DE69401113T2 - Rotierende elektrische Maschine - Google Patents

Description

• Die vorliegende betrifft eine rotierende elektrische Maschine nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
• Ein rotierende elektrische Maschine dieses Typs ist aus der FR-A-2 534 085 bekannt. Diese bekannte Maschine weist einen Ankerkern auf 1 der eine Mehrzahl von Vertiefungen aufweist, sowie eine Welle zum drehbaren Lagern des Ankerkerns. Jede dieser Vertiefungen nimmt einen äußeren Spulenblock und einen inneren Spulenblock auf, wobei jeder der inneren Spulenblöcke an beiden Endteilen hiervon einen inneren Spulenarm aufweist, der im wesentlichen senkrecht zu der Welle so angeordnet ist, daß er sich in Richtung der Welle erstreckt. Auf ähnliche Weise weist jeder der äußeren Spulenblöcke an beiden Endteilen hiervon einen äußeren Spulenarm auf, der im wesentlichen senkrecht zur Welle angeordnet ist, so daß er sich in Richtung der Welle erstreckt. Um die Wicklung zu vervollständigen, ist der jeweilige äußere Spulenarm an seinem anderen Ende mit dem anderen End teil eines inneren Spulenarms verbunden, der in einer anderen der Vertiefungen angeordnet ist.
• Bei dieser bekannten Maschine sind die Vertiefungen im Ankerkern Durchgangsbohrungen und der innere Spulenblock ist eine flexible Doppelwicklung, welche durch eine entsprechende Bohrung geführt und nachfolgend so gebogen wird, daß sie die inneren Spulenarme bildet, wobei der äußere Spulenblock ein Einfachdraht ist, an dessen Enden jeweils eine Schaufel durch Einführen eines Stiftes des Drahtes in eine entsprechende Bohrung der Schaufel angebracht ist. Die Schaufel, welche durch einen Kunststoff verstärkt ist, ist der äußere Spulenarm und bildet den Kollektor der Maschine.
• Ein Nachteil dieser bekannten Maschine ist daher darin zu sehen, daß die Herstellung der Wicklung vergleichsweise schwierig ist, so daß die Kosten entsprechend hoch werden. Weiterhin ist die Verbindung zwischen der Schaufel und dem äußeren Spulenarm hohen Zentrifugalkräften unterworfen, so daß die Wahrscheinlichkeit eines Bruches besteht, wenn die Drehzahl des Motors einen bestimmten Wert übersteigt.
• In der EP-A-0 387 666 ist ein Anker einer rotierenden elektrischen Maschine offenbart, dessen Wicklung durch einen einzigen kontinuierlichen flexiblen Draht gebildet ist, der nach dem Wickeln über den Kern vollständig mit Kunstharz eingegossen wird. Daher kann dieser bekannte Anker nicht mit der Wicklungsstruktur verglichen werden, wie sie im Oberbegriff des Anspruches 1 beansprucht ist. In der DE- A-38 13 317 ist eine Art von Wicklungseinheit offenbart, deren Form am Ende von dem Kollektor weg jedoch nicht definiert ist, das heißt, ob sie als Schleife oder in Form zweier separater Stücke gebildet ist.
• Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine rotierende elektrische Maschine nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 zu schaffen, welche mit geringen Kosten hergestellt werden kann und in der Lage ist, mit sehr hoher Drehzahl zu laufen.
• Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die vorteilhaften Merkmale gelöst, wie sie im kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 angegeben sind.
• Diese Merkmale schaffen einerseits eine Wicklung, welche mit wenigen und leichten Herstellungsschritten herstellbar ist und somit sehr kostengünstig ist. Andererseits ist die hierdurch gebildete Wicklungsstruktur sehr stabil und weist nicht irgendeine schwache Verbindung am äußeren Umfangsteil auf; daher können ziemlich hohe Drehzahlen erreicht werden, ohne daß ein Bruch der Wicklung riskiert wird.
• Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
• Weitere Einzelheiten, Merkmale und Charakteristiken der vorliegenden Erfindung, sowie Funktionen der zugehörigen Teile ergeben sich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung und der Zeichnung, welche insgesamt Teil dieser Anmeldung sind. In der Zeichnung ist:
• Fig. 1 eine axiale Querschnittsdarstellung, welche eine rotierende elektrische Maschine gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
• Fig. 2 eine axiale Querschnittsdarstellung eines Rotors der rotierenden elektrischen Maschine der ersten Ausführungsform;
• Fig. 3 eine Draufsicht auf einen Ankerkern der rotierenden elektrischen Maschine der ersten Ausführungsform;
• Fig. 4 eine teilweise geschnittene Draufsicht, welche einen Teil einer Ankerspule der rotierenden elektrischen Maschine der ersten Ausführungsform zeigt;
• Fig. 5 eine Draufsicht, welche einen Spulenarm der rotierenden elektrischen Maschine der ersten Ausführungsform zeigt;
• Fig. 6 eine perspektivische Außenansicht, welche die Ausbildung von äußeren und inneren Spulenblöcken der rotierenden elektrischen Maschine der ersten Ausführungsform zeigt;
• Fig. 7 eine Querschnittsdarstellung, welche die äußeren und inneren Spulenblöcke zeigt, welche innerhalb der Schlitze aufgenommen sind;
• Fig. 8 eine Draufsicht, welche den Anker der ersten Ausführungsform zeigt;
• Fig. 9 eine Draufsicht, welche einen isolierenden Abstandshalter der ersten Ausführungsform zeigt;
• Fig. 10 eine Querschnittsdarstellung, welche ein Befestigungsteil der ersten Ausführungsform zeigt;
• Fig. 11 eine Querschnittsdarstellung, welche eine isolierende Kappe der ersten Ausführungsform zeigt;
• Fig. 12 eine typische Ansicht, welche die Wicklung der Ankerspule der ersten Ausführungsform zeigt;
• Fig. 13A bis 13C perspektivische Darstellungen, welche den Herstellungsvorgang für die Ankerspule zeigen;
• Fig. 14A bis 14D perspektivische Darstellungen, welche den Herstellungsprozeß für eine andere Ankerspule zeigen;
• Fig. 15 eine Querschnittsdarstellung, welche die Lagebeziehung zwischen dem äußeren Spulenarm und der Metallbürste zeigt;
• Fig. 16 eine Qüerschnittsdarstellung, welche ein anderes Verbindungsverfahren für äußere und innere Spulenarme zeigt;
• Fig. 17 eine Querschnittsdarstellung, welche ein weiteres Verbindungsverfahren für die äußeren und inneren Spulenarme zeigt;
• Fig. 18 eine Querschnittsdarstellung, welche ein weiteres Verbindungsverfahren für die äußeren und inneren Spulenarme zeigt;
• Fig. 19 eine axiale Querschnittsdarstellung, welche den Rotor der rotierenden elektrischen Maschine gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
• Fig. 20 eine axiale Querschnittsdarstellung, welche den Rotor der rotierenden elektrischen Maschine gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
• Fig. 21 eine axiale Querschnittsdarstellung, welche den Rotor der rotierenden elektrischen Maschine gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
• Fig. 22 eine axiale Querschnittsdarstellung, welche den Rotor der rotierenden elektrischen Maschine gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
• Fig. 23 eine axiale Querschnittsdarstellung, welche den Rotor der rotierenden elektrischen Maschine gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
• Fig. 24 eine axiale Querschnittsdarstellung, welche eine siebte Ausführungsform der Erfindung zeigt;
• Fig. 25A eine vergrößerte Draufsicht auf einen Teil der siebten Ausführungsform;
• Fig. 25B eine Seitenansicht des axialen seitlichen Endes der Ankerspule auf der Kollektorseite der siebten Ausführungsform in Fig. 24;
• Fig. 26 ein teilweises Verdrahtungsdiagramm eines inneren Leiters und äußeren Leiters von Fig. 24;
• Fig. 27 eine vergrößerte axiale Querschnittsdarstellung der siebten Ausführungsform von Fig. 24;
• Fig. 28A bis 28C eine achte Ausführungsform, wobei Fig. 28A eine axiale Querschnittsdarstellung ist, die den Zustand vor dem Anliten von Ankerspulen-Haltebereichen zeigt, Fig. 28B eine axiale Frontansicht und Fig. 28C eine stark vergrößerte Draufsicht ist, welche die Form eines Vorsprungabschnittes zeigt;
• Fig. 29A eine axiale Querschnittsdarstellung, welche den Zustand nach dem Anlöten der Ankerspulen-Haltebereiche in der achten Ausführungsform zeigt, Fig. 29B eine axiale Frontansicht desgleichen und Fig. 29C eine vergrzßerte Draufsicht, welche den Vorprungsabschnitt zeigt; und
• Fig. 30 eine teilweise vergrößerte axiale Querschnittsdarstellung, welche den Befestigungszustand des Kragens zeigt.
• Die erste Ausführungsform einer rotierenden elektrischen Maschine gemäß der vorliegenden Erfindung wird unter Bezug auf die Figuren 1 bis 11 beschrieben.
• Gemäß den Figuren 1 und 2 umfaßt eine rotierende elektrische Maschine 500 eine Welle 510, einen Anker mit einem Ankerkern 520, der drehbeweglich und einstückig auf der Welle 510 befestigt ist und einer Ankerspule 530, sowie feste Magnetpole 550 zur Drehung des Ankers. Die Magnetpole 550 sind am inneren Umfang eines Jochs 501 befestigt.
• Die Welle 510 wird drehbeweglich von einem Metallager 906 gehalten, welches in einem (nicht dargestellten) Stützteil angeordnet ist, sowie einem Metallager 905, das am inneren Umfang eines Endrahmens 900 befestigt ist. Am Vorderende der Welle 510 ist ein Zahnrad 511 ausgebildet, welches in Eingriff mit einem Zahnrad eines (nicht dargestellten) Planetenradgetriebes ist.
• Der Ankerkern 520 wird gebildet durch Aufeinanderstapeln einer Mehrzahl von ringförmigen Kemplatten 521, wie sie in den Figuren 2 und 3 gezeigt sind und die Welle 510 wird unter Kraft oder mit Preßsitz in eine Bohrung 522 eingesetzt, welche in der Mitte der Platten 521 gebildet ist. Jede Kemplatte 521 wird auf einer Presse aus einer dünnen Stahlplatte gestanzt und an ihrer Oberfläche isoliert. An der Innendurchmesserseite der Kemplatte 521 (um die Bohrung 522 herum) ist eine Mehrzahl von ausgestanzten Löchern 523 ausgebildet die das Gewicht der Kemplatte 521 verringern. Am äußeren Umfang der Kemplatte 521 ist eine Mehrzahl (zum Beispiel 25) von sich axial erstreckenden Schlitzen 524 zur Aufnahme der Ankerspule 530 ausgebildet. Am äußeren Umfang der Kemplatte 521 und zwischen den jeweiligen Schlitzen 524 sind benachbart zueinander Halteklauen 525 innerhalb des Schlitzes 524 zum Halten der Ankerspule 530 ausgebildet. Die Klauen 525 werden noch später im Detail beschrieben.
• Die Ankerspule 530 nimmt in dieser Ausführungsform eine Doppellagenspule auf, welche eine Mehrzahl von (zum Beispiel 25) äußeren Spulenstäben 531, die eine äußere Ankerspule bilden und die gleiche Anzahl von inneren Spulenstäben 532 aufweist, die eine innere Ankerspule bilden, wobei der äußere Spulenstab 531 und der innere Spulenstab 532 in radialer Richtung gestapelt sind. Jeder äußere Spulenstab 531 ist mit einem inneren oberen Spulenstab 532 kombiniert und jedes Endteil jedes äußeren Spulenstabes 531 ist elektrisch mit dem Endteil eines jeden inneren Spulenstabes 532 verbunden, um so eine schleifenförmige Spule zu bilden.
• Die äußere Spule 531 ist aus einem hoch leitfähigem Material (zum Beispiel Kupfer) gemacht und verläuft parallel zu dem festen Magnetpol 550. Der äußere Spulenstab 531 weist einen äußeren Spulenblock 533 auf, der innerhalb des Schlitzes 524 gehalten ist und ein Paar von äußeren Spulenarmen 534, die sich von den jeweiligen Enden des äußeren Spulenblockes 533 erstrecken und hiervon nach innen weisen, um senkrecht zur axialen Richtung der Welle 510 zu sein und annihernd parallel zu den beiden axialen Seitenflächen 522 des Ankerkerns 520. Hier sind die beiden Enden des äußeren Spulenblockes 533 mit vertieften Teilen 534a verbunden, die an einem Ende des entsprechenden Paares von äußeren Spulenarmen 534 ausgebildet sind.
• Der äußere Spulenblock 533 ist ein geradlinig verlaufender Stab mit rechteckförmigem Querschnitt, wie in den Figuren 4 bis 7 gezeigt. Der Umfang des äußeren Spulenblockes 533 ist mit einem äußeren Isolationsfilm 540 bedeckt (zum Beispiel ein dünner Kunsthärzfilm aus Nylon, oder Papier). Der äußere Spulenblock 533, der mit dem äußeren Isolationsfilm 540 bedeckt ist, ist fest innerhalb des Schlitzes 524 zusammen mit einem inneren Spulenblock 536 (wird später beschrieben) gehalten, wie in Fig. 7 gezeigt.
• Wie in Fig. 6 gezeigt, ist einer aus dem Paar von äußeren Spulenarmen 534 zur Vorderseite in Drehrichtung des Ankers geneigt und der andere äußere Spulenarm 534 ist zur Rückseite der Drehrichtung geneigt. Die beiden äußeren Spulenarme 534 sind in Radialrichtung um den gleichen Winkel zum äußeren Spulenblock 533 hin geneigt und in gleicher Form ausgebildet. Selbst wenn demnach die äußeren Spulenarme 534 um den Mittelpunkt des äußeren Spulenstabes 531 horizontal um 180º gedreht werden, nimmt der äußere Spulenstab 531 die gleiche Form ein, so als ob die äußeren Spulenarme 534 nicht gedreht worden wären. Das bedeutet, daß es keinen Formunterschied zwischen dem Paar von äußeren Spulenarmen 534 gibt, so daß der Zusammenbauvorgang der äußeren Spulenstäbe 531 an der Ankerspule 520 sehr effizient ist.
• Von dem Paar äußerer Spulenarme 534 kontaktiert einer an der Seite des Endrahmens 900 direkt als Kollektor eine Metallbürste 910 (wird später beschrieben), um die Ankerspule 530 elektrisch mit Energie zu versorgen. Zu diesem Zweck sind wenigstens die Oberflächen der äußeren Spulenarme 534, die in Kontakt mit der Bürste 910 sind, glatt. Die rotierende elektrische Maschine dieser Ausführungsform benötigt nicht irgendwelche separaten Kollektoren zur elektrischen Energieversorgung der Ankerspule 530. Als Ergebnis besteht keine Notwendigkeit, irgend einen separaten Kollektor vorzusehen und die Anzahl von notwendigen Bauteilen kann verringert werden. Zusätzlich besteht keine Notwendigkeit, irgend einen separaten Kollektor innerhalb des Joches 501 vorzusehen, so daß die Struktur der rotierenden elektrischen Maschine in axialer Richtung verkleinert werden kann.
• Da weiterhin der äußere Spulenarm 534 direkt die Metallbürste 910 kontaktiert, wird Wärme, die durch den Gleitkontakt zwischen äußerem Spulenarm 534 und Metallbürste 910 erzeugt wird, von dem äußeren Spulenarm 534 zum äußeren Spulenblock 533, dem Ankerkern 520, der Welle 510 etc. übertragen. Da die Ankerspule 530, der Ankerkern 520, die Welle 510 etc. in ihrere Wärmekapazität wesentlich größer als im Vergleich zu herkömmlichen separat angeordneten Kollektoren sind, kann der Gleitkontaktbereich zwischen äußerem Spulenarm 534 und Metallbürste 910 auf niedriger Temperatur gehalten werden.
• Wie in Fig. 8 gezeigt, erweitert sich jeder äußere Spulenarm 534 allmählich in radialer Richtung zum distalen Ende hin und der umfangseitige Abstand zwischen einander benachbarten äußeren Spulenarmen 534 ist vom inneren Umfang zum äußeren Umfang hiervon praktisch gleichmäßig. Diese Anordnung vergrößert die Kontaktfläche zwischen der Metallbürste 910 und dem äußeren Spulenarm 534 erheblich. Im Ergebnis wird Wärme von der Metallbürste 910 leicht auf die Spulenstäbe 531 übertragen, wodurch die Temperatur der Metallbürste 910 auf einem deutlich niedrigen Pegel gehalten werden kann. Es sei festzuhalten, daß Fig. 8 vorgesehen ist, die Form des äußeren Spulenarmes 534 für ein leichteres Verständnis zu zeigen und die Anzahl der äußeren Spulenarme 534 nicht mit der Anzahl der Schlitze 524 von Fig. 3 übereinstimmt.
• Weiterhin ist die Abstandsausnehmung (Raumausnehmung) zwischen gegenseitig benachbarten äußeren Spulenarmen 534 in Kontakt mit der Metallbürste 910 in einer groben Spiralform ausgebildet, welche sich entgegen der Drehrichtung zum äußeren Umfang hiervon aufbaut, wie in Fig. 8 gezeigt. Durch Formen dieser Abstandausnehmungen 535 in eine angenäherte Spirale berührt die Metallbürste 910 den äußeren Spulenarm 534 seriell von der Innenseite hiervon her, wo die Windgeschwindigkeit niedrig ist zur Außseite hiervon, wo die Windgeschwindigkeit hoch ist. Im Ergebnis hat die Metallbürste 910 Gleitkontakt mit dem äußeren Spulenarm 534 und kann daran gehindert werden, auf dem äußeren Spulenarm 534 zu springen.
• Zusätzlich fließt aufgrund der Abstandsausnehmung 535 zwischen einander benachbarten äußeren Spulenarme 534 bei einer Drehung der Ankerspule 530 ein Zentrifugalwind von der Innenseite zur Außenseite, der durch die Abstandsausnehmungen 535 zwischen den benachbaren äußeren Spulenarmen 534 erzeugt wird. Der von der Drehung der Abstandsausnehmung 535 zwischen einander benachbarten äußeren Spulenarme 535 in Kontakt mit der Metallbürste 910 erzeugte Zentrifugalwind wird verwendet, die von dem Gleitkontakt zwischen der Metallbürste 910 und den äußeren Spulenarmen 534 erzeugte Hitze herunterzukühlen und Abrieb von der Metallbürste radial nach außen zu blasen (wird nachfolgend noch beschrieben).
• Das Paar von äußeren Spulenarmen 534 hat kleine Vorsprünge 534c, die in axialer Richtung von den inneren Oberflächen der äußeren Spulenarme 534 nach innen vorstehen, wobei die Vorsprünge 534c einander gegenüber liegen, wie in Fig. 4 gezeigt. Der Vorsprung 534c ist zwischend dem äußeren Spulenarm 534 und dem inneren Spulenarm 537 (wird nachfolgend beschrieben) angeordnet und paßt in eine Ausnehmung (Positionierteil) 561, die in einem isolierenden Abstandshalter (Isolator) 560 ausgebildet ist, wie in Fig. 9 gezeigt, der den äußeren Spulenarm 534 vom inneren Spulenarm 537 isoliert.
• Der innere Spulenstab 523 (Spuleneinheit), der die innere Ankerspule bildet, ist aus dem gleichen hoch leitfähigem Material (zum Beispiel Kupfer) wie der äußere Spulenstab 531 (Spuleneinheit) gemacht und verläuft parallel zu dem festen Magnetpol 550. Der innere Spulenstab 532 weist den inneren Spulenblock 536 auf, der in dem Schlitz 524 gehalten ist und ein Paar von inneren Spulenarmen 537 erstreckt sich von den beiden jeweiligen Enden des inneren Spulenblockes 536 und dreht sich hiervon nach innen, um senkrecht zur axialen Richtung der Welle 510 zu sein. Die beiden Enden des inneren Spulenblockes 536 werden in rückspringende Teile 537a an einem Ende des jeweiligen Paares der inneren Spulenarme 537 eingeführt und hiermit verbunden.
• Die äußeren Spulenarme 534 sind von den inneren Spulenarmen 537 durch den isolierenden Abstandshalter 560 isoliert. Die inneren Spulenarme 537 sind von dem Ankerkern 520 durch einen Isolationsring 590 isoliert, der aus Kunststoff gefertigt ist (zum Beispiel Nylon oder Phenolharz).
• Der innere Spulenblock 536 ist ein geradliniger Stab mit rechteckförmigen Querschnitt, wie in den Figuren 4 bis 7 gezeigt. Der Umfang des inneren Spulenblockes 536 ist mit einem inneren Isolationsfilm 541 (zum Beispiel aus Nylon oder Papier) bedeckt. Der innere Spulenblock 536, der mit dem Isolationsfilm 541 bedeckt ist, ist fest innerhalb des Schlitzes 524 zusammen mit dem äußeren Spulenblock 533, der mit dem äußeren Isolationsfilm 540 bedeckt ist, gehalten, wie in Fig. 7 gezeigt.
• Von dem Paar der inneren Spulenarme 537 ist derjenige auf Seiten des Getriebes 511 in umgekehrter Richtung zur Neigungsrichtung des äußeren Spulenarmes 534 geneigt. Der andere innere Spulenarm 537, der an der Rückseite angeordnet ist, ist ebenso so angeordnet, daß er in umgekehrter Richtung zur Neigungsrichtung des äußeren Spulenarmes 534 geneigt ist. Das Paar von inneren Spulenarmen 537 ist in Radialrichtung um den gleichen Winkel zum inneren Spulenblock 536 geneigt und in gleicher Form ausgebildet. Demzufolge hat, wie im Fall des äußeren Spulenstabe 531, selbst wenn die inneren Spulenarme 537 horizontal um den Mittelpunkt des inneren Spulenstabes 532 um 180º gedreht werden, der innere Spulenstab 532 die gleiche Form, als ob die inneren Spulenarme 537 nicht gedreht worden wären. Dies bedeutet, daß es keinen Unterschied in der Form zwischen dem Paar von inneren Spulenarme 537 gibt und der Zusammenbau der inneren Spulenstäbe 532 zur Ankerspule 520 hohe Effizienz hat.
• An den inneren umfangseitigen Endteilen eines jeden aus dem Paar von inneren Spulenarmen 537 sind untere innere Verlängerungsabschnitte 539 angeordnet, die sich in axialer Richtung erstrecken. Der äußere Umfang des unteren inneren Verlängerungsabschnittes 539 ist in Bohrungen 561 eingesetzt, die im äußeren Umfangsabschnitt des isolierenden Abstandshalters 560 ausgebildet sind.
• Der äußere Umfang des unteren inneren Verlängerungsabschnittes 539 liegt auf dem inneren Umfang des oberen inneren Verlängerungsabschnittes (vorstehender Bereich) 538, der an dem Ende des äußeren Spulenarmes 524 ausgebildet ist und elektrisch und mechanisch hiermit durch eine Verbindungstechnik, beispielsweise Hartlöten verbunden ist. Hierbei ist der innere Umfang des unteren inneren Verlängerungsabschnittes (vorstehender Bereich) 539 abstandsmäßig von der Welle 510 aus Isolationsgründen angeordnet.
• An den inneren umfangseitigen Endteilen eines jedes aus dem Paar der äußeren Spulenarme 534 sind obere innere Verlängerungsabschnitte 538 angeordnet, die sich in axialer Richtung erstrecken. Der innere Umfang des oberen inneren Verlängerungsabschnittes 538 liegt auf dem äußeren Umfang des oben beschriebenen unteren inneren Verlängerungsabschnittes 539, der am inneren Ende des inneren Spulenstabes 532 ausgebildet ist und elektrisch und mechanisch hiermit durch eine Verbindungstechnik, beispielsweise Hartlöten verbunden ist. Der äußeren Umfang des oberen inneren Verlängerungsabschnittes 538 berüht über eine isolierden Kappe 580 die Innenseite eines äußeren umfangseitigen umlaufenden Teils 571 eines Befestigungsteils (Kragen) 570 der im Preßsitz auf der Welle 510 sitzt und hieran befestigt ist, wie in den Figuren 10 und 11 gezeigt.
• Der isolierende Abstandshalter 560 ist ein dünner plattenförmiger Ring aus Kunststoff (zum Beispiel Epoxyharz, Phenolharz, Nylon). Im äußeren Umfangsabschnitt hiervon ist eine Mehrzahl von Löchern 561 ausgebildet, in welche Vorsprünge 534c der äußeren Spulenarme 534 eingesetzt sind, wie in Fig. 9 gezeigt. Am inneren Umfangsabschnitt des isolierenden Abstandshalters 560 sind rückspringende Teile 562 angeordnet, in welche die unteren inneren Verlängerungsabschnitte 539, die an der Innenseite der inneren Spulenarme 537 ausgebildet sind, eingepaßt sind. Die Bohrungen 561 und die zurückspringenden Teile 562 des isolierenden Abstandshalters 560 werden verwendet, die Ankerspule 530 zu positionieren und festzulegen. Die Mehrzahl von Bohrungen 561, in welche die Vorsprünge 534c der äußeren Spulenarme 534 eingesetzt sind, wurden im äußeren Umfangsabschnitt des isolierenden Abstandshalters 560 vorgeformt. Es ist auch annehmbar, daß die äußeren Spulenarme 534 von der äußeren Umfangsseite her verformt werden, um die Vorsprünge 534c an den äußeren Spulenarmen 534 und um gleichzeitig die Bohrungen 561 im isolierenden Abstandshalter 560 unter Verwendung der Vorsprünge 534c als Stanzwerkzeuge zu bilden. Bei diesem Verfahren werden die äußeren Spulenarme 534 aufgrund einer plastischen Deformation gehärtet, wodurch die Abnützung hiervon, die durch Gleitkontakt mit der Metallbürste 910 bewirkt werden kann, verringerbar ist.
• Das Befestigungsteil 570 ist ein ringförmiges Eisenmaterial. Wie in Fig. 10 gezeigt, weist das Befestigungsteil 570 ein inneres umlaufendes Teil 572 für Preßsitz auf der Welle 510, den Regulierring 537, der sich in axialer Richtung erstreckt, um zu verhindern, daß sich die äußeren Spulenarme 534 und inneren Spulenarme 537 in axialer Richtung auseinander falten und das äußere ringförmig umlaufende Teil 571 auf, welches die oberen inneren Verlängerungsabschnitte 538 der äußeren Spulenarme 534 abdeckt, um zu verhindern, daß der Innendurchmesser der Ankerspule 530 sich aufgrund der Zentrifugalkraft vergrößert. Hierbei hat das Befestigungsteile 570 die scheibenförmige Isolationskappe 580 aus Kunststoff (zum Beispiel Nylon) gemäß Fig. 11 zwischen dem äußeren Spulenarm 534 und dem inneren Spulenarm 537, um den äußeren Spulenarm 534 vom inneren Spulenarm 537 zu isolieren.
• Das Befestigungsteil 570 ist vorderhalb des Anlassers angeordnet und berührt die Rückseite einer vorderen Trennwand 800, die benachbart zur Vorderseite des Befestigungsteiles 570 angeordnet ist, um als Schubkissen zu dienen, um die nach vorne gerichtete Versetzung des Ankers 540 zu begrenzen. Weiterhin ist das Befestigungsteil 570 auf der Rückseite der Anlasserkontakte angeordnet, woböi die Vorderseite des Endrahmens 900 benachbart zur Rückseite des Befestigungsteiles 570 angeordnet ist, um ebenfalls als Schubkissen zur Begrenzung der nach hinten gerichteten Versetzung des Ankers 540 zu dienen.
• Jedes Befestigungsteil 570, welches das innere Endteil des Ankers 530 festlegt, dient als Schubkissen für den An-4 ker 540 gemäß obiger Beschreibung. Somit ist es nicht notwendig, irgend ein Schubkissen für den Anker 540 separat vorzubereiten. Im Ergebnis ist die Anzahl der Teile und Komponenten, die für einen Anlassermotor notwendig sind, verringerbar und auch die Anzahl der Mannstunden, die zum Zusammenbau notwendig sind, kann verringert werden.
• Als Mittel zum Positionieren und Festlegen der äußeren Spulenstäbe 531 und der inneren Spulenstäbe 532 der Ankerspule 530 an dem Ankerkern 520 werden die Schlitze 534 und Halteklauen 525 des Ankerkerns 520, die Bohrungen 561 und rückspringenden Teile 562 des isolierenden Abstandshalters 560 und die Befestigungsteile 570 verwendet, welche im Preßsitz auf der Welle 510 befestigt sind.
• Der Schlitz 524 des Ankerkerns 520 nimmt einen äußeren Spulenblock 533 und einen inneren Spulenblock 536 auf.
• Durch Biegen der Halteklauen 525 in Richtung des Innendurchmessers, wie in Fig. 7 dargestellt, werden der äußere Spulenblock 533 und der innere Spulenblock 536 so fest in jedem Schlitz 524 gehalten, daß eine Verschiebung des äußeren Spulenblockes 533 und des inneren Spulenblockes 536 in Richtung Außendurchmesser unter Einwirken der Zentrifugalkraft verhindert ist. Es sei hier feslgehalten, daß, wenn der äußere Umfang des äußeren Spulenblocks 533 durch zwei Isolierfilme isoliert ist, das heißt durch die Isolierfilme 541 und 540, eine ausreichende Isolation auch dann sicher gestellt ist, wenn die Halteklauen in Richtung Innendurchmesser gebogen werden, um hierin einzudringen.
• Die zurückspringenden Teile 562, die am inneren Umfang des isolierenden Abstandshalters 560 ausgebildet sind, und in welchen die unteren inneren Verlängerungsabschnitte 539 der inneren Spulenarme 537 eingesetzt sind, positionieren die inneren Spulenarme 537. Die zurückspringenden Teile 562 verhindern auch eine Verschiebung der inneren Spulenarme 537 in Richtung Außendurchmesser unter Einwirkung einer Zentrifugalkraft auf die inneren Spulenarme 537.
• Die Bohrung 561 im äußeren Umfang des isolierenden Abstandshalters 560, in welche die Vorsprünge 534a der äußeren Spulenarme 534 eingesetzt sind, positionieren die äußeren Spulenarme 534. Die Bohrungen 561 verhindern ebenfalls eine Verschiebung der äußeren Spulenarme 534 in Richtung Außendurchmesser unter Einwirkung einer an den äußeren Spulenarme 534 anliegenden Zentrifugalkraft.
• Die Befestigungsteile 570 halten den oberen inneren Verlängerungsabschnitt 538 und den unteren inneren Verlängerungsabschnitt 539, die miteinander verbunden sind, um so eine Verschiebung des Innendurchmesserabschnittes der Ankerspule 530 in Richtung Außendurchmesser unter Einwirkung einer Zentrifulkraft zu verhindern. Weiterhin begrenzen die Befestigungsteile 570 die Verschiebung des axialen Endteiles des oberen inneren Verlängerungsabschnittes 538 und des unteren inneren Verlängerungsabschnittes 539, die miteinander verbunden sind, um eine Längung in axialer Richtung der Ankerspule 530 zu verhindern. Um eine Längung in axialer Richtung der äußeren Spulenarme 534 und inneren Spulenarme 537 zu verhindern, wenn die rotierende elektrische Maschine als Anlassermotor in Betrieb ist, ist es notwendig, einen Abstand innerhalb des Anlassers sicherzustellen, um eine derartige Längung aufnehmen zu können. In dieser Ausführungsform verhindern jedoch die Befestigungsteile 570 die Längung in axialer Richtung der äußeren Spulenarme 534 und inneren Spulenarme 537, so daß der Anlasser einen derartigen Freiraum nicht benötigt, wodurch die axiale Länge des Anlassers verkürzt werden kann.
• Der Vorgang zum Zusammenbau des Ankers wird nun im Detail beschrieben.
• Zunächst wird der Ankerkern 520, auf den die Kernplatten 521 aufgesteckt sind, um die Welle 510 herum im Preß-44 sitz befestigt. Zweitens werden die isolierenden Ringe 590 an beiden Seiten des Ankerkerns 520 angeordnet. Drittens werden die inneren Spulenblöcke 536 des inneren Spulenstabes 532 in den entsprechenden Schlitzen 524 zusammen mit dem inneren Isolierfilm 541 aufgenommen.
• Viertens werden die isolierenden Abstandshalter 560 an beiden Seiten der inneren Spulenarme 537 der inneren Spulenstäbe 532 angebracht und die unteren inneren Verlängerungsabschnitte 539 werden innerhalb der zurückspringenden Teile 562 angeordnet, wodurch die Ausrichtung der inneren Spulenstäbe 532 abgeschlossen ist.
• Fünftens werden die äußeren Spulenblöcke 533 der äußeren Spulenstäbe 531 in den entsprechenden Schlitzen 524 zusammen mit dem äußeren Isolationsfilm 540 aufgenommen. Bei diesem Vorgang werden die Vorsprünge 534c der äußeren Spulenarme 534 in die Löcher 561 der isolierenden Abstandshalter 560 eingesetzt, wodurch die Positionierung der äußeren Spulenstäbe 531 abgeschlossen ist.
• Sechstens wird der obere innere Verlängerungsabschnitt 538 des äußeren Ankerspulenblockes 533 und der untere innere Verlängerungsabschnitt 539 des inneren Spulenblockes 536 miteinander durch eine Verbindungstechnik, beispielsweise Hartlöten verbunden, um eine elektrische und mechanische Verbindung sicherzustellen.
• Siebtens wird jede Halteklaue 525 der Ankerspulen 520 in Richtung des inneren Umfangs gebogen, um den äußeren Spulenblock 533 und den inneren Spulenblock 536 innerhalb eines jeden Schlitzes 524 zu halten. Dann werden die Befestigungsteile 570 auf die Welle 510 von beiden Seiten her im Preßsitz aufgebracht, um den äußeren Umfang der oberen inneren Verlängerungsabschnitte 538 der Ankerspulen 530 abzudecken, wodurch eine Verschiebung der äußeren Spulenarme 534 in axialer Richtung zum äußeren Umfang hin verhindert werden kann.
• Unter Verwendung des obigen Vorganges ist der Zusammenbau des Ankers abgeschlossen.
• In dieser Ausführungsform werden Permanentmagnete, die an dem Jochen 501 in Hülsen befestigt sind, die am inneren Umfang hiervon kontaktieren, als feste Magnetpole 550 verwendet. Es ist auch annehmbar, daß eine Feldspule, welche elektrisch eine Magnetkraft erzeugt, anstelle von Permanentmagneten als feste Magnetpole 550 verwendet werden kann.
• An einem Endabschnitt des Jochs 501 der rotierenden elektrischen Maschine 500 ist ein Endrahmen 900 befestigt. An diesem Endrahmen 900 ist ein metallischer Bürstenhalter 920 angeordnet. An der Innenseite des metallischen Bürstenhalters 920 ist die Metallbürste 910 angeordnet, welche in axialer Richtung gleitbeweglich ist. Die Metallbürste 910 wird gegen die oberen Spulenarme 534 der Ankerspulen 530 durch eine Feder 930 gedrückt, die innerhalb des metallischen Bürstenhaltes 920 angeordnet ist.
• Fig. 12 zeigt eine typische Darstellung der Wicklung der Ankerspule 530. In dieser Figur ist der Fall dargestellt, wo die Metallbürste 910 an den äußeren Spulenarmen 534 angeordnet ist.
• Bei der rotierenden elektrischen Maschine gemäß der vorliegenden Erfindung sind die äußeren Spulenarme 534 der äußeren Spulenstäbe 531 und die inneren Spulenarme 537 der inneren Spulenstäbe 532 so angeordnet, daß sie annähernd parallel zueinander an den axialen Endflächen des Ankerkerns 520 nur durch die isolierenden Ringe 590 und die isolierenden Abstandshalter 560 sind, wobei die Metallbürste 910 an den äußeren Spulenarmen 534 angeordnet ist. Mit dieser Anordnung kann die Gesamtlänge des Ankers wesentlich verkürzt werden. Weiterhin kann bei dieser Anordnung ein Kollektor, der bislang separat von der Ankerspule notwendig war, weggelassen werden, so daß der Herstellungsvorgang für den Anker verkürzt und vereinfacht wird.
• Da weiterhin die Vorsprünge 534c der äußeren Spulenarme 534 in die Bohrungen 561 der isolierenden Abstandshalter 560 eingesetzt werden, ist eine Verschiebung der äußeren Spulenarme 534 in Richtung des Außenumfanges unterbunden und der Vorstreckungsgrad der äußeren Spulenarme 534 von den Endflächen der Ankerpule 520 ist gering. Da zusätzlich die Verlängerungsabschnitte 538 der äußeren Spulenblöcke 532 und die Verlängerungsabschnitte 539 der inneren Spulenblöcke 533 fest zur axialen Seite des Ankerkerns 520 gepreßt und dort gehalten werden, was durch die Befestigungsteile 570 erfolgt, kann der Widerstand gegenüber Zentrifugalkräften merklich erhöht werden. Da weiterhin die Verlängerungsabschnitte 539 der inneren Spulenarme 537 in die zurückspringenden Teile 562 des isolierenden Abstandshalters 560 eingesetzt sind, kann eine Verschiebung der inneren Spulenarme 537 in Radialrichtung zum äußeren Umfang hin verhindert werden. Im Ergebnis kann der Anker gemäß dieser Ausführungsform eine mehr als doppelt so hohe Drehzahl als mit herkömmlichen Aufbau tolerieren.
• Weiterhin wird die an den äußeren Spulenarmen 534, mit denen die Metallbürste 910 in Kontakt ist, erzeugte Wärme ebenfalls relativ leicht zu dem Ankerkern 520 über die isolierenden Abstandshalter 560, die inneren Spulenarme 537 und die isolierenden Ringe 590 übertragen und dann abgeführt. Bei diesem Aufbau kann somit der Temperaturanstieg der Metallbürste 910 und deren Kontaktfläche ebenfalls verringert werden. Dieser Temperaturanstieg kann weiter dadurch verringert werden, daß eine hoch wärmeleitfähige Keramik oder dergleichen für die isolierenden Abstandshalter 560 und die isolierenden Kappen 580 verwendet wird. Zusätzlich zu dem oben gesagten sind bei der in Fig. 8 gezeigten Erfindung die äußeren Spulenarme 534 spiralförmig angeordnet und zwischen einander benachbarten äußeren Spulenarmen 534 sind die Abstandsausnehmungen 535 ausgebildet, welche in ihrer Dicke grob derjenigen der Spulenarme entsprechen, welche zwischen 1,5 mm und ungefähr 3,5 mm liegt. Die Abstandsausnehmungen 535 sind auf der Seite der äußeren Spulenarme 534, mit der die Metallbürste 910 kontaktiert, so ausgebildet, daß sie gegen die Drehrichtung des Ankerkerns 520 weisend verlaufen, wodurch die Abstandsausnehmungen 535 als Zentrifugenschaufeln durch die Drehung des Ankers dienen. Somit wird eine Luftströmung von inneren Umfang der äußeren Spulenarme 534 zum äußeren Umfang hiervon erzeugt. Diese Luftströmung hat eine Geschwindigkeit von annähernd 4 mis am oder ungefähr am äußeren Umfang der äußeren Spulenarme 534, wenn der Anker mit 8.000 UpM dreht, so daß ein Kühleffekt an den äußeren Spulenarmen 534 und der Metallbürste 910 ausgeübt wird.
• Weiterhin werden durch eine überlappende Wicklung der Ankerspule 530 die Abstandsausnehmungen 534 auf der Seite, die nicht die Metallbürste 910 kontaktiert, das heißt auf der Seite des Untersetzungszahnrades 511, ebenfalls so geformt, daß sie entgegen der Drehrichtung des Ankerkerns 520 weisen. Im Ergebnis können die Abstandsausnehmungen 535 ebenfalls als Zentrifugenschaufel wirken, wodurch die äußeren Spulenarme 534 auf dieser Seite ebenfalls auf gleiche Weise gekühlt werden können.
• Weiterhin wird durch Ausbilden einer Durchgangsbohrung in einem Teil des Jochs 501 des Motors 500 ein elektrischer Stromaustritt zwischen den Spulen aufgrund von Abriebspulver der Metallbürste 910, das entsteht, wenn der Motor 500 verkleinert wird, durch die oben beschriebene Funktion der Zentrifugenschaufeln verhindert. Das bedeutet, daß das Pulver vollständig zur Außenseite von der Durchgangsbohrung des Joches 501 abgegeben wird.
• Da die Abstandsausnehmungen 535 unvermeidlich dadurch gebildet werden, daß die Ankerspulen 530 in die Schlitze 524 des Ankerkerns 520 eingesetzt werden, besteht keine Notwendigkeit, die Abstandsausnehmungen 535 durch eine Bearbeitung oder sonstwie zu bilden, wodurch die Herstellungskosten merklich verringert werden können. Da zusätzlich die Dicke der Abstandsausnehmungen 535 gleich der Dicke des äußeren Spulenarmes 534 gesetzt werden kann, können die Abstandsausnehmungen 535 ausreichend länger gebraucht werden, selbst, wenn die Gleitoberfläche der Metallbürste 910 abgenutzt ist.
• Weiterhin kann durch Verwendung eines Metalls für den Metallbürstenhalter 920 die in der Metallbürste 910 erzeugte Wärme durch den Metallbürstenhalter 920 abgeführt werden.
• Die Figuren 13 und 14 zeigen einige Verfahren zur Herstellung der Ankerspule, insbesondere Verfahren zur Herstellung der Spulenblöcke 533 und 536 und der Spulenarme 534 und 537, um so vorgeformte Spuleneinheiten zu bilden.
• Gemäß diesen Ausführungsformen werden der äußere Spulenblock 533 und der innere Spulenblock 536 einstückig mit dem äußeren Spulenarm 534 und dem inneren Spulenarm 537 gebildet, wie in den Figuren 13 und 14 gezeigt. Beide Ausführungsformen verwenden ein Herstellungsverfahren mittels Pressenbearbeitung, welche bezüglich der Herstellungskosten vorteilhaft ist.
• In der in den Figuren 13A bis 13C gezeigten Ausführungsform werden zunächst ein stabförmiger äußeren Spulenblock 533 und ein innerer Spulenblock 536, ein trapezförmiger äußerer Spulenarm 534 und ein innerer Spulenarm 537 und ein oberer innerer Verlängerungsabschiiitt 538 und ein unterer innerer Verlängerungsabschnitt 539 einstückig aus plattenförmigen Material herausgestanzt, wie in Fig. 13A gezeigt. Hierbei ist die Dicke über die gesamte Stanzlänge hinweg gleichmäßig. Zweitens werden gemäß Fig. 13B der äußere Spulenarm 534 und der innere Spulenarm 537 auf einen festgelegten Winkel an den Übergangsbereichen zwischen Spulenblöcken 533 und 536 und den trapezförmigen Spulenarmen 534 und 537 gebogen. In diesem Falle werden zwei Ausschnitte 533c und 536c angeordnet, deren Abstand annähernd der Breite der Spulenblöcke 533 und 536 ist. Drittens werden gemäß Fig. 13C die Spulenarme 534 und 537 in annähernd rechten Winkeln zu den Spulenblöcken 533 und 536 gebogen und dann werden der obere innere Verlängerungsabschnitt 538 und der untere innere Verlängerungsabschnitt 539 so gebogen, daß sie parallel zu den Spulenblöcken 533 und 536 sind. Bei dieser Anordnung sind Schultern 534e und 537e der Spulenarme 534 und 537 annähernd auf der gleichen Höhenlage wie obere Oberflächen 533d und 536b der Spulenblöcke 533 und 536. Somit können die Spulenarme 534 und 537 hoch bis zum Nahbereich der oberen Oberflächen 533d und 536d der Spulenblöcke als Kontaktfläche für die Metallbürste 910 verwendet werden, wodurch die Kollektorfläche breit und effektiv gehalten werden kann und die Stromdichte auf der Kollektoroberfläche kann verringert werden.
• In der Ausführungsform gemäß den Figuren 14A bis 14D wird zunächst ein Drahtmaterial 100 mit guter Leitfähigkeit, beispielsweise Kupfer auf eine festgelegte Länge zugeschnitten, wie in Fig. 14A gezeigt. Zweitens werden gemäß Fig. 14B die Abschnitte entsprechend den Spulenarmen 534 und 537 auffestgelegte Winkel in Längsrichtung gebogen. Drittens werden gemäß Fig. 14C Spulenarme 534 und 537 in ein breites Trapez geformt und ein oberer innerer Verlängerungsabschnitt 538 und ein unterer innerer Verlängerungsabschnitt 539 werden als schmale Vorsprünge ausgebildet. Die Spulenarme 534 und 537 werden gepreßt, um die Seitenabschnitte in Breitenrichtung so auf zuweiten, daß sie nahe den Spulenblöcken 533 und 536 weiter und nahe den Verlängerungsabschnitten enger sind. Die Verlängerungsabschnitte 538 und 539 werden in Längsrichtung gezogen, um sich zu verjüngen. Zuletzt werden gemäß Fig. 14D die Spulenarme 534 und 537 in rechten Winkeln zu den Spulenblöcken 533 und 536 gebogen und die Verlängerungsabschnitte 538 und 539 werden ebenfalls in rechten Winkeln zu den Spulenarmen 534 und 537 gebogen. Hierdurch ist der gesamte Vorgang abgeschlossen.
• Da hierbei die Spulenarme 534 nd 537 in Richtung der Spulenblöcke 533 und 536 dünner ausgebildet sind, reicht die durch das Biegen hervorgerufene Belastung nicht bis hier hin, wodurch die Kollektorfläche genau so breit und wirksam gehalten werden kann, wie der in Fig. 13 gezeigten Ausführungsform. Zusätzlich sind, da die Spulenarme 534 und 537 durch einen Preßvorgang aufgeweitet werden, die Spulenarme 534 und 537 hart genug, so daß sie wie sie sind als Kontaktfläche für die Metallbürste 910 verwendet werden können. Weiterhin besteht keine Notwendigkeit, die Abschnitte der oberen Spulenarme 534 und unteren Spulenarme 537, welche die Metallbürste 910 nicht kontaktieren auf zuweiten, wie in Fig. 14D gezeigt. Weiterhin ist es empfehlenswert, daß der äußere Spulenblock 533 und der äußere Spulenarm 534 aus einem guten Leiter mit einer Vickers-Härte von 55 oder mehr gemacht ist. Die Vickers-Härte von Kupfer, welche normalerweise 50 beträgt, kann auf 55 oder mehr angehoben werden, indem eine Pressenbearbeitung stattfindet.
• Wenn weiterhin gemäß Fig. 15 die abkantungsfreie Seite (d.h. die Seite ohne Grat), die durch die pressenbearbeitung hin gebildet wurde, als Fläche des äußeren Spulenarmes 534 verwendet wird, welche von der Metallbürste kontaktiert wird, sind die Kantenabschnitte des äußeren Spulenarmes 534 abgerundet, wodurch die Gleitfähigkeit der Metallbürste 910 verbessert ist.
• Die Figuren 16 bis 18 zeigen weitere Ausführungsformen der Verbindung zwischen äußeren Spulenarm 534 und innerem Spulenarm 537.
• In Fig. 16 ist der obere innere Verlängerungsabschnitt 538 nicht an einem Ende des äußeren Spulenarmes 534 ausgebildet und der untere innere Verlängeruiigsabschnitt 539 des inneren Spulenarmes 537 erstreckt sich weitestgehend zur Oberfläche des äußeren Spulenarmes 534. Demzufolge kann der obere innere Verlängerungsabschnitt 538 des äußeren Spulenarmes 534 weggelassen werden, wodurch die Bearbeitungskosten für den.äußeren Spulenstab 531 verringert werden können.
• Gemäß Fig. 17 ist es auch möglich, daß der untere innere Verlängerungsabschnitt 539 des inneren Spulenarmes 537 kürzer als in Fig. 16 ist und mit einem Teil der Endfläche des äußeren Spulenarms 534 verbunden ist. Eine Auswirkung dieser Anordnung ist, daß der untere innere Verlängerungsabschnitt 539 leicht mit dem äußeren Spulenarm 534 verbunden werden kann.
• Wie in Fig. 18 gezeigt, ist es auch möglich, daß die kurzen inneren Verlängerungsabschnitte 538 und 539 sich von dem äußeren Spulenarm 534 bzw. dem inneren Spulenarm 537 erstrecken und miteinander verbunden sind. Da bei dieser Anordnung die Verlängerungsabschnitte 538 und 539 kurz sein können, ist deren Bearbeitung leicht.
• Unter Verwendung eines flüssigen Harzes oder einer dünnen Klebefolie für den isolierenden Abstandshalter 560 und den isolierenden Ring 590 können die geringen Abstände zwischen dem äußeren Spulenarm 534 und dem inneren Spulenarm 537 und zwischen dem inneren Spulenarm 537 und dem Anker kern 520 beseitigt werden. Im Ergebnis kann die Wärmeleitfähigkeit noch weiter verbessert werden und irgendwelche Mikrobewegungen der Spulenarme 534 und 537 lassen sich verhindern. Weiterhin können durch Aufbringen eines isolierenden Überzuges auf die äußeren und inneren Spulenblöcke 533 4 und 536 und die Spulenarme 534 und 537 die isolierenden Filme 540 und 541 weggelassen werden. Im Ergebnis sind sonst notwendige Teile, beispielsweise die isolierenden Abstandshalter 560, nicht notwendig.
• Eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in Fig. 19 gezeigt. In der zweiten Ausführungsform sind offene Schlitze als Schlitze 524 des Ankerkerns 520 verwendet. Nachdem die Ankerspulen 530 in die Schlitze 524 eingesetzt wurden, wird ein dünner nichtmagnetischer Zylinder 600 am äußeren Umfang des Ankerkerns 520 angeordnet, um ein Vorstehen der Ankerspulen 530 in radialer Richtung zu ver hindern. Bei dieser Anordnung ist der äußere Umfang des Ankerkerns 520 so glatt, daß Windwiderstandsverluste während der Drehung des Ankers verringert werden können und Windgeräusche ebenfalls verringert werden können, was zu einem ruhigen Lauf führt. Infolgedessen ist diese Ausführungsform zur Verwendung als mit hoher Geschwindigkeit drehende rotierende elektrische Maschine geeignet.
• Eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in Fig. 20 gezeigt. In der dritten Ausführungsform sind die beiden axialen Endseiten des äußeren Spulenblockes 530, d.h. die äußeren Umfangsabschnitte axial vom Ankerkern 520 beabstandet und durch dünne nichtmagnetische Zylinder 610 abgeschirmt. In dieser Anordnung werden die Befestigungsteile 570 gemäß der ersten Ausführungsform unnötig. Infolgedessen kann eine größere Fläche in Richtung des inneren Umfanges als Gleitoberfläche für die Metallbürste 910 verwendet werden und die Metallbürste 910 kann eine größere Querschnittsfläche haben. Infolgedessen kann die rotierende elektrische Maschine eine höhere Ausgangsleistung und längere Lebensdauer haben.
• Eine vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in Fig. 21 gezeigt. In der vierten Ausführungsform sind alle Komponenten einschließlich des Ankerkerns 520 und dem äußeren Spulenblock 533 einstückig mit Gießharz 602 vergossen.
• In einer fünften Ausführungsform gemäß Fig. 22 erstreckt sich der äußere Spulenblock 533 in axialer Richtung um die Dicke der Metallbürste 910, um die Metallbürste 910 gleitbeweglich an der äußeren Umfangsoberfläche des Endteiles des äußeren Spulenblockes 533 zu halten. Eine Blattfeder wird als metallische Bürstenfeder 930 verwendet. Durch Verlängern des äußeren Spulenblockes 533 in axialer Richtung wird ein isolierender Abstandshalter 560 mit großer Dicke verwendet.
• Indem zusätzlich Freiräume 551 zwischen den festen Magneten 550 ausgebildet werden und indem die Metallbürste 910 in diesen Freiräumen 551 angeordnet wird, kann Platz zur Aufnahme der Metallbürste 910 gespart werden und gleichzeitig kann die gesamte axiale Länge der rotierenden elektrischen Maschine weiter verkürzt werden.
• In einer sechsten Ausführungsform gemäß Fig. 23 ist die metallische Bürste 910 an einer Seite am äußeren Umfang des Endteiles der äußeren Spulenblöcke 533 wie in der fünften Ausführungsform angeordnet und eine. weitere Metallbürste 910 an der anderen Seite ist so angeordnet, daß sie auf dem inneren Umfang des unteren inneren Verlängerungsabschnittes 539 des inneren Spulenarmes 537 gleitet. Diese Metallbürsten 910 an beiden Seiten werden gegen den Spulenblock 533 bzw. den Verlängerungsabschnitt 539 durch die Federkräfte von Blattfedern 930 gedrückt. Bei dieser Anordnung wird der innere Umfangsraum des unteren inneren Verlängersabschnittes 539 des inneren Spulenarmes 537 zur Aufnahme der Metallbürste 910 an der anderen Seite verwendet, wodurch die gesamte axiale Länge der rotierenden elektrischen Maschine weiter verkürzt werden kann.
• In der sechsten Ausführungsform ist es auch möglich, daß der äußere Spulenarm 534 mit einem Verlängerungsabschnitt ausgestattet ist, der sich in Richtung des inneren Spulenarms 537 anstelle des unteren Verlängerungsabschnittes 539 des unteren Spulenarms 537 erstreckt, wobei die Metallbürste 910 auf dem Verlängerungsabschnitt des äußeren Spulenarms 534 und nicht auf dem unteren Verlängerungsabschnitt 539 gleitet.
• Es sei festzuhalten, daß in den ersten sechs Ausführungsformen die Erläuterung, daß der äußere Spulenarm 534 und der innere Spulenarm 537 annähernd parallel zu der Endfläche des Ankerkerns 520 sind, bedeutet, daß ein Winkel zwischen äußeren und inneren Spulenarmen 534 und 537 und der Endfläche des Ankerkerns 520 maximal 45º beträgt.
• Weiterhin sind in den Ausführungsformen der rotierenden elektrischen Maschine gemäß der vorliegenden Erfindung die beiden Spulenblöcke innerhalb jedes Schlitzes 524 gehalten. Es ist auch möglich, daß irgendeine gerade Anzahl von Spulen, beispielsweise vier Spulen verwendet werden.
• Fig. 24 zeigt die axiale Querschnittsdarstellung einer rotierenden elektrischen Maschine gemäß einer siebten Ausführungsform dieser Erfindung. Die Figuren 25A und 25B sind vergrößerte Querschnittsdarstellungen in axialer Richtung des Kollektorabschnittes.
• Ungefähr in der Mitte einer Drehwelle 10 ist ein Ankerkern 11 befestigt, der durch Ablage einer Mehrzahl von scheibenförmigen Stahlplatten 15 gebildet ist. Eine Mehrzahl von Schlitzen 13 erstreckt sich axial am Umfang des Ankerkerns 11 und Ankerspulen 20e und 21e, welche auch Leiter genannt werden, sind in den äußeren und inneren Lagen eingesetzt. Bezugszeichen 20e ist ein Block des äußeren oder oberen Leiters 20 und 21e ist ein Block des inneren oder unteren Leiters 21.
• Ein Kollektorabschnitt 40, der von dem äußeren Leiter gebildet wird, ist auf der axialen hinteren (rechten) Endseite des Ankerkerns 11 ausgebildet. An dem vorderen (linken) Ende ist ein Nicht-Kollektor-Abschriitt 90, der noch beschrieben wird, ausgebildet, wodurch der Anker (Rotor) der drehenden elektrischen Maschine gebildet ist. Die beiden axialen Ende der Drehwelle 10 werden durch ein Lager 61 getragen, das in einem Endrahmen 60 der drehenden elektrischen Maschine eingebaut ist und einem Lager 62, das durch in der Zeichnung nicht dargestellte Mittel eingebaut ist. Der Endrahmen 60 verschließt die Öffnung eines Jochs 70, das aus zylindrischen Stahlplatten gemacht ist. Im inneren Umfang des Joches 70 sind vier magnetische Kerne 51 nahe dem Umfang des Ankerkerns 11 befestigt, auf welche Feldspulen 50 gewickelt sind. Jede dieser Spulen ist so befestigt, daß sie in Umfangsrichtung um 90º beabstandet sind. Die Joche 70, Feldspulen 50 und Magnetkerne 51 bilden eine Stator. Zahnräder 12 sind auf der Drehwelle 10 befestigt. Diese Zahnräder sind mit den Zahnrädem eines Untersetzungsgetriebes (beispielsweise eines Epizykloiden-Untersetzungsgetriebes) in Eingriff, das nicht in der Zeichnung dargestellt ist. Die Drehung der Drehwelle 10 wird auf die in der Zeichnung nicht dargestellten Zahnräder übertragen.
• Ein Bürstenhalter 80 ist an dem Endrahmen 60 befestigt und eine Bürste 81 ist innerhalb hiervon so gehalten, daß sie sich frei in axialer Richtung gleitbewegen kann. Die Bürste 81 wird gegen einen ersten Ankerspulen-Halteabschnitt oder oberen Arm 20b eines Kollektorabschnittes 40, der später noch beschrieben wird, durch eine Feder 82 in dem Bürstenhalter 80 gedrückt.
• Der Kollektorabschnitt 40, der Nicht-Kollektorabschnitt 90, die Ankerspule 20e und die Ankerspule 21e werden nachfolgend im Detail beschrieben.
• Ein dritter Ankerspulenhalteabschnitt oder unterer Arm 21b ist an der rechten Endseite des Ankerkerns 11 mit Isoliermaterial 21a angeordnet. Der erste Ankerspulenhalteabschnitt 2gb ist an der Oberfläche mit Isoliermaterial 20a angeordnet. Ein vierter Ankerspulenhalteabschnitt oder unterer Arm 21d ist an der rechten Endseite des Ankerkerns 11 mit Isoliermaterial 21c angeordnet. Ein zweiter Ankerspulenhalteabschnitt oder oberer Arm 20d ist an der Oberfläche mit Isoliermaterial 20c angeordnet. Das Isoliermaterial 21a, der dritte Ankerspulenhalteabschnitt 21b, das Isoliermaterial 20a und der erste Ankerspulenhalteabschnitt 20b bilden den bürstenseitigen Kollektorabschnitt 40. Das Isoliermaterial 21c, der vierte Ankerspulenhalteabschnitt 21d, das Isoliermaterial 20c und der zweite Ankerspulenhalteabschnitt 20d bilden den gegenüber der Bürstenseite liegenden Nicht-Kollektor-Abschnitt 90.
• Der Leiter 20e, der erste Ankerspulenhalteabschnitt 20b und der zweite Ankerspulenhalteabschnitt 20d sind aus Kupfer oder dergleichen gemacht und durch Kältguß oder dergleichen einstückig ausgebildet, um den äußeren Leiter 20 zu bilden. Weiterhin sind der Leiter 21e, der dritte Ankerspulenhalteabschnitt 21b und der Ankerspulenhalteabschnitt 21d aus Kupfer oder dergleichen gemacht und durch Kaltguß oder dergleichen einstückig ausgebildet, um den inneren Leiter 21 zu bilden.
• Die Anordnung der Ankerspulenhalteabschnitte 20b und 21b auf der Kollektorseite ist in den Figuren 25A und 25B gezeigt.
• Die isolierenden Materialien 20a und 21a sind zwischen die Ankerspulenhalteabschnitte 2gb und 21b und zwischen die Ankerspulenhalteabschnitte 21b und den Ankerkern 11 sandwichartig eingebettet. Die isolierenden Materialien 20a und 21a haben Halteplatten-Trennwandabschnitte 20r, 20s und 21r, die zu der Kollektorplatte (Ankerspulenhalteabschnitt) 20b, die umfangseitig benachbart ist vorsteht, wobei der gekrümmte langlochartige Freiraum oder die Ausnehmung 20c zwischen zwei Halteabschnitte 20b liegt und zur Halteplatte 21b (Ankerspulenhalteabschnitt) und dem gebogenen langlochähnlichem Freiraum 21f. Der Vorstreckungsbetrag des Halteplatten-Trennwandabschnittes 20r ist kleiner als die in Wellenrichtung gesehene Dicke des Ankerspulenhalteabschnittes 20b. Wenn der Freiraum oder die Ausnehmung 20c aus Richtung der radialen Ankerrichtung gesehen wird (vgl. Fig. 28A), ist ein Abstand 20t an dem Ende des Halteplatten-Trennwandabschnittes 20r ausgebildet, wobei der Abstand 20t eine Hinterschneidung des Kollektors ist.
• Die Ankerspulenhalteabschnitte 20d und 21d und die Isoliermaterialien 20c und 21c auf der Nicht-Kollektor-Seite haben die gleiche Art an Form und Anordnung wie der Ankerspulenhalteabschnitt 20b und 21b und die isolierenden Materialien 20a und 21a auf der Kollektorseite. Der Raum an dem Nicht-Kollektor-Abschnitt, der dem Abstand 20t entspricht, wirkt als Gebläse, der während Drehung des Ankers einen Zentrifugalwind erzeugt.
• Wie weiterhin in den Figuren 24 und 27 gezeigt, werden Vorsprünge 20g, 21g, 20h und 21h, die in eine Richtung entgegengesetzt zum Ankerkern 11 vorstehen, an den inneren Durchmesserenden der Ankerspulenhalteabschnitt 20b, 21b, 20d und 21d vorgesehen. Mit anderen Worten, der Vorsprung 29g steht axial von dem Halteabschnitt 20b, der Värsprung 21g vom Halteabschnitt 21b, der Vorsprung 20h vom Halteabschnitt 20d und der Vorsprung 21h vom Halteabschnitt 21d vor. Ein Kragen 30, der an der Drehwelle befestigt ist, berührt direkt den Umfang des vorspringenden Abschnittes 20g über isolierendes Material 32. Auf gleiche Weise berührt ein Kragen 31, der an der Drehwelle 10 befestigt ist direkt den äußeren Umfang des vorspringenden Abschnittes 20h über isolierendes Material 33.
• Nachfolgend wird ein Verfahren zum Zusammenbau der Ankerspule dieser Ausführungsform erläutert.
• Ein isolierender Film oder eine Folie aus isolierendem Material wird zunächst auf die Oberfläche des Leiters 20e aufgesprüht, aufgebacken, aufgewickelt oder angeklebt. Der isolierende Film oder die isolierende Materialfolie wird auf gleiche Weise wie für den Leiter 20e auch auf die Oberfläche des Leiters 21e aufgebracht.
• Der erste Leiter 21e und dann der Leiter 20e werden in den Schlitz 13 des Ankerkerns 11 eingeführt. Zu diesem Zeitpunkt sind das rechtsseitige ebene scheibenförmige Isoliermaterial 20a des Ankerkerns, der Ankerkemhalteabschnitt 20b, das isolierende Material 120a und der Ankerspulenhalteabschnitt 21e gemäß obiger Beschreibung angeordnet. Wenn die beiden Leiter 20e und 21e in alle Schlitze 13 eingeführt wurden, werden die beiden vorspringenden Bereiche 20g und 21g durch Hartlöten oder dergleichen befestigt und dann werden die beiden vorstehenden Bereiche 20h und 21h durch Hartlöten oder dergleichen befestigt. Nach dem Verbinden wird Druck auf jeden Anker aufgebracht, um die äußeren Ankerskernhalteabschnitte 20b und 20d in Richtung axialer Richtung ein- und zusammenzudrücken Die isolierenden Materialien 20a, 20c, 21a und 21c werden deformiert. Die vorstehenden Bereiche, die Halteplatten-Trennwandabschnitte 20r, 20s und 21 gemäß Fig. 25 werden in die engen Freiräume hinein geformt, die entstehen, wenn die isolierenden Materialien 20a, 20c, 21a und 21c umfangseitig sich der Kollektorseite und Nicht-Kollektorseite annähern. Wenn die isolierenden Materialien 21a und 21c geformt werden, um in den Schlitz 13 eines Teils des Ankerkerns 11 einzutreten, werden Leiter- und Kernisolierung noch fester.
• Somit ist ein elektrisch isolierendes Harzmaterial, das sich unter passendem Druck deformiert, am besten für die Isolationsmaterialien 21h und 21c geeignet.
• Zur gleichen Zeit werden die Kragen 30 und 31 und die isolierenden Materialien 32 und 33 von links und rechts auf die Drehwelle 10 aufgesetzt, wie in Fig. 24 gezeigt. Der Kragen 30 und die Vorsprünge 20g und 21g werden so zusammengebaut, daß sie direkt über das isolierende Material 32 kontaktieren und der Kragen 31 und die Vorsprünge 20h und 21h werden so zusammengebaut, daß sie direkt über das isolierende Material 33 kontaktieren. Die Kragen 30 und 31 deformieren sich plastisch aufgrund dieser Zusammenbaukraft und das Harz 30d tritt in eine ringförmige Ausnehmung 10a ein, um irgendwelche Verschiebungen der Kragen 30 und 31 zu unterbinden.
• Wenn die Kragen 31 und 32 nach dem Zusammenbau in Richtung axialer Seite des Ankerkerns gedrückt und komprimiert werden, werden die Halteabschnitte 2gb und 21b, 20d und 21d der beiden Leiter 20 und 21 fest gegen den Kern 11 gepreßt und auch die isolierenden Materialien 20a, 21a, 20c und 21c werden starr befestigt. Durch dieses Pressen und Komprimieren der Kragen 30 und 31 werden die Vorsprünge 30d und 31d entsprechend den ringförmigen Ausnehmungen 10a und 10b am Umfang der Drehachse fest zum Innendurchmesser der Kragen 31 und 33 gedrückt und das Befestigen der hochstehenden und ausgebildeten Kragen 30 und 31 zu der Drehwelle 10 ist ebenfalls starr. Wenn das Ende der inneren Zylinderkragen 30 und 31 direkt gegen den Kern 11 kontaktiert, kann der Kern 11 auf der Drehwelle über die Kragen 30 und 31 befestigt werden.
• Der Umfang der axialen Vorsprünge 20g und 20h des äußeren Leiters 20 greift mit jedem Kragen 30 und 31 zusammen, wie oben erläutert, wenn die Kragen 30 und 31 angebaut wurden, so daß ein Abheben der Leiter 20 und 21 in radialer Richtung aufgrund einer Zentrifugalkraft während Drehung des Ankers verhindert werden kann.
• Ein elektrisches Verbindungsdiagramm für eine Ausführungsform der Ankerspulen (Leiter) 20e und 21e und der Ankerspulen-Halteabschnitte 20b, 21b, 20d und 21d gemäß dieser Erfindung ist in Fig. 26 gezeigt.
• Wie aus der obigen Beschreibung klar hervorgeht, sei bei dieser Ausführungsform angenommen, daß die Spulenenden der Ankerspule in den dritten Ankerspulenhalteabschnitt 21b des inneren Leiters 21 umgewandelt werden, so daß die axiale Länge des Ankers verringert werden kann und Motorgröße und Motorgewicht verringert werden können.
• Wenn weiterhin die Zentrifugalkraft in paralleler Richtung auf die Kontaktgrenzoberflächen der Isoliermaterialien 21a und 20a aus Kunstharz, den dritten Ankerspulenhalteabschnitt 21b und den ersten Ankerspulenhalteabschnitt 20b aufgebracht wird, können die Anti-Zentrifugalkraft-Eigenschaften des Kollektorabschnittes 40 verbessert werden.
• Weiterhin kann eine Vergrößerung der Gleitoberfläche mit der Bürste 81 realisiert werden. Die Widerstandswärme und Reibwärme, die in dem ersten Ankerspulenhalteabschnitt 20d erzeugt wird, kann durch den so erzeugten Zentrifugalwindfluß vorteilhaft gekühlt werden. Die Wärme wird auch von dem Ankerkern 11 mit großer Wärmekapazität durch Festkörper-Wärmeübertragung absorbiert, was die Anwendung dieses Aufbaus bei Motoren für vollgekapselte Anlasser/Motoren erlaubt. Der Effekt ist besonders bemerkenswert bei einer Verringerung der Größe und einem Anheben der Drehzahl mit der Integration von Untersetzungsgetriebemechanismen.
• Zusätzlich können bei dieser Ausführungsform alle Teile mit Ausnahme der Drehwelle 10 durch Pressen oder Kaltgießen mit hoher Produktivität erzeugt werden. Die einzige Bearbeitung, die für den gesamten Anker notwendig ist, ist Pressen und Hartlöten. Und dies in einem Bereich, wo normalerweise ein großer Anteil an Bearbeitungsszeit notwendig ist. Schneidvorgänge, die bislang notwendig waren, um die Hinterschneidung zwischen den Kollektorteilen zu bilden, sind bei dieser Ausführungsform beseitigt, da der Hinterschneidungsbereich gebildet wird, wenn die Ankerspule 20 mit dem Ankerkern 11 zusammengebaut wird. Problematische bisher notwendige Kollektorguß-Ausbildungen fallen in dieser Ausführungsform weg, da die Ankerspulenhalteabschnitte 20b und 20d nach innen in Richtung des Ankerkernes 11 gepreßt werden und die Isolationsmaterialien 20a und 20c, die an den Innenseiten der Halteabschnitte 20b und 20d angeord net sind, stehen teilweise in die engen Abstände 20c zwischen den Ankerspulenhalteabschnitten 20b vor, welche einander benachbart umfangseitig liegen, sowie in die engen Abstände zwischen den Ankerspulenhalteabschnitten 20d, die sich ebenfalls umfangseitig benachbart befinden.
• Bei einem herkömmlichen Anker mußte die Ankerspule in die Ankerkernschlitze eingepaßt werden, was Vorgänge notwendig machte wie beispielsweise das Imprägnieren der Schlitze mit Kunstharz. Bei dieser Ausführungsform kann jedoch die Ankerspule fest in den Ankerkern durch einen sehr einfachen Vorgang durch Einsetzen der vorspringenden Bereiche 20g, 21g, 20h und 21h an den Ankerspulen 20 und 21 mit den Kragen 30 und 31 eingesetzt werden. Somit kann die bislang übliche Kunstharzimprägnation weggelassen werden.
• Die Isolationsmaterialien 20a, 21a, 20c und 21c sind mit einer Isolationseigenschaft mit adäquater Plastizität gebildet, beispielsweise aus Papier, Kunstharzfolien oder dergleichen. Isoliermaterial, wie beispielsweise festes Epoxyharz wird für die Isolationsmaterialien 20a, 21a, 20c und 21c verwendet. Nach Zusammenbau des Kollektors und Ausbilden der vorstehenden Bereiche 20r, 20s und 21r etc., kann das Material durch Heizen etc. ausgehärtet werden. Weiterhin werden, nachdem der Leiter zusammengebaut worden ist, die Verlängerungsabschnitte 20r, 20s und 21r der Isolationsmaterialien 20a, 21a, 20c und 21c durch Pressen in die Ankerspulenhalteabschnitte 20b, 21b, 20d und 21d bei dieser Ausführungsform ausgebildet. Die Verlängerungsabschnitte 20r, 20s und 21r können jedoch an den Isolationsmaterialien 20a, 21a, 20c und 21c vorab ausgebildet werden. In diesem Fall wird ein Kunstharzmaterial mit hervorragender Isolationseigenschaft und Festigkeit, beispielsweise Phenolharz für die Isolationsmaterialien 20a, 21a, 20c und 21c verwendet.
• In der achten Ausführungsform ist gegenüber der siebten Ausführungsform die Verbindungsstruktur der vorstehenden Bereiche 20g und 21g des ersten Ankerspulenhalteabschnittes 20b und des dritten Ankerspulenhalteabschnittes 21b modifiziert.
• Die Figuren 28A bis 28C zeigen den Zustand, bevor die vorspringenden Bereiche 20g und 21g des ersten Ankerspulenhalteabschnittes 20b und des dritten Ankerspulenhalteabschittes 21b verbunden werden.
• Der sich umfangseitig aufweitende Bereich 20c ist an dem axialen Ende des vorspringenden Bereiches 20g ausgebildet. Der umfangseitig sich erweiternde Abschnitt 21k ist auch am axialen Ende des vorspringenden Bereiches 21g ausgebildet.
• In dieser Ausführungsform wird eine Ankerspule 20e, die mit dem ersten Ankerspulenhalteabschitt 20 des Schlitzes 13 am Ankerkern 11 integriert ist, in den äußeren Durchmesserabschnitt des ersten Ankerspulenhalteabschnittes 20b eingesetzt und umfangseitig positioniert. An dem inneren Durchmesserabschnitt werden die sich umfangseitig erweiternden Abschnitte 20k des axialen Endes des vorspringenden Bereiches 20g, die mit dem Ankerspulenhalteabschitt 20b integriert sind, umfangseitig so positioniert, daß sie einander benachbart sind und sich umfangseitig kontaktieren. Im Ergebnis wird jeder erste Ankerspulenhalteabschitt 20b gleichförmig in Umfangsrichtung angeordnet.
• Weiterhin wird die Ankerspule 21e, die mit dem dritten Ankerspulenhalteabschitt 21b des Schlitzes 13 am Ankerkern 11 integriert ist, in den Außendurchmesserabschnitt des dritten Ankerspulenhalteabschittes 21b eingesetzt und umfangseitig positioniert. Am inneren Durchmesserabschnitt werden die sich umfangseitig erweiternden Abschnitte 21k des axialen Endes des vorspringenden Bereiches 21g, die mit dem Ankerspulenhalteabschitt 21b integriert sind, umfangseitig so positioniert, daß sie einander benachbart sind und sich umfangseitig kontaktieren. Im Ergebnis ist jeder dritte Ankerspulenhalteabschitt 21b gleichförmig in Umfangsrichtung angeordnet.
• Die Breiten des axialen Endes des vorspringenden Abschnittes 20g in Form des sich umfangseitig erweiternden Abschnittes 20k und das axiale Endes des vorspringenden Bereiches 21g in Form des sich umfangseitig erweiternden Abschnittes 21k sind so ausgelegt, daß die breiten Mitten in Umfangsrichtung gesehen annähernd fluchten.
• Der Anordungszustand der vorspringenden Bereiche 20h und 21h im zweiten Ankerspulenhalteabschitt 20d und vierten Ankerspulenhalteabschitt 21d ist wie in der soeben beschriebenen Form.
• Fig. 29 zeigt den Zustand, wo die Vorsprünge 20g und 21g des ersten Ankerspulenhalteabschittes 20b und des dritten Ankerspulenhalteabschittes 21b verlötet sind.
• Wenn die sich umfangseitig erweiternden Abschnitte 20k und 21k, welche die axialen Ende der vorspringenden Berei- che 20g und 21g sind, beispielsweise mit TIG-Löten etc. aufgeschmolzen werden, verändern sich die aufgeschmolzenen Enden in eine annähernde Kugelform aufgrund der eigenen Oberflächenspannung Die radialen Abmessungen wachsen an und die Breitenabmessungen in Umfangsrichtung nehmen ab. Mit anderen Worten, die Form ändert sich von den ursprünglich sich umfangseitig erweiterenden Abschnitten 20k und 21k, wo die Umfangsrichtung breiter als die radiale Richtung war in eine Kugelform. Diese Form härtet aus, um den kugelförmigen Kontaktabschnitt L zu erzeugen.
• Da somit die sich umfangseitig erweiternden Abschnitte 20c und 21k der Vorsprünge 20g und 21g in die kugelförmigen Kontaktabschnitte L umgeformt wurden, hat die umfangseitige Breite der sich umfangseitig erweiternden Abschnitte 20k und 21k abgenommen. Somit wird ein umfangseitiger Abstand x zwischen jeden vorspringenden Bereich 20g und 21g erzeugt, die einander umfangseitig benachbart sind.
• Mit anderen Worten, obgleich sich der erste Ankerspulenhalteabschitt 20b und der dritte Ankerspulenhalteabschitt 21b kontaktieren, wird ein Abstand akkurat umfangseitig zwischen den einander benachbarten ersten Ankerspulenhalteabschitten 21b und benachbarten dritten Ankerspulenhalteabschitten 21b erzeugt.
• An dem Ende des Ankerkerns 11, das dem obigen gegenüberliegt, wird ein kugelförmiger Kontaktabschnitt durch Hartlöten ausgebildet, um die umfangseitigen Wicklungsabschnitte der vorsprünge 20h und 21h wie bei dem dritten Ankerspulenhalteabschitt aufzuschmelzen, so daß der gleiche Effekt erzielt werden kann.
• Die engen Abstände 20f, die zwischen den ersten Ankerspulenhalteabschitten 20b, die aufgrund der obigen Verbindung einander benachbart sind, werden eine Hinterschneidung für den Kollektor.
• In dieser Ausführungsform erweitern sich die vorspringenden Bereiche 20g und 21g allmählich umfangseitig in Richtung des axial gegenüberliegenden Ankerkerns, wie in Fig. 28C gezeigt. Nur jedes Ende der axial gegenüberliegenden Ankerkerne berühren einander. Mit anderen Worten, die sich umfangseitig erweiternden Abschnitte 20k und 21k sind praktisch nur an dem Ende der vorspringenden Bereiche 20g und 21g ausgebildet. Wenn somit dieser Abschnitt erwärmt und aufgeschmolzen wird, werden die vorspringenden Bereiche 20g und 21g mit jeweils dem sich umfangeitig erweiternden Abschnitt 20k und 21k voneinander unabhängige kugelförmige Kontaktabschnitte und die vorspringenden Bereiche 20g und 21g, die umfangseitig benachbart sind, werden nicht inte gral gelötet. Jeder andere vorspringende Bereich 20g und 21g und Umfangsrichtung kann gleichzeitig gelötet werden und dann können die verbleibenden vorspringenden Bereiche 20g und 21g auf einmal gelötet werden.
• Nachfolgend werden die Kragen 30 und 31 unter Bezug auf Fig. 30 erläutert.
• Der Kragen 30, der an der Drehwelle 10 befestigt ist, berührt direkt den kugelförmigen Kontaktabschnitt L des vorspringenden Bereiches 20g über das isolierende Material 32. Auf gleiche Weise kontaktiert der Kragen 31, der an der Drehwelle 10 befestigt ist, direkt den äußeren Umfang des vorspringenden Bereiches 20h über das isolierende Material 33.
• Der Kragen 30 ist ein Kollektor-Befestigungsmaterial aus einem Weichmetall, beispielsweise Aluminium. Wie in Fig. 30 gezeigt, weist der Kragen 30 den inneren zylindrischen Abschnitt 30a auf, der auf die Drehwelle 10 gesetzt ist, den Ringplattenabschnitt 3gb, der sich in Richtung der äußeren radialen Richtung von einem Basisendabschnitt des inneren Zylinderabschnittes 30a aus erstreckt und den äuße- ren zylindrischen Abschnitt 30c, der sich von dem Ringplattenabschnitt 30b bzw. dessen äußeren Durchmessers zu dem Ankerkern 11 erstreckt. Der Verlängerungsabschnitt 30d, der in die ringförmige Ausnehmung 10a der Drehwelle 10 paßt, ist am Innendurchmesserende des Ringplattenabschnittes 30b ausgebildet. Der Kragen 31 hat den gleichen Aufbau wie der Kragen 30.
• In dieser achten Ausführungsform sind der äußere Leiter 20 und der innere Leiter 21 in Eingriff mit dem Kragen, der auf den kugelförmigen Kontaktabschnitt gesetzt ist, wodurch die Anti-Zentrifugalkraft-Eigenschaften des äußeren Leiters 20 und des inneren Leiters 21 verbessert werden.
• Zusätzlich muß bei herkömmlichen Ankern ein Kupferdraht in der festgelegten Form gewickelt werden, die Spulenenden müssen verdreht werden und die Spule muß mit einer bestimmten Position an dem Kollektor verbunden werden, wobei die Spule gebogen wird. Anstelle dieser komplizierten Kollektorspule, welche Genauigkeit notwendig macht, wird ein einfacher Arbeitsprozeß verwendet, bei dem der äußere Leiter 20 und der innere Leiter 21 einstückig ausgebildet werden und diese dann in Schlitze von der Außendurchmesserseite des Ankerkerns 11 her eingesetzt werden. Bei diesem Einführvorgang werden die Änkerspulen 20e und 21e automatisch umfangseitig an den Außendurchmesserabschnitten der Leiter 20 und 21 positioniert. An dem Innendurchmesserabschnitt der Leiter 20 und 21 werden sie automatisch umfangseitig positioniert, wenn sie direkt kontaktieren, wenn die vorspringenden Bereiche 20g, 20h, 21g und 21h an die einander benachbarten Phasen angebaut werden. Der direkte Kontakt eines jeden sich umfangseitig erweiternden Abschnittes 20k und 21k dieser Vorsprünge 20g, 20h, 21g und 21h erlaubt eine Verringerung der umfangseitigen Breite und die automatische Ausbildung des umfangseitigen Abstandes beim Hartlöten.
• Die Leiter 20 und 21 sind in Durchmesser- und Axialrichtung durch die Kragen 30 und 31 festgelegt, so daß die Ankerspule nicht an dem Ankerkern befestigt werden muß, wie dies bei herkömmlichen Ankern der Fall ist. Somit ist der Ankerspulen-Befestigungsvorgang, bei dem Kunstharz in die Schlitze 13 eingebracht wird, nicht länger notwendig. Dieser Vorgang kann jedoch hinzugefügt werden.
• Zusätzlich zu dem TIG-Löten, kann Lichtbogenlöten oder Laserstrahlöten verwendet werden. Der kugelförmige Kontaktbereiche L oder die vorspringenden Bereiche 20g, 21g, 20h und 21h können mit einer externen Kraft vor oder nach dem Löten eines jeden Ankerspulenhalteabschittes 20b, 21b, 20d und 21d deformiert werden. Wenn Festigkeit und Isolations eigenschaften des Ankerspulenisolationsfilmes ausreichend sind, können Teile von oder alle Isolationsmaterialien 20a, 21a, 20c und 21c beseitigt werden.

Claims (19)

1. Rotierende elektrische Maschine mit:

einem Ankerkern (520, 11) mit einer Mehrzahl von Vertiefungen (524, 13) und einer Welle (510, 10), die den Ankerkern (520, 11) drehbeweglich lagert, wobei

jede der Vertiefungen (524, 13) einen äußeren Spulenblock (533, 20e) und einen inneren Spulenblock (536, 21e) aufnimmt;

jeder der inneren Spulenblöcke (536, 21e) an beiden Endteilen hiervon einen inneren Spulenarm (537, 21b, 21d) aufweist, der im wesentlichen senkrecht zu der Welle (510, 10) angeordnet ist, um sich in Richtung der Welle zu erstrecken; und

jeder der äußeren Spulenblöcke (533, 20e) an beiden Endteilen hiervon einen äußeren Spulenarm (534, 2gb, 20d) aufweist, der im wesentlichen senkrecht zu der Welle (510, 10) angeordnet ist, um sich in Richtung der Welle zu er strecken und der an dem anderen Endteil hiervon mit dem anderen Endteil des inneren Spulenarms (537, 21b, 21d) verbunden ist, der in einer anderen der Vertiefungen (124, 13) angeordnet ist,

dadurch gekennzeichnt, daß

die Vertiefungen Schlitze (524, 13) sind;

jeder innere Spulenblock (536, 21e) einstückig mit den zwei inneren Spulenarmen (537, 21b, 21d) vorgeforint ist, um eine vorgeformte innere Spuleneinheit zu bilden, die in einen der Schlitze (524, 13) eingesetzt wird; und

jeder äußere Spulenblock (533, 20e) einstückig mit den beiden äußeren Spulenarmen (534, 20b, 20d) vorgeforint ist, um eine vorgeformte äußere Spuleneinheit zu bilden, die in einen der Schlitze (524, 13) oberhalb der inneren Spuleneinheit eingesetzt wird.

2. Rotierende elektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die inneren und äußeren Spuleneinheiten einstückig aus einem einzigen Stück Material vorgeformt sind.

3. Rotierende elektrische Maschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die inneren und/oder äußeren Spuleneinheiten aus einem guten Leiter mit einer Vickers-Härte von 55 oder mehr gefertigt sind.

4. Rotierende elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine Bürste (910, 81), die gleitbeweglich an einer axial äußeren Oberfläche der äußeren Spulenarme (534, 20b, 20c) oder einer radialen äußeren Oberfläche der äußeren Spulenblöcke (533, 20e) angeordnet ist.

5. Rotierende elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die inneren Spulenarme (537, 21b, 21d) einen axial vorstehenden Bereich (539, 219) haben, der sich in enger Nähe entlang der Welle (510, 10) an einem radial inneren Endteil hiervon erstreckt, um die inneren Spulenarme (537, 21b, 21d) mit einem entsprechenden radialen inneren Endteil der äußeren Spulenarme (534, 20b, 20d) elektrisch zu verbinden.

6. Rotierende elektrische Maschine nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine Bürste (910, 81), die gleitbeweglich auf einer radial inneren Oberfläche des axial vorstehenden Bereiches (539, 219) der inneren Spulenarme (537, 21b, 21d) angeordnet ist.

7. Rotierende elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch eine Verhinderungsvorrichtung (570, 600, 602, 610, 30) zur Verhinderung jeglicher nach außen gerichteter Bewegung der äußeren und inneren Spulenarme.

8. Rotierende elektrische Maschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Verhinderungsvorrichtung einen Kragen (570, 30) beinhaltet, der dafür ausgelegt ist, die oberen Spulenarme (534, 20b, 20d) in Richtung eines axialen Seitenendes des Ankerkerns (520, 11) zu pressen.

9. Rotierende elektrische Maschine nach Anspruch 7: dadurch gekennzeichnet, daß die Verhinderungsvorrichtung einen zylindrischen nichtmagnetischen Ring (602, 610) beinhaltet, der auf einem radial äußeren Umfang der äußeren Spulenblöcke (533, 20e) auf einer Seite der äußeren Spulenarme (524, 20b, 20d) aufgesetzt ist.

10. Rotierende elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 91 dadurch gekennzeichnet, daß die umfangsseitige Breite der äußeren Spulenarme (534, 20b) in Radialrichtung auf einen äußeren Umfang des Ankerkerns (520, 11) zu umfangsseitig erweitert ist.

11. Rotierende elektrische Maschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß Freihalte-Kerben (534, 20f) durch zwei benachbarte äußere Spulenarme (534, 20b) gebildet werden, wobei die Freihalte-Kerben (535, 20f) in einer im wesentlichen spiralförmigen oder radialen Form ausgebildet sind und sich von einem radial inneren Umfang zu einem radial äußeren Umfang zur Bereitstellung eines Luftströmungspfades in einer Richtung entgegengesetzt zur Drehrichtung des Ankerkerns (520, 11) erstrecken.

12. Rotierende elektrische Maschine nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine Tiefe der Freihalte-Kerben (535, 20f) in etwa an eine Dicke der äußeren Spulenarme (534, 20b) angepaßt ist.

13. Rotierende elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 12, gekennzeichnet durch Isolatoren (560, 590, 20a, 21a), die zwischen und in Kontakt mit den inneren Spulenarmen (537, 21b, 21d) und dem Ankerkern (520, 11) und zwischen und in Kontakt mit den äußeren Spulenarmen (534, 20b, 20d) und den inneren Spulenarmen (537, 21b, 21d) angeordnet sind.

14. Rotierende elektrische Maschine nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß ein Isolator (560), der zwischen den inneren und äußeren Spulenarmen (534, 537) angeordnet ist, mit Positionierteilen (561, 562) versehen ist, um eine relative Versetzung in Umfangsrichtung und Radialrichtung zwischen den äußeren Spulenarmen (534) und den inneren Spulenarmen (537) zu regulieren.

15. Rotierende elektrische Maschine nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Positionierteile (561, 562) Löcher (561) in dem Isolator (560) aufweisen zur Aufnahme vorspringender Abschnitte (534c), die an den äußeren Spulenarmen (534) ausgeforint sind.

16. Rotierende elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß radial innere Endteile der Isolatoren (560, 590, 20a, 21a) zwischen die axialen vorspringenden Abschnitte (539, 219) eingesetzt sind, umfangsseitig einander benachbart sind und axial innere vertiefte Teile haben, die für eine Positionierung vertieft sind.

17. Rotierende elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren und inneren Spulenarme (534, 537, 20b, 20d, 21b, 21d) und die jeweiligen Isolatoren (560, 21a), die zwischen den äußeren und inneren Spulenarmen angeordnet sind, untereinander mit einem Kunstharzmaterial verbunden sind.

18. Rotierende elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolatoren (590) die inneren Spulenblöcke (536) und die inneren Spulenarme (537) elektrisch von dem Ankerkern (520) isolieren, wobei die äußeren Spulenkerne (533) und die äußeren Spulenarme (534) gegossen sind; und die äußeren Spulenblöcke und die äußeren Spulenarme und die inneren Spulenblöcke und die inneren Spulenarme durch eine Gußvorgang mit dem Ankerkern befestigt sind.

19. Rotierende elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8 und 10 bis 18, gekennzeichnet durch einen zylindrischen Körper (600), der fest auf einen äußeren Umfang des Ankerkerns (520) gesetzt ist.