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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Rotor für eine rotierende elektrische Permanentmagnetmaschine, und insbesondere einen Rotor für eine rotierende elektrische Permanentmagnetmaschine, in welchem eine Vielzahl von Permanentmagneten unter Verwendung von Halteringen an einer Oberfläche einer Rotorwelle befestigt sind.
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Stand der Technik
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Rotoren für eine rotierende elektrische Permanentmagnetmaschine schließen zum Beispiel einen Rotor mit Oberflächenpermanentmagneten (SPM) ein, in welchem eine Vielzahl von Permanentmagneten durch Presspassen von Halteringen an einer Oberfläche einer Rotorwelle befestigt sind.
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Die nachstehend aufgeführte Patentliteratur 1 offenbart beispielsweise einen Rotor für eine rotierende elektrische Permanentmagnetmaschine, der eine Vielzahl von Permanentmagneten aufweist, die an einer Außenfläche einer Rotorwelle befestigt sind, und einen rohrförmigen carbonfaserverstärkten Kunststoffring (nachstehend als CFK-Ring bezeichnet), der an Außenflächen der Vielzahl von Permanentmagneten montiert ist. In diesem Rotor ist zwischen dem Innendurchmesser des CFK-Rings und dem Außendurchmesser der Permanentmagnete ein Übermaß vorgesehen, und die Vielzahl von Permanentmagneten werden durch Presspassen des CFK-Rings fest mit der Rotorwelle verbunden.
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Patentliteratur 2 offenbart einen Permanentmagnetrotor, umfassend eine Vielzahl von Permanentmagneten, die mit einem mittleren Abschnitt einer Rotornabe verbunden sind, und eine Vielzahl von Halteringen, die an Außenflächen der Vielzahl von Permanentmagneten montiert sind. Die Vielzahl von Permanentmagneten werden derart bearbeitet, dass auf der Außenumfangsfläche der Permanentmagnete insgesamt eine konische Fläche gebildet wird, die von einer axialen Endseite zur anderen axialen Endseite der Rotornabe durchgängig ist. Die Halteringe werden jeweils pressgepasst, wobei sie der Außenumfangsfläche des entsprechenden Permanentmagneten gegenüber mit einem vorbestimmten Übermaß versehen sind.
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Liste der Bezugsliteratur
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Patentliteratur
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- Patentschrift 1: Japanische Patentanmeldung Nr. 2005-312250
- Patentschrift 2: Japanische Patentanmeldung Nr. Hei 8-265997
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Zusammenfassung der Erfindung
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Technisches Problem
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In der obigen Patentliteratur 1 wird der Durchmesser des CFK-Rings im Schritt des Presspassens jedoch plötzlich in einem Umfang ausgeweitet, der dem Übermaß entspricht. Dadurch wird in einer Innenumfangsfläche des CFK-Rings, die mit Eckabschnitten der Permanentmagnete in Kontakt kommt, die Endabschnitte in der Axialrichtung der Rotorwelle sind, eine Spannung konzentriert, und es besteht die Gefahr eines Festigkeitsabfalls, die vom Belastungsgrad abhängig ist. Daher wurde davon ausgegangen, dass Verbesserungen vorgenommen werden können, da ein Bedarf nach Verbesserung der Festigkeit besteht.
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In der obigen Patentliteratur 2 weist ein Permanentmagnetrotor eine Vielzahl von Halteringen mit verschiedenen Innendurchmessern auf, was zu einem Kostenanstieg führen kann. Überdies ist in einem axialen Endabschnitt (Abschnitt, wo der Innendurchmesser des Halterings klein ist) des Permanentmagnetrotors ein Spalt, der zwischen dem Permanentmagnetrotor und einem außerhalb des Permanentmagnetrotors liegenden Stator angeordnet ist, größer als das im anderen axialen Endabschnitt (Abschnitt, wo der Innendurchmesser des Halterings groß ist), und das Volumen des Permanentmagneten ist kleiner als im anderen axialen Endabschnitt. Dies führt zu einem Problem, dass die elektrischen Eigenschaften in einem Umfang schlechter sind, der dem größeren Spalt und dem kleineren Volumen entspricht.
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Die vorliegende Erfindung wurde in Anbetracht der oben beschriebenen Probleme ersonnen, und eine ihrer Aufgaben ist die Bereitstellung eines Rotors für eine rotierende elektrische Permanentmagnetmaschine, die in der Lage ist, mit einer einfachen Konfiguration die Spannungskonzentration in einem Haltering beim Presspassen zu unterdrücken, während die elektrischen Eigenschaften erhalten bleiben.
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Lösung des Problems
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Ein Rotor für eine rotierende elektrische Permanentmagnetmaschine gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung zur Lösung des obigen Problems umfasst:
- einen Permanentmagneten, der auf einer Außenumfangsfläche einer Rotorwelle angeordnet ist;
- einen Haltering, der von einer Endseite der Rotorwelle aus an eine Außenseite des Permanentmagneten pressgepasst ist, um den Permanentmagneten auf der Rotorwelle zu halten; und
- einen Ringführungsabschnitt, der in einer Axialrichtung der Rotorwelle benachbart zum Permanentmagneten vorgesehen ist, wobei der Ringführungsabschnitt dazu konfiguriert ist, mit einer Innenumfangsfläche des pressgepassten Halterings in Oberflächenkontakt zu kommen und den Haltering zum Permanentmagneten zu führen, wobei ein Durchmesser des Halterings allmählich ausgeweitet wird, wenn der Haltering von einer Endseite zur anderen Endseite der Rotorwelle verschoben wird.
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Ein Rotor für eine rotierende elektrische Permanentmagnetmaschine gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung zur Lösung des obigen Problems ist der Rotor gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung, wobei
der Ringführungsabschnitt ein Ringelement ist, das an der Außenumfangsfläche der Rotorwelle befestigt ist, und
ein Durchmesser einer Außenumfangsfläche des Ringelements in der Axialrichtung der Rotorwelle von der Permanentmagnetseite zur entgegengesetzten Seite hin allmählich abnimmt.
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Ein Rotor für eine rotierende elektrische Permanentmagnetmaschine gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung zur Lösung des obigen Problems ist der Rotor gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung, wobei
das Ringelement ein nicht-magnetischer Körper ist.
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Ein Rotor für eine rotierende elektrische Permanentmagnetmaschine gemäß einem vierten Aspekt der Erfindung zur Lösung des obigen Problems ist der Rotor gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung, wobei
die Rotorwelle einen Abschnitt mit großem Durchmesser aufweist, der auf der eine Endseite der Rotorwelle vorgesehen ist, und der einen größeren Durchmesser hat als ein Abschnitt der Außenumfangsfläche der Rotorwelle, auf dem der Permanentmagnet angeordnet ist,
der Ringführungsabschnitt der Abschnitt mit großem Durchmesser ist, und
ein Durchmesser einer Außenumfangsfläche des Abschnitts mit großem Durchmesser in der Axialrichtung der Rotorwelle von der Permanentmagnetseite zur entgegengesetzten Seite hin allmählich abnimmt.
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Ein Rotor für eine rotierende elektrische Permanentmagnetmaschine gemäß einem fünften Aspekt der Erfindung zur Lösung des obigen Problems ist der Rotor gemäß dem vierten Aspekt der Erfindung, wobei
ein Durchmesser eines Abschnitts benachbart zum Abschnitt mit großem Durchmesser im Abschnitt der Außenumfangsfläche der Rotorwelle, auf dem der Permanentmagnet angeordnet ist, in der Axialrichtung der Rotorwelle zum Ringführungsabschnitt hin allmählich abnimmt.
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Ein Rotor für eine rotierende elektrische Permanentmagnetmaschine gemäß einem sechsten Aspekt der Erfindung zur Lösung des obigen Problems ist der Rotor gemäß dem fünften Aspekt der Erfindung, wobei
eine allmähliche Abnahmerate des Durchmessers im Abschnitt benachbart zum Abschnitt mit großem Durchmesser im Abschnitt der Außenumfangsfläche der Rotorwelle, auf dem der Permanentmagnet angeordnet ist, einer allmählichen Abnahmerate des Durchmessers der Außenumfangsfläche im Abschnitt mit großem Durchmesser in der Axialrichtung der Rotorwelle entspricht.
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Ein Rotor für eine rotierende elektrische Permanentmagnetmaschine gemäß einem siebten Aspekt der Erfindung zur Lösung des obigen Problems ist der Rotor gemäß dem ersten bis sechsten Aspekt der Erfindung, wobei
die Höhe einer Außenumfangsfläche des Ringführungsabschnitts in einer Endabschnitt, der in der Axialrichtung benachbart zum Permanentmagneten ist, der Höhe einer Außenumfangsfläche des Permanentmagneten entspricht.
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Ein Rotor für eine rotierende elektrische Permanentmagnetmaschine gemäß einem achten Aspekt der Erfindung zur Lösung des obigen Problems ist der Rotor gemäß dem ersten bis siebten Aspekt der Erfindung, wobei
der Haltering aus einem carbonfaserverstärkten Kunststoff geformt ist, der durch unidirektionales kontinuierliches Wickeln einer Carbonfaser in der Umfangsrichtung und Imprägnieren der Carbonfaser mit Kunstharz erhalten wird.
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Ein Rotor für eine rotierende elektrische Permanentmagnetmaschine gemäß einem neunten Aspekt der Erfindung zur Lösung des obigen Problems ist der Rotor gemäß dem achten Aspekt der Erfindung, wobei
ein Startpunkt für das Wickeln der Carbonfaser auf einer Innerumfangsseite des Halterings liegt, und ein Endpunkt für das Wickeln der Carbonfaser auf einer Außenumfangsseite des Halterings liegt, und
der Haltering derart an der Rotorwelle pressgepasst ist, dass eine Wickelrichtung der Carbonfaser entgegengesetzt zu einer Drehrichtung der Rotorwelle ist.
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Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
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Der vorliegenden Erfindung gemäß weist der Rotor den Ringführungsabschnitt auf, und der Durchmesser des Halterings wird dadurch allmählich ausgeweitet, statt plötzlich ausgeweitet zu werden, wenn der Haltering von der einen Endseite der Rotorwelle aus pressgepasst wird. Wenn der Haltering dann tiefer pressgepasst wird, wird der Haltering sanft vom Ringführungsabschnitt zum Permanentmagneten verschoben, wobei der Durchmesser des Halterings ausgeweitet wird. Daher kommt ein axialer Endabschnitt (Eckteil) des Permanentmagneten nicht mit der Innenumfangsfläche der Halteringe in punktuellen oder linearen Kontakt, und die Spannungskonzentration in der Innenumfangsfläche des Halterings, die auf solch einen Kontakt zurückzuführen ist, kann beseitigt werden. In dieser Konfiguration besteht nicht die Notwendigkeit, die Permanentmagnete und die Halteringe zu speziellen Formen zu bearbeiten, und es ist nur erforderlich, den Ringführungsabschnitt vorzusehen. Daher ist es möglich, mit einer einfachen Konfiguration die Spannungskonzentration in den Halteringen beim Presspassen zu unterdrücken und gleichzeitig die elektrischen Eigenschaften zu bewahren.
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Zudem wird der Haltering aus carbonfaserverstärktem Kunststoff geformt, der durch unidirektionales kontinuierliches Wickeln einer Carbonfaser in der Umfangsrichtung und Imprägnieren der Carbonfaser mit Kunstharz erhalten wird. Darüber hinaus wird der wie oben beschrieben gebildete Haltering derart an die Rotorwelle pressgepasst, dass eine Wickelrichtung der Carbonfaser entgegengesetzt zu einer Drehrichtung der Rotorwelle ist. Daher kann die Festigkeit des Halterings auch dann aufrechterhalten werden, wenn auf den Haltering eine Ablösekraft wirkt, die durch den Luftstrom erzeugt wird, der durch die Hochgeschwindigkeitsdrehung eines Rotormetallkerns verursacht wird.
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Figurenliste
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- [1] 1 ist eine Querschnittsansicht, die einen Rotor für eine rotierende elektrische Permanentmagnetmaschine gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
- [2] 2 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie II-II' in 1 in der Pfeilrichtung gesehen.
- [3] 3 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie III-III' in 1 in der Pfeilrichtung gesehen.
- [4] 4 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie IV-IV' in 1 in der Pfeilrichtung gesehen.
- [5A] 5A ist eine erläuternde Ansicht, die den Rotor für die rotierende elektrische Permanentmagnetmaschine vor dem Presspassen der Halteringe darstellt.
- [5B] 5B ist eine vergrößerte Ansicht, die einen Abschnitt darstellt, der in 5A von der Linie V umschlossen ist.
- [6] 6 ist eine erläuternde Ansicht, die einen Zustand darstellt, in welchem die Halteringe im Rotor für die rotierende elektrische Permanentmagnetmaschine pressgepasst sind.
- [7] 7 ist eine Querschnittsansicht, die einen Rotor für eine rotierende elektrische Permanentmagnetmaschine gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
- [8] 8 ist eine erläuternde Ansicht, die einen Zustand darstellt, bevor die Halteringe des Rotors für die rotierende elektrische Permanentmagnetmaschine pressgepasst werden.
- [9] 9 ist eine vergrößerte Ansicht eines Abschnitts, der in 8 von der Linie IX umschlossen ist.
- [10] 10 ist eine vergrößerte Ansicht eines Abschnitts, der in 8 von der Linie X umschlossen ist.
- [11A] 11A ist eine Querschnittsansicht, die einen Haltering darstellt, der in einem Rotor für eine rotierende elektrische Permanentmagnetmaschine gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthalten ist.
- [11B] 11B ist eine erläuternde Ansicht, die einen Fertigungszustand eines herkömmlichen Halterings darstellt.
- [12A] 12A ist eine erläuternde Ansicht, die einen Rotor für eine rotierende elektrische Permanentmagnetmaschine gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einem Zustand vor der Anbringung der Halteringe darstellt .
- [12B] 12B ist eine erläuternde Ansicht, die den Rotor für eine rotierende elektrische Permanentmagnetmaschine gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einem Zustand nach der Anbringung der Halteringe darstellt.
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Beschreibung von Ausführungsformen
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Im Folgenden werden Ausführungsformen eines Rotors für eine rotierende elektrische Permanentmagnetmaschine beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die folgenden Ausführungsformen beschränkt.
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Ausführungsform 1
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Ein Rotor für eine rotierende elektrische Permanentmagnetmaschine gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun Bezug nehmend auf 1 bis 6 beschrieben. In 1 bis 5 bezeichnet C1 die Mittelachse (Drehachse), und in 6 bezeichnet X eine Presspassrichtung von Halteringen.
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Wie in 1 bis 6 dargestellt, umfasst der Rotor 10 für die rotierende elektrische Permanentmagnetmaschine gemäß der ersten Ausführungsform eine Rotorwelle 11, eine Vielzahl von Permanentmagneten 13 und eine Vielzahl von Halteringen 14.
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Ein radialer Querschnitt der Rotorwelle 11 ist kreisförmig. Die Rotorwelle 11 umfasst einen Abschnitt mit großem Durchmesser 11a und einen Abschnitt mit kleinem Durchmesser 11b. Der Abschnitt mit großem Durchmesser 11a hat in einer radialen Richtung eine größere Form als der Abschnitt mit kleinem Durchmesser 11b. Der Abschnitt mit kleinem Durchmesser 11b hat in der radialen Richtung eine kleinere Form als der Abschnitt mit großem Durchmesser 11a. Ein Teil des Abschnitts mit kleinem Durchmesser 11b, der an den Abschnitt mit großem Durchmesser 11a angrenzt, ist zu einem Magnetbefestigungsabschnitt 11ba ausgebildet, an dem die Permanentmagnete 13 angebracht sind.
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Die Vielzahl von Permanentmagneten 13 zur Bildung der Magnetpole sind in einer Axialrichtung der Rotorwelle 11 benachbart zueinander und in einer Umfangsrichtung auf einer Außenumfangsfläche des Magnetbefestigungsabschnitts 11ba der Rotorwelle 11 angeordnet. Die Vielzahl von Permanentmagneten 13 sind derart auf der Außenumfangsfläche der Rotorwelle 11 angeordnet, dass die Außenumfangsflächen 13c der Permanentmagnete 13 eine bündige Fläche bilden.
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Die Vielzahl von Halteringen 14, die als Binderinge zur Befestigung der Permanentmagnete 13 an die Außenumfangsfläche der Rotorwelle 11 dienen, sind in der Axialrichtung an die Außenumfangsflächen 13c der Permanentmagnete 13 montiert. Das heißt, die Vielzahl von Permantentmagneten 13 werden mit dem Magnetbefestigungsabschnitt 11ba der Rotorwelle 11 fest verbunden, indem die Vielzahl von Halteringen 14 von einem Ende der Rotorwelle 11 aus pressgepasst werden.
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Jeder der Halteringe 14 ist rohrförmig und weist eine Form auf, die einen der Permanentmagnete 13, die auf dem Magnetbefestigungsabschnitt 11ba der Rotorwelle 11 angeordnet sind, in der Axialrichtung der Rotorwelle 11 vollständig bedeckt. Die Vielzahl von Halteringen 14 sind so geformt, dass ihr Innendurchmesser gegenüber einem Außendurchmesser der Vielzahl von Permanentmagneten 13, die auf der Außenumfangsfläche der Rotorwelle 11 angeordnet sind, ein vorbestimmtes Übermaß aufweist. Als Halteringe 14 werden bevorzugt rohrförmige Ringe aus carbonfaserverstärktem Kunststoff verwendet, die durch Imprägnieren von Carbonfasern mit Kunstharz wie z.B. Epoxidharz erhalten werden.
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Der obige Rotor 10 für die rotierende elektrische Permanentmagnetmaschine umfasst außerdem ein Paar Endplatten (Ringführungsabschnitte) 12, 12, die befestigt werden, indem sie an Abschnitte der Außenumfangsfläche der Rotorwelle 11, die in der Axialrichtung der Rotorwelle 11 an die Vielzahl von Permanentmagneten 13 angrenzen, schrumpfgepasst werden. Die Endplatten 12, 12 schränken die Bewegung der Vielzahl von Permanentmagneten 13 in der Axialrichtung der Rotorwelle 11 ein. Es ist anzumerken, dass die Vielzahl von Halteringen 14 auch an Außenumfangsflächen 12c, 12c der Endplatten 12, 12 montiert sind.
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Als Endplatten 12 können Platten verwendet werden, die aus einem nicht-magnetischen Material bestehen, das einer Schrumpfpassung unterzogen werden kann, wie z.B. Aluminium und Edelstahl. Die Endplatten 12 sind ringförmig. Jede Endplatte 12 ist so ausgebildet, dass die Dicke der Endplatte 12 in der Axialrichtung zu einem nicht an die Permanentmagnete 13 angrenzenden Endabschnitt 12a hin allmählich abnimmt, und die Dicke d2 im Endabschnitt 12a, der nicht an die Permanentmagnete 13 angrenzt, kleiner ist als die Dicke d1 in einem Endabschnitt 12b, der an die Permanentmagnete 13 angrenzt. Jede Endplatte 12 weist eine konische Fläche 12ca auf, die auf der Endabschnitt 12a-Seite einer Außenumfangsfläche 12c ausgebildet ist, die in der Axialrichtung nicht an die Permanentmagnete 13 angrenzt. Das heißt, die Außenumfangsfläche 12c der Endplatte 12 weist die konische Fläche 12ca auf, deren Form sich in der Axialrichtung zum Endabschnitt 12a hin allmählich verkleinert. Die Befestigung der Endplatte 12 an der Rotorwelle 11 durch Schrumpfpassung derart, dass der andere Endabschnitt 12b der Endplatte 12 an die Permanentmagneten 13 angrenzend angeordnet ist, bewirkt, dass der Endabschnitt 12a der Endplatte 12, der in der Axialrichtung nicht an die Permanentmagnete 13 angrenzt, entgegengesetzt zu den Permanentmagneten 13 angeordnet ist. Beim Presspassen der Halteringe 14 kommt die Innenumfangsfläche der Halteringe 14 daher mit der Außenumfangsfläche 12c der Endplatte 12 in Kontakt, und die konische Fläche 12ca der Endplatte 12 weitet den Durchmesser der Halteringe 14 allmählich aus.
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Der Kegelwinkel θ der konischen Fläche 12ca in jeder Endplatte 12 liegt bevorzugt im Bereich von 0,5 Grad bis 1,5 Grad relativ zur Axialrichtung (Presspassrichtung der Halteringe 14). Wenn der Kegelwinkel θ im obigen Bereich liegt, werden die Durchmesser der Halteringe 14 allmählich (sanft) ausgeweitet, und beim Presspassen der Halteringe 14 tritt keine plötzliche Spannungskonzentration auf.
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Die Außenumfangsflächen 13c der Permanentmagnete 13, die Außenumfangsflächen 12c der Endplatten 12 auf den Endabschnitt 12b-Seiten, und eine Außenumfangsfläche des Abschnitts mit großem Durchmesser 11a der Rotorwelle 11 werden bevorzugt einer Bearbeitung wie z.B. Polieren unterzogen, um die gleiche Außendurchmesserabmessung (Höhe) zu erhalten. Solch eine Bearbeitung kann verhindern, dass die vorgenannten Flächen aufgrund von Maßfehlern im Außendurchmesser punktuell oder linear mit der Innenumfangsfläche der Halteringe 14 in Kontakt kommen, und kann eine Spannungskonzentration in der Innenumfangsfläche der Halteringe 14, die auf solch einen Kontakt beim Presspassen der Halteringe 14 zurückzuführen ist, sicher beseitigen.
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Als nächstes wird ein Verfahren zur Herstellung des obigen Rotors 10 für die rotierende elektrische Permanentmagnetmaschine beschrieben.
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Zuerst werden im Rotor 10 für die rotierende elektrische Permanentmagnetmaschine vor dem Presspassen der Halteringe 14, wie in 5A dargestellt, die Permanentmagnete 13, die in der Axialrichtung in mehrere Teile aufgeteilt sind, an der Rotorwelle 11 angebracht, und die an die Rotorwelle 11 schrumpfgepassten nicht-magnetischen Endplatten 12 werden jeweils an beiden axialen Enden der Gruppe von Permanentmagneten 13 befestigt. In der Endplatte 12 (Endplatte 12, die in 1 auf der rechten Seite befestigt ist), die auf der einen Endseite der Rotorwelle 11 befestigt ist, das heißt, auf der vorderen Seite in der Presspassrichtung der Halteringe 14, ist der Endabschnitt 12a, der in der Axialrichtung nicht an die Permanentmagneten 13 angrenzt, vorne in der Presspassrichtung der Halteringe 14 angeordnet. Und in der Endplatte 12 (Endplatte 12, die in 1 auf der rechten Seite befestigt ist), die auf der anderen Endseite der Rotorwelle 11 befestigt ist, das heißt, auf der hinteren Seite in der Presspassrichtung der Halteringe 14, ist der Endabschnitt 12a, der in der Axialrichtung nicht an die Permanentmagneten 13 angrenzt, hinten in der Presspassrichtung der Halteringe 14 angeordnet.
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In 5A werden die Halteringe 14 Stück für Stück von einer Endseite zur anderen Endseite der Rotorwelle 11 pressgepasst (von rechts nach links in 5A). Es ist anzumerken, dass die Halteringe 14 in 6 einzeln von links nach rechts pressgepasst werden. Der Durchmesser der Halteringe 14 wird entlang konischen Fläche 12ca der Endplatte 12 allmählich ausgeweitet, und die Halteringe 14 werden so pressgepasst, dass sie an vorbestimmten Positionen angeordnet werden, wobei sie sich in einem Umfang ausweiten, der dem Übermaß zur Befestigung der Permanentmagnete 13 und der Endplatten 12 an beiden Enden zu entspricht. Wie in 1 dargestellt, werden die Halteringe 14 in einen Zustand versetzt, in welchem sie an die Außenumfangsflächen 13c, 12c der Permanentmagnete 13 und der Endplatten 12 montiert sind. Es ist anzumerken, dass es möglich ist, die Außenumfangsflächen 12c, 13c der Endplatten 12 und der Permanentmagnete 13 zu schmieren, um die Belastung beim Presspassen zu reduzieren und das Presspassen der Halteringe 14 mit verminderter Reibkraft durchzuführen.
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Da die Halteringe 14 pressgepasst werden, indem ihr Durchmesser entlang der konischen Fläche 12ca der Endplatte 12 allmählich ausgeweitet wird, ist es weniger wahrscheinlich, dass Spannungskonzentrationen in den Innenumfangsflächen der Halteringe 14 auftreten, und ein Festigkeitsabfall der Halteringe 14 kann unterdrückt werden.
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Wie oben beschrieben, umfasst der Rotor 10 in der Ausführungsform: die Vielzahl von Permanentmagneten 13, die in der Axialrichtung nebeneinander und in der Umfangsrichtung auf der Außenumfangsfläche der Rotorwelle 11 angeordnet sind; die Halteringe 14, die von einer Endseite der Rotorwelle 11 aus an die Außenseite der Permanentmagnete 13 und die Außenseite der Endplatten 12 pressgepasst sind, um die Permanentmagnete 13 auf der Rotorwelle 11 zu halten; und die Endplatten 12, die einen Ringführungsabschnitt bilden, der in der Axialrichtung der Rotorwelle 11 benachbart zur Vielzahl von Permanentmagneten 13 vorgesehen ist, wobei der Ringführungsabschnitt dazu konfiguriert ist, mit den Innenumfangsflächen der pressgepassten Halteringe 14 in Kontakt zu kommen und die Halteringe 14 zu den Permanentmagneten 13 zu führen, während sie den Durchmesser der Halteringe 14 allmählich ausweiten, wenn die Halteringe 14 von einer Endseite der Rotorwelle 11 zur anderen Endseite der Rotorwelle 11 verschoben werden. Der Durchmesser der Halteringe 14 wird daher beim Presspassen der Halteringe 14 nicht plötzlich, sondern allmählich ausgeweitet. Wenn die Halteringe 14 tiefer pressgepasst werden, werden die Halteringe 14 leicht von der Außenumfangsfläche 12c der Endplatte 12 zur Außenumfangsfläche 13c der Permanentmagnete 13 verschoben, wobei die Durchmesser der Halteringe 14 ausgeweitet werden. Daher kommen axiale Endabschnitte (Eckteile) der Permanentmagnete 13 nicht mit der Innenumfangsfläche der Halteringe 14 in punktuellen oder linearen Kontakt, und die Spannungskonzentration in der Innenumfangsfläche der Halteringe 14, die auf solch einen Kontakt zurückzuführen ist, kann beseitigt werden. Bei dieser Konfiguration besteht nicht die Notwendigkeit, die Permanentmagnete und die Halteringe zu speziellen Formen zu bearbeiten, und es ist nur erforderlich, die Endplatte 12 vorzusehen. Daher ist es möglich, mit einer einfachen Konfiguration die Spannungskonzentration in den Halteringen 14 beim Presspassen zu unterdrücken und gleichzeitig die elektrischen Eigenschaften zu bewahren.
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Der Durchmesser der Außenumfangsfläche 12c jeder Endplatte 12 nimmt in der Axialrichtung der Rotorwelle 11 von der Permanentmagnet 13-Seite zur entgegengesetzten Seite hin allmählich ab. Dadurch kommen die Innenumfangsfläche der pressgepassten Halteringe 14 und die konische Fläche 12ca der Außenumfangsfläche 12c der Endplatte 12 in Oberflächenkontakt, und dadurch wird auch der Durchmesser der Halteringe 14 allmählich ausgeweitet, statt plötzlich ausgeweitet zu werden. Bei dieser Konfiguration besteht nicht die Notwendigkeit, die Permanentmagnete und die Halteringe zu speziellen Formen zu bearbeiten, und es ist nur erforderlich, die Außenumfangsfläche 12c der Endplatte 12 zu bearbeiten. Daher ist es möglich, mit einer einfachen Konfiguration die Spannungskonzentration in den Halteringen 14 beim Presspassen zu unterdrücken und gleichzeitig die elektrischen Eigenschaften zu bewahren.
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Die Endplatten 12 bestehen aus Aluminium oder Edelstahl. Daher kann die konische Fläche 12ca auf der Außenumfangsfläche 12c jeder Endplatte 12 einfach hergestellt werden. Dadurch kann ein Anstieg der Herstellungskosten unterdrückt werden.
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Die Höhe der Außenumfangsfläche 12c jeder Endplatte 12 auf Seiten des anderen Endabschnitts 12b in der Axialrichtung entspricht der Höhe der Außenumfangsfläche 13c der Permanentmagnete 13. Beim Presspassen der Halteringe 14 können die Halteringe 14 daher leicht von der Außenumfangsfläche 12c der Endplatte 12 zur Außenumfangsfläche 13c der Permanentmagnete 13 verschoben werden.
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Ausführungsform 2
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Ein Rotor für eine rotierende elektrische Permanentmagnetmaschine gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun Bezug nehmend auf 7 bis 10 beschrieben. In 7 und 8 bezeichnet C2 die Mittelachse (Drehachse).
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Wie in 7 bis 10 dargestellt, umfasst der Rotor 10A in der rotierenden elektrischen Permanentmagnetmaschine gemäß dieser Ausführungsform eine Rotorwelle 11A, die Vielzahl von Permanentmagneten 13 und eine Vielzahl von Halteringen 14A.
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Ein radialer Querschnitt der Rotorwelle 11A ist kreisförmig. Die Rotorwelle 11A umfasst einen ersten Abschnitt mit großem Durchmesser 11Aa und einen zweiten Abschnitt mit großem Durchmesser 11Ab (Ringführungsabschnitt). Der zweite Abschnitt mit großem Durchmesser 11Ab befindet sich auf einer Endseite der Rotorwelle 11A, das heißt, auf der vorderen Seite in der Presspassrichtung der Halteringe 14A. Der erste Abschnitt mit großem Durchmesser 11Aa befindet sich auf der anderen Endseite der Rotorwelle 11A, das heißt, auf der hinteren Seite in der Presspassrichtung der Halteringe 14A. Ein Abschnitt zwischen dem ersten Abschnitt mit großem Durchmesser 11Aa und dem zweiten Abschnitt mit großem Durchmesser 11Ab in der Axialrichtung der Rotorwelle 11A ist zu einem Magnetbefestigungsabschnitt 11Ac ausgebildet, an dem die Permanentmagnete 13 angebracht sind.
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Der erste Abschnitt mit großem Durchmesser 11Aa hat eine derartige Größe, dass seine Oberfläche in der Radialrichtung außerhalb des Magnetbefestigungsabschnitts 11Ac und in der Radialrichtung innerhalb der Außenumfangsfläche 13c der am Magnetbefestigungsabschnitt 11Ac angebrachten Permanentmagnete 13 liegt. Der erste Abschnitt mit großem Durchmesser 11Aa umfasst einen Flanschabschnitt 11Aaa mit einer Form, die in der Radialrichtung der Rotorwelle 11A nach außen vorspringt und sich in der Umfangsrichtung über die ganze Rotorwelle 11A hinweg erstreckt. Die Höhe eines Oberteils des Flanschabschnitts 11Aaa entspricht im Wesentlichen der Höhe der am Magnetbefestigungsteil 11Ac angebrachten Permanentmagnete 13. Zwischen dem Flanschabschnitt 11Aaa und den Permanentmagneten 13, die in 7 am linken Ende angeordnet sind, ist ein Spalt L vorgesehen, und der Spalt L ist mit Klebstoff 15 gefüllt. Dadurch wird der Kontakt zwischen dem Flanschabschnitt 11Aaa und den Permanentmagneten 13 vermieden. Der zweite Abschnitt mit großem Durchmesser 11Ab hat eine größere Form als der Magnetbefestigungsabschnitt 11Ac und erstreckt sich in der Radialrichtung über den Magnetbefestigungsabschnitt 11Ac hinaus.
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Die Vielzahl von Permanentmagneten 13 zur Bildung der Magnetpole sind in der Axialrichtung benachbart zueinander und in der Umfangsrichtung der Rotorwelle 11A auf einer Außenumfangsfläche des Magnetbefestigungsabschnitts 11Ac der Rotorwelle 11A angeordnet. Die Vielzahl von Permanentmagneten 13 sind derart auf der Außenumfangsfläche der Rotorwelle 11A angeordnet, dass die Außenumfangsflächen 13c der Permanentmagnete 13 eine bündige Fläche bilden.
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Die Vielzahl von Halteringen 14A, die als Binderinge zur Befestigung der Permanentmagnete 13 an die Außenumfangsfläche der Rotorwelle 11A dienen, sind in der Axialrichtung an die Außenumfangsflächen 13c der Permanentmagnete 13 montiert. Das heißt, die Vielzahl von Permantentmagneten 13 werden mit dem Magnetbefestigungsabschnitt 11Ac der Rotorwelle 11A fest verbunden, indem die Vielzahl von Halteringen 14A von einer Endseite der Rotorwelle 11A aus pressgepasst werden.
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Die Halteringe 14A entsprechen den obigen Halteringen 14, mit Ausnahme ihrer Form. Jeder der Halteringe 14A ist rohrförmig und derart geformt, dass er mehrere Permanentmagnete 13 (zwei im dargestellten Beispiel), die auf dem Magnetbefestigungsabschnitt 11Ac der Rotorwelle 11A angeordnet sind, in der Axialrichtung der Rotorwelle 11A vollständig bedeckt. Die Vielzahl von Halteringen 14A sind so geformt, dass ihr Innendurchmesser gegenüber einem Außendurchmesser der Vielzahl von Permanentmagneten 13, die auf der Außenumfangsfläche der Rotorwelle 11A angeordnet sind, ein vorbestimmtes Übermaß aufweist.
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Eine Außenumfangsfläche des zweiten Abschnitts mit großem Durchmesser 11Ab in der obigen Rotorwelle 11A weist eine konische Fläche 11Aba auf, die derart geformt ist, dass der Durchmesser der Außenumfangsfläche des zweiten Abschnitts mit großem Durchmesser 11Ab in der Axialrichtung der Rotorwelle 11A von der Permanentmagnet 13-Seite zur entgegengesetzten Seite hin allmählich abnimmt. Die Innenumfangsfläche der pressgepassten Halteringe 14A kommt dadurch mit der konischen Oberfläche 11Aba, die die Außenumfangsfläche des zweiten Abschnitts mit großem Durchmesser 11Ab ist, in Oberflächenkontakt, und die konische Oberfläche 11Aba weitet den Durchmesser der Halteringe 14A allmählich auf, wenn die Halteringe 14A von einer Endseite der Rotorwelle 11A zur anderen Endseite der Rotorwelle 11A verschoben werden.
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Es ist anzumerken, dass der Kegelwinkel θ der konischen Fläche 11Aba im zweiten Abschnitt mit großem Durchmesser 11Ab bevorzugt in einem Bereich von 0,5 Grad bis 1,5 Grad relativ zur Axialrichtung (Presspassrichtung der Halteringe 14A) eingestellt ist, wie in der ersten Ausführungsform. Wenn der Kegelwinkel θ im obigen Bereich liegt, werden die Durchmesser der Halteringe 14 allmählich (sanft) ausgeweitet, und beim Presspassen der Halteringe 14A tritt keine plötzliche Spannungskonzentration auf.
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Die Außenumfangsfläche 13c der Permanentmagnete 13 und ein Endabschnitt der Außenumfangsfläche des zweiten Abschnitts mit großem Durchmesser 11Ab, der benachbart zum Magnetbefestigungsabschnitt 11Ac ist, werden bevorzugt einer Bearbeitung wie z.B. Polieren unterzogen, um die gleiche Außendurchmesserabmessung (Höhe) zu erhalten. Solch eine Bearbeitung kann verhindern, dass die vorgenannten Flächen aufgrund von Maßfehlern im Außendurchmesser punktuell oder linear mit der Innenumfangsfläche der Halteringe 14A in Kontakt kommen, und kann eine Spannungskonzentration in der Innenumfangsfläche der Halteringe 14A, die auf solch einen Kontakt beim Presspassen der Halteringe 14A zurückzuführen ist, sicher beseitigen.
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Eine konische Fläche 11Aca ist in einem Teil des Magnetbefestigungsabschnitts 11Ac gebildet, der benachbart zum zweiten Abschnitt mit großem Durchmesser 11Ab ist, und der Kegelwinkel θ der konischen Fläche 11Aca entspricht dem Kegelwinkel θ der konischen Fläche 11Aba.
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Der zweite Abschnitt mit großem Durchmesser 11Ab und der Flanschabschnitt 11Aaa des ersten Abschnitts mit großem Durchmesser 11Aa schränken die Bewegung der Vielzahl von Permanentmagneten 13, die am Magnetbefestigungsabschnitt 11Ac angebracht sind, in der Axialrichtung der Rotorwelle 11A ein.
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In dieser Ausführungsform bildet der zweite Abschnitt mit großem Durchmesser 11Ab den Ringführungsabschnitt.
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Als nächstes wird ein Verfahren zur Herstellung des obigen Rotors 10A für die rotierende elektrische Permanentmagnetmaschine beschrieben.
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Zuerst sind im Rotor 10A für die rotierende elektrische Permanentmagnetmaschine vor dem Presspassen der Halteringe 14A, wie in 8 dargestellt, die Permanentmagnete 13, die in der Axialrichtung in mehrere Teile aufgeteilt sind, am Magnetbefestigungsabschnitt 11Ac angebracht, der in der Axialrichtung der Rotorwelle 11A zwischen dem Flanschabschnitt 11Aaa des ersten Abschnitts mit großem Durchmesser 11Aa und dem zweiten Abschnitt mit großem Durchmesser 11Ab vorgesehen ist. Die Rotorwelle 11A wird derart angeordnet, dass der zweite Abschnitt mit großem Durchmesser 11Ab sich auf der einen Endseite der Rotorwelle 11A befindet, das heißt, auf der vorderen Seite in der Presspassrichtung der Halteringe 14A. Der Spalt zwischen dem Flanschabschnitt 11Aaa und den Permanentmagneten 13, die auf der hintersten Seite in der Presspassrichtung der Halteringe 14A angebracht sind, wird mit dem Klebstoff 15 gefüllt.
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In 8 werden die Halteringe 14A Stück für Stück von einer Endseite zur anderen Endseite der Rotorwelle 11A pressgepasst (von rechts nach links in 8). Der Durchmesser der Halteringe 14A wird entlang der konischen Fläche 11Aba des zweiten Abschnitts mit großem Durchmesser 11Ab allmählich ausgeweitet, und die Halteringe 14A werden so pressgepasst, dass sie an vorbestimmten Positionen angeordnet werden, wobei sie sich in einem Umfang ausweiten, der dem Übermaß zur Befestigung der Permanentmagnete 13 entspricht. Wie in 7 dargestellt, werden die Halteringe 14A in einen Zustand versetzt, in welchem sie an die Außenumfangsfläche 13c der Permanentmagnete 13 montiert sind. Es ist anzumerken, dass es möglich ist, den zweiten Abschnitt mit großem Durchmesser 11Aba und die Außenumfangsfläche 13c der Permanentmagnete 13 zu schmieren, um die Belastung beim Presspassen zu reduzieren und das Presspassen der Halteringe 14A mit verminderter Reibkraft durchzuführen.
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Da die Halteringe 14A pressgepasst werden, indem ihr Durchmesser entlang der konischen Fläche 11Aba des zweiten Abschnitts mit großem Durchmesser 11Ab allmählich ausgeweitet wird, ist es weniger wahrscheinlich, dass in der Innenumfangsfläche der Halteringe 14A Spannungskonzentrationen auftreten, und ein Festigkeitsabfall der Halteringe 14A kann unterdrückt werden. Darüber hinaus ist bei den Permanentmagneten 13, die in der Presspassrichtung der Halteringe 14A ganz vorne auf dem einen Endabschnitt der Rotorwelle 11A angebracht sind, die Außenumfangsfläche 13c so angeordnet, dass sie zur Mittelachse C2 der Rotorwelle 11A hin kippbar sind, wobei sie sich in der Presspassrichtung der Halteringe 14A nach vorne in der Axialrichtung der Rotorwelle 11A erstrecken. Dadurch kann die Verschiebung der Halteringe 14A vom zweiten Abschnitt mit großem Durchmesser 11Ab zu den Permanentmagneten 13, die in Presspassrichtung der Halteringe 14A vorne angebracht sind, leichter erfolgen, als wenn die Permanentmagnete nicht kippen.
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Wie oben beschrieben, umfasst der Rotor 10 in dieser Ausführungsform: die Vielzahl von Permanentmagneten 13, die in der Axialrichtung nebeneinander und in der Umfangsrichtung auf der Außenumfangsfläche der Rotorwelle 11A angeordnet sind; die Halteringe 14A, die von einer Endseite der Rotorwelle 11A aus an die Außenseite der Vielzahl von Permanentmagneten 13 pressgepasst sind, um die Vielzahl von Permanentmagneten 13 auf der Rotorwelle 11A zu halten; und den zweiten Abschnitt mit großem Durchmesser 11Ab, der einen Ringführungsabschnitt bildet, der in der Axialrichtung der Rotorwelle 11A benachbart zur Vielzahl von Permanentmagneten 13 vorgesehen ist, wobei der Ringführungsabschnitt dazu konfiguriert ist, mit den Innenumfangsflächen der pressgepassten Halteringe 14A in Kontakt zu kommen und die Halteringe 14A zu den Permanentmagneten 13 zu führen, während sie den Durchmesser der Halteringe 14A allmählich ausweiten, wenn die Halteringe 14 von der einen Endseite der Rotorwelle 11A zur anderen Endseite der Rotorwelle 11A verschoben werden. Daher wird der Durchmesser der Halteringe 14 beim Presspassen der Halteringe 14 nicht plötzlich, sondern allmählich ausgeweitet. Wenn die Halteringe 14A tiefer pressgepasst werden, werden die Halteringe 14A leicht von der Außenumfangsfläche des zweiten Abschnitts mit großem Durchmesser 11Ab zur Außenumfangsfläche 13c der Permanentmagnete 13 verschoben, wobei der Durchmesser der Halteringe 14A ausgeweitet wird. Daher kommen die axialen Endabschnitte (Eckteile) der Permanentmagnete 13 nicht mit der Innenumfangsfläche der Halteringe 14A in punktuellen oder linearen Kontakt, und die Spannungskonzentration in der Innenumfangsfläche der Halteringe 14A, die auf solch einen Kontakt zurückzuführen ist, kann beseitigt werden. In dieser Konfiguration besteht nicht die Notwendigkeit, die Permanentmagnete und die Halteringe zu speziellen Formen zu bearbeiten, und es ist nur erforderlich, den zweiten Abschnitt mit großem Durchmesser 11Ab vorzusehen. Daher ist es möglich, mit einer einfachen Konfiguration die Spannungskonzentration in den Halteringen 14A beim Presspassen zu unterdrücken und gleichzeitig die elektrischen Eigenschaften zu bewahren.
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Der Durchmesser der Außenumfangsfläche des zweiten Abschnitts mit großem Durchmesser 11Ab nimmt in der Axialrichtung der Rotorwelle 11A von der Permanentmagnet 13-Seite zur entgegengesetzten Seite hin allmählich ab. Dadurch kommen die Innenumfangsfläche der pressgepassten Halteringe 14A und die konische Fläche 11Aba der Außenumfangsfläche des zweiten Abschnitts mit großem Durchmesser 11Ab in Oberflächenkontakt, und dadurch wird auch der Durchmesser der Halteringe 14A allmählich ausgeweitet, statt plötzlich ausgeweitet zu werden. Bei dieser Konfiguration besteht nicht die Notwendigkeit, die Permanentmagnete und die Halteringe zu speziellen Formen zu bearbeiten, und es ist nur erforderlich, die Außenumfangsfläche des zweiten Abschnitts mit großem Durchmesser 11Ab zu bearbeiten. Daher ist es möglich, mit einer einfachen Konfiguration die Spannungskonzentration in den Halteringen 14A beim Presspassen sicher zu unterdrücken und gleichzeitig die elektrischen Eigenschaften zu bewahren. Da die Herstellung der Endplatten entfällt, ist es möglich, die Herstellungskosten der Endplatten zu eliminieren und den Arbeitsschritt des Schrumpfpassens der Endplatten an die Rotorwelle 11A und die vor diesem Schritt durchgeführten Arbeitsschritte auszulassen. Darüber hinaus entfällt bei Wegfall der Endplatten, wie in 7 dargestellt, auch das Aufstecken der Halteringe zum Halten der Endplatten an beiden Enden, wie in der ersten Ausführungsform und die Zahl der verwendeten Halteringe kann verringert werden.
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Der Durchmesser des Abschnitts benachbart zum zweiten Abschnitt mit großem Durchmesser 11Ab im Abschnitt der Außenumfangsfläche der Rotorwelle 11A, auf dem die Permanentmagnete 13 angeordnet sind, nimmt in der Axialrichtung der Rotorwelle 11A zum zweiten Abschnitt mit großem Durchmesser 11Ab hin, der den Ringführungsabschnitt bildet, allmählich ab. Daher lassen sich die pressgepassten Halteringe 14A leichter vom zweiten Abschnitt mit großem Durchmesser 11Ab zu den Permanentmagneten 13 verschieben.
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Die allmähliche Abnahmerate des Durchmessers (Kegelwinkel θ der konischen Fläche 11Aca) im Abschnitt benachbart zum Abschnitt mit großem Durchmesser 11Ab im Abschnitt der Außenumfangsfläche der Rotorwelle 11A, auf dem die Permanentmagnete 13 angeordnet sind, entspricht der allmählichen Abnahmerate des Durchmessers (Kegelwinkel θ der konischen Fläche 11Aba) der Außenumfangsfläche im zweiten Abschnitt mit großem Durchmesser 11Ab in der Axialrichtung der Rotorwelle 11A. Daher kommt die Innenumfangsfläche der pressgepassten Halteringe 14A sicherer mit der Außenumfangsfläche 13c der Permanentmagnete 13 in Oberflächenkontakt, und die Spannungskonzentration in den Halteringen 14A beim Presspassen kann sicherer unterdrückt werden.
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Im zweiten Abschnitt mit großem Durchmesser 11Ab entspricht die Höhe der Außenumfangsfläche auf der Endseite, die in der Axialrichtung benachbart zu den Permanentmagneten 13 ist, der Höhe der Außenumfangsfläche 13c der Permanentmagnete 13. Beim Presspassen der Halteringe 14A können die Halteringe 14A daher leicht von der Außenumfangsfläche des zweiten Abschnitts mit großem Durchmesser 11Ab zur Außenumfangsfläche 13c der Permanentmagnete 13 verschoben werden.
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Ausführungsform 3
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Als dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Haltering 14B beschrieben (siehe 11A), der als Haltering für die erste und zweite Ausführungsform verwendbar ist.
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Im Folgenden wird ein Verfahren zur Herstellung des Halterings 14B beschrieben. Zuerst wird eine Carbonfaser unter Verwendung eines Präzisionswickelverfahrens kontinuierlich unidirektional in der Umfangsrichtung gewickelt, bis eine Breite eines Rings eine vorbestimmte Ringbreite (spezifizierte axial Breite) erreicht. In diesem Fall liegt ein Startpunkt für das Wickeln der Carbonfaser auf einer Innerumfangsseite, und ein Endpunkt für das Wickeln der Carbonfaser liegt auf der Außenumfangsseite. Die wie oben beschrieben zu einer zylindrischen Form gewickelte Carbonfaser wird mit Kunstharz wie z.B. Epoxidharz imprägniert, wodurch der Haltering 14B erhalten wird. Mit anderen Worten, der Haltering 14B ist ein sogenanntes „durchgängig gewickeltes Produkt“ aus carbonfaserverstärktem Kunststoff (CFK).
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Ein Rotor für eine rotierende elektrische Permanentmagnetmaschine wird durch Presspassen des Halterings 14B an eine Rotorwelle gebildet, auf welcher Permanentmagnete angeordnet sind. Da der Rotor mit hoher Drehzahl rotiert (zum Beispiel 10.000 min-1 oder mehr), wirkt eine durch Luftkontakt erzeugte Ablösekraft auf die Außenumfangsfläche des Halterings 14B. Dieser Haltering 14B weist auf der Außenumfangsfläche nur einen Endpunkt der Carbonfaserwicklung auf. Daher gibt es nur einen Startpunkt für das Ablösen durch die von der Luft erzeugte Ablösekraft, und zwar den Endpunkt der Carbonfaserwicklung, und die Zahl der Startpunkte für die Ablösung kann minimiert werden. Dadurch kann die ursprüngliche Festigkeit der Carbonfaser im Haltering 14B ausreichend beibehalten werden. Der Haltering 14B, der das durchgängig gewickelte Produkt ist, ist daher ein Element mit hoher Zuverlässigkeit, das einer großen Presspasskraft standhalten kann.
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Ein herkömmlicher Haltering 101 wird nun als Vergleichsbeispiel Bezug nehmend auf 11B beschrieben. Im Folgenden wird ein Verfahren zur Herstellung des Halterings 101 beschrieben. Zuerst wird eine Carbonfaser durch das Präzisionswickelverfahren durchgängig gewickelt, und ein zylindrisches Element mit einer langen Abmessung in der Axialrichtung wird gebildet. Dann wird das zylindrische Element mit Kunstharz imprägniert, um ein Ringelement 100 aus carbonfaserverstärktem Kunststoff (CFK) zu erhalten. Zur Herstellung des CFK-Halterings 101 wird das Ringelement 100 in runde Scheiben mit einer vorbestimmten Ringbreite (spezifizierte axiale Breite) geschnitten. Der konventionelle Haltering 101 ist ein sogenanntes „geschnittenes Produkt“.
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Auf einer Stirnfläche (Schnittfläche) des CFK-Halterings 101 sind viele Schnitte der Carbonfaser vorhanden. Bei einer Ring-Berstprüfung, in welcher der Haltering 101 zerstört wurde, indem eine Innendruckbelastung von der Innendurchmesserseite zur Außendurchmesserseite des Halterings 101 angelegt wurde, wurde daher ein Modus beobachtet, in welchem die Carbonfaser sich auf der Stirnfläche (Schnittfläche) des Halterings 101 zuerst ablöste und die Ablösung von diesem Punkt an fortschritt, was zur Zerstörung führte. Mit anderen Worten, es wurde festgestellt, dass die Festigkeit der Carbonfaser nicht ausreichend war. Im Haltering 101, der wie oben beschrieben durch Aufteilen des Ringelements 100 in der Axialrichtung in mehrere Teile hergestellt wird, ist die Zahl der Punkte, an denen die Zerstörung des Halterings 101 starten kann, erhöht, und der Haltering 101 ist zur Verwendung in einem schnell rotierenden Körper ungeeignet.
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Die Ring-Berstprüfung, bei der die Halteringe zerstört wurden, indem eine Innendruckbelastung von der Innendurchmesserseite zur Außendurchmesserseite der Halteringe angelegt wurde, wurde durchgeführt, um den Zerstörungsmodus der Halteringe 101, die geschnittene Produkte sind, mit dem Zerstörungsmodus der Halteringe 14B, die durchgängig gewickelte Produkte sind, zu vergleichen. Drei von den fünf geschnittenen Produkten (Halteringe 101) wurden durch „Ablösung“ der Carbonfaser zerstört, während alle fünf durchgängig gewickelten Produkte (Halteringe 14B) durch „Bruch“ der Carbonfaser zerstört wurden. Die Zerstörungsfestigkeit (Mittelwert von fünf Produkten) der durchgängig gewickelten Produkte (Halteringe 14B) wurde den geschnittenen Produkten (Halteringe 101) gegenüber um 10 % erhöht.
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Ausführungsform 4
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Als nächstes wird ein Rotor 10B, der die Halteringe 14B der dritten Ausführungsform aufweist, als vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung Bezug nehmend auf 12A und 12B beschrieben.
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Der Rotor 10B ist ein Rotor, bei dem die Permanentmagnete 13 auf einer Umfangsfläche einer Rotorwelle 11B angeordnet sind und die Halteringe 14B an die Außenumfangsfläche der Permanentmagnete 13 pressgepasst sind. Es ist anzumerken, dass 12A einen Zustand vor dem Presspassen der Halteringe 14B darstellt und 12B einen Zustand nach dem Presspassen der Halteringe 14B darstellt.
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In dieser Ausführungsform dreht sich die Rotorwelle 11B in einer Richtung, die in den Zeichnungen durch α angegeben ist. Zudem ist die Carbonfaser in jedem der Halteringe 14B in einer Richtung gewickelt, die in den Zeichnungen durch β angegeben ist, wobei der Startpunkt der Wicklung auf der Innenumfangsseite liegt und der Endpunkt der Wicklung auf der Außenumfangseite liegt.
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Ein wesentlicher Punkt dieser Ausführungsform ist, dass die Halteringe 14B auf der Rotorwelle 11B derart vorgesehen sind, dass die Wickelrichtung β der Carbonfaser in den Halteringen 14B entgegengesetzt zur Drehrichtung α der Rotorwelle 11b ist.
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Wenn der mit den Halteringen 14B versehene Rotor 10B rotiert, wirkt auf die Außenumfangsfläche der Halteringe 14B eine Ablösekraft, die durch den Luftwiderstand erzeugt wird, der durch die hohe Windgeschwindigkeit von mehreren hundert m/s verursacht wird. Da die Drehrichtung α der Rotorwelle 11b und die Wickelrichtung β der Carbonfaser in den Halteringen 14B entgegengesetzt zueinander sind, ist es in diesem Fall weniger wahrscheinlich, dass der Endpunkt der Wicklung der Carbonfaser sich ablöst, auch wenn die durch den Luftwiderstand erzeugte Ablösekraft auf den Endpunkt wirkt.
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Im Folgenden werden modifizierte Beispiele der Ausführungsformen beschrieben.
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In der obigen ersten Ausführungsform erfolgte die Beschreibung anhand des Rotors 10 der rotierenden elektrischen Permanentmagnetmaschine, die Folgendes umfasst: die Vielzahl von Permanentmagneten 13, die in der Umfangsrichtung und der Axialrichtung benachbart zueinander auf dem Außenumfang der Rotorwelle 11 angeordnet sind; und die gepaarten Endplatten 12, die in der Axialrichtung der Rotorwelle 11 benachbart zu der Vielzahl von Permanentmagneten 13 angeordnet sind, und in welchen die konischen Flächen 12ca jeweils auf der Außenumfangsfläche 12c der gepaarten Endplatten 12 gebildet sind. Es kann jedoch auch ein Rotor für eine rotierende elektrische Permanentmagnetmaschine verwendet werden, die Folgendes umfasst: die Vielzahl von Permanentmagneten 13, die in der Umfangsrichtung und der Axialrichtung benachbart zueinander auf dem Außenumfang der Rotorwelle 11 angeordnet sind; und die gepaarten Endplatten 12, die in der Axialrichtung der Rotorwelle 11 benachbart zu der Vielzahl von Permanentmagneten 13 angeordnet sind, und in welchen die konische Fläche auf der Außenumfangsfläche 12c einer der Endplatten 12 gebildet ist. Auch ein derartiger Rotor für eine rotierende elektrische Permanentmagnetmaschine hat eine ähnliche Arbeitsweise und Wirkung wie der Rotor 10 der oben beschriebene Rotor für eine rotierende elektrische Permanentmagnetmaschine. Zudem sind die Permanentmagnete nicht auf die Vielzahl von Permanentmagneten 13 beschränkt, die in der Axialrichtung benachbart zueinander und in der Umfangsrichtung angeordnet sind, und jeder Permanentmagnet, der auf dem Außenumfang der Rotorwelle angeordnet ist, kann eine ähnliche Arbeitsweise und Wirkung haben.
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In der obigen zweiten Ausführungsform erfolgt die Beschreibung anhand des Rotors 10A der rotierenden elektrischen Permanentmagnetmaschine mit der Rotorwelle 11A, die den Magnetbefestigungsabschnitt 11Ac aufweist, der mit der konischen Fläche 11Aca versehen ist. Es kann jedoch auch ein Rotor mit einer Rotorwelle verwendet werden, deren Magnetbefestigungsabschnitt keine konische Fläche 11Aca aufweist.
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Bezugszeichenliste
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- 10, 10A, 10B
- Rotor einer rotierenden elektrischen Permanentmagnetmaschine
- 11
- Rotorwelle
- 11a
- Abschnitt mit großem Durchmesser
- 11b
- Abschnitt mit kleinem Durchmesser
- 11ba
- Magnetbefestigungsabschnitt
- 11A, 11B
- Rotorwelle
- 11Aa
- erster Abschnitt mit großem Durchmesser
- 11Aaa
- Flanschabschnitt
- 11Ab
- zweiter Abschnitt mit großem Durchmesser (Ringführungsabschnitt)
- 11Aba
- konische Fläche
- 11Ac
- Magnetbefestigungsabschnitt
- 11Aca
- konische Fläche
- 12
- Endplatten (Ringelement, Ringführungsabschnitt)
- 12a
- Endabschnitt
- 12b
- Endabschnitt
- 12c
- Außenumfangsfläche
- 12ca
- konische Fläche
- 13
- Permanentmagnet
- 13c
- Außenumfangsfläche
- 14, 14A, 14B
- Haltering (CFK-Ring)
- 15
- Klebstoff
- C1, C2
- Mittelachse (Drehachse)
- d1
- Dicke der Endplatte
- d2
- Dicke der Endplatte
- L
- Spalt
- X
- Presspassrichtung der Halteringe
- θ
- Kegelwinkel
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2005312250 [0004]
- JP 8265997 [0004]
