Technisches Gebiet:
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Diese Erfindung betrifft einen bürstenlosen Motor, der einen
hohen Wirkungsgrad aufweist und leicht hergestellt werden
kann, und insbesondere einen Rotor eines solchen bürstenlosen
Motors.
Stand der Technik:
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Der bürstenlose Motor umfaßt im allgemeinen einen
zylindrischen Rotor und Permanentmagneten aus Ferrit oder
dergleichen, die an dessen äußerer Umfangsoberfläche
angeordnet sind.
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Wie in Fig. 3 der beigefügten zeichnungen gezeigt, weist ein
typischer bürstenloser Motor 1 gemäß dem Stand der Technik
ein Motorgehäuse (d.h. einen Stator) 2 auf, das eine
zylindrische Seitenwand 3 sowie eine vordere Endplatte 4 und
eine rückwärtige Platte 5 umfaßt, die beide dazu dienen,
jeweils die entgegengesetzten Enden der Seitenwand 3
abzuschließen. Innerhalb der Seitenwand 3 ist eine Vielzahl
von Erregerspulen 6 vorgesehen, die so angeordnet sind, daß
sie eine zylindrische Anordnung bilden, und die an der
Innenoberfläche der Seitenwand 3 befestigt sind. Ein Rotor 7
ist konzentrisch zu einer drehbaren Welle 8 vorgesehen und
daran befestigt. Die drehbare Welle 8 ragt von den
entgegengesetzten Enden des Rotors 7 so heraus, daß sie an
einem Ende drehbar in einem Lager 10 gelagert ist, das von
der rückwärtigen Endplatte 5 aufgenommen ist, und am anderen
Ende drehbar in einem Lager 12 gelagert ist, das von der
vorderen Platte 4 des Motorgehäuses 2 aufgenommen ist.
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Innerhalb der Seitenwand 3 des Motorgehäuses 2 ist ein
ringförmiges Element 13 vorgesehen, das dafür eingerichtet
ist, eine Vielzahl von Magnetpolsensoren 14 so zu halten, daß
diese Sensoren 14 richtig positioniert sind, und zwar nahe
angrenzend an eine Endoberfläche des Rotors 7.
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Der Rotor einschließlich der Permanentmagneten für den
bürstenlosen Motor umfaßt im allgemeinen ein Joch, das mit
Schlitzen versehen ist, die dazu dienen, permanente
Feldmagneten aufzunehmen.
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Mit Bezug auf Fig. 4 der beigefügten zeichnungen ist ein
herkömmlicher Rotor 20, der mit den Permanentmagneten
versehen ist, in einer isometrischen Ansicht mit einem Joch
22 gezeigt, das aus einer Vielzahl von einstückig laminierten
Silizium-Stahl-Blechen 21 gebildet ist. Das Joch 22 weist
vier magnetische Pole 23 auf, die radial auswärts
hervorragen, und Schlitze 24, die an die äußeren Enden der
jeweiligen Magnetpole angrenzen, um die jeweiligen
permanenten Feldmagneten 25 aufzunehmen. Die jeweiligen
Magnetpole 23 werden von diesen permanenten Feldmagneten 25
magnetisiert. Fig. 5 der beigefügten zeichnungen ist eine
teilweise Schnittansicht, die den Permanentmagnetrotor 20 in
einem vergrößerten Maßstab zeigt. Wie gezeigt, sind die
permanenten Feldmagneten 25 in die jeweiligen Schlitze 24 so
eingesetzt, daß N-Pole und S-Pole alternierend nach außen
schauen. Folglich erzeugen die permanenten Feldmagneten 25
einen magnetischen Fluß, der sich jeweils von den jeweiligen
N-Polen durch das Joch 22 und den äußeren Raum, der den
Permanentmagnetrotor 20 umgibt, zu den jeweiligen S-Polen
erstreckt. Der magnetische Fluß, der durch den äußeren Raum
verläuft, der den Permanentmagnetrotor 20 umgibt, schneidet
den Stator, der um den Rotor herum vorgesehen ist, und tritt
in Wechselwirkung mit dem elektrischen Strom, der durch die
Erregerspulen des Stators fließt, um den Permanentmagnetrotor
anzutreiben.
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Das Joch des herkömmlichen Permanentmagnetrotors ist mit
Brücken 26 ausgebildet, die dafür eingerichtet sind, die
äußeren Enden mit der Basis der jeweiligen Magnetpole zu
verbinden. Genauergesagt bilden, wie in Fig. 5 gezeigt,
Abschnitte des Jochs 22 die Brücken 26, die die äußeren Enden
mit der Basis des jeweiligen Magnetpols 23 verbinden. Ein
Teil des magnetischen Flusses, der von jedem permanenten
Feldmagneten 25 austritt, verläuft durch die Brücken 26 und
erreicht den S-Pol des gleichen permanenten Feldmagneten 25.
Dieser magnetische Fluß, der durch die Brücken 26 verläuft,
trägt nicht zum Drehantrieb des Rotors bei und der
Wirkungsgrad der permanenten Feldmagneten wird entsprechend
verschlechtert.
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Weiterhin muß beim herkömmlichen Permanentmagnetrotor jeder
permanente Feldmagnet 25 von langgestreckter Konfiguration in
den vergleichsweise engen Schlitz eingeführt werden und daher
wird der permanente Feldmagnet 25 manchmal während dieses
Einsetzvorgangs beschädigt.
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Dementsprechend ist es Aufgabe der Erfindung, einen
Permanentmagnetrotor von einer vereinfachten Struktur zu
schaffen, der in der Lage ist, den gesamten magnetischen
Fluß, der von den permanenten Feldmagneten erzeugt wird, für
den Drehantrieb zu verwenden, wodurch einerseits der
Motorwirkungsgrad verbessert wird und andererseits der
Montagevorgang während des Herstellungsprozesses vereinfacht
wird.
Beschreibung der Erfindung
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Die obige Aufgabe wird gemäß einem ersten Aspekt der
Erfindung von einem Rotor fur einen bürstenlosen Motor
gelost, der die Merkmale des Anspruchs aufweist.
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Bei diesem Permanentmagnetrotor, der gemäß der Erfindung
konstruiert ist, wird das aus Kunststoffharz gegossene
Material oder das Metallgußmaterial verwendet, um die
Hilfsjoche, die jeweils das äußere Ende des Magnetpols
festlegen, mit dem Hauptjoch zu verbinden, das die Basis der
jeweiligen Magnetpole so festlegt, daß der gesamte
magnetische Fluß, der von den permanenten Feldmagneten
erzeugt worden ist, durch den äußeren Raum um den Rotor herum
verläuft und dann die angrenzenden Magnetpole erreicht.
Folglich schneidet der gesamte magnetische Fluß, der von den
permanenten Feldmagneten erzeugt worden ist, den Stator, der
um den Rotor herum vorgesehen ist, und tritt mit dem
elektrischen Strom in Wechselwirkung, der durch die
Erregerspulen fließt, und trägt wirksam zur Drehung des
Rotors bei.
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Ferner sind beim Permanentmagnetrotor gemäß der Erfindung das
Hauptjoch, die permanenten Feldmagneten und die Hilsjoche
stapelförmig angebracht, so daß es nicht erforderlich ist,
die permanenten Feldmagneten in einen engen Schlitz
einzuführen, und dadurch kann vollständig verhindert werden,
daß die Permanentmagneten während des Einsetzens beschädigt
werden.
Kurzbeschreibung der Figuren:
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Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht, die eine
Ausführungform des Permanentmagnetrotors zeigt, der
gemäß der Erfindung konstruiert ist;
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Fig. 2 ist eine teilweise Schnittansicht, die diesen Rotor
in einem vergrößerten Maßstab zeigt;
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Fig. 3 ist eine axiale Schnittansicht, die einen
bürstenlosen Motor gemäß dem Stand der Technik
zeigt;
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Fig. 4 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Rotor
gemäß dem Stand der Technik zeigt; und
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Fig. 5 ist eine teilweise Schnittansicht, die den Rotor
gemäß dem Stand der Technik in einem vergrößerten
Maßstab zeigt.
Bevorzugte Ausführungsform der Erfindung:
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Die Erfindung wird klar verständlich aus der nachfolgenden
Beschreibung, die Bezug auf die beigefügten zeichnungen
nimmt.
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Fig. 1 zeigt einen Permanentmagnetrotor, der gemäß der
Erfindung konstruiert ist. Ein Permanentmagnetrotor 51 weist
in seinem Zentrum ein Hauptjoch 53 auf, das eine Vielzahl von
einstückig laminierten Silizium-Stahl-Blechen 52 umfaßt.
Jedes dieser Silizium-Stahl-Bleche 52 weist eine Vielzahl von
rechteckigen Ausnehmungen 54 auf, die durch einen Preßvorgang
so ausgebildet sind, daß diese Silizium-Stahl-Bleche
miteinander verstemmt werden können, indem die Ausnehmungen
54 miteinander in Eingriff gezwungen werden und dadurch in
das Hauptjoch 53 integriert werden. Das Hauptjoch 53 weist im
Zentrum eine Öffnung 55 auf, die sich in axialer Richtung
durch das Joch hindurch erstreckt, um eine drehbare Welle 56
aufzunehmen, die wiederum einen Keil aufweist, durch den die
drehbare Welle 56 einstückig mit dem Hauptjoch 53 gedreht
wird. Das Hauptjoch 53 weist entlang seinem Außenumfang ein
Paar von Magnetpolen 57 auf, die radial auswärts hervorragen,
sowie ein Paar von Magnetsitzen 58. Die Magnetsitze 58 sind
symmetrisch bezüglich der drehbaren Welle 56 ausgebildet und
tragen ein Paar von permanenten Feldmagneten 59, wobei deren
Magnetpole von der gleichen Polarität einander
gegenüberliegen. In dieser speziellen Ausführungsform sind
die permanenten Feldmagneten 59 als flache Tafeln gestaltet
und sind an den Magnetsitzen derart angebracht, daß ihre N-
Pole einander gegenüberliegen.
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Auf den 5-Pol-Seiten dieser permanenten Feldmagneten 59 sind
Hilfsjoche 61 vorgesehen, von denen jedes als ein Magnetpol
60 fungiert. Ein Raum, der zwischen jedem Paar von
benachbarten Magnetpolen 57, 60 gebildet ist, ist mit einem
aus Kunststoffharz gegossenen Element oder einem
Metallgußelement gefüllt, um einen gegossenen Abschnitt 62 zu
bilden, der das Hauptjoch 53, den permanenten Feldmagneten 59
und das Hilfsjoch 61 einstückig zusammenfügt. Die äußeren
Umfänge der jeweiligen gegossenen Abschnitte 62 sind
kontinuierlich mit der Magnetpoloberfläche der magnetischen
Pole 57, 60 ausgebildet, um so zusammen einen zylindrischen
Außenumfang des Permanentmagnetrotors 51 zu bilden.
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Fig. 2 ist eine teilweise Schnittansicht, die den
Permanentmagnetrotor 51 in einem vergrößerten Maßstab zeigt.
Das Hauptjoch 53 weist Verbindungsoberf lächen 63 auf, die
jeweils dafür vorgesehen sind, mit den jeweiligen gegossenen
Abschnitten 62 zwischen den Magnetpolen 57 und den
Magnetsitzen 58 in Berührung zu sein. Jede
Verbindungsoberfläche 63 ist mit einer
Schwalbenschwanzführung 64 ausgebildet, die dafür
eingerichtet ist, mit dem zugehörigen gegossenen Abschnitt 62
in Eingriff zu kommen. Andererseits weist jedes Hilfsjoch 61
zwischen seiner Magnetpoloberfläche und seiner Oberfläche,
die den zugehörigen permanenten Feldmagneten 59 berührt, eine
Verbindungsoberfläche 65 auf, die dafür vorgesehen ist, in
Berührung mit dem zugehörigen gegossenen Abschnitt 62 zu
sein. Jede Verbindungsoberfläche 65 ist mit einer
Schwalbenschwanzführung 66 versehen, die dafür eingerichtet
ist, mit dem zugehörigen gegossenen Abschnitt 62 in Eingriff
zu kommen.
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Während der Herstellung des Permanentmagnetrotors 51 wird das
verflüssigte, zu vergießende Material in einen Raum
eingefüllt, der zwischen dem Hauptjoch 53 und den Hilfsjochen
61 gebildet wird, und gleichzeitig in die Nuten der
jeweiligen Schwalbenschwanzführung 64, 66. Sobald das
verflüssigte Material erstarrt ist und die gegossenen
Abschitte 62 erhalten worden sind, werden das Hauptjoch 53
und die Hilfsjoche 61 entlang der jeweiligen
Schwalbenschwanzführungen 64, 66 in Eingriff mit den
gegossenen Abschnitten 62 gebracht, um so die permanenten
Feldmagneten 59 dazwischen zu halten. Eine solche
Konstruktion ist wirksam, um zu verhindern, daß die
permanenten Feldmagneten 59 ebenso wie die Hilfsjoche 61
während ihres Betriebs in zentrifugaler Richtung wegfliegen.
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Wie oben beschrieben, werden die permanenten Feldmagneten 59
derart angeordnet, daß ihre N-Pole einander gegenüberliegen,
und folglich beschreibt der magnetische Fluß, der von diesen
permanenten Feldmagneten 59 erzeugt wird, unter der
wechselseitig abstoßenden Wirkung der gegenüberliegenden
Magnetpole Linien, die sich von den Magnetpolen des
Hauptjochs 53 durch den äußeren Raum um den
Permanentmagnetrotor 51 herum zu den Magnetpolen 60 der
Hilfsjoche 61 hin erstrecken. Die entgegengesetzten
Endoberflächen jedes permanenten Feldmagneten 59, die sich
zwischen dessen beiden Polen erstrecken, stoßen an die
gegossenen Abschnitte 62 von geringer magnetischer
Durchlässigkeit an, und folglich wird kein magnetischer Fluß
über die gegossenen Abschnitte 62 zu den S-Polen
kurzgeschlossen. Also schneidet der gesamte magnetische Fluß,
der von den permanenten Feldmagneten 59 erzeugt wird, den
(nicht gezeigten) Stator, der um den Permanentmagnetrotor 51
herum angeordnet ist, und tragt wirksam zur Drehung des
Rotors 51 bei.
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Während die Erfindung in Verbindung mit der speziellen
Ausführungsform beschrieben worden ist, die so konstruiert
ist, daß die permanenten Feldmagneten mit ihren Magnetpolen
von der gleichen Polarität einander gegenüberliegend
angeordnet sind und die wechselseitige Abstoßung dieser
Magnetpole die Magnetpole entlang des Außenumf angs des
Permanentmagnetrotors erzeugt, deren Anzahl zweimal der
Anzahl der Permanentmagneten entspricht, ist die Erfindung
nicht auf einen solchen Permanentmagnetrotor beschränkt,
sondern ebenso auf den herkömmlichen Permanentmagnetrotor
anwendbar, der die gleiche Anzahl von permanenten
Feldmagneten wie die Anzahl von Magnetpolen aufweist. Während
diese Ausführungsform des Permanentmagnetrotors vier
Magnetpole aufweist, kann die Erfindung offensichtlich ebenso
auf einen Permanentmagnetrotor angewendet werden, der
irgendeine Anzahl von Magnetpolen aufweist.
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Gemäß der Erfindung, wie sie oben beschrieben wurde, wird
kein Teil des magnetischen Flusses, der aus einem Magnetpol
austritt, über die Brücken zum anderen Magnetpol jedes
Permanentmagneten kurzgeschlossen, da die herkömmlicherweise
verwendeten Brücken zur Verbindung des Hauptjochs mit den
Hilfsjochen weggelassen werden. Mit anderen Worten verläuft
der gesamte magnetische Fluß von den permanenten Feldmagneten
durch den äußeren Raum um den Permanentmagnetrotor herum,
schneidet dann die Erregerspulen des Stators und erreicht den
angrenzenden Permanentmagneten. Der gesamte magnetische Fluß
tritt in Wechselwirkung mit de Erregerspulen und trägt
dadurch wirksam zur Drehung des Rotors bei, wodurch ein Motor
mit hohem Wirkungsgrad bereitg stellt wird.
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Außerdem ist es beim Permanentmagnetrotor gemäß der Erfindung
nicht erforderlich, die Permanentmagneten von langgestreckter
Konfiguration in die engen Schlitze einzuführen, und folglich
kann eine Beschädigung der Permanentmagneten, die
möglicherweise beim Stand der Technik während des Einführens
der Permanentmageten auftritt, perfekt vermieden werden.
Entsprechend kann die Herstellung des Permanentmagnetrotors
vereinfacht werden.
Industrielle Nützlichkeit:
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Wie aus der vorangehenden Beschreibung ersichtlich ist, kann
durch Einsatz des Permanentmagnetrotors gemäß der Erfindung
ein in seiner Struktur vereinfachter, jedoch effizienter
bürstenloser Motor realisiert werden, der für eine
Hochgeschwindigkeitsdrehung geeignet ist.