风扇护罩和包括风扇护罩的电机组件的制作方法
【专利摘要】本发明公开一种使用单个外部供电风扇设计来耗散电机热能的风扇护罩设计。所述风扇护罩的实例允许冷却流体在某个位置上达到最大速度，在该位置处，所述风扇护罩使所述流暴露于环绕所述风扇护罩/电机组件的较冷环境空气。在这种构造中，所述高速冷却流体将所述较冷环境空气吸向所述电机的表面，转而增加移动冷却流体的热容量，以耗散来自所述电机的更多热能。
【专利说明】风扇护罩和包括风扇护罩的电机组件
【技术领域】
[0001]本说明书所公开的主题涉及耗散热能的结构，并且具体地说，涉及一种用于使冷却流体在电机(motor)周围(例如用于致动风力机叶片桨距)分散开的风扇护罩的实施例。
【背景技术】
[0002]在长时间的状况下运行的电机可能产生过多热量。这些状况所导致的高温可能降低电机性能并且缩短电机总体寿命。为了避免这些问题，许多电机结合了一个或多个风扇，所述风扇使冷却流体(例如，空气)在电机的外表面上方移动以吸走并驱散热能。这些风扇可与护罩连接，这有助于将大部分的移动流体朝电机的外表面引导。
[0003]使冷却效率和/或冷却速率提高的设计常常增加接近电机外表面的冷却流体量。例如，一些设计利用附加风扇来将更多流体分散到护罩中。其他设计可增加风扇尺寸(例如，流速)来满足冷却要求和需求。然而，当对风扇的改变并不可行时，新的设计可引入对护罩的改变，从而提供以促进热耗散的方式来利用冷却流体的几何形状。不幸的是，虽然这些设计选择中的每个都提供了更好的热能控制，但是为增强性能作出的改进可能增加设计成本和复杂性，这违背了产品商品化和预算限制。
[0004]以上讨论仅仅提供作为一般背景信息，并且并非意图用于帮助确定所要求保护的主题范围。
【发明内容】
[0005]本发明提出了用于使用单个风扇设计耗散来自电机的热能的风扇护罩设计。所提出的风扇护罩实例允许在某个位置上冷却流体实现最大速度，在该位置上，所述风扇护罩使流暴露在环绕所述风扇护罩/电机组件的较冷环境空气中。在这种构型中，所述高速冷却流体将所述较冷环境空气吸向电机的表面，这转而又增加移动冷却流体的热容量，以耗散来自电机的更多热能。
[0006]本发明在一个实施例中描述一种用于电机的风扇护罩。所述风扇护罩包括顶部元件、第一侧部元件和前部元件。所述第一侧部元件和所述前部元件在第一末端处连接所述顶部元件。所述第一侧部元件终止于第二末端处，所述第二末端与电机间隔第一侧部距离，从而形成第一侧部间隙。所述前部元件具有前部轮廓边缘(contoured edge)，所述前部轮廓边缘接近电机并与其间隔第一前部距离，从而形成前部间隙。所述第一侧部距离与所述第一前部距离相同。
[0007]本发明在一个实施例中还描述了一种用于电机的风扇护罩。所述风扇护罩具有:顶部元件；以及一对侧部元件，其与所述顶部元件在第一末端处连接并且终止于第二末端处，所述第二末端与电机间隔第一侧部距离和第二侧部距离，从而分别形成第一侧部间隙和第二侧部间隙。所述风扇护罩还具有前部元件，所述前部元件与所述顶部元件连接并具有前部轮廓边缘，所述前部轮廓边缘接近电机并与其间隔第一前部距离，从而形成前部间隙。所述风扇护罩进一步具有后部元件，所述后部元件与所述顶部元件连接并具有后部轮廓边缘，所述后部轮廓边缘接近电机并与其间隔第一后部距离，从而形成后部间隙。在一个实例中，所述第一侧部距离与所述第一前部距离和所述第一后部距离中的至少一个相同。
[0008]本发明在一个实施例中进一步描述一种具有带电机中心轴的电机的电机组件。所述电机组件包括带有电机中心轴的电机。所述电机还包括连接至电机的风扇护罩。所述风扇护罩包括第一侧部元件和前部元件。所述第一侧部元件终止于第二末端处，所述第二末端与电机间隔第一侧部距离，从而形成第一侧部间隙。所述前部元件具有前部轮廓边缘，所述前部轮廓边缘接近电机并与其间隔第一前部距离，从而形成前部间隙。所述第一侧部距离与所述第一前部距离相同。
[0009]本发明的“
【发明内容】
”仅仅用于概述本说明书中公开的根据一个或多个说明性实施例的主题，而不用作理解权利要求书的指导，也不用于限定或者限制本发明的范围，本发明的范围仅仅由所附权利要求书限定。该“
【发明内容】
”提供用于以简化形式来介绍将在以下详细描述中进一步描述的说明性概念。该“
【发明内容】
”并不意图标识所要求的主题的关键特征或基本特征，也不意图用于帮助确定所要求的主题范围。所要求的主题并不限于解决【背景技术】中所指出的任何或所有缺点的实现方案。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]为了能够了解本发明的特征，可通过参照某些实施例对本发明进行详细描述，其中一些实施例会在附图中示出。然而，应当注意，附图仅仅示出本发明的某些实施例并因此不应被认为是对其范围进行限制，这是因为本发明的范围涵盖其他等效的实施例。附图不必是按比例绘制，通常，重点在于说明本发明中的某些实施例的特征。在附图中，相似参考数字用于指示各个视图中的相似部件。因此，为了进一步对本发明进行了解，可参照以下详细描述，结合附图进行阅读，在附图中:
[0011]图1描绘作为电机组件一部分的风扇护罩示例实施例的透视图；
[0012]图2描绘风扇护罩的示例实施例的透视图；
[0013]图3描绘图2的风扇护罩的前视图；
[0014]图4描绘图2的作为电机组件一部分的风扇护罩的透视图；
[0015]图5描绘图4的电机组件的前视图；
[0016]图6描绘可出现在图5电机组件上的冷却流体的流型(flow pattern)；
[0017]图7描绘图4电机组件的侧视图，以示出图6的冷却流体的流型；以及
[0018]图8描绘可用来形成风扇护罩示例实施例的材料坯件(blank)的实例。
【具体实施方式】
[0019]图1示出风扇护罩100的示例实施例，所述风扇护罩可提高冷却效率以维持电机温度。风扇护罩100是电机组件102的一部分。电机组件102的实例用于各种应用，也就是说，用于调整在风力机系统中出现的转子叶片的位置。在图1的实例中，电机组件102具有带电机中心轴108的电机104。一个或多个紧固件110将风扇护罩100连接至电机104。这种构型安装了风扇112，所述风扇112可固定至处于电机104上适当位置的风扇护罩100。
[0020]作为风力机系统一部分的电机组件102的实现方案通常要求电机104将转子叶片保持在一个或多个期望位置。为了满足这个要求，风力机系统通常在延长时间段内维持电机104上的电力。以此方式对电机104通电产生了热量。风扇112的运行通过以下方式耗散来自电机组件102的热量:使得冷却流体(例如，空气)流入风扇护罩100并且接近电机104。
[0021]如下文进一步阐述，风扇护罩100的构造通过改进冷却流体流动特性而来促进冷却。风扇护罩100的实施例与电机104形成间隙，从而允许冷却流体离开护罩100。在一个实施例中，间隙经尺寸设定并且配置用于在冷却流体从风扇护罩100分散时防止漩涡形成。这种特征允许冷却流体接近电机104流动，从而在运行期间增加对来自电机104的热能耗散。在其他实施例中，风扇护罩100具有允许冷却流体在沿电机104的位置处实现最大速度的特征。这些实施例利用移动冷却流体的高速度将来自风扇外罩100外部环境中的附加的、较冷的流体吸入电机104周围形成的流动流中。此较冷流体的增加扩大了冷却流体的热容量，从而例如在电机组件102的延长运行期间，增加了可从电机104耗散的热量的量。
[0022]风扇护罩100可实施为例如由薄板金属(例如，钢、不锈钢、铝等)形成的整体或者单体(unitary or monolithic)结构。构造材料可包括能进一步增强热耗散的导热材料。在其他实例中，风扇护罩100的构造可结合多个单件，所述多个单件使用已知紧固件(例如，螺钉和螺栓)和技术(例如，焊接)来固定在一起。
[0023]图2示出用于电机组件202的风扇护罩200的另一示例实施例。风扇护罩200具有顶部元件214和多个侧部元件(例如，第一侧部元件216和第二侧部元件218)。风扇护罩200还具有前部元件220和后部元件222。还如图2中所示，顶部元件214具有孔224。前部元件220和后部元件222具有边缘226，在一种构型中，所述边缘226具有这种轮廓:其匹配电机204外部轮廓的轮廓和/或形状。外部轮廓的各实例可形成圆形，例如，其中电机204具有大体圆形和/或圆柱形的构型。
[0024]风扇外罩200还包括一个或多个安装特征(例如，第一安装特征228和第二安装特征230)，所述安装特征固定至前部元件220和后部元件222中的一个或多个上。在一个实施例中，安装特征228、230出现在前部元件220和后部元件222两者上。安装特征228、230可形成L形支架，所述L形支架带有:第一部分232，所述第一部分232径向延伸；以及第二部分234，所述第二部分234轴向延伸，例如，相对电机的轴(例如，图1所示电机中心轴108)轴向延伸。第一部分232可与风扇护罩200 —起固定，例如，固定至前部元件220和后部元件222中的一个上。第二部分234可具有开口 236，所述开口 236可接纳紧固件(例如，图1的紧固件110)以将风扇护罩200固定在电机(例如，图1的电机104)上适当位置，如上文图1的实例中示出。
[0025]图3示出图2的风扇护罩200的前视图。风扇护罩200具有护罩轴238和延伸穿过护罩轴238的中线240。在一个实例中，护罩轴238形成限定边缘226轮廓的形状的中心点。侧部元件216、218在第一末端242处固定至顶部元件214上并且终止于第二末端244处。如图3所示，第一侧部元件216和第二侧部元件218的末端244围绕护罩轴238对向(subtend)形成角度 246。
[0026]在一个实施例中，例如，在第一侧部元件216和第二侧部元件218相对中线240等距定位的情况下，风扇护罩200围绕中线240对称。这种构型使第一侧部元件216的第二末端244与第二侧部元件218的第二末端244在直径上(diametrically)对置而定位。然而，在其他构型中，风扇护罩200可弃用这种对称并仍促成冷却流体最佳流动动态以使冷却效率得到改进，如在上文讨论。为此，可改变角度246的值，例如，大于和/或小于90°和/或在100°至180°范围中。本发明构想的是，角度246包括熟悉相关技术的技术人员理解的合理制造公差以制造本说明书所述风扇护罩的实施例。
[0027]侧部元件216、218可采用各种形状。例如，侧部元件216、218可形成平面和/或平坦表面，所述平面和/或平坦表面从第一末端242延伸到第二末端244并且从前部元件114轴向延伸到后部元件116。在其他实施例中，侧部元件216、218可形成曲线表面，所述曲线表面例如相对中线240从第一末端242到第二末端244向内和/或向外弯曲。这种弯曲可在侧部元件216、218中形成凹陷和/或凸起特征。对侧部元件216、218适当形状的选择可在必要时改变，以调整运送到风扇护罩200外的空气的流动特性(例如，速度)，如本说明书所述。
[0028]图4、图5、图6和图7示出处于电机组件202电机204上适当位置的风扇护罩200。在图4的透视图中，护罩轴238与电机204的电机中心轴208对准。第一侧部元件216和第二侧部元件218形成侧部间隙(例如，第一侧部间隙248和第二侧部间隙250)，其中侧部元件216、218与电机204在第二末端244处间隔开来。前部元件220和后部元件222的边缘226也形成前部间隙252和通常以数字254表示的后部间隙。间隙248、250、252、254的构型允许冷却流体例如在风扇212运行期间离开风扇护罩200。
[0029]图5示出图4的风扇护罩200的前视图。如图5中可看出，侧部间隙248、250构型在侧部元件216、218与电机204之间提供空间。空间的量可由第一侧部元件216与电机204之间的第一侧部距离和第二侧部元件218与电机204之间的第二侧部距离在第二末端244处限定。在一个实例中，第一侧部距离和/或第二侧部距离从风扇护罩200前部(例如，前部元件220)到后部(例如，后部元件222)轴向恒定。这种特征维持空间轴向沿着电机204的中心轴208。前部间隙252和后部间隙254的构型在前部元件220和后部元件222(图4)的边缘226与电机204之间提供空间。空间的量可由前部元件220的边缘226与电机204之间的第一前部距离和后部元件222的边缘226与电机204之间的第一后部距离限定。边缘226的形状和轮廓可确定第一前部距离的值和第一后部距离的值。
[0030]对所述距离(例如，第一侧部距离、第二侧部距离、第一前部距离和第一后部距离)的选择可确定流体如何在电机204周围分散。在一个实施例中，由第一间隙248、第二间隙250、前部间隙252和后部间隙254形成的空间是相同的，即，第一侧部距离、第二侧部距离、第一前部距离和第一后部距离是相同的。
[0031]图6和图7示出使用本说明书公开风扇护罩的实施例形成的一个示例流型。在图6中，所述流型包括多个初级侧部气流(例如，第一初级侧部气流256和第二初级侧部气流258)。多个外围侧部气流(例如，第一外围侧部气流260和第二外围侧部气流262)可在侧部元件216、218的第二末端244附近进入初级侧部气流256、258。图7描绘图4的风扇护罩200的侧视图，以示出示例流型的附加特征。在图7中，所述流型进一步包括多个初级前部气流264和多个初级后部气流266。
[0032]如图6和图7中所示，风扇护罩200的构型允许冷却流体在所述冷却流体横向穿过(traverse)电机204时通过侧部、前部和后部而离开风扇护罩200。当距离相同(和/或具有类似的值)时，冷却流体通过间隙248、250、252、254均匀流出风扇护罩200。如在上文论述，这种特征允许冷却流体在电机204附近以离风扇护罩较远的距离流动，从而提高冷却电机204的热耗散。在一个实例中，初级侧部气流256、258以最大速度并以低压力离开风扇护罩200。初级侧部气流256、258的这些特性允许来自风扇护罩200外的较冷流体(例如，外围侧部气流260、262)与冷却流体混合，从而提高在风扇212运行期间的热耗散。这种特征将附加冷却流体引入电机204的表面附近，从而在不要求附加风扇或者其他空气移动装置的情况下以给定流速和压降实现最佳的热传递。
[0033]图8示出可用来形成图1、图2、图3、图4、图5、图6和图7示出的风扇护罩100、200的材料坯件300的实例。材料坯件300的实例可实施为方形和/或大体矩形的薄板金属件，其具有的材料厚度为约0.5_至约10_。如图8中所示，这种材料可进行切割，例如，激光切割，以形成本说明书所构想的风扇护罩的特征中的一个或多个特征。例如，激光切割可形成开口 302、一个或多个径向表面(例如,第一径向表面304和第二径向表面306)以及具有穿透孔310的接片(tab)308。在一个实施例中，材料坯件300可具有许多弯曲线312，材料坯件300的材料围绕所述弯曲线312定型并成型，从而形成上文所论述的风扇护罩的大体形状和特性。
[0034]如本说明书所使用，以单数形式或与“一个”或“一种”结合使用的元件或功能应被理解为并不排除存在多个所述元件或功能，除非明确说明此类排除状况。此外，对本发明的“一个实施例”的参考不应解释为排除存在同样结合有所述特征的附加实施例。
[0035]本说明书使用各种实例公开了本发明，包括最佳模式，同时也让所属领域中的任何技术人员能实施本发明，包括制造并使用任何装置或系统，以及执行所涵盖的任何方法。本发明的保护范围由权利要求书限定，并可包括所属领域中的技术人员所想出的其他实例。如果其他此类实例的结构要素与权利要求书的字面意义相同，或者如果此类实例包括的等效结构要素与权利要求书的字面意义并无实质差别，那么此类实例也应在权利要求书的范围内。
【权利要求】
1.一种用于电机的风扇护罩，所述风扇护罩包括: 顶部元件、第一侧部元件和前部元件，其中所述第一侧部元件和所述前部元件与所述顶部元件在第一末端处连接，其中所述第一侧部元件终止于第二末端处，所述第二末端与所述电机间隔第一侧部距离，从而形成第一侧部间隙，其中所述前部元件具有前部轮廓边缘，所述前部轮廓边缘接近所述电机并与其间隔第一前部距离，从而形成前部间隙，并且其中所述第一侧部距离与所述第一前部距离相同。
2.如权利要求1所述的风扇护罩，其进一步包括第二侧部元件，所述第二侧部元件与所述顶部元件在所述第一末端处连接并且终止于所述第二末端处，其中所述第二侧部元件与所述电机间隔第二侧部距离，从而形成第二侧部间隙，并且其中所述第二侧部距离与所述第一侧部距离相同。
3.如权利要求1所述的风扇护罩，其进一步包括与所述顶部元件连接的后部元件，其中所述后部元件具有后部轮廓边缘，所述后部轮廓边缘与所述电机间隔第一后部距离，从而形成后部间隙，并且其中所述第一后部距离与所述第一侧部距离相同。
4.如权利要求1所述的风扇护罩，其中所述第一侧部元件形成沿护罩轴延伸的平坦表面。
5.如权利要求1所述的风扇护罩，其中所述第一侧部元件形成沿所述护罩轴延伸的曲线表面。
6.如权利要求1所述的风扇护罩，其中所述顶部元件具有延伸穿过其中的孔。
7.如权利要求1所述的风扇护罩，其中所述第一侧部元件和所述前部元件与所述顶部元件一体形成。
8.如权利要求1所述的风扇护罩，其中所述第一轮廓边缘终止于所述第一侧部元件的所述第二末端和所述第二侧部元件的所述第二末端附近。
9.如权利要求1所述的风扇护罩，其中所述前部元件和所述后部元件与所述第一侧部元件和所述第二侧部元件连接。
10.如权利要求1所述的风扇护罩，其进一步包括固定至所述前部元件和所述后部元件中一个上的一个或多个安装特征。
11.一种用于电机的风扇护罩，所述风扇护罩包括: 顶部元件； 一对侧部元件，其与所述顶部元件在第一末端处连接并且终止于第二末端处，所述第二末端与所述电机间隔第一侧部距离和第二侧部距离，从而分别形成第一侧部间隙和第二侧部间隙； 前部元件，其与所述顶部元件连接并且具有前部轮廓边缘，所述前部轮廓边缘接近所述电机并与其间隔第一前部距离，从而形成前部间隙，以及 后部元件，其与所述顶部元件连接，所述后部元件具有后部轮廓边缘，所述后部轮廓边缘接近所述电机并与其间隔第一后部距离，从而形成后部间隙，其中所述第一侧部距离与所述第一前部距离和所述第一后部距离中的至少一个相同。
12.如权利要求11所述的风扇护罩，其中所述第二侧部距离与所述第一侧部距离相同。
13.如权利要求11所述的风扇护罩，其中所述第一后部距离与所述第一侧部距离相同。
14.如权利要求11所述的风扇护罩，其中所述第一前部距离和所述第一后部距离与所述第一侧部距离相同。
15.如权利要求11所述的风扇护罩，其中所述侧部元件包括平坦表面。
16.如权利要求11所述的风扇护罩，其中所述侧部元件包括相对于中线弯曲的曲线表面。
17.—种电机组件,其包括: 带有电机中心轴的电机；以及 连接至所述电机的风扇护罩，所述风扇护罩包括第一侧部元件和前部元件，其中所述第一侧部元件终止于第二末端处，所述第二末端与所述电机间隔第一侧部距离，从而形成第一侧部间隙，其中所述前部元件具有前部轮廓边缘，所述前部轮廓边缘接近所述电机并与其间隔第一前部距离，从而形成前部间隙，并且其中所述第一侧部距离与所述第一前部距离相同。
18.如权利要求17所述的电机组件，其中所述风扇护罩进一步包括第二侧部元件，其与所述顶部元件在所述第一末端处连接并且终止于所述第二末端处，其中所述第二侧部元件与所述电机间隔第二侧部距离，从而形成第二侧部间隙，并且其中所述第二侧部距离与所述第一侧部距离相同。
19.如权利要求17所述的电机组件，其中所述风扇护罩进一步包括与所述顶部元件连接的后部元件，其中所述后部元件具有后部轮廓边缘，所述后部轮廓边缘与所述电机间隔第一后部距离，从而形成后部间隙，并且其中所述第一后部距离与所述第一前部距离相同。
20.如权利要求17所述的电机组件，其进一步包括设置在所述风扇护罩上的风扇，其中所述风扇护罩具有孔以允许冷却流体流动通过所述风扇护罩。
【文档编号】F04D29/40GK104047894SQ201410097273
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2014年3月14日 优先权日:2013年3月15日
【发明者】G.M.斯特胡拉克 申请人:通用电气公司