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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Elektromotor, welcher beispielsweise in einem Seitenkanalgebläse eines Fahrzeugheizgerätes dazu dienen kann, ein Förderrad des Gebläses zur Drehung anzutreiben. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein mit einem Elektromotor ausgestattetes Seitenkanalgebläse.
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Aus der
DE 10 2013 226 563 A1 ist ein allgemein auch als Seitenkanalverdichter bezeichnetes Seitenkanalgebläse bekannt, bei welchem ein Gebläsegehäuse einen scheibenartigen Gehäusebereich aufweist, in welchem ein ringartiger, in einer ersten axialen Richtung offener Förderkanal vorgesehen ist. Ein an einer Rotorwelle einer Rotoranordnung eines Elektromotors des Gebläses getragenes Förderrad überdeckt mit einem Förderbereich desselben den Förderkanal axial. Der Elektromotor des Seitenkanalgebläses ist in einem mit dem scheibenartigen Gehäusebereich integral ausgebildeten Motorgehäuse angeordnet. Die den Rotor-Magnetkraftwechselwirkungsbereich tragende Rotorwelle ist nur an einer Seite des Rotor-Magnetkraftwechselwirkungsbereichs bezüglich des Gebläsegehäuses vermittels einer Lagerungsanordnung drehbar gelagert. An der anderen axialen Seite erstreckt sich die Rotorwelle mit ihrem vom Förderrad entfernt positionierten Endbereich freitragend im Motorgehäuse und ist nicht an einem das Motorgehäuse an seinem von dem scheibenartigen Gehäusebereich axial entfernt positionierten Endbereich abschließenden Verschlusselement gelagert.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Elektromotor, insbesondere für ein Seitenkanalgebläse eines Fahrzeugheizgeräts, sowie ein mit einem Elektromotor ausgestattetes Seitenkanalgebläse vorzusehen, bei welchem ein verbessertes akustisches Verhalten erreicht wird.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch einen Elektromotor, insbesondere für ein Seitenkanalgebläse eines Fahrzeugheizgeräts, umfassend:
- – eine Statoranordnung mit einem Stator-Magnetkraftwechselwirkungsbereich,
- – einen um eine Drehachse bezüglich der Statoranordnung drehbare Rotoranordnung mit einer Rotorwelle und einem an der Rotorwelle getragenen Rotor-Magnetkraftwechselwirkungsbereich,
- – eine Lagerungsanordnung, wobei die Rotoranordnung durch die Lagerungsanordnung an einer ersten axialen Seite des Rotor-Magnetkraftwechselwirkungsbereichs bezüglich der Statoranordnung gelagert ist und an einer zweiten axialen Seite des Rotor-Magnetkraftwechselwirkungsbereichs nicht gelagert ist,
- – eine an der Rotoranordnung vorgesehene Zusatzmassenanordnung.
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Durch das Bereitstellen der Zusatzmassenanordnung wird der Massenschwerpunkt der Rotoranordnung in Richtung von der Lagerungsanordnung weg verschoben. Dies beeinflusst das Biegeschwingungsverhalten der bezüglich des Rotor-Magnetkraftwechselwirkungsbereichs nur einseitig gelagerten Rotoranordnung. Die Resonanzstellen derartiger Biegeschwingung werden damit zu geringeren Drehzahlen und somit in einen Bereich verschoben, welcher beim Hochlaufen des Elektromotors in einer Startphase des Betriebs vergleichsweise schnell durchlaufen wird, so dass die Zeitdauer, während welcher im Resonanzbereich durch Biegeschwingungsanregungen generierte Geräusche wahrgenommen werden, sehr kurz ist. Ferner hat das Verschieben derartiger Schwingungsanregungen bzw. einer diese begünstigenden Resonanzstelle der Rotoranordnung zu geringeren Drehzahlen zur Folge, dass bei Durchlaufen einer derartigen Resonanzstelle die abgegebene Energie und damit auch der entstehende Schalldruck im Vergleich zu einem Zustand, in welchem eine derartige Resonanzstelle bei höherer Drehzahl liegt, deutlich verringert sind.
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Bei einer baulich besonders einfach zu realisierenden Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass die Zusatzmassenanordnung wenigstens eine an der Rotorwelle oder/und dem Rotor-Magnetkraftwechselwirkungsbereich getragene, starre Zusatzmasse umfasst.
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Ein weiter Beitrag zum Verlagern einer Resonanzstelle zu einer geringeren Drehzahl bzw. Frequenz kann dadurch erhalten werden, dass die Zusatzmassenanordnung wenigstens eine an der Rotorwelle oder/und dem Rotor-Magnetkraftwechselwirkungsbereich bezüglich der Rotorwelle auslenkbar, vorzugsweise wenigstens in einem beschränkten Drehwinkelbereich drehbar, getragene Zusatzmasse umfasst.
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Um den durch das Bereitstellen einer Zusatzmassenanordnung generierten Effekt besonders effizient nutzen zu können, wird vorgeschlagen, dass die Zusatzmassenanordnung wenigstens eine an der Rotorwelle in axialem Abstand zu dem Rotor-Magnetkraftwechselwirkungsbereich getragene Zusatzmasse umfasst.
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Eine definierte Lagerungswirkung für die Rotoranordnung bei gleichzeitiger Vermeidung einer Lagerzwängung kann dadurch bereitgestellt werden, dass die Lagerungsanordnung zwei in axialem Abstand zueinander angeordnete Lager umfasst, wobei vorzugsweise eines der Lager als Festlager und ein anderes der Lager als Loslager ausgebildet ist.
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Um den durch das Vorsehen der Zusatzmassenanordnung vorgesehenen Effekt der Verschiebung des Massenschwerpunktes in Richtung von der Lagerungsanordnung weg effizient zu nutzen, wird vorgeschlagen, dass die Zusatzmassenanordnung wenigstens an der zweiten axialen Seite des Rotor-Magnetkraftwechselwirkungsbereichs vorgesehen ist.
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Eine einfach herzustellende Anbindung der Zusatzmassenanordnung an die Rotoranordnung kann dadurch erreicht werden, dass die Zusatzmassenanordnung an der Rotorwelle durch Presspassung oder/und Materialschluss angebracht ist.
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Die eingangs genannte Aufgabe wird ferner gelöst durch ein Seitenkanalgebläse für ein brennstoffbetriebenes Fahrzeugheizgerät, umfassend einen Elektromotor mit erfindungsgemäßem Aufbau und ein an der Rotorwelle des Elektromotors getragenes Förderrad. Das Seitenkanalgebläse umfasst ferner ein Gebläsegehäuse, wobei an dem Gebläsegehäuse ein die Drehachse der Rotorwelle ringartig umgebender, in einer ersten axialen Richtung offener Förderkanal vorgesehen ist und das Förderrad einen den Förderkanal axial überdeckenden, ringartigen Förderbereich mit einer Mehrzahl von in Umfangsrichtung um die Drehachse aufeinanderfolgenden Förderschaufeln umfasst.
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Der Aufbau des Seitenkanalgebläses, insbesondere des Gebläsegehäuses desselben, kann dadurch sehr einfach gestaltet werden, dass das Gebläsegehäuse einen den Förderkanal enthaltenden scheibenartigen Gehäusebereich aufweist, wobei in dem scheibenartigen Gehäusebereich eine von der Rotorwelle durchsetzte Öffnung vorgesehen ist und die Rotoranordnung vermittels der Lagerungsanordnung bezüglich des scheibenartigen Gehäusebereichs gelagert ist.
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Zur Unterbringung des Elektromotors an dem Seitenkanalgebläse wird vorgeschlagen, dass das Gebläsegehäuse ein Motorgehäuse für den Elektromotor aufweist, wobei der Stator-Magnetkraftwechselwirkungsbereich die Rotoranordnung radial außen umgebend an dem Motorgehäuse getragen ist. Dabei kann das Motorgehäuse sich ausgehend von dem scheibenartigen Gehäusebereich in einer der ersten axialen Richtung entgegengesetzten zweiten axialen Richtung erstrecken. Alternativ oder zusätzlich wird für einen einfachen Aufbau des Gebläsegehäuses vorgeschlagen, dass das Motorgehäuse mit dem scheibenartigen Gehäusebereich integral ausgebildet ist.
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Um das Eindringen von Verunreinigungen in das Innere des Motorgehäuses zu verhindern, wird vorgeschlagen, dass das Motorgehäuse an einem von dem scheibenartigen Gehäusebereich entfernten axialen Ende durch ein Verschlusselement abgeschlossen ist, und dass die Rotorwelle nicht an dem Verschlusselement gelagert ist. Da das Verschlusselement selbst nicht als Lagerstelle für die Rotorwelle genutzt wird, kann es sehr einfach aufgebaut werden und muss nicht in einer zur Aufnahme von Lagerkräften geeigneten Art und Weise dimensioniert sein.
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Um den Elektromotor, insbesondere den im Allgemeinen eine bzw. mehrere Statorwicklungen aufweisenden Stator-Magnetkraftwechselwirkungsbereich, elektrisch kontaktieren zu können, kann eine Mehrzahl von das Verschlusselement durchsetzenden Kontaktelementen vorgesehen sein.
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Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die beiliegenden Figuren detailliert beschrieben. Es zeigt:
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1 in perspektivischer Ansicht ein Seitenkanalgebläse;
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2 das Seitenkanalgebläse der 1 in Seitenansicht, teilweise geschnitten;
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3 in prinzipartiger Darstellung einen Elektromotor des Seitenkanalgebläses der 1 und 2;
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4 aufgetragen über der Motordrehzahl, den im Betrieb des Elektromotors der 1 generierten Schalldruckpegel.
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In den 1 und 2 ist ein auch als Seitenkanalverdichter bezeichnetes Seitenkanalgebläse mit 10 bezeichnet. Das Seitenkanalgebläse 10 umfasst ein allgemein mit 12 bezeichnetes Gebläsegehäuse mit einem scheibenartigen Gehäusebereich 14, in welchem ein eine Drehachse A eines noch zu beschreibenden Elektromotors des Seitenkanalgebläses 10 ringartig umgebender, in einer erste axialen Richtung R1 bezüglich der Drehachse A offener Förderkanal 16 ausgebildet ist. Ein Förderrad 18 überdeckt mit seinem Förderbereich 20 den ringartigen Förderkanal 16. Im Förderbereich 20 des Förderrads 18 sind in Umfangsrichtung aufeinander folgend Förderschaufeln 22 vorgesehen. Bei Rotation des Förderrads 20 um die Drehachse A wird über einen Einlasskanal 24 angesaugte Luft in Umfangsrichtung entlang des Förderkanals 16 gefördert und in Richtung zu einem beispielsweise mit einem Brennerbereich eines brennstoffbetriebenen Fahrzeugheizgerätes verbundenen, topfartigen Gehäusebereich 26 unter erhöhtem Druck ausgestoßen.
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An der von dem Förderrad 18 abgewandten axialen Seite des scheibenartigen Gehäusebereichs 14 erstreckt sich beispielsweise als integraler Bestandteil des Gebläsegehäuses 12 ein näherungsweise zylindrisch ausgebildetes Motorgehäuse 28. An einer Innenseite 30 des in 3 auch prinzipartig angedeuteten Motorgehäuses 28 ist ein Stator-Magnetkraftwechselwirkungsbereich 32 des in 3 in prinzipartiger Darstellung gezeigten Elektromotors 34 getragen. Der Stator-Magnetkraftwechselwirkungsbereich 32 kann eine Mehrzahl von Wicklungen aufweisen, die über eine elektrische Leitung 36 bzw. Kontaktelemente derselben zum Betreiben des Elektromotors 34 mit elektrischer Energie gespeist werden. Der Stator-Magnetkraftwechselwirkungsbereich 32 bildet im Wesentlichen eine Statoranordnung 38 des Elektromotors 34.
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Im Inneren des Motorgehäuses 28 erstreckt sich eine Rotorwelle 40 einer allgemein mit 42 bezeichneten Rotoranordnung. An der Rotorwelle 42 ist von dem Stator-Magnetkraftwechselwirkungsbereich 32 radial außen umgeben ein Rotor-Magnetkraftwechselwirkungsbereich 43 vorgesehen. Dieser ist an der Rotorwelle 40 drehfest getragen, so dass bei Erregung des Stator-Magnetkraftwechselwirkungsbereichs 32 durch elektromagnetische Wechselwirkung mit dem Rotor-Magnetkraftwechselwirkungsbereich 43 die Rotoranordnung 42 und somit auch deren Rotorwelle 40 in Drehung um die Drehachse A versetzt wird.
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Die Rotorwelle 40 ist an dem Gebläsegehäuse 12 und somit bezüglich der Statoranordnung nur an einer ersten axialen Seite A1 bezüglich des Rotor-Magnetkraftwechselwirkungsbereichs 43 vermittels einer Lagerungsanordnung 44 drehbar gelagert. Die Lagerungsanordnung 44 umfasst zwei in axialem Abstand zueinander angeordnete Lager 46, 48, von welchen beispielsweise das Lager 46 als Loslager und das Lager 48 als Festlager ausgebildet sein kann. Vermittels der Lagerungsanordnung 44 kann die Rotorwelle 40 an einem von dem scheibenartigen Gehäusebereich 14 sich in das Innere des Motorgehäuses 32 erstreckenden, beispielsweise mit dem Gebläsegehäuse 12 integralen Lagerungsansatz 50 drehbar getragen sein. Zur Kopplung mit dem Förderrad 18 durchsetzt die Rotorwelle 40 eine Öffnung 52 in dem scheibenartigen Gehäusebereich 14, so dass ein erster axialer Endbereich 54 der Rotorwelle 40 über den scheibenartigen Gehäusebereich 14 axial hervorsteht und das Förderrad 18 drehfest trägt.
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Ausgehend von der Lagerungsanordnung 44 erstreckt sich die Rotorwelle 40 freitragend im Motorgehäuse 28. Dies bedeutet, dass die Rotorwelle 40 auch in einem zweiten axialen Endbereich 56 nicht bezüglich des Motorgehäuses 28 gelagert ist. Das Motorgehäuse 28 erstreckt sich ausgehend vom scheibenartigen Gehäusebereich 14 in einer zweiten axialen Richtung R2 und ist an seinem von dem scheibenartigen Gehäusebereich 14 entfernt liegenden axialen Ende 58 durch ein beispielsweise aus Kunststoffmaterial aufgebautes Verschlusselement 60 abgeschlossen. Durch dieses Verschlusselement 60 können die zur Kontaktierung des Stator-Magnetkraftwechselwirkungsbereichs 42 vorgesehenen Kontaktelemente bzw. allgemein die in 3 dargestellte Leitung 36 sich hindurch erstrecken.
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An dem in der zweiten axialen Richtung R2 sich über den Rotor-Magnetkraftwechselwirkungsbereich 42 hinaus erstreckenden Abschnitt der Rotorwelle 40 ist eine Zusatzmassenanordnung 62 vorgesehen bzw. angebracht. In dem in 3 dargestellten Beispiel umfasst die Zusatzmassenanordnung 62 eine ringartig ausgebildete Zusatzmasse 64, welche zum Vermeiden von Unwuchten die Drehachse A vorzugsweise im Wesentlichen vollständig umgibt. Die Zusatzmasse 64 kann für eine feste Verbindung beispielsweise auf die Rotorwelle 40 aufgepresst seins oder/und mit dieser materialschlüssig, also beispielsweise durch Verschweißung, Verlötung oder Verklebung, fest verbunden sein.
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Durch das Vorsehen der Zusatzmassenanordnung 62 an einer zweiten axialen Seite A2, also der von der Lagerungsanordnung 44 entfernten axialen Seite des Rotor-Magnetkraftwechselwirkungsbereichs 42 wird ein Massenschwerpunkt des freitragenden bzw. über das Lager 48 sich hinaus erstreckenden Abschnitts der Rotoranordnung 42 in Richtung vom Lager 48 weg verschoben. Dies beeinflusst das Schwingungsverhalten, insbesondere das Biegeschwingungsverhalten der Rotoranordnung 42 wesentlich, wie im Folgenden mit Bezug auf die 4 beschrieben.
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Die 4 stellt, aufgetragen über der Motordrehzahl, den im Drehbetrieb des Elektromotors 34 generierten Schalldruckpegel dar. Dabei zeigt die mit durchgezogener Linie dargestellte Kurve K1 den bei einem Elektromotor generierten Schalldruckpegel, bei welchem an der zweiten axialen Seite A2 des Rotor-Magnetkraftwechselwirkungsbereichs 43 keine Zusatzmassenanordnung vorgesehen ist. Im Bereich der Motordrehzahl zwischen 5000 und 6000 Umdrehungen pro Minute tritt aufgrund des Durchlaufens einer Biegeschwingungs-Resonanzstelle S ein substantieller Anstieg des Schalldruckpegels auf. Durch Vorsehen der Zusatzmassenanordnung 62 und damit Verlagern des Massenschwerpunkts in Richtung zum zweiten Endbereich 56 der Rotorwelle 40 wird diese Resonanzstelle S bzw. S', bei welcher es sich beispielsweise die 18. Ordnung der Biegeschwingung der Rotorwelle 40 handeln kann, in Richtung zu kleineren Drehzahlen verschoben. Mit dieser Verschiebung zu kleineren Drehzahlen treten auch eine Abnahme der Überhöhung des Schalldruckpegels und insbesondere eine Abnahme der im Bereich dieser Resonanzstelle S‘ abgegebenen Energie auf. Dies hat zur Folge, dass insbesondere in einer Hochlaufphase des Elektromotors, bei welcher dieser bei Beginn des Förderbetriebs ausgehend beispielsweise von einem Stillstandzustand in Richtung zu seiner Betriebsdrehzahl gebracht wird, die bei 7000 Umdrehungen pro Minute oder höher liegen kann, durch das Vorsehen der Zusatzmassenanordnung 62 an der Rotoranordnung 42 somit eine Verringerung des Schalldruckpegels bzw. der in Form von Schall abgegebenen Energie erreicht wird. Zusätzlich tritt die im Bereich der Resonanzstelle S' auftretende Überhöhung des Schalldruckpegels in einem Drehzahlbereich auf, der beim Hochlaufen des Elektromotors 34 relativ schnell durchlaufen wird, so dass auch die Zeitdauer der akustischen Beeinträchtigung verkürzt werden kann. Der Drehzahlbereich von über 5000 Umdrehungen pro Minute ist diesbezüglich besonders kritisch, da dies ein Drehzahlbereich kurz vor Erreichen der im Betrieb allgemein vorgesehenen Betriebsdrehzahl ist, in welchem Bereich insbesondere in einer Startphase eines brennstoffbetriebenen Fahrzeugheizgeräts der Elektromotor 34 kurz gehalten wird, um eine Stabilisierung des Förderbetriebs bzw. der Verbrennung zu erreichen.
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Es ist darauf hinzuweisen, dass durch Auswahl der Masse bzw. des Massenträgheitsmoments der Zusatzmassenanordnung 62 bzw. auch der axialen Positionierung derselben bezüglich des Lagers 48 bzw. des Rotor-Magnetkraftwechselwirkungsbereichs 43 ein Einfluss auf die Verschiebung bzw. die Lage der hinsichtlich der Entstehung von Geräuschen kritischen Resonanzstelle bzw. Resonanzstellen genommen werden kann. Gegebenenfalls kann die Zusatzmassenanordnung 62 mehrere an verschiedenen axialen Positionierungen vorgesehene Zusatzmassen 64 umfassen, die, so wie vorangehend dargelegt, jeweils als in sich starre Massen ausgebildet sein können. Eine oder mehrere der Zusatzmassen der Zusatzmassenanordnung 62 könnte auch bezüglich der Rotorwelle 40 schwingend bzw. mit einem bezüglich der Rotorwelle 40 schwingfähigen Massebereich ausgebildet sein. Beispielsweise könnte dieser Massebereich in einem begrenzten oder unbegrenzten Drehwinkelbereich um die Drehachse A bezüglich der Rotorwelle 40 drehbar sein, so dass hier eine Drehschwingung auftreten könnte bzw. dieser Massebereich grundsätzlich drehbar ist. Auch könnte beispielsweise durch Anbindung über elastische Elemente ein derartiger Massebereich radial bezüglich der Rotorwelle 40 schwingfähig sein, was insbesondere aufgrund des Umstandes, dass durch das Bereitstellen der Zusatzmassenanordnung 62 Biegeschwingungen zu beeinflussen sind, also Schwingungen, bei welchen die Rotorwelle 40 im Wesentlichen orthogonal zur Drehachse A ausgelenkt wird, einen besonders starken Einfluss auf das Schwingungsverhalten der Rotorwelle 40 aufweisen kann. Insbesondere kann bei einem derartigen radial schwingenden Massebereich durch die Anbindung über ein elastisches Element, beispielsweise bereitgestellt durch gummielastisches Material, ein Teil der Schwingungsenergie in einem derartigen als Tilger zu bezeichnenden Schwingungssystem dissipiert werden.
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Die bei einem erfindungsgemäß aufgebauten Elektromotor vorgesehene Zusatzmassenanordnung kann im Sinne der vorliegenden Erfindung beispielsweise eine oder mehrere Zusatzmassen an der Rotoranordnung umfassen, die in die Funktionalität der Erzeugung einer Magnetkraftwechselwirkung zwischen der Rotoranordnung und der Statoranordnung nicht involviert ist bzw. sind. Gleichwohl kann eine derartige Zusatzmasse baulich auch verknüpft sein mit dem Rotor-Magnetkraftwechselwirkungsbereich. Eine derartige Zusatzmasse kann beispielsweise axial anschließend an den Rotor-Magnetkraftwechselwirkungsbereich vorgesehen sein und, alternativ oder zusätzlich zur direkten Anbindung an die Rotorwelle, mit diesem zur gemeinsamen Drehung fest verbunden sein.
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Der Effekt der Verschiebung des Massenschwerpunktes in Richtung von der Lagerungsanordnung weg wird durch das Vorsehen der Zusatzmassenanordnung bzw. zumindest einer Zusatzmasse derselben an der von der Lagerungsanordnung abgewandt liegenden zweiten axialen Seite des Rotor-Magnetkraftwechselwirkungsbereich besonders ausgeprägt erreicht. Gleichwohl könnte die Zusatzmassenanordnung alternativ oder zusätzlich auch eine oder mehrere Zusatzmassen an der der Lagerungsanordnung zugewandten ersten axialen Seite des Rotor-Magnetkraftwechselwirkungsbereichs umfassen.
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Alternativ zum Bereitstellen der Zusatzmassenanordnung bzw. einer Zusatzmasse derselben als separates Bauteil bzw. als separate, an der Rotorwelle anzubringende Baugruppe, könnte die Zusatzmassenanordnung bzw. eine Zusatzmasse derselben auch durch einen integralen Bestandteil der Rotorwelle bereitgestellt sein. Ein derartiger integraler Bestandteil könnte im Sinne der vorliegenden Erfindung als Zusatzmasse beispielsweise dadurch vorgesehen werden, dass die Rotorwelle beispielsweise in denjenigen Bereichen, in welchen sie das Förderrad trägt, bezüglich des Gebläsegehäuses gelagert ist und gegebenenfalls auch demjenigen Bereich, in welchem sie den Rotor-Magnetkraftwechselwirkungsbereich trägt, mit im Wesentlichen konstantem Außendurchmesser bereitgestellt ist, und dort, wo die Zusatzmassenanordnung bereitzustellen ist, also beispielsweise an der zweiten axialen Seite des Rotor-Magnetkraftwechselwirkungsbereichs, eine radiale und somit zur Massenerhöhung beitragende Erweiterung aufweist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013226563 A1 [0002]