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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die Erfindung betrifft einen Motor mit Permanentmagneten und sie betrifft auch eine Fensterhebevorrichtung, die den Permanentmagnetmotor und ein durch den Motor angetriebenes Getriebe umfasst.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Ein herkömmlicher Permanentmagnetmotor für eine Vorrichtung zum Heben und Senken eines Fensters eines Kraftfahrzeugs umfasst einen Ständer und einen in dem Ständer drehbar gelagerten Läufer. Der Läufer hat eine Welle, einen Läuferkern und einen Kommutator, die auf der Welle befestigt sind, sowie Läuferwicklungen, die an dem Läuferkern ausgeführt und mit dem Kommutator elektrisch verbunden sind. Der Ständer hat ein Gehäuse und zwei separate Permanentmagnete, die an der Innenfläche des Gehäuses befestigt sind.
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Um Fahrer und Beifahrer nicht zu stören, soll das Geräusch eines Fensterheber-Motors auf ein Minimum reduziert werden. Das Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung eines geräuscharmen Permanentmagnetmotors, der speziell für den Einsatz in einer Fensterhebevorrichtung geeignet ist.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Permanentmagnetmotor angegeben, umfassend: einen Läufer, der eine Welle, einen auf der Welle befestigten Läuferkern, einen dem Läuferkern benachbart auf der Welle befestigten Kommutator und Läuferwicklungen umfasst, die um die Pole des Läuferkerns gewickelt und elektrisch mit dem Kommutator verbunden sind; und einen Ständer, der ein sich axial erstreckendes Rundgehäuse, ein Ringmagnet-Element, das an einer Innenfläche des Rundgehäuses befestigt ist, eine Endkappe, die an dem Gehäuse fest montiert ist, und mindestens ein Paar von Bürsten umfasst, die sich mit dem Kommutator in Gleitkontakt befinden, wobei das Rundgehäuse und die Endkappe eine Kammer bilden, in der der Kommutator angeordnet ist.
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Vorzugsweise bildet der Ringmagnet vier Magnetpole. Der Läuferkern hat zehn Pole und der Kommutator zehn Segmente.
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Vorzugsweise ist der Ringmagnet ein Einzelteil das durch ein Umspritzen von vier separaten Permanentmagneten gebildet, wird die in einer Umfangsrichtung gleichmäßig angeordnet sind.
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Vorzugsweise hat die Endkappe einen kreisringförmigen Bereich, der in das Rundgehäuse eingepresst ist, einen Seitenbereich, an dem mindestens ein Paar von Bürstenhalterungen gebildet sind, und einen Lagerhalter zum Halten eines Lagers zum Stützen der Welle.
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Vorzugsweise beträgt das Verhältnis einer axialen Länge des Läuferkerns zu L/N 1,27 bis 2,31, wobei der L der Umfang eines durch die Außenflächen der Läuferpole gebildeten Kreises und N die Anzahl von Magnetpolen des Ständers ist.
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Vorzugsweise ist ein Abstand D zwischen Mitten der beiden axialen Enden jedes Läuferpols 0 bis W, wobei W der Abstand zwischen den Mitten von benachbarten Läuferpolen ist.
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Vorzugsweise beträgt das Verhältnis der radialen Dicke des Ringmagnet-Elements zur radialen Dicke des Rundgehäuses 1 bis 2,14.
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Vorzugsweise beträgt das Verhältnis der radialen Dicke des Ringmagnet-Elements zu dem Außendurchmesser des Ringmagnet-Elements 0,07 bis 0,11.
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Vorzugsweise beträgt das Verhältnis der radialen Dicke des Rundgehäuses zu dem Außendurchmesser des Rundgehäuses 0,045 bis 0,62.
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Vorzugsweise ist mindestens ein Paar von Bürstenhalterungen an der Endkappe gebildet, wobei jede Bürste verschiebbar in einem Bürstenhalter aufgenommen ist, der fest an einer Innenfläche einer betreffenden Bürstenhalterung montiert ist.
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Gemäß einer Alternative ist mindestens ein Paar von Bürstenhalterungen an der Endkappe gebildet, und jede Bürste ist verschiebbar zwischen einem betreffenden Paar von Führungszapfen gehalten, die sich in eine betreffende Bürstenhalterung hinein erstrecken.
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Vorzugsweise ist das Paar von Führungszapfen durch einen Körper gehalten, der durch eine Einpressverbindung in Form einer Schnappverbindung in der Endkappe festgelegt ist.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Fensterhebevorrichtung zum Bewegen einer Fensterscheibe in einem Fahrzeug angegeben, umfassend den vorstehend beschriebenen Permanentmagnetmotor und ein durch den Motor angetriebenes Getriebe.
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In den Ausführungsformen kann das Ringmagnet-Element die natürliche Frequenz des Ständers verbessern und die Vibrationsamplitude des Ständers verringern. Verglichen mit dem eckigen Gehäuse besitzt das Rundgehäuse eine gleichmäßigere Form, wodurch der Motor geräuschärmer wird. Der Ständer bildet eine Einhausung, so dass das Geräusch in dem Motor nicht nach außen dringen kann. Die Konfiguration der Läuferpole, die abgeschrägt ist, reduziert elektromagnetische harmonische Schwingungen, Rastkräfte und Vibrationen. Insgesamt ist der Motor geräuscharm und vibrationsarm.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nunmehr anhand eines Beispiels beschrieben, 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 Abmessungen 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 zeigt eine Fensterhebevorrichtung mit einem PMDC-Motor gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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2 zeigt einen PMDC-Motor;
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3 ist eine Längsschnittansicht des Motors von 2;
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4 zeigt ein Ringmagnet-Element, das ein Teil des Motors von 2 ist;
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5 zeigt einen Läufer, der ein Teil des Motors von 2 ist, wobei die Läuferwicklungen entfernt wurden;
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6 zeigt eine Endkappe, die ein Teil des Motors von 2 ist;
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7 zeigt einen PMDC-Motor gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
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8 zeigt eine Bürste und einen Bürstenhalter, die Teile des Motors von 7 sind.
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DETAILBESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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1 zeigt eine Fensterhebevorrichtung 10 mit einem PMDC-Motor 12 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und mit einem Getriebe 14, das durch den PMDC-Motor 12 angetrieben wird. Die Fensterhebevorrichtung wird zum Heben und Senken einer Fensterscheibe in einem Fahrzeug verwendet.
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Wie in den 2 bis 5 gezeigt ist, umfasst der PMDC-Motor 12 einen Ständer und einen Läufer. Der Läufer hat eine Welle 16, einen auf der Welle 16 befestigten Läuferkern 18, einem dem Läuferkern 18 benachbart auf der Welle 16 befestigten Kommutator 20 und Läuferwicklungen 22, die um die Pole des Läuferkerns 18 herumgeführt und elektrisch mit dem Kommutator 20 verbunden sind. Die Außenflächen der Läuferpole bilden einen Kreis. Schlitze für die Aufnahme der Rotorwicklungen 22 sind zwischen den benachbarten Polen gebildet. Zum Antrieb eines Schneckenrads (nicht gezeigt) in dem Getriebe 14 ist eine Schnecke 24 an einem Ende der Welle 16 angeordnet.
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Vorzugsweise hat der Läuferkern 18 zehn Schlitze und der Kommutator 20 zehn Segmente. Das Verhältnis der axialen Länge des Läuferkerns zu L/N beträgt 1,27 bis 2,31, wobei L der Umfang eines durch die Außenfläche der Läuferpole gebildeten Kreises und N die Anzahl von Magnetpolen des Ständers ist. Die Läuferpole können verdreht sein, so dass sie sich entlang einer spiralförmigen Bahn um die Welle erstrecken. Der Abstand D zwischen den Mitten der beiden axialen Enden jedes Pols kann 0 bis W betragen, wobei W der Abstand zwischen den Mitten benachbarter Pole ist.
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Der Ständer umfasst ein sich axial erstreckendes Rundgehäuse 26 mit einem offenen Ende, einem geschlossenen Ende 28 und einem Befestigungsteil 30, das sich von dem offenen Ende integral und nach außen erstreckt, ein Ringmagnet-Element 32, das an der Innenfläche des Gehäuses 26 befestigt ist, eine Endkappe 34, die das offene Ende des Gehäuses 26 verschließt, und ein Paar von Bürstenanordnungen. Die Endkappe 34 ist an dem Gehäuse 26 fest montiert. Die Welle 16 ist durch zwei Lager 38 gehalten, die sich jeweils in der Endkappe 30 und in dem geschlossenen Ende 28 des Gehäuses befinden, wobei der Läuferkern 18 dem Ringmagnet-Element 32 gegenüberliegt. Zwischen dem Läuferkern 18 und dem Ringmagnet-Element 32 ist ein Luftspalt gebildet. Vorzugsweise ist das Ringmagnet-Element 32 ein Einzelteil und durch Umspritzen von vier separaten Permanentmagneten 40 gebildet, die zur Bildung von vier Magnetpolen in Umfangsrichtung gleichmäßig angeordnet sind. Vorzugsweise werden die Magnete durch ein Umspritzgießverfahren umspritzt. Da es einteilig ausgebildet ist, lässt sich das Ringmagnet-Element einfach an dem Gehäuse befestigen. Gemäß einer Alternative kann das Ringmagnet-Element ein einteiliger Ringmagnet sein. Die Permanentmagnete 40 können aus Ferrit oder aus gebondetem NdFeB bestehen. Das Befestigungsteil 30 hat eine Anzahl von Öffnungen 42 zur Befestigung des Motors 12 an dem Getriebe 14.
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Vorzugsweise beträgt das Verhältnis der radialen Dicke des Ringmagnet-Elements zur radialen Dicke des Rundgehäuses 1 bis 2,14. Das Verhältnis der radialen Dicke des Ringmagnet-Elements zu dem Außendurchmesser des Ringmagnet-Elements beträgt 0,07 bis 0,11. Das Verhältnis der radialen Dicke des Rundgehäuses zum Außendurchmesser des Rundgehäuses beträgt 0,45 bis 0,62.
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Es wird auf 6 Bezug genommen. Die Endkappe 34 kann aus Kunststoff hergestellt sein und hat eine Basisplatte 44 mit einer zentralen Öffnung, einen kreisringförmigen Bereich 48, der sich axial von der Gehäuseseite der Basisplatte 44 erstreckt, einen zylindrischen Seitenbereich 50, der sich axial von der anderen Seite des Basisplatte 44 erstreckt, und einen Lagerhalter 52, der sich nach innen und axial von dem Seitenbereich 50 erstreckt, um eines der Lager 38 zu halten. Der kreisringförmige Bereich 48 ist in das Gehäuse eingepresst, so dass er an der Innenfläche des Rundgehäuses 26 anliegt. Die Basisplatte 44 ist zwischen dem Befestigungsteil 30 und dem Getriebe 14 festgelegt. Auf die Außenfläche der Basisplatte 44 ist ein Dichtungsring 54 umspritzt, so dass nach dem Zusammenbau die Endkappe mit dem Ständer und dem Getriebe 14 dicht verbunden ist.
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Der Ringbereich 48, die Basisplatte 44 und der Seitenbereich 50 definieren eine Kammer, in der der Kommutator 20 aufgenommen wird. Zwei Bürstenhalterungen 56 sind an dem Seitenbereich 50 gebildet. Jede Bürstenhalterung 50 hat einen sich radial erstreckenden rohrförmigen Bereich, der sich in Verbindung mit der Kammer befindet und sich über die äußere kreisförmige Wand des Seitenbereichs 50 hinaus erstreckt. Jede Bürstenanordnung hat einen sich radial erstreckenden Bürstenhalter 58, der an der Innenfläche der Bürstenhalterung 56 befestigt ist, eine Bürste 60, die in dem Bürstenhalter gleitend aufgenommen ist, ein elastisches Element 62, das die Bürste 60 in Gleitkontakt mit dem Kommutator drückt, und einen Leiter (Bürsten-Shunt 68), der die Bürste mit einem entsprechenden Stromanschluss 64 der Basisplatte 44 elektrisch verbindet. Vorzugsweise ist das elastische Element 62 eine Schraubenfeder, die auf einen Vorsprung 66 an der Basisplatte 44 aufgeschoben ist.
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7 zeigt einen PMDC-Motor 70 gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In dieser Ausführungsform hat jede Bürstenanordnung, wie in 8 gezeigt, ein Führungselement 72 mit einem Körper 74 und einem Paar von Führungszapfen 76, die sich radial von dem Körper 74 erstrecken, eine zwischen den Führungszapfen 76 gehaltene Bürste 60, ein (nicht dargestelltes) elastisches Element, das die Bürste 60 in Gleitkontakt mit dem Kommutator drückt, und einen Leiter 68, der die Bürste mit einem entsprechenden Stromanschluss (nicht gezeigt) an der Basisplatte 44 elektrisch verbindet. Der Körper 74 des Führungselements 72 ist an der Basisplatte 44 an einer Position befestigt, die radial auf die entsprechende Bürstenhalterung 56 ausgerichtet ist. Die Führungszapfen 76 erstrecken sich in die Bürstenhalterungen 56 hinein, um die Bürste 60 derart zu führen, dass diese sich unter Beaufschlagung durch das elastische Element in Gleitkontakt mit dem Kommutator befindet.
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Vorzugsweise ist der Körper 74 durch ein Paar von Befestigungsarmen 80, die sich von dem Körper axial durch Öffnungen in der Basisplatte erstrecken, an der Endkappe 34 befestigt. Jeder Befestigungsarm 80 hat einen hinterschnittenen Kopf 82 mit einer nach hinten weisenden Schulter 84, die derart angeordnet ist, dass sie gegen eine Fläche der Endkappe drückt und dabei eine Einpressverbindung in der Art einer Schnapp- oder Rastverbindung bildet.
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In den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann das Ringmagnet-Element die natürliche Frequenz des Ständers verbessern und seine Vibrationsamplitude verringern. Verglichen mit eckigen Gehäusen hat das Rundgehäuse eine gleichmäßigere Form, was zu einem geräuschärmeren Motor führt. Der Ständer bildet eine Einhausung, so dass das Geräusch in dem Motor nicht nach außen dringen kann. Die Konfiguration der Läuferpole, die zur Welle geneigt sind, reduziert elektromagnetische harmonische Schwingungen und Vibrationen. Insgesamt ist der Motor geräuscharm und vibrationsarm.
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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.
