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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein den Aufbau eines Gleichstrommotors bzw. einen Gleichstrommotoraufbau und betrifft insbesondere einen Gleichstrommotoraufbau, der einen hohlen Rotor aufweist, wobei innerhalb und außerhalb des hohlen Rotors jeweils ein Stator vorgesehen ist.
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Stand der Technik
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Bei Motoren gibt es die Elektromotoren, welche den aufgenommenen Strom in mechanische Energie umwandeln. Anschließend wird durch die mechanische Energie zum Antreiben anderer Vorrichtungen kinetische Energie erzeugt. Dies ermöglicht, dass solche Motoren in verschiedenen Bereichen für eine Vielzahl von Produkten, wie beispielsweise Elektrofahrzeuge, Werkzeugmaschinen, Ventilatoren und Pumpen, eingesetzt werden können. Unter ihnen ist der Gleichstrommotor (Abkürzung: DC-Motor) eine der frühesten Einrichtungen, welcher Strom in mechanische Energie umwandeln kann. Die wachsende Popularität der Verwendung vom Wechselstrom hat später zur Entwicklung des Induktionsmotors und des Synchronmotors geführt. Hierdurch haben sich die Bedeutung und der Einsatz von Gleichstrommotoren verringert. Mit der Erfindung des Gleichrichters (englische Abkürzung: SCR) und der Verbesserung der magnetischen Materialien, Bürstenmaterialien und Isolationsmaterialien und zusammen mit der wachsenden Nachfrage nach Drehzahlregelung ist der Gleichstrommotor erneut zur Schlüsseltechnologie der industriellen Automatisierung geworden. Der Hauptgrund dafür ist, dass alle charakteristischen Kurven, wie z. B. die "Drehzahl-Drehmoment-Kurve" und die "Drehmoment-Leistungskurve" des Gleichstrommotors, auf linearen Beziehungen basieren. Der Gleichstrommotor ist einfach und leicht zu kontrollieren und deshalb ist der Gleichstrommotor weiterhin der am häufigsten zur Drehzahlregelung verwendete Motor.
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Bezugnehmend auf 1A ist der prinzipielle Aufbau eines herkömmlichen Gleichstrommotors 1 dargestellt, der primär einen Gehäusekörper 10, eine Drehwelle 11, einen Rotor 12, einen Stator 13 und einen Kommutator 14 umfasst. Im Gehäusekörper 10 ist ein Aufnahmeraum 101 vorgesehen. Die Drehwelle 11 ist drehbar innerhalb des Gehäusekörpers 10 angeordnet und ihre Ausgangswelle 111 ragt an einem Ende aus dem Gehäusekörper 10 hervor. Der Rotor 12 besteht aus mehreren Siliziumstahlplatten, die auf der Drehwelle 11 angebracht sind. Mehrere Spulen sind auf dem Rotor 12 aufgewickelt. Der Stator 13 besteht aus einem Permanentmagneten und ist an der Innenwand des Gehäusekörpers 10 an einer dem Außenumfang des Rotors 12 entsprechenden Position fest angeordnet und hat einen Abstand zum Rotor 12. Der Kommutator 14 ist im Aufnahmeraum 101 angeordnet und kann mit externem Strom versorgt werden und ist mit den Spulen elektrisch verbunden, um die Spulen zu bestromen. Gleichzeitig kann der Kommutator 14 die Richtung des den Spulen zugeführten Stroms ändern. Gemäß der Linke-Hand-Regel oder Rechte-Hand-Regel von Fleming werden die Magnetfeldlinien des ursprünglichen Magnetfelds, wenn sich ein Leiter in einem Magnetfeld befindet und erregt wird, vom durch den Leiter erzeugten Magnetfeld geschnitten, wodurch der Leiter bewegt wird. Daher werden die vom Stator 13 erzeugten Magnetfeldlinien, wenn die auf dem Rotor 12 befindlichen Spulen erregt werden, vom von den Spulen erzeugten Magnetfeld geschnitten, wodurch ein Drehmoment erzeugt und der Rotor 12 gedreht wird und somit elektrische Energie in kinetische Energie umgewandelt wird. Bezugnehmend auf 1B eines Beispiels wird der Rotor 12, wenn die Magnetkraftlinien des Stators 13 von links nach rechts verlaufen und die Stromrichtung der Spulen des Rotors 12 von rechts nach links läuft, zu diesem Zeitpunkt vom vom Rotor 12 erzeugten Drehmoment zur Drehung im Uhrzeigersinn veranlasst.
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Siehe wieder 1A. In der Regel wird die vom Rotor 12 erzeugte kinetische Energie über eine an einem Ende der Drehwelle 11 befindliche Ausgangswelle bzw. Abtriebswelle 111 ausgegeben. Daher muss oft eine andere zusätzliche Antriebseinrichtung (wie z. B. Zahnrad) auf der an einem Ende der Drehwelle 11 befindlichen Ausgangswelle 111 angeordnet werden, was dazu führt, dass der Aufbau bei der praktischen Anwendung des Gleichstrommotors 1 sehr kompliziert wird. Ferner ist das aus dem Gehäusekörper 10 herausragende Ende der Drehwelle 11 ein freies Ende. Daher wird die Länge der Ausgangswelle 111 in der Regel kürzer gestaltet, um das Problem der Achsabweichung zu vermeiden. Die Drehwelle 11 wird zum Erzeugen eines ausreichenden Drehmoments häufig mit einer hohen Geschwindigkeit gedreht, um eine Übertragungseinrichtung anzutreiben. Mit der Zeit werden die zusammenhängenden Komponenten der Übertragungseinrichtung aufgrund der zu großen Belastung sehr anfällig für Verschleiß. Dies führt dazu, dass bei der Ausgangswelle 111 aufgrund einer ungleichmäßigen Kraft das Problem der Achsabweichung auftritt.
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Zusammenfassend lässt sich sagen, dass dem gesamten Aufbau der vorhandenen Gleichstrommotoren bezüglich der Umsetzung und Verwendung immer noch einige Mängel anhaften. Für die Hersteller von Gleichstrommotoren ist es von großer Bedeutung und stellt ein wichtiges Thema dar, wie ein neuartiger Gleichstrommotoraufbau zu gestalten ist, um das obige Problem zu lösen und ein hohes Drehmoment mit niedriger Drehzahl zu vereinen und dadurch die Bedürfnisse der Benutzer zu erfüllen.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Angesichts des noch nicht optimal gestalteten Aufbaus der herkömmlichen Gleichstrommotoren, wie vorstehend ausgeführt, hat sich der Erfinder anhand seiner langjährigen Berufserfahrung der Lösung des Problems gewidmet und nach mehreren Änderungen, Versuchen und Verbesserungen schließlich den erfindungsgemäßen Gleichstrommotoraufbau mit hohlem Rotor und Innen- und Außenstator mit dem Ziel, dass mit der vorliegenden Erfindung Gleichstrommotoren mit verbesserten technischen Eigenschaften bereitgestellt werden können, hervorgebracht.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen verbesserten einfachen und kostengünstigen Gleichstrommotoraufbau bereitzustellen, der einen effizienteren Betrieb ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird durch einen Gleichstrommotoraufbau mit hohlem Rotor und Innen- und Außenstator nach Anspruch 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der rückbezogenen Unteransprüche.
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Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Gleichstrommotoraufbaus mit hohlem Rotor und Innen- und Außenstator, der einen Gehäusekörper, einen Außenstator, einen Kommutator, ein Ausgangselement, einen hohlen Rotor und einen Innenstator umfasst, wobei der Gehäusekörper ein Zylinderkörper ist und mit einem Aufnahmeraum versehen ist und sein hinteres Ende mit mindestens einem Ausgangsloch versehen ist, wobei das Ausgangsloch mit dem Aufnahmeraum durchgängig verbunden ist, wobei ferner der Kommutator und das Ausgangselement jeweils am vorderen und hinteren Ende des Gehäusekörpers angebracht sind, wobei im Gehäusekörper von außen nach innen nacheinander der Außenstator, der hohle Rotor und der Innenstator zusammengefügt sind, wobei mehrere Spulen auf dem hohlen Rotor aufgewickelt sind, wobei sein vorderes und hinteres Ende jeweils mit dem Kommutator und dem Ausgangselement verbunden sind, wobei ferner die zwei Enden jeder Spule jeweils elektrisch mit den zwei auf dem Kommutator befindlichen benachbarten Kommutatorscheiben verbunden sind, um den vom Kommutator kommenden Strom aufzunehmen, wobei zugleich die zwei auf dem Kommutator befindlichen benachbarten Kommutatorscheiben gemäß einer eingestellten Frequenz einen Richtungswechsel des der entsprechenden Spule zugeführten Stroms ermöglichen, wodurch das von der Spule erzeugte Elektromagnetfeld zugleich auch einen Richtungswechsel bewirkt, wobei dieser Wechselvorgang gemäß der eingestellten Frequenz fortlaufend wiederholt durchgeführt werden kann, sodass ein entsprechendes Elektromagnetfeld um den hohlen Rotor herum erzeugt wird, wobei ferner der Außenstator mehrere Außenmagneten umfasst, wobei alle Außenmagneten entlang des Umfangs des Gehäusekörpers an der Innenwand des Gehäusekörpers voneinander beabstandet angebracht sind, wobei je zwei benachbarte Außenmagneten entgegengesetzte Polaritäten aufweisen, wobei der Innenstator mehrere Innenmagneten umfasst, wobei alle Innenmagneten entlang des Umfangs des Gehäusekörpers auf dem Außenumfang des Innenstators voneinander beabstandet angebracht sind, wobei je zwei benachbarte Innenmagneten entgegengesetzte Polaritäten aufweisen, wobei alle Innenmagneten mit den jeweiligen Außenmagneten korrespondieren. Wenn die Spulen den vom Kommutator kommenden Strom aufnehmen und dann ein entsprechendes Elektromagnetfeld erzeugen, kann jeweils zwischen dem Elektromagnetfeld und dem vom Innenstator und vom Außenstator erzeugten Elektromagnetfeld eine gegenseitige Abstoßung bewirkt werden, wodurch der hohle Rotor gedreht und das Ausgangselement synchron angetrieben wird, sodass das Ausgangselement zur Erhöhung der Energieeffizienz und Lebensdauer des Gleichstrommotors über die Ausgangslöcher mittels eines Übertragungselements (z. B. eine Kette oder ein Riemen) einen vom hohlen Rotor erzeugten hohen Drehmoment mit niedriger Drehzahl an eine Last (z. B. ein Getriebegehäuse) ausgibt.
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Figurenübersicht
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Nachfolgend werden die bevorzugten Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Figuren detailliert beschrieben, um ein vollständiges Verständnis der vorliegenden Erfindung zu ermöglichen.
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1A zeigt eine schematische Darstellung des Aufbaus eines herkömmlichen Gleichstrommotors;
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1B zeigt eine schematische Darstellung des Arbeitsprinzips eines herkömmlichen Gleichstrommotors;
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2 zeigt eine schematische Explosionsdarstellung des erfindungsgemäßen Gleichstrommotors;
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3 zeigt eine schematische Schnittdarstellung des erfindungsgemäßen Gleichstrommotors;
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4 zeigt eine schematische teilweise perspektivische Darstellung des erfindungsgemäßen hohlen Rotors;
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5 zeigt eine schematische Darstellung der Wicklung des erfindungsgemäßen hohlen Rotors.
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In den Figuren bezeichnen identische Bezugszeichen identische oder im Wesentlichen gleichwirkende Elemente oder Gruppen von Elementen.
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Ausführliche Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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Bei herkömmlichen Gleichstrommotoren erfolgt die Übertragung über eine Ausgangswelle. Die Ausgangswelle ist hierbei ein Teil der Drehwelle (Ausgangswelle 111, wie in 1A dargestellt). Daher müssen herkömmliche Gleichstrommotoren für die ein größeres Drehmoment zum Antreiben erfordernde Last, wie z. B. ein Getriebegehäuse der Elektrofahrzeuge oder andere große Geräte, zum Erzeugen des obigen hohen Drehmoments im hohen Drehzahlmodus betrieben werden. Allerdings kommt es beim herkömmlichen Gleichstrommotoraufbau, wie bereits oben erwähnt, dadurch leicht zu einer Beschädigung und zudem hat er einen höheren Stromverbrauch. Aus diesem Grund hat der Erfinder einen neuen Gleichstrommotoraufbau entworfen. Dieser erfindungsgemäße Gleichstrommotoraufbau kann komplett ohne Verwendung einer wie in 1A gezeigten Ausgangswelle 111 bereits mit niedriger Drehzahl und hohem Drehmoment andere Übertragungseinrichtungen antreiben. Besonders hervorzuheben ist, dass der erfindungsgemäße Gleichstrommotoraufbau mit hohlem Rotor und Innen- und Außenstator nicht auf die nachfolgend in den Figuren dargestellten Zeichnungen beschränkt ist. Nach dem Erfassen der Gesamtheit der technischen Merkmale der vorliegenden Erfindung wird ein Fachmann auf dem Gebiet in der Lage sein, die Gestaltungen und die Anzahl der verschiedenen Elemente in den nachstehenden Beispielen selbstständig zu regulieren.
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Gleichstrommotoraufbau mit hohlem Rotor und Innen- und Außenstator. Zum Zweck der Vereinfachung der Beschreibung wird in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel die linke Seite in 2 als die vordere Seite des Elements und die rechte Seite in 2 als die hintere Seite des Elements definiert. Bezugnehmend auf die 2 und 3 umfasst der Gleichstrommotoraufbau 2 einen Gehäusekörper 20, einen Außenstator 21, einen Kommutator 22, ein Ausgangselement 23, einen hohlen Rotor 24 und einen Innenstator 25, wobei der Gehäusekörper 20 ein Zylinderkörper ist und mit einem Aufnahmeraum 200 versehen ist und sein hinteres Ende mit drei Ausgangslöchern 201 versehen ist, wobei die Ausgangslöcher 201 mit dem Aufnahmeraum 200 durchgängig verbunden sind. Jedoch kann die Anzahl der Ausgangslöcher 201 in anderen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung eins sein und deren Gestaltung entsprechend den Bedürfnissen angepasst sein. In der vorliegenden Erfindung stellen die Ausgangslöcher 201 einen Raum dar, durch den das Ausgangselement 23 mit einer externen Übertragungsvorrichtung verbunden sein kann. Sämtliche Anordnungsweisen, durch die eine Verbindung des Ausgangselements 23 mit einer externen Übertragungsvorrichtung ermöglicht wird, gehören zur Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung. In der vorliegenden Erfindung unterliegt die Ausgestaltung der Ausgangslöcher 201 keinen Beschränkungen.
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Ferner besteht der Gehäusekörper 20 in diesem Ausführungsbeispiel aus einer vorderen Abdeckung 20A, einer hinteren Abdeckung 20B und einem Gehäuse 20C. Mehrere vordere Verbindungsabschnitte 202A (z. B. Verriegelungslöcher) sind am Umfang der vorderen Abdeckung 20A vorgesehen, wobei mehrere elektrische Bürsten 204 (Kohlebürsten) im Inneren dieser untergebracht sind, wobei die elektrischen Bürsten 204 externen Strom aufnehmen können. Die hintere Abdeckung 20B ist mit Ausgangslöchern 201 versehen und mehrere hintere Verbindungsabschnitte 202B (z. B. Verriegelungslöcher) sind an ihren Umfang angeordnet. Das Gehäuse 20C ist hohl und rohrförmig und zwischen der vorderen Abdeckung 20A und der hinteren Abdeckung 20B verrastet. Ferner können die vordere Abdeckung 20A und die hintere Abdeckung 20B jeweils mit den zwei Enden einer Verbindungsstange 203 verbunden sein, um die vordere Abdeckung 20A, die hintere Abdeckung 20B und das Gehäuse 20C einstückig miteinander zu verbinden und somit den erfindungsgemäßen Gehäusekörper 20 zu bilden. Darüber hinaus sind zur Vermeidung der Drehung des Gehäuses 20C mehrere Eingriffsabschnitte 205 (vorstehende Scheiben) jeweils an der vorderen Abdeckung 20A und der hinteren Abdeckung 20B vorgesehen, um jeweils mit den zwei Enden des Gehäuses 20C in Eingriff gebracht zu werden. Allerdings kann der Gehäusekörper 20 in anderen Ausführungsbeispielen entsprechend den Entwurfsanforderungen als Einzelelement ausgebildet werden oder er kann aus mehr als zwei Elementen zusammengefügt werden (beispielsweise sind nur die vordere und hintere Abdeckung 20A, 20B vorhanden oder die Anzahl der Gehäuse 20C wird erhöht). In der vorliegenden Erfindung ist die Kombinationsweise nicht auf die oben beschriebene Kombination von drei Elementen, nämlich die vordere Abdeckung 20A, die hintere Abdeckung 20B und das Gehäuse 20C, beschränkt.
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Siehe wieder 2. Der Außenstator 21 ist im Aufnahmeraum 200 untergebracht und umfasst mehrere Außenmagneten 211. Alle Außenmagneten 211 befinden sich in diesem Ausführungsbeispiel innerhalb des Gehäuses 20C und sind entlang des Umfangs des Gehäuses 20C (bzw. der Gehäusekörper 20) an der Innenwand des Gehäuses 20C angebracht, wobei alle Außenmagneten 211 voneinander beabstandet angeordnet sind und je zwei benachbarte Außenmagneten 211 entgegengesetzte Polaritäten aufweisen. Bei allen Außenmagneten 211 kann eine Einheit aus einem einzelnen magnetischen Element oder aus mehreren magnetischen Elementen gleicher Polarität bestehen, jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. In anderen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung kann der Außenstator 21 noch einen äußeren Statorkörper beinhalten, wobei der äußere Statorkörper hohl, rohrförmig und an der Innenwand des Gehäusekörpers 20 befestigt ist, wobei die Außenmagneten 211 innerhalb des äußeren Statorkörpers fest angeordnet sind. Auf diese Weise kann der Außenstator 21 unabhängig von anderen Elementen oder kundenspezifisch hergestellt werden, um die Produktion zu vereinfachen. Besonders hervorzuheben ist, dass der Aufbau des äußeren Statorkörpers mit dem Aufbau des Gehäuses 20C identisch ist. Jedoch kann der äußere Statorkörper, wie in diesem Ausführungsbeispiel realisiert, weggelassen werden oder der äußere Statorkörper kann mit dem Gehäusekörper 20 einstückig verbunden sein, um die Anzahl der Elemente des Gleichstrommotoraufbaus 2 zu verringern.
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Siehe wieder die 2 und 3. Der Kommutator 22 ist im Aufnahmeraum 200 untergebracht und entlang der axialen Richtung des Gehäusekörpers 20 drehbar mit der Innenwand des vorderen Endes des Gehäusekörpers 20 verbunden. Der Kommutator 22 befindet sich in diesem Ausführungsbeispiel in der vorderen Abdeckung 20A und ist mit den elektrischen Bürsten 204 innerhalb der vorderen Abdeckung 20A elektrisch verbunden, um den von den elektrischen Bürsten 204 kommenden externen Strom aufzunehmen. Ferner umfasst der Kommutator 22 einen Scheibenkörper 220 und mehrere Kommutatorscheiben 221, wobei die Kommutatorscheiben 221 beabstandet auf der Vorderseite des Scheibenkörpers 220 angeordnet sind. Es ist zu bemerken, dass in der vorliegenden Erfindung die elektrische Verbindungsweise der elektrischen Bürsten 204 mit dem Kommutator 22 eine herkömmliche Technik ist, weshalb sie hier nicht näher beschrieben wird. Sofern zwischen den elektrischen Bürsten 204 und dem Kommutator 22 eine gegenseitige Stromübertragung gewährleistet werden kann, gehört diese zur erfindungsgemäßen Verbindungsweise der elektrischen Bürsten 204 mit dem Kommutator 22. Ferner ist das Ausgangselement 23 im Aufnahmeraum 200 untergebracht und entlang der axialen Richtung des Gehäusekörpers 20 drehbar mit der Innenwand des hinteren Endes des Gehäusekörpers 20 an einer mit den Ausgangslöchern 201 korrespondierenden Position verbunden. Das Ausgangselement 23 ist in diesem Ausführungsbeispiel zahnradförmig und befindet sich an einer mit den Ausgangslöchern 201 korrespondierenden Position in der hinteren Abdeckung 20B. Auf diese Weise kann ein Übertragungselement (z. B. eine Kette) über die Ausgangslöcher 201 mit dem Ausgangselement 23 verbunden sein, wodurch im Betrieb des Gleichstrommotoraufbaus 2 die vom Gleichstrommotoraufbau 2 erzeugte kinetische Energie nacheinander durch das Ausgangselement 23 und das Übertragungselement an eine Last (z. B. ein Getriebegehäuse) transferiert werden kann, wodurch die Last durch kinetische Energie betrieben werden kann. Allerdings kann das Ausgangselement 23 in anderen Ausführungsbeispielen auch eine Nabe oder ein anderes Element sein und das Übertragungselement ein Riemen oder ein anderes Element sein, d. h. die Ausgestaltung des Ausgangselements 23 kann entsprechend den Ausgestaltungen der Last und des Übertragungselements angepasst werden, sodass der erfindungsgemäße Gleichstrommotoraufbau 2 für mehrere Geräte oder Vorrichtungen verwendbar ist.
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Siehe die 2 und 3. Der hohle Rotor 24 ist entlang der axialen Richtung des Gehäusekörpers 20 im Außenstator 21 untergebracht und weist über einen ersten Spalt 24A einen Abstand zum Außenstator 21 auf (d.h. ist unter einem ersten Spalt 24A unter einem Abstand zum Außenstator 21 angeordnet bzw. gelagert), wodurch sich der hohle Rotor 24 frei im Außenstator 21 drehen kann, wobei der hohle Rotor 24 aus mehreren Eisenkernen besteht und in ihm entlang der axialen Richtung eine Wellenbohrung 240 vorgesehen ist und sein vorderes Ende mit dem Kommutator 22 und sein hinteres Ende mit dem Ausgangselement 23 verbunden ist. Ferner sind mehrere Spulen 27 auf dem hohlen Rotor 24 aufgewickelt. Die zwei Enden jeder Spule 27 können jeweils elektrisch mit den zwei auf dem Kommutator 22 befindlichen benachbarten Kommutatorscheiben 221 verbunden sein, um den vom Kommutator 22 kommenden Strom aufzunehmen, wodurch ein entsprechendes Elektromagnetfeld um den hohlen Rotor 24 herum erzeugt wird. Ferner können die zwei auf dem Kommutator 22 befindlichen benachbarten Kommutatorscheiben 221 gemäß einer eingestellten Frequenz einen Richtungswechsel des der entsprechenden Spule 27 zugeführten Stroms ermöglichen, wodurch das von der Spule 27 erzeugte Elektromagnetfeld zugleich auch einen Richtungswechsel bewirkt, wobei dieser Wechselvorgang gemäß der eingestellten Frequenz fortlaufend wiederholt durchgeführt werden kann. Somit können der Kommutator 22 und das Ausgangselement 23, wenn der hohle Rotor durch das Magnetfeld gedreht wird, synchron zum Drehen angetrieben werden.
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Siehe die 2 und 4, anhand derer der Aufbau des obigen hohlen Rotors 24 detailliert veranschaulicht ist. Der hohle Rotor 24 umfasst einen äußeren Eisenkern 241 und einen inneren Eisenkern 242. Sowohl der äußere Eisenkern 241 als auch der innere Eisenkern 242 bestehen aus mehreren Siliziumstahlplatten, wobei mehrere äußere Linearnuten 243 entlang der axialen Richtung auf der äußeren Oberfläche des äußeren Eisenkerns 241 vorgesehen sind, wobei mehrere erste konkave Abschnitte 244A entlang der axialen Richtung auf seiner inneren Oberfläche vorgesehen sind. Ferner sind mehrere innere Linearnuten 245 entlang der axialen Richtung auf der inneren Oberfläche des inneren Eisenkerns 242 vorgesehen, wobei mehrere zweite konkave Abschnitte 244B entlang der axialen Richtung auf seiner äußeren Oberfläche vorgesehen sind. Die äußeren Linearnuten 243 und die inneren Linearnuten 245 dienen zum Aufwickeln der Spulen 27. Wenn der äußere Eisenkern 241 und der innere Eisenkern 242 einstückig zusammengefügt sind, liegt die innere Oberfläche des Eisenkerns 241 an der äußeren Oberfläche des inneren Eisenkern 242 an, wobei alle erste konkave Abschnitte 244A jeweils mit den jeweiligen zweiten konkaven Abschnitten 244B korrespondieren, um jeweils ein Befestigungsloch 244 auszubilden, wodurch die Befestigungslöcher 244 entlang der Umfangsrichtung des hohlen Rotors 24 angeordnet werden können. Ferner können mehrere Befestigungsstangen 246 jeweils in die jeweiligen korrespondierenden Befestigungslöcher 244 eingesetzt werden, um auf diese Weise mit dem hohlen Rotor 24 einstückig verbunden zu sein. Die vorderen Enden der Befestigungsstangen 246 ragen aus dem hohlen Rotor 24 hervor und können an der Rückseite des Scheibenkörpers 220 des Kommutators 22 befestigt werden. Die hinteren Enden der Befestigungsstangen 246 ragen ebenfalls aus dem hohlen Rotor 24 hervor und werden am Ausgangselement 23 befestigt. Somit können die drei, nämlich der hohle Rotor 24, der Kommutator 22 und das Ausgangselement 23, zur synchronen Drehung einstückig zusammengefügt werden.
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Siehe wieder die 2 und 4. Zur Vermeidung eines Kontakts des Kommutators 22 und des Ausgangselements 23 mit den Spulen 27 des hohlen Rotors 24 können das vordere und hintere Ende aller Befestigungsstangen 246 jeweils von einem Begrenzungsrohr 247 umfasst sein. Der Außendurchmesser des Begrenzungsrohrs 247 ist größer als der Durchmesser des Befestigungslochs 244. Das Begrenzungsrohr 247 kann somit nicht in das Befestigungsloch 244 eingesetzt werden und befindet sich zwischen dem Kommutator 22 und dem hohlen Rotor 24 oder zwischen dem Ausgangselement 23 und dem hohlen Rotor 24, sodass der Kommutator 22 und das Ausgangselement 23 die auf dem hohlen Rotor 24 befindlichen Spulen 27 nicht berühren. Besonders hervorzuheben ist, dass in anderen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung andere Methoden zur Verbindung des hohlen Rotors 24, des Kommutators 22 und des Ausgangselements 23 verwendet werden können und solange der hohle Rotor 24 den Kommutator 22 und das Ausgangselement 23 synchron antreibt und jeweils mit einem vorgegebenen Spalt zum Kommutator 22 und zum Ausgangselement 23 beabstandet sein kann, gehört diese zu den beanspruchten Verbindungsmethoden der vorliegenden Erfindung.
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Siehe wieder die 2 und 4. Der äußere Eisenkern 241 und der innere Eisenkern 242 sind mittels der darauf gewickelten Spulen 27 miteinander einstückig zusammengefügt, um zu verhindern, dass sich der äußere Eisenkern 241 und der innere Eisenkern 242 voneinander lösen. Die Befestigungsstangen 246 sind jeweils in den korrespondierenden Befestigungslöchern 244 angeordnet. Im Folgenden wird die Wicklungsweise der Spule 27 beschrieben. Jedoch können in anderen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung zur Befestigung der Spule 27 am hohlen Rotor 24 unterschiedliche Wicklungsweisen verwendet werden. Siehe 5. Zur Vermeidung einer zu komplexen Darstellung werden in 5 nur Teile des hohlen Rotors 24 und der zwei Spulen 27 dargestellt. Die äußere Oberfläche des äußeren Eisenkerns 241 ist mit zwei benachbarten äußeren Linearnuten 243A, 243B versehen und die innere Oberfläche des inneren Eisenkerns 242 ist mit zwei benachbarten inneren Linearnuten 245A, 245B versehen, wobei die äußere Linearnut 243A mit der inneren Linearnut 245A korrespondiert und die äußere Linearnut 243B mit der inneren Linearnut 245B korrespondiert. Ferner kann ein Ende einer Spule 27A mit einem der Kommutatorscheiben 221 elektrisch verbunden sein, wobei das andere Ende in das vordere Ende der äußeren Linearnut 243A eingesetzt werden und durch die äußere Linearnut 243A durchgehen und aus dem hinteren Ende der äußeren Linearnut 243A herausragen kann. Anschließend wird das andere Ende der Spule 27A in das hintere Ende der inneren Linearnut 245A eingesetzt und geht durch die innere Linearnut 245A hindurch und ragt aus dem vorderen Ende der inneren Linearnut 245A heraus. Ferner wird es schräg in die äußere Linearnut 243B eingesetzt und geht nacheinander durch die äußere Linearnut 243B, das hintere Ende der äußeren Linearnut 243B, das hintere Ende der inneren Linearnut 245B und die innere Linearnut 245B hindurch und ragt vom vorderen Ende der inneren Linearnut 245B heraus, um mit einer anderen Kommutatorscheibe 221 elektrisch verbunden zu werden. Mit der oben beschriebenen Wickelungsweise der Spule 27A ist eine Windung der Spule 27A gemeint. Wenn der hohle Rotor 24 mit mehreren Spulen 27 gewickelt werden soll, muss nur die sich in das vordere Ende der inneren Linearnut 245B erstreckende Spule 27A schräg in das vordere Ende der äußeren Linearnut 243A eingesetzt und dann die oben erläuterte Wickelungsweise wiederholt durchgeführt werden. Wenn das andere Ende einer zur Spule 27A benachbarten anderen Spule 27B aus dem vorderen Ende der inneren Linearnut 245A herausragt, sind sowohl ein Ende einer Spule 27A als auch ein anderes Ende einer anderen Spule 27B gleichzeitig elektrisch mit der gleichen Kommutatorscheibe 221 verbunden. Wenn die Kommutatorscheibe 221 den Strom an ein Ende der Spule 27A abgibt, nimmt diese den von einem anderen Ende einer anderen Spule 27B ausgegebenen Strom auf. Danach findet, wenn die Kommutatorscheibe 221 einen Wechselvorgang bewirkt, ein Richtungswechsel des obigen Stroms statt. Somit können die Spulen 27A, 27B durch die Stromrichtung ein entsprechendes Elektromagnetfeld erzeugen.
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Siehe wieder die 2 und 3. Der Innenstator 25 ist in der Wellenbohrung 240 des hohlen Rotors 24 untergebracht, wobei sein vorderes und hinteres Ende jeweils am vorderen und hinteren Ende des Gehäusekörpers 20 befestigt sind, wobei der Innenstator 25 über einem zweiten Spalt 24B einen Abstand zum hohlen Rotor 24 aufweist (d.h. über einen zweiten Spalt 24B unter einem Abstand zum hohlen Rotor 24 angeordnet bzw. gelagert ist), wodurch sich der hohle Rotor 24 frei im Innenstator 25 drehen kann. In diesem Ausführungsbeispiel umfasst der Innenstator 25 einen inneren Statorkörper 250 und mehrere Innenmagneten 251, wobei die Innenmagneten 251 entlang des Umfangs des Gehäusekörpers 20 an der Außenwand des inneren Statorkörpers 250 voneinander beabstandet angeordnet sind, wobei je zwei benachbarte Innenmagneten 251 entgegengesetzte Polaritäten aufweisen. Bei allen Innenmagneten 251 kann eine Einheit aus einem einzelnen magnetischen Element oder aus mehreren magnetischen Elementen gleicher Polarität bestehen, jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Ferner sind zwei Positionierstangen 252 jeweils vorstehend am vorderen und hinteren Ende des inneren Statorkörpers 250 angeordnet. Jede Positionierstange 252 ist jeweils mittels eines Lagers 26A, 26B am vorderen und hinteren Ende des Gehäusekörpers 20 befestigt, wobei jedes Lager 26A, 26B jeweils drehbar mit dem Kommutator 22 und Ausgangselement 23 verbunden ist, sodass der Innenstator 25 bei der Drehung des hohlen Rotors 24, des Kommutators 22 und des Ausgangselements 23 nicht mitbewegt wird, um dadurch die Stabilität des Innenstators 25 aufrechtzuerhalten. In diesem Ausführungsbeispiel sind die Positionierstangen 252 jeweils an der vorderen und der hinteren Abdeckung 20A, 20B befestigt. Allerdings können die Befestigungsposition und die Befestigungsart der Positionierstangen 252 in anderen Ausführungsbeispielen in Abhängigkeit von verschiedenen Gestaltungsparametern verändert werden. Solange der Innenstator 25 im Gehäusekörper 20 befestigbar ist und nicht gedreht wird, gehört diese zu den Verbindungsmethoden des Innenstators 25 und des Gehäusekörpers 20. Ferner kann die Gestaltung des inneren Statorkörpers 250 angepasst werden oder der innere Statorkörper 250 kann weggelassen werden. Solange der Innenstator 25 in der Wellenbohrung 240 des hohlen Rotors 24 untergebracht werden kann und sein vorderes und hinteres Ende jeweils am vorderen und hinteren Ende des Gehäusekörpers 20 befestigt werden können und alle Innenmagneten 251 entlang des Umfangs des Gehäusekörpers 20 auf dem Außenumfang des Innenstators 25 angebracht werden können, gehört dieser zum erfindungsgemäßen Innenstator 25.
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Siehe wieder 2. Wenn der Außenstator 21, der hohle Rotor 24 und der Innenstator 25 miteinander einstückig zusammengefügt sind, korrespondieren alle Innenmagneten 251 mit den jeweiligen Außenmagneten 211. In einigen bevorzugten Ausführungsbeispielen weisen die miteinander korrespondierenden Innenmagneten 251 und Außenmagneten 211 die gleiche Polarität auf. Allerdings kann die Wickelungsweise in der praktischen Ausführung verändert werden. Gemäß der Stromrichtung verschiedener Abschnitte der Spule 27 können die miteinander korrespondierenden Innenmagneten 251 und Außenmagneten 211 entgegengesetzte Polaritäten aufweisen. Siehe wieder 2. Wenn die Spulen 27 den vom Kommutator 22 kommenden Strom aufnehmen und dann ein entsprechendes Elektromagnetfeld erzeugen, kann jeweils zwischen dem Elektromagnetfeld und dem vom Innenstator 25 und vom Außenstator 21 erzeugten Elektromagnetfeld eine gegenseitige Abstoßung bewirkt werden, wodurch der hohle Rotor 24 gedreht und das Ausgangselement 23 synchron angetrieben wird. In diesem Zeitpunkt werden das Übertragungselement und die Last nacheinander über die Ausgangslöcher 201 vom Ausgangselement 23 angetrieben, wodurch ein vom hohlen Rotor 24 erzeugtes hohes Drehmoment mit niedriger Drehzahl an die Last ausgegeben wird. Zusammenfassend lässt sich festhalten, dass der erfindungsgemäße Gleichstrommotoraufbau 2 und der herkömmliche Gleichstrommotor völlig verschieden sind. Beim herkömmlichen Gleichstrommotor wird die Last von der Ausgangswelle (z. B. eine wie in 1A gezeigte Ausgangswelle 111) angetrieben, jedoch wird in der vorliegenden Erfindung die Last vom Ausgangselement 23 angetrieben. Mittels der mehreren Befestigungsstangen 246 wird das Ausgangselement 23 am hinteren Ende des hohlen Rotors 24 befestigt. Das Volumen des Ausgangselements ist groß. Daher tritt bei der vorliegenden Erfindung das Problem der Achsabweichung, welches häufig beim herkömmlichen Gleichstrommotor auftaucht, nicht auf. Im Vergleich zum herkömmlichen Gleichstrommotor kann der erfindungsgemäße Gleichstrommotoraufbau 2 bei niedriger Drehzahl bereits ein höheres Drehmoment aufweisen, weshalb die Abnutzungsrate der einzelnen Elemente gesenkt und die Lebensdauer des Gleichstrommotoraufbaus 2 deutlich erhöht werden kann.
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Wie dem Fachmann beim Studium der vorstehenden Beschreibung ohne weiteres ersichtlich sein wird, betrifft die vorliegende Erfindung insbesondere einen Gleichstrommotor mit einem hohlen Rotor und einem Innen- und Außenstator, wie vorstehend beschrieben.
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Die vorstehende Beschreibung stellt nur ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung dar und soll nicht die Schutzansprüche beschränken. Alle gleichwertigen Änderungen und Modifikationen, die gemäß der Beschreibung und den Zeichnungen der Erfindung von einem Fachmann auf diesem Gebiet vorgenommen werden können, fallen in den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung. Der Schutzumfang der Erfindung wird durch die beigefügten Ansprüche bestimmt.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Gleichstrommotoraufbau
- 20
- Gehäusekörper
- 20A
- vordere Abdeckung
- 20B
- hintere Abdeckung
- 20C
- Gehäuse
- 200
- Aufnahmeraum
- 201
- Ausgangsloch
- 202A
- vorderer Verbindungsabschnitt
- 202B
- hinterer Verbindungsabschnitt
- 203
- Verbindungsstange
- 204
- elektrische Bürste
- 205
- Eingriffsabschnitt
- 21
- Außenstator
- 211
- Außenmagnet
- 22
- Kommutator
- 220
- Scheibenkörper
- 221
- Kommutatorscheibe
- 23
- Ausgangselement
- 24
- hohler Rotor
- 24A
- erster Spalt
- 24B
- zweiter Spalt
- 240
- Wellenbohrung
- 241
- äußerer Eisenkern
- 242
- innerer Eisenkern
- 243
- äußere Linearnut
- 243A
- äußere Linearnut
- 243B
- äußere Linearnut
- 244
- Befestigungsloch
- 244A
- erster konkaver Abschnitt
- 244B
- zweiter konkaver Abschnitt
- 245
- innere Linearnut
- 245A
- innere Linearnut
- 245B
- innere Linearnut
- 246
- Befestigungsstange
- 247
- Begrenzungsrohr
- 25
- Innenstator
- 250
- innerer Statorkörper
- 251
- Innenmagnet
- 252
- Positionierstange
- 26A, 26B
- Lager
- 27
- Spule
- 27A
- Spule
- 27B
- Spule
