Voutta Technik GmbH & Co. KG

EC-Motor

Ventilatoren mit EC-Motor

Verfügbare Lüfter verwenden bisher hauptsächlich Kollektormotoren als preiswerte, aber mit Nachteilen behaftete Antriebsquelle.
Leistungsfähige und trotzdem preisgünstige Elektronikbauelemente ermöglichen es zunehmend den Kollektor durch eine elektronische Schaltung zu ersetzen und so viele Nachteile des Kollektors zu vermeiden. Unsere neuen Geräte werden von einem speziell für diesen Einsatzzweck entwickelten elektronisch Kommutierten, reversierbaren Gleichstrommotor angetrieben, im folgenden Text EC-Motor genannt.

Funktionsprinzip :
Es handelt sich um einen kollektorlosen Gleichstrommotor
(EC = Electronically Commutated)
Dieser ist als Außenläufermotor aufgebaut. Das heißt, bei dem Motor wird das Magnetfeld durch einen ringförmigen Permanentmagneten im Rotor erzeugt. Das Statorblechpaket mit den Spulen ist anders als beim herkömmlichen Kollektormotor fest mit dem Lagerdeckel des Motors verbunden und dreht sich nicht. Die Winkelstellung des Permanentmagneten im Rotor wird über drei Hall-Sensoren erfasst und von einer, im Motor integrierten, Elektronik ausgewertet. Anhand der Winkelstellung des Rotors und der gewünschten Drehrichtung werden von der Elektronik die entsprechenden Spulen bestromt um das erforderliche Drehmoment zu erzeugen. Der gesamte Vorgang erfolgt ohne Verschleiß und Funkenbildung. Hierdurch und durch spezielle Bauelemente der Elektronik werden hervorragende EMV-Meßwerte erreicht. Da durch die Kommutierung kein Verschleiß auftritt, bleibt nur noch die Lagerung als Verschleißteil. Diese ist bei dem Motor durch zwei axial vorgespannte Kugellager mit Lebensdauerschmierung ausgeführt. Hierdurch wird eine hohe Standzeit des Motors erreicht.

Vorteile :

Lebensdauer :
Kollektormotoren schalten ihre Wicklungsspulen über den auf der Ankerwelle mitlaufenden Kollektor und den im Gehäuse feststehenden Kohlebürsten entsprechend der Winkelstellung des Ankers um. Dies erfolgt, abhängig von der Anzahl der Polzahl des Motors, meist 12 mal pro Umdrehung. Dies ist ein rein mechanischer Vorgang und mit Verschleiß verbunden. Kollektormotoren haben aus den genannten Gründen daher eine durch die Kohlebürsten begrenzte Standzeit von ca. 3000-6000 Std. Beim EC-Motor entsteht durch die Kommutierung keinerlei Verschleiß. Die Standzeit des Motors wird nur noch durch die Lagerung bestimmt. Bisherige Berechnungen in Zusammenarbeit mit dem Kugellagerhersteller ergaben hierbei Ergebnisse von >40.000 Std.

EMV-Störungen:
Kollektormotoren senden bauartbedingt relativ starke Störungen aus. Dies ist durch die Funktionsweise des Kollektors bedingt, welcher wie ein mechanischer Schalter arbeitet. Verstärkt durch die Induktion der einzelnen Spulen entsteht bei jeder Umschaltung aufgrund der hohen Spannungen (Zündspulen im Auto arbeiten so) ein kräftiger Funke. Diese Störung lässt sich zwar durch Entstörelemente, bzw. Kapselung dämpfen, ist aber funktionsbedingt immer vorhanden. Bei dem EC-Motor kommt es durch die elektronische Schaltung auf keinen Fall zu Funkenbildungen. Bei der eingesetzten Elektronik wird auch die Induktionsspannung der abgeschalteten Spulen begrenzt und verhindert damit das Störungen auf das Bordnetz übertragen werden. Zusätzlich werden am Netzeingang des Motors alle möglichen Störungen für die Elektronik abgefangen um zu verhindern, das externe Störungen zu einer Störung der Elektronik und damit wieder zu einer Störung des Bordnetzes führt.

Geräuschentwicklung :
Kollektormotoren haben immer eine bestimmte Geräuschentwicklung durch den Kollektor. Die Kohlebürsten schleifen zwangsläufig immer auf dem in einzelne Segmente unterteiltem Kollektor, besonders im Reversierbetrieb kommt es zwangsläufig zu einem „Springen“ der Kohlebürsten mit der entsprechenden Geräuschkulisse. Bei den verfügbaren Geräten dieser Bauart kommt es zusätzlich noch zu einer höheren Geräuschentwicklung da alle eingesetzten Motoren und Laufräder aus Anwendungen kommen, bei denen erst bei höheren Drehzahlen, Drücken und Luftleistungen die optimalen Ergebnisse erreicht werden. Diese Auslegung entspricht jedoch nicht den Anforderungen an Produkte der Fahrzeuglüftung, wie z.B. Dachlüfter. Der EC-Motor hat – auch im Reversierbetrieb - keinerlei  Bürstengeräusche. Er läuft. bis auf die Geräusche durch die Luftförderung, fast geräuschlos. Er ist ausgelegt auf geringe Drehzahlen (ca. 2.000-2400 1/min). Die Laufradgeometrie ist ausgelegt von Neutral – für gute Leistungen in beide Förderrichtungen bis zum Hochauftriebsflügel für eine bevorzugte Förderrichtung. Im Endergebnis ist der EC-Motor immer leiser als der vergleichbare Kollektormotor, einmal durch die fehlenden Kollektorgeräusche, und zusätzlich durch die drehzahlbedingt geringeren Laufradgeräusche. Diese werden zusätzlich, aufgrund der tieferen Frequenzen, vom Beobachter geringer empfunden.

Leistungsaufnahme und Luftleistung:
Herkömmliche Kollektormotoren müssen aufgrund ihrer Auslegung meistens gedrosselt betrieben werden - mit den entsprechenden Verlusten - um in diesem Bereich überhaupt eingesetzt werden zu können.Der EC-Motor ist speziell auf den geforderten Leistungsbereich konstruiert worden.Zusätzlich konnte die Leistungsaufnahme des EC-Motors aufgrund der eingesetzten Bauelemente (z. Bsp. Power-MOSFET’s mit max. 60 mOhm Durchgangswiderstand) sehr gering gehalten werden, da durch die Elektronik nur eine sehr geringe Verlustleistung entsteht. In Verbindung mit der eingesetzten Flügelgeometrie liefert der Ventilator einen sehr guten Wirkungsgrad (Luftleistung/Aufgenommene Leistung), welche von den angepassten Ventilatoren nicht erreicht wird.

Bauartbedingte Vorteile:
Herkömmliche Kollektormotoren sind als Stabankermotoren aufgebaut. Sie haben ein Motorgehäuse welches alle Baugruppen wie Kollektor, Lagerung, Anker mit Wicklung usw. enthält, diese sind nacheinander angeordnet – Ankerwelle-Lager-Anker-Kollektor-Lager. An einer Seite ragt eine Motorwelle aus dem Gehäuse, an welchem das Laufrad befestigt werden kann. Diese Bauweise hat unter anderen als Nachteil die große Baulänge. Dieser Nachteil lässt sich zwar durch das kompakte Konstruieren der Bauelemente verringern, aber nicht vermeiden. Bei dem EC-Motor ist der Aufbau wesentlich platzsparender, ein Kollektor ist nicht vorhanden, das Gehäuse ist gleichzeitig Laufradnabe, die Lagerung ist innerhalb des Motors und die Wicklung findet dazwischen Platz. Der Motor hat dadurch eine erheblich kürzere Baulänge, das Trägheitsmoment des Rotors ist wesentlich größer (Flügel+Gehäuse+Magnet) und gleicht damit Drehmomentschwankungen besser aus. Der EC-Motor hat somit Vorteile in Bezug auf Baulänge und Laufruhe.

Einsatzmöglichkeiten für Ventilatoren mit EC-Motor :

Lebensdauer :
Nutzfahrzeuge haben teilweise erhebliche Einsatzzeiten, nicht vergleichbar mit Pkw. Erforderliche Lüftungsgeräte mit kurzen Standzeiten erfordern damit einen unerwünscht hohen Aufwand für Wartung und Reparatur. Beispielsweise müssten Schienenfahrzeuge, welche 24 Std. täglich im Einsatz sind, alle 125-250 Tage einen neuen Antriebsmotor bekommen. Überprüfungen wären noch öfter nötig.

EMV-Störungen :
Die Fahrzeuge werden heute verstärkt mit Elektronik ausgestattet.(Funk, Navigation, Telefon, Videoanlage, Motorsteuerung, diverse Regelanlagen, medizinische Geräte usw.) In diesem Umfeld kann eine EMV-Störquelle unerwünschte Nebenwirkungen - bis zum Komplettausfall einer Komponente - hervorrufen.

Leistungsaufnahme :
Durch den verstärkten Einsatz elektrischer Komponenten sind die Bordnetze stark ausgelastet, eine geringe Leistungsaufnahme des Antriebsmotors ist hier wünschenswert. Auch Anwendungen mit Solarunterstützung sind mit kleinen Leistungsaufnahmen sinnvoller.

Geräuschentwicklung und Laufruhe :
Die Forderungen nach geringer Geräuschentwicklung werden durch die immer leiser werdenden Fahrzeuge verstärkt gestellt.
 

[Home] [Produkte] [EC-Motor] [Axialventilatoren] [Dachventilatoren] [Entlüfter] [Dachverschlüsse] [LED-Lampen] [Schaltpläne] [Kontakt] [Impressum]