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Gebiet der
Erfindung
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Diese
Erfindung betrifft eine Stützstruktur
für getrennte
Statorkerne in einem Motor oder Generator.
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Hintergrund
der Erfindung
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Ein
Stator eines Motors oder Generators ist mit einer Vielzahl von Kernen
versehen, die z. B. in gleichmäßigen Winkelintervallen
in einer radialen Richtung angeordnet sind. Eine Wicklung eines Drahts
wird an jedem Kern durchgeführt.
Dadurch ist, abgesehen von einem Raum, der erforderlich ist, um einfach
den Draht zu lagern, ein Raum zwischen zwei angrenzenden Kernen
erforderlich, um den Wickelvorgang durchzuführen.
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Ein
Motor/Generator ist bekannt, bei dem die Kerne getrennt sind, um
diesen Raum zu verringern. Bei einem Motor/Generator mit getrenntem
Kern sind die Kerne in der Richtung eines Kreisumfangs getrennt
und Kerne, auf die vorab Draht gewickelt wurde, werden zusammengefügt, um den
Stator zu bilden.
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Die
US 4 338 533 offenbart einen
Motor/Generator umfassend: einen Stator mit einer Vielzahl von Dauermagneten,
die auf einem Kreis angeordnet sind, wobei jeder der Dauermagneten
eine Basis umfasst, deren Breite sich in einer Richtung weg von
einer Mitte des Stators vergrößert; einen
Rotor, der auf einer Innenseite des Stators dreht; eine Vielzahl
von Rückhalteplatten,
welche die Basen der Dauermagneten stützen, um so eine Verschiebung
der Dauermagneten in der Richtung zur Mitte des Stators zu verhindern;
ein Gehäuse,
das eine Verschiebung der Dauermagneten in der Richtung weg von
der Mitte des Stators verhindert; und ein Paar von ringförmigen Befestigungselemen ten,
die einander zugewandt sind und jeweils Enden der Rückhalteplatten
halten.
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Die
EP 0 823 771 A1 offenbart
einen Motor mit einem Statorkern mit vielen Zähnen und Schlitzen, die zwischen
den Zähnen
vorgesehen sind. Eine Wicklung wird auf den Zähnen durch eine einzelne Drehung
aufgebracht und ein Rotor mit vielen Dauermagneten wird unter Ausnutzung
des Reluktanzdrehmoments zusätzlich
zum Magnetdrehmoment gedreht und angetrieben.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Ein
Stator, der getrennte Kerne nutzt, ist jedoch in seiner Form und
seinem Aufbau komplizierter als ein Stator, der nicht-getrennte
Statorkerne nutzt. Die Kerne werden üblicherweise durch Laminieren gepresster
Plattenelemente gebildet, und die Anwendung getrennter Kerne erfordert
eine hohe Druckgenauigkeit am Verbindungsabschnitt.
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Solch
eine Anforderung an Genauigkeit kann die Lebensdauer des Bauteils
der Pressform verringern.
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Um
die Kompliziertheit der Form und des Aufbaus des getrennten Kerns
zu vermeiden, können die
getrennten Kerne durch Schweißen
verbunden werden. Jedoch kann Schweißen die magnetischen Eigenschaften
eines Kerns negativ beeinflussen.
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Es
ist deshalb eine Aufgabe dieser Erfindung, die Verbindung der getrennten
Kerne zu vereinfachen. Diese Aufgabe wird durch einen Motor/Generator
mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die Unteransprüche enthalten
bevorzugte Ausführungsbeispiele
der Erfindung.
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Die
Einzelheiten sowie andere Merkmale und Vorteile dieser Erfindung
sind im Rest der Beschreibung dargelegt und in den beigefügten Zeichnungen
gezeigt.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
eine seitliche Querschnittsansicht eines Motors mit getrenntem Kern
gemäß dieser
Erfindung.
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2 ist
eine längliche
Querschnittsansicht des Motors mit getrenntem Kern entlang der Linie
II-II aus 1.
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3 ist
eine seitliche Querschnittsansicht der wichtigsten Teile des Motors
mit getrenntem Kern und beschreibt ein Positionsverhältnis zwischen
einer bogenförmigen
Nut und einer Befestigungsplatte gemäß dieser Erfindung.
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4 ist
eine seitliche Querschnittsansicht eines Motors mit getrenntem Kern
gemäß einem zweiten
Ausführungsbeispiel
dieser Erfindung.
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5 ist
eine längliche
Querschnittsansicht des Motors mit getrenntem Kern gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel
dieser Erfindung.
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6 ist
eine seitliche Querschnittsansicht eines Motors mit getrenntem Kern
gemäß einem
dritten Ausführungsbeispiel
dieser Erfindung.
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7 ist
eine längliche
Querschnittsansicht des Motors mit getrenntem Kern gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel
dieser Erfindung.
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8 ist
eine seitliche Querschnittsansicht eines Motors mit getrenntem Kern
gemäß einem
vierten Ausführungsbeispiel
dieser Erfindung.
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9 ist
eine längliche
Querschnittsansicht des Motors mit getrenntem Kern gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel
dieser Erfindung.
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Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsbeispiele
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Bezug
nehmend auf 1 der Zeichnungen ist ein Mehrfachwellenmotor
mit getrennten Kernen gemäß dieser
Erfindung ein mit zusammengesetztem Strom angetriebener Mehrfachwellenmotor
mit einem ersten Rotor 2, einem zweiten Rotor 3 und
einem Stator 14, die in einem Gehäuse 1 angeordnet sind.
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Der
erste Rotor 2 ist mit sechs Magneten 6 ausgestattet,
die in gleichmäßigen Winkelintervallen um
eine Ausgangswelle 5 angeordnet sind. Diese Magneten haben
N-Pole und S-Pole, die abwechselnd auf dem Außenumfang des ersten Rotors 2 angeordnet
sind. Der zweite Rotor 3 ist mit acht Magneten 7 ausgestattet,
die in gleichmäßigen Winkelintervallen
um eine Ausgangswelle 4 angeordnet sind. Diese Magnete
haben N-Pole und S-Pole, die abwechselnd auf dem Außenumfang
des zweiten Rotors 3 angeordnet sind. Die Ausgangswelle 4 weist eine
zylindrische Form auf und wird koaxial durch ein Lager auf einer
Außenseite
der Ausgangswelle 5 gelagert. Der erste Rotor 2 und
der zweite Rotor 3 sind nacheinander in einer axialen Richtung
angeordnet, wie in 2 gezeigt.
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Der
Stator wird aus drei Kerngruppen A, B, C gebildet.
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Die
Gruppe A besteht aus zwölf
Kernen 11, die auf einem Kreis in regelmäßigen Abständen angeordnet
sind. Die Kerne der Gruppe A sind koaxial auf einer Außenseite
des ersten Rotors 2 an geordnet. Eine Statorwicklung 16 wird
vorab auf jeden Kern 11 gewickelt. Ein Raum 15 zum
Aufnehmen der Wicklungsdrähte
ist zwischen angrenzenden Kernen 11 vorgesehen. Gruppe
B besteht aus zwölf
Kernen 12, die auf einem Kreis in regelmäßigen Abständen in der
gleichen Weise wie die obige Gruppe A angeordnet sind.
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Kerne
der Gruppe B sind koaxial auf einer Außenseite des zweiten Rotors 3 angeordnet.
Obwohl ein fester Raum 17 zwischen den Kernen 12 vorgesehen
ist, wird keine Wicklung von Draht auf die Kerne 12 durchgeführt.
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Gruppe
C besteht aus zwölf
Kernen 13, die auf einem Kreis in regelmäßigen Abständen in
der gleichen Weise wie die obigen Gruppen A und B angeordnet sind.
Kerne der Gruppe C sind koaxial auf einer Außenseite des Kerns 11 der
Gruppe A und des Kerns 12 der Gruppe B angeordnet. Der
Kern 13 wird in einen Schlitz auf einem Innenumfang eines
zylindrischen Gehäuses 1 eingepasst,
welches durch einen nicht-magnetischen Körper gebildet wird. Eine Wandfläche des
nicht-magnetischen Körpers
ist zwischen zwei angrenzenden Kernen 13 angeordnet. Eine
Wicklung von Draht wird am Kern 13 nicht durchgeführt.
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Die
Kerne 11, 12, 13 sind an den gleichen Winkelpositionen
um die Ausgangswelle 5 angeordnet. Das heißt, wie
in 1 gezeigt, dass der Kern 11 und der Kern 13 in
einer radialen Richtung aufeinander liegen und dass die Kerne 12 und 13 ebenfalls
in einer radialen Richtung aufeinander liegen. Jeder Kern 11 und 12 besteht
aus einem Plattenelement, das in der Richtung der Ausgangswelle 5 geschichtet ist.
Jeder der Kerne 13 besteht aus einem Plattenelement, das
in der Umfangsrichtung des Gehäuses 1 geschichtet
ist.
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Der
Mehrfachwellenmotor treibt den ersten Rotor 2 und den zweiten
Rotor 3 unabhängig
durch Anlegen eines zusammengesetz ten Stroms an der Statorwicklung 16 an.
Das Prinzip dieser Art von Bewegung ist zum Beispiel im US-Patent
6,049,152 offenbart.
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Die
Stützstruktur
des Kerns 11 der Gruppe A und des Kerns 12 der
Gruppe B wird nachfolgend beschrieben.
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Die
Basen 11A und 12A, die geneigte Oberflächen aufweisen,
die sich in seitliche Richtungen erstrecken, sind auf den Außenumfängen der
Kerne 11 und 12 ausgebildet. Die Kerne 11 und 12 werden
im Gehäuse 1 durch
Rückhalteplatten 18,
die an den Basen 11A und 12A eingreifen, und den
Kern 13, der auf der Außenseite der Kerne 11 und 12 angeordnet ist,
zurückgehalten.
Die Rückhalteplatten 18 sind streifenförmige Elemente
mit einem trapezförmigen Querschnitt
und sind in gleichmäßigen Winkelintervallen
parallel zur Ausgangswelle 5 angeordnet. Jede Rückhalteplatte 18 wird
von zwei benachbarten Basen 11A der Kerne 11 und
in gleicher Weise von zwei benachbarten Basen 12A der Kerne 12 gehalten.
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Wenn
man nun auf 2 Bezug nimmt, sind beide Enden
der Rückhalteplatte 18 mit
Ringen 21, 22 in Eingriff. Der Ring 21 ist
mit einer Ringnut 23 versehen und der Ring 22 ist
mit einer Ringnut 24 versehen. Die Enden der Rückhalteplatte 18 sind
mit diesen Ringnuten 23 und 24 in Eingriff. Wie
in 1 gezeigt, sind insgesamt zwölf Rückhalteplatten 18 auf dem
gleichen Kreis angeordnet, auf welchem die Basen 11A und 12A angeordnet
sind, und die geneigten Oberflächen
der Rückhalteplatten 18,
welche den schrägen
Linien des Trapezes entsprechen, sind mit den geneigten Oberflächen der
Basen 11A und 12A in Kontakt.
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Wenn
man nun auf 3 Bezug nimmt, sind die Ringnuten 23 (24)
mit Außen-
und Innenwänden, die
einander zugewandt sind, ausgestattet. Ein Radius R1 der Innenwand
der Ringnuten 23 und 24 ist so festgelegt, dass
er geringfügig
größer ist
als ein Radius R2 des Kreises, der durch die Innenumfangsflächen der
Rückhalteplatten 18 gebildet
wird. Auf der anderen Seite, wie in 2 gezeigt,
stützt
ein Verstärkungsring 25 den
Innenumfang der Rückhalteplatten 18,
um eine Verformung der Rückhalteplatten 18 in
Richtung zur Ausgangswelle 5 zu verhindern. Der Außenumfang
des Verstärkungsrings 25 ist gleich
dem Radius R2. Der Verstärkungsring 25 ist
in dem Raum zwischen den Kernen 11 und 12 angeordnet.
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Wenn
der Motor montiert wird, werden ein Stator bestehend aus den Kernen 11, 12, 13 der Gruppen
A, B, C, der erste Rotor 2, der zweite Rotor 3 und
die Ausgangswellen 4 und 5 im Gehäuse 1 angeordnet,
wie in 1 gezeigt. Die Innenwände der Ringnuten 23 und 24 sind
mittels Presspassung in den Innenumfang der Rückhalteplatten 18 eingepasst
und die Endplatten 1A und 1B sind an beiden Seitenflächen des
Gehäuses 1 mittels
Bolzen befestigt. Es sei angemerkt, dass die Ringe 21 und 22 nicht unbedingt
an den Endplatten 1A und 1B befestigt sind.
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Eine
Kraft in einer radialen Richtung wirkt auf die Rückhalteplatten 18 aufgrund
der Presspassung der Ringnuten 23 und 24 an den
Enden der Rückhalteplatten 18.
Die Kraft verformt beide Enden der Rückhalteplatten nach außen, das
heißt,
in einer Richtung weg von der Ausgangswelle 5. Der Mittelabschnitt
der Rückhalteplatten 18 zeigt
aufgrund dieser Verformung eine Tendenz, sich nach innen oder in
Richtung zur Ausgangswelle 5 zu biegen.
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Jedoch
verhindert der Verstärkungsring 25, dass
sich die Rückhalteplatten 18 nach
innen biegen. Deshalb wird auch die Verschiebung der Kerne 11 und 12,
die mit den Rückhalteplatten 18 an
den Basen 11A und 12A in Eingriff sind, in Richtung
zur Ausgangswelle 5 vermieden.
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Außerdem stoßen die
Außenumfänge der Kerne 11 und 12 an
die Kerne 13, die im Gehäuse 1 eingepasst sind,
so dass auch eine Auswärtsverschiebung
der Kerne 11 und 12, d. h. die Verschiebung in
einer Richtung weg von der Ausgangswelle 5, verhindert
wird. Auf diese Weise werden die Kerne 11 und 12 genau
in festgelegten Positionen im Gehäuse 1 gehalten. Durch
Zwischenschaltung der Rückhalteplatten 18 müssen die
Kerne 11 und 12 keine besondere Form oder besonderen
Aufbau aufweisen, um sich mit den angrenzenden Kernen zu verbinden.
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Auf
diese Weise, d. h. durch die Verwendung der Rückhalteplatten 18,
kann der Aufbau des Motors vereinfacht werden. Es sei angemerkt,
dass der Verstärkungsring 25 auch
die Funktion hat, die Abstände in
der Richtung der Ausgangswelle 5 der Kerne 11 und 12 beizubehalten,
zusätzlich
zu der Funktion, eine Verformung der Rückhalteplatten 18 zu
verhindern. In diesem Ausführungsbeispiel
liegen die Rückhalteplatten 18 nur
an den Innenwänden
der Ringnuten 23 und 24 an, obwohl beide Enden
der Rückhalteplatten 18 von
den Ringnuten 23 und 24 gestützt werden, die in den Ringen 21 und 22 ausgebildet sind.
Diese Art von Wand kann auch erhalten werden, indem die Ringe 21 und 22 in
einer L-Form ausgebildet sind oder durch Schweißen eines kurzen zylindrischen
Elements an die Endplatten 1A und 1B als Ringe 21 und 22.
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Ein
zweites Ausführungsbeispiel
dieser Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf 4 und 5 beschrieben.
In diesem Ausführungsbeispiel hat
der Kern 12 der Gruppe B den gleichen Aufbau wie der Kern 11 der
Gruppe A. Statorwicklungen 16A und 16B werden
vorab auf jeden Kern 11 und 12 aufgewickelt. Die
Kerne jeder Gruppe werden mittels Montage in das Gehäuse 1 integriert.
Der Aufbau des ersten Rotors 2 und des zweiten Rotors 3 ist
der gleiche wie derjenige, der unter Bezugnahme auf das erste Ausführungsbeispiel
beschrieben wurde. Die Kerne 11 und 12 sind über einen
Kern 13 der Gruppe C magnetisch verbun den. Dadurch ist
das Magnetfeld, das von der Statorwicklung 16A in Bezug
auf den ersten Rotor 2 gebildet wird, in einer entgegengesetzten
Richtung zu dem Magnetfeld, das von der Statorwicklung 16B in
Bezug auf den zweiten Rotor 3 gebildet wird, ausgerichtet.
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In
diesem zweiten Ausführungsbeispiel,
wie auch im obigen ersten Ausführungsbeispiel,
sind die Rückhalteplatten 18 jeweils
zwischen der Basis 11A angrenzend an den Kern 11 und
die Basis 12A angrenzend an den Kern 12 in Eingriff.
Beide Enden der Rückhalteplatten 18 sind
mit den Ringen 21 und 22 in Eingriff, in der gleichen
Weise wie im ersten Ausführungsbeispiel.
Ein Verstärkungsring 25 ist
zwischen den Kernen 11 und 12 angeordnet, um den
Innenumfang der Rückhalteplatten 18 zu
stützen.
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Ein
drittes Ausführungsbeispiel
dieser Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf 6 und 7 beschrieben.
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Ein
Motor mit getrennten Kernen gemäß dem dritten
Ausführungsbeispiel
lagert einen Doppeleinheitmotor unabhängig im Gehäuse 1. Der erste Rotor 2 und
der zweite Rotor 3 werden von der Ausgangswelle 4 und
der Ausgangswelle 5 im Gehäuse 1 in der gleichen
Weise gelagert wie beim ersten und zweiten Ausführungsbeispiel. Der Motor gemäß diesem
Ausführungsbeispiel
umfasst die Kerne der Gruppe C nicht. Die Basen 11A und 12A der
Kerne 11 und 12 stoßen an einem Innenumfang des
Gehäuses 1 an und
gelangen in direkten Kontakt mit diesem. Der Verstärkungsring 25 ist
zwischen den Kernen 11 und 12 angeordnet, um den
Innenumfang der Rückhalteplatten 18 zu
stützen.
In diesem Motor werden der erste Rotor 2 und der zweite
Rotor 3 getrennt angetrieben, indem ein Mischstrom von
einem üblichen
Inverter an die Statorwicklungen 16A und 16B geliefert wird.
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Das
Prinzip dieser Bewegung ist im oben erwähnten US-Patent 6,049,152 offenbart.
Die Rückhalteplatten 18 sind
jeweils zwi schen den Basen 11A der Kerne 11 und
zwischen den Basen 12A der Kerne 12 in Eingriff.
Beide Enden der Rückhalteplatten 18 sind
mit den Ringen 21 und 22 in der gleichen Weise
wie im ersten Ausführungsbeispiel
in Eingriff.
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In
diesem Ausführungsbeispiel
wird auch die Verschiebung der Kerne 11 und 12 nach
innen durch die Rückhalteplatten 18 verhindert.
Die Verschiebung der Kerne 11 und 12 nach außen ist
durch das Gehäuse 1 eingeschränkt.
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Ein
viertes Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf 8 und 9 beschrieben.
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In
diesem Ausführungsbeispiel
besteht der Stator nur aus den Kernen 11 der Gruppe A.
Der erste Rotor 2 und der zweite Rotor 3 werden
unabhängig gedreht,
indem ein zusammengesetzter Strom an die Statorwicklungen 16,
die um die Kerne 11 gewickelt sind, geliefert wird. Das
Prinzip dieser Bewegung ist ebenfalls im oben erwähnten US-Patent
6,049,152 offenbart.
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Der
Aufbau der Ausgangswellen 4 und 5 und des ersten
Rotors 2 und des zweiten Rotors 3 ist der gleiche
wie unter Bezugnahme auf das zweite Ausführungsbeispiel und das dritte
Ausführungsbeispiel beschrieben
wurde. Die Rückhalteplatten 18 sind
mit den Basen 11A der Kerne 11 in Eingriff. Beide
Enden der Rückhalteplatten 18 sind
mit dem Ring 21 und 22 der Endplatten 1A und 1B in
der gleichen Weise wie beim ersten Ausführungsbeispiel in Eingriff.
Die Basen 11A der Kerne 11 haben direkten Kontakt
mit dem Innenumfang des Gehäuses 1,
in der gleichen Weise, wie in Bezug auf das dritte Ausführungsbeispiel
beschrieben. Der Verstärkungsring 25 ist
zwischen dem ersten Rotor 2 und dem zweiten Rotor 3 angeordnet,
um einen Kontakt mit dem Innenumfang der Kerne 11 herzustellen.
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Die
folgenden Anordnungen können
ebenfalls bei jedem der obigen Ausführungsbeispiele angewandt werden:
- (1) Durch gezielte Anwendung von Rückhalteplatten 18 mit
unterschiedlicher Dicke können
Herstellungsfehler bei den Abmessungen der Kerne 11 und 12 ausgeglichen
werden.
- (2) Eine nach innen gerichtete Kraft, welche die Rückhalteplatten 18 auf
die Kerne 11 und 12 in Richtung zur Ausgangswelle 5 ausüben, wird
in Reaktion auf Unterschiede zwischen dem Radius R1 der Innenwand
und dem Radius R2 des Kreises, der dem Innenumfang der Rückhalteplatten 18 entspricht,
erzeugt. Herstellungsfehler bei den Rückhalteplatten 18 oder
dem Ring 21, 22 können durch gezielte Anwendung
einer Vielzahl von Ringen 21 und 22 mit unterschiedlichen
Radien R1 ausgeglichen werden. Somit kann die nach innen gerichtete
Kraft, die von den Rückhalteplatten 18 auf
den Kern 11 oder den Kern 12 ausgeübt wird, dahingehend
geregelt werden, dass sie konstant ist.
- (3) Rückhalteplatten 18 sind
aus einem hochfestem Material, wie z. B. rostfreiem Stahl, gebildet, während die
Ringe 21 und 22 aus einem Material mit geringerer
Festigkeit, wie z. B. Aluminium, gebildet sind. Auf diese Weise
werden die befestigten Ringe 21 und 22, die auf
einer Innenseite der Rückhalteplatten 18 mittels
Presspassung eingesetzt sind, durch Kompression verformt und eine Kraft
wirkt in einer Radialrichtung nach außen der Rückhalteplatten 18.
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Auch
wenn die Erfindung oben unter Bezugnahme auf bestimmte Ausführungsbeispiele
der Erfindung beschrieben wurde, ist die Erfindung nicht auf die
oben beschriebenen Ausführungsbeispiele, sondern
durch die Ansprüche
beschränkt.
Modifikationen und Variationen der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele
werden den Fachleuten auf dem Gebiet im Lichte der obigen Lehre
in den Sinn kommen.
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Zum
Beispiel wurde jedes der obigen Ausführungsbeispiele so beschrieben,
dass es auf einen Elektromotor angewandt wird. Jedoch kann diese
Erfindung auch auf einen Generator mit getrennten Kernen angewandt
werden.
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Zum
Beispiel stützt
in den obigen Ausführungsbeispielen
eine Rückhalteplatte
die Basen von angrenzenden Kernen. Jedoch können zwei Rückhalteplatten zwischen angrenzenden
Kernen vorgesehen sein, so dass jede Rückhalteplatte nur eine der Basen
der Kerne stützt.