DE102006041122A1

DE102006041122A1 - Außenläufermotor

Info

Publication number: DE102006041122A1
Application number: DE102006041122A
Authority: DE
Inventors: Hansjörg BERROTH; Walter Georg Dr. Angelis
Original assignee: Ebm Papst St Georgen GmbH and Co KG
Current assignee: Papst Licensing GmbH and Co KG
Priority date: 2005-10-08
Filing date: 2006-09-01
Publication date: 2007-04-12
Anticipated expiration: 2026-09-02
Also published as: DE102006041122B4

Abstract

Außenläufermotor mit einem Innenstator (40) und einem Außenrotor (28, 30), welch Letzterer eine Rotorglocke (28) aufweist, innerhalb welcher ein mit dieser drehfest verbundenes radiales Schaufelrad (50) vorgesehen ist, welchem ein im Betrieb von diesem Schaufelrad (50) auf einer Anblasseite (60) angeblasenes Umlenkglied (58) zum Umlenken der vom Schaufelrad (50) in einer etwa radialen Ebene geförderten Luft (68) zugeordnet ist, welches Umlenkglied (58) eine von der Anblasseite (60) abgewandte Rückseite (72) aufweist, und mit mindestens einer in der Rotorglocke (28) vorgesehenen Durchbrechung (74; 74'), welche im Bereich dieser Rückseite (72) mündet, um das Ansaugen von Frischluft (C) durch diese Durchbrechung (74; 74') zu ermöglichen.

Description

Die Erfindung betrifft einen Außenläufermotor mit einem Innenstator und einem Außenrotor, welch letzterer nach Art einer Rotorglocke ausgebildet ist.
Bei derartigen Motoren wird zwar der Außenrotor durch die Luftströmung auf seiner Außenseite sehr gut gekühlt, aber die Wicklung des Innenstators erreicht bei guter Ausnutzung des Motors oft hohe Temperaturen, und diese können auch die Lebensdauer der Lager für die Rotorwelle beeinträchtigen.

Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, einen neuen Außenläufermotor bereit zu stellen.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch den Gegenstand des Anspruchs 1. Im Betrieb erzeugt das Schaufelrad in einer radialen Ebene einen Luft-Volumenstrom im Inneren der Rotorglocke. Am Luftaustritt aus dem Schaufelrad befindet sich ein Umlenkglied, das im Betrieb von diesem Volumenstrom angeblasen wird und ihn umlenkt. Hierdurch entsteht auf der (nicht angeblasenen) Rückseite des Umlenkglieds ein statischer Unterdruck, der nach dem Prinzip der Bernoullidüse Frischluft durch die mindestens eine in der Rotorglocke vorgesehenen Durchbrechung in das Innere der Rotorglocke saugt. Diese Frischluft addiert sich zu der innerhalb des Motors kreisenden Kühlluft, so dass dort ein Überdruck entsteht und folglich eine korrespondierende erwärmte Luftmenge aus diesem Innenraum ausgeblasen wird.

Im Innenraum des Außenläufermotors entsteht also eine aktive, erzwungene Wärmekonvektion durch die dort kreisende Luft, welche den Innenstator umso mehr kühlt, je schneller der Rotor rotiert, wobei diese erwärmte kreisende Luft ständig nach einer vorgegebenen Gesetzmäßigkeit durch kühlere Frischluft ersetzt wird und so das Innere des Motors kühlt.

Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den im folgenden Beschriebenen und in der Zeichnung dargestellten, in keiner Weise als Einschränkung der Erfindung zu verstehenden Ausführungsbeispielen, sowie aus den Unteransprüchen. Es zeigt:
1 eine Explosionsdarstellung eines Außenläufermotors, der entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist,
2 eine raumbildliche Darstellung eines radialen Schaufelrads, wie es beim Motor nach 1 verwendet wird,
3 eine Darstellung analog 2, aber geschnitten; man erkennt am äußeren Umfang des Schaufelrades ein Umlenkglied 60, das für eine vom Schaufelrad transportierte Luftströmung wie eine Schanze wirkt, weshalb im Betrieb auf der radial äußeren Seite des Umlenkglieds ein Unterdruck erzeugt wird,
4 eine raumbildliche Darstellung des Motors der 1 im zusammengebauten Zustand,
5 einen schematisierten Längsschnitt durch den Motor der 1 bis 4, welcher die Luftströmungen zeigt, die in diesem Motor bei dessen Betrieb auftreten, und
6 eine Teilvergrößerung aus 5, in welche verschiedene Luftströme eingetragen sind, wie sie beim Betrieb eines erfindungsgemäßen Motors auftreten.
1 zeigt eine Explosionsdarstellung eines Außenläufermotors 20, der gemäß der Erfindung geringfügig modifiziert ist, um die Kühlung im Inneren des Motors, z.B. die Kühlung von dort befindlichen elektronischen Bauelementen, sowie indirekt auch die Kühlung der Lager, und somit die Laufdauer des Motors, zu verbessern.
Der Motor 20 hat eine Basisplatte 22, an der ein Lagerrohr 24 befestigt ist, das zur Lagerung der Welle 26 einer Rotorglocke 28 dient, die gewöhnlich als tiefgezogenes Teil aus Weicheisen ausgebildet ist, aber oft auch aus Kunststoff hergestellt wird. (Die Lager der Welle befinden sich im Lagerrohr 24 und sind deshalb nicht dargestellt.)
Innerhalb der Rotorglocke 28 befindet sich ein Ring 30 aus permanentmagnetischem Werkstoff, der entsprechend den Erfordernissen des Motors 20 magnetisiert ist. Die Magnetisierung ist nicht dargestellt; sie richtet sich u.a. nach der Zahl der Rotorpole, wie das dem Fachmann bekannt ist.
Außen auf der Rotorglocke 28 befindet sich ein Ring 34 aus Kunststoff, auf dessen Peripherie bei diesem Beispiel gewundene Lüfterflügel 36 angeordnet sind, sofern der Motor 20 in bevorzugter Weise zum Antrieb eines Lüfters dient. Jedoch ist, wie dem Fachmann bekannt, der Motor 20 für beliebige Antriebsaufgaben verwendbar.
Oberhalb der Basisplatte 22 befindet sich eine Leiterplatte 38, auf der bei 39 Bauelemente für die elektronische Kommutierung des Motors 20 schematisch dargestellt sind, deren Kühlung durch die vorliegende Erfindung ebenfalls verbessert wird.
Oberhalb der Leiterplatte 38 befindet sich ein Statorblechpaket 40, welches bei diesem Beispiel vier ausgeprägte Pole 42 hat. Auf jedem Pol befindet sich eine Wicklung 44, die im Betrieb von Strom durchflossen wird und deshalb Wärme erzeugt.
Das Blechpaket 40 hat innen einen durchgehenden Ring 46, welcher einen magnetischen Rückschluss (armature) bildet, der bei der Montage in einer vorgegebenen Stellung auf die Außenseite des Lagerrohres 24 aufgepresst wird.
Die Leiterplatte 38 wird unten am Innenstator 40 befestigt (nicht dargestellt).
Oberhalb des Innenstators 40 ist im obersten Teil der Rotorglocke 28 ein radiales Schaufelrad 50 drehfest befestigt, dessen Aufbau besonders klar aus 2 und 3 hervor geht. Es hat bei diesem Beispiel einen inneren Ring 52, von dem insgesamt fünf Schaufeln 54 ausgehen, die entgegen der Drehrichtung 56 vom Ring 52 spiralförmig nach außen verlaufen und an einem äußeren Ring 58 enden. Letzterer ist als Umlenkglied ausgebildet und hat hierzu auf seiner radial inneren Seite eine gekrümmte Umlenkfläche 60 (3 und 6), welche eine vom Schaufelrad 50 erzeugte radiale Luftströmung 66 (5 und 6) gemäß einer in 6 schematisch eingetragenen Linie 68 nach unten umlenkt, so dass das Schaufelrad 50 bzw. dessen Umlenkfläche 60 an seiner Peripherie wie eine Schanze wirkt, welche die Luftströmung 66 nach unten umlenkt und dabei gleichzeitig beschleunigt.
Hierdurch entsteht im Bereich der unteren Kante 70 des Rings 58 und auf der ganzen Rückseite 72 des Rings 58 im Betrieb ein Unterdruck.
In der Rotorglocke 28 ist im Bereich dieser Rückseite 72 mindestens eine Ansaugöffnung in Form einer Durchbrechung 74 vorgesehen, durch die im Betrieb kalte Luft C angesaugt und von der Luftströmung 68 mitgerissen wird, welche Strömung 68 wegen ihrer Beschleunigung einen Unterdruck hat. Man nennt das auch das Prinzip der Bernoullidüse. Auch der Name von Venturi wird gelegentlich verwendet.
Die Ansaugöffnung 74 hat bevorzugt die dargestellte Lage im oberen, senkrecht zu einer Drehachse 76 (6) verlaufenden Teil der Rotorglocke 28, könnte aber z.B. auch als radiale Öffnung 74' an einer in 6 dargestellten Stelle ausgebildet sein. Diese Öffnung wird bei einem Lüfter, wie er durch die Flügel 36 symbolisiert ist und eine Luftströmung 79 von einer Saugseite 78 zu einer Druckseite 80 erzeugt, bevorzugt auf der Saugseite 78 angeordnet, um Leckverlusten durch eine Luftströmung von der Druckseite 80 zur Saugseite 78 des Motors 20 entgegen zu wirken. Eine solche Strömung würde den Wirkungsgrad des Lüfters reduzieren.
Die in 6 von der Luftströmung 68 mitgerissene Kaltluft C strömt durch die äußere Seite des Innenstators 40 nach unten, u.a. durch den mit 82 bezeichneten, magnetischen Luftspalt, strömt dann bei 84 radial nach innen, anschließend im radial inneren Bereich des Innenstators 40 bei 86 nach oben, und wird dann wieder durch das radiale Schaufelrad 50 in Richtung des Pfeiles 66 nach außen transportiert.
Wie in 6 dargestellt, strömt durch einen radialen Spalt 88 ein Teil der Kühlluft als erwärmte Luft 83 nach außen, d.h. die zirkulierende Kühlluft 68, 84, 86 wird ständig erneuert, was eine gute Innnenkühlung gewährleistet.
5 zeigt den Außenläufermotor 20 nochmals schematisch und im Schnitt. Es werden dieselben Bezugszeichen verwendet wie in den anderen Figuren, und die betreffenden Teile werden deshalb nicht nochmals beschreiben.
Naturgemäß sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung vielfache Abwandlungen und Modifikationen möglich.

Claims

Außenläufermotor mit einem Innenstator (40) und einem Außenrotor (28, 30), welch letzterer eine Rotorglocke (28) aufweist, innerhalb welcher ein mit dieser drehfest verbundenes radiales Schaufelrad (50) vorgesehen ist, welchem ein im Betrieb von diesem Schaufelrad (50) auf einer Anblasseite (60) angeblasenes Umlenkglied (58) zum Umlenken der vom Schaufelrad (50) in einer etwa radialen Ebene geförderten Luft (68) zugeordnet ist, welches Umlenkglied (58) eine von der Anblasseite (60) abgewandte Rückseite (72) aufweist, und mit mindestens einer in der Rotorglocke (28) vorgesehenen Durchbrechung (74; 74'), welche im Bereich dieser Rückseite (72) mündet, um das Ansaugen von Frischluft (C) durch diese Durchbrechung (74; 74') zu ermöglichen.
Außenläufermotor nach Anspruch 1, bei welchem das Umlenkglied (58) als Bestandteil des Schaufelrads (50) ausgebildet ist.
Außenläufermotor nach Anspruch 1, bei welchem das Umlenkglied (58) als stationäres Teil am Innenstator (40) angeordnet ist.
Außenläufermotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem der Innenstator (40) als Stator mit ausgeprägten Polen (42) ausgebildet ist.
Außenläufermotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem das Schaufelrad (50) einen Innenring (52) aufweist, an welchem die radial inneren Enden der Schaufeln (54) befestigt sind.
Außenläufermotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem dem Außenrotor (28, 30) Lüfterflügel (36) zugeordnet sind, welche im Betrieb Luft von einer Saugseite (78) zu einer Druckseite (80) transportieren, und die mindestens eine in der Rotorglocke (28) vorgesehene Durchbrechung (74; 74') im Bereich der Saugseite (78) dieser Lüfterflügel (36) angeordnet ist.
Außenläufermotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welcher als elektronisch kommutierter Motor ausgebildet ist, bei welchem elektronische Bauelemente (39) im Bereich der vom Schaufelrad (50) im Betrieb erzeugten Luftströmung (84) angeordnet sind.
Außenläufermotor nach Anspruch 7, bei welchem die elektronischen Bauelemente (39) auf einer Leiterplatte (38) angeordnet sind, die im Innneren des Motors angeordnet und mit Bauelementen zur elektronischen Kommutierung des Außenläufermotors (20) bestückt ist.