JP2003199307A - モータおよびそれを用いる循環ポンプ - Google Patents
モータおよびそれを用いる循環ポンプInfo
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
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- F04D29/00—Details, component parts, or accessories
- F04D29/04—Shafts or bearings, or assemblies thereof
- F04D29/046—Bearings
- F04D29/0467—Spherical bearings
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
- F16C23/00—Bearings for exclusively rotary movement adjustable for aligning or positioning
- F16C23/02—Sliding-contact bearings
- F16C23/04—Sliding-contact bearings self-adjusting
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- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
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- H02K5/00—Casings; Enclosures; Supports
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Abstract
(57)【要約】
【構成】 モータ（１００）は、ロータ（１０６）、ス
テータ（１１０）およびそのロータを球状に支持するベ
アリング（１３６）を含む。ベアリングは、ベアリング
キャップ（１４０）およびベアリングキャップ内の球形
摺動体（１３８）から成る。ロータが磁界を作り、ベア
リングキャップは中空領域（１５０）を有する。中空領
域は、ロータがステータに対して非対称なときに結果と
して生じる全力のベクトルがこの領域を指すように、形
成される。 【効果】 外形寸法の自由度に加え、ロータの遊びなし
支持（play-free support）が得られる。
テータ（１１０）およびそのロータを球状に支持するベ
アリング（１３６）を含む。ベアリングは、ベアリング
キャップ（１４０）およびベアリングキャップ内の球形
摺動体（１３８）から成る。ロータが磁界を作り、ベア
リングキャップは中空領域（１５０）を有する。中空領
域は、ロータがステータに対して非対称なときに結果と
して生じる全力のベクトルがこの領域を指すように、形
成される。 【効果】 外形寸法の自由度に加え、ロータの遊びなし
支持（play-free support）が得られる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、ロータ（回転子），
ステータ（固定子）およびそのロータを球状に支持する
ベアリングを備える回転電機に関する。ベアリングは、
ベアリングキャップおよびベアリングキャップ内に位置
決めされた球形の摺動体を含む。この種のモータは、好
ましくは、遠心ポンプに使用される。それらは、ロータ
の遊びなし支持（play-free support）が実現され得る
という利点を有する。
ステータ（固定子）およびそのロータを球状に支持する
ベアリングを備える回転電機に関する。ベアリングは、
ベアリングキャップおよびベアリングキャップ内に位置
決めされた球形の摺動体を含む。この種のモータは、好
ましくは、遠心ポンプに使用される。それらは、ロータ
の遊びなし支持（play-free support）が実現され得る
という利点を有する。
【０００２】
【発明の背景】この種のモータは、たとえば、ドイツ特
許ＤＥ３３０２３４９A１またはＤＥ１５３８７１７に
記載されている。特許ＤＥ３３０２３４９A１は、液体
によってロータを自動的に位置決めするベアリングを有
するロータ支持を記述している。ベアリングは回転ベア
リング表面を有し、その回転ベアリング表面は、固定摺
動表面上での回転によって、入れられている流体中で増
加する圧力を発生し、それによって生じた液圧が、限ら
れた距離内でのロータの軸方向の位置決めのために使用
される。
許ＤＥ３３０２３４９A１またはＤＥ１５３８７１７に
記載されている。特許ＤＥ３３０２３４９A１は、液体
によってロータを自動的に位置決めするベアリングを有
するロータ支持を記述している。ベアリングは回転ベア
リング表面を有し、その回転ベアリング表面は、固定摺
動表面上での回転によって、入れられている流体中で増
加する圧力を発生し、それによって生じた液圧が、限ら
れた距離内でのロータの軸方向の位置決めのために使用
される。
【０００３】
【発明の概要】この発明の目的は上述のモータを提供す
ることであり、そのモータは、外形寸法に関する高い自
由度に加えて、ロータの本質的に遊びなしベアリングを
有する。
ることであり、そのモータは、外形寸法に関する高い自
由度に加えて、ロータの本質的に遊びなしベアリングを
有する。
【０００４】この発明によれば、これらの目的は、磁界
を生成するロータおよび中空領域（central material-f
ree area）を有するベアリングキャップを使用すること
によって達成される。この領域は、ロータがステータに
対して非対称なとき、結果として生じる全体の力のベク
トルが中空領域を指すように、その大きさが決められ
る。
を生成するロータおよび中空領域（central material-f
ree area）を有するベアリングキャップを使用すること
によって達成される。この領域は、ロータがステータに
対して非対称なとき、結果として生じる全体の力のベク
トルが中空領域を指すように、その大きさが決められ
る。
【０００５】ロータが、特にそれの周上の永久磁石の磁
極で磁界をつくるとき、ロータは短い軸高さで組み立て
られる。結果として、この発明によるモータは短い軸高
さで組み立てられる。このようなモータを使用すること
により、短い軸高さを有する循環ポンプを造ることが可
能になる。
極で磁界をつくるとき、ロータは短い軸高さで組み立て
られる。結果として、この発明によるモータは短い軸高
さで組み立てられる。このようなモータを使用すること
により、短い軸高さを有する循環ポンプを造ることが可
能になる。
【０００６】永久磁気のロータの損失がないため、この
ロータを有するモータは高効率である。
ロータを有するモータは高効率である。
【０００７】ロータの軸高さが短いため、磁力の軸方向
の成分は小さい。加えて、ロータがステータに対して非
対称の場合には、半径方向の力に差が生じるため、ロー
タとステータのヨークとの間の磁力線は分岐する。特
に、ステータに近い磁極に対する半径方向の力は、ステ
ータから遠く、初めの磁極の反対側に位置する磁極に対
する力より大きい。半径方向の力は、ステータからの距
離が減少するほど増加する。特に磁力の減少した軸方向
の成分と関連して、このことは、結果として生じる全体
の力（それは液圧力および全磁力の総合である）が半径
方向成分で偏心してベアリングキャップの方向を示す力
ベクトルを有することを意味する。この力により、非球
形の磨耗が特に摺動体が摺動するベアリングキャップ内
で生じる。磨耗は片側のみに生じるため、これは幾何学
的図形の（球形の）構成を破壊する。ベアリングキャッ
プにおいて、リング形状の溝が形成され、それが片側の
ローリング運動を始めさせる。ベアリング表面の完全に
接触しないこのような摺動は、アンバランス、より高い
騒音およびさらなる磨耗につながる。
の成分は小さい。加えて、ロータがステータに対して非
対称の場合には、半径方向の力に差が生じるため、ロー
タとステータのヨークとの間の磁力線は分岐する。特
に、ステータに近い磁極に対する半径方向の力は、ステ
ータから遠く、初めの磁極の反対側に位置する磁極に対
する力より大きい。半径方向の力は、ステータからの距
離が減少するほど増加する。特に磁力の減少した軸方向
の成分と関連して、このことは、結果として生じる全体
の力（それは液圧力および全磁力の総合である）が半径
方向成分で偏心してベアリングキャップの方向を示す力
ベクトルを有することを意味する。この力により、非球
形の磨耗が特に摺動体が摺動するベアリングキャップ内
で生じる。磨耗は片側のみに生じるため、これは幾何学
的図形の（球形の）構成を破壊する。ベアリングキャッ
プにおいて、リング形状の溝が形成され、それが片側の
ローリング運動を始めさせる。ベアリング表面の完全に
接触しないこのような摺動は、アンバランス、より高い
騒音およびさらなる磨耗につながる。
【０００８】ロータとステータとの間の機械的非対称を
除いて、非対称な磁化（異方性の磁化）が非軸方向の全
体の力になり、結果的に非対称の力を生じる。
除いて、非対称な磁化（異方性の磁化）が非軸方向の全
体の力になり、結果的に非対称の力を生じる。
【０００９】この発明によれば、中空領域が設けられる
ので、ロータとステータと間が非対称な場合（たとえば
機械的非対称および/または磁気異方性の場合）にさ
え、ベアリングの片側のみの磨耗（それは、たとえば異
なる円周の速度を生じる）はない。この発明により、永
久磁石ロータを使用可能とし、たとえば、モータの軸の
高さを最小にすることが可能となり、それによって非球
形の磨耗によって生じる課題が避けられる。
ので、ロータとステータと間が非対称な場合（たとえば
機械的非対称および/または磁気異方性の場合）にさ
え、ベアリングの片側のみの磨耗（それは、たとえば異
なる円周の速度を生じる）はない。この発明により、永
久磁石ロータを使用可能とし、たとえば、モータの軸の
高さを最小にすることが可能となり、それによって非球
形の磨耗によって生じる課題が避けられる。
【００１０】原則として、球形摺動体をロータに取り付
けて、ベアリングキャップとステータとを接続すること
が可能である。しかし、ロータとベアリングキャップ
と、およびステータと摺動体とを接続することが有利で
ある。こうすると、ベアリングの潤滑が、たとえばモー
タを使用している循環ポンプが運ぶ流体を使用すること
によって簡略化される。
けて、ベアリングキャップとステータとを接続すること
が可能である。しかし、ロータとベアリングキャップ
と、およびステータと摺動体とを接続することが有利で
ある。こうすると、ベアリングの潤滑が、たとえばモー
タを使用している循環ポンプが運ぶ流体を使用すること
によって簡略化される。
【００１１】特に、ロータが磁界を生じるための１つ以
上の永久磁石を有する用に意図されている。たとえば、
交互に磁化された４つまたは６つの磁極は、ロータの周
上に分布される。
上の永久磁石を有する用に意図されている。たとえば、
交互に磁化された４つまたは６つの磁極は、ロータの周
上に分布される。
【００１２】ステータ、および特にヨークに対面してい
るロータの表面は、球形のモータを形成するために半球
状の形をとる。
るロータの表面は、球形のモータを形成するために半球
状の形をとる。
【００１３】ステータとロータとの間に、球面によって
区切られるエアギャップ（air gap）が存在する。
区切られるエアギャップ（air gap）が存在する。
【００１４】中空領域が、潤滑穴のまわりに配置され、
かつ／または潤滑穴を形成するときに、それは特に利点
がある。この場合、潤滑流体は、中空領域を通り抜けて
球形の摺動体およびベアリングキャップの摺動表面に達
する。摺動表面のうちの１つは凹形である。
かつ／または潤滑穴を形成するときに、それは特に利点
がある。この場合、潤滑流体は、中空領域を通り抜けて
球形の摺動体およびベアリングキャップの摺動表面に達
する。摺動表面のうちの１つは凹形である。
【００１５】加えて、ステータおよびロータが同心円に
あるときには、始動地点が理想的な位置となるため、中
空領域がロータの軸に対称に配置されるとき、それは有
利である。この場合、任意の半径方向における非対称も
含まれる。
あるときには、始動地点が理想的な位置となるため、中
空領域がロータの軸に対称に配置されるとき、それは有
利である。この場合、任意の半径方向における非対称も
含まれる。
【００１６】ベアリングキャップの表面が、半球状の区
域が軸方向に続く中空円筒形からなるときに、それは有
利である。これらの部分に摺動体が挿入され、その摺動
体が半球状区域の凹形の壁に対して摺動する。
域が軸方向に続く中空円筒形からなるときに、それは有
利である。これらの部分に摺動体が挿入され、その摺動
体が半球状区域の凹形の壁に対して摺動する。
【００１７】好ましくは、ベアリングキャップが凹形の
摺動表面を含んでいるため、中空領域はベアリングキャ
ップの球形部分内にある。
摺動表面を含んでいるため、中空領域はベアリングキャ
ップの球形部分内にある。
【００１８】中空領域の直径が製品公差に応じて大きさ
を設定されるときに、それは特に有利である。ロータと
ステータとが正確に対称であり、磁界が等方性であるこ
とが保証される場合、中空領域の大きさは最小化され
る。これは大量生産において保証され得ないため、中空
領域は特定の寸法を有する。この場合、機械的非対称お
よび磁気非対称に加えて、最大（許される）非対称は製
品公差によりカバーされ、中空領域の大きさの設定に使
用される。この（球形の）対称からの最大限のずれに対
して、結果として生じる全体の力ベクトルの方向が決定
される、これによって、ベクトルは、ベアリングキャッ
プの材料領域ではなく中空領域を示す。このようになれ
ば、ベアリングの非球形の磨耗は生じない。
を設定されるときに、それは特に有利である。ロータと
ステータとが正確に対称であり、磁界が等方性であるこ
とが保証される場合、中空領域の大きさは最小化され
る。これは大量生産において保証され得ないため、中空
領域は特定の寸法を有する。この場合、機械的非対称お
よび磁気非対称に加えて、最大（許される）非対称は製
品公差によりカバーされ、中空領域の大きさの設定に使
用される。この（球形の）対称からの最大限のずれに対
して、結果として生じる全体の力ベクトルの方向が決定
される、これによって、ベクトルは、ベアリングキャッ
プの材料領域ではなく中空領域を示す。このようになれ
ば、ベアリングの非球形の磨耗は生じない。
【００１９】実際問題として、中空領域の直径が摺動体
の直径と等しい、または０．５より大きいときに、それ
は十分であると判明した。より大きい製品公差について
は、中空領域の直径が摺動体の直径の０．６倍であるこ
とが好ましい。
の直径と等しい、または０．５より大きいときに、それ
は十分であると判明した。より大きい製品公差について
は、中空領域の直径が摺動体の直径の０．６倍であるこ
とが好ましい。
【００２０】ベアリングキャップ内に摺動体に対する凹
形支持領域がまだあるように、中空領域の直径は常に摺
動体の直径より小さい。
形支持領域がまだあるように、中空領域の直径は常に摺
動体の直径より小さい。
【００２１】この発明によるモータは、遠心ポンプであ
る循環ポンプに使用される。
る循環ポンプに使用される。
【００２２】
【実施例】図１は、ポンプモータ装置を形成している循
環ポンプ１０２の一部として、モータアセンブリ１００
を示す。循環ポンプ１０２は、モータ１００が配置され
るハウジング１０４を含む。循環ポンプは、遠心ポンプ
を形成する。
環ポンプ１０２の一部として、モータアセンブリ１００
を示す。循環ポンプ１０２は、モータ１００が配置され
るハウジング１０４を含む。循環ポンプは、遠心ポンプ
を形成する。
【００２３】モータ１００は、ロータ１０６を有し、ポ
ンプインペラ１０８に接続されてロータインペラ装置を
形成する。さらに、モータ１００は、１つ以上の巻線１
１２および軟質磁性材料の磁気ヨーク１１４を有するス
テータ１１０を備える。ステータ１１０は、ハウジング
１０４に固定される。ロータ１０６は磁界をつくる。こ
の趣旨で、ロータは永久磁石であって、半径方向に磁化
されている１つ以上の磁気要素１１６を含む。磁気要素
１１６は高い保持力の永久磁石によって形成される。磁
気要素の磁極は交互になっていて、ロータ１０６の周上
に分布される。
ンプインペラ１０８に接続されてロータインペラ装置を
形成する。さらに、モータ１００は、１つ以上の巻線１
１２および軟質磁性材料の磁気ヨーク１１４を有するス
テータ１１０を備える。ステータ１１０は、ハウジング
１０４に固定される。ロータ１０６は磁界をつくる。こ
の趣旨で、ロータは永久磁石であって、半径方向に磁化
されている１つ以上の磁気要素１１６を含む。磁気要素
１１６は高い保持力の永久磁石によって形成される。磁
気要素の磁極は交互になっていて、ロータ１０６の周上
に分布される。
【００２４】ステータ１１０に対面しているロータ１０
６の１つの表面１１８は球面である。磁気要素１１６は
この表面の形に従う。磁気要素１１６を保護するため
に、ロータ１０６はプラスチックまたはステンレス鋼か
らなるケース１２０を有し、このケースは表面１１８を
形成する。
６の１つの表面１１８は球面である。磁気要素１１６は
この表面の形に従う。磁気要素１１６を保護するため
に、ロータ１０６はプラスチックまたはステンレス鋼か
らなるケース１２０を有し、このケースは表面１１８を
形成する。
【００２５】球面１１８は想像上のボールの球形部と一
致する。それはボールの中心を通る軸１２２（図４）に
対して垂直に切断されている。この結果、ハウジング１
０４に対面しているロータ１０６の領域１２４は本質的
に平坦である表面を有する。同じことがポンプインペラ
１０８に対面するロータ１０６の領域１２６にあてはま
る。
致する。それはボールの中心を通る軸１２２（図４）に
対して垂直に切断されている。この結果、ハウジング１
０４に対面しているロータ１０６の領域１２４は本質的
に平坦である表面を有する。同じことがポンプインペラ
１０８に対面するロータ１０６の領域１２６にあてはま
る。
【００２６】ステータ１１０の各巻線１１２はロータ１
０６のまわりに配置される。
０６のまわりに配置される。
【００２７】ロータ１０６と、ステータ１１０、特にそ
のヨーク１１４との間に、磁気ループのエアギャップ１
２８がある。一方に表面１１８で他方に巻線を囲む壁１
３２の球面１３０という、球面の別々の部分によってエ
アギャップ１２８の一部が形成される。壁１３２は、循
環ポンプ１０２の乾いた部分と湿った部分との間の分離
壁として作用する。
のヨーク１１４との間に、磁気ループのエアギャップ１
２８がある。一方に表面１１８で他方に巻線を囲む壁１
３２の球面１３０という、球面の別々の部分によってエ
アギャップ１２８の一部が形成される。壁１３２は、循
環ポンプ１０２の乾いた部分と湿った部分との間の分離
壁として作用する。
【００２８】ロータ１０６は、このように遠心ポンプを
形成する球形のベアリングで支持される。このようなベ
アリング１３６は、ポスト１３４（図４）の先端に取り
付けられた球形摺動体１３８を含む。ポスト１３４はハ
ウジング１０４に固定されて取り付けられている。摺動
体１３８の中心はロータの軸１２２上に位置する。加え
て、摺動体１３８の中心も表面１１８を形成している仮
想ボールの中心と本質的に一致する。
形成する球形のベアリングで支持される。このようなベ
アリング１３６は、ポスト１３４（図４）の先端に取り
付けられた球形摺動体１３８を含む。ポスト１３４はハ
ウジング１０４に固定されて取り付けられている。摺動
体１３８の中心はロータの軸１２２上に位置する。加え
て、摺動体１３８の中心も表面１１８を形成している仮
想ボールの中心と本質的に一致する。
【００２９】さらに、ベアリング１３６は、たとえばカ
ーボンからなるベアリングキャップ１４０（図５）を含
む。摺動体１３８は、硬い材料（好ましくはセラミッ
ク）からなり、ベアリングキャップ１４０に対して摺動
する。ベアリングキャップ１４０は、ロータ１０６とと
もにユニットを形成する。これにより、ハウジング１０
４のロータ１０６の遊びなし支持が得られる。図５に示
すように、ベアリングキャップ１４０は、球形摺動体１
３８の直径ｄと本質的に対応する直径Ｄを持つ中空円筒
部１４２を含む。ボール１３８とベアリングキャップ１
４４の壁との間に、エアギャップ１４６があり、このエ
アギャップの、軸１２２に対する垂直な延長部分は摺動
体１３８の直径ｄよりかなり小さい。
ーボンからなるベアリングキャップ１４０（図５）を含
む。摺動体１３８は、硬い材料（好ましくはセラミッ
ク）からなり、ベアリングキャップ１４０に対して摺動
する。ベアリングキャップ１４０は、ロータ１０６とと
もにユニットを形成する。これにより、ハウジング１０
４のロータ１０６の遊びなし支持が得られる。図５に示
すように、ベアリングキャップ１４０は、球形摺動体１
３８の直径ｄと本質的に対応する直径Ｄを持つ中空円筒
部１４２を含む。ボール１３８とベアリングキャップ１
４４の壁との間に、エアギャップ１４６があり、このエ
アギャップの、軸１２２に対する垂直な延長部分は摺動
体１３８の直径ｄよりかなり小さい。
【００３０】球形部１４８は軸方向（軸１２２の方向）
において中空円筒部１４２へ続く。そして、この球形部
を形成する仮想（想像上の）ボールの中心が、ベアリン
グ１３６に対し摺動するボールを形成する摺動体の中心
と一致する。球形部１４８を形成している仮想ボールの
半径Ｒは摺動体１３８を形成しているボールの半径ｄの
１／２と一致する。
において中空円筒部１４２へ続く。そして、この球形部
を形成する仮想（想像上の）ボールの中心が、ベアリン
グ１３６に対し摺動するボールを形成する摺動体の中心
と一致する。球形部１４８を形成している仮想ボールの
半径Ｒは摺動体１３８を形成しているボールの半径ｄの
１／２と一致する。
【００３１】中空領域１５０は、ロータ１０６の軸１２
２のまわりで、ベアリングキャップ１４０内に位置して
いる。これは、球形部１４８の中にあり、球形部１４８
によって中空円筒部１４２に接続される。この中空領域
１５０は、軸１２２に対称で、直径Mを有する。
２のまわりで、ベアリングキャップ１４０内に位置して
いる。これは、球形部１４８の中にあり、球形部１４８
によって中空円筒部１４２に接続される。この中空領域
１５０は、軸１２２に対称で、直径Mを有する。
【００３２】中空領域１５０は潤滑穴を形成する。その
潤滑穴を通して運ばれる潤滑油が、特に球形部１４８の
中で、摺動体１３８の摺動面１５２とベアリングキャッ
プ１４０の摺動面１５４に供給される。
潤滑穴を通して運ばれる潤滑油が、特に球形部１４８の
中で、摺動体１３８の摺動面１５２とベアリングキャッ
プ１４０の摺動面１５４に供給される。
【００３３】摺動体１３８は、ポスト１３４の先端に取
り付けられ、ベアリングキャップ１４０の円筒部１４２
に軸方向に挿入され、ベアリングキャップ１４０に対し
て球形部１４８上で摺動し得る。球形部１４８を経て、
軸方向および半径方向の力をロータ１０６から摺動体１
３８に移すことが可能である。対応して、摺動体１３８
は、ロータ１０６へ、このことによりベアリングキャッ
プ１４０へ対向力（counterforce）をかける。
り付けられ、ベアリングキャップ１４０の円筒部１４２
に軸方向に挿入され、ベアリングキャップ１４０に対し
て球形部１４８上で摺動し得る。球形部１４８を経て、
軸方向および半径方向の力をロータ１０６から摺動体１
３８に移すことが可能である。対応して、摺動体１３８
は、ロータ１０６へ、このことによりベアリングキャッ
プ１４０へ対向力（counterforce）をかける。
【００３４】ロータ１０６は磁気要素１１６によって磁
界を形成する。それは磁界がロータ１０６から生じるこ
とを意味する。図２は、磁力線を模式的に表している。
磁力線１５６は、エアギャップ内のロータ１０６とステ
ータの軟質磁性材料からなる磁気ヨーク１１４との間を
通っている。これらの磁力線は、互いに平行ではなく、
比較的強く曲がる。このことによって、ロータ１０６が
ステータ１１０に関して偏心運動するとき、特にステー
タ１１０の軸１５８とロータ１０６の軸１２２とが一致
しないときに、より大きな半径方向の力の差が生じる。
偏心のために、ヨーク１１４の近くで動く磁石１１６の
磁極は、ヨーク１１４から離れている初めの極と反対の
磁極より大きい半径方向の力を受ける。同心位置から移
動すると、ヨークに近い方の磁極では半径方向の力が増
加し、同時に反対方向の磁極では半径方向の力が減少す
る。これによって、ベアリングの不安定性が生じる。
界を形成する。それは磁界がロータ１０６から生じるこ
とを意味する。図２は、磁力線を模式的に表している。
磁力線１５６は、エアギャップ内のロータ１０６とステ
ータの軟質磁性材料からなる磁気ヨーク１１４との間を
通っている。これらの磁力線は、互いに平行ではなく、
比較的強く曲がる。このことによって、ロータ１０６が
ステータ１１０に関して偏心運動するとき、特にステー
タ１１０の軸１５８とロータ１０６の軸１２２とが一致
しないときに、より大きな半径方向の力の差が生じる。
偏心のために、ヨーク１１４の近くで動く磁石１１６の
磁極は、ヨーク１１４から離れている初めの極と反対の
磁極より大きい半径方向の力を受ける。同心位置から移
動すると、ヨークに近い方の磁極では半径方向の力が増
加し、同時に反対方向の磁極では半径方向の力が減少す
る。これによって、ベアリングの不安定性が生じる。
【００３５】従来技術とこの発明に従ったシステムとを
比較するために、図３に、巻線１６２を有するステータ
１６０が磁界をつくる、図２と同様の図を示す。ここ
で、ロータ１６４とステータ１６０の間の磁力線１６６
は、互いにほとんど平行に通っている。中心位置からの
移動ないしずれがここでは半径方向の力の大きな差にな
らず、そのために偏心はベアリングの機能に影響しな
い。
比較するために、図３に、巻線１６２を有するステータ
１６０が磁界をつくる、図２と同様の図を示す。ここ
で、ロータ１６４とステータ１６０の間の磁力線１６６
は、互いにほとんど平行に通っている。中心位置からの
移動ないしずれがここでは半径方向の力の大きな差にな
らず、そのために偏心はベアリングの機能に影響しな
い。
【００３６】ロータ１０６とステータ１１０との間の非
対称を除く、またはそれの代わりに、偏心位置のため
に、磁化における非対称またはエアギャップの形におけ
る非対称があり得る。これらは半径方向の成分を有す
る、結果として生じる磁力につながる。
対称を除く、またはそれの代わりに、偏心位置のため
に、磁化における非対称またはエアギャップの形におけ
る非対称があり得る。これらは半径方向の成分を有す
る、結果として生じる磁力につながる。
【００３７】この発明に従った、中空領域１５０は、図
２との関係で説明したように、実質的に非対称（たとえ
ばロータ１０６およびステータ１１０間の偏心）によっ
て生じる課題および特に磨耗の問題を除去する。
２との関係で説明したように、実質的に非対称（たとえ
ばロータ１０６およびステータ１１０間の偏心）によっ
て生じる課題および特に磨耗の問題を除去する。
【００３８】ロータ１０６は、液圧と、結果的に生じる
磁力とからなる力を受ける。それは、ボール１３８に結
果として生じる力をかけ、それの対向力１６８（図４）
は摺動体ないしボール１３８からベアリングキャップ１
４０にかけられる。結果として生じるこの対向力１６８
は、液体の対向力１７０と結果として生じる磁気の対向
力１７２との合力である。ロータ１０６が中心に位置す
るとき、すなわち、その軸１２２がステータ１１０の軸
１５８と一致するとき、磁気が等方性でありかつ、結果
として生じる対向力１６８が軸１２２の方向に作用する
ならば、結果として生じる磁気の対向力１７２の半径方
向成分はゼロである。
磁力とからなる力を受ける。それは、ボール１３８に結
果として生じる力をかけ、それの対向力１６８（図４）
は摺動体ないしボール１３８からベアリングキャップ１
４０にかけられる。結果として生じるこの対向力１６８
は、液体の対向力１７０と結果として生じる磁気の対向
力１７２との合力である。ロータ１０６が中心に位置す
るとき、すなわち、その軸１２２がステータ１１０の軸
１５８と一致するとき、磁気が等方性でありかつ、結果
として生じる対向力１６８が軸１２２の方向に作用する
ならば、結果として生じる磁気の対向力１７２の半径方
向成分はゼロである。
【００３９】しかし、ロータ１０６がステータ１１０に
非対称であれば、たとえば、平行な軸１２２と１５８の
間に距離がある場合、図４に示すように、磁界を生じる
ロータ１０６の力の分岐線は半径方向の力の差になる。
磁気要素１１６を有するロータ１０６の軸１２２方向の
高さが小さいときに、結果として生じる磁気の対向力１
７２の軸方向成分は比較的小さいため、結果として生じ
る対向力１６８は図４に示すように液圧の対向力１７０
と同じ方向（つまり、軸１２２の方向）を指さず、斜め
になる。
非対称であれば、たとえば、平行な軸１２２と１５８の
間に距離がある場合、図４に示すように、磁界を生じる
ロータ１０６の力の分岐線は半径方向の力の差になる。
磁気要素１１６を有するロータ１０６の軸１２２方向の
高さが小さいときに、結果として生じる磁気の対向力１
７２の軸方向成分は比較的小さいため、結果として生じ
る対向力１６８は図４に示すように液圧の対向力１７０
と同じ方向（つまり、軸１２２の方向）を指さず、斜め
になる。
【００４０】これは、ロータ１０６とステータ１１０と
の間で非対称があるときに、ベアリングキャップ１４０
の磨耗に対応してボール１３８がベアリングキャップ１
４０に偏心的に圧力をかけることを意味し、この場合、
ベアリングキャップ１４０の磨耗は球状に対称でなく、
ベアリングキャップ内にリング状の溝を形成する。この
ような場合、ベアリングキャップ１４０は、摺動体すな
わちボール１３８の全球面上を摺動する代わりに、摺動
体１３８のまわりを回転しながら、片側へローリング運
動を始める。これが、アンバランスや、大きくかつ加速
する非球形の磨耗につながる。
の間で非対称があるときに、ベアリングキャップ１４０
の磨耗に対応してボール１３８がベアリングキャップ１
４０に偏心的に圧力をかけることを意味し、この場合、
ベアリングキャップ１４０の磨耗は球状に対称でなく、
ベアリングキャップ内にリング状の溝を形成する。この
ような場合、ベアリングキャップ１４０は、摺動体すな
わちボール１３８の全球面上を摺動する代わりに、摺動
体１３８のまわりを回転しながら、片側へローリング運
動を始める。これが、アンバランスや、大きくかつ加速
する非球形の磨耗につながる。
【００４１】この発明によれば、結果として生じる対向
力１６８がそこを指すように、中空領域１５０が配置さ
れて、形成される。この領域は大きいため、力ベクトル
１６８はベアリングキャップ１４０の材料部分ではなく
流体を指す。このことが、結果として生じる力ベクトル
１６８が斜めの場合であっても、ベアリングキャップ１
４０の非球形の磨耗を防ぐ。その結果、長期にわたっ
て、ハウジング１０４のロータ１０６の遊びなし支持が
保証される。
力１６８がそこを指すように、中空領域１５０が配置さ
れて、形成される。この領域は大きいため、力ベクトル
１６８はベアリングキャップ１４０の材料部分ではなく
流体を指す。このことが、結果として生じる力ベクトル
１６８が斜めの場合であっても、ベアリングキャップ１
４０の非球形の磨耗を防ぐ。その結果、長期にわたっ
て、ハウジング１０４のロータ１０６の遊びなし支持が
保証される。
【００４２】中空領域１５０の直径Ｍは、ロータの磁化
の異方性を含む製品公差に対応して特に選ばれる。製品
公差が小さいほど、この直径の小さいものが選ばれる。
製品公差は摺動体１３８の寸法や形、球形部１４８、ポ
スト１３４上の摺動体１３８の位置に関する軸の精度、
ステータ１１０の軸の精度、磁化の等方性などにあり、
これらの値は、互いに何らかの関係がある。
の異方性を含む製品公差に対応して特に選ばれる。製品
公差が小さいほど、この直径の小さいものが選ばれる。
製品公差は摺動体１３８の寸法や形、球形部１４８、ポ
スト１３４上の摺動体１３８の位置に関する軸の精度、
ステータ１１０の軸の精度、磁化の等方性などにあり、
これらの値は、互いに何らかの関係がある。
【００４３】ロータ１０６とステータ１１０間の対称の
最大の（受け入れられる）ずれが製品公差のため予想さ
れる場合、中空領域１５０の直径Ｍは、結果として生じ
る対向力１６８の力ベクトルがこの材料のない部分を指
すように、選ばれなければならない。
最大の（受け入れられる）ずれが製品公差のため予想さ
れる場合、中空領域１５０の直径Ｍは、結果として生じ
る対向力１６８の力ベクトルがこの材料のない部分を指
すように、選ばれなければならない。
【００４４】実際問題として、Ｍが球形摺動体１３８の
直径ｄの０．５倍であるときに、それが有利なことがわ
かった。Mがボール１３８の直径ｄの少なくとも０．６
倍であるときに、それは特に有利である。球形部１４８
のための部屋を残すために、Mはボール１３８の直径ｄ
より小さくなければならない。
直径ｄの０．５倍であるときに、それが有利なことがわ
かった。Mがボール１３８の直径ｄの少なくとも０．６
倍であるときに、それは特に有利である。球形部１４８
のための部屋を残すために、Mはボール１３８の直径ｄ
より小さくなければならない。
【００４５】この発明に従った問題解決手法により、軸
１５８の方向の軸高さを小さくしたモータ１００および
循環ポンプ１０２が得られ、総高さは、たとえば４ｃｍ
より小さい。ロータ１０６が永久磁石の磁極によって磁
界を生じるときに、このことが実現される。この結果、
非対称な状況が存在するとき、磁力の小さな軸方向成分
と好ましくない半径方向成分が生じる。
１５８の方向の軸高さを小さくしたモータ１００および
循環ポンプ１０２が得られ、総高さは、たとえば４ｃｍ
より小さい。ロータ１０６が永久磁石の磁極によって磁
界を生じるときに、このことが実現される。この結果、
非対称な状況が存在するとき、磁力の小さな軸方向成分
と好ましくない半径方向成分が生じる。
【００４６】これらの課題は、中空領域１５０を備える
ことによって、ベアリング１３６に対するそれらの作用
により解決される。この中空領域１５０は、結果として
生じる全対向力１６８が材料部分を指さないように選ば
れると、さもなければ異なるボールの周速そしてその結
果、モータ１００のたとえば高い機械振動や短い寿命に
つながる、ベアリングキャップ１４０の非球形磨耗が防
止される。
ことによって、ベアリング１３６に対するそれらの作用
により解決される。この中空領域１５０は、結果として
生じる全対向力１６８が材料部分を指さないように選ば
れると、さもなければ異なるボールの周速そしてその結
果、モータ１００のたとえば高い機械振動や短い寿命に
つながる、ベアリングキャップ１４０の非球形磨耗が防
止される。
【図１】図１は電気駆動ポンプアセンブリの斜視図的断
面図を示す。
面図を示す。
【図２】図２はこの発明に従って磁界生成ロータが生成
した磁界を示す図１の線２−２に沿った概略断面図であ
る。
した磁界を示す図１の線２−２に沿った概略断面図であ
る。
【図３】図３は従来技術に従ってステータが生成した磁
界を模式的に示す。
界を模式的に示す。
【図４】図４はロータの一部およびとステータならびに
結果的に得られる合力を示す。
結果的に得られる合力を示す。
【図５】図５はこの発明に従ったベアリングの断面図を
示す。
示す。
１００ …モータ
１０２ …循環ポンプ
１０６ …ロータ
１１０ …ステータ
１３６ …ベアリング
１３８ …摺動体（ボール）
１４０ …ベアリングキャップ
１５０ …中空領域
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考）
Ｈ０２Ｋ 7/09 Ｈ０２Ｋ 7/09
(71)出願人 502364660
バーガー ラング
ドイツ マルバッハ 71672 キルヒェン
ヴァインベルグシュトラッセ45
(72)発明者 カールステン ラング
アメリカ合衆国 カリフォルニア州 サン
ディエゴ ラ・ジョラ
(72)発明者 オリバー ラング
ドイツ シュツットガルト 70435 レッ
ペンベルグ62
Ｆターム(参考） 3H022 AA01 BA03 CA50 DA08 DA09
DA12 DA13
5H002 AA01 AA08 AE08
5H605 AA04 BB05 CC04 EA07 EB04
EB07 EB10 EB17 FF03 GG04
5H607 AA04 BB01 BB25 CC01 DD03
DD15 FF06 GG02 GG04 GG08
GG09 GG11 GG19
5H621 GA12 JK07 JK15 JK19
Claims (16)
- 【請求項１】ロータ（１０６），ステータ（１１０）お
よびそのロータ（１０６）を球状に支持するベアリング
（１３６）を備え、ベアリング（１３６）はベアリング
キャップ（１４０）およびそのベアリングキャップ内に
位置決めされたボール形状の摺動体（１３８）を含む、
モータにおいて、 ロータ（１０６）が磁界を誘導し、ベアリングキャップ
は中空領域（１５０）を有し、この中空領域は、ロータ
（１０６）がステータ（１１０）に関して非対称である
ときに結果として生じる全体の力のベクトルが中空領域
（１５０）を指すように形成されていることを特徴とす
る、モータ。 - 【請求項２】ベアリングキャップ（１４０）がロータ
（１０６）とともにユニットを形成することを特徴とす
る、請求項１記載のモータ。 - 【請求項３】摺動体（１３８）がステータ（１１０）と
ともにユニットを形成することを特徴とする、請求項１
または２記載のモータ。 - 【請求項４】ロータ（１０６）が１つ以上の永久磁石
（１１６）を含むことを特徴とする、請求項１ないし３
のいずれかに記載のモータ。 - 【請求項５】ロータ（１０６）がステータに対面する球
面領域（１１８）を含むことを特徴とする、請求項１な
いし４のいずれかに記載のモータ。 - 【請求項６】エアギャップ（１２８）が、ロータ（１０
６）とステータ（１１０）との間で、球面領域（１１
８,１３０）によって各々から距離を有して形成される
ことを特徴とする、請求項１ないし５のいずれかに記載
のモータ。 - 【請求項７】中空領域（１５０）が、潤滑穴のまわりに
配置され、かつ／または、潤滑穴を形成することを特徴
とする、請求項１ないし６のいずれかに記載のモータ。 - 【請求項８】中空領域（１５０）がロータ（１０６）の
軸（１２２）の回りに位置することを特徴とする、請求
項１ないし７のいずれかに記載のモータ。 - 【請求項９】中空領域（１５０）が軸（１２２）のまわ
りで軸方向に対称に配置されることを特徴とする、請求
項１ないし８のいずれかに記載のモータ。 - 【請求項１０】ベアリングキャップ（１４０）が中空円
筒部（１４２）および中空円筒部（１４２）に軸方向に
続く球形部（１４８）を有することを特徴とする、請求
項１ないし９のいずれかに記載のモータ。 - 【請求項１１】中空領域（１５０）が球形部（１４８）
に位置決めされることを特徴とする、請求項１記載のモ
ータ。 - 【請求項１２】中空領域（１５０）の直径（Ｍ）が製品
公差に関連して選ばれることを特徴とする、請求項１な
いし１１のいずれかに記載のモータ。 - 【請求項１３】中空領域（１５０）の直径（Ｍ）が摺動
体（１３８）の直径（d）に等しいかまたは０．５倍よ
り大きいことを特徴とする、請求項１ないし１２のいず
れかに記載のモータ。 - 【請求項１４】中空領域（１５０）の直径（Ｍ）が摺動
体（１３８）の直径（ｄ）に等しいかまたは０．６倍よ
り大きいことを特徴とする、請求項１ないし１３のいず
れかに記載のモータ。 - 【請求項１５】中空領域（１５０）の直径（Ｍ）が摺動
体（１３８）の直径（ｄ）より小さいことを特徴とす
る、請求項１ないし１２のいずれかに記載のモータ。 - 【請求項１６】請求項１ないし１５のいずれかに記載の
モータ（１００）を備える、循環ポンプ。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE10149566 | 2001-10-08 | ||
| DE10149566.8 | 2001-10-08 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003199307A true JP2003199307A (ja) | 2003-07-11 |
| JP2003199307A5 JP2003199307A5 (ja) | 2008-10-02 |
Family
ID=7701780
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002294149A Pending JP2003199307A (ja) | 2001-10-08 | 2002-10-07 | モータおよびそれを用いる循環ポンプ |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003199307A (ja) |
| DE (1) | DE10245016B4 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005226832A (ja) * | 2004-02-12 | 2005-08-25 | Laing Oliver | 球面軸受、電気モータ、及び循環ポンプ |
| CN109891728A (zh) * | 2017-06-30 | 2019-06-14 | 原子能和替代能源委员会 | 电磁能量转换器 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102004058591A1 (de) * | 2004-11-26 | 2006-06-01 | Laing, Oliver | Umwälzpumpe und Verfahren zur Herstellung einer Umwälzpumpe |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE1538717A1 (de) * | 1966-09-07 | 1970-06-11 | Beteiligungs Ag Haustechnik | Elektrische Umlaufmaschine |
| NL189575C (nl) * | 1978-01-25 | 1993-05-17 | Ultra Centrifuge Nederland Nv | Rotor met ondersteuning. |
| DE3302349A1 (de) * | 1983-01-25 | 1984-07-26 | Laing, Oliver, Dipl.-Phys., 7148 Remseck | Sphaerische laeufer fuer elektro-motoren |
| US4874300A (en) * | 1987-12-21 | 1989-10-17 | Laing Karsten A | Ceramic step bearing in a centrifugal pump |
-
2002
- 2002-09-20 DE DE10245016A patent/DE10245016B4/de not_active Expired - Fee Related
- 2002-10-07 JP JP2002294149A patent/JP2003199307A/ja active Pending
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