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Hintergrund der Erfindung
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Eine
andere Aufgabe ist die Bereitstellung eines Antriebs, dessen Betriebseigenschaften
programmiert werden können
und der schnell und zuverlässig
abgebremst werden kann.
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Zusammenfassung der Erfindung
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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.
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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.
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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.
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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.
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Kurze Beschreibung der Figuren
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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.
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1 ist
eine perspektivische Ansicht eines Mischer/Schabergerätes, das
als Hintergrundinformation, nützlich
für das
Verstehen der Erfindung, dargestellt ist.
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2 ist
eine Ansicht des Mischer/Schabergerätes von 1 im Profil.
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3 ist
eine Einzelteildarstellung des in 1 und 2 dargestellten
Mischbechers.
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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.
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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.
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6 ist
eine perspektivische Ansicht der doppelten Magnetenanordnung, die
in 4 dargestellt ist.
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7 ist
eine Profilansicht einer alternativen Ausführungsform des Mischbechers
der vorliegenden Erfindung.
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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.
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9 ist
eine Querschnittsansicht entlang der Linie F-F der 8 der
magnetischen Antriebs- und Zahnradordnung aus 8.
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10 ist
eine Einzelteildarstellung einer alternativen Ausführungsform
des Motors der vorliegenden Erfindung im Profil.
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11 ist
eine Profilansicht der Ausführungsform
des Motors, der in 10 dargestellt ist, die einen
montierten Motor darstellt.
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12 ist
eine Einzelteildarstellung des Motors, der in 10 dargestellt
ist, im Profil und stellt eine Motorbasis dar.
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13A ist die Aufsicht auf eine alternative Ausführungsform
der Nabe, die in 10 bis 12 dargestellt
ist.
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13B ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie
A-A' aus 13A der Nabe, die in 13A dargestellt
ist.
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14 ist
ein Schaltbild einer Ausführungsform
für ein
System zur Regelung eines Motors der vorliegenden Erfindung.
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Detaillierte Beschreibung der Erfindung
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Diese
und andere Modifikationen und Variationen werden einem Fachmann
auf dem Gebiet, der die vorangegangene Beschreibung im Lichte der
beigefügten
Figuren gelesen hat, einfallen.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Die
Nabe 450 kann von einem Metall oder einem magnetisierbaren
Material gebildet werden. Abweichend kann die Nabe 450 aus
einem Plastikmaterial gebildet werden.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.