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BEZEICHNUNG
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Bürstenloser Gleichstrommotor und Läufer davon
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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die Erfindung betrifft bürstenlose Gleichstrommotoren und insbesondere einen Läufer eines bürstenlosen Gleichstrommotors.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Mit der industriellen Entwicklung gewinnen Kraftmaschinen in verschiedenen Produktionsfeldern zunehmend an Bedeutung. Bürstenlose Gleichstrommotoren (BLCD-Motoren), deren Leistungsanpassung ausgezeichnet ist, sind für ihre Verwendung in einer Vielfalt von Antriebsaggregaten bekannt.
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Gewöhnlich ist ein Läufer eines fachbekannten BLCD-Motors derart ausgebildet, dass seine magnetische Flussdichte hoch ist, damit eine hohe Leistungsdichte bereitgestellt werden kann. Dadurch, dass der Läufer bezüglich Größe und Material Einschränkungen unterliegt, ist auch die Leistungsdichte des Motors entsprechend eingeschränkt.
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Der Fachmann ist daher bestrebt, einen Motor bereitzustellen, der einen Läufer hat, der zuverlässig ist und eine hohe Leistungsdichte liefern kann.
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KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Läufer eines Motors angegeben, umfassend: eine Welle; eine erste Endplatte, die einen ersten Hauptkörper und eine Vielzahl von zu dem ersten Hauptkörper senkrechten ersten Stiften umfasst; eine zweite Endplatte, die einen zweiten Hauptkörper und eine Vielzahl von zu dem zweiten Hauptkörper senkrechten zweiten Stiften umfasst; eine Vielzahl von Kernen, die zwischen der ersten und der zweiten Endplatte angeordnet sind, wobei die Kerne in einer Umfangsrichtung gleichmäßig voneinander beabstandet sind, zwischen benachbarten Kernen ein Zwischenraum definiert ist, jeder der Kerne eine Durchgangsöffnung definiert, in die einer der ersten Stifte und einer der zweiten Stifte eingesetzt ist, und eine Summe der Längen der ersten und der zweiten Stifte in derselben Durchgangsöffnung nicht größer ist als die Länge der Durchgangsöffnung; und eine Vielzahl von Magneten, deren jeder in einem jeweiligen Zwischenraum zwischen den Kernen aufgenommen ist.
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Vorzugsweise umfassen die ersten Stifte eine Vielzahl von ersten langen Stiften und eine Vielzahl von ersten kurzen Stiften. Die zweiten Stifte umfassen eine Vielzahl von zweiten langen Stiften und eine Vielzahl von zweiten kurzen Stiften. Jeder erste lange Stift und ein entsprechender zweiter kurzer Stifte befinden sich in derselben Durchgangsöffnung. Jeder erste kurze Stift und ein entsprechender zweiter langer Stift befinden sich in derselben Durchgangsöffnung, und eine Summe der Längen des ersten kurzen Stifts und des entsprechenden zweiten langen Stifts ist die gleiche wie die Summe der Längen des ersten langen Stifts und des entsprechenden zweiten kurzen Stifts.
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Vorzugsweise wechseln die ersten langen Stifte und die ersten kurzen Stifte einander in der Umfangsrichtung ab, und die zweiten langen Stifte und die zweiten kurzen Stifte wechseln einander in der Umfangsrichtung ab, wobei zwischen dem ersten kurzen Stift und dem entsprechenden zweiten langen Stift ein Spalt gebildet ist und wobei zwischen dem ersten langen Stift und dem entsprechenden zweiten kurzen Stift ein Spalt gebildet ist.
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Vorzugsweise beträgt die Länge des ersten langen Stifts das Zweifache der Länge des ersten kurzen Stifts.
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Vorzugsweise entspricht ein Querschnitt der Durchgangsöffnung einem Querschnitt des ersten und des zweiten Stifts.
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Vorzugsweise sind die Querschnitte des ersten und des zweiten Stifts oval.
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Vorzugsweise deckt ein Gehäuse die Magnete und die Kerne ab und umschließt die Magnete und die Kerne, wobei das Gehäuse aus einem magnetisch durchlässigen Material besteht.
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Vorzugsweise besteht das Gehäuse aus rostfreiem Stahl.
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Vorzugsweise umfasst das Gehäuse zwei separate Zylinder.
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Vorzugsweise ist die Welle durch Umspritzen mit der ersten Endplatte fixiert.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Läufer eines Motors angegeben, umfassend: eine Welle; eine erste Endplatte; eine zweite Endplatte; eine Vielzahl von Kernen, die zwischen der ersten und der zweiten Endplatte angeordnet sind, wobei die Kerne in einer Umfangsrichtung gleichmäßig voneinander beabstandet sind und zwischen benachbarten Kernen ein Zwischenraum definiert ist; eine Vielzahl von Magneten, deren jeder in einem jeweiligen Zwischenraum zwischen der Kernen aufgenommen ist, wobei die Magnete in Umfangsrichtung magnetisiert sind, um ihren Seitenflächen in der Umfangsrichtung entsprechende Polaritäten zu verleihen; und ein Gehäuse aus einem magnetisch durchlässigen Material, wobei das Gehäuse Außenflächen der Magnete und der Kerne in der radialen Richtung abdeckt und umschließt.
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Vorzugsweise sind an mindestens einer der ersten und der zweiten Endplatte Befestigungsstifte gebildet, wobei die Kerne den Stiften entsprechende Durchgangsöffnungen definieren.
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Vorzugsweise umfassen die Stifte eine Vielzahl von ersten langen Stiften und eine Vielzahl von ersten kurzen Stiften, die sich von der ersten Endplatte erstrecken, und eine Vielzahl von zweiten langen Stiften und eine Vielzahl von zweiten kurzen Stiften, die sich von der zweiten Endplatte erstrecken, wobei jeder der ersten langen Stifte und ein entsprechender zweiter kurzer Stift von den jeweiligen Enden des Kerns in eine entsprechende Durchgangsöffnung eingesetzt sind und wobei jeder der ersten kurzen Stifte und ein entsprechender zweiter langer Stift von den jeweiligen Enden des Kerns in eine entsprechende Durchgangsöffnung eingesetzt sind.
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Vorzugsweise besteht das Gehäuse aus rostfreiem Stahl, und die Dicke des Gehäuses beträgt 0,1 bis 0,3 mm.
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Vorzugsweise erstreckt sich eine Innenfläche des Magnets in der radialen Richtung über die Kerne hinaus und liegt im Inneren der Kerne.
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Vorzugsweise ist der Magnet quaderförmig und symmetrisch.
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Vorzugsweise definiert das Gehäuse eine Nut und die erste Endplatte einen Lappen oder das Gehäuse einen Lappen und die erste Endplatte eine Nut; das Gehäuse definiert eine Nut und die zweite Endplatte einen Lappen oder das Gehäuse einen Lappen und die zweite Endplatte eine Nut, wobei die Lappen und die Nuten ineinandergreifen, um das Gehäuse und die erste Platte und die zweite Platte miteinander zu verbinden.
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Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein bürstenloser Gleichstrommotor angegeben, umfassend: einen Ständer; und einen Läufer, umfassend: eine Welle; eine erste Endplatte; eine zweite Endplatte; eine Vielzahl von Kernen, die zwischen der ersten Endplatte und der zweiten Endplatte angeordnet sind, wobei die Kerne in einer Umfangsrichtung gleichmäßig voneinander beabstandet sind und zwischen benachbarten Kernen ein Zwischenraum gebildet ist; eine Vielzahl von Magneten, deren jeder in einem jeweiligen Raum zwischen den Kernen aufgenommen ist, wobei die Magnete in Umfangsrichtung magnetisiert sind, um ihren Seitenflächen in der Umfangsrichtung entsprechende Polaritäten zu verleihen; und ein Gehäuse aus magnetisch durchlässigem Material, wobei das Gehäuse Außenflächen der Magnete und der Kerne in der radialen Richtung umschließt und abdeckt.
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Vorzugsweise beträgt ein Luftspalt zwischen einer Außenfläche des Gehäuses und dem Ständer 0,1 bis 0,7 mm.
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Vorzugsweise erstreckt sich eine Vielzahl von ersten langen Stiften und eine Vielzahl von ersten kurzen Stiften von der ersten Endplatte, und eine Vielzahl von zweiten langen Stiften und eine Vielzahl von zweiten kurzen Stiften erstreckt sich von der zweiten Endplatte, wobei jeder der ersten langen Stifte und ein entsprechender zweiter kurzer Stift von den jeweiligen Enden des Kerns in eine entsprechende Durchgangsöffnung eingesetzt sind und wobei jeder der ersten kurzen Stifte und ein entsprechender zweiter langer Stift von den jeweiligen Enden des Kerns in eine Durchgangsöffnung eingesetzt sind.
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Vorzugsweise besteht das Gehäuse aus rostfreiem Stahl.
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Wahlweise beträgt eine Dicke des Gehäuses 0,1 bis 0,3 mm.
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Vorzugsweise ist der Magnet quaderförmig und symmetrisch, wobei sich eine Innenfläche des Magnets in der radialen Richtung über die Kerne hinaus erstreckt und im Inneren der Kerne liegt.
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Vorzugsweise definiert das Gehäuse eine Nut und die erste Endplatte einen Lappen oder das Gehäuse einen Lappen und die erste Endplatte eine Nut; das Gehäuse definiert eine Nut und die zweite Endplatte einen Lappen oder das Gehäuse einen Lappen und die zweite Endplatte eine Nut, wobei die Lappen und die Nuten ineinandergreifen, um das Gehäuse und die erste Platte und die zweite Platte miteinander zu verbinden.
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Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung lassen sich erzielen durch eine geeignete und sinnvolle Kombination der vorstehenden bevorzugten Merkmale.
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Im Gegensatz zu der üblichen Erfahrung hat vorliegende Erfindung einen Läufer mit einem Gehäuse aus einem magnetischen Material. Auch sind Stifte der Läuferendplatten mit einer bestimmten Länge ausgebildet, wodurch die Spannug in dem Läufer verteilt wird und der Läufer stabiler und zuverlässiger wird.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Bevorzugte Ausführungsform der Erfindung werden nunmehr anhand eines Beispiels beschrieben, wobei auf die anliegenden Zeichnungen Bezug genommen wird. Identische Strukturen, Elemente oder Teile, die in mehr als einer Zeichnungsfigur erscheinen, sind in sämtlichen Figuren, in denen sie erscheinen, grundsätzlich identisch gekennzeichnet. Die Dimensionen von Komponenten und Merkmalen sind im Hinblick auf eine übersichtliche Darstellung gewählt und sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu dargestellt. Die Figuren sind nachstehend aufgelistet.
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1 ist eine Schnittansicht eines BLDC-Motors gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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2 ist eine isometrische Ansicht eines Läufers des BLDC-Motors von 1;
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3 ist eine auseinandergezogene Darstellung des Läufers von 2;
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4 zeigt einen Axialschnitt des Läufers von 2;
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5 ist eine isometrische Ansicht einer ersten Endplatte des Läufers von 2;
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6 ist eine isometrische Ansicht einer zweiten Endplatte des Läufers von 2;
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7 zeigt einen Querschnitt des Läufers von 2;
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8 ist eine isometrische Ansicht eines Kerns des Läufers von 2;
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9 ist eine isometrische Ansicht eines Läufers gemäß einer zweiten Ausführungsform;
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10 ist eine auseinandergezogene Darstellung des Läufers von 9;
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11 zeigt einen Querschnitt des Läufers von 9.
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DETAILBESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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1 ist eine isometrische Ansicht eines BLCD-Motors 1 gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Motor 1 hat einen gewickelten Ständer 2 und einen Permanentmagnetläufer 5, der sich relativ zu dem Ständer 1 drehen kann. Ein Luftspalt 3 ist zwischen einer Innenfläche des Ständers 2 und einer Außenfläche des Läufers 5 definiert und erlaubt eine Drehung des Läufers gegenüber dem Ständer.
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Die 2 bis 4 zeigen den Läufer 5 des Motors 1 von 1. In dieser Ausführungsform ist der Läufer 5 in dem Ständer 2 angeordnet. Der Läufer 5 hat eine Welle 20, Magnete 60, Kerne 70, Endplatten 40 und 50 und ein Gehäuse 30. Es sind mehrere Magnete 60 und Kerne 70 vorgesehen, die in der Umfangsrichtung einander abwechselnd angeordnet sind. Die Magnete 70 und die Kerne 60 bilden zusammenwirkend eine um die Welle 20 angeordnete Säule. Die Endplatten 40 und 50 sind an den jeweiligen Enden der Säule angeordnet, und das Gehäuse 30 umschließt die Säule und die Endplatten. Die Welle 20 erstreckt sich in einer axialen Richtung durch die Säule.
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Das Gehäuse 30 besteht aus magnetisch durchlässigem Material, vorzugsweise aus rostfreiem Stahl. In dieser Ausführungsform ist das Gehäuse 30 zweiteilig ausgebildet. Jeder Gehäuseteil bildet einen Hohlzylinder mit einem Flansch 32, der sich von einem Ende des Zylinders radial nach innen erstreckt. Die beiden Teile des Gehäuses 30 sind jeweils von den gegenüberliegenden Enden der Magnete 60 und der Kerne 70 montiert. Die beiden Flansche 32 stoßen jeweils an die Endplatten 40 und 50. Die Magnete 60 und die Kerne 70 sind durch die zusammenwirkenden Zylinder in den beiden Zylindern gehalten. Dadurch ist der Läufer 5 als komplette Einheit vormontiert. Vorzugsweise sind die Innenflächen der Gehäuseteile und/oder die Außenflächen der Magnete 60 und der Kerne 70 mit Klebstoff beschichtet, um das Gehäuse 30 an den Magneten 60 und den Kernen 70 festzulegen. Vorzugsweise beträgt eine Dicke des Gehäuses 30 in der radialen Richtung, d. h. eine Dicke zwischen der Innenfläche und der Außenfläche des Gehäuses 30, etwa 0,1 bis 0,3 mm. Zur drehbaren Lagerung des Läufers an dem Ständer 2 ist ein Lager 10 an jedem Ende des Rotors 5 befestigt.
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5 zeigt die erste Endplatte 40 des Läufers 5 von 2. In dieser Ausführungsform hat die erste Endplatte 40 einen ersten Hauptkörper 42, eine Vielzahl von ersten Stiften 44, 46 und eine erste Hülse 48. Der erste Hauptkörper 42 ist allgemein scheibenförmig. Die ersten Stifte 44, 46 umfassen eine Vielzahl von ersten kurzen Stiften 44 und eine Vielzahl von ersten langen Stiften 46. Die ersten Stifte 44, 46 sind an einer Fläche des ersten Hauptkörpers 42 befestigt und sind rund um die Achse des ersten Hauptkörpers 42 angeordnet und gleichmäßig voneinander beabstandet. Jeder der ersten Stifte 44, 46 erstreckt sich vorzugsweise von der Fläche des ersten Hauptkörpers 42.
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Die erste Hülse 48 ist an dem zentralen Bereich des ersten Hauptkörpers 42 angeordnet. Die erste Hülse 48 ist allgemein prismatisch. In dieser Ausführungsform ist ein Querschnitt der ersten Hülse 48 allgemein achteckförmig, wie in 7 gezeigt. Dementsprechend sind acht Magnete 60 und acht Kerne 70 vorhanden. Die acht Seitenwände der ersten Hülse 48 befinden sich jeweils in Kontakt mit den acht Magneten 60. Ein Prisma erstreckt sich von jeder Kante der ersten Hülse 48 radial und nach außen. In dieser Ausführungsform ist eine Außenseite des Prismas in der radialen Richtung ebenflächig. Die acht Kerne 70 befinden sich jeweils in Kontakt mit den Außenseiten der Prismen. Eine axiale Öffnung ist in einem zentralen Bereich der ersten Hülse definiert, wobei sich die Welle 20 durch diese hindurch erstreckt.
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In einer bevorzugten Ausführungsform sind der erste Hauptkörper 42, die ersten kurzen Stifte 44, die ersten langen Stifte 46 und die erste Hülse 48 durch ein Spritzgussverfahren einstückig ausgebildet, und die erste Hülse 48 ist durch Umspritzen an der Welle 20 montiert. Die Welle 20 ist auf diese Weise in der ersten Hülse 48 fixiert und dreht sich mit der ersten Hülse 48. Es versteht sich, dass der erste Hauptkörper 42, die ersten Stifte 44, 46 und die erste Hülse 48 separat ausgebildet und anschließend zusammengesetzt werden können und dass die erste Hülse eine Presspassung auf der Welle bilden könnte.
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In dieser Ausführungsform haben die ersten kurzen Stifte 44 und die ersten langen Stifte 46 jeweils einen ovalen Querschnitt, wobei sich ihre Hauptachse radial erstreckt. Die ersten kurzen Stifte 44 und die ersten langen Stifte 46 sind jeweils in einer Anzahl von vier vorhanden und sind in Umfangsrichtung einander abwechselnd angeordnet und voneinander beabstandet.
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6 zeigt die zweite Endplatte 50 des Läufers 5 von 2. In dieser Ausführungsform hat die zweite Endplatte 50 einen zweiten Hauptkörper 52, eine Vielzahl von zweiten Stiften 54, 56 und eine zweite Hülse 58. Der zweite Hauptkörper 52 ist allgemein scheibenförmig. Die zweiten Stifte 54, 56 umfassen eine Vielzahl von zweiten langen Stiften 54 und eine Vielzahl von zweiten kurzen Stiften 56. Die zweiten Stifte 54, 56 sind an einer Fläche des zweiten Hauptkörpers 52 befestigt, sind rund um die Achse angeordnet und gleichmäßig voneinander beabstandet. Jeder der zweiten Stifte 54, 56 erstreckt sich nach außen und senkrecht von der Fläche des zweiten Hauptkörpers 52. In der axialen Richtung sind die zweiten langen Stifte 54 und die ersten kurzen Stifte 44 aufeinander ausgerichtet, und die zweiten kurzen Stifte 56 und die ersten langen Stifte 46 sind aufeinander ausgerichtet. Die zweite Hülse 58 hat einen ähnlichen Querschnitt wie die erste Hülse 48, doch ist ihre axiale Länge wesentlich kürzer als die der ersten Hülse 48. Die zweite Hülse 58 bildet eine Verlängerung der ersten Hülse 48 und ist an der Welle 20 befestigt. Die zweiten langen Stifte 54 und die zweiten kurzen Stifte 56 haben jeweils einen ovalen Querschnitt, wobei sich ihre Hauptachse radial erstreckt, ebenso wie bei den ersten Stiften 44, 46.
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Die erste Endplatte 40 und die zweite Endplatte 50 sind jeweils von den einander gegenüberliegenden Enden der Welle 20 montiert. Jeder erste kurze Stift 44 ist koaxial zu einem entsprechenden zweiten langen Stift 54, und jeder erste lange Stift 46 ist koaxial zu einem entsprechenden zweiten kurzen Stift 56. Jeder der Kerne 70 definiert eine Durchgangsöffnung 72, die auf die entsprechenden ersten und zweiten Stifte 44, 54 bzw. 46, 56 ausgerichtet ist. In einer bevorzugten Ausführungsform entspricht der Querschnitt der Durchgangsöffnungen 72 dem Querschnitt der ersten und zweiten Stifte 44, 46, 54, 56.
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Wie in 7 und 8 gezeigt ist, ist jeder der Kerne 70 allgemein säulenförmig mit einem sektorförmigen oder dreieckigen Querschnitt. Die Durchgangsöffnung 72 erstreckt sich axial durch den Kern 70. Eine Außenfläche des Kerns 70 in der radialen Richtung ist ein Teil einer zylindrischen Fläche, die mit der Innenfläche des Gehäuses 30 des Läufers 5 übereinstimmt. Zwei Seitenflächen jedes Kerns 70 sind eben. Eine Innenkante jeder Seitenfläche des Kerns 70, die der Welle 20 benachbart ist, erstreckt sich nach außen und bildet einen innere Rippe 74, und eine Außenkante jeder Seitenfläche, die dem Gehäuse 30 benachbart ist, erstreckt sich nach außen und bildet eine äußere Rippe 76. Die innere und die äußere Rippe 74, 76 erstrecken sich axial.
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Jeder der Magnete 60 ist allgemein quaderförmig und symmetrisch. Die Magnete 60 und die Kerne 70 wechseln einander ab und bilden zusammenwirkend die Säule. Die Teile des Gehäuses 30 sind von dem jeweiligen Ende der Welle 20 her zusammengesetzt, um das Ende der Platten 40, 50 und die durch die Magnete 60 und die Kerne 70 gebildete Säule abzudecken. In einer Ausführungsform sind die Magnete 60 Ferritmagnete. Die Magnete 60 sind umfangsseitig magnetisiert, um ihren Seitenflächen in der Umfangsrichtung entsprechende Polaritäten zu verleihen. Die Polarisationsrichtungen für benachbarte Magnete 60 sind entgegengesetzt. Dadurch haben gegenüberliege Seitenflächen von benachbarten Magneten 60 die gleiche Polarität, wodurch dem dazwischenliegenden Kern 70 die entsprechende Polarität verliehen wird. Demgemäß haben einander abwechselnde Kerne 70 unterschiedliche Polaritäten.
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In dieser Ausführungsform ist die axiale Länge der Magnete 60 und der Kerne 70 üblicherweise gleich. Eine Breite des Magnets 60 ist üblicherweise gleich groß wie ein Abstand zwischen benachbarten Kernen 70 in der Umfangsrichtung. Eine radiale Höhe des Magnets 60 ist geringfügig größer als ein radialer Abstand zwischen den inneren und äußeren Rippen 74, 76 des Kerns 70.
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Die Kerne 70 umschließen die Welle 20 und sind gleichmäßig voneinander beabstandet. Zwischen benachbarten Kernen 70 ist ein Zwischenraum für die Aufnahme eines der Magneten 60 definiert. Der Zwischenraum ist allgemein quaderförmig. Jeder der Magnete 60 ist in einen entsprechenden Zwischenraum eingesetzt. Die äußeren Rippen 76 der Kerne 70 umklammern Kanten der Außenfläche des Magnets 60, und die inneren Rippen 74 umklammern Kanten der Innenfläche des Magnets 60.
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In dieser Ausführungsform liegen die Außenflächen der Magnete 60 und der Kerne 70 an derselben Säule, d. h. sie bilden eine gemeinsame Fläche, die an der Innenfläche des Gehäuses 30 anliegt. Die radial inneren Flächen der Magnete 60 erstrecken sich nach innen über die Innenflächen der Kerne 70 hinaus. Dies vergrößert den Magnetflusspfad zwischen den Innenflächen der benachbarten Kerne 70 und verringert dementsprechend den magnetischen Streufluss. In dieser Ausführungsform sind an den Kanten der Magnete 60 Abfasungen gebildet, die an die Rippen 74, 76 der Kerne 70 angepasst sind.
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Die erste und die zweite Endplatte 40, 50 sind an dem jeweiligen Ende der Welle 20 montiert. Die ersten und die zweiten Stifte 44, 46, 54, 56 der ersten und der zweiten Platte 40, 50 sind in die Durchgangsöffnungen 72 der Kerne 70 eingesetzt. In dieser Ausführungsform sind ein jeweiliger erster kurzer Stift 44 der ersten Endplatte 40 und ein entsprechender zweiter langer Stift 54 der zweiten Endplatte 50 in ihrer Länge komplementär und sind in dieselbe Durchgangsöffnung 72 eingesetzt; und ein jeweiliger erster langer Stift 46 und ein entsprechender zweiter kurzer Stift 56 sind in ihrer Länge komplementär und sind in dieselbe Durchgangsöffnung 72 eingesetzt. Ein schmaler Spalt von wenigen Millimetern ist in derselben Durchgangsöffnung 72 zwischen entsprechenden ersten und zweiten Stiften 44, 54 bzw. 46, 56 gebildet und stellt sicher, dass die Kerne 70 gestützt werden. In dieser Ausführungsform beträgt die Länge der ersten langen Stifte 46 das Zweifache der Länge der ersten kurzen Stifte 44. Es versteht sich jedoch, dass eine Summe der Längen der korrespondierenden ersten und zweiten Stifte in derselben Durchgangsöffnung 72, d. h. der erste lange Stift 46 und der korrespondierende zweite kurze Stift 56 oder der erste kurze Stift 44 und der korrespondierende zweite lange Stift 54, die gleiche Länge wie die Durchgangsöffnung 72 aufweisen können, wobei in diesem Fall kein Spalt zwischen den korrespondierenden ersten und zweiten Stiften 44, 54 bzw. 46, 56 vorhanden ist.
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Der Läufer 5 ist durch ein oder zwei Lager 10, die an einem betreffenden Ende der Welle montiert sind, drehbar gelagert und vorzugsweise an dem Ständer 2 befestigt.
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Während des Betriebs des Motors wird die Beanspruchung der ersten und der zweiten Stifte 44; 46, 54, 56 verringert, da die ersten und die zweiten Stifte 44, 46, 54, 56 der ersten und der zweiten Endplatte 40, 50 in ihrer Länge komplementär sind, wodurch eine Spannungskonzentration in den ersten und den zweiten Stiften 44, 46, 54, 56 vermieden wird. Dementsprechend wird weitgehend verhindert, dass die ersten und die zweiten Stifte 44, 46, 54, 56 in dem Läufer 5 brechen und sich spalten.
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Bei vorliegender Erfindung ist der Läufer 5 eine Kombination von fragmentierten Kernen 70 und Magneten 60. Der Kern 70 zwischen benachbarten Magneten 60 ist polarisiert und hat eine entsprechende Polarität, und die einander abwechselnden Kerne 70 haben unterschiedliche Polarität. Während des Betriebs des Motors 1 verlaufen magnetische Flusslinien von einem Kern 70 mit der Polarität Nord (N) über den Spalt zwischen dem Läufer 5 und dem Ständer 2 in den Ständer, dann über den Spalt 3 erneut zu einem benachbarten Kern 70 mit der Polarität Süd (S). Bei vorliegender Erfindung verringert das Gehäuse 30 des Läufers 5, das aus magnetisch durchlässigen Materialien besteht, eine Entfernung zwischen den Kernen 70 und dem Ständer 2, die der Magnetfluss nicht unterstützt zurücklegen muss. Dementsprechend wird der magnetische Widerstand verringert und dadurch die Magnetflussdichte durch den Luftspalt 3 vergrößert und eine Leistungsdichte des Motors 1 verbessert. Dies steht dem üblichen Wissen entgegen, wonach die Verwendung von magnetisch durchlässigem Material zur Bildung des Gehäuses des Läufers vermieden wird. Jedoch unterstützt das nichtmagnetische Gehäuse die Bewegung des Magnetflusses nicht. Daher wird der Luftspalt in der Tat vergrößert, indem die Entfernung, die der Magnetfluss nicht unterstützt zurücklegen muss, vergrößert wird.
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Ein magnetischer Streufluss entsteht, wenn das Gehäuse 30 des Läufers 5 aus magnetisch durchlässigem Material hergestellt ist, wodurch die Leistung des Motors herabgesetzt wird. Tatsächlich ist bei einem BLDC-Motor, dessen Läufer oberflächenmontierte Magnete hat, der magnetische Streufluss erheblich, wenn das Gehäuse des Läufers aus magnetisch durchlässigem Material besteht. Aus diesem Grund muss nichtmagnetisches Material für das Gehäuse verwendet werden, was lediglich für die Festlegung der Magnete an dem Läuferkern einen Vorteil bringt, nicht aber für die Leistung des Motors. Jedoch vergrößert das nichtmagnetische Gehäuse den magnetischen Widerstand des Magnetflusspfades zwischen dem Läufer und dem Ständer, was als Vergrößerung des Luftspalts des Motors betrachtet werden kann, wodurch wiederum die Leistungsdichte des Motors herabgesetzt wird.
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Bei dem vorliegenden Motor wird für das Gehäuse 30 des Läufers 5 magnetisch durchlässiges Material wie beispielsweise rostfreier Stahl verwendet. Wenn zum Bilden des Motors 1 der Läufer 5 in dem Ständer 2 montiert ist, definieren die Außenfläche des Läufers 5 und die Innenfläche des Ständers 2 zwischen sich einen Spalt von circa 0,1 bis 0,7 mm. Das heißt, der Luftspalt zwischen dem Läufer 5 und dem Ständer 2 reicht von 0,1 bis 0,7 mm. Das magnetische Gehäuse 30 führt zu einem bestimmten magnetischen Streufluss, doch verringert es den magnetischen Widerstand zwischen dem Läufer und dem Ständer auf den magnetischen Widerstand des Luftspalts 3 zwischen dem Ständer 2 und dem Läufer 5. Der Magnetfluss zwischen den Kernen 70 des Läufers 5 und dem Ständer 2 wird daher vergrößert und die Leistung des Motors verbessert. Das Gehäuse 30 dient somit nicht nur der Festlegung der Magnete und der Kerne, sondern verbessert auch die Leistung des Motors 1.
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Die 8 bis 10 zeigen eine alternative Ausführungsform des Läufers 5, der eine Welle 20, ein Gehäuse 30, Endplatten 40, 50, Magnete 60 und Kerne 70 hat.
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In dieser Ausführungsform sind die beiden Teile des Gehäuses 30 aus magnetisch durchlässigem Material wie beispielsweise rostfreiem Stahl hergestellt. Das Gehäuse 30 umschließt die Magnete 60 und die Kerne 70. Jeder Teil des Gehäuses 30 hat an seinem axialen Ende einen Flansch 32. Jeder Flansch 32 überlappt eine entsprechende Endplatte 40 oder 50. In dieser Ausführungsform erstrecken sich Lappen 31 von jedem Flansch 32 in Richtung auf die Endplatte 40, 50, und es sind entsprechend den Lappen 31 Nuten 41, 51 in den Endplatten 40, 50 definiert. Im zusammengesetzten Zustand greifen die Lappen 31 in die entsprechenden Nuten 41, 51 ein, um die Gehäuseteile mit den Endplatten 40, 50 zu verbinden. Das Gehäuse 30 und die Endplatten 40, 50 sind auf diese Weise miteinander verriegelt, so dass ein Festkleben der Gehäuse 30 an den Endplatten 40, 50 entfallen kann. Das Verfahren zur Herstellung des Läufers 5 wird dadurch vereinfacht.
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Es versteht sich, dass die Nuten in anderen Ausführungsformen in den Flanschen 30 und die Lappen hingegen an den Endplatten 40, 50 gebildet sein können. Außerdem haben die Kerne 70 in dieser Ausführungsform Abfasungen an den Kanten ihrer Außenfläche, wodurch die Außenfläche der Kerne 70 in der Umfangsrichtung von der Außenfläche der Magnete 60 beabstandet ist, wodurch der magnetische Streufluss verringert und die Leistungsdichte des Motors verbessert wird.
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Der vorliegende Rotor wurde vorstehend beschrieben. Die Magnete sind in die Schlitze zwischen den Kernen eingesetzt und in Umfangsrichtung magnetisiert, wodurch Kerne mit alternierender Polarität gebildet werden. Das um die Magnete und die Kerne montierte magnetische Gehäuse verringert die effektive Breite des Luftspalts und vergrößert die magnetische Flussdichte und verbessert die Leistungsdichte des Motors. Hinzu kommt, dass die Stifte der Endplatten des vorliegenden Läufers, die unterschiedlich lang sind, zusammenwirken, um die Spannung zu verteilen, wodurch sich die Stifte der Endplatten selbst nach langer Betriebsdauer durch Zuverlässigkeit auszeichnen. Ferner werden die erste Endplatte und die Welle durch Umspritzen aneinander befestigt und die anderen Komponenten erst im Anschluss daran zusammengesetzt, wodurch der Herstellungsprozess deutlich verbessert, die Produktionsleistung entsprechend gesteigert wird und die Kosten reduziert werden.
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Bei dem BLCD-Motor, in den ein derartiger Läufer eingebaut ist, kann der Ständer der eines üblichen bürstenlosen Motors sein. Im zusammengesetzten Zustand ist der vorliegende Läufer in dem Ständer montiert und Endkappen stützen die Enden der Welle über die Lager. Auf diese Weise wird ein verbesserter BLCD-Motor gebildet.
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Die Kerne 70 des Läufers sind vorzugsweise Blechkerne, die hergestellt werden, indem zum Beispiel Lamellen aus einem Elektrostahlblech ausgestanzt werden.
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Verben wie ”umfassen”, ”aufweisen”, ”enthalten” und ”haben” sowie deren Synonyme, die in der Beschreibung und in den Ansprüchen der vorliegenden Anmeldung verwendet werden, drücken aus, dass das genannte Element oder Merkmal vorhanden ist, sie schließen jedoch nicht aus, dass auch weitere Elemente oder Merkmale vorhanden sind.
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Es versteht sich, dass bestimmte Merkmale der Erfindung, die der Übersichtlichkeit halber im Kontext einzelner Ausführungsformen beschrieben wurden, auch in einer einzigen Ausführungsform kombiniert sein können. Umgekehrt können verschiedene Merkmale, die der Kürze der Beschreibung halber im Kontext einer einzigen Ausführungsform beschrieben wurden, ebenso getrennt oder in zweckmäßigen Unterkombinationen vorgesehen sein können.
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Wenngleich vorliegende Erfindung anhand einer oder mehrerer bevorzugter Ausführungsformen beschrieben wurde, wird der Fachmann erkennen, dass verschiedene Modifikationen möglich sind. Zum Beispiel kann das Abtriebsritzel separat ausgebildet und dann an der Abtriebswelle montiert werden, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen, der durch die anliegenden Ansprüche definiert wird.
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Zum Beispiel können die ersten/zweiten Stifte in mehreren unterschiedlichen Längen vorgesehen sein, zum Beispiel in drei oder mehr unterschiedlichen Längen. Außerdem können sich die Stifte einer Endplatte zur direkten Festlegung an der anderen Endplatte durch die Kerne hindurch erstrecken. Das Gehäuse kann einteilig ausgebildet sein, wobei an einem Ende ein Flansch gebildet ist und das andere Ende offen ist. Im zusammengesetzten Zustand ist das Gehäuse über das offene Ende um die Endplatten, die Kerne und die Magnete herum angeordnet, wobei das offene Ende gepresst und/oder gewalzt wird, um an dem offenen Ende einen weiteren Flansch zu bilden. Solchermaßen ist der Läufer ein vormontiertes Teil.
