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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die Erfindung betrifft einen Permanentmagnetmotor und insbesondere einen Permanentmagnet-Gleichstrom-Kleinmotor (PMDC-Motor) wie beispielsweise einen Motor für ein Türverrieglungssystem eines Fahrzeugs oder für eine Heckklappe eines Fahrzeugs.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Die Größe eines PMDC-Motors ist bei manchen Anwendungen ein sehr entscheidender Faktor. Man wünscht sich einen kleineren Motor mit gleicher oder höherer Leistung. Mit anderen Worten: Es besteht der Wunsch nach einem Motor mit einer höheren Leistungsdichte. Die veröffentlichte US-Patentanmeldung Nr. US-2010-0231072-A1 beschreibt einen PMDC-Motor, der im Vergleich zu einem üblichen Motor mit flachen Seiten eine höhere Leistungsdichte besitzt. Der Motor hat ein Stahlgehäuse mit vier Seitenbereichen und vier Verbindungsbereichen. Benachbarte Seitenbereiche sind durch einen entsprechenden Verbindungsbereich verbunden. Magnete sind an den Verbindungsbereichen befestigt. Der radiale Querschnitt jedes Seitenbereichs gleicht einer konvexen oder gekrümmten Linie, die relativ zu einer durch die beiden Enden der konvex gekrümmten Linie verlaufenden geraden Linie nach außen gewölbt ist. Verglichen mit einem üblichen Motor mit zwei flachen Seiten hat dieser Motor gemäß dem Test nach der Finite-Elemente-Analyse (FEA) eine höhere Leistungsdichte und ist geräuschärmer. Durch das Gehäuse mit den gekrümmten Seitenbereichen ist es jedoch nicht leicht, den Motor einzubauen.
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Es besteht daher der Wunsch nach einem verbesserten Motor, der bei einfachem Einbau über die gleiche oder eine höhere Leistungsdichte verfügt.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Permanentmagnetmotor bereitgestellt, umfassend einen Ständer und einen Läufer, der drehbar an dem Ständer montiert ist, wobei der Ständer ein Gehäuse mit alternierend verteilten n Seitenbereichen und n Verbindungsbereichen aufweist und n eine ganze Zahl gleich oder größer als 3 ist, wobei benachbarte Seitenbereiche durch einen jeweiligen Verbindungsbereich verbunden sind, wobei der radial Querschnitt jedes Seitenbereichs eine konvex gekrümmte Linie ist, die relativ zu einer durch die Enden der konvex gekrümmten Linie verlaufenden geraden Linie nach außen gekrümmt ist; Permanentmagnete, die an einer Innenfläche des Gehäuses befestigt sind, und eine Endkappe, die an einem Ende des Gehäuses montiert ist und einen Boden sowie n Seitenwände aufweist, die sich von dem Boden erstrecken, wobei an der Außenfläche einer ersten der Seitenwände eine ebene Befestigungsfläche gebildet ist.
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Vorzugsweise ist n gleich 4.
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Vorzugsweise bildet die gesamte Außenfläche der ersten Seitenwand die ebene Befestigungsfläche.
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Vorzugsweise bildet ein Teil der Außenfläche der ersten Seitenwand die ebene Befestigungsfläche, und die ebene Befestigungsfläche liegt im Wesentlichen parallel zu der Ebene, die die beiden axialen Kanten der ersten Seitenwand enthält.
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Vorzugsweise weist die konvex gekrümmte Linie ein geradliniges Segment und ein Bogensegment auf.
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Vorzugsweise umfasst der Läufer eine Welle, einen Kommutator, einen Läuferkern, der auf der Welle befestigt ist, und Läuferwicklungen, die um den Läuferkern gewickelt sind. Die Endkappe trägt eine erste Bürste und eine zweite Bürste für den Gleitkontakt mit dem Kommutator, einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss, die zur Verbindung mit der Stromversorgung dienen und mit den jeweiligen Bürsten elektrisch verbunden sind, und einen Thermistor, der als Überstromschutz elektrisch zwischen die erste Bürste und den ersten Anschluss geschaltet ist.
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Vorzugsweise trägt die Endkappe einen Chipkondensator, der elektrisch mit dem ersten Anschluss und dem zweiten Anschluss verbunden ist.
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Vorzugsweise trägt die Endkappe ein erstes Joch und ein zweites Joch, wobei das erste Joch elektrisch mit der ersten Bürste, dem Thermistor und dem ersten Anschluss und das zweite Joch elektrisch mit der zweiten Bürste und dem zweiten Anschluss in Reihe geschaltet ist.
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Vorzugsweise hat der Motor eine becherförmige Abdeckung, die in axialer Richtung des Motors an der Endkappe montiert ist.
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Vorzugsweise hat die Abdeckung einen Boden und eine Seitenwand mit einer ebenen Befestigungsfläche, wobei die ebene Befestigungsfläche auf die ebene Befestigungsfläche der Endkappe ausgerichtet ist.
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Vorzugsweise umfasst der Motor eine gedruckte Schaltungsplatte, die in der Abdeckung montiert ist.
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Vorzugsweise umfasst der Motor einen auf der Welle montierten Positionsmagnet, der an der Außenseite der Endkappe liegt und in der Abdeckung aufgenommen ist, wobei der Motor wenigstens einen Hall-Sensor umfasst, der zur Erfassung des Magnetfeldes des Positionsmagnets in der Abdeckung aufgenommen ist.
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Vorzugsweise umfasst der Motor einen auf der Welle montierten Positionsmagnet, der an der Außenseite der Endkappe liegt und in der Abdeckung aufgenommen ist, wobei der Motor wenigstens einen Hall-Sensor umfasst, der zur Erfassung des Magnetfeldes des Positionsmagnets an der gedruckten Schaltungsplatte montiert ist.
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Vorzugsweise ist die Abdeckung durch elastische Finger, die als Teil der Abdeckung integral mit der Abdeckung ausgebildet und in Ausnehmungen in der Endkappe angeordnet sind, an der Endkappe befestigt.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nunmehr anhand eines Beispiels beschrieben, wobei auf die anliegenden Zeichnungen Bezug genommen wird. Identische Strukturen, Elemente oder Teile, die in mehr als einer Figur erscheinen, tragen in sämtlichen Figuren, in denen sie erscheinen, die gleichen Bezugszeichen. Die Dimensionen von Komponenten und Merkmalen, die in den Figuren dargestellt sind, sind allgemein im Hinblick auf eine übersichtliche Darstellung gewählt und sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu. Die Figuren sind im Folgenden aufgelistet.
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1 zeigt einen PMDC-Motor gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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2 zeigt einen Ständer des Motors von 1;
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3 zeigt eine weitere Ansicht des Motors von 1;
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4 zeigt, wie der Motor von 1 montiert ist;
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5 und 6 zeigen die Endkappe des Motors von 1;
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7 und 8 zeigen die Endkappe eines PMDC-Motors gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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9 zeigt einen PMDC-Motor gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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10 zeigt eine innere Struktur einer Endkappenabdeckung, die Teil des Motors von 9 ist;
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11 ist eine Endansicht der Endkappenabdeckung von 10;
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12 ist eine Endansicht der montierten Endkappenabdeckung und Endkappe; und
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13 ist eine Längsschnittansicht der montierten Endkappenabdeckung und Endkappe von 12.
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DETAILBESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Wie in den 1 bis 4 dargestellt ist, umfasst der PMDC-Motor 20 gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung einen Ständer und einen an dem Ständer drehbar montierten Läufer. Ein radialer Querschnitt des Ständers ist in 2 gezeigt. Der Ständer 2 umfasst ein Gehäuse 21, eine Endkappe 31, die an einem Ende des Gehäuses 21 montiert ist, und Permanentmagnete 27, die an Innenflächen des Gehäuses 21 befestigt sind. Der Läufer umfasst eine Welle 29, einen Kommutator (nicht gezeigt), einen Läuferkern (nicht gezeigt), der auf der Welle 29 befestigt ist, und Läuferwicklungen (nicht gezeigt), die um den Läuferkern gewickelt sind und an dem Kommutator enden. Die Welle 29 ist durch Lager 28, die an der Endkappe 31 und an dem Gehäuse 21 montiert sind, drehbar gelagert. Die Endkappe ist in einer Lagernabe oder in einem Lagerhalter 36 angeordnet.
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Das Gehäuse 21 hat vier Seitenbereiche 23a–23d und vier Verbindungsbereiche 25a–25d, die alternierend entlang der Umfangsrichtung des Motors verteilt sind. Benachbarte Seitenbereiche sind durch einen entsprechenden Verbindungsbereich verbunden. Die Magnete 27 sind an einer Innenfläche jeweiliger Verbindungsbereiche 25a–25d befestigt, vorzugsweise konform mit den sich anschließenden Seitenbereichen 23a–23d. In dem radialen Querschnitt ist jeder der Seitenbereiche 23a–23d eine konvex gekrümmte Linie, die hinsichtlich einer durch die jeweiligen Enden der gekrümmten Linie verlaufenden geraden Linie nach außen gewölbt ist. In dieser Ausführungsform ist die konvex gekrümmte Linie ein Bogen mit einem sich von einer Mitte O' erstreckenden Radius. Die Mitte O' ist gegenüber der Drehmitte O des Läufers versetzt.
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Wie die 1 und 3 zeigen, hat die Endkappe 31 einen Boden 33 und vier Seitenwände 34, die sich axial von der Kante des Bodens 33 erstrecken. Eine ebene Befestigungsfläche 35 ist ein einer ersten Seitenwand 34 gebildet. Die ebene Befestigungsfläche 35 liegt parallel zu der Ebene, die die beiden axialen Kanten der ersten Seitenwand 34 enthält. Die ebene Befestigungsfläche 35 kann durch einen Teil oder durch im Wesentlichen die gesamte Außenfläche der ersten Seitenwand 34 gebildet sein. Der Lagerhalter 36 ist ähnlich einer Nabe in der Mitte der Endkappe 31 gebildet und hat eine Durchgangsöffnung für die Läuferwelle. Die Läuferwelle 29 ist durch das in dem Lagerhalter 36 aufgenommene Lager 28 drehbar gelagert.
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Wie in 4 gezeigt ist, hat eine Motorbefestigung 39 einen horizontalen Bereich und einen vertikalen Bereich. Der vertikale Bereich befindet sich im Eingriff mit dem nabenähnlichen Lagerhalter 36. Der horizontale Bereich hat eine ebene Fläche zur Anlage an der ebenen Befestigungsfläche 35 der Endkappe 31. Mit anderen Worten: Durch die gekrümmten Seitenbereiche verfügt dieser Motor über eine hohe Leistungsdichte und ist geräuscharm, während die ebene Befestigungsfläche 35 den Einbau erleichtert. Je größer die ebene Montagefläche 35 ist, desto stabiler sollte der Motor sein.
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Wie in 5 und 6 gezeigt ist, sind zwei Bürsten 41 und 42, ein Thermistor 47, wie beispielsweise ein Resistor mit positivem Temperaturkoeffizienten (PTC-Resistor), ein Chipkondensator 48 und zwei Anschlüsse 45 und 46 in der Endkappe 31 montiert. Der Thermistor 47 ist elektrisch zwischen den ersten Anschluss 45 und die erste Bürste 41 in Reihe geschaltet. Speziell der erste Anschluss 45 ist durch einen streifenähnlichen Leiter 43, z. B. einen Kupferstreifen, elektrisch mit dem Thermistor 47 verbunden. Die erste Bürste 41 ist durch ein Bürstenblatt und einen Bürstenhalter der ersten Bürste 41 elektrisch mit dem Thermistor 47 verbunden. Ähnlich ist der zweite Anschluss 46 durch einen streifenähnlichen Leiter 44 und durch das Bürstenblatt und den Bürstenhalter der zweiten Bürste 42 elektrisch mit der zweiten Bürste 42 verbunden. Die Anschlüsse 45 und 46 dienen zur Verbindung mit einer externen Stromversorgung. Die beiden Bürsten 41 und 42 werden durch jeweilige elastische Bürstenblätter in Gleitkontakt mit einem Kommutator gedrückt, um die Läuferwicklungen mit Strom zu versorgen. Der Thermistor 47 bildet einen Überstromschutz für den Motor. Zwei Kontakte des Chipkondensators 48 sind elektrisch mit den jeweiligen Anschlüssen 45, 46 verbunden, um elektrisches Rauschen zu reduzieren. Finger 43a und 44a sind jeweils integral mit den Anschlüssen 45 und 46 ausgebildet und hindern den Kondensator 48 an einer Bewegung aus seinem Schlitz in der Endkappe 31.
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Eine Endkappe gemäß einer zweiten Ausführungsform ist in den 7 und 8 dargestellt und umfasst ferner zwei Joche 49 und 50. Das erste Joch 49 ist elektrisch zwischen den ersten Anschluss 45 und den Thermistor 47 in Reihe geschaltet. Das zweite Joch 50 ist durch den Leiter 44 und den Bürstenhalter und das Bürstenblatt der zweiten Bürste 42 elektrisch zwischen dem zweiten Anschluss 46 und der zweiten Bürste 42 in Reihe geschaltet. Durch die Hinzufügung der beiden Joche hat die Endkappe 31 eine bessere EMI-(elektromagnetische Interferenz)-Unterdrückung.
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Ein weiterer Motor gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in 9 gezeigt. Dieser Motor umfasst ferner eine Endkappenabdeckung 51, die zur Bereitstellung von weiteren Funktionen in der axialen Richtung an der Endkappe 31 montiert ist. 10 zeigt die becherförmige Abdeckung 51, und 11 ist eine Endansicht der Abdeckung 51. 12 ist eine Endansicht der montierten Abdeckung 51 und Endkappe 31, und 13 ist eine Längsschnittansicht der montierten Abdeckung 51 und Endkappe 31.
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Die becherförmige Abdeckung 51 hat einen Boden 52 und vier Seitenwände 53, die sich axial von der Kante des Bodens 52 erstrecken. Eine der Seitenwände 53 ist im Wesentlichen eben und ist auf die ebene Befestigungsfläche 35 der Abdeckung 31 (12) ausgerichtet. Vier Schenkel 54 sind integral mit der Abdeckung 51 ausgebildet und erstrecken sich axial von jeweiligen Ecken der Abdeckung 51. Wie 9 zeigt, sind an den Ecken der Endkappe 31 vier Führungsnuten 37 für die reibschlüssige Aufnahme der vier Schenkel 54 gebildet, für eine Führung bei der Befestigung der Abdeckung 51 an der Endkappe 31 in der axialen Richtung. Zwei federnde Rastfinger 55 sind integral mit der Abdeckung 51 ausgebildet und erstrecken sich axial in Ausnehmungen, die zur Verriegelung der Abdeckung 51 an der Endkappe 31 in der Endkappe gebildet sind.
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In dieser Ausführungsform hat die Abdeckung 51 hauptsächlich Halleffekt-Funktionen wie beispielsweise Geschwindigkeitsregelung, Rotationsdetektion, Positionsdetektion etc. Ein Positionsmagnet (nicht gezeigt), nämlich vorzugsweise ein Ringmagnet, ist auf der Läuferwelle 29 befestigt und dreht sich mit der Welle 29. Eine Kammer 59 ist in der Abdeckung 51 zwischen den beiden federnden Fingern 55 für die Aufnahme eines Positionsmagnets gebildet. Eine gedruckte Schaltungsplatte (PCB) 56 ist in der Abdeckung 51 montiert, und ein Hallsensor (Hallsensoren) 57 ist (sind) an der PCB 56 montiert, um das Magnetfeld des Positionsmagnets zu erfassen. Wie in 9 zu erkennen ist, hat die Abdeckung 51 Schlitze 58, die in einer der Seitenwände 53 gebildet sind. Verbinder für die Stromversorgungsleitungen und Signalleitungen der PCB 56 und der Hallsensoren 57 können durch die Schlitze 58 laufen. Ähnlich hat auch die Endkappe 31 Schlitze 38, die in einer der Seitenwände 34 gebildet sind, damit externe Verbinder an dem Motor angesteckt werden können, um den Motor mit Strom zu versorgen. In dieser Ausführungsform sind die Schlitze 58 und 38 in den Seitenwänden gebildet, die der ebenen Befestigungsfläche 35 der Endkappe gegenüberliegen. Dies ist aber nicht wesentlich. Zum Beispiel können die Schlitze 38 anstelle der gegenüberliegenden ebenen Befestigungsfläche 35 in einer Seitenwand 34 gebildet sein, die an die ebene Befestigungsfläche 35 angrenzt oder sich an diese anschließt.
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In der vorstehend beschriebenen Ausführungsform ist der radiale Querschnitt jedes Seitenbereichs des Motorgehäuses 21 eine konvex gekrümmte Linie, die als ein Bogen gebildet ist. Jedoch kann die konvex gekrümmte Linie auch durch ein oder mehrere Bogensegmente oder ein oder mehrere geradlinige Segmente oder Kombinationen derselben gebildet sein.
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Die Erfindung ist auf einen Motor anwendbar, dessen Gehäuse n Seitenbereiche und n Verbindungsbereiche aufweist, wobei n eine ganze Zahl gleich oder größer als 3 ist. Vorzugsweise ist n eine gerade Zahl größer als 3. Verben wir ”umfassen”, ”aufweisen”, ”enthalten” und ”haben” sowie deren Abwandlungen in der Beschreibung und in den Ansprüchen sind in einem einschließenden Sinne zu verstehen. Sie geben an, dass das genannte Element vorhanden ist, schließen jedoch nicht aus, dass noch weitere Elemente vorhanden sind.
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Wenngleich die Erfindung anhand mehrerer bevorzugter Ausführungsformen beschrieben wurde, wird der Fachmann erkennen, dass verschiedene Modifikationen möglich sind, weshalb der Schutzrahmen der Erfindung durch die anliegenden Ansprüche definiert ist.
