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Die vorliegende Erfindung betrifft eine spezifische Motorgruppe für industrielle Anwendungen, das heißt im Besonderen, um in Anlagen, beispielsweise in Kühl-, Heiz- und Lüftungsanlagen im Zivil- und Industriebereich, beispielsweise in Einkaufszentren, Fabriken oder Betrieben verwendet zu werden. Die Motorgruppe ist daher vorzugsweise geeignet, um einen Ventilator oder eine Wärmepumpe oder einen Riemen anzutreiben.
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Bekannt sind Motoren gemäß dem Stand der Technik für diese Art von Anwendungen, die jedoch eine Reihe wesentlicher Probleme haben.
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In der Vergangenheit wurde nämlich bei den Bemühungen in der Forschung häufig vernachlässigt, effiziente Motoren (mit hoher Leistung) für diese Anwendungen zu schaffen; die Bemühungen gingen eher in die Richtung, zuverlässige Motoren zu erhalten, die über lange Zeiträume dauerhaft funktionierten, sodass die Anforderungen im Hinblick auf den Antrieb und die Funktion der Anlagen, die gewöhnlich von bedeutenden Ausmaßen sind, auf jeden Fall erfüllt wurden. Im Speziellen ist es für den Stand der Technik typisch, dass für diese Art von Anwendungen Motoren mit im Wesentlichen konstanter Geschwindigkeit verwendet wurden.
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Die Nachteile dieser Art von Motoren sind vielfältig, aber die Hauptnachteile sind im Wesentlichen die niedrige Leistung der Motoren und deren hoher Verbrauch.
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In Anbetracht der niedrigen Leistung der bekannten Motoren ist die für ihre Anwendung erforderliche dauerhafte Verwendung daher der Grund für eine enorme Geld- und Ressourcenverschwendung.
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Die Motorgruppe, die den Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildet, hat das Ziel, die oben genannten Probleme des Stands der Technik zu überwinden und daher eine Motorgruppe für diese Art von industriellen und/oder zivilen Anwendungen mit hoher Zuverlässigkeit, aber mit hoher Effizienz und reduziertem Verbrauch bereitzustellen.
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Dieses Ziel wird durch eine Motorgruppe gemäß Anspruch 1 erreicht. Die abhängigen Ansprüche zeigen bevorzugte Ausführungsvarianten und weitere Merkmale, die eine Reihe von neuen Vorteilen mit sich bringen.
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Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung wird nun im Detail unter Zuhilfenahme der beiliegenden Übersichten beschrieben, wobei:
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1 ein Querschnitt der Motorgruppe ist, die den Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildet;
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2a, 2b und 2c eine perspektivische Ansicht, eine Vorderansicht und eine Ansicht im seitlichen Querschnitt eines Teils der Motorgruppe laut 1 darstellen;
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3 eine perspektivische Explosionsansicht eines Teils der Motorgruppe laut 1 ist;
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4 eine perspektivische Absicht des Isolierrings gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist, der in der Motorgruppe enthalten ist, die den Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildet;
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5a, 5b und 5c drei perspektivische Ansichten der Zylinderstruktur und der beiden Köpfe darstellen, die im Stator enthalten sind, der in der Motorgruppe enthalten ist, die den Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildet.
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6a, 6b, 6c und 6d drei perspektivische beziehungsweise eine Querschnittsansicht darstellen, und zwar des Rotors, der auf der Drehwelle angebracht ist, nur des Rotors, einiger Komponenten des Rotors und schließlich des auf der Drehwelle angebrachten Rotors im Querschnitt.
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Unter Bezugnahme auf die oben genannten Übersichten wird mit der Referenznummer 1 eine Motorgruppe für industrielle oder zivile Anwendungen in ihrer Gesamtheit gekennzeichnet; mit anderen Worten eine spezifische Motorgruppe, um in Industrieanlagen wie zum Beispiel Kühl-, Klima-, Lüftungs- oder ähnlichen Anlagen verwendet zu werden.
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Die Motorgruppe 1 umfasst einen Gehäuserahmen 2, der geeignet ist, um die Funktion als Gehäuse der verschiedenen Komponenten der Motorgruppe 1 auszuüben, die nachfolgend beschrieben und aufgelistet werden, um sie in seinem Inneren zu schützen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Motorgruppe 1 eine vom Gehäuserahmen 2 gestützte Drehwelle 3, die ein Beladungsende 31 hat, das aus dieser herausragt, beispielsweise zum Halten eines Flügelrads.
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Außerdem umfasst die Motorgruppe 1 einen spezifischen Motor 10, der im Inneren des Rahmens 2 untergebracht ist, wo der Motor 10 durch eigens dafür vorgesehene elektronische Mittel gesteuert wird, sodass die Drehgeschwindigkeit der Welle 3 und daher der mit ihr verbundenen Elemente, beispielsweise des Flügelrades, abhängig von den Anforderungen aufgewertet und optimiert wird.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der Motor 10 einen Rotor 100 und einen Stator 200.
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Im Besonderen ist der Rotor 100 um die Drehwelle 3 befestigt und umfasst mehrere Rotorpole 110, die permanente Magnetfelder erzeugen. Der Stator 200 erstreckt sich dagegen axial um den Rotor 100 und umfasst mehrere Statorpole 210, die aus elektrischen Wicklungen 220 bestehen, die mit den elektronischen Mitteln wirkverbunden sind, sodass Letztere die elektrische Energie im Inneren der Wicklungen steuern und daher spezifische Magnetfelder erzeugen.
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Vorzugsweise ist der Stator 200 mit konzentrierten Nuten ausgebildet und umfasst eine im Wesentlichen ringförmige Struktur 250, die mehrere radiale Ausladungen 251 umfasst, auf die die elektrischen Wicklungen 220 gewickelt sind.
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Die radialen Ausladungen 251 sind voneinander in einem bestimmten Abstand angeordnet, sodass die aufeinanderfolgenden Pole voneinander getrennt und daher voneinander durch die Luft isoliert sind; mit anderen Worten sind die radialen Ausladungen 251 so ausgelegt, dass die elektrischen Wicklungen auf ihnen immer voneinander getrennt sind.
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Außerdem sind gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Stator 100 und der Rotor 200 voneinander in einem Abstand angeordnet; mit anderen Worten besteht kein Kontakt zwischen Stator 100 und Rotor 200, wie es beispielsweise bei Bürstenmotoren der Fall ist.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der Rotor 100 eine zylindrische Struktur 150, die axial eine durchgehende Vertiefung 151 zur Aufnahme der Drehwelle 3 aufweist.
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Vorzugsweise bestehen die Rotorpole 110 aus mehreren magnetischen Einsätzen 115, die in eigens dafür vorgesehenen Polhohlräumen 155 untergebracht sind, die in der Nähe der seitlichen Ränder der zylindrischen Struktur 150 so lokalisiert sind, dass sie bei montierter Motorgruppe 1 auf den Stator 200 blicken.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die Polhohlräume 155 im so weit wie möglich außen liegenden Bereich der zylindrischen Struktur 150 lokalisiert.
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Außerdem umfasst gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Rotor 100 elastische Blockiermittel 118, die geeignet sind, um die magnetischen Einsätze 115 in den Polhohlräumen 155 zu blockieren. Mit anderen Worten können im Inneren der zylindrischen Struktur 150 mehrere magnetische Einsätze 115 in eigens dafür vorgesehene Polhohlräumen 155 übereinstimmend mit der Anzahl der beinhalteten Rotorpole 100 eingefügt werden, wo in das Innere der Polhohlräume 155 auch eigens dafür vorgesehene elastische Blockiermittel 118 eingefügt werden können, die geeignet sind, um die magnetischen Einsätze 115 radial nach außen zu halten.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform haben die Polhohlräume 155 im Wesentlichen die Form des ferromagnetischen Einsatzes 115 und weisen radial zum Inneren des Rotors 100 hin eine spezielle Aussparung 158 auf, die geeignet ist, um das elastische Blockiermittel 118 zu enthalten, sodass es mit einer radialen Kraft auf den ferromagnetischen Einsatz wirkt, sobald dieser im Polhohlraum 155 positioniert ist. Mit anderen Worten hat jeder Polhohlraum 155 im Wesentlichen die Form eines ”T”, wobei im Schaft das jeweilige elastische Blockiermittel 118 und im Kopf der jeweilige ferromagnetische Einsatz 115 aufgenommen wird.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die magnetischen Einsätze 115 aus Neodym oder Samarium-Kobalt oder Ferriten und können magnetisiert werden, sobald sie in den entsprechenden Polhohlräumen 155 untergebracht sind.
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Mit anderen Worten wird bei der Montage des Rotors 100 dieser spezifisch zusammengebaut, indem die jeweiligen magnetischen Einsätze 115 und die jeweiligen elastischen Blockiermittel 118 in sein Inneres eingefügt werden, und danach in einen Magnetisierer gegeben, wo die magnetischen Einsätze 115 eben magnetisiert werden. Bei einer bevorzugen Ausführungsform wird vor der ersten Magnetisierungsphase des Rotors 100 dieser mit einem Schutzfilm bedeckt, der dessen Außenteile zur Gänze bedeckt; vorzugsweise wird der Rotor 100 nämlich vorher in einen Imprägnierofen getaucht, der wasserlösliches Harz auf Wasserbasis enthält und danach beispielsweise durch Katalysierung getrocknet. Vorzugsweise ist der Rotor 100, der in der Motorgruppe 1 umfasst ist, daher zur Gänze vom Schutzfilm bedeckt.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist der Rotor 100 und im Besonderen die zylindrische Struktur 150 auf ihrer Außenfläche eigens dafür vorgesehene Nuten 159 auf, die radial zum Zentrum des Rotors 100 geschaffen und im Bereich zwischen zwei aufeinanderfolgenden Polhohlräumen 155 lokalisiert sind. Das Vorhandensein der Nuten 159 ermöglicht dem Rotor 100, eine so gering wie mögliche magnetische Dispersion und einen optimierten Magnetfluss der verschiedenen Pole zu haben.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der Rotor 100 außerdem zwei Scheiben 190, die an den Seiten desselben auf der Drehwelle 3 sitzen.
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Vorzugsweise haben die Scheiben 190 im Wesentlichen denselben Platzbedarf wie jenen des Querschnitts der zylindrischen Struktur 150 des Rotors 100.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die Scheiben 190 aus thermoplastischem Material, beispielsweise PA 66-Nylon, das beispielsweise mit Glasfasern verstärkt ist.
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Vorzugsweise sind die Scheiben 190 an den Seiten der zylindrischen Struktur 150 so befestigt, dass sie die magnetischen Einsätze 115 zusätzlich axial blockieren (und die Wirkung der elastischen Blockiermittel 118 unterstützen), und sind vor allem geeignet, um sie vor äußeren Einflüssen wie Feuchtigkeit zu schützen.
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Mit anderen Worten sind der Rotor 100 und im Besonderen die Rotorpole 110 absolut vor äußeren Umwelteinflüssen wie Feuchtigkeit geschützt, die typisch für die Industrie- und Zivilbereiche sind, für die die Motorgruppe 1 ausgelegt ist und angewendet wird.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der Stator 200 außerdem an seinen Seiten zwei Köpfe 230, 231, die Radien 235 haben, die im Bereich der radialen Ausladungen 251 positioniert sind, auf die die elektrischen Wicklungen 220 gewickelt sind. Mit anderen Worten sind die beiden Köpfe 230 und 231 dazu geeignet, um die Wicklung 200 um die radialen Ausladungen 251 zu erleichtern.
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Vorzugsweise sind die Köpfe 230, 231 aus thermoplastischem Material, beispielsweise PA 66-Nylon, das beispielsweise mit Glasfasern verstärkt ist.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst außerdem mindestens einer der Köpfe 230 mindestens ein Paar von Revolverkopfelementen 239, bei der in einem der Revolverkopfelemente 239 das Ende des Leitungsdrahtes untergebracht ist, der die Wicklung 220 bildet, während im anderen das andere Ende des Leitungsdrahtes untergebracht ist, bei der die elektronischen Mittel geeignet sind, um mit den Revolverkopfelementen 239 verbunden zu werden.
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Auf diese Weise ist der Anfang und das Ende des Leitungsdrahtes, der die Wicklung 220 bildet, in den Revolverkopfelementen 239 lokalisiert.
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Vorzugsweise sind daher die elektronischen Mittel geeignet, um mit den Revolverkopfelementen 239 und daher mit den Enden des Leitungsdrahtes verbunden zu werden, um ihn abhängig von den Anforderungen zu steuern.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Anzahl der Revolverkopfelemente 239 abhängig von der Anzahl der Rotorpole 210. In jedem Revolverkopfelement 239 befindet sich daher der Anfang eines ersten Leitungsdrahtes und das Ende eines zweiten Leitungsdrahtes, die zwei verschiedene Wicklungen und daher zwei Phasen bilden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform erstrecken sich die Revolverkopfelemente 239 über eine vordefinierte Länge, das heißt entlang der Ausdehnungsachse des Stators 200.
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Vorzugsweise sind bei der Konfiguration mit montierter Motorgruppe 1 die Revolverkopfelemente 239 so weit außen wie möglich, das heißt so weit entfernt wie möglich vom Rotor entfernt, in der Nähe des Gehäuserahmens 2 lokalisiert.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Motorgruppe 1 außerdem mindestens einen Isolierring 4, der geeignet ist, um den Gehäuserahmen 2 vom Motor 10 elektrisch zu isolieren. Mit anderen Worten umfasst die Motorgruppe 1 mindestens eine Komponente, zum Beispiel den Isolierring 4, der geeignet ist, um zwischen die elektrischen Leitungen gelegt zu werden, die in den elektrischen Wicklungen 220 enthalten sind, sodass der Rahmen 2 elektrisch vollkommen isoliert wird.
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Bei weiteren Ausführungsformen sind die Leitungen vollständig in die Komponenten eingelassen. Auf diese Weise sind die Leitungen ihrerseits von außen isoliert und daher vor eventuellen Einwirkungen von außen wie Feuchtigkeit isoliert.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform fungiert der Isolierring 4 beispielsweise als Kabeldurchgang und ist geeignet, um den Durchgang von elektrischen Leitungen auf vollkommen isolierte Weise zwischen den elektronischen Mitteln zum Stator 200 zu ermöglichen.
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Vorzugsweise ist der Isolierring 4 aus thermoplastischem Material, beispielsweise PA 66-Nylon, das beispielsweise mit Glasfasern verstärkt ist.
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Vorzugsweise ist der Isolierring 4 im Wesentlichen kreisförmig und geeignet, um im Inneren des Rahmens 2 an den Seiten des Stators 200 vorzugsweise gegenüber einem Kopf 230 positioniert zu werden.
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Im Besonderen umfasst der Isolierring 4 elektrische Aufnahmen 49, die geeignet sind, um die Revolverkopfelemente 239 aufzunehmen und die elektrische Verbindung in seinem Inneren zu fördern.
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Mit anderen Worten können im Inneren des Isolierrings 4 elektrische Verbindungen durchgehen, die mit den elektronischen Steuerungsmitteln und den Wicklungen 220 des Stators 200 wirkverbunden sind. Zum Beispiel umfasst der Isolierring 4 mehrere radial zum Inneren vorspringende Befestigungsflügel 45, die geeignet sind, um die speziellen elektrischen Verbindungen der Verbindungen zu den Revolverkopfelementen 239 zurückzuhalten.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der Gehäuserahmen 2 ein Gehäuse 20, das geeignet ist, um den Stator 200 aufzunehmen, einen Kopfflansch 21, von dem die Welle 3 absteht, und einen Bodenschild 22, sodass im Inneren des Gehäuserahmens 2 der Motor 10 zwischen dem Kopfflansch 21 und dem Bodenschild 22 eingeschlossen lagert, die außerdem geeignet sind, um die Welle 3 in Drehung zu stützen, indem sie beispielsweise eigens dafür vorgesehene Lager 35 für die Rotationsstütze der Welle 3 stützen.
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Vorzugsweise ist der Kopfflansch 21 auch so angeflanscht, dass er die eventuelle Befestigung des Motors an externen Elementen, die Teil der Industrieanlage sind, oder die eventuelle Befestigung von externen Elementen am Motor erlaubt.
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Vorzugsweise ist der Bodenschild 22 offen, das heißt, er weist eigens dafür vorgesehene Öffnungen für den Luftdurchgang auf, sodass der Motor gekühlt werden kann. Außerdem sind (in den Zeichnungen nicht dargestellte) Ausführungsformen vorgesehen, bei denen auf dem Ende der Drehwelle 3 im Gehäuserahmen 2 ein spezifisches Flügelrädchen zur Kühlung enthalten und befestigt ist, um die Kühlung des Motors zu unterstützen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der Gehäuserahmen außerdem auch einen elektronischen Bereich 25, der geeignet ist, um Verbindungssteckerstifte für die Verbindung der elektronischen Mittel zu enthalten, die den Motor 10 und die elektrischen Leitungen steuern, die vom Stator 200 über den Isolierring 4 kommen.
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Vorzugsweise ist der elektronische Bereich 25 außerhalb des Gehäuserahmens 2 lokalisiert, vorzugsweise außerhalb des Gehäuses 20, sodass er von außen leicht zugänglich ist.
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Vorzugsweise ist der Gehäuserahmen 2 aus Aluminium, vorzugsweise sind das Gehäuse 20 und eventuell der Kopfflansch 21 aus Aluminium.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind sie durch Druckguss oder Extrusion erzeugt.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform hat der Gehäuserahmen 2, vorzugsweise das Gehäuse 20, einen Innendurchmesser von 80 Millimetern oder 90 Millimetern oder 106,5 Millimetern oder 110 Millimetern oder 125 Millimetern oder 135 Millimetern oder 152 Millimetern.
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Gemäß einigen bevorzugten Ausführungsformen weist die erfindungsgemäße Motorgruppe 1 den Stator 100 mit 6, 9 oder 12 Statorpolen 110 und den Rotor mit 6, 8 oder 10 Rotorpolen 210 auf.
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Innovativerweise weist die erfindungsgemäße Motorgruppe eine extrem effiziente Motorlösung auf, die daher den gesuchten Zweck erfüllt.
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Vorteilhafterweise ist die den Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildende Motorgruppe geeignet, um Leistungen von 95% zu erreichen, im Unterschied zu den Elektromotoren, die bisher in dieser Art von Anwendung verwendet wurden und Leistungen zwischen 40 und 70% aufweisen.
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Außerdem weist die erfindungsgemäße Motorgruppe vorteilhafterweise einen Motor auf, der durch eigens dafür vorgesehene elektronische Mittel gesteuert wird, wie beispielsweise durch Hauptplatinen oder Inverterplatinen. Auf diese Weise wird durch das Wirken der elektronischen Mittel die Drehgeschwindigkeit der Drehwelle abhängig von den Anforderungen reguliert.
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Ein weiterer vorteilhafter Aspekt, der durch die erfindungsgemäße Motorgruppe erzielt wird, ist die Tatsache, dass diese Art von Motoren geeignet ist, um merkliche Energieeinsparungen im Vergleich zu jenen zu ermöglichen, die bisher in diesen Bereichen der Technik eingesetzt wurden.
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Ein weiterer vorteilhafter Aspekt liegt in der Tatsache, dass die elektronischen Steuerungsmittel den Einphasenstrom beim Eingang in einen Dreiphasenstrom verwandeln, der für den Motor erforderlich ist, und so die Effizienz des Motors steigern.
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Vorteilhafterweise weisen die den Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildenden Motorgruppen den Gehäuserahmen, vorzugsweise das Gehäuse, im Besonderen in Bezug auf ihren Innendurchmesser, mit einer Skala von unterschiedlichen Abmessungen reproduzierbar auf.
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Außerdem ist die erfindungsgemäße Motorgruppe geeignet, um Einflüssen von außen wie zum Beispiel Feuchtigkeit zu widerstehen, wodurch daher die Lebensdauer der Motorgruppe erhöht wird.
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Zum Beispiel sind der Rotor und im Besonderen die magnetischen Einsätze, die in seinem Inneren eingefügt sind, vorteilhafterweise vor Einflüssen von außen geschützt, die typisch für die Anlagen sind, wo die Motorgruppe positioniert ist; in diesem Fall sind der Rotor und im Besonderen die magnetischen Einsätze, die in seinem Inneren eingefügt sind, vor Feuchtigkeit geschützt, beispielsweise durch das Vorhandensein der beiden Scheiben und des Schutzfilms. Vorteilhafterweise sind auch die elektrischen Verbindungen von eigens dafür vorgesehenen Elementen bedeckt und vor äußeren Einflüssen wie Feuchtigkeit geschützt, in diesem Fall durch den Isolierring.
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Ein weiterer vorteilhafter Aspekt ist die Tatsache, dass die verschiedenen Wicklungen im Stator voneinander isoliert sind und daher keine spezifischen Isolierelemente erforderlich sind; die verschiedenen Wicklungen sind nämlich dank der Struktur des Stators isoliert und daher durch die Luft, die sich zwischen einer Wicklung und der anderen befindet. Vorteilhafterweise sind die verschiedenen Phasen im Inneren des Stators voneinander getrennt, und es ist keine Verwendung spezifischer Isolatoren erforderlich.
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Als vorteilhafter Aspekt sei auch die Tatsache hinzugefügt, dass bei der Rotation des Rotors dieser niemals den Stator berührt und dass daher keine Elemente vorhanden sind, die Verschleiß ausgesetzt sind, beispielsweise durch die Reibung während der Verwendung der Motorgruppe.
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Außerdem erweist sich der Rahmen als elektrisch sicher, weil er vom Stator elektrisch isoliert ist.
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Ein branchenkundiger Techniker könnte an den Ausführungsformen der oben genannten Motorgruppe zur Erfüllung spezifischer Anforderungen Varianten anbringen oder den Austausch von Elementen durch andere funktionell gleichwertige vornehmen.
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Auch diese Varianten fallen in den Schutzbereich wie von den nachfolgenden Ansprüchen definiert.
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Außerdem ist jede Variante, die als zu einer möglichen Ausführungsform zugehörig beschrieben ist, unabhängig von den anderen beschriebenen Varianten realisierbar.
