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GEBIET DER
ERFINDUNG
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Die
Erfindung betrifft allgemein Motoren, und insbesondere betrifft
die Erfindung Motoren, die in Gebläsen oder Ventilatoren mit niedriger
Bauhöhe eingesetzt
sind, die für
Kühlzwecke
in den Chassis von elektronischen Geräten oder anderen Geräten eingebaut
sind.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Flachtypige
Gebläse
oder Ventilatoren ("Flachgebläse") werden üblicherweise
eingesetzt, um elektronische Geräte
zu kühlen.
Ein beispielhaftes Flachgebläse
ist das DIPLOMATTM-Gebläse, welches von Comair Rotron,
Inc. aus San Ysidro, Kalifornien, vertrieben wird. Flachgebläse haben
in der Regel eine relativ niedrige Bauhöhe (d. h. Querschnittsfläche), um
das zum Anbringen solcher Gebläsetypen
innerhalb von elektronischen Geräten
benötigte Volumen
zu minimieren. Das oben genannte DIPLOMATTM-Gebläse hat z.
B. eine Bauhöhe
von etwa 6,4 cm (3,5 Zoll).
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Obwohl
bereits relativ dünn,
gibt es nach wie vor Bedarf, das Profil bzw. die Bauhöhe von Flachgebläsen weiter
zu reduzieren. Beispielsweise wird die Reduzierung der Bauhöhe um so
wenig wie 0,64 cm (0,25 Zoll) wird als signifikante Profilreduzierung
angesehen. Jedoch ist die Minimaldicke eines Flachgebläses durch
die Größe des Motors,
der das Gebläselaufrad
antreibt, begrenzt. Zum Beispiel weist das oben genannte DIPLOMATTM-Gebläse
einen Motor mit einem an ein Laufrad gekoppelten Rotor auf. Zusätzlich zu
Polen, Lagern, Motorwicklungen und anderen bekannten Motorelementen
enthält
der Motor ebenso die Motorelektronik (Motorsteuerungs- und Leistungsregelschaltkreise)
innerhalb eines Motorgehäuses,
das selbst wiederum in einem Gebläsegehäuse untergebracht ist. Die
Motorelektronik innerhalb des Motorgehäuses vergrößert notwendigerweise die Ausmaße des Statorblechpaketes
(d. h. Pole, Spulen und Schaltungsteile), was folglich die Minimaldicke
des Gebläses
erhöht.
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Über eine
relativ niedrige Bauhöhe
hinaus ist es ebenso wünschenswert,
ein Flachgebläse
in verschiedenen Konfigurationen innerhalb des Chassis von elektronischer
Ausrüstung
anbringen zu können. Die
verschiedenen Konfigurationen erlauben dem Abströmungskanal des Gebläses, den
ausströmenden
Luftstrom in eine gewünschte
Richtung zu lenken, wie z. B. aus dem Innenraum des zu kühlenden elektronischen
Gerätes.
Entsprechend ist die Elektronik in einem Flachgebläse üblicherweise
an die elektronischen Geräte
(z. B. um Leistung abzuleiten oder Steuerdatensignale von der Elektronik
zu erhalten) anschließbar
mittels eines oder mehrerer Drähte,
die aus dem Gebläse
kommen. Jedoch ist die Verwendung von Drähten ungünstig, weil die Drähte manuell
mit der Elektronik der Geräte
innerhalb des Gerätechassis
verbunden werden müssen.
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Das
Gebrauchsmuster
DE
296 15 089 U1 offenbart ein Gleichstromgebläse mit einer
Schaltungsplatine, die zusammen mit einem Rotor und einem Stator
in einem Gehäuse
integriert sind.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Gemäß der Erfindung
wird ein Motor wie nach Anspruch 1 beschrieben geschaffen.
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In
Ausführungsformen
eines flachen Motors werden Oberflächen-Bestückungstechniken
zum Bestücken
der Gebläseelektronik
auf einer dünnen,
laminierten Schaltungsplatine verwendet, um die Gebläsebauhöhe zu reduzieren.
In einigen Ausführungsformen
besitzt der Motor eine Bauhöhe
von nicht mehr als etwa 4,2 cm (1,65 Zoll). Dazu weist der Motor
einen Stator auf und einen rotierbaren Rotor, der an den Stator
gekoppelt ist. Der Stator weist eine Spule auf, einen Pol, der mit
der Spule gekoppelt ist, und eine laminierte Schaltungsplatine mit
Gebläsesteuerschaltkreisen
und Pads bzw. Lötaugen
zum elektrischen Verbinden des Gebläsesteuerschaltkreises mit der
Spule. Die Verwendung von Oberflächenbestückungstechniken
zum Bestücken
der Steuerschaltkreise auf der laminierten Schaltungsplatine beseitigt
daher die diskreten elektronischen Bauelemente und Drähte zum
Verbinden solcher Bauelemente. Bei bevorzugten Ausführungsformen
hat die laminierte Schaltungsplatine eine Dicke von nicht mehr als
0,81 mm (0,032 Zoll).
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Der
Rotor hat eine Unterseite mit einer Unterseitenfläche, und
die laminierte Schaltungsplatine hat einen gegenüberliegenden Bereich, der damit
koaxial ist und der Unterseite zugewandt ist. Die Unterseitenfläche ist
von derselben Größe wie die
Fläche des
gegenüberliegenden
Bereiches. Die Steuerschaltungsteile sind außerhalb des gegenüberliegenden
Bereiches angeordnet.
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Gemäß weiterer
Ausführungsformen
der Erfindung kann die Motorsteuerschaltung einen Umschaltschaltkreis
zum Umschalten der Polarität
der Spule zum Steuern der Rotorrotation, und Regelschaltungen zum
Regeln von zumindest dem Gebläseeingangsstrom
und/oder der Spannung aufweisen. Der Motorsteuerschaltkreis kann
außerdem
einen Hall-Effekt-Sensor und einen Gebläseleistungs-Rückmeldungsschaltkreis
zum Überwachen der
Gebläseleistung
aufweisen. Die laminierte Schaltungsplatine kann Leiterbahnen zum
Verbinden jedes der verschiedenen Bauelemente, die den Gebläsesteuerschaltkreis
bilden, aufweisen. Die verschiedenen Bauelemente können laminierte,
oberflächenbestückte Schaltkreiselemente
sein.
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Der
Motor ist vorzugsweise an eine elektronische Vorrichtung koppelbar.
Die laminierte Schaltungsplatine kann daher einen ersten Port bzw.
Anschluss, der an den Gebläseleistungs-Rückmeldungsschaltkreis gekoppelt
ist, zum Empfangen und Senden von Signalen zwischen dem Gebläseleistungs-Rückmeldungsschaltkreis
und der elektronischen Vorrichtung aufweisen. Bei weiteren Ausführungsformen
weist der Motor ein Gehäuse
mit vier Seiten und einer Frontseite auf, wobei die Frontseite und
eine der Seiten jeweils entsprechende Lufteinlass- und Auslassöffnungen
definieren. Der Rotor ist vorzugsweise so angepasst, dass er einen
Luftstrom in das Gehäuse
durch den frontseitigen Lufteinlass führt und einen Luftstrom aus
dem Gehäuse
durch die Auslassöffnung
leitet.
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Gemäß weiterer
Ausführungsformen
der Erfindung weist die elektronische Vorrichtung eine Kupplung
auf, und der Motor weist einen Verbinder auf, der mit dem Port verbunden
ist. Der Verbinder verbindet mechanisch mit der Kupplung zum elektrischen
Verbinden des Ports mit der elektrischen Vorrichtung. Der Motor
kann ebenso in ersten und zweiten Konfigurationen mechanisch an
die elektrische Vorrichtung koppelbar sein. Der Verbinder kann an dem
Gebläse
an einem ersten Ort montierbar sein, wenn das Gebläse in einer
ersten Konfiguration befestigt ist. Auf ähnliche Weise kann der Verbinder
an dem Gebläse
an einer zweiten Stelle montierbar sein, wenn das Gebläse in der
zweiten Konfiguration angebracht ist. Weiterhin kann das Gehäuse eine
Leuchtdiode an einer oder mehreren Seiten des Gehäuses aufweisen.
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In
bevorzugten Ausführungsformen
ist die Unterseite des Rotors von dem gegenüberliegenden Bereich auf der
laminierten Schaltungsplatine abgesetzt. Die Schaltungsplatine kann
weitere Schaltungsteile aufweisen, die nicht innerhalb des gegenüberliegenden
Bereichs liegen. Darüber
hinaus weist die Schal tungsplatine vorzugsweise nur laminierte, oberflächenbestückte Schaltkreiselemente
oder nur diskrete Schaltkreiselemente oder beides auf. Die Schaltkreiselemente
können
eine Anzahl von Bauelementen, insbesondere Widerstände oder
Transistoren, aufweisen. In weiteren Ausführungsformen weisen die Schaltkreiselemente
einen Umschaltschaltkreis zum Steuern der Rotation des Rotors auf.
Die Schaltkreiselemente sind vorzugsweise durch auf die laminierte
Schaltungsplatine laminierte Leiterbahnen verbunden.
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In
weiteren Ausführungsformen
weist der Rotor ein Laufrad bzw. Flügelrad auf. Der Motor kann ebenso
ein Gehäuse
zur Aufnahme des Rotors, des Stators und der laminierten Schaltungsplatine
aufweisen. Die laminierte Schaltungsplatine ist vorzugsweise auf
die Rückseite
des Gehäuses
angebracht. In einigen Ausführungsformen
ist die Unterseite und der gegenüberliegende
Bereich kreisförmig.
In bevorzugten Ausführungsformen
sind die Unterseite und der gegenüberliegende Bereich jedoch
beide toroid geformt (d. h. ringförmig, ähnlich einem Doughnut).
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Gemäß weiterer
Ausführungsformen
der Erfindung weist der Motor einen Stator, einen Rotor, der an
den Stator gekoppelt ist und eine Unterseite mit einer Unterseitenfläche, ein
Gehäuse
mit einem Gehäuseinnenraum
und Schaltungsteile, die die Rotation des Rotors steuern, auf. Das
Gehäuse
hat einen inneren Bereich, der der Unterseite des Rotors gegenüberliegt
und dieselbe Fläche
hat wie der Unterseitenbereich. Bevorzugterweise ist die Unterseite koaxial.
mit dem gegenüberliegenden
Bereich. Die Schaltung ist vorzugsweise so innerhalb des Gehäuses positioniert,
dass sie nicht innerhalb des gegenüberliegenden Bereiches auf
der laminierten Schaltungsplatine liegt.
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In
vielen Ausführungsformen
kann der gegenüberliegende
Bereich ein Volumen aufweisen, das sich von der Unterseite des Rotors
bis zu der inneren Unterseitenfläche
des Gehäuses
erstreckt.
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In
einigen Ausführungsformen
ist die Schaltung auf die Innenwände
des Gehäuses
angebracht. In weiteren Ausführungsformen
weist der Motor eine laminierte Schaltungsplatine auf, die an die
Seitenwand des Gehäuses
angebracht ist. Die Schaltung kann auf eine solche laminierte Schaltungsplatine montiert
sein.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Die
vorangegangen und weitere Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden
von der folgenden weiteren Beschreibung derselben unter Bezugnahme
auf die beigelegten Zeichnungen umfassender verstanden, wobei:
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1 eine perspektivische Sicht
auf ein Flachgebläse
zeigt, das entsprechend bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung
gefertigt ist;
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2 eine Querschnittsansicht
entlang der Strecke 2-2 des Gebläses,
wie es in 1 gezeigt ist,
zeigt;
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3A eine Aufsicht einer laminierten,
gedruckten Schaltungsplatine innerhalb des Gebläses, das in 1 gezeigt ist, zeigt;
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3B eine Aufsicht einer Unterseite
eines Flügelrades
innerhalb des Flachgebläses
aus 1 zeigt;
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4 eine Aufsicht der Verbindungen
in der laminierten gedruckten Schaltungsplatine aus 4 zeigt;
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5 ein Schaltbild der elektronischen
Bauelemente und ihrer Verbindungen auf der laminierten gedruckten
Schaltungsplatine aus 3 zeigt;
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6 eine schematische Darstellung
der Bestückungsflächen auf
dem Gebläsegehäuse zum Anbringen
eines elektrischen Verbinders auf das Gebläse zeigt;
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7 einen Verbinder zum Verbinden
der laminierten, gedruckten Schaltungsplatine mit einer zu kühlenden
elektronischen Vorrichtung zeigt.
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BESCHREIBUNG
VON BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Die 1 und 2 zeigen exemplarisch ein Vierpol-Gleichstromgebläse 10,
das entsprechend bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung
konfiguriert werden kann. Es sei darauf hingewiesen, dass verschiedene
Ausgestaltungen der Erfindung auf andere Gebläse- oder Ventilatortypen, wie
z. B. mit zwei Polen oder mit Wechselstrom zu betreibenden (d. h. Wechselstromgebläsen), angewendet
werden kann. Wie unten beschrieben, kann das bevorzugte Gebläse als eine
verteilte Version eines konventionellen Motors angesehen werden,
weil die Motorelemente über
das Innere des Gebläses
verteilt sind. Demgemäß kann der
Begriff "Gebläse" und "Motor" synonym gebraucht
werden, wenn verschiedene Ausführungsformen
der Erfindung definiert und beschrieben werden.
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Das
Gebläse 10 weist
ein Gehäuse 12 mit
einem Rotor 14 auf, der rotierbar auf einem Stator 16 angebracht
ist. Wie weiter unten ausführlicher
beschrieben (6) weist
das Gehäuse 12 vorzugsweise
vier Seiten und eine Frontseite 26 auf und ist aus Metallblech
gefertigt. Die Frontseite 26 hat vorzugsweise eine Dicke
von etwa 1,3 mm (0,050 Zoll), während
der Rest des Gehäuses 12 vorzugsweise eine
Dicke von etwa 1,98 cm (0,78 Zoll) hat. Die Frontseite 26 weist
eine Einlassöffnung 28 zum
Lufteinlass auf, und eine der vier Seiten 22 weist eine Abluftöffnung 30 zum
Ausblasen von Luft aus dem Gehäuse 12 auf.
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Der
Rotor 14 weist vorzugsweise ein rückwärts gekrümmtes Flügelrad 32 auf, das über einen Stahlbecher 38 gekoppelt
ist. Das Flügelrad 32 weist eine
Mehrzahl von Flügeln 34 und
eine Unterseite 33 (3A)
auf. Wenn das Flügelrad 32 im
Uhrzeigersinn rotiert, saugt es über
die Einlassöffnung 28 Luft in
das Gehäuse 12 und
lässt Luft
aus dem Gehäuse 12 über die
Auslassöffnung 30 aus.
In bevorzugten Ausführungsformen
weist der Rotor 14 ferner einen ringförmigen Permanentmagneten 36 innerhalb
des Bechers 38 auf. Der Magnet 36 hat vorzugsweise
einen ersten Südpolteil
mit einem Südpol,
der nach innen gerichtet ist, einen ersten Nordpolteil mit einem Nordpol,
der nach innen gerichtet ist, einen zweiten Südpolteil mit einem Südpol, der
nach innen gerichtet ist, und einen zweiten Nordpolteil mit einem
Nordpol, der nach innen gerichtet ist mit Nullen 180 Grad
gegenüber.
In bevorzugten Ausführungsformen
umlaufen die Magnetteile jeweils entsprechend etwa neunzig Grad
des Stahlbechers 38 in einem Kommutierungsteil des Magneten 36.
Eine zentrale Achse 40, die an einer Endseite des Bechers 38 gesichert
ist, ist beim Zusammenbau des Gebläses 10 auf Lagern (nicht
gezeigt) in der Statoranordnung 16 gelagert.
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Der
Stator 16 weist vier Pole, die jeweils alternierend durch
zwei entsprechende Spulen 43 angeregt werden, und Gebläsesteuerschaltungsteile 45 auf,
die unter anderem die Anregung der zwei Spulen 43 regeln.
Gemäß bevorzugter
Ausführungsformen der
Erfindung sind die Steuerschaltkreisteile 45 auf einer
laminierten gedruckten Schaltungsplatine ("Schaltungsplatine 42") mittels konventioneller
elektronischer Laminieroberflächen-Bestückungstechniken
montiert. Die 3A zeigt
die Position der verschiedenen elektronischen Komponenten in bevorzugten
Ausführungsformen
der Schaltungsplatine 42, wogegen die 4 die Leiterbahnen (auch als "Traces" oder "Pads" bezeichnet) zwischen
solchen elektronischen Komponenten zeigt. Die 5 zeigt schematisch die verschiedenen
elektronischen Komponenten aus den 3A und 4 gemeinsam mit ihrer Verdrahtung.
Es sei anzumerken, dass, obwohl bestimmte Kombinationen von Schaltungselementen offenbart
sind (z. B. die Schaltungsanordnung in 5), jede hinlänglich bekannte Kombination
von Schaltungselementen zusammen mit bevorzugten Ausführungsformen
der Erfindung verwendet werden kann. Z. B. kann jeder bekannte Umschaltschaltkreis benutzt
werden, solange die Bauelemente in Übereinstimmung mit bevorzugten
Ausführungsformen verteilt
montiert sind. Weitere Details sind unten diskutiert.
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Gemäß bevorzugten
Ausführungsformen
der Erfindung sind die Schaltungselemente derart ausgewählt platziert
und auf der laminierten Schaltungsplatine 42 montiert,
dass die Bauhöhe
des Gebläses 10 reduziert
wird. Demgemäß sind die
Schaltungselemente vorzugsweise auf der Platine so montiert, dass sie
nicht innerhalb eines toroid geformten Bereiches (d. h. dem Doughnut-förmigen oder ringförmigen Bereich)
auf der Schaltungsplatine 42 liegen, der der Unterseite 33 des
Rotors gegenüberliegt.
Dieser Bereich ist detailliert in 3A gezeigt
und ist hier als "gegenüberliegender
Bereich 35" bezeichnet.
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Insbesondere
zeigt 3B eine Aufsicht
der Unterseite 33 des Laufrades 32, welche durch
die radiale Fläche
zwischen dem Stahlbecher 38 und dem äußeren Rand 37 des
Laufrades bestimmt ist. Die Unterseite 33 liegt direkt
gegenüber,
ist jedoch nicht in Kontakt mit dem gegenüberliegenden Bereich 35 der
Schaltungsplatine 42. Die Unterseite 33 liegt
also nicht gegenüber
den anderen Teilen der Schaltungsplatine 42. Entsprechend
sind die Schaltungselemente vorzugsweise in dem mittleren Bereich 39 und den
Eckbereichen 41 der Schaltungsplatine 42 (3A) angeordnet. Wie in 3A gezeigt, hat der gegenüberliegende
Bereich 35 vorzugsweise dieselbe Fläche wie die Unterseite 33 des
Laufrades. Außerdem
ist der gegenüberliegende
Bereich 35 vorzugsweise koaxial mit der Unterseite 33 des
Laufrades. Im Betrieb rotiert die Unterseite 33 des Lauf rades
in einem sehr geringen Abstand über
der gesamten gegenüberliegenden
Oberfläche
der Schaltungsplatine 42. In bevorzugten Ausführungsformen
ist dieser sehr geringe Abstand etwa 0,64 mm–0,89 mm (0,025–0,035 Zoll).
Wie oben und unten angemerkt, sind die Schaltungselemente und Leiterbahnen
vorzugsweise laminierte, oberflächenbestückte Bauelemente.
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Demgemäß sind die
Motorschaltungsteile nicht auf einer gedruckten Schaltungsplatine
innerhalb des Motorgehäuses
montiert, sondern in dem Innenraum des Gehäuses 10 auf der Schaltungsplatine 42 verteilt.
In bevorzugten Ausführungsformen
weist die Schaltungsplatine 42 etwa dieselbe Größe auf und
ist direkt auf die Rückseite
des Gebläsegehäuses montiert.
Diese verteilte Motoranordnung reduziert folgerichtig die Bauhöhe des Gebläses 10 und erlaubt,
es innerhalb eines kleineren Einschubs von zu kühlenden Vorrichtungen einzusetzen.
Abgesehen von seiner Funktion kann das Gebläse 10 als ein Motor
mit einem daran gekoppelten Laufrad verstanden werden. Daher können die
Grundideen von bevorzugten Ausführungsformen
auch auf Motoren in anderen Anwendungen angewendet werden.
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In
alternativen Ausführungsformen
können laminierte
Schaltungselemente innerhalb des gegenüberliegenden Bereiches 35 der
Schaltungsplatine 42 montiert sein. In noch weiteren Ausführungsformen
sind diskrete, nicht laminierte Bauelemente (z. B. konventionelle
Widerstände
und Transistoren) und laminierte Schaltungselemente außerhalb
des gegenüberliegenden
Bereiches 35 montiert. In noch weiteren Ausführungsformen
sind Schaltungselemente mit den Innenwänden des Gehäuses 12 auf
einer oder mehreren laminierten Schaltungsplatinen gekoppelt. Diese
laminierten Schaltungsplatinen können
zusätzlich
zu oder anstelle der diskutierten Schaltungsplatine 42 eingesetzt
werden.
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Im
Folgenden werden Details von den verschiedenen Schaltungsteilsystemen
eines exemplarischen Gebläses 10 beschrieben,
wobei die Motorelemente ähnlich
der bevorzugten Ausführungsform angeordnet
sind. Es sei jedoch wiederholt darauf hingewiesen, dass jede Kombination
von Schaltungsteilsystemen, die nach dem Stand der Technik bekannt
sind, eingesetzt werden kann. Einige der beschriebenen Schaltungsteilsysteme
können
vollständig
aus dem Gebläse
entfernt werden. Auf ähnliche Weise
können
die beschriebenen Schaltungsteilsysteme anders als beschrieben konfiguriert
werden, z. B. mit verschiedenen Schaltungselementen oder verschiedenen
Schaltungselementgrößen. Es
wird daher davon ausgegangen, dass der Fachmann die Schaltungsteilsysteme
derart anordnen kann, dass die üblicherweise
erreichbaren Leistungsvorgaben für
das Gebläse 10 erreicht
werden. Entsprechend sollen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung nicht
als einschränkend
auf die beschriebenen Schaltungskonfigurationen verstanden werden,
wie z. B. die aus 5.
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Die
Schaltungsplatine 42 ist vorzugsweise auf der Basis von
FR4 Glas/Epoxidharz-Material für gedruckte
Schaltungsplatinen mit einer Dicke von etwa 0,76 mm (0,030 Zoll)
hergestellt. Diese Dicke sollte eine ausreichende strukturelle Festigkeit
für die Schaltungsplatine 42 bereitstellen.
Dennoch kann ein dünneres
Material für
gedruckte Schaltungsplatinen verwendet werden, falls dies erwünscht ist.
In alternativen Ausführungsformen
kann das Basismaterial CEM3 Glas/Epoxidharz-Material für gedruckte
Schaltungsplatinen sein. Es kann eine Kupferschicht mit einer Dicke
von etwa 0,025–0,05
mm (0,001–0,002 Zoll)
auf das Trägermaterial
laminiert und dann gemäß herkömmlicher
Prozesse geätzt
werden, um die Schaltungspads bzw. Leiterbahnen zu erzeugen (4). Bei Applikationen mit
hohem Strom kann die Kupferschicht jedoch auch etwa 0,05 mm (0,002
Zoll) dick sein. Sobald die Leiterbahnen hergestellt sind, können die
elektronischen Bauelemente an den entsprechenden Stellen auf der
Schaltungsplatine 42 (3A)
mittels konventioneller elektronischer Oberflächenbestückungstechniken positioniert
werden. In bevorzugten Ausführungsformen
haben die Schaltungselemente eine Bauhöhe von etwa 0,025–0,05 mm
(0,001–0,002
Zoll). Wenn die bevorzugte Schaltungsplatine 42 vollständig hergestellt
ist, sollte sie eine Bauhöhe
von etwa 0,81 mm (0,032 Zoll) aufweisen. Aufgrund der verminderten
Bauhöhe
der Schaltungsplatine kann der Rotor 14 näher an der
Unterseite des Stators 16 positioniert werden und somit
die Bauhöhe
des Gebläses 10 reduziert
werden.
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Wie
es in den 3A und 5 gezeigt ist, weist die
Gebläsesteuerschaltung 45 auf
der Schaltungsplatine 42 eine Vielzahl von elektronischen
Teilsystemen auf, die miteinander den Gebläsebetrieb steuern (z. B. die
Rotation des Laufrades 32). Jedes dieser Teilsysteme kann
zum Steuern der Gebläseleistung nach
konventionellen Verfahren konfiguriert werden. Unter den Teilsystemen
der Steuerschaltung 45 ist eine Rotorsteuerung 46 zum
Steuern der Rotation des Rotors 14 und ein Umschaltschaltkreis 48 zum wahlweisen
Anregen der Spulen 43. Unter anderem funktioniert die Rotorsteuerung 46 als
Regelkreis zum Regeln der Eingangsspannung bis zum Regeln der Geschwindigkeit
und des gewünschten
Luftstromes, als Stromschutzkreis zum Schutz der Schaltungsplatine 42 vor
Stromspitzen und als Temperaturschutzschaltkreis. Der Umschaltschaltkreis 48 weist
vorzugsweise Schaltungseinrichtungen Q1 und Q2 auf, die in bevorzugten
Ausführungsformen
MOSFETs des Typs STP32NGL sind, welche von SGS Thompson Microelectronics
aus Phoenix, Arizona, erhältlich
sind. Die Rotorsteuerung 46 weist vorzugsweise einen Typen
der LM317T-Serie und Strombegrenzer auf, die ebenfalls von SGS Thompson
Microelectronics erhältlich
sind. Eine Anzahl von Widerständen,
Kondensatoren und Dioden werden ebenso in der Rotorsteuerung 46 zusammen
mit ihren verschiedenen Schaltungsteilen eingesetzt.
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Der
Gebläsesteuerungsschaltkreis 45 weist außerdem eine
Anzahl von Spulenverbindern 56 (d. h. elektrische Verbindungspads, 4) zum Verbinden der Spulen 43 mit
dem Rotorsteuerungsschaltkreis 46 und zwei Hall-Effekt-Sensoren
H1 und H2 zum Abtasten der Rotation des Rotors 14 auf.
Es sind keine Drähte
zum Verbinden der Spulen 43 mit dem Rotorsteuerungsschaltkreis
notwendig, da Pads verwendet werden. Die erste Spule 43 koppelt
mit den Pads am Punkt "A" in 3A, 4 und 5, während die zweite Spule 43 mit
den Pads an dem Punkt B in den 3A, 4 und 5 koppelt. Der als "CT" bezeichnete Punkt
ist ein zentraler Spulenabgriff. Wie hinlänglich bekannt, tasten die
Hall-Sensoren H1 und H2 das sich ändernde Magnetfeld, welches
durch den rotierenden Magneten 36 in dem Rotor 14 erzeugt
ist, solange der Rotor 14 rotiert, und senden ein Signal
an den Umschaltschaltkreis 48 zum Umschalten der Polarität der Spulen 43.
In den bevorzugten Ausführungsformen
ist einer der Hall-Sensoren ein Modelltyp SS42 Hall-Effekt-Sensor,
welcher von Honeywell Microswitch Incorporated aus Freeport, Illinois,
erhältlich
ist. Der zweite Hall-Sensor (der mit einem Leistungsrückmeldeschaltkreis
wie unten diskutiert eingesetzt ist) ist vorzugsweise ein Modelltyp
SS421 Hall-Effekt-Sensor und ebenfalls von Honeywell Microswitch
erhältlich.
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Der
Gebläseleistungs-Rückmeldeschaltkreis 60 ist
ebenso als Teil der Gebläsesteuerschaltung 45 integriert.
Unter den Funktionen, die von dem Leistungsrückmeldeschaltkreis 60 ausgeführt werden,
ist die Erzeugung eines Signals an die zu kühlende elektronische Vorrichtung
(nicht gezeigt), das die Geschwindigkeit des Rotors 14 in
Umdrehungen pro Minute anzeigt. Zusätzlich kann der Rückmeldeschaltkreis 60 ein
Signal von der elektronischen Vorrichtung erhalten, das den Rotor 14 mit
höherer
oder niedrigerer Frequenz rotieren lässt. Unter den Schaltungskomponenten
in dem Rückmeldeschaltkreis 60 ist
ein Transistor Q5, welcher in den bevorzugten Ausführungsformen
ein Transistor vom Typ SDT 223 ist.
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Auf
der Schaltungsplatine 42 sind außerdem zwei Anschlüsse 62 und 64 zum
Verbinden der Schaltungsplatine 42 an die zu kühlende elektronische
Vorrichtung oder andere elektronische Einrichtungen und eine Sicherung 66 zum
Schutz gegen Leistungsspitzen vorgesehen. Wie in 3A gezeigt, ist ein erster Anschluss 62 an
der linken unteren Ecke der Schaltungsplatine 42 und ein
zweiter Anschluss 64 in der unteren rechten Ecke der Schaltungsplatine 42 vorgesehen.
Beide Anschlüsse 62 und 64 weisen
vorzugsweise sechs oder mehr Leitungen zum Verbinden mit einem Verbinder,
der an die elektronische Vorrichtung koppelt, auf. Jede Leitung
an dem Anschluss 62 ist direkt mit der entsprechenden Leitung
am Anschluss 64 gekoppelt. Wie in
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5 gezeigt, weist jeder Anschluss 62 und 64 die
folgenden Leitungen auf:
- – eine Masserückführungsleitung 68;
- – eine
positive Eingangsleitung 70;
- – eine
externe programmierbare Steuerungsleitung 72;
- – eine
nicht invertierte Ausgangsleitung 74;
- – eine
invertierte Ausgangsleitung 76; und
- – eine
Gebläseleistungssensor-Masserückführungsleitung 78.
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Alle
Teilsysteme auf der Schaltungsplatine 42 sind elektrisch über einen
der beiden Anschlüsse 62 und 64 zugänglich.
In den bevorzugten Ausführungsformen
und wie es im Folgenden detailliert beschrieben ist, verbindet ein
sechszinkiger Verbinder 94 (7)
mit den sechs Leitungen.
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6 zeigt im Detail das Gehäuse 12 und die
Montagepunkte an dem Gehäuse 12 für den Verbinder 94.
Insbesondere zeigt die 6 die
linke Seite 18, die Auslassseite 22 und die rechte
Seite 20 des Gehäuses 12.
Es sei darauf hingewiesen, dass, obwohl Teile von bevorzugten Ausführungsformen
mittels relativer Begriffe (z. B. linke und rechte Seiten) beschrieben
sind, diese Begriffe ausschließlich
zur Referenzierung verwendet werden und nicht notwendigerweise damit
die bevorzugte Ausführungsform
in irgendeiner Weise einschränken.
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Die
linke Seite 18 weist eine linke Befestigungsfläche 80 mit
einem Loch auf, um die Kopplung des Verbinders 94 mit dem
ersten Anschluss 62 auf der Schaltungsplatine 42 innerhalb
des Gehäuses 12 zu
ermöglichen.
Der Verbinder 94 kann an das Gehäuse 12 mittels Schraubenlöchern 82 mit
Schrauben, Stiften oder anderen ähnlichen
Befestigungselementen gesichert werden. Auf ähnliche Weise weist die Ausassseite 22 ebenso
eine Auslassbefestigungsfläche 84 auf,
um dem Verbinder 94 ein Koppeln mit dem ersten Anschluss 62 innerhalb
des Gehäuses 12 zu
ermöglichen.
Wie bei der linken Befestigungshälfte 80 kann
der Verbinder 94 mittels Schraubenlöchern 86 mit dem Gehäuse 12 gesichert werden.
Dementsprechend nutzen sowohl die linke Befestigungsfläche 80 als
auch die Auslassbefestigungsfläche 84 den
ersten Anschluss 62. Umgekehrt weist die rechte Seite des
Gehäuses 20 eine
rechte Befestigungsfläche 88 auf,
um dem Verbinder 84 die Kopplung an den zweiten Anschluss 64 (und
nicht an den ersten Anschluss 62) innerhalb des Gehäuses 12 zu
ermöglichen.
Es können
Schraubenlöcher 90 benutzt
werden, um den Verbinder 94 mit dem Gehäuse 12 zu sichern.
Es kann eine Leuchtdiode 92, die an die Schaltungsplatine 42 gekoppelt
ist, neben jeder Befestigungsfläche
zum Anzeigen des Status des Gebläses 10 angebracht
werden. Beispielsweise kann die Leuchtdiode 92 eine grüne Anzeige
haben, um zu signalisieren, dass das Gebläse 10 mit Strom versorgt
ist.
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Der
Verbinder 94 ist auf die passende Befestigungsfläche des
Gebläses 10 entsprechend
der Stelle einer Kopplungsvorrichtung innerhalb der elektronischen
Vorrichtung angebracht. Insbesondere weist die elektronische Vorrichtung
in bevorzugten Ausführungsformen
eine Kupplung (nicht gezeigt) zum Koppeln mit dem Verbinder 94 auf,
um eine elektrische Verbindung zwischen der elektronischen Vorrichtung
und der Schaltungsplatine 42 herzustellen. Vorzugsweise
ist die Kopplung im Wesentlichen steif und an einer relativ unbeweglichen
Stelle innerhalb einer Fassung in der elektronischen Vorrichtung,
die das Gebläse 10 sichert,
platziert. Entsprechend muss der Verbinder 94 an dem Gebläsegehäuse 12 an
einer Stelle positioniert werden, die mit der Kupplung koppelt,
nachdem das Gebläse 10 in
die Buchse gesteckt wurde. Da das Gebläse 10 in der Fassung in
mehreren verschiedenen Konfigurationen positioniert werden kann
(z. B. Leiten der Abluft in mehrere verschiedene Richtungen), muss
an dem Gebläsegehäuse 12 für den Verbinder 94 eine
Stelle vorgesehen sein, um mit der Kupplung komplementär zu koppeln,
wenn das Gebläse 10 in
dem Gehäuse 12 befestigt
ist. Daraus folgt, dass der Verbinder 94 entsprechend der
vorher bestimmten Stelle der Kupplung an die entsprechende Befestigungsfläche montiert
ist.
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In
bevorzugten Ausführungsformen
weist der Verbinder 94 eine Mehrzahl von Elementen auf,
die zusammen an die Kupplung koppeln. Es kann speziell ein Molex
Modelltyp 43045 Verbinder ("'045 Connector 96") mit der Schaltungsplatine 42 verbunden werden,
um die Funktion der Leitungen 68–78 bereitzustellen.
Dann wird ein Molex Modelltyp 43025 Verbinder ("'025
Connector 98")
mit dem '045 Connector 96 über einen
herkömmlichen
Draht oder eine Anschlussschnittstelle verbunden. Dann wird ein
Molex 42474 Verbinder ("'474 Connector 99") in den entsprechenden
Befestigungsanschluss geschraubt und mit dem '025 Connector 98 gekoppelt.
Der '025 Connector 98 und '45 Connector 96 können permanent mit
der Schaltungsplatine 42 verbleiben, während der '474 Connector 99 zu dem entsprechenden
Befestigungsanschluss verschoben werden kann. Jeder dieser Verbinder
ist von Molex, Inc. aus Lisle, Illinois, erhältlich.
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Wenn
das Gebläse 10 vollständig zusammengesetzt
ist, hat es vorzugsweise eine maximale Bauhöhe von 4,19 cm (1,65 Zoll),
eine Länge
von etwa 21 cm (8,25 Zoll) und eine Breite von etwa 21 cm (8,25
Zoll). Das Gebläse 10 hat
außerdem
vorzugsweise einen Nennluftstrom von etwa 3,4 m3 pro Minute
(120 Kubikfuß pro
Minute). Selbstverständlich können die
hier vorgestellten Techniken auf andere Ventilator- oder Gebläsetypen
sowie auf andere Flachgebläse
mit unterschiedlichen Längen-
und Breitendimensionen und unterschiedlichen Luftströmungsvorgaben
angewendet werden.
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Demgemäß kann das
Gebläse 10 einfach
innerhalb einer kleineren Fassung in der zu kühlenden elektronischen Vorrichtung
positioniert werden. Obwohl hier eine Fassung beschrieben wurde,
ist davon auszugehen, dass bevorzugte Ausführungsformen des Gebläses 10 auf
jede andere bekannte Art und Weise mit der elektronischen Vorrichtung
verbunden werden können.
Außerdem
kann das Gebläse 10 auf eine
beliebige Anzahl von Konfigurationen positioniert werden, um die
Auslassseite 22 in eine gewünschte Richtung zu richten.
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Obgleich
auf beispielhafte Weise verschiedene Ausführungsformen der Erfindung
beschrieben wurden, sollte es für
Fachleute offensichtlich sein, dass verschiedene Änderungen
und Modifikationen daran durchgeführt werden können, was
zu einigen der erfindungsgemäßen Vorteile
führen
wird, ohne von dem wirklichen Umfang der Erfindung abzuweichen.
Diese und weitere offensichtliche Modifikationen sollen von den
beigefügten
Ansprüchen
abgedeckt werden.