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Die
Erfindung betrifft eine permanentmagneterregte elektrische Maschine
zum Antrieb einer Komponente eines Hausgeräts sowie ein Hausgerät mit einer
derartigen Maschine.
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Elektromotoren
sind in vielfacher Ausgestaltung bekannt. Diesbezüglich sind
auch BLDC-Motoren,
welche bürstenlose
Gleichstromantriebe darstellen, bekannt. Aufgrund des Aufbaus derartiger
Motoren sind diese lediglich für
jeweils spezifische Einsatzzwecke spezifisch zu konzeptionieren,
was relativ aufwendig und kostenintensiv ist. Es müssen somit
eine Vielzahl unterschiedlicher Konzepte mit jeweils unterschiedlichen
Bauteilen bereitgestellt werden. Darüber hinaus sind relativ große Motoren
dieses Typs sehr geräuschintensiv.
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Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine permanentmagneterregte
elektrische Maschine im Hinblick auf ihre variable Auslegung und
Dimensionierung einfacher auszugestalten und im Hinblick auf ihren
Einsatz in einem Hausgerät
geräuschloser betreiben
zu können.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Maschine, welche die Merkmale des entsprechenden
unabhängigen
Patentanspruchs aufweist, gelöst.
Darüber
hinaus wird die Aufgabe auch durch ein Hausgerät, welches die Merkmale des
entsprechenden unabhängigen
Patentanspruchs aufweist, gelöst.
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Eine
erfindungsgemäße permanentmagneterregte
elektrische Maschine ist zum Antrieb einer Komponente eines Hausgeräts ausgebildet.
Die elektrische Maschine umfasst einen Rotor und einen Stator. Der
Rotor und/oder der Stator weisen eine Mehrzahl von gestapelten und
miteinander verbundenen plattenartigen Blechteilen auf, und zum
modularen Aufbau der Maschine ist zumindest der Rotor und/oder der
Stator abhängig
von der Anzahl der Blechteile modular aufbaubar.
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Es
wird somit ein Konzept für
die elektrische Maschine ermöglicht,
welche baukastenmäßig im Hinblick
auf ihre Anforderungen zusammengesetzt und dimensioniert werden
kann. Dies erfolgt dadurch, dass der Rotor oder der Stator oder
der Rotor und der Stator jeweils aus einer Mehrzahl von Gleichteilen,
nämlich
plattenartigen Blechteilen, die in axialer Richtung gestapelt sind,
aufgebaut sind. Die hohe Flexibilität im Hinblick auf die Dimensionierung
und Auslegung eines dieser Bauteile kann durch die variabel wählbare Anzahl
der Blechteile ermöglicht
werden, welche dann einfach und aufwandsarm gestapelt werden können und
zusammengefügt
werden können.
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Dies
ermöglicht
ein hausgeräteübergreifendes
und/oder plattformübergreifendes
Modulsystem, wodurch die Verwendung möglichst vieler gleicher Komponenten
gewährleistet
werden kann. Durch ein derartiges modulares Prinzip im Sinne des
Baukastenprinzips kann auch die Fertigung verschiedener Gerätetypen
auf einer Fertigungslinie ermöglicht
werden, wodurch eine Stückzahlerhöhung und
eine Kostensenkung erreicht werden kann.
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Vorzugsweise
ist der Stator aus einer Mehrzahl von in axialer Richtung des Stators
gestapelten Blechteilen ausgebildet und die Blechteile weisen ein Außenmaß kleiner
oder gleich 100 mm auf. Es kann vorgesehen sein, dass die plattenartigen
Blechteile des Stators kreisförmig
ausgebildet sind, so dass das Außenmaß einen Außendurchmesser definiert. Es kann
jedoch auch vorgesehen sein, dass die Blechteile eckig geformt sind
und beispielsweise eine annähernd
viereckige Geometrie aufweisen, bei dem die Kantenlängen kleiner
100 mm sind. Durch eine derartige kompakte und relativ klein dimensionierte Auslegung
des Stators kann eine Geräuschreduzierung
bei dennoch gleicher Funktionalität erreicht werden. Derartig
kleine Außenmaße bzw.
Blechdurchmesser führen
beim Einsatz der Maschine im Hausgerät, beispielsweise einem Wäschetrockner
oder einer Waschmaschine, zu deutlich verringerter Geräuschabstrahlung
bzw. deutlich geringerer Geräuschanregung.
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Das
Verhältnis
vom Außenmaß zur axialen Länge des
Stators ist insbesondere auf die Vermeidung der Anregung von Eigenfrequenzen über den gesamten
Drehzahlbereich der Maschine optimiert, was besonders vorteilhaft
durch die kleine Dimensionierung mit Außenmaßen kleiner oder gleich 100
mm erfolgen kann. Auch durch die spezifische Ausgestaltung mit der
Blechteilstapelung sowie der spezifischen Geometrie und Formgebung
der Blechteile kann dies vorteilhaft beeinflusst werden.
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Vorzugsweise
ist zum modularen Aufbau der Maschine zumindest ein weiteres Gleichteil
unabhängig
von der vorgesehenen Anzahl der Blechteile zum modularen Aufbau
des Rotors und/oder des Stators eingesetzt. Insbesondere ist das
Gleichteil ein Lagerschild der elektrischen Maschine, wodurch bei unterschiedlicher
Auslegung und Dimensionierung eines Rotors und/oder eines Stators
dennoch das gleiche Lagerschild verwendet werden kann. Auch dadurch
kann das Baukastenprinzip vorteilhaft begünstigt werden und eine vereinfachte
konzeptionelle Auslegung ermöglicht
werden.
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Insbesondere
ist das Lagerschild aus Aluminiumdruckguss ausgebildet.
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Insbesondere
ist zwischen einem Lagerschild und einem durch gestapelte Blechteile
gebildeten Bauteil, insbesondere im Rotor und im Stator, eine Dichtung,
insbesondere eine Elastomerdichtung, angeordnet. In Verbindung mit
einem Aluminiumdruckgusslagerschild kann somit das Geräuschverhalten
nochmals verbessert werden. Die Verwendung geschlossener, zum Blechpaket
hin abgedichteter Aluminiumdruckgusslagerschilde ermöglicht somit
auch eine hochfunktionelle Baugruppe, welche geräusch- und kostenoptimiert ausgelegt.
Ist. Darüber
hinaus bietet diese Ausgestaltung zusätzlich Schutz der Magnete im
Rotor gegen Umwelteinflüsse,
beispielsweise Verschmutzung, Metallspäne oder Korrosion. Darüber hinaus
dient die Dichtung zwischen dem Lagerschild und einem der weiter
genannten Bauteile gleichzeitig zur Dämpfung von Vibrationen.
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Vorzugsweise
ist auf der Welle der elektrischen Maschine ein Lüfter angeordnet.
Der Lüfter kann
als Radiallüfter
oder als Axiallüfter
ausgebildet sein und zur Kühlung
herangezogen werden, indem die im Betrieb der Maschine entstandene
Wärme abgeführt wird.
In diesem Zusammenhang wird durch diese spezifische Anordnung des
Lüfters
besonders vorteilhaft erreicht, dass die in der Wicklung des Stators
erzeugte Wärme
in Richtung des Lagerschilds nach außen geführt wird. Dies ist eine besonders
vorteilhafte Wärmeabführung.
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Vorzugsweise
ist ein Blechteil eines Rotors kreisförmig ausgebildet und im Bereich
der Aussparung zum Einsetzen eines Permanentmagneten ist ein kleinerer
Radius ausgebildet, als außerhalb
dieses Bereichs. Die Außenkontur
des Blechteils des Stators weist somit an spezifischen Bereichen
unterschiedliche Krümmungen
auf. Dadurch kann das Funktionsprinzip verbessert werden.
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Vorzugsweise
ist ein Blechteil eines Stators kreisförmig ausgebildet und weist
radial orientierte Zähne
auf, die an ihrer dem Mittelpunkt zugewandten Seite gerade ausgebildet
sind. Insbesondere sind die Zähne
T-förmig
ausgebildet.
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Besonders
bevorzugt erweist es sich, wenn die permanentmagneterregte elektrische
Maschine als BLDC-Motor konzipiert ist. Insbesondere ist der bürstenlose
Gleichstrommotor mit Drehstrom betreibbar.
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Durch
die Auslegung als BLDC-Motor kann ein besonders günstiges
Verhältnis
zwischen Wirkungsgradverbesserung, Geräuschminimierung und modularen
Aufbau bzw. Baukastenprinzip erzielt werden.
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Das
geräuschoptimierte
Auslegen kann insbesondere durch die optimierte Luftspaltgeometrie (Rotor-
und Statorblechschnitt) und kompakte Bauform (vorteilhaftes Verhältnis zwischen
Länge und Außenmaß der genannten
Bauteile) ermöglicht
werden. Durch das BLDC-Konzept in Verbindung mit einer optimierten
Blechteilgeometrie von Rotor und/oder Stator und einer spezifischen
Wicklungsauslegung kann ein besonders günstiger Wirkungsgrad erzielt
werden.
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Ein
erfindungsgemäßes Hausgerät ist insbesondere
zur Pflege von Wäschestücken ausgebildet und
umfasst eine erfindungsgemäße permanentmagneterregte
elektrische Maschine oder eine vorteilhafte Ausgestaltung davon.
Gerade beim Einsatz einer derartigen Maschine in einem Hausgerät kann der
Antrieb von Komponenten besonders effizient und geräuscharm
erfolgen. Da Hausgeräte üblicherweise
in Wohnräumen
aufgestellt sind, kann dadurch eine wesentliche Verbesserung der
Nutzerfreundlichkeit erzielt werden. Nicht zuletzt kann durch die
kompakte Auslegung der Maschine und dem modularen Aufbau ein hochflexibles
veränderbares
System ermöglich
werden, welches unterschiedlichsten Hausgerätetypen individuell aufgebaut
zur Verfügung
gestellt werden kann.
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Vorzugsweise
weist das Hausgerät
eine Trommel zur Aufnahme von Wäschestücken auf, welche
durch eine derartige permanentmagneterregte elektrische Maschine,
insbesondere einem BLDC-Motor, antreibbar ist.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird nachfolgend anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es
zeigen:
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1 eine
schematische Draufsicht auf ein für einen Stator der elektrischen
Maschine eingesetztes Blechteil;
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2 eine
vergrößerte Darstellung
eines Teilausschnitts von 1;
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3 eine
schematische Draufsicht auf ein für einen Rotor der elektrischen
Maschine eingesetztes Blechteil; und
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4 einen
vergrößerten Ausschnitt
der Darstellung gemäß 3.
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In
den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit den
gleichen Bezugszeichen versehen.
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In
einer permanentmagneterregten elektrischen Maschine, insbesondere
in einem BLDC-Motor,
ist ein Rotor und ein Stator vorhanden. Die elektrische Maschine
ist in einem Wäschetrockner
oder einem Waschtrockner oder einer Waschmaschine angeordnet und
zum Antrieb beispielsweise einer Trommel des Hausgeräts vorgesehen.
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Die
elektrische Maschine ist hoch flexibel im Hinblick auf ihre konzeptionelle
Zusammensetzung ausgebildet und kann gemäß einem Baukastenprinzip individuell
zusammengesetzt und im Hinblick auf seine Betriebsparameter dimensioniert
werden, wobei diesbezüglich
eine Vielzahl von Gleichteilen verwendet werden kann. In diesem
Zusammenhang kann beispielsweise ein nicht dargestelltes Lagerschild,
welches vorzugsweise aus Aluminiumdruckguss ausgebildet ist, für eine Vielzahl
von unterschiedlichen Dimensionierungen der elektrischen Maschine
verwendet werden. In diesem Zusammenhang kann die elektrische Maschine
modular dahingehend aufgebaut sein, dass der Stator aus einer Mehrzahl
von gestapelten und miteinander verbundenen plattenartigen Blechteilen 1 aufgebaut
ist. In diesem Zusammenhang ist in 1 ein Ausführungsbeispiel
eines dieser Blechteile 1 gezeigt, welches diesbezüglich kreisförmig gestaltet
ist. Das Blechteil 1 weist beispielsweise eine Dicke (Ausdehnung
senkrecht zur Figurenebene) von etwa 0,5 mm auf. Dieser Wert ist
lediglich beispielhaft und kann auch anderweitig ausgebildet sein.
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In
axialer Richtung (in Richtung senkrecht zur Figurenebene) wird eine
Mehrzahl derartiger gleich ausgebildeter Blechteile 1 gestapelt
und diese fest miteinander verbunden, beispielsweise verklebt oder
verschweißt.
Dadurch wird der Stator ausgebildet, wobei abhängig von der verwendeten Anzahl
der gleich geformten Blechteile 1 die Dimensionierung vorgegeben
werden kann, und abhängig
von der Anzahl der Blechteile 1 auch der modulare Aufbau
des Stators individuell vollzogen werden kann.
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Im
Ausführungsbeispiel
ist der Stator mit einem als Innenläufer ausgebildeten Rotor konzipiert, wobei
der Stator und somit auch jedes der Blechteile 1 in radialer
Richtung orientierte Zähne 2 aufweist, von
denen einige in 1 näher bezeichnet sind. Die Zähne 2 sind
in Umlaufrichtung äquidistant
zueinander ausgebildet und angeordnet und T-förmig konzipiert. Jeder Zahn 2 des
Blechzuschnitts bzw. des Blechteils 1 weist einen Zahnfuß 3 und
einen Zahnkopf 4 auf. Um den Zahnfuß 3 werden die Wicklungen
gewickelt, wenn die gewünschte
Anzahl von Blechteilen 1 aufeinandergestapelt ist. Die
Zahnköpfe 4 sind
in einem Radius r1 beabstandet zum Mittelpunkt M angeordnet. In
dem dadurch gebildeten Freiraum 6 ist dann der Rotor drehbar
angeordnet.
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In 2 ist
eine vergrößerte Darstellung
eines Teilausschnitts des Blechteils 1 gemäß 1 gezeigt.
In diesem ist zu erkennen, dass die dem Mittelpunkt M zugewandte
vordere Zahnflanke 5 des Zahnkopfs 4 gerade ausgebildet
ist und in dreidimensionaler Betrachtung des plattenartigen Blechteils 1 somit eine
Ebene bildet. Diese Zahnflanke 5 weist somit keine dem
Radius r1 angepasste Wölbung
auf.
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In 3 ist
in einer Draufsicht ein Ausführungsbeispiel
eines Blechteils 7 gezeigt. Der Rotor der elektrischen
Maschine wird durch eine Mehrzahl von axial aufeinander gestapelten
Blechteilen 7 ausgebildet, wobei auch hier der modulare
Aufbau abhängig
von der gewählten
Anzahl dieser Blechteile 7 ist. Im Ausführungsbeispiel wird somit sowohl
der Stator als auch der Rotor modular aufgebaut und abhängig von
der jeweils verwendeten Anzahl der gestapelten Blechteile 1 bzw. 7 in
seiner Auslegung dimensioniert. Abhängig davon kann somit auch
zumindest ein Betriebsparameter der elektrischen Maschine entsprechend
vorgegeben werden.
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Auch
hier erfolgt eine Stapelung der Blechteile 7 in axialer
Richtung und somit in Richtung senkrecht zur Figurenebene.
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Ein
Blechteil 7 umfasst in Umlaufrichtung eine Mehrzahl gleich
dimensionierter und gleich geformter Aussparungen 8, in
welche nach dem Zusammenfügen
der Mehrzahl der Blechteile 7 und somit der Bildung eines
Blechstapels die Permanentmagnete eingesetzt und darin beispielsweise
verklebt werden. Durch die Einbringungen der Magnete in die Aussparungen 8 sind
diese als vergrabene Magnete angeordnet.
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Auch
die Blechteile 7 sind scheibenartig bzw. kreisförmig ausgebildet.
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In 4 ist
ein vergrößerter Teilausschnitt 1 der
Darstellung in 3 gezeigt. Es ist zu erkennen, dass
im Bereich 9 des Blechteils 7, in dem die Aussparung 8 ausgebildet
ist, die Außenkontur 10 einen Radius
r3 aufweist, welcher unterschiedlich zum grundlegenden Radius r2
des gesamten Blechteils 7 ist. Der Radius r3 ist kleiner
als der Radius r2, so dass im Bereich 9 die Außenkontur 10 eine
stärkere Krümmung nach
innen aufweist, als dies durch den gesamten umlaufenden Einheitsradius
r2 gebildet ist. Der Radius r2 ist um den Mittelpunkt M gezogen,
welcher dem Mittelpunkt des Blechteils 7 und im gesamten
zusammengesetzten Zustand der elektrischen Maschine auch dem Mittelpunkt
M des Stators gemäß der Darstellung
in 1 entspricht. Demgegenüber ist der Radius r3 beabstandet
zum Mittelpunkt M um den Punkt N gezogen.
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Zwischen
dem nicht dargestellten Lagerschild und einem gebildeten Blechpaket
ist eine Elastomerdichtung angeordnet. Darüber hinaus ist auf der nicht
gezeigten Welle des BLDC-Motors ein Radiallüfter oder ein Axiallüfter positioniert.
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Das
Außenmaß des Blechteils 1 des
Stators gemäß 1 beträgt kleiner
100 mm. Im Ausführungsbeispiel
bedeutet dies, dass der Außendurchmesser
d (1) kleiner 100 mm beträgt.
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In 1 beträgt der Außendurchmesser
d des Blechteils 1 des Stators etwa 92 mm. Die Überstände der
Schweißpunkte 11, 12 und 13 werden diesbezüglich nicht
zum Blechteil 1 gezählt
und somit auch nicht für
die Bemaßung
des Außendurchmessers
d herangezogen.
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Entsprechendes
gilt bei einer eckigen, beispielsweise viereckigen Formgebung des
Blechteils 1, bei dem dann eine entsprechende Kantenlänge kleiner
oder gleich 100 mm ist.