JP2006519581A - 永久磁石を備えた電気機械 - Google Patents

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    • H02K1/2733Annular magnets

Abstract

本発明は、ロータ(1)とステータとを備えた電気機械であって、永久磁石(3)が、ロータ(1)に配置されている形式のものに関する。本発明によれば、永久磁石(3)が、主として、軸方向のかつ/または半径方向の当付け面(9,14)を備えた中空シリンダとして形成されていて、軸方向のかつ/または半径方向の当付け面(9,14)で保持エレメント(4,5)によってロータ(1)に固定されており、永久磁石(3)が、保持エレメント(4,5)によってロータ(1)の軸方向(X−X)でかつ/または半径方向で弾性的に支承されている。

Description

背景技術
電気機械は、公知先行技術に基づき公知である。この場合、たとえば永久的に励磁される直流モータが公知である。この直流モータは電子的にまたは機械的に整流可能である。この場合、2つの構成、つまり、永久磁石がステータに配置されている一方の構成と、永久磁石がロータに取り付けられている他方の構成とが区別され得る。永久磁石と、別の構成部材に配置されたコイルとの間の整流された磁界によって、ロータシャフトにトルクが加えられる。
永久環状磁石をロータシャフトのロータボディに固定するためには、たとえばヨーロッパ特許出願公開第0872945号明細書に基づき、接着結合を使用することが公知である。磁石、接着剤およびロータボディの種々異なる材料の種々異なる熱膨張と、製造誤差と、接着剤の使用時に必要となる、磁石とロータシャフト/ロータボディとの間の間隔とに基づき、一方では、結合面に個々の材料(磁石、接着剤、シャフト)の大きな材料応力が生ぜしめられる。しかし、他方では、電気機械の運転中に大きな温度差が生ぜしめられ得る。これによって、材料の種々異なる膨張係数に基づき、亀裂ないし最悪材料破損が生ぜしめられ、これによって、磁石からロータシャフトへのトルクの伝達がもはや不可能となる。さらに、接着剤の機械的な特性が温度の増加につれてより悪くなる。接着剤は目下複合体における臨界的な成分を成している。
発明の利点
請求項1の特徴を備えた本発明による電気機械は従来のものに比べて、永久磁石をロータに遊びなしにロータシャフトに対して同心的に保持することができるという利点を有している。このことは、本発明による保持エレメントによって可能となる。この保持エレメントは、永久磁石の、ロータの軸方向にかつ/または半径方向に位置する当付け面を弾性的に支承している。したがって、亀裂または材料破損が生ぜしめられることなしに、温度により生ぜしめられる種々異なる材料の長さ変化を、永久磁石を保持エレメントに弾性的に支承することによって補償することができる。両端部に位置する2つの保持エレメントの間への永久磁石の挟込みのさらなる利点は、トルク伝達のために永久磁石の両端部が使用され、これによって、トルク伝達が永久磁石から保持エレメントを介してロータシャフトに行われることにある。さらに、永久磁石の本発明による両側での弾性的な支承によって、場合により生ぜしめられる製作誤差を補償することもできる。これによって、特に永久磁石の軸方向のかつ半径方向の当付け面の、手間のかかる高価な精密加工を省略することができる。
従属請求項には、本発明の有利な構成が示してある。有利には、保持エレメントが、一体に形成されたそれぞれ1つのばね弾性的な領域を有している。この場合、特に有利には、このばね弾性的な領域が、永久磁石の軸方向の当付け面を支承するために、保持エレメントの半径方向で外側の周面に配置されている。この場合、保持エレメントは、たとえば皿ばねのように形成されていてもよし、それぞれ別個のばねエレメントを形成するために、たとえば半径方向に延びるスリットが設けられていることが可能であってもよい。
永久磁石の軸方向の弾性的な支承に対して付加的にさらにロータシャフトに対する永久磁石の半径方向のセンタリングを可能にするためには、永久磁石の当付け面が、有利には先細りにされて形成されている。ロータの半径方向での弾性的な支承の別の可能性は、ロータと永久磁石の内周面との間に配置されたばねエレメントの使用によって実現することができる。この場合、このばねエレメントは永久磁石の半径方向の当付け面に接触している。たとえば、ばねエレメントは、複数回スリット付けされたセンタリングスリーブによって実現することができる。
さらに有利には、保持エレメントの、組み付けられた状態で永久磁石に接触する軸方向の当付け面が、予め規定された曲率半径Rを有しており、これによって、可能な限りほぼ線接触しか保持エレメントと永久磁石との間に付与されない。
有利には、永久磁石の当付け面と保持エレメントとの間に付加的な摩擦エレメント、たとえばフェルト材料またはこれに類するものが配置されている。これによって、両構成部材の間の摩擦を高めることができ、これによって、より大きなトルクを伝達することができる。さらに、磁石とばね弾性的なエレメントとの間に、閉じられたディスクを位置決めすることが有利であると分かった。このディスクは、ばね弾性的なエレメントの拡張に基づく引張り応力が磁石に伝達され、この磁石を破壊することを阻止する。さらに有利には、ディスクが、摩擦を高めるコーティング層を有していてよい。
電気機械の特に長い耐用年数を保証するためには、保持エレメントもしくは永久磁石に耐摩耗性のかつ/または摩擦を高めるコーティング層が設けられている。本発明による保持エレメントは、特に廉価にばね鋼の使用によって提供することができる。保持エレメントは、たとえばレーザ溶接、収縮嵌め、つばにおける押込み加工等によってロータシャフトに結合することができる。このためには、保持エレメントが、有利にはスリーブ状にばね弾性的な領域を備えて形成されている。この場合、このばね弾性的な領域は保持エレメントと一体に形成されていてよく、これによって、ばね弾性的な領域が軸方向でのばね力の提供のために設けられているだけでなく、ばね弾性的な領域が半径方向でのばね力の提供のためにも設けられている。
さらに有利には、永久磁石が焼結によって製作されていて、中空シリンダの構造を有している。これによって、永久磁石を極めて廉価に提供することができる。焼結された永久磁石は極めて良好に大きな押圧力を吸収することができるものの、僅かな引張り力しか吸収することができないので、焼結された永久磁石は、特に本発明による両保持エレメントの間への挟込みのために適している。
本発明による電気機械は、有利には、閉じられた多極環状磁石を備えたECモータで使用され、これによって、特に公知先行技術によるロータへの磁石の不利な接着がもはや実施される必要がない。さらに有利には、保持エレメントをロータシャフトに組み付けるために、互いに逆方向に向けられた中空ポンチを使用することができる。この場合、有利には、予め規定されたプリロードを保持エレメントを介して磁石に保持エレメントの位置決めによって生ぜしめるために、中空ポンチに適宜なゲージが形成されていてよい。プリロードは、たとえば保持エレメントのばね弾性的な領域の曲げの度合いにつき規定することができる。
別の構成では、永久磁石リングが、保持エレメントのセンタリングエレメントの半径方向の圧着力によってしか支承されない。この場合、有利には、軸方向のばねエレメントを省略することができる。センタリングエレメントが、極めて緩やかに延びるほぼ線形のばね特性線を有している場合には、永久磁石リングにおける半径方向力と同時に、熱膨張または製造誤差を補償するためのより大きなばねストロークもほぼコンスタントに保たれる。このことは、永久磁石を破壊に対して防護している。なぜならば、この永久磁石が半径方向の力作用に対して特に敏感であるからである。したがって、センタリングエレメントの構成を、適宜な使用事例に対して生ぜしめられるばねストロークに適合させることができる。
緩やかな特性線を備えた特に大きな線形のばね領域を、半径方向にずらされたループを備えたコイルばねによって得ることができる。なぜならば、このコイルばねの全外径を、生ぜしめられる内径よりも最大2倍大きく形成することができるからである。これによって、半径方向の大きな領域にわたって、均一な半径方向力を環状磁石に加えることができる。
半径方向の延長部をセンタリングエレメントに形成することによって、永久環状磁石を組付け時に容易に組み付けることができ、次いで、軸方向のばねエレメントによる圧着によってセンタリングエレメントを補強することができる。これによって、環状磁石の半径方向の振動が減少させられる。
保持エレメントの構成は極めて可変であり、その都度の運転状況に適合させることができる。したがって、保持エレメントは、たとえば別個の2つの構成部分から形成されていてよい。両構成部分は環状磁石を直接軸方向でかつ/または半径方向で弾性的に支承している。しかし、別の構成では、保持エレメントがロータボディの一体の構成部材であってもよい。この構成部材は、たとえば磁気的な帰路エレメントとしても形成可能である。このような帰路エレメントによって、半径方向での環状磁石の磁化も可能となる。これに対して、周壁面・平面の内部での磁化時には帰路エレメントが必要となる。保持エレメントは、複数の部分から成る構成部材として形成されていてもよく、これによって、保持エレメントのベースボディが、半径方向のかつ/または軸方向の別の弾性的なエレメントを有しているかまたは弾性的なエレメントをベースボディまたはロータシャフトに固定するための手段を有している。別個の保持エレメントだけでなく、ロータボディ内に組み込まれた保持エレメントも簡単に公知の結合技術、たとえば位置固定リング、レーザ溶接またはプレス嵌めによってロータシャフトに固定することができる。
専ら弾性的なエレメントを介した永久磁石リングの本発明により保持は、トルク伝達の摩擦クラッチを実現するために適している。これによって、たとえばセンサ信号を直接作業磁石から検出する場合に、過度に大きなトルクの発生時に出力側の伝動装置部材が破壊されることを阻止することができる。トルク限界値は、軸方向のもしくは半径方向のばねエレメントの構成と、このばねエレメントと永久環状磁石との間の摩擦面の構成とによって調整することができる。
実施例の説明
以下に、本発明の有利な実施例を図面につき詳しく説明する。この場合、同じ部材には、それぞれ同じ符号が付してある。
以下に、図1および図2につき本発明の第1の実施例による電気機械を説明する。図1には、ロータ1が示してある。このロータ1はロータシャフト2と永久磁石3とを有している。この永久磁石3は2つの保持エレメント4,5によってロータシャフト2に固定されている。永久磁石3は、焼結された材料から製作されていて、ほぼ中空円筒形状を有している。この場合、永久磁石3は、軸方向X−Xに位置する端部に、軸線X−Xに対して垂直な当付け面9を有している。
保持エレメント4,5は同一に形成されていて、それぞれ1つのばね弾性的な領域6と保持領域7とを有している。この保持領域7はほぼ環状に形成されていて、たとえばプレス嵌めによってロータシャフト2に固定される。保持エレメント4,5は、たとえばばね鋼から製作されている。保持エレメント4,5の弾性的な区分は多数のばねエレメント6から成っている。これらのばねエレメント6はそれぞれスリット10によって互いに分離されている(図2参照)。さらに、比較的大きなばね力を軸方向X−Xに提供するために、各ばねエレメントに溝8が形成されている。念のために付言しておくと、スリットは必ずしも必要ではない。スリットは、スリット付けされていないばねエレメントに比べて剛性の減少を生ぜしめる。
この場合、図1から明らかであるように、永久磁石3は両保持エレメント4,5の間に挟み込まれており、これによって、トルクをシャフト2に伝達するために、永久磁石と各保持エレメント4,5との間に摩擦接続が形成される。保持エレメント4,5は永久磁石3の両側に配置されているので、場合により生ぜしめられる、熱作用に基づく長さ変化補償が均一に両保持エレメント4,5に分配される。別の利点は、永久磁石3の手間のかかる後加工が不要となることにある。なぜならば、場合により生ぜしめられる誤差を保持エレメント4,5の弾性によって補償することができるからである。したがって、永久磁石3を特に廉価にかつ短い製作時間で製作することができる。
この場合、永久磁石3もしくは保持エレメント4,5の軸方向の当付け面9は可能な限り高い摩擦係数を有していることが望ましく、これによって、摩擦対偶に加えられる軸方向の力を可能な限り小さく選択することができる。永久磁石3は軸方向で弾性的に支承されている。
以下に、図3につき本発明の第2の実施例によるロータを説明する。図3に示したように、第2の実施例による保持エレメント4,5は、第1の実施例のように一体ではなく、個々の2つの部分から形成されている。より正確には、皿ばね11が保持エレメント4,5の保持領域7に設けられており、これによって、永久磁石3が相互間に保持される。この場合、この永久磁石3の軸方向の当付け面9はやはり軸方向軸線X−Xに対して垂直に形成されている。この場合、第2の実施例の保持エレメント4,5は特に廉価に提供可能である。なぜならば、有利には磁化しない皿ばね11が標準構成部材として追加購入されればよく、保持エレメントに設けられた環状の溝13内に固定可能であるからである。保持領域7の外周壁面によって、永久磁石3の半径方向のセンタリングが行われる。その他の点では、この実施例は第1の実施例に相当しており、これによって、そこに付与した説明を参照することができる。
以下に、図4aおよび図4bにつき本発明の第3の実施例によるロータ1を説明する。この場合、図4bには、図4aの部分拡大図が示してある。第3の実施例は第1の実施例にほぼ相当している。この場合、軸方向のばねエレメント11がばね領域6によって再び保持エレメント4,5と一体に形成されている。この場合、永久磁石3に対する保持エレメント4,5の当付け面は所定の曲率半径Rを備えて形成されており、これによって、保持エレメント4,5のばね弾性的な領域6と、永久磁石の鉛直な軸方向の当付け面9との間にほぼ線形のそれぞれ1つの接触領域が形成される。これによって、特に両構成部材の間のヘルツ応力もしくは接触応力が減少させられる。さらに、第3の実施例によれば、センタリングリング12が保持エレメント4,5の別個の構成部材として設けられている。センタリングリング12は、保持エレメント4,5の保持領域7に設けられた切欠き13内に配置されている。センタリングリング12は弾性的な材料、たとえばゴムまたは弾性的なプラスチックまたは弾性的な金属から製作されていて、永久磁石3を軸線X−Xに対して相対的にセンタリングするために働く。この場合、センタリングリング12は、永久磁石3の内周面に形成された半径方向の当付け面14に位置している。その他の点では、この実施例は、前述した実施例に相当しており、これによって、そこに付与した説明を参照することができる。
以下に、図5aおよび図5bにつき本発明の第4の実施例によるロータを説明する。この場合、図5bには、図5aの拡大した部分が示してある。第4の実施例のロータ1は第1の実施例のロータにほぼ相当している。この場合、この第1の実施例のロータと異なり、軸方向の押圧力を減少させるために、ばね弾性的な領域6だけでなく、永久磁石3の当付け面9にも所定の曲率半径Rが形成されている。これによって、ヘルツ応力の減少が行われる。曲率半径Rは、保持エレメント4,5に作用する機械的な応力ピークを減少させる。有利には、両曲率半径は同じ大きさにかつ同じ方向に位置して形成されており、これによって、保持エレメント4,5のばね弾性的な領域6を介して、さらに、軸線X−Xに対する永久磁石3のセンタリングが行われる。
永久磁石3の当付け面9と保持エレメント4,5の当付け面との先細りにされた構成によって、永久磁石を軸方向だけでなく半径方向でも位置決めしかつセンタリングすることが可能となる。したがって、軸方向軸線X−Xに対して傾けられた当付け面によって、永久磁石のセンタリングに関する二重機能が可能となる。しかし、念のために付言しておくと、ヘルツ応力を減少させるために、曲率半径が異なる大きさで選択されてもよい。これによって、接触面における摩耗の減少が達成され、磁石の破損危険が減少させられ、圧力ピークもしくは材料疲労が減少させられる。この場合、特に有利には、永久磁石3の当付け面9における曲率半径が、ばね弾性的な領域の曲率半径Rよりも大きく選択される。さらに、念のために付言しておくと、永久磁石とばね弾性的な領域6との間の当付け面が、たとえば円錐部としてまたはその他には先細りされて形成されていてもよい。
以下に、図6につき本発明の第5の実施例によるロータを説明する。第5の実施例は第2の実施例に類似している。保持エレメント4,5は、軸方向のセンタリングのために皿ばね11を有している。この皿ばね11は永久磁石3の鉛直な当付け面9に作用する。永久磁石3の半径方向のセンタリングのためには、保持領域7と一体に形成されたばねブシュ15がセンタリングエレメント12として形成されている。ばねブシュ15は、永久磁石3の半径方向の内面に形成された半径方向の当付け面14に接触する。ばねブシュ15は、たとえば複数回スリット付けされていてもよく、これによって、個々の多数のばねエレメントが永久磁石3のセンタリングのために設けられている。したがって、軸方向および半径方向での同時の弾性的な支承を簡単に提供することができる。
図7には、本発明の第6の実施例によるロータが示してある。図6のロータに類似して、この実施例によるロータ1は、軸方向および半径方向での永久磁石3のセンタリングの二重機能を示している。軸方向でのセンタリングのためには、軸方向のばねエレメント11が設けられている。このばねエレメント11は、保持エレメント5の保持領域7に設けられた全周にわたって延びる溝13内に配置されている。さらに、皿ばね11と永久磁石3の当付け面9との間には、別個の中間エレメント16が保持エレメント4のセンタリングエレメント12として配置されている。中間エレメント16は、打ち抜かれかつ曲げ返された複数のばね領域17を有している。これらのばね領域17は永久磁石3の半径方向の当付け面14に接触する。ばねエレメント17は、永久磁石3の半径方向のセンタリングのために働く。中間エレメント16は、有利にはばね鋼から製作されていて、プレス嵌めによってロータシャフト2に結合されている。したがって、図7に示したロータ1も同じく、軸方向および半径方向での永久磁石3の同時のセンタリングを提供している。
図8a〜図8fには、本発明の第7の実施例によるロータ1が示してある。この場合、図8c〜図8fには、図8aおよび図8bに示した構成の変化形が示してある。図8aから明らかであるように、第7の実施例によるロータ1はロータシャフト2を有している。このロータシャフト2には環状にロータボディ25としてロータ薄板積層体18が配置されている。このロータ薄板積層体18は、永久磁石3の磁気的な帰路のために働く。この永久磁石3は中空シリンダとして形成されていて、半径方向でロータ薄板積層体18の外側に配置されている。永久磁石3は、軸方向に位置する平面に配置された弾性的な2つの保持エレメント4,5によって、軸方向X−Xだけでなく半径方向でもばね弾性的に支承されている。択一的には、弾性的な保持エレメント4,5を、ロータボディ25を含む全保持部材(4,5)の構成部分(軸方向のばねエレメント11、センタリングエレメント12)として説明することもできる。
保持エレメント4,5はばね金属薄板から製作されていて、環状に全周にわたって延びる保持エレメントまたは別個の複数の保持エレメントとして形成されていてよい。図8aおよび図8bに示した構成では、ロータ薄板積層体18の軸方向の両端側にそれぞれ1つの切欠き19が形成されている。この場合、保持エレメント5は永久磁石3に領域Aで固く結合されていて、ロータ薄板積層体18に領域Bで固く結合されている。保持エレメント5と永久磁石3もしくはロータ薄板積層体18との間の結合のためには、種々異なる方法、たとえば接着、摩擦溶接、コンタクト溶接、レーザ溶接等が使用されてよい。
特に図8bから明らかであるように、保持エレメント5は、断面図で見てU字形のばね領域20を有しているように形成されている。このばね領域20は、主として、切欠き19内に配置されている。この場合、永久磁石3はばね領域20の外面に緩く載置している。同じ形式でばね領域20はロータ薄板積層体に緩く載置している。これによって、保持エレメント5は、ロータシャフト2の軸方向X−Xだけでなく半径方向でのばね弾性的な支承を可能にすることができる。
図8cに示した変化形では、保持エレメント5が付加的にさらに領域Cでアーマチュアシャフト2に直接結合されている。これによって、付加的にさらにロータ薄板積層体18がロータシャフト2に対して位置固定される。
図8dに示した変化形では、保持エレメント5がU字形のばね領域20からしか成っていない。この場合、保持エレメント5は領域D;Eで永久磁石3もしくはロータ薄板積層体18に結合されている。この変化形は、温度要求およびモーメント伝達に関して、より僅かな要求しか存在しない場合に特に廉価であると共に有利である。
図8eに示した変化形では、保持エレメント5がロータ薄板積層体18に点Eで位置固定されている。この場合、ロータ薄板積層体18には、さらに、突出部21が設けられている。この突出部21は形状接続的な結合部を提供している。この場合、ロータ薄板積層体18からの保持エレメント5の解離に対する位置固定を有するために、突出部21が部分的に保持エレメント5を越えて張り出していることが提案されていてもよい。
図8fに示した変化形では、保持エレメント5が永久磁石3に結合領域Aを介して固く結合されている。ロータ薄板積層体18は領域Bを介して保持エレメント5に固く結合されている。この場合、図8fに示した変化形は、図8bに示した構成に極めて類似しているものの、図8fの変化形は、断面図で見てU字形のばね領域20が永久磁石3もしくはロータ薄板積層体18に接触していない点で違いを有している。これによって、組付けに関する付加的な自由度が得られ、場合により個々の構成部材の製作時に生ぜしめられる寸法誤差を簡単に補償することができる。特にこの実施例では、永久磁石3の内周面の手間のかかる後加工を省略することができる。なぜならば、ロータの全同心度に対する内径の誤差の影響がないからである。
図9には、ロータシャフト2に相対回動不能に支承されたロータボディ25を備えたロータ1が示してある。ロータボディ25の膨張係数は永久磁石3の膨張係数と異なっている。永久磁石リング3の内径とロータボディ25の外径とは、ロータ1の不利な誤差・運転温度範囲におけるロータボディ25と磁石リング3との間の最小遊びに相応して寸法設定されている。永久磁石リング3は、この実施例では、専ら半径方向のセンタリングエレメント12によってロータボディ25に位置固定される。これによって、センタリングエレメント12が、予め規定された圧着力で環状磁石3の半径方向の当付け面14に向かって押圧される。この半径方向の圧着力によって、同じく磁石リング3の望ましくない軸方向の移動が阻止される。したがって、この実施例では、ロータボディ25がセンタリングエレメント12と共に保持エレメント4,5を成している。この保持エレメント4,5内には、図1に示した両保持エレメント4,5が組み込まれている。センタリングエレメント12はロータボディ25の切欠き19内に支承されていて、たとえば波付けされた誤差リング42、線材ばねまたは薄板ばね30として形成されている。センタリングエレメント12は緩やかなばね特性線50をロータシャフト2に対して半径方向に有しており、これによって、誤差補償もしくは熱膨張補償がより大きい場合でも、磁石リング3に加えられる半径方向の力が過度に大きくならず、これによって、磁石リング3が損傷に対して防護される。同時のこの形式の環状磁石固定は、摩擦接続によるロータ1からアーマチュアシャフト2へのトルクの伝達時の過負荷防護を成している。この過負荷防護の過負荷閾値はセンタリングエレメント12によって当付け面14に相俟って規定されている。
図10に示した、ロータボディ25内に組み込まれた保持エレメント4,5を備えたロータ1は、センタリングエレメント12に対して付加的に軸方向のばねエレメント11を有している。このばねエレメント11は、ここでは、皿ばね11として形成されている。このためには、ロータボディ25の一方の端部に軸方向の保持エレメント4として不動のストッパ28が一体成形されている。このストッパ28に向かって、ばねエレメント11の軸方向のばね力に基づき環状磁石3が押圧される。トルク伝達を高めるためには、ばねエレメント11と軸方向の当付け面9との間にならびに不動のストッパ28と第2の当付け面9との間に摩擦ディスク26が配置されている。この摩擦ディスク26の表面は所望の摩擦接続に相応して設定される。高い摩擦係数のためには、たとえば鋼ディスク26がコランダムまたはダイヤモンドでコーティングされていてよい。択一的には、たとえば僅かなトルクしか伝達したくない場合には、一方のまたは両方の摩擦ディスク26が省略されてもよい。軸方向のばねエレメント11は、本実施例では、位置固定リング36によって軸方向で位置固定されている。この位置固定リング36は環状の溝37によって収容されている。1つの変化形では、軸方向のばねエレメント11が軸方向の切欠き13内に直接収容されている。これによって、付加的な構成部材としての位置固定リング36が省略される。軸方向のばねエレメント11を備えたこのような配置形式によって、異なる膨張係数から生ぜしめられる軸方向のプリロード力損失を補償することもできる。ロータボディ25は、図10および図9では、一体のプラスチックボディとして形成されている。しかし、このプラスチックボディは、図11に示したように、磁気的な帰路エレメント18として形成されていてもよい。
図11では、両保持エレメント4,5が皿ばね11として形成されていて、ロータシャフト2に直接固く位置固定されていて、たとえばプレス嵌めされている。軸方向の両ばねエレメント11は、環状磁石製作の長さ誤差と環状磁石の熱膨張とを補償する。半径方向でのセンタリングのためには、保持エレメント4,5がセンタリングエレメント12を有している。このセンタリングエレメント12は、ここでは、半径方向のばね積層体18として形成されている。このばね積層体18は同時に永久磁石リング3のための磁気的な帰路を成している。センタリングエレメント12は、図11bおよび図11cによれば、個々のばね薄板30によって形成される。このばね薄板30はその内面32でアーマチュアシャフト2に直接支持されていて、その外面34で環状磁石3の半径方向の当付け面14に支持されている。選択的には、保持エレメント4,5が、別個の構成部材として形成された摩擦ディスク26を有している。この摩擦ディスク26は、軸方向のばねエレメント11と環状磁石3の軸方向の当付け面9との間に配置されている。
図12a〜図12dには、本発明によるロータ1の種々異なる構成が示してある。このロータ1では、軸方向および半径方向での永久環状磁石3の弾性的な支承が、それぞれ保持エレメント4,5の別個の構成部材によって実現されている。ロータを製作するためには、図12aによれば、まず、第1の保持エレメント5が位置固定リング36によってアーマチュアシャフト2に直接位置固定される。保持エレメント5の切欠き13には、センタリングエレメント12が前組付けされている。このセンタリングエレメント12に環状磁石3が被せ嵌められる。軸方向の当付け面9と保持エレメント4(および/または保持エレメント5)との間には、この保持エレメント4の組付け前に軸方向のばねエレメント11が挿入される。このばねエレメント11は軸方向での熱膨張と製作誤差とを補償する。保持エレメント4を位置固定する第2の位置固定リング36によって、ばねエレメント11の軸方向のプリロードを調整することができる。センタリングエレメント12は、緩やかなばね特性線50を備えた不変のばね定数を全運転温度範囲にわたって有していて、したがって、永久磁石リング3の外周壁が、個別部材の種々異なる熱膨張および製作誤差で常に正確にアーマチュアシャフト2の軸線X−Xに対してセンタリングされ続けることを生ぜしめる。これによって、ロータ1の廉価な製作で最適な同心度が保証されている。図12aには、センタリングエレメント12がコイルばね38として形成されている。このコイルばね38の個々の巻条は、少なくとも弛緩された状態で半径方向にずらされて配置されている。
このようなコイルばね38は、図13に別個の構成部材として示してある。このようなコイルばね38を製作するためには、軸方向に連続する巻条40が、種々異なる半径方向に交互に変位させられ、これによって、コイルばね38の新たな外径が個々の巻条40の直径よりも大きくなり、有効な内径が個々の巻条40の内径よりも小さくなる。このようなコイルばね38の線材は、たとえば方形プロファイルを有していて、保持エレメント4,5の切欠き13に対する規定された軸方向のプリロード下で前組付けされる。
1つの変化形では、図12bにおいて、コイルばね38の代わりに、波付けされた板ばね42が使用される。この板ばね42は切欠き13に環状に組み付けられる。波付けされた板ばね42は、図15bにも側面図で示したものの、半径方向に張り出した舌片54なしに、有利には開放したリングとして形成されている。市販の誤差リング42として形成されていてもよい波付けされた板ばね42は半径方向のプリロードを有しており、これによって、板ばね42が固有の領域44で環状磁石3の半径方向の当付け面14にかつ別の領域46で保持エレメント4,5に接触する。僅かな誤差補償もしくは熱膨張の僅かな差を伴った使用事例に対して、図12cでは、環状磁石3の、センタリングする戻し作用を保証するために、センタリングエレメント12として市販のOリング47が切欠き13内に支承されている。
図12dに示した別の変化形では、センタリングエレメント12が、いわゆる「バルシール48」として形成されている。このようなバルシール48も同じく一種のコイルばねを有している。しかし、このコイルばねの巻条は、図12aのように半径方向ではなく、図14に示したように軸方向に互いに傾倒される。これによって、このようなバルシール48が極めて緩やかなばね特性線50を、使用可能な全作業範囲52にわたって有している。これによって、磁石リング3に加えられるほぼ不変の戻し力が、センタリングエレメント12の半径方向の全ばねストロークにわたって付与されている。ほぼコンスタントな戻し力を備えたこのような緩やかなばね特性線50は、適宜な構成では、センタリングエレメント12の前述した別の構成によって実現することもできる。
図12a〜図12dに示したセンタリングエレメント12は、別の変化形では、保持エレメント4,5を組み込むロータボディ12に支承されていてもよいし、アーマチュアシャフト2に直接支承されていてもよい。
図15a〜図15gには、センタリングエレメント12の種々異なる構成を備えた別の実施例が示してある。図15aでは、センタリングエレメント12として、図12bに類似して示したように、波付けされた板ばね42が保持エレメント4に支承されている。しかし、ここでは、選択された板ばね42が、図12bと異なり半径方向の延長部54を有している。この延長部54は、環状磁石3の軸方向の当付け面9に接触する。環状磁石3の組付け時には、この環状磁石3が、波付けされた板ばね42によってセンタリングされる。この場合、組付け時に凍結された、まだ負荷されていない軸方向の延長部54の内部の応力は極めて僅かである。次いで、皿ばね11の半径方向外側の領域23が延長部54を環状磁石3の軸方向の当付け面9に向かって押圧するまで、前組付けされた皿ばね11を備えた保持エレメント4が軸方向でアーマチュアシャフト2に被せ嵌められる。これによって、センタリングエレメント12が延長部54の領域で部分的に補強される。これによって、より正確な位置固定が全温度経過にわたって可能となる。軸方向のばねエレメント11と、保持エレメント4,5とは、摩擦接続的にまたは形状接続的に軸方向で位置固定される。図15bには、波付けされた板ばね42の断面図が概略的に示してある。この場合、この板ばね42は、半径方向の圧着力を半径方向の当付け面14に向かって加えるために、この実施例では、開放したばねリング42として形成されている。
図15cには、センタリングエレメント12の1つの変化形が示してある。このセンタリングエレメント12の横断面は、2つの脚部56,58を備えた一種のループを形成している。両脚部56,58は、一方で半径方向の当付け面14に半径方向で支持されていて、他方で保持エレメント4に半径方向で支持されている。半径方向では、センタリングエレメント12が、重なり合って位置する2つの舌片59を有している。両舌片59はやはり軸方向のばねエレメント11によって環状磁石3の軸方向の当付け面9に向かって押圧される。図15dには、やはり、図12cに示したセンタリングエレメント12の概略的な断面図が示してある。
図12eには、センタリングエレメント12の別の変化形が示してある。このセンタリングエレメント12の横断面は、1つの脚部58を備えた軸方向で開放したループを形成している。脚部58は、ロータボディ25に設けられた少なくとも1つの切欠き13に支持されている。ロータボディ25は、環状磁石3の半径方向の全領域にわたって延びている。この場合、保持エレメント4,5は再びロータボディ25の一体の構成部材である。この実施例でも、半径方向の延長部54が軸方向のばねエレメント11によって軸方向の当付け面9に向かって押圧される。これによって、センタリングエレメント12が部分的に補強される。図15fには、図15eに示した実施例の概略的な側面図が示してある。この場合、センタリングエレメント12は、より良好な半径方向の適合のために、やはり、開放したリングとして形成されている。
図15gに示した本発明によるロータ1の別の構成では、ロータボディ25が環状の隆起部60を有している。この隆起部60には、相応の対応凹状成形部62でセンタリングリング12が配置されている。このセンタリングリング12は、図12eに類似して再び横断面で見て、開放したループを有している。このループの脚部56,58は、軸方向の当付け面14と、ロータボディ25内に組み込まれた保持エレメント4,5とに支持されている。センタリングエレメント12は隆起部60に空間的に位置固定されているので、センタリングエレメント12は軸方向のばねエレメント11による別の固定を要求しない。このばねエレメント11は、本実施例では、保持エレメント4,5に設けられた可変に配置された環状の溝13に支持されている。図15hには、軸方向のばねエレメント11として、ばね弾性的な領域6の間の軸方向のスリット10を備えた皿ばね11が示してある。この場合、ここでは、図1に示した実施例の、半径方向外向きに配置されたばね弾性的な領域6と異なり、ばね弾性的な領域6が半径方向でアーマチュアシャフト2に向かって形成されている。
念のために付言しておくと、全ての図面に示した実施例に関して、互いに種々の組合せ可能性が可能である。特に永久磁石3の、図示の種々異なる軸方向の支承と、永久磁石3の、種々異なる半径方向の支承可能性と、特に保持エレメント4,5の種々異なる構成とを任意の形式で互いに組み合わせることができる。
本発明の第1の実施例による電気機械のロータの概略的な断面図である。 図1に示したロータの側面図である。 本発明の第2の実施例によるロータの概略的な断面図である。 本発明の第3の実施例によるロータの概略的な断面図である。 図4aに示したロータの部分拡大図である。 本発明の第4の実施例によるロータの概略的な断面図である。 図5aに示したロータの部分拡大図である。 本発明の第5の実施例によるロータの概略的な断面図である。 本発明の第6の実施例によるロータの概略的な断面図である。 本発明の第7の実施例によるロータの概略的な断面図である。 図8aに示したロータの部分拡大図である。 保持エレメントの第1の変化形を示す図である。 保持エレメントの第2の変化形を示す図である。 保持エレメントの第3の変化形を示す図である。 保持エレメントの第4の変化形を示す図である。 ロータボディを備えた本発明による別の実施例の概略的な断面図である。 図9に示した実施例の変化形の概略的な断面図である。 半径方向のばね積層体を備えた本発明による別の実施例の概略的な断面図である。 ばね薄板を示す図である。 ばね薄板の断面図である。 センタリングエレメントを備えた別の実施例の概略的な断面図である。 センタリングエレメントの第1の変化形を示す図である。 センタリングエレメントの第2の変化形を示す図である。 センタリングエレメントの第3の変化形を示す図である。 螺旋状のセンタリングエレメントを、組み付けられていない状態で示す図である。 本発明によるセンタリングエレメントの典型的なばね特性線を示す図である。 センタリングエレメントを備えた本発明による別の実施例の概略的な断面図である。 図15aに示したロータの側面図である。 センタリングエレメントを備えた本発明による別の実施例の概略的な断面図である。 図15cに示したロータの側面図である。 センタリングエレメントを備えた本発明による別の実施例の概略的な断面図である。 図15eに示したロータの側面図である。 センタリングエレメントを備えた本発明による別の実施例の概略的な断面図である。 図15gに示したロータのばねエレメントを示す図である。
符号の説明
1 ロータ、 2 ロータシャフト、 3 永久磁石、 4,5 保持エレメント、 6 領域、 7 保持領域、 8 溝、 9 当付け面、 10 スリット、 11 ばねエレメント、 12 センタリングエレメント、 13 切欠き、 14 当付け面、 15 ばねブシュ、 16 中間エレメント、 17 ばね領域、 18 ロータ薄板積層体、 19 切欠き、 20 ばね領域、 21 突出部、 23 領域、 25 ロータボディ、 26 摩擦ディスク、 28 ストッパ、 29 ストッパ、 30 薄板ばね、 32 内面、 34 外面、 36 位置固定リング、 37 溝、 38 コイルばね、 40 巻条、 42 板ばね、 44 領域、 46 領域、 47 Oリング、 48 バルシール、 50 ばね特性線、 52 作業範囲、 54 延長部、 56,58 脚部、 59 舌片、 60 隆起部、 62 対応凹状成形部、 A,B,C,D,E 領域、 X−X 軸線

Claims (22)

  1. ロータ(1)とステータとを備えた電気機械であって、永久磁石(3)が、ロータ(1)に配置されている形式のものにおいて、永久磁石(3)が、主として、軸方向のかつ/または半径方向の当付け面(9,14)を備えた中空シリンダとして形成されていて、軸方向のかつ/または半径方向の当付け面(9,14)で保持エレメント(4,5)によってロータ(1)に固定されており、永久磁石(3)が、保持エレメント(4,5)によってロータ(1)の軸方向(X−X)でかつ/または半径方向で弾性的に支承されていることを特徴とする、電気機械。
  2. 永久磁石(3)が、軸方向(X−X)にかつ/または半径方向に位置する当付け面(9,14)でそれぞれ保持エレメント(4,5)によって、特に軸方向に配置された2つの保持エレメント(4,5)の間でロータ(1)に固定されている、請求項1記載の電気機械。
  3. 保持エレメント(4,5)が、一体に形成されたばね弾性的な領域(6,20)を有している、請求項1または2記載の電気機械。
  4. ばね弾性的な領域(6)が、永久磁石(3)の軸方向の当付け面(9)を支持するために、保持エレメント(4,5)の、半径方向で外側の周面区分に配置されている、請求項1から3までのいずれか1項記載の電気機械。
  5. 保持エレメント(4,5)が、個々のばね弾性的な領域(6)を形成するために、半径方向に延びるスリット(10)を有している、請求項1から4までのいずれか1項記載の電気機械。
  6. 保持エレメント(4,5)が、永久磁石(3)を弾性的に支承するための軸方向のばねエレメント(11)、特に皿ばね(11)を有している、請求項1記載の電気機械。
  7. 保持エレメント(4,5)の1つの当付け面および/または永久磁石(3)の1つの当付け面(9)が先細りにされて形成されている、請求項1から6までのいずれか1項記載の電気機械。
  8. 保持エレメント(4,5)の1つの当付け面が、予め規定された曲率半径(R)を備えた湾曲させられた領域として形成されている、請求項1から7までのいずれか1項記載の電気機械。
  9. 特にフェルト材料から成る付加的なディスク状の摩擦エレメント(26)が設けられており、該摩擦エレメント(26)が、永久磁石(3)の当付け面(9,14)と保持エレメント(4,5)との間に配置されている、請求項1から8までのいずれか1項記載の電気機械。
  10. ディスク状の摩擦エレメント(26)または保持エレメント(4,5)が、コランダムまたはダイヤモンドでコーティングされた鋼面(28,29)を有している、請求項1から9までのいずれか1項記載の電気機械。
  11. 永久磁石(3)の当付け面(9,14)および/または保持エレメント(4,5)の当付け面が、耐摩耗性のかつ/または摩擦を高めるコーティング層を有している、請求項1から10までのいずれか1項記載の電気機械。
  12. 保持エレメント(9,14)が、特に全温度範囲にわたって緩やかに延びるほぼ線形のばね特性線(50)を備えたセンタリングエレメント(12)を有しており、該センタリングエレメント(12)が、永久磁石(3)を軸方向軸線(X−X)に対してセンタリングしていて、かつ/または軸方向で位置固定している、請求項1から11までのいずれか1項記載の電気機械。
  13. センタリングエレメント(12)が、開放したかまたは閉じられたばねリング、線材ばね、薄板ばね(18)、コイルばね(38)、全周にわたって波付けされた板ばね(42)、誤差リング、圧縮弾性的なOリング(47)またはバルシール(48)として形成されている、請求項1から12までのいずれか1項記載の電気機械。
  14. コイルばね(38)が、個々の巻条(40)を有しており、該巻条(40)が、半径方向だけでなく軸方向にもずらされて配置されている、請求項1から13までのいずれか1項記載の電気機械。
  15. センタリングエレメント(12,42)が、軸方向の摩擦面、特に一体に成形された半径方向の延長部(54)を有しており、該摩擦面が、軸方向のばねエレメント(11)によって永久磁石(3)の軸方向の当付け面(9)に向かって押圧されるようになっている、請求項1から14までのいずれか1項記載の電気機械。
  16. ロータ(1)が、ロータボディ(25)を有しており、該ロータボディ(25)が、ロータシャフト(2)と永久磁石(3)との間に配置されていて、特に該永久磁石(3)の帰路エレメント(18)として形成されている、請求項1から15までのいずれか1項記載の電気機械。
  17. 保持エレメント(4,5)が、ロータボディ(25)内に組み込まれている、請求項1から16までのいずれか1項記載の電気機械。
  18. ロータボディ(25)内に組み込まれた保持エレメント(4,5)が、軸方向の不動の少なくとも1つのストッパ(28)と、軸方向で弾性的に可動の少なくとも1つのストッパ(29)とを形成している、請求項1から17までのいずれか1項記載の電気機械。
  19. 保持エレメント(4,5)またはロータボディ(25)が、軸方向のばねエレメント(11)および/またはセンタリングエレメント(12)を収容するための、全周にわたって延びる環状の成形部(?,19,13)を有している、請求項1から18までのいずれか1項記載の電気機械。
  20. 保持エレメント(4,5)および/またはロータボディ(25)が、ロータシャフト(2)に位置固定リング(36)、ばねエレメント、レーザ溶接、接着または収縮嵌めによって位置固定されている、請求項1から19までのいずれか1項記載の電気機械。
  21. ロータボディ(25)が、半径方向のかつ/または軸方向のばね積層体(18)として形成されている、請求項1から20までのいずれか1項記載の電気機械。
  22. 保持エレメント(4,5)が、トルク伝達の摩擦クラッチとして形成されており、該摩擦クラッチの過負荷閾値が、ばね力と摩擦面とによって設定可能である、請求項1から21までのいずれか1項記載の電気機械。
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