可取得专利保护的范围由权利要求来限定，并且可以包括所属领域的技术人员容易想到的其它实例。如果其它实例具有与权利要求的文字语言无差别的结构元件，或其它实例包括与权利要求的文字描述无实质性差别的等同的结构元件，则该其它实例将落入权利要求的范围内。

Claims (16)

1.一种轴流风扇，包括：

轮毂，该轮毂限定所述轴流风扇的中心；

引导件，该引导件环绕所述轮毂，所述引导件限定了有利于所述轴流风扇的出口侧上的气流的至少一个开口；以及

至少一个桨叶，该桨叶联接至所述轮毂并且从所述轮毂的第一轮毂连接点和第二轮毂连接点沿径向向外延伸，所述至少一个桨叶包括从末梢出口尖端向末梢入口尖端延伸的末梢边缘，所述引导件沿桨叶纵轴等分所述至少一个桨叶，所述桨叶纵轴穿过所述末梢边缘并处于所述第一轮毂连接点和所述第二轮毂连接点之间，所述桨叶纵轴限定了所述至少一个桨叶的入口部和出口部，

其中，所述至少一个桨叶还包括出口边缘，该出口边缘从所述第二轮毂连接点向末梢出口尖端延伸，所述出口边缘具有大体上弯曲的形状，并且其中，所述至少一个桨叶还包括入口边缘，该入口边缘从所述第一轮毂连接点向末梢入口尖端延伸，所述入口边缘是大体上凸形的，所述出口边缘在所述轮毂附近是凹形的，并且在所述末梢出口尖端附近是凸形的。

2.根据权利要求1的轴流风扇，还包括罩，该罩用来导引由所述轴流风扇移动的空气。

3.根据权利要求1的轴流风扇，其中，所述末梢入口尖端与所述第一轮毂连接点间隔第一径向距离，所述末梢出口尖端与所述第一轮毂连接点间隔第二径向距离，所述第一径向距离大于所述第二径向距离。

4.根据权利要求3的轴流风扇，其中，所述末梢边缘还包括中间点，所述中间点位于所述末梢边缘上并处于所述末梢入口尖端与所述末梢出口尖端之间，所述中间点与所述第一轮毂连接点间隔第三径向距离，所述第一径向距离大于所述第三径向距离，并且所述第三径向距离大于所述第二径向距离，其中所述桨叶纵轴延伸通过所述中间点。

5.一种风扇，包括：

轮毂，该轮毂限定该风扇的中心；

桨叶，该桨叶联接至所述轮毂，所述桨叶从所述轮毂沿径向向外延伸并且具有纵轴，所述桨叶包括：

末梢入口尖端，该末梢入口尖端与第一轮毂连接点间隔第一径向距离，

末梢出口尖端，该末梢出口尖端与所述第一轮毂连接点间隔第二径向距离，

末梢边缘，该末梢边缘在所述末梢入口尖端与所述末梢出口尖端之间延伸；

入口边缘，该入口边缘在所述末梢入口尖端与所述第一轮毂连接点之间延伸，其中所述入口边缘是大体上凸形的；以及

出口边缘，该出口边缘在所述末梢出口尖端与第二轮毂连接点之间延伸，其中，所述桨叶的入口部由所述纵轴、所述入口边缘和所述末梢边缘的第一部分限定，所述桨叶的出口部由所述纵轴、所述出口边缘和所述末梢边缘的第二部分限定，其中所述出口边缘在所述轮毂附近是凹形的，并且在所述末梢出口尖端附近是凸形的。

6.根据权利要求5的风扇，其中，所述桨叶是联接至所述轮毂并且均匀地围绕所述轮毂间隔开以便形成叶轮的多个桨叶。

7.根据权利要求6的风扇，其中，所述多个桨叶中的每一个基本上与所述叶轮的旋转轴共面。

8.根据权利要求5的风扇，其中，所述桨叶是第一桨叶，该风扇进一步包括联接至所述轮毂的第二桨叶和环绕所述轮毂并且等分所述第一桨叶和所述第二桨叶的引导件，所述引导件在所述第一桨叶与所述第二桨叶之间限定了开口。

9.根据权利要求5的风扇，进一步包括环绕所述轮毂并且沿所述桨叶纵轴等分所述桨叶的引导件。

10.根据权利要求9的风扇，其中，所述引导件限定了至少一个开口，该开口构造成有利于气流流至所述桨叶的所述出口部。

11.根据权利要求9的风扇，其中，所述引导件限定了围绕所述轮毂均匀间隔开的多个开口。

12.根据权利要求5的风扇，其中，所述末梢边缘还包括中间点，所述中间点位于所述末梢边缘上并处于所述末梢入口尖端与所述末梢出口尖端之间，所述末梢边缘在所述中间点附近是凹形的，并且在所述末梢出口尖端和所述末梢入口尖端二者附近是凸形的。

13.一种使用联接至马达的风扇冷却包封式马达的方法，该方法包括：

提供风扇，该风扇包括叶轮，该叶轮具有多个桨叶和联接至所述多个桨叶的引导件，所述多个桨叶中的第一桨叶具有入口部，所述多个桨叶中的第二桨叶具有出口部，其中所述多个桨叶中的每一个均包括从末梢出口尖端向末梢入口尖端延伸的末梢边缘，并且其中所述多个桨叶中的每一个均具有在第一连接点和第二连接点之间穿过的纵轴；

使叶轮旋转，以便在入口侧上将空气吸入风扇，从而使空气接触第一桨叶的入口部；以及

朝向风扇的出口侧导引空气穿过引导件中的开口，以使空气接触第二桨叶的出口部，其中所述多个桨叶中的每一个均包括从所述第二连接点向末梢出口尖端延伸的出口边缘，所述出口边缘在所述第二连接点附近是凹形的，并且在所述末梢出口尖端附近是凸形的。

14.根据权利要求13的方法，其中，提供风扇包括提供这样的风扇，其中所述多个桨叶中的每一个均进一步包括入口边缘，该入口边缘从第一连接点向末梢入口尖端延伸，所述入口边缘具有大体上弯曲的形状。

15.根据权利要求13的方法，其中，引导空气穿过引导件中的开口包括朝向出口侧导引空气穿过引导件中的多个开口。

16.根据权利要求13的方法，其中，提供风扇包括提供这样的风扇，该风扇包括叶轮，该叶轮具有多个桨叶，所述多个桨叶中的至少一个桨叶既具有入口部又具有出口部。