(57)【要約】本発明は、ロータ（１）とステータとを備えた電気機械であって、永久磁石（３）が、ロータ（１）に配置されている形式のものに関する。本発明によれば、永久磁石（３）が、主として、軸方向のかつ／または半径方向の当付け面（９，１４）を備えた中空シリンダとして形成されていて、軸方向のかつ／または半径方向の当付け面（９，１４）で保持エレメント（４，５）によってロータ（１）に固定されており、永久磁石（３）が、保持エレメント（４，５）によってロータ（１）の軸方向（Ｘ−Ｘ）でかつ／または半径方向で弾性的に支承されている。
2006519581.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータ（１）とステータとを備えた電気機械であって、永久磁石（３）が、ロータ（１）に配置されている形式のものにおいて、永久磁石（３）が、主として、軸方向のかつ／または半径方向の当付け面（９，１４）を備えた中空シリンダとして形成されていて、軸方向のかつ／または半径方向の当付け面（９，１４）で保持エレメント（４，５）によってロータ（１）に固定されており、永久磁石（３）が、保持エレメント（４，５）によってロータ（１）の軸方向（Ｘ−Ｘ）でかつ／または半径方向で弾性的に支承されていることを特徴とする、電気機械。
【請求項２】
永久磁石（３）が、軸方向（Ｘ−Ｘ）にかつ／または半径方向に位置する当付け面（９，１４）でそれぞれ保持エレメント（４，５）によって、特に軸方向に配置された２つの保持エレメント（４，５）の間でロータ（１）に固定されている、請求項１記載の電気機械。
【請求項３】
保持エレメント（４，５）が、一体に形成されたばね弾性的な領域（６，２０）を有している、請求項１または２記載の電気機械。
【請求項４】
ばね弾性的な領域（６）が、永久磁石（３）の軸方向の当付け面（９）を支持するために、保持エレメント（４，５）の、半径方向で外側の周面区分に配置されている、請求項１から３までのいずれか１項記載の電気機械。
【請求項５】
保持エレメント（４，５）が、個々のばね弾性的な領域（６）を形成するために、半径方向に延びるスリット（１０）を有している、請求項１から４までのいずれか１項記載の電気機械。
【請求項６】
保持エレメント（４，５）が、永久磁石（３）を弾性的に支承するための軸方向のばねエレメント（１１）、特に皿ばね（１１）を有している、請求項１記載の電気機械。
【請求項７】
保持エレメント（４，５）の１つの当付け面および／または永久磁石（３）の１つの当付け面（９）が先細りにされて形成されている、請求項１から６までのいずれか１項記載の電気機械。
【請求項８】
保持エレメント（４，５）の１つの当付け面が、予め規定された曲率半径（Ｒ）を備えた湾曲させられた領域として形成されている、請求項１から７までのいずれか１項記載の電気機械。
【請求項９】
特にフェルト材料から成る付加的なディスク状の摩擦エレメント（２６）が設けられており、該摩擦エレメント（２６）が、永久磁石（３）の当付け面（９，１４）と保持エレメント（４，５）との間に配置されている、請求項１から８までのいずれか１項記載の電気機械。
【請求項１０】
ディスク状の摩擦エレメント（２６）または保持エレメント（４，５）が、コランダムまたはダイヤモンドでコーティングされた鋼面（２８，２９）を有している、請求項１から９までのいずれか１項記載の電気機械。
【請求項１１】
永久磁石（３）の当付け面（９，１４）および／または保持エレメント（４，５）の当付け面が、耐摩耗性のかつ／または摩擦を高めるコーティング層を有している、請求項１から１０までのいずれか１項記載の電気機械。
【請求項１２】
保持エレメント（９，１４）が、特に全温度範囲にわたって緩やかに延びるほぼ線形のばね特性線（５０）を備えたセンタリングエレメント（１２）を有しており、該センタリングエレメント（１２）が、永久磁石（３）を軸方向軸線（Ｘ−Ｘ）に対してセンタリングしていて、かつ／または軸方向で位置固定している、請求項１から１１までのいずれか１項記載の電気機械。
【請求項１３】
センタリングエレメント（１２）が、開放したかまたは閉じられたばねリング、線材ばね、薄板ばね（１８）、コイルばね（３８）、全周にわたって波付けされた板ばね（４２）、誤差リング、圧縮弾性的なＯリング（４７）またはバルシール（４８）として形成されている、請求項１から１２までのいずれか１項記載の電気機械。
【請求項１４】
コイルばね（３８）が、個々の巻条（４０）を有しており、該巻条（４０）が、半径方向だけでなく軸方向にもずらされて配置されている、請求項１から１３までのいずれか１項記載の電気機械。
【請求項１５】
センタリングエレメント（１２，４２）が、軸方向の摩擦面、特に一体に成形された半径方向の延長部（５４）を有しており、該摩擦面が、軸方向のばねエレメント（１１）によって永久磁石（３）の軸方向の当付け面（９）に向かって押圧されるようになっている、請求項１から１４までのいずれか１項記載の電気機械。
【請求項１６】
ロータ（１）が、ロータボディ（２５）を有しており、該ロータボディ（２５）が、ロータシャフト（２）と永久磁石（３）との間に配置されていて、特に該永久磁石（３）の帰路エレメント（１８）として形成されている、請求項１から１５までのいずれか１項記載の電気機械。
【請求項１７】
保持エレメント（４，５）が、ロータボディ（２５）内に組み込まれている、請求項１から１６までのいずれか１項記載の電気機械。
【請求項１８】
ロータボディ（２５）内に組み込まれた保持エレメント（４，５）が、軸方向の不動の少なくとも１つのストッパ（２８）と、軸方向で弾性的に可動の少なくとも１つのストッパ（２９）とを形成している、請求項１から１７までのいずれか１項記載の電気機械。
【請求項１９】
保持エレメント（４，５）またはロータボディ（２５）が、軸方向のばねエレメント（１１）および／またはセンタリングエレメント（１２）を収容するための、全周にわたって延びる環状の成形部（？，１９，１３）を有している、請求項１から１８までのいずれか１項記載の電気機械。
【請求項２０】
保持エレメント（４，５）および／またはロータボディ（２５）が、ロータシャフト（２）に位置固定リング（３６）、ばねエレメント、レーザ溶接、接着または収縮嵌めによって位置固定されている、請求項１から１９までのいずれか１項記載の電気機械。
【請求項２１】
ロータボディ（２５）が、半径方向のかつ／または軸方向のばね積層体（１８）として形成されている、請求項１から２０までのいずれか１項記載の電気機械。
【請求項２２】
保持エレメント（４，５）が、トルク伝達の摩擦クラッチとして形成されており、該摩擦クラッチの過負荷閾値が、ばね力と摩擦面とによって設定可能である、請求項１から２１までのいずれか１項記載の電気機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
背景技術
電気機械は、公知先行技術に基づき公知である。この場合、たとえば永久的に励磁される直流モータが公知である。この直流モータは電子的にまたは機械的に整流可能である。この場合、２つの構成、つまり、永久磁石がステータに配置されている一方の構成と、永久磁石がロータに取り付けられている他方の構成とが区別され得る。永久磁石と、別の構成部材に配置されたコイルとの間の整流された磁界によって、ロータシャフトにトルクが加えられる。
【０００２】
永久環状磁石をロータシャフトのロータボディに固定するためには、たとえばヨーロッパ特許出願公開第０８７２９４５号明細書に基づき、接着結合を使用することが公知である。磁石、接着剤およびロータボディの種々異なる材料の種々異なる熱膨張と、製造誤差と、接着剤の使用時に必要となる、磁石とロータシャフト／ロータボディとの間の間隔とに基づき、一方では、結合面に個々の材料（磁石、接着剤、シャフト）の大きな材料応力が生ぜしめられる。しかし、他方では、電気機械の運転中に大きな温度差が生ぜしめられ得る。これによって、材料の種々異なる膨張係数に基づき、亀裂ないし最悪材料破損が生ぜしめられ、これによって、磁石からロータシャフトへのトルクの伝達がもはや不可能となる。さらに、接着剤の機械的な特性が温度の増加につれてより悪くなる。接着剤は目下複合体における臨界的な成分を成している。
【０００３】
発明の利点
請求項１の特徴を備えた本発明による電気機械は従来のものに比べて、永久磁石をロータに遊びなしにロータシャフトに対して同心的に保持することができるという利点を有している。このことは、本発明による保持エレメントによって可能となる。この保持エレメントは、永久磁石の、ロータの軸方向にかつ／または半径方向に位置する当付け面を弾性的に支承している。したがって、亀裂または材料破損が生ぜしめられることなしに、温度により生ぜしめられる種々異なる材料の長さ変化を、永久磁石を保持エレメントに弾性的に支承することによって補償することができる。両端部に位置する２つの保持エレメントの間への永久磁石の挟込みのさらなる利点は、トルク伝達のために永久磁石の両端部が使用され、これによって、トルク伝達が永久磁石から保持エレメントを介してロータシャフトに行われることにある。さらに、永久磁石の本発明による両側での弾性的な支承によって、場合により生ぜしめられる製作誤差を補償することもできる。これによって、特に永久磁石の軸方向のかつ半径方向の当付け面の、手間のかかる高価な精密加工を省略することができる。
【０００４】
従属請求項には、本発明の有利な構成が示してある。有利には、保持エレメントが、一体に形成されたそれぞれ１つのばね弾性的な領域を有している。この場合、特に有利には、このばね弾性的な領域が、永久磁石の軸方向の当付け面を支承するために、保持エレメントの半径方向で外側の周面に配置されている。この場合、保持エレメントは、たとえば皿ばねのように形成されていてもよし、それぞれ別個のばねエレメントを形成するために、たとえば半径方向に延びるスリットが設けられていることが可能であってもよい。
【０００５】
永久磁石の軸方向の弾性的な支承に対して付加的にさらにロータシャフトに対する永久磁石の半径方向のセンタリングを可能にするためには、永久磁石の当付け面が、有利には先細りにされて形成されている。ロータの半径方向での弾性的な支承の別の可能性は、ロータと永久磁石の内周面との間に配置されたばねエレメントの使用によって実現することができる。この場合、このばねエレメントは永久磁石の半径方向の当付け面に接触している。たとえば、ばねエレメントは、複数回スリット付けされたセンタリングスリーブによって実現することができる。
【０００６】
さらに有利には、保持エレメントの、組み付けられた状態で永久磁石に接触する軸方向の当付け面が、予め規定された曲率半径Ｒを有しており、これによって、可能な限りほぼ線接触しか保持エレメントと永久磁石との間に付与されない。
【０００７】
有利には、永久磁石の当付け面と保持エレメントとの間に付加的な摩擦エレメント、たとえばフェルト材料またはこれに類するものが配置されている。これによって、両構成部材の間の摩擦を高めることができ、これによって、より大きなトルクを伝達することができる。さらに、磁石とばね弾性的なエレメントとの間に、閉じられたディスクを位置決めすることが有利であると分かった。このディスクは、ばね弾性的なエレメントの拡張に基づく引張り応力が磁石に伝達され、この磁石を破壊することを阻止する。さらに有利には、ディスクが、摩擦を高めるコーティング層を有していてよい。
【０００８】
電気機械の特に長い耐用年数を保証するためには、保持エレメントもしくは永久磁石に耐摩耗性のかつ／または摩擦を高めるコーティング層が設けられている。本発明による保持エレメントは、特に廉価にばね鋼の使用によって提供することができる。保持エレメントは、たとえばレーザ溶接、収縮嵌め、つばにおける押込み加工等によってロータシャフトに結合することができる。このためには、保持エレメントが、有利にはスリーブ状にばね弾性的な領域を備えて形成されている。この場合、このばね弾性的な領域は保持エレメントと一体に形成されていてよく、これによって、ばね弾性的な領域が軸方向でのばね力の提供のために設けられているだけでなく、ばね弾性的な領域が半径方向でのばね力の提供のためにも設けられている。
【０００９】
さらに有利には、永久磁石が焼結によって製作されていて、中空シリンダの構造を有している。これによって、永久磁石を極めて廉価に提供することができる。焼結された永久磁石は極めて良好に大きな押圧力を吸収することができるものの、僅かな引張り力しか吸収することができないので、焼結された永久磁石は、特に本発明による両保持エレメントの間への挟込みのために適している。
【００１０】
本発明による電気機械は、有利には、閉じられた多極環状磁石を備えたＥＣモータで使用され、これによって、特に公知先行技術によるロータへの磁石の不利な接着がもはや実施される必要がない。さらに有利には、保持エレメントをロータシャフトに組み付けるために、互いに逆方向に向けられた中空ポンチを使用することができる。この場合、有利には、予め規定されたプリロードを保持エレメントを介して磁石に保持エレメントの位置決めによって生ぜしめるために、中空ポンチに適宜なゲージが形成されていてよい。プリロードは、たとえば保持エレメントのばね弾性的な領域の曲げの度合いにつき規定することができる。
【００１１】
別の構成では、永久磁石リングが、保持エレメントのセンタリングエレメントの半径方向の圧着力によってしか支承されない。この場合、有利には、軸方向のばねエレメントを省略することができる。センタリングエレメントが、極めて緩やかに延びるほぼ線形のばね特性線を有している場合には、永久磁石リングにおける半径方向力と同時に、熱膨張または製造誤差を補償するためのより大きなばねストロークもほぼコンスタントに保たれる。このことは、永久磁石を破壊に対して防護している。なぜならば、この永久磁石が半径方向の力作用に対して特に敏感であるからである。したがって、センタリングエレメントの構成を、適宜な使用事例に対して生ぜしめられるばねストロークに適合させることができる。
【００１２】
緩やかな特性線を備えた特に大きな線形のばね領域を、半径方向にずらされたループを備えたコイルばねによって得ることができる。なぜならば、このコイルばねの全外径を、生ぜしめられる内径よりも最大２倍大きく形成することができるからである。これによって、半径方向の大きな領域にわたって、均一な半径方向力を環状磁石に加えることができる。
【００１３】
半径方向の延長部をセンタリングエレメントに形成することによって、永久環状磁石を組付け時に容易に組み付けることができ、次いで、軸方向のばねエレメントによる圧着によってセンタリングエレメントを補強することができる。これによって、環状磁石の半径方向の振動が減少させられる。
【００１４】
保持エレメントの構成は極めて可変であり、その都度の運転状況に適合させることができる。したがって、保持エレメントは、たとえば別個の２つの構成部分から形成されていてよい。両構成部分は環状磁石を直接軸方向でかつ／または半径方向で弾性的に支承している。しかし、別の構成では、保持エレメントがロータボディの一体の構成部材であってもよい。この構成部材は、たとえば磁気的な帰路エレメントとしても形成可能である。このような帰路エレメントによって、半径方向での環状磁石の磁化も可能となる。これに対して、周壁面・平面の内部での磁化時には帰路エレメントが必要となる。保持エレメントは、複数の部分から成る構成部材として形成されていてもよく、これによって、保持エレメントのベースボディが、半径方向のかつ／または軸方向の別の弾性的なエレメントを有しているかまたは弾性的なエレメントをベースボディまたはロータシャフトに固定するための手段を有している。別個の保持エレメントだけでなく、ロータボディ内に組み込まれた保持エレメントも簡単に公知の結合技術、たとえば位置固定リング、レーザ溶接またはプレス嵌めによってロータシャフトに固定することができる。
【００１５】
専ら弾性的なエレメントを介した永久磁石リングの本発明により保持は、トルク伝達の摩擦クラッチを実現するために適している。これによって、たとえばセンサ信号を直接作業磁石から検出する場合に、過度に大きなトルクの発生時に出力側の伝動装置部材が破壊されることを阻止することができる。トルク限界値は、軸方向のもしくは半径方向のばねエレメントの構成と、このばねエレメントと永久環状磁石との間の摩擦面の構成とによって調整することができる。
【００１６】
実施例の説明
以下に、本発明の有利な実施例を図面につき詳しく説明する。この場合、同じ部材には、それぞれ同じ符号が付してある。
【００１７】
以下に、図１および図２につき本発明の第１の実施例による電気機械を説明する。図１には、ロータ１が示してある。このロータ１はロータシャフト２と永久磁石３とを有している。この永久磁石３は２つの保持エレメント４，５によってロータシャフト２に固定されている。永久磁石３は、焼結された材料から製作されていて、ほぼ中空円筒形状を有している。この場合、永久磁石３は、軸方向Ｘ−Ｘに位置する端部に、軸線Ｘ−Ｘに対して垂直な当付け面９を有している。
【００１８】
保持エレメント４，５は同一に形成されていて、それぞれ１つのばね弾性的な領域６と保持領域７とを有している。この保持領域７はほぼ環状に形成されていて、たとえばプレス嵌めによってロータシャフト２に固定される。保持エレメント４，５は、たとえばばね鋼から製作されている。保持エレメント４，５の弾性的な区分は多数のばねエレメント６から成っている。これらのばねエレメント６はそれぞれスリット１０によって互いに分離されている（図２参照）。さらに、比較的大きなばね力を軸方向Ｘ−Ｘに提供するために、各ばねエレメントに溝８が形成されている。念のために付言しておくと、スリットは必ずしも必要ではない。スリットは、スリット付けされていないばねエレメントに比べて剛性の減少を生ぜしめる。
【００１９】
この場合、図１から明らかであるように、永久磁石３は両保持エレメント４，５の間に挟み込まれており、これによって、トルクをシャフト２に伝達するために、永久磁石と各保持エレメント４，５との間に摩擦接続が形成される。保持エレメント４，５は永久磁石３の両側に配置されているので、場合により生ぜしめられる、熱作用に基づく長さ変化補償が均一に両保持エレメント４，５に分配される。別の利点は、永久磁石３の手間のかかる後加工が不要となることにある。なぜならば、場合により生ぜしめられる誤差を保持エレメント４，５の弾性によって補償することができるからである。したがって、永久磁石３を特に廉価にかつ短い製作時間で製作することができる。
【００２０】
この場合、永久磁石３もしくは保持エレメント４，５の軸方向の当付け面９は可能な限り高い摩擦係数を有していることが望ましく、これによって、摩擦対偶に加えられる軸方向の力を可能な限り小さく選択することができる。永久磁石３は軸方向で弾性的に支承されている。
【００２１】
以下に、図３につき本発明の第２の実施例によるロータを説明する。図３に示したように、第２の実施例による保持エレメント４，５は、第１の実施例のように一体ではなく、個々の２つの部分から形成されている。より正確には、皿ばね１１が保持エレメント４，５の保持領域７に設けられており、これによって、永久磁石３が相互間に保持される。この場合、この永久磁石３の軸方向の当付け面９はやはり軸方向軸線Ｘ−Ｘに対して垂直に形成されている。この場合、第２の実施例の保持エレメント４，５は特に廉価に提供可能である。なぜならば、有利には磁化しない皿ばね１１が標準構成部材として追加購入されればよく、保持エレメントに設けられた環状の溝１３内に固定可能であるからである。保持領域７の外周壁面によって、永久磁石３の半径方向のセンタリングが行われる。その他の点では、この実施例は第１の実施例に相当しており、これによって、そこに付与した説明を参照することができる。
【００２２】
以下に、図４ａおよび図４ｂにつき本発明の第３の実施例によるロータ１を説明する。この場合、図４ｂには、図４ａの部分拡大図が示してある。第３の実施例は第１の実施例にほぼ相当している。この場合、軸方向のばねエレメント１１がばね領域６によって再び保持エレメント４，５と一体に形成されている。この場合、永久磁石３に対する保持エレメント４，５の当付け面は所定の曲率半径Ｒを備えて形成されており、これによって、保持エレメント４，５のばね弾性的な領域６と、永久磁石の鉛直な軸方向の当付け面９との間にほぼ線形のそれぞれ１つの接触領域が形成される。これによって、特に両構成部材の間のヘルツ応力もしくは接触応力が減少させられる。さらに、第３の実施例によれば、センタリングリング１２が保持エレメント４，５の別個の構成部材として設けられている。センタリングリング１２は、保持エレメント４，５の保持領域７に設けられた切欠き１３内に配置されている。センタリングリング１２は弾性的な材料、たとえばゴムまたは弾性的なプラスチックまたは弾性的な金属から製作されていて、永久磁石３を軸線Ｘ−Ｘに対して相対的にセンタリングするために働く。この場合、センタリングリング１２は、永久磁石３の内周面に形成された半径方向の当付け面１４に位置している。その他の点では、この実施例は、前述した実施例に相当しており、これによって、そこに付与した説明を参照することができる。
【００２３】
以下に、図５ａおよび図５ｂにつき本発明の第４の実施例によるロータを説明する。この場合、図５ｂには、図５ａの拡大した部分が示してある。第４の実施例のロータ１は第１の実施例のロータにほぼ相当している。この場合、この第１の実施例のロータと異なり、軸方向の押圧力を減少させるために、ばね弾性的な領域６だけでなく、永久磁石３の当付け面９にも所定の曲率半径Ｒが形成されている。これによって、ヘルツ応力の減少が行われる。曲率半径Ｒは、保持エレメント４，５に作用する機械的な応力ピークを減少させる。有利には、両曲率半径は同じ大きさにかつ同じ方向に位置して形成されており、これによって、保持エレメント４，５のばね弾性的な領域６を介して、さらに、軸線Ｘ−Ｘに対する永久磁石３のセンタリングが行われる。
【００２４】
永久磁石３の当付け面９と保持エレメント４，５の当付け面との先細りにされた構成によって、永久磁石を軸方向だけでなく半径方向でも位置決めしかつセンタリングすることが可能となる。したがって、軸方向軸線Ｘ−Ｘに対して傾けられた当付け面によって、永久磁石のセンタリングに関する二重機能が可能となる。しかし、念のために付言しておくと、ヘルツ応力を減少させるために、曲率半径が異なる大きさで選択されてもよい。これによって、接触面における摩耗の減少が達成され、磁石の破損危険が減少させられ、圧力ピークもしくは材料疲労が減少させられる。この場合、特に有利には、永久磁石３の当付け面９における曲率半径が、ばね弾性的な領域の曲率半径Ｒよりも大きく選択される。さらに、念のために付言しておくと、永久磁石とばね弾性的な領域６との間の当付け面が、たとえば円錐部としてまたはその他には先細りされて形成されていてもよい。
【００２５】
以下に、図６につき本発明の第５の実施例によるロータを説明する。第５の実施例は第２の実施例に類似している。保持エレメント４，５は、軸方向のセンタリングのために皿ばね１１を有している。この皿ばね１１は永久磁石３の鉛直な当付け面９に作用する。永久磁石３の半径方向のセンタリングのためには、保持領域７と一体に形成されたばねブシュ１５がセンタリングエレメント１２として形成されている。ばねブシュ１５は、永久磁石３の半径方向の内面に形成された半径方向の当付け面１４に接触する。ばねブシュ１５は、たとえば複数回スリット付けされていてもよく、これによって、個々の多数のばねエレメントが永久磁石３のセンタリングのために設けられている。したがって、軸方向および半径方向での同時の弾性的な支承を簡単に提供することができる。
【００２６】
図７には、本発明の第６の実施例によるロータが示してある。図６のロータに類似して、この実施例によるロータ１は、軸方向および半径方向での永久磁石３のセンタリングの二重機能を示している。軸方向でのセンタリングのためには、軸方向のばねエレメント１１が設けられている。このばねエレメント１１は、保持エレメント５の保持領域７に設けられた全周にわたって延びる溝１３内に配置されている。さらに、皿ばね１１と永久磁石３の当付け面９との間には、別個の中間エレメント１６が保持エレメント４のセンタリングエレメント１２として配置されている。中間エレメント１６は、打ち抜かれかつ曲げ返された複数のばね領域１７を有している。これらのばね領域１７は永久磁石３の半径方向の当付け面１４に接触する。ばねエレメント１７は、永久磁石３の半径方向のセンタリングのために働く。中間エレメント１６は、有利にはばね鋼から製作されていて、プレス嵌めによってロータシャフト２に結合されている。したがって、図７に示したロータ１も同じく、軸方向および半径方向での永久磁石３の同時のセンタリングを提供している。
【００２７】
図８ａ〜図８ｆには、本発明の第７の実施例によるロータ１が示してある。この場合、図８ｃ〜図８ｆには、図８ａおよび図８ｂに示した構成の変化形が示してある。図８ａから明らかであるように、第７の実施例によるロータ１はロータシャフト２を有している。このロータシャフト２には環状にロータボディ２５としてロータ薄板積層体１８が配置されている。このロータ薄板積層体１８は、永久磁石３の磁気的な帰路のために働く。この永久磁石３は中空シリンダとして形成されていて、半径方向でロータ薄板積層体１８の外側に配置されている。永久磁石３は、軸方向に位置する平面に配置された弾性的な２つの保持エレメント４，５によって、軸方向Ｘ−Ｘだけでなく半径方向でもばね弾性的に支承されている。択一的には、弾性的な保持エレメント４，５を、ロータボディ２５を含む全保持部材（４，５）の構成部分（軸方向のばねエレメント１１、センタリングエレメント１２）として説明することもできる。
【００２８】
保持エレメント４，５はばね金属薄板から製作されていて、環状に全周にわたって延びる保持エレメントまたは別個の複数の保持エレメントとして形成されていてよい。図８ａおよび図８ｂに示した構成では、ロータ薄板積層体１８の軸方向の両端側にそれぞれ１つの切欠き１９が形成されている。この場合、保持エレメント５は永久磁石３に領域Ａで固く結合されていて、ロータ薄板積層体１８に領域Ｂで固く結合されている。保持エレメント５と永久磁石３もしくはロータ薄板積層体１８との間の結合のためには、種々異なる方法、たとえば接着、摩擦溶接、コンタクト溶接、レーザ溶接等が使用されてよい。
【００２９】
特に図８ｂから明らかであるように、保持エレメント５は、断面図で見てＵ字形のばね領域２０を有しているように形成されている。このばね領域２０は、主として、切欠き１９内に配置されている。この場合、永久磁石３はばね領域２０の外面に緩く載置している。同じ形式でばね領域２０はロータ薄板積層体に緩く載置している。これによって、保持エレメント５は、ロータシャフト２の軸方向Ｘ−Ｘだけでなく半径方向でのばね弾性的な支承を可能にすることができる。
【００３０】
図８ｃに示した変化形では、保持エレメント５が付加的にさらに領域Ｃでアーマチュアシャフト２に直接結合されている。これによって、付加的にさらにロータ薄板積層体１８がロータシャフト２に対して位置固定される。
【００３１】
図８ｄに示した変化形では、保持エレメント５がＵ字形のばね領域２０からしか成っていない。この場合、保持エレメント５は領域Ｄ；Ｅで永久磁石３もしくはロータ薄板積層体１８に結合されている。この変化形は、温度要求およびモーメント伝達に関して、より僅かな要求しか存在しない場合に特に廉価であると共に有利である。
【００３２】
図８ｅに示した変化形では、保持エレメント５がロータ薄板積層体１８に点Ｅで位置固定されている。この場合、ロータ薄板積層体１８には、さらに、突出部２１が設けられている。この突出部２１は形状接続的な結合部を提供している。この場合、ロータ薄板積層体１８からの保持エレメント５の解離に対する位置固定を有するために、突出部２１が部分的に保持エレメント５を越えて張り出していることが提案されていてもよい。
【００３３】
図８ｆに示した変化形では、保持エレメント５が永久磁石３に結合領域Ａを介して固く結合されている。ロータ薄板積層体１８は領域Ｂを介して保持エレメント５に固く結合されている。この場合、図８ｆに示した変化形は、図８ｂに示した構成に極めて類似しているものの、図８ｆの変化形は、断面図で見てＵ字形のばね領域２０が永久磁石３もしくはロータ薄板積層体１８に接触していない点で違いを有している。これによって、組付けに関する付加的な自由度が得られ、場合により個々の構成部材の製作時に生ぜしめられる寸法誤差を簡単に補償することができる。特にこの実施例では、永久磁石３の内周面の手間のかかる後加工を省略することができる。なぜならば、ロータの全同心度に対する内径の誤差の影響がないからである。
【００３４】
図９には、ロータシャフト２に相対回動不能に支承されたロータボディ２５を備えたロータ１が示してある。ロータボディ２５の膨張係数は永久磁石３の膨張係数と異なっている。永久磁石リング３の内径とロータボディ２５の外径とは、ロータ１の不利な誤差・運転温度範囲におけるロータボディ２５と磁石リング３との間の最小遊びに相応して寸法設定されている。永久磁石リング３は、この実施例では、専ら半径方向のセンタリングエレメント１２によってロータボディ２５に位置固定される。これによって、センタリングエレメント１２が、予め規定された圧着力で環状磁石３の半径方向の当付け面１４に向かって押圧される。この半径方向の圧着力によって、同じく磁石リング３の望ましくない軸方向の移動が阻止される。したがって、この実施例では、ロータボディ２５がセンタリングエレメント１２と共に保持エレメント４，５を成している。この保持エレメント４，５内には、図１に示した両保持エレメント４，５が組み込まれている。センタリングエレメント１２はロータボディ２５の切欠き１９内に支承されていて、たとえば波付けされた誤差リング４２、線材ばねまたは薄板ばね３０として形成されている。センタリングエレメント１２は緩やかなばね特性線５０をロータシャフト２に対して半径方向に有しており、これによって、誤差補償もしくは熱膨張補償がより大きい場合でも、磁石リング３に加えられる半径方向の力が過度に大きくならず、これによって、磁石リング３が損傷に対して防護される。同時のこの形式の環状磁石固定は、摩擦接続によるロータ１からアーマチュアシャフト２へのトルクの伝達時の過負荷防護を成している。この過負荷防護の過負荷閾値はセンタリングエレメント１２によって当付け面１４に相俟って規定されている。
【００３５】
図１０に示した、ロータボディ２５内に組み込まれた保持エレメント４，５を備えたロータ１は、センタリングエレメント１２に対して付加的に軸方向のばねエレメント１１を有している。このばねエレメント１１は、ここでは、皿ばね１１として形成されている。このためには、ロータボディ２５の一方の端部に軸方向の保持エレメント４として不動のストッパ２８が一体成形されている。このストッパ２８に向かって、ばねエレメント１１の軸方向のばね力に基づき環状磁石３が押圧される。トルク伝達を高めるためには、ばねエレメント１１と軸方向の当付け面９との間にならびに不動のストッパ２８と第２の当付け面９との間に摩擦ディスク２６が配置されている。この摩擦ディスク２６の表面は所望の摩擦接続に相応して設定される。高い摩擦係数のためには、たとえば鋼ディスク２６がコランダムまたはダイヤモンドでコーティングされていてよい。択一的には、たとえば僅かなトルクしか伝達したくない場合には、一方のまたは両方の摩擦ディスク２６が省略されてもよい。軸方向のばねエレメント１１は、本実施例では、位置固定リング３６によって軸方向で位置固定されている。この位置固定リング３６は環状の溝３７によって収容されている。１つの変化形では、軸方向のばねエレメント１１が軸方向の切欠き１３内に直接収容されている。これによって、付加的な構成部材としての位置固定リング３６が省略される。軸方向のばねエレメント１１を備えたこのような配置形式によって、異なる膨張係数から生ぜしめられる軸方向のプリロード力損失を補償することもできる。ロータボディ２５は、図１０および図９では、一体のプラスチックボディとして形成されている。しかし、このプラスチックボディは、図１１に示したように、磁気的な帰路エレメント１８として形成されていてもよい。
【００３６】
図１１では、両保持エレメント４，５が皿ばね１１として形成されていて、ロータシャフト２に直接固く位置固定されていて、たとえばプレス嵌めされている。軸方向の両ばねエレメント１１は、環状磁石製作の長さ誤差と環状磁石の熱膨張とを補償する。半径方向でのセンタリングのためには、保持エレメント４，５がセンタリングエレメント１２を有している。このセンタリングエレメント１２は、ここでは、半径方向のばね積層体１８として形成されている。このばね積層体１８は同時に永久磁石リング３のための磁気的な帰路を成している。センタリングエレメント１２は、図１１ｂおよび図１１ｃによれば、個々のばね薄板３０によって形成される。このばね薄板３０はその内面３２でアーマチュアシャフト２に直接支持されていて、その外面３４で環状磁石３の半径方向の当付け面１４に支持されている。選択的には、保持エレメント４，５が、別個の構成部材として形成された摩擦ディスク２６を有している。この摩擦ディスク２６は、軸方向のばねエレメント１１と環状磁石３の軸方向の当付け面９との間に配置されている。
【００３７】
図１２ａ〜図１２ｄには、本発明によるロータ１の種々異なる構成が示してある。このロータ１では、軸方向および半径方向での永久環状磁石３の弾性的な支承が、それぞれ保持エレメント４，５の別個の構成部材によって実現されている。ロータを製作するためには、図１２ａによれば、まず、第１の保持エレメント５が位置固定リング３６によってアーマチュアシャフト２に直接位置固定される。保持エレメント５の切欠き１３には、センタリングエレメント１２が前組付けされている。このセンタリングエレメント１２に環状磁石３が被せ嵌められる。軸方向の当付け面９と保持エレメント４（および／または保持エレメント５）との間には、この保持エレメント４の組付け前に軸方向のばねエレメント１１が挿入される。このばねエレメント１１は軸方向での熱膨張と製作誤差とを補償する。保持エレメント４を位置固定する第２の位置固定リング３６によって、ばねエレメント１１の軸方向のプリロードを調整することができる。センタリングエレメント１２は、緩やかなばね特性線５０を備えた不変のばね定数を全運転温度範囲にわたって有していて、したがって、永久磁石リング３の外周壁が、個別部材の種々異なる熱膨張および製作誤差で常に正確にアーマチュアシャフト２の軸線Ｘ−Ｘに対してセンタリングされ続けることを生ぜしめる。これによって、ロータ１の廉価な製作で最適な同心度が保証されている。図１２ａには、センタリングエレメント１２がコイルばね３８として形成されている。このコイルばね３８の個々の巻条は、少なくとも弛緩された状態で半径方向にずらされて配置されている。
【００３８】
このようなコイルばね３８は、図１３に別個の構成部材として示してある。このようなコイルばね３８を製作するためには、軸方向に連続する巻条４０が、種々異なる半径方向に交互に変位させられ、これによって、コイルばね３８の新たな外径が個々の巻条４０の直径よりも大きくなり、有効な内径が個々の巻条４０の内径よりも小さくなる。このようなコイルばね３８の線材は、たとえば方形プロファイルを有していて、保持エレメント４，５の切欠き１３に対する規定された軸方向のプリロード下で前組付けされる。
【００３９】
１つの変化形では、図１２ｂにおいて、コイルばね３８の代わりに、波付けされた板ばね４２が使用される。この板ばね４２は切欠き１３に環状に組み付けられる。波付けされた板ばね４２は、図１５ｂにも側面図で示したものの、半径方向に張り出した舌片５４なしに、有利には開放したリングとして形成されている。市販の誤差リング４２として形成されていてもよい波付けされた板ばね４２は半径方向のプリロードを有しており、これによって、板ばね４２が固有の領域４４で環状磁石３の半径方向の当付け面１４にかつ別の領域４６で保持エレメント４，５に接触する。僅かな誤差補償もしくは熱膨張の僅かな差を伴った使用事例に対して、図１２ｃでは、環状磁石３の、センタリングする戻し作用を保証するために、センタリングエレメント１２として市販のＯリング４７が切欠き１３内に支承されている。
【００４０】
図１２ｄに示した別の変化形では、センタリングエレメント１２が、いわゆる「バルシール４８」として形成されている。このようなバルシール４８も同じく一種のコイルばねを有している。しかし、このコイルばねの巻条は、図１２ａのように半径方向ではなく、図１４に示したように軸方向に互いに傾倒される。これによって、このようなバルシール４８が極めて緩やかなばね特性線５０を、使用可能な全作業範囲５２にわたって有している。これによって、磁石リング３に加えられるほぼ不変の戻し力が、センタリングエレメント１２の半径方向の全ばねストロークにわたって付与されている。ほぼコンスタントな戻し力を備えたこのような緩やかなばね特性線５０は、適宜な構成では、センタリングエレメント１２の前述した別の構成によって実現することもできる。
【００４１】
図１２ａ〜図１２ｄに示したセンタリングエレメント１２は、別の変化形では、保持エレメント４，５を組み込むロータボディ１２に支承されていてもよいし、アーマチュアシャフト２に直接支承されていてもよい。
【００４２】
図１５ａ〜図１５ｇには、センタリングエレメント１２の種々異なる構成を備えた別の実施例が示してある。図１５ａでは、センタリングエレメント１２として、図１２ｂに類似して示したように、波付けされた板ばね４２が保持エレメント４に支承されている。しかし、ここでは、選択された板ばね４２が、図１２ｂと異なり半径方向の延長部５４を有している。この延長部５４は、環状磁石３の軸方向の当付け面９に接触する。環状磁石３の組付け時には、この環状磁石３が、波付けされた板ばね４２によってセンタリングされる。この場合、組付け時に凍結された、まだ負荷されていない軸方向の延長部５４の内部の応力は極めて僅かである。次いで、皿ばね１１の半径方向外側の領域２３が延長部５４を環状磁石３の軸方向の当付け面９に向かって押圧するまで、前組付けされた皿ばね１１を備えた保持エレメント４が軸方向でアーマチュアシャフト２に被せ嵌められる。これによって、センタリングエレメント１２が延長部５４の領域で部分的に補強される。これによって、より正確な位置固定が全温度経過にわたって可能となる。軸方向のばねエレメント１１と、保持エレメント４，５とは、摩擦接続的にまたは形状接続的に軸方向で位置固定される。図１５ｂには、波付けされた板ばね４２の断面図が概略的に示してある。この場合、この板ばね４２は、半径方向の圧着力を半径方向の当付け面１４に向かって加えるために、この実施例では、開放したばねリング４２として形成されている。
【００４３】
図１５ｃには、センタリングエレメント１２の１つの変化形が示してある。このセンタリングエレメント１２の横断面は、２つの脚部５６，５８を備えた一種のループを形成している。両脚部５６，５８は、一方で半径方向の当付け面１４に半径方向で支持されていて、他方で保持エレメント４に半径方向で支持されている。半径方向では、センタリングエレメント１２が、重なり合って位置する２つの舌片５９を有している。両舌片５９はやはり軸方向のばねエレメント１１によって環状磁石３の軸方向の当付け面９に向かって押圧される。図１５ｄには、やはり、図１２ｃに示したセンタリングエレメント１２の概略的な断面図が示してある。
【００４４】
図１２ｅには、センタリングエレメント１２の別の変化形が示してある。このセンタリングエレメント１２の横断面は、１つの脚部５８を備えた軸方向で開放したループを形成している。脚部５８は、ロータボディ２５に設けられた少なくとも１つの切欠き１３に支持されている。ロータボディ２５は、環状磁石３の半径方向の全領域にわたって延びている。この場合、保持エレメント４，５は再びロータボディ２５の一体の構成部材である。この実施例でも、半径方向の延長部５４が軸方向のばねエレメント１１によって軸方向の当付け面９に向かって押圧される。これによって、センタリングエレメント１２が部分的に補強される。図１５ｆには、図１５ｅに示した実施例の概略的な側面図が示してある。この場合、センタリングエレメント１２は、より良好な半径方向の適合のために、やはり、開放したリングとして形成されている。
【００４５】
図１５ｇに示した本発明によるロータ１の別の構成では、ロータボディ２５が環状の隆起部６０を有している。この隆起部６０には、相応の対応凹状成形部６２でセンタリングリング１２が配置されている。このセンタリングリング１２は、図１２ｅに類似して再び横断面で見て、開放したループを有している。このループの脚部５６，５８は、軸方向の当付け面１４と、ロータボディ２５内に組み込まれた保持エレメント４，５とに支持されている。センタリングエレメント１２は隆起部６０に空間的に位置固定されているので、センタリングエレメント１２は軸方向のばねエレメント１１による別の固定を要求しない。このばねエレメント１１は、本実施例では、保持エレメント４，５に設けられた可変に配置された環状の溝１３に支持されている。図１５ｈには、軸方向のばねエレメント１１として、ばね弾性的な領域６の間の軸方向のスリット１０を備えた皿ばね１１が示してある。この場合、ここでは、図１に示した実施例の、半径方向外向きに配置されたばね弾性的な領域６と異なり、ばね弾性的な領域６が半径方向でアーマチュアシャフト２に向かって形成されている。
【００４６】
念のために付言しておくと、全ての図面に示した実施例に関して、互いに種々の組合せ可能性が可能である。特に永久磁石３の、図示の種々異なる軸方向の支承と、永久磁石３の、種々異なる半径方向の支承可能性と、特に保持エレメント４，５の種々異なる構成とを任意の形式で互いに組み合わせることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の第１の実施例による電気機械のロータの概略的な断面図である。
【図２】図１に示したロータの側面図である。
【図３】本発明の第２の実施例によるロータの概略的な断面図である。
【図４ａ】本発明の第３の実施例によるロータの概略的な断面図である。
【図４ｂ】図４ａに示したロータの部分拡大図である。
【図５ａ】本発明の第４の実施例によるロータの概略的な断面図である。
【図５ｂ】図５ａに示したロータの部分拡大図である。
【図６】本発明の第５の実施例によるロータの概略的な断面図である。
【図７】本発明の第６の実施例によるロータの概略的な断面図である。
【図８ａ】本発明の第７の実施例によるロータの概略的な断面図である。
【図８ｂ】図８ａに示したロータの部分拡大図である。
【図８ｃ】保持エレメントの第１の変化形を示す図である。
【図８ｄ】保持エレメントの第２の変化形を示す図である。
【図８ｅ】保持エレメントの第３の変化形を示す図である。
【図８ｆ】保持エレメントの第４の変化形を示す図である。
【図９】ロータボディを備えた本発明による別の実施例の概略的な断面図である。
【図１０】図９に示した実施例の変化形の概略的な断面図である。
【図１１ａ】半径方向のばね積層体を備えた本発明による別の実施例の概略的な断面図である。
【図１１ｂ】ばね薄板を示す図である。
【図１１ｃ】ばね薄板の断面図である。
【図１２ａ】センタリングエレメントを備えた別の実施例の概略的な断面図である。
【図１２ｂ】センタリングエレメントの第１の変化形を示す図である。
【図１２ｃ】センタリングエレメントの第２の変化形を示す図である。
【図１２ｄ】センタリングエレメントの第３の変化形を示す図である。
【図１３】螺旋状のセンタリングエレメントを、組み付けられていない状態で示す図である。
【図１４】本発明によるセンタリングエレメントの典型的なばね特性線を示す図である。
【図１５ａ】センタリングエレメントを備えた本発明による別の実施例の概略的な断面図である。
【図１５ｂ】図１５ａに示したロータの側面図である。
【図１５ｃ】センタリングエレメントを備えた本発明による別の実施例の概略的な断面図である。
【図１５ｄ】図１５ｃに示したロータの側面図である。
【図１５ｅ】センタリングエレメントを備えた本発明による別の実施例の概略的な断面図である。
【図１５ｆ】図１５ｅに示したロータの側面図である。
【図１５ｇ】センタリングエレメントを備えた本発明による別の実施例の概略的な断面図である。
【図１５ｈ】図１５ｇに示したロータのばねエレメントを示す図である。
【符号の説明】
【００４８】
１  ロータ、  ２  ロータシャフト、  ３  永久磁石、  ４，５  保持エレメント、  ６  領域、  ７  保持領域、  ８  溝、  ９  当付け面、  １０  スリット、  １１  ばねエレメント、  １２  センタリングエレメント、  １３  切欠き、  １４  当付け面、  １５  ばねブシュ、  １６  中間エレメント、  １７  ばね領域、  １８  ロータ薄板積層体、  １９  切欠き、  ２０  ばね領域、  ２１  突出部、  ２３  領域、  ２５  ロータボディ、  ２６  摩擦ディスク、  ２８  ストッパ、  ２９  ストッパ、  ３０  薄板ばね、  ３２  内面、  ３４  外面、  ３６  位置固定リング、  ３７  溝、  ３８  コイルばね、  ４０  巻条、  ４２  板ばね、  ４４  領域、  ４６  領域、  ４７  Ｏリング、  ４８  バルシール、  ５０  ばね特性線、  ５２  作業範囲、  ５４  延長部、  ５６，５８  脚部、  ５９  舌片、  ６０  隆起部、  ６２  対応凹状成形部、  Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ  領域、  Ｘ−Ｘ  軸線
【図１】
2006519581.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図６】
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【図７】
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【図９】
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【図１０】
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2006519581.tif 000015
【図１３】
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【図１４】
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2006519581.tif 000019
【国際調査報告】
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2006519581.tif 000021
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