JP2005506029A - 電気機械、特に始動装置 - Google Patents

Abstract

電気機械、特に自動車に用いられる始動装置であって、ステータ（３６）とロータ（３９）とが設けられていて、該ロータ（３９）が、種々異なる軸区分を備えた中空の軸（６３）を有している形式のものが提案される。当該電気機械は、前記軸（６３）が、軸受け座部（８１）と、トルクを伝達するための軸区分輪郭（１０８）との間で、一体の単一部分から成る管体であることにより特徴付けられている。

Description

【技術分野】
【０００１】
背景技術
本発明は、請求項１の上位概念部に記載の形式の電気機械、特に始動装置に関する。国際公開第９５／２９５２９号パンフレットに基づき、スタータジェネレータの形の電気機械が公知である。この公知の電気機械は種々異なる軸区分を備えた中空の軸を有している。この中空の軸はそれぞれ別体の複数の部分から形成されている。すなわち、中空の軸は軸受け個所を備えた第１の部分を有しており、この第１の部分には、磁気的に有効となるロータ部分のための座部が一体成形されている。磁気的に有効となるロータ部分のための座部の内側には、支持管が配置されており、この支持管は中空の軸を補強している。さらに、この支持管の内側には２つのディスクが配置されており、両ディスクは支持管を補強するか、もしくは支持管の作用をアシストする。磁気的に有効となるロータ部分のための座部を備えた第１の軸部分は一方の端面側で別の軸部分によって閉鎖されていて、この別の軸部分によって軸受け内に支持されている。この別の軸部分には、ピニオンシャフト部分が挿入されており、このピニオンシャフト部分はスタータジェネレータの力伝達のために働く。この公知の構成で不都合となるのは、上記国際公開パンフレットに開示されている電気機械のロータの製作にかなりの手間がかかることである。
【０００２】
発明の利点
請求項１の特徴部に記載の特徴を有する本発明による電気機械は、中空の軸が一体の単一部分から成る管体として形成されていることに基づき、製作手間が著しく減じられるという利点を持っている。さらに、この軸の組付け過程は最小限に制限されている。この管体は、たとえばロータリスエージング（Rundkneten）によるか、または半径方向外側へ向かって規定の輪郭にまで拡開させることによって加工成形される。このためには、管体内部がたとえばハイドロリック的に圧力で負荷される。
【０００３】
請求項２以下に記載の手段により、請求項１に記載の電気機械の有利な改良が可能となる。
【０００４】
前記軸が、磁気的に有効となるロータ部分のための座部を有していると特に好都合である。なぜならば、これによって磁気的に有効となるロータ部分を備えた前記軸の、電気的に有効となる範囲を、所要の寸法にまで減少させることができるからである。これにより、磁気的に有効となるロータ部分の質量による負荷は減じられる。軸受けにおける摩擦および摩耗も減じられる。さらに、出力損失は小さくなり、寿命は高められる。ロータ部分の座部と、ロータ部分の内側区分とがそれぞれその周面に規則的な間隔を置いて反復する輪郭を有していると、両部分、つまりロータ部分の座部と、ロータ部分の内側区分とを互いに形状接続的に、つまり係合に基づいた嵌合により、互いに結合させることができる。これにより、磁気的に有効となるロータ部分と前記軸の座部との間のトルク伝達が最適化されている。これにより、磁気的に有効となるロータ部分と前記軸の座部との間のプレス力を減少させることができる。これにより、前記軸にロータ部分を装着する際に生じる力も減じられる。前記軸が製作時に撓められてしまう危険は著しく減じられている。
【０００５】
前記軸に設けられた磁気的に有効となるロータ部分のための座部が、片側にストッパを備えていると、製作時に磁気的に有効となるロータ部分の軸方向位置を正確に規定することができる。
【０００６】
前記軸が、磁気的に有効となるロータ部分のための座部の第１の側に、前記軸を支承するための軸受け座部を備えていて、第２の側で前記軸がピニオンによって支承されていると、前記軸の支承部のための廉価な構成が得られる。前で説明した変化形に対して択一的な、同じく廉価な手段は、磁気的に有効となるロータ部分のための座部の第１の側にも第２の側にも、軸受け座部が設けられていることにより与えられている。
【０００７】
第１の軸受け座部も第２の軸受け座部もそれぞれモータハウジング部分に支承されていると、電気機械のモータが自己支承（eigengelagert）されて形成され得る。このことには、モータが既に完全に前製作されて、機能安全性に関して事前に検査され得るようになるという利点がある。
【０００８】
前記軸が、少なくとも１つの軸受けエレメントのための軸方向の接触面を備えていると、前記軸を軸方向で規定して配置するための廉価な手段が得られる。
【０００９】
前記軸が、ロータ巻き線と電気的に接続された整流子もしくはコンミテータのための座部を有していて、この座部がそれぞれその周面に規則的な間隔を置いて反復する輪郭を有していることにより、コンミテータのこのような構成では、コンミテータを前記軸に形状接続的に、つまり係合に基づいた嵌合により、固定することができる。コンミテータのための、規則的な間隔を置いて反復する輪郭も、磁気的に有効となるロータ部分のための、規則的な間隔を置いて反復する輪郭も、互いに的確に整合するように位置調整されると、コンミテータの周面に分配された薄片を電気的に最適に有効にロータ部分に合わせて位置調整することができる。
【００１０】
隣接し合う軸区分の互いに異なる大きさの外径の間の移行部が円錐状の移行部により形成されると、剛性的でかつ軽度の移行部が達成される。隣接し合う軸区分の互いに異なる大きさの外径の間の移行部がディスク状の移行部により形成されると、特に短い移行部が達成される。要求に応じて、１つの軸に両移行形態が実現されていてもよい。
【００１１】
モータのトルクを伝達すべき軸区分が、所定の輪郭を有するように形成されると、トルク伝達のための特に好都合な形状が与えられている。
【００１２】
以下に、本発明による電気機械もしくは該電気機械に所属の中空の軸の実施例を図面につき詳しく説明する。
【００１３】
実施例の説明
図１には、本発明による電気機械２０が概略的に図示されている。２つの部分、つまりドライブエンドベアリングハウジング（Antriebslagergehaeuse）２３とポールハウジングもしくはフィールドフレーム（Polgehaeuse）２４とから成るハウジングの内部には、電気的なモータ２７が配置されている。この電気的なモータ２７には遊星歯車伝動装置３０が後置されている。この遊星歯車伝動装置３０を介して、この遊星歯車伝動装置３０に後置された出力軸３３が駆動される。
【００１４】
図２には、電気的なモータ２７の縦断面図が示されている。フィールドフレーム２４の内部には、ステータ３６とロータ３９とが配置されている。ステータ３６は、フィールドフレーム２４の内周面に配置された個々の永久磁石４２から成っている。ステータ３６の内側には、ロータ３９の、磁気的に有効となるロータ部分４５が配置されている。磁気的に有効となるロータ部分４５はこの場合、積層鉄心４８から成っている。積層鉄心４８の外周面は複数の溝を有している。これらの溝内には、電気的な導体５１が嵌め込まれており、これらの電気的な導体５１はコンミテータ５４を介して通電可能である。コンミテータ５４の外周面は軸方向に配置された複数の薄片５７を支持している。これらの薄片５７は一方では電気的な導体５１に接続されており、他方ではブラシ装置６０を介してアースにも、スタータバッテリの正極にも、少なくとも間接的に接続可能となる。磁気的に有効となるロータ部分４５も、コンミテータ５４も、中空の軸６３に固く装着されている。この中空の軸６３は第１の側６６で軸受け部分６９によってフィールドフレーム２４内に支承されている。中空の軸６３は第２の側７２では別の軸受け部分７５によってハウジングフランジ７８内に支承されている。このハウジングフランジ７８はフィールドフレーム２４内に固着するように支承されている。
【００１５】
軸６３は一貫して中空に形成されていて、単一部分から成る一体の管体であり、しかもその長さにわたって種々異なる軸区分を有している。図２に示した中空の軸６３の第１の変化形の軸区分は、第１の側６６から出発して次のような軸区分を有している：
第１の区分はベアリングシート、つまり軸受け座部８１である。この軸受け座部８１は軸受け部分６９を介して中空の軸６３を支持している。第１の区分に続いて、アンダカット状の移行部８４が設けられている。この移行部８４は、軸受け座部８１を加工するために必要となる研削砥石車が自由に進出し得るようにするために役立つ。さらに、この移行部８４は、ノッチ作用を減少させるためにも働く。
【００１６】
アンダカット状の移行部８４にはディスク状の移行部８７が続いている。このディスク状の移行部８７は同時に、軸受け部分６９のための軸方向の接触面８８としても働く。ディスク状の移行部８７は半径方向外側の終端部にストッパ９０を有している。このストッパ９０は、磁気的に有効となるロータ部分４５の軸方向位置を第１の側６６に向かって制限するために働く。このストッパ９０には、磁気的に有効となるロータ部分４５のための座部９３が続いている。この座部９３には、半径方向内側へ向かって延びる円錐状の移行部９６が続いており、この円錐状の移行部９６はコンミテータ５４のための座部９９へ通じている。コンミテータ５４のための座部９９には、軸受け座部１０２が続いており、この軸受け座部１０２を取り囲むように軸受け部分７５が配置されている。中空の軸６３は既に述べたように、この軸受け座部１０２を介してハウジングフランジ７８に支持される。軸受け座部１０２には別の円錐状の移行部１０５が続いている。この円錐状の移行部１０５は軸区分輪郭１０８に通じている。この軸区分輪郭１０８は、トルク伝達部分１１１の輪郭へのトルクの伝達を行うために働く。トルク伝達部分１１１はこの場合、ピニオンであり、このピニオンは既に説明した遊星歯車伝動装置３０の太陽歯車として働く。
【００１７】
図２に示した実施例では、モータ２７が自己支承されて（eigengelagert）形成されている。このことは、ロータ３９が２つの軸受け座部８１，１０２を介してフィールドフレーム２４内もしくはハウジングフランジ７８のようなハウジング部分の内部で完全に支承されていることを意味する。ロータ３９のための別の軸受け個所は必要とならない。ハウジングフランジ７８はモータハウジング７９の一部であり、このモータハウジング７９はハウジングフランジ７８とフィールドフレーム２４とから成っている。円錐状の移行部９６により、隣接し合う軸区分の互いに異なる大きさの外径が段付けされ、たとえばロータ部分４５のための座部９３の外径が、コンミテータ５４の座部９９に対して段付けされる。同じく、ディスク状の移行部８７によっても、隣接し合う軸区分の互いに異なる大きさの外径が段付けされる。
【００１８】
図３Ａには、別の実施例による中空の軸６３が単独部分として図示されている。図２に示した実施例とは異なり、この中空の軸６３は別の２つの特徴を有している。磁気的に有効となるロータ部分４５のための座部９３はこの場合、プロファイリング（異形成形）されて形成されており、そしてこの座部９３の周面に沿って規則的な間隔を置いて反復する輪郭１１４を有している（図４も参照）。この輪郭１１４は原理的にはスプラインプロファイル（Vielzahnprofil）を有しており、この場合、択一的には波状に反復する輪郭も適している。図示の実施例では、座部９３に合計１４個の個別輪郭もしくは歯もしくは波状体が設けられている。ロータ部分４５の内側区分１１５は対応する個別輪郭を有している（図３Ｂ）。また、コンミテータ５４のための座部９９も、図３Ａならびに図４から判るように、規則的に間隔を置いて配置された、反復する種々の個々の輪郭を有している。これらの輪郭は内側区分１１６の輪郭に対応している（図３Ｃ）。座部９３が１４個の繋がり合った輪郭を有しているのに対して、座部９９はその半分、つまり７個の輪郭しか有していない。このことは、ロータ部分４５の個々の溝に対してコンミテータ５４の個々の薄片を対応させることを可能にする。これにより、コンミテータ５４とロータ部分４５との間の位置ずれはできるだけ小さく保持される。また、軸区分輪郭１０８も規則的に反復する個々の輪郭を有しているので、規則的なスプラインが得られる。軸区分輪郭１０８のこのようなスプラインは、トルク伝達部分１１１を被せ嵌めるために使用され得るか、またはそれ自体トルク伝達部分、たとえばピニオンとして使用され得るようになっている。
【００１９】
図５には、さらに別の変化実施例による中空の軸６３の横断面図が示されている。図２に示した実施例に対する大きな相違点は、コンミテータ５４のための座部９９に、円錐状の移行部は別として、まず軸区分輪郭１０８が続いており、そしてその後にはじめて軸受け座部１０２が続いている。こうして、たしかに自己支承されたモータ２７を得ることは不可能となるが、この変化実施例では軸受け座部１０２が遊星歯車伝動装置３０内に、しかもリングギヤキャリヤ（図示しない）内に支承される。
【００２０】
図６には、中空の軸６３のさらに別の変化実施例が示されている。この場合、第１の側６６と第２の側７２とが置き換えられている。この実施例では、中空の軸６３が軸受け座部８１を介してフィールドフレーム２４内に支承されており、これに続いてコンミテータ５４のための座部９９と、ロータ部分４５のための座部９３とが設けられており、この座部９３にはストッパ９０が続いている。最後に中空の軸６３の第２の側７２に軸区分輪郭１０８が配置されている。この軸区分輪郭１０８には、前の実施例の場合と同様にトルク伝達部分１１１が被せ嵌められる。図７には、図６に示した実施例の変化形が部分的に図示されている。この場合、ディスク状の移行部８７と軸区分輪郭１０８との間に軸受け座部１０２が配置されているので、図７もしくは図６に示した実施例を用いると、自己支承されたモータ２７が達成される。図７に示した実施例に対して択一的に、図８に示した実施例におけるように、軸受け座部１０２と軸区分輪郭１０８とが置き換えられていてもよい。
【００２１】
図９に示した実施例では、図５に示した実施例から出発して、軸受け座部１０２が不要にされているので、中空の軸６３は軸区分輪郭１０８もしくはトルク伝達部分１１１によって第２の側７２で遊星歯車伝動装置３０に支承されている。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明による電気機械の概略図である。
【００２３】
【図２】本発明による電気機械のモータを示す断面図である。
【００２４】
【図３Ａ】中空の軸の第１実施例を示す斜視図である。
【００２５】
【図３Ｂ】ロータ部分の内側区分を示す断面図である。
【００２６】
【図３Ｃ】コンミテータの内側区分を示す断面図である。
【００２７】
【図４】中空の軸の第２実施例を示す概略図である。
【００２８】
【図５】中空の軸の第２実施例を示す縦断面図である。
【００２９】
【図６】中空の軸の第３実施例を示す縦断面図である。
【００３０】
【図７】中空の軸の第４実施例を示す縦断面図である。
【００３１】
【図８】中空の軸の第５実施例を示す縦断面図である。
【００３２】
【図９】中空の軸の第６実施例を示す縦断面図である。

Claims (12)

1. 電気機械、特に自動車に用いられる始動装置であって、ステータ（３６）とロータ（３９）とが設けられていて、該ロータ（３９）が、種々異なる軸区分を備えた中空の軸（６３）を有している形式のものにおいて、前記軸（６３）が、軸受け座部（８１）と、トルクを伝達するための軸区分輪郭（１０８）との間で、一体の単一部分から成る管体であることを特徴とする電気機械。
2. 前記軸（６３）が、磁気的に有効となるロータ部分（４５）のための座部（９３）を有している、請求項１記載の電気機械。
3. 前記座部（９３）と、前記ロータ部分（４５）の内側区分（１１５）とが、それぞれその周面に規則的な間隔を置いて反復する輪郭を有していて、これにより形状接続的に互いに結合されている、請求項２記載の電気機械。
4. 磁気的に有効となるロータ部分（４５）のための座部（９３）が、一方の側にストッパ（９０）を有している、請求項２または３記載の電気機械。
5. 前記軸（６３）が、前記座部（９３）の第１の側に、前記軸（６３）を支承するための軸受け座部（８１）を有しており、第２の側（７２）で前記軸（６３）がトルク伝達部分（１１１）によって支承されている、請求項１から４までのいずれか１項記載の電気機械。
6. 磁気的に有効となるロータ部分（４５）のための座部（９３）の第１の側（６６）に第１の軸受け座部（８１）が配置されており、第２の側（７２）に第２の軸受け座部（１０２）が配置されている、請求項１から４までのいずれか１項記載の電気機械。
7. 前記軸（６３）が両軸受け座部（８１，１０２）によってモータハウジング（７９）内に自己支承されている、請求項６記載の電気機械。
8. 前記軸（６３）が、少なくとも１つの軸受け部分（６９）のための軸方向の接触面（８８）を有している、請求項１から７までのいずれか１項記載の電気機械。
9. 前記軸（６３）が、ロータ巻き線に電気的に接続されたコンミテータ（５４）のための座部（９９）を有しており、コンミテータ（５４）のための該座部（９９）と、コンミテータ（５４）の内側区分（１１６）とが、それぞれその周面に規則的な間隔を置いて反復する輪郭を有していて、これにより形状接続的に互いに結合されている、請求項１から８までのいずれか１項記載の電気機械。
10. 隣接し合う軸区分の互いに異なる大きさの外径が、円錐状の移行部（９６）によって段付けされている、請求項１から９までのいずれか１項記載の電気機械。
11. 隣接し合う軸区分の互いに異なる大きさの外径が、ディスク状の移行部（８７）によって段付けされている、請求項１から１０までのいずれか１項記載の電気機械。
12. １つの軸区分が、トルク伝達部分（１１１）の輪郭にトルクを伝達するために働く軸区分輪郭（１０８）を有している、請求項１から１１までのいずれか１項記載の電気機械。