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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Lüfter in der Ausführung
eines Trommellüfters mit einem Lüftermotor, welcher
einen Stator und einen permanentmagnetischen Läufer aufweist,
dessen Permanentmagnete beabstandet zueinander angeordnet sind,
wobei die gleichartigen Pole zweier benachbarter Permanentmagnete
zueinander gerichtet sind, und mit einer Lüftertrommel,
die zumindest einen ersten und einen zweiten, insbesondere jeweils
endseitig der Lüftertrommel angeordneten, Trommelkranz mit
dazwischen angeordneten Lamellen oder Schaufeln aufweist, wobei
die Lüftertrommel die Permanentmagnete trägt und
den Läufer des Lüftermotors bildet, und der Stator
ein Doppelspulenstator ist, der die Permanentmagnete umgreift. Weiterhin
betrifft die Erfindung einen Elektromotorischen Antrieb, insbesondere
als Lüftermotor für einen erfindungsgemäßen
Trommellüfter.
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Gegenstand
der Anmeldung ist insbesondere der elektromotorische Direktantrieb
der Lüftertrommel, die Gestaltung und konstruktive Anordnung der
Motorkomponenten sowie die Herstellung der Lüftereinheit.
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Trommellüfter
gewinnen als dezentrale Klimageräte zur Belüftung
und Klimatisierung von Wohn- und Büroräumen gegenüber
zentralen, fest installierten Klimaanlagen zunehmend an Bedeutung. Sie
stellen kompakte Kleingeräte dar, die flexibel einsetzbar,
vergleichsweise preiswert und im Bedarfsfall ohne aufwendige Reparaturen
schnell und kostengünstig ersetzbar sind.
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Trommellüfter
dienen dabei zum Transport insbesondere thermisch aufbereiteter
Luft in im Wesentlichen radialer Richtung, so dass sie auch als
Radiallüfter bezeichnet werden. Sie werden elektromotorisch
angetrieben, wobei die Lüftereinheit eine selbständige
Einheit darstellt, die mechanisch mit der rotierenden Komponente
des Elektromotors verbunden ist.
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Für
eine bedarfsgerechte Anpassung der Lüfterleistung verfügen
Trommellüfter häufig über drehzahlveränderbare
Antriebe, mittels derer die Drehzahl des Motors und damit die vom
Lüfter transportierte Luftmenge stufenweise oder kontinuierlich einstellbar
ist. Es ist bekannt, Trommellüfter mit Asynchronmotoren
oder EC-Motoren anzutreiben. Bei Ausführungen mit einphasigem
Asynchronmotor mit Kondensatorhilfsstrang wird die Drehzahl des Trommellüfters
meist stufenweise über Wicklungsanzapfungen eingestellt.
Für eine kontinuierliche Drehzahleinstellung bei gleichzeitig
höherer Energieeffizienz, werden zunehmend EC-Motoren eingesetzt,
die über einen motorgetakteten Umrichter gespeist werden.
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Für
ein angemessenes Wohlbefinden der im Raum befindlichen Personen
ist es von Bedeutung, dass das gesamte Lüfteraggregat bestehend
aus Lüftermotor und Lüftertrommel geräuscharm
arbeitet. Neben den Strömungsgeräuschen sind daher
insbesondere auch mechanisch und elektromagnetisch erregte Geräusche
zu minimieren. Bei den bekannten Ausführungen von Trommellüftern
bildet der stets vorhandene Läufer ein mechanisches Konstruktionselement,
welches erheblich zu den Produktionskosten des Trommellüfters
einerseits sowie zu der Masse der rotierenden Teile und zu der damit
einhergehenden Geräuschemission andererseits erheblich beiträgt.
Weiterhin ist bei Trommellüftern mit den genannten herkömmlichen
Antrieben festzustellen, dass diese aufgrund Ihrer Rastmomente ebenfalls unangenehme
Geräusche erzeugen.
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In
der deutschen Patentanmeldung
DE
10 2007 044 176.4 ist ein Antriebskonzept für
einen Trommellüfter beschrieben, mittels welchem die elektromagnetisch
bedingten Geräusche bei dem Lüfter minimiert werden
können. Dieses Antriebskonzept umfasst einen Doppelspulenstator
und einen permanentmagnetischen Läufer, dessen Permanentmagnete
unter Ausbildung von Lücken beabstandet zueinander angeordnet
sind, wobei die gleichartigen Pole zweier benachbarter Permanentmagnete
zueinander gerichtet sind, und der Doppelspulenstator die Permanentmagnete
umgreift. Die vorliegende Erfindung bezweckt die Weiterentwicklung
dieses Motorkonzepts. Aufgrund der Lücken zwischen den
Permanentmagneten kommt es zu einem magnetischen Streufluss, welcher
wiederum zu einer geringen Aktivteilausnutzung führt.
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Es
ist daher Aufgabe der Erfindung, das aus der
DE 10 2007 044 176.4 bekannte
Antriebskonzept weiterzubilden und ein elektromotorisches Antriebskonzept
für einen Trommellüfter und einen entsprechenden
Trommellüfter bereitzustellen, bei dem die Aktivteilausnutzung
erhöht ist, so dass ein verbesserter Wirkungsgrad und eine
hohe Antriebsleistung bei geringem Verbrauch erzielt wird.
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Diese
Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 14
gelöst.
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Diese
Aufgabe wird dadurch gelöst, dass zwischen den Permanentmagneten
magnetisch leitfähige Brückenelemente angeordnet
sind, so dass keine Lücken zwischen den Permanentmagneten
bestehen.
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Die
Lücken zwischen den Permanentmagneten gemäß der
bekannten Ausführungsvariante führen dazu, dass
eine Konzentration der Radialkomponente der magnetischen Flussdichte,
die bei diesem Motorkonzept genutzt wird, an den Magnetenden, d. h.
in der Nähe der Magnetpole vorliegt. Der Austrittsbereich
ist hier klein aber stark ausgebildet. Das Ausfüllen der
Lücken durch Brückenelemente bewirkt zum einen
eine gleichmäßigere Verteilung der Austrittsfläche
des magnetischen Flusses in Radialrichtung entlang des Abstands
zwischen zwei Permanentmagneten. Dies führt zu einer Verminderung
der Oberwellenanteile in der Feldverteilung, was sich wiederum positiv
auf die magnetische Ausnutzung und die Laufruhe des Antriebs auswirkt.
Zum anderen verkürzt das Brückenelement, das magnetisch um
ein vielfaches leitfähiger ist als Luft, die Weglänge des
Flusses von Pol zu Pol. Dadurch kann der magnetische Fluss im Bereich
der Lücken in seiner Radialkomponente gestärkt
werden, in dem die Austrittsfläche aus dem Brückenelement
stärker radial ausgerichtet wird. Ein Brückenelement
bewirkt damit, dass die Radialkomponente der magnetischen Flussdichte über
die gesamte axiale Länge eines Brückenelementes
und damit über die gesamte Breite des Abstandes zwischen
zwei benachbarten Permanentmagneten im Wesentlichen gleichmäßig
ist. Der Austrittsbereich des magnetischen Flusses ist durch die Brückenelemente
vergrößert, so dass sich eine kürzere
Weglänge vom Nordpol eines Permanentmagneten zu dessen
Südpol durch die Luft ergibt. Hierdurch wird die radiale
Feldführung verbessert und die Aktivteilausnutzung erhöht.
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Ein
mit einem derartigen Antrieb ausgebildeter Lüftermotor
kann funktional in die Lüftereinheit derart integriert
werden, dass ein kompaktes mechatronisches System vorliegt, wobei
die Lüftertrommel dabei direkt angetrieben wird. Durch
einen derartigen Direktantrieb der Lüftertrommel entsteht
eine mechanisch steife und kompakte Gebläseeinheit. Die
Motorfunktion wird durch ein Statormodul und ein Magnetmodul realisiert,
welche in einfacher Form kompakt und kostengünstig gefertigt
und leicht montiert werden kann. Der aktive Teil eines konventionellen Läufers,
d. h. die Anordnung der für die Bildung des Drehmoments
verantwortlichen Permanentmagnete, stellt dabei einen konstruktiven
Bestandteil der Lüftertrommel dar. Die Permanentmagnete
sind erfindungsgemäß derart an der Lüftertrommel
angeordnet oder in derselben integriert, dass die Lüftertrommel
selbst den Läufer des Trommellüfters bildet, welcher
in derartiger Bestückung das Magnetmodul bildet. Auf diese
Weise wird ein zusätzliches Bauteil, nämlich ein
separater Läufer eingespart. Die Kosten für die
Herstellung des Läufers können damit vermieden
werden. Darüber hinaus wird durch das Weglassen des konventionellen
permanentmagnetischen Läufers die rotierende Masse des
Lüfteraggregats reduziert, so dass eine geringere Geräuschemission erreicht
wird. Der kompakte Aufbau des Trommellüfters führt
daher zu einem leisen und schwingungssteifen Betrieb.
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Für
den elektromotorischen Antrieb des Trommellüfters werden
erfindungsgemäß Drehfeld-Motorkonzepte verwendet,
wobei der Stator das Drehfeld-Wicklungssystem trägt. Er
ist dabei vorzugsweise Bestandteil der Gehäusekonstruktion,
insbesondere drehfest mit dieser verbunden. Die Permanentmagnete
können von Seltenerdmagneten gebildet sein.
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Erfindungsgemäß ist
der Stator als Doppelspulenstator in der Art eines Linearmotors
ausgebildet, wie er aus der
deutschen
Patentanmeldung 10 2006 022 773.5 bekannt ist. Derartige
Motorkonzepte sind ”eisenlose” Konzepte und weisen
daher ein geringeres Aktivteilgewicht auf. Sie verfügen über
eine höhere Drehmomentdichte, so dass sie für
die Aufbringung gleicher Antriebskraft verglichen mit konventionellen
Motorsystemen eine geringere Stromaufnahme benötigen, und
daher auch einen höheren Wirkungsgrad besitzen als bisher
eingesetzte Asynchronkonzepte. Bei einem eisenlos ausgeführten Doppelspulenstator
werden Rastmomente infolge von elektromagnetischen Randeffekten
vermieden. Dadurch wird die elektromechanisch bedingte Geräuschemission
des Trommellüfters erheblich reduziert. Der Doppelspulenstator
ist derart ausgebildet, dass er die Permanentmagnete umgreift.
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Die
Permanentmagnete können in dieser Ausführungsvariante
vergleichsweise dick gegenüber ihrer Länge und
Breite ausgeführt sein. Ferner können die Permanentmagnete
derart angeordnet sein, dass ihre Nord- Südpole jeweils
entgegengesetzt tangential zueinander gerichtet sind, d. h. deren Magnetisierung
tangential verläuft, so dass in Umfangsrichtung abwechselnd
jeweils die Nordpole zweier benachbarter Permanentmagnete und die Südpole
zweier benachbarter Permanentmagnete zueinander hinweisen.
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Die
Lüftertrommel kann zylindrisch mit Lamellen oder Schaufeln
ausgebildet sein, deren Längsachsen sich parallel zur Läuferachse
erstrecken, wobei als Längsachse die Erstreckung der Lamellen
oder Schaufeln in Richtung der Rotationssymmetrieachse der zylindrischen
Läufertrommel zu verstehen ist. Im Falle der Lamellen ist
deren Rücken um einen Winkel gegenüber der Tangente
gekippt. Weiterhin können die Lamellen auch gegenüber
der Läuferachse in axialer Richtung von einem axialen Ende
zum anderen Ende um einen geringen Winkel verdreht angeordnet sein.
Der Winkel, um welchen die Lamellenrücken der Lamellen
gegenüber der Tangente an den zylinderförmigen
Querschnitt der Lüftertrommel gekippt ist, kann unveränderbar
sein oder manuell oder elektromechanisch eingestellt werden. Der
von der rotierenden Lüftertrommel erzeugte Luftstrom kann
dadurch in seiner Menge zusätzlich eingestellt werden.
Im Falle der Schaufeln sind diese in radialer Richtung nach außen
gewölbt ausgebildet.
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Alternativ
kann die Lüftertrommel Lamellen oder Schaufeln aufweisen,
deren Längsachsen gegenüber der Läuferachse
um einen Winkel nach außen gekippt sind, so dass sich die
Lamellen oder Schaufeln in Richtung der Läuferachse zunehmend nach
außen erstrecken. Die Lüftertrommel erhält
dadurch eine konische Form, so dass der erfindungsgemäße
Trommellüfter als Diagonalventilator eingesetzt werden
kann.
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Erfindungsgemäß können
die Permanentmagnete auf oder in der Lüftertrommel angeordnet sein,
wobei sie entweder auf der Oberfläche der Lüftertrommel
angeordnet, insbesondere aufgeklebt oder durch geeignete Strukturen
auf der Lüftertrommel, wie beispielsweise Ausnehmungen
oder Rasthaken, haltend eingefasst sein können, oder in
die Lüftertrommel integriert, insbesondere mit ihr vergossen
oder verspritzt sein können. In letzterem Fall können
die Permanentmagnete zumindest teilweise in der Lüftertrommel
einliegen.
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Die
Lüftertrommel kann aus einem amagnetischen Material, beispielsweise
rostfreiem Stahl oder Kunststoff gefertigt sein. Dies hat den Vorteil,
dass Lüftertrommel und Magnetanordnung in einem Arbeitsgang,
zum Beispiel einem Kunststoffspritzvorgang, produziert werden können.
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Die
Permanentmagnete können umfänglich unter Bildung
einer Magnetspur auf der Lüftertrommel aufgebracht oder
in diese integriert sein. Im Falle einer Aufbringung auf den Innenumfang
der Lüftertrommel ist der Stator innerhalb der Lüftertrommel angeordnet.
Er bildet somit einen Innenstator mit außenumfänglich
umlaufendem Lüftertrommelläufer. Im Falle einer
Aufbringung der Magnetspur auf den Außenumfang der Lüftertrommel
ist der Stator außerhalb der Lüftertrommel angeordnet.
Er bildet somit einen Außenstator mit innerhalb desselben
rotierendem Lüftertrommelläufer. Durch die Verwendung
von Permanentmagneten und die kompakte Realisierung der Statormodule
ist die Energieeffizienz vergleichsweise hoch.
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Die
Permanentmagnete können zumindest auf oder in einigen Lamellen
oder Schaufeln oder auf oder in zumindest einer der Trommelkränze
aufgebracht bzw. integriert sein. Vorzugsweise sind die Permanentmagnete
am axialen Ende der Lüftertrommel oder im Bereich deren
axialer Mitte umfänglich angeordnet.
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In
einer bevorzugten Ausführungsvariante kann der Stator auch
derart ausgebildet sein, dass er sich nur über einen Teil
der axialen Länge der Lüftertrommel erstreckt.
Damit ist gewährleistet, dass ein hohes Lufttransportsvolumen
erreicht wird, da derjenige Teil der axialen Länge der
Lüftertrommel, in den sich der Stator nicht erstreckt,
quasi einen Hohlzylinder bildet, wodurch die von den rotierenden
Lamellen oder Schaufeln verdrängte Luft ungehindert nachfließen
kann. Dabei kann der Stator vorzugsweise stirnseitig oder in etwa
mittig der axialen Länge der Lüftertrommel angeordnet
sein,
Der Stator kann segmentiert ausgeführt sein,
d. h. aus mehreren baugleichen Segmentabschnitten zusammengesetzt
sein, wodurch die Fertigung insbesondere bei großen Trommellüftern
vereinfacht wird. Durch die segmentierte Bauweise ist es auch möglich,
dass sich der Stator nur über einen Teil des Lüftertrommelumfangs
erstreckt. Insbesondere kann der Stator durch zwei oder mehr Segmente
gebildet sein, die beabstandet von einander symmetrisch entlang des
Lüftertrommelumfangs angeordnet sind.
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Der
erfindungsgemäße elektromotorischer Antrieb zeichnet
sich durch einen permanentmagnetischen Läufer, dessen Permanentmagnete
beabstandet zueinander angeordnet sind, wobei die gleichartigen
Pole zweier benachbarter Permanentmagnete zueinander gerichtet sind,
und einen Doppelspulenstator aus, der die Permanentmagnete umgreift,
wobei zwischen den Permanentmagneten magnetisch leitfähige
Brückenelemente angeordnet sind. Dieses Motorkonzept ist
besonders laufruhig und erzeugt minimale elektromagnetische Geräusche.
Es ist daher besonders als Lüftermotor für den Antrieb
eines Trommellüfters geeignet. Das erfindungsgemäße
Motorkonzept kann jedoch auch unabhängig von der konkreten
Applikation des Trommellüfters grundsätzlich für
alle Anwendungen eines Doppelspulenaktors verwendet werden.
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Der
Läufer kann entsprechend einer Motorpolpaarzahl p, 2p Permanentmagnete
aufweisen. Über die Wahl einer geeigneten Polpaarzahl kann
die Drehzahl und das Drehmoment beeinflusst werden, wobei die Drehzahl
umso geringer ist und das Drehmoment umso höher ist, je
höher die Polpaarzahl gewählt wird.
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Die
Brückenelemente können aus einem SMC-Werkstoff
(SMC, soft-magnetic-composite) gebildet sein. SMC-Werkstoffe stellen
ein Gemisch aus Eisenpulver, das mit einer Isolierschicht versehen wird,
und Kunststoff dar. Je nach produktspezifischer Zusammensetzung
können SMC-Werkstoffe gespritzt oder gepresst und gesintert
werden. Aus SMC hergestellte Brückenelemente sind für
eine 3-dimensionale Magnetfeldführung ideal geeignet. Alternativ zur
Herstellung der Brückenelemente aus SMC-Werkstoff könnten
die Brückenelemente auch aus Ferrit gefertigt werden. Da
die Ferrit-Kosten jedoch deutlich über den Kosten von SMC
liegen, sind bevorzugt Brückenelemente aus einem SMC-Werkstoff
zu verwenden.
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Für
den Antrieb der Lüftertrommel eines Trommellüfters
können die Permanentmagnete und die Brückenelemente
eine geschlossene Ringanordnung bilden, so dass die so gebildete
Magnetspur auf die zylindrische oder konische Lüftertrommel
aufgebracht werden kann.
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Gemäß dieser
Ringanordnung weist der Läufer entsprechend einer Motorpolpaarzahl
p, dieselbe Anzahl Brückenelemente wie Permanentmagnete,
d. h. 2p Brückenelemente auf.
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Die
Permanentmagnete und die Brückenelemente können
im Querschnitt rund ausgebildet sind. Dies vereinfacht die Herstellung
die Herstellung des Antriebs, insbesondere des Stators, da die Statorwicklungen
einfacher gelegt werden können.
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Zur
Befestigung der Permanentmagnete und der Brückenelemente
an der Lüftertrommel können diese in eine Ausformung
der Lüftertrommel des Trommellüfters herausnehmbar
formschlüssig eingesetzt sein. Dies vereinfacht die Montage
der Permanentmagnete und der Brückenelemente an der Lüftertrommel.
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Die
Ausformung kann insbesondere stirnseitig der Lüftertrommel
ausgebildet sein. Dadurch wird in radialer Richtung kein zusätzlicher
Bauraum für den Antrieb benötigt.
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Die
Befestigung der Permanentmagnete und der Brückenelemente
in der Ausnehmung kann durch eine Verrasterung erfolgen. Vorzugsweise kann
die Ausformung jedoch im Querschnitt im Wesentlichen teilkreisförmig
sein, wobei in Einsetzrichtung der Permanentmagnete vorstehende
Seitenschenkel der Ausformung länger als der Radius der Permanentmagnete
sind. Hierdurch wir ein sicherer Halt der Permanentmagnete und der
Brückenelemente in der Ausnehmung gewährleistet.
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Weitere
Ausprägungen und Merkmale der Erfindung können
den Figuren und der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsvarianten
entnommen werden, deren Merkmale auch miteinander kombiniert werden
können. Es zeigen:
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1:
herkömmlicher Trommellüfter in Radialanordnung
mit Vollstator und Außenläufer
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2:
Trommellüfter in Tangentialanordnung mit stirnseitigem
Doppelspulenstator
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3:
Querschnitt des Trommellüfters nach 2
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4:
Trommellüfter in Tangentialanordnung mit Doppelspulenstator
in axialer Mitte der Lüftertrommel
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5:
Magnetisierung der Permanentmagnete bei Tangentialanordnung
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6:
Tangentialanordnung nach 4 mit rundem Querschnitt der
Permanentmagnete
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7:
Tangentialanordnung nach 4 mit rechteckigem Querschnitt
der Permanentmagnete
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8:
Lüftertrommel eines Diagonalventilators mit Magnetring
und Doppelspule
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9:
Axialschnitt des Diagonalventilators nach 8 mit zwei
Doppelspulen
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10:
dreidimensionale Darstellung der an der Lüftertrommel angeordneten
Magnetspur sowie die umfassenden Doppelspulen
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11:
Aktivteil nach dem Doppelspulenaktor-Konzept in der Abwicklung
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12:
Grundsätzliche Anordnung der Brückenelemente zwischen
den Magnetelementen
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13:
Geschlossene Anordnung der Magnetsegmente mit Brückenelementen
im Fall der kreisrunden Ausführung von Magnetsegment und Brückensegment
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14:
Montage der Magnetsegmente sowie der Brückensegmente
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1 zeigt
einen bekannten Trommellüfter 1 in Außenläuferbauweise.
Der Stator 2 ist als Innenstator ausgebildet, um welchen
außenumfänglich die Lüftertrommel 3 rotiert.
Bei dieser Grundausführung überdeckt der Stator 2 den
gesamten Innenumfang der Lüftertrommel 3. Diese
weist an ihren axialen Enden jeweils einen ringförmigen
Trommelkranz 4 auf, an denen die zur Rotationsachse parallel
angeordneten Lamellen 5 einstückig angeformt sind,
so dass sie sich zwischen den Trommelkränzen 4 erstrecken. Zur
Verstärkung der Steifigkeit der Lüftertrommel 3 können
erfindungsgemäß weitere Trommelkränze vorgesehen
werden. Trommelkränze 4 und Lamellen 5 bilden
in ihrer Gestalt einen Käfig. Die Lamellen 5 weisen
einen von der Lüftertrommel 3 abgewandten Lamellenrücken 6 auf,
der in einer Ebene liegt, die verglichen zu einer Tangentialebene
an die zylindrische Lüftertrommel 3 um einen Winkel
von ca. 30° gekippt ist.
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Die
Permanentmagnete 8 sind in Radialbauweise vergleichsweise
dünn gegenüber ihrer Breite in Umfangsrichtung
und ihrer Länge in axialer Richtung ausgebildet und in
Gestalt einer Magnetspur auf der Innenseite der Lüftertrommel 3 umfänglich
an ihrem axialen Anfang, insbesondere an ihrem vorderen Trommelkranz 4 angeordnet.
Folglich erstreckt sich der Stator 2 nur teilweise in die
Lüftertrommel 3 hinein entsprechend der Länge
der Permanentmagnete 8. Diese sind radial und entsprechend
der Grundpolpaarzahl p des Stators 2 in bekannter Weise
magnetisiert.
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Gemäß der
2,
3,
4,
10 und
11 ist
die gattungsgemäße Motorantriebseinheit als Linearmotor
gemäß der deutschen Patentanmeldung
DE 10 2006 022 773.5 derart ausgeführt,
dass der Stator von einem Doppelspulenstator
9, auch Doppelspulenaktor
genannt, gebildet ist. Bei diesem Antriebsprinzip sind die Permanentmagnete
8 derart angeordnet,
dass ihre Nord- Südpole jeweils entgegengesetzt tangential
zueinander gerichtet sind, d. h. deren Magnetisierung tangential
verläuft und die gleichartigen Pole zweier benachbarter
Permanentmagnete
8 zueinander gerichtet sind, so dass in
Umfangsrichtung alternierend jeweils die Nordpole zweier benachbarter
Permanentmagnete
8 und die Südpole zweier benachbarter
Permanentmagnete
8 zueinander hinweisen. Eine solche Anordnung
der Permanentmagnete
8 mit tangentialer Feldführung
ist in
5 und
11 in
von der Mantelfläche der Lüftertrommel
3 abgewickelter
Form dargestellt.
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Die
Permanentmagnete 8 können stirnseitig an einem
Trommelkranz 4 gemäß 2,
innen oder außen umfänglich an einem Trommelkranz 4 oder
an den Lamellen 5 gemäß 4 oder
an beliebiger Stelle in axialer Richtung vorzugsweise in etwa axialer Mitte
der Lüftertrommel 3 außenumfänglich
auf einem Trommelkranz 4 oder den Lamellen 5 gemäß 4 an-
oder aufgebracht sein. Der Stator 9 weist in der Ausführungsvariante
nach 2, 3, 4 und 10 ein
U-förmiges, in 11 ein
hufeisenförmiges Querschnittsprofil auf, so dass der Stator 9 die
Permanentmagnete 8 derart umgreift, dass sie zwischen den
beiden Profilschenkeln liegen. Der Stator 9 ist damit bei
Anordnung der Permanentmagnete 8 stirnseitig der Lüftertrommel 3 gemäß 2 ebenfalls
stirnseitig derselben angeordnet, so dass sich der radial äußere
Profilschenkel des Stators 9 am Außenumfang der
Lüftertrommel 3 in axialer Richtung derselben
erstreckt und der radial innere Profilschenkel am Innenumfang der
Lüftertrommel 3 in axialer Richtung derselben
erstreckt. Demgegenüber erstrecken sich die Profilschenkel
des Stators 9 bei der Ausführungsvariante nach 5 radial
zur Rotationsachse.
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In
einer besonderen Ausführungsvariante gemäß 4 ist
der Stator 2 in Segmentbauweise ausgeführt, wobei
mehrere Segmente den Stator 2 bilden können, der
sich über den gesamten Umfang der Lüftertrommel 3 erstreckt.
Gemäß 4 kann sich der Stator 2 auch
nur über einen Teil des Umfangs, hier des Außenumfangs,
erstrecken.
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In
einer nicht dargestellten Ausführungsvariante kann der
Trommellüfter 1 einen Innenstator 2 und
eine außerhalb desselben rotierende Lüftertrommel 3 aufweisen.
Die aus den Permanentmagneten 8 gebildete Magnetspur ist
in diesem Fall am Innenumfang der Lüftertrommel 3 ringförmig
angeordnet. Die Permanentmagnete 8 können dabei
ebenfalls an einem axialen Ende der Lüftertrommel 3 oder
wie in der 4 zum Außenstator dargestellt
in der axialen Mitte der Lüftertrommel 3 umfänglich
angeordnet sein. Hierzu kann ein entsprechender dritter Trommelkranz 4 vorgesehen
werden, über den die Lamellen 5 miteinander in
Verbindung stehen.
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Der
fest mit dem Trommellüftergehäuse verbundene Innenstator
kann ebenfalls als Vollstator oder Segmentstator ausgebildet sein,
wobei sich im Falle einer segmentierten Statorbauweise der Stator 2 auch
nur über einen Teil des Umfangs, insbesondere des Innenumfangs
erstrecken kann. Beispielhaft ist in 2 ein Stator
mit einer Umfangserstreckung von ca. 180°, in 4 mit
einer Umfangserstreckung von ca. 90° dargestellt. Die Umfangslänge
eines Statorsegments kann jedoch auch beliebig anders gewählt
werden.
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Der
Stator 9 weist mindestens zwei Wicklungsspulen auf, die
jeweils in einer solchen Länge und in einem solchen Abstand
in Umfangsrichtung betrachtet hintereinander angeordnet sind, dass
die Abstände zwischen benachbarten Permanentmagneten 8 jeweils überbrückt
werden können, wodurch aufgrund der mit den Wicklungsspulen
erzeugten magnetischen Felder jeweils in Zusammenwirkung mit den
Permanentmagneten 8 ausreichende Zug- und Druckkräfte
erzeugt werden. Die Wicklungsspulen werden dabei derart bestromt
und umgepolt, dass jeweils ein Permanentmagnet 8 in Rotationsrichtung in
eine Wicklungsspule hineingezogen wird und nach Überschreiten
des Totpunktes, d. h. wenn sich die von der Wicklungsspule erzeugten
Zug- und Druckkräfte auf den Permanentmagneten 8 gegeneinander aufheben,
das Magnetfeld in die andere Richtung weist, so dass der entsprechende
Permanentmagnet 8 wieder aus der Wicklungsspule in Rotationsrichtung
herausgedrückt wird. Der Stromfluss zweier benachbarter
Spulen ist in 11 durch Pfeile angedeutet.
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Die
Wicklungsspulen des Stators 9 und die Permanentmagnete
können einen runden Querschnitt gemäß 6 und 11 oder
einen rechteckigen Querschnitt gemäß 7 aufweisen,
wobei der Stator 9 zur Lüftertrommel 3 bzw.
zu dem die Permanentmagnete 8 tragenden Trommelkranz 4 hin
geöffnet ist. In einer weiteren Ausführungsvariante
kann der Stator 9 als Segmentstator ausgebildet sein. Dieser
kann sich durch Zusammensetzen mehrerer Statorsegmente über
den gesamten Umfang oder nur über einen Teil des Umfangs
der Lüftertrommel 3 erstrecken.
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Der
Doppelspulenstator 9 ist komplett eisenlos ausgeführt,
so dass Rastmomente infolge von magnetischen Randeffekten weitestgehend
vermieden werden. Er kann besonders kompakt dadurch ausgeführt
werden, dass die Anordnung der Doppelspulen mit einer Kunststoffumspritzung
versehen wird. Auch die auf der Lüftertrommel 3 angeordneten Permanentmagnete 8 können
als eine Einheit kompakt aus Kunststoff vergossen oder verspritzt
werden. Die Lüftertrommel 3 ist dabei aus einem
amagnetischen Material, insbesondere Metall oder Kunststoff gefertigt,
so dass die Anordnung bestehend aus Lüftertrommel 3 und
Permanentmagneten 8 in einem Arbeitsgang, beispielsweise
in einem Kunststoffspritzvorgang, hergestellt werden können.
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8 und 9 zeigen
eine Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen
Trommellüfters 1 mit einer konischen Lüftertrommel 3.
Zwischen den Trommelkränzen 4 sind Schaufeln 5a angeordnet, deren
Längsachsen gegenüber der Läuferachse
um einen Winkel von ca. 30° gekippt sind. Dadurch erstrecken
sich die Flügel 5a in axialer Richtung aus der
Sicht des vorderen Trommelkranzes 4 zunehmen nach außen.
Der vordere Trommelkranz 4 ist scheibenförmig
ausgeprägt und bildet einen Flansch, auf dem ein Magnetring 8' zentral
angeordnet ist.
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Der
Magnetring 8' ist durch einen ringförmigen Träger 8'' gebildet,
auf dem stirnseitig entlang seines gesamten Umfangs eine Vielzahl
Permanentmagnete 8 angeordnet ist, wobei die Permanentmagnete 8 in
Umfangsrichtung derart magnetisiert sind, dass ihre Nord- Südpole
jeweils entgegengesetzt tangential zueinander gerichtet sind. Die
ringförmige Anordnung der Permanentmagnete 8 wird
von einem Doppelspulenstator 9 mit einer Vielzahl von Doppelspulen
umgriffen. In 8 ist beispielhaft eine Doppelspule
dargestellt, wohingegen in 9 zwei sich diametral
gegenüberliegende Doppelspulen 9 gezeigt sind.
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10 zeigt
eine dreidimensionale Darstellung der an der Lüftertrommel
angeordneten ringförmigen Magnetspur aus Permanentmagneten 8 sowie diese
umfassenden Doppelspulen 2a, 2b, 2c.
Die Permanentmagnete 8 dieses elektromotorischer Antriebs
sind beabstandet zueinander unter Ausbildung von Lücken
angeordnet, wobei die Doppelspulen 2a, 2b, 2c die
Permanentmagnete 8 umgreifen.
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11 zeigt
das Läuferaktivteil in der Abwicklung. Die dort gezeigten
Doppelspulen 2a, 2b sind hufeisenförmig
ausgebildet. Die Anordnung der Permanentmagnete 8 ist derart,
dass die gleichartigen Pole zweier benachbarter Permanentmagnete 8 zueinander
gerichtet sind. Die Permanentmagnete 8 sind auf einem Träger 13 befestigt.
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12 zeigt
eine erfindungsgemäße Weiterbildung des Doppelspulenaktors
in abgewickelter Darstellung. Zwischen den Permanentmagneten 8 sind
magnetisch leitfähige Brückenelemente 10 angeordnet.
Dies bewirkt eine Verbesserung der radialen Feldführung
und damit eine Steigerung der Aktivteilausnutzung. Die Brückenelemente 10 sind
aus einem SMC-Werkstoff gefertigt. Die SMC-Brückenelemente 10 können
grundsätzlich als ”Schüttgut” vorgefertigt
oder, ähnlich wie die Seltenerd-Magnetsegmente 8,
als Zukaufteil bezogen werden.
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13 zeigt
eine geschlossene Anordnung der Permanentmagnete 8 und
der Brückenelemente 10 im Fall eines kreisrunden
Querschnitts. Die Oberfläche der Anordnung bildet einen
Torus.
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14 zeigt
eine mögliche Montage der Permanentmagnete 8 und
der Brückenelemente 10. Die Permanentmagnete 8 und
die Brückenelemente sind in eine Ausformung 11 herausnehmbar
formschlüssig eingesetzt respektive unverlierbar eingedrückt. Die
Ausformung 11 ist in einem Träger 13 vorgesehen,
der Teil der Lüftertrommel 3 des Trommellüfters 1 ist.
Die Ausformung 11 ist im Querschnitt teilkreisförmig,
wobei in Einsetzrichtung der Permanentmagnete vorstehende Seitenschenkel 12 der
Ausformung 11 länger als der Radius der Permanentmagnete 8 sind.
Die Einsetzrichtung ist durch einen Pfeil dargestellt. Die Ausformung
zur Aufnahme der Magnetsegmente 8 sowie der SMC-Brückensegmente 10 kann an
der Stirnseite der aus Kunststoff gespritzten Lüftertrommel
vorgesehen sein. Ein weiterer Verguss der Magnetspur 8, 10 kann
entfallen, da die SMC-Brückensegmente 10 aufgrund
der nun geschlossenen Anordnung gemäß 13 das
Lüfterrad auch bzgl. der Luftreibungsverluste verbessern.
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Alternativ
kann jedoch mit finaler Verguss der Magnet- und SMC-Brückensegmente 8, 10 erfolgen, so
dass sichergestellt ist, dass diese nicht aus der Ausnehmung 11 herausfallen.
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In
einer dritten Variante kann in einem ersten Arbeitsgang ein Blisterring
aus Kunststoff gespritzt oder als ”Schüttgut” fremdbezogen
werden, der allein zur Aufnahme der Magnetsegmente 8 sowie
der SMC-Brückenelemente 10 dient. Dieser Blisterring kann
durch hineindrücken der Magnetsegmente 8 und SMC-Brückensegmente 10 bestückt
werden. Der bestückte Blisterring kann in einem zweiten
Arbeitsgang in die Spitzgussform für die Lüftertrommel eingelegt
und die komplette Lüftertrommel gespritzt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102007044176 [0007, 0008]
- - DE 102006022773 [0014, 0049]