专利名称：使用配备有与叶片成一体的转子的电机的风扇单元的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种风扇单元，其具有包括电动车辆、飞艇、涡轮发动机、涡轮发电机、燃料电池、空调、热交换器、以及流体传感器的各种用途，并且更具体地涉及这样的风扇单元，其具有配备有转子的电机和与该转子自身成一体的叶片。
背景技术：
传统上，已经使用了各种类型的风扇单元。日本专利特开平No.11-218098已经提出了一种类型的风扇单元，其中阐述了一种具有紧凑无刷直流电机的紧凑风扇。具体地，使得该风扇单元紧凑到允许风扇单元被直接布置在例如印刷布线组件上的程度。该风扇单元的特征在于，驱动风扇叶轮的无刷直流电机设置作为设有无反馈永磁体转子的单相单绕组齿轮极型电机并且布置至少一个用于定位的磁体以向转子的致动位置施加感应。
然而，上述传统风扇单元面临的问题是，电机必须定位在风扇单元布置在其中的、用于流体的流动通路的中央处。因此，不可避免的是电机成为阻碍流体流动的阻力。
另外，由于上述传统风扇单元具有位于流动通路中的驱动部件，因此对于该风扇单元存在各种其它困难。例如，流体输送效率降低、容易导致流体损失、以及流体通路在结构上难以变薄。另外，对气体和溶剂的温度和类型的某些种类的限制容易施加到流体上。在驱动部件成为阻碍流体流动的阻力并且流体中的污物附着在驱动部件上的情况下，流体流动效率将进一步降低。
发明内容
本发明是考虑到上述传统风扇单元具有的缺点做出的。本发明的目的在于提供一种风扇单元结构，其具有用作使叶片转动的装置的电机，并且避免该电机成为流体的流动阻力。
为了实现上述目的，提供了一种包括具有转子的电动旋转机的风扇单元；以及与该转子成一体的叶片结构。
因为叶片结构与转子成一体，所以用于使电机(即，所述叶片结构)转动的机构可围绕一形成为允许流体在其间通过的开口。从而，不必在所述开口中布置旋转机构，例如电机。因此所述旋转机构对流动通过所述开口的流体几乎不产生阻力。
应用该风扇单元控制流体(例如，气体和空气)的流动使得可以以更高的效率输送和/或压缩流体。
属于上述结构要点的一些实用结构如下。
优选的是所述风扇单元还包括用于使转子转动的旋转机构，其中所述转子形成为沿一方向在其中部具有开口，该开口允许流体沿着该方向流动，且所述叶片结构与该开口的周边部分接合，从而与所述转子成为一体，所述周边部分将所述旋转机构结合在其中。
优选地，所述电动旋转机设有第一磁性件、布置成面对第一磁性件的第二磁性件、布置在第一与第二磁性件之间的第三磁性件，该第一磁性件与第二磁性件之间具有一空间，该第三磁性件被构造成可在所述空间中沿着预定方向相对于所述第一和第二磁性件运动，其中所述第一和第二磁性件中的每一个都具有可电流励磁并沿各磁性件按顺序布置的多个电磁线圈，从而在第一磁性件的电磁线圈和第二磁性件的电磁线圈的布置节距中都具有相对差，而第三磁性件具有被磁化成预定磁极且沿着第三磁性件按顺序布置的多个永磁体，该第三磁性件与所述叶片结构成一体，从而用作转子。
还优选的是所述风扇单元还包括励磁电路装置，该励磁电路装置被构造成向所述第一和第二磁性件中的至少一个的电磁线圈供应励磁电流。
例如，该励磁电路装置被构造成向所述第一和第二磁性件的电磁线圈供应励磁电流，该励磁电流被设置成向所述第一和第二磁性件中的每一个的电磁线圈提供相同的磁极。在这种情况下，以示例的方式，供应给第一磁性件的电磁线圈的励磁电流与供应给第二磁性件的电磁线圈的励磁电流的相位不同。
在附图中图1A和1B为根据本发明实施例的风扇单元的立体图；图2-5表示该风扇单元所采用的磁性件的操作原理，以及这些磁性件的结构配置；图6A和6B为表示布置在磁性件上的励磁线圈的电连接的电路图；图7为表示向励磁线圈馈入脉冲电流的励磁电路的电气构造的框图；图8为表示励磁电路所采用的驱动器的电气构造的框图；图9A为详述根据该实施例的风扇单元的立体图，该风扇单元被分解；图9B为表示图9A中的风扇单元所采用的第三磁性件(即，转子)的俯视图；图9C为表示图9A中的风扇单元所采用的第一磁性件(即，定子)上的励磁线圈(称为A-相励磁线圈)的俯视图；图9D为表示图9A中的风扇单元所采用的第二磁性件(即，定子)上的励磁线圈(称为B-相励磁线圈)的俯视图；图10和11为表示对励磁线圈励磁所必需的处理、驱动器所进行的处理的脉冲信号的时序图；图12为表示驱动器所采用的缓冲器的配置的电路；图13A为概述风扇单元以显示其整个布置结构的俯视图；图13B为沿着图13A中的A-A线剖取的剖视图；图14表示根据本实施例的风扇单元的应用示例；图15至16表示根据本实施例的风扇单元的另一应用示例；
图17A为表示根据本实施例的风扇单元的另一应用示例的剖视图；图17B为沿着图17A中的A-A线剖取的剖视图；图18A为表示根据本实施例的风扇单元的另一应用示例的俯视图；图18B为沿着图18A中的A-A线剖取的剖视图；图19至22仍说明根据本实施例的风扇单元的其它应用示例；图23A为表示根据本实施例的风扇单元的另一应用示例的俯视图；图23B为沿着在图23A中的A-A线剖取的剖视图；图24A为表示根据本实施例的风扇单元的另一应用示例的俯视图；图24B为沿着图24A中的A-A线剖取的剖视图；图25A为表示根据本实施例的风扇单元的另一应用示例的俯视图；以及图25B为沿着图25A中的A-A线剖取的剖视图。
具体实施例方式
参照图1A和1B至13A和13B，下面将描述根据本发明实施例的风扇单元。
图1A和1B分别为表示风扇单元的叶片/框架部件的前视和后视立体图。
被构造成“叶片结构”的叶片/框架部件用作结合在风扇单元中的电机(或发电机)的转子。该叶片/框架部件总体上形成为环形形状，并具有环形外框1、四个叶片2、位于外框1中心处的凸台3，所有这些形成为单个单元。
所述四个叶片2形成为连接外框1及中央凸台3。为了使外框1作为电机(或发电机)的转子工作，使用多个永磁体作为外框1中的磁性件的一部分，从而磁体沿着外框1的周向形成行，但N/S极交错排列。
图2-5中的每一个图都表示用于使根据本发明的转子(形成为作为单个单元的叶片结构)转动的磁性件的结构，以及这些磁性件的操作原理。磁性件的结构具有第一磁性件(A-相线圈)10、第二磁性件(B-相线圈)12、以及位于第一磁性件10与第二磁性件12之间的第三磁性件14。实际上，每组磁性件10、12及14都分别以环形(或弧形、圆形)形状布置。结果，第三磁性件或第一及第二磁性件中的任一个都能够用作转子。当考虑到在图1A和1B中所示的结构时，第三磁性件对应于环形外框1。
第一磁性件10与能够被顺序地励磁成不同磁极的励磁线圈16一起布置。这些线圈被沿着第一磁性件10以预定间隔，优选以相等的间隔定位。该第一磁性件10具有在图6A或图6B中所示的等价电路。如稍后参照图2-5详细所述，所有用于第一磁性件10和第二磁性件12的两个励磁线圈在操作期间(2п)总是受到在所述的极性上的励磁。因此，可以以高转矩驱动待驱动目标(例如，转子或浮动块)并使其转动。
第二磁性件12也具有与图6A或6B所示的电路等价的电路。即，第一磁性件10和第二磁性件12的等价电路本身是相同的，但是两个部件10和12以相互不同的模式励磁以连续地使转子转动。这些励磁模式如稍后所述那样被控制。
如图6A所示，第一磁性件10具有多个与励磁电路18A相连的励磁线圈16。每个均组成磁化单元的多个励磁线圈16沿着周向方向以相等间距排列并彼此串连连接。
励磁电路18A与励磁线圈16相连以向其提供具有预定频率的脉冲电流(用作励磁脉冲信号)。各励磁线圈16的绕组被预先调整以在相邻的励磁线圈16之间具有彼此不同的磁极。可如图6B所示的那样改变励磁线圈16的排列方式，其中，励磁线圈16中的每对线圈16都相互串连连接，并且相应的串连连接的线圈对被相互并联连接。
从励磁电路18A向第一磁性件10馈入脉冲电流，该脉冲电流具有能够使预定间隔处的励磁线圈16的磁极转换的频率。响应于该脉冲电流，沿着周向方向排列的励磁线圈16在其面对第三磁性件14的磁极上显示以N、S、N、…的一定模式改变的磁极，如图2-5所示。当馈入到励磁线圈16的脉冲电流的极性反转时，沿着周向方向排列的励磁线圈16在其面对第三磁性件14的磁极上显示以S、N、S、…的相反模式改变的磁极。因此，可以使第一磁性件10所采取的励磁磁极模式周期地改变。
第二磁性件12除了排列在第二磁性件12上的励磁线圈18与第一磁性件10上的励磁线圈16相比沿着周向方向发生位置偏移之外，以与第一磁性件10相同的方式构成。即，第二磁性件12上的励磁线圈18以与第一磁性件10上的励磁线圈16不同的节距排列，从而两个线圈16和18沿着周向方向以预定节距差(对应于预定的角度差)排列。
优选的是，将该节距差设定为与在励磁电流频率的一个周期(2π)期间第三磁性件14(即，永磁体)相对于励磁线圈16和18运动的距离相对应的量。换言之，优选的是该距离为每对N和S极的总距离(2π)或该总距离的1/4(即，π/2)。
下面将说明第三磁性件14。如图2-5所示，布置在第一磁性件10与第二磁性件12之间的第三磁性件14设有多个永磁体20，如图2-5中的黑矩形所示。该多个永磁体20以线性形式或弧形形式间隔地排列成行，使它们的极性依次反转。优选地，所述磁体20沿着周向方向以相等间距排列。可将磁体20沿其排列成行的弧形形式改变成各种形式，例如，完整的圆形、椭圆形、及其它(即，封闭环)、不确定的环形结构、半圆形、及扇形形式。
第一磁性件10和第二磁性件12例如彼此平行(其问具有相等的距离)。第三磁性件14布置在第一磁性件10与第二磁性12之间的中间位置。第三磁性件14上的永磁体20以到第一磁性件10和第二磁性件12上的线圈16和18相等的间距排列。
参照图2-5，下面将说明构成第一、第二及第三磁性件10、12及14的磁性件结构的操作。
在某一时刻，上述励磁电路18A(图6中；稍后将对其进行详细描述)允许第一磁性件10和第二磁性件12的励磁线圈16和18具有根据图2中的图表(1)所示的励磁极性模式的极性。
此时，第一磁性件10上的各励磁线圈16在其面对第三磁性件14的线圈端部产生与S、N、S、N、…等的模式一致的磁极。与此同时，第二磁性件12上的相应励磁线圈18在其面对第三磁性件14的线圈端部产生与N、S、N、S、…等的模式一致的磁极。在图中，每个实线箭头表示吸引力，而每个虚线箭头表示排斥力。
在下一个时刻，如图2中的图表(2)所示，励磁电路18A使供应到第一磁性件10的脉冲电流的极性反转。该极性反转不仅在第一磁性件10的励磁线圈16的磁极与第三磁性件14上的永磁体20的磁极之间产生排斥力，而且在第二磁性件12的励磁线圈18的磁极与第三磁性件14的永磁体20的磁极之间产生吸引力。在图2中的情况下，这些排斥力和吸引力使得第三磁性件14能够向右运动，如图2中的图表(2)至(5)所示。
馈入到第二磁性件12的励磁线圈18的脉冲电流的相位与馈入到第一磁性件10的励磁线圈16的脉冲电流的相位不同。这样，如图3中的图表(6)至(8)所示，第二磁性件12的励磁线圈18的磁极变得排斥第三磁性件14的永磁体20的磁极，从而使第三磁性件14进一步向右运动。
图2和3中的图表(1)至(8)表示第三磁性件14(即，永磁体)沿着对应于一弧度的距离的运动。与此相似，图4和5中的图表(9)至(16)表示第三磁性件14沿着对应于第二弧度的距离的另一个运动。因此，图表(1)至(16)表示第三磁性件14在对应于脉冲电流的一个周期(2′)的距离上相对于第一磁性件10和第二磁性件12运动，该脉冲电流供给第一磁性件10和第二磁性件12的励磁线圈16和18。
因此，向第一磁性件12和第二磁性件14供应不同相位的脉冲电流(相位“A”和“B”)使得第三磁性件14能够作为转子转动。
当使第一至第三磁性件12、14及16成圆形地形成时，图1A和1B中所示的叶片/框架部件可以是电动旋转电机。除了永磁体和励磁线圈之外的各种元件，例如壳体和转子，都可由导电材料形成，但优选的是，这些元件由包括用作非磁性材料的树脂、铝、及镁合金的轻质材料制成。采用这些轻质材料使得旋转电动机轻质且磁效率较高，并且提供了开放磁路。
在该磁性件结构中，第三磁性件14响应于磁力而可从第一和第二磁性件10、12运动以及向第一和第二磁性件10、12运动。因此，用于第三磁性件转动力的转矩量变大，从而在转矩和重量之间实现优异的平衡。因此，可提供能够以高转矩驱动的紧凑且轻质的电动机。
图7为表示向第一磁性件10的励磁线圈16(A-相励磁线圈)和第二磁性件12的励磁线圈18(B-相励磁线圈)施加励磁脉冲电流的励磁电路18A的结构的示例框图。
该励磁电路18A具有这样的结构，其中频率受到控制的脉冲信号被分别供给A-相和B-相励磁线圈16和18。如图7所示，该电路18A设有振荡预定频率信号的石英晶体振荡器30和通过以任意整数M对振荡频率信号进行分频而产生基准脉冲信号的M-PLL(锁相环)电路31。
励磁电路18A还设有由A-相传感器34A和B-相传感器34B组成的传感器34A和34B。每个传感器34A(34B)感测第三磁性件14(即，在本实施例中的转子)的转动位置(角度)，并根据第三磁性件14的转动而产生位置脉冲信号。优选地，结合在每个传感器34A(34B)中的感测件可以为霍尔元件或光学类型元件。
在转子中形成有多个数量等于永磁体的孔(未示出)。当在每转中各孔定位在传感器34A(34B)的正前方时，传感器通过产生一个脉冲信号来响应该孔的到达。顺便提及，如果使用磁性类型的传感器作为传感器34A(34B)(其中使用了响应第三磁性件14上的每个永磁体20的磁性传感元件)，则不需要这样的孔。
A-相传感器34A用于感测待供给用于A-相励磁线圈16的驱动器电路的位置脉冲信号，而B-相传感器34B用于感测待供给用于B-相励磁线圈18的驱动器电路的位置脉冲信号。两个驱动器电路均结合在图7中所示的驱动器32中。实际上，如图所示，来自两个传感器34A和34B的位置信号(即，脉冲信号)被传送到用于向第一磁性件10和第二磁性件14供应励磁电流的驱动器。
另外，励磁电路18A设有用于控制M-PLL电路31和驱动器32的CPU(中央处理单元)33。
图8详细地示出了驱动器32的结构框图，该驱动器32包括A-相极性转换电路32A、B-相极性转换电路32B、A-相相位校正电路32C、B-相相位校正电路32D、A-相缓冲器32E、B-相缓冲器32F、D-PLL电路32G、以及转动方向转换电路32H。
从M-PLL电路31向该驱动器32提供基准信号，该基准信号通过使由石英晶体振荡器30振荡的频率信号M分频而产生。该基准信号在被供给用于控制其相位的A-相相位校正电路32C之前在A-相极性转换电路32A中进行极性转换。以与此相似的方式，来自M-PLL电路31的基准信号在B-相极性转换电路32B中也进行极性转换，并且之后供给用于控制其相位的B-相相位校正电路32D。
来自CPU 33的控制信号被供给转动方向转换电路32H，从而选择性地转换转子(或浮动块)的正转(或向前运动)和反转(或向后运动)。该转换电路32H在CPU 33的控制下操作以根据CPU产生的用于正向/反向转动的命令来控制A-相和B-相极性转换电路32A和32B。
来自A-相传感器34A和B-相传感器34B的、每个均表示第三磁性件14的角位置的输出分别供给到A-相相位校正电路32C和B-相相位校正电路32D。另外，来自A-相极性转换电路32A和B-相极性转换电路32B的极性转换基准信号分别供给A-相相位校正电路32C和B-相相位校正电路32D。供给每个相位校正电路32C和32D的还有由基准信号和在D-PLL电路32J中的相位锁定之后被分频率D乘的频率而产生的信号。
CPU 33从一未示出的操作装置接收关于如何操作该风扇单元的信息。然后CPU 33利用这些信息来控制转子的转速(或者浮动块的运动速度)，该转子实际上是第三磁性件14。为进行该控制，CPU 33从其中预先映射有多个M分频率的内存读取用于参数M的希望的分频率(称为M分频率)。基于该读取的M值，CPU 33改变基准信号的频率。在用于D-PLL电路32J的分频率D的控制上施加与M值相似的控制，稍后将对此进行详细描述。这些分频率应根据第三磁性件14的期望操作特性，例如转子的转速(或者浮动块的运动速度)而改变。这些操作特性反映在内存中的存储表中的预先映射的数据中。
两个相位校正电路32C和32D均用于以受控的方式向A-相励磁线圈16和B-相励磁线圈18提供相位相互彼此不同的励磁脉冲信号。第三磁性件14的转动(或直线运动)需要该控制。每个相位校正电路32C和32D都通过用来自每个A-相传感器34A和B-相传感器34B的位置脉冲信号使每个A-相励磁脉冲信号和B-相励磁脉冲信号的相位同步来进行校正。
每个A-相缓冲器32E和32F均用作用于向各A-相励磁线圈16和B-相励磁线圈18馈入相位校正励磁信号的电路装置。
参照图9A至9D，下面将详细描述用作电动机的上述风扇单元的机械结构。图9A表示分解的风扇单元的立体图；图9B为转子(叶片)的俯视图；图9C为(在第一磁性件上的)A-相励磁线圈的俯视图；以及图9D为(在第二磁性件上的)B-相励磁线圈的俯视图。
该电机(即，风扇单元)按希望地设有用作电机定子的所述对A-相(第一)磁性件10和B-相(第二)磁性件12以及用作转子的第三磁性件14。第三磁性件14布置在A-相磁性件10与B-相磁性件12之间，如同夹在它们之间一样，且第三磁性件(即，转子)14可关于穿过中点O的中轴线转动(参照图9B至9D)。
在转子14上，沿着周向方向以等间距布置有六个永磁体20(例如，参照图2)。该六个永磁体20的极性与相邻的一个交替相反。与此相似，六个励磁线圈16沿着周向方向以等间距布置在定子10(第一磁性件)上，并且六个励磁线圈18沿着周向方向以等间距布置在定子12(第二磁性件)上。线圈16和18已经就其功能而例如在图2中加以说明。
如图9A和9C所示，形成为光学类型传感器的A-相传感器34A和B-相传感器34B布置在用于第一磁性件10的壳体的内壁上，且在两个传感器34A和34B之间固定′/2[弧度]的角度差。该′/2[弧度]的角度差根据在分别供给A-相励磁线圈16与B-相励磁线圈18的两类励磁脉冲信号之间固定的预定相位差而确定。
如上所述，沿着盘状转子即第三磁性件14的周向边缘以相等的角间距形成有多个孔(切口)35。在该示例中，孔35的数量为6个，其等于沿着转子的周向方向等间距排列的永磁体20的数量。每个传感器34A(34B)都设有光发射器和光接收器。每个孔35都被构造成可吸收发射光束或填充有光吸收材料的孔。这样，来自光发射器的发射光束由转子(第三磁性件14)的一部分而不是孔35反射，但由孔35吸收。即，当各个孔35定位在各传感器34A(34B)的前面时，发射光束被吸收从而不发生光反射。
因此，在转子的每一转期间，每次当各孔35在各传感器34A(34B)之前经过时，传感器都利用在各孔35在各传感器34A(34B)正前面处的待检测位置没有光反射的现象而产生脉冲信号。这样，每个传感器34A(34B)都能够产生脉冲信号，即所谓的位置脉冲信号，其频率取决于转子的转速和孔35的数量。
在每个转子14和定子10及12的中部都形成有圆形开口300，从而允许流体流通过。另外，一组(组成风扇的)叶片302安装在转子14上作为转子14的一个结构，并定位成覆盖转子14的开口300。这样，转子14的转动直接导致用作用于使流体通过开口300的吸入装置的叶片302转动。由于该结构允许叶片302定位在流体所通过的通路中，因此能够强制吸入流体以使其沿着预定方向通过开口300。
用于使转子转动的机构，换言之，上述永磁体和A-相励磁线圈16及B-相励磁线圈18布置在转子14和定子10及12上，该转子14和定子10及12被装配用于固定其中轴线用作转子14和定子10及12的公共轴线的开口300。从而，转子14的转动使得流体被向下吸入通过开口300。在开口300中没有电动机，这意味着在通路中不存在阻碍流体流动的障碍。
图10表示获得A-相励磁脉冲信号和B-相励磁脉冲信号的波形图，该处理由驱动器32进行。在这些波形图中，波形图(1)表示基准信号，而波形图(2)和(3)分别表示来自A-相传感器34A和B-相传感器34B的位置脉冲信号。如上所述，A-相传感器34A和B-相传感器34B都位于电机上，从而在检测到的位置脉冲信号相位中存在特定的差。在图10所示的示例中，该相位差为′/2。
上述A-相相位校正电路32C执行已知的PLL控制，以用基准脉冲信号(波形图(1))的相位使从A-相传感器34A检测到的位置脉冲信号(波形图(2))的相位同步。结果，形成了用于励磁A-相励磁线圈16的脉冲信号(其在波形图(4)中示出)并发送到A-相缓冲器32E。缓冲器32E具有开关晶体管电路，以从相位校正电路32C接收特定频率的脉冲信号以在该信号上进行脉宽调制(PWM)控制。
B-相相位校正电路32D被构造成以与上述相同的方式操作。图10中的波形图(5)表示特定频率的脉冲信号，该信号从B-相相位校正电路32D输出到用于B-相励磁线圈18的B-相缓冲器32F。如在波形图(4)和(5)之间所进行的比较，在分别供给A-相励磁线圈16和B-相励磁线圈18的励磁脉冲信号之间存在′/2的相对相位差。
图11表示用于使电机的转动(或者浮动块的运动)反向所必须的波形图，其中所表示的波形图(1)至(5)与图10中的波形图(1)至(5)相对应。从图10与图11中的波形图之间的比较可知，仅涉及供给B-相励磁线圈18的励磁脉冲信号存在不同。具体地，如图10和11中的波形图(5)所示，励磁脉冲信号的极性被彼此反向。当励磁脉冲信号从图10中的波形图(5)变化到图11中的波形图(5)时，在图10中的波形图的控制下执行的转动(或者滑动)上就施加了制动力。
图12详细示出了上述每个A-相缓冲器32E和B-相缓冲器32F。该缓冲器具有包括一组开关晶体管TR1至TR4和反向器35A的电路，其用于产生待施加到A-相励磁线圈和B-相励磁线圈的每一个的励磁脉冲信号。
假设将逻辑信号“H”施加到在图12中所示的缓冲器上。该信号施加使得晶体管TR1、TR2、TR3及TR4分别截止、导通、导通、及截止，从而导致励磁脉冲电流Ib(参考箭头Ib)通过A-相励磁线圈16或B-相励磁线圈18。
相反，如果将逻辑信号“L”施加到在图12中示出的缓冲器上，则晶体管TR1、TR2、TR3及TR4分别导通、截止、截止、及导通。从而，与上述电流Ib方向相反的励磁脉冲电流Ia(参考箭头Ia)流经A-相励磁线圈16或B-相励磁线圈18。因此，如上所述，A-相励磁线圈16和B-相励磁线圈18的励磁波形可交替变化。
在本实施例中，所说明的转子和/或定子的形状，即，第三磁性件14和/或第一磁性件10及第二磁性件12的形状为具有圆形轮廓。然而，这并非限制性的列举，而是这些部件可具有弧形轮廓或椭圆形轮廓。另外，孔35的数量也可以改变为另一个值，并且不限于等于永磁体数量的值。通过示例的方式，该孔的数量可以为一个或多个。
图13A和13B表示采用上述各种结构(诸如叶片/框架结构和旋转机构)的风扇单元400，但是风扇单元400以简化方式绘制。图13A为风扇单元沿轴向的俯视图，而图13B为沿着图13A中的A-A线剖取的剖视图。在这些图中，附图标记304表示框架部分(包括在图1A和1B中所示的环形外框1)，附图标记306表示导向件，而附图标记308表示轴承。在框架部分304中，如图9中所示，沿着周向方向排列有多个永磁体20。利用轴承308沿着导向件306支撑框架304。
图14表示风扇单元400的实际应用的一个示例。在该示例中，风扇单元400应用于具有入口311和直径较大的出口312的管道310。单个风扇单元400布置在管道310的通道中。当在风扇单元400中产生上述A-相励磁脉冲信号和B-相励磁脉冲信号时，使转子与叶片一起转动。这样，诸如气体或空气的流体通过入口311被抽入并由出口312被强制排出。
图15表示风扇单元400的实际应用的另一个示例。该示例与图14中所示结构不同，其沿着同一流体通路使用了多个风扇单元400。如图15所示，该多个风扇单元400(例如，四个单元)沿着管道通路串联排列成行，从而构成了多级叶片结构。
图16表示另一个示例。该示例与图15中的示例的相同之处在于使用了多个风扇单元400。然而，在该示例中，这些风扇单元400结合成了单个板，以构成多个并联的风扇结构。图15和图16中的结构都可彼此组合。
图17A和17B表示另一个示例，其中每个均由上述一个风扇单元构成的两个风扇单元400在管道620中串联布置，并且接近管道620的管道开口620A。
图18A和18B表示另一个应用，其中上述风扇单元400应用于具有配重部分631的飞艇630。用作浮动部分的风扇单元400布置在配重部分631上。
在上述实施例及其各种应用中，通过停止向A-相励磁线圈和B-相励磁线圈供应励磁脉冲电流而由转子的转动进行动态制动控制。另外，由于转子通过磁力转动，因此可将该风扇单元应用于爆炸气体流动通过的通路中。使转子转动的电机结构并不限于上述结构。
上述说明针对使叶片的转动产生目标流体流动，但是可以实现与上述相反的方式。换言之，可以构造成使风扇单元400通过引入流体而被强制驱动，从而风扇单元400可用作发电机。另外，可以综合应用。例如，A-相励磁线圈用作发电机，而B-相励磁线圈用于转动负载的控制。在该结构中，即使在叶片遇到流体流中的剧烈波动时，由B-相励磁线圈进行的负载控制也可提供风扇单元400的恒定转数，因此容易产生稳定的电压。
图19也表示一应用，其中使用上述风扇单元构造热交换系统。在该热交换系统中，设有壳体300，带有叶片的转子310可转动地容纳在其中。转子310的周边部分由带有永磁体304的板部分构成，其由安装在形成于壳体300上的凹槽上的轴承306可转动地支撑。周边部分的前部和后部为一排永磁体304，其分别与布置在壳体300的凹槽的内壁上的励磁线圈308相对。轴承306由陶瓷制成，其为可排除磁性负载的非磁性部件。
壳体300中的转子310用作压缩机，其在上部段322中加压待热交换的物质(例如，可选的氟利昂)并且将加压的物质输送到相邻的下部段324中。该下部段324借助于通路301与热交换装置312连接，用于排出积累在加压物质中的热。热交换装置312结合有加热叶片314。热交换装置312通过通路303而与另一个热交换装置320连接。该热交换装置320结合有冷却叶片316。在所述物质经过热交换装置320时，该物质吸收环境热从而蒸发，并且蒸发的物质通过通路305返回到上部段302。在该交换系统中，转子310(即，叶片)可转动地支撑在两排彼此相对的励磁线圈之间。因此，可以将叶片的支撑件和驱动器结合在一个结构件中，从而使得叶片和壳体紧凑。当该冷却系统应用于成像装置例如投影机时，相比于现有的冷却系统，冷却操作可以更为有效。
图20表示与图19中的应用相似的另一应用，除了冷却热交换装置320应用于电子装置的热源350。因此，可有效冷却所述热源，例如光源和半导体电路。
图21表示另一应用，其中也采用了上述风扇单元699。即，在彼此相对的两个带有励磁线圈的定子700之间，带有永磁体的转子702由布置在壳体704上的轴承706可转动地支撑。大尺寸叶片708安装在转子702上。在转子702的中部形成有贯穿转子702的开口707。使叶片708紧凑可获得用于使血液循环的泵，该泵可应用于人体。转子702(即，叶片708)的转动使得血液通过开口707流向下游。用于检测转子702的转动位置的传感器709紧固在壳体704上。
上述在图21中所示的泵也可如图22所示一样使用，其中该泵被布置为排放用于植物的营养培养基。上游侧上的多种类型的营养物A和B及水在它们响应于转子702的转动而被迫流过开口707时被混合在一起，并且混合的水被排向下游。
图23A和23B至25A和25B表示根据本发明的风扇单元的另一示例，其中进一步修改了上述风扇单元400。为了便于容易理解，再次使用在图21和22中所使用的附图标记来说明。
在图23A和23B所示的风扇单元710的情况下，壳体704形成为大致柱形和短轴形以在其中容纳叶片708。叶片708被布置成围绕布置在壳体704的径向中心处的转轴711转动。转轴711由一对布置在转轴711的两个轴向端上的轴承712可转动地支撑。在壳体704的两个轴向侧，每个轴承712均通过三个支撑杆713而与壳体704的周边连接。其余部件在结构和操作方面与图21和22中的相同或相似。因此，叶片708可基于与上述相同的原理围绕中心转轴712转动。由于叶片708由中心转轴712支撑，因此可简化用于叶片712的支撑结构。
图23A和23B中的结构可进一步修改成图24A和24B所示的结构。该结构除了带有励磁线圈700的第一和第二磁性件形成为与风扇单元720的轴向平行之外与图23A和23B的结构大致相同。带有永磁体702的第三磁性件插在带有励磁线圈700的第一和第二磁性件之间，并也与轴向平行。叶片708利用L形的连接件721与第三磁性件接合。因此，该风扇单元720可以以与上述相同的方式操作。
另外，图25A和25B中的结构还被修改成风扇单元730，其中当沿着壳体731的轴向看时，壳体731形成为矩形形状。与上述在图24A和24B中相似，转轴732布置在中部，但是仅一个轴承733支撑转轴732。因此，连接轴承733和壳体704的支撑杆仅布置在壳体704的一个轴向侧上。即，采用了一侧轴承系统上的支撑。带有励磁线圈700的第一和第二磁性件中的每一个都被分成四个部分，每个部分都布置在如图25B所示的四个角部处。因此，风扇单元720也可以以与上述相同的方式操作。
本发明并不局限于在上述实施例中所示的结构，而是本领域的技术人员在权利要求的范围内可作出各种充分修改或变形的结构。
权利要求
1.一种风扇单元，包括电动旋转机，其具有转子和用于该转子的控制电路，所述控制电路选择性地转换所述转子的正转和反转；以及与所述转子成一体的叶片结构。
2.根据权利要求1所述的风扇单元，其特征在于，还包括用于使所述转子转动的旋转机构，其中所述转子形成为在其中部沿着一个方向具有开口，所述开口允许流体沿着该方向流动；并且所述叶片结构与该开口的周边部分接合，从而与所述转子成一体，该周边部分在其中接合所述旋转机构。
3.根据权利要求1或2所述的风扇单元，其特征在于，所述电动旋转机设有第一磁性件、布置成面对第一磁性件的第二磁性件、布置在第一磁性件与第二磁性件之间的第三磁性件，该第一磁性件与第二磁性件之间具有一空间，该第三磁性件被构造成可沿着所述空间中的预定方向相对于第一和第二磁性件运动，其中所述第一和第二磁性件中的每一个都具有可电流励磁并沿各磁性件按顺序布置的多个电磁线圈，从而在第一磁性件的电磁线圈和第二磁性件的电磁线圈的布置节距中具有相对差，并且第三磁性件具有被磁化成预定磁极且沿着第三磁性件按顺序布置的多个永磁体，该第三磁性件与所述叶片结构成一体，从而用作转子。
4.根据权利要求3所述的风扇单元，其特征在于，还包括励磁电路装置，其被构造成向所述第一和第二磁性件中的至少一个的电磁线圈供应励磁电流。
5.根据权利要求4所述的风扇单元，其特征在于，所述励磁电路装置被构造成向所述第一和第二磁性件的电磁线圈供应励磁电流，该励磁电流被设置成向所述第一和第二磁性件中的每一个的电磁线圈提供相同的磁极。
6.根据权利要求5所述的风扇单元，其特征在于，供给第一磁性件的电磁线圈的励磁电流的相位与供给第二磁性件的电磁线圈的励磁电流的相位不同。
7.根据权利要求2至6中任一项所述的风扇单元，其特征在于，根据权利要求5所述的风扇单元，其中第一、第二和第三磁性件中的每一个均形成为圆弧形状。
8.根据权利要求2至7中任一项所述的风扇单元，其特征在于，所述第一和第二磁性件以保持在它们之间的相等的空间距离布置，并且第三磁性件位于所述第一与第二磁性件之间的中央位置处。
9.根据权利要求2所述的风扇单元，其特征在于，所述叶片结构形成为在该叶片结构的中部具有一孔。
10.根据权利要求1所述的风扇单元，其特征在于，还包括可转动地支撑所述转子的支撑装置，该支撑装置布置在该转子的转动中心处。
11.根据权利要求1所述的风扇单元，其特征在于，还包括可转动地支撑所述转子的支撑装置，该支撑装置围绕该转子的周边部分布置。
12.根据权利要求1所述的风扇单元，其特征在于，所述电动旋转机为电动机。
13.根据权利要求1所述的风扇单元，其特征在于，所述电动旋转机为发电机。
14.一种具有用于热交换介质的压缩机的热交换系统，所述压缩机包括根据权利要求1-12中任一项所述的风扇单元。
全文摘要
一种风扇单元，包括具有转子和与该转子成一体的叶片结构的电动旋转机(例如，电动机)。该风扇单元还包括用于使所述转子转动的旋转机构。所述转子形成为在其中部沿着一个方向具有开口，该开口允许流体沿着该方向流动。所述叶片结构与所述开口的周边部分接合，从而与所述转子成一体。所述周边部分在其中结合所述旋转机构。
文档编号H02K7/04GK1849739SQ20048002610
公开日2006年10月18日 申请日期2004年9月10日 优先权日2003年9月10日
发明者竹内启佐敏 申请人:精工爱普生株式会社