专利名称：电热式硅油风扇调速控制器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种用于发动机散热控制的电热式硅油风扇调速控制器，特别涉 及一种使用温度量值传递信息并控制硅油风扇离合器的电热式硅油风扇调速控制器。本实 用新型涉及的电热式硅油风扇调速控制器包括电风扇、电加热器、温度传感器、电子控制器 和风罩等。
背景技术：
根据公开的文献记述，发动机散热风扇要消耗发动机5 10%的功率，而大部分 时间是无效运行或过度运行。为保持发动机在需要的温度范围内工作和节约能源，控制风 扇的转速十分必要。为此人们设计了硅油离合器风扇、液压驱动风扇、电动风扇、电磁离合 器风扇等结构产品。这些设计虽然可以达到目的，但是他们存在一些严重缺陷，导致不能普 遍适用。对于后置发动机，硅油离合器风扇反应迟钝，几乎到不可应用状态，安装硅油离合 器风扇已经不多见。液压驱动风扇有许多优点，但是造价高，可靠性低，故障容忍度低，维护 费用高，推广困难。电动风扇调控特性优良，但是需要增加数千瓦的电能，增加发电机的容 量，成本提高很多，且电动风扇运行噪声很大。电磁离合器风扇由于缺少必要的中间转速， 控制特性不好。频繁的启动停止导致故障升高。目前文献(包含专利文件)公开的电控硅油风扇离合器，不论结构如何变化，其核 心原理是电磁线圈产生磁力，驱动铁芯运动，打开或关闭硅油进油孔，调节风扇转速。或者 用电动机、流通的压力等方法驱动硅油风扇离合器的内挡片，打开或关闭回油孔进行调速。 这种结构虽然能够达到调速目的，但是由于需要从静态到旋转的机构，有一个从固定到转 动的用轴承做支撑的机械结构活动连接。因为固定方式在实际应用中困难较大，无法普遍 应用。
发明内容本实用新型的目的是提供一种电热式硅油风扇调速控制器，以克服了现有的硅油 离合器风扇存在的需要从静态到旋转的机构，使用温度可控的气流传递控制信息，达到控 制硅油风扇离合器的目的。本实用新型的技术方案是包括电风扇、加热器和电子控制器，电风扇的出风口在 使用时与现有硅油风扇离合器的双金属感温器相对应；在内燃机的中冷器和冷却器内分别 安装有空气温度传感器和冷却液温度传感器；在所述的电风扇上装有转速传感器，该转速 传感器通过电子控制器与该电风扇的驱动电源连接；在所述的电风扇的出风口装有电加热 器，在该电加热器上装有加热温度传感器，该加热温度传感器以及所述的进气温度传感器 和冷却液温度传感器通过所述的电子控制器与该电加热器的驱动电源连接。所述的电风扇包括圆筒形的外壳，该外壳的一端有法兰，在该法兰上有安装孔；在 该外壳的轴心设有电风扇的电机外壳，该外壳与电机外壳之间通过放射状的辐条连接；在 该电机外壳内安装带有线圈的定子，在该电机的轴上装有扇叶；在该定子内装有空芯的鼠笼转子，该鼠笼转子两端装有支撑轴承，该鼠笼转子的铝铸件与所述的轴流扇叶成为一体；在该电机上装有所述的转速传感器。所述的电风扇包括圆筒形的外壳，该外壳的一端有法兰，在该法兰上有安装孔；在该外壳的轴心设有电风扇的电机外壳，该外壳与电机外壳之间通过放射状的辐条连接；在 该电机外壳内安装带有线圈的定子，在该电机的轴上装有扇叶；该电机的转子是永久磁铁； 靠近该永久磁铁装有霍尔传感器。所述的电加热器为方形结构，在铝质的方形外壳上有轴向安装孔和侧向安装孔， 在该外壳内侧对称分布有若干个C型半孔，并在该C型半孔内套有C形云母衬套，在该C形 云母衬套内装入往复弯曲的发热体，用芯棒将该发热体与C型半孔撑紧；该发热体的两端 由螺钉弓I出，并与所述的电加热器的驱动电源连接。所述的电加热器为圆形结构，在铝质的圆形外壳一端的法兰上有轴向安装孔，在 该圆形外壳内侧和中心圆盘的外侧的周边分布有若干个C型半孔，并在该C型半孔内套有C 形云母衬套，在该C形云母衬套内装入往复弯曲的发热体，发热体呈辐条状分布，用芯棒将 该发热体与C型半孔撑紧；该发热体的两端由螺钉引出，并与所述的电加热器的驱动电源 连接。所述的电加热器为圆形结构，在铝质的圆形外壳一端的法兰上有轴向安装孔，在 该圆形外壳与中心圆盘之间用放射状辐条连接，该辐条开有横向槽口，内装绝缘体，该发热 体呈双螺旋状结构安装夹持在所述的辐条的横向槽口内的绝缘体内，该发热体的两端由螺 钉引出，并与所述的电加热器的驱动电源连接。所述的电加热器由筒形壳体和安装在该筒形壳体内的螺旋状的发热体构成，该筒 形壳体的一端与所述的电风扇的出风口直接连接，或在该筒形壳体与电风扇出风口之间连
接一风口罩。所述的电风扇和电加热器共用一个外壳。所述的电风扇的出风口与电加热器之间通过相互套接在一起的两个风道连接，每 一该风道由圆筒形壳体和一端的法兰组成，在该法兰上有安装孔；其中一个的法兰与电风 扇的出风口同轴安装在所述的内燃机的中冷器的内侧；另一个风道的法兰与电加热器同轴 安装在所述的冷却器的外侧。在所述的电加热器的出风口装有锥形的风口罩。所述的电子控制器设有兼备冷却器功能的铝质或铝合金外壳。所述的电加热器由筒形壳体和安装在该筒形壳体内的发热体构成，该筒形壳体的 一端与所述的电风扇的出风口之间连接一风口罩；所述的电风扇安装在硅油风扇直径以 夕卜，该电加热器的轴向平行于所述的冷却器的右侧平面，在该筒形壳体的顶端设有径向的 出风口，该出风口对应所述的硅油风扇离合器的双金属感温器。本实用新型调速控制器主要利用电风扇、电子控制器、加热器和相关的传感器的 电热方式控制硅油风扇，风扇调速控制器与硅油风扇离合器之间完全没有机械接触，因而 可以使用原有硅油离合器风扇。根据温度值和控制目标使硅油离合器风扇的转速符合散热 需要。控制环节简单，零件少，运动部件少，可靠性高，全程无级调速。有效提高了硅油风扇 的调速性能，硅油风扇的转速不再完全依赖冷却器散发的热量，而是根据发动机实际温度， 由电子控制器进行转速控制，即使是后置发动机也不会发生温度波动。可以由发动机E⑶直接控制，或独立控制，或作为CAN总线的一个节点进行控制。本实用新型所述的电热式硅油风扇调速控制器，在完全不改变原有硅油风扇离合器结构的条件下，增加电风扇、电加热器、电子控制器、温度传感器和风口罩等零件，实现硅 油风扇转速依据温度进行控制。
图1-1是本实用新型的电风扇的正面结构示意图；图1-2是图1-1的左视图(局部剖视)；图2-1-1是本实用新型的方形电加热器的主视图；图2-1-2是图2-1-1的右视图；图2-1-3是图2-1-1中E处的局部放大图；图2-2-1是本实用新型一种圆形电加热器的主视图；图2-2-2是图2-2-1的左视图；图2-3-1是本实用新型另一种圆形电加热器的主视图；图2-3-2是图2-3-1的左视图；图2-3-3是图2-3-1的绝缘体的结构分解图；图3是本实用新型电动机和电加热器一体化的热风机结构(局部剖视)示意图；图4是本实用新型风道的主视图；图5是图4的A-A剖视图；图6是本实用新型独立控制器的构成电路图；图7是本实用新型作为CAN总线的一个节点进行控制的控制器电路图；图8是本实用新型的第一实施例的总体结构示意图；图9是本实用新型的第二实施例的总体结构示意图；图10是本实用新型的第三实施例的总体结构示意图；图11是本实用新型的第四实施例的总体结构示意图；图12是本实用新型的第五实施例的总体结构示意图；图13是本实用新型的第六实施例的总体结构示意图。
具体实施方式
实施例1 :参见图8，电风扇1安装在中冷器A的前面，向后吹风。中冷器A的后面 同轴安装有一个风道4，与安装在冷却器B前面的另一风道4叠套在一起。电加热器2与风 道4同轴安装，所有轴线与硅油风扇离合器C中心一致。电加热器2后端有风口罩5，用来 集中热风和调节间隙。电风扇1启动后，吹出的空气经过中冷器A、冷却器B加温，再由电加 热器2根据控制策略补偿后吹向硅油风扇离合器C的双金属感温器D。使用电加热器2后 不再完全依赖中冷器A、冷却器B的温度，克服了感温器引起的风扇转速滞后效应，能根据 温度变化速率智能控制硅油风扇离合器C，使得冷却液温度保持在理想的范围，达到节能、 减排的目的。实施例2 参见图9，电风扇1与电加热器2、风口罩5并一起，组成热风机，安装在 冷却器B后面与冷却器相连的支架E上，进入电风扇1的、经中冷器A(未图示)、冷却器B加热的空气，再由电加热器2进一步加温后吹向硅油风扇离合器C的双金属感温器D。使用电加热器2后不再完全依赖中冷器A、冷却器B的温度，克服了风扇转速的滞后效应，能 根据温度变化速率智能控制硅油风扇离合器C，使得冷却液温度保持在理想的范围，达到节 能、减排的目的。实施例3 参见图10，将图3所示的一体化的热风机(的外壳1-2)安装在与冷却 器B后面与冷却器相连的支架E上，热风经风口罩5吹向硅油风扇离合器C的双金属感温 器D0实施例4:参见图11，由电风扇1与电加热器2组合、或一体化(共用一个外壳) 的热风机(1、2)安装在冷却器B的进风面，通过冷却器B上的空洞Bl吹向硅油风扇离合器 C的双金属感温器D。实施例5 参见图12，电风扇1通过一端的风口罩5直接与穿过冷却器B上的空洞 Bl的一端连接，在空洞Bl内的圆筒形外壳2. 10的内部安装螺旋形的发热体2. 2作为电加 热器2。实施例6 参见图13，电风扇1 (离心式或轴流式)安装在硅油风扇离合器C直径 以外，例如安装在冷却器B的角部。筒形外壳2. 1的内部安装发热体2. 2作为电加热器2， 其轴向平行于冷却器B的右侧平面安装，热风经过径向的出风口吹向硅油风扇离合器C的 双金属感温器D。在所述的各个实施例中，在发动机的中冷器A和冷却器B内分别安装有空气温度 传感器和冷却液温度传感器；在所述的电风扇1上装有转速传感器，该转速传感器通过电 子控制器与该电风扇1的驱动电源连接；在该电加热器2上装有加热温度传感器2.8 (具体 安装位置参见下面的说明)，该加热温度传感器以及所述的进气温度传感器和冷却液温度 传感器通过所述的电子控制器与该电加热器的驱动电源连接。图1-1和1-2描述了本实用新型电风扇1的结构，电风扇包括圆筒形外壳1. 0，端 面有法兰1. 1，法兰上有安装孔1. 5，放射状的辐条1. 3连接筒形外壳和位于该外壳中心的 电机外壳1.4，电机外壳1.4内安装带有线圈1.6的定子1.7。电机带动轴流扇叶1.2。电 动机为交流异步式，空芯的鼠笼转子1. 8的铝铸件1. 2. 1与扇叶1. 2成为一体。鼠笼转子 1. 8中心安装有两个轴承1. 9，用压圈1. 10和螺钉1. 11压紧。电机上装有检测转速的传感 器(图中未画出)，用于向电子控制器P的微处理器MCU传输转速信号。特别指出，电风扇的电机可以是上述的交流电动机，也可以是有刷直流或无刷直 流结构电动机。无论何种结构电动机，均在本专利的保护之内。图2-1-1 图2-1-3描述了一种方形电加热器2的结构，铝质的矩形外壳2. 1上 有轴向安装孔2. 6和侧向安装孔2. 7，外壳内侧对称分布有若干个C型半孔，内套C形云母 衬套2. 4，装入弯曲成形的发热体2. 2，压入芯棒2. 5撑紧。发热体两端由螺钉2. 3引出。电 加热器上装有检测加热温度传感器2. 8，用于向MCU传输温度信号。图2-2-1 图2-2-2描述了圆形电加热器2的结构，铝质的圆形外壳2. 1 一端的 法兰上有轴向安装孔2. 6，外壳内侧和中心圆盘2. 9外侧环形分布有若干个C型半孔，内套 C形云母衬套2. 4，装入弯曲成形的发热体2. 2，压入芯棒2. 5撑紧。发热体成辐条状分布， 两端由螺钉2. 3引出。电加热器上装有检测加热温度的传感器2. 8，用于向MCU传输温度信 号。[0051]图2-3-1 图2-3-3描述了另一种圆形电加热器2的结构，圆形外壳2. 1 一端的 法兰上有轴向安装孔2. 6，外壳与中心圆盘2. 9之间用放射状辐条2. 11连接，辐条开有横向 槽口，内装梳齿状交错的一对绝缘体2. 12，用于固定发热体2. 2，发热体2. 2呈双螺旋状结 构，两端由螺钉2. 3引出。电加热器上装有检测温度的传感器2. 8，用于向MCU传输温度信号。图3描述了电风扇1和电加热器2为一体化的热风机结构。电风扇1和电加热器2共用一个外壳1-2，以节约空间。气流(图中箭头)从电风扇1端流向电加热器2端。图4和图5描述了风道4的结构。风道4的圆筒形的外壳4. 3 —个端面有法兰 4. 2，法兰上有安装孔4. 1。两个风道组成一组，其中一个圆筒形壳的外径等于另外一个圆筒 形壳的内径，二者相互配合地套在一起。所述的电加热器2也可由筒形壳体2. 10和安装在该筒形壳体内的螺旋状的发热 体2. 2构成，该筒形壳体2. 10的一端与所述的电风扇1的出风口直接连接，或在该筒形壳 体2. 10与电风扇1出风口之间连接一风口罩5。上述的实施例所述的电风扇1、电加热器2的工作由图6或图7所示的电子控制器 P进行控制。图6所示是本实用新型独立控制器的电子控制器P，包括微处理器MCU、冷却液温 度传感器WT、中冷进气温度传感器AT、电源、风扇电机驱动器、电加热器驱动器、风扇转速 传感器1. 12和加热器温度传感器2. 8，冷却液温度传感器WT、中冷进气温度传感器AT、风扇 转速传感器1. 12和加热器温度传感器2. 8分别与微处理器MCU的不同输入端连接，微处理 器MCU的控制输出端连接在风扇电机驱动器、电加热器驱动器和电源的回路中。本实用新型的电子控制器P的微处理器MCU也可作为CAN总线的一个节点进行控 制，如图7所示。本实用新型所述的电热式硅油风扇调速控制器工作原理是电子控制器P根据中 冷进气温度传感器AT、冷却液温度传感器WT的信号和已经设定的要求，对电加热器2施加 电压，采用脉宽控制加电方式使得电加热器2产生不同的温度，电风扇1将冷却器B和电加 热器2产生的热能吹到硅油风扇离合器C的双金属感温器D上，使得硅油风扇离合器C输 出的转速得到变化。当冷却液温度较低时，降低电加热器2产生的热量，使得硅油风扇离合 器C降低转速；当冷却液温度较高时，增加电加热器2产生的热量，使得硅油风扇离合器C 升高转速。本实用新型的工作过程是，当系统上电时，进入自检环节。检查以下内容检查各传感器回路是否短路或短路短路时阻值约等于零，短路时阻值无限大。出 现故障时报警。检查电风扇1的转速是否在正常范围对电风扇1短暂通电，电子控制器P根据输 出的电压和电风扇1反馈的转速信号，计算判断电风扇1工作状态，异常时报警。检查电加热器2工作状态短暂接通电加热器回路，监测附着在电加热器上的温 度传感器2. 8或者检测流过电加热器的电流，判断电加热器工作状态，异常时报警。检测发动机是否处于工作状态如果尚未工作，系统等待，直至电源关闭或检测到 发动机工作信号。当检测到发动机处于工作状态时，电子控制器P及时进入温度控制工作 阶段。[0064]进入温度控制工作状态后，电子控制器P检测中冷进气温度和冷却液温度。当温 度低于设定值时，不启动电风扇1的驱动电源和电加热器2的驱动电源；当温度达到设定值 时，根据控制策略(需要依据用户要求制定)，对电加热器2施加电压产生热能。电风扇1 将热能吹到硅油风扇离合器C的双金属感温器D上，使得电风扇1以需要转速转动，冷却进 气温度和发动机产生的热量，保持冷却液温度在要求的范围内。冷却器B散发的热量会和 电热器2产生的热量叠加，共同作用于硅油风扇离合器C的双金属感温器D。 电加热器2的加热功率用PWM方法使其工作在0 100%的功率。具体控制过程 是当检测到温度高于设定值时，电子控制器打开电风扇1，对电加热器2施加例如30%的 功率，继续检测温度视其变化趋势，如果温度降低，则对电加热器2施加的功率降低；如果 温度升高，则对电加热器2施加的功率增加。如此不断循环控制，将稳定控制在设定的范 围。使用电加热器2后不再完全依赖中冷器A、冷却器B的温度，克服了感温器D引起 的风扇转速滞后效应，能根据温度变化速率智能控制硅油风扇离合器C转速，使得冷却液 温度保持在理想范围的同时，达到节能、减排的目的。以上实施例通过减少冷却风扇的无效运行，达到节能的目的。同时使得发动机工 作于理想的温度范围，发挥最大能效，从而节约燃料，降低颗粒排放和多氮氧化物、一氧化 碳的排放，达到减排的目的，具有实际意义。所述的电子控制器的正常工作程序中总是从检测中冷器A的空气温度开始一个 循环，循环依次是首先检测中冷器A的进气温度，决定是否将其温度降低；随后检测冷却 器B的冷却液温度，决定是否将其温度降低。冷却器B自带有传感器，也可以从别的系统获 得冷却器的温度量值，故而没有安装。
权利要求一种电热式硅油风扇调速控制器，其特征在于包括电风扇、加热器和电子控制器，电风扇的出风口在使用时与现有硅油风扇离合器的双金属感温器相对应；在内燃机的中冷器和冷却器内分别安装有空气温度传感器和冷却液温度传感器；在所述的电风扇上装有转速传感器，该转速传感器通过电子控制器与该电风扇的驱动电源连接；在所述的电风扇的出风口装有电加热器，在该电加热器上装有加热温度传感器，该加热温度传感器以及所述的进气温度传感器和冷却液温度传感器通过所述的电子控制器与该电加热器的驱动电源连接。
2.根据权利要求1所述的电热式硅油风扇调速控制器，其特征在于所述的电风扇包括圆筒形的外壳，该外壳的一端有法兰，在该法兰上有安装孔；在该外壳的轴 心设有电风扇的电机外壳，该外壳与电机外壳之间通过放射状的辐条连接；在该电机外壳 内安装带有线圈的定子，在该电机的轴上装有扇叶；在该定子内装有空芯的鼠笼转子，该鼠 笼转子两端装有支撑轴承，该鼠笼转子的铝铸件与所述的轴流扇叶成为一体；在该电机上 装有所述的转速传感器。
3.根据权利要求1所述的电热式硅油风扇调速控制器，其特征在于所述的电风扇包 括圆筒形的外壳，该外壳的一端有法兰，在该法兰上有安装孔；在该外壳的轴心设有电风扇 的电机外壳，该外壳与电机外壳之间通过放射状的辐条连接；在该电机外壳内安装带有线 圈的定子，在该电机的轴上装有扇叶；该电机的转子是永久磁铁；靠近该永久磁铁装有霍 尔传感器。
4.根据权利要求1所述的电热式硅油风扇调速控制器，其特征在于所述的电加热器 为方形结构，在铝质的方形外壳上有轴向安装孔和侧向安装孔，在该外壳内侧对称分布有 若干个C型半孔，并在该C型半孔内套有C形云母衬套，在该C形云母衬套内装入往复弯曲 的发热体，用芯棒将该发热体与C型半孔撑紧；该发热体的两端由螺钉引出，并与所述的电 加热器的驱动电源连接。
5.根据权利要求1所述的电热式硅油风扇调速控制器，其特征在于所述的电加热器 为圆形结构，在铝质的圆形外壳一端的法兰上有轴向安装孔，在该圆形外壳内侧和中心圆 盘的外侧的周边分布有若干个C型半孔，并在该C型半孔内套有C形云母衬套，在该C形云 母衬套内装入往复弯曲的发热体，发热体呈辐条状分布，用芯棒将该发热体与C型半孔撑 紧；该发热体的两端由螺钉弓I出，并与所述的电加热器的驱动电源连接。
6.根据权利要求1所述的电热式硅油风扇调速控制器，其特征在于所述的电加热器 为圆形结构，在铝质的圆形外壳一端的法兰上有轴向安装孔，在该圆形外壳与中心圆盘之 间用放射状辐条连接，该辐条开有横向槽口，内装绝缘体，该发热体呈双螺旋状结构安装夹 持在所述的辐条的横向槽口内的绝缘体内，该发热体的两端由螺钉引出，并与所述的电加 热器的驱动电源连接。
7.根据权利要求1所述的电热式硅油风扇调速控制器，其特征在于所述的电加热器 由筒形壳体和安装在该筒形壳体内的螺旋状的发热体构成，该筒形壳体的一端与所述的电 风扇的出风口直接连接，或在该筒形壳体与电风扇出风口之间连接一风口罩。
8.根据权利要求1所述的电热式硅油风扇调速控制器，其特征在于所述的电风扇和 电加热器共用一个外壳。
9.根据权利要求1所述的电热式硅油风扇调速控制器，其特征在于所述的电风扇的出风口与电加热器之间通过相互套接在一起的两个风道连接，每一该风道由圆筒形壳体和 一端的法兰组成，在该法兰上有安装孔；其中一个的法兰与电风扇的出风口同轴安装在所 述的内燃机的中冷器的内侧；另一个风道的法兰与电加热器同轴安装在所述的冷却器的外 侧。
10.根据权利要求1所述的电热式硅油风扇调速控制器，其特征在于在所述的电加热 器的出风口装有锥形的风口罩。
11.根据权利要求1所述的电热式硅油风扇调速控制器，其特征在于所述的电子控制 器设有兼备冷却器功能的铝质或铝合金外壳。
12.根据权利要求1所述的电热式硅油风扇调速控制器，其特征在于所述的电加热器 由筒形壳体和安装在该筒形壳体内的发热体构成，该筒形壳体的一端与所述的电风扇的出 风口之间连接一风口罩；所述的电风扇安装在硅油风扇直径以外，该电加热器的轴向平行 于所述的冷却器的右侧平面，在该筒形壳体的顶端设有径向的出风口，该出风口对应所述 的硅油风扇离合器的双金属感温器。
专利摘要一种电热式硅油风扇调速控制器，包括电子控制器、电风扇、电加热器、风道和出风口，它们依次排列安装。还包括中冷进气温度传感器和冷却液温度传感器。出风口与硅油风扇离合器的双金属感温器相对应；电风扇、电加热器与电子控制器连接。其特征在于在所述的电风扇上装有转速传感器，出风方向装有电加热器，在该电加热器上装有温度传感器，该电风扇、转速传感器、电加热器和各温度传感器通过所述的电子控制器与驱动电源连接。本实用新型所述的电热式硅油风扇调速控制器，在完全不改变原有硅油风扇离合器结构的条件下，增加电风扇、电加热器、冷却液和进气温度传感器、电子控制器和风口罩等零件，实现对风扇转速依据发动机的温度进行控制，具有节能减排的功能。
文档编号F01P7/04GK201554542SQ20092024638
公开日2010年8月18日 申请日期2009年10月23日 优先权日2009年10月23日
发明者苏新页 申请人:苏新页