EP2201252A1 - Trommellüfter mit direktantrieb - Google Patents

Trommellüfter mit direktantrieb

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Publication number
EP2201252A1
EP2201252A1 EP08802066A EP08802066A EP2201252A1 EP 2201252 A1 EP2201252 A1 EP 2201252A1 EP 08802066 A EP08802066 A EP 08802066A EP 08802066 A EP08802066 A EP 08802066A EP 2201252 A1 EP2201252 A1 EP 2201252A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
drum
fan
stator
permanent magnets
rotor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP08802066A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Gerhard Huth
Matthias Engel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
FlaektGroup Deutschland GmbH
Original Assignee
GEA Air Treatment GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by GEA Air Treatment GmbH filed Critical GEA Air Treatment GmbH
Publication of EP2201252A1 publication Critical patent/EP2201252A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D25/00—Pumping installations or systems
    • F04D25/02—Units comprising pumps and their driving means
    • F04D25/06—Units comprising pumps and their driving means the pump being electrically driven
    • F04D25/0606—Units comprising pumps and their driving means the pump being electrically driven the electric motor being specially adapted for integration in the pump
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D17/00—Radial-flow pumps, e.g. centrifugal pumps; Helico-centrifugal pumps
    • F04D17/08—Centrifugal pumps
    • F04D17/10—Centrifugal pumps for compressing or evacuating
    • F04D17/105—Centrifugal pumps for compressing or evacuating with double suction
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
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    • F04D25/0653—Units comprising pumps and their driving means the pump being electrically driven the electric motor being specially adapted for integration in the pump the motor having a plane air gap, e.g. disc-type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
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    • F04D25/06—Units comprising pumps and their driving means the pump being electrically driven
    • F04D25/0606—Units comprising pumps and their driving means the pump being electrically driven the electric motor being specially adapted for integration in the pump
    • F04D25/066—Linear Motors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/26—Rotors specially for elastic fluids
    • F04D29/28—Rotors specially for elastic fluids for centrifugal or helico-centrifugal pumps for radial-flow or helico-centrifugal pumps
    • F04D29/281—Rotors specially for elastic fluids for centrifugal or helico-centrifugal pumps for radial-flow or helico-centrifugal pumps for fans or blowers
    • F04D29/282—Rotors specially for elastic fluids for centrifugal or helico-centrifugal pumps for radial-flow or helico-centrifugal pumps for fans or blowers the leading edge of each vane being substantially parallel to the rotation axis

Definitions

  • the present invention relates to a fan in the embodiment of a drum fan with a fan motor, which has a stator and a permanent magnetic rotor, and with a fan drum, the at least a first and a second, in particular each end of the fan drum arranged, drum rim with interposed lamellae or Having blades, the fan drum carries permanent magnets and forms the rotor of the fan motor. Furthermore, the invention relates to a method for producing a drum fan.
  • the subject of the application is the direct drive of the fan drum, the design and structural arrangement of the engine components and the production of the fan unit.
  • drum fans win as decentralized air conditioning units for ventilation and air conditioning of living and offices over central fixed air conditioning systems increasingly important. They are compact small appliances that can be used flexibly, relatively inexpensively and, if necessary, can be replaced quickly and inexpensively without costly repairs.
  • Drum fans serve to transport in particular thermally treated air in a substantially radial direction, so that they are also referred to as radial fan. They are driven by an electric motor, wherein the fan unit is a separate unit, which is mechanically connected to the rotating component of the electric motor. Drum fans frequently have speed-variable drives for demand-driven fan power adjustment, by means of which the speed of the motor and thus of the fan can be adjusted stepwise or continuously. It is known to drive drum fans with asynchronous motors or EC motors. In versions with a single-phase asynchronous motor with capacitor auxiliary line, the speed of the drum fan is usually set stepwise via winding taps. For continuous speed adjustment with higher energy efficiency, EC motors are increasingly being used, which are fed by a motor-controlled converter.
  • the fan motor is usually designed as an external rotor motor and mounted inside the fan drum such that the fan drum is mechanically rigidly connected to the external rotor.
  • the fan drum is designed substantially cylindrical and has lamellas, at both ends of which a drum rim is provided on both sides, which connects the lamellae in a ring arrangement with each other. Another in the axial direction approximately centrally arranged drum rim serves as a mechanical coupling element, via which the fan drum is connected to the external rotor.
  • the drum fan also has an inner stator which is rotatably connected via a fixed shaft or a flange to the housing of the fan assembly.
  • a drum fan with a fan motor having a stator and a permanent magnetic rotor, and with a fan drum having at least a first and a second, in particular each end of the fan drum arranged drum rim with interposed lamellae or blades, wherein the fan drum Permanent magnets carries and forms the rotor of the fan motor and the stator is a double coil stator, which engages around the permanent magnets.
  • the basic idea of the invention is to functionally integrate the fan motor into the fan unit in such a way that a mechatronic system is present, the fan drum being directly driven thereby.
  • a direct drive of the fan drum results in a mechanically rigid and compact fan unit.
  • the motor function is realized by a stator module and a magnetic module, which can be made in a simple form compact and inexpensive and easy to install.
  • the active part of a conventional rotor ie the arrangement of the responsible for the formation of torque permanent magnets, thereby forming a structural part of the fan drum.
  • the permanent magnets are inventively arranged on the fan drum or integrated in the same, that the fan drum itself the rotor of the drum fan forms, which forms the magnetic module in such equipment.
  • the rotating mass of the fan unit is reduced, so that a lower noise emission is achieved.
  • the compact design of the drum fan therefore leads to a quiet and vibration-resistant operation.
  • the stator carries the rotating field winding system. He is preferably part of the housing construction, in particular rotatably connected thereto.
  • the permanent magnets may be formed by rare earth magnets.
  • the stator is designed as a double coil stator in the manner of a linear motor, as is known from German patent application 10 2006 022 773.5.
  • Such engine concepts are "ironless" concepts and therefore have a lower active part weight. They have a higher torque density, so that they require a lower power consumption for the application of the same driving force compared to conventional motor systems, and therefore also have a higher efficiency than previously used asynchronous concepts.
  • cogging torques due to electromagnetic edge effects are avoided. This considerably reduces the electromechanically induced noise emission of the drum fan.
  • the double coil stator is designed such that it encompasses the permanent magnets.
  • the permanent magnets can be made relatively thick in this embodiment with respect to their length and width. Furthermore, the permanent magnets may be arranged such that their north-south poles are respectively directed opposite to each other tangentially, i. the magnetization of which runs tangentially so that the north poles of two adjacent permanent magnets and the south poles of two adjacent permanent magnets alternately point towards one another in the circumferential direction.
  • the fan drum may be formed cylindrically with lamellae or vanes, the longitudinal axes of which extend parallel to the rotor axis, the longitudinal axis being understood to be the extension of the lamellae or vanes in the direction of the rotational symmetry axis of the cylindrical rotor drum.
  • the lamellae can also be arranged rotated relative to the rotor axis in the axial direction from one axial end to the other end by a small angle.
  • the angle by which the lamella backs of the slats opposite the tangent to the cylindrical cross section of Fan drum is tilted can be unchangeable or manually or electromechanically adjusted.
  • the air flow generated by the rotating fan drum can be additionally adjusted in its amount. In the case of the blades, these are curved in the radial direction outwards.
  • the fan drum may have fins or blades whose longitudinal axes are tilted outwards at an angle relative to the rotor axis, so that the fins or blades increasingly extend outward in the direction of the rotor axis.
  • the fan drum is replaced by a conical shape, so that the drum fan according to the invention can be used as a diagonal fan.
  • the permanent magnets can be arranged on or in the fan drum, wherein they can either be arranged on the surface of the fan drum, in particular adhesively bonded or enclosed by suitable structures on the fan drum, such as recesses or latching hooks, or integrated into the fan drum, in particular be spilled or spilled with her. In the latter case, the permanent magnets can at least partially eino in the fan drum.
  • the fan drum is produced by an injection process in which the permanent magnets are molded or molded onto the fan drum.
  • the fan drum can be made of stainless, in particular non-magnetic steel, or plastic.
  • the permanent magnets can be circumferentially applied to the fan drum or integrated into it to form a magnetic track.
  • the inner circumference of the fan drum of the stator is disposed within the fan drum. It thus forms an inner stator with externally circulating fan rotor rotor.
  • the magnetic track on the outer circumference of the fan drum of the stator is arranged outside of the fan drum. It thus forms an external stator with within the same rotating fan drum rotor. Due to the use of permanent magnets and the compact realization of the stator modules, the energy efficiency is comparatively high.
  • the permanent magnets can be applied or integrated at least on or in some lamellae or blades or on or in at least one of the drum rings. Preferably, the permanent magnets are arranged circumferentially at the axial end of the fan drum or in the region of its axial center.
  • the stator may also be designed such that it extends over only a part of the axial length of the fan drum. This ensures that a high air transport volume is achieved because that part of the axial length of the fan drum into which the stator does not extend virtually forms a hollow cylinder, as a result of which the air displaced by the rotating blades or vanes can flow back unhindered.
  • the stator may preferably be arranged on the front side or approximately in the middle of the axial length of the fan drum,
  • the stator may be segmented, i. be composed of several identical segment sections, whereby the production is simplified, especially for large drum fans. Due to the segmented design, it is also possible that the stator extends only over part of the fan drum circumference.
  • the stator may be formed by two or more segments which are spaced from each other symmetrically along the fan drum periphery.
  • Figure 1 conventional drum fan in radial arrangement with full stator and external rotor
  • FIG. 3 cross-section of the drum fan according to FIG. 2
  • FIG. 4 Drum fan in tangential arrangement with double coil stator in the axial center of the fan drum
  • FIG. 5 magnetization of the permanent magnets in the case of a tangential arrangement
  • FIG. 6 Tangential arrangement according to FIG. 4 with a round cross-section of FIG
  • FIG. 7 Tangential arrangement according to FIG. 4 with rectangular cross section of FIG
  • Figure 8 fan drum of a diagonal fan with magnetic ring and double coil
  • Figure 9 axial section of the diagonal fan of Figure 8 with two double coils
  • FIG. 1 shows a known drum fan 1 in external rotor construction.
  • the stator 2 is designed as an inner stator, around which the outer circumference of the fan drum 3 rotates.
  • the stator 2 covers the entire inner circumference of the fan drum 3.
  • This has at its axial ends in each case an annular drum rim 4, on which the lamellae 5 arranged parallel to the axis of rotation are integrally formed, so that they extend between the drum rings 4.
  • Drum rings 4 and 5 slats form a cage in shape.
  • the slats 5 have a remote from the fan drum 3 fin back 6, which lies in a plane which is tilted compared to a tangential plane to the cylindrical fan drum 3 by an angle of approximately 30 °.
  • the permanent magnets 8 are relatively thin in radial construction compared to their width in the circumferential direction and their length in the axial direction and arranged in the form of a magnetic track on the inside of the fan drum 3 circumferentially at its axial beginning, in particular on its front drum rim 4. Consequently, the stator 2 extends only partially into the fan drum 3 in accordance with the length of the permanent magnets 8. These are radially and magnetized in accordance with the Grundpolproschreib p of the stator 2 in a known manner.
  • the motor drive unit according to the invention as a linear motor according to the German patent application DE 10 2006 022 773.5 designed such that the stator of a double coil stator 9, also called Doppelspulenaktor formed.
  • the permanent magnets 8 are arranged such that their north south poles each are oppositely directed tangentially to each other, ie their magnetization is tangential, so that alternately in the circumferential direction in each case the north poles of two adjacent permanent magnets 8 and the south poles of two adjacent permanent magnets 8 point to each other.
  • Such an arrangement of the permanent magnets 8 with tangential field guidance is shown in Fig. 5 in unwound from the lateral surface of the fan drum 3 form.
  • the stator 9 has in the embodiment according to Fig. 2, 3 and 4, a U-shaped cross-sectional profile, so that the stator 9, the permanent magnets 8 engages around so that they lie between the two profile legs. The stator 9 is thus arranged at the end face of the fan drum 3 of FIG.
  • the stator 2 is designed in segmental construction, wherein a plurality of segments can form the stator 2, which extends over the entire circumference of the fan drum 3. According to FIG. 4, the stator 2 can also extend over only part of the circumference, here the outer circumference.
  • the drum fan 1 may have an inner stator 2 and a fan drum 3 rotating outside thereof.
  • the magnetic track formed from thick permanent magnets 8 is arranged annularly in this case on the inner circumference of the fan drum 3.
  • the permanent magnets 8 can also be at an axial end of the fan drum 3 or as in 4 to the outer stator shown to be circumferentially arranged in the axial center of the fan drum 3.
  • a corresponding third drum rim 4 can be provided, via which the slats 5 are connected to one another.
  • the fixedly connected to the drum fan housing inner stator may also be formed as a full stator or segment stator, wherein in the case of a segmented Statorbauweise the stator 2 may extend only over part of the circumference, in particular of the inner circumference.
  • FIG. 2 shows a stator with a circumferential extent of approximately 180 °, shown in FIG. 4 with a circumferential extent of approximately 90 °.
  • the circumferential length of a stator segment can also be chosen differently.
  • the stator 9 has at least two winding coils, which are each arranged in such a length and at a distance in the circumferential direction, one behind the other, that the distances between adjacent permanent magnets 8 can each be bridged, whereby due to the magnetic fields generated by the winding coils in each case Cooperation with the permanent magnet 8 sufficient tensile and compressive forces are generated.
  • the winding coils are energized and reversed in such a way that in each case a permanent magnet 8 is pulled in the direction of rotation in a winding coil and after exceeding the dead center, i. when the tensile and compressive forces generated by the winding coil on the permanent magnet 8 cancel each other, the magnetic field in the other direction, so that the corresponding permanent magnet 8 is again pushed out of the winding coil in the direction of rotation.
  • the winding coils of the stator 9 and the permanent magnets may have a round cross section according to FIG. 6 or a rectangular cross section according to FIG. 7, the stator 9 being open towards the fan drum 3 or to the drum rim 4 carrying the permanent magnets 8.
  • the stator 9 may be formed as a segment stator. This may extend by assembling a plurality of stator segments over the entire circumference or only over part of the circumference of the fan drum 3.
  • the double coil stator 9 is completely ironless, so that cogging moments due to magnetic edge effects are largely avoided. It can be made particularly compact in that the arrangement of the double coils is provided with a Kunststoffumspritzung.
  • the arranged on the fan drum 3 permanent magnets 8 can be compact encapsulated or sprayed as a unit of plastic.
  • the fan drum 3 is made of an amagnetic material, in particular metal or plastic, so that the arrangement consisting of fan drum 3 and permanent magnet 8 in one operation, for example in a plastic injection process, can be produced.
  • Figures 8 and 9 show a variant of the inventive drum fan 1 with a conical fan drum 3.
  • blades 5a are arranged, whose longitudinal axes are tilted relative to the rotor axis by an angle of about 30 °.
  • the wings 5a extend in the axial direction from the view of the front drum ring 4 increase outward.
  • the front drum ring 4 is disc-shaped and forms a flange on which a magnetic ring 8 'is centrally located.
  • the magnetic ring 8 ' is formed by an annular support 8 ", on the front side along its entire circumference a plurality of permanent magnets 8 is arranged, wherein the permanent magnets 8 are magnetized in the circumferential direction such that their north south poles are directed opposite each other tangentially to each other
  • An annular arrangement of the permanent magnets 8 is encompassed by a double coil stator 9 with a multiplicity of double coils 8.
  • a double coil is shown, whereas FIG. 9 shows two diametrically opposite double coils 9.

Landscapes

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Trommellüfter (1) mit einem Lüftermotor, welcher einen Stator (2) und einen permanentmagnetischen Läufer aufweist, und mit einer Lüftertrommel (3), die zumindest einen ersten und einen zweiten, insbesondere jeweils endseitig der Lüftertrommel angeordneten, Trommelkranz (4) mit dazwischen angeordneten Lamellen (5) oder Schaufeln (5a) aufweist, wobei die Lüftertrommel (3) Permanentmagnete (8) trägt und den Läufer des Lüftermotors bildet und der Stator (2) ein Doppelspulenstator (9) ist, der die Permanentmagnete (8) umgreift.

Description

Trommellüfter mit Direktantrieb
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Lüfter in der Ausführung eines Trommellüfters mit einem Lüftermotor, welcher einen Stator und einen permanentmagnetischen Läufer aufweist, und mit einer Lüftertrommel, die zumindest einen ersten und einen zweiten, insbesondere jeweils endseitig der Lüftertrommel angeordneten, Trommelkranz mit dazwischen angeordneten Lamellen oder Schaufeln aufweist, wobei die Lüftertrommel Permanentmagnete trägt und den Läufer des Lüftermotors bildet. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Trommellüfters. Gegenstand der Anmeldung ist der Direktantrieb der Lüftertrommel, die Gestaltung und konstruktive Anordnung der Motorkomponenten sowie die Herstellung der Lüftereinheit.
Derartige Trommellüfter gewinnen als dezentrale Klimageräte zur Belüftung und Klimatisierung von Wohn- und Büroräumen gegenüber zentralen, fest installierten Klimaanlagen zunehmend an Bedeutung. Sie stellen kompakte Kleingeräte dar, die flexibel einsetzbar, vergleichsweise preiswert und im Bedarfsfall ohne aufwendige Reparaturen schnell und kostengünstig ersetzbar sind.
Trommellüfter dienen dabei zum Transport insbesondere thermisch aufbereiteter Luft in im Wesentlichen radialer Richtung, so dass sie auch als Radiallüfter bezeichnet werden. Sie werden elektromotorisch angetrieben, wobei die Lüftereinheit eine selbständige Einheit darstellt, die mechanisch mit der rotierenden Komponente des Elektromotors verbunden ist. Für eine bedarfsgerechte Anpassung der Lüfterleistung verfügen Trommellüfter häufig über drehzahlveränderbare Antriebe, mittels derer die Drehzahl des Motors und damit auch des Lüfters stufenweise oder kontinuierlich einstellbar ist. Es ist bekannt, Trommellüfter mit Asynchronmotoren oder EC-Motoren anzutreiben. Bei Ausführungen mit einphasigem Asynchronmotor mit Kondensatorhilfsstrang wird die Drehzahl des Trommellüfters meist stufenweise über Wicklungsanzapfungen eingestellt. Für eine kontinuierliche Drehzahleinstellung bei gleichzeitig höherer Energieeffizienz, werden zunehmend EC-Motoren eingesetzt, die über einen motorgetakteten Umrichter gespeist werden.
Der Lüftermotor ist üblicherweise als Außenläufermotor ausgebildet und innerhalb der Lüftertrommel derart montiert, dass die Lüftertrommel mechanisch steif mit dem Außenläufer verbunden ist. Die Lüftertrommel ist dabei im Wesentlichen zylindrisch ausgeführt und weist Lamellen auf, an deren Enden beidseits jeweils ein Trommelkranz vorgesehen ist, der die Lamellen in einer Ringanordnung miteinander verbindet. Ein weiterer in axialer Richtung etwa mittig angeordneter Trommelkranz dient dabei als mechanisches Koppelelement, über welches die Lüftertrommel mit dem Außenläufer verbunden ist. Der Trommellüfter weist ferner einen Innenstator auf, der über eine feststehende Welle oder einen Flansch mit dem Gehäuse des Lüfteraggregates drehfest verbunden ist.
Für ein angemessenes Wohlbefinden der im Raum befindlichen Personen ist es von Bedeutung, dass das gesamte Lüfteraggregat bestehend aus Lüftermotor und Lüftertrommel geräuscharm arbeitet. Neben den Strömungsgeräuschen sind daher insbesondere auch mechanisch und elektromagnetisch erregte Geräusche zu minimieren. Bei den bekannten Ausführungen von Trommellüftern bildet der stets vorhandene Läufer ein mechanisches Konstruktionselement, welches erheblich zu den Produktionskosten des Trommellüfters einerseits sowie zu der Masse der rotierenden Teile und zu der damit einhergehenden Geräuschemission andererseits erheblich beiträgt. Weiterhin ist bei Trommellüfter mit den genannten herkömmlichen Antrieben festzustellen, dass diese aufgrund Ihrer Rastmomente ebenfalls unangenehme Geräusche erzeugen.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Trommellüfter mit einem neuartigen Antriebskonzept bereitzustellen, der gegenüber Trommellüftern nach dem Stand der Technik bei geringerem Fertigungsaufwand in seiner Herstellung kostengünstiger ist, eine höhere Energieeffizienz durch einen höheren Wirkungsgrad und eine geringe Geräuschemission aufweist. Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Trommellüfters bereitzustellen.
Diese Aufgaben werden durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche 1 und 16 gelöst.
Es wird ein Trommellüfter mit einem Lüftermotor vorgeschlagen, der einen Stator und einen permanentmagnetischen Läufer aufweist, und mit einer Lüftertrommel, die zumindest einen ersten und einen zweiten, insbesondere jeweils endseitig der Lüftertrommel angeordneten, Trommelkranz mit dazwischen angeordneten Lamellen oder Schaufeln aufweist, wobei die Lüftertrommel Permanentmagnete trägt und den Läufer des Lüftermotors bildet und der Stator ein Doppelspulenstator ist, der die Permanentmagnete umgreift.
Grundidee der Erfindung ist es, den Lüftermotor funktional in die Lüftereinheit derart zu integrieren, dass ein mechatronisches System vorliegt, wobei die Lüftertrommel dabei direkt angetrieben wird. Durch einen derartigen Direktantrieb der Lüftertrommel entsteht eine mechanisch steife und kompakte Gebläseeinheit. Die Motorfunktion wird durch ein Statormodul und ein Magnetmodul realisiert, welche in einfacher Form kompakt und kostengünstig gefertigt und leicht montiert werden kann. Der aktive Teil eines konventionellen Läufers, d.h. die Anordnung der für die Bildung des Drehmoments verantwortlichen Permanentmagnete, stellt dabei einen konstruktiven Bestandteil der Lüftertrommel dar. Die Permanentmagnete sind erfindungsgemäß derart an der Lüftertrommel angeordnet oder in derselben integriert, dass die Lüftertrommel selbst den Läufer des Trommellüfters bildet, welcher in derartiger Bestückung das Magnetmodul bildet. Auf diese Weise wird ein zusätzliches Bauteil, nämlich ein separater Läufer eingespart. Die Kosten für die Herstellung des Läufers können damit vermieden werden. Darüber hinaus wird durch das Weglassen des konventionellen permanentmagnetischen Läufers die rotierende Masse des Lüfteraggregats reduziert, so dass eine geringere Geräuschemission erreicht wird. Der kompakte Aufbau des Trommellüfters führt daher zu einem leisen und schwingungssteifen Betrieb. Für den elektromotorischen Antrieb des Trommellüfters werden erfindungsgemäß Drehfeld-Motorkonzepte verwendet, wobei der Stator das Drehfeld- Wicklungssystem trägt. Er ist dabei vorzugsweise Bestandteil der Gehäusekonstruktion, insbesondere drehfest mit dieser verbunden. Die Permanentmagnete können von Seltenerdmagneten gebildet sein.
Erfindungsgemäß ist der Stator als Doppelspulenstator in der Art eines Linearmotors ausgebildet, wie er aus der deutschen Patentanmeldung 10 2006 022 773.5 bekannt ist. Derartige Motorkonzepte sind "eisenlose" Konzepte und weisen daher ein geringeres Aktivteilgewicht auf. Sie verfügen über eine höhere Drehmomentdichte, so dass sie für die Aufbringung gleicher Antriebskraft verglichen mit konventionellen Motorsystemen eine geringere Stromaufnahme benötigen, und daher auch einen höheren Wirkungsgrad besitzen als bisher eingesetzte Asynchronkonzepte. Bei einem eisenlos ausgeführten Doppelspulenstator werden Rastmomente infolge von elektromagnetischen Randeffekten vermieden. Dadurch wird die elektromechanisch bedingte Geräuschemission des Trommellüfters erheblich reduziert. Der Doppelspulenstator ist derart ausgebildet, dass er die Permanentmagnete umgreift.
Die Permanentmagnete können in dieser Ausführungsvariante vergleichsweise dick gegenüber ihrer Länge und Breite ausgeführt sein. Ferner können die Permanentmagnete derart angeordnet sein, dass ihre Nord- Südpole jeweils entgegengesetzt tangential zueinander gerichtet sind, d.h. deren Magnetisierung tangential verläuft, so dass in Umfangsrichtung abwechselnd jeweils die Nordpole zweier benachbarter Permanentmagnete und die Südpole zweier benachbarter Permanentmagnete zueinander hinweisen.
Die Lüftertrommel kann zylindrisch mit Lamellen oder Schaufeln ausgebildet sein, deren Längsachsen sich parallel zur Läuferachse erstrecken, wobei als Längsachse die Erstreckung der Lamellen oder Schaufeln in Richtung der Rotationssymmetrieachse der zylindrischen Läufertrommel zu verstehen ist. Im Falle der Lamellen ist deren Rücken um einen Winkel gegenüber der Tangente gekippt. Weiterhin können die Lamellen auch gegenüber der Läuferachse in axialer Richtung von einem axialen Ende zum anderen Ende um einen geringen Winkel verdreht angeordnet sein. Der Winkel, um welchen die Lamellenrücken der Lamellen gegenüber der Tangente an den zylinderförmigen Querschnitt der Lüftertrommel gekippt ist, kann unveränderbar sein oder manuell oder elektromechanisch eingestellt werden. Der von der rotierenden Lüftertrommel erzeugte Luftstrom kann dadurch in seiner Menge zusätzlich eingestellt werden. Im Falle der Schaufeln sind diese in radialer Richtung nach außen gewölbt ausgebildet.
Alternativ kann die Lüftertrommel Lamellen oder Schaufeln aufweisen, deren Längsachsen gegenüber der Läuferachse um einen Winkel nach außen gekippt sind, so dass sich die Lamellen oder Schaufeln in Richtung der Läuferachse zunehmend nach außen erstrecken. Die Lüftertrommel erhält dadurch eine konische Form, so dass der erfindungsgemäße Trommellüfter als Diagonalventilator eingesetzt werden kann.
Erfindungsgemäß können die Permanentmagnete auf oder in der Lüftertrommel angeordnet sein, wobei sie entweder auf der Oberfläche der Lüftertrommel angeordnet, insbesondere aufgeklebt oder durch geeignete Strukturen auf der Lüftertrommel, wie beispielsweise Ausnehmungen oder Rasthaken, haltend eingefasst sein können, oder in die Lüftertrommel integriert, insbesondere mit ihr vergossen oder verspritzt sein können. In letzterem Fall können die Permanentmagnete zumindest teilweise in der Lüftertrommel einliegen. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Lüftertrommel durch einen Spritzvorgang hergestellt, bei dem die Permanentmagnete umspritzt oder an die Lüftertrommel angespritzt werden. Die Lüftertrommel kann dabei aus rostfreiem, insbesondere amagnetischen Stahl, oder Kunststoff gefertigt sein.
Die Permanentmagnete können umfänglich unter Bildung einer Magnetspur auf der Lüftertrommel aufgebracht oder in diese integriert sein. Im Falle einer Aufbringung auf den Innenumfang der Lüftertrommel ist der Stator innerhalb der Lüftertrommel angeordnet. Er bildet somit einen Innenstator mit außenumfänglich umlaufendem Lüftertrommelläufer. Im Falle einer Aufbringung der Magnetspur auf den Außenumfang der Lüftertrommel ist der Stator außerhalb der Lüftertrommel angeordnet. Er bildet somit einen Außenstator mit innerhalb desselben rotierendem Lüftertrommelläufer. Durch die Verwendung von Permanentmagneten und die kompakte Realisierung der Statormodule ist die Energieeffizienz vergleichsweise hoch. Die Permanentmagnete können zumindest auf oder in einigen Lamellen oder Schaufeln oder auf oder in zumindest einer der Trommelkränze aufgebracht bzw. integriert sein. Vorzugsweise sind die Permanentmagnete am axialen Ende der Lüftertrommel oder im Bereich deren axialer Mitte umfänglich angeordnet.
In einer bevorzugten Ausführungsvariante kann der Stator auch derart ausgebildet sein, dass er sich nur über einen Teil der axialen Länge der Lüftertrommel erstreckt. Damit ist gewährleistet, dass ein hohes Lufttransportsvolumen erreicht wird, da derjenige Teil der axialen Länge der Lüftertrommel, in den sich der Stator nicht erstreckt, quasi einen Hohlzylinder bildet, wodurch die von den rotierenden Lamellen oder Schaufeln verdrängte Luft ungehindert nachfließen kann. Dabei kann der Stator vorzugsweise stirnseitig oder in etwa mittig der axialen Länge der Lüftertrommel angeordnet sein,
Der Stator kann segmentiert ausgeführt sein, d.h. aus mehreren baugleichen Segmentabschnitten zusammengesetzt sein, wodurch die Fertigung insbesondere bei großen Trommellüftern vereinfacht wird. Durch die segmentierte Bauweise ist es auch möglich, dass sich der Stator nur über einen Teil des Lüftertrommelumfangs erstreckt. Insbesondere kann der Stator durch zwei oder mehr Segmente gebildet sein, die beabstandet von einander symmetrisch entlang des Lüftertrommelumfangs angeordnet sind.
Weitere Ausprägungen und Merkmale der Erfindung können den Figuren und der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsvarianten entnommen werden, deren Merkmale auch miteinander kombiniert werden können. Es zeigen:
Figur 1 : herkömmlicher Trommellüfter in Radialanordnung mit Vollstator und Außenläufer
Figur 2: Trommellüfter in Tangentialanordnung mit stirnseitigem Doppelspulenstator
Figur 3: Querschnitt des Trommellüfters nach Figur 2
Figur 4: Trommellüfter in Tangentialanordnung mit Doppelspulenstator in axialer Mitte der Lüftertrommel
Figur 5: Magnetisierung der Permanentmagnete bei Tangentialanordnung Figur 6: Tangentialanordnung nach Figur 4 mit rundem Querschnitt der
Permanentmagnete Figur 7: Tangentialanordnung nach Figur 4 mit rechteckigem Querschnitt der
Permanentmagnete
Figur 8: Lüftertrommel eines Diagonalventilators mit Magnetring und Doppelspule Figur 9: Axialschnitt des Diagonalventilators nach Figur 8 mit zwei Doppelspulen
Figur 1 zeigt einen bekannten Trommellüfter 1 in Außenläuferbauweise. Der Stator 2 ist als Innenstator ausgebildet, um welchen außenumfänglich die Lüftertrommel 3 rotiert. Bei dieser Grundausführung überdeckt der Stator 2 den gesamten Innenumfang der Lüftertrommel 3. Diese weist an ihren axialen Enden jeweils einen ringförmigen Trommelkranz 4 auf, an denen die zur Rotationsachse parallel angeordneten Lamellen 5 einstückig angeformt sind, so dass sie sich zwischen den Trommelkränzen 4 erstrecken. Zur Verstärkung der Steifigkeit der Lüftertrommel 3 können erfindungsgemäß weitere Trommelkränze vorgesehen werden. Trommelkränze 4 und Lamellen 5 bilden in ihrer Gestalt einen Käfig. Die Lamellen 5 weisen einen von der Lüftertrommel 3 abgewandten Lamellenrücken 6 auf, der in einer Ebene liegt, die verglichen zu einer Tangentialebene an die zylindrische Lüftertrommel 3 um einen Winkel von ca. 30° gekippt ist.
Die Permanentmagnete 8 sind in Radialbauweise vergleichsweise dünn gegenüber ihrer Breite in Umfangsrichtung und ihrer Länge in axialer Richtung ausgebildet und in Gestalt einer Magnetspur auf der Innenseite der Lüftertrommel 3 umfänglich an ihrem axialen Anfang, insbesondere an ihrem vorderen Trommelkranz 4 angeordnet. Folglich erstreckt sich der Stator 2 nur teilweise in die Lüftertrommel 3 hinein entsprechend der Länge der Permanentmagnete 8. Diese sind radial und entsprechend der Grundpolpaarzahl p des Stators 2 in bekannter Weise magnetisiert.
Gemäß der Figuren 2, 3 und 4 ist die Motorantriebseinheit erfindungsgemäß als Linearmotor gemäß der deutschen Patentanmeldung DE 10 2006 022 773.5 derart ausgeführt, dass der Stator von einem Doppelspulenstator 9, auch Doppelspulenaktor genannt, gebildet ist. Bei diesem Antriebsprinzip sind die Permanentmagnete 8 derart angeordnet, dass ihre Nord- Südpole jeweils entgegengesetzt tangential zueinander gerichtet sind, d.h. deren Magnetisierung tangential verläuft, so dass in Umfangsrichtung alternierend jeweils die Nordpole zweier benachbarter Permanentmagnete 8 und die Südpole zweier benachbarter Permanentmagnete 8 zueinander hinweisen. Eine solche Anordnung der Permanentmagnete 8 mit tangentialer Feldführung ist in Fig. 5 in von der Mantelfläche der Lüftertrommel 3 abgewickelter Form dargestellt.
Die Permanentmagnete 8 können stirnseitig an einem Trommelkranz 4 gemäß Fig. 2, innen oder außen umfänglich an einem Trommelkranz 4 oder an den Lamellen 5 gemäß Fig. 4 oder an beliebiger Stelle in axialer Richtung vorzugsweise in etwa axialer Mitte der Lüftertrommel 3 außenumfänglich auf einem Trommelkranz 4 oder den Lamellen 5 gemäß Fig. 4 an- oder aufgebracht sein. Der Stator 9 weist in der Ausführungsvariante nach Fig. 2, 3 und 4 ein U-förmiges Querschnittsprofil auf, so dass der Stator 9 die Permanentmagnete 8 derart umgreift, dass sie zwischen den beiden Profilschenkeln liegen. Der Stator 9 ist damit bei Anordnung der Permanentmagnete 8 stirnseitig der Lüftertrommel 3 gemäß Fig. 2 ebenfalls stirnseitig derselben angeordnet, so dass sich der radial äußere Profilschenkel des Stators 9 am Außenumfang der Lüftertrommel 3 in axialer Richtung derselben erstreckt und der radial innere Profilschenkel am Innenumfang der Lüftertrommel 3 in axialer Richtung derselben erstreckt. Demgegenüber erstrecken sich die Profilschenkel des Stators 9 bei der Ausführungsvariante nach Figur 5 radial zur Rotationsachse.
In einer besonderen Ausführungsvariante gemäß Fig. 4 ist der Stator 2 in Segmentbauweise ausgeführt, wobei mehrere Segmente den Stator 2 bilden können, der sich über den gesamten Umfang der Lüftertrommel 3 erstreckt. Gemäß Fig. 4 kann sich der Stator 2 auch nur über einen Teil des Umfangs, hier des Außenumfangs, erstrecken.
In einer nicht dargestellten Ausführungsvariante kann der Trommellüfter 1 einen Innenstator 2 und eine außerhalb desselben rotierende Lüftertrommel 3 aufweisen. Die aus dicken Permanentmagneten 8 gebildete Magnetspur ist in diesem Fall am Innenumfang der Lüftertrommel 3 ringförmig angeordnet. Die Permanentmagnete 8 können dabei ebenfalls an einem axialen Ende der Lüftertrommel 3 oder wie in der Fig. 4 zum Außenstator dargestellt in der axialen Mitte der Lüftertrommel 3 umfänglich angeordnet sein. Hierzu kann ein entsprechender dritter Trommelkranz 4 vorgesehen werden, über den die Lamellen 5 miteinander in Verbindung stehen.
Der fest mit dem Trommellüftergehäuse verbundene Innenstator kann ebenfalls als Vollstator oder Segmentstator ausgebildet sein, wobei sich im Falle einer segmentierten Statorbauweise der Stator 2 auch nur über einen Teil des Umfangs, insbesondere des Innenumfangs erstrecken kann. Beispielhaft ist in Figur 2 ein Stator mit einer Umfangserstreckung von ca. 180°, in Fig. 4 mit einer Umfangserstreckung von ca. 90° dargestellt. Die Umfangslänge eines Statorsegments kann jedoch auch beliebig anders gewählt werden.
Der Stator 9 weist mindestens zwei Wicklungsspulen auf, die jeweils in einer solchen Länge und in einem solchen Abstand in Umfangsrichtung betrachtet hintereinander angeordnet sind, dass die Abstände zwischen benachbarten Permanentmagneten 8 jeweils überbrückt werden können, wodurch aufgrund der mit den Wicklungsspulen erzeugten magnetischen Felder jeweils in Zusammenwirkung mit den Permanentmagneten 8 ausreichende Zug- und Druckkräfte erzeugt werden. Die Wicklungsspulen werden dabei derart bestromt und umgepolt, dass jeweils ein Permanentmagnet 8 in Rotationsrichtung in eine Wicklungsspule hineingezogen wird und nach Überschreiten des Totpunktes, d.h. wenn sich die von der Wicklungsspule erzeugten Zug- und Druckkräfte auf den Permanentmagneten 8 gegeneinander aufheben, das Magnetfeld in die andere Richtung weist, so dass der entsprechende Permanentmagnet 8 wieder aus der Wicklungsspule in Rotationsrichtung herausgedrückt wird.
Die Wicklungsspulen des Stators 9 und die Permanentmagnete können einen runden Querschnitt gemäß Fig. 6 oder einen rechteckigen Querschnitt gemäß Fig. 7 aufweisen, wobei der Stator 9 zur Lüftertrommel 3 bzw. zu dem die Permanentmagnete 8 tragenden Trommelkranz 4 hin geöffnet ist. In einer weiteren Ausführungsvariante kann der Stator 9 als Segmentstator ausgebildet sein. Dieser kann sich durch Zusammensetzen mehrerer Statorsegmente über den gesamten Umfang oder nur über einen Teil des Umfangs der Lüftertrommel 3 erstrecken. Der Doppelspulenstator 9 ist komplett eisenlos ausgeführt, so dass Rastmomente infolge von magnetischen Randeffekten weitestgehend vermieden werden. Er kann besonders kompakt dadurch ausgeführt werden, dass die Anordnung der Doppelspulen mit einer Kunststoffumspritzung versehen wird. Auch die auf der Lüftertrommel 3 angeordneten Permanentmagnete 8 können als eine Einheit kompakt aus Kunststoff vergossen oder verspritzt werden. Die Lüftertrommel 3 ist dabei aus einem amagnetischen Material, insbesondere Metall oder Kunststoff gefertigt, so dass die Anordnung bestehend aus Lüftertrommel 3 und Permanentmagneten 8 in einem Arbeitsgang, beispielsweise in einem Kunststoffspritzvorgang, hergestellt werden können.
Figuren 8 und 9 zeigen eine Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Trommellüfters 1 mit einer konischen Lüftertrommel 3. Zwischen den Trommelkränzen 4 sind Schaufeln 5a angeordnet, deren Längsachsen gegenüber der Läuferachse um einen Winkel von ca. 30° gekippt sind. Dadurch erstrecken sich die Flügel 5a in axialer Richtung aus der Sicht des vorderen Trommelkranzes 4 zunehmen nach außen. Der vordere Trommelkranz 4 ist scheibenförmig ausgeprägt und bildet einen Flansch, auf dem ein Magnetring 8' zentral angeordnet ist.
Der Magnetring 8' ist durch einen ringförmigen Träger 8" gebildet, auf dem stirnseitig entlang seines gesamten Umfangs eine Vielzahl Permanentmagnete 8 angeordnet ist, wobei die Permanentmagnete 8 in Umfangshchtung derart magnetisiert sind, dass ihre Nord- Südpole jeweils entgegengesetzt tangential zueinander gerichtet sind. Die ringförmige Anordnung der Permanentmagnete 8 wird von einem Doppelspulenstator 9 mit einer Vielzahl von Doppelspulen umgriffen. In Figur 8 ist beispielhaft eine Doppelspule dargestellt, wohingegen in Figur 9 zwei sich diametral gegenüberliegende Doppelspulen 9 gezeigt sind.

Claims

Ansprüche
1. Trommellüfter (1) mit einem Lüftermotor, welcher einen Stator (2, 9) und einen permanentmagnetischen Läufer aufweist, und mit einer Lüftertrommel (3), die zumindest einen ersten und einen zweiten, insbesondere jeweils endseitig der Lüftertrommel (3) angeordneten, Trommelkranz (4) mit dazwischen angeordneten Lamellen (5) oder Schaufeln (5a) aufweist, wobei die Lüftertrommel (3) Permanentmagnete(δ) trägt und den Läufer des Lüftermotors bildet, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (2) ein Doppelspulenstator (9) ist, der die Permanentmagnete(δ) umgreift.
2. Trommellüfter (1) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die
Lüftertrommel (3) zylindrisch ausgebildet ist und sich die Längsachsen der Lamellen (5) oder Schaufeln (5a) im Wesentlichen parallel zur Läuferachse erstrecken.
3. Trommellüfter (1) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die
Lüftertrommel (3) konisch ausgebildet ist und die Längsachsen der Lamellen (5) oder Schaufeln (5a) gegenüber der Läuferachse um einen Winkel nach außen gekippt sind.
4. Trommellüfter (1) nach Anspruch 1 , 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Permanentmagnete (8) auf oder in der Lüftertrommel (3) angeordnet sind.
5. Trommellüfter (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Permanentmagnete (8) einstückig mit der Lüftertrommel (3) ausgebildet, insbesondere mit ihr vergossen oder verspritzt sind.
6. Trommellüfter (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einige der Lamellen (5) oder Schaufeln (5a) oder zumindest einer der Trommelkränze (4) die Permanentmagnete (8) tragen bzw. trägt.
7. Trommellüfter (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Permanentmagnete (8) am axialen Ende der Lüftertrommel (3) oder im Bereich deren axialer Mitte umfänglich angeordnet sind.
8. Trommellüfter (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (2) innerhalb der Lüftertrommel (3) angeordnet ist.
9. Trommellüfter (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (2) außerhalb der Lüftertrommel (3) angeordnet ist.
10. Trommellüfter (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Stator (2) nur über einen Teil der axialen Länge der Lüftertrommel (3) erstreckt.
11. Trommellüfter (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (2) segmentiert ausgeführt ist.
12. Trommellüfter (1) nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass sich der Stator (2) nur über einen Teil des inneren oder äußeren Umfangs der Lüftertrommel (3) erstreckt.
13. Trommellüfter (1 ) nach einem der vorherigen Ansprühe, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (2, 9) stirnseitig der Lüftertrommel (3) angeordnet ist.
14. Trommellüfter (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Permanentmagnete (8) derart angeordnet sind, dass ihre Nord- Südpole jeweils entgegengesetzt tangential zueinander gerichtet sind.
15. Trommellüfter (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lüftertrommel (3) aus amagnetischem Stahl oder Kunststoff gefertigt ist.
16. Verfahren zur Herstellung eines Trommellüfters (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Lüftertrommel (3) durch einen Spritzvorgang, insbesondere einen Kunststoffspritzvorgang, hergestellt wird, bei dem die Permanentmagnete (8) umspritzt oder an die Lüftertrommel (3) angespritzt werden.
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