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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft Elektromotoren und insbesondere einen segmentierten Ständerkern, der eine Motorwicklung mit einem hohen Füllfaktor ermöglicht.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Eine traditionelle Schicht eines Ständerkerns, die in 12 gezeigt ist, umfasst normalerweise ein kreisförmiges Joch 1 und eine Anzahl von Zähnen 2, die sich von dem Joch 1 nach innen erstrecken, wobei das Joch 1 und die Zähne 2 einstückig ausgebildet sind. Jeder Zahn 2 kooperiert mit einem benachbarten Zahn 2 und mit dem Joch 1, um einen Schlitz 3 zu definieren, der für die Aufnahme einer Spule genutzt wird. Während der Wicklung muss das Schiffchen einer Wickelmaschine durch die Schlitze 3 hindurchgeführt werden, weshalb neben der Spule auch die Schlitze 3 Raum für das Hindurchführen des Schiffchens lassen müssen. Dieser Raum verringert den Füllfaktor des Ständerkerns und damit die Leistung des Motors, bei dem dieser Typ eines Ständerkerns verwendet wird.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Es ist das Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Motorständer anzugeben, der die vorstehend genannten Probleme lösen kann. Dies wird erreicht durch die Bereitstellung eines Motorständers, der eine Anzahl von separaten Kernsegmenten, deren jedes vor dem Zusammenbau gewickelt werden kann, und einen Befestigungsring umfasst, der an der Außenfläche eines jeden Kernsegments fixiert wird, so dass die Kernsegmente zu einem im Wesentlichen kreisförmigen Ständerkern zusammengesetzt sind.
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Demzufolge wird gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Motorständer bereitgestellt, umfassend eine Mehrzahl von separaten Kernsegmenten, deren jedes einen Jochbereich und einen sich von dem Jochbereich erstreckenden Zahn hat, wobei die Jochbereiche verbunden werden, um ein im Wesentlichen kreisförmiges Joch zu bilden; eine Mehrzahl von Spulen, deren jede um einen entsprechenden Zahn gewickelt ist; und einen Befestigungsring, der durch eine Mehrzahl von Schweißungen zwischen dem Befestigungsring und dem Joch an der Außenfläche des Jochs fixiert ist.
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Vorzugsweise umfasst jeder Jochbereich zwei ebene Verbindungsflächen, die zur Verbindung von benachbarten Jochbereichen an den gegenüberliegenden Seiten des Jochbereichs gebildet sind.
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Vorzugsweise umfasst das Joch ferner eine Mehrzahl von Eingriffsstrukturen an Verbindungsstellen zwischen zwei benachbarten Kernsegmenten, wobei jede Eingriffsstruktur einen konvexen Teil, der von einem von zwei benachbarten Jochbereichen gebildet ist, und einen konkaven Teil aufweist, der an dem anderen der beiden Jochbereiche gebildet ist, wobei der konvexe Teil mit dem konkaven Teil ineinandergreift.
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Vorzugsweise befinden sich die Schweißungen zwischen dem Befestigungsring und dem Joch an Verbindungsstellen zwischen benachbarten Kernsegmenten.
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Alternativ sind die Schweißungen zwischen dem Befestigungsring und dem Joch von Verbindungsstellen zwischen benachbarten Kernsegmenten beabstandet.
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Vorzugsweise ist der Befestigungsring C-förmig und hat in seiner Umfangsrichtung zwei Enden.
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Vorzugsweise ist der Befestigungsring an seinen einander gegenüberliegenden axialen Enden an die Außenfläche des Jochs geschweißt.
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Vorzugsweise hat der Befestigungsring eine Mehrzahl von Kerben in seinen einander gegenüberliegenden axialen Enden, wobei jede Kerbe einem jeweiligen Kernsegment entspricht, und der Befestigungsring ist an den Kerben mit dem Joch verschweißt.
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Vorzugsweise sind die Kerben von den Verbindungsstellen zwischen benachbarten Kernsegmenten beabstandet.
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Vorzugsweise hat der Befestigungsring eine Mehrzahl von Öffnungen, deren jede zwei einander gegenüberliegende Seiten hat, die entlang des Umfangs des Befestigungsrings voneinander beabstandet sind und die an die Außenfläche des Jochs geschweißt sind.
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Vorzugsweise entspricht jede Öffnung in einer radialen Richtung des Befestigungsrings einem jeweiligen Kernsegment.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Motorständer bereitgestellt, umfassend eine Mehrzahl von separaten Kernsegmenten, deren jedes einen Jochbereich und einen sich von dem Jochbereich erstreckenden Zahn hat, wobei die Jochbereiche verbunden werden, um ein im Wesentlichen kreisförmiges Joch zu bilden; eine Mehrzahl von Spulen, deren jede um einen entsprechenden Zahn gewickelt ist; und einen Befestigungsring, der aus Kunststoff hergestellt ist und der zwei Anschlagringe aufweist, die sich von seinen einander gegenüberliegenden axialen Enden nach innen erstrecken und das Joch zwischen sich aufnehmen.
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Vorzugsweise ist das Joch mit dem Befestigungsring umspritzt.
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Alternativ umfasst der Befestigungsring zwei Teile, die jeweils einen der beiden Anschlagringe aufweisen, wobei die beiden Teile an der Verbindungsstelle zusammengeschweißt sind.
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Da die Kernsegmente in den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung während der Wicklung voneinander getrennt sind, kann die Spule bis zu einem solchen Grad gewickelt werden, dass der durch zwei benachbarte Kernsegmente definierte Schlitz ausgefüllt werden kann. Aus diesem Grund ist der Füllfaktor bei vorliegender Erfindung höher als bei einem üblichen Motorständer.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nunmehr anhand eines Beispiels beschrieben, wobei auf die Figuren der anliegenden Zeichnungen Bezug genommen wird. Identische Strukturen, Elemente oder Teile, die in mehr als einer Figur erscheinen, tragen in sämtlichen Figuren, in denen sie erscheinen, die gleichen Bezugszeichen. Die Dimensionen von Komponenten und Merkmalen, die in den Figuren dargestellt sind, sind allgemein im Hinblick auf eine übersichtliche Darstellung gewählt und sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu. Die Figuren sind im Folgenden aufgelistet.
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1 zeigt einen Motorständer gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, umfassend eine Anzahl von Kernsegmenten, eine Anzahl von Spulen, die um die Kernsegmente gewickelt sind, und einen Befestigungsring, der die Kernsegmente zu einem Kern verbindet;
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2 ist eine Ansicht des Motorständers von 1, ohne die Spulen;
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3 zeigt den Befestigungsring von 1;
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4 ist eine Seitenansicht des Motorständers von 1, ohne die Spulen;
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5 zeigt einen Motorständer gemäß einer zweiten Ausführungsform, ohne die Spulen;
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6 ist eine Seitenansicht des Motorständers von 5;
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7 zeigt einen Motorständer gemäß einer dritten Ausführungsform;
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8 zeigt den Befestigungsring des Motorständers von 7;
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9 zeigt einen Motorständer gemäß einer vierten Ausführungsform;
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10 zeigt den Befestigungsring des Motorständers von 9;
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11 zeigt einen Motorständer gemäß einer fünften Ausführungsform; und
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12 zeigt eine Schicht eines Motorständers gemäß dem Stand der Technik.
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DETAILBESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Es wird auf die 1 bis 4 Bezug genommen, in denen ein Motorständer eines bürstenlosen Motors oder Servomotors gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung einen im Wesentlichen kreisförmigen Kern 10, eine Anzahl von Spulen 30, die um den Kern 10 gewickelt sind, und einen Befestigungsring 40 umfasst, der um die Außenfläche des Kerns 10 befestigt ist.
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Der Kern 10 ist aus magnetischem Material hergestellt, zum Beispiel aus Weicheisen oder Siliziumstahl, und umfasst eine Anzahl von Kernsegmenten 12. Jedes Kernsegment 12 kann durch das Aufeinandersetzen einer Anzahl von Schichten hergestellt werden und umfasst einen Jochbereich 14 und einen sich von dem Joch 14 erstreckenden Zahn 16. Jedes Joch 14 hat an seinen beiden einander gegenüberliegenden Seiten zwei ebene Kontaktflächen 18 für den Kontakt der benachbarten Joche 14. Der Befestigungsring 40 besteht aus Metall, ist im Wesentlichen ringförmig und hat zwei Enden, die zur Benutzung miteinander verbunden werden. Zum leichteren Verschweißen hat der Befestigungsring 40 eine Anzahl von Kerben oder Kerben 42 in jeder seiner Kanten, wobei jede Kerbe einem jeweiligen Kernsegment 12 entspricht. Um Material zu sparen, ist die Länge des Befestigungsrings 40 in der axialen Richtung des Motorständers vorzugsweise kürzer als die des Kerns 10.
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Im Zuge der Montage wird jede Spule 30 um einen entsprechenden Zahn 16 gewickelt. Die Kontaktflächen 18 werden miteinander verbunden, indem die Kernsegmente 12 zum Beispiel um einen Schaft (nicht gezeigt) herum angeordnet werden, so dass die Jochbereiche 14 das kreisförmige Joch des Kerns 10 bilden, während sich die Zähne 16 von dem Joch nach innen erstrecken. Der Befestigungsring wird an die Außenfläche der Kernsegmente 12 geklemmt, und die beiden Enden 44 werden miteinander verschweißt. Danach wird der Befestigungsring 40 durch Verschweißen an den Kerben 42 mit dem jeweiligen Kernsegment 12 verbunden. Solchermaßen wird der Ring durch eine Schweißung 24 an jeder Kerbe und an den Enden des Rings an den einzelnen Jochbereichen 14 fixiert, wodurch das kreisförmige Joch gebildet wird. Jede Kerbe 42 ist von der Position versetzt, an der zwei benachbarte Kernsegmente 12 einander kontaktieren, nämlich an der Kontaktfläche 18. Zum Schluss wird der Schaft entfernt, womit die Montage beendet ist.
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In anderen Ausführungsformen kann der Befestigungsring 40 ohne Enden 44 ausgebildet sein, nämlich als geschlossener oder durchgehender Ring. In diesem Fall kann der Befestigungsring 40 bei der Montage vor seiner Anbringung erwärmt und nach Umschließung des Kerns 12 abgekühlt werden, um durch eine Wärmedehnung die Anbringung des Befestigungsrings an dem Ständerkern und an dem Joch zu erleichtern.
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Es versteht sich, dass auch ein Befestigungsring ohne die Kerben 42 entlang der beiden Kanten des Befestigungsrings 40 an dem Kern 10 festgeschweißt werden kann.
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In anderen Ausführungsformen kann der Befestigungsring 40 ein Gehäuse eines Motors sein, das den Motorständer verwendet. Unter diesen Umständen ist der Kern 10 vorzugsweise durch eine Presspassung dicht sitzend in dem Gehäuse angeordnet, weshalb eine Verschweißung nicht notwendig ist.
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Die 5 und 6 zeigen einen Motorständer gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Motorständer von 5 unterscheidet sich von jenem gemäß 1 durch vorhandene Eingriffsstrukturen 15, die benachbarte Jochbereiche 14 verbinden, und durch die relative Lage zwischen dem Befestigungsring 40 und dem Kern 20. Im Einzelnen umfasst jeder Jochbereich 14 einen konvexen Bereich 19, der sich entlang einer seiner Kontaktflächen 21 erstreckt, und einen konkaven Bereich 17, der an der anderen Kontaktfläche 21 gebildet ist. Der konvexe Bereich 19 wird in einem entsprechenden konkaven Bereich 17 aufgenommen, um zwei benachbarte Jochbereiche 14 radial aufeinander auszurichten. Die Kerbe 42, an der der Befestigungsring 40 mit dem Kern 20 verschweißt ist, befindet sich an der Verbindungsfläche 21. Daher werden bei der Verschweißung des Befestigungsrings 40 mit dem Kern 20 an der Kerbe 42 auch die beiden korrespondierenden benachbarten Joche 13 miteinander verschweißt.
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Die 7 und 8 zeigen einen Motorständer gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Motorständer von 7 unterscheidet sich von jenem gemäß 1 durch eine Anzahl von vorhandenen rechteckigen Öffnungen 48, die zur Gewichtseinsparung in dem Befestigungsring 40 gebildet sind, und dadurch, dass die Kerben 42 von 1 entfallen. Zwei einander gegenüberliegende Seiten 47 der Öffnung 48, die sich entlang der Achse des Motorständers erstrecken, und zwei Enden 49 des Befestigungsrings 40 sind durch Schweißungen 24 mit dem Kern 10 verbunden, um den Befestigungsring 4 an dem Kern 10 zu fixieren. Vorzugsweise sind zwei benachbarte Kernsegmente 12 in jeder Öffnung 48 exponiert, so dass jedes Kernsegment 12 durch die Schweißungen an den einander gegenüberliegenden Seiten 47 der Öffnungen 48 und an den beiden Enden 49 des Befestigungsrings 46 an dem Befestigungsring 40 fixiert ist.
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Eine vierte Ausführungsform eines Motorständers gemäß der vorliegenden Erfindung ist in den 9 und 10 gezeigt. Der Unterschied zu dem Motorständer von 1 liegt darin, dass bei dem Motorständer gemäß 9 der Befestigungsring 50 aus Kunststoff hergestellt ist und seine Länge in der axialen Richtung des Motors größer als die des Kerns 10 ist. Vor dem Zusammenbau erstreckt sich ein einer Anschlagring 52 von einem Ende des Befestigungsrings 50 nach innen, wie in 10 gezeigt. Beim Zusammenbau wird der Kern 10 in den Befestigungsring 50 eingesetzt. Anschließend wird das andere Ende des Befestigungsrings 50 durch eine Ultraschallbearbeitung zu einem zweiten Anschlagring 54 geformt. Der Kern 10 ist zwischen dem ersten und dem zweiten Anschlagring 52 und 54 festgespannt.
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Bezug nehmend auf 11 ist ein Motorständer gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Der Unterschied zu dem Motorständer von 9 ist, dass der Befestigungsring 56 in zwei Teilen ausgebildet ist, die jeweils dem Befestigungsring 50 von 10 ähnlich sind und nur an einem ihrer Enden einen Anschlagring 59 aufweisen, obwohl die axiale Länge jedes Teils etwa der halben Länge des Kerns entspricht. Die beiden Teile 58 werden über den jeweiligen Enden des Kerns angebracht und durch eine Ultraschallbearbeitung wie beispielsweise Ultraschallkunststoffschweißen miteinander verbunden, um den Kern 10 in sich aufzunehmen. Es versteht sich, dass in anderen Ausführungsformen der Kern 10 mit dem Kunststoff-Befestigungsring umspritzt werden kann.
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Da die Kernsegmente während der Wicklung voneinander getrennt sind, können die Spulen bis zu einem solchen Grad gewickelt werden, dass der durch zwei benachbarte Kernsegmente definierte Schlitzt besser ausgefüllt wird. Aus diesem Grund ist der Füllfaktor bei vorliegender Erfindung höher als bei traditionellen Motorständern.
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Verben wie ”umfassen”, ”aufweisen”, ”enthalten” und ”haben” sowie deren Abwandlungen in der Beschreibung und in den Ansprüchen der vorliegenden Anmeldung sind in einem einschließenden Sinne zu verstehen. Sie geben an, dass das genannte Element vorhanden ist, schließen jedoch nicht aus, dass noch weitere Elemente vorhanden sind.
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Wenngleich die Erfindung unter Bezugnahme auf eine oder mehrere bevorzugte Ausführungsformen beschrieben wurde, wird der Fachmann erkennen, dass verschiedenen Modifikationen möglich sind, ohne den Schutzrahmen der Erfindung zu verlassen, der durch die anliegenden Ansprüche definiert ist.
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Es versteht sich, dass der Befestigungsring bei manchen Ausführungsformen kein vollständiger Kreis ist.