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Technisches Gebiet
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Diese Erfindung betrifft allgemein einen Bürstenmotor und insbesondere einen Bürstenmotor mit kompakt ausgebildeter Welle und ein Kühlgebläse, das einen solchen Bürstenmotor umfasst.
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Hintergrund der Erfindung
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Ein Bürstenmotor umfasst einen Ständer, einen Läufer und eine Endkappe. Der Läufer umfasst eine Welle mit einem Läuferkern und einen daran befestigten Kommutator. Windungen sind auf den Läuferkern aufgewickelt und enden an dem Kommutator. Der Läuferkern und der Kommutator sind typischerweise Seite an Seite mit einem definierten Abstand dazwischen auf der Welle angeordnet. So eine Anordnung verlängert eine axiale Länge des Motors und folglich ist der Motor nicht für Miniaturisierungsanwendungen geeignet, die eine kurze axiale Länge erfordern, wie zum Beispiel Kühlgebläse in bestimmten Kraftfahrzeugen.
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Daher gibt es einen Wunsch nach einem verbesserten Motor, der die oben beschriebenen Nachteile überwindet. Es ist insbesondere wünschenswert, ein kompaktes Motordesign mit einer kurzen Welle für solche Anwendungen, wie etwa Kraftfahrzeugkühlgebläse, zu haben.
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Kurze Zusammenfassung der Erfindung
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Gemäß einem ersten Aspekt schafft die vorliegende Erfindung einen Bürstenmotor umfassend: einen Ständer, umfassend: ein Gehäuse, das ein erstes Ende und ein zweites Ende hat; und eine Mehrzahl von Magneten, die an einer inneren Fläche des Gehäuses angebracht sind; eine Bürstenanordnung, die hinsichtlich des Ständers fixiert ist und an dem ersten Ende des Gehäuses angeordnet ist; und einen Läufer, der in dem Gehäuse des Ständers angeordnet ist und umfasst: eine Welle; einen Läuferkern, der an der Welle befestigt ist und eine ringförmige Seitenwand und einen Befestigungsabschnitt enthält, der darin eine Mehrzahl von Durchgangslöchern benachbart zu der Seitenwand hat, wobei die ringförmige Seitenwand und der Befestigungsabschnitt einen Aufnahmeraum definieren; einen Kommutator, der in dem Aufnahmeraum des Läuferkerns angeordnet ist und eine Mehrzahl von leitenden Segmenten aufweist, die im Wesentlichen parallel zu der ringförmigen Seitenwand sind, wobei jedes der Mehrzahl der leitenden Segmente ein Bein aufweist, das den Befestigungsabschnitt des Läuferkerns durch ein entsprechendes Durchgangsloch durchdringt; und Wicklungen, die auf den Läuferkern gewickelt sind und elektrisch mit dem Kommutator gekoppelt sind.
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Gemäß einem zweiten Aspekt schafft die vorliegende Erfindung einen Bürstenmotor, umfassend: einen angeordneten Läufer umfassend: eine Welle; einen Läuferkern, der an der Welle befestigt ist und eine ringförmige Seitenwand umfasst, die eine Mehrzahl von Zähnen, die sich davon erstrecken, und einen Befestigungsabschnitt aufweist, der darin eine Mehrzahl von Durchgangslöchern benachbart zu der Seitenwand hat, wobei die ringförmige Seitenwand und der Befestigungsabschnitt einen Aufnahmeraum definieren; ein Kommutator, der in dem Aufnahmeraum des Läuferkerns angeordnet ist und eine Mehrzahl von leitenden Segmenten umfasst, die im Wesentlichen parallel zu der ringförmigen Seitenwand sind, wobei jedes der Mehrzahl der leitenden Segmente ein Bein aufweist, der den Befestigungsabschnitt des Läuferkerns durch ein entsprechendes Durchgangsloch durchdringt; und Wicklungen, die auf die Mehrzahl von Zähnen, die sich von der ringförmiger Seitenwand von dem Läuferkern erstrecken, gewickelt sind und elektrisch mit dem Kommutator verbunden sind; einen Ständer umfassend: ein den Läuferkern, der ein erstes und ein zweites Ende hat, umgebendes Gehäuse; eine Mehrzahl von Magneten, die an der inneren Fläche des Gehäuses angebracht sind; und eine Bürstenanordnung, die stationär an dem ersten Ende des Gehäuses angeordnet ist und eine Mehrzahl von Bürsten umfasst, die in dem Aufnahmeraum des Läuferkerns angeordnet sind und in Schleifkontakt mit den leitenden Segmenten des Kommutators stehen.
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Gemäß einem dritten Aspekt schafft die vorliegende Erfindung ein Kühlgebläsemodul, das ein Flügelrad und einen Motor umfasst, wobei der Motor umfasst: einen angeordneten Läufer umfassend: eine Welle, die mechanisch mit dem Flügelrad gekoppelt ist; einen Läuferkern, der an der Welle befestigt ist und eine ringförmige Seitenwand umfasst, die eine Mehrzahl von Zähnen aufweist, die sich davon erstrecken, und einen Befestigungsabschnitt aufweist, der darin eine Mehrzahl von Durchgangslöchern benachbart zu der Seitenwand hat, wobei die ringförmige Seitenwand und der Befestigungsabschnitt einen Aufnahmeraum definieren; einen Kommutator, der in dem Aufnahmeraum des Läuferkerns angeordnet ist und eine Mehrzahl von leitenden Segmenten umfasst, die im Wesentlichen parallel zu der ringförmigen Seitenwand sind, wobei jedes der Mehrzahl der leitenden Segmente ein Bein hat, das den Befestigungsabschnitt des Läuferkerns durch ein entsprechendes Durchgangsloch durchdringt; und auf die Mehrzahl von Zähnen gewickelte Wicklungen, die sich von der ringförmigen Seitenwand des Läuferkerns erstrecken und elektrisch mit dem Kommutator verbunden sind; einen Ständer umfassend: ein den Läuferkern, der ein erstes und ein zweites Ende hat, umgebendes Gehäuse; eine an dem ersten Ende des Gehäuses angebrachte erste Endkappe, und ein mit einem ersten Abschnitt der Welle gekoppeltes erstes Lager; eine an dem zweiten Ende des Gehäuses angebrachte zweite Endkappe, und ein mit einem zweiten Abschnitt der Welle gekoppeltes zweites Lager hat; und eine Mehrzahl von an einer inneren Fläche des Gehäuses angebrachten Magnete; und eine stationär an der ersten Endkappe angeordnete Bürstenanordnung, die eine Mehrzahl von Bürsten umfasst, die in dem Aufnahmeraum des Läuferkerns angeordnet sind und in Schleifkontakt mit den leitenden Segmenten des Kommutators stehen.
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Vorzugsweise umfasst der Läuferkern eine Mehrzahl von sich von einem äußeren Umfang der ringförmigen Seitenwand erstreckenden Zähnen, wobei die Wicklungen auf die Mehrzahl von Zähnen gewickelt sind.
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Vorzugsweise ist der Befestigungsabschnitt des Läuferkerns einstückig mit der ringförmigen Seitenwand des Läuferkerns des Läufers gebildet.
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Vorzugsweise sind die Durchgangslöcher in dem Befestigungsabschnitt im Wesentlichen äquidistant in einem Kreis nahe der ringförmigen Seitenwand des Läuferkerns beabstandet.
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Vorzugsweise umfasst der Kommutator einen isolierenden Rahmen; wobei jedes der Mehrzahl von leitenden Segmenten einen Kontaktabschnitt umfasst, der an dem isolierenden Rahmen befestigt ist; und wobei das Bein eines jeden der Mehrzahl der leitenden Segmente sich von diesem Kontaktabschnitt erstreckt.
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Vorzugsweise ist der isolierende Rahmen des Kommutators an einer inneren Fläche der ringförmigen Seitenwand des Läuferkerns angebracht.
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Alternativ ist der Kommutator an der Welle des Läufers, vorzugsweise durch den isolierenden Rahmen befestigt.
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Vorzugsweise umfasst der isolierende Rahmen des Kommutators eine Mehrzahl von sich durch die Durchgangslöcher in dem Befestigungsabschnitt des Läuferkerns erstreckenden Laschen, die die Beine der Mehrzahl von leitenden Segmenten von dem Läuferkern isolieren.
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Vorzugsweise ist der Kommutator vollständig in den von der ringförmigen Seitenwand und dem Befestigungsabschnitt des Läuferkerns definierten Aufnahmeraum aufgenommen.
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Vorzugsweise umfasst der Ständer eine erste Endkappe und eine zweite Endkappe, die an dem Gehäuse befestigt sind, wobei die Bürstenanordnung an der ersten Endkappe angebracht ist.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird im Folgenden nur beispielhaft mit Bezug auf die Figuren und beiliegenden Zeichnungen beschrieben. In den Figuren werden identische Vorrichtungen, Elemente oder Teile, die in mehr als einer Figur auftauchen, in allen Figuren, in denen sie auftauchen, mit demselben Bezugszeichen bezeichnet. Abmessungen von Elementen und besondere Merkmale, die in den Figuren gezeigt sind, wurden im Allgemeinen wegen der Einfachheit und Klarheit der Darstellung gewählt und sind nicht zwingend maßstäblich gezeigt. Die Figuren sind unten aufgelistet.
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1 ist eine Isometrieansicht eines Kühlgebläses gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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2 ist eine Explosionsteilansicht des Kühlgebläses aus 1;
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3 ist eine Explosionsansicht eines Bürstenmotors, der bei dem in 2 gezeigten Kühlgebläse, verwendet werden kann;
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4 stellt den Bürstenmotor aus 3 in einem anderen Blickwinkel dar;
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5 stellt den Läuferkern und den Kommutator des in den 3 und 4 gezeigten Bürstenmotors dar, wobei der Läuferkern und der Kommutator in einem zerlegten Zustand sind;
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6 ist eine Zusammenbauansicht des Läuferkerns und des Kommutators aus 5 von unten;
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7 ist eine Querschnittsansicht des Bürstenmotors des Kühlgebläses aus 2; und
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8 ist eine Querschnittsansicht, ähnlich zu 7, die einen modifizierten Kommutator darstellt.
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Genaue Beschreibung der Ausführungsformen
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Gemäß den 1 und 2, auf die nun Bezug genommen wird, umfasst ein Kühlgebläse 10 ein Flügelrad 11 und einen Motor 12 zum Drehen des Flügelrads. Entsprechend der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Motor 12 ein Bürstenmotor mit einer sich aus seinem Gehäuse erstreckenden Welle 31. Das Flügelrad 11 umfasst eine Nabe 13 und eine Mehrzahl von sich radial von einem Umfang der Nabe 13 erstreckenden Schaufeln 14. Nabe 13 definiert darin ein Befestigungsloch 15, in dem die Welle pressgepasst ist, so dass das Flügelrad 11 integral mit der Welle 31 des Motors 12 dreht.
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Gemäß den 3 und 4, auf die nun ebenso Bezug genommen wird, umfasst der Motor 12 einen Ständer 20, einen Läufer 30 und eine Bürstenanordnung 35. Der Ständer 20 umfasst ein Gehäuse 21 mit zwei an zwei gegenüberliegenden axialen Enden definierten Öffnungen, eine Mehrzahl von an einer inneren Fläche des Gehäuses 21 angebrachten Magneten 22 und zwei die beiden Öffnungen des Gehäuses 21 abdeckende Endkappen 23 und 24. Die Bürstenanordnung 25 ist relativ zu dem Gehäuse 21 fixiert. Vorzugsweise ist die Bürstenanordnung 25 an die Endkappe 24 montiert und umfasst eine Basis 26 und eine Mehrzahl von an der Basis 26 montierten Bürsten 27. Entsprechend einer konkreten Ausführungsform ist die Basis 26 in Form einer kreisförmigen Scheibe an einer inneren axialen Fläche der Endkappe 24 angebracht. Jede Bürste 27 ist in einem jeweiligen Bürstenhalter 28 aufgenommen, der an der Basis 26 befestigt sein kann oder integral mit der Basis 26 als eine monolithische Konstruktion durch Spritzgießen gebildet seinkann.
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Der Läufer 30 ist drehbar in dem Gehäuse 21 des Ständers 20 angeordnet, wobei die Enden der Welle 31 durch Lager 29 an den Endkappen 23 und 24 abgestützt sind. Der Läufer 30 umfasst einen an der Welle 31 fixierten Läuferkern 32, auf den Läuferkern 32 gewickelte Wicklungen 33 und einen Kommutator 34.
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Gemäß den 5 und 6, auf die nun Bezug genommen wird, ist der Läuferkern 32 durch Stapeln einer Mehrzahl aus einem magnetischen Material gebildeten Kernbleche gefertigt. Die Kernbleche bilden eine ringförmige Seitenwand 35 und eine Mehrzahl von Zähnen 36, die sich von einem äußeren Umfang der ringförmigen Seitenwand 35 erstrecken. Der Läuferkern hat ebenso einen Boden- oder Befestigungsabschnitt 37, der in einem zentralen Bereich der ringförmigen Seitenwand 35 gebildet ist. Der Montagabschnitt 37 hat eine axiale Länge, die kürzer als die der ringförmigen Seitenwand 35 ist. Der zentrale Bereich der ringförmigen Seitenwand 35 und des Montageabschnitts 37 definiert einen Aufnahmeraum 38, wobei der Montageabschnitt 37 den Boden des Aufnahmeraums bildet. Entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Montageabschnitt 37 integral als ein Teil der Läuferkernbleche gebildet. Vorzugsweise erstreckt sich eine Anzahl der Kernbleche des Läuferkerns nach innen in Richtung der Welle und bildet den Montageabschnitt, während andere Kernbleche sich nur nach innen erstrecken und die innere Fläche der ringförmigen Seitenwand bilden. Der Montageabschnitt 37 definiert ein Montageloch 39 zum Befestigen des Läuferkerns an Welle 31.
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Der Montageabschnitt 37 definiert weiter eine Mehrzahl von Durchgangslöchern 40, die äquidistant in Umfangsrichtung des Läuferkerns beabstandet sind, so dass die Löcher in einem Kreis gebildet sind, der koaxial mit der ringförmigen Seitenwand ist und einen Radius kleiner als der Radius der ringförmigen Seitenwand hat.
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Der Kommutator 34 umfasst einen isolierenden Rahmen 41 und eine Mehrzahl von an dem Rahmen 41 befestigten leitenden Segmenten 42. Der Rahmen 41 ist im Wesentlichen zylindrisch und die leitenden Segmente 42 sind äquidistant an einer inneren Fläche des Rahmens 41 entlang einer Umfangsrichtung des Rahmens 41 angebracht. Jedes Segment 42 umfasst einen Kontaktabschnitt 43 und ein sich von einem axialen Ende des Kontaktabschnitts 43 erstreckendes Bein 44. Die Segmente 42 können durch Spritzguss mit freiliegendem Bein 44 und einer freiliegenden inneren Fläche des Kontaktabschnitts 43 in dem Rahmen 41 unlösbar gebildet sein. Vorzugsweise bildet der Rahmen 41 eine Mehrzahl von Laschen 45, wobei jede Lasche einem jeweiligen Bein 44 entspricht. Eine Länge der Lasche 45 in einer axialen Richtung des Kommutators 34 ist kleiner als die des Beins 44 entlang derselben Richtung.
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Während des Zusammenbauens wird der Kommutator 34 in dem Aufnahmeraum 38 des Läuferkerns 32 positioniert, wobei ein äußerer Umfang des Kommutators 34 an einem inneren Umfang der ringförmigen Seitenwand 35 des Läuferkerns 32 angebracht wird. Die Beine 44 des Kommutators 34 ragen durch jeweilige Durchgangslöcher 40 in den Montageabschnitt 37 und springen von dem Läuferkern 32 zum elektrischen Verbinden mit den Wicklungen 33 vor. Die Laschen 45 des Rahmens 41 erstrecken sich ebenso durch entsprechende Durchgangslöcher 40 und isolieren die Beine 44 von dem Läuferkern 32. Entsprechend der vorliegenden Erfindung verringert das Positionieren des Kommutators 34 in dem Aufnahmeraum 38 des Läuferkerns 32 wesentlich die gesamte axiale Länge des Läufers 30.
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Gemäß 7, auf die nun Bezug genommen wird, ist der Läufer 30 nach dem Zusammenbauen in dem Ständer 20 positioniert und die beiden Enden der Welle 31 sind durch die beiden in den Endkappen 23 und 24 fixierten Lager 29 abgestützt. Ein Luftspalt zwischen den Magneten 22 des Ständers 20 und den Zähnen 36 des Läufers 30 ermöglicht, dass der Läufer 30 sich gegenüber dem Ständer 20 zu drehen kann. Die Bürsten 27 sind in dem Aufnahmeraum 38 des Läuferkerns 32 angeordnet, um einen Schleifkontakt mit den Kontaktabschnitten 43 des Kommutators 34 herzustellen, wenn sich der Läufer 30 aufgrund von Drängkräften elastischer Elemente, wie etwa Federn in Bürstenhaltern 28 (nicht in den Zeichnungen gezeigt), dreht.
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Alternativ kann der isolierende Rahmen 41, wie in 8 gezeigt, einen sich radial erstreckenden Flansch aufweisen, der an die Welle pressgepasst ist. Die Laschen 45 sind auf einer von den Kommutatorsegmenten entfernt liegenden Fläche des Flansches gebildet und erstrecken sich zum Isolieren der Beine von dem Läuferkern durch die Durchgangslöcher 40 des Montageabschnitts des Läuferkerns. Diese Anordnung verhindert auch, dass sich der Kommutator gegenüber dem Läuferkern dreht.
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Mittlerweile sollte zur Kenntnis genommen worden sein, dass ein Bürstenmotor mit einer kompakten Welle geschaffen worden ist. Entsprechend der vorliegenden Erfindung hat der Bürstenmotor einen Läuferkern mit einer einen Aufnahmeraum bildenden ringförmigen Seitenwand. Die Läuferwicklungen sind auf die Zähne auf einer äußeren Fläche der ringförmigen Seitenwand gewickelt. Der Kommutator ist in dem Aufnahmeraum angeordnet. Der Kommutator hat Beine, die sich durch Löcher in einem Montageabschnitt des Läuferkerns erstrecken, der einen Boden des Aufnahmeraums bildet, um mit den Wicklungen verbunden zu werden. Solch eine Auslegung, bei der ein Kommutator in dem Aufnahmeraum eine kurze Welle ermöglicht, ist vorteilhaft bei kompakten Motorauslegungen und Anwendungen. Solch eine Kompaktwellenmotorauslegung ist beispielhaft vorteilhaft bei der Auslegung eines Kühlgebläsemoduls für gewisse Kraftfahrzeuge mit begrenztem Motorraum.
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Obwohl die Erfindung mit Bezug auf eine oder mehrere bevorzugte Ausführungsformen beschrieben worden ist, sollte von den Fachleuten zur Kenntnis genommen werden, dass verschiedene Modifikationen möglich sind. Daher wird der Rahmen der Erfindung durch den Bezug auf die folgenden Patentansprüche bestimmt.
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Obwohl der Motor beispielsweise mit einem teilweise in den Aufnahmeraum des Läuferkerns aufgenommenen Kommutator gezeigt worden ist, kann der Kommutator vollständig in dem Aufnahmeraum des Läuferkerns angeordnet sein.
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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.
