(57)【要約】  本発明は、電気機械に関する。本発明によれば、ロータシャフト（２）と、中空円筒状の磁石エレメント（３）と、第１のカバーディスク（５）と、第２のカバーディスク（６）とが設けられており、第１のカバーディスク（５）と、第２のカバーディスク（６）とが、ロータシャフト（２）に固定されており、磁石エレメント（３）が、その軸方向の第１の端部（３ａ）で第１のカバーディスク（５）に固定されていて、軸方向の第２の端部（３ｂ）で第２のカバーディスク（６）に固定されている。
2007507993.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気機械に用いられるロータにおいて、ロータシャフト（２）と、中空円筒状の磁石エレメント（３）と、カバーディスク（５，６）とが設けられており、該カバーディスク（５，６）が、ロータシャフト（２）に固定されており、磁石エレメント（３）が、軸方向の第１の端部（３ａ）でカバーディスク（５，６）に固定されていることを特徴とする、電気機械に用いられるロータ。
【請求項２】
磁石エレメント（３）の軸方向の第２の端部（３ｂ）が、ロータシャフト（２）のシャフト段部（２ａ）に接触している、請求項１記載のロータ。
【請求項３】
第１のカバーディスク（５）と第２のカバーディスク（６）とが設けられており、第１のカバーディスク（５）と第２のカバーディスク（６）とが、ロータシャフト（２）に固定されており、磁石エレメント（３）が、その軸方向の第１の端部（３ａ）で第１のカバーディスク（５）に固定されていて、軸方向の第２の端部（３ｂ）で第２のカバーディスク（６）に固定されている、請求項１記載のロータ。
【請求項４】
磁石エレメント（３）が、接着剤によってカバーディスク（５，６）に固定されている、請求項１から３までのいずれか１項記載のロータ。
【請求項５】
カバーディスク（５，６）が、それぞれ半径方向に延びる少なくとも１つのスリット（８，９）を有している、請求項１から４までのいずれか１項記載のロータ。
【請求項６】
カバーディスク（５，６）が、それぞれ異なる長さを備えた、半径方向に延びる多数のスリット（８，９）を有している、請求項１から５までのいずれか１項記載のロータ。
【請求項７】
カバーディスク（５，６）が、第１の長さ（Ａ）を備えた半径方向のスリット（８）と、第２の長さ（Ｂ）を備えた半径方向のスリット（９）とを有しており、第１の長さ（Ａ）が、第２の長さ（Ｂ）よりも大きく寸法設定されている、請求項６記載のロータ。
【請求項８】
カバーディスク（５，６）が、ばね弾性的な領域（７）を有している、請求項１から７までのいずれか１項記載のロータ。
【請求項９】
ばね弾性的な領域（７）が、周方向に延びるエンボス加工部によって提供されるようになっている、請求項８記載のロータ。
【請求項１０】
カバーディスク（５，６）のばね弾性的な領域が、断面図で見てほぼＵ字形の領域（１３）によって提供されるようになっている、請求項８記載のロータ。
【請求項１１】
ばね弾性的な領域が、固定領域（１１）と磁石エレメントのための保持領域（１４）との間に配置された接続領域（１５）として形成されており、該接続領域（１５）が、固定領域に対して所定の角度（α）を成して傾けられて配置されている、請求項８記載のロータ。
【請求項１２】
カバーディスク（５，６）が、該カバーディスクの外周面からばね弾性的な領域（７）にまで延びる長さを備えた少なくとも１つのスリットを有している、請求項８から１１までのいずれか１項記載のロータ。
【請求項１３】
磁石エレメント（３）の内部に支持体（４）が配置されており、該支持体（４）が、磁石エレメント（３）から半径方向に間隔を置いて配置されていて、固定ディスク（５，６）から軸方向に間隔を置いて配置されている、請求項１から１２までのいずれか１項記載のロータ。
【請求項１４】
磁石エレメント（３）を取り囲む円筒状の防護管（１０）が設けられている、請求項１から１３までのいずれか１項記載のロータ。
【請求項１５】
請求項１から１４までのいずれか１項記載のロータを有する電気機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
背景技術
本発明は、電気機械に用いられるロータ、特に改善された耐熱性を備えた、ＥＣモータに用いられるロータであって、当該ロータが、特にＮｄＦｅＢ磁石によって形成されている形式のものならびにこのような形式のロータを備えた電気機械に関する。電気機械は、たとえば電動モータとして知られている。この電動モータでは、環状磁石がロータに固定されている。この場合、環状磁石をロータシャフトに固定するための製造技術的な必要性が生ぜしめられる。この場合、通常、固定のために接着剤が使用される。しばしば、中空円筒状の環状磁石が、ロータシャフトに固定された（しばしば鋼から成る、磁気的な帰路のための）円筒状の支持体にも、環状磁石と支持体との間のギャップへの接着剤の塗布によって互いに結合される。しかし、運転中、環状磁石、支持体および接着剤に用いられる種々異なる材料のそれぞれ異なる熱膨張係数に基づき、構成部材相互の相対運動が生ぜしめられる。特に高い温度範囲では、材料のそれぞれ異なる膨張量に基づき、環状磁石の破断が生ぜしめられ得る。接着法のさらなる欠点は、接着剤を支持体と環状磁石との間のギャップに供給することにある。この場合、このギャップは、製造技術的に一般的に接着過程を実施することができるようにするために、ある程度の厚さを有していなければならない。しかし、環状磁石と支持体との間の間隔が大きければ大きいほど、磁気的な損失がますます高くなる。さらに、数年来、磁石材料として希土類を使用することが試行される。しかし、この材料は温度上昇時にフェライト系の磁石材料に比べて、不都合な膨張量に至るまでの一層僅かな膨張量を有しており、これによって、この材料の使用時には、磁石破断の危険が著しく高められる。
【０００２】
発明の利点
しかし、請求項１の特徴を備えた、電気機械に用いられる本発明によるロータでは、種々異なる材料から製作された部材の間の完全な温度補償（長さ補償）を実施することができる。さらに、電気機械に用いられる本発明によるロータでは、磁気的な損失が、磁石エレメントと、この磁石エレメントの内部に配置された構成部材との間の最小限のギャップによって最小限に抑えられている。このことは、本発明によれば、磁石エレメントが、軸方向に位置する少なくとも一方の端部で弾性的なカバーディスクによって固定されることによって達成される。したがって、接着剤が磁石エレメントの内側の周壁領域に設けられる必要がなく、これによって、隣接した構成部材に対するギャップを著しく小さく選択することができる。
【０００３】
従属請求項は、本発明の有利な構成の対象である。
【０００４】
改善された安定性をロータに付与するためには、中空円筒状の磁石エレメントの、軸方向に位置する他方の端部が、有利にはロータシャフトのシャフト段部に接触している。
【０００５】
本発明の別の有利な構成によれば、磁石エレメントが、軸方向に位置する両端部で弾性的なカバーディスクによって固定されている。これによって、対称的なロータアッセンブリを得ることができる。このロータアッセンブリは、磁石エレメントの端部に配置された２つのカバーディスクに基づき、特に良好な温度補償特性を有している。
【０００６】
有利には、磁石エレメントは接着剤によってカバーディスクに固定される。これによって、接着剤の処理および位置決めが、公知先行技術に比べて著しく容易にされていて、改善されている。さらに、磁石エレメントの軸方向の端部での、磁石エレメントとロータシャフトとの間の結合部の位置決めによって、高い粘度を備えた接着剤も、低い粘度を備えた接着剤も使用することができることが可能となる。
【０００７】
カバーディスクの、改善された弾性を、半径方向の観点でも軸方向の観点でも提供するためには、カバーディスクが、有利には、それぞれ半径方向に延びる少なくとも１つのスリットを有している。この場合、特に有利には、スリットがカバーディスクの外周面から内向きに延びている。有利には、カバーディスクに、半径方向に延びる多数のスリットが設けられている。これらのスリットはそれぞれ異なる長さを有していてよい。この場合、特に有利には、カバーディスクが、第１の長さを備えたスリットと、第２の長さを備えたスリットとを有している。この場合、第１の長さは第２の長さよりも大きく寸法設定されている。構成部材の熱膨張の可能な限り均一な吸収を提供するためには、カバーディスクが、有利には対称的に形成されている。
【０００８】
構成部材の熱膨張の特に易動性の吸収を提供することができるようにするためには、カバーディスクが、有利にはばね弾性的な領域を有している。このばね弾性的な領域は、たとえば周方向で完全に環状のエンボス加工部によって提供することができる。これによって、特にカバーディスクのスリットに組み合わせて、優れた補償機能をカバーディスクによって提供することができる。この場合、少なくとも１つのスリットは、カバーディスクの外周面からばね弾性的な領域にまでまたはばね弾性的な領域をも越えて延びる長さを有していることが望ましい。
【０００９】
改善された磁気的な帰路のためには、円筒管状の磁石エレメントの内部に、有利には金属製の支持体が配置されている。この場合、この支持体は、磁石エレメントだけでなくカバーディスクからも、それぞれ予め規定された間隔を有している。しかし、この場合、別の構成部材に対するこの間隔は公知先行技術よりも著しく僅かに選択することができる。なぜならば、接着剤を収容するためのスペースが設けられる必要がなく、これによって、磁気的な損失を最小の間隔の形成によって最小限に抑えることができるからである。
【００１０】
さらに有利には、磁石エレメントの損傷を回避するために、この磁石エレメントが円筒状の防護管によって取り囲まれている。さらに、この円筒状の防護管は、剥離した部分に対する投飛し防護を提供しており、これによって、ロータの不都合な締付けを阻止することができる。
【００１１】
磁石エレメントは、有利には希土類磁石材料、たとえばＮｄＦｅＢまたはＳｍＣｏから製作されている。
【００１２】
カバーディスクは、有利には非磁性の材料、特に特殊鋼から製作されている。
【００１３】
さらに有利には、カバーディスクは摩擦接続的、形状接続的または材料接続的にロータシャフトに、たとえばプレス嵌め、レーザ溶接または接着によって結合されている。この場合、カバーディスクとロータシャフトとの間の結合部は、必要となるトルクを伝達することができるように設計されていなければならない。
【００１４】
本発明によるロータは、有利には、ＥＣモータとして形成された電気機械に使用される。この電気機械は、特に有利には、自動車に設けられた快適装置のための駆動装置、たとえば電動式のウィンドウリフタ、電動式のシート調節装置、電動式のスライディングルーフ、ワイパモータ等のための駆動装置として使用される。さらに、ＥＣジェネレータとしての使用、ＥＣステアリング装置での使用およびエンジンルームアクチュエータ、たとえば伝動装置アクチュエータまたはクラッチアクチュエータとしての使用も可能である。
【００１５】
実施例の説明
以下に、本発明の実施例を図面につき詳しく説明する。
【００１６】
図１〜図３には、本発明の第１の実施例による電気機械が示してある。
【００１７】
図１には、この電気機械のロータアッセンブリ１の斜視的な分解図が示してある。このロータアッセンブリ１は、ロータシャフト２と、支持体４と、中空円筒状の磁石エレメント３と、第１のカバーディスク５と、第２のカバーディスク６と、防護管１０とを有している。支持体４はロータシャフト２に固定されている。このことは、たとえば接着またはプレス嵌めによって実施することができる。また、第１のカバーディスク５と第２のカバーディスク６とは相対回動不能にならびに軸方向で不動にロータシャフト２に結合されている。磁石エレメント３はその軸方向の端部でそれぞれ１つのカバーディスクに結合されている。より正確には、磁石エレメント３の軸方向の端部３ａは第１のカバーディスク５に結合されており、軸方向の端部３ｂは第２のカバーディスク６に結合されている（図２参照）。カバーディスク５，６と軸方向の端部３ａ，３ｂとの間の結合は接着剤によって行われる。この場合、磁石エレメント３はロータシャフト２に対して同心的に配置されている。
【００１８】
図２から明らかであるように、磁石エレメント３と支持体４との間には、周方向に延びるギャップ１１が存在している。図２には、このギャップが、より良好な図示可能性のために拡大して示してある。磁石エレメント３の固定はその軸方向の端部で行われるので、磁石エレメント３と支持体４との間のギャップ１１は最小限のサイズを有することができる。これによって、磁気的な損失をギャップ１１に基づき同じく最小限に抑えることができる。
【００１９】
さらに、図２から明らかであるように、両カバーディスク５，６と支持体４との間にも同じくそれぞれ１つの小さなギャップ１２が存在している。これによって、運転の間の高い温度の場合に、それぞれ異なる熱膨張係数に基づき、支持体４が両カバーディスク５，６の一方に接触することを阻止することができる。
【００２０】
磁石エレメント３は希土類材料から製作されていて、支持体４もしくはロータシャフト２と異なる熱膨張量を有している。それぞれ異なる熱膨張量は第１のカバーディスク５と第２のカバーディスク６とによって補償される。このためには、カバーディスク５，６がばね弾性的な領域７を有している。この領域７は、周方向に環状に形成されたエンボス加工部によって提供される。さらに、図３に示したように、カバーディスクには多数のスリットが形成されている。より正確には、カバーディスクに、第１の長さＡを備えた長いスリット８が形成されている。この長いスリット８の間には、長さＢを備えた複数の小さなスリット９が形成されている。これによって、カバーディスク５，６が、半径方向での長さ補償だけでなく、軸方向での長さ補償も実施することができる。カバーディスク５，６の、長さ補償時に生ぜしめられる力もしくは変形を問題なしに可能にするためには、カバーディスク５，６が非磁性の特殊鋼から製作されている。
【００２１】
この場合、カバーディスク５，６と磁石エレメント３との間の接着結合部は、１回の簡単な方法ステップで提供することができる。この場合、接着剤は、カバーディスク５，６の、半径方向外側の領域に位置する相応の区分および／または磁石エレメントの軸方向の端部に塗布されさえすればよく、次いで、カバーディスク５，６が磁石エレメント３に軸方向で接合されなければならない。これによって、本発明によれば、公知先行技術のように、磁石エレメントと支持体との間の狭幅の半径方向のギャップへの接着剤の塗布に比べて、製作プロセスにおける著しい簡略化が得られる。
【００２２】
したがって、本発明による組み込まれた温度補償を伴った電気機械は、改善された耐熱性ひいては改善された使用可能性を有している。
【００２３】
以下に、図４につき、本発明の第２の実施例による本発明によるロータに用いられるカバーディスクを説明する。
【００２４】
図４に示したように、第２の実施例によるカバーディスク５は、ほぼ円筒状の領域１１と、ほぼ半径方向に方向付けられた領域１２とを有している。円筒状の領域１１は、ロータシャフトへの固定領域として働く。半径方向の領域１２は、ばね弾性的な領域１３と、磁石エレメントのための保持領域１４とを有している。図４に示したように、半径方向の領域１２は、円筒状の領域１１の、軸方向に位置する端部に配置されている。この場合、ばね弾性的な領域１３は、断面図で見てほぼＵ字形の形状を有していて、ばねストロークを半径方向にも軸方向にも提供する。これによって、カバーディスク５が、磁石エレメントとロータシャフトとの、温度によるそれぞれ異なる長さ変化に対する温度補償を可能にする。この場合、第２の実施例のカバーディスク５は一体に形成されていて、たとえば円筒状の管片の打抜き加工および変形加工によって製作される。この場合、半径方向の領域１２の個々の半径方向セグメントの間のスリット８は同じ深さに形成されている。さらに、カバーディスクの円筒状の領域１１は、ロータシャフトとの、周方向で相対回動不能なかつ軸方向で移動不能な固定を確保している。このことは、たとえばプレス嵌めによって実現することができる。
【００２５】
以下に、図５および図６につき本発明の第３の実施例によるカバーディスク５を説明する。第３の実施例のカバーディスクは第２の実施例のカバーディスクにほぼ相当していて、円筒状の領域１１と半径方向の領域１２とを有している。この半径方向の領域１２は円筒状の領域１１の軸方向の端部に配置されていて、ほぼ半径方向に方向付けられた多数の舌片状のエレメントを有している。これらの舌片状のエレメントは、それぞれ同じ深さのスリット８を介して互いに間隔を置いて配置されている。図５および図６に示したように、舌片状のエレメントには、磁石エレメントのための保持領域１４と、接続領域１５とが形成されている。この接続領域１５は、円筒状の領域１１と保持領域１４との間の接続部を提供している。
【００２６】
この場合、接続領域１５は円筒状の領域１１に対して、予め規定された角度を成して配置されている。図６に示したように、接続領域１５は、固定領域１１に対して角度αで傾けられて配置されている。この場合、この角度αは約６０度である。個々の構成部材の、温度によるそれぞれ異なる長さ変化時には、舌片状のエレメントがそのばね弾性的な拡張角をロータシャフトもしくは円筒状の領域１１に対して変化させる。これによって、半径方向での補償だけでなく、軸方向での補償も提供される。
【００２７】
したがって、第３の実施例のカバーディスク５は、半径方向の領域１２の舌片状のエレメントのばね弾性的な拡張の原理により機能する。したがって、第３の実施例のカバーディスクも、半径方向での長さ補償だけでなく、軸方向での長さ補償も提供する。この場合、第３の実施例のカバーディスクは、特にコンパクトなかつ単純な構造を有している。
【００２８】
図７には、本発明の第４の実施例によるロータアッセンブリが示してある。この場合、第４の実施例の図面は、第１の実施例の図２の図面にほぼ相当している。しかし、前述した実施例と異なり、第４の実施例では、もはや１つのカバーディスク５しか使用されない。第２のカバーディスクの代わりに、第４の実施例では、ロータシャフト２にシャフト段部２ａが形成されている。このシャフト段部２ａは、少なくとも磁石エレメント３の外径と同じ直径を有している。これによって、磁石エレメント３はその軸方向の第２の端部３ｂでシャフト段部２ａに支持されている。磁石エレメント３の軸方向の第１の端部３ａは、前述した実施例のように、１つのカバーディスク５に固定されている。したがって、このカバーディスク５が、第４の実施例では、軸方向および半径方向での全補償運動を引き受ける。念のために付言しておくと、シャフト段部２ａの代わりに、ロータシャフト２に固定される別の別個の構成部材が使用されてもよい。その他の点では、第４の実施例は、特に第１の実施例に相当しており、これによって、そこに記載した説明を参照することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の第１の実施例による電気機械のロータユニットの概略的な斜視的な分解図である。
【図２】図１に示したロータアッセンブリの概略的な断面図である。
【図３】図１および図２に使用されたカバーディスクの概略的な側面図である。
【図４】本発明の第２の実施例によるカバーディスクの斜視的な断面図である。
【図５】本発明による第３の実施例のカバーディスクの概略的な断面図である。
【図６】図５に示したカバーディスクの概略的な断面図である。
【図７】本発明の第４の実施例によるロータアッセンブリの概略的な断面図である。
【符号の説明】
【００３０】
１  ロータアッセンブリ、  ２  ロータシャフト、  ２ａ  シャフト段部、  ３  磁石エレメント、  ３ａ  端部、  ３ｂ  端部、  ４  支持体、  ５  カバーディスク、  ６  カバーディスク、  ７  ばね弾性的な領域、  ８  スリット、  ９  スリット、  １０  防護管、  １１  ギャップまたは円筒状の領域、  １２  ギャップまたは半径方向の領域、  １３  ばね弾性的な領域、  １４  保持領域、  １５  接続領域、  Ａ  長さ、  Ｂ  長さ、  α  角度
【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】
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【国際調査報告】
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2007507993.tif 000011
2007507993.tif 000012
2007507993.tif 000013
2007507993.tif 000014
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