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Die vorliegende Erfindung betrifft einen bürstenlosen Motor,
insbesondere einen flachen bürstenlosen Motor mit einer
kurzen axialen Länge zur Verwendung in einem kompakten
elektrischen Gerät.
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Wie Figur 12 zeigt, hat ein herkömmlicher bürstenloser Motor,
der in einem kompakten Tonbandgerät verwendet wird, einen
Körper 101, der eine Statorspule, einen Permanentmagneten
enthaltenden Rotor und einen Subrotor enthält. Eine
Rotorwelle 102 ragt axial aus dem Körper 101 nach außen vor und
eine Riemenscheibe 103 ist an der Rotorwelle 102 an der
Außenseite des Körpers 101 befestigt, so daß die abgegebene
Leistung des bürstenlosen Motors durch einen Riemen 104
übertragen werden kann, der um die Riemenscheibe 103 gelegt ist.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen
bürstenlosen Motor zu schaffen, der eine geringe axiale Länge
hat, obgleich er weiterhin eine Leistungsabgabeeinrichtung
zum Übertragen der abgegebenen Leistung zur Außenseite des
Motors aufweist.
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Ein bürstenloser Motor mit einer geringen axialen Länge ist
in der früheren europäischen Patentanmeldung Nr. 90105452.8
der Anmelderin, veröffentlicht am 26. September 1990 unter
der Veröffentlichungsnummer EP-A-0388965, aufgezeigt. Diese
Anmeldung beansprucht ein Prioritätsdatum 22. März 1989 der
japanischen Anmeldung Nr. 69728/89, veröffentlicht am 8.
Oktober 1990 unter der Nr. JP-A-2250653. Der burstenlose Motor
dieser beiden Anmeldungen beinhaltet einige der Merkmale der
vorliegenden Erfindung, die eine im wesentlichen flache
Statoreinrichtung umfaßt, die zwischen einer scheibenförmigen
Rotoreinrichtung, die an ihrem Umfang angeordnete
Permanentmagneten enthält, und einer Subrotoreinrichtung, die ein
scheibenförmiges Element umfaßt, angeordnet ist. Die in
diesen Dokumenten aufgezeigte Verbesserung ist in Figur 11
dargestellt.
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Da die japanische Anmeldung Nr. 69728/89 vor den beiden
Anmeldungen eingereicht wurde, deren Priorität die vorliegende
Anmeldung beansprucht, bilden die Prioritätsanmeldungen für
die vorliegende Anmeldung nicht das erste Einreichen dieser
Merkmale, die daher aus Gründen der Neuheit und der
Erfindungshöhe zum Datum des Einreichens der vorliegenden
Erfindung geprüft werden müssen. Folglich sind diese Merkmale aus
der früheren europäischen Anmeldung und ihrer japanischen
Prioritätsanmeldung bekannt.
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Ein bürstenloser Motor mit einer geringen axialen Länge ist
ebenfalls aus Patent Abstracts of Japan, Bd. 11, Nr. 204 (E-
520) (2651) und der Patentbeschreibung JP-A-6225859 bekannt.
Während jedoch der bürstenlose Motor dieser Offenbarung einen
im wesentlichen flachen Stator enthält, der zwischen einer
scheibenförmigen Rotoreinrichtung, die Permanentmagneten
enthält, und einem scheibenförmigen Subrotor angeordnet ist, ist
eine einstückig mit der Rotoreinrichtung ausgebildete
Rotorriemenscheibe zum Übertragen von Leistung von dem Motor an
der Außenseite des Motors angeordnet. Daher ist die axiale
Länge des Motors größer als erforderlich.
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Gemäß vorliegender Erfindung umfaßt ein bürstenloser Motor
eine scheibenförmige Rotoreinrichtung, die um eine Achse des
Motors drehbar ist und an ihrem Umfang angeordnete
Permanentmagneten beinhaltet; eine Leistungsabgabeeinrichtung, die mit
der Rotoreinrichtung so verbunden ist, daß sie mit dieser
drehbar ist; eine im wesentlichen flache Statoreinrichtung,
die der Rotoreinrichtung gegenüberliegt und
elektromagnetische Spulen beinhaltet, die erregt werden können, um die
Rotoreinrichtung in Umdrehung zu versetzen; und eine an der
Leistungsabgabeeinrichtung befestigte Subrotoreinrichtung,
die an dieser dergestalt angeordnete Permanentmagneten
umfaßt, daß die N-Pole derselben den S-Polen der
Permanentmagneten der Rotoreinrichtung und die S-Pole derselben den N-
Polen der Permanentmagneten der Rotoreinrichtung quer durch
die Statoreinrichtung gegenüberliegen, wobei die
Statoreinrichtung einen in einem Mittelabschnitt derselben
ausgebildeten ersten Raum hat, der die Leistungsabgabeeinrichtung
aufnimmt, und einen zweiten Raum, der im wesentlichen senkrecht
zu der Achse des Motors von dem ersten Raum zu einem
Außenrand der Statoreinrichtung verläuft, so daß die abgegebene
Leistung des bürstenlosen Motors von der
Leistungsabgabeeinrichtung durch den zweiten Raum zur Außenseite des Motors
abgegeben werden kann.
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Da die Statoreinrichtung einen ersten Raum aufweist, der in
einem Mittelabschnitt derselben ausgebildet ist, um die
Leistungsabgabeeinrichtung darin aufzunehmen, und einen zweiten
Raum, der im wesentlichen senkrecht zur Achse des Motors von
dem ersten Raum zu einem Außenrand der Statoreinrichtung
verläuft, so daß die abgegebene Leistung des Motors durch den
zweiten Raum zur Außenseite des Motors übertragen werden
kann, ist ein axialer Abstand zwischen der Statoreinrichtung
und der Leistungsabgabeeinrichtung beinahe Null, ein axialer
Abstand zwischen der Leistungsabgabeeinrichtung und der
Rotoreinrichtung sehr gering und ein axialer Abstand zwischen
der Leistungsabgabeeinrichtung und einem magnetisch erregten
Feld zwischen der Statoreinrichtung und der Rotoreinrichtung
ebenfalls sehr klein. Daher ist die axiale Länge des
bürstenlosen Motors sehr klein und die Kapazität eines Lagers zum
drehbaren Haltern der Rotoreinrichtung und der
Leistungsabgabeeinrichtung relativ zu dem Stator und zum exakten
Aufrechterhalten des Raumes für das magnetisch erregte Feld
zwischen der Statoreinrichtung und der Rotoreinrichtung muß nur
gering sein.
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Figur 1 ist eine Schnittansicht entlang der Linie 1-1 in
Figur 2 und zeigt eine Ausführungsform eines flachen
bürstenlosen Motors gemäß vorliegender Erfindung.
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Figur 2 ist eine Vorderansicht der Ausführungsform von Figur
1.
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Figur 3 ist eine Seitenansicht der Ausführungsform von Figur
1.
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Figur 4 ist eine Vorderansicht einer Ausführungsform eines
Stators gemäß der vorliegenden Erfindung.
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Figur 5 ist eine schematische Vorderansicht einer Anordnung
von Permanentmagneten auf einem Rotor.
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Figur 6 ist eine Vorderansicht einer Anordnung des Stators,
des Rotors und einer Riemenscheibe.
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Figur 7 ist eine Vorderansicht einer Anordnung des Rotors und
der Riemenscheibe.
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Figur 8 ist ein Schaltbild einer Steuereinrichtung zur
Erregung der elektromagnetischen Spulen des Stators der Reihe
nach.
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Figur 9 ist eine schematische Ansicht einer Struktur zum
Befestigen des Stators und von Anschlußelementen des Stators.
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Figur 10 ist eine Schnittansicht einer weiteren
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Figur 11 ist eine Schnittansicht des in der EP-A-0388965
aufgezeigten Motors.
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Figur 12 ist eine Seitenansicht eines herkömmlichen
bürstenlosen Motors.
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Figur 13 ist eine Vorderansicht einer Anordnung des Stators,
des Rotors und eines Zahnrades.
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Wie in Figur 1 bis 7 dargestellt, enthält eine
Ausführungsform eines flachen bürstenlosen Motors gemäß vorliegender
Erfindung einen Stator 1 mit elektromagnetischen Antriebsspulen
1a. An einem äußeren Rand des Stators 1 ist ein
Anschlußhalteelement 1b, das Anschlüsse 1c aufweist. Ein erster Raum 1d
des Stators 1 ist in einem Mittelabschnitt desselben
ausgebildet. Wie Figur 4 zeigt, sind die Antriebsspulen 1a,
umfassend L1a, L1b, L2a, L2b. L3a und L3b, deren Spulenwindungen
im wesentlichen einander gleich sein können, um jeweils
einander identische magnetische Flußdichten zu bilden, auf einer
Kreislinie durch Winkel von 40 Grad voneinander getrennt
angeordnet. Alternativ können die gesamten Spulenwindungen von
L1a und L1b, die gesamten Spulenwindungen von L2a und L2b und
die gesamten Spulenwindungen L3a und L3b einander gleich
sein, so daß die jeweiligen magnetischen Flußdichten dieser
drei Phasen einander gleich sind. Die
Dreiphasen-Antriebskombinationen von L1a-L1b, L2a-L2b und L3a-L3b werden in einer
solchen Reihenfolge erregt, daß ein Erregerfeld entlang der
Kreislinie umläuft. Ein zweiter Raum 1e des Stators 1
erstreckt sich zwischen L1a und L3b. Jede der
Dreiphasen-Antriebskombinationen hat dieselbe Anzahl von Antriebsspulen
1a, das heißt zwei, so daß die Antriebskräfte der
Antriebskombinationen
im wesentlichen einander gleich sind. Eine
Antriebskraft ist daher stets konstant.
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Ein scheibenförmiger Rotor 2 ist drehbar auf einer Achse des
bürstenlosen Motors vorgesehen und hat Permanentmagneten 2a,
die den Antriebsspulen 1a des Stators 1 gegenüberliegen,
wobei ein magnetisch erregter axialer Abstand zwischen diesen
vorliegt. Die Permanentmagneten 2a umfassen zwölf Pole, die
am Umfang des Rotors 2 in einem Winkelabstand von 30 Grad
angeordnet sind, wie in Figur 5 dargestellt. Eine Riemenscheibe
2b ist am Rotor 2 befestigt und eine Mittelachse der
Riemenscheibe 2b fluchtet mit der des Rotors 2. Die Riemenscheibe
2b ist auf einer Welle 2c befestigt, so daß die Riemenscheibe
2b drehbar durch die Welle 2c mittels eines Lagers 3a
gehaltert ist, das an einem Halter 3 befestigt ist. Die
Riemenscheibe 2b hat eine V-förmige Riemennut 2d, die in einem
äußeren Umfang derselben ausgebildet ist, und hat einen
zylindrischen Vorsprung 2e.
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Das Lager 3a hat ein Radiallager 3b und Axiallager 3c. Der
Halter 3 weist eine magnetische Abschirmplatte 3d auf, die
aus einem magnetisch leitfähigen Material hergestellt ist,
welche sich um den äußeren Umfang des bürstenlosen Motors
erstreckt, so daß ein von dem Stator 1 erzeugtes
elektromagnetisches Feld daran gehindert wird, auf eine elektronische
Einrichtung, beispielsweise eine Abstimmschaltung oder eine
Verstärkerschaltung oder einen Magnetkopf, zu wirken. Der
Stator 1 wird an dem Halter 3 durch Schrauben 6 über eine
Vielzahl von Haltesäulen 3e gehalten.
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Ein Subrotor 4 ist an der Riemenscheibe 2b mittels eines
Halteelementes 4b befestigt, das an dem Vorsprung 2e der
Riemenscheibe 2b befestigt ist, so daß der Subrotor 4 und der Rotor
2 um die Achse des bürstenlosen Motors drehbar sind. Der
Subrotor 4 hat Permanentmagneten 4a, die den Permanentmagneten
2a entsprechen und den Antriebsspulen 1a des Stators 1
gegenüberliegen,
wobei ein magnetisch erregter axialer Abstand
zwischen diesen vorhanden ist, so daß der Stator 1 zwischen
dem Subrotor 4 und dem Rotor 2 angeordnet ist. N-Pole des
Rotors 2 liegen S-Polen des Subrotors 4 durch den Stator 1
gegenüber und S-Pole des Rotors 2 liegen N-Polen des Subrotors
4 durch den Stator 1 gegenüber. Das Halteelement 4b erstreckt
sich radial nach außen von dem Vorsprung 2e der Riemenscheibe
2b, so daß der Durchmesser des ersten Raumes 1d klein ist,
obgleich der Innendurchmesser des Subrotors 4 groß ist. Der
magnetisch erregte Abstand zwischen den Permanentmagneten 4a
des Subrotors 4 und den Antriebsspulen 1a des Stators 1 ist
im wesentlichen gleich dem magnetisch erregten Abstand
zwischen den Permanentmagneten 2a des Rotors 2 und den
Antriebsspulen 1a des Stators 1, so daß eine Magnetkraft in einer
axialen Richtung zwischen dem Subrotor 4 und dem Stator 1 im
wesentlichen gleich einer Magnetkraft in axialer Richtung
zwischen dem Rotor 2 und Stator 1 ist. Daher wirkt eine Kraft
in axialer Richtung nicht auf den Stator und eine Bewegung
oder Verformung des Stators 1 in axialer Richtung wird
verhindert. Wenn eine magnetomotorische Kraft der
Permanentmagneten 4a von derjenigen der Permanentmagneten 2a verschieden
ist, wird der magnetisch erregte Abstand zwischen dem
subrotor 4 und Stator 1 und der magnetisch erregte Abstand
zwischen dem Rotor 2 und dem Stator 1 eingestellt, um die
Magnetkraft in axialer Richtung zwischen dem Subrotor 4 und dem
Stator 1 im wesentlichen gleich der Magnetkraft in axialer
Richtung zwischen dem Rotor 2 und dem Stator 1 zu machen. Das
heißt, wenn die magnetomotorische Kraft der Permanentmagneten
4a kleiner ist als die der Permanentmagneten 2a, wird der
magnetisch erregte Abstand zwischen dem Subrotor 4 und dem
Stator 1 kleiner gemacht als der magnetisch erregte Abstand
zwischen dem Rotor 2 und dem Stator 1, so daß eine magnetische
Flußdichte der Permanentmagneten 2a im wesentlichen gleich
einer magnetischen Flußdichte der Permanentmagneten 4a
gemacht wird, und wenn die magnetomotorische Kraft der
Permanentmagneten 4a größer ist als diejenige der
Permanentmagneten
2a, wird der magnetisch erregte Abstand zwischen dem
Subrotor 4 und dem Stator 1 größer gemacht als der magnetisch
erregte Abstand zwischen dem Rotor 2 und dem Stator 1, so daß
eine magnetische Flußdichte der Permanentmagneten 2a im
wesentlichen gleich einer magnetischen Flußdichte der
Permanentmagneten 4a gemacht wird.
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Ein Riemen 5 ist in die Riemennut 2d der Riemenscheibe 2b in
dem ersten Raum 1d gelegt und läuft durch den zweiten Raum
1e, so daß die abgegebene Leistung des bürstenlosen Motors
nach außerhalb des Motors übertragen werden kann. Ein Zahnrad
14 kann am Rotor 2 anstelle der Riemenscheibe 2b befestigt
werden und mit einem weiteren Zahnrad (nicht dargestellt) in
Eingriff stehen, das um eine Achse außerhalb des Motors
drehbar ist und in dem zweiten Raum 1e angeordnet ist, so daß die
abgegebene Leistung des bürstenlosen Motors nach außerhalb
des Motors durch den zweiten Raum 1e übertragen werden kann,
wie in Figur 13 dargestellt, obgleich die Riemenscheibe 2b
oder das Zahnrad 14 den Stator 1 umhüllen. Da die
Riemenscheibe 2b oder das Zahnrad 14 zum Übertragen der abgegebenen
Leistung des bürstenlosen Motors nach außerhalb des
bürstenlosen Motors den Stator 1 umhüllt, ist die Größe des
bürstenlosen Motors, insbesondere die axiale Länge, gering und ein
Moment, das von der Riemenscheibe 2b oder dem Zahnrad 14 zum
Übertragen der abgegebenen Leistung nach außerhalb des
bürstenlosen Motors und durch den Stator 1 zum Antrieb des
Rotors 2 und des Subrotors 4 erzeugt wird und das von dem Lager
3a aufgenommen wird, gering.
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Wie in Figur 8 dargestellt ist, sind die Spuien L1a und L1b
in Reihe mit einem Anschluß 1c1 verbunden, die Spulen L2a und
L2b sind in Reihe mit einem Anschluß 1c2 verbunden, die
Spulen L3a und L3b sind in Reihe mit einem Anschluß 1c3
verbunden und die Kombinationen der Spulen L1a-L1b, L2a-L2b und
L3a-L3b sind gemeinsam mit einem Anschluß 1c4 verbunden, so
daß die Dreiphasen-Antriebskombinationen L1a-L1b, L2a-L2b und
L3a-L3b der Reihe nach von einer Steuerschaltung 7 erregt
werden können, um den Rotor 2 und den Subrotor 4 in Umdrehung
zu versetzen. Wie in Figur 9 dargestellt, kann, da die
Anschlüsse 1c des Stators 1 von dem Anschlußhalteelement 1b
nach außen ragen, der Stator 1 problemlos mit einer Platine 8
verbunden werden.
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Wie in Figur 10 dargestellt, enthält ein Subrotor 11
Permanentmagneten 11a, die den Permanentmagneten 2a oder 4a,
welche 12 Magnetpole umfassen, entsprechen, und welche direkt an
dem Vorsprung 2e der Riemenscheibe 2b am Rotor 2 ohne das
Halteelement 4b durch eine zentrale Vertiefung 11b des
Subrotors 11 befestigt sein können. Die Tiefe der Vertiefung 11b
ist in der Weise bestimmt, daß ein magnetisch erregter
Abstand zwischen dem Subrotor 11 und dem Stator 1 im
wesentlichen gleich dem magnetisch erregten Abstand zwischen dem
Rotor 2 und dem Stator 1 ist. Der Innendurchmesser einer
Öffnung der Vertiefung 11b ist gleich demjenigen des
Halteelements 4b, so daß der Subrotor 4 ohne weiteres durch den
Subrotor 11 ersetzt werden kann. N-Pole des Rotors 2 liegen S-
Polen des Subrotors 11 durch den Stator 1 gegenüber und S-
Pole des Rotors 2 liegen N-Polen des Subrotors 11 durch den
Stator 1 gegenüber, so daß der Subrotor 4 und der Rotor 2 in
Übereinstimmung mit den Veränderungen der Erregung der Spulen
1a des Stators 1 in Umdrehung versetzt werden.
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Wie Figur 11 zeigt, enthält der in der EP-A-0388965
aufgezeigte Motor einen Subrotor, der einen flachen Subrotor 12
umfaßt, der aus magnetisch leitfähigem Material, wie z.B.
Eisen, hergestellt ist. Der Subrotor 12 kann am Vorsprung 2e
der Riemenscheibe 2b am Rotor 2 ohne das Halteelement 4b
befestigt werden. Ein Innendurchmesser einer Öffnung des
Subrotors 12 ist gleich demjenigen des Halteelements 4b, so daß
der Subrotor 4 problemlos gegen den Subrotor 12 oder jeden
der anderen verschiedenen Subrotoren, die einen gemeinsamen
Öffnungsdurchmesser aufweisen, ausgewechselt werden kann. Ein
magnetisch erregter Abstand zwischen dem Subrotor 12 und dem
Stator 1 ist im wesentlichen gleich dem magnetisch erregten
Abstand zwischen den Permanentmagneten 2a des Rotors 2 und
dem Stator 1.
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Die Spulen 1a können durch einen Ätzprozeß oder einen
Metallisierungsprozeß hergestellt werden und die blattförmigen
Spulen 1a, die auf der Oberfläche des Stators 1 durch einen
Ätzprozeß oder einen Metallisierungsprozeß hergestellt sind,
können durch ein elektrisch isolierendes Material, das die
blattförmigen Spulen a bedeckt, sicher an der Oberfläche des
Stators 1 befestigt werden.