JP2022186675A - 電気機械回転子および関連電気機械 - Google Patents

Abstract

【課題】回転子シャフトと関連する磁気フォイルとの間に、トルクが確実に伝達されるような機械的結合の提供。【解決手段】電気機械４の回転子は、駆動シャフト８と、駆動シャフト８のキーイング部分２０においてキーイングされる挿入シート１６を備える複数のフォイル１２とを備え、フォイル１２は、回転子６の外径に対応する外エッジ２２と、駆動シャフト８のキーイング部分２０とインターフェースする挿入シート１６を区切る内エッジ２３とから延びる円形セクタの形状を全体的に有し、キーイング部分２０は、フォイル１２の挿入シート１６とインターフェースする側面２４を備え、挿入シート１６は、キーイング部分２０の側面２４とインターフェースするロック部分３６を備え、ロック部分３６において、フォイル１２は、キーイング部分２０の反対側に、ロック部分に回転軸Ｘ－Ｘに直交する半径方向に弾性を与えるライトニング４４を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、電気機械の回転子、および前記回転子を備える関連する電気機械に関する。

電気機械、例えば、電気モータの回転子の分野では、回転子シャフトと関連する磁気フォイルとの間に、回転子の回転軸に沿って軸方向に積み重ねられた強力な接続が必要である。このような接続は、電気モータが動作するすべての速度とトルクの範囲で、コンポーネント間でトルクが確実に伝達されるようにするためのものである。

この接続は、前述のコンポーネントの干渉による機械的結合によって取得され得る。

高い回転速度（最大約２０，０００～２５，０００ｒｐｍに達し得る）による遠心力により、フォイルと回転子の結合直径が半径方向に変形する。これは、シャフトとフォイルとで異なる。したがって、強力で安全な機械的接続を確保するには、コンポーネント間の干渉を増やす必要がある。

コンポーネント間の組み立ては、圧入、すなわち、シャフトにフォイルを（周囲温度で）冷間駆動することによって、または焼き嵌め、すなわち、フォイルを加熱してシャフトをキーイングした後、またはシャフトを冷却してフォイルパックをキーイングした後、得られ得る。

圧入は、常に推奨されるが、材料の可塑性に起因する問題が発生し、その後バリが形成されるため、干渉を増やす必要がある場合は適用できない。

ホットキーイングは、実際には組み立て中に高い干渉を保証し得るが、コンポーネントの変色やおおよその位置決め公差の発生につながり得るため、処理コストが高くなり、結果的に劣る。

コンポーネント間の干渉値の増加に関連付けられた圧入操作により、高い押圧力をもたらし、シャフトとフォイルの間に削りくずやバリが発生する。

シャフトの駆動プロセス中に、シャフトがフォイルに押し込まれるにつれて徐々に増加する削りくずは、シャフトと前記フォイルとの間に冷間溶接を引き起こし得る。したがって、一方では駆動力が増加し、したがって、高い回転速度でもトルクを伝達する能力が増加する場合、他方では回転子のフォイルおよび／またはシャフトの側壁が損傷する。

したがって、既知の解決策は、フォイルおよび／またはシャフトを損傷することなく、高トルクおよび／または動力の伝達を可能にできる、安全で安定した正確な結合を同時に保証できない。
発明の提示

したがって、先行技術を参照して上記の欠点および制限を解決する必要性が感じられる。

そのような必要性は、請求項１に記載の電気機械回転子および請求項１６に記載の電気機械によって満たされる。

本発明のさらなる特徴および利点は、非限定的な例として与えられる、その好ましい実施形態の以下の説明からより理解可能になるであろう。

本発明の実施形態に係る電気機械の駆動シャフトにキーイングされているフォイルのパックの斜視図を別々の部分で示している。 本発明の実施形態に係る電気機械の駆動シャフトの組み立てられた構成での斜視図を示している。 本発明の実施形態に係る電気機械の回転子用の角度的にずらされたフォイルのパックの斜視図を示している。 本発明の実施形態に係る電気機械の駆動シャフトにフォイルのパックをキーイングするステップの概略側面図を示している。 本発明の実施形態に係るフォイルと駆動シャフトとの間の結合の詳細の断面図を示している。 本発明の可能な構造上の変形に係るフォイルの断面図の詳細を示している。 本発明の可能な構造上の変形に係るフォイルの断面図の詳細を示している。

前述の図面を参照して、本発明に係る複数のフォイル１２がキーイングされた駆動シャフト８を有する回転子６を含む電気機械の全体図が、全体として参照番号４によって示されている。

電気機械とは、電気モータと発電機の両方を意味することを前提としている。

駆動シャフト８は、回転軸Ｘ－Ｘに沿って延在し、その回転と一体的に、既知の方法で強磁性材料で作られた複数のフォイル１２を支持する。

前記フォイル１２はそれぞれ、フォイル１２の挿入シート１６とインターフェースする側面２４を備える駆動シャフト８のキーイング部分２０で駆動シャフト８に同軸にキーイングされる挿入シート１６を備えている。

フォイル１２は、全体的に、回転子６の外径に対応する外エッジ２２から延びる円形セクタの形状を有し、駆動シャフト８のキーイング部分２０とインターフェースする前記挿入シート１６を区切る最小または内径に対応する内エッジ２３を有する。

可能な実施形態によれば、キーイング部分２０の前記側面２４は、複数の隆起部２８および溝３２を有する。

例えば、キーイング部分２０において、隆起部２８の直径は、溝３２の直径の５％から１５％の間のパーセンテージだけ溝３２の直径を超え、ここで、前記直径は、回転軸Ｘ－Ｘに関して測定される。

キーイング部分２０は、様々な方法で得られ得、例えば、ローレット加工を含み得る。

可能な実施形態によれば、キーイング部分２０は、前記回転軸Ｘ－Ｘに平行な複数の溝３４を有する溝付きプロファイルを備える。

挿入シート１６は、キーイング部分２０の隆起部２８とインターフェースするロック部分３６を備える。ロック部分３６とキーイング部分２８の隆起部２８との間の摩擦は、フォイル１２と駆動シャフト８との間で、回転軸Ｘ－Ｘに対して並進および回転の両方で拘束を引き起こす。

ロック部分３６は、キーイング部分２０の前記隆起部２８とのクリアランスを特定する窪み４０と交互になっている。前記クリアランスの存在は、フォイル１２と駆動シャフト８との間で交換される摩擦力を低減し、フォイル１２をキーイングするステップを容易にする。

有利には、前記ロック部分３６において（すなわち、回転軸Ｘ－Ｘに対して前記ロック部分３６と角度を合わせて）、フォイル１２は、キーイング部分２０の反対側に、回転軸Ｘ－Ｘに垂直な半径方向Ｒ－Ｒでロック部分３６に弾性を与えるライトニング４４を備える。

前記ライトニング４４は、前記回転軸Ｘ－Ｘに垂直な断面に対して、閉じたポリラインによって規定される空洞を備える。

前記空洞４４は、各フォイル１２の軸方向の厚さを通過し得、前記厚さは、駆動シャフト８の回転軸Ｘ－Ｘに平行に測定される。

可能な実施形態によれば、前記空洞４４は、前記ロック部分３６に面するベースＢを有する三角形の形状を有する。

空洞４４は、三角形以外の形状を有し得、前記空洞４４は、一般に、閉じたポリラインプロファイルを規定する。

前記ポリラインのベースＢは、好ましくは、閉じたポリラインのより長いエッジまたはストレッチを形成し、常に、ロック部分３６に面した内径の側に配置される。ベースＢは、好ましくは、ロック部分３６とその上に配置される。

「Ｔ」は、フォイル１２の内側のエッジ２３とベースＢとの間、または閉じたポリラインの長い方のエッジとの間の半径方向Ｒ－Ｒの最小距離として規定される。

「Ｒｉ」は、前記フォイル１２の前記内エッジ２３を規定するフォイル１２の内側半径として規定される。「Ｂ」は、接線方向Ｓ－Ｓで、前記半径方向Ｒ－Ｒに直交するライトニングまたは空洞４４の幅またはベースとして規定される。

「Ｃ」は、ロック部分３６と、駆動シャフト８のキーイング部分２０の側面２４との間の接触の弧として規定される。

好ましくは、フォイル１２と駆動シャフト８との間の接続の正しい弾性および機能性を得るために、以下が提供される。
０．１５＜Ｔ／Ｒｉ＜０．５。

好ましくは、フォイル１２と駆動シャフト８との間の接続の正しい弾性および機能性を得るために、以下が提供される。
０．３５＜Ｃ／Ｂ＜０．４５、好ましくは、０．４０＜Ｃ／Ｂ＜０．４２。

可能な実施形態によれば、ロック部分３６は、回転軸Ｘ－Ｘに対して、窪み４０よりも小さい角度延長を有する。

ロック部分３６およびライトニング４４は、好ましくは、回転軸Ｘ－Ｘに対して、軸対称配置に従って配置される。

可能な実施形態によれば、相互に隣接するフォイル１２は、それらが互いに重なり合わないか、または部分的にのみ重なり合うように、回転軸Ｘ－Ｘに対して、角度的にずらされた窪み４０を有する。

可能な実施形態によれば、相互に隣接するフォイル１２は、それらが互いに重なり合わないか、または部分的にのみ重なり合うように、回転軸Ｘ－Ｘに対して、角度的にずらされたロック部分３６を有する。

好ましくは、相互に隣接するフォイル１２は、第１のフォイル１２’のロック部分３６が第１のフォイル１２’に隣接する第２のフォイル１２’’の窪み４０と重なるように、回転軸Ｘ－Ｘに沿って互いに角度的にずらされている。

上記の説明から理解できるように、本発明は、既知の技術で導入された欠点を克服することを可能にする。

有利なことに、記載された解決策は、回転子のフォイルと駆動シャフトとの間の接触面を減少させることにより、フォイルを駆動シャフトに冷間駆動するときの摩擦／接触力を制限することを可能にする。

この目的のために、駆動シャフトのキーイング部分との摩擦によってインターフェースする突出したロック部分と、駆動シャフトへのフォイルの全体的なキーイング力を減少させるための非接触領域を形成するライトニングまたはポケットを備える、特別な形状が実際に導入された。

前記キーイングをさらに容易にするために、フォイルは、ロック部分において、ロック部分の半径方向の弾性を増加させるライトニングを有する。言い換えれば、前記ライトニングにより、フォイルを駆動シャフトにキーイングするとき、ロック部分は、駆動シャフトのキーイング部分から離れて半径方向に後退することができるため、キーイング自体に必要な力が減少する。

さらに、ロック部分と相互に隣接するフォイルの窪みとの間の角度のずれにより、キーイング操作中に形成されたスクラップ／削りくずは、互いに蓄積することなく、窪みの中に収容され得る。

削りくず／スクラップの蓄積がないため、摩擦力を低減できるだけでなく、フォイルと駆動シャフトとの間のミスアライメントおよび／または不均衡を回避できる。

さらに、特に、シャフトのキーイング部分に隆起部と溝が使用されている場合、干渉が増加したキーイングの場合に、フォイルの挿入シートに局所的な塑性変形を得ることが可能である。

さらに、交互の隆起部および溝は、フォイルのロック部分との摩擦力をさらに減少させ、ロック部分の局所的な塑性変形を容易にし、したがって、全体的なキーイング力を減少させる。

特定の偶発的ニーズを満たすために、当業者は、上記の解決策にいくつかの変更および変形を加えることができ、これらはすべて、以下の請求の範囲によって規定される本発明の範囲内に含まれる。

Claims (16)

1. 電気機械（４）の回転子（６）であって、
   －回転軸（Ｘ－Ｘ）に沿って延びる駆動シャフト（８）と、
   －前記駆動シャフト（８）のキーイング部分（２０）において前記駆動シャフト（８）と同軸にキーイングされることに対応して挿入スロット（１６）を設ける複数のフォイル（１２）と、を備え、
   －前記フォイル（１２）は、前記回転子（６）の外径に対応する外エッジ（２２）と、前記駆動シャフト（８）の前記キーイング部分（２０）とインターフェースする前記挿入シート（１６）を区切る最小または内径に対応する内エッジ（２３）とから延びる円形セクタの形状を全体的に有し、
   －前記キーイング部分（２０）は、前記フォイル（１２）の前記挿入シート（１６）とインターフェースする側面（２４）を備え、
   －前記挿入シート（１６）は、前記キーイング部分（２０）の前記側面（２４）とインターフェースするロック部分（３６）を備え、
   －前記ロック部分（３６）において、前記フォイル（１２）は、前記ロック部分（２０）の反対側に、前記回転軸（Ｘ－Ｘ）に直交する半径方向（Ｒ－Ｒ）に前記ロック部分（３６）に弾性を与えるライトニング（４４）を備える、
   電気機械（４）の回転子（６）。
2. 前記キーイング部分（２０）の側面（２４）は、複数の隆起部（２８）および溝（３２）を備え、前記挿入シート（１６）は、前記ロック部分（２０）の前記隆起部（２８）とインターフェースするロック部分（３６）を備え、前記隆起部（２８）とのクリアランスを特定する窪み（４０）と交互になっている、請求項１に記載の電気機械（４）の回転子（６）。
3. 前記キーイング部分（２０）において、前記隆起部（２８）の直径は、前記溝（３２）の直径の５％から１５％の間だけ、前記溝（３２）の直径を超えている、請求項２に記載の電気機械（４）の回転子（６）。
4. 前記ライトニング（４４）は、前記回転軸（Ｘ－Ｘ）に垂直な断面に対して、閉じたポリラインによって規定される空洞を備える、請求項１に記載の電気機械（４）の回転子（６）。
5. 前記空洞（４４）は、前記ロック部分（３６）に面する、すなわち、内エッジ（２３）に向かうベース（Ｂ）を有する、三角形の形状を有する、請求項４に記載の電気機械（４）の回転子（６）。
6. 前記ベース（Ｂ）は、前記ロック部分（３６）の上方に配置されている、請求項５に記載の電気機械（４）の回転子（６）。
7. 前記フォイル（１２）の前記内エッジ（２３）と前記閉じたポリラインの前記ベース（Ｂ）またはより長いエッジとの間の、半径方向（Ｒ－Ｒ）の最小距離を、Ｔと規定し、前記内エッジ（２３）を規定する前記フォイル（１２）の内半径を「Ｒｉ」と規定すると、以下のことが当てはまる、
   ０．１５＜Ｔ／Ｒｉ＜０．５
   請求項５に記載の電気機械（４）の回転子（６）。
8. 前記ロック部分（３６）と前記駆動シャフト（８）の前記キーイング部分（２０）の前記側面（２４）との間の接触の弧として「Ｃ」を規定し、接線方向（Ｓ－Ｓ）に対する前記空洞（４４）のベースの幅として「Ｂ」を規定すると、以下のことが当てはまる、
   ０．３５＜Ｃ／Ｂ＜０．４５、好ましくは、０．４０＜Ｃ／Ｂ＜０．４２
   請求項５に記載の電気機械（４）の回転子（６）。
9. 前記ロック部分（３６）は、前記回転軸（Ｘ－Ｘ）に対して、前記窪み（４０）の角度延長よりも小さい角度延長を有する、請求項１に記載の電気機械（４）の回転子（６）。
10. 前記ロック部分（３６）および前記ライトニング（４４）は、前記回転軸（Ｘ－Ｘ）に対して軸対称に配置されている、請求項１に記載の電気機械（４）の回転子（６）。
11. 相互に隣接するフォイル（１２）は、それらが重ならないように、または部分的にのみ互いに重なるように、前記回転軸（Ｘ－Ｘ）に対して角度的にずらされた窪み（４０）を有する、請求項１に記載の電気機械（４）の回転子（６）。
12. 相互に隣接するフォイル（１２）は、それらが重ならないように、または部分的にのみ重なるように、前記回転軸（Ｘ－Ｘ）に対して角度的にずらされたロック部分（３６）を有する、請求項１に記載の電気機械（４）の回転子（６）。
13. 相互に隣接するフォイル（１２）は、前記回転軸（Ｘ－Ｘ）に沿って、第１のフォイル（１２’）のロック部分（３６）が前記第１のフォイル（１２’）に隣接する第２のフォイル（１２’’）の窪み（４０）に重なるように、互いに角度的にずらされている、請求項１に記載の電気機械（４）の回転子（６）。
14. 前記キーイング部分（２０）は、ローレット加工を含む、請求項１に記載の電気機械（４）の回転子（６）。
15. 前記キーイング部分（２０）は、前記回転軸（Ｘ－Ｘ）に平行な複数の溝（３４）を有する溝付きプロファイルを備える、請求項１に記載の電気機械（４）の回転子（６）。
16. 請求項１に記載の回転子（６）を備える電気機械（４）。

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