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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine rotierende elektrische Maschine, die einen Ringkern, der aus einer Mehrzahl von gestapelten ringförmigen Kernplatten aufgebaut ist, deren jede eine Mehrzahl von unterteilten Kernplatten umfasst, eine Welle, die durch den Ringkern eingeführt ist, und eine Mehrzahl von Magneten enthält, welche in Magneteinführungslöcher eingeführt sind, die in den unterteilten Kernplatten festgelegt sind.
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Hintergrund-Technik
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Es sind rotierende bzw. sich drehende elektrische Maschinen für die Verwendung als Teile in Elektromotoren oder dergleichen bekannt. Die rotierenden elektrischen Maschinen enthalten hauptsächlich einen Ringkern, der aus einer Mehrzahl von gestapelten ringförmigen Kernplatten aufgebaut ist, eine Welk, die durch den Ringkern eingeführt bzw. eingesetzt ist, und eine Mehrzahl von Magneten, die in dem Ringkern angeordnet sind. Bekannte Technologien zur Anbringung des Ringkernes über der Welle enthalten einen Schrumpfungs-Anbringungsprozess und einen Pressanbringungs-Prozess (beispielsweise
japanische offengelegte Patentpublikation Nummer 07-022168 ). Gemäß der japanischen offengelegten Patentpublikation Nr. 07-022168 wird ein hohler zylindrischer Rotor (
1) erwärmt bzw. erhitzt, um seinen Innendurchmesser zu vergrößern, und eine Welle (
7) wird darin eingesetzt. Der Rotor (
1) wird dann abgekühlt, um seinen Innendurchmesser zu verringern, damit er über der Welle (
7) angebracht wird (siehe beispielsweise Abschnitt [0031] und
3(b) der japanischen offengelegten Patentpublikation Nr. 07-022168).
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Es ist auch eine Technologie bekannt, bei der jede einer Mehrzahl von ringförmigen Kernplatten, die einen Ringkern bilden, eine Mehrzahl von unterteilten Kernplatten umfasst (beispielsweise
japanische offengelegte Patentpublikation Nr. 2002-262496 ). Darüber hinaus offenbart die japanische offengelegte Patentpublikation Nr. 2002-262496, dass auf der inneren Umfangsfläche von unterteilten Kernen (
1) Innenzahnkeile (
11) gebildet sind, dass Außenzahnkeile (
18) auf der äußeren Umfangsfläche einer Welle (
17) gebildet sind und dass sie zum Kämmen miteinander gebracht werden, um einen Rotor (
16) an der Welle (
17) zu befestigen (siehe beispielsweise die Absätze [0020],[0021] und
11,
12 und
14 der japanischen offengelegten Patentpublikation Nr. 2002-262496).
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Zusammenfassung der Erfindung
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Gemäß der
japanischen offengelegten Patentpublikation Nr. 07-022168 kann, da der Rotor (
1) an der Welle (
7) durch Schrumpfung des Rotors (
1) befestigt ist, dann, wenn das auf die Welle (
7) ausgeübte Drehmoment zunimmt, der Rotor (
1) dann möglicherweise unter Zentrifugalkräften in Abstand von der Welle (
7) sein, ausfallend, das Drehmoment ausreichend zu übertragen.
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Sogar mit der kämmenden Struktur, die in der
japanischen offengelegten Patentpublikation Nr. 2002-262496 offenbart ist, kann insofern, als die Innenzahlkeile (
11) und die Außenzahnkeile (
18) rechtwinklig zueinander in Eingriff stehen, dann, wenn Zentrifugalkräfte auf den Rotor (
16) auf eine Drehung der Welle (
17) hin ausgeübt werden, der Rotor (
16) möglicherweise in eine Richtung von der Welle (
17) weg versetzt werden bzw. sein. Zu dieser Zeit bzw. zu diesem Zeitpunkt sind auch die in dem Rotor (
16) angeordneten Magneten versetzt, und der Rotor (
16) neigt dazu, mit dem Stator in Kontakt gebracht zu werden, was die rotierende elektrische Maschine beschädigt.
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Die vorliegende Erfindung ist in Anbetracht der obigen Probleme geschaffen worden. Es ist ein Ziel bzw. eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine rotierende elektrische Maschine, die geeignet ist, ein Drehmoment von einer Welk auf einen Ringkern effizient zu übertragen, und die außerdem geeignet ist, sich selbst an einer Berührung eines Stators zu hindern, während sich die rotierende elektrische Maschine bei einer hohen Drehzahl dreht, und ein Verfahren zum Herstellen einer derartigen rotierenden elektrischen Maschine bereitzustellen.
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Eine rotierende elektrische Maschine gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst einen Ringkern, der aus einer Mehrzahl von gestapelten ringförmigen Kernplatten besteht, deren jede eine Mehrzahl von unterteilten Kernplatten umfasst, eine durch den Ringkern eingesetzte Welle und eine Mehrzahl von Magneten, die in Magneteinführungslöchern eingesetzt sind, welche in den unterteilten Kernplatten festgelegt sind, wobei die ringförmige Kernplatte an ihrer inneren Umfangsfläche eine Mehrzahl von plattenseitigen Vorsprüngen aufweist, die zur Welle hin ragen, und die Welle an ihrer äußeren Umfangsfläche eine Mehrzahl von wellenseitigen Vorsprüngen aufweist, die zu den unterteilten Kernplatten ragen,
wobei jeder der plattenseitigen Vorsprünge einen plattenseitigen spitz zulaufenden bzw. keilförmigen Bereich mit einer Breite aufweist, die zu der Welle fortschreitend größer wird, und jeder der wellenseitigen Vorsprünge einen wellenseitigen spitz zulaufenden bzw. keilförmigen Bereich mit einer Breite aufweist, die zu den unterteilten Kernplatten fortschreitend größer wird,
und wobei eine keilförmige Fläche des plattenseitigen keilförmigen Bereichs und eine keilförmige Fläche des wellenseitigen keilförmigen Bereichs gegeneinander gepresst sind, was den Ringkern an der Welle unter einer Kraft sichert, die in einer Richtung wirkt, um die plattenseitigen Vorsprünge und die wellenseitigen Vorsprünge voneinander weg zu bewegen.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird der Ringkern an der Welle durch Pressen der keilförmigen Fläche des plattenseitigen keilförmigen Bereiches, der zu der Welle fortschreitend breiter wird, und der keilförmigen Fläche des wellenseitigen keilförmigen Bereichs, der zu den unterteilten Kernplatten fortschreitend breiter wird, gegeneinander gesichert. Daher kann ein Drehmoment von der Welle auf den Ringkern effizient übertragen werden. Sogar dann, wenn die rotierende elektrische Maschine sich bei einer hohen Drehzahl unter Anwendung von Zentrifugalkräften auf die ringförmigen Kernplatten dreht, sind die ringförmigen Kernplatten daran gehindert, im Durchmesser zuzunehmen. Infolgedessen ist die rotierende elektrische Maschine geeignet, wie gewünscht zu arbeiten, während sie sich bei einer hohen Drehzahl dreht.
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Die plattenseitigen keilförmigen Bereiche können in Phase mit den Magneten angeordnet sein. Da der plattenseitige keilförmige Bereich in Presskontakt mit dem wellenseitigen keilförmigen Bereich gehalten wird, ist die Position in Phase mit dem plattenseitigen keilförmigen Bereich relativ schwer zu versetzen bzw. zu verschieben, während die rotierende elektrische Maschine sich in Drehung befindet. Infolgedessen ist die rotierende elektrische Maschine daran gehindert, auf Grund eines Kontakts mit dem Stator beschädigt zu werden, während sich die rotierende elektrische Maschine in schneller Drehung bzw. in Drehung bei hoher Drehzahl befindet.
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Der plattenseitige keilförmige Bereich kann eine plattenseitige trapezförmige Region bzw. einen plattenseitigen trapezförmigen Bereich in der Form eines umgedrehten gleichschenkligen Trapezes umfassen, welches eine zu der Welle hin zunehmend größere Breite aufweist, und der wellenseitige keilförmige Bereich umfasst einen wellenseitigen trapezförmigen Bereich bzw. eine wellenseitige trapezförmige Region in der Form eines umgedrehten gleichschenkligen Trapezes mit einer Breite, die zu den ringförmigen Kernplatten eine fortschreitend größere Breite aufweist.
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Jeder von einem Winkel, der zwischen zwei schrägen Linien gebildet ist, welche obere und untere Boden- bzw. Grundlinien der plattenseitigen trapezförmigen Region verbinden, und von einem Winkel, der zwischen zwei schrägen Linien gebildet ist, welche obere und untere Boden- bzw. Grundlinien der wellenseitigen trapezförmigen Region miteinander verbinden, kann im Bereich von 60°–120° einschließlich liegen. Der Winkel, der gleich oder größer ist als 60°, macht es leicht, die relative Verschiebung bzw. Versetzung zwischen dem plattenseitigen keilförmigen Bereich und dem wellenseitigen keilförmigen Bereich und die Versetzung der ringförmigen Kernplatten in Bezug auf die Welle zu unterbinden, während sich die rotierende elektrische Maschine in Drehung befindet. Der Winkel, der gleich oder kleiner ist als 120° macht es leicht, die ringförmigen Kernplatten über der Welle anzubringen.
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Ein zwischen benachbarten einen der plattenseitigen Vorsprünge festgelegter Zwischenraum kann bei Betrachtung in Draufsicht größer sein als der wellenseitige keilförmige Bereich.
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Der Wärmeausdehnungskoeffizient der Welle kann gleich oder größer sein als der Wärmeausdehnungskoeffizient der unterteilten Kernplatten.
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Die rotierende elektrische Maschine kann ferner eine Mehrzahl von Sicherungsstiften umfassen, die in die ringförmigen Kernplatten längs der Richtungen eingesetzt sind, in denen die ringförmigen Kernplatten gestapelt sind, womit die ringförmigen Kernplatten zusammen gesichert sind, wobei die ringförmigen Kernplatten eine Mehrzahl von darin festgelegten Stiftlöchern zur Aufnahme der darin eingesetzten Sicherungsstifte aufweisen können, und wobei die Stiftlöcher in Positionen angeordnet sein können, in denen die magnetische Flussdichte der Magneten am niedrigsten ist und die in Phase mit den Magneten sind. Daher ist es möglich, eine Verringerung in der Leistung der rotierenden elektrischen Maschine infolge der in die Stiftlöcher eingesetzten Sicherungsstifte zu unterbinden.
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Die Stiftlöcher können an Positionen angeordnet sein, die durch die Dicke eines Magnets von den Magneteinführungslöchern in Abstand vorgesehen sind. Es ist somit möglich, eine Verringerung in der Leistung der rotierenden elektrischen Maschine zu unterbinden.
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Jede der ringförmigen Kernplatten kann eine Mehrzahl von Passstiften oder Keilen aufweisen, die längs der Richtungen verformt sind, in denen die ringförmigen Kernplatten gestapelt sind, wobei die Passstifte bzw. Keile längs eines Kreises angeordnet sein können, der konzentrisch zu der Drehachse der Welle verlauft, und sie können einen U-förmigen Querschnitt längs der Linien tangential zu dem Kreis aufweisen, und die Passstifte bzw. Keile können Längsrichtungen parallel zu den Linien tangential zu dem Kreis aufweisen. Die ringförmigen Kernplatten sind somit an einer Verformung gehindert, während sich die rotierende elektrische Maschine in Drehung befindet.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren zum Herstellen einer rotierenden elektrischen Maschine, die einen ringförmigen Kern, der aus einer Mehrzahl von gestapelten ringförmigen Kernplatten besteht, deren jede eine Mehrzahl von unterteilten Kernplatten umfasst, eine durch den Ringkern eingesetzte Welle und eine Mehrzahl von Magneten enthält, die in Magneteinführungslöcher eingesetzt sind, welche in den unterteilten Kernplatten festgelegt sind, den Erwärmungsschritt zum Erwärmen der Welle, den Anbringungsschritt zum Anbringen des Ringkerns über der erwärmten Welle und den Abkühlungsschritt zum Abkühlen der Welle, um die Welle und den Ringkern zusammenhängend miteinander nach dem Anbringungsschritt zu kombinieren, wobei jede der ringförmigen Kernplatten auf ihrer einen inneren Umfangsfläche eine Mehrzahl von plattenseitigen Vorsprüngen aufweist, die zur Welle hin ragen, und die Welle auf ihrer äußeren Umfangsfläche eine Mehrzahl von wellenseitigen Vorsprüngen aufweist, die zu den unterteilten Kernplatten hin ragen, wobei jeder der plattenseitigen Vorsprünge einen plattenseitigen keilförmigen Bereich mit einer Breite aufweist, die zu der Welle fortschreitend größer wird, und jeder der wellenseitigen Vorsprünge einen wellenseitigen keilförmigen Bereich mit einer Breite aufweist, der zu den unterteilten Kernplatten fortschreitend größer wird, und wobei bei dem Anbringungsschritt die plattenseitigen Vorsprünge in Anbringungsanlage mit den wellenseitigen Vorsprüngen gebracht werden, die thermisch gedehnt sind, und beim Abkühlschritt die Welle schrumpft, um eine keilförmige Fläche des plattenseitigen keilförmigen Bereichs und eine keilförmige Fläche des wellenseitigen keilförmigen Bereichs in innigen Kontakt miteinander zu bringen.
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Der plattenseitige keilförmige Bereich kann eine plattenseitige trapezförmige Region in der Form eines umgedrehten gleichschenkligen Trapezes mit einer Breite aufweisen, die zu der Welle fortschreitend größer wird, und der wellenseitige keilförmige Bereich kann eine wellenseitige trapezförmige Region in der Form eines umgedrehten gleichschenkligen Trapezes mit einer Breite aufweisen, die zu den ringförmigen Kernplatten fortschreitend größer wird, wobei jeder von einem Winkel, der zwischen zwei schrägen Linie gebildet ist, die obere und untere Grundlinien der plattenseitigen trapezförmigen Region miteinander verbinden, und einem Winkel, der zwischen zwei schrägen Linien gebildet ist, welche obere und untere Grundlinien der wellenseitigen trapezförmigen Region miteinander verbinden, im Bereich von 60° bis 120° einschließlich liegen können und wobei ein zwischen benachbarten einen der plattenseitigen Vorsprünge festgelegter Zwischenraum bei Betrachtung in Draufsicht größer sein kann als der plattenseitige keilförmige Bereich, der bei dem Erwärmungsschritt erwärmt wird.
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Der Wärmeausdehnungskoeffizient der Welle kann gleich oder größer sein als der Wärmeausdehnungskoeffizient der unterteilten Kernplatten.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren zur Herstellung einer rotierenden elektrischen Maschine, die einen Ringkern, der aus einer Mehrzahl von gestapelten ringförmigen Kernplatten besteht, deren jede eine Mehrzahl von unterteilten Kernplatten umfasst, eine Welle, die durch den Ringkern eingesetzt ist, und eine Mehrzahl von Magneten enthält, die in Magneteinführungslöchern eingesetzt sind, welche in den unterteilten Kernplatten festgelegt sind, den Kühlschritt zum Abkühlen des Ringkerns, den Anbringungsschritt zum Anbringen des Ringkerns, der abgekühlt ist, über der Welle, und den Normaltemperatur-Zurückbringungsschritt zum Zurückbringen des Ringkerns auf normale Temperatur nach dem Anbringungsschritt, wobei jede der ringförmigen Kernplatten an ihrer inneren Umfangsfläche eine Mehrzahl von plattenseitigen Vorsprüngen aufweist, die zu der Welle hin ragen, und wobei die Welle an ihrer äußeren Umfangsfläche eine Mehrzahl von wellenseitigen Vorsprüngen aufweist, die zu den unterteilten Kernplatten hin ragen, wobei jeder der plattenseitigen Vorsprünge einen plattenseitigen keilförmigen Bereich mit einer Breite aufweist, die zu der Welle fortschreitend größer wird, und wobei jeder der wellenseitigen Vorsprünge einen wellenseitigen keilförmigen Bereich mit einer Breite aufweist, die zu den unterteilten Kernplatten fortschreitend größer wird, und wobei bei dem Anbringungsschritt die plattenseitigen Vorsprünge, die abgekühlt werden, um zu schrumpfen, in Anbringungsanlage mit den wellenseitigen Vorsprüngen gebracht werden, und bei dem Normaltemperatur-Zurückbringungsschritt die ringförmigen Kernplatten thermisch gedehnt werden, um eine keilförmige Fläche des plattenseitigen keilförmigen Bereiches und eine keilförmige Fläche des wellenseitigen keilförmigen Bereiches in innigen Kontakt miteinander zu bringen.
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Der plattenseitige keilförmige Bereich kann eine plattenseitige trapezförmige Region in der Form eines umgedrehten gleichschenkligen Trapezes mit einer Breite umfassen, die zu der Welle fortschreitend größer wird, und der wellenseitige keilförmige Bereich kann eine wellenseitige trapezförmige Region in der Form eines umgedrehten gleichschenkligen Trapezes mit einer Breite aufweisen, die zu den ringförmigen Kernplatten fortschreitend größer wird, wobei jeder von einem Winkel, der zwischen zwei schrägen Linien gebildet ist, welche obere und untere Grundlinien der plattenseitigen trapezförmigen Region miteinander verbinden, und einer Winkel, der zwischen zwei schrägen Linien gebildet ist, die obere und untere Grundlinien der wellenseitigen trapezförmigen Region miteinander verbinden, im Bereich von 60° bis 120° einschließlich liegen kann, und ein zwischen benachbarten einen der plattenseitigen Vorsprünge festgelegter Zwischenraum bei Betrachtung in Draufsicht kann größer sein als der plattenseitige keilförmige Bereich, der in dem Abkühlungsschritt abgekühlt wird.
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Der Wärmeausdehnungskoeffizient der unterteilten Kernplatten kann gleich oder größer sein als der Wärmeausdehnungskoeffizient der Welle.
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Kurze Beschreibung von Zeichnungen
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1 ist eine perspektivische Explosionsansicht eines Rotors als einer rotierenden elektrischen Maschine gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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2 ist eine perspektivische Explosionsansicht eines Teiles eines Rotorkernes des Rotors;
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3 ist eine Draufsicht des Rotors;
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4 ist eine vergrößerte Teildraufsicht des in 3 dargestellten Rotors;
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5 ist ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Herstellung des Rotors gemäß der Ausführungsform;
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6 ist eine Darstellung, die einen Zustand in dem Verfahren zur Herstellung des Rotors zeigt;
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7 ist eine vergrößerte Teildraufsicht, die die Art und Weise zeigt, in der eine Welle infolge von Wärme in 4 gedehnt wird;
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8 ist eine Darstellung, die einen anderen Zustand in bzw. bei dem Verfahren zur Herstellung des Rotors zeigt;
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9 ist eine vergrößerte Teildraufsicht einer Modifikation des Rotors; und
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10 ist ein Ablaufdiagramm einer Modifikation des Verfahrens zur Herstellung des Rotors.
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Beschreibung von Ausführungsbeispielen bzw. -formen
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[Anordnung der Ausführungsform]
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1 ist eine perspektivische Explosionsansicht eines Rotors 10 als einer rotierenden elektrischen Maschine gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Rotor 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform arbeitet mit einem Stator etc., nicht dargestellt, bei der Bildung eines elektrischen Motors bzw. Elektromotors zusammen.
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Der Rotor 10 enthält einen Rotorkern 12 (Ringkern), der aus einer Mehrzahl von (beispielsweise einhundert Schichten von) gestapelten ringförmigen Kernplatten 14, einer durch den Rotorkern 12 eingesetzten Welle 16 und einer Mehrzahl von Magneten 18 gebildet ist, die in den Rotorkern 12 eingesetzt sind. Die Welle 16 gemäß der vorliegenden Ausführungsform weist einen höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten auf, als jede der ringförmigen Kernplatten 14.
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Jede der ringförmigen Kernplatten 14 umfasst eine bestimmte Anzahl (drei bei der vorliegenden Ausführungsform) von dünnen, sektoriell unterteilten Kernplatten 20, die umfangsmäßig in einer Ringform angeordnet sind. Falls angenommen wird, dass die Position, wo bzw. an der zwei unterteilte Kernplatten 20 der ringförmigen Kernplatte 14 in der untersten Schicht (erste Schicht) aneinander anliegen, durch einen Pfeil E1 bezeichnet ist, dann ist die Position, wo bzw. an der zwei unterteilte Kernplatten 20 der ringförmigen Kernplatte 14 in der Schicht (zweite Schicht) über der untersten Schicht aneinander anliegen, durch einen Pfeil E2 bezeichnet. In ähnlicher Weise ist die entsprechende Anlageposition in der ringförmigen Kernplatte 14 in der dritten Schicht durch einen Pfeil E3 bezeichnet, die entsprechende Anlageposition in der ringförmigen Kernplatte 14 in der vierten Schicht ist durch einen Pfeil E4 bezeichnet, und die entsprechende Anlageposition in der ringförmigen Kernplatte 14 in der fünften Schicht ist durch einen Pfeil E1 bezeichnet (die Anlageposition in der fünften Schicht ist dieselbe wie die Anlageposition in der ersten Schicht). Die ringförmigen Kernplatten 14 in Schichten oberhalb der fünften Schicht sind in derselben Reihenfolge gestapelt.
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Wie aus 1 verstanden werden kann, sind die Pfeile E1 bis E4 um 30° aus der Phase miteinander verschoben. Die Anlagepositionen in den ringförmigen Kernplatten 14 in jeder Schicht, beispielsweise in der ersten Schicht, sind winkelmäßig um dieselben Winkel wie den Winkel des Bogens beabstandet, der durch eine einzelne unterteilte Kernplatte 20 repräsentiert ist. Diese anliegenden Positionen bzw. Anlagepositionen sind als eine Gesamtheit von drei Positionen winkelmäßig um 120° von der Bezugsposition beabstandet angeordnet, die durch den Pfeil E1 bezeichnet ist. Die Anlagepositionen in den anderen Schichten sind in ähnlicher Weise winkelmäßig voneinander beabstandet.
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Speziell bzw. genauer gesagt weist, wie in 2 gezeigt, die ringförmige Kernplatte 14 in der ersten Schicht eine Gesamtheit von drei Positionen E1 auf, wo bzw. an denen die Enden (anliegende Flächen bzw. Anlageflächen) von zwei aufgeteilten Kernplatten 20 aneinanderstoßen, winkelmäßig um einen bestimmten Winkel Θ1 (120° bei der vorliegenden Ausführungsform) beabstandet. Die ringförmige Kernplatte 14 in der zweiten Schicht weist drei Positionen E2 auf, wo bzw. an denen die Enden von zwei aufgeteilten Kernplatten 20 aneinanderstoßen, winkelmäßig beabstandet um einen bestimmten Winkel Θ2 (30° bei der vorliegenden Ausführungsform) von den Positionen E1. Die ringförmige Kernplatte 14 in der dritten Schicht weist drei Positionen E3 auf, wo bzw. an denen die Enden von zwei unterteilten Kernplatten 20 aneinanderstoßen, winkelmäßig beabstandet um den bestimmten Winkel Θ2 (30° bei der vorliegenden Ausführungsform) von den Positionen E2. Die Anlagepositionen in den oberen Schichten sind ähnlich winkelmäßig voneinander in Abstand vorgesehen bzw. beabstandet. Mit bzw. bei dem Rotorkern 12 sind daher die ringförmigen Kernplatten 14 in den jeweiligen Schichten in den Positionen gestapelt, die um den bestimmten Winkel Θ2 (30°) winkelmäßig beabstandet sind.
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Jede der unterteilten Kernplatten 20, die die ringförmigen Kernplatten 14 ausmachen bzw. bilden, weist Magnetlöcher 22 (Magneteinführlöcher) zur Aufnahme von Magneten 18 auf, die darin eingesetzt werden. Die Magnetlöcher 22 sind in gleichen Winkelintervallen in den Umfangsrichtungen des Rotorkerns 12 festgelegt und in Phase miteinander durch die ringförmigen Kernplatten 14 in Bezug auf die Drehachse Ax des Rotors 10 positioniert. Dass die Magnetlöcher 22 in Phase miteinander positioniert sind, bedeutet, dass die Magnetlöcher 22 in Linie durch die ringförmigen Kernplatten 14 in Bezug auf die Drehachse Ax bei Betrachtung in Draufsicht (3) positioniert sind. Die Magnetlöcher 22, die in Phase miteinander durch die ringförmigen Kernplatten 14 festgelegt sind, legen gemeinsam Schlitze 24 zur Unterbringung der Magneten 18 darin jeweils im Wesentlichen in Form eines Parallelepipeds fest.
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Jede der unterteilten Kernplatten 20 weist Stiftlöcher 26 auf, die darin in Phase mit den Magnetlöchern 22 festgelegt sind. Wenn Sicherungsstifte 28 in die Stiftlöcher 26 entlang der Richtungen eingesetzt werden bzw. sind, in denen die ringförmigen Kernplatten 14 gestapelt sind, sind die ringförmigen Kernplatten 14 aneinander gesichert bzw. befestigt. Jedes der Stiftlöcher 26 ist in bzw. an einer Position festgelegt, die von dem entsprechenden Magnetloch 22 (in Phase in dem Stiftloch 26) zur Drehachse Ax des Rotors 10 um die Dicke eines Magneten 18 beabstandet ist. Die Magnetflussdichte des Magneten 18 ist in bzw. an der Position am niedrigsten, wo jedes der Stiftlöcher 26 festgelegt ist.
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An bzw. auf beiden Seiten jedes Stiftlochs 26 sind Pass- bzw. Fixierstifte 30 angeordnet. Jeder der Passstifte 30 ist durch eine Ausbauchung in einer der Richtungen, in denen die ringförmigen Kernplatten 14 gestapelt sind, und eine Einbuchtung in der anderen der Richtungen festgelegt, in denen die ringförmigen Kernplatten 14 gestapelt sind. Sämtliche Passstifte 30 sind längs eines Kreises angeordnet, der konzentrisch zu der Drehachse Ax ist bzw. verläuft, und weisen einen U-fömigen Querschnitt längs der Richtungen einer Linie tangential zu dem Kreis auf, der konzentrisch zu der Drehachse Ax ist bzw. verläuft. Die Passstifte 30 sind in den Richtungen der Linie tangential zu dem Kreis länger als in den Richtungen einer Linie rechtwinklig zu der tangential zu dem Kreis verlaufenden Linie. Wenn die ringförmigen Kernplatten 14 zusammen gestapelt sind, greifen die Passstifte 30 von benachbarten einen der ringförmigen Kernplatten 14 ineinander ein.
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Jede der ringförmigen Kernplatten 14 (die unterteilten Kernplatten 20) weist keilförmige Vorsprünge 32 (plattenseitige Vorsprünge) auf, die an ihrer einen Innenseite angeordnet sind (Welle-16-Seite) an jeweiligen Positionen, die in Phase mit den Magneten 18 und den Stiftlöchern 26 sind. Wie in 1 und 3 gezeigt, weist die Welle 16 eine Mehrzahl von keilförmigen Vorsprüngen 34 (wellenseitige Vorsprünge) auf, die an ihrer einen äußeren Umfangsfläche angeordnet sind und die in Eingriff mit den keilförmigen Vorsprüngen 32 der unterteilten Kernplatten 20 gehalten werden. Mit anderen Worten ist jeder der keilförmigen Vorsprünge 32 der unterteilten Kernplatten 20 in einem Zwischenraum 36 angeordnet, der zwischen benachbarten einen der keilförmigen Vorsprünge 34 der Welle 16 festgelegt ist. Anders ausgedrückt ist jeder der keilförmigen Vorsprünge 34 der Welle 16 in einem Zwischenraum 38 angeordnet, der zwischen benachbarten einen der keilförmigen Vorsprünge 32 der unterteilten Kernplatten 20 festgelegt ist.
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Wie in 4 gezeigt, enthält jeder der keilförmigen Vorsprünge 32 der unterteilten Kernplatten 20 einen proximalen Teil bzw. Bereich 50 (plattenseitiger proximaler Bereich), der eine konstante Breite aufweist, einen Zwischenbereich bzw. -teil 52 (plattenseitiger keilförmiger Bereich), der näher zu der Welle 16 angeordnet ist als der proximale Teil 50 und der eine zunehmend größere Breite aufweist, und einen distalen Endteil bzw. -bereich 54, der näher zu der Welle 16 angeordnet ist als der Zwischenteil 52 und der eine konstante Breite aufweist. Die Breite Wp1 des distalen Endteiles 54 ist größer als die Breite Wp2 des proximalen Bereiches bzw. Teiles 50. Der Zwischenteil 52 ist in der Form eines umgekehrten gleichschenkligen Trapezes und enthält zwei Seiten, die seine oberen und unteren Grundseiten miteinander verbinden und durch zwei keilförmige Flächen 56 festgelegt sind, die um einen Winkel Θp von etwa 100° winkelmäßig beabstandet sind.
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Jeder der keilförmigen Vorsprünge 34 der Welle 16 enthält einen proximalen Teil 60 (wellenseitige proximale Teile) mit einer Breite, die zu den unterteilten Kernplatten 20 hin zunehmend größer wird, einen Zwischenteil 62 (plattenseitiger keilförmiger Teil, der näher zu den unterteilten Kernplatten 20 angeordnet ist als der proximale Teil 60 und der eine Breite aufweist, die mit einer größeren Änderungsrate zunimmt als die Breite des proximalen Teiles 60, und einen distalen Endteil 64, der dichter bzw. näher zu den unterteilten Kernplatten 20 angeordnet ist als der Zwischenteil 62 und eine Breite aufweist, die mit einer geringeren Änderungsrate zunimmt als die Breite des Zwischenteiles 62. Die minimale Breite Ws1 des distalen Endteiles 64 ist größer als die maximale Breite Ws2 des proximalen Teiles 60. Seitenflächen 66, die neben einen der proximalen Teile 60 zugewandt sind, liegen parallel zueinander (mit einem konstanten Abstand Ds1 zwischen benachbarten Seitenflächen 66). Seitenflächen 68, die benachbarten einen der distalen Endteile 64 zugewandt sind, liegen parallel zueinander (mit einem konstanten Abstand Ds2 zwischen benachbarten Seitenflächen 68). Der Zwischenteil 62 ist in der Form eines umgedrehten gleichschenkligen Trapezes und enthält zwei Seiten, welche dessen obere und untere Grundlinien bzw. -seiten miteinander verbinden und durch zwei keilförmige Flächen 70 festgelegt sind, die um einen Winkel Θs von etwa 120° winkelmäßig beabstandet sind.
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Wie in 4 gezeigt, ist der Abstand Ds1 zwischen den proximalen Teilen 60 der Welle 16 größer als die Breite Wp1 des distalen Endteiles 54 der unterteilten Kernplatten 20. Der Abstand Ds2 zwischen den distalen Endteilen 64 der Welle 16 ist größer als die Breite Wp2 des proximalen Teiles 50 der unterteilten Kernplatten 20. Ferner liegen die keilförmigen Flächen 56 des Zwischenteiles 52 und die keilförmigen Flächen 70 des Zwischenteiles 62, die den keilförmigen Flächen 56 zugewandt sind, parallel zueinander. Darüber hinaus liegen die Seitenflächen 66 des proximalen Teiles 60 der Welle 16 und die Seitenflächen 72 des distalen Teiles 54 der unterteilten Kernplatten 20 parallel zueinander. Die Seitenflächen 68 der distalen Endteile 64 der Welle 16 und die Seitenflächen 74 des proximalen Teiles 50 der unterteilten Kernplatten 20 liegen parallel zueinander.
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Die keilförmigen Vorsprünge 32 der unterteilten Kernplatten 20 und die keilförmigen Vorsprünge 34 der Welle 16 sind von der oben beschriebenen Struktur bzw. dem oben beschriebenen Aufbau. Wie in 4 gezeigt, werden die Zwischenteile 52 der keilförmigen Vorsprünge 32 und die Zwischenteile 62 der keilförmigen Vorsprünge 34 durch die keilförmige Fläche 56, 70 in innigem Kontakt miteinander gehalten. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird, wie später beschrieben, die Welle 16 erwärmt bzw. erhitzt, um sich thermisch in ihrer Gesamtheit auszudehnen (siehe 7), sodann werden die keilförmigen Vorsprünge 32 und die keilförmigen Vorsprünge 34 positioniert, und danach wird die Welle 16 abgekühlt, um in ihrer Gesamtheit zu schrumpfen. Bei normaler Temperatur halten die keilförmigen Vorsprünge 34 der Welle 16 die keilförmigen Vorsprünge 32 der unterteilten Kernplatten 20 zur Drehachse Ax des Rotors 10 hin gezogen, wodurch die unterteilten Kernplatten 20 mit der Welle 16 sicher gekoppelt bzw. verbunden werden bzw. sind.
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Während die Zwischenteile 52, 62 in innigem Kontakt miteinander gehalten werden, haben bzw. weisen die distalen Endteile 54 der keilförmigen Vorsprünge 32 distale Endflächen 76 auf, die außer Kontakt mit der Welle 16 gehalten werden, und die distalen Endteilen 64 der keilförmigen Vorsprünge 34 weisen distale Endflächen 78 auf, die außer Kontakt mit den unterteilten Kernplatten 20 gehalten werden.
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[Verfahren zur Herstellung eines Rotors]
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Unten wird ein Verfahren zur Herstellung des Rotors 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.
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5 ist ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Herstellung des Rotors 10. Beim Schritt S1 wird die Welle 16 auf eine vorgeschriebene Temperatur (beispielsweise mehrere hunderte °C) erwärmt bzw. erhitzt. Beim Schritt S2 wird die erwärmte bzw. erhitzte Welle 16 in eine Einspannvorrichtung 80 (6) eingesetzt. Zu dieser Zeit sind die keilförmigen Vorsprünge 34 der Welle 16 thermisch gedehnt, wie durch die zwei Punkte und einen Strich umfassenden Strichpunktlinien in 7 angedeutet ist.
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Beim Schritt 53 wird der Rotorkern 12 bei normaler Temperatur über bzw. auf der Welle 16 angebracht (siehe 6 und 8). Da die keilförmigen Vorsprünge 34 der Welle 16, die erhitzt sind, thermisch ausgedehnt sind, wie oben beschrieben, kann der Rotorkern 12 über die Welle 16 angebracht werden, ohne dass die keilförmigen Vorsprünge 32 und die keilförmigen Vorsprünge 34 miteinander in Kontakt gebracht werden.
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Beim Schritt 54 werden die Weile 16 und der Rotorkern 12, der durch die Wärme der Welle 16 erwärmt ist, abgekühlt. Als ein Ergebnis schrumpfen die keilförmigen Vorsprünge 32, 34. Bei normaler Temperatur halten die keilförmigen Vorsprünge 34 der Welle 16 die keilförmigen Vorsprünge 32 der unterteilten Kernplatten 20 zur Drehachse Ax des Rotors 10 hin gezogen, wodurch die unterteilten Kernplatten 20 an bzw. mit der Welle 16 sicher gekoppelt bzw. verbunden sind.
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[Vorteile der vorliegenden Ausführungsform]
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Gemäß der vorliegenden Ausführungsform, wie oben beschrieben, werden die keilförmigen Flächen 56 der keilförmigen Vorsprünge 32 der unterteilten Kernplatten 20 und die keilförmigen Flächen 70 der keilförmigen Vorsprünge 34 der Welle 16 in innigem Kontakt miteinander gehalten, die unterteilten Kernplatten 20 werden bzw. sind an der Welle 16 gesichert bzw. befestigt. Daher kann ein Drehmoment von der Welle 16 auf den Rotorkern 12 effizient übertragen werden. Sogar dann, wenn sich der Rotor 10 mit einer hohen Drehzahl unter Anwendung von Zentrifugalkräften auf die unterteilten Kernplatten 20 dreht, sind die unterteilten Kernplatten 20 daran gehindert, im Durchmesser größer zu werden. Folglich ist der Rotor 10 daran gehindert, auf Grund einer Zunahme im Durchmesser während des Drehens mit bzw. bei einer hohen Drehzahl beschädigt zu werden.
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Gemäß der vorliegenden Ausführungsform sind die keilförmigen Vorsprünge 32 der unterteilten Kernplatten 20 in Phase mit den Magneten 18 angeordnet. Da die keilförmigen Vorsprünge 32 und die keilförmigen Vorsprünge 34 in gepresstem Kontakt miteinander gehalten werden, sind die Positionen in Phase mit den keilförmigen Vorsprüngen 32 relativ schwer zu verschieben bzw. zu versetzen, während der Rotor 10 in Drehung ist.
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Gemäß der vorliegenden Ausführungsform liegt jeder Winkel Θp der keilförmigen Vorsprünge 32 und jeder Winkel Θs der keilförmigen Vorsprünge 34 im Bereich von 60° bis 120° einschließlich. Der Winkelbereich macht es leicht, die relative Versetzung bzw. Verschiebung zwischen den keilförmigen Vorsprüngen 32 und den keilförmigen Vorsprüngen 34 und die Versetzung der unterteilten Kernplatten 20 in Bezug auf die Welle 16 zu unterbinden, während der Rotor 10 in Drehung ist, und außerdem, um die unterteilten Kernplatten 20 über der Welle 16 aufzuschrumpfen.
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Gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann der Rotorkern 12 über der Welle 16 durch Aufschrumpfen angebracht werden, ohne die Welle 16 zu berühren. Es ist somit möglich, Mängel (beispielsweise Abrieb am Rotorkern 12 und der Welle 16, wenn der Rotorkern 12 über die Welle 16 aufgebracht ist) zu verhindern, die hervorgerufen werden, wenn der Rotorkern 12 durch einen Presssitz über die Welle 16 aufgebracht wird.
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Gemäß der vorliegenden Ausführungsform befinden sich die Stiftlöcher 26 an der Position, wo bzw. an der die Magnetflussdichte des Magneten 18 die niedrigste ist, das ist die Position, die von dem Magnetloch 22 um die Dicke eines Magneten 18 in Abstand vorgesehen ist. Daher ist es möglich, eine Verringerung in der Leistung des Rotors 10 aufgrund der in die Stiftlöcher 26 eingesetzten Sicherungsstifte 28 zu unterbinden.
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Gemäß der vorliegenden Ausführungsform haben die Passstifte 30 des U-förmigen Querschnitts ihre Längsrichtungen parallel zu den Linien tangential zu dem Kreis, der konzentrisch zur Drehachse Ax des Rotors 10 verläuft, um dadurch zu verhindern, dass die ringförmigen Kernplatten 14 verformt werden, während der Rotor 10 in Drehung ist.
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Gemäß der vorliegenden Ausführungsform sind die unterteilten Kernplatten 20 in Winkelintervallen von 120° unterteilt. Die ringförmigen Kernplatten 14 in benachbarten Schichten sind derart gestapelt, dass die anliegenden Positionen der unterteilten Kernplatten 20 winkelmäßig um den bestimmten Winkel Θ2 (30°) beabstandet sind. Da die ringförmigen Kernplatten 14 derart gestapelt sind, dass die anliegenden Positionen der unterteilten Kernplatten 20 winkelmäßig beabstandet sind, sind die unterteilten Kernplatten 20 daran gehindert, positionsmäßig versetzt bzw. verschoben zu werden.
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[Modifikationen]
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Die vorliegende Erfindung ist auf die obige Ausführungsform nicht beschränkt, sondern kann verschiedene Anordnungen auf der Grundlage des Inhalts der vorliegenden Beschreibung anwenden bzw. annehmen. Beispielsweise kann die vorliegende Erfindung die folgenden Anordnungen annehmen bzw. anwenden:
In bzw. bei der obigen Ausführungsform sind die keilförmigen Vorsprünge 32, 34 von geradlinigen Formen bei Betrachtung in Draufsicht. Die keilförmigen Vorsprünge 32, 34 sind jedoch auf die geradlinigen Formen nicht beschränkt, sondern können, wie in 9 gezeigt, runde Kanten an Ecken haben bzw. aufweisen (zum Beispiel die Grundlinien der proximalen Teile 50, 60 und die Grenzlinien zwischen den proximalen Teilen 50, 60 und den Zwischenteilen 52, 62), um dadurch die keilförmigen Vorsprünge 32, 34 stabiler bzw. starrer zu machen.
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In bzw. bei der obigen Ausführungsform sind die Zahlen der keilförmigen Vorsprünge 32, 34, wie in 1 und 3 gezeigt. Die Zahlen der keilförmigen Vorsprünge 32, 34 sind jedoch auf jene, die dargestellt sind, nicht beschränkt und können entsprechend dem Design geändert werden.
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In bzw. bei der obigen Ausführungsform sind die Winkel Θp, Θs der keilförmigen Vorsprünge 32, 34, wie in 4 gezeigt. Die Winkel Θp, Θs der keilförmigen Vorsprünge 32, 34 können jedoch von anderen Werten sein. Falls die Winkel Θp, Θs gleich oder größer sind als 60°, dann ist es leicht, eine relative Versetzung zwischen den keilförmigen Vorsprüngen 32 und den keilförmigen Vorsprüngen 34 und eine Versetzung der ringförmigen Kernplatten 14 in Bezug auf die Welle 16 zu unterbinden, während der Rotor 10 in Drehung ist. Falls die Winkel Θp, Θs gleich oder kleiner sind als 120°, dann ist leicht, die ringförmigen Kernplatten 14 über die Welle 16 aufzuschrumpfen oder im Abkühlungs- bzw. Kühlungssitz aufzubringen.
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In bzw. bei der obigen Ausführungsform umfasst jeder der keilförmigen Vorsprünge 32 den proximalen Bereich bzw. Teil 50, den Mittelteil 52 und den distalen Endteil 54, und jeder der keilförmigen Vorsprünge 34 umfasst den proximalen Teil 60, den Zwischenteil 62 und den distalen Endteil 64. Insofern, als jeder der keilförmigen Vorsprünge 32, 34 lediglich einen Bereich bzw. eine Region entsprechend den Mittelteilen 52, 62 hat bzw. aufweist, kann er andere Regionen entbehren. In bzw. bei der obigen Ausführungsform ist jeder der Zwischenteile bzw. -bereiche 52, 62 in der Form eines umgekehrten gleichschenkligen Trapezes. Jeder der Zwischenteile 52, 62 ist jedoch nicht auf die Form eines umgedrehten gleichschenkligen Trapezes beschränkt, sondern kann von anderen Formen sein. Beispielsweise kann jeder der Zwischenteile 52, 62 von einer Trapezform sein, die lediglich eine keilförmige Fläche 56 oder 70 enthält.
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In bzw. bei der obigen Ausführungsform wird die Welle 16 in die Einspannvorrichtung 80 eingesetzt, nachdem die Welle 16 erwärmt bzw. erhitzt ist. Die Einspannvorrichtung 80 kann jedoch eine Heizeinrichtung aufweisen, und die Welle 16 kann erwärmt bzw. erhitzt werden, nachdem sie in die Einspannvorrichtung 80 gesetzt ist. Während der Rotorkern 12 über die Welle 16 aufgeschrumpft ist, während lediglich die Welle 16 bei der obigen Ausführungsform erwärmt bzw. erhitzt wird, kann der Rotorkern 12 im Schrumpfsitz über die Welle 16 angebracht werden, während sowohl die Welle 16 als auch der Rotorkern 12 erwärmt bzw. erhitzt werden, vorausgesetzt der Wärmeausdehnungskoeffizient der Welle 16 ist höher als der Wärmeausdehnungskoeffizient des Rotorkerns 12.
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Der Rotorkern 12 kann über der Welle 16 durch einen Abkühlungssitz anstatt durch einen Schrumpfsitz angebracht sein.
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10 ist ein Ablaufdiagramm des Verfahrens zur Herstellung des Rotors 10 unter Heranziehung eines Abkühlungssitzprozesses. Gemäß dem in 10 dargestellten Herstellungsverfahren sollte der Wärmeausdehnungskoeffizient der unterteilten Kernplatten 20 vorzugsweise gleich oder höher sein als der Wärmeausdehnungskoeffizient der Welle 16.
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Beim Schritt S11 wird die Welle 16 bei normaler Temperatur in die Einspannvorrichtung 80 gesetzt. Sodann wird beim Schritt S12 der Rotorkern 12 gekühlt. Der Rotorkern 12 schrumpft somit in seiner Gesamtheit mit seinem reduzierten Innendurchmesser. Als Ergebnis werden die keilförmigen Vorsprünge 32 der unterteilten Kernplatten 20 zur Drehachse Ax des Rotors 10 versetzt. Es ist somit möglich, den Rotorkern 12 über der Welle 16 anzubringen, ohne dass die keilförmigen Vorsprünge 32 und die keilförmigen Vorsprünge 34 in Kontakt miteinander gebracht werden.
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Sodann wird beim Schritt S13 der abgekühlte Rotorkern 12 über die Welle bei normaler Temperatur angebracht. Danach werden beim Schritt S14 der Rotorkern 12 und die Welle 16, die durch Berühren der Welle 16 abgekühlt ist, belassen, um stehen zu bleiben oder auf normale Temperatur erwärmt zu werden. Als Ergebnis werden die keilförmigen Vorsprünge 32, 34 thermisch gedehnt. Die keilförmigen Vorsprünge 32 der unterteilten Kernplatten 20 halten die keilförmigen Vorsprünge 34 der Welle 16 von der Drehachse Ax des Rotors 10 weggezogen, um dadurch die unterteilten Kernplatten 20 an der Welle 16 sicher zu koppeln bzw. zu verbinden.
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Der Rotorkern 12 kann durch einen Presssitz anstatt durch Aufschrumpfen oder einen Kühlungssitz über die Welle 16 angebracht werden bzw. sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 07-022168 [0002, 0004]
- JP 2002-262496 [0003, 0005]