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Die Anmeldung beansprucht die Priorität der am 27. September 2012 eingereichten
japanischen Patentanmeldung Nr. 2012-214377 , deren gesamter Inhalt hierbei durch Bezug eingeführt wird.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine drehende elektrische Maschine.
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2. Beschreibung des Standes der Technik
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Es ist eine drehende elektrische Maschine mit einer Struktur bekannt, bei der die äußere Peripherieoberfläche eines Montageabschnitts einer in eine Mittelöffnung eines Kerns eines Rotors montierte Welle mit axialen erstreckenden konvexen Linien vorgesehen ist, die durch Rändelung ausgebildet sind, und die umlaufende Wandoberfläche der Mittelöffnung des Kerns ist mit einem Eingriffsabschnitt ausgebildet, der mit den konvexen Linien in Eingriff gelangt, um die gegenseitige Umfangsdrehung zwischen der Welle und dem Kern zu steuern. Bezug genommen wird beispielsweise auf die offengelegte
japanische Patentanmeldung Nr. 2011-239612 .
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Im Allgemeinen wird der Kern des Rotors einer gewöhnlichen drehenden elektrischen Maschine durch Laminieren von elektromagnetischen Stahlblechen mit einer hohen Härte ausgebildet. Dementsprechend ist der Kern härter als die Welle. Dadurch gibt es Bedenken, dass die Welle nicht in die Mittelöffnung des Kerns mit einer ausreichend hohen Einsetzgenauigkeit unter Druck eingesetzt werden kann und somit können Späne während des Einsetzens entstehen. Diesbezüglich kann die vorangehende gerändelte Wellenstruktur, wie in dem vorstehenden Patentdokument beschrieben, eine ausreichend hohe Einsetzgenauigkeit der Welle vorsehen und die Beanspruchung in Umfangsrichtung verringern, da Entlastungsräume für die Vorsprünge des Eingriffsabschnitts des Kerns zwischen jeder der zwei angrenzenden der konvexen Linien der Welle ausgebildet sind und es sind Entlastungsräume für die konkaven Linien der Welle zwischen jeder der zwei angrenzenden der Vorsprünge des Eingriffsabschnitts des Kerns ausgebildet.
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Allerdings bringt die vorstehende gerändelte Wellenstruktur immer noch das Problem mit sich, dass eine hohe Belastung in Radialrichtung auftritt, wenn die Welle in die Mittelöffnung des Kerns unter Druck eingesetzt wird.
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KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
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Eine beispielhafte Ausführungsform stellt eine drehende elektrische Maschine bereit, die enthält:
einen Stator mit einer Innenöffnung;
einen Rotor, der in die Innenöffnung des Stators mit einem Spalt zu einer inneren Peripherie des Stators angeordnet ist und mit Magnetaufnahmeöffnungen ausgebildet ist, die jeweils einen in einer äußeren Peripherie des Rotors eingebetteten Permanentmagneten als magnetischen Pol aufnehmen; und
eine Welle, die in einer Mittelöffnung des Rotors unter Druck eingesetzt ist, wobei der Rotor für jede der zwei angrenzenden der Magnetaufnahmeöffnungen enthält
einen Holm- bzw. Trägerabschnitt, der radial außerhalb der Magnetaufnahmeöffnungen ausgebildet ist,
einen Vorsprungsabschnitt, der radial nach innen hervorsteht, um die Mittelöffnung zu definieren,
einen Erstreckungsabschnitt, der radial außerhalb des Vorsprungsabschnitts und radial außerhalb der Magnetöffnungen ausgebildet ist, und
einen plattenförmigen Brückenabschnitt, der den Trägerabschnitt und den Erstreckungsabschnitt verbindet.
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Gemäß der beispielhaften Ausführungsform ist eine drehende elektrische Maschine vorgesehen, die einen Rotor mit hohem Widerstand gegenüber der Zentrifugalkraft aufweist.
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Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung, die die Figuren und Ansprüche enthält, ersichtlich.
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KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
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Bei den begleitenden Figuren zeigt:
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1 eine teilweise Querschnittsansicht einer drehenden elektrischen Maschine gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; und
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2 eine vergrößerte teilweise Querschnittsansicht einer Abwandlung der drehenden elektrischen Maschine gemäß der Ausführungsform der Erfindung.
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BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
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1 zeigt eine teilweise Querschnittsansicht einer drehenden elektrischen Maschine 1 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, die als ein am Fahrzeug befestigter Motor verwendet wird. Die drehende elektrische Maschine 1 enthält einen Stator 2, einen Rotor 3, Permanentmagneten 5 und eine Welle 9.
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Der Stator 2 enthält eine darauf aufgewickelte Statorspule (nicht gezeigt). Der Rotor 3 ist drehbar durch die Welle 9 mit einem Spalt zu der inneren Peripherieoberfläche einer Innenöffnung des Stators 2 abgestützt.
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Der Rotor 3 enthält einen Rotorkern 4, der durch Laminieren einer Mehrzahl von elektromagnetischen Stahlblechen hergestellt ist, die in eine derartige Form gestanzt sind, dass der Rotorkern 4 Magnetaufnahmeöffnungen 6, Hohlraumabschnitte 7 und eine Mittelöffnung 12 aufweist.
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Ein Permanentmagnet 5 ist in jede der Magnetaufnahmeöffnungen 6 eingebettet. Die Permanentmagneten 5 sind in den Magnetaufnahmeöffnungen 6 derart eingebettet, dass bei jedem einer Mehrzahl von (acht in dieser Ausführungsform) Magnetpolen zwei Permanentmagneten 5 radial nach außen in einer V-Form von deren Polmittelachse P weggehen.
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Der Rotor 3 ist ausgebildet für jeden der Magnetpole mit einem Vorsprungsabschnitt 10, der radial nach innen hervorsteht und bei einer Position positioniert ist, durch welche die Polmittelachse P durchgeht. Der Vorsprungsabschnitt 10 weist eine ungefähre trapezartige Form im Querschnitt auf. Der Querschnitt der Mittelöffnung 12 ist ein Kreis, der die Oberseiten der Vorsprungsabschnitte 10 enthält. Die Breite W1 der Oberseite des Vorsprungsabschnitts 10 ist kleiner ausgestaltet als der Umfang der Mittelöffnung 12, geteilt durch die Anzahl der Magnetpole, sodass ein konkaver Abschnitt 11 zwischen jedem der zwei angrenzenden der Vorsprungsabschnitte 10 ausgebildet ist.
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Die Hohlraumabschnitte 7 sind zwischen den Magnetaufnahmeöffnungen 6 und den Vorsprungsabschnitten 10 für die entsprechenden Magnetaufnahmeöffnungen 6 derart positioniert, dass jeder der zwei angrenzenden der Hohlraumabschnitte 7 symmetrisch bezüglich der Polmittelachse P ist. Die Hohlraumabschnitte 7 sind zum Erhöhen des magnetischen Widerstands bei den Polmittelabschnitten, um dadurch das Reluktanz Drehmoment zu erhöhen.
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Eine Brücke 8, die sich entlang der Polmittelachse P erstreckt, ist vorgesehen. Der Brückenabschnitt 8 trennt die angrenzenden Magnetaufnahmeöffnungen 6 und die angrenzenden Hohlraumabschnitte 7 plansymmetrisch bezüglich der Polmittelachse P. Ein Holm- bzw. Trägerabschnitt 13 ist zwischen dem radial äußeren der angrenzenden Magnetaufnahme ausgebildet. Der Brückenabschnitt 8 stellt eine mechanische Verbindung zwischen dem Trägerabschnitt 13 und dem Vorsprungsabschnitt 10 bereit. Das bedeutet, dass ein Ende des Brückenabschnitts 8 mit dem Trägerabschnitt 13 verbunden ist und das andere Ende des Brückenabschnitts 8 mit einem Erstreckungsabschnitt 14 verbunden ist, der radial nach außen von dem Vorsprungsabschnitt 10 ausgebildet ist. Es wird bevorzugt, dass der Abschnitt der Verbindung zwischen dem Erstreckungsabschnitt 14 und dem anderen Ende der Brücke 8 bei der Mitte der Oberseite (die Breite W1) des Vorsprungsabschnitts 10 positioniert ist. Allerdings kann die Position des Abschnitts der Verbindung innerhalb des Bereichs abweichen, in dem die Umfangsposition der Mitte des Trägerabschnitts 8 innerhalb der Umfangspositionen der lateralen Seiten des Vorsprungsabschnitts 10 ist. Die Mitte der longitudinalen Breite W2 des Brückenabschnitts 8 kann bei einer Position innerhalb der Breite W1 der Oberseite des Vorsprungsabschnitts 10 positioniert sein (zwischen beiden Seiten bzw. lateralen Seiten des Vorsprungsabschnitts 10). Der Brückenabschnitt 8 dient dazu, die radial äußere Erstreckung des Trägerabschnitts 13 aufgrund der Zentrifugalkraft, während der Rotor 3 sich dreht, zu verringern. Dementsprechend kann der Spalt zwischen dem Trägerabschnitt 13 und dem inneren Umfang des Stators 2 bei einem gewissen Wert gehalten werden, um den benötigten magnetischen Effekt bereitzustellen.
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Wie in 1 gezeigt, ist der Brückenabschnitt 8 einfach plattenförmig. Allerdings kann der Brückenabschnitt 8 durch einen Brückenabschnitt 88 ersetzt werden, der zweifach plattenförmig ist, dessen längs laufende Achse mit der Polmittelachse P, wie in 2 gezeigt, übereinstimmt. Ferner kann der Brückenabschnitt dreifach plattenförmig sein.
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Der laminierte Rotorkern 4 ist durch die Welle 9 fixiert, die in die Mittelöffnung 12 bei dessen Druckeinsetzabschnitt unter Druck eingesetzt ist. Der Druckeinsetzabschnitt der Welle 9 ist mit axial erstreckenden Nuten eingeritzt. Wenn die Welle 9 in die Mittelöffnung 12 eingesetzt wird, während die Oberflächen der Vorsprungsabschnitte 10 abplatzen bzw. abraspeln, kann die Verbindung zwischen dem Rotorkern 4 und der Welle 9 sichergestellt werden.
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Die Kompressionsbelastung aufgrund der Kraft zur Zeit des Druckeinsetzens der Welle 9 in die Mittelöffnung 12 des Rotorkerns 4 verbleibt in den Vorsprungsabschnitten 10 und den Brückenabschnitten 8 oder 88. Um diese Kompressionsbelastung zu den Brückenabschnitten 8 oder 88 verlässlich und effektiv zu übertragen, wird bevorzugt, dass die Mitte der Breite W2 des Brückenabschnitts 8 oder 88 mit der Mitte der Breite W1 der Oberseite des Vorsprungsabschnitts 10 übereinstimmt. Ferner wird, um die Erweiterung des Trägerabschnitts 13 wirksam zu verringern, bevorzugt, dass die Polmittelachse P in dem Trägerabschnitt 13 mit der Mitte der Breite W2 des Brückenabschnitts 8 oder 88 übereinstimmt.
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Wie vorstehend beschrieben, enthält die für Fahrzeuge verwendete drehende elektrische Maschine 1 gemäß der Ausführungsform der Erfindung die Trägerabschnitte 13, die radial außerhalb der Magnetaufnahmeöffnung 6, die Permanentmagneten 5 aufnehmen, positioniert sind, die Vorsprungsabschnitte 10, die die Mittelöffnung 12 definieren, die Erstreckungsabschnitte 14, die radial nach außen von den Vorsprungsabschnitten 10 positioniert sind und die plattenförmigen Brückenabschnitte 8 oder 88, die die Trägerabschnitte 13 und die Erstreckungsabschnitte 14 verbinden. Diese Struktur ermöglicht, die durch die Druckeinsetzung der Welle 9 in die Mittelöffnung 12 des Rotorkerns 4 erzeugte Kompressionsbelastung zu den Brückenabschnitten 8 oder 88 wirksam anzuwenden, um dadurch die Zugspannung der Brückenabschnitte 8 oder 88 aufgrund der Zentrifugalkraft des Rotors 3 zu verringern als dessen Ergebnis die Brücken 8 oder 88 hohe Festigkeiten erreichen. Ferner wird, wenn der Permanentmagnet 5 aus einem Paar von Permanentmagneten besteht, die in einer V-Form derart angeordnet sind, dass sie in Richtung radial nach außen voneinander weggehen, der vorteilhafte Effekt des Brückenabschnitts 8 oder 88 erhöht werden. Die Hohlraumabschnitte 7 sind zwischen den Magnetaufnahmeöffnungen 6 und den Vorsprungsabschnitten 10 positioniert. Dies ermöglicht es, das Drehmoment zu erhöhen und die Festigkeit gegenüber der Zentrifugalkraft des Rotors 3 zu verbessern. Die Mitte der Breite W2 des Brückenabschnitts 8 oder 88 stimmt mit der Mitte W1 der Oberseite des Vorsprungsabschnitts 10 überein. Dies ermöglicht es, zuverlässig und wirksam die in dem Vorsprungsabschnitt 10 erzeugte Kompressionsbelastung zu dem Brückenabschnitt 8 oder 88 zu übertragen. Die Polmittelachse P in dem Trägerabschnitt 13 stimmt mit der Mitte der Breite W2 der Brücke 8 oder 88 überein. Dies macht es möglich, die Erweiterung des Trägerabschnitts 13 wirksam zu verringern. Die Polmittelachse P des Trägerabschnitts 1 liegt innerhalb der Breite W1 zwischen den lateralen Seiten des Vorsprungsabschnitts 10. Dies ermöglicht es, die in dem Vorsprungsabschnitt 10 erzeugte Kompressionskraft zum Brückenabschnitt 8 oder 88 zuverlässig zu übertragen.
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Die vorstehend erläuterten bevorzugten Ausführungsformen sind Beispiele der Erfindung der vorliegenden Anmeldung, die allein durch die nachstehend beigefügten Ansprüche beschrieben wird. Es soll erkannt werden, dass Abwandlungen der bevorzugten Ausführungsformen gemacht werden können wie sie einem Fachmann ersichtlich sind.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2012-214377 [0001]
- JP 2011-239612 [0003]
