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Hintergrund
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Gleichstrommotor mit
einer Bürste
und einer Spule.
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Bei
einem Gleichstrombürstenmotor
ist herkömmlicherweise
eine Spule in einem Schlitz eines inneren Rotors angeordnet. Ein äußerer Stator,
der Permanentmagneten aufweist, ist außerhalb des inneren Rotors
angeordnet, wobei er einen festgelegten Abstand von dem inneren
Rotor aufweist (vgl. die japanischen Patentoffenlegungsschriften
Nr. 2003-169437 und 2003-230234). Ein Kommutator ist an der Oberfläche einer
Welle vorgesehen, die als zentrale Welle des inneren Rotors dient.
Die Spule ist elektrisch an den Kommutator angeschlossen. Bürsten stehen
in Kontakt mit der Oberfläche
des Kommutators, um den Gleichstrom von außen auf die Spule zu übertragen.
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Wenn
der Gleichstrom von außen über die Bürsten zu
dem Kommutator fließen
kann, fließt
der Gleichstrom über
den Kommutator durch die Spule. Entsprechend der Wirkung des magnetischen
Flusses, der durch den Gleichstrom an der Spule erzeugt wird, und
des magnetischen (Induktions)flusses, der den inneren Rotor von
den Permanentmagneten kreuzt, wird an dem inneren Rotor ein Drehmoment erzeugt.
Der innere Rotor wird um die Mittelachse der Welle gedreht.
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Bei
dem herkömmlichen
Gleichstrombürstenmotor
wird im Vergleich zu einem normalen Betriebszustand durch die Spule
eine große
Wärmemenge
erzeugt und heizt den inneren Rotor auf, beispielsweise wenn der
Gleichstrombürstenmotor
in einer Umgebung mit hoher Temperatur und hoher Luftfeuchte eingesetzt
wird oder eine Schubkraft in einem Zustand erreicht werden soll,
in der die Drehung der Welle angehalten ist und die Drehantriebskraft über die
Welle auf eine andere Vorrichtung übertragen wird. In einer solchen
Situation kann bei dem oben beschriebenen Gleichstrombürstenmotor
die durch den inneren Rotor erzeugte Wärme aufgrund des Luftspaltes,
der zwischen dem inneren Rotor und dem äußeren Stator existiert, und
der Permanentmagneten des äußeren Stators
nicht wirksam nach außen
abgeführt
werden.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Gleichstrombürstenmotor
vorzuschlagen, bei dem die durch eine Spule erzeugte Wärme wirksam abgegeben
werden kann.
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Diese
Aufgabe wird mit der Erfindung im Wesentlichen durch die Merkmale
des Anspruchs 1 gelöst.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und der Zeichnungen
näher erläutert. Dabei
bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale
für sich
oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von
ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
ein Schnitt durch einen Gleichstrombürstenmotor gemäß einer
Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung;
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2 ist
ein Schnitt entlang einer Linie II-II in 1;
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3 ist
ein Schaltdiagramm mit einem Kommutierungsabschnitt gemäß 1;
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4 ist
ein Schnitt entlang einer Linie IV-IV in 1, der Hauptkomponenten
des Kommutierungsabschnitts darstellt;
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5 ist
eine Seitenansicht einer modifizierten Ausführungsform des Kommutierungsabschnitts gemäß 3;
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6 ist
ein Schnitt entlang einer Linie VI-VI in 1, der Hauptkomponenten
des Kommutierungsabschnitts darstellt;
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7 ist
ein Schnitt entlang einer Linie VII-VII in 1, der Hauptkomponenten
des Kommutierungsabschnitts darstellt;
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8 ist
eine perspektivische Ansicht, die die Anordnung des Gleichstrombürstenmotors
gemäß 1 in
einer elektrischen Klemmvorrichtung zeigt;
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9 ist
eine perspektivische Ansicht, die die Anordnung des Gleichstrombürstenmotors
gemäß 1 in
einem elektrischen Stellglied zeigt; und
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10 ist
eine perspektivische Ansicht, die die Anordnung der Gleichstrombürstenmotors
gemäß 1 in
einem elektrischen Stellglied zeigt.
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Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsformen
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Ein
in den 1 und 2 dargestellter Gleichstrombürstenmotor 10 umfasst
einen inneren Rotor 16 mit einer Welle 12 und
zwei Permanentmagneten 14a, 14b (N-Pol und S-Pol), die
an der Oberfläche
der Welle 12 angeordnet sind, einen im Wesentlichen zylindrischen äußeren Stator 20,
der gegenüber
den Permanentmagneten 14a, 14b außerhalb
des inneren Rotors 16 angeordnet ist, wobei dazwischen
ein Luftspalt 18 vorgesehen ist, Statorspulen 26 (nachfolgend
auch als "erste
und zweite Spulen 26a, 26b'' bezeichnet),
die in zwei Schlitzen 22 an der inneren Oberfläche des äußeren Stators 20 angeordnet
sind und die jeweils eine in Kunststoff oder Kunstharz 24 eingeformte
Oberfläche
aufweisen, einen im Wesentlichen zylindrischen Kommutierungsabschnitt
(Stromwendeabschnitt) 28, der an der Oberfläche der
Welle 12 angeordnet ist, wobei er von den Permanentmagneten 14a, 14b beabstandet
ist, ein im Wesentlichen zylindrisches Motorgehäuse 30, das den äußeren Stator 20 aufnimmt,
Stromzufuhrbürsten 34 (nachfolgend
auch als "erste
und zweite Stromzuführbürsten 34a, 34b'' bezeichnet), die jeweils ein Ende
aufweisen, das mit der Innenfläche des
Motorgehäuses 30 über eine
Feder 32 verbunden ist, und ein anderes Ende, das mit der
Oberfläche
des Kommutierungsabschnitts 28 in Kontakt treten kann,
und Spulenanschlussbürsten 36 (nachfolgend
auch als "erste
und zweite Spulenanschlussbürsten 36a, 36b'' bezeichnet).
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Die
Welle 12 besteht aus einem leitfähigen Material. Die Welle 12 kann
aber auch aus einem nicht dargestellten Isoliermaterial bestehen.
Alternativ kann die Welle aus einem nicht dargestellten leitfähigen Material
bestehen, das mit einem Isoliermaterial beschichtet ist.
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Bei
den Permanentmagneten 14a, 14b sind im Wesentlichen
kreisbogenförmige
magnetische Elemente als N-Pol bzw. S-Pol magnetisiert, um den Permanentmagneten
zu bilden, und in ausgesparten Bereichen (Schlitzen) der Welle 12 angeordnet.
Bei dieser Anordnung können
Teile der Welle 12 in radialer Richtung als N-Pol bzw.
S-Pol magnetisiert sein, um die Permanentmagneten 14a, 14b zu
bilden. Alternativ kann eine Mehrzahl von magnetischen Elementen,
die der Zahl der Pole des Gleichstrombürstenmotors 10 entsprechen,
als N-Pol bzw. S-Pol magnetisiert sein, um die Permanentmagneten
zu bilden.
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Der äußere Stator 20 ist
so aufgebaut, dass eine Mehrzahl von Kohlenstoffstahlplatten mit
Silizium (Siliziumstahlplatten mit der in 2 gezeigten Gestalt)
in Längsrichtung
der Welle 12 gestapelt bzw. hintereinander angeordnet sind.
Erste und zweite Zahnabschnitte 38a, 38b, die
in Richtung zu dem inneren Rotor 16 im wesentlichen Y-förmig gestaltet sind,
sind an der Innenfläche
des äußeren Stators 20 ausgebildet.
Bei dieser Anordnung sind die ersten und zweiten Zahnabschnitte 38a, 38b mit
einem Abstand von 180° relativ
zu der Mittelachse der Welle 12 angeordnet. Die Mehrzahl
von Schlitzen 22 wird durch die Lücken zwischen dem ersten Zahnabschnitt 38a und
dem zweiten Zahnabschnitt 38b gebildet. Die ersten und
zweiten Spulen 26a, 26b sind in den Schlitzen 22 angeordnet.
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Die
ersten und zweiten Spulen 26a, 26b sind so geformt,
dass Kupferdrähte 40,
die jeweils mit einem Isoliermaterial beschichtet sind und einen
runden oder rechteckigen Querschnitt aufweisen, um die ersten und
zweiten Zahnabschnitte 38a bzw. 38b gewickelt
sind, wobei die gesamten gewickelten Kupferdrähte 40 in den Kunststoff
bzw. Kunstharz 24 eingeformt sind (vgl. 1).
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Wie
in den 3 und 4 dargestellt ist, ist die erste
Spule 26a elektrisch an die erste Spulenanschlussbürste 36a angeschlossen,
während
die zweite Spule 26b elektrisch an die zweite Spulenanschlussbürste 36b angeschlossen
ist.
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Wie
in den 1 bis 4 dargestellt ist, umfasst der
Kommutierungsabschnitt 28 Kommutatorelemente oder -teile 42 (erste
und zweite Kommutatorteile 42a, 42b), die jeweils
aus einem im Wesentlichen kreisbogenförmigen leitfähigen Material
bestehen, und Schleifringe 45 (erste und zweite Stromzufuhrringe 45a, 45b),
die jeweils aus einem im Wesentlichen ringförmigen leitfähigen Material
bestehen und auf die äußere Umfangsfläche der
Welle 12 aufgesetzt sind.
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Bei
dieser Anordnung wird der erste Kommutatorteil 42a durch
zwei Isolierabschnitte 43 elektrisch von dem zweiten Kommutatorteil 42b isoliert. Beide
Enden der ersten und zweiten Kommutatorteile 42a, 42b und
die jeweiligen Isolierabschnitte 43 sind auf der Oberfläche der
Welle 12 angeordnet und über Befestigungsringe 44 befestigt,
um dadurch den Kommutator zu bilden. Die Befestigungsringe 44,
der erste Stromzufuhrring 45a und der zweite Stromzufuhrring 45b sind
voneinander jeweils durch ringförmige
Isolierabschnitte 47 elektrisch isoliert. Zwei nicht dargestellte
Ausschnitte, die voneinander beabstandet sind und sich in Axialrichtung
der Welle 12 erstrecken, sind an der inneren Umfangsfläche jedes der
Ringe 45a, 45b und an der inneren Umfangsfläche jedes
der Isolierabschnitte 47 ausgebildet. Kupferdrähte 49a, 49b (vgl. 3),
deren Oberfläche
jeweils mit einem Isolierelement beschichtet ist, sind in den Ausschnitten
angeordnet. Der Kupferdraht 49a verbindet den ersten Stromzufuhrring 45a elektrisch mit
dem ersten Kommutatorteil 42a, während der Kupferdraht 49b den
zweiten Stromzufuhrring 45b elektrisch mit dem zweiten
Kommutatorteil 42b verbindet.
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Dementsprechend
wird der im Wesentlichen zylindrische Kommutierungsabschnitt 28 an
der Oberfläche
der Welle 12 gebildet.
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Die
Zahl der ersten und zweiten Kommutatorteile 42a, 42b ist
die Gleiche wie die Zahl der ersten und zweiten Spulen 26a, 26b.
Die ersten und zweiten Kommutatorteile 42a, 42b sind
mit einem Abstand von 180° relativ
zu der Mittelachse der Welle 12 angeordnet.
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Das
Motorgehäuse 30 gemäß den 1 und 2 besteht
aus dem leitfähigen
Material mit der beschichteten Oberfläche. Das Motorgehäuse 30 kann
aber auch aus einem nicht dargestellten Isoliermaterial bestehen.
Das Innere des Motorgehäuses 30 umfasst
einen Bereich, in dem der äußere Stator 20 und
die Statorspulen 26 aufgenommen sind, und einen Bereich,
in dem der Kommutierungsabschnitt 28 aufgenommen ist. Eine Öffnung 46,
die von der inneren Umfangsfläche
zu der äußeren Umfangsfläche des
Motorgehäuses 30 durchtritt,
ist durch die Seitenfläche
des Motorgehäuses 30 vorgesehen.
Ein Anschluss 50, der mit einer Gleichstromquelle 48 verbunden
ist (vgl. 3 und 4), ist
an der äußeren Umfangsfläche des
Motorgehäuses 30 so
vorgesehen, dass er die Öffnung 46 nach
außen
abdeckt.
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Die
ersten und zweiten Stromzufuhrbürsten 34a, 34b und
die ersten und zweiten Spulenanschlussbürsten 36a, 36b (vgl. 1, 3 und 4)
bestehen aus leitfähigen
Materialien, einschließlich
beispielsweise kohlenstoffhaltigen Materialien, Graphitmaterialien,
Elektrographitmaterialien und Metallgraphitmaterialien. Die ersten
und zweiten Stromzufuhrbürsten 34a, 34b sind
mit dem Anschluss 50 jeweils über Anschlusslitzen oder -leitungen 52 verbunden.
Bei dieser Anordnung sind die ersten und zweiten Stromzufuhrbürsten 34a, 34b mit einem
Abstand von 180° um
die Mittelachse der Welle 12 angeordnet. Die erste Stromzufuhrbürste 34a steht
in Kontakt mit der Oberfläche
des ersten Stromzufuhrringes 45a, während der zweite Kommutatorteil 42b in
Kontakt mit der Oberfläche
des zweiten Stromzufuhrringes 45b steht.
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Die
ersten und zweiten Spulenanschlussbürsten 36a, 36b sind
auch über
Anschlusslitzen 54 mit den ersten bzw. zweiten Spulen 26a, 26b verbunden.
Bei dieser Anordnung sind die ersten und zweiten Spulenanschlussbürsten 36a, 36b mit
einem Abstand von 180° um
die Mittelachse der Welle 12 angeordnet. Die ersten und
zweiten Spulenanschlussbürsten 36a, 36b stehen
in Kontakt mit den ersten und zweiten Kommutatorteilen 42a, 42b oder
der Oberfläche
des Isolier abschnitts 43. Außerdem ist die Feder 32 eine
Feder aus Isoliermaterial oder eine Feder, die mit einem Isoliermaterial
beschichtet ist.
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Bei
dem Gleichstrombürstenmotor 10 sind die Öffnungen
an beiden Enden des Motorsgehäuses 30 mit
Deckelelementen 56, 58 (vgl. 1)
abgedeckt, die jeweils aus einem Isoliermaterial oder einem leitfähigen Material
mit einer Oberflächenbeschichtung
aus isolierendem Material bestehen. Außerdem sind die Deckel 56, 58 über eine
Mehrzahl von Bolzen 60 an den beiden Enden des Motorgehäuses 30 befestigt. Öffnungen 61, 63,
die koaxial zu der Welle 12 verlaufen, sind an zentralen
Bereichen der Deckel 56, 58 vorgesehen. Lager 62, 64,
die Öffnungen
mit im Wesentlichen dem gleichen Innendurchmesser wie der Durchmesser
der Welle 12 aufweisen, sind koaxial mit der Welle 12 in
den Öffnungen 61 bzw. 63 angeordnet.
Dementsprechend kann die Welle 12 durch die jeweiligen Öffnungen
hindurchtreten, um nach außen
vorzustehen.
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Der
Gleichstrombürstenmotor 10 gemäß der Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung kann auch so aufgebaut sein, wie es in 5 für einen Kommutierungsabschnitt 28a gemäß einer
modifizierten Ausführungsform
gezeigt ist. Die Kommutatorteile 42a, 42b können so
angeordnet sein, dass sie in Kontakt mit den ersten und zweiten
Stromzufuhrbürsten 34a, 34b stehen.
Außerdem
kann der ersten Stromzufuhrring 45a so angeordnet sein,
dass er in Kontakt mit der ersten Spulenanschlussbürste 36a steht,
und der zweite Stromzufuhrring 45b kann so angeordnet sein,
dass er in Kontakt mit der zweiten Stromzufuhrbürste 36b steht.
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Der
Gleichstrombürstenmotor 10 gemäß der Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist im Wesentlichen wie oben beschrieben
aufgebaut. Nachfolgend werden seine Betriebs-, Funktions- und Wirkungsweise
erläutert.
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Zunächst wird
eine Situation gemäß den 1 bis 4 erläutert, bei
welcher der Gleichstrom durch die ersten und zweiten Spulen 26a, 26b in
einem Zustand fließen
kann, in dem der Permanentmagnet 14a als N-Pol magnetisiert
ist, während der
Permanentmagnet 14b als S-Pol magnetisiert ist. Der Einfachheit
halber wird bei der nachfolgenden Beschreibung der Permanentmagnet 14a als "N-Polmagnet 14a'' und der Permanentmagnet 14b als "S-Polmagnet 14b'' bezeichnet.
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In
den 1 und 2 ist der N-Polmagnet 14a an
der Oberseite der Welle 12 angeordnet, während der
S-Polmagnet 14b an der Unterseite der Welle 12 angeordnet
ist. Wenn der Gleichstrom von der positiven Elektrode der Gleichstromquelle 48 (vgl. 3) über den
Anschluss 50 und die Anschlusslitze 52 zu der
ersten Stromzufuhrbürste 34a fließen kann, wie
es in 4 gezeigt ist, fließt in diesem Fall der Gleichstrom
durch den ersten Kommutatorteil 42a über den ersten Stromzufuhrring 45a und
den Kupferdraht 49a (vgl. 3). Außerdem fließt der Gleichstrom über den
ersten Kommutatorteil 42a von der ersten Spulenanschlussbürste 36a zu
der ersten Spule 26a.
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Der
Gleichstrom, der zu der ersten Spule 26a fließt, fließt von der
ersten Spule 26a zu der zweiten Spule 26b. Der
Gleichstrom fließt über die
zweite Spulenanschlussbürste 36b zu
dem zweiten Kommutatorteil 42b. Außerdem fließt der Gleichstrom, der durch
das zweite Kommutatorteil 42b fließt, über den Kupferdraht 49b und
den zweiten Stromzufuhrring 45b zu der zweiten Stromzufuhrbürste 34b.
Der Gleichstrom fließt über die
Anschlusslitze 52 und den Anschluss 50 zu der
negativen Elektrode der Gleichstromquelle 48.
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Die
magnetischen (Induktions)flüsse
werden durch den Gleichstrom an den ersten und zweiten Spulen 26a, 26b erzeugt.
Die jeweiligen magnetischen (Induktions)flüsse erstrecken sich von den
ersten und zweiten Zahnabschnitten 38a, 38b (vgl. 2)
des äußeren Stators 20 über den
Luftspalt 18 und kreuzen den N-Polmagnet 14a und
den S-Polmagnet 14b. Das Drehmoment wird an dem inneren Rotor 16 durch
die sich schneidenden magnetischen (Induktions)flüsse und
die durch den N-Polmagnet 14a und den S-Polmagnet 14b erzeugten
magnetischen (Induktions)flüsse
generiert. Das Drehmoment dreht die Welle 12 in Richtung
des Pfeils in 1 und 4.
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Wenn
die Welle 12 gedreht wird, verschiebt sich die Position
des N-Polmagneten 14a zu
der in 6 gezeigten linken Seite der Welle 12,
während sich
die Position des S-Polmagneten 14b zu der rechten Seite
der Welle 12 verschiebt. Die Positionen der ersten und
zweiten Kommutatorteile 42a, 42b werden ebenfalls
in Reaktion auf die Drehung der Welle 12 verschoben. Das
bedeutet, wie in 6 gezeigt, dass das erste Kommutatorteil 42a nach
links verschoben wird, während
das zweite Kommutatorteil 42b nach rechts verschoben wird.
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In
dieser Situation leiten die ersten und zweiten Kommutatorteile 42a, 42b über die
ersten und zweiten Spulenanschlussbürsten 36a, 36b.
Dementsprechend sind die ersten und zweiten Kommutatorteile 42a, 42b relativ
zu der Gleichstromquelle 48 elektrisch kurzgeschlossen
und die Zufuhr des Gleichstromes von der Gleichstromquelle 48 zu
den ersten und zweiten Spulen 26a, 26b wird unterbrochen.
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Wenn
die Welle 12 weitergedreht wird, wird die Position des
N-Polmagneten 14a zu der Unterseite der Welle 12 in 7 verschoben,
während
sich die Position des S-Polmagneten 14b zu der Oberseite
der Welle 12 verschiebt. In dieser Situation verschiebt
sich die Position des ersten Kommutatorteiles 42a zu der
Unterseite der Welle 12, während sich die Position des
zweiten Kommutatorteiles 42b zu der Oberseite der Welle 12 verschiebt.
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In
diesem Fall fließt
der Gleichstrom, der von der positiven Elektrode der Gleichstromquelle 48 über den
Anschluss 50 (vgl. 1), die
Anschlusslitze 52, die erste Stromzufuhrbürste 34a,
den ersten Stromzufuhrring 45a und den Kupferdraht 49a (vgl. 3)
durch das erste Kommutatorteil 42a fließt, zu der ersten Spulenanschlussbürste 36a.
Der Gleichstrom fließt
von der ersten Spulenanschlussbürste 36a zu
der zweiten Spule 26b und weiter zu der ersten Spule 26a.
Der Gleichstrom, der durch die erste Spule 26a geflossen
ist, fließt
von der zweiten Spulenanschlussbürste 36b über den
Kupferdraht 49b, den zweiten Stromzufuhrring 45b,
die zweite Stromzufuhrbürste 34b,
die Anschlusslitze 52 und den Anschluss 50 zu
der negativen Elektrode der Gleichstromquelle 48.
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Dementsprechend
werden die magnetischen (Induktions)flüsse an den ersten und zweiten
Spulen 26a, 26b erzeugt. Die magnetischen (Induktions)flüsse erstrecken
sich von den ersten und zweiten Zahnabschnitten 38a, 38b (vgl. 1 und 2)
des äußeren Stators 20 über den
Luftspalt 18, um den N-Polmagneten 14a und den
S-Polmagneten 14b zu kreuzen. Ein Drehmoment wird an dem
inneren Rotor 16 durch die Wirkung der sich schneidenden
magnetischen (Induktions)flüsse
und die durch den N-Polmagnet 14a und den S-Polmagnet 14b erzeugten magnetischen
(Induktions)flüsse
generiert. Das Drehmoment dreht die Welle 12 weiter.
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Die
obige Beschreibung erfolgte für
den Fall, in dem der Gleichstrom von der Gleichstromquelle 48 in
dem Zustand, in dem die ersten und zweiten Spulen 26a, 26b in
Kontakt mit den ersten und zweiten Spulenanschlussbürsten 36a, 36b stehen
können,
zu dem Kommutierungsabschnitt 28 fließen kann (vgl. 1, 3 bis 7).
Es versteht sich jedoch, dass der innere Rotor 16 beispielsweise
auch dann gedreht wird, wenn der Gleichstrom durch die entsprechende
Kommutatorteile von der Gleichstromquelle 48 in einem Zustand
fließen
kann, in dem eine Vielzahl von beispielsweise drei oder mehr Kommutatorteilen
anstelle der ersten und zweiten Kommutatorteile 42a, 42b vorgesehen
sind, und wobei drei oder mehr Spulen in Kontakt mit den entsprechenden Kommutatorteilen
treten können.
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Wenn
sich die Positionen des N-Polmagneten 14a und des S-Polmagneten 14b (vgl. 1 und 2)
entsprechend der Drehung der Welle 12 ändern, wenn der Kommutierungsabschnitt 28a so
aufgebaut ist, wie es in 5 gezeigt ist, so schalten die ersten
und zweiten Kommutatorteile 42a, 42b die ersten
und zweiten Stromzufuhrbürsten 34a, 34b,
um entsprechend der Positionsänderung
in Kontakt zu treten. Dementsprechend kann der innere Rotor 16 gedreht
werden, indem der Gleichstrom von der Gleichstromquelle 48 (vgl. 3)
zu den ersten und zweiten Kommutatorteilen 42a, 42b fließen kann.
Es ist möglich,
eine temporäre
Variation oder Fluktuation des an dem inneren Rotor 16 erzeugten
Drehmomentes zu vermeiden, wenn der innere Rotor eine Drehbewegung
vollzieht.
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Die
Kontaktpositionen der ersten und zweiten Spulenanschlussbürsten 36a, 36b mit
den ersten und zweiten Kommutatorteilen 42a, 42b können durch
unter Druck setzen einer nicht dargestellten Feder, pneumatischen
Druck oder hydraulischen Druck oder die Schwerkraft der jeweiligen
Bürsten 36a, 36b verschoben
werden. Hierdurch ist es möglich,
einen Kurzschlusszustand (vgl. 6) zu vermeiden,
der auftritt, wenn die ersten und zweiten Kommutatorteile 42a, 42b in
Kontakt mit den ersten und zweiten Spulenanschlussbürsten 36a bzw. 36b treten.
Es ist daher möglich,
temporäre
Variationen oder Fluktuationen des an dem inneren Rotor 16 erzeugten
Drehmomentes zu vermeiden.
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Der
Gleichstrommotor 10 kann als Motor mit drei oder mehr Polen
aufgebaut sein, indem die Zahl der Spulenanschlussbürsten und
der Spulen erhöht wird.
Hierdurch wird auch dann, wenn ein Kurzschluss zwischen den beiden
Spulen auftritt, der Kurzschluss durch den Gleichstrom, der zwischen den
anderen beiden Polen fließen
kann, kompensiert. Auch in diesem Fall ist es daher mög lich, temporäre Variationen
oder Fluktuationen des an dem inneren Rotor 16 erzeugten
Drehmomentes zu vermeiden.
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Als
nächstes
werden mit Bezug auf die 8 bis 10 beispielhafte
Anwendungen erläutert,
bei denen der Gleichstrommotor 10 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung bei einer elektrischen Klemmvorrichtung bzw. elektrischen
Stellgliedern eingesetzt wird.
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8 zeigt
ein Beispiel, bei dem der Gleichstrommotor 10 bei einer
elektrischen Klemmvorrichtung 70 (vgl. beispielsweise die
japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2001-310225) eingesetzt
wird. Bei dieser Anordnung ist ein Drehantriebsmechanismus 76,
der mit der Welle 12 des Gleichstrommotors 10 verbunden
ist und aus einer Mehrzahl von Zahnrädern 72 und einem
Kniehebelmechanismus 74 besteht, in der elektrischen Klemmvorrichtung 70 vorgesehen.
Ein Klemmarm 78 ist mit dem Kniehebelmechanismus 74 verbunden.
Bei dieser Anordnung wird der Drehantriebsmechanismus 76 entsprechend der
Drehung der Welle 12 angetrieben, und der Klemmarm 78 wird
in Richtung des Pfeiles gedreht.
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Die 9 und 10 zeigen
Beispiele, bei denen der Gleichstrommotor 10 in elektrischen
Stellgliedern 80, 81 (vgl. beispielsweise die
japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 7-284242) eingesetzt wird.
In diesem Fall ist der Gleichstrommotor 10 als Drehantriebsquelle
in dem elektrischen Stellglied 80 angeordnet. Die Welle 12 ist
in eine Kugelspindel 82 integriert. Eine Kugelspindelhülse 84,
die die Drehbewegung der Welle 12 in eine gradlinige Bewegung umwandelt,
steht mit der Kugelspindel 82 in Eingriff. Seitenbereiche
der Kugelspindelhülse 84 sind
mit Tischblöcken 86a, 86b verbunden.
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Wird
bei dieser Anordnung die Kugelspindel 82 durch den Gleichstrommotor 10 gedreht,
so wird die Drehbewegung der Kugelspindel 82 durch die
Kugelspin delhülse 84 in
die gradlinige Bewegung umgewandelt, und die Tischblöcke 86a, 86b gleiten
in Richtung des Pfeiles entlang einer Führungsschiene 88.
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Wie
oben beschrieben wurde, umfasst der Gleichstrommotor 10 gemäß der Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung die ersten und zweiten Spulen 26a, 26b,
die an dem äußeren Stator 20 angeordnet
sind. Dementsprechend kann die Wärmeabgabefläche, die
für die
an den ersten und zweiten Spulen 26a, 26b erzeugte
Wärme zur
Verfügung steht,
im Vergleich zu der Wärmeabgabefläche der Spule
irgendeines Gleichstrommotors gemäß dem Stand der Technik erhöht werden.
Wenn der Gleichstrom von der Gleichstromquelle 48 zu den
ersten und zweiten Spulen 26a, 26b fließen kann,
wird daher die Wärme,
die an den ersten und zweiten Spulen 26a, 26b erzeugt
wird, auf den Kunststoff 24 und den äußeren Stator 20 übertragen.
Außerdem
kann die Wärme
von dem äußeren Stator 20 über das
Motorgehäuse 30 effizient
nach außen
abgegeben werden.
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Wird
in dem Fall des Gleichstrommotors 10 die Wärme, die
an den ersten und zweiten Spulen 26a, 26b erzeugt
wird, nach außen
abgegeben, so kann die Wärme
nach außen
abgegeben werden, ohne durch den Luftspalt 18 und die Permanentmagneten 14a, 14b zu
treten, weil der Wärmeweg
beispielsweise den Luftspalt 18 und die Permanentmagneten 14a, 14b,
die die Wärmeabgabe
behindern, nicht umfasst. Somit enthält der Gleichstrommotor 10 im
Gegensatz zu den Gleichstrommotoren gemäß dem Stand der Technik keine
Teile, die die Wärmeabgabe
behindern. Dadurch ist es möglich,
die Wärme mit
der vorliegenden Erfindung wirksam abzugeben.
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Außerdem sind
die Permanentmagneten 14a, 14b in dem inneren
Rotor 16 angeordnet, so dass die Trägheitskraft des inneren Rotors 16 reduziert
wird. Es ist auch einfach, beispielsweise einen Zylinder, eine Klemme
oder ein Getriebe anzutreiben, indem die Drehbewegung des inneren
Rotors 16 genutzt wird.
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Dadurch
kann der Gleichstrommotor 10 dazu eingesetzt werden, die
oben beschriebene Vorrichtung schnell zu beschleunigen und/oder
abzubremsen.
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Vollzieht
der innere Rotor 16 die relative Drehbewegung gegenüber dem äußeren Stator 20, so
schalten die Kommutatorteile 42a, 42b des Kommutierungsabschnitts 28 die
ersten und zweiten Spulenanschlussbürsten 36a, 36b,
zu denen der Gleichstrom fließen
kann, entsprechend dem Drehwinkel der Permanentmagneten 14a, 14b.
Auch wenn sich der innere Rotor 16 dreht, ist es daher
möglich,
temporäre
Variationen oder Fluktuationen des an dem inneren Rotor 16 erzeugten
Drehmomentes zu vermeiden.
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Der äußere Stator 20 besteht
aus dem Stapel von Kohlenstoffstahlplatten, die Silizium enthalten.
Dadurch kann die thermische Leitfähigkeit des äußeren Stators 20 verbessert
werden. Die Wärme, die
an den ersten und zweiten Spulen 26a, 26b erzeugt
wird, kann effizient auf das Motorgehäuse 30 übertragen
und von dem Motorgehäuse 30 nach
außen
abgegeben werden.
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Die
Trägheit
der Welle 12 wird dadurch abgesenkt, dass die Permanentmagneten 14a, 14b in dem
inneren Rotor 16 vorgesehen werden. Wenn der Gleichstrommotor 10 in
die elektrische Klemmvorrichtung 70 oder die elektrischen
Stellglieder 80, 81 eingesetzt wird, kann dementsprechend
die Drehantriebskraft über
die Welle 12 auf das Bewegungselement in den oben beschriebenen
Vorrichtungen übertragen
werden, wobei die an den ersten und zweiten Spulen 26a, 26b erzeugte
Wärme wirksam
abgeführt werden
kann. Im Falle des oben beschriebenen Gleichstrommotors 10 kann
daher die Wärmeerzeugung
im Inneren vermieden werden. Es ist möglich, eine gewünschte Schubkraft
in einem Zustand zu erhalten, in dem die Drehung der Welle 12 angehalten wird.
Dadurch kann die Schubkraft beispielsweise dazu verwendet werden,
den Klemmarm 78 gemäß 8 in
Richtung des Pfeiles zu drehen, und/oder die Tischblöcke 86a, 86b gemäß den 9 und 10 in
Richtung des Pfeiles zu verschieben.
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Es
versteht sich, dass der Gleichstrommotor gemäß der vorliegenden Erfindung
nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt ist, sondern
auch in verschiedenen anderen Formen realisiert werden kann, ohne
den Rahmen der beigefügten
Ansprüche
zu verlassen.