(57)【要約】本発明は、永久磁石によって磁界が与えられる、高速電動機のためのローターを製造する方法であって、支持スリーブ（１）がローター本体（２）のまわりに元張力によって取り付けられる方法において、前記スリーブが、凝固する液体であってかつローターの運転温度において固体になる液体によって膨張させられ、前記液体が、圧力下でスリーブとローター本体との間に注入され、凝固中、圧力下に保たれる、ことを特徴とする方法に関する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
永久磁石によって磁界が与えられる、高速電動機のためのローターを製造する方法であって、支持スリーブ（１）がローター本体（２）のまわりに元張力によって取り付けられる方法において、
前記スリーブが、凝固する液体であってかつローターの運転温度において固体になる液体によって膨張させられ、
前記液体が、圧力下でスリーブとローター本体との間に注入され、凝固中、圧力下に保たれる、
ことを特徴とする方法。
【請求項２】
二つのエンドピース（４、５）を有するローター本体（２）が使用され、スリーブ（１）が部分的にこれらのエンドピースのまわりに取り付けられ、液体が好ましくはこれらのエンドピース（４，５）の少なくとも一つを貫通して注入されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
注入中、スリーブ（１）の両端が、二つのエンドピース（４，５）に対して、半径方向にクランプされていることを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
注入中、エンドピース（４，５）を保持するために、ローター本体（２）が軸方向にクランプされることを特徴とする請求項２または３に記載の方法。
【請求項５】
エンドピース（４，５）を結合するシャフト（６）を有するローター本体（２）が使用されることを特徴とする請求項２から４の中のいずれか１つに記載の方法。
【請求項６】
永久磁石（３）を有するローター本体（２）を使用し、スリーブ（１）がこれらの磁石（３）とエンドピース（４，５）の少なくとも一部分とを包囲することを特徴とする請求項２から５の中のいずれか１つに記載の方法。
【請求項７】
あらかじめ作ってある磁石を有しないローター本体（２）が使用され、磁石が、凝固する液体と磁性粉末との混合物を注入することによってその場で製造されることを特徴とする請求項１から５の中のいずれか１つに記載の方法。
【請求項８】
カーボンファイバーのスリーブ（１）がローター本体（２）のまわりに取り付けられることを特徴とする請求項１から７の中のいずれか１つに記載の方法。
【請求項９】
凝固し、かつローターの運転温度で固体である注入液体が、熱硬化性プラスチックと適当な融点を有する合金とから成るグループから選択されることを特徴とする請求項１から８の中のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１０】
凝固する液体として、エポキシ樹脂が注入されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、永久磁石によって磁界が与えられる、高速電動機のためのローターを製造する方法であって、支持スリーブがローター本体のまわりに元張力（ｐｒｅ−ｔｅｎｓｉｏｎ）によって取り付けられる方法に関する。
【０００２】
ここで“高速”電動機というのは、ローターの破壊，より詳しく言えば、非常に小さな引張強さしか有しない磁石の破壊を避けるために、支持スリーブを必要とする最大速度を有する電動機のことである。
【０００３】
実際には、磁石は、大部分の場合、５０〜７０ｋＰａの力に耐えることができるが、高速電動機の場合、最大速度においては、１００ｋＰａよりも大きな引張り力が加わりうる。
【０００４】
永久磁石高速ローターの場合、磁石がローターにしっかり取り付けられた状態に保たれ、ローターのすべての運転速度と温度とにおいて、磁石が圧縮力の下に維持されるようにするために、支持スリーブも必要である。
【０００５】
そのような状態を実現するためには、支持スリーブを指定される最小締め代でローターに取り付けなければならず、これは通常スリーブの熱膨張を利用して実行される。
【０００６】
スリーブとローターとの間の遊びが大きすぎるか、またはスリーブ材料が、たとえばカーボンファイバーのように、小さすぎる熱膨張率または負の熱膨張率を有する場合には、そのスリーブは十分な元張力をローターに及ぼすことができない。
【０００７】
熱的方法と機械的方法を組み合わせた方法が、ＵＳ  ５，５６８，６８１号明細書に開示されている。カプセル管（ｃａｐｓｕｌｅ  ｔｕｂｅ）が焼きばめによってローター本体に取り付けられる。このカプセル管によって形成される二つの部分の一つとローター本体とがまず対向支持体（ｃｏｕｎｔｅｒ  ｓｕｐｐｏｒｔ）に垂直な方向に取り付けられ、もう一つの部分が前記部分の上方の位置から離されて、該もう一つの部分が、重力の影響下で、取り付けられている第一の部分内に落下するようにされる。
【０００８】
もう一つの公知の方法は、液体たとえば油の圧力によってスリーブを膨張させ、スリーブが膨張している間に、ローターをスリーブに挿入してから、圧力を解除する、というものである。
【０００９】
これは一般にスリーブとローターに対する厳しい機械的許容差を要求するものであり、またローターはスリーブよりもかなり剛性が高くなければならない。
【００１０】
スリーブの弾性率の許容差も重要である。また、磁石は、スリーブが取り付けられたとき動かないようにローターに取り付けなければならず、そうしないと、磁石が回転時に動いて、ローター内での質量の再分布をもたらしうることになり、それがローターのバランスに大きな影響を与えうる。
【００１１】
ローターが中心軸を有しない場合、あるいは機械的に一体のものとして作れない場合にも、面倒な問題が発生する。
【００１２】
本発明の目的は、前記欠点を避けることであり、また前記欠点を示さず、迅速かつ簡単な製造を可能とし、磁石に対して前記のものほど厳しい条件を課することを必要とせず、しかもより良い特性を有し特により大きな回転速度を可能にするローターを与える、永久磁石によって磁界が与えられるローターを製造する方法を提供することである。
【００１３】
この目的は、凝固する液体であって、ローターの運転温度では固体になる液体、たとえば熱硬化性プラスチックより具体的にはエポキシ樹脂、または適当な融点を有する合金（ｍｅｔａｌ  ａｌｌｏｙ）、によってスリーブを膨張させ、前記液体が圧力下でスリーブとローター本体との間に注入され、凝固中、圧力下に保たれる、ことを含む方法によって実現される。
【００１４】
二つのエンドピースを有するローター本体が使用でき、スリーブが部分的にこれらのエンドピースのまわりに取り付けられ、液体が好ましくはこれらのエンドピースの少なくとも一つを貫通して注入される。
【００１５】
注入中、好ましくは、スリーブの両端は、二つのエンドピースに対して、半径方向にクランプされる。
【００１６】
随意に、エンドピースを結合するシャフトを有するローター本体を使用することができる。
【００１７】
永久磁石を有するローター本体を使用することができ、スリーブがこれらの磁石とエンドピースの少なくとも一部分とを包囲するようにすることができる。
【００１８】
本発明の方法は、あらかじめ作ってある磁石を有しないローター本体を使用するが、磁石が、凝固する液体と磁性粉末との混合物を注入することによってその場で製造される実施形態を可能にする。
【００１９】
以下、添付の図面を参照しつつ、本発明を実施形態によって説明する。
【００２０】
高速電動機用の、永久磁石によって磁界が与えられるローターが、支持スリーブ１を、元張力により、永久磁石３を有するローター本体２のまわりに取り付けることによって、製造される。
【００２１】
図１〜４に示すように、ローター本体２は、二つのエンドピース４と５、およびこれらのエンドピースを連結するシャフト６を有する基本構造から成り、前記シャフトは磁石３によって包囲されている。
【００２２】
Ｏリングシール７が、エンドピース４と５に取り付けてある。
【００２３】
永久磁石３のリングがシャフト６のまわりに配置されており、永久磁石３は、二極モーターの場合、二つの半円リングセグメントの形に、四極モーターの場合、四つの四分円リングセグメントの形に作られている。
【００２４】
カーボンファイバー製のスリーブ１が、ローター本体２にはめられる。
【００２５】
スリーブ１によって包囲されているローター本体２は、次に、図１に示すように、クランプおよび注入装置８にクランプされる。
【００２６】
ローター本体２は端リング９によって軸方向にクランプされ、端リング９は肩１０を有し、該肩は、対応する、エンドピース４と５の外向き突出肩１１に接触する。
【００２７】
端リング９は、リング対（ｔｗｏ  ｒｉｎｇ  ｈａｌｖｅｓ）１４と１５の周囲配置セグメント１３の仲介により、ボルト１２によって、互いに向かって引っ張られる。
【００２８】
リング対１４と１５の各々は、端リング９の肩１７に接触する肩１６を有する。
【００２９】
ボルト１２を締めることにより、調節可能なクランプ力が、リング対１４と１５によって端リング９に及ぼされ、またこれらの端リング９によってエンドピース４と５に及ぼされる。
【００３０】
このクランプにより、シャフト６が十分に強くない場合に、エンドピース４と５がスリーブ１から押し出されるのが防がれる。
【００３１】
スリーブ１の両端は、リング対１４と１５のセグメント１３と、これらのセグメント１３とスリーブ１の各端との間にある力伝達リング１８との仲介により、シール７に対抗して、エンドピース４と５に対してクランプされる。
【００３２】
分割されたリング対すなわちリング対１４と１５は、その外周に、直径が増大し、減少する部分１９、すなわち二つの反対向きの円錐面２０と２１を有する部分１９を有する。
【００３３】
各部分１９のこれらの面２０と２１のそれぞれは、対応する円錐形内側面を有する二つのリング２２と２３によって包囲されている。これら二つのリング２２と２３は、ねじ付きピンと両端にねじ込まれたナットとを有する、締め付けボルト２４によって、お互いに近づく向きに押し付けることができる。
【００３４】
スリーブ１の端の半径方向クランプは、クランプおよび注入装置８の対応する端のボルト２４を締め付けることによって、実行され、この締め付けにより、リング２２と２３がお互いに近づく向きに動かされ、セグメント１３の間の間隙２５が小さくなるため、分割されたリング対１４または１５の直径の減少がもたらされる。
【００３５】
この半径方向のクランプにより、スリーブ１はその両端で広がるのが防がれる。シール７が対応する端で広がるのも防がれる。このシールは標準的なＯリングシールとすることができ、それのための溝の外側に押し付けられる。
【００３６】
この半径方向クランプは、また、クランプおよび注入装置８内でのローター全体の心合せを保証する。
【００３７】
ローター本体２とスリーブ１をクランプしたあと、スリーブ１とローター本体２との間にエポキシ樹脂を注入する。
【００３８】
そのため、エンドピース４には、注入導路２６と２７が備えてある。導路２６は軸方向を向いており、いくつかの半径方向導路２７に連絡している。
【００３９】
エポキシ樹脂は、外部機構または内蔵機構により、たとえば、図１に示すように、取り付けられたピストン２８によって供給することができる。このとき、エンドピース４がシリンダーを形成し、したがってピストン２８のための内腔２９を備えている。この内腔２９は導路２６−２７に連絡している。
【００４０】
ピストン２８が、たとえばプレスによって、エポキシ樹脂の満たされた内腔２９内を押されると、エポキシ樹脂が内腔２９から押し出されて、注入導路２６−２７を通って注入される。注入されたエポキシは、磁石３の間、および磁石３、ローター本体２、スリーブ１の間のすべてのからの空間を満たす。
【００４１】
圧力は、エポキシ樹脂が硬化し、重合時のエポキシ樹脂の可能な収縮（ｃｒｉｍｐ）に対する補正がなされるまで、維持される。
【００４２】
この樹脂には、重合開始のために、触媒を加えることができる。
【００４３】
Ｏリングシール７と、エンドピース４と５に対するスリーブ１のクランプとにより、エポキシ樹脂の漏れが防がれる。二つの力伝達リング１８の間では、スリーブ１はやや膨張しうる。
【００４４】
クランプおよび注入装置８を取りはずしたあと、ローター本体２、永久磁石３、および支持スリーブ１から成るローターを、エポキシ樹脂の後硬化のためにオーブンで加熱することができる。好ましくは、完全な重合は、ローターの将来の運転温度よりも高い温度で実施する。
【００４５】
注入するエポキシ樹脂の量と加える圧力とに関しては、この後硬化によって起こりうる後収縮を考慮しなければならない。
【００４６】
最後に、ローターをその最終寸法に機械加工し、バランスを調節する。
【００４７】
スリーブ１の元応力は、主としてエポキシ注入圧力によって決定され、スリーブ１とローター本体２との間の締め代によっては決定されない。
【００４８】
スリーブ１とエポキシ樹脂とにより、ローター使用中の応力による磁石３の破壊が防止される。割合に柔らかい磁石たとえばプラスチック結合磁石が使用できる。
【００４９】
このローターの全体的剛性は非常に大きく、したがってローターの大きな限界速度が得られる。ローターが運転速度に達するとき、磁石３は相対的な位置関係を変えない。
【００５０】
磁石３の表面に厳しい許容差の機械加工を行う必要はない。スリーブ１、ローター本体２、および磁石３の機械加工許容差をゆるくすることができる。スリーブ１の弾性率の許容差は、このスリーブ１の元応力のレベルの場合、臨界的ではない。スリーブ１は、カーボンファイバーで作ることができ、小さな熱膨張率を有することができる。
【００５１】
ローター本体２は、円柱形とすることができ、前記先行技術のあるもの（ＵＳ−Ａ−５，５６８，６８１）におけるような円錐形とする必要はない。
【００５２】
シャフト６は、必要ではなく、実施形態によっては、省くことができる。たとえば、磁石３が単一円柱（円筒）形磁石の二つ以上のセグメントで置き換えられる場合、スリーブ１が磁石セグメントおよびエンドピース４と５を結合保持する。
【００５３】
永久磁石３は必ずしもリングである必要はない。シャフトがない場合、これらの磁石はディスクとすることができ、または注入流体と混合した磁性粉末とすることさえできる。
【００５４】
本発明の別の実施形態においては、やり方は前記のようであるが、ローター本体２が磁石３なしで製造され、スリーブ１がシャフト６とエンドピース４および５の部分とのまわりに取り付けられ、磁性粉末が注入エポキシ樹脂に混合される。エポキシ樹脂の量はもちろん前記実施形態の場合に比してずっと大きい。
【００５５】
この場合、永久磁石３はその場で注入樹脂によって作られる。
【００５６】
どちらの実施形態においても、両方のエンドピースに注入導路を備えることができ、エポキシの注入を外から外部ピストン機構によって実施することができる。
【００５７】
注入流体は必ずしもエポキシ樹脂である必要はない。重合前には割合に小さな粘度を有するその他の熱硬化性樹脂またはプラスチックを使用することができ、または適当な融点を有する合金を使用することさえも可能である。
【００５８】
重要なことは、この物質が凝固する液体であり、したがって液体の形で注入することができて、ローターの運転時の温度においては固体である、ということである。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明による方法を使用している装置の断面図である。
【図２】
図１の線ＩＩ−ＩＩに沿う断面図である。
【図３】
本発明による方法の実施完了後のローターの断面図である。
【図４】
図３にＦ４で示す部分の拡大図である。
【符号の説明】
１  支持スリーブ
２  ローター本体
３  永久磁石
４  エンドピース
５  エンドピース
６  シャフト
７  Ｏリングシール
８  クランプおよび注入装置
９  端リング
１０  肩
１１  肩
１２  ボルト
１３  周囲配置セグメント
１４、１５  リング対
１６  肩
１７  肩
１８  力伝達リング
１９  直径が増大し、減少する部分
２０、２１  円錐面
２２、２３  リング
２４  締め付けボルト
２５  間隙
２６  注入導路
２７  半径方向導路
２８  ピストン
２９  内腔
【国際公開パンフレット】
2004523194.tif 000002
2004523194.tif 000003
2004523194.tif 000004
2004523194.tif 000005
2004523194.tif 000006
2004523194.tif 000007
2004523194.tif 000008
2004523194.tif 000009
2004523194.tif 000010
2004523194.tif 000011
2004523194.tif 000012
2004523194.tif 000013
2004523194.tif 000014
2004523194.tif 000015
2004523194.tif 000016
2004523194.tif 000017