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TECHNISCHER ANWENDUNGSBEREICH
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen bürstenlosen Gleichstrom-(BLDC-)Motor, der eine Nanomaterial-basierte Polymerverbindung verwendet, und im Besonderen auf einen BLDC-Motor, der eine Nanomaterial-basierte Polymerverbindung verwendet, wobei das Gewicht des BLDC-Motors verringert ist, und somit kann der BLDC-Motor leichtgewichtig und schlank sein und die Leistung und die Effizienz des Motors können verbessert werden.
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STAND DER TECHNIK
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Im Allgemeinen wandeln Motoren elektrische Energie in mechanische Energie um, um so eine Rotationskraft zu erhalten, und werden in einem breiten Bereich einschließlich elektronischer Haushaltsgeräte und Industriegeräte verwendet.
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Indessen sind bürstenlose Gleichstrom-(BLDC-)Motoren aus einer Vielzahl von Motoren Gleichstrommotoren, die einen Gleichrichterschaltkreis, der ein Schaltelement anstelle von mechanischen Elementen wie einer Bürste und einen Kommutator aufweist, verwenden, und keine erneute Anordnung der Bürste aufgrund von Abnutzung erfordern und ein geringes Antriebsgeräusch haben. In solchen BLDC-Motoren ist ein Feldmagnet als ein Rotor installiert, eine Ankerwicklung ist an einem Stator installiert und die Stromrichtung der Wicklung wird mittels eines Hallsensors und einer Fotodiode bestimmt. Somit haben diese BLDC-Motoren die gleichen Eigenschaften wie die der Bürstentyp-Motoren, und in einem internen Antrieb kann eine Richtung einfach geändert werden. Im Unterschied dazu verwenden Induktionsmotoren oder Wechselstrommotoren gemäß dem Stand der Technik einen 3-Phasen-oder 4-Phasen-Umwandler, um so die Richtung des Stroms zu ändern. Ein Drehmoment ist bei einer niedrigen Drehzahl und einer hohen Drehzahl vergleichsweise hoch, eine Rotation in hoher Drehzahl ist möglich, der Strom einer Spule kann mittels eines kontaktfreien Halbleiterbauteils angesteuert werden, sodass die Lebensspanne des BLDC-Motors sehr lang ist und Geräusche und elektronische Geräusche kaum auftreten, und die Drehzahlsteuerung kann in einer Motorantriebsgestaltung davon durchgeführt werden. Im Besonderen wurden BLDC-Motor in verschiedenen Formen entwickelt, während die Zuverlässigkeit des Hallsensors vor kurzem verbessert wurde. BLDC-Motoren gemäß dem Stand der Technik haben jedoch ein Problem, dass es schwierig ist, einen sehr leichten schlanken Motor aufgrund des hohen Gewichts herzustellen, da die meisten Komponenten, einschließlich einer Statorkomponente und eines Gehäuses aus einem metallischen Material hergestellt sind und die Leistung und die Effizienz des Motors durch den Trägheitseffekt aufgrund des hohen Gewichts verschlechtert wird.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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TECHNISCHE PROBLEMSTELLUNG
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Die vorliegende Erfindung sieht einen bürstenlosen Gleichstrom-(BLDC-)Motor vor, der eine Nanomaterial-Polymerverbindung verwendet, in der das Gewicht des BLDC-Motors verringert ist, sodass ein sehr leichter schlanker Motor gebildet werden kann und das Gewicht reduziert ist, sodass der Trägheitseffekt verringert werden kann und die Leistung und Effizienz des Motors verbessert werden kann.
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TECHNISCHE LÖSUNG
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein bürstenloser Gleichstrom-(BLDC-)Motor vorgesehen, der aufweist: einen Stator, der einen Statorkern und eine Stator-Wickelspule aufweist; und einen Rotor, der ein Körperteil und mehrere mit dem Körperteil verbundene Magnetteile aufweist und der bezüglich des Stators rotiert, wobei der Statorkern ein Jochteil und mehrere Stator-Spulenwickelteile aufweist, die von dem Jochteil hervorstehen und die die Stator-Wickelspule darum herumgewickelt haben und ein jedes der mehreren Stator-Spulenwickelteile aus einem Verbundmaterial einer leitfähigen Nanomaterial-basierten Polymerverbindung hergestellt ist.
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WIRKUNGEN DER ERFINDUNG
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Ein bürstenloser Gleichstrom-(BLDC-)Motor, der eine Nanomaterial-basierte Polymerverbindung gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet, hat die folgenden Wirkungen.
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Zuerst wird das Gewicht verringert, sodass ein sehr leichter und schlanker Motor hergestellt werden kann, und das Gewicht wird so reduziert, dass der Trägheitseffekt verringert werden kann und die Leistung und Effizienz des Motors können aufgrund der Wirkung der Veringerung des Rastmoments verbessert werden.
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Zweitens kann die von einem Stator und einem Rotor erzeugte Wärme in wirksamer Weise über ein Gehäuse abgeleitet werden, das aus einem Aluminiummaterial mit einer vergrößerten Oberfläche hergestellt ist und eine Wärmeableitungsfolienschicht ohne eine weitere Wärmeableitungseinheit darin, wie eine Wärmeableitungsrippe, aufweist, und es kann verhindert werden, dass sich die Leistung des Motors beim Aufwärmen verschlechtert, und das Gewicht des Motors kann verringert werden.
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Als Drittes kann ein sehr leichter und schlanker hocheffizienter Motor auf einen Roboter oder ein Elektrofahrzeug angewendet werden, sodass ein leichter schlanker Motor mit einer verbesserten elektrischen Effizienz und Motoreffizienz gebildet werden kann.
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Figurenliste
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- 1 ist eine perspektivische Explosionsansicht, die einen bürstenlosen Gleichstrom-(BLDC-)Motor, der eine Nanomaterial-basierte Polymerverbindung verwendet, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
- 2 ist eine Draufsicht, die ein Stator und einen Rotor im BLDC-Motor von 1 veranschaulicht, wobei eine Stator-Wickelspule und eine Kompensations-Wickelspule weggelassen sind.
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MODUS DER ERFINDUNG
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Im Folgenden werden beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit Bezugnahme auf die Zeichnungen im Anhang beschrieben.
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1 ist eine perspektivische Explosionsansicht, die einen bürstenlosen Gleichstrom-(BLDC-)Motor (im Folgenden als „BLDC-Motor“ bezeichnet), der eine Nanomaterial-basierte Polymerverbindung verwendet, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Mit Bezugnahme auf 1 weist ein BLDC-Motor 100a auf ein Gehäuse 100, einen im Gehäuse 100 aufgenommenen Stator 200, der am Gehäuse 100 anzubringen ist, einen im Gehäuse 100 aufgenommenen Rotor 300, um bezüglich des Stators 200 um eine Rotationsachsenlinie X zu rotieren, und ein Sensormodul 400, um die Position des Rotors 300 zu erfassen. Der in 1 dargestellte BLDC-Motor 100a ist ein interner Rotationstyp, in dem sich der Rotor 300 im Stator 200 befindet.
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Das Gehäuse 100, das eine zylindrische Form hat, das an der Rotationsachsenlinie X zentriert ist, sieht einen Aufnahmeraum 101 vor, in dem der Stator 200 und der Rotor 300 aufgenommen sind. Das Gehäuse 100 weist ein erstes Gehäuse 110 und ein zweites Gehäuse 120 auf, die sich in einer Richtung der Rotationsachsenlinie X befinden. Die beiden Gehäuse 110 und 120 sind miteinander verbunden, sodass der Aufnahmeraum 101 ausgebildet wird. Eine erste Durchgangsöffnung 102, die sich an einer Mittelachsenlinie X befindet, ist im ersten Gehäuse 110 ausgebildet, und eine zweite Durchgangsöffnung 103, die sich an der Mittelachsenlinie X befindet, ist im zweiten Gehäuse 120 ausgebildet. Ein Sensormodul 400 ist am zweiten Gehäuse 120 angebracht.
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Das Gehäuse 100 kann aus einem Aluminiummaterial mit einer vergrößerten Oberfläche ausgebildet sein. Dies ist jedoch eine Ausführungsform, in der das Gewicht verringert ist und der Wärmeableitungseffekt verbessert ist, und ein anderes Metall oder Nicht-Metall als Aluminium kann als Material für das Gehäuse 10 verwendet werden, und dies gehört ebenso zum Umfang der vorliegenden Erfindung.
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Eine Wärmeableitungsfolienschicht kann an der Oberfläche des Gehäuses 100 ausgebildet sein, um so den Wärmeableitungseffekt zu maximieren. Die Wärmeableitungsfolienschicht kann durch Abscheiden einer Mischung aus Graphit und Aluminium (AI) oder einer Mischung aus Graphit und Kupfer (Cu) ausgebildet werden, sodass der Wärmeableitungseffekt und die Beständigkeit durch die Wärmeableitungsfolienschicht verbessert werden können. Die Wärmeableitungsfolienschicht kann in einer Dicke von 200 µm oder weniger ausgebildet sein. Somit kann das Gehäuse 100 in effektiver Weise ohne eine weitere Wärmeableitungseinheit, wie eine Wärmeableitungsrippe, vom Stator 200 und dem Rotor 300 erzeugte Wärme ableiten.
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Der Stator 200 ist im Aufnahmeraum 101 aufgenommen, der im Gehäuse 100 ausgebildet ist und ist fixiert, um nicht bezüglich des Gehäuses 100 zu rotieren. 2 ist eine Draufsicht, die den Stator 200 und den Rotor 300 veranschaulicht. Mit Bezugnahme auf 1 und 2 weist der Stator 20 einen Statorkern 210, eine um den Statorkern 210 gewickelte Stator-Wickelspule 220 und eine Kompensations-Wickelspule 510, die um den Statorkern 210 gewickelt ist, auf. Der Rotor 30 befindet sich im Stator 200, um so bezüglich des Stators 200 um die Rotationsachsenlinie X zu rotieren.
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Der Statorkern 210 weist ein ringförmiges Jochteil 211, mehrere von dem Jochteil 211 hervorstehende Statorzahnteile 215 und mehrere von dem Jochteil 211 hervorstehende Kompensations-Spulenwickelteile 219 auf. Ein Material für den Statorkern 210 ist eine leitfähige Nanomaterial-basierte Polymerverbindung und ist ein Verbundmaterial, das das leitfähige Nanomaterial und ein Kunstharz aufweist. In der vorliegenden Ausführungsform weist das für den Statorkern 210 verwendete leitfähige Nanomaterial eines oder mehrere auf, die ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Kohlenstoffruß, Kohlenstoff-Nanoröhren (CNTs), Graphen und Graphit. Die vorliegende Erfindung ist nicht darauf beschränkt, und das für den Statorkern 210 verwendete leitfähige Nanomaterial weist alle wohlbekannten leitfähigen Nanoröhren, leitfähigen Nanopartikel und leitfähige Nanofasern auf, und dies gehört ebenso zum Umfang der vorliegenden Erfindung. In der vorliegenden Ausführungsform ist das für den Statorkern 210 verwendete Kunstharz ein phenolbasiertes Kunstharz und die vorliegende Erfindung ist nicht darauf beschränkt.
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Das Jochteil 211 hat eine Ringform, die an der Rotationsachsenlinie X zentriert ist, und mehrere Statorzahnteile 215 und mehrere Kompensations-Spulenwickelteile 218, die sich an einer Innenumfangsfläche des Jochteils 211 befinden.
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Die mehreren Statorzahnteile 215 befinden sich an der Innenumfangsfläche des Jochteils 211 an regelmäßigen Abständen in einer Umfangsrichtung. In der vorliegenden Ausführungsform sind vier Statorzahnteile 215 vorgesehen, und die vorliegende Erfindung ist nicht darauf beschränkt. Ein jedes der mehreren Stator-Spulenzahnteile 215 weist ein Stator-Spulenwickelteil 216 auf, die von der Innenumfangsfläche des Jochteils 211 hervorsteht und in einer Innenseite einer radialen Richtung in Richtung der Rotationachsenlinie X verläuft, und ein inneres Joch 217, das an einem distalen Ende des Stator-Spulenwickelteils 216 ausgebildet ist.
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Das Stator-Spulenwickelteil 216 steht von der Innenumfangsfläche des Jochteils 211 in Richtung der Rotationsachsenlinie X hervor und verläuft in der Innenseite der radialen Richtung. Die Stator-Wickelspule 220 ist an dem Stator-Spulenwickelteil 211 aufgewickelt.
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Das innere Joch 217 befindet sich an einem distalen Ende an einer Innenseite des Stator-Spulenwickelteils 216 und verläuft von dem Stator-Spulenwickelteil 216 an beiden Seiten der Umfangsrichtung.
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Die mehreren Kompensations-Spulenwickelteile 218 befinden sich in regelmäßigen Abständen an der Innenumfangsfläche des Jochteils 211, und ein jedes der mehreren Kompensations-Spulenwickelteile 218 befindet sich zwischen zwei benachbarten Statorzahnteilen 215. In der vorliegenden Ausführungsform sind vier Kompensations-Spulenwickelteile 218 vorgesehen. Die vorliegende Erfindung ist nicht darauf beschränkt, und die Anzahl der Kompensations-Spulenwickelteile 218 kann gemäß der Anzahl der Statorzahnteile 215 geändert werden. Die Kompensations-Spulenwickelteile 218 stehen von der Innenumfangsfläche des Jochteils 211 hervor und verlaufen in der Innenseite der radialen Richtung in Richtung der Rotationsachsenlinie X. Eine Kompensations-Wickelspule 510 ist um ein jedes der mehreren Kompensations-Spulenwickelteile 218 gewickelt.
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Die Stator-Wickelspule 220 ist um das Spulen-Wickelteil 216 von einem jeden der mehreren Statorzahnteile 215 gewickelt. Die Stator-Wickelspule 220 ist aus einem Verbundmaterial einer leitfähigen Nanomaterial-basierten Polymerverbindung ausgebildet. Genauer ausgeführt, bildet in der Stator-Wickelspule 220 das leitfähige Nanomaterial ein elektrisches Netz in einem Basismaterial (Matrix), das aus einem flexiblen Kunstharz gebildet ist, das eine elektrische Isolationseigenschaft hat. Das für die Stator-Wickelspule 220 verwendete leitfähige Nanomaterial kann Graphit oder leitfähige Nanofasern, wie Kohlenstofffasern, Graphenfasern oder Kohlenstoff-Nanorohr-(CNT-)Fasern aufweisen. Die Kompensations-Wickelspule 510 ist an einem jeden von den mehreren Kompensations-Spulenwickelteilen 218 aufgewickelt. Die Kompensations-Wickelspule 510 ist aus einem Verbundmaterial einer leitfähigen Nanomaterial-basierten Polymerverbindung ausgebildet. Genauer ausgeführt, bildet in der Kompensations-Wickelspule 510 das leitfähige Nanomaterial ein elektrisches Netz in einem Basismaterial (Matrix), das aus einem flexiblen Kunstharz gebildet ist, das eine elektrische Isolationseigenschaft hat. Das für die Kompensations-Wickelspule 510 verwendete leitfähige Nanomaterial kann Graphit oder leitfähige Nanofasern, wie Kohlenstofffasern, Graphenfasern oder CNT-Fasern aufweisen. Die Kompensations-Wickelspule 510 kann in einem bestimmten Winkel, der gemäß einer Kompensationsform festgelegt ist, gewickelt werden.
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Der Rotor 300 befindet sich im Stator 200 und rotiert bezüglich des Stators 200 um die Rotationsachsenlinie X. Der Rotor 300 weist eine scheibenförmiges Körperteil 310 auf, die an einer Rotationsachsenlinie X zentriert ist, eine Rotationswelle 320, die durch den Mittelpunkt des Körperteils 310 hindurchgeht, verläuft entlang der Rotationsachsenlinie X und rotiert in der Achse um die Rotationsachsenlinie X, und mehrere Magnete 330, die an einer Außenumfangsfläche des Körperteils 310 entlang der Umfangsfläche in regelmäßigen Abständen verbunden sind.
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Das Körperteil 310 und die Rotationswelle 320 sind als eine Mischung eines glasfaserverstärkten Plastiks (GFRP) oder einem Kohlenstofffaser-verstärkten Plastik (CFRP) und Metall ausgebildet, so dass das Gewicht verringert werden kann und die Steifigkeit davon erhöht werden kann. Das Körperteil 310 und die Rotationswelle 320 können hergestellt werden, indem die Mischung gezogen oder in einer Hohlform mittels Blechwalzen oder einem Fadenwicklungsverfahren geformt wird. In der vorliegenden Ausführungsform weisen das Körperteil 310 und die Rotationswelle 320 GFRP oder eine Mischung von CFRP und Metall auf. Im Unterschied dazu können das Körperteil 310 und die Rotationswelle 320 ein faserverstärktes Plastikverbundmaterial, wie CFRP, aufweisen, und dies gehört ebenso zum Umfang der vorliegenden Erfindung.
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Die Magnete 330 können eines aufweisen das ausgewählt ist aus Nd-Fe-B Neodym, Samarium-Kobalt, Eisen und einem AI-Ni-Co-Magneten, einem Gummimagneten oder einem Verbundmagneten.
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Das Sensormodul 400 erfasst den Magnetismus der Magnete 330, erfasst die Position des Rotors 300 und überträgt dieses Signal an einen Gleichrichterschaltkreis,
Das Sensormodul 400 weist einen Hallsensor 410 auf, der im zweiten Gehäuse 120 installiert ist und die Position des Rotors 300 erfasst, und eine Hallsensorabdeckung 420, mit der der Hallsensor 410 verbunden ist, und die den Hallsensor 410 schützt und die mit dem Gehäuse 100 verbunden ist.
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Die Hallsensorabdeckung 420 kann aus einem Material einer Mischung einer Glasfaser, die ein leichtes Gewicht hat und einen Isolator aufweist, und einem PA6-basierten Kunstharz ausgebildet sein, um so das Gewicht zu verringern, jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt.
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Das Sensormodul 400 kann einen Drehmelder oder einen Kodierer mit Ausnahme für den Hallsensor 410 aufweisen und kann die Position des Rotors 300 präzise entsprechend einem superleichten und schlanken Typ erfassen. Hier weist das Sensormodul 400 den Hallsensor 410 und den Drehmelder und den Kodierer auf. Es können jedoch verschiedene andere Gestaltungen verwendet werden, wenn das oben beschriebene Ziel verwirklicht wird.
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In der oben beschriebenen Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein BLDC-Motor ein interner Rotationstyp, in dem sich der Rotor im Stator befindet. Im Unterschied dazu kann die vorliegende Erfindung jedoch auch auf einen BLDC-Motor des externen Rotationstyp angewendet werden, und dies gehört ebenso zum Umfang der vorliegenden Erfindung.
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Wenngleich die Erfindung im Besonderen mit Bezugnahme auf beispielhafte Ausführungsformen davon dargestellt und beschrieben wurde, ist es für Fachleute verständlich, dass verschiedene Änderungen in der Form und in Details vorgenommen werden können, ohne vom Geist und Umfang der vorliegenden Erfindung, wie in den folgenden Ansprüchen definiert, abzuweichen.
