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Die Erfindung betrifft elektrische Maschinen, die durch eine
Wechselwirkung zwischen einem Magnetfeld und einem
elektrichen Strom mechanische Energie in elektrische Energie
umsetzen, oder umgekehrt. Insbesondere betrifft die Erfindung ein
Gehäuse für eine derartige elektrische Maschine. Beispiele
für derartige elektrische Maschinen sind Elektromotoren,
Dynamos und Lichtmaschinen.
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Bei bekannten elektrischen Maschinen kann das Zusammenbauen
einer Rotorwicklung zeitaufwendig und daher teuer sein.
Darüber hinaus umfasst die Rotorwicklung häufig eine große
Anzahl verschiedener Teile, was die Gesamtkosten der
elektrischen Maschine erhöht.
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Das Funktionsvermögen derartiger elektrischer Maschinen kann
auch durch die Menge der in der Rotorwicklung und im Bereich
des Kommutators erzeugten Wärme begrenzt werden. Im Ergebnis
dieses begrenzten Funktionsvermögens ist der
Anwendungsbereich derartiger elektrischer Maschinen, insbesondere in
elektrisch betriebenen Fahrzeugen, begrenzt.
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Das Dokument US 5,182,482 offenbart ein Gehäuse für eine
elektrische Maschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Gemäß der Erfindung ist ein Gehäuse gemäß dem Anspruch 1
geschaffen.
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Bei einer Ausführungsform der Erfindung verfügt das Gehäuse
über Kühlöffnungen, die es Kühlmittel ermöglichen, in das
Gehäuse durch den Rotor und aus dem Gehäuse heraus zu
strömen, wenn sich der Rotor dreht, wobei zumindest einige der
Öffnungen Lüftungsschlitze sind, die im radial äußeren
Abschnitt des Gehäuses liegen und so geneigt sind, dass sie
aus dem Gehäuse Kühlmittel hinausleiten, das im Gehäuse
umläuft, wenn sich der Rotor dreht. Andere der Öffnungen
liegen ebenfalls in einem radial äußeren Abschnitt des Gehäuses
und sind Lüftungsschlitze, die so geneigt sind, dass sie
Kühlmittel in das Gehäuse leiten, wenn sich der Rotor dreht.
Auf diese Weise wird eine Kühlmittelströmung durch die
Wirkung des Rotors durch das Gehäuse angetrieben, so dass sich
der Rotor selbst kühlt. Darüber hinaus wird die
Kühlmittelströmung angetrieben, wenn sich der Rotor in einer der
Richtungen dreht.
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Vorzugsweise sind die in einer ersten Richtung geneigten
Lüftungsschlitze in einer ersten Ebene rechtwinklig zur
Rotationsachse des Rotors angeordnet, während die in einer
zweiten, entgegengesetzten Richtung geneigten
Lüftungsschlitze in einer zweiten Ebene parallel zur ersten Ebene
angeordnet sind, so dass Kühlmittel mit einer axialen
Komponente, wenn sich der Rotor dreht, durch das Gehäuse und den
Rotor geleitet wird.
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Vorzugsweise verfügt der Rotor zur Verwendung mit dem
Gehäuse über Zwischenräume in seinem radial inneren und radial
äußeren Abschnitt, die es ermöglichen, dass in diesen
Abschnitten Kühlmittel axial durch den Rotor strömt.
Vorzugsweise ist der Rotor ein Scheibenrotor, bei dem entweder die
radial inneren oder radial äußeren Abschnitte oder beide
Flächen den Kommutator bilden, so dass das Kühlmittel im
Kommutatorbereich durch den Rotor strömt.
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Bei einer Ausführungsform besteht der Anker der elektrischen
Maschine aus leitenden Elementen mit jeweils einem
Metallstreifen mit einem Paar von Beinabschnitten, die an einem
Ende oder in dessen Nähe durch einen ebenen
Überbrückungsab
schnitt verbunden sind, wobei der erste und der zweite
Beinabschnitt in entgegengesetzten Richtungen rechtwinklig zur
Ebene des Überbrückungsabschnitts umgebogen sind.
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Der Anker kann leicht dadurch aufgebaut werden, dass eine
Anzahl derartiger leitender Elemente mit gleichem
Umfangsabstand um einen Kreis herum angeordnet wird, um die
Ankerkonstruktion zu bilden.
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Vorzugsweise verfügen der erste und der zweite Beinabschnitt
über im Wesentlichen gleiche Breite, so dass der
zusammengebaute Rotor aus zwei Wicklungsebenen gleicher Dicke
rechtwinkliger zur Rotationsachse besteht.
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Jedoch kann bei einer alternativen Ausführungsform jedes
leitende Elemente drei Beinabschnitte aufweisen, die an
einem Ende oder in dessen Nähe über einen
Überbrückungsabschnitt miteinander verbunden sind, wobei die zwei äußeren
Beinabschnitte zu jeder Seite des Überbrückungsabschnitt in
derselben Richtung rechtwinklig zur Ebene desselben
umgebogen sind und der mittlere Beinabschnitt in der
entgegengesetzten Richtung umgebogen ist.
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Bei dieser alternativen Ausführungsform verfügt der mittlere
Beinabschnitt vorzugsweise über die doppelte Breite jedes
äußeren Beinabschnitts, so dass der Anker, wenn er
zusammengebaut ist, über drei Wicklungsebenen rechtwinklig zur
Rotationsachse verfügt, wobei die mittlere Wicklungsebene die
doppelte Dicke wie die äußeren Wicklungsebenen aufweist.
Dieser Aufbau verringert die Scherkraft zwischen den
Wicklungsebenen bei hoher Drehzahl und verringert daher die
Gefahr einer Beschädigung des Ankers.
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Vorzugsweise verfügt jeder der Beinabschnitte über einen
radialen Teil, in dem der in der Wicklung geleitete Strom mit
einem angelegten Magnetfeld wechselwirkt, und einen äußeren
Teil, der zur tangentialen Richtung des Ankers hin umgebogen
ist, so dass er mit einem anderen leitenden Element
verbunden werden kann, das um den Umfang des Ankers herum
verschoben ist.
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Vorzugsweise wird das oben genannte leitende Element aus
einem Metallblech ausgestanzt, und der erste und der zweite
Beinabschnitt werden in entgegengesetzten Richtungen
rechtwinklig zum Metallblech umgebogen. Beim Verfahren des
Herstellens des leitenden Elements mit drei Beinabschnitten
wird der mittlere Beinabschnitt in einer Richtung
rechtwinklig zum Metallblech umgebogen, während die äußeren
Beinabschnitte in der entgegengesetzten Richtung umgebogen werden.
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Bei einer Ausführungsform der Erfindung verfügt der leitende
Anker der elektrischen Maschine über eine stromführende
Wicklung aus mehreren einstückig ausgebildeten leitenden
Elementen, die in Umfangsrichtung um den Anker verteilt
sind, wobei die radial äußeren Abschnitte benachbarter
leitender Elemente zwischen sich einen Zwischenraum aufweisen,
damit Kühlmittel durch den radial äußeren Abschnitt des
Ankers strömen kann. Jedes leitende Element verfügt über einen
radial äußeren Abschnitt, der zur tangentialen Richtung des
Ankers hin umgebogen ist, wobei sich der Zwischenraum
zwischen benachbarten leitenden Elementen entlang einem
erheblichen Teil der Länge der radial äußeren Abschnitte
erstreckt.
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Benachbarte leitende Abschnitte stoßen im radial inneren
Bereich der radial äußeren Abschnitte aneinander an. Demgemäß
ist Kühlmittel im radial äußeren Abschnitt der leitenden
Elemente vorhanden, um dadurch die Kühlung in den radial
äußeren Abschnitten zu verbessern.
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Bei einer Ausführungsform der Erfindung verfügt der leitende
Anker der elektrischen Maschine über eine stromführende
Wicklung mit mehreren in Umfangsrichtung verteilten,
einstückig ausgebildeten leitenden Elementen, wobei die den
Kommutator bildenden Flächen Kantenflächen der einstückig
ausgebildeten leitenden Elemente sind und wobei benachbarte
leitende Elemente im Kommutatorbereich voneinander
beabstandet sind, damit in diesem Bereich Kühlmittel zwischen den
leitenden Elementen strömen kann. Im Ergebnis kann im
Kommutatorbereich stärkere Kühlung erzielt werden, und durch die
Strömung des Kühlmittels werden Bürstenstaub,
Isolatormaterial und andere Kleinteilchen entfernt.
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Vorzugsweise sind die Hauptflächen der leitenden Elemente im
Kommutatorbereich mit einem Isoliermaterial beschichtet, das
brüchig ist oder über relativ geringe Abriebfestigkeit
verfügt. Im Ergebnis ist elektrischer Kontakt zwischen
benachbarten leitenden Elementen im Kommutatorbereich, wie z. B.
durch leitenden Bürstenstaub verursacht, verhindert, während
die Isolierbeschichtung durch Kontakt mit Bürsten abgenutzt
wird, die Kontakt zum Kommutator herstellen, um guten
Kontakt zwischen den Bürsten und dem Kommutator aufrecht zu
erhalten. Das abgenutzte Isoliermaterial kann dann, zusammen
mit Bürstenstaub und anderen Kleinteilchen, durch das
Kühlmittel entfernt werden, das durch die Zwischenräume zwischen
den leitenden Elementen im Kommutatorbereich strömt.
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Bei einer Ausführungsform der Erfindung verfügt der Rotor
der elektrischen Maschine über eine stromführende Wicklung
mit mehreren in Umfangsrichtung verteilten leitenden
Elementen, von denen jedes Enden aufweist, die im radial äußeren
Bereich des Rotors liegen, wobei Verbindungen zwischen den
Enden durch Verbindungsglieder mit Flügeln bestehen, die so
angeordnet sind, dass sie Kühlmittel axial über diese Enden
leiten.
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Bei einer Ausführungsform der Erfindung verfügt die
elektrische Maschine über einen stromführenden Rotor und einen
Stator zum Erzeugen eines axialen Magnetfelds durch den Rotor
hindurch, wobei der axiale Abstand zwischen dem Rotor und
dem Stator variabel ist, um das Magnetfeld im Rotor zu
variieren.
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Vorzugsweise verfügt der Stator über einen ersten und einen
zweiten Satz von Permanentmagneten, die an entgegengesetzten
Seiten axial zum Rotor angeordnet sind, wobei der erste und
zweite Satz von Permanentmagneten an einem ersten bzw.
zweiten Halteglied gehalten sind, die so gekoppelt sind, dass
sie in entgegengesetzten axialen Richtungen in Bezug auf den
Rotor laufen.
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Der Abstand zwischen dem ersten und zweiten Halteglied kann
durch Nockeneinrichtungen zwischen den Gliedern oder durch
eine oder mehrere Gewindestangen variiert werden, die mit
dem ersten und zweiten Halteglied in Eingriff stehen.
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Nun werden spezielle Ausführungsbeispiele der Erfindung
unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
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Fig. 1 ist ein Querschnitt in einer axialen Ebene eines
Elektromotors, der Gesichtspunkte der Erfindung verkörpert;
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Fig. 2a ist eine schematische Ansicht in der axialen
Richtung des Rotors des in Fig. 1 dargestellten Elektromotors;
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Fig. 2b zeigt eine Einzelheit des Rotors der Fig. 2a;
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Fig. 3a ist eine Ansicht in axialer Richtung eines einzelnen
leitenden Elements;
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Fig. 3b ist eine Ansicht des leitenden Elements der Fig. 3a
in radialer Richtung;
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Fig. 3c ist eine Draufsicht eines Stanzteils, aus dem das
leitende Element der Fig. 3a und 3b hergestellt wird;
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Fig. 4 ist eine Draufsicht eines Stanzteils, aus dem ein
alternatives leitendes Element hergestellt wird;
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Fig. 5a bis 5e sind Draufsichten alternativer leitender
Elemente, wobei Kommutationspunkte dargestellt sind;
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Fig. 6a ist eine Seitenansicht in axialer Richtung eines
Gehäuses gemäß der Erfindung;
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Fig. 6b ist eine Ansicht in radialer Richtung des Gehäuses
der Fig. 6a; und
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Fig. 7 ist eine Ansicht in radialer Richtung eines Teils
eines Rotors gemäß einer Erscheinungsform der Erfindung.
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Fig. 1 zeigt einen Elektromotor mit einem Rotor 10, durch
den ein Strom fließt, und mit zwei Sätzen von
Permanentmagneten 12 und 13, die auf jeweils entgegengesetzten axialen
Seiten des Rotors 10 angeordnet sind. Die Magnete 12 und 13
sind an einer ersten bzw. zweiten Statorplatte 14 bzw. 16
montiert. Jede der Statorplatten 14, 16 trägt so einen Satz
von Permanentmagneten, die in einem Kreis so angeordnet
sind, dass abwechselnd entgegengesetzte Magnetpole derselben
dem Rotor zugewandt sind. Die Kreise der Magnete sind in
wechselseitiger Ausrichtung so angeordnet, dass jeder Magnet
12 auf einer Seite des Rotors in einer Richtung parallel zur
Rotorachse ausgerichtet ist, wobei sich der entsprechende
Magnet 13 auf der anderen Seite des Rotors befindet. Jedes
derartige Paar entgegengesetzter Magnete 12, 13 ist so
ange
ordnet, dass entgegengesetzte Magnetpole dem Rotor zugewandt
sind, wie es in Fig. 1 dargestellt ist. Die Magnete können
Ferritmagnete oder Seltenerdelement-Magnete sein.
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Elektrischer Strom wird dem Rotor 10 über Bürsten (nicht
dargestellt) an Kommutatorpunkten P&sub1; zugeführt.
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Der Rotor 10 verfügt über einen schwalbenschwanzförmigen
Abschnitt 18, der an einer Nabe 20 angebracht ist, die mit
einer ringförmigen, schrägen Schulter 20' ausgeformt ist, um
in Eingriff mit dem schwalbenschwanzförmigen Teil 18 zu
treten. Der Rotor 10 ist durch Aufschrauben einer Kappe 22 auf
die Nabe 20 auf die letztere geklemmt. Die Nabe 20 ist mit
einer Spindel 17 verbunden, die durch ein Lager 24 drehbar
in der ersten Statorplatte 14 gelagert ist. Die erste und
die zweite Statorplatte 14 und 16 sind über
Abstandshalterstangen 25 miteinander verbunden, und der Zwischenraum
zwischen ihnen ist durch ein zylindrisches Gehäuse 26
geschlossen.
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Es wird auch auf die Fig. 2a und 2b Bezug genommen, gemäß
denen der Rotor 10 als Scheibe aus einer Anzahl von in
Umfangsrichtung beabstandeten Wicklungsabschnitten aufgebaut
ist. Erste Wicklungsabschnitte 28, die mit durchgezogener
Konturlinie dargestellt sind, sind in einer ersten Ebene W&sub1;
rechtwinklig zur Rotorachse angeordnet, während zweite
Wicklungsabschnitte 30, die mit gestrichelter Konturlinie
dargestellt sind, in einer zweiten Ebene W&sub2; parallel zur ersten
Ebene hinter den ersten Wicklungsabschnitten 28 angeordnet
sind. Jeder Wicklungsabschnitt 28, 30 beinhaltet einen
radial verlaufenden Teil 32, durch den das Magnetfeld läuft,
einen radial inneren Teil 34, der in einer Umfangsrichtung
unter kleinem Winkel zum radial verlaufenden Teil 32
umgebogen ist, und einen radial äußeren Abschnitt 36, der in der
entgegengesetzten Umfangsrichtung unter einem erheblichen
Winkel Θ, der kleiner als 90º ist, relativ zum radial
verlaufenden Teil 32 zur tangentialen Richtung hin umgebogen
ist: Der radial äußere Teil 36 endet in einem nach außen
gedrehten Endteil 38. Der Endteil 38 jedes ersten
Wicklungsabschnitts 28 in der ersten Ebene W&sub1; ist mit einem
benachbarten Endteil 38 eines zweiten Wicklungsabschnitts 30 in der
zweiten Ebene W&sub2; und an derselben Umfangsposition durch eine
Verbindungskappe 40 verbunden, die auf die Endteile 38
aufgelötet ist. Da die ersten und zweiten Wicklungsabschnitte
in entgegengesetzten Richtungen umgebogen sind, ist der
radial verlaufende Teil 32 des zweiten Wicklungsabschnitts 30
in der Umfangsrichtung des Rotors gegenüber dem radial
verlaufenden Teil 32 des ersten Wicklungsabschnitts 28 um einen
Winkel versetzt, der ungefähr der Schrittweite der
Permanentmagnete 12 oder 13 auf der jeweiligen Statorplatte 14
bzw. 16 entspricht. Demgemäß haben die elektromagnetisch
erzeugten Tangentialkräfte an den radial verlaufenden Teilen
32 des ersten und zweiten Wicklungsabschnitts 28 und 30
dieselbe Richtung. Jeder Wicklungsabschnitt 28 steht auch im
radial inneren Teil 34 in elektrischem Kontakt mit einem
zweiten Wicklungsabschnitt 30, so dass der Strompfad
zwischen den ersten und zweiten Wicklungsabschnitten 28 und 30
wechselt.
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Der Strompfad um den Rotor herum ist durch Pfeile in Fig. 2a
dargestellt, die zeigt, dass, wenn an einem beliebigen
Startpunkt gestartet wird, wie einem Punkt P&sub8; am inneren
Ende des ersten Wicklungsabschnitts 28, der Strompfad in einem
Zyklus um den Rotor 10 herum nicht zu diesem Startpunkt
sondern einem benachbarten Punkt P&sub9; zurückkehrt, der um einen
Wicklungsgang gegenüber dem Startpunkt P&sub8; versetzt ist. So
sind die ersten und zweiten Wicklungsabschnitte 28, 30 in
einer durchgehenden stromführenden Schleife miteinander
verbunden, um den wellenförmig gewickelten Rotor 10 zu bilden.
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Die Stärke des Magnetfelds über die radial verlaufenden
Teile 32 hinweg ist durch Laminatschichten 42 eines Materials
mit hoher magnetischer Permeabilität, z. B. Flussstahl,
Siliciumstahl oder Weicheisen, die in Stapeln in die
Zwischenräume zwischen radial verlaufenden Teilen 32 der
Wicklungsabschnitte 28 und 30 eingesetzt sind, verstärkt. Wie es in
Fig. 2b detaillierter dargestellt ist, wird als erstes ein
isolierendes Hüllpapier 43 in den Zwischenräumen
positioniert, und dann werden darin die Stapel positioniert.
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Jedoch werden Zwischenräume G&sub1; zwischen benachbarten radial
äußeren Teilen 36 sowie Zwischenräume G&sub2; zwischen
benachbarten radial inneren Teilen 34 offengehalten, damit das
Kühlmittel bildende Luft zwischen den Wicklungsabschnitten 28,
30 strömen kann.
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Die Kühlmittelströmung durch die Zwischenräume G&sub1; kann
dadurch geführt werden, dass die radial äußeren Teile 36
benachbarter Wicklungsabschnitte 28, 30 in einem Teil b in
Kontakt miteinander stehen können, der sich in diesem Fall
an der Verbindungsumbiegung zwischen dem radial verlaufenden
Teil 32 und dem radial äußeren Teil 36 erstreckt. So strömt
Kühlmittel axial zwischen den radial äußeren Teilen 36
hindurch, wo die große Oberfläche der Wicklungsabschnitte 28,
30 freiliegt, und es ist verhindert, dass es in tangentialer
Richtung über den Teil b strömt.
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Bei einem Beispiel erstreckt sich der Teil b über ungefähr
ein Drittel der Länge der radial äußeren Teile 36, wobei die
restlichen zwei Drittel der Länge für das Kühlmittel offen
sind.
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Ferner sind die Teile B zwischen jedem der
Wicklungsabschnitte 28, 30 mit Harz 41 imprägniert, um für eine starke
mechanische Verbindung zwischen den Wicklungsabschnitten zu
sorgen. So ist ein kontinuierlich verbundener Teil b
gebildet, der sich in Umfangsrichtung vollständig um den Rotor. 10
erstreckt, wie es in der Fig. 2a dargestellt ist.
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Wie es in den Fig. 3a bis 3c dargestellt ist, ist ein Paar
aus einem ersten und einem zweiten Wicklungsabschnitt 28, 30
einstückig aus einem leitenden Element 44 gebildet. Jedes
leitende Element 44 besteht aus einem Stanzteil 45 eines
Metallbands, das aus einem Metallblech ausgestanzt ist und ein
Paar paralleler Streifenabschnitte in Form von Beinen 46 und
48 aufweist, die den ersten bzw. zweiten Wicklungsabschnitt
28 und 30 bilden. Die Beinabschnitte 46 und 48 sind an ihren
radialen inneren Enden durch einen Überbrückungsabschnitt 50
miteinander verbunden. Der schwalbenschwanzförmige Teil 18
des Rotors 10 wird dadurch im Überbrückungsabschnitt 50
ausgebildet, dass auf jeder Seite Vertiefungen 18' eingestanzt
werden. Die Beine 46 und 48 werden in entgegengesetzten
Richtungen D&sub1;, D&sub2; rechtwinklig zur Ebene des ebenen
Überbrückungsabschnitts 50 umgebogen, wobei sie geeignet gebogen
werden, um den ersten und zweiten Wicklungsabschnitt 28, 30
mit radial inneren Teilen 34, radial verlaufenden Teilen 32,
radial äußeren Teilen 36 und Endteilen 38 auszubilden.
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Jedes leitende Element 44 wird mit Isoliermaterial, wie
Epoxidharz, in allen Bereichen mit Ausnahme der Endteile 38
pulverbeschichtet und gebrannt, um vor dem Zusammenbau eine
Isolierbeschichtung auf dem Element herzustellen.
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Um den Rotor zusammenzubauen, wird die erforderliche Anzahl
(129 bei einem speziellen Beispiel) derartiger umgebogener
leitender Elemente 44 wechselseitig in einer verschachtelten
Anordnung mit in Umfangsrichtung gleichem Abstand
positioniert, um die Scheibenstruktur des Rotors zu bilden, und die
Verbindungskappen 40 werden auf die Endteile 38 aufgelötet.
Dann wird der Rotor 10 so auf der Nabe positioniert, dass
der schwalbenschwanzförmige Abschnitt 18 auf dem
Schulterabschnitt 20' für wechselseitigen Eingriff ruht. Die Kappe 22
wird so auf der Nabe 20 befestigt, dass der
schwalbenschwanzförmige Abschnitt 18 zwischen der Kappe 22 und dem
Schulterabschnitt 20' für wechselseitigen Eingriff
festgeklemmt wird. Dann werden die mit Laminat versehenen Stücke
42 in den Ring von Zwischenräumen zwischen den radial
verlaufenden Teilen 32 eingesetzt.
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Bei einer besonders vorteilhaften Anordnung bilden
Kantenabschnitte der leitenden Elemente den Kommutator des
Elektromotors, wobei diese Kantenabschnitte entweder die radial
inneren Teile 34 oder die radial äußeren Teile 36 sind. Die
isolierende Beschichtung auf den Kanten der leitenden
Elemente 44 wird vor dem Gebrauch vom Kommutatorbereich
entfernt. Alternativ können die Kantenabschnitte während des
Pulverbeschichtungsvorgangs abgedeckt werden, damit auf
diesen Abschnitten kein Isolierpulver abgeschieden wird. Das
auf den großen Flächen der leitenden Elemente 44
verbleibende Isoliermaterial ist brüchig oder verfügt über geringe
Abriebfestigkeit, so dass dann, wenn die Kanten der Elemente
44 durch Kontakt mit den Bürsten abgenutzt werden, auch das
Isoliermaterial auf den Flächen in denjenigen
Flächenabschnitten abgenutzt wird, die an diese den Kommutator
bildenden Kantenabschnitte angrenzen, wobei sie nicht
verhindern, dass die Bürsten den Kommutator kontaktieren. Wenn das
Isoliermaterial abgerieben wird, wird es in Teilchen
zerbrochen und durch das durch die Zwischenräume G&sub1; oder G&sub2;
strömende Kühlmittel weggetragen, weswegen es sich nicht im
Kommutatorbereich ansammelt.
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Fig. 4 zeigt eine alternative Form eines Stanzteils 45' mit
drei Beinen 51, 47 und 49. Die Breite des mittleren Beins 47
ist doppelt so groß wie die jedes der äußeren Beine 51 und
49. Die äußeren Beine 41 und 59 sind in derselben Richtung
rechtwinklig zum Streifen umgebogen, während das mittlere
Bein 47 in der entgegengesetzten Richtung umgebogen ist, um
ein alternatives leitendes Element zu bilden. Im
zusammengebauten Zustand bildet das alternative leitende Element einen
Rotor, in dem die Beine 51 und 47 einen ersten und einen
zweiten Wicklungsabschnitt 28 und 30 in einer ersten und
einer zweiten Wicklungsebene W&sub1; und W&sub2; bilden, während das
Bein 49 einen dritten Wicklungsabschnitt in einer dritten
Wicklungsebene parallel zur ersten und zur zweiten
Wicklungsebene bildet.
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Dieser Aufbau mit drei Ebenen verringert das Problem einer
Scherkraft zwischen Wicklungsebenen bei hohen Drehzahlen,
wie es dadurch verursacht wird, dass die Wicklungsabschnitte
die Tendenz zeigen, sich unter hohen Zentrifugalkräften
geradezustrecken. Die Unterteilung des Rotors in mehrere
Wicklungsebenen geringerer Breite verringert die Scherkräfte
zwischen benachbarten Ebenen.
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Fig. 5a zeigt mehrere mögliche Punkte P&sub1;, P&sub2;, P&sub3; an den
Rändern jedes leitenden Elements 44, die den Kommutatorbereich
bilden können. Die Punkte P&sub1; befinden sich an jeder
Außenkante des radial inneren Teils 34, die Punkte P&sub2; an jeder
Außenkante des radial äußeren Teils 36, und der Punkt P&sub3;
befindet sich auf der radialen Außenkante des Endteils 38.
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Fig. 5b zeigt ein modifiziertes Metallband, bei dem eine
Seite des radial äußeren Teils 36 abgeschrägt ausgebildet
ist, um eine Kommutatorkante unter einem Winkel relativ zur
Fläche des Rotors 10 zu bilden. Die Bürsten treten am Punkt
P&sub4; mit der Kommutatorkante in Kontakt.
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Die Position des Kommutators kann dadurch weiter variiert
werden, dass das Stanzteil 45 in einer Form gestanzt wird,
die einen Quervorsprung ausgehend von einer Seite aufweist.
Bei der in Fig. 5c dargestellten Form liegt der
Quervor
sprung am radial äußeren Teil 36, und im zusammengebauten
Rotor bildet er einen am Umfang verlaufenden, axial
vorstehenden Ringkommutator, der im Punkt P&sub5; durch die Bürsten
kontaktiert wird, während sich in Fig. 5d der Quervorsprung
am radial inneren Teil 34 befindet und einen inneren, axial
vorstehenden Ringkommutator benachbart zur Nabe für
Kontaktierung durch die Bürsten P&sub6; bildet. Bei einer anderen
möglichen, in Fig. 5e dargestellten Form, ist der radial innere
Quervorsprung abgeschrägt, um am Punkt P&sub7; eine abgewinkelte
Kommutatorkante zu bilden. Die verschiedenen möglichen
Kommutatorpunkte P&sub1;, P&sub2;, P&sub3;, P&sub4;, P&sub5;, P&sub6;, P&sub7; sorgen für
Flexibilität beim Positionieren der Bürsten und daher beim
Konzipieren der elektrischen Maschine.
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Gemäß den Fig. 6a und 6b ist das zylindrische Gehäuse 26,
das an den Außenkanten der Statorplatten 14, 16 befestigt
ist, mit einem ersten Satz 52 und einem zweiten Satz 54 von
Lüftungsschlitzen versehen, die in entgegengesetzten
Richtungen relativ zur Tangentialrichtung des Rotors geneigt
sind. Jeder Satz verfügt über einen Ring von in
Umfangsrichtung beabstandeten Lüftungsschlitzen, die dadurch
hergestellt werden, dass in das zylindrische Gehäuse 26
eingeschnitten oder aus ihm ausgestanzt wird, um Öffnungen und
Flächen zu bilden, die in der einen oder der anderen
tangentialen Richtung geneigt sind. Wenn sich der Rotor in der
Richtung R dreht, wird Luft durch den ersten Satz von
Lüftungsschlitzen 52 in das Gehäuse 26 eingesaugt, und sie wird
durch den zweiten Satz von Lüftungsschlitzen 54 aus dem
Gehäuse ausgeblasen. Andererseits wird, wenn sich der Rotor
in der entgegengesetzten Richtung dreht, Luft durch den
zweiten Satz von Lüftungsschlitzen 54 in das Gehäuse
eingesaugt und durch den ersten Satz von Lüftungsschlitzen 52
ausgeblasen.
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Wie es in Fig. 6b dargestellt ist, sind die Ringe des ersten
und des zweiten Satzes von Lüftungsschlitzen 52 und 54 in
der axialen Richtung voneinander beabstandet. So verfügt die
Luftströmung F durch das Gehäuse über eine axiale
Komponente, und sie wird durch die Zwischenräume G&sub1; im Rotor 10
gedrückt.
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Wie es in Fig. 8 dargestellt ist, die zwei benachbarte
Umfangsverbindungen zwischen Endteilen 38 in Draufsicht in
radialer Richtung nach innen zeigt, stehen bei einem
alternativen Ausführungsbeispiel die Verbindungskappen 40 in
axialer Richtung über den Rotor über, und die
Verbindungsabschnitte sind abgewinkelt, um einen ersten Flügel 68, der in
der Rotationsrichtung R geneigt ist, und einen zweiten
Flügel 70 zu bilden, der weg von der Rotationsrichtung R
geneigt ist. So wirken die Flügel 68 und 70 als Lüfterblätter
zum Lenken der Luftströmung F durch den Zwischenraum G&sub1;, um
so den Kühleffekt zu verstärken.
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Die Kombination des in den Fig. 2a und 2b dargestellten
Rotors mit dem in der Fig. 6b dargestellten Gehäuse und
wahlweise den in Fig. 7 dargestellten Verbindungskappen 40 sorgt
für einen besonders vorteilhaften Kühleffekt, bei dem
Kühlmittel unmittelbar durch Teile des Rotors geleitet wird, in
denen die Kühlwirkung des Kühlmittels optimiert ist.
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Während die obigen Ausführungsbeispiele einen stromführenden
Rotor und einen magnettragenden Stator betreffen, ist
es ersichtlich, dass bei einigen Ausführungsformen das
stromführende Element stationär gehalten werden könnte und
sich der magnetische Teil drehen könnte. Obwohl der oben
beschriebene Stator Permanentmagnete trägt, könnten auch
Elektromagnete verwendet werden.
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So ist durch die Erfindung in vorteilhafter Weise ein
Gehäuse für eine elektrische Maschine mit Eigenkühlung
geschaffen, die keine gesonderte Kühleinrichtung zum Erzielen eines
hohen Funktionsvermögens benötigt.