WO2010031475A2 - Elektromotor - Google Patents

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WO2010031475A2
WO2010031475A2 PCT/EP2009/005962 EP2009005962W WO2010031475A2 WO 2010031475 A2 WO2010031475 A2 WO 2010031475A2 EP 2009005962 W EP2009005962 W EP 2009005962W WO 2010031475 A2 WO2010031475 A2 WO 2010031475A2
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electric motor
housing
motor according
wings
motor housing
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PCT/EP2009/005962
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Inventor
Jürgen Schnepf
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DüRR DENTAL AG
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Publication date
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K9/00—Arrangements for cooling or ventilating
    • H02K9/08—Arrangements for cooling or ventilating by gaseous cooling medium circulating wholly within the machine casing
    • H—ELECTRICITY
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    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K9/00—Arrangements for cooling or ventilating
    • H02K9/14—Arrangements for cooling or ventilating wherein gaseous cooling medium circulates between the machine casing and a surrounding mantle
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    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
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    • H02K1/20—Stationary parts of the magnetic circuit with channels or ducts for flow of cooling medium
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    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K5/00—Casings; Enclosures; Supports
    • H02K5/04—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof
    • H02K5/18—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof with ribs or fins for improving heat transfer

Definitions

  • the invention relates to an electric motor, in particular for use on a suction machine, comprising a motor housing, a rotor and a stator which carries a winding arrangement which has at least one head section in the axial direction.
  • the heat loss generated in the windings of the stator and in the rotor is generally dissipated via the iron core of the electric motor to a motor housing, which dissipates the excess heat to the surroundings.
  • the windings, and in particular the winding heads do not have good heat-conducting contact with the iron core, so that the heat loss accumulates in the end windings.
  • Rz must have a voltage and frequency broadband for which according to the Medical Devices Act (MPG) additionally a tolerance of + -10% is provided, further aggravates this problem. If a single-phase motor is used, the required capacitors also contribute to the temperature problem.
  • MPG Medical Devices Act
  • a circulation device which generates an air flow in the interior of the motor housing at the at least one head portion of the winding assembly. This air flow allows convection to additionally dissipate heat from the winding heads and, depending on the guide, also from the rotor.
  • the motor housing has a heat sink, at which the air flow cools.
  • the circulation device is designed in such a way that air is sucked out of the head section of the windings in a central region and is conveyed outward with a radial flow component.
  • This sense of circulation of the air flow is particularly advantageous if the dissipated heat in the outer region of the winding arrangement is greater than in the interior, so that cold air as possible meets the outside of the winding arrangement.
  • the circulation device ur ⁇ ank a fan, which is rotatably connected to the rotor, preferably with the shaft.
  • the fan ensures a sufficiently strong circulating air flow to dissipate enough heat.
  • the fan wheel on curved or flat wings, which have a radial extension component.
  • a fan is able to promote air from the inside outward against the wall of the motor housing.
  • a tangential plane intersects the inner end of the wings with the axis of rotation of the rotor.
  • This embodiment of the wings is particularly easy to manufacture, since the inner ends of the wings can be arranged on a sleeve forming the axis of rotation of the rotor.
  • the fan wheel has a, preferably rotationally symmetrical, guide disk, which at least partially covers the free backs of the blades.
  • a disk-shaped guide disk separates a suction region from an outlet region of the impeller, so that an air short circuit is prevented and a good circulating air flow can be generated.
  • the guide plate covers the wings on the winding side, so that the sucked cooled air is first drawn over the winding arrangement.
  • the idler advantageously comprise a central axial port. This axial connecting piece carries the air flow and thus allows the inner region of the winding arrangement to reach far inward cooling.
  • the guide disk has a hollow-cone-shaped section with a large opening angle, the opening angle being greater than 120 ° and less than 180 °, and preferably between 150 ° and 170 °.
  • This funnel-shaped section guides the air flow in a streamlined manner over the winding arrangement and forces it to also enter the annular space defined by the head section.
  • the baffle covers the wings, leaving a radially outer, free portion exposed, wherein the radial extent of the free portion between 10% and 40%, preferably between 25% and 35%, the radial dimension of the wings.
  • the motor housing has an inner surface, and it remains between the outer end of the wings and the inner surface of the motor housing, a distance of 5% to 20%, preferably 7%, of the diameter of the inner surface.
  • the fan wheel can have a guide disk which at least partially covers the blades of the fan wheel on the side facing away from the winding arrangement.
  • the air flow can be promoted on a shortest possible way and without turbulence by the fan opposite housing contours to the outside against the wall of the motor housing.
  • the guide disk is channel-shaped.
  • an outer housing and a politicianslmultiplerad be provided to produce a cooling the motor housing airflow.
  • the outer housing surrounds the motor housing at a distance
  • ambient air can flow between the outer housing and the motor housing so that the motor housing is cooled in the circumferential direction.
  • the distance is uniform, so that the cooling of the motor housing is uniform
  • the motor housing may have ribs, which preferably run along a generatrix of the motor housing and on which the outer housing is mounted. As a result, the heat exchange surface between the motor housing and passing ambient air is increased. At the same time you get a secure fit of the outer housing on the motor housing.
  • passages can be provided between the motor housing and the stator, via which air is also guided past a second head section of the winding arrangement.
  • the other head section of the winding arrangement can also be cooled.
  • passages for air can advantageously be provided between rotor and shaft or between rotor and stator.
  • such an electric motor according to one of the previous embodiments can be used on a suction machine, in particular for use on dental workplaces.
  • a portion of the motor housing, which encloses the head portion of the winding assembly, is integrally formed on a housing part of the suction machine.
  • the suction machine is compact and you get a forced orientation on the barrel axis of the moving part of the suction machine.
  • the outer housing is placed on the ribs of the sleeve-shaped wall so that an annular space remains between the outer housing and the motor housing and thereby ambient air can be used for cooling.
  • the outer housing axially overlap the sleeve-shaped wall, so that the sleeve-shaped wall can be efficiently cooled.
  • the shaft of the electric motor is likewise connected to the external fan, the circulation device, and the suction machine.
  • the required components are driven by the electric motor.
  • the liquid separator can be integrated compactly with the suction machine into a suction unit.
  • Figure 1 a longitudinal section through an inventive
  • Figure 2 is a perspective view of an internal fan of an electric motor of the suction unit of Figure 1;
  • Figure 3 is a plan view of the fan wheel of Figure 2;
  • Figure 4 is a section through the fan of Figure 3 along the local line A-A;
  • FIG 5 shows a longitudinal section through a suction unit according to a second embodiment.
  • Description of preferred embodiments 1 shows is an axial section through a substantially rotationally symmetrical suction unit 10 with an integrated liquid separation as it applies comparable with the Be ⁇ treatment of patient at a dental work to suck the liquid / air mixture from the Mundhöh ⁇ le of the patient.
  • the suction unit 10 shown has three functional units from top to bottom: a drive unit 12, a side channel suction machine 14 and a liquid separator 16.
  • the suction unit 10 is seated on a vibration and noise insulating substructure 18 which surrounds the remplisstechniksab ⁇ separator 16 and has four height-adjustable feet 20, by means of which the suction machine 10 can be aligned vertically.
  • the drive unit 12 comprises a fabricated from aluminum die-cast two-part motor housing 22 which includes a obe ⁇ res cup-shaped housing part 24 and a lower housing part 26th
  • an electric motor 27 is arranged, which may be an asynchronous motor, for example, a squirrel cage rotor for operation with three-phase current or with single-phase current.
  • a stator 28 with windings 30 of the electric motor 27 is press-fitted in the upper housing part 24.
  • a rotor 32 is arranged, which is non-rotatably connected to a motor shaft 34.
  • the motor shaft 34 is mounted in an upper end region via a ball bearing 36 in the end wall of the upper housing part 24.
  • a External fan 40 rotatably ver ⁇ screwed with the motor shaft 34.
  • the lower housing part 26 is ⁇ formed on an upper housing part 44 of the side channel suction machine 14 and limited with its inner surface 45 and the upper housing part 22 a disc-shaped head space 46 which surrounds the axial motor shaft 34.
  • the headroom 46 is bounded above by a head portion 48 of the windings 30 of the stator 28.
  • a fan 50 rotates, which is rotatably connected to the motor shaft 34 and described below with reference to Figures 2 to 4.
  • the fan 50 is secured in the axial direction by a locking ring 52.
  • the lower housing part 26 has lower cooling ribs 54 which extend substantially in the longitudinal direction.
  • the upper Ge ⁇ casing part 24 carries on its outside upper cooling fins 56, which likewise extend in the longitudinal direction and flush with the lower cooling fins 54th
  • the upper housing part 24 also carries on upper cooling fins 56 an outer housing
  • the outer housing 60 which surrounds the upper housing part 24 and the originallylmodeerrad 40 and engages over a portion of the lower cooling fins 54 of the lower housing part 26 axially under radial play.
  • the outer housing 60 Above the outer fan wheel 40, the outer housing 60 has air slots 62.
  • the side channel suction machine 14 located below the drive unit 12 has a housing 63, which encloses the upper housing part 44, on which the lower housing part 26 is formed, and also housing housing likewise made of die-cast aluminum.
  • terteil 64 includes.
  • the lower housing part 64 delimits a teili-shaped groove 66 which, together with an aligned teilorusförmigen groove 68 in the upper housing part 44 defines a circumferential rotationally symmetrical working space 70 whose cross-section corresponds to a rectangle with semi-circles placed on the narrow side.
  • an impeller 74 which is rotatably connected via a spring 76 to the motor shaft 34.
  • the impeller 74 has a plurality of evenly distributed pockets 78, which communicate with the working space 70.
  • the liquid separator 16 is arranged, which is driven by a shaft 80 which is rotationally fixedly connected to the motor shaft 34 in alignment.
  • the shaft 80 drives via radial vanes 81 a rotationally symmetrical circumferential cyclone wall 82, which is convex inwardly.
  • a cylindrical outer cyclone wall is arranged below the side channel suction machine 14, which is driven by a shaft 80 which is rotationally fixedly connected to the motor shaft 34 in alignment.
  • the shaft 80 drives via radial vanes 81 a rotationally symmetrical circumferential cyclone wall 82, which is convex inwardly.
  • a discharge pump wheel is for discharge of separated liquid
  • Liquid / air mixture is shown at 86.
  • FIGS 2, 3 and 4 show an embodiment of the fan 50, which may be made for example of temperature-resistant plastic or metal.
  • the fan 50 has eight radially extending planar wings 88 which are distributed uniformly around the circumference. ' In the center of the fan 50 is a hub portion 100 whose inner diameter of the outer diameter of the motor shaft 34 in the area in which the fan 50 is arranged corresponds.
  • the lower end of the hub portion 100 carries the wings 88.
  • An upper portion of the hub portion 100 carries eight bead-like axial ribs 102 which are aligned with the wings 88.
  • the hub part 100 On the inner side of the hub part 100 opposite the ribs 102, the hub part 100 also has axial longitudinal grooves 104 which, in conjunction with complementary ribs of the motor shaft 34, enable a rotationally fixed tongue and groove connection for the fan wheel 50.
  • the radial wings 88 carry on their upwardly directed spine 106 a substantially annular baffle 108 which covers a central portion of the wings 88, wherein the wings 88 project beyond the baffle 108 with about 30% of its total blade length and a radially inner free section of the wings 88 also corresponds to approximately 30% of the total wing length.
  • This inner free portion surrounding the has Leit ⁇ disc 108 has a designed as axial stem 110 portion which adjoins the radially outwardly by a frustoconical portion 112 w a large opening angle of approximately 170 °.
  • the guide disc 108 In the installed state of the fan 50, the guide disc 108 therefore covers a central portion of the winding-side back 106 of the fan 50 from.
  • grooves 114 extending in the outer side of the stator are introduced in the longitudinal direction, through which air can reach an upper head section 116 of the windings 30. Further, in the outside of the rotor 32 grooves 118 are provided by which the air can flow back into the lower region of the drive unit 12 back. The grooves 118 can be omitted with sufficient gap between the rotor 32 and stator 28.
  • the fan 50 of the embodiment of Figure 5 also has in addition to the idler pulley 108 on a guide ⁇ disc 119 which facing away from the coil assembly side of the wing 88 is covered.
  • the described suction unit 10 operates as follows:
  • a liquid / air mixture is fed into the interior of the circulating cyclone wall 82.
  • the liquid constituents of the liquid / air mixture are then separated by the centrifugal forces which occur and discharged from the liquid separator 16 via the discharge pump wheel 84 and a liquid outlet (not shown).
  • the air portion of the liquid / air mixture is drawn further into the working space 70 of the side channel suction machine 14 and then discharged to the outside via an air outlet (not shown).
  • the drive of the side channel suction machine 14 and the liquid separator 16 is implemented via the formed in the drive unit 12 electric motor 27.
  • the warm air to the serving as a heat sink lower housing part 26 give off heat and cool air in turn between the guide plate 108 and the head portion 48 of the windings 30 flow inward.
  • the thus generated circulating air flow therefore ensures by convection for efficient heat removal from the head portion 48 of the windings 30th T / EP2009 / 005962
  • the operation of the second embodiment differs from that of the first embodiment in that the circulating air flow through the grooves 114 and 118 also covers the upper head portion of the coil assembly.
  • a second fan wheel and a second head space could be provided at the upper head section of the electric motor, which then form a second circulating device, which is analogous to the first circulating device 120 described above.

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Abstract

Ein Elektromotor (27) insbesondere zur Verwendung an einer Saugmaschine (14), hat ein Motorgehäuse (22), einen Rotor (32) und einem Stator (28), der eine Wicklungsanordnung (30) trägt, die in axialer Richtung mindestens einen Kopfabschnitt (48) aufweist. Dabei ist eine Zirkulationseinrichtung (50) vorgesehen, die im Inneren des Motorgehäuses (22) bei dem mindestens einen Kopfabschnitt (48) der Wicklungsanordnung (30) eine Luftströmung erzeugt.

Description

Elektromotor
Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen Elektromotor, insbesondere zur Verwendung an einer Saugmaschine, mit einem Motorgehäuse, einem Rotor und einem Stator, der eine Wicklungsanordnung trägt, die in axialer Richtung mindestens einen Kopfabschnitt aufweist.
Beschreibung des Standes der Technik
Bei einem Elektromotor wird die in den Wicklungen des Stators und im Rotor entstehende Verlustwärme in der Regel über das Eisenpaket des Elektromotors an ein Motorgehäuse abgeführt, das die überschüssige Wärme an die Umgebung ab- gibt. Die Wicklungen, und insbesondere die Wickelköpfe, haben aber bedingt durch das die einzelnen Drähte und die Wicklungen umgebende Isolationsmaterial keinen guten Wärmeleitkontakt mit dem Eisenpaket, sodass sich die Verlustwärme in den Wickelköpfen anstaut. Da bei einem Elektromotor, der in medizinischen Geräten eingesetzt wird, gemäß der europäischen Norm EN 60601, welche die Sicherheit von e- lektrischen Geräten in einer Patientenumgebung gewährleisten soll, eine maximale Wicklungstemperatur einzuhalten ist, stellen insbesondere die aufgrund der schlechten Wär- meabfuhr sehr heißen werdenden Wickelköpfe ein Problem dar. Bei knapp dimensionierten und damit preisgünstigen Motoren ist die Einhaltung der Temperaturvorgabe besonders schwierig. Insbesondere bei Asynchronmotoren, die aufgrund der marktüblichen Stromnetze mit Spannungen zwischen 220 V und 240 V und unterschiedliche Netzfrequenzen von 50 Hz und 60 009/005962
Rz eine spannungsmäßige und frequenzmäßige Breitbandigkeit aufweisen müssen, für die nach dem Medizinproduktegesetz (MPG) zusätzlich eine Toleranz von +-10 % vorzusehen ist, verschärft sich dieses Problem weiter. Wird ein Einphasen- motor verwendet, tragen zudem die benötigten Kondensatoren zu der Temperaturproblematik bei.
Aufgabe und Lösung
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Elektromotor anzugeben, bei dem die Wärmeabfuhr verbessert ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass eine Zirkulationseinrichtung vorgesehen ist, die im Inneren des Motorgehäuses bei dem mindestens einen Kopfabschnitt der Wicklungsanordnung eine Luftströmung erzeugt. Diese Luftströmung ermöglicht durch Konvektion zusätzlich Wärme von den Wicklungsköpfen und je nach Führung auch vom Rotor abzuführen.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Motorgehäuse eine Wärmesenke aufweist, an der sich die Luftströmung abkühlt. Dadurch kann die Wärme, die die Luft von den Wicklungen und dem Rotor aufgenom- men hat, an das Gehäuse abgegeben werden, so dass die zirkulierende Luftströmung abgekühlt wieder in den Bereich der Wicklungsanordnung einströmt.
Bei einer anderen vorteilhaften Weiterbildung ist die Zir- kulationseinrichtung derart ausgelegt, dass in einem zentralen Bereich Luft aus dem Kopfabschnitt der Wicklungen abgesaugt wird und mit radialer Strömungskomponente nach außen gefördert wird. Dieser Umlaufsinn der Luftströmung ist insbesondere dann von Vorteil, wenn die abzuführende Wärme im Außenbereich der Wicklungsanordnung größer ist als im Innenbereich, so dass möglichst kalte Luft auf den Außenbereich der Wicklungsanordnung trifft.
Bei einer anderen vorteilhaften Weiterbildung urαfasst die Zirkulationseinrichtung ein Lüfterrad, das mit dem Rotor, vorzugsweise mit dessen Welle, drehfest verbunden ist. Das Lüfterrad sorgt für eine ausreichend stark zirkulierende Luftströmung, um genügend Wärme abzuführen.
Vorteilhaft weist das Lüfterrad gekrümmte oder ebene Flügel auf, die eine radiale Erstreckungskomponente haben. Ein solches Lüfterrad ist in der Lage Luft aus dem Innenbereich nach außen gegen die Wand des Motorgehäuses zu fördern.
Weiter vorteilhaft schneidet eine tangentiale Ebene an das innenliegende Ende der Flügel die Drehachse des Rotors. Diese Ausgestaltung der Flügel ist besonders einfach in der Herstellung, da die innenliegenden Enden der Flügel an einer die Drehachse des Rotors bildenden Hülse angeordnet sein können.
Gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist das Lüfterrad eine, vorzugsweise rotationssymmetrische, Leitscheibe auf, die freie Rücken der Flügel zumindest teilweise abdeckt. Eine solche kreisscheibenförmige Leitscheibe trennt einen Ansaugbereich von einem Auslassbereich des Flügelrads, so dass ein Luftkurzschluss unterbunden wird und eine gut zirkulierende Luftströmung erzeugt werden kann.
Vorteilhaft überdeckt die Leitscheibe die Flügel dabei wicklungsseitig, sodass die angesaugte gekühlte Luft zuerst über die Wicklungsanordnung gezogen wird. Ferner kann die Leitscheibe vorteilhaft einen mittigen axialen Stutzen umfassen. Dieser axiale Stutzen führt die Luftströmung und ermöglicht so beim Innenbereich der Wicklungsanordnung eine bis weit nach innen reichende Kühlung.
Weiter vorteilhaft weist die Leitscheibe einen hohlkegel- stumpfförmigen Abschnitt mit einem großen Öffnungswinkel auf, wobei der Öffnungswinkel größer als 120° und kleiner als 180° ist und vorzugsweise zwischen 150° und 170° liegt. Dieser trichterförmige Abschnitt führt die Luftströmung strömungsgünstig über die Wicklungsanordnung hinweg und zwingt sie, auch in den durch den Kopfabschnitt begrenzten Ringraum einzutreten.
Weiter vorteilhaft überdeckt die Leitscheibe die Flügel und lässt dabei einen radial außenliegenden, freien Abschnitt frei, wobei die radiale Erstreckung des freien Abschnitts zwischen 10% und 40%, vorzugsweise zwischen 25% und 35%, der radialen Abmessung der Flügel beträgt.
Nach einer anderen vorteilhaften Weiterbildung hat das Motorgehäuse eine Innenfläche, und es verbleibt zwischen dem außenliegenden Ende der Flügel und der Innenfläche des Motorgehäuses ein Abstand von 5% bis 20%, vorzugsweise 7%, des Durchmessers der Innenfläche.
Vorteilhaft kann das Lüfterrad eine Führungsscheibe aufweisen, welche die Flügel des Lüfterrads auf der von der Wicklungsanordnung abgewandten Seite zumindest teilweise über- deckt. Damit kann die Luftströmung auf einem möglichst kurzen Weg und ohne Verwirbelung durch dem Lüfterrad gegenüberliegende Gehäusekonturen nach außen gegen die Wand des Motorgehäuses gefördert werden. Um annähernd laminare Strömungsverhältnisse zu erreichen, ist es vorteilhaft, wenn die Führungsscheibe rinnenförmig ausgebildet ist.
Vorteilhaft können ein Außengehäuse und ein Außenlüfterrad vorgesehen sein, um einen das Motorgehäuse kühlenden Luftstrom zu erzeugen.
Umgibt das Außengehäuse das Motorgehäuse unter Abstand, so kann Umgebungsluft zwischen Außengehäuse und Motorgehäuse hindurch strömen, sodass das Motorgehäuse in Umfangsrich- tung gekühlt wird. Vorzugsweise ist der Abstand gleichförmig, so dass auch die Kühlung des Motorgehäuses gleichförmig erfolgt
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung kann das Motorgehäuse Rippen aufweisen, die vorzugsweise längs einer Mantellinie des Motorgehäuses verlaufen und auf die das Außengehäuse aufgesetzt ist. Dadurch wird die Wärmetauschfläche zwischen Motorgehäuse und vorbeiströmender Umgebungsluft vergrößert. Zugleich erhält man einen sicheren Sitz des Außengehäuses auf dem Motorgehäuse.
Bei einer anderen vorteilhaften Weiterbildung können zwi- sehen dem Motorgehäuse und dem Stator Durchgänge vorgesehen sein, über welche Luft auch an einem zweiten Kopfabschnitt der Wicklungsanordnung vorbeigeführt wird. Dadurch kann auch der andere Kopfabschnitt der Wicklungsanordnung ge¬ kühlt werden.
Damit eine zirkulierende Luftströmung erzeugt werden kann, die sich auch auf den anderen Kopfabschnitt des Elektromotors erstreckt, können vorteilhaft zwischen Rotor und Welle oder zwischen Rotor und Stator Durchgänge für Luft vorgese- hen sein. Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung kann ein solcher Elektromotor nach einer der vorherigen Ausgestaltungen an einer Saugmaschine, insbesondere zum Einsatz an dentalen Arbeitsplätzen, verwendet werden.
Bei einer derartigen Verwendung ist es vorteilhaft, wenn ein Abschnitt des Motorgehäuses, der den Kopfabschnitt der Wicklungsanordnung umschließt, an ein Gehäuseteil der Saug- maschine angeformt ist. Dadurch ist die Saugmaschine kompakt aufgebaut und man erhält eine zwangsweise Ausrichtung auf die Laufachse des bewegten Teils der Saugmaschine.
Um eine effiziente Kühlung dieses Abschnitts des Motorge- häuses zu ermöglichen, ist es vorteilhaft, wenn das Gehäu¬ seteil der Saugmaschine Rippen auf einer hülsenförmigen Wand trägt, welche den unteren Teil des Motorgehäuses des Elektromotors bildet.
Bei dieser Verwendung kann es besonders vorteilhaft sein, dass das Außengehäuse auf den Rippen der hülsenförmigen Wand so aufgesetzt ist, dass zwischen dem Außengehäuse und dem Motorgehäuse ein Ringraum verbleibt und dadurch Umgebungsluft zur Kühlung verwendet werden kann.
Weiter vorteilhaft kann das Außengehäuse die hülsenförmige Wand axial überlappen, sodass auch die hülsenförmige Wand effizient gekühlt werden kann.
Bei einer Verwendung des Elektromotors an einer Saugmaschine ist es insbesondere vorteilhaft, wenn die Welle des E- lektromotors gleichermaßen mit dem Außenlüfter, der Zirkulationseinrichtung, und der Saugmaschine verbunden ist. Dadurch werden die benötigten Komponenten von dem Elektro- motor angetrieben. Weiter vorteilhaft kann vorgesehen sein, dass zusätzlich ein Flüssigkeitsabscheider über die Welle angetrieben ist. Damit kann der Flüssigkeitsabscheider kompakt mit der Saug- maschine zu einer Saugeinheit integriert werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbei¬ spiels anhand der Zeichnungen. Darin zeigen:
Figur 1: einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße
Saugeinheit;
Figur 2 eine perspektivische Darstellung eines innenliegenden Lüfterrads eines Elektromotors der Saugeinheit nach Figur 1;
Figur 3 eine Draufsicht auf das Lüfterrad von Figur 2;
Figur 4 einen Schnitt durch das Lüfterrad von Figur 3 längs der dortigen Linie A-A;
Figur 5 einen Längsschnitt durch eine Saugeinheit gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.
Es sei darauf hingewiesen, dass manche Schraffuren der Zeichnungen Artefakte enthalten, insbesondere Unterbrechun- gen der Schraffur und Wechsel der Richtung der Schraffur in abgewinkelten Teilen, die durch das verwendete CAD-System bedingt sind.
Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele Figur 1 zeigt einen axialen Schnitt durch eine im Wesentlichen rotationssymmetrisch ausgebildete Saugeinheit 10 mit integrierter Flüssigkeitsabscheidung, wie sie bei der Be¬ handlung von Patienten an einem dentalen Arbeitsplatz ver- wendet wird, um Flüssigkeits-/Luftgemische aus der Mundhöh¬ le des Patienten abzusaugen. Die gezeigte Saugeinheit 10 weist von oben nach unten drei Funktionseinheiten auf: Eine Antriebseinheit 12, eine Seitenkanal-Saugmaschine 14 und einen Flüssigkeitsabscheider 16.
Die Saugeinheit 10 sitzt auf einem schwingungs- und geräuschdämmenden Unterbau 18 auf, der den Flüssigkeitsab¬ scheider 16 umgreift und der über vier höhenverstellbare Standfüße 20 verfügt, mit deren Hilfe die Saugmaschine 10 lotrecht ausgerichtet werden kann.
Die Antriebseinheit 12 weist ein aus Aluminiumdruckguss gefertigtes zweigeteiltes Motorgehäuse 22 auf, das ein obe¬ res becherförmiges Gehäuseteil 24 und ein unteres Gehäuse- teil 26 umfasst.
Im Motorgehäuse 22 ist ein Elektromotor 27 angeordnet, der ein Asynchronmotor, beispielsweise ein Kurzschlussläufer zum Betrieb mit Drehstrom oder auch mit einphasigem Strom sein kann.
Ein Stator 28 mit Wicklungen 30 des Elektromotors 27 sitzt in Presspassung in dem oberen Gehäuseteil 24. In einem mittigen Rotorraum des Stators 28 ist ein Rotor 32 angeordnet, der drehfest mit einer Motorwelle 34 verbunden ist. Die Motorwelle 34 ist in einem oberen Endbereich über ein Kugellager 36 in der Stirnwand des oberen Gehäuseteils 24 gelagert. An einem über das obere Gehäuseteil 24 hinausgeführten oberen Endabschnitt 38 der Motorwelle 34 ist ein Außenlüfterrad 40 drehfest mit der Motorwelle 34 ver¬ schraubt .
Im axial gegenüberliegenden unteren Bereich der Motorwelle 34 ist diese über ein Rillenkugellager 42 im unteren Gehäuseteil 26 gelagert. Das untere Gehäuseteil 26 ist an ein Gehäuseoberteil 44 der Seitenkanal-Saugmaschine 14 ange¬ formt und begrenzt mit seiner Innenfläche 45 und dem oberen Gehäuseteil 22 einen scheibenförmigen Kopfraum 46, der die axiale Motorwelle 34 umgibt.
Der Kopfräum 46 ist oben durch einen Kopfabschnitt 48 der Wicklungen 30 des Stators 28 begrenzt. Im Kopfräum 46 läuft ein Lüfterrad 50 um, das drehfest mit der Motorwelle 34 verbunden ist und unten mit Bezug auf die Figuren 2 bis 4 näher beschrieben wird. Das Lüfterrad 50 ist in axialer Richtung durch einen Sicherungsring 52 gesichert.
Gleichmäßig um seine Außenfläche verteilt weist das untere Gehäuseteil 26 untere Kühlrippen 54 auf, die sich im Wesentlichen in Längsrichtung erstrecken. Auch das obere Ge¬ häuseteil 24 trägt an seiner Außenseite obere Kühlrippen 56, die sich ebenfalls in Längsrichtung erstrecken und mit den unteren Kühlrippen 54 fluchten. Das obere Gehäuseteil 24 trägt ferner auf oberen Kühlrippen 56 ein Außengehäuse
60, welches das obere Gehäuseteil 24 und das Außenlüfterrad 40 umschließt und einen Teilabschnitt der unteren Kühlrippen 54 des unteren Gehäuseteils 26 axial unter radialem Spiel übergreift. Oberhalb des Außenlüfterrads 40 weist das Außengehäuse 60 Luftschlitze 62 auf.
Die unter der Antriebseinheit 12 liegende Seitenkanal- Saugmaschine 14 hat ein Gehäuse 63, das das Gehäuseoberteil 44, an dem das untere Gehäuseteil 26 ausgebildet ist, und in ebenfalls aus Aluminiumdruckguss gefertigtes Gehäuseun- terteil 64 umfasst. Das Gehäuseunterteil 64 begrenzt eine teiltorusförmige Rinne 66, die zusammen mit einer fluchtenden teiltorusförmigen Rinne 68 im Gehäuseoberteil 44 einen umlaufenden rotationssymmetrischen Arbeitsraum 70 begrenzt, dessen Querschnitt einem Rechteck mit auf die Schmalseite aufgesetzten Halbkreisen entspricht.
Zwischen Gehäuseoberteil 44 und Gehäuseunterteil 64 sitzt auf einem aus der Antriebseinheit 12 herausragenden Ab- schnitt 72 der Motorwelle 34 ein Laufrad 74, das über eine Feder 76 drehfest mit der Motorwelle 34 verbunden ist. An seinem Umfang weist das Laufrad 74 eine Vielzahl gleichmäßig verteilter Taschen 78 auf, die mit dem Arbeitsraum 70 in Verbindung stehen.
Unterhalb der Seitenkanal-Saugmaschine 14 ist der Flüssigkeitsabscheider 16 angeordnet, der über eine Welle 80 angetrieben wird, die fluchtend drehfest mit der Motorwelle 34 verbunden ist. Die Welle 80 treibt über radiale Flügel 81 eine rotationssymmetrisch umlaufende Zyklonwand 82 an, die nach innen konvex ist. Eine zylindrische äußere Zyklonwand
83 ist feststehend. Unterhalb der Zyklonwand 82 ist zum Austragen abgeschiedener Flüssigkeit ein Austragpumpenrad
84 angeordnet, das ebenfalls von der Welle 80 angetrieben wird. Ein Gemischeinlass zum Einbringen eines zu trennenden
Flüssigkeits-/Luftgemischs ist bei 86 gezeigt.
Die Figuren 2, 3 und 4 zeigen ein Ausführungsbeispiel des Lüfterrads 50, das beispielsweise aus temperaturfestem Kunststoff oder Metall gefertigt sein kann.
Das Lüfterrad 50 weist acht radial verlaufende ebene Flügel 88 auf, die gleichmäßig um den Umfang verteilt sind.' Im Zentrum des Lüfterrads 50 befindet sich ein Nabenteil 100, dessen Innendurchmesser dem Außendurchmesser der Motorwelle 34 in dem Bereich, in dem das Lüfterrad 50 angeordnet ist, entspricht .
Das untere Ende des Nabenteils 100 trägt die Flügel 88. Ein oberer Abschnitt des Nabenteils 100 trägt acht wulstartige axiale Rippen 102, die mit den Flügeln 88 fluchten. Auf der Innenseite des Nabenteils 100 den Rippen 102 gegenüberliegend weist das Nabenteil 100 ferner axiale Längsnuten 104 auf, die in Verbindung mit komplementären Rippen der Motor- welle 34 eine drehfeste Nut-Federverbindung für das Lüfterrad 50 ermöglichen.
Die radialen Flügel 88 tragen auf ihrem nach oben gerichteten Rücken 106 eine im Wesentlichen kreisringförmigen Leit- Scheibe 108, die einen mittleren Teilbereich der Flügel 88 überdeckt, wobei die Flügel 88 die Leitscheibe 108 mit ca. 30% ihrer gesamten Flügellänge überragen und ein radial innenliegender freier Abschnitt der Flügel 88 ebenfalls ungefähr 30% der gesamten Flügellänge entspricht.
Diesen inneren freien Abschnitt umgebend weist die Leit¬ scheibe 108 einen als axialen Stutzen 110 ausgebildeten Abschnitt auf, an den sich radial nach außen hin ein kegelstumpfförmiger Abschnitt 112 anschließt, der einen großen Öffnungswinkel w von ungefähr 170° hat.
In eingebautem Zustand des Lüfterrads 50 deckt die Leitscheibe 108 daher einen mittleren Abschnitt der wicklungs- seitigen Rücken 106 des Lüfterrads 50 ab.
Bei dem in Figur 5 gezeigten Ausführungsbeispiel sind in die Außenseite des Stators 28 in Längsrichtung verlaufende Nuten 114 eingebracht, durch die Luft zu einem oberen Kopf- abschnitt 116 der Wicklungen 30 gelangen kann. Ferner sind in der Außenseite des Rotors 32 Nuten 118 vorgesehen, durch welche die Luft wieder in den unteren Bereich der Antriebseinheit 12 zurück strömen kann. Die Nuten 118 können bei ausreichendem Spalt zwischen Rotor 32 und Stator 28 entfallen.
Das Lüfterrad 50 des Ausführungsbeispiels der Figur 5 weist ferner zusätzlich zu der Leitscheibe 108 eine Führungs¬ scheibe 119 auf, welche die von der Wicklungsanordnung abgewandte Seite der Flügel 88 bedeckt.
Die beschriebene Saugeinheit 10 arbeitet folgendermaßen:
Über den Gemischeinlass 86 wird ein Flüssigkeits-/Luft- gemisch in den Innenbereich der umlaufenden Zyklonwand 82 zugeführt. An der feststehenden Zyklonwand 83 werden dann durch die auftretenden Zentrifugalkräfte die Flüssigkeitsbestandteile des Flüssigkeits-/Luftgemischs abgeschieden und über das Austragpumpenrad 84 und einen nicht gezeigten Flüssigkeitsauslass aus dem Flüssigkeitsabscheider 16 aus- getragen.
Der Luftanteil strömt durch das Innere der umlaufenden Zyklonwand 82 zur Seitenkanal-Saugmaschine 14, wobei durch die Flügel 81 etwa noch verbleibende feine Flüssigkeitströpf- chen durch Zentrifugieren abgeschieden werden. Diese laufen dann auf der Innenfläche der umlaufenden Zyklonwand 82 nach unten ab.
Durch die Saugwirkung des Laufrads 74 der Seitenkanal- Saugmaschine 14 wird der Luftanteil des Flüssigkeits-/Luft- gemisches weiter in den Arbeitsraum 70 der Seitenkanal- Saugmaschine 14 gesaugt und dann über einen nicht gezeigten Luftauslass nach außen abgeführt. Der Antrieb der Seitenkanal-Saugmaschine 14 und des Flüssigkeitsabscheiders 16 wird über den in der Antriebseinheit 12 ausgebildeten Elektromotor 27 realisiert.
Um an dem Gemischeinlass 86 eine ausreichende Saugwirkung zu erzielen, werden hohe Drehzahlen und Leistungen benötigt, so dass der Elektromotor 27 eine hohe Leistungsauf¬ nahme hat und daher eine hohe Stromdichte in den Wicklungen 30 des Stators 28 und in dem Rotor 32 auftritt. Ein Großteil der damit einhergehenden Wärmeentwicklung in den Wick- lungen 30 wird im mittleren Bereich des Stators 28 über die wärmeleitende Presspassung an das obere Gehäuseteil 24 ab¬ gegeben.
Um auch die im Kopfabschnitt 48 der Wicklungen 30 entste- hende Wärme effizient abzuführen, wirken in dem Kopfräum 46 das Lüfterrad 50, die Innenfläche 45 des unteren Gehäuse¬ teils 26, die Wicklungen 30, der Rotor 32 und die Motorwelle 34 als eine interne Zirkulationseinrichtung 120 zusammen. Dabei wird eine Luftströmung erzeugt, die zwischen der Leitscheibe 108 des Lüfterrads 50 und dem Kopfabschnitt 48 der Wicklungen 30 mit radialer Komponente nach innen strömt, sodass die Luft während des Vorbeiströmens an den Wicklungen 30 und der Rotorstirnfläche überschüssige Wärme aufnehmen kann. Die erwärmte Luft wird dann über den Stut- zen 110 des Lüfterrads 50 in axialer Richtung nach unten abgesaugt. Durch die Flügel 88 des Lüfterrads 50 wird die Luft dann gegen die Innenfläche 45 des unteren Gehäuseteils 26 gefördert. Dort kann die warme Luft an das als Wärmsenke dienende untere Gehäuseteil 26 Wärme abgeben und als kühle Luft wiederum zwischen der Leitscheibe 108 und dem Kopfabschnitt 48 der Wicklungen 30 nach innen strömen. Die so erzeugte zirkulierende Luftströmung sorgt daher mittels Konvektion für eine effiziente Wärmeabfuhr aus dem Kopfabschnitt 48 der Wicklungen 30. T/EP2009/005962
14
Um eine Erwärmung des Motorgehäuses 22 zu vermeiden, wird von dem Außenlüfterrad 40 durch die Lüftungsschlitzen 62 Umgebungsluft angesaugt und durch die von den oberen Kühl¬ rippen 56 und den unteren Kühlrippen 54 in Verbindung mit dem Außengehäuse 60 gebildeten Durchgangskanäle von oben nach unten geleitet. Die Umgebungsluft entzieht dabei sowohl dem oberen Gehäuseteil 24 als auch dem unteren Gehäuseteil 26 Wärme und wird dann in dem Bereich, der nicht von dem Außengehäuse 60 überdeckt wird, zwischen den unteren Kühlrippen 56 ausgestoßen.
Die Funktionsweise des zweiten Ausführungsbeispiels unterscheidet sich insofern von der des ersten Ausführungsbeispiels, als dass die zirkulierende Luftströmung über die Nuten 114 und 118 den oberen Kopfabschnitt der Wicklungsanordnung ebenfalls erfasst.
In Abwandlung des zweiten Ausführungsbeispieles könnte man am oberen Kopfabschnitt des Elektromotors ein zweites Lüf- terrad und einen zweiten Kopfraum vorsehen, die dann eine zweite Zirkulationseinrichtung bilden, die zur oben beschriebenen ersten Zirkulationseinrichtung 120 analog ausgebildet ist.

Claims

Patentansprüche
1. Elektromotor (27), insbesondere zur Verwendung an ei- ner Saugmaschine (14), mit a) einem Motorgehäuse (22) , b) einem Rotor (32) und c) einem Stator (28), der eine Wicklungsanordnung (30) trägt, die in axialer Richtung mindestens einen Kopfabschnitt (48) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass d) eine Zirkulationseinrichtung (120) vorgesehen ist, die im Inneren des Motorgehäuses (22) bei dem mindestens einen Kopfabschnitt (48) der Wick- lungsanordnung (30) eine Luftströmung erzeugt.
2. Elektromotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Motorgehäuse (22) eine Wärmesenke (45) aufweist, an der sich die Luftströmung abkühlt.
3. Elektromotor nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zirkulationseinrichtung (120) derart ausgelegt ist, dass in einem zentralen Bereich
Luft aus dem Kopfabschnitt (48) der Wicklungsanordnung (30) abgesaugt wird und mit radialer Strömungskomponente nach außen gefördert wird.
4. Elektromotor nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zirkulationseinrichtung (120) ein Lüfterrad (50) umfasst, das mit dem Rotor (32), vorzugsweise mit dessen Welle (34), drehfest verbunden ist.
5. Elektromotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Lüfterrad (50) gekrümmte oder ebene Flügel (88) aufweist, die eine radiale Erstreckungskomponente haben.
6. Elektromotor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine tangentiale Ebene an das innenliegende Ende der Flügel (88) die Drehachse des Rotors (32) schneidet.
7. Elektromotor nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Lüfterrad (50) eine, vorzugsweise rotationssymmetrische, Leitscheibe (108) aufweist, die freie Rücken (106) der Flügel (88) zumindest teilweise ab- deckt.
8. Elektromotor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitscheibe (108) die Flügel (88) wicklungsseitig überdeckt.
9. Elektromotor nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitscheibe (108) einen mittigen axialen Stutzen (110) umfasst.
10. Elektromotor nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitscheibe (108) einen hohlkegel- stumpfförmigen Abschnitt (112) mit einem großen Öffnungswinkel (w) aufweist, wobei der Öffnungswinkel (w) größer als 120° und kleiner als 180° ist und vorzugsweise zwischen 150° und 170° liegt.
11. Elektromotor nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitscheibe (108) die Flügel (88) überdeckt und dabei einen radial außenliegenden, frei- en Abschnitt frei lässt, wobei die radiale Erstreckung des freien Abschnitts zwischen 10% und 40%, vorzugsweise zwischen 25% und 35%, der radialen Abmessung der Flügel (88) beträgt.
12. Elektromotor nach einem der Ansprüche 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Motorgehäuse (22) eine Innenfläche (45) hat und dass zwischen dem außenliegenden Ende der Flügel (88) und der Innenfläche (45) des Motorgehäu- ses (22) ein Abstand von 5% bis 20%, vorzugsweise 7%, des Durchmessers der Innenfläche (45) verbleibt.
13. Elektromotor nach einem der Ansprüche 5 bis 12, da¬ durch gekennzeichnet, dass das Lüfterrad (50) eine Füh- rungsscheibe aufweist, welche die Flügel (88) des Lüfterrads auf der von der Wicklungsanordnung (30) abgewandten Seite zumindest teilweise überdeckt.
14. Elektromotor nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsscheibe rinnenförmig ausgebildet ist.
15. Elektromotor nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Außengehäuse (60) und ein Außenlüfterrad (40) vorgesehen sind, um einen das Motorge- häuse (22) kühlenden Luftstrom zu erzeugen.
16. Elektromotor nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Außengehäuse (60) das Motorgehäuse (22) unter Abstand, vorzugsweise unter im Wesentlichen gleichem Abstand, umgibt.
17. Elektromotor nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Motorgehäuse (22) auf seiner Außenseite Rippen (54, 56) aufweist, die vorzugsweise längs einer Man- tellinie des Motorgehäuses (22) verlaufen und auf die das Außengehäuse (60) aufgesetzt ist.
18. Elektromotor nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Motorgehäuse (22) und dem Stator (28) Durchgänge (114) vorgesehen sind, über welche Luft auch an einem zweiten Kopfabschnitt (116) der Wicklungsanordnung (30) vorbeigeführt wird.
19. Elektromotor nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Rotor (32) und Welle (34) oder zwischen Rotor
(32) und Stator (28) Durchgänge (118) für Luft vorgesehen sind.
20. Verwendung eines Elektromotors nach einem der vorheri- gen Ansprüche an einer Saugmaschine (14), insbesondere zum
Einsatz an dentalen Arbeitsplätzen.
21. Verwendung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abschnitt (26) des Motorgehäuses (22), der den Kopfabschnitt (48) der Wicklungsanordnung (30) umschließt, an ein Gehäuseteil (44) der Saugmaschine (14) angeformt ist.
22. Verwendung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuseteil (44) der Saugmaschine (14) Rippen (54) auf einer hülsenförmigen Wand trägt, welche den unteren Teil des Motorgehäuses (22) des Elektromotors (27) bildet.
23. Verwendung nach Anspruch 22 in Verbindung mit Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Außengehäuse (60) auf den Rippen (54) der hülsenförmigen Wand so aufgesetzt ist, dass zwischen dem Außengehäuse (60) und dem Motorgehäuse (22) ein Ringraum verbleibt.
24. Verwendung nach Anspruch 22 oder 23 in Verbindung mit Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Außengehäuse (60) die hülsenförmige Wand axial überlappt.
25. Verwendung nach einem der Ansprüche 20 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (34) des Elektromotors (27) gleichermaßen mit dem Außenlüfter (40), der Zirkulationseinrichtung (120) und der Saugmaschine (14) verbunden ist.
26. Verwendung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich ein Flüssigkeitsabscheider (16) über die Welle (34) angetrieben ist.
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