DE102022104670A1

DE102022104670A1 - flow machine

Info

Publication number: DE102022104670A1
Application number: DE102022104670.2A
Authority: DE
Inventors: Thomas Rech; Jochen Thomas Tönnies
Original assignee: Miele und Cie KG
Current assignee: Miele und Cie KG
Priority date: 2022-02-28
Filing date: 2022-02-28
Publication date: 2023-08-31

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Strömungsmaschine (1) mit wenigstens einem Gehäuse (10), mit wenigstens einem Elektromotor (3) und mit wenigstens einer Welle (4), welche mit einem Rotor (31) des Elektromotors (3) feststehend verbunden ist, wobei die Welle (4) wenigstens ein Laufrad (5) aufweist, welches ausgebildet ist, durch seine Rotation einen Prozessfluidstrom (A) zu erzeugen, und wobei das Gehäuse (10) wenigstens einen Prozessfluidkanal (11) aufweist, durch welchen hindurch der Prozessfluidstrom (A) vom Laufrad (5) gefördert werden kann. Die Strömungsmaschine (1) ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Motorraum (13), welcher wenigstens vom Gehäuse (10) und vom Elektromotor (3) gebildet wird, mittels wenigstens eines Fluidkanals (16) mit einem Radseitenraum (15) verbunden ist, wobei der Radseitenraum (15) wenigstens vom Gehäuse (10) und vom Laufrad (5) gebildet wird, wobei bei Förderung des Prozessfluidstroms (A) mittels des Laufrads (5) zusätzlich vom Laufrad (5) ein Kühlungsfluidstrom (B) vom Motorraum (13) durch den Fluidkanal (16) und durch den Radseitenraum (15) in den Prozessfluidstrom (A) erzeugt werden kann.

The invention relates to a turbomachine (1) with at least one housing (10), with at least one electric motor (3) and with at least one shaft (4) which is fixedly connected to a rotor (31) of the electric motor (3), the Shaft (4) has at least one impeller (5), which is designed to generate a process fluid flow (A) through its rotation, and wherein the housing (10) has at least one process fluid channel (11) through which the process fluid flow (A) can be promoted by the impeller (5). The turbomachine (1) is characterized in that a motor space (13), which is formed at least by the housing (10) and the electric motor (3), is connected to a wheel side space (15) by means of at least one fluid duct (16), the Impeller side space (15) is formed at least by the housing (10) and the impeller (5), with a cooling fluid flow (B) from the motor compartment (13) also being conveyed by the impeller (5) when the process fluid flow (A) is conveyed by means of the impeller (5). the fluid channel (16) and through the impeller side space (15) into the process fluid stream (A) can be generated.

Description

Die Erfindung betrifft eine Strömungsmaschine sowie ein Haushalts- oder Küchengerät mit einer derartigen Strömungsmaschine.The invention relates to a turbomachine and a household or kitchen appliance with such a turbomachine.

Auf vielen technischen Gebieten ist es erforderlich, einen Fluidstrom zu erzeugen. Dies kann für Flüssigkeiten und insbesondere für Wasser oder wässerige Flüssigkeiten ebenso gelten wie für Gase und insbesondere für Luft. Hierzu können Strömungsmaschinen verwendet werden, welche üblicherweise mittels eines in einem Gehäuse rotierenden Laufrads das Fluid auf einer Ansaugseite ansaugen und an einer Druckseite wieder abgeben. Strömungsmaschinen können je nach Ausgestaltung und Anwendungsfall beispielsweise zur Bewegung von Luft auch als Ventilatoren, als Gebläse oder als Lüfter bezeichnet werden. Das Fluid kann dabei als Prozessfluid bezeichnet werden, da das Fluid der Durchführung des Prozesses dient.In many technical fields it is necessary to generate a fluid flow. This can apply to liquids and in particular to water or aqueous liquids as well as to gases and in particular to air. Turbomachines can be used for this purpose, which usually suck in the fluid on an intake side and release it again on a pressure side by means of an impeller rotating in a housing. Depending on the design and application, flow machines can also be referred to as fans, blowers or fans, for example for moving air. The fluid can be referred to as a process fluid, since the fluid is used to carry out the process.

Derartige Strömungsmaschinen werden auch bei Haushalts- sowie Küchengeräten zur Erzeugung von Fluidströmen eingesetzt. Beispielsweise werden bei einem Staubsauger mittels eines derartigen Luftstroms Schmutzpartikel und dergleichen von einem Untergrund wie insbesondere von einem Fußboden in den Staubsauger eingesogen und durch wenigstens einen Filter hindurchgeführt. Innerhalb eines Wäschetrockners oder Waschtrockners wird erwärmte Luft in die Trommel eingeblasen, um die dort befindliche feuchte Wäsche zu trocknen und deren Feuchtigkeit mit dem Luftstrom aus der Trommel abzuführen. Bei einem Backofen kann heiße Luft in den Garraum eingeblasen werden, um die dort befindlichen Speisen zu garen. Vergleichbar kann dies bei einem Dampfgarer mit heißer und feuchter Luft umgesetzt werden. Auch können derartige Strömungsmaschinen bei Haushalts- sowie Küchengeräten zur Erzeugung eines Flüssigkeitsstroms wie z.B. zum Abpumpen der Waschflotte bei einer Waschmaschine verwendet werden. Das Laufrad einer derartigen Strömungsmaschine wird hierzu angetrieben und die Schaufelblätter des Laufrads sorgen aufgrund ihrer Ausgestaltung und Anordnung für die gewünschte Bewegung des Fluids bzw. für die Erzeugung des Fluidstroms.Such flow machines are also used in household and kitchen appliances to generate fluid flows. For example, in a vacuum cleaner, such an air flow sucks dirt particles and the like from a substrate, in particular from a floor, into the vacuum cleaner and guides them through at least one filter. Inside a tumble dryer or washer-dryer, heated air is blown into the drum in order to dry the damp laundry located there and to remove its moisture from the drum with the air flow. In an oven, hot air can be blown into the cooking space to cook the food there. In a similar way, this can be implemented in a steam cooker with hot and humid air. Flow machines of this type can also be used in household and kitchen appliances to generate a flow of liquid, such as for pumping out the washing liquor in a washing machine. The impeller of such a turbomachine is driven for this purpose and the blade blades of the impeller ensure the desired movement of the fluid or the generation of the fluid flow due to their configuration and arrangement.

Als Antrieb derartiger Strömungsmaschinen werden üblicherweise Elektromotoren verwendet, welche ihre Rotationsbewegung über eine gemeinsame Welle auf das Laufrad übertragen. Das Laufrad kann auch als Abtrieb der Strömungsmaschine bezeichnet werden. Üblicherweise wird der Elektromotor feststehend im Gehäuse der Strömungsmaschine angeordnet und die Welle durch den Elektromotor hindurchgeführt. An einem Ende ragt die Welle ausreichend weit über den Elektromotor hervor, so dass an diesem hervorragenden Ende der Welle das Laufrad angeordnet wird. Dieses Ende der Welle kann auch als das dem Elektromotor abgewandtes Wellenende bezeichnet werden. Das Laufrad wird üblicherweise ausreichend von dem Gehäuse der Strömungsmaschine umschlossen, um durch wenigstens eine Durchlassöffnung bzw. Einlassöffnung des Gehäuses auf der Ansaugseite das Fluid ansaugen und durch wenigstens eine Durchlassöffnung bzw. Auslassöffnung des Gehäuses auf der Druckseite an die Umgebung oder an eine weitere Komponente eines Geräts wie z.B. eines Haushaltsgeräts oder eines Küchengeräts abgeben zu können.Electric motors are usually used to drive such turbomachines, which transmit their rotational movement to the impeller via a common shaft. The impeller can also be referred to as the output of the turbomachine. The electric motor is usually arranged in a stationary manner in the housing of the turbomachine and the shaft is passed through the electric motor. At one end the shaft protrudes sufficiently beyond the electric motor so that the impeller is located at this protruding end of the shaft. This end of the shaft can also be referred to as the end of the shaft facing away from the electric motor. The impeller is usually sufficiently enclosed by the housing of the turbomachine to suck in the fluid through at least one passage opening or inlet opening of the housing on the suction side and through at least one passage opening or outlet opening of the housing on the pressure side to the environment or to another component of a device such as a household appliance or a kitchen appliance.

Die Welle wird üblicherweise an zwei Stellen durch Lagerungen wie z.B. durch Wälzlager gegenüber dem Gehäuse um eine Längsachse der Strömungsmaschine als Rotationsachse drehbeweglich gelagert. Die beiden Lager sind üblicherweise beidseitig von dem Elektromotor angeordnet, um einen stabilen Halt der Welle gegenüber dem Gehäuse zu erreichen. Zwischen den beiden Lagern ist der Rotor des Elektromotors an der Welle angeordnet und innerhalb des Stators des Elektromotors positioniert. Das hervorragende, dem Elektromotor abgewandte Wellenende, welches das Laufrad trägt, erstreckt sich von einem der beiden Lager von dem Rotor weg und ist ungelagert.The shaft is usually mounted at two points by bearings, such as roller bearings, relative to the housing so that it can rotate around a longitudinal axis of the turbomachine as the axis of rotation. The two bearings are usually arranged on both sides of the electric motor in order to achieve a stable hold of the shaft relative to the housing. The rotor of the electric motor is arranged on the shaft between the two bearings and is positioned inside the stator of the electric motor. The protruding end of the shaft, facing away from the electric motor and carrying the impeller, extends away from one of the two bearings of the rotor and is not supported.

Alternativ ist es bekannt, die Lagerung der Welle einer Strömungsmaschine zwischen dem Laufrad und dem Rotor des Elektromotors anzuordnen. Mit anderen Worten ist nicht nur das Laufrad, sondern auch der Rotor an einem Ende der Welle, welches dem Laufrad gegenüberliegt, wie zuvor beschrieben angeordnet. Die Lagerung ist zwischenliegend angeordnet und üblicherweise z.B. als Patronenlager in sich geschlossen ausgebildet, was die Montage vereinfachen und die Toleranzen reduzieren kann, siehe z.B. EP 2 401 516 B1 und EP 3 387 741 A1 .Alternatively, it is known to arrange the bearing of the shaft of a turbomachine between the impeller and the rotor of the electric motor. In other words, not only the impeller but also the rotor is arranged at an end of the shaft opposite to the impeller, as described above. The bearing is arranged in between and is usually designed as a closed cartridge bearing, for example, which can simplify assembly and reduce tolerances, see eg EP 2 401 516 B1 and EP 3 387 741 A1 .

In jedem Fall ist der Stator bzw. der Ständer des Elektromotors feststehend mit dem Gehäuse der Strömungsmaschine und der Rotor bzw. der Läufer feststehend mit der Welle verbunden, so dass der Rotor vom Stator durch elektromagnetische Wechselwirkung rotatorisch um die Rotationsachse angetrieben werden kann, um die Welle rotieren zu lassen. Seitens des Stators sind hierzu elektrische Leiterspulen, kurz Spulen, vorhanden, welche bestromt und als Erregerspulen bezeichnet werden können. Die Wicklungen der elektrischen Leiterspulen sind um einen Eisenkern gewickelt, welcher üblicherweise geblecht ausgeführt ist. Entsprechend kann auch von Statorwicklungen und Statorblechen gesprochen werden. Je nach Typ des Elektromotors kann der Rotor ebenfalls Spulen mit einem Eisenkern, welcher auch als Anker bezeichnet werden kann, oder Permanentmagnete aufweisen. Die Magnete des Rotors, ob Spulen oder Permanentmagnete, sind dabei entlang der Rotationsachse zentrisch zum Eisenkern bzw. zu den Statorblechen des Stators angeordnet.In any case, the stator or stator of the electric motor is fixed to the housing of the turbomachine and the rotor or runner is fixed to the shaft, so that the rotor can be driven by the stator through electromagnetic interaction to rotate about the axis of rotation in order to to rotate the shaft. For this purpose, electrical conductor coils, coils for short, are present on the stator side, which are energized and can be referred to as excitation coils. The windings of the electrical conductor coils are wound around an iron core, which is usually laminated. Correspondingly, one can also speak of stator windings and stator laminations. Depending on the type of electric motor, the rotor can also have coils with an iron core, which can also be referred to as an armature, or permanent magnets. the mag Components of the rotor, whether coils or permanent magnets, are arranged along the axis of rotation centrically to the iron core or to the stator laminations of the stator.

In jedem Fall führt die elektrische Bestromung der Spulen des Stators des Elektromotors im Betrieb der Strömungsmaschine zu einer Erwärmung der Spulen, welche sich mittels Wärmeleitung weiter in der Strömungsmaschine ausbreitet. Dies kann zu einer unzulässig hohen Erwärmung führen, weshalb es vorteilhaft bzw. erstrebenswert sein kann, diese elektrischen Stromwärmeverluste zumindest vom Elektromotor abzuführen. Dies erfolgt bei Strömungsmaschinen üblicherweise durch erzwungene Konvektion, indem Wärme von der Strömungsmaschine wie beispielsweise dessen Statorspulen und bzw. oder Gehäuse an das strömende Fluid abgegeben und so von der Strömungsmaschine weg gefördert wird.In any case, the electrical current supply to the coils of the stator of the electric motor during operation of the turbomachine causes the coils to heat up, which spreads further in the turbomachine by means of heat conduction. This can lead to impermissibly high heating, which is why it can be advantageous or desirable to at least dissipate these electrical heat losses from the electric motor. In turbomachines, this is usually done by forced convection, in that heat is released from the turbomachine, such as its stator coils and/or housing, to the flowing fluid and is thus conveyed away from the turbomachine.

Nachteilig hierbei ist, dass die Abfuhr von Wärme von der Strömungsmaschine weg stark von der Strömungsgeschwindigkeit des Fluids abhängt. Wird beispielsweise ein Gebläse als Strömungsmaschine abgedrosselt im Teillastbetrieb betrieben, so strömt das Fluid mit einer geringeren Geschwindigkeit als im Volllastbetrieb, wodurch auch das Maß der erzwungenen Konvektion entsprechend reduziert wird. Somit verbleibt mehr Wärme innerhalb der Strömungsmaschine, wodurch dessen Temperatur steigt. Daher müssen die Komponenten bzw. Bauteile der Strömungsmaschine thermodynamisch für einen Betriebspunkt, nämlich den Teillastbetrieb, ausgelegt werden, welcher nicht dem Volllastbetrieb als Auslegungspunkt der Strömungsmaschine entspricht. Der Betriebspunkt des Teillastbetriebs ist bei Auslegung der Strömungsmaschine üblicherweise nicht bekannt.The disadvantage here is that the dissipation of heat away from the turbomachine depends heavily on the flow rate of the fluid. If, for example, a blower is operated throttled as a turbomachine in part-load operation, the fluid flows at a lower speed than in full-load operation, which also reduces the amount of forced convection accordingly. Thus, more heat remains within the turbomachine, causing its temperature to rise. Therefore, the components or assemblies of the turbomachine must be thermodynamically designed for an operating point, namely partial load operation, which does not correspond to full load operation as the design point of the turbomachine. The operating point of the partial load operation is usually not known when designing the turbo machine.

Nachteilig ist bei der Kühlung mittels erzwungener Konvektion ferner, dass das Fluid teilweise oder vollständig durch den Antrieb wie beispielsweise durch den Elektromotor geführt wird, um diesen möglichst gleichmäßig bzw. vollständig zu erreichen. Die entsprechenden Durchgangsöffnungen bzw. Durchströmungsöffnungen können jedoch die Konstruktion des Antriebs einschränken und hierdurch dessen Effizienz und damit auch die Effizienz des Gebläses reduzieren.A further disadvantage of cooling by means of forced convection is that the fluid is guided partially or completely through the drive, for example through the electric motor, in order to reach it as uniformly or completely as possible. However, the corresponding passage openings or through-flow openings can limit the design of the drive and thereby reduce its efficiency and thus also the efficiency of the fan.

Bekannt ist ferner die Kühlung von Antrieben durch ein zusätzliches Gebläse mit einer separaten Luftführung. Üblicherweise ist das separate Gebläse zur Vermeidung eines weiteren Antriebs mechanisch mit dem Antrieb des eigentlichen Gebläses gekoppelt.Also known is the cooling of drives by an additional fan with a separate air duct. The separate fan is usually coupled mechanically to the drive of the actual fan to avoid an additional drive.

Nachteilig hierbei ist zum einen, dass das zusätzliche Gebläse entsprechende Kosten durch Material und Montage erfordert. Auch ist hierfür zusätzlicher Bauraum erforderlich. Zum anderen führt die mechanische Kopplung dazu, dass das eigentliche Gebläse und das zusätzliche Gebläse aufgrund des gemeinsamen Antriebs mit dergleichen Drehzahl drehen. Somit kann sich eine mögliche Drehzahlreduzierung des gemeinsamen Antriebs im Teillastbetrieb auch auf ein reduziertes Maß der erzwungenen Konvektion auswirken, welche vom zusätzlichen Gebläse erzeugt wird.The disadvantage here is, on the one hand, that the additional blower requires corresponding costs for material and assembly. This also requires additional space. On the other hand, the mechanical coupling means that the actual fan and the additional fan rotate at the same speed due to the common drive. A possible speed reduction of the common drive in partial load operation can therefore also affect a reduced degree of forced convection, which is generated by the additional fan.

Die Drehzahl des Antriebs muss im Teillastbetrieb nicht zwangsweise kleiner werden. „Teillast“ bezieht sich hier in erster Linie auf die Leistung, welche von der Strömungsmaschine erbracht wird. Diese wird im Teillastbereich geringer, da der geförderte Volumenstrom sinkt (z.B. durch Abdrosseln, also Versperren des Förderwegs).The speed of the drive does not necessarily have to decrease in part-load operation. “Partial load” refers here primarily to the power provided by the turbomachine. This decreases in the partial load range because the volume flow delivered falls (e.g. due to throttling, i.e. blocking the delivery path).

Es kann auch eine Kühlung des Antriebs durch ein zusätzliches Medium bzw. Fluid erfolgen, welches in einem separaten Kreislauf strömen bzw. gefördert werden kann. Dies führt jedoch zu einem entsprechend hohen Aufwand mit zusätzlichen Material- und Montagekosten. Auch kann dies einen nicht unerheblichen Bauraum erfordern. Ferner benötigt die Förderung des zusätzlichen Mediums zusätzliche Energie.The drive can also be cooled by an additional medium or fluid, which can flow or be conveyed in a separate circuit. However, this leads to a correspondingly high effort with additional material and assembly costs. This can also require a not inconsiderable amount of space. Furthermore, the promotion of the additional medium requires additional energy.

Die EP 3 376 043 A1 beschreibt einen Gebläsemotor für einen Staubsauger, umfassend: eine Motorhalterung, die so konfiguriert ist, dass sie ein Motorteil aufnimmt; ein Laufrad, das vertikal über dem Motorteil angeordnet und so konfiguriert ist, dass es von dem Motorteil gedreht wird; eine Laufradabdeckung, die vertikal über der Motorhalterung angeordnet und so konfiguriert ist, dass sie zumindest das Laufrad abdeckt, wobei die Laufradabdeckung einen Lufteinlass an einem oberen zentralen Abschnitt der Laufradabdeckung definiert; und eine Luftabgabeöffnung, die so konfiguriert ist, dass sie Luft abgibt, die durch den Lufteinlass angesaugt und durch das Laufrad unter Druck gesetzt wird; wobei ein Kühlströmungswegauslass in direkter Fluidverbindung mit einem Innenraum der Motorhalterung und einem zwischen dem Laufrad und der Luftauslassöffnung definierten Raum steht, und wobei der Kühlströmungswegauslass so konfiguriert ist, dass er Luft aus dem Innenraum des Motorträgers direkt in Richtung des Raums ausstößt, der zwischen dem Laufrad und der Luftauslassöffnung definiert ist und der einen niedrigeren Druck als der Innenraum des Motorträgers aufweist.The EP 3 376 043 A1 describes a fan motor for a vacuum cleaner, comprising: a motor mount configured to receive a motor part; an impeller arranged vertically above the motor part and configured to be rotated by the motor part; an impeller cover disposed vertically above the motor mount and configured to cover at least the impeller, the impeller cover defining an air inlet at an upper central portion of the impeller cover; and an air discharge port configured to discharge air drawn in through the air inlet and pressurized by the impeller; wherein a cooling flow path outlet is in direct fluid communication with an interior of the motor mount and a space defined between the impeller and the air outlet opening, and wherein the cooling flow path outlet is configured to expel air from the interior of the motor mount directly toward the space defined between the impeller and the air outlet opening and which has a lower pressure than the interior space of the motor mount.

Nachteilig hieran ist, dass auch in diesem Fall der Kühlluftvolumenstrom vom Innenraum des Motorträgers direkt in Richtung des Raums zwischen dem Laufrad und der Luftauslassöffnung proportional zum geförderten Volumenstrom des Gebläses ist.The disadvantage of this is that in this case, too, the cooling air volume flow from the interior of the motor mount directly in the direction of the space between the impeller and the air outlet opening is proportional to the volume flow delivered by the fan.

Der Erfindung stellt sich somit das Problem, eine Strömungsmaschine der eingangs beschriebenen Art mit verbesserter Kühlung des Antriebs zu schaffen. Insbesondere soll dies unabhängig von der Drehzahl des Antriebs oder vom Fördervolumenstrom des Gebläses, besonders vorzugweise sogar umgekehrt proportional zur Drehzahl des Antriebs oder zum Fördervolumenstrom des Gebläses, erfolgen können. Zumindest soll eine Alternative zu bekannten Strömungsmaschinen geschaffen werden.The invention therefore addresses the problem of creating a turbomachine of the type described at the outset with improved cooling of the drive. In particular, this should be able to take place independently of the speed of the drive or the delivery volume flow of the fan, particularly preferably even inversely proportional to the speed of the drive or the delivery volume flow of the fan. At the very least, an alternative to known turbomachines should be created.

Erfindungsgemäß wird dieses Problem durch eine Strömungsmaschine sowie durch ein Haushalts- oder Küchengerät mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgenden Unteransprüchen.According to the invention, this problem is solved by a turbomachine and by a household or kitchen appliance with the features of the independent patent claims. Advantageous refinements and developments of the invention result from the following dependent claims.

Somit betrifft die vorliegende Erfindung eine Strömungsmaschine mit wenigstens einem Gehäuse, mit wenigstens einem Elektromotor und mit wenigstens einer Welle, welche mit einem Rotor des Elektromotors feststehend verbunden ist, wobei die Welle wenigstens ein Laufrad aufweist, welches ausgebildet ist, durch seine Rotation einen Prozessfluidstrom zu erzeugen, und wobei das Gehäuse wenigstens einen Prozessfluidkanal aufweist, durch welchen hindurch der Prozessfluidstrom vom Laufrad gefördert werden kann. Je nach Anwendung der Strömungsmaschine kann das Fluid bzw. das Prozessfluid ein Gas wie insbesondere Luft bzw. Umgebungsluft oder eine Flüssigkeit wie insbesondere Wasser, Waschflotte und dergleichen sein.The present invention thus relates to a turbomachine with at least one housing, with at least one electric motor and with at least one shaft which is fixedly connected to a rotor of the electric motor, the shaft having at least one impeller which is designed to cause a process fluid flow through its rotation generate, and wherein the housing has at least one process fluid channel through which the process fluid stream can be promoted from the impeller. Depending on the application of the turbomachine, the fluid or the process fluid can be a gas such as air or ambient air in particular, or a liquid such as water, washing liquor and the like in particular.

Die erfindungsgemäße Strömungsmaschine ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Motorraum, welcher wenigstens vom Gehäuse und vom Elektromotor gebildet wird, mittels wenigstens eines Fluidkanals mit einem Radseitenraum verbunden ist, wobei der Radseitenraum wenigstens vom Gehäuse und vom Laufrad gebildet wird, wobei bei Förderung des Prozessfluidstroms mittels des Laufrads zusätzlich vom Laufrad ein Kühlungsfluidstrom vom Motorraum durch den Fluidkanal und durch den Radseitenraum in den Prozessfluidstrom erzeugt werden kann. Vorzugsweise sind mehrere, vorzugsweise in Umfangsrichtung gleich ausgebildete und bzw. oder gleich verteilte, Fluidkanäle vorhanden.The turbomachine according to the invention is characterized in that a motor chamber, which is formed at least by the housing and the electric motor, is connected to a side impeller space by means of at least one fluid duct, the side impeller space being formed at least by the housing and the impeller, wherein when the process fluid flow is conveyed by means of the Impeller can also be generated from the impeller, a cooling fluid flow from the engine compartment through the fluid channel and through the Radseitenraum in the process fluid flow. There are preferably a plurality of fluid channels, preferably of the same design and/or distributed in the circumferential direction.

Der vorliegenden Erfindung liegt dabei die Erkenntnis zugrunde, dass auf diese Art und Weise die zentrifugale Wirkung radialer oder halbaxialer Strömungsmaschinen dazu verwendet werden kann, einen Kühlungsfluidstrom mittels des rotierenden Laufrads zu fördern und in den Prozessfluidstrom einzuleiten anstelle, wie aus der EP 3 376 043 A1 bekannt, den Kühlungsfluidstrom vom Prozessfluidstrom direkt ansaugen zu lassen. Vielmehr wird der Unterdruck gegenüber dem Motorraum, welcher sich durch das rotierende Laufrad im Radseitenraum bildet, verwendet, um den Kühlungsfluidstrom aus dem Motorraum anzusaugen und dann in den Prozessfluidstrom zu fördern bzw. einzuleiten.The present invention is based on the finding that in this way the centrifugal effect of radial or semi-axial flow machines can be used to promote a cooling fluid flow by means of the rotating impeller and to introduce it into the process fluid flow instead, as from EP 3 376 043 A1 known to let the cooling fluid flow sucked directly from the process fluid flow. Rather, the negative pressure in relation to the engine compartment, which forms in the impeller side space as a result of the rotating impeller, is used to suck in the cooling fluid flow from the engine compartment and then to convey or introduce it into the process fluid flow.

Dies kann die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlungsfluidstroms und damit die Wärmeabfuhr mittels erzwungener Konvektion erhöhen, welche vom Kühlungsfluidstrom erreicht werden kann. Dies kann ohne zusätzliche Bauteile und ohne zusätzlich erforderlichen Bauraum lediglich dadurch umgesetzt werden, dass eine Verbindung zur Förderung des Kühlungsfluidstroms aus dem Motorraum heraus nicht direkt in den Prozessfluidkanal, sondern stattdessen im Radseitenraum mündet.This can increase the flow rate of the cooling fluid stream and thus the forced convection heat removal that can be achieved by the cooling fluid stream. This can be implemented without additional components and without any additional installation space required simply by the fact that a connection for conveying the cooling fluid flow out of the engine compartment does not open directly into the process fluid channel but instead in the wheel side space.

Vorteilhaft ist dabei auch, dass sich durch das rotierende Laufrad im Radseitenraum zwischen dem Fluidkanal und dem Laufrad in radialer Richtung ein Druckgradient einstellt, wobei der geringste Druck an der Längsachse bzw. an der Rotationsachse vorliegt. Somit kann durch die radiale Positionierung des Fluidkanals und bzw. oder durch die Größe der Öffnung des Fluidkanals auf den Kühlungsfluidstrom gezielt Einfluss genommen werden. It is also advantageous that the rotating impeller sets up a pressure gradient in the impeller side space between the fluid channel and the impeller in the radial direction, with the lowest pressure being present on the longitudinal axis or on the axis of rotation. Thus, the cooling fluid flow can be influenced in a targeted manner by the radial positioning of the fluid channel and/or by the size of the opening of the fluid channel.

Vorteilhaft ist dabei insbesondere, dass sich der Kühlungsfluidstrom umgekehrt proportional zum Prozessfluidstrom der Strömungsmaschine verhält, da der Druck im Radseitenraum zwischen dem Fluidkanal und dem Laufrad umso geringer wird, je stärker die Strömungsmaschine gedrosselt wird, d.h. desto geringer die Drehzahl des Elektromotors oder der Fördervolumenstrom der Strömungsmaschine ist. Während somit der primär kühlende Prozessfluidstrom an Stärke abnimmt, so nimmt gleichzeitig bei nahezu konstantem Druck im Motorraum die Stärke des Kühlungsfluidstroms zu. Hierdurch kann somit auch bei gedrosseltem Betrieb die Kühlung mittels erzwungener Konvektion beibehalten bzw. sichergestellt werden. Bei entsprechender Auslegung kann in diesem Fall die Druckdifferenz und damit die Stärke des Kühlungsfluidstroms sogar noch ansteigen und damit die kühlende Wirkung verstärken. Dies kann physikalisch selbsttätig erfolgen.It is particularly advantageous that the cooling fluid flow is inversely proportional to the process fluid flow of the turbomachine, since the pressure in the impeller side space between the fluid channel and the impeller decreases the more the turbomachine is throttled, i.e. the lower the speed of the electric motor or the delivery volume flow of the flow machine is. Thus, while the primarily cooling process fluid flow decreases in intensity, the intensity of the cooling fluid flow increases at the same time with an almost constant pressure in the engine compartment. As a result, the cooling by means of forced convection can be maintained or ensured even in the case of throttled operation. With an appropriate design, the pressure difference and thus the strength of the cooling fluid flow can even increase in this case and thus increase the cooling effect. This can be physically done automatically.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird der Radseitenraum wenigstens vom Gehäuse und von einer Laufradscheibe des Laufrads gebildet. Dies kann eine konkrete Möglichkeit zur Umsetzung darstellen. Insbesondere kann hierdurch ein Radseitenraum mit flächigem Kontakt zum Laufrad geschaffen werden, was die Ausbildung von zentrifugalen Kräften bzw. Momenten auf den Kühlungsfluidstrom begünstigen kann.According to one aspect of the invention, the impeller side space is formed at least by the housing and by an impeller disk of the impeller. This can represent a concrete possibility for implementation. In this way, in particular, an impeller side space with surface contact with the impeller can be created, which can promote the formation of centrifugal forces or moments on the cooling fluid flow.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist die Laufradscheibe des Laufrads flächig geschlossen ausgebildet. Dies kann eine konkrete Möglichkeit zur Umsetzung darstellen. Insbesondere kann hierdurch die Ausbildung eines gerichteten Kühlungsfluidstroms begünstigt werden. Zusätzlich oder alternativ kann hierdurch besonders wirkungsvoll ein Unterdruck im Radseitenraum erzeugt werden.According to a further aspect of the invention, the impeller disk of the impeller is closed over a large area trained. This can represent a concrete possibility for implementation. In particular, this can promote the formation of a directed flow of cooling fluid. Additionally or alternatively, a negative pressure can be generated particularly effectively in the wheel side space.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist die Laufradscheibe des Laufrads dem Radseitenraum abgewandt eine Mehrzahl von Schaufelblättern auf. Mittels der Schaufelblätter kann der Prozessfluidstrom erzeugt werden.According to a further aspect of the invention, the impeller disk of the impeller has a plurality of blade leaves facing away from the impeller side space. The process fluid stream can be generated by means of the blade blades.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist der Fluidkanal zumindest abschnittsweise, vorzugweise vollständig, entlang der Rotationsachse der Welle ausgebildet. Dies kann die Strömung des Kühlungsfluidstroms in den Radseitenraum begünstigen.According to a further aspect of the invention, the fluid channel is formed at least in sections, preferably completely, along the axis of rotation of the shaft. This may favor the flow of the cooling fluid stream into the wheelside space.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist der Fluidkanal im Bereich von 40% bis 80% der radialen Erstreckung des Laufrads, vorzugsweise der Laufradscheibe des Laufrads, angeordnet. Dies kann einen guten Kompromiss zwischen unterdruck- bzw. gradientenerzeugender Wirkung und Befestigung des Laufrads an der Welle ermöglichen.According to a further aspect of the invention, the fluid channel is arranged in the range of 40% to 80% of the radial extent of the impeller, preferably the impeller disk of the impeller. This can allow a good compromise between negative pressure or gradient-generating effect and attachment of the impeller to the shaft.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist das Gehäuse wenigstens eine Motorraumöffnung, vorzugsweise eine Mehrzahl von, vorzugsweise in Umfangsrichtung gleich ausgebildeten und bzw. oder gleich verteilten, Motorraumöffnungen, auf, welche den Prozessfluidkanal mit dem Motorraum verbindet. Dies kann die Ausbildung einer zusätzlichen Fluidströmung als Teil des Prozessfluidstroms in den Motorraum und damit in den Kühlungsfluidstrom ermöglichen, um den Motorraum stärker bzw. aus mehreren Richtungen als bisher bekannt zu durchströmen und so mittels erzwungener Konvektion zu kühlen.According to a further aspect of the invention, the housing has at least one motor compartment opening, preferably a plurality of motor compartment openings, preferably of the same design and/or distributed in the circumferential direction, which connects the process fluid channel to the motor compartment. This may allow the formation of an additional fluid flow as part of the process fluid flow into the engine compartment and thus in the cooling fluid flow in order to flow through the engine compartment more or from more directions than hitherto known and thus to cool by means of forced convection.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist die Strömungsmaschine eine Lagerung auf, welche entlang der Rotationsachse der Welle zwischen dem Elektromotor und dem Laufrad angeordnet ist. Hierdurch können die entsprechenden Eigenschaften und Vorteile bei der vorliegenden Strömungsmaschine umgesetzt und genutzt werden.According to a further aspect of the invention, the turbomachine has a bearing which is arranged along the axis of rotation of the shaft between the electric motor and the impeller. As a result, the corresponding properties and advantages can be implemented and used in the present turbomachine.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist an der Welle entlang der Rotationsachse zwischen dem Rotor und der Lagerung eine Wuchtscheibe angeordnet. Dies kann es ermöglichen, im Rahmen der Montage die Welle gegenüber dem Gehäuse bzw. einem Gehäusevorderteil auszuwuchten und somit Unwuchten der Welle gegenüber der Rotationsachse zu reduzieren oder sogar zu vermeiden.According to a further aspect of the invention, a balancing disk is arranged on the shaft along the axis of rotation between the rotor and the bearing. This can make it possible to balance the shaft in relation to the housing or a front part of the housing during assembly and thus to reduce or even avoid imbalances in the shaft in relation to the axis of rotation.

Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Haushalts- oder Küchengerät mit einer Strömungsmaschine wie zuvor beschrieben. Auf diese Art und Weise können die zuvor beschriebenen Eigenschaften und Vorteile bei einem Haushaltsgerät oder bei einem Küchengerät umgesetzt und genutzt werden. Hierzu kommen alle Haushaltsgeräte sowie Küchengeräte in Betracht, bei denen Fluidströme erzeugt werden müssen.The present invention also relates to a household or kitchen appliance with a turbomachine as described above. In this way, the properties and advantages described above can be implemented and used in a household appliance or in a kitchen appliance. All household appliances and kitchen appliances in which fluid flows have to be generated come into consideration for this.

Mit anderen Worten liegt der vorliegenden Erfindung die Erkenntnis zugrunde, dass beispielsweise bei einem Gebläse mit integrierter Antriebsmaschine die Verlustleistung abgeführt werden sollte, um das Gebläse bzw. dessen integrierte Antriebsmaschine vor unzulässiger Erwärmung zu schützen. Bei Gebläsen mit elektrischem Abtrieb wird üblicherweise die Verlustleistung in Form von Wärme durch (erzwungene) Konvektion an das Fördermedium abgegeben. Wird das Gebläse im Teillastbereich (abgedrosselt) betrieben, steht üblicherweise weniger Fördermedium zur Kühlung zur Verfügung. Infolgedessen kann weniger Wärme abgeführt werden und daher steigt die Temperatur des Gebläses.In other words, the present invention is based on the knowledge that, for example, in the case of a blower with an integrated drive machine, the power loss should be dissipated in order to protect the blower or its integrated drive machine from impermissible heating. In the case of fans with an electrical output, the power loss is usually given off to the pumped medium in the form of heat through (forced) convection. If the fan is operated in the partial load range (throttled), there is usually less pumping medium available for cooling. As a result, less heat can be dissipated and therefore the temperature of the fan increases.

Die Komponenten des Gebläses sollten daher thermodynamisch für einen Betriebspunkt ausgelegt werden, der nicht dem Auslegungspunkt (Optimalpunkt) des Gebläses entspricht. Dieser ist bei Auslegung des Gebläses in der Regel nicht bekannt. Zusätzlich kann ggf. ein Thermoschutz (hard- oder softwareseitig) vorgesehen werden, der das Gebläse im gedrosselten Zustand vor unzulässiger Erwärmung schützen kann.The components of the fan should therefore be designed thermodynamically for an operating point that does not correspond to the design point (optimal point) of the fan. This is usually not known when designing the blower. In addition, if necessary, thermal protection (hardware or software) can be provided, which can protect the fan from overheating when it is throttled.

Nachteilig bei der Kühlung durch das Fördermedium mittels (erzwungener) Konvektion ist üblicherweise, dass der Fördervolumenstrom teilweise oder vollständig durch die Antriebsmaschine geführt wird, wodurch die Effizienz des Gebläses signifikant sinken kann. The disadvantage of cooling through the conveyed medium by means of (forced) convection is usually that the conveyed volume flow is partially or completely guided through the drive machine, which can significantly reduce the efficiency of the fan.

Nachteilig ist hierbei ferner, dass, falls die Kühlung über einen Bypass realisiert wird, wie beispielsweise in der EP 3 376 043 A1 beschrieben, der Kühlluftvolumenstrom proportional zum Fördervolumenstrom ist.Another disadvantage here is that if the cooling is implemented via a bypass, such as in the EP 3 376 043 A1 described, the cooling air volume flow is proportional to the delivery volume flow.

Bekannt ist ferner die Kühlung durch ein Hilfsgebläse mit separater Luftführung, das mechanisch mit dem Gebläseantrieb gekoppelt ist. Auch kann eine Kühlung durch ein Fremdmedium mit separatem Förderkreislauf und separatem Antrieb und ggf. Regelung erfolgen. In beiden Fällen sind zusätzliche Bauteile erforderlich, was zu Material- und Montagekosten führen sowie zusätzliche Energie verbrauchen kann.Also known is cooling by an auxiliary fan with a separate air duct, which is mechanically coupled to the fan drive. Cooling can also take place using an external medium with a separate conveyor circuit and separate drive and, if necessary, control. In both cases, additional components are required, which can lead to material and assembly costs and consume additional energy.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung kann somit darin gesehen werden, insbesondere einen Kühlluftvolumenstrom ohne zusätzlichen Aufwand (Bauteile/Kosten/Energie/Regelung) zu erzeugen, der das Gebläse im gesamten Betriebsbereich auf einer (möglichst) konstanten Temperatur halten kann.An object of the present invention can thus be seen in particular to generate a cooling air volume flow without additional effort (components/costs/energy/control) that can keep the fan at a (preferably) constant temperature over the entire operating range.

Dies kann durch das Einbringen eines Bypasses vom motorseitigen Radseitenraum der Strömungsmaschine zum Motorraum zum Erzeugen eines Nebenluftstroms erreicht werden.This can be achieved by introducing a bypass from the engine-side impeller side space of the turbomachine to the engine compartment to generate a secondary air flow.

Dieser kann mittels erzwungener Konvektion zur Kühlung der (elektrischen) Antriebsmaschine beitragen.This can contribute to the cooling of the (electrical) drive machine by means of forced convection.

Die hier beschriebene sekundäre Luftströmung hat ihre Ursache in der zentrifugalen Wirkung der radialen oder halbaxialen Strömungsmaschine, die im Radseitenraum gegenüber dem Motorraum einen Unterdrück erzeugen kann. Dabei stellt sich durch den Betrieb der Strömungsmaschine im nicht-saugseitigen Radseitenraum in radialer Richtung ein Druckgradient ein, wobei der geringste Druck an der Achse vorliegt. Durch geeignete Wahl der Position (unterhalb des Laufrades) und Größe der Bypassöffnungen kann der Kühlluftvolumenstrom also entsprechend den Erfordernissen eingestellt werden.The secondary air flow described here is caused by the centrifugal effect of the radial or semi-axial flow machine, which can generate a negative pressure in the wheel side space compared to the engine compartment. During operation of the turbomachine, a pressure gradient occurs in the impeller side space on the non-suction side in the radial direction, with the lowest pressure being present at the axle. By suitably selecting the position (below the impeller) and size of the bypass openings, the cooling air volume flow can be adjusted according to the requirements.

Weiterhin verhält sich dieser Kühlluftvolumenstrom umgekehrt proportional zum Fördervolumenstrom des Gebläses, da der Druck im Radseitenraum umso geringer wird, je stärker das Gebläse gedrosselt wird, während der Druck im Motorraum nahezu konstant bleibt und somit die treibende Druckdifferenz steigt. Dadurch ergibt sich eine passive („selbsteinstellende“) Regelung der Motorkühlung, die eine (nahezu) konstante Temperatur des Gebläses und seiner Komponenten im Betrieb sicherstellen kann.Furthermore, this cooling air volume flow is inversely proportional to the volume flow of the fan, since the pressure in the wheel side space decreases the more the fan is throttled, while the pressure in the engine compartment remains almost constant and the driving pressure difference thus increases. This results in a passive ("self-adjusting") control of the engine cooling, which can ensure an (almost) constant temperature of the fan and its components during operation.

Als zusätzliche Option kann zudem ein Teil des Fördervolumenstroms oberhalb des Stators in die elektrische Antriebsmaschine geführt und ein weiterer Kühlluftvolumenstrom erzeugt werden.As an additional option, part of the delivery volume flow can also be routed into the electric drive machine above the stator and an additional cooling air volume flow can be generated.

In jedem Fall kann auf diese Art und Weise eine effiziente, kostengünstige, passive Regelung der Gebläsetemperatur erfolgen. Auch kann eine vereinfachte Auslegung bezüglich der Erwärmung (Approbation) erfolgen.In any case, efficient, cost-effective, passive control of the blower temperature can take place in this way. A simplified design with regard to heating (approval) can also be carried out.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen rein schematisch dargestellt und wird nachfolgend näher beschrieben. Es zeigt

1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Strömungsmaschine; und
2 einen Querschnitt durch die erfindungsgemäße Strömungsmaschine am oberen Ende des Elektromotors.

An embodiment of the invention is shown purely schematically in the drawings and is described in more detail below. It shows

1 a longitudinal section through a turbomachine according to the invention; and
2 a cross section through the turbomachine according to the invention at the upper end of the electric motor.

Die o.g. Figuren werden in zylindrischen Koordinaten betrachtet. Es erstreckt sich eine Längsachse X, welche auch als Rotationsachse X bezeichnet werden kann. Senkrecht zur Längsachse X erstreckt sich eine radiale Richtung R von der Längsachse X weg. Senkrecht zur radialen Richtung R und um die Längsachse X herum erstreckt sich eine Umfangsrichtung U.The above figures are considered in cylindrical coordinates. A longitudinal axis X, which can also be referred to as the axis of rotation X, extends. A radial direction R extends away from the longitudinal axis X perpendicularly to the longitudinal axis X. A circumferential direction U extends perpendicular to the radial direction R and around the longitudinal axis X.

1 zeigt einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Strömungsmaschine 1. Die Strömungsmaschine 1 dient im vorliegenden Fall der Erzeugung eines Prozessfluidstroms A in Form eines Prozessluftstroms A. Entsprechend kann die Strömungsmaschine 1 auch als Gebläse 1, als Ventilator 1 oder als Lüfter 1 bezeichnet werden. Die Strömungsmaschine 1 kann jedoch sinngemäß auch zur Erzeugung eines Flüssigkeitsstroms verwendet werden. 1 shows a longitudinal section through a turbomachine 1 according to the invention. In the present case, the turbomachine 1 is used to generate a process fluid stream A in the form of a process air stream A. Accordingly, the turbomachine 1 can also be referred to as a blower 1, a fan 1 or a fan 1. However, the turbomachine 1 can also be used to generate a liquid flow.

Das Gebläse 1 weist ein Gehäuse 10 auf. Dem Luftstrom zugewandt ist eine Gehäuseabdeckung 12 entlang der Rotationsachse X an dem Gehäuse 10 angeordnet, welche radial mittig eine Durchgangsöffnung als Einlassöffnung (nicht bezeichnet) aufweist, durch welche hindurch der Prozessluftstrom A von dem Gebläse 1 angesogen werden kann. Die Seite des Gebläses 1, welche die Durchlassöffnung aufweist, kann daher auch als Ansaugseite des Gebläses 1 bezeichnet werden. Die Gehäuseabdeckung 12 kann auch als Ansaughaube 12 bezeichnet werden.The fan 1 has a housing 10 . Facing the air flow, a housing cover 12 is arranged on the housing 10 along the axis of rotation X, which has a through-opening as an inlet opening (not designated) radially in the center, through which the process air flow A can be sucked in by the blower 1 . The side of the fan 1 that has the passage opening can therefore also be referred to as the intake side of the fan 1 . The housing cover 12 can also be referred to as an intake hood 12 .

Der Prozessluftstrom A wird nach der Durchgangsöffnung der Ansaughaube 12 durch einen Prozessfluidkanal 11 bzw. durch eine Prozessluftkanal 11 hindurchgeführt, welcher abschnittsweise zwischen der Ansaughaube 12 und dem Gehäuse 10 bzw. innerhalb des Gehäuses 10 gebildet wird. Anschließend tritt der Prozessluftstrom A durch eine ringförmige Durchlassöffnung als Auslassöffnung (nicht bezeichnet) wieder aus dem Gehäuse 10 hinaus. Diese Seite des Gehäuses 10 kann als Druckseite bezeichnet werden.The process air flow A is passed through a process fluid duct 11 or through a process air duct 11 after the passage opening of the suction hood 12 , which is formed in sections between the suction hood 12 and the housing 10 or within the housing 10 . The process air flow A then exits the housing 10 again through an annular passage opening as an outlet opening (not designated). This side of the housing 10 can be referred to as the pressure side.

Im Bereich zwischen dem Gehäuse 10 und der Ansaughaube 11 ist ein Laufrad 5 angeordnet, welches eine Mehrzahl von Schaufelblättern 50 aufweist, welche, der Einlassöffnung zugewandt, auf einer kreisförmigen und flächig geschlossenen Laufradscheibe 51 angeordnet sind. Wird das Laufrad 5 um die Rotationsachse X des Gebläses 1, welche der Längsachse X entspricht, rotiert, so bewegen die Schaufelräder 50 Luft an der Ansaugseite in das Gebläse 1 hinein und durch das Gebläse 1 hindurch an der Druckseite wieder aus dem Gebläse 1 bzw. aus dessen Innenraum hinaus. Hierdurch wird der Prozessluftstrom A erzeugt.In the area between the housing 10 and the intake hood 11 an impeller 5 is arranged, which has a plurality of blades 50 which, facing the inlet opening, are arranged on a circular impeller disk 51 with a closed surface. If the impeller 5 rotates about the axis of rotation X of the fan 1, which corresponds to the longitudinal axis X, the impellers 50 move air on the intake side into the fan 1 and through the fan 1 on the pressure side out of the fan 1 or out of its interior. As a result, the process air flow A is generated.

Entlang der Rotationsachse X ist dem Laufrad 5 abgewandt ein Elektromotor 3 angeordnet, welcher am Gehäuse 10 gehalten wird. Der Elektromotor 3 weist einen Stator 30 bzw. einen Ständer 30 auf, welcher eine Mehrzahl von Statorblechen 30a aufweist, welche abschnittsweise von Statorwicklungen 30b umschlossen werden. Die Statorbleche 30a bilden gemeinsam einen Eisenkern 30a des Stators 30. Die Statorwicklungen 30b können auch als Leiterspulen 30b oder als Erregerspulen 30b bezeichnet werden. Der Stator 30 des Elektromotors 3 ist durch Verschrauben feststehend an dem Gehäuse 10 angeordnet.An electric motor 3 , which is held on the housing 10 , is arranged along the axis of rotation X, facing away from the impeller 5 . The electric motor 3 has a stator 30 or a stator 30, which has a plurality of stator laminations 30a, which are partially surrounded by stator windings 30b. The stator laminations 30a together form an iron core 30a of the stator 30. The stator windings 30b can also be referred to as conductor coils 30b or as excitation coils 30b. The stator 30 of the electric motor 3 is fixedly arranged on the housing 10 by screwing.

Innerhalb des Stators 30 ist ein Rotor 31 bzw. ein Läufer 31 des Elektromotors 3 angeordnet und feststehend mit einer Welle 4 verbunden. Der Rotor 31 des Elektromotors 3 weist eine Mehrzahl von Spulen 31a, denen der entsprechende Abschnitt der Welle 4 als Anker dient, oder eine Mehrzahl von Permanentmagneten 31a auf. Zwischen dem Stator 30 und dem Rotor 31 bzw. zwischen der radialen Innenseite der Statorbleche 30a und der radialen Außenseite der Spulen 31a bzw. der Permanentmagnete 31a wird in der radialen Richtung R ein radialer Luftspalt (nicht bezeichnet) gebildet.A rotor 31 or a rotor 31 of the electric motor 3 is arranged inside the stator 30 and is connected in a fixed manner to a shaft 4 . The rotor 31 of the electric motor 3 has a plurality of coils 31a, for which the corresponding section of the shaft 4 serves as an armature, or a plurality of permanent magnets 31a. A radial air gap (not designated) is formed in the radial direction R between the stator 30 and the rotor 31 or between the radial inside of the stator laminations 30a and the radial outside of the coils 31a or the permanent magnets 31a.

Das Laufrad 5 ist feststehend an einem dem Laufrad 5 zugewandten bzw. dem Elektromotor 3 abgewandten Ende (nicht bezeichnet) der Welle 4 angeordnet. Die Welle 4 erstreckt sich entlang der Rotationsachse X durch das Gehäuse 10 hindurch. Auch ist der Rotor 31 des Elektromotors 3 feststehend an einem dem Elektromotor 3 zugewandten bzw. dem Laufrad 5 abgewandten Ende (nicht bezeichnet) der Welle 4 angeordnet. Gleichzeitig ist die Welle 4 über eine Lagerung 2 drehbeweglich mit dem Gehäuse 10 derart verbunden, dass die radial äußeren Lagerelemente der Lagerung 2 feststehend von dem Gehäuse 10 gehalten werden. Auf diese Art und Weise kann die Welle 4 gegenüber dem Gehäuse 10 mittels des Elektromotors 3 rotiert werden. Diese Rotation kann auf das Laufrad 5 übertragen werden.The impeller 5 is fixedly arranged on an end (not labeled) of the shaft 4 that faces the impeller 5 or faces away from the electric motor 3 . The shaft 4 extends along the axis of rotation X through the housing 10 . The rotor 31 of the electric motor 3 is also fixedly arranged on an end (not labeled) of the shaft 4 which faces the electric motor 3 or faces away from the impeller 5 . At the same time, the shaft 4 is rotatably connected to the housing 10 via a bearing 2 in such a way that the radially outer bearing elements of the bearing 2 are held stationary by the housing 10 . In this way, the shaft 4 can be rotated relative to the housing 10 by means of the electric motor 3. This rotation can be transferred to the impeller 5 .

Die Lagerung 2, welche auch als Rotorlagerung 2 bezeichnet werden kann, besteht im betrachteten Ausführungsbeispiel auf zwei Lagern 21, 22 in Form von zwei Rillenkugellagern 21, 22, welche entlang der Rotationsachse X zueinander beabstandet radial innenseitig mittels der entsprechenden Lagerelemente (nicht bezeichnet) feststehend, z.B. durch Verpressen, Kleben oder Schrumpfen, auf der Welle 4 und radial außenseitig mittels der entsprechenden Lagerelemente (nicht bezeichnet) durch Spritzgießen mit dem Gehäuse 10 verbunden sind. Radial zwischen den jeweiligen Lagerelementen der beiden Rillenkugellager 21, 22 ist jeweils eine Mehrzahl von Wälzkörpern in Form von Kugeln (nicht bezeichnet) angeordnet, welche die Drehbeweglichkeit der Welle 4 gegenüber dem Gehäuse 10 ermöglichen. Alternativ kann die Lagerung 2 auch mittels eines Patronenlagers 2 umgesetzt werden.The bearing 2, which can also be referred to as rotor bearing 2, consists in the exemplary embodiment under consideration of two bearings 21, 22 in the form of two deep groove ball bearings 21, 22, which are spaced apart from one another along the axis of rotation X and are fixed radially on the inside by means of the corresponding bearing elements (not designated). , e.g. by pressing, gluing or shrinking, on the shaft 4 and radially on the outside by means of the corresponding bearing elements (not designated) are connected to the housing 10 by injection molding. A plurality of rolling bodies in the form of balls (not labeled) are arranged radially between the respective bearing elements of the two deep groove ball bearings 21 , 22 , which enable the rotational mobility of the shaft 4 relative to the housing 10 . Alternatively, the bearing 2 can also be implemented by means of a cartridge chamber 2.

Entlang der Rotationsachse X ist zwischen dem Rotor 31 und der Lagerung 2 eine Wuchtscheide 40 auf der Welle 4 angeordnet, welche dem Auswuchten dient.A balancing blade 40 is arranged on the shaft 4 along the axis of rotation X between the rotor 31 and the bearing 2 and is used for balancing.

Der Elektromotor 3 und das Gehäuse 10 bilden gemeinsam einen Motorraum 13. Der Motorraum 13 ist entlang der Rotationsachse X dem Laufrad 5 abgewandt und in der Umfangsrichtung U zwischen den Statorblechen 30a und Statorwicklungen 30b offen ausgebildet, so dass durch diese Durchgangsöffnungen (nicht bezeichnet) hindurch Umgebungsluft in dem Motorraum 13 gelangen bzw. einströmen kann. Ferner sind mehrere, in betrachten Ausführungsbeispiel drei, Motorraumöffnungen 14 im Gehäuse 10 vorgesehen, welche den Prozessluftkanal 11 radial mit dem Motorraum 13 verbinden, so dass ein Teil des Prozessluftstroms A in den Motorraum 13 gelangen bzw. von dort angesogen werden kann.The electric motor 3 and the housing 10 together form a motor compartment 13. The motor compartment 13 faces away from the impeller 5 along the axis of rotation X and is open in the circumferential direction U between the stator laminations 30a and stator windings 30b, so that passage openings (not labeled) can pass through them Ambient air can get into the engine compartment 13 or flow in. Furthermore, several engine compartment openings 14 are provided in the housing 10, in the exemplary embodiment considered three, which radially connect the process air duct 11 to the engine compartment 13, so that part of the process air flow A can enter the engine compartment 13 or be sucked in from there.

Der Motorraum 13 ist ferner mittels dreier Fluidkanäle 16, welche in der Umfangsrichtung U gleichmäßig zueinander beabstandet sind, entlang der Rotationsachse X geradlinig durch das Material des Gehäuses 10 hindurch mit einem Radseitenraum 15 verbunden. Der Radseitenraum 15 wird im Wesentlichen vom Gehäuse 10 und der Laufradscheibe 51 des Laufrads 50 gebildet und ist radial schräg außen durch einen kreisringförmigen Spalt (nicht bezeichnet) mit dem Prozessluftkanal 11 verbunden.The motor compartment 13 is also connected in a straight line through the material of the housing 10 to a wheel side compartment 15 along the axis of rotation X by means of three fluid channels 16 which are spaced evenly apart from one another in the circumferential direction U. The impeller side space 15 is essentially formed by the housing 10 and the impeller disk 51 of the impeller 50 and is connected to the process air duct 11 radially obliquely on the outside through an annular gap (not designated).

Im Betrieb des Gebläses 1 wird durch die zentrifugale Wirkung der Laufradscheibe 51 des Laufrads 5 ein Unterdruck im Radseitenraum 15 erzeugt, so dass ein Kühlungsfluidstrom B in Form eines Kühlluftstroms B in den Motorraum 13 und von dort durch die Fluidkanäle 16 in den Radseitenraum 15 eingesogen und in den Prozessluftstrom A abgegeben bzw. weitergefördert wird. Der Prozessluftstrom A kann auch als Hauptluftstrom A oder als primärer Luftstrom A und entsprechend der Kühlluftstrom B als Nebenluftstrom B oder als sekundärer Luftstrom B bezeichnet werden.During operation of the blower 1, the centrifugal effect of the impeller disc 51 of the impeller 5 generates a negative pressure in the impeller side space 15, so that a cooling fluid flow B in the form of a cooling air flow B is sucked into the engine compartment 13 and from there through the fluid ducts 16 into the impeller side space 15 and is discharged into the process air flow A or conveyed further. The process air flow A can also be referred to as the main air flow A or as the primary air flow A and, accordingly, the cooling air flow B as the secondary air flow B or as the secondary air flow B.

Hierdurch kann die Kühlung der bestromten Elemente des Elektromotors 3, d.h. der Statorwicklungen 30a und ggfs. der Spulen 31a des Rotors 31, verbessert werden. Dies gilt insbesondere für vergleichsweise geringe Drehzahlen des Elektromotors 3, da dann der Prozessluftstrom A zwar ebenfalls reduziert ist, jedoch aufgrund eines Druckgradienten, welcher sich im Radseitenraum 15 einstellt, dennoch ein vergleichsweise starker Kühlungsfluidstrom B erzeugt werden kann.As a result, the cooling of the energized elements of the electric motor 3, i.e. the stator windings 30a and possibly the coils 31a of the rotor 31, can be improved. This applies in particular to comparatively low speeds of the electric motor 3, since the process air flow A is then also reduced, but a comparatively strong cooling fluid flow B can still be generated due to a pressure gradient that occurs in the impeller side space 15.

BezugszeichenlisteReference List

AA: Prozessfluidstrom; Prozessluftstrom; Hauptluftstrom; primärer Luftstromprocess fluid flow; process air flow; main airflow; primary airflow
BB: Kühlungsfluidstrom; Kühlluftstrom; Nebenluftstrom; sekundärer Luftstrom cooling fluid flow; cooling air flow; secondary air flow; secondary airflow
RR: radiale Richtungradial direction
XX: Längsachse; Rotationsachselongitudinal axis; axis of rotation
Uu: Umfangsrichtung circumferential direction
11: Strömungsmaschine; Gebläse; Ventilator; Lüfterturbomachine; Fan; Fan; Fan
1010: GehäuseHousing
1111: Prozessfluidkanal; Prozessluftkanalprocess fluid channel; process air duct
1212: Gehäuseabdeckung; Ansaughaubehousing cover; intake hood
1313: Motorraumengine compartment
1414: Motorraumöffnungenengine compartment openings
1515: Radseitenraumwheel side room
1616: Fluidkanäle fluid channels
22: Lagerung; Rotorlagerung; PatronenlagerStorage; rotor bearing; chamber
2121: erstes Lagerfirst camp
2222: zweites Lager second camp
33: Elektromotorelectric motor
3030: Stator bzw. Ständer des Elektromotors 3Stator or stand of the electric motor 3
30a30a: Statorbleche; Eisenkernstator laminations; iron core
30b30b: Statorwicklungen; Leiterspulen; Erregerspulenstator windings; conductor coils; excitation coils
3131: Rotor bzw. Läufer des Elektromotors 3Rotor or rotor of the electric motor 3
31a31a: Spulen; Permanentmagnete Wash; permanent magnets
44: WelleWave
4040: Wuchtscheibe balancing disc
55: LaufradWheel
5050: Schaufelblättershovel blades
5151: Laufradscheibeimpeller disc

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

EP 2401516 B1 [0006]
EP 3387741 A1 [0006]
EP 3376043 A1 [0015, 0021, 0037]

Claims

Fluid flow machine (1) with at least one housing (10), with at least one electric motor (3) and with at least one shaft (4) which is fixedly connected to a rotor (31) of the electric motor (3), the shaft (4) has at least one impeller (5) which is designed to generate a process fluid flow (A) through its rotation, and wherein the housing (10) has at least one process fluid channel (11) through which the process fluid flow (A) from the impeller (5 ) can be promoted, characterized in that a motor compartment (13), which is formed at least by the housing (10) and the electric motor (3), is connected by means of at least one fluid duct (16) to a side wheel space (15), the side wheel space (15) is formed at least by the housing (10) and the impeller (5), wherein when the process fluid flow (A) is conveyed by means of the impeller (5), a cooling fluid flow (B) from the motor compartment (13) through the Fluid channel (16) and through the Radseitenraum (15) can be generated in the process fluid stream (A).

Flow machine (1) after claim 1 , wherein the impeller side space (15) is formed at least by the housing (10) and by an impeller disc (51) of the impeller (5).

Flow machine (1) after claim 2 , wherein the impeller disk (51) of the impeller (5) is designed to be closed over a wide area.

Flow machine (1) after claim 2 or 3 , wherein the impeller disk (51) of the impeller (5) facing away from the impeller side space (15) has a plurality of blades (50).

Turbomachine (1) according to one of the preceding claims, wherein the fluid channel (16) is formed at least in sections, preferably completely, along the axis of rotation (X) of the shaft (4).

Turbomachine (1) according to one of the preceding claims, wherein the fluid channel (16) is arranged in the range of 40% to 80% of the radial extent of the impeller (5), preferably the impeller disk (51) of the impeller (5).

Turbomachine (1) according to one of the preceding claims, wherein the housing (10) has at least one engine compartment opening (14), preferably a plurality of engine compartment openings (14), preferably of the same design and/or distributed in the circumferential direction (U), which connects the process fluid channel (11) to the engine compartment (13).

Turbomachine (1) according to one of the preceding claims, with a bearing (2) which is arranged along the axis of rotation (X) of the shaft (4) between the electric motor (3) and the impeller (5).

Flow machine (1) after claim 8 , A balancing disc (40) being arranged on the shaft (4) along the axis of rotation (X) between the rotor (31) and the bearing (2).

Household or kitchen appliance with a turbomachine (1) according to one of the preceding claims.