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Kernloser Motor Die Erfindung betrifft einen kernlosen Motor und insbesondere
einen Elektromotor, der ohne Kern hergestellt ist, um das Trägheitsmoment zu reduzieren.
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Ein kernloser Motor weist einen Permanentmagneten und eine Vielzahl
von dünnen Spulen auf, die so angeordnet sind, daß sie sich teilweise untereinander
überlappen, wobei jede Spule geringfügig gegenüber der vorhergehenden Spule vesetzt
ist.
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Die dünnen Spulen sind in einer Richtung senkrecht zur Richtung des
magnetischen Feldes des Permanentmagneten angeordnet.
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Die Vielzahl der dünnen Spulen bildet einen Rotor, der im Verhältnis
zum Permanentmagneten, der als Stator dient, gedreht wird.
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Die dünnen Spulen sind z.B. gedruckte Spulen, die auf einem plastischen
Film durch ein Fotoätzverfahren hergestellt sind.
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Die dünnen Spulen können auch geformte Spulen sein, die in Scheibenform
gewickelt und zusammen mit Kunststoff geformt worden sind. Die ersteren gedruckten
Spulen werden hauptsächlich für Gleichspannungsanwendungen niedriger Spannung und
die letzteren geformten Spulen werden für 100 V -Wechselspannungs vorrichtungen
verwendet.
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Der oben beschriebene kernlose Motor hat einen hohen Wirkungsgrad,
da er keinen Kern verwendet, und weist eine verbesserte Anfahrleistung auf, da sein
Trägheitsmoment klein ist. Darüber hinaus besitzt der kernlose Motor eine lange
Lebensdauer.
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Der herkömmliche kernlose Motor hat jedoch den Nachteil, daß er eine
erhebliche Größe aufweist aufgrund seines Aufbaus, der einen aktiven Teil (in welchem
sich die Wicklungen der Spule senkrecht zur Drehrichtung- erstrecken und die Drehung
des Rotors bewirken) und einen unwirksamen/Teil,(in welchem sich die Wicklungen
parallel zur Drehrichtung erstrecken und keine Drehung des Rotors bewirken), der
Spulen, die sich in Scheibenform erstrecken, aufweist. Darüber hinaus versucht der
unwirksame Teil der Spulen, den Dreheffekt des Motors unwirksam zu machen, um hierdurch
den Wirkungsgrad der Spulen zu erniedrigen.
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Die Erfindung ist darauf gerichtet, einen kernlosen Motor mit hohem
Wirkungsgrad, geringer Größe und langer Lebensdauer zu schaffen.
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Der kernlose Motor gemäß der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet,
daß der unwirksame Teil der Spulen im Verhältnis zu dem wirksamen Teil abgewinkelt
ist, um die Größe der Spule zu reduzieren und den unwirksamen Teil der Spulen weg
von dem starken magnetischen Feld des Permanentmagneten zu bewegen, um
hierdurch
die unerwünschte Wirkung des unwirksamen Teils zu verringern.
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Ein bevorzugter Gedanke liegt darin, eine Anzahl von dünnen Spulen
in einem Kreis anzuordnen, um einen Rotor zu bilden.
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Jede Spule wird teilweise von der vorhergehenden Spule überlappt und
ist gegenüber dieser teilweise versetzt. Die Spulen haben wirksame Teile, die sich
senkrecht zur Drehrichtung des Rotors erstrecken, und unwirksame Teile, die sich
parallel zur Drehrichtung erstrecken. Die unwirksamen Teile sind rechtwinklig im
Verhältnis zu den wirksamen Teilen abgewinkelt, um außerhalb des starken Magnetfeldes
der Permanentmagneten, die als Stator dienen, angeordnet zu werden. Nur die wirksamen
Teile sind nahe den Permanentmagneten innerhalb des starken magnetischen Feldes
angeordnet.
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Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung egeben sich
aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung.
Darin zeigen: Fig. 1 eine Draufsicht auf eine fächerförmige Spule, die bei einer
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung benutzt wird, Fig. 2 eine perspektivische
Ansicht einer dünnen Spule, deren unwirksamer Teil abgewinkelt ist und die in den
kernlosen Motor gemäß der vorliegenden Erfindung eingebaut werden soll, Fig. 3 eine
perspektivische Ansicht eines aus einer Vielzahl von dünnen Spulen gemäß Fig. 2
zusammengesetzten Rotors,
Fig. 4 einen Vertikalschnitt des in Fig.
3 gezeigten Rotors, Fig. 5 eine Ansicht eines kernlosen Motors, wobei eine Hälfte
im Vertikalschnitt gezeigt ist, welcher den in den Fig. 3 und 4 gezeigten Rotor
verwendet, Fig. 6 eine perspektivische Ansicht einer anderen Ausführungsform des
Spulenelementes, das benutzt wird, um den kernlosen Motor gemäß der vorliegenden
Erfindung zu bilden, Fig. 7 eine perspektivische Ansicht eines Rotors1 der aus einer
Vielzahl von dünnen, in Fig. 6 gezeigten Spulen zusammen gesetzt ist, Fig. 8 einen
Längsschnitt des in Fig. 7 gezeigten Rotors, und Fig. 9 eine Vorderansicht, teilweise
im Schnitt, eines kernlosen Motors, der den in den Fig. 7 und 8 gezeigten Rotor
verwendet, gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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In Fig. 1 ist eine fächerförmige gedruckte Spule 1 gezeigt, die durch
ein Fotoätzverfahren auf einem Polyesterfilm 2 hergestellt ist. Der elektrisch leitende
Teil, in der Spule ausgebildet, besteht aus Metall, wie Kupfer, Aluminium und Silber.
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Die Spule weist obere und untere Teile la und lc und linke und rechte
Teile ib und ld auf. Die oberen und unteren Teile la und lc erstrecken sich in Drehrichtung
des Rotors, durch einen Pfeil in Fig. 1 angedeutet, und werden hiernach als "unwirksame
Teile" bezeichnet. Die linken und rechten Teile ib und ld erstrecken sich senkrecht
zur Drehrichtung und werden hiernach als "wirksame Teile bezeichnet, da nur diese
Teile der Spule 1 eine Drehung der Spule bewirken. Ein Permanentmagnet 3 hat ein
magnetisches
Feld, das sich senkrecht zur Zeichenebene der Fig. 1 erstreckt. Daher tragen die
wirksamen Teile ib und ld zur Drehung der gedruckten Spule 1 bei und versuchen die
unwirksamen Teile la und lc, die Wirkung der wirksamen Teile ib und ld zunichte
zu machen.
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Die unwirksamen Teile la und lc sollten vorzugsweise außerhalb des
starken Magnetfeldes des Permanentmagneten 3 angeordnet sein. Dementsprechend sind
bei dieser Ausführungsform, wie in Fig. 2 gezeigt ist, die unwirksamen Teile la
und lc rechtwinklig an Faltlinien A-B, C-D, E-F und G-H abgewinkelt. Die bedruckten
Spulen 1 werden daher in eine winklige U-Form, wie in Fig. 2 gezeigt ist, gebracht.Zwölf
gedruckte Spulen 1A bis 1L, die in diese Form gebracht worden sind, sind in einem
Kreis angeordnet, in welchem jede Spule die vorhergehende Spule um 1/2 oder 2/3
überlappt, um einen kreisförmigen oder ringförmigen Rotor, wie in Fig. 3 gezeigt
ist, zu bilden.
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Ein innerer Ring 4 ist in den kreisförmigen RaumgdiM-t am Mittelpunkt
der gedruckten Spulen 1A bis 1L, die in einem Kreis angeordnet sind, eingefügt.
Ein äußerer Ring 5 ist um die gedruckten Spulen 1S bis 1L, wie in Fig. 3 gezeigt
ist, angeordnet. Die gedruckten Spulen lA bis iL und der innere und äußere Ring
4 und 5 werden alle zusammengeformt durch Verwendung von thermoplastischen oder
wärmehärtbaren Kunststoffen, wie Polyester oder Polykarbonate. Wenn diese Elemente
zusammen vereinigt und geformt sind, können Faserverstärkungsmaterialien zu dem
Formmaterial, wie erwünscht, hinzugefügt werden.
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Eine Ausführungsform des kernlosen Motors, welcher den Rotor, der,
wis oben beschrieben, konstruiert ist, verwendet, wird im einzelnen hiernach in
Verbindung mit Fig. 5 beschrieben. Ein Rotor, weLcher den oben in Verbindung mit
den Fig. 3 und 4 bescnriebenen Aufbau hat, ist an einer Scheibe 6 befestigt Die
Scheibe
6 wird von einem Trägerbauteil 7 getragen, das an einer drehbaren Welle 9 befestigt
ist, und gegen das Trägerbauteil 7 von oben durch einen Klemmring 8 gedrückt. Ein
Kommutator il wird von einem Kommutatorträgerbauteil 10 getragen, das fest mit dem
Trägerbauteil 7 verbunden ist Der Kommutator 11 ist mit den Zuleitungsdrähten der
zwölf gedruckten Spulen 1A bis iL verbunden.
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Ein Ende der drehbaren Welle 9 ist drehbar in einem Lager 13 gelagert,
das in einem oberen Gehäuse 12 vorgesehen ist, und das andere Ende der Welle 9 erstreckt
sich aus einem unteren Gehäuse 14 durch ein darin angeordnetes Lager 15 hinaus.
Innerhalb des oberen metauses 12 und 14 werden gedruckte Spulen 1A bis iL gehalten,
welche den Rotor bilden. Innerhalb des oberen Gehäuses 12 sind eine Vielzahl von
Permanentmagneten 3 in symmetrischer Anordnung im Verhältnis zu der Welle 9 vorgesehen.
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Die Permanentmagneten 3 sind nahe den gedruckten Spulen 1A bis iL
angeordnet. Die unwirkamen Teile der Spulen sind außerhalb des starken Magnetfeldes
der Magnete 3 angeordnet. Darüber hinaus sind innerhalb des oberen Gehäuses eine
Vielzahl von Bürsten 16 vorgesehen, um mit dem Kommutator 11 in Berührung zu sein,
um Strom zu den den Magneten 3 gegenüberliegenden Spulen zu liefern.
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Im Betrieb der oben beschriebenen Ausführungsform werden die Bürsten
i6 mit Strom versorgt, um die gedruckten Spulen 1A bis IL mit Hilfe des Kommutators
li zu erregen. Die Erregung der gedruckten Spulen erzeugt magnetische Felder zwischen
den gedruckten Spulen und den Permanentmagneten 3, wodurch eine Drehung des Rotors
durch eine Abstoßungskraft zwischen diesen bewirkt wird. Da die unwirksamen Teile
1a und lc der gedruckten Spulen iA bis 1L außerhalb des starken Magnetfeldes der
Permanentmagneten 3 angeordnet sind, können die unwirksamen Teile 1a und lc die
Wirkung der wirksamen Teile 1b und id auf
den Rotor nicht zunichte
machen. Demzufolge dreht sich der Rotor gleichförmig mit hohem Wirkungsgrad.
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Eine andere Ausführungsform wird im einzelnen in Verbindung mit den
Fig. 6 bis 9 beschrieben. In ähnlicher Weise wie bei der ersten Ausführungsform
werden eine Anzahl von gedruckten Spulen, wie in Fig. 6 gezeigt ist, durch ein Fotoätzverfahren
hergestellt. Die gedruckte Spule 20 setzt sich aus einem Kunststoffsubstrat 21 und
einer leitenden Spule 20a bis 20d, die darauf abgelagert ist, zusammen. Die Spule
hat wirksame Teile 20b und 20d und unwirksame Teile 20a und 20c. Die wirksamen Teile
20a und 20 sind rechtwinklig abgewinkelt und die wirksamen Teile 20b und 20d sind
im Verhältnis zueinander geneigt, wie in Fig. 6 gezeigt ist. Zwölf Spulen 20A bis
20L sind auf einer zylindrischen Oberfläche eines zylindrischen Bauteils 22 angeordnet,
wobei jede Spule 20 die vorhergehede Spule um 1/2 überlappt, wie in Fig. 7 gezeigt
ist. Die $pulen 20A bis 20L und das zylindrische Bauteil 22 sind alle zusammengeformt.
Das zylindrische Bauteil 22 besteht aus Kunststoff oder Metall. Eine Welle 23 erstreckt
sich durch die Mitte dieses Bauteils. Auf der Welle 23 ist ein Kummutator 24 befestigt,
welcher Kontakte 24A, 24B, ... aufweist, die jeweils mit den gedruckten Spulen 20A
bis 20L verbunden sind.
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Ein Paar von Permanengmagneten 25 und 26 sind nahe der Oberfläche
des so aufgebauten Rotors, wie in Fig. 9 gezeigt ist, angeordnet. Ein Paar von Bürsten
27 und 28 sind in Berührnng mit den Kontakten 24A bis 24L des Kommutators 24 vorgesehen,
um einen Gleichspannungsmotor zu bilden. Da die unwirksamen Teile 20a und 20c außerhalb
des starken Feldes der Permanentmagneten 25 und 26 angeordnet ist, dreht sich auch
bei dieser Ausführungsform-der Rotor gleichförmig und mit hohem Wirkungs grad, wenn
die gedruckten Spulen 20A bis 20L mit Strom versorgt werden. Obwohl die obigen Ausführungsformen
so beschrieben worden
sind, daß sie gedruckte Spulen als dünne Spulen,
welche den Rotor bilden, verwenden, ist es für den Durchschnittsfachmann natürlich
klar, daß die gedruckten Spulen durch Wicklungsspulen ersetzt werden können. Darüber
hinaus wird angemerkt, daß die vorliegende Erfindung nicht nur auf einen Gleichspannungsmotor,
sondern auch auf einen Wechselspannungsmotor angewendet werden kann.