ЭЛЕКТРОВЕНТИЛЯТОР ДЛЯ КЛИМАТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА Российский патент 2021 года по МПК H02K1/27 H02K5/02 H02K7/14 H02K5/16 H02K1/28 

Область техники

Изобретение относится к электрооборудованию, в частности к электровентилятору с бесщеточным двигателем постоянного тока, предназначенному для климатической системы транспортного средства, например автомобиля.

Предшествующий уровень техники

Из уровня техники известны бесщеточные двигатели постоянного тока, содержащие узел статора и подвижный узел ротора, установленные на валу привода. В корпусе узла ротора установлено множество магнитных плиток, расположенных вдоль окружности на внутренней поверхности указанного корпуса. Узел статора содержит корпус с установленным на наружной поверхности магнитопроводом, размещенным внутри подвижного узла ротора. Бесщёточные двигатели могут быть использованы в конструкции электровентилятора для климатической системы транспортного средства.

Из уровня техники известна конструкция бесщеточного двигателя (см. CN 212086045 U, МПК H02K 29/00, H02K 5/16, H02K 1/27, публ. 04.12.2020), в котором корпус узла статора выполнен из пластмассы или пластмассовых сплавов и содержит осевое отверстие, в котором установлена ось, неподвижно закрепленная в корпусе узла ротора. В осевом отверстии корпуса узла статора имеется смазка, позволяющая уменьшить трение между осью и указанным корпусом в процессе вращения узла ротора. Чтобы указанная смазки не вытекала в корпус узла ротора, в кольцевой канавке корпуса узла статора установлен кольцевой уплотнитель, прилегающий к корпусу узла ротора. К недостаткам указанной конструкции можно отнести недостаточную её надежность при длительной эксплуатации, поскольку трение оси с корпусом узла ротора и указанным кольцевым уплотнителем приведет к износу этих деталей и, как следствие, появятся повышенный шум и вибрации, и выходу из строя.

Из уровня техники известна конструкция бесщеточного двигателя с узлом статора и внешним узлом ротора (см. DE 102006059135 A1, публ. 2008.06.26, МПК H02K1/27, H02K 15/02). Магниты узла ротора закреплены с зазором относительно друг друга на наружном металлическом ярме и залиты пластмассой для их фиксации, образуя, таким образом, корпус узла ротора, состоящий из наружного металлического ярма и пластмассовых участков корпуса, в частности, донного и верхнего участков. Узел статора снабжен магнитопроводом, расположенным на наружной поверхности корпуса узла статора. Через осевое отверстие корпуса узла статора проходит вал привода, установленный на двух подшипниках, один из которых запрессован в указанный корпус, а второй подшипник запрессован в осевое отверстие магнитопровода. При этом на наружное кольцо второго подшипника опирается цилиндрическая пружина для предварительного натяжения второго подшипника.

Известный двигатель может выполнять свою функцию в электровентиляторе климатической установки транспортного средства. Однако, многодетальность двигателя и повышенная точность изготовления узла ротора с предварительным натяжением подшипника, усложняет изготовление и сборку двигателя. Кроме того, наличие пружины с опорой на подшипник может быть причиной шума в процессе длительной эксплуатации при низких температурах, так как скользящая посадка подшипника по внешнему кольцу при загустевании смазки в подшипнике и тепловой усадке может привести к несанкционированному вращению пружины относительно внешнего кольца подшипника, что снижает надежность конструкции.

Из уровня техники известна конструкция бесщеточного двигателя с узлом статора и внешним узлом ротора, принятая в качестве ближайшего аналога (см. DE 102009023080 A1, публ. 2010.12.02., МПК H02K 1/18, H02K 5/16). Узел статора содержит корпус с фланцем, выполненные в виде единой детали литьем под давлением из пластмассы. Магнитопровод узла статора неподвижно установлен на наружной поверхности указанного корпуса, при этом их неподвижность обеспечивается выступающими на корпусе ребрами, расположенными в выемках магнитопровода. Узел ротора содержит корпус, на внутренней поверхности которого зафиксирован магнит, охватывающий с наружной стороны магнитопровода статора. Вал привода двигателя установлен через два подшипника в осевом отверстии корпуса статора и одним из своих концевых участков неподвижно соединен через ступицу с узлом ротора, при этом указанные подшипники предварительно нагружены одной или несколькими пружинами.

Известный двигатель может выполнять свою функцию в электровентиляторе климатической установки транспортного средства. Однако, имеет относительно сложную конструкцию, требующую точности изготовления статора для обеспечения надежного соединения магнитопровода с корпусом. Кроме того, из-за наличия отдельных пружинных компенсаторов, обеспечивающих преднатяг подшипников и компенсации теплового расширения, конструкция предполагает скользящую посадку хотя бы одного из колец подшипника, что при длительной эксплуатации может вызвать вибрации и шум, ведущие к снижению надежности конструкции.

Раскрытие изобретения

Технический результат заключается в повышении эксплуатационной надежности электровентилятора, выраженной в снижении шума и вибраций.

Для достижения технического результата электровентилятор содержит крыльчатку, связанную с бесщеточным электрическим двигателем постоянного тока, включающим в себя узел статора и узел ротора, связанные с валом привода; узел ротора снабжен подвижным корпусом с установленным внутри магнитом; узел статора снабжен корпусом с установленным на наружной поверхности магнитопроводом, расположенным во внутреннем пространстве корпуса узла ротора, при этом указанный корпус узла статора выполнен из пластмассы и имеет осевое отверстие с установленным внутри через подшипники качения валом привода, неподвижно связанным с корпусом узла ротора и крыльчаткой, причем каждый из указанных подшипников качения запрессован внешним кольцом в корпус узла статора, а внутренним кольцом на вал привода, согласно изобретению, корпус узла ротора выполнен из пластмассы, а магнит имеет кольцевую форму и внедрен в тело корпуса узла ротора, при этом указанный магнит является закладной деталью в процессе изготовления указанного корпуса способом литья под давлением.

Корпус узла статора содержит фланец, выполненный из пластмассы и составляющий с указанным корпусом единое целое.

Вал привода может быть выполнен из пластмассы и составлять с корпусом узла ротора единое целое, при этом указанный вал привода имеет осевое отверстие в котором установлены элементы, расширяющие указанный вал привода в зонах посадки внутренних колец подшипников качения.

Корпус узла ротора может являться частью крыльчатки и составлять с ней единое целое.

В качестве пластмассы может быть использован поликарбонат, или армированный стеклом полиамид, или армированный тальком полиамид, или композитные материалы.

Магнит узла ротора может быть выполнен из спрессованной под давлением смеси магнитного порошка с пластмассой.

Магнитопровод узла статора может быть выполнен из спрессованной под давлением смеси железного порошка с пластмассой.

Совокупность признаков заявленного изобретения находится в причинно-следственной взаимосвязи с достигаемым техническим результатом и представлена в формуле изобретения.

Сущность технического решения поясняется фигурами.

Фиг. 1 - схематично изображен электровентилятор для климатической системы транспортного средства, общий вид.

Фиг. 2 - изображена взрыв-схема фиг. 1.

Фиг. 3 - схематично изображен электровентилятор, сечение вдоль вала привода.

Фиг. 4 - изображена взрыв-схема узла статора.

Фиг. 5 - изображен статор, вид со стороны фланца.

Фиг. 6 - схематично изображен узел ротора с крыльчаткой.

Фиг. 7 - схематично изображен узел ротора, образующий с крыльчаткой единое целое, сечение вдоль вала привода.

На вышеуказанных фигурах изображены:

1 - крыльчатка;

2 - узел ротора;

3 - узел статора;

4 - вал привода;

4а - периферийный участок вала 4 привода;

5 - корпус узла ротора 2;

5а - наружная поверхность корпуса 5;

6 - магнит;

6а - внутренняя поверхность магнита 6;

6b - наружная поверхность магнита 6;

7 - магнитопровод узла статора 3;

8 - корпус узла статора;

8а - наружная поверхность корпуса 8;

9 - провода;

10 - фланец;

11 - монтажные отверстия;

12 - монтажные отверстия;

13 - электронная плата;

14 - осевое отверстие корпуса 8;

15 - подшипник;

16 - подшипник;

17 - осевое отверстие вала 4 привода;

18 - элемент;

19 - элемент;

20 - защитный корпус;

21 - крепёжные элементы;

22 - отверстие.

Следует понимать, что специалисты в данной области техники смогут предложить другие варианты осуществления изобретения и что некоторые его детали можно изменять в различных других аспектах, не выходя за рамки сущности и объема настоящего изобретения. Соответственно, фигуры и подробное описание электровентилятора для климатической системы транспортного средства носят иллюстративный, но не ограничительный характер.

Электровентилятор содержит крыльчатку 1, связанную с бесщеточным электрическим двигателем постоянного тока (далее - двигатель), включающим в себя, узел ротора 2 и узел статора 3, связанные с валом 4 привода (далее - вал) (см. фиг. 1 - 3).

Узел ротора 2 снабжен подвижным корпусом 5 с установленным внутри магнитом 6, выполненным кольцевой формы и многополюсным. Указанный корпус 5 имеет чашеобразную форму с внутренним пространством N.

Корпус 5 узла ротора 2 выполнен из пластмассы, при этом магнит 6 внедрен в тело указанного корпуса 5 таким образом, что внутренняя поверхность 6а магнита 6 является свободной и обращена в сторону установленного во внутреннем пространстве N корпуса 5 магнитопровода 7 с изолированными обмотками проводов 9 узла статора 3, а наружная поверхность 6b магнита 6 залита указанной пластмассой. Таким образом, наружная поверхность 5а корпуса 5 узла ротора 2 выполнена из указанной выше пластмассы и не содержит наружного металлического ярма, используемого в конструкции двигателя, описанного в DE 102006059135 A1.

Корпус 5 узла ротора 2 выполнен из пластмассы, обладающей высокими упругими и прочностными характеристики, и имеющей низкий допуск на усадку в процессе литья под давлением.

Для изготовления магнита 6 можно использовать магнитопласт, представляющий собой спрессованную под большим давлением смесь магнитного порошка с пластмассой, имеющий высокую точность изготовления и не требующий дальнейшей механической обработки.

Поскольку указанный магнит 6 имеет кольцевую форму, то его магнитное поле направлено к центру указанного кольца и замкнуто на его наружной поверхности. Описанные выше свойства магнита 6 позволяют использовать его в качестве закладной детали в процессе изготовления корпуса 5 узла ротора 2 способом литья под давлением. Указанный магнит 6 предварительно намагничивается и далее заливается пластмассой на термопластавтомате, что обеспечивает надежное неразъёмное соединение магнита 6 с корпусом 5 и исключает дополнительную операцию их сборки.

Узел статора 3 содержит корпус 8, на наружной поверхности 8а которого неподвижно установлен магнитопровод 7 с изолированными обмотками проводов 9.

Корпус 8 узла статора 3 содержит фланец 10 с монтажными отверстиями 11, 12 для соответствующего крепления электронной платы 13 управления двигателем и вывода проводов 9 магнитопровода 7 (см. фиг. 4, 5). Корпус 8 с фланцем 10 узла статора 3 выполнены из пластмассы, при этом указанный фланец 10 составляет с указанным корпусом 8 единое целое, т. е. единую деталь.

Корпус 8 узла статора 3 имеет осевое отверстие 14, в котором установлен через подшипники качения 15, 16 вал 4, неподвижно связанный с корпусом 5 узла ротора 2 и крыльчаткой 1. Каждый из указанных подшипников качения 15, 16 установлен в осевом отверстии 14, при этом запрессован своим внешним кольцом в корпус 8 узла статора 3, а внутренним кольцом - на вал 4. Один из свободных периферийных участков 4а вала 4 привода неподвижно установлен в осевых отверстиях корпуса 5 узла ротора 2 и крыльчатки 1.

В качестве подшипников качения 15, 16 могут быть использованы шариковые подшипники.

Корпус 8 с фланцем 10 узла статора 3 выполнены из пластмассы, обладающей высокими упругими и прочностными характеристики, и имеющей низкий допуск на усадку в процессе литья под давлением, например на термопластавтомате.

Преимущественным является, выполнение корпуса 5 узла ротора 2 и корпуса 8 с фланцем 10 узла статора 3 из одного материала, т.е. одного вида пластмассы, что исключает разность в линейном тепловом расширении и не требует дополнительно компенсационных пружин, которые могут являться причиной шумов.

Пластичность и упругость корпуса 8 узла статора 3 позволяют обеспечить оптимальные посадки с натягом в местах сопряжения указанного корпуса 8 с подшипниками качения 15, 16 внутри осевого отверстия 14 и магнитопроводом 7 на наружной поверхности 8а, а также предотвращает возможность возникновения недопустимых осевых усилий на подшипниках качения 15, 16 при тепловом расширении, когда возникают температурные перепады в процессе эксплуатации электровентилятора, что позволяет исключить из конструкции дополнительные упругие компенсаторы, предохраняющие подшипники качения 15, 16 от преждевременного износа, заклинивания и/или разрушения.

Следует отметить, что запрессовка одного из подшипников качения, в частности подшипника качения 15, в осевое отверстие 14 корпуса 8 в зоне W расположения магнитопровода 7, расширяет указанный корпус 8 в указанной зоне W, надежно закрепляя тем самым указанный магнитопровод 7 на наружной поверхности 8а корпуса 8. Такая конструкция обеспечивает надежное неподвижное соединение наружного кольца подшипника качения 15 и магнитопровода 7 с корпусом 8 узла статора 3.

Вышеуказанный магнитопровод 7 выполнен из железопласта, представляющего собой спрессованную под большим давлением смесь железного порошка с пластмассой. Указанный железопласт имеет функциональное сходство с набором изолированных шихтовых пластин для исключения паразитных токов Фуко в переменном магнитном поле и замыкания магнитных потоков при работе двигателя. Использование железопласта позволяет изготавливать из пластмассы корпус 8 статора 3.

Описанный выше корпус 5 узла ротора 2 может являться частью крыльчатки 1 и составлять с ней единое целое. Указанные корпус 5 и крыльчатка 1 могут быть выполнены в виде неразъемного узла из одного и того же вида пластмассы способом литья под давлением, при этом магнит 6, как было описано выше, является закладной деталью и внедрен в тело корпуса 5. Такая конструкция позволяет также снизить шумы и вибрации в процессе работы электровентилятора за счет уменьшения подвижных сочленений в конструкции (уменьшение количества отдельных деталей двигателя).

В одном из вариантов исполнения, указанный вал 4 может быть выполнен, например, из металла в виде отдельной детали.

В другом варианте исполнения, вал 4 выполнен из пластмассы и образует с корпусом 5 узла ротора 2 единое целое, т. е. неразъемный узел, при этом магнит 6, как было описано выше, внедрен в тело корпуса 5 узла ротора 2 (см. фигуру 6). Преимущественным является выполнение корпуса 5 и вала 4 из одного и того же вида пластмассы способом литья под давлением, при этом магнит 6 является закладной деталью.

В другом из вариантов исполнения, вал 4 выполнен из пластмассы и образует с корпусом 5 узла ротора 2 и крыльчаткой 1 единое целое т. е. неразъемный узел, при этом магнит 6, как было описано выше, внедрен в тело корпуса 5 узла ротора 2 (см. фигуру 7). Преимущественным является выполнение крыльчатки 1, корпуса 5 и вала 4 из одного и того же вида пластмассы способом литья под давлением, при этом магнит 6 является закладной деталью.

Описанные выше варианты выполнения узла ротора 2, крыльчатки 1 и вала 4 значительно упрощают изготовление и сборку узла ротора 2 и, соответственно, электровентилятора, ведут к снижению шуму и вибраций поскольку минимизировано количество сопрягаемых в процессе сборки деталей, в них практически исключены осевые усилия на подшипниках качения 15, 16, возникающие при температурных перепадах, что в целом повышает эксплуатационную надежность электровентилятора.

Вал 4, выполненный из пластмассы, имеет осевое отверстие 17, в котором установлены элементы 18 и 19, расширяющие с наружной стороны указанный вал 4 в соответствующих зонах посадки подшипников качения 15 и 16. В конкретном примере исполнения, в качестве указанных элементов 18, 19 использованы винты, вворачиваемые в осевое отверстие 17 с противоположных торцевых сторон вала 4. В процессе установки элементов 18, 19 в осевое отверстие 17 происходит расширение вала 4 во внутренних кольцах подшипников качения 15, 16, что обеспечивает надежную посадку на валу 4 указанных внутренних колец подшипников качения 15, 16 без каких-либо дополнительный крепежных элементов.

Эксплуатационная надежность описанного выше электровентилятора выражена в снижении шума и вибраций за счет выполнения корпуса 5 узла ротора 2 из пластмассы с внедренным в его тело кольцевым магнитом 6, плотной посадки подшипников качения 15, 16 по наружному кольцу в корпус 8 узла статора 3, а по внутреннему кольцу на вал 4, при этом функцию гибкого компенсатора для обеспечения преднатяга осуществляет указанный упругий пластмассовый корпус 8 узла статора 3, а выполненный из того же материала пластмассовый вал 4 исключает воздействие теплового расширения на бесшумную работу электровентилятора.

Электронная плата 13, установленная на фланце 10 корпуса 8 узла статора 3, закрыта сверху защитным корпусом 20, препятствующим попаданию на неё твердых микрочастиц и влаги с поступающим в электровентилятор потоком воздуха. Защитный корпус 20 вместе с электронной платой 13 прикреплены с помощью крепежных элементов 21 к указанному фланцу 10 через монтажные отверстия 11. В качестве крепежных элементов 21 могут быть использованы винты или болты, или другие крепежные устройства, выполняющие аналогичную функцию с аналогичным результатом. К электронной плате 13 присоединены, например способом пайки, концы проводов 9 изолированных обмоток магнитопровода 7 узла статора 3.

С наружной стороны защитного корпуса 20 может быть выполнено отверстие 22 под крепление на кожухе (на фигурах не изображен) электровентилятора и предусмотрены отверстия для вывода проводов электровентилятора.

В процессе работы электровентилятора магнитопровод 7 с изолированными обмотками проводов 9 узла статора 3 неподвижно установлен во внутреннем пространстве N корпуса 5 узла ротора 2, при этом указанный магнитопровод 7 окружает магнит 6 с определенным рабочим зазором. Указанный корпус 5 с магнитом 6 вращаются вокруг магнитопровода 7 с изолированными обмотками проводов 9, при этом вал 4 вращается внутри корпуса 8 статора 3. Управление двигателем регулируется через электронную плату 13.

Под термином «пластмасса» следует понимать широкий спектр материалов, имеющих высокие упругие и прочностные характеристики, низкий допуск на усадку в процессе литья под давлением. К таким материалам можно отнести, например, поликарбонат или армированный стеклом полиамид, или армированный тальком полиамид, или композитные материалы.

Описанные выше узлы ротора 2 и статора 3 характеризуется повышенной надежностью, т.к. использованы подшипники качения вместо подшипников скольжения, не содержат каких-либо уплотняющих деталей и компенсаторов температурных расширений, которые при износе могут быть причиной повышенного шума, что влечет за собой их замену. Кроме того, описанные выше варианты выполнения узла ротора 2 с крыльчаткой 1 и/или валом 4 позволяют создать компактный, бесшумный, надежный в эксплуатации малодетальный электровентилятор, который легко обслуживать в процессе эксплуатации.

Вышеописанный электровентилятор, снабженный бесщеточным двигателем постоянного тока, может быть использован в климатической системе транспортного средства, например в автомобиле.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к электровентилятору с бесщеточным двигателем постоянного тока, предназначенному для климатической системы транспортного средства, например автомобиля. Технический результат заключается в повышении эксплуатационной надежности электровентилятора, выраженной в снижении шума и вибраций. Электровентилятор содержит крыльчатку, связанную с бесщеточным электрическим двигателем постоянного тока, включающим в себя узел статора и узел ротора, связанные с валом привода. Узел ротора снабжен подвижным корпусом с установленным внутри магнитом. Узел статора снабжен корпусом с установленным на наружной поверхности магнитопроводом, расположенным во внутреннем пространстве корпуса узла ротора. Корпус узла статора выполнен из пластмассы и имеет осевое отверстие с установленным внутри через подшипники качения валом привода, неподвижно связанным с корпусом узла ротора и крыльчаткой. Каждый из указанных подшипников качения запрессован внешним кольцом в корпус узла статора, а внутренним кольцом на вал привода. Корпус узла ротора выполнен из пластмассы. Магнит имеет кольцевую форму и внедрен в тело корпуса узла ротора, при этом является закладной деталью в процессе изготовления указанного корпуса способом литья под давлением. 6 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Электровентилятор, содержащий крыльчатку, связанную с бесщеточным электрическим двигателем постоянного тока, включающим в себя узел статора и узел ротора, связанные с валом привода; узел ротора снабжен подвижным корпусом с установленным внутри магнитом; узел статора снабжен корпусом с установленным на наружной поверхности магнитопроводом, расположенным во внутреннем пространстве корпуса узла ротора, при этом указанный корпус узла статора выполнен из пластмассы и имеет осевое отверстие с установленным внутри через подшипники качения валом привода, неподвижно связанным с корпусом узла ротора и крыльчаткой, причем каждый из указанных подшипников качения запрессован внешним кольцом в корпус узла статора, а внутренним кольцом на вал привода, отличающийся тем, что корпус узла ротора выполнен из пластмассы, а магнит имеет кольцевую форму и внедрен в тело корпуса узла ротора, при этом указанный магнит является закладной деталью в процессе изготовления указанного корпуса способом литья под давлением.

2. Электровентилятор по п.1, отличающийся тем, что корпус узла статора содержит фланец, выполненный из пластмассы и составляющий с указанным корпусом единое целое.

3. Электровентилятор по п.1, отличающийся тем, что вал привода выполнен из пластмассы и составляет с корпусом узла ротора единое целое, при этом указанный вал привода имеет осевое отверстие, в котором установлены элементы, расширяющие указанный вал привода в зонах посадки внутренних колец подшипников качения.

4. Электровентилятор по п.1 или 3, отличающийся тем, что корпус узла ротора является частью крыльчатки и составляет с ней единое целое.

5. Электровентилятор по п.1 или 3, отличающийся тем, что в качестве пластмассы использован поликарбонат, или армированный стеклом полиамид, или армированный тальком полиамид, или композитные материалы.

6. Электровентилятор по п.1, отличающийся тем, что магнит узла ротора выполнен из спрессованной под давлением смеси магнитного порошка с пластмассой.

7. Электровентилятор по п.1, отличающийся тем, что магнитопровод узла статора выполнен из спрессованной под давлением смеси железного порошка с пластмассой.