DE69824126T2

DE69824126T2 - Lüftereinheit mit Verbesserung der Motorkühlung

Info

Publication number: DE69824126T2
Application number: DE69824126T
Authority: DE
Inventors: Peter London Kershaw; Marek London Horski
Original assignee: Siemens VDO Automotive Inc
Current assignee: Continental Tire Canada Inc
Priority date: 1997-11-25
Filing date: 1998-10-20
Publication date: 2004-09-16
Anticipated expiration: 2018-10-21
Also published as: EP0921318A3; DE69824126D1; EP0921318B1; US5944497A; EP0921318A2

Description

STAND DER TECHNIK
Beschreibung der bekannten Technik
Herkömmliche Elektromotoren können in der Regel durch ein zylindrisches Gehäuse gekennzeichnet werden, das die verschiedenen unbeweglichen und drehenden Komponenten des Motors sowie die dazugehörige elektrische Schaltung enthält. In der Regel wird das Gehäuse als eine Kombination aus dem Rotor und einem hinteren Abdeckelement angesehen. Derartige Motoren werden in der Regel benutzt, um ein Kühllüfter in Kraftfahrzeuganwendungen anzutreiben, wobei es sich um einen bürstenlosen Motor handelt und das Lüfter an einer Lüfternabe befestigt ist, die wiederum am Rotor des Motors befestigt ist.
In der Regel sind die Motorkomponenten auf relativ kleinem Raum im Motorgehäuse angeordnet, was dazu führt, dass erhebliche Wärmemengen mit geringer Wärmeableitung produziert werden. Um die Wärme abzuleiten, erstreckt sich ein Kühlluftweg durch das Gehäuse; zudem ist eine Kühleinrichtung, die in diesem Fachgebiet als „Kühlkörper" bekannt und mit Kühlrippen ausgestattet ist, im Gehäuse vorgesehen. Während des Betriebs strömt die Außenluft durch das Gehäuse und vorbei an den Komponenten und den Rippen des Kühlkörpers und kühlt so den Motor.
Es hat sich gezeigt, dass die Ausstattung mit einem Kühlluftweg, der durch das Motorgehäuse führt, nicht immer ausreicht, um die erforderliche Kühlung zu bewirken, insbesondere dann nicht, wenn der Motor dazu verwendet wird, um ein Lüfter von erheblichem Gewicht drehend anzutreiben. Insbesondere kann das Lüfter eine beliebige Zahl von Lüfterflügeln haben – in der Regel zwischen vier und zehn. In solchen Fällen ergibt sich ein relativ hoher Energieverbrauch, und es werden erhebliche Mengen an Wärme im bürstenlosen Motor erzeugt, was es wünschenswert macht, für eine weitere Verbesserung der Kühlung des bürstenlosen Motors zu sorgen. In dieser Hinsicht können mehrere Alternativen in Betracht gezogen werden, einschließlich z.B. der Vergrößerung der Abstände zwischen den Motorkomponenten oder der Steigerung des Kühlluftstroms durch den Motor. Angesichts der beschränkten Raumbedirigürigen ist die erstgenannte Alternative jedoch nicht realisierbar.
Die US-Patentschrift Nr. 4,838,760 bezieht sich auf ein Lüfter mit verbesserter Motorkühlung, in der eine Vielzahl bogenförmiger Stege auf einer Lüfternabe vorgesehen ist, um den Luftstrom durch den Motor und durch eine Vielzahl von Öffnungen anzuregen, die in einer sich axial erstreckenden Wand der Nabe ausgebildet sind. Diese Anordnung verwendet zusätzliche Energie, um den Luftstrom zu erzwingen, während ihre relativ komplizierte Struktur die Fertigungskosten erhöht. Die US-Patentschrift Nr. 5,217,353 bezieht sich auf ein Lüfter für Kraftfahrzeuge, bei dem ein Motor eine Ummantelung beinhaltet, die ein unbewegliches Bauteil mit Bohrungen hat, um Luft von außen zur Belüftung des Motorinneren einzulassen, und ein drehendes Bauteil mit Bohrungen, die als Auslasskanäle für die interne Kühlluft dienen. Die Querschnitte der Kanäle verringern sich in Richtung des Luftstroms und öffnen sich in Bereichen, über die der durch das Lüfterrad angeregte Luftstrom während des Betriebs streicht, zur Außenluft hin.
Obwohl die Versuche, die Luftkühlung derartiger Motoren zu verbessern, in eingeschränktem Maße erfolgreich waren, haben sie in der Regel nicht die volumetrische Luftstrommenge und den Kühlungsgrad erreicht, der notwendig ist, um die vorher festgelegten Solltemperaturen derartiger luftgekühlter Motoren, insbesondere bürstenloser Motoren, aufrecht zu erhalten. Wir haben eine Lüfterbaugruppe erfunden, die durch einen derartigen Motor angetrieben werden soll, wobei die eigentliche Lüfterbaugruppe eine Struktur beinhaltet, die den Kühlluftstrom durch einen Kühlluftweg verbessert, der sich durch den Motor erstreckt, und so für die Kühlung des Motors sorgt, durch den sie drehend angetrieben wird.
EP-0,569,738 beschreibt einen kleinen Kommutatormotor, insbesondere einen Kühlerlüftermotor für Kraftfahrzeuge, der einen Rotor hat, der zusammen mit einem Kommutator auf einer Rotorwelle sitzt, sowie außerdem ein Polrohr, das den Stator bildet und über den Rotor passt, wobei der Kommutator an beiden Enden durch Endkappen verschlossen ist, deren Länge relativ groß im Vergleich zu ihrem Durchmesser ist. Um den Luftaustausch im Motorinnern zu fördern und so die Wärmeableitung zu verbessern, sind Abluftöffnungen, die mit einer Zuluftöffnung zusammenfallen und koaxial zur Rotorwelle eines Radiallüfters angeordnet sind, der durch die Rotorwelle angetrieben wird, nahe der Rotorwelle in der vorderen Endkappe ausgebildet, d.h. in der vom Kommutator entfernt liegenden Endkappe. Den Luftaustausch ermöglichende Zuluftöffnungen sind entweder in der hinteren Endkappe oder ebenfalls in der vorderen Endkappe vorgesehen; im letztgenannten Fall werden die Zuluftöffnungen von den Abluftöffnungen abgeschirmt, um einen direkten Luftaustausch zu verhindern.
DE 3,301,918 beschreibt einen Elektromotor, der Bohrungen in seiner Ummantelung aufweist, die durch die zum Kommutator gehörenden Komponenten führen. Die Luftzuleitung tritt in die Kammer ein, die die Bohrungen aufweist. Die Kammer liegt stromaufwärts von der Ummantelung in entgegengesetzter Richtung zum Kühlluftstrom. Die Kammer wird durch eine Kappe gebildet, die axial an der Ummantelung befestigt ist. Die Luftzuleitung ist am Boden einer topfförmigen Kappe angeschlossen. Die zum Kommutator gehörenden Komponenten können sich auf einer Trägerplatte befinden, die die Bohrungen hat und vor der Kammer quer zur Motorachse angeordnet ist. Die Bohrungen fluchten mit Widerständen oder sonstigen, Wärme erzeugenden Komponenten.
FR 2,433,846 beschreibt einen Elektromotor mit einem Lüfter und einem luftgekühlten Gehäuse. Eine Einlassöffnung für die Kühlluft ist mit einem Rohr ausgestattet, dessen Öffnung sich in einer gewissen Entfernung vom Elektromotor befindet.
ZUSAMMENFASSENDE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Erfindungsgemäß ist eine motorisierte Lüfterbaugruppe vorgesehen, die Folgendes beinhaltet: einen Motor mit einem Rotor; eine Nabe mit einer Vielzahl von Lüfterflügeln, die sich von der Nabe radial nach außen erstrecken und Mittel zur Befestigung am Motor haben, um sie in Bewegung zu setzen, und zwar so, dass die Lüfterflügel – wenn die Nabe drehend angetrieben wird – ein Luftdruckgefälle erzeugen, das durch einen Bereich mit höherem Druck stromabwärts von den Lüfterflügeln und Bereich mit niedrigerem Druck stromaufwärts von den Lüfterflügeln definiert wird, wobei besagte Nabe außerdem eine Öffnung hat, die so bemessen und angeordnet ist, dass sie einen Anteil des Rotors in sich aufnimmt, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotoranteil in sich eine Kühlluftöffnung hat, die mit dem Bereich mit höherem Druck verbunden ist; und ein Kühlluft-Leitelement, das axial stromaufwärts von besagter Nabe angeordnet ist, um einen Kühlluft-Leitraum mit besagtem Motor und besagter Nabe zu definieren, wobei besagter Kühlluft-Leitraum besagten Bereich mit niedrigerem Druck mit besagtem Bereich mit höherem Druck über einen Kühlluftpfad im Motor und besagte Öffnung im Rotor verbindet, um den Motor zu kühlen.
Vorzugsweise beinhaltet die Nabe eine Grundplatte, die so angepasst ist, dass sie drehbar am Motor befestigt ist, um sich mit diesem zu drehen, sowie einen Ringflansch, der sich proximal von der Grundplatte aus in axialer Richtung erstreckt. Der Ringflansch ist so konfiguriert und bemessen, dass er den Umfang von mindestens einem Anteil des Rotors in Nachbarschaft zu diesem umgibt.
Das offenbarte Kühlluft-Leitelement ist vorzugsweise eine Platte, die stromaufwärts vom Rotor im Abstand zu diesem angeordnet und mit den sich radial erstreckenden Rippenelementen verbunden ist. Die Platte hat vorzugsweise einen im Weitgehend ununterbrochenen Oberflächenanteil, und zwar dergestalt, dass – mit Ausnahme des Vorhandenseins der Schnappverschlüsse zur Befestigung der Platte am Rotor – ein im Wesentlichen ungehinderter Luftstrom durch den in der Regel quer verlaufenden Kühlluft-Leitraum ermöglicht wird. Eine Vielzahl von Schnappverschlüssen ist vorgesehen, um die Nabe am Rotor zu befestigen, und eine Vielzahl von Drehmomentbolzen ist vorgesehen, um Drehmoment von der Nabe auf den Rotor zwecks Drehung mit diesem zu übertragen.
In einem anderen Ausführungsbeispiel besteht der Ringflansch aus einem Paar einzeln im Umfang angeordneter konzentrischer Flanschelemente, wobei ein erstes Ringflanschelement so konfiguriert und bemessen ist, dass es im Umfang mindestens einen Anteil des Motors in Nachbarschaft und Kontakt mit diesem umgibt, und ein zweites Ringflanschelement radial im Abstand nach außen weg vom ersten Ringflanschelement angeordnet ist, um einen ringförmigen Raum zwischen beiden zu definieren. In diesem Ausführungsbeispiel sind die Lüfterflügel am zweiten Ringflanschelement befestigt und erstrecken sich von diesen weg nach außen. Eine Vielzahl von tragenden Rippen ist zwischen dem ersten und dem zweiten Ringflanschelement angeordnet und mit diesen verbunden, wobei die tragenden Rippen im Umfang mit einem Abstand zueinander angeordnet sind, um den Ringflanschelementen statische Festigkeit zu verleihen. Außerdem definiert ein Außenflächenanteil des zweiten Ringflanschelements einen Anteil des Kühlluft-Leitwegs zusammen mit der Kühlluft Leitplatte und hat eine bogenförmige Querschnittkonfiguration, die neben der Verbindung mit besagter Nabe liegt, um eine Profilkonfiguration für den Kühlluft-Leitweg zu schaffen. Die Nabe und die Kühlluft-Leitplatte sind aus Kunststoff, z. B. Polyester, Nylon oder dergleichen, geformt.
In einem anderen Ausführungsbeispiel sind die Lüfterflügel an dem ersten und dem zweiten Ringflanschelement befestigt und erstrecken sich radial nach außen und weg vom ersten Ringflanschelement und durch das zweite Ringflanschelement hindurch. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Kühlluft-Leitplatte mit dem zweiten konzentrischen Flanschelement verbunden, und der ringförmige Raum zwischen den Flanschelementen kommuniziert mit dem Kühlluft-Leitraum, der durch die Kühlluft-Leitplatte, die Nabe und den Rotor gemeinsam definiert wird, um so einen kontinuierlichen Kühlluft-Leitweg zwischen der Kühlluft-Leitplatte und dem ersten und dem zweiten konzentrischen Flanschelement zu definieren. Zudem können die Lüfterflügel an dem ersten und dem zweiten Ringflanschelement befestigt sein und sich radial vom ersten Ringflanschelement nach außen durch das zweite Ringflanschelement erstrecken, und die Kühlluft-Leitplatte kann am zweiten konzentrischen Ringflanschelement befestigt sein. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Kühlluft-Leitplatte mittels eines Schnappverschlusssystems befestigt.
Im bevorzugten Ausführungsbeispiel wird der Kühlluft-Leitraum zwischen einer Kühlluft-Leitplatte geschaffen, die drehbar an einem Rotor befestigt ist, und zwar axial im Abstand zu diesem. Die Platte hat einen weitgehend ununterbrochenen Innenflächenanteil, um so die Kühlluft in einer allgemein quer zur Motorachse liegenden Richtung und im Wesentlichen hindernisfrei durchzuleiten.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, wobei
1 eine perspektivische Ansicht des bevorzugten Ausführungsbeispiels einer motorisierten Lüfterbaugruppe ist, die die vorliegende Erfindung verkörpert und bei der einige Bauteile aufgetrennt und teilweise für Illustrationszwecke abgeschnitten sind;
2 eine Querschnittansicht der in 1 dargestellten Lüfterbaugruppe ist, die an einen kompletten bürstenlosen Motor angebaut ist und die Innenkomponenten des Motors illustriert;
3 die Querschnittansicht eines alternativen Ausführungsbeispiels der Erfindung ist, das am Rotor eines bürstenlosen Motors der in 2 gezeigten Art angebaut ist und einen Flansch beinhaltet, der aus zwei konzentrischen Ringelementen mit dazwischenliegenden Versteifungsrippen besteht;
4 die Querschnittansicht eines anderen alternativen Ausführungsbeispiels der Erfindung ist, das einen Lüfterrotor beinhaltet, der einen ersten aus einem einzelnen Ringelement gebildeten Flansch und einen zweiten konzentrischen Flansch hat, der mit einer Kühlluft-Leitplatte verbunden ist; und
5 eine andere Ansicht der in 4 dargestellten Lüfterbaugruppe ist, die längs einer anderen Querschnittachse gezeichnet wurde, um das Verfahren zur Befestigung der Kühlluft-Leitplatte am zweiten konzentrischen Flansch zu illustrieren.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Zunächst bezugnehmend auf 1 wird die perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäß konstruierten Lüfterbaugruppe 10 dargestellt, wobei die Lüfterflügel 12 zwecks Drehung an einer zylindrisch geformten Nabe 14 befestigt sind, die am Rotor 18 eines bürstenlosen Motors befestigt ist. Ein Beispiel eines bürstenlosen Motortyps, der erfindungsgemäß vorgesehen wird, wird in der gemeinschaftlich am 19. April 1996 eingereichten US-Patentanmeldung Nr. 08/632,645 offenbart. Die erfindungsgemäße Lüfterbaugruppe kann jedoch mit jeder Art von bürstenlosem Motor oder jeder Art von luftgekühltem Motor benutzt werden.
In 1 beinhaltet die Nabe 14 eine vordere Stirnplatte 16 und ein Flanschelement 17, das sich nach hinten längs einer Axialrichtung von der Stirnplatte 16 aus erstreckt. Das Flanschelement 17 bietet eine Befestigungsbasis für die Lüfterflügel 12, die für die Kühlung in Anwendungen mit eingeschränktem Raum vorgesehen sind. Ein Beispiel für Anwendungen mit derart eingeschränktem Raum ist ein Kraftfahrzeug-Kühlsystem. Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Spitzen der Lüfterflügel 12 durch einen Umfangsring 20 befestigt, der der Stabilisierung der Flügel und des Luftstroms dient, der während der Drehung hindurchströmt, so dass unnötige aerodynamische Flügelspitzenwirbel vermieden werden. Die Kühlluft-Leitplatte 22 ist als flache Platte konfiguriert, die wie gezeigt in der Regel ununterbrochene, glatte Innen- und Außenflächenanteile 21 bzw. 23 hat. Weiterhin hat der radial am weitesten außen liegende Anteil 25 der Platte 22 wie gezeigt eine bogenförmige Querschnittkonfiguration, die im Abstand zur benachbarten Oberfläche des Flanschelements 17 und konzentrisch zu ihr liegt, um eine Profilkonfiguration für den Raum dazwischen zu definieren. Die Kühlluft-Leitplatte 22 ist am Rotor 18 angebracht, wie weiter unten noch beschrieben wird. Der Rotor besteht in der Regel aus Metall, z. B. Stahl.
Bezugnehmend auf 1 in Verbindung mit 2 beinhaltet der Rotor 18 einen mittleren Abschnitt, der aus den speichenartigen Rippen 24 gebildet wird, die sich von einer mittleren Wellenbefestigungsöffnung 26 aus radial zur Peripherie der größeren, kreisförmigen Öffnung 28 erstrecken. Wie ersichtlich ist, sind drei derartige Rippen 24 vorhanden, die gleichen Abstand voneinander haben, um die kreisförmige Öffnung 28 in drei einzelne, gleich große Öffnungen 30 zu unterteilen, die Kühlluft in den Motor und an dessen Innenkomponenten entlang strömen lassen sollen. In 1 wurde ein Anteil der Stirnplatte 16 zu Illustrationszwecken abgeschnitten. So ist während des Betriebs die Stirnplatte 16 am Rotor 18 befestigt und dreht mit dem Rotor, wobei das Drehmoment auf die Lüfterflügel 12 und den Umfangring 20 übertragen wird, um einen Luftstrom über einem zu kühlenden Objekt wie z. B. einem Kraftfahrzeugkühler zu gewährleisten.
Bezugnehmend auf 2 wird eine teilweise im Querschnitt gezeigte Ansicht der Nabe 14 aus 1 dargestellt, wobei diese am Rotor 18 montiert ist. In 2 ist das gesamte Gehäuse, das den Rotor 18 und die hintere Platte 34 beinhaltet, dargestellt. Der Rotor 18 ist so strukturiert, dass er die Kühlluft über die Innenkomponenten des bürstenlosen Motors leitet, die in 2 schematisch dargestellt sind.
Erneut bezugnehmend auf 2 beinhaltet die Nabe 14 die Stirnplatte 16 und das Flanschelement 17, das sich in proximaler Richtung von Stirnplatte 16 aus erstreckt und eine bogenförmige Außenfläche an der Nahtstelle zwischen diesen hat. In dem in 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Flansch 17 aus einem einzelnen Umfangselement gebildet, an das die Lüfterflügel 12 montiert sind. Der Ringflansch 17 ist vorzugsweise so bemessen, dass er auf den Rotor in Kontaktbeziehung bzw. in Form einer vorher festgelegten Presspassung passt.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel werden die drei Schnappverschlüsse 38 verwendet, um die Nabe 14 am Rotor 18 wie gezeigt zu befestigen, indem diese in rechteckige Öffnungen 41 gesteckt werden und in gleichem Abstand in einem kreisförmigen Muster über der Stirnplatte 16 wie gezeigt angeordnet werden. In gleicher Weise wird die Kühlluft-Leitplatte 22 am Rotor 18 mittels der Schnappverschlüsse 36 befestigt, die an der Kühlluft-Leitplatte 22 befestigt sind und in die rechteckigen Öffnungen 37 in den Rippen 24 des Motors 18 gesteckt werden. Nur einer dieser Schnappverschlüsse 36 wird im Querschnitt in 2 gezeigt; der andere in 2 gezeigte Schnappverschluss 38 ist von der gleichen Art, hält jedoch die Stirnplatte 16 der Nabe 14 am Rotor 18. Alternativ können mehr als drei derartige Schnappverschlüsse 36 und 38 in jedem Fall je nach spezifischer Anwendung benutzt werden. Die Kühlluft-Leitplatte 22, die Nabe 14 und die Schnappverschlüsse 36 und 38 werden vorzugsweise aus einem elastischem Spritzguss-Kunststoffmaterial wie z. B. Polyester, Nylon oder dergleichen gefertigt. Außerdem sind die Schnappverschlüsse 36 und 38 so konfiguriert, dass sie die axialen Schlitze 36a bzw. 38a beinhalten, die so bemessen sind, dass die Spitze eines Schraubendrehers (oder eines anderen Werkzeugs) in sie hineinpasst, um den Schnappverschluss zurück zu biegen und ihn so zu entriegeln, um die Komponenten für Reparatur- oder ähnliche Zwecke zerlegen zu können.
Wie in 2 zu sehen, ist die Nabe 14 auch am Rotor 18 mit drei Drehmomentbolzen 40 (in 2 nur einer von ihnen gezeigt) befestigt. Die Drehmomentbolzen 40 sind so bemessen, dass sie in die in Abständen kreisförmig in der Stirnfläche des Rotors 18 angeordneten Öffnungen 42 wie in 1 gesteckt und eingerastet werden können; sie sind zudem so bemessen und strukturiert, dass sie das Drehmoment von Rotor 18 auf Lüftergrundplatte 14 übertragen und so die durch die drehenden Komponenten erzeugte Fliehkraft zurückhalten. Alternativ können je nach spezifischer Anwendung vier oder mehr derartige Drehmomentbolzen 40 benutzt werden. In 1 und 2 ist die Kühlluft-Leitplatte 22 wie gezeigt fern von der Stirnplatte 16 und den Rotorrippen 24 positioniert. Wie bereits bemerkt, ist die Kühlluft-Leitplatte 22 direkt mit den Rotorrippen 24 durch Schnappverschlüsse 36 des beschriebenen Typs verbunden und so bemessen, dass die Kühlluftöffnungen 30 in Rotor 14 wie in 1 gezeigt blockiert werden. Zudem definiert die Kühlluft-Leitplatte 22 den sich radial erstreckenden quer verlaufenden Kühlluft-Leitraum 44, der durch die mit "A" markierten Pfeile gekennzeichnet ist und der mit den Kühlluftöffnungen 30 in Rotor 18 kommuniziert. Die Kühlluft-Leitplatte 22 ist fern von Rotor 18 und Stirnplatte 16 der Nabe 14 in dem durch den kreisförmigen Abstandhalter 46, der rund um den Motorwellensupport 48 positioniert und wie in 2 gezeigt an die Kühlluft-Leitplatte 22 angegossen ist, festgelegten Abstand angeordnet. Obwohl der Luftstrom durch den quer verlaufenden Kühlluft-Leitraum im Wesentlichen dank des fortgesetzten Innenflächenanteils der Platte 22 ungehindert ist, wird eine geringfügige, jedoch zu vernachlässigende Störung des Luftstroms durch die Schnappverschlüsse 36 erzeugt.
Wenn die Lüfterflügel 12 durch Rotor 18 und Nabe 14 während des Betriebs gedreht werden, erzeugen sie einen erheblichen Druckgradienten zwischen der Atmosphäre stromaufwärts und der Atmosphäre stromabwärts. Insbesondere der Luftdruck stromaufwärts von den Lüfterflügeln ist relativ niedrig verglichen mit dem höheren Luftdruck stromabwärts von den Lüfterflügeln. Auf diese Weise wird ein Luftstrom vom Bereich mit dem höchsten Druck stromabwärts von den Lüfterflügeln durch den Motor über Raum 50 zwischen der hinteren Abdeckplatte 34 und Rotor 18 und entlang an den Kühlkörperrippen 52 durch die Öffnungen 30 in Rotor 18 angeregt. Danach strömt die Luft durch den Kühlluft-Leitraum 44, der durch die Kühlluft-Leitplatte 22, den Rotor 18 und die Stirnplatte 16 der Nabe 14 definiert wird. Der Luftstrom wird so vom Bereich mit dem höchsten Luftdruck stromabwärts von den Lüfterflügeln 12 in den Bereich mit dem niedrigsten Luftdruck stromaufwärts von den Lüfterflügeln 12 wie durch die mit "A" markierten Pfeile in 2 gekennzeichnet angeregt.
Im letzten Stadium des Kühlluftstroms durch den Motor beschleunigt die durch die Drehung des Rotors 18 erzeugte Fliehkraft den Luftstrom im Kühlluft-Leitraum unter der Oberfläche der Kühlluft-Leitplatte 22. Zudem werden – wenn sich die Kühlluft-Leitplatte 22 über den Kühlluftöffnungen 30 des Rotors 18 befindet – Partikel, Wasser und Staub daran gehindert, in das Motorinnere einzudringen.
In dem in 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Kühlluft tatsächlich so geleitet, dass sie an den Lüfterflügeln 12 vorbeiströmt, und daher werden Umfangs- oder Tangentialkräfte ebenfalls auf die Kühlluft übertragen, wenn diese den Raum 44 in Richtung des Bereichs mit niedrigerem Druck verlässt. Auf diese Weise wird dem Luftstrom eine zusätzliche Wirbelaktivität verliehen, so dass ein verbessertes Luftzirkulationsmuster entsteht, das die Kühlung der Motorkomponenten fördert. Wie in der schwebenden, gemeinschaftlich eingereichten US-Patentanmeldung Nr. 08/632,645 offenbart, liegen die Innenkomponenten eines bürstenlosen Motors in der Regel eng beieinander. Daher ist in derartigen Fällen die Kühlung der Komponenten besonders notwendig.
Bezugnehmend auf 3 wird eine Querschnittansicht eines alternativen erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels offenbart. In diesem Ausführungsbeispiel beinhaltet die Nabe 54 den aus zwei Ringelementen bestehenden Flansch 56, einschließlich einem ersten inneren Flansch 58, der um den Rotor 18 herum angeordnet und vorzugsweise mittels Presspassung bzw. auf Pass an diesem befestigt ist. Ein zweiter Ringflansch 60 ist radial nach außen im Abstand zum ersten Flansch 58 und konzentrisch zu diesem angeordnet, so dass rundherum ein einheitlicher, ringförmiger Raum wie gezeigt definiert wird. Eine Vielzahl von Versteifungsrippen 62, die schematisch in 3 dargestellt sind, ist in gleichen Abständen voneinander im Umfang innerhalb des ringförmigen Raums zwischen den Flanschen 58 und 60 angeordnet, um für einen Versteifungssupport für die Flansche zu sorgen, so dass diese die Lüfterflügel 12 tragen können. Die Lüfterflügel 12 sind mit dem äußeren Flansch 58 in einer Weise verbunden, die der Verbindung der Lüfterflügel mit dem Flansch 17 wie in 1 gezeigt entspricht. In 3 ist die Kühlluft-Leitplatte 22 wie im Ausführungsbeispiel in 2 konfiguriert, wobei sie einen mittleren, flachen Abschnitt mit einem im Weitgehend ununterbrochenen Innenflächenanteil 21 und einem im Weitgehend ununterbrochenen Außenflächenanteil 23 hat. Der radial am weitesten außen liegende Anteil 25 ist wie im vorhergehenden Ausführungsbeispiel bogenförmig ausgebildet.
Obwohl für das bevorzugte Ausführungsbeispiel in 3 vier Lüfterflügel 12 wie in 1 dargestellt werden, kann alternativ eine beliebige Zahl von Flügeln benutzt werden, und zwar je nach spezifisch benötigter Kühlungsanwendung. Zudem ermöglicht die Verwendung der beiden konzentrischen Flansche 58 und 60 mit dem Versteifungsrippen 62 dazwischen eine leichtere Nabe mit größerer Festigkeit. So erlaubt die leichtere Nabe unter anderem die Verwendung zusätzlicher Lüfterflügel, indem das zusätzliche Gewicht und die dynamischen Kräfte, die durch diese Lüfterflügel hinzukommen, ausgeglichen werden.
Bezugnehmend auf 3 ist die Nabe 54 an den Rotor 18 mittels dreier Schnappverschlüsse 38 wie im Ausführungsbeispiel in 1 gezeigt befestigt. Zudem ist die Nabe 54 auch drehbar am Rotor 18 mittels dreier Drehmomentbolzen 40 in der in 1 und 2 gezeigten Weise befestigt. So dienen die Bolzen 40 dazu, das Drehmoment des Rotors 18 auf die Nabe 54 und die Flügel 12 zu übertragen, so dass das Drehmoment und die Fliehkräfte, die während der Drehung entstehen, eingedämmt werden.
Im Ausführungsbeispiel in 4 beinhaltet die Nabe 64 die Stirnplatte 66 und das Flanschelement 68 und ist am Rotor 18 mittels der Schnappverschlüsse 70 befestigt, die den Schnappverschlüssen 38 und 40 in den vorhergehenden Ausführungsbeispiel ähneln. Der konzentrische Flansch 72 wird längs des Querschnitts in 4 gezeigt und ähnelt den zuvor offenbarten Flanschen, um einen ringförmigen Raum 74 dazwischen zu definieren. In diesem Ausführungsbeispiel kommuniziert der ringförmige Raum 74 mit dem Kühlluft-Leitraum 44, der zwischen Kühlluft-Leitplatte 76 und Rotor 18 und Nabe 64 definiert wird. Die Lüfterflügel 12 sind direkt am inneren, konzentrischen Flanschelement 68 befestigt, das wie gezeigt an Rotor 18 befestigt ist. Die Flügel 12 erstrecken sich jedoch auch durch den äußeren konzentrischen Flansch 72 und sind mit diesem durch eine Reihe wohlbekannter Befestigungstechniken verbunden.
Neben der Tatsache, dass sie ein Mittel zur Erzeugung eines Luftstroms zwischen den konzentrischen Flanschen 68 und 72 darstellen, sorgen die Flügel 12 in diesem Ausführungsbeispiel für einen versteifenden und verstärkenden Support für den inneren und den äußeren Flansch 68 und 72 und minimieren so die Notwendigkeit, die in 3 dargestellten Supportrippen 62 vorzusehen. Alternativ können im Ausführungsbeispiel in 4 auch Supportrippen benutzt werden. Obwohl die Flansche 68 und 72 so im Vergleich zu dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel erheblich an Dicke (und damit an Gewicht) verlieren, ermöglicht die Verbindung zwischen den Flanschen 68 und 72 und den Flügeln 12 tatsächlich Support und größere Festigkeit für die Flansche, so dass es gerechtfertigt ist, die Flanschdicke zwecks Gewichtsreduzierung zu verringern. Wie bereits bemerkt, werden die Flügel 12 und die Nabe 64 aus elastischem Kunststoffmaterial wie z. B. Polyester, Nylon oder dergleichen geformt.
Wie bereits bemerkt, erzeugt in dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel die Drehung der Lüfterflügel 12 ein Luftströmungsmuster, das das Hindurchleiten von Kühlluft durch den Kühlluft-Leitweg wie vorstehend beschrieben begünstigt. In diesem Ausführungsbeispiel gelangt die Kühlluft jedoch tatsächlich über die Flügel vom Kühlluft-Leitraum 44 zwischen die Kühlluft-Leitplatte 76 und den Rotor 18 und die Nabe 64 und erzeugt so ein besonderes, einzigartiges Strömungsmuster. So verbessert diese Anordnung tatsächlich den Kühlprozess, indem sie den Kühlluftstrom, der durch die Räume 44 und 74 gelangt, aufgrund der zusätzlichen Beschleunigung, die die Lüfterflügel 12 dem Luftstrom im Raum geben, beeinflusst.
Bezugnehmend auf 5 wird ein weiterer Querschnitt des in 4 dargestellten Ausführungsbeispiels gezeigt, und zwar ein Querschnitt der Nabe 64 und der Kühlluft-Leitplatte 76. Die Verbindung des zweiten Ringflansches 72 mit der Kühlluft-Leitplatte 76 durch den elastischen Schnappverschluss 88, der sich nach innen in die Kühlluft-Leitplatte 76 erstreckt, wird in dieser Abbildung dargestellt. Obwohl nur ein Schnappverschluss 88 dargestellt wird, der sich in die Kühlluft-Leitplatte 76 hinein erstreckt, gibt es tatsächlich drei derartige Schnappverschlüsse, die sich in gleichen Abständen voneinander nach innen in die Kühlluft-Leitplatte 76 erstrecken, und zwar in gleicher Weise wie in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen gezeigt. Obwohl auch nur ein Drehmomentbolzen 40 in 5 dargestellt wird, der drehbar die Nabe 64 mit dem Rotor 18 verbindet, werden drei derartige Drehmomentbolzen wie in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen verwendet. Wie bereits bemerkt, sind die Flügel 12 mit dem ersten Flansch 68 verbunden und erstrecken sich durch den zweiten äußeren Ringflansch 72, um den Flanschen 66 und 72 Stabilität und Festigkeit zu verleihen.
Man kann zu dem Schluss gelangen, dass in dem in 4 und 5 gezeigten Ausführungsbeispiel der äußere Flansch 72 sowie das Verfahren zur Befestigung der Nabe 64 und der Kühlluft-Leitplatte 76 am Rotor 18 alle in identischer Weise wie die Befestigungseinrichtungen funktionieren, die für das vorhergehende Ausführungsbeispiel verwendet werden. In sonstiger Hinsicht ist das Ausführungsbeispiel in 4 und 5 identisch mit den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen.

Claims

Motorisierte Lüfterbaugruppe (10) bestehend aus: einem Elektromotor mit einem Rotor (18); einer Nabe (14, 54, 64), die eine Vielzahl von Lüfterflügeln (12) hat, die sich von dieser radial nach außen erstrecken und Mittel zur Befestigung am Motor zwecks Drehung besitzen, so dass die Lüfterflügel (12) – wenn die Nabe (14, 54, 64) drehend angetrieben wird – ein Luftdruckgefälle erzeugen, das durch einen Bereich mit höherem Druck stromabwärts von den Lüfterflügeln (12) und einen Bereich mit niedrigerem Druck stromaufwärts von den Lüfterflügeln (12) definiert wird, wobei besagte Nabe (14, 54, 64) außerdem eine Öffnung hat, die so bemessen und angeordnet ist, dass sie einen Anteil des Rotors (18) in sich aufnimmt, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil des Rotors (18) in sich eine Kühlluftöffnung (28) hat, die mit dem Bereich mit höherem Druck verbunden ist; und ein Kühlluft-Leitelement (22, 76), das axial stromaufwärts von besagter Nabe (14, 54, 64) angeordnet ist, um einen Kühlluft-Leitraum mit besagtem Motor und besagter Nabe (14, 54, 64) zu definieren, wobei besagter Kühlluft-Leitraum besagten Bereich mit niedrigerem Druck mit besagtem Bereich mit höherem Druck über einen Kühlluft-Leitweg im Motor und besagte Öffnung (30) im Rotor verbindet, um den Motor zu kühlen.
Lüfterbaugruppe nach Anspruch 1, bei der besagte Nabe (14, 54, 64) eine Grundplatte (16) beinhaltet, die so angepasst ist, dass sie drehbar am Motor befestigt ist, um sich mit diesem zu drehen, sowie einen Ringflansch (17, 56), der sich proximal von der Grundplatte (16) aus in axialer Richtung erstreckt, wobei besagter Ringflansch (17, 56) so konfiguriert und bemessen ist, dass er den Umfang von mindestens einem Anteil des Rotors (18) in Nachbarschaft zu diesem umgibt.
Lüfterbaugruppe nach Anspruch 2, bei der besagte Lüfterflügel (12) mit besagtem Ringflansch (17, 56) verbunden sind und sich radial von diesem nach außen erstrecken.
Lüfterbaugruppe nach Anspruch 3, bei der der Rotor (18) eine Vielzahl von Rippenelementen (24) hat, die sich radial erstrecken und die eine entsprechende Vielzahl von Öffnungen (30) dazwischen definieren, die besagte Kühlluftöffnung definieren.
Lüfterbaugruppe nach Anspruch 4, bei der besagtes Kühlluft-Leitelement (22) eine Platte ist, die mit den sich radial erstreckenden Rippenelementen (24) verbunden ist.
Lüfterbaugruppe nach Anspruch 5, bei der besagtes Mittel zur drehbaren Befestigung besagter Nabe (14, 54, 64) am Motor eine Vielzahl von Drehmomentbolzen (40) zur Befestigung besagter Nabe (14, 54, 64) am Rotor (18) zwecks Drehung mit diesem beinhaltet.
Lüfterbaugruppe nach Anspruch 6, bei der besagter Ringflansch (56) aus einem Paar konzentrischer Ringflanschelemente (58, 60) besteht, und zwar einem ersten konzentrischer Ringflanschelement (58), das so konfiguriert und bemessen ist, dass es im Umfang mindestens einen Anteil des Motors in Nachbarschaft und Kontakt mit diesem umgibt, und ein zweites Ringflanschelement (60), das radial im Abstand nach außen weg vom ersten Ringflanschelement (58) angeordnet ist, um einen ringförmigen Raum zwischen beiden zu definieren.
Lüfterbaugruppe nach Anspruch 7, bei der besagte Lüfterflügel (12) an besagtem zweiten Ringflanschelement (60) befestigt sind und sich radial von diesem nach außen hin erstrecken.
Lüfterbaugruppe nach Anspruch 8, bei der besagter Ringflansch (56) eine Vielzahl von Supportrippen (62) beinhaltet, die zwischen besagtem ersten (58) und besagtem zweiten konzentrischen Ringflanschelement (60) angeordnet und mit diesen verbunden sind, wobei besagte Supportrippen (62) im Umfang so im Abstand zueinander angeordnet sind, dass besagten konzentrischen Ringflanschelementen (58, 60) statischer Support verliehen wird.
Lüfterbaugruppe nach Anspruch 9, bei der besagter zweiter konzentrischer Ringflansch (60) mindestens einen Anteil besagten Kühlluft-Leitwegs mit besagter Kühlluft-Leitplatte (22, 76) definiert und eine bogenförmige Querschnittkonfiguration hat, die neben der Verbindung mit besagter Nabe liegt, um eine Profilkonfiguration für besagten Kühlluft-Leitweg zu schaffen.
Lüfterbaugruppe nach Anspruch 10, bei der der radial am weitesten außen liegende Anteil besagter Kühlluft-Leitplatte (22, 76) eine bogenförmige Querschnittkonfiguration hat, die im Abstand zum zweiten konzentrischen Ringflansch (60) und konzentrisch zu diesem liegt, um eine Profilkonfiguration für besagten Kühlluft-Leitweg zu definieren.
Lüfterbaugruppe nach Anspruch 11, bei der besagte Nabe (54) und besagte Kühlluft-Leitplatte aus einem Kunststoffmaterial geformt sind.
Lüfterbaugruppe nach Anspruch 12, bei der besagtes Kunststoffmaterial Polyester ist.
Lüfterbaugruppe nach Anspruch 13, bei der besagte Nabe (54) mit dem Motor mittels Schnappverschlüssen (38) verbunden ist, die lösbar am Rotor befestigt sind.
Lüfterbaugruppe nach Anspruch 2, bei der besagter Ringflansch aus einem ersten konzentrischen Ringflanschelement (68) besteht, wobei besagte Lüfterflügel (12) an besagtem ersten Ringflanschelement (68) befestigt sind, und aus einem zweiten Ringflanschelement (72), das radial nach außen von besagtem ersten Ringflanschelement im Abstand zu besagtem ersten Ringflanschelement (68) angeordnet ist und sich konzentrisch zu diesem verhält, um einen ringförmigen Raum zwischen beiden zu definieren, wobei sich besagte Lüfterflügel (12) durch besagtes zweites konzentrisches Ringflanschelement (72) erstrecken.
Lüfterbaugruppe nach Anspruch 15, bei der besagte Nabe (64) mit dem Motor mittels Schnappverschlüssen (70) verbunden ist, die lösbar am Rotor (18) befestigt sind.
Lüfterbaugruppe nach Anspruch 16, bei der besagte Kühlluft-Leitplatte (22) mit besagtem zweitem konzentrischen Ringflanschelement (72) verbunden ist, und besagter ringförmiger Raum mit besagtem Kühlluft-Leitraum kommuniziert, um einen ununterbrochenen Kühlluft-Leitweg zwischen besagter Kühlluft-Leitplatte (76) und besagtem ersten (68) und zweiten (72) konzentrischen Ringflanschelement zu definieren.
Lüfterbaugruppe nach Anspruch 17, bei der besagtes erstes konzentrisches Ringflanschelement (68) eine bogenförmige Querschnittkonfiguration an der Nahtstelle mit besagter Grundplatte hat, um eine Profilkonfiguration für besagten Kühlluft-Leitweg zu schaffen.
Lüfterbaugruppe nach Anspruch 18, bei der besagtes zweites konzentrisches Ringflanschelement (72) mit besagter Kühlluft-Leitplatte (76) verbunden ist und eine bogenförmige Querschnittkonfiguration an der Nahtstelle mit dieser hat.
Lüfterbaugruppe nach Anspruch 2, die zusätzlich ein zweites Ringflanschelement beinhaltet, das konzentrisch zu besagtem erstgenannten konzentrischen Ringflanschelement liegt, wobei besagtes zweites konzentrisches Ringflanschelement an besagter Kühlluft-Leitplatte befestigt ist.
Lüfterbaugruppe nach Anspruch 20, bei der besagte Lüfterflügel an besagtem ersten und besagtem zweiten Ringflanschelement befestigt sind und sich radial von besagtem ersten konzentrischen Ringflanschelement nach außen durch besagtes zweites konzentrisches Ringflanschelement erstrecken, wobei besagte Kühlluft-Leitplatte an besagtem zweiten konzentrischen Ringflanschelement mittels eines elastischen Schnappverschlusses befestigt ist.
Motorisierte Lüfterbaugruppe nach jedem der vorstehenden Ansprüche, bei der der Motor ein bürstenloser Elektromotor ist und einen Stator beinhaltet, der einen Kühlkörperanteil (52) zur Kühlung des Motors beinhaltet und bei dem während des Betriebs Kühlluft von besagtem Bereich mit höherem Druck über den Kühlluft-Leitweg im Motor und an dem Kühlkörperanteil (52) und durch die Kühlluftöffnung (28) hindurch in den Rotor geleitet wird, um Luft zu besagtem Bereich mit niedrigerem Druck zu leiten.
Motorisierte Lüfterbaugruppe nach Anspruch 15, die zusätzlich einen lösbaren Halter zur Verbindung besagter Kühlluft-Leitplatte mit besagtem zweitem Flanschelement beinhaltet.