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Gebiet der
Erfindung
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Diese
Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf einen zusammengebauten
Käfigrotor.
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Hintergrund
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Als
herkömmliche
Käfigläufer offenbaren JP2005-12907A
und JP1997(09)-9592A jeweils in ihnen einen Rotor, der durch ein
Verfahren hergestellt wird, bei dem ein Rotorkern durch ein Gesenk
gehalten wird, Leiter integral mit Endringen gebildet werden, während Schlitze
des Rotorkerns gefüllt
werden, durch Gießen
oder durch Schmieden. Dabei offenbaren JP2003-289655A und JP1996(08)-294256A jeweils
in ihnen einen Rotor, bei dem ein Rotorkern mit einer Mehrzahl von
Leiterstäben
und Endringen zusammengebaut ist, und mehrere Bereiche sind strategisch
durch Schweißen oder
Löten verbunden.
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Wenn
jedoch ein Käfigläufer durch
Druckguss hergestellt wird, kann es möglicherweise schwierig sein,
Gussdefekte zu vermeiden, die aufgrund von Lufteinschlüssen oder
Gaserzeugung im Inneren des Rotors auftreten. Ferner ist ein großes Gesenk
erforderlich, um den Rotorkern zu halten, wenn Leiter die Schlitze
durch Schmieden befüllen, was
zu einer Zunahme in der Größe der Herstellungseinrichtung
führt.
Andererseits beinhaltet ein zusammengebauter Käfigläufer, bei dem Endringe und
Leiterstäbe
zusammengeschweißt
oder zusammengelötet
sind, die oben beschriebenen Probleme nicht.
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Ein
solcher zusammengebauter Käfigläufer enthält jedoch
ein Paar von Endringen und eine Anzahl von Leiterstäben, und
somit ist es möglicherweise
erforderlich, dass an vielen Punkten geschweißt oder gelötet wird. Daher kann dies zu
einem komplizierten Herstellungsvorgang führen.
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Es
besteht somit ein Bedarf, einen Käfigrotor vorzusehen, der mit
einer geringeren Anzahl von Bauteilen gestaltet ist und einfach
herzustellen ist.
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Darstellung
der Erfindung Gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Käfigrotor, der einen Rotorkern,
der einen Schlitz hat, einen ersten leitenden Endring, der an einer
Seite des Rotorkerns angebracht ist, und an einen zweiten leitenden
Endring, der an der anderen Seite des Rotorkerns angebracht ist,
aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass: der erste Endring ein Loch
enthält,
das integral damit bzw. in ihm geformt ist und auf den Schlitz des
Rotorkerns in einer axialen Richtung des Rotorkerns gerichtet ist,
und der zweite Endring einen Stab enthält, der integral damit bzw.
einstückig
damit mitgeformt ist und sich in der axialen Richtung erstreckt.
Der Stab wird integral in den Schlitz und das Loch eingesetzt. Auf
diese Weise ist es möglich,
den Käfigrotor
vorzusehen, der mit einer geringeren Anzahl von Bauteilen versehen
ist und unmittelbar herzustellen ist.
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Es
wird bevorzugt, dass der erste Endring die gleiche Gestalt wie der
zweite Endring hat. In diesem Fall ist es möglich, die Bauteilarten für den Käfigrotor
zu verringern.
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Es
wird ferner bevorzugt, dass der Rotorkern eine Mehrzahl von magnetischen
Schichten enthält, die
in der Axialrichtung laminiert sind. Auf diese Weise kann man eine
magnetische Kraft effizient durch Induktionsstrom erzeugen.
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Es
wird noch weiter bevorzugt, dass das Loch in einer radial nach außen oder
innen gerichteten Richtung von entweder dem ersten oder dem zweiten
Endring oder dem ersten und dem zweiten Endring offen ist. Auf diese
Weise ist es möglich,
den Induktionsstrom effizient zu nutzen.
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Es
wird weiter bevorzugt, dass der Käfigrotor zur Anwendung für eine magnetisch
betriebene Wasserpumpe angepasst ist. Auf diese Weise ist es möglich, eine
magnetisch angetriebene Wasserpumpe vorzusehen, die eine geringe
Anzahl von Bauteilen enthält.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Die
vorhergehenden und zusätzlichen
Merkmale und Charakteristika der vorliegenden Erfindung werden von
der folgenden detaillierten Beschreibung, die unter Verweis auf
die beigefügten
Zeichnungen zu sehen ist, deutlicher, wobei:
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1 einen
Querschnitt einer Wasserpumpe (magnetisch angetriebene Pumpe) gemäß einer
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt;
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2 eine
perspektivische Ansicht des Rotors 9, der in 1 gezeigt
ist, darstellt; und
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3 eine
Explosionsansicht des in 2 gezeigten Rotors darstellt.
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Detaillierte
Beschreibung
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Eine
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird anschließend unter Verweis auf die
beigefügten
Zeichnungen beschrieben.
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Gemäß der Darstellung
in 1 ist eine Wasserpumpe 100, die eine
magnetisch angetriebene Pumpe ist, an einem Motorblock 110 durch
ein Befestigungsmittel, das nicht dargestellt ist, gesichert. Der
Motorblock 110 ist beispielhaft durch ein Taktungsriemengehäuse dargestellt.
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Die
Wasserpumpe 100 ist hauptsächlich mit einer Platte 2,
die einen ausgenommenen Bereich 110a bedeckt, der in dem
Motorblock 110 geformt ist und eine Pumpenkammer 8 definiert,
einem Flügelrad 11,
das drehbar im Inneren der Pumpenkammer 8 gelagert ist
und eine Strömung
eines Kühlmittels (Fluid)
im Inneren der Pumpenkammer 8 erzeugt, wenn es sich dreht,
einem Antriebsmechanismus 50, der das Flügelrad 11 zur
Drehung antreibt, und einem Körper 3,
der den Antriebsmechanismus 50 umgibt, gestaltet.
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Die
Platte 2 ist an dem Motorblock 110 durch ein Befestigungsmittel
(nicht dargestellt) in einer fluiddichten Weise über ein Dichtelement 120 befestigt. Das
Dichtelement 120 ist beispielsweise durch einen O-Ring
oder ähnliches
dargestellt. Eine Welle 4 wird zur Drehung durch den Körper 3 über ein
Lager 1 gehalten. Ein Riemensitz 130 ist an einem
Ende der Welle 4 befestigt, so dass eine Rotationsantriebskraft von
dem Motor übertragen
wird. Ein Magnetantrieb 7, der integral mit einer Klammer 6 gebildet
ist, die fest mit einem Permanentmagnet 5 ausgestattet
ist, ist am anderen Ende der Welle 4 geformt. Der Magnetantrieb 7 ist
zur Drehung zwischen dem Körper 3 und einer
Wand 10, die die Pumpenkammer 8 und eine Körperkammer 12 trennt,
angeordnet. Der Permanentmagnet 5 ist in einer Umfangsrichtung
in wechselweise angeordnete Nord- und Südpole segmentiert oder geteilt.
Die Wand 10 ist an der Platte 2 auf eine fluiddichte
Weise über
einen O-Ring 140 befestigt. Der O-Ring kann durch eine
Dichtung oder ähnliches
dargestellt werden.
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Ein
Rotor 9 enthält
einen Rotorkern 91, der eine Mehrzahl von Schichten aus
magnetischen Lagen enthält,
und ein Paar von leitenden Endringen 92 (einen ersten Endring
und einen zweiten Endring), und ist so angeordnet, dass er auf den
Magnetantrieb 7 über
die Wand 10 gerichtet ist.
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Der
Rotor 9 enthält
somit einen elektrischen Leiter, der sich unter Verwendung des als
Antwort auf die Rotation des Permanentmagneten 5 erzeugten Induktionsstroms
dreht.
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Der
Rotorkern 91 ist auf einem Ende eines Rotationselements 14 an
einem Durchgangsloch 91a befestigt, das in einem Zentrum
davon geformt ist. Das Flügelrad 11 ist
an dem anderen Ende des Rotationselements 14 befestigt.
Das Rotationselement 14 wird zur Drehung durch eine Welle 13 gelagert, über ein
eingetauchtes Lager 15, das an der Platte 2 vorgesehen
ist. Der Antriebsmechanismus 50 ist mit dem Rotor 9 und
dem Dauermagnet 5 gestaltet.
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Der
Rotor 9 wird anschließend
weiter in einzelnen unter Verweis auf 2 und 3 beschrieben.
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Der
Rotor 9 enthält
einen Rotorkern 91, der eine Mehrzahl von Schlitzen 91b hat,
und das Paar von leitenden Endringen 92 und 92.
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Der
Rotorkern 91 weist eine näherungsweise zylinderförmige Struktur
auf. Der Rotorkern 91 ist aus einer Mehrzahl von Schichten
aus magnetischen Lagen gebildet und enthält eine Mehrzahl von Schlitzen 91b,
die in einer Radialrichtung eingeschnitten sind. Entsprechend der
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung enthält
der Rotorkern 91 eine gerade Anzahl von Schlitzen 91b,
beispielsweise 26 Schlitze 91b.
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Die
Endringe 92 sind jeweils aus einem leitenden Metall, z.B.
Kupfer, Aluminium oder ähnlichem
gebildet, und jeder weist eine näherungsweise scheibenförmige Struktur
auf. Jeder Endring 92 ist mit einem Loch 92a im
Zentrum davon geformt, und ist weiter an einer Oberfläche davon
mit einer Mehrzahl von Stäben 92b und
Langlöchern 92c (Löchern), die
in einer Umfangsrichtung wechselweise angeordnet sind, geformt oder
versehen. Entsprechend der Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist jeder Endring 92 mit dreizehn
Stäben 92b und
dreizehn Langlöchern 92c gebildet
oder versehen. Die Stäbe 92b haben
jeweils einen Querschnitt senkrecht zu einer Axialrichtung des Rotors 9,
der die gleiche Form wie der Querschnitt des Langlochs 92c hat.
Die Stäbe 92b sind
integral bzw. einstückig
mit jedem Endring 92 geformt, so dass sie in die Schlitze 91b des Rotorkerns 91 eingeführt werden
können.
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Die
Langlöcher 92c sind
gleich wie die Schlitze 91b des Rotorkerns 91 in
ihren Gestalten gebildet und sind in der Radialrichtung nach außen von
jedem Endring 92 offen. Der eine Endring 92 ist
gegenüber zu
dem anderen Endring 92 über
den Rotorkern 91 positioniert, so dass die Stäbe 92b des
einen Endrings 92 in die Langlöcher 92a des anderen
Endrings 92 eingeführt
sind. Die Stäbe 92b sind
jeweils gebildet, dass sie eine axiale Länge haben, die länger als eine
Größe einer
axialen Länge
des Rotorkerns 91b und der Dicke des Endrings 92 ist.
Daher werden Vorsprünge
der Stäbe 92b gepresst
und verstemmt, so dass die Stäbe 92b unmittelbar
mit dem Rotorkern 91 integriert werden.
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Da,
wie oben beschrieben, eine Pressbearbeitung auf die Stäbe 92b angewendet
werden kann, werden die Stäbe 92b im
Inneren der Schlitze 91b verdickt. Entsprechend kommen
die Stäbe 92b in
engen Kontakt mit inneren Oberflächen
der Schlitze 91b, was effektiv ein Niveau des Induktionsstroms anhebt
und effektiv eine verbesserte Drehmomentübertragung vorsieht.
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Als
nächstes
wird anschließend
hier eine Arbeitsweise des Rotors 9 beschrieben.
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Wenn
die Welle 4 über
den Riemenscheibensitz 130 durch eine Drehantriebskraft,
die von dem Motor übertragen
wird, gedreht wird, wird der Permanentmagnet 5, der in
die Welle 4 integriert ist, gedreht. Wenn sich der Permanentmagnet 5 dreht, wird
ein Induktionsstrom am Rotor 9 gegenüberliegend zu dem Permanentmagnet 5 über die
Wand 10 erzeugt. Der am Rotor 9 erzeugte Induktionsstrom und
der magnetische Fluss des Permanentmagnet 5 drehen den
Rotor 9 in der gleichen Richtung wie der Rotationsrichtung
des Permanentmagnet 5. Das bedeutet, dass der Rotor 9 und
der Permanentmagnet 5 als induktive Ankoppelung (der Antriebsmechanismus 50)
wirken. Wenn sich der Rotor 9 dreht, wird das in den Rotor 9 integrierte
Drehelement 14 gedreht, und somit wird das in das Drehelement 14 integrierte
Flügelrad 11 gedreht,
was eine Kühlmittelströmung im
Inneren der Pumpenkammer 8 erzeugt.
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Bei
einer herkömmlichen
magnetischen Ankopplung ist der innere Magnet anfällig dafür, eine Rotation
zu stoppen, wenn eine Rotationsgeschwindigkeitsdifferenz zwischen
einem äußeren Magnet und
einem inneren Magnet auftritt. Bei der oben beschriebenen induktiven
Ankopplung muss der Rotor 9 jedoch nicht in Phase mit dem
Permanentmagnet 5 sein, wenn sich der Rotor 9 dreht.
Selbst wenn eine Rotationsgeschwindigkeitsdifferenz zwischen dem Rotor 9 und
dem Permanentmagnet 5 erzeugt wird, da die Rotation des
Rotors 9 hinter der Rotation des Permanentmagnet 5 zurückbleibt,
wird daher eine Übertragung
von einem Rotationsdrehmoment durch Induktionsstrom fortgesetzt.
Daher besteht keine Möglichkeit,
dass der Rotor 9 eine Drehung stoppt, während der Permanentmagnet 5 sich
dreht. Der Permanentmagnet 5 muss daher keine stärkere magnetische
Kraft als nötig
haben, was die Verwendung eines Permanentmagneten mit kleiner Größe oder
einem geringen Niveau an magnetischer Kraft erlaubt. Wenn sich der
Rotor 9 bei einem niedrigen Rotationsgeschwindigkeitsbereich
dreht, erlaubt eine solche Rotationsgeschwindigkeitsdifferenz es,
dass eine große
Menge von Kühlmittel
zum Zweck des Erhöhens
einer Leistung einer im Fahrzeug integrierten Heizausrüstung transportiert
wird. Wenn andererseits sich der Rotor 9 in einem Bereich
hoher Rotationsgeschwindigkeit dreht, verhindert eine solche Rotationsgeschwindigkeitsdifferenz,
dass das Kühlmittel
in einer übermäßigen Menge
transportiert wird, so dass ein Verlust an Antriebskraft effektiv
vermieden wird.
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Wie
oben beschrieben, sind gemäß der Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung die Langlöcher 92c von jedem
Endring 92 in ihrer Richtung radial nach außen offen.
Es ist jedoch offensichtlich, dass die gleichen Wirkungen erzeugt
werden, wenn die Langlöcher 92c in
einer Richtung radial nach innen offen sind, oder wenn die Langlöcher 92c in
der Radialrichtung des Endrings 92 nicht offen sind.
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Die
Prinzipien, die bevorzugte Ausführungsform
und die Arbeitsweise der vorliegenden Erfindung wurden in der vorhergehenden
Beschreibung beschrieben. Die Erfindung, die geschützt werden soll,
ist jedoch nicht als auf die speziellen Ausführungsformen beschränkt offenbart.
Ferner sind die hier beschriebenen Ausführungsformen eher als veranschaulichend
denn als beschränkend
anzusehen. Variationen und Änderungen
können
durch andere vorgenommen werden und Äquivalente eingesetzt werden,
ohne vom Rahmen der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Entsprechend
wird es explizit beabsichtigt, dass alle solchen Variationen, Änderungen
und Äquivalente,
die in den Rahmen der Erfindung fallen, wie er durch die Ansprüche definiert
wird, dadurch umfasst sein sollen.