DE60317091T2

DE60317091T2 - Gerät zur verarbeitung von nahrungsmitteln mit magnetischem antrieb

Info

Publication number: DE60317091T2
Application number: DE60317091T
Authority: DE
Inventors: John F. Lisbon Falls KARKOS; Ron Blacksburg FLANARY
Original assignee: Island Oasis Frozen Cocktail Co Inc
Current assignee: Island Oasis Frozen Cocktail Co Inc
Priority date: 2002-11-12
Filing date: 2003-11-03
Publication date: 2008-08-14
Anticipated expiration: 2023-11-04
Also published as: DE60317091D1; ZA200504678B; EP1562461A1; CA2505561C; EP1562461B1; US20030197080A1; CA2505561A1; KR20050092012A; PT1562461E; US6793167B2; CN1735366A; AU2003291290A1; RU2005118076A; ES2295653T3; CR7862A; RU2340274C2; JP2006506125A; CN100563531C; WO2004043213A1; BR0316156A

Description

Hintergrund der Erfindung
Diese Erfindung betrifft einen magnetischen Antrieb, um eine drehende Bewegung von einer Antriebsquelle in einen umschlossenen Raum ohne eine direkte mechanische Verbindung zu übertragen. Im engeren Sinne betrifft sie Mischer, Mixer und ähnliche Geräte und insbesondere Vorrichtungen, die einen Rührer, ein Flügelrad, eine Klinge oder ein anderes Werkzeug aufweisen, das innerhalb eines entfernbaren Bechers oder Behälters befestigt ist, und das durch einen Motor, der sich in der stationären Basis des Gerätes befindet, rotiert wird.
Konventionelle Hausmixgeräte und Rührgeräte enthalten ein mechanisch angetriebenes Flügelrad, das drehbar innerhalb eines entfernbaren Mischbechers befestigt ist. Der Boden des Bechers enthält eine üblicherweise kreisförmige Verbindungsplatte mit einer Struktur von Erhöhungen und/oder Vertiefungen, die auf ihre unteren Oberfläche ausgebildet sind, die unter Verwendung einer vertikale Einsatzbewegung in eine entsprechende Struktur, ausgebildet auf einer ähnlichen Platte, die an der Welle eines Motors befestigt ist, der sich in einer Basis der Maschine befindet, entfernbar ineinander steckend ist. Diese mechanische Kupplung zwischen dem Mischbecher und dem Mischmotor erfordert eine rotierende Dichtung am Boden des Bechers zwischen dem Flügelrad und der Verbindungsplatte. Diese Dichtung ist mit der Zeit erheblicher Abnutzung unterworfen, genauso wie die mechanische Kopplung. Da ein Dichtungsversagen zu einem Flüssigkeitsauslaufen aus dem Becher führen kann, sind die Dichtung und die Lagerungen im Boden des Bechers zu Lasten von Reibung konstruiert, um ein Abdichten sicherzustellen. Die Reibung verursacht Verschleiß, Wärme und Energieverlust. Darüber hinaus verursacht ein konventioneller Mischer viel unerwünschten Lärm und die mechanische Verriegelungskopplung zwischen den Platten kann es unangenehm oder schwierig machen, den Becher von der Basis zu entfernen und den Becher zurückzusetzen.
Viele Getränkemixer haben den Antriebsmotor direkt unter dem Becher in der Basis befestigt. Wenn jedoch die Gesamthöhe eine Rolle spielt, kann der Motor an der Seite positioniert werden und über eine Riemen- oder Zahnradanordnung an die Antriebswelle gekoppelt werden.
Bekannte Haus- und handelsübliche Mischer verwenden gebräuchliche Drehstrommotoren. Während Drehstrommotoren konstruiert und geregelt werden können, um Geschwindigkeitsvariationen zur Verfügung zu stellen, genauso wie das unerlässliche Abtriebsdrehmoment, ist ein typischer solcher Motor im Allgemeinen voluminös, schwer und für eine elektronische Geschwindigkeitsregelung nicht gut geeignet, geschweige denn für eine elektronische Abbremsung.
Während bürstenlose Gleichstrommotoren für sich ebenfalls bekannt sind, wurden diese bisher nicht für Mischer oder Mischer/Schaber verwendet. Diese Motoren verwenden einen vergleichbar schweren Rotor, der aus einer sektorähnlichen Anordnung von permanenten Magneten gebildet wird. Das Mischen von einer Masse von geschabten (shaved) oder gewürfelten Eis und Flüssigkeit, insbesondere bei einer Inbetriebsetzung oder während eines Frostzustandes („freeze up") eines gefrorenen Getränkes, benötigt ein vergleichsweise hohes Drehmoment. Bürstenlose Gleichstrommotoren sind durch ein geringes Abtriebsdrehmoment im Vergleich zu konventionellen Drehstrommotoren gekennzeichnet. Sie haben deshalb hauptsächlich Verwendung als Triebskraftquelle in Anwendungen gefunden, bei denen ein geringes Antriebsdrehmoment ausreichend ist, so wie bei Ventilatoren.
Ein handelsüblicher brauchbarer Mischer/Schaber für die Produktion von gefrorenen Getränken muss eine Vielzahl von speziellen und wichtigen Designkriterien erfüllen. Er sollte kompakt sein, sowohl in seiner Grundfläche als auch in seiner Gesamthöhe, um effizient wenig Platz auf einer Theke einzunehmen. Er hat idealerweise ein vergleichsweise geringes Gewicht. Die unkomplizierte Methode einen konventionellen elektrischen Motor direkt unter dem Mischbecher zu platzieren, erhöht die Gesamthöhe des Gerätes und wird deshalb typischerweise nicht verwendet. Außerdem muss eine Geschwindigkeitsregelung, typischerweise bereitgestellt durch Getriebe und Elektronik, vorhanden sein, um unterschiedliche Leistungs- und Geschwindigkeitsanforderungen in unterschiedlichen Phasen des Betriebes anzupassen. Schnell geregeltes Abbremsen ist ebenfalls wichtig, um die Gesamtzeit, die benötigt wird um zu mischen, zu beschränken, um ein Verspritzen des gemischten Materials nach der Mischung zu vermeiden und für die Sicherheit. Die Kontrolle von Vibration, das Vorbeugen vor Überhitzung oder die Minimierung der Abnutzung, die Bequemlichkeit der Instandhaltung und die Haltbarkeit sind ebenfalls wichtig.
Es ist ebenfalls bekannt, dass ein Flügelrad innerhalb eines Mischbechers magnetisch oder elektromagnetisch angetrieben werden kann und nicht mechanisch. Ein Typ eines magnetischen Antriebes koppelt einen rotierenden permanenten Magneten außerhalb eines Mischbechers oder etwas Vergleichbaren mit einem anderen permanenten Magneten, der drehbar innerhalb des Mischbechers befestigt ist. U.S. Patentnummer 2,459,224 nach Hendricks; U.S. Patentnummer 2,655,011 nach Ihle et al. und U.S. Patentnummer 5,478,149 nach Quigg sind beispielhaft für diese Methode. Hendricks offenbart einen magnetisch betriebenen Rührer für das Mixen von Flüssigkeiten, wobei der Rührer einen Magneten aufweist, der an dessen unterem Ende und innerhalb des Behälters für die Flüssigkeit befestigt ist. Quigg offenbart einen Motor, der eine Reihe von Magneten über ein Getriebe und eine Welle antreibt, um an eine andere Reihe von Magneten zu koppeln, die an einem Rührwerk befestigt sind.
U.S. Patentnummer 3,140,079 nach Baermann verwendet eine große rotierende Platte, um eine Reihe von ringsum angeordneten Magneten aufzunehmen, die unterhalb eines Teils einer sehr viel kleineren rotierbaren leitenden Scheibe passieren.
U.S. Patentnummer 1,242,493 nach Stringham und U.S. Patentnummer 1,420,773 nach Stainbrook offenbaren elektrische Getränkemixer, in denen ein Stator eines Drehstrommotors einen Rotor in einem Mischbecher oder in dessen Boden umschließt und mit diesem interagiert. In Stringham liegt ein Kurzschlussläufer in der Ebene der Statorwindungen. In Stainbrook ist ein Drehstromrotor in dem Boden des Mischbechers befestigt und die Statorwindungen sind unterhalb des Bechers platziert. So getrennte Drehstrommotoranordnungen sind limitiert durch das Drehmoment, die Geschwindigkeitsregelung, den Wirbelstromverlust und EMK-Interferrenzprobleme von Drehstrommotoren, die durch die physikalische Trennung der Statorwindungen und des Rotors hervorgerufen werden. Sie stellen keine gute Geschwindigkeitsregelung bereit. Sie verwenden keine Gleichstrom magnetische Feldkopplung. Und die Integration des Rotors des Motors innerhalb des Behälters oder des Bechers fügt ungewünschtes Gewicht zu der Becheranordnung hinzu und macht es aufgrund von kreiselnden Effekten schwierig den Becher zu handhaben, wenn er aufgenommen wird solange sich der Rotor noch dreht.
Wenn der Rotor von einem bürstenlosen Gleichstrommotor innerhalb des Bodens des Mischbechers platziert werden müsste, würde der Becher nicht nur schwer werden und einen starken Kreiseleffekt aufweisen, sondern er würde ebenfalls an Metallspülbecken und metallischen Küchenarbeitsflächen haften und er würde lose metallische Utensilien wie Besteck, Bar-Utensilien oder Münzen anziehen.
Bin weiteres Gerät zur Verarbeitung von Nahrungsmitteln und ein Antrieb sind in WO 0041607 offenbart. Dieses Dokument kommt in Betracht um den nächstliegenden Stand der Technik darzustellen.
Es ist somit eine wesentliche Aufgabe von dieser Erfindung, ein Antriebssystem zur Verfügung zu stellen, das eine zuverlässige, geschwindigkeitsgeregelte kreisförmige Kraftübertragung auf ein drehbar angetriebenes Element, das von der Quelle der beweglichen Kraft abgedichtet ist, zur Verfügung stellt.
Ein weiterer Aspekt ist die Bereitstellung eines Antriebs, der automatisch angehalten wird, um den Antrieb auszuschalten, wenn der Inhalt einen vorgegebenen Wert überschreitet oder wenn das angetriebene Teil von seiner Betriebsposition entfernt wird.
Eine weitere Aufgabe ist die Bereitstellung eines magnetischen Antriebs, der diese Vorteile bietet, wobei das Antriebselement in einem entfernbaren Mischbecher platziert ist und der Mischbecher leicht in den Mischer einzusetzen und von diesem zu entfernen ist und wobei der Mischbecher leicht zu handhaben ist, wenn er von dem Mischer entfernt wird, zum Beispiel indem er keinen signifikanten kreiselnden Effekt oder magnetische Anziehung aufweist.
Eine andere Aufgabe ist die Bereitstellung einer nicht-mechanischen Kopplung zwischen Motor und dem Antriebselement mit geringer Abnutzung und geringer Instandhaltung und insbesondere eine Kupplung, die die hohen Instandhaltungskosten, die mit dem derzeitigen Riemenantrieben und mechanischen Kupplungen und Bremsen verbunden sind, vermeidet.
Noch eine weitere Aufgage ist die Bereitstellung eines magnetischen Antriebes für einen Mischer oder etwas Ähnliches mit den vorangegangenen Vorteilen, der kompakt, gering im Gewicht und sehr einfach zu bedienen und zu reinigen ist.
Eine andere Aufgabe ist die Bereitstellung eines Antriebs, dessen Betriebseigenschaften programmiert werden können und der schnell und zuverlässig abgebremst werden kann.
Zusammenfassung der Erfindung
In seiner bevorzugten Anwendung als ein Antrieb für einen Mischer oder ein anderes Gerät zur Verarbeitung von Nahrungsmitteln, verwendet die vorliegende Erfindung einen elektrischen Motor um einen Ringmagneten, vorzugsweise eine Anordnung von zwei Ringmagneten mit axialen Polen, zu rotieren, wobei der Ringmagnet mit wenig Abstand zu einer scheibenförmigen Antriebsplatte, die aus einem leitenden magnetisierbaren Material geschaffen ist, angeordnet ist. Die Magnetanordnung und die Antriebsplatte weisen jeweils aufeinander abgestimmte ringsum angeordnete Pole auf. Die Magnetanordnung weist vorzugsweise eine geradzahlige Anzahl von im Wesentlichen tortenstückgeformten permanenten Magnetpolen oder -segmenten von abwechselnder Polarität auf. Die Antriebsplatte ist vorzugsweise ein dünnes Blech aus einem eisenhaltigen Material, wie kalt gewalzter Stahl, mit offenen radialen Schlitzen, die die Pole abgrenzen und die Wirbelströme beeinflussen. Die Magnetenanordnung erzeugt ein ausreichend starkes Feld (Stromlinien), das trotz des Abstandes, der typischerweise hohe Luftspaltwiderstände einbezieht, trotzdem eine gegenüberliegende polarisierende Magnetisierung der Scheibenpole hervorruft. Diese hervorgerufene Magnetisierung koppelt die Magnetenanordnung an die Platte um diese anzutreiben. In einem Mischer ist die Antriebsplatte drehbar im Boden des Mischbechers befestigt und stützt eine Welle, die wiederum ein Flügelrad befestigt. Die Magnetenanordnung und der Motor sind separat von der Antriebsplatte untergebracht.
Der elektrische Motor ist vorzugsweise ein bürstenloser Gleichstrommotor mit Statorwindungen, die ein rotierendes elektromagnetisches Feld erzeugen, das ein Drehmoment auf einen Rotor erzeugt und mit dem Rotor interagiert, wobei der Rotor eine Magnetenanordnung wie die, die magnetisch an die Scheibe gekoppelt ist, umfasst. Der Rotormagnetring ist vorzugsweise an dem Antriebsmagnetring befestigt, in dem diese Magnetringe an die gegenüberliegenden Seiten von einer kreisförmigen kalt gewalzten Stahlscheibe gebunden sind. Der Rotor, der Antriebsmagnetring und die Antriebsplatte sind koaxial ausgerichtet, wenn die Platte und die mit ihr verbundene Vorrichtung, wie ein Mischbecher, sich in Betriebsposition befinden. Der Motor und das Antriebsgehäuse weisen vorzugsweise eine flache obere Wand auf, die kontinuierlich durch den Magnet-zur-Platte-Spalt erweitert ist, wie bei einer flachen untere Wand am Mischbecher. Für eine Magnetenanordnung mit einer Feldstärke auf ihrer Oberfläche von 1.400 Gauß beträgt der geringe Abstand vorzugsweise cirka 0,25 Zoll für eine Mischanwendung. Die Verwendung eines vergleichsweise flachen bürstenlosen Gleichstrommotors, der unterhalb des Antriebteils befestigt ist, gibt dem Motorteil des Antriebs eine kompakte Ausgestaltung, vorzugsweise mit einem Verhältnis von Höhe zu Breite so klein wie etwa 1:3.
Weitgehend betrachtet als ein Verfahren, umfasst dieses Verfahren die Schritte der Rotation eines Rotormagneten mit mehreren ringsum verteilten Polen durch die Interaktion der Pole mit einem rotierenden elektromagnetischen Feld. Der Rotor wiederum ist an einen zweiten Antriebsmagneten mit einer gleichen Anzahl an ringsum verteilten mechanisch gekoppelten Polen gekoppelt, um in Einklang mit dem Rotor zu rotieren. Das Verfahren umfasst ferner die Schritte der Ausrichtung des magnetischen Feldes des Antriebsmagneten axial weg von dem Rotor, um gegensätzlich polarisierte magnetische Pole in einer leitenden Antriebsplatte zu erzeugen, wobei die Antriebsplatte drehbar befestigt und mit wenig Abstand den Antriebsmagneten von der Platte trennt, so dass die erzeugten Pole in der Platte den Polen in der rotierenden Magnetanordnung trotzt des Abstandes und trotz einer Ladung, die der Rotation entgegenwirkt, folgen. Die Ausrichtung des magnetischen Feldes umfasst die Bindung der Magneten in einer übereinander gelagerten Art in entgegen gesetzter Richtung einer dünnen Stahlplatte und die axiale Polarisation der Ringmagneten.
Gemäß eines anderen Aspektes der vorliegenden Erfindung kann der Antrieb der vorliegenden Erfindung eine Zahnradanordnung umfassen, die ein oder mehrere Zahnräder zur Übertragung des Drehmoments von der Antriebsplatte auf ein angetriebenes Teil, wie zum Beispiel eine Abtriebswelle, aufweist. Die Zahnradanordnung kann ein oder mehrere Zahnräder umfassen, die so ausgemessen und arrangiert sind um das Drehmoment, das von der Antriebsplatte auf das angetriebene Teil übertragen wird, zu reduzieren oder zu erhöhen. In einer bevorzugten Anwendung wird die Antriebs- und Zahnradanordnung verwendet, um die Klinge des Eisschabers zu rotieren. Der Eisschaber kann eine eigenständige Einheit darstellen oder in einem Mischer, wie mit dem Mischer der vorliegenden Erfindung, mit einbezogen sein, um ein automatisches Mischer/Eisschabergerät für die Herstellung von gefrorenen Getränken zu bilden.
Kurze Beschreibung der Figuren
Diese und andere Eigenschaften und Aufgaben der Erfindung werden mehr im Ganzen anhand der folgenden detaillierten Beschreibung, die im Lichte der beiliegenden Figuren gelesen werden soll, besser verstanden. In den beiliegenden Figuren beziehen sich die Referenznummern auf durchweg gleiche Teile in unterschiedlichen Ansichten. Während die Figuren die Prinzipien der hierin offenbarten Erfindung darstellen, sind sie nicht maßstäblich gezeichnet, sondern zeigen lediglich relative Dimensionen.
1 ist eine perspektivische Ansicht eines Mischer/Schabergerätes, das als Hintergrundinformation, nützlich für das Verstehen der Erfindung, dargestellt ist.
2 ist eine Ansicht des Mischer/Schabergerätes von 1 im Profil.
3 ist eine Einzelteildarstellung des in 1 und 2 dargestellten Mischbechers.
4 ist eine detaillierte Profilansicht des Magnetantriebs der vorliegenden Erfindung wie in 2 dargestellt, der verwendet wird um ein Flügelrad, das im Boden des Mischbechers befestigt ist, anzutreiben.
5 ist eine Einzelteildarstellung der Basis des Mischers/Schabers gezeigt in 1 und 2, die die Befestigung der Motoranordnung für den magnetischen Antrieb entsprechend der vorliegenden Erfindung darstellt.
6 ist eine perspektivische Ansicht der doppelten Magnetenanordnung, die in 4 dargestellt ist.
7 ist eine Profilansicht einer alternativen Ausführungsform des Mischbechers der vorliegenden Erfindung.
8 ist die Profilansicht der magnetischen Antriebs- und Zahnradanordnung für den Teil des Eisschabers des Mischers/Schabers, die als Hintergrundinformation, nützlich für das Verstehen der Erfindung, dargestellt ist.
9 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie F-F der 8 der magnetischen Antriebs- und Zahnradordnung aus 8.
10 ist eine Einzelteildarstellung einer alternativen Ausführungsform des Motors der vorliegenden Erfindung im Profil.
11 ist eine Profilansicht der Ausführungsform des Motors, der in 10 dargestellt ist, die einen montierten Motor darstellt.
12 ist eine Einzelteildarstellung des Motors, der in 10 dargestellt ist, im Profil und stellt eine Motorbasis dar.
13A ist die Aufsicht auf eine alternative Ausführungsform der Nabe, die in 10 bis 12 dargestellt ist.
13B ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie A-A' aus 13A der Nabe, die in 13A dargestellt ist.
14 ist ein Schaltbild einer Ausführungsform für ein System zur Regelung eines Motors der vorliegenden Erfindung.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Bestimmte beispielhafte Ausführungsformen werden jetzt beschrieben, um ein Gesamtverständnis der Prinzipien der Geräte zur Verarbeitung von Nahrungsmitteln und der magnetischen Antriebe, die hierin offenbart sind, zu verschaffen. Ein oder mehrere Beispiele von diesen Ausführungsformen sind in den Figuren dargestellt. Ein Fachmann auf diesem Gebiet wird verstehen, dass die Geräte zur Verarbeitung von Nahrungsmitteln und die magnetischen Antriebe, die hierin offenbart sind, angepasst und modifiziert werden können, um Mittel und Verfahren für andere Anwendungen zur Verfügung zu stellen und dass andere Zusätze und Modifikationen gemacht werden können, ohne von dem Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Zum Beispiel können die Eigenschaften, die als Teil von einer Ausführungsform oder einer Figur dargestellt oder beschrieben sind, für eine andere Ausführungsform oder eine andere Figur verwendet werden, um wieder eine andere Ausführungsform zu erhalten. Solche Modifikationen und Variationen sollen vom Umfang der vorliegenden Offenbarung umfasst werden.
1 und 2 zeigen eine prinzipielle Anwendung, die als Hintergrundinformation, nützlich für das Verstehen der Erfindung, dargestellt ist, nämlich ein Mischer-/Schabergerät 10, das für die automatische Herstellung von gefrorenen Getränken in Bars und Restaurants eingerichtet ist. Ein Vorrat an Eis in einem Behälter 12 wird durch eine Reihe von rotierenden Klingen 14 auf eine Klinge 16 befördert. Das geschabte Eis fällt durch einen Schacht 18, der einen Deckels 20 umfasst, in einen Mischbecher 22, in den flüssige Zutaten, wie ein Geschmackskonzentrat und/oder Alkohol, zugefügt wurden. Die Rotation von einem Flügelrad (oder einem Satz Klingen) 24 am Boden des Bechers produziert für einen bestimmten Zeitraum ein gefrorenes Getränk von hoher Qualität – eines, das seine beste Qualität erreicht, wenn es eingegossen wird und das eine im Wesentlichen gleichmäßige, nicht marmorierte und nicht wässrige Konsistenz aufweist. Während die Erfindung weiter unten prinzipiell in Bezug auf die Verwendung in einem Mischer/Schaber 20 beschrieben wird, wird verstanden werden, dass die Erfindung in einer breiten Vielzahl von Anwendungen verwendet werden kann, bei denen es erforderlich ist, Kraft von einer rotierenden Leistung einer beweglichen Quelle (zum Beispiel von einem Motor) auf ein angetriebenes Teil unter einer Beladung zu übertragen, insbesondere ein rotierendes angetriebenes Teil, das in einem Behälter gehalten wird, wobei der Behälter abgedichtet und entfernbar von der beweglichen Quelle ist. Die Erfindung kann zum Beispiel in einer Vielzahl von Nahrungsmitteln verarbeitenden Geräten, wie einem Hausmischer, einem Nahrungsmittelmixer, einem Nahrungsmittelverarbeiter und einem Entsafter, verwendet werden.
Ein magnetischer Antrieb 26 für das Flügelrad 24 ist der Schwerpunkt der vorliegenden Erfindung. Unter Bezugnahme auf 3 bis 5 umfasst der Antrieb 26 eine im Wesentlichen kreisförmige Antriebsplatte 24, die in der Basis 22a des Mischbechers 22 drehbar befestigt ist, und einen bürstenlosen Gleichstrommotor 28, der Statorwindungen 30 und einen Rotor 32 umfasst. Der Rotor seinerseits umfasst eine doppelte Magnetenanordnung 35, die vorzugsweise von einen Rotorringmagneten 36 ausgebildet wird, einen Antriebsringmagneten 38 und eine Scheibe 40 aus einem magnetisierbaren Material, vorzugsweise aus kalt gewalztem Stahl, die zwischen den Magneten 36 und 38 gebunden ist.
Die Ringmagneten 36 und 38 weisen jeweils mehrere ringsum angeordnete axial gerichtete Pole 42 auf, acht wie in 6 gezeigt. Seitlich benachbarte Segmente weisen eine gegensätzliche Polarität auf. Während acht Pole bevorzugt werden, kann jede gerade Anzahl verwendet werden. Vorzugsweise ist jeder Pol 42 durch eine im Wesentlichen tortenstückförmige permanente Magnetregion 44 geschaffen, die in einem kontinuierlichen Ring aus einem starkmagnetischen Material, wie dem keramischen Magneten, der von Hitachi Corporation verkauft wird, gestaltet sind. Die Magnetregionen 44 in jedem Magneten 36 und 38 können ebenfalls getrennte Teile sein, die verbunden oder auf andere Weise mechanisch aneinander befestigt sind, um eine Ringanordnung mit flacher Fläche und einer im Wesentlich zylindrischen äußeren Wand, zu bilden. Eine Plastiknabe 43 mit radial gerichteten Stützwänden 43a füllt die Mitte der Magneten 36, 38 um die Befestigung der Anordnungen um eine zentrale Welle zu ermöglichen. Eine Nordpolmagnetregion 44 grenzt an eine Südpolmagnetregion 44 an. Anordnungen 36 und 38 sind dann also an der Scheibe 40 befestigt, vorzugsweise mit jeder permanenten Magnetregion 44 in einer Anordnung, die über einer gleichen Magnetregion in der anderen Anordnung liegt, aber die gegensätzliche Polarität aufweist um die abstoßende magnetische Kraft zwischen den Magneten 36 und 38 zu verhindern. Ein Plastiküberzug 48 hilft die Schicht-Anordnung zu befestigen. Diese Konfiguration der Magnetenanordnung mit axial orientierten magnetischen Polregionen 44 und die geringe Rückleitung des magnetischen Widerstands, die durch die Stahlscheibe 40 für alle Magnetregionen 44 gebildet wird, richten das Magnetfeld (Stromlinien) des Rotormagneten 36 axial (sinkend wie gezeigt) auf die Statorwindungen 30 und das Magnetfeld des Antriebsmagneten 38 axial (steigend wie gezeigt) auf die Platte 34 in den Becherboden 22a. Die Stärke und diese axiale Ausrichtung des Feldes des Antriebsmagneten 38 erzeugen magnetische Felder mit gegensätzlicher Polarität in den entsprechenden Polen 24a, die in der Antriebsplatte 34, trotzt der Anwesenheit des Abstandes 46, wenn auch ein geringer Abstand, zwischen der im Wesentlichen flachen oberen Oberfläche 38a der Magnetenanordnung und der im Wesentlichen flachen unteren Oberfläche 34b der Platte 34, ausgebildet werden.
In einer bevorzugten Form, die für den Mischer/Schaber dargestellt und gezeigt ist (verwendet um bis zu 80 Flüssigunzen eines gefrorenen Getränks zu mischen) entwickelt der permanente Magnet 36 an dessen Oberfläche eine Magnetfeldstärke von cirka 1.400 Gauß, wobei der Abstand 46 axial etwa 0,25 Zoll beträgt. Dieser Abstand umfasst, wie in 4 gezeigt, nicht nur vier Schichten 48, 50a, 52, 22b von etwas das typischerweise ein Plastikmaterial ist, sondern auch Luftspalte 54 und 56. Die Schichten 48 und 52 sind dünne Umhüllungen der Magnetenanordnung 35 bzw. der Antriebsplatte 34 aus Plastik. Die Schicht 50a ist der flache obere Wandteil von einer Basis 50 des Mischers/Schabers 10. Die Schicht 22b ist die flache untere Wand des Becherbodens 22a.
Der Luftspalt 54 ist ein kleiner Zwischenraum zwischen der Umhüllung 48 des Rotors und der Wand 50a. Der Spalt 56 ist ein kleiner Zwischenraum zwischen der Wand 22b und der Umhüllung 52 der Antriebsplatte. Wie bereitwillig von einem Fachmann auf dem Gebiet erkannt werden wird, ist dieser Abstand eine signifikante Ursache des magnetischen Widerstands in dem Umkreis des Magneten zwischen dem Antriebsringmagneten 38 und der Platte 34. Während permanente Magnetrotoren von bekannten bürstenlosen Gleichstrommotoren, zum Beispiel des 5 Zoll Scheibendurchmessermotors, der von „Integrated Motion Controls, LLC" aus Torrington, Connecticut (USA) unter der Modellnummer 50 verkauft wird, in der Größe, Konstruktion und Feldstärke mit dem Magneten 38 annähernd vergleichbar sind, können diese nicht mit einer ausreichenden Stärke über den Abstand 46 an die Platte 34 koppeln, um die Scheibe anzutreiben, die einen Mischer/Schaber betreibt.
Insbesondere in Bezug auf 4 und 5 ist der Motor 28 in der Basis 50 durch Schrauben 60 befestigt, die durch eine Stahlmotorhülle 62 und einen hinteren Teil der Statorstütze 64 durch den Gewindestutzen 66 läuft, der in eine Motorstützwand 50b der Basis ausgebildet ist. Der hintere Teil der Statorstütze 64 weist eine zentrale Öffnung auf, die eine Lagerungsanordnung 68 umfasst, die wiederum eine Motorwelle 70 lagert. Schrauben (nicht gezeigt) durchlaufen die Öffnungen 54a in dem hinteren Teil der Statorstütze, verschrauben und sichern eine vordere Statorstütze 72 um einen Ring 74 aus „back" Stahl in der Anordnung benachbart zu den Windungen 30 zu umspannen. Die vordere Statorstütze 72 weist einen Randbereich 72a auf, der geneigt und geschlitzt ist, um die Statorwindungen 30 zu tragen, wie in dem oben erwähnten Motor des Modells 50. (Aus Klarheitsgründen sind die Teile der Windungen in den Spalten nicht gezeigt.) Die Windungen sind dreiphasig und werden durch einen konventionellen bürstenlosen Gleichstrom-Antriebskreislauf unter Spannung gesetzt, um ein rotierendes elektromagnetisches Feld zu erzeugen. Die Basis und die Statorstützen sind vorzugsweise aus einem formbaren hochfesten Plastik und mit einer Wanddicke, die den Motor 28 starr stützt, geformt.
Die doppelte Magnetenanordnung 35 mit der Welle 70, die an ihrer Mitte befestigt ist, gleitet axial in die Kupplung 68 (4). Die Anordnung 35 rotiert in der Kupplung 68 mit einem Abstand zu allen Seiten der Anordnung 35. Wie oben erwähnt ist, ist das magnetische Gleichstromfeld mit mehreren Polen, das prinzipiell durch den unteren (wie gezeigt) Rotormagneten 36 produziert wird, prinzipiell abwärts gerichtet, um mit dem rotierenden elektromagnetischen Feld, das durch die Statorwindungen 30 erzeugt wird, wenn diese unter Spannung gesetzt werden, zu interagieren. Die Rotation von diesem elektromagnetischen Feld, das mit der Rotormagnetanordnung interagiert, produziert ein Drehmoment, das den Rotor bei einer etwa gleichen Drehgeschwindigkeit rotiert. Die Scheibe 40, die zwischen den Magneten 36 und 38 befestigt ist, überträgt dieses Drehmoment auf den Antriebsplattenmagneten 38. Als eine Sicherheitsmaßnahme gegen einen Brand für den Fall, dass die Windungen 30 überhitzen, weist ein ringförmiges Schutzblech 76 eine niedrige Kante 76a auf, die sich im Wesentlichen über den Luftspalt zwischen dem äußeren Ende der Anordnung 35 und der im Wesentlichen zylindrischen inneren Seitenwand des hinteren Teils der Statorstütze 64 erstreckt (mit einem kleinen Abstand um reibenden Kontakt mit der Magnetenanordnung 35 zu verhindern). Das Schutzblech füllt diese Spalte ausreichend, um einen Luftstrom zu verhindern, der anderenfalls Sauerstoff in ein Feuer einleiten würde.
Die Magnetenanordnung 35 wiegt bei einem 5 Zoll-Durchmesser ungefähr drei Pfund. Mit typischen Betriebsgeschwindigkeiten, die zwischen 4.000 bis 10.000 U/min variieren, kann es signifikante Kräfte auf die Befestigungsstrukturen ausüben, insbesondere schnell variierende Kräfte, die Vibrationen verursachen. Die Befestigungsstruktur ist durch die Auswahl und Dimension der Materialien genauso wie durch das Gesamtdesign, zum Beispiel durch die Verwendung von Wandverstärkungen, wie äußere Rippen, ausreichend starr gestaltet, um den Kräften und Momenten, die in normalen Betrieb produziert werden, zu widerstehen und dabei die Vibration zu beherrschen, die andernfalls den Motor locker, abnutzen und im extremen Fall eventuell sogar zerstören würden.
Die Position des Rotors wird durch drei konventionelle Hall-Effektsensoren erkannt, die in einer bekannten Weise in dem Motorgehäuse oder in der Basis 50 befestigt sind. Die Positionssignale stellen eine Eingabe an einen bekannten elektronischen Regelungs- und Antriebskreislauf zur Verfügung, der die dreiphasigen Statorwindungen 30 unter Spannung setzt, um (i) ein Anfangsdrehmoment, (ii) ein Hochlaufen der Rotorgeschwindigkeitsrotation bis zu einer ausgewählten Betriebsgeschwindigkeit, (iii) eine gleich bleibende Rotation bei dieser ausgewählten Geschwindigkeit unter Beladung, und dann (iv) ein schnelles und zuverlässiges Bremsen, zu bewirken. Der Betrieb des Motors ist somit elektronisch geregelt und programmierbar. Das Bremsen ist elektronisch – wobei die Bremsströme, die in den Windungen 30 hervorgerufen werden, in großen Widerständen oder in FETs, die an Kühlkörpern befestigt sind, abgeführt werden.
In Bezug auf 2 bis 4 und insbesondere in Bezug auf 3 und 4 ist die leitende Antriebsplatte 34 nicht drehbar an dem unteren Ende einer Welle 78 befestigt, die in einem gestapelten Paar von Nadellageranordnungen 80 gelagert ist. Eine umgebene Presszwinge 82 in Presspassung in einer in der Mitte gelegenen, zylindrisch-wandigen Öffnung 22c in der Plastikbasis 22a hält die Lagerungsanordnungen 80. Am Boden des Bechers, weist die Zwinge 82 einen vergrößerten Gegenbohrungsdurchmesser auf, der eine Drehdichtung 84 aufnimmt und sichert, wobei die Dichtung aus einem geeigneten elastomeren Material, wie einem abnutzungsresistenten Gummi, geformt ist. Die Dichtung weist drei einwärts gerichtete gegenseitig im regelmäßigen Abstand platzierte Ränder 84a auf, deren innere Kanten jeweils eingreifen und eine bei geringer Reibung laufende und gleitende Dichtung um die Welle 78 zur Verfügung stellen. Die Dichtung 84 bewahrt trotz der Anwesenheit der rotierenden Welle, die die Bodenwand des Bechers durchdringt, die Flüssigkeit in dem Becher 22. Der am tiefsten liegende Rand 84a erfasst die Welle 78 in einer umlaufenden Kerbe, was die Dichtung fixiert und stabilisiert. Eine tiefe kreisförmige Kerbe 84b an der unteren Fläche der Dichtung erlaubt es den Rändern sich elastisch, noch leicht gegen die Welle zu biegen. Über der Dichtung ist eine Hutmutter 86 am oberen Ende der Welle 78 angebracht und sichert die Klingen 24, die zwischen 3 Scheiben 88a, 88b und 88c eingelegt sind.
Die Antriebsplatte 34 ist Teil einer Antriebsplattenanordnung, die eine Reihe von vertikalen radial angeordneten verstärkenden Rippen 90 umfasst, die eckig über jedem Pol 34a zentriert sind (3). Die Rippen 90 und eine zentrale Verstärkung 91, die die Welle 78 umgibt, sind vorzugsweise kontinuierlich mit der Bodenlage 52 geformt. Die Platte 34 ist vorzugsweise aus einem dünnen Blech aus einem Eisenwerkstoff, wie einem kalt gewalzten Stahl, zum Beispiel 0,058 Zoll dick mit einer Reihe von offenen radialen Schlitzen 92, die die Pole 34a erzeugen, geformt. Die Schlitze 92 beeinflussen ebenfalls die Wirbelströme, die in der Platte durch das rotierende Feld der Antriebsmagnetenanordnung 38 erzeugt werden. Da die Platte 34 dünn und geschlitzt ist, kann sie deformieren, wenn sie einer signifikanten magnetischen Anziehungskraft der Antriebsplattenmagnetenanordnung 38 ausgesetzt wird, zum Beispiel typischerweise etwa fünf Pfund, und wenn sie in reibenden Kontakt mit dem Becherboden 22b platziert wird. Die Rippen 90 und die Umhüllung helfen der Platte im Allgemeinen in ihrer flachen Konfiguration zu bleiben.
Wie gezeigt, wird die magnetische Anziehungskraft, die auf die Antriebsplatte 34 wirkt, vorzugsweise auf einem einzigen zentralen Drehpunkt, der durch ein hemipherisches Kugellager ausgebildet wird, das aus der unteren Oberfläche der Antriebsanordnung hervorragt, und einer Edelstahlplatte 96, die flach an der oberen Oberfläche der Becherbodenwand 22b befestigt ist, getragen. Diese Anordnung widersteht den Magnetkräften, die die Platte 34 herunterziehen, während sie zur selben Zeit eine Rotation der Welle 78 bei geringer Reibung und geringer Abnutzung erleichtern.
In Bezug auf 7 ist die Welle 178 in einer alternativen Ausführungsform des Mischbechers 122 drehbar durch zwei axial angeordnete Nadellager 200a und 200b gestützt. Ein zylindrischer Abstandshalter 202 ist zwischen den Nadellagern 200a und 200b eingeschoben und umgibt die Welle 178. Die Antriebsplatte 134 ist an der Welle 178 über eine Schraube 206 befestigt, die äußere Gewinde aufweist, um in die entsprechenden inneren Gewinde, die in der Welle 178 ausgebildet sind, zu greifen. Ein Flansch 204 kann an dem Ende der Welle 178 zur Verfügung gestellt werden und die Antriebsplatte 134 kann zwischen dem Flansch 204 und einer Scheibe 208 neben dem Kopf der Schraube 206 eingelegt sein. Diese besondere Anordnung erlaubt es der Welle 178 drehbar gestützt durch die Nadellager 200a und 200b und der Schraube 206 zu sein, ohne dass hemipherische Kugellager, die von der Bodenoberfläche der Antriebsanordnung aufragen, benötigt werden und ohne dass die Edelstahlplatte 96 innerhalb des Becherbodens befestigt sein muss. Es sollte verstanden werden, dass die Komponententeile der Ausführungsform von 7 ähnlich zu solchen sind, die hierin zuvor beschrieben wurden und entsprechend dieselben Bezugsnummern verwendet wurden, um ähnliche Teile zu bezeichnen, wenngleich die Nummerierungen schrittweise um 100 erhöht wurden, um die hierin beschriebenen Ausführungsformen zu unterscheiden.
Es wurde festgestellt, dass die Kopplung, oder „Zugkraft" zwischen dem Magneten 38 und der Antriebsplatte 34 nicht nur als eine Funktion der Stärke des Magnetfeldes, das auf die Pole 34a wirkt, und die Dichte des Abstands zwischen dem Magneten und der Scheibe ansteigt, sondern auch als eine Funktion der Dünne der Platte 34 und der Breite der Schlitze 92. Im Allgemeinen gilt, je dünner die Platte und so breiter die Schlitze, desto mehr Zugkraft wird bei einem gegebenen Magneten und einem gegebenen Abstand produziert. Die derzeit bevorzugte Schlitzbreite bei acht Polen beträgt 4,425 Zoll, wobei der Plattendurchmesser etwa 0,245 Zoll beträgt.
Die benötigte Höhe der Zugkraft hängt von jeder Anwendung ab. Sie ist ausgewählt um zuverlässig die Antriebsplatte an den Antriebsmagneten zu koppeln, wenn (i) die Flügelräder 24 unter einer Beladung von dem geschabten Eis und den flüssigen Zutaten von einem gefrorenen Getränk in dem Mischbecher gestartet werden, (ii) während eines Hochlaufen der Betriebsgeschwindigkeit auf eine gewählte Betriebsgeschwindigkeit, typischerweise tausende von U/min, und dann (iii) wenn das Flügelrad und die matschige Masse in dem Becher und interagierend mit dem Flügelrad zu einem Halt gebracht werden. Allerdings ist die Zugkraft auch ausgewählt, um den Antrieb 26 abzuschalten, und damit automatisch die Kupplung, wenn der Becher 22 von seiner Betriebsposition auf der Bodenwand 50a unterhalb des Eisschachtes 18 entfernt wird, oder wenn die Ladung einen vorgegebenen Maximalwert überschreitet. Die letztere Situation kann eintreten, wenn zum Beispiel das gefrorene. Getränk in dem Becher „einfriert”, also wenn es teilweise oder als Ganzes zu einer festen gefrorenen Masse wird, oder wenn ein Gegenstand unbeabsichtigter Weise während des Betriebes in den Mischer fällt, zum Beispiel ein Löffel, Schmuck oder ein Flaschendeckel. Bei der Entkopplung unterbricht der magnetische Antrieb 26 automatisch und sofort den Antrieb auf die Flügelräder, um eine Verletzung einer Person (von Personen), die sich dicht am Mischer oder der Maschine an sich befindet, zu verhindern oder zu minimieren. Diese Eigenschaft vermeidet ebenfalls die Kosten der Bereitstellung und Aufrechterhaltung einer mechanischen Kupplung.
Während bürstenlose Gleichstrommotoren dafür bekannt sind, dass sie vergleichsweise geringe Ausgangsdrehmomente aufweisen, beseitigt die vorliegende Erfindung diesen Mangel. Um jedoch die Leistungsfähigkeit des Motors 28 zu optimieren, werden vorzugsweise die Statorwindungen 30 aufgewickelt, um das Ausgangsdrehmoment bei einer zuvor ausgewählten Betriebsgeschwindigkeit, zum Beispiel nahe 8.000 U/min, zu optimieren.
Es ist bedeutend anzumerken, dass die Antriebsplattenanordnung, hauptsächlich eine dünne Metallscheibe und eine Plastikumhüllung, leicht und nicht magnetisch sind. Es kommt zu einem kleinen detektierbaren gyroskopischen Effekt, wenn der Becher nach der Verwendung von dem Mischers/Schabers entfernt wird. Es gibt ein geringes Drehmoment aufgrund der Flügelräder und der Antriebsplattenanordnung. Da der Becher leichtgewichtig und unmagnetisch ist, ist er einfach zu handhaben.
Es ist ebenfalls sehr bedeutsam, dass der magnetische Antrieb 26 der vorliegenden Erfindung es dem Becher 22 erlaubt, mit einer einfachen seitlichen Schiebebewegung über den flachen glatten Becherboden 22b und über den flachen glatten Basisteil 50a in einer Betriebsposition auf dem Mischer/Schaber 10 platziert zu werden. Es ist nicht notwendig den Becher vertikal auf einer mechanisch verzahnenden Antriebskupplung abzusetzen und dann den Becher vertikal von dieser Kopplung abzuheben. Der seitliche Schiebeeinschub und die Entfernungsbewegungen sind nicht nur angenehmer, sondern reduzieren auch den vertikalen Abstand, der über dem Becher benötigt wird. Diese Einschubeinrichtung erleichtert ebenfalls das Reinigen der Mischerbasis – man muss nur die glatte Oberfläche abwischen. Verschüttete Flüssigkeit und Schmutz können zu einem Ablauf 94, der in die Basis an der Rückwand 50a ausgebildet ist, über die Oberfläche fließen oder gedrängt werden. Im Falle eines Sicherheitsrisikos, einer Mischerüberladung oder einer beliebigen ungewöhnlichen Situation, die ein schnelles Entfernen des Bechers benötigen, ist er einfach und schnell von dem Gerät durch eine Schiebebewegung weggezogen. Ferner und besonders wichtig, falls ein Anwender ungeduldig ist und den Becher entfernt bevor der Motor ganz gestoppt ist, ein gewöhnliches Problem in der realen Verwendung in einer Bar, entfernt der Prozess der Entfernung automatisch von selbst den Flügelradantrieb von dem Motor 28 (eine Fehlausrichtung und/oder das Anheben des Bechers bewegt die Pole 34a aus einer gekoppelten Verbindung mit den magnetischen Kraftlinien, die durch die Magnetenanordnung 38 produziert werden). In konventionellen Riemenantrieben und mechanisch gekoppelten Mischern/Schabern verursacht so eine voreilige Entfernung eine Belastung und Abnutzung an der Antriebseinheit und der Kupplung.
Ein weiterer wesentlicher Vorteil von diesem Antrieb ist, dass er den Motor direkt unterhalb des Mischers platziert, also Antriebsriemen oder Ketten und Riemenscheiben oder Kettenräder verdrängt, wodurch trotzdem vertikale und horizontale Kompaktheit, sowohl in Bezug auf die Höhe des Motors an sich, die vertikale Höhe der Verbindung zwischen dem Motor und dem Becher und dem benötigten vertikalen Abstand um den Becher auf und von der Kupplung zu bewegen, erhalten bleibt.
Während diese Erfindung in Bezug auf ihre bevorzugte Ausführungsform beschrieben wurde, ist es ersichtlich, dass zahlreiche Modifikationen und Variationen einem Fachmann auf dem Gebiet einfallen werden. Zum Beispiel ist es möglich, während diese Erfindung für einen bürstenlosen Gleichstrommotor beschrieben wurde, dieselben Vorteile dieser Erfindung bei der Verwendung von einem Wechselstrommotor zu erzielen, dessen Abtriebswelle an den Antriebsplattenmagneten gekoppelt ist. Während eine rotierende Magnetenanordnung als ein Teil beschrieben wurde, der an die Platte im Becherboden koppelt, ist es möglich, ein rotierendes elektromagnetisches oder magnetisches Feld unter Verwendung einer Anordnung von Elektromagneten oder anderen permanenten Magnetanordnungen zu erzielen, wie einem einzelnen, einstückigen permanenten Magneten der magnetisch ausgerichtet ist oder in Kombination mit ferromagnetischem Material wirkt, um die gewünschte Anordnung von magnetischen Polen zu erzeugen. Während die Erfindung in Bezug auf eine rotierende Platte in dem Boden des Mischbechers beschrieben wurde, kann das angetriebene Element eine breite Vielzahl von anderen Formen annehmen und muss noch nicht einmal ein Flüssigkeitshaltendes Gefäß sein. Während die Magneten und die Platte so beschrieben wurden, dass sie dieselbe Anzahl von Polen aufweisen, ist es gut bekannt, dass dieses nicht essentiell für den Betrieb dieser Erfindung ist. Eine Vielzahl von Befestigungs- und Drehstützanordnungen sind sowohl für die Doppelmagnetenanordnung 35 als auch für die angetriebene leitende Platte 34 möglich.
Während ferner eine radial geschlitzte Platte 34 zur Ausbildung der Pole 34a und zur Beeinflussung der Wirbelströme in der Platte beschrieben wurde, wird ein Fachmann auf dem Gebiet bereitwillig sehen, dass eine Vielzahl von anderen bekannten Anordnungen zur Ausbildung von Polen und zur Beeinflussung von Wirbelströmen möglich sind. Darüber hinaus ist es nicht notwendig, während die Magneten als verbunden mit einer metallischen Scheibe beschrieben wurden, diese Scheibe zu benutzen.
2, 8 und 9 stellen eine weitere Anwendung, die als Hintergrundinformation, nützlich für das Verstehen der Erfindung, dargestellt ist, dar, nämlich in einer Eisschaberanordnung, um das geschabte Eis für einen Mischer des Mischers/Schabergerätes 10 zur Verfügung zu stellen. Die Eisschaberanordnung umfasst eine magnetische Antriebs- und Zahnradanordnung 300, die agiert um die Klingen 14 zu rotieren und um geschabtes Eis in den Mischbecher 22 durch den Schacht 16 zu führen. Die magnetische Antriebs- und Zahnradanordnung 300 ist an eine Abtriebswelle 302 gekoppelt, die an ihrem oberen Ende mit einem Satz rotierender Klingen 14 verbunden ist. Die magnetische Antriebs- und Zahnradanordnung 300 umfasst einen magnetischen Antrieb 304, der in Struktur und Betrieb analog zu dem magnetischen Antrieb 26 des Mischers ist. Die Ausgabe des magnetischen Antriebs wird über eine Zahnradanordnung 306 auf die Abtriebswelle 302 des Schabers übertragen. Die Zahnradanordnung umfasst drei Zahnräder, nämlich ein Motorzahnrad 328, ein Verbindungszahnrad 332 und ein Ausgabezahnrad 334.
Der magnetische Antrieb 304 für den Schaber umfasst eine im Wesentlichen kreisförmige Antriebsplatte 308, die drehbar in dem Motorgehäuse 309 der Eisschaberanordnung befestigt ist und einen bürstenlosen Gleichstrommotor 310, der Statorwindungen 312 und einen Rotor 314 umfasst. Der Rotor 314 wiederum umfasst eine doppelte Magnetenanordnung, die vorzugsweise von einem Rotorringmagneten 316, einem Antriebsringmagneten 318 und einer Scheibe 320 aus einem magnetisierbaren Material, vorzugsweise aus kalt gewalztem Stahl, die zwischen den Magneten 316 und 318 befestigt ist, ausgebildet ist.
Die Ringmagneten 316 und 318 weisen jeweils mehrere ringsum angeordnete axial ausgerichtete Pole auf, wie in dem Fall der Ringsmagneten 36 und 38 des magnetischen Antriebs des oben beschriebenen Mischers. Die Ringmagneten 316 und 318 weisen somit Pole auf, die in einer analogen Weise zu den Ringmagneten 36 und 38 des magnetischen Antriebs des Mischers konstruiert wurden. Eine Plastiknabe 321 füllt die Mitte der Ringmagneten 316 und 318, um die Befestigung der Magneten an der zentralen Welle 322 zu erleichtern. Die Ringmagneten sind auf einer Scheibe 320 befestigt, vorzugsweise mit jedem Pol in einem Ringmagneten über einem Pol des anderen Ringmagneten, der eine entgegen gesetzte Polarität aufweist, um abstoßende magnetische Kräfte zwischen den Magneten 316 und 318 zu vermeiden. Ein Plastiküberzug, der die Magneten 316 und 318 und die Scheibe 320 umgibt, kann helfen, die Magnetenanordnung zu sichern.
Der bürstenlose Gleichstrommotor 310 ist in dem Motorgehäuse 309 unterhalb des Rotors 314 befestigt. Der Motor 310 ist in einer analogen Art zu dem Motor 28 des magnetischen Antriebes 26 des oben beschriebenen Mischers konstruiert und arbeitet entsprechend. Die Statorwindungen 312 sind dreiphasige Windungen, die durch einen konventionellen bürstenlosen Gleichstrommotorantriebskreislauf unter Spannung gesetzt werden, um ein rotierendes elektromagnetisches Feld zu erzeugen. Der Rotor 314 gleitet mit der Welle 322, die an ihrer Mitte befestigt ist, axial in eine Dichtung 324. Der Rotor 314 rotiert in der Dichtung 324 mit einem Abstand zu allen Seiten des Rotors 314. Das gleichförmige magnetische Feld, das prinzipiell durch den unteren Rotorringmagneten 316 erzeugt wird, ist prinzipiell abwärts gerichtet, um mit dem rotierenden elektromagnetischen Feld, das durch die Statorwindungen 30 erzeugt wird, wenn die Windungen unter Spannung gesetzt werden, zu interagieren. Die Rotation von diesem elektromagnetischen Feld, das mit der Rotormagnetanordnung 314 interagiert, erzeugt ein Drehmoment, das den Rotor bei einer etwa gleichen Drehgeschwindigkeit dreht. Die Scheibe 320, die zwischen den Magneten 316 und 318 befestigt ist, überträgt dieses Drehmoment auf den Antriebsringmagneten 318.
Wie in dem Fall des Rotors 32 des magnetischen Antriebs 26 des oben beschriebenen Mischers, kann die Position des Motors 314 durch drei konventionelle Hall-Effektsensoren erkannt werden, die in dem Motorgehäuse 309 befestigt sind. Die Positionssignale stellen eine Eingabe an einen elektronischen Regelungs- und Antriebskreislauf bereit, der die dreiphasigen Statorwindungen 312 unter Spannung setzt, um ein Anfangsdrehmoment, ein Hochfahren der Rotorgeschwindigkeit auf eine Rotation bei einer ausgewählten Betriebsgeschwindigkeit, eine konstante Rotation bei dieser ausgewählten Geschwindigkeit unter Beladung und ein schnelles und zuverlässiges Bremsdrehmoment zu erzeugen. Wie in dem Fall des oben beschriebenen Motors 28 kann der Betrieb des Motors 310 elektronisch und programmierbar sein. Das Bremsen ist elektronisch – wobei die Bremsströme, die in den Windungen 312 hervorgerufen werden, in großen Widerständen oder FETs, die an Kühlkörpern befestigt sind, aufgenommen werden.
Die Antriebsplatte 308 kann in einer analogen Art zu der Antriebsplatte 34 des magnetischen Antriebs 26 des oben beschriebenen Mischers aufgebaut sein. Die Antriebsplatte 308 ist nicht drehbar an dem unteren Ende an einer Antriebswelle 326 befestigt. Das Motorzahnrad 328 ist nicht drehbar an eine Motorzahnradwelle 329 befestigt, die ihrerseits an das obere Ende der Antriebswelle 326 befestigt ist. Das Motorzahnrad 328 ist vorzugsweise ein Schrägstirnrad, das eine Vielzahl von Schrägstirnradzähnen 350 aufweist. Die Antriebswelle 326 passt axial in die Zahnradwelle 329 und ist nicht drehbar an der Zahnradwelle 329 und dem Zahnrad 328 befestigt, um der Antriebswelle 326 und dem Zahnrad 328 zu gestatten im Einklang zu rotieren. Dadurch kann ein Drehmoment von der Antriebsplatte 308 auf das Zahnrad 328 durch die Antriebswelle 326 übertragen werden. Die Antriebswelle 326 und die Zahnradwelle 329 des Motorszahnrads 328 sind drehbar durch ein Paar von Gleitlagern 330a und 330a gestützt.
Das Verbindungszahnrad 332 ist mechanisch an das Motorzahnrad 328 und das Ausgabezahnrad 334 gekoppelt, um ein Drehmoment von dem Motorzahnrad 328 auf das Ausgabezahnrad 334 zu übertragen. Das Verbindungszahnrad 332 umfasst ein verlängertes, zylindrisch geformtes oberes Zahnradteil 332a, das eine Vielzahl von Schrägstirnradzähnen 352 und einen im Wesentlichen scheibenförmigen unteren Zahnradteil 332b aufweist. Der untere Zahnradteil 332b ist mit einer Vielzahl von Schrägstirnradzähnen 354 ausgestattet, die in Größe und Form an die Zahnradzähne 350 des Motorzahnrads 328 angepasst sind. Die Zahnradzähne 350 des Motorzahnrads 328 greifen in die Zahnradzähne 354 des unteren Zahnradteils 332b, um eine Drehbewegung und ein Drehmoment von dem Motorzahnrad 328 auf das Verbindungszahnrad 332 zu übertragen. Das Verbindungszahnrad 332 ist nicht drehbar an einer Zahnradwelle 356 befestigt, die drehbar durch ein Paar von Gleitlagern 333a und 333b gestützt wird.
Das Ausgabezahnrad 334 hat im Wesentlichen eine zylindrische Form und ist nicht drehbar an der Abtriebswelle 302 befestigt um mit der Abtriebswelle 302 zu rotieren. Insbesondere ist das Ausgabezahnrad 334 axial über der Abtriebswelle 302 angeordnet, so dass die Abtriebswelle in die mittige Öffnung des Ausgabezahnrads 334 passt. Das Ausgabezahnrad 334 ist mit einer Vielzahl von Schrägstirnradzähnen 334a ausgestattet, die in Größe und Form an die Zahnradzähne 352 des oberen Zahnradteils 332a des Verbindungszahnrads 332 angepasst sind. Die Zahnradzähne 352 des oberen Zahnradteils 332a greifen in die Zahnradzähne 334a des Ausgabezahnrads 334 um eine Drehbewegung und ein Drehmoment von dem Verbindungszahnrad 332 auf das Ausgabezahnrad 334 zu übertragen. Die Abtriebswelle 302 und das Ausgabezahnrad 334 sind drehbar durch ein Paar von Gleitlagern 336a und 336b gestützt.
Das Rotorzahnrad 328, das Verbindungszahnrad 332 und das Ausgabezahnrad 334 sind vorzugsweise Schrägstirnräder, die spiralförmig orientierte Zahnradzähne aufweisen, und aus einem leichtgewichtigen, hochfesten Plastikmaterial, wie Acetyl oder Nylon, gefertigt sind. Ein Fachmann auf dem Gebiet wird jedoch erkennen, dass andere Zahnradtypen, so wie Stirnräder, Schneckenräder oder Kombinationen davon, und andere Materialien, wie Metalle oder Verbundwerkstoffe, in der Zahnradanordnung 306 verwendet werden können.
Die Zahnradübersetzung der Zahnradanordnung 306 der vorliegenden Erfindung kann eingestellt werden, um die Drehgeschwindigkeit und das Drehmoment, das von der Antriebswelle 326 des magnetischen Antriebs 304 auf die Abtriebswelle 302 des Eisschabers übertragen wird, zu erhöhen oder zu verringern. Zum Beispiel kann die Zahnradübersetzung der Zahnradanordnung 306 eingestellt werden, um die Drehgeschwindigkeit zu reduzieren und dadurch das Drehmoment zu erhöhen, das von der Antriebswelle 326 auf die Abtriebswelle 302 übertragen wird. Umgekehrt kann die Drehgeschwindigkeit, die von der Zahnradanordnung 306 übertragen wird, erhöht werden, wodurch das Drehmoment, das durch das Einstellen der Zahnradübersetzung der Zahnradanordnung 306 übertragen wird, reduziert wird. Die Zahnradübersetzung kann durch den Wechsel der Anzahl an Zahnradzähnen, durch die Anzahl der Zahnräder und/oder durch die Größe der Zahnräder der Zahnradanordnung eingestellt werden, wie im Stand der Technik bekannt ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Eisschabers beträgt die gewünschte Geschwindigkeit der Abtriebswelle 326 des Eisschabers für einen effektiven Betrieb des Eisschabers etwa 540 U/min. Der magnetische Antrieb 300, der vorzugsweise einen bürstenlosen Gleichstrommotor verwendet, ruft typischerweise eine Betriebsgeschwindigkeit von etwa 6.000 U/min hervor. Entsprechend beträgt die Zahnradübersetzung der Zahnradanordnung 306 etwa 11,1:1.
Ein Fachmann auf dem Gebiet wird bereitwillig erkennen, dass der magnetische Antrieb und die Zahnradanordnung in einer breiten Vielzahl von Anwendungen, zusätzlich zu der des oben beschriebenen Eisschabers, verwendet werden kann, bei denen es erwünscht ist, eine Kraft von einer drehbaren Leistung eines Motors auf ein angetriebenes Teil unter einer Beladung zu übertragen, einschließlich in anderen Nahrungsmittelverarbeitenden Geräten wie einem Mischer, einem Nahrungsmittelmixer, einen Nahrungsmittelverarbeiter und einem Entsafter.
Zusätzlich, obwohl der Eisschaber als ein Bestandteil einer Kombination eines Mischer/Eisschabergerätes beschrieben wurde, wird ein Fachmann auf dem Gebiet bereitwillig erkennen, dass der Eisschaber eine allein stehende Einheit bilden kann, d. h. der Eisschaber kann unabhängig von dem Mischer sein.
Darüber hinaus wird ein Fachmann auf dem Gebiet erkennen, dass die Art und Anzahl von Zahnrädern, die Größe der Zahnräder und die Anzahl an Zahnradzähnen der Zahnradanordnung, die hierin beschrieben ist, in Verbindung mit dem Eisschaber der vorliegenden Erfindung nur beispielhaft sind. Die Eigenschaften, genauso wie andere Eigenschaften der Zahnradanordnung, können variiert werden um die gleiche, eine ähnliche oder eine unterschiedliche Zahnradübersetzung zu erreichen, wie sie für eine spezifische Anwendung benötigt wird. Zum Beispiel können Gestaltungsüberlegungen, wie Gewichts- und Größelimitierung, die Anzahl, Art und die Größe der Zahnräder bestimmen, genauso wie die Anzahl an Zahnradzähnen, die verwendet werden, um die gewünschte Zahnradübersetzung zu erreichen.
Diese und andere Modifikationen und Variationen werden einem Fachmann auf dem Gebiet, der die vorangegangene Beschreibung im Lichte der beigefügten Figuren gelesen hat, einfallen.
10 ist eine Einzeldarstellung von einer Ausführungsform des Motors der vorliegenden Erfindung im Profil. Wie in 10 gezeigt, kann der Motor 400 eine Motorwelle 410, einen Rotor 420, der an der Motorwelle 410 befestigt ist, und einen Stator 430, der um die Motorwelle 410 angeordnet ist, umfassen. Der Stator 430 kann mindestens eine Statorwindung 470 und ein Statorgehäuse 480 umfassen.
In einer Ausführungsform kann der Stator 430 mindestens einen Hall-Effektsensor zur Bestimmung der Position des Rotors 420 entsprechend der Schemata, die hierin zuvor beschrieben wurden, umfassen.
Wie in 10 gezeigt, können der Antriebsmagnet 440 und der Rotormagnet 460 einen ersten ringförmigen Magneten bzw. einen zweiten ringförmigen Magneten umfassen. Abweichend kann der Antriebsmagnet 440 und/oder der Rotormagnet 460 mehrere separate Magneten umfassen, die um die Motorwelle 410 angeordnet sind. Die vielen separaten Magnete können bogenförmige Magnete umfassen. In einer Ausführungsform können zwei oder mehrere der Magnete aneinander unter Verwendung von einem Klebstoff angefügt sein. Der Klebstoff kann einen Leim, eine konventionelle Vergussmasse oder eine andere Art von Klebstoff umfassen. In einer Ausführungsform können der Antriebsmagnet 440 und/oder der Rotormagnet 460 einen Magneten, der zumindest teilweise aus einem seltenen Erdmaterial hergestellt ist, umfassen. Zum Beispiel kann der Antriebsmagnet 440 und/oder der Rotormagnet 460 einen Magneten umfassen, der zumindest teilweise aus Neodym hergestellt ist. Möglicherweise vorteilhaft kann die Verwendung von Magneten, die aus seltenen Erdmaterialien hergestellt wurden, ein Gewicht des Motors 400 reduzieren, was zu einer Reduktion der Hitze, des Lärms und/oder der Vibration während des Betriebs des Motors 400 führen kann. Der Antriebsmagnet 440 und/oder der Rotormagnet 460 können im Wesentlichen zentriert und/oder im Wesentlichen symmetrisch um die Motorwelle 410 angeordnet sein.
Allgemein kann die Nabe 450 eine obere Oberfläche 452, die von dem Stator 430 wegzeigt, und eine untere Nabenoberfläche 454, die auf den Stator 430 gerichtet ist, umfassen. Die Nabe 450 kann im Wesentlichen zentriert und/oder im Wesentlichen symmetrisch um die Motorwelle 410 angeordnet sein. Der Antriebsmagnet 440 kann an die obere Nabenoberfläche 452 gekoppelt sein und der Rotormagnet 460 kann an die untere Nabenoberfläche 454 gekoppelt sein. Die obere Nabenoberfläche 452 kann eine Kerbe 456 für das Aufnehmen des Antriebsmagneten 440 umfassen. Die Kerbe 456 kann so gestaltet sein, dass die obere Nabenoberfläche 452 im Wesentlichen den Antriebsmagneten 440 umgibt. Abweichend kann die Kerbe 456 so gestaltet sein, dass sich ein Teil des Antriebsmagneten 440 aufwärts von der oberen Nabenoberfläche 452 erstreckt. Die untere Nabenoberfläche 454 kann eine Seitenwand 458 umfassen, die sich abwärts von der unteren Nabenoberfläche 454 erstreckt und der Rotormagnet 460 kann an die Seitenwand 458 gekoppelt sein. Die Seitenwand 458 kann eine innere Oberfläche 459 umfassen, die in Richtung der Motorwelle 410 zeigt und der Rotormagnet 460 kann an die innere Oberfläche 459 gekoppelt sein.
Eine Vielzahl von verschiedenen Konfigurationen des Rotors 420 ist möglich. Zum Beispiel kann die obere Nabenoberfläche 452 und/oder die untere Nabenoberfläche 454 im Wesentlichen planar sein. Auch kann die obere Nabenoberfläche 452 eine Seitenwand umfassen, die sich aufwärts von der unteren Nabenoberfläche erstreckt und der Antriebsmagnet 440 kann an die Seitenwand in einer ähnlichen Art zu der, die zuvor in Bezug auf den Rotormagneten 460 beschrieben wurde, gekoppelt sein. Zusätzlich kann die untere Nabenoberfläche 454 eine Kerbe zur Aufnahme des Rotormagneten 460 umfassen, in einer ähnlichen Art zu der, die zuvor in Bezug auf den Antriebsmagneten 440 beschrieben wurde.
Die Nabe 450 kann von einem Metall oder einem magnetisierbaren Material gebildet werden. Abweichend kann die Nabe 450 aus einem Plastikmaterial gebildet werden.
Der Antriebsmagnet 440 und der Rotormagnet 460 können mehrere ringsum angeordnete Pole aufweisen. Der Antriebsmagnet 440 und der Rotormagnet 460 können so angeordnet sein, dass ihre Pole entsprechend der Schemata, die zuvor in Bezug auf 6 und der beigefügten Beschreibung beschrieben wurden, ausgerichtet sind.
Der Antriebsmagnet 440 ist magnetisch an den Rotormagneten 460 gekoppelt. Der Antriebsmagnet 440 und der Rotormagnet 460 können an die Nabe 450 gekoppelt sein, so dass der Antriebsmagnet 440, der Rotormagnet 460 und die Nabe 450 zusammen um die Motorwelle 410 rotieren. Der Antriebsmagnet 440 und der Rotormagnet 460 können an die Nabe 450 unter Verwendung einer Vielzahl von konventionellen Schemata gekoppelt werden. Zum Beispiel können der Antriebsmagnet 440 und/oder der Rotormagnet 460 entfernbar und austauschbar an der Nabe 450 durch die Verwendung von entfernbaren und austauschbaren Befestigungselementen wie Klemmen, Dübeln, Nägeln, Mutter und Bolzen, Schrauben, Domen, Nieten, Stiften und/oder anderen konventionellen mechanischen Befestigungselementen befestigt werden. Abweichend können der Antriebsmagnet 440 und/oder der Rotormagnet 460 an der Nabe 450 fest gepresst werden. Ebenfalls abweichend können der Antriebsmagnet 440 und/oder der Rotormagnet 460 an die Nabe 450 unter Verwendung eines Klebstoffes, einer Lötstelle und/oder einer Schweißverbindung befestigt werden.
11 ist eine Profilansicht von der Ausführungsform des Motors, der in 10 gezeigt ist, und stellt einen montierten Motor dar. Der Antriebsmagnet 440 kann über eine untere Oberfläche 442 des Antriebsmagneten an die obere Nabenoberfläche 452 befestigt sein. Alternativ, wie in 11 gezeigt, kann der Antriebsmagnet 440 ebenfalls über eine oberen Oberfläche 440 des Antriebsmagneten an die obere Nabenoberfläche 452 befestigt sein. Wie zuvor beschrieben, kann die obere Nabenoberfläche 452 eine Kerbe 456 umfassen, wobei die Kerbe 456 im Wesentlichen den Antriebsmagneten 440 umschließen kann. Die Kerbe 456 kann so gestaltet sein, dass ein erster Spalt 446 zwischen dem Anstieg der oberen Nabenoberfläche 452 und dem Anstieg des befestigten Antriebsmagneten 440 entsteht. Der erste Spalt 446 kann mit einem Klebstoff gefüllt werden, um den Antriebsmagneten 440 weiterhin an der Nabe 450 zu befestigen und um eine im Wesentlichen planare obere Rotoroberfläche 422 zur Verfügung zu stellen. In einer Ausführungsform kann der erste Spalt 446 mit einer konventionellen Vergussmasse gefüllt werden. Die Vergussmasse kann ausgehärtet sein. Nach der Aushärtung kann überschüssige Vergussmasse entfernt werden, um eine im Wesentlichen planare obere Rotoroberfläche 422 zur Verfügung zu stellen. Die Vergussmasse kann ebenfalls verwendet werden, um einen zweiten Spalt 448 zwischen einer Querverlängerung des befestigen Antriebsmagneten 440 und einer Querverlängerung der Kerbe 456 zu füllen. Ein ähnliches Schemata kann verwendet werden, um eine im Wesentlichen planare obere Rotoroberfläche 422 in Ausführungsformen auszubilden, in denen sich ein Teil des befestigen Antriebsmagneten 440 aufwärts über die obere Nabenoberfläche 452 erstreckt. Zum Beispiel kann die Vergussmasse für die obere Nabenoberfläche 452 angewendet werden, um den Teil des Antriebsmagneten 440, der sich aufwärts von der oberen Nabenoberfläche 452 erstreckt, zu umgeben.
Wie in 10 gezeigt, kann der Stator 430 einen konventionellen Stator 430 umfassen, der mindestens eine Statorwindung 470 aufweist. Die Statorwindung 470 kann auf dem Statorgehäuse 480 angeordnet sein und das Statorgehäuse 480 kann eine Bohrung 482 umfassen, um die Motorwelle 410 aufzunehmen. Der Stator 430 und insbesondere die mindestens eine Statorwindung 470 können im Wesentlichen zentriert über der Motorwelle 410 sein. Im Allgemeinen kann der Stator 430 unter Verwendung von ähnlichen Schemata wie solchen, die zuvor in Bezug auf 3, 4 und 7 bis 9 und der beigefügten Beschreibung beschrieben wurden, montiert werden.
Wie in 11 gezeigt, kann die Motorwelle 410 in der Bohrung 482 des Statorgehäuses 480 gelagert sein und der Rotor 420 kann drehbar auf der Motorwelle 410 unter Verwendung von ähnlichen Schemata zu solchen, die zuvor beschrieben wurden, befestigt sein. Die mindestens eine Statorwindung 470 umfasst eine äußere Statoroberfläche 472, die von der Motorwelle 410 wegzeigt und der Rotormagnet 460 umfasst eine innere Rotormagnetoberfläche 462, die auf die Motorwelle 410 gerichtet ist. Im Allgemeinen wird der Motor 400 so montiert, dass die innere Rotormagnetoberfläche 462 zumindest teilweise auf die äußere Statoroberfläche 472 gerichtet ist.
Wie zuvor gezeigt, kann der Rotormagnet 460 in einer Ausführungsform mehrere Rotormagnete, die über der Motorwelle 410 angeordnet sind, umfassen. In solch einer Ausführungsform kann mindestens einer der mehreren Rotormagnete 460 eine innere Rotormagnetoberfläche 462 umfassen, die zumindest teilweise auf die äußere Statoroberfläche 472 gerichtet ist.
Eine Vielzahl von verschiedenen Konfigurationen des Motors 400 ist möglich. In einem Beispiel, das kein Teil der Erfindung ist, kann der Rotormagnet 460 innerhalb der mindestens einen Statorwindung 470 angeordnet sein. In solch einer Ausführungsform kann der Rotormagnet 460 eine äußere Rotormagnetoberfläche, die von der Motorwelle 410 wegzeigt, umfassen und die mindestens eine Statorwindung 470 kann eine innere Statoroberfläche, die auf die Motorwelle 410 gerichtet ist, umfassen. Der Motor 400 kann dann so montiert werden, dass die innere Statoroberfläche zumindest teilweise auf äußere Rotormagnetoberfläche gerichtet ist.
12 ist eine Einzelteildarstellung von dem Motor, der in 10 gezeigt ist, im Profil, die die Motorbasis zeigt. Der Motor 400 kann an die Motorbasis 500 unter Verwendung von konventionell mechanischen Befestigungselementen zum Beispiel Schrauben 510, 520 gekoppelt werden. Im Allgemeinen kann der Motor 400 an die Geräte zur Verarbeitung von Nahrungsmitteln und an magnetische Antriebe, die zuvor in Bezug auf 1 bis 9 und in der beigefügten Beschreibung beschrieben wurden, gekoppelt werden. Zum Beispiel kann der Motor 400 ein Drehmoment für die Übertragung auf eine Antriebsplatte in einem Gerät zur Verarbeitung von Nahrungsmitteln ausbilden. In solch einer Ausführungsform kann der Antriebsmagnet 440 magnetisch an die Antriebsplatte gekoppelt sein und der Stator 430 kann unter Spannung gesetzt werden, um ein elektromagnetisches Feld zu produzieren, das mit dem Rotormagneten 460 interagiert, um den Rotormagneten 460 zu rotieren. Der Antriebsmagnet 440 kann mit dem Rotormagneten 460 rotieren und kann ein magnetisches Feld in einer Richtung auf die Antriebsplatte erzeugen, um ein Drehmoment von dem Motor 400 auf die Antriebsplatte zu übertragen.
13A und 13B sind Ansichten einer alternativen Ausführungsform der Nabe des Motors 400, der in 10 bis 12 gezeigt ist. Wie in 13A und 13B gezeigt ist, kann in einer Ausführungsform die Nabe 650 mehrere Rillen 605 umfassen, die sich abwärts von einer oberen Nabenoberfläche 652 in Richtung einer unteren Nabenoberfläche 654 erstrecken. Die Rillen 605 können in der oberen Nabenoberfläche 652 entsprechend konventioneller Schemata ausgebildet sein. Zum Beispiel können die Rillen 605 in die obere Nabenoberfläche 652 gebohrt sein. Die Rillen 605 können eine Vielzahl von unterschiedlichen Formen aufweisen und können an einer Vielzahl von Orten auf der oberen Nabenoberfläche 652 angeordnet sein. In einer Ausführungsform kann der Antriebsmagnet 440 mehrere separate Magneten in einer Größe und Form umfassen, um in den Rillen 605 angeordnet zu sein. Die mehreren separaten Magneten können in den Rillen entsprechend der zuvor beschriebenen Schemata angeordnet sein. Wie zuvor gezeigt, können die mehreren Magnete zumindest teilweise aus einem seltenen Erdmaterial hergestellt sein. Möglicherweise vorteilhaft kann so eine Ausführungsform ein Gewicht des Motors reduzieren, was zu einer Reduktion in Hitze, Lärm und/oder Vibration während des Betriebs des Motors 400 führen kann.
14 ist ein Schaltbild von einer Ausführungsform von einem System zur Regelung eines Motors der vorliegenden Erfindung. Wie in 14 gezeigt, kann das System 700 eine Regelungseinheit 710, ein Stellglied 730, einen Motor 740, einen Sensor 750 und ein EIN-/AUSGABE-Gerät 760 umfassen. Im Allgemeinen kann die Regelungseinheit 710 einen Strom und/oder eine Spannung, die dem Motor 740 zur Verfügung gestellt wird, basierend auf einem Eingangssignal 762 von dem EIN-/AUSGABE-Gerät 760 und/oder einem Signal von dem Sensor 750, regeln.
Wie in 14 gezeigt, kann der Motor 740 mit einem Sensor 750 verbunden sein, der eine gegenelektromotorische Kraft (gegen-EMK), die durch den Motor 740 erzeugt wird, messen kann. Der Sensor 750 und/oder die Regelungseinheit 710 können eine Geschwindigkeit und/oder eine Position des Rotors des Motors 740 basierend auf der gemessenen gegen-EMK bestimmen. Wie einem Fachmann auf dem Gebiet ersichtlich sein wird, kann eine Geschwindigkeit des Rotors basierend auf einem Wert der gegen-EMK bestimmt werden und eine Position des Rotors kann auf einer Position des Null-Durchgangs (der Null-Durchgänge) der gegen-EMK basieren. Der Sensor 750 kann ein Signal 752 für die Regelungseinheit 710 zur Verfügung stellen, das die gemessenen gegen-EMK und/oder andere Daten, wie eine Position und/oder eine Geschwindigkeit des Rotors, umfasst.
Wie in 14 gezeigt ist, kann die Regelungseinheit 710 ein Signal 762 von einem EIN-AUSGABE-Gerät 760 empfangen. Das EIN-/AUSGABE-Gerät 760 kann eine Schnittstelle für die Interaktion mit einem Benutzer umfassen. In einer Ausführungsform kann das EIN-/AUSGABE-Gerät 760 einen oder mehrere Betriebsparameter des Motors 740 zwischen der Regelungseinheit 710 und einem Benutzer übertragen. Zum Beispiel kann das EIN-/AUSGABE-Gerät 760 eine vom Benutzer gewünschte Betriebsgeschwindigkeit des Motors 740 auf die Regelungseinheit 710 übertragen. Außerdem kann ein EIN-/AUSGABE-Gerät 760 eine aktuelle Betriebsgeschwindigkeit des Motors 740 an einen Benutzer übermitteln.
Wie in 14 gezeigt, kann die Regelungseinheit 710 ein Kontrollsignal 712 an das Stellglied 730 liefern. Das Stellglied 730 kann ein in Bewegung setzendes oder antreibendes Signal 732 für den Motor 740 erzeugen, das auf dem Regelungssignal 712 der Regelungseinheit 710 basiert. In einer Ausführungsform kann das Stellglied 730 einen Verstärker umfassen. Zum Beispiel kann das Stellglied 730 einen invertierenden Operationsverstärker umfassen.
Wie in 14 gezeigt, kann das Stellglied 730 ein Rückkopplungssignal 734 an die Regelungseinheit 710 liefern. In einer Ausführungsform kann das Rückkopplungssignal 734 auf einem Strom, der für den Motor 740 zur Verfügung gestellt wurde, basieren und die Regelungseinheit 710 kann das Rückkopplungssignal 734 kontrollieren. Die Regelungseinheit 710 kann den Strom, der dem Motor 740 zur Verfügung gestellt wird, basierend auf dem Rückkopplungssignal 734 anpassen, d. h. basiert auf dem Strom, der dem Motor 740 zur Verfügung gestellt wird. In einer Ausführungsform kann die Regelungseinheit 710 gestaltet sein, um den Strom, der dem Motor 740 zur Verfügung gestellt wird, basierend auf dem Rückkopplungssignal 734, das einen vorbestimmten Wert überschreitet, anzupassen. Zum Beispiel kann die Regelungseinheit 710 gestaltet sein, um den Strom zu reduzieren, der dem Motor 740 zur Verfügung gestellt wird, basierend auf dem Rückkopplungssignal 734, das einen vorbestimmten Wert, dem ein sicherer Betrieb des Motors 740 zugeordnet wird, überschreitet.
Die Regelungseinheit 710 kann mindestens einen anwendungsspezifischen Prozessor (ASP) umfassen, der einem Fachmann auf dem Gebiet bekannt ist. In einer Ausführungsform kann die Regelungseinheit 710 einen digitalen Signalprozessor (DSP) umfassen, wobei der DSP mindestens einen Analogdigitalwandler (ADW) und/oder ein oder mehrere andere Betriebskomponenten umfasst, die einem Fachmann auf dem Gebiet bekannt sind.
Ein beispielhafter Betrieb des Regelungssystems 700 kann in der folgenden Weise verstanden werden. Basierend auf Daten 762, die von dem EIN-/AUSGABE-Gerät 760 empfangen werden, kann die Regelungseinheit 710 einen Betriebsparameter für den Motor 740 bestimmen. Zum Beispiel kann die Regelungseinheit 710 eine Betriebsgeschwindigkeit des Rotors des Motors 740 bestimmen. Die Regelungseinheit 710 kann ein entsprechendes Regelungssignal 712 an das Stellglied 730 liefern und basierend auf dem Regelungssignal 712 kann das Stellglied 730 ein antreibendes Signal 732 an den Motor 740 liefern, das ausreichend ist, um den Motor 740 auf die gewünschten Betriebsparameter anzusteuern. Die Regelungseinheit 710 kann die Betriebsparameter, die von dem Sensor 750 gemessen werden, kontrollieren und kann das Regelungssignal 712, das an das Stellglied 730 geliefert wird, basierend auf einem Unterschied zwischen einem gewünschten Betriebsparameter und dem gemessenen Betriebsparameter anpassen. Die Regelungseinheit 710 kann das Rückkopplungssignal 734, das von dem Stellglied 730 zur Verfügung gestellt wird, kontrollieren.
Im Allgemeinen kann das Regelungssystem 700 einen Strom, der dem Motor 740 und/oder einer Komponente, die zu dem Motor 740 gehört, wie eine Komponente, die hierin zuvor beschrieben wurde, zum Beispiel einem Mischer, einem Nahrungsmittelverarbeiter und einem Eisschaber, zur Verfügung gestellt wird, kontrollieren. Zum Beispiel kann das Regelungssystem 700 einen Strom, der einen Mischer und/oder einem Eisschaber, der mit dem Mischer verbunden ist, zur Verfügung gestellt wird, kontrollieren. Die Regelungseinheit 700 kann eine Geschwindigkeit des Motors 740 und/oder eine Geschwindigkeit von einer Komponente, die zu dem Motor 400 gehört, kontrollieren. Das Regelungssystem 700 kann gestaltet sein, um Motoren, ähnlich zu solchen, die hierin zuvor beschrieben wurden, einschließlich bürstenlosen Motoren und dreiphasigen bürstenlosen Motoren, zu kontrollieren.
Während die Geräte zur Verarbeitung von Nahrungsmitteln und die magnetischen Antriebe, die hierin offenbart sind, im Wesentlichen in Bezug auf exemplarische Ausführungsformen davon gezeigt und beschrieben wurden, ist es für einen Fachmann auf dem Gebiet ersichtlich, dass zahlreiche Änderungen in der Form und in Details hierin gemacht werden können ohne sich vom Umfang der Offenbarung, wie sie in den Ansprüchen definiert sind, zu entfernen. Ein Fachmann auf dem Gebiet wird erkennen oder in der Lage sein, viele Äquivalente zur den exemplarischen Ausführungsformen, die hierin spezifisch beschrieben wurden, unter Verwendung von nicht mehr als Routineexperimenten, zu bestimmen. Solche Äquivalente sollen von dem Umfang der vorliegenden Offenbarung und der angehängten Ansprüche umfasst werden.

Claims

Ein Gerät zur Verarbeitung von Nahrungsmitteln umfassend: Eine Antriebswelle (78), einen Behälter (12; 22) zur Aufnahme von Nahrungsmitteln zur Verarbeitung, der Behälter umfasst ein drehbares Element, gekoppelt an die Antriebswelle (78), eine Antriebsscheibe (34; 308) geschaffen aus einem magnetisierbaren Material, die Antriebsscheibe (34; 308) gekoppelt an die Antriebswelle, um mit dieser zu rotieren, einen Motor positioniert nächstfolgend der Antriebsscheibe (34; 308), der Motor (400) umfasst eine Motorwelle (410), einen Rotor (420) drehbar befestigt an der Motorwelle (410), der Rotor (420) weist einen Rotormagneten (460) auf, der Rotormagnet (460) umfasst eine innere Rotormagnet-Oberfläche (462), die auf die Motorwelle (410) gerichtet ist, und einen Stator (430), der ein elektromagnetisches Feld erzeugt, das mit dem Rotormagneten (460) interagiert, um den Rotormagneten (460) zu rotieren, der Stator (430) umfasst eine äußere Stator-Oberfläche, die von der Motorwelle (410) weggerichtet ist, wobei die innere Rotormagnet-Oberfläche (462) zumindest teilweise auf die äußere Stator-Oberfläche (472) gerichtet ist, und einen Antriebsmagneten (440) magnetisch gekoppelt an den Rotormagneten (460), um mit diesem zu rotieren, der Antriebsmagnet (440) induziert ein magnetisches Feld in eine Richtung auf die Antriebsscheibe (308), um ein Drehmoment von dem Motor zu der Antriebsscheibe (308) zu leiten, um die Verarbeitung von Nahrungsmitteln mit einem rotierenden Element zu bewirken.
Das Gerät zur Verarbeitung von Nahrungsmitteln nach Anspruch 1, wobei das Gerät zur Verarbeitung von Nahrungsmitteln einen Mischer, einen Nahrungsmittelmixer, einen Nahrungsmittelverarbeiter oder einen Entsafter umfasst.
Das Gerät zur Verarbeitung von Nahrungsmitteln nach Anspruch 2, wobei das Gerät zur Verarbeitung von Nahrungsmitteln einen Mischer umfasst, wobei der Behälter einen Mischbecher (122; 22) und das rotierende Element ein Blatt (14) umfasst.
Ein Antrieb (26; 304) für ein angetriebenes Teil, wobei der Antrieb Folgendes umfasst: Eine Antriebsscheibe (34; 308), einen Motor positioniert nächstfolgend der Antriebsscheibe (34; 308), der Motor (400) umfasst eine Welle (410), einen Rotor drehbar befestigt an der Welle (410), der Rotor weist einen Rotormagneten (460) auf, der Rotormagnet (460) umfasst eine innere Rotormagnet-Oberfläche (462), die auf die Welle (410) gerichtet ist, und einen Stator (430), der ein elektromagnetisches Feld erzeugt, das mit dem Rotormagneten (460) interagiert, um den Rotormagneten (460) zu rotieren, der Stator (430) umfasst eine äußere Stator-Oberfläche (472), die von der Welle (410) weggerichtet ist, wobei die innere Rotormagnet-Oberfläche (462) zumindest teilweise auf die äußere Stator-Oberfläche gerichtet ist, und einen Antriebsmagneten (440) magnetisch gekoppelt an die Antriebsscheibe (34; 308) und magnetisch gekoppelt an den Rotormagneten (460), der Antriebsmagnet (440) leitet ein Drehmoment von dem Motor zu der Antriebsscheibe (34; 308).
Das Gerät zur Verarbeitung von Nahrungsmitteln nach Anspruch 1 oder der Antrieb nach Anspruch 4, wobei der Rotormagnet (460) einen ringförmigen Magneten (36) umfasst.
Das Gerät zur Verarbeitung von Nahrungsmitteln nach Anspruch 1 oder der Antrieb nach Anspruch 4, wobei der Rotormagnet (460) mehrere Magneten umfasst und mindestens einer von den mehreren Magneten eine innere Oberfläche umfasst, die auf die Motorwelle (410) gerichtet ist.
Das Gerät zur Verarbeitung von Nahrungsmitteln nach Anspruch 1 oder der Antrieb nach Anspruch 4, wobei der Rotormagnet (460) und der Stator (430) im Wesentlichen um den Antrieb (410) zentriert sind.
Das Gerät zur Verarbeitung von Nahrungsmitteln nach Anspruch 1 oder der Antrieb nach Anspruch 4, ferner umfassend eine Nabe (321; 450) geschaffen aus Plastik, drehbar befestigt auf der Welle (410; 322), wobei der Antriebsmagnet (440) und der Rotormagnet (460) an die Nabe (321; 450) gekoppelt sind.
Das Gerät zur Verarbeitung von Nahrungsmitteln oder der Antrieb nach Anspruch 8, wobei die Nabe (450) eine obere Nabenoberfläche (452) umfasst, die von dem Stator (430) weggerichtet ist, der Antriebsmagnet (440) ist gekoppelt an die obere Nabenoberfläche (452), und die untere Nabenoberfläche (454) ist auf den Stator (430) gerichtet, der Rotormagnet (460) ist gekoppelt an die untere Nabenoberfläche (454).
Das Gerät zur Verarbeitung von Nahrungsmitteln oder der Antrieb nach Anspruch 9, wobei die obere Nabenoberfläche (452) eine Aussparung (456) umfasst, um den Antriebsmagneten (440) aufzunehmen.
Das Gerät zur Verarbeitung von Nahrungsmitteln oder der Antrieb nach Anspruch 9, wobei die untere Nabenoberfläche (454) eine untere Seitenwand (458) umfasst, die abwärts von der unteren Nabenoberfläche (454) verlängert ist, wobei der Rotormagnet (460) durch die unteren Seitenwand (458) geschützt ist.
Das Gerät zur Verarbeitung von Nahrungsmitteln oder der Antrieb nach Anspruch 11, wobei die untere Seitenwand (458) eine innere Oberfläche (459) umfasst, die auf die Motorwelle (410) gerichtet ist, wobei der Rotormagnet (460) durch die innere Oberfläche (459) geschützt ist.