DE202018006755U1 - Radialgebläse für Absaughauben - Google Patents

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Abstract

Radialgebläse (1), insbesondere für Absaughauben, mit einer Impeller-Rotationsachse (R) und mit:
- einem Gehäuse (2) mit einer Auslassöffnung (5) in tangentialer Richtung, einer ersten axialen Ansaugöffnung (3) und, optional, einer der ersten Ansaugöffnung (3) gegenüberliegenden zweiten axialen Ansaugöffnung (4),
- einer Fördergruppe (6, 7), die im Inneren des Gehäuses (2) angeordnet ist und einen Elektromotor (6) und einen mit einem Rotor (9) des Elektromotors (6) verbundenen Impeller (7) aufweist, wobei der Rotor (9) eine Umfangswand (25) aufweist, die aus synthetischem Material gemischt mit Teilchen aus ferromagnetischem Material geformt und mit einem HALBACH-Magnetmuster mit in Umfangsrichtung wechselnden Polen magnetisiert ist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Radialgebläse, insbesondere für Absaughauben, der Art, die ein Gehäuse mit einer oder zwei axialen Luftansaugöffnungen und einer radialen Luftauslassöffnung, sowie eine Fördergruppe mit einem Elektromotor und einem im Inneren des Gehäuses angeordneten Impeller aufweist.
  • Radialgebläse der vorgenannten Art sind beispielsweise aus EP2365224 bekannt.
  • Der für diese Art von Gebläse verwendete Elektromotor sollte ein ausreichendes Drehmoment zum Fördern der Luft, eine erhöhte Energieeffizienz und einen geräuscharmen Betrieb ohne unerwünschte Schwingungen sicherstellen, so dass er vom Benutzer insbesondere im Haushaltsbereich akzeptiert wird. Darüber hinaus sollte der Elektromotor in der Lage sein, mit verschiedenen Drehzahlen zu arbeiten, die vom Benutzer gewählt werden können.
  • Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Radialgebläse der vorgenannten Art bereitzustellen, das hinsichtlich der oben aufgeführten Merkmale verbessert ist.
  • Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein(en) (Elektromotor für ein) hinsichtlich der Energieeffizienz verbessertes Radialgebläse bereitzustellen, bei dem weniger Schwingungen und Geräusche anfallen und der/das baulich vereinfacht ist.
  • Diese und weitere Aufgaben werden gelöst durch ein(en) (Motor für ein) Radialgebläse, insbesondere für Absaughauben, mit einer Impeller-Rotationsachse und mit:
  • - einem Gehäuse mit einer Luftauslassöffnung in tangentialer Richtung, einer ersten axialen Ansaugöffnung und, optional, einer der ersten Ansaugöffnung gegenüberliegenden zweiten axialen Ansaugöffnung,
  • - einer Fördergruppe, die im Inneren des Gehäuses angeordnet ist und einen Elektromotor und einen mit dem Rotor des Elektromotors verbundenen Impeller aufweist,
  • wobei der Rotor eine Umfangswand aufweist, die aus synthetischem Material gemischt mit Teilchen aus magnetisierbarem Material, z.B. Ferrit, geformt und mit einem HALBACH-Magnetmuster mit in Umfangsrichtung wechselnden Polen magnetisiert ist.
  • Da der Rotor als Formkörper aus mit magnetischen Teilchen vermischtem synthetischem Material hergestellt wird, kann der Rotor einteilig mit erhöhter Maßgenauigkeit und mit gleichmäßiger und symmetrischer Massenverteilung um die Rotationsachse gefertigt werden. Das Auftreten von Schwingungen und Geräuschen wird dadurch reduziert und die Energieeffizienz des Motors und des Gebläses wird erhöht.
  • Die Magnetisierung gemäß dem HALBACH-Muster macht einen äußeren Eisenring überflüssig, der andernfalls erforderlich ist, um den magnetischen Fluss auf der Außenseite des Rotors zu schließen.
  • Die Konfiguration des Rotors macht es auch überflüssig, mehrere separate Permanentmagnete zu verbinden, wodurch die Anzahl der zu montierenden Teile sowie die Herstellungszeiten und -kosten reduziert werden.
  • Zum besseren Verständnis der Erfindung und um ihre Vorteile zu würdigen, werden im Folgenden einige nicht einschränkende Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, in denen:
    • 1 eine perspektivische Explosionsdarstellung eines erfindungsgemäßen Radialgebläses darstellt;
    • 2 eine perspektivische Explosionsdarstellung eines Elektromotors für das erfindungsgemäße Radialgebläse darstellt;
    • 3 eine radiale Schnittansicht von Teilen des Motors in 2 darstellt;
    • 4 eine schematische Darstellung eines Stators mit ausgeprägten Polen und der Statorwicklung zeigt;
    • 5 ein Anschlussdiagramm der Statorwicklung in 4 zeigt;
    • 6 eine schematische Ansicht eines Stators mit sechs ausgeprägten Polen (ohne Wicklung) des Elektromotors gemäß einer Ausführungsform darstellt;
    • 7 eine perspektivische Ansicht eines Rotors mit acht permanentmagnetischen Polen des Elektromotors gemäß einer Ausführungsform darstellt;
    • 8 die Verteilung des Permanentmagnetfeldes als Funktion der Winkelposition in einer Mittelebene VIII-VIII des in 9 dargestellten Rotors zeigt.
  • Mit Bezug auf die Figuren ist ein Radialgebläse, insbesondere für Haushaltsabzugshauben, insgesamt mit der Ziffer 1 bezeichnet. Das Gebläse 1 definiert eine Rotationsachse R des Impellers und des Motors, und die Positions- oder Ausrichtungsdefinitionen „axial“, „radial“, „in Umfangsrichtung“ und „peripher“ beziehen sich auf die Rotationsachse R oder auf um die Rotationsachse R herum ausgebildete geometrische Formen. Außerdem bedeutet in der vorliegenden Beschreibung der Ausdruck „radial einwärts“ „sich der Rotationsachse R nähernd“ und der Ausdruck „radial auswärts“ „sich von der Rotationsachse R entfernend“.
  • Das Gebläse 1 umfasst ein Gehäuse 2 mit einer ersten axialen Ansaugöffnung 3 und einer der ersten Ansaugöffnung 3 gegenüberliegenden zweiten axialen Ansaugöffnung 4 und einer radialen oder tangentialen Luftauslassöffnung 5, sowie eine im Inneren des Gehäuses 2 angeordnete Fördergruppe mit einem Elektromotor 6 und einem mit einem Rotor 9 und/oder einer Antriebswelle 8 des Elektromotors 6 verbundenen Impeller 7.
  • Der Elektromotor 6 ist an zwei gegenüberliegenden Seiten oder an nur einer Seite überstehend drehfest am Gehäuse 2 befestigt, z.B. mittels einer Mehrzahl von Stützabschnitten 10, die von einem Rand 11 der ersten Ansaugöffnung 3 vorstehen, und im Falle einer beiderseitigen Motorabstützung mittels einer weiteren Mehrzahl von Stützabschnitten 10, die von einem Rand 11 der zweiten Ansaugöffnung 4 vorstehen.
  • Ausführliche Beschreibung des Gehäuses 2
  • Das Gehäuse 2 weist eine im Wesentlichen ringförmige Form auf, mit zwei Seitenwänden 12, 13, die die Ansaugöffnungen 3, 4 begrenzen, und mit einer Umfangswand 14 und einem im Wesentlichen tangentialen Teil 15, der die Luftauslassöffnung 5 bildet.
  • Das Gehäuse 2 besteht aus zwei Halbschalen 16, 17, die entlang einer Verbindungslinie 18 in der Umfangswand 14 durch komplementäre Fügekanten 19 miteinander verbunden sind. Die Fügekanten 19 können Flansche oder Fügevorsprünge 20 aufweisen, die von dem Gehäuse 2 radial nach außen vorstehen und eine Hinterschneidung haben, zur Aufnahme von einem oder mehreren Clips oder von Fügeprofilen 21, insbesondere „Ω“- oder „C“-förmige Federn oder Kopplungsvorrichtungen, oder, alternativ, Öffnungen zur Aufnahme von Verbindungsschrauben, die die beiden Halbschalen 16, 17 gegeneinander verriegeln.
  • Auf diese Weise wird eine einfache, robuste und besonders genaue Montage des Gehäuses erreicht.
  • Die Ansaugöffnungen 3, 4 sind vorzugsweise im Wesentlichen kreisförmig und koaxial zu dem Impeller 7, der ebenfalls kreisförmig ist.
  • Das Gehäuse 2 begrenzt im seinem Inneren einen sich in Umfangsrichtung erstreckenden Förderraum 22, der sich in radialer Richtung von einem Anfangsbereich mit minimalem Querschnitt bis zu einem Endbereich mit maximalem Querschnitt allmählich aufweitet.
  • Beschreibung des Elektromotors 6
  • Der Elektromotor 6 ist ein bürstenloser Dreiphasen-Synchronmotor mit einem inneren Stator 23 und einem äußeren Rotor 9.
  • Der Rotor 9 umfasst einen Magnetträgerkörper 24 mit einer geformten, vorzugsweise spritzgegossen, Umfangswand 25 aus synthetischem Material, vorzugsweise aus Kunststoff, z.B. PA12 (-[NH(CH2)11CO]n, gemischt mit Teilchen aus magnetisierbarem Material, z.B. Ferrit, vorzugsweise Strontiumferrit (SrO6Fe2O3), und magnetisiert mit einem HALBACH-Magnetmuster mit in Umfangsrichtung wechselnden Polen.
  • In einer Ausführungsform ist die Umfangswand 25 an acht Polen magnetisiert, die als vier Polpaare organisiert sind, mit einer HALBACH-Orientierung (was eine sinusförmige Verteilung der Luftmagnetfelder begünstigt, wodurch die Steuerung des Motors vereinfacht und die Verringerung der Verluste mit einer daraus resultierenden Erhöhung des Wirkungsgrads des Systems gefördert wird).
  • Da der Rotor 9 als Formkörper aus mit magnetischen Teilchen vermischtem synthetischem Material hergestellt wird, kann der Rotor 9 einteilig mit erhöhter Maßgenauigkeit und mit gleichmäßiger und symmetrischer Massenverteilung um die Rotationsachse R gefertigt werden. Schwingungen und Geräusche werden dadurch reduziert und die Energieeffizienz des Motors und des Gebläses wird erhöht.
  • Die Magnetisierung gemäß dem HALBACH-Muster macht einen äußeren Eisenring überflüssig, der andernfalls erforderlich ist, um den magnetischen Fluss auf der Außenseite des Rotors zu schließen.
  • Die Konfiguration des Rotors 9 macht es auch überflüssig, mehrere separate Permanentmagnete zu verbinden, wodurch die Anzahl der zu montierenden Teile sowie die Herstellungszeiten und -kosten reduziert werden.
  • Gemäß einer Ausführungsform hat der gesamte Rotor 9 oder nur der Magnetträgerkörper 24 alleine eine um die Rotationsachse R rotationssymmetrische Form, und die Umfangswand 25 ist vorzugsweise eine zylindrische Wand, die konzentrisch zur Rotationsachse R ist.
  • Vorteilhafterweise bildet der gesamte Rotor 9 oder der Magnetträgerkörper 24 allein mit der Umfangswand 25 und mit einer vorzugsweise ebenen und zur Rotationsachse R orthogonalen Bodenwand 26 eine Schalenform, die eine Nabe 27 zur Verbindung des Rotors 9 mit der Antriebswelle 8 oder direkt mit dem Impeller 7 bildet.
  • Gemäß einer Ausführungsform sind sowohl die Umfangswand 25 als auch die Bodenwand 26, d.h. der gesamte Magnetträgerkörper 24, durchgehend ausgebildet und weisen mit Ausnahme der Nabe 27 keine Durchgangsöffnungen auf.
  • Alternativ kann die Umfangswand 25 und/oder die Bodenwand 26 eine oder mehrere Durchgangsöffnungen ausbilden, um beispielsweise den Rotor 9 leichter zu machen oder eine zusätzliche Belüftung des inneren Stators 23 zu ermöglichen.
  • Die Nabe 27 kann aus Kunststoffmaterial oder Metallmaterial, z. B. Messing, bestehen und mit dem Magnetträgerkörper 24 gemeinsam ausgeformt werden. So werden die Herstellungskosten weiter gesenkt und eine genaue Zentrierung der Nabe 27 und damit der Antriebswelle 8 um den übrigen Körper des Rotors 9 gewährleistet. Das Co-Molding der Nabe 27 sorgt auch für eine größere Vielseitigkeit bei der Verwendung des Motors.
  • Im Hinblick auf eine dauerhafte Befestigung des Rotors 9 an der Antriebswelle 8 (z.B. durch Co-Molding, um den Einsatz von Metallmaterial zu reduzieren) erhöht außerdem die Bereitstellung der Nabe 27, die zur lösbaren Befestigung einer Welle geeignet ist, die Vielseitigkeit der Verwendung des Rotors 9 und damit des gesamten Motors 6 mit verschiedenen Lüfterwellen, Impellern und Gehäusen.
  • Die Permanentmagnetisierung des mit dem Kunststoffmaterial des Stators 9 vermischten ferromagnetischen Materials kann in der Umfangswand 25 alleine erfolgen.
  • Die Permanentmagnetisierung des mit dem Kunststoffmaterial des Stators 9 vermischten ferromagnetischen Materials erfolgt nach dem Formen des Magnetträgerkörpers 24 und nach dem Verfestigen des Kunststoffmaterials.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Umfangswand 25 gemäß einem HALBACH-Muster magnetisiert, um das Magnetfeld entlang einer radial inneren Fläche zu verstärken, während das Magnetfeld an der radial äußeren Fläche der Umfangswand 25 durch Interferenz aufgehoben wird.
  • Vorteilhafterweise ist die Umfangswand 25 so magnetisiert, dass entlang ihrer radial inneren Fläche 28 eine im Wesentlichen sinusförmige Intensitätsverteilung des Magnetfeldes als Funktion des Drehwinkels um die Rotationsachse R erhalten wird.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Umfangswand 25 mit acht Polen magnetisiert, die vier Paare entgegengesetzter Pole bilden.
  • 8 zeigt die Verteilung des Magnetfeldes entlang der radial inneren Fläche 28 in einer Mittelebene der Umfangswand 25 gemäß einer Ausführungsform.
  • Die Normalkomponente (radiale Komponente) der magnetischen Flussdichte (Restflussdichte), die an der radial inneren Fläche 28 der Umfangswand 25 messbar ist, liegt vorzugsweise in dem durch die folgenden Werte begrenzten Bereich:
    • Br_max = 135 [mT] (maximaler Feldwert)
    • Br_min = 125 [mT] (minimaler Feldwert)
  • wobei Br die maximale magnetische Rest- (oder Remanenz-)Flussdichte, ausgedrückt in [Millitesla], ist und eine wie in 8 dargestellte sinusförmige Verteilung aufweist.
  • Die Magnetisierung des Rotors mit sinusförmiger Verteilung vereinfacht die Steuerung des Motors, reduziert die Energieverluste und erhöht den Wirkungsgrad des Motors.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist der innere Stator 23 ein Stator mit ausgeprägten Polen 30, vorzugsweise mit sechs Polen 30, die drei Paare von zwei entgegengesetzten Polen bilden, und mit drei Statorwicklungen 31, eine für jedes Paar von entgegengesetzten ausgeprägten Polen 30, gegebenenfalls in einer Y-Schaltung, und mit einem nicht geerdeten Sternpunkt. Die Stromversorgung des Stators 23 ist dreiphasig (R, S, T) und wird von einem oder mehreren Wechselrichtern bereitgestellt, der/die in eine elektronische Steuerplatine 29 integriert ist/sind.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der Motor 6 drei Wärmeschutzvorrichtungen 35 auf, die auf die Temperatur der Statorwicklungen 31 reagieren und direkt in eine einzelne elektronische Schutzplatine 32 integriert sind (an dieser montiert sind), die auch die elektrischen Verbindungen der drei Wärmeschutzvorrichtungen 35 darstellt und die (vorzugsweise axial) gegen den Stator 23 positioniert ist, wobei die drei Wärmeschutzvorrichtungen 35 in Wärmeaustauschkontakt mit den Statorwicklungen 31 stehen.
  • Der Wärmeaustauschkontakt kann ein direkt anliegender Kontakt oder ein durch Zwischenschaltung einer wärmeleitenden Schicht 34 anliegender Kontakt sein, in beiden Fällen gegebenenfalls mit Vorspannung, z.B. elastischer Vorspannung.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist die elektronische Schutzplatine 32 gegebenenfalls getrennt und beabstandet von der elektronischen Steuerplatine 29, ist jedoch elektrisch mit dieser verbunden und bildet elektrische Leitungen für die Stromversorgung der Statorwicklungen 31. Diese elektrischen Leitungen enden in Schnellkupplungssteckern 33, die von der Schutzplatine 32 in der gleichen Richtung wie die Wärmeschutzvorrichtungen 35 vorstehen und geeignet sind für ein rein mechanisches, aber einen elektrischen Kontakt herstellendes, Schnellkoppeln mit entsprechenden Buchsen 36, die in dem Stator 23 ausgebildet und mit den Statorwicklungen 31 verbunden sind.
  • Vorteilhafterweise bildet die mechanische Verbindung der Stecker 33 mit den Buchsen 36 auch die, vorzugsweise einzige, mechanische Befestigung der elektronische Schutzplatine 32.
  • Die elektronische Schutzplatine 32 ist dazu ausgebildet, die Stromversorgung des Motors 6 im Falle einer Überhitzung und elektrischen Überlastung der Statorwicklungen 31 zu unterbrechen.
  • Die elektronische Steuerplatine 29 ist dazu ausgebildet, den Motor 6 zu steuern, ohne dass Sensoren (z. B. Hall-Sensoren) für den Motor selbst erforderlich sind, vielmehr durch Messung des Potenzials der elektromotorischen Rückkraft (EMK), ausgedrückt in Volt, die in den Statorwicklungen 31 erzeugt wird, wenn sie die Magnetfeldlinien kreuzen.
  • Insgesamt ermöglicht die vorliegende Erfindung die Herstellung eines Elektromotors und eines Gebläses, die energieeffizient und geräuscharm sind, eine verringerte Anzahl von Einzelteilen - sowohl beweglicher also auch zu montierender Einzelteile - aufweisen und darüber hinaus im Vergleich zum Stand der Technik einen vereinfachten Aufbau haben und leicht zu montieren sind.
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich unabhängig voneinander sowohl auf das Gebläse 1 als auch auf den Motor 6.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • EP 2365224 [0002]

Claims (12)

  1. Radialgebläse (1), insbesondere für Absaughauben, mit einer Impeller-Rotationsachse (R) und mit: - einem Gehäuse (2) mit einer Auslassöffnung (5) in tangentialer Richtung, einer ersten axialen Ansaugöffnung (3) und, optional, einer der ersten Ansaugöffnung (3) gegenüberliegenden zweiten axialen Ansaugöffnung (4), - einer Fördergruppe (6, 7), die im Inneren des Gehäuses (2) angeordnet ist und einen Elektromotor (6) und einen mit einem Rotor (9) des Elektromotors (6) verbundenen Impeller (7) aufweist, wobei der Rotor (9) eine Umfangswand (25) aufweist, die aus synthetischem Material gemischt mit Teilchen aus ferromagnetischem Material geformt und mit einem HALBACH-Magnetmuster mit in Umfangsrichtung wechselnden Polen magnetisiert ist.
  2. Radialgebläse (1) nach Anspruch 1, wobei der Elektromotor (6) ein bürstenloser Drehstrom-Synchronmotor mit einem inneren Stator (23) und einem äußeren Rotor (9) ist.
  3. Radialgebläse (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der gesamte Rotor (9) in einem Stück spritzgegossen ist und eine um die Rotationsachse (R) rotationssymmetrische Form aufweist.
  4. Radialgebläse (1) nach Anspruch 3, wobei eine Bodenwand (26) des Rotors (9) gemeinsam mit einer Antriebswelle (8) oder mit einer Nabe (27) zum Verbinden des Rotors mit einer Antriebswelle (8) ausgeformt ist.
  5. Radialgebläse (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Umfangswand (25) ein Magnetfeld mit sinusförmiger Verteilung als Funktion des Drehwinkel um die Rotationsachse (R) aufweist.
  6. Radialgebläse (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Umfangswand (25) mit acht Polen magnetisiert ist, die vier Paare von entgegengesetzten Polen bilden.
  7. Radialgebläse (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Normalkomponente der magnetischen Flussdichte an der radial inneren Fläche (28) der Umfangswand (25) eine sinusförmige Verteilung aufweist.
  8. Radialgebläse (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der innere Stator (23) ein Stator mit sechs ausgeprägten Polen (30) ist, die drei Paare entgegengesetzter Pole bilden, und mit drei Statorwicklungen (31), eine für jedes Paar von entgegengesetzten ausgeprägten Polen (30), die in einer Y-Schaltung verbunden sind, und mit einem nicht geerdeten Sternpunkt, wobei die Statorwicklungen (31) durch Dreiphasenstrom gespeist werden, der von einer elektronischen Steuerplatine (29) zugeführt wird.
  9. Radialgebläse (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Motor (6) Wärmeschutzvorrichtungen (35) aufweist, die auf die Temperatur der Statorwicklungen (31) reagieren und direkt in eine einzelne elektronische Schutzplatine (32) integriert sind, die auch die elektrischen Verbindungen der drei Wärmeschutzvorrichtungen (35) bildet und die gegen den Stator (23) positioniert ist, wobei die Wärmeschutzvorrichtungen (35) in Wärmeaustauschkontakt mit den Statorwicklungen (31) stehen.
  10. Radialgebläse (1) nach Anspruch 9, wobei die Wärmeschutzvorrichtungen (35) durch die Zwischenschaltung einer wärmeleitenden Schicht (34) und/oder mit elastischer Vorspannung gegen die Statorwicklungen (31) liegen.
  11. Radialgebläse (1) nach Anspruch 9 oder 10, wobei die elektronische Schutzplatine (32) - elektrisch mit einer elektronischen Steuerplatine (29) verbunden ist, die von der elektronische Schutzplatine (32) getrennt und beabstandet ist, und - elektrische Leitungen für die Stromversorgung der Statorwicklungen (31) bildet, wobei die elektrischen Leitungen in Schnellkupplungssteckern (33) enden, die von der Schutzplatine (32) vorstehen und geeignet sind für ein Schnellkoppeln mit entsprechenden Buchsen (36), die im Stator (23) ausgebildet und mit den Statorwicklungen (31) verbunden sind.
  12. Radialgebläse (1) nach Anspruch 11, wobei die Kopplung der Stecker (33) mit den Buchsen (36) die einzige mechanische Befestigung der elektronischen Schutzplatine (32) bewirkt.
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