风机的制作方法

1.本发明涉及一种风机，尤其是轴流式风机以及优选地后弯径流式风机。关于风机的基本设计，仅以示例形式参考de 10 2017 209 291 a1。


背景技术：

2.这样的风机具有配备了叶片的叶轮，叶轮由电动马达驱动。尤其是为了控制这样的风机，必须在风机操作时确定体积流量。直到目前为止，体积流量的确定只是基于电动马达的电数据(尤其是经吸入的流量的电数据)而进行的。然而，由于扭矩特征的不确定性，体积流量不可明确地计算出来。再者，从实践中所知的是体积流量是借助于差压测量计算出来的。这种做法耗费时间，而且对很多应用而言，涉及太多误差。
3.尤其是就前弯径流式风机，体积流量通常是使用轴扭矩来确定的。否则，体积流量的确定借由压差测量或使用叶轮风速计来进行，通常在风机的下游侧。在这一点上，参考了wo 2018/036802 a1。从实践所知的空气体积流量的测量或确定是既耗费时间又不准确。因此，空气体积流量的测量或确定仅在有限的程度上适合作为风机控制(恒定体积流量控制)的基础。


技术实现要素：

4.因此，本发明的目的是设计并且进一步开发一种通用类型的风机，使得可以在风机操作时可以利用简单的技术手段来确定体积流量。基于这种体积流量确定方法，应当可以产生用于风机的简单控制机构。此外，根据本发明的风机将与竞争产品有所区别。
5.上述目的借由权利要求1的特征来实现。接着，一种装置被分配到风机以在叶轮旋转时确定气流。该装置包括布置在气流中的体积流量测轮，所述体积流量测轮布置在流入侧上的所述叶轮的上游。空气体积流量是从所述体积流量测轮的旋转速度计算或导出的。这是基于以下的认识：风机的空气体积流量可从那样的体积流量测轮的旋转速度足够准确地导出。同时就体积流量测轮和所述装置的额外组件而言，为该目的而需要的结构措施(亦即提供体积流量测轮，以及有需要时与另外的硬件和软件一并提供)可想而知是简单的，并且可毫不费劲地与传统风机成一体，这将会在稍后说明。
6.有利地，所述体积流量测轮是大约与所述叶轮的轴线同轴地布置的，这简化了所述体积流量测轮的安装。这同样适用于所述体积流量测轮在所述马达附近的布置。两种措施不但允许所述体积流量测轮的简单安装，而且确保经过所述体积流量测轮的气流至多只会受到轻微阻碍。此外，尤其因为所述体积流量测轮布置在所述流入侧，可以想到的是，一方面就噪音产生而言，而另一方面就表现或效率而言，积极利用所述体积流量测轮的特定设计以正面地影响流量。
7.就所述体积流量测轮的安装而言，可以想到的是，所述体积流量测轮安装在布置在所述流入侧上的所述叶轮的上游的结构上，尤其是在入口喷嘴的上游。该结构有利地是所述风机的功能组件，例如安全格栅或流入格栅。这样，可以使用所述风机的现有功能组件
而无需额外设计工夫。
8.所述体积流量测轮是旋转轮。因此，该体积流量测轮可旋转地安装在转轴上，优选地在所述马达的可能已经延长的转轴上。
9.所述体积流量测轮延伸越过在所述风机的流入区域中的流动横截面，其中，所述体积流量测轮的外半径在有利的实施例中小于所述相关联的流动横截面的最大半径的75％。
10.已经说明了的是取决于所述体积流量测轮的信号，测量所得的数值从所述体积流量测轮的信号导出。所述体积流量测轮的信号可由电传感器技术/传感器和/或磁传感器技术/传感器和/或声传感器技术/声学传感器和/或振动传感器技术/传感器。因此，可以使用感应测量、用霍尔传感器(hall sensor)进行的测量、光学测量、声学测量、甚或振动测量。因此，磁组件和/或反光组件和/或电组件布置在所述体积流量测轮上/中和/或在所述马达的转子上/中和/或在所述风机的入口喷嘴上/中。借助于这里额外提供的传感器技术，可利用所述风机的组件之间的配合，尤其是所述马达与所述传感器技术之间的配合。
11.可确定物理数或合数以确定空气体积流量。例如，可利用转子磁体与位于所述体积流量测轮上的电元件之间的配合。也可利用定子与所述体积流量测轮之间、经过所述转子上的开口的光学访问。也可利用所述马达的定子与所述体积流量测轮之间的光学访问。再者，可经由导电组件，例如所述马达/体积流量测轮的转轴，传送电信号。所述体积流量测轮的声学特征可以相同方式测量及利用。详细而言，也可利用由与所述叶轮或其叶片的配合造成的声学现象/特征。
12.用于确定气流的装置的一部分的磁组件和/或反光组件和/或电组件可有利地布置在所述体积流量测轮上或中、在所述马达的转子上或中、和/或在所述风机的入口喷嘴上或中、和/或在布置在所述流入侧中的所述叶轮的上游的结构上。根据上述实施例，所述风机的组件与上述元件之间的配合可用来取得物理数或合数以确定气流。
13.原则上，可以想到的是，空气体积流量是在不受所述叶轮的旋转速度的影响下或在考虑校正因素的情况下确定的，所述校正因素至少某程度上计及所述叶轮的旋转速度。也可以从所述体积流量测轮的信号来直接确定相对于参考系统的所述体积流量测轮的旋转速度。或者，相对于所述叶轮的旋转速度的所述体积流量测轮的旋转速度是可以从所述体积流量测轮的信号确定的。
14.再者，所述体积流量测轮的旋转速度是可作为所述叶轮的旋转速度及所述叶轮与所述体积流量测轮之间的相对速度的总和，从所述体积流量测轮的信号确定的。可靠地确定所述空气体积流量是必不可少的。
15.用于确定所述空气流的装置的硬件优选地被分配到所述马达或独立于所述叶轮与所述马达成一体。因此，用于确定所述空气体积流量的装置无需任何额外安装空间。所述体积流量测轮利用已存在于所述流入侧上的空间，以及可积极利用所述体积流量测轮以促进流量和降低噪音。
16.在另一个有利的实施例中，用于确定所述气流的装置的硬件被布置成独立于所述叶轮，实质上布置在所述流入侧上的所述叶轮的上游的结构中，或与所述结构成一体。因此，用于确定所述空气体积流量的装置无需任何额外安装空间。所述体积流量测轮利用已存在于所述流入侧上的空间，以及可积极利用所述体积流量测轮以促进流量和降低噪音。
如有需要，与位于所述流入侧的结构成一体的所述体积流量测轮可独立于所述叶轮作为组件用于风机。有利地，不同的校准值可被存储及利用，以随所述体积流量测轮的旋转速度而确定所述体积流量，及如有需要，以随用于不同叶轮的叶轮、入口喷嘴、下流偏导器或安装情况而确定所述体积流量。
17.再者，尤其重要的是所述信号和所述体积流量测轮所产生的测量数据，尤其是从所述信号和所述测量数据而确定的空气流量，被供给到所述风机的控制器。此控制器尤其可用于维持预定的或可预定的体积流量。这尤其适用于改变中的操作条件。于是，借由简单的手段产生了一个控制机构。
附图说明
18.现在有不同的可能性以有利的方式设计并且发展本发明的教导。为此，应该一方面参考权利要求1的附属权利要求，以及另一方面参考以下基于附图对根据本发明的风机的优选实施例的说明。就基于附图对本发明的优选实施例的说明而言，一般优选实施例和所述教导的其他实施例也得以说明。附图示出了：
19.图1是从流入侧观察的根据本发明的体积流量测轮的轴向平面图，所述体积流量测轮几乎延伸遍及流动断面的整个径向区域；
20.图2是从流入侧观察的根据本发明的体积流量测轮的轴向平面图，所述体积流量测轮仅延伸遍及流动断面的径向内部局部区域；
21.图3是从侧面及沿着穿过风机轴线的平面的截面观察的具有根据图2的体积流量测轮的风机；
22.图4是从侧面及沿着穿过风机轴线的平面的截面观察的具有根据图1的体积流量测轮的风机；
23.图5是从流入侧斜向观察的体积流量测轮的另一实施例的立体图，所述体积流量测轮的叶片或叶片的流入边缘是大幅弯曲的；
24.图6是从流入格栅的下流侧斜向观察的根据图5的体积流量测轮的立体图，所述体积流量测轮连接到流入格栅；
25.图7是从流入侧斜向观察的具有根据图6的流入格栅的风机的立体图；
26.图8是根据图7的风机的立体图及穿过叶轮的旋转轴线的平面上的截面图，其中所述体积流量测轮及其在所述流入格栅的安装是清楚可见的。
具体实施方式
27.图1示出了从流入侧观察的风机1的示例性实施例的轴向平面图，风机1具有体积流量测轮2。体积流量测轮2几乎在入口喷嘴5的流动断面的整个径向区域上延伸，大约在其最狭窄处。体积流量测轮2实质上由轮毂7及连接到轮毂7的叶片6组成。在本实施例中，有三片叶片6用于把体积流量测轮2引入到叶轮3或其叶片9的流入的扰动减至最小。具有二至十三片叶片6的实施例是可以想像到的。
28.体积流量测轮2借由轴承19(参见图3)可旋转地安装在转轴13上。在本实施例中，转轴13以马达4的转子11的旋转速度或风机1的叶轮3的旋转速度旋转。转轴13是马达4的经延伸的转轴。由于具有可能最低的摩擦扭拒的轴承布置(滚珠轴承、滑动轴承或类似物)，体
积流量测轮2可自由地且独立于转轴13及其旋转运动旋转。体积流量测轮2的旋转速度是经由入口喷嘴5进入风机叶轮3的空气体积流量(亦即由风机1输送的空气体积流量)的合适指标。为了确定体积流量，体积流量测轮2的旋转速度是必须确定的。
29.图2示出了从流入侧观察的具有体积流量测轮2的风机1的另一示例性实施例的轴向平面图。在本示例性实施例中，体积流量测轮2仅在入口喷嘴5的流动断面的径向内部局部区域上延伸。因此，与根据图1的实施例相比，空气体积流量确定的准确度可能轻微降低。然而，体积流量测轮2是更为紧凑的、以较低的成本制造、以及对经入口喷嘴5流入的空气带来较小的扰动，其就所产生的噪音和效率而言可以具有优势。
30.体积流量测轮2的叶片6以一种特别的方式形成，由于空气体积流量，使得大致与流量成比例的体积流量测轮2的合适的旋转速度得以确立。此比例的比例常数可利用叶片6的设计来控制。有利地，叶片6的横截面轮廓类似于飞行器上的翼片的横截面轮廓。叶片6的后缘有利地是薄的，优选地《1mm。叶片6有利地是扭曲的，亦即叶片角度随半径改变，亦即随从风机轴线的距离改变。前缘具有一个相当圆的形状，没有弯折或棱边。在径向外端部，叶片6随意地收窄。在其他实施例中，叶片6可利用环状物彼此连接，这有利于体积流量测轮2的稳定性，但这意味着对进入的空气的额外流阻。在本实施例中，从所述风机轴线观察，叶片6大体上具有沿着径向梁的路线，这实现了操作中的弯曲应力和弯曲变形因旋转速度而维持低水平。其他的实施例中的容积式叶轮的叶片的径向外端部也可以一种特别的方式加工成形，例如加工成类似于翼尖或锥形的形状。体积流量测轮的叶片也可具有环形设计或在径向外部区域中成对地彼此连接。
31.图3从侧面及沿着穿过风机轴线的平面的截面示出了具有根据图2的体积流量测轮的风机1。在操作中，风机叶轮3由马达4驱动，实质上由毂环10、盖环8和在毂环10与盖环8之间延伸的叶片9。风机叶轮3借由连接装置15连接到马达4的转子11。在本实施例中，马达4是由转子11构成的外转子马达，转子11大体上径向地布置在定子12外面。气隙21在转子11与定子12之间形成。为了相对于定子12支撑转子11，转轴13在风机轴线的范围内形成，转轴13固定地连接到转子11并且在定子12内部分地延伸。转轴13经由轴承18旋转地连接到定子12。除其他外，定子12具有用于电子组件的接收空间17。没有明确地示出的永磁体存在于所述径向外部区域中的转子11内。
32.在本实施例中，转轴13在远离定子12的一侧上延伸越过转子11至入口喷嘴5的区域中。在该区域的转轴13上，借由轴承19连接的体积流量测轮2经安装以相对于转轴13自由地旋转。这允许体积流量测轮2采取独立于马达4的转子11的旋转速度的旋转速度。体积流量测轮2的旋转速度是由空气体积流量限定的，所述空气体积流量从右侧经过入口喷嘴5进入叶轮3，并且由所述风机因其旋转速度输送。体积流量测轮2的旋转速度由传感器系统测量，并且用于确定空气体积流量。在本实施例中，可以看到体积流量测轮2仅在入口喷嘴5的流量区域的径向内部部分上延伸。
33.图4从侧面及沿着穿过风机轴线的平面的截面示出了具有根据图1的体积流量测轮2的风机1。与根据图3的实施例比较，在本实施例中，可以看到具有叶片6的体积流量测轮2几乎在入口喷嘴5的整个流量区域上径向地延伸，这带来对空气体积流量更为准确的检测。这尤其适用于当受扰动的不对称流入情况出现的时候。然而，这样的体积流量测轮2也较大、制造起来更复杂、以及带来更大扰动叠加到流入，这可带来声浪的增加和效率的下
降。
34.如根据图2和图3的实施例，体积流量测轮2具有相对于操作中的马达4的转子11的旋转速度。为了确定体积流量测轮2的旋转速度，与转子11之间的相对速度可被确定并且被添加到转子11的旋转速度，或者体积流量测轮2的旋转速度可相对于固定系统(例如相对于定子12)来直接地被确定。定子12与体积流量测轮2的叶片6之间的光学访问可以例如经由转子11上的开口14来实现。在本实施例中，开口14具有一个额外功能，该功能允许冷却气流经过气隙21朝风机叶轮3的流入范围流动。
35.以旋转速度测量为目的，在体积流量测轮2的一片或多片叶片6上可出现一些装置，例如反射器、永磁体或例如线圈或霍尔传感器的电组件。可利用由于与设有永磁体的转子11之间的相对速度而在体积流量测轮2上发生的交变磁场。传感器或信号发送机，例如永磁体、声学信号发送机或发光二极管，也可连接到固定部分(定子12或入口喷嘴5)。传感器信号可在电子系统中被处理并且进一步被加以利用，该电子系统有利地安装在接收空间17中。
36.图5示出了从流入侧斜向观察的体积流量测轮2的另一实施例的立体图。所述体积流量测轮具有轮毂7和叶片6，轮毂7具有用于轴承的接收空间20，叶片6在过渡部25连接到轮毂7。过渡部25是成圆形的以具有良好强度。叶片6具有如朝流动方向观看位于叶片6的前方的流入缘23，以及如朝流动方向观看位于叶片6的后方的流出缘24。在本实施例中，叶片6以至其流入缘23和流出缘是大幅弯曲的。这是由于流入缘23的内部部分32经优化并且适合较为轴线平行的流入以及外部部分33经优化或适合大约朝所述轴线流动的较为径向的流入。详细而言，在位于内部部分32与外部部分33之间的过渡区内，流入缘23或叶片6是大幅弯曲的。
37.在本实施例中，总共八片的叶片6的两个相对侧上，为每个磁体形成了接收空间22。所述磁体用于与传感器，优选地与霍尔传感器，配合进行速度检测，所述传感器在操作时位于所述磁体的对面。所述磁体可铸造、粘合、压入或者连接到一片或多片叶片6。总而言之，具有至少两个绕圆周平均分布的磁体以避免体积流量测轮2的过度不平衡。
38.图6示出了从下流侧斜向观察的如图5所示的体积流量测轮2的立体图，其中所述体积流量测轮安装在流入格栅26上并且由其支撑。流入格栅26安装在根据图8所示的风机1的入口喷嘴5的前面。也可以使用用于体积流量测轮2的另一种类的支撑结构取代流入格栅26，只要该支撑结构不会严重削弱进入入口喷嘴5的流入，例如接触保护格栅或支撑结构。根据所示实施例的流入格栅26连接到风机1上的连接装置27或喷嘴5或喷嘴板29(参见图8)。输送介质经过流量开口28流经流入格栅26，流量开口28经设计成使得流动期间的损失处于低水平。流入格栅26甚至可提升所述风机的效率以及通过平衡流入比例来减少噪音的发出。
39.体积流量测轮2在大约与流入格栅26的轴线重合的风机轴线的范围内可旋转地安装在流入格栅26上，并且位于流入格栅26内侧，亦即朝流入格栅26的下游的流动方向。轴体34用于支撑体积流量测轮2，轴体34以旋转地固定的方式连接到流入格栅26并且与流入格栅26成一体或固定到流入格栅26。由于所述风机操作时的空气速度，体积流量测轮2相对于流入格栅26旋转，并且通过测量体积流量测轮2的旋转速度，可在操作期间以良好的准确度确定输送体积流量。
40.经过流入格栅26的流入的均匀性也有益于体积流量测量的准确度和随着时间推移体积流量测量的稳定性，尤其是在不对称流入或湍流流入的情况下。体积流量测轮2的叶片6的流入缘23面对流入格栅26并且在一定距离外大致跟随流入格栅26的内轮廓。为了实现准确的体积流量测量，考虑到体积流量测轮2绕轴线34的旋转，体积流量测轮2以其流入缘23覆盖流经区域的大部分，例如至少90％。流入格栅26在径向外区域具有较为径向的流量，而在径向内区域具有轴向流量。体积流量测轮2以其内部部分32和外部部分33而优于适应这样的流量模式，如已于图5所述般。
41.图7示出了从流入侧斜向观察的具有根据图6的流入格栅26的风机1的立体图。当风机1操作时，具有毂环10、盖环8和在毂环10与盖环8之间延伸的叶片9的叶轮3绕其轴线大约顺时针方向旋转。
42.由于所述旋转，所述输送介质经过流入格栅26的流量开口28被抽入。
43.流入格栅26连接到风机1上的连接装置27，在本实施例中在喷嘴板29上，例如利用未示出的螺钉连接。入口喷嘴5与喷嘴板29成一体或连接到喷嘴板29(参见图8)，这由于流入格栅26而不可见于图7。所述输送介质流经流入格栅26后，经过该入口喷嘴5进入叶轮3，在叶轮3中所述输送介质被径向地向外传送，并且所述输送介质在径向地朝外的开口离开叶轮3。流入格栅26具有闭合的中央区域30，中央区域30适合用于安装体积流量测轮，亦即在图中不可看到的流入格栅26的内侧上安装体积流量测轮。整个传送介质体积流量流经流入格栅26。在径向外区域，入口速度是径向定向的，而不是面向喷嘴板26。在较为接近轴线或中央区域的区域，入口速度是较为以轴向定向的。
44.图8示出了根据图7的风机1的立体图及穿过叶轮3的旋转轴线的平面上的截面图。附图清楚示出了体积流量测轮2及其在流入格栅26上的安装。用于安装体积流量测轮2的轴体34是经由接收区域31固定到流入格栅26的中央区域30的，并且是大约与叶轮3的轴线同轴的。接收区域31可与流入格栅26成一体，或可例如作为独立部分被夹紧或粘合到流入格栅26。轴体34可利用铸造、粘合、压入或者类似的方法被加至接收区域31中。体积流量测轮2是借由轴承安装在轴体34上的。在本实施例中，设置了没有在附图示出的两个轴承。所述轴承于接收器20处被插至体积流量轴承2上，接收器20是为此用途而设于轮毂7内的。因此，体积流量测轮2可相对于流入格栅26自由地并且独立于马达4的转子11旋转，马达4驱动风机1的叶轮3。
45.风机1的叶轮3是借由连接装置15连接到马达4的转子11的，在这情况下，连接装置15是加入叶轮3并且压在转子11上的金属片材盘。与图1至图4的实施例比较，体积流量测轮2在本实施例中安装在轴体34上，轴体34在所述风机操作时也是静止的。这样是有利的，尤其在低轴承摩擦的情况下，因为有利的是体积流量测轮2的旋转在广泛的操作范围内倾向比转子11或叶轮3缓慢得多，根据图1至图4体积流量测轮2是安装在转子11或叶轮3上的。根据图7至图8的实施例的另一优点在于所述体积流量测轮远离叶轮3及其叶片9，因此减少了以速度或操作点依存的方式的叶轮3或叶片9与体积流量测轮2之间的配合。这允许即使没有包括所述叶轮的速度，依然可更加准确地确定传送介质体积流量。
46.例如，所述体积流量测轮操作时的旋转速度可如上述般被确定。在一个有利的方法中，一个或多个磁体被连接到体积流量测轮2或与体积流量测轮2成一体，或者体积流量测轮2以某种方式被磁化(参见图5)。在所述磁体的旋转路径的对面，传感器，例如霍尔传感
器，必须被连接到静止部分，所述传感器与所述磁体配合以确定体积流量测轮2的旋转速度。这样的传感器可例如有利地与流入格栅26成一体或连接到流入格栅26或连接到喷嘴板29或入口喷嘴5的内侧上。有利地，所述传感器也可在连接装置27的范围内(参见图7)借由适合的支撑部件被固定到流入格栅26。
47.为了完整性起见，应该指出的是并非所有风机1的组件都被示出。详细而言，为求清晰，没有示出把马达4的定子11连接到喷嘴板29的马达支撑件。风机1可包括其他没有示出的组件。
48.有关根据本发明的教导的其他有利的实施例，为免累赘，应参考本说明书的一般部分及所附权利要求书。
49.最后，应当特别注意的是上述根据本发明的教导的实施例仅用于讨论所声称的教导，而不把其限于所述实施例。
50.附图标记列表
[0051]1ꢀꢀ
风机
[0052]2ꢀꢀ
体积流量测轮
[0053]3ꢀꢀ
风机叶轮
[0054]4ꢀꢀ
马达
[0055]5ꢀꢀ
入口喷嘴
[0056]6ꢀꢀ
体积流量测轮的叶片
[0057]7ꢀꢀ
体积流量测轮的轮毂
[0058]8ꢀꢀ
叶轮的盖环
[0059]9ꢀꢀ
叶轮的叶片
[0060]
10 叶轮的毂环
[0061]
11 马达的转子
[0062]
12 马达的定子
[0063]
13 支撑体积流量测轮的转轴
[0064]
14 定子的流入侧的开口
[0065]
15 位于定子上的风机叶轮的连接装置
[0066]
16 用于连接入口喷嘴的装置
[0067]
17 用于马达的定子内的电子组件的接收空间
[0068]
18 转子的支撑件
[0069]
19 轴体上体积流量测轮的支撑件
[0070]
20 体积流量测轮中用于支撑件的接收器
[0071]
21 转子与定子之间的气隙
[0072]
22 用于磁体的接收区域
[0073]
23 体积流量测轮的叶片的流入缘
[0074]
24 体积流量测轮的叶片的流出缘
[0075]
25 体积流量测轮上连接轮毂的过渡叶片
[0076]
26 入口格栅，流入格栅
[0077]
27 用于入口格栅的连接装置
[0078]
28 入口格栅的流量开口
[0079]
29 喷嘴板
[0080]
30 入口格栅的中央区域
[0081]
31 入口格栅内用于接收区域的轴体
[0082]
32 流入缘的内部部分
[0083]
33 流入缘的外部部分
[0084]
34 支撑体积流量测轮的轴体