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GEBIET DER ERFINDUNG
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Vorliegende Erfindung betrifft einen Permanentmagnetmotor, der insbesondere für Haushaltsgeräte geeignet ist.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Motoren werden in vielen verschiedenen Vorrichtungen und Geräten verwendet. Dabei wünscht man sich für Geräte wie Staubsauger und andere Haushaltsgeräte Motoren, die kleiner, leichter und leistungsfähiger sind. Die Leistung der Geräte soll zumindest gleichbleibend oder sogar besser sein, ohne dass sich das Gerät dadurch vergrößert.
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Einige der bisherigen Haushaltgeräte arbeiten mit Hochspannungs-Gleichstrommotoren. Ein Hochspannungs-Gleichstrommotor hat einen Ständer und einen Läufer. Der Ständer hat ein zylinderförmiges Gehäuse und einen Permanentmagnet, der an einer Innenfläche des Gehäuses befestigt ist. Der Läufer hat einen Läuferkern und eine Läuferwicklung, die um den Läuferkern herumgeführt ist. Die Läuferwicklung wird durch eine Hochspannungs-Gleichstromversorgung gespeist. Bei bisherigen Hochspannungs-Gleichstrommotoren der Serie 600 hat das Gehäuse des Motors einen Außendurchmesser von etwa 36 mm. Der Läuferkern hat einen Außendurchmesser von etwa 22,8 mm, wobei ein Verhältnis des Außendurchmessers des Läuferkerns zu dem Außendurchmesser des Gehäuses etwa 63,3% und die Ausgangsleistung des Motors normalerweise weniger als 40 Watt beträgt.
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ÜBERSICHT
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Es wird daher ein Permanentmagnetmotor gewünscht, der bei unveränderter Größe des Gehäuses über eine höhere Ausgangsleistung verfügt.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Permanentmagnetmotor vorgeschlagen, der einen Ständer und einen relativ zu dem Ständer drehbaren Läufer hat. Der Läufer hat eine Drehwelle, einen an der Drehwelle befestigten Läuferkern, einen an der Drehwelle befestigten Kommutator, der dem Läuferkern benachbart ist, und eine Läuferwicklung, die um Pole des Läuferkerns herumgeführt und mit dem Kommutator elektrisch verbunden ist. Der Ständer hat ein zylindrisches Gehäuse, einen an einer Innenfläche des Gehäuses montierten Permanentmagnet und Bürsten, die sich mit dem Kommutator in Gleitkontakt befinden. Ein Verhältnis eines Außendurchmessers des Läuferkerns zu einem Außendurchmesser des Gehäuses beträgt 60% bis 85%, und ein Drahtdurchmesser der Läuferwicklung beträgt 0,12 mm bis 0,23 mm.
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Vorzugsweise beträgt ein Verhältnis des Außendurchmessers des Läuferkerns zu dem Außendurchmesser des Gehäuses 66% bis 80%.
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Vorzugsweise ist der Permanentmagnet ein Ferritmagnet.
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Vorzugsweise besteht der Ferritmagnet aus einem Material mit einer Restmagnetflussdichte Br von 4000 Gs bis 4400 Gs und einer intrinsischen Koerzivkraft Hcj von 4000 Oe bis 5000 Oe.
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Vorzugsweise besteht der Ferritmagnet aus einem Material mit einer Restmagnetflussdichte Br von 4200 Gs bis 4400 Gs und einer intrinsischen Koerzivkraft Hcj von 4400 Oe bis 4600 Oe.
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Vorzugsweise beträgt der Außendurchmesser des Gehäuses 42,6 mm, der Außendurchmesser des Läuferkerns 29,5 mm, eine radiale Länge eines Polkörpers jedes Pols des Läuferkerns 7 mm, eine Umfangsbreite des Polkörpers 1,75 mm, ein minimaler Abstand zwischen benachbarten Polen 1,6 mm, und eine Ausgangsleistung des Permanentmagnetmotors 140 Watt.
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Vorzugsweise besteht der Permanentmagnet aus einem Seltenerd-Permanentmagnetmaterial.
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Vorzugsweise ist der Permanentmagnet ein NdFeB-Magnet.
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Vorzugsweise besteht der NdFeB-Magnet aus einem Material mit einem maximalen magnetischen Energieprodukt BHmax von 68 kJ/m3 bis 80 kJ/m3, einer Restmagnetflussdichte Br von 6500 Gs bis 7000 Gs und einer intrinsischen Koerzivkraft Hcj von 680 kA/m bis 800 kA/m.
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Vorzugsweise beträgt der Außendurchmesser des Gehäuses 35,7 mm, der Außendurchmesser des Läuferkerns 27,5 mm, eine radiale Länge eines Polköpers jedes Pols des Läuferkerns 6,2 mm, eine Umfangsbreite des Polkörpers 1,5 mm, ein minimaler Abstand zwischen benachbarten Polen 1,6 mm und eine Ausgangsleistung des Permanentmagnetmotors 100 Watt.
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Vorzugsweise beträgt eine Nennleistung des Permanentmagnetmotors 100 Watt bis 200 Watt.
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Vorzugsweise beträgt eine Leistungsdichte des Permanentmagnetmotors 260 W/kg bis 480 W/kg.
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Vorzugsweise umfasst der Permanentmagnetmotor ferner elektrische Verbindungsanschlüsse für den Empfang eines Hochspannungs-Gleichstroms, der durch einen Gleichrichter und einen elektrolytischen Kondensator von einem 100 V Wechselstrom in einen 240 V Wechselstrom umgewandelt wird, oder für den Empfang eines Hochspannungs-Gleichstroms von 100 V bis 340 V.
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Vorzugsweise hat der Läuferkern zwölf Pole, der Ständer hat zwei Magnetpole und der Kommutator zwölf oder vierundzwanzig Kommutatorsegmente.
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Vorzugsweise ist der Permanentmagnetmotor ein Hochspannungs-Gleichstrommotor.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Haushaltsgerät angegeben, das den Permanentmagnetmotor umfasst.
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Da in den beschriebenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung hochwertige Ferritmagnete verwendet werden, lässt sich bei gleichzeitiger Sicherstellung einer ausreichenden Magnetleistung die Dicke der Magnete verringern. Dadurch kann der Läuferkern vergrößert werden. Solchermaßen bietet der Motor mehr Raum für die Unterbringung von mehr Läuferwicklungen. Da der Drahtdurchmesser der Läuferwicklung groß ist, kann eine höhere Ausgangsleistung bereitgestellt werden. Ferner verfügt der erfindungsgemäße Hochspannungs-Gleichstrommotor über eine höhere Leistungsdichte. Außerdem lässt sich aufgrund der größeren thermischen Masse ein Temperaturanstieg des Motors während des Betriebs verringern. Darüber hinaus kann auch der Kupferverlust des Motors verringert werden, da für die Motorwicklung der dickere Draht verwendet werden kann.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 zeigt einen Permanentmagnetmotor gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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2 ist eine Längsschnittansicht des Permanentmagnetmotors von 1;
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3 zeigt einen Läuferkern des Permanentmagnetmotors von 1.
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DETAILBESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Die technischen Lösungen und weitere vorteilhafte Wirkungen der vorliegenden Erfindung ergeben sich umfassend und vollständig aus der folgenden Detailbeschreibung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen. Die beschriebenen Ausführungsformen sind lediglich ein Teil der möglichen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Sofern der Fachmann ohne erfinderisches Zutun zu weiteren Ausführungsformen gelangt, fallen diese in den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung.
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Es wird auf die 1 bis 3 Bezug genommen. Ein Permanentmagnet 16 gemäß vorliegender Erfindung kann in einem Haushaltsgerät verwendet werden, zum Beispiel in einem Staubsauger. Das Haushaltsgerät hat einen angetriebenen Mechanismus (nicht gezeigt) und den Permanentmagnetmotor 16, der für den Antrieb des angetriebenen Mechanismus verwendet wird. In einer bevorzugten Ausführungsform hat der Permanentmagnetmotor 16 einen Ständer und einen Läufer, der sich relativ zu dem Ständer drehen kann. Der Läufer hat eine Drehwelle 22, einen Läuferkern 24, der an der Drehwelle 22 befestigt ist, einen Kommutator 26, der an der Drehwelle 22 befestigt ist und dem Läuferkern 24 benachbart ist, und eine Läuferwicklung 28, die um jeden Pol 30 des Läuferkerns 24 herumgewickelt und mit dem Kommutator 26 elektrisch verbunden ist. Der Läuferkern 24 kann eine Mehrzahl von Läuferkernlamellen aufweisen, die entlang einer axialen Richtung der Läuferwelle 22 geschichtet sind. Schlitze sind zwischen benachbarten Polen des Läufers definiert, so dass die Läuferwicklung hindurchtreten kann. Ein Gebläse 32 ist an dem Läuferkern 24 befestigt und wirkt mit mindestens einer Öffnung 34 in dem Gehäuse 36 zusammen, um den Motor mit dem Luftstrom zu kühlen, der während des Betriebs erzeugt wird. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Öffnung 34 in dem Gehäuse 36 definiert. In einer weiteren Ausführungsform kann die Öffnung 34 in einer Endkappe des Permanentmagnetmotors 16 definiert sein. Vorzugsweise hat der Läuferkern zwölf Pole und der Kommutator 26 vierundzwanzig Kommutatorsegmente. Alternativ kann der Kommutator auch zwölf Segmente aufweisen. In der vorliegenden Ausführungsform ist der Permanentmagnetmotor 16 ein Hochspannungs-Gleichstrommotor, und ein Drahtdurchmesser der Läuferwicklung 28 beträgt 0,12 mm bis 0,23 mm.
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Der Ständer hat ein zylinderförmiges Gehäuse 36, zwei Permanentmagnete 40, eine Endkappe 42 und ein Paar von Bürstenanordnungen. Das Gehäuse 36 erstreckt sich entlang der axialen Richtung des Ständers und hat ein offenes Ende und ein geschlossenes Ende 38. Die Permanentmagnete 40 sind an einer Innenfläche des Gehäuses 36 befestigt. Die Endkappe 42 verschließt das offene Ende des Gehäuses 36. Das Gehäuse 36 besteht aus einem magnetisch leitenden Material. Die Endkappe 42 ist fest an dem Gehäuse 36 installiert. Die Drehwelle 22 ist durch zwei Lager 46, die sich jeweils an der Endkappe 42 und an dem geschlossenen Ende 38 des Gehäuses 36 befinden, drehbar gestützt. Der Läuferkern 24 und die Permanentmagnete 40 liegen einander gegenüber, wobei dazwischen ein Luftspalt definiert ist.
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Die Endkappe 42 hat eine Basisplatte 48, eine ringförmige Seitenwand 50, die sich von der Basisplatte 48 axial nach innen erstreckt, und einen Lagersitz 52, der sich von der Basisplatte 48 axial nach außen erstreckt, um eines der Lager 46 zu stützen. Die Seitenwand 50 und die Basisplatte 48 definieren zusammen eine Kammer für die Aufnahme des Kommutators 26. Jede Bürstenanordnung hat einen Bürstenhalter 54. Der Bürstenhalter 54 erstreckt sich von der Seitenwand 50 radial nach innen und steht mit der Kammer in Verbindung. Bürsten 56 sind in dem Bürstenhalter 54 gleitbeweglich montiert und werden durch elastische Elemente (nicht gezeigt) in Gleitkontakt mit dem Kommutator 26 gestützt. Die Endkappe 42 ist ferner mit zwei elektrischen Verbindungsanschlüssen 58 für die elektrische Verbindung mit einer externen Stromversorgung versehen. Jeder elektrische Verbindungsanschuss 58 ist mit einer betreffenden Bürste 56 über einen elektrischen Leiter (zum Beispiel eine nicht dargestellte Bürstenanschlusslitze) elektrisch verbunden.
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In der vorliegenden Ausführungsform können zwei elektrische Verbindungsanschlüsse 58, die mit der externen Stromversorgung elektrisch verbunden sind, implementiert sein durch eine elektrische Verbindung der beiden elektrischen Verbindungsanschlüsse 58 mit einem Hochspannungsgleichstrom, der durch einen Gleichrichter und einen elektrolytischen Kondensator von einem 100 V Wechselstrom in einen 240 V Wechselstrom umgewandelt wird, oder durch eine elektrische Verbindung der beiden elektrischen Verbindungsanschlüsse 58 mit einem 100 V bis 340 V Hochspannungsgleichstrom. Solchermaßen wird der Hochspannungsgleichstrom durch die elektrischen Verbindungsanschlüsse 58, die Bürsten 56 und den Kommutator 26 zur Läuferwicklung 28 geleitet.
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In der vorliegenden Ausführungsform können die Permanentmagnete 40 hochwertige Ferritmagnete sein, die vorzugsweise aus einem Material mit einem maximalen magnetischen Energieprodukt BHmax größer als 4,3 MGOe bestehen, wobei die Restmagnetflussdichte Br 4000 Gs bis 4400 Gs und die intrinsische Koerzivkraft Hcj 4000 Oe bis 5000 Oe beträgt. Weiterhin vorzugsweise können die Ferritmagnete aus einem Material mit einer Restmagnetflussdichte Br von 4200 Gs bis 4400 Gs, einer intrinsischen Koerzivkraft Hcj von 4400 Oe bis 4600 Oe und einem maximalen magnetischen Energieprodukt BHmax von 4,3 MGOe bis 4,7 MGOe bestehen.
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In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beträgt ein Verhältnis eines Außendurchmessers D1 des Läuferkerns 24 zu einem Außendurchmesser D2 (nicht enthaltend die Dicke eines Flussrings 44) des Gehäuses 36 gleich 60% bis 85%. Vorzugsweise beträgt das Verhältnis des Außendurchmessers D1 des Läuferkerns 24 zu dem Außendurchmesser D2 (nicht enthaltend die Dicke des Flussrings 44) des Gehäuses 36 gleich 66% bis 80%.
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In anderen Ausführungsformen können die Permanentmagnete 40 auch aus Seltenerd-Permanentmagnetmaterialien gebildet sein, vorzugsweise aus NdFeB-Material mit dem maximalen magnetischen Energieprodukt BHmax von 68 kJ/m3 bis 80 kJ/m3, mit einer Restmagnetflussdichte Br von 6500 Gs bis 7000 Gs und mit einer intrinsischen Koerzivkraft Hcj von 680 kA/m bis 800 kA/m. Ein Verhältnis des Außendurchmessers D1 des Läuferkerns 24 zu dem Außendurchmesser D2 (die Dicke des Flussrings 44 nicht eingeschlossen) des Gehäuses 36 beträgt 60% bis 85%.
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In den gewünschten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung lässt sich durch die Verwendung von hochwertigen Ferritmagneten oder Seltenerd-Permanentmagnetmaterialien die Dicke der Magnete verringern, während gleichzeitig eine ausreichende Magnetleistung sichergestellt wird. Es ist daher möglich, den Läuferkern zu vergrößern, und der Motor verfügt über mehr Raum für die Unterbringung der Motorläuferwicklungen. Da der Drahtdurchmesser der Läuferwicklung 0,12 mm bis 0,23 mm beträgt, welcher ein großer Durchmesser ist, kann eine größere Ausgangsleistung von beispielsweise 100 W bis 200 W bereitgestellt werden. Ferner verfügt der Hochspannungs-Gleichstrommotor gemäß vorliegender Erfindung über eine höhere Leistungsdichte, die 260 W/kg bis 480 W/kg betragen kann. Außerdem kann wegen größeren thermischen Masse der Temperaturanstieg des Motors während des Betriebs verringert werden. Da außerdem ein dickerer Draht für die Wicklung des Läufers des Motors verwendet kann, lässt sich auch der Kupferverlust des Motors verringern.
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Zum Beispiel sind bei einem Hochspannungs-Gleichstrommotor der Serie 600 die Permanentmagnete 40 aus dem NdFeB-Material hergestellt, der Außendurchmesser des Gehäuses beträgt 35,7 mm, der Außendurchmesser D1 des Läuferkerns wird auf 27,5 mm vergrößert, das Verhältnis des Außendurchmessers des Läuferkerns zu dem Außendurchmesser des Gehäuses wird auf 77% vergrößert, und die Ausgangsleistung des Motors kann auf 100 Watt erhöht werden. Vorzugsweise beträgt eine radiale Länge eines Polkörpers des Pols des Läuferkerns 6,2 mm, eine Umfangsbreite W des Polkörpers 1,5 mm, und ein minimaler Abstand D3 zwischen benacharten Polen 1,6 mm. Es versteht sich, dass diese Dimensionen innerhalb von 10% variieren können.
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Bei einem Beispiel eines Hochspannungs-Gleichstrommotors der Serie 700 sind in einer Ausführungsform gemäß vorliegender Erfindung die Permanentmagnete 40 Ferritmagnete, der Außendurchmesser D2 des Gehäuses beträgt 42,6 m, der Außendurchmesser D1 des Läufers wird auf 29,5 mm vergrößert, das Verhältnis des Außendurchmessers des Läuferkerns zu dem Außendurchmesser des Gehäuses wird auf 69,2% vergrößert, und die Ausgangsleistung des Motors kann auf 140 Watt erhöht werden. Vorzugsweise beträgt die radiale Länge L des Polkörpers des Pols des Läuferkerns 7 mm, die Umfangsbreite W des Polkörpers beträgt 1,75 mm, und der minimale Abstand D3 zwischen benachbarten Polen beträgt 1,6 mm. Es versteht sich, dass diese Dimensionen innerhalb von etwa 10% variieren können.
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Vorstehend wurden bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben, die jedoch nicht als Einschränkung der Erfindung zu sehen sind. Der Fachmann wird vielmehr erkennen, dass verschiedene andere Modifikationen möglich sind, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen, wobei solche Modifikationen sämtlich in den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung fallen.
