JP3732301B2 - 爪付き磁気電気ロータ、そのようなロータの製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は爪付き磁気電気ロータおよびそのようなロータを製造する方法に関する。より詳細には本発明は、高速同期機内で使用するための磁気電気ロータおよびそのような爪付き磁気電気ロータの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
これらの爪付きロータは、固設された複数の非磁性および磁性要素から成る。いくつかの高速同期機内で使用され得る速度は５００００回転／分以上になることがある。ところが、先述のようにこれらのロータは部品を組み合わせたものであることから、爪付きロータの製造者は、最適な空力形状を保ちつつ遠心力による破損に対し可能な限り高い強度を有するロータを得ようとしている。
【０００３】
前記の速度で動作することができる中実のロータをつくるには、ロータが高速時の破損に耐えるようアイソスタティック圧縮型または同等の組み立て技術を使用する必要がある。例えば、回転時に発生する遠心力は運動中の質量に比例する。
【０００４】
ロータの分極爪を形成する磁性部分、および非磁性中空外周円筒部内に容れられた、極性が反対の爪の分離用非磁性部分を含む種類の爪付き磁気電気ロータの既知の製造方法は、非磁性中空円筒部を磁性部分および非磁性部分で充填する段階と、磁性部分と、非磁性部分と、中空外周円筒部とから成るアセンブリをアイソスタティック圧縮する段階とを含む。
【０００５】
アイソスタティック圧縮する段階を利用する場合には、ロータの構成部品が完璧に組み立てられていなければならない。例えば、アイソスタティック圧縮時に物質のない空間が残っていると、この空間の圧縮時、このようにしてつくったロータの磁性に関する寸法決定および静的および動的力学的平衡に有害な構成部品の移動が発生する。
【０００６】
結果として発生する問題が最小の場合には、ロータが、所望する最適な磁性特性を有さなくなる。問題が最悪の場合には、発生する力学的不平衡によりロータが使用不可能になる。
【０００７】
また爪は、機械が最高の効率を発揮するように調節された形状を有する必要がある。
【０００８】
例えば、ステータと対向する磁性爪の長手方向面は、爪と回転機械のステータとの間における磁束の通過を最適化することができる漸進的磁極間隙を有するのが有利である。
【０００９】
別の例によれば、極性が反対の隣接する二つの物体（隣接する爪）の間に非磁性体を配設する必要がある。この非磁性体により、極性が反対の隣接する二つの爪の間を直接通過する磁束がステータを通過しないようにして、磁束の漏洩を制限することができる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
結果として得られる磁性または非磁性部品は形状が複雑であり、またその加工には長時間を要し、特に、アイソスタティック圧縮による処理によって課される公差を得るためにコストがかかる。
【００１１】
本発明の目的の一つは、想定される回転速度に必要な磁気電気および力学的基準を満たし、アイソスタティック圧縮による製造が可能な構成要素を有する中実の磁気電気ロータを提供することである。
【００１２】
本発明の別の目的は、ロータの構成部品の切削を簡単にするこのようなロータの製造方法を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
この目的のため本発明はまず、ロータの極を形成する磁性体部品と、非磁性回転中空外周円筒部内に容れられた、極性が反対の極の分離用非磁性体部品とを含む種類の爪付き磁気電気ロータに関する。本発明によれば、ロータは、極性が反対の二つの磁性体単極部品と、一つの非磁性体部品とを含み、各単極部品は、外周円筒部の内径にほぼ等しい半径を有する回転ハブを含み、かつ自由端および面取り極を有し、前記面取り極はハブと同じ半径の長手方向面を含み、傾斜横方向面は前記長手方向面との間で面取りを形成し、かつ面取り極の対称面を基準として対称な二つの平坦側面は長手方向面から傾斜面にそれぞれ収束し、前記平坦側面は、ハブとの間に横方向隆起を形成し、二つの磁性体単極部品は、傾斜面が対向した状態で、同一軸上に配設され、非磁性部品は、対向する傾斜面間に配設され、磁性または非磁性体部品のアセンブリが非磁性外周回転円筒部の内径とほぼ同じ半径の中実の回転円筒部を構成するように二つの磁性体部品の相補的な形を有し、外周円筒部は二つの貫通窓を有し、各窓は、二つの磁性体部品のうちの一つの部品の長手方向面と対向し、各窓は、末端の管要素が結合される磁性体部品と同じ極性の末端の管要素によって占められる。
【００１４】
本発明はまた、ロータの極を形成する磁性体部品と、非磁性回転中空外周円筒部内に容れられた、極性が反対の極の分離用非磁性体部品とを含む種類の別の爪付き磁気電気ロータにも関する。本発明によれば、ロータは、極性が反対の二つの磁性体単極端部部品と、少なくとも一つの磁性体中間部品と、非磁性体部品とを含み、各単極部品は、外周円筒部の内径にほぼ等しい半径を有する回転ハブを含み、かつ自由端および面取り極を有し、前記面取り極はハブと同じ半径の長手方向面を含み、傾斜横方向面は前記長手方向面との間で面取りを形成し、かつ面取り極の対称面を基準として対称な二つの平坦側面は長手方向面から傾斜面にそれぞれ収束し、前記平坦側面は、ハブとの間に横方向隆起を形成し、単数または複数の中間部品は、端部部品の極と同じ形状を有する極性が反対の二つの極を含み、各極は、端部磁性部品のうちの一つの部品の極の傾斜面、またはもう一方の中間部品の極のうちの一つの極の傾斜面に対向する傾斜面を有し、端部部品と、単数または複数の中間部品と、非磁性体部品とから成るアセンブリが非磁性外周回転円筒部の内径とほぼ同じ半径の中実の回転円筒部を構成するように、各極は、二つの極から成る相補形の非磁性部品によって、対向する極から分離され、外周円筒部は極と同数の貫通窓を有し、各窓は、非磁性体極のうちの一つの極の長手方向面と対向し、各窓は、末端の管要素が結合される極と同じ極性の磁性体末端の管要素によって占められる。
【００１５】
貫通窓は横断面において、外周円筒部の内側から外側に収束する全体形状を有し、前記末端の管要素は、外周円筒部の半径および半径方向厚みにほぼ等しい半径および半径方向厚みを有し、窓の収束形状に相補的な形状の側縁を有する。
【００１６】
本発明によるロータの横方向隆起は、ロータの軸に直角な面との間に角度を形成する。
【００１７】
磁性または非磁性体の各部品は、相互に固設された、はめ合い調節され同軸な複数の管要素から成る。
【００１８】
一実施の形態においては、磁性または非磁性体の各部品は、対称な側面平面に接する中央の中実の管要素と、中実の管要素の半径にほぼ等しい内径と外周円筒形の内径にほぼ等しい外半径の中空管要素とを含む。
【００１９】
最後に本発明は、前記に記載の爪付き磁気電気ロータの製造方法に関する。この方法によれば、はめ合い調節され同軸な複数の管要素で円筒部を充填し、管要素と中空外周円筒部とのアセンブリをアイソスタティック圧縮する。
【００２０】
前記末端の管要素は、充填段階の時に前記外周円筒部内に位置決めされる第一管要素である。
【００２１】
有利には、本方法は、軸方向にロータを穿口するあるいはロータの外面に特別な形状を付与することから成る仕上げ段階を含むことができる。
【００２２】
本発明の長所の一つは、結果の品質に関わるリスクを軽減することによりアイソスタティック圧縮を行うことができるロータの構成部品の形状に由来する。
【００２３】
本発明の別の長所は、容易に切削可能な複数の管要素をつくることにより、ロータの構成部品の複雑な形状から解放され得ることと、複雑な部品をつくるためにこれらの管要素をひとまとめにすることができることである。
【００２４】
本発明の別の長所は、ロータの遠心破損に対し良好な強度をもたらす管の多段原理に由来する。
【００２５】
【発明の実施の形態】
本発明の他の長所および特徴は、添付の図面を参照して行う以下の説明により明らかになろう。
【００２６】
以下の説明においては、「長手方向の」および「横方向の」という用語は、当該部品またはロータの軸との間で交点をもたない表面要素に関する。
【００２７】
本発明は、ロータの極３を形成する磁性体部品１、９と、前記に記載の方法によりつくられる非磁性回転中空外周円筒部１３内に容れられた、極性が反対の極３の分離用非磁性体部品１２とを含む種類の爪付き磁気電気ロータに関する。
【００２８】
第一の実施の形態においてはロータは、極性が反対の二つの磁性体単極部品１と、一つの非磁性体部品１２とを含む双極ロータである。
【００２９】
各単極部品１（図１Ａ、１Ｂ、１Ｃ）は、外周円筒部１３の内径にほぼ等しい半径を有する回転ハブ２を含み、かつ自由端４および面取り極３を有する。面取り極３はハブ２と同じ半径の長手方向面８を含み、傾斜横方向面５は前記長手方向面８との間で面取りを形成し、かつ面取り極３の対称面を基準として対称な二つの平坦側面６は長手方向面８から傾斜面５に互いに収束する。
【００３０】
平坦側面６は、ハブ２との間に横方向隆起７を形成する。
【００３１】
二つの磁性体単極部品１は、傾斜面５が対向した状態で、同一軸上に配設される。
【００３２】
非磁性部品１２（図２Ａ、２Ｂ、２Ｃ）は、対向する傾斜面５間に配設され、磁性１または非磁性１２材部品のアセンブリが非磁性外周回転円筒部１３の内径とほぼ同じ半径の中実の回転円筒部を構成するように二つの磁性体部品１の相補的な形を有する。
【００３３】
外周円筒部１３は二つの貫通窓１５を有し、各窓は、二つの磁性体部品１のうちの一つの部品の長手方向面８と対向し、各窓は、末端の管要素が結合される磁性体部品１と同じ極性の磁性体末端の管要素１４によって占められる。
【００３４】
（図４から図６に示す）第二の実施の形態においてはロータは、軸方向に連続する双極ロータを含む。
【００３５】
ロータは、二つの磁性体単極端部部品１と、少なくとも一つの磁性体中間部品９と、非磁性体部品１２とを含む。単極端部部品１は常に極性が反対である。
【００３６】
端部部品１は、第一の実施の形態（図１Ａ、図１Ｂ、図１Ｃ）に記載の端部部品と同一の形状である。
【００３７】
単数または複数の中間部品９（図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃ）は、端部部品１の極３と同じ形状を有する極性が反対の二つの極３０を含む。
【００３８】
中間部品９の各極３０は、端部磁性部品１のうちの一つの部品の極３の傾斜面５、またはもう一方の中間部品９の極３０のうちの一つの極の傾斜面５０に対向する傾斜面５０を有する。
【００３９】
端部部品１と、単数または複数の中間部品９と、非磁性体部品１２とから成るアセンブリが、非磁性外周回転円筒部１３の内径とほぼ同じ半径の中実の回転円筒部を構成するように、各極３、３０は、二つの極３、３０から成る相補的な形の非磁性部品１２（図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｃ）によって、対向する極３０、３から分離される。
【００４０】
外周円筒部１３は、第一の実施の形態における場合と同様に、極３と同数の貫通窓１５を有する。
【００４１】
各窓１５は、非磁性体極３のうちの一つの極の長手方向面８と対向し、末端の管要素１４、１４０が結合される極３と同じ極性の磁性体末端の管要素によって占められる（図４）。
【００４２】
二つの実施の形態においては、貫通窓１５は横断面において、外周円筒部１３の内側から外側に収束する全体形状を有し、前記末端の管要素１４、１４０は、外周円筒部１３の半径および半径方向厚みにほぼ等しい半径および半径方向厚みを有し、窓１５の収束形状に相補的な形状の側縁１６を有する。
【００４３】
横方向隆起７は、ロータの軸に直角な面との間に角度を形成するのが有利である。角度は４５°であるのが好ましい。
【００４４】
図示する実施の形態においては、磁性１、９または非磁性１２材の部品は、対称な側面平面６に接する中央の中実の管要素１０と、中実の管要素１０の半径にほぼ等しい内径と外周円筒部１３の内径にほぼ等しい外半径の中空管要素１１、１１０、１１１とを含む。また前記と同様に、磁性体の部品は、外周円筒部１３の内径および外径にほぼ等しい内径および外径を有する、極３、３０による末端の管要素１４、１４０を含む。図５Ｂ、図５Ｃ、図５Ｄにおいては、各部品には、それを構成する管要素とは無関係に異なる方法で斜線が引いてある。
【００４５】
これらの末端の管要素１４、１４０はその側縁１６により、ロータの各極３、３０用の漸進的磁極間隙とすることができる。
【００４６】
本発明はまた、前記に記載の爪付き磁気電気ロータの製造方法にも関する。
【００４７】
本発明による方法に特有な段階は、磁性１、９または非磁性１２材の各部品が、はめ合い調節され同軸な、独立した多段管要素１０、１１、１４、１００、１１０、１４０、１０１、１１１からつくられ、各管要素１０、１１、１４、１００、１１０、１４０、１０１、１１１が、側縁と、横端面と、当該磁性１、９または非磁性１２材の部品の対応する半径方向厚みの外形を有する側面とを有することにある。
【００４８】
本発明による方法の実施においては、末端の管要素１４、１４０は、充填段階の時に前記外周円筒部１３内に位置決めされる第一管要素１０、１１、１４、１００、１１０、１４０、１０１、１１１である。
【００４９】
本発明の方法によれば、アイソスタティック圧縮段階の終了後に得られるロータは仕上げ段階をうけることができる。この仕上げ段階として例えば、軸方向にロータを穿口するあるいはロータの外面に特別な形状を付与することができる（図６）。
【００５０】
もちろん本発明は説明し図示した実施の形態に限定されるものではなく、当業者であれば本発明から逸脱することなく多くの変形形態が可能である。特に、本発明の範囲から逸脱することなく各部品を構成する管要素数を変えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１Ａ】本発明によるロータの磁性端部部品の概略図である。
【図１Ｂ】図１Ａの上面図である。
【図１Ｃ】図１Ａの側面図である。
【図２Ａ】本発明によるロータの中間磁性部品の概略図である。
【図２Ｂ】図２Ａの上面図である。
【図２Ｃ】図２Ａの側面図である。
【図３Ａ】本発明によるロータの非磁性部品の概略図である。
【図３Ｂ】図３Ａの上面図である。
【図３Ｃ】図３Ａの側面図である。
【図４】本発明によるロータの展開図である。
【図５Ａ】本発明による組み合せロータの概略図である。
【図５Ｂ】図５Ａの断面Ｂを示す図である。
【図５Ｃ】図５Ａの断面Ｃを示す図である。
【図５Ｄ】図５Ａの断面Ｄを示す図である。
【図６】最後の切削段階の後の本発明によるロータの概略図である。
【符号の説明】
１ 磁性体単極端部部品
９ 磁性体部品
１２ 非磁性体部品
１３ 非磁性回転中空外周円筒部
１４ 末端の管要素
１５ 貫通窓
１６ 相補的側縁
１４０ 管要素

Claims (9)

1. 極性が反対の二つの磁性体単極部品（１）と、一つの非磁性体部品（１２）とを含み、各単極部品（１）が、外周円筒部（１３）の内径にほぼ等しい半径を有する回転ハブ（２）を含み、かつ自由端（４）および面取り極（３）を有し、前記面取り極（３）が前記ハブ（２）と同じ半径の長手方向面（８）を含み、傾斜横方向面（５）が前記長手方向面（８）との間で面取りを形成し、かつ前記面取り極（３）の対称面を基準として対称な二つの平坦側面（６）が前記長手方向面（８）から前記傾斜面（５）に互いに収束し、前記平坦側面（６）が、前記ハブ（２）との間に横方向隆起（７）を形成し、前記二つの磁性体単極部品（１）が、前記傾斜面（５）が対向した状態で、同一軸上に配設され、非磁性部品（１２）が、前記対向する傾斜面（５）間に配設され、磁性または非磁性体部品のアセンブリが非磁性外周回転円筒部（１３）の内径とほぼ同じ半径の中実の回転円筒部を構成するように二つの磁性体部品（１）の相補的な形を有し、前記外周円筒部が二つの貫通窓（１５）を有し、各窓が、前記二つの磁性体部品（１）のうちの一つの部品の長手方向面（８）と対向し、各窓が、末端の管要素（１４）が結合される磁性体部品と同じ極性の磁性体末端の管要素によって占められることを特徴とするロータの極（３）を形成する磁性体部品（１、９）と、非磁性回転中空外周円筒部（１３）内に容れられた、極性が反対の極（３）の分離用非磁性体部品（１２）とを含む種類の爪付き磁気電気ロータ。
2. 極性が反対の二つの磁性体単極端部部品（１）と、少なくとも一つの磁性体中間部品（９）と、非磁性体部品（１２）とを含み、各単極部品（１）が、外周円筒部（１３）の内径にほぼ等しい半径を有する回転ハブ（２）を含み、かつ自由端（４）および面取り極（３）を有し、前記面取り極（３）が前記ハブ（２）と同じ半径の長手方向面（８）を含み、前記傾斜横方向面（５）が前記長手方向面（８）との間で面取りを形成し、かつ前記面取り極（３）の対称面を基準として対称な二つの平坦側面（６）が長手方向面（８）から前記傾斜面（５）に互いに収束し、前記平坦側面（６）が、前記ハブ（２）との間に横方向隆起（７）を形成し、単数または複数の中間部品（９）が、前記端部部品（１）の前記極（３）と同じ形状を有する極性が反対の二つの極（３０）を含み、各極が、前記端部磁性部品のうちの一つの部品の極（３）の前記傾斜面（５）、またはもう一方の中間部品（９）の極（３０）のうちの一つの極の傾斜面（５０）に対向する傾斜面（５０）を有し、前記端部部品（１）と、単数または複数の中間部品（９）と、非磁性体部品（１２）とから成るアセンブリが非磁性外周回転円筒部（１３）の内径とほぼ同じ半径の中実の回転円筒部を構成するように、各極（３、３０）が、二つの極（３、３０）から成る相補的な形の非磁性部品（１２）によって、対向する極（３０、３）から分離され、前記外周円筒部（１３）が極（３、３０）と同数の貫通窓（１５）を有し、各窓（１５）が、磁性体極（３、３０）のうちの一つの極の長手方向面（８）と対向し、各窓（１５）が、末端の管要素（１４、１４０）が結合される極（３、３０）と同じ極性の磁性体末端の管要素によって占められることを特徴とするロータの極（３）を形成する磁性体部品（１、９）と、非磁性回転中空外周円筒部（１３）内に容れられた、極性が反対の極（３、１０）の分離用非磁性体部品（１２）とを含む種類の爪付き磁気電気ロータ。
3. 前記貫通窓（１５）が横断面において、前記外周円筒部（１３）の内側から外側に収束する全体形状を有し、前記末端の管要素（１４、１４０）が、前記外周円筒部（１３）の半径および半径方向厚みにほぼ等しい半径および半径方向厚みを有し、前記窓（１５）の収束形状に相補的な形状の側縁（１６）を有することを特徴とする請求項１または２に記載の磁気電気ロータ。
4. 前記横方向隆起（７）が、ロータの軸に直角な面との間に角度を形成することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の磁気電気ロータ。
5. 磁性体（１、９）または非磁性体（１２）の各部品が、相互に固設された、はめ合い調節され同軸な複数の管要素（１４、１０、１１；１１０、１００；１４０、１１１、１０１）から成ることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の磁気電気ロータ。
6. 磁性体（１、９）または非磁性体（１２）の各部品が、対称な側面平面（６）に接する中央の中実の管要素（１０、１００、１０１）と、中実の管要素（１０、１００、１０１）の半径にほぼ等しい内径と前記外周円筒部（１３）の内径にほぼ等しい外半径の中空管要素（１１、１１０、１１１）とを含むことを特徴とする請求項５に記載の磁気電気ロータ。
7. はめ合い調節され同軸な複数の管要素（１４、１０、１１、１１０、１００、１４０、１１１、１０１）で中空円筒部（１３）を充填し、管要素（１４、１０、１１、１１０、１００、１４０、１１１、１０１）および中空外周円筒部（１３）のアセンブリをアイソスタティック圧縮することを特徴とする請求項５または６に記載の爪付き磁気電気ロータの製造方法。
8. 前記末端の管要素（１４、１４０）が、充填段階の時に前記外周円筒部（１３）内に位置する第一管要素（１４、１０、１１、１１０、１００、１４０、１１１、１０１）であることを特徴とする請求項７に記載の爪付き磁気電気ロータの製造方法。
9. 軸方向にロータを穿口するあるいはロータの外面に特別な形状を付与することから成る仕上げ段階を含むことを特徴とする請求項７または８に記載の爪付き磁気電気ロータの製造方法。

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