JP2023505901A - ベアリングを受容するためのベアリングホルダ - Google Patents

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Abstract

ベアリングホルダ(10)は、内側部(30)および外側部(20)を含み、内側部(30)は、ベアリングを受容するための受容輪郭(32)を含み、外側部(20)はハウジング(90)に取り付けられるように構成される。内側部(30)および外側部(20)の間の遷移領域(25)は、ばね(55)を含む。遷移領域(25)は、少なくとも部分的に受容輪郭(32)のアキシャル軸線(70)に対して垂直な平面内にあり、かつ少なくとも部分的に内側部(30)および外側部(20)の少なくとも一部分の平面内にある。遷移領域(25)は減衰器(80)を含み、減衰器(80)は、内側部(30)の振動を減衰させて、内側部(30)から外側部への振動の伝達を低減させるように構成される。さらに、電気モータ、ベアリングホルダ(10)を製造するための方法、およびベアリングホルダ(10)を動作させるための方法が記載されている。

Description

本発明は、電気モータのロータを受容することができるベアリングを受容するためのベアリングホルダに関し、このような電気モータは、水を作動液として動作するヒートポンプにおいて圧縮機モータとして使用される。
図1は、独国特許出願公開第102016203411号明細書で知られているベアリングホルダを示す。ベアリングホルダは、ばね構造(図示せず)によってモータハウジングに支持される。ばね構造は、モータシャフトの軸線に対して垂直な少なくとも1つの、好ましくは2つのタイリング(tiling)軸線を中心とする、モータハウジングに対するベアリングホルダの傾斜偏向を許容するように構成され、一方モータシャフト方向の並進偏向は好ましくは阻止または防止される。したがって、当該ばね構造により、ベアリング部は、モータシャフトのタイリング(tiling)に対してしなやかであり、それによってモータシャフトはその慣性軸において回転することができる。したがって、ベアリングホルダ全体が偏向可能であるため、ベアリングに連続的な余計な力が作用しない。
さらに、ベアリングホルダは、ばね構造によってモータハウジングに連結されるだけでなく、付加的な減衰構造によっても連結される。これにより、望ましくない、すなわち、共振のステップアップをもたらすような、モータハウジングに対するベアリングホルダの振動の防止、または共振の減衰が保証される。特に、モータに衝撃が加わった場合、減衰システムは、モータシャフトを比較的迅速にその慣性軸に戻すのに有用である。さらに、減衰システムは、モータシャフトが剛体共振によって駆動されるときに、モータを起動する際、特に有用であることが証明されている。
独国特許出願公開第102016203411号明細書のベアリングホルダ10は、外側部20および内側部30ならびにばね構造40を含む。さらに、ばね構造40は、円の円周上に均等に位置する2つ以上のばね脚部50を含む。減衰システム(図示せず)は、モータハウジングに対するベアリングホルダの傾斜偏向によって連続的に「ロールスルー」するOリングなどの1つまたは複数の弾性減衰要素によって実装され、それにより、ベアリングホルダは、減衰要素の振動による仕事量に基づきエネルギーを実質的に消散することができる。
図1は、ベアリングホルダ10のばね構造40が2つ以上の長手方向ばね15を含み、ばね脚部がそれぞれモータシャフト(図示せず)の軸線に対して平行に延在するばね部分を含むことを示す。
米国特許第8282285号明細書は、ラジアルベアリング荷重によって生じる周方向に延在する構造のラジアル偏向または変形が、所定の限度内にあるとき、ラジアルベアリング荷重をハウジングに実質的に伝達するために円周方向に延在する構造を含むベアリングホルダを開示している。このために、ベアリングホルダは、内側部と外側部とを含む。内側部および外側部の間には、ベアリング荷重をハウジングに伝達するシャフト状構造体が配置される。
米国特許第6224533号明細書は、フレーム要素とベアリングホルダとの間に設けられ、遠心分離機ロータとフレーム要素との間の相対運動を吸収するように配置された、遠心分離機ロータのための支持装置を開示している。
欧州特許第2800913号明細書は、特にベアリングホルダを含むターボ機関を開示している。ベアリングホルダは、ハウジングで第1の部分に固定され、第2の部分は第1の部分に対してラジアル方向に移動可能である。第2の部分は、ラジアルベアリングに接続され、ラジアルベアリングのアキシャル荷重を除去するために、アキシャル方向に移動するように構成されている。
欧州特許第1890014号明細書は、第1のベアリングと第2のベアリングとを有するハウジングを備えた、真空ポンプのシャフトを支持するための配置を開示している。第1のベアリングは、シャフト軸方向に力を発生させ、アキシャル方向の剛性を有する。第2のベアリングは、ローラーベアリングとして構成され、アキシャル方向およびラジアル方向の剛性を有するベアリングホルダに配置される。ベアリングホルダは、アキシャル方向の剛性がラジアル方向の剛性よりも大きくなるように構成され、ベアリングホルダのアキシャル方向の剛性は、第1のベアリングの剛性よりも大きい。
独国特許出願公開第102016212552号明細書は、内燃機関の充電システムに配置するための、電気モータによって動作するインペラ圧縮機として構成された電気圧縮機を開示している。ここで、圧縮機のインペラとロータとは、共通のロータシャフトに配置され、ロータシャフトにトルクプルーフに接続されている。ロータシャフトは、圧縮機のインペラとロータとの間の領域において、ロータ回転軸の周りにベアリング構造によってのみ回転可能に支持されており、ベアリング構造は、単一部品のベアリング受容ハウジング部のベアリング受容部に受容され、少なくとも1つの振動減衰構成要素がベアリング構造とベアリング受容部の間に配置されている。
国際公開第2018/181186号は、回転軸を有するベアリング構造を開示しており、ベアリングは、ハウジングに配置され、ハウジングに対して回転軸を支持するようになっている。さらに、ベアリング構造は、回転軸が導入されるインナレースと、ハウジングの内壁領域に対向する外周面に形成されたリング状の溝部を有するアウタレースとを含む。さらに、ベアリング構造では、ベアリングのアウタレースの溝部に配置されたOリングが、外周面に対してラジアル方向外側に突出し、ハウジングの内壁領域に接触している。ハウジングの内壁領域とベアリングの外周面との間にギャップが形成される。当該ギャップは、Oリングのラジアル方向のオフセット量よりも大きい。
特開2017-166553号公報は、ベアリング、ベアリングホルダおよび弾性要素を有するベアリング装置を開示しており、そこでは、ベアリングは水平軸を有し、水平方向に延びるシャフトを支持するために設けられている。
電気モータ、特に高速で動作する電気モータのためのベアリングホルダにおける一般的な問題は、ベアリング領域で発生する加熱および振動である。通常、ボールベアリングやローラーベアリングなどの接触型ベアリングが使用される。このような接触型ベアリングでは、摩擦が発生し、その結果、電力消散が生じる。この電力消散は、一方では、それを消散させなければならないという問題があり、他方では、それが消散されないかまたは十分に消散されない場合に、ベアリングの摩耗を増大させ、それによりベアリングや電気モータ全体の寿命を短くするという問題がある。同時に、電気モータの回転数が高くなるほどベアリングホルダが振動し始めるため、アンバランスの問題がより大きくなる。つまり、このような接触型ベアリングでは高速で振動が発生するため、ベアリングホルダの機械的負荷が低くなるように振動を減衰させる必要があることを意味する。そうでない場合、ベアリングや電気モータ全体の寿命が短くなる。一般に、電力消散は、速度が高く、アンバランスが大きい程、ますます増加する。
しかし、例えば水を作動媒体として使用するヒートポンプを合理的に許容できる体積で運転するためには、高い回転数が必要である。水は、液体の水の特定の体積に対して多くの水蒸気を発生させる特性を有する。これは、ヒートポンプの全体効率に有利である。しかし、この大量の水蒸気を消散させ、特に圧縮する必要がある。そのため、圧縮機モータを大きくしたくない場合、圧縮機モータを、例えば50000rpm超の高速で運転させる必要がある。しかし、このような高速回転のモータでは、ベアリングの電力消散、最終的には電力寿命が問題となる。モータを高速で動作させるほど、モータは多くの電力を消散し、その寿命も短くなる。電力消散が大きいということは、電気モータの効率が低減することを意味し、これらの点はすべて不利である。さらに、寿命が短くなるとコストが高くなり、また他方では、構成要素、特にベアリングが低摩耗で高い電力消散に耐えなければならないため、十分な寿命を得るために構成要素に対して極端な要求が生じる。
本発明の目的は、電気モータのための改良されたベアリングホルダ、そのような改良されたベアリングホルダを含む電気モータ、およびベアリングホルダの製造および動作のための改良された方法を提供することである。
この目的は、請求項1に記載のベアリングホルダ、請求項26に記載の電気モータ、請求項28に記載のベアリングホルダの製造方法、または請求項31に記載のベアリングホルダを動作させるための方法によって解決される。
独国特許出願公開第102016203411号明細書 米国特許第8282285号明細書 米国特許第6224533号明細書 欧州特許第2800913号明細書 欧州特許第1890014号明細書 独国特許出願公開第102016212552号明細書 国際公開第2018/181186号 特開2017-166553号公報
本技術的教示によるベアリングホルダは、内側部と外側部とを含み、内側部はベアリングを受容するための受容輪郭を含み、外側部はハウジングに取り付けられるように構成される。内側部および外側部の間の遷移領域は、ばねを含む。ここで、遷移領域は、少なくとも部分的に受容輪郭のアキシャル軸線に対して垂直な平面内にあり、少なくとも部分的に内側部および外側部の少なくとも一部分と平面内にある。さらに、遷移領域は減衰器を含み、減衰器は内側部の振動を減衰するように構成され、内側部から外側部への振動の伝達を低減、または完全に除去する。
遷移領域に設けられたばねは、複数のばね要素を含むことができ、各ばね要素は1つのばねとみなされる。好ましくは、ばねは、内側部および外側部の間の遷移領域に円周に沿って配置される。好ましくは、ばねは、遷移面に沿って形成される。好ましくは、ばねは平坦に構成される。ここで、平坦とは、挿入されたロータのアキシャル軸線に対して垂直な平面内にばねが延在するとみなす。ばねが、例えばロータの動きによって振動するとき、ばねは、アキシャル軸線に対して垂直な平面内で振動する。
遷移領域は、内側部および外側部の間でカバープレートの下部領域を起点としてカバープレートの上部領域まで延在する遷移部体積、したがって複数の遷移面を含む。遷移部体積は、1つまたは複数のばねを含む。ここで、遷移領域または遷移部体積は、アキシャル軸線に対して垂直な複数の遷移面を含む。換言すれば、遷移部体積は、内側部および外側部の間のギャップを形成する。その結果、ばねは、遷移領域において、したがって互いに平行である遷移面において振動し得る。そのため、遷移部体積または遷移領域は、内側部の外周、外側部の内周、および2つの対向するカバープレートの上部および下部領域によって画定される。換言すれば、遷移領域は、少なくとも部分的に受容輪郭のアキシャル軸線に対して垂直な平面内にあり、少なくとも部分的に内側部および外側部の少なくとも一部と1つの平面内にある。このようにして、遷移領域の遷移面は、1つまたは複数のばねが振動する水平方向に延在する平面である。ばねが遷移領域の遷移面で振動する場合でも、1つまたは複数のばねは、アキシャル軸線に対して平行に、特に対向するカバープレートの間に延在する。個々のばねは3次元構造であり、ばねの振動はアキシャル軸線に対して平行な平面で行われる。
遷移部体積または遷移領域は、水または冷媒のような冷却液で満たされる。それによって、一方では、各ばねを減衰させることができ、他方では、同時に、冷却液によってばねから熱を消散させることができる。遷移部体積は、内側部および外側部の間にギャップを形成する。動作中、冷却液は遷移領域に連続的に導入され、遷移領域から再び消散される。換言すれば、遷移領域は、減衰器、すなわち例えば遷移領域内の冷却液を含み、減衰器は、内側部の振動を減衰させて、内側部から外側部への振動の伝達を低減させるように構成される。ここで、個々のばねの振動は、可動ロータからの振動が最初に内側部に伝達され、それによりばねが振動し始めるときに、内側部に配分される。
好ましくは、ロータが導入され得るベアリングを受容するための受容輪郭は、中空円筒形状である。中空円筒形状であることによって、ベアリングをベアリングホルダに導入することができる。しかしながら、受容輪郭は、円筒形状とは別の形状であってもよい。受容輪郭の中空領域がベアリングを受容できることが重要である。したがって、受容輪郭の中空領域は、ベアリングの外周に対して相補的に構成される。
提案されたベアリングホルダは、小さな設置スペースで実装可能なばね構造または輪郭構造によって、発生する振動の分離を可能にする。
提案されたベアリングホルダは、ターボ圧縮機または冷却装置のハウジングに取り付けることができる。一般に、提案されたベアリングホルダは、回転するシャフト、スピンドルまたはロータを含む装置に取り付けて、これらを保持することができる。換言すれば、提案されたベアリングホルダは、別の要素、多くの場合装置自体から分離、または減衰されるべき振動が発生するあらゆる場所で使用することができる。提案されたベアリングホルダを用いると、ベアリングホルダの寿命を向上させることができる。一方では、提案されたベアリングホルダは、振動を減衰させることができ、同時にベアリングホルダ領域で発生、または生じる熱を消散させることができる。提案されたベアリングホルダは、限られたスペースでコンパクトに減衰および放熱を行うことができる。ここで、振動を減衰させるための手段(遷移領域における冷却液、ばねおよび/またはエラストマー)、および放熱のための手段(遷移領域における冷却液および/またはエラストマー)を相乗的に用いることによって、そのようなベアリングホルダは、従来技術で知られているベアリングホルダと比較して、より小さな寸法、すなわち延長部分を有する。特に、ロータのアキシャル軸線に沿った延長部分が小さく、それによって、ロータとベアリングホルダとの間の伝達面が小さくなる。高速で回転するシステム、例えばラジアルターボ圧縮機のロータをハウジングから分離することによって、騒音の発生およびベアリングへの負荷を低減し、これによってベアリングホルダまたはそのような回転システムの寿命を延ばすことができる。
本明細書で提案されたベアリングホルダにより、所定の減衰度を得るまたは実装することが可能であり、特に、ベアリングホルダが設置されるシステムの曲げ限界周波数を、システムまたは電気モータの計画された動作範囲に応じて特定の範囲に設定できる。
本技術的教示のさらなる態様は、ロータが、提案されたベアリングホルダに動作可能に接続された電気モータに関する。提案されたベアリングホルダで構成された電気モータは、例えば、ベアリングホルダが振動を低減、最適には除去するように構成されるので、高速で動作させることができる。これにより、電気モータの寿命またはメンテナンス周期を長くすることができる。
本技術的教示のさらなる態様は、ベアリングホルダを製造するための方法に関し、そこでは、ベアリングホルダをモデル化し、ベアリングホルダが設置される電気モータが放出するであろう電力に適合させて製造することができる。提案されたベアリングホルダは、3Dレーザー切断やウォータージェット切断などの費用対効果の高い方法で製造することができる。しかし、ワイヤ侵食加工やフライス加工によって、提案されたベアリングホルダを製造することも可能であろう。ベアリングホルダを製造する際、例えば、ラジアル方向およびアキシャル方向の差異は、材料強度および/またはばねが形成される切断パターンによって良好に調整することができる。本技術的教示のさらなる態様は、特にその製造後に、ベアリングホルダを動作させるための方法に関する。
本発明の好ましい実施形態は、添付の図面を参照して以下により詳細に説明される。
従来技術で知られているベアリングホルダの図である。 外側部が示されたベアリングホルダの図である。 図2aのベアリングホルダの断面の拡大図である。 本明細書で提案された技術的教示によるベアリングホルダの図である。 図3のベアリングホルダの別の斜視図である。 本明細書で提案された技術的教示によるベアリングホルダの斜視図である。 図5aのベアリングホルダの上面図である。 図3および図4によるベアリングホルダ断面拡大図である。 本明細書で提案された技術的教示によるベアリングホルダの斜視図である。 図7のベアリングホルダの上面図である。 本明細書で提案された技術的教示によるベアリングホルダを有するターボ圧縮機の電気モータの概略図である。
本明細書に記載された技術的教示の個々の態様を、図1~図9で以下に記載する。本出願において、同じ参照番号は、同じまたは同等の要素に関するが、繰り返される場合、すべての参照番号がすべての図面で再度図示されているわけではない。
図2~図5および図7~図8はそれぞれ、1つのベアリングホルダを示す。図1に示す独国特許出願公開第102016203411号明細書で知られているベアリングホルダは、本出願の導入部で既に説明した。図3~図5および図7~図8に示されたベアリングホルダ10はそれぞれ、内側部30および外側部20を含み、内側部30はベアリングを受容するための受容輪郭32を含み、これはロータ(図示せず)を受容するためにも使用できる。例えば図2および図5に示すように、ベアリングを受容するための受容輪郭32が、内側部30内に配置される。図9を除く他のすべての図において、そのような受容輪郭を見ることができ、そこでは、個々の図が複雑にならないように、同じものに参照番号は付していない。図2に図示されたベアリングホルダ10は、内側部30を完全に示しているが、外側部20は概略的に部分的にしか図示されていない。図2~図5および図7~図8から分かるように、受容輪郭32は、ベアリングを受容するためのレリーフ32aを含む中空円筒として構成することができる。外側部20は、ハウジング、特にターボ圧縮機または冷却装置のハウジングに取り付けられるように構成される。このために、穴92が、外側部20の一部であり得る基部34に設けられ、それにより、外側部20をハウジング90に取り付けることができる。例えば、外側部は、ハウジング90にねじ止めすることができる。このような場合、穴92にねじ山を設けてもよい。
外側部20と内側部30との間の領域は、遷移領域25を画定する。遷移領域25は、内側部30および外側部20を連結する遷移面35を含み、特にそれらを接続する。内側部30および外側部20の間の遷移領域25は、ばね55を含む。ここで、ばね55は、例えば、図2、図5、図7および図8に示すように、複数のばね55のばね構造40として設けることもできる。さらに、ばね55は、図7および図8に示すように、輪郭56によって形成される隆起部57がスポーク58を形成するように、直線輪郭56を含んでもよい。あるいは、ばね55は、輪郭56によって形成される隆起部57が屈曲形状59を有するように、屈曲輪郭56を含んでもよい。屈曲形状59は、図2aおよび図2bに示すように、正弦波のような周期性を有する波状であってもよい。その場合、波の形状は、得られるばね55のラジアル方向とアキシャル方向との剛性の比を規定する。あるいは、屈曲形状59は、例えば図5aおよび図5bに示されるように、隆起部57が正弦波のような周期性を有さない屈曲パターンで構成されるようにしてもよい。図2bは、3つのばね55を示す。例えば、図5aおよび図5bに示す3つのばね55は、それぞれ、屈曲形状59の1周期のみを示す。図5aおよび図5bはまた、隆起部57を有する3つのばね55を示し、各ばね55は非周期的な屈曲形状59を有する。図7および図8による3つのばねは、隆起部57を形成する直線輪郭56を有するスポーク58として構成される。
ここで、各ばね55は、第1の輪郭56と第2の輪郭56とによって形成され、第1の輪郭56と第2の輪郭56はそれぞれ隆起部57を形成する。隆起部57は、第1の端部で内側部30に接続され、第2の端部で外側部20に接続される。ばね55を形成する隆起部57は、遷移領域25の遷移面35に構成される。このようにして、遷移領域は、少なくとも部分的に受容輪郭32のアキシャル軸線70に垂直な平面内にあり、かつ少なくとも部分的に内側部30および外側部20の少なくとも一部分の平面内にある。
図2~図5および図7~図8から分かるように、ばね55は、内側部30および外側部20の間でアキシャル軸線70を中心として対称に位置する。特に、ばね55は、アキシャル軸線70に対して垂直な平面内に位置する。アキシャル軸線に70対して垂直な面は、例えば、x-y平面に広がり、アキシャル軸線70はz方向に縦断する。このような場合、ばね55は、x-y平面内で偏向しながらx-y平面内で振動する。最大6個、好ましくは3個のばね55を、アキシャル軸線70を中心として対称に位置するように配置することができる。1つまたは複数のばね55は、遷移領域25に延在し、平面、特に遷移面35に対して平行なx-y平面で振動するように構成される。これは、図2bにおいて、例えば、矢印110および矢印120によって示されている。x-y平面は、例えば、水平面を画定する。
さらに、遷移領域25は、図3および図4から分かるように、減衰器80を含む。減衰器80は、内側部30の振動を減衰させて、内側部30から外側部20への振動の伝達を低減させるように構成される。理想的な場合、振動は、減衰するだけでなく除去される。減衰または除去は、特に、非常に高い周波数を有する振動において発生し得る。個々のばね55の振動は、可動ロータ(図示せず)からの振動が最初に内側部30に伝達され、それにより、ばね55が振動し始めるときに、内側部30に配分される。ばね55は、遷移面35において、すなわち、x-y平面において、つまり特に水平面において振動を開始する。
減衰器80は、エラストマー81および/またはクリンピング液体減衰器(crimping liquid attenuator)82を含む。クリンピング液体減衰器82は、例えば動作中にギャップ84内に連続的に供給され、ギャップ84から消散され得るクリンピング流体85を含む。エラストマー81は、Oリング83形状、またはKリングである矩形リング形状で構成することもできる。エラストマー81は、例えば、異なる位置に配置することができる。これは、多数のOリング83またはKリングを設けることで、例えば、特に内側部30の封止または減衰を提供できる。内側部30および外側部20は、クリンピング液体減衰器82が配置されるギャップ84によって離間されている。ギャップ84は、遷移部体積を規定する。換言すれば、ギャップ84は、遷移面35を起点としてアキシャル軸線70に対して平行に延在する遷移部体積に広がる。クリンピング液体減衰器82は、特に液体の代わりにガスが減衰器82に使用される場合、クリンピング流体減衰器、すなわちクリンピング流体85であってもよい。いずれの場合も、ギャップ84の遷移部体積にクリンピング流体が導入される。換言すれば、振動を減衰させるためのクリンピング液体減衰器82は、クリンピング流体85で満たされている。好ましくは、クリンピング流体82は液体である。しかし、クリンピング流体としてガスを用いることも可能である。クリンピング流体85は、振動を減衰させ、かつ熱を消散させるために適している場合に有利である。クリンピング流体85は、振動をさらに減衰させることができる冷却液として動作する。冷却液は、冷媒や水などのプラント媒体であってもよい。
クリンピング液体減衰器82の遷移部体積は、内側部30および外側部20の間のギャップ84として構成され、ベアリングホルダ10動作中に冷却液を連続的に供給し、振動を減衰させ、かつ熱を消散させることが可能である。ギャップ84の内外への冷却液またはクリンピング流体85の連続的な供給および消散は、冷却液入口87と冷却液出口88を介して行うことができる。クリンピング液体減衰器82のギャップ84は、エラストマー81で封止されており、エラストマー81は同時に、発生する振動を減衰させ、かつ/または熱を吸収するように構成される。熱を吸収すると、エラストマー81およびエラストマー周囲の材料は、それらの膨張係数にしたがって膨張する。
図3および図4は、例えば、Oリング83の形態のエラストマー81が異なる位置に配置されていることを示す。例えば、それぞれ1つのOリング83が、上部または下部カバープレート91と内側部30との間の上部および下部遷移部に設けられる。さらに例えば、それぞれ1つのOリング83が、上部または下部カバープレート91と外側部20との間の上部および下部遷移部に設けられる。
さらに、図4は、さらなるカバーギャップ95を含む下部カバープレート91と内側部30との間の遷移部を示す。図4で枠線2によって強調されたカバーギャップ95が、図6で拡大表示されている。冷却液は、カバーギャップ95に入ることができる。カバーギャップ95に入った液体は、一方では動作中に振動の減衰をサポートすることができ、他方では、冷却液は同時にOリング83やエラストマー81および/または内側部30の外周を冷却することができる。その結果、エラストマー81は、弾性Oリング83として構成され、内側部30の外周に配置される。さらに、エラストマー81は、弾性Oリング83として構成され、外側部30の内周に配置される。
さらに、クリンピング液体減衰器82は、ベアリングホルダ10の製造時に、エラストマー81によって封止されたギャップ84に導入される冷却ガスまたは永久冷却液を含み得る。永久冷却液、あるいは冷却液を用いず、冷却ガスをギャップ84に提供する場合、冷却液入口87および冷却液出口88は設けなくてもよい。むしろ、永久冷却液または冷却ガスは、ベアリングホルダ10の製造時にギャップ84に導入され、カバーブレード(cover blades)91およびエラストマー81によって閉じられ、特に封止される。
図2、5、7および8は、環状に構成され、クリンピング液体減衰器82を囲む遷移領域25に、ばね51および1つまたは複数のさらなるばね55が配置されていることを示す。図5、7および8によれば、好ましくは、3つのばね55が遷移領域25に配置される。
図3および図4は、内側部30および外側部20の間にカバープレート91が咬合して配置される様子、および外側部20の端部と、内側部30の端部と、エラストマー81と、カバープレート91領域とが平面93を形成する様子を示す。ここで、カバープレート91は、アキシャル軸線70に対して垂直に延在する。カバープレート91は、アキシャル軸線70に対して平行なばね55の延長部分によって互いに離間して配置される。これにより、ギャップ84の体積に対応するクリンピング液体減衰器の体積が決定される。少なくとも1つの冷却液入口87を介して冷却液を導入することができるクリンピング液体減衰器82の体積は、内側部30の外周および外側部20の内周と、内側部30および外側部20の端部に配置された少なくとも1つのカバープレート91とにわたって広がる。
好ましくは、外側部20は、冷却液入口87と冷却液出口88とを含み、冷却液入口87は、内側部30および外側部20の間に冷却液を供給するために設けられる。換言すれば、冷却液入口87は、遷移領域またはクリンピング液体減衰器内に冷却液を供給するために設けられる。冷却液出口88は、内側部30および外側部20の間の冷却液を消散させるために設けられる。好ましくは、単一の冷却液入口87および単一の冷却液出口88が設けられ、これらは互いに反対方向に配置することができる。さらに、単一の冷却液入口87と単一の冷却液出口88は、それらが90°~175°の角度に広がるように、外側部20の環状の2つの位置に配置することができる。さらに、外側部20に、複数の冷却液入口87および複数の冷却液出口88を設けることも考えられる(図4、図5、図7および図8参照)。次に、例えば、これらは環状に対称に配置される。例えば、偶数個の冷却液入口87と偶数個の冷却液出口88を設けることができる。好ましくは、2つの冷却液入口87および2つの冷却液出口88を設けることができ、冷却液入口87は互いに反対方向に配置され、冷却液出口88は互いに反対方向に配置される。冷却液入口87および冷却液出口88は、穴92によって、または凹部94によって構成することができる。図2は、冷却液入口87または冷却液出口88を、内側部にも配置可能な凹部94として示している。図4、図5、図7および図8は、冷却液入口87または冷却液出口88を穴92として示している。穴または凹部は、例えば、要件に応じて、冷却液入口87および/または冷却液出口88をねじにねじ込むことによって閉じることができるように、特にフライス加工されたねじで構成することができる。
好ましくは、冷却液入口87の少なくとも一部および冷却液出口88の少なくとも一部とばね55とは、受容輪郭32のアキシャル軸線70に対して垂直な少なくとも1つの断面にある。したがって、ベアリングホルダ10を、よりコンパクトに構造化することができる。特に、提案されたベアリングホルダ10は、従来技術で知られているベアリングホルダと比較して、アキシャル軸線70に沿ってより小さな延長部分を有する。このようにして、例えば、提案されたベアリングホルダが、従来のベアリングホルダと同じ剛性で、従来のベアリングホルダのものよりも実質的に4分の1の延長部分を有することもあり得る。その結果、ロータ(図示せず)が導入される導入ボールベアリングの当接領域が小さくなる。これにより、ロータとベアリングホルダとの間の摩擦が小さくなり、ロータまたは電気モータの電力消散を低減することができる。
好ましくは、内側部30、外側部20、ばね55、エラストマー81およびクリンピング液体減衰器82または減衰器80は、特に40Hz以降または40~1000Hzの周波数で振動が生じたとき、内側部が外側部から分離されるように構成される。特に好ましくは、ロータの固有振動の周波数範囲の振動が発生したときに、内側部30が外側部20から分離される。それによって、ベアリングホルダまたは電気モータの破壊を防止することができる。減衰システムでは、固有振動は、考えられる共振振動に対応することができる。しかし、電気モータの破壊を防止するために共振振動を防止すべきである。
さらに、基部34が図2~図5および図7、図9に示されている。好ましくは、基部34は、ベアリングホルダ10をハウジング90(図9にのみに図示)に取り付ける、特にねじ止めすることができる穴を含む。
図9は、提案された電気モータと提案されたベアリングホルダ10とを含む圧縮機の概略図である。提案された電気モータは、電気モータのためのハウジング90であるモータケーシング290を含む。さらに、電気モータは、第1の端部と第2の端部とを有するモータシャフト260を含む。さらに、提案された電気モータは、電気モータのモータケーシング290またはハウジング90に連結されるベアリングホルダ10、特に本明細書に記載された第1のベアリングホルダを含む。好ましくは、ベアリングホルダ10は、モータケーシング290にねじ止めされる。特に、第1のベアリングホルダ10は、モータシャフト260の第1の端部またはその近傍に配置され、モータシャフトの第1の端部は、第1のロータ端部62と同等である。ベアリングホルダ10をハウジング90に装着するために、ベアリングホルダ10の基部34は穴92を含む。
さらに、電気モータは、モータシャフト260またはロータ60をベアリングホルダ10で支持するためのベアリング部280を含む。さらに、電気モータは、モータシャフトの近傍、特に第2の端部に取り付けられた被駆動要素300を含む。モータシャフト260の第2の端部は、第2のロータ端部64に対応しない。図9から分かるように、被駆動要素300は、第2のロータ端部64とモータシャフト260の第2の端部との間に取り付けられる。被駆動要素300は、例えば、インペラまたは当業者に公知の別の要素であり得る。被駆動要素300は、モータシャフトの第2の端部で、モータシャフト260にシャフトナット220によって固定することができる。
駆動部320は、ベアリング部280と被駆動要素300との間に配置され、ロータ60とステータ250とを含む。ステータ250およびモータシャフト260のロータ50は、例えば図9から分かるように、ハウジング90によって囲まれている。被駆動要素300はモータシャフト260の一方の端部、特に第2の端部に配置され、1つまたは複数のディスタンススリーブ310によって、さらなる、特に第2のベアリングホルダ10から離間される。第1のベアリングホルダ10は、第1のロータ端部62に配置され、第2のベアリングホルダ10は、第2のロータ端部64に配置される。換言すれば、駆動部320と被駆動要素300との間に、本明細書に記載された、さらなる、すなわち第2のベアリングホルダ10が配置される。駆動部320は、第1のベアリングホルダ10と第2のベアリングホルダ10との間、すなわち、ベアリングホルダ10と、さらなるベアリングホルダ10との間に配置される。さらなるベアリングホルダ10は、例えば、ロータ60の固定ベアリング240にその内側部30を連結することができる。第1のベアリングホルダ10は、その内側部30を可動ベアリング270に連結することができる。ベアリングホルダ10のばね55は図9に概略的に示されており、ベアリングホルダは、例えば、図2~図5、図7および図8に図示されているような本明細書に記載されたばね55を含む。
本技術的教示のさらなる態様は、内側部30および外側部20を有するベアリングホルダ10を製造するための方法に関し、内側部30は、ロータ60が受容され得るベアリングを受容するための受容輪郭32を含み、外側部20は、ハウジング90に取り付けられるように構成されており、内側部30および外側部20の間の遷移領域25にばね55が設けられている。ベアリングホルダ10を製造するための方法は、遷移領域25を、少なくとも部分的に、受容輪郭32のアキシャル軸線70に対して垂直な平面内、かつ少なくとも部分的に内側部30および外側部20の少なくとも一部の平面内に配置するステップを含む。ベアリングホルダ10は、例えば、内側部30および外側部20を含む単一部品要素で構成することができる。ばね55を含み、内側部30および外側部20の間に配置される遷移領域25の配置は、例えば、3Dレーザー切断またはウォータージェット切断によって実施できる。ばね55を形成する輪郭56は、3Dレーザー切断によって、またはウォータージェット切断によって遷移領域25に切断できる。さらに、ベアリングホルダ10を製造するための方法は、遷移領域25に減衰器80を配置するステップを含み、減衰器80は、内側部30の振動を減衰させ、それによって内側部30から外側部20への振動の伝達を低減させる。好ましくは、ベアリングホルダ10のばね55およびエラストマー81または減衰器80は、その特性に関して互いに適合し、それにより、好ましくは特に特定の周波数の振動を除去することができる。
ここで、ベアリングホルダ10を製造するための方法は、発生する振動の減衰および/または放熱の強度を予め決定するステップ、および減衰器80に含まれるクリンピング液体減衰器82の形状および冷却液組成を決定するステップをさらに含む。さらに、方法は、ばね55の形状および組成を決定するステップを含む。所定の減衰強度に応じて、例えば、ばね55の形状が異なってもよく、および/またはばね55の数が異なってもよい。さらに、方法は、その物理的特性を有する所定の減衰強度に適合する適切なエラストマー81を選択するステップを含む。このために、方法は、振動を減衰させるように構成されたエラストマーを決定するステップを含む。これらすべての決定するステップを実施後、または個々の決定するステップを実施後、製造するステップを一緒に実施してもよく、または製造する各ステップを個々に実施してもよい。換言すれば、決定されたクリンピング液体減衰器ならびに/または決定されたばねおよび/もしくは決定されたエラストマーを製造するステップは、規定構成要素の所望の特性が決定された後にのみ行われる。それによって、ベアリングホルダ10が使用される特定の条件に適合するベアリングホルダを製造することができる。個々の構成要素が決定され製造された後、決定されたクリンピング液体減衰器、決定されたばねおよび決定されたエラストマーを含むベアリングホルダ10を組み立てるステップが実施され、ベアリングホルダ10は、所定の強度で振動を減衰させ、および/または所定の強度で放熱する。
本技術的教示のさらなる態様は、内側部30および外側部20と、内側部30および外側部20の間の遷移領域25のばね55および減衰器80とを有するベアリングホルダ10を動作させるための方法に関する。ベアリングホルダ10を動作させるための方法は、内側部30によって、特に内側部30の受容輪郭32のベアリングによってロータ60を受容するステップと、ロータ60に動作可能に接続されているハウジング90に外側部20を装着するステップとを含む。ここで、受容するステップと適合させるステップは、異なる順序であってもよい。受容するステップおよび取り付けるステップを実施後、ベアリングホルダ10に動作可能に接続されているロータ60は、回転、すなわち運動状態に設定することができる。このために、振動が発生し得るように、ロータを運動状態に設定するステップが設けられる。減衰強度が決定された予め決められたベアリングホルダ10により、発生する振動を減衰させて内側部30から外側部20への振動の伝達を低減するステップは、使用されるベアリングホルダ10によって自動的に、すなわち外部からのさらなる作用なしで行われる。
状況に応じて異なる周波数および異なる振幅の振動が発生し、ベアリングホルダ10は、状況に応じてベアリングホルダ10を製造する方法の間に、特定の状況に対してモデル化することができる。換言すれば、本明細書に記載されたベアリングホルダ10は、最初は、ベアリングホルダ10を製造するための本明細書に記載された方法を用いて製造することができ、その後、その機能を使用することができる本明細書で提案されたベアリングホルダ10を動作させるための方法でベアリングホルダ10を使用することができる。
本明細書で提案されたベアリングホルダ10に対して、外側部20と内側部30との間の振動の特定の減衰または分離のための以下のような最大3つの機構が開示されている。
a)輪郭56によって形成され、ロータ60のアキシャル軸線70に垂直な平面内にあるばね55による分離。
b)クリンピング液体減衰器82による分離、ここで、減衰強度は、ギャップ84の幅および/またはベアリングホルダ10の構成要素の高さによって調整することができる。さらに、循環するプラント水を減衰用媒体として使用することができる。
c)エラストマー81による分離。
システムの振動を分離させるために、これらの3つの機構a)~c)を一緒に、または別々に使用してもよいし、3つの機構のうち2つを使用してもよい。例えば、2つの機構のみを使用する場合、エラストマー81による減衰または分離と、クリンピング液体減衰器82による減衰または分離とを提供することが可能である。あるいは、単にエラストマー81による減衰を提供することが可能である。
システムの振動を相乗的に低減することができるので、3つの機構をすべて使用することが特に好ましい。換言すれば、提示された3つの機構は、3つの機構の相加的な重ね合わせに加えて、3つの機構の協働によって、減衰と放熱とが促進されるように協同する。3つの機構は、提案されたベアリングホルダ10の製造中に、それぞれ個別に強弱をつけることができ、それによって減衰および/または放熱を特に制御できる。
提案されたベアリングホルダ10のさらなる利点は、冷却液入口87を介してクリンピング液としてクリンピング液体減衰器82に導入し、クリンピング液体減衰器82から冷却液出口88を介して再び消散し得る水を、冷媒またはプラント媒体として使用することができることである。さらに、ベアリングホルダ10を水または冷媒によって同時に冷却することができる。すなわち冷媒を放熱にために使用することができる。さらに、ベアリングホルダ10を冷却することによって、ベアリングホルダ10に当接するボールベアリングを冷却することができる。そうでない場合、水蒸気雰囲気が低いため、真空中の熱をベアリングホルダ10に消散することが困難になる。
既に記載したように、ばね55は、3Dレーザー切断またはウォータージェット切断によって製造される。これにより、好ましくは金属からなる部材の非常に精密な公差と配向が可能になる。
2 楕円
10 ベアリングホルダ
20 外側部
25 遷移領域
30 内側部
32 受容輪郭
32a レリーフ
34 基部
35 遷移面
40 ばね構造
50 ばね脚部
55 ばね
56 輪郭
57 隆起部
58 スポーク
59 屈曲形状
60 ロータ
62 第1のロータ端部
64 第2のロータ端部
70 アキシャル軸線
80 減衰器
81 エラストマー
82 クリンピング液体減衰器
83 Oリング
84 ギャップ
85 クリンピング流体
87 冷却液入口
88 冷却液出口
90 ハウジング
91 カバープレート
92 穴
93 平面領域
94 凹部
95 カバーギャップ
110 矢印
120 矢印
200 圧縮機
210 インペラ
220 シャフトナット
230 ディスタンススリーブ
240 固定ベアリング
250 ステータ
260 モータシャフト
270 可動ベアリング
280 ベアリング部
290 モータケーシング
300 被駆動要素
310 ディスタンススリーブ
320 駆動部

Claims (32)

  1. 内側部(30)および外側部(20)を含むベアリングホルダ(10)であって、
    前記内側部(30)がベアリングを受容するための受容輪郭(32)を含み、
    前記外側部(20)がハウジング(90)に取り付けられるように構成され、
    前記内側部(30)および前記外側部(20)の間の遷移領域(25)がばね(55)を含み、
    前記遷移領域(25)が、少なくとも部分的に前記受容輪郭(32)のアキシャル軸線(70)に対して垂直な平面内にあり、かつ少なくとも部分的に前記内側部(30)および前記外側部(20)の少なくとも一部分の平面内にあり、前記遷移領域(25)が減衰器(80)を含み、前記減衰器(80)が、前記内側部(30)の振動を減衰させて、前記内側部(30)から前記外側部への前記振動の伝達を低減させるように構成された、
    ベアリングホルダ(10)。
  2. 前記遷移領域(25)が、前記内側部(30)および前記外側部(20)を互いに連結する遷移面(35)を含む、請求項1に記載のベアリングホルダ(10)。
  3. 前記ばね(55)が、前記遷移領域(25)内に延在し、前記遷移面(35)に対して平行な平面において振動するように構成された、請求項2に記載のベアリングホルダ(10)。
  4. 前記ばね(55)が第1および第2の輪郭(56)によって形成され、前記ばね(55)が前記第1および前記第2の輪郭(56)の間に隆起部(57)を含む、請求項1から3のいずれか一項に記載のベアリングホルダ(10)。
  5. 前記隆起部(57)が、第1の端部で前記内側部(30)に接続され、第2の端部で前記外側部(20)に接続された、請求項4に記載のベアリングホルダ(10)。
  6. 前記ばね(55)が、前記隆起部(56)がスポーク(58)を形成するような直線輪郭(56)を含む、または前記隆起部(56)が屈曲形状(59)を含むような屈曲輪郭を含む、請求項4または5に記載のベアリングホルダ(10)。
  7. 前記アキシャル軸線(70)を中心として対称に位置する最大6つ、好ましくは3つのばね(55)を含む、請求項1から6のいずれか一項に記載のベアリングホルダ(10)。
  8. 前記減衰器(80)が、エラストマー(81)および/またはクリンピング液体減衰器(82)を含む、請求項1から7のいずれか一項に記載のベアリングホルダ(10)。
  9. 前記内側部(30)および前記外側部(20)が前記クリンピング液体減衰器(82)によって互いに離間され、前記クリンピング液体減衰器(82)が、前記遷移面(35)を起点として前記アキシャル軸線(70)に対して平行に延在する遷移部体積を含む、請求項8に記載のベアリングホルダ(10)。
  10. 振動を減衰させるための前記クリンピング液体減衰器(82)がクリンピング流体で満たされている、請求項8または9に記載のベアリングホルダ(10)。
  11. 前記クリンピング液体減衰器(82)が、前記内側部(30)および前記外側部(20)の間のギャップ(84)であり、前記ギャップに、前記ベアリングホルダ(10)の動作中、冷却液を連続的に供給して振動を減衰して熱を消散し得る、請求項8から10のいずれか一項に記載のベアリングホルダ(10)。
  12. 前記クリンピング液体減衰器(82)の前記ギャップ(84)が、前記発生する振動を減衰するように同時に構成されたエラストマー(81)で封止された、請求項8から11のいずれか一項に記載のベアリングホルダ(10)。
  13. 前記クリンピング液体減衰器(84)が、前記ベアリングホルダ(10)の製造時に、前記エラストマー(71)によって封止された前記ギャップ(84)に導入される冷却ガスまたは永久冷却液を含む、請求項8から12のいずれか一項に記載のベアリングホルダ(10)。
  14. 環状に構成され、前記クリンピング液体減衰器(82)を囲む前記遷移領域(25)に、前記ばね(55)および1つまたは複数のさらなるばね(55)が配置されている、請求項8から13のいずれか一項に記載のベアリングホルダ(10)。
  15. 弾性Oリング(83)または弾性Kリングとして構成された前記エラストマー(81)が、前記内側部(30)の外周に配置された、請求項1から14のいずれか一項に記載のベアリングホルダ(10)。
  16. 弾性Oリング(83)または弾性Kリングとして構成された前記エラストマー(81)が、前記外側部(20)の内周に配置された、請求項1から15のいずれか一項に記載のベアリングホルダ(10)。
  17. カバープレート(91)が前記内側部(30)および前記外側部(20)の間に咬合して配置され、前記外側部(20)の端部と、前記内側部(30)の端部と、前記エラストマー(81)と、前記カバープレート(91)の領域とが平面を形成する、請求項1から16のいずれか一項に記載のベアリングホルダ(10)。
  18. 前記外側部(20)が、冷却液入口(87)と冷却液出口(88)とを含み、前記冷却液入口(87)が、前記内側部(30)および前記外側部(20)の間に冷却液を供給するために設けられた、請求項1から17のいずれか一項に記載のベアリングホルダ(10)。
  19. 前記冷却液入口(87)の少なくとも一部および前記冷却液出口(88)の少なくとも一部と、前記ばね(55)とが、少なくとも1つの横断面において、前記受容輪郭(32)の前記アキシャル軸線(70)に対して垂直である、請求項18に記載のベアリングホルダ(10)。
  20. 前記冷却液が、冷媒または水などのプラント媒体である、請求項18または19に記載のベアリングホルダ(10)。
  21. 前記クリンピング液体減衰器(20)の体積が、前記内側部(30)の外周と、前記外側部(20)の内周と、前記内側部(30)および外側部(20)の前記端部に配置された少なくとも1つのカバープレート(91)とに広がり、前記体積内に、前記少なくとも1つの冷却液入口(87)を介して前記冷却液を導入することができる、請求項18から20のいずれか一項に記載のベアリングホルダ(10)。
  22. 前記冷却液入口(87)が、前記外側部(20)の前記冷却液出口(88)の反対方向に配置されている、請求項18から21のいずれか一項に記載のベアリングホルダ(10)。
  23. 前記少なくとも1つの冷却入口(87)および前記少なくとも1つの冷却液出口(88)がそれぞれ、前記外側部(20)に穴(92)または凹部(94)として構成される、請求項18から22のいずれか一項に記載のベアリングホルダ(10)。
  24. 前記内側部(30)と、前記外側部(20)と、前記ばね(55)と、前記エラストマー(81)と、前記クリンピング液体減衰器(82)とが、特に40Hz以降または40Hz~1000Hzの周波数で振動が生じたときに、前記内側部30が前記外側部20から分離されるように構成された、請求項1から23のいずれか一項に記載のベアリングホルダ(10)。
  25. 前記ベアリングを受容するための前記受容輪郭(32)が中空円筒である、請求項1から24のいずれか一項に記載のベアリングホルダ(10)。
  26. モータケーシング(290)と、
    第1の端部と第2の端部を有するモータシャフト(260)と、
    前記モータケーシング(290)に連結される請求項1から25のいずれか一項に記載のベアリングホルダ(10)と、
    前記モータシャフト(290)を前記ベアリングホルダ(10)で支持するためのベアリング部(280)と、
    前記モータシャフト(260)の端部または近傍に取り付けられた被駆動要素(300)と、
    前記ベアリング部(280)と前記被駆動要素(300)との間に配置され、ロータ(60)とステータ(250)とを含む駆動部(320)と、
    を含む電気モータ。
  27. 請求項1から25のいずれか一項に記載のさらなるベアリングホルダ(10)が、前記駆動部(320)と前記被駆動要素(300)との間に配置された、請求項26に記載の電気モータ。
  28. 内側部(30)および外側部(20)を有するベアリングホルダ(10)を製造するための方法であって、
    前記内側部(30)がベアリングを受容するための受容輪郭(32)を含み、
    前記外側部(20)がハウジング(90)に取り付けられるように構成され、前記内側部(30)および前記外側部(20)の間の遷移領域(25)にばね(55)含み、
    前記遷移領域(25)を、少なくとも部分的に前記受容輪郭(32)のアキシャル軸線(70)に対して垂直な平面内に、かつ少なくとも部分的に前記内側部(30)および前記外側部(20)の少なくとも一部分の平面内に配置するステップと、
    前記遷移領域(25)に、前記内側部(30)の振動を減衰させ、前記内側部(30)から前記外側部(20)への前記振動の伝達を低減させる減衰器(80)を配置するステップと、を含む方法。
  29. 前記発生する振動の減衰および/または放熱の強度を予め決定するステップ、
    クリンピング液体減衰器(82)の形状および冷却液組成を決定するステップ、
    前記ばね(55)の形状および組成を決定するステップ、および/または
    振動を減衰させるように構成されたエラストマー(81)を決定するステップ、
    前記決定されたクリンピング液体減衰器(82)、前記決定されたばね(55)および/または前記決定されたエラストマー(81)を製造するステップ、ならびに
    前記決定されたクリンピング液体減衰器(82)と、前記決定されたばね(55)と、前記決定されたエラストマー(81)とを含み、前記所定の強度で振動を減衰させる、および/または前記所定の強度で熱を消散させる前記ベアリングホルダ(10)を組み立てるステップ
    を含む、請求項28に記載の方法。
  30. 前記ばね(55)の輪郭(56)が、3Dレーザー切断またはウォータージェット切断によって製造される、請求項28または29に記載の方法。
  31. 内側部(30)および外側部(20)と、前記内側部(30)および前記外側部(20)の間の遷移領域(25)にばね(55)および減衰器(80)とを有するベアリングホルダ(10)を動作させるための方法であって、
    前記内側部(30)の受容輪郭(32)にベアリングによってロータ(60)を受容するステップと、
    前記外側部(20)を、前記ロータ(60)に動作可能に接続されたハウジング(90)に装着するステップと、
    振動が発生するように前記ロータ(60)を運動状態に設定するステップと、
    前記内側部(30)から前記外側部(20)への前記振動の伝達を低減するために、発生する振動を減衰させるステップと、を含む方法。
  32. 請求項1から25のいずれか一項に記載のベアリングホルダ(10)を使用し、その機能を利用する請求項31に記載の方法。

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