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Technischer Bereich
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Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Rotationsmaschine, eine Außeneinheit einer Klimaanlage und eine Klimaanlage.
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Technischer Hintergrund
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Bei bestehenden Außeneinheiten von Klimaanlagen sind ein Ventilator und ein Elektromotor bereitgestellt, um als eine luftführende Vorrichtung zu arbeiten, die Luft zu einem Wärmetauscher führt. Der Ventilator ist an einem distalen Endbereich einer Welle des Elektromotors durch eine Mutter befestigt (siehe beispielsweise Patentliteratur 1). Wenn der Elektromotor betrieben wird, wird der Ventilator somit gedreht.
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Zitierungsliste
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Patentliteratur
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Patentliteratur 1: Publikation der japanischen ungeprüften
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Patentanmeldung Nr.
H10-94231 (
15 und
16).
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Überblick über die Erfindung
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Technisches Problem
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Wenn der Ventilator durch den Elektromotor gestartet oder gestoppt wird, wird aufgrund der Trägheitskraft beim Starten oder Stoppen des Propellergebläses momentan ein größeres Drehmoment erzeugt als während des kontinuierlichen Betriebs. Wenn das Drehmoment eine Reibungskraft an einer Gewindefläche und einer Sitzfläche der Mutter übersteigt, wird die Mutter, die das Propellergebläse befestigt, gelockert. Wenn hiernach das Starten und das Stoppen der Drehung des Elektromotors wiederholt werden, ist es möglich, dass sich die Mutter weiter lockert, und die Mutter kann sich schließlich von der Welle lösen und das Propellergebläse kann abfallen.
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Die vorliegende Offenbarung wird im Hinblick auf die obigen Umstände geschaffen, und sie betrifft eine Rotationsmaschine, eine Außeneinheit einer Klimaanlage und eine Klimaanlage, die in der Lage sind, ein leichtes Abfallen eines zu drehenden Drehelements, wie etwa eines Propellergebläses, von einer Welle eines Elektromotors zu verhindern.
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Lösung des Problems
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Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst eine Rotationsmaschine: einen Elektromotor, der einen Stator und einen Rotor aufweist, der relativ zu dem Stator drehbar ist; ein zu drehendes Drehelement, das an einer Welle vorgesehen ist; und ein Befestigungselement, das aus einem magnetischen Material gefertigt ist und vorgesehen ist, das Drehelement an der Welle zu befestigen. Der Rotor umfasst: einen Rotorkern, der aus einem magnetischen Material gefertigt ist; eine Mehrzahl von Permanentmagneten, die an dem Rotorkern so angebracht sind, dass die Permanentmagnete in einer Umfangsrichtung voneinander beabstandet sind und magnetische Pole der Permanentmagnete, die dem Außenumfang des Rotorkerns zuweisen, in einer Radialrichtung des Rotorkerns eine gleiche magnetische Polarität aufweisen; und die Welle. Die Welle ist aus magnetischem Material gefertigt, erstreckt sich durch einen zentralen Teil des Rotorkerns in eine axiale Richtung des Rotorkerns und ist durch einen Teil der magnetischen Flüsse, die von den Permanentmagneten erzeugt werden, magnetisiert.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst eine Außeneinheit einer Klimaanlage: einen Elektromotor, der einen Stator und einen Rotor aufweist, der relativ zu dem Stator drehbar ist; ein an einer Welle vorgesehenes Gebläse; ein aus einem magnetischen Material gefertigtes Befestigungselement, das vorgesehen ist, um das Gebläse an der Welle zu befestigen; einen Wärmetauscher, zu dem Luft durch die Drehung des Gebläses geführt wird; und ein Gehäuse, das den Elektromotor, das Gebläse, das Befestigungselement und den Wärmetauscher aufnimmt. Der Rotor umfasst: einen Rotorkern, der aus magnetischem Material gefertigt ist; eine Mehrzahl von Permanentmagneten, die an dem Rotorkern derart angebracht sind, dass die Permanentmagnete in einer Umfangsrichtung des Rotorkerns voneinander beabstandet sind und magnetische Pole der Permanentmagnete, welche einem Außenumfang des Rotorkerns in einer Radialrichtung des Rotorkerns zuweisen, die gleiche magnetische Polarität aufweisen, und die Welle. Die Welle ist aus einem magnetischen Material gefertigt, erstreckt sich durch einen zentralen Teil des Rotorkerns in eine Axialrichtung des Rotorkerns und ist durch einen Teil der magnetischen Flüsse magnetisiert, die von den Permanentmagneten erzeugt werden.
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Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst eine Klimaanlage: eine Außeneinheit; und eine Inneneinheit, die mit der Außeneinheit durch ein Kühlmittelrohr verbunden ist. Die Außeneinheit umfasst: einen Elektromotor, der einen Stator und einen Rotor aufweist, der relativ zu dem Stator drehbar ist; ein an einer Welle vorgesehenes Gebläse; ein aus einem magnetischen Material gefertigtes Befestigungselement, das vorgesehen ist, um das Gebläse an der Welle zu befestigen; einen Wärmetauscher, zu dem Luft durch die Drehung des Gebläses geführt wird; und ein Gehäuse, das den Elektromotor, das Gebläse, das Befestigungselement und den Wärmetauscher aufnimmt. Der Rotor umfasst: einen Rotorkern, der aus magnetischem Material gefertigt ist; eine Mehrzahl von Permanentmagneten, die an dem Rotorkern derart angebracht sind, dass die Permanentmagnete in einer Umfangsrichtung des Rotorkerns voneinander beabstandet sind und magnetische Pole der Permanentmagnete, welche einem Außenumfang des Rotorkerns in einer Radialrichtung des Rotorkerns zuweisen, die gleiche magnetische Polarität aufweisen; und die Welle. Die Welle ist aus einem magnetischen Material gefertigt, erstreckt sich durch einen zentralen Teil des Rotorkerns in eine Axialrichtung des Rotorkerns und ist durch einen Teil der magnetische Flüsse magnetisiert, die von den Permanentmagneten erzeugt werden.
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Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
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Bei der Rotationsmaschine, der Außeneinheit der Klimaanlage und der Klimaanlage, wie sie vorangehend beschrieben wurden, ist die Welle magnetisiert und das aus magnetischem Material gefertigte Befestigungselement wird somit von der Welle angezogen. Als Folge davon ist eine Kraft, die durch das Befestigungselement zum Befestigen des Drehelements, wie etwa eines Gebläses, an der Welle ausgeübt wird, erhöht. Das Drehelement fällt somit nicht einfach von der Welle ab.
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Figurenliste
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- 1 ist eine schematische Ansicht, die eine Konfiguration einer Klimaanlage gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt.
- 2 ist eine schematische Außenansicht einer Klimaanlage gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
- 3 ist eine schematische Ansicht, die wesentliche Komponenten einer Außeneinheit gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt.
- 4 ist eine schematische Schnittansicht, die eine Konfiguration einer luftführenden Vorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt.
- 5 ist eine Querschnittsansicht eines Rotors eines Elektromotors in der luftführenden Vorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
- 6 ist eine Schnittansicht entlang einer Linie VI-VI in 5.
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Beschreibung von Ausführungsformen
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Eine Rotationsmaschine, eine Außeneinheit einer Klimaanlage und eine Klimaanlage gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung werden nun unter Bezugnahme auf die obigen Figuren beschrieben. In jeder der Figuren werden Komponenten, die solchen in einer vorangehenden Figur oder vorangehenden Figuren gleich oder äquivalent sind, durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
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1 ist eine schematische Ansicht, die eine Konfiguration einer Klimaanlage 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt. In 1 geben mit durchgezogener Linie gezeichnete Pfeile den Fluss von Kühlmittel in der Klimaanlage 1 während eines Kühlvorgangs an und mit gestrichelter Linie gezeichnete Pfeile geben den Fluss des Kühlmittels in der Klimaanlage 1 während eines Erwärmungsvorgangs an. 2 ist eine schematische Außenansicht der Klimaanlage 1. Wie in den 1 und 2 gezeigt, umfasst die Klimaanlage 1 eine Inneneinheit 10 und eine Außeneinheit 20. Die Inneneinheit 10 und die Außeneinheit 20 sind miteinander durch ein Kühlmittelrohr 30A und ein Kühlmittelrohr 30B verbunden. In der Klimaanlage 1 sind ein Kompressor 31, eine Flussumschaltvorrichtung 32, ein Außen-Wärmetauscher 33, ein Expansionsventil 34 und ein Innen-Wärmetauscher 35 nacheinander durch die Kühlrohre verbunden. Bei der Klimaanlage 1 wird der Fluss des Kühlmittels durch die Flussumschaltvorrichtung 32 umgeschaltet, wodurch der Betrieb der Klimaanlage 1 zwischen einem Kühlvorgang, in dem kühle Luft von der Inneneinheit 10 abgegeben wird, und einem Erwärmungsvorgang, in dem warme Luft von der Inneneinheit 10 abgegeben wird, umgeschaltet wird.
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Die Inneneinheit 10 umfasst den Innen-Wärmetauscher 35 und eine Luftführungsvorrichtung 11. Der Innen-Wärmetauscher 35 veranlasst, dass zwischen dem Kühlmittel und der Luft, die der Klimatisierung unterworfen ist, ein Wärmeaustausch durchgeführt wird. Während des Kühlvorgangs arbeitet der Innen-Wärmetauscher 35 als ein Verdampfer, um das Kühlmittel zu verdampfen und in Gas umzuwandeln. Während des Erwärmungsvorgangs arbeitet der Innen-Wärmetauscher 35 als ein Kondensator, um Kühlmittel zu kondensieren und zu verflüssigen. Der Innen-Wärmetauscher 35 ist ein mit Röhren und Finnen versehener Wärmetauscher, der aus beispielsweise Kupfer oder Aluminium gefertigt ist. Die Luftführungsvorrichtung 11 umfasst einen Elektromotor 12 und einen Ventilator 13. Der Ventilator 13 ist an einer Welle des Elektromotors 12 befestigt. Wenn er durch den Elektromotor 12 angetrieben wird, wird der Ventilator 13 gedreht. Der Ventilator 13 ist beispielsweise ein Querstromgebläse. Die Luftführungsvorrichtung 11 ist so vorgesehen, dass die Luftführungsvorrichtung 11 und der Innen-Wärmetauscher 35 einander zugewandt sind. Wenn das Gebläse 13 gedreht wird, wird ein Luftfluss erzeugt und die Luft wird zu dem Innen-Wärmetauscher 35 geführt.
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3 ist eine schematische Ansicht, die wesentliche Komponenten der Außeneinheit 20 zeigt. Die Außeneinheit 20 umfasst den Außen-Wärmetauscher 33, eine Luftführungsvorrichtung 21 und ein Gehäuse 22. Der Außen-Wärmetauscher 33 veranlasst, dass zwischen der Außenluft und dem Kühlmittel ein Wärmeaustausch erfolgt. Während des Kühlvorgangs arbeitet der Außen-Wärmetauscher 33 als ein Kondensator, um das Kühlmittel zu kondensieren und zu verflüssigen. Während des Erwärmungsvorgangs arbeitet der Außen-Wärmetauscher 33 als ein Verdampfer, um das Kühlmittel zu verdampfen und in Gas umzuwandeln. Der Außen-Wärmetauscher 33 ist ein aus Röhren und Finnen gebildeter Wärmetauscher, der aus beispielsweise Kupfer oder Aluminium gefertigt ist. Der Außen-Wärmetauscher 33 weist beispielsweise einen L-förmigen horizontalen Querschnitt auf. Die Luftführungsvorrichtung 21 umfasst einen Elektromotor 40 und ein Gebläse 50. Wenn der Elektromotor 40 angetrieben wird, wird das Gebläse 50 gedreht. Die Luftführungsvorrichtung 21 ist auf eine solche Weise angeordnet, dass sie dem Außen-Wärmetauscher 33 zugewandt ist. Wenn das Gebläse gedreht wird, wird ein Luftfluss erzeugt und zu dem Außen-Wärmetauscher 33 geführt. Eine Konfiguration der Luftführungsvorrichtung 21 wird nachfolgend im Detail beschrieben.
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Das Gehäuse 22 nimmt den Außen-Wärmetauscher 33 und die Luftführungsvorrichtung 21 auf. Das Gehäuse 22 ist in der Gestalt eines Kastens ausgebildet und weist einen Lufteinlass (nicht gezeigt) auf, durch den Luft eingesaugt wird, und es weist einen Luftauslass (nicht gezeigt) auf, durch den die eingesaugte Luft ausgeblasen wird. Der Außen-Wärmetauscher 33 ist an dem Gehäuse 22 durch ein Befestigungselement (nicht gezeigt) befestigt. Die Luftführungsvorrichtung 21 ist an dem Gehäuse 22 durch eine Elektromotorhalterung 41 befestigt, die mit dem Elektromotor 40 durch Schrauben oder andere Befestigungsmittel verbunden ist. In der in 1 gezeigten Ausführungsform sind der Kompressor 31, die Flussumschaltvorrichtung 32 und das Expansionsventil 34 alle in der Außeneinheit 20, d. h. dem Gehäuse 22, aufgenommen. Das Innere des Gehäuses 22 ist beispielsweise durch eine Trennplatte in eine Luftführungskammer und eine Maschinenkammer, aufgeteilt. Der Außen-Wärmetauscher 33 und die Luftführungsvorrichtung 21 sind in der Luftführungskammer vorgesehen, und der Kompressor 31, die Flussumschaltvorrichtung 32 und das Expansionsventil 34 sind in der Maschinenkammer vorgesehen.
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Der Kompressor 31 komprimiert angesaugtes Kühlmittel in ein Kühlmittel mit hoher Temperatur und hohem Druck und gibt das Kühlmittel mit hoher Temperatur und hohem Druck ab. Der Kompressor 31 ist beispielsweise ein Drehkompressor oder ein Rollkompressor. Die Flussumschaltvorrichtung 32 ist eine Vorrichtung, die die Flussrichtung des Kühlmittels zwischen den Flussrichtungen des Kühlmittels umschaltet. Die Flussumschaltvorrichtung 32 ist beispielsweise ein Vier-Wege-Ventil. Das Expansionsventil 34 ist eine Expansionsvorrichtung und stellt die Flussrate des Kühlmittels ein, um den Druck des verwendeten Kühlmittels einzustellen (zu reduzieren). Das Expansionsventil 34 ist beispielsweise ein elektronisches Expansionsventil, dessen Öffnungsgrad in Antwort auf eine Instruktion von einer Steuerung (nicht gezeigt) geändert werden kann.
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Nun wird die Konfiguration der Luftführungsvorrichtung 21 beschrieben. Die Luftführungsvorrichtung 21 ist ein Beispiel einer Rotationsmaschine gemäß der Ausführungsform. 4 ist eine schematische Schnittansicht, die die Konfiguration der Luftführungsvorrichtung 21 zeigt. Wie in 4 gezeigt, umfasst die Luftführungsvorrichtung 21 den Elektromotor 40, das Gebläse 50 und die Mutter 60.
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Der Elektromotor 40 umfasst einen Stator 42 und einen Rotor 43. Der Elektromotor 40 ist beispielsweise ein bürstenloser Motor. Der Stator 42 umfasst einen Statorkern, der als Ring um eine Achse A1 angeordnet ist, und eine Spule, die um den Statorkern gewickelt ist. Der Statorkern ist aus weichmagnetischem Material gefertigt und er ist beispielsweise aus einer Mehrzahl von elektromagnetischen Stahlblechen gebildet, die in eine Richtung entlang der Achse A1 (einer Achsrichtung) gestapelt sind. Jedes der elektromagnetischen Stahlbleche weist eine Dicke von beispielsweise 0,2 bis 0,5 mm auf. Die Richtung entlang der Achse A1 wird nachfolgend als „Achsrichtung“ bezeichnet. Eine Richtung entlang eines Umfangs um die Achse A1 wird als „Umfangsrichtung“ bezeichnet. Eine Richtung senkrecht zu der Achse A1 wird als „Radialrichtung“ bezeichnet. Bei der Radialrichtung ist eine Richtung nach außen eine Richtung weg von der Achse A1, und eine Richtung nach innen ist eine Richtung hin zu der Achse A1.
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Der Rotor 43 ist relativ zu dem Stator 42 drehbar. Insbesondere ist der Rotor 43, wie in 4 gezeigt, innerhalb des Stators 42 vorgesehen, wobei es einen Spalt zwischen dem Rotor 43 und dem Stator 42 gibt, und die Anordnung ist derart, dass der Rotor 43 um die Achse A1 gedreht werden kann. Der Rotor 43 ist ein Rotor vom „Consequent-Pole-Typ“. 5 ist eine Querschnittsansicht des Rotors 43 entlang einer Ebene senkrecht zu der Achse A1. In 5 sind Magnetflüsse schematisch durch Pfeile dargestellt. Wie in 5 gezeigt, umfasst der Rotor 43 einen Rotorkern 44, eine Mehrzahl von Permanentmagneten 45 und eine Welle 46.
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Der Rotorkern 44 ist aus einem magnetischen Material gefertigt. Der Rotorkern 44 ist aus beispielsweise einer Mehrzahl von elektromagnetischen Stahlblechen gebildet, die aus weichmagnetischem Material gefertigt und in Axialrichtung gestapelt sind. Jedes der elektromagnetischen Stahlbleche weist eine Dicke von beispielsweise 0,2 bis 0,5 mm auf. In der Ausführungsform weist der Rotorkern 44 eine im Wesentlichen zylindrische Gestalt derart auf, dass er sich in die Axialrichtung erstreckt. Der Rotorkern 44 weist ein Durchgangsloch 44a und eine Mehrzahl von Magneteinführungslöchern 44b auf. Das Durchgangsloch 44a ist in einem zentralen Teil des Rotorkerns 44 ausgebildet und durchsetzt den Rotorkern 44 in der Axialrichtung. Die Welle 46 ist in das Durchgangsloch 44 eingefügt. Die Mehrzahl von Magneteinführungslöchern 44b ist nahe an der Außenumfangsfläche 44c des Rotorkerns 44 ausgebildet und in regelmäßigen Abständen in Umfangsrichtung angeordnet. Die Magneteinführungslöcher 44b erstrecken sich durch den Rotorkern 44 in Axialrichtung. Es sind, unter Bezugnahme auf 5, fünf Magneteinführungslöcher 44b in dem Rotorkern 44 ausgebildet. In jedes der Magneteinführungslöcher 44b ist wenigstens ein zugeordneter der Permanentmagnete 45 angefügt.
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Die Permanentmagnete 45 sind an dem Rotorkern 44 derart angebracht, dass die Permanentmagnete 45 voneinander in Umfangsrichtung beabstandet sind und magnetische Pole der Permanentmagnete 45, welche zu der Außenumfangsseite des Rotorkerns 44 in Radialrichtung hin weisen, die gleiche magnetische Polarität aufweisen. In der Ausführungsform sind die fünf Permanentmagnete 45 in die entsprechenden fünf Magneteinführungslöcher 44b eingefügt. Als Folge davon sind die fünf Permanentmagnete 45 in regelmäßigen Abständen in Umfangsrichtung angeordnet. Jeder der Permanentmagnete 45 ist in Form einer flachen Platte ausgebildet, die in Axialrichtung lang ist, eine Breite in Umfangsrichtung und eine Dicke in Radialrichtung aufweist. Eine Abmessung jedes der Permanentmagnete 45 in Axialrichtung ist kleiner als eine Abmessung jedes der Magneteinführungslöcher 44b in Axialrichtung. Die Permanentmagnete 45 sind in eine Richtung entlang der Dickenrichtung magnetisiert und beispielsweise so vorgesehen, dass die magnetischen Südpole der Permanentmagnete 45 in Radialrichtung der Außenumfangsseite zuweisen und die magnetischen Nordpole der Permanentmagnete 45 in Radialrichtung der Innenumfangsseite zuweisen. Jeder der Permanentmagnete 45 ist ein Seltenerdmagnet, der beispielsweise Neodym, Eisen und Bor als Hauptkomponenten aufweist.
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Wie in 5 gezeigt, stößt ein magnetischer Fluss, der von einer Oberfläche jedes der Permanentmagneten 45 erzeugt wird, die an der Innenseite in Radialrichtung angeordnet ist und dem Nordpol entspricht, einen magnetischen Fluss ab, der von einem Permanentmagneten 45 erzeugt wird, der benachbart zu dem obigen Permanentmagneten 45 in Umfangsrichtung angeordnet ist, und diese magnetischen Flüsse bewegen sich hin zu Oberflächen der jeweils benachbarten Permanentmagnete 45, die an einer Außenseite in Radialrichtung angeordnet sind und den magnetischen Südpolen der jeweiligen Permanentmagnete entsprechen. Als Folge davon wird ein magnetischer Pseudo-Pol in einem Bereich 44d zwischen den benachbarten Magneten 45 in dem Rotorkern 44 gebildet. In einem in 5 gezeigten Beispiel des Stators 45 dienen die Permanentmagnete 45 als Südpole und in den Bereichen 44d gebildete magnetische Pseudo-Pole dienen als Nordpole. Der Rotor 43 weist, in anderen Worten, zehn magnetische Pole an der Außenumfangsfläche 44c des Rotorkerns 44 auf. Die zehn magnetischen Pole sind so angeordnet, dass die magnetischen Polaritäten der magnetischen Pole sich in Umfangsrichtung abwechseln. Genauer gesagt sind von den zehn magnetischen Polen fünf magnetische Pole magnetische Pole der Permanentmagnete 45 und die anderen fünf magnetischen Pole sind die magnetischen Pseudo-Pole, die jeweils in dem Bereich 44d zwischen zugeordneten benachbarten Paaren der Permanentmagnete 45 in dem Rotorkern 44 angeordnet sind. Somit sind in dem Rotor 43, der ein Rotor vom Consequent-Pole-Typ ist, die magnetischen Pseudo-Pole an dem Rotorkern 44 erzeugt, und die Anzahl der Permanentmagnete, die für den Elektromotor benötigt werden, kann somit halbiert werden, im Vergleich zu einem Elektromotor, der die gleiche Anzahl magnetischer Pole wie der obige Elektromotor aufweist. Die Herstellungskosten des Elektromotors gemäß der Ausführungsform können somit reduziert werden, da die Anzahl der Permanentmagnete, welche teuer sind, verringert werden kann.
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Die Welle 46 ist in dem zentralen Teil des Rotorkerns 44 derart vorgesehen, dass sie sich in die Axialrichtung erstreckt. In der Ausführungsform ist die Welle 46 von im Wesentlichen zylindrischer Gestalt, und sie weist eine zentrale Achse auf, die mit der Achse A1 zusammenfällt, und sie ist in das Durchgangsloch 44a in dem Rotorkern 44 eingefügt. Die Welle 46 ist in das Durchgangsloch 44a beispielsweise eingepasst und hierdurch an einer Innenseite des Durchgangslochs 44a befestigt. Die Welle 46 wird somit zusammen mit dem Rotorkern 44 auf der Achse A1 gedreht, welches auch die Drehachse der Welle 46 ist. Die Welle 46 ist aus magnetischem Material gefertigt. Die Welle 46 ist aus beispielsweise Kohlenstoffstahl gefertigt, welcher ein weichmagnetisches Material ist.
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Die Welle 46 ist durch einen Teil der magnetischen Flüsse magnetisiert, die von dem Permanentmagneten 45 erzeugt werden. 6 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie VI-VI in 5. In 6 geben Pfeile schematisch die magnetischen Flüsse an. Wie in den 5 und 6 gezeigt, stößt ein Teil der magnetischen Flüsse, die von zentralen Teilen der Permanentmagnete 45, die in mittleren Positionen in Breitenrichtung der Permanentmagnete 45 angeordnet sind, ein umgebendes magnetisches Feld ab, sodass sich der Teil hin zu einer Innenseite des Rotorkerns 44 bewegt. Da die Welle 46 aus magnetischem Material gefertigt ist, fließen die magnetischen Flüsse durch die Welle 46 in die Axialrichtung, und sie fließen von beiden Enden der Welle 46 hin zu den Permanentmagneten 45 durch die Außenumfangsfläche 44c des Rotorkerns 44. Als Folge davon wird die gesamte Welle 46 in Axialrichtung magnetisiert. Die magnetischen Flüsse fließen von der Innenseite der Welle 46 hin zu der Außenseite durch Oberflächen beider Endbereiche der Welle 46. Die Welle 46 weist somit eine starke magnetische Kraft an den beiden Endbereichen der Welle 46 auf, durch welche viel magnetischer Fluss pro Einheitsfläche läuft. Da die Welle 46 durch die magnetischen Flüsse, die von den Permanentmagneten 45 auf die oben beschriebene Weise erzeugt werden, magnetisiert ist, sollte vorzugsweise eine Komponente, die den magnetischen Fluss behindert (beispielsweise eine Komponente, die aus einem nichtmagnetischen Material, wie etwa Harzmaterial gebildet ist) nicht zwischen dem Rotorkern 44 und der Welle 46 vorgesehen sein.
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Wie in 4 gezeigt, ist die Welle 46 so bereitgestellt, dass sie von dem Motorkern 44 in Axialrichtung vorsteht. Unter Bezugnahme auf 4 ist der Propeller 50 an einem Teil der Welle 46 bereitgestellt, welcher von dem Rotorkern 44 in eine Richtung vorsteht, die durch einen Pfeil D1 angegeben ist. Eine Seite der Welle 46, an der das Gebläse 50 bereitgestellt ist (eine Seite in die durch den Pfeil D1 in 4 angegebene Richtung) wird nachfolgend als eine distale Endseite bezeichnet, und die der distalen Endseite gegenüberliegende Seite (eine in einer Richtung liegenden Seite, welche durch einen Pfeil D2 in 4 angegeben ist) wird als eine proximale Endseite bezeichnet. In der Ausführungsform sind das Gebläse 50 und die Mutter 60 an der distalen Endseite der Welle 46 vorgesehen. Von den oben beschriebenen beiden Endbereichen der Welle 46 ist ein Endbereich an der distalen Endseite ein distaler Endbereich 46a, und er ist mit einem Gewinde versehen, sodass der distale Endbereich 46a ein Außengewinde aufweist, auf das die Mutter 60 geschraubt werden kann. Obwohl es nicht gezeigt ist, ist der Teil der Welle 46, der der proximalen Endseite näher ist als dem distalen Endbereich 46a so ausgebildet, dass er eine Stufe oder einen Kragen (nicht gezeigt) aufweist, um zu verhindern, dass sich das Gebläse 50 hin zu der proximalen Endseite der Welle 46 bewegt.
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In der Ausführungsform umfasst der Elektromotor 40 ferner ein Lager 47A, ein Lager 47B, eine Schaltungsplatte 48 und ein Motorgehäuse 49. Das Lager 47A und das Lager 47B sind auf in Axialrichtung einander bezüglich dem Rotorkern 44 gegenüberliegenden Seiten vorgesehen, um die Welle 46 derart zu lagern, dass die Welle sich drehen kann. Das Lager 47A lagert den Teil der Welle 46, der von dem Rotor 44 hin zur distalen Endseite vorsteht, und das Lager 47B lagert den Teil der Welle 46, der von dem Rotorkern 44 zur proximalen Endseite hin vorsteht. Die Schaltungsplatte 48 ist benachbart zu einer Seite des Stators 42 in Axialrichtung angeordnet, und sie ist auch an der proximalen Endseite angeordnet, wie in 4 gezeigt. Auf der Schaltungsplatte 48 sind beispielsweise eine Treiberschaltung und ein Magnetsensor bereitgestellt. Die Treiberschaltung ist vorgesehen, um den Elektromotor 40 zu treiben, und der Magnetsensor ist vorgesehen, um eine Drehposition des Rotors 43 zu detektieren. An die Schaltungsplatte 48 ist ein Verbinder 48a angebracht, um die Schaltungsplatte 48 mit einer Steuerung (nicht gezeigt) für die Außeneinheit 20 zu verbinden. Das Motorgehäuse 49 ist derart vorgesehen, dass es den Rotor 43 umgibt. Das Motorgehäuse 49 ist aus Harzmaterial gefertigt und integral mit dem Stator 42 und der Schaltungsplatte 48 gegossen. Ein Teil des Motorgehäuses 49, das an der proximalen Endseite angeordnet ist, hält das Lager 47B. In einem Teil des Motorgehäuses 49, der an der distalen Endseite angeordnet ist, ist ein Öffnungsbereich ausgebildet. An dem Öffnungsbereich ist eine Klammer 49a angebracht. Die Klammer 49a hält ein Lager 47A.
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Das Gebläse 50 ist ein Flügelrad, welches ein Beispiel eines Drehelements gemäß der Ausführungsform ist. Wie in 4 gezeigt, ist das Gebläse 50 an der Welle 46 des Elektromotors 40 vorgesehen. In der Ausführungsform ist das Gebläse 50 an dem Teil der Welle 46 vorgesehen, der auf der distalen Endseite angeordnet ist. Das Gebläse 70 ist ein Propeller und umfasst eine Nabe 51 und eine Mehrzahl von Flügeln 52. Die Nabe 51 ist auf der Achse A1 vorgesehen, der die Drehachse entspricht. Die Nabe 51 weist ein Durchgangsloch 51a auf, das sich durch die Nabe 51 entlang der Achse A1 erstreckt. In das Durchgangsloch 51a ist die Welle 46 des Elektromotors 40 eingefügt. Der Innendurchmesser des Durchgangslochs 51a ist nahezu gleich dem Außendurchmesser der Welle 46. Die Mehrzahl von Flügeln 52 ist an dem Außenumfang der Nabe 51 in regelmäßigen Abständen in Umfangsrichtung vorgesehen. Das Gebläse 50 ist aus beispielsweise einem Harzmaterial, wie etwa Polypropylen, gefertigt.
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Die Mutter 60 ist ein Beispiel für ein Befestigungselement gemäß der Ausführungsform. Die Mutter 60 wird verwendet, um das Gebläse 50 an der Welle 46 des Elektromotors 40 zu befestigen. In der Ausführungsform ist die Mutter 60 an dem distalen Endbereich 46a der Welle 46 vorgesehen und auf dem distalen Endbereich 46a der Welle 46 geschraubt, der mit einem Gewinde versehen ist. Die Mutter 60 ist beispielsweise eine Hutmutter, die den distalen Endbereich der Welle 46 bedeckt. Die Nabe 51 des Gebläses 50 ist zwischen der Mutter 60 und der Stufe oder dem Kragen an der Welle 46 befestigt, wodurch das Gebläse 50 an der Welle 46 befestigt ist. Wenn der Elektromotor 40 angetrieben wird, wird das Gebläse 50 somit gedreht.
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Die Mutter 60 ist aus magnetischem Material gefertigt. Die Mutter 60 ist aus beispielsweise Kohlenstoffstahl gefertigt, welcher ein weichmagnetisches Material ist. Die aus magnetischem Material gefertigte Mutter 60 wird somit durch die magnetisierte Welle 46 durch Magnetkraft angezogen. In der Ausführungsform ist die Mutter 60 an dem distalen Endbereich 46a der Welle 46 vorgesehen, welche eine starke magnetische Kraft aufweist, und sie wird somit stark an den distalen Endbereich 46a der Welle 46 gezogen. Als Folge davon wird die Kraft, die durch die Mutter 60 ausgeübt wird, um das Gebläse 50 an der Welle 46 zu befestigen, in einem Ausmaß erhöht, mit dem die Mutter 60 durch Magnetkraft angezogen wird. Da insbesondere die Mutter 60 an dem distalen Endbereich 46a der Welle 46 durch die Magnetkraft angezogen wird, wird eine Reibungskraft an einer Gewindefläche der Mutter 60 erhöht. Somit wird ein Drehmoment, das benötigt wird, um die Mutter 60 zu lösen, erhöht, und die Mutter 60 ist deshalb schwieriger zu lösen. Selbst wenn die Mutter gelockert wird, kann die Lockerung der Mutter 60 verzögert werden, da die Mutter 60 an dem distalen Endbereich 46a der Welle 46 stark angezogen wird. Da die Lockerung der Mutter 60 reduziert werden kann, fällt das Gebläse 50 somit nicht leicht von der Welle 46 ab.
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In der Ausführungsform ist eine Richtung, in welche die Mutter 60 gedreht wird, wenn sie festgezogen wird, umgekehrt zu einer Richtung gewählt, in die sich der Rotor 43 des Elektromotors 40 dreht. Wie in 4 gezeigt, ist die Drehrichtung des Rotors 43 eine Drehrichtung R1. Die Richtung, in die die Mutter 60 gedreht wird, wenn sie zugezogen wird, ist eine Drehrichtung R2, die der Drehrichtung R1 entgegengesetzt ist. Ein Reibungsdrehmoment, das erzeugt wird, wenn das Gebläse 50 und der Sitz der Mutter 60 beim Starten des Rotors 43 drehen, kann somit in die Richtung wirken, in die die Mutter 60 fest gezogen wird.
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Die Luftführungsvorrichtung 21 (Rotationsmaschine) gemäß der Ausführungsform umfasst den Elektromotor 40, das Gebläse 50 (Rotationselement) und die Mutter (Befestigungselement) 50. Der Elektromotor 40 umfasst den Stator 42 und den Rotor 43, welcher den Rotorkern 44 aus magnetischem Material, die Mehrzahl von Permanentmagneten 45 und die Welle 46 umfasst. Das Gebläse 50 ist an der Welle 46 vorgesehen, und die Mutter 60 ist aus magnetischem Material gefertigt und vorgesehen, um das Gebläse 50 an der Welle 46 zu befestigen. Der Rotor 43 ist so vorgesehen, dass der Rotor 43 relativ zu dem Stator 42 gedreht werden kann. Die Permanentmagnete 45 sind an dem Rotorkern 44 derart angebracht, dass die Permanentmagnete 45 in Umfangsrichtung voneinander beabstandet sind und Magnetpole der Permanentmagnete 46, welche der Außenumfangsseite des Rotorkerns 44 in Radialrichtung zuweisen, die gleiche magnetische Polarität aufweisen. Die Welle 46 ist aus einem magnetischen Material gefertigt, erstreckt sich durch den zentralen Teil des Rotorkerns 44 in Axialrichtung und ist durch einen Teil des magnetischen Flusses, der von den Permanentmagneten 45 erzeugt wird, magnetisiert.
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Da die Welle 46 magnetisiert ist, wird in der obigen Konfiguration die Mutter 60, die aus magnetischem Material gefertigt ist, von der Welle 46 angezogen. Als Folge davon wird die durch die Mutter 60 ausgeübte Kraft zum Befestigen des Gebläses 50 an der Welle 46 in einem Ausmaß erhöht, indem die Mutter 60 durch die Welle 46 angezogen wird. Deshalb lockert sich die Mutter 60 nicht leicht, und das Gebläse 50 fällt nicht leicht von der Welle 46 ab.
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Die Außeneinheit 20 der Klimaanlage 1 gemäß der Ausführungsform umfasst: den Elektromotor 40, der den Stator 42 und den Rotor 43 aufweist, welcher den aus magnetischem Material gefertigten Rotorkern 44, die Mehrzahl von Permanentmagneten 45 und die aus magnetischem Material gefertigte Welle 46 umfasst; das Gebläse 50, das an der Welle 46 vorgesehen ist; die aus magnetischem Material gefertigte Mutter 60, die vorgesehen ist, um das Gebläse 50 an der Welle zu befestigen; den Außen-Wärmetauscher 33, zu welchem durch die Drehung des Gebläses 50 Luft geführt wird, und das Gehäuse 22, das den Elektromotor 40, das Gebläse 50, die Mutter 60 und den Außen-Wärmetauscher 33 aufnimmt. Der Rotor 43 ist relativ zu dem Stator 42 drehbar vorgesehen. Die Mehrzahl von Permanentmagneten 45 ist an dem Rotorkern 44 derart angebracht, dass die Permanentmagnete 45 in Umfangsrichtung voneinander beabstandet sind und Magnetpole der Permanentmagnete 45, die in Radialrichtung der Außenumfangsseite zuweisen, die gleiche Polarität aufweisen. Die Welle 46 erstreckt sich durch den zentralen Teil des Rotorkerns 44 in Axialrichtung und ist durch einen Teil des magnetischen Flusses, der von den Permanentmagneten 45 erzeugt wird, magnetisiert.
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Wenn die Außeneinheit 20 die Drehung des Gebläses 50, das dazu konfiguriert ist, dem Außen-Wärmetauscher 33 Luft zuzuführen, startet oder stoppt, wird ein starkes Drehmoment an der Mutter 60 durch Trägheitskraft aufgrund des Startens und Stoppens der Drehung des Gebläses 50 erzeugt. Aufgrund der Bereitstellung der obigen Konfiguration wird auch in einem solchen Fall die Mutter 60 nicht einfach gelockert, und das Gebläse 50 fällt nicht leicht von der Welle 46 ab.
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(Erste Abwandlung 1)
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In der obigen Ausführungsform ist die Mutter 60 aus magnetischem Material gefertigt. Jedoch kann eine Oberfläche 60a (siehe 4) der Mutter 60 mit einem nichtmagnetischen Material bedeckt sein. Als nichtmagnetisches Material kann beispielsweise Gummimaterial und Harzmaterial verwendet werden. Da die Mutter 60 in der Außeneinheit 20 vorgesehen ist, welche im Freien installiert ist, können feine magnetische Substanzen, wie etwa Eisensand, mit der Mutter 60 aufgrund von Wind oder aus anderen Gründen in Kontakt kommen und durch Magnetkraft an der Mutter 60 haften. Durch Bedecken der Oberfläche 60a der Mutter 60 mit nichtmagnetischem Material kann auf die oben beschriebene Weise verhindert werden, dass sich feine magnetische Substanzen an der Mutter 60 anhängen, und das äußere Erscheinungsbild kann zufriedenstellend aufrecht erhalten werden. In diesem Fall ist es bevorzugt, dass eine Kontaktfläche der Mutter 60, die mit der Welle 46 in Kontakt kommt (beispielsweise die Gewindefläche der Mutter 60) sollte nicht mit dem nichtmagnetischen Material bedeckt sein.
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(Zweite Abwandlung)
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In der obigen Ausführungsform ist die Richtung, in welche die Mutter 60 gedreht wird, wenn sie festgezogen wird, entgegengesetzt zu der Richtung, in welche der Rotor 43 des Elektromotors 40 gedreht wird; jedoch können diese Richtungen auch gleich orientiert sein. Unter Bezugnahme auf 4, in der die Drehrichtung des Rotors 43 die Drehrichtung R1 ist, kann die Richtung, in die die Mutter 60 gedreht wird, wenn sie festgezogen wird, ebenfalls die Drehrichtung R1 sein. Als Folge davon kann eine Reibungskraft, die zwischen dem Gebläse 50 und dem Sitz der Mutter 60 erzeugt wird, wenn der Rotor 43 die Drehung stoppt, in die Richtung wirken, in die die Mutter 60 zugezogen wird.
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Obwohl in der obigen Ausführungsform beschrieben wurde, dass der Rotorkern 44 des Rotors 43 eine im Wesentlichen zylindrische Gestalt aufweist, ist dies nicht einschränkend. Es ist nicht unabdingbar, dass die Gestalt eines Querschnitts des Rotorkerns 44 senkrecht zu der Axialrichtung ein perfekter Kreis ist. Der obige Querschnitt des Rotorkerns 44 kann beispielsweise die Gestalt eines Kreises aufweisen, der eine Mehrzahl von Vorsprüngen aufweist, die an dem Kreis vorstehen. Die Anzahl der Magneteinführungslöcher 44b, die in dem Rotorkern 44 gebildet sind, ist nicht auf 5 beschränkt, sondern kann vielmehr auf geeignete Weise bestimmt werden. Ähnlich ist die Anzahl der Permanentmagnete 45, die an dem Rotorkern 44 angebracht ist, nicht auf fünf beschränkt sondern vielmehr auf geeignete Weise bestimmt werden.
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Obwohl vorangehend beschrieben wurde, dass die Mutter 60 an dem distalen Endbereich 46a der Welle 46 vorgesehen ist, ist dies nicht einschränkend. D. h., es reicht aus, dass an einem Teil der Welle 46, der an der distalen Endseite angeordnet ist, die Mutter 60 an einer Position vorgesehen ist, wo die Mutter 60 das Gebläse 50 befestigen kann. Die Mutter 60 wurde vorangehend als ein Beispiel des Befestigungselements beschrieben, das Befestigungselement ist jedoch nicht auf die Mutter 60 beschränkt. Das Befestigungselement kann beispielsweise eine Schraube sein. In dem Fall, in dem die Schraube als das Befestigungselement verwendet wird, ist der distale Endbereich 46a der Welle 46 beispielsweise dazu ausgebildet, ein Innengewinde aufzuweisen, in die die Schraube geschraubt wird, wodurch das Gebläse 50 durch die Schraube befestigt werden kann.
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Das oben beschriebene Gebläse 50 ist ein Beispiel für das Drehelement; das Drehelement ist jedoch nicht auf das Gebläse 50 beschränkt, was bedeutet, dass ein anderes zu drehendes Element als das Drehelement verwendet werden kann. Ferner wurde vorangehend die Luftführungsvorrichtung 21 der Außeneinheit 20 als ein Beispiel der Rotationsmaschine gemäß der obigen Ausführungsform beschrieben, was beispielsweise heißt, dass die Luftführungsvorrichtung 11 der Außeneinheit 10 verwendet werden kann. Zudem kann die Rotationsmaschine in einer elektrischen Vorrichtung montiert sein, die von der Klimaanlage 1 verschieden ist, und auch in diesem Fall ist es möglich, die gleichen Vorteile zu erzielen wie in der Ausführungsform.
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Die vorangehende Beschreibung wurde in Bezug auf die bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung getätigt, ist jedoch nicht einschränkend. Die Tragweite der vorliegenden Offenbarung sollte nicht durch die obige Ausführungsform beschränkt sein, und Hinzufügungen, Weglassungen, Ersetzungen einer Konfiguration oder mehrerer Konfigurationen und andere Abwandlungen von Komponenten können durchgeführt werden, ohne von dem Gedanken der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
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Industrielle Anwendbarkeit
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In der obigen Rotationsmaschine, Luftführungsvorrichtung, Außeneinheit der Klimaanlage und der Klimaanlage kann verhindert werden, dass das Drehelement, wie etwa ein Gebläse, leicht von der Welle abfällt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Klimaanlage,
- 10
- Inneneinheit,
- 11
- Luftführungsvorrichtung,
- 12
- Elektromotor,
- 13
- Gebläse,
- 20
- Außeneinheit,
- 21
- Luftführungsvorrichtung (Rotationsmaschine),
- 22
- Gehäuse,
- 30A, 30B
- Kühlmittelleitung,
- 33
- Außen-Wärmetauscher,
- 35
- Innen-Wärmetauscher,
- 40
- Elektromotor,
- 42
- Stator,
- 43
- Rotor,
- 44
- Rotorkern,
- 44a
- Durchgangsloch,
- 44b
- Magneteinführungsloch,
- 44c
- Außenumfangsfläche,
- 44d
- Bereich,
- 45
- Permanentmagnet,
- 46
- Welle,
- 46a
- distaler Endbereich,
- 50
- Gebläse (Drehelement),
- 60
- Mutter (Befestigungselement),
- A1
- Achse,
- R1, R2
- Drehrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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