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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Bürstenmotor in Flachbauweise und insbesondere einen Motor für ein Kühlgebläse.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Ein Kühlgebläse, das in einem Motorkühlsystem für Fahrzeuge verwendet wird, ist weit verbreitet. Das Kühlgebläse wird üblicherweise durch einen Gleichstrom-Bürstenmotor (DC-Motor) angetrieben. Um mehr Raum für andere Komponenten des Motors zu schaffen, ohne die Lebensdauer des Motors zu verkürzen, wird eine Reduzierung der axialen Dimension des Motors gewünscht.
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Das Dokument
US6737774B beschreibt einen Kühlgebläsemotor in Flachbauweise. Der Motor hat ein Gehäuse mit einem Magnet, der an dessen Innenfläche befestigt ist, eine Endkappe, die ein Ende des Gehäuses verschließt, einen Läufer, der an einer Welle befestigt ist, eine Läuferwicklung, die an einem Außenumfang des Läuferkerns gehalten ist, und Bürsten für die Versorgung der Läuferwicklung mit Strom von einer Batterie. Ein Kommutator ist zum Teil in einem Raum angeordnet, der durch die Welle, den Läuferkern und eine Innenfläche der Läuferwicklung definiert wird. Die Bürsten sind von der Wicklung axial beabstandet und an der Endkappe befestigt, so dass ein Schleifkontakt mit Segmenten des Kommutators hergestellt wird.
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Das Dokument
US5434463 beschreibt einen Motor in Flachbauweise, bei dem der Kommutator in einer Ausnehmung angeordnet ist, die sich weiter in den Körper des Läuferkerns hinein erstreckt. Die Herstellung dieses Motors ist jedoch relativ komplex, da der Läuferkern aus einer Anzahl von verschiedenen geschichteten Lamellen besteht.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Aus diesem Grund wird ein Motor in Flachbauweise gewünscht, der sich in einer Massenproduktion relativ einfach herstellen lässt.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Elektromotor angegeben, umfassend: einen Ständer mit einer Anzahl von Permanentmagnet-Ständerpolen; einem Bürstenträger mit mindestens zwei Bürsten; und einen Läufer mit einer Welle, einer an der Welle befestigten Läuferhalterung, einem ringförmigen Läuferkern, der an der Läuferhalterung befestigt ist, einem Kommutator, der an der Welle befestigt und in dem Läuferkern angeordnet ist, und Läuferwicklungen, die um den Läuferkern herumgeführt und mit dem Kommutator elektrisch verbunden sind, wobei der Kommutator einen elektrisch isolierenden Körper, eine Mehrzahl von Segmenten, die an dem Körper voneinander beabstandet sind, und eine Mehrzahl von Anschlüssen aufweist, die mit den Segmenten jeweils elektrisch verbunden sind, wobei jeder Anschluss einen Anschlussabschnitt für den Eingriff eines Leitungsdrahts der Läuferwicklungen hat und wobei eine radiale Außenfläche der Läuferhalterung in eine radiale Innenfläche des Läuferkerns eingepresst ist.
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Vorzugsweise ist die Läuferhalterung an dem Läuferkern an einem axialen Ende des Läuferkerns befestigt.
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Vorzugsweise hat die Läuferhalterung eine Stütze, die in den Läuferkern eingepresst ist, und ein Overmold-Element, mit welchem die Stütze umspritzt ist.
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Vorzugsweise ist die Läuferhalterung an der Welle durch eine Wellenmuffe befestigt, die zumindest teilweise in dem Overmold-Element eingebettet ist.
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Vorzugsweise sind die Anschlüsse des Kommutators teilweise in dem Overmold-Element eingebettet, wobei die Anschlussabschnitte und die Segmente an gegenüberliegenden Seiten des Overmold-Elements angeordnet sind.
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Vorzugsweise sind das Overmold-Element und der Körper einteilig ausgebildet.
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Alternativ ist das Overmold-Element an einer Innenfläche des Körpers angeformt.
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Vorzugsweise sind die Bürsten bogenförmig und in einem ringförmigen Raum angeordnet, der durch die Läuferhalterung, den Läuferkern und den Kommutator definiert wird.
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Vorzugsweise ist in der Läuferhalterung mindestens eine schräge Öffnung gebildet.
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Vorzugsweise ist der Motor in ein Gebläse für ein Motorkühlsystem eines Fahrzeugzeugs eingebaut, das eine Nabe und eine Mehrzahl von Flügeln hat, die sich von der Nabe nach außen erstrecken, wobei die Nabe an der Welle befestigt ist und sich mit der Welle dreht.
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In den Ausführungsformen der Erfindung lässt sich die axiale Dimension des Motors reduzieren und es können längere Bürsten verwendet werden, da die bogenförmigen Bürsten in dem Ringraum aufgenommen sind, der durch die Läuferhalterung, den Läuferkern und den Kommutator definiert wird. Die schrägen Öffnungen an der Läuferhalterung leiten Staub, der durch die Bürsten erzeugt wird, aus dem Raum nach außen, wodurch verhindert wird, dass sich an dem Kommutator Staub ansammelt. Die mechanische Stabilität der Läuferhaltung lässt sich sicherstellen, indem die Läuferhalterung durch die Stütze und das Overmold-Element gebildet wird. Das Herstellungsverfahren für den Läufer ist unkompliziert, da die Läuferhalterung und der Körper des Kommutators einteilig ausgebildet werden können. Durch das Einbetten der leitenden Anschlüsse des Kommutators in dem Overmold-Element lässt sich eine stabile Halterung der Anschlüsse erzielen.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nunmehr anhand von Beispielen erläutert, wobei auf die Figuren der anliegenden Zeichnungen Bezug genommen wird. Identische Strukturen, Elemente oder Teile, die in mehr als einer Figur erscheinen, tragen in sämtlichen Figuren, in denen sie erscheinen, die gleichen Bezugszeichen. Die Dimensionen von Komponenten und Merkmalen, die in den Figuren dargestellt sind, sind allgemein im Hinblick auf eine übersichtliche Darstellung gewählt und sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu. Die Figuren sind im Folgenden aufgelistet.
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1 ist eine Ansicht eines Gebläses für ein Motorkühlsystem für Fahrzeuge gemäß der vorliegenden Erfindung;
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2 ist eine Ansicht eines Elektromotors gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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3 ist eine Schnittansicht des Motors von 2;
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4 ist eine Ansicht einer Bürsteneinheit, die ein Teil des Motors von 2 ist;
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5 ist eine Ansicht eines Läufers, der ein Teil des Motors von 2 ist, wobei die Läuferwicklungen weggelassen wurden;
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6 ist eine Schnittansicht eines Kommutators, der ein Teil des Läufers von 5 ist;
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7 ist eine Schnittansicht eines Läufers gemäß einer zweiten Ausführungsform, wobei die Leitungsdrähte weggelassen wurden;
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8 ist eine Draufsicht auf den Läufer von 7 von oben, wobei die Leitungsdrähte der Läuferwicklungen dargestellt sind; und
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9 ist eine Schnittansicht ähnlich wie 7, die einen Läufer gemäß einer dritten Ausführungsform zeigt.
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DETAILBESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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1 ist eine Ansicht eines Gebläses 10 für ein Motorkühlsystem für Fahrzeuge. Das Gebläse 10 hat einen Nabe 11, eine Mehrzahl von Flügeln 12, die sich von der Nabe 11 nach außen erstrecken, und einen äußeren Ring 13, der die radial äußeren Enden der Flügel 12 verbindet. Die Nabe 11 hat eine Basisplatte 14 und eine ringförmige Seitenwand 15, die sich axial von der äußeren Peripherie der Basisplatte 14 erstreckt. Eine Verbindungsöffnung 16 ist in der Basisplatte 14 gebildet. Die Basisplatte 14 und die Seitenwand 15 definieren einen Raum für die Aufnahme eines Elektromotors für die Drehung des Gebläses 10.
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Die 2 und 3 zeigen den Elektromotor 20 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Motor 20 ist vorzugsweise ein Gleichstrom-Bürstenmotor mit einem Ständer 26, einem Bürstenträger und einem Läufer 28, der in dem Ständer 26 drehbar montiert ist.
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Der Ständer 26 hat ein sich axial erstreckendes Rundgehäuse 31 und eine Mehrzahl von Permanentmagneten 32, die an der Innenfläche des Gehäuses 31 montiert sind. Eine erste und eine zweite Endkappe 33, 34 verschließen die offenen axialen Enden des Gehäuses 31. Lager 35, 36 zur Lagerung des Läufers sind an den Endkappen 33, 34 befestigt. Eine Mehrzahl von Belüftungsöffnungen 37 ist in der ersten und in der zweiten Endkappe 33, 34 gebildet. Die Belüftungsöffnungen 37 ermöglichen die Bewegung eines Luftstroms, der durch das Gebläse 10 erzeugt wird, axial durch den Motor 20, um den Motor 20 zu kühlen. Eine Bürsteneinheit 40, die den Bürstenträger bildet, ist an der zweiten Endkappe 34 montiert.
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Wie 4 zeigt, hat die Bürsteneinheit 40 eine Bürstenhalterung 41 und eine Mehrzahl von Bürstenanordnungen. Die Bürstenhalterung 41 ist über Montageöffnungen 43 an der zweiten Endabdeckung 34 montiert. Die Bürstenhalterung 41 hat eine zentrale Öffnung 44 für die Unterbringung eines Lagerhalters 39 für das Lager 36 der zweiten Endabdeckung 34. Die Bürstenanordnungen sind in Umfangsrichtung in regelmäßigen Abständen an der Bürstenhalterung 41 angeordnet. Jede Bürstenanordnung hat einen bogenförmigen Bürstenkäfig 45, der an der Bürstenhalterung 41 befestigt ist, und eine bogenförmige Bürste 46, die in dem Bürstenkäfig 45 beweglich aufgenommen ist, so dass unter Beaufschlagung durch eine elastische Feder 47, die in der vorliegenden Ausführungsform eine Torsionsfeder ist, ein Schleifkontakt der Bürste mit einem Kommutator 48 des Läufers 28 hergestellt wird. Die Gesamtzahl der Ständerpole, die durch die Permanentmagnete 32 gebildet werden, beträgt vorzugsweise vier, sechs oder acht. Die Gesamtzahl der Bürstenanordnungen ist gleich der Gesamtzahl von Ständerpolen.
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5 zeigt den Läufer 28, wobei die Wicklungen weggelassen wurden, um den Aufbau des Läufers darzustellen. Der Läufer 28 hat eine Welle 50, eine kreisförmige Läuferhalterung 51, die an der Welle 50 befestigt ist, einen ringförmigen Läuferkern 52 mit einer Mehrzahl von sich radial nach außen erstreckenden Zähnen 53 und einen Kommutator 48, der an der Welle 50 befestigt ist. Läuferwicklungen 54 (in 3 gezeigt) sind um die Zähne 53 des Läuferkerns 52 herumgeführt. Die Welle 50 ist durch die beiden Lager 35, 36 drehbar gelagert und ist in die Verbindungsöffnung 16 der Nabe 11 des Gebläses 10 eingesetzt und in derselben fixiert, so dass sich das Gebläse 10 mit der Welle dreht. Der ringförmige Läuferkern 52 ist durch eine Mehrzahl von ringförmigen Läuferlamellen gebildet, die axial aneinandergeschichtet sind. Die Läuferhalterung 51 ist an einem der ersten Endkappe 33 benachbarten axialen Ende des Läuferkerns in die Innenfläche des Läuferkern 52 eingepresst. Der Kommutator 48 ist in dem Läuferkern 52 angeordnet und der Läuferhalterung 51 benachbart. 6 ist eine Schnittansicht des Kommutators 48. Der Kommutator 48 umfasst einen elektrisch isolierenden Körper 55 und eine Mehrzahl von elektrisch leitenden Segmenten 56, die in Umfangsrichtung an der Außenfläche des Körpers 55 voneinander beabstandet sind. Ein Anschluss 57 erstreckt sich integral von einem der Läuferhalterung 51 benachbarten Ende jedes Segments 56. Jeder Anschluss 57 hat einen Anschlussabschnitt 58 zur Herstellung einer Verbindung mit einem Leitungsdraht 75 (in 8 gezeigt) der Läuferwicklungen 54. Die Läuferhalterung 51, der ringförmige Läuferkern 52 und der Kommutator 48 definieren einen ringförmigen Raum 59. Die Bürsten 46 sind in dem Raum 59 derart aufgenommen, dass sie einen Schleifkontakt mit den Segmenten 56 des Kommutators 48 herstellen können, so dass Strom von außen über die Bürsten 46 und den Kommutator 48 zu den Läuferwicklungen 54 geleitet werden kann. Durch die Aufnahme der Bürsten 46 in dem Raum 59 lassen sich die axialen Dimensionen des Motors 20 reduzieren. Da die Bürsten 46 nicht gerade, sondern bogenförmig sind, können sie über eine größere Länge verfügen, wodurch die Lebensdauer des Motors erhöht wird.
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Vorzugsweise hat die Läuferhalterung 51 eine Mehrzahl von schrägen Öffnungen 60, die als Leitstrukturen wirken, um Staub, der durch den Abrieb der Bürsten 46 anfällt, über die Durchgangsöffnungen 61 in der Endkappe 33 aus dem Raum 59 und aus dem Motor abzuführen. Die Durchgangsöffnungen 61 fluchten in der radialen Richtung annähernd mit den schrägen Öffnungen 60. Die Dimension der Durchgangsöffnungen 61 ist gleich der oder größer als die Dimension der schrägen Öffnungen 60. Die Leitstrukturen erstrecken sich nicht über die Läuferhalterung 51 hinaus und ermöglichen so eine flache, kompakte Bauweise des Motors 50.
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Die 7 und 8 zeigen einen Läufer 70 gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Läufer 70 ist ähnlich wie der Läufer 28. Im Vergleich zu dem Läufer 28 hat die Läuferhalterung 51 des Läufers 70 ein elektrisch isoliertes Overmold-Element 71 und eine Metallstütze 72 mit Öffnungen und Schlitzen. Die Stütze 72 hat eine flache radiale Scheibe mit einem sich axial erstreckenden Flansch 73, der sich von der radialen Außenkante der Scheibe erstreckt. Die Scheibe hat Öffnungen und/oder Schlitze, durch welche die schrägen Öffnungen 60 hindurchführen. Der Flansch 73 ist in die Innenfläche des Läuferkerns 52 eingepresst, um den Läuferkern 52 zu halten. Das Overmold-Element 71 und der Körper 55 des Kommutators 48 sind als monolithische Einzelstruktur einteilig an der Stütze 72 und an den Innenflächen der Segmente 56 angeformt. Die Anschlüsse 57 des Kommutators 48 sind teilweise zwischen dem Overmold-Element 71 und dem Körper eingebettet, wohingegen die Anschlussabschnitte 58 und die Segmente 56 an den gegenüberliegenden Seiten des Overmold-Elements 71 angeordnet sind. Dadurch können die Leitungsdrähte 75 der Läuferwicklungen 54 einfach in die Anschlussabschnitte 58 eingreifen. Die Läuferhalterung ist an der Welle 50 durch eine Wellenmuffe 74 befestigt, die durch ein Insert Molding-Verfahren in einer zentralen Öffnung des Kommutatorkörpers 55 gebildet ist. Auf diese Weise ist die Wellenmuffe in dem Overmold-Element eingebettet, wobei zumindest die Innenfläche der Muffe exponiert ist, so dass ein direkter Kontakt mit der Welle herstellbar ist, wenn die Welle in die Muffe hineingepresst wird. Da die Läuferhalterung 51 in dieser Ausführungsform durch die Stütze 72 und das Overmold-Element 71 gebildet ist, kann die mechanische Stabilität der Läuferhalterung 51 sichergestellt werden. Durch die einteilige Ausbildung der Läuferhalterung 51 und des Körpers 55 des Kommutators 48 gestaltet sich auch der Herstellungsprozess des Läufers 70 einfach. Durch das Einbetten der Anschlüsse 57 in dem Overmold-Element 71 wird für eine stabile Halterung der Anschlüsse 57 gesorgt.
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9 zeigten einen Läufer 80 des Motors 20 gemäß einer dritten Ausführungsform. Der Läufer 80 ist ähnlich wie der Läufer 70. Die Läuferhalterung 51 des Läufers 80 hat ein elektrisch isolierendes Overmold-Element 71 und eine Metallstütze 72. Der Flansch 73 der Stütze 72 ist in die Innenfläche des ringförmigen Läuferkerns 52 eingepresst, um den Läuferkern 52 zu halten. Im Vergleich zu dem Läufer 80 ist jedes Segment 56 separat gebildet und befindet sich in Kontakt mit seinem entsprechenden Anschluss 57. Der Kommutator ist vorgeformt, wobei der Kommutatorkörper an den Segmenten 56 angeformt ist. Die Segmente sind mit den Anschlüssen 57 verbunden, was vor dem Formen des Overmold-Elements 71 vorzugsweise durch einen Lötvorgang geschieht. Die Stütze 72 und die Innenfläche des Körpers 55 des Kommutators 48 sind mit dem Overmold-Element 71 umspritzt, wobei die Anschlüsse 57 des Kommutators 48 zum Teil in dem Overmold-Element 71 eingebettet sind, während die Anschlussabschnitte 58 und die Segmente 56 an den gegenüberliegenden Seiten des Overmold-Elements 71 angeordnet sind. Die Welle 50 ist durch die Wellenmuffe 74, die in einer zentralen Öffnung des Overmold-Elements 71 eingebettet ist, fest und gehalten. Alternativ kann die Welle direkt an dem Overmold-Element angeformt sein. Auf diese Weise lässt sich die Richtigkeit des Kommutators verbessern oder sicherstellen, bevor der Kommutator an der Läuferhalterung 51 montiert wird.
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Alternativ können die Anschlüsse und die Segmente mechanisch miteinander verbunden sein, wobei die Läuferhalterung von dem Kommutator getrennt ausgebildet sein kann, wodurch der Läufer voll gewickelt und mit den Anschlüssen verbunden werden kann, bevor der Kommutator an der Läuferhalterung montiert wird. Ein axiale Bewegung des Kommutators in seine Position an der Läuferhalterung bewirkt einen elektrischen Anschluss der Segmente an die Anschlüsse durch eine mechanische Verbindung. Eine solche mechanische Verbindung kann einen Finger umfassen, der an jedem der Segmente gebildet ist und der in einen korrespondierenden Schlitz hineingedrückt wird, der in jedem Anschluss gebildet ist.
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Verben wie ”umfassen”, ”aufweisen”, ”enthalten” und ”haben” sowie deren Abwandlungen in der Beschreibung und in den Ansprüchen der vorliegenden Anmeldung sind in einem einschließenden Sinne zu verstehen. Sie geben an, dass das genannte Element vorhanden ist, schließen jedoch nicht aus, dass noch weitere Elemente vorhanden sind.
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Wenngleich die Erfindung unter Bezugnahme auf eine oder mehrere bevorzugte Ausführungsformen beschrieben wurde, wird der Fachmann erkennen, dass verschiedenen Modifikationen möglich sind, ohne den Schutzrahmen der Erfindung zu verlassen, der durch die anliegenden Ansprüche definiert ist.
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Die Gesamtzahl von Bürstenanordnungen kann zum Beispiel ungleich der Gesamtzahl von Permanentmagneten oder Ständerpolen sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 6737774 B [0003]
- US 5434463 [0004]
