en vifte i henhold til oppfinnelsen i en første utførelsesform som ensidig sugende radialvifte (radialblåser) i et delsnitt sett fra siden,

Transkript

1 1 Vifte Den foreliggende oppfinnelsen vedrører en vifte som består av en elektrisk ekstern rotormotor og et viftehjul, hvorved den eksterne rotormotoren består av en stator som er omkapslet med et isolasjonsmateriale og en rotor (ekstern rotor) som omslutter statoren som en potte og som bærer viftehjulet. En slik vifte er kjent fra dokumentet EP A2, som beskriver en elektromotor med en ekstern rotormotor som bærer et viftehjul på sin utvendige omkrets. Statoren oppviser en statorisolasjon som særlig består av herdeplast, hvorved isolasjonsmaterialet presses rundt en statorblikkpakke som er utstyrt med statorviklinger, med samtidig formgivning. Ved at rotoren også slutter rundt statoren, kan det under bruk inntre en ganske høy oppvarming i statorens sone. 1 Oppgaven som ligger til grunn for denne oppfinnelsen, er å forbedre en vifte av nevnte type på en slik måte at det sikres en effektiv motorkjøling og gunstige strømningstekniske egenskaper. I henhold til oppfinnelsen skjer dette via trekkene i krav 1. Fordelaktige utformingstrekk og spesielle utførelsesformer av oppfinnelsen er angitt i de uselvstendige kravene. 2 3 I henhold til oppfinnelsen er det dermed tilveiebrakt at rotoren på den ene side oppviser ventilasjonsåpninger for en kjøleluftstrøm i en fremre frontvegg og at statoren på den annen side oppviser ribbeansatser som er anordnet med fordeling over omkretsen på en fremre frontflate og aksialt motsatt ventilasjonsåpningene, hvorved en spaltesone mellom en omkretskant til rotoren motsatt frontveggen og en flensaktig statorholder danner en passasje for kjøleluftstrømmen som strømmer rundt statoren under bruk. Dermed muliggjør på den ene side rotorens ventilasjonsåpninger, og på den annen side passasjen mellom rotorens omkretskant og statorholderen, en kjøleluftgjennomstrømning av motoren, hvorved kjøleluften strømmer rundt statoren via en omkretsspalte som finnes mellom denne og rotoren. Herved bestemmes gjennomstrømningens retning av viftens konstruksjon og særlig av hvilken av aksialsidene det oppstår et under- eller overtrykk på under bruk. For en radial- eller diagonalvifte oppstår for eksempel et undertrykk i sonen til en aksial innsugingsåpning, og når rotoren

2 2 med frontveggen og ventilasjonsåpningene er vendt mot viftehjulets innsugingsåpning, blir det sugd inn kjøleluft fra den motsatte siden på grunn av undertrykket, dvs. kjøleluften strømmer inn gjennom passasjen på rotorens omkretskant, strømmer rundt statoren og ut gjennom frontveggens ventilasjonsåpninger. For en aksialvifte avhenger kjøleluftens strømningsretning av viftehjulets egentlige transportretning, dvs. den er alltid motsatt transportretningen. 1 2 Derved er nå rotorens ventilasjonsåpninger og statorens ribbeansatser utformet og anordnet i forhold til hverandre på en slik måte at motorkjøleluften ved en slags "vispeeffekt" blir virvlet i sonen mellom statorens ribbeansatser og rotorens ventilasjonsåpninger. Av særlig betydning for motorvarmefjerningen (kjøling) som oppnås er dermed en vekselvirkning mellom rotorens ventilasjonsåpninger og statorens ribbeansatser som fortrinnsvis er tilformet av isolasjonsmaterialet. Altså blir luften som suges inn på grunn av undertrykket som foreligger under driften på én side av viften, og som dermed strømmer inn i motoren som kjøleluft, virvlet i sonen mellom ventilasjonsåpningene og ribbeansatser, praktisk talt i henhold til prinsippet til en visp, hvilket i forbindelse med statoroverflaten som er forstørret gjennom ribbeansatsene og virker som konveksjonsflate, medfører et svært effektivt varmeopptak (konveksjon), dvs. kjøleluften tar opp motorvarmen og fjerner dermed varmen fra (dvs. kjøler) motoren eller statoren. Kjøleluften strømmer også rundt statoren gjennom omkretsspalten som foreligger mellom rotoren og statoren, og kjøler derved statoren videre. Tross kjøleluftgjennomstrømmingen i henhold til oppfinnelsen er viften også egnet for anvendelser i fuktige områder (for eksempel for kulde- og klimaanvendelser), fordi den omkapslede, dvs. ved pressing eller sprøytestøping overtrukne statoren gir en høy IP-beskyttelsesgrad i henhold til DIN EN 6029 og DIN 4000 del 9. 3 I en annen fordelaktig utførelsesform er både ventilasjonsåpningene med et bestemt antall åpninger, og ribbeansatsene med et bestemt antall ribber, særlig anordnet radialsymmetrisk med fordeling over omkretsen. Dermed skal åpningsantallet og ribbeantallet i alle tilfeller være ulikt og helst også uten felles delingstall. Disse ulike antallene ventilasjonsåpninger og ribbeansatser som helst

3 3 også skal være uten felles delingstall, fører til gunstige, dvs. svake driftslyder, særlig ved at man unngår resonans- eller dreieklangfenomener. Konkret foreligger minst to, men fortrinnsvis et større antall ventilasjonsåpninger. I en fordelaktig utførelsesform er det for eksempel tilveiebrakt sju ventilasjonsåpninger og seks ribbeansatser. Derved definerer ventilasjonsåpningene ved sin størrelse sammen et effektivt åpningstverrsnitt hvis forhold til rotorens felles, aksialt projiserte tverrsnittflate ligger i området fra til %. 1 Det er videre fordelaktig når hver av ventilasjonsåpningene oppviser en omløpende, dyseaktig åpningskant som stikker frem i retning av statoren og med en maksimal avstand på 4 mm til sonen nær ribbeansatsene. Disse fremstikkende åpningskantene forsterker "visp-effekten" i henhold til oppfinnelsen ytterligere, idet de samvirker med ribbeansatsene som "motansatser"; kjøleluften blir følgelig virvlet på begge aksialt motliggende sider mellom ansatser som roterer relativt mot hverandre. 2 I henhold til et annet aspekt ved oppfinnelsen er det planlagt at rotoren i den radialt utvendige sonen til sin fremre frontvegg går over i en sylindrisk omkretsvegg via en skråkantaktig veggseksjon, hvorved den skråkantaktige veggseksjonen sammen med lengdeaksen inneslutter en skråvinkel i området fra til 60, fortrinnsvis på 0, dette for å forbedre de strømningstekniske egenskapene, særlig for en utførelsesform som radialvifte. Videre er det fordelaktig at rotorens frontvegg som oppviser ventilasjonsåpningene, heller lett kjegleformet i forhold til lengdeaksen i en kjeglevinkel, der kjeglevinkelen ligger i området fra 60 til 80, fortrinnsvis på 70. Gjennom disse særlige tiltakene oppnår man et forstørret inngangstverrsnitt også for en radialvifte med kort aksial konstruksjonsstørrelse, dvs. en kompakt byggeform, i sonen mellom en aksial luftinngang til radialviften, viftehjulet som er utformet som radialhjul og rotoren. Dette blir nærmere forklart nedenfor ved hjelp av tegningene. 3 Dessuten blir også flere spesielle utformingstrekk og oppnådde fordeler forklart nedenfor. Til dette blir oppfinnelsen nøyere beskrevet gjennom eksempler ved hjelp av tegningene og foretrukne utførelsesformer som der er fremstilt. Her viser:

4 4 Fig. 1 en vifte i henhold til oppfinnelsen i en første utførelsesform som ensidig sugende radialvifte (radialblåser) i et delsnitt sett fra siden, Fig. 2 et riss analogt til fig. 1 av en andre utførelsesform av viften som dobbeltsidig sugende radialvifte, Fig. 3 Fig. 4 et eget perspektivriss av fremsiden (rotorsiden) til en ekstern rotormotor i henhold til oppfinnelsen, et perspektivriss av baksiden (stator- eller holderside) til den eksterne rotormotoren, 1 Fig. en eksplosjonstegning i perspektiv av de vesentlige delene av den eksterne rotormotoren i henhold til fig. 3 og 4, dvs.: Fig. a statoren, Fig. b, Fig. c rotoren og en ekstra montasje- eller husdel, 2 Fig. 6 Fig. 7a et forstørret aksialsnitt gjennom den eksterne rotormotoren i henhold til fig. 3 til, et aksialsnitt av rotoren (uten innvendige magneter), Fig. 7b Fig. 8 den gjennomskårede rotoren i henhold til fig. 7a i en perspektivtegning, og et forstørret og eksentrisk lengdesnitt i perspektiv av den eksterne rotormotoren i henhold til oppfinnelsen, til illustrasjon av kjøleluftgjennomstrømmingen. 3 Identiske deler er alltid angitt med samme henvisningstegn i de forskjellige figurene i tegningen.

5 Som det først fremgår av både fig. 1 og 2, består en vifte 1 i henhold til oppfinnelsen av en elektrisk ekstern rotormotor 2 og et viftehjul 4. Den eksterne rotormotoren 2 som er angitt separat i fig. 3 til8, består på sin side av en stator 6 (se særlig fig. a) og en rotor (ekstern rotor) 8 (fig. b) som omslutter statoren 6 som en potte ut fra en aksial side. Som det særlig fremgår av fig. a, 6 og 8, er statoren 6 under inneslutting av en statorblikkpakke 12 som er utstyrt med statorviklinger, omkapslet med et isolasjonsmateriale 14 under formgivning. Dette kan skje ved å presse rundt den, men særlig ved å sprøyte rundt den et egnet plaststoff, for eksempel herdeplast, hvorved statoren 6 i henhold til fig. a får en globalt sylindrisk grunnform. 1 Som det videre fremgår av fig. 1 og 2, er viftehjulet 4 festet på rotorens 8 eksterne omkrets, slik at rotoren 8 bærer viftehjulet 4. Fortrinnsvis er den elektriske eksterne rotormotoren 2 utformet som elektronisk kommutert permanentmagnetisert likestrømmotor, hvorved rotoren 8 oppviser permanentmagneter 16 på sin indre omkrets. Det vises her særlig til snittegningene i fig. 6 og 8. Statoren 6 genererer på kjent måte et magnetisk dreiefelt, hvorved rotoren 8 dreier ved vekselvirkning med permanentmagnetene 16. For å generere dreiefeltet blir statorens 6 viklinger styrt av en styreelektronikk (kommutert). 2 3 I henhold til oppfinnelsen er det nå på den ene side tilveiebrakt at rotoren 8 oppviser ventilasjonsåpninger i en fremre frontvegg 18. Statoren 6 oppviser på den annen side ribbeansatser 24 som er anordnet med fordeling over omkretsen på en fremre frontflate 22 og aksialt motsatt rotorens 8 ventilasjonsåpninger. Det vises her særlig til fig. a og fig. 8. Særlig blir ribbeansatsene 24 tilformet i ett stykke av isolasjonsmaterialet 14. Når viften 1 er i drift, rotorer dermed rotoren 8 med ventilasjonsåpningene i forhold til statoren 6 med ribbeansatsene 24. Dermed blir det i henhold til fig. 1 og 2 sugd inn luft fra viftehjulet 4 og i retningen angitt av de inntegnede pilene 26, hvorved den innsugde luften i samsvar med formålet akselereres gjennom viftehjulet 4 og blåses ut i pilretningen. På grunn av et undertrykk som derved dannes i det anførte eksemplet som radialvifte i sonen foran

6 6 frontveggen 18 oppstår det i tillegg en gjennomstrømning av kjøleluft, som er angitt av pilene 28. Som det særlig fremgår av fig. 8, blir kjøleluften sterkt virvlet i sonen mellom rotorens frontvegg 18 og statorens frontflate 22 ved vekselvirkning mellom ventilasjonsåpningene og ribbeansatsene 24, hvorved kjøleluften effektivt opptar varme fra statoren 6. Kjøleluften strømmer for eksempel i samsvar med den inntegnede pilretningen 28 gjennom en omkretsspalte 32 mellom statoren 6 og rotoren 8, hvorved den strømmer inn radialt utenfra gjennom en spaltesone 34 mellom en omkretskant 36 på rotoren 8 og en statorholder 38, og igjen ut av ventilasjonsåpningene. Denne kjøleluftstrømningen er angitt med piler i fig. 8. Det må imidlertid nevnes at kjøleluften kan ha omvendt strømningsretning alt etter viftens utførelse. 1 2 Det er formålstjenlig at ventilasjonsåpningene er anordnet med et bestemt åpningsantall x og med radialsymmetrisk fordeling over omkretsen, hvorved minst to ventilasjonsåpninger er tilveiebrakt (x 2). Tilsvarende er også ribbeansatsene 24 med et bestemt ribbeantall y fortrinnsvis anordnet med radialsymmetrisk fordeling over omkretsen. Det er derved fordelaktig hvis antallene x, y ventilasjonsåpninger og ribbeansatser 24 i alle tilfeller er ulike, og særlig også matematisk er uten felles delingstall. Altså gjelder x y og fortrinnsvis x y. Ved denne utførelsesformen oppnås en gunstig støyopptreden. Ved det fremstilte, foretrukne utførelseseksemplet skal det foreligge sju ventilasjonsåpninger (x = 7) og seks ribbeansatser 24 (y = 6). Men oppfinnelsen er ikke begrenset til dette. Det er videre fordelaktig hvis ventilasjonsåpningene oppviser en åpningsform i trapes- eller kretsringsektorform med avrundede hjørnesoner, hvorved de blir stadig bredere innenfra radialt mot utsiden, som kakestykker. Herved oppnås en god utnyttelse av flaten som står til disposisjon, dvs. at hele overflaten som står til disposisjon i frontflatens 22 sone (hovedsakelig den aksialt projiserte tverrsnittflaten til rotoren 8), kan bli brutt av ventilasjonsåpningene med en stor andel fra % til %. 3 I en annen fordelaktig utførelsesform oppviser hver ventilasjonsåpning en omløpende åpningskant 40 som strekker seg som en dyse i retning av statoren

7 Disse åpningskantene 40 strekker seg med en maksimal aksial avstand på opptil 4 mm til sonen nær ribbeansatsene 24. Under bruk roterer dermed ventilasjonsåpningene med sine åpningskanter 40 nær i forhold til ribbeansatsene 24, hvorved det oppnås en effektiv lufthvirvling. Når det gjelder statorens 6 ribbeansatser 24, er disse fortrinnsvis anordnet radialt og stjerneformet på frontflaten 22, i henhold til fig. a. Frontflaten 22 ligger på et vinkelrett plan i forhold til motorens lengdeakse (rotorens 8 rotasjonsakse). En konsentrisk, aksialt fremspringende, ringformet stegansats 42 er dannet i den radialt indre sonen. Ut fra denne ringformede stegansatsen 42 strekker ribbeansatsene 24 seg først med redusert høyde og så med aksialt stigende høyde radialt mot utsiden. Overflatene stiger dermed radialt fra innsiden og utover. Ribbeansatsenes 24 grunnform sett aksialt ovenfra er tilnærmet rektangulært eller noe innsnevret trapesformet mot utsiden. Ribbeansatsene 24 oppviser sideflater i omkretsretningen som kan være utformet skrått på en måte som gjør at ribbeansatsene 24 innsnevres i aksial retning. Ribbeansatsenes 24 form har i vekselvirkning med ventilasjonsåpningene og disses åpningskanter 40 en innvirkning på virvlingen av kjøleluften som i drift trer inn i sonen gjennom ventilasjonsåpningene. I tillegg forstørrer ribbeansatsene 24 den virksomme konveksjonsflaten til statoren 6. 2 Som det også fremgår av fig. 3, b, 7a,b og 8, kan minst én utsparing 44 som forstørrer strømningstverrsnittet for kjøleluften, dannes i sonen til rotorens 8 omkretskant Fig. 7a viser en forbedret strømningsteknisk utførelsesform av viften 1. I denne sammenhengen er det tilveiebrakt at rotoren 8 i den radialt ytre sonen til dens fremre frontvegg 18 går over i en sylindrisk omkretsvegg 48 via minst én skråkantaktig veggseksjon 46. I henhold til fig. 7a forløper også rotorens 8 frontvegg 18 som oppviser ventilasjonsåpningene, lett kjegleformet i en kjeglevinkel α med helning mot lengdeaksen 0. Kjeglevinkelen α ligger fortrinnsvis i området fra 60 til 80 og særlig på 70. Den skråkantaktige veggseksjonen 46 som forbinder frontveggen 18 og omkretsveggen 48, inneslutter sammen med lengdeaksen 0 en skråvinkel β i området fra til 60, og særlig på 0.

8 8 Gjennom denne fordelaktige utførelsesformen som her er beskrevet, oppnås det i praksis en slags avrunding i den ytre fremre overgangssonen mellom frontveggen 18 og omkretsveggen 48, i motsetning til en rotor der frontveggen ligger i et loddrett plan i forhold til lengdeaksen 0 og går direkte i rett vinkel over i omkretsveggen 48. Som vist i fig. 1 oppnås dermed en forstørrelse av inngangstverrsnittet, idet det er dannet en stor innvendig avstand A mellom rotoren 8 og en inngangssone 2 til viften 1 i utførelsen som radialvifte. I tillegg viser fig. 1 stiplet forholdene med en tradisjonell vifte, hvorved det eksisterer en mindre avstand A'. 1 I en annen fordelaktig utførelsesform er det ifølge fig. a tilveiebrakt at statorholderen 38 dannes som en flensaktig seksjon som er tilformet i ett stykke av isolasjonsmaterialet 14 som omkapsler statoren 6. I tillegg danner den flensaktige statorholderen 38 sammen med en ekstra husdel 4 (se egen gjengivelse i fig. c) et elektronikkhus for en styreelektronikk som ikke er nærmere betegnet, på siden som vender bort fra statoren 6. I tillegg fungerer husdelen 4 også som holdedel for hele den eksterne rotormotoren 2, idet den er festet, eller kan festes, via montasjedeler 6 (jf. fig. 1 og 2) på eller i et viftehus. 2 Til slutt skal det nok en gang nevnes at oppfinnelsen egner seg både for radialeller diagonalvifter og prinsipielt også for for aksialvifter. Fig. 1 viser som eksempel en utførelsesform av viften som ensidig sugende radialvifte, hvorved viftehjulet 4 er utformet som radialhjul med en fremre aksial inngang (i tilknytning til inngangssonen 2), flere radialblader og en radial utblåsningsretning. Radialbladene er anordnet på vanlig måte mellom dekkskiver. Viftehuset kan eventuelt oppvise et fremre vernegitter 8 i inngangssonen 2. Fig. 2 viser en utførelsesform av viften som dobbeltsidig sugende radialvifte, hvorved viftehjulet 4 er utformet som radialhjul med to aksialt motsatte innganger, flere radialblader og også en radial utblåsningsretning. 3 I begge tilfeller, i henhold til fig. 1 og 2, kan radialbladene være krummet bakover eller forover eller eventuelt også utført i rett (radial) form.

9 9 Rotoren 8 kan dannes som formdel av metall eller plast. Ved en utførelsesform av metall med liten remanens virker omkretsveggen 48 også som magnetisk tilbakeslutningselement (tysk: Rückschlusselement) for permanentmagnetene 16 som er anordnet på innsiden. Når rotoren 8 som alternativ til dette i hovedsak består av plast, kreves det i tillegg en tilbakeslutningsring på innsiden.

10 P a t e n t k r a v 1. Vifte (1) bestående av en elektrisk ekstern rotormotor (2) og et viftehjul (4), hvorved den eksterne rotormotoren (2) består av en stator (6) som er omkapslet med et isolasjonsmateriale (14), og en rotor (8) som bærer viftehjulet (4) og omslutter statoren (6) som en potte, k a r a k t e r i s e r t v e d at rotoren (8) på den ene side har ventilasjonsåpninger () i en fremre frontvegg (18) og at statoren (6) på den annen side har ribbeansatser (24) som er anordnet med fordeling over omkretsen på en fremre frontflate (22) og motsatt ventilasjonsåpningene (), hvorved en spaltesone (34) danner en passasje mellom rotorens (8) omkretskant (36) motsatt frontveggen (18) og en statorholder (38) for en kjøleluft som strømmer rundt statoren (6) under bruk Vifte i henhold til krav 1, k a r a k t e r i s e r t v e d at både ventilasjonsåpningene () med et bestemt antall åpninger (x) og ribbeansatsene (24) med et bestemt antall ribber (y) særlig er radialsymmetrisk anordnet med fordeling over omkretsen, hvorved antallet åpninger (x) og antallet ribber (y) er ulikt og særlig uten felles delingstall Vifte i henhold til krav 1 eller 2, k a r a k t e r i s e r t v e d at ventilasjonsåpningene () oppviser en trapesaktig åpningsform. 4. Vifte i henhold til ett av kravene 1 til 3, k a r a k t e r i s e r t v e d at hver av ventilasjonsåpningene () oppviser en omløpende åpningskant (40) som stikker dyseaktig frem i retningen av statoren (6) og med en maksimal avstand på 4 mm til sonen nær ribbeansatsene (24).. Vifte i henhold til ett av kravene 1 til 4, k a r a k t e r i s e r t v e d at ventilasjonsåpningene () sammen

11 11 oppviser et summert åpningstverrsnitt hvis forhold til hele rotorens (8) tverrsnittflate ligger i området på til %. 6. Vifte i henhold til ett av kravene 1 til, k a r a k t e r i s e r t v e d at ribbeansatsene (24) til statoren (6) er anordnet radialt. 7. Vifte i henhold til ett av kravene 1 til 6, k a r a k t e r i s e r t v e d at det i sonen til rotorens (8) omkretskant (36) er dannet minst én utsparing (44) som øker strømningstverrsnittet for kjøleluften Vifte i henhold til ett av kravene 1 til 7, k a r a k t e r i s e r t v e d at rotorens (8) frontvegg (18) som oppviser ventilasjonsåpninger (), heller lett kjegleformet i forhold til lengdeaksen (0) i en kjeglevinkel (α), der kjeglevinkelen (α) ligger i området fra 60 til 80, særlig på Vifte i henhold til ett av kravene 1 til 8, k a r a k t e r i s e r t v e d at rotoren (8) i den radialt ytre sonen av sin fremre frontvegg (18) går over i en omkretsvegg (48) via en skråkantaktig veggseksjon (46), hvorved den skråkantaktige veggseksjonen (46) inneslutter sammen med lengdeaksen (0) en skråvinkel (β) i området fra til 60, særlig på 0.. Vifte i henhold til ett av kravene 1 eller 9, k a r a k t e r i s e r t v e d at statorholderen (38) er dannet som flensaktig seksjon som er tilformet i ett stykke av isolasjonsmaterialet (14) som omkapsler statoren (6). 11. Vifte i henhold til ett av kravene 1 til, k a r a k t e r i s e r t v e d at den flensaktige statorholderen (38) på den siden som vender bort fra statoren (6), sammen med en ekstra husdel (4) danner et elektronikkhus for en styreelektronikk.

12 Vifte i henhold til ett av kravene 1 til 11, k a r a k t e r i s e r t v e d en utførelse som en ensidig sugende radialvifte, hvorved viftehjulet (4) er utformet som et radialhjul med en fremre aksial inngang, flere radialblader og en radial utblåsningsretning. 13. Vifte i henhold til ett av kravene 1 til 11, k a r a k t e r i s e r t v e d en utførelse som en dobbeltsidig sugende radialvifte, hvorved viftehjulet (4) er utformet som et radialhjul med to aksialt motstående innganger, flere radialblader og en radial utblåsningsretning. 14. Vifte i henhold til ett av kravene 1 til 11, k a r a k t e r i s e r t v e d en utførelse som en aksialvifte, hvorved viftehjulet (4) er utformet som aksialhjul med flere aksialvifteblader Vifte i henhold til ett av kravene 1 til 14, k a r a k t e r i s e r t v e d at den eksterne rotormotoren (2) er utformet som en elektronisk kommutert likestrømmotor uten kollektor.

13 1

14 2

15 3

16 4

17

18 6

19 7