(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気機械（１）用のエンドプレート（３０）であって、
前記電気機械（１）のロータ  （２０）を回転可能に取り付けるために設定されている磁気ベアリング（８０）を収容可能なベアリング収容部（４０）を備え、また、少なくとも３つの支持要素（６０、７０）が設けられた、半径方向外側の周輪郭（５０）を備え、前記少なくとも３つの支持要素（６０、７０）それぞれが決められた突出寸法（Ｍ）だけ前記周輪郭（５０）から半径方向外側に突出していて、前記エンドプレート（３０）の不連続な外周輪郭を画定するエンドプレートにおいて、
前記支持要素（６０、７０）のそれぞれの前記突出寸法（Ｍ）は、前記磁気ベアリング（８０）の中心と、前記電気機械（１）の幾何学的長手方向軸（Ａ２）及び／又は前記電気機械（１）の磁気的長手方向軸（Ａ４）と、を一致させて前記エンドプレート（３０）が嵌め込み可能であるよう寸法決定されていることを特徴とする、エンドプレート（３０）。
【請求項２】
前記支持要素（６０、７０）がそれぞれ半径方向に調整可能に前記周輪郭（５０）に取り付けられており、前記支持要素（６０、７０）のそれぞれの突出寸法（Ｍ）が変更可能もしくは調整可能であることを特徴とする、請求項１に記載のエンドプレート（３０）。
【請求項３】
各支持要素（６０、７０）が、ステータハウジング（１１）の内周（１２）に接触するための半径方向外側に位置する接触体（６１、７１）、及び、該接触体（６１、７１）から半径方向内側に向かって下に敷かれたシム（６２、７２）をそれぞれの個数だけ有し、各シム（６２、７２）は決められた半径方向の厚さ寸法を有していることを特徴とする、請求項１又は２に記載のエンドプレート（３０）。
【請求項４】
リセスはそれぞれ前記周輪郭（５０）から半径方向内側に向かって、並びに前記エンドプレート（３０）の周方向に延在し、前記支持要素（６０、７０）がそれぞれのリセス（５１）内に配置されてい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エンドプレート（３０）。
【請求項５】
前記支持要素（６０、７０）が、２つの支持要素グループに分かれて前記周輪郭（５０）の周りに分配されて配置されており、これら２つのグループのうち第１グループの支持要素は前記ステータハウジング（１１）の内周（１２）に係合して、前記エンドプレート（３０）を前記ステータハウジング（１１）に対して嵌め込み、また、これら２つのグループのうち第２グループの支持要素は、接続ハウジング（１００）の内周（１０１）に係合して、前記エンドプレート（３０）とは独立的に、前記接続ハウジング（１００）を前記ステータハウジング（１１）に対して嵌め込むことを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載のエンドプレート（３０）。
【請求項６】
前記支持要素（６０、７０）がそれぞれ、半径方向外側に位置する支持面（６１ａ、７１ａ）を有しており、これら支持面は前記エンドプレート（３０）の軸方向において段状に構成されており、少なくとも３つの支持要素（６０）を持つ前記第１グループの第１の軸方向（ＡＲ１）における段は、半径方向にそれぞれの突出寸法（Ｍ）まで高くなっており、また、少なくとも３つの支持要素（７０）を持つ前記第２グループの第２の軸方向（ＡＲ２）における段は、半径方向にそれぞれの突出寸法（Ｍ）まで高くなっており、前記２つのグループのそれぞれのグループ内において前記支持要素（６０、７０）は、互いに定義された角距離を空けて前記周輪郭（５０）の周りに分配されて配置されていることを特徴とする、請求項５に記載のエンドプレート（３０）。
【請求項７】
前記２つのグループのそれぞれのグループ内において、前記支持要素（６０、７０）が周輪郭（５０）の周りに対称的に分配されて配置されていることを特徴とする、請求項６に記載のエンドプレート（３０）。
【請求項８】
電気機械（１）であって、
ステータハウジング（１１）を有するステータ（１０）、前記ステータハウジング（１１）の内周（１２）内に配置されたロータ（２０）、および請求項１から６のいずれか一項に記載のエンドプレート（３０）を有し、前記磁気ベアリング（８０）は、前記ロータ（２０）を回転可能に取り付けるために前記エンドプレート（３０）のベアリング収容部（４０）内に収容されており、また、前記エンドプレート（３０）を半径方向に支持するために、前記磁気ベアリング（８０）の中心が、前記電気機械（１）の幾何学的長手方向軸（Ａ２）及び／又は前記電気機械（１）の磁気的長手方向軸（Ａ４）に嵌め込み可能となるよう、前記エンドプレートの外周輪郭が前記ステータハウジング（１１）の内周（１２）内に嵌め込まれていることを特徴とする、電気機械（１）。
【請求項９】
前記磁気ベアリング（８０）が、キャッチベアリングを持つ能動型磁気ベアリングとして構成されており、該キャッチベアリングはロータシャフト（２１）を取り囲む内側リングを有しており、該内側リングの内径は前記ロータシャフト（２１）の外径より所定の寸法だけ大きいため、通電された磁気ベアリング（８０）においてロータシャフト（２１）と前記キャッチベアリングの内側リングとの間にリング間隙が形成され、通電されていない磁気ベアリング（８０）においては、前記ロータシャフト（２１）は内側で前記内側リングに載っていることを特徴とする、請求項８に記載の電気機械（１）。
【請求項１０】
請求項９に記載の電気機械（１）であって、通電された磁気ベアリング（８０）において前記ロータシャフト（２１）の回転軸を前記磁気ベアリングの中心（A１）に一致させるために、前記磁気ベアリング（８０）を電気的に作動させるための制御装置（９０）をさらに備えていることを特徴とする、電気機械（１）。
【請求項１１】
電気機械（１）の組み立て方法であって、以下のステップ；  
ステータハウジング（１１）内にロータ（２０）をセットするステップ；
磁気ベアリング（８０）、及びキャッチベアリングの内側リングがロータシャフト（２１）を取り囲むように、前記ステータハウジング（１１）の内周（１２）にエンドプレート（３０）の外周輪郭を嵌め込むステップ；  
電気機械（１）を運転し、通電された磁気ベアリング（８０）において電気機械（１）のロータ（２０）を回転させるステップ；
前記ロータ（２０）の振動挙動を決定するステップ；
前記振動挙動から修正オフセットを決定するステップ；
前記修正オフセットに基づいて、前記ステータハウジング（１１）又は前記エンドプレート（３０）に設けられた支持要素（６０、７０）のそれぞれの突出寸法（Ｍ）を変更するステップ；
を有することを特徴とする、組み立て方法。
【請求項１２】
電気機械（１）であって、
ステータハウジング（１１）を有するステータ（１０）；
前記ステータハウジング（１１）の内周（１２）内に配置された  ロータ（２０）；
前記電気機械（１）のロータ（２０）を回転可能に取り付けるために設定された磁気ベアリング（８０）を収容可能であるベアリング収容部（４０）を持つエンドプレート（３０）；
を有する電気機械（１）において、
前記ステータハウジング（１１）及び／又は接続ハウジング（１００）の半径方向内側の周輪郭には少なくとも３つの支持要素（６０、７０）が設けられており、これらはそれぞれ決められた突出寸法（Ｍ）だけそれぞれの周輪郭から半径方向内側に突き出しており、それにより前記ステータハウジング（１１）及び／又は前記接続ハウジング（１００）の不連続な  内周輪郭が定義され、
前記支持要素（６０、７０）のそれぞれの突出寸法（Ｍ）は、磁気ベアリング（８０）の中心と、前記電気機械（１）の幾何学的長手方向軸（Ａ２）及び／又は前記電気機械（１）の磁気的長手方向軸（Ａ４）と、を一致させて前記エンドプレート（３０）が嵌め込み可能であるように、寸法決定されていることを特徴とする、電気機械（１）。
【請求項１３】
前記支持要素（６０、７０）が、それぞれ半径方向調整可能にそれぞれの周輪郭に取り付けられており、前記支持要素（６０、７０）のそれぞれの突出寸法（Ｍ）が調整可能であることを特徴とする、請求項１２に記載の電気機械（１）。
【請求項１４】
各支持要素（６０、７０）に、前記エンドプレート（３０）の外周に接触するための半径方向内側に位置する接触体（６１、７１）が設けられており、また、前記接触体（６１、７１）の下に半径方向外側に敷かれたシム（６２、７２）がそれぞれの個数だけ設けられており、各シム（６２、７２）は、決められた半径方向厚さ寸法を有していることを特徴とする、請求項１２又は１３に記載の電気機械（１）。
【請求項１５】
リセスはそれぞれ、それぞれの周輪郭から半径方向外側に向かって、並びに前記ステータハウジング（１１）の及び／又は前記接続ハウジング（１００）の周方向に延在し、前記支持要素（６０、７０）がそれぞれのリセス内に配置されていることを特徴とする、請求項１２から１４のいずれか一項に記載の電気機械（１）。
【請求項１６】
前記支持要素（６０、７０）が２つの支持要素グループに分かれて前記ステータハウジング（１１）及び／又は前記接続ハウジング（１００）の周輪郭の周りに分配されて配置されており、これら２つのグループのうち第１グループの支持要素により、前記エンドプレート（３０）が前記ステータハウジング（１１）に対して嵌め込まれ、また、これら２つのグループのうち第２グループの支持要素により、エンドプレート（３０）とは独立的に、前記接続ハウジング（１００）が前記ステータハウジング（１１）に対して嵌め込まれることを特徴とする、請求項１２から１５のいずれか一項に記載の電気機械（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電気機械用エンドプレート、そのようなエンドプレートを備える電気機械、 電気機械の組み立て方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１より知られている電気機械用エンドプレートには、電気機械のロータを回転可能に取り付けるために設定されたベアリングが収容可能であるベアリング収容部として内側リングが設けられており、また、付勢によりエンドプレートを半径方向に支持するために電気機械のステータハウジングの内周に嵌め込み可能である、半径方向外側に向いた外周輪郭としての外側リングが設けられている。
【０００３】
特許文献２から読み取れる電気機械は、ステータハウジングを有するステータ、ステータハウジングの内周に配置されたロータ、及び、ベアリング収容部内にロータを回転可能に取り付けるためのベアリングが収容されているエンドプレート、を有している。エンドプレートには能動型磁気ベアリングが設けられており、この能動型磁気ベアリングを介して、通電された磁気ベアリングにおいてはロータのロータシャフトが回転可能に半径方向に取り付けられている。能動型磁気ベアリングのキャッチベアリングは内側リングを有しており、この内側リングはロータシャフトを取り囲んでおり、その内径は、ロータシャフトの外径より所与の寸法だけ大きいため、磁気ベアリングが通電されるとロータシャフトと内側リングとの間にリング間隙が形成され、磁気ベアリングが通電されていないときロータシャフトは内側で内側リングに載っている。
【０００４】
当然のことながら電気モータなどの電気機械の巻線からは力が発生し、この力は、理想的な場合にはほぼ完全に、電気機械の出力部（例えば連結部など）で使用可能な、ロータの回転モーメントに転換される。しかしながら実際にはロータには、ロータの最適な回転に悪影響を与え得る干渉力も作用する。この干渉力は、個々の相巻線が少しずつ異なる電気的特性を持つ場合、積層に局所的なバリエーションがある場合、及び／又は、ロータがステータ内において正確な中心で回転していない場合、に発生する可能性がある。後者は、電気周波数の数倍で周期的な力の励起がロータに作用することにより明らかになり得る。専門の文献ではこの現象は 「不平衡磁気吸引力」（ＵＰＭ）として知られている。
【０００５】
この現象に関する研究は例えば非特許文献１並びに非特許文献２に発表されている。
【０００６】
上記の現象は、ロータシャフト（ロータ動力学）における、及びそれにより潜在的に電気機械全体における不所望の振動の原因となる。これはエアギャップが小さい高周波モータにおいては電気気機械内で深刻な問題となる可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】独国特許出願公開第１０２００９００１９４８号明細書
【特許文献２】独国特許出願公開第１０２００９０１９５９３号明細書
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】"EFFECTS OF CONSTANT UNBALANCED MAGNETIC PULL TO THE VIBRATION BEHAVIOURS OF TURBOMACHINERY"、Zhemin Cai、Ningsheng Feng著、ICSV 15、15th International Congress on Sound and Vibration、2008年6月6-10日、大田（韓国）
【非特許文献２】"Simulation of the effects of the unbalanced magnetic pull in four-poles slim generators"、P. Pennacchi und L. Frosini著
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の課題は、不所望なロータの偏心及びそれによる振動が回避されるように、電気機械用エンドプレート、電気機械、電気機械の組み立て方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
これは、請求項１に記載のエンドプレート、請求項８に記載の電気機械、もしくは請求項１１に記載の方法を有する、本発明の第１の態様により達成される。
【００１１】
本発明では、ＵＰＭによるロータの振動を回避するためには、ロータをステータに対してできるだけ中心に配置する努力をすべきであると認識している。そこで決定的となるのは、電気機械の磁気的中心軸もしくは長手方向軸、及び／又は、電気機械の幾何学的中心軸もしくは長手方向軸に関する中心性である。磁気的長手方向軸と幾何学的長手方向軸は一致することが可能であるが、これらは必ずしも一致する必要はない。
【００１２】
基本的に、製造誤差及び組み立て誤差を考慮する必要があるため、実際には、ロータが取り付けられてエンドプレート内に収容されている磁気ベアリングの中心がステータのステータ巻線の磁気的長手方向軸と正確には一致しないことは避けられない。このステータ巻線の磁気的長手方向軸は一次近似で電気機械のステータハウジングの内周もしくは内径の長手方向中心軸と、及びそれにより電気機械の幾何学的長手方向軸とほぼ合致もしくは一致するため、それにより、磁気ベアリングの中心をまずステータハウジングの内周もしくは電気機械の幾何学的長手方向軸において心合わせすることが好適である。しかしながらこの心合わせは電気機械の磁気的長手方向軸に関して行われるのが理想的である。
【００１３】
したがって本発明によると電気機械、とりわけ電気モータ又は発電機などのためのエンドプレートは、少なくとも以下の要素を有している。ベアリング収容部であって、その中に、望ましくはキャッチベアリングが付属した能動型磁気ベアリングとして構成された、電気機械のロータを回転可能に取り付けるための磁気ベアリングが収容可能である、ベアリング収容部。半径方向外側に向いた周輪郭であって、少なくとも３つの、シムパッドとも呼ばれる支持要素が設けられていて、これらがそれぞれ決められた突出寸法だけ半径方向において周輪郭を超えて突き出しており、それにより不連続なエンドプレート外周輪郭が定義される、周輪郭。このとき支持要素のそれぞれの突出寸法は、磁気ベアリングの中心と電気機械の幾何学的長手方向軸及び／又は電気機械の磁気的長手方向軸を一致させてエンドプレートが嵌め込み可能となるように、寸法決定されている。
【００１４】
生産における誤差及び組み立てにおける誤差は、それぞれの突出寸法に適切に影響を与えることによりもしくはこれを適合させることにより相殺される。外周輪郭の嵌め込み後に磁気ベアリングの中心が電気機械のステータの幾何学的長手方向軸及び／又は磁気的長手方向軸に一致することにより、ロータは最適にステータハウジングに対して中心に配置され、それにより周期的な力の励起及びそれにより発生する不所望のロータ振動を大幅に低減もしくは回避することができる。
【００１５】
本発明のエンドプレートの望ましい実施形態によると、支持要素はそれぞれ半径方向に 調整可能に周輪郭に取り付けられており、それにより、支持要素のそれぞれの突出寸法は変更可能、つまり、繰り返し適切に影響を与えることが可能もしくは適合可能である。半径方向におけるそのような調整は、例えばねじ制御のセルフロッキング式の、及び／又は別個に固定可能な滑り案内又は交換可能なシムもしくはパッドにより実現することができる。
【００１６】
本発明のエンドプレートの望ましいさらなる実施形態においては、各支持要素は、ステータハウジングの内周に接触するための、半径方向外側に位置する接触体、及び、接触体から半径方向内側に向かって下に敷かれた、望ましくは薄いプレートの形のシムをそれぞれの個数だけ有しており、各シムは決められた半径方向の厚さ寸法を有している。接触体の下には、同じ又は異なる半径方向厚さ寸法を持つ一つのシム又は複数のシムを敷くことができる。本発明のこの構成は特に頑丈であり、簡単かつコスト安に実現できる。
【００１７】
本発明のエンドプレートの望ましいさらなる実施形態によると支持要素はそれぞれのリセス内に配置されており、それらリセスはエンドプレートの周輪郭から半径方向内側に、並びに周方向に延在している。リセス内には好適に、例えばねじのねじ頭など固定手段が設けられており、これらが半径方向に追加的に場所をとることはない。
【００１８】
本発明のエンドプレートのさらなる実施形態において、支持要素は２つの支持要素グループに分かれて周輪郭の周りに分配されて配置されており、この２つのグループの第１グループの支持要素はステータハウジングの内周に係合し、それによりエンドプレートがステータハウジングに対して嵌め込まれ、また、この２つのグループの第２グループの支持要素は接続ハウジングの内周に係合して、それによりエンドプレートとは独立的に接続ハウジングがステータハウジングに対して嵌め込まれる。そのために望ましくは支持要素にはそれぞれ半径方向外側に位置する支持面が設けられており、この支持面はエンドプレートに対して軸方向に段状に構成されおり、少なくとも３つの支持要素を持つ第１グループの段は第１の軸方向においてそれぞれの突出寸法まで半径方向に高くなっており、また、少なくとも３つの支持要素を持つ第２グループの段は第２の軸方向においてそれぞれの突出寸法まで半径方向に高くなっており、２つのグループのそれぞれのグループ内において支持要素は定義された角距離を互いに空けて周輪郭の周りに望ましくは対称に分配されて配置されている。この構造は、ステータハウジングに接続ハウジングがフランジ接続されている電気機械にとって好適である。
【００１９】
２つのグループの段が互いに逆向きに設けられていることにより望ましくはエンドプレートの組み立ての際、まず、２つのグループの一方のグループの支持面がステータハウジングの内周に接触し、それにより、場合によっては必要となるこのグループの突出寸法の適合を行うことができる。段が互いに逆向きに設けられていることにより、２つのグループのもう一方のグループの支持面は、さらに接続ハウジングを組み立てる際になってから接続ハウジングの内周に接触する。第１グループの突出寸法が適合されているため、第１グループによりエンドプレートの所望のセンタリングが行われるため、第２グループの突出寸法は、エンドプレートのセンタリングとは独立的に、接続ハウジングをセンタリングするために利用することができる。
【００２０】
本発明の第１の態様ではさらに、請求項８に記載の電気機械、とりわけ電気モータとして又は発電機として実施された電気機械が提供され、その電気機械は、ステータハウジングを有するステータ、ステータハウジングの内周に配置されたロータ、及び請求項１に記載の本発明の第１の態様によるエンドプレート、を有する。本発明の第１の態様によるエンドプレートの詳細は前述されている。
【００２１】
本発明の電気機械の一つの実施形態によるとロータの半径方向の取付けは、電気機械の両側に配置された磁気ベアリングを介して行われ、磁気ベアリングはそれぞれ本発明のエンドプレートを介して電気機械に組み込まれている。
【００２２】
これらの磁気ベアリングは、受動型磁気ベアリング及び能動型磁気ベアリングとすることができる。
【００２３】
能動型磁気ベアリングを持つ磁気ベアリングシステムが故障した場合のために、ロータを受け止めるキャッチベアリングが設けられている。
【００２４】
磁気ベアリング及びそのような能動型磁気ベアリングのキャッチベアリングは、通常、あらかじめ取り付けられたユニットとして提供される。
【００２５】
キャッチベアリングとして望ましくはローラベアリングが使用される。しかし、滑り軸受けをキャッチベアリングとして用いることもできる。
【００２６】
ローラベアリングとして実施されている場合、キャッチベアリングは、通常運転において供回りしてはならない。したがってその内側リングと、高速回転するロータとの間には数ミリメートルの十分の一のエアギャップが設けられている。ロータクラッシュの際にはロータがキャッチベアリング以外の構造内に落下することを回避すべきであるため、このエアギャップはロータシャフト全体の最も狭い間隙である。したがってロータは通常運転では磁気ベアリングによりこのキャッチベアリングの中心に保持されている。
【００２７】
本発明の電気機械の望ましい実施形態においてはエンドプレートに能動型磁気ベアリングが設けられており、磁気ベアリングに通電中、この能動型磁気ベアリングを介してロータのロータシャフトが回転可能に半径方向において取り付けられており、能動型磁気ベアリングのキャッチベアリングには内側リングが設けられており、その内側リングはロータシャフトを取り囲んでおり、その内径はロータシャフトの外径より所与の寸法だけ大きいため、通電された磁気ベアリングにおいてロータシャフトとキャッチベアリングの内側リングとの間にリング間隙が形成され、通電されていない磁気ベアリングにおいてはロータシャフトが内側でキャッチベアリングの内側リングの上に載っている。 
【００２８】
本発明の電気機械の望ましいさらなる実施形態では、通電された磁気ベアリングにおいてロータシャフトの回転軸を磁気ベアリングの中心と一致させるために、電気機械はさらに、能動型磁気ベアリングを電気的に作動させるための制御装置を有している。
【００２９】
先述の通り、生産における誤差及び組み立てにおける誤差を考慮する必要があるため、実際には、磁気ベアリングの中心、及び、磁気ベアリングとキャッチベアリングとから成るあらかじめ取り付けられたユニットを持つ能動型磁気ベアリングである場合はキャッチベアリングの中心が、ステータ巻線の磁気的中心軸もしくは長手方向軸に正確には一致しないことが避けられない。しかしながら先述のように、オフセット（軸が心合わせされていない）は、UPMにより発生する、ロータに対する周期的な力の作用という不所望の現象につながる。それに対する対策は半径方向に調節可能もしくは調整可能である本発明のエンドプレートにより提供され、調節もしくは調整は、望ましくは組み立てプロセス中に正確な測定により実現される。磁気ベアリングの中心、能動型磁気ベアリングの場合はキャッチベアリングの中心も、ステータ巻線の中心により調整され、これは、一次近似でステータハウジングの内周もしくは内径、もしくはステータの幾何学的長手方向軸、望ましくはステータの磁気的長手方向軸において心合わせされることにより行われる。
【００３０】
本発明ではさらに、本発明の電気機械の組み立て方法も提供され、その方法は以下のステップ；
ロータをステータハウジング内にセットするステップ；
磁気ベアリング、及びラジアル軸受の内側リングがそれぞれロータシャフトを取り囲むように、エンドプレートの外周輪郭をステータハウジングの内周に嵌め込むステップ； 
電気機械を運転し、そのロータを、通電された磁気ベアリングにおいて回転させるステップ： 
ロータの振動挙動を決定し、その振動挙動から修正オフセットを決定し、その修正オフセットに基づいて支持要素のそれぞれの突出寸法を変更するステップ、
を有している。
このとき、電気機械の振動挙動が最適化されるようにそれぞれの突出寸法が変更される。これは、電気機械のロータシャフトの回転軸と、電気機械のステータの幾何学的長手方向軸及び／又は磁気的長手方向軸とを一致させることにより行われる。
【００３１】
本発明の方法により、とりわけ、得られた個々の運転挙動もしくは振動挙動に基づいて、ステータ巻線の磁気的中心軸もしくは長手方向軸に関してロータの微調整を実現するという可能性が利用され、それにより電気的非対称を修正することができる。ステータのステータ巻線の中心軸に対するロータシャフト回転軸の修正オフセットの決定、及び、それに応じた支持要素のそれぞれの突出寸法の変更は、テストによりもしくは組み立て・測定の複数回の繰り返しにより、又は、得られた運転挙動を基にした計算により行われる。
【００３２】
本発明は、請求項に明確に記載された特徴コンビネーションから得られる実施形態以外も含み、本発明の開示された特徴は、技術的に有意義であれば任意に組み合わせることができることを、ここで特に述べる。
【００３３】
本発明の第２の態様における本発明の電気機械は請求項１２で定義されている。それによると支持要素もしくはシムパッドはエンドプレート内ではなく、ステータハウジング及び／又は接続ハウジング内に収容されていてエンドプレートに接している。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の第１の態様の本発明の実施例における電気機械のステータの斜視図である。
【図２】図１の電気機械の分解斜視図である。
【図３】図１の電気機械のエンドプレートの斜視図である。
【図４】図３のエンドプレートの軸方向における図である。
【図５】図５の上半分は、図３のエンドプレートの、一つのグループに属する支持要素の斜視図であり、下半分は、 図４の直線Ａ−Ａに沿って見た、エンドプレートの一部の断面図である。
【図６】図６の上半分は、図３のエンドプレートの、もう一つのグループに属する支持要素の斜視図であり、下半分は、図４の直線Ｂ−Ｂに沿って見た、エンドプレートの一部の断面図である。
【図７】図４の領域Ｃの拡大図である。
【図８】図５及び図６の支持要素の代替物である。
【図９】本発明の第２の態様の電気機械の部分の断面の図式図である。
【図１０】電気機械１の能動型磁気ベアリング８０の領域の断面を図式的に示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下、本発明について、好適な実施形態及び付属の図を用いて詳細に説明する。  
【００３６】
図１及び図２は、本発明の実施形態による電気機械１である。電気機械１は望ましくは電気モータとして又は発電機として構成されている。
【００３７】
電気機械１は、ステータハウジング１１及びステータ積層コア１４を有するステータ１０、及び、ロータシャフト２１を備え、ステータハウジング１１の内周１２に配置されたロータ２０、を有しており、また、電気機械１の軸方向ＡＲにおける両端のそれぞれには、それぞれ一つのエンドプレート３０が設けられており、図２には一つのエンドプレート３０のみが図示されている。
【００３８】
さらに図３から図７よりわかるように、各エンドプレート３０はベアリング収容部４０並びに半径方向外側に向いた周輪郭５０を有している。
【００３９】
エンドプレート３０のベアリング収容部４０内にはロータ２０を回転可能に取り付けするために設定された、磁気ベアリング８０の形のベアリングが収容されている。磁気ベアリング８０は、受動型磁気ベアリング及び能動型磁気ベアリングとすることができる。望ましくは能動型磁気ベアリング８０が使用される。
【００４０】
図１０は、電気機械１の能動型磁気ベアリング８０の領域の断面を図式的に示した図である。能動型磁気ベアリング８０は、磁気ベアリング８０のロータ側の積層コア８４と協働する、磁気ベアリング８０の能動型のステータ側部分８１の他に、磁気ベアリング故障の場合にロータ２０をキャッチするためにステータ側のキャッチベアリング８２を有している。キャッチベアリング８２はローラベアリング又は滑り軸受けとして構成することができる。
【００４１】
符号８３はキャッチベアリング８２の領域の間隙を表しており、これにより、磁気ベアリング８０の最小の半径方向の遊びが定義される。
【００４２】
能動型磁気ベアリング８０は望ましくは 電子的制御装置９０により電気的に作動される。
【００４３】
周輪郭５０には少なくとも３個の支持要素、図示された実施形態においてはそれぞれ４個の支持要素６０、７０を持つ２つのグループが設けられており、それぞれが半径方向において決められた突出寸法Ｍだけ（図７参照）周輪郭５０から突き出していて、これらによりエンドプレート３０の不連続な外周輪郭が定義される。図４からわかるように、図示された実施形態において支持要素６０、７０はそれぞれ４５度の角距離を空けて互いに対称に、周輪郭５０の周りに分配されて配置されている。
【００４４】
支持要素６０、７０のそれぞれの突出寸法Ｍは、磁気ベアリング８０の中心と、電気機械１のステータ１０の幾何学的な長手方向軸Ａ２及び／又は電気機械１のステータ１０の磁気的長手方向軸Ａ４とを一致させて、これら支持要素により形成された外周輪郭がエンドプレート３０を半径方向に支持するために嵌め込み可能もしくは嵌め込まれているように寸法決定されている。
【００４５】
能動型磁気ベアリング８０のキャッチベアリングは内側リングを有しており、この内側リングはロータシャフト２１を取り囲んでおり、内側リングの内径は、決められた寸法だけロータシャフト２１の外径より大きいため、磁気ベアリング８０の通電中はロータシャフト２１と内側リングとの間にリング間隙８３が形成され、磁気ベアリング８０が通電されていない場合にはロータシャフト２１は内側で内側リング上に載っている。
【００４６】
制御装置９０は、磁気ベアリング８０が通電されている場合にロータシャフト２１の回転軸Ａ３が、磁気ベアリングの回転軸に、及び、間接的にキャッチベアリングの回転軸に一致するように、能動型磁気ベアリング８０を作動させる。
【００４７】
支持要素６０、７０はそれぞれ半径方向に調整可能に周輪郭５０に取り付けられており、磁気ベアリング８０の中心を、電気機械１のステータ１０の幾何学的長手方向軸Ａ２及び／又は磁気的長手方向軸Ａ４に一致させるために、支持要素６０、７０のそれぞれの突出寸法Ｍは変更可能である。
【００４８】
図５及び図６からわかるように、調整可能性を実現するために各支持要素６０、７０は、ステータハウジング１１の内周１２に接触するための、半径方向において外側に位置する接触体６１、７１、及び、接触体６１、７１から半径方向内側に向かって下に位置するプレート状のシム６２、７２を個別の個数だけ有しており、接触体６１、７１及びシム６２、７２はねじ６３、７３ により取り外し可能にエンドプレート３０に固定されている。
【００４９】
支持要素６０、７０はエンドプレート３０内のそれぞれのリセス５１内に配置されており、リセスはそれぞれ周輪郭５０から半径方向内側に向かって、並びに、エンドプレート３０の周方向に延在するため、ねじ６３、７３のねじ頭が半径方向において周輪郭５０を超えて突き出ることはない。
【００５０】
各シム６２、７２は半径方向ＲＲにおいて決められた厚さ寸法を有する。本発明の図示された実施形態では公称取り付けとして例えば、半径方向の厚さ寸法が０．１５ｍｍである４つのシム６２、７２、及び、半径方向の厚さ寸法が０．２０ｍｍである７つのシム６２、７２が積み重ねられて、半径方向の全体の厚さ寸法ＧＤが２ｍｍであるスタックとなっている。
【００５１】
そのため、本発明の一つの実施形態によると、調整プロセスの始めにはまだ同じである突出寸法Ｍはそれぞれ例えば４ｍｍである。
【００５２】
取り付けられたエンドプレート３０において磁気ベアリング８０の中心を、電気機械１のステータ１０の幾何学的長手方向軸Ａ２及び／又は磁気的長手方向軸Ａ４に一致させるために支持要素６０、７０のそれぞれの突出寸法Ｍ（例えば上述の例に対応して２ｍｍから６ｍｍの範囲の寸法）を変更するには、一つの又は複数の調整ステップにおいて、記録された測定値に応じて一つの又は複数のシム６２、７２を単純に除去もしくは追加する。幾何学的にはこのとき支持要素６０、７０を取り囲む包絡円が、エンドプレート３０内に収容された磁気ベアリング８０の回転軸もしくは中心に関して移動するため、ステータハウジング１１内にセットされたエンドプレート３０において磁気ベアリング８０の回転軸、及びそれにより磁気ベアリング８０の中心は、一致させるために、電気機械１のステータ１０の幾何学的長手方向軸Ａ２及び／又は磁気的長手方向軸Ａ４に関して移動される。
【００５３】
支持要素６０、７０は、２つのグループの支持要素に分かれて周輪郭５０の周りに分配されて配置されている。これら２つのグループのうち第１グループの支持要素は、ステータハウジング１１の内周１２に係合し、それによりエンドプレート３０がステータハウジング１１に対して嵌め込まれる。これら２つのグループのうち第２グループの支持要素は、接続ハウジング１００の内周１０１に係合し、それによりエンドプレート３０とは独立的に、接続ハウジング１００がステータハウジング１１に対して嵌め込まれる。
【００５４】
接続ハウジング１００は、電気機械１の接続ハウジング又はさらなる機械のステータハウジングとすることができる。
【００５５】
したがって、磁気ベアリング８０の中心と、電気機械１のステータ１０の幾何学的長手方向軸Ａ２及び／又は電気機械１のステータ１０の磁気的長手方向軸Ａ４との一致を変更することなく、接続ハウジング１００の長手方向軸を、電気機械１のステータ１０の長手方向軸に関して心合わせすることができる。
【００５６】
図５及び図６において、ステータハウジング１１と接続ハウジング１０１との間において、分離平面１０２の右に電気機械１のステータハウジング１１が、左に接続ハウジング１０１が位置しているとすると、支持要素７０によりエンドプレートのステータハウジング１１に対する心合わせが、また、支持要素６０により、接続ハウジング１０１の内周のステータハウジング１１に対する独立的な心合わせが行われる。
【００５７】
支持要素６０、７０はそれぞれ半径方向外側に位置する支持面６１ａ、７１ａを有しており、これらはエンドプレート３０に対して軸方向において段状に構成されており、少なくとも３つの支持要素６０を持つ第１グループの第１の軸方向ＡＲ１における段は、半径方向にそれぞれの突出寸法Ｍまで高くなっており、少なくとも３つの支持要素７０を持つ第２グループの第２の軸方向ＡＲ２における段は、半径方向にそれぞれの突出寸法Ｍまで高くなっており、２つのグループのそれぞれのグループ内で支持要素６０、７０では、定義された角距離を互いに空けて、周輪郭５０の周りに分配されて配置されている。
【００５８】
支持要素６０、７０は、２つのグループのそれぞれのグループ内において望ましくはエンドプレート３０の周輪郭５０の周りに対称的に分配されて配置されている。
【００５９】
図示された実施例においては、２つのグループのそれぞれのグループは、それぞれ４つの支持要素６０、７０を有しており、これら２つの４個グループのそれぞれにおいて、支持要素６０、７０は互いにそれぞれの角距離９０度を空けて周輪郭５０の周りに対称的に分配されて配置されている。
【００６０】
以下、電気機械１を組み立てるための本発明の方法ステップについて説明する。
【００６１】
本発明の第１の方法においては、各磁気ベアリングの中心もしくは回転軸Ａ１、それにより各磁気ベアリング８０の中心も、ステータハウジング１１の内周もしくは内径１２において、ステータ１０のステータ巻線１３の磁気的中心軸Ａ４に心合わせされることにより、一次近似で調整される、もしくは一致させられる。
【００６２】
これは、本発明の実施形態において、以下に述べる方法ステップを次々に実施することにより実現される。
【００６３】
ステータハウジング１１の内周１２の測定（例えば３Ｄ座標測定器を用いて）により、ステータハウジング１１の内周１２の幾何学的長手方向軸Ａ２の位置を決定するステップ。エンドプレート３０の外周輪郭を、ステータハウジング１１の内周１２に、おおよその調整として嵌め込むステップ。これに関して、エンドプレート３０のベアリング収容部４０の測定により、磁気ベアリング８０の中心の位置を、ステータハウジング１１の内周１２の幾何学的長手方向軸Ａ２の位置に関して決定するステップ。その後、測定で得られた測定データから、磁気ベアリング８０の中心の、ステータハウジング１１の内周１２の幾何学的長手方向軸Ａ２に対するオフセット量を決定するステップ。エンドプレート３０をステータハウジング１１から取り外し、支持要素６０、７０のそれぞれの突出寸法Ｍを、オフセット量だけ変更するステップ。
【００６４】
エンドプレート３０の外周輪郭を、ステータハウジング１１の内周１２に微調整として随意的にさらに嵌め込むステップ。これに関して、エンドプレート３０のベアリング収容部４０の測定により、磁気ベアリング８０の中心の位置を、ステータハウジング１１の内周１２の幾何学的長手方向軸Ａ２の位置に関して決定するステップ。これは、能動型磁気ベアリング８０においては、望ましくはキャッチベアリング８２の内径の中心の決定により行われる。その後、測定で得られた測定データから、ステータハウジング１１の内周１２の幾何学的長手方向軸Ａ２に対する磁気ベアリング８０の中心の更新オフセット量を決定するステップ。更新されたオフセット量が、許容可能なオフセット量より大きい場合は、エンドプレート３０の取り外しから開始して方法ステップが繰り返される。
【００６５】
次に、能動型磁気ベアリングを使用する際に本発明のさらなる方法を行うことができ、この方法により、得られた運転挙動もしくは振動挙動に基づいて、ロータ２０をステータ１０のステータ巻線１３の磁気的中心軸Ａ４に対して調整することを実現するという可能性が追加的に利用され、これにより電気的非対称を修正することができる。これは、本発明の実施形態においては例えば以下の方法ステップにより実現される。
【００６６】
ロータ２０をステータハウジング１１内にセットするステップ；
エンドプレート３０の外周輪郭をステータハウジング１１の内周１２に嵌め込むステップであって、このとき磁気ベアリング８０、及びキャッチベアリング８２の内側リングはロータシャフト２１をそれぞれ取り囲むステップ；
電気機械１を運転し、そのロータ２０を、通電された磁気ベアリング８０において回転させるステップ；
ロータ２０の振動挙動を決定するステップ；
振動挙動から、ステータ１０に対する修正オフセットを決定するステップ；
エンドプレート３０をステータハウジング１１から取り外すステップ；
支持要素６０、７０のそれぞれの突出寸法Ｍを、修正オフセットの分だけ変更するステップ；
エンドプレート３０の外周輪郭をステータハウジング１１の内周１２に嵌め込むステップ；
電気機械１を運転し、そのロータ２０を、通電された磁気ベアリング８０において回転させるステップ；
更新されたロータ２０の振動挙動を決定するステップ。
振動挙動がまだ十分でない場合には、更新された振動挙動から、ステータ１０に対して、更新された修正オフセットを決定するステップ。更新された修正オフセットが、許容可能な修正オフセットより大きい場合には、エンドプレート３０の取り外しから開始して方法ステップが繰り返される。修正オフセットの決定、及び、それに対応して、支持要素６０、７０のそれぞれの突出寸法Ｍを修正オフセットだけ変更することは、望ましくは、所望の振動挙動に達するまでテストもしくは複数の組み立て・測定を繰り返して行われる。振動挙動の決定は、例えば電子的な評価・表示装置により構成された、釣り合い試験機に類似の試験装置を用いて行われる。
【００６７】
図８からわかるように支持要素６０、７０の支持面６１ａ、７１ａは、図５及び図６とは異なり、段状になっている必要はない。２つのグループの支持要素６０、７０は、それぞれハウジングの一方、つまりステータハウジング１１又は接続ハウジング１００に係合するように構成されていれば十分である。それでも接続ハウジング１００の長手方向軸を独立的に、電気機械１のステータ１０の長手方向軸に関して心合わせすることができ、その際磁気ベアリング８０の中心と、電気機械１のステータ１０の幾何学的長手方向軸Ａ２及び／又電気機械１のステータ１０の磁気的長手方向軸Ａ４との一致を変更する必要はない。
【００６８】
図１から図８では、支持要素６０、７０はエンドプレート３０内に取り付けられている。これに対して、本発明の第２の態様による、本発明の電気機械１の実施形態が図示されている図９では、磁気ベアリング８０の中心と、電気機械１の幾何学的長手方向軸Ａ２及び／又は電気機械１の磁気的長手方向軸Ａ４とを一致させて、エンドプレート３０を嵌め込むために、支持要素６０、７０がステータハウジング１１もしくは接続ハウジング１００内に収容されて、エンドプレート３０に接している。図９の変形例においては、電気機械１のステータハウジング１１及び接続ハウジング１００の半径方向において内側の周輪郭に、少なくとも３つの支持要素６０、７０が設けられており、これらはそれぞれ決められた突出寸法Ｍだけそれぞれの周輪郭に対して半径方向内側に突き出しており、それにより、ステータハウジング１１及び／又は接続ハウジング１００の不連続な内周輪郭が定義される。それぞれの突出寸法は、磁気ベアリング８０の中心と、電気機械１の幾何学的長手方向軸Ａ２及び／又は電気機械１の磁気的長手方向軸Ａ４とが一致して、エンドプレート３０が嵌め込み可能であるように寸法決定されている。
【００６９】
支持要素６０、７０は、それぞれ半径方向に調整可能にそれぞれの周輪郭に取り付けられているため、支持要素６０、７０のそれぞれの突出寸法Ｍは調整可能である。各支持要素６０、７０は、エンドプレート３０の外周に接触するために望ましくは半径方向内側に位置する接触体６１、７１を有しており、また、接触体６１、７１から半径方向外側に向かって下に位置するシム６２、７２を、それぞれの個数だけ有しており、各シム６２、７２は決められた半径方向厚さ寸法を有している。支持要素６０、７０はステータハウジング１１及び／又は接続ハウジング１００のそれぞれのリセス内に配置されており、これらリセスはそれぞれ、それぞれの周輪郭から半径方向外側に向かって、並びにステータハウジング１１及び／又は接続ハウジング１００の周方向に延在している。
【００７０】
支持要素６０、７０は望ましくは２つの支持要素グループに分かれてステータハウジング１１及び／又は接続ハウジング１００の周輪郭の周りに分配されて配置されており、これら２つのグループのうちの第１グループの支持要素により、エンドプレート３０がステータハウジング１１に対して嵌め込まれ、これら２つのグループのうち第２グループの支持要素により、エンドプレート３０とは独立的に、接続ハウジング１００がステータハウジング１１に対して嵌め込まれる。
【００７１】
前述の方法は図９の電気機械にも同様に適用可能である。不必要な繰り返しを避けるため、方法並びに受動型又は能動型磁気ベアリングの詳細については、図１から図７、図８の電気機械の実施形態を参照されたい。
【符号の説明】
【００７２】
１      電気機械
１０      ステータ
１１      ステータハウジング
１２      内周
１３      ステータ巻線
１４      ステータ積層コア
２０      ロータ
２１      ロータシャフト
３０      エンドプレート
４０      ベアリング収容部
５０      周輪郭
５１      リセス
６０      支持要素
６１      接触体
６１ａ    支持面
６２      シム
６３      ねじ
７０      支持要素
７１      接触体
７１ａ    支持面
７２      シム
７３      ねじ
８０      磁気ベアリング
８１      磁気ベアリングの能動型部分
８２      キャッチベアリング
８３      間隙
８４      磁気ベアリングの積層コア
９０      制御装置
１００    接続ハウジング
１０１    内周
１０２    接続ハウジングに対するステータハウジングの分離平面
M        突出寸法
ＧＤ      全体厚み寸法
Ａ２      幾何学的中心軸／長手方向軸
Ａ３      回転軸
Ａ４      磁気的中心軸／長手方向軸
ＡＲ      軸方向
ＡＲ１    第１の軸方向
ＡＲ２    第２の軸方向
ＲＲ      半径方向
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0005973065.tif 000008
【図８】
0005973065.tif 000009
【図９】
0005973065.tif 000010
【図１０】
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