KR102488169B1 - 전기 기계 및 전기 기계를 위한 회전자 - Google Patents

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Abstract

전기 기계는 전기 고정자(3)를 지지하는 고정자 바디(25)를 구비한 고정자(1) 및 회전자(5)를 포함한다. 회전자(5)는 레이디얼 가스 베어링을 형성하는 레이디얼 베어링 섹션(17) 및 축방향 가스 베어링을 형성하는 축방향 베어링 섹션(12)을 포함하는 베어링에 의해 지지되며, 이들 베어링 섹션들의 고정자측 부품들은 고정자측 레이디얼 베어링 부품 및 고정자측 축방향 베어링 부품이며 이들은 서로 견고하게 연결되며 함께 고정자 베어링 구조체를 형성한다. 고정자 베어링 구조체는 고정자측 레이디얼 또는 축방향 베어링 부품이 이들 다른 부품들에 견고하게 실장되며, 다른 베어링 부품은 이들 다른 부품들에 탄성 지지체에 의해 연결되거나 또는 전혀 연결되지 않는 것에 의해 고정자(1)의 다른 부품들에 실장된다.

Description

전기 기계 및 전기 기계를 위한 회전자
본 발명은 전기 기계(electrical machine)들의 분야, 특히 가스 베어링(gas bearing)들을 갖는 고속 전기 기계들에 관한 것이다.
전기 모터는 일반적으로 회전자(rotor) 및 고정자(stator)를 포함하며, 고정자는 전기 고정자와 베어링들을 지지하고 내장하는 고정자 바디(stator body)를 포함한다. 고정자 바디에 대한 베어링들의 위치는 고정자 바디의 베어링 플랜지들에 의해 정의될 수 있다. 종종, 2개의 저널 베어링(journal bearing)들이 존재하며, 전형적으로 도 1a의 배치에 도시된 바와 같이(고정자 바디 미도시), 고정자의 대향 측들에 배치된다. 이 경우 베어링들의 정렬(alignment)의 정확성(precision)은 주로 베어링 플랜지와 고정자 바디가 기계가공되는 정확성에 의해 정의된다. 유체 필름의 경우와 특히 가스 베어링들에 대해서, 정확한 정렬은 중요하며 이러한 배치는 일반적으로 조립 후 베어링 쌍의 자가 정렬(self-aligning) 또는 컴플라이언트 부싱 마운팅(compliant bushing mounting)들 또는 기계가공(machining), 예를 들면, 리밍(reaming)과 같은 특별한 수단들을 필요로 한다. 대안으로, 저널 베어링들은 고정자의 동일한 측에 배치될 수 있다. 이러한 배치는 종종 오버행잉 모터 디자인으로 불리워진다(도 1b). 오버행잉 디자인(overhanging design)의 경우, 2개의 저널 베어링들이 단일 부품 내로 통합될 수 있으며, 따라서 정확한 베어링 정렬을 달성하기가 보다 용이하다. 그러나, 이러한 접근은 일반적으로 더 긴 회전자들을 야기하며 따라서 회전자의 보다 위험한 동적 거동을 야기한다. 또한, 공기 저항에 의해 야기되는, 풍손(windage losses)이 증가되며, 전체 모터 효율에 부정적인 영향을 준다.
US 3,502,920은 에어 갭 베어링(air gap bearing)들을 갖는 슬롯이 형성된 전기 기계를 개시하며 여기서는 부싱이 고정자와 회전자 사이의 자기 갭(magnetic gap) 내에 배치된다. 부싱은 고정자에 대해 탄성적으로 현수될 수 있다. 이것은 한편으로는 레이디얼 베어링(radial bearing)을 정의하며 축방향 베어링(axial bearing)으로서 중앙으로 배치되는 스러스트 베어링(thrust bearing) 또는 스러스트 블록(thrust block)을 포함할 수 있다. 기계를 조립하기 위하며, 회전자는 축방향으로 분리될 필요가 있다. 이러한 설계는 고속 모터들에는 적합하지 않다.
WO 03/019753 A2는 고정자에 원통형 관통 구멍을 형성하며 레이디얼 베어링 표면과 축방향 베어링 표면 모두를 정의하는 역할을 하는 에폭시의 얇은 층 안에 고정자 내에서 회전자가 회전하는 스핀들 모터를 보여준다. 에폭시의 얇은 층은 고정자 하우징에 직접 결합되며, 하우징의 어떤 열적으로 유도된 변형들은 베어링의 기하학적 구조에 즉시 영향을 미칠 것이다.
US 2006/0061222 A1 및 US 2006/0186750 A1은 종래의 공기 베어링들을 보여준다.
US 2010/0019589 A1은 전기 기계, 및, 그 중에서도, 다층 섬유강화 복합 슬리브 래핑을 갖는 회전자의 슬롯 구성을 개시한다. 층들은, 예를 들면, 강도(strength) 및 강성(rigidity)을 달성하고 하나 또는 여러 방향들로의 열팽창을 제어하기 위하여 기능 특성들을 가질 수 있거나 또는 성형될 수 있다. 이것은 축방향으로 배향된 특정한 층에서 섬유들을 가짐에 의해 행해질 수 있으며, 이에 의해 축방향 강도를 제공하며 축방향 열팽창을 제한한다. 다른 층에서는, 섬유들이 원주방향으로 배향될 수 있으며, 이에 의해 원주방향 강도를 제공하며 반경방향 열팽창을 제한한다. 따라서, 이들 층들은 회전자를 강화시키기 위해 구성된다. 이들은 가스 베어링에 의해 요구되는 비교적 딱딱한 재료로 이루어진 외측 슬리브를 견디기에는 적합하지 않을 수도 있는데, 왜냐하면 이들의 목적이 경질인 회전자 코어와 경질인 회전자 슬리브 사이의 열팽창의 차이들을 흡수하는 것이기보다는 회전자의 열팽창을 제어, 즉, 제한하는 것이기 때문이다.
고속 적용들에 적합하며 상기 언급된 단점들을 적어도 부분적으로 극복하는 전기 기계에 대한 필요가 있다.
주로 가스 베어링들의 경우, 모터의 다양한 작동 및 환경 조건들 하에서 잘 정의된 베어링 간극을 보장하기 위하여, 베어링 부재의 재료들은 높은 강성과 낮은 열팽창 계수를 갖도록 선택된다. 그러나, 재료들의 높은 강성은 또한, 예를 들면, 이들 재료들이 더 높은 열팽창 계수를 갖는 다른 재료들과 결합하는 경우, 이미 낮은 변형률에서 재료 내의 높은 응력들의 불리한 점을 야기한다.
상기 언급된 불리한 점들을 적어도 부분적으로 극복하는 고속 전기 기계들에 대해 적합한 로터에 대한 필요가 있다.
따라서 본 발명의 목적은 상기 언급된 단점들을 극복하는 처음에 언급된 유형의 전기 기계를 창안하는 것이다. 이들 목적들은 해당 청구항들에 따르는 전기 기계에 의해 달성된다.
따라서 본 발명의 목적은 상기 언급된 단점들을 극복하는 처음에 언급된 유형의 고속 전기 기계를 위한 회전자를 창안하는 것이다. 이들 목적들은 해당 청구항들에 따르는 회전자에 의해 달성된다.
본 발명의 제1 태양에 따르면, 전기 기계는 전기 고정자를 지지하는 고정자 바디를 구비한 고정자 및 회전자를 포함한다. 회전자는 레이디얼 가스 베어링을 형성하는 레이디얼 베어링 섹션(radial bearing section) 및 축방향 가스 베어링을 형성하는 축방향 베어링 섹션(axial bearing section)을 포함하는 베어링에 의해 지지되며, 이들 베어링 섹션들의 고정자측 부품들(stator side parts)은 고정자측 레이디얼 베어링 부품(stator side radial bearing part) 및 고정자측 축방향 베어링 부품(stator side axial bearing part)이며 이들은 서로에 대해 견고하게 연결되며 함께 고정자 베어링 구조체(stator bearing structure)를 형성한다.
여기서, 고정자 베어링 구조체는
Figure 112018104658265-pct00001
고정자측 레이디얼 베어링 부품이 이들 다른 부품들에 견고하게 실장되며, 고정자측 축방향 베어링 부품은 이들 다른 부품들에 탄성 지지체에 의해 연결되거나 또는 전혀 연결되지 않으며;
Figure 112018104658265-pct00002
또는 고정자측 축방향 베어링 부품은 이들 다른 부품들에 견고하게 실장되며, 고정자측 레이디얼 베어링 부품은 이들 다른 부품들에 탄성 지지체에 의해 연결되거나 또는 전혀 연결되지 않는 것에 의해
고정자의 다른 부품들에 실장(장착)된다(mounted).
따라서 상기 언급된 "다른 부품들(other parts)"은 고정자 바디 그 자체일 수 있으며 또는 전기 고정자 및 캐리어를 포함하는 어셈블리가 될 수 있으며, 상기 어셈블리는 고정자 바디에 의해 탄성적으로 지지된다(elastically supported).
본 명세서에서 그리고 본 명세서를 통해, 용어들 "견고하게(rigidly)" 및 "고정된(fixed)"은 "탄성적으로(elastically)"에 반대되는 것으로서 사용된다. 탄성 연결(elastic connection)은 견고한 연결(강성 연결)(rigid connection)에서보다 적어도, 예를 들면, 100, 또는 10,000 또는 1,000,000 배 더 큰 탄성률(spring rate) 또는 영률(Young's modulus)를 갖는다.
견고한 연결은 기계의 비정상 작동 동안 연결된 부품들이 서로에 대해 이동하지 않도록 설계된 연결이다. 따라서, 견고한 연결은 부품들을 함께 나사결합함에 의해 또는 스프링으로 이들을 서로에 대해 가압시킴에 의해 형성될 수 있다. 이 경우, 스프링은 견고한 연결의 일부가 아니며 연결부의 강성(rigidity)을 유지하는 힘을 제공한다.
탄성 지지체는 전형적으로 (합성) 고무, 또는 금속 스프링으로 구성되는 O-링일 수 있다.
가스 베어링의 가스는 공기, 냉각제, 천연 가스 등과 같은 기계가 작동하는 임의의 가스일 수 있다. 가스 베어링은 수동(passive) 또는 능동(active) 가스 베어링일 수 있다.
실시형태들에서, 고정자 베어링 구조체는 제1 단부에서 제2 단부로 전기 기계의 축방향으로 연장하며, 고정자 베어링 구조체는 2개의 단부들 중 하나의 단부 가까이에서 고정자의 다른 부품들에 의해 견고하게 지지되며 다른 단부 가까이에서 탄성적으로 지지되거나 또는 전혀 지지되지 않는다.
실시형태들에서, 고정자 베어링 구조체는 하나의 단부 가까이에서 고정자 바디에 고정 방식으로 부착되며, 특히 고정자측 축방향 베어링 부품은 고정자 바디에 견고하게 장착 또는 부착되는 축방향 베어링 어셈블리이다.
실시형태들에서, 고정자측 레이디얼 베어링 부품은 고정자 바디에 또는 전기 고정자를 지니는 캐리어에 견고하게 실장되는 부싱이다.
레이디얼 베어링 부품은 전기 고정자의 길이에 걸쳐, 기계의 축방향으로, 연장한다. 그것은 베어링 요소들을 포함하는 단일 부품일 수 있다.
따라서 긴 로터들의 단점들은 전기 고정자 내에 배치된 저널 베어링(journal bearing)들을 구비한 부싱을 갖는 것에 의해 방지될 수 있으며, 그것으로써 짧은 회전자 설계들을 가능하게 한다. 저널 베어링들은 단일 부품 내로 통합될 수 있으며, 따라서 분리된 부품들 상의 저널 베어링들의 경우에서보다 정확한 정렬을 달성하기가 더 용이할 수 있다.
단부 대 단부(end-to-end) 저널 베어링 부싱 부품은 모터의 자기 에어 갭(magnetic air gap)을 증가시킬 수 있으며 따라서 모터 효율에 부정적인 영향을 미칠 수 있다. 단부 대 단부 부싱 컨셉은 다양한 기계 타입들에 상상 가능하지만, 슬롯이 없는 영구 자석 기계들 타입들이 이러한 베어링 컨셉에 대해 선호된다: 슬롯이 없는 타입의 영구 자석 기계들에서의 이미 비교적 큰 자기 에어 갭으로 인해, 효율이 심각하게 영향을 받는다.
부싱은 충분한 기계적 강도를 제공하며 자기 에어 갭에서 자기장에 영향을 미치지 않는 세라믹 재료 또는 다른 재료로 제조될 수 있다. 세라믹 재료들의 장점은 이들이 가스 베어링들 모두에 대해 적합하며 자기 에어 갭 내에 배치될 수 있으며, 여기서 이들은 토크 발생 자기장에 의해 침투될 수 있다는 것이다. 일반적으로, 세라믹, 글래스 세라믹 또는 테크니컬 글래스, 플라스틱, 복합재료, 광물질 등과 같은 낮은 열전도성을 갖는 전기 절연체들 또는 물질들은 교번 자기 에어 갭 필드에 의해 야기되는 와전류손실(eddy current loss)들을 방지하기 위해 사용될 수 있다.
실시형태들에서, 전기 기계는 슬롯이 없는 타입(slotless type)을 갖는다. 환언하면, 전기 고정자는 슬롯이 형성된 와인딩(winding)들보다는 에어 갭 와인딩들을 포함한다. 이것은 장점인데, 왜냐하면 이것은 상당한 단점들 없이 부싱과 같은 에어 베어링의 요소들을 수용할 수 있는 자기 에어 갭을 가능하게 하기 때문이다.
실시형태들에서, 레이디얼 베어링 섹션은 회전축의 종방향으로 연장하며 모든 베어링 요소들과 레이디얼 베어링 섹션의 협력하는 회전자 베어링 표면들은 전기 고정자와 회전자의 사이의 자기 갭의 외부에 놓인다.
실시형태들에서, 레이디얼 베어링 섹션은 회전축의 종방향으로 연장하며 레이디얼 베어링 섹션의 전체는 전기 고정자와 회전자 사이의 자기 갭 내에 놓인다.
실시형태들에서, 레이디얼 베어링 섹션은 회전축의 종방향으로 연장하며 적어도 하나의 베어링 요소와 레이디얼 베어링 섹션의 협력하는 회전자 베어링 표면은 전기 고정자와 회전자 사이의 자기 갭 내에 놓인다.
실시형태들에서, 레이디얼 베어링 섹션은 회전축의 종방향으로 연장하며 레이디얼 베어링 섹션의 적어도 4분의 1, 또는 적어도 2분의 1, 또는 적어도 4분의 3은 전기 고정자와 회전자 사이의 자기 갭 내에 놓인다.
스러스트 베어링 또는 축방향 베어링은 전형적으로 회전자 내에 회전자 디스크를 포함하며 그리고, 회전자 디스크의 각각의 측에, 축방향으로 볼때, 인접한 고정자 디스크를 고정자 상에 포함한다. 스러스트 베어링의 회전 부품과 정지 부품 사이에 잘 정의된 갭이 형성되도록 2개의 고정자 디스크들은 심(shim) 또는 스페이서 요소(spacer element)에 의해 이격된다. 고정자 디스크들, 스페이서 및 연결 요소들은 함께 축방향 베어링 어셈블리를 형성한다.
실시형태들에서, 축방향 베어링 어셈블리의 고정자 디스크 및 부싱은 각각 축방향 기준면으로서 축방향으로 향하는 면을 포함하며 2개의 축방향 기준면들은 서로에 대해 배치된다. 이에 의해 이들은 회전축이 축방향 베어링 어셈블리의 베어링 표면들에 대해 수직인 것을 보장한다.
실시형태들에서, 축방향 베어링 어셈블리의 고정자 디스크와 부싱은 단일 피스 또는 부품으로서 제조된다.
실시형태들에서, 서로에 대해 배치되는 고정자 디스크와 부싱은 탄성 요소(resilient element)에 의해 서로에 대해 가압된다. 탄성 요소는 금속 스프링 또는 O-링과 같은 합성 부품일 수 있는 축방향 보상 요소(axial compensation element)일 수 있다.
그 결과, 조립 동안 고정자 디스크와 부싱 사이의 상대 축방향 위치 및 각도는 기준면들에 의해 잘 정의되며, 반면에 반경방향으로의 상대 위치는 정의되지 않는다. 이것은 부품들의 변형으로 이어질 수도 있는 기계적 구속력 없이 부품들을 조립하는 것을 가능하게 한다. 조립 후, 서로에 대해 가압됨에 의해 부품들은 견고하게 연결된다.
저널 및 스러스트 베어링들의 가장 좋은 직교성(orthogonality)을 위해, 부싱 부품 상의 연결면은 저널 베어링 회전축에 대해 정확히 직교하게 제조되며 고정자 스러스트 디스크면들은 매우 평행하게 제조된다. 축방향 베어링 스러스트 디스크들은 스러스트 베어링 심 또는 스페이서와 함께 고정자 바디에, 예를 들면, 나사들에 의해 견고하게 실장될 수 있다. 고정자 바디와 저널 베어링 부싱 부품 사이에 (단순히 O-링일 수 있는) 스프링 요소를 사용하여, 부싱은 축방향 베어링 디스크/심 스택 또는 축방향 베어링 어셈블리에 직교하게 자가 정렬된다(self-aligned). 이러한 실장 개념(mounting concept)은 잘 정의되며, 즉, 중복(다원) 결정되는 것은 아니다. 따라서 고정자 바디 또는 그 부품들은 베어링 시스템의 정렬 또는 변형에 영향을 미치지 않고 넓은 범위에서 열적으로 변형할 수 있다.
실시형태들에서, 2개의 고정자 디스크들과 상기 2개의 고정자 디스크들 사이에 배치된 스페이서 요소는 탄성 요소에 의해 서로에 대해 가압된다. 이러한 탄성 요소는 부싱에 대해 고정자 디스크를 가압시키는 것과 동일한 것일 수 있다. 또한 2개의 고정자 디스크들, 스페이서 요소 및 부싱을 서로에 대해 가압시키기 위한 2개의 탄성 요소들이 있을 수 있다. 이것은 더 간단한 조립(simpler assembly)을 가능하게 하며, 시스템이 정적으로 중복 결정되지 않기(not statically overdetermined) 때문에, 축방향 정렬(axial alignment)에 대해 더 양호한 정확성(better precision)을 가능하게 한다.
실시형태들에서, 고정자 베어링 구조체는 견고하게 실장되지 않는 단부에서 제1 탄성 지지체(first elastic support)에 의해 지지된다.
부싱의 다른 단부 상의 이러한 추가 탄성 지지체는 고정자 부품들의 가능한 변형에 대해 보상하는 것을 가능하게 하며 진동 특성들을 개선하는 것을 가능하게 한다.
실시형태들에서, 고정자 베어링 구조체는 제1 탄성 지지체의 위치에서 또는 그 근체에서 고정자 바디에 열적으로 결합된다.
부싱의 고정자에 대한 이러한 열적 결합은(thermal coupling)은 플렉시블한 지지 요소들로서 그리고 O-링들 사이에 배치된 유체 또는 열전도성 페이스트를 밀봉하기 위해 O-링들을 사용함에 의해 달성될 수 있다. 페이스트 또는 유체는, 그 점성(viscosity)에 의존하면서, 스퀴즈 필름 댐퍼(squeeze film damper)에서와 같이, 댐퍼닝 효과를 가질 수 있다.
실시형태들에서, 전기 고정자를 지지하는 캐리어는 탄성 캐리어 지지 요소들에 의해 고정자 바디로부터 기계적으로 분리된다. 이것은 전기 고정자와 고정자 바디 사이의 진동의 전달을 감쇠시키거나 제거하는 것을 가능하게 한다.
원칙적으로 제1 태양과는 독립적이지만 제1 태양과 조합으로 구현될 수 있는, 본 발명의 제2 태양에 따르면, 고속 전기 기계를 위한 회전자가 제공된다. 회전자는 회전자 축을 포함하며, 상기 축은 회전자 코어 및 회전자 슬리브를 포함하며, (본질적으로 원통형인) 보상 요소(compensation element)가 회전자 코어와 회전자 슬리브 사이에 배치되어 회전자 코어와 회전자 슬리브의 열팽창의 차이들을 흡수한다.
실시형태들에서, 그 부품 위에 또한 회전 베어링면들이 위치되는 회전자 슬리브는 전형적으로 낮은 열팽창계수를 갖는 세라믹 재료로 구성된다. 영구 자석 기계에 대해서는, 영구 자석이 세라믹 회전자 슬리브 내로 실장될 수 있다. 일반적으로, 영구 자석 재료들은 타겟화된 회전자 슬리브 재료들보다 더 높은 열팽창계수들을 가지며, 따라서 직접 장착되거나 또는 견고한 접착제로 붙이는 경우 열적으로 유도되는 응력들을 발생시킨다.
예를 들면, 사마륨-코발트 자석(Samarium-Cobalt Magnet)들의 열팽창계수(coefficient of thermal expansion)(CTE)는 9 내지 13 ㎛/m/K이며, 네오디뮴 철 붕소 자석(Neodymium-Iron-Boron magnet)들의 열팽창계수는 -1 내지 8 ㎛/m/K이다. 양 재료들은 이방성(anisotropic)이지만, 보상 요소는 대응 변형들을 또한 흡수한다. 회전자 슬리브를 위한 전형적인 세라믹 재료들의 CTE는 약 1.5 내지 5 ㎛/m/K의 범위이다.
높은 회전 속도들에서 원심력들에 의해 유도되는 추가 응력들이 열적으로 유도되는 응력들에 대해 중첩된다.
용어 "고속 전기 기계"는 100,000 rpm(revolutions per minute) 이상에 대해 적합한 기계들을 커버하는 것으로 이해된다.
일반적으로 회전자 슬리브가 보상 요소보다 더 단단한(stiff) 것은 모든 실시형태들에 대한 경우일 수 있다. 회전자 슬리브는 반경방향 압력에 대해 보상 요소보다 더 단단할 수 있으며, 특히 반경방향 압력에 대한 회전자 슬리브의 반경방향 팽창은 동일한 반경방향 압력에 대한 보상 요소의 반경방향 압축의 적어도 2분의 1 미만, 또는 5분의 1 미만, 또는 10분의 1 미만이다. 조립된 상태에서, 보상 요소와 회전자 슬리브 사이에 작용하는 반경방향 압력은 보상 요소에 압축 압력으로서 작용하며 회전자 슬리브에 팽창 압력으로서 작용한다.
열적으로 민감하지 않은 모터 설계들에 대해 또는 비슷한 열팽창계수들을 갖는 영구 자석들 및 세라믹 회전자 슬리브들에 대해, 영구 자석이 타이트한 끼워맞춤으로 세라믹 슬리브 내로 장착될 수 있거나 또는 그 안에 붙일 수 있다. 상기 자석의 열적 변형은 세라믹 슬리브로 직접 전달되며, 이에 의해 최대 작동 온도 및 최대 속도를 제한한다. 열적으로 더욱 크리티컬한(critical) 설계들에서 및/또는 고속에서, 2개의 부품들의 기계적 분리(mechanical decoupling)가 필요하다.
회전자 코어는 기계적 안정성(mechanical stability)을 개선하기 위하여 시스(sheath) 내에 설치된 영구 자석을 포함할 수 있다. 다른 실시형태들에서, 자석 코어는, 그 안정성을 유지하기 위해 시스를 필요로 하지 않는다는 점에서 자가 지지인(self-supporting) 영구 자석을 포함한다. 이상적으로는, 시스는 영구 자석과 비슷한 CTE를 갖지만 더 큰 기계적 안정성과 인성(toughness)을 갖는 재료로 구성되어야 한다.
실시형태들에서, 보상 요소는 온도 변화들로 인해 회전자가 팽창 또는 수축하는 경우, 변형, 특히 항복 또는 구부러지도록 배치되는 보상 섹션들(compensation sections)을 포함한다.
이러한 보상 요소(compensation element) 또는 보상기(compensator)는 세라믹 재료들보다 훨씬 큰 탄성을 갖는 금속성 슬리브(예를 들면 티타늄으로 제조된)가 될 수 있으며, 회전자 코어(시스를 갖는 또는 시스를 갖지 않는 영구 자석)와 회전자 슬리브 사이에 배치된다. 보상기는 회전자 코어와 세라믹 회전자 슬리브 사이의 열적으로 유도된 변형을 흡수하도록 설계되며 따라서 세라믹 재료 내의 응력들을 감소시킨다. 보상기는 적어도 축방향 단부들 영역들에서 회전자 코어와 접촉하며, 다른 영역들에서는 회전자 코어와 세라믹 슬리브 사이에 에어 갭을 형성한다. 이들 영역들에서, 회전자 코어와 보상기는 세라믹 슬리브에 영향을 미치지 않고 수축 및 팽창이 가능해진다. 회전자 코어의 축방향 단부들에서, 세라믹 슬리브에 대한 연결이
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회전자 코어를 보상기에 결합하는 접촉 영역들, 및
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보상기를 세라믹 슬리브에 결합하는 접촉 영역들
사이의 잘 정의된 거리로 이루어질 수 있으며,
이를 따라 유도된 변형이 완화된다.
일 실시형태에서, 회전자 코어의 프리로딩(preloading)(예압)이 필요하지 않은 경우, 즉 회전자 코어 또는 단지 회전자 코어를 구성하는 영구 자석은 자가 지지형인 경우, 보상기는 회전자 코어와 세라믹 슬리브 사이에 추가적인 지지 점들, 또는 보상 요소의 지지 섹션들을 포함할 수 있다. 이것은 회전자의 동적 거동(dynamic behaviour)을 개선할 수 있다. 그를 따라 유도된 변형이 완화될 수 있는 이들 지지 점들 사이의 잘 정의된 축방향 거리로, 보상기는 자석을 향하여 에어 갭을 갖는 세라믹 슬리브와 접촉하여, 자석이 세라믹 슬리브에 현저한 영향을 미치지 않고 자유롭게 수축 및 팽창할 수 있다.
따라서, 실시형태들에서, 보상 요소는 회전자 코어와만 접촉하고 회전자 슬리브와는 접촉하지 않는 제1 섹션들, 및 회전자 슬리브와만 접촉하고 회전자 코어와는 접촉하지 않는 제2 섹션들, 그리고 제1 및 제2 섹션들을 연결하는 보상 섹션들을 포함한다.
제2 섹션들은 보상 요소가 확대된 직경을 갖는 보상 요소의 단부에서 적어도 하나의 플랜지를 포함할 수 있다. 타단부에는 다른 플랜지가 있을 수 있다. 나머지 제1 섹션들에는 보상 요소가 회전자 코어와 타이트한 끼워맞춤을 형성할 수 있다. 보상 요소는 금속일 수 있으며 및/또는 회전자 코어와 적어도 대략 동일한 CTE를 가질 수 있다.
실시형태들에서, 제2 섹션들은 보상 요소의 단부들에 배치된 제2 섹션들 사이의 하나 또는 그 이상의 위치들에서 하나 또는 그 이상이 지지 섹션들을 포함한다.
실시형태들에서, 제2 섹션들은 다수의 분리된 지지 섹션들을 포함한다. 분리된 지지 섹션들은 공기, 가스 또는 지지 섹션들보다 더 압축성인 다른 물질을 포함할 수 있는 중공 공간(hollow space)들에 의해 분리된다. 분리된 지지 섹션들은 길이를 따라 그리고 회전자 코어의 원주 주위에 분포될 수 있다. 분리된 지지 섹션들은 회전자 코어의 원주 주위에서 진행하는 링형일 수 있으며, 또는 축에 평행하게 연장하는 선형일 수 있으며, 또는 나선형 패턴으로 회전자 코어를 따라 진행할 수 있다. 분리된 지지 섹션은 점-형상일 수 있으며, 지지 섹션들은 축방향 및 원주방향으로 서로 이격된다.
실시형태들에서, 보상 섹션에서의 각 점에 대해, 반경방향으로의 라인은 회전자 슬리브에 도달하기 전에 중공 공간을 통과하며 또한 회전자 코어에 도달하기 전에 중공 공간을 통과한다. 이 경우, 보상 섹션들은 (종방향 및/또는 횡방향 횡단면으로 볼 때) 레버들로서 작용할 있으며, 회전자 코어와 회전자 슬리브의 열팽창의 차이들을 흡수하는 경우 탄성적으로 굽혀진다.
실시형태들에서, 보상 섹션들은 회전자의 축방향과 회전자의 원주방향 중 적어도 하나를 따라 연장한다. 이것은 이들이 반경방향으로 굽혀지거나 항복하는 것을 가능하게 한다.
보상 요소가 회전자 슬리브에 부착되는 이들 제2 섹션들은 바람직하게는 축방향으로 볼 때 하나의 영역에 집중된다. 이러한 방식으로 나머지 제2 섹션들에 있는 보상 요소와 회전자 슬리브는 축방향으로 서로에 대해 자유롭게 활주한다. 예를 들면, 2개의 플랜지들이 있는 경우, 회전자의 2개의 단부들 중 하나에 각각 1개가 있는 경우, 슬리브가 하나의 플랜지에 부착되며 다른 플랜지 상에서 그리고 임의의 선택적인 나머지 제2 섹션들 상에서 축방향으로 자유롭게 활주한다.
부착된 섹션들 및 부착되지 않은 섹션들의 동일한 종류의 분포가 보상 요소와 회전자 코어가 접촉하는 제1 섹션들에 대해서 구현될 수 있다.
실시형태들에서, 보상 요소는 축방향으로 길어지도록 구성되며, 이에 의해 그 외경을 회전자 슬리브의 내경보다 더 큰 것으로부터 회전자 슬리브의 내경보다 더 작은 것으로 감소시킨다. 이것은 회전자 슬리브가 보상 요소 주위에 조립되는 것을 가능하게 한다. 이것은 다음의 단계들을 포함하는 방법에 의해 샤프트를 조립하는 것을 가능하게 한다:
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보상 요소를 회전자 코어 위로 활주시키는 단계;
Figure 112018104658265-pct00006
보상 요소를 축방향으로 길어지게 하는 힘을 인가하여, 이에 의해 그 외경이 로터 슬리브의 내경보다 작을 때까지 그 외경을 감소시키는 단계;
Figure 112018104658265-pct00007
회전자 슬리브를 보상 요소 위로 활주시키는 단계;
Figure 112018104658265-pct00008
보상 요소를 길어지게 하는 힘을 감소시켜, 이에 의해 보상 요소의 외경을 증가시켜 회전자 슬리브의 내면에 대해 밀어, 이에 의해 보상 요소에 회전자 슬리브를 센터링하는 단계.
마지막 단계는 또한 보상 요소와 회전자 슬리브 사이의 압력 끼워맞춤을 형성시킨다.
보상 요소를 길어지게 하는 힘은 회전자 또는 샤프트의 일부가 아니며 조립 후 제거되는 수단에 의해 인가될 수 있다. 대안으로, 그것이 작동되는 경우 회전자 또는 샤프트의 일부가 되는 요소들에 의해 인가될 수 있으며 선택적으로 또한 제어될 수 있다.
실시형태들에서, 보상 요소는 파형(corrugated) 실린더의 형상을 갖는다.
실시형태들에서, 중공 공간들은 보상 요소와 회전자 코어 사이에, 및/또는 보상 요소와 회전자 슬리브 사이에 형성되며, 그리고 선택적으로 중공 공간들은 통풍 개구들에 의해 환기되며, 통풍 개구들은, 예를 들면, 보상 요소의 구멍들이다.
이것은 모터가 폭발성 가스를 갖는 환경에서 사용되는 경우, (산소를 함유하며 모터의 작동 동안 폭발성 가스와 혼합되는 경우 위험을 야기하는) 공기는, 모터가 작동되기 전에, 제거될 수 있다.
높은 회전 속도들에 대해 회전자 코어와 보상기 사이의 접촉을 수축끼워맞춤으로서 구현하는 것이 또한 가능하다. 이것은 회전자 코어 재료를 프리로딩(예압)하며 원심력들에 의해 야기된 회전자 코어 내의 응력들을 보상하는 것을 가능하게 한다.
유도된 변형들을 완화시키기 위해 보상 슬리브의 형태로 보상기를 사용하는 대신에, 변형 허용성 접착제(strain tolerant adhesive) 또는 성형 재료가 사용될 수 있다. 회전자 코어와 세라믹 슬리브 사이의 클리어런스(clearance)는 자석과 세라믹 슬리브의 상이한 변형들을 보상하는 재료로 채워진다. 접착제 또는 성형 재료의 탄성은 회전자 코어와 세라믹 슬리브의 변형률 차이들에 항복하도록 충분히 낮지만, 회전 진동수에 의해 여기될 수도 있는 회전자 코어와 세라믹 슬리브 사이의 기계적 공진을 방지하기 위하여 충분히 높도록 선택된다. 보상 재료는 실리콘일 수 있다.
영률(Young's modulus), 달성가능한 작동 온도 및 내구성과 관련하여, 채워진 실리콘 몰드들(filled silicone molds)이 자석과 세라믹 슬리브 사이의 버퍼(buffer)로서 기능하는 보상 재료를 위한 적합한 재료들이다.
따라서, 실시형태들에서, 보상 요소는 합성 탄성 보상 재료를 포함하며, 특히 보상 재료는 그것의 영률을 조정하기 위한 필러 재료(filler material)를 포함할 수 있다.
그러나, 실리콘들은 거의 비압축성인 단점을 갖는다(즉, 그들의 푸아송비(Poisson ratio)는 거의 0.5에 가깝다). 따라서 실리콘이 더 높은 온도에서 팽창하는 경우 자석과 세라믹 슬리브 사이의 실리콘 내에는 높은 압력이 형성된다. 이러한 문제점을 방지하기 위하여 다른 조치들이 취해질 수 있다.
하나의 접근법은 실리콘 내에 가스 버블들을 포함하며 이것은 화합물에 더 큰 압축성 거동을 생기게 한다. 결과의 (채워진) 실리콘 폼(foam)은 1% 미만의 또는 10% 미만의 또는 30% 미만의 가스 버블들을 함유할 수 있다. 그러나 높은 가스 함량은 화합물의 전체 탄성 계수를 낮춰 회전체 동역학에 손상을 줄 것이다. 이러한 회전자를 제조하기 위한 선호되는 방법은 발포 첨가제와 조합으로 채워진 실리콘 몰드를 사용하여 자석을 세라믹 슬리브 내로 성형하여 결과 화합물 내의 가스 함량을 제어하는 것이다. 또 하나의 방법은 자석을 먼저 실리콘으로 코팅하고 그 다음 그것을 세라믹 슬리브들 내로 수축 또는 가압시키는 것일 수 있다.
아주 작은 가스 버블들 대신에, 세라믹 회전자 슬리브 내의 낮은 압축성(low compressibility)과 높은 응력들(high stresses)의 문제(problem)는 1% 내지 50%의 빈 공간(empty space)을 함유하는 패턴화된 또는 구조화된 실리콘 층(patterned or structured silicon layer)에 의해 해결될 수 있다. 일 실시예로서 실리콘 층은 축방향, 링 또는 나선형 형상을 갖는 그루브들, 원형 컷아웃들을 포함할 수 있으며 또는 라인들, 원형들 또는 임의의 형상을 갖는 스폿들로 코팅될 수 있다. 자석과 실리콘 층이 더 높은 온도로 팽창하는 경우, 실리콘은 세라믹 슬리브에 대해 압력을 형성하고 인장 응력들을 형성하기보다는 인근 그루브들 내로 팽창하는 것이 가능해진다. 층 두께에 대한 패턴 폭의 비율은 5:1 내지 20:1의 범위에 있다. 두께는 전형적으로 1/10 mm 내지 5/10 mm이다. 바람직하게는 실리콘 층/구조는 먼저 영구 자석으로 가져오며 그 다음 실리콘 코팅된 자석은 세라믹 슬리브 내로 수축 또는 가압된다.
또 다른 옵션은 (채워진) 실리콘 코팅을 영구 자석에 먼저 도포하고 그 다음 코팅의 표면을 거칠게 하여 재료가 상승된 온도 하에서 팽창하는 것이 가능해지는 어떤 빈 공간을 도입하는 것이다.
따라서, 실시형태들에서, 회전자 코어와 회전자 슬리브 사이에, 그리고 보상 재료에 인접하여 또는 보상 재료에 의해 둘러싸여, 가스의 포켓들이 존재하며, 보상 재료의 압축성을 증가시킨다.
이러한 가스 포켓들은 다음의 조치들(수단들) 중 하나 이상에 의해 형성될 수 있다:
Figure 112018104658265-pct00009
보상 재료 내의 가스 버블들에 의해, 또는
Figure 112018104658265-pct00010
보상 재료의 내면 및/또는 외면의 그루브들에 의해, 또는
Figure 112018104658265-pct00011
보상 재료의 내면 및/또는 외면을 거칠게 함에 의해, 또는
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회전자 코어와 회전자 슬리브 사이의 디스조인트 위치들(disjoint locations)에 보상 재료를 배치함에 의해.
실시형태들에서, 가스 버블들은 팽창성 중공형 미소구체(expandable hollow microsphere), 특히 열가소성 팽창성 중공형 미소구체들에 의해 형성된다. 이들은 열적으로 팽창성(thermally expandable)일 수 있다.
실시형태들에서, 미소구체들의 공칭 직경은, 팽창되는 경우, 회전자 코어와 회전자 슬리브 사이의 공칭 거리보다 더 크다. 환언하면, 이러한 공칭 직경은 회전자 코어의 외측 반경과 회전자 슬리브의 내측 반경 사이의 차이보다 더 크다. 회전자 슬리브는 다음의 단계들에 의해 회전자 코어에 조립될 수 있다:
Figure 112018104658265-pct00013
회전자 코어를 회전자 슬리브 내부에 배치하는 단계;
Figure 112018104658265-pct00014
이들 사이의 갭을 미소구체들을 포함하는 보상 재료로 채우는 단계; 및
Figure 112018104658265-pct00015
미소구체들을 (예를 들면 열적 활성화에 의해) 그들의 공칭 직경으로 팽창하도록 하는 단계.
마지막 단계는 회전자 슬리브가 회전자 코어에서 센터링 되도록(중심에 두도록) 하는데, 왜냐하면 모든 미소구체들이 적어도 평균적으로 동일한 공칭 직경으로 팽창하기 때문이다.
다른 실시형태들에서, 팽창성 중공형 미소구체들은, 팽창되는 경우, 상기 공칭 거리보다 더 작은 공칭 직경을 갖는다. 그때 특정한 미소구체는 회전자 코어와 슬리브 모두에 닿지 않는다.
실시형태들에서, 보상 요소는 회전자 코어와 회전자 슬리브 사이에 배치되며 이에 의해 탄성적으로 변형되는 탄성 재료로 이루어진 보상 구체(compensation sphere)들을 포함한다. 회전자 슬리브는 다음 단계에 의해 회전자 코어에 조립될 수 있다:
Figure 112018104658265-pct00016
보상 구체들을 회전자 코어와 회전자 슬리브 사이의 갭에 삽입하는 동안 회전자 코어를 회전자 슬리브 내부에 활주시키는 단계; 및
Figure 112018104658265-pct00017
이에 의해 보상 구체들을 탄성적으로 압축시키는 단계.
이것은 모든 보상 구체들이, 적어도 평균적으로, 동일한 직경을 갖는다고 가정하면, 회전자 슬리브가 회전자 코어에서 센터링 되게(중심에 두게) 한다.
실시형태들에서, 보상 요소는 회전자 코어에 부착되며 탄성 요소들을 갖는 회전자 코어 위로 회전자 슬리브를 활주시킴에 의해 변형 가능한 다수의 탄성 요소들을 포함하며, 이에 의해 회전자 코어에 대해 회전자 슬리브를 정렬(aligning) 및 센터링(centering)한다.
추가 실시형태들은 종속 특허 청구항들로부터 명백하다.
본 발명은 배경기술에서 언급된 종래기술의 단점들을 극복하는 처음에 언급된 유형의 전기 기계 및 고속 전기 기계를 위한 회전자를 제공하는 효과가 있다.
본 발명의 내용은 첨부된 도면들에 도시된 예시적인 실시형태들을 참고로 이하 본문에서 더욱 상세하게 설명될 것이며, 도면들은:
도 1a-1b는 가스 베어링들은 갖는 종래기술 기계들의 종단면도들을 도시하며;
도 2a-2c는 변형예들을 갖는, 전기 기계의 제1 실시형태를 도시하며;
도 3은 제1 실시형태의 부싱의 일 단부의 대안적인 탄성 서스펜션(elastic suspension)을 도시하며;
도 4는 전기 기계의 제2 실시형태를 도시하며;
도 5는 보상 재료의 층을 갖는 회전자의 부분 종단면도를 도시하며;
도 6a-7g는 실시형태들의 제1 그룹의 회전자들의 부분 종단면도를 도시하며;
도 7h는 제1 그룹의 회전자의 횡단면도를 도시하며;
도 8은 보상 재료의 층을 갖는 회전자의 부분 종단면도를 도시하며:
도 9-도13은 구조화된 응력 완화 접착제들 또는 충전 물질들을 갖는 회전자들을 도시하며;
도 14a-14b는 제어 가능한 보상 요소를 갖는 회전자를 도시한다.
원칙적으로, 동일한 부품들 또는 유사한 기능을 갖는 부품들에는 도면들에서 동일한 참조부호들이 제공된다.
도 1a는 에어 또는 가스 베어링들을 갖춘 종래기술 전기 기계(electrical machine)를 개략적으로 도시한다. 여기서, 고정자 바디(stator body)(미도시)는 코일(31)과 코어(32)를 구비한 전기 고정자(electrical stator)(3)를 지니며 또한 축방향 베어링 섹션(axial bearing section)(12)과 레이디얼 베어링 섹션(radial bearing section)(17)을 지니며 그 안에 샤프트(51)를 갖는 회전자(rotor)(5) 및 영구 자석(52)이 회전하도록 배치된다. 레이디얼 베어링 섹션(17)을 구성하는 개별 베어링 요소들(19)이 중간에 전기 고정자(3)를 갖는, 기계의 반대편 단부들에 배치된다. 도 1a는 기계의 동일한 단부에 배치되며, 둘 다 전기 고정자(3)의 동일한 측에 배치되는 개별 베어링 요소들(19)를 갖는 종래기술 오버행잉 배치(overhanging arrangement)의 동일한 요소들을 도시한다.
여기서 그리고 다른 배치들에서, 모터로서 작동하는 전기 기계에 의해 구동되는 팬(6)이 기계의 적용에 대한 일 실시예로서 도시된다. 물론, 임의의 다른 단부 장치, 특히 고속 드라이브를 필요로 하는 장치가 전기 기계에 의해 구동되도록 배치될 수 있다.
도 2a는 이미 언급된 요소들을 갖지만, 다른 배치의 제1 실시형태를 개략적으로 도시한다. 추가적으로, O-링들과 같은 탄성 캐리어 지지체들(elastic carrier supports)(41)에 의해 캐리어(4)를 탄성적으로 지지하는 고정자 바디(25)를 포함하는 고정자(1)가 도시된다. 탄성 캐리어 지지체들(41)은 열변형에 대해 고정자 바디(25)와 캐리어(4)를 분리시키는 역할을 한다. 대안으로, 캐리어(4)는 고정자 바디(25)에 견고하게 부착될 수 있으며, 또는 상기 2개는 하나의 그리고 동일한 부품이 될 수 있다. 캐리어(4)는 전기 고정자(3)를 지닌다. 고정자 바디(25)는 기계의 하우징일 수 있으며 또는 단지 그것의 일부일 수 있다. 회전자와는 대조적으로 고정자에 부착되는 축방향 베어링 섹션(12)과 레이디얼 베어링 섹션(17)의 부품들은 고정자 베어링 구조체(stator bearing structure)를 형성한다. 이러한 고정자 베어링 구조체는 축방향 베어링 섹션(12)과 레이디얼 베어링 섹션(17)의 고정자측 베어링 표면들을 포함하며 이들 표면들의 상대 위치를 정의한다. 고정자 베어링 구조체는 그 자체가 경질(rigid)이며 용이하고 신뢰 가능하게 기계가공되며 고정밀도로 조립되도록 설계된다.
회전자의 부품 상의 스러스트 베어링 섹션 또는 축방향 베어링 섹션(12)은 회전자(5)의 일 단부 근처에서 샤프트(51)의 외주 표면으로부터 외향으로 연장하는 일반적으로 디스크 같은 스러스트 플레이트 또는 회전자 디스크(54)를 포함한다. 회전자 디스크(54)는 2개의 대향하는 축방향으로 향하는 표면들을 가지며, 이들은 그 사이에 회전자 디스크(54)가 배치되는 2개의 고정자 디스크들(14)과 협력하여 축방향 베어링을 형성한다.
고정자의 부품 상의 축방향 베어링 섹션(12)은 축방향 베어링 어셈블리(11)의 일부인 이들 고정자 디스크들(14)을 포함하며 축방향 베어링 어셈블리(11)는 서로 향하는 고정자 디스크들(14)의 축방향으로 향하는 표면들 사이의 거리를 정의하는 스페이서 요소(spacer element)(15), 전형적으로는 와셔(washer), 및 고정자 디스크들(14)과 스페이서 요소(15)를 함께 클램핑하는 파스너들(fasteners)(16)을 더욱 포함한다. 동일한 파스너들(16)은 축방향 베어링 어셈블리(11)를 고정자 바디(25)에 또한 부착시킬 수 있다.
회전자의 부품 상의 레이디얼 베어링 섹션(17) 또는 저널 베어링 섹션은 샤프트(51)의 외주 표면의 적어도 일부를 포함한다. 이러한 부품은 회전자 베어링 표면(53)으로서 기능하며, 이것은 부싱(18)의 베어링 요소들(19)과 협력하여 레이디얼 베어링을 형성한다.
고정자의 부품 상의 레이디얼 베어링 섹션(17)은 이러한 부싱(18)을 포함한다.
레이디얼 베어링 섹션(17)의 부싱의 베어링 요소들(19)의 베어링 표면들에 의해 정의되는 회전축을 축방향 베어링 섹션(12)의 베어링 표면들에 대해 직교하도록 정렬하기 위하여, 단지 하나의 쌍의 표면들이 높은 정밀도로 기계가공되며 서로에 대해 실장될 필요가 있다. 이들은 고정자 디스크들(14) 중 내측 고정자 디스크 상에 그리고 부싱(18)의 축방향으로 향하는 표면 상에 배치되는 축방향 기준면들(13)이다. 이들 축방향 기준면들(13)은 축방향 베어링 섹션(12)의 축방향으로 향하는 베어링 표면들과 회전축 사이의 직각을 정의하기 위해 기계가공된다.
하나의 (내측) 고정자 디스크(14)의 축방향 기준면(13)과 부싱(18)은 추가 고정 요소들 또는 용접, 글루잉 등을 포함하는, 고정의 다양한 수단들에 의해 서로 부착될 수 있다. 대안으로, 도 2에 도시된 바와 같이, 이들은 직접 부착되지 않고 오히려 부싱(18), 특히 부싱의 견부 또는 플랜지를 고정자 바디(25)로부터 멀어지는 축방향으로 그리고 고정자 디스크(14)에 대해 가압하기 위해 배치되는 판스프링(원추형 스프링 와셔) 또는 스프링 와셔 또는 O-링과 같은 축방향 보상 요소(20)에 의해 서로에 대해 가압됨에 의해 서로에 대해 배치될 수 있다. 고정자 디스크(14)는 이어서 고정 방식으로 파스너(16)에 의해 고정자 바디(25)에 대해 유지된다.
대안으로, 도 2b에 도시된 바와 같이, 고정자 디스크들(14)과 스페이서 요소(15)는 마운팅 디스크(mounting disc)(14a)와 판스프링(14b)(또는 스프링 요소로서 작용하는 O-링)에 의해 함께 클램핑될 수 있다. 판스프링(14b)은 고정자 디스크들(14)을 고정자 바디(25)에 대해 클램핑하며 또한 축방향 보상 요소(20)의 클램핑력(clamping force)을 보상해야 한다. 따라서 판스프링(14b)은 축방향 보상 요소(20)보다 더 많이 프리로딩(예압)되어야 하며 따라서 일반적으로 더 크고 더 단단하다.
또 다른 대안예가 도 2c에 도시된다. 고정자 디스크들(14), 스페이서 요소(15) 및 부싱(18)의 견부가 고정자 바디(25)에 대해 클램핑된다. 부싱(18)에 대한 고정자 디스크들(14)의 가능한 틸팅(tilting)에 대한 견고성(robustness)을 위해, 판스프링(14b)이 (외측) 고정자 디스크(14)와 접촉하는 직경은 부싱(18)의, 특히 다른 (내측) 고정자 디스크(14)와 인접하는 부싱(18)의 견부의 외경보다 더 작을 수 있다.
그것의 다른 단부에서, 축방향 베어링 섹션(12)에 대해, 부싱(18)이 제1 탄성 지지체들(21), 예를 들면, O-링들의 도움으로 고정자 바디(25)에 의해 지지된다. 이것은 부싱(18)의 다른 자유 단부에서 발생할 수도 있는 기계적 진동들을 감쇠시킨다. 부싱(18)과 고정자 바디(25) 사이의 갭은 열 전도성 필러(23)로 채워질 수 있다. 이것은 부싱(18)으로부터 고정자 바디(25)로 열을 소산시키는 것(dissipating heat)을 가능하게 한다.
도 2의 실시형태에서, 제1 탄성 지지체들(21)과 전도성 필러(23)가 부싱(18)의 주변 표면의 외부에 배치된다. 도 3은 이들 요소들의 대안적인 배치를 개략적으로 도시한다: 여기서 고정자 바디(25)는 단부 피스(end piece)(24)를 포함하거나 또는 지닌다. 단부 피스(24)는 부싱(18)의 내부로 돌출한다. 적어도 하나의 제1 탄성 지지체(21) 및 선택적으로 전도성 필러(23)가 부싱(18)과 단부 피스(24) 사이에서 부싱(18)의 내부에 배치된다.
도 4는 이미 언급된 요소들을 갖지만, 다른 배치의 제2 실시형태를 개략적으로 도시한다. 다시 축방향 베어링 어셈블리(11)와 부싱(18)은 축방향 기준면들(13)에서 접촉한다. 그러나, 이 경우 고정자 바디(25)에 고정 방식으로 부착되는 것은 축방향 베어링 어셈블리(11)가 아니라 부싱(18)이다. 축방향 베어링 어셈블리(11)는 선택적인 제2 탄성 지지체들(22), 예를 들면, O-링들에 의해 고정자 바디(25)에 연결될 수 있다. 선택적으로, 열 전도성 필러(23)가 제2 탄성 지지체들(22) 사이의 갭 내에 배치된다. 부싱(18) 및 축방향 베어링 어셈블리(11)가 다른 수단들에 의해 연결되지 않는 경우, 판스프링과 같은, 축방향 보상 요소(20)가 축방향 베어링 어셈블리(11)의 돌출부(11a)로부터 멀어지는 축방향으로 부싱(18)을 고정자 디스크(14)에 대해 가압하도록 배치될 수 있다. 대안으로, 도 2c의 배치는 도 4의 나머지 요소들과 조합으로 구현될 수 있다.
도 4의 실시형태는 도 2에서와 같이 탄성 캐리어 지지체들(41)에 의해 지지되는 전기 고정자(3)를 위한 캐리어(4)와 조합으로 구현될 수 있다. 이 경우, 부싱(18)은 고정자 바디(25)에 단단히 부착될 수 있으며, 캐리어(4) 및 전기 고정자(3)는 부싱(18)에 대해 이동 가능하게 유지되며, 또는 부싱(18)은 캐리어(4)에 견고하게(단단히)(rigidly) 부착될 수 있으며 이에 의해 전기 고정자(3)에 대해 고정 위치에 있을 수 있다.
양 경우들에서, 즉 부싱(18)이 고정자 바디(25)에 부착되거나 또는 전기 고정자(3)에 부착되는 경우에서, 부싱(18)은, 특히 고정자에 대한 개선된 열적 커플링을 얻기 위하여 열전도성 성형 재료로 그것을 매립함에 의해 실장될 수 있다.
도 2와 도 4 모두의 실시형태들에 대해 다음이 유지된다:
부싱(18)은 전기 고정자(3)와 회전자(5)를 분리하는 자기 (에어) 갭 내에 놓인다. 또한, 레이디얼 베어링 섹션(17)의 베어링 요소들(19) 및 협력하는 회전자 베어링 표면들(53)은 모터를 구동하는 자속이 통과하는 체적 내에 완전히 또는 대부분 놓인다.
베어링 에어 갭(7)은 부싱(18)과 회전자(5) 사이에 놓인다. 이것은 베어링 요소들(19) 및 협력하는 회전자 베어링 표면들(53)의 위치에서 가장 좁으며 마찰 손실들을 줄이기 위해 축방향으로 다른 위치들에서 더 넓어질 수 있다.
축방향 베어링 어셈블리(11)에 대한 부싱(18)의 위치는 단지 하나의 기계적 링크에 의해 견고하게 속박될 수 있다. 상기 링크는 고정자 디스크들(14) 중 하나와 부싱(18) 상의 축방향 기준면들(13)에 의해 정의된다. 조립 동안, 이들 표면들은 서로에 대해 슬라이딩될 수 있다. 나중에, 이들은 축방향 보상 요소(20)에 의해 함께 가압되며 본질적으로 견고하게 연결된다. 부싱(18)과 축방향 베어링 어셈블리(11) 사이의 - 고정자 바디(25)를 통한 - 단지 다른 기계적 링크들만이 탄성이며(elastic) 또는 탄력이 있는데(resilient), 왜냐하면 이들이
Figure 112018104658265-pct00018
축방향 보상 요소(20) 및 선택적인 제1 탄성 지지체들(21)을 통해(도 2 및 도3).
Figure 112018104658265-pct00019
선택적인 제2 탄성 지지체들(22)을 통해(도 4)
작동하기 때문이다.
이러한 방식으로, 고정자 디스크들(14)에 대한 이들 부품들의 그리고 특히 부싱(18)의 상대 위치는 중복결정되지 않는다(not overdetermined). 따라서, 축방향 및 반경방향 베어링 섹션들의 정렬의 정확성은, 축방향 기준면들(13)의 정확한 기계가공에 의해, 용이하게 달성되며, 그리고 열 응력 및 기계적 응력 하에서 유지될 수 있다.
환언하면, - 함께 고정자 베어링 구조체를 형성하는 - 부싱(18)과 축방향 베어링 어셈블리(11) 그리고 회전자(5)는 하나 또는 그 이상의 운동학적(기구학적) 루프(kinematic loop)들의 일부일 수 있으며, 각각의 루프는 적어도 하나의 탄력 요소를 포함한다. 역으로, 축방향 베어링 어셈블리(11) 및 부싱(18)은 지나치게 구속된 루프 또는 배치의 일부가 아니다.
또한, 부싱(18)의 위치, 및 따라서 회전축은 많아야 1개의 기계적 링크에 의해 고정 방식으로 고정자 바디(25)의 위치에 의해 구속된다, 즉
Figure 112018104658265-pct00020
축방향 베어링 어셈블리(11)의 고정자 바디(25)에 대한 부착을 통해 (도 2 및 도 3).
Figure 112018104658265-pct00021
부싱(18)의 고정자 바디(25)에 대한 부착을 통해 (도 4).
도 5는 종래기술에 따르는 회전자(5)의 부분 종단면도를 개략적으로 도시한다. 회전자(5)는 회전자 슬리브(56) 내부에 회전자 코어(55)를 포함한다.
도 6a 내지 도 6c는 보상 요소(57)에 의한 회전자 코어(55)의 회전자 슬리브(56)로부터의 기계적 탄성 분리(mechanically resilient decoupling)를 갖는 실시형태들을 개략적으로 도시한다. 보상 요소(57)는 열팽창의 차이들을 흡수하며 비교적 낮은 열팽창계수(CTE)를 갖는 회전자 슬리브(56)를 비교적 높은 CTE를 갖는 회전자 코어(55)와 결합시키는 것을 가능하게 한다.
보상 요소(57)는 티타늄 또는 티타늄 합금, 강, 니켈 합금과 같은 금속으로 제조될 수 있다. 대안으로, 그것은 PEEK (Polyetheretherketone), PAI (Polyamide-imide, 예를 들면, Torlon으로서 상표명을 갖는), 등과 같은 합성 물질로 제조될 수 있다.
보상 요소(57)는 단지 회전자 코어(55)와만 접촉하고 회전자 슬리브(56)와는 접촉하지 않는 제1 섹션들(61), 및 단지 회전자 슬리브(56)와만 접촉하고 회전자 코어(55)와는 접촉하지 않는 제2 섹션들(62), 및 제1 섹션과 제2 섹션을 연결하는 보상 섹션들(63)을 포함한다. 전형적으로, 제1 섹션들(61) 및/또는 제2 섹션들(62)에서는 타이트한 끼워맞춤 또는 압입 끼워맞춤이 있다. 대안으로 또는 추가로, 이들은 접착제로 붙여질 수 있다. 중공 공간(64)은 회전자 슬리브(56)와 보상 요소(57) 사이에 놓인다. 중공 공간(64)은 통풍 개구들(60)에 의해 환기된다.
도 6a 및 도 6b의 실시형태들에서, 제2 섹션들(62)은 보상 요소(57)가 제1 섹션(61)에 대해 확대된 직경을 갖는 보상 요소(57)의 2개의 단부들에서 플랜지들이다. 도 6a의 실시형태는 성형공정에 의해 제조될 수 있다. 도 6b의 실시형태는 기계가공 또는 절삭공정에 의해 제조될 수 있다. 도 6c의 실시형태에서, 제2 섹션들(62)을 포함하는 보상 요소(57)는 확대된 직경을 갖는 플랜지들이 없는 대체로 원통형인 형상을 갖는다. 대신에, 보상 요소(57)의 2개의 단부들에 있는 회전자 슬리브(56)는 제2 섹션들(62)과 접촉하는 내향으로 돌출한 요소들를 갖는다. 이러한 돌출 요소들이 없는 위치들에서, 중공 공간(64)이 회전자 코어(55)와 회전자 슬리브(56) 사이에 배치된다.
도 7a 내지 도 7g는 회전자 슬리브(56)에 대한 지지 섹션을 형성하는 제2 섹션들을 갖는 실시형태들을 개략적으로 도시한다. 이러한 지지 섹션들은 도 6a 내지6c의 배치 중 하나에서 또는 회전자 슬리브(56)가 그 단부들에서 지지되지 않는 실시형태들에서 하나 또는 그 이상의 위치들에 제공될 수 있다.
Figure 112018104658265-pct00022
지지 섹션들은 보상 요소(57)에 형성되는 다수의 분리된 돌출부(projection)들 또는 범프(bump)들로서, 또는 회전자 코어(55)의 적어도 일부를 따라 연장하는 하나 또는 그 이상이 돌출 리브(projecting rib)들로서 구현될 수 있다(도 7a).
Figure 112018104658265-pct00023
지지 섹션들은 보상 요소(57)의 외향으로 돌출하는 요소에 의해(도 7b) 및/또는 회전자 슬리브(56)의 내향으로 돌출하는 요소(도 7c 및 도 7d)에 의해 회전자 슬리브(56)와 보상 요소(57) 사이에 중공 공간(64)에 대응하는 거리를 형성할 수 있다.
Figure 112018104658265-pct00024
지지 섹션들은 회전자 코어(55)의 캐비티(cavity)에 의해(도 7c) 및/또는 보상 요소(57)의 캐비티에 의해(도 7d)에 의해 보상 요소(57)와 회전자 코어(55) 사이에 중공 공간(64)에 대응하는 거리를 형성할 수 있다.
도 7b 내지 도 7d가 회전자 슬리브(56)와 보상 요소(57) 사이의 돌출부들 및 보상 요소(57)와 회전자 코어(55) 사이의 캐비티들을 갖는 지지 섹션들을 도시하는 반면에, 다른 실시형태들은 회전자 슬리브(56)와 보상 요소(57) 사이의 캐비티들 및 보상 요소(57)와 회전자 코어(55) 사이의 돌출부들을 갖는다.
도 7e 내지 도 7h는 보상 요소(57)가 회전자 코어(55)와 회전자 슬리브(56) 사이에 배치된 수개의 분리된 부품들 또는 보상 부품들(57a)을 포함하는 배치들을 개략적으로 도시한다. 이들 분리된 보상 부품들(57a)의 각각은 하나의 지지 섹션에 대응할 수 있다.도 7e 내지 도 7g의 보상 부품들(57a)은 성형, 특히 사출성형에 의해 제조될 수 있다. 이들은 합성 물질 또는 금속 재료로 제조될 수 있다. 보상 부품들(57a)은 링형상을 가질 수 있으며, 즉 회전자 코어(55) 주위에 원형 방식으로 연장할 수 있다. 이들은 별개로 성형될 수 있으며 그 다음 회전자 코어(55) 상으로 슬라이딩 될 수 있으며, 또는 이들은 회전자 코어(55) 상의 제자리에 성형될 수 있다. 이것은 보상 부품들(57a)이 응력을 받게 할 수 있다. 이러한 응력은, 예를 들면, 금속, 특히 티타늄 또는 강으로 제조되는 보강 링들(65)을 회전자 코어(55)와 접촉하는 보상 부품들(57a)의 내부에 통합시킴에 의해 완화될 수 있다.
도 7e는 언더컷들을 갖지 않는 간단한 2-부품 몰드로 제조될 수 있는 링-형 보상 부품들(57a)을 도시하며, 몰드들은 성형 후 부품을 제거하기 위해 축방향으로 이동한다. 종방향 횡단면에서 보는 바와 같이, 링 형상은 제1 섹션(61)에서 제2 섹션(62)으로 단조롭게 증가하는 외경으로 축방향으로 연장하며, 외경 또한 제1 섹션(61)에서 제2 섹션(62)으로 단조롭게 증가한다.
도 7g는 Y-형 횡단면을 갖는 보상 부품들(57a)을 도시한다. X-형 보상 부품들(57a)이 또한 가능하다. 도 7h는 축방향으로 보여진 분리된 보상 부품들(57a)을 도시한다. 보상 부품들(57a)은 원주방향으로 서로 인접한다. 이에 의해 이들은 회전자 코어(55)에서의 회전자 슬리브(56)의 양호한 센터링을 제공할 수 있다. 보상 부품들(57a) 압출에 의해 또는 (사출) 성형에 의해 제조될 수 있다. 보상 부품들(57a)은 축방향으로 연장될 수 있으며, 즉 도 7h의 횡단면은 축을 따라 상이한 지점들에서 변하지 않고 유지된다. 대안으로, 보상 부품들(57a)은 나선형 구성으로 배치될 수 있다. 도시되지 않은, 다른 실시형태들에서, 보상 부품들(57a)은 분리되지 않고 하나의 피스로서 제조된다.
도시되지 않은, 또 다른 실시형태들에서, 돌출부들 및 캐비티들이 회전자 슬리브(56) 및/또는 회전자 코어(55) 및/또는 보상 요소(57) 상에 배치되며, 원주방향으로 진행하는 도 7b 내지 도 7d의 실시형태들과 유사하게, 축방향으로 진행한다.
도 6a 내지 도 6c 및 7a 내지 7h에 대응하는 각각의 실시형태에서 리브들 또는 보상 부품들(57a) 또는, 일반적으로, 지지 섹션들은 서로 분리될 수 있으며, 및/또는 선형 또는 원형 또는 나선형 궤도를 따르는 하나의 방향으로 연장할 수 있다. 각 경우, 중공 공간(64)은 보상 요소(57)과 회전자 코어(55) 사이에 및/또는 보상 요소(57)와 회전자 슬리브(56) 사이에 놓인다. 각 경우, 통풍 개구(들)(60)(각각의 경우 미도시)이 또한 존재할 수 있다.
도 6a 내지 도 6c 및 도 7a 내지 7h의 특징들을 포함하는 모든 실시형태들에 대해서는 회전자 코어(55)와 회전자 슬리브(56)가 반경방향으로 분리되는 경우이다. 환언하면, 회전자 코어(55)와 회전자 슬리브(56)를 관통하는 반경방향으로의 각각의 라인은, 회전자 코어(55)와 회전자 슬리브(56) 사이에서, 적어도 한 번 중공 공간(64)을 관통한다.
도 7a는 또한 회전자 코어(55)가 단순히 영구 자석이 아니라 고속에서의 기계적 안정성을 유지하기 위하여 시스(sheath)(59)에 배치된 영구 자석(52)을 포함하는 선택적인 변형예를 개략적으로 도시한다. 이러한 변형예는 다른 도면들의 실시형태들과 결합될 수 있다.
도 8은 보상 재료(58)의 층에 의한 분리(decoupling)를 개략적으로 도시한다. 이것은 회전자 코어(55)와 회전자 슬리브(56)의 상이한 CTE들을 수용하는 충전 물질 또는 접착제일 수 있으며, 이에 의해 대응 응력을 완화시킨다.
보상 재료(58)는 그것의 영률(Young's modulus)을 요구되는 값으로 결정하기 위하여 충전 물질들이 첨가될 수 있는 실리콘일 수 있다. 이러한 값들은 5 내지 50 MPa일 수 있다 충전 물질들은 50 마이크로미터 미만의 크기들을 갖는 세라믹 입자들일 수 있다. 비충전(unfilled) 실리콘은 약 1 MPa 또는 2 MPa 내지 4 MPa의 값들을 가질 수 있다.
도 9는 보상 재료(58)로서 구조화된 응력 완화 접착제 및/또는 충전재를 갖는 회전자 구조체를 도시한다. 회전자 코어(55)와 회전자 슬리브(56) 사이의 전체 체적이 보상 재료(58)로 채워지는 상황과는 대조적으로, 보상 재료(58) 내의 그루브들은 공기의 포겟을 제공하며 전체로서 보상 재료(58)의 바디의 압축성을 증가시킨다. 그루브들은 축방향으로 진행하도록 도시된다. 그루브들이 원주방향으로 진행하며, 그리고 그루브들이 회전자 코어(55)로부터 회전자 슬리브(57)까지 쭉 연장되는 경우, 이 실시형태는 도 13의 실시형태에 대응한다.
도 10은 가스 버블들을 포함하는 탄성 보상 재료(58)를 갖는 회전자 구조를 도시한다. 이러한 가스 버블들은, 예를 들면, 발포 첨가물(foaming additive)에 의해 또는 (열적으로) 팽창성인 중공형 미소구체들(expandable hollow microspheres)(64a)에 의해 형성될 수 있다.
이러한 미소구체들의 벽 두께는 전형적으로 너무 작아서 그들의 기계적 거동은 가스 버블들의 것과 비슷하다. 여기서 가스 버블들 또는 미소구체들은 회전자 코어(55)와 보상 요소(57) 사이의 거리보다 더 작은 직경들을 갖는다.
도 11은 회전자 코어(55)와 보상 요소(57) 사이이 거리보다 더 큰 팽창 후 공칭 직경을 갖는 팽창성 중공형 미소구체들(64a)을 포함하는 탄성 보상 재료(58)를 갖는 회전자 구조를 도시한다. 이것은 미소구체들(64a)이 팽창하는 경우 회전자 코어(55)와 보상 요소(57)가 자동적으로 정렬되고 센터링되도록 한다.
도 12는 회전자 코어(55)와 회전자 슬리브(56) 사이에 배치되어 탄성적으로 변형되는, 탄성 재질의 보상 구체들(58a)를 갖는 회전자 구조를 도시한다. 보상 구체들은 조립 동안 또는 조립 후에 회전자 코어(55)와 회전자 슬리브(56) 사이의 갭 내에 삽입될 수 있다. 구체들이 구르는 능력은 갭 내의 구체들을 기계적 둘러쌈, 이들을 가열함, 조립 전 또는 조립 동안 접착제로 구체들을 코팅함 및 조립 후 접착제를 경화 또는 큐어링함 중 적어도 하나에 의해 저지될 수 있다. 경화 또는 큐어링은 가열, 조사, 초음파, 화학적 활성화, 소정의 시간을 기다림 등 중 적어도 하나에 의해 달성될 수 있다.
도 13은 보상 요소(57)가 회전자 코어(55)에 부착된 다수의 탄성 요소들(58b)을 포함하는 실시형태를 도시한다. 탄성 요소들(58b)의 외경은 회전자 슬리브(56)의 내경보다 더 크다. 따라서 회전자 슬리브(56)를 회전자 코어(55) 위로 활주시키는 것은 탄성 요소들(58b)을 변형하며, 회전자 코어(55)를 정렬하며 센터링한다.
도 14a 내지 도 14b는 제어 가능한 보상 요소(57)를 갖는 회전자를 도시한다. 보상 요소(57)는 파형(물결모양) 실린더 형상을 갖는다. 실린더의 축방향 단부들에 힘을 인가시키며, 그들을 떼어 놓은 것은 파형의 진폭을 감소시킨다. 특히, 외경이 감소되며, 보상 요소(57) 위로 회전자 슬리브(56)를 활주시키는 것을 가능하게 한다. 릴랙스된 상태에서, 보상 요소(57)의 외경은 회전자 슬리브(56)의 내경보다 더 크다.
상기 단부들을 떼어 놓는 것은 도 14a에 도시된 바와 같이, 샤프트(51)의 일부인 수단에 의해 행해질 수 있다. 보상 요소(57)의 일 단부는 회전자 코어(55)의 제1 단부에 인접하며 축을 따라 일 방향으로 보상 요소(57)의 운동을 제한하는 후크형 연장부(57c)을 갖는다. 타 단부는 회전자 코어(55)의 다른, 제2 단부에 대해 푸싱함에 의해 그 방향으로 보상 요소(57)를 잡아당기기 위한 요소들을 갖는다. 이들 요소들은 보상 요소(57) 내의 스레드(thread)들과 맞물리며 스프링 와셔 또는 원추형 스프링 와셔와 같은 축방향 탄성 요소(57b)를 통해 회전자 코어(55)에 대해 미는 나사(57a)일 수 있다. 나사(57a)를 돌림에 의해, 보상 요소(57)에서 잡아 당기는 인장력은 조절될 수 있으며, 이에 의해 보상 요소(57)의 외경도 또한 조절될 수 있다. 상기 외경을 감소시키고 회전자 슬리브(56)를 보상 요소(57) 위로 활주시킨 후, 보상 요소(57) 상의 장력은 나사(57a)를 풀어지게 함에 의해 감소되고 조절될 수 있다. 나사(57a)는 보상 요소(57)와 회전자 슬리브(56) 사이의 반경방향 힘을 셋팅하기 위해 어떤 위치에 둘 수 있으며, 또는 최대 힘을 위해 완전히 제거될 수 있다. 따라서, 상기 단부들을 떼어 놓는 것은 조립하는 동안만 행해질 수 있다. 도 14b의 실시형태에서 이것은 조립을 목적으로 보상 요소(57)에서 잡아당기기 위한 요소(미도시)가 부착될 수 있는, 홀과 같은, 부착 요소(57d)에 의해 행해진다. 조립 후, 보상 요소(57)와 회전자 슬리브(56) 사이에 작용하는 힘은 이들 요소들의 치수들과 재료 특성들의 함수이다.
보상 요소(57)는 금속, 특히 티타늄 또는 티타늄 합금, 비자성강, 니켈 합금 등으로 제조될 수 있다. 대안으로, 이것은 합성 물질 또는 플라스틱으로 제조될 수 있다.

Claims (39)

  1. 전기 고정자(3)를 지지하는 고정자 바디(25)를 구비한 고정자(1) 및 회전자(5)를 포함하는 전기 기계로서, 회전자(5)는 레이디얼 가스 베어링을 형성하는 레이디얼 베어링 섹션(17) 및 축방향 가스 베어링을 형성하는 축방향 베어링 섹션(12)을 포함하는 베어링에 의해 지지되며, 이들 베어링 섹션들의 고정자측 부품들은 고정자측 레이디얼 베어링 부품 및 고정자측 축방향 베어링 부품이며 이들은 서로 견고하게 연결되며 함께 고정자 베어링 구조체를 형성하는, 전기 기계에 있어서,
    고정자(1)의 다른 부품들은 고정자 바디(25) 자체 또는 전기 고정자(3) 및 캐리어(4)를 포함하는 어셈블리로 정의되며, 상기 어셈블리는 고정자 바디(25)에 의해 탄성적으로 지지되고, 고정자 베어링 구조체는 고정자(1)의 상기 다른 부품들에
    Figure 112021145334580-pct00025
    고정자측 레이디얼 베어링 부품이 고정자(1)의 상기 다른 부품들에 견고하게 실장되며, 고정자측 축방향 베어링 부품은 고정자(1)의 상기 다른 부품들에 탄성 지지체에 의해 연결되거나 또는 고정자(1)의 상기 다른 부품들에 연결되지 않는 것에 의해;
    Figure 112021145334580-pct00026
    또는 고정자측 축방향 베어링 부품은 고정자(1)의 상기 다른 부품들에 견고하게 실장되며, 고정자측 레이디얼 베어링 부품은 고정자(1)의 상기 다른 부품들에 탄성 지지체에 의해 연결되거나 또는 전혀 연결되지 않는 것에 의해
    실장되는 것을 특징으로 하는 전기 기계.
  2. 제1항에 있어서,
    고정자 베어링 구조체는 일 단부 가까이에서 고정 방식으로 고정자 바디(25)에 부착되는 것을 특징으로 하는 전기 기계.
  3. 제2항에 있어서,
    고정자측 축방향 베어링 부품은 고정자 바디(25)에 견고하게 실장되는 축방향 베어링 어셈블리(11)인 것을 특징으로 하는 전기 기계.
  4. 제1항에 있어서,
    고정자측 레이디얼 베어링 부품은 고정자 바디(25)에 또는 전기 고정자(3)를 지니는 캐리어(4)에 견고하게 실장되는 부싱(18)인 것을 특징으로 하는 전기 기계.
  5. 제1항 내지 제4항들 중 어느 한 항에 있어서,
    레이디얼 베어링 섹션(17)은 회전자의 회전축의 종방향으로 연장하며 레이디얼 베어링 섹션(17)의 전체는 전기 고정자(3)와 회전자(5) 사이의 자기 갭 내에 놓이며; 또는
    레이디얼 베어링 섹션(17)은 회전자의 회전축의 종방향으로 연장하며 적어도 하나의 베어링 요소(19)와 레이디얼 베어링 섹션(17)의 협력하는 회전자 베어링 표면(53)은 전기 고정자(3)와 회전자(5) 사이의 자기 갭 내에 놓이며; 또는
    레이디얼 베어링 섹션(17)은 회전자의 회전축의 종방향으로 연장하며 레이디얼 베어링 섹션(17)의 적어도 4분의 1, 또는 적어도 2분의 1, 또는 적어도 4분의 3은 전기 고정자(3)와 회전자(5) 사이의 자기 갭 내에 놓이는 것을 특징으로 하는 전기 기계.
  6. 제3항에 있어서,
    축방향 베어링 어셈블리(11)의 고정자 디스크(14) 및 부싱(18)은 각각 축방향 기준면(13)으로서 축방향으로 향하는 면을 포함하며 2개의 축방향 기준면들(13)은 서로에 대해 배치되는 것을 특징으로 하는 전기 기계.
  7. 제6항에 있어서,
    2개의 고정자 디스크들(14)과 상기 2개의 고정자 디스크들(14) 사이에 배치된 스페이서 요소(15)는 탄성 요소에 의해 서로에 대해 가압되는 것을 특징으로 하는 전기 기계.
  8. 제1항 내지 제4항들 중 어느 한 항에 있어서,
    고정자 베어링 구조체는 견고하게 실장되지 않는 단부에서 제1 탄성 지지체(21)에 의해 지지되는 것을 특징으로 하는 전기 기계.
  9. 제6항에 있어서,
    서로에 대해 배치되는 고정자 디스크(14)와 부싱(18)은 탄성 요소에 의해 서로에 대해 가압되는 것을 특징으로 하는 전기 기계.
  10. 제8항에 있어서,
    고정자 베어링 구조체는 제1 탄성 지지체(21)의 위치에서 또는 그 근처에서 고정자 바디(25)에 열적으로 결합되는 것을 특징으로 하는 전기 기계.
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