(57)【要約】  本発明は、電気機械のロータのための中空ロータシャフトであって、円筒形ジャケットを有し、該円筒形ジャケットが、端部フランジを有する両方の端部で終端し、主ジャーナルが、端部フランジのそれぞれに形成され、アクセス孔が、少なくとも主ジャーナルの一方に設けられ、前記アクセス孔が、円筒形ジャケットによって囲まれるシャフト空洞への接近手段を形成し、案内要素が設けられ、該案内要素が、案内要素がシャフト空洞から封止されるようにアクセス孔に嵌合され、周囲のシャフト空洞を他方の主ジャーナルまで貫通し、他方の主ジャーナルに、案内要素が、案内要素がシャフト空洞から封止されるように同様に嵌合され、案内要素が、液体媒体又は気体媒体が案内されることを可能にする中空ロータシャフトに関する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
端部フランジ（１、１１、１２、１７）によって両方の面において閉鎖されるシリンダバレル（２、１０、１８）を有し、いずれの場合も、１つのシャフトジャーナル（３）が、前記端部フランジ（１、１１、１２、１７）に配置され、少なくとも、一方の前記端部フランジ、特に、前記シャフトジャーナル（３）の一方に、アクセス孔（４）が設けられ、該アクセス孔（４）が、シリンダバレル（２、１０、１８）によって囲まれるシャフト空洞（５）への接近を提供する、電気機械のロータのための中空ロータシャフトであって、
貫通要素（６、１３）が、前記シャフト空洞（５）に対する封止作用を与えるように前記アクセス孔（４）に嵌合され、周囲の前記シャフト空洞（５）を他方の前記シャフトジャーナル（３）まで貫通し、前記貫通要素が、前記シャフト空洞（５）に対する封止作用を与えるように同様に嵌合され、前記貫通要素（６、１３）が、液体媒体又は気体媒体（１４）の貫通を可能にする
ことを特徴とする中空ロータシャフト。
【請求項２】
前記貫通要素が、中空の円筒管部品（６、１３）であり、その外径が、前記シャフト空洞（５）の内径よりも小さいことを特徴とする、請求項１に記載の中空ロータシャフト。
【請求項３】
前記管部品（６、１３）が、円筒形の差込口（７）に圧入され、該円筒形の差込口（７）が、前記端部フランジ（１、１１、１２）の内側において前記アクセス孔（４）の内側口を囲み、特に、前記管部品（６、１３）の内径が、前記アクセス孔（４）の内径と少なくともほぼ等しいことを特徴とする、請求項２に記載の中空ロータシャフト。
【請求項４】
前記管部品（６、１３）が、両側で、前記端部フランジ（１、１１、１２）のそれぞれの内側にある前記差込口に圧入されることを特徴とする、請求項３に記載の中空ロータシャフト。
【請求項５】
前記管部品（６、１３）が、前記端部フランジ（１、１１、１２）よりも軟質の材料、特に、アルミニウム又はプラスチックから製造され、前記管部品（６、１３）が、前記差込口（７）への圧入の結果として変形し、そこに封止縁部（８）が設けられることを特徴とする、請求項３又は４に記載の中空ロータシャフト。
【請求項６】
多部品構造が、前記シリンダバレル（２）、前記管部品（６）、及び前記端部フランジ（１）から構成され、前記構成要素が、接合工程において組み立てられることを特徴とする、請求項３〜５のいずれか一項に記載の中空ロータシャフト。
【請求項７】
前記管部品（６）が、両方の前記アクセス孔（４）に嵌合され、いずれの場合も、前記アクセス孔（４）の外縁（１５）と面一に終端することを特徴とする、請求項２に記載の中空ロータシャフト。
【請求項８】
前記管部品（６）が、前記管部品（６）と前記端部フランジ（１７）との間の温度差の存在下で前記アクセス孔（４）に封止嵌合されることを特徴とする、請求項７に記載の中空ロータシャフト。
【請求項９】
前記端部フランジ（１７）が、特に鋳造工程において、部分に分けられない仕方で前記シリンダバレル（１８）に一体に形成されることを特徴とする、請求項７又は８に記載の中空ロータシャフト。
【請求項１０】
積層アセンブリを備える、請求項１〜９のいずれか一項に記載の中空ロータシャフトを有するロータ。
【請求項１１】
請求項１０に記載のロータを有する、特に非同期モータ又は永久励磁同期機械である電気機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気機械のロータのための中空ロータシャフトであって、シリンダバレルを備え、シリンダバレルが、両方の面において端部フランジによって閉鎖され、いずれの場合も、１つのシャフトジャーナルが、端部フランジに配置され、少なくとも端部フランジの一方、特に、シャフトジャーナルに、シリンダバレルによって囲まれるシャフト空洞への、媒体のための接近手段を提供する同軸アクセス孔が設けられる中空ロータシャフトに関する。また、本発明は、積層アセンブリを備える中空ロータシャフトを有するロータ及び対応する電気機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば独国特許第４２４００４５号明細書（特許文献１）及び独国実用新案２０３０７１９８号明細書（特許文献２）から明らかなように、このような中空ロータシャフトは、長い間知られており、可能な限り軽量な構造を達成しようとする場合は必ず使用されてきた。中空ロータシャフトは、多数の部品（特に、シリンダバレル及び２つの端部フランジ）から「組み立てられる」場合、「組み立てられる」ロータシャフトとも呼ばれる。
【０００３】
電気機械の中空ロータシャフトに関して、これらに、特にロータを冷却する目的で媒体が流されることも知られている。この点については、例えば欧州特許第０６５９３０８号明細書（特許文献３）又は独国特許出願公開第１９９１３１９９号明細書（特許文献４）が参照され、そこでは、冷却媒体は、管を介して空洞に案内され、これを通って出口に戻される。しかしながら、この種の冷却は、不十分であり、構造的に見て費用に見合わず、モータの動作特性の低下に見合わないことが発見された。
【０００４】
さらに、電気機械が知られており、この場合、媒体（例えば、潤滑剤又は冷却剤）は、例えばオイルパンが一方の面に設けられるけれども、油は異なる位置に必要とされるため、一方の端面から他方の端面に輸送されなければならない。この場合、ロータは、純粋に貫通機能（ｌｅａｄｔｈｒｏｕｇｈ  ｆｕｎｃｔｉｏｎ）を備える。これまでに知られている中空シャフトは、この機能にはほとんど適さない。というのも、媒体が、シャフトジャーナルに形成された細いダクトを介して供給され、次に、非常に大きな直径の中空シャフト内に拡散して、細いダクトを通って他方の面から再び出て行くからである。液体媒体のこのような貫通は、例えば、ステータに冷却媒体を供給する目的には好適な場合もある。
【０００５】
貫通機能を有するこのような機械の場合、ライン断面がかなり広いせいで、中空シャフトに向かう媒体の膨張及び中空シャフト内の乱流によってもたらされる動作の粗さ（ｒｕｎｎｉｎｇ  ｒｏｕｇｈｎｅｓｓ）が生じる可能性がある。さらに、完全に液体媒体が充填された中空シャフトは、軽量化の利点を無効にする。特に、電気機械での使用に関して、中空シリンダに液体を充填することは、前記中空シリンダの回転慣性に悪影響を及ぼす。この点に関して、前記従来技術の欠点は、ロータシャフト空洞内の過度に大きな媒体体積、過度に重いロータシャフト、及び／又は低重量のための最適化の制限された可能性にある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】独国特許第４２４００４５号明細書
【特許文献２】独国実用新案２０３０７１９８号明細書
【特許文献３】欧州特許第０６５９３０８号明細書
【特許文献４】独国特許出願公開第１９９１３１９９号明細書
【発明の概要】
【０００７】
そこで、本発明の目的は、低重量を有し、かつ良い動作特性を示す一方で優れた貫通機能を備える、単純な構造を有し、かつ安価に生産され得る中空ロータシャフトを提案することである。
【０００８】
上記目的は、請求項１に記載の中空ロータシャフトによって達成される。従属請求項は、好適な実施形態を記載している。
【０００９】
したがって、本発明に係る中空ロータシャフトの本質的な態様は、高い層流条件のおかげで低摩擦の、一方のシャフトジャーナルから他方のシャフトジャーナルへの液体媒体又は気体媒体の貫通を確保する、シャフト空洞内に配置される中空の貫通要素（ｌｅａｄｔｈｒｏｕｇｈ  ｅｌｅｍｅｎｔ）にある。本発明によれば、上記貫通要素は、シャフト空洞に対する封止作用を与え、媒体がシャフト空洞に進入しないようにするために端面のシャフトジャーナルのアクセス孔に嵌合される。貫通要素は、周囲のシャフト空洞を他方のシャフトジャーナルまで貫通し、そこで、上記貫通要素は、シャフト空洞に対する封止作用を与えるために同様に嵌合される。ここでは、媒体が直線噴流で他方の面から再び同軸に出て行く中空ロータシャフトの実施形態が考えられる。他の実施形態において、媒体の流れは、例えばステータ巻線に冷却媒体が衝突することを可能にするために他方の端部において貫通要素の外に半径方向に導かれる。
【００１０】
本発明は、円筒形の中空ロータシャフトを通しての媒体（特に、液体（潤滑剤及び冷却剤など）又は気体（例えば、圧縮空気））の輸送を保証する。ここでは、媒体が、ロータシャフトの一方の面に案内され、他方の軸方向シャフト端部又は他方のシャフト端部の半径方向出口点まで前方に案内されることが実現される。ここでは、媒体の体積は、用途に必要な可能な最小量に制限され、構造設計は、ロータシャフトの構造及び空洞体積とは無関係である。このようにして実現される軸方向媒体輸送及びこの目的のために必要な手段は、質量が回転軸線に関して同軸かつ均一に分布することから不均衡を発生させず、最良の場合は、回転の中心に関して同心円状に円形の形態を有する。
【００１１】
貫通要素の用意によって、貫通機能が、中空ロータシャフトの追加的な設計から切り離され、これにより、貫通にもかかわらず、大きな空洞（幾何学的形状に関して自由に設計され得る）が、軽量ロータシャフトに残される。これに関連して、特許請求される「嵌合される」特徴が、貫通要素が、円筒形チューブとして、特にロータリスエージングの工程で部分に分けられない仕方で端部フランジに一体に形成され、実際に、外側から軸方向に接近可能なアクセス孔を形成することをも意味し得ることが指摘される。しかしながら、特に単純な実施形態において、貫通要素は、他の方法で「組み立てられる」ロータの別個の構成要素であり、この構成要素は、封止のためにシャフトジャーナルに嵌合される（取り付けられる）か、接合工程で接合される。ここでは、特に貫通要素の塑性変形を含む接合工程が適当である。
【００１２】
貫通要素が、問題なく気体媒体の貫通にも適するとしても、本発明に係る中空ロータシャフトの利点は、特に油又は水などの液体媒体が使用される場合に引き出される。上記利点は、特に、本発明に係る貫通要素が既存の幾何学的形状のロータの場合であっても使用することができ、このため、積層アセンブリもしくはステータ又は他の構成要素のいずれにも、構造の修正を行う必要がないという事実にある。それどころか、本発明に係る貫通要素によって、周囲の幾何学的形状とは実質的に無関係に、上で言及した機能を同時に最適化することが可能である。特に、最適な貫通機能は、ロータの重量の可能な最大限の低減と共に確保される。さらなる利点は、媒体輸送の付加的な機能が、貫通要素の流れ断面（自由に設計される得る）のおかげで体積要求及びロータの動作特性に適合され得ることである。
【００１３】
その単純さのおかげで特に好適な実施形態において、貫通要素は、一方の端面から他方の端面までシャフト空洞を突き抜ける中空の円筒管部品であって、その外径がシャフト空洞の内径よりもかなり小さい中空の円筒管部品である。理想的には、内径は、乱流が発生し得る縁が回避されるようにアクセス孔の内径と等しくされる。
【００１４】
次に、貫通要素が別個の構成要素（特に、管部品の形態の）である例示的な実施形態において、２つの変形例の間に区別が設けられ得る。第１の変形例において、管部品は、円筒形の差込口に圧入され、円筒形の差込口は、端部フランジの内側においてアクセス孔の内側口を囲む。この第１の実施形態において、管部品は、いずれの場合もアクセス孔の後ろから始まる。これは、組み立てられるロータに特に適する。他方の第２の変形例において、管部品は、いずれの場合も、２つの外縁でアクセス孔のへりと面一に終端するように両方のアクセス孔に圧入される。これにより、管部品自体が、それが挿入されるアクセス孔を形成する。この実施形態は、部分に分けられないロータシャフトの装備に特に適する。
【００１５】
両方の実施形態において、貫通要素の内径及び外径は、事情に応じて、ロータシャフトの構造及び中空シャフトの空洞の体積とは無関係に、貫通する媒体の体積流量要求に適するような寸法に形成され得る。ここでは、貫流する媒体の量が実際の要求に制限されることが好適である。貫通要素の一定の断面は、この点で最良の条件を提供する。
【００１６】
第１の実施形態の場合、管部品は、好適には、両方の側で、各端部フランジの内側に形成されるリング形状の差込口に圧入され、これらの差込口には、いずれの場合も、１つの封止縁部が形成される。ここでは、封止縁部は、カッティングリング（ｃｕｔｔｉｎｇ  ｒｉｎｇ）の機能を備え、付加的な封止手段の省略を可能にする。ここでは、封止作用を有する圧入は、差込口に圧入される、管部品の端部の変形に関連し、管部品は、端部フランジよりも軟質の材料（特に、アルミニウム又はプラスチック）から製造される。ここでは、管部品の外径は、差込口の封止縁部の直径と重なる部分（すなわち、差込口の封止縁部の直径に比べて大きなサイズ）を備える。圧入工程中に、可塑性材料の部分変位が、差込口の封止縁部の幾何学的形状によって比較的強度の低い管部品の外径において実現される。この場合、差込口は、いずれの場合も、比較的強度の高い材料（例えば、鋼）から構成される端部フランジに形成される。このようにして作られた、軟質の管部品に食い込む封止は、温度範囲全体にわたって付加的な封止手段なしに機能する。差込口の直径に依存する１ｍｍ〜４ｍｍの封止縁部の長さが好適であり、２ｍｍの長さが特に適切であることが判明している。
【００１７】
第１の実施形態の場合、中空ロータシャフトは、好適には、多数の構成要素、具体的には、ロータのシリンダバレル、その中に配置される管部品、及び管部品を受け入れ、かつシリンダバレルを支持する２つの端部フランジから構成される。上記構成要素は、接合工程によって組み立てられてもよく、その場合、最初に、管部品が差込口に圧入され、次に、上記組立済みのユニットがシリンダバレルに接合され、最後に、第２の端部フランジの押圧中に、同時工程で、シリンダバレルと端部フランジとの接合連結及び封止作用を伴う管部品と差込口との圧入連結が作られるのが好適な状況である。
【００１８】
管部品が両方のアクセス孔に嵌合され、いずれの場合もアクセス孔の外縁と面一に終端する第２の実施形態の場合、管部品が管部品と端部フランジとの間の温度差の存在下でアクセス孔に封止嵌合されるのが好適である。この目的のために、アクセス孔は、管部品（好適には冷却によって収縮された）が挿入される前に端部フランジ又は中空ロータシャフト全体を加熱することによって広げられる。温度が等しくなるとき、管部品は、アクセス孔に封止圧入される。
【００１９】
また、管部品の使用は、互いに平行に延びる、対応する多数の管部品又は１つの管部品内の多数のダクトによって多数の別々の流れ断面を実現することを可能にする。このようにして、異なる機能（潤滑及び冷却など）又は異なる媒体（水及び油など）の別々の案内を同時に実現することが可能である。
【００２０】
本発明に係る中空ロータシャフトの実施形態が、図に基づいて以下でより詳細に述べられる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】第１の実施形態の中空ロータシャフトを示している。
【図２】媒体が流されているロータを示している。
【図３】第２の実施形態の中空ロータシャフトを示している。
【図４】半径方向出口を有する中空ロータシャフトを示している。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
図１は、電気機械のロータのための回転対称な中空ロータシャフトを示している。上記中空ロータシャフトは、シリンダバレル２を備え、シリンダバレル２は、両方の面において、鋼から構成される端部フランジ１によって閉鎖され、その際、いずれの場合も、１つのシャフトジャーナル３が、端部フランジ１に配置される。ここでは、シャフトジャーナルは、部分に分けられない仕方で端部フランジに形成されてもよいし、端部フランジにおいて保持される別個の構成要素であってもよい。この場合、同軸アクセス孔４が、両方のシャフトジャーナルに設けられ、アクセス孔は、閉鎖されない限り、シリンダバレル２によって囲まれたシャフト空洞５への接近手段を提供する。貫通要素として、アルミニウム又はプラスチックなどの軟質材料から構成される中空の円筒管部品６が設けられ、この中空の円筒管部品の外径は、理解され得るように、シャフト空洞５の内径よりも小さい。管部品６は、シャフト空洞側５において、両方の側で、アクセス孔４の周囲で内側に窄まる（ｔｕｒｎｅｄ  ｉｎ）外側に広がる（ｔｕｒｎｅｄ−ｏｕｔ）リング形状の差込口７に圧入される。差込口７への管部品６の圧入は、シャフト空洞５に対する封止作用をもたらし、これにより、管部品６を介して一方のシャフトジャーナルから他方のシャフトジャーナルに案内される液体媒体又は気体媒体が、シャフト空洞５に進入しなくなる。この場合、管部品６の内径は、アクセス孔４の内径よりもわずかに小さいが、２つの内径はほぼ等しい。
【００２３】
比較的硬質の端部フランジ１の差込口７への比較的軟質の管部品６の圧入は、封止縁部工程（ｓｅａｌｉｎｇ  ｅｄｇｅ  ｐｒｏｃｅｓｓ）（特別な接合工程）によって実現される。ここでは、管部品６の圧入される端部は、差込口７に設けられるリング形状の封止縁部８に対して塑性変形する（詳細Ｚ参照）。
【００２４】
図２は、積層アセンブリ９を備える中空ロータシャフトであって、シリンダバレル１０の一方の面に一体に形成された端部フランジ１１を有し、かつシリンダバレル１０の他方の面に圧入された端部フランジ１２を有する中空ロータシャフトを有するロータを示している。管部品１３の形態の貫通要素が、端部フランジ１１及び１２間で圧入され、この管部品には、液体媒体１４が矢印の方向に同軸に流されている。
【００２５】
図３は、中空ロータシャフトの第２の実施形態を示しており、この場合、両方のアクセス孔４に嵌合された管部品６は、いずれの場合も、その外縁１６でアクセス孔４の縁１５と面一に終端している。この場合、端部フランジ１７及びバレル１８は、鋳造工程において中空ロータシャフトを形成するために部分に分けられない仕方で成形される。管部品６は、温度差の存在下でアクセス孔４に封止嵌合される。
【００２６】
図４は、図３のような中空ロータシャフトの設計変形例を示しており、この場合、管部品６は、一方の面において差込口１９に嵌合され、差込口１９の底部２０によって軸方向に閉鎖される。媒体は、管部品６及び差込口１９に半径方向に形成された孔２１を通して外に案内される。
【符号の説明】
【００２７】
１  端部フランジ
２  シリンダバレル
３  シャフトジャーナル
４  アクセス孔
５  シャフト空洞
６  管部品
７  差込口
８  封止縁部
９  積層アセンブリ
１０  シリンダバレル
１１  一体に形成された端部フランジ
１２  圧入された端部フランジ
１３  管部品
１４  液体媒体
１５  アクセス孔の縁
１６  管部品の縁
１７  部分に分けられない中空ロータシャフトの端部フランジ
１８  部分に分けられない中空ロータシャフトのバレル
１９  ポット形状の差込口
２０  差込口の底部
２１  半径方向に向けられた孔
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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2017518468.tif 000009
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