专利名称：具有冷却槽的风扇壳体的制作方法
技术领域：
本发明涉及环境控制系统。具体地，本发明涉及用于飞行器的环境控制系统的冲 压空气风扇组件。
背景技术：
飞行器上的环境控制系统(ECS)将调节空气提供给飞行器舱室。调节空气是处于 用于飞行器乘员舒适性和安全性所期望的温度、压力和湿度的空气。处于地面水平或接近 地面水平，该环境空气温度和/或湿度通常足够高，使得空气在被传输到飞行器舱室之前 必须作为调节过程的一部分被冷却。在飞行高度处，环境空气通常比所期望的要冷得多，但 是在这种低压下，该环境空气必须作为调节过程的一部分被压缩至可接受的压力。在飞行 高度下压缩环境空气充分地加热得到的加压空气，该加压空气必须被冷却，甚至在环境空 气温度十分低时也是如此。因此，在大多数状况下，在空气被传输到飞行器舱室之前，热量 必须由ECS从空气移除。当热量从空气被移除时，该热量由ECS驱散到分离空气流中，所述 分离空气流流入到ECS中、横穿ECS中的热交换器、并且流出飞行器，从而随该分离空气流 夹带过量热量。在飞行器足够快地移动的状况下，冲压到飞行器中的空气的压力足以使得 足够空气移动通过ECS以及经过热交换器，从而移除热量的热量。
虽然冲压空气在正常飞行状况下运行良好，但是在较低的飞行速度下或当飞行器 在地面上时，冲压空气压力太低而不能提供经过热交换器以从ECS实现足够热量移除的足 够空气流。在这些状况下，ECS内的风扇被用于提供经过ECS热交换器的必要空气流。该 风扇被称为冲压空气风扇。
如飞行器上的任何系统一样，在改善的冲压空气风扇方面具有巨大价值，该改善 的冲压空气风扇包括被设计成改善冲压空气风扇的操作效率或降低该冲压空气风扇的重 量的创新部件。发明内容
用于冲压空气风扇的风扇壳体包括外部，所述外部将所述风扇壳体连接到冲压 空气风扇部件；管状部；多个支柱，这些支柱连接所述外部和所述管状部；以及中心盘部， 所述中心盘部位于所述管状部内部。所述中心盘部包括围绕外周的六个冷却槽。
图1A是冲压空气风扇组件的截面图。
图1B是图1A的视图，用箭头表不冷却流。
图2A示出了风扇壳体的透视图。
图2B示出了图2A的侧视图。
图2C示出了图2A的前视图。
具体实施方式
图1A示出了结合本发明的冲压空气风扇组件。冲压空气风扇组件10包括风扇 壳体12 ;轴承壳体14 ;入口壳体16 ;外部壳体18 ;以及内部壳体20。风扇壳体12 (具有槽 62)包括风扇支柱22、马达24 (包括马达转子25和马达定子26)、止推轴28、止推板30以 及止推轴承32。轴承壳体14包括轴颈轴承轴34和轴承端盖36。风扇壳体12和轴承壳体 14 一起包括系杆38以及轴颈轴承40。除了系杆38的一部分之外，入口壳体16还包含风 扇转子42和入口护罩44。外部壳体18包括端子盒46以及稳压室(plenum)48。在所述外 部壳体18内的是扩散器50、马达轴承冷却管52、以及线缆传送管54。风扇入口是在缺乏足 够的冲压空气压力的情况下待由冲压空气风扇组件10移动的空气源。旁通入口是当足够 的冲压空气压力可用时移动通过该冲压空气风扇组件10的空气源。
如图1A所示，入口壳体16和外部壳体18被附接到从风扇支柱22径向向外的风 扇壳体12。轴承壳体14被附接到风扇壳体12，并且内部壳体20将马达轴承冷却管52和 线缆传送管54连接到轴承壳体14。马达轴承冷却管52在外部壳体18处将内部壳体20连 接到冷却空气源。线缆传送管54在端子盒46处将内部壳体20连接到外部壳体18。马达 定子26和止推板30附接到风扇壳体12。马达转子25被包含在马达定子26内并且将轴颈 轴承轴34连接到止推轴28。轴颈轴承轴34、马达转子25和止推轴28限定用于冲压风扇 组件10的旋转轴线。风扇转子42借助系杆38被附接到止推轴28，所述系杆沿该旋转轴 线从在轴颈轴承轴34的端部处的轴端盖36延伸通过马达转子25、止推轴28和风扇转子 42到入口护罩44。螺母(未示出)将轴端盖36紧固到位于系杆38的一端上的轴颈轴承轴 34并且将入口护罩44紧固到位于该系杆38的相反端处的风扇转子42。止推板30和风扇 壳体12包含止推轴28的凸缘状部分，其中止推轴承32定位在所述止推轴28的凸缘状部 分与所述止推板30之间并且定位在所述止推轴28的凸缘状部分与所述风扇壳体12之间。 轴颈轴承40定位在所述轴颈轴承轴24与所述轴承壳体14之间并且定位在所述止推轴28 与所述风扇壳体12之间。入口护罩44、风扇转子42、以及风扇壳体12的一部分被包含在 所述入口壳体16内。扩散器50被附接到外部壳体18的内表面上。稳压室48是外部壳体 18的将冲压空气风扇组件10连接到旁通入口的部分。入口壳体16被连接到风扇入口，并 且外部壳体18被连接到风扇出口。
在操作中，冲压空气风扇组件10被安装到飞行器上的环境控制系统中并且被连 接到风扇入口、旁通入口以及风扇出口。当飞行器并不移动得足够快以产生满足ECS的冷 却需求的足够冲压空气压力时，电力借助从端子盒46布线行进通过线缆传送管54、内部壳 体20和轴承壳体14的线缆而被供应到马达定子26。激励马达定子26使得转子24绕冲压 风扇组件10的旋转轴线旋转，从而使得所连接的轴颈轴承轴34和止推轴28旋转。风扇转 子42和入口护罩44还借助其与止推轴28的连接而旋转。轴颈轴承40和止推轴承32提 供用于旋转部件的低摩擦支承。当风扇转子42旋转时，该风扇转子使得空气从风扇入口移 动通过入口壳体20、经过风扇支柱22并且进入到位于风扇壳体12和外部壳体18之间的空 间中，从而增加外部壳体18中的空气压力。当空气流经外部壳体18时，该空气流经扩散器 50和内部壳体20,在该扩散器50和内部壳体20中，由于所述扩散器50的形状以及所述内 部壳体20的形状而使得所述空气压力降低。一旦经过内部壳体20，该空气就在风扇出口处 移出所述外部壳体18。
轴承壳体14和风扇壳体12内的部件(尤其是止推轴承32、轴颈轴承40和马达24) 产生显著的热量并且必须被冷却。冷却流被提供通过内部冷却区域，该内部冷却区域包括 轴承壳体14和风扇壳体12。
图1B示出了图1A的横贯冲压空气风扇组件10，其中风扇壳体12被加上阴影以仅 用于观看目的，并且该视图包括示出了冷却流的箭头。
如箭头所示的，冷却空气由马达轴承冷却管52提供，所述马达轴承冷却管52将冷 却空气流引导到内部壳体20。内部壳体20将冷却空气流引导到轴承壳体14，在该轴承壳 体中，该冷却空气流流经轴承壳体14和风扇壳体12的部件，以冷却轴承40和马达24。于 是，冷却空气流经风扇壳体12中的槽62，并且在离开内部冷却区域之前借助轴承32流经转 子42中的冷却孔。
通过将风扇壳体首先加热到大约400华氏度(大约477 K)的最大值大约20分钟 并接着将其安装到马达定子26上并且安置到壳体孔的内部台肩65上，该风扇壳体12能够 被安装到冲压空气风扇10中。外部壳体18和入口壳体16被取向成与风扇壳体12上的螺 栓布局对齐。安装托架63被对齐，并且风扇壳体12利用紧固件被螺栓连接在入口壳体16、 外部壳体18和安装托架63之间。
图2A示出了风扇壳体12的透视图。图2B示出了图2A的侧视图，并且图2C示出 了图2A的前视图。风扇壳体12包括支柱22、外部56、管状部58以及具有槽62的中心盘 部60。
风扇壳体12典型地被制造成满足冲压空气风扇10要求的一个铝(包括合金)或其 他材料的整体部分。如图1A-1B所示，风扇壳体12在外部借助螺栓61连接到入口壳体16 和外部壳体18。六个槽62围绕中心盘60的外部周向定位。槽62每个均具有第一端64、 第二端66、内侧68和外侧70。所示的尺寸是第一端64与第二端66之间的角度A，从中心 盘部60的中心到外侧70的内半径R1以及从中心盘部60的中心到外侧70的外半径％。
槽62通常是弧形形状并且围绕中心盘60周向等距离地间隔开。每个槽62的第 一端64与第二端66之间的角度A是大约55度。从中心盘部60的中心到每个槽的内侧68 的内半径R1是大约2. 875英寸(73. 025 mm)。从中心盘部的中心到外侧70的外半径Rq是 3. 140英寸(79. 756 mm)。槽62的宽度(R。到R1)是O. 265英寸(6. 731 mm)。槽62定位在 从中心盘60的外周径向向内大约O. 083英寸(2. 108 mm)处。槽62包括在R1和Rq之间的 盘60的面积的大约91. 67%并且占中心盘60的总面积的大约14%。
槽62控制通过内部冷却区域的冷却空气流以冷却轴承32、40和马达24，同时保持 风扇壳体12的结构整体性。如关于图1B描述的，马达轴承冷却管52将冷却空气传送到内 部壳体20，该内部壳体将冷却空气传送到轴承壳体14并接着传送到风扇壳体12。马达24 在操作期间加热到相当高的温度并且需要大量的冷却。这种冷却对于性能和可靠性来说是 重要的。需要冷却空气来保持高水平的马达24性能并且确保长寿命。还需要冷却空气来 确保用于止推轴承32和轴颈轴承40的长寿命。将六个大的槽62按照围绕中心盘60的外 部的多个位置处示出的尺寸设置允许合适地冷却轴承32、40以及马达24。
总之，围绕风扇壳体12的中心盘部60的外周添加多个大的冷却槽允许在该风扇 的内部冷却系统中的期望空气流，同时仍保持风扇壳体12的结构整体性。空气流的这种控 制允许冷却内部部件(例如，马达和轴承)，以防止轴承32、40过热或烧坏，这种过热或烧坏会导致冲压空气风扇12失效。
虽然已经参考示例性实施方式描述了本发明，但是本领域技术人员将理解的是， 能够作出各种变化并且能够用等同物来替代本发明的元件，而不偏离本发明的范围。此外， 能够作出许多修改，以使得具体情形或材料适于本发明的教导而不偏离本发明的实质范 围。因此，本发明旨在不局限于所公开的具体实施方式
，而是本发明将包括落入所附权利要 求书范围内的全部实施方式。
权利要求
1.一种用于冲压空气风扇的风扇壳体，所述风扇壳体包括外部，所述外部将所述风扇壳体连接到冲压空气风扇部件；管状部；多个支柱，这些支柱将所述外部连接到所述管状部；以及中心盘部，所述中心盘部位于所述管状部内部，其中，所述中心盘部包括围绕外周的六个冷却槽。
2.根据权利要求1所述的风扇壳体，其中，所述冷却槽是弧形的并且围绕所述中心盘部等距离地间隔开。
3.根据权利要求2所述的风扇壳体，其中，每个槽的内侧径向距离中心盘部的中心大约2. 875英寸(73. 025 mm),并且其外侧径向距离中心盘部的中心大约3. 140英寸(79. 756 mm) η
4.根据权利要求3所述的风扇壳体，其中，每个槽具有第一端和第二端，并且所述第一端与所述第二端相隔大约55度的角度。
5.根据权利要求1所述的风扇壳体,其中,所述壳体是一个整体部件。
6.根据权利要求1所述的风扇壳体，其中，所述槽定位在从所述中心盘部的外周径向向内大约O. 083英寸(2. 108 mm)处。
7.一种用于冲压空气风扇的马达和轴承的冷却流系统，所述系统包括内部冷却区域，所述内部冷却区域容纳所述马达和轴承以吸入空气；以及风扇壳体，所述风扇壳体限定所述内部冷却区域的一部分，所述风扇壳体包括外部，所述外部将所述风扇壳体连接到冲压空气风扇部件；管状部；多个支柱，这些支柱将所述外部连接到所述管状部；以及中心盘部，所述中心盘部位于所述管状部内部，其中，所述中心盘部包括围绕外周的六个冷却槽。
8.根据权利要求7所述的冷却流系统，其中，所述中心盘部具有周向等距离地间隔开的六个冷却槽。
9.根据权利要求8所述的冷却流系统，其中，每个槽的内侧径向距离中心盘部的中心大约2. 875英寸(73. 025 mm)，并且其外侧径向距离中心盘部的中心大约3. 140英寸 (79. 756 mm)η
10.根据权利要求9所述的冷却流系统，其中，每个槽具有第一端和第二端，并且所述第一端与所述第二端相隔大约55度的角度。
11.根据权利要求9所述的冷却流系统，其中，所述壳体是一个整体部件。
12.根据权利要求7所述的风扇壳体，其中，所述槽占所述中心盘部的面积的大约14%。
13.一种用于冲压空气风扇的轴承冷却系统，所述轴承冷却系统包括具有中心盘的风扇壳体；以及围绕所述中心盘的外部周向定位的多个冷却槽，其中，每个槽具有内侧和外侧，所述内侧具有从所述中心盘部的中心大约2. 875英寸(73. 025 mm)的内半径，并且所述外侧具有从所述中心盘部的中心大约3. 140英寸(79. 756 mm)的外半径。
14.根据权利要求13所述的轴承冷却系统，其中，所述中心盘包含六个弧形冷却槽。
15.根据权利要求13所述的轴承冷却系统，其中，每个槽具有第一端和第二端，并且所述第一端与所述第二端相隔大约55度的角度。
16.根据权利要求13所述的轴承冷却系统，其中，所述风扇壳体还包括外部，所述外部将所述风扇壳体连接到其他冲压空气风扇部件；管状部，所述管状部连接到所述中心盘并且围绕所述中心盘；以及多个支柱，这些支柱连接所述外部和所述管状部。
17.一种将风扇壳体安装到冲压空气风扇中的方法，所述冲压空气风扇具有马达定子、 具有内部台肩的壳体孔、入口壳体、外部壳体和安装托架，所述方法包括加热所述风扇壳体；将所述风扇壳体定向在所述马达定子上；将所述风扇壳体安置在所述壳体孔的内部台肩上面；将所述外部壳体和所述入口壳体定向成与所述风扇壳体对齐；对齐所述安装托架；以及利用紧固件来螺栓连接所述风扇壳体、所述入口壳体、所述外部壳体以及所述安装托架，其中，所述风扇壳体包括中心盘部，所述中心盘部具有围绕该中心盘的外周的多个冷却槽。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，加热所述风扇壳体的步骤包括将所述风扇壳体加热直到大约400华氏度(大约477 K)。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，加热所述风扇壳体的步骤还包括加热所述风扇壳体大约20分钟。
全文摘要
本发明涉及具有冷却槽的风扇壳体。用于冲压空气风扇的风扇壳体包括外部，所述外部将所述风扇壳体连接到冲压空气风扇部件；管状部；多个支柱，这些支柱连接所述外部和所述管状部；以及中心盘部，所述中心盘部位于所述管状部内部。所述中心盘部包括围绕外周的六个冷却槽。
文档编号F04D29/58GK103062134SQ20121040955
公开日2013年4月24日 申请日期2012年10月24日 优先权日2011年10月24日
发明者S.E.罗森, B.J.梅里特 申请人:哈米尔顿森德斯特兰德公司