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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Elektrowerkzeug mit einem bürstenlosen
Motor.
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In
Elektrowerkzeugen werden bürstenlose Motoren verwendet,
wenn die Werkzeuge kompakt ausgestaltet werden sollen, da bürstenlose
Motoren keine elektrische Verbindung für den Rotor mit
einer Bürste und einem Kommutator auf einer drehbaren Welle
erfordern. Durch den relativ großen Energieverlust beim
Betrieb eines bürstenlosen Motors wird jedoch verhältnismäßig
viel Wärme erzeugt, die den Motorbetrieb beeinflussen kann.
Der Energieverlust setzt den Wirkungsgrad herab und kann Störungen zur
Folge haben. Der Verlust in der Statoreinheit ist dabei die Hauptquelle
der Wärmeerzeugung; er setzt sich aus dem Kupferverlust
des elektrischen Stroms beim Durchfließen der Statorspule
und dem Eisenverlust im Material des Statorkerns aufgrund der periodischen Änderung
der Magnetflußdichte zusammen. Herkömmliche bürstenlose
Motoren weisen daher Kühleinrichtungen für die
Statoren auf. In der
japanischen
Offenlegungsschrift 2004-274800 ist ein Kühlmechanismus
für einen herkömmlichen Stator beschrieben, der
erste Öffnungen im Motorgehäuse zum Ansaugen von
Außenluft in das Gehäuse und zweite Öffnungen
im Gehäuse zum Abführen der Kühlluft
aus dem Gehäuse aufweist, wobei die zweiten Öffnungen
in der Axialrichtung der sich drehenden Welle auf der anderen Seite
des Stators den ersten Öffnungen gegenüberliegen.
Ein am Rotor fest angebrachtes Gebläse saugt Luft in das
Gehäuse und erzeugt insbesondere einen Luftstrom durch
die Statorspule, um den Bereich der Statorspule direkt zu kühlen.
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Außerdem
erzeugen die Ausgangstransistoren in den Ansteuerschaltungen für
einen bürstenlosen Motor, das heißt die Schaltelemente
in den Wechselrichtern zum Ansteuern des Motors, große Wärmemengen,
wenn sie der Statorspule den erfor derlichen großen Ansteuerstrom
zuführen. Es müssen daher Maßnahmen getroffen
werden, auch diese Elemente zu kühlen. Die
japanische Offenlegungsschrift 2005-102370 beschreibt
einen Mechanismus zum Kühlen des auf einer Leiterplatte
angebrachten Wechselrichters zusammen mit der Statoreinheit des Motors
dadurch, daß diese Komponenten in einem Kanal angeordnet
werden, entlang dem Kühlluft durch das Motorgehäuse
strömt.
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Durch
die genannten Mechanismen können zwar durch Zuführen
von Außenluft der Stator und die Wechselrichterschaltung
eines bürstenlosen Motors gekühlt werden, das
Hindurchleiten von Außenluft durch den Stator führt
jedoch dazu, daß sich auf dem Stator und dem Rotor Staubpartikel
ansammeln.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Elektrowerkzeug mit
einem bürstenlosen Motor und einer Kühleinrichtung
zu schaffen, bei der sich kein Staub im Motor ansammelt.
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Diese
Aufgabe wird mit dem Elektrowerkzeug mit einem bürstenlosen
Motor nach Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen
sind in den Unteransprüchen genannt.
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Das
erfindungsgemäße Elektrowerkzeug umfaßt
demnach ein Gehäuse, einen bürstenlosen Motor
und wenigstens ein Abdeckelement. Das Gehäuse weist eine
Lufteinlaßöffnung und eine Luftaustrittsöffnung
oder Lufteinlaßöffnungen und Luftaustrittsöffnungen
auf. Das Gehäuse besitzt eine Innenseite. Der bürstenlose
Motor ist im Gehäuse angeordnet und besitzt eine Außenseite.
Eine erste Endfläche des bürstenlosen Motors befindet
sich in der Nähe der Lufteinlaßöffnung
und eine zweite Endfläche davon in der Nähe der
Luftaustrittsöffnung. Das Abdeckelement bzw. die Abdeckelemente
deckt/decken die erste Endfläche und/oder die zweite Endfläche
des Motors ab und verhindern das Eindringen von Staub in den bürstenlosen
Motor. Die Innenseite des Gehäuses und die Außenseite
des bürstenlosen Motors legen einen Strömungsweg
fest, der die Lufteinlaßöffnung mit der Luftaustrittsöffnung
verbindet.
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Die
Erfindung umfaßt des weiteren ein Elektrowerkzeug mit einem
Gehäuse mit einer Innenseite, mit einem im Gehäuse
angebrachten bürstenlosen Elektromotor und mit einer Leiterplatte.
Der bürstenlose Motor umfaßt einen Stator, eine
Spule, einen Rotor und wenigstens ein Isolierelement. Der Stator besteht
aus einem zylindrischen Teil und einer Anzahl von Zähnen.
Der zylindrische Teil weist eine innere Umfangsfläche und
eine äußere Umfangsfläche auf, die an
der Innenseite des Gehäuses befestigt ist. Die Zähne
des Stators verlaufen in der Axialrichtung des zylindrischen Teils
und stehen von der inneren Umfangsfläche radial nach innen
vor. Die Spule weist einen um die Zähne gewickelten Wicklungsbereich sowie
einen Anfangsabschnitt auf, der den Wicklungsbereich mit der Leiterplatte
verbindet und der eine gebogene Form besitzt, um den Wicklungsbereich
nicht zu beeinträchtigen. Der Rotor ist konzentrisch zum
Stator angeordnet und auf der Seite der inneren Umfangsfläche
des Stators drehbar angebracht. Das Isolierelement weist an einem
axialen Ende des Stators einen Ringabschnitt auf und einen Statorabdeckabschnitt.
Der Statorabdeckabschnitt deckt die Zähne ab, um die Zähne
von der Spule zu isolieren. Das Isolierelement wird dadurch am Stator gehalten,
daß die Spule um die Zähne gewickelt wird, die
vom Statorabdeckabschnitt bedeckt sind. Die Leiterplatte ist am
Ringabschnitt angebracht und elektrisch mit der Spule verbunden,
um den bürstenlosen Motor anzusteuern.
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Die
vorliegende Erfindung kann bei jedem Elektrowerkzeug mit Gebläsekühlung
verwendet werden.
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Anhand
der Zeichnungen wird nun eine Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine
Schnittansicht einer Ausführungsform eines Elektrowerkzeug
mit einem bürstenlosen Motor;
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2 eine
vergrößerte Teil-Schnittansicht des Elektrowerkzeugs
der 1;
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3 eine
Schnittansicht in der Ebene III-III in der 2;
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4 eine
Schnittansicht in der Ebene IV-IV in der 2;
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5 eine
Schnittansicht in der Ebene V-V in der 2;
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6 eine
Darstellung des Anfangsabschnitts einer Spule bei der vorliegenden
Ausführungsform;
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7 eine
Darstellung des Endabschnitts der Spule bei der vorliegenden Ausführungsform;
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8 eine
perspektivische Ansicht des hinteren Teils eines Isolierelements;
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9 eine
perspektivische Ansicht des vorderen Teils des Isolierelements;
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10 eine
auseinandergezogene Darstellung des Zusammenbaus einer Abdeckung
und des Isolierelements;
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11 eine
perspektivische Ansicht eines bürstenlosen Motors, an dem
eine Leiterplatte und eine Abdeckung befestigt sind;
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12 eine
Darstellung des Zusammenbaus einer sich drehenden Welle, einer Abdeckung und
eines Gebläses bei der vorliegenden Ausführungsform;
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13 eine
perspektivische Ansicht des Rotors, der Abdeckung und des an der
sich drehenden Welle angebrachten Gebläses bei der vorliegenden Ausführungsform;
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14 eine
vergrößerte Teil-Schnittansicht eines Gehäuses
bei der vorliegenden Ausführungsform;
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15 eine
perspektivische Ansicht des Gehäuses bei der vorliegenden
Ausführungsform;
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16 eine
auseinandergezogene Darstellung des Zusammenbaus der sich drehenden
Welle, der Abdeckung und des Gebläses bei einer Variante der
vorliegenden Ausführungsform;
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17 eine
perspektivische Ansicht des Rotors, der Abdeckung und des an der
sich drehenden Welle angebrachten Gebläses bei der Variante
der vorliegenden Ausführungsform;
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18 eine
auseinandergezogene Darstellung des Zusammenbaus der Abdeckung und
des Isolierelements bei der Variante der vorliegenden Ausführungsform;
und
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19 eine
Schnittansicht einer Leiterplatte bei der Variante der vorliegenden
Ausführungsform.
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Anhand
der 1 bis 11 wird eine Ausführungsform
eines Elektrowerkzeugs mit einem bürstenlosen Motor beschrieben.
Die 1 zeigt als Elektrowerkzeug einen Schlagschrauber 1.
Zuerst wird der Gesamtaufbau des Schlagschraubers 1 anhand
der 1 beschrieben.
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Der
Schlagschrauber 1 weist ein Gehäuse 2 auf,
das seine äußere Umhüllung bildet. Das
Gehäuse 2 besteht aus einem Motorgehäuse 21,
einem sich kontinuierlich an das Motorgehäuse 21 anschließenden
Getriebegehäuse 22 und einem Handgriff 23,
der sich vom Motorgehäuse 21 und vom Getriebegehäuse 22 nach
unten erstreckt.
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Das
Motorgehäuse 21 hat eine zylindrische Form und
nimmt einen bürstenlosen Motor 30, der als Antriebsquelle
dient, eine Leiterplatte 40 zum Steuern des bürstenlosen
Motors 30, ein Gebläse 50 und eine Abdeckung 60 auf.
Die Abdeckung 60 verhindert, daß Staub in den
bürstenlosen Motor 30 eindringt. An der Rückseite
des Motorgehäuses 21 sind Lufteinlaßöffnungen 21a ausgebildet,
durch die Außenluft in das Gehäuse 2 geleitet
wird. An der Vorderseite des Motorgehäuses 21 sind
Luftaustrittsöffnungen 21b (siehe 14)
ausgebildet, durch die Luft aus dem Getriebegehäuse 22 abgeführt
wird. Zwischen der äußeren Umfangsfläche
des bürstenlosen Motors 30 und der inneren Umfangsfläche 21A (siehe 2)
des Motorgehäuses 21 verläuft der Strömungsweg 21c für
die durch das Motorgehäuse 21 strömende
Luft. Der Strömungsweg 21c verbindet die Lufteinlaßöffnungen 21a mit
den Luftaustrittsöffnungen 21b (siehe 14).
Der Strömungsweg 21c besteht in der Regel aus
einer Anzahl von Luftkanälen an der Innenseite des Motorgehäuses 21 und/oder
der Außenseite des Stators 31.
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Das
Getriebegehäuse 22 enthält einen Getriebemechanismus 70.
Der an sich allgemein bekannte Getriebemechanismus 70 umfaßt
einen Drehzahlreduktionsmechanismus aus einem Planetenrad 71 und
einem Ringrad 72; einen Schlagmechanismus mit einer Spindel 73 und
einem Hammer 75 an der Spindel 73, der daran nach
vorne und hinten gleiten kann, wobei der Hammer 75 aufgrund
einer Feder 74 eine Stoßkraft ausübt;
und einen Amboß 76, auf den die Stoßkraft
des Hammers 75 einwirkt. Am Amboß 76 wird
ein Werkzeug (nicht gezeigt) befestigt. Der Getriebemechanismus 70 überträgt
die Drehkraft des bürstenlosen Motors 30 als Dreh-Stoß-Kraft
zum Amboß 76. Am Hammer 75 ist ein Vorsprung
(nicht gezeigt) ausgebildet, und am Amboß 76 ist
eine dem Vorsprung des Hammers 75 entsprechende Vertiefung
(nicht gezeigt) ausgebildet. Wenn sich der bürstenlose
Motor 30 dreht, wird die Drehzahl der Antriebswelle 35 des
bürstenlosen Motors 30 vom Planetenrad 71 und
Ringrad 72 herabgesetzt. Die herabgesetzte Drehzahl wird
auf die Spindel 73 übertragen, um zum Beispiel
Schrauben einzudrehen. Wenn auf den Amboß 76 eine
Last einwirkt, die ein vorgegebenes Maß nicht übersteigt, greift
der Vorsprung des Hammers 75 in die Vertiefung des Ambosses 76 ein,
und Hammer 75 und Amboß 76 drehen sich
als Einheit. Wenn jedoch auf den Amboß 76 eine
Last einwirkt, die ein vorgegebenes Maß übersteigt,
wird der Amboß 76 festgehalten und dreht sich
nicht mehr, der Vorsprung des Hammers 75 kommt aus der
Vertiefung des Ambosses 76 frei, und der Hammer 75 bewegt
sich aufgrund der Feder 74 nach vorn und erzeugt eine Stoßkraft.
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Am
unteren Ende des Handgriffs 23 ist abnehmbar ein Batteriegehäuse 81 angebracht.
Das Batteriegehäuse 81 enthält einen
Batteriepack 80 mit Lithium-Ionen-Zellen, Nickel-Cadmium-Zellen
und dergleichen (nicht gezeigt). Der Handgriff 23 ist auch mit
einem Schalter 24 versehen und enthält einen Teil der
Motoransteuerschaltung sowie die Leitungen zwischen dem Batteriepack 80 und
dem bürstenlosen Motor 30. Wenn das Batteriegehäuse 81 am Handgriff 23 angebracht
ist, sind der Batteriepack 80 und die Motoransteuerschaltung über
den Schalter 24 und die später noch beschriebenen
Leitungen 43 elektrisch miteinander verbunden. In der folgenden Beschreibung
wird die Seite des Gehäuses 2 zum Amboß 76 hin
als Vorderseite bezeichnet und die Seite des Gehäuses 2 zu
den Lufteinlaßöffnungen 21a hin als Rückseite.
Die Seite des Gehäuses 2 mit dem Motorgehäuse 21 und
dem Getriebegehäuse 22 wird als Oberseite bezeichnet
und die Seite des Gehäuses 2 mit dem Batteriegehäuse 81 als
Unterseite.
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Einen
Schlagschrauber 1 mit diesem Aufbau ergreift ein Nutzer
am Handgriff 23. Durch Drücken des Schalters 24 wird
dieser in einen EIN-Zustand gebracht. In diesem Zustand des Schalters 24 überträgt
der bürstenlose Motor 30 eine Antriebkraft auf den
Hammer 75, wodurch der Hammer 75 auf das am Amboß 76 angebrachte
Werkzeug eine Dreh-Stoß-Kraft ausübt, um zum Beispiel
eine Schraube einzudrehen.
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Anhand
der 2 bis 15 wird nun der Aufbau des bürstenlosen
Motors 30 beschrieben. Der bürstenlose Motor 30 besteht
im wesentlichen aus einem Stator 31 mit einer zylindrischen äußeren Form,
einer Spule 32, einem im Stator 31 angeordneten
Rotor 33 und der Antriebswelle 35.
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Wie
in der 3 gezeigt, umfaßt der Stator 31 einen
zylindrischen Teil 31A. Von der inneren Umfangsfläche
des zylindrischen Teils 31A stehen Zähne 34 radial
nach innen, die in der Axialrichtung des zylindrischen Teils 31A verlaufen.
Ein Teil der äußeren Umfangsfläche 31B des
Stators 31 liegt an der inneren Umfangsfläche 21A des
Motorgehäuses 21 an und wird vom diesem gehalten.
Die Luftkanäle des Strömungswegs 21c befinden
sich zwischen den übrigen Teilen der äußeren
Umfangsfläche 31B des Stators 31 und
der inneren Umfangsfläche 21A des Motorgehäuses 21.
Wie in der 2 gezeigt, ist an den beiden
Enden des Stators 31 ein Isolierelement 91 bzw.
ein Isolierelement 92 derart angebracht, daß die
Isolierelemente 91, 92 die Zähne 34 bedecken. Dabei
ist das Isolierelement 91 an der Rückseite des Stators 31 in
der Nähe der Luft einlaßöffnungen 21a angebracht,
während das Isolierelement 92 am vorderen Ende
des Stators 31 in der Nähe der Luftaustrittsöffnungen 21b angebracht
ist.
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Wie
in der 8 gezeigt, weist das Isolierelement 91 einen
Statorabdeckabschnitt 91A zum Isolieren der Zähne 34 (siehe 3)
und der Spule 32 (siehe 3) durch
Abdecken der Zähne 34 sowie einen Ringabschnitt 91B auf.
Im Ringabschnitt 91B sind Gewindelöcher 91a für
die Aufnahme von Schrauben ausgebildet. Die hintere Endfläche 91C des
Ringabschnitts 91B besitzt eine kreisförmige Öffnung 91b für
die hintere Endfläche des bürstenlosen Motors 30.
Wie in der 9 gezeigt, weist das Isolierelement 92 eine
vordere Endfläche 92C und einen Statorabdeckabschnitt 92A zum
Isolieren der Zähne 34 (siehe 3)
und der Spule 32 (siehe 3) durch
Abdecken der Zähne 34 auf, ähnlich wie
das Isolierelement 91. Am Isolierelement 92 ist
ein Positioniervorsprung 92B ausgebildet. Wie in den 3, 6 und 7 gezeigt,
werden die Isolierelemente 91 und 92 dadurch am
Stator 31 gehalten, daß die Spule 32 um
die Zähne 34 gewickelt wird, die vom Statorabdeckabschnitt 91A des
Isolierelements 91 und dem Statorabdeckabschnitt 92A des
Isolierelements 92 bedeckt sind. Die Spule 32 weist
einen axialen Wicklungsteil 32A, der in Axialrichtung um
die Zähne 34 verläuft, einen Wicklungsendteil 32B,
der um die axialen Enden der Zähne 34 verläuft,
einen Anfangsabschnitt 32C und einen Endabschnitt 32D auf,
wie es in den 6 und 7 gezeigt
ist. Durch diese Wicklungen werden die Isolierelemente 91 und 92 an
den Zähnen 34 gehalten.
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Wie
in der 6 gezeigt, ist die Spule 32 kontinuierlich
so um den Zahn 34 gewickelt, daß der Anfang der
Wicklung überlappt wird und dieser Anfang von der Innenseite
der Wicklung herausführt. Der Anfangsabschnitt 32C zu
Beginn der Spule 32, der von der Innenseite der Wicklung
herausführt, ist S-förmig gebogen.
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Wie
in der 2 gezeigt, wird die Antriebswelle 35 an
beiden Enden von Lagern gehalten, die ihrerseits vom Motorge häuse 21 gehalten
werden. Der Hauptkörper 36 des Rotors 33 ist
koaxial auf die Antriebswelle 35 aufgepreßt und
dreht sich mit dieser. In den Hauptkörper 36 sind
mit Abständen in der Drehrichtung vier Permanentmagneten 37 eingebettet.
Der Rotor 33 ist konzentrisch zum Stator 31 und der
Antriebswelle 35 angeordnet und befindet sich auf der Seite
der inneren Umfangsfläche des Stators 31.
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Das
Gebläse 50 ist an der Antriebswelle 35 an
dessen Vorderseite in der Nähe der Luftaustrittsöffnungen 21b (siehe 14)
des Motorgehäuses 21 befestigt. Das Gebläse 50 dreht
sich zusammen mit der Antriebswelle 35, wenn der bürstenlose
Motor 30 betrieben wird, um Außenluft durch die
Lufteinlaßöffnungen 21a und die Strömungswege 21c anzusaugen
und über die Luftaustrittsöffnungen 21b (siehe 14)
wieder abzugeben.
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Wie
in den 2 und 12 gezeigt, weist das Gebläse 50 eine
Welle 51, die konzentrisch zur Antriebswelle 35 ist
und von dem eine Endfläche an einer Endfläche
des Rotors 33 anliegt, und eine Anzahl von Schaufeln 52 auf,
die sich radial von der Welle 51 nach außen erstrecken.
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Es
wird nun die Motoransteuerschaltung beschrieben. Wie in der 2 gezeigt,
umfaßt die Motoransteuerschaltung die Leiterplatte 40 und
ist elektrisch mit der Spule 32 verbunden. Die Motoransteuerschaltung
versetzt den Rotor 33 in Drehung. Die Motoransteuerschaltung
umfaßt eine Wechselrichterschaltung mit einer Brückenschaltung
zum Erzeugen eines Antriebsstromes für die Spule 32 des
bürstenlosen Motors 30 und eine Steuerschaltung
mit einer CPU und dergleichen zum Steuern der Wechselrichterschaltung.
Die Wechselrichterschaltung ist mit ihren Schaltelementen auf der
Leiterplatte 40 ausgebildet, während die Steuerschaltung
und anderes außerhalb der Wechselrichterschaltung auf mehrere weitere
Leiterplatten (nicht gezeigt) verteilt ist.
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Die
Leiterplatte 40 ist auf der Seite der Lufteinlaßöffnungen 21a des
Isolierelements 91 derart an diesem befestigt, daß sie
die ganze kreisförmige Öffnung 91b abdeckt,
die vom Ringabschnitt 91B (siehe 8) des Isolierelements 91 gebildet
wird. Dazu sind in der Leiterplatte 40 an den Stellen,
die den Gewindelöchern 91a (siehe 4)
im Isolierelement 91 entsprechen, vier durchgehende Öffnungen
ausgebildet, und die Leiterplatte 40 ist mit Schrauben 90 derart
am Isolierelement 91 befestigt, daß die Vorderseite 40A der
Leiterplatte 40 mit dem Isolierelement 91 in Kontakt
steht. Die Schrauben 90 werden in die Gewindelöcher 91a eingeschraubt.
Das heißt, daß die Leiterplatte 40 durch
Einschrauben der Schrauben 90 in die Gewindelöcher 91a (siehe 4)
des Ringabschnitts 91B des Isolierelements 91 am
Isolierelement 91 befestigt wird. Auf der Vorderseite 40A der
Leiterplatte 40 ist auf der Seite des Isolierelements 91 ein
Hall-Element 41 angebracht, das die Rotationsposition des
Rotors 33 erfaßt. Die Rückseite 40B auf
der anderen Seite der Leiterplatte 40, die vom Isolierelement 91 weg
zeigt, enthält sechs FETs 42 (die oben erwähnten
Schaltelemente) zum Einschalten und Abschalten des elektrischen
Stroms, der durch die Spule 32 fließt. Die FETs 42 sind über ein
Leitungsmuster auf der Leiterplatte 40 mit der Spule 32 elektrisch
verbunden. Bei einer Sternschaltung ist der Nulleiter jeder Phase
der dreiphasigen Spule 32 elektrisch über das
Leitungsmuster auf der Ansteuer-Leiterplatte 40 mit dem
Nullpunkt verbunden. Die Grundflächen der FETs 42 und
die zu der Leiterplatte 40 führenden Leitungen 43 sind
mit Klebstoff beschichtet, um ein Ablösen durch die Vibrationen
im Betrieb des Werkzeugs zu verhindern.
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Wie
in den 2, 5 und 6 gezeigt, ist
die Spule 32 durch Einlöten der Enden der Spule 32 in
Anschlußöffnungen 40a mit der Leiterplatte 40 verbunden.
In der Leiterplatte 40 sind sechs solcher Anschlußöffnungen 40a ausgebildet.
Mit der Leiterplatte 40 ist der S-förmig gebogene
Anfangsabschnitt 32C der Spule 32 verbunden, der
von der Wicklung herausführt.
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Der
mit der Leiterplatte 40 verbundene Anfangsabschnitt 32C der
Spule 32 ist S-förmig gebogen, damit der axiale
Wick lungsteil 32A und der Wicklungsendteil 32B,
die mit dem Anfangsabschnitt 32C verbunden sind, davon
nicht beeinträchtigt werden. Der gebogene Abschnitt absorbiert
Vibrationen, die von der Leiterplatte 40 und der Spule 32 übertragen
werden, so daß in der Spule 32 keine Zugspannungen
entstehen, die zu einem Bruch führen können. Da
der Endabschnitt der Spule 32, der sich wie in der 7 gezeigt
vom axialen Wicklungsteil 32A und vom Wicklungsendteil 32B weg
erstreckt, vom axialen Wicklungsteil 32A und vom Wicklungsendteil 32B nicht
eingeklemmt wird, sind vom bürstenlosen Motor 30 und
von der Leiterplatte 49 ausgehende Vibrationen und die
dadurch erzeugten Zugspannungen hier kein Problem.
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Wenn
der bürstenlose Motor 30 mit dem beschriebenen
Aufbau betrieben wird, dreht sich das mit der Antriebswelle 35 verbundene
Gebläse 50 und saugt über die Lufteinlaßöffnungen 21a Luft
in das Motorgehäuse 21. Die angesaugte Luft kühlt
die Leiterplatte 40, strömt durch die Strömungswege 21c zwischen
der Außenseite des bürstenlosen Motors 30 und
der Innenseite des Motorgehäuses 21 und kühlt
dabei die Außenseite des bürstenlosen Motors 30,
und wird schließlich über die Luftaustrittsöffnungen 21b abgegeben.
Die Zirkulation der frischen Luft durch die Strömungswege 21c kühlt
dabei den bürstenlosen Motor 30 von dessen Außenseite.
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Durch
das Vorsehen der FETs 42 auf der Rückseite 40B der
Leiterplatte 40 auf der Seite der Lufteinlaßöffnungen 21a kühlt
die durch die Lufteinlaßöffnungen 21a einströmende
Frischluft die FETs 42 und die Leiterplatte 40 besser,
als wenn die Leiterplatte 40 auf der Seite der Luftaustrittsöffnungen 21b angeordnet
ist.
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Auch
kann die Leiterplatte 40 leichter elektrisch angeschlossen
werden, wenn sie auf der Rückseite 40B der Leiterplatte
mit den FETs 42 versehen ist. Da zum Befestigen der FETs 42 kein
separates Element benötigt wird, verringert sich durch
den beschriebenen Aufbau die Anzahl der erforderlichen Teile und
auch der im Gehäuse 2 erforderliche Platz für
die Bauteile.
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Durch
die Befestigung der Leiterplatte 40 am Isolierelement 91 derart,
daß die Leiterplatte 40 die ganze kreisförmige Öffnung 91b an
der hinteren Endfläche 91C des Ringabschnitts 91B des
Isolierelements 91 auf der Seite der Lufteinlaßöffnungen 21a abdeckt,
tritt die durch die Lufteintrittsöffnungen 21a angesaugte
Luft nicht in den bürstenlosen Motor 30. Entsprechend
gelangt kein Staub in den bürstenlosen Motor 30,
auch wenn der Schlagschrauber 1 in Luft betrieben wird,
die Holz- oder Metallstaub enthält. Es kann sich somit
kein Staub am Stator 31 oder am Rotor 33 ansammeln
und dazu führen, daß diese Teile verkleben.
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Durch
das Vorsehen des Hall-Elements 41 an der Vorderseite 40A der
Leiterplatte 40 zum Erfassen der Position des Rotors 33 braucht
zum Befestigen des Hall-Elements 41 kein separates Element vorgesehen
werden, wodurch die Anzahl der erforderlichen Teile und auch der
im Gehäuse 2 erforderliche Platz für
die Bauteile kleiner wird. Die beschriebene Art des Anordnens und
Befestigens der Leiterplatte 40 und des Isolierelements 91 aneinander
verbessert die Genauigkeit beim Positionieren des Hall-Elements 41.
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Durch
die Verwendung des Isolierelements 91 sowohl zum Isolieren
der Zähne 34 und der Spule 32 als auch
zum Befestigen der Leiterplatte 40 verringert sich die
Anzahl der erforderlichen Teile, wodurch die oben erwähnten
Vorteile erhalten werden.
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Da
die Leiterplatte 40 mit den Schrauben 90 am Isolierelement 91 befestigt
wird, vibriert die Leiterplatte 40 im Betrieb des Schlagschraubers 1 zusammen
mit dem Isolierelement 91, das die Zähne 34 und
die Spule 32 isoliert. Entsprechend vibrieren die Leiterplatte 40 und
die Spule 32 zusammen, wodurch die in der Spule 32 erzeugten
Zugspannungen geringer werden und ein Bruch vermieden wird. Die Schrauben 90 halten
die Leiterplatte 40 auch besser am Isolierelement 91 fest
als Laschen oder Klebstoff.
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Wie
in der 1 gezeigt, ist die Abdeckung 60 zwischen
dem Gebläse 50 und der vorderen Endfläche 92C des
Isolierelements 92 und damit des bürstenlosen
Motors 30 derart befestigt, daß sie die Endfläche 92C auf
der Seite der Luftaustrittsöffnungen 21b (der
Vorderseite) abdeckt. Wie in der 10 gezeigt,
umfaßt die Abdeckung 60 eine Abdeckfläche 60A und
einen Umfangsrand 60B. Im Umfangsrand 60B ist
für einen Eingriff mit dem Positioniervorsprung 92B am
Isolierelement 92 eine Vertiefung 60b vorgesehen.
Wie in der 12 gezeigt, ist in der Abdeckfläche 60A eine
Aussparung 60a mit einer Breite ausgebildet, die etwas
größer ist als der Durchmesser der Welle 51.
Die Aussparung 60a weist ein inneres Ende 60c und
ein äußeres Ende 60d auf, das eine Öffnung
im Umfangsrand der Abdeckfläche 60A bildet. Die
Antriebswelle 45 und die Welle 51 des Gebläses 50 befinden
sich in der Nähe des inneren Endes 60c der Aussparung 60a.
Nach dem Aufpressen des Rotors 33 und des Gebläses 50 auf
die Antriebswelle 35 wird das äußere
Ende 60d der Aussparung 60a auf die Antriebswelle 35 aufgesetzt.
Die Abdeckung 60 wird relativ zu der Antriebswelle 35 so
bewegt, daß die Antriebswelle 35 sich in die Aussparung 60a bewegt
und sich schließlich in der Nähe des inneren Endes 60c der
Aussparung 60a befindet, um so die Abdeckung 60 zwischen
dem Rotor 33 und dem Gebläse 50 anzubringen.
Dann wird die Antriebswelle 35 mit dem Rotor 33,
der Abdeckung 60 und dem Gebläse 50 als
Einheit (siehe 13) in den Stator 31 eingesetzt
(siehe 11). Wie in der 11 gezeigt,
kommt dabei der Positioniervorsprung 92B des Isolierelements 92 am
Stator 31 mit der Vertiefung 60b in der Abdeckung 60 in
Eingriff, wodurch die Abdeckung 60 zwischen dem Gebläse 50 und
der Endfläche des Stators 31 derart angeordnet
und befestigt wird, daß die Endfläche des Stators 31 vom
Isolierelement 92 abgedeckt wird. In der 11 sind
der Rotor 33 und die Antriebswelle 35 nicht zu
sehen bzw. nicht dargestellt.
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Bei
diesem Aufbau befindet sich die Abdeckung 60, die ein Eindringen
von Staub in den bürstenlosen Motor 30 verhindert,
zwischen dem Gebläse 50 und der vorderen Endfläche 92C des
Isolierelements 92 bzw. des bürstenlosen Motors 30 auf
der Seite der Luftaustrittsöffnungen 21b und deckt
die vordere Endfläche 92C ab. Beim Kühlen
des bürstenlosen Motors 30 verringert die Abdeckung 60 die Menge
an Kühlluft, die durch die vordere Endfläche 92C des
bürstenlosen Motors 30 auf der Seite der Luftaustrittsöffnungen 21b strömt.
Mit diesem Aufbau wird damit die Menge an Staub verringert, die
mit der Kühlluft in den bürstenlosen Motor 30 gelangt,
wenn der Schlagschrauber 1 in einer staubigen Umgebung verwendet
wird.
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Durch
Ausbilden der Aussparung 60a in der Abdeckung 60 derart,
daß die Abdeckung 60 rittlings über der
Antriebswelle 35 sitzt, ist es nicht erforderlich, den
bürstenlosen Motor 30, die Abdeckung 60 und
das Gebläse 50 in dieser Reihenfolge in Axialrichtung
auf die Antriebswelle 35 aufzubringen. Statt dessen kann
das Gebläse 50 auf die Antriebswelle 35 aufgesetzt
werden, bevor die Abdeckung 60 zwischen den bürstenlosen
Motor 30 und das Gebläse 50 eingesetzt
wird, wodurch das Gebläse 50 leichter an der Antriebswelle 35 befestigt
werden kann, ohne daß dabei die Abdeckung 60 stört,
was den Zusammenbau erleichtert.
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Auf
der anderen Seite des Motors steht die Leiterplatte 40 mit
dem Isolierelement 91 in engem Kontakt und deckt das Ende
des bürstenlosen Motors 30 auf der Seite der Lufteinlaßöffnungen 21a ab.
Entsprechend sind beide Endflächen des bürstenlosen Motors 30 dicht
verschlossen, so daß keine Kühlluft und damit
auch kein Staub in den bürstenlosen Motor 30 eindringen
kann. Da die Leiterplatte 40 auch als Abdeckung zum Verhindern
des Eindringens von Staub in den bürstenlosen Motor 30 dient,
ist bei diesem Aufbau an deren Stelle keine separate Abdeckung erforderlich,
wodurch die Anzahl der erfor derlichen Teile klein bleibt. Mit der
beschriebenen Anordnung werden auch die kürzest möglichen
Leitungslängen für die elektrische Verbindung
der Spule 32 am Stator 31 mit der Leiterplatte 40 erhalten.
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Durch
den Eingriff des Positioniervorsprungs 92B am Isolierelement 92 in
die Vertiefung 60b in der Abdeckung 60 werden
die Abdeckung 60 und das Isolierelement relativ zueinander
ausgerichtet und befestigt. Da das Isolierelement 92 durch
die Windungen der Spule 32 am zylindrischen Stator 31 gehalten
wird und der Stator 31 seinerseits an der inneren Umfangsfläche 21A des
Motorgehäuses 21 befestigt ist, werden die Abdeckung 60 und
das Isolierelement 92 vom Stator 31 festgehalten,
und die Abdeckung 60 wird daran gehindert, sich zusammen
mit dem Rotor 33 und der Antriebswelle 35 zu drehen, ohne
daß dazu ein separates Element erforderlich ist.
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Wie
in den 14 und 15 gezeigt,
ist das Motorgehäuse 21 mit einer Rippe 21B zum
Befestigen der Abdeckung 60 versehen. An einer der Aussparung 60a in
der Abdeckung 60 entsprechenden Stelle oder gegenüber
der Aussparung 60a ist eine Schutzwand 21E im
Motorgehäuse 21 vorgesehen, die die Aussparung 60a verschließt.
Die Rippe 21B enthält einen Verformungsabschnitt 21C,
der sich verformt, wenn die Abdeckung 60 am Motorgehäuse 21 angebracht
wird, und einen konischen Abschnitt 21D, der die Abdeckung 60 in
die Befestigungsposition im Motorgehäuse 21 leitet.
Der Verformungsabschnitt 21C hat einen im wesentlichen
dreieckigen Querschnitt und steht von der Rippe 21B um wenigstens
die Montagetoleranz der Abdeckung 60 und des Gehäuses 2 nach
hinten vor. Die Größe und Form der Rippe 21B ist
derart, daß die Rippe 21B den Strömungsweg 21c nicht
vollständig verschließt und den Fluß der
Kühlluft nicht behindert.
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Beim
Anbringen der Abdeckung 60 zusammen mit dem Stator 31 im
Motorgehäuse 21 führt der konische Abschnitt 21D die
Abdeckung 60 an ihre Stelle, und der Druck von der Rippe 21B positioniert und
hält die Abdeckung 60 im Motorgehäuse 21. Dabei
drückt die Spitze des Verformungsabschnitts 21C an
der Rippe 21B gegen die Abdeckung 60 und wird dabei
flach gedrückt, so daß die Abdeckung vom Motorgehäuse 21 aufgenommen
und darin befestigt wird. Entsprechend wird der bürstenlose
Motor 30 durch die Abdeckung 60 im Motorgehäuse 21 positioniert
und befestigt und die Abdeckung 60 dabei so zwischen dem
Gebläse 50 und der vorderen Endfläche 92C des
bürstenlosen Motors 30 auf der Seite der Luftaustrittsöffnungen 21b befestigt,
daß die vordere Endfläche 92C des bürstenlosen
Motors 30 abgedeckt ist. Die im Motorgehäuse 21 ausgebildete Schutzwand 21E deckt
dabei den Bereich der Endfläche des bürstenlosen
Motors 30 auf der Seite der Luftaustrittsöffnungen 21b ab,
der aufgrund der Aussparung 60a offen ist, wodurch sichergestellt
wird, daß die Endfläche des bürstenlosen
Motors 30 auf der Seite der Luftaustrittsöffnungen 21b lückenlos abgedeckt
ist.
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Durch
das Vorsehen der Schutzwand 21E im Motorgehäuse 21 derart,
daß die Abdeckung 60 und die Schutzwand 21E den
bürstenlosen Motor 30 auf der Seite der Luftaustrittsöffnungen 21b lückenlos abdeckt,
wird die Menge an Staub, die in den bürstenlosen Motor 30 eindringt,
derart verringert, daß der bürstenlose Motor 30 im
wesentlichen staubdicht wird. Durch das Vorsehen der Schutzwand 21E im Motorgehäuse 21 ist
kein separates Element erforderlich, um die Aussparung 60a zu
verschließen, so daß die Anzahl der erforderlichen
Teile klein bleibt. Da die Schutzwand 21E im Motorgehäuse 21 an
der der Aussparung 60a entsprechenden Stelle die Aussparung 60a verschließt,
wenn die Abdeckung 60 im Motorgehäuse 21 angebracht
wird, ist zum Verschließen der Aussparung 60a kein
separater Schritt erforderlich, wodurch die Anzahl der Montageschritte klein
bleibt.
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Da
sich die Rippe 21B im Motorgehäuse 21 zum
Befestigen der Abdeckung 60 am Motorgehäuse 21 im
Strömungsweg 21c befindet, vibriert die Abdeckung 60 zusammen
mit dem Motorgehäuse 21, wenn im Betrieb des Schlagschraubers 1 Vibrationen entstehen,
so daß ein Klappern der Abdeckung 60 verhindert
wird. Durch das Vorsehen der Rippe 21B im Motorgehäuse 21 ist
es nicht erforderlich, zum Befestigen der Abdeckung 60 am
Motorgehäuse 21 ein separates Element vorzusehen,
wodurch die Anzahl der erforderlichen Teile klein bleibt.
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Durch
die Verformung beim Befestigen der Abdeckung 60 am Motorgehäuse 21 kann
der Verformungsabschnitt 21C an der Rippe 21B Herstellungs- und
Montagetoleranzen zwischen der Abdeckung 60 und dem Motorgehäuse 21 ausgleichen,
so daß die Befestigung der Abdeckung 60 am Motorgehäuse 21 zuverlässiger
wird.
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Da
die Rippe 21B den konischen Abschnitt 21D aufweist,
der die Abdeckung 60 in eine vorgegebene Position im Motorgehäuse 21 führt,
wird das Einsetzen der Abdeckung 60 in das Motorgehäuse 21 einfacher
und die Montage dadurch insgesamt leichter.
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Die
beschriebene Ausführungsform kann auf die eine oder andere
Weise abgeändert werden.
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Zum
Beispiel wird oben die Abdeckung 60 über die Antriebswelle 35 gesetzt,
nachdem der Rotor 33 und das Gebläse 50 auf
die Antriebswelle 35 aufgepreßt wurden. Dann wird
die Antriebswelle 35 mit der Abdeckung 60 als
eine Einheit in den Stator 31 eingesetzt und danach die
Abdeckung 60 mit dem Stator 31 als Einheit in
das Motorgehäuse 21 eingesetzt. Diese Vorgehensweise
ist jedoch nicht zwingend vorgegeben. Zum Beispiel kann, nachdem
die Antriebswelle 35 mit dem aufgepreßten Rotor 33 und Gebläse 50 in
den Stator 31 eingesetzt wurde und bevor der Stator 31 in
das Motorgehäuse 21 eingesetzt wird, die Abdeckung 60 so
angeordnet werden, daß das äußere Ende 60d der
Aussparung 60a sich an der Antriebswelle 35 befindet
und relativ zu der Antriebwelle 35 so bewegt werden kann,
daß die Antriebswelle 35 in der Aussparung 60a zum
inneren Ende 60c der Aussparung 60a geführt
wird. Auf diese Weise kann die Abdeckung 60 zwischen dem
Gebläse 50 und der Endfläche des Stators 31 derart
befestigt werden, daß die Abdeckung 60 die vordere
Endfläche 92C in Verbindung mit dem Isolierelement 92 abdeckt.
Offensichtlich ist, daß das Gebläse 50 auch dann
erst auf die Antriebswelle 35 aufgesetzt werden kann, nachdem
die Abdeckung 60 zwischen dem Gebläse 50 und
der vorderen Endfläche 92C des bürstenlosen
Motors 30 auf der Seite der Luftaustrittsöffnungen 21b angebracht
wurde.
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Bei
der oben beschriebenen Ausführungsform ist in der Abdeckung 60 die
Aussparung 60a ausgebildet. Die Abdeckung 60 muß jedoch
nicht diese Form haben. Zum Beispiel kann auch eine Abdeckung 160 wie
in der 16 gezeigt verwendet werden.
Die Abdeckung 160 weist eine Abdeckfläche 160A und
einen Umfangsrand 160B auf. In der Abdeckfläche 160A ist
eine Öffnung 160a ausgebildet, die einen etwas
größeren Durchmesser hat als die Welle 51 (siehe 12).
Durch die Öffnung 160a wird die Antriebswelle 35 und
die Welle 51 des Gebläses 50 geführt.
Der Umfangsrand 160B weist die Vertiefung 60b für
den Eingriff mit dem Positioniervorsprung 92B am Isolierelement 92 auf,
wie es in der 18 gezeigt ist. Wie in den 16 und 17 dargestellt,
wird die Abdeckung 160 dieser Form zuerst zwischen dem
Rotor 33 und dem Gebläse 50 angeordnet,
bevor der Rotor 33 und das Gebläse 50 auf die
Antriebwelle 35 aufgepreßt werden. Dann wird wie
in der 11 gezeigt die Abdeckung 160 zusammen
mit der Antriebswelle 35 (17) in
den Stator 31 eingesetzt. Durch den Eingriff des Positioniervorsprungs 92B am
Isolierelement 92, das am Stator 31 befestigt
ist, in die Vertiefung 60b der Abdeckung 160 wird
die Abdeckung 160 so positioniert und befestigt, daß die
Endfläche des Stators 31 durch das Isolierelement 92 abgedeckt
ist. In der 11 wurden der Rotor 33 und
die Antriebswelle 35 weggelassen. Da bei diesem Aufbau
keine Schutzwand wie die Schutzwand 21E am Motorgehäuse 21 der 14 und 15 erforderlich
ist, ist die Form des Motorgehäuses 21 einfacher,
so daß die Herstellungskosten geringer werden.
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Bei
der oben beschriebenen Ausführungsform steht die Leiterplatte 40 mit
dem Isolierelement 91 in engem Kontakt, um den Stator 31 auf
der Seite der Lufteinlaßöffnungen 21a abzudecken.
Zum Abdecken des Stators 31 auf der Seite der Lufteinlaßöffnungen 21a kann
jedoch eine separate Abdeckung verwendet werden.
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Alternativ
kann, statt mit dem Isolierelement 91 in engem Kontakt
zu stehen, um den Stator 31 auf der Seite der Lufteinlaßöffnungen 21a abzudecken, die
Leiterplatte 40 auch vom bürstenlosen Motor 30 getrennt
sein. Auch wenn der bürstenlose Motor 30 auf der
Seite der Lufteinlaßöffnungen 21a bei
einem solchen Aufbau nicht abgedeckt ist, bedeckt die Abdeckung 60 das
Ende des bürstenlosen Motors 30 auf der Seite
der Luftaustrittsöffnungen 21b, so daß innerhalb
des bürstenlosen Motors 30 ein beträchtlicher
Durchflußwiderstand entsteht. Es ist wenig wahrscheinlich,
daß Kühlluft in den bürstenlosen Motor 30 eintritt,
sie wird statt dessen durch die Strömungswege 21c zwischen
der inneren Umfangsfläche 21A des Motorgehäuses 21 und
der Außenseite des bürstenlosen Motors 21 strömen
und an den Luftaustrittsöffnungen 21b das Gehäuse 2 verlassen. Durch
die Abdeckung 60 wird auf alle Fälle die Menge
an Kühlluft, die außerhalb der Strömungswege 21c in
den bürstenlosen Motor 30 gelangt, sehr stark eingeschränkt,
und diese geringe Menge an Kühlluft hat auch noch eine
sehr geringe Geschwindigkeit, so daß gegebenenfalls in
der Kühlluft enthaltener Staub mit sehr geringer Kraft
auf den bürstenlosen Motor 30 trifft. Der bürstenlose
Motor 30 kann davon nicht beschädigt werden.
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Bei
der oben beschriebenen Ausführungsform ist die Rippe 21B am
Motorgehäuse 21 vorgesehen. Statt dessen kann
jedoch auch an der Abdeckung 60 selbst eine Rippe zum Befestigen
der Abdeckung 60 am Gehäuse 2 vorgesehen
werden.
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Bei
der oben beschriebenen Ausführungsform hat der Verformungsabschnitt 21C an
der Rippe 21B des Motorgehäuses 21 einen
im wesentlichen dreieckigen Querschnitt. Der Verformungsabschnitt 21C ist
jedoch nicht auf diese Form beschränkt, vorausgesetzt daß sich
der Verformungsabschnitt 21C verformen kann und Abmessungstoleranzen
beim Befestigen der Abdeckung 60 am Motorgehäuse 21 ausgleicht.
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Bei
der oben beschriebenen Ausführungsform ist die Vertiefung 60b in
der Abdeckung 60 ausgebildet, und der Positioniervorsprung 92B,
der in die Vertiefung 60b eingreift, ist am Isolierelement 92 vorgesehen.
Statt dessen kann jedoch auch an der Abdeckung 60 ein Vorsprung
vorgesehen werden und im Isolierelement 92 die dazu passende
Vertiefung, die mit dem Vorsprung in Eingriff kommt.
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Statt
der in der 5 gezeigten Verbindung der Leitungen 43 mit
der Leiterplatte 40 können die Leitungen 43 auch
wie in der 19 gezeigt mit einer Leiterplatte 140 verbunden
werden. Bei diesem Aufbau können die Grundflächen
der FETs 42 und die Leitungen 43 mit dem üblichen
Kleber beschichtet werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - JP 2004-274800 [0002]
- - JP 2005-102370 [0003]