ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА, КРЫЛЬЧАТКА И ВЕНТИЛЯТОР
ELECTRICAL MACHINE, FAN, VENTILATOR

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Данное изобретение относится к электрической машине, в частности к роторному электрическому двигателю, осевой крыльчатке и электрическому вентилятору такого типа, который включает в себя электрический двигатель и осевую крыльчатку с приводом от этого электрического двигателя.
Соответствующая область техники относится к электрическим вентиляторам для автомобильных применений, предназначенным для отвода тепла от излучающих масс и т.п.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Как правило, рассматриваемый электрический двигатель известного типа содержит корпус, внутри которого имеется статор, например, обмоточного типа, жестко прикрепленный к корпусу, и ротор, например, с постоянными магнитами, прикрепленный к корпусу с возможностью вращения.
В корпусе установлен электронный блок или управляющая электроника, соединенная со статором и предназначенная для подачи питания к статору.
Корпус закрыт крышкой для образования закрытого контейнера, из которого выступают зажимы для электропитания управляющей электроники.
Электрические машины, рассматриваемые здесь в качестве примера осуществления данного изобретения, в частности представляют собой электрические машины бесщеточного типа и имеют закрытое исполнение, также называемое герметичным исполнением, то есть они являются герметичными электрическими машинами.
Известно, что обмотки электрической машины, независимо от того, представляют ли они собой обмотки статора или обмотки ротора, изготавливают из множества витков проводящего материала, обычно меди, изготовленных из проводящей проволоки, намотанной вокруг двух или более полюсных наконечников статора и/или ротора электрической машины. Обмотка, по которой течет электрический ток, изолирована от полюсных наконечников, изготовленных из ферромагнитного материала. Для этого между обмоткой и соответствующим полюсным наконечником, на котором она намотана, помещен изоляционный материал.
По обмотке течет электрический ток, номинальное значение которого может быть большим. В результате теплового действия тока это может вызвать эффект нагревания, распространяющийся по всем измерениям обмотки, а также в смежных зонах электрической машины.
В частности, было обнаружено, что этот эффект нагревания приводит к ухудшению проводящих свойств токопроводящей проволоки, что, следовательно, создает большее сопротивление прохождению электрического тока, вызывая высокий и часто неприемлемый уровень рассеяния энергии.
Кроме того, нагрев обмотки может привести к быстрому ухудшению изоляционных свойств вышеупомянутого слоя электроизолирующего материала, расположенного между обмоткой и соответствующим полюсным наконечником, а также к чрезмерному нагреву электронного блока.
Эта ситуация особенно вредна в случае электрических машин закрытого типа, в которых обмотки помещены в контейнер, образованный корпусом и крышкой, воздух в котором не рециркулирует.
Техническое решение, позволяющее преодолеть эту трудность, описано в документе WO 2009019562 от имени того же заявителя.
В этом техническом решении внутри корпуса имеется множество стопорных элементов, выполненных в виде выступов основной стенки корпуса, к которым прилегают соответствующим образом изолированные обмотки статора, чтобы обеспечить эффективный теплообмен с крышкой.
В случае мощных двигателей, имеющих мощность приблизительно один кВт, известные решения все еще не совсем удовлетворительны с точки зрения отвода тепла, образующегося в этих обмотках.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В этом контексте основная задача данного изобретения состоит в том, чтобы преодолеть вышеупомянутые недостатки.
Одна из задач данного изобретения заключается в том, чтобы создать такую электрическую машину, в которой охлаждение статорной обмотки усовершенствовано по сравнению с известными решениями.
Еще одна задача состоит в том, чтобы создать осевую крыльчатку, способствующую рассеянию тепла, выделяемого обмотками статора и передаваемого в корпус электрической машины, приводящей во вращение крыльчатку.
Еще одна задача данного изобретения состоит в том, чтобы создать такой вентилятор, который в частности эффективен в отношении рассеяния тепла, выделяемого при работе машины.
Обозначенное техническое назначение и указанные задачи в значительной степени достигаются благодаря электрической машине по п. 1 формулы изобретения, крыльчатке по п. 12 и электрическому вентилятору по п. 22.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Остальные признаки и преимущества данного изобретения станут более понятными из следующего подробного описания, в котором имеются ссылки на предпочтительный неограничивающий вариант осуществления вентилятора, показанный на прилагаемых чертежах, на которых изображено следующее.
Фиг. 1 представляет собой схематичное изображение в аксонометрии предлагаемого электрического вентилятора.
Фиг. 2 представляет собой вид сверху на часть вентилятора, изображенного на фиг. 1.
Фиг. 3 представляет собой схематичный вид в разрезе по линии III-III части вентилятора, изображенного на фиг. 2.
Фиг. 3а представляет собой увеличенную деталь вида в разрезе согласно фиг. 3.
Фиг. 4 представляет собой изображение в аксонометрии двигателя электрического вентилятора согласно фиг. 1.
Фиг. 5 представляет собой схематичное изображение в аксонометрии корпуса двигателя согласно фиг. 4.
Фиг. 6 представляет собой схематичное изображение в аксонометрии ступицы крыльчатки, являющейся частью вентилятора согласно фиг. 1.
Фиг. 7 представляет собой схематичное изображение в аксонометрии снизу ступицы согласно фиг. 6.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
На чертежах, в частности на фиг. 1, номером позиции 1 обозначен предлагаемый электрический вентилятор.
Как показано на чертежах, электрический вентилятор 1 представляет собой вентилятор осевого типа и имеет ось R вращения.
Электрический вентилятор 1 включает в себя электрическую машину 100, а именно электрический двигатель, и крыльчатку 200, приводимую в действие двигателем 100.
Двигатель 100 и крыльчатка 200 описываются ниже более подробно только в контексте технических признаков, необходимых для понимания данного изобретения.
В частности, из фиг. 3, 4 и 5 видно, что электрический двигатель 100, имеющий ось R вращения, содержит корпус 101 и крышку 102, закрывающую корпус 101.
Корпус 101 содержит основную стенку 103, поперечную оси R вращения, и боковую стенку 104, предпочтительно имеющую цилиндрическую форму и выступающую из основной стенки 103.
Корпус 101 и крышка 102 соединены друг с другом по линии, параллельной оси R вращения, при использовании они образуют закрытый контейнер 105 предпочтительно герметичного типа.
Двигатель 100 содержит статор 106, прикрепленный к корпусу 101, и ротор 107 например, с постоянными магнитами, прикрепленный к контейнеру 105 с возможностью вращения.
Ротор 107 содержит вал 108, один конец 108а которого выступает из контейнера 105 и к которому прикреплена крыльчатка 200.
В показанном примере вал 108 выступает из основной стенки 103 корпуса 101.
Таким образом, как пояснено ниже, основная стенка 103 прилегает и обращена к внутренней поверхности основной стенки ступицы осевой крыльчатки 200.
Для упрощения описания мы ссылаемся на предпочтительный вариант осуществления, в котором основная стенка 103 обращена к внутренней поверхности ступицы крыльчатки 200, является основной стенкой корпуса 101.
В непоказанных альтернативных, но эквивалентных вариантах осуществления основная стенка 103 представляет собой основную стенку крышки 102.
Статор 106 содержит множество полюсных наконечников 109 и фазных проводов 110, намотанных на полюсных наконечниках 109.
Провода 110, намотанные на полюсных наконечниках 109, образуют множество витков 111, которые в показанном примере образуют обмотку 112 статора.
Из фиг. 3 видно, что каждый виток 111 имеет две концевые части 111а, выровненные относительно друг друга по линии, параллельной оси R вращения.
Основная стенка 103 содержит выступающую часть 113, выступающую в направлении к внутренней части корпуса 101 по линии, параллельной оси R вращения.
Другими словами, выступающая часть 113 проходит от плоскости расположения основной стенки 103 по направлению к внутренней полости электрического двигателя 100, в частности корпуса 101.
В показанном предпочтительном варианте осуществления выступающая часть 113 имеет, по существу, кольцевую форму и проходит вокруг оси R вращения.
Выступающая часть 113 расположена концентрически по отношению к боковой стенке 104 корпуса 101 и вместе с боковой стенкой 104 корпуса 101 ограничивает кольцевой канал 114.
Как показано на чертежах, внутри корпуса 101 выступающая часть 113 огранивает на внутренней части, по существу, кольцевую полость 115 и на внешней части - вышеупомянутый внутренний канал 114.
Предпочтительно выступающая часть 113 является частью корпуса 101, при использовании ее образуют на внутренней поверхности 103а основной стенки 103, обращенной к внутренней части контейнера 105.
Витки 111 контактируют с выступающей частью 113 для теплообмена с корпусом 101 при помощи выступающей части 113.
Точнее, статор 106 вставлен в корпус 101 так, что витки 111 прилегают к выступающей части 113.
Как показано на чертежах, все концевые части 111а, обращенные к основной стенке 103 корпуса 101, контактируют с выступающей частью 113.
В частности, все концевые части 111а, обращенные к основной стенке 103 корпуса 101, прилегают к выступающей части 113.
Чтобы гарантировать надлежащую электроизоляцию между статорной обмоткой 112 и корпусом 101, двигатель 100 содержит электроизолирующие средства, расположенные между обмоткой 112 и выступающей частью 113.
Предпочтительно электроизолирующие средства могут проводить тепло так, чтобы оптимизировать теплообмен между обмоткой 112 и корпусом 101.
Предпочтительно эти изолирующие средства содержат лист или кусок 116 листа из материала Sil-Pad, гарантирующего соответствующую механическую прочность, теплопроводность и электроизоляцию.
В особенности из фиг. 3, 3а и 4 видно, что двигатель 100, в частности на внешней поверхности 103b основной стенки 103 корпуса 101, обращенной к внешней части корпуса 101, содержит канал 117 для отвода тепла, выделяемого в контейнере 105, в частности статором 106.
Предпочтительно канал 117 имеет кольцевую форму и коаксиален относительно оси R вращения.
В частности, из фиг. 3 и 3а видно, что канал 117 внутри корпуса 101 предпочтительно расположен в основной стенке 103, по существу, на выступающей части 113.
Выступающая часть 113 и канал 117 выполнены в основной стенке 103 на противоположных сторонах основной стенки, то есть соответственно с внутренней поверхности 103а и на внешней поверхности 103b, по существу, в одном и том же месте.
Таким образом, большая часть тепла, производимого статором 106, при помощи выступающей части 113 передается на основную стенку 103, а с основной стенки 103 - к внешней части контейнера 105, в частности в канал 117, откуда оно рассеивается.
Канал 117 содержит основную стенку 118, при этом сбоку он ограничен двумя боковыми стенками 119, 120, обращенными друг к другу и предпочтительно соединенными со стенкой 118.
Основная стенка 118 предпочтительно лежит в плоскости, поперечной оси R вращения двигателя 100.
В показанном предпочтительном варианте осуществления стенка 119 имеет криволинейный профиль.
Стенка 120 имеет прямолинейный профиль, а при использовании - выступающую часть в форме усеченного конуса.
При более детальном рассматривании крыльчатки 200 видно, что предпочтительно она изготовлен из пластика способом литья под давлением.
Крыльчатка 200 представляет собой осевую крыльчатку, предназначенную для вращения преимущественно в направлении V вращения, чтобы создавать основной поток F1, направленный к двигателю 100.
Крыльчатка 200 содержит центральную ступицу 201, содержащую основную стенку 202, имеющую внутреннюю поверхность 202а и внешнюю поверхность 202b.
Ступица 201 содержит боковую стенку 203, предпочтительно имеющую цилиндрическую форму и выступающую из основной стенки 202.
Основная стенка 202 и боковая стенка 203 изготовлены за одно целое и образуют чашеобразную конструкцию.
Как показано на чертежах, крыльчатка 200 присоединена к концу 108а вала, по существу, известным способом при помощи основной стенки 202 предпочтительно так, что двигатель 100 по меньшей мере частично вставлен в ступицу 201.
Крыльчатка 200 содержит множество лопастей 204, каждая из которых прикреплена к ступице 201 и предпочтительно выполнена за одно целое со ступицей.
Каждая лопасть 204 проходит между первым концом 204а, расположенным ближе к ступице 201, и вторым концом 204b, противоположным первому концу 204а, дальше от ступицы 201.
Каждая лопасть 204 содержит первый боковой профиль 205, предпочтительно образующий передний край лопасти 204, и второй боковой профиль 206, предпочтительно образующий соответствующий задний край лопасти 204.
Крыльчатка 200 содержит средства перемещения текучей среды, связанные с основной стенкой 202, для перемещения воздуха через основную стенку 202 от внутренней части чашеобразной конструкции, то есть от внутренней части ступицы 201 к наружной части чашеобразной конструкции, то есть к внешней части ступицы 201.
При использовании, как более подробно описано ниже, средства перемещения имеют такую конфигурацию, что они захватывают воздух от внутренней части чашеобразной конструкции и выталкивают его из этой конструкции.
Средства перемещения установлены и сконфигурированы, как описано ниже, на канале 117, снаружи основной стенки 103, в частности, для отвода тепла, переданного в канал 117 от статора 106 при помощи выступающей части 113.
В показанном предпочтительном варианте осуществления средства перемещения заключают в себе множество экстракторов 207 текучей среды, в частности воздуха, связанных с основной стенкой 202 ступицы 201.
Точнее, основная стенка 202 содержит основную часть 208, которая имеет, по существу, плоскую форму и поперечна оси R вращения крыльчатки 200.
Экстракторы 207 изготовлены за одно целое с основной частью 208, так что в целом они образуют основную стенку 202.
Экстракторы 207 расположены на равноотстоящих углах вокруг оси R и предпочтительно распределены так, чтобы максимально увеличить их количество в основной стенке 202.
Каждый экстрактор 207 выступает из основной части 208 основной стенки 202 ступицы 201 в направлении к внутренней части чашеобразной конструкции ступицы 201.
Каждый экстрактор 207 содержит концевой край 209, прикрепленный к основной части 208 основной стенки 202, и концевой профиль 210, расположенный на некотором расстоянии от основной части 208 основной стенки 202 ступицы 201, по направлению к внутренней части чашеобразной конструкции.
Каждый экстрактор 207 предпочтительно соединен с основной частью 208 основной стенки 202, в частности при помощи края 209.
Каждый экстрактор 207 содержит вогнутость, обращенную к внешней части чашеобразной конструкции, образованной ступицей 201.
Другими словами, внешняя часть 202b основной стенки 202 содержит вогнутости экстракторов 207.
Каждый экстрактор 207 образован криволинейной поверхностью, проходящей от профиля 210 к соответствующему краю 209.
Концевым профилем 210 образован для каждого экстрактора 207 его передний край и он расположен на некотором расстоянии от основной части 208 основной стенки 202.
На каждом экстракторе 207 между самим экстрактором 207 и основной частью 208 основной стенки 202 образовано соответствующее отверстие 211.
При использовании средства перемещения содержат отверстия 211 для приведения внутренней части чашеобразной конструкции и внешней части ступицы 201 в сообщение с возможностью переноса текучей среды.
Отверстия 211 ограничены профилем 210 соответствующего экстрактора 207 и соответствующим краем 212 основной части 208 основной стенки 202.
При использовании основная часть 208 основной стенки 202 содержит края 212 отверстий 211.
Профили 210 аэродинамических выступающих частей 207 расположены под углом относительно направления V вращения крыльчатки 200 аналогично передним краям 205 лопасти 204.
Предпочтительно каждый профиль 210, по существу, совмещен с соответствующим краем 212 по линии, параллельной оси R вращения.
Бесконечно малое отклонение профиля 210 относительно 212 возможно благодаря тому факту, что крыльчатка 200 отлита в форме.
Как в частности показано на фиг. 3, 3а, профили 210 экстракторов 207 предпочтительно по меньшей мере частично контактируют с каналом 117.
Предпочтительно контур каждого профиля 210 соответствует контуру соответствующей плоской части канала 117.
Каждый профиль 210 содержит первую часть 218, обращенную к основной стенке 118 канала 117, вторую часть 219, обращенную к боковой стенке 119 канала 117, и третью часть 220, обращенную к  боковой стенке 120 канала 117.
В показанном предпочтительном варианте осуществления часть 219 имеет криволинейный профиль, в то время как часть 220 имеет прямолинейный профиль.
Предпочтительно части 218, 219, 220 профиля 210 соединены друг с другом и находятся на одном и том же расстоянии от соответствующей стенки 118, 119, 120 канала 117.
Как в частности показано на фиг. 7, крыльчатка 200 содержит множество радиальных лопастей 213, расположенных внутри ступицы 201.
Предпочтительно каждая лопасть 213 установлена, по существу, на профиле 210 соответствующего экстрактора 207.
Каждая лопасть проходит в радиальном направлении от боковой стенки 203 ступицы 201 по направлению к оси R вращения и выполнена с такими размерами, что она может вращаться вокруг части корпуса, вставленной в ступицу 201.
При использовании в течение вращения крыльчатки 100 в направлении V каждый экстрактор 207 про помощи своего переднего края 210 "собирает" воздух, имеющийся в канале 117, и перемещает его из чашеобразной конструкции через соответствующее отверстие 211, из которого воздух выходит.
При использовании экстракторы 207 создают второй поток F2 теплого воздуха, соединяющийся с основным потоком F1, создаваемым крыльчаткой 100.
Таким образом, обеспечивается оптимизация охлаждения двигателя 100.
Выступающая часть 113, к которой прилегает обмотка 112 статора, поглощает тепло статора 106 и передает его к корпусу 101, в частности в канал 117.
При помощи экстракторов 207 крыльчатка 200 отводит тепло от внутренней части ступицы 201, в частности из канала 117, и выводит его из чашеобразной конструкции.