DE102008049757A1 - Blower for vehicle, has permanent magnets variably magnetized in sequential segments, and variable magnetizable stator part comprising number of variably magnetizable coils for producing magnetic travelling field - Google Patents

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Abstract

The blower has a permanently magnetizable circular rotor part (4) arranged into a variable magnetizable stator part (2) and connected with air blades (5). The rotor part has permanent magnets (6) that are arranged at an edge of the air blades. The permanent magnets in a circumferential direction of the rotor part are variably magnetized in sequential segments (11). The stator part has a number of variably magnetizable coils (7) for producing a magnetic travelling field. The variable magnetizable coils are arranged at a holding frame (10), an air circulation or a blower housing.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Gebläse mit Luftschaufeln und einem bürstenlosen Antriebsmotor, umfassend ein variabel magnetisierbares Statorteil und ein darin angeordnetes, mit den Luftschaufeln verbundenes permanent magnetisches kreisförmiges Rotorteil mit am Rand der Luftschaufeln angeordneten Permanentmagneten.The The invention relates to a fan with air blades and a brushless drive motor comprising a variable one magnetizable stator and a disposed therein, with the Air blades connected permanently magnetic circular Rotor part with arranged at the edge of the air blades permanent magnet.

Im Fahrzeugbau werden für die Klimatisierung oder Kühlung Elektromotoren verwendet, die einen Lüfter antreiben. Die Elektromotoren weisen eine je nach Leistung zwar unterschiedliche aber doch Bauraum und Platz einnehmende Größen auf. Insbesondere bei einem mit einem Elektromotor angetriebenen Gebläse oder Lüfter der im Motorraum angeordnet ist, beispielsweise ein Kühler-Lüfter, ist der Lüftermotor wegen seiner Nähe zu benachbarten Aggregaten, wie Turboladern, Auslasskrümmern oder einem Fahrzeugmotor, einer hohen thermischen Belastung ausgesetzt. Auch kann ein Elektromotor ein negatives Crashverhalten aufweisen.in the Vehicle construction will be for air conditioning or cooling Electric motors used, which drive a fan. The Electric motors have a different performance depending on the performance but space and space-taking sizes on. In particular, in one driven by an electric motor Blower or fan arranged in the engine compartment is, for example, a radiator fan, is the fan motor because of its proximity to neighboring aggregates, such as turbochargers, Exhaust manifolds or a vehicle engine, a high thermal Exposed to stress. Also, an electric motor can have a negative crash behavior exhibit.

Um die Baugröße eines solchen Elektromotors zu verringern, ist in der DE 198 00 570 A1 vorgeschlagen worden, ein Gebläse mit einem Lüfterrad zu schaffen, das von einem bürstenlosen Antriebsmotor angetrieben wird, der aus einem variabel magnetisierbaren Statorteil und einem innenliegenden, mit dem Lüfterrad verbundenen permanent magnetischen Rotorteil, das am Rand des Lüfterrads angeordnete Magnete enthält, besteht.To reduce the size of such an electric motor is in the DE 198 00 570 A1 has been proposed to provide a blower with a fan wheel, which is driven by a brushless drive motor, which consists of a variable magnetizable stator and an inner, connected to the fan permanently magnetic rotor part, which contains arranged on the edge of the fan magnets.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Gebläse der eingangs genannten Art zu schaffen, das gegenüber dem Stand der Technik verbessert, in Bereichen hoher thermischer Belastung einsetzbar ist und dabei eine flache Bauweise aufweist.It Object of the invention, a fan of the aforementioned To create a style that improves on the state of the art, can be used in areas of high thermal stress while doing a has flat construction.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei einem Gebläse dadurch gelöst, dass die Permanentmagneten in Umfangsrichtung des innenlaufenden Rotorteils in aufeinander folgenden Segmenten unterschiedlich magnetisiert sind und das Statorteil außen an seinem Umfang gleichmäßig verteilt eine Vielzahl von ein magnetisches Wanderfeld erzeugenden, variabel magnetisierbaren Spulen aufweist.According to the invention solved the task with a blower, that the permanent magnets in the circumferential direction of the inner rotor part magnetized differently in successive segments are uniform and the stator outside of its circumference distributes a plurality of magnetic traveling field generating, variable having magnetizable coils.

Aufgrund dieser Maßnahmen ist ein Lüfter oder ein Gebläse mit Luftschaufeln geschaffen, bei dem der elektrische Antrieb am Umfangsbereich der Luftschaufeln ausgebildet ist, wodurch die Luftschaufeln um ihre zentral angeordnete Rotationsachse bewegbar sind. Diese Bauform weist den Vorteil auf, dass für die Rotationsbewegung lediglich kleine Drehmomente aufzubringen sind, da der durch die Luftschaufeln zwischen der Rotationsachse und den Permanentmagneten gebildete Hebelarm relativ lang ist. Außerdem ergibt sich durch diese Bauweise ein flach bauendes Gebläse mit Luftschaufeln mit geringerer thermischer Bauteilbeanspruchung. Da darüber hinaus kein Bürstenfeuer mehr vorhanden ist, treten keine Störungen der elektromagnetischen Verträglichkeit auf und es können auch keine Schleifer, die bei üblichen Elektromotoren vorhanden sind, mehr verschleißen.by virtue of This action is a fan or a blower created with air blades, in which the electric drive on Peripheral region of the air blades is formed, whereby the air blades are movable about their centrally disposed axis of rotation. These Design has the advantage that for the rotational movement only small torques are applied, as the through the air blades formed between the rotation axis and the permanent magnets Lever is relatively long. In addition, results from this Construction of a flat fan with air blades with lower thermal component stress. There about it no more brush fire is present, none occur Disorders of electromagnetic compatibility on and there can be no grinder, the usual Electric motors are present, wear out more.

Weiterhin wird durch diese Bauform innenliegend eine große Luftdurchtrittsfläche bereitgestellt, da lediglich randseitig Permanentmagnete, die sowohl in ihren axialen als auch in ihren radialen Abmessungen klein gehalten werden können, notwendig sind. Dadurch, dass die Permanentmagnete in aufeinander folgenden Segmenten am Außenumfang des Rotorteils angeordnet sind, ist das insgesamt erzielbare Drehmoment bei entsprechender Gestaltung der damit zusammenwirkenden Spulen des Statorteils derart, dass ein relativ hoher Luftstrom problemlos durch die Luftschaufeln gefördert werden kann. Die Statorspulen sind gleichmäßig um den Außenumfang des Statorteils verteilt und variabel, d. h. beispielsweise zur Ausbildung eines magnetischen Wanderfeldes, nacheinander bestrombar, d. h. mit Strom beaufschlagbar, und somit in ihrer Polung festlegbar, wobei jeweils zwei diametral gegenüberliegende Spulen gleichzeitig bestromt werden. Anschließend kann nach kurzer Bestromung dieser Spulen eine Umpolung oder ein Stromlosschalten erfolgen. Hierdurch wird das wandernde Magnetfeld erzeugt und ein Drehmoment auf das Rotorteil ausgeübt. Bei den Permanentmagneten handelt es sich vorzugsweise um Neodym-Magnete.Farther This design forms a large air passage area on the inside provided because only peripherally permanent magnets, both kept small in their axial and in their radial dimensions be necessary. Because of the permanent magnets in successive segments on the outer circumference of the rotor part are arranged, the total achievable torque with appropriate design the cooperating coils of the stator such that a relatively high air flow easily promoted by the air blades can be. The stator coils are even distributed around the outer circumference of the stator and variable, d. H. for example, to form a magnetic traveling field, can be energized one after the other, d. H. be acted upon with electricity, and thus fixable in their polarity, each with two diametrically opposite Coils are energized simultaneously. Then you can after a brief energization of these coils, a polarity reversal or a Stromlosschalten respectively. As a result, the migrating magnetic field is generated and a Torque applied to the rotor part. With the permanent magnets they are preferably neodymium magnets.

Die in der Regel als bürstenlose Gleichstrommaschinen ausgebildeten Antriebsmotoren können sensorgesteuert sein und besitzen dann Lagesensoren, die die Stellung des Rotors oder des Rotorteils detektieren, um in Abhängigkeit von der Lage des Rotorteils die Spulen des Statorteils schalten zu können. In Ausgestaltung detektieren vorzugsweise im Inneren des Antriebsmotors angeordnete Sensoren die Lage des Rotorteils, insbesondere des inneren Rotormagnetfeldes. Diese Positionsdetektion kann mittels magnetischer (Hall-Effekt-Sensoren, Feldplatten), elektrischer (Potentiometer) oder optischer Positionssensoren erfolgen.The usually trained as brushless DC machines Drive motors can be sensor-controlled and have then position sensors that determine the position of the rotor or the rotor part Detect, depending on the position of the rotor part To switch the coils of the stator can. In design preferably detect sensors arranged inside the drive motor the position of the rotor part, in particular the inner rotor magnetic field. This position detection can be done by means of magnetic (Hall effect sensors, field plates), electrical (potentiometer) or optical position sensors done.

Da die Sensoren die jeweils aktuelle Position des Rotorteils erfassen und diese Information zur Ansteuerung der Spulen des Statorteils verwendet wird, wird zweckmäßigerweise mittels der Sensoren die variable Magnetisierung der Spulen des Statorteils angesteuert.There the sensors detect the current position of the rotor part and this information for driving the coils of the stator is used, is conveniently by means of the sensors are driven by the variable magnetization of the coils of the stator part.

Es ist aber auch möglich, die Detektion der jeweils aktuellen Position des Rotorteils sensorlos mit Hilfe der jeweils entstehenden Gegenspannung vorzunehmen. Um aber eine auswertbare Gegenspannung entstehen zu lassen, ist eine bestimmte Mindestdrehzahl des Antriebsmotors erforderlich, was aber beispielsweise bei einem Kühler-Lüfter bzw. -Gebläse ohne weiteres der Fall ist, da dieser immer mit einer Mindestdrehzahl arbeitet, so dass hier regelmäßig die magnetische Gegenspannung ausgewertet werden kann. Die Erfindung sieht daher weiterhin vor, dass die variable Magnetisierung der Spulen des Statorteils sensorlos erfolgt.But it is also possible to make the detection of the respective current position of the rotor part sensorless with the help of each counter voltage. But in order to create an evaluable counter-voltage is a certain Required minimum speed of the drive motor, but for example in a radiator fan or blower readily the case, since it always works with a minimum speed, so that here regularly the magnetic reverse voltage can be evaluated. The invention therefore furthermore provides that the variable magnetization of the coils of the stator part takes place without a sensor.

Eine in einem Controller bzw. Regler angeordnete Ansteuerelektronik steuert die Spulen des Statorteils variabel nacheinander derart an, dass sich ein rotierendes äußeres Magnetfeld ergibt, das den Rotorteil bewegt. Hierbei stellt die Elektronik in der Regel einen Drehstromregler dar, wie er ähnlich auch in Frequenzumrichtern verwendet wird, weshalb es sich genau genommen bei einem solchen Antriebsmotor um eine Synchronmaschine handelt, die jedoch mittels der Umrichterelektronik mit Gleichspannung gespeist wird.A controls in a controller or controller arranged control electronics the coils of the stator in variable successively such that there is a rotating external magnetic field, which moves the rotor part. This is usually the electronics a three-phase controller, as it is similar in frequency converters is used, which is why it is actually one Drive motor is a synchronous machine, but by means of the converter electronics are supplied with DC voltage.

Vorzugsweise sind die am äußeren Statorteil angeordneten feststehenden Magnetspulen in einen Halterahmen, einer Luftführung oder das Gebläsegehäuse integriert oder an diesen angeordnet. Aufgrund der flachen Bauweise des durch den bürstenlosen Antriebsmotor angetriebenen Gebläses kann vorteilhafterweise der bürstenlose Antriebsmotor zwischen einen Kühler und einen Klimakondensator eines Kraftfahrzeugs integriert angeordnet sein.Preferably are the stationary arranged on the outer stator Magnetic coils in a holding frame, an air duct or the fan housing integrated or arranged on this. Due to the flat design of the brushless Drive motor driven blower can advantageously the brushless drive motor between a radiator and an air conditioning capacitor of a motor vehicle integrated be.

Von Vorteil ist es, den Antriebsmotor elektronisch anzusteuern. Nach einer Weiterbildung steuert ein eine Auswerteelektronik umfassender Controller die variabel magnetisierbaren Spulen zur Ausbildung eines wandernden äußeren Magnetfeldes an.From The advantage is to drive the drive motor electronically. To a development controls an evaluation electronics comprehensive Controller the variable magnetizable coils to form a wandering external magnetic field.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen verwendbar sind. Der Rahmen der vorliegenden Erfindung ist nur durch die Ansprüche definiert.It It is understood that the above and below to be explained features not only in the specified Combination, but also usable in other combinations. The scope of the present invention is limited only by the claims Are defined.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispieles unter Bezugnahme auf die zugehörige Zeichnung näher erläutert. Die einzige Figur der Zeichnung zeigt eine schematische Vorderansicht eines erfindungsgemäßen Gebläses.The Invention will be described below with reference to an embodiment with reference to the accompanying drawings closer explained. The sole figure of the drawing shows a schematic Front view of a blower according to the invention.

Ein bürstenloser Antriebsmotor 1 umfasst ein kreisförmiges, äußeres Statorteil 2 und ein als Innenläufer um eine Rotationsachse 3 drehbares Rotorteil 4. Das Rotorteil 4 weist in seiner Innenfläche an der Rotationsachse 3 angeordnete und zusammen mit dem Rotorteil 4 ro tierbare Luftschaufeln 5 auf. Am äußeren Umfang des Rotorteils 4 sind umlaufend in aufeinander folgenden Segmenten 11 Permanentmagnete 6 angeordnet, die, wie durch die Buchstaben „N” für Nordpol und „S” für Südpol angedeutet ist, in Umfangsrichtung unterschiedlich magnetisiert sind. Die Permanentmagnete 6 sind mechanisch mit den Luftschaufeln 5 drehfest verbunden, so dass ein auf die Permanentmagnete 6 ausgeübtes Drehmoment das Rotorteil 4 mit den Luftschaufeln 5 in Rotation versetzt. Außen auf dem Außenumfang des Statorteils 2 sind gleichmäßig über den Umfang verteilt variabel magnetisierbare Spulen 7, also Magnetspulen, angeordnet. Diese bilden die Statorwicklung 8 des Statorteils 2 aus.A brushless drive motor 1 comprises a circular, outer stator part 2 and one as an inner rotor about a rotation axis 3 rotatable rotor part 4 , The rotor part 4 points in its inner surface on the axis of rotation 3 arranged and together with the rotor part 4 Roofable air scoops 5 on. At the outer circumference of the rotor part 4 are circumferential in successive segments 11 permanent magnets 6 arranged, which, as indicated by the letters "N" for north pole and "S" for south pole, are magnetized differently in the circumferential direction. The permanent magnets 6 are mechanical with the air blades 5 rotatably connected, so that one on the permanent magnets 6 applied torque the rotor part 4 with the air blades 5 set in rotation. Outside on the outer circumference of the stator 2 are evenly distributed over the circumference variable magnetizable coils 7 , So magnetic coils arranged. These form the stator winding 8th of the stator part 2 out.

Weiterhin umfasst der bürstenlose Antriebsmotor 1 einen Regler bzw. Controller 9, der zur Ausbildung eines wandernden äußeren Magnetfeldes die variabel magnetisierbaren Spulen 7 gezielt ansteuert und/oder polt. Es wird immer zumindest ein Paar aus sich diametral gegenüberliegender Spulen 7 bestromt, so dass dann jede Spule 7 des Paares ein Magnetfeld ausbildet, das in Wechselwirkung mit dem jeweils an der jeweiligen Spule 7 anliegenden Permanentmagneten 6 tritt. Auf diese Weise werden die Spulen 7 der Reihe nach umlaufend variabel magnetisiert und es wird ein wanderndes äußeres Magnetfeld erzeugt. Hierdurch wird vom Statorteil 2 ein Drehmoment auf das Rotorteil 4 ausgeübt und letzteres in Rotationsbewegung versetzt. In nicht dargestellter Weise kann der bürstenlose Antriebsmotor 1 mit Sensoren ausgestattet sein, die die jeweils aktuelle Position des Rotorteils 4 detektieren, so dass dann mittels des Controllers 9 oder einer ergänzenden Auswerteelektronik die in Umfangsrichtung des Statorteils 2 gesehen aufeinander folgende Bestromung der Spulen 7, und damit die Ausbildung des magnetischen Wanderfeldes, bewirkt wird.Furthermore, the brushless drive motor comprises 1 a controller or controller 9 which, in order to form a traveling external magnetic field, the variably magnetizable coils 7 specifically controls and / or polt. There will always be at least one pair of diametrically opposed coils 7 energized, so then every coil 7 of the pair forms a magnetic field that interacts with each of the respective coil 7 adjacent permanent magnets 6 occurs. In this way, the coils become 7 in turn circulating variably magnetized and generating a traveling external magnetic field. This is from the stator 2 a torque on the rotor part 4 exercised and the latter put into rotational motion. In a manner not shown, the brushless drive motor 1 equipped with sensors that the current position of the rotor part 4 Detect so that then by means of the controller 9 or a supplementary transmitter in the circumferential direction of the stator 2 seen consecutive energization of the coils 7 , And thus the formation of the magnetic traveling field, is effected.

Es ist hierbei auch möglich, dass jeweils mehrere Spulen 7 in Form von Teilspulen zu einer Spule schaltungstechnisch zusammengefasst sind.It is also possible that in each case several coils 7 in the form of partial coils are combined to form a coil circuitry.

Zur Ausbildung eines Gebläses sind das Statorteil 2 und das Rotorteil 4 in und an einem Halterahmen 10 angeordnet, der das Statorteil 2 ortsfest hält und das Rotorteil 4 um die Rotationsachse 3 rotierbar lagert.To form a fan are the stator 2 and the rotor part 4 in and on a support frame 10 arranged, which is the stator part 2 holds stationary and the rotor part 4 around the axis of rotation 3 rotatably supports.

11
Antriebsmotordrive motor
22
Statorteilstator
33
Rotationsachseaxis of rotation
44
Rotorteilrotor part
55
LuftschaufelAn airfoil
66
Permanentmagnetpermanent magnet
77
SpuleKitchen sink
88th
Statorwicklungstator
99
Controllercontroller
1010
Halterahmenholding frame
1111
Segmentsegment

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • - DE 19800570 A1 [0003] - DE 19800570 A1 [0003]

Claims (7)

Gebläse mit Luftschaufeln (5) und einem bürstenlosen Antriebsmotor (1), umfassend ein variabel magnetisierbares Statorteil (2) und ein darin angeordnetes, mit den Luftschaufeln (5) verbundenes, permanent magnetisches kreisförmiges Rotorteil (4) mit am Rand der Luftschaufeln (5) angeordneten Permanentmagneten (6), dadurch gekennzeichnet, dass die Permanentmagnete (6) in Umfangsrichtung des innenlaufenden Rotorteils (4) in aufeinander folgenden Segmenten (11) unterschiedlich magnetisiert sind und das Statorteil (2) außen an seinem Umfang gleichmäßig verteilt eine Vielzahl von ein magnetisches Wanderfeld erzeugenden variabel magnetisierbaren Spulen (7) aufweist.Blower with air blades ( 5 ) and a brushless drive motor ( 1 ), comprising a variably magnetizable stator part ( 2 ) and with it, with the air blades ( 5 ) connected, permanently magnetic circular rotor part ( 4 ) with at the edge of the air blades ( 5 ) arranged permanent magnets ( 6 ), characterized in that the permanent magnets ( 6 ) in the circumferential direction of the inner rotor part ( 4 ) in successive segments ( 11 ) are magnetized differently and the stator part ( 2 ) on its circumference uniformly distributed a plurality of a magnetic traveling field generating variable magnetizable coils ( 7 ) having. Gebläse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass vorzugsweise im Inneren des Antriebsmotors (1) angeordnete Sensoren die Lage des Rotorteils (4), insbesondere des inneren Rotormagnetfeldes, detektieren.Blower according to claim 1, characterized in that preferably in the interior of the drive motor ( 1 ) sensors arranged the position of the rotor part ( 4 ), in particular the inner rotor magnetic field detect. Gebläse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Sensoren die variable Magnetisierung der Spulen (7) des Statorteils (2) angesteuerbar ist.Blower according to claim 1 or 2, characterized in that by means of the sensors, the variable magnetization of the coils ( 7 ) of the stator part ( 2 ) is taxable. Gebläse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die variable Magnetisierung der Spulen (7) des Statorteils (2) sensorlos erfolgt.Blower according to one of claims 1 to 3, characterized in that the variable magnetization of the coils ( 7 ) of the stator part ( 2 ) sensorless. Gebläse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die variabel magnetisierbaren Spulen (7) in oder an einem Halterahmen (10), einer Luftführung oder einem Gebläsegehäuse angeordnet sind.Blower according to one of claims 1 to 4, characterized in that the variably magnetizable coils ( 7 ) in or on a holding frame ( 10 ), an air guide or a blower housing are arranged. Gebläse nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der bürstenlose Antriebsmotor (1) zwischen einen Kühler und einen Klimakondensator eines Kraftfahrzeugs integriert angeordnet ist.Blower according to one of claims 1 to 5, characterized in that the brushless drive motor ( 1 ) is arranged integrated between a radiator and an air conditioning capacitor of a motor vehicle. Gebläse nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein eine Ansteuerungselektronik umfassender Controller (9) die variabel magnetisierbaren Spulen (7) zur Ausbildung eines wandernden äußeren Magnetfeldes ansteuert.Blower according to one of claims 1 to 6, characterized in that a control electronics comprehensive controller ( 9 ) the variably magnetizable coils ( 7 ) to form a traveling external magnetic field.
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