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Dokumentenidentifikation DE202007007217U1 06.09.2007
Titel Bürstenloser Motor mit einer lastabhängigen, automatischen Verstellung von Luftspalt
Anmelder Yeh, Don-Lon, Taichung City, TW
Vertreter Patentanwälte HANSMANN-KLICKOW-HANSMANN, 22767 Hamburg
DE-Aktenzeichen 202007007217
Date of advertisement in the Patentblatt (Patent Gazette) 06.09.2007
Registration date 02.08.2007
Application date from patent application 18.05.2007
IPC-Hauptklasse H02K 21/02(2006.01)A, F, I, 20070518, B, H, DE

Beschreibung[de]
Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft einen bürstenlosen Motor mit einer lastabhängigen, automatischen Verstellung von Luftspalt, bei dem das Drehmoment entsprechend der Last automatisch verändert werden kann.

Stand der Technik

Die Motoren unterscheiden sich durch ihre Eigenschaften, wie Höchstdrehmoment, Höchstdrehzahl, Höchstleistung, Trägheitsmoment usw. Das maximale Lastgewicht des Motors ist von dem Höchstdrehmoment und der Höchstdrehzahl abhängig und können mit der folgenden Formel errechnet werden.

(wobei T = Höchstdrehmoment, Nmax = Höchstdrehzahl, kt = Drehmomentkonstante, C = Konstante 9,5, VD = Motorspannung, A = Eingangsstrom).

Hierbei ist der Eingangsstrom A begrenzt. Das Höchstdrehmoment T und die Höchstdrehzahl Nmas stehen im umgekehrten Verhältnis. Das Höchstdrehmoment und die Höchstdrehzahl werden auch durch die Magnetkraft der Magnete, die Polzahl, die Windungszahl der Wicklungen und den Luftspalt zwischen dem Stator und dem Rotor beeinflußt.

7 zeigt einen herkömmlichen bürstenlosen Motor, der einen inneren Stator und einen äußeren Rotor aufweist, zwischen denen ein radialer Luftspalt vorhanden ist. Dieser Luftspalt ist unveränderlich. Um das Höchstdrehmoment und die Höchstdrehzahl dieses Motors zu verstellen, ist ein Radgetriebe erforderlich.

Durch das Radgetriebe werden die Herstellungskosten des Motors erhöht. Zudem werden das Gewicht und das Volumen des Motors vergrößert.

Bei der Anwendung auf einen Elektrowagen benötigt dieser Motor neben dem Radgetriebe noch ein Differential, wenn es um die Kurven fährt. Dies verbraucht ca. 40% bis 50% der Gesamtenergie, so dass die Fahrleistung des Elektrowagens reduziert wird.

Aus diesem Grund hat der Erfinder in Anbetracht der Nachteile herkömmlicher Lösungen, basierend auf langjähriger Erfahrung in diesem Bereich, nach langem Studium, zahlreichen Versuchen und unentwegten Verbesserungen die vorliegende Erfindung entwickelt.

Aufgabe der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen bürstenlosen Motor mit einer lastabhängigen, automatischen Verstellung von Luftspalt zu schaffen, bei dem das Drehmoment entsprechend der Last automatisch verändert werden kann, wourch das Radgetriebe entfallen kann.

Diese Aufgabe wird durch den erfindungsgemäßen bürstenlosen Motor mit einer lastabhängigen, automatischen Verstellung von Luftspalt gelöst, dessen Hauptkörper bestehend aus einem Stator, der fest im Hauptkörper befestigt ist; einer Ausgangswelle, die drehbar im Hauptkörper befestigt ist und aus dem Hauptkörper herausragt; einem Rotor, der gegenüber der Ausgangswelle axial verschoben werden kann, wodurch der Luftspalt zwischem dem Stator und dem Rotor verändert werden kann; einem Verbinder, der an den beiden Enden mit dem Rotor und der Ausgangswelle verbunden ist und sich neigt, wenn zwischen dem Rotor und der Ausgangswelle ein Drehmomentunterschied auftritt, wodurch der Rotor von dem Verbinder axial gezogen wird, so dass der Luftspalt verändert wird; und einem Federelement, das den Rotor in der dem Stator entgegengesetzten Richtung drückt, wodurch der Verbinder gestreckt wird.

Die Breite des Luftstpaltes ist von dem widerstand der Last auf die Ausgangswelle abhängig. Je höher die Last ist, desto größer ist der relative Drehwinkel zwischen dem Rotor und der Ausgangswelle und der Neigungswinkel des Verbinders, wodurch der Verschiebungsweg des Rotors verlängert wird, so dass die Breite des Luftspalts verkleinert wird. Dabei erzeugt der Motor ein größeres Drehmoment und eine kleinere Drehzahl. Je kleiner die Last ist, desto kleiner ist der relative Drehwinkel zwischen dem Rotor und der Ausgangswelle und der Neigungswinkel des Verbinders, wodurch der Verschiebungsweg des Rotors verkürzt wird, so dass die Breite des Luftspalts vergrößert wird. Dabei erzeugt der Motor ein kleineres Drehmoment und eine größere Drehzahl.

Daher ist die Erfindung für Fahrzeug geeignet, das eine lastabhängige, automatische Drehmomentverstellung benötigt, wie Elektrowagen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

1 eine Schnittdarstellung der Erfindung bei einem größeren Luftspalt,

2 eine Schnittdarstellung der Erfindung bei einem kleineren Luftspalt,

3 ein Diagramm des Verhältnisses zwischen der Anziehungskraft der Magnete, der Druckkraft des Federelementes und der Breite des Luftspalts,

4 bis 6 Darstellungen des Verhältnisses zwischen dem Rotor, der Ausgangswelle und dem Verbinder,

7 eine Schnittdarstellung der herkömmlichen Lösung.

Wege zur Ausführung der Erfindung

Wie aus 1 ersichtlich ist, umfaßt der Hauptkörper (1) der Erfindung einen Aufnahmeraum (10), in dem ein Stator (11), eine Ausgangswelle (12), ein Rotor (13), ein Verbinder (14) und ein Federelement (15) aufgenommen sind.

Der Stator (11) ist durch mehrpolige Siliziumstahlbleche gebildet, die eine Vielzahl von Wicklungen (111) aus Kupferdrähten tragen, die nach der Bestromung ein magnetisches Feld erzeugen können.

Die Ausgangswelle (12) ist über mehrere Lager (121) drehbar im Hauptkörper (1) befestigt, ragt aus dem Aufnahmeraum (10) des Hauptkörpers (1) heraus und verbindet sich mit einer Last, um diese drehanzutreiben.

Der Rotor (13) ist durch einen mehrpoligen Ring gebildet, der entsprechend den Wicklungen (111) eine Vielzahl von Magneten (131) trägt. Zwischen den Magneten (131) des Rotors (13) und dem Stator (11) ist ein veränderbarer Luftspalt vorhanden. Der Rotor (13) weist in der Mitte eine Gleitführung (132) für die Ausgangswelle (12) auf. Zwischen der Gleitführung (132) und der Ausgangswelle (12) sind Kugellager (133) vorgesehen, wodurch der Rotor (13) gegenüber der Ausgangswelle (12) axial verschoben werden kann.

Der Verbinder (14) ist an den beiden Enden mit dem Rotor (13) und der Ausgangswelle (12) verbunden. Je nach Bedarf kann die Anzahl des Verbinders (14) erhöht werden. Der Verbinder (14) kann durch Stange oder Ring gebildet sein und dient zum Verbinden des Rotors (13) und der Ausgangswelle (12), wodurch der Rotor (13) über den Verbinder (14) die Ausgangswelle (12) mitdreht. Wenn zwischen dem Rotor (13) und der Ausgangswelle (12) ein Drehmomentunterschied auftritt, neigt sich der Verbinder (14) und zieht somit den Rotor (13) in der Axialrichtung.

Das Federelement (15) ist zwischen dem Rotor (13) und der Ausgangswelle (12) angeordnet und drückt den Rotor (13) in der dem Stator (11) entgegengesetzten Richtung, wodurch der Verbinder (14) gestreckt wird. Das Federelement (15) weist eine Federkraft auf, die etwas größer ist als die Anziehungskraft zwischen den Magneten (131) des Rotors (13) und dem Stator (11). In 3 ist die Kennlinie des Federelementes (15) gezeigt.

3 zeigt das Verhältnis zwischen der Anziehungskraft (Ordinatenachse, kg) der Magnete, der Druckkraft (Ordinatenachse, kg) des Federelementes mit einer Dicke von 8 mm und der Breite des Luftspalts (Abszissenachse, mm). Wie dargestellt, steht die Anziehungskraft der Magnete im umgekehrten Verhältnis zu dem Potenzwert der Breite des Luftspalts. Wenn der Luftspalt verkleinert wird, wird die Anziehungskraft erhöht. Das Federelement steht auch im umgekehrten Verhältnis zu dem Potenzwert des Luftspalts. Wenn der Luftspalt verkleinert wird, wird die Verformung des Federelementes erhöht. Die Anziehungskraft der Magnete und die Druckkraft des Federelementes wirken auf den Rotor in der entgegengesetzten Richtung und stehen im geraden Verhältnis. Hierbei muß die Federkraft etwas größer sein als die Anziehungskraft, damit der Rotor von dem Stator getrennt wird und der Verbinder gestreckt wird.

Nach Bestromung der Wicklungen des Stators (11) erzeugen die Siliziumstahlbleche eine Anziehungskraft oder Abstoßkraft für die Magnete (131) des Rotors (13), wodurch der Rotor (13) in eine Drehbewegung versetzt wird. Wegen des Widerstands der Last wird die Ausgangswelle (12) nicht sofort mitgedreht, wodurch zwischen dem Rotor (13) und der Ausgangswelle (12) ein relativer Drehwinkel auftritt, so dass sich der Verbinder (14) neigt und somit den Rotor (13) gegen die Federkraft des Federelementes (15) in Richtung des Stators (11) zieht. Daher wird der Luftspalt (16) verkleinert, wie es in 2 dargestellt ist. wenn der Widerstand der Last überwunden wird, wird der Rotor (13) wieder von dem Federelement (15) in der entgegengesetzten Richtung des Stators (11) gedrückt und kehrt in die ursprüngliche Lage in 1 zurückt.

Die Breite des Luftspalts ist von dem widerstand der Last auf die Ausgangswelle (12) abhängig. Je höher die Last ist, desto größer ist der relative Drehwinkel zwischen dem Rotor (13) und der Ausgangswelle (12) und der Neigungswinkel des Verbinders (14), wodurch der Verschiebungsweg des Rotors (13) verlängert wird, so dass die Breite des Luftspalts (16) verkleiner wird. Dabei erzeugt der Motor ein größeres Drehmoment und eine kleinere Drehzahl.

Je kleiner die Last ist, desto kleiner ist der relative Drehwinkel zwischen dem Rotor (13) und der Ausgangswelle (12) und der Neigungswinkel des Verbinders (14), wodurch der Verschiebungsweg des Rotors (13) verkürzt wird, so dass die Breite des Luftspalts (16) vergrößert wird. Dabei erzeugt der Motor ein kleineres Drehmoment und eine größere Drehzahl.

Die 4 bis 6 zeigen das Verhältnis zwischen dem Rotor (13), der Ausgangswelle (12) und dem Verbinder (14).

Wie aus 4 ersichtlich ist, wird der relative Drehwinkel zwischen dem Rotor (13) und der Ausgangswelle (12) verkleinert, wenn die Last null oder kleiner ist, wodurch der Verbinder (14) einen kleineren Neigungswinkel und der Luftspalt (16) eine größere Breite aufweist. Dabei erzeugt der Motor ein kleineres Drehmoment und eine größere Drehzahl.

Wie aus 5 ersichtlich ist, wird der relative Drehwinkel zwischen dem Rotor (13) und der Ausgangswelle (12) vergrößert, wenn die Last größer ist, wodurch der Verbinder (14) einen größeren Neigungswinkel und der Luftspalt (16) eine kleinere Breite aufweist. Dabei erzeugt der Motor ein größeres Drehmoment und eine kleinere Drehzahl.

Wie aus 6 ersichtlich ist, wird der relative Drehwinkel zwischen dem Rotor (13) und der Ausgangswelle (12) weiterhin vergrößert, wenn die Last noch größer ist, wodurch der Verbinder (14) einen noch größeren Neigungswinkel und der Luftspalt (16) eine noch kleinere Breite aufweist. Dabei wird das Drehmoment weiterhin vergrößert und die Drehzahl weiterhin verkleinert.

Dadurch kann der Luftspalt (16) des Hauptkörpers (1) entsprechend der Höhe der Last auf die Ausgangswelle (12) automatisch verstellt werden. Daher ist die Erfindung für Fahrzeug geeignet, das eine lastabhängige, automatische Drehmomentverstellung benötigt, wie Elektrowagen. Wenn die Last des Elektowagens erhöht wird, wird der Luftspalt (16) verkleinert, so dass ein größeres Drehmoment ausgegeben wird. Wenn die Last des Elektowagens reduziert wird, wird der Luftspalt (16) vergrößert, so dass ein kleineres Drehmoment ausgegeben wird. Dadurch kann ein Radgetriebe entfallen. Zudem wird die Belastung des Hauptkörpers (1) reduziert.


Anspruch[de]
Bürstenloser Motor mit einer lastabhängigen, automatischen Verstellung von Luftspalt, dessen Hauptkörper (1) bestehend aus

einem Stator (11), der fest im Hauptkörper (1) befestigt ist,

einer Ausgangswelle (12), die drehbar im Hauptkörper (1) befestigt ist und aus dem Hauptkörper (1) herausragt,

einem Rotor (13), der gegenüber der Ausgangswelle (12) axial verschoben werden kann, wodurch der Luftspalt (16) zwischem dem Stator (11) und dem Rotor (13) verändert werden kann,

einem Verbinder (14), der an den beiden Enden mit dem Rotor (13) und der Ausgangswelle (12) verbunden ist und sich neigt, wenn zwischen dem Rotor (13) und der Ausgangswelle (12) ein Drehmomentunterschied auftritt, wodurch der Rotor (13) von dem Verbinder (14) axial gezogen wird, so dass der Luftspalt (16) verändert wird, und

einem Federelement (15), das den Rotor (13) in der dem Stator (11) entgegengesetzten Richtung drückt, wodurch der Verbinder (14) gestreckt wird.
Bürstenloser Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (13) in der Mitte eine Gleitführung (132) für die Ausgangswelle (12) aufweist, wobei zwischen der Gleitführung (132) und der Ausgangswelle (12) Kugellager (133) vorgesehen sind. Bürstenloser Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (15) zwischen dem Rotor (13) und der Ausgangswelle (12) angeordnet ist. Bürstenloser Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mehr als ein Verbinder (14) vorgesehen sind.






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