WO2013076022A1 - Miniatur -radiallüfter mit tischförmigem gehäuse - Google Patents

Miniatur -radiallüfter mit tischförmigem gehäuse Download PDF

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WO2013076022A1
WO2013076022A1 PCT/EP2012/072925 EP2012072925W WO2013076022A1 WO 2013076022 A1 WO2013076022 A1 WO 2013076022A1 EP 2012072925 W EP2012072925 W EP 2012072925W WO 2013076022 A1 WO2013076022 A1 WO 2013076022A1
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radial
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radial fan
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Hansjoerg Berroth
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Ebm-Papst St. Georgen Gmbh & Co. Kg
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    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/40—Casings; Connections of working fluid
    • F04D29/42—Casings; Connections of working fluid for radial or helico-centrifugal pumps
    • F04D29/4206—Casings; Connections of working fluid for radial or helico-centrifugal pumps especially adapted for elastic fluid pumps
    • F04D29/4226—Fan casings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F04D25/0666—Units comprising pumps and their driving means the pump being electrically driven the electric motor being specially adapted for integration in the pump a sensor is integrated into the pump/motor design

Definitions

  • the invention relates to a miniature radial fan, as e.g. for the registration of
  • this object is achieved by the subject matter of claim 1.
  • Fig. 1 shows a first embodiment with a fan that of a single-phase
  • ECM electronically commutated motor
  • FIG. 3 shows a third embodiment with a three-phase drive motor
  • Fig. 5 shows a fitting with an axial air inlet and radial air outlets
  • Fig. 6 is a three-dimensional view of a magnetic carrier on which a magnetic ring is arranged, and on which a radial fan is attached.
  • FIG. 1 shows a miniature radial fan 20 approximately on a scale of 7: 1, ie greatly enlarged. Typical dimensions of such a miniature fan are, by way of example, 10 ⁇ 10 ⁇ 10 mm.
  • the fan 20 has a radial fan 22, the as shown in FIG. 6 has five fan blades 24 which are connected at their free end by a ring 26 and which are fixedly connected at this free end with a shaft 28 which rotates in operation about an axis of rotation 30.
  • This shaft 28 is mounted by means of bearings 32, 34 in a bearing tube 36 and serves for the rotatable mounting of the fan wheel 22 and a magnetically conductive magnet carrier 40 fixedly connected thereto, in which a permanent magnet ring 42 is fastened.
  • the bearings 32, 34 may, depending on requirements, be sliding bearings which are press-fitted into the bearing tube 36 and into which the shaft 28 is inserted, or e.g. Miniature ball bearings, which are also mounted in the bearing tube 36.
  • the shaft 28 thus does not serve to drive the fan wheel 22, but only to its storage, and it is easily fastened in the bearings 32, 34 by mere insertion. In these camps it is securely held by the so-called magnetic train between permanent magnet ring 42 and inner stator 60.
  • Magnetic carrier 40 forms the outer rotor 52 of an external rotor electric motor 54.
  • the magnetic carrier 40 passes through a shoulder 56 made of plastic in a tubular
  • Section 58 made of plastic over. At this and at the shoulder 56, the lower ends of the wings 24 are fixed in Fig. 1, i. These are directly from the rotor 52
  • the fan 22 is thus driven in Fig. 1 at its lower end and supported by the shaft 28 at its upper end.
  • the motor 54 has an inner stator 60 which is mounted on the bearing tube 36 and whose radially outer side forms with the permanent magnet ring 42 a magnetically active air gap, in which the torque of the rotor 54 is generated, as is known in the art.
  • the air gap could also be flat, in which case a so-called ironless winding is used in the stator 60 and the permanent magnet ring 42 is usually fastened to the lower side of the shoulder 56.
  • Fig. 2 largely agrees with FIG. 1, which is why in Fig. 2, the same reference numerals are used as in FIG. 1.
  • an H-bridge 64 For power supply and control of the motor 54 is used in FIG. 1 and 2, an H-bridge 64 has two terminals 66, 68 for the supply of a DC voltage and this transforms into a voltage for operating the motor 54.
  • the commutation of the motor 54 may be sensorless, but is also - as shown - the use of a
  • Rotor position sensor 65 possible, which controls the H-bridge 64. (This is omitted in the sensorless version.)
  • the H-bridge 64 may also be supplied with a PWM signal to control the speed of the motor 54 at an input 67 ( Figure 2), e.g. to control or regulate the speed of the motor 54. For example, At low temperatures, the speed of the motor 54 can be lowered sharply to increase its life.
  • the fan 22 is surrounded by a housing part 70, which in Fig. 5 is shown in perspective. It has approximately the shape of a table with a table top 72, are attached to the four legs 74. In the table top 72 is an axial
  • Inflow opening 76, and between the legs 74 are radial
  • the housing part 70 is slipped over the fan 22 and the motor 54 from above and suitably attached to the (only symbolically indicated) base plate 80, e.g. by clipping or gluing.
  • the fan 22 When the motor 54 is running, the fan 22 is driven and sucks through the opening 76 air, as indicated by the arrows 86. This air is then conveyed out through the radial openings 78 and may there be e.g. Cool (not shown) components which are arranged on the base plate 80.
  • a - not shown - temperature sensor are attached, z. Example by means of a carrier, as is known in the art.
  • the ring 26 forms on the impeller 22 an opening 90 (FIG. 6) through which the air flows during operation, as indicated by the arrows 86 in FIGS. 1 and 2.
  • a single stator motor with a laminated stator can be used. But you can z. B. also use a Klauenpolmotor whose structure is known in the art.
  • FIG. Figure 3 shows a radial fan 20 "driven by a three-phase motor 54".
  • To power the motor 54 is a three-phase inverter 64", with its terminals 66, 68 to a (not shown) DC power source
  • An advantage of the invention is that by the fitting 70, the rotor 52 against
  • the shaft 28 has a diameter of less than one millimeter, so that it may be easily bent or otherwise damaged by impact.
  • the fitting 70 prevents such damage
  • the figures and the description show a fan, in particular a miniature radial fan with at least one axial air inlet 76 and at least one radial air outlet 78, with a serving for driving the fan 22 electronically
  • the rotor 52 has a permanent magnet assembly 42 which is disposed on a magnet carrier 40 and cooperates with an inner stator 60, further comprising a bearing tube 36 in which a shaft for supporting a radial fan 24 is mounted, which shaft 28 with an axial End of the radial fan 24 is connected, which serves to transport air from the at least one axial air inlet to the at least one radial air outlet 78, and the radial fan 24 in the region facing away from the air inlet 76 axial end with the Shaft 28 and in the area of its other axial end with the
  • Magnet carrier 40 is rotatably connected, further comprising a ring 26, which connects the wings 24 of the radial fan 22 in the region of the air inlet 76 with each other, and with a fitting 70 which is formed in the manner of a table with legs 74, wherein in the table top 72 of this table-shaped fitting 70 at least one
  • Air inlet opening 76 and between his legs 74 at least one
  • Air outlet opening 78 is arranged, and this table-like fitting 70 is disposed around the radial fan 24 around.
  • the electronically commutated electric motor is designed as a single-phase motor 54.
  • the electronically commutated electric motor is designed as a three-phase motor.
  • the electric motor has a cylindrical air gap.
  • the electric motor 54 has a shallow air gap.
  • the inner stator 60 is attached to the bearing tube 36.
  • a rotor position sensor 65 is associated with the electronically commutated electric motor 54 for its control.
  • the rotor position sensor 65 is arranged on a carrier member 80, on which the motor 54 is arranged.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)

Abstract

Ein Miniatur-Radiallüfter hat einen axialen Luft-Einlass (76) und einen radialen Luft-Auslass (78). Zu seinem Antrieb dient ein elektronisch kommutierter Außenläufermotor (54), dessen Rotor (52) eine Dauermagnetanordnung (42) aufweist, die an einem Magnetträger (40) angeordnet ist und mit einem Innenstator (60) zusammen wirkt. In einem Lagerrohr (36) ist eine Welle (28) zur Lagerung eines Radiallüfterrads (24) gelagert. Sie ist mit einem axialen Ende des Radiallüfterrads (24) fest verbunden, welches Lüfterrad dazu dient, Luft von dem Luft-Einlass (76) zu dem Luft-Auslass (78) zu transportieren. Das Radiallüfterrad (24) ist im Bereich seines dem Luft-Einlass (76) zugeordneten axialen Endes mit der Welle (28) und im Bereich seines anderen axialen Endes mit dem Magnetträger (40) drehfest verbunden. Die Flügel (24) des Radiallüfterrads sind im Bereich des Luft-Einlasses (76) durch einen Ring (26) miteinander verbunden. Ein Formstück (70) ist nach Art eines Tisches mit Beinen (74) versehen. In der Tischplatte (72) dieses tischartigen Formstücks (70) ist eine Lufteintrittsöffnung (76) und zwischen seinen Beinen (74) eine Luftaustrittsöffnung (78) angeordnet, und dieses tischartige Formstück (70) ist um das Radiallüfterrad (24) herum angeordnet.

Description

MINIATUR -RADIALLÜFTER MIT TISCHFÖRMIGEM GEHÄUSE
Die Erfindung betrifft einen Miniatur-Radiallüfter, wie er z.B. zur Erfassung von
Temperaturwerten oder zur lokalen Kühlung Verwendung findet.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen neuen Miniatur-Radiallüfter zur Verfügung zu stellen.
Nach der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch den Gegenstand des Anspruchs 1 . Man erhält so einen Lüfter, der sehr variabel ist, d.h. man hat einerseits einen Innenstator, der je nach Bedarf aus einer Vielzahl von Möglichkeiten ausgewählt werden kann, und man hat ein kombiniertes Bauteil aus Rotor des elektronisch kommutierten Motors und Radiallüfterrad, das mit wenigen Bauteilen eine große Vielzahl von Kombinationen ermöglicht, je nach den Bedürfnissen der augenblicklichen Anwendung.
Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den im folgenden beschriebenen und in der Zeichnung dargestellten, in keiner Weise als Einschränkung der Erfindung zu verstehenden Ausführungsbeispielen, sowie aus den Unteransprüchen. Es zeigt:
Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel mit einem Lüfter, der von einem einphasigen
elektronisch kommutierten Motor (ECM) angetrieben wird,
Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel mit einem einphasigen Antriebsmotor,
Fig. 3 ein drittes Ausführungsbeispiel mit einem dreiphasigen Antriebsmotor,
Fig. 4 eine Leiterplatte, auf welcher der Innenstator eines dreiphasigen Antriebsmotors befestigt ist,
Fig. 5 ein Formstück mit einem axialen Lufteinlass und radialen Luftauslässen, und Fig. 6 eine raumbildliche Darstellung eines Magnetträgers, an dem ein Magnetring angeordnet ist, und auf dem ein Radiallüfterrad befestigt ist.
Fig . 1 zeigt, etwa im Maßstab 7 : 1 , also stark vergrößert, einen Miniatur-Radiallüfter 20. Typische Abmessungen eines solchen Miniaturlüfters sind, beispielhaft, 1 0 x 10 x 10 mm. Der Lüfter 20 hat ein Radiallüfterrad 22, das gemäß Fig . 6 fünf Lüfterflügel 24 hat, die an ihrem freien Ende durch einen Ring 26 verbunden sind und die an diesem freien Ende mit einer Welle 28 fest verbunden sind, die sich im Betrieb um eine Drehachse 30 dreht. Diese Welle 28 ist mittels Lagern 32, 34 in einem Lagerrohr 36 gelagert und dient zur drehbaren Lagerung des Lüfterrads 22 und eines mit diesem fest verbundenen, magnetisch leitenden Magnetträgers 40, in welchem ein Dauermagnetring 42 befestigt ist.
Die Lager 32, 34 können je nach den Anforderungen Gleitlager sein, die in das Lagerrohr 36 eingepresst sind und in welche die Welle 28 gesteckt wird, oder z.B. Miniatur- Kugellager, die ebenfalls in dem Lagerrohr 36 befestigt werden. Die Welle 28 dient also nicht zum Antrieb des Lüfterrads 22, sondern nur zu seiner Lagerung, und sie ist in den Lagern 32, 34 durch bloßes Einstecken leicht befestigbar. In diesen Lagern wird sie durch den sogenannten magnetischen Zug zwischen Permanentmagnetring 42 und Innenstator 60 sicher festgehalten.
Im Magnetträger 40 ist der Magnetring 42 befestigt, welcher zusammen mit dem
Magnetträger 40 den Außenrotor 52 eines Außenläufer-Elektromotors 54 bildet. Der Magnetträger 40 geht über eine Schulter 56 aus Kunststoff in einen rohrförmigen
Abschnitt 58 aus Kunststoff über. An diesem und an der Schulter 56 sind die in Fig. 1 unteren Enden der Flügel 24 befestigt, d.h. diese werden direkt vom Rotor 52
angetrieben, was eine sehr kompakte Bauweise ermöglicht. Das Lüfterrad 22 wird also in Fig. 1 an seinem unteren Ende angetrieben und durch die Welle 28 an seinem oberen Ende gelagert.
Der Motor 54 hat einen Innenstator 60, der auf dem Lagerrohr 36 befestigt ist und dessen radial äußere Seite mit dem Dauermagnetring 42 einen magnetisch wirksamen Luftspalt bildet, in welchem das Drehmoment des Rotor 54 erzeugt wird, wie das dem Fachmann bekannt ist.
Der Luftspalt könnte auch flach sein, wobei dann im Stator 60 eine sogenannte eisenlose Wicklung verwendet wird und der Dauermagnetring 42 meistens an der unteren Seite der Schulter 56 befestigt wird. Fig . 2 stimmt weitgehend mit Fig . 1 überein, weshalb in Fig . 2 dieselben Bezugszeichen verwendet werden wie in Fig. 1 .
Zur Stromversorgung und Steuerung des Motors 54 dient in Fig . 1 und 2 eine H-Brücke 64, die zwei Anschlüsse 66, 68 für die Zufuhr einer Gleichspannung hat und diese in eine Spannung zum Betrieb des Motors 54 umformt. Die Kommutierung des Motors 54 kann sensorlos erfolgen, jedoch ist auch - wie dargestellt - die Verwendung eines
Rotorstellungssensors 65 möglich, der die H-Brücke 64 steuert. (Dieser entfällt bei der sensorlosen Version.) Der H-Brücke 64 kann auch zur Steuerung der Drehzahl des Motors 54 an einem Eingang 67 (Fig. 2) ein PWM-Signal zugeführt werden, um z.B. die Drehzahl des Motors 54 zu steuern oder zu regeln. Z.B. kann bei niedrigen Temperaturen die Drehzahl des Motors 54 stark abgesenkt werden, um seine Lebensdauer zu erhöhen.
Das Lüfterrad 22 wird umgeben von einem Gehäuseteil 70, das in Fig . 5 perspektivisch dargestellt ist. Es hat etwa die Form eines Tisches mit einer Tischplatte 72, an der vier Tischbeine 74 befestigt sind. In der Tischplatte 72 befindet sich eine axiale
Zuströmöffnung 76, und zwischen den Beinen 74 befinden sich radiale
Ausströmöffnungen 78.
Bei der Montage wird zunächst der Innenstator 60 auf einer Basisplatte 80 befestigt, wie das z. B. in Fig . 4 für den Innenstator 82 eines dreiphasigen Motors dargestellt ist. Dies kann z. B. dadurch geschehen, dass das Lagerrohr 36 auf der Basisplatte 80 aufgeklebt wird oder Bestandteil der Basisplatte ist.
Wie Fig. 1 zeigt, wird dann das Gehäuseteil 70 von oben über das Lüfterrad 22 und den Motor 54 gestülpt und in geeigneter Weise an der (nur symbolisch angedeuteten) Basisplatte 80 befestigt, z.B. durch Einclipsen oder Kleben.
Wenn der Motor 54 läuft, wird das Lüfterrad 22 angetrieben und saugt durch die Öffnung 76 Luft an, wie durch die Pfeile 86 angedeutet. Diese Luft wird dann durch die radialen Öffnungen 78 nach außen gefördert und kann dort z.B. (nicht dargestellte) Bauteile kühlen, die auf der Basisplatte 80 angeordnet sind.
In der Öffnung 76 kann z. B. ein - nicht dargestellter - Temperatursensor befestigt werden, z. B. mittels eines Trägers, wie das dem Fachmann bekannt ist. Der Ring 26 bildet am Lüfterrad 22 eine Öffnung 90 (Fig. 6), durch welche die Luft im Betrieb durchströmt, wie durch die Pfeile 86 in Fig. 1 und 2 angedeutet. Im vorliegenden Fall kann - wie dargestellt - ein Einphasenmotor mit geblechtem Stator verwendet werden. Man kann aber z. B. auch einen Klauenpolmotor verwenden, dessen Aufbau dem Fachmann bekannt ist.
Fig . 3 zeigt einen Radiallüfter 20", der von einem dreiphasigen Motor 54" angetrieben wird. Zur Speisung des Motors 54" dient ein Dreiphasen-Wechselrichter 64", der mit seinen Anschlüssen 66, 68 an eine (nicht dargestellte) Gleichspannungsquelle
angeschlossen werden kann.
Ein Vorteil der Erfindung ist, dass durch das Formstück 70 der Rotor 52 gegen
Beschädigungen geschützt wird. Z. B. hat in Fig. 1 die Welle 28 einen Durchmesser von weniger als einem Millimeter, so dass sie durch Stöße leicht verbogen oder sonst wie beschädigt werden kann. Das Formstück 70 verhindert solche Beschädigungen
weitgehend und ermöglicht auf einfache Weise einen sicheren Betrieb eines solchen Miniaturventilators, und es ermöglicht auch eine automatische Bestückung, da ohne das Formstück 70 der Motor leicht auf einer Leiterplatte montiert werden kann und danach das Formstück 70 problemlos um den Motor und Lüfter herum befestigt werden kann.
Die Figuren und die Beschreibung zeigen einen Lüfter, insbesondere einen Miniatur- Radiallüfter mit mindestens einem axialen Luft-Einlass 76 und mindestens einem radialen Luft-Auslass 78, mit einem zum Antrieb des Lüfters 22 dienenden elektronisch
kommutierten Außenläufermotor 54, dessen Rotor 52 eine Dauermagnetanordnung 42 aufweist, die an einem Magnetträger 40 angeordnet ist und mit einem Innenstator 60 zusammenwirkt, ferner mit einem Lagerrohr 36, in welchem eine Welle zur Lagerung eines Radiallüfterrads 24 gelagert ist, welche Welle 28 mit einem axialen Ende des Radiallüfterrades 24 fest verbunden ist, das dazu dient, Luft von dem mindestens einen axialen Luft-Einlass zu dem mindestens einen radialen Luft-Auslass 78 zu transportieren, und das Radiallüfterrad 24 im Bereich seines vom Luft-Einlass 76 abgewandten axialen Endes mit der Welle 28 und im Bereich seines anderen axialen Endes mit dem
Magnetträger 40 drehfest verbunden ist, ferner mit einem Ring 26, welcher die Flügel 24 des Radiallüfterrads 22 im Bereich des Luft-Einlasses 76 miteinander verbindet, und mit einem Formstück 70, welches nach Art eines Tisches mit Beinen 74 ausgebildet ist, wobei in der Tischplatte 72 dieses tischartigen Formstücks 70 mindestens eine
Lufteintrittsöffnung 76 und zwischen seinen Beinen 74 mindestens eine
Luftaustrittsöffnung 78 angeordnet ist, und dieses tischartige Formstück 70 um das Radiallüfterrad 24 herum angeordnet ist. Bevorzugt ist der elektronisch kommutierte Elektromotor als Einphasenmotor 54 ausgebildet.
Bevorzugt ist der elektronisch kommutierte Elektromotor als Dreiphasenmotor ausgebildet.
Bevorzugt weist der Elektromotor einen zylindrischen Luftspalt auf. Bevorzugt weist der Elektromotor 54 einen flachen Luftspalt auf. Bevorzugt ist der Innenstator 60 am Lagerrohr 36 befestigt.
Bevorzugt ist dem elektronisch kommutierten Elektromotor 54 zu seiner Steuerung ein Rotorstellungssensor 65 zugeordnet.
Bevorzugt ist der Rotorstellungssensor 65 auf einem Trägerglied 80 angeordnet, auf welchem auch der Motor 54 angeordnet ist.
Naturgemäß sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung vielfache Abwandlungen und Modifikationen möglich.

Claims

Patentansprüche
1 . Lüfter mit mindestens einem axialen Luft-Einlass (76) und mindestens einem
radialen Luft-Auslass (78),
mit einem zum Antrieb des Lüfters (22) dienenden elektronisch kommutierten Außenläufermotor (54), dessen Rotor (52) eine Dauermagnetanordnung (42) aufweist, die an einem Magnetträger (40) angeordnet ist und mit einem
Innenstator (60) zusammenwirkt,
ferner mit einem Lagerrohr (36), in welchem eine Welle zur Lagerung eines Radiallüfterrads (24) gelagert ist, welche Welle (28) mit einem axialen Ende des Radiallüfterrades (24) fest verbunden ist, das dazu dient, Luft von dem mindestens einen axialen Luft-Einlass zu dem mindestens einen radialen Luft-Auslass (78) zu transportieren,
und das Radiallüfterrad (24) im Bereich seines vom Luft-Einlass (76) abgewandten axialen Endes mit der Welle (28) und im Bereich seines anderen axialen Endes mit dem Magnetträger (40) drehfest verbunden ist,
ferner mit einem Ring (26), welcher die Flügel (24) des Radiallüfterrads (22) im Bereich des Luft-Einlasses (76) miteinander verbindet,
und mit einem Formstück (70), welches nach Art eines Tisches mit Beinen (74) ausgebildet ist, wobei in der Tischplatte (72) dieses tischartigen Formstücks (70) mindestens eine Lufteintrittsöffnung (76) und zwischen seinen Beinen (74) mindestens eine Luftaustrittsöffnung (78) angeordnet ist,
und dieses tischartige Formstück (70) um das Radiallüfterrad (24) herum angeordnet ist.
2. Lüfter nach Anspruch 1 , bei welchem der elektronisch kommutierte Elektromotor als Einphasenmotor (54) ausgebildet ist.
3. Lüfter nach Anspruch 1 , bei welchem der elektronisch kommutierte Elektromotor als Dreiphasenmotor ausgebildet ist. Lüfter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem der Elektromotor einen zylindrischen Luftspalt aufweist.
Lüfter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei welchem der Elektromotor (54) einen flachen Luftspalt aufweist.
Lüfter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem der Innenstator (60) am Lagerrohr (36) befestigt ist.
Lüfter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem dem elektronisch kommutierten Elektromotor (54) zu seiner Steuerung ein Rotorstellungssensor (65) zugeordnet ist.
Lüfter nach Anspruch 7, bei welchem der Rotorstellungssensor (65) auf einem Trägerglied (80) angeordnet ist, auf welchem auch der Motor (54) angeordnet ist.
Lüfter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welcher als Miniatur- Radiallüfter ausgebildet ist.
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