JP2010506560A - 永久磁石モータのロータを組み立てる方法及び装置 - Google Patents

Abstract

永久磁石ロータを組み立てるための装置及び方法は、ロータの小径ベアリング部を越えて滑るように構成され、ロータの中央軸部の一端部に接近するロータ固定具と、ロータ固定具上に組み付けられる分割圧縮リングとを含む。
【選択図】図２

Description

この発明は、永久磁石モータのロータのアセンブリに関する。

ロータは、複数の凹状部及びオーバーハングスロットを有する。永久磁石キャリア及びＣ形状の積層スタックが、凹状部及びオーバーハングスロットに相互適合するリング形状のユニット内に組み込まれる。

この発明は、米国特許第６９３３６４５号に一般に記載される永久磁石モータのロータのアセンブリに関する。

永久磁石ロータを組み立てることにおける試みの１つは、安全に、且つ確実にロータ要素をシャフトに組み込むことである。

簡潔に、この発明によれば、永久磁石ロータを組み込むための装置が備えられる。このロータは、大径の中央軸部と小径のベアリング部とを有する非磁性円筒シャフトを含む。この中央部は、偶数のリブとオーバーハングスロットを定める偶数の凹状部とを有する。装置は、ロータの小径ベアリング部を越えて滑り、そして、中央部の一端部に近接するように構成される一時的なロータ固定具を含む。中央部に近接する固定具の軸端は、リブ及びオーバーハングスロットを含む中央部に適合する構成を有し、それによって磁石キャリア内の磁石と、Ｃ型積層スタックとがロータ固定具のリブを越えて組み付けられ得る。この装置は、Ｃ型積層スタックの外径を乗り越えるような大きさとされる内径を有する分割圧縮リングを含む。固定具（ファスナ）は、Ｃ型積層スタックとオーバーハングスロットとの間のライディングクリアランスを与えるべく、Ｃ型積層スタックを十分に圧縮する分割圧縮リングを接合するために備えられる。

簡潔に、この発明によれば、永久磁石ロータを組み立てるための方法がここに与えられる。ロータは、大径中央軸部及び２つの小径ベアリング部を有する非磁性円筒シャフトを含み、中央部は、オーバーハングスロットを伴う偶数のリブを定める偶数の凹状部を有する。この方法は、固定具を、ロータの小径ベアリング部を越えて配置し、中央部の一端部に接近させることを含む。中央部に近接する固定具の軸端は、リブとオーバーハングスロットを含む中央部に適合する構成を有する。次に、磁石キャリア内の磁石とＣ型積層スタックとが固定部のリブを越えて滑る。次に、リブに組み付けられるＣ型積層スタックの外径を乗り越えるような大きさとされる内径を有する分割圧縮リングが、組み付けられる磁石の列及びＣ型積層スタックを覆って配置され、Ｃ型積層スタックとオーバーハングスロットとの間のライディングクリアランスを与えるべく、Ｃ型積層スタックを十分に圧縮するように接合される。次に、組み付けられる磁石の列及びＣ型積層スタックは、ロータ上を滑る。最後に、圧縮リングは、磁石キャリア内の、組み付けられた磁石の列と、Ｃ型積層スタックをロータの所定位置に残して、取り除かれる。

図１は、ロータシャフトの一端に近接する一時的なロータ固定具に組み付けられるＣ型積層スタックと磁石の単一の列を示す。 図２は、磁石キャリアの単一の列及びＣ型積層を覆って配置される分割圧縮リングを示す。 図３は、ロータシャフト上を滑り、分割圧縮リングが取り除かれた後の磁石の単一の列及びＣ型積層を示す。 図４は、ロータシャフトから離れた、磁石キャリアの列及びＣ型積層を組み立てるための一時的なロータ固定具を示す。 図５は、表示される調整ねじを伴う分割圧縮リングの斜視図である。 図６は、一時的なロータ固定具に組み付けられる磁石キャリアの列及びＣ型積層及びリブのオーバーハング部分の圧力を取り除くための所定位置の分割圧縮リングを伴う端面図である。 図７は、永久磁石ロータが組み立てられた部分における斜視図である。

図７を参照すると、米国特許第６９３３６４５号により、組み立てられた永久磁石ロータシャフトが示される。参照により、ここで組み込まれる詳細な磁石キャリア及びＣ型積層スタックが、その特許に説明される。永久磁石ロータを組み立てることにおける試みの１つは、安全に、且つ確実にロータ要素をシャフトに組み込むことである。ロータは、厳しい許容誤差及びクリアランスで設計される。大きなリスクの１つは、滑る部品が所定の位置のときに、シャフトを削ることである。

図７を参照すると、シャフト１０は、永久磁石ロータの土台を構成する。シャフト１０は、ニッケルコバルト合金のような非磁性高強度材料で形成される。シャフト１０は、ロータの回転軸に対して定められる断続的な円筒状の表面を有する。シャフトの各端部で、ベアリング１２のための用意がなされる。ベアリング１２は、ロータの回転軸を定める。シャフト１０は、実質的に同一な偶数の凹状のスロット１３を有する。スロット１３は、スロットに近接する、オーバーハングした蟻継ぎ表面１５を伴う、実質的に同一な略Ｔ型のリブ１１を定める。磁石１９は、クレードル又はキャリア１８に保持されるスロット内に配置される。

電炉鋼のような、磁性、高透磁性材料を含む複数の略Ｃ型の積層スタック１７は、図７に明示されるＴ型リブ１１を囲む。スタックは、シャフトの回転軸に直角に配置される個別のシートで構成される。シートは、リブの、オーバーハングした蟻継ぎの表面に隣接する縁部を有する。このようにして、Ｃ型積層スタックは、シャフトが回転するときに、遠心力に抵抗するように機械的に固定される。

複数の非磁性クレードル１８が、各スロットにおいて、永久磁石を所定位置で保持する。各クレードル１８は、積層永久磁石１９を運ぶ。各クレードルは、上壁及び下壁を有する。これらの壁部は、通常、クレードルがロータのスロット内に入れられたときに、軸方向及び周方向に沿って位置する。上壁は、磁石に近接し、かつ、ロータが回転するときに、磁石を投げ出そうとする遠心力に抵抗する。クレードルは、軽量の、チタニウムのような非磁性構造材料で形成される。クレードルは、上壁及び下壁に接合される軸方向端壁部を有する。下壁は、高い回転速度で上壁が半径方向外方に押圧されたとき、軸方向端壁部が磁石上で潰れないように、軸方向端壁部を固定する。軸方向端壁部は、リブのオーバーハングした蟻継ぎの表面１５に近接するように構成される縁部を有する。クレードルの軸方向端壁部間の空間は、磁石の軸方向長さ及び積層スタックの軸方向長さに亘って延びるのに十分大きい。好ましくは、磁石の軸方向長さ及び積層スタックの軸方向長さは同一である。クレードルは、クレードル及びオーバーハングしたリブの蟻継ぎの表面の係合によって、遠心力に抗して固定される。クレードルによって及ぼされる遠心力が、リブに直接的に作用するということに留意されることが重要である。

図７に示すアセンブリロータは、軸方向に滑る多重ステージ（磁石の円周方向の列及びＣ型積層スタックがリング状のユニットを構成している）を有する。既述のように、ロータアセンブリは、回転軸及び略円筒状の表面を有する、非磁性の円筒シャフト１０を含む。偶数の凹状のスロットは、偶数のリブを定める。リブは、オーバーハングした構造を有する。磁石キャリア及びＣ型積層スタックの後のオーバーハングした表面は、磁石キャリア及びＣ型積層スタックが、ロータの回転中にロータの軸から半径方向外方に移動することを防止する。

一旦組み立てられると、永久磁石は、Ｃ型積層スタックを半径方向内方に引っ張ろうとする。これは、列の要素を、永久磁石によってつくられる力に対する反作用として半径方向外方に押すということを引き起こす。これは、同様に、オーバーハングした表面１５と交差する力をもたらす。これらの条件下で、シャフトに沿う軸方向に力を作用させることは、リブを傷つけ、リブを削るということを引き起こす。

この問題を克服するために、ステージは、１つの軸端がロータと実質的に同一な構成を有する一時的なロータ固定具３０に最初に組み付けられる。一時的なロータ固定具は、ロータ１０の軸端でベアリング１２を越えて滑り、リブの端部に近接する。ロータ固定具は、ロータ固定具上のリブ３１がリブ１１とともにロータ上で整列するように回転される。

磁石キャリア１８は、ロータ固定具上を滑り、かつ、ロータ固定具上のリブの突出部分に係合する各磁石キャリアの１つの縁部とともに軸方向に配置される。Ｃ型積層スタック１７は、その後、磁石キャリアに保持されるＣ型積層スタックに接触して配置される。図１は、ロータ固定具上で組み込まれた列を示す。

分割圧縮リング４０は、その後、図２及び図６に示すように、組み立てられた列を覆って固定される。ねじ４１は、その後、ステージを圧縮するように回転させられ、そして、ロータ固定具上のリブのオーバーハングした表面から圧力を取り除く。全体のステージは、その後、図３に示すように、ロータを覆って軸方向の所定位置に移動する。

分割圧縮リング４０は、クランプを構成する。クランプは、リブのオーバーハングした表面から離れて、ステージの要素を押すような圧力を及ぼすように作られる。要素のクリアランスは、要素がシャフトの中心に向かって内方に押されたときに、要素がシャフトに沿って滑るための許容可能なクリアランスを有するように配置される。

ステージが所定位置にきた後、分割圧縮リング４０は、列の要素が最終の組み込み位置に広がることを許容するように取り除かれる。このプロセスは、その後、追加の列をロータ上の所定位置に配置するために繰り返される。

図４を参照すると、ロータ固定具は、より詳細に示される。１つの軸端で、固定具は、ロータのリブに対応するリブを有する。ロータ固定具は、非磁性材料で構成される。

図５を参照すると、分割圧縮リング４０は、３００番代のステンレス鋼のような非磁性材料で構成される。調節ねじ４１は、所定位置できつく締められたときに内径に従うように、圧縮リングの内径に近い端部で、スイベルヘッドを有する。それ故、圧力は、ステージの各要素に個別に作用する。これは、各要素に放射状に配列される調整ねじによって達成される。望ましくは、分割圧縮リング又はクランプがステージの要素を傷つけないように、テフロンのような軟質材料のスリーブがクランプとロータ要素との間に備えられる。

特許法によって求められる特異性ともに詳細に既述された本発明について、特許証によって保護されるべきものが、特許請求の範囲において説明される。

Claims (2)

1. 永久磁石ロータを組み立てる装置であって、ロータは、大径中央軸部及び２つの小径ベアリング部を有する非磁性円筒シャフトを含み、中央部は、オーバーハングスロットを伴う偶数のリブを定める偶数の凹状部を有し、ロータの小径ベアリング部を越えて滑り、中央部の一端部に接近するように構成される固定具を含み、中央部に近接する固定具の軸端がリブ及びオーバーハングスロットを含む中央部に適合し、それによって磁石キャリア内の磁石とＣ型積層スタックが固定具のリブを越えて組み付けられ、Ｃ型積層スタックの外径を乗り越えるような大きさとされる内径を有する分割圧縮リングと、Ｃ型積層スタックとオーバーハングスロットとの間のライディングクリアランスを与えるべく、Ｃ型積層スタックを十分に圧縮するために分割圧縮リングを接合する手段とをさらに備える装置。
2. 永久磁石ロータを組み立てる方法であって、ロータが、大径中央軸部を有する円筒シャフトと、２つの小径ベアリング部とを含み、中央部が、オーバーハングスロットを伴う偶数のリブを定める偶数の凹状部を有し、
   ａ）固定具を、ロータの小径ベアリング部を越えて配置し、中央部の一端部に接近させること、中央部に近接する固定具の軸端がリブとオーバーハングスロットを含む中央部に適合する構成を有すること、
   ｂ）一列に組み立てるために、磁石キャリア内の磁石とＣ型積層スタックとを、固定具のリブを越えて滑らせること、
   ｃ）分割圧縮リングを、リブに組み付けられるＣ型積層スタックの外径を覆って配置すること、及び、Ｃ型積層スタックとオーバーハングスロットとの間にライディングクリアランスを与えるべく、Ｃ型積層スタックを十分に圧縮するように分割圧縮リングを接合すること、
   ｄ）圧縮リングと、磁石キャリア内の、組み立てられた磁石の列と、Ｃ型積層スタックとをロータ上で滑らせること、
   ｅ）ロータ上の所定位置で、磁石キャリア内の磁石の列とＣ型積層スタックとを残して圧縮リングを取り除くこと、
   をさらに含む永久磁石を組み立てる方法。

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