(57)【要約】  本発明は電気機械（１）のためのロータ（４）に関し、少なくとも１つの磁性部材（５）と、少なくとも１つの磁性部材（５）を受容するための磁気異方性のスリーブ（１６）とを有している。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気機械（１）のためのロータ（４）において、
少なくとも１つの磁性部材（５）と、
少なくとも１つの前記磁性部材（５）を受容するための磁気異方性のスリーブ（１６）とを有しているロータ。
【請求項２】
前記スリーブ（１６）の磁気異方性の軸は前記ロータ（４）が設けられる電気機械（１）のＤ軸（２８）と同一の方向または実質的に同一の方向に延びることを特徴とする、請求項１に記載のロータ。
【請求項３】
前記スリーブ（１６）に受容される少なくとも１つの前記磁性部材（５）はその外面の少なくとも１つの区域で前記スリーブの内面とともに中空スペース（３３）を形成するように構成されており、前記中空スペース（３３）は空気および／または充填材料（３５）で充填されており、前記充填材料は特に非磁性かつ好ましくは非導電性の材料であることを特徴とする、請求項１または２に記載のロータ。
【請求項４】
少なくとも１つの磁性部材（５）は永久磁石であり、特に磁気異方性の磁性部材であり、磁気異方性の前記磁性部材は好ましくはＦｅＮｉ合金またはＡｌＮｉＣｏ合金から製作されることを特徴とする、請求項１から３までのいずれか１項に記載のロータ。
【請求項５】
少なくとも１つの前記磁性部材（５）は棒磁石、スリーブ形磁石、貫通孔のある、もしくは貫通孔のない円板磁石、または中実形材磁石であることを特徴とする、請求項１から４までのいずれか１項に記載のロータ。
【請求項６】
少なくとも１つの前記磁性部材（５）は半径方向または対角線方向に磁化されて構成されていることを特徴とする、請求項１から５までのいずれか１項に記載のロータ。
【請求項７】
前記スリーブ（１６）は一貫して一定の内径と、少なくとも１つの前記磁性部材（５）を受容するための溝（３２）または段部とを有するように構成されていることを特徴とする、請求項１から６までのいずれか１項に記載のロータ。
【請求項８】
前記スリーブ（１６）の内側円周面、少なくとも１つの前記磁性部材（５）の外側円周面、および／または少なくとも１つの前記磁性部材（５）の少なくとも１つの端部に少なくとも部分的に弾性的で非磁性の補償部材（１７）が設けられており、前記補償部材（１７）は、特に硬化後に少なくとも部分的に弾性的である樹脂、繊維複合素材、および／またはプラスチックからなる、好ましくは少なくとも部分的に弾性的で非磁性の補償層であることを特徴とする、請求項１から７までのいずれか１項に記載のロータ。
【請求項９】
少なくとも１つの前記磁性部材（５）の一方または両方の端部で前記スリーブ（１６）の中にそれぞれ非磁性の支持体プレート（１８）が設けられており、非磁性の前記支持体プレート（１８）は少なくとも１つの前記磁性部材（５）のための軸方向の受容部を形成することを特徴とする、請求項１から８までのいずれか１項に記載のロータ。
【請求項１０】
前記スリーブ（１６）は特にシャフト部分（１２，１３）への収縮嵌めや圧力嵌めによって前記電気機械（１）の前記シャフト部分（１２，１３）の少なくとも１つの端部と結合可能であることを特徴とする、請求項１から９までのいずれか１項に記載のロータ。
【請求項１１】
前記スリーブ（１６）および／または少なくとも１つの前記磁性部材（５）は少なくとも１つの区域で、特に磁極の近傍で、磁気異方性を高めるために化学的な方法および／または熱による方法で処理されることを特徴とする、請求項１から１０までのいずれか１項に記載のロータ。
【請求項１２】
電気機械（１）において、磁気異方性のロータ（４）、特に請求項１から１１までのいずれか１項に記載のロータ（４）を有しており、前記電気機械（１）は前記ロータ（４）の周りに配置されたステータ（２）を有している電気機械。
【請求項１３】
前記電気機械（１）は第１および第２のシャフト部分（１２，１３）を含む２部分からなるシャフト（６）を有しており、前記ロータ（４）は前記両方のシャフト部分（１２，１３）の間に配置されるとともに、前記両方のシャフト部分（１２，１３）と結合され、特に固定的に結合され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】
前記電気機械（１）は、第１および第２の羽根車（８，９）と、前記ロータ（４）の挿通部および前記両方のシャフト部分（１２，１３）の挿通部を通して挿通される結合ロッド（２０）とを有しており、前記第１および第２の羽根車（８，９）は前記結合ロッド（２０）の端部のところでそれぞれ付属の第１および第２の前記シャフト部分（１２，１３）と向き合うように配置されており、前記シャフト部分は前記ロータとともに特にクランプ部材によって相互に応力をかけられることを特徴とする、請求項１２または１３に記載の電気機械（１）。
【請求項１５】
電気機械（１）のためのロータ（４）、特に請求項１から１１までのいずれか１項に記載されている電気機械のための磁気異方性のロータを製造する方法において、前記方法は、
磁気異方性の前記スリーブ（１６）と少なくとも１つの前記磁性部材（５）とが準備されるステップと、
前記スリーブ（１６）へ少なくとも１つの前記磁性部材（５）が挿入されるステップとを有している方法。
【請求項１６】
前記スリーブ（１６）に受容される少なくとも１つの前記磁性部材（５）はその外面の少なくとも１つの区域で前記スリーブの内面とともに中空スペースを形成するように構成され、前記中空スペースは空気および／または充填材料で充填され、前記充填材料は特に非磁性かつ好ましくは非導電性の材料であることを特徴とする、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
少なくとも１つの前記磁性部材（５）の少なくとも１つの端部で前記スリーブ（１６）の中に少なくとも１つの前記磁性部材（５）のための軸方向の受容部を形成するために非磁性の支持体プレート（１８）が配置されることを特徴とする、請求項１５または１６に記載の方法。
【請求項１８】
少なくとも１つの前記磁性部材（５）の外面と前記スリーブ（１６）の内面との間、および／または少なくとも１つの前記磁性部材（５）の少なくとも１つの端部に補償部材（１７）が設けられ、前記補償部材は好ましくは硬化後に前記スリーブの中で少なくとも部分的に弾性的である液体樹脂であることを特徴とする、請求項１５，１６または１７に記載の方法。
【請求項１９】
組立スリーブおよび特に強磁性の組立スリーブが前記スリーブ（１６）の外面に配置され、前記電気機械のステータ（２）に前記スリーブ（１６）が配置され、引き続いて前記組立スリーブが取り外されることを特徴とする、請求項１５から１８までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項２０】
前記ロータの磁気異方性をその活性領域で強化するために前記ロータの組立後に化学的な処理および／または熱による処理が実施され、前記電気機械の２部分からなるシャフトの両方のシャフト部分と前記ロータが結合されることを特徴とする、請求項１５から１９までのいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気機械のためのロータ、ならびにそのようなロータを有する電気機械、および電気機械のロータを製造するための製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高速機械のためのロータは、通常、高エネルギーの希土類永久磁石を含んでいる。このような高速機械は、典型的には１分あたり十万回転を超える回転数領域で適用される。
【０００３】
特許文献１より、ロータを有する永久磁石型式の同期機械が公知である。その場合、ロータシャフトには特殊鋼などの非磁性材料からなる側板が、円周方向への永久磁石のスライドが防止されるようにこれらの側板の間へ柱状の永久磁石を挿入できるような間隔をおきながら、溶接によって取り付けられる。磁石はシャフトの表面および側板と接着される。さらに、それぞれの磁石の間の中間スペースに樹脂が吹き付けられる。次いで、このように組み付けられた磁石の外側円周にガラス繊維または炭素繊維が巻き付けられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許出願公開第４，４３３，２６１Ａ号明細書
【発明の概要】
【０００５】
本発明は、請求項１の構成要件を有する電気機械のためのロータ、請求項１１の構成要件を有する電気機械、および請求項１５の構成要件を有するロータを製造する方法を開示する。
【０００６】
それに応じて、少なくとも１つの磁性部材と、少なくとも１つの磁性部材を受容するための磁気異方性のスリーブ、すなわち磁気異方性の特性を有するスリーブとを有する、電気機械のためのロータが意図される。
【０００７】
さらに、ロータ、特に磁気異方性のロータを有する電気機械が意図され、この電気機械はロータの周りに配置されるステータを有している。
【０００８】
さらに、電気機械のためのこのようなロータ、特に電気機械のための磁気異方性のロータを製造する方法が意図され、この方法は、磁気異方性のスリーブと少なくとも１つの磁性部材とが準備されるステップと、少なくとも１つの磁性部材がスリーブへ挿入されるステップとを有する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明は、磁気異方性のスリーブによって漏れ磁束を低減することができ、ロータを装備する電気機械の主磁界を強化することができるロータを提供する。
【００１０】
好ましい発展例は従属請求項の対象である。
【００１１】
スリーブの磁気異方性の軸は、本発明の１つの実施形態では、ロータが設けられる電気機械の軸と同一の方向に延びており、または可能な限り同一の方向に延びている。
【００１２】
スリーブに受容される少なくとも１つの磁性部材は、本発明の別の実施形態では、その外面の少なくとも１つの区域でスリーブの内面とともに中空スペースを形成するように構成されており、この中空スペースは空気および／または充填材料で充填されており、充填材料は特に非磁性かつ好ましくは非導電性の材料である。それによって漏れ磁束を追加的に減らすことができる。
【００１３】
本発明の１つの実施形態によると、少なくとも１つの磁性部材は永久磁石であり、特に磁気異方性の磁性部材である。磁気異方性の磁性部材は、たとえば好ましくはできる限り強く刻印された磁気異方性を有するＦｅＮｉ合金から製作することができる。同様に磁気異方性の磁性部材は、ＡｌＮｉＣｏ合金から製作することもできる。ＡｌＮｉＣｏ合金は、高い残留磁気を有するという利点がある。
【００１４】
本発明の別の実施形態では、少なくとも１つの磁性部材は棒磁石、スリーブ形磁石、円板磁石、または中実形材磁石である。結合ロッドを有する電気機械のためにロータが意図されるか否かに応じて、円板磁石は結合ロッドのための貫通孔を有さなければならないか、または有さなくてよい。したがって棒磁石とは異なり、ロータの回転軸の周りへ半径方向に配置するには大きすぎるように寸法決めされた中実形材磁石は、結合ロッドのない電気機械で適用される。
【００１５】
少なくとも１つの磁性部材は、本発明の１つの実施形態では、たとえば半径方向または対角線方向に磁化されて構成されていてよい
【００１６】
さらにスリーブは、本発明の別の実施形態では、一貫して一定の内径と、少なくとも１つの磁性部材を受容するための溝または段部とを有するように構成される。このとき一定の内径を有するスリーブはもっとも単純な設計形態であり、それに対してスリーブの内側円周にある溝は、磁気構造のセグメント化された設計形態を必要とする。
【００１７】
本発明の別の実施形態では、スリーブの内側円周面、少なくとも１つの磁性部材の外側円周面、および／または少なくとも１つの磁性部材の少なくとも１つの端部に、少なくとも部分的に弾性的で非磁性の補償部材が設けられる。この補償部材、たとえば少なくとも部分的に弾性的で非磁性の補償層は、たとえば硬化後に少なくとも部分的になおも弾性的である樹脂、繊維複合素材、および／またはプラスチックでできていてよい。補償部材はこのようにして製造公差を補償することができ、さらには緩衝特性を有する。
【００１８】
少なくとも１つの磁性部材の一方または両方の端部では、本発明の１つの実施形態において、スリーブの中にそれぞれ非磁性の支持体プレートが設けられる。このとき非磁性の支持体プレートは、たとえば少なくとも１つの磁性部材のための軸方向の受容部を形成する。
【００１９】
本発明のさらに別の実施形態では、スリーブはたとえばシャフト部分への収縮嵌めや圧力嵌めによって、電気機械のシャフト部分の少なくとも１つの端部と結合可能である。それにより、スリーブおよびこれに伴うロータの取付けを、場合により追加の結合ロッドなしでも提供することができる。
【００２０】
スリーブおよび／または少なくとも１つの磁性部材は、本発明の１つの実施形態では、少なくとも１つの区域で、たとえば磁極の近傍で、磁気異方性を高めるために化学的な方法および／または熱による方法で処理される。
【００２１】
本発明のその他の構成要件や利点は、以下において、図面を参照しながら説明する。図面は次のものを示す。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明によるロータの一実施例を有する電気機械を示す模式的な側面断面図である。
【図２】図１の電気機械のロータの活性領域を示す模式的な断面図である。
【図３】本発明によるロータの別の実施例を有する電気機械を示す模式的な側面断面図である。
【図４】図３の電気機械のロータの活性領域を示す模式的な断面図である。
【図５】図１〜図４に示す電気機械のロータを製造するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明は、永久励磁型の電気機械の、特に高速機械の、ロータの構造と設計に関するものである。このような電気機械のロータは、通常、希土類からなる高エネルギーの永久磁石を含んでいる。このような機械は、典型的には１分あたり十万回転を超える回転数領域で適用される。
【００２４】
このような種類の電気機械の設計にあたっての主要問題は、さまざまに異なる極端な材料負荷の重なり合いにある。このような種類の材料負荷に含まれるのは、とりわけロータの領域における特に機械的、動的、熱的、および電磁的な負荷である。
【００２５】
本発明の１つの実施形態では、以下において図１に示すように、ステータの活性領域に１つまたは複数の磁性部材が永久磁石の形態で配置された、両側の軸受または中央モータ構造を有する永久磁石励起型の電気機械が提供される。このとき、それぞれの磁性部材は半径方向または対角線方向に磁化されていてよい。
【００２６】
以下の図１に掲げるような電気機械の設計は、２部分からなるモータシャフトと、少なくとも１つの磁気異方性の磁性部材と、モータシャフトの両方のシャフト部分の上の磁気異方性のスリーブとを有する。スリーブは、以下においてまた説明するように、たとえば圧力嵌めや熱による収縮などによって、モータシャフトの両方のシャフト部分と結合される。
【００２７】
図１には、以下においてまた詳しく説明する本発明の一実施形態に基づくロータ４を有する、たとえば高速機械などの電気機械１の基本構造の一例が示されている。
【００２８】
図１は、ここではまず巻線３を備えるステータ２、１つまたは複数の磁性部材５を備える本発明によるロータ４、シャフト６、およびロータ４の軸受部材７などの、例示としての電気機械１の電磁作動コンポーネントの基本構造を示す。ここでの図１の図面は純粋に模式的に著しく簡略化されており、寸法に忠実なものではない。ここでは本発明によるロータ１は、以下にまた説明するように、１つまたは複数の磁気異方性の磁性部材５を受容するための上に挙げた磁気異方性のスリーブ１６を有している。図１の実施例では、スリーブの形態で相前後して軸方向に配置される、たとえば２つの磁気異方性の磁性部材５が設けられる。あるいはロータ４はただ１つの磁気異方性の磁性部材、または２つよりも多い磁気異方性の磁性部材を有することもでき、これらが同じく磁気異方性のスリーブ１６の中に配置される。
【００２９】
本発明によるロータ４を有する機械１は、図１に示す実施例では、たとえば２段階のコンプレッサまたは圧縮機の駆動装置を形成する。しかしながら本発明によるロータは、高速機械あるいはコンプレッサまたは圧縮機だけに限定されるものではなく、図１のような電気機械の特別な実施形態にも限定されず、本発明によるロータ４を装備するのに適したどのような電気機械でも適用することができ、これにはモータや発電機も含まれる。
【００３０】
電気機械１の両方の圧縮機段の羽根車８および９が、図１のモータの向かい合う側に配置されている。これらの対応部材、ハウジング、または前段などは図１には破線で示唆されている。
【００３１】
図１に示すとおり、電気機械１の本発明によるロータ４は、第１のシャフト部分１２と第２のシャフト部分１３とを備える、上に挙げた２部分からなるシャフト６または２部分からなるモータシャフトを有している。両方の第１および第２のシャフト部分１２および１３は、図１に示す実施例では、たとえば炭素繊維複合素材や鋼材などの非磁性材料からなる共通の結合ロッド２０の上に追加的に配置されている。結合ロッド２０の長軸は、このケースでは同時に、シャフト６とそのシャフト部分１２，１３およびこれらの間に配置されるロータ４の長軸および回転軸２１も形成する。第１および第２のシャフト部分１２または１３のそれぞれ外側端部２２，２３には、図１に示す実施例では、それぞれ羽根車またはいわゆるインペラ８または９が配置されている。
【００３２】
以下に図３および図４に示す本発明の別の実施例では、図１に示すようなこの種の結合ロッド２０を省略することもできる。その代わりに、両方のシャフト部分１２，１３と、これらの間に配置されるロータ４の少なくとも１つの磁気異方性の磁性部材５とを、少なくとも磁気異方性のスリーブ１６を介して互いに固定的に結合することができる。
【００３３】
電気機械１のための本発明によるロータ４を構成するために、シャフト部分１２，１３の両方の内側端部１４，１５の間には、上に挙げた１つまたは複数の磁性部材５がロータ４の長軸２１の周りに半径方向に配置されている。図１の実施例では、磁性部材５は相応に結合ロッド２０およびその長軸の周りに配置される。たとえば１つまたは複数の磁性部材５は棒または棒磁石として、ロータ４の回転軸２１の周りに半径方向に配置することができ、または図２に示唆するように、結合ロッド２０の周りに配置することができる。その追加または代替として、１つまたは複数の磁性部材５はスリーブ形磁石または円板磁石として、軸方向で相前後するようにロータ４または結合ロッド２０の回転軸２１の上で図１のように配置することもできる。このとき本発明によるロータ４の磁性部材５は、以下においてまた詳しく説明するように、磁気異方性の永久磁石、たとえば希土類からなる磁気異方性の永久磁石、特に適当なＡｌＮｉＣｏ合金からなる磁気異方性の永久磁石である。
【００３４】
さらに本発明によるロータ４は、第１および第２のシャフト部分１２，１３の内側端部１４，１５の各区域にわたって、およびこれらの間に配置された１つまたは複数の磁性部材５にわたって少なくとも延びる、ロータ結合スリーブまたはスリーブ１６、たとえば円筒状のスリーブを有している。このときスリーブ１６は、それぞれの磁性部材５のための半径方向の受容部としての役目を果たすものであり、同じく以下においてまた詳細に説明するとおり磁気異方性である。
【００３５】
スリーブ１６は、ここでは図１のシャフト６のシャフト部分１２および１３の両方の内側端部１４，１５または端部区域と固定的に結合されている。そのためにスリーブ１６は、たとえば第１および第２のシャフト部分１２および１３のそれぞれの内側端部１４，１５または内側の端部区域に圧力嵌めされ、または熱による収縮を用いてこれに取り付けられる。しかしながら本発明は、シャフト部分１２および１３へスリーブ１６を取り付けるための上述した例だけに限定されるものではない。スリーブ１６をそれぞれのシャフト部分１２または１３に取り付けるのに適した、あらゆる形態の取付けを意図することができる。このことは、以下の図２〜図４に示す実施例も含めて、本発明のどの実施形態にも当てはまる。
【００３６】
スリーブ１６の周りの外側に、ステータ２がそのステータ巻線３とともに配置される。
【００３７】
図１の実施例に示すように、弾性的な補償部材１７がスリーブ１６の内面と１つまたは複数の磁性部材５の外面との間に選択的に追加的に設けられていてよく、この弾性的な補償部材１７は、非磁性かつ好ましくは非導電性である。この弾性的な補償部材１７は、たとえば非磁性かつ好ましくは非導電性である少なくとも１つの弾性的な補償層または結合層である。弾性的な補償部材１７の材料として、たとえば樹脂を使用することができ、この樹脂は非磁性かつ非導電性の材料として、硬化した状態のとき少なくとも部分的に弾性的である。しかしながら本発明は、補償部材１７の弾性材料としての樹脂だけに限定されるものではない。非磁性かつ好ましくは非導電性であり、電気機械１のそれぞれの磁性部材５とスリーブ１６を結合するのに適したその他のどのような弾性材料、またはその他のどのような弾性的な材料組み合わせでも意図することができる。
【００３８】
非磁性かつ好ましくは非導電性である弾性的な補償層または結合層は、弾性的で緩衝性の特性を有する。さらに非弾性的な補償層または結合層は、機械的な補償層または結合層として、シャフト６が回転したときに磁性部材５により生成される遠心力を受け止めるために、半径方向での磁性部材５に対するスリーブ１６の初期応力の均等な力補償または均等な配分のために作用する。弾性的な補償層または結合層は、組付けの際に、たとえば半流動性の状態でスリーブ１６の内面および／または磁性部材５の外面に塗布されて、たとえばスリーブ１６の圧力嵌めの後に、硬化させるために熱で処理される。このとき補償層または結合層の材料の再軟化温度は十分に高く、特に、磁性部材５およびスリーブ１６の最大の動作温度よりも十分に高く、それにより、補償層または結合層が電気機械１の作動時に意図せず柔らかくなることがない。弾性的な補償層または結合層を設けることは、許容差の大きい金属部材、ここでは特にシャフト部分１２および１３ならびにスリーブ１６と、製作時に厳密な公差が可能でないか、またはたとえば研削などの後続プロセスが非常に高価であるか、もしくは状況によっては健康被害さえある磁性部材５との間の公差補償を、これらが可能にするという利点がある。磁性部材５の遠心力は、弾性的な補償部材１７によって、たとえば図１に示す弾性的な補償層または結合層によって、回転数と温度の広い動作範囲で中性化し、または適切に補償することができる。弾性的な補償部材１７は、それぞれの磁性部材５の外面とスリーブ１６の内面との間で、上述したように製造公差ならびに場合により相違する熱膨張および場合により存在する磁性部材５の起伏を補償することができるが、それぞれの磁性部材５の外面とスリーブ１６の内面との間で、Ｑ軸の方向への磁束に悪影響を与える大きすぎる間隙が形成されない程度の厚さでのみ構成されるのが好ましい。
【００３９】
さらに支持体プレート１８が圧着板として、シャフト部分１２または１３のそれぞれの内側端部１４，１５と、これと向かい合う磁性部材５の端部との間で選択的に追加的に設けられる。このとき支持体プレート１８は、図１に示す結合ロッド２０に外嵌される。上で述べたとおり、このような種類の結合ロッド２０は本発明の他の実施形態では省略することもできる。そうしたケースでは、それぞれの支持体プレート１８が結合ロッドを挿通するための追加の貫通孔を必要としない。
【００４０】
磁性部材５の両方の端部にある支持体プレート１８は、磁性部材５の軸方向の受容部としての役目を果たす。圧着板としての支持体プレート１８は、同じく非磁性材料から、たとえば炭素繊維複合素材や鋼材などからできている。支持体プレート１８のうちの少なくとも１つと、これに付属するシャフト部分１２もしくは１３との間には、および／または支持体プレート１８のうちの少なくとも１つと、これに付属する１つもしくは複数の磁性部材５の端部との間には、同じく上で説明した弾性的な補償部材１７、特に弾性的な補償層または結合層、たとえば適当な樹脂を選択的に追加的に設けることができる。このとき弾性的な補償部材１７は、たとえば弾性的な補償層または結合層は、同じく上ですでに説明したとおり非磁性であり、好ましくは非導電性である。
【００４１】
たとえば少なくとも１つまたは２つの磁性部材５がたとえば棒磁石の形態で、ロータ４の長軸の周りで、または場合により存在する結合ロッド２０の外側円周区域の周りで、半径方向に配置される、磁性部材５のセグメント化された設計形態のケースでは、スリーブ１６はその内側円周に、たとえば図示しない周回する凹部、たとえば溝を備えるように構成されていてよい。このケースでは、まず個々の棒磁石がスリーブ１６へ挿入されて、たとえば溝などの凹部へ挿入される。このとき磁性部材５はその内側円周面をもって貫通孔を形成し、次いで、これを通して結合ロッド２０を挿通することができる。このとき、たとえば溝などの凹部はその内側円周面に、および／または磁性部材５はその外側円周面に、弾性的な補償部材１７を選択的に追加的に備えていてよい。磁性部材５の両方の端部にある支持体プレート１８は、たとえば溝などの凹部があるケースでは、磁性部材５の両方の端部でたとえば溝などの凹部へ挿入できるようにするために、同じくセグメント化されて構成される。
【００４２】
別案の実施形態では、磁性部材だけをたとえば溝などの凹部に収容し、支持体プレート１８は溝などの凹部に受容されず、または、２つの支持体プレートがある場合には１つの支持体プレートだけが受容される。このケースでは、溝などの凹部に受容されない支持体プレート１８は、その代わりに円板状に構成されていてもよく、スリーブ１６の内径に合わせて適合化された外径を有することができ、それにより、支持体プレート１８がスリーブ１６に差し込まれて、磁性部材５の付属の端部のところで溝などの凹部の外部に位置決めすることができる。
【００４３】
図１に示すような少なくとも１つのスリーブ状または円板状の磁性部材５では、スリーブ１６へ磁性部材５を差し込むために、スリーブ１６は少なくとも挿入側で、スリーブ状または円板状の磁性部材５の外径に合わせて適合化されて、磁性部材５をスリーブ１６へ差し込めるようになった内径を有するように構成することができる。このときスリーブ１６は、一定の内径を有するように、または内部に段部を有するように構成されていてよく、図１および以下の図４のように、この段部まで磁性部材５を差込可能である。このとき任意選択の弾性的な補償部材１７を、スリーブ１６の内側円周面および／または磁性部材５の外側円周面で、少なくともスリーブ１６の内部での磁性部材５の最終位置の領域に設けることができる。さらに弾性的な補償部材１７は、その追加または代替として、シャフト部分１２および１３のうちの少なくとも１つの内側端部と、これと向かい合う１つの磁性部材または複数の磁性部材５の端部との間にも設けられていてよい。シャフト部分１２および１３のうちの少なくとも１つの内側端部と、これと向かい合う１つの磁性部材５または複数の磁性部材５の端部との間に支持体プレート１８が設けられるケースでは、シャフト部分１２もしくは１３の内側端部と支持体プレート１８との間に、および／または支持体プレート１８とこれに向かい合う１つの磁性部材５もしくは複数の磁性部材５の端部との間に、弾性的な補償部材１７が設けられていてよい。
【００４４】
図１にさらに示すとおり、電気機械１では、シャフト部分１２および１３およびこれらの間に配置される磁性部材５およびロータの支持体プレート１８へ相互に軸方向に応力をかけるために、たとえばクランプ部材１９が設けられる。ここではクランプ部材１９は、図１に示す実施例では羽根車８，９の両方の外側端部のところで結合ロッド２０に配置されるとともに、適切な初期応力を設定するために調整可能である。クランプ部材１９として、たとえばクランプディスクやその他のどのような適当なクランプ部材でも意図することができる。このような結合ロッド２０が設けられないケースでは、シャフト部分１２および１３およびこれらの間に配置されるロータ４は、上で説明したとおり、たとえば少なくともスリーブ１６によって相互に結合される。さらに、両方のシャフト部分１２，１３およびこれらの間に配置されるロータ４を結合するために適しているその他の、またはこれ以外の結合手段、結合方法、結合手段の組み合わせ、および／または結合方法の組み合わせを意図することもできる。このことは本発明のどの実施形態にも当てはまる。
【００４５】
軸方向の支持体プレート１８は磁性部材５の端部で、磁性部材５の受容と半径方向の位置決めを保証する、図１のクランプ部材１９によって相応に軸方向で生起されて伝達される機械的な初期応力を提供できるように配置される。
【００４６】
まず第１に磁性部材５の保持と位置決めのために構想される軸方向の支持体プレート１８は、さらに、非磁性材料または非磁性の材料組み合わせから製作されていて、磁性部材５の両方の縁部のところで漏れ磁束の一部を追加的に捕捉するという理由からも利点を有する。それにより、高速回転する磁界が、近傍に配置されている電気機械１の定置の設計部材にまで達することがない。それによって電気機械１の追加損失や加熱が低減される。支持体プレート１８は、たとえば非磁性材料または非磁性の材料組み合わせから製作されていてよく、たとえば炭素繊維複合素材、鋼材、またはその他の非磁性金属もしくは非磁性合金などから製作されていてよい。
【００４７】
シャフト６は、それぞれシャフト部分１２，１３のうちの１つに配置されるラジアル軸受２４によって支承される。
【００４８】
さらに１つのシャフト部分には、たとえば図１では第２のシャフト部分１３には、アキシャル軸受２５が設けられている。ここでの図１では、アキシャル軸受２５の回転ディスクが示されている。アキシャル軸受２５はたとえば従来式のガス軸受、たとえば動圧ガス軸受である。しかしながら本発明は、アキシャル軸受としての従来式のガス軸受だけに限定されるものではない。原則として、電気機械１のシャフト部分を支承するのに適したどのようなアキシャル軸受でも適用することができる。
【００４９】
両方の羽根車８，９は、上で説明したように、電気機械の結合ロッド２０およびロータ４とクランプ部材１９によって固定的に結合される。
【００５０】
結合ロッド２０とシャフト部分１２，１３との嵌め合いは、結合ロッド２０とシャフト部分１２，１３との間の相対的なスライドが、または結合ロッド２０の上でのシャフト部分１２，１３のすべり嵌めが、好ましくは全温度範囲または動作温度範囲で可能であるように選択することができる。
【００５１】
結合ロッド２０は、良好またはできる限り高い機械的な安定性と強度を有する非磁性材料からなり、できる限り低い熱膨張係数を有するのが好ましい。上で説明したとおり、結合ロッド２０はたとえば炭素繊維材料、その他の適当な繊維複合素材、もしくは適当な合金を含めたその他の適当な金属から製作されていてよく、または、少なくともこれらを有することができる。しかしながら本発明は、結合ロッド２０の製作のための繊維複合素材や炭素繊維材料などに限定されるものではない。それ以外のどのような非磁性材料または非磁性の材料組み合わせでも、結合ロッド２０のために採用することができ、適当な非磁性金属または非磁性合金であってできる限りわずかしか熱で膨張せず、できる限り高い機械的な強度と安定性を有するものもこれに含まれる。
【００５２】
図２には、両方の磁性部材５とスリーブ１６とを有する、本発明による図１のロータ４の断面図が示されている。結合ロッド２０はここでは破線で示唆されており、上で説明したとおり省略することもできる。図２の断面図は、活性領域すなわち両方の磁性部材５が配置されているスリーブの領域で切断されたロータ構造の断面を示している。ここでは主磁界線２６と、発生する漏れ磁界線２７とが示唆されており、後続の図３においても同様である。
【００５３】
本発明によると、電気機械１のためのロータ４は異方性または磁気異方性として施工されている。ロータ４の磁気異方性は、ここではたとえば材料異方性および／または構造異方性から構成されている。構造異方性は結晶異方性とも呼ばれる。電気機械１の有効な幾何学的、磁気的なエアギャップが、それによって小さくなる。このとき漏れ磁束も低減され、電気機械１の主磁界が強化される。
【００５４】
そのための方策として、スリーブ１６が図２に示すように磁気異方性の材料から構成されて、スリーブ１６に受容されるそれぞれの磁気異方性の磁性部材５のための保護リングとしての役目を果たす。
【００５５】
スリーブ１６の中に、ここでは一例として２つの磁性部材５がスリーブ形磁性部材の形態で軸方向に相前後して配置されており、図２では、これらのスリーブ形磁石５のうちの１つを通って切断面が延びている。上で図１を参照してすでに説明したとおり、１つもしくは複数の磁性部材５はスリーブ形磁石もしくは円板磁石として軸方向に相前後してロータ４の長軸２１上に配置することができ、または、存在するケースでは結合ロッド２０の上に配置することができる。
【００５６】
別案の実施形態では、図２に点線で示すように、スリーブ１６の中にたとえば２つの磁性部材５をたとえば２つの棒磁石の形態で、ロータ４の長軸２１の周りで半径方向に、または図１および図２では結合ロッド２０の周りに配置することができる。このとき２つの棒磁石は電気機械１の、図２に示唆するように電気機械１のＮ−Ｓ（Ｎ極−Ｓ極）軸に対してアライメントされている。このＮ−Ｓ軸は電気機械１のＤ軸２８とも呼ばれる。
【００５７】
連続する結合ロッド２０が存在しないケースでは、別の代替的な実施形態において、結合ロッドを挿通するための追加の貫通孔を必要としない、磁気異方性の中実形材磁石を設けることもできる。このとき中実形材磁石は、たとえば以下の図３や図４に示唆するように、貫通孔のない円板磁石などとして構成されていてよい。
【００５８】
図２に破線で示唆する非磁性の結合ロッド２０は、上で説明したとおり、本発明によるロータ４を有する電気機械１において、連続していてその際にスリーブ１６を通過して延びる結合ロッド２０として必ずしも必要なわけではなく、それぞれ付属のシャフト部分と結合される、中断のある、または２つの結合ロッド部分の形態で構成されていてもよい。その代わりに、電気機械１の２部分からなるシャフト６の両方のシャフト部分の結合を、たとえば連続する結合ロッド２０のないスリーブ１６によって行うこともでき、ならびに／またはこれ以外のあらゆる適当な結合部材によって、これ以外のあらゆる適当な結合部材の組み合わせによって、これ以外のあらゆる適当な結合方法によって、および／もしくはこれ以外のあらゆる適当な結合方法の組み合わせ等によって行うこともできる。
【００５９】
磁気異方性のスリーブ１６の異方性軸の方向は、たとえば電気機械１のＮ−Ｓ（Ｎ極−Ｓ極）軸と一致するか、または可能な限り一致する。このＮ−Ｓ軸は、上で説明したとおり、電気機械１のＤ軸２８とも呼ばれる。Ｎ−Ｓ軸またはＤ軸３８に対して垂直に、図２に示すように、電気機械１のいわゆるＱ軸２９が延びている。
【００６０】
主磁界線２６と並んで漏れ磁界線２７で図２に示唆されている漏れ磁界を低減するために、少なくとも１つの中空スペース３３がスリーブ形磁石の両方の側で、スリーブ１６の内面と、スリーブ１６の中に受容される磁性部材５としてのスリーブ形磁石の外面との間に作成される。たとえばスリーブ１６の中に受容される磁性部材５は、その外面の少なくとも１つの区域で、磁性部材５の外面とスリーブ１６の内面との間に上述の中空スペース３３が生じるように構成され、それぞれの中空スペース３３は電気機械１のＱ軸２９に位置するのが好ましい。磁性部材５の外面の少なくとも１つの区域は、たとえば凹部および／または面取り部３４などを付与される。
【００６１】
図２に示す実施例では、そのためにたとえばスリーブ１６の中に受容される磁性部材５の外面の一区域が面取りされており、それにより、磁性部材５の面取りされた面または面取り部３４と、スリーブ１６の内面との間に中空スペース３３が生じている。
【００６２】
スリーブ形磁石に代えて、同様にたとえば図２に点線で示唆する磁性部材としての２つの棒磁石を設けることもできる。棒磁石も、その外面でそれぞれ中空スペースを形成する面取り部を付与され、棒磁石の両方の中空スペースは、スリーブ形磁石と同じく特にＱ軸２９に位置する。このような種類の棒磁石は、上で図１を参照して説明したとおり、スリーブが磁性部材５のための受容部としての溝を有しており、したがって、スリーブの受容部へ挿入できるようにするために磁性部材５がセグメント化されて構成されなければならない場合に適用される。
【００６３】
たとえば図１および図２におけるスリーブ形磁石などの両方の磁性部材５と、スリーブ１６との間の中空スペース３３は、空気および／または選択的に追加的に充填材料３５で少なくとも部分的に、または全面的に充填されていてよい。このとき充填材料３５は非磁性であり、好ましくは追加的に弾性的である。さらに、充填材料は熱伝導性であるのが特別に好ましい。
【００６４】
このとき充填材料３５としては、原則として、上で図１を参照して説明した弾性的な補償層および結合層についてと同じ材料、たとえば樹脂、またはこれ以外の材料、たとえば炭素繊維複合素材などの繊維複合素材、プラスチックなどを使用することができる。このとき本発明は、それぞれの中空スペースを充填するための非磁性材料としての樹脂、プラスチック、または繊維複合素材の形態の充填材料３５だけに限定されるものではない。これ以外のあらゆる非磁性材料、またはこれ以外のあらゆる非磁性の材料組み合わせであって、電気機械１について適していて、電気機械１のそれぞれの磁性部材５とスリーブ１６の間の相応の中空スペース３３を部分的または全面的に充填するのに適しているものを、充填材料３５として意図することができる。
【００６５】
保護リングとしてのスリーブ１６は、たとえば上で図１に関連して説明したように、磁気異方性を有する、好ましくはできる限り強く刻印された磁気異方性を有する、ＡｌＮｉＣｏ合金または鉄・ニッケル（Ｆｅ−Ｎｉ）合金から構成されていてよい。
【００６６】
たとえば磁極すなわちＮ極（Ｎ）およびＳ極（Ｓ）の近傍にあるスリーブ１６の領域は、スリーブ１６の当該領域で磁気異方性を増大させるために、選択的に追加的に、別々に化学的および／または熱的に処理することができる。
【００６７】
１つの好ましい実施形態では、スリーブ１６は上に挙げたアルミニウム・ニッケル・コバルト合金または略してＡｌＮｉＣｏ合金などの磁性材料から製作することができる。このようなＡｌＮｉＣｏ合金からなる磁性材料は、希土類磁石に匹敵する高い残留磁気を備えるとともに、温度の影響に対して高い磁気安定性を有している。さらには、最大５００℃までの適用温度が可能である。このことは、ステータ内部でロータが直接使用される場合、スリーブ１６の中では比較的大きい局所的な渦電流損失があることから重要である。
【００６８】
磁気異方性の磁性部材５は、たとえばＡｌＮｉＣｏ合金をベースとするパーマネントマグネットすなわち永久磁石である。このときＡｌＮｉＣｏ合金の材料組成はアルミニウム（Ａｌ）、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）、ならびに鉄（Ｆｅ）、銅（Ｃｕ）、およびチタン（Ｔｉ）を有しており、またはこれらで成り立っている。
【００６９】
希土類磁石の磁気異方性は、通常、製造プロセスによって特に焼結された磁石で生じる。
【００７０】
図２に示すように、本発明によるロータ４およびそのロータ構造では、両方の磁軸は、すなわち上に挙げたそれぞれの磁気異方性の磁性部材５のＤ軸およびＱ軸と、磁気異方性のスリーブ１６の、特に円筒状のスリーブのＤ軸およびＱ軸とは、少なくとも可能な範囲内において同一であり、または好ましくは同一である。スリーブ１６は磁気異方性の材料から製作することができる。スリーブ１６の磁気異方性は、電気機械１に組み付けられた後となるケースでは、電気機械１のＤ軸の方向に延びるのが好ましい。
【００７１】
本発明によるロータ４は、およびこれに応じて本発明によるロータ構造を有する電気機械１は、以下に２つの例を参照しながら説明するように製作することができる。しかしながら本発明は、ロータおよびロータを有する電気機械の製作に関するこれらの例だけに限定されるものではない。本発明によるロータおよび本発明によるロータを有する電気機械を製造するのに適した、これ以外のどのような方法および方法の組み合わせでも意図することができる。
【００７２】
第１の例では、スリーブ１６が磁気異方性の材料から製作され、たとえばＡｌＮｉＣｏ合金からなる磁性材料から製作され、たとえばアルミニウム（ＡＬ）、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）、ならびに鉄（Ｆｅ）、銅（Ｃｕ）、およびチタン（Ｔｉ）で成り立つ、または少なくともこれらを有する材料組成をもつＡｌＮｉＣｏ合金から製作される。しかしながら本発明は、磁気異方性の材料としてのＡｌＮｉＣｏ合金や、ＡｌＮｉＣｏ合金の上記の材料組成だけに限定されるものではない。電気機械のロータのスリーブ１６を製作するのに適した、どのような異方性材料でも使用することができる。
【００７３】
次いでロータ４が組み立てられる。そのために、少なくとも１つの磁性部材５がスリーブ１６の中に配置され、スリーブ１６とともに形成される、それぞれの磁性部材とスリーブ１６の内面との間の１つまたは複数の中空スペースが、上に述べた充填材料によって選択的に追加的に少なくとも部分的に充填される。このとき少なくとも１つの磁性部材５は、それぞれの中空スペースが電気機械のＧ軸に位置するように、スリーブ１６の中に配置されるのが好ましい。上で図１を参照して説明したように、さらにロータ４が連続する結合ロッド２０、少なくとも１つの追加の支持体プレート１８、および／または少なくとも１つの弾性的な補償部材１７、特に弾性的な補償層または結合層を有するケースでは、ロータ４の組立も、それに応じてこの１つまたは複数の追加の別のコンポーネントとともに行われる。上で図１を参照して説明したとおり、結合ロッドおよび追加の支持体プレート、ならびに補償部材、特に弾性的な補償層または結合層、ならびに充填材料３５は非磁性材料からなる。
【００７４】
ロータ４の全体を、場合により上に挙げたロータ４の追加のコンポーネントも含めたロータ４のすべてのコンポーネントの結合後に、磁化することができる。次いで、ロータ４の全体が電気機械１に組み付けられる。その際に、たとえば特別な磁化装置または以下に掲げる組立装置、たとえば組立リングによって、ロータ４の周りでの磁気帰還が常に確保されることが保証されるのが好ましく、それは特に、磁性部材がＡｌＮｉＣｏ合金から製作されている場合である。
【００７５】
電気機械１の最終の組立は、たとえばロータ４および異方性材料から製作されるスリーブ１６の、厳密には上に挙げたＡｌＮｉＣｏ合金からなるスリーブ１６の減磁を防止する、特に異方性スリーブ１６の活性領域の減磁を防止する、組立装置で行われる。スリーブ１６の活性領域では、組付けが完了したロータ４に少なくとも１つの磁性部材５が配置される。このとき活性領域は、本実施例では以下の図４に示されている。磁性部材５から突き出ているスリーブ１６の領域、または磁性部材５が配置されていない領域は、以下の図４に示すように、それぞれスリーブ１６の不活性領域を形成する。
【００７６】
組立装置として、電気機械１の組立時に事前に磁化されているロータ４の磁気回路が組立中に常に閉じたまま保たれ、スリーブ１６が意図せず減磁されないことを実現する、たとえば図示しない強磁性の組立リングを利用することができる。
【００７７】
それに対して、ロータ４の磁気回路が開いていて閉じていないと、電気機械への組付けの前に、ロータ４のスリーブ１６の意図しない減磁が生じることになる。したがってまず、たとえば上に説明したＡｌＮｉＣｏ合金から製作される少なくとも１つの磁性部材５が、場合により存在する結合ロッド、場合により存在する少なくとも１つの追加の支持体プレート、場合により存在する充填材料、および／または場合により存在する少なくとも１つの補償部材とともに、スリーブ１６の中に設けられ、または取り付けられる。
【００７８】
その際には、少なくとも１つの磁性部材５が、および上に挙げた場合により存在するその他のコンポーネントが、すなわち結合ロッド、支持体プレート、補償部材、および／または充填材料が、スリーブ１６の中に取り付けられる前、途中、または後に、図示しない組立リングがスリーブ１６に外側から外嵌される。上で説明したとおり、結合ロッド、支持体プレート、補償部材、特に補償層または結合層、および充填材料は非磁性であり、すなわち非磁性材料から製作される。
【００７９】
次いで、事前に磁化されたロータの組立リングを付与されたスリーブ１６が、スリーブ１６の中に設けられる上に挙げた各コンポーネントとともに、電気機械１のステータ２の内部に配置される。このとき組立リングは、事前に磁化されたロータ４の組付中に、ロータ４の磁気回路が常に閉じており、それによってスリーブ１６の意図しない減磁が生じ得ないことが実現されるという利点がある。
【００８０】
組立リングは、ステータ２へのスリーブ１６の配置後に引き抜くことができ、次いでスリーブ１６を、電気機械１の２部分からなるシャフトの両方のシャフト部分と結合することができる。
【００８１】
組立後に、スリーブ１６の中に配置されたＡｌＮｉＣｏ合金からなる少なくとも１つの磁性部材５を完全に、または少なくともほぼ完全に減磁することができる。磁気回路が開いており、それに応じてもはや閉じていないからである。このとき磁気回路は自動的に開いたまま保たれ、または閉じられない。電気機械の２つのシャフト端部が、ならびに場合により存在する支持体プレートおよび／または場合により存在する補償部材および／または場合により存在する充填材料が、上で説明したとおり、それぞれ非磁性材料から製作されているからである。したがって、スリーブ１６の中の少なくとも１つの磁性部材５の減磁は、２つのシャフト端部ならびに場合によりこれらの間に配置される支持体プレート、場合によりこれらの間に配置される補償部材、および場合により存在する充填材料に基づいて自動的に起こる。
【００８２】
さらに、本発明によるロータ４、およびそれに応じて本発明によるロータ構造を有する電気機械１は、第２の例に基づいて以下のように製造することができる。
【００８３】
この別案の実施例では、スリーブ１６は同じく磁気異方性の材料から、たとえば上に挙げたＡｌＮｉＣｏ合金から製作されて、ロータ４に組み付けられる。このときスリーブ１６の磁気異方性の軸は、上に挙げた電気機械１のＤ軸の方向に、または実質的にこの方向に延びるのが好ましい。
【００８４】
ロータ４にスリーブ１６を組み付けるときには、スリーブ１６の中へ少なくとも１つの磁性部材５、ならびに場合により存在する連続する結合ロッド、場合により存在する支持体プレート、場合により存在する補償部材、および／または場合により存在する充填材料が設けられる。電気機械１にロータ４を取り付けるために、上で一例として図１を参照して説明したように、スリーブ１６が電気機械１の両方のシャフト部分と結合される。
【００８５】
その後、スリーブ１６の磁気異方性を強化するために、ロータ４の全体を追加の適当な化学式の処理および／または熱による処理にかけることができる。各々の硬質磁性の素材を、温度が上昇したときに減磁することができる。希土類素材は、たとえば約２２０℃の低い温度で、またＡｌＮｉＣｏ合金はたとえば６００〜７００℃で減磁することができる。そして熱処理または適当な加熱をたとえば局所的に、またはロータ４の所望の領域で、たとえばその活性領域で実施することができ、特に電気機械１のＱ軸でのみ実施することができる。このようにして、異方性を強化することができる。このとき局所的な加熱は、たとえば１つまたは複数の相応の渦電流インダクタによって具体化することができる。このとき磁気異方性が、特にスリーブ１６の活性領域で、化学的および／または熱的な処理によって強化される。引き続き、あらためてロータ４の全体の、すなわち特にスリーブ１６およびその中に配置された少なくとも１つの磁性部材５の磁化が行われる。
【００８６】
上で説明したように、スリーブ１６とその中に受容される少なくとも１つの磁性部材５はロータ４のコンポーネントとして、たとえばＡｌＮｉＣｏ合金などの磁気異方性の材料から製作される。ＡｌＮｉＣｏ合金からなるロータ４のこのような種類のコンポーネントは非常に多くの利点を有する。上に説明したＡｌＮｉＣｏ合金からなる永久磁石は、高い残留磁気と、たとえば最大５００℃の温度要因に対する高い磁気的な安定性を有しており、高い残留磁気を備えている。
【００８７】
ＡｌＮｉＣｏ合金からなるこのような磁性部材５は、たとえば注型法や鋳造法、たとえば精密鋳造や砂型鋳造、あるいは焼結方法など、さまざまな方法によって製作することができる。しかしながら本発明は、磁気異方性の材料から、特にＡｌＮｉＣｏ合金から、それぞれの磁気異方性の磁性部材を製造するための上述した方法だけに限定されるものではない。本発明によるロータのそのつどの磁気異方性の磁性部材を製造するのに適した、どのようなその他の方法またはどのようなその他の方法の組み合わせでも意図することができる。
【００８８】
このような磁性部材は鋳造法で製作することができ、そのために、たとえばＡｌＮｉＣｏ合金からなる半製品が溶融され、次いで、本発明によるロータの磁性部材５を形成するために、砂型または精密鋳型に注ぎ込まれる。
【００８９】
焼結方法の場合、初期材料として少なくとも１つの希土類材料または複数の基土類材料がまず粉末化される。複数の粉末化された希土類材料があるケースでは、粉末が相互に混合され、その後、完成した成形体をなすようにプレスされる。これに引き続いて成形体が保護ガスのもとで、または真空中で、たとえば約１３００℃の温度のもとで焼結される。その際にプレス密度と焼結温度に応じて、たとえば約１０％の焼結収縮が可能である。これに続く熱処理により、完成した磁性部材５の部分構造をさらにアライメントすることが可能である。成形体から得られる磁性部材５の引き続いてのさらに別の加工が可能であり、たとえば切削加工などが可能である。
【００９０】
このような磁気異方性の磁性部材５の特性は、たとえばＡｌＮｉＣｏ合金から製作される２極のロータのコンポーネントの巻線セグメントのＮ極とＳ極の領域での的確な熱処理によって、所望の磁気異方性を生起するために利用される。
図３および図４は、本発明によるロータ４の電磁活性コンポーネントの基本構造の別の実施例を示す。ここで図３は、電気機械とその本発明によるロータ４の側面断面図を示しており、図４は、図３に示すロータ４の活性領域３０で切断した断面図を示している。
【００９１】
図３および図４における電気機械１とそのロータ４の実施形態は、ここでは図１および図２の電気機械とそのロータと実質的に同一の構造を有しているので、不要な繰返しを避けるために、これらについては図１および図２の説明を援用する。
【００９２】
さらに、図３および図４における電気機械１とそのロータ４の実施形態が、図１および図２に示す実施例と相違するのは、電気機械１が図１および図２のような連続する結合ロッドを有さないことによる。それに応じて、ロータ４の磁気異方性のスリーブ１６に受容される少なくとも１つの磁気異方性の磁性部材５は中実形材磁石として構成されていてよく、たとえば図３および図４に示すように、スリーブ１６の内面とともにそれぞれの中空スペース３３を形成するために、外面に２つの面取りされた区域すなわち面取り部３４を有する円筒として構成されていてよい。上で説明したとおり、それぞれの中空スペース３３は空気で充填されていてよく、または、少なくとも部分的に上で説明した追加の充填材料３５で充填されていてよい。さらに中空スペース３３は、電気機械１のＱ軸２９に位置するように構成されるのが好ましい。
【００９３】
上で図１および図２を参照して説明したように、磁気異方性のスリーブ１６の中には、１つまたは複数の磁気異方性の磁性部材５をそれぞれ棒磁石として半径方向でロータ４の回転軸２１の周りに、および／またはスリーブ形磁石もしくは円板磁石としてスリーブ１６の軸方向に、および／または中実形材磁石として同じくスリーブ１６の軸方向に配置することができ、その様子は図３および図４に円筒状の中実形材磁石について示唆されている。ロータ４の活性領域３０および両方の不活性領域３１が図３に示唆されており、ならびに電気機械の２部分からなるシャフト６の、スリーブ１６と結合された両方のシャフト部分１２，１３が示唆されている。
【００９４】
このとき磁気異方性のスリーブ１６の異方性軸の方向は、先ほどの図１および図２のように、たとえば電気機械１のＮ−Ｓ（Ｎ極−Ｓ極）軸すなわちＤ軸２８と一致し、または可能な限り一致する。Ｎ−Ｓ軸またはＤ軸２８に対して垂直に、図２に示すとおり、電気機械１のいわゆるＱ軸２９が延びている。
【００９５】
上で図１および図２を参照して説明したとおり、スリーブ１６の中に配置された１つまたは複数の磁性部材５は半径方向および／または対角線方向に磁化されていてよい。このことは本発明のすべての実施形態に当てはまる。
【００９６】
図３に示すように、スリーブ１６は先ほどの図１と同じくたとえば段部を内面に有しており、図３および図４に示す磁性部材５をこの段部まで挿入することができる。同様にスリーブ１６は一定の直径を付与されていてよく、またはその別案として図３に破線で示唆するように凹部、たとえば溝３２をその内面または内側円周に付与されていてよい。このケースでは、上で図１を参照して説明したとおり、スリーブ１６の中で受容される１つまたは複数の磁性部材５および場合により少なくとも１つの支持体プレートの、セグメント化された設計形態が必要である。
【００９７】
このとき選択的に追加的に、上で図１を参照して説明したとおり、さらに図３の磁性部材５の少なくとも１つの端部に、たとえば鋼材や繊維複合素材などの非磁性材料からなる図示しない追加の支持体プレートが設けられていてよい。
【００９８】
さらに図３および図４に示す実施例では追加的に、上で図１を参照して説明した補償部材１７が、本例では補償層または結合層が、たとえば磁性部材５の両方の端部に設けられる。補償部材１７としての補償層または結合層は、上で図１を参照して説明したとおり、非磁性かつ好ましくは非導電性の材料からなり、たとえば硬化後に少なくともなお部分的に弾性的である樹脂からなる。補償層または結合層の材料として、充填材料と同じ材料または充填材料とは異なる材料を適用することができる。
【００９９】
補償部材１７としての補償層または結合層は弾性的で緩衝性の特性を有しており、遠心力を受け止めるために、スリーブから磁性部材への半径方向での力補償または初期応力の均等な配分のために作用する。このような層の材料は、上で述べたとおり、非導電性であるのが好ましい。
【０１００】
本発明に基づき、上で説明したように、たとえば電気式の高速機械などの電気機械１のための永久磁石励起型のロータ４を製造する好適な方法の実施例、およびその組立の順序も提案される。
【０１０１】
図３および図４に示すこのような設計は、補償層または結合層の弾性的な特性により、大きい公差のある金属部材すなわち２部分からなるシャフト６の両方のシャフト部分１２，１３およびスリーブ１６と、少なくとも１つの磁性部材５との間の公差補償も形成する。磁性部材の製造は厳密な公差を可能にせず、または、たとえば研削などの後続プロセスが非常に高価であるか、もしくは状況によっては健康被害があったり環境リスクがあったりする。スリーブ１６の中のそれぞれの磁性部材５の遠心力が、それによって電気機械１の回転数や温度の、特に動作温度の広い作動領域で中性化され、または適切に補償される。
【０１０２】
図５には、上に一例として図１〜図４を参照して説明した本発明によるロータ４を製造するためのフローチャートが示されている。
【０１０３】
それぞれのロータを製造するために、第１のステップＳ１で、少なくとも１つの磁気異方性の磁性部材を受容するための磁気異方性のスリーブが準備される。このとき磁気異方性の磁性部材は、その外面の少なくとも一区域でスリーブの内面とともに中空スペースを形成し、この中空スペースを空気または追加の充填材料で少なくとも部分的に充填できるように構成される。
【０１０４】
このときスリーブはその内側円周に、またはそれぞれの磁性部材はその外側円周に、任意選択として補償部材、特に補償層または結合層を付与することができ、その後に引き続いて磁性部材がスリーブへ挿入される。
【０１０５】
次のステップＳ２で、少なくとも１つの磁性部材がスリーブへ挿入され、このとき任意選択として、２つの支持体プレートのうち第１の支持体プレートが事前にスリーブへ挿入され、その後に引き続いて少なくとも１つの磁性部材がスリーブに挿入される。
【０１０６】
さらに、それぞれの磁性部材によってスリーブとともに形成される少なくとも１つの中空スペースが追加的に充填材料で少なくとも部分的に、または全面的に充填され、充填材料として、上で図１〜図４を参照して説明した補償層または結合層と同じ材料または別の材料を使用することができる。このとき充填材料は、上で説明したように、非磁性かつ好ましくは追加的に弾性的である。さらに、充填材料は熱伝導性であるのが特別に好ましい。
【０１０７】
このとき充填材料としては、原則として、上で図１を参照して説明した弾性的な補償層および結合層と同じ材料、たとえば樹脂を使用することができ、または別の材料、たとえば炭素繊維複合素材などの繊維複合素材、プラスチック等を使用することができる。
【０１０８】
次のステップＳ３で、意図される場合には支持体プレートおよび／または特に補償層もしくは結合層の形態の補償部材が磁石構造の外側端部に配置される。支持体プレートのうちの１つがすでにスリーブの中で位置決めされているときは、残りの第２の支持体プレートだけが同じくスリーブの中に配置される。
【０１０９】
意図される場合には、ステップＳ２に引き続いて結合ロッドが、少なくとも１つの磁性部材によって形成される挿通部へ挿通され、すでに支持体プレートが挿入されている場合にはその開口部へ挿通される。同様に、ステップＳ３に引き続いてステップＳ３＊で初めて、結合ロッドを支持体プレートの開口部へ、および少なくとも１つの磁性部材の挿通部へ挿通することもできる。
【０１１０】
スリーブはその外面に、上で説明したとおり、たとえば追加の組立リングを付与することができる。このとき組立リングは、ステップＳ１，Ｓ２，Ｓ３またはＳ３＊のうちの１つの前に、またはこれに引き続いて、スリーブへ装着することができる。
【０１１１】
次のステップＳ４で、スリーブをまず電気機械のステータに配置し、引き続いて両方のシャフト部分をそれぞれの内側端部をもってスリーブの付属の端部へ取り付けることができ、またはこの逆を行うことができる。このとき場合により存在する組立スリーブは、ステータへのスリーブの配置後に取り外される。
【０１１２】
組立スリーブが使用されないケースでは、ロータの組立後にたとえばステップＳ３，Ｓ３＊またはＳ４に引き続いて、ロータの磁気異方性をその活性領域で強化するために、選択的に追加のロータの化学的な処理および／または熱による処理を行うことができる。このようなケースでは、これに後続するステップＳ４＊で、ロータ全体のあらためての磁化が行われ、ステップＳ４で両方のシャフト部分とロータの結合が行われる。
【０１１３】
本発明について好ましい実施例を参照しながら上記で全面的に説明してきたが、本発明はこれらに限定されるものではなく、種々の仕方で改変可能である。特に、上で図１〜図５を参照して説明した各実施例を、特にその個々の構成要件を、相互に組み合わせることができる。
【符号の説明】
【０１１４】
１  電気機械
２  ステータ
４  ロータ
５  磁性部材
６  シャフト
８，９  羽根車
１２，１３  シャフト部分
１６  スリーブ
１７  補償部材
１８  支持体プレート
２０  結合ロッド
２８  Ｄ軸
３２  溝
３３  中空スペース
３５  充填材料
【図１】
2019518412.tif 000003
【図２】
2019518412.tif 000004
【図３】
2019518412.tif 000005
【図４】
2019518412.tif 000006
【図５】
2019518412.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成30年12月14日(2018.12.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気機械（１）のためのロータ（４）において、
少なくとも１つの磁性部材（５）と、
少なくとも１つの前記磁性部材（５）を受容するための磁気異方性のスリーブ（１６）とを有しているロータ。
【請求項２】
前記スリーブ（１６）の磁気異方性の軸は前記ロータ（４）が設けられる電気機械（１）のＤ軸（２８）と同一の方向または実質的に同一の方向に延びることを特徴とする、請求項１に記載のロータ。
【請求項３】
前記スリーブ（１６）に受容される少なくとも１つの前記磁性部材（５）はその外面の少なくとも１つの区域で前記スリーブの内面とともに中空スペース（３３）を形成するように構成されており、前記中空スペース（３３）は空気および／または充填材料（３５）で充填されていることを特徴とする、請求項１または２に記載のロータ。
【請求項４】
少なくとも１つの磁性部材（５）は永久磁石であり、特に磁気異方性の磁性部材であり、磁気異方性の前記磁性部材は好ましくはＦｅＮｉ合金またはＡｌＮｉＣｏ合金から製作されることを特徴とする、請求項１から３までのいずれか１項に記載のロータ。
【請求項５】
少なくとも１つの前記磁性部材（５）は棒磁石、スリーブ形磁石、貫通孔のある、もしくは貫通孔のない円板磁石、または中実形材磁石であることを特徴とする、請求項１から４までのいずれか１項に記載のロータ。
【請求項６】
少なくとも１つの前記磁性部材（５）は半径方向または対角線方向に磁化されて構成されていることを特徴とする、請求項１から５までのいずれか１項に記載のロータ。
【請求項７】
前記スリーブ（１６）は一貫して一定の内径と、少なくとも１つの前記磁性部材（５）を受容するための溝（３２）または段部とを有するように構成されていることを特徴とする、請求項１から６までのいずれか１項に記載のロータ。
【請求項８】
前記スリーブ（１６）の内側円周面、少なくとも１つの前記磁性部材（５）の外側円周面、および／または少なくとも１つの前記磁性部材（５）の少なくとも１つの端部に少なくとも部分的に弾性的で非磁性の補償部材（１７）が設けられていることを特徴とする、請求項１から７までのいずれか１項に記載のロータ。
【請求項９】
少なくとも１つの前記磁性部材（５）の一方または両方の端部で前記スリーブ（１６）の中にそれぞれ非磁性の支持体プレート（１８）が設けられており、非磁性の前記支持体プレート（１８）は少なくとも１つの前記磁性部材（５）のための軸方向の受容部を形成することを特徴とする、請求項１から８までのいずれか１項に記載のロータ。
【請求項１０】
前記スリーブ（１６）は前記電気機械（１）の前記シャフト部分（１２，１３）の少なくとも１つの端部と結合可能であることを特徴とする、請求項１から９までのいずれか１項に記載のロータ。
【請求項１１】
前記スリーブ（１６）および／または少なくとも１つの前記磁性部材（５）は少なくとも１つの区域で、磁気異方性を高めるために化学的な方法および／または熱による方法で処理されることを特徴とする、請求項１から１０までのいずれか１項に記載のロータ。
【請求項１２】
電気機械（１）において、磁気異方性のロータ（４）を有しており、前記電気機械（１）は前記ロータ（４）の周りに配置されたステータ（２）を有している電気機械。
【請求項１３】
前記電気機械（１）は第１および第２のシャフト部分（１２，１３）を含む２部分からなるシャフト（６）を有しており、前記ロータ（４）は前記両方のシャフト部分（１２，１３）の間に配置されるとともに、前記両方のシャフト部分（１２，１３）と結合され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】
前記電気機械（１）は、第１および第２の羽根車（８，９）と、前記ロータ（４）の挿通部および前記両方のシャフト部分（１２，１３）の挿通部を通して挿通される結合ロッド（２０）とを有しており、前記第１および第２の羽根車（８，９）は前記結合ロッド（２０）の端部のところでそれぞれ付属の第１および第２の前記シャフト部分（１２，１３）と向き合うように配置されており、前記シャフト部分は前記ロータとともに相互に応力をかけられることを特徴とする、請求項１２または１３に記載の電気機械（１）。
【請求項１５】
電気機械（１）のためのロータ（４）を製造する方法において、前記方法は、
磁気異方性の前記スリーブ（１６）と少なくとも１つの前記磁性部材（５）とが準備されるステップと、
前記スリーブ（１６）へ少なくとも１つの前記磁性部材（５）が挿入されるステップとを有している方法。
【請求項１６】
前記スリーブ（１６）に受容される少なくとも１つの前記磁性部材（５）はその外面の少なくとも１つの区域で前記スリーブの内面とともに中空スペースを形成するように構成され、前記中空スペースは空気および／または充填材料で充填されていることを特徴とする、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
少なくとも１つの前記磁性部材（５）の少なくとも１つの端部で前記スリーブ（１６）の中に少なくとも１つの前記磁性部材（５）のための軸方向の受容部を形成するために非磁性の支持体プレート（１８）が配置されることを特徴とする、請求項１５または１６に記載の方法。
【請求項１８】
少なくとも１つの前記磁性部材（５）の外面と前記スリーブ（１６）の内面との間、および／または少なくとも１つの前記磁性部材（５）の少なくとも１つの端部に補償部材（１７）が設けられ、前記補償部材は好ましくは硬化後に前記スリーブの中で少なくとも部分的に弾性的である液体樹脂であることを特徴とする、請求項１５，１６または１７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１９】
組立スリーブが前記スリーブ（１６）の外面に配置され、前記電気機械のステータ（２）に前記スリーブ（１６）が配置され、引き続いて前記組立スリーブが取り外されることを特徴とする、請求項１５から１８までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項２０】
前記ロータの磁気異方性をその活性領域で強化するために前記ロータの組立後に化学的な処理および／または熱による処理が実施され、前記電気機械の２部分からなるシャフトの両方のシャフト部分と前記ロータが結合されることを特徴とする、請求項１５から１９までのいずれか１項に記載の方法。
【国際調査報告】
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2019518412.tif 000009
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