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Gebiet der Erfindung
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Die
Erfindung bezieht sich allgemein auf elektronisch kommutierte Motoren,
wie etwa auf Motoren mit geschalteter Reluktanz, Hochfrequenz-Induktionsmotoren,
bürstenlose
Wechselstrommotoren und bürstenlose
Gleichstrommotoren. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf
eine elektronisch kommutierte bürstenlose
Motorausführung
und auf einen Montageprozess, der einen robusten bürstenlosen Motor
liefert, der die außergewöhnlichen
funktionellen Anforderungen bei verschiedenen Anwendungen, wie etwa
in tragbaren Tischsägen,
Gehrungssägen,
Sägen auf
Baustellen und Kombinationssägen, erfüllt. Im
Speziellen bezieht sich die Erfindung auf eine elektronisch kommutierte
bürstenlose
Motorausführung
mit einer in einer Seitenwand des Motorgehäuses ausgebildeten Ausbuchtung,
in der eine Kondensator-Unterbaugruppe untergebracht ist, wodurch
ein elektronisch kommutierter bürstenloser Motor
mit einer relativ kurzen Länge
in axialer Richtung bereitgestellt wird.
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Hintergrund der Erfindung
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Der
Stand der Technik elektronisch kommutierter bürstenloser Motoren leidet unter
verschiedenen Einschränkungen.
Eine Einschränkung
ist die Begrenzung des Luftstroms durch den Motor. In einem normalen
Universalmotorgehäuse
wird die Luft durch Lüftungsöffnungen
in einer Endkappe gesaugt, strömt
an einer Bürstenhalterringanordnung
und Wicklungen vorbei, durch einen Lüfter und tritt am anderen Ende
des Motors aus.
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In
einem elektronisch kommutierten bürstenlosen Motor wird die Luft
ebenfalls durch eine Endkappe gesaugt, muss jedoch um den Umfang
eines Elektroniksteuermoduls geleitet werden, das an einem axialen
Ende des Gehäuses
angebracht ist, bevor sie durch den Rest des Motors geleitet werden kann.
Somit behindert das elektronische Steuermodul, das eine Vergussmassenwanne
aufweist, die eine eingekapselte gedruckte Leiterplatte (PCB) hält, den
Luftstrom, indem die Luft veranlasst wird, zuerst um das elektronische
Steuermodul zu strömen. Nachdem
sie um das elektronische Steuermodul geströmt ist, strömt die Luft durch Kanäle nach
unten, die durch extrudierte Rippen von Wärmeableiteinrichtungen aus
Aluminium gebildet werden, und kühlt dadurch
die elektronischen Bauteile, die an den Wärmeableiteinrichtungen befestigt
sind. Die Luft strömt dann
weiter über
Statorwicklungen durch den Stator und um ihn herum, durch einen
Lüfter
und tritt durch das Motorende aus. Somit behindert in elektronisch kommutierten
bürstenlosen
Motoren das elektronische Steuermodul den Luftstrom durch den Motor.
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Die
Behinderung des Luftstroms in elektronisch kommutierten bürstenlosen
Motoren steht ferner mit dem Formprozess des Gehäuses im Zusammenhang. Um das
Gehäuse
effektiv zu formen und herzustellen, muss es sowohl an seiner inneren
Seite (Kern) als auch an seiner äußeren Seite
(Hohlraum) eine konische Form aufweisen. Da die Geometrie an der Öffnung des
Gehäuses
durch Forderungen an die Schnittstelle zum Anbringen vorhandener
Erzeugnisse festgelegt ist, schließt die konische Form das Gehäuse unten
(d. h. verengt es) um das elektronische Steuermodul, wodurch der
Luft strom um das elektronische Steuermodul und durch den Motor weiter
behindert wird.
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Eine
zweite Einschränkung
bei den bekannten elektronisch kommutierten bürstenlosen Motoren ist die,
dass der Motor normalerweise länger
ist als ein normaler Universalmotor. Wegen der Gesamtlänge sind
elektronisch kommutierte bürstenlose
Motoren schwierig in vielen angetriebenen Werkzeugen zu verwenden,
für die
es vorteilhaft ist, die axiale Gesamtlänge des Motors oder des Gehäuses so
kurz wie möglich
zu halten. Das gilt insbesondere für Sägen, wie etwa Gehrungssägen und
andere Sägen, weil,
wenn die Säge
(und der mit der Säge
verbundene Motor) unter einem Winkel geneigt sind, ein übermäßig langes
Motorgehäuse
eine Wechselwirkung mit einer Schutzeinrichtung oder mit dem Tisch
der Säge
verursachen kann. So muss zum Beispiel bei TGS-Kombinationssägen die
axiale Länge
des Motorgehäuses
kurz genug sein, damit es nicht über
den Rahmen der Säge
vorsteht. Wenn es vorsteht, wird verhindert, dass der Tisch übergeklappt
werden kann.
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Ein
anderes Beispiel ist, dass die axiale Länge des Motors in einer kleinen
tragbaren Tischsäge so
kurz sein sollte, dass das Motorgehäuse bei der Anbringung an dem
Getriebegehäuse
der Säge
in die Umrandung passen sollte, die die Basis der Säge bildet.
Ein noch anderes Beispiel ist, dass bei einer Gehrungssäge, bei
der die Neigungsschnitt- und Gehrungsschnittfunktionen es erfordern,
dass das Ende des Motors in Richtung auf den Tisch gekippt werden
muss, die axiale Länge
des Motors so kurz sein muss, dass der Motor den Anschlag des Tisches nicht
berührt,
wenn er für
einen Neigungs- oder Gehrungsschnitt in eine geneigte Stellung gekippt
wird.
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Eine
dritte Einschränkung
der bekannten elektronisch kommutierten bürstenlosen Motoren ist, dass
während
des Montageprozesses keine korrekte Ausrichtung der Positionierungseinrichtungen
auf der Rotorwelle mit dem Rotorpol und des Positionssensors mit
dem Stator durchgeführt
werden kann. Die Positionierungseinrichtungen könnten alle geeigneten Positionierungseinrichtungen
sein, wie etwa ein Unterbrecher oder ein Magnet, und der Positionssensor
könnte
jeder geeignete Sensor sein, wie etwa ein optischer Sensor oder
ein Hall-Effekt-Sensor. Bei normalen elektronisch kommutierten bürstenlosen Motoren
bestimmt die Position der Positionierungseinrichtungen in Bezug
auf den Positionssensor die Position des Rotors in Bezug auf den
Stator. Bei elektronisch kommutierten bürstenlosen Motoren ist es äußerst wichtig,
die genaue Position des Rotors zu kennen, wenn die elektronischen
Schaltsignale, die die Flussrichtung in der Motorwicklung(en) schalten, durch
eine elektronische Steuereinrichtung bereitgestellt werden. Wenn
die Ausrichtung der Positionierungseinrichtungen mit dem Rotorpol
nicht stimmt oder wenn die Ausrichtung des Positionssensors mit dem
Stator nicht präzise
eingestellt ist, führt
die Position der Positionierungseinrichtungen, wie sie durch den
Positionssensor erfasst wird, zu einer ungenauen Anzeige der Position
des Rotors in Bezug auf den Stator. Wenn die Position des Rotors
nicht genau bestimmt wird, verliert der elektronisch geschaltete
Motor sehr schnell an Leistung und Drehmoment.
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Eine
vierte Einschränkung
bei den bekannten elektronisch kommutierten bürstenlosen Motoren ist die
Einhaltung der Forderungen an eine doppelt isolierte Bauweise, wie
sie von den Underwriters Laboratories (UL) und anderen Behörden, die
die Einhaltung von Vorschriften überwachen,
vorgeschrieben ist. Doppelt isolierte Motorausführungen, die die Notwendigkeit
ausschließen,
eine geerdete Ader in dem Anschlusskabel vorzusehen, sind bei Universalmotoren
realisiert worden. Dabei handelt es sich um eine bevorzugte Ausführung für tragbare
und an einem Tisch angebrachte angetriebene Werkzeuge, da die Alternative,
geerdete Werkzeuge, darauf basiert, dass eine feste Erdverbindung
an einem Arbeitsplatz zur Verfügung
steht, was oft nicht der Fall ist. Die Grund forderung ist, dass
die Ausführung
zumindest zwei Isolierebenen zwischen den Bauteilen, wie etwa Wicklungen,
und alle Metallbauteile, wie etwa Wellen oder Schrauben, bereitstellen
muss, die für
den Benutzer zugänglich
sind. Bekannte elektronisch kommutierte bürstenlose Motoren verwenden
keine doppelt isolierte Bauweise.
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Ein
Motor gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 1 ist in der
WO
98/28833 offenbart. Weitere Beispiele bekannter Motoren
sind in der
US 5 357 161 und
in der
EP 0 948 116
A2 offenbart.
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Es
würde daher
vorteilhaft sein, einen elektronisch kommutierten bürstenlosen
Motor mit einer doppelt isolierten Ausführung bereitzustellen, ohne dass
die Kosten wesentlich erhöht
oder die Herstellung und/oder der Zusammenbau des Gesamtmotors komplizierter
werden.
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Kurze Zusammenfassung der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine elektronisch kommutierte
bürstenlose
Motorausführung,
die die verschiedenen, vorher beschriebenen Nachteile überwindet.
In einer bevorzugten Form bezieht sich die Erfindung auf einen bürstenlosen Wechselstrommotor,
obwohl zu erkennen ist, dass sie auch auf bürstenlose Gleichstrommotoren
anwendbar ist.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird ein elektronisch kommutierter bürstenloser Motor mit den Merkmalen
von Anspruch 1 bereitgestellt.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird ferner ein Verfahren zum Aufbau eines elektronisch kommutierten
bürstenlosen
Motors mit den Merkmalen von Anspruch 6 bereitgestellt.
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Die
elektronisch kommutierte bürstenlose Motorausführung stellt
eine Kondensatormontageanordnung breit, die es erlaubt, die Gesamtlänge des Motors
in axialer Richtung zu verringern. Die Folienkondensatoren, die
zu dem elektronischen Steuerungssystem für den Motor gehören, sind
auf einer unabhängigen
Leiterplatte angebracht. Die Leiterplatte ist angepasst, in einen
Gehäusevorsprung oder
in einer Ausbuchtung, die an der Seitenwand des Gehäuses anstatt
an einem axialen Ende des Gehäuses
angebracht sind, geschoben zu werden. Das ermöglicht es, die axiale Gesamtlänge des
Gehäuses
zu verringern, wodurch umfangreichere Anwendungsbereiche für den Motor
ermöglicht
werden, bei denen der Motor gelenkig in verschiedene Stellungen
gebracht werden muss, ohne durch andere Komponenten seines zugehörigen Werkzeugs
behindert zu werden.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Die
vorliegende Erfindung ist aus der ausführlichen Beschreibung und den
beigefügten
Zeichnungen vollständiger
zu verstehen, wobei
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1 eine
perspektivische Ansicht eines elektronisch kommutierten bürstenlosen
Motors gemäß einer
bevorzugten Ausführung
der vorliegenden Erfindung ist;
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2 eine
Explosionsansicht des in 1 dargestellten Motors ist,
die darstellt, wie die Bauteile des Motors zusammengesetzt sind;
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3 eine
Explosionsansicht des Inneren des entfernten Endes des in 2 dargestellten
Motorgehäuses
ist;
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4 eine
Explosionsansicht des entfernten Endes des in 2 dargestellten
Motors ist, die darstellt, wie die Bauteile am entfernten Ende des
Motors zusammengesetzt sind;
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5 eine
Explosionsansicht des in 4 dargestellten Gehäuses ist,
die darstellt, wie die Folienkondensatoren verschiebbar in eine
Motorgehäuseausbuchtung
eingesetzt werden;
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6 eine
alternative Ausführung
der in 5 dargestellten Kondensatoranordnung ist;
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7 eine
Querschnittsansicht der in 5 dargestellten
Motorgehäuseausbuchtung
ist;
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8 eine
Explosionsansicht eines in 2 dargestellten
Statorpakets ist.
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Ausführliche Beschreibung der Erfindung
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1 ist
eine perspektivische Ansicht eines elektronisch kommutierten bürstenlosen
Motors 10 gemäß einer
bevorzugten Ausführung
der vorliegenden Erfindung. Der Motor 10 ist ein selbständiger Motor,
der direkt mit einem Getriebegehäuse
oder mit anderen Halteeinrichtungen eines Erzeugnisses, wie etwa
eines angetriebenen Werkzeugs, verschraubt werden kann. Der Motor 10 weist
ein Motorgehäuse 14 aus
Kunststoff mit einer einstückig
ausgebildeten Ausbuchtung 18 auf, die von einer äußeren Oberfläche einer
Seitenwand des Motorgehäuses
vorsteht, wobei eine Vielzahl von Kondensatoren (nicht dargestellt)
eingesetzt sind. Das Gehäuse 14 ist
an einem entfernten Ende durch eine mit Lüftungsöffnungen versehene Endkappe 22 und
am gegenüberliegenden
nahen Ende durch eine Lagerendkappe 26 geschlossen.
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2 ist
eine Explosionsansicht des in 1 dargestellten
Motors 10, die zeigt, wie die Bauteile des Motors 10 zusammengesetzt
sind. Ein Statorpaket 30, ein Rotor 34 und ein
Leitblech 38 sind ringförmig
in dem Gehäuse 14 angebracht.
Das Statorpaket 30 weist einen Stapel von Stahllamellen
auf, die zu den Statorwicklungen passen (wird in Bezug auf 8 nachfolgend
noch beschrieben). Die Statorwicklungen werden aufeinanderfolgend
unter elektrischen Strom gesetzt und erzeugen dadurch ein Drehmagnetfeld.
Das Statorpaket 30 ist unter Verwendung einer Vielzahl
von Rippen 40, die an einer inneren Oberfläche 14a einer
Seitenwand des Gehäuses 14 ausgebildet
sind, präzise
in dem Gehäuse 14 positioniert.
Die Positionierungsrippen 40 sind in Statorkanäle 42 eingebaut,
die integral in dem Statorpaket 30 ausgebildet sind. Das
Statorpaket 30 wird dann in Presspassung in das Gehäuse 14 gepresst und
mit zwei Schrauben (nicht dargestellt) an seinem Platz befestigt.
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Der
Rotor 34 weist keine Wicklungen auf und wird zwischen einem
ersten Lager 44, das durch eine Lagerendkappe 26 gehalten
wird, und einem zweiten Lager 46, das durch eine integrierte
Lagerhalterung (nicht dargestellt) in dem Motorgehäuse 14 gehalten wird,
gehalten. Der Rotor 34 weist eine Welle 50, ein Isolierrohr
oder Isolierhülse 54,
ein Paket von Stahllamellen 58 und einen Kühllüfter 62 auf,
der dabei unterstützt,
Luft durch den Motor 10 zu leiten. Das Paket 58 wird
durch Ineinandergreifen, Schweißen, Klemmen
oder Kleben der Stahllamellen miteinander zusammengesetzt. Das Isolierrohr 54 ist
auf die Welle 50 und das Rotorpaket 58 auf das
Isolierrohr 54 gepresst. Die Welle 50 stellt die
Verbindung zu einem Getriebegehäuse
eines Erzeugnisses (nicht dargestellt) her, das wiederum mit einem
Werkzeugelement, wie etwa ein Sägeblatt,
gekoppelt ist. Das durch die Statorwicklungen erzeugte Drehmagnetfeld übt eine
Kraft auf das Rotorpaket 58 aus, die das Rotorpaket 58 veranlasst,
sich um eine Achse der Welle 50 zu drehen und dadurch ein
Drehmoment auf die Welle 50 zu übertragen, die das Drehmoment wiederum
auf die Zahnräder
in dem Getriebegehäuse
des Erzeugnisses überträgt. Das
Rotorpaket 58 weist eine Vielzahl von vier Rotorpolen 68 auf,
obwohl zu erkennen ist, dass eine größere oder kleinere Anzahl von
Rotorpolen 68 vorgesehen sein könnte.
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Der
Rotor 34 weist ferner eine Positionierungseinrichtung 66,
wie etwa einen Unterbrecher, auf. Wie hierin verwendet, bezieht
sich die Positionierungseinrichtung 66 auf einen Unterbrecher 66,
wobei jedoch zu erkennen ist, dass die Positionierungseinrichtung 66 jede
andere geeignete Positionierungseinrichtung, wie etwa ein Magnet,
sein könnte. Der
Unterbrecher 66 weist eine Vielzahl von vier vorstehenden
Elementen 66a auf, von denen in 2 nur drei
sichtbar sind. Der Unterbrecher 66 ist ein Kunststoffteil,
das auf das entfernte oder hintere Ende der Welle 50 passt
und mit einem Positionssensor (der nachfolgend unter Bezugnahme
auf 3 beschrieben wird) gekoppelt ist, um der elektronischen
Steuereinrichtung Daten bezüglich
einer Rotorstellung und einer Rotordrehzahl zur Verfügung zu stellen.
Das Verrutschen oder Verdrehen des äußeren Durchmessers (OD) des
zweiten Lagers 46 wird durch ein nachgiebiges Material
(nicht dargestellt), zum Beispiel einen Gummistopfen oder eine Gummikappe,
verhindert, das zwischen den äußeren Durchmesser
des Lagers 46 und die Wand der Lagerhalterung angeordnet
wird. Nachdem der Stator 30, das Leitblech 38 und
der Rotor 34 ringförmig
in das Gehäuse 14 eingepasst
sind, wird die Lagerendplatte 26 über dem ersten Lager 44 und
auf die Positionierungspunkte an der Öffnung des Gehäuses 14 ausgerichtet
angebracht und daraufhin mit vier Schrauben (nicht dargestellt)
an dem Kunststoffgehäuse 14 befestigt.
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3 ist
eine Explosionsansicht des Inneren des entfernten Endes des Motorgehäuses 14 (dargestellt
in 2). Hinter der einstückigen Lagerhalterung (nicht
dargestellt) des Gehäuses 14 befindet sich
eine Überbrückung 70,
die einen Positionssensor 74 hält. In der bevorzugten Ausführung ist
der Positionssensor 74 ein optischer Sensor und wird hierin als
optischer Sensor 74 bezeichnet. Es ist jedoch zu erkennen,
dass der Positionssensor 74 jeder andere geeignete Positionssensor
sein könnte,
zum Beispiel ein Hall-Effekt-Sensor. Die Überbrückung 70 ist einstückig mit
dem Gehäuse 14 ausgebildet
und steht von einer Endwand 72 des Gehäuses 14 vor. Der optische
Sensor 74 ist unter einem oberen Bereich 70a der Überbrückung 70 eingesetzt,
so dass er im Wesentlichen in einen hohlen Bereich 71 in
der Überbrückung passt.
Der optische Sensor 74 weist die Vorsprünge 74a und 74b auf,
wobei der Vorsprung 74a eine Öffnung 75 und der
Vorsprung 74b eine Öffnung 77 hat.
Der optische Sensor 74 ist an dem Vorsprung 74b durch
ein Befestigungselement (nicht dargestellt) an der Überbrückung 70 angebracht,
das sich durch eine Öffnung 80,
die im oberen Bereich 70a der Überbrückung 70 ausgebildet
ist, und durch die Öffnung 77 erstreckt.
Die Endwand 72 weist ein Paar von Befestigungsvorsprüngen 72a und 72b auf,
die davon nach außen
vorstehen. Der Vorsprung 72a weist ein Blindloch 72c und
der Vorsprung 72b ein durchgehendes Loch 72d auf.
Der Vorsprung 74a des optischen Sensors 74 liegt über dem
Befestigungsvorsprung 72b, so dass die Öffnung 75 und das
Durchgangsloch 72d zueinander ausgerichtet sind.
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Nach
seinem Einbau in die Überbrückung 70,
wie vorher beschrieben, wird der optische Sensor 74 mit
einer hohlen Sensorkappe 78 aus Kunststoff abgedeckt. Der
optische Sensor 74 wird oben durch die Kappe 78 und
unten durch das zweite Lager 46 begrenzt, wodurch eine
abgedichtete Kammer für
die Unterbringung des optischen Sensors 74 gebildet wird.
Die abgedichtete Kammer schützt
den optischen Sensor 74 vor Verschmutzungen durch Schmutz,
Staub, Öl
und Feuchtigkeit und vor einem zufälligen Aus-lösen durch äußere Lichtquellen.
Weiterhin weist das entfernte Ende des Motorgehäuses 14 einen Vorsprung 81 auf,
der zum Befestigen der mit Lufteröffnungen versehenen Endkappe 22 (dargestellt
in 1) an dem entfernten Ende des Motorgehäuses 14 verwendet
wird.
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Der
optische Sensor 74 wirkt mit dem Unterbrecher (dargestellt
in 2) zusammen, um Daten bezüglich der Position und der
Drehzahl des Rotors 34 zur Verfügung zu stellen. Wenn sich
die Welle 50 und der Unterbrecher 66 drehen, wird
das Passieren der vorstehenden Elemente 66a des Unterbrechers 66 durch
den optischen Sensor 74 erfasst, wodurch einer gedruckten
Leiterplatte (PCB) für
die Hauptsteuerung (die nachfolgend in Bezug auf 4 beschrieben
wird) Daten zur Verfügung
gestellt werden. Die gedruckte Leiterplatte (PCB) für die Hauptsteuerung
verwendet die Daten, um Informationen zu ermitteln, die für den korrekten
Betrieb des Motors 10 wichtig sind, wie etwa die relative
Stellung des Rotorpakets 58 zu dem Statorpaket 30 (dargestellt
in 2) und die Drehzahl des Rotorpakets 58.
Daher ist die Ausrichtung der vorstehenden Elemente 66a des
Unterbrechers zu den Rotorpolen 68 (dargestellt in 2)
und die Ausrichtung des Statorpakets 30 mit dem optischen
Sensor 74 für
den korrekten Motorbetrieb sehr wichtig.
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Die
korrekte Ausrichtung des Statorpakets 30 mit dem optischen
Sensor 74 erfolgt durch das Formen der Überbrückung 70 von derselben
Kernseite der Gießform
wie das Formen der Statorpositionierungsrippen 40. Die Überbrückung 70 weist
eine Sensoranbringungsstruktur, wie etwa eine Öffnung 80 und einen
Befestigungsvorsprung 72b, auf, die den optischen Sensor 74 präzise in
der Überbrückung 70 ausrichten.
Die Statorpositionierungsrippen 40 sind mit den Statorpaketkanälen 42 (dargestellt
in 2) so verkeilt, dass das Statorpaket 30 in
einer präzisen
Ausrichtung in das Gehäuse 14 eingepasst ist.
Daher bildet die Bearbeitung, die die Sensoranbringungsmerkmale
in der Überbrückung 70 ausbildet,
auch die Positionierungsrippen 40 aus. Die Tatsache, dass
sowohl die Überbrückung 70 als
auch die Statorpositionierungsrip pen 40 in die Kernseite der
Gießform
einbezogen sind, stellt sicher, dass diese wichtigen strukturellen
Bauteile an dem gleichen Bauteil (d. h. an dem Gehäuse 14)
einstückig
ausgebildet sind. Das dient dazu, sicherzustellen, dass die Ausrichtung
des optischen Sensors 74 bezüglich der Position des Statorpakets 30 mit
großer
Genauigkeit gesteuert wird und die Möglichkeit einer Fehlausrichtung
des Statorpaketes 30 beim Zusammenbau des Motors 10 weiter
verringert wird. Es ist weiterhin zu erkennen, dass das die Montagezeit
bedeutend verringert wird, weil keine besondere Aufmerksamkeit beim
Versuch, diese Bauteile von Hand auszurichten, erforderlich ist.
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4 ist
eine Explosionsansicht des entfernten Endes des Motors 10 (dargestellt
in 2), die zeigt, wie die Bauteile am entfernten
Ende des Motors 10 zusammengesetzt sind. Eine gedruckte
Leiterplatte 82 (PCB) für
die Hauptsteuerung ist hinter dem optischen Sensor 74 angeordnet,
wobei vorzugsweise ein Paar Kondensatoren 86, zum Beispiel große Folienkondensatoren,
auf einer gedruckten Kondensatorleiterplatte (PCB) 94 angebracht
und in der Ausbuchtung 18 untergebracht werden, die in
die Seite des Motorgehäuses 14 integriert
ist.
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Die
gedruckte Leiterplatte 82 (PCB) für die Hauptsteuerung ist in
Epoxydharz in einer Vergussmassenwanne aus Kunststoff 98 vergossen,
die auf den Kunststoffvorsprung 81 und auf einen anderen Vorsprung
aus Kunststoff (nicht dargestellt) passt, der sich von dem Motorgehäuse 14 erstreckt.
Weiterhin weist die gedruckte Leiterplatte 82 (PCB) für die Hauptsteuerung
zwei flügelförmige Wärmeableitvorrichtungen 102 und 106 aus
Aluminium auf, die an den gegenüberliegenden
Umfangsrändern
der gedruckten Leiterplatte 82 (PCB) für die Hauptsteuerung angeordnet
sind. Vier Schalteinrichtungen, die in einer bevorzugten Form als
Bipolartransistoren mit isoliertem Gate (IGBTs) ausgebildet sind,
sind an einer der Wärmeableiteinrichtungen 102 und 106 befestigt und
auch mit der gedruckten Leiterplatte 82 (PCB) für die Hauptsteuerung
verlötet.
Weiterhin sind vier Dioden an der anderen der Wärmeableiteinrichtungen 102 und 106 angebracht.
Nachdem alle Bauteile 74, 78, 82, 94 und 98 in
das Gehäuse 14 eingesetzt
sind, wird die mit Lüftungsöffnungen
versehene Endkappe 22 über
den Bauteilen angeordnet und an dem Gehäuse 14 befestigt.
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Es
sind mehrere Verbindungen (nicht dargestellt) mit der gedruckten
Leiterplatte 82 (PCB) für
die Hauptsteuerung vorgesehen, die den ankommenden Wechselstrom,
die Verbindungen zu den Motorleitungen, die Verbindungen zu dem
optischen Sensor 74 und schließlich die Signalpegelleitungen
umfassen, die von den verschiedenen Schaltern an dem Erzeugnis kommen,
wie zum Beispiel von einem Auslöseschalter,
von einem Verriegelungsschalter für die Tischstellung oder von
Drehzahlsteuerungspotentiometern. Diese Verbindungen sind entweder
direkt an die gedruckte Leiterplatte 82 (PCB) für die Hauptsteuerung
angelötet
und mit Vergussmasse gesichert, oder es werden Anschlussklemmen
verwendet. Alle äußeren Leitungen,
wie etwa die Wechselstrom- und Signalpegeleingangsleitungen, sind
in einem einzigen Mehrfachkondensatorkabel (nicht dargestellt) gebündelt, das
auf der Seite der gegenüberliegenden
Ausbuchtung 18 aus dem Motorgehäuse 14 austritt.
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5 ist
eine Explosionsansicht des Motorgehäuses 14 (dargestellt
in 4), die zeigt, wie die Kondensatoren 86 verschiebbar
in die Motorgehäuseausbuchtung 18 eingesetzt
werden. Um den bürstenlosen
Motor 10 für
Anwendungen zu verwenden, für
die normalerweise ein typischer Universalmotor zur Anwendung kommt,
muss die Gesamtlänge
des Motors in axialer Richtung gleich der Länge typischer Universalmotoren
in axialer Richtung sein.
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In
der bevorzugten Ausführung
weist das Motorgehäuse 14 die
integriert ausgebildete Ausbuchtung 18 auf, die auf einer
Seite des Gehäuses 14 ausgebildet
ist. Die Ausbuchtung 18 weist eine Kondensatoranordnung 108 auf,
wodurch die Gesamtlänge
des Motors 10 in axialer Richtung minimiert wird. Die Kondensatoranordnung 108 weist
die Kondensatoren 86, die gedruckte Kondensatorleiterplatte
(PCB) 94, Befestigungselemente 110 und Versteifungen 114 auf.
Die Kondensatoren 86 sind an die gedruckte Kondensatorleiterplatte
(PCB) 94 gelötet und
daraufhin unter Verwendung von Befestigungselementen, wie etwa Nylonbandverbindungen,
an der gedruckten Kondensatorleiterplatte (PCB) 94 befestigt.
Die Versteifungen 114, die vorzugsweise längliche
Kunststoffstücke
mit jeweils einer Längsnut
sind, sind an den beiden gegenüberliegenden
Kanten der gedruckten Kondensatorleiterplatte (PCB) 94 befestigt,
wodurch der gedruckten Kondensatorleiterplatte (PCB) 94 eine
zusätzlich
strukturelle Steifigkeit verliehen wird. In einer Ausführung sind
die Versteifungen 114 abnehmbar an der gedruckten Kondensatorleiterplatte
(PCB) 94 angebracht, zum Beispiel unter Verwendung von
Klemmen oder eines Schnappverschlusses. In einer anderen Ausführung sind
die Versteifungen 114 dauerhaft an der gedruckten Kondensatorleiterplatte
(PCB) 94 befestigt, zum Beispiel unter Verwendung von Klebstoff
oder einer Halterung, die sowohl an die gedruckte Kondensatorleiterplatte (PCB) 94 als
auch an die Versteifungen 114 genietet ist. Die Versteifungen 114 passen
in entsprechende Kanäle 116 entlang
der Innenwand der Ausbuchtung 18 des Motorgehäuses. In
der bevorzugten Ausführung
sind die Versteifungen 114 konisch und weisen daher eine
sich verjüngende
Form auf.
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Die
Versteifungen 114 sind verschiebbar in entsprechende Kanäle 116 eingesetzt,
die ebenfalls konisch sind, wobei jedoch die Form der Versteifungen 114 und
der entsprechenden Kanäle 116 nicht darauf
eingeschränkt
ist. Endschlitze 117 (dargestellt in 7)
an der Basis der Ausbuchtung 18 des Motorgehäuses und
in der mit Lüftungsöffnungen
versehenen Endkappe 22 nehmen die Enden der gedruckten
Kondensatorleiterplatte (PCB) 94 auf. Die gedruckte Kondensatorleiterplatte
(PCB) 94 ist elektrisch mit der gedruck ten Leiterplatte 82 (PCB)
für die Hauptsteuerung
unter Verwendung flexibler Leitungskabel 118 verbunden,
die durch eine Öffnung 120 in
der Seitenwand des Gehäuses 14 eingeführt werden.
Vorzugsweise sind die Leitungskabel 118 Flachkabel, könnten jedoch
auch jedes andere geeignete elektrische Anschlussmittel sein.
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6 ist
eine andere Ausführung
der Kondensatoranordnung 108 (dargestellt in 5),
bei der die gedruckte Kondensatorleiterplatte (PCB) 94 und
die Versteifungen 114 durch einen Träger 121 ersetzt sind.
Bei dieser Ausführung
ist die Schaltungsanordnung für
die Kondensatoren 86 in die gedruckte Leiterplatte 82 (PCB)
für die
Hauptsteuerung (dargestellt in 4) einbezogen,
und die Kondensatoren 86 sind elektrisch über flexible
Leitungskabel 118 mit der gedruckten Leiterplatte 82 (PCB)
für die
Hauptsteuerung verbunden. Der Träger 121 ist
aus einem geeigneten Material, d. h. aus Kunststoff, hergestellt und
so geformt, dass er eine flache Oberfläche, an der die Kondensatoren 86 befestigt
sind, und ein Paar in Längsrichtung
verlaufender Seitenschienen aufweist, die es erlauben, die Kondensatoranordnung 108 verschiebbar
in der gleichen Weise, wie die Versteifungen 114, die vorher
unter Bezugnahme auf 5 beschrieben worden sind, in
die Kanäle 116 einzusetzen.
Alternativ ist der Träger 121 so
geformt, dass er eine flache Oberfläche mit Längskanten aufweist, die verschiebbar
in die Kanäle 116 eingesetzt werden.
Die Kondensatoren 86 werden in irgendeiner geeigneten Weise
an dem Träger 121 befestigt. So
könnten
zum Beispiel die Kondensatoren 86 Ansätze, die an die Vorsprünge an dem
Träger 121 geschraubt
sind, aufweisen, oder Schnappverschlusselemente, die die die Kondensatoren 86 festklemmen, könnten in
den Träger 121 eingeformt
sein, oder die Kondensatoren 86 könnten an dem Träger 121 unter Verwendung
von Bandverbindungen befestigt sein.
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In
einer anderen Ausführung
ist der Träger 121 schalenförmig mit
einem Paar Längskanten
oder alternativ mit einem Paar von in Längsrichtung verlaufenden Seitenschienen,
die es der Kondensatoranordnung 108 erlauben, verschiebbar
in die Kanäle 116 eingesetzt
zu werden. Die Kondensatoren 86 sind innerhalb des schalenförmigen Trägers 121 in Epoxydharz
vergossen und sind elektrisch mit der Kondensatorschaltungsanordnung
auf der gedruckten Hauptleiterplatte 82 (PCB) für die Steuerung durch
flexible Leitungskabel 118 verbunden. In einer noch anderen
Ausführung
ist die Schaltungsanordnung für
die Kondensatoren 86 auf einer gedruckten Leiterplatte
(PCB), die innerhalb des schalenförmigen Trägers 121 zusammen
mit den Kondensatoren vergossen ist, angeordnet und mit der Hauptleiterplatte 82 (PCB)
für die
Steuerung durch flexible Leitungskabel 118 verbunden.
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7 ist
eine Querschnittsansicht der Motorgehäuseausbuchtung 18 (dargestellt
in 5), die die Endschlitze 117 zeigt, die
die Enden der gedruckten Leiterplatte (PCB) 94 aufnehmen,
wenn die Kondensatoranordnung 108 (dargestellt in 5)
verschiebbar in die Ausbuchtung 18 eingesetzt wird. Wie vorher
beschrieben, sind die Endschlitze 117 an der Basis der
Motorgehäuseausbuchtung 18 und
in der mit Lüftungsschlitzen
versehenen Endkappe 22 angeordnet. Wenn die Kondensatoranordnung 108 in die
Ausbuchtung 18 über
die Kanäle 116 eingesetzt ist,
ist eine vordere Kante der gedruckten Leiterplatte (PCB) 94 in
dem Endschlitz 117 aufgenommen, der sich an der Basis der
Ausbuchtung 18 befindet. Weiterhin nimmt, wenn die mit
Lüftungsschlitzen
versehene Endkappe 22 mit dem Gehäuse 14 gekoppelt ist,
der in der Endkappe 22 angeordnete Endschlitz 117 eine
hintere Kante der gedruckten Leiterplatte (PCB) 94 auf.
Die Endschlitze 117 verleihen der gedruckten Leiterplatte
(PCB) 94 zusätzliche
Steifigkeit und der Kondensatoranordnung 108 zusätzliche
Stabilität,
wenn der Motor 10 zusammengebaut ist.
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8 ist
eine Explosionsansicht des Statorpakets 30 (dargestellt
in 2). In der bevorzugten Ausführung umfasst das Statorpaket 30 einen
Stapel von Lamellen, bekannt als ein "vereinheitlichter Stapel", die miteinander
verriegelt, verschweißt,
verklemmt oder verklebt sind. Eine Vielzahl von ersten Isolierungsstreifen 122 sind
in der Form der Statorschlitze 124 ausgebildet, werden
in die Statorschlitze 124 eingesetzt, bevor die Wicklungen
oder Spulen 126 in die Statorschlitze 124 eingesetzt
sind, und erstrecken sich an jedem Ende des Statorpakets 30. Eine
Vielzahl von zweiten Isolierungsstreifen 128, allgemein
als "Oberstäbe" oder "Wicklungsstreben" bekannt, wird zwischen
den Wicklungen 126 und der Öffnung der Statorschlitze 124 verkeilt,
nachdem die Wicklungen 126 in die Statorschlitze 124 eingesetzt sind,
und erstrecken sich an jedem Ende des Statorpakets 30.
Die ersten Isolierungsstreifen 122 und die zweiten Isolierungsstreifen 128 stellen
eine Schicht einer elektrischen Isolierung zwischen den stromführenden
Bauteilen des Motors 10 und den Metallteilen des Motors 10 bereit,
mit denen ein Benutzer normalerweise in Berührung kommt, und die hierin
als "zugängliches
Metall" bezeichnet
werden. Wenn zum Beispiel der Motor 10 in einer tragbaren
angetriebenen Säge
verwendet wird, ist die Rotorwelle 50 als zugängliches
Metall anzusehen, weil sie eine durchgehende leitende Metall-Metall-Verbindung
mit dem Sägen-Getriebegehäuse darstellt,
das wiederum eine durchgehende Metall-Metall-Verbindung zu einem
Sägeblatt
darstellt.
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Allgemein
ausgedrückt,
ist, wenn die Formwerkzeuge für
ein Motorgehäuse,
wie etwa für
das Motorgehäuse 14,
konzipiert werden, ein spezifischer Verjüngungswinkel in dem Kern und
ein spezifischer Verjüngungswinkel
in dem Hohlraum in den Formwerkzeugen vorzusehen, um das Entfernen
des Gehäuses
aus der Form zu erleichtern. Die Verjüngung in dem Kern und in dem
Hohlraum erzeugen eine Konizität
in der Seitenwand des Gehäuses,
die sich von einer Trennfuge zwischen dem Kern und dem Hohlraum
erstreckt. Genauer ausgedrückt
erzeugt der Verjüngungswinkel
in dem Hohlraum eine Konizität
in einer äußeren Oberfläche des
Gehäuses.
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Daher
ist der elektronisch kommutierte bürstenlose Motor 10 ein
modularer Motor, der sich an die vorhandenen Montageschemata für typische
Universalmotoren anpasst. Der Motor 10 weist ein Gehäuse mit
einer Ausbuchtung auf, in der zwei große Kondensatoren angeordnet
sind, wodurch ein bürstenloser
Motor mit einer Gesamtlänge
in Axialrichtung bereitgestellt wird, die mit der von typischen
Universalmotoren vergleichbar ist. Weiterhin wird eine korrekte Ausrichtung
des Positionssensors mit dem Stator durch das Formen der Montagemerkmale
für sowohl den
Positionssensor als auch den Stator unter Verwendung desselben Formkerns
erreicht. Ferner stellt der Motor 10 eine Doppelisolierungsausführung in
einem elektronisch kommutierten bürstenlosen Motor dar. Darüber hinaus
stellt der Aufbau des Motors 10 einen verbesserten Luftstrom
durch den Motor durch Bewegen der Trennlinie des Form-Kerns und
des Hohlraums bereit, wodurch es ermöglicht wird, das Gehäuse unter
Verwendung einer geringeren Verjüngung
zu formen, wodurch wiederum mehr Raum für das Umströmen des elektronischen Steuerungsmoduls
des Motors zur Verfügung
steht.
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Während die
Erfindung anhand verschiedener spezifischer Ausführungen beschrieben wurde, werden
Fachleute erkennen, dass die Erfindung mit Modifikationen des Schutzumfangs
der Ansprüche ausgeführt werden
kann.