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Die
Erfindung bezieht sich auf einen zylindrischen Kollektor gemäß den Oberbegriffen
der Patentansprüche
1 und 2 und auf zwei Verfahren zum Herstellen eines zylindrischen
Kollektors.
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Die
US 5 584 115 A beschreibt
ein Verfahren zum Herstellen eines Kollektors mit Kollektorteilen, wobei
jedes mit axial sich erstreckenden Eingriffsklinken bereitgestellt
ist. Der Kollektor weist ferner eine Zwischenklinke und eine Klinke
eines oberen Teils auf. Haken erstrecken sich von einem Ende der
jeweiligen Segmente. Klinken und Nuten sind auf einem Innenumfang
der Segmente ausgebildet. Anker sind in dem Formharz eingebettet.
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Ein
zylindrischer Kollektor, der für
einen kompakten elektrischen Motor verwendet wird, umfasst eine
Vielzahl von Segmenten mit Haken zur Leitungsverbindung an einer
Seite, die zylindrisch in einem Formharz fixiert sind. Gefaltete
Anker, die die Segmente im Formharz fixieren, sind an beiden Enden
der Segmente bereitgestellt und sind im Formharz eingebettet.
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Bei
der oben dargestellten Struktur, werden die Segmente im Formharz
mit den Ankern an beiden Enden fixiert. Ein Abschnitt in der Nähe des Mittelpunkts
der axialen Richtung der Segmente steht mit dem Formharz nicht im
Eingriff. Es gibt ein paar Probleme, die darin liegen, dass der
Abschnitt in der Nähe
der Mittelpunkte der Segmente während
einer Hochgeschwindigkeitsrotation über dem Formharz elastisch
wird.
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Das
U.S. Patent Nr. 5,204,574 offenbart einen zylindrischen Kollektor
mit Ankern, die auch am mittleren Abschnitt in der axialen Richtung
der Segmente bereitgestellt sind. Das Herstellungsverfahren ist
folgendermaßen;
tiefe Nuten und flache Vertiefungen sind auf einem ebenen Basismetall
gegenseitig ausgebildet, Wege zwischen den Nuten und den Vertiefungen
sind durch Schneiden einer V-Form mit einem Keil vorbereitet worden,
um dadurch Anker auszubilden. Da die Segmente im Wesentlichen über ihre
gesamte Länge
Anker aufweisen, können
die Segmente viel sicherer im Vergleich im Fall des konventionellen
zylindrischen Kollektors verbunden werden.
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Die
oben erwähnte
Technik hat einen Nachteil darin, dass es möglich ist, nur sehr niedrige
Anker auszubilden, weil die Höhe
der ausgebildeten Anker auch von der Höhe der Kante beschränkt wird.
Ferner, da die zylindrische Form durch Biegen des Grundmetalls,
das Nuten und Vertiefungen aufweist, ausgebildet ist, treten Verschlechterungen
auf der Zylinderoberfläche
auf. Dies führt
zu einem Verlust der Formgenauigkeit.
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Es
ist eine Aufgabe der Erfindung, einen zylindrischen Kollektor bereitzustellen,
der unter Verwendung eines Formharzes fixiert gehalten werden kann
und eine hohe Formgenauigkeit aufweist.
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Die
obige und andere Aufgaben der Erfindung werden durch einen zylindrischen
Kollektor gemäß Anspruch
1, einen zylindrischen Kollektor gemäß Anspruch 2, ein Verfahren
zum Herstellen eines zylindrischen Kollektors gemäß Anspruch
3 und ein Verfahren zum Herstellen eines zylindrischen Kollektors
nach Anspruch 4 erreicht.
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Die 1A ist
eine Draufsicht eines zylindrischen Kollektors, der für die Erfindung
eingesetzt wird.
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Die 1B ist
eine vordere Schnittansicht des zylindrischen Kollektors der 1A.
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Die 2 ist
eine Teilschnittansicht eines Kollektorgrundmetalls, bevor die Haken
gebogen werden.
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Die 3A ist
eine Draufsicht der Anker, die durch Schneiden gemäß einem
erfindungsgemäßen Verfahren
vorbereitet werden.
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Die 3B ist
eine Draufsicht der Anker, die durch ein Ankerspreizwerkzeug weiter
gespreizt werden können.
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Die 4 ist
eine Teilschnittansicht eines Kollektorbundmaterials.
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Die 5 ist
die Teilschnittansicht des in der 4 gezeigten
Kollektorgrundmaterials in einem Zustand, in dem die Anker durch
Schneiden gemäß einem
erfindungsgemäßen Verfahren
vorbereitet werden.
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Die 6 ist
eine Teilschnittansicht des in der 5 gezeigten
Kollektorgrundmaterials in einem Zustand, in dem die Dicke von jedem
Haken in zwei geteilt ist und die innere Umfangsseite des geteilten
Hakens ist zu einer inneren Richtung gemäß einer ersten Ausführungsform
der Erfindung gebogen.
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Die 7 ist
eine Teilschnittansicht des Kollektorgrundmaterials in einem Zustand,
in dem ein Formharz in das Innere des Grundmetalls eingegossen ist,
und das Formharz und das Kollektorgrundmetall zusammen integriert
sind.
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Die 8 ist
eine Teilschnittansicht des Formharzes in einem Zustand, in dem
Schlitze auf der äußeren Umfangsfläche des
Formharzes eingearbeitet sind, wobei die Schlitze jedes Segment
abteilen und jeder Haken gebogen ist.
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Die 9 ist
eine Teilschnittansicht eines zylindrischen Kollektors gemäß einer
zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform.
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Die 10 ist
eine Teilschnittansicht eines zylindrischen Kollektors gemäß eines
modifizierten Beispiels der zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform.
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Die 11 ist
eine Teilschnittansicht eines Schneidwerkzeugs zum Vorbereiten der
Anker.
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Die 12 ist
eine Teilschnittansicht eines Werkzeugs zum Ankerspreizen, um die
Anker weiter zu spreizen.
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Ein
zylindrischer Kollektor, der für
die Erfindung eingesetzt wird, ist in den 1A und 1B gezeigt
und weist einen zylindrischen Kollektorhauptkörper 5 auf, der mit
einem Eingriffsloch 3 zum Eingreifen einer Motorwelle in
einen axialen Kern ausgerüstet
ist. Der Kollektorhauptkörper 5 besteht
aus einem Formharz. Auf der Außenumfangsfläche des Kollektorhauptkörpers 5 sind
eine Vielzahl von Segmenten 9, wobei jedes an seinem In nenende
einen Haken 7 zum Verbinden mit einer Spule bzw. Wicklung
des Motors aufweist, in gleichen Intervallen in der Umfangsrichtung
fixiert gebettet, um eine zylindrische Gesamtform auszubilden.
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Jedes
Segment 9 weist einen Anker 11 über seine
Gesamtlänge
auf und der Anker 11 ist im Formharz eingebettet, um mit
dem Formharz fixiert integriert zu sein. Die Anker 11 sind
zu einer Durchmesserrichtung des Formharzes geneigt. Schlitze 13 sind in
gleichen Intervallen auf der äußeren Umfangsfläche des
Formharzes ausgebildet, um dadurch die Segmente 9 abzuteilen.
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Der
Kollektor 1 wird wie folgt hergestellt. Zuerst wird, wie
in der 2 gezeigt, ein Grundmetallzylinder 15 vorbereitet,
der lineare dünne
Hervorhebungen 7 in gleichen Intervallen an einem seiner
Enden aufweist, wobei jede Hervorhebung 7 ein Haken wird,
wenn sie gebogen wird. Dieser Zylinder 15 wird z.B. durch
eine erste Bearbeitung eines stangenförmigen Werkstoffs in eine Rohrform
vorbereitet und dann durch Ausbilden der Hervorhebungen 7.
Alternativ kann ein Rohrwerkstoff passend geschnitten werden, um
dünne Hervorhebungen 7 auszubilden. Vorzugsweise
wird eine aus Kupfer oder einer Kupferlegierung hergestellte Metallplatte
gepresst, um einen dünnen
Abschnitt auszubilden, und dieser Abschnitt wird dann in eine geeignete
Form abgeschert und gebogen, um dadurch eine Rohrform mit den Hervorhebungen 7 an
einem Ende, wie in der 2 gezeigt, auszubilden.
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Zum
Vorbereiten der Anker durch Schneiden wird, gemäß einem erfindungsgemäßen Verfahren, ein
Schneidwerkzeug 19 mit harten Schneidkanten in gleichen
Intervallen in der Umfangsrichtung, wie in der 11 gezeigt,
verwendet. Das Schneidwerkzeug 19 umfasst eine Vielzahl
von Nuten 23 in gleichen Intervallen in Umfangsrichtung
auf einem Hauptkörper 21 davon
und umfasst ferner eine Vielzahl von Holmen bzw. Leisten 25,
wobei jede Leiste einen quadratischen Querschnitt aufweist, der
in gleichen Intervallen in der Umfangsrichtung auf einem Hauptkörper 21 davon
integral hervorsteht. Die Nuten 23 und die Leisten 25 sind
abwechselnd angepasst.
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Die
Leisten 25 sind von dem einen Ende des Hauptkörpers 21 des
Schneidwerkzeugs 19 hervorgehoben und jede Spitze der Leisten 25 bildet
winklige Oberflächen 17A und 17B aus,
die mit Seitenwänden 25A bzw. 25B der
Leiste verbunden sind, so dass sie eine Schneidkante 17 ausbilden.
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Der
Grundmetallzylinder 15 ist auf einer Führungsform aufgesetzt, so dass
der Endabschnitt gegenüberliegend
zu den Hervorhebungen 7 ausgedehnt ist. Das vordere Ende 17E von
jeder Schneidkante 17 des Schneidwerkzeugs 19 wird
in Kontakt mit einem Endabschnitt des Zylinders 15 gebracht. Dann
wird dieses Schneidwerkzeug 19 in den Zylinder 15 gedrückt. Infolgedessen
werden die Anker 11, wie in der 3A gezeigt,
durch gleichzeitiges Schneiden vorbereitet und sind in gleichen
Intervallen in Umfangsrichtung des Grundmetallzylinders 15 über im Wesentlichen
die Gesamtlänge
des Grundmetalls angeordnet. Da der äußere Abschnitt des Grundmetallzylinders 15 von
der Führungsform
geschützt
ist, wird die äußere Form
durch das Schneiden nicht deformiert. Insbesondere werden die Anker gemäß einem
erfindungsgemäßen Verfahren
wie folgt vorbereitet.
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Das
vordere Ende von jeder Schneidkante 17 wird mit jedem von
Zwischenpunkten P in Kontakt gebracht, die jeweils zwischen den
benachbarten, in der 3A gezeigten, Hervorhebungen 7 bestehen. Wenn
das Schneidwerkzeug 19 in dem Grundmetallzylinder 15 hineingepresst
wird, wird ein Teil der inneren Umfangsfläche des Grundmetallzylinders 15 in einer
Umfangsrichtung geschnitten und bildet dadurch Nuten 15G aus,
die mit dem axialen Kern parallel sind. Wenn die Nuten 15G ausgebildet
werden, werden die Ausschnitte in der Umfangsrichtung mit den Schneidkanten
ausgebildet. Im Inneren der Nut 15G angeordnete Abschnitte
werden jeweils in zwei geteilt. Da das Schneidwerkzeug 19 in
dem Grundmetallzylinder 15 ferner eingepresst wird, werden
angeformte Hervorhebungen basierend auf dem Schneiden gegen das
Innere ausgebildet, so dass sie zu Ankern 11 werden.
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Wenn
die Anzahl der Segmente 9 klein ist, ist es möglich, die
Größe der Intervalle
zwischen den Haken 7 zu erhöhen und die Schnitthöhe (die
Größe in der
Durchmesserrichtung) der Anker 11 zu erhöhen. Mit
anderen Worten, es ist möglich,
die Höhe
der Anker 11, die im Formharz eingebettet sind, korrespondierend
zu der Anzahl der Segmente einzustellen.
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Außerdem wurde
oben erklärt,
dass der Abschnitt, der im Inneren von jeder Nut angeordnet ist, zum
Vorbereiten der Anker 11 durch Schneiden mit der Schneidkante 17 in
zwei geteilt ist. Jedoch ist es auch möglich, die Anker 11 ohne
das Teilen des Abschnitts in zwei abhängig von der Form der Schneidkanten 17E vorzubereiten.
In diesem Fall ist, im Vergleich mit dem Fall des Schneidens der
Anker 11 in zwei Teile, es möglich, die Anker vorzubereiten,
die eine größere Schnitthöhe aufweisen.
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Es
ist möglich,
die Anker 11, wie in der 3B gezeigt
ist, basierend auf einer Einführung
eines in der 12 gezeigten Anker-Schneidwerkzeugs 27 weiter
zu spreizen. Das Anker-spreizende Werkzeug 27 weist eine
dem Schneidwerkzeug 19 ähnliche
Form auf, und äquivalente
Abschnitte, wie die Schnittkanten 17E des Schneidwerkzeugs 19 sind
mit gebogenen Flächen
ausgebildet, die Anker-spreizende Abschnitte 27A sind.
Die Anker-spreizenden Abschnitte 27A werden zwischen die
Anker 11 eingeführt
und hineingepresst, um die Intervalle zwischen dem Anker 11 aufzuweiten.
Auf diese Weise ist es möglich,
die Intervalle zwischen jedem Paar von Ankern 11 aufzuweiten.
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In
diesem Fall hat ein Stamm 29 mit einer großen Dicke,
der ein Paar von Ankern 11 aufweist, eine Schwalbenschwanzform
in einem Zustand, in dem die Anker durch Schneiden und Spreizen
vorbereitet werden. In einem Zustand, in dem die Anker in das Formharz
eingebettet werden, ist ein Eingriff zwischen dem Kollektor und
dem Formharz einer Schwalbenschwanz-Verbindung ähnlich. Jedoch werden die Anker 11 gemäß der Ausführungsform
mit einem größeren Schnitt
im Wesentlichen über
die gesamte Länge
bereitgestellt. Deshalb ist es im Vergleich zum Fall, in dem eine
einfache Schwalbenschwanz-Verbindung ausgebildet ist, möglich, die Größe der Anker
zu erhöhen,
die in dem Formharz eingebettet sind. Infolgedessen ist es möglich, eine weitaus
sicherere Integration zwischen dem Formharz und den Segmenten zu
erzielen.
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Es
wurde oben erklärt,
dass die Dicke der Haken 7 kleiner als die Dicke des Hauptkörperabschnitts
des Grundmetallzylinders 15 ist. Alternativ ist es auch
möglich,
solch eine Struktur zu haben, dass die Dicke der Haken 7 gleich
der Dicke des Hauptkörperabschnitts 15B des
Zylinders 15 ist, wie in der 4 gezeigt
ist. In diesem Fall ist es auch möglich, die Anker 11 durch
Schneiden mittels Ausbildung der Nuten 15G mit dem Schneidwerkzeug über im wesentlichen
die Gesamtlänge
an den Abschnitten zwischen den Haken 7 auf der inneren
Umfangsfläche des
Zylinders 15, wie oben beschrieben, auszubilden.
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Gemäß der Erfindung
fallen der Mittelpunkt der Nut 15G, der durch das Schneidwerkzeug
ausgebildet ist, und der Mittelpunkt der Haken 7 entlang
einer Linie L, wie in der 5 gezeigt
ist, zusammen. Die Nut 15G ist im Wesentlichen nicht über die
Gesamtlänge
des Hauptkörperabschnitts 15B des
Zylinders 15 ausgebildet, sondern ist bis zu einer Position in
der Nähe
des Endes des Hakens 7 ausgebildet. Dann wird, wie in der 6 gezeigt
ist, die Dicke von jedem Haken 7 in zwei geschnitten, und
der innere Abschnitt wird gebogen, um der Nut 15G gegenüberzuliegen,
um einen Anker 31 gemäß einer
ersten Ausführungsform
der Erfindung auszubilden.
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Wie
oben beschrieben wurde, wird die Dicke von jedem Haken 7 in
zwei geteilt, und der Anker 31 wird im Inneren ausgebildet.
Mit dieser Anordnung ist es möglich,
den Anker 31 auszubilden, um eine relativ lange und große Gestalt
zu haben. Infolgedessen ist es möglich,
eine Struktur bereitzustellen, die sowohl die Anker 11 aufweist,
die sich über
die Gesamtlänge
des Hauptkörperabschnitts 15B des
Zylinders 15 erstrecken als auch die langen und großen Anker 31,
die von einem Ende des Hauptkörperabschnitts 15B gegen
das Innere gebogen sind. Folglich ist es möglich, eine weitaus sicherere
Fixierung der Segmente im Formharz zu erreichen. Die Anker 31 sind nicht
die Elemente, die immer notwendig sind, und sie können gemäß den Bedürfnissen
ausgebildet sein.
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Wie
oben beschrieben wurde, sind die Anker 11 über im Wesentlichen
die Gesamtlänge
der inneren Umfangsfläche
des Zylinders 15 ausgebildet, der eine Vielzahl von linearen
Haken 7 an einem Ende aufweist. Dann wird der Zylinder 15 auf
die Gießform gesetzt.
Das Formharz 33 wird eingegossen, um den Kollektorhauptkörper 5 auszubilden,
und gleichzeitig werden das Formharz 33 und der Zylinder 15 zusammen
integriert.
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Nachdem
das Formharz 33 und der Zylinder 15 integriert
wurden, werden die Schlitze 13 in gleichen Intervallen
auf der äußeren Umfangsfläche des Zylinders 15,
wie oben beschrieben wurde, eingearbeitet. Deshalb wird der Zylinder 15 in
die Segmente 9 geteilt. Ferner werden die Haken 7 auf
der äußeren Richtung
gebogen. Infolgedessen wird der Kollektor 1, wie in der 1 gezeigt ist, erhalten, der nicht Gegenstand
der Erfindung ist.
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Wie
aus dem Obigen verständlich
ist, ist es möglich,
den Grundmetallzylinder 15 durch Bearbeiten eines Werkstoffs
in einer Form einer runden Stange oder in der Form eines runden
Rohres in eine hohle zylindrische Gestalt auszubilden. Es ist auch
möglich,
den Zylinder 15 durch Bearbeiten eines ebenen Werkstoffs
in eine zylindrische Gestalt auszubilden. Nachdem das Grundmetall
in eine zylindrische Gestalt von hoher Genauigkeit ausgebildet wurde,
werden die Anker durch Schneiden vorbereitet. Dann werden die Anker
in das Formharz 33 eingebettet und der Zylinder 15 wird
in die Segmente 9 geteilt, während die Genauigkeit der äußeren Gestalt
des Zylinders beibehalten wird. Deshalb ist es möglich, den Kollektor 1 in
einer hohen Genauigkeit auszubilden. Es ist auch möglich, die
Schnitthöhe
der Anker 11 gemäß der Anzahl
von Polen des Motors zu erhöhen.
Infolgedessen ist es möglich,
eine weitaus sicherere Integration der Segmente in dem Formharz zu
erreichen.
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Wie
oben beschrieben, wird ein Paar von Ankern 11 auf beiden
Seiten von jeder Nut 15G ausgebildet. Gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der Erfindung, wie es in den 9 und 10 gezeigt ist,
ist ein Paar von Ankern 11 an einem Verbindungsabschnitt 11A auf
der Kante von jeder Nut 15G in der Nähe von jedem Haken 7 verbunden.
Außerdem
sind gegenüberliegende
Kanten der Anker 11 derart geneigt, dass der geneigte Abschnitt 11B jede
Nut 15G öffnet
oder schließt.
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Die
Anschlussabschnitte 11A und die geneigten Abschnitte 11B der
Anker 11 widerstehen wirksam einer Last, die auf die Segmente 9 in
einer axialen Richtung wirkt, nachdem die Anker 11 in dem Formharz 33 eingebettet
und integriert sind, da das Paar der Anker 11 an einem
Ende von jeder Nut 15G gebunden ist und die anderen Enden
der Anker 11, wie oben beschrieben, geneigt sind. Eine
Last in einer axialen Richtung, die von einer Spannung einer Wicklung
verursacht wird, die mit dem Haken 7 verbunden ist, wirkt
auf die Segmente 9 im Fall, in dem der Motor mit hoher
Geschwindigkeit rotiert, die zweite erfindungsgemäße Ausführungsform
macht es möglich,
eine harte Struktur des zylindrischen Kollektors wirksam gegen solch
eine axial gerichtete Last zu erzeugen.