(57)【要約】  電気機械は、電気固定子（３）および回転子（５）を支持する固定子本体（２５）を有する固定子（１）を備える。回転子（５）は、ラジアル気体軸受を形成するラジアル軸受区画（１７）と、アキシアル気体軸受を形成するアキシアル軸受区画（１２）とを備えた軸受によって支持され、これら軸受区画の固定子側部分は、互いに剛性に接続され、ともに固定子軸受構造を形成する固定子側ラジアル軸受部分および固定子側アキシアル軸受部分である。固定子軸受構造は、固定子（１）の他の部分に、固定子側ラジアルまたはアキシアル軸受部分がこれらの他の部分に剛性に取り付けられること、および、他方の軸受部分が弾性支持体によってこれらの他の部分に接続されること、またはまったく接続されないことによって、取り付けられる。
2019518401.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気固定子（３）および回転子（５）を支持する固定子本体（２５）を有する固定子（１）を備える電気機械であって、前記回転子（５）は、ラジアル気体軸受を形成するラジアル軸受区画（１７）と、アキシアル気体軸受を形成するアキシアル軸受区画（１２）とを備えた軸受によって支持され、前記軸受区画の固定子側部分は、互いに剛性に接続され、ともに固定子軸受構造を形成する固定子側ラジアル軸受部分および固定子側アキシアル軸受部分であり、
前記固定子軸受構造は、前記固定子（１）の他の部分に、
前記固定子側ラジアル軸受部分が前記他の部分に剛性に取り付けられること、および前記固定子側アキシアル軸受部分が弾性支持体によって前記他の部分に接続されるかまたはまったく接続されないこと、
または、前記固定子側アキシアル軸受部分が、前記他の部分に剛性に取り付けられること、および、前記固定子側ラジアル軸受部分が弾性支持体によって前記他の部分に接続されるかまたはまったく接続されないことによって、
取り付けられることを特徴とする、電気機械。
【請求項２】
前記固定子軸受構造は、一端付近で前記固定子本体（２５）に固定されて付着されており、特に、前記固定子側アキシアル軸受部分は、前記固定子本体（２５）に剛性に取り付けられているアキシアル軸受アセンブリ（１１）である、請求項１に記載の電気機械。
【請求項３】
前記固定子側ラジアル軸受部分は、前記固定子本体（２５）または前記電気固定子（３）を担持するキャリア（４）に剛性に取り付けられたブッシング（１８）である、請求項１に記載の電気機械。
【請求項４】
前記電気機械がスロットレスタイプである、請求項１に記載の電気機械。
【請求項５】
前記ラジアル軸受区画（１７）は回転軸の長手方向に延伸し、前記ラジアル軸受区画（１７）の全体が、前記電気固定子（３）と前記回転子（５）との間の磁気ギャップ内にあり、または、
前記ラジアル軸受区画（１７）は回転軸の長手方向に延伸し、前記ラジアル軸受区画（１７）の少なくとも１つの軸受要素（１９）および協働する回転子軸受面（５３）が、前記電気固定子（３）と前記回転子（５）との間の磁気ギャップ内にあり、または、
前記ラジアル軸受区画（１７）は回転軸の長手方向に延伸し、前記ラジアル軸受区画（１７）の少なくとも４分の１、または少なくとも２分の１、または少なくとも４分の３が、前記電気固定子（３）と前記回転子（５）との間の磁気ギャップ内にある、請求項１〜４のいずれか一項に記載の電気機械。
【請求項６】
前記アキシアル軸受アセンブリ（１１）の固定子ディスク（１４）および前記ブッシング（１８）は各々、軸方向基準面（１３）として、軸方向に面する表面を含み、前記２つの軸方向基準面（１３）は互いに対向して配置される、請求項１〜５のいずれか一項に記載の電気機械。
【請求項７】
互いに対向して配置された前記固定子ディスク（１４）および前記ブッシング（１８）は、弾性要素によって互いに押圧される、請求項６に記載の電気機械。
【請求項８】
２つの固定子ディスク（１４）と、前記２つの固定子ディスク（１４）の間に配置されたスペーサ要素（１５）とが、弾性要素によって互いに押圧される、請求項６または７に記載の電気機械。
【請求項９】
剛性に取り付けられていない端部における前記固定子軸受構造は、第１の弾性支持体（２１）によって支持され、特に、前記固定子軸受構造は、前記第１の弾性支持体（２１）の位置においてまたはその近傍で前記固定子本体（２５）に熱的に結合される、請求項１〜８のいずれか一項に記載の電気機械。
【請求項１０】
高速電気機械のための回転子（５）であって、回転子コア（５５）および回転子スリーブ（５６）を備える、回転子シャフト（５１）と、前記回転子コア（５５）と前記回転子スリーブ（５６）との熱膨張差を吸収するために、前記回転子コア（５５）と前記回転子スリーブ（５６）との間に配置されている補償要素（５７、５８）とを備える、回転子（５）。
【請求項１１】
前記回転子コア（５５）の永久磁石材料が、前記回転子スリーブ（５６）の材料よりも高い熱膨張係数を有する、請求項１０に記載の回転子。
【請求項１２】
前記回転子スリーブ（５６）は、４μｍ／ｍ／Ｋ未満または５μｍ／ｍ／Ｋ未満または６μｍ／ｍ／Ｋ未満の熱膨張係数を有する、請求項１０〜１１のいずれか一項に記載の回転子。
【請求項１３】
前記回転子スリーブ（５６）がセラミック材料から作成されている、請求項１０〜１２のいずれか一項に記載の回転子。
【請求項１４】
前記回転子（５）が１００，０００回転／分を超える高速電気機械での使用に適している、請求項１０〜１１のいずれか一項に記載の回転子。
【請求項１５】
前記補償要素（５７）は、温度変化によって前記回転子（５）が膨張または収縮するときに変形するように構成された補償区画を含む、請求項１０〜１４のいずれか一項に記載の回転子。
【請求項１６】
前記補償要素（５７）と前記回転子コア（５５）との間、および／または、前記補償要素（５７）と前記回転子スリーブ（５６）との間に中空空間（６４）が形成され、任意選択的に、前記中空空間は、通気開口（６０）によって換気され、前記通気開口は、例えば、前記補償要素（５７）内の孔である、請求項１０〜１５のいずれか一項に記載の回転子。
【請求項１７】
前記回転子スリーブ（５６）は前記補償要素（５７、５８）よりも剛性である、請求項１０〜１６のいずれか一項に記載の回転子。
【請求項１８】
前記回転子スリーブ（５６）は、半径方向の圧力に関して前記補償要素（５７、５８）よりも剛性であり、特に、半径方向の圧力に対する前記回転子スリーブ（５６）の半径方向の膨張は、同じ半径方向圧力に関する前記補償要素（５７）の半径方向の圧縮の少なくとも２分の１未満、または５分の１未満、または１０分の１未満である、請求項１７に記載の回転子。
【請求項１９】
前記補償区画は、前記回転子（５）が膨張または収縮するときに屈曲するように、または曲げられるように構成されている、請求項１５に記載の回転子。
【請求項２０】
前記補償要素（５７）が金属材料から作成されている、請求項１５または１９に記載の回転子。
【請求項２１】
前記補償要素（５７）は、前記回転子コア（５５）にのみ接触し、前記回転子スリーブ（５６）には接触しない第１の区画（６１）と、前記回転子スリーブ（５６）にのみ接触し、前記回転子コア（５５）には接触しない第２の区画（６２）と、前記第１の区画および前記第２の区画を連結する補償区画（６３）とを含む、請求項１０〜２０のいずれか一項に記載の回転子。
【請求項２２】
前記第２の区画（６２）は、前記補償要素（５７）の端部にある少なくとも１つのフランジを備え、該フランジにおいて、前記補償要素（５７）の直径が拡大されている、請求項２１に記載の回転子。
【請求項２３】
前記第２の区画（６２）は、前記補償要素（５７）の端部に位置する第２の区画（６２）間の１つ以上の位置に１つ以上の支持区画を含む、請求項２１または２２に記載の回転子。
【請求項２４】
前記第２の区画（６２）は、複数の別個の支持区画を含む、請求項２１〜２３のいずれか一項に記載の回転子。
【請求項２５】
補償区画（６３）の各点について、半径方向の線が、前記回転子スリーブ（５６）に到達する前に中空空間（６４）を通過し、また、前記回転子コア（５５）に達する前にも中空空間（６４）を通過する、請求項２３または２４に記載の回転子。
【請求項２６】
前記補償区画（６３）は、前記回転子（５）の軸方向および前記回転子（５）の周方向の少なくとも一方に沿って延伸している、請求項２４または２５に記載の回転子。
【請求項２７】
前記第２の区画（６２）の少なくとも一部において、前記補償要素（５７）は、前記回転子スリーブ（５６）に取り付けられ、他の第２の区画（６２）において、前記補償要素（５７）および前記回転子スリーブ（５６）は、互いに付着されず、互いに軸方向に移動可能である、請求項１０〜２６のいずれか一項に記載の回転子。
【請求項２８】
前記補償要素（５７）は、軸方向に細長く構成され、それによって、その外径が前記回転子スリーブ（５６）の内径よりも大きくなるのが低減されて、前記回転子スリーブ（５６）の内径よりも小さくなり、それによって、前記回転子スリーブ（５６）が前記回転子スリーブ（５６）の周りに組み立てられることが可能になる、請求項１０〜２７のいずれか一項に記載の回転子。
【請求項２９】
前記補償要素（５７）は、波形シリンダの形状を有する、請求項２８に記載の回転子。
【請求項３０】
前記補償要素は、合成弾性補償材料（５８）を含み、
前記回転子コア（５５）と前記回転子スリーブ（５６）との間で、前記補償材料（５８）に隣接しまたは前記補償材料によって囲まれて、前記補償材料（５８）の圧縮性を高める気体のポケットが存在する、請求項１０〜１８のいずれか一項に記載の回転子。
【請求項３１】
前記補償材料（５８）が、そのヤング率を調整するための充填材料を含む、請求項３０に記載の回転子。
【請求項３２】
前記気体のポケットは、前記補償材料（５８）の内面および／または外面の粗面化によって形成される、請求項３０〜３１のいずれか一項に記載の回転子。
【請求項３３】
前記気体のポケットは、前記補償材料（５８）内の気泡（６４ａ）によって形成される、請求項３０〜３１のいずれか一項に記載の回転子。
【請求項３４】
前記気泡（６４ａ）は、膨張性中空微小球、特に熱可塑性膨張性中空微小球によって形成される、請求項３３に記載の回転子。
【請求項３５】
前記微小球の公称直径は、膨張したときに、前記回転子コア（５５）と前記回転子スリーブ（５６）との間の公称距離よりも大きい、請求項３４に記載の回転子。
【請求項３６】
前記気体のポケットは、前記補償材料（５８）の内面および／または外面の溝によって形成される、請求項３０〜３１のいずれか一項に記載の回転子。
【請求項３７】
前記回転子コア（５５）と前記回転子スリーブ（５６）との間の離れた位置に前記補償材料（５８）を配置することによって、前記気体のポケットが形成される、請求項３０〜３１のいずれか一項に記載の回転子。
【請求項３８】
前記補償要素（５７）は、前記回転子コア（５５）と前記回転子スリーブ（５６）との間に配置され、それにより弾性的に変形される弾性材料の補償球（５８ａ）を含む、請求項３０〜３１のいずれか一項に記載の回転子。
【請求項３９】
前記補償要素（５７）は、前記回転子コア（５５）に取り付けられた複数の弾性要素（５８ｂ）を備え、前記弾性要素は、前記弾性要素（５８ｂ）とともに前記回転子スリーブ（５６）を前記回転子コア（５５）上で摺動させることによって変形可能であり、結果、前記回転子スリーブ（５６）が、前記回転子コア（５５）に対して位置整合および中心合わせされる、請求項３０〜３１のいずれか一項に記載の回転子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気機械の分野に関し、特に気体軸受を有する高速電気機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気モータは、一般的に、回転子と固定子とを備え、固定子は、電気固定子および軸受を支持および収容する固定子本体を備える。固定子本体に対する軸受の位置は、固定子本体の軸受フランジによって規定されることができる。多くの場合、図１ａの構成（固定子本体は図示せず）に示されるように、一般的に固定子の対向する両側に配置される２つのジャーナル軸受が存在する。この場合の軸受の位置整合の精度は、主に軸受フランジおよび固定子本体が機械加工される精度によって規定される。流体膜、特に気体軸受の場合、精密な位置整合が重要であり、この構成は、一般に、自己整合または柔軟なブッシング取り付け、または、組み立て後の軸受対の、例えばリーマ仕上げなどの機械加工のような、特別な手段を必要とする。代替的に、ジャーナル軸受は固定子の同じ側に配置されることができる。この配置は、オーバーハングモータ設計と呼ばれることが多い（図１ｂ）。オーバーハング設計により、２つのジャーナル軸受は１つの部品へと統合されることができ、したがって、正確な軸受の位置整合を達成することが容易になる。しかしながら、この手法の結果として、一般に回転子が長くなり、したがって回転子のより重大な動的挙動をもたらす。さらに、空気抵抗によって引き起こされる風損が増加し、モータ効率全体に悪影響を及ぼす。
【０００３】
米国特許第３，５０２，９２０号は、ブッシングが固定子と回転子との間の磁気ギャップ内に配置されている、エアギャップ軸受を備えたスロット付き電気機械を開示している。ブッシングは、固定子に対して弾性的に懸架することができる。これは一方ではラジアル軸受を規定し、アキシアル軸受として中央に位置するスラスト軸受またはスラストブロックを備えることができる。機械を組み立てるには、回転子を軸方向に分離する必要がある。この設計は高速モータには適していない。
【０００４】
国際公開第０３／０１９７５３号パンフレットは、固定子の空孔を通る円筒体を形成し、ラジアル軸受面とアキシアル軸受面の両方を画定するエポキシ樹脂の薄層内で回転子が回転する、スピンドルモータを示す。エポキシ樹脂の薄層が固定子ハウジングに直接結合され、ハウジングの熱によって誘発される変形が、軸受の形状に直に影響を与える。
【０００５】
米国特許出願公開第２００６／００６１２２２号明細書および米国特許出願公開第２００６／０１８６７５０号明細書は、従来の空気軸受を示している。
【０００６】
米国特許出願公開第２０１０／００１９５８９号明細書は、電気機械のスロット構成、特に多層繊維強化複合スリーブラッピングを有する回転子を開示している。層は体裁を整えるものであってもよく、または、例えば、強度および剛性を達成し、１つ以上の方向において熱膨張を制御するためなどの、機能的特徴を有してもよい。これは、特定の層内の繊維を軸方向に配向させることにより、軸方向の強度を提供し、軸方向の熱膨張を制限することによって行うことができる。別の層では、繊維を周方向に配向させることにより、周方向の強度を提供し、周方向の熱膨張を制限する。したがって、これらの層は、回転子を剛性にするように構成される。それらは、気体軸受によって要求される比較的堅固な材料の外側スリーブを運ぶのに適していない。なぜなら、それらの目的は、硬質の回転子コアと硬質の回転子スリーブとの間の熱膨張差を吸収するのではなく、回転子の熱膨張を制御、すなわち制限することであるためである。
【０００７】
高速用途に適し、上述の欠点を少なくとも部分的に克服する電気機械が必要とされている。
【０００８】
主に気体軸受において、軸受部材の材料は、モータの様々な動作条件および環境条件の下で明確に規定された軸受隙間を保証するために、高い剛性および低い熱膨張係数を有するように選択される。しかしながら、材料の剛性が高いことは、例えば、これらの材料をより高い熱膨張係数を有する他の材料と組み合わせる場合に、すでに低歪の材料に高い応力がかかるという欠点も引き起こす。
【０００９】
上述の欠点を少なくとも部分的に克服する、高速電気機械に適した回転子が必要とされている。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１０】
したがって、本発明の目的は、上述の欠点を克服する、冒頭に述べたタイプの電気機械を作成することである。これらの目的は、対応する請求項による電気機械によって達成される。
【００１１】
したがって、本発明の目的は、上述の欠点を克服する、冒頭に述べたタイプの高速電気機械の回転子を作成することである。これらの目的は、対応する請求項による回転子によって達成される。
【００１２】
本発明の第１の態様によれば、電気機械は、電気固定子および回転子を支持する固定子本体を有する固定子を備える。回転子は、ラジアル気体軸受を形成するラジアル軸受区画と、アキシアル気体軸受を形成するアキシアル軸受区画とを備えた軸受によって支持され、これら軸受区画の固定子側部分は、互いに剛性に接続され、ともに固定子軸受構造を形成する固定子側ラジアル軸受部分および固定子側アキシアル軸受部分である。
【００１３】
そこでは、固定子軸受構造は、固定子の他の部分に、
−固定子側ラジアル軸受部分がこれらの他の部分に剛性に取り付けられること、および固定子側アキシアル軸受部分が弾性支持体によってこれらの他の部分に接続されるかまたはまったく接続されないこと、
−または、固定子側アキシアル軸受部分が、これらの他の部分に剛性に取り付けられること、および、固定子側ラジアル軸受部分が弾性支持体によってこれらの他の部分に接続されるかまたはまったく接続されないこと、
によって、取り付けられる。
【００１４】
したがって、上記の「他の部分」とは、固定子本体自体、または電気固定子とキャリアとを備えるアセンブリであってもよく、アセンブリは固定子本体によって弾性的に支持される。
【００１５】
本節および本明細書全体を通して、「剛性に」および「固定された」という用語は、「弾性的に」という用語とは対照的に使用される。弾性接続は、剛性接続の場合よりも少なくとも大きく、例えば１００倍または１０，０００倍または１，０００，０００倍大きいばね定数またはヤング率を有する。
【００１６】
剛性接続は、接続された部分が機械の通常の動作中に互いに対して移動しないように設計された接続である。したがって、部品をともにねじ込むことによって、またはばねで互いに押圧することによって、剛性接続は確立されることができる。この場合、ばねは、剛性接続の一部ではないが、接続の剛性を維持する力を提供する。
【００１７】
弾性支持体は、例示的には（合成）ゴムのＯリング、または金属ばねであってもよい。
気体軸受の気体は、機械がその中で作動する、空気、冷却剤、天然ガス等の任意の気体とされることができる。気体軸受は、受動または能動気体軸受であってもよい。
【００１８】
実施形態では、固定子軸受構造は、電気機械の軸方向に第１の端部から第２の端部まで延伸し、固定子軸受構造は、固定子の他の部分によって２つの端部の一方の近くで剛性に支持され、他端の近くで弾性的に支持されるか、またはまったく支持されない。
【００１９】
実施形態では、固定子軸受構造は、一端付近で固定子本体に固定されて付着されており、特に、固定子側アキシアル軸受部分は、固定子本体に剛性に取り付けまたは付着されているアキシアル軸受アセンブリである。
【００２０】
実施形態において、固定子側ラジアル軸受部分は、固定子本体または電気固定子を担持するキャリアに剛性に取り付けられたブッシングである。
【００２１】
ラジアル軸受部分は、電気固定子の全長にわたって機械の軸方向に延伸している。これは、軸受要素を含む単一部品とされることができる。
【００２２】
したがって、長い回転子の欠点を、ジャーナル軸受が電気固定子内に配置されたブッシングを有し、それにより短い回転子設計を可能にすることによって回避することができる。ジャーナル軸受は単一の部品へと統合されることができ、したがって、ジャーナル軸受を個別の部品に配置するよりも、精密な位置整合をより容易に達成することができる。
【００２３】
末端間ジャーナル軸受ブッシング部分は、モータの磁気エアギャップを増加させる可能性があり、それゆえ、モータ効率に悪影響を及ぼす可能性がある。末端間ブッシング概念は様々なタイプの機械に対して考えられるが、スロットレス永久磁石機械タイプがこの軸受概念に適しており、スロットレスタイプ永久磁石機械の磁気エアギャップがすでに比較的大きいため、効率は深刻な影響を受けない。
【００２４】
ブッシングは、セラミック材料、または、十分な機械的剛性を提供し、磁気エアギャップ内の磁場に影響を与えない別の材料から作成することができる。セラミック材料の利点は、それらが気体軸受に適しており、トルクを発生する磁場によって貫通される磁気エアギャップ内に配置することができることである。一般に、磁気エアギャップ場の変化によって引き起こされる過剰な渦電流損失を避けるために、セラミック、ガラスセラミックまたは工業用ガラス、プラスチック、複合材、鉱物材料などの低熱伝導率の電気絶縁体または材料を使用することができる。
【００２５】
実施形態では、電気機械は、スロットレスタイプである。換言すれば、電気固定子は、スロット付き巻線ではなくエアギャップ巻線を含む。これは、ブッシングのような空気軸受の要素を収容することができる磁気エアギャップを、実質的な欠点なしに可能にするため、有利である。
【００２６】
実施形態では、ラジアル軸受区画は回転軸の長手方向に延伸し、ラジアル軸受区画のすべての軸受要素および協働する回転子軸受面が、電気固定子と回転子との間の磁気ギャップの外側にある。
【００２７】
実施形態では、ラジアル軸受区画は回転軸の長手方向に延伸し、ラジアル軸受区画の全体が、電気固定子と回転子との間の磁気ギャップ内にある。
【００２８】
実施形態では、ラジアル軸受区画は回転軸の長手方向に延伸し、ラジアル軸受区画の少なくとも１つの軸受要素および協働する回転子軸受面が、電気固定子と回転子との間の磁気ギャップ内にある。
【００２９】
実施形態では、ラジアル軸受区画は回転軸の長手方向に延伸し、ラジアル軸受区画の少なくとも４分の１、または少なくとも２分の１、または少なくとも４分の３が、電気固定子と回転子との間の磁気ギャップ内にある。
【００３０】
スラスト軸受またはアキシアル軸受が、例示的には、回転子内の回転子ディスクと、回転子ディスクの各側にある、軸方向に見て、固定子上の隣接する固定子ディスクとを含む。２つの固定子ディスクは、スラスト軸受の回転部分と固定部分との間に明確に画定された間隙が形成されるように、シムまたはスペーサ要素によって隔てられている。固定子ディスク、スペーサおよび接続要素はともに、アキシアル軸受アセンブリを形成する。
【００３１】
実施形態では、アキシアル軸受アセンブリの固定子ディスクおよびブッシングは各々、軸方向基準面として、軸方向に面する表面を含み、２つの軸方向基準面は互いに対向して配置される。それによって、回転軸がアキシアル軸受アセンブリの軸受面に対して垂直であることが保証される。
【００３２】
実施形態では、アキシアル軸受アセンブリの固定子ディスクおよびブッシングは、単一のピースまたは部品として製造される。
【００３３】
実施形態では、互いに対向して配置された固定子ディスクおよびブッシングは、弾性要素によって互いに押圧される。弾性要素は、金属ばねまたはＯリングのような合成部品とすることができる軸方向補償要素とすることができる。
【００３４】
その結果、組み立て中に、固定子ディスクとブッシングとの間の相対軸方向位置および角度は、基準面によって明確に規定され、一方、半径方向における相対位置は規定されない。これにより、部品の変形を引き起こす可能性のある機械的制約なしに部品を組み立てることが可能になる。組み立て後、互いに押圧されることにより、部品は剛性に接続される。
【００３５】
ジャーナル軸受とスラスト軸受の最良の直交性のために、ブッシング部分上の接続面はジャーナル軸受回転軸に精密に直交するように製造され、固定子スラストディスク面は高度に平行に製造される。アキシアル軸受スラストディスクはスラスト軸受シムまたはスペーサとともに、例えばねじによって、固定子本体に剛性に取り付けることができる。固定子本体とジャーナル軸受ブッシング部分との間のばね要素（単にＯリングとすることができる）を使用して、ブッシングはアキシアル軸受ディスク／シムスタックまたはアキシアル軸受アセンブリに直角に自己整合される。この取り付け概念は明確に規定されており、過剰決定されていない。したがって、固定子本体またはその部分は、軸受システムの位置整合または変形に影響を与えることなく、広い範囲で熱変形することができる。
【００３６】
実施形態では、２つの固定子ディスクと、２つの固定子ディスクの間に配置されたスペーサ要素とが、弾性要素によって互いに押圧される。この弾性要素は、固定子ディスクをブッシングに対して押圧するものと同じものでよい。また、２つの固定子ディスク、スペーサ要素およびブッシングを互いに押圧するための２つの弾性要素があってもよい。これにより、より単純な組み立てが可能になり、システムが静的に過剰決定されないため、軸方向の位置整合に関してより良好な精度が得られる。
【００３７】
実施形態では、剛性に取り付けられていない端部における固定子軸受構造は、第１の弾性支持体によって支持される。
【００３８】
ブッシングの他端部上のこのような付加的な弾性支持体は、固定子部分の可能な変形を補償し、振動特性を改善することを可能にする。
【００３９】
実施形態では、固定子軸受構造は、第１の弾性支持体の位置においてまたはその近傍で固定子本体に熱的に結合される。
【００４０】
このようなブッシングの固定子への熱的結合は、Ｏリングを可撓性支持要素として、また、Ｏリングの間に配置された熱伝導性ペーストまたは流体をシールするために使用することによって行うことができる。ペーストまたは流体は、その粘度に依存して、スクイズフィルムダンパのように減衰効果を有することができる。
【００４１】
実施形態では、電気固定子を支持するキャリアが、弾性キャリア支持要素によって固定子本体から機械的に切り離される。これは、電気固定子と固定子本体との間の振動の伝達を減衰または排除することを可能にする。
【００４２】
原則として第１の態様とは独立しているが、第１の態様と組み合わせて実現できる本発明の第２の態様によれば、高速電気機械のための回転子が提供される。回転子は、回転子シャフトであって、シャフトは、回転子コアおよび回転子スリーブを備える、回転子シャフトと、回転子コアと回転子スリーブとの熱膨張差を吸収するために、回転子コアと回転子スリーブとの間に配置されている（実質的に円筒形の）補償要素とを備える。
【００４３】
いくつかの実施形態では、その部分に回転軸受面も配置される回転子スリーブは、例示的には低熱膨張係数のセラミック材料から作成される。永久磁石機械の場合、永久磁石をセラミック回転子スリーブ内に取り付けることができる。一般に、永久磁石材料は、目標とする回転子スリーブ材料よりも高い熱膨張係数を有し、したがって、直接取り付けられるか、または、剛性接着剤によって接着されると、セラミック材料内に熱誘導応力を生成する。
【００４４】
例えば、サマリウム−コバルト磁石の熱膨張係数（ＣＴＥ）は９〜１３μｍ／ｍ／Ｋであり、ネオジム−鉄−ホウ素磁石の熱膨張係数（ＣＴＥ）は−１〜８μｍ／ｍ／Ｋである。両方の材料は異方性であるが、補償要素は対応する歪みも吸収する。回転子スリーブの例示的なセラミック材料のＣＴＥは、おおよそ１．５〜５μｍ／ｍ／Ｋの範囲である。
【００４５】
高い回転速度では、遠心力によって誘発されるさらなる応力が、熱誘導応力に重ね合わされる。
【００４６】
「高速電気機械」という用語は、毎分１００，０００回を超える回転に適した機械を包含するために採用される。
【００４７】
一般に、すべての実施形態において、回転子スリーブが補償要素よりも剛性であることがあり得る。回転子スリーブは、半径方向の圧力に関して補償要素よりも剛性であり得、特に、半径方向の圧力に対する回転子スリーブの半径方向の膨張は、同じ半径方向圧力に関する補償要素の半径方向の圧縮の少なくとも２分の１未満、または５分の１未満、または１０分の１未満である。組み立てられた状態では、補償要素と回転子スリーブとの間に作用する半径方向の圧力は、補償要素に対する圧縮圧力として、および、回転子スリーブに対する膨張圧力として作用する。
【００４８】
熱に敏感でないモータ設計または類似の熱膨張係数を有する永久磁石およびセラミック回転子スリーブの場合、永久磁石は、セラミックスリーブに緊密な嵌合によって取り付けるか、または接着することができる。このとき、磁石の熱歪みがセラミックスリーブに直接伝達され、それによって最大動作温度および最大速度が制限される。熱的により危険を伴う設計および／またはより速い速度では、２つの部分の機械的な分離が必要である。
【００４９】
回転子コアは、その機械的安定性を改善するために、シース内に嵌合された永久磁石を含むことができる。他の実施形態では、磁気コアは、その安定性を維持するためにシースを必要としない点で、自立的である永久磁石を含む。理想的には、シースは、永久磁石と同様のＣＴＥを有するが、より大きな機械的安定性または堅牢性を有する材料でなければならない。
【００５０】
いくつかの実施形態では、補償要素は、温度変化によって回転子が膨張または収縮するときに変形するように、特に屈曲するように、または曲げられるように構成された補償区画を含む。
【００５１】
この補償要素または補償器は、回転子コア（シースを有する永久磁石またはシースなしの永久磁石）と回転子スリーブとの間に配置されている、セラミック材料よりもはるかに高い弾性を有する金属スリーブ（例えばチタン製）であってもよい。補償器は、回転子コアとセラミック回転子スリーブとの間で熱的に誘導された歪みを吸収し、したがってセラミック材料の応力を低減するように設計されている。補償器は、少なくとも軸方向端部の領域において回転子コアに接触し、他の領域では回転子コアとセラミックスリーブとの間にエアギャップを形成する。これらの領域では、回転子コアおよび補償器は、セラミックスリーブに衝撃を与えずに収縮および膨張することが可能である。回転子コアの軸方向端部において、セラミックスリーブへの接続は、
−回転子コアを補償器に接合する接触領域と、
−補償器をセラミックスリーブに接合する接触領域と、
の間に明確に規定された距離をおいて行うことができ、それに沿って誘発された応力が緩和される。
【００５２】
一実施形態では、回転子コアの予負荷が必要ない場合、すなわち回転子コアまたは回転子コアを構成する永久磁石のみが自立的である場合、補償器は、回転子コアとセラミックスリーブとの間の追加の支持点、または補償要素の支持区画を含むことができる。これにより、回転子の動的挙動を改善することができる。それに沿って誘導される歪みを緩和することができるこれらの支持点の間の明確に規定された軸方向距離によって、補償器は、磁石に向かってエアギャップをもってセラミックスリーブと接触し、それによって、磁石は、セラミックスリーブに対する顕著な影響なしに、自由に収縮および膨張することができる。
【００５３】
したがって、実施形態では、補償要素は、回転子コアにのみ接触し、回転子スリーブには接触しない第１の区画と、回転子スリーブにのみ接触し、回転子コアには接触しない第２の区画と、第１の区画および第２の区画を連結する補償区画とを含む。
【００５４】
第２の区画は、補償要素の端部にある少なくとも１つのフランジを備え、当該フランジにおいて、補償要素の直径が拡大されている。もう一方の端には別のフランジがある。残りの第１の区画では、補償要素は回転子コアと緊密な嵌合を形成することができる。補償要素は、金属であってもよく、および／または回転子コアと少なくともほぼ同じＣＴＥを有していてもよい。
【００５５】
実施形態では、第２の区画は、補償要素の端部に位置する第２の区画間の１つ以上の位置に１つ以上の支持区画を含む。
【００５６】
実施形態では、第２の区画は、複数の別個の支持区画を含む。別個の支持区画は、空気、気体または支持区画よりも圧縮可能な別の物質を含むことができる中空空間によって分離される。別個の支持区画は、回転子コアの長さに沿って、および円周の周りに分布させることができる。別個の支持区画は、回転子コアの円周に沿って延伸するリング状であってもよく、または軸に平行に延伸する直線状であってもよく、または螺旋状のパターンで回転子コアに沿って延伸してもよい。別個の支持区画は、支持区画が軸方向および周方向に互いから離間した点状であってもよい。
【００５７】
実施形態では、補償部分の各点について、半径方向の線が、回転子スリーブに到達する前に中空空間を通過し、また、回転子コアに達する前にも中空空間を通過する。これにより、補償区画は、回転子コアと回転子スリーブとの熱膨張差を吸収するときに弾性的に曲がるレバー（長手方向断面および／または横断面で見たとき）として機能することができる。
【００５８】
実施形態では、補償区画は、回転子の軸方向および回転子の周方向の少なくとも一方に沿って延伸している。これにより、半径方向に曲げ、または屈曲することが可能になる。
【００５９】
補償要素が回転子スリーブに付着されるこれらの第２の区画は、好ましくは軸方向に見て１つの領域に集中している。このようにして、残りの第２の部分における回転子スリーブおよび補償要素は、軸方向において互いに自由に摺動する。例えば、回転子の２つの端部の一方に各々１つの、２つのフランジがある場合、スリーブは一方のフランジに付着され、他方のフランジおよび任意選択的な残りの第２の区画上で軸方向に自由に摺動する。
【００６０】
補償要素と回転子コアとが接触している第１の区画について、付着された区画および付着されていない区画の同じ種類の分布を実現することができる。
【００６１】
実施形態では、補償要素は、軸方向に細長く構成され、それによって、その外径が回転子スリーブの内径よりも大きくなるのが低減されて、回転子スリーブの内径よりも小さくなる。これにより、回転子スリーブを補償要素の周りに組み付けることが可能になる。これにより、
−補償要素を回転子コアの上に摺動させるステップと、
−補償要素を軸方向に伸長させる力を加えるステップであって、したがって、補償要素の外径が回転子スリーブの内径より小さくなるまで外径を小さくする、力を加えるステップと、
−回転子スリーブを補償要素の上で摺動させるステップと、
−補償要素を伸長させる力を減少させるステップであって、したがって、補償要素の外径を増加させ、結果、回転子スリーブの内面に押圧し、したがって、補償要素に対して回転子スリーブを中心合わせする、減少させるステップと、を含む方法によってシャフトを組み立てることが可能になる。
【００６２】
最後のステップはまた、補償要素と回転子スリーブとの間の圧力嵌めを確立する。
補償要素を伸長させる力は、回転子またはシャフトの一部ではなく、組み立て後に除去される手段によって加えることができる。代替的に、力は、任意選択的に、作動しているときに、回転子またはシャフトの一部が回転子またはシャフトの一部である要素によって加えられ、また制御されてもよい。
【００６３】
実施形態では、補償要素は、波形シリンダの形状を有する。
実施形態では、補償要素と回転子コアとの間、および／または、補償要素と回転子スリーブとの間に中空空間が形成され、任意選択的に、中空空間は、通気開口によって換気され、通気開口は、例えば、補償要素内の孔である。
【００６４】
これにより確実に、爆発性気体が混入した環境でモータを使用する場合には、モータを作動させる前に空気（酸素を含んでおり、モータの作動中に爆発性気体と混合すると危険性を呈する）を流出させることができる。
【００６５】
回転速度が高い場合、回転子コアと補償器との接触を締まり嵌めとして実施することも可能である。これにより、回転子コア材料を予負荷し、遠心力によって引き起こされる回転子コア内の応力を補償することができる。
【００６６】
誘導される歪みを緩和する補償スリーブの形態の補償器を使用する代わりに、歪み耐性の接着剤または成形材料を使用することができる。回転子コアとセラミックスリーブとの間の隙間は、磁石およびセラミックスリーブの異なる歪みを補償する材料で満たされる。接着剤または成形材料の弾性は、回転子コアおよびセラミックスリーブの歪みの差異に対して屈曲するように十分低いが、回転周波数によって励起され得る回転子コアとセラミックスリーブとの間の機械的共振を防止するために依然として高くなるように選択される。補償材料はシリコンであってもよい。
【００６７】
ヤング率、達成可能な動作温度および耐久性に関して、充填シリコン型は、磁石とセラミックスリーブとの間の緩衝材として役立つ補償材料に適した材料である。
【００６８】
したがって、実施形態では、補償要素は、合成弾性補償材料を含み、特に、補償材料は、そのヤング率を調整するための充填材料を含むことができる。
【００６９】
しかしながら、シリコンは、ほぼ圧縮できない（すなわち、ポアソン比が０．５に近い）という欠点を有する。したがって、シリコンがより高温で膨張するときに、磁石とセラミックスリーブとの間のシリコン内に高圧が生成される。この問題を回避するために、種々の対策を講じることができる。
【００７０】
１つの手法は、シリコン中に、化合物により圧縮可能な挙動をもたらす気泡を含めることである。得られる（充填された）シリコンフォームは、１％未満または１０％未満または３０％未満の気泡を含有することができる。しかしながら、高い気体含有量は、化合物の全体的な弾性率を低下させ、結果、回転体動力学が損なわれる。このような回転子を製造するための好ましい方法は、得られる化合物中の気体含有量を制御するために発泡添加剤と組み合わせた充填シリコン型を用いて磁石をセラミックスリーブに成形することである。もう一つの方法は、最初に磁石をシリコンで被覆し、次にそれをセラミックスリーブへと収縮させ、または、押し込むことである。
【００７１】
小さな気泡の代わりに、セラミック回転子スリーブ内の低い圧縮率と高い応力の問題は、１％〜５０％の空きスペースを含むパターン化または構造化されたシリコン層によって解決することができる。一例として、シリコン層は、軸方向の溝、リング状の溝または螺旋状の溝、円形の切り欠きを含むことができ、または線、円または任意形状のスポットにおいて被覆することができる。磁石およびシリコン層がより高温で膨張すると、シリコンは、セラミックスリーブに対して圧力を蓄積し、引っ張り応力を生成するのではなく、近くの溝の中に膨張することが可能になる。パターン幅と層厚さとの比は、５：１から２０：１の範囲である。厚さは、例示的には、１／１０ｍｍから５／１０ｍｍである。好ましくは、シリコン層／構造が最初に永久磁石上にもたらされ、次いでシリコン被覆磁石がセラミックスリーブへと収縮または圧入される。
【００７２】
別の選択肢は、最初に永久磁石上に（充填）シリコンコーティングを施し、次にコーティングの表面を粗くして、増大した温度の下で材料が膨張することを可能にされる空きスペースをもたらすことである。
【００７３】
したがって、実施形態では、回転子コアと回転子スリーブとの間で、補償材料に隣接しまたは補償材料によって囲まれて、補償材料の圧縮性を高める気体のポケットが存在する。
【００７４】
このような気体のポケットは、以下の手段、すなわち、
−補償材料内の気泡、または
−補償材料の内面および／または外面内の溝、または
−補償材料の内面および／または外面を粗くすること、または
−回転子コアと回転子スリーブとの間の離隔した位置に補償材料を配置すること、
のうちの１つ以上によって形成されることができる。
【００７５】
実施形態において、気泡は、膨張性中空微小球、特に熱可塑性膨張性中空微小球によって形成される。これらは、熱膨張可能である。
【００７６】
実施形態では、微小球の公称直径は、膨張したときに、回転子コアと回転子スリーブとの間の公称距離よりも大きい。換言すれば、この公称直径は、回転子コアの外側半径と回転子スリーブの内側半径との間の差よりも大きい。回転子スリーブは、
−回転子コアを回転子スリーブの内部に配置するステップと、
−微小球を含む補償材料でそれらの間の間隙を充填するステップと、
−微小球を（例えば、熱活性化によって）それらの公称直径まで膨張させるステップと、によって、回転子コア上に組み立てられることができる。最後のステップは、すべての微小球が少なくとも平均的に同じ公称直径に膨張するため、回転子スリーブが回転子コアに対して中心合わせされるようにする。
【００７７】
他の実施形態では、膨張性中空微小球は、膨張したときに上記公称距離よりも小さい公称直径を有する。その後、特定の微小球は回転子コアとスリーブの両方に接触しない。
【００７８】
実施形態において、補償要素は、回転子コアと回転子スリーブとの間に配置され、それにより弾性的に変形される弾性材料の補償球を含む。回転子スリーブは、
−補償球をそれらの間の間隙に挿入しながら、回転子コアを回転子スリーブの内部で摺動させるステップと、
−それによって補償球を弾性的に圧縮するステップと、
によって、回転子コア上で組み立てられることができる。このことは、すべての補償球が少なくとも平均的に同じ直径を有すると仮定して、回転子スリーブが回転子コアに対して中心合わせされるようにする。
【００７９】
実施形態では、補償要素は、回転子コアに取り付けられた複数の弾性要素を備え、弾性要素は、弾性要素とともに回転子スリーブを回転子コア上で摺動させることによって変形可能であり、したがって、回転子スリーブが、回転子コアに対して位置整合および中心合わせされる。
【００８０】
さらなる実施形態は、従属請求項から明らかである。
本発明の主題は、添付の図面に例示される例示的な実施形態を参照して、以下の本文においてより詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１ａ】気体軸受を備えた従来技術の機械の長手方向断面図である。
【図１ｂ】気体軸受を備えた従来技術の機械の長手方向断面図である。
【図２ａ】変形例による電気機械の第１の実施形態を示す図である。
【図２ｂ】変形例による電気機械の第１の実施形態を示す図である。
【図２ｃ】変形例による電気機械の第１の実施形態を示す図である。
【図３】第１の実施形態のブッシングの一端の代替の弾性サスペンションを示す図である。
【図４】電気機械の第２の実施形態を示す図である。
【図５】補償材料の層を有する回転子の部分長手方向断面図である。
【図６ａ】第の１グループの実施形態の回転子の部分長手方向断面図である。
【図６ｂ】第の１グループの実施形態の回転子の部分長手方向断面図である。
【図６ｃ】第の１グループの実施形態の回転子の部分長手方向断面図である。
【図７ａ】第の１グループの実施形態の回転子の部分長手方向断面図である。
【図７ｂ】第の１グループの実施形態の回転子の部分長手方向断面図である。
【図７ｃ】第の１グループの実施形態の回転子の部分長手方向断面図である。
【図７ｄ】第の１グループの実施形態の回転子の部分長手方向断面図である。
【図７ｅ】第の１グループの実施形態の回転子の部分長手方向断面図である。
【図７ｆ】第の１グループの実施形態の回転子の部分長手方向断面図である。
【図７ｇ】第の１グループの実施形態の回転子の部分長手方向断面図である。
【図７ｈ】第１のグループの回転子の横断面図である。
【図８】補償材料の層を有する回転子の部分長手方向断面図である。
【図９】構造化応力緩和接着剤または充填材料を有する回転子を示す図である。
【図１０】構造化応力緩和接着剤または充填材料を有する回転子を示す図である。
【図１１】構造化応力緩和接着剤または充填材料を有する回転子を示す図である。
【図１２】構造化応力緩和接着剤または充填材料を有する回転子を示す図である。
【図１３】構造化応力緩和接着剤または充填材料を有する回転子を示す図である。
【図１４ａ】制御可能な補償要素を備えた回転子を示す図である。
【図１４ｂ】制御可能な補償要素を備えた回転子を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００８２】
原則的に、図面において、同一の部品または類似する機能を有する部品には同じ参照符号が付されている。
【００８３】
図１ａは、空気軸受または気体軸受を備えた従来技術の電気機械を概略的に示す。ここでは、固定子本体（図示せず）は、コイル３１とコア３２とを有する電気固定子３を担持し、さらに、アキシアル軸受区画１２と、内部にシャフト５１および永久磁石５２を有する回転子５が回転するように配置されるラジアル軸受区画１７とを担持する。ラジアル軸受区画１７を構成する個々の軸受要素１９が、電気固定子３を挟んで機械の両端に配置されている。図１ａは、従来技術のオーバーハング構成における同じ要素を示し、個々の軸受要素１９が両方とも電気固定子３の同じ側の両方において、機械の同じ端部に配置されている。
【００８４】
ここでのおよび他の構成において、機械の一応用例として、モータとして動作する電気機械によって駆動されるファン６が示されている。当然のことながら、任意の他の端末装置、特に高速駆動を必要とする端末装置が、電気機械によって駆動されるように構成されてもよい。
【００８５】
図２ａは、すでに述べた要素を有するが異なる構成にある、第１の実施形態を概略的に示す。追加的に、Ｏリングのような弾性キャリア支持部４１によってキャリア４を弾性的に支持する固定子本体２５を備える固定子１が示されている。弾性キャリア支持部４１は、固定子本体２５とキャリア４とを熱歪みに関して切り離す働きをする。代替的に、キャリア４は、固定子本体２５に剛性に取り付けられることができ、またはそれら２つは１つの同一の部品とされることができる。キャリア４は、電気固定子３を担持する。固定子本体２５は、機械のハウジングであってもよく、単に機械の一部であってもよい。
【００８６】
回転子に対向して固定子に取り付けられたアキシアル軸受区画１２およびラジアル軸受区画１７の部分は、固定子軸受構造を形成する。この固定子軸受構造は、アキシアル軸受区画１２およびラジアル軸受区画１７の固定子側軸受面を備え、これらの面の相対位置を規定する。固定子軸受構造は、それ自体剛性であり、容易かつ確実に機械加工され、高精度に組み立てられるように設計される。
【００８７】
回転子の一部のアキシアル軸受区画１２またはスラスト軸受区画は、回転子５の一端近くのシャフト５１の外周面から外向きに延伸する略円盤状のスラストプレートまたは回転子ディスク５４を備える。回転子ディスク５４は、回転子ディスク５４が回転するように配置された２つの固定子ディスク１４と協働して、回転子ディスクがそれらの間で回転するように配置される、アキシアル軸受を形成する２つの対向する軸方向対向面を有する。
【００８８】
固定子の部分のアキシアル軸受区画１２は、アキシアル軸受アセンブリ１１の一部であるこれらの固定子ディスク１４を備え、これはさらに、互いに対向する固定子ディスク１４の軸方向に面する面の間の距離を規定する、例示的にはワッシャであるスペーサ要素１５と、固定子ディスク１４およびスペーサ要素１５を共にクランプ締めする締結具１６とをさらに備える。同じ締結具１６は、アキシアル軸受アセンブリ１１を固定子本体２５に取り付けることもできる。
【００８９】
回転子の部分のラジアル軸受区画１７またはジャーナル軸受区画は、シャフト５１の外周面の少なくとも一部を構成する。この部分は、ブッシング１８の軸受要素１９と協働してラジアル軸受を形成する回転子軸受面５３として機能する。
【００９０】
固定子の部分のラジアル軸受区画１７は、このブッシング１８を備える。
ラジアル軸受区画１７のブッシングの軸受要素１９の軸受面によって規定される回転軸を、アキシアル軸受区画１２の軸受面に直交するように位置整合させるためには、単一対の面のみが、高精度に機械加工され、相互に取り付けられる必要がある。これらは、固定子ディスク１４の内側の１つの上で、ブッシング１８の軸方向に面する面上に配置された軸方向基準面１３である。これらの軸方向基準面１３は、アキシアル軸受区画１２の軸方向に面する軸受面と回転軸との間に直角を規定するように機械加工される。
【００９１】
１つの（内側の）固定子ディスク１４の軸方向基準面１３およびブッシング１８は、さらなる締結要素または溶接、接着などを含む様々な締結手段によって互いに付着されることができる。代替的に、図２に示すように、それらは、直接付着されずに、むしろ、板ばね（円錐ばねワッシャ）またはばねワッシャまたはＯリングのような軸方向補償要素２０によって互いに押圧されることによって互いに対して配置されることができ、これは、ブッシング１８を特にブッシングの肩部またはフランジにおいて、固定子本体２５から離れる軸方向に固定子ディスク１４に対して押圧するように構成される。固定子ディスク１４は、そして締結具１６によって固定子本体２５に対して固定された状態で保持される。
【００９２】
代替的に、図２ｂに示すように、固定子ディスク１４およびスペーサ要素１５は、取り付けディスク１４ａおよび板ばね１４ｂ（またはばね要素として作用するＯリング）によってともにクランプ締めされてもよい。板ばね１４ｂは、固定子ディスク１４を固定子本体２５に対してクランプ締めし、また、軸方向補償要素２０のクランプ力を補償しなければならない。したがって、板ばね１４ｂは、軸方向の補償要素２０よりも多く予圧されなければならず、したがって、一般に、より大きく、より剛性である。
【００９３】
別の代替形態が図２ｃに示される。固定子ディスク１４、スペーサ要素１５およびブッシング１８の肩部は、固定子本体２５に対してクランプ締めされる。ブッシング１８に対する固定子ディスク１４の可能な傾斜に対するロバスト性のために、板ばね１４ｂが（外側）固定子ディスク１４と接触する直径は、ブッシング１８の外径、特に他の（内側の）固定子ディスク１４に当接するブッシング１８の肩部よりも小さくなり得る。
【００９４】
アキシアル軸受区画１２に関するその他端において、ブッシング１８は、第１の弾性支持体２１、例えばＯリングを用いて、固定子本体２５によって支持される。これにより、ブッシング１８のさもなければ自由端において発生する可能性がある機械的振動が減衰される。ブッシング１８と固定子本体２５との間の隙間は、熱伝導性充填材２３で充填されることができる。これは、ブッシング１８から固定子本体２５への放熱を可能とする。
【００９５】
図２の実施形態では、第１の弾性支持体２１および熱伝導性充填材２３は、ブッシング１８の周面の外側に配置される。図３は、これらの要素の代替構成を概略的に示しており、ここでは、固定子本体２５は、エンドピース２４を備えるか、または担持する。エンドピース２４は、ブッシング１８の内側へと突出する。少なくとも１つの第１の弾性支持体２１および任意選択的に熱伝導性充填材２３は、ブッシング１８とエンドピース２４との間で、ブッシング１８の内側に配置される。
【００９６】
図４は、すでに述べた要素を有するが異なる構成の、第２の実施形態を概略的に示す。この場合も、アキシアル軸受アセンブリ１１およびブッシング１８は、軸方向基準面１３において接触する。しかし、この場合、アキシアル軸受アセンブリ１１ではなく、ブッシング１８が、固定子本体２５に固定されるように付着される。アキシアル軸受アセンブリ１１は、任意選択の第２の弾性支持体２２、例えばＯリングによって固定子本体２５に連結されることができる。任意選択的に、熱伝導性充填材２３は、第２の弾性支持体２２間の隙間に配置される。ブッシング１８とアキシアル軸受アセンブリ１１とが他の手段によって接合されない場合、板ばねのような軸方向補償要素２０は、ブッシング１８をアキシアル軸受アセンブリ１１の突出部１１ａから離れる軸方向に固定子ディスク１４に対して押圧するように配置され得る。代替的に、図２ｃの構成は、図４の残りの構成要素との組み合わせにおいて実施されてもよい。
【００９７】
図４の実施形態は、図２のように、弾性キャリア支持部４１によって支持された電気固定子３のためのキャリア４と組み合わせにおいて実施されることができる。この場合、ブッシング１８は、固定子本体２５に剛性に付着されることができ、キャリア４および電気固定子３は、ブッシング１８に対して可動のままであり、または、ブッシング１８は、キャリア４に剛性に付着されることができ、したがって、電気固定子３に対して固定位置にあることができる。
【００９８】
両方の場合、すなわち、ブッシング１８が固定子本体２５または電気固定子３に付着されている場合において、固定子への改善された熱的結合を得るために、ブッシング１８は、特に熱伝導性成形材料でそれを埋め込むことによって、取り付けられることができる。
【００９９】
図２および図４の両方の実施形態では、以下が成立する。
ブッシング１８は、電気固定子３と回転子５とを分離する磁気（空気）間隙内に位置する。さらに、軸受要素１９およびラジアル軸受区画１７の協働する回転子軸受面５３は、完全にまたは大部分において、モータを駆動する磁束が通過する体積内にある。
【０１００】
軸受エアギャップ７は、ブッシング１８と回転子５との間に位置する。それは、軸受要素１９および協働する回転子支持面５３の位置において最も狭く、摩擦損失を低減するために軸方向の他の位置においてより広くされることができる。
【０１０１】
アキシアル軸受アセンブリ１１に対するブッシング１８の位置は、剛性に唯一の機械的連結によって拘束される。この連結は、ブッシング１８上の軸方向基準面１３と固定子ディスク１４のうちの１つとによって規定される。組み立て中に、これらの面は、互いに摺動されることができる。その後、それらは、軸方向補償要素２０によってともに押圧され、実質的に剛性に接続される。ブッシング１８とアキシアル軸受アセンブリ１１との間の、固定子本体２５を介する、唯一の他の機械的連結は、伸縮性または弾性であるが、このことは、それらが、
−軸方向補償要素２０および任意選択の第１の弾性支持体２１（図２および図３）を介して、
−任意選択の第２の弾性支持体２２（図４）を介して、
延在するためである。このようにして、固定子ディスク１４に対するこれらの部分の、特にブッシング１８の相対位置は、過剰決定されない。したがって、アキシアル軸受区画およびラジアル軸受区画の位置整合の精度は、軸方向基準面１３の精密な機械加工によって達成されることが容易であり、熱的および機械的応力下で維持されることができる。
【０１０２】
換言すれば、アキシアル軸受アセンブリ１１およびブッシング１８および回転子５は、ともに固定子軸受構造を形成するが、これらは、１つ以上の動力学的ループの一部であることができ、各ループは、少なくとも１つの弾性要素を含む。逆に、アキシアル軸受アセンブリ１１およびブッシング１８は、過度に拘束されたループまたは構成の一部ではない。
【０１０３】
さらに、ブッシング１８の位置およびしたがって回転軸は、１つを超えない機械的連結によって、すなわち
−アキシアル軸受アセンブリ１１の固定子本体２５への付着を介して（図２および図３）、
−ブッシング１８の固定子本体２５への付着を介して（図４）、
固定子本体２５の位置によって固定的に拘束される。
【０１０４】
図５は、従来技術による回転子５の部分長手方向断面を概略的に示す。回転子５は、回転子スリーブ５６の内部に回転子コア５５を備えている。
【０１０５】
図６ａ〜図６ｃは、補償要素５７によって回転子コア５５を回転子スリーブ５６から機械的に弾性的に分離することによる実施形態を概略的に示す。補償要素５７は、熱膨張の差を吸収し、相対的に低い熱膨張係数（ＣＴＥ）を有する回転子スリーブ５６を比較的高いＣＴＥを有する回転子コア５５と組み合わせることを可能にする。
【０１０６】
補償要素５７は、チタンまたはチタン合金、鋼、ニッケル合金などの金属から作成されることができる。代替的に、補償要素は、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）、ＰＡＩ（ポリアミドイミド、例えばＴｏｒｌｏｎ（登録商標）として商標登録されている）などのような合成材料から作成することができる。
【０１０７】
補償要素５７は、回転子コア５５にのみ接触し、回転子スリーブ５６には接触しない第１の区画６１と、回転子スリーブ５６にのみ接触し、回転子コア５５には接触しない第２の区画６２と、第１の区画および第２の区画を連結する補償区画６３とを含む。例示的には、第１の区画６１および／または第２の区画６２に緊密な嵌合または圧入がある。代替的にまたは付加的に、それらは接着されてもよい。回転子スリーブ５６と補償要素５７との間に中空空間６４がある。中空空間６４は通気開口６０によって換気される。
【０１０８】
図６ａおよび図６ｂの実施形態では、第２の区画６２は、補償要素５７の２つの端部のフランジであり、補償要素５７は、第１の区画６１に対して拡大された直径を有する。図６ａの実施形態は、成形プロセスによって製造されることができる。図６ｂの実施形態は、機械加工または切断プロセスによって製造されることができる。図６ｃの実施形態では、第２の区画６２を含む補償要素５７は、拡大された直径を有するフランジのない、実質的に円筒の形状である。代わりに、補償要素５７の２つの端部の回転子スリーブ５６は、第２の区画６２と接触する内側に突出した要素を有する。そのような突出要素がない位置において、中空空間６４が回転子コア５５と回転子スリーブ５６との間に配置される。
【０１０９】
図７ａ〜図７ｇは、回転子スリーブ５６のための支持区画を形成する第２の区画を有する実施形態を概略的に示す。このような支持区画は、図６ａ〜６ｃの構成の１つ、または、回転子スリーブ５６がその端部で支持されていない実施形態の、１つ以上の場所に設けることができる。
−支持区画は、補償要素５７内に成形された複数の別個の突起またはバンプとして、または回転子コア５５（図７ａ）の少なくとも一部に沿って延伸する１つ以上の突出リブとして実現されることができる。
−支持区画は、補償要素５７の外側に突出する要素（図７ｂ）および／または回転子スリーブ５６の内側に突出する要素（図７ｃおよび７ｄ）によって、回転子スリーブ５６と補償要素５７との間の中空空間６４に対応する距離を確立されることができる。
−支持区画は、回転子コア５５内の空洞（図７ｃ）および／または補償要素５７内の空洞（図７ｄ）によって、補償要素５７と回転子コア５５との間の中空空間６４に対応する距離を確立されることができる。
【０１１０】
図７ｂ〜図７ｄは、回転子スリーブ５６と補償要素５７との間の突出部、および、補償要素５７と回転子コア５５との間の空洞を有する支持区画を示すが、他の実施形態は、回転子スリーブ５６と補償要素５７との間の空洞、および、補償要素５７と回転子コア５５との間の突出部を有する。
【０１１１】
図７ｅ〜図７ｈは、補償要素５７が、回転子コア５５と回転子スリーブ５６との間に配置されたいくつかの別個の部分または補償部分５７ａを備える構成を概略的に示す。これらの別個の補償部分５７ａの各々は、１つの支持区画に対応することができる。図７ｅ〜図７ｇの補償部分５７ａは、成形、特に射出成形によって製造されることができる。それらは、合成材料または金属材料から製造されることができる。補償部分５７ａは、リング状であってもよく、すなわち回転子コア５５の周りに円形状に延伸してもよい。それらは、別個に成形され、その後、回転子コア５５へと摺動されてもよく、または、回転子コア５５上の適所に成形されてもよい。これにより、補償部分５７ａが応力を受けることになり得る。このような応力は、回転子コア５５に接触する補償部分５７ａの内側に、例えば金属、特にチタンまたは鋼製の補強リング６５を組み込むことによって緩和されることができる。これを図７ｆに示す。
【０１１２】
図７ｅは、単純な二つ割り型を用いてアンダーカットなしで製造することができるリング形状の補償部分５７ａを示し、型は、成形後に補償部分を取り外すために、軸方向に移動する。長手方向断面に見られるように、リング形状は軸方向に延伸し、第１の部分６１から第２の部分６２へと単調に増加する外径を有し、外径はまた、第１の区画６１から第２の区画６２へと単調に増加する。
【０１１３】
図７ｇは、Ｙ字形状の断面を有する補償部分５７ａを示す。Ｘ字形状の補償部分５７ａも可能である。図７ｈは、軸方向に見た別個の補償部分５７ａを示す。補償部分５７ａは、周方向に互いに当接する。これにより、補償部分は、回転子コア５５に対して回転子スリーブ５６を良好に中心合わせすることができる。補償部分５７ａは、押出成形または（射出）成形によって製造されることができる。補償部分５７ａは、軸方向に延伸することができ、すなわち、図７ｈの断面は軸に沿った異なる点で変化しないままである。代替的に、補償部分５７ａはらせん状に構成されてもよい。図示されていない他の実施形態では、補償部分５７ａは別個ではなく、単一のピースとして製造される。
【０１１４】
図示されていないさらなる実施形態では、円周方向に延伸する図７ｂ〜図７ｄの実施形態に類似して、回転子スリーブ５６および／または回転子コア５５および／または補償要素５７上に突出部および空洞が配置され、軸方向に延伸する。
【０１１５】
図６ａ〜図６ｃおよび図７ａ〜図７ｈに対応する各実施形態では、リブまたは補償部分５７ａまたは一般に支持区画は、互いに分離していてもよく、かつ／または線形または円形または螺旋軌道に従って一方向に延伸していてもよい。各事例において、中空空間６４が、補償要素５７と回転子コア５５との間、および／または補償要素５７と回転子スリーブ５６との間に位置する。各事例において、通気開口６０（各事例について示されていない）も同様に存在することができる。
【０１１６】
図６ａ〜図６ｃおよび図７ａ〜図７ｈの特徴を含むすべての実施形態について、回転子コア５５および回転子スリーブ５６が半径方向に分離されている場合がある。換言すれば、回転子コア５５および回転子スリーブ５６を通る半径方向の各線は、回転子コア５５と回転子スリーブ５６との間において、中空空間６４を少なくとも１回通過する。
【０１１７】
図７ａはまた、高速での機械的安定性を維持するために、回転子コア５５が永久磁石だけでなく、シース５９内に配置された永久磁石５２を備える、任意選択の変形例を概略的に示す。この変形は、他の図の実施形態と組み合わされることができる。
【０１１８】
図８は、補償材料の層５８による分離を概略的に示す。これは、異なるＣＴＥの回転子コア５５および回転子スリーブ５６を収容し、それによって対応する応力を緩和する接着剤または充填材料とされることができる。
【０１１９】
補償材料５８は、ヤング率を所望の値に決定するために充填材料を添加されることができるシリコンとされることができる。そのような値は、５〜５０ＭＰａであり得る。充填材料は、５０マイクロメートル未満のサイズのセラミック粒子であってもよい。未充填シリコンは、約１ＭＰａまたは２ＭＰａ〜４ＭＰａの値を有することができる。
【０１２０】
図９は、補償材料５８として構造化された応力緩和接着剤および／または充填材を備えた回転子構造を示す。回転子コア５５と回転子スリーブ５６との間の全容積が補償材料５８で充填される状況とは対照的に、補償材料５８の溝は、空気のポケットを提供し、補償材料５８の本体の圧縮性を全体として増加させる。溝は、軸方向に延伸するように示される。周方向に遠心する溝、および、回転子コア５５から回転子スリーブ５７まで全体に延伸する溝によって、実施形態は図１３の実施形態に対応する。
【０１２１】
図１０は、気泡を含む弾性補償材料５８を有する回転子構造を示す。このような気泡は、例えば発泡添加剤または（熱的）膨張性中空微小球６４ａによって形成されることができる。そのような微小球の壁厚は、例示的には、その機械的挙動が気泡のようなものであるほど小さい。ここで、気泡または微小球は、回転子コア５５と補償要素５７との間の距離よりも小さい直径を有する。
【０１２２】
図１１は、膨張後の公称直径が回転子コア５５と補償要素５７との間の距離よりも大きい膨張性中空微小球６４ａを含む弾性補償材料５８を備えた回転子構造を示す。これにより、微小球６４ａが膨張するときに、回転子コア５５および補償要素５７が自動的に位置整合され、中心合わせされる。
【０１２３】
図１２は、回転子コア５５と回転子スリーブ５６との間に弾性材料の補償球５８ａが配置され、それにより弾性的に変形される回転子構造を示す。補償球は、組み立て中または組み立て後に、回転子コア５５と回転子スリーブ５６との間の隙間に挿入されることができる。球体が回転する可能性は、球体を間隙に機械的に封入すること、球体を加熱すること、組み立ての前または組み立て間に球体を接着剤で被覆すること、および、組み立て後に接着剤を硬質化または硬化させることのうちの少なくとも１つによって阻止されることができる。硬質化または硬化は、熱、照射、超音波、化学的活性化、一定時間待機などのうちの少なくとも１つによって行うことができる。
【０１２４】
図１３は、補償要素５７が回転子コア５５に付着された複数の弾性要素５８ｂを含む実施形態を示す。弾性要素５８ｂの外径は、回転子スリーブ５６の内径よりも大きい。したがって、回転子スリーブ５６を回転子コア５５の上に摺動させることは、弾性要素５８ｂを変形させ、回転子コア５５を位置整合し中心合わせする。
【０１２５】
図１４ａ〜図１４ｂは、制御可能な補償要素５７を備えた回転子を示す。補償要素５７は、波形シリンダの形状を有する。シリンダの軸方向端部に力を加え、それらを引き離すと、波形の幅が減少する。特に、外径は小さくなり、回転子スリーブ５６を補償要素５７の上に摺動させることができる。緩和状態では、補償要素５７の外径は、回転子スリーブ５６の内径よりも大きい。
【０１２６】
端部を引き離すことは、図１４ａに示すように、シャフト５１の一部である手段によって行われることができる。補償要素５７の一端は、回転子コア５５の第１の端部に当接するフック状の延長部５７ｃを有し、補償要素５７の、軸に沿った一方向における動きを制限する。他端は、回転子コア５５の他方の第２の端部を押すことによって補償要素５７をその方向に引っ張るための要素を有する。これらの要素は、補償要素５７内のねじ山と係合し、ばねワッシャまたは円錐ばねワッシャのような軸方向弾性要素５７ｂを介して回転子コア５５を押圧するねじ５７ａとすることができる。ねじ５７ａを回すことによって、補償要素５７を引っ張る張力を調整することができ、結果、補償要素５７の外径も調整される。この外径を小さくして回転子スリーブ５６を補償要素５７の上に摺動させた後、補償要素５７の張力を減少させ、ねじ５７ａを緩めることによって調整することができる。ねじ５７ａは、補償要素５７と回転子スリーブ５６との間の半径方向の力を設定するためにある位置に残すことができ、または最大の力で完全に取り外すことができる。
【０１２７】
したがって、端部を引き離すことは、組み立て中にのみ行われることができる。図１４ｂの実施形態では、これは、補償要素５７を引っ張るための要素（図示せず）を組み立てのために付着することができる孔のような付着要素５７ｄによって行われる。組み立て後、補償要素５７と回転子スリーブ５６との間に作用する力は、これらの要素の寸法および材料特性の関数である。
【０１２８】
補償要素５７は、金属、特にチタンまたはチタン合金、非磁性鋼、ニッケル合金などから作成することができる。代替的に、補償要素は、合成材料またはプラスチックから作成することができる。
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図２ｃ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【図６ｃ】
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【図７ａ】
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【図７ｂ】
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【図７ｃ】
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【図７ｄ】
2019518401.tif 000017
【図７ｅ】
2019518401.tif 000018
【図７ｆ】
2019518401.tif 000019
【図７ｇ】
2019518401.tif 000020
【図７ｈ】
2019518401.tif 000021
【図８】
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【図９】
2019518401.tif 000023
【図１０】
2019518401.tif 000024
【図１１】
2019518401.tif 000025
【図１２】
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【図１３】
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【図１４ａ】
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【図１４ｂ】
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【国際調査報告】
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