DE102009015770B4 - Fan device - Google Patents
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Abstract
Lüftervorrichtung, mitzumindest einem Elektromotor (2) zum Antreiben eines Lüfterrads (6),einer Steuerungseinheit (18) zur Steuerung des Elektromotors (2),einem ersten Gehäuse (3) zur Aufnahme des Elektromotors (2), undeinem zweiten Gehäuse (13) zur Aufnahme der Steuerungseinheit, wobei der zumindest eine Elektromotor (2) ein Kommutatormotor mit Bürsten (10) ist, und das zweite Gehäuse (13) vollständig geschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Gehäuse (13) derart in das erste Gehäuse (3) eingesetzt ist, dass im eingesetzten Zustand das zweite Gehäuse teilweise aus dem ersten Gehäuse herausragt, und das zweite Gehäuse (13) einen äußeren Gehäuseteil (13a), der aus dem ersten Gehäuse (3) herausragt, und einen inneren Gehäuseteil (13b) aufweist, der sich im Inneren des ersten Gehäuses befindet,wobei das zweite Gehäuse (13) derart in das erste Gehäuse (3) eingesetzt ist, dass das zweite Gehäuse (13) in der axialen Längsrichtung des Elektromotors (2) nicht über die Bürsten hinausragt, wobei Leistungsbauelemente (16) der Steuerungseinheit (18) in dem äußeren Gehäuseteil (13a) und weitere Bauelemente (14, 15) der Steuerungseinheit in dem inneren Gehäuseteil (13b) angeordnet sind.Fan device, with at least one electric motor (2) for driving a fan wheel (6), a control unit (18) for controlling the electric motor (2), a first housing (3) for accommodating the electric motor (2), and a second housing (13) for accommodating the control unit, wherein the at least one electric motor (2) is a commutator motor with brushes (10), and the second housing (13) is completely closed, characterized in that the second housing (13) is inserted into the first housing (3) in such a way that, in the inserted state, the second housing partially protrudes from the first housing, and the second housing (13) has an outer housing part (13a) which protrudes from the first housing (3) and an inner housing part (13b) which is located inside the first housing, wherein the second housing (13) is inserted into the first housing (3) in such a way that the second housing (13) does not protrude beyond the brushes in the axial longitudinal direction of the electric motor (2), wherein Power components (16) of the control unit (18) are arranged in the outer housing part (13a) and further components (14, 15) of the control unit are arranged in the inner housing part (13b).
Description
Technisches GebietTechnical area
Die Erfindung betrifft eine Lüftervorrichtung, und insbesondere eine Lüftervorrichtung mit einem Elektromotor und einer Steuerungseinheit zur Steuerung des Elektromotors.The invention relates to a fan device, and in particular to a fan device with an electric motor and a control unit for controlling the electric motor.
Stand der TechnikState of the art
Lüftervorrichtungen zur Verwendung beispielsweise bei einem Kühlsystem eines Kraftfahrzeugs mit zumindest zwei Lüftern, die jeweils einen in einem getrennten Gehäuse angeordneten elektrischen Lüftermotor und ein mit dem Lüftermotor verbundenes und durch diesen angetriebenes Lüfterrad umfassen, sind beispielsweise aus der Druckschrift
Die Druckschrift
Die Druckschrift
Die Druckschrift
Derartige Anordnungen sind jedoch nicht geeignet, eine zuverlässige und ausreichende Kühlung der Leistungshalbleiter für jeden steuerbaren Betriebszustand des Lüfters zu bewirken. Des Weiteren tritt innerhalb des Elektromotors eine nicht genau bestimmbare Strömung auf, die auch entgegengesetzt gerichtet zur äußeren Luftströmung (der Luftströmung außerhalb des Motorgehäuses infolge des Antriebs des Lüfterrads) sein kann. Die Baugröße des Lüfters ist des Weiteren durch die Anordnung der Elektronikbauteile der Steuerungseinheit in dem Motorgehäuse sehr groß, da hierdurch eine Gehäuseverlängerung insbesondere in axialer Richtung (Drehachse des Motors) erforderlich ist, so dass bei dem Einbau eines derartigen Lüfters beispielsweise in einen Kühler eines Kraftfahrzeugs mit einem begrenzten Einbauraum Probleme auftreten können.However, such arrangements are not suitable for ensuring reliable and sufficient cooling of the power semiconductors for every controllable operating state of the fan. Furthermore, a flow occurs within the electric motor that cannot be precisely determined and that can also be directed in the opposite direction to the external air flow (the air flow outside the motor housing as a result of the drive of the fan wheel). The size of the fan is also very large due to the arrangement of the electronic components of the control unit in the motor housing, as this requires an extension of the housing, particularly in the axial direction (rotation axis of the motor), so that problems can arise when installing such a fan, for example in a radiator of a motor vehicle with limited installation space.
Des Weiteren sind in der gattungsgemäßen Druckschrift
Technische AufgabeTechnical task
Der vorliegenden Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, eine Lüftervorrichtung der eingangs genannten Art derart auszugestalten, dass einerseits eine wirksame Kühlung von Bauelementen einer Steuerungseinheit gewährleistet ist und andererseits die Baugröße der Lüftervorrichtung klein gehalten werden kann.In contrast, the present invention is based on the object of designing a fan device of the type mentioned at the outset in such a way that, on the one hand, effective cooling of components of a control unit is ensured and, on the other hand, the size of the fan device can be kept small.
Technische LösungTechnical solution
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Lüftervorrichtung gemäß den in Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.According to the invention, this object is achieved by a fan device according to the features specified in
Die erfindungsgemäße Lüftungsvorrichtung umfasst zumindest einen Elektromotor, der zum Antreiben eines mit dem Elektromotor verbundenen Lüfterrads dient. Der Elektromotor wird durch eine Steuerungseinheit gesteuert. Es ist ein erstes Gehäuse vorgesehen zur Aufnahme des Elektromotors. Ein zweites Gehäuse dient zur Aufnahme der Steuerungseinheit. Insbesondere ist das zweite Gehäuse derart in das erste Gehäuse eingesetzt ist, dass im eingesetzten Zustand das zweite Gehäuse teilweise aus dem ersten Gehäuse heraus ragt. Hierbei weist das zweite Gehäuse einen äußeren Gehäuseteil, der aus dem ersten Gehäuse herausragt, und einen inneren Gehäuseteil auf, der sich im Innern des ersten Gehäuses befindet.The ventilation device according to the invention comprises at least one electric motor, which serves to drive a fan wheel connected to the electric motor. The electric motor is controlled by a control unit. A first housing is provided to accommodate the electric motor. A second housing serves to accommodate the control unit. In particular, the second housing is inserted into the first housing in such a way that, when inserted, the second housing partially protrudes from the first housing. The second housing has an outer housing part, which protrudes from the first housing, and an inner housing part, which is located inside the first housing.
Die Steuerungseinheit befindet sich somit entsprechend der vorstehenden erfindungsgemäßen Lösung teilweise innerhalb des Motorgehäuses und teilweise außerhalb des Motorgehäuses, wobei insbesondere die Leistungshalbleiter der Steuerungseinheit außerhalb des Gehäuses des Elektromotors (erstes Gehäuse) im direkten Luftstrom des Lüfterrads angeordnet sein können. Daher kann die Baulänge, d.h. die axiale Länge des Elektromotors zum Antreiben des Lüfterrads klein gehalten werden, da die Steuerungseinheit zur Steuerung des Elektromotors der Lüftervorrichtung im Wesentlichen auf der Höhe der Bürsten des Elektromotors (Kommutatormotor) angeordnet ist und daher eine Vergrößerung (Verlängerung) des Motorgehäuses nicht erforderlich ist. Das erste Gehäuse (Motorgehäuse) kann in seiner Baugröße im Wesentlichen auf die Dimensionen des Elektromotors, d. h. dessen axiale Baulänge, beschränkt ausgeführt sein.According to the above solution according to the invention, the control unit is thus located partly inside the motor housing and partly outside the motor housing, whereby in particular the power semiconductors of the control unit can be arranged outside the housing of the electric motor (first housing) in the direct air flow of the fan wheel. The overall length, i.e. the axial length of the electric motor for driving the fan wheel can therefore be kept small, since the control unit for controlling the electric motor of the fan device is arranged essentially at the height of the brushes of the electric motor (commutator motor) and therefore an enlargement (extension) of the motor housing is not necessary. The first housing (motor housing) can be designed to be essentially limited in size to the dimensions of the electric motor, i.e. its axial overall length.
Auf diese Weise wird einerseits eine optimierte und wirkungsvolle Kühlung der Halbleiterbauelemente der Steuerungseinheit, und insbesondere der Leistungshalbleiter, erreicht, und es kann andererseits die axiale Baulänge des ersten Gehäuses des Elektromotors klein gehalten werden, da die allgemeinen Bauelemente der Steuerungseinheit in einem Raum zwischen den Bürsten etwa auf der Höhe der Bürsten im Gehäuse des Elektromotors angeordnet sind. Durch die Anordnung der Steuerungseinheit in der vorstehend beschriebenen Weise kann sowohl die Kühlung optimiert als auch die Baulänge in gewünschter Weise verkürzt werden.In this way, on the one hand, an optimized and effective cooling of the semiconductor components of the control unit, and in particular the power semiconductors, is achieved, and on the other hand, the axial length of the first housing of the electric motor can be kept small, since the general components of the control unit are arranged in a space between the brushes approximately at the height of the brushes in the housing of the electric motor. By arranging the control unit in the manner described above, both the cooling can be optimized and the length can be shortened as desired.
Bei dem Stand der Technik tritt demgegenüber im Motor nur eine geringe Luftbewegung auf. Meist ergibt sich aufgrund der Strömungsverhältnisse eine entgegen der äußeren Strömung des Lüfters gerichtete Luftströmung innerhalb des Motors, wobei sich an manchen Stellen und unter bestimmten Bedingungen auch ein Luftstillstand (keine Luftströmung) ergeben kann. Des Weiteren sind die Elektronikbauteile der Steuerungseinheit oberhalb der Bürsten des Motors angeordnet, sodass sie zu einer größeren Bauform des Motors führt im Vergleich zu einem Motor zum Antreiben des Lüfters ohne eine derartige Steuerungseinheit. Durch die vollständige Anordnung der Steuerungseinheit in einem Raum in axialer Richtung oberhalb der Bürsten des Motors wird somit neben der erforderlichen größeren Baulänge des gesamten Gehäuses auch die Kühlung der Bauelemente und der Motorwicklungen nachteilig beeinflusst.In contrast, with the current state of the art, there is only a small amount of air movement in the motor. The flow conditions usually result in an air flow inside the motor that is directed against the external flow of the fan, although in some places and under certain conditions there may also be a standstill (no air flow). Furthermore, the electronic components of the control unit are arranged above the brushes of the motor, so that the motor is larger than a motor for driving the fan without such a control unit. The complete arrangement of the control unit in a space in the axial direction above the brushes of the motor not only requires a larger overall length for the entire housing, but also has a negative impact on the cooling of the components and the motor windings.
Bei der erfindungsgemäßen Lüftervorrichtung ist der zumindest eine Elektromotor ein Kommutatormotor mit Bürsten, und es ist das zweite Gehäuse derart in das erste Gehäuse eingesetzt, dass das zweite Gehäuse in einer axialen Längsrichtung des Elektromotors nicht über die Bürsten hinausragt.In the fan device according to the invention, the at least one electric motor is a commutator motor with brushes, and the second housing is inserted into the first housing such that the second housing does not protrude beyond the brushes in an axial longitudinal direction of the electric motor.
Ferner kann der zumindest eine Elektromotor ein Kommutatormotor mit Bürsten sein, und es kann das zweite Gehäuse derart in das erste Gehäuse eingesetzt sein, dass ein Gehäuseteil des zweiten Gehäuses in einem Raum zwischen den Bürsten angeordnet ist.Furthermore, the at least one electric motor can be a commutator motor with brushes, and the second housing can be inserted into the first housing such that a housing part of the second housing is arranged in a space between the brushes.
Die Steuerungseinheit der Lüftervorrichtung kann Leistungsbauteile zur Ansteuerung des zumindest einen Elektromotors aufweisen, und die Leistungsbauteile können in einem Gehäuseteil des zweiten Gehäuses angeordnet sein, das aus dem ersten Gehäuse herausragt.The control unit of the fan device can have power components for controlling the at least one electric motor, and the power components can be arranged in a housing part of the second housing that protrudes from the first housing.
Ein durch das Lüfterrad erzeugter Luftstrom kann an einem aus dem ersten Gehäuse herausragenden Gehäuseteil des zweiten Gehäuses vorbeiströmen.An air flow generated by the fan wheel can flow past a housing part of the second housing protruding from the first housing.
Bei der Lüftervorrichtung sind Leistungsbauelemente der Steuerungseinheit in dem äußeren Gehäuseteil und weitere Bauteile der Steuerungseinheit in dem inneren Gehäuseteil des zweiten Gehäuses angeordnet.In the fan device, power components of the control unit are in the outer housing part and other components of the control unit unit is arranged in the inner housing part of the second housing.
Der Elektromotor kann ein Kommutatormotor mit Bürsten sein und die Bauelemente der Steuerungseinheit können auf einer Leiterplatte angeordnet sein, und es kann die Leiterplatte in einem Raum zwischen den Bürsten des Elektromotors angeordnet sein.The electric motor may be a commutator motor with brushes and the components of the control unit may be arranged on a printed circuit board, and the printed circuit board may be arranged in a space between the brushes of the electric motor.
Des Weiteren kann der Elektromotor ein Kommutatormotor mit Bürsten sein, wobei die Bauelemente der Steuerungseinheit auf einer Leiterplatte angeordnet sein können. Die Leiterplatte kann in einem Raum zu beiden Seiten einer der Bürsten des Elektromotors angeordnet sein und kann ferner eine Aussparung aufweisen kann, in die eine der Bürsten des Elektromotors hineinragt.Furthermore, the electric motor can be a commutator motor with brushes, wherein the components of the control unit can be arranged on a circuit board. The circuit board can be arranged in a space on either side of one of the brushes of the electric motor and can also have a recess into which one of the brushes of the electric motor projects.
Nach dem Einsetzen des zweiten Gehäuses in das erste Gehäuse kann das erste Gehäuse durch einen Gehäusedeckel abgeschlossen werden. Ferner kann der Gehäusedeckel als Lagerschild des Elektromotors ausgebildet sein, und es kann das zweite Gehäuse mit dem Gehäusedeckel fest verbunden sein.After the second housing has been inserted into the first housing, the first housing can be closed off by a housing cover. Furthermore, the housing cover can be designed as a bearing plate of the electric motor, and the second housing can be firmly connected to the housing cover.
Bei der Lüftervorrichtung kann die Steuerungseinheit ausgebildet sein, mehr als einen Elektromotor zu steuern.In the fan device, the control unit can be designed to control more than one electric motor.
Ferner kann das zweite Gehäuse im Bereich des äußeren Gehäuseteils Kühlrippen aufweisen, und es kann der Gehäusedeckel als Lagerschild des Elektromotors ausgebildet sein und Lüftungsöffnungen aufweisen.Furthermore, the second housing can have cooling fins in the region of the outer housing part, and the housing cover can be designed as a bearing shield of the electric motor and have ventilation openings.
Die Leistungsbauteile der Steuerungseinheit können Leistungshalbleiter wie Transistoren und Dioden, oder können Kondensatoren oder Induktivitäten sein.The power components of the control unit can be power semiconductors such as transistors and diodes, or can be capacitors or inductors.
Kurzbeschreibung der FigurenShort description of the characters
Die vorliegende Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Figuren näher beschrieben. Es zeigen:
-
1a eine teilweise Schnittansicht einer Anordnung der Lüftervorrichtung einschließlich der Steuerungseinheit gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, -
1b eine teilweise Schnittansicht einer alternativen Anordnung der Lüftervorrichtung einschließlich der Steuerungseinheit gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, -
2 eine Draufsicht auf die Lüftervorrichtung gemäß1 entsprechend dem ersten Ausführungsbeispiel, -
3 eine Draufsicht auf die Lüftervorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, und -
4 eine Blockdarstellung der Ansteuerung einer Vielzahl von Lüftervorrichtungen.
-
1a a partial sectional view of an arrangement of the fan device including the control unit according to a first embodiment of the present invention, -
1b a partial sectional view of an alternative arrangement of the fan device including the control unit according to the first embodiment, -
2 a plan view of the fan device according to1 according to the first embodiment, -
3 a plan view of the fan device according to a second embodiment of the present invention, and -
4 a block diagram of the control of a variety of fan devices.
Beschreibung der bevorzugten AusführungsbeispieleDescription of the preferred embodiments
Nachstehend wird im Einzelnen die erfindungsgemäße Lüftervorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit den
Entsprechend der Darstellung in
Der (nicht dargestellte) Läufer des Elektromotors 2 ist um eine Drehachse 4 drehbar, und an einer Welle 5 des Läufers, die mittels in der
Innerhalb des ersten Gehäuses 3 der Lüftervorrichtung 1 befindet sich in der Darstellung von
Über dem ersten Raum 8 ist ein zweiter Raum 9 vorgesehen, in welchem erforderliche Bürsten 10 des Elektromotors 2 angeordnet sind. Die Bürsten 10 des (als Kommutatormotor ausgebildeten) Elektromotors (zumindest zwei Bürsten) sind im Bereich eines auf der Welle 5 des Elektromotors 2 angeordneten Kollektors 2a (siehe
In
Gemäß
Der innere Luftstrom 12 weist eine derartige Stärke auf, dass die Kühlung des Elektromotors 2 (Läufer und Ständer) sowie der Bürsten 10 und des Kollektors 2a gewährleistet ist. Insbesondere ist der durch den Pfeil angedeutete innere Luftstrom 12 meist entgegengesetzt gerichtet zu dem äußeren Luftstrom 7, der durch das angetriebene Lüfterrad 6 erzeugt wird, wobei sich an einigen Stellen innerhalb des ersten Gehäuses 3 und im Bereich des Ständers und des Läufers des Elektromotors 2 auch eine sehr geringe Luftströmung oder auch ein Luftstillstand ergeben können.The
Innerhalb des ersten und zweiten Raums 8 und 9 und außerhalb der jeweiligen Wicklungen (Wicklungsköpfe) des Ständers und des Läufers des Elektromotors 2 und im Bereich der Bürsten 10 ist ein zweites Gehäuse 13 angeordnet, das kleiner ist als das erste Gehäuse 3 zur Aufnahme des Elektromotors 2. In dem zweiten Gehäuse 13 können vorzugsweise elektrische und elektronische Bauelemente (Halbleiterbauelemente, wie beispielsweise Leistungsbauteile) angeordnet sein. In
Die Steuerungseinheit 18 ist individuell dem Elektromotor 2 zugeordnet und derart ausgebildet, dass ein Motor wie beispielsweise der Elektromotor 2 mit sämtlichen erforderlichen Betriebszuständen sicher gesteuert werden kann. Im Einzelnen kann die Steuerung des Elektromotors 2 die Steuerung der Drehzahl, des Drehmoments und der Drehrichtung des Elektromotors 2 umfassen.The
Das zweite Gehäuse 13 ist derart in das erste Gehäuse 3 eingesetzt, dass das zweite Gehäuse 13 sich teilweise in dem ersten und zweiten Raum 8 und 9 befindet, sowie aus dem ersten Gehäuse 3 hinausragt und einen außerhalb des ersten Gehäuses 3 angeordneten äußeren Gehäuseteil 13a bildet. Der äußere Gehäuseteil 13a, der Teil des zweiten Gehäuses 13 ist, befindet sich somit in dem außerhalb des ersten Gehäuses 3 durch das Lüfterrad 6 gebildeten äußeren Luftstrom 7, sodass der Luftstrom 7 an dem äußeren Gehäuseteil 13a gezielt vorbeiströmt. Insbesondere erstreckt sich der äußere Gehäuseteil 13a von dem ersten Gehäuse 3 des Elektromotors 2 in radialer Richtung relativ zu der Drehachse 4 des Elektromotors 2 nach außen.The
In dem äußeren Gehäuseteil 13a des zweiten Gehäuses 13 sind vorzugsweise elektronische Bauelemente 15 und insbesondere die Leistungsbauteile wie die Leistungshalbleiter 16 angeordnet, da diese während ihres Betriebs, d.h. während der Steuerung des Betriebs des Elektromotors 2 eine Verlustwärme abgeben. Bevorzugt sind somit die Leistungshalbleiter 16 in dem äußeren Gehäuseteil 13a des zweiten Gehäuses 13 angeordnet und sind somit einer bei dem Betrieb des Elektromotors entstehenden intensiven Kühlung mittels des äußeren Luftstroms 7, der durch das Lüfterrad 6 gebildet wird, ausgesetzt.
Der äußere Gehäuseteil 13a des zweiten Gehäuses 13 kann zum Zwecke einer verbesserten Kühlung in dem Bereich des Gehäuseteils 13a, an dem unmittelbar der äußere Luftstrom 7 vorbeiströmt, entsprechende Kühlrippen 19 undloder Luftkanäle aufweisen, sodass die Leistungshalbleiter 16 der Steuerungseinheit 18 mittels des Luftstroms 7 intensiv und zuverlässig gekühlt werden können. Die Leistungsbauteile können beispielsweise auf einem eigenen in dem äußeren Gehäuseteil 13a integrierten Kühlkörper angeordnet sein, wobei die Kühlrippen 19 (
In dem äußeren Gehäuseteil 13a sind somit hauptsächlich die erforderlichen Leistungsbauteile (Leistungshalbleiter 16) mit einer bekannten größeren Verlustwärme angeordnet, während die elektrischen Bauelemente 14 und die elektronischen Bauelemente 15 mittels des schwächeren inneren Luftstroms 12 gekühlt werden können und daher in einem inneren Gehäuseteil 13b des zweiten Gehäuses 13 abgeordnet sind. Diese Bauelemente 14 und 15 sind daher in entsprechender Weise in dem inneren Gehäuseteil 13b auf der Leiterplatte 17 angeordnet, sodass eine Durchströmung mit Luft (Teil des inneren Luftstroms 12) und damit eine entsprechende Kühlung gewährleistet ist.The
Das zweite Gehäuse 13 befindet sich daher mit dem innerhalb des ersten Gehäuses 3 angeordneten inneren Gehäuseteil 13b in dem ersten und zweiten Raum 8 und 9 etwa auf der Höhe der Bürsten 10 des Elektromotors 2 und somit in einem Raum des ersten Gehäuses 3, der sich neben und zwischen den Bürsten 10 des Elektromotors 2 befindet. Die Steuerungseinheit 18, und insbesondere die zu der Steuerungseinheit 18 gehörenden Bauelemente 14 bis 16 in dem zweiten Gehäuse 13 ragen mit dieser Anordnung nicht über die Höhe der Bürsten 10 (relativ zu der Drehachse 4 gemäß
Da insbesondere die Leistungsbauteile (Leistungshalbleiter 16, wie Leistungstransistoren und Dioden, oder Kondensatoren und Induktivitäten) außerhalb des ersten Gehäuses 3 des Elektromotors 2 im Gehäuseteil 13a und damit in einer intensiven Luftströmung (Luftstrom 7) angeordnet sind, wird die Kühlung dieser Bauelemente verbessert, während in dem inneren Gehäuseteil 13b, der sich innerhalb des ersten Gehäuses 3 befindet, weniger Bauelemente angeordnet werden. Dies bedeutet ebenfalls die Anordnung einer kleineren Leiterplatte, wie der Leiterplatte 17, sodass auch der innere Luftstrom 12 innerhalb des ersten Gehäuses 3 und des Elektromotors 2 verbessert werden kann und hierbei Strömungswiderstände vermindert werden. Die Kühlung kann auch in diesem Bereich durch die teilweise Anordnung des zweiten Gehäuses 13 innerhalb des ersten Gehäuses 3 und außerhalb desselben verbessert werden. Mit der Anordnung beispielsweise der Leistungsbauteile (wie der Leistungshalbleiter 16) außerhalb des ersten Gehäuses 3 in dem äußeren Gehäuseteil 13a können die restlichen Bauelemente der Steuerungseinheit 18 in dem innerhalb des ersten Gehäuses 3 befindlichen Teil des zweiten Gehäuse 13 angeordnet werden. Dies kann, wie es in
Mit der Anordnung der Bauelemente der Steuerungseinheit 18 in dem zweiten Gehäuse 13 können die Abmessungen des Elektromotors 2 und damit auch des ersten Gehäuses 3 klein gehalten werden, wobei insbesondere in Richtung der Drehachse 4 (
Die Leistungsbauteile, die bevorzugt in dem äußeren Gehäuseteil 13a des zweiten Gehäuses 13 und damit in dem von dem Lüfterrad erzeugten Luftstrom 7 angeordnet sind, sind Transistoren, beispielsweise MOSFET und entsprechend leistungsfähige Dioden, wobei auch Kondensatoren und/oder Induktivitäten (Magnetspulen) Leistungsbauteile sein können. Gemäß der Darstellung in den
Da die Leistungsbauteile wie die Leistungshalbleiter 16 in dem äußeren Gehäuseteil 13a des zweiten Gehäuses 13 und damit außerhalb des ersten Gehäuses 3 angeordnet sind, nehmen die Bauteile der Steuerungseinheit 18 in dem ersten und zweiten Raum 8 und 9 im Bereich der Bürsten 10 des Elektromotors 2 vorzugsweise durch diese Anordnung weniger als die Hälfte des Raums ein, der erforderlich wäre, falls die Leistungsbauteile der Steuerungseinheit 18 ebenfalls in dem ersten und zweiten Raum 8 und 9 angeordnet würden.Since the power components such as the
Das zweite Gehäuse 13 und insbesondere der innere Gehäuseteil 13b weisen entweder Lüftungsöffnungen (beispielsweise Lüftungsschlitze) auf, um den inneren Luftstrom 12 (Pfeil in
In der
In einer alternativen Ausgestaltung gemäß der Darstellung in
Die grundsätzliche Anordnung und Wirkungsweise der alternativen Ausführungsform gemäß
Zur Ausbildung des inneren Luftstroms 12 weist auch der Deckel 11 vorzugsweise Lüftungsöffnungen auf, sodass sowohl die Bauelemente der Steuerungseinheit 18, die im inneren Gehäuseteil 13b angeordnet sind, als auch die Bürsten 10 und der Kollektor 2a sowie in der weiteren Durchströmung die Wicklungen des Läufers und des Ständers des Elektromotors 2 gekühlt werden können.To form the
Die Leiterplatte 17 gemäß der Darstellung in den
In der Anordnung gemäß den
Das zweite Gehäuse 13, in dem die Steuerungseinheit 18 mit ihren Bauelementen angeordnet ist, weist vorzugsweise eine Gehäuseform derart auf, dass der erste und zweite Raum 8 und 9 in dem ersten Gehäuse 3 zwischen den Bürsten 10 des Elektromotors 2 optimal ausgenutzt werden kann, wobei gleichzeitig eine Belüftung des Elektromotors 2 durch den inneren Luftstrom 12 gewährleistet ist.The
In einem schraffiert dargestellten Bauelementebereich 20 der Leiterplatte 17 sind die weiteren Bauelemente wie elektrische und elektronische Bauelemente 14 und 15 der Steuerungseinheit 18 angeordnet. Der Bauelementebereich 20 liegt innerhalb des zweiten Gehäuses 13 und insbesondere innerhalb des inneren Gehäuseteils 13b, vorzugsweise zwischen den Bürsten 10 und auf deren Höhe.The other components, such as electrical and
In
Mittels eines Drehrichtungspfeils 21 ist in
Während die Seitenansicht und teilweise Schnittdarstellung gemäß den
Die Leiterplatte 17 befindet sich in dem zweiten Gehäuse 13 und liegt gemäß der Darstellung in
Schraffiert dargestellt ist in gleicher Weise wie in
Die weiteren elektrischen und elektronischen Bauteile der Steuerungseinheit 18 sind im inneren Gehäuseteil 13b auf der Leiterplatte 17a in den beispielsweise zwei Bauelementebereichen 20a und 20b angeordnet.The other electrical and electronic components of the
In der Darstellung in den
In gleicher Weise wie beim ersten Ausführungsbeispiel wird mittels der Anordnung der Leiterplatte 17a und der Bauelementebereiche 20a und 20b und dem Leiterplattenbereich außerhalb des ersten Gehäuses 3 die gleiche Wirkung des Einsparens von Bauraum erzielt, da die in den Bauelementebereichen 20a und 20b angeordneten Bauelemente der Steuerungseinheit 18 sowie die Leiterplatte 17a innerhalb des Raums zwischen den Bürsten, und damit in dem ersten und zweiten Raum 8 und 9 angeordnet sind. Die Leiterplatte 17a oder daran befestigte Bauelemente ragen nicht über die Leiterplatte 17a und damit auch über die Oberkante der Bürsten 10 (siehe
Die Anordnung der Leiterplatte 17 oder 17a mit den jeweils daran angeordneten Bauelementen der Steuerungseinheit 18 zur Steuerung des Elektromotors 2 führt zu einer kleineren Baugröße der Lüftervorrichtung 1 und insbesondere des Elektromotors 2 in dessen axialer Richtung, da der Raum zwischen den jeweiligen Bürsten 10 des Elektromotors 2 zum Unterbringen der Bauelemente der Steuerungseinheit 18 verwendet wird und keine Bauelemente oder Teile der Leiterplatte 17 oder 17a in axialer Richtung über die Oberkante der Bürsten 10 des Elektromotors 2 hinausragen siehe
Mit der Anordnung eines Teils der Bauelemente in dem inneren Gehäuseteil 13b des zweiten Gehäuses 13 und der Leistungsbauteile (beispielsweise der Leistungshalbleiter 16) in dem äußeren Gehäuseteil 13a des zweiten Gehäuses und der Anordnung des äußeren Gehäuseteils 13a außerhalb des ersten Gehäuses 3 des Elektromotors sind somit die Bauelemente der Steuerungseinheit 18 teilweise in das erste Gehäuse 3 des Elektromotors 2 integriert und liegen teilweise außerhalb des ersten Gehäuses 3, vorzugsweise in dem Luftstrom 7, der durch die Drehung des Lüfterrads 6 gebildet wird. Während die Bauelemente im inneren Gehäuseteil 13b durch den (üblicherweise schwächeren) inneren Luftstrom innerhalb des ersten Gehäuses 3 gekühlt werden, werden die Leistungsbauteile, die einer stärkeren Kühlung bedürfen, innerhalb des stärkeren Luftstroms 7 des Lüfterrads 6 angeordnet. Eine derartige Anordnung der Leistungsbauteile führt zu einer Erhöhung der Betriebssicherheit, insbesondere bei kleinen Drehzahlen des Elektromotors 2 und des Lüfterrads 6 (geringere Lüfterleistung), da auch bei der damit verbundenen geringeren Luftströmung die Leistungsbauteile, die außerhalb des Gehäuses 3 angeordnet sind, ausreichend gekühlt werden können.With the arrangement of some of the components in the inner housing part 13b of the
Durch die Anordnung der Leistungsbauteile der Steuerungseinheit 18 außerhalb des ersten Gehäuses 3 (d. h. im äußeren Gehäuseteil 13a) wird somit eine wirksame Kühlung der entsprechenden Leistungsbauteile gewährleistet, während die mechanische Anordnung der Leistungsbauteile außerhalb des ersten Gehäuses 3 und der weiteren Bauteile der Steuerungseinheit 18 teilweise in dem ersten Gehäuse 3 (und damit auch in dem zweiten Gehäuse 13) eine raumsparende Unterbringung der Steuerungseinheit 18 vorliegt. Die axiale Baulänge des Elektromotors 2 kann somit vermindert werden, wobei gleichzeitig eine optimierte Kühlung für die Leistungsbauteile gewährleistet ist. Insbesondere muss für zusätzliche elektrische oder elektronische Bauteile kein weiterer Raum oberhalb der Bürsten 10 des Elektromotors 2 zur Verfügung gestellt werden.By arranging the power components of the
Sind entsprechende Steckkontakte für die elektrischen Anschlüsse vorgesehen, kann die Herstellung der erfindungsgemäßen Lüftervorrichtung 1 in vereinfachter Form vorgenommen werden, da lediglich das zweite Gehäuse 13 in vorbestimmter Weise eingesetzt werden muss. Auch sind erhebliche Änderungen an Elektromotoren (beispielsweise des Elektromotors 2) nicht erforderlich, da lediglich eine vorbestimmte Aussparung (vorbestimmte Form, Größe und Lage) in dem ersten Gehäuse 3 des Elektromotors 2 im Bereich der Bürsten 10 zum Einsetzen des zweiten Gehäuses 13 erforderlich ist. Ist das zweite Gehäuse 13 montiert, kann der Deckel 11 aufgesetzt werden.If corresponding plug contacts are provided for the electrical connections, the manufacture of the
Alternativ kann mit einem Vorgang der Deckel 11 (Lagerschild), der fest mit dem zweiten Gehäuse 13 verbunden ist, als ein Stück auf das erste Gehäuse 3 des Elektromotors 2 aufgesetzt werden (
Die kompakte Baugröße der erfindungsgemäßen Lüftervorrichtung 1 und insbesondere des Elektromotors 2 in axialer Richtung (Achse 4 gemäß
Während der äußere Gehäuseteil 13a des zweiten Gehäuses 13 zum Schutz der Leistungsbauteile und aus Gründen der Isolation vollständig geschlossen ist, ist der im ersten Gehäuse 3 liegende innere Gehäuseteil 13b entweder teilweise offenliegend oder ebenfalls vollständig geschlossen, wobei im letzten Fall eine Verschmutzung der weiteren Bauteile der Steuerungseinheit 18 insbesondere in der Nähe des Kollektors 2a vorgebeugt wird.While the
Die erfindungsgemäße Lüftervorrichtung 1 kann somit überall dort eingesetzt werden, wo infolge der geometrischen Verhältnisse (Platzverhältnisse) eine geringe axiale Baulänge des den Lüfter antreibenden Elektromotors 2 erforderlich ist. Mit der vorstehend im Einzelnen beschriebenen Anordnung der Bauelemente der Steuerungseinheit 18 kann die gesamte Baulänge der Lüftervorrichtung 1 so kurz wie möglich gestaltet werden.The
Die Blockdarstellung gemäß
In der vorstehend beschriebenen Weise in Verbindung mit dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel weist jede der Lüftervorrichtungen LV1 bis LVn einen Elektromotor, wie den Elektromotor 2, sowie eine Steuerungseinheit 18 auf, die der individuellen Steuerung des jeweils zugehörigen Elektromotors M1 bis Mn dient. Die Steuerungseinheit 18 ist in jedem der Elektromotoren M1 bis Mn in einem separaten Gehäuse, wie dem zweiten Gehäuse 13 gemäß dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel angeordnet und in ein jeweiliges erstes Gehäuse 3 des Elektromotors 2 bzw. der Elektromotoren M1 bis Mn eingesetzt. Jede der individuell bei dem jeweiligen Elektromotor M1 bis Mn vorgesehenen Steuerungseinheiten 18 kann mit der zentralen Steuerungseinrichtung 25 verbunden sein.In the manner described above in connection with the first and second embodiments, each of the fan devices LV1 to LVn has an electric motor, such as the
In der Darstellung in
In diesem Fall ist die Steuerungseinheit 18 derart ausgebildet, dass sie nicht nur direkt den ersten Motor M1 der ersten Lüftervorrichtung LV1 steuert, bei dem die betreffende Steuerungseinheit 18 angeordnet ist, sondern die Steuerungseinheit 18 des ersten Elektromotors M1 ist in der Lage, auch Steuerbefehle über die zugehörige Verbindungsleitung zur Steuerungseinheit 18 des zweiten Motors M2 zu übertragen und somit den zweiten Motor M2 zu steuern. Es können hierbei die beiden den jeweiligen Motoren M1 und M2 zugeordneten Steuerungseinheiten unterschiedlich ausgeführt sein, wobei jedoch die Anordnung des zweiten Gehäuses 13, in dem die Steuerungseinheit 18 angeordnet ist und die teilweise Integration der Bauelemente der Steuerungseinheit 18 innerhalb des ersten Gehäuses 3, und die Anordnung der Leistungsbauteile der Steuerungseinheit 18 außerhalb des ersten Gehäuses 3 gemäß diesen Ausführungsbeispielen (
Ungeachtet dessen, ob eine Steuerungseinheit 18 neben der Steuerung des jeweils dieser Steuerungseinheit 18 zugeordneten Elektromotors 2 auch noch in der Lage ist, zumindest einen weiteren Elektromotor 2 zu steuern, ist die mechanische Ausgestaltung der Steuerungseinheit 18 in der in den
Die zentrale Steuerungseinrichtung 25 kann im vorliegenden Fall, bei dem beispielsweise eine Kühleinrichtung eines Kraftfahrzeugmotors (Brennkraftmaschine) angenommen wird, eine zentrale Computeranlage des Kraftfahrzeugs sein, wobei auch jede andere Anordnung in Verbindung mit einer zentralen Computeranlage (Steuerrechner, Steuerungsvorrichtung) zur Anwendung der erfindungsgemäßen Lüftervorrichtung 1 geeignet ist. In the present case, where, for example, a cooling device of a motor vehicle engine (internal combustion engine) is assumed, the
Beispielsweise können in einer Kühlanlage eines Kraftfahrzeugs zwei oder mehrere Lüftervorrichtungen gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden, wobei durch die verminderte Baulänge der Lüftervorrichtung 1 in axialer Richtung des Elektromotors für jede Lüftervorrichtung nur ein geringer Platzbedarf erforderlich ist. Die mit der erfindungsgemäßen Lüftervorrichtung 1 verbundenen Vorteile sind auch bei der Anwendung mehrerer gleichartiger Lüftervorrichtungen gewährleistet.For example, two or more fan devices according to the present invention can be used in a cooling system of a motor vehicle, whereby only a small amount of space is required for each fan device due to the reduced overall length of the
Die Anordnung der Bauelemente der Steuerungseinheit 18 in einem getrennten Gehäuse wie dem zweiten Gehäuse 13 führte dazu, dass die gesamte Baugruppe der Steuerungseinheit schnell ausgetauscht und auch kostengünstig montiert werden kann, da lediglich das zweite Gehäuse 13 zu handhaben ist. Elektrische Verbindungen werden vorzugsweise mittels Leitungsverbindungen mit Steckanschluss gebildet. Dieser Vorteil tritt auch dann auf, wenn das zweite Gehäuse 13 mit dem Deckel 11 (Lagerschild des Elektromotors 2) einstückig ausgeführt ist (
Die Leistungsverbindung zwischen der zentralen Steuerungseinrichtung 25 und den individuellen Steuerungseinheiten 18 für jeden der Motoren werden durch entsprechende Kabelverbindungen, insbesondere durch einen entsprechend gestalteten Kabelbaum gebildet.The power connection between the
Durch die Bereitstellung der zentralen Steuerungseinrichtung 25, mit der die Motoren einzeln oder Motorengruppen von anderen einzelnen Motoren oder Gruppen getrennt gesteuert werden können, ist es möglich, in Abhängigkeit von dem Kühlbedarf, beispielsweise bei einer Kühlanlage eines Kraftfahrzeugs, die einzelnen Motoren oder auch Motorgruppen in Abhängigkeit von der tatsächlichen Betriebssituation hinsichtlich ihrer Lüfterleistung (Drehzahl des Elektromotors 2) zu steuern. Im Verlauf der Kühlmaßnahmen kann bei absinkender Temperatur des Kühlmittels im Kühler auch ein einzelner Motor in der Leistung erheblich reduziert werden, oder es können einzelne Motoren oder Motorgruppen abgeschaltet werden. Auf diese Weise ist eine verbesserte Anpassung an den jeweils tatsächlich bestehenden Kühlbedarf auf einfache Weise möglich.By providing the
Die vorliegende Erfindung wurde vorstehend anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den zugehörigen Figuren beschrieben. Es ist jedoch für den auf diesem Gebiet tätigen Fachmann selbstverständlich, dass die Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung gemäß den beschriebenen Figuren und die für die jeweiligen Bauteile und Komponenten verwendeten Bezugszeichen in den Figuren sowie die beispielhafte Dimensionierung und Positionierung der einzelnen Elemente der vorliegenden Erfindung nicht einschränkend auszulegen sind. Vielmehr beruhen die beschriebenen Figuren auf prinzipiellen schematischen Darstellungen. Die Erfindung ist auf die angegebenen Formen und Proportionen nicht beschränkt.The present invention has been described above using exemplary embodiments in conjunction with the associated figures. However, it is self-evident to those skilled in the art that the design of the present invention according to the figures described and the reference symbols used for the respective parts and components in the figures as well as the exemplary dimensioning and positioning of the individual elements of the present invention are not to be interpreted in a restrictive manner. Rather, the figures described are based on basic schematic representations. The invention is not restricted to the specified shapes and proportions.
Als zur Erfindung gehörig werden sämtliche Ausführungsformen und Varianten angesehen, die unter die beigefügten Patentansprüche fallen.All embodiments and variants that fall within the scope of the appended claims are considered to be part of the invention.
Claims (14)
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