專利名稱：Hvac風(fēng)機的空心線圈繞組的制作方法
HVAC風(fēng)機的空心線圈繞組
背景技術(shù)：
為了電驅(qū)動 HVAC(“Heating, Ventilating and Air conditioning(暖通空調(diào))”)設(shè)備(以下稱為通風(fēng)設(shè)備)中的風(fēng)機葉輪，通常根據(jù)期望的風(fēng)機功率來采用機械或者電換向的電動機。在此，電動機的部分、例如定子承載多個線圈，而另一部分、例如轉(zhuǎn)子承載多個永磁體。這兩部分相對彼此可旋轉(zhuǎn)地來放置，并且線圈和永磁體被設(shè)置在同心的環(huán)狀間隙的不同側(cè)上。線圈被纏繞在與環(huán)形磁通元件集成實施的芯周圍，所述環(huán)形磁通元件引導(dǎo)線圈之間的磁通。在實踐中，為此使用空心圓柱體通量元件(Flusselement),例如由經(jīng)沖壓的板材構(gòu)成的堆疊形式的空心圓柱體通量元件。通量元件具有徑向槽，其中線圈的繞組通過相鄰槽，使得被繞組包圍的空間通過通量元件的區(qū)段來填充，該通量元件的區(qū)段作為鐵磁線圈芯起作用。線圈由非鐵磁材料制成，例如由銅線制成。在轉(zhuǎn)子相對于定子旋轉(zhuǎn)時，與轉(zhuǎn)子的永磁體交替對置的是鐵磁區(qū)段(線圈芯)和定子的鐵磁區(qū)段(線圈)。由此，在旋轉(zhuǎn)期間持續(xù)交變的力在轉(zhuǎn)子與定子之間起作用，由此可發(fā)生轉(zhuǎn)子相對于定子的加速或制動，該加速或制動使轉(zhuǎn)子的均勻運轉(zhuǎn)受損。因此引起的同步運轉(zhuǎn)波動的頻率與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速以及定子的沿著其周長的線圈數(shù)目有關(guān)。結(jié)果，在所描繪的風(fēng)機電動機的情況下，在工作時可出現(xiàn)較低帶寬的噪聲，該噪聲可被感覺為鳴聲或者嘯叫聲。噪聲可通過汽車的通風(fēng)設(shè)備來傳播，并且被乘客感覺為令人不快的。噪聲也可與其他振蕩集成，使得也可例如弓I發(fā)高次諧波、疊加的噪聲和浮動頻率，其在汽車的內(nèi)部空間中是可聽見的并且導(dǎo)致提高的噪聲載荷。過去曾嘗試通過衰減激勵或者通過減小電磁力來抵制這種噪聲產(chǎn)生。但是，這得到了在其功率級測量的情況下具有大質(zhì)量的風(fēng)機電動機。這在制造時的操作、生產(chǎn)和資源消耗的方面是不期望的。

發(fā)明內(nèi)容
因而，本發(fā)明所基于的任務(wù)是給出一種風(fēng)機電動機，該風(fēng)機電動機在質(zhì)量較小時具有良好的同步運轉(zhuǎn)，使得風(fēng)機電動機產(chǎn)生較少的噪聲。該任務(wù)通過根據(jù)權(quán)利要求I所述的具有風(fēng)機電動機的風(fēng)機以及通過根據(jù)權(quán)利要求12所述的汽車來解決。從屬權(quán)利要求說明了可能的或適宜的改進方案。根據(jù)本發(fā)明的第一方面，用于汽車的內(nèi)部空間通風(fēng)設(shè)備的風(fēng)機包括風(fēng)機電動機，該風(fēng)機電動機包括具有多個徑向的線圈的第一部分和具有多個徑向的永磁體的相對于第一部分可旋轉(zhuǎn)地來放置的第二部分，其中在第一部分的線圈與第二部分的永磁體之間構(gòu)造同心的環(huán)狀間隙，并且線圈是空心線圈。通過使用空心線圈避免風(fēng)機電動機的部分的鐵磁元件在工作時循環(huán)地進入和再次退出風(fēng)機電動機的另一部分的磁場中。傳統(tǒng)的風(fēng)機電動機的通過這樣的交變作用引起的同步運轉(zhuǎn)波動沒有被引起，并且甚至不會形成歸因于這種同步波動的噪聲。此外，無芯的空心線圈具有基本上較小的磁滯作為被纏繞在鐵磁芯周圍的線圈。風(fēng)機的風(fēng)機電動機可包括用于將線圈磁耦合到其背離環(huán)狀間隙的一側(cè)上的第一磁通元件。該第一磁通元件使相鄰的被觸發(fā)的線圈的磁力線閉合，并且這樣提高可引起的磁力，而且結(jié)果提高風(fēng)機電動機的效率。線圈的繞組可在軸向方向上靠在第一磁通元件上。以這種方式，雖然限制線圈中的每個線圈的最大匝數(shù)目，因為所有匝的區(qū)段必須并排并且僅該通量元件的有限的外部周長可供與匝接觸，但是同時這些匝中的每個都處于距環(huán)狀間隙為最小可能的間距中，其中所述環(huán)狀間隙將匝與風(fēng)機電動機的另一部分的永磁體分離。該實施形式因而可進一步提高風(fēng)機電動機的效率。風(fēng)機的風(fēng)機電動機此外還可包括用于將永磁體磁耦合到背離環(huán)狀間隙的一側(cè)上的第二磁通元件。第二磁通元件如第一磁通元件那樣用于引導(dǎo)磁力線并且因此最終用于提高風(fēng)機電動機的效率。風(fēng)機的風(fēng)機電動機的第一部分可以是定子，而第二部分可以是包圍定子的轉(zhuǎn)子。這種風(fēng)機電動機被公知為外轉(zhuǎn)子。永磁體徑向地在外部被置于轉(zhuǎn)子上，以便最大化外轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)質(zhì)量?？墒∪C械換向器，因為設(shè)置在定子上的線圈相對于風(fēng)機電動機的承載風(fēng)機電動機的電端子的緊固元件是不運動的。風(fēng)機可在風(fēng)機電動機旁包括與其轉(zhuǎn)子連接的風(fēng)機葉輪。在此，例如可涉及徑向的或者軸向的風(fēng)機葉輪。在一種方案中，風(fēng)機葉輪是半軸向的，并且不僅包括用于軸向吸入空氣的吸氣葉片(Saugschaufeln)而且包括用于徑向逸出所吸入的空氣的逸出葉片。偏轉(zhuǎn)元件將所吸入的空氣導(dǎo)向逸出葉片，并且同時限制空氣在軸向方向上的流動區(qū)域。偏轉(zhuǎn)元件可以徑向?qū)ΨQ地被凹形構(gòu)造。具有外轉(zhuǎn)子的風(fēng)機電動機可被設(shè)置在偏轉(zhuǎn)元件的背離風(fēng)機的葉片的凹側(cè)上，由此得到特別好地利用可供使用的結(jié)構(gòu)空間。以這種方式可以實現(xiàn)緊湊的、尤其是在軸向方向上短地構(gòu)造的風(fēng)機。風(fēng)機的風(fēng)機電動機此外還可包括用于固定第一磁通元件的纏繞體。該纏繞體此外還可承載風(fēng)機電動機的線圈的繞組，使得形成可被廉價制造的可單獨操作的定子組件。纏繞體可包括兩個軸向設(shè)置的部分。這兩個部分例如可被成形來使得這兩個部分在軸向并合之后軸向地和徑向地放置第一磁通元件。在并合之后，線圈的繞組可被施加到纏繞體上。纏繞體的這兩部分可以是一致的，使得在大量制造的范圍中可進一步節(jié)約生產(chǎn)成本。纏繞體的每個部分都可包括用于固定其中一個線圈的匝的附件。在軸向方向上彼此對置的附件可用于放置線圈的多個匝。通過匝，纏繞體的這兩個部分彼此連接，并且第一磁通元件可不移動地被保持在其位置上。最后，風(fēng)機的風(fēng)機電動機可包括與線圈連接的用于基于未供電的線圈的激勵而無傳感器地進行轉(zhuǎn)速控制的控制電路。根據(jù)第二方面，汽車包括如上所實施的具有風(fēng)機的內(nèi)部空間通風(fēng)設(shè)備。


以下參考所附的附圖更準(zhǔn)確地描述本發(fā)明，其中-圖I示出了汽車中的通風(fēng)設(shè)備的示意圖；-圖2示出了圖I中的風(fēng)機電動機的細節(jié)的軸向透視圖；-圖3示出了圖2中的細節(jié)的徑向透視圖；以及、
-圖4示出了通過圖I中的風(fēng)機電動機的側(cè)向截面圖。如果未另外說明，則軸向和徑向說明涉及風(fēng)機電動機的旋轉(zhuǎn)軸。在所有圖中，相同的或彼此相對應(yīng)的要素承載相同的附圖標(biāo)記。圖I示出了內(nèi)部空間通風(fēng)設(shè)備100的示意圖。汽車110包括吸入部分120、風(fēng)機130和分配部分140。風(fēng)機130包括風(fēng)機葉輪150和風(fēng)機電動機160。在圖I的圖中沒有包含內(nèi)部空間通風(fēng)設(shè)備100的可選元件，如過濾器、蓋、閥門、換熱器、冷凝器等，所述可選的元件在本上下文中并不進一步相關(guān)。風(fēng)機電動機160將風(fēng)機葉輪150置于旋轉(zhuǎn)，使得空氣從汽車110的外側(cè)通過吸入部分120被抽入風(fēng)機葉輪150中并且緊接著通過分配部分140被輸送到汽車140的內(nèi)部空間中。吸入部分120和分配部分140常常被集成到一個部分中地被實施。圖2從軸向透視圖方面示出了圖I中的具有空心線圈的風(fēng)機電動機160的細節(jié)200。線圈210被繞在附件220周圍，并且包括三個匝，這些匝的軸向區(qū)段彼此平行地置于 風(fēng)機電動機160的旋轉(zhuǎn)軸線的周邊上。每個匝的可見端被示為未連接的，以便表明匝以任意方案彼此地、與其他匝或者與控制電路410的電端子相連接。在線圈210的面向風(fēng)機電動機160的旋轉(zhuǎn)軸線的一側(cè)上,第一同心磁通元件230延伸,所述第一同心磁通元件230的區(qū)段被示出。第一磁通元件230總體上具有空心圓柱體的形狀。第一磁通元件230例如可以是任意形狀的定子包(Statorpaket)。其可例如包括空心圓柱體的緊密元件、由板構(gòu)成的堆疊或者螺旋形纏繞的扁絲。第一磁通元件的元件或者區(qū)段為了進一步避免噪聲而彼此連接，例如通過粘接、焊接、鉚接、夾緊或者螺紋來連接。在線圈210的中部，附件220遮蓋第一磁通元件230。沿著第一磁通元件230的外周，在線圈210的匝之間沒有芯，線圈210的內(nèi)部空間用空氣來填充(“空心線圈”)。通過環(huán)狀間隙240，與線圈210分開地在徑向方向上延伸永磁體250。永磁體250與線圈210的大小比例不是比例正確的。風(fēng)機電動機160的線圈210的數(shù)目可不同于永磁體250的數(shù)目，例如有12個線圈210，而有11個或13個永磁體250。永磁體250被磁徑向定向，其中磁北極如所示的那樣可在內(nèi)部或者也在外部。在其背離環(huán)狀間隙240的一側(cè)上，永磁體250靠在第二磁通元件260上，所述第二磁通元件260的區(qū)段被示出。第二磁通元件260總體上具有空心圓柱體形狀。所述第二磁通元件260如第一磁通元件230那樣可由多個元件或者由充滿的材料構(gòu)成，并且例如被卷、被拉深或者由管來扭轉(zhuǎn)(被切斷)。所示的線圈210的兩側(cè)的其他線圈210以及所示的永磁體250的兩側(cè)的其他永磁體250未示出。相鄰元件可彼此靠置，并且相鄰永磁體可具有彼此相反的磁定向。圖3以徑向視圖示出了圖I中的風(fēng)機電動機160的圖2中的兩個線圈210的其他詳細視圖300。圖2中示出的永磁體250和第二磁通元件260在圖3中未示出。線圈210分別被繞在彼此對置的附件220周圍。線圈210中的每個線圈包括三個匝，其中相鄰線圈210直接彼此連接。線圈210的匝的軸向區(qū)段彼此平行地沿著第一磁通元件230的外表面來設(shè)置。在每個線圈210的內(nèi)部中的被分別在最內(nèi)部的匝包圍的空間用空氣來填充；在另一改進方案中，也可使用其他磁中性材料，例如使用如聚酯或者環(huán)氧樹脂的人造樹脂。圖4示出了圖I中的風(fēng)機130的側(cè)向截面圖。風(fēng)機130包括風(fēng)機葉輪150、風(fēng)機電動機160和容納控制電路410的緊固法蘭470?？刂齐娐?10被設(shè)計來在工作時以確定的序列激活或去活線圈210，以便引起風(fēng)機電動機160的預(yù)確定的轉(zhuǎn)速。風(fēng)機電動機160的實際轉(zhuǎn)速可通過如下方式來確定檢測在沒有激活的線圈210中通過運動經(jīng)過所述線圈210的永磁體所感生的感生電壓。由于在風(fēng)機電動機160的靜止?fàn)顟B(tài)下沒有感生出這種電壓，所以在風(fēng)機電動機160的起動階段首先省去對實際轉(zhuǎn)速的檢測，并且引起線圈210的預(yù)確定的激活順序，直至風(fēng)機電動機160已達到足夠大的旋轉(zhuǎn)速度，以便執(zhí)行轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)風(fēng)機葉輪150包括用于軸向吸入空氣的吸氣葉片420、用于徑向逸出所吸入的空氣的逸出葉片430以及用于將所吸入的空氣偏轉(zhuǎn)到逸出葉片430的偏轉(zhuǎn)元件440。偏轉(zhuǎn)元件440以旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定的方式與吸氣葉片420和逸出葉片430相連接。此外，偏轉(zhuǎn)元件440以永磁體250和第二磁通元件260的形式承載風(fēng)機電動機160的轉(zhuǎn)子490。風(fēng)機電動機160的定子480包括由第一部分450和第二部分460構(gòu)造的纏繞體，該纏繞體承載第一磁通元件230和線圈210。纏繞體的部分450、460中的每個都具有用于固定線圈210的突出部220。環(huán)狀間隙240在線圈210與永磁體250之間延伸。緊固法蘭470支承風(fēng)機電動機160的定子480。在上部區(qū)段上實施緊固法蘭470，使得該緊固法蘭470可例如在通風(fēng)部分的壁的相對應(yīng)的凹處中支承風(fēng)機130。風(fēng)機130可從該凹處作為整體單元在軸向方向上是可被取出的。所描述的風(fēng)機電動機160能夠在小轉(zhuǎn)矩至中等轉(zhuǎn)矩的情況下覆蓋寬的轉(zhuǎn)速范圍，并且因而特別適于用在風(fēng)機130中。其小的質(zhì)量和其產(chǎn)生噪聲的小的趨勢以特別的方式使風(fēng)機電動機160對于用在汽車110的內(nèi)部空間通風(fēng)設(shè)備100中有資格。與相同驅(qū)動功率的常規(guī)風(fēng)機電動機相比，此外可實現(xiàn)可觀的重量節(jié)省，因為不需要為了同步運轉(zhuǎn)穩(wěn)定化而提高風(fēng)機電動機160的旋轉(zhuǎn)質(zhì)量或者為了避免噪聲而使風(fēng)機電動機160持續(xù)地在其構(gòu)造方式?jīng)Q定的性能下工作。在所描述的風(fēng)機電動機160的測試樣本的情況下，可實現(xiàn)400g的重量，而可比較的輸出功率的常規(guī)風(fēng)機電動機具有880g的重量。
權(quán)利要求
1.用于汽車(110)的內(nèi)部空間通風(fēng)設(shè)備(100)的風(fēng)機(130)，其具有風(fēng)機電動機(160)， -所述風(fēng)機電動機(160)包括具有多個徑向的線圈的第一部分(480，490)，以及 -所述風(fēng)機電動機(160)包括具有多個徑向的永磁體(250)的相對于第一部分可旋轉(zhuǎn)地被支承的第二部分(490，480)； -其中在第一部分的線圈(210)與第二部分的永磁體(250)之間構(gòu)造同心的環(huán)狀間隙(240)； 其特征在于， _所述線圈(210)是空心線圈。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的風(fēng)機(130)，其特征在于具有用于將線圈(210)磁耦合到線圈(210)的背離環(huán)狀間隙(240)的一側(cè)上的第一磁通元件(230)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的風(fēng)機(130)，其特征在于，線圈(210)的匝在徑向方向上靠在第一通量元件(230)上。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的風(fēng)機(130)，其特征在于具有用于將永磁體(250)磁耦合到背離環(huán)狀間隙(240)的一側(cè)上的第二磁通元件(260)。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的風(fēng)機(130)，其特征在于，第一部分是定子(480)，而第二部分是包圍定子(480)的轉(zhuǎn)子(490)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的風(fēng)機(130)，其特征在于具有與轉(zhuǎn)子(490)連接的風(fēng)機葉輪(150)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的風(fēng)機(130)，其特征在于，風(fēng)機葉輪(150)具有半軸結(jié)構(gòu)。
8.根據(jù)權(quán)利要求2至7之一所述的風(fēng)機(130)，其特征在于具有用于固定第一磁通元件(230)的纏繞體(450，460)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的風(fēng)機(130)，其特征在于，纏繞體(450，460)包括兩個軸向設(shè)置的部分(450，460)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的風(fēng)機(130)，其特征在于，纏繞體的每個部分(450，460)包括用于固定其中一個線圈(210)的匝的附件(220)。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的風(fēng)機(130)，其特征在于具有與線圈(210)連接的用于基于未被供電的線圈(210)的激勵的無傳感器地進行轉(zhuǎn)速控制的控制電路(470)。
12.—種汽車(110)，其包括具有根據(jù)權(quán)利要求11所述的風(fēng)機(130)的內(nèi)部空間通風(fēng)設(shè)備(100)。
全文摘要
在用于汽車的內(nèi)部空間通風(fēng)設(shè)備的風(fēng)機中，風(fēng)機電動機包括具有多個徑向?qū)?zhǔn)的線圈的第一部分和具有多個徑向?qū)?zhǔn)的永磁體的相對于第一部分可旋轉(zhuǎn)地來放置的第二部分，其中在第一部分的線圈與第二部分的永磁體之間構(gòu)造同心的環(huán)狀間隙，并且線圈是空心線圈。
文檔編號H02K21/24GK102648571SQ201080034752
公開日2012年8月22日 申請日期2010年6月4日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月4日
發(fā)明者A·席爾, M·路德維希, W·克勞特 申請人:羅伯特·博世有限公司