JP2016185063A - 固定子アセンブリならびにそのような固定子アセンブリを備えた磁気ベアリングや電気モータ - Google Patents

Abstract

【課題】単純な手法で固定子をハウジングに対して固定した固定子アセンブリを提供すること。【解決手段】固定子アセンブリ（１）であって、互いに同中心的に配置されたハウジング（３）と固定子（５）とを具備してなり、固定子（５）が、径方向においてハウジング（３）の内側に取り付けられ、固定子アセンブリが、さらに、固定部材（７）を具備し、固定部材（７）が、ハウジング（３）の径方向内表面（３０）と、固定子（５）の径方向外表面（５０）と、の間に取り付けられ、固定部材（７）が、ハウジング（３）に対しておよび固定子（５）に対して、径方向の固定力（Ｆ）をもたらす。【選択図】図１

Description

本発明は、ハウジングと固定子とを備えてなる固定子アセンブリに関するものである。本発明は、さらに、そのような固定子アセンブリを備えた磁気ベアリングや電気モータに関するものである。

磁気ベアリングのためのモータ固定子すなわち磁気アクチュエータは、ネジやリベット等の固定手段を使用してハウジングに対して常に中心合わせ状態で固定できるとは限らない。アセンブリのサイズを低減するために、あるいは、アセンブリの製造を容易なものとするために、固定子は、多くの場合、ハウジングに対して収縮嵌合（締まり嵌め）される。固定子およびハウジングの直径の収縮嵌合は、使用されている材質の熱膨張を考慮しつつ、構成部材のサイズに関してまたアセンブリの環境条件に関して、計算されなければならない。

現在のところ、２つの構成部材の収縮嵌合は、あるいは、ハウジング内へのアセンブリの収縮嵌合は、熱膨張によって行われる。外側の構成部材がすなわちハウジングが、所定温度にまで加熱され、これにより、収縮状態よりも大きな膨張状態が得られる。これにより、内側の構成部材を自由に挿入することができ、その後、２つの構成部材を同じ温度へと冷却することによって、収縮嵌合を得ることができる。

本明細書には、先行技術文献は記載されていない。

現行の手法においては、加熱対象をなす両構成部材のサイズに応じた大きさのヒータが必要であり、部分的な収縮を防止し得るよう、挿入時に高い精度が要求される。両構成部材が、誤った位置で勘合してしまったときには、構成部材の回収のためにはアセンブリを破壊しなければならないことのために、アセンブリが廃棄される。この種のアセンブリの最終位置は、多くの場合、最終位置を与えるショルダーによって固定され、調整することは不可能である。

本発明の目的は、収縮嵌合技術と比較してより単純な手法でもって固定子をハウジングに対して固定されている新規な固定子アセンブリを提供することである。

この目的のために、本発明は、固定子アセンブリに関するものであって、互いに同中心的に配置されたハウジングと固定子とを具備してなり、固定子は、径方向においてハウジングの内側に取り付けられている。この固定子アセンブリは、さらに、固定部材を具備し、固定部材は、ハウジングの径方向内表面と、固定子の径方向外表面と、の間に取り付けられ、固定部材が、ハウジングに対しておよび固定子に対して、径方向の固定力をもたらすことを特徴としている。

本発明により、ハウジング上への固定子の固定が、単純でありかつ安価な手段によって、得られる。ハウジングの全体を加熱する必要なく、ハウジング内における固定子の配置を、より精度良く得ることができる。なぜなら、雰囲気温度におけるハウジングの自発的な冷却のために、固定子まわりにハウジングを迅速に組み立てる必要がないからである。

必須ではないものの有利であるような、本発明のさらなる見地においては、そのような固定子アセンブリは、以下の様々な特徴点のうちの１つまたは複数の特徴点を備えることができる。
−ハウジングの径方向内表面が、固定部材を受領するための凹所を有し、固定子の径方向外表面が、固定部材を受領するための凹所を有している、という特徴点。
−固定部材が、直径を有した円筒形外表面を規定する円筒形形状を有し、その直径が、ハウジングの径方向内表面の凹所と固定子の径方向外表面の凹所との間の最大距離よりも大きなものとされている、という特徴点。
−固定部材が、円筒形外表面の先端を切り取った長手方向の平面を有している、という特徴点。
−固定部材が、第１位置と第２位置との間にわたって、長手方向軸線まわりに回転可能とされ、第１位置においてが、平面が、ハウジングの凹所に対向するものとされ、これにより、固定部材を、ハウジングと固定子との間に挿入することができ、第２位置においてが、平面が、固定子の凹所に対向するものとされつつ、円筒形外表面の一部が、ハウジングの凹所に接触しており、これにより、径方向の固定力が引き起こされている、という特徴点。
−固定子の径方向外表面の凹所が、円筒形形状を有し、この円筒形形状が、固定部材の外径と等価な直径を規定している、という特徴点。
−固定部材が、凹所を有した端部を備え、この凹所が、固定部材を回転させるためのツールを挿入し得るよう構成されている、という特徴点。
−固定部材が、ハウジングと固定子との間へと、力によって直接的に挿入されている、という特徴点。
−固定部材が、内部通路を備え、ハウジングが、固定部材の内部通路を挿通するネジを受領するためのネジ山付き穴を備え、これにより、固定部材を、ハウジングと固定子との間へと漸次的に挿入することができる、という特徴点。
−固定部材が、ハウジングと固定子との間へと、熱的圧縮によって直接的に挿入されている、という特徴点。
−固定子アセンブリが、ハウジングの径方向内表面の凹所と固定子の径方向外表面の凹所との間に取り付けられた円筒形スリーブを具備し、固定部材が、スリーブ内に取り付けられ、固定部材が、直径を有した円筒形外表面を規定する円筒形状を有し、その直径が、スリーブの内径よりも大きなものとされている、という特徴点。
−固定子が、４つの個別部材から形成され、固定子アセンブリが、固定子の４つの個別部材どうしの境界のところに配置された４つの固定部材を備えている、という特徴点。
−固定子が、単一の一体部材から形成されている、という特徴点。
−固定子アセンブリが、ハウジングに対しての固定子の角度位置をロックするための少なくとも１つのネジを具備し、そのネジが、ハウジングのうちの、中心を向くネジ山付き穴内に挿入され、そのネジが、固定子の径方向外表面に対して径方向力をもたらす、という特徴点。

本発明は、また、上述したような固定子アセンブリを具備してなる磁気アセンブリや電気モータに関するものである。

以下においては、本発明につき、本発明を例示している添付図面を参照して説明する。

本発明の第１実施形態による固定子アセンブリを示す正面図であって、第１構成を示している。 図１における細部ＩＩを拡大して示す図である。 図１の固定子アセンブリを示す正面図であって、第２構成を示している。 図３における細部ＩＶを拡大して示す図である。 本発明の第２実施形態による固定子アセンブリを示す正面図である。 本発明の第３実施形態による固定子アセンブリを示す正面図である。 図６の固定子アセンブリにおけるＶＩＩ−ＶＩＩ平面に沿った断面図であって、第１構成を示している。 図７と同様の断面図であって、第２構成を示している。 本発明の第４実施形態による固定子アセンブリを示す正面図である。 図９の固定子アセンブリにおけるＸ−Ｘ平面に沿った断面図であって、第１構成を示している。 図１０と同様の断面図であって、第２構成を示している。

図１には、固定子アセンブリ１が示されている。この固定子アセンブリ１は、ハウジング３と、固定子５と、を具備している。固定子５は、中心軸線Ｘ−Ｘ’を中心とするものであり、中心軸線Ｘ−Ｘ’に対して同中心的である。固定子５は、ハウジング３内において径方向に取り付けられている。

固定子５は、金属材料からなる磁化されたラミネーションから形成することができる。固定子は、４つの個別の部材５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄから形成されている。

固定子アセンブリ１は、例えば、電気モータに属することができる、あるいは、磁気ベアリングに属することができる。

固定子アセンブリ１は、ハウジング３の内表面３０と、固定子５の径方向外表面５０と、の間に取り付けられた固定部材７を備えている。固定部材７は、ハウジング３に対しておよび固定子５に対して、径方向の固定力Ｆをもたらすものである。径方向力Ｆは、軸線Ｘ−Ｘ’まわりの相対回転に関して、および、軸線Ｘ−Ｘ’に沿っての並進移動に関して、ハウジング３と固定子５とをロックする。好ましくは、固定子アセンブリ１は、固定子５の４つの個別部材５ａ〜５ｄどうしの間に取り付けられた４つの固定部材７を備えている。

径方向内表面３０は、固定部材７のための凹所３０ａを有しており、径方向外表面５０は、固定部材７のための凹所５０ａを有している。

固定部材７は、円筒形形状（あるいは、球形形状）を有しており、直径Ｄ７０を有した円筒形外表面７０を形成している。直径Ｄ７０は、凹所３０ａ，５０ａの間の最大距離Ｄ１を超えるものとされている。これにより、径方向力Ｆを得ることができる。固定部材７は、より詳細には、凹所５０ａ内に挿入されている。ここで、凹所５０ａは、直径Ｄ７０と同等の直径を有した円筒形形状を有している。

固定部材７は、円筒形外表面７０の先端を切り取った長手方向の平面７２を有している。図１，２に示すように、この平面７２により、固定部材７を、平面７２が凹所３０ａに対して対向した第１位置において、凹所３０ａ，５０ａの間に挿入することができる。

固定部材が凹所３０ａ，５０ａの間に挿入された後には、固定部材７は、図２における矢印Ａ１に沿って、第１位置から、図３，４に示す第２位置に向けて、長手方向軸線まわりに凹所５０ａに対して回転される。第２位置は、第１位置と比較して、径方向において反対向きとされている。この第２位置においては、平面７２が、凹所５０ａに対して対向しつつ、円筒形外表面７０の一部は、凹所３０ａに対して接触している。この第２位置においては、固定部材７の幾何形状寸法および凹所３０ａ，５０ａの幾何形状寸法のために、径方向力Ｆがもたらされ、固定子５とハウジング３とが互いに固定される。

固定部材７は、凹所７４を有した軸線方向端部を有することができる。凹所７４に対しては、図示していないツールを挿入することができ、このツールにより、長手方向軸線まわりに固定部材７を回転させることができる。

本発明の第２実施形態、第３実施形態、第４実施形態が、図５〜図１１に示されている。これらの実施形態においては、第１実施形態と共通の構成部材には、同じ参照符号が付されており、第１実施形態と同様に機能する。以下においては、第１実施形態との相違点のみにつき、詳細に説明する。

図５に示す第２実施形態においては、固定子５は、単一の一体部材から形成されている。このような場合、固定部材７は、好ましくは、固定子アセンブリのうちの、固定子５の周縁まわりにおいて均等に分散配置された複数の場所に、挿入されている。

図６〜図８に示す第３実施形態においては、固定部材７は、ハウジング３と固定子５との間に直接的に挿入されている。このような場合、固定部材７は、力によって挿入することができる。図７，８に示すように、固定部材７は、中空部材とすることができ、ネジ１１を挿通させるための内部通路７８を有している。ネジ１１は、ハウジング３の内部ネジ山付き穴３４内にねじ止めされる。図示しないツールを使用してネジ１１を回転させた際には、ネジ１１は、図７に示すように、穴３４内に漸次的に挿入され、凹所３０ａ，５０ａの間における固定部材７の力によって、挿入を誘起する。図８に示すように、固定部材７が完全に挿入されたときには、ネジ１１を、穴３４からもまた固定部材７からも、取り外すことはできない。

本発明の図示していない実施形態においては、固定部材７を、熱的な圧縮によって、ハウジング３と固定子５との間に挿入することができる。固定部材７を冷却することにより、固定部材７の外径を低減させることができる。この場合、凹所３０ａ，５０ａ間に固定部材７を挿入し、挿入後に雰囲気温度に戻すことにより、固定子アセンブリ１の固定を得ることができる。

図９〜図１１に示す第４実施形態においては、固定子アセンブリ１は、凹所３０ａ，５０ａの間に取り付けられた円筒形のスリーブ９を備えている。固定部材７は、スリーブ９内に取り付けられており、円筒形形状を有しているとともに、直径がＤ７６という円筒形外表面７６を規定している。直径Ｄ７６は、スリーブ９の内径Ｄ９よりも大きなものとされている。固定部材７は、例えば油圧プレスを使用するといったような手法によって、嵌合によりスリーブ９内に挿入することができる。

本発明の図示していない実施形態においては、固定子アセンブリ１は、ハウジング３に対しての固定子５の角度位置をロックするための少なくとも１つのネジを備えることができる。このネジは、ハウジング３のうちの、中心軸線Ｘ−Ｘ’へと向かう向きとされたネジ山付き穴の中に、挿入することができる。このネジは、径方向外表面５０をロックするための径方向力をもたらす。

上述した様々な実施形態や様々な変形例における様々な技術的特徴点は、互いに組み合わせることができ、それにより、本発明の新たな実施形態を形成することができる。

１ 固定子アセンブリ
３ ハウジング
５ 固定子
５ａ 個別部材
５ｂ 個別部材
５ｃ 個別部材
５ｄ 個別部材
７ 固定部材
９ 円筒形スリーブ
１１ ネジ
３０ 径方向内表面
３０ａ 凹所
３４ ネジ山付き穴
５０ 径方向外表面
５０ａ 凹所
７０ 円筒形外表面
７２ 平面
７４ 凹所
７６ 円筒形外表面
７８ 内部通路
Ｆ 径方向の固定力

Claims (15)

1. 固定子アセンブリ（１）であって、
   互いに同中心的に配置されたハウジング（３）と固定子（５）とを具備してなり、
   前記固定子（５）が、径方向において前記ハウジング（３）の内側に取り付けられ、
   前記固定子アセンブリが、さらに、固定部材（７）を具備し、
   該固定部材（７）が、前記ハウジング（３）の径方向内表面（３０）と、前記固定子（５）の径方向外表面（５０）と、の間に取り付けられ、
   前記固定部材（７）が、前記ハウジング（３）に対しておよび前記固定子（５）に対して、径方向の固定力（Ｆ）をもたらす、
   ことを特徴とする固定子アセンブリ。
2. 請求項１記載の固定子アセンブリにおいて、
   前記ハウジング（３）の前記径方向内表面（３０）が、前記固定部材（７）を受領するための凹所（３０ａ）を有し、
   前記固定子（５）の前記径方向外表面（５０）が、前記固定部材（７）を受領するための凹所（５０ａ）を有している、
   ことを特徴とする固定子アセンブリ。
3. 請求項２記載の固定子アセンブリにおいて、
   前記固定部材（７）が、直径（Ｄ７０）を有した円筒形外表面（７０）を規定する円筒形形状を有し、
   前記直径（Ｄ７０）が、前記ハウジング（３）の前記径方向内表面（３０）の前記凹所（３０ａ）と前記固定子（５）の前記径方向外表面（５０）の前記凹所（５０ａ）との間の最大距離（Ｄ１）よりも大きなものとされている、
   ことを特徴とする固定子アセンブリ。
4. 請求項３記載の固定子アセンブリにおいて、
   前記固定部材（７）が、前記円筒形外表面（７０）の先端を切り取った長手方向の平面（７２）を有している、
   ことを特徴とする固定子アセンブリ。
5. 請求項４記載の固定子アセンブリにおいて、
   前記固定部材（７）が、第１位置と第２位置との間にわたって、長手方向軸線まわりに回転可能とされ、
   前記第１位置においては、前記平面（７２）が、前記ハウジング（３）の前記凹所（３０ａ）に対向するものとされ、これにより、前記固定部材（７）を、前記ハウジング（３）と前記固定子（５）との間に挿入することができ、
   前記第２位置においては、前記平面（７２）が、前記固定子（５）の前記凹所（５０ａ）に対向するものとされつつ、前記円筒形外表面（７０）の一部が、前記ハウジング（３）の前記凹所（３０ａ）に接触しており、これにより、前記径方向の固定力（Ｆ）が引き起こされている、
   ことを特徴とする固定子アセンブリ。
6. 請求項２〜５のいずれか一項に記載の固定子アセンブリにおいて、
   前記固定子（５）の前記径方向外表面（５０）の前記凹所（５０ａ）が、円筒形形状を有し、
   この円筒形形状が、前記固定部材（７）の前記外径（Ｄ７０）と等価な直径を規定している、
   ことを特徴とする固定子アセンブリ。
7. 請求項５または６記載の固定子アセンブリにおいて、
   前記固定部材（７）が、凹所（７４）を有した端部を備え、
   この凹所（７４）が、前記固定部材（７）を回転させるためのツールを挿入し得るよう構成されている、
   ことを特徴とする固定子アセンブリ。
8. 請求項３記載の固定子アセンブリにおいて、
   前記固定部材（７）が、前記ハウジング（３）と前記固定子（５）との間へと、力によって直接的に挿入されている、
   ことを特徴とする固定子アセンブリ。
9. 請求項８記載の固定子アセンブリにおいて、
   前記固定部材（７）が、内部通路（７８）を備え、
   前記ハウジングが、前記固定部材（７）の前記内部通路（７８）を挿通するネジ（１１）を受領するためのネジ山付き穴（３４）を備え、
   これにより、前記固定部材（７）を、前記ハウジング（３）と前記固定子（５）との間へと漸次的に挿入することができる、
   ことを特徴とする固定子アセンブリ。
10. 請求項３記載の固定子アセンブリにおいて、
    前記固定部材（７）が、前記ハウジング（３）と前記固定子（５）との間へと、熱的圧縮によって直接的に挿入されている、
    ことを特徴とする固定子アセンブリ。
11. 請求項２記載の固定子アセンブリにおいて、
    前記固定子アセンブリ（１）が、前記ハウジング（３）の前記径方向内表面（３０）の前記凹所（３０ａ）と前記固定子（５）の前記径方向外表面（５０）の前記凹所（５０ａ）との間に取り付けられた円筒形スリーブ（９）を具備し、
    前記固定部材（７）が、前記スリーブ（９）内に取り付けられ、
    前記固定部材（７）が、直径（Ｄ７６）を有した円筒形外表面（７６）を規定する円筒形状を有し、
    前記直径（Ｄ７６）が、前記スリーブ（９）の内径（Ｄ９）よりも大きなものとされている、
    ことを特徴とする固定子アセンブリ。
12. 請求項１〜１１のいずれか一項に記載の固定子アセンブリにおいて、
    前記固定子（５）が、４つの個別部材（５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ）から形成され、
    前記固定子アセンブリ（１）が、前記固定子の前記４つの個別部材どうしの境界のところに配置された４つの固定部材（７）を備えている、
    ことを特徴とする固定子アセンブリ。
13. 請求項１〜１１のいずれか一項に記載の固定子アセンブリにおいて、
    前記固定子（５）が、単一の一体部材から形成されている、
    ことを特徴とする固定子アセンブリ。
14. 請求項１〜１３のいずれか一項に記載の固定子アセンブリにおいて、
    前記固定子アセンブリ（１）が、前記ハウジング（３）に対しての前記固定子（５）の角度位置をロックするための少なくとも１つのネジを具備し、
    前記ネジが、前記ハウジング（３）のうちの、中心を向くネジ山付き穴内に挿入され、
    前記ネジが、前記固定子（５）の前記径方向外表面（５０）に対して径方向力をもたらす、
    ことを特徴とする固定子アセンブリ。
15. 磁気ベアリングまたは電気モータであって、
    請求項１〜１４のいずれか一項に記載された固定子アセンブリを具備していることを特徴とする磁気ベアリングまたは電気モータ。

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