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Technisches
Gebiet
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Die
Erfindung betrifft einen bürstenlosen
Außenrotor-Gleichstrommotor
mit einem innendurchmesserorientierten ringförmigen Ferromagnet, der den
magnetischen Fluß erhöhen kann,
so daß die Leistung
des bürstenlosen
Außenrotor-Gleichstrommotors
gesteigert wird.
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Stand der
Technik
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Nach
der Untersuchung von EPRI hat der Elektrizitätsverbrauch einen Anteil von
40% in dem gesamten Energieverbrauch. Mit der Erhöhung des Lebensstandards
steigt auch der Anteil des Elektrizitätsverbrauches für die elektrischen
Geräte
in dem gesamten Elektrizitätsverbrauch.
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Es
wird geschätzt,
daß der
Anteil des Elektrizitätsverbrauches
für die
elektrischen Geräten
in 2010 bis auf 80% steigern würde,
wovon die Motoren 55% der Elektrizitätsenergie verwenden. Der bürstenlose
Außenrotor-Gleichstrommotor
hat eine Drehzahl von über
10,000 Umdrehungen pro Minute. Er ist durch einen großen Drehzahlbereich,
einen niedrigen Rotorträgheit,
eine niedrige magnetische Interferenz, eine Wartungsfreiheit und
eine Staubfreiheit gekennzeichnet und wird breit auf die Präzisionsindustrie,
wie CNC-Werkzeugmaschine, Halbleiterherstellung, verwendet.
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Dank
der neuen Steuerungstechnik hat der bürstenlose Außenrotor-Gleichstrommotor
immer mehr den Induktionsmotor ersetzt, z.B. Motoren für Ventilator,
Klimaanlage, Verdichter, Waschmaschine, Pumpe, elektronische Produkte
(wie Projektor, Computerkühler
usw.) Der Magnet des Außenrotors
ist üblicherweise
aus einem Verbundmaterial von NdFeB hergestellt, das 94% NdFeB und
6% Nylon enthält.
Durch Spritzgießen
wird ein ringförmiger
Rohling erhalten, dessen Innendurchmesser magnetisiert wird, wodurch
ein ringförmiger
anisotroper Multipolmagnet entsteht. Dieser Magnet hat jedoch die Nachteile
von hohen Herstellungskosten (Nd ist ein seltenes Metall) und schwieriger
Herstellung. Daher ist dieser Magnet sehr teuer.
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Um
die Herstellungskosten zu reduzieren, wird der Magnet aus NdFeB
durch einen gepreßten anisotropen
Ferromagnet ersetzt. Dieser Magnet kann nur eine halbmondform haben.
Daher sind mindestens drei Magnete erforderlich, um eine Ringform zu
bilden. Dieser ringförmige
Dauermagnet weist die folgende Nachteile auf:
- 1.
Die Spalte zwischen den Magneten können zu einem Magnetverlust
führen,
so daß bei
Betrieb des Dauermagnetes ein Hakmoment auftritt.
- 2. Die Montage des ringförmigen
Dauermagnetes aus mehreren halbmondförmigen Magneten ist kraftaufwendig.
Zudem ist die Rundheit schlechter.
- 3. Die Flußdichte
des Magnetes aus NdFeB liegt in einem Bereich von 2100 bis 2300
Gauss und die Flußdichte
des Ferromagnetes liegt in einem Bereich von 1650 bis 1950 Gauss.
Daher ist der magnetischer Fluß des
Ferromagnetes unzureichend.
- 4. Die Sintertemperatur des Ferromagnetes beträgt ca. 1240°C. Um einen
Bruch zu vermeiden, soll die Dicke des Magnetes nicht zu klein sein, wodurch
der Magnet einen größeren Außendurchmesser
besitzt, so daß der
Motor ein größeres Volumen
hat.
- 5. Wegen der obengenannten Nachteile ist der ringförmige Dauermagnet
aus mehreren halbmondförmigen
Ferromagneten bislang noch nicht genormt.
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Sowohl
der Magnet aus NdFeB als auch der halbmondförmige Ferromagnet wird von
einem Drehkörper
aus Eisenblech umschlossen, um mit dem Stator Magnetkreise zu bilden.
Diese Magnetkreise sind sehr groß, so daß der Verlust der Magnetkraftlinien
sehr hoch ist. Daher wird die Leitung der Pumpe reduziert.
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Der
ringförmige
Dauermagnet aus mehreren halbmondförmigen Ferromagneten hat neben
den niedrigeren Herstellungkosten noch andere Vorteile im Vergleich
mit dem Magnet aus NdFeB. Die physikalischen Eigenschaften des ringförmigen Dauermagnetes
aus mehreren halbmondförmigen
Ferromagneten sind besser als der Magnet aus NdFeB. Daher ist der
ringförmige
Dauermagnet aus mehreren halbmondförmigen Ferromagneten für den Anwendungsbereich
geeignet, der eine höhere
Temperatur-, Feuchtigkeits- und Chemikalienbeständigkeit fordert. Zudem ist
der Ferromagnet umweltfreudlicher, da er durch die Wiederverwendung
von Metallschlämmen hergestellt
ist.
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Wenn
der magnetische Fluß erhöht, der
Magnetverlust verringert, die Flußdichte gesteigert und die
Magnetfeldstärke
vergrößert wird,
kann der Ferromagnet optimal auf den bürstenlosen Außenrotor-Gleichstrommotor
angewendet werden. Dies ist das Ziel der Erfindung.
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Aufgabe der
Erfindung
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Die
Erfindung hat die Aufgabe, einen bürstenlosen Außenrotor-Gleichstrommotor
mit einem innendurchmesserorientierten ringförmigen Ferromagnet zu schaffen,
bestehend aus einer Basisplatte, einem Stator und einem Außenrotor,
der den Stator umgibt, wobei die Basisplatte eine Motorwelle aufweist;
der Stator einen Joch und einen Erregerspule umfaßt; und
der Außenrotor
einen Drehkörper
und einen innendurchmesserorientierten ringförmigen Ferromagne, der an der
Innenwand des Drehkörpers
anliegt, umfaßt,
wobei der innendurchmesserorientierte ringförmige Ferromagnet ein anisotroper
Multipoldauermagnet ist, wobei der Stator nach bestromung ein rotierendes
Magnetfeld erzeugt, wodurch der innendurchmesserorientierte ringförmige Multipolferromagnet
des Außenrotors
von dem rotierenden Magnetfeld wiederholt angezogen und abgestoßen und somit
in Drehung versetzt wird, so daß die
Motorwelle mitgeführt
wird.
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Die
Erfindung weist zwei Ausführungsbeispiele
auf:
- 1. Die Basisplatte, der Stator und der
Rotor sind alle im Gehäuse
des Motors angeordnet, wobei die Motorwelle aus dem Gehäuse herausragt. Hierbei
ist die Erfindung als ein Motor ausgebildet.
- 2. An der Außenseite
des Außenrotors
sind Schaufeln vorgesehen, die mit dem Außenrotor synchron gedreht werden.
Hierbei ist die Erfindung als ein Schaufelrad für Ventilator ausgebildet.
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Da
der innendurchmesserorientierte ringförmige Ferromagnet einen nichtmagnetischen
Außenbereich
und einen magnetischen Innenbereich aufweist, werden die Magnetkraftlinien
des magnetischen Innenbereiches durch den nichtmagnetischen Außenbereich
behindert, wodurch die Magnetkreise verkleinert werden und der magnetische
Fluß somit erhöht wird,
so daß die
Leistung des Motors gesteigert wird.
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Im
folgenden wird die Erfindung anhand des ersten und zweiten Ausführungsbeispiels
und der beigefügten
Zeichnungen näher
erläutert.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 eine
Schnittdarstellung des ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung,
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2 eine
perspektivische Darstellung des innendurchmesserorientierten ringförmigen Ferromagnetes,
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3 eine
Schnittdarstellung des zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung.
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Wege zur Ausführung der
Erfindung
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1 zeigt
das erste Ausführungsbeispiel der
Erfindung, wobei der bürstenlose
Außenrotor-Gleichstrommotor 90 eine
Motorwelle aufweist, die mit einer Riemenscheibe 91 verbunden
ist und diese drehantreiben kann. Selbstverständlich kann die Motorwelle
auch mit einem Schaufelrad oder dergleichen verbunden werden.
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Im
vorliegenden Ausführungsbeispiel
besteht der bürstenlose
Außenrotor-Gleichstrommotor 90 aus
einer Basisplatte 10, einem Stator 20 und einem
Außenrotor 30,
der den Stator 20 umgibt.
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Die
Basisplatte 10 ist im Gehäuse 92 des Motors 90 angeordnet
und dient zum Tragen des Stators 20 und des Außenrotors 30.
In der Mitte der Basisplatte 10 ist eine Motorwelle 12 mit
einem Lager 11 und an einer Seite der Basisplatte 10 ist
ein Hallelement 13 vorgesehen. Die Motorwelle 12 ragt
aus dem Gehäuse 92 des
Motors 90 heraus und verbindet sich mit der Riemenscheibe 91,
einem Schaufelrad oder dergleichen.
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Der
Stator 12 ist um die Motorwelle 12 angeordnet
und umfaßt
einen Joch 21 und eine Erregerspule 22, die durch
Bestromung ein rotierendes Magnetfeld erzeugen kann.
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Der
Außenrotor 30 umfaßt einen
Drehkörper 31 und
einen innendurchmesserorientierten ringförmigen Ferromagnet 40,
der an der Innenwand des Drehkörpers 31 anliegt.
Die Motorwelle 12 ist durch den Drehkörper 31 geführt und
mit diesem fest verbunden, wodurch der innendurchmesserorientierte ringförmige Ferromagnet 40 den
Stator 20 umgibt und mit dem Hallelement 13 einen
geeigneten Spalt hat. Wenn der innendurchmesserorientierte ringförmige Ferromagnet 40 des
Außenrotors 30 durch
das rotierendes Magnetfeld in Drehung versetzt wird, wird die Motorwelle 12,
die mit dem Drehkörper 40 fest
verbunden ist, mitgeführt
und somit die Riemenscheibe 91, das Schaufelrad oder dergleichen
drehantreiben.
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Der
Stator 20 erzeugt nach bestromung ein rotierendes Magnetfeld,
wodurch der innendurchmesserorientierte ringförmige Multipolferromagnet 40 des
Außenrotors 30 von
dem rotierenden Magnetfeld wiederholt angezogen und abgestoßen und
somit in Drehung versetzt wird, so daß die Motorwelle 12 mitgeführt wird.
Die Drehzahl des Außenrotors 30 wird
von dem Hallelement 13 erfaßt, das somit ein entsprechendes
Signal aussendet, um die Arbeit des Motors zu steuern.
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Wie
aus 2 ersichtlich ist, ist der innendurchmesserorientierte
ringförmige
Ferromagnet 40 ein anisotroper Multipoldauermagnet (je
kleiner die Polzahl ist, desto größer ist die Drehzahl) und weist einen
nichtmagnetischen Außenbereich 41 und
einen magnetischen Innenbereich 42 auf, wodurch die Magnetkraftlinien
des magnetischen Innenbereiches 42 durch den nichtmagnetischen
Außenbereich 41 behindert
werden, so daß die
Magnetkreise verkleinert werden und der magnetische Fluß somit
erhöht wird.
Beim herkömmlichen
Magnet aus NdFeB oder halbmondförmigen
Ferromagnet sind die Magnetkreise größer, wodurch der Verlust der
Magnetraftlinien sehr groß ist,
so daß die
Leistung des Motors reduziert wird.
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3 zeigt
das zweite Ausführungsbeispiel der
Erfindung, das aus einer Basisplatte 10, einem Stator 20 und
einem Außenrotor 30,
der den Stator 20 umgibt, besteht. Der Stator 20 erzeugt
nach bestromung ein rotierendes Magnetfeld, wodurch der innendurchmesserorientierte
ringförmige
Ferromagnet 40 des Außenrotors 30 in
Drehung versetzt wird, so daß die
Motorwelle 12 mitgeführt
wird.
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Das
zweite Ausführungsbeispiel
unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel nur dadurch,
daß die
Motorwell 12 nicht aus dem Gehäuse des Motors herausragt und
nur als Drehachse des Außenrotors 30 verwendet
wird. Um den Drehkörper 31 des
Außenrotors 30 sind
eine Vielzahl von Schaufeln 93 angeordnet. Wenn der innendurchmesserorientierte
ringförmige
Ferromagnet 40 durch den Stator 20 in Drehung
versetzt wird, werden der Drehkörper 31 und
somit die Schaufeln 93 mitgeführt, wodurch ein Luftstrom
erzeugt wird. Dadurch entsteht ein Außenrotor-Ventilator.
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Im
vorliegenden Ausführungsbeispiel
weist der innendurchmesserorientierte ringförmige Ferromagnet 40 einen
nichtmagnetischen Außenbereich 41 und
einen magnetischen Innenbereich 42 auf, wobei die Magnetkraftlinien
des magnetischen Innenbereiches 42 durch den nichtmagnetischen
Außenbereich 41 behindert
werden. Daher ist es nicht erforderlich, an der Außenseite
des innendurchmesserorientierten ringförmigen Ferromagnetes 40 ein
Eisenblech vorzusehen, um Magnetkreise zu bilden. Mit anderen Worten
können
der Drehkörper 31 und
die Schaufeln 93 einteiig aus Kunststoff spritzgegossen werden,
wobei der innendurchmesserorientierte ringförmige Ferromagnet 40 direkt
an der Innenseite des Drehkörpers 31 befestigt
ist. Dadurch wird das Gewicht des Ventilators erheblich reduziert
und eine Vibration vermieden. Dies ist insbesondere für Kühlventilator
mit hoher Drehzahl geeignet.
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Die
vorstehende Beschreibung stellt nur die bevorzugten Ausführungsbeispiele
der Erfindung dar und soll nicht als Definition der Grenzen und
des Bereiches der Erfindung dienen. Alle gleichwertige Änderungen
und Modifikationen gehören
zum Schutzbereich dieser Erfindung. Die Erfindung betrifft einen bürstenlosen
Außenrotor-Gleichstrommotor
mit einem innendurchmesserorientierten ringförmigen Ferromagnet, bestehend
aus einer Basisplatte (10), einem Stator (20)
und einem Außenrotor
(30), der den Stator (20) umgibt, wobei der Stator
(12) einen Joch (21) und eine Erregerspule (22)
umfaßt,
und der Außenrotor
(30) einen Drehkörper
(31) und einen innendurchmesserorientierten ringförmigen Ferromagnet (40),
der an der Innenwand des Drehkörpers
(31) anliegt, umfaßt,
wobei der innendurchmesserorientierte ringförmige Ferromagnet (40)
ein anisotroper Multipoldauermagnet ist und einen nichtmagnetischen Außenbereich
(41) und einen magnetischen Innenbereich (42)
aufweist, wodurch die Magnetkraftlinien des magnetischen Innenbereiches
(42) durch den nichtmagnetischen Außenbereich (41) behindert werden,
so daß die
Magnetkreise verkleinert werden und der magnetische Fluß somit
erhöht
wird. Der Stator (20) erzeugt nach bestromung ein rotierendes
Magnetfeld, wodurch der innendurchmesserorientierte ringförmige Multipolferromagnet
(40) des Außenrotors
(30) von dem rotierenden Magnetfeld wiederholt angezogen
und abgestoßen
und somit in Drehung versetzt wird,, so daß die Motorwelle (12)
mitgeführt wird.
Bei der Ausbildung als Motor ragt die Motorwelle aus dem Gehäuse des
Motors heraus und beider Ausbildung als Schaufelrad für Ventilator
sind an der Außenseite
des Außenrotors
(30) Schaufeln angeordnet.