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HINTERGRUND DER ERFINDUNG UND STAND DER
TECHNIK
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1. FACHGEBIET DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Schichtstruktur des Kerns eines
Motors.
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2. BESCHREIBUNG VERWANDTER
TECHNIK
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Wenn
eine Schichtstruktur des Kerns eines Motors hergestellt wird, wurde
als Verfahren für
die Laminierung und Verbindung dünner
Eisenbleche, die durch Ausschneiden aus Siliziumstahlblech etc. hergestellt
wurden, gewöhnlich
ein Verfahren genutzt, das als Verstemmen bezeichnet wird, bei dem in
einen Abschnitt des Eisenbleches durch ein als Prägen bezeichnetes
Herstellungsverfahren Unebenheiten eingeformt werden und die Unebenheiten miteinander
in Eingriff gebracht werden.
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Bei
der durch Verstemmen erzeugten Verbindung bildet die Unebenheit
einen Widerstand für den
Durchgang des magnetischen Flusses, so dass die magnetische Symmetrie
der Gesamtheit eines magnetischen Kreises durcheinander gebracht
wird. Und die Motorcharakteristika negativ beeinflusst werden. Darum
wurden Vorschläge
zur Lösung
dieses Problems gemacht.
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Die
6 und
7 zeigen
eine konventionelle Schichtstruktur des Kerns eines Schrittmotors.
6 zeigt
ein Eisenblech
100 eines Stators, das für einen Statoreisenkern des
Schrittmotors verwendet wird, und
7 zeigt
ein Eisenblech
105 eines Rotors, das für einen Rotoreisenkern von
ihm verwendet wird (siehe ungeprüfte
japanische Patenanmeldung Nr.
2001-292541 , die eine verwandte Technik offenbart).
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Für dieses
Statoreisenblech 100 wird als Material ein Elektrostahlblech
verwendet. Das Statoreisenblech 100 ist mit einer Vielzahl
von (acht in dem in der Zeichnung dargestellten Beispiel) Magnetpolen 101 versehen,
die in fixen Intervallen entlang der Richtung des Umfanges an der
Seite der inneren Peripherie eines substantiell rechteckigen Bleches
so angeordnet sind, dass sie in Richtung des Mittelpunktes vorstehen.
Am Basisabschnitt des Magnetpols 101 ist ein Verbindungssteg 101a vorhanden,
um den eine Statorwicklung gewickelt ist, und zwischen den Magnetpolen 101 befindet
sich ein Zwischenraum 101b, der den Durchgang der Statorwicklung
gestattet. An vier Ecken des Statoreisenbleches 100 sind Löcher 102 für Montageschrauben
vorhanden, und in Abschnitten auf beiden Seiten der Löcher 102 für Montageschrauben
sind Unebenheiten 103 für
das Verstemmen vorhanden. Auch der Verbindungssteg 101a des
Magnetpols 101 ist mit einer Unebenheit zum Verstemmen 104 versehen.
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Das
Rotoreisenblech 105 ist mit einer Vielzahl von Unebenheiten 106 zum
Verstemmen versehen, die in fixen Intervallen entlang der Richtung
des Umfanges im peripheren Randabschnitt eines kreisförmigen Bleches
angeordnet sind.
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Entsprechend
dieser verwandten Technik werden die Statoreisenbleche 100 durch
Läppen
und Aufeinanderschichten der Statoreisenbleche 100, so dass
die Unebenheiten 103 zum Verstemmen und die Unebenheiten 104 zum
Verstemmen jeweils miteinander übereinstimmen
und die Unebenheiten 103 zum Verstemmen und die Unebenheiten
zum Verstemmen ineinander gedrückt
werden, zu einer Einheit zusammengefügt, wodurch der Statoreisenkern hergestellt
wird. Die Rotoreisenbleche 105 werden ebenfalls durch Läppen und
Aufeinanderschichten der Unebenheiten 106 und durch Ineinanderdrücken der
Unebenheiten 106 zum Verstemmen zu einer Einheit zusammengefügt, wodurch
der Rotoreisenkern hergestellt wird.
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Die
Unebenheit 103 zum Verstemmen dieser verwandten Technik
weist einen Durchmesser von 1mm oder weniger auf und die Unebenheit 104 zum Verstemmen
weist einen Durchmesser von 0,8 mm oder weniger auf. Auch die Unebenheit 106 zum
Verstemmen des Rotoreisenbleches 105 weist einen Durchmesser
von 0,8 mm oder weniger auf.
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Die
Höhe eines
konvexen Teils der Unebenheit 103 zum Verstemmen ist so
eingestellt, dass sie etwa 70 % der Blechstärke beträgt.
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In
der
japanischen ungeprüften Patentanmeldung
Nr. 2001-292541 ist die zentrale Abweichung zwischen einer
Aufnahmeplatte und einem Stempel für das Prägen auf 3 μm oder weniger eingestellt.
Dadurch wird, wenn die Statoreisenbleche
100 und die Rotoreisenbleche
105 durch
Eingreifen der Unebenheiten
103,
104 und
106 ineinander
aufeinander laminiert werden, das Auftreten von Oberflächenschäden an den
Eingreifabschnitten der Unebenheiten ausgeschlossen, und so können dünne Stahlbleche
in engen Kontakt miteinander gebracht werden.
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Beabsichtigt
wurde der Erhalt eines laminierten Kerns mit geringem Schwund durch
Berechnung der Form und der Größe der Unebenheiten
zum Verstemmen.
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Wie
in
8 dargestellt, wird ein Weg magnetischer Feldlinien
X eines Hybridschrittmotors gewöhnlich
so gebildet wie durch die Pfeile angezeigt. Daher sind auch in der
japanischen ungeprüften Patentanmeldung
Nr. 2001-292541 die Unebenheiten zum Verstemmen in den
Zwischenabschnitten im Weg der magnetischen Feldlinien X eingeformt,
so dass die Unebenheiten zum Verstemmen immer noch einen magnetischen
Widerstand bilden, was zu einem Kernschwund führt.
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Auch
ist der Rotor des Hybridschrittmotors generell so konstruiert, dass
der Rotor gebildet wird, indem ein Permanentmagnet aus seltenen
Erden etc. zwischen zwei Rotoreisenkernen gehalten wird. Daher ist
im Hybridschrittmotor die Menge von Eisenmaterial für den Rotoreisenkern
erheblich geringer als die für
den Statoreisenkern.
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Aus
diesem Grund wurde angenommen, dass ein Verlust an Motorleistung
(Kernschwund) durch Verringerung der magnetischen Charakteristika
durch das Verstemmen des Rotoreisenkerns vergleichsweise gering
sei. Daher wurde die Position für das
Verstemmen des Rotoreisenkerns bisher nicht ausreichend untersucht.
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ZIEL UND ZUSAMMENFASSUNG DER
ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung wurde gemacht, um die oben genannten Probleme
zu lösen
und folglich ist es eines ihrer Ziele, eine Schichtstruktur des Kerns
eines Motors zur Verfügung
zu stellen, in der ein Kernschwund durch Verstemmen soweit wie möglich verringert
wird.
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Um
das oben genannte Ziel zu erreichen, stellt die vorliegende Erfindung
eine Schichtstruktur des Kerns eines Motors zur Verfügung, umfassend einen
Statoreisenkern, gebildet durch Laminierung einer Vielzahl von dünnen Statoreisenblechen,
in denen eine Vielzahl von Magnetpolen in fixen Intervallen entlang
der Richtung des Umfangs an der inneren Peripherieseite so zur Verfügung steht,
dass sie in Richtung des Mittelpunktes vorstehen, und einen Rotoreisenkern,
der auf der Axiallinie des Statoreisenkerns konzentrisch zum Statoreisenkern
angeordnet ist und durch Laminierung einer Vielzahl von kreisförmigen dünnen Rotoreisenkernblechen
gebildet wird, der Statoreisenkern und der Rotoreisenkern jeweils durch
Verstemmen der Vielzahl von dünnen
Blechen miteinander verbunden sind, wobei der Mittelpunkt einer
Unebenheit zum Verstemmen des dünnen
Statoreisenkernbleches außerhalb
einer Mindestkreisfläche
vorhanden ist, deren Radius eine Entfernung vom Mittelpunkt des
dünnen
Statoreisenkernbleches zu seinem kürzesten äußeren Rand ist, und der Mittelpunkt
einer Unebenheit zum Verstemmen des dünnen Rotoreisenkernbleches
weiter innerhalb eines äußeren Randes
des Rotors vorhanden ist als die Entfernung von einem äußeren Rand
des dünnen Statoreisenkernbleches
bis zu einem Zwischenraumabschnitt von ihm.
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Auch
entsprechend der vorliegenden Erfindung weist der Statoreisenkern
eine substantiell rechteckige äußere Form
auf und der Mittelpunkt der Unebenheit zum Verstemmen des dünnen Statoreisenkernbleches
befindet sich zwischen einem Montageschraubenloch, die an vier Ecken
des dünnen Statoreisenkernbleches
ausgebildet ist, und einem äußeren Rand
der Ecke des dünnen
Statoreisenkernbleches.
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Entsprechend
der ersten Ausführung
der vorliegenden Erfindung befinden sich sowohl die Verstemmpositionen
des Statoreisenkerns als auch des Rotoreisenkerns an einer Stelle,
die nicht im Hauptweg der magnetischen Feldlinien liegt, so dass
ein durch das Verstemmen verursachter Kernschwund soweit wie möglich eingedämmt werden
kann, da der Mittelpunkt der Unebenheit zum Verstemmen des dünnen Statoreisenkernbleches
außerhalb
der Mindestkreisfläche
vorhanden ist, deren Radius eine Entfernung vom Mittelpunkt des
dünnen
Statoreisenkernbleches zu seinem kürzesten äußeren Rand ist, und der Mittelpunkt
der Unebenheit zum Verstemmen des dünnen Rotoreisenkernbleches
weiter innerhalb des äußeren Randes
des Rotors vorhanden ist als die Entfernung vom äußeren Rand des dünnen Statoreisenkernbleches
bis zum Zwischenraumabschnitt von ihm.
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Entsprechend
der zweiten Ausführung
der vorliegenden Erfindung kann die Verstemmposition an einer Stelle
positioniert werden, die am weitesten entfernt vom Weg der magnetischen
Feldlinien liegt, so dass ein durch das Verstemmen verursachter Kernschwund
soweit wie möglich
eingedämmt
werden kann, da sich der Mittelpunkt der Unebenheit zum Verstemmen
des dünnen
Statoreisenkernbleches zwischen dem Montageschraubenloch, die an vier
Ecken des dünnen
Statoreisenkernbleches ausgebildet ist, und dem äußeren Rand der Ecke des dünnen Statoreisenkernbleches
befindet.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine partielle Schnittdarstellung, die den Aufbau eines Hybridschrittmotors
zeigt;
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2 ist
eine Draufsicht, die Unebenheiten zum Verstemmen eines Statoreisenbleches
entsprechend eines Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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3 ist
eine Draufsicht, die Unebenheiten zum Verstemmen eines Rotoreisenbleches
entsprechend eines Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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4 ist
eine Draufsicht, die Unebenheiten zum Verstemmen eines Statoreisenbleches
entsprechend eines weiteren Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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5 ist
eine Draufsicht, die Unebenheiten zum Verstemmen eines Rotoreisenbleches
entsprechend eines weiteren Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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6 ist
eine Draufsicht, die Unebenheiten zum Verstemmen eines herkömmlichen
Statoreisenbleches zeigt;
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7 ist
eine Draufsicht, die Unebenheiten zum Verstemmen eines herkömmlichen
Rotoreisenbleches zeigt; und
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8 ist
eine schematische Darstellung, die den Weg der magnetischen Feldlinien
eines Hybridschrittmotors zeigt.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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1 ist
eine Darstellung des Aufbaus eines Hybridschrittmotors 1.
In diesem Hybridschrittmotor 1 ist ein Statoreisenkern 4 zwischen
einem Motorflansch 2 und einem Träger 3, die ein Motorgehäuse 5 bilden,
angeordnet und ein Rotor 6 ist innerhalb des Motorgehäuses 5 angeordnet.
Der Rotor 6 wird durch einen Magneten 8, der auf
der axialen Mittellinie einer Abtriebswelle 7 getragen
wird, und Eisenkerne 9a und 9b gebildet. Die beiden
Seiten des Magneten 8 werden durch die Rotoreisenkerne 9a und 9b gehalten.
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Der
Rotor 6 ist konzentrisch auf der Axiallinie des Statoreisenkerns
(Stators) 4 angeordnet und ist drehbar auf der Abtriebswelle 7 über Lager 10a und 10b gelagert,
die jeweils an dem Träger 3 und
dem Motorflansch 2 montiert sind.
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2 zeigt
ein Statoreisenblech (dünnes Blech
für den
Statoreisenkern) 20, das den Statoreisenkern 4 bildet,
und 3 zeigt ein Rotoreisenblech 30, das den
Rotoreisenkern 9 bildet. Das Material des Statoreisenbleches 20 besteht
aus einem Elektrostahlblech und ist durch Schneiden als substantiell rechteckiges
Blech gefertigt. Das Statoreisenblech 20 ist mit einer
Vielzahl von Magnetpolen 21 versehen, die in fixen Intervallen
in Umfangsrichtung an der inneren peripheren Seite in Richtung Mittelpunkt vorstehen,
und viele Polzähne
(kleine Zähne) 21a sind
am Ende jedes Magnetpols 21 vorhanden. An vier Ecken des
Bleches, das das Statoreisenblech 20 bildet, sind Aussparungen 20a ausgebildet,
und an Positionen auf beiden Seiten der Aussparung 20a sind
Löcher 22 für Montageschrauben
vorhanden.
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Andererseits,
das Rotoreisenblech (dünnes Blech
für den
Rotoreisenkern) 30 nutzt als Material ein Elektrostahlblech
wie das Statoreisenblech 20 und ist durch Schneiden als
kreisrundes dünnes Blech
gefertigt. Das Rotoreisenblech 30 ist mit vielen Polzähnen (kleinen
Zähnen) 31 an
seinem äußeren Rand
ausgebildet, und ein Loch 32 zum Einsetzen der Abtriebswelle 7 ist
in der Mitte des Rotoreisenbleches 30 ausgebildet.
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Auf
dem Statoreisenblech 20 sind Unebenheiten zum Verstemmen 23 und 24 zwischen
dem Montageschraubenloch 22 und einem äußeren Rand 20b der
Ecke des Statoreisenbleches 20 durch Prägen eingeformt. Die Mittelpunkte
dieser Unebenheiten zum Verstemmen 23 und 24 sind
außerhalb
eines Minimumkreises A vorhanden, dessen Radius r einer Entfernung
vom Mittelpunkt O des Statoreisenbleches 20 zu seinem kürzesten äußeren Rand
entspricht. Eine Unebenheit zum Verstemmen 23 von den Unebenheiten
zum Verstemmen 23 und 24 ist an einer Position,
die am weitesten entfernt vom Mittelpunkt des Statoreisenbleches 20 ist,
substantiell auf der Linie, die vom Mittelpunkt des Statoreisenbleches 20 durch
den Mittelpunkt des Montageschraubenlochs 22 verläuft, vorhanden,
so dass sie am weitesten vom Weg der magnetischen Feldlinien entfernt ist.
Auch die Unebenheit zum Verstemmen 24 ist zwischen dem
Montageschraubenloch 22 seitlich, weit entfernt vom nächstliegenden
Magnetpol 21, und dem äußeren Rand
der Ecke 20b des Statoreisenbleches 20 vorhanden.
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Andererseits,
auf der Blechoberfläche
des Rotoreisenbleches 30 liegt der Mittelpunkt einer Unebenheit
zum Verstemmen 33 des Rotoreisenbleches 30 innerhalb
von D von einem äußeren Rand 30a des
Rotoreisenbleches 30 weiter entfernt als die Breite Wy
(als Randbreite bezeichnet) von einem äußeren Rand 25 des
Statoreisenbleches 20 zu einem Zwischenraumabschnitt 26 von
ihm.
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Um
einen Weg der magnetischen Feldlinien zu gewährleisten, der breiter ist
als der Weg der magnetischen Feldlinien des Stators, wird, wenn
die Randbreite des Statoreisenbleches 20 Wy ist, der Rotor 6 so
ausgelegt, dass Dr – D > 2·Wy ist, wobei Dr der Durchmesser
des Rotoreisenbleches 30 des Rotors 6 ist und
D ein Durchmesser ist, in dem die Unebenheit zum Verstemmen 33 zur
Verfügung
gestellt wird, und die Unebenheit zum Verstemmen 33 steht
innerhalb von D zur Verfügung.
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Entsprechend
der oben beschriebenen Konfiguration wird die Vielzahl von Statoreisenblechen 20 durch
Verstemmen der miteinander in Übereinstimmung
gebrachten Unebenheiten zum Verstemmen 23 und 24 der
Statoreisenbleche 20 aufeinander laminiert, und eine Schraube
wird durch die Montageschraubenlöcher 22a und 22b gesteckt
und angezogen, um die laminierten Statoreisenbleche 20 am
Motorflansch 2 und am Träger 3, aus denen sich
das Motorgehäuse 5 zusammensetzt,
zu befestigen. Gewöhnlich
werden durch Verwendung eines der Montageschraubenlöcher 22a und 22b an
vier Ecken die laminierten Statoreisenbleche 20 am Motorflansch 2 und
am Träger 3 angebracht.
Auch die Vielzahl von Rotoreisenblechen 30 werden zu zwei
Sets von Rotoreisenkernen 9 (9a, 9b)
aufeinander laminiert indem die Unebenheiten zum Verstemmen 33 in Übereinstimmung
gebracht werden. Die beiden Sets des Rotoreisenkerns 9 (9a, 9b)
werden mit dem dazwischengesetzten Magneten 8 auf der Abtriebswelle 7 montiert
und im Motorgehäuse 5 untergebracht.
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Da
die Mittelpunkte der Unebenheiten zum Verstemmen 23 und 24 des
Statoreisenbleches 20 außerhalb des Minimumkreises
A, dessen Radius r einer Entfernung vom Mittelpunkt O des Statoreisenbleches 20 zu
seinem kürzesten äußeren Rand
entspricht wie oben beschrieben, befinden sich die Verstemmpositionen
(Unebenheiten zum Verstemmen 23 und 24) an einer
Stelle, die nicht im Hauptweg der magnetischen Feldlinien des Statoreisenkerns 4 liegt,
so dass ein Kernschwund, der durch das Verstemmen verursacht wird,
so weit wie möglich
begrenzt werden kann. Da sich die Verstemmabschnitte (Unebenheiten
zum Verstemmen 33) gleichfalls an einer Stelle befinden,
die nicht auf dem Hauptweg der magnetischen Feldlinien des Eisenkerns 9a, 9b liegt, ist
die Beeinflussung des magnetischen Flusses schwer möglich, so
dass ein Kernschwund, der durch das Verstemmen verursacht wird,
so weit wie möglich begrenzt
werden kann.
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Die 4 und 5 zeigen
ein weiteres Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung, in dem die gleichen Zeichen für Elemente
verwendet werden, die die gleichen wie in den 2 und 3 sind.
In diesem Ausführungsbeispiel
werden die Unebenheiten zum Verstemmen, die in das Statoreisenblech 20 und
das Rotoreisenblech 30 eingeformt sind, nur durch die Unebenheiten 23 und 33 gebildet, und
die Unebenheiten 24 und 34 sind weggelassen (die
Anzahl der Unebenheiten ist verringert).
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Für den Fall,
dass die durch das Verstemmen allein vorhandene Festigkeit nicht
ausreicht, können
der Statoreisenkern 4 und der Rotoreisenkern 9 nach
dem Glühen
durch einen Klebstoff verstärkt
werden. Im Falle der Anwendung des Glühens erfolgt die Verbindung
nach dem Glühen.
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Außerdem können das
Statoreisenblech 20 und das Rotoreisenblech 30 für das Laminieren
einen Schwund weiter durch geeignete Veränderung ihrer Dicke reduzieren.
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Die
vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele
begrenzt. Zum Beispiel, obwohl die Mittelpunkte der Unebenheiten
zum Verstemmen 23 und 24 des Statoreisenbleches 20 außerhalb
des Minimumkreises A, dessen Radius r einer Entfernung vom Mittelpunkt
O des Statoreisenbleches 20 zu seinem kürzesten äußeren Rand entspricht, vorhanden
sind, sollten sie so weit wie möglich
außerhalb
vorhanden sein. Durchmesser, Höhe
oder dergleichen der Unebenheit zum Verstemmen, die in das Statoreisenblech 20 und
das Rotoreisenblech 30 eingeformt wird, können nach
den Erfordernissen festgelegt werden. Es wird angenommen, dass je
kleiner Durchmesser oder Tiefe der Unebenheit zum Verstemmen ist,
je besser, weil der Kernschwund (Wirbelstromverlust) mit zunehmendem Übergangswiderstand
zwischen den Eisenblechen abnimmt. Jedoch, da hier ein Festigkeitsproblem
vorhanden ist, wird angenommen, dass ein Durchmesser von nicht mehr
als 1 mm und eine Tiefe von 70 % der Dicke des Eisenbleches angemessen sind.
Auch wurden die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele am Beispiel
eines Hybridschrittmotors erklärt.
Jedoch kann die vorliegende Erfindung auf Motore anderen Typs angewendet
werden. Damit ist es unnötig
zu sagen, dass geeignete Veränderungen vorgenommen
werden können,
ohne von Geist und Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.