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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Bereich der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Halteelement, einen Rotor, der das Halteelement umfasst, und eine drehende elektrische Maschine, die den Rotor umfasst, wobei das Halteelement um einen äußeren Umfang des Rotors der drehenden elektrischen Maschine verwendet wird.
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Verwandte Technik
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Es ist bereits ein Synchronmotor bekannt, bei dem ein Magnet an einem äußeren Umfang eines Rotors vorgesehen ist und ein zylindrisches Halteelement den Magneten in der Radialrichtung durch Druck nach innen hält. Um zu ermöglichen, dass dieser Typ von Synchronmotor eine Drehung mit hoher Drehzahl erreicht, ist es erforderlich, ein Halteelement vorzusehen, das so konstruiert ist, dass es geeignet ist, einer hohen Zentrifugalkraft standzuhalten, um zu verhindern, dass sich der Magnet selbst von dem Rotor löst oder dass der Rotor selbst aufgrund der Zentrifugalkraft beschädigt wird. Unter diesem Gesichtspunkt wurde eine drehende elektrische Maschine (siehe beispielsweise Patentschrift 1) vorgeschlagen, bei der ein aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFRP, Carbon-Fiber Reinforced Plastic) gefertigtes Halteelement so an einem äußeren Umfang eines Dauermagneten angeordnet ist, dass es den Dauermagneten bedeckt, und das Halteelement den an einem äußeren Umfang eines Rotors angeordneten Dauermagneten durch Druck hält. Gemäß der in Patentschrift 1 offenbarten Technologie stimmt die Länge des Halteelements in der Axialrichtung mit der Gesamtlänge des Magnetabschnitts überein, und die Länge des Magnetabschnitts stimmt in der Axialrichtung in etwa mit der Länge des Statorkerns überein. Daher stimmen die Abmessungen des Halteelements in der Axialrichtung im Wesentlichen mit den Abmessungen des Statorkerns in der Axialrichtung überein, und das Halteelement wird nahezu eingepasst im Inneren des Statorkerns montiert. Ferner wurde bereits eine Struktur eines Halteelements zum Verhindern des Abschälens des Endes der Wicklung eines Faserbündels vorgeschlagen (siehe beispielsweise Patentschrift 2).
Patentschrift 1: Ungeprüfte
japanische Patentanmeldung, Veröffentlichung Nr. 2014-212680 Patentschrift 2: Ungeprüfte
japanische Patentanmeldung, Veröffentlichung Nr. 2002-315241 -
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Wird das in Patentschrift 1 offenbarte, aus CFRP gefertigte Halteelement für eine drehende elektrische Maschine verwendet, ist es leicht, die Technik zur Verbesserung der Haltefestigkeit durch Erhöhen der peripheren Zugkraft zu implementieren, die auf das Halteelement einwirkt. In der Praxis besteht jedoch bei einer Zunahme der Zugkraft eine höhere Wahrscheinlichkeit, dass sich der Anfangspunkt oder der Endpunkt der Wicklung des Faserbündels des Halteelements aufgrund einer derartigen Zugkraft abschält. Hat das Abschälen einmal begonnen, kann das Abschälen allmählich fortschreiten, was in vielen Fällen zur Zerstörung führt. Daher sind einer Erhöhung der Haltefestigkeit durch einfaches Erhöhen der Zugkraft ohne das Ergreifen von Gegenmaßnahmen für diesen Abschnitt Grenzen gesetzt.
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Bei einer drehenden elektrischen Maschine, bei der auf eine Drehung mit hoher Drehzahl abgezielt wird, wird ein Halteelement in vielen Fällen aus einem zylindrischen (röhrenförmigen) faserverstärktem Kunststoff (FRP, Fiber-Reinforced Plastics) gebildet, indem ein durchgehendes Faserbündel in Form eines Strangs, einer Litze oder eines Bands auf eine als Kernmaterial dienende Montagevorrichtung gewickelt wird. Dieser Typ von Fertigungstechnik wird als (nachstehend als FW bezeichnetes) Faserwickeln bezeichnet. Bei diesem Typ von Fertigungstechnik treten in dem Stadium, in dem eine hohe Zugkraft auf die in Zylinderform aufgewickelte und ausgebildete Faser aufgebracht wird, Probleme wie eine Ablösung des befestigten Abschlusses am Anfangspunkt oder am Endpunkt der Wicklung auf, wenn irgendeine weitere erhebliche Umgebungsbedingung hinzukommt. Beispiele derartiger gravierender Umgebungsbedingungen können Reibung durch Wind aufgrund einer Drehung mit hoher Drehzahl, Vibrationen, eine hohe Temperatur aufgrund der Wärmeerzeugung eines Rotors, ein Temperaturzyklus zwischen den Stunden der Drehung und den Stunden der Betriebspausen, etc. umfassen. Als Gegenmaßnahme gegen die vorstehend beschriebenen Probleme kann ein Verfahren angewendet werden, bei dem ein Halteelement mittels FW hergestellt und durch Erhöhen der Anzahl der Windungen eines Faserbündels nur am Anfangspunkt und am Endpunkt aufwendig befestigt wird. Durch ein derartiges Verfahren kann jedoch die Stärke in der Radialrichtung erhöht werden, was die Gefahr mit sich bringt, dass das Halteelement am Statorkern schleift. Wenn das Halteelement am Statorkern schleift, würde ein solches Schleifen in der Folge das Problem nach sich ziehen, dass sich der befestigte Abschlusspunkt löst.
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Wenn eine drehende elektrische Maschine auf eine weitere Erhöhung der Drehzahl ausgelegt ist, erhöht sich auch eine an einem Magneten erzeugte Zentrifugalkraft, und eine Zugkraft der Faser des Halteelements muss dementsprechend erhöht werden. Ferner ist als Beispiel für eine Technik zum Erzielen einer höheren Leistung eines Elektromotors ein Verfahren zur Erhöhung der Dicke des Magneten denkbar. Wenn der Magnet stärker ausgelegt wird, nimmt die Masse des Magneten zu, und die an dem Magneten erzeugte Zentrifugalkraft erhöht sich ebenfalls dementsprechend. Daher muss die Zugkraft der Faser des Halteelements erhöht werden, damit sie der erhöhten Zentrifugalkraft standhalten kann. Wenn die Zugkraft des Faserbündels jedoch erhöht wird, indem ein Halteelement durch das vorstehend beschriebene Verfahren mittels FW hergestellt wird, erhöht sich der Durchmesser des Halteelements am Anfangspunkt und am Endpunkt der Wicklung des Faserbündels, wodurch das das Problem verursacht wird, dass das Halteelement am Statorkern schleifen kann, wodurch sich schließlich die Befestigung lösen kann. Dieses Problem war bisher ein Hindernis für die Erhöhung der Drehzahl und Leistung herkömmlicher drehender elektrischer Maschinen.
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Ferner offenbart die Patentschrift 2 eine Technik, bei der Elemente wie ein Rotorgehäuse und ein Flansch mit einem Faserbefestigungsabschnitt zum Halten des Endes der Faser versehen sind. Gemäß dieser Technik sind jedoch die Masse des Rotorgehäuses und des Flanschs ein Hindernis für eine höhere Drehzahl. Dadurch ist die Widerstandskraft des Rotorgehäuses und des Flanschs gegen eine Zentrifugalkraft selbst dann unzureichend, wenn ein Magnetabschnitt mittels einer Leichtgewichtsfaser gehalten wird, wodurch das Problem einer Einschränkung der maximalen Drehzahl verursacht wird. Zur Lösung dieses Problems ist es erforderlich, den Anfangspunkt und den Endpunkt einer Wicklung des Faserbündels des Halteelements endseitig so zu verarbeiten, dass sie fest und zuverlässig verstärkt sind und sich selbst unter einer hohen Zugkraft nicht lösen.
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Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die vorstehend beschriebenen Umstände entwickelt, und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Halteelement, einen Rotor, der das Halteelement umfasst, und eine drehende elektrische Maschine bereitzustellen, die den Rotor umfasst, bei denen nicht die Gefahr besteht, dass das Halteelement am Stator schleift, während gleichzeitig eine ausreichende Zugkraft des Halteelements für den Magneten im Rotor der drehenden elektrischen Maschine aufrechterhalten wird.
- (1) Ein Halteelement (beispielsweise das später beschriebene Halteelement 50) gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Halteelement, das für eine drehende elektrische Maschine verwendet wird, wobei die drehende elektrische Maschine umfasst: einen Stator (beispielsweise den später beschriebenen Stator 20), der einen Statorkern (beispielsweise den später beschriebenen Statorkern 21) umfasst; einen Rotor (beispielsweise später beschriebenen den Rotor 10), der mittels einer Drehwelle (beispielsweise der später beschriebenen Drehwelle 1) gehalten wird und der dem Stator entspricht; mehrere Magnete (beispielsweise die später beschriebenen Magnete M), die an einem äußeren Umfang des Rotors angeordnet sind; und ein Halteelement (beispielsweise das später beschriebene Halteelement 50), das die Magnete (M) von einer äußeren Umfangsseite der Magnete (M) in einer Radialrichtung durch Druck nach innen hält, wobei das Halteelement umfasst: einen Hauptabschnitt (beispielsweise den später beschriebenen Hauptabschnitt 51), der einen im Wesentlichen zylindrischen Körper bildet und hauptsächlich aus einem kreisförmig auf eine Umfangsfläche des Hauptabschnitts selbst aufgewickelten Faserbündel zusammengesetzt ist; und einen endseitig bearbeiteten Abschnitt (beispielsweise den später beschriebenen endseitig bearbeiteten Abschnitt 52), der an einem Ende des Hauptabschnitts vorgesehen ist, wobei der endseitig bearbeitete Abschnitt einen Bereich umfasst, der endseitig bearbeitet ist, um eine Ablösung des Faserbündels an zumindest entweder einem Anfangspunkt oder einem Endpunkt der Wicklung des Faserbündels zu verhindern, und wobei eine Länge des Hauptabschnitts in einer Axialrichtung länger als eine Länge des Statorkerns in der Axialrichtung ist und der endseitig bearbeitete Abschnitt so angeordnet ist, dass er in der Axialrichtung außerhalb eines Endes des Statorkerns angeordnet ist.
- (2) Das Halteelement gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann einen zweiten Aspekt annehmen, gemäß dem ein Außendurchmesser zumindest eines des endseitig bearbeiteten Abschnitts größer als ein Außendurchmesser des Hauptabschnitts ist.
- (3) Das Halteelement gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann einen dritten Aspekt annehmen, gemäß dem ein weiterer endseitig bearbeiteter Abschnitt, der dem einen des endseitig bearbeiteten Abschnitts zugeordnet ist, vorgesehen ist, wobei ein Außendurchmesser des weiteren endseitig bearbeiteten Abschnitts kleiner als ein Innendurchmesser des Statorkerns ist.
- (4) Ein vierter Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Rotor, der das Halteelement gemäß einem unter dem ersten bis dritten Aspekt umfasst.
- (5) Der Rotor gemäß dem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann einen fünften Aspekt annehmen, gemäß dem eine Länge des Halteelements in der Axialrichtung mit einer Länge der Magnete in der Axialrichtung übereinstimmt.
- (6) Der Rotor gemäß dem vierten oder fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung kann einen sechsten Aspekt annehmen, gemäß dem ein äußerer Umfang der Drehwelle koaxial umfasst: das Halteelement, das so konfiguriert ist, dass es eine Kohlenstofffaser umfasst; und eine sich verjüngende Manschette, die in Bezug auf das Halteelement in einer Radialrichtung weiter innen angeordnet ist, wobei die sich verjüngende Manschette eine sich verjüngende Oberfläche umfasst, deren innerer Umfang in der Axialrichtung abgeschrägt ist, wobei das Halteelement eine sich radial ausdehnende Kraft von der sich verjüngenden Oberfläche am äußeren Umfang der Drehwelle aufnimmt, das Halteelement über die Magnete und die sich verjüngende Manschette an der Drehwelle befestigt ist, wodurch eine Zugkraft auf das Halteelement einwirkt; und die Zugkraft eine elastische Druckkraft erzeugt, die wiederum die Magnete gegen den äußeren Umfang der sich verjüngenden Manschette drückt.
- (7) Ein siebter Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine drehende elektrische Maschine, bei der ein Ende des Statorkerns gemäß dem fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung einen Abschnitt bildet, der so konfiguriert ist, dass er eine Gegenmaßnahme darstellt, die verhindert, dass sich ein geschichteter Kern ablöst.
- (8) Ein achter Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine drehende elektrische Maschine, die den Rotor gemäß einem unter dem vierten bis sechsten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst, wobei der endseitig bearbeitete Abschnitt des Halteelements in der Axialrichtung außerhalb eines Endes des Statorkerns angeordnet ist.
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Durch die vorliegende Erfindung können ein Halteelement, ein Rotor, der das Halteelement umfasst, und eine drehende elektrische Maschine realisiert werden, die den Rotor umfasst, wobei nicht die Gefahr besteht, dass das Halteelement auf dem Stator schleift, während gleichzeitig eine ausreichende Zugkraft des Halteelements für den Magneten in dem Rotor der drehenden elektrischen Maschine aufrechterhalten wird.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist ein schematisches Konstruktionsdiagramm, das eine drehende elektrische Maschine gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
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2 ist ein schematisches Konstruktionsdiagramm, das eine alternative Ausführungsform der in 1 dargestellten drehenden elektrischen Maschine darstellt;
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3 ist ein Diagramm zur Darstellung eines Halteelements gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, das für die in den 1 und 2 dargestellte drehende elektrische Maschine verwendet wird;
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4 ist ein schematisches Konstruktionsdiagramm, das eine drehende elektrische Maschine gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
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5 ist ein Diagramm zur Darstellung eines Halteelements gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, das für die in 4 dargestellte drehende elektrische Maschine verwendet wird;
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6 ist ein Diagramm zur Darstellung eines Beispiels der endseitigen Bearbeitung eines Halteelements gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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7 ist ein Diagramm zur Darstellung eines weiteren Beispiels der endseitigen Bearbeitung des Halteelements gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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8A ist ein Diagramm zur Darstellung eines Beispiels der endseitigen Bearbeitung an einem Anfangspunkt der Wicklung eines Faserbündels des Halteelements gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei ein Aspekt des Beginns des Wickelns des Faserbündels dargestellt ist;
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8B ist ein Diagram zur Darstellung eines Beispiels der endseitigen Bearbeitung am Anfangspunkt der Wicklung des Faserbündels des Halteelements gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei ein Aspekt der Vorbereitung der endseitigen Bearbeitung dargestellt ist;
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8C ist ein Diagramm zur Darstellung eines Beispiels der endseitigen Bearbeitung am Anfangspunkt der Wicklung des Faserbündels des Halteelements gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei ein Aspekt der endseitigen Bearbeitung dargestellt ist;
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9A ist ein Diagramm zur Darstellung eines weiteren Beispiels der endseitigen Bearbeitung an einem Anfangspunkt der Wicklung eines Faserbündels des Halteelements gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei ein Aspekt des Beginns des Wickelns des Faserbündels dargestellt ist;
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9B ist ein Diagramm zur Darstellung des weiteren Beispiels der endseitigen Bearbeitung am Anfangspunkt der Wicklung des Faserbündels des Halteelements gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei ein Aspekt der Vorbereitung der endseitigen Bearbeitung dargestellt ist;
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9C ist ein Diagramm zur Darstellung des weiteren Beispiels der endseitigen Bearbeitung am Anfangspunkt der Wicklung des Faserbündels des Halteelements gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei ein Aspekt der endseitigen Bearbeitung dargestellt ist;
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10A ist ein Diagramm zur Darstellung eines Beispiels der endseitigen Bearbeitung an einem Endpunkt der Wicklung des Faserbündels des Halteelements gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei ein Aspekt der Beendigung des Wickelns des Faserbündels dargestellt ist;
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10B ist ein Diagramm zur Darstellung eines Beispiels der endseitigen Bearbeitung am Endpunkt der Wicklung des Faserbündels des Halteelements gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei ein Aspekt der Vorbereitung der endseitigen Bearbeitung dargestellt ist;
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10C ist ein Diagramm zur Darstellung eines Beispiels der endseitigen Bearbeitung am Endpunkt der Wicklung des Faserbündels des Halteelements gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei ein Aspekt der endseitigen Bearbeitung dargestellt ist;
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11 ist schematisches Konstruktionsdiagramm, das eine drehende elektrische Maschine gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
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12 ist ein schematisches Konstruktionsdiagramm, das eine typische drehende elektrische Maschine darstellt;
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13A ist ein Diagramm, das einen Aspekt während des Prozesses der Montage des Rotors der drehenden elektrischen Maschine darstellt;
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13B ist ein Diagramm, das einen Aspekt der abgeschlossenen Montage des Rotors an der drehenden elektrischen Maschine darstellt; und
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14 ist ein Diagramm, das einen Querschnitt des Rotors der drehenden elektrischen Maschine darstellt.
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GENAUE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Nachstehend wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben, gegebenenfalls im Vergleich zu einer typischen herkömmlichen drehenden elektrischen Maschine. 1 ist ein schematisches Konstruktionsdiagramm, das eine drehende elektrische Maschine gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. Eine drehende elektrische Maschine 100 umfasst einen Rotor 10 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und der Rotor 10 umfasst ein Halteelement 50 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Bei der in 1 dargestellten drehenden elektrischen Maschine 100 wird der Rotor 10 mittels einer Drehwelle 1 gehalten, deren beide Endseiten mittels (nicht dargestellten) Lagern gehalten werden. Ein Stator 20 ist so vorgesehen, dass er den Rotor 10 umgibt. Der Stator 20 umfasst einen durch Schichten beispielsweise dünner magnetischer Stahlbleche gebildeten Statorkern 21 und ist in ein Gehäuse 22 integriert. Eine Spule 23 ist auf den Statorkern 21 gewickelt. Ein Spulenende 23a der auf den Statorkern 21 gewickelten Spule 23 ist in der Perspektive gemäß 1 sichtbar.
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Die in 1 dargestellte drehende elektrische Maschine 100 ist ein oberflächenmontierter Dauermagnet-Synchronmotor, bei dem axial unterteilte Dauermagnete M mittels einer sich verjüngenden Manschette 12 und des Halteelements 50 an der Drehwelle 1 befestigt sind. Bei der drehenden elektrischen Maschine 100 wird nämlich die aus einem magnetischen metallischen Material gefertigte, zylindrische, sich verjüngende Manschette 12 zwischen die ringförmigen Dauermagnete M und die Drehwelle 1 pressgepasst; und die Dauermagnete M sind ferner von dem Halteelement 50 umgeben, das die Dauermagnete M von der Seite der äußeren Umfangsfläche durch Druck in der Radialrichtung nach innen hält; wodurch die Dauermagnete M fest am äußeren Umfang der Drehwelle 1 (direkt an der sich verjüngende Manschette 12) gehalten werden. Es wird darauf hingewiesen, dass ein ringförmiger Abstandhalter 40 mit den gleichen radialen Stärkenabmessungen wie die Dauermagnete M am Ende eines der Dauermagnete M (gemäß 1 dem rechten Magneten M) eingepasst ist. Der Abstandhalter 40 weist eine Form auf, die in der Axialrichtung der Form des Endes des Dauermagneten M ähnelt.
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Das Halteelement 50 umfasst: einen Hauptabschnitt 51, der einen im Wesentlichen zylindrischen Körper bildet und hauptsächlich aus einem (später beschriebenen) kreisförmig auf die Umfangsfläche des Halteelements 50 aufgewickelten Faserbündel und einem endseitig bearbeiteten Abschnitt 52 zusammengesetzt ist, der am Ende des Hauptabschnitts 51 vorgesehen ist und der einen endseitig bearbeiteten Bereich umfasst, um eine Ablösung des Faserbündels von zumindest entweder einem Anfangspunkt oder einem Endpunkt der Wicklung des Faserbündels zu verhindern.
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Wie in 1 dargestellt, weisen der Hauptabschnitt 51 und der endseitig bearbeitete Abschnitt 52 einen im Wesentlichen einheitlichen Innendurchmesser und daher einen stufenlosen inneren Umfang auf, der in der Axialrichtung durchgehend ist. Ein Außendurchmesser des endseitig bearbeiteten Abschnitts 52 ist jedoch größer als ein Außendurchmesser des Hauptabschnitts 51; daher weist ein Übergangsabschnitt vom äußeren Umfang des Hauptabschnitts 51 zum äußeren Umfang des endseitig bearbeiteten Abschnitts 52 eine Stufe auf, an der der Durchmesser größer ist. Der Grund hierfür wird später beschrieben.
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Die Länge des Hauptabschnitts 51 des Halteelements 50 in der Axialrichtung übersteigt die Länge des Statorkerns 21 in der Axialrichtung; und der endseitig bearbeitete Abschnitt 52 ist so angeordnet, dass er sich in der Axialrichtung außerhalb des Endes des Statorkerns 21 befindet.
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Wie unter Bezugnahme auf 1 leicht ersichtlich, stimmt die Länge eines Abschnitts, in dem die Dauermagnete angeordnet sind, d. h. die Gesamtlänge der axial unterteilten Dauermagnete M in der Axialrichtung, im Wesentlichen mit der Länge des Statorkerns 21 in der Axialrichtung überein. Ferner stimmt eine Länge eines Abschnitts, in dem die axial unterteilten Dauermagnete M und die Abstandhalter 40 in der Axialrichtung ausgerichtet sind, in der Axialrichtung im Wesentlichen mit der Länge des Halteelements 50 überein, das den endseitig bearbeiteten Abschnitt 52 umfasst. Wie in 1 dargestellt, ist der Abstandhalter 40 zwischen der inneren Umfangsseite des endseitig bearbeiteten Abschnitts 52 des Halteelements 50 und der äußeren Umfangsseite der sich verjüngenden Manschette 12 eingesetzt.
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Die sich verjüngende Manschette 12 umfasst eine sich verjüngende Oberfläche, deren innerer Umfang in der Axialrichtung abgeschrägt ist. Der Innendurchmesser der sich verjüngenden Manschette 12 nimmt nämlich gemäß der Perspektive nach 1 zur rechten Seite ab. Ferner ist auch eine weitere sich verjüngende Oberfläche, die sich in einer ähnlichen Ausrichtung verjüngt wie die sich verjüngende Manschette 12, an einem äußeren Umfang der Drehwelle 1 ausgebildet. Das Halteelement 50 nimmt eine sich radial ausdehnende Kraft von der sich verjüngenden Oberfläche am äußeren Umfang der Drehwelle 1 auf, und das Halteelement 50 ist über die Dauermagnete M und die sich verjüngende Manschette 12 an der Drehwelle 1 befestigt, wodurch eine Zugkraft auf das Halteelement 50 einwirkt. Die auf das Halteelement 50 einwirkende Zugkraft erzeugt eine elastische Druckkraft, die wiederum die Dauermagnete M gegen den äußeren Umfang der sich verjüngenden Manschette 12 drückt. Dadurch werden Dauermagnete M fest an ihrer Position gehalten.
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2 ist ein schematisches Konstruktionsdiagramm, das eine alternative Ausführungsform der in 1 dargestellten drehenden elektrischen Maschine darstellt. In 2 sind Elemente, die den vorstehend im Zusammenhang mit 1 beschriebenen entsprechen, jeweils durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet, und die Beschreibungen im Zusammenhang mit 1 gelten für die Beschreibungen der entsprechenden Elemente gemäß 2. Eine in 2 dargestellte drehende elektrische Maschine 100a ist ebenfalls ein oberflächenmontierter Dauermagnet-Synchronmotor. Die Unterschiede zwischen der in 2 dargestellten drehenden elektrischen Maschine 100a und der vorstehend im Zusammenhang mit 1 beschriebenen drehenden elektrischen Maschine 100 sind wie folgt. Bei der drehenden elektrischen Maschine 100 stimmt nämlich die Gesamtlänge der Dauermagnete M in der Axialrichtung (die vorstehend beschriebene Gesamtlänge) im Wesentlichen mit der Länge des Statorkerns 21 in der Axialrichtung überein, und der Abstandhalter 40 ist an der inneren Umfangsseite des endseitig bearbeiteten Abschnitts 52 des Halteelements 50 befestigt; wogegen bei der drehenden elektrischen Maschine 100a die Gesamtlänge der Dauermagnete M in der Axialrichtung die Länge des Statorkerns 21 in der Axialrichtung übersteigt und der Abstandhalter 40 nicht vorgesehen ist. Wie unter Bezugnahme auf 2 leicht ersichtlich, erstrecken sich beide Enden der Dauermagnete M in der Axialrichtung jeweils über eine im Wesentlichen übereinstimmende Länge von beiden Enden des Statorkerns 21 in der Axialrichtung. Wenn daher eine Verschiebung der Drehwelle 1 in der Axialrichtung bevorsteht, wird die Drehwelle 1 in die normale Position (ursprüngliche Position) zurück gezogen und mittels einer Anziehungskraft magnetischen Feldlinien der Dauermagnete M im Gleichgewicht gehalten. Daher behält die Drehwelle 1 die normale Position mit einem hohen Grad an Genauigkeit bei, ohne eine Last auf den (nicht dargestellten) Lagern zu verursachen. Die in 2 dargestellte drehende elektrische Maschine 100a ist ebenfalls mit der sich verjüngenden Manschette 12 versehen, wobei die vorstehend beschriebene, sich verjüngende Oberfläche am äußeren Umfang der Drehwelle 1 ausgebildet ist. Daher hält die elastische Druckkraft des Halteelements 50, wie vorstehend im Zusammenhang mit der drehenden elektrischen Maschine 100 gemäß 1 beschrieben, die Dauermagnete M fest an ihrer Position am äußeren Umfang der sich verjüngenden Manschette 12.
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Hier wird das in den 1 und 2 dargestellte Halteelement 50 unter Bezugnahme auf 3 weiter beschrieben. 3 ist ein Diagramm zur Darstellung des Halteelements gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, das für die in 1 und 2 dargestellte drehende elektrische Maschine verwendet wird. Genauer zeigt 3 einen Aspekt während des Prozesses der Erzeugung des Halteelements 50. Wie vorstehend unter Bezugnahme auf die 1 und 2 beschrieben, umfasst das Halteelement 50 den Hauptabschnitt 51, der einen im Wesentlichen zylindrischen Körper bildet und hauptsächlich aus einem (später beschriebenen) Faserbündel zusammengesetzt ist, das kreisförmig auf die Umfangsfläche des Halteelements 50 aufgewickelt ist. Das Halteelement 50 umfasst ferner den endseitig bearbeiteten Abschnitt 52, der am Ende des Hauptabschnitts 51 vorgesehen ist und einen endseitig bearbeiteten Bereich umfasst, um zu verhindern, dass sich das Faserbündel von zumindest einem unter dem Anfangspunkt und dem Endpunkt der Wicklung des Faserbündels löst.
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Es wird empfohlen, dass die als Material für das vorstehend erwähnte Halteelement 50 dienende Faser eine Kohlenstofffaser ist (wobei eine derartige Faser nachstehend einfach als Faser bezeichnet wird, was gegebenenfalls einschließt, dass die Faser das Faserbündel 510 ist). Das Halteelement 50 wird durch Aufwickeln eines derartigen Faserbündels 510 auf eine Ausformungsvorrichtung 500 mit einer in 3 dargestellten axialen Form gebildet. Gemäß einem Herstellungsverfahren wird die Materialfaser zunächst auf die Ausformungsvorrichtung 500 gewickelt. Die auf die Ausformungsvorrichtung 500 gewickelte Materialfaser wird durch tropfenweises Aufbringen oder dergleichen mit einem hoch osmotischen Harz imprägniert, und das Harz wird anschließend erwärmt und ausgehärtet. Das Harz ist in diesem Fall vorzugsweise ein elastisches Harz.
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Bei dem in 3 dargestellten Halteelement 50 sind der Anfangspunkt und der Endpunkt der Wicklung des Faserbündels auf der gleichen Seite angeordnet und miteinander verbunden und aneinander befestigt, wodurch sie endseitig bearbeitet werden. Die endseitige Bearbeitung soll verhindern, dass sich das Faserbündel von dem Ende löst, und für die endseitige Bearbeitung wird Epoxidharz als Klebstoff verwendet. Ferner wird bei dem in 3 dargestellten Halteelement 50 der endseitig bearbeitete Abschnitt 52 an einem Ende des Halteelements 50 in der Axialrichtung (auf der gemäß der Perspektive in 3 rechten Seite) erzeugt; und das Faserbündel 510 wird am anderen Ende des Halteelements 50 umgedreht, ohne dass die Wicklungsrichtung verändert wird. An dem endseitig bearbeiteten Abschnitt 52 überlappen der Anfangspunkt und der Endpunkt der Wicklung des Faserbündels 510 einander nämlich, um einen Abschnitt 521 zu erzeugen, an dem das Faserbündel mehrfach gewickelt ist. Daher bildet der Abschnitt 521 mit der Mehrfachwicklung des Faserbündels 510 den endseitig bearbeiteten Abschnitt 52, der eine Stufe aufweist, deren Außendurchmesser größer als der des Hauptabschnitts 51 ist.
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Nach dem vorstehend beschriebenen Erwärmen und Aushärten des Harzes wird das Halteelement 50 in der Axialrichtung von der Ausformungsvorrichtung 500 abgezogen und einzeln entnommen, um zu dem Halteelement 50 als fertiggestelltes Produkt zu werden. Anstelle der vorstehend beschriebenen Technik der Erwärmung und Aushärtung des in das Faserbündel getropften und imprägnierenden, hoch osmotischen Harzes kann das Halteelement 50 auch unter Verwendung einer Technik gebildet werden, bei der ein auf die Ausformungsvorrichtung 500 gewickeltes, vorab imprägniertes Band erwärmt und ausgehärtet wird.
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Da das Halteelement 50 wie vorstehend beschrieben gebildet wird, weisen der Hauptabschnitt 51 und der endseitig bearbeitete Abschnitt 52 einen im Wesentlichen einheitlichen Innendurchmesser auf und haben daher einen in der Axialrichtung durchgehenden, stufenlosen inneren Umfang. Da andererseits der endseitig bearbeitete Abschnitt 52 der Abschnitt mit der Mehrfachwicklung des Faserbündels 510 ist, ist der Außendurchmesser des endseitig bearbeiteten Abschnitts 52 größer als der Außendurchmesser des Hauptabschnitts 51; daher weist der Übergangsabschnitt vom äußeren Umfang des Hauptabschnitts 51 zum äußeren Umfang des endseitig bearbeiteten Abschnitts 52 eine Stufe auf, an der der Durchmesser zunimmt.
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Dadurch bildet der endseitig bearbeitete Abschnitt 52 des Halteelements 50 einen Bereich, dessen Außendurchmesser in der Axialrichtung der größte unter sämtlichen Außendurchmessern im gesamten Abschnitt des Halteelements 50 ist.
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Das wie vorstehend unter Bezugnahme auf 3 beschrieben gebildete Halteelement 50 wird an der drehenden elektrischen Maschine 100 (100a) montiert, wie in 1 und 2 dargestellt. In dem Stadium, in dem das Halteelement 50 montiert wird, wird eine Litze aus einem durchgehenden Faserbündel zumindest in dem Abschnitt von einem Ende zum anderen Ende des Rotors 10 in der Axialrichtung von einem Ende zum anderen Ende kreisförmig auf den äußeren Umfang des Rotors 10 aufgewickelt. Das Halteelement 50 wird nämlich durch zumindest einmaliges oder mehr als einmaliges wiederholtes Aufwickeln des Faserbündels gebildet und nimmt eine im Wesentlichen zylindrische Form an. Der Anfangspunkt und der Endpunkt der Wicklung des Faserbündels sind an einem Ende des Halteelements 50 in der Axialrichtung (auf der gemäß den 1, 2 und 3 rechten Seite) angeordnet, und die Endfasern werden zur endseitigen Bearbeitung miteinander verschweißt, um eine Ablösung der Fasern zu verhindern. Gemäß der in 3 dargestellten Technik wird das Halteelement 50 aus einem faserverstärkten Harz mit einer Harzmatrix gebildet, bei der keine eine Zugkraft auf die Faser aufgebracht wird, die allein das Halteelement 50 bildet. In den in 1, 2 und 3 dargestellten Fällen ist die Gesamtlänge des Halteelements 50 in der Axialrichtung länger als die Länge des Statorkerns 21 in der Axialrichtung. Daher kann die Endseite des Halteelements 50 in der Axialrichtung außerhalb des Endes des Statorkerns 21 angeordnet sein; und es besteht keine Schwierigkeit darin, dass der Außendurchmesser des Halteelements 50 auf der Endseite des Halteelements 50 größer gestaltet wird. Daher kann das Halteelement 50 so gefertigt werden, dass es ausreichend beständig gegen eine periphere Zugkraft ist.
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Als Nächstes wird unter Bezugnahme auf 4 eine drehende elektrische Maschine gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. 4 ist ein schematisches Konstruktionsdiagramm, das eine drehende elektrische Maschine gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. Eine in 4 dargestellte drehende elektrische Maschine 100c ist ebenfalls ein oberflächenmontierter Dauermagnet-Synchronmotor; und Elemente, die den vorstehend im Zusammenhang mit den 1 und 2 beschriebenen entsprechen, sind jeweils durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet; und die Beschreibungen der 1 und 2 gelten ebenso für die Beschreibungen der entsprechenden Elemente.
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Die Unterschiede zwischen der in 4 dargestellten drehenden elektrischen Maschine 100c und den vorstehend unter Bezugnahme auf 1 und 2 beschriebenen drehenden elektrischen Maschinen 100a und 100b sind wie folgt. Bei den drehenden elektrischen Maschinen 100a und 100b umfasst das Halteelement 50 des Rotors 10 nämlich den endseitig bearbeiteten Abschnitt 52 mit einem großen Außendurchmesser an einem Ende des Hauptabschnitts 51; wogegen das Halteelement 50 des Rotors 10 bei der in 4 dargestellten drehenden elektrischen Maschine 100c jeweils an beiden Enden des Hauptabschnitts 51 endseitig bearbeitete Abschnitte 52a und 52b mit einem großen Durchmesser umfasst.
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Das Halteelement 50 in der in 4 dargestellten drehenden elektrischen Maschine 100c wird unter Bezugnahme auf 5 beschrieben. 5 ist ein Diagramm zur Darstellung des Halteelements gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, das für die in 4 dargestellte drehende elektrische Maschine verwendet wird. In 5 sind Elemente, die den vorstehend im Zusammenhang mit 3 beschriebenen entsprechen, jeweils durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet; und die Beschreibungen zu 3 gelten auch für die Beschreibungen der entsprechenden Elemente gemäß 5. ähnlich wie 3 zeigt auch 5 einen Aspekt während des Prozesses der Erzeugung des Halteelements 50. Bei dem in 5 dargestellten Halteelement 50 ist ein Abschnitt 521, an dem das Faserbündel am Anfangspunkt mehrfach und sorgfältig gewickelt ist, zur Befestigung mittels eines Klebstoffs endseitig bearbeitet; und ähnlich ist ein Abschnitt 522, an dem das Faserbündel am Endpunkt der Wicklung des Faserbündels mehrfach und sorgfältig gewickelt ist, zur Befestigung mittels eines Klebstoffs endseitig bearbeitet.
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Bei dem in 5 dargestellten Halteelement 50 ist der Durchmesser der Abschnitte 521 und 522, an denen das Faserbündel mehrfach gewickelt ist, größer als der Durchmesser des Abschnitts, der den Hauptabschnitt 51 der Wicklung des Faserbündels 510 bildet. Dadurch sind bei dem in 5 dargestellten Halteelement 50 die endseitig bearbeiteten Abschnitte 52a und 52b mit einem großen Außendurchmesser an beiden Enden des Hauptabschnitts 51 in der Axialrichtung ausgebildet. Bei dem in den 4 und 5 dargestellten Halteelement 50 ist die Gesamtlänge des Halteelements 50 in der Axialrichtung ebenfalls länger als die Länge des Statorkerns 21 in der Axialrichtung. Bei der vorliegenden Ausführungsform sind insbesondere die beiden endseitig bearbeiteten Abschnitte 52a und 52b mit einem großen Durchmesser so montiert, dass sie in der Axialrichtung außerhalb des Statorkerns 21 angeordnet sind.
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Die endseitige Bearbeitung des Halteelements 50 wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen weiter beschrieben. 6 ist ein Diagramm zur Darstellung eines Beispiels der endseitigen Bearbeitung des Halteelements gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Halteelement 50 wird durch Aufwickeln des Faserbündels auf den äußeren Umfang der Ausformungsvorrichtung 500 mit einer axialen Form gebildet. Bei dem Halteelement 50 wird der Abschnitt 521, an dem das Faserbündel am Anfangspunkt der Wicklung des Faserbündels mehrfach und sorgfältig gewickelt ist, zur Befestigung mittels eines Klebstoffs endseitig bearbeitet. Durch eine derartige endseitige Bearbeitung wird der endseitig bearbeitete Abschnitt 52a mit einem großen Außendurchmesser gebildet. Ähnlich wird auch der Abschnitt 522, an dem das Faserbündel am Endpunkt der Wicklung des Faserbündels mehrfach und sorgfältig gewickelt ist, zur Befestigung mittels eines Klebstoffs endseitig bearbeitet. Durch eine derartige endseitige Bearbeitung wird der endseitig bearbeitete Abschnitt 52b mit einem großen Außendurchmesser gebildet. Für die vorstehend beschriebene endseitige Bearbeitung wird beispielsweise ein Klebstoff wie Epoxidharz verwendet.
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Ein Abschnitt von einem Ende zum anderen Ende des Halteelements 50 in der Axialrichtung in dem Rotor 10 wird nachstehend als ein quer verlaufender bezeichnet und ist in 6 durch Lt bezeichnet. Zumindest in einem Querabschnitt Lt wird eine Litze aus einem durchgehenden Faserbündel kreisförmig auf den äußeren Umfang gewickelt, um das Halteelement 50 zu bilden. Die Wicklung des durchgehenden Faserbündels 510 wird in der Axialrichtung mehrfach hin und her geführt, wobei in der Axialrichtung vorwärts gewickelt wird, an einem Ende umgekehrt und erneut in der Gegenrichtung gewickelt wird, wobei die Wicklungsrichtung beibehalten wird. An dem einen Querabschnitt Lt des Halteelements 50 wird nämlich eine Litze aus dem durchgehenden Faserbündel von einem Ende zum anderen Ende kreisförmig um den äußeren Umfang des Rotors 10 gewickelt, wodurch ein im Wesentlichen zylindrischer Körper gebildet wird, der der Hauptabschnitt des Halteelements 50 ist. Die endseitig bearbeiteten Abschnitte 52a und 52b umfassen die endseitig bearbeiteten Bereiche zum Verhindern einer Ablösung oder Verwicklung des Faserbündels und sind am Anfangspunkt und am Endpunkt der Wicklung des Faserbündels ausgebildet.
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Ferner ist das Faserbündel am Anfangspunkt und am Endpunkt der Wicklung des Faserbündels, d. h. an den endseitig bearbeiteten Abschnitten 52a und 52b, mehrfach und überlappend gewickelt, wie vorstehend beschrieben. An dem endseitig bearbeiteten Abschnitt 52a, der der Anfangspunkt der Wicklung des Faserbündels ist, wird mit dem Wickeln des Faserbündels von der inneren Umfangsseite begonnen; das Ende des aufgewickelten Faserbündels wird zur äußeren Umfangsseite hinaus gezogen; das Faserbündel wird am gleichen Umfang mit mindestens einer Windung darauf gewickelt; und ein Klebstoff wie Epoxidharz wird an einem Abschnitt aufgebracht und ausgehärtet, an dem sich das Faserbündel überlappt, wodurch die Fixierung, d. h. die endseitige Bearbeitung, des Anfangspunkts der Wicklung abgeschlossen wird. Auch an dem endseitig bearbeiteten Abschnitt 52b, der der Endpunkt der Wicklung des Faserbündels ist, wird das Faserbündel auf eine ähnliche wie die vorstehend beschriebene Weise aufgewickelt, und ein Klebstoff wie Epoxidharz wird an einem Abschnitt aufgebracht und ausgehärtet, an dem sich das Faserbündel überlappt, wodurch die Fixierung, d. h. die endseitige Bearbeitung, des Endpunkts der Wicklung abgeschlossenen wird. Die endseitig bearbeiteten Abschnitte 52a und 52b, die die Enden des Halteelements 50 sind, werden durch Aushärten des Epoxidharzes, etc. fest gehärtet; der Querabschnitt Lt wird jedoch wünschenswerter Weise mit einem hoch elastischen Harz imprägniert.
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Wie vorstehend beschriebenen, ist das Halteelement 50 so ausgebildet, dass die Gesamtlänge des Halteelements 50 in der Axialrichtung länger als die Länge des Statorkerns 21 in der Axialrichtung ist. Wenn die drehende elektrische Maschine 100c montiert wird, erstrecken sich dadurch beide endseitig bearbeiteten Abschnitte 52a und 52b vom Statorkern 21 in der Axialrichtung nach außen. Daher schleifen die endseitig bearbeiteten Abschnitte 52a und 52b selbst dann nicht am Statorkern 21, wenn der Außendurchmesser der endseitig bearbeiteten Abschnitte 52a und 52b groß ist. Daher ist es durch sorgfältiges Wickeln und Überlagen einer größeren Menge einer Faser unter Verwendung einer ausreichenden Menge Klebstoff möglich, die endseitig bearbeitet Abschnitte 52a und 52b endseitig so zu bearbeiten, dass eine Lockerung oder Ablösung oder Verwicklung der Faser verhindert werden kann. Bei herkömmlichen drehenden elektrischen Maschinen würden die endseitig bearbeiteten Abschnitte generell am inneren Umfang des Statorkerns 21 schleifen, da die endseitige Bearbeitung an den endseitig bearbeiteten Abschnitten 52a und 52b ihren Außendurchmesser vergrößern würde, wodurch wiederum die Faser reißen könnte; durch die vorliegende Erfindung kann jedoch ein derartiger Mangel vermieden werden.
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7 ist ein Diagramm zur Darstellung eines weiteren Beispiels der endseitigen Bearbeitung des Halteelements gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Ähnlich wie bei dem vorstehend beschriebenen Beispiel wird zuerst das Faserbündel in der Axialrichtung vorwärts von einem Ende zum anderen Ende auf den äußeren Umfang der Ausformungsvorrichtung 500 gewickelt, und nach Beendigung des Wickelns der Faser auf den einen Querabschnitt Lt wird das Faserbündel in der Axialrichtung rückwärts gewickelt, wobei die Wicklungsrichtung beibehalten wird. Auf diese Weise wird das Faserbündel mehrfach wiederholt in der Axialrichtung vorwärts und rückwärts gewickelt, wodurch der radial starke Hauptabschnitt 51 des Halteelements 50 im Querabschnitt Lt gebildet wird.
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Bei der vorliegenden Ausführungsform sind der Anfangspunkt und der Endpunkt der Wicklung des Faserbündels auf der gleichen Seite (gemäß der Perspektive nach 7 der linken Seite) angeordnet, auf der der Abschnitt 522, an dem das Faserbündel mehrfach gewickelt ist, ausgebildet so ist, dass er sich nicht lockert. Der Abschnitt 522, an dem das Faserbündel mehrfach gewickelt ist, umfasst einen Abschnitt La, an dem der Anfangspunkt und der Endpunkt der Wicklung einander überlappen; und am Abschnitt La wird Epoxidharz aufgebracht, verklebt und ausgehärtet, wodurch die Fixierung, d. h. die endseitige Bearbeitung, am Ende der Wicklung abgeschlossen wird. Der Außendurchmesser des endseitig bearbeiteten Abschnitts 52b, der endseitig bearbeitet wird, ist größer als der Außendurchmesser des Hauptabschnitts 51 des Halteelements 50. Daher wird der endseitig bearbeitete Abschnitt 52b schließlich so montiert, dass er in der Axialrichtung außerhalb des Statorkerns 21 der drehenden elektrischen Maschine 100a oder 100b angeordnet ist. Der Anfangspunkt der Wicklung des Faserbündels liegt am weitesten innen, wenn das Faserbündel gewickelt und überlagert wird; daher wird vor Beginn des Wickelns des Faserbündels der Anfangspunkt vorab aus dem Abschnitt gezogen, der der Abschnitt 522 wird, an dem das Faserbündel mehrfach gewickelt ist. Dieser Abschnitt, der vorab herausgezogen wird, wie vorstehend beschrieben, wird entlang der Kantenfläche des Abschnitts, auf den das Faserbündel sukzessive gewickelt wird, zur äußeren Umfangsseite gezogen.
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Die 8A, 8B und 8C sind Diagramme zur Darstellung eines Beispiels der endseitigen Bearbeitung am Anfangspunkt der Wicklung des Faserbündels des Halteelements gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In den Zeichnungen bezeichnet P1 ein Faserbündel für die Seite des Anfangspunkts, und P2 bezeichnet ein auf der Seite des Endpunkts zu wickelndes Faserbündel. 8A zeigt einen Aspekt des Beginns des Wickelns des Faserbündels; 8B zeigt einen Aspekt der Vorbereitung der endseitigen Bearbeitung am Anfangspunkt der Wicklung des Faserbündels; und 8C zeigt einen Aspekt der Ausführung der endseitigen Bearbeitung am Anfangspunkt der Wicklung des Faserbündels. Wie in 8A dargestellt, wird vorab vor Beginn des Wickelns eine zusätzliche Länge des Anfangspunkts des Faserbündels herausgezogen, wenn unter Verwendung der Ausformungsvorrichtung 500 mit dem Wickeln des Faserbündels begonnen wird, um zu verhindern, dass der Anfangspunkt des Faserbündels durch wiederholtes Wickeln des Faserbündels in der untersten Schicht begraben wird. Wie in 8B dargestellt, wird das Ende des Faserbündels, von dem vorab eine zusätzliche Länge herausgezogen wurde, wie vorstehend beschriebenen, entlang der Grenze der Wicklung umgedreht und auf entlang des Endes der Wicklung den äußeren Umfang gewickelt. Wie in 8C dargestellt, wird das wie vorstehend beschriebenen auf den äußeren Umfang gewickelte Faserbündel mehrfach auf den gleichen Umfang gewickelt und überlagert; und gleichzeitig werden das Faserbündel in einer unteren Schicht und das Faserbündel in einer oberen Schicht miteinander beispielsweise mittels Epoxidharz verbunden und fixiert. Dadurch wird der Abschnitt mit der Mehrfachwicklung des Faserbündels am Anfangspunkt des Halteelements 50 ein endseitig bearbeiteter Abschnitt, der fest ist. Ferner weist der endseitig bearbeitete Abschnitt einen großen Außendurchmesser auf, wie vorstehend beschriebenen. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird der endseitig bearbeitete Abschnitt mit einem großen Durchmesser so montiert, dass er in der Axialrichtung außerhalb des Statorkerns 21 angeordnet ist.
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Die 9A, 9B und 9C sind Diagramme zur Darstellung eines weiteren Beispiels der endseitigen Bearbeitung am Anfangspunkt der Wicklung des Faserbündels des Halteelements gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In den Zeichnungen bezeichnet P1 ein Faserbündel auf der Seite des Anfangspunkts, und P2 bezeichnet ein auf die Seite des Endpunkts zu wickelndes Faserbündel. 9A zeigt einen Aspekt des Beginns der Wicklung des Faserbündels; 9B zeigt einen Aspekt der Vorbereitung der endseitigen Bearbeitung am Anfangspunkt der Wicklung des Faserbündels; und 9C zeigt einen Aspekt der Durchführung der endseitigen Bearbeitung am Anfangspunkt der Wicklung des Faserbündels. Wie in 9A dargestellt, wird eine zusätzliche Länge des Anfangspunkts des Faserbündels vorab vor Beginn des Wickelns herausgezogen, wenn unter Verwendung der Ausformungsvorrichtung 500 mit der Wicklung des Faserbündels begonnen wird, um zu verhindern, dass der Anfangspunkt des Faserbündels durch wiederholtes Wickeln des Faserbündels in der untersten Schicht begraben wird. Wie in 9B dargestellt, wird das Ende des Faserbündels, von dem, wie vorstehend beschriebenen, eine zusätzliche Länge vorab herausgezogen wurde, entlang der Grenze der Wicklung umgedreht und entlang des Endes der Wicklung um den äußeren Umfang gewickelt. Wie in 9C dargestellt, wird ein erster Umlauf des Faserbündels um den äußeren Umfang gewickelt, wie vorstehend beschrieben, dann unter dem Faserbündel am Ende des ersten Umlaufs hindurchgeführt, entlang der Grenze eines zweiten Umlaufs des Faserbündels umgedreht und über den vorherigen Umlauf des Faserbündels gelegt. Der gesamte Bereich, der das darunter hindurchgeführte Faserbündel und das am Endpunkt darüber gelegte Faserbündel umfasst, wird mittels eines Harzes wie Epoxidharz verklebt und fixiert. Eine derartige verklebte Fixierung kann mehrfach wiederholt werden. Das für die verklebte Fixierung verwendete Harz kann aufgebracht werden, wenn das Faserbündel unten hindurchgeführt oder darüber geschichtet wird oder um das Faserbündel nach dem Aufeinanderschichten von oben zu imprägnieren. Dadurch wird der Abschnitt mit der Mehrfachwicklung des Faserbündels am Anfangspunkt des Halteelements 50 ein endseitig bearbeiteter Abschnitt, der extrem fest ist. Ferner weist der endseitig bearbeitete Abschnitt einen großen Außendurchmesser auf, wie vorstehend beschriebenen. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird der endseitig bearbeitete Abschnitt mit einem großen Durchmesser so montiert, dass er in der Axialrichtung außerhalb des Statorkerns 21 angeordnet ist.
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Die 10A, 10B und 10C sind Diagramme zur Darstellung eines Beispiels der endseitigen Bearbeitung am Endpunkt der Wicklung des Faserbündels des Halteelements gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In den Zeichnungen bezeichnet P3 ein Faserbündel auf der Seite des Endpunkts. 10A zeigt einen Aspekt der Beendigung des Wickelns des Faserbündels am Endpunkt; 10B zeigt einen Aspekt der Vorbereitung der endseitigen Bearbeitung am Endpunkt der Wicklung des Faserbündels; und 10C zeigt einen Aspekt der Durchführung der endseitigen Bearbeitung am Endpunkt der Wicklung des Faserbündels. Wie in 10A dargestellt, bleibt eine zusätzliche Länge des Endpunkts des Faserbündels unaufgewickelt, wenn das Wickeln des Faserbündels unter Verwendung der Ausformungsvorrichtung 500 beendet wird. Wie in 10B dargestellt, wird das Faserbündel, von dem eine zusätzliche Länge vorab herausgezogen wurde, wie vorstehend beschriebenen, entlang der Grenze der Wicklung umgedreht, wobei ein Harz wie Epoxidharz auf das Ende aufgebracht wird; und das Faserbündel wird unter dem vorherigen Umlauf des Faserbündels hindurchgeführt, entlang der Grenze eines weiteren Umlaufs des Faserbündels umgedreht und auf den vorherigen Umlauf des Faserbündels, geschichtet. Der gesamte Bereich, der das unten hindurchgeführte Faserbündel und das darauf geschichtete Faserbündel am Endpunkt umfasst, wird mittels eines Harzes wie Epoxidharz verklebt und fixiert. Eine derartige geklebte Fixierung kann mehrfach wiederholt werden. Das für die verklebte Fixierung verwendete Harz kann aufgebracht werden, wenn das Faserbündel unten hindurchgeführt oder darauf geschichtet wird oder um das Faserbündel nach dem Aufeinanderschichten von oben zu imprägnieren. Wie in 10C dargestellt, wird der gesamte Bereich, der das am Endpunkt überlagerte Faserbündel umfasst, mittels eines Harzes wie Epoxidharz verklebt und befestigt. Eine derartige verklebte Fixierung kann mehrfach wiederholt werden. Dadurch wird der Abschnitt 522 am Endpunkt des Halteelements 50, an dem das Faserbündel mehrfach gewickelt ist, ein endseitig bearbeiteter Abschnitt, der extrem fest ist. Ferner weist der endseitig bearbeitete Abschnitt einen großen Außendurchmesser auf, wie vorstehend beschriebenen. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird der endseitig bearbeitete Abschnitt mit einem großen Durchmesser so montiert, dass er in der Axialrichtung außerhalb des Statorkerns 21 angeordnet ist.
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11 ist schematisches Konstruktionsdiagramm, das eine drehende elektrische Maschine gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. Eine in 11 dargestellte drehende elektrische Maschine 100d ist ebenfalls ein oberflächenmontierter Dauermagnet-Synchronmotor; Elemente, die den vorstehend im Zusammenhang mit den in 1 bis 3 beschrieben entsprechen, sind jeweils durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet; und die Beschreibungen im Zusammenhang mit den 1 bis 3 gelten auch für die Beschreibungen der entsprechenden Elemente.
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Unterschiede zwischen der in 11 dargestellten drehenden elektrischen Maschine 100d und den vorstehend unter Bezugnahme auf 1 bis 3 beschriebenen drehenden elektrischen Maschinen 100a bis 100c sind wie folgt. Bei den drehenden elektrischen Maschinen 100a bis 100c wird nämlich keine Form speziell für den Stator 20 angewendet, der den Statorkern 21 und die Spule 23 umfasst; wogegen bei der in 11 dargestellten drehenden elektrischen Maschine 100d eine Harzform 60 für den Stator 20 verwendet wird, der den Statorkern 21 und die Spule 23 umfasst. Allgemein kann sich die Schichtung des Statorkerns 21 abschälen, wenn die Länge des Magneten M des Rotors 10 in der Axialrichtung länger als die Länge des Statorkerns 21 ist. Ein derartiges Abschälen kann an den Zahnabschnitten des Statorkerns 21 erheblich sein. Bei der in 11 dargestellten drehenden elektrischen Maschine 100d wird eine Harzform 60 für einen Abschnitt verwendet, der den Statorkern 21 umfasst, wodurch die Gefahr eines derartigen Abschälens überwunden wird. Es wird nämlich eine Gegenmaßnahme ergriffen, die verhindert, dass sich ein geschichteter Kern in dem Abschnitt ablöst, für den die Harzform 60 verwendet wird.
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Als Nächstes wird die Funktionsweise der vorstehend beschriebenen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Vergleich zu einer typischen Technologie besprochen. 12 ist ein schematisches Konstruktionsdiagramm, das eine typische drehende elektrische Maschine darstellt. Eine hier dargestellte drehende elektrische Maschine 150 umfasst einen Rotor 10 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und der Rotor 10 umfasst ein typisches Halteelement 50. Bei der in 12 dargestellten drehenden elektrischen Maschine 150 wird der Rotor 10 mittels einer Drehwelle 1 gehalten, deren beide Endseiten von (nicht dargestellten) Lagern gehalten werden. Ein Stator 20 ist so vorgesehen, dass er den Rotor 10 umgibt. Der Stator 20 umfasst einen durch Aufeinanderschichten von beispielsweise dünnen magnetischen Stahlblechen gebildeten Statorkern 21 und ist in ein Gehäuse 22 integriert. Eine Spule 23 ist auf den Statorkern 21 gewickelt. Ein Spulenende 23a der auf den Statorkern 21 gewickelten Spule 23 ist in der Perspektive gemäß 12 sichtbar. Die in 12 dargestellte drehende elektrische Maschine 150 ist ein oberflächenmontierter Dauermagnet-Synchronmotor, bei dem ein Dauermagnet M mittels einer sich verjüngenden Manschette 12 und des Halteelements 50 an der Drehwelle 1 befestigt ist. Bei der drehenden elektrischen Maschine 150 wird nämlich die aus einem magnetischen metallischen Material gefertigte, zylindrische, sich verjüngende Manschette 12 zwischen den ringförmigen Dauermagnet M und die Drehwelle 1 pressgepasst; und der Dauermagnet M ist ferner von dem Halteelement 50 umgeben, das den Dauermagneten M von der Seite der äußeren Umfangsfläche in der Radialrichtung durch Druck nach innen hält, wodurch der Dauermagnet M fest am äußeren Umfang der Drehwelle 1 gehalten wird. Das Halteelement 50 bildet einen im Wesentlichen zylindrischen Körper.
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Wie in 12 dargestellt, entspricht die Länge des Halteelements 50 in der Axialrichtung der Länge des Statorkerns 21 in der Axialrichtung. Wenn der Außendurchmesser der Enden des Halteelements 50 so groß wie bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist, kann daher das Halteelement 50 am inneren Umfang des Statorkerns 21 schleifen; und wenn sein Außendurchmesser übermäßig groß ist, kann selbst eine normale Montage nicht ausgeführt werden. Daher ist es schwierig, die Enden des Halteelements 50 endseitig ausreichend so zu verarbeiten, dass das Faserbündel, das das Halteelement 50 bildet, sich nicht löst oder verfängt.
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Bei den vorstehend unter Bezugnahme auf die 1 bis 11 beschriebenen Ausführungsformen sind dagegen die Endseiten des Halteelements 50 in der Axialrichtung außerhalb der Enden des Statorkerns 21 angeordnet; und es besteht keine Schwierigkeit darin, den Außendurchmesser des Halteelements 50 an den Endseiten des Halteelements 50 größer zu gestalten. Daher kann das Halteelement 50 so gefertigt werden, dass es gegenüber einer peripheren Zugkraft ausreichend beständig ist. Daher ist es möglich, ein Halteelement, einen Rotor, der das Halteelement umfasst, und eine drehende elektrische Maschine zu realisieren, die den Rotor umfasst, wobei nicht die Gefahr besteht, dass das Halteelement am Stator schleift, während eine ausreichende Zugkraft des Halteelements des Magneten in dem Rotor der drehenden elektrischen Maschine aufrecht erhalten wird.
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Die 13A und 13B sind Diagramme zur Darstellung eines Mechanismus zum Aufbringen von Zug auf das Halteelement in dem Rotor der drehenden elektrischen Maschine. Ferner ist 14 ein Diagramm zur Darstellung eines Querschnitts des Rotors der drehenden elektrischen Maschine. 13A zeigt einen Aspekt während des Prozesses der Montage des Rotors; und 13B zeigt einen Aspekt nach Abschluss der Montage des Rotors. Die Oberfläche der Manschette 12 und die ihr entsprechende Oberfläche des äußeren Umfangs der Drehwelle 1 verjüngen sich. 13A zeigt das Stadium vor der Presspassung, bei der zunächst ein Abschnitt 1a der Drehwelle 1 mit einem relativ kleinen Durchmesser, der in 13A auf der rechten Seite dargestellt ist, in eine Baugruppe eingeführt wird, bei der Magnete M am äußeren Umfang der Manschette 12 angeordnet sind und der äußere Umfang der Magnete M ferner von dem Halteelement 50 umgeben ist. In dem vorstehend erwähnten Stadium verschiebt sich die Montage allmählich in die Abschnitte 1b bis 1c, an denen der Durchmesser der Drehwelle 1 allmählich zunimmt. Auf diese Weise nimmt der Durchmesser der Manschette 12 zu, und die Magnete M werden in der Radialrichtung nach außen verschoben; wodurch der Durchmesser des Halteelements 50 zunimmt, wie in 14 dargestellt. Es wird darauf hingewiesen, dass ein Abschnitt 1d ein sich nicht verjüngender Abschnitt ist, der nicht von der Manschette 12 bedeckt ist. Aufgrund der Erhöhung des Durchmessers des Halteelements 50 wird in dem Halteelement 50 eine radiale Zugkraft erzeugt, und die Magnete M werden aufgrund einer elastischen Rückstellkraft, die dieser Zugkraft entspricht, durch Druck in der Radialrichtung innen gehalten. Das Halteelement 50 drückt nämlich die Magnete M fest gegen den äußeren Umfang der Manschette 12. Die Magnete M, auf die, wie vorstehend beschriebenen, Druck ausgeübt wird, werden an ihrer Position gehalten.
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Sollen die Drehzahl der drehenden elektrischen Maschine oder das Drehmoment weiter erhöht werden, muss die auf das Halteelement 50 aufzubringende Druckhaltekraft erhöht werden, wenn ein Magnet mit relativ großen Stärkeabmessungen (d. h. ein relativ schwerer Magnet) verwendet werden soll, da die in dem Magneten erzeugte Zentrifugalkraft erhöht wird. In derartigen Fällen kann die Verbindungsstelle zwischen der Manschette 12 und der Drehwelle 1 geeignet verstärkt werden, der Durchmesser des Halteelements 50 kann weiter erhöht werden, und die Zugkraft kann erhöht werden, wodurch die Druckhaltekraft erhöht werden kann.
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Die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wurden vorstehend unter Bezugnahme auf die 1 bis 11 im Vergleich zu der in 12 dargestellten typischen Technologie beschrieben. Genauer können die Betriebs-/Arbeitsergebnisse des Halteelements gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wie folgt zusammengefasst werden. Der endseitig bearbeitete Abschnitt, der der Anfangspunkt und der Endpunkt der Wicklung des Faserbündels ist, das das Halteelement bildet, ist außerhalb des Statorkerns angeordnet, und daher besteht nicht die Gefahr, dass der endseitig bearbeiteten Abschnitt am inneren Umfang des Statorkerns schleift. Daher kann das Faserbündel ohne Einschränkungen hinsichtlich der Obergrenze der Stärke auf eine sorgfältigere Weise mehrfach gewickelt und aufeinander geschichtet werden. Dadurch werden die Ergebnisse einer noch festeren Fixierung der Enden und einer weiteren Verringerung der Gefahr einer Lockerung der Faser erzielt. Überdies kann die Menge des zur Fixierung der Enden verwendeten Harzes ohne Einschränkung hinsichtlich der Obergrenze der Stärke der Beschichtung ausreichend erhöht werden, wodurch wiederum die Ergebnisse einer festen Fixierung der Enden und einer weiteren Verringerung der Gefahr einer Lockerung Faser erzielt werden. Die vorstehenden Faktoren erzielen die Wirkung, dass das Halteelement sich bei der Drehung nicht abschält oder lockert und dass die langfristige Zuverlässigkeit und Festigkeit erhöht werden können. Des Weiteren kann die Haltekraft beim Halten des Rotors durch Druck auf die Mitte der Achse in der Radialrichtung erhöht werden, wodurch wiederum die Wirkung erzielt wird, dass die maximale Drehzahl der Drehung des Rotors erhöht werden kann, ohne dass die Zuverlässigkeit des Rotors beeinträchtigt wird. Dadurch wird dementsprechend die Wirkung erzielt, dass die Leistung der drehenden elektrischen Maschine erhöht werden kann. Überdies kann ein stärkerer Magnet verwendet werden, was wiederum den erheblichen Vorteil mit sich bringt, dass das Drehmoment erhöht und die Leistung des Elektromotors verbessert werden können.
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Es wird darauf hingewiesen, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt ist und mittels Abwandlungen und Veränderungen auf unterschiedliche Weise implementiert werden kann und dass Abwandlungen und Veränderungen innerhalb eines Rahmens, innerhalb dessen die Aufgabe der Erfindung gelöst werden kann, in die vorliegende Erfindung aufgenommen sind.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Drehwelle
- 10
- Rotor
- 12
- sich verjüngende Manschette
- 20
- Stator
- 50
- Halteelement
- 51
- Hauptabschnitt
- 52
- endseitig bearbeiteter Abschnitt
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2014-212680 [0002]
- JP 2002-315241 [0002]
