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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Elektromotor, der in Anwendungen wie etwa elektrisch unterstützten Turboladern verwendet wird, die in einem hohen Drehzahlbereich betrieben werden. Ein Elektromotor gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 ist beispielweise in der Patentschrift 1 beschrieben.
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Stand der Technik
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Synchrone drehende Maschinen mit Permanentmagneten, bei denen Magnete, die als Magnetfeldmittel fungieren, an einem Rotor angebracht sind, sind herkömmlicher Weise bekannt. Allerdings treten bei Elektromotoren, die in „elektrisch unterstützten Turboladern“ verwendet werden, bei denen der Elektromotor zwischen einer Turbine und einem Kompressor eines Automobilturboladers angeordnet ist, da eine 100.000 Umdrehungen pro Minute übersteigende Drehzahl erforderlich ist, Probleme mit einer Magnethalterungsfestigkeit auf, wenn herkömmliche Permanentmagnet-Elektromotoren in diesen Elektromotoren verwendet werden.
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In Anbetracht dieser Umstände wurden herkömmliche drehende Magnetinduktionsmaschinen vorgeschlagen, bei den Magnete, die als Magnetfeldmittel fungieren, an einem Stator angeordnet sind und ein Rotor so ausgelegt ist, dass zwei Rotorkerne, denen eine zahnradförmige magnetische Ausprägung verliehen ist, axial so aufgereiht angeordnet sind, dass sie umfänglich um eine Teilung eines halben Pols versetzt sind (siehe zum Beispiel Patentschrift 1). Weil diese Rotoren nur aus Eisenteilen bestehen, die eine einfache Form haben, wird eine hohe Widerstandsfestigkeit gegen Zentrifugalkräfte erreicht. Deshalb werden herkömmliche drehende Magnetinduktionsmaschinen in Anwendungen eingesetzt, die eine hohe Drehzahl erforderlich machen, wie etwa elektrisch unterstützte Turbolader, etc.
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Weil in herkömmlichen drehenden Magnetinduktionsmaschinen zwei Rotorkerne in einer axialen Richtung aufgereiht angeordnet sind, sind im Gegensatz zu herkömmlichen synchronen drehenden Maschinen mit Permanentmagneten die zweifachen axialen Abmessungen erforderlich. Somit ist es wahrscheinlicher, dass, wenn eine Drehwelle des Rotors von Lagern gelagert ist, die an zwei axialen Enden des Rotors angeordnet sind, eine „axiale Resonanz“ auftritt, bei der die Drehwelle ein Resonanzsystem bildet und sich durchbiegt und schwingt. Je länger der Abstand zwischen den Lagern und je schneller die Drehzahl des Rotors ist, desto wahrscheinlicher ist es, dass diese axiale Resonanz auftritt, und in den schlimmsten Fällen wird der Rotor den Stator berühren.
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Den Abstand zwischen den Lagern zur Erhöhung der Drehzahl einzuschränken, bei der axiale Resonanz auftritt, ist als Gegenmaßnahme wirksam, um einen Kontakt zwischen dem Rotor und dem Stator während hoher Drehzahl zu vermeiden. Aufgrund von Zwangsbedingungen einer Widerstandsfestigkeit gegen Zentrifugalkräfte wird der Rotordurchmesser verkleinert, zusammen damit der Statordurchmesser verkleinert, und ein Abstand der Spulenenden der Statorspule von der Mittelachse der Drehwelle wird kürzer. Andererseits ist ein Vergrößern des Durchmessers der Lager vom Gesichtspunkt her, Steifigkeit sicherzustellen und einen Ölkühlungsdurchflusskanal sicherzustellen, etc., wünschenswert. In der Folge treten, falls die Lager radial innerhalb der Spulenenden der Statorspule angeordnet werden, Probleme einer räumlichen Behinderung zwischen den Lagern und den Spulenenden der Statorspule auf.
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Somit ist ein größtmögliches Verkürzen der axialen Länge der Spulenenden der Statorspule wirksam, um eine räumliche Behinderung zwischen den Lagern und den Spulenenden der Statorspule zu vermeiden und einen Abstand zwischen den Lagern zu verkleinern. Bei herkömmlichen drehenden Magnetinduktionsmaschinen werden Statorspulen mit konzentrierter Wicklung verwendet, um die axiale Länge der Spulenenden der Statorspule zu verkürzen. Weil jedoch Statorspulen mit konzentrierter Wicklung aus mehreren Spulen mit konzentrierter Wicklung bestehen, die jeweils durch Aufwickeln eines Leiterdrahts auf einen einzelnen Zahn, ohne Nuten zu überspannen, hergestellt werden, treten insofern Probleme auf, als es schwierig ist, die Spulen mit konzentrierter Wicklung an einem Statorkern zu montieren, bei dem Zähne jeweils von einer Innenumfangsfläche eines ringförmigen Kernrückens radial nach innen vorstehend so angeordnet sind, dass sie umfänglich voneinander beabstandet sind.
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Um die Montierbarkeit von Spulen mit konzentrierter Wicklung zu steigern, wurden herkömmliche Statorkerne vorgeschlagen, die aus mehreren Kernblöcken bestehen, die einen bogenförmigen Kernrückenabschnitt und einen Zahn aufweisen, der von einer Innenumfangsfläche des Kernrückenabschnitts radial nach innen vorsteht (siehe zum Beispiel Patentschrift 2 oder 3) Weil in dieser Auslegung der Statorkern durch Anordnen der Kernblöcke, an deren Zähnen die Spulen mit konzentrierter Wicklung montiert sind, in einer Ringform aufgebaut werden kann, indem Umfangsseitenflächen der Kernrückenabschnitte aneinander in Anlage gebracht werden, ist das Montieren der Spulen mit konzentrierter Wicklung an den Statorkern erleichtert.
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Anführungsliste
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Patentliteratur
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- Patentschrift 1: JP H08- 214 519 A
- Patentschrift 2: JP 2001- 103 717 A
- Patentschrift 3: JP 2007- 104 830 A
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Zusammenfassung der Erfindung
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Problem, das durch die Erfindung gelöst werden soll
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Bei herkömmlichen drehenden Magnetinduktionsmaschinen sind die zwei Statorkerne integriert innerhalb eines Gehäuses derart angeordnet, dass die Permanentmagnete zwischen den Kernrücken gehaltert und in einer axialen Richtung aufgereiht angeordnet sind. Die Permanentmagnete sind in einer Umfangsrichtung in mehrere Magnetblöcke unterteilt, aber die mehreren Magnetblöcke sind am Statorkern, bei dem es sich um ein Einzelteil handelt, positioniert und durch einen Kleber etc. fixiert, und Situationen, wie etwa, dass die Magnetblöcke während eines Zusammensetzens des Statorkerns einander berühren, treten nicht auf.
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Wird jedoch die in Patentschrift 2 oder 3 beschriebene Technik angewendet und ein Statorkern für eine herkömmliche drehende Magnetinduktionsmaschine in mehrere Kernblöcke unterteilt aufgebaut, um die Montierbarkeit der Spulen mit konzentrierter Wicklung zu steigern, müssen Kernblockpaare, die dadurch aufgebaut sind, dass ein Magnetblock sandwichartig zwischen zwei Kernblöcken eingeschlossen ist, umfänglich angeordnet und integriert werden. Dabei berühren die Kernblöcke einander, und ein Problem bestand darin, dass Rissbildung und Abplatzung auftritt.
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Die Magnetfragmente, die aufgrund von Rissbildung und Abplatzung der Magnetblöcke auftreten, können in einen Spalt zwischen dem Stator und dem Rotor eintreten und ein Blockieren des Rotors mit sich bringen oder einen mechanischen Verlust erhöhen. Eine Rissbildung und Abplatzung der Magnetblöcke bringt eine Herabsetzung der magnetischen Kenneigenschaften mit sich. Wenn die Umgebungstemperatur hoch wird, besteht, wenn die magnetischen Kenneigenschaften der Permanentmagnete stark gesenkt sind, auch die Gefahr, dass möglicherweise eine irreversible Entmagnetisierung der Permanentmagnete stattfindet.
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Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, die vorstehenden Probleme zu lösen, und eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Elektromotor bereitzustellen, der einen Kontakt zwischen Magnetblöcken abschaffen kann, um das Auftreten einer Rissbildung oder Abplatzung der Magnetblöcke zu unterbinden, wenn Kernblockpaare, welche die Magnetblöcke haltern, in einer Ringform angeordnet und integriert werden.
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Mittel zum Lösen des Problems
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Ein Elektromotor nach der vorliegenden Erfindung weist auf: ein Gehäuse, das unter Verwendung eines nichtmagnetischen Materials hergestellt ist; einen Stator, der aufweist: einen Statorkern, der derart aufgebaut ist, dass ein erster Statorkern und ein zweiter Statorkern, die so hergestellt sind, dass sie identische Formen haben, bei denen Zähne, die Nuten bilden, die Öffnungen auf einer Innenumfangsseite haben, in einer gleichmäßigen Winkelteilung umfänglich so angeordnet sind, dass sie von einer Innenumfangsfläche eines zylindrischen Kernrückens radial nach innen vorstehen, koaxial so angeordnet sind, dass sie axial getrennt sind, und derart, dass Umfangspositionen der Zähne in Axialrichtung übereinstimmen; und mehrere Spulen, die durch Wickeln eines Leiterdrahts um jeweilige Paare der Zähne des Statorkerns, die einander axial zugewandt sind, unter Verwendung eines konzentrierten Wicklungsverfahrens hergestellt sind, wobei der Stator innerhalb des Gehäuses angeordnet ist; einen Rotor, bei dem ein erster Rotorkern und ein zweiter Rotorkern, die so hergestellt sind, dass sie identische Formen haben, bei denen Schenkelpole so angeordnet sind, dass sie in einer gleichmäßigen Winkelteilung umfänglich an einer Außenumfangsfläche eines zylindrischen Basisabschnitts vorstehen, koaxial so an einer Drehwelle befestigt sind, dass der erste Rotorkern auf einer Innenumfangsseite des ersten Statorkerns positioniert ist und der zweite Rotorkern auf einer Innenumfangsseite des zweiten Statorkerns positioniert sind, und so, dass der erste Rotorkern und der zweite Rotorkern umfänglich um eine Teilung eines halben Schenkelpols voneinander versetzt sind, wobei der Rotor drehbeweglich innerhalb des Gehäuses angeordnet ist; und Permanentmagnete, die zwischen dem ersten Statorkern und dem zweiten Statorkern angeordnet sind, und die einen magnetischen Feldfluss derart erzeugen, dass die Schenkelpole des ersten Rotorkerns und die Schenkelpole des zweiten Rotorkerns eine unterschiedliche Polarität haben. Der erste Statorkern und der zweite Statorkern sind dadurch aufgebaut, dass Kernblockpaare in einer Ringform derart angeordnet sind, dass Umfangsseitenflächen von bogenförmigen Kernrückenabschnitten einander berühren, wobei die Kernblockpaare dadurch aufgebaut sind, dass Kernblöcke axial beabstandet aneinander gestapelt sind, wobei die Kernblöcke die Kernrückenabschnitte und die Zähne aufweisen, die von Innenumfangsflächen der Kernrückenabschnitte radial nach innen vorstehen. Die Permanentmagnete sind jeweils so aufgebaut, dass sie in mehrere Magnetblöcke unterteilt sind, die zwischen den Paaren von Kernblöcken so gehaltert sind, dass sie sich in das Innere der jeweiligen Kernblockpaare einpassen, und die Magnetblöcke weisen einen Basisabschnitt auf, der zwischen den Kernrückenabschnitten gehaltert ist, und der eine äußere Form hat, in der zwei Umfangsseitenflächen umfänglich innerhalb von zwei Umfangsseitenflächen der Kernrückenabschnitte positioniert sind.
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Wirkungen der Erfindung
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Gemäß der vorliegenden Erfindung sind die zwei Seitenflächen der Basisabschnitte der Magnetblöcke, die sandwichartig zwischen den Kernrückenabschnitten eingeschlossen sind, umfänglich innerhalb der zwei Seitenflächen der Kernrückenabschnitte positioniert. Somit wird ein Kontakt zwischen umfänglich benachbarten Magnetblöcken vermieden, wenn der erste und zweite Statorkern hergestellt werden, indem die Kernblockpaare angeordnet und integriert werden, welche die Magnetblöcke derart haltern, dass die Umfangsseitenflächen der Kernrückenabschnitte aneinander in Anlage sind. Somit wird das Auftreten von Rissbildung oder Abplatzung der Magnetblöcke unterbunden.
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Figurenliste
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- 1 ist eine teilweise ausgeschnittene Schrägprojektion, die einen Gesamtaufbau eines Elektromotors nach Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt;
- 2 ist eine Schrägprojektion, die ein Kernblockpaar zeigt, das in einer axialen Richtung aufgereiht im Elektromotor nach Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung angeordnet ist;
- 3 ist eine Schrägprojektion, die einen Magnetblock im Elektromotor nach Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt;
- 4 ist eine Schrägprojektion, die einen Zustand zeigt, in dem drei Kernblockpaare in einem Elektromotor nach Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung angeordnet sind;
- 5 ist eine Schrägprojektion, die benachbarte Kernblockpaare im Elektromotor nach Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung von radial innen gesehen zeigt;
- 6 ist eine schematische Darstellung, die benachbarte Kernblockpaare im Elektromotor nach Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung von radial innen gesehen zeigt;
- 7 ist eine schematische Darstellung, die benachbarte Kernblockpaare im Elektromotor nach Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung von radial innen gesehen zeigt; und
- 8 ist eine Teilschrägprojektion, die einen Statorkern in einem Elektromotor nach Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung zeigt.
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Beschreibung der Ausführungsformen
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Bevorzugte Ausführungsformen des Elektromotors nach der vorliegenden Erfindung werden nun mit Bezug auf die Zeichnungen erklärt.
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Ausführungsform 1
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1 ist eine teilweise ausgeschnittene Schrägprojektion, die einen Gesamtaufbau eines Elektromotors nach Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt, 2 ist eine Schrägprojektion, die ein Kernblockpaar zeigt, das in einer axialen Richtung aufgereiht im Elektromotor nach Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung angeordnet ist, und 3 ist eine Schrägprojektion, die einen Magnetblock im Elektromotor nach Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt.
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In 1 weist ein Elektromotor 1 auf: einen Rotor 3, der koaxial an einer Drehwelle 2 befestigt ist, der unter Verwendung eines festen magnetischen Körpers aus Eisen, etc. hergestellt ist; einen Stator 7, der hergestellt ist, indem eine Statorspule 11, die als drehmomentgenerierende Antriebsspule fungiert, an einem Statorkern 8 montiert ist, der den Rotor 3 umgebend angeordnet ist; Permanentmagnete 12, die als Feldmittel fungieren; und ein Gehäuse 14, das den Rotor 3, den Stator 7 und die Permanentmagnete 12 aufnimmt.
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Der Rotor 3 weist einen ersten und zweiten Rotorkern 4 und 5 auf, die durch Schichten und Integrieren einer großen Anzahl von magnetischen Stahlblechen hergestellt sind, die zu einer vorgeschriebenen Form geformt sind. Der erste und zweite Rotorkern 4 und 5 sind so hergestellt, dass sie identische Formen haben, und bestehen aus: zylindrischen Basisabschnitten 4a und 5a, wobei durch eine mittlere axiale Position von diesen Drehwelleneinstecköffnungen angeordnet sind; und zwei Schenkelpolen 4b und 5b, die von Außenumfangsflächen der Basisabschnitte 4a und 5a radial nach außen vorstehen, die sich axial erstreckend angeordnet sind, und die umfänglich in einer gleichmäßigen Winkelteilung angeordnet sind.
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Der erste und zweite Rotorkern 4 und 5 sind umfänglich um eine Teilung eines halben Schenkelpols so versetzt, dass sie in Kontakt miteinander angeordnet und an der Drehwelle 2 befestigt sind, die in deren Drehwelleneinstecköffnungen eingesteckt ist, um den Rotor 3 zu bilden. Der Rotor 3 ist drehbeweglich innerhalb des Gehäuses 14 derart angeordnet, dass zwei Enden der Drehwelle 2 von Lagern gelagert sind (nicht gezeigt).
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Der Statorkern 8 weist einen ersten und zweiten Statorkern 9A und 9B auf, die so hergestellt sind, dass sie identische Formen haben. Der erste und zweite Statorkern 9A und 9B weisen auf: einen zylindrischen Kernrücken; und sechs Zähne 10b, die jeweils von einer Innenumfangsfläche des Kernrückens umfänglich in einer gleichmäßigen Winkelteilung nach innen vorstehen. Nuten 10c, die Öffnungen auf einer Innenumfangsseite haben, sind durch den Kernrücken und benachbarte Zähne 10b gebildet. Der erste und zweite Statorkern 9A und 9B sind in einer axialen Richtung innerhalb des Gehäuses 14 derart angeordnet, dass Umfangspositionen der Zähne 10b so ausgerichtet sind, dass sie axial getrennt sind und den ersten bzw. zweiten Rotorkern 4 und 5 umgeben.
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Der erste und zweite Statorkern 9A und 9B sind jeweils so in sechs gleiche Abschnitte unterteilt, dass sie aus sechs Kernblöcken 10 bestehen. Die Kernblöcke 10 weisen auf: einen bogenförmigen Kernrückenabschnitt 10a; und einen Zahn 10b, der von einer umfänglich mittigen Position einer Innenumfangsfläche des Kernrückenabschnitts 10a radial nach innen vorsteht, und sie sind durch Schichten und Integrieren einer großen Anzahl von magnetischen Stahlblechen hergestellt, die eine annähernde T-Form haben. Der erste und zweite Statorkern 9A und 9B sind jeweils dadurch aufgebaut, dass sechs Kernblöcke 10 derart in einer Ringform angeordnet sind, dass Umfangsseitenflächen der Kernrückenabschnitte 10a aneinander in Anlage sind. Die sechs Kernrückenabschnitte 10a sind in einer Ringform angeordnet, um die Kernrücken des ersten und zweiten Statorkerns 9A und 9B zu bilden.
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Die Permanentmagnete 12 sind dadurch aufgebaut, dass sechs Magnetblöcke 13 umfänglich in einer Ringform angeordnet sind. Wie in 3 gezeigt, sind die Magnetblöcke 13 in festen Körpern ausgebildet, die eine annähernde T-Form haben, die besteht aus: einem bogenförmigen Basisabschnitt 13a; und einem Schaftabschnitt 13b, der von einer Innenumfangsfläche des Basisabschnitts 13a radial nach innen vorsteht. Die Magnetblöcke 13 sind so ausgebildet, dass sie eine äußere Form haben, die nicht von den Kernblöcken 10 vorsteht, wenn sie auf die Endflächen der Kernblöcke 10 aus einer Richtung aufgesteckt werden, die senkrecht zu diesen Endflächen (einer axialen Richtung) ist, und dass sie eine äußere Form dergestalt haben, dass mindestens zwei Umfangsseitenflächen der Basisabschnitte 13a umfänglich innerhalb von zwei Umfangsseitenflächen der Kernrückenabschnitte 10a positioniert sind.
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Wie in 2 gezeigt, sind die Magnetblöcke 13 zwischen einem Paar von Kernblöcken 10 derart gehaltert, dass die Basisabschnitte 13a zwischen den Kernrückenabschnitten 10a positioniert sind und der Schaftabschnitt 13b zwischen den Zähnen 10b positioniert ist. Hier sind die Magnetblöcke 13 derart zwischen dem Paar von Kernblöcken 10 angeordnet, dass die Basisabschnitte 13a und der Schaftabschnitt 13b nicht von zwischen dem Paar von Kernblöcken 10 vorstehen und die zwei Umfangsseitenflächen der Basisabschnitte 13a umfänglich innerhalb der zwei Umfangsseitenflächen der Kernrückenabschnitte 10a positioniert sind.
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Außerdem sind Spulen 11a mit konzentrierter Wicklung auf die Paare aus einander zugewandten Zähnen 10b der Paare aus Kernblöcken 10 aufgewickelt, welche die Magnetblöcke 13 von entgegengesetzten Seiten her haltern. Die Paare aus Kernblöcken 10, zwischen denen die Magnetblöcke 13 gehaltert sind, und an welche die Spulen 11a mit konzentrierter Wicklung montiert sind, sind derart innerhalb des Gehäuses 14 angeordnet, dass sechs Paare aus Kernrückenabschnitten 10a in einer Ringform derart angeordnet sind, dass deren Umfangsseitenflächen aneinander anliegen.
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Somit hat die Statorspule 11 sechs Spulen 11a mit konzentrierter Wicklung, die jeweils dadurch hergestellt sind, dass ein Leiterdraht auf Zähne 10b aufgewickelt ist, die Paare bilden, die einander axial zugewandt sind, ohne die Nuten 10c zu überspannen. Die Statorspule 11 ist zu einer Dreiphasen-Wechselstromwicklung aufgebaut, in der die sechs Spulen 11a mit konzentrierter Wicklung zum Beispiel in einer Anordnungsreihenfolge in der Umfangsrichtung als eine U-Phasen-Spule, eine V-Phasen-Spule, eine W-Phasen-Spule, eine U-Phasen-Spule, eine V-Phasen-Spule und eine W-Phasen-Spule angeschlossen sind.
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Das Gehäuse 14 ist so angeordnet, dass es in engem Kontakt mit einer Außenumfangsfläche des Kernrückens des ersten Statorkerns 9A und einer Außenumfangsfläche des Kernrückens des zweiten Statorkerns 9B ist. Das Gehäuse 14 ist unter Verwendung eines nichtmagnetischen Körpers hergestellt und so aufgebaut, dass es die magnetischen Pfade der Permanentmagnete 12 nicht kurzschließt.
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Als Nächstes wird ein Betrieb des auf diese Weise aufgebauten Elektromotors 1 erklärt.
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Wie durch Pfeile in 1 angegeben ist, tritt ein Magnetfluss aus den Permanentmagneten 12 in den zweiten Statorkern 9B ein, durchfließt den zweiten Statorkern 9B axial und radial nach innen, und tritt von einem Zahn 10b her in den Schenkelpol 5b des zweiten Rotorkerns 5 ein, der dem Zahn 10b zugewandt ist. Dann fließt der Magnetfluss, der in den zweiten Rotorkern 5 eingetreten ist, radial durch den zweiten Rotorkern 5 nach innen, und dann durchfließt ein Teil von ihm den Basisabschnitt 5a des zweiten Rotorkerns 5 axial, und ein übriger Teil durchfließt die Drehwelle 2 axial und tritt in den ersten Rotorkern 4 ein. Der Magnetfluss, der in den ersten Rotorkern 4 eingetreten ist, durchfließt den ersten Rotorkern 4 radial nach außen und tritt vom Schenkelpol 4b her in einen Zahn 10b des ersten Statorkerns 9A ein. Der Magnetfluss, der in den ersten Statorkern 9A eingetreten ist, durchfließt den ersten Statorkern radial nach außen und fließt dann durch den ersten Statorkern 9A und kehrt zum Permanentmagneten 12 zurück.
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Weil hier die Schenkelpole 4b und 5b des ersten und zweiten Rotorkerns 4 und 5 umfänglich um eine Teilung eines halben Schenkelpols versetzt sind, wirkt der Magnetfluss so, dass Norden suchende (N)-Pole und Süden suchende (S)-Pole aus einer axialen Richtung gesehen in einer Umfangsrichtung abwechselnd angeordnet sind. Ein Drehmoment wird erzeugt, indem im Ansprechen auf die Drehposition des Rotors 3 ein Wechselstrom zur Statorspule 11 durchgelassen wird. Somit arbeitet der Elektromotor 1 als kommutationsfreier Motor und arbeitet magnetisch als vierpoliger Sechsnut-Permanentmagnetsynchronmotor.
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Nach Ausführungsform 1 sind der erste und zweite Statorkern 9A und 9B dadurch aufgebaut, dass Kernblöcke 10, die eine annähernde T-Form haben, die einen bogenförmigen Kernrückenabschnitt 10a und einen Zahn 10b aufweist, so in einer Ringform angeordnet sind, dass Umfangsseitenflächen der Kernrückenabschnitte 10a aneinander anliegen. Somit berühren die Kernrückenabschnitte 10a benachbarter Kernblöcke 10 einander, wodurch umfängliche Magnetpfade für den von der Statorspule 11 erzeugten Magnetfluss sichergestellt werden.
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Weil die Magnetblöcke 13 nicht von zwischen den Paaren von Kernblöcken 10 vorstehen und so geformt sind, dass sie äußere Formen haben, bei denen die Seitenflächen der Basisabschnitte 13a umfänglich innerhalb der Seitenflächen der Kernrückenabschnitte 10a positioniert sind, wird ein Kontakt zwischen benachbarten Magnetblöcken 13, wenn die Umfangsseitenflächen der Kernrückenabschnitte 10a aneinander in Anlage gebracht werden, vermieden. Somit wird das Auftreten von sich aus einem Kontakt zwischen den Magnetblöcken 13 ergebender Rissbildung und Abplatzung der Magnetblöcke 13 während des Zusammenbaus des Stators 7 verhindert. Das Auftreten von Situationen wie etwa, dass Magnetfragmente, die aufgrund von Rissbildung oder Abplatzung der Magnetblöcke 13 entstehen, in einen Spalt zwischen dem Stator 7 und dem Rotor 3 eintreten und den Rotor 3 blockieren oder einen mechanischen Verlust erhöhen, kann dadurch vermieden werden. Darüber hinaus werden sich, weil keine Herabsetzung der magnetischen Kenneigenschaften besteht, die sich aus Rissbildung und Abplatzung der Magnetblöcke 13 ergibt, die Permanentmagnete 12, auch wenn sich die Umgebungstemperatur verändert, nicht irreversibel entmagnetisieren.
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Nun ist es, weil Wärme, die aufgrund von Kernverlust und Kupferverlust im Stator 7 und in der Statorspule 11 entsteht, mittels der Kernrückenabschnitte 10a auf das Gehäuse 14 übertragen und vom Gehäuse 14 auf Kühlmittel wie Luft und Flüssigkeit abgestrahlt wird, vom Gesichtspunkt her, eine Kühlleistung zu erhöhen, wünschenswert, eine Kontaktfläche zwischen den Kernrückenabschnitten 10a und dem Gehäuse 14 zu vergrößern.
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Den Statorkern 8 fest am Gehäuse 14 zu haltern, ist auch von dem Gesichtspunkt her wichtig, im Stator 7 entstehende Schwingung zu unterdrücken, die sich aus einer magnetischen Anziehung, etc. ergibt. Also ist es wünschenswert, die Steifigkeit des Stators 7 zu erhöhen, indem ein zylindrischer Abschnitt am Gehäuse 14 ausgebildet wird und die Gruppe aus Paaren von Kernblöcken 10, die in einer Ringform angeordnet sind, durch Aufpressen oder Aufschrumpfen am zylindrischen Abschnitt des Gehäuses 14 zu fixieren, um die Befestigungskraft an den Gruppen aus Paaren von Kernblöcken 10 zu erhöhen.
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Darüber hinaus sind in der vorstehenden Ausführungsform 1 der erste und zweite Rotorkern so angeordnet, dass sie in einer axialen Richtung miteinander in Kontakt sind, es kann aber eine scheibenförmige Trennwand, die unter Verwendung eines magnetischen Materials hergestellt ist und eine axiale Breite hat, die annähernd gleich einer axialen Breite der Magnetblöcke ist, und die einen Außendurchmesser hat, der in etwa gleich einem Außendurchmesser der Schenkelpole des ersten und zweiten Rotorkerns ist, zwischen dem ersten und zweiten Rotorkern angeordnet sein. Wirkungen, wie etwa, dass eine magnetische Sättigung abgemildert wird, lassen sich dadurch erzielen.
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In der vorstehenden Ausführungsform 1 sind die Magnetblöcke 13 so ausgebildet, dass sie eine annähernde T-Form haben, die aus einem Basisabschnitt 13a und einem Schaftabschnitt 13b besteht, die Magnetblöcke sind aber nicht auf die annähernde T-Form beschränkt, vorausgesetzt, sie haben mindestens einen Basisabschnitt 13a, der zwischen den Kernrückenabschnitten 10a gehaltert ist. Darüber hinaus können die Basisabschnitte 13a als Einzelteile oder in mehrere Teile unterteilt aufgebaut sein.
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In der vorstehenden Ausführungsform 1 sind die zwischen den Paaren von Kernblöcken 10 angeordneten Magnetblöcke 13 so ausgebildet, dass sie in der Umfangsrichtung nicht von zwischen den Paaren von Kernblöcken 10 vorstehen, aber die Schaftabschnitte 13b der Magnetblöcke 13 können von zwischen den Zähnen 10b in der Umfangsrichtung vorstehen, vorausgesetzt, sie berühren die Spulen 11a mit konzentrierter Wicklung nicht, die auf die Paare aus Zähnen 10b der Paare aus Kernblöcken 10 gewickelt sind. Das Volumen der Schaftabschnitte 13b, d.h. das Volumen der Magnetblöcke 13, wird dadurch erhöht, wodurch es ermöglicht wird, dass die magnetischen Kräfte der Magnetblöcke 13 erhöht werden.
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In der vorstehenden Ausführungsform 1 wurde das Fixieren der Paare aus Kernblöcken 10 nicht erörtert, zwischen denen die Magnetblöcke 13 sandwichartig eingeschlossen sind, die Paare aus Kernblöcken 10, zwischen denen die Magnetblöcke 13 sandwichartig eingeschlossen sind, können aber zum Beispiel unter Verwendung von Befestigungskräften von den Spulen 11a mit konzentrierter Wicklung fixiert werden, die auf die Paare aus Zähnen 10b der Kernblöcke 10 gewickelt sind oder können unter Verwendung eines Harzes fixiert werden.
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Ausführungsform 2
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4 ist eine Schrägprojektion, die einen Zustand zeigt, in dem drei Kernblockpaare in einem Elektromotor nach Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung angeordnet sind, 5 ist eine Schrägprojektion, die benachbarte Kernblockpaare im Elektromotor nach Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung von radial innen gesehen zeigt, und 6 ist eine schematische Darstellung, die benachbarte Kernblockpaare im Elektromotor nach Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung von radial innen gesehen zeigt. Darüber hinaus sind der Einfachheit halber Spulen mit konzentrierter Wicklung aus 4 weggelassen.
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Wenn Kernblöcke 10 derart in einer Ringform angeordnet sind, dass Seitenflächen von Kernrückenabschnitten 10a aneinander anliegen, berühren sich die Seitenflächen der Kernrückenabschnitte 10a nicht vollständig, sondern berühren sich stattdessen teilweise. In Ausführungsform 2 berühren einander, wie in 4 gezeigt, nur Außenumfangsabschnitte von Seitenflächen von Kernrückenabschnitten 10a, und andere Abschnitte als die Außenumfangsabschnitte der Seitenflächen der Kernrückenabschnitte 10a sind getrennt. Darüber hinaus ist jede der Figuren übertrieben dargestellt, um zu zeigen, dass sich nur Außenumfangsseiten der Seitenflächen der Kernrückenabschnitte 10a berühren.
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Somit fließt, wie durch die Pfeile in 4 dargestellt ist, der von der Statorspule 11 erzeugte Magnetfluss radial nach außen durch einen Zahn 10b, zweigt ab und fließt zu zwei Umfangsseiten an den Kernrückenabschnitten 10a, fließt durch den Zahn 10b an den zwei Umfangsseiten des ersten Zahns 10b radial nach innen, tritt in den ersten und zweiten Rotorkern 4 und 5 ein, und fließt ausgehend vom ersten und zweiten Rotorkern 4 und 5, um zum ersten Zahn 10b zurückzukehren. Dadurch entsteht eine Magnetflussströmung, die umfänglich strömt, wodurch zum Erzielen einer rotierenden Antriebskraft ein Magnetfeld in der Drehrichtung erzeugt wird.
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Aufgrund der Veränderungen, die im Magnetfluss entstehen, tritt ein Kernverlust auf, wenn der Magnetfluss durch die Kernrückenabschnitte 10a hindurchgeht. Je höher die Magnetflussdichte ist, desto größer ist der Kernverlust. Weil nur die Außenumfangsabschnitte der Seitenflächen der Kernrückenabschnitte 10a einander in den Anlageabschnitten der Kernrückenabschnitte 10a berühren, nimmt die Magnetflussdichte an den Kontaktierungsabschnitten zwischen den Seitenflächen der Kernrückenabschnitte 10a abrupt zu, wodurch eine Wärmeentstehung erhöht wird.
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In Ausführungsform 2 ist, wie in den 5 und 6 gezeigt, ein Spalt A auf einer radial inneren Seite des Kontaktierungsabschnitts zwischen den Seitenflächen der Kernrückenabschnitte 10a gebildet, und ein Spalt B ist zwischen den Basisabschnitten 13a von umfänglich benachbarten Magnetblöcken 13 gebildet. Eine Umfangsposition dieses Spalts A ist mit einer Umfangsposition des Spalts B zwischen den Basisabschnitten 13a der Magnetblöcke 13 ausgerichtet. Mit anderen Worten sind die Magnetblöcke 13 in einer axialen Richtung des Kontaktierungsabschnitts zwischen den Seitenflächen der Kernrückenabschnitte 10a nicht vorhanden. Somit strömt ein Teil der Wärme, die am Kontaktierungsabschnitt zwischen den Seitenflächen der Kernrückenabschnitte 10a erzeugt wird, zum Gehäuse 14. Wie durch die Pfeile in 5 angedeutet ist, strömt ein restlicher Teil der Wärme, die am Kontaktierungsabschnitt zwischen den Seitenflächen der Kernrückenabschnitte 10a erzeugt wird, axial durch die Spalte A und B und wird mittels der Luft im Spalt B auf die Magnetblöcke 13 übertragen. Weil die Wärme, die am Kontaktierungsabschnitt zwischen den Seitenflächen der Kernrückenabschnitte 10a erzeugt wird, auf diese Weise mittels Luft, die eine geringe Wärmeleitfähigkeit hat, auf die Magnetblöcke 13 übertragen wird, werden Temperaturanstiege in den Magnetblöcken 13 unterbunden, wodurch ein Elektromotor erzielt werden kann, bei dem es weniger wahrscheinlich ist, dass er sich thermisch entmagnetisiert, und der gegen Leistungsabbau resistent ist.
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Nun sind in Ausführungsform 2 die Seitenflächen der Basisabschnitte 13a der Magnetblöcke 13 umfänglich innerhalb der Seitenflächen der Kernrückenabschnitte 10a positioniert, aber Außenumfangsflächen der Basisabschnitte 13 können zusätzlich radial weiter innen liegen als Außenumfangsflächen der Kernrückenabschnitte 10a. Wenn der Stator 7 im Inneren des Gehäuses 14 angeordnet wird, werden dabei Lüftungskanäle zwischen dem Paar von Kernblöcken 10 gebildet, die axial getrennt sind, die auf einer ersten Umfangsseite der Basisabschnitte 13a der Magnetblöcke 13 radial nach außen durchlaufen, die zwischen den Basisabschnitten 13a und dem Gehäuse 14 zu einer zweiten Umfangsseite laufen, und die auf der zweiten Umfangsseite der Basisabschnitte 13a radial nach innen durchlaufen. Somit fließt eine Luftströmung, die von den Schenkelpolen 4b und 5b stammt, aufgrund der Drehung des Rotors 3 durch die vorstehend erwähnten Lüftungskanäle und kühlt die Magnetblöcke 13 wirksam, wodurch sich Temperaturanstiege in den Magnetblöcken 13 unterbinden lassen.
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In den vorstehenden Ausführungsformen 1 und 2 stehen die Zähne 10b von umfänglich mittigen Positionen von Innenumfangsflächen der Kernrückenabschnitte 10a radial nach innen vor, die von den Innenumfangsflächen der Kernrückenabschnitte 10a vorstehenden Positionen der Zähne 10b können aber umfänglich von den umfänglich mittigen Positionen der Kernrückenabschnitte 10a verschoben sein.
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Ausführungsform 3
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7 ist eine schematische Darstellung, die benachbarte Kernblockpaare im Elektromotor nach Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung von radial innen gesehen zeigt.
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In 7 sind Kernblöcke 20 axial in zwei Segmente unterteilt, d.h. ein erstes Kernblocksegment 21 und ein zweites Kernblocksegment 22. Auf eine den Kernblöcken 10 ähnliche oder identische Weise weist das erste Kernblocksegment 21 auf: einen bogenförmigen Kernrückenabschnitt 21a; und einen Zahn, der von einer umfänglich mittigen Position einer Innenumfangsfläche des Kernrückenabschnitts 21a radial nach innen vorsteht (nicht gezeigt). Das zweite Kernblocksegment 22 weist auf: einen bogenförmigen Kernrückenabschnitt 22a; und einen Zahn, der von einer Position, die in einer ersten Umfangsrichtung von einer umfänglich mittigen Position einer Innenumfangsfläche des Kernrückenabschnitts 22a verschoben ist, radial nach innen vorsteht (nicht gezeigt). Hier sind äußere Formen der Kernrückenabschnitte 21a und 22a des ersten und zweiten Kernblocksegments 21 und 22 ähnlich oder identisch, und äußere Formen der Zähne sind ähnlich oder identisch.
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Die Kernblöcke 20 werden hergestellt, indem die Zähne gestapelt und das erste und zweite Kernblocksegment 21 und 22 geschichtet und integriert werden. Bei den auf diese Weise hergestellten Kernblöcken 20 sind die Kernrückenabschnitte 22a in Bezug auf die Kernrückenabschnitte 21a zu einer ersten Umfangsseite verschoben.
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Paare aus Kernblöcken 20 werden hergestellt, indem die Kernblöcke 20 axial derart gestapelt werden, dass ein Magnetblock 13 zwischen dem ersten Kernblocksegment 21 gehaltert ist, und Spulen mit konzentrierter Wicklung werden auf Paaren von Zähnen montiert, die einander axial zugewandt sind. Dann werden sechs Paare aus Kernblöcken 20 derart in einer Ringform angeordnet, dass Umfangsseitenflächen der Kernrückenabschnitte 21a aneinander anliegen, und derart, dass die Umfangsseitenflächen der der Kernrückenabschnitte 22a aneinander anliegen, um einen Stator zu bilden.
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Bei einem auf diese Weise aufgebauten Stator sind, wie in 7 gezeigt, Umfangspositionen der Spalten A1, die auf den radial inneren Seiten der Anlageabschnitte zwischen den Umfangsseitenflächen der Kernrückenabschnitte 21a ausgebildet sind, mit einer Umfangsposition des Spalts B zwischen den Basisabschnitten 13a der Magnetblöcke 13 ausgerichtet. Umfangspositionen der Spalten A2, die auf den radial inneren Seiten der Anlageabschnitte zwischen den Umfangsseitenflächen der Kernrückenabschnitte 22a ausgebildet sind, sind in Bezug auf die Umfangspositionen der Spalten A1, die auf den radial inneren Seiten der Anlageabschnitte zwischen den Umfangsseitenflächen der Kernrückenabschnitte 21a ausgebildet sind, zur ersten Umfangsseite verschoben.
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Darüber hinaus ist der Rest des Aufbaus auf eine zur vorstehenden Ausführungsform 2 ähnliche oder identische Weise ausgebildet.
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Weil in Ausführungsform 3 axiale Positionen der Spalten A1, die auf den radial inneren Seiten der Anlageabschnitte zwischen den Umfangsseitenflächen der Kernrückenabschnitte 21a ausgebildet sind, mit einer Umfangsposition des Spalts B zwischen den Basisabschnitten 13a der Magnetblöcke 13 ausgerichtet sind, ist es auch weniger wahrscheinlich, dass Wärme, die aufgrund eines Kernverlusts an den Umfangsseitenflächen der Kernrückenabschnitte 21a entsteht, auf die Magnetblöcke 13 übertragen wird, was es auf eine der vorstehenden Ausführungsform 2 ähnliche oder identische Weise weniger wahrscheinlich macht, dass sich die Magnetblöcke 13 thermisch entmagnetisieren.
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Nach Ausführungsform 3 sind Umfangspositionen der Spalten A2, die auf den radial inneren Seiten der Anlageabschnitte zwischen den Umfangsseitenflächen der Kernrückenabschnitte 22a ausgebildet sind, in Bezug auf die Umfangspositionen der Spalten A1, die auf den radial inneren Seiten der Anlageabschnitte zwischen den Umfangsseitenflächen der Kernrückenabschnitte 21a ausgebildet sind, zur ersten Umfangsseite verschoben. Weil somit der Magnetfluss, der durch die Kernrückenabschnitte 21a und 22a fließt, axial zwischen den Spalten A1 und A2 fließt, wie durch Pfeile C in 7 angedeutet ist, ist die Magnetflussdichte der Magnetpfade gesenkt, die durch die Kernrückenabschnitte 21a und 22a laufen, und auch der Änderungsbetrag des Magnetflusses ist gesenkt. Weil dadurch ein Kernverlust gesenkt wird, was den Betrag an entstandener Wärme senkt, ist es noch weniger wahrscheinlich, dass sich die Magnetblöcke 13 thermisch entmagnetisieren. Weil der magnetische Widertands der Magnetpfade gesenkt ist, die durch die Kernrückenabschnitte 21a und 22a laufen, und der Betrag eines Magnetflusses erhöht ist, der durch die Kernrückenabschnitte 21a und 22a fließt, kann ein hochleistungsfähiger Elektromotor erzielt werden.
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Darüber hinaus sind in der vorstehenden Ausführungsform 3 die Kernblöcke so aufgebaut, dass zwei Kernblocksegmente axial geschichtet sind, aber die Anzahl an axialen Segmenten der Kernblöcke ist nicht auf zwei beschränkt und kann drei oder mehr betragen. In diesem Fall werden die Kernblocksegmente, die axial benachbart sind, so hergestellt, dass sie unterschiedliche Beträge an Umfangsvorsprung der Kernrückenabschnitte von den Zähnen haben. Ferner sind die Magnetblöcke so ausgebildet, dass sie eine äußere Form haben, die einer äußeren Form der Blocksegmente entspricht, zwischen denen sie gehaltert sind.
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Ausführungsform 4
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8 ist eine Teilschrägprojektion, die einen Statorkern in einem Elektromotor nach Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung zeigt.
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In 8 sind ein erster und zweiter Statorkern 9A' und 9B' jeweils derart aufgebaut, dass sechs Kernblöcke 10', die durchgehend verbunden sind, indem Außenumfangsabschnitte von Umfangsseitenabschnitten von Kernrückenabschnitten 10a an dünnen Abschnitten 10d, die als Biegungserleichterungsabschnitte fungieren, miteinander verbunden sind, durch Biegen an den dünnen Abschnitten 10d so hergestellt werden, dass sie eine Ringform haben.
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Darüber hinaus ist Ausführungsform 4 auf eine der vorstehenden Ausführungsform 1 ähnliche oder identische Weise aufgebaut, mit der Ausnahme, dass die sechs Kernblöcke 10' durchgehend an den dünnen Abschnitten 10d verbunden sind.
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In Ausführungsform 4 werden Kernblockgruppen, in denen sechs Kernblöcke 10' durchgehend durch dünne Abschnitte 10d verbunden sind, durch Ausstanzen streifenförmiger Körper hergestellt, bei denen sechs annähernd T-förmige magnetische Stahlblechsegmente durchgehend zum Beispiel durch dünne Segmente aus einem dünnen Blech magnetischen Stahlmaterials verbunden werden und eine Anzahl der streifenförmigen Körper geschichtet und integriert werden, wobei die dünnen Abschnitte 10d biegbar sind, die durch Schichten der dünnen Segmente gebildet werden.
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Dann werden zwei Kernblockgruppen, die geradlinig geöffnet sind, derart gestapelt, dass die Magnetblöcke zwischen jedem der Kernrückenabschnitte 10a angeordnet sind, Spulen mit konzentrierter Wicklung werden an jedem der Paare aus Zähnen 10b montiert, und dann werden die Paare aus Gruppen von Kernblöcken 10' durch Biegen an den dünnen Abschnitten 10d in einer Ringform ausgebildet, um den ersten und zweiten Statorkern 9A' und 9B' zu bilden, in denen die Magnetblöcke sandwichartig zwischen den Kernblöcken 10' eingeschlossen sind. Dann werden der erste und zweite Statorkern 9A' und 9B', die durch Biegen in einer Ringform ausgebildet sind, durch Aufpressen oder Aufschrumpfen an einem zylindrischen Abschnitt eines Gehäuses fixiert, um einen Stator zu erhalten, der vom Gehäuse gehaltert ist. In diesem Fall bilden die dünnen Abschnitte 10d Kontaktierungsabschnitte zwischen zumindest den Seitenflächen umfänglich benachbarter Kernrückenabschnitte 10a.
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Weil nach Ausführungsform 4 die Kernrückenabschnitte 10a der benachbarten Kernrückenblöcke 10' mittels der dünnen Abschnitte 10d miteinander verbunden sind, sind umfängliche Magnetpfade für den Magnetfluss sichergestellt, der von der Statorspule erzeugt wird. Die Magnetblöcke sind auch so zwischen den Paaren von Kernblöcken 10' angeordnet, dass sie auf eine der vorstehenden Ausführungsform 1 ähnliche oder identische Weise nicht von zwischen den Paaren von Kernblöcken 10' vorstehen. So können auch in Ausführungsform 4 Wirkungen erzielt werden, die denen in der vorstehenden Ausführungsform 1 ähnlich sind.
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Darüber hinaus sind in der vorstehenden Ausführungsform 4 die sechs Kernblöcke 10' durchgehend aufgebaut, indem die Kernrückenabschnitte 10a unter Verwendung der dünnen Abschnitte 10d miteinander verbunden werden, aber die Biegungserleichterungsabschnitte, welche die Kernrückenabschnitte miteinander verbinden, sind nicht auf dünne Abschnitte beschränkt, vorausgesetzt, es handelt es sich bei ihnen um Mechanismen, die sich leicht biegen lassen. Falls zum Beispiel die Kernblöcke durch Schichten von magnetischen Stahlblechsegmenten aufgebaut werden, können Zwischenpassöffnungen in den magnetischen Stahlblechsegmenten der ersten Kernblöcke ausgebildet werden, Schaftabschnitte in den magnetischen Stahlblechsegmenten der zweiten Kernblöcke ausgebildet werden, und benachbarte Kernblöcke so verbunden werden, dass sie um die Schaftabschnitte schwenkbeweglich sind, indem die Schaftabschnitte in die Zwischenpassöffnungen eingepasst werden. In diesem Fall bilden die Zwischenpassabschnitte zwischen den Zwischenpassöffnungen und den Schaftabschnitten die Biegungserleichterungsabschnitte.
