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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die Erfindung betrifft Elektromotoren und insbesondere einen Elektromotor mit einer Endkappenanordnung zum Unterdrücken von elektromagnetischen Interferenzen (EMI).
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Zum Verringern von EMI durch einen Bürstenmotor mit elektronischen Elementen, die rund um den Bürstenmotor angeordnet sind, ist zwischen der Bürste und der externen Stromquelle ein Filterkreis angeordnet. Der Filterkreis umfasst Induktoren und/oder Kondensatoren. Wenn der Motor im Betrieb ist, erzeugen die Kommutatorsegmente des Kommutators, der sich relativ zu der Bürste dreht, eine Stromkommutierung und Funken, was zu einer elektromagnetischen Strahlung führt, die eine elektromagnetische Interferenz mit benachbarten elektronischen Einrichtungen verursachen kann. Metallelemente wie beispielsweise Induktoren und Metallbereiche der Bürstenanordnung können als Antennen wirken und EMI-Signale übertragen oder abstrahlen. Wenn die elektromagnetische Strahlung eine hohe Frequenz hat, können die Metallelemente die elektromagnetische Strahlung des Motors über eine tolerierbare Strahlungsgrenze hinaus übertragen.
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KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Aus diesem Grund werden ein Motor und eine Endkappenanordnung gewünscht, die die elektromagnetischen Störsignale unterdrücken können.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Endkappenanordnung angegeben, umfassend: eine Bürstenanordnung mit einer Vielzahl von Bürsten; eine relativ zu der Bürstenanordnung befestigte Platine; einen mit der Platine elektrisch verbundenen Induktor; und ein geerdetes Metallelement, das zwischen den Bürsten und dem Induktor positioniert ist, um hochfrequente elektromagnetische Störsignale, die von den Bürsten übertragen werden, zu absorbieren.
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Vorzugsweise besteht das Metallelement aus Kupfer.
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Vorzugsweise ist das Metallelement länglich und hat einen U-förmigen Querschnitt.
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Vorzugsweise definiert das Metallelement einen Aufnahmeraum, in dem der Induktor aufgenommen ist.
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Vorzugsweise hat das Metallelement eine Basisplatte und zwei Seitenplatten, die sich jeweils von zwei langen Seiten der Basisplatte erstrecken, wobei die Basisplatte und die Seitenplatten zusammenwirkend den Aufnahmeraum definieren.
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Vorzugsweise umfasst die Bürstenanordnung eine Isolierhalterung, an der das Metallelement befestigt ist.
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Vorzugsweise ist eine Seitenplatte des Metallelements nach außen gebogen, um einen Befestigungslappen zu bilden. Eine Befestigungsöffnung ist in dem Befestigungslappen gebildet, und ein Befestigungsstift ist an der Isolierhalterung gebildet und greift in die Befestigungsöffnung ein, um das Metallelement an der Isolierhalterung festzulegen.
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Vorzugsweise ist ein Flansch an einer weiteren Seitenplatte des Metallelements gebildet, und ein Flansch ist in einer Mitte der Isolierhalterung gebildet, wobei der Flansch der weiteren Seitenplatte den Flansch der Isolierhalterung überlappt.
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Vorzugsweise nimmt eine Endkappe die Bürstenanordnung und die Platine auf, wobei an einem Außenumfang der Bürstenanordnung eine Vielzahl von Verriegelungsblöcken gebildet ist und in einer Umfangswand der Endkappe eine Vielzahl von Zungen definiert ist, die angeordnet sind für den jeweiligen Eingriff mit den Verrieglungsblöcken.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Endkappenanordnung angegeben, umfassend: mindestens einen Bürstenkäfig aus einem Metallmaterial; eine in dem Bürstenkäfig aufgenommene Bürste; und ein geerdetes Metallelement, das mit dem Bürstenkäfig elektrisch verbunden ist, um eine mit dem Bürstenkäfig gekoppelte hochfrequente elektromagnetische Strahlung zu absorbieren.
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Vorzugsweise sind zwei Bürstenkäfige vorgesehen, und das Metallelement hat einen Hauptkörper und zwei Seitenbereiche, die sich von zwei Seiten des Hauptkörpers erstrecken, wobei die Seitenbereiche die beiden Bürstenkäfige elektrisch kontaktieren.
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Vorzugsweise ist jeder der Seitenbereiche ebenflächig und L-förmig.
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Vorzugsweise hat das Metallelement einen Erdungsbereich mit einem L-förmigen Querschnitt.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Motor angegeben, der einen Ständer, einen Läufer und eine Endkappenanordnung wie vorstehend beschrieben umfasst. Der Ständer hat ein Gehäuse und einen an einer Wand des Gehäuses angeordneten Magnet. Der Läufer hat eine Welle, einen Läuferkern und einen an der Welle befestigten Kommutator. Das Metallelement der Endkappenanordnung kontaktiert das Gehäuse elektrisch.
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Vorzugsweise hat das Gehäuse ein offenes Ende, an dem die Endkappenanordnung angeordnet ist, wobei ein Bereich einer Kante des offenen Endes des Gehäuses, der dem Metallelement entspricht, nach innen umgebogen ist, um eine Klemmverbindung zu bilden, die das Metallelement an dem Gehäuse elektrisch festklemmt.
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Bei vorliegender Erfindung können hochfrequente elektromagnetische Störsignale, die mit rund um den Motor positionierten Metallelementen gekoppelt sind, durch das Metallelement und schließlich durch das Gehäuse des Motors absorbiert und dadurch wirksam unterdrückt werden.
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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 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 isometrische Ansicht eines Motors, der durch eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bereitgestellt wird;
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2 ist eine auseinandergezogene Darstellung des in 1 gezeigten Motors;
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3 zeigt eine Bürstenanordnung, die Teil des Motors von 1 ist;
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4 ist eine zum Teil auseinandergezogene Darstellung der Bürstenanordnung und einer Platine des Motors von 1;
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5 zeigt ein Metallelement der in 4 dargestellten Bürstenanordnung;
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6 zeigt die Bürstenanordnung von 4, wobei die Metallelemente entfernt wurden;
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7 ist eine Schnittansicht des Motors von 1;
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8 zeigt einen Vergleich von EMI-Testergebnissen des Motors von 1 und eines üblichen Motors;
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9 zeigt einen Motor gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei eine Abdeckung entfernt wurde;
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10 zeigt eine Endkappenanordnung des Motors von 9;
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11 zeigt ein Metallelement der Endkappenanordnung von 10;
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12 ist eine Schnittansicht eines Teils des Motors von 9, wobei ein Teil der Endkappenanordnung weggelassen wurde, um das Verhältnis zwischen dem Gehäuse und dem Metallelement darzustellen;
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13 zeigt einen Vergleich von EMI-Testergebnissen des Motors von 9 und eines üblichen Motors.
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DETAILBESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Es wird auf die 1 und 2 Bezug genommen. Ein Motor 100, der durch eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bereitgestellt wird, umfasst einen Ständer 10, einen Läufer 20 und eine Endkappenanordnung 30. Der Ständer 10 hat ein Gehäuse 12 und einen an der Innenwand des Gehäuses 12 befestigten Magnet 14. Das Gehäuse 12 hat ein offenes Ende. Eine Vielzahl von Positionierungsschlitzen 13 ist in einem Umfang des offenen Endes des Gehäuses 12 definiert.
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Der Läufer 20 hat eine Welle 21, einen Läuferkern 22 und einen Kommutator 23, die beide an der Welle 21 befestigt sind, und eine Läuferwicklung mit einer Anzahl von Windungen (nicht gezeigt), die an dem Kern 22 ausgeführt ist und mit Segmenten des Kommutators 23 elektrisch verbunden ist.
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Die Endkappenanordnung 30 umfasst eine Endkappe 31 und eine Bürstenanordnung 40 und eine Platine 50, die beide in der Endkappe 31 aufgenommen sind. Die Platine 50 ist auf einer Seite der Bürstenanordnung 40 befestigt. In der Umfangswand der Endkappe 31 sind Verriegelungszungen 32 definiert.
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Es wird auf die 3, 4 und 5 Bezug genommen. Die Bürstenanordnung 40 hat eine Isolierhalterung 41. Die Isolierhalterung 41 ist vorzugsweise ein Spritzgussteil aus Kunststoff. Der Außendurchmesser der Isolierhalterung 41 ist im Wesentlichen gleich dem Innendurchmesser des Gehäuses 12, so dass die Isolierhalterung 41 in das offene Ende des Gehäuse 12 eingesetzt werden kann. Positionierungsbereiche 42 erstrecken sich von einem Außenumfang der Isolierhalterung 41 radial nach außen. Die Positionierungsbereiche 42 entsprechen den Positionierungsschlitzen 13 und sind in den Positionierungsschlitzen 13 aufgenommen, um die Bürstenanordnung 40 in der Umfangsrichtung relativ zu dem Gehäuse 12 festzulegen. Sie begrenzen auch die Tiefe, bis zu welcher der Isolierkörper in das Gehäuse eingeführt werden kann. Ein Verriegelungsblock 43 ist an einem axialen Ende jedes Positionierungsbereichs 42 gebildet, für den Eingriff mit einer entsprechenden Verriegelungszunge 32 der Endkappe 31, um dadurch die Endkappe 31 an der Bürstenanordnung 40 festzulegen. Zumindest ein Magnetkontaktbereich 44 erstreckt sich axial von der Isolierhalterung 41 in das Gehäuse 12 hinein, um den Kontakt mit dem Magnet 14 herzustellen. Auf diese Weise verhindert die Endkappenanordnung eine axiale Bewegung des Magnets, der an dem endkappenfernen Ende auf Stufen sitzt, die in der Seite des Gehäuses gebildet sind.
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Zwei Bürstenbefestigungsbereiche in der Form von Bürstenkäfigen 45 sind an einer Innenseite, d. h. an der dem Gehäuse benachbarten Seite, der Isolierhalterung 41 gebildet. Eine Bürste 46 ist gleitbeweglich in jedem Bürstenkäfig 45 aufgenommen. Die Bürsten 46 befinden sich unter dem Einfluss von Federn 19 in Gleitkontakt mit dem Kommutator 23 des Läufers 20. Eine Außenseite der Isolierhalterung 41, d. h. die gehäuseferne Seite, ist mit der Platine 50 verbunden.
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Auf der Platine 50 ist eine Vielzahl von elektronischen Elementen angeordnet. Speziell Filterelemente wie Kondensatoren 51 und Induktoren 52 sind an der Innenfläche, d. h. an der der Isolierhalterung 41 zugewandten Fläche der Platine 50, angeordnet. Stromanschlüsse 53 für die Verbindung mit einer externen Stromquelle und Signalanschlüsse 54 für die Übertragung von Signalen sind an der Außenfläche der Platine 50 vorgesehen. Die Stromanschlüsse 53 und die Signalanschlüsse 54 erstrecken sich durch Öffnungen in der Platine 50 und sind mit der Innenfläche der Platine 50 verlötet. Die Kondensatoren 51 sind Erdungskondensatoren und sind in der Nähe der Stromanschlüsse 53 positioniert. Zwei Erdungselemente 56 sind an der Außenfläche der Platine 50 vorgesehen. Ein Ende jedes Erdungselements 56 ist mit der Außenfläche der Platine 50 verbunden, und das andere Ende ist von dem Rand der Platine 50 derart umgebogen, dass es sich entlang der Peripherie der Isolierhalterung 41 erstreckt. Nach dem Zusammensetzen der Endkappenanordnung 30 und des Ständers 10 liegt das gegenüberliegende Ende jedes Erdungselements 56 an der Innenfläche des Gehäuses 12 und ist mit derselben elektrisch verbunden. Die Kondensatoren 51 sind über die Öffnungen und die gedruckten Schaltkreise auf der Platine 50 mit den Erdungselementen 56 verbunden, um eine Erdungsverbindung herzustellen.
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Ein Aufnahmeraum 47 ist an der Außenseite der Isolierhalterung 41 definiert, um Elektronikelemente an der Innenfläche der Platine 50 aufzunehmen. Entsprechend den beiden Induktoren 52 sind zwei Metallelemente 70 in dem Aufnahmeraum 47 angeordnet. Die Metallelemente 70 können aus einem beliebigen Metallmaterial bestehen, vorzugsweise bestehen sie jedoch aus Kupfer. Die Metallelemente 70 sind auf der Rückseite der Bürsten 46 positioniert, um einen Teil der durch die Bürsten 46 erzeugten elektromagnetischen Strahlung zu absorbieren und um eine Interferenz der elektromagnetischen Strahlung mit Metallelementen wie beispielsweise den Induktoren 52 zu verhindern, die an der Außenseite der Isolierhalterung 41 positioniert sind. Die Bürsten sind die Hauptquelle der elektromagnetischen Strahlung in dem Motor. Die erfindungsgemäß vorgesehenen Metallelemente 70 können die elektromagnetische Strahlung von der Quelle absorbieren und dadurch die elektromagnetische Interferenz wirksam verhindern.
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In der vorliegenden Ausführungsform hat jedes Metallelement 70 allgemein eine längliche Form mit einem allgemein L-förmigen Querschnitt. Jedes Metallelement 70 hat eine Basisplatte 71 und zwei Seitenplatten 72, 73, die sich jeweils von zwei langen Seiten der Basisplatte 71 erstrecken. Ein Winkel ist zwischen der Basisplatte 71 und den Seitenplatten 72, 73 gebildet. In der vorliegenden Ausführungsform sind die Seitenplatten 72, 73 im Wesentlichen vertikal zur Basisplatte 71. In einer alternativen Ausführungsform kann der Winkel zwischen den Seitenplatten 72, 73 und der Basisplatte 71 größer oder kleiner als 90 Grad sein. Ein Befestigungslappen 74 ist durch ein Umbiegen der Seitenplatte 73 nach außen gebildet und ist an einer radialen Außenseite der Isolierhalterung 41 positioniert. Eine Befestigungsöffnung 75 ist in dem Befestigungslappen 74 definiert. Eine Befestigungsnut 48 ist in der Isolierhalterung 41 definiert, um den Befestigungslappen 74 aufzunehmen. Ein Befestigungsstift 49 springt von dem Boden der Befestigungsnut 48 vor und befindet sich in der Befestigungsöffnung 75, um das Metallelement 70 an der Isolierhalterung 41 festzulegen. Die Seitenplatte 72 des Metallelements 70 ist leicht nach außen gebogen, um einen Flansch 76 zu bilden. Der Flansch 76 überlappt einen ringförmigen Flansch 39 in einer Mitte der Isolierhalterung 41, so dass das Metallelement 70 an der Isolierhalterung 41 sicher festgelegt werden kann.
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Wie in 6 gezeigt ist, wird nach dem Montieren der Platine 50 auf der Isolierhalterung 41 ein großer Teil des Induktors 52 in einem zwischen den Seitenplatten 72, 73 und der Basisplatte 71 des Metallelements 70 definierten Raum aufgenommen.
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Es wird auf 7 Bezug genommen. Nach der Anbringung der Endkappenanordnung 30 an dem Gehäuse 12 wird der Bereich der Kante des offenen Endes des Gehäuses 12, der dem Befestigungslappen 74 entspricht, nach innen umgebogen, um eine Klemmverbindung 15 zu bilden. Die Klemmverbindung 15 stellt einen elektrischen Kontakt mit dem Befestigungslappen 74 her, um eine Erdungsverbindung des Metallelements 70 zu erzielen.
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In der vorliegenden Ausführungsform werden die Induktoren 52, die die wesentlichen elektronischen Elemente an der Außenseite der Isolierhalterung 41 sind, zum Großteil in den Metallelementen 70 aufgenommen, und die Metallelemente 70 blockieren den Weg von den Bürsten 46 zu den Induktoren 52, wodurch die hochfrequente elektromagnetische Strahlung, die durch die Bürsten 46 erzeugt wird, von den Metallelementen 70 absorbiert werden kann und dann von den Metallelementen 70 zu dem Gehäuse 12 geleitet werden kann, um von dem Gehäuse 12 absorbiert zu werden. Das Ergebnis ist, dass die durch die Bürsten 46 erzeugte hochfrequente elektromagnetische Strahlung an einer Kopplung mit den Induktoren 72 gehindert wird, wodurch sich die hochfrequente elektromagnetische Interferenz unterdrücken lässt.
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8 zeigt einen Vergleich von EMI-Testergebnissen des Motors, der durch vorliegende Ausführungsform bereitgestellt wird, und eines üblichen Motors. Zu Darstellungszwecken werden die Testergebnisse in dem HF-Bandbereich von 1,447G–1,494G gewählt. In diesem HF-Bandbereich verringert sich das elektromagnetische Störsignal des durch vorliegende Ausführungsform bereitgestellten Motors um etwa 8 dB.
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9 zeigt einen Motor 80, der durch eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bereitgestellt wird. Der Motor 80 hat einen Ständer 81, einen Läufer 82 (siehe 12) und eine Endkappenanordnung 83. Das Gehäuse 84 des Ständers 81 hat ein offenes Ende, in welches die Endkappenanordnung 83 eingesetzt ist. Eine Abdeckung oder Endkappe, die Teil der Endkappenanordnung ist, wurde weggelassen, um die innenliegenden Teile der Endkappenanordnung deutlicher darzustellen.
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Es wird auch auf die 10, 11 und 12 Bezug genommen. Die Innenseite der Endkappenanordnung 83 hat zwei Bürstenkäfige 85, deren jeder für die Aufnahme einer Bürste 86 dient. Die Bürsten 86 befinden sich in Gleitkontakt mit dem Kommutator des Läufers 82. In der vorliegenden Ausführungsform bestehen die Bürstenkäfige 85 aus einem Metallmaterial. Aus diesem Grund werden die Bürstenkäfige 85 zu Übertragungsantennen, die die hochfrequenten Störsignale nach außen übertragen, sobald die hochfrequente elektromagnetische Strahlung, die durch die sich relativ zu dem Kommutator des Läufers 82 drehenden Bürsten 86 erzeugt wird, mit den Bürstenkäfigen 85 gekoppelt wird. Zur Vermeidung dieser Situation umfasst die Endkappenanordnung 83 ferner ein Metallelement 90.
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Das Metallelement 90 hat einen Hauptkörper 91, zwei Seitenbereiche 92, die sich von den beiden Seiten des Hauptkörpers 91 erstrecken, und einen Erdungsbereich 93, der sich von einem Ende des Hauptkörpers 91 erstreckt. Die Seitenplatten 92 haben eine L-Form. Eine Seite jedes Seitenbereichs 92 ist mit dem Hauptkörper 91 verbunden und erstreckt sich von dem Hauptkörper 91, für den elektrischen Kontakt mit einem entsprechenden Bürstenkäfig der Bürstenkäfige 85. Vorzugsweise ist der Winkel zwischen den Seitenbereichen 92 und dem Hauptkörper 91 größer als 90 Grad. Wahlweise kann der Winkel 90 Grad betragen.
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Der Erdungsbereich 93 ist als Platte mit einem L-förmigen Querschnitt konfiguriert. Der Erdungsbereich 93 hat ein Ende, das mit dem Hauptkörper 91 verbunden ist, und ein anderes Ende, das sich zur Bildung eines freien Endes 94 vertikal erstreckt. Das freie Ende ist dem Hauptkörper 91 zugewandt und liegt parallel zu dem Hauptkörper. Das freie Ende 94 ist konfiguriert für einen elektrischen Kontakt mit der Innenfläche der Wand des Gehäuses 84.
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Da sich das Metallelement 90 sowohl mit den Bürstenkäfigen 85 als auch mit dem Gehäuse 84 des Ständers 81 elektrisch in Kontakt befindet, sind die Bürstenkäfige 85 geerdet. Dadurch kann die hochfrequente elektromagnetische Strahlung von den Bürstenkäfigen 85 absorbiert und dann zur Absorption durch das Gehäuse 84 zu dem Gehäuse übertragen werden und dadurch die von dem Motor 80 abgestrahlte EMI unterdrückt werden, selbst wenn die hochfrequente elektromagnetische Strahlung, die durch die Bürsten 86 erzeugt wird, mit den Bürstenkäfigen 85 gekoppelt wird.
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13 zeigt einen Vergleich von EMI-Testergebnissen des Motors 80, der durch vorliegende Ausführungsform bereitgestellt wird, und eines üblichen Motors. In dem HF-Bandbereich von 1,447G–1,494G verringert sich das elektromagnetische Störsignal des durch vorliegende Ausführungsform bereitgestellten Motors um etwa 8 dB.
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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.
