Teknikutvecklingen ger allt effektivare och kompaktare EC-motorer

Foto: JenkoAtaman, fotolia
ebm-papst var ett av de första företagen att inse de ekonomiska och miljömässiga fördelarna med EC-teknologin (EC-motorer; elektroniskt kommuterade motorer). Redan 1965, och 30 år före de flesta andra tillverkarna, lanserade ebm-papst världens första EC/DC-kompaktfläkt. Utvecklingen av EC-motorer har sedan dess varit en av ebm-papst största utmaningar, och en av företagets viktigaste framgångsfaktorer. EC-teknologin utvecklas och finslipas kontinuerligt för att kunna möta allt tuffare krav från kunder, marknad och samhälle när det gäller exempelvis energieffektivitet. ebm-papst EC-fläktar och EC-motorer används i många olika applikationer och områden, och ett exempel är inom hushållssektorn. Att EC-teknologin utvecklas är viktigt också för att tillgodose de krav som ställs när äldre fläktar i hushållsapplikationer ska ersättas med moderna EC-fläktar och EC-motorer.

För att ett byte ska gå snabbt och smidigt är det till exempel viktigt att många centrala delar har identiska dimensioner. Det gäller bl a axeldiameterna, samt längden, och även håldiametrarna på monteringsfästena ska vara identiska. Eftersom många inbyggda hushållsapplikationer vanligtvis tillverkas med standardimensioner finns det också en fördel med att nya EC-enheter har ett kompaktare format jämfört med äldre lösningar. Med ett större utrymme för installationer öppnas därmed möjligheten att med ny EC-teknologi integrera nya och smarta funktioner i befintliga hushållsapplikationer och produkter. Förutom dessa mekaniska förutsättningar måste också ett ökande antal lagkrav uppfyllas. I både EU, USA, Kanada och andra länder finns det en mängd lagar, riktlinjer, direktiv och energistandarder som ställer minimikrav på energieffektiviteten i apparater och tekniska lösningar inom hushållssektorn.

ebm-papst använder flexibla och elektroniskt kommuterade DC-motorer även vid låga effekter
I EU ger ekodesigndirektivet 2009/125 / EG det nödvändiga ramverket för att specificera kraven för utformning av energirelaterade produkter (ErP), inklusive en tydlig presentation av energieffektivitetsklasserna A +++ till G för energimärkning av hushållsapparater. Beroende på tillämpningen kan även små besparingar vara viktiga för att en tillverkare ska kunna marknadsföra produkter med högre effektivitet och en mer attraktiv energieffektivitetsklass. Utvecklingen har lett till att äldre och enklare motorteknologier som exempelvis asynkronmotorer ofta inte uppfyller dagens krav på energieffektivitet. Detta är också en viktig anledning till att ebm-papst använder flexibla och elektroniskt kommuterade likströmsmotorer även vid låga effektnivåer. I motsats till konventionella asynkrona skuggpoliga motorer är dessa små synkronmotorer mycket effektiva.

En viktig fördel är också att dessa motorer kan användas utan modifiering i nästan alla världens energinätverk vilket gör att anpassningar beroende på skillnader i nätfrekvens (50 eller 60 Hz) är onödiga. Den tekniska konstruktionen gör det därmed möjligt att integrera de kompakta motorerna i ett mycket stort antal applikationer. Tre applikationsexempel inom hushållssektorn för EC-motorerna är i köksfläktar, kylskåp, kombinerade frys- och kylskåp samt centrifugalfläktar för torkskåp.

Centrifugalfläkt med dubbla inlopp som kan ersätta tre AC-fläktar
När stora volymer av luft behöver flyttas vid medelstora till höga tryck ökar är centrifugalfläktar med dubbla inlopp idealiska. De används både i hushålls- och industriapplikationer som till exempel köksfläktar och i utrustning för utsug i samband med svetsning och lödning. Förutom förbättrad energieffektivitet ställs det allt högre krav på fläktars ljudnivåer. Det är också därför som ebm-papst centrifugalfläkt VHD 0146 levereras som komplett enhet med bl a motor och pumphjul och där inloppets aerodynamiska utformning optimerats. Med sin kompakta form ger de EC-motorer som används mer utrymme för en aerodynamisk konstruktion. Dessutom kan hastigheten och effekten lätt styras med kommutationselektroniken, exempelvis genom pulsbreddsmodulering. Beroende på motormodell och fläktserie kan ytterligare funktioner som fukt- eller temperaturgivare integreras i applikationer, exempelvis ventilationssystem, där det ställs krav på automatiska funktioner.

EC-motor utvecklad speciellt för kyl- och frysskåp
Luftflödet inuti moderna kylskåp och utsidan vid kondensorer optimeras av fläktar som bland annat används för att med riktad kalluftscirkulation skapa zoner med önskad temperatur, men också för att förhindra kondens. Ett luftflöde som effektivt styrs genom en kondensor förbättrar också värmeförflyttningen och ger jämnare temperaturnivåer vilket både ökar effektiviteten och kapaciteten hos ett kylskåp. För att så optimalt som möjligt utnyttja effektiviteten hos EC-motorerna i befintliga applikationer har ebm-papst utvecklat DE 20-motorn speciellt för kylskåp och frysskåp. Motorns axellängd och diameter är samma som för äldre generationer av fläktmotorer vilket förenklar betydligt vid moderniseringar och reparationer som kräver motorbyten.

Motorn och elektroniken är inkapslade och skyddade av ett mjukt hölje. Med en höjd av 40 mm motsvarar DE 20-motorns mått den vanligaste standardstorleken på marknaden. Elektronisk kommutation gör att motorns varvtal är frekvensoberoende vilket innebär att fläktens storlek och form kan väljas utifrån rent aerodynamiska överväganden. Att hastigheten är justerbar ökar också flexibiliteten och möjligheten att optimera kylapplikationer. DE 20 finns med standardhastigheterna 2 200 och 2 500 varv per minut. Det fyrbladiga fläkthjulets diameter på 100 mm passar i många kylskåp och en fläktlösning baserad på EC-motorn DE 20 gör det därmed möjligt att på ett smidigt reducera energiförbrukningen i samband med en modernisering av befintliga applikationer med också vid en uppdatering av ett företags produktsortiment.

Tidsbesparande och effektiva torktumlare, torkskåp och tvättmaskiner
Centrifugalfläktar är idealiska i applikationer som ställer krav på högt luftflöde och en signifikant tryckökning. Ett par sådana exempel är i torktumlare, torkskåp och tvättmaskiner. Värmepumpsystem används i allt större utsträckning i sådana apparater eftersom marknadens efterfrågan på energieffektiva lösningar ökar. I exempelvis moderna torktumlare med värmepumpsteknik värms luften i trumman upp och värmepumpen extraherar sedan värmen och kondenserar vattnet från den varma och fuktiga luften. Med denna teknik kan sedan energin återanvändas för att återuppvärma den nu kalla och torra inloppsluften. Detta gör att endast minimala värmeförluster behöver kompenseras vilket kraftigt reducerar strömförbrukningen.

En utmaning vid utvecklingen av apparater med värmepumpsteknik är att komponenter som kompressorer, kondensatorer och förångare kräver ett visst utrymme. Samtidigt har tvätt- och torktrummornas kapacitet ökat under de senaste åren. Från att tidigare ha en kapacitet på ca 5 kg klarar de idag så mycket som 15 kg. Båda faktorerna begränsar det tillgängliga utrymmet för ytterligare komponenter, som fläktar med EC-motorer, eftersom nyare hushållsapparaternas yttre dimensioner i princip är desamma som hos äldre apparater. Med en ny och mycket kompakt centrifugalfläkt kan ebm-papst tillgodose behovet av små men högeffektiva fläktlösningar. Med sin kompakta design kan centrifugalfläkten R3G 150 leverera de höga prestanda som krävs i hushållsmaskiner med värmepumpsteknik.

Jämfört med tidigare AC-lösningar ger R3G 150 med sin EC-motor betydligt bättre prestanda när det gäller både tryckökning och luftflöde. Högre luftflöde vid högre tryck möjliggör också en mer kompakt fläktdesign. Den högre hastigheten hos EC-motorn gör också att ett mindre och aerodynamiskt utformat pumphjul kan användas. Resultatet är en mycket kompakt fläktlösning som kan installeras även om utrymmet är begränsat. Det kompakta formatet ger också en ökad flexibilitet när det gäller var i exempelvis ett torkskåp som en fläkt ska placeras. De många fördelarna hos R3G 150 i kombination med ebm-papst plug & play-teknik gör dessa centrifugalfläktar till ett perfekt val när det exempelvis ställs stora krav på energibesparingar. Beroende på applikation och modell kan den potentiella energibesparingen vara så hög som 70% jämfört med äldre AC-lösningar. Detta gör det möjligt för producenter av hushållsmaskiner att snabbt och enkelt modernisera befintliga produktlinjer för hushållsapparater och öka konkurrenskraften samt intresset hos energimedvetna konsumenter.