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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Rotationsmaschine, etwa einen
Motor oder einen Generator, insbesondere eine Verbesserung des Lagers
einer Rotationsmaschine mit Innenrotor.
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Einige
Lagervorrichtungen nach dem Stand der Technik, die in der Rotationsmaschine,
etwa einem Motor oder Generator, eingesetzt werden, sind in der
in 2 gezeigten Form aufgebaut. Bei diesem Aufbau
ist ein Paar Kugellager auf der Welle 31 bereitgestellt.
Diese Lager umfassen einen Innenring, einen Außenring und Kugeln, die dazwischen angeordnet
sind. Der Innenring jedes Lagers ist auf der Welle 31 befestigt.
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Oberstes
Ziel bei Rotationsmaschinen, etwa dem Motor oder Generator, ist
ihre Verkleinerung. Weiter soll die Lagervorrichtung verkleinert
werden, die in diesen Rotationsmaschinen verwendet wird.
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Eine
dieser Maßnahmen
zum Verkleinern der Lagervorrichtung ist die Verkleinerung der Kugellager
zum Verkleinern des Außendurchmessers
des Außenrings.
Die Verkleinerung der Größe der Kugellager
führt jedoch
zur Verkleinerung des Innendurchmessers der Kugellager, so dass
auch der Durchmesser der Welle verkleinert wird, auf der die Lager bereitgestellt
sind. Das kann zu Problemen nämlich dadurch
führen,
dass die Stabilität
der Welle herabgesetzt, die Haltbarkeit der Rotationsmaschine verkürzt wird
und die Schwingungsdämpfungseigenschaft
verloren geht.
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Auf
der anderen Seite gibt es einen Motor als Rotationsmaschine, bei
dem auf den Innenring eines der Lager durch Ausbilden einer Vertiefung 42a für den Wälzkontakt
mit den Kugeln am äußeren Umfang
der Welle 41, wie in 3 gezeigt,
verzichtet wurde.
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In
der Ausführungsform
nach dem Stand der Technik, die in 3 gezeigt
wurde, sind Kugeln für eine
Seitenreihe zwischen der inneren Wälzkontaktvertiefung 42a,
die direkt auf der äußeren umfänglichen
Fläche
der Welle 41 an ihrem oberen Abschnitt ausgebildet ist,
und der äußeren Wälzkontaktvertiefung 42b,
die an der Innenfläche
des hüllenförmigen Außenrings 43 ausgebildet
ist, eingesetzt. Auf dem Wellenabschnitt mit kleinerem Durchmesser
der Welle 41 befindet sich ein Kugellager 44,
in dem Kugeln für
die andere Seitenreihe zwischen dem Innen- und dem Außenring
angeordnet sind.
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Der
untere Endabschnitt des hüllenförmigen Außenrings 43 und
der Außenring
des Kugellagers 44 sind fest in dem Loch eingesetzt, das
durch die Grundplatte 45 geführt ist, so dass die Lagervorrichtung
senkrecht zur Basis steht. Ein Stator 46 ist um den äußeren Umfang
des hüllenförmigen Außenrings 43 ausgebildet,
und ein Rotor 47, der mit Magneten 47a ausgestattet
ist, die an seiner Innenfläche
befestigt sind, ist fest über
dem oberen Ende der Welle 41 angeordnet.
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Der
Aufbau des Motors, der in 3 gezeigt ist,
weist den Vorteil auf, dass der Durchmesser des hüllenförmigen Außenrings 43 verkleinert
werden kann, ohne den Durchmesser der Welle 41 zu verkleinern,
da der Innenring für
die eine Seitenreihe nicht erforderlich ist.
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Jedoch
kann der Rotor in der Lagervorrichtung für einen Motor, wie in 3 gezeigt,
nicht an der Welle befestigt werden, da die Welle 41 fast über ihre
ganze Länge
in dem hüllenförmigen Außenring 43 eingeschlossen
ist, so dass der Aufbau in 3 nur bei
einem Motor mit Außenrotor
anwendbar ist.
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Der
Außendurchmesser
des Motors mit Außenrotor
ist um die Differenz zwischen dem Außendurchmesser des hüllenförmigen Außenrings
und dem Außendurchmesser
der Welle größer als
der des Motors mit Innenrotor, so dass eine Verkleinerung des Motors
nicht möglich
ist.
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Der
hüllenförmige Außenring
des Motors nach 3 muss zwar im Hochpräzisionsverfahren bearbeitet
werden, aber dennoch lässt
sich der Außenring
nur schwer mit einer hochpräzisen
Rundheit bearbeiten, da der Abstand zwischen der äußeren Wälzkontaktvertiefung 42a und
dem Ende des Außenrings,
der an der Basis 45 befestigt ist, d.h. die Länge des
hüllenförmigen Außenrings,
relativ groß ist.
Daher ist der Aufbau in 3 für die Massenproduktion ungeeignet.
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Eine
solche Anordnung beschreibt beispielsweise die Stand der Technik
bildende Schrift Nr. US-A-4607182.
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, eine Rotationsmaschine
mit Innenrotor bereitzustellen, die eine ausreichende Wellenstabilität, eine
lange Haltbarkeit und eine Schwingungsdämpfungseigenschaft hat.
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Diese
Aufgaben werden mit einer der vorliegenden Erfindung zugrundeliegenden
elektrischen Rotationsmaschine mit Innenrotor gelöst. Die
elektrische Rotationsmaschine enthält eine zweireihige Kugellagervorrichtung,
die eine abgestufte Welle umfasst, die mit einem Wellenabschnitt
mit größerem Durchmesser
ausgestattet ist, um den herum eine innere Wälzkontaktvertiefung ausgebildet
ist, und einen Wellenabschnitt mit kleinerem Durchmesser, einen
kurzen zylindrischen Außenring,
an dessen Innenfläche
eine äußere Wälzkontaktvertiefung
gebildet ist, Kugeln, die zwischen der inneren und der äußeren Vertiefung angeordnet sind, und ein Kugellager,
das einen Innenring umfasst, der über dem Wellenabschnitt mit
kleinerem Durchmesser der abgestuften Welle angeordnet wird, einen
Außenring
und Kugeln, die zwischen die Wälzkontaktvertiefungen gesetzt
werden, die an den gegenüberliegenden
Flächen
der Ringe ausgebildet sind; und ein Gehäuse, umfassend ein zylindrisches
zentrales Gehäuse,
das mit einem Stator ausgestattet ist, der an seiner Innenseite
angeordnet ist, einen Abdeckungsabschnitt, der an seinem mittigen
Abschnitt eine zylindrische mittige Nabe aufweist, die mit einer
Durchgangsöffnung ausgestattet
ist, und ein Unterteil, das in seinem mittigen Abschnitt mit einer
zylindrischen mittigen Nabe ausgestattet ist, die mit einer Durchgangsöffnung versehen
ist, wobei der Außenring,
der um den Wellenabschnitt mit größerem Durchmesser bereitgestellt
ist, und der Außenring
des Kugellagers der zweireihigen Lagervorrichtung in die jeweiligen
Naben eingesetzt sind, ein oberes Ende des Wellenabschnitts mit
größerem Durchmesser
der abgestuften Welle sich durch die mittige Nabe der Abdeckung
erstreckt, um aus dem Gehäuse
herauszuragen, und ein Rotor fest an dem Wellenabschnitt mit größerem Durchmesser
der abgestuften Welle befestigt ist.
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Das
Gehäuse
kann ein zylindrisches zentrales Gehäuse umfassen, das ein oberes
und ein unteres Ende aufweist, die jeweils nach oben und nach unten
geöffnet
sind, und eine Abdeckung und ein Boden, die die Enden des zentralen
Gehäuses
verschließen.
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Das
Kugellager kann einen Innenring enthalten, dessen Außendurchmesser
gleich dem Durchmesser des Wellenabschnitts mit größerem Durchmesser
der abgestuften Welle ist, einen Außenring, dessen Innendurchmesser
gleich dem Innendurchmesser des Außenrings ist, der um den Wellenabschnitt
mit größerem Durchmesser
der abgestuften Welle bereitgestellt ist, und die Durchmesser der
Kugeln für
die eine und die andere Reihe dieselben sind.
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Die
Erfindung wird im Folgenden beispielhaft bezugnehmend auf die beiliegenden
Zeichnungen beschrieben, in denen:
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1 eine
Längsschnittansicht
ist, die einen Motor als die Rotationsmaschine gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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2 eine
Längsschnittansicht
der Kugelvorrichtung ist, die in der Rotationsmaschine nach dem
Stand der Technik verwendet wird.
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3 eine
Längsschnittansicht
des Motors als Rotationsmaschine gemäß der Vorrichtung nach dem
Stand der Technik ist.
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Eine
Rotationsmaschine mit Innenrotor gemäß der vorliegenden Erfindung
wird im Folgenden anhand der Ausführungsform eines Motors mit
Innenrotor beschrieben, der schematisch in 1 der beiliegenden
Zeichnungen gezeigt ist.
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Die
Bezugszeichen 1, 2, 3 und 4 sind
in der 1 jeweils einem Gehäuse, einer zweireihigen Kugellagervorrichtung,
einem Rotor und einem Stator zugeordnet.
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Das
Gehäuse 1 umfasst
ein zylindrisches zentrales Gehäuse 5,
das mit oberen und unteren Enden, die jeweils nach oben und nach
unten geöffnet
sind, einer Abdeckung oder einem oberen Gehäuse 6, das das obere
Ende des zentralen Gehäuses 5 abdeckt,
und einem Boden oder unteren Gehäuse 7,
das das untere Ende des zentralen Gehäuses 5 abdeckt, ausgestattet
ist. Der Stator 4, der mit einer Spule versehen ist, die
um ihn herum gewickelt ist, ist an der Innenfläche des zentralen Gehäuses 5 befestigt.
Das obere und das untere Gehäuse 6 und 7 sind
jeweils mittig mit einer mittigen Nabe 8 oder 9 bereitgestellt,
an der jeder der Außenringe 12 und 15 der
zweireihigen Kugellagervorrichtung befestigt ist.
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Die
zweireihige Kugellagervorrichtung 2 umfasst eine abgestufte
Welle 10, die einen Wellenabschnitt 10a mit größerem Durchmesser
und einen Wellenabschnitt 10b mit kleinerem Durchmesser
enthält.
Die zweireihige Kugellagervorrichtung 2 enthält eine
innere Wälzkontaktvertiefung 11a,
die um die äußere umfängliche
Fläche
des Wellenabschnitts 10a mit größerem Durchmesser ausgebildet
ist, und eine äußere Wälzkontaktvertiefung 11b,
die an der Innenfläche
eines kurzen zylindrischen Außenrings 12 ausgebildet
ist, und Kugeln 13, die zwischen den inneren- und äußeren Vertiefungen
eingesetzt sind. Die zweireihige Kugellagervorrichtung 2 umfasst
weiter ein Kugellager 17, das einen Innenring 14 enthält, der über dem
Wellenabschnitt 10b mit kleinerem Durchmesser angebracht
wird, einen Außenring 15, der
in die Nabe 9 eingesetzt wird, und Kugeln 16,
die zwischen den Wälzkontaktvertiefungen
eingesetzt werden, die an den gegenüberliegenden Flächen der Ringe 14 und 15 ausgebildet
sind.
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Der
Außendurchmesser
des Innenrings 14 des Kugellagers 17 ist im wesentlichen
gleich dem Außendurchmesser
des Wellenabschnitts 10a mit größerem Durchmesser der abgestuften
Welle 10, und der Innendurchmesser des Außenrings 15 ist
im wesentlichen gleich dem Innendurchmesser des Außenrings 12,
so dass die Durchmesser der Kugeln 13 und 16 gleich
ausgeführt
sind.
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Der
Rotor 3 ist fest um die äußere umfängliche Fläche des Wellenabschnitts 10a mit
größerem Durchmesser
der abgestuften Welle 10 befestigt. Das Befestigen des
Rotors 3 an der abgestuften Welle erfolgt durch Einsetzen
oder mit einem nach dem Stand der Technik bekannten Kleber. Die
Befestigung des Rotors 3 an der Welle ist fest genug, um Kräften wie
Drehmoment oder Schub, die auf die abgestufte Welle aufgebracht
werden, standzuhalten. In einigen Fällen können Rillen verwendet werden, die
an der äußeren umfänglichen
Fläche
des Abschnitts 10a mit größerem Durchmesser angeformt sind,
um den Rotor 3 fester an der abgestuften Welle 10 zu
befestigen.
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Der
Außenring 12,
der um den Abschnitt 10a mit größerem Durchmesser bereitgestellt
ist, wird in die mittige Nabe 8 des oberen Gehäuses 6 eingesetzt,
um seine obere Fläche
mit der unteren Fläche eines
Abschnitts 8a mit kleinerem Durchmesser zu berühren, der
durch den oberen Abschnitt der Öffnung
der Nabe 8 ausgebildet ist.
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Der
Außenring 15 des
Kugellagers 17 wird in die mittlere Nabe 9 des
unteren Gehäuses 7 eingesetzt.
Der Außenring 15 des
Kugellagers 17 wird durch eine Vorspannfeder 18 einer
ringförmig
ausgebildeten Kompressionsfeder vorgespannt, die zwischen einer
oberen Fläche
eines Abschnitts mit kleinerem Durchmesser 9a, der durch
den unteren Abschnitt der Öffnung
der Nabe 9 ausgebildet ist, und der unteren Fläche des
Außenringes 15 eingesetzt ist.
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Die
Bezugszeichen 19 und 20 in 1 sind jeweils
der inneren und der äußeren Wälzkontaktvertiefung
zugeordnet, die jeweils an dem Innen- und dem Außenring 14 und 15 des
Kugellagers 17 angeordnet sind.
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Beim
Montieren des Motors wird das Kugellager zunächst von der zweireihigen Kugellagervorrichtung
entfernt. Dann wird der Rotor 3 fest an den Abschnitt mit
größerem Durchmesser 10a der
abgestuften Welle 10 durch Einstecken oder mit einem Kleber
befestigt und das Kugellager 17 wird auf den Abschnitt
mit kleinerem Durchmesser 10b aufgesetzt.
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Danach
wird die Kompressionsfeder 18 auf der oberen Fläche eines
Abschnitts mit kleinerem Durchmesser 9a des oberen Gehäuses 7 angeordnet,
das Kugellager 17 der zweireihigen Lagervorrichtung 2 wird
in die Nabe 9 eingesetzt, das zentrale Gehäuse 5,
an dessen Innenseite der Stator 4 befestigt ist, ist um
den Rotor 3 angeordnet, das untere Gehäuse 7 ist an der unteren Öffnung des
zentralen Gehäuses 5 befestigt,
die mittlere Nabe 8 des oberen Gehäuses 6 ist über dem
Außenring 12 an
dem Wellenabschnitt mit größerem Durchmesser
angeordnet, und das obere Gehäuse
ist an der oberen Öffnung des
zentralen Gehäuses
befestigt.
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In
der vorhergehenden Ausführungsform können Kugeln,
obwohl die Durchmesser der Kugeln 13 und 16 für die zweireihige
Kugelvorrichtung 2 gleich sind, auch mit unterschiedlichem
Durchmesser verwendet werden. Während
vorhergehend eine besondere Ausführungsform
der Rotationsmaschine als Motor gezeigt und beschrieben wurde, kann
die vorliegende Erfindung auf andere Motoren oder Rotationsmaschinen,
etwa Generatoren, angewendet werden.
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Die
Rotationsmaschine mit Innenrotor der vorliegenden Erfindung stellt
die folgenden Effekte und Vorteile bereit.
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Die
zweireihige Lagervorrichtung, die in der Rotationsmaschine der vorliegenden
Erfindung eingesetzt wird, enthält
eine innere Wälzkontaktvertiefung,
die direkt an der äußeren umfänglichen
Fläche des
Wellenabschnitts mit größerem Durchmesser ausgebildet
ist, so dass ein Innenring nicht erforderlich ist. Dabei kann die
Welle als eine abgestufte Welle mit einem Wellenabschnitt mit größerem Durchmesser
ausgebildet sein, so dass der Durchmesser eines Außenrings,
der mit einer äußeren Wälzkontaktvertiefung
gegenüber
der inneren Wälzkontaktvertiefung
versehen ist, verkleinert werden kann, ohne die Stabilität der Welle
zu verringern.
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Zusammenfassend
kann eine ausreichende Stabilität
der Welle durch eine kleinere zweireihige Lagervorrichtung erhalten
werden und die Rotationsmaschine kann verkleinert werden, ohne die
Haltbarkeit oder die Schwingungsdämpfungseigenschaft zu verringern.
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Weiter
ist der Außenring
der zweireihigen Lagervorrichtung in der kurzen zylindrischen Form
an dem Abschnitt mit dem größeren Durchmesser
bereitgestellt, so dass ein Rotor an dem Abschnitt mit größerem Durchmesser
zwischen dem Außenring und
dem Kugellager montiert werden kann, um eine Rotationsmaschine zu
einem Innenrotor zu machen. Dabei kann die Rotationsmaschine verkleinert
werden.
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Der
Außenring
der zweireihigen Lagervorrichtung ist in der Form einer kurzen zylindrischen Anordnung
ausgeführt,
so dass der Außenring
leichter zu bearbeiten ist als der relativ lange hüllenförmige Außenring
der Vorrichtung nach dem Stand der Technik. Der Außenring
wird vom Lagerhersteller an der abgestuften Welle angebracht, so
dass die Rotationsgenauigkeit erhöht und die Vibration und der Schall
gedämpft
werden.
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Die
zweireihige Lagervorrichtung der vorliegenden Erfindung erfordert
nur ein Kugellager, so dass die Anzahl ihrer Teile verringert werden
kann. Da der Innenring, der auf dem Wellenabschnitt mit größerem Durchmesser
bereitgestellt ist, nicht erforderlich ist, und der Außenring,
der an dem Abschnitt mit größerem Durchmesser
montiert ist, von dem bekannten Teil mit dem Außenring des Kugellagers bereitgestellt
ist, wird eine weitere Verringerung der Kosten erhalten.
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Besondere
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung wurden gezeigt und beschrieben, wobei
dem Fachmann aber klar ist, dass verschiedene Veränderungen
und Änderungen
möglich
sind, ohne den Rahmen der Erfindung zu überschreiten, der in den beiliegenden
Ansprüchen
definiert ist.