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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
JP 2001 -
292 541 A , 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 1 mm 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
JP 2001- 292 541 A 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
JP 2001- 292 541 A 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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In der Druckschrift
US 3,202,851 A wird ein Verfahren und ein Mittel zum Ausrichten und Befestigen von Laminierungen an dynamoelektrischen Maschinen beschrieben. In der
JP S59- 96 851 A ist beschrieben, wie man den Verlust eines Blechpaketes durch Bereitstellen eines verstemmten Teils, quasi als Klammer für die laminierten Glieder, dient gleichzeitig die Magnetflussdichte verringert wird.
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Aus der
US 3,590,208 A ist ein Verfahren zur Herstellung eines Stapels von Lamellen für den Rotor oder Stator einer elektrischen Maschine bekannt. Hierzu werden eine Vielzahl von Vorsprüngen und Vertiefungen an den Lamellen eingestanzt. Jeder Vorsprung ist in Umfangsrichtung der Lamellen versetzt mit einer der Aussparungen ausgebildet. Die einzelnen Lamellen werden dann gestapelt, so dass die Vorsprünge einer Laminierung eine Aussparung einer benachbarten Lamelle eingreifen.
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Aus der
US 6,252,329 B1 ist ein Rotor für Elektromotoren bekannt, bei dem die Lamellen auch abwechselnd angeordnet sind.
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Aus der
JP 2001 -
292 541 A ist ein geschichteter Stapel, mit einer Prägungen bekannt, die keine nachteiligen Wirkungen auf das magnetischen Gleichgewicht hat. Aus der
JP 2005 -094 959 A ist ein Elektromotor bekannt, der die Probleme beim Verstemmen vermeiden soll. Aus der
WO 2002/071575 A2 ist ein Elektromotor mit segmentierten Stator und verbundenen Blechsegmenten beschrieben worden.
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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. Um das oben genannte Ziel zu erreichen, stellt die vorliegende Erfindung eine Schichtstruktur des Kerns eines Schrittmotors gemäß Anspruch 1 zur Verfügung, umfassend einen Statoreisenkern des Schrittmotors, welcher durch Laminierung einer Vielzahl von dünnen Statoreisenblechen gebildet wird, in denen eine Vielzahl von Magnetpolen in festen Abständen in Umfangsrichtung an der inneren Umfangsseite so vorgesehen sind, dass sie in Richtung des Mittelpunktes vorstehen, und einen Rotoreisenkern des Schrittmotors, der auf der Achslinie des Statoreisenkerns konzentrisch zum Statoreisenkern angeordnet ist und durch Laminierung einer Vielzahl von scheibenförmigen dünnen Rotoreisenkernblechen gebildet wird, wobei der Statoreisenkern des Schrittmotors und der Rotoreisenkern des Schrittmotors jeweils durch Verstemmen der Vielzahl von dünnen Blechen miteinander verbunden sind,
wobei der Statoreisenkern des Schrittmotors eine im Wesentlichen rechteckige äußere Form aufweist und der Mittelpunkt einer Unebenheit zum Verstemmen des dünnen Statoreisenkernbleches außerhalb einer Mindestkreisfläche A vorgesehen ist, deren Radius r gleich einer Entfernung vom Mittelpunkt 0 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 dünnen Rotoreisenkernbleches 30 vorhanden ist, als die Breite Wy von einem äußeren Rand des dünnen Statoreisenkernbleches bis zu einem Zwischenraumabschnitt desselben.
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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 Statoreisenkems 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 Statoreisenkembleches außerhalb der Mindestkreisfläche vorhanden ist, deren Radius eine Entfernung vom Mittelpunkt des dünnen Statoreisenkembleches 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 Statoreisenkembleches 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 Kemschwund soweit wie möglich eingedämmt werden kann, da sich der Mittelpunkt der Unebenheit zum Verstemmen des dünnen Statoreisenkembleches zwischen dem Montageschraubenloch, die an vier Ecken des dünnen Statoreisenkembleches ausgebildet ist, und dem äußeren Rand der Ecke des dünnen Statoreisenkembleches befindet.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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- 1 ist eine partielle Schnittdarstellung, die den Aufbau eines Hybridschrittmotors zeigt;
- 2 ist eine Draufsicht, die Unebenheiten zum Verstemmen eines Statoreisenbleches entsprechend eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zeigt;
- 3 ist eine Draufsicht, die Unebenheiten zum Verstemmen eines Rotoreisenbleches entsprechend eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zeigt;
- 4 ist eine Draufsicht, die Unebenheiten zum Verstemmen eines Statoreisenbleches entsprechend eines weiteren Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zeigt;
- 5 ist eine Draufsicht, die Unebenheiten zum Verstemmen eines Rotoreisenbleches entsprechend eines weiteren Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zeigt;
- 6 ist eine Draufsicht, die Unebenheiten zum Verstemmen eines herkömmlichen Statoreisenbleches zeigt;
- 7 ist eine Draufsicht, die Unebenheiten zum Verstemmen eines herkömmlichen Rotoreisenbleches zeigt; und
- 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 Statoreisenkem 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 Statoreisenkems (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.
2 zeigt ein Statoreisenblech (dünnes Blech für den Statoreisenkem) 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 Rotoreisenkemen 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 Statoreisenkems 4 liegt, so dass ein Kemschwund, 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 Statoreisen kern 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.