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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Struktur einer Betätigungsvorrichtung
vom Ringkerntyp, und insbesondere auf die Statorstruktur der Betätigungsvorrichtung
vom Ringkerntyp, die das Wickeln und Montieren erleichtert und eine
Kostensenkung ermöglicht.
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Eine
Betätigungsvorrichtung
vom Ringkerntyp ist so ausgebildet, dass eine Drehwelle mit wiederholten
Drehbewegungen arbeitet. Während
die wiederholten Drehbewegungen innerhalb des Bereichs von 180° (±90°) sind, ist
es erwünscht,
konstante Drehmomente in dem Bereich des Operationswinkels zu erzeugen.
Mit anderen Worten, es ist erforderlich, dass die Betätigungsvorrichtung
eine Eigenschaft derart hat, dass die erzeugten Drehmomente bei
identischen Strömen
keine Winkelabhängigkeit
haben. Angesichts dessen wird typischerweise eine Ausbildung der
Betätigungsvorrichtung
vom so genannten Ringkerntyp verwendet, bei der Drähte in Spulen
um den Umfang eines hohlen zylindrischen Kerns gewickelt sind zur
Herstellung eines Stators und eines Rotors, der einen Permanentmagneten aufweist,
der drehbar über
einen kleinen Luftspalt in dem hohlen zylindrischen Kern angeordnet
ist.
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Da
jedoch der hohle zylindrische Kern als Wicklungskern verwendet wird,
wenn die Spulen um den Umfang hiervon gewickelt werden, ist natürlich eine
spezielle Wickelmaschine für
die Betätigungsvorrichtung
vom Ringkerntyp erforderlich. Dies bewirkt nicht nur eine Komplizierung
des Wicklungsvorgangs, sondern ergibt auch den Nachteil, dass ein Zusammenfallen
der Windungen der Spulen und die Anschlussbehandlung nach der Wicklung,
die Positionierung des Stators und des Rotors nach dem Wickeln,
das Fixieren von diesen und dergleichen Probleme werden, die eine
stabile Ausbildung der Statoreinheit mit ausgezeichneten Arbeitseigenschaften behindern.
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Darüber hinaus
werden, da der hohle zylindrische Kern einen konstanten magnetischen
Leitwert (Umkehrung des magnetischen Widerstands) entlang der Umfangsrichtung
erfordert, hohe Abmessungsgenauigkeiten des Kerns benötigt. Aufgrund dieses
Umstands ist der Stator durch Bearbeiten eines Blockmaterials hergestellt
oder durch Stanzen von flachen gerollten weichmagnetischen Stahlstreifen
mit isolierten Oberflächen
in eine Scheibenform unter einer Presse und dann Laminieren derselben
in einer axialen Richtung. Das Bearbeiten erzeugt, während es
hohe Abmessungsgenauigkeiten sicherstellt, ein Problem durch Erhöhen der
Arbeitskosten. Das Laminierungsverfahren erfordert teure Formen und
hat Probleme hinsichtlich Verstemmungsgenauigkeiten und dergleichen.
Somit wurde eine Statorstruktur benötigt, die mit geringeren Kosten
hergestellt werden kann.
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"Brushless Motors
for Limited Rotation" von W.A.
Fleischer, Machine Design. 7. Dezember 1989, Seiten 97 bis 100,
offenbart einen bürstenlosen
Motor für
begrenzte Drehung des vorbeschriebenen Typs. Die
Japanische Patentanmeldung Nr. 60-059954 offenbart
eine elektrische Maschine vom Ringkerntyp, die Abstandshalter hat,
die nur radial nach innen von dem Kern vorstehen. Nach außen vorstehende
Bereiche sind vorgesehen, aber diese sind ein integraler Teil des
Kerns und so auch aus einem magnetischen Material gebildet.
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Das
US-Patent Nr. 4 563 606 offenbart
eine elektrische Rotationsmaschine mit vier Polen und sechzehn Platten,
die sich von dem Kern radial nach außen erstrecken. Vorstehende
Bereiche erstrecken sich von dem Kern radial nach innen, und diese
sind ein integraler Teil des Kerns und sind so aus magnetischem
Material gebildet.
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Die
EP 0 064 846 offenbart ein
Verfahren zum Herstellen eines Motorstators durch Sintern eines
magnetischen Materials, das einen Hohlraum füllt. Der Stator weist vertiefte
Bereiche auf, auf die Spulen gewickelt werden können, und intermittierend angeordnete
Bereiche vom Rippentyp.
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Angesichts
des Vorstehenden ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
eine Betätigungsvorrichtung
vom Ringkerntyp mit einer Statoreinheit vorzusehen, die eine erhöhte Wicklungsdichte
hat, verbessert ist hinsichtlich der Anschlussbehandlung nach dem
Wickeln, der Positionierung des Stators nach dem Wickeln und Fixieren
desselben, und ausgezeichnete Bearbeitungseigenschaften hat.
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Gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Betätigungsvorrichtung vom Ringkerntyp
vorgesehen, aufweisend einen Stator, einen Rotor und eine Anzahl
von Phasenseparatoren. Der Stator hat eine Wicklung, die auf einen
isolierenden Bereich gewickelt ist, der aus einem nichtmagnetischen
Material besteht, das auf einen hohlen zylindrischen Kern, der aus
weichmagnetischem Material besteht, aufgebracht ist. Der Rotor enthält einen
Permanentmagneten, der eine Anzahl von Polen hat, die Nordpole und
Südpole
aufweisen und entlang der Umfangsrichtung des Rotors positioniert
und drehbar in dem Kern des Stators über einen Luftspalt angeordnet
sind. Die Anzahl von Phasenseparatoren ist gleich der Anzahl von
Polen des Permanentmagneten. Die Phasenseparatoren sind aus einem
nichtmagnetischen Material zusammengesetzt und auf einer peripheren
Oberfläche
des hohlen zylindrischen Kerns so angeordnet, dass sie um 360°/m voneinander
getrennt sind. Die Phasenseparatoren stehen sowohl radial nach innen
als auch radial nach außen von
dem hohlen zylindrischen Kern vor, und die Wicklung ist in mehreren
Schichten auf Wicklungsbereiche, die durch Phasenseparatoren voneinander
getrennt sind, gewickelt.
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Die
m Phasenseparatoren, die auf der Umfangsfläche des hohlen zylindrischen
Kerns angeordnet sind, sind in der Abmessung an den radial innersten
Bereichen hiervon identisch, und die Abmessung ist so eingestellt,
dass sie kleiner als die radial innerste Abmessung der auf den isolierenden
Bereich gewickelten Wicklung ist.
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Die
auf der Umfangsfläche
des hohlen zylindrischen Kerns angeordneten m Phasenseparatoren sind
hinsichtlich der Abmessung an den äußersten radialen Berei chen
hiervon einander identisch, und die Abmessung ist so eingestellt,
dass sie größer als die äußerste radiale
Abmessung der auf den isolierenden Bereich gewickelten Wicklung
ist.
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Die
Phasenseparatoren sind bevorzugt aus isolierendem Harz gebildet.
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Es
ist bevorzugt, dass die Phasenseparatoren integral mit einem isolierenden
Bereich für
elektrische Isolierung zwischen dem Kern und der Wicklung vorgesehen
sind.
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Darüber hinaus
ist es auch bevorzugt, dass zumindest einer der Phasenseparatoren
mit einem oder mehreren Spulenbindeanschlüssen versehen ist.
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Die
Phasenseparatoren sind vorzugsweise keilförmig und konvergieren unter
einem maximalen Winkel von 10° zu
der Mitte des Rotors hin.
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Der
Kern wird vorzugsweise gebildet durch Rollen eines weichmagnetischen
dünnen
Streifens gleichförmiger
Breite in eine Rollenform.
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Der
weichmagnetische dünne
Streifen in Rollenform hat bevorzugt einen konischen Bereich, dessen
Breite von dem innersten Umfangsende hiervon am Anfang der Rolle
nacheinander und aufeinander folgend zunimmt.
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Der
konische Bereich ist vorzugsweise über angenähert eine Windung entlang der
innersten Peripherie des Kerns verlängert.
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Weiterhin
ist es bevorzugt, dass der hohle zylindrische Kern gebildet wird
durch Herstellen von rohrför migem
weichmagnetischem Material als einen Rollkern und Wickeln des weichmagnetischen
dünnen
Streifens mit gleichförmiger
Breite hierauf in eine Rollenform.
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Die
Natur, das Prinzip und die Nützlichkeit der
Erfindung werden augenscheinlicher anhand der folgenden detaillierten
Beschreibung, wenn diese in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen
gelesen wird.
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1A ist
eine Vorderansicht der Ausbildung einer Betätigungsvorrichtung vom Ringkerntyp, und
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1B ist
eine teilweise Seitenschnittansicht derselben;
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2 zeigt
die Winkel/Drehmoment-Charakteristik der Betätigungsvorrichtung vom Ringkerntyp;
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3 ist
eine Vorderansicht eines ersten Ausführungsführungsbeispiels der Betätigungsvorrichtung
vom Ringkerntyp gemäß der vorliegenden Erfindung;
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4 ist
eine Vorderansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels der Betätigungsvorrichtung vom
Ringkerntyp gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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5 ist
eine auseinander gezogene perspektivische Ansicht einer Statoreinheit
der Betätigungsvorrichtung
vom Ringkerntyp gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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6 ist
eine perspektivische Ansicht eines Phasenseparators, der in der
in 5 gezeigten Statoreinheit verwendet wird;
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7 ist
eine perspektivische Ansicht, die ein Beispiel für den Phasenseparator in der
Statoreinheit der Betätigungsvorrichtung
vom Ringkerntyp gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt;
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8 ist
eine perspektivische Ansicht, die ein anderes Beispiel des Phasenseparators
in der Statoreinheit der Betätigungsvorrichtung
vom Ringkerntyp gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt;
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9A, 9B und 9C zeigen
aufeinander folgend ein Beispiel für das Verfahren zum Herstellen
eines Kerns in der Statoreinheit der Betätigungsvorrichtung vom Ringkerntyp
gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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10A, 10B und 10C zeigen ein anderes Beispiel für das Verfahren
zum Herstellen eines Kerns in der Statoreinheit der Betätigungsvorrichtung
vom Ringkerntyp gemäß der vorliegenden Erfindung;
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11A und 11B zeigen
noch ein anderes Beispiel für
das Verfahren zum Herstellen eines Kerns in der Statoreinheit der
Betätigungsvorrichtung vom
Ringkerntyp gemäß der vorliegenden
Erfindung; und
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12 ist
eine Vorderansicht eines anderen Ausführungsbeispiels der Betätigungsvorrichtung vom
Ringkerntyp gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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Das
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung wird nun beschrieben. Zuerst wird das Prinzip
einer Betätigungsvorrichtung
vom Ringkerntyp mit Bezug auf die 1A und 1B beschrieben.
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1A zeigt
eine Vorderansicht der Betätigungsvorrichtung
zum Erläutern
des Prinzips, und 1B zeigt eine teilweise Seitenschnittansicht
derselben Betätigungsvorrichtung.
Bei dem gezeigten Beispiel hat die Betätigungsvorrichtung zwei magnetische
Pole und zwei Phasenseparatoren, und die Spule besteht aus einer
einzelnen Schicht.
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Die
Betätigungsvorrichtung
ist wie folgt ausgebildet. Die Rotoreinheit ist aus einem Magneten 1 und
einer Drehwelle 2, die durch Lager (nicht gezeigt) drehbar
fixiert ist, zusammengesetzt. Die Statoreinheit wird gebildet durch
Anwenden einer elektrischen Isolierbehandlung auf einen Kern 3,
der als der Wicklungskern einer Spule dient, und dann Wickeln einer Spule 4 um
denselben, bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel in einer einzelnen
Schicht. die Spule 4 besteht aus einer oberen Spule (A-Phasenspule) 4A und
einer unteren Spule (B-Phasenspule) 4B, die in Reihe geschaltet
sind.
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Das
Prinzip der Arbeitsweise wird nachfolgend beschrieben.
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Unter
der Annahme, dass ein Gleichstrom durch die Spule 4 in
der Richtung eines Pfeils in 1A fließt, wird
die A-Phasenspule 4A so erregt, dass das Anfangsende hiervon
(das linke Ende in 1A) ein Südpol wird und das Schlussende
hiervon (das rechte Ende in 1A) ein
Nordpol wird. Die B-Phasenspule 4B wird auch so erregt,
dass sie ein Nordpol an dem Anfangsende hiervon (das rechte Ende
in 1A) und ein Südpol
an dem Schlussende hiervon (das linke in 1A) ist.
Als eine Folge wird ein Südpol
des Rotormagneten 1 zu den rechten Enden (Nordpolen) der
Spulen angezogen, während ein
Nordpol des Rotormagneten 1 zu den linken Enden (Südpolen)
der Spulen angezogen wird, was zu der Erzeugung eines Drehmoments
in der Richtung des Pfeils CCW (entgegen dem Uhrzeigersinn) führt. Wenn
die Richtung des durch die Spulen 4A und 4B fließenden Stroms
umgekehrt wird, bilden die Spulen natürlich magnetische Pole in der
umgekehrten Richtung, so dass der Rotormagnet 1 ein Drehmoment
im Uhrzeigersinn (CW) erzeugt. Es ist festzustellen, dass der Rotormagnet 1 mit
seinen Polen in vertikaler Stellung, wie in 1A gezeigt
ist, das maximale Drehmoment erzeugt, und der Magnet mit den Polen in
horizontaler Stellung (wenn sie um 90° aus dem Zustand in 1A nach
rechts oder links gedreht sind) das Drehmoment null ergibt. Es wird
nun angenommen, dass die Richtung der Nordpole der Spulen, die wie
in 1A gezeigt erregt sind, die X-Achse ist, und der
zwischen der X-Achse und der Richtung des Nordpols des Rotormagneten
gebildete Winkel gleich θ (θ = 90° in dem Zustand
nach 1A) ist, wobei ein Drehmoment entgegen dem Uhrzeigersinn
erzeugt wird, wenn θ in
dem Bereich von 0° und
180° ist,
während
ein Drehmoment im Uhrzeigersinn erzeugt wird, wenn θ in dem
Bereich von 180° und
360° ist.
Es ist zu beachten, dass kein Drehmoment bei θ gleich 0° und 180° erzeugt wird, wie vorstehend
beschrieben ist.
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2 zeigt
ein Beispiel für
die Winkel/Drehmoment-Charakteristik
einer Betätigungsvorrichtung. Das
illustrierte Beispiel ist die Charakteristik einer Betätigungsvorrichtung
mit m gleich zwei Polen des Rotors und mit Strömen von 2A, 4A und 6A. Es ist
aus der Zeichnung ersichtlich, dass flache Drehmomentbereiche sich über angenähert 90° erstrecken,
was die Möglichkeit
von Operationswinkeln von 90° zum Öffnen/Schließen bedeutet.
Es ist auch ersichtlich, dass die Drehmomente im direkten Verhältnis zu
den Eingangsstromwerten zunehmen.
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Als
Nächstes
wird unter Bezugnahme auf 3 eine Beschreibung
der Phasenseparatoren gegeben, die bei der vorliegenden Erfindung
wichtige Elemente sind.
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3 zeigt
eine Vorderansicht der Betätigungsvorrichtung
mit zwei Phasenseparatoren, die in den 1A und 1B beschrieben
sind. Die Phasenseparatoren 10a und 10b sind an
zwei Positionen angeordnet (dieselbe Anzahl wie die Anzahl von Polen
des Rotormagneten), d. h., in dem Anfangsbereich und dem Endbereich
der Spulen, die in einer körperlichen
Beziehung von 180° bei
dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
getrennt positioniert sind. Die Phasenseparatoren 10a und 10b haben
die Wirkung, als eine Stufe beim Beginnen/Beenden der Spulen zu
dienen, wodurch sie das Merkmal bieten, zu verhindern, dass Windungen
der Spulen zusammenfallen, und zu ermöglichen, dass die Wicklung eine
konstante und hohe Wicklungsdichte hat. Eine derartige Wirkung ist
bemerkenswert, da die Wicklung tatsächlich für mehrere Schichten (unter
Bezug auf 12 beschrieben) benötigt wird,
um die Eigenschaften der Betätigungsvorrichtung
zu verbessern. Ein kleinerer mittlerer Winkel α für die Phasenseparatoren 10a, 10b ist
charakteristisch vorteilhaft im Zurverfügungstellen breiterer Räume für das Wickeln, was
eine Multiwicklung ermöglicht,
und das vorliegende Ausführungsbeispiel
verwendet den Winkel von 10° für den mittleren
Winkel. Ein Winkel α von
ungefähr
10° kann
ausreichende Wicklungsräume
sicherstellen, während
er wirksam ist zur Verhinderung des Zusammenfallens von Windungen
der Spulen.
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In
dieser Verbindung kann der Phasenseparator 10a, 10b unterschiedlich
im mittleren Winkel α zwischen
dem inneren radialen Bereich und dem äußeren radialen Bereich hiervon
sein. In derartigen Fällen
bei der vorliegenden Erfindung wird der maximale Winkel zwischen
Bereichen, die praktisch eine Stufe bilden, als der mittlere Winkel α angesehen.
Die Anzahl der Phasenseparatoren 10a, 10b sollte
dieselbe wie die Anzahl m der Pole des Rotormagneten sein. Dies
ergibt sich daraus, dass die Betätigungsvorrichtung
Statorspulen mit derselben Anzahl von Phasen wie der Anzahl m von
Polen des Rotormagneten benötigt,
und dieselbe Anzahl von Phasenseparatoren ist erforderlich, um eine
derartige Anzahl von Spulen gleichförmig auf dem Kern 3 anzuordnen. Die
Phasenseparatoren 10a und 10b müssen aus dem
Grund nicht magnetisch sein, dass die Phasenseparatoren, wenn aus
magnetischen Materialien bestehen, die Gleichförmigkeit des magnetischen Widerstands
in Umfangsrichtung stören,
um breitere Drehmoment-Flachbereiche auszuschließen. Bezeichnet mit 100 sind
nichtmagnetische Schrauben zum Befestigen der Phasenseparatoren 10a und 10b an
dem Kern 3. Es ist zu beachten, dass die Befestigung zwischen
den Phasenseparatoren 10a, 10b und dem Kern 3 nicht
auf eine derartige Befestigung durch Schrauben beschränkt ist.
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4 zeigt
ein zweites Ausführungsbeispiel, bei
dem die Statoreinheit in dem Ausführungsbeispiel nach 3 integral
mit Harz geformt ist. Wenn eine Statoreinheit nach dem Wickeln durch
Formen mit Harz 1000 hergestellt wird, wie in 4 gezeigt
ist, mit einer Form, die mit dem innersten Radius R1 und dem äußersten
Radius R2 der Phasenseparatoren 10a, 10b als Standards
bearbeitet ist, können
der interne/externe Radius der Statoreinheit genau auf erforderliche
Abmessungen sichergestellt werden. Insbesondere wird empfohlen,
dass die Spule 4, die nicht immer konstant in der Abmessung
nach dem Wickeln ist, mit dem innersten Radius Rc1 und dem äußersten
Radius Rc2 wie durch die folgende Gleichung (1) bestimmt unter Verwendung
des innersten Radius R1 und des äußersten
Radius R2 der Phasenseparatoren 10a und 10b eingestellt
wird: R1 = Rm1 ≦ Rc1 und R2 = Rm2 ≧ Rc2. (1)worin Rm1
die innere radiale Abmessung ist und Rm2 die äußere radiale Abmessung nach
dem Beenden der Harzformung ist. 4 zeigt
ein Beispiel mit R1 = Rm1 und R2 = Rm2; jedoch ist die Spule an
der inneren Peripherie des Kerns vollständig mit dem Harz versiegelt,
wenn Rm1 ≦ Rc1
sichergestellt ist, und die Spule an der äußeren Peripherie des Kerns kann
vollständig
mit Harz versiegelt sein, wenn Rm2 ≧ Rc2 sichergestellt ist. Als
eine Folge kann ein Stator, dessen Spule in der Abmessung konstant
ist, nachdem sie gewickelt wurde, mit Standardgrößen für Herstellen/Zusammensetzen
erhalten werden. Positionierungsdübel, Montageflansche oder dergleichen
können
integral auf den Harzbereichen des Stators nach dem Harzformen (enthaltend
die Phasenseparatoren 10a, 10b) vorgesehen sein,
um einen Stator zu erhalten, der noch weniger Sorgfalt nach seiner
Herstellung benötigt.
Darüber hinaus
können Anschläge zum Bremsen
der Drehwelle 2 integral ausgebildet sein.
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5 zeigt
ein drittes Ausführungsbeispiel der
Statoreinheit der Betätigungsvorrichtung
vom Ringkerntyp gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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Dieses
Ausführungsbeispiel
ist ein Beispiel von so genannten Phasenseparatoren vom Integraltyp,
bei denen Phasenseparatoren und Spulenisoliermaterial integriert
sind. Wenn der Stator so hergestellt wird, dass ein Kern 3 von
oben und von unten mit den so integrierten Phasenseparatoren 20U und 20L eingeklemmt
ist, wird es möglich,
Drähte
ohne Anwendung irgendeiner Isolierbehandlung auf den Kern 3 zu
wickeln. Während
bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
die Formen der Phasenseparatoren 20U und 20L vom
Integraltyp identisch sind, können
sie in Abhängigkeit
von der Anordnung der Anschlussbereiche einander unterschiedlich
sein.
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6 zeigt
den oberen Phasenseparator 20U der Phasenseparatoren vom
Integraltyp der in 5 gezeigqten Betätigungsvorrichtung
vom Ringkerntyp. Mit 10a und 10 bezeichnet sind
Bereiche entsprechend Phasenseparatoren. Mit anderen Worten, hier
ist ein Beispiel mit zwei Phasenseparatoren illustriert. Wie in 3 haben
die Phasenseparatoren 10a und 10b dieselbe Form
mit dem mittleren Winkel α von
10°. Die
Wicklung wird auf Bereiche 20a und 20b zwischen
den Phasenseparatoren 10a und 10b aufgebracht.
Es ist bevorzugt, dass die Bereiche 20a und 20b so
dünn wie
möglich
(vorzugsweise eine Dicke von 0,5 mm oder weniger) ausgebildet sind,
um Erhöhungen
des Drahtwiderstands zurückzuhalten.
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Die 7 und 8 zeigen
weitere Beispiele des Phasenseparators vom Integraltyp, in denen Spulenbindeanschlüsse 30a und 30b in
Phasenseparatorbereiche eingepflanzt sind. Von diesen illustriert 7 den
Fall, in welchem die Phasenseparatoren 10a, 10b jeweils
mit den Spulenbindeanschlüssen 30a und 30b versehen
sind. Wie in 8 gezeigt ist, können beide
Spulenbindeanschlüsse 30a und 30b auf
einem Phasenseparatorbereich 10b vorgesehen sein, um die
Anschlüsse
insgesamt auf einer Seite anzuordnen. In jedem Fall können der
Anfangsanschluss und der Endanschluss der Spule an die Spulenbindeanschlüsse 30a, 30b gebunden
sein, um das Zusammenfallen der Windungen der Spulen zu eliminieren,
wodurch die Herstellung eines Stators ermöglicht wird, der nachher wenig
Sorgfalt benötigt.
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Die 9A, 9B, 9C, 10A, 10B, 10C, 11A und 11B zeigen ein viertes, fünftes und sechstes Ausführungsbeispiel
für das
Herstellungsverfahrens des Kerns 3 in der Betätigungsvorrichtung
vom Ringkerntyp gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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In 5 ist
der Kern 3 durch spanabhebende Bearbeitung in die zylindrische
Form gebracht worden. Dieses Herstellungsverfahren erhöht, während es
die Genauigkeit des Kerns sicherstellt, unvermeidlich die Kosten.
Somit wird bei den Herstellungsverfahren nach den 9A, 9B, 9C und den 10A, 10B, 10C ein dünner
weichmagnetischer Streifen, der an den Oberflächen isoliert ist, in eine
Rollenform gerollt, um den Kern 3 zu bilden. Bei dem Herstellungsverfahren
nach den 11A und 11B wird
ein Rohrmaterial 60 als ein Rollkern hergestellt und ein
dünner
weichmagnetischer Streifen 61 mit den isolierten Oberflächen wird darauf
gewickelt, um den Kern 3 zu bilden.
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9A zeigt
einen dünnen
Streifen 40 gleichförmiger
Breite aus weichmagnetischem Material, der auf den Oberflächen isoliert
ist, 9B den dünnen
Streifen 40 am Anfang des Rollens, und 9C den
vollständigen
Kern 3 nach dem Rollen. Der dünne weichmagnetische Streifen 40 verwendet typischerweise
ein flaches gerolltes weichmagnetisches Stahlblech von 0,35 oder
0,5 mm Dicke. In den Fällen,
in denen der dünne
Streifen eine magnetische Anisotropie hat, ist es angesichts der
magnetischen Eigenschaften bevorzugt, dass die leichte Magnetisierungsachse
entlang der Längsrichtung
des dünnen
Streifens verläuft.
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Die 10A und 10C zeigen
Kerne, die dünne
Streifen wie in den 9A bis 9C verwenden,
mit einem Unterschied gegenüber
dem Ausführungsbeispiel
nach den 9A bis 9C dahingehend,
dass der dünne
Streifen 50 in 10A an seinem
vorderen Ende (dem Anfangsende des Rollens) konisch ist und der
dünne Streifen 50 in 10C sowohl am vorderen Ende als auch am hinteren
Ende in derselben Messerform konisch ist. 10B zeigt
den vollständigen
Kern 3, der durch Aufrollen des dünnen Streifens 50 nach 10A oder 10C hergestellt
ist.
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Während in
den 9A bis 9C sich
der magnetische Leitwert in Umfangsrichtung am Anfang der Rolle
stark ändert,
was unausweichlich Versetzungsdrehmomente/Drehmomentwelligkeiten
erzeugt, führt
die Konizität
des vorderen Endes und/oder des hinteren Endes des dünnen Streifens 50,
wie in den 10A und 10C gezeigt
ist, zu einer sanfteren Änderung
des magnetischen Leitwerts in Umfangsrichtung, um die Erzeugung
von Versetzungsdrehmomenten (Drehmomentwelligkeiten) zu unterdrücken. Angesichts
der Unterdrückung der
Versetzungsdrehmomente/Drehmomentwelligkeiten ist die Länge L des
konischen Bereichs des dünnen
Streifens 50 vorzugsweise so lang wie möglich. Es besteht jedoch der
Nachteil, dass die äquivalente
Luftspaltlänge
mit der Länge
L zunimmt, wodurch die Drehmomenteigenschaften verschlechtert werden.
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In
den 10A und 10C ist
die Länge
L des konischen Bereichs auf πd
eingestellt (d ist ein innerer Durchmesser des vollständigen Kerns,
wie in 10B gezeigt ist), so dass nur
die innerste Windung des gerollten Kerns 3 durch den konischen
Bereich gebildet wird. Dies ermöglicht,
die Erzeugung der Versetzungsdrehmomente/Drehmomentwelligkeiten
sowie die Verschlechterung der Drehmomenteigenschaften zu minimieren.
Bei dem Beispiel nach 10C hat
der dünne
Streifen 50 dieselben messerförmig konischen Bereiche am
Anfang und am Ende der Rolle, was den zusätzlichen Vorteil ergibt, dass
das Material ohne Auftreten von Verschnitt auf seine Größe geschnitten
werden kann.
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Die 11A und 11B zeigen
das sechste Ausführungsbeispiel,
das noch ein anderes Verfahren zum Herstellen des Kerns 3 illustriert.
Bei diesem Ausführungsbeispiel
wird das Rohrmaterial 60 als ein Rollkern hergestellt,
und das weichmagnetische Material 61 mit den isolierten
Oberflächen
wird darauf gewickelt, um den Kern 3 herzustellen. 11A illustriert den Anfang des Wickelns, und 11B illustriert den vollständigen Kern nach dem Wickeln.
während
das rohmaterial 60 vorzugsweise eine große Dicke
hat, um als ein Rollkern zu dienen und die Änderung des magnetischen Leitwerts über den
Startbereich der Rolle aus dem dünnen
Streifen zu vermindern, zeigen experimentelle Ergebnisse, dass eine
Dicke, die das Drei- bis Vierfache der Dicke des dünnen Streifens 61 ist,
bevorzugt ist. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wurde, wenn
das Rohrmaterial 60 so vorgesehen wurde, dass es eine Dicke
von 1,0 t relativ zu der Dicke des dünnen Streifens 61 von
0,3 t hatte, ein Versetzungsdrehmoment von 1,35 Ncm erzeugt. Ein
Versetzungsdrehmoment mit einem derartigen Pegel bewirkt im Wesentlichen kein
Problem, da das Versetzungsdrehmoment von 1,15 Ncm (eine Verbesserung
von angenähert
17%) bei Verwendung eines geschnittenen Kerns erzeugt wurde.
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Bei
den vorstehenden Ausführungsbeispielen
wurden Betätigungsvorrichtungen
beschrieben, in denen die Anzahl m der Pole des Rotormagneten zwei
ist und die Anzahl von Schichten der Spule gleich eins ist. 12 zeigt
ein siebentes Ausführungsbeispiel
einer Betätigungsvorrichtung,
bei der die Anzahl m der Pole des Rotormagneten gleich vier ist
und die Anzahl von Schichten der Spule gleich drei ist. Bei dem
Ausführungsbeispiel
weist die Statorspule 4 vier in Reihe geschaltete Spulen
auf, die die A-Phasenspule 4A, die B-Phasenspule 4B,
die C-Phasenspule 4C und die D-Phasenspule 4D sind. Die
Teile, die identisch mit denjenigen in den 1A und 1B sind,
werden durch dieselben Bezugszahlen bezeichnet, und Teile, die keine
direkte Beziehung zu der folgenden Beschreibung haben, werden weggelassen.
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Da
die Anzahl m der Pole des Rotors gleich vier ist, ist die Anzahl
von Phasenseparatoren 10 gleich vier. Um die Drehmomenteigenschaften
zu verbessern, sind die Spulen in drei Schichten vorgesehen. Daher
können
die Windungen der Spulen in der Höhe größer werden, wodurch die Möglichkeit
eines Zusammenfallens von Windungen erhöht wird. Wenn jedoch die Phasenseparatoren 10a, 10b, 10c und 10d in
der Länge
zweckmäßig eingestellt
sind, wie gezeigt ist, können
sie ordnungsgemäß als Dämme gegen
die Endbereiche der Spulen dienen, um das Zusammenfallen von Windungen
zu vermeiden, wodurch es möglich
ist, Spulen mit einer konstanten Dichte selbst in den Fällen von
mehrschichtigen Spulen stabil zu wickeln. Mit 70 ist ein
Rotorkern bezeichnet. Der Rotorkern 70 ist ein Ring, der
aus weichmagnetischem Material besteht und einen Teil des magnetischen
Kreises des Rotormagneten bildet.
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Denkbar
ist auch bei dem Ausführungsbeispiel
nach 12, dass die Harzformung bei der Statoreinheit
mit den Phasenseparatoren als den Abmessungsstandards angewendet
wird. Die Phasenseparatoren können
mit Spulenbindeanschlüssen wie
bei den Ausführungsbeispielen
nach den 7 und 8 versehen
sein. Darüber
hinaus kann der Kern durch eine Rolle aus einem weichmagnetischen dünnen Streifen
gebildet sein. Weiterhin besteht kein Grund, bei der vorliegenden
Erfindung die Anzahl von Schichten der Spule auf eine oder drei
zu beschränken.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist es möglich,
bei einer Betätigungsvorrichtung
vom Ringkerntyp den Raumfaktor von Spulen zu erhöhen und die Wicklung zu erleichtern
durch Trennen der Spulen voneinander unter Verwendung der Phasenseparatoren.
Daneben erfolgen Verbesserungen der Verfahren der Anschlusshandhabung
nach dem Wickeln, der Positionierung des Stators gegenüber dem Rotor
nach dem Wickeln und der Fixierung hiervon. Daher kann eine Statoreinheit,
die nach ihrer Herstellung geringe Sorgfalt erfordert, gebildet
werden. Insbesondere können
die innere radiale Abmessung und die äußere radiale Abmessung des
Stators, die bei Betätigungsvorrichtungen
wichtige Abmessungen sind, mit einem hohen Genauigkeitsgrad durch Formen
auf konstante Werte eingestellt werden. Weiterhin kann ein Kern
durch Rollen eines dünnen Streifens
gebildet werden, um einen zylindrischen Kern bei geringeren Kosten
zu erhalten. Als eine Folge wird die Wirkung erhalten, dass eine
Betätigungsvorrichtung
vom Ringkerntyp mit geringen Eisenverlusten bei geringeren Kosten
gebildet werden kann.
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Während beschrieben
wurde, was gegenwärtig
als bevorzugte Ausführungsbeispiele
der Erfindung angesehen wird, ist darauf hinzuweisen, dass verschiedene
Modifikationen hiervon durchgeführt
werden können,
und es ist beabsichtigt, dass die angefügten Ansprüche sämtliche derartigen Modifikationen
als in den Bereich der Erfindung fallend abdecken.