DE102017210386A1

DE102017210386A1 - Rotor-Element, Rotor und elektrischer Motor

Info

Publication number: DE102017210386A1
Application number: DE102017210386.8A
Authority: DE
Inventors: Youhei ARIMATSU
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2016-06-24
Filing date: 2017-06-21
Publication date: 2017-12-28
Anticipated expiration: 2037-06-22
Also published as: CN206922525U; CN107546888A; JP2017229188A; US10250089B2; JP6464117B2; DE102017210386B4; US20170373548A1; CN107546888B

Abstract

Bereitstellung eines Rotor-Elements, eines Rotors und eines elektrischen Motors der diese umfasst, die in der Lage sind, die Montage eines zylindrischen Elements an der äußeren Umfangsfläche eines Magnetsegments bei der Herstellung des Rotor-Elements zu erleichtern, die Durchmesserzunahme eines Hülsen-Teils zu unterdrücken, und ein zuverlässiges Befestigen des zylindrischen Elements an dem Hülsen-Teil zu gewährleisten. In einem Rotor-Element (300) angebracht durch Presspassung an ein Drehwellenteil eines elektrischen Motors, weist die innere Umfangsfläche des Hülsen-Teils (301) eine sich verjüngende innere Fläche (306), in welcher der innere Durchmesser des Hülsen-Teils (301) kontinuierlich mit einem festen Verhältnis in einer Richtung von einem ersten Ende (302) zu einem zweiten Ende (303) zunimmt, auf. Zusätzlich weist eine äußere Umfangsfläche des Hülsen-Teils (301) eine sich verjüngende äußere Umfangsfläche (304), in welcher der äußere Durchmesser des Hülsen-Teils (301) kontinuierlich mit einem festen Verhältnis in einer Richtung von dem ersten Ende (302) zu einem zweiten Ende (303) in einen axialen Richtungssegment des Hülsen-Teils (301), in welcher zumindest die sich verjüngende innere Umfangsfläche (306) vorhanden ist, auf.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Bereich der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Rotor-Element, einen Rotor und einen elektrischen Motor, und bezieht sich insbesondere auf ein Rotor-Element, das einen elektrischen Motor mit Magnetoberflächenverbundtyp, einen Rotor und einen elektrischen Motor, der diese umfasst bildet.
Stand der Technik
Das Rotor-Element eines Synchronmotors weist ein zylindrisches Hülsen-Teil auf; und eine Vielzahl von Magnetsegmenten (Permanentmagneten), die so angeordnet sind, dass sie in der Umfangsrichtung an der Außenseite in der radialen Richtung des Hülsen-Teils ausgerichtet sind und insgesamt eine zylindrische Magnetsegmentgruppe bilden. Die innere Umfangsfläche des Hülsenteils weist eine sich verjüngende Fläche auf. In dem von der inneren Umfangsfläche des Hülsen-Teils umschlossenen Raum eines solchen Rotor-Elements, wird ein Drehwellenteil, das eine zylindrischer Form aufweist, durch Presspassung eingefügt, wodurch der Rotor des elektrischen Motors gebildet wird. Im Falle des Drehens eines synchronen elektrischen Motors, der einen solchen Rotor aufweist, ist es notwendig, eine Art Verstärkung bei der Fixierung der Magnetsegmente durchzuführen um die Zentrifugalkraft während der Drehung des Rotors ausreichend standhalten zu können. Im Allgemeinen wird eine verstärkte Struktur verwendet, zum Beispiel durch Abdecken der Magnetsegmente mit einem Halte-Element, das aus einer Kohlenstofffaser oder einer Glasfaser oder einem nichtmagnetischen Metall, wie beispielsweise Titan, gebildet ist. Genauer gesagt, sind zum Beispiel in einem synchronen elektrischen Motor für Hochgeschwindigkeitsanwendung die Magnetsegmente zwischen einem Hülsen-Teil, das die äußeren Umfangsflächen der Magnetsegmente bedeckt, und einem zylindrischen Element, das als ein Halte-Element aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK) dient, angeordnet (siehe Patentdokument 1).
Patent Dokument 1: Japanische ungeprüfte Patentanmeldung, Veröffentlichungsnummer 2014-212680 .
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Mit dem Rotor des synchronen elektrischen Motors, der in dem oben erwähnten Patentdokument 1 beschrieben ist, ist die Neigung der inneren Umfangsfläche des Hülsen-Teils und die Neigung der äußeren Umfangsfläche eines Drehwellenteils, das an dieser inneren Umfangsfläche angrenzt, gleich. Bei der Herstellung des Rotors eines solchen synchronen elektrischen Motors, der in dem oben erwähnten Patentdokument 1 beschrieben ist, ist die Montage des zylindrischen Elements, das als das Halte-Element der äußeren Umfangsflächen der Magnetsegmente dient, nicht einfach.
Zum Beispiel, mit Schwerpunktsetzung auf Montagefreundlichkeit, wenn ein Spalt zwischen dem zylindrischen Element und den Magnetsegmenten gebildet wird und die Montage durch eine sogenannte lose Passung durchgeführt wird, führt dieser Spalt zu einem unnötigen Durchmesser Anstieg in dem Hülsen-Teil. Zusätzlich kommt es zu einer unnötigen Erhöhung des Drucks (Tonnage) während der Presspassung was Probleme verursacht, die zur Brechung des Hülsen-Teils sowie zu Schwierigkeiten bei der Demontage führen. Zusätzlich treten in einem Zustand vor der Montage des Rotors, in dem das Rotor-Element montiert worden ist, Probleme auf, in denen das Rotor-Element nicht fixiert ist und sich bewegt oder abfällt. Dies ist insbesondere ein Problem bei einem Motor eines Einbautyps, bei dem das Rotor-Element als separater Gegenstand gehandhabt wird.
Umgekehrt, wenn versucht wird eine Presspassung ohne einen Spalt zwischen dem zylindrischen Element und den Magnetsegmenten vorzunehmen, treten Probleme auf wenn das zylindrische Element mit der äußeren Umfangsfläche des Magnetsegments zusammenpresst wird, in denen die Presspassungskraft aufgrund des Reibungsbereiches mit fortschreitender Presspassung zunimmt und das zylindrische Element nicht länger in der Mitte der Presspassung gepresst ist, oder ein Fortsetzen des Pressens nicht möglich ist und das zylindrische Element der Presspassung-Kraft nicht standhalten kann und zerstört wird.
Insbesondere, in einem Fall in dem die Form der äußeren Umfangsfläche der Magnetsegmentgruppe in einem Querschnitt orthogonal zur Wellenmitte der Magnetsegmentgruppe keinen perfekten Kreis darstellt, und die Form der inneren Umfangsfläche des zylindrischen Elements in einem Querschnitt orthogonal zur Wellenmitte der zylindrischen Welle in einer vollkommen kreisförmigen zylindrischen Form gebildet ist, ist bei der Montage durch Abdecken der äußeren Umfangsfläche der Magnetsegmente mit dem zylindrischen Element eine Arbeit erforderlich um das zylindrische Element mit einer Art von Verfahren im Voraus zu einer Form, die der der äußeren Umfangsflächen der Magnetsegmente, die die Magnetsegmentgruppe bilden, entspricht, zu verformen, und die dann zusammenzupassen. Bei dieser Arbeit treten jedoch Probleme auf die eine hohe Genauigkeit in Verformung fordern, was ein hohes Maß an Schwierigkeit aufweist und somit Arbeitsstunden erfordert.
Zusätzlich wurde als ein weiteres Verfahren ein Verfahren zur Verwendung eines zylindrischen Elements berücksichtigt, bei dem die Form der inneren Umfangsfläche des zylindrischen Elements zu einer Form gebildet wird, die die Form der äußeren Umfangsfläche der Magnetsegmente nachahmt. Bei diesem Verfahren ist es jedoch erforderlich, die innere Umfangsflächenform des zylindrischen Elements mit einer hohen Maßgenauigkeit zu fertigen um das Hülsen-Teil so zu bilden, dass dem Hülsen-Teil kein unnötiger Betrag an Durchmesserzunahme beigegeben wird. Es ist möglich, diesen unnötigen Betrag der Durchmesserzunahme des Hülsen-Teils mit einer höheren Präzisionsfeinheit zu reduzieren. Allerdings treten bei der Fertigung mit so hoher Genauigkeit Probleme auf, so dass der Schwierigkeitsgrad bei der Herstellung hoch ist und die Kosten steigen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Rotor-Element, einen Rotor und einen elektrischen Motor mit diesen vorzusehen, die in der Lage sind, die Montage eines zylindrischen Elements an der äußeren Umfangsfläche eines Magnetsegments bei der Herstellung des Rotor-Elements zu erleichtern, eine Durchmesserzunahme eines Hülsen-Teils zu unterdrücken, und das zylindrische Element zuverlässig an das Hülsen-Teil zu befestigen.
Ein Rotor-Element (zum Beispiel das später beschriebene Rotor-Element 300, 300A) gemäß der vorliegenden Erfindung, das durch Presspassung an einem Drehwellenteil (zum Beispiel das später beschriebene Drehwellenteil 200) eines elektrischen Motors (zum Beispiel der später beschriebene elektrische Motor 100) befestigt ist, umfasst: ein zylindrisches Hülsen-Teil (zum Beispiel das später beschriebene Hülsen-Teil 301), das ein erstes Ende (zum Beispiel das später beschriebene erste Ende 302) an einer ersten Seite in axialer Richtung davon aufweist, und ein zweites Ende (zum Beispiel das später beschriebene zweite Ende 303) an einer zweiten Seite in einer axialen Richtung davon; eine Vielzahl von Magnetsegmenten (zum Beispiel das später beschriebene Magnetsegment 311), die so angeordnet sind, dass sie in einer Umfangsrichtung an einer Außenseite in der radialen Richtung des Hülsen-Teils ausgerichtet sind; ein zylindrisches Element, das die Vielzahl der Magnetsegmente von einer Außenseite in radialer Richtung bedeckt und die Vielzahl der Magnetsegmente zwischen dem Hülsen-Teil und dem zylindrischen Element anordnet, wobei eine innere Umfangsfläche des Hülsen-Teils eine sich verjüngende innere Umfangsfläche (zum Beispiel die später beschriebene sich verjüngende innere Umfangsfläche 306) aufweist, in welcher der Innendurchmesser des Hülsen-Teils kontinuierlich mit einem festen Verhältnis in einer Richtung von dem ersten Ende zum zweiten Ende zunimmt, und wobei eine äußere Umfangsfläche des Hülsen-Teils eine sich verjüngende äußere Umfangsfläche (zum Beispiel die später beschriebene sich verjüngende äußere Umfangsfläche 304) aufweist, in welcher der Außendurchmesser des Hülsen-Teils in einem festen Verhältnis in einer Richtung von dem ersten Ende zum zweiten Ende in einem axialen Richtungssegment des Hülsen-Teils, in dem zumindest die sich verjüngende innere Umfangsfläche vorhanden ist, kontinuierlich abnimmt.
Zusätzlich umfasst ein Rotor eines elektrischen Motors gemäß der vorliegenden Erfindung: das oben erwähnte Rotor-Element; und ein Drehwellenteil, das an das Hülsen-Teil des Rotor-Elements pressgepasst ist, wobei ein Abschnitt der äußeren Umfangsfläche des Drehwellenteils, welcher ein Abschnitt darstellt an dem die sich verjüngende innere Umfangsfläche des Hülsen-Teils angrenzt wenn das Drehwellenteil an das Hülsen-Teil pressgepasst ist, eine sich verjüngende äußere Umfangsfläche (zum Beispiel die später beschriebene sich verjüngende äußere Umfangsfläche 202) aufweist, bei welcher der Außendurchmesser des Drehwellenteils kontinuierlich in einem festen Verhältnis in einer Richtung vom ersten Ende zum zweiten Ende hin zunimmt, und wobei in dem Rotor-Element in einem Zustand vor Presspassung an das Hülsen-Teil, bei Festlegung einer Neigungsrate der sich verjüngenden inneren Umfangsfläche des Hülsen-Teils des Rotor-Elements als t1, bei Festlegung einer Neigungsrate der sich verjüngenden äußeren Umfangsfläche des Hülsen-Teils des Rotor-Elements als t2, und in dem Drehwellenteil in einem Zustand vor Presspassung an das Hülsen-Teil, bei Festlegung einer Neigungsrate der sich verjüngenden äußeren Umfangsfläche des Rotor-Elements des Rotors als t3, der Rotor eine Beziehung von t1 + t2 = t3 aufweist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich ein Rotor-Element, einen Rotor und einen elektrischen Motor der diese aufweist, vorzusehen, die in der Lage sind, die Montage eines zylindrischen Elements an der äußeren Umfangsfläche eines Magnetsegments zu erleichtern, eine Durchmesserzunahme eines Hülsen-Teils zu unterdrücken, und das zylindrische Element zuverlässig an das Hülsen-Teil zu befestigen wenn das Rotor-Element hergestellt wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
1 ist eine Querschnittsansicht, die einen elektrischen Motor 100 gemäß einer ersten Ausführungsform zeigt;
2 ist eine Querschnittsansicht von einer axialen Richtung eines Hülsen-Teils 301 aus gesehen, die einen Rotor 400 gemäß einer ersten Ausführungsform zeigt;
3 ist eine Querschnittsansicht einer Ebene, welche eine Wellenmitte des Hülsen-Teils 301 enthält und die ein Rotor-Element 300 gemäß der ersten Ausführungsform zeigt;
4 ist eine Querschnittsansicht einer Ebene, welche die Wellenmitte des Hülsen-Teils 301 enthält und einen Aspekt der Montage eines zylindrischen Elements 321 des Rotor-Elements 300 mit einer äußeren Umfangsfläche 317 eines Magnetsegments 311 gemäß der ersten Ausführungsform zeigt;
5 ist eine Querschnittsansicht einer Ebene, welche die Wellenmitte des Hülsen-Teils 301 enthält und einen Aspekt des zylindrischen Elements 321 des Rotor-Elements 300, das an der äußeren Umfangsfläche 317 eines Magnetsegments 311 befestigt ist, gemäß der ersten Ausführungsform zeigt;
6 ist eine Querschnittsansicht einer Ebene, welche die Wellenmitte des Hülsenteils 301 enthält und einen Aspekt des Einfügens eines Drehwellenteils 200 in das Hülsen-Teil 301 des Rotor-Elements 300 gemäß der ersten Ausführungsform zeigt;
7 ist eine Querschnittsansicht einer Ebene, welche die Wellenmitte des Hülsen-Teils 301 enthält und einen Aspekt des Drehwellenteils 200 zeigt, der in das Hülsen-Teil 301 des Rotor-Elements 300 gemäß der ersten Ausführungsform eingefügt worden ist;
8 ist eine Querschnittsansicht von der axialen Richtung des Hülsenteils 301 aus gesehen, die einen Rotor 400A gemäß einer zweiten Ausführungsform zeigt.
DETALLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Nachfolgend wird eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. 1 ist eine Querschnittsansicht, die einen elektrischen Motor 100 gemäß einer ersten Ausführungsform zeigt. 2 ist eine Querschnittsansicht von einer axialen Richtung eines Hülsen-Teils 301 aus gesehen, die einen Rotor 400 gemäß einer ersten Ausführungsform zeigt. 3 ist eine Querschnittsansicht einer Ebene, welche eine Wellenmitte des Hülsen-Teils 301 enthält und die ein Rotor-Element 300 gemäß der ersten Ausführungsform zeigt. In der folgenden Beschreibung ist zur Vereinfachung die Richtung entlang der Wellenmitte eines Drehwellenteils 200 des elektrischen Motors 100 als die axiale Richtung festgelegt, und in 1 ist die linke Richtung als nach vorne in axialer Richtung und die rechte Richtung als nach hinten in axialer Richtung festgelegt.
Der elektrische Motor 100 als drehende elektrische Maschine ist durch einen Synchronmotor gebildet und umfasst ein Gehäuse 102, das einen Innenraum 101 bildet, einen Stator 110, der im Innenraum 101 des Gehäuses 102 ortsfest angeordnet ist, und einen Rotor 400, der drehbar an einer Innenseite in radialer Richtung des Stators 110 angebracht ist. Der Stator 110 weist einen Stator-Kern 103 und eine um den Stator-Kern 103 gewickelte Spule 104 auf. Der Stator-Kern 103 wird durch dünne laminierte Bleche aus elektromagnetischem Stahl hergestellt.
Eine Stromkabel 104 (nicht dargestellt), das mit der Spule 104 elektrisch verbunden ist, wird von dem Stator 110 gezogen. Das Stromkabel ist mit einer Stromquelle (nicht dargestellt), welche außerhalb des elektrischen Motors 100 angebracht ist, über ein Durchgangsloch im Gehäuse 102 verbunden.
Der Rotor 400 weist ein sich in axialer Richtung des Innenraums 101 erstreckendes Drehwellenteil 200 und ein in der radialen Richtung des Drehwellenteils 200 an der Außenseite befestigtes Rotor-Element 300 auf.
Das Drehwellenteil 200 stellt ein zylindrisches Element dar, das eine Wellenmitte (Mittelachsenlinie) O₁ und ein Mittelloch 201, das zu der Wellenmitte O₁ zentrisch ist, aufweist, wie in 1, etc. gezeigt. In der vorliegenden Ausführungsform wird aufgrund der Annahme eines eingebauten Motors, der in der Spindel einer Werkzeugmaschine als elektrischer Motor 100 verwendet wird, das Mittelloch 201 an dem Drehwellenteil 200 gebildet; es ist jedoch nicht darauf beschränkt. Das Drehwellenteil 200 kann aus einem festen Element hergestellt sein, in dem das Verbindungsloch 201 nicht gebildet ist.
Die Wellenmitte O₁ des Drehwellenteils 200 stellt die Drehwellenmitte des elektrischen Motors 100 dar. Ein Teil auf der Vorderseite in der axialen Richtung des Drehwellenteils 200 ist durch das Gehäuse 102 über ein Lager (nicht dargestellt), das in einem Wand-Teil auf der Vorderseite des Gehäuses 102 angebracht ist, drehbar gelagert. In ähnlicher Weise ist ein Abschnitt auf der rückwärtigen Seite in der axialen Richtung des Drehwellenteils 200 durch das Gehäuse 102 über ein Lager (nicht dargestellt), das in dem Wand-Teil auf der Rückseite des Gehäuses 102 angebracht ist, drehbar gelagert.
Das Drehwellenteil 200 weist eine sich verjüngende äußere Umfangsfläche 202 auf. Die sich verjüngende äußere Umfangsfläche 202 stellt einen Abschnitt der äußeren Umfangsfläche des Drehwellenteils 200 dar, und wenn das Drehwellenteil 200 an das Hülsen-Teil 301 pressgepasst ist, ist dieses an der äußeren Umfangsfläche des Drehwellenteils 200 positioniert, die an die später beschriebene sich verjüngende äußere Umfangsfläche 202 angrenzt. In einem Zustand vor der Presspassung des Drehwellenteils 200 an das Hülsen-Teil 301, weist die sich verjüngende äußere Umfangsfläche 202 eine Neigung t3 auf. Der Wert der Neigung t3 liegt zum Beispiel in der Größenordnung von 1/100. Ein Abschnitt 203 auf der Vorderseite in der axialen Richtung des Drehwellenteils 200 und ein abgestuftes Teil 204 sind zur Vereinfachung während der Herstellung vorgesehen. Die sich verjüngende äußere Umfangsfläche 202 erstreckt sich kontinuierlich von einem in axialer Richtung hinteren Ende 205 zu einem in axialer Richtung vorderen Ende 206. Die äußere Umfangsfläche 207 mit zylindrischer Form, die sich linear entlang der axialen Richtung erstreckt, ist in der rückwärtigen axialen Richtung des in axialer Richtung hinteren Endes der sich verjüngenden äußeren Umfangsfläche 202 gebildet.
Der Schub-Abschnitt 203 und das abgestufte Teil 204 sind gebildet um einen Montagevorgang während der Herstellung zu erleichtern. Der Schub-Abschnitt 203 weist eine äußere Umfangsfläche mit zylindrischer Form, die sich entlang der axialen Richtung erstreckt, auf, und steht von der sich verjüngenden äußeren Umfangsfläche 202 zu einer Außenseite in der radialen Richtung des Drehwellenteils vor, um so das abgestufte Teil 204 mit dem in axialer Richtung vorderen Ende 206 der sich verjüngenden äußern Umfangsfläche 202 zu bilden.
Wie in den 2, etc. gezeigt, weist das Rotor-Element 300 ein zylindrisches Hülsen-Teil 301, eine Vielzahl von Magnetsegmenten 311, die in radialer Richtung des Hülsen-Teils 301 in der Umfangsrichtung angeordnet sind und insgesamt eine zylindrische Magnetsegmentgruppe bilden, und ein zylindrisches Element 321, das die Magnetsegmente 311 von der Außenseite in radialer Richtung bedeckt, auf. Das Magnetsegment 311 kann in der axialen Richtung zur Vereinfachung der Herstellung oder zur Vereinfachung des Formens von Magneten in eine Vielzahl unterteilt werden, und ist in der vorliegenden Ausführungsform in der axialen Richtung in drei unterteilt, wie in 3 gezeigt.
Wie in 1 gezeigt stellt das Hülsen-Teil 301 ein zylindrisches Element mit einer Wellenmitte (Mittelachsenlinie) O₂ dar. Das Hülsen-Teil 301 weist ein erstes Ende 302 in der Rückseite in der axialen Richtung als eine in axialer Richtung erste Seite, ein zweites Ende 303 in der Vorderseite in der axialen Richtung als eine in axialer Richtung zweite Seite, und eine sich verjüngende äußere Umfangsfläche 304 und eine sich verjüngende innere Umfangsfläche 306, die sich entlang der axialen Richtung erstrecken, auf. Ein konvexes Teil 305 an dem hinteren Ende in der axialen Richtung des Hülsen-Teils 301, das von der sich verjüngenden äußeren Umfangsfläche 304 in der radialen Richtung in die äußere Seite vorsteht, ist gebildet, um das Ausrichten der Position in der axialen Richtung der Magneten bei Produktion zu erleichtern.
Das Hülsen-Teil 301 wird aus metallischem Material hergestellt, das eine magnetische Substanz ist, wie beispielsweise SS400 oder S45C. Zusätzlich ist die Dicke des Hülsen-Teils 301 in radialer Richtung des Hülsen-Teils 301 vorzugsweise dünner, um die Arbeit um das Hülsen-Teil 301 in das Drehwellenteil 200 presszupassen zu erleichtern. Zum Beispiel hat das Hülsen-Teil 301 eine Dicke von 1 mm bis 2 mm in einem Abschnitt, bei dem die Dicke am dünnsten ist.
Wie in 3 gezeigt ist, nimmt in der sich verjüngenden inneren Umfangsfläche 306, die als eine formgeschrägte innere Umfangsfläche dient, der innere Durchmesser des Hülsen-Teils 301 kontinuierlich mit einem festen Verhältnis in einer Richtung von dem ersten Ende 302 zu dem zweiten Ende 303 ab. Die sich verjüngende innere Umfangsfläche 306 erstreckt sich kontinuierlich von dem ersten Ende 302 zu dem zweiten Ende 303 und schließt keinen Abschnitt ein, in dem der Innendurchmesser des Hülsen-Teils 301 diskontinuierlich von dem in der Rückseite in der axialen Richtung ersten Ende 302 bis zum dem in der Vorderseite in der axialen Richtung zweiten Ende 303 abnimmt. Mit anderen Worten, in der sich verjüngenden inneren Umfangsfläche 306 nimmt der Radius der sich verjüngenden inneren Umfangsfläche 306 graduell zu, wenn sie sich in axialer Richtung des Hülsen-Teils 301 über den gesamten Bereich von dem ersten Ende 302 zum zweiten Ende 303 nach vorne nähert.
Die sich verjüngende innere Umfangsfläche 306 bildet eine formgeschrägte Fläche mit Neigung t1, die einen Wert aufweist, der kleiner als die Neigung t3 ist, in einem Zustand, nachdem das Magnetsegment 311 und das zylindrische Element 321 auf das Hülsenteil 301 aufgebracht sind und das Rotor-Element 300 montiert ist, der ein Zustand darstellt, bevor das Drehwellenteil 200 mit dem Hülsen-Teil 301 des Rotor-Elements 300 pressgepasst wird. In einem mittleren Abschnitt der sich verjüngenden inneren Umfangsfläche 306 von dem ersten Ende 302 zu dem zweiten Ende 303 gibt es keinen Abschnitt in dem der Radius der sich verjüngenden inneren Umfangsfläche lokal abnimmt.
Zusätzlich weist die äußere Umfangsfläche des Hülsen-Teils 301 in einem axialen Richtungssegment, in dem die sich verjüngende innere Umfangsfläche 306 vorhanden ist, eine sich verjüngende äußere Umfangsfläche 304 auf, die als formgeschrägte äußere Umfangsfläche dient, in welcher der Außendurchmesser des Hülsen-Teils 301 kontinuierlich in einem festen Verhältnis in einer Richtung von dem ersten Ende 302 zu dem zweiten Ende 303 abnimmt. Die sich verjüngende äußere Umfangsfläche 304 erstreckt sich kontinuierlich von einem vorderen Ende eines konvexen Teils 305 bis zu dem zweiten Ende 303, und umfasst keinen Abschnitt, in dem der Außendurchmesser des Hülsen-Teils 301 diskontinuierlich von dem vorderen Ende des konvexen Teils 305 an einer Rückseite in axialer Richtung, bis zu dem zweite Ende 303 in einer Vorderseite in axialer Richtung zunimmt. Mit anderen Worten, die sich verjüngende äußere Umfangsfläche 304 weist einen Radius auf, der graduell abnimmt wenn sie sich in axialer Richtung nach vorne über den gesamten Bereich von dem vorderen Ende des konvexen Teils 305 bis zu dem zweiten Ende 303 nähert.
Die sich verjüngende äußere Umfangsfläche 304 bildet eine formgeschrägte Fläche mit der Neigung t2, die einen Wert aufweist, der kleiner ist als die Neigung t3, in einem Zustand, bevor das Drehwellenteil 200 mit dem Hülsen-Teil 301 pressgepasst wird. In einem mittleren Abschnitt von dem ersten Ende 302 zu dem zweiten Ende 303 gibt es keinen Abschnitt in dem der Radius der sich verjüngenden äußeren Umfangsfläche lokal zunimmt. Die Neigungen t1, t2 und t3 haben die Beziehung t1 + t2 = t3.
In dem elektrischen Motor 100 ist das Hülsen-Teil 301 an der sich verjüngenden äußeren Umfangsfläche 202 des Drehwellenteils 200 befestigt, so dass die Wellenmitte O₁ des Drehwellenteils 200 und die Wellenmitte O₂ des Hülsen-Teils 301 übereinstimmen. Das zweite Ende 303 des Hülsen-Teils 301 und das abgestufte Teil 204 des Schub-Abschnitts 203 grenzen aneinander an. Der Radius R₄ der sich verjüngenden inneren Umfangsfläche 306 an dem zweiten Ende 303 und der Radius der sich verjüngenden äußeren Umfangsfläche 202 an dem axialen vorderen Ende 206 sind im wesentlichen gleich. Zusätzlich sind der Radius R₃ der sich verjüngenden inneren Umfangsfläche 306 des ersten Endes 302 und der Radius der sich verjüngenden äußeren Umfangsfläche 202, an dem die sich verjüngende innere Umfangsfläche 306 des ersten Endes 303 angrenzt, welcher einen Abschnitt in der Nähe des hinteren Endes in der axialen Richtung darstellt, im wesentlichen gleich. Die sich verjüngende innere Umfangsfläche 306 des Hülsen-Teils 301 und die sich verjüngende äußere Umfangsfläche 202 des Drehwellenteils 200 sind mit großem Oberflächendruck eng verbunden. Das Hülsen-Teil 301 wird in radialer Richtung des Hülsen-Teils 301 über das Drehwellenteil 200 zur Außenseite hin gedrückt.
Das Magnetsegment 311 ist durch ein im wesentlichem bogenförmiges Magnetstück, das einen Innendurchmesser mit einem vorbestimmten Krümmungsradius aufweist, gebildet. Insbesondere weist das Magnetsegment 311 eine Endfläche 312 an der Vorderseite in der axialen Richtung und eine Endfläche 313 an der hinteren Seite in der axialen Richtung auf; eine Endfläche 314 auf einer Seite in der Umfangsrichtung der Magnetsegmentgruppe und eine Endfläche 315 auf der anderen Seite in der Umfangsrichtung der Magnetsegmentgruppe; und eine innere Umfangsfläche 316 an der Innenseite in der radialen Richtung, und eine äußere Umfangsfläche 317 an der äußeren Seite in der radialen Richtung, wie in den 2, 3 usw. gezeigt ist.
Die innere Umfangsfläche 316 stellt eine Bogenfläche dar, welche einen vorbestimmten Krümmungsradius aufweist, und erstreckt sich entlang der axialen Richtung der Magnetsegmentgruppe so, dass eine Seite, welche die Endfläche 312 bildet, die sich in der radialen Richtung der Magnetsegmentgruppe an der Innenseite befindet, und eine Seite, welche die Endfläche 313 bildet, die sich in der radialen Richtung der Magnetsegmentgruppe befindet, verbindet. Die äußere Umfangsfläche 317 ist durch eine gleichmäßig gekrümmte Linie gebildet, die sich entlang der Umfangsrichtung der Magnetsegmentgruppe erstreckt. Ein Abschnitt, an einem Ende des Magnetsegments 311 in der Umfangsrichtung der Magnetsegmentgruppe, der sich dem Rand nähert, ist mit einer abnehmenden Dicke gebildet, so dass sich die äußere Umfangsfläche 317 der inneren Umfangsfläche 316 nähert, wie in den 2, etc. gezeigt.
Wie in den 1 und 2 gezeigt, ist das zylindrische Element 321 ein Element, das eine zylindrischer Form aufweist, die sich in der axialen Richtung erstreckt. Genauer gesagt, weist das zylindrische Element 321 eine Endfläche 322 an der Vorderseite in der axialen Richtung, eine Endfläche 323 an der Rückseite in der axialen Richtung, und eine innere Umfangsfläche 324 und eine äußere Umfangsfläche 325 des zylindrischen Elements 321 auf. Das zylindrische Element 321 weist keine perfekte kreisförmige zylindrische Form, sondern eine nicht kreisförmige zylindrische Form auf, in welcher der Radius im Vergleich zu anderen Abschnitten des zylindrischen Elements 321 kleiner wird, in einem Abschnitt, der dem Raum zwischen einer Vielzahl von Magnetsegmenten 311, die in der Umfangsrichtung der Magnetsegmentgruppe angrenzen und deren Umgebung davon, zugewandt ist, wie in den 2, etc., gezeigt.
Das zylindrische Element 321 ist in der Lage, sich in der Umfangsrichtung des zylindrischen Elements 321 leicht zu dehnen, hat eine hohe Festigkeit gegenüber einer Verformung die in der radialen Richtung zur äußeren Seite anschwellen würde. Daher ändert sich der Radius (Durchmesser) des zylindrischen Elements 321 kaum. Zusätzlich, zur Verhinderung der Wärmeerzeugung durch den magnetischen Fluss und einer Leistungsabnahme aufgrund des Austretens des magnetischen Flusses, wird das zylindrische Element 321 vorzugsweise aus einem nichtmagnetischen Material hergestellt. Weiterhin weist das zylindrische Element 321 vorzugsweise eine geringe Dichte auf, um die aus der Drehung erzeugte Zentrifugalkraft zu senken.
Zum Beispiel, als Material des zylinderförmigen Elements 321 sind Materialien ideal, die in spezifischer Festigkeit überlegen sind (Zugfestigkeit pro Einheitsdichte), wie Kohlenstofffaser, Glasfaser, Aramidfaser, Siliciumcarbidfaser, Borfaser, Titanlegierungs-Faser, Polyethylenfaser mit ultrahohem Molekulargewicht, oder Polybutylenterephthalatfaser. Zusätzlich ist als Material des zylinderförmigen Elements 321 FRP (faserverstärktes Harz) unter Verwendung von Kohlenstofffaser, Glasfaser, Aramidfaser, Siliciumcarbidfaser, Borfaser, Titanlegierungsfaser, Polyethylenfaser mit ultrahohem Molekulargewicht oder Polybutylenterephthalatfaser, oder eine Zusammensetzung durch Kombination von mehreren von diesen. Zusätzlich kann als Material des zylinderförmigen Elements 321 ein nichtmagnetisches Metall wie beispielsweise austenitischer rostfreier Stahl, Titan oder Titanlegierung verwendet werden. In der vorliegenden Ausführungsform wird CFRP (carbonfaserverstärktes Harz) als Material des zylindrischen Elements 321 verwendet.
Wie aus den 1 und 2 ersichtlich ist, sind zwölf der Magnetsegmente 311 auf der sich verjüngenden äußeren Umfangsfläche 304 des Hülsen-Teils 301 des Rotor-Elements 300 angeordnet. Genauer gesagt, an der Position in der Umfangsrichtung der Magnetsegmentgruppe, die mit A in 2 angezeigt ist, sind drei der Magnetsegmente 311 so angeordnet, dass sie in der axialen Richtung der Magnetsegmentgruppe angrenzen. Ähnlich sind an den Positionen in der Umfangsrichtung der Magnetsegmentgruppe, die durch B, C und D in 2 angezeigt sind, drei der Magnetsegmente 311 so angeordnet, dass sie in der axialen Richtung der Magnetsegmentgruppe angrenzen.
Wie oben erwähnt, bildet die sich verjüngende äußere Umfangsfläche 304 des Hülsen-Teils 301 eine formgeschrägte Fläche der Neigung t₂, die einen Wert aufweist, der kleiner ist als die Neigung t3, in einem Zustand, bevor das Drehwellenteil 200 mit dem Hülsen-Teil 301 pressgepasst wird. Aus diesem Grund bildet die äußere Umfangsfläche 317 des Magnetsegments 311 eine formgeschrägte Fläche der Neigung t₂ entlang der axialen Richtung der Magnetsegmentgruppe in Bezug auf diese axiale Richtung. In der Magnetsegmentgruppe mit zylindrischer Form weist dadurch die äußere Umfangsfläche 317 des Magnetsegments 311 den größten Außendurchmesser am rechten Ende des Magnetsegments 311 auf, das ganz rechts angeordnet ist, wie in 4 gezeigt, und weist den kleinsten Außendurchmesser am linken Ende des Magnetsegments 311 auf, das ganz links angeordnet ist, wie in 4 gezeigt.
Auf diese Weise sind in dem Rotor-Element 300 gemäß der vorliegenden Ausführungsform sechs Paare von Magnetsegmenten 311 so angeordnet, dass sie in wesentlich gleichen Intervallen in der Umfangsrichtung des Hülsen-Teils 301 auf der sich verjüngenden äußeren Umfangsfläche 304 angeordnet sind. Jedes der Magnetsegmente 311, die auf der Rückseite in der axialen Richtung positioniert sind, ist angeordnet, um Positionen in der axialen Richtung durch eine Struktur, wie dem konvexen Teil 305, das zum Beispiel an dem Hülsen-Teil 301 vorgesehen ist, auszurichten, wie in den 1, etc. gezeigt.
An der Außenseite in radialer Richtung der Magnetsegmentgruppe, bestehend aus sechs Paaren von insgesamt zwölf Magnetsegmenten 311 in Umfangsrichtung des Hülsen-Teils 301, ist das zylindrische Element 321 so vorgesehen, dass die Gesamtheit der Magnetsegmente 311 von der äußeren Seite in der radialen Richtung des Hülsen-Teils 301 bedeckt und befestigt sind. Der Maximalwert für den Innendurchmesser des zylindrischen Elements 321 weist im wesentlichen die gleiche Länge auf, wie die Länge von einer äußeren Umfangsfläche 317 des Magnetsegments 311 bis zu einer anderen äußeren Umfangsfläche 317 durch die Mitte des Rotors 400, bei einem Durchmesser des Rotors 400 der durch den dicksten Abschnitt des Magnetsegmentes 311 in der Umfangsrichtung der Magnetsegmentgruppe verläuft.
Dann wird in dem elektrischen Motor 100, wie oben erwähnt, das Hülsen-Teil 301 in der radialen Richtung des Hülsen-Teils 301 durch das Drehwellenteil 200 zur Außenseite gepresst, wie in 1 gezeigt. Durch dieses Pressen versucht das Hülsen-Teil 301, sich in radialer Richtung zur Außenseite zu verformen und presst jedes der Magnetsegmente 311 zur Außenseite in der radialen Richtung der Magnetsegmentgruppe.
Im Gegensatz dazu, weist das zylindrische Element 321 eine hohe Festigkeit gegenüber einer Verformung auf, welche in der radialen Richtung des zylindrischen Elements 321, wie oben erwähnt, in Richtung der Außenseite anschwellen würde. Daher wird die Belastung, die von den Magnetsegmenten 311 ausgeübt wird, durch die Spannung des zylindrischen Elements 321, das in der Umfangsrichtung des zylindrischen Elements 321 erzeugt wird, angenommen, und als Reaktionskraft davon wird das Magnetsegment 311 zurück zur Innenseite in die radiale Richtung der Magnetsegmentgruppe hineingedrückt. Aus diesem Grund ist das Magnetsegment 311 fest zwischen dem Hülsen-Teil 301 und dem zylindrischen Element 321 angeordnet. Sogar in einem Fall, in dem sich das Rotor-Element 300 während des Fahrens des elektrischen Motors 100 mit hoher Geschwindigkeit dreht, wird eine relative Bewegung der Magnetsegmente 311 in Bezug auf das Hülsen-Teil 301 und dem zylindrischen Element 321 unterdrückt.
Als nächstes wird der Betrieb des elektrischen Motors 100 unter Bezugnahme auf die 1, 2, etc. beschrieben. Wenn Strom über eine Stromleitung zu der Spule 104 fließt von der Stromquelle, die außerhalb des elektrischen Motors 100 angebracht ist, wird ein Rotationsfeld um die Wellenmitte O₁ durch den Rotor 110 erzeugt. Das Magnetsegment 311 des Rotor-Elements 300 empfängt die elektromagnetische Kraft in der Umfangsrichtung des Magnetsegments über das von dem Rotor 110 erzeugte Rotationsfeld. Als Ergebnis davon dreht sich das Rotor-Element 300 integral mit dem Drehwellenteil 200.
Als nächstes wird die Montage des Magnetsegments 311 und des zylindrischen Elements 321 an das Hülsen-Teil 301 in dem Herstellungsverfahren des Rotors 400 unter Bezugnahme auf die 4 und 5 beschrieben. 4 ist eine Querschnittsansicht einer Ebene, welche die Wellenmitte des Hülsen-Teils 301 enthält und einen Aspekt der Montage eines zylindrischen Elements 321 des Rotor-Elements 300 mit der äußeren Umfangsfläche 317 des Magnetsegments 311 gemäß der ersten Ausführungsform zeigt. 5 ist eine Querschnittsansicht einer Ebene, welche die Wellenmitte des Hülsen-Teils 301 enthält und einen Aspekt des zylindrischen Elements 321 des Rotor-Elements 300, das an der äußeren Umfangsfläche 317 eines Magnetsegments 311 befestigt ist, gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.
Zuerst, wie in 4 gezeigt, wird das zweite Ende 303 des Hülsen-Teils 301 in einem Zustand, in dem die Magnetsegmente 311 auf der sich verjüngenden äußeren Umfangsfläche 304 angeordnet sind, von der Endfläche 323 an der Rückseite in der axialen Richtung des zylindrischen Elements 321 in einen Innenraum des zylindrischen Elements 321, das von der inneren Umfangsfläche 324 des zylindrischen Elements 321 umgeben ist, eingefügt. Zu diesem Zeitpunkt ist der Maximalwert des Innendurchmessers des zylindrischen Elements 321 im wesentlichen gleich mit dem Außendurchmesser eines Abschnitts, der am ganz hinteren Ende des Magnetsegments 311 positioniert ist, wie zuvor erwähnt, d. h., der Abschnitt des rechten Endes des Magnetsegments 311, das in 4 ganz rechts ist und größer als der Außendurchmesser eines Abschnitts am linken Ende des Magnetsegments 311 ist, das in 4 ganz links ist; daher wird ein kleiner Spalt zwischen der äußeren Umfangsfläche 317 des Magnetsegments 311 und der inneren Umfangsfläche 324 des zylindrischen Elements 321 in einer Position gebildet, die in Richtung des vorderen Endes vorgespannt ist.
Wenn dann das Hülsen-Teil 301 in einem Zustand, in dem das Magnetsegment 311 auf der sich verjüngenden äußeren Umfangsfläche 304 angeordnet ist, weiter in den Innenraum des zylindrischen Elements 321 eingefügt wird, grenzt die innere Umfangsfläche 324 des zylindrischen Elements 321 an die äußere Umfangsfläche 317 des Magnetsegments 311 an, und der zum Einfügen erforderliche Druck beginnt sich zu erzeugen. Weiterhin, wenn das Hülsen-Teil 301 in den Innenraum des zylindrischen Elements 321 eingefügt wird, obwohl der Druck, der bei der Presspassung erforderlich ist, graduell zunimmt, wird die innere Umfangsfläche 324 eines Abschnitts nahe der Endfläche 322, die in der axialen Richtung des zylindrischen Elements 321 vorne ist, nicht mit der äußeren Umfangsfläche 317 des Magnetsegments 311 in Kontakt treten. Aus diesem Grund wird der Druck, der erforderlich ist, um das Hülsen-Teil 301 in den Innenraum des zylindrischen Elements 321 einzusetzen, nicht zu groß. Dann wird durch Einfügen des Hülsen-Teils 301 in das zylindrische Element 321 bis zum Ende der Endfläche 323, die in der axialen Richtung des zylindrischen Elements vorne ist, zu der Endfläche 313 des Magnetsegmentes 311, die ganz rechts in 4 ist, das Einfügen durch Presspassung des zylindrischen Elements 321 in den Innenraum des zylindrischen Elements 321 abgeschlossen, wie in 5 gezeigt. Auch zu diesem Zeitpunkt berührt die Endfläche 322, die in der axialen Richtung des zylindrischen Elements 321 vorne ist, und die innere Umfangsfläche 324, an einem Abschnitt in der Nähe davon, immer noch nicht die äußere Umfangsfläche 317 des Magnetsegments 311.
Als nächstes wird die Montage des Rotor-Elements 300 an das Drehwellenteil 200 bei dem Herstellungsverfahren des Rotors 400 unter Bezugnahme auf die 6 und 7 beschrieben. 6 ist eine Querschnittsansicht einer Ebene, welche die Wellenmitte des Hülsen-Teils 301 enthält und einen Aspekt des Einfügens eines Drehwellenteils 200 in das Hülsen-Teil 301 des Rotor-Elements 300 gemäß der ersten Ausführungsform zeigt. 7 ist eine Querschnittsansicht einer Ebene, welche die Wellenmitte des Hülsen-Teils 301 enthält und einen Aspekt des Drehwellenteils 200 zeigt, der in das Hülsen-Teil 301 des Rotor-Elements 300 gemäß der ersten Ausführungsform eingefügt worden ist; Zuerst, wie in 6 gezeigt ist, wird das in der axialen Richtung hintere Ende 205 des Drehwellenteils 200 von dem zweiten Ende 303 des Hülsen-Teils 301 in den Innenraum des Hülsen-Teils 301, der von der sich verjüngenden inneren Umfangsfläche 306 des Hülsen-Teil 301 umgeben ist, eingefügt. Zu diesem Zeitpunkt ist der Außendurchmesser des Drehwellenteils 200 in der sich verjüngenden äußeren Umfangsfläche 202 in der Nähe des in axialer Richtung hinteren Endes 205 kleiner als der innere Durchmesser, der durch einen Abschnitt der sich verjüngenden inneren Umfangsfläche 306 in einem Abschnitt des Hülsen-Teils 301 gebildet wird (Abschnitt von dem in axialer Richtung vorderen Ende des Hülsen-Teils 301) anders als das in der axialen Richtung hintere Ende des Hülsen-Teils 301; daher wird ein kleiner Spalt zwischen der sich verjüngenden äußeren Umfangsfläche 202 des Drehwellenteils 200 und der sich verjüngenden inneren Umfangsfläche 306 des Hülsen-Teils 301 in einer Position gebildet, die zu dem rechten Ende des Drehwellenteils 200 vorgespannt ist, wie in 6 gezeigt.
Wenn dann das Drehwellenteil 200 weiter in das Hülsen-Teil 301 eingefügt wird, grenzt die sich verjüngende äußere Umfangsfläche 202 des Drehwellenteils 200 an die sich verjüngende innere Umfangsfläche 306 in der Nähe des ersten Endes 302 des Hülsen-Teils 301 an, und der für die Einfügung erforderliche Druck beginnt sich zu erzeugen. Weiterhin wird beim Einfügen des Drehwellenteils 301 in das Hülsen-Teil 301, obwohl der für die Einfügung erforderliche Druck graduell zunimmt, ein Teil des Hülsen-Teils 301 in der Nähe des zweiten Endes 303 immer noch nicht mit der sich verjüngenden äußeren Umfangsfläche 202 des Drehwellenteils 200 in Kontakt treten. Aus diesem Grund wird der Druck, um das Drehwellenteil 200 in den Innenraum des Hülsen-Teils 301 einzuführen, nicht so groß. Dann wird das Drehwellenteil 200 in das Hülsen-Teil 301 eingefügt bis das in der axialen Richtung hintere Ende 205 des Drehwellenteils 200 von dem ersten Ende 302 des Hülsen-Teils 301 nach hinten vorsteht, wodurch das Einfügen durch Presspassung des Drehwellenteils 200 in das Hülsenteil 301 abgeschlossen ist, wie in 7 gezeigt.
Da zu diesem Zeitpunkt die Neigungen t1, t2 und t3 die Beziehung von t1 + t2 = t3 vor dem Einfügen des Drehwellenteils 200 in das Hülsen-Teil 301 aufweisen, tritt ein Zustand ein, in dem die sich verjüngende innere Umfangsfläche 306 des Hülsen-Teils 301 an der sich verjüngenden äußeren Umfangsfläche 202 des Drehwellenteils 200 angrenzt, und kein Spalt zwischen der sich verjüngenden äußeren Umfangsfläche 202 und der sich verjüngenden inneren Umfangsfläche 306 gebildet wird, wie in 7 gezeigt. Zusätzlich tritt ein Zustand ein, in dem die äußere Umfangsfläche 317 des Magnetsegments 311 an die innere Umfangsfläche 324 des zylindrischen Elements 321 angrenzt, und kein Spalt zwischen der inneren Umfangsfläche 324 des zylindrischen Elements 321 und der äußeren Umfangsfläche 317 des Magnetsegments 311 gebildet wird. In diesem Zustand drückt das Drehwellenteil 200 das Hülsen-Teil 301 in die radiale Richtung des Hülsen-Teils 301 zur Außenseite, und das Magnetsegment 311 ist zwischen dem Hülsen-Teil 301 und dem zylindrischen Element 321 angeordnet.
In der obigen Weise umfasst gemäß der vorliegenden Ausführungsform das Rotor-Element 300, das durch eine Presspassung an das Drehwellenteil 200 des elektrischen Motors befestigt ist: das zylindrisches Hülsen-Teil 301, das ein erstes Ende 302 an einer ersten Seite in einer axialen Richtung und ein zweites Ende 303 an einer zweiten Seite in einer axialen Richtung aufweist; eine Vielzahl von Magnetsegmenten 311, die so angeordnet sind, dass sie in der Umfangsrichtung an einer Außenseite in der radialen Richtung des Hülsen-Teils 301 ausgerichtet sind, und insgesamt die zylindrische Magnetsegmentgruppe bilden; und ein zylindrisches Element 321, welches von der äußeren Seite in der radialen Richtung die Vielzahl der Magnetsegmentgruppe 311 bedeckt, und die Vielzahl der Magnetsegmente 311 zwischen dem Hülsen-Teil 301 und dem zylindrischen Element anordnet. Die innere Umfangsfläche des Hülsen-Teils 301 weist eine sich verjüngende innere Umfangsfläche 306 auf, die als formgeschrägte innere Umfangsfläche dient, in welcher der innere Durchmesser des Hülsen-Teils 301 kontinuierlich mit einem festen Verhältnis in einer Richtung von dem ersten Ende 302 zu dem zweiten Ende 303 zunimmt. Die äußere Umfangsfläche 304 des Hülsen-Teils weist eine äußere sich verjüngende Umfangsfläche 304 auf, die als formgeschrägte äußere Umfangsfläche dient, in welcher der Außendurchmesser des Hülsen-Teils 301 kontinuierlich in einem festen Verhältnis in einer Richtung von dem ersten Ende 302 zu dem zweiten Ende 303, in einem axialen Richtungssegment des Hülsen-Teils 301 in dem die sich verjüngende innere Umfangsfläche 306 vorhanden ist, abnimmt.
Da die sich verjüngende äußere Umfangsfläche 304 des Hülsen-Teils 301 eine verjüngte Form aufweist, weist dadurch die äußere Umfangsfläche 317 des Magnetsegments 311, im Moment vor dem Einfügen des Drehwellenteils 200 durch Presspassung an das Hülsen-Teil 301, auch eine verjüngte Form, die diese nachahmt, entlang der Wellenlinie des Hülsen-Teils 301 auf.
Als Ergebnis davon ist es möglich beim Einfügen des Hülsen-Teils 301, auf dem die Magnetsegmente 311 mittels Presspassung in den Innenraum des zylindrischen Elements 321 angeordnet sind, die Oberfläche der inneren Umfangsfläche 324 des zylindrischen Elements 321, das auf der äußeren Umfangsfläche 317 des Magnetsegmentes 311 gleitet, ohne Erhöhung des Drucks im Zusammenhang mit der Presspassung zu verringern. Aus diesem Grund wird die Montage des zylindrischen Elements 321 an das Hülsen-Teil 301, auf dem die Magnetsegmente 311 angeordnet sind, erleichtert. Aus diesem Grund ist es möglich, bei der Montage des zylindrischen Elements 321 an das Hülsen-Teil 301, auf dem die Magnetsegmente 311 angeordnet sind, das Risiko einer Beschädigung des zylindrischen Elements 321 durch eine exzessive Presspassungskraft zu verringern oder zu vermeiden.
Zusätzlich ist in dem Rotor 400 des elektrischen Motors 100, bei dem das Rotor-Element 300 und das Drehwellenteil 200 das an das Hülsen-Teil 301 des Rotor-Elements 300 pressgepasst ist, ein Abschnitt der äußeren Umfangsfläche des Drehwellenteils 200, welcher einen Abschnitt darstellt, an dem die sich verjüngende innere Umfangsfläche 306 des Hülsenteils 301 angrenzt wenn das Drehwellenteil 200 an das Hülsen-Teil 302 pressgepasst ist, eine sich verjüngende äußere Umfangsfläche 202 aufweist, die als formgeschrägte äußere Umfangsfläche dient, an der der Außendurchmesser des Drehwellenteils 200 kontinuierlich mit einem festen Verhältnis in einer Richtung von dem ersten Ende 302 zu dem zweiten Ende 303 zunimmt.
Zusätzlich ist in dem Rotor 400 des elektrischen Motors 100, bei dem das Rotor-Element 300 und ein Drehwellenteil 200, das an das Hülsen-Teil 301 des Rotor-Elements 300 pressgepasst ist, ein Abschnitt der äußeren Umfangsfläche des Drehwellenteils 200, welcher einen Abschnitt darstellt, an dem die sich verjüngende innere Umfangsfläche 306 des Hülsen-Teils 301 angrenzt wenn das Drehwellenteil 200 an das Hülsen-Teil 301 pressgepasst ist, und eine sich verjüngende äußere Umfangsfläche 202 aufweist, die als formgeschrägte äußere Umfangsfläche dient, in welcher der Außendurchmesser des Drehwellenteils 200 kontinuierlich mit einem festen Verhältnis in einer Richtung vom ersten Ende 302 zum dem Ende 303 zunimmt.
In dem Rotor-Element 300 in einem Zustand vor Presspassung des Drehwellenteils 200 an das Hülsen-Teil 301, bei Festlegung der Neigung der sich verjüngenden inneren Umfangsfläche 306 des Hülsen-Teils 301 des Rotor-Elements 300 als t1, Festlegung der Neigung der sich verjüngenden äußeren Umfangsfläche 304, die als formgeschrägte äußere Umfangsfläche des Hülsen-Teils 301 des Rotor-Elements 300 dient, als t2, und Festlegung der Neigung der sich verjüngenden äußeren Umfangsfläche des Drehwellenteils 200 des Rotors 400 in dem Drehwellenteil 200, in einem Zustand vor Presspassung an das Hülsen-Teil 301, als t3, weist dieser eine Beziehung von t1 + t2 = t3 auf.
Dadurch unterscheidet sich die Neigung t1 der sich verjüngenden inneren Umfangsfläche 306 des Hülsen-Teils 301 in dem Moment bevor das Rotor-Element 300 an dem Drehwellenteil 200 befestigt ist, von der Neigung t3 der sich verjüngenden äußeren Umfangsfläche 202 des Drehwellenteils 200. Aus diesem Grund wird es, wenn das Drehwellenteil 200 an das Hülsen-Teil 301 montiert ist, möglich, Spalten so zu bilden, dass sie zwischen der äußeren Umfangsfläche 317 des Magnetsegments 311 und der inneren Umfangsfläche 324 des zylindrischen Elements 321, und zwischen der sich verjüngenden äußeren Umfangsfläche 202 des Drehwellenteils 200 und der sich verjüngenden inneren Umfangsfläche 306 des Hülsenteils 301, nicht mehr versetzt sind. Dadurch wird es möglich, dass die äußere Umfangsfläche 317 des Magnetsegments 311 des Rotor-Elements 300 parallel zur Wellenlinienrichtung des Drehwellenteils 200 gebildet wird, nachdem das Rotor-Element 300 in eine vorbestimmte Position auf das Drehwellenteil 200 pressgepasst ist und die Montage auf dem Drehwellenteil 200 abgeschlossen ist. Als Ergebnis davon ist es möglich den hergestellten Rotor 400 mit der gleichen Form wie einen herkömmlichen herzustellen.
Als nächstes wird ein Rotor-Element gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben, während auf 8 Bezug genommen wird. 8 ist eine Querschnittsansicht von der axialen Richtung des Hülsenteils 301 aus gesehen, die einen Rotor 400A gemäß einer zweiten Ausführungsform zeigt.
In dem Rotor-Element 300A des Rotors 400A gemäß der zweiten Ausführungsform unterscheidet sich die Anordnung des Magnetsegmentes 311A von der Anordnung des Magnetsegments 311 gemäß der ersten Ausführungsform. Zusätzlich unterscheidet sich die Anordnung eines zylindrischen Elements 321A von der Anordnung des zylindrischen Elements 321 gemäß der ersten Ausführungsform. Da die Anordnung ansonsten ähnlich zu der Anordnung des Rotor-Elements 300 des Rotors 400 gemäß der ersten Ausführungsform ist, wird ein gleiches Bezugszeichen für Anordnung ähnlich den jeweiligen Anordnung der ersten Ausführungsform zugewiesen, und deren Erläuterungen werden weggelassen.
Ein Abschnitt an einem Ende des Magnetsegments 311A in der Umfangsrichtung der Magnetsegmentgruppe besitzt eine konstante Dicke, selbst wenn er sich der Kante nähert, wie in 8 gezeigt. Mit anderen Worten, an jeder Position in der Umfangsrichtung der Magnetsegmentgruppe ist die Dicke des Magnetsegments 311A in der radialen Richtung der Magnetsegmentgruppe konstant.
Das zylindrische Element 321A weist eine vollkommen kreisförmige zylindrische Form, in welcher der Innendurchmesser und der Außendurchmesser in einem axialen Richtungssegment von einer Endfläche an einer Vorderseite in der axialen Richtung bis zur einer Endfläche an einer Rückseite in der axialen Richtung des zylindrischen Elements 321A, jeweils konstant sind (entsprechend zu/von der Endfläche 322 in der vorderen axialen Richtung, bis zur Endfläche 323 in der hinteren axialen Richtung des zylindrischen Elements 321 der ersten Ausführungsform), auf. Der Innendurchmesser des zylindrischen Elements 321A weist im wesentlichen die gleiche Länge auf, wie die Länge des Durchmessers des Rotors 400A von einer äußeren Umfangsfläche 317 des Magnetsegments 311 bis zu einer anderen äußere Umfangsfläche 317 durch die Mitte des Rotors 400A.
Obwohl Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung oben beschrieben worden sind, ist die vorliegende Erfindung nicht auf die vorgenannten Ausführungsformen beschränkt. Zusätzlich zeigen die in den vorliegenden Ausführungsformen beschriebenen Effekte lediglich die am meisten bevorzugten Effekte, die aus der vorliegenden Erfindung erzeugt wurden, und die Wirkungen gemäß der vorliegenden Erfindung sind nicht auf die in den vorliegenden Ausführungsformen beschriebenen beschränkt.
Zum Beispiel sind die Anordnungen des Rotor-Elements, des Rotors und des elektrischen Motors, die diese aufweisen, nicht auf die Anordnungen des Rotor-Elements 300, 300A, des Rotors 400, 400A und des elektrischen Motors 100 mit diesen vorliegenden Ausführungsformen beschränkt. Zum Beispiel, obwohl zwölf der Magnetsegmente 311 vorgesehen sind, sind sie nicht auf diese Zahl beschränkt. Zusätzlich darf das Magnetsegment nicht in der axialen Richtung der Magnetsegmentgruppe unterteilt werden. Weiterhin genügt es, solange die äußere Umfangsfläche des Hülsen-Teils eine sich verjüngende äußere Fläche aufweist, in welcher der Außendurchmesser des Hülsen-Teils in einem festen Verhältnis in einer Richtung von dem ersten Ende zum zweiten Ende kontinuierlich abnimmt, in einem axialen Richtungssegment des Hülsen-Teils, in dem zumindest die sich verjüngende innere Fläche vorhanden ist. Obwohl die Neigung t1, die Neigung t2 und die Neigung t3 die Beziehung t1 + t2 = t3 haben, sind sie nicht darauf beschränkt.
Bezugszeichenliste

100: elektrischer Motor (drehende elektrische Maschine)
200: Drehwellenteil
202: sich verjüngende äußere Umfangsfläche
300,: 300A Rotor Element
301: Hülsen Teil
302: erstes Ende
303: zweites Ende
304: sich verjüngende äußere Umfangsfläche
306: sich verjüngende innere Umfangsfläche
311: Magnetsegment
321,: 321A zylindrisches Element
400,: 400A Rotor,
t1,: t2, t3 Neigungen

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2014-212680 [0002]

Claims

Rotor-Element (300, 300A), das durch Presspassung an einem Drehwellenteil (200) eines elektrischen Motors (100) befestigt ist, das Rotor-Element umfassend: ein zylindrisches Hülsen-Teil (301), das ein erstes Ende (302) an einer ersten Seite in axialer Richtung davon aufweist, und ein zweites Ende (303) an einer zweiten Seite in einer axialen Richtung davon; eine Vielzahl von Magnetsegmenten (311), die so angeordnet sind, dass sie in einer Umfangsrichtung an einer Außenseite in der radialen Richtung des Hülsen-Teils (301) ausgerichtet sind; ein zylindrisches Element, das die Vielzahl der Magnetsegmente (311) von einer Außenseite in radialer Richtung bedeckt und wobei die Vielzahl der Magnetsegmente (311) zwischen dem Hülsen-Teil (301) und dem zylindrischen Element angeordnet sind, wobei eine innere Umfangsfläche des Hülsen-Teils (301) eine sich verjüngende innere Umfangsfläche (306) aufweist, in welcher der Innendurchmesser des Hülsen-Teils (301) kontinuierlich mit einem festen Verhältnis in einer Richtung von dem ersten Ende (302) zum zweiten Ende (302) zunimmt, und wobei eine äußere Umfangsfläche des Hülsen-Teils (301) eine sich verjüngende äußere Umfangsfläche (304) aufweist, in welcher der Außendurchmesser des Hülsen-Teils (301) in einem festen Verhältnis in einer Richtung von dem ersten Ende (302) zum zweiten Ende (302) in einem axialen Richtungssegment des Hülsen-Teils (301), in dem zumindest die sich verjüngende innere Umfangsfläche (306) vorhanden ist, kontinuierlich abnimmt.
Rotor (400) eines elektrischen Motors (100) umfassend: das Rotor-Element (300, 300A) nach Anspruch 1; und ein Drehwellenteil (200), das an dem Hülsen-Teil (301) des Rotor-Elements (300, 300A) pressgepasst ist, wobei ein Abschnitt der äußeren Umfangsfläche des Drehwellenteils (200), welcher einen Abschnitt darstellt, an den die sich verjüngende innere Umfangsfläche (306) des Hülsen-Teils (301) angrenzt wenn das Drehwellenteil (200) an das Hülsen-Teil (301) pressgepasst ist, eine sich verjüngende äußere Umfangsfläche (304) aufweist, an der der Außendurchmesser des Drehwellenteils (200) kontinuierlich in einem festen Verhältnis in einer Richtung vom ersten Ende (302) zum zweiten Ende (303) zunimmt, und wobei, in dem Rotor-Element (300, 300A) in einem Zustand vor Presspassung des Drehwellenteils (200) an das Hülsen-Teil (301), bei Festlegung einer Neigung der sich verjüngenden inneren Umfangsfläche (306) des Hülsen-Teils (301) des Rotor-Elements (300, 300A) als t1, Festlegung einer Neigung der sich verjüngenden äußeren Umfangsfläche (304) des Hülsen-Teils (301) des Rotor-Elements (300, 300A) als t2, und in dem Drehwellenteil (200) in einem Zustand vor Presspassung an das Hülsen-Teil (301), bei Festlegung einer Neigung der sich verjüngenden äußeren Umfangsfläche des Drehwellenteils (200) des Rotors (400) als t3, der Rotor eine Beziehung von t1 + t2 = t3 aufweist.
Elektrischer Motor (100) der den Rotor (400) nach Anspruch 2 umfasst.