Отопительное устройство транспортного средства с интегрированным двигателем вентилятора и устройством управления

Изобретение относится к отопительным устройствам для транспортных средств. Отопительное устройство (1) с двигателем (4) выполнено в виде вентилятора бокового канала, необходимого для сгорания. Вентилятор воздуха, необходимого для сгорания, имеет элемент (2) основного корпуса, в котором установлены приводной вал (3) двигателя (4) и крыльчатка (10). Крыльчатка (10) соединена с приводным валом (3) двигателя (4). Двигатель (4) имеет соединенный с печатной платой (7) неподвижный несущий элемент (6) обмотки и ротор (8). Вентилятор воздуха, необходимого для сгорания, имеет щелевую трубу (16) между неподвижным несущим элементом (6) обмотки и ротором (8). Достигается защита элементов управления от влияния негативных факторов. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Настоящее изобретение относится к отопительному устройству транспортного средства с двигателем и выполненным в виде вентилятора бокового канала вентилятором воздуха, необходимого для сгорания. Кроме того, изобретение относится к транспортному средству, оснащенному таким отопительным устройством транспортного средства.

Отопительные устройства транспортного средства, в которых для производства тепла в камере сгорания сжигают топливо, имеют, как правило, выполненный в виде вентилятора бокового канала вентилятор воздуха, необходимого для сгорания для снабжения камеры сгорания достаточным количеством воздуха для сгорания топлива. Такие вентиляторы имеют неподвижный кольцеобразный нагнетательный канал, а также установленную соосно с ним, с возможностью вращения относительно нагнетательного канала крыльчатку, наружный диаметр которой соответствует, по существу, наружному диаметру нагнетательного канала. При вращении крыльчатки относительно кольцеобразного нагнетательного канала в крыльчатке, а также в нагнетательном канале создается воздушный поток, вызывающий подачу воздуха вдоль нагнетательного канала. Однако вместе с необходимым воздушным потоком могут возникать другие эффекты. В частности, например, в зазоре между крыльчаткой и имеющим нагнетательный канал элементом корпуса могут возникать другие воздушные потоки, вследствие которых возникают действующие на воздух в зазоре центробежные силы. Кроме того, на участке крыльчатки может возникать давление, отличающееся от давления на участке крыльчатки.

Отопительное устройство транспортного средства согласно ограничительной части п.1 формулы изобретения известно из документа DE 10303688 В3. В этом отопительном устройстве транспортного средства вал двигателя вентилятора установлен посредством шарикоподшипников в элементе корпуса, на одной стороне которого выполнен несущий элемент обмотки для обмотки статора, а на другой его стороне - боковой канал. Вал двигателя продолжается по обе стороны элемента корпуса, причем на стороне бокового канала фиксирована крыльчатка, а на стороне несущего элемента обмотки на вале двигателя - ротор двигателя вентилятора. Кроме того, на стороне несущего элемента обмотки расположена печатная плата с устройствами управления для отопительного устройства транспортного средства. Кроме того, для управления двигателем вентилятора на самом несущем элементе обмотки расположены устройства управления. На стороне несущего элемента обмотки может быть предусмотрена другая крыльчатка, при помощи которой отопительный воздух можно подавать через теплообменник отопительного устройства транспортного средства.

Недостатком упомянутой прежде конструкции является то, что вследствие описанных выше потоков и разницы давления, которые могут возникать в вентиляторе бокового канала, в зависимости от выполнения вентилятора бокового канала, может возникать подача воздуха как со стороны несущего элемента обмотки через подшипники вала двигателя на сторону бокового канала, так и подача воздуха в противоположном направлении. Кроме того, при выполнении с дополнительной крыльчаткой для отопительного воздуха большое количество воздуха внешней среды подается к участкам, на которых расположена печатная плата с устройствами управления и на которых расположены несущие элементы обмотки двигателя вентилятора, а также при необходимости другие устройства управления двигателем.

С воздухом, подающимся через подшипники вала двигателя, на несущие элементы обмотки и другие электрические элементы на печатной плате может попадать влага, а также загрязнения в виде топлива, нефти или частиц. Кроме того, всосанный вентилятором отопителя воздух может содержать влагу, а в случае эксплуатации отопительного устройства транспортного средства на плавсредстве - также и соленую воду. Это может вызывать повреждение электрических элементов или обмотки статора вследствие загрязнения, разрушения или коррозии, приводящих к выходу из строя отопительного устройства транспортного средства.

В этой связи в документе DE 10303688 В3 описано защитное покрытие отдельных электронных конструктивных элементов, находящихся на участке потока подводимого отопительного воздуха. Тем не менее, известное защитное покрытие защищает не все указанные электронные элементы. В частности, расположенные на обмотках статора электронные конструктивные элементы или устройства управления, а также сами обмотки статора не могут закрываться, например, даже известным защитным покрытием. Вследствие этого известное защитное покрытие только частично эффективно от повреждения отопительного устройства транспортного средства подводимым отопительным воздухом. Кроме того, не обеспечивается защита элементов от воздуха и веществ, подаваемых, как описано выше, через подшипники двигателя.

Задача настоящего изобретения заключается в создании отопительного устройства транспортного средства, в котором все устройства управления и другие электронные элементы, а также обмотки статора и вся печатная плата были достаточно защищены от влияния отопительного воздуха или других возникающих воздушных потоков, а вместе с ними, например, от влаги, загрязнения, разрушения или коррозии.

Поставленная задача решена посредством отопительного устройства, охарактеризованного признаками п.1 формулы изобретения. Предпочтительные варианты выполнения раскрыты в зависимых пунктах формулы изобретения.

Согласно особенно предпочтительному варианту выполнения отопительное устройство транспортного средства содержит двигатель и вентилятор воздуха, необходимого для сгорания, выполненный в виде вентилятора бокового канала. Вентилятор воздуха, необходимого для сгорания, имеет элемент основного корпуса, в котором установлены приводной вал двигателя, а также крыльчатка. Крыльчатка соединена с приводным валом двигателя, причем двигатель имеет соединенный с печатной платой неподвижный несущий элемент обмотки, а также ротор. Кроме того, в соответствующем изобретению вентиляторе воздуха, необходимого для сгорания, предусмотрена щелевая труба между неподвижным элементом несущего элемента обмотки и ротором.

Такое выполнение препятствует поступлению воздуха из участка шарикоподшипников вала двигателя в воздушную полость, охватывающую обмотку статора. Вследствие этого со стороны бокового канала через шарикоподшипники к обмотке статора или электронным элементам, расположенным рядом с ними, не поступают вызывающие коррозию или абразивные вещества или загрязнения.

Согласно следующему предпочтительному варианту выполнения отопительного устройства транспортного средства щелевая труба имеет продолжение, причем элемент основного корпуса вместе с щелевой трубой и продолжением щелевой трубы полностью окружает печатную плату.

Таким образом, образуется замкнутое герметичное пространство, окружающее все электронные элементы и обмотку статора. Благодаря этому защищаются все элементы, чувствительные относительно повреждений воздушными потоками, как от потоков со стороны вентилятора воздуха, необходимого для сгорания, так и от потоков со стороны отопительного вентилятора.

В соответствии с другим предпочтительным вариантом выполнения отопительное устройство транспортного средства содержит на печатной плате устройство управления, предназначенное для управления двигателем и управления отопительным устройством транспортного средства.

Компоновку всех устройств управления на печатной плате можно особенно выгодно реализовывать, например, по сравнению с компоновкой устройств управления двигателя на несущих элементах обмотки.

Вентилятор воздуха, необходимого для сгорания, предпочтительно имеет элемент корпуса вентилятора с боковым каналом, причем элемент основного корпуса и элемент корпуса вентилятора образуют полость, окружающую крыльчатку.

Этим предотвращается вращение крыльчатки в нагруженной давлением дутья полости на стороне камеры сгорания основного корпуса. Вместо этого крыльчатка вращается в отдельной полости, в которой по сравнению с нагруженной давлением дутья полостью господствует почти вдвое меньшее давление. Вследствие этого вентилятор эксплуатируется с более высоким коэффициентом полезного действия, так как, например, уменьшаются утечки через зазоры. Кроме того, этот вариант выполнения снижает распространение звука наружу, вызванного крыльчаткой.

Согласно другому предпочтительному варианту выполнения элемент корпуса вентилятора расположен на стороне крыльчатки, обращенной к камере сгорания отопительного устройства транспортного средства.

Этот вариант выполнения позволяет избежать расположения вращающихся элементов на участке камеры сгорания, которые могут приводить к повреждению таких проводов, как кабели штифта свечи накаливания, датчика или системы отопления, например испарительного устройства топлива.

Выпуск воздуха для сгорания топлива вентилятора для сгорания воздуха расположен предпочтительно на обращенной к камере сгорания отопительного устройства транспортного средства стороне элемента корпуса вентилятора.

Это создает занимающую мало места и обтекаемую подачу воздуха для сгорания к камере сгорания, позволяющую отказаться от дорогостоящего поворота воздушного потока - вокруг крыльчатки.

В соответствии со следующим предпочтительным вариантом выполнения участки щелевой трубы и/или продолжения щелевой трубы выполнены цилиндрическими и расположены концентрически к боковой поверхности корпуса отопителя и/или приводного вала двигателя.

Такое выполнение повышает прочность щелевой трубы и продолжения щелевой трубы и создает возможность, кроме того, для надежной и простой установки других элементов корпуса в щелевой трубе или в продолжении щелевой трубы.

Согласно другому предпочтительному варианту выполнения на щелевой трубе и/или на продолжении щелевой трубы, на внешней стороне образованной элементом основного корпуса, щелевой трубой и продолжением щелевой трубы полости вокруг печатной платы предусмотрено соединительное устройство для электрического контакта устройств управления.

Это позволяет реализовать герметичное выполнение контакта, например, штекерного разъема, для электрического соединения расположенных в герметичной полости электронных элементов, например, для снабжения их электрическим током.

Согласно другому предпочтительному варианту выполнения на стороне элемента корпуса вентилятора, обращенной к камере сгорания, предусмотрены устройства фиксации для фиксации проводов отопительного устройства транспортного средства.

Это позволяет простым образом предотвращать сползание таких проводов, как кабель штифта свечи накаливания, датчика или системы отопления, и, в частности, их соприкосновение с горячими элементами, например нагревающим устройством для испарения топлива.

Согласно следующему предпочтительному варианту выполнения отопительное устройство транспортного средства предусмотрено в транспортном средстве.

Применение соответствующего изобретению отопительного устройства транспортного средства в наземном транспортном средстве или на плавсредстве позволяет непосредственно нагревать воздух и подавать его для отопления внутреннего помещения транспортного средства или нагревать циркуляционный контур водяного охлаждения транспортного средства, причем воздух, подводимый во внутреннее помещение транспортного средства, может нагреваться посредством теплообменника.

Другие особенности изобретения следуют из дальнейшего описания примеров выполнения изобретения, со ссылкой на чертежи, показывающие существенные признаки изобретения, и из формулы изобретения. Отдельные признаки могут быть осуществлены по отдельности или по нескольку в любой комбинации варианта изобретения.

Изобретение поясняется с помощью фиг. 1, на которой показан в разрезе вариант выполнения отопительного устройства транспортного средства с крыльчаткой для подачи воздуха, необходимого для сгорания, и с крыльчаткой для подачи отопительного воздуха.

На фиг.1 показан вариант выполнения данного изобретения, демонстрирующий расположенное в автомобиле (не изображен) отопительное устройство 1 транспортного средства, содержащее элемент 2 основного корпуса, в котором установлен вал 3 двигателя двигателя 4 вентилятора. Элемент 2 основного корпуса, по существу, имеет форму диска и имеет в своей середине выполненное как полый цилиндр продолжение 5, на изображенной на фиг.1 слева стороне. Вал 3 двигателя проходит насквозь через продолжение 5 в виде полого цилиндра и выступает из него по обе стороны, причем вал 3 двигателя установлен внутри продолжения 5 посредством двух шарикоподшипников. На внешней стороне продолжения 5 напрессована обмотка 6 статора, неподвижно соединенная на обращенной к элементу 2 основного корпуса торцевой стороне с печатной платой 7. Печатная плата 7 расположена, по существу, параллельно к дискообразному основному корпусу элемента 2 основного корпуса и фиксирована к выступам элемента 2 основного корпуса. Кроме того, выполненный на той же стороне элемента 2 основного корпуса с постоянным магнитом ротор 8 или ротор двигателя 4 вентилятора установлен на валу 3 двигателя так, что постоянные магниты ротора 8 расположены с возможностью вращения вокруг обмотки статора 6. Кроме того, примыкая к ротору 8, на валу 3 двигателя установлена крыльчатка 9 отопительного воздуха.

На изображенной на фиг.1 справа стороне элемента 2 основного корпуса на вале 3 двигателя установлена крыльчатка 10 для подачи воздуха, необходимого для сгорания. Вентилятор воздуха, необходимого для сгорания, выполнен как вентилятор бокового канала. С этой целью крыльчатка 10 имеет на своем внешнем периметре кольцеобразное углубление, открытое к отвернутой от элемента 2 основного корпуса стороне. Кольцеобразное углубление имеет проходящие в радиальном направлении перемычки, делящие углубление на множество отдельных камер. В качестве сопрягаемой детали с крыльчаткой 10 предусмотрен элемент 11 корпуса вентилятора, выполненный также, по существу, дискообразным и расположенный, по существу, параллельно к элементу 2 основного корпуса и к крыльчатке 10. Аналогично крыльчатке 10 элемент 11 корпуса вентилятора имеет кольцеобразное углубление или кольцеобразный нагнетательный канал 19, открытый к крыльчатке 10. Нагнетательный канал 19 элемента 11 корпуса вентилятора расположен соосно с углублением крыльчатки 10 и имеет, по существу, такой же наружный диаметр. При вращении крыльчатки 10 относительно нагнетательного канала 19 в крыльчатке 10, а также в нагнетательном канале 19 возникает воздушный поток, вызывающий подачу воздуха вдоль нагнетательного канала 19. Нагнетательный канал 19 выполнен не как образованное полностью кольцо, а имеет в одном месте разрыв. На возникших вследствие этого концах нагнетательного канала 19 на одном конце предусмотрен впуск 12 воздуха, соединенный с проходящим радиально наружу подающим каналом для засасывания воздуха внешней среды. На другом конце предусмотрен выпуск 13 воздуха, открытый в осевом направлении расположенного на стороне камеры сгорания отопительного устройства 1 транспортного средства элемента 11 корпуса вентилятора. Элемент 11 корпуса вентилятора соединен с элементом 2 основного корпуса через выполненное в виде полого цилиндра продолжение 14 элемента 2 основного корпуса, вследствие чего возникает цилиндрическая камера, вмещающая крыльчатку 10. Крыльчатка 10 вращается вследствие этого не на стороне нагнетания вентилятора, а в отдельной камере, в которой, по сравнению со стороной нагнетания вентилятора, господствует почти вдвое меньшее давление.

Изображенная на фиг.1 справа сторона элемента 11 корпуса вентилятора примыкает к камере сгорания (не показана) отопительного устройства 1 транспортного средства.

Поскольку, как это описано ранее, на стороне камеры сгорания находится не крыльчатка 10, а элемент 11 корпуса вентилятора, на стороне камеры сгорания не размещено никаких вращающихся элементов. Поэтому на элементе 11 корпуса вентилятора могут размещаться держатели для проводов, необходимых для эксплуатации отопительного устройства 1 транспортного средства, например провода для датчиков или подвода тока для штифта свечи накаливания и для нагревательных элементов для испарения сжигаемого топлива.

На печатной плате 7 предусмотрены устройства 15 управления или электронные элементы для управления двигателем 4 вентилятора и отопительного устройства 1 транспортного средства, а также другие электронные элементы. Для защиты устройств 15 управления, других электронных элементов и обмотки 6 статора от коррозии, разрушения или загрязнения от отвернутой от элемента 2 основного корпуса торцевой стороны обмотки 6 статора продолжается щелевая труба 16 - сначала в радиальном направлении, а затем - в осевом направлении, вдоль воздушного зазора между ротором 8 и обмоткой 6 статора. Таким образом, образуется охватывающий обмотку 6 статора чашеобразный корпус, герметично соединенный с обмоткой 6 статора, огибая ее, на отвернутой от элемента 2 основного корпуса ее торцевой стороне.

В конце воздушного зазора, обращенного к элементу 2 основного корпуса, щелевая труба 16 продлевается продолжением 17 щелевой трубы 16, продолжающимся в радиальном направлении до внешнего края элемента 2 основного корпуса. В данном варианте выполнения щелевая труба 16 выполнена неразделимо с продолжением 17 щелевой трубы 16. На внешнем участке продолжение 17 щелевой трубы 16 снова проходит в осевом направлении, поэтому в этом участке образуется полый цилиндр, герметично соединенный на своем нижнем конце с элементом 2 основного корпуса, огибая его. Таким образом, щелевая труба 16 вместе с продолжением 17 щелевой трубы 16 и элемент 2 основного корпуса образуют герметичное пространство, полностью окружающее печатную плату. Это препятствует проникновению к устройствам 15 управления, другим электронным элементам или к обмотке 6 статора вызывающих коррозию или абразивных субстанций, а также загрязнений с воздухом, нагнетаемым через подшипники вала 3 двигателя на сторону двигателя 4. Кроме того, предотвращается транспортировка таких субстанций к этим конструктивным элементам крыльчаткой 9 отопительного воздуха. Щелевая труба 16, а при необходимости и продолжение 17 щелевой трубы 16 выполнены из немагнитного материала, например из полимерного материала, чтобы не нарушать функционирование двигателя 4.

Кроме того, предусмотрено электрическое соединение 18 для контакта с устройствами 15 управления или другими электронными элементами, которое может быть выполнено, например, в виде штекерного контакта. Электрическое соединение 18 может быть выполнено, например, так, чтобы металлические контактные штырьки были проведены насквозь от печатной платы 7 через отверстие в продолжении 17 щелевой трубы 16. Для контакта головку штепсельной колодки с соответствующими электрическими штепсельными контактами надевают на контактные штырьки, причем головка штепсельной колодки выполнена так, что во вставленном положении герметично уплотняет отверстие.

Данное изобретение можно использовать, как уже описано, для воздушного отопления или также для водяного отопления. При водяном отоплении, как правило, нагревают циркуляционный контур водяного охлаждения наземного транспортного средства или плавсредства, причем в теплообменнике воздух может нагреваться охлаждающей водой и подводиться во внутреннее помещение транспортного средства. Вместо предложенного уплотнения посредством щелевой трубы могут также использоваться герметичные подшипники для установки вала двигателя, причем это было бы сопряжено с повышенными потерями на трение, а также повышенными издержками.

Хотя определенные элементы, формы выполнения и применения данного изобретения изображены и описаны, разумеется изобретение этим не ограничивается и специалист может модифицировать их, не отклоняясь от области применения сущности данного изобретения, в частности, учитывая вышеупомянутое техническое решение.

1. Отопительное устройство (1) транспортного средства с двигателем (4) и выполненным в виде вентилятора бокового канала вентилятором воздуха, необходимого для сгорания, причем вентилятор воздуха, необходимого для сгорания, содержит элемент (2) основного корпуса, в котором установлены приводной вал (3) двигателя (4) и крыльчатка (10), причем крыльчатка (10) соединена с приводным валом (3) двигателя (4), причем двигатель (4) содержит соединенный с печатной платой (7) неподвижный несущий элемент (6) обмотки и ротор (8), отличающееся тем, что вентилятор воздуха, необходимого для сгорания, содержит щелевую трубу (16), расположенную между неподвижным несущим элементом (6) обмотки и ротором (8).

2. Отопительное устройство по п.1, отличающееся тем, что щелевая труба (16) имеет продолжение (17), причем элемент (2) основного корпуса вместе с щелевой трубой (16) и продолжением (17) щелевой трубы (16) полностью окружает печатную плату (7).

3. Отопительное устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что на печатной плате (7) расположено устройство (15) управления для управления двигателем (4) и управления отопительным устройством (1) транспортного средства.

4. Отопительное устройство по п.1, отличающееся тем, что вентилятор воздуха, необходимого для сгорания, содержит элемент (11) корпуса вентилятора с боковым каналом, причем элемент (2) основного корпуса и элемент (11) корпуса вентилятора образуют полость, окружающую крыльчатку (10).

5. Отопительное устройство по п.1, отличающееся тем, что элемент (11) корпуса вентилятора расположен на стороне крыльчатки (10), обращенной к камере сгорания отопительного устройства (1) транспортного средства.

6. Отопительное устройство по п.1, отличающееся тем, что выпуск (13) воздуха для сгорания топлива вентилятора расположен на обращенной к камере сгорания отопительного устройства (1) транспортного средства стороне элемента (11) корпуса вентилятора.

7. Отопительное устройство по п.1, отличающееся тем, что участки щелевой трубы (16) и/или продолжения (17) щелевой трубы (16) выполнены цилиндрическими и расположены концентрически к боковой поверхности корпуса отопителя и/или приводного вала (3) двигателя (4).

8. Отопительное устройство по п.1, отличающееся тем, что на щелевой трубе (16) и/или на продолжении (17) щелевой трубы (16), на внешней стороне образованной элементом (2) основного корпуса, щелевой трубой (16) и продолжением (17) щелевой трубы (16) полости вокруг печатной платы (7) расположено соединительное устройство (18) для электрического контакта с печатной платой (7).

9. Отопительное устройство по п.4, отличающееся тем, что на стороне элемента (11) корпуса вентилятора, обращенной к камере сгорания, расположены устройства фиксации для фиксации проводов отопительного устройства (1) транспортного средства.

10. Транспортное средство, содержащее отопительное устройство (1) транспортного средства по п.1.