FI108669B

FI108669B - Blower

Info

Publication number: FI108669B
Application number: FI20010432A
Authority: FI
Inventors: Juhani Hyvaerinen; Sami Wainio; Reijo Kohonen; Ilkka T Ikonen; Matti Poeyhoenen; Jorma Rinta-Valkama; Kimmo Forsman
Original assignee: Flaekt Ab
Priority date: 2001-03-05
Filing date: 2001-03-05
Publication date: 2002-02-28
Also published as: DE60211661D1; EP1366299A1; WO2002070902A1; EP1366299B1; FI20010432A0; CA2438916A1; KR20030086263A; DE60211661T2; US20040086394A1; JP2004522897A

Abstract

Blower having a body, an impeller 4 with blades 42 establishing an essentially axial flow in a gaseous medium, an AC motor 5 driving the impeller, said AC motor having a stationary stator 52-54 and a rotating rotor, as well as a frequency converter 6 or inverter for controlling the AC motor, and where the rotor of the electric motor is connected to the impeller 4 along the periphery of the latter and the stator is arranged in the body of the blower outside the rotor such that the stator drives both the rotor and the impeller. The frequency converter 6 or the inverter is integrated into the stator or a part of it, such that an integral frequency or inverter controlled blower construction is formed. <IMAGE>

Description

108669108669

PUHALLINFAN

Keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 1 johdanto-osan mukainen puhallin, jossa on siipipyörä olennaisesti aksiaalisuuntaisen kaasuvirtauksen aikaan-5 saamiseksi, vaihtosähkömoottori siipipyörän pyörittämiseksi, jossa vaihtosäh-kömoottorissa on kiinteä staattori ja pyörivä roottori, sekä taajuusmuuttaja tai vaihtosuuntaaja vaihtosähkömoottorin ohjaamiseksi. Keksinnön kohteena on myös aksiaalipuhaltimen kotelo.The invention relates to a fan according to the preamble of claim 1 having a impeller for providing a substantially axial flow of gas, an AC motor for rotating the impeller, the AC motor having a fixed stator and a rotating rotor, and a frequency converter or inverter control motor. The invention also relates to an axial fan housing.

10 Erilaisia aksiaalipuhaltimia on tunnettu eri käyttötarkoituksiin jo vuosia. Perinteisissä aksiaalipuhaltimissa on ollut erillinen sähkömoottori, joka on voimansiirron välityksellä kytketty pyörittämään puhaltimen siipipyörää. Voimansiirto on tapahtunut esimerkiksi hihnavälityksen tai akseli-kytkin-akseli-väliyksen avulla. Moottorina on käytetty joko vaihto- tai tasasähkömoottoria. Vaihtosähkömootto-15 rin on rakenteeltaan yksinkertaisempi ja soveltuu siten useissa tapauksissa pa-J remmin puhaltimen käyttömoottoriksi. Lisäksi vaihtosähkömoottorin pyörimisno peutta voidaan säätää portaattomasti ja tarkasti taajuusmuuttajan avulla, jolloin moottorikäytön hyötysuhde on suuri ja rakenne yksinkertainen. Lisäksi taajuus-muuttajasta saatavan sinimuotoisen ulostulojännitteen ansiosta moottorikäyttö 20 on suhteellisen häiriötön ja äänetön.10 Various axial fans have been known for many applications for many years. Conventional axial fans have a separate electric motor, which is connected via a transmission to rotate the impeller of the fan. The transmission is effected, for example, by means of belt transmission or shaft-to-shaft-to-shaft spacing. The motor used is either an alternating or direct current motor. The AC electric motor-15 is simpler in construction and thus, in many cases, is better suited as a fan drive motor. In addition, the speed of the AC motor can be infinitely and accurately controlled by a frequency converter for high motor efficiency and simple construction. In addition, due to the sinusoidal output voltage from the frequency converter, the motor drive 20 is relatively smooth and silent.

Tunnetaan aksiaalipuhaltimia, joissa sähkömoottorin roottori on yhdistetty siipi-. : pyörään, jolloin puhaltimessa ja moottorissa on yhteinen runko ja kotelo, jolloin : .·. ei tarvita erillistä laakerointia eikä akselointia erikseen puhaltimelle ja moottoril- * 25 le. Tällainen aksiaalipuhallin on esitetty esimerkiksi US-patenttijulkaisussa 5,474,429, jossa sähkömoottorin staattori pyörittää siipipyörää ja sen ulkokehällä olevaa roottoria. Moottori voi olla kestomagneetilla magnetoitu tahtimoot-tori, jossa kestomagneetit on integroitu staattoriin. Tällöin moottorissa voidaan · käyttää suhteellisen pieniä ilmavälejä, jolloin moottorin suorituskyky paranee.Axial fans are known in which the rotor of the electric motor is connected to a wing. : a wheel with the fan and motor having a common frame and housing, in which:. no separate bearings or axles are required for the fan and motor * 25 separately. Such an axial blower is disclosed, for example, in U.S. Patent No. 5,474,429, wherein the stator of an electric motor rotates the impeller and a rotor on its periphery. The motor may be a permanent magnet magnetized synchronous motor in which the permanent magnets are integrated into the stator. In this case, relatively small air gaps can be used in the engine to improve engine performance.

30 Lisäksi, kun roottori on järjestetty siipipyörän ulkokehälle, siipipyörän laakerointi ei lämpene turhaan sähkömoottorin synnyttämän lämmön vuoksi niin kuin sil-' loin, kun sähkömoottori olisi asennettu lähelle laakeria. Roottorin ja staattorin sijaitseminen ulkokehällä poistaa laakerivirtojen aiheuttaman nopean laakerin kulumisen. Laakeri on näin ollen potentiaaliton.Further, when the rotor is disposed on the outer periphery of the impeller, the impeller bearing is not unnecessarily heated due to the heat generated by the electric motor, as would be the case if the electric motor were mounted near the bearing. The presence of a rotor and a stator on the periphery eliminates rapid bearing wear caused by bearing currents. The bearing is thus potential free.

35 · Epäkohtana tunnetun tekniikan mukaisissa aksiaalipuhaltimissa on niiden mo- nimutkainen rakenne, suuri koko ja siten suuri tilantarve erityisesti aksiaalisuun- 2 1 08 669 j nassa. Tämä johtuu erityisesti siitä, että puhallin ja sen moottorikäytön taajuus- muuttaja ovat erillisiä komponentteja. Lisäksi tunnettujen aksiaalipuhaltimien ongelmana on niiden suhteellisen huono käyttövarmuus ja asennuksen vaikeus, koska esimerkiksi taajuusmuuttajan asentaminen ja kytkeminen juuri kyseiseen 5 puhaltimeen vie paljon aikaa ja on suhteellisen hankalaa. Asennustyö joudutaan usein tekemään ahtaissa tiloissa, jolloin ylimääräinen erillisten komponenttien asennustyö lisää asennusaikaa ja myös asennuksen aiheuttamia kustannuksia merkittävästi.35 · A drawback with prior art axial fans is their complex construction, large size and thus high space requirements, particularly in the axial direction. This is in particular because the drive and its drive drive drive are separate components. In addition, known axial fans have a problem with their relatively poor reliability and difficulty in installation, since, for example, installing and connecting the drive to the particular fan in question takes a long time and is relatively difficult. The installation work often has to be done in confined spaces, whereby the extra installation work of separate components increases the installation time and the installation costs significantly.

10 Tämän keksinnön tarkoituksen on poistaa tunnetun tekniikan epäkohdat ja saada aikaan uudenlainen, taajuusmuuttajalla varustettu integraalipuhallin, jossa kaikki puhaltimen rakenneosat on integroitu yhdeksi kokonaisuudeksi. Keksinnön tarkoituksena on myös aikaansaada uudenlainen aksiaalipuhaltimen kotelo-rakenne, jossa samaan koteloon on järjestetty kaikki puhaltimen komponentit.The object of the present invention is to eliminate the drawbacks of the prior art and to provide a new type of integral fan with frequency converter in which all the components of the fan are integrated into one unit. It is also an object of the invention to provide a new type of axial fan casing structure in which all the fan components are arranged in the same casing.

1515

Yksityiskohtaisesti keksinnön mukaiselle aksiaalipuhaltimelle ja sen kotelolle tunnusomaiset piirteet on esitetty oheisissa patenttivaatimuksissa.In detail, the features of the axial fan according to the invention and its housing are set forth in the appended claims.

Keksinnön etuna on ennen kaikkea se, että saavutetaan erittäin kompakti ra-20 kenne, jossa ei tarvita erillisiä komponentteja, jolloin keksinnön mukaisen aksiaalipuhaltimen asennus on nopeaa ja yksinkertaista. Lisäksi keksinnön mukainen aksiaalipuhallin on aksiaalisuunnassa erittäin lyhyt, ja yhtenäisen kotelora-. ·.· kenteen ansiosta puhallin on hyvin suojattu ja erilaisten IP-luokitusten mukais- : ·. ·. ten puhallinrakenteiden valmistaminen on siten suhteellisen yksinkertaista.The advantage of the invention is above all that a very compact structure is achieved which does not require separate components, whereby the installation of the axial fan according to the invention is quick and simple. In addition, the axial blower according to the invention is very short in the axial direction, and has a continuous housing. Thanks to the field, the fan is well protected and has different IP ratings -:. ·. making fan designs is thus relatively simple.

' .j. 25 ’*·’·. Seuraavassa keksintöä selostetaan yksityiskohtaisemmin esimerkin avulla viit- “'. taamalla oheisiin piirustuksiin, joissa I · * » » *··* kuvio 1 esittää keksinnön mukaista aksiaalipuhallinta ja sen kotelon toista puoli- 30 kasta, ja ,,,: kuvio 2 esittää keksinnön mukaista aksiaalipuhallinta räjäytyskuvana.'.j. 25 '* ·' ·. The invention will now be explained in more detail by way of example, with reference to. 1, the axial blower according to the invention and the other half of its housing, and,, FIG. 2 is an exploded view of the axial blower according to the invention.

Kuvioissal ja 2 on esitetty keksinnön mukainen, esimerkiksi ilmastointijärjes-35 telmissä käytettävä aksiaalipuhallin, jolla aikaansaadaan aksiaalisuuntainen !,' ! ilmavirtaus. Puhaltimessa on muovinen, kahdesta toisiinsa esimerkiksi ruuveilla kiinnitettävästä puolikkaasta, etukannesta 1 ja takakannesta 2 koostuva kotelo, 3 108669 joka samalla toimii puhaltimen runkona. Etu- ja takakanteen 1, 2 on sovitettu | akseselitappii3, jolle on akseloitu puhaltimen muovinen puhallinpyörä 4. Puhal- linpyörässä on keskellä akselireikä 41 ja sen ympärillä puhallinsiivet 42 sovitettuina sisemmän sylinteriosan 43 ja toisen ulomman sylinterimäisen rengasosan 5 44 väliin.Figs. 2 and 2 show an axial fan according to the invention, for example used in air-conditioning systems, which provides an axial direction; the air flow. The fan is provided with a plastic casing 3 108669 consisting of two halves, for example screwed together, the front cover 1 and the back cover 2, which at the same time acts as a fan body. The front and back covers 1, 2 are fitted | an axle pin 3 on which is mounted an impeller fan impeller 4. The impeller has a central shaft bore 41 and a fan impeller 42 surrounded therebetween the inner cylinder member 43 and the second outer cylindrical ring member 44.

Puhallinpyörää 4 pyöritetään sähkömoottorikäytössä, jossa on tahtimoottori 5 ja sitä ohjaava, kolmivaiheiseen vaihtojänniteverkkoon tai keskikorkeaan tasavirta jännitteiseen verkkoon kytkettävä taajuusmuuttaja 6 tai vaihtosuuntaaja, josta 10 saadaan sinimuotoinen, taajuudeltaan ohjatusti vaihteleva ulostulojännite.The impeller 4 is rotated in an electric motor drive having a synchronous motor 5 and controlled by a frequency converter 6 or inverter 10 connected to a three-phase alternating voltage network or a medium-high-voltage voltage supply, which produces a sinusoidal frequency controlled output voltage.

Keksinnön mukaisessa aksiaalipuhaltimessa moottorin staattori on kiinnitetty koteloon puhaliinpyörän 4 ulkokehän ympärille ja roottori on yhdistetty puhallin-pyörään siten, että se muodostuu ulomman rengasosan 44 kehälle sovitetuista 15 kestomagneeteista 51. Staattori taas muodostuu neljästä puhaliinpyörän 4 ympärille symmetrisesti tasavälein sijoitetusta staattorisegmentistä, joissa on staattorirunko 52 ja sen kaarevalla sisäkehällä oleviin reikiin 53 käämitystiä staattorikäämityksistä 54. Kukin staaattorisegmentti muodostaa noin 45° seg-menttiosan puhaliinpyörän 4 kehältä.In the axial fan of the invention, the stator of the motor is mounted in a housing around the outer periphery of the impeller 4 and the rotor is connected to the impeller so that it is formed by 15 permanent magnets 51 the stator windings 54. Each stator segment forms a segment of about 45 ° from the periphery of the impeller 4.

2020

Kestomagneetit 51 ovat kaarevia kestomagneettipaloja, jotka on kiinnitetty sylinteriosan 44 kehälle. Kehässä oleva rautarengas estää magneettisten hiuk-, ·,· kasien tarttumisen/kiinnittymisen puhaliinpyörän sisäkehälle ilmavirrasta. Kaa- : ·. \ revat kestomagneetit 51 voidaan sijoittaa näin aivan siipipyörän 4 kehälle, jolloin 25 muovia tai muuta eristettä tarvita lainkaan sen ja staattorin välillä. Magneetin 51 ’ kaarevuus määräytyy siipipyörän 4 ulkokehän kaarevuuden mukaan. Kun mag- neetti on lähellä staattoria, eikä ilmavälissä ole eristävää muovimateriaalia, saadaan sama teho aikaan pienemmällä magneettimassalla. Tämä säästää '···' materiaalikustannuksia, vähentää siipipyörän pyörimisestä aiheutuvia hyrrävoi- 30 mia sekä vähentää tasapainotuksen tarvetta.The permanent magnets 51 are curved permanent magnet pieces mounted on the periphery of the cylinder member 44. The iron ring in the ring prevents the magnetic particles, ·, · the fingers from sticking to the inside of the impeller from the airflow. Kaa-: ·. Thus, the permanent magnets 51 can be placed just around the periphery of the impeller 4, whereby no plastic or other insulation is needed between it and the stator. The curvature of the magnet 51 'is determined by the curvature of the outer circumference of the impeller 4. When the magnet is close to the stator and there is no insulating plastic material in the air gap, the same power is achieved with a smaller magnetic mass. This saves '···' material costs, reduces gyratory forces caused by impeller rotation, and reduces the need for balancing.

Staattorisegmenteissä 52 taas on puhaltimen kotelon pysty- ja vaakareunojen suuntaiset ulkoreunat, jotka ovat vain hieman roottorin 4 ulkokehän tangentin suuntaisen tason ulkopuolella staattorin viemän tilan minimoimiseksi. Lisäksi 35 staattorisegmenteissä 52 voi olla kiinnitysreiät, joilla staattorisegmentit kiinnite-: i tään kotelossa oleviin kiinnitystappeihin.The stator segments 52 again have outer edges parallel to the vertical and horizontal edges of the fan housing which are only slightly outside the tangential plane of the rotor 4 to minimize the space occupied by the stator. Additionally, stator segments 52 may have fastening holes for attaching stator segments to fastening pins in the housing.

4 1086694, 108669

Sen lisäksi kotelo-osassa kiinnitystapit 21 sen kiinnittämiseksi toiseen kotelo-osaan, ja staattorin alapuolella ja samassa pitkittäisakselin A määräämää aksi-aalisuuntaa vasten kohtisuorassa tasossa väliseinällä 22 kahdesta staatto-risegmentistä erotettu tila 23 taajuusmuuttajaa 6 varten. Näin koko puhallin on 5 integroitu samaan koteloon 1, 2, joka on erittäin ohut, koska kaikki komponentit on sijoitettu samaan aksiaalisuuntaa vasten kohtisuoraan tasoon. Lisäksi kotelo 1, 2 toimii samalla asennusalustana, johon eri kiinteät komponentit voidaan kiinnittää asentaa ja kiinnittää, kuten edellä on esitetty. Siinä on siis kiinnityseli-met staattoria, laakereita ja taajuusmuuttajaa tai vaihtosuuntaajaa varten. Li-10 säksi asennusalusta toimii läpivientielimenä moottorijohdotukselle moottoriti-lasta taajuusmuuttajan tai vaihtosuuntaajan koteloon.In addition, in the housing part, fixing pins 21 for securing it to the other housing part, and below the stator and in the same plane perpendicular to the axial direction defined by the longitudinal axis A, are provided by a wall 23 separated from two static segments. Thus, the entire fan 5 is integrated into the same housing 1, 2, which is extremely thin, since all the components are placed in a plane perpendicular to the same axial direction. In addition, the housing 1, 2 serves as the same mounting bracket on which the various fixed components can be mounted and mounted as described above. It thus has fastening elements for the stator, bearings and the drive or inverter. In addition, the Li-10 mounting platform acts as a lead-in member for motor wiring from the motor space to the drive or inverter housing.

Alan ammattimiehelle on selvää, että keksinnön eri sovellutusmuodot eivät rajoitu yksinomaan edellä esitettyyn esimerkkiin, vaan ne voivat vaihdella jäljem-15 pänä esitettävien patenttivaatimusten puitteissa. Niinpä keksinnön mukaiseen aksiaalipuhalitmeen voidaan liittää ohjaimia, joilla puhaltimesta saatavan ilmavirran suuntaa muutetaan halutulla tavalla.It will be apparent to one skilled in the art that various embodiments of the invention are not limited to the above example, but may vary within the scope of the following claims. Thus, guides can be connected to the axial blower according to the invention to change the direction of the air flow from the blower as desired.

f * * * i I · » »f * * * i I · »»

Claims

A fan having a frame, impeller (4) with blades (42) for providing a substantially axial flow of gaseous medium, an electric actuator (5) for rotating the impeller having a fixed stator (52-54) and a rotating rotor, and a frequency converter. (6) or inverter for controlling the AC motor, wherein the rotor of the electric motor is connected to the impeller (4) on its outer periphery and the stator is arranged on the fan body outside the rotor such that the stator rotates both the rotor and the impeller; integrated with the stator or part thereof to form a unitary, frequency converter or inverter controlled fan structure.

Fan according to Claim 1, characterized in that the frequency converter (6) or inverter is arranged in a plane substantially perpendicular to the stator or a part thereof, for example below the stator or part thereof.

Blower according to claim 1, characterized in that the stator is divided into four segments arranged symmetrically outside the rotor.

• · • · »·« ·.! A fan according to claim 3, characterized in that the stator run (52) has substantially straight outer sides parallel to the outer sides of the fan ;;;; which are just slightly outside the plane of the · ··· plane tangent to the impeller.

Blower according to claim 1, wherein the motor is a synchronous motor with permanent magnets, characterized in that the permanent magnets (51) are arranged on the outer periphery of the impeller.

• *. Blower according to Claim 5, characterized in that the permanent magnets (51) are curved. 35

5, 108669

A housing for a fan having a body, a fan impeller (4) with blades (42) for providing a substantially axial flow of gaseous medium 6 108669, an AC motor (5) for rotating the impeller, the AC motor having a fixed stator (52-54) and , and a frequency converter (6) or inverter for controlling the AC motor, and wherein the rotor of the electric motor is connected to the impeller (4) on its outer periphery and the stator 5 is arranged on the fan body outside the rotor so that the stator rotates both the rotor and impeller impeller arrangement (3) and a space (23) for the inverter or inverter such that the inverter (6) or inverter is integrated with the stator or part thereof to form a coherent, encapsulated and frequency converter converter or inverter controlled fan design.

Housing according to Claim 7, characterized in that the housing is made up of two interconnecting halves, preferably the front and the rear (1,2).

Housing according to Claim 7, characterized in that the housing forms a mounting base having fastening means for a stator, bearings and a frequency converter or inverter, and the mounting base acts as a lead-in element for motor wiring from the motor space to the drive or inverter housing. • * · • · · * •• I · '* * ♦ »108669 7