DE112017000001T5

DE112017000001T5 - Rotor einer elektrischen Rotationsmaschine, elektrische Rotationsmaschine und Rotorelement einer elektrischen Rotationsmaschine

Info

Publication number: DE112017000001T5
Application number: DE112017000001.7T
Authority: DE
Inventors: Yoshiharu Takashima; Yoshiki Okada; Masafumi OGAWA
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2016-01-26
Filing date: 2016-01-26
Publication date: 2018-03-01
Anticipated expiration: 2036-01-27
Also published as: KR101919718B1; TW201728055A; US20180054100A1; WO2017130295A1; CN107231822A; US10651698B2; JP6072395B1; DE112017000001B4; KR20180100075A; TWI574488B; CN107231822B; JPWO2017130295A1

Abstract

Ein Rotor 3 weist ein rohrförmiges Hülsenelement 9, mehrere Permanentmagnete 10, die an einer äußeren Umfangsfläche des Hülsenelements 9 in einer Umfangsrichtung ausgerichtet sind; und ein rohrförmiges Bewehrungselement 12 auf, das eine äußere Umfangsfläche der Permanentmagnete 10 ummantelt. Das Hülsenelement 9 umfasst Endabschnitte 9b und 9c, die in axialer Richtung zueinander beabstandet sind, und eine innere Umfangsfläche 9a, die ein Durchgangsloch ausbildet, das parallel zur axialen Richtung verläuft und durch das eine Welle hindurchgeht. Der Endabschnitt 9b ist ein Flanschabschnitt. Die innere Umfangsfläche 9a umfasst eine schräg verlaufende Oberfläche 9a-1, deren Innendurchmesser vom Endabschnitt 9b zum Endabschnitt 9c hin kontinuierlich kleiner wird, und eine schräg verlaufende Oberfläche 9a-2, deren Innendurchmesser vom Endabschnitt 9c zum Endabschnitt 9b hin kontinuierlich kleiner wird.

Description

Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Rotor einer elektrischen Rotationsmaschine, eine den Rotor enthaltende elektrische Rotationsmaschine und ein in dem Rotor verwendetes Rotorelement.
Hintergrund
Veranlasst durch die Notwendigkeit zum Energiesparen angesichts der Ressourcenverknappung, die Verkürzung der Bearbeitungstaktzeiten oder die Bearbeitung von schwer zu bearbeitenden Materialien hat der Bedarf an hocheffizienten, leistungsstarken elektrischen Rotationsmaschinen mit hoher Drehzahl für industrielle Einsatzzwecke enorm zugenommen.
Bei elektrischen Rotationsmaschinen werden zwei Antriebssysteme unterschieden: ”synchrone” Systeme und ”asynchrone Systeme”. Als elektrische Rotationsmaschinen für industrielle Einsatzzwecke werden aufgrund ihrer Robustheit und Belastbarkeit häufig asynchrone elektrische Rotationsmaschinen verwendet. Im Prinzip fließt bei asynchronen elektrischen Rotationsmaschinen jedoch auch durch die Rotoren Strom. Dieser Strom erzeugt in den Rotoren Wärme, die in Bezug auf eine Steigerung der Effizienz und der Leistung elektrischer Rotationsmaschinen ein Problem darstellt. Bei elektrischen Rotationsmaschinen für industrielle Einsatzzwecke werden daher inzwischen zunehmend synchrone elektrische Rotationsmaschinen verwendet.
Synchrone elektrische Rotationsmaschinen verwenden zum Erzeugen von elektrischen Feldern in den Rotoren Permanentmagnete; somit wird in den Rotoren im Prinzip keine Wärme erzeugt, was im Hinblick auf eine Steigerung von Effizienz und Leistung elektrischer Rotationsmaschinen von Vorteil ist. Für eine tatsächliche Steigerung der Drehgeschwindigkeit von synchronen elektrischen Rotationsmaschinen muss jedoch das Problem des Ablösens der Magnete aufgrund der während der Rotation erzeugten Fliehkraft in Angriff genommen werden.
Eine in Patentdokument 1 offenbarte elektrische Rotationsmaschine weist eine Struktur auf, bei der eine solche Magnetablösung verhindert wird. Konkret sind bei der elektrischen Rotationsmaschine mehrere Permanentmagnete an der äußeren Umfangsfläche eines an der Welle befestigten rohrförmigen Hülsenelements angeordnet, wobei die Permanentmagnete mit einer Schutzabdeckung aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff oder dergleichen ummantelt sind. Die innere Umfangsfläche des Hülsenelements ist konisch, sodass ihr Innendurchmesser von einem der axialen Endabschnitte in Richtung des anderen Endabschnitts kontinuierlich zunimmt.
Liste der zitierten Dokumente
Patentliteratur

Patentliteratur 1: Japanische Offenlegungsschrift Nr. 2014-212680

Zusammenfassung
Technische Problemstellung
Für eine zuverlässige Übertragung eines Drehmoments an eine sich schnell drehende Welle muss die Verschränkung mit dem Hülsenelement so ausgebildet sein, dass das durch die Reibung zwischen den Permanentmagneten und dem Hülsenelement bedingte Drehmoment jederzeit das Abtriebsdrehmoment der elektrischen Rotationsmaschine übersteigt. Der Wert, auf den die Verschränkung festgelegt werden muss, nimmt mit größer werdendem Drehzahlbereich zwangsläufig zu. Bei einer größeren Verschränkung übt die Welle bei der Herstellung des Rotors eine stärkere Presspassungskraft auf das Hülsenelement aus, wodurch die zum Einpressen einer Welle in die Passung erforderliche Zeit zunimmt. Mit anderen Worten muss die für das Einpressen der Welle in die Passung erforderliche Kraft verringert werden, um den Rotor leichter zusammenbauen zu können. Zur Erleichterung des Presspassungsvorgangs wird das Hülsenelements bei dem oben angegebenen Patentdokument 1 dünner gemacht.
Wenn das Hülsenelement an dem dünner ausgeführten Abschnitt gehalten und das Wellenelement in das Hülsenelement eingepresst wird, kann sich die Belastung jedoch auf den dünner gemachten Abschnitt konzentrieren, wodurch das Hülsenelement verzogen und verdreht werden kann.
Um dem zu begegnen kann das Hülsenelement mit einem dicken Flanschabschnitt ausgebildet und an diesem Flanschabschnitt gehalten werden. In diesem Fall ändert sich die Dicke des Hülsenelements am Flanschabschnitt jedoch erheblich, wodurch der Oberflächendruck am Flanschabschnitt beim Einpressen der Welle in eine Presspassung zunimmt. Dies führt zu einer Zunahme der Kraft zum Einpressen der Welle in die Passung.
Eine Zunahme der Kraft zum Einpressen der Welle in die Passung erhöht die Wahrscheinlichkeit einer Kaltverschweißung von Hülsenelement und Welle. Um ein Kaltverschweißen zu verhindern muss die Härte der Kontaktflächen von Hülsenelement und Welle durch Abschrecken erhöht oder die Gleitfähigkeit der Kontaktflächen von Hülsenelement und Welle durch Kleinpartikel-Kugelstrahlen verbessert werden. Dies führt zu höheren Kosten.
Die vorliegende Erfindung entstand angesichts des oben Ausgeführten, wobei eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung in der Angabe eines Rotors für eine elektrische Rotationsmaschine besteht, bei dem ein Verziehen des Hülsenelements während eines Einpressen der Welle in die Passung verhindert, die Kraft zum Einpressen der Welle in die Passung verringert und die Herstellung des Rotors vereinfacht werden kann.
Lösung der Problemstellung
Nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist ein Rotor einer elektrischen Rotationsmaschine, um die oben angegebenen Probleme zu lösen und die Aufgabe zu erfüllen, Folgendes auf: ein rohrförmiges Hülsenelement, das einen ersten Endabschnitt und einen zweiten Endabschnitt aufweist, die in axialer Richtung zueinander beabstandet sind, und eine innere Umfangsoberfläche, die ein Durchgangsloch ausbildet, das parallel zur axialen Richtung verläuft und durch das eine Welle hindurchgeht; mehrere Permanentmagnete, die an einer äußeren Umfangsfläche des Hülsenelements in Umfangsrichtung ausgerichtet sind; und ein rohrförmiges Bewehrungselement, das eine äußere Umfangsfläche der Permanentmagnete ummantelt. Der erste Endabschnitt ist ein Flanschabschnitt und die innere Umfangsfläche weist eine erste schräg verlaufende Oberfläche, deren Innendurchmesser sich von dem ersten Endabschnitt in Richtung des zweiten Endabschnitts kontinuierlich verringert, und eine zweite schräg verlaufende Oberfläche auf, deren Innendurchmesser sich von dem zweiten Endabschnitt in Richtung des ersten Endabschnitts kontinuierlich verringert.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bewirkt, dass ein Verziehen des Hülsenelements beim Einpressen der Welle in die Passung verhindert wird, die zum Einpressen der Welle in die Passung erforderliche Kraft verringert wird und der Rotor einfacher hergestellt werden kann.
Kurzbeschreibung der Figuren
1 zeigt eine Längsschnittansicht zur Veranschaulichung der Konfiguration einer elektrischen Rotationsmaschine gemäß einer ersten Ausführungsform.
2 zeigt eine Längsschnittansicht zur Veranschaulichung der Konfiguration eines Rotors einer elektrischen Rotationsmaschine gemäß einer ersten Ausführungsform.
3 zeigt eine Querschnittsansicht zur Veranschaulichung der Konfiguration des Rotors der elektrischen Rotationsmaschine gemäß der ersten Ausführungsform.
4 zeigt eine vergrößerte Ansicht eines Details von 2.
5 zeigt ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung des Herstellungsverfahrens für eine elektrische Rotationsmaschine gemäß der ersten Ausführungsform.
6 zeigt eine graphische Darstellung zur Veranschaulichung des Zustands einer Belastung, die bei einer Presspassung einer Welle in einen Rotor gemäß einem Vergleichsbeispiel erzeugt wird.
7 zeigt eine graphische Darstellung zur Veranschaulichung des Zustands einer Belastung, die bei einer Presspassung einer Welle in den Rotor gemäß der ersten Ausführungsform erzeugt wird.
8 zeigt eine Längsschnittansicht zur Veranschaulichung der Konfiguration eines Rotors einer elektrischen Rotationsmaschine gemäß einer zweiten Ausführungsform.
9 zeigt eine Längsschnittansicht zur Veranschaulichung der Konfiguration eines Rotors einer elektrischen Rotationsmaschine gemäß einer dritten Ausführungsform.
10 zeigt eine graphische Darstellung zur Veranschaulichung des Zustands einer Belastung, die bei einer Presspassung einer Welle in den Rotor gemäß der dritten Ausführungsform erzeugt wird.
11 zeigt eine graphische Darstellung zur Veranschaulichung des Verlaufs des in einem Hülsenelement erzeugten Oberflächendrucks entlang der axialen Richtung gemäß der dritten Ausführungsform.
12 zeigt ein vergrößertes Detail der gemäß der dritten Ausführungsform modifizierten Konfiguration eines Rotorelements im Längsschnitt.
13 zeigt ein vergrößertes Detail der Konfiguration eines Rotorelements gemäß einer vierten Ausführungsform im Längsschnitt.
14 zeigt eine Längsschnittansicht zur Veranschaulichung der Konfiguration eines Rotors einer elektrischen Rotationsmaschine gemäß einer fünften Ausführungsform.
15 zeigt ein vergrößertes Detail der Konfiguration eines Rotors einer elektrischen Rotationsmaschine gemäß einer sechsten Ausführungsform in einer Längsschnittansicht.
16 zeigt ein vergrößertes Detail der Konfiguration eines Rotors einer elektrischen Rotationsmaschine gemäß einer siebten Ausführungsform in einer Längsschnittansicht.
Beschreibung von Ausführungsformen
Nachstehend werden ein Rotor für eine elektrische Rotationsmaschine, eine elektrische Rotationsmaschine und ein Rotorelement für eine elektrische Rotationsmaschine anhand von Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung unter Bezug auf die Figuren ausführlich beschrieben. Die Erfindung ist nicht auf die Ausführungsformen beschränkt.
Erste Ausführungsform
Die Längsschnittansicht von 1 veranschaulicht die Konfiguration einer elektrischen Rotationsmaschine gemäß der vorliegenden Ausführungsform, die Längsschnittansicht von 2 veranschaulicht die Konfiguration eines Rotors der elektrischen Rotationsmaschine gemäß der vorliegenden Ausführungsform, die Querschnittsansicht von 3 veranschaulicht die Konfiguration des Rotors der elektrischen Rotationsmaschine gemäß der vorliegenden Ausführungsform und 4 zeigt eine vergrößerte Ansicht eines Details von 2. Die Querschnittansichten von 1 und 2 zeigen einen Schnitt, der die Rotationsachse A enthält. Die Ansicht von 2 zeigt einen Querschnitt entlang der Linie II-II von 3 und die Ansicht von 3 zeigt einen Querschnitt entlang der Linie III-III von 2.
Eine elektrische Rotationsmaschine 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform weist einen ringförmigen Stator 2, einen an der inneren Seite des Stators 2 angeordneten Rotor 3 und eine Welle 4 auf, die die an dem Rotor 3 befestigte Rotorwelle darstellt. Bei dem Rotor 3 handelt es sich um den Rotor einer elektrischen Rotationsmaschine gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Wie später erläutert werden wird handelt es sich bei dem Rotor 3 um einen Rotor vom Oberflächen-Permanentmagnet-Typ (surface permanent magnet type (SPM)). Bei der elektrischen Rotationsmaschine des in 1 veranschaulichten Beispiels handelt es sich um einen Elektromotor.
Der Stator 2 umfasst einen ringförmigen Statorkern 5 und um den Statorkern 5 gewickelte Spulen 6. Der Statorkern 5 ist aus mehreren geschichteten magnetischen Stahlblechen aufgebaut. Die Spulen 6 sind über Anschlusskabel 7 mit einer (nicht dargestellten) Stromversorgung verbunden.
Der Rotor 3 ist an der Innenseite des Stators 2 durch einen Luftspalt 8 zu diesem beabstandet drehbar angeordnet. Der Rotor 3 weist ein rohrförmiges Hülsenelement 9 auf, das ein Rotorelement darstellt, mehrere Permanentmagnete 10, die an der äußeren Oberfläche des Hülsenelements 9 so in Umfangsrichtung ausgerichtet sind, dass sie zueinander beabstandet sind, mehrere Abstandselemente 11, die in den Räumen zwischen den in Umfangsrichtung einander benachbarten Permanentmagneten 10 angeordnet sind, und ein Bewehrungselement 12, das die Permanentmagnete 10 und die Abstandselemente 11 in Umfangsrichtung ummantelt.
Mit ”Umfangsrichtung” wird die Umfangsrichtung des Hülsenelements 9 bezeichnet. Mit ”radialer Richtung” wird die radiale Richtung des Hülsenelements 9 und mit ”axialer Richtung” wird in der folgenden Beschreibung die axiale Richtung des Hülsenelements 9 bezeichnet. Die ”axiale Richtung” stimmt mit der Richtung der Rotationsachse A überein.
Das Hülsenelement 9 weist ein darin ausgebildetes Durchgangsloch 15 auf, das sich in axialer Richtung erstreckt. Anders ausgedrückt besitzt das Hülsenelement 9 eine innere Umfangsfläche 9a, die das Durchgangsloch 15 bildet, durch das die Welle 4 hindurchgeht, und das parallel zur axialen Richtung verläuft oder einen Kegelwinkel zur axialen Richtung aufweist. Das Hülsenelement 9 ist aus einem metallischen magnetischen Material gefertigt. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist das Hülsenelement 9 aus einem Stahlrohr gebildet.
Die Welle 4 wird zur Ausbildung einer Presspassung in das Durchgangsloch 15 gedrückt. Zur Ausbildung einer Presspassung kann die Welle 4 auch unter Einsatz eines Schrumpffügens oder Dehnungsfügens in das Durchgangsloch 15 eingepasst werden. Die Welle 4 geht durch das Durchgangsloch 15 hindurch, wobei das Hülsenelement 9 an der Welle 4 befestigt ist. Form und Größe der inneren Umfangsfläche 9a werden unter Berücksichtigung der Verschränkung bestimmt. Die Welle 4 ist aus Stahl gefertigt. Die Welle 4 weist eine darin ausgebildete Ausnehmung 16 auf. Die Welle 4 kann eine Vollwelle sein. In 1 ist nur ein Teil der Welle dargestellt.
Das Hülsenelement 9 weist Endabschnitte 9b und 9c auf, die in axialer Richtung zueinander beabstandet sind. Der Endabschnitt 9b bildet einen ersten Endabschnitt und der Endabschnitt 9c bildet einen zweiten Endabschnitt. Der Endabschnitt 9c bildet einen Flansch. Anders ausgedrückt handelt es sich bei dem Endabschnitt 9c um einen Flanschabschnitt. Die äußere Umfangsoberfläche des Hülsenelements 9 weist abgesehen von dem Endabschnitt 9b eine zylindrische Oberfläche mit einem gleichmäßigen äußeren Durchmesser auf, der kleiner als der Außendurchmesser des Endabschnitts 9b ist. Der Endabschnitt 9b ist dicker als die anderen Abschnitte des Hülsenelements 9. Abgesehen vom Endabschnitt 9b ist das Hülsenelement 9 vorzugsweise dünner, um die Herstellung einer Presspassung mit der Welle 4 zu erleichtern. Abgesehen vom Endabschnitt 9b, d. h. am dünner ausgeführten Abschnitt des Hülsenelements 9, weist das Hülsenelement 9 an jeder beliebigen Stelle entlang der axialen Richtung eine Dicke im Bereich von 1 bis 10 mm auf. Der Endabschnitt 9b bildet einen Flansch aus, der verhindert, dass das Hülsenelement 9 beim Einpressen der Welle 4 verzogen und verdreht wird. Mit ”Dicke” wird die Dicke in axialer Richtung bezeichnet.
Die innere Umfangsfläche 9a weist eine schräg verlaufende Oberfläche 9a-1, die eine erste schräg verlaufende Oberfläche darstellt, deren Innendurchmesser sich vom Endabschnitt 9b zum Endabschnitt 9c hin kontinuierlich verringert, und eine schräg verlaufende Oberfläche 9a-2 auf, die eine zweite schräg verlaufende Oberfläche darstellt, deren Innendurchmesser sich vom Endabschnitt 9c zum Endabschnitt 9b hin kontinuierlich verringert. Mit anderen Worten verengt sich die schräg verlaufende Oberfläche 9a-1 in radialer Richtung kontinuierlich zur Innenseite, wenn sie sich vom Endabschnitt 9b ausgehend dem Endabschnitt 9c nähert, und die schräg verlaufende Oberfläche 9a-2 verengt sich in radialer Richtung kontinuierlich zur Innenseite, wenn sie sich vom Endabschnitt 9c ausgehend dem Endabschnitt 9b nähert. Die schräg verlaufende Oberfläche 9a-1 ist mit der schräg verlaufenden Oberfläche 9a-2 verbunden. Die schräg verlaufende Oberfläche 9a-1 erstreckt sich von der Endfläche des Hülsenelements 9 auf der Seite des Endabschnitts 9b über eine gewisse Länge in axialer Richtung. Die schräg verlaufende Oberfläche 9a-2 erstreckt sich von der Endfläche des Hülsenelements 9 auf der Seite des Endabschnitts 9c über eine gewisse Länge in axialer Richtung.
Die schräg verlaufende Oberfläche 9a-1 umfasst die innere Umfangsfläche des Endabschnitts 9b, der einen Flanschabschnitt darstellt, und reicht an die innere Umfangsfläche des dünner ausgeführten Abschnitts des Hülsenelements 9 heran. Die schräg verlaufende Oberfläche 9a-1 erstreckt sich nicht über die Position der Endflächen 10a der Permanentmagnete 10 hinaus und reicht in axialer Richtung nicht an die Seite des Endabschnitts 9c heran. Mit anderen Worten ist die schräg verlaufende Oberfläche 9a-1 in einem Abschnitt ausgebildet, der sich von der inneren Umfangsfläche des Endabschnitts 9b bis zur inneren Umfangsfläche des dünner ausgeführten Abschnitts des Hülsenelements 9 erstreckt, jedoch nicht über die Position der Endflächen 10a der Permanentmagnete 10 hinaus reicht. Bei den Endflächen 10a handelt es sich um die Endflächen der Permanentmagnete 10 an der Seite des Endabschnitts 9b und bei den Endflächen 10b um Endflächen der Permanentmagnete 10 an der Seite des Endabschnitts 9c.
Die schräg verlaufende Oberfläche 9a-1 ist eine geradlinig schräg verlaufende Oberfläche mit einem gegenüber der axialen Richtung konstanten Neigungswinkel. In ähnlicher Weise ist die schräg verlaufende Oberfläche 9a-2 eine geradlinig schräg verlaufende Oberfläche mit einem gegenüber der axialen Richtung konstanten Neigungswinkel. In 4 wird der Wert des Neigungswinkels der schräg verlaufenden Oberfläche 9a-2 durch θ₁ und der Wert des Neigungswinkels der schräg verlaufenden Oberfläche 9a-1 durch θ₂ repräsentiert. Auch wenn die Werte der Neigungswinkel θ₁ und θ₂ von der maximalen Drehgeschwindigkeit und der Verschränkung abhängen, werden diese im Hinblick auf eine einfachere Montage vorzugsweise aus einem Bereich von 0 bis 10° gewählt.
Die Permanentmagnete 10 sind an der äußeren Umfangsfläche des Hülsenelements 9 in gleichmäßigen Abständen in Umfangsrichtung ausgerichtet. Die Permanentmagnete 10 sind mithilfe eines Klebstoffs an der äußeren Umfangsoberfläche des Hülsenelements 9 befestigt. In ähnlicher Weise sind die Abstandselemente 11 an der äußeren Umfangsfläche des Hülsenelements 9 in gleichmäßigen Abständen in Umfangsrichtung ausgerichtet. Die Abstandselemente 11 sind mithilfe eines Klebstoffs an der äußeren Umfangsoberfläche des Hülsenelements 9 befestigt. Die Abstandselemente 11 füllen die zwischen den Permanentmagneten 10 vorhandenen Räume. Bei dem in 4 veranschaulichten Beispiel ist die Anzahl der Permanentmagnete 10 und die Anzahl der Abstandselemente 11 jeweils vier.
Die Permanentmagnete 10 weisen jeweils eine bogenförmige Querschnittsform mit in radialer Richtung konstanter Dicke auf. Die Längsschnittform der jeweiligen Permanentmagnete 10 ist rechteckig. Die Länge der Permanentmagnete 10 in axialer Richtung ist kürzer als die Länge des Hülsenelements 9 in axialer Richtung. Die Permanentmagnete 10 sind an der die Endabschnitte 9b und 9c nicht umfassenden äußeren Umfangsfläche des Hülsenelements 9 angeordnet.
Die Abstandselemente 11 weisen jeweils eine bogenförmige Querschnittsform mit in radialer Richtung konstanter Dicke auf. Die Länge der Abstandselemente 11 in Umfangsrichtung ist kürzer als die Länge der Permanentmagnete 10 in Umfangsrichtung. Die Längsschnittform der jeweiligen Abstandselemente 11 ist rechteckig. Die Länge der Abstandselemente 11 in axialer Richtung entspricht der Länge der Permanentmagnete 10 in axialer Richtung.
Die Permanentmagnete 10 sind Seltenerdmagnete oder Ferritmagnete. Die Abstandselemente 11 sind aus einem nichtmagnetischen Material gefertigt. Die Abstandselemente 11 sind insbesondere aus einem Edelstahl, einer Aluminiumlegierung, einer Kupferlegierung, einer Eisenlegierung, oder einem Harz gefertigt.
Das Bewehrungselement 12 ummantelt die äußeren Umfangsflächen der Permanentmagnete 10 und der Abstandselemente 11. Das Bewehrungselement 12 ist rohrförmig und koaxial zum Hülsenelement 9 angeordnet. Die Länge des Bewehrungselements 12 in axialer Richtung entspricht der Länge der Permanentmagnete 10 in axialer Richtung. Das Bewehrungselement 12 verhindert, dass sich die Permanentmagnete 10 und die Abstandselemente 11 aufgrund der während einer Rotation erzeugten Fliehkraft von dem Hülsenelement 9 ablösen.
Das Bewehrungselement 12 ist aus einem nichtmagnetischen Material gefertigt. Das Bewehrungselement 12 ist außerdem aus einem Material mit einer hohen Zugfestigkeit pro Gewichtseinheit gefertigt, da es eine Bewehrung ermöglichen soll. Das Bewehrungselement 12 ist insbesondere aus kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen (CFK), glasfaserverstärkten Kunststoffen (GFK), synthetischen Fasern, Titan oder Edelstahl gefertigt. Bei einem aus CFK oder GFK gefertigten Bewehrungselement 12 wird das Bewehrungselement 12 gefertigt, indem ein Faserbündel oder Faserband direkt um die äußeren Umfangsflächen der Permanentmagnete 10 und der Abstandselemente 11 gewickelt wird.
Die elektrische Rotationsmaschine 1 ist in einem Gehäuse angeordnet, wobei der Stator 2 an dem Gehäuse 20 befestigt ist. Der Stator 2 ist mittels Schrumpffügen, Dehnungsfügen, oder Fügen mittels Presspassung an der inneren Umfangsfläche des Gehäuses 20 befestigt.
Als Nächstes wird ein Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Rotationsmaschine gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. Das Flussdiagramm von 5 veranschaulicht das Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Rotationsmaschine gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
Zunächst wird in S1 das Hülsenelement 9 geschaffen. Das Hülsenelement 9 entsteht durch Bearbeiten der äußeren Umfangsfläche und der inneren Umfangsfläche eines Stahlrohrs. Als Nächstes werden die Permanentmagnete 10 und die Abstandselemente 11 in S2 an der äußeren Umfangsfläche des Hülsenelements 9 angebracht. Die Abstandselemente 11 sind so angeordnet, dass sie die Räume zwischen den in Umfangsrichtung einander benachbarten Permanentmagneten 10 ausfüllen. Außerdem werden die äußeren Umfangsflächen der Permanentmagnete 10 und der Abstandselemente 11 in S3 mit dem Bewehrungselement 12 ummantelt. Danach wird in S4 die Welle 4 von der Seite des Endabschnitts 9c her so in das Durchgangsloch 15 eingepresst, dass sie durch das Durchgangsloch hindurchgeht, wodurch die Welle 4 an dem Hülsenelement 9 befestigt wird. Das Einpressen der Welle in das Hülsenelement 9 erfolgt in einem Zustand, bei dem der Flanschendabschnitt 9b gehalten wird. Anschließend wird der mit der Welle 4 versehene Rotor 3 an der Innenseite des Stators 2 angeordnet.
Nachfolgend wird eine Wirkungsweise der vorliegenden Ausführungsform anhand einer Gegenüberstellung mit einem Vergleichsbeispiel erläutert. Die graphische Darstellung von 6 veranschaulicht die Belastung, die bei einer Presspassung einer Welle in einen Rotor gemäß dem Vergleichsbeispiel erzeugt wird. 6 stellt eine vergrößerte Detailansicht dar, die dem Abschnitt von 4 entspricht. In 6 sind Komponenten, die den in 4 gezeigten Komponenten entsprechen, mit denselben Bezugszeichen versehen.
Ein Rotor 101, bei dem es sich um einen Rotor des Vergleichsbeispiels handelt, weist ein Hülsenelement 109 auf. Vergleicht man das Hülsenelement 109 mit dem in 4 dargestellten Hülsenelement 9, dann unterscheidet sich die Form der inneren Umfangsfläche 109a des Hülsenelements 109 von der Form der in 4 dargestellten inneren Umfangsfläche 9a. Insbesondere ist die innere Umfangsfläche 109a als einzelne sich unter einem in Bezug auf die axiale Richtung unter einem konstanten Neigungswinkel geradlinig schräg zulaufende Oberfläche ausgebildet. Die innere Umfangsfläche 109a weitet sich bei der Annäherung ausgehend von einem Endabschnitt 109b des Hülsenelements 109 an den (nicht gezeigten) Endabschnitt des Hülsenelements 109 kontinuierlich und gleichförmig in radialer Richtung zur Außenseite hin auf. Andere Konfigurationen des Rotors 101 sind dem in 2 gezeigten Rotor 3 ähnlich.
In 6 sind die bei einer Presspassung einer Welle 104 auf die innere Umfangsfläche 109a des Hülsenelements 109 wirkenden Belastungen 30 und 31 dargestellt. Das Einpressen der Welle 104 in das Hülsenelement 109 erfolgt über die Seite des Hülsenelements 109 am (nicht dargestellten) Endabschnitt. Die innere Umfangsfläche 109a ist als eine einzelne geradlinig schräg verlaufende Oberfläche ausgeführt, wobei sich der Innendurchmesser der inneren Umfangsfläche 109a bei einer von dem (nicht dargestellten) Endabschnitt des Hülsenelements 109 ausgehenden Annäherung an den Endabschnitt 109b kontinuierlich und gleichmäßig verengt. Daher ist die auf den Endabschnitt 109b, der dicker und steifer ist, einwirkende Belastung 31 größer als die Belastung 30, die auf den dünneren Abschnitt des Hülsenelements 109 einwirkt, dessen Dicke sich weniger ändert. Die auf den Endabschnitt 109b einwirkende Belastung 31 macht den Presspassungsvorgang weniger einfach.
Die graphische Darstellung von 7 veranschaulicht die durch eine Presspassung der Welle in den Rotor gemäß der vorliegenden Ausführungsform erzeugte Belastung. 7 stellt eine vergrößerte Detailansicht dar, die dem Abschnitt von 4 entspricht. In 7 sind Komponenten, die den in 4 gezeigten Komponenten entsprechen, mit denselben Bezugszeichen versehen.
7 veranschaulicht die Belastung 32, die bei einer Presspassung der Welle 4 auf die innere Umfangsfläche 9a des Hülsenelements 9 einwirkt. Die Welle 4 wird in das Hülsenelement 9 von dem in 2 gezeigten Endabschnitt 9c her eingepresst. Bei der vorliegenden Ausführungsform weist die innere Umfangsfläche 9a die schräg verlaufenden Oberflächen 9a-1 und 9a-2 auf, die in unterschiedliche Richtungen geneigt sind. Insbesondere weitet sich die schräg verlaufende Oberfläche 9a-1, während sie sich von der Grenze zur schräg verlaufenden Oberfläche 9a-2 ausgehend dem Endabschnitt 9b nähert, zur Außenseite in radialer Richtung hin auf, sodass die Verschränkung zwischen dem Hülsenelement 9 und der Welle verringert wird.
Dies führt dazu, dass die auf den Endabschnitt 9b einwirkende Belastung 32 geringer wird als die Belastung 31 bei dem Vergleichsbeispiel und gleich groß wie die auf den dünner ausgeführten Abschnitt des Hülsenelements 9 einwirkende Belastung 32 gemacht werden kann. Mit anderen Worten kann bei der vorliegenden Ausführungsform die Belastung 32, die auf den eine große Dicke und große Steifheit aufweisenden Endabschnitt 9b einwirkt, verringert werden, wodurch der Vorgang zum Einpressen der Welle in die Passung einfacher wird.
Wie oben beschrieben muss der Endabschnitt 9b die Permanentmagnete 10 nicht halten; dadurch wird die Verschränkung durch die schräg verlaufende Oberfläche 9a-1 verringert und somit der auf den Endabschnitt 9b einwirkende Oberflächendruck verringert. Indessen muss der vom Endabschnitt 9c verschiedene dünner ausgeführte Abschnitt des Hülsenelements 9 die Permanentmagnete 10 halten; dadurch wird die Verschränkung durch die schräg verlaufende Oberfläche 9a-2 sichergestellt.
Bei der vorliegenden Ausführungsform kann, indem der Endabschnitt 9b, bei dem es sich um einen Flanschabschnitt handelt, als Halterung verwendet und die Welle 4 zur Herstellung einer Presspassung in das Hülsenelement 9 eingepresst wird, verhindert werden, dass sich das Hülsenelement 9 verzieht. Hierdurch wird die Qualität des Rotors 3 verbessert.
Außerdem wird bei der vorliegenden Ausführungsform, da die innere Umfangsfläche 9a die schräg verlaufende Oberfläche 9a-1 umfasst, die Kraft zum Einpressen der Welle 4 in die Passung verringert, wodurch die Herstellung des Rotors 3 verbessert werden kann.
Bei der vorliegenden Ausführungsform weist die schräg verlaufende Oberfläche 9a-2 eine geradlinig schräg verlaufende Oberfläche auf; die schräg verlaufende Oberfläche 9a-2 ist hierauf jedoch nicht beschränkt. Dies gilt auch für die schräg verlaufende Oberfläche 9a-1. Die schräg verlaufenden Oberflächen 9a-1 und 9a-2 können jeweils als nicht geradlinig schräg verlaufende Oberflächen ausgebildet sein, bei denen sich der Neigungswinkel relativ zur axialen Richtung ändert.
Außerdem ist die schräg verlaufende Oberfläche 9a-2 als einzelne geradlinig schräg verlaufende Oberfläche ausgebildet; die schräg verlaufende Oberfläche 9a-2 ist hierauf jedoch nicht beschränkt. Die schräg verlaufende Oberfläche 9a-2 kann durch Verbinden von mehreren geradlinig schräg verlaufenden Oberflächen mit gegenüber der axialen Richtung unterschiedlichen Neigungswinkeln gebildet sein. In diesem Fall können die Werte der Neigungswinkel der geradlinig schräg verlaufenden Oberflächen so festgelegt werden, dass aufeinanderfolgende Neigungswinkel in Richtung vom Endabschnitt 9c zum Endabschnitt 9b kleiner werden. Dies gilt auch für die schräg verlaufende Oberfläche 9a-1. Die schräg verlaufende Oberfläche 9a-1 kann durch Verbinden von mehreren geradlinig schräg verlaufenden Oberflächen mit gegenüber der axialen Richtung unterschiedlichen Neigungswinkeln gebildet sein. In diesem Fall können die Werte der Neigungswinkel der geradlinig schräg verlaufenden Oberflächen so festgelegt werden, dass aufeinanderfolgende Neigungswinkel in Richtung vom Endabschnitt 9b zum Endabschnitt 9c kleiner werden.
Zudem liegt bei der vorliegenden Ausführungsform die Dicke des vom Endabschnitt 9b verschiedenen Teils des Hülsenelements 9, d. h. die Dicke des dünner ausgeführten Abschnitts des Hülsenelements 9, in einem Bereich von 1 bis 10 mm; abhängig vom Material des Hülsenelements 9 kann die Dicke jedoch auch außerhalb dieses Bereichs liegen.
Bei der vorliegenden Ausführungsform beträgt die Anzahl der Permanentmagnete 10 vier; die Ausführungsform ist hierauf jedoch nicht beschränkt. Die Anzahl der Permanentmagnete 10 wird abhängig von der Anzahl der Pole des Rotors 3 bestimmt. Außerdem können die Permanentmagnete 10 in axialer Richtung geteilt sein. Dies gilt auch für die Abstandselemente 11.
Bei der vorliegenden Ausführungsform sind die Abstandselemente 11 aus einem nichtmagnetischen Material gefertigt. Indem die Abstandselemente 11 aus einem nichtmagnetischen Material gefertigt werden, können die Verluste durch ein Kurzschließen des Flusses in dem Hülsenelement 9 und den Abstandselementen 11 verringert werden. Die Abstandselemente 11 können statt aus einem nichtmagnetischen Material aus einem anderen Material gefertigt sein.
Außerdem kann das Material der Abstandselemente 11 so gewählt sein, dass deren spezifisches Gewicht dem der Permanentmagnete 10 gleicht. Dadurch sind die auf die Abstandselemente 11 und die Permanentmagnete 10 wirkenden Fliehkräfte gleich groß; dadurch kann eine lokale Konzentration der Belastung auf das Bewehrungselement 12 verhindert werden.
Die Anordnung der Abstandselemente 11 soll das Anbringen der Permanentmagnete 10 erleichtern und die auf das Bewehrungselement 12 wirkende Belastung ausgleichen. Man kann auch auf die Abstandselemente 11 verzichten. Auf die Abstandselemente 11 kann insbesondere dann verzichtet werden, wenn die auf das Bewehrungselement 12 einwirkende Belastung geringer als die Dauerfestigkeit des Bewehrungselements 12 ist. Außerdem kann man auf die Abstandselemente 11 verzichten, wenn man die Permanentmagnete 10 in Umfangsrichtung ohne dazwischenliegende Zwischenräume anordnet.
Bei der vorliegenden Ausführungsform ist das Bewehrungselement 12 aus einem nichtmagnetischen Material gefertigt. Hierdurch kann eine Verringerung der Ausgangsleistung der elektrischen Rotationsmaschine 1 aufgrund eines Streuflusses verhindert werden. Konkret ist das Bewehrungselement 12 aus kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen, glasfaserverstärkte Kunststoffen, synthetischen Fasern, Titan oder Edelstahl gefertigt; das Bewehrungselement 12 kann jedoch auch aus einer Kombination von zwei oder mehr, unter den oben angegebenen Materialien ausgewählten Materialien gefertigt werden.
Bei der vorliegenden Ausführungsform befindet sich zwischen dem Endabschnitt 9b und dem Permanentmagneten 10 ein Zwischenraum. Durch diesen Zwischenraum kann der Streufluss aus dem Endabschnitt des Permanentmagneten 10 geringgehalten werden. Durch Vergrößern der Länge der Permanentmagnete 10 in axialer Richtung können die Endflächen 10a in Kontakt mit dem Endabschnitt 9b gebracht werden. In diesem Fall kann jedoch der Fluss aus den Permanentmagneten 10 über den Endabschnitt 9b streuen.
Zweite Ausführungsform
Die Längsschnittansicht von 8 veranschaulicht die Konfiguration eines Rotors einer elektrischen Rotationsmaschine gemäß der vorliegenden Ausführungsform. In 8 sind Komponenten, die mit solchen des in 2 veranschaulichten Rotors 3 identisch sind mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.
Ein Rotor 3a gemäß der vorliegenden Ausführungsform weist ein rohrförmiges Hülsenelement 35 auf, bei dem es sich um ein Rotorelement handelt. Das Hülsenelement 35 besitzt eine innere Umfangsfläche 35a, die das Durchgangsloch 15 ausbildet. Außerdem weist das Hülsenelement 35 Endabschnitte 35b und 35c auf, die in axialer Richtung zueinander beabstandet sind. Der Endabschnitt 35b stellt einen ersten Endabschnitt und der Endabschnitt 35c einen zweiten Endabschnitt dar. Beide Endabschnitte 35b und 35c bilden Flansche aus. Anders ausgedrückt handelt es sich bei dem ersten Endabschnitt 35b um einen ersten Flanschabschnitt und bei dem Endabschnitt 35c um einen zweiten Flanschabschnitt. Die äußere Umfangsfläche des Hülsenelements 35, die die Endabschnitte 35b und 35c nicht umfasst, weist eine zylindrische Oberfläche mit einem gleichmäßigen Außendurchmesser auf, der kleiner als der Außendurchmesser der Endabschnitte 35b und 35c ist. Die Endabschnitte 35b und 35c sind dicker als die anderen Abschnitte des Hülsenelements 35. Das Hülsenelement 35 weist an jeder Stelle entlang der axialen Richtung unter Ausnahme der Endabschnitte 35b und 35c, d. h. am dünner ausgeführten Abschnitt des Hülsenelements 35, eine Dicke aus dem Bereich von 1 bis 10 mm auf.
Die innere Umfangsfläche 35a umfasst eine schräg verlaufende Oberfläche 35a-1, die eine erste schräg verlaufende Oberfläche darstellt, deren Innendurchmesser vom Endabschnitt 35b in Richtung zum Endabschnitt 35c kontinuierlich kleiner wird, schräg verlaufende Oberflächen 35a-2 und 35a-3, die eine zweite schräg verlaufende Oberfläche darstellen, wobei deren Innendurchmesser von dem Endabschnitt 35c in Richtung zum Endabschnitt 35b kontinuierlich kleiner wird. Anders ausgedrückt wird die zweite schräg verlaufende Oberfläche durch Verbinden der schräg verlaufenden Oberflächen 35a-2 und 35a-3 gebildet. Die schräg verlaufende Oberfläche 35a-1 ist mit der schräg verlaufenden Oberfläche 35a-3 verbunden. Die schräg verlaufende Oberfläche 35a-1 ist ausgehend von der Endfläche des Hülsenelements 35 an der Seite des Endabschnitts 35b in axialer Richtung über eine bestimmte Länge ausgebildet. Die schräg verlaufenden Oberfläche 35a-2 ist ausgehend von der Endfläche des Hülsenelement 35 an der Seite des Endabschnitts 35c in axialer Richtung über eine bestimmte Länge ausgebildet.
Die schräg verlaufende Oberfläche 35a-1 ist eine geradlinig schräg verlaufende Oberfläche mit einem gegenüber der axialen Richtung konstanten Neigungswinkel. Die schräg verlaufende Oberfläche 35a-1 umfasst eine innere Umfangsfläche des Endabschnitts 35b, der einen ersten Flanschabschnitt darstellt, und reicht bis zur inneren Umfangsfläche des dünner ausgeführten Abschnitts des Hülsenelements 35. In axialer Richtung erstreckt sich die schräg verlaufende Oberfläche 35a-1 nicht über die Position der Endflächen 10a der Permanentmagnete 10 hinaus und reicht in axialer Richtung nicht bis zur Seite des Endabschnitts 35c. Anders ausgedrückt ist die schräg verlaufende Oberfläche 35a-1 in einem Bereich ausgebildet, der sich von der inneren Umfangsfläche des Endabschnitts 35b zur inneren Umfangsfläche des dünner ausgeführten Abschnitts des Hülsenelements 35 erstreckt, jedoch nicht über die Position der Endflächen 10a der Permanentmagnete 10 hinaus reicht.
Die schräg verlaufende Oberfläche 35a-2 wird von einer geradlinig schräg verlaufenden Oberfläche mit einem gegenüber der axialen Richtung konstanten Neigungswinkel gebildet. Die schräg verlaufende Oberfläche 35a-2 umfasst die innere Umfangsfläche des Endabschnitts 35c, der einen zweiten Flanschabschnitt darstellt, und reicht bis zur inneren Umfangsfläche des dünner ausgeführten Abschnitts des Hülsenelements 35. In axialer Richtung erstreckt sich die schräg verlaufende Oberfläche 35a-2 nicht über die Position der Endflächen 10b der Permanentmagnete 10 hinaus und reicht nicht bis zur Seite des Endabschnitts 35b. Anders ausgedrückt ist die schräg verlaufende Oberfläche 35a-2 in einem Bereich ausgebildet, der sich von der inneren Umfangsfläche des Endabschnitts 35c zur inneren Umfangsfläche des dünner ausgeführten Abschnitts des Hülsenelements 35 erstreckt, jedoch nicht über die Position der Endflächen 10b der Permanentmagnete 10 hinaus reicht.
Die schräg verlaufende Oberfläche 35a-3 wird von einer geradlinig schräg verlaufenden Oberfläche mit einem gegenüber der axialen Richtung konstanten Neigungswinkel gebildet. Der Wert des Neigungswinkels der schräg verlaufenden Oberfläche 35a-3 unterscheidet sich von dem der schräg verlaufenden Oberfläche 35a-2. Insbesondere ist der Wert des Neigungswinkels der schräg verlaufenden Oberfläche 35a-2 größer als der der schräg verlaufenden Oberfläche 35a-3. Die schräg verlaufende Oberfläche 35a-3 ist zwischen den schräg verlaufenden Oberflächen 35a-1 und 35a-2 angeordnet.
Die Werte der Neigungswinkel der schräg verlaufenden Oberflächen 35a-1, 35a-2 und 35a-3 liegen im Bereich von 0 bis 10°.
Andere Konfigurationen des Rotors 3a sind der des in 2 veranschaulichten Rotors 3 ähnlich. In das Hülsenelement 35 wird über die Seite des Endabschnitts 35c eine (nicht dargestellte) Welle eingepresst.
Bei der vorliegenden Ausführungsform weitet sich die schräg verlaufende Oberfläche 35a-1 ähnlich wie bei der ersten vorliegenden Ausführungsform bei einer von der Grenze zur schräg verlaufenden Oberfläche 35a-3 ausgehendenden Annäherung an den Endabschnitt 35b in radialer Richtung zur Außenseite hin auf, sodass die Verschränkung zwischen dem Hülsenelement 35 und der (nicht dargestellten) Welle verringert wird. Dadurch kann die auf den Endabschnitt 35b wirkende Belastung in gleicher Weise verringert werden, wie die Belastung, die auf den dünner ausgeführten Abschnitt des Hülsenelements 35 einwirkt.
Bei der vorliegenden Ausführungsform kann, indem die beiden Endabschnitte 35b und 35c, die Flanschabschnitte darstellen, als Halter verwendet werden und die (nicht dargestellte) Welle in das Hülsenelement 35 eingepresst wird, außerdem verhindert werden, dass sich das Hülsenelement 35 verzieht.
Ferner ist bei der vorliegenden Ausführungsform der Wert des Neigungswinkels der schräg verlaufenden Oberfläche 35a-2 größer ausgeführt als der der schräg verlaufenden Oberfläche 35a-3. Dadurch wird in dem Endabschnitt 35c die Verschränkung zwischen dem Hülsenelement 35 und der (nicht dargestellten) Welle verringert, wodurch die auf den Endabschnitt 35c wirkende Belastung in gleicher Weise verringert wird wie die auf den dünner ausgeführten Abschnitt des Hülsenelements 35 wirkende Belastung.
Bei der vorliegenden Ausführungsform stellt die erste schräg verlaufende Oberfläche, deren Innendurchmesser vom Endabschnitt 35b in Richtung zum Endabschnitt 35c kontinuierlich kleiner wird, die schräg verlaufende Oberfläche 35a-1 dar, bei der es sich um eine einzelne geradlinig schräg verlaufende Oberfläche handelt. Die zweite schräg verlaufende Oberfläche, deren Innendurchmesser vom Endabschnitt 35c in Richtung zum Endabschnitt 35b kontinuierlich kleiner wird, bildet die beiden schräg verlaufenden Oberflächen 35a-2 und 35a-3, bei denen es sich um zwei miteinander verbundene geradlinig schräg verlaufende Oberflächen handelt. Solche Konfigurationen stellen jedoch keine Einschränkung dar, und die zweite schräg verlaufende Oberfläche kann in gleicher Weise wie bei der ersten Ausführungsform als eine einzelne geradlinig schräg verlaufende Oberfläche ausgebildet sein.
Außerdem kann die zweite schräg verlaufende Oberfläche durch Verbinden von drei oder mehr geradlinig schräg verlaufenden Oberflächen mit gegenüber der axialen Richtung unterschiedlichen Neigungswinkeln gebildet sein. In diesem Fall können die Werte der Neigungswinkel der drei oder mehr geradlinig schräg verlaufenden Oberflächen so gewählt sein, dass die aufeinanderfolgenden Neigungswinkel von dem Endabschnitt 35c in Richtung des Endabschnitts 35b kleiner werden. Ferner kann die geradlinig schräg verlaufenden Oberfläche, die von den drei oder mehr geradlinig schräg verlaufenden Oberflächen dem Endabschnitt 35c am nächsten ist, nur innerhalb eines Bereichs ausgebildet werden, der in axialer Richtung nicht über die Endflächen 10b der Permanentmagnete 10 hinausragt und nicht bis zur Seite am Endabschnitt 35b reicht.
Ferner kann die erste schräg verlaufende Oberfläche durch Verbinden mehrerer geradlinig schräg verlaufender Oberflächen mit gegenüber der axialen Richtung unterschiedlichen Neigungswinkeln ausgebildet sein. In diesem Fall können die Werte der Neigungswinkel der schräg verlaufenden Oberflächen so gewählt sein, dass aufeinanderfolgende Neigungswinkel von Endabschnitt 35b in Richtung zum Endabschnitt 35c kleiner werden.
Andere Konfigurationen, Funktionen und Wirkungen der vorliegenden Ausführungsform ähneln denen der ersten Ausführungsform.
Dritte Ausführungsform
Die Längsschnittansicht von 9 veranschaulicht die Konfiguration eines Rotors einer elektrischen Rotationsmaschine gemäß der vorliegenden Ausführungsform. In 9 sind Komponenten, die mit jenen des in 2 veranschaulichten Rotors 3 identisch sind, mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.
Ein Rotor 3b gemäß der vorliegenden Ausführungsform weist ein rohrförmiges Hülsenelement 36 auf, bei dem es sich um ein Rotorelement handelt. Das Hülsenelement 36 weist eine innere Umfangsfläche 36a auf, die das Durchgangsloch 15 ausbildet. Außerdem weist das Hülsenelement 36 Endabschnitte 36b und 36c auf, die in axialer Richtung zueinander beabstandet sind. Der Endabschnitt 36b stellt einen ersten Endabschnitt und der Endabschnitt 36c einen zweiten Endabschnitt dar. Der Endabschnitt 36b bildet einen Flansch. Mit anderen Worten handelt es sich bei dem Endabschnitt 36b um einen Flanschabschnitt. Die äußere Umfangsfläche des Hülsenelements 36 weist abgesehen vom Endabschnitt 36b eine zylindrische Oberfläche mit einem gleichbleibenden Außendurchmesser auf, der kleiner ist als der Außendurchmesser des Endabschnitts 36b. Der Endabschnitt 36b ist dicker als die anderen Abschnitte des Hülsenelements 36. Das Hülsenelement 36 weist abgesehen vom Endabschnitt 36b, d. h. am dünner ausgeführten Abschnitt des Hülsenelements 36, in axialer Richtung an jeder Stelle eine Dicke aus dem Bereich von 1 bis 10 mm auf.
Der Innendurchmesser der inneren Umfangsfläche 36a verringert sich mit Unterbrechung vom Endabschnitt 36c in Richtung zum Endabschnitt 36b. Genauer gesagt verringert sich der Innendurchmesser der inneren Umfangsfläche 36a abgesehen von einer Nut 37 kontinuierlich von dem Endabschnitt 36c in Richtung zum Endabschnitt 36b. Die Nut 37 ist an der inneren Umfangsfläche 36a ausgebildet; daher verengt sich die innere Umfangsfläche 36a bei einer von dem Endabschnitt 36c ausgehenden Annäherung an den Endabschnitt 36b mit einer Unterbrechung in radialer Richtung nach innen.
Konkret ist die ringförmige Nut 37 so in Umfangsrichtung an der inneren Umfangsfläche 36a ausgebildet, dass sie an den Endabschnitt 36b angrenzt. Die Nut 37 weist eine in Umfangsrichtung gleichmäßige Tiefe auf. Die Nut 37 weist eine rechteckige Querschnittsform auf. In axialer Richtung ragt die Nut 37 nicht über die Position der Endflächen 10a der Permanentmagnete 10 hinaus und reicht nicht bis zur Seite des Endabschnitts 36c. Mit anderen Worten ist die Nut 37 so innerhalb eines Bereichs ausgebildet, dass sie in axialer Richtung an den Endabschnitt 36b angrenzt, jedoch nicht über die Position der Endflächen 10a der Permanentmagnete 10 hinaus reicht.
Abgesehen von der Nut 37 wird die innere Umfangsfläche 36a von einer geradlinig schräg verlaufenden Oberfläche mit einem gegenüber der axialen Richtung konstanten Neigungswinkel gebildet. Der Wert des Neigungswinkels liegt im Bereich von 0 bis 10°. Mit anderen Worten kann die innere Umfangsfläche 36a als geradlinig schräg verlaufende Oberfläche angesehen werden, deren Neigungswinkel gegenüber der axialen Richtung einen konstanten Wert, an der Nut 37 jedoch eine Diskontinuität aufweist.
Die graphische Darstellung von 10 veranschaulicht eine beim Einpressen einer Welle in den Rotor gemäß der vorliegenden Ausführungsform erzeugte Belastung. 10 zeigt eine vergrößerte Detailansicht des gleichen Abschnitts wie in 7. In 10 sind Komponenten, die mit den in 7 veranschaulichten Komponenten identisch sind, mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.
In 10 sind die Belastungen 40 und 41 veranschaulicht, die beim Einpressen der Welle 4b in das Hülsenelement 36 auf die innere Umfangsfläche 36a einwirken. Die Welle 4b wird über die Seite des am in 9 dargestellten Endabschnitts 36c in das Hülsenelement 36 eingepresst. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist die Nut 37 benachbart zum Endabschnitt 36b, der einen Flanschabschnitt darstellt, ausgebildet; an der Nut 37 ist das Hülsenelement 36 daher dünner, wodurch die von der Welle 4b auf den Endabschnitt 36b ausgeübte Belastung 40 geringer ist. Auf diese Weise kann die auf den Endabschnitt 36b einwirkende Belastung 40 gleich groß wie die auf den, die Nut 37 nicht umfassenden, dünner ausgeführten Abschnitt des Hülsenelements 36 einwirkende Belastung 40 gemacht werden.
Wie oben ausgeführt wird bei der vorliegenden Ausführungsform die auf den Endabschnitt 36b einwirkende Belastung 40 verringert, indem an dem Hülsenelement 36 in axialer Richtung zwischen dem Endabschnitt 36b und den Permanentmagneten 10 die Nut 37 ausgebildet wird.
Außerdem kann die auf die Nut 37 ausgeübte Belastung 41 zudem weiter so verringert werden, dass sie kleiner als die auf die anderen Abschnitte des Hülsenelements 36 einwirkende Belastung 40 ist.
Andere Konfigurationen des Rotors 3b ähneln denen des in 2 veranschaulichten Rotors 3.
Die graphische Darstellung von 11 veranschaulicht den Verlauf des in dem Hülsenelement erzeugten Oberflächendrucks entlang der axialen Richtung. Der Oberflächendruck entspricht den oben beschriebenen Belastungen 40 und 41.
Im oberen Teil von 11 sind die Längsschnittkonfigurationen des Rotors 3b gemäß der vorliegenden Ausführungsform und des Rotors 101 gemäß des in 6 veranschaulichten Vergleichsbeispiels so dargestellt, dass sie sich teilweise überlappen. Der Rotor 3b wird durch Ausbilden der Nut 37 in dem Rotor 101 erhalten, und somit wird der Rotor 3b über die in dem Rotor 101 mit einer gepunkteten Linie dargestellten Nut 37 dargestellt.
Im unteren Teil von 11 sind eine Kurve L1, die den Verlauf des in der inneren Umfangsfläche 36a erzeugten Oberflächendrucks über der Position in axialer Richtung des Hülsenelements 36 wiedergibt, und eine Kurve L2 dargestellt, die den Verlauf des in der inneren Umfangsfläche 109a erzeugten Oberflächendrucks über der Position in axialer Richtung des Hülsenelements 109 wiedergibt. Die Einheit der Position in axialer Richtung ist Millimeter und die Einheit des Oberflächendrucks ist Megapascal. Wie aus 11 ersichtlich kann durch die Ausbildung der Nut 37 der in dem Endabschnitt 36b, der einen Flanschabschnitt darstellt, erzeugte Oberflächendruck im Vergleich zum Vergleichsbeispiel verringert werden.
Bei der vorliegenden Ausführungsform kann, indem der Endabschnitt 36b, der einen Flanschabschnitt darstellt, als Halter verwendet und die Welle 4b in das Hülsenelement 36 eingepresst wird, verhindert werden, dass sich das Hülsenelement 36 verzieht. Dies verbessert die Qualität des Rotors 3b.
Außerdem wird bei der vorliegenden Ausführungsform, da die innere Umfangsfläche 36a mit der Nut 37 benachbart zum Endabschnitt 36b ausgebildet ist, die Kraft zum Einpressen der Welle 4b in die Passung verringert, wodurch die Herstellung des Rotors 3b vereinfacht wird.
Bei der vorliegenden Ausführungsform weist die Nut 37 eine rechteckige Querschnittsform auf, ist hierauf jedoch nicht beschränkt. Bei einem anderen Beispiel kann die Nut 37 eine halbkreisförmige Querschnittsform aufweisen. Andere Konfigurationen, Funktionen und Wirkungen der vorliegenden Ausführungsform ähneln denen der ersten Ausführungsform.
Die Längsschnittansicht 12 zeigt ein vergrößertes Detail der Konfiguration eines Rotorelements gemäß einer Abwandlung der vorliegenden Ausführungsform. Komponenten, die mit in 10 dargestellten Komponenten identisch sind, sind in 12 mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.
Das Hülsenelement 36, das ein der Abwandlung entsprechendes Rotorelement darstellt, weist eine innere Umfangsfläche 36a auf, deren Innendurchmesser in gleicher Weise wie bei der vorliegenden Ausführungsform vom Endabschnitt 36c in Richtung zum Endabschnitt 36b mit einer Unterbrechung kleiner wird. Die innere Umfangsfläche 36a der Abwandlung weist jedoch zwei schräg verlaufende Oberflächen 36a-1 und 36a-2 auf, die mit der Nut 37 dazwischen ausgebildet sind und Neigungswinkel mit gegenüber der axialen Richtung unterschiedlichen Werten aufweisen. Die schräg verlaufenden Oberflächen 36a-1 und 36a-2 sind jeweils geradlinig schräg verlaufende Oberflächen.
In 12 ist der Wert des Neigungswinkels der schräg verlaufenden Oberfläche 36a-2 relativ zur axialen Richtung mit θ₁ und der Wert des Neigungswinkels der schräg verlaufenden Oberfläche 36a-1 relativ zur axialen Richtung mit θ₃ bezeichnet. In dem in 12 dargestellten Beispiel ist der Wert des Neigungswinkels θ₃ kleiner als der Wert des Neigungswinkels θ₁.
Die Kraft zum Einpressen der Welle in die Passung ist, da die innere Umfangsfläche 36a mit der Nut 37 benachbart zum Endabschnitt 36b ausgebildet ist, bei der Abwandlung ähnlich wie bei der vorliegenden Ausführungsform geringer.
Außerdem ist bei der Abwandlung, da der Wert des Neigungswinkels θ₃ kleiner als der Wert des Neigungswinkels θ₁ ist, die Verschränkung am Endabschnitt 36b geringer, wodurch die auf den Endabschnitt 36b wirkende Belastung weiter reduziert wird. Andere Konfigurationen, Funktionen und Wirkungen der Abwandlung ähneln denen der vorliegenden Ausführungsform.
Obgleich der Wert des Neigungswinkels θ₃ kleiner ist als der Wert des Neigungswinkels θ₁, kann der Wert des Neigungswinkels θ₃ auch größer sein als der Wert des Neigungswinkels θ₁.
Vierte Ausführungsform
Die Längsschnittansicht 13 zeigt ein vergrößertes Detail der Konfiguration eines Rotorelements gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Komponenten, die mit in 9 dargestellten Komponenten identisch sind, sind in 13 mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.
Ein Hülsenelement 39, das ein Rotorelement gemäß der vorliegenden Ausführungsform darstellt, weist abgesehen von der Form der inneren Umfangsfläche 39a dieselbe Form auf wie das in 9 dargestellte Hülsenelement 36. Konkret weist das Hülsenelement 39 einen Endabschnitt 39b, der einen Flanschabschnitt darstellt, und einen (in 13 nicht dargestellten) Endabschnitt auf. Bei dem in 13 nicht gezeigten Endabschnitt handelt es sich um einen Endabschnitt, der dem in 19 gezeigten Endabschnitt 36c entspricht. Der Endabschnitt 39b stellt einen ersten Endabschnitt und der in 13 nicht dargestellte Endabschnitt stellt einen zweiten Endabschnitt dar. Außerdem ist die innere Umfangsfläche 39a des Hülsenelements 39 mit der Nut 37 benachbart zum Endabschnitt 39b ausgebildet.
Die innere Umfangsfläche 39a umfasst zwei schräg verlaufende Oberflächen 39a-1 und 39a-2, zwischen denen die Nut 37 ausgebildet ist. Anders ausgedrückt ist die schräg verlaufende Oberfläche 39a-1 über die Nut 37 mit der schräg verlaufenden Oberfläche 39a-2 verbunden. Die schräg verlaufende Oberfläche 39a-1 ist eine geradlinig schräg verlaufende Oberfläche, deren Innendurchmesser von dem Endabschnitt 39b zum (nicht dargestellten) Endabschnitt hin kontinuierlich kleiner wird. Die schräg verlaufende Oberfläche 39a-2 ist eine geradlinig schräg verlaufende Oberfläche, deren Innendurchmesser von dem (nicht dargestellten) Endabschnitt zum Endabschnitt 39b hin kontinuierlich kleiner wird.
In 13 wird der Wert des Neigungswinkels der schräg verlaufenden Oberfläche 39a-2 relativ zur axialen Richtung von θ₁ und der Wert des Neigungswinkels der schräg verlaufenden Oberfläche 39a-1 relativ zur axialen Richtung von θ₄ repräsentiert. In dem in 13 dargestellten Beispiel ist der Wert des Neigungswinkels θ₄ kleiner als der Wert des Neigungswinkels θ₁. Der Wert des Neigungswinkels θ₄ kann größer als der Wert oder gleich dem Wert des Neigungswinkels θ₁ sein.
Andere Konfigurationen der vorliegenden Ausführungsform ähneln denen der dritten Ausführungsform. Die Wirkung der vorliegenden Ausführungsform ähnelt der der dritten Ausführungsform.
Außerdem kann das mit einer Nut 37 versehene Hülsenelement 9 gemäß der in 2 veranschaulichten ersten Ausführungsform als das Hülsenelement 39 gemäß der vorliegenden Ausführungsform angesehen werden. Daher wird mit der vorliegenden Ausführungsform eine ähnliche Wirkung wie mit der ersten Ausführungsform erzielt.
Fünfte Ausführungsform
Die Längsschnittansicht von 14 veranschaulicht die Konfiguration eines Rotors einer elektrischen Rotationsmaschine gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Komponenten, die mit denjenigen des in 9 dargestellten Rotors 3b identisch sind, sind in 14 mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.
Ein Rotor 3c gemäß der vorliegenden Ausführungsform weist ein rohrförmiges Hülsenelement 45 auf, das ein Rotorelement darstellt. Das Hülsenelement 45 weist eine innere Umfangsfläche 45a auf, die das Durchgangsloch 15 ausbildet. Das Hülsenelement 45 umfasst außerdem die Endabschnitte 45b und 45c, die in axialer Richtung zueinander beabstandet sind. Der Endabschnitt 45b stellt einen ersten Endabschnitt dar und der Endabschnitt 45c stellt einen zweiten Endabschnitt dar. Beide Endabschnitte 45b und 45c bilden Flansche. Anders ausgedrückt stellt der Endabschnitt 45b einen ersten Flanschabschnitt und der Endabschnitt 45c einen zweiten Flanschabschnitt dar. Abgesehen von den Endabschnitten 45b und 45c besitzt die äußere Umfangsfläche des Hülsenelements 45 eine zylindrische Oberfläche mit einem gleichbleibenden Außendurchmesser, der kleiner als der Außendurchmesser der Endabschnitte 45b und 45c ist. Die Endabschnitte 45b und 45c sind dicker als die anderen Abschnitte des Hülsenelements 45. Abgesehen von den Endabschnitten 45b und 45c weist das Hülsenelement 45 an jeder beliebigen Stelle entlang der axialen Richtung, d. h. im dünner ausgeführten Abschnitt des Hülsenelements 45, eine Dicke im Bereich von 1 bis 10 mm auf.
Der Innendurchmesser der inneren Umfangsfläche 45a verringert sich mit Unterbrechungen vom Endabschnitt 45c hin zum Endabschnitt 45b. Konkret sind in der inneren Umfangsfläche 45a Nuten 46a und 46b ausgebildet. Dadurch verengt sich die innere Umfangsfläche 45a mit Unterbrechungen in radialer Richtung nach innen bei einer vom Endabschnitt 45 ausgehenden Annäherung an den Endabschnitt 45b.
Konkret ist die ringförmige Nut 46a an der inneren Umfangsfläche 45a in Umfangsrichtung so ausgebildet, dass sie sich in Nachbarschaft zum Endabschnitt 45b befindet, und die ringförmige Nut 46b ist an der inneren Umfangsfläche 45a in Umfangsrichtung so ausgebildet, dass sie sich in Nachbarschaft zum Endabschnitt 45c befindet. Die Nuten 46a und 46b weisen in Umfangsrichtung jeweils eine gleichmäßige Tiefe auf. Die Nuten 46a und 46b weisen jeweils eine rechteckige Querschnittsform auf. Die Nut 46a ragt in axialer Richtung nicht über die Position der Endflächen 10a der Permanentmagnete 10 hinaus und reicht nicht bis an die Seite des Endabschnitts 45c heran. Mit anderen Worten ist die Nut 46a so in einem Bereich ausgebildet, dass sie in axialer Richtung an den Endabschnitt 45b angrenzt, jedoch nicht über die Position der Endflächen 10a der Permanentmagnete 10 hinausragt. Die Nut 46b ragt in axialer Richtung nicht über die Position der Endflächen 10b der Permanentmagnete 10 hinaus und reicht nicht bis an die Seite des Endabschnitts 45b heran. Mit anderen Worten ist die Nut 46b so in einem Bereich ausgebildet, dass sie in axialer Richtung an den Endabschnitt 45c angrenzt, jedoch nicht über die Position der Endflächen 10b der Permanentmagnete 10 hinausragt.
Abgesehen von den Nuten 46a und 46b handelt es sich bei der inneren Umfangsfläche 45a um eine geradlinig schräg verlaufende Oberfläche mit einem gegenüber der axialen Richtung konstanten Neigungswinkel. Der Wert des Neigungswinkels liegt im Bereich von 0 bis 10°. Mit anderen Worten kann die innere Umfangsfläche 45a als geradlinig schräg verlaufende Oberfläche angesehen werden, die einen Neigungswinkel mit einem gegenüber der axialen Richtung konstanten Wert aufweist, an den Nuten 46a und 46b jedoch diskontinuierlich verläuft.
Bei der vorliegenden Ausführungsform ist die innere Umfangsfläche 45a mit der Nut 46a benachbart zum Endabschnitt 45b ausgebildet. Daher wird mit der vorliegenden Erfindung eine Wirkung erzielt, die der der dritten Ausführungsform ähnelt.
Außerdem ist bei der vorliegenden Ausführungsform die innere Umfangsfläche 45a mit der Nut 46b benachbart zum Endabschnitt 45c ausgebildet. Dadurch kann die auf den Endabschnitt 45c beim Einpressen der Welle in die Passung einwirkende Belastung verringert werden.
Zudem kann bei der vorliegenden Ausführungsform, indem die beiden Endabschnitte 45b und 45c, die Flanschabschnitte darstellen, als Halter verwendet und die (nicht dargestellte) Welle in das Hülsenelement 45 eingepresst wird, verhindert werden, dass sich das Hülsenelement 45 verzieht.
Bei der vorliegenden Ausführungsform weisen die Nuten 46a und 46b jeweils eine rechteckige Querschnittsform auf, sind darauf jedoch nicht beschränkt. Bei einem anderen Beispiel können die Nuten 46a und 46b jeweils eine halbkreisförmige Querschnittsform aufweisen. Andere Konfigurationen, Funktionen und Wirkungen der vorliegenden Ausführungsform ähneln denen der dritten Ausführungsform.
Sechste Ausführungsform
Die Längsschnittansicht von 15 zeigt ein vergrößertes Detail der Konfiguration eines Rotors einer elektrischen Rotationsmaschine gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Komponenten, die mit in 2 dargestellten Komponenten identisch sind, sind in 15 mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.
Wie aus 15 ersichtlich weist ein Rotor 3d gemäß der vorliegenden Ausführungsform zwischen dem Flanschendabschnitt 9b und den Permanentmagneten 10 ein Distanzstück 50 auf. Das Distanzstück 50 ist zwischen dem Endabschnitt 9b und den Permanentmagneten 10 eingefasst. Das Distanzstück 50 ist an der äußeren Umfangsfläche des Hülsenelements 9 angeordnet. Das Distanzstück 50 besteht aus einem nichtmagnetischen Material. Das Distanzstück 50 besteht insbesondere aus einem Edelstahl, einer Aluminiumlegierung, einer Kupferlegierung, einer Eisenlegierung oder einem Harz.
Das Distanzstück 50 ist ringförmig und die innere Umfangsfläche und die äußere Umfangsfläche des Distanzstücks 50 weisen jeweils eine zylindrische Oberfläche auf. Der Außendurchmesser des Distanzstücks 50 entspricht dem Außendurchmesser der von den Permanentmagneten 10 und den mehreren (in 15 nicht dargestellten) Abstandselementen gebildeten äußeren Umfangsfläche. Wie bei der ersten Ausführungsform beschrieben ist auch eine Konfiguration ohne Abstandselemente möglich. Die äußere Umfangsfläche des Endabschnitts 9b weist eine zylindrische Oberfläche auf, wobei der Außendurchmesser des Endabschnitts 9b größer ist als der des Distanzstücks 50.
Außerdem ist ein Bewehrungselement 12a in axialer Richtung länger als die Länge der Permanentmagnete 10 in axialer Richtung aber kürzer als die Länge des Hülsenelements 9 in axialer Richtung. Das Bewehrungselement 12a ummantelt auch die äußere Umfangsfläche des Distanzstücks 50.
Bei der vorliegenden Ausführungsform ist das Distanzstück 50 zwischen dem Endabschnitt 9b und den Permanentmagneten 10 angeordnet; daher kann, wenn das Bewehrungselement 12a direkt um die Permanentmagnete 10 und die Abstandselemente gewickelt wird, der Wickelvorgang vereinfacht werden. Mit anderen Worten, muss das Bewehrungselement 12a bei nicht vorhandenem Distanzstück 50 so gewickelt werden, dass es nicht über die Endflächen 10a der Permanentmagnete 10 hinausragt; ist jedoch ein Distanzstück wie bei dem in 15 gezeigten Beispiel vorhanden, dann wird der Wicklungsvorgang einfacher, indem das Bewehrungselement 12a um die äußeren Umfangsflächen der Permanentmagnete 10 und der Abstandselemente und die äußere Umfangsfläche des Distanzstücks 50 gewickelt wird.
Bei der vorliegenden Ausführungsform ist das Distanzstück 50 außerdem aus einem nichtmagnetischen Material gefertigt; daher kann der Streufluss aus den Endabschnitten der Permanentmagnete 10 gering gehalten werden.
Andere Konfigurationen, Funktionen und Wirkungen der vorliegenden Ausführungsform ähneln denen der ersten Ausführungsform. Die vorliegende Ausführungsform kann auch bei der zweiten Ausführungsform eingesetzt werden. Insbesondere kann in 8 ein Distanzstück zwischen dem Endabschnitt 35b und den Permanentmagneten 10 und ferner ein weiteres Distanzstück zwischen dem Endabschnitt 35c und den Permanentmagneten 10 angeordnet werden. In diesem Fall wird ebenfalls eine Wirkung erzielt, die ähnlich der der vorliegenden Ausführungsform ist.
Siebte Ausführungsform
Die Längsschnittansicht von 16 zeigt ein vergrößertes Detail der Konfiguration eines Rotors einer elektrischen Rotationsmaschine gemäß der vorliegenden Ausführungsform. In 16 sind Komponenten, die den in den 9 und 12 gezeigten Komponenten entsprechen, mit denselben Bezugszeichen versehen.
Wie in 16 dargestellt weist ein Rotor 3e gemäß der vorliegenden Ausführungsform zwischen dem Flanschendabschnitt 36b und den Permanentmagneten 10 ein Distanzstück 51 auf. Das Distanzstück 51 ist zwischen dem Endabschnitt 36b und den Permanentmagneten 10 eingefasst. Das Distanzstück 51 ist an der äußeren Umfangsfläche des Hülsenelements 36 angeordnet. Das Distanzstück 51 besteht aus einem nichtmagnetischen Material. Das Distanzstück 51 ist insbesondere aus einem Edelstahl, einer Aluminiumlegierung, einer Kupferlegierung, einer Eisenlegierung oder einem Harz gefertigt.
Das Distanzstück 51 ist ringförmig und die innere Umfangsfläche und die äußere Umfangsfläche des Distanzstücks 51 weisen jeweils eine zylindrische Oberfläche auf. Der Außendurchmesser des Distanzstücks 51 entspricht dem Außendurchmesser der von den Permanentmagneten 10 und den mehreren (in 16 nicht dargestellten) Abstandselementen gebildeten äußeren Umfangsfläche. Wie bei der sechsten Ausführungsform beschrieben ist auch eine Konfiguration ohne Abstandselemente möglich. Die äußere Umfangsfläche des Endabschnitts 36b weist eine zylindrische Oberfläche auf, wobei der Außendurchmesser des Endabschnitts 36b größer ist als der des Distanzstücks 51.
Außerdem ist ein Bewehrungselement 12a in axialer Richtung länger als die Länge der Permanentmagnete 10 in axialer Richtung aber kürzer als die Länge des Hülsenelements 36 in axialer Richtung. Das Bewehrungselement 12a ummantelt auch die äußere Umfangsfläche des Distanzstücks 51.
In ähnlicher Weise wie bei 12 umfasst die innere Umfangsfläche 36a zwei schräg verlaufende Oberflächen 36a-1 und 36a-2 mit einer dazwischen ausgebildeten Nut 37.
Bei der vorliegenden Ausführungsform ist das Distanzstück 51 zwischen dem Endabschnitt 36b und den Permanentmagneten 10 angeordnet; daher kann, wenn das Bewehrungselement 12a direkt um die Permanentmagnete 10 und die Abstandselemente gewickelt wird, der Wickelvorgang vereinfacht werden. Anders ausgedrückt, muss das Bewehrungselement 12a bei nicht vorhandenem Distanzstück 51 so gewickelt werden, dass es nicht über die Endflächen 10a der Permanentmagnete 10 hinausragt; ist jedoch ein Distanzstück 51 wie bei dem in 16 gezeigten Beispiel vorhanden, dann wird der Wicklungsvorgang einfacher, indem das Bewehrungselement 12a um die äußeren Umfangsflächen der Permanentmagnete 10 und der Abstandselemente einschließlich der äußeren Umfangsfläche des Distanzstücks 50 gewickelt wird.
Bei der vorliegenden Ausführungsform ist das Distanzstück 51 außerdem aus einem nichtmagnetischen Material gefertigt; daher kann der Streufluss aus den Endabschnitten der Permanentmagnete 10 gering gehalten werden.
Andere Konfigurationen, Funktionen und Wirkungen der vorliegenden Ausführungsform ähneln denen der dritten und der sechsten Ausführungsform. Die vorliegende Ausführungsform kann auch bei der fünften Ausführungsform eingesetzt werden. Insbesondere kann in 14 ein Distanzstück zwischen dem Endabschnitt 45b und den Permanentmagneten 10 und ferner ein weiteres Distanzstück zwischen dem Endabschnitt 45c und den Permanentmagneten 10 angeordnet werden. In diesem Fall wird ebenfalls eine Wirkung erzielt, die ähnlich der der vorliegenden Ausführungsform ist.
Die in den oben dargelegten Ausführungsbeispielen veranschaulichten Konfigurationen stellen Beispiele für den Gegenstand der vorliegenden Erfindung dar und können mit anderen allgemein bekannten Technologien kombiniert und abgewandelt werden, beispielsweise durch Weglassen eines Teils dieser, sofern nicht vom Umfang der vorliegenden Erfindung abgewichen wird.
Bezugszeichenliste

1 elektrische Rotationsmaschine; 2 Stator; 3, 3a, 3b, 3c, 3d, 3e, 101 Rotor; 4, 4b, 104 Welle; 5 Statorkern; 6 Spule; 7 Anschlusskabel; 8 Luftspalt; 9, 35, 36, 39, 45, 109 Hülsenelement, 9a, 35a, 36a, 39a, 45a, 109a innere Umfangsfläche; 9a-1, 9a-2, 35a-1, 35a-2, 35a-3, 36a-1, 36a-2, 39a-1, 39a-2 schräg verlaufende Oberfläche; 9b, 9c, 35b, 35c, 36b, 36c, 39b, 45b, 45c, 109b Endabschnitt; 10 Permanentmagnet; 10a, 10b Endfläche, 11 Abstandselement; 12, 12a Bewehrungselement; 15 Durchgangsloch; 16 Ausnehmung; 20 Gehäuse; 30, 31, 32, 40, 41 Belastung; 37, 46a, 46b Nut; 50, 51 Distanzstück.

Claims

Rotor einer elektrischen Rotationsmaschine, der aufweist: ein rohrförmiges Hülsenelement, das einen ersten Endabschnitt und einen zweiten Endabschnitt, die in axialer Richtung zueinander beabstandet sind, und eine innere Umfangsfläche aufweist, die ein Durchgangsloch ausbildet, das parallel zur axialen Richtung verläuft und durch das eine Welle hindurchgeht, mehrere Permanentmagnete, die an einer äußeren Umfangsfläche des Hülsenelements in einer Umfangsrichtung ausgerichtet sind, und ein rohrförmiges Bewehrungselement, das eine äußere Umfangsfläche der Permanentmagnete ummantelt, wobei der erste Endabschnitt ein Flanschabschnitt ist und die innere Umfangsfläche eine erste schräg verlaufende Oberfläche, deren Innendurchmesser vom ersten Endabschnitt in Richtung zum zweiten Endabschnitt kontinuierlich kleiner wird, und eine zweite schräg verlaufende Oberfläche, deren Innendurchmesser vom zweiten Endabschnitt in Richtung zum ersten Endabschnitt kontinuierlich kleiner wird, umfasst.
Rotor einer elektrischen Rotationsmaschine nach Anspruch 1, wobei die erste schräg verlaufende Oberfläche eine geradlinig schräg verlaufende Oberfläche mit einem Neigungswinkel ist, der gegenüber der axialen Richtung einen konstanten Wert aufweist, die zweite schräg verlaufende Oberfläche eine geradlinig schräg verlaufende Oberfläche mit einem Neigungswinkel ist, der gegenüber der axialen Richtung einen konstanten Wert aufweist, und die erste schräg verlaufende Oberfläche mit der zweiten schräg verlaufenden Oberfläche verbunden ist.
Rotor einer elektrischen Rotationsmaschine nach Anspruch 2, wobei die erste schräg verlaufende Oberfläche in axialer Richtung nicht über eine Position einer Endfläche an der Seite eines ersten Endbereichs der Permanentmagnete hinausragt.
Rotor einer elektrischen Rotationsmaschine nach Anspruch 1, wobei eine Länge des Bewehrungselements in axialer Richtung größer als eine Länge der Permanentmagnete in axialer Richtung ist, zwischen den Permanentmagneten und dem ersten Endabschnitt ein ringförmiges Distanzstück angeordnet ist, und das Bewehrungselement eine äußere Umfangsfläche der Permanentmagnete und des Distanzstücks ummantelt.
Rotor einer elektrischen Rotationsmaschine nach Anspruch 1, wobei der zweite Endabschnitt einen von dem Flanschabschnitt verschiedenen anderen Flanschabschnitt bildet, die erste schräg verlaufende Oberfläche eine geradlinig schräg verlaufende Oberfläche ist, deren Neigungswinkel einen gegenüber der axialen Richtung konstanten Wert aufweist, die zweite schräg verlaufende Oberfläche durch Verbinden zweier schräg verlaufender Oberflächen ausgebildet ist, deren Neigungswinkel gegenüber der axialen Richtung unterschiedliche und konstante Werte aufweisen, und ein Wert eines Neigungswinkels einer geradlinig schräg verlaufenden Oberfläche, die sich an der Seite eines zweiten Endabschnitts befindet und zu den beiden geradlinig schräg verlaufenden Oberflächen gehört, aus denen die zweite schräg verlaufende Oberfläche gebildet ist, größer ist als ein Wert eines Neigungswinkels einer geradlinig schräg verlaufenden Oberfläche, die sich an der Seite eines ersten Endabschnitts befindet und zu den beiden geradlinig schräg verlaufenden Oberflächen gehört, aus denen die zweite schräg verlaufende Oberfläche gebildet ist.
Rotor einer elektrischen Rotationsmaschine nach Anspruch 1, wobei an der inneren Umfangsfläche in einer Umfangsrichtung des Hülsenelements eine ringförmige Nut so ausgebildet ist, dass die Nut an den ersten Endabschnitt angrenzt, die erste schräg verlaufende Oberfläche eine geradlinig schräg verlaufende Oberfläche mit einem Neigungswinkel ist, dessen Wert gegenüber der axialen Richtung konstant ist, die zweite schräg verlaufende Oberfläche eine geradlinig schräg verlaufende Oberfläche mit einem Neigungswinkel ist, dessen Wert gegenüber der axialen Richtung konstant ist, und die erste schräg verlaufende Oberfläche mit der zweiten schräg verlaufenden Oberfläche über die Nut verbunden ist.
Rotor einer elektrischen Rotationsmaschine nach Anspruch 1, wobei ein Wert eines Neigungswinkels der ersten schräg verlaufenden Oberfläche gegenüber der axialen Richtung im Bereich von 0 bis 10° liegt, und ein Wert eines Neigungswinkels der zweiten schräg verlaufenden Oberfläche gegenüber der axialen Richtung im Bereich von 0 bis 10° liegt.
Rotor einer elektrischen Rotationsmaschine, der aufweist: ein rohrförmiges Hülsenelement, das einen ersten Endabschnitt und einen zweiten Endabschnitt, die in axialer Richtung zueinander beabstandet sind, und eine innere Umfangsfläche aufweist, die ein Durchgangsloch ausbildet, das zur axialen Richtung parallel ist und durch das eine Welle hindurchgeht, mehrere Permanentmagnete, die an einer äußeren Umfangsfläche des Hülsenelements in einer Umfangsrichtung ausgerichtet sind, und ein rohrförmiges Bewehrungselement, das eine äußere Umfangsfläche der Permanentmagnete ummantelt, wobei der erste Endabschnitt ein Flanschabschnitt ist, an der inneren Umfangsfläche in einer Umfangsrichtung des Hülsenelements eine ringförmige Nut so ausgebildet ist, dass die Nut an den ersten Endabschnitt angrenzt, und die innere Umfangsfläche eine schräg verlaufende Oberfläche umfasst, deren Innendurchmesser vom zweiten Endabschnitt zum ersten Endabschnitt mit Unterbrechung kleiner wird.
Rotor einer elektrischen Rotationsmaschine nach Anspruch 8, wobei die innere Umfangsfläche abgesehen von der Nut eine geradlinig schräg verlaufende Oberfläche mit einem gegenüber der axialen Richtung konstanten Neigungswinkel ist.
Rotor einer elektrischen Rotationsmaschine nach Anspruch 9, wobei sich die Nut in axialer Richtung nicht über eine Position einer Endfläche an der Seite eines ersten Endabschnitts der Permanentmagnete hinaus erstreckt.
Rotor einer elektrischen Rotationsmaschine nach Anspruch 8, wobei die innere Umfangsfläche zwei geradlinig schräg verlaufende Oberflächen umfasst, deren Neigungswinkel gegenüber der axialen Richtung unterschiedliche und konstante Werte aufweisen, wobei die Nut zwischen den beiden geradlinig schräg verlaufenden Oberflächen angeordnet ist.
Rotor einer elektrischen Rotationsmaschine nach Anspruch 8, wobei der zweite Endabschnitt ein von dem Flanschabschnitt verschiedener anderer Flanschabschnitt ist, an der inneren Umfangsfläche eine von der Nut verschiedene andere ringförmige Nut ausgebildet ist, und die andere ringförmige Nut in einer Umfangsrichtung des Hülsenelements so ausgebildet ist, dass die andere ringförmige Nut an den zweiten Endabschnitt angrenzt.
Rotor einer elektrischen Rotationsmaschine nach Anspruch 8, wobei eine Länge des Bewehrungselements in axialer Richtung größer als eine Länge der Permanentmagnete in axialer Richtung ist, zwischen den Permanentmagneten und dem ersten Endabschnitt ein ringförmiges Distanzstück angeordnet ist und das Bewehrungselement eine äußere Umfangsfläche der Permanentmagnete und des Distanzstücks ummantelt.
Rotor einer elektrischen Rotationsmaschine nach Anspruch 8, wobei ein Wert eines Neigungswinkels der schräg verlaufenden Oberfläche relativ zur axialen Richtung im Bereich von 0 bis 10° liegt.
Rotor einer elektrischen Rotationsmaschine nach Anspruch 1 oder 8, wobei das Hülsenelement abgesehen von dem ersten Endabschnitt und dem zweiten Endabschnitt an jeder beliebigen Stelle entlang der axialen Richtung eine Dicke aus dem Bereich von 1 bis 10 mm aufweist.
Rotor einer elektrischen Rotationsmaschine nach Anspruch 1 oder 8, wobei das Bewehrungselement aus kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen, glasfaserverstärkten Kunststoffen, Synthetikfaser, Titan oder Edelstahl gefertigt ist.
Elektrische Rotationsmaschine, die aufweist: einen ringförmigen Stator und einen Rotor einer elektrischen Rotationsmaschine gemäß Anspruch 1 oder 8, der an einer Innenseite des Stators angeordnet ist.
Rotorelement einer elektrischen Rotationsmaschine, das ein rohrförmiges Hülsenelement aufweist, das einen ersten Endabschnitt und einen zweiten Endabschnitt, die in axialer Richtung zueinander beabstandet sind, und eine innere Umfangsfläche aufweist, die ein Durchgangsloch ausbildet, das parallel zur axialen Richtung verläuft und durch das eine Welle hindurchgeht, wobei der erste Endabschnitt ein Flanschabschnitt ist und die innere Umfangsfläche eine erste schräg verlaufende Oberfläche, deren Innendurchmesser vom ersten Endabschnitt in Richtung zum zweiten Endabschnitt kontinuierlich kleiner wird, und eine zweite schräg verlaufende Oberfläche, deren Innendurchmesser vom zweiten Endabschnitt in Richtung zum ersten Endabschnitt kontinuierlich kleiner wird, umfasst.
Rotorelement einer elektrischen Rotationsmaschine, das ein rohrförmiges Hülsenelement aufweist, das einen ersten Endabschnitt und einen zweiten Endabschnitt, die in axialer Richtung zueinander beabstandet sind, und eine innere Umfangsfläche aufweist, die ein Durchgangsloch ausbildet, das parallel zur axialen Richtung verläuft und durch das eine Welle hindurchgeht, wobei der erste Endabschnitt ein Flanschabschnitt ist, an der inneren Umfangsfläche in einer Umfangsrichtung des Hülsenelements eine ringförmige Nut so ausgebildet ist, dass die Nut an den ersten Endabschnitt angrenzt, und die innere Umfangsfläche eine schräg verlaufende Oberfläche umfasst, deren Innendurchmesser vom zweiten Endabschnitt zum ersten Endabschnitt mit Unterbrechung kleiner wird.