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Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektrischen Motor mit einer darin angeordneten Schaltungsvorrichtung.
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Ein Servolenksystem (EPS), welches eine Lenkbetätigung eines Fahrers zum Lenken eines Fahrzeugs unterstützt, ist weithin bekannt. Bei einem elektrischen Motor, der in einem derartigen EPS-System verwendet wird, ist es wichtig, einen Drehwinkel eines Rotors zu erfassen.
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Das ungeprüfte japanische Gebrauchsmuster Nr. JP H05- 55 768 U offenbart eine Rotationserfassungsvorrichtung, bei der ein Dauermagnet an einem Endteil einer Welle angeordnet ist und ein Sensor an einer Platine derart angeordnet ist, dass der Sensor dem Dauermagnet gegenüberliegt. Bei einer derartigen Rotationserfassungsvorrichtung ist ein Joch mit einem relativ großen Durchmesser an einem Endteil der Rotationswelle installiert, und der Dauermagnet (Polmagnet) ist am Joch angebracht. Der Sensor (Polsensor) ist dem Dauermagnet gegenübergesetzt an der Platine angeordnet.
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Gleichwohl gibt es bei der Rotationserfassungsvorrichtung des ungeprüften japanischen Gebrauchsmusters JP H05- 55 768 U einen möglichen Nachteil in Bezug auf einen Zusammenbauprozess. Beispielsweise muss, zum Zeitpunkt des Zusammenbaus der Rotationserfassungsvorrichtung, das Joch mit Schrauben an der Drehwelle befestigt werden, nachdem die Drehwelle eingefügt wurde. Ferner muss, zum Zeitpunkt der Demontage des Rotors, der integral mit der Drehwelle ausgebildet ist, beispielsweise bei der Durchführung von Wartungsarbeiten, das Joch, welches vermittels Schrauben an dem Endteil der Drehwelle gesichert ist, zunächst von der Drehwelle entfernt werden. Dadurch wird die für die Zusammenbauarbeit oder Wartungsarbeit benötigte Zeit nachteilig verlängert.
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Obgleich vorstehend der im EPS-System verwendete Motor diskutiert wurde, sind die vorstehend diskutierten Nachteile, auch bei anderen, herkömmlichen Motoren zu finden.
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Die
DE 10 2005 023 202 A1 betrifft einen Nockenwellenversteller mit einem in einem ersten Gehäuse angeordneten elektrischen Stellmotor und einem Elektronikmodul, welches einer elektrischen Beaufschlagung des Stellmotors dient. Erfindungsgemäß ist dem Elektronikmodul ein zweites Gehäuse zugeordnet, welches separat vom ersten Gehäuse ausgebildet ist und welches von außen an dem ersten Gehäuse befestigt ist, wobei eine Wandung des zweiten Gehäuses den Stellmotor von dem Elektronikmodul trennt. Hierdurch ist eine separate Montage des Stellmotors und des Elektronikmodules möglich. Erfindungsgemäß ist in das Elektronikmodul eine Leistungsversorgung und ein Logikteil integriert, so dass der Nockenwellenversteller als autarke Einheit betreibbar ist.
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Die
JP 2002 -
267 491 A offenbart das Folgende: Eine Bereitstellung einer Vorrichtung zum Erfassen einer Drehposition, die besonders für einen elektrischen Drehantrieb geeignet ist. Der Sensor enthält einen Magneten und einen Hall-Effekt-Detektor, die entlang einer Drehachse angeordnet sind. Der Hall-Effekt-Detektor erfasst magnetische Flusslinien vom N-Pol zum S-Pol des Magneten. Wenn sich der Magnet relativ gegen den Hall-Effekt-Detektor dreht, ändert sich der Rückschleifenwinkel der Magnetflusslinie, und die Änderung wird vom Hall-Effekt-Detektor erfasst. Da der Magnet und der Hall-Effekt-Detektor auf der Mittellinie der Achse eines Drehstellglieds angeordnet sind, verhindert ein elektrisches Stellglied die Interferenz der auf natürliche Weise erzeugten Magnetflusslinien.
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Die vorliegende Erfindung richtet sich auf die vorgenannten Nachteile. Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen elektrischen Motor bereitzustellen, der eine darin angeordnete Schaltungsvorrichtung aufweist und eine Erleichterung der Zusammenbauarbeit und Wartungsarbeit des elektrischen Motors ermöglicht, während gleichzeitig eine relativ genaue Erfassung eines Rotationswinkels eines Rotors im elektrischen Motor gewährleistet wird.
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Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen dessen sind jeweiliger Gegenstand der zugehörigen Ansprüche.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein elektrischer Motor vorgeschlagen, der eine Antriebsvorrichtung, eine Schaltungsvorrichtung und ein Motorgehäuse umfasst. Die eine Antriebsvorrichtung umfasst einen Stator, einen Rotor und eine Welle. Der Rotor ist radial innerhalb des Stators angeordnet und relativ zum Stator drehbar. Die eine Welle ist integral mit dem Rotor drehbar. Die Schaltungsvorrichtung ist an einer Endseite der Antriebsvorrichtung in axiale Richtung der Welle angeordnet und enthält ein Antriebsbauteil, das die Antriebsvorrichtung antreibt. Das Motorgehäuse umfasst eine Trennwand. Die Trennwand unterteilt das Motorgehäuse in axiale Richtung in einen Antriebsraum in dem die Antriebsvorrichtung angeordnet ist, und einen Schaltungsraums in dem die Schaltungsvorrichtung angeordnet ist. Die Schaltungsvorrichtung umfasst eine Platine. Die Platine ist an einem Endteil im Schaltungsraum angeordnet, der in axiale Richtung von der Antriebsvorrichtung entfernt ist. Die Platine hat ein platinenseitiges Sensorbauteil, das eine Sensorvorrichtung ausbildet, die einen Drehwinkel des Rotors erfasst. Die Welle umfasst ein wellenseitiges Sensorbauteil an einem Endteil der Welle, der der platinenseitigen Sensorvorrichtung entspricht. Das wellenseitige Sensorbauteil bildet zusammen mit dem platinenseitigen Sensorbauteil die Sensorvorrichtung. Die Welle ist derart ausgestaltet, dass sie, ohne Demontage des wellenseitigen Sensorbauteils vom Endteil der Welle durch die Schaltungsvorrichtung eingeführt werden kann, um dadurch das wellenseitige Sensorbauteil gegenüber dem platinenseitigen Sensorbauteil an einer Stelle angrenzend zum platinenseitigen Sensorbauteil anzuordnen
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Die Erfindung zusammen mit zusätzlichen Aufgaben, Merkmalen und Vorteilen derselben wird anhand der nachfolgenden Beschreibung, den beigefügten Ansprüchen und Zeichnungen am besten verstanden. Hierbei zeigt:
- 1 eine Schnittdarstellung in Längsrichtung eines elektrischen Motors gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
- 2 eine perspektivische Explosionsdarstellung des Motors der ersten Ausführungsform; und
- 3 eine Schnittdarstellung in Längsrichtung eines elektrischen Motors gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. In den nachfolgenden Ausführungsformen werden ähnliche Bestandteile durch gleiche Bezugszeichen dargestellt und werden zur Vereinfachung nicht wiederholt beschrieben.
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(Erste Ausführungsform)
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Ein elektrischer Motor mit einer Schaltungsvorrichtung (Antriebsschaltung) gemäß einer ersten Ausführungsform wird in einem Servolenksystem (EPS) eines Fahrzeugs verwendet. Ein Ausgangszahnrad des Motors kämmt mit einem Zahnrad das an einer Lenksäule vorgesehen ist. Der Motor wird basierend auf einem Fahrzeuggeschwindigkeitssignal und einem Lenkmomentsignal in Vorwärtsrichtung oder Rückwärtsrichtung gedreht, um eine Lenkbetätigung eines Fahrers zum Steuern des Fahrzeugs zu unterstützen. 1 zeigt eine Schnittdarstellung in Längsrichtung des Motors 1 und 2 zeigt eine Explosionsdarstellung des Motors 1. In 2 werden Halbleitermodule, eine Platine und dergleichen zur Vereinfachung weggelassen.
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Wie in 1 dargestellt, umfasst der Motor (bürstenloser Motor) 1 ein Motorgehäuse 10, einen Stator 20, einen Rotor 30 sowie Halbleitermodule (die als Antriebsbauteile dienen) 40.
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Das Motorgehäuse 10 besteht beispielsweise aus Aluminium und umfasst einen röhrenförmigen Abschnitt 11, eine Trennwand 12 sowie einen Kühlkörper 13, die integral ausgebildet sind. Die Trennwand 12 erstreckt sich von einem axialen Endteil des röhrenförmigen Abschnitts 11 radial nach innen. Der Kühlkörper 13 erstreckt sich von der Trennwand 12 in axiale Richtung, weg von dem röhrenförmigen Abschnitt 11.
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Eine kalottenförmige Abdeckung 16 ist an einer Kühlkörperseite des Motorgehäuses 10 in axiale Richtung derart angeordnet, dass die Abdeckung 16 im Wesentlichen koaxial mit dem Motorgehäuse 10 ausgebildet ist. Die Abdeckung 16 schützt eine Schaltungsvorrichtung 8, welche die Halbleitermodule 40 umfasst. Ein Rahmenende 14 das als kreisförmige Platte ausgebildet ist, ist an einem gegenüberliegenden Endteil des Motorgehäuses 10, welches dem Kühlkörper 13 gegenüberliegt, ausgebildet.
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Der Motor 1 umfasst eine Antriebsvorrichtung 7 an einer axialen Seite der Trennwand 12. Der Motor 1 umfasst ferner eine Schaltvorrichtung 8 an der anderen axialen Seite der Trennwand 12. Die Antriebsvorrichtung 7 ist innerhalb des Motorgehäuses 10 angeordnet und die Schaltungsvorrichtung 8 ist innerhalb der Abdeckung 16 angeordnet.
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Die Antriebsvorrichtung 7 umfasst den Stator 20 und den Rotor 30.
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Der Stator 20 ist an einem umlaufenden Teil 111 des röhrenförmigen Abschnitts 11 befestigt, der als Innenumfangswand des röhrenförmigen Abschnitts 11 ausgebildet ist. Der Stator 20 umfasst hervorstehende Pole (Zähne) 21 und Wicklungsdrähte 23. Die hervorstehenden Pole 21 stehen radial nach außen vor. Die Wicklungsdrähte 23 sind um die hervorstehenden Pole 21 durch Isolatoren 22 gewickelt. Die hervorstehenden Pole 21 bestehen aus einem laminierten Eisenkern der durch aufeinander Stapeln dünner magnetischer Platten in axiale Richtung ausgebildet wird. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist die Zahl der vorstehenden Pole 21 zwölf und diese vorstehenden Pole 21 sind nacheinander in Umfangsrichtung des umlaufenden Teiles 111 angeordnet. Die Wicklungsdrähte 23 sind durch Isolatoren 22 um die vorstehenden Pole 21 gewickelt und formen zwei Sätze mit drei Phasen, d.h. eine U-Phase, eine V-Phase und eine W-Phase. Eine jede Stromleitung 24, die sich von den Wicklungsdrähten 23 der zwei Sätze von drei Phasen erstreckt, verläuft durch eine entsprechende von sechs Leitungsöffnungen 17. Diese sechs Leitungsöffnungen 17 erstrecken sich axial durch die Trennwand 12 in Richtung der Plattendicke der Trennwand 12 und sind nebeneinander in Umfangsrichtung angeordnet. Jede der Stromleitungen 24, welche durch die entsprechende Leitungsöffnung verläuft, ist ferner elektrisch mit einem entsprechenden von sechs Halbleitermodulen 40 verbunden. Wenn der elektrische Strom derart geschalten wird, um sequentiell durch die Wicklungsdrähte 23 durch die Stromleitung 24 zu strömen, wird ein rotierendes Magnetfeld am Stator 20 erzeugt.
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Der Rotor 30 definiert einen vorbestimmten radialen Spalt auf einer radial inneren Seite des Stators 20 und ist relativ zum Stator 20 drehbar gelagert. Der Rotor 30 umfasst einen Rotorkern 31, Dauermagneten 32 sowie eine Rotorabdeckung 33. Der Rotorkern 31 besteht aus einem magnetischen Material und ist röhrenförmig ausgebildet. Die Dauermagneten 32 sind radial außerhalb des Rotorkerns 31 angeordnet. Die Rotorabdeckung 33 bedeckt den Rotorkern 31 und die Dauermagneten 32. Die Dauermagneten 32 bilden zehn magnetische Pole, die fünf N-Pole und fünf S-Pole umfassen, die abwechselnd nacheinander in. Rotationsrichtung (Umfangsrichtung) angeordnet sind.
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Eine Welle 35 ist an einer Wellenöffnung 34 befestigt und erstreckt sich entlang einer Rotationsachse des Rotorkerns durch den Rotorkern 31. Ein erstes Lager 36 ist an einem axialen Endteil der Welle 35, an dem die Schaltungsvorrichtung 8 angeordnet ist, pressgepasst. Ein zweites Lager 37 ist an dem anderen axialen Endteil der Welle 35, welcher der Schaltungsvorrichtung 8 entgegengesetzt ist, pressgepasst. Das erste Lager 36 ist lose in einer Ausnehmung bzw. Vertiefung 131 aufgenommen, die in der Trennwand 12 ausgebildet ist. Das zweite Lager 37 ist lose in eine Ausnehmung bzw. Vertiefung 141 aufgenommen, die im Rahmenende 14 ausgebildet ist. Die Vertiefung 121 öffnet sich in Richtung auf die Antriebsvorrichtung 7 und ist in Richtung zur Schaltvorrichtung 8 geschlossen. Der Boden der Vertiefung 121 beschränkt die Bewegung des Rotors 30 in Richtung auf die Schaltervorrichtung 8. Auf diese Weise ist der Rotor 30 relativ zum Motorgehäuse 10 und dem Stator 30 drehbar. Ein Ausgangszahnrad 38 ist an einem Endteil der Welle 35 befestigt, welches axial von Rahmenende 14 vorragt. Das Ausgangszahnrad 38 kämmt mit dem Zahnrad der Lenksäule des Fahrzeugs, um die Rotation des Rotors 30 auf die Lenksäule zu übertragen.
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Die Schaltungsvorrichtung 8 umfasst eine Antriebsschaltung, welche die sechs Halbleitermodule 40 aufweist.
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Der Kühlkörper 13 erstreckt sich in axiale Richtung von der Trennwand 12 in Richtung auf die Schaltungsvorrichtung 8. Der Kühlkörper 13 wird mit dem Motorgehäuse 10 durch ein Formgebungsverfahren integral ausgebildet. Der Kühlkörper 13 ist im Wesentlichen als hexagonaler, röhrenförmiger Körper ausgebildet, der einen freien Raum in der Mitte des Kühlkörpers 13 aufweist.
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Die Zahl der Halbleitermodule 40 ist sechs, und diese Halbleitermodule 40 sind in im Wesentlichen gleichen Abständen in Rotationsrichtung (der Umfangsrichtung) des Rotors 3 angeordnet. Eine wärmeabgebende Fläche eines jeden Halbleitermoduls 40 kontaktiert eine entsprechende Außenumfangsfläche des Kühlkörpers 13, welche radial innerhalb des umlaufenden Teils 111 des Motorgehäuses 10 angeordnet ist. Die Halbleitermodule 40 sind im Wesentlichen koaxial und relativ zu den vorstehenden Polen 21 des Stators 20 angeordnet.
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Jedes Halbleitermodul 40 umfasst zwei Leistungs-MOSFETs, eine Busleitung und Anschlüsse die aus Kunststoff geformt sind. Die Busleitung verbindet die beiden Leistungs-MOSFETs. Die sechs Halbleitermodule 40 bilden zwei Sätze von Inverterschaltungen, die eine Dreiphasen-Wechselstromquelle ausbilden.
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Distale Endteile der Anschlüsse 41, welche aus dem geformten Kunstharz des Halbleitermoduls 40 nach außen vorstehen sind derart gefaltet, dass die Stromleitungen 24 mit den gefalteten distalen Endteilen der Anschlüsse 41 verbunden sind und von diesen gehalten werden. Das gefaltete distale Endteil eines jeden Anschlusses 41 bildet einen Verbindungsteil 411. Die Leitungsöffnungen 17 sind in der Durchgangswand 12 an der axialen Seite der Verbindungsteile 411 ausgebildet, wo die Antriebsvorrichtung 7 angeordnet ist. Daher ist jede der Stromleitungen 24 durch die entsprechende Leitungsöffnung 17 aufgenommen, und direkt mit den entsprechenden Verbindungsteil 411 verbunden.
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Eine Kalotte 19 aus Kunststoff ist radial innerhalb des Kühlkörpers 13 angeordnet. Die Kalotte 19 ist im Wesentlichen als zylindrisches Rohr ausgebildet. Eine Trennwand 191 erstreckt sich von einem axialen Mittelteil des im Wesentlichen zylindrischen Rohres radial nach Innen. Aluminium-Elektrolyt-Kondensatoren 42 sind an einer axialen Endseite der Trennwand 191 angeordnet, die der Antriebsvorrichtung 7 gegenüberliegt, und eine Drosselspule 43 ist an der andere axialen Endseite der Trennwand 491 ausgebildet. Die Aluminium-Elektrolyt-Kondensatoren 42 absorbieren einen Spannungsstoß der durch die Schaltbetätigung der Leistungs-MOSFETs der Halbleitermodule 40 erzeugt wird. Die Drosselspule 43 wird durch Wickeln eines Spulendrahtes in Ringform ausgebildet und verringert elektrische Störgeräusche.
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Eine Platine 44 ist mittels Schrauben an Säulen 18 befestigt, die axial von der Trennwand 12 vorragen.
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Nachfolgend wird das kennzeichnende Merkmal der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.
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Bei der vorliegenden Ausführungsform dringt die Welle 35 derart durch die Schaltungsvorrichtung 8, das heißt ist durch diese aufgenommen, dass ein distaler Endteil der Welle 35 eine Stelle erreicht, der an die Platine 44 angrenzt. Genauer gesagt erstreckt sich die Welle 35 durch eine Öffnung der Trennwand 12, eine Mittelöffnung der Drosselspule 43, eine Öffnung der Trennwand 191 der Kalotte 19 und einen radial innerhalb der Aluminium-Elektrolyt-Kondensatoren 42 ausgebildeten Raum.
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Ein Dauermagnet 47 ist an dem distalen Endteil der Welle 35 mittels einer Befestigung 46 angebracht. Die Befestigung 46 weist einen ringförmigen Flansch 461 auf, der radial nach außen vorragt. Die Befestigung 46 hat einen Abschnitt mit großem Durchmesser, einen Abschnitt mit kleinem Durchmesser und einen Stufenabschnitt, die koaxial miteinander ausgebildet sind und radial innerhalb des Flansches 461 liegen. Der Stufenabschnitt verbindet den Abschnitt mit großem Durchmesser und den Abschnitt mit geringem Durchmesser. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird der Dauermagnet 47 zuverlässig an dem Abschnitt mit großem Durchmesser und dem Stufenabschnitt gehalten. Eine Innenumfangsfläche des Abschnitts mit kleinem Durchmesser ist an einer Außenumfangsfläche der Welle 35 befestigt. Daher ist der Dauermagnet 47 koaxial mit der Welle 35 angeordnet und zuverlässig an der Welle 35 befestigt. Ein Halbleitermagnetsensor 48 ist an einem Mittelteil der Platine 47 vorgesehen. Dadurch sind der Dauermagnet 47 und der Halbleitermagnetsensor 48 einander in axiale Richtung gegenüberliegend angeordnet, und der Halbleitermagnetsensor 48 erfasst eine Änderung im Magnetfeld, welches vom Dauermagnet 47 erzeugt wird. Ein Hallsensor, ein magnetresistiver (MR) Sensor oder dergleichen können als Halbleitermagnetsensor 48 verwendet werden. Die Befestigung 46 und der Dauermagnet 47 bilden zusammen das wellenseitige Sensorbauteil, und der Halbleitermagnetsensor 48 dient als platinenseitiges Sensorbauteil.
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Bei der vorliegenden Ausführungsform ist ein minimaler Durchmesser eines Aufnahmeraums, durch welchen die Welle 35 aufgenommen wird, ein Innendurchmesser D1 der Öffnung (Durchgangsöffnung) der Trennwand 12, ein Innendurchmesser D2 der Drosselspule 43, ein Innendurchmesser D3 der Öffnung (Durchgangsöffnung) der Trennwand 191 der Kalotte 19 oder eine Ausnehmung D4 zwischen dem diametral gegenüberliegenden zwei Aluminium-Elektrolyt-Kondensatoren 42. Hierbei ist ein Außendurchmesser D5 des Flansches 61 der Befestigung 46 kleiner als jeder der vorgenannten Durchmesser D1 bis D4.
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Mit der vorgenannten Konstruktion kann die Welle 35, an welcher das Rahmenende 14, der Rotor 30 und die Befestigung 46 installiert sind, integral am röhrenförmigen Abschnitt 111 montiert oder von diesem demontiert werden. Das erste Lager 36 ist sicher an der Welle 35 pressgepasst, so dass das erste Lager 36 zusammen mit der Welle 35 an dem röhrenförmigen Abschnitt 11 montiert oder von diesem demontiert werden kann.
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Ein stufenförmiger Abschnitt 122 ist in der Trennwand 12 ausgebildet. Daher erstreckt sich, an einer Stelle radial außerhalb des stufenförmigen Abschnitts 122 der Trennwand 12, ein Antriebsraum 51, der auf der Seite der Antriebsvorrichtung 7 ausgebildet ist, axial in Richtung auf die Schaltungsvorrichtung 8. Zudem erstreckt sich an einer Stelle radial innerhalb des stufenförmigen Abschnitts 122 der Trennwand 12 ein Schaltungsraum 52, der auf der Seite der Schaltungsvorrichtung 8 aus gebildet ist, axial in Richtung auf die Seite der Antriebsvorrichtung 7. Das bedeutet, der Antriebsraum 51 (genauer gesagt das axiale Ausmaß des Antriebsraums 51) und der Schaltungsraum 52 (genauer gesagt das axiale Ausmaß des Schaltungsraums 52) überlappen einander in axialer Richtung.
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Darüber hinaus überlappen das erste Lager 36 (genauer gesagt das axiale Ausmaß des ersten Lagers 36) das zweite Lager 37 (genauer gesagt das axiale Ausmaß des ersten Lagers 37) mit den Wicklungsdrähten 23 des Stators (genauer gesagt dem axialen Ausmaß der Wicklungsdrähte 23 des Stators 20) in axiale Richtung.
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Nachfolgend werden die Vorteile des Motors 1 der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.
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Bei dem Motor 1 der vorliegenden Ausführungsform wirken der Dauermagnet 47, der an dem distalen Endteil der Welle 35 der Antriebsvorrichtung 7 installiert ist, und der Halbleitermagnetsensor 48, der an der Platine 44 installiert ist, zusammen, um eine Sensorvorrichtung auszubilden, welche den Drehwinkel des Rotors 30 erfasst. Wie vorstehend diskutiert kann, bei dem Fall, bei dem der Dauermagnet 47 an dem distalen Endteil der Welle 35 installiert ist und dem Halbleitermagnetsensor 48 gegenüberliegt, d.h. dem Fall, bei dem der Dauermagnet 47 koaxial mit der Welle 35 an der Endfläche der Welle 35 angeordnet ist, eine Positions-Verschiebung des Dauermagneten 47 in axiale Richtung verglichen zu einem Fall, bei dem der Dauermagnet an einem Joch mit relativ großer Weite (Durchmesser) in radiale Richtung installiert ist, verringert werden. Dadurch kann der Dauermagnet 47 zufriedenstellend nahe an dem Halbleitermagnetsensor 48 angeordnet werden, wodurch es möglich ist einen Messfehler des Rotationswinkels des Rotors 30 zu verringern. Daher kann der Rotationswinkel des Rotors 30 genauer gemessen werden.
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Ferner ist allgemein, um den Messfehler des Rotationswinkels zu verringern, eine relativ große axiale Ausdehnung des Dauermagneten 47 notwendig. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist der Dauermagnet 47 jedoch in unmittelbarer Nähe zum Halbleitermagnetsensor 48 angeordnet. Dadurch kann das radiale Ausmaß des Dauermagneten 47 verringert werden. Auf diese Weise kann die Größe eines Systems mit dem Motor der vorliegenden Ausführungsform verringert werden.
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Ferner kann die Welle 35 ohne die Notwendigkeit einer Demontage der Befestigung 46, an welcher der Dauermagnet 47 gesichert ist, von der Welle 35 in die Schaltungsvorrichtung 8 eingeführt werden. Auf diese Weise kann der Zusammenbau und die Wartung des Motors vereinfacht werden. Genauer gesagt können das Rahmenende 14, der Rotor 30 und die Welle 35 integral montiert oder demontiert werden (siehe 2).
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Ferner hat, gemäß dem Motor 1 der vorliegenden Ausführungsform, die Trennwand 12 den stufenförmigen Abschnitt 122, der eine axiale Stufe ausbildet. Daher überlappen der Antriebsraum 51 und der Schaltungsraum 52 einander in axiale Richtung. Dadurch kann die axiale Größe des Motors 1 verringert werden.
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Ferner überlappen bei dem Motor 1 der vorliegenden Ausführungsform sowohl das erste Lager 36 wie auch das zweite Lager 37 mit den Wicklungsdrähten 23 des Stators in axiale Richtung (siehe 1). Dadurch kann die axiale Größe es Motors weiter reduziert werden.
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Zudem steht bei dem Motor 1 der Kühlkörper 13 von der Trennwand 12 in den Schaltungsraum 52 vor, und die wärmeabgebende Fläche eines jeden Halbleitermoduls 40 steht mit dem Kühlkörper 13 in Kontakt. Auf diese Weise wird die Wärme, die von dem Halbleitermodul 40 erzeugt wird, zufriedenstellend durch den Kühlkörper 13 abgegeben. Zudem besteht der Kühlkörper 13 aus einem Aluminiummaterial. Dadurch wird eine hohe Wärmeleitfähigkeit bei niedrigem Gewicht des Kühlkörpers ermöglicht, wodurch der Motor dieselben Eigenschaften aufweist.
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Überdies ist bei dem Motor 1 der vorliegenden Ausführungsform der Kühlkörper 13 ringförmig ausgebildet und an der Stelle radial innerhalb des röhrenförmigen Abschnitts 11 angeordnet. Daher können die Halbleitermodule 40 jeweils an den Außenumfangsflächen des Kühlkörpers 13 angeordnet werden. Zusätzlich hat der Anschluss 41, der aus dem Kunstharz des Halbleitermoduls 40 nach außen vorragt, das Verbindungsteil 411. Daher ist die Stromleitung 24 durch die entsprechend Leitungsöffnung 17 aufgenommen und direkt mit dem entsprechenden Verbindungsteil 411 verbunden. Auf diesem Wege ist es möglich, verglichen zu einem Fall, in dem die Stromleitungen 24 mit den Busleitungen verbunden sind, die axiale Größe des Motors weiter zu verringern.
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Ferner ist bei dem Motor 1 der vorliegenden Ausführungsform die Drosselspule 43 derart angeordnet, dass die Welle 35 durch die Mittelöffnung der Drosselspule 43 reicht. Auf diese Weise ist es weiter möglich, die Größe des Motors zu verringern.
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(Zweite Ausführungsform)
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Ein Motor gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst einen Kommutator und Bürsten. 3 zeigt eine Schnittdarstellung in Längsrichtung des Motors. In 3 sind die Wicklungsdrähte des Rotors schematisch dargestellt.
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Wie in 3 gezeigt, umfasst der Motor 2 ein Motorgehäuse 60, einen Stator 70, einen Rotor 80 und Halbleitermodule (die als Antriebsbauteile dienen) 90.
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Das Motorgehäuse t60 besteht beispielsweise aus einem Aluminiummaterial und umfasst einen röhrenförmigen Abschnitt 61, eine Trennwand 62 und einen Kühlkörper 63. Die Trennwand 62 erstreckt sich von einem axialen Endteil des röhrenförmigen Abschnitts 61 radial nach Innen. Der Kühlkörper 63 steht in Axialrichtung von der Trennwand 62 in radiale Richtung vor.
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Eine kalottenförmige Abdeckung 66 ist an einer Seite des Kühlkörpers 63 des Motorgehäuses 60 in axiale Richtung ausgebildet, so dass die Abdeckung 66 im Allgemeinen koaxial mit dem Motorgehäuse 60 ist. Die Abdeckung 66 schützt eine Schaltungsvorrichtung 68, welche die Halbleitermodule 90 umfasst. Die Trennwand 62 ist an einem Öffnungsteil des röhrenförmigen Abschnitts 61 vermittels Bolzen bzw. Schrauben 65installiert, der mit einem kalottenförmigen Körper ausgebildet ist. Der Kühlkörper 63 ist in der Trennwand 62 ausgebildet.
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Der Motor 2 hat eine Antriebsvorrichtung 67, welche in einem Antriebsraum 101 an einer axialen Seite der Trennwand 62 aufgenommen ist. Der Motor 2 umfasst ferner eine Schaltungsvorrichtung 68, welche in einem Schaltungsraum 102 an der anderen axialen Endseite der Trennwand 62 aufgenommen ist. Die Antriebsvorrichtung 67 ist in dem Innenraum des röhrenförmigen Abschnitts 61 angeordnet, und die Schaltungsvorrichtung 68 ist innerhalb der Abdeckung 66 angeordnet.
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Die Antriebsvorrichtung 67 umfasst den Stator 70 und den Rotor 80.
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Der Stator 70 ist an einem umlaufenden Teil 611 des röhrenförmigen Abschnitts 61 befestigt, der als Innenumfangswand des röhrenförmigen Abschnitts dient. Der Stator 70 umfasst Dauermagneten 71 die nacheinander in Umfangsrichtung angeordnet sind, um alternierende Magnetpole (S-Pole und N-Pole) auszubilden, die abwechselnd nacheinander in Umfangsrichtung angeordnet sind.
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Der Rotor 80 umfasst einen Rotorkern 81 und Wicklungsdrähte 83. Der Rotorkern 81 hat hervorstehende Pole 82, die nacheinander in Umfangsrichtung angeordnet sind und radial nach Außen vorstehen. Die Wicklungsdrähte 83 sind um die vorstehenden Pole 82 gewickelt. Der Kommutator 84 ist an einer axialen Endseite des Rotorkerns 81 angeordnet, an welcher die Schaltungsvorrichtung 68 angeordnet ist. Die Bürsten 85 sind in der Antriebsvorrichtung 67 angeordnet und berühren Kommutatorsegmente des Kommutators 84 gleitfähig, um eine elektrische Verbindung mit dem Kommutator 84 beizubehalten. Stromleitungen 86 werden durch die Bürsten 85 in Richtung auf die Schaltungsvorrichtung 68 jeweils nach außen geführt. Wenn eine elektrische Leistung durch die Stromleitungen 86, die Bürsten 85 und den Kommutator 84 an den Rotor 80 angelegt wird, erzeugt der Rotor 80 ein rotierendes Magnetfeld.
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Eine Welle 87 ist an einer Wellenöffnung befestigt, welche durch den Rotorkern 81 entlang einer Rotationsachse des Rotors 81 reicht. Ein erstes Lager 88 ist an einem axialen Endteil der Welle 87 pressgepasst, an welchem die Schaltungsvorrichtung 68 angeordnet ist. Ein zweites Lager 89 ist an dem anderen axialen Endteil der Welle 87 pressgepasst, welches gegenüber der Schaltungsvorrichtung 68 liegt. Das erste Lager 88 ist lose an der Trennwand 62 auf der Seite der Schaltungsvorrichtung 68 der Öffnung 621 in der Trennwand 62 befestigt. Das zweite Lager 69 ist lose an einer Ausnehmung 612 befestigt, welche im röhrenförmigen Abschnitt 61 ausgebildet ist. Auf diese Weise ist der Rotor 80 relativ zum Motorgehäuse 60 und dem Stator 70 drehbar.
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Die Schaltungsvorrichtung 68 umfasst die Halbleitermodule 90, Aluminium-Elektrolyt-Kondensatoren 92, eine Drosselspule 93 sowie eine Platine 94. Die Struktur der Schaltungsvorrichtung 68 ist ähnlich zu der der Schaltungsvorrichtung 8 der ersten Ausführungsform und wird daher zur Vereinfachung der Beschreibung nicht erneut beschrieben.
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Nachfolgend wird das kennzeichnende Merkmal der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.
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Bei der vorliegenden Ausführungsform durchdringt die Welle 87 die Schaltungsvorrichtung 68 derart, dass ein distaler Endteil der Welle 87 eine Stelle erreicht, welche an die Platine 94 angrenzt. Ein Dauermagnet 97 ist an einem distalen Endteil der Welle 87 durch eine Befestigung 96 befestigt. Die Befestigung 96 hat einen ringförmigen Flansch 961 der radial nach außen vorsteht, so dass der Dauermagnet 97 zuverlässig an der Befestigung 96 gesichert ist. Der Halbleitermagnetsensor 98 ist an dem Mittelteil der Platine 94 vorgesehen. Dadurch sind der Dauermagnet 97 und der Halbleiterbmagnetsensor 98 einander in axiale Richtung gegenübergesetzt, und der Halbleitermagnetsensor 98 erfasst eine Änderung im Magnetfeld, welches vom Dauermagneten 97 erzeugt wird. Ein Hall-Sensor, ein magnetresistiver Sensor (MR) oder dergleichen können als Halbleitermagnetsensor 98 verwendet werden. Die Befestigung 96 und der Dauermagnet 97 wirken zusammen als wellenseitiges Sensorbauteil und der Halbleitermagnetsensor 98 dient als platinenseitiges Sensorbauteil. Ähnlich zur ersten Ausführungsform ist die Welle 87 bei der vorliegenden Ausführungsform derart ausgestaltet, um durch die Schaltungsvorrichtung 68 ohne Notwendigkeit der Demontage der Befestigung 96 von der Welle 87 aufgenommen zu werden.
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Mit der vorgenannten Konstruktion kann die Welle 87, an welcher der röhrenförmige Abschnitt 61, der Rotor 80 und die Befestigung 96 installiert sind, integral mit der Trennwand 62 verbunden werden oder von dieser demontiert werden. Das erste Lager 88 ist zuverlässig an der Welle 87 pressgepasst wodurch das erste Lager 88 zusammen mit der Welle 87 an der Trennwand 62 montiert oder von dieser demontiert werden kann.
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Nachfolgend werden die Vorteile des Motors 2 der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.
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Bei dem Motor 2 der vorliegenden Ausführungsform wirken der Dauermagnet 97, der an dem distalen Endteil der Welle 87 der Antriebsvorrichtung 67 angeordnet ist, und die Halbleitermagnetsensor 98, der an der Platine 94 installiert ist, zusammen, um eine Sensorvorrichtung auszubilden, welche den Rotationswinkel des Rotors 80 erfasst. Wie vorstehend diskutiert kann, bei dem Fall, bei dem der Dauermagnet 97 am distalen Endteil der Welle 87 installiert ist und dem Halbleitermagnetsensor98 gegenüberliegt, d.h. dem Fall, bei dem der Dauermagnet 97 koaxial mit der Welle 87 an der Endfläche der Welle 87 angeordnet ist, eine Positionsverschiebung des Dauermagneten 97 in axiale Richtung verglichen zu einem Fall bei dem der Dauermagnet am Joch installiert ist, welches eine relative große Weite in radiale Richtung hat, verringert werden. Daher kann der Dauermagnet 97 ausreichend nahe an dem Halbleitermagnetsensor 98 angeordnet werden, wodurch es möglich ist, einen Messfehler beim Rotationswinkel zu verringern. Daher kann der Rotationswinkel genau erfasst werden.
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Ferner ist, um den Messfehler des Rotationswinkel zu verringern, eine relativ gro-ße radiale Ausdehnung des Dauermagneten nötig. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform jedoch ist der Dauermagnet 97 in unmittelbarer Nähe zum Halbleitermagnetsensor 98 angeordnet. Daher kann die radiale Ausdehnung des Dauermagneten 97 verringert werden. Auf diese Weise kann die Größe des Systems mit dem Motor der vorliegenden Ausführungsform verringert werden.
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Ferner kann die Welle 87 durch die Schaltungsvorrichtung 68 eingesetzt werden, ohne dass die Befestigung 96, an welcher der Dauermagnet 97 gesichert ist, von der Welle 87 demontiert werden muss. Auf diese Weise kann die Montage und Demontage des Motors vereinfacht werden. Genauer gesagt können der röhrenförmige Abschnitt 61, der Rotor 80 und die Welle 87 integral montiert oder demontiert werden.
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Zudem steht bei dem Motor 2 der Kühlkörper 63 von der Trennwand 62 in den Schaltungsraum 102 vor und die Wärmeübertragungsfläche eines jeden Halbleitermoduls 90 kontaktiert den Kühlkörper 63. Auf diese Weise kann die Wärme, welche vom Halbleitermodul 90 erzeugt wird, ausreichend durch den Kühlkörper 63 abgeführt werden. Darüber hinaus besteht der Kühlkörper 63 aus einem Aluminiummaterial. Dadurch kann eine hohe Wärmeleitfähigkeit bei geringen Gewicht des Kühlkörpers 63 erreicht werden und der Motor zeigt daher dieselben Merkmale.
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Darüber hinaus ist bei dem Motor 2 der vorliegenden Ausführungsform der Kühlkörper 63 ringförmig ausgebildet und an der Stelle radial innerhalb des röhrenförmigen Abschnitts 61 angeordnet. Dadurch können die Halbleitermodule 90 jeweils an der Außenumfangsfläche des Kühlkörpers 63 angeordnet werden. Zusätzlich ist der Anschluss 41, der von den Kunstharz des Halbleitermoduls 90 hervorragt, direkt mit der entsprechenden Stromleitung 86 verbunden. Auf diese Weise ist es möglich, die axiale Größe des Motors, verglichen zu einem Fall, wo die Stromleitungen 86 mit der Busleitung verbunden sind, weiter zu verringern.
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Darüber hinaus ist bei dem Motor 2 der vorliegenden Ausführungsform die Drosselspule 93 derart angeordnet, dass die Welle 87 durch die Mittelöffnung der Drosselspule 93 reicht. Auf diese Weise ist es möglich, die Größe des Motors weiter zu verringern.
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Die vorliegende Ausführungsform ist nicht auf die vorgenannten Ausführungsformen beschränkt und die vorgenannten Ausführungsformen können innerhalb des Geists und Umfangs der Erfindung verändert werden.
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(I) Bei dem Motor 1 der vorgenannten Ausführungsform ist der stufenförmige Abschnitt 122 in der Trennwand 12 ausgebildet. Dadurch erstreckt sich, an einer Stelle radial außerhalb des stufenförmigen Abschnitts 122 der Trennwand 12 der Antriebsraum 51, der auf Seite der Antriebsvorrichtung 7 vorliegt, radial in Richtung zur Seite der Schaltungsvorrichtung 8. Zudem erstreckt sich, an einer Stelle radial innerhalb des stufenförmigen Abschnitts 122 der Trennwand 12 der Schaltungsraum 52, der auf Seite der Schaltungsvorrichtung 8 vorliegt, axial in Richtung zur Seite der Antriebsvorrichtung 7. Daher überlappen der Antriebsraum 51 und der Schaltungsraum 52 einander in axiale Richtung. Dies liegt daran, dass der vom Stator 20 genutzte Raum größer ist als der vom Rotor 30 genutzte Raum in axiale Richtung.
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Daher kann, im Gegensatz zu einem Fall, wo der besetzte Raum des Rotors größer ist als der besetzte Raum des Stators, ein radial innerer Bereich, in dem der Rotor angeordnet ist, in Richtung zum Schaltungsraum ausgedehnt werden, und ein radial äußerer Bereich, in dem der Stator angeordnet ist, kann in Richtung zum Antriebsraum ausgedehnt werden. Dadurch können diese Bereiche (axiale Ausdehnungen dieser Bereiche) einander in axiale Richtung überlappen.
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Ferner kann der Stufenabschnitt 122 der Trennwand 12 weggelassen werden. In diesem Fall überlappen der Antriebsraum und der Schaltungsraum einander nicht in axiale Richtung.
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(II) Bei dem Motor 1 überlappen sowohl das erste Lager 36 als auch das zweite Lager 37 die Wicklungsdrähte 23 des Stators 20 in axiale Richtung.
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Diese Konstruktion kann wie folgt modifiziert werden. Das bedeutet, nur das erste Lager 36 oder das zweite Lager 37 kann die Wicklungsdrähte 23 des Stators20 in axiale Richtung überlappen. Selbst auf diese Weise kann die axiale Größe des Motors reduziert oder minimiert werden.
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Zudem können das erste Lager 36 und das zweite Lager 37 axial weiter voneinander entfernt angeordnet sein, so dass das erste Lager 36 und das zweite Lager 37 die Wicklungsdrähte 23 des Stators 20 in axiale Richtung nicht überlappen.
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Ferner kann das schaltungsvorrichtungsseitige Lager, das normalerweise im Antriebsraum angeordnet ist, im Schaltungsraum angeordnet sein. Auf diese Weise wird der Abstand zwischen den Lagern vergrößert, so dass es möglich wird, eine stabile Rotation der Welle herzustellen, wodurch ein Beitrag zur Verringerung des Fehlers in Rotationswinkel geleistet werden kann.
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(III) Bei dem Motor 1, 2 der vorgenannten Ausführungsformen ist ein Kühlkörper 13, 63 vorgesehen, der aus Aluminium besteht und von der Trennwand 12, 62 vorsteht. Alternativ kann der Kühlkörper aus einem anderen Metall als Aluminium bestehen.
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Darüber hinaus kann, solange der Betrag der erzeugten Wärme gering ist, der Kühlkörper vom Motor weggelassen werden.
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(IV) Bei den vorgenannten Ausführungsformen ist es möglich, obgleich die Innenumfangswandfläche des Kühlkörpers 13, 63 nicht diskutiert wurde, axiale Fuge(n) 303 oder axiale Vorsprünge bzw. Grate 304 an der Innenumfangswandfläche des Kühlkörpers 13, 63 auszubilden. Obgleich die axiale Fuge 303 oder der axiale Grat 304 lediglich mit einer imaginären Linie in 1 dargestellt ist, kann die axiale Fuge 303 oder der axiale Grat 304 in gleicher Weise bei der in 3 dargestellten zweiten Ausführungsform verwendet werden. Mit dieser Modifikation wird der gesamte Flächenbereich vergrößert und dadurch kann die Wärmeabführleistung weiter verbessert werden. Darüber hinaus kann, bei dem Fall bei denen die(der) Fuge(n) und/oder Grat(e) in axiale Richtung vorragen der Kühlkörper 13, 63 leicht durch einen Aluminiumspritzgussprozess hergestellt werden.
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(V) Bei dem Motor 1, 2 der vorgenannten Ausführungsform ist der Kühlkörper 13, 63 radial nach innen ragend am oberen Röhrenabschnitt 11, 61 angeordnet, so dass die Halbleitermodule 40, 90 an der Außenumfangsfläche des Kühlkörpers 13, 63 angeordnet sind. Alternativ dazu kann der Kühlkörper beispielsweise als Verlängerung des zylindrischen Abschnitts ausgebildet sein und dadurch eine Außenhülle (Gehäuse) des Motors bilden.
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(VI) Bei dem Motor 1, 2 der vorgenannten Ausführungsform sind die Halbleitermodule 40, 90 direkt mit den Stromleitungen 24, 86 verbunden. Alternativ können Busleitungen vorgesehen sein um die Stromleitungen gesammelt anzuordnen.
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(VII) Bei dem Motor 1, 2 der vorgenannten Ausführungsformen ist die Drosselspule 43, 93 vorgesehen und die Welle 35, 87 ist durch die Mittelöffnung der Drosselspule 43, 93 aufgenommen. Alternativ muss die Welle nicht notwendigerweise durch die Mittelöffnung der Drosselspule 43, 93 aufgenommen sein. Die Drosselspule 43, 93 kann überdies auch bei dem Motor 1, 2 der vorgenannten Ausführungsformen weggelassen werden.
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(VIII) Bei den vorgenannten Ausführungsformen ist die vorliegende Erfindung in Zusammenhang mit einem Motor beschrieben, der eine elektronische Schaltung aufweist und bei einem EPS-System eines Fahrzeugs verwendet wird. Alternativ kann der Motor der vorliegenden Erfindung der die darin aufgenommene elektronische Schaltung (Schaltungsvorrichtung) aufweist, bei einer anderen geeigneten Vorrichtung oder einem anderen geeigneten System beispielsweise einem Scheibenwischersystem, einem Ventilzeitpunktsteuersystem oder dergleichen verwendet werden.
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(IX) Bei den vorgenannten Ausführungsformen ist die vorliegende Erfindung in Zusammenhang mit einem Innen-Rotor-Motor diskutiert. Gleichwohl ist die vorliegende Erfindung gleichermaßen auf einen Außen-Rotor-Motor anwendbar.
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Zusätzliche Vorteile und Modifikationen sind für jene mit entsprechenden Fachwissen leicht erkennbar. Die Erfindung in ihren breitesten Begriffen ist daher nicht auf bestimmte Details, repräsentative Vorrichtungen und beispielhafte Ausführungsformen beschränkt, die vorstehend gezeigt und beschrieben wurden.
