ВЕНТИЛЯТОР
BLOWER

Уровень техники
Настоящее изобретение относится к вентилятору с приводящим в движение его крыльчатку электродвигателем, который расположен в соответствующем корпусе и имеет коллектор с по меньшей мере двумя щетками, каждая из которых образует по соответствующей контактной поверхности, по которой она контактирует с коллектором, и который выполнен с возможностью его охлаждения потоком охлаждающего воздуха, отбираемым от создаваемого крыльчаткой вентилятора воздушного потока и отводимым в вентиляционный канал в корпусе электродвигателя.
Подобные вентиляторы представляют собой полностью собранные узлы, состоящие из электродвигателя, обычно электродвигателя постоянного тока, расположенного в соответствующем корпусе с крепежным фланцем или без него, и из установленной на выступающем конце вала ротора электродвигателя крыльчатки, а также из встроенного блока управления электродвигателем, при этом все вышеуказанные компоненты технически согласованы между собой.
Такие вентиляторы используют, например, в автомобилях и их системах отопления, системах вентиляции и кондиционерах, в частности для кондиционирования воздуха в салоне или кабине автомобиля, и при этом их выполняют в виде различных модулей, согласуя с самыми разнообразными требованиями, определяемыми заказчиком и условиями применения. При этом развитие автомобильной техники постоянно требует уменьшения размеров таких модулей при сохранении высокой производительности вентилятора.
В подобного рода вентиляторах используется воздушное охлаждение их электродвигателей с подачей охлаждающего воздуха по вентиляционным каналам, интегрированным в корпус электродвигателя. Обычно поток охлаждающего воздуха для охлаждения электродвигателя отбирается внутри от нагнетаемого вентилятором воздушного потока и по вентиляционному каналу подается к электродвигателю. По такому вентиляционному каналу поток охлаждающего воздуха поступает к центру электродвигателя и отсюда одинаково обтекает и тем самым охлаждает термически нагруженные детали электродвигателя, такие как щетки коллектора, подшипники и магнитная цепь.
Для обеспечения необходимого охлаждения электродвигателя в вентиляторах указанного в начале описания типа требуются большие объемы охлаждающего воздуха, в которых его необходимо отбирать от создаваемого вентилятором воздушного потока. Для подачи охлаждающего воздуха в больших количествах, с одной стороны, вентиляционный канал приходится выполнять больших размеров, что противоречит стремлению повышения компактности всей конструкции. С другой стороны, отбор потока охлаждающего воздуха от создаваемого вентилятором воздушного потока приводит к потере давления нагнетаемого вентилятором воздуха и в конечном итоге к снижению производительности вентилятора.
Исходя из вышеизложенного в основу настоящего изобретения была положена задача повысить эффективность охлаждения электродвигателя вентилятора указанного в начале описания типа, а также задача улучшения охлаждения щеток, или их контактных поверхностей, при очень небольшой потребности в монтажном пространстве для организации вентиляции.
Краткое изложение сущности изобретения
Указанная задача решается в вентиляторе с приводящим в движение его крыльчатку электродвигателем, который расположен в соответствующем корпусе и имеет коллектор с по меньшей мере двумя щетками, каждая из которых образует по соответствующей контактной поверхности, по которой она контактирует с коллектором, и который выполнен с возможностью его охлаждения потоком охлаждающего воздуха, отбираемым от создаваемого крыльчаткой вентилятора воздушного потока и отводимым в вентиляционный канал в корпусе электродвигателя, причем в вентиляционном канале предусмотрен воздухораспределитель, разделяющий поток охлаждающего воздуха на по меньшей мере два частичных потока охлаждающего воздуха.
В предлагаемом в изобретении вентиляторе вентиляционный канал оканчивается в крышке корпуса электродвигателя концевой частью с двумя установленными под углом к направлению потока охлаждающего воздуха направляющими поверхностями, обеспечивающими непосредственную и направленную подачу разделяемых воздухораспределителем частичных потоков охлаждающего воздуха на соответствующие контактные поверхности щеток.
Этим достигается улучшение охлаждения контактных поверхностей щеток, с их целенаправленным сосредоточенным обдувом, при очень небольшой потребности в монтажном пространстве для организации вентиляции.
С точки зрения термической нагрузки наиболее "слабыми" местами в электродвигателе постоянного тока являются щетки коллектора, на которые приходится преобладающая часть выделяющейся в электродвигателе тепловой энергии. Электропитание на обмотку ротора подается через щетки (скользящие контакты) коллектора. При этом контактные поверхности щеток непосредственно контактируют с обмоткой ротора и при его вращении скользят по его обмотке, тогда как коллектор непрерывно изменяет полярность обмотки ротора. Щетки выполнены из обладающего хорошей электропроводностью материала и истираются в процессе своей работы. В результате трения контактные поверхности щеток, прежде всего при высокой частоте вращения, характерной для приводных электродвигателей вентиляторов, разогреваются до очень высокой температуры. Предлагаемое в изобретении выполнение вентиляционного канала обеспечивает целенаправленное и равномерное обдувание контактных поверхностей щеток направленными строго на них частичными потоками охлаждающего воздуха. Сконцентрированный подвод частичных потоков охлаждающего воздуха к щеткам, температура которых на наибольшую величину отличается от температуры потока охлаждающего воздуха, обеспечивает особо эффективную теплопередачу. Благодаря этому улучшается отвод выделяющегося в этом месте электродвигателя тепла, что позволяет уменьшить расход используемого для этого потока охлаждающего воздуха. Тем самым в результате обеспечивается высокоэффективное охлаждение электродвигателя.
В частных вариантах осуществления изобретения установленные под углом к направлению потока охлаждающего воздуха направляющие поверхности могут фокусировать соответствующие частичные потоки охлаждающего воздуха в направленную струю и поворачивать их на 90° в направлении, в основном параллельном оси ротора электродвигателя, таким образом, что каждый из частичных потоков охлаждающего воздуха направляется сверху на одну из контактных поверхностей щеток.
Далее концевая часть может быть выполнена каплевидной, а вентиляционный канал может постепенно расширяться к концевой части в направлении потока.
Вентиляционный канал может иметь первый участок и второй участок, причем первый участок обеспечивает подачу в корпус электродвигателя потока охлаждающего воздуха, а второй участок выполнен с внутренней стороны крышки корпуса таким образом, что в закрытом крышкой состоянии корпуса второй участок проходит под прямым углом к первому участку. В этом случае второй участок вентиляционного канала может быть с трех сторон образован крышкой корпуса и открыт со своей обращенной к коллектору стороны.
В концевую часть вентиляционного канала может попадать центр крышки, который в закрытом крышкой состоянии корпуса лежит на оси ротора электродвигателя. При этом воздухораспределитель может быть выполнен с возможностью разделения потока охлаждающего воздуха на втором участке вентиляционного канала перед достижением центра крышки на два частичных потока охлаждающего воздуха, исключая подачу охлаждающего воздуха в центральной точке к электродвигателю постоянного тока.
Особо точная направленная подача частичных потоков охлаждающего воздуха к щеткам обеспечивается в том случае, когда в вентиляционном канале в направлении потока охлаждающего воздуха после воздухораспределителя предусмотрены по меньшей мере две направляющие поверхности, каждая из которых направляет соответственно по одному частичному потоку охлаждающего воздуха к контактным поверхностям щеток. Каждая такая направляющая поверхность позволяет поворачивать частичный поток охлаждающего воздуха из любого, задаваемого положением вентиляционного канала направления, и направлять его в виде компактной струи на контактную поверхность щетки.
В предпочтительном варианте вентиляционный канал, воздухораспределитель и/или направляющие поверхности по меньшей мере частично расположены в крышке корпуса электродвигателя. Поскольку крышка корпуса электродвигателя обычно расположена в зоне коллектора, подобный вариант позволяет минимизировать связанные с конструктивной проработкой затраты, например затраты на обеспечение необходимой для подвода охлаждающего воздуха к щеткам коллектора длины вентиляционного канала.
Помимо этого выполнение крышки корпуса электродвигателя разъемно соединяемой с корпусом электродвигателя позволяет легко заменять крышку с интегрированным в нее вентиляционным каналом. При варьируемом конструктивном исполнении крышки корпуса, например, касательно размера и формы интегрированного в нее вентиляционного канала такую крышку с вентиляционным каналом можно разрабатывать и использовать по модульному принципу в соответствии с различными особенностями применения предусмотренного в вентиляторе электродвигателя.
Дальнейшего снижения затрат на конструктивную проработку вентиляционного канала позволяет добиться вариант, в котором вентиляционный канал с трех сторон образован крышкой и со своей обращенной к коллектору стороны выполнен открытым. В этом случае от потока охлаждающего воздуха, соответственно от частичных потоков охлаждающего воздуха, движущегося/движущихся в своем основном направлении вдоль закрытого с трех сторон вентиляционного канала, отделяется лишь незначительная его/их часть, которая по большой площади поступает в корпус электродвигателя для его охлаждения. Остальная же преобладающая часть потока охлаждающего воздуха согласно изобретению разделяется воздухораспределителем на частичные потоки охлаждающего воздуха, которые затем целенаправленно отклоняются направляющими поверхностями в сторону щеток соответственно их контактным поверхностям.
Краткое описание чертежей
Ниже предлагаемый в изобретении вентилятор более подробно рассмотрен на примере одного из вариантов его выполнения со ссылкой на прилагаемые к описанию схематичные чертежи, на которых показано:
на фиг.1 - вид в плане внутренней стороны съемной крышки корпуса электродвигателя предлагаемого в изобретении вентилятора и
на фиг.2 - вид в продольном разрезе фрагмента закрытого крышкой корпуса электродвигателя предлагаемого в изобретении вентилятора.
Вариант(-ы) осуществления изобретения
На фиг.1 со своей внутренней стороны показана крышка 1 изображенного на фиг.2 корпуса 2 электродвигателя предлагаемого в изобретении вентилятора в снятом с корпуса 2 положении. (На чертеже крышка 1 показана в несколько уменьшенном по сравнению с размерами корпуса 2 электродвигателя масштабе.) Корпус 2 электродвигателя предлагаемого в изобретении вентилятора виден на фиг.2, где в продольном разрезе показан фрагмент такого корпуса 2 с закрывающей его крышкой 1, изображенной на фиг.1. На этом виде в продольном разрезе показана, в частности, часть корпуса 2 с находящимся внутри него электродвигателем 3 постоянного тока, приводящим в движение крыльчатку вентилятора. Крыльчатка вентилятора на чертеже не показана, поскольку она не имеет существенного значения для пояснения сущности изобретения. Со своей наружной боковой стороны корпус 2 снабжен крепежным фланцем 4 для крепления вентилятора в не показанной на чертежах вентиляционной системе. Электродвигатель 3 постоянного тока имеет ротор 5, который окружен статором 6 и который вращается вокруг своей оси 7. На продолжении оси 7 ротора с обращенной к крышке 1 стороны находится коллектор 8 с двумя попарно расположенными друг против друга щетками 9, образующими соответствующие контактные поверхности 9а. На приведенном на чертеже виде в продольном разрезе не показан также конец вала ротора 5, выступающий из корпуса 2 вдоль оси 7 ротора с обращенной от крышки 1 стороны. С этим выступающим концом вала ротора соединена крыльчатка вентилятора.
В показанную на фиг.1 крышку 1 интегрирован вентиляционный канал 10 (виден на фиг.2). Крышка 1 имеет два расположенных друг против друга крепежных язычка 11, 12, которыми крышка 1 в своем установленном на корпус 2 и закрывающем его положении крепится к нему. Крепежные язычки 11, 12 выполнены гибкими и благодаря этому способны для закрепления крышки 1 принимать форму, повторяющую наружный контур корпуса 2. Один из крепежных язычков 11 имеет продолговатую форму и в закрытом крышкой состоянии корпуса 2 образует совместно с его наружной стенкой приточное вентиляционное отверстие 13 с первым участком 14 вентиляционного канала 10, по которому в корпус 2 электродвигателя подается поток охлаждающего воздуха, отбираемый от создаваемого вентилятором воздушного потока. Стрелкой на фиг.2 обозначено направление 15 потока охлаждающего воздуха, отбираемого от создаваемого вентилятором воздушного потока, на первом участке 14 вентиляционного канала 10. Второй, следующий в направлении 15 потока охлаждающего воздуха участок 16 вентиляционного канала 10 выполнен с внутренней стороны крышки 1 и в закрытом крышкой состоянии корпуса 2 проходит под прямым углом к первому участку 14 вентиляционного канала, а тем самым и под прямым углом к оси 7 ротора. Этот второй участок 16 вентиляционного канала 10 с трех сторон образован крышкой 1 и открыт со своей обращенной к коллектору 8 стороны. В направлении 17 потока охлаждающего воздуха на втором участке 16 вентиляционного канала 10 ограниченный с трех сторон вентиляционный канал 10 постепенно расширяется и оканчивается каплевидной концевой частью 18, в которую попадает центр 19 крышки 1, который в закрытом крышкой состоянии корпуса 2 лежит на оси 7 ротора. Поток охлаждающего воздуха перед достижением центра 19 крышки 1 разделяется воздухораспределителем 20 на втором участке 16 вентиляционного канала 10 на два частичных потока охлаждающего воздуха и поэтому не подается в центральной точке к электродвигателю постоянного тока, а в разделенном на два частичных потока виде непосредственно и направленно поступает к попарно расположенным друг против друга щеткам 9 коллектора 8 с их контактными поверхностями 9а. Каждый из частичных потоков охлаждающего воздуха целенаправленно направляется соответственно одной из двух установленных под углом к направлению 17 потока охлаждающего воздуха направляющими поверхностями 21 на контактные поверхности 9а щеток 9. Такие направляющие поверхности 21 "фокусируют" каждый из частичных потоков охлаждающего воздуха в направленную струю и поворачивают их примерно на 90° в направлении, которое в основном параллельно оси 7 ротора. Тем самым каждый частичный поток охлаждающего воздуха направляется непосредственно сверху точно на одну из контактных поверхностей 9а щеток. Подобное конструктивное исполнение вентиляционного канала 10 позволяет достичь описанных выше преимуществ.