JP5834090B2 - 特にポンプユニットの電気機械 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の前文に記載の電気機械に関する。このタイプの電気機械は、例えば下記特許文献１から公知である。この場合、電気機械は、特に、ポンプユニットの動力機械として作業機械に結合することができる例えば油圧ポンプ（サーボポンプ）の電気モータを意味すると理解される。

このタイプの電気機械は、通常、回転移動可能にモータシャフトのシャフト端部を支持する２つの軸受を有し、モータシャフトはロータ（アーマチュア）を支承し、軸受は、端側の機械ハウジングを覆う端部シールドによって受容される。この場合、駆動軸受（駆動端部シールド）と呼ばれる出力側軸受は、通常、固定軸受（ｌｏｃａｔｉｎｇ ｂｅａｒｉｎｇ）であり、これに対し、反対側に位置するロータ又はアーマチュアの軸受は、ロータ（アーマチュア）の熱膨張を補償することが可能であるために摺動座部としてしばしば構成される。固定軸受及び摺動座部の配置はまた、逆であることができる。

作業機械、例えば油圧液を送出するためのポンプと組み合わせて、次に動力機械とも呼ばれる電気機械は、回転シャフトを介して作業機械（ポンプ）にしばしば機械的に接続される。作業機械のシャフト（ポンプシャフト）への動力機械のモータシャフトの結合は、歯車機構を介して又は連結部を介して行うことができる。このタイプのシャフト結合部により、このタイプのユニットの操作中に製造及び／又は組立の公差の必要な補償が保証され、対応する変位差を吸収するために、電気機械のロータ及びステータの異なる熱的な長さ膨張の補償が保証される。

独国特許出願公開第２３０９３５１Ａ１号明細書

しかし、このタイプの結合のサーボ作動の油圧ポンプ（油圧ユニット）の使用は、摩耗しやすい要素を含むことが多く、追加の取り付け空間を必要とし、さらにシャフト接続部のねじり剛性を低減させる。例えば、変換器によって制御される圧力調整を介してサーボ作動される油圧ポンプの場合、特に、広範囲のトルク調整を必要とする著しく力学的な用途では、このことは、使用される調整回路の動作範囲の相当の悪化をもたらす。

本発明は、特にシャフト装着に関して改良され、また作業機械、特に油圧ポンプに簡単かつ確実に結合することができる電気機械を提供する目的に基づいている。

本発明によれば、この目的は、請求項１の特徴によって達成される。有利な改良形態、発展形態及び変形例は、従属請求項の主題である。

このため、電気機械は、非駆動の端部シールド又はそこの軸受ハブ内に半径方向に弾性的にかつ軸方向に変位可能に配置される軸受ユニットを有し、また玉軸受装置を有する。このため、軸受ハブ内の玉軸受装置は、適切にスリーブ又はブッシュによって取り囲まれ、スリーブ又はブッシュは、僅かに軸方向に変位させられることができるように、半径方向に当該部分に関しエラストマ要素（ａｎ ｅｌａｓｔｏｍｅｒｉｃ ｅｌｅｍｅｎｔ）、特にＯリング（の上）に半径方向に位置する。

玉軸受装置は、有利に２つの深溝玉軸受を有し、この玉軸受装置は、エラストマ要素の結果として半径方向に弾性的にかつ軸方向に変位可能に、電気機械（電気モータ）の同様に標準的な軸受ハブによって受容される。玉軸受の回転体の摺動（スライド）を防止するために、簡単かつ廉価な構造の軸受ユニットが、それ自体にプレストレスが加えられるモジュールとして構成される。

この場合、本発明は、例えば油圧ポンプの形態の、動力機械としての電気モータの及び駆動機械のコンパクトな構造は、電気モータが、専用の駆動側軸受なしに剛性のシャフト接続、すなわち剛性のシャフト結合又は連続シャフトによって駆動されるべき作業機械に装着され、この作業機械がその部分に関して、機械シャフトを軸方向かつ半径方向に固定する自己装着手段を有する場合、達成することができるという考察に由来している。このことを可能にするために、認識されているように、モータ装着の過剰な確実性を回避すべきである。このことは、駆動側に軸受を有しないモータシャフトの非駆動側の装着が、半径方向に弾性的かつ軸方向に少なくとも僅かに変位可能な構造であるということによって達成することができる。

ひっかかりを回避するためにかつ減衰目的のために、独国特許出願公開第１９８１８６３４Ａ１号からそれ自体公知の方法において、玉軸受装置を第一に受容し、第二に弾性要素を介して外側で半径方向に支持されるスリーブによって、浮動する軸受の半径方向のかつ僅かに軸方向の変位可能性を実現することができる。挿入された玉軸受を有するスリーブは、同様に標準的な非駆動側の軸受ハブに押入され、組み立てられた状態でスリーブの外周に設けられる弾性要素に位置する（もたれる）。

軸受ユニット内のプレストレスは、好ましくはオンデュラーワッシャの形態の補償ワッシャによって適切に行われ、これによって、深溝玉軸受が互いに対して軸方向に緊締される。この結果、玉軸受の必要な最小負荷は、モータシャフトに対する外部負荷なしでも保証され、また玉軸受の回転体の摺動が回避され、その結果、これらの摩擦防止軸受の故障が確実に防止される。

軸受ユニットは、２つの深溝玉軸受の内側リングの間のスペーサ要素として調整ワッシャを有することが適切である。さらに、外側固定リングに隣接する軸受ユニットの玉軸受の軸受外側リングを軸方向位置に保持する外側固定リングが適切に設けられる。前記外側固定リングの外縁は、軸受スリーブ又はブッシュの内壁側面に作られる環状溝内に適切に挿入される。

さらに設けられた内側固定リングは、好ましくは次に軸受側面に配置され、この側面にオンデュラーワッシャ及び外側固定リングも設けられ、この内側固定リングにより、玉軸受装置の隣接する軸受内側リングを軸方向に固定することが保証される。内側固定リングの内縁は、モータシャフトの軸受側のシャフトシャンク（ｓｈａｎｋ）の円周側面に作られる環状溝に位置する。

動力機械としての電気機械を有しかつ作業機械を有する駆動ユニットを組み立てるために、まず第一に、動力機械のロータが、そのモータシャフトの上に置かれる収縮ディスクと共に作業機械の機械シャフトの対向するシャフト端部の上に置かれ、組立ストッパに案内され、その後収縮ディスクがクランプされ、モータシャフトのシャフト端部が、機械シャフトのシャフト端部と共に回転するように機械シャフトのシャフト端部に固定接続され、ステータを収容する機械ハウジングがその後ロータの上に押圧され、作業機械のフランジに締結される。ストッパは、作業機械のフランジに取り外し可能に位置決めされるか又は取り付けられる間隔又は軸受テンプレートによって形成されることが有利である。

本発明により達成される利点は、特に、静的な半径方向の及び静的に又は熱的に誘発される軸方向公差を補償する装着又は軸受ユニットが、それ自体内で緊締されるモジュールの形態で設けられ、従来の玉軸受の代わりに、すでに存在している標準端部シールドの軸受ハブに導入することができることにある。この結果、第一に、特別な端部シールドは必要でなく、低い費用の機械又はモータ装着を可能にする。第二に、本発明に従って開発される軸受ユニットは、簡単な回転対称の軸受スリーブ、さもなければ単に廉価な標準化された又は標準的な構成要素のみを備える。さらに、軸受ハブ内への軸受ユニットの組立は、単純な軸受モジュールへの押入に限定される。

さらに、軸受ハブ内の又は軸受ハブに対する軸受ユニットの回転防止措置は、エラストマ要素（Ｏリング）による摩擦接続によってのみ行われ、その結果、エラストマ要素（Ｏリング）が二重機能、すなわち、第一に軸受ユニットの半径方向の弾性、第二にその回転防止措置を実行する。この結果、スリーブ又は軸受ユニットの共回転を防止するために、軸受ハブを有するスリーブの追加の確動ロック接続は不要である。さらに、エラストマ又はＯリングは、軸受支持部としてのみ作用し、力を吸収するために使用されない。

電気機械、特に本発明による軸受ユニットは、動力機械として使用される電気機械（電気モータ）と、例えば油圧ポンプの形態の駆動機械との間の剛性のシャフト取付け部又は連続シャフトにより、比較的コストを節約するユニットの提供を可能にし、電気モータは駆動側軸受を有しない。静的な公差補償は、収縮ディスクによる連続的な単一ピースのシャフト又はシャフト取付け部の形態のこのタイプの適切に剛性のシャフト結合部の場合にのみ必要とされるが、この静的な公差補償は、本発明に従って構成される軸受ユニットのために、シャフトの回転基準システムでは、複雑なシャフト結合部の形態で必要とされる力学的（動的）な公差補償によっては実現されない。むしろ、動力機械の本発明による半径方向に弾性的かつ軸方向に変位可能な非駆動側の装着により、同様に静的に公差補償が保証される。

本発明による機械、特に本発明による軸受ユニットは、特にサーボポンプ、及び駆動されるべき自己装着の駆動機械に電気モータを直接の取り付けることが有利なタイプの用途に適切である。しかし、電気機械はまた、発電機であることも、そのようなものとして操作することもできる。

半径方向の入力によって作動することができる一体化された剛性のシャフト結合部と、軸受ユニットのモジュール式設計のために電気モータの組立に続き適切に解放することができる駆動側の輸送固定手段とを組み合わせて、電気機械又は電気モータをキットの形態で構成することができる。このことにより、高速に回転する細い電気モータの場合にも使用が可能となる。さらに、入力シャフトの適切な自己装着手段を有する機械へのモータの取付けはまた、顧客の面前で行うことができる。

以下に、本発明の例示的な実施形態について図面を用いてより詳細に説明する。

モータシャフトを有する電気モータを有するポンプユニットの部分縦断面図であり、モータシャフトは駆動側に軸受を有せず、非駆動側でローラによって装着される。 軸受スリーブ内に２つの深溝玉軸受を有する非駆動側の軸受ユニットの図１の拡大詳細図ＩＩである。 モータシャフトをポンプシャフトに結合するためのストッパテンプレート及びシャフト収縮ディスクを有する図１によるポンプユニットの図面である。

互いに対応する部分には、全図において同一の名称が付与される。

図１は、ポンプユニット３を形成するためにポンプ２、例えば油圧ポンプに結合される電気モータ１の縦断面図を示している。ポンプユニット３内において、電気モータ１は電気動力機械を形成し、これに対し、油圧ポンプ２は駆動機械である。電気モータ１のモータシャフト４及びポンプ２の機械シャフト５は、クランプ又は収縮ディスク６によって互いに剛固に接続される。このため、以下にモータハウジングと呼ばれる機械ハウジング７から駆動側に案内されるモータシャフト４のシャフト端部８は、結合されるべきポンプ２の機械シャフト５のシャフト端部８に面するシャフト端部９の上方に係合する。収縮ディスク６のねじ留めが行われた後、シャフトの端部８、９は、回転不動にかつ遊びなしに互いに緊締される。

出力側（駆動側）に軸受のない電気モータ１のモータハウジング７から案内されるモータシャフト４は、ロータ（又はアーマチュア）１０を支承し、その反対側に、ハウジングに固定されるステータ１１がモータハウジング７内に間隙を形成しつつ位置する。モータハウジング７内において、モータシャフト４の非駆動側のシャフト端部（シャフトシャンク）１３は、シャフト端部８、９の剛性接続によって形成される結合点１２の反対側に位置し、このシャフト端部１３は軸受ユニット１４に装着される。図２の拡大図に示す軸受ユニット１４は、非駆動側の端部シールド１６の軸受ハブ１５に挿入される。

結合点１２の領域において、モータハウジング７は、フランジねじ１８によってポンプ２のポンプフランジ１７に取り付けられる。結合点１２を介して、電気モータ１は、専用の駆動側軸受なしに、シャフトの端部８、９の剛性結合を介して被駆動ポンプ２に接続され、このポンプそれ自体は、より詳細には示さない方法での完全な自己装着手段を有し、その結果、モータシャフト４の位置は軸方向及び半径方向に固定される。

モータハウジング７を越えて突出する信号及び動力装着ボックス１９及び２０は、電気モータによって駆動されるポンプユニット３を、例えば電気モータ１のトルク調整及び／又は速度調整の制御のための周波数変換器（図示せず）に接続するために使用される。この場合、サーボポンプの方法で、例えばポンプ２によって送出される油圧オイルの体積流量が、電気モータ１のモータ速度を介して設定かつ調整され、これに対し、送出される流体の圧力の設定は電気モータ１のトルク調整を介して行われる。

図２から比較的明瞭に理解できるように、電気モータ１の非駆動側の軸受ユニット１４は、互いに隣接して配置されかつスリーブ（軸受スリーブ又はブッシュ）２３内に配置される２つの深溝玉軸受２１、２２を備える。さらに、軸受ユニット１４は、軸受スリーブ２３を囲むように軸受スリーブ２３の外周に配置されるＯリング２４の形態のエラストマ要素を備え、環状溝２５に位置する。例示的な実施形態において、環状溝２５は、軸受ハブ１５の内周に作られる。しかし、代わりに、環状溝２５を軸受スリーブ２３に作ることもできる。

取付け状態は、ある半径方向の公差補償がＯリング２４によって可能にされるように選択される。この場合、軸受スリーブ２３は、軸方向においても、軸受スリーブ２３のある変位可能性が両方の軸方向に保証されるように、軸受ハブ１５に又は非駆動の端部シールド１６に導入される。軸受ハブ１５における実質的に荷重を受けない軸受ユニット１４の軸受スリーブ２３の共回転は、軸受スリーブ２３と、Ｏリング２４と、軸受ハブ１５との間の摩擦の結果防止される。

２つの深溝玉軸受２１、２２は、オンデュラーワッシャ２６の形態の補償ワッシャによって互いに対して緊締される。補償ワッシャ２６は、非駆動の端部シールド１６に面する外側の深溝玉軸受２２の外側リング２２ａに作用する。前記外側の深溝玉軸受２２の反対側にある補償ワッシャ２６の側に、外側固定リング２７が設けられ、この固定リングの外縁２８は、軸受スリーブ２３の内周の環状溝２９に着座する。外側固定リング２７は、外側の深溝玉軸受２２の次の軸受外側リング２２ａを軸方向に固定するために使用される。

補償ワッシャ又はオンデュラーワッシャ２６の領域に同様に設けられる内側固定リング３０は、外側の深溝玉軸受２２の隣接する軸受内側リング２２ｂを軸方向に固定するために使用され、内側固定リング３０の内縁３１は、シャフト端側のモータシャフト４に円周方向に作られる環状溝３２に着座する。調整ワッシャ３３は、２つの深溝玉軸受の２つの軸受内側リング２１ｂ及び２２ｂの間のモータシャフト４のシャフト端部又はシャフトシャンク１３に着座する。

２つの深溝玉軸受２１及び２２の互いに対して移動されることができかつ回転体３４によって分離される内側リング２１ｂ、２２ｂ及び外側リング２１ａ、２２ａは、電気モータ１の軸受のない駆動側において、第一に、モータシャフト４のシャフト端部又はシャンク１３の突出する支持又は支承肩部３５に、第二に、軸受スリーブ２３の支持又は支承カラー３６に支持される。支承カラー３６の反対側に位置する側面に、ブッシュとして構成される軸受スリーブ２３に、片側に内側カラー３７が設けられ、これによって、軸受スリーブ２３は軸受ハブ１５の対応する肩部輪郭部３８に着座する。

軸受スリーブ２３及びそれに配置される２つの深溝玉軸受２１、２２と、スリーブの外側のＯリング２４とを有する軸受ユニット１４の実施形態は、半径方向に弾性的にかつ軸方向に少なくとも僅かに変位可能に軸受ハブ１５によって受容される。剛性シャフトの取付けを介してポンプ２に結合される電気モータ１のモータ装着の過剰確実性は、回転体３４の摺動を防止するために、補償ワッシャとして使用されるオンデュラーワッシャ２６によってプレストレスが加えられる前記軸受ユニット１４によって回避される。非駆動側において、プレストレスが加えられた軸受ユニット１４が、シャフト端部１３、すなわちモータシャフト４のシャフトシャンク、したがって電気モータ１のロータ１０を支持する。本発明による軸受ユニット１４の構造と設計により、標準化された非駆動の端部シールド１６の標準軸受ハブ１５に軸受ユニット１４を受容することが可能となる。

図３は、第１の組立ステップ１でポンプ２の機械シャフト５のシャフト端部９の上に置かれた電気モータ１のロータ１０を有するポンプユニット３を示している。この場合、電気モータ１のモータシャフト４のシャフト端部８は、クランプ又は収縮ディスク６をすでに支承している。この組立ステップでは、軸受テンプレート３９がポンプ２のフランジ１７の上に取り付けられるか又は置かれる。テンプレート３９が取り付けられると、非駆動側のシャフトシャンク１３においてモータシャフト４に装着される軸受ユニット１４を有するモータシャフト４に着座するロータ１０が、テンプレート３９と接触するまでポンプ２の機械シャフト５のシャフト端部９の上に押圧される。この状態で、モータシャフト４は、ポンプフランジ１７に対して正確に軸方向に位置決めされる。その後、収縮ディスク３９がねじ留めによって緊締され、したがって、シャフト端部８及び９が互いに堅固に結合される。

次の組立ステップで、テンプレート３９が取り除かれる。その後、ステータ１１を含むモータハウジング７がロータ１０の上に押圧され、ねじ留めによってポンプフランジ１７に締結される。この場合、軸受ユニット１４は軸受ハブ１５によって受容され、軸受ハブ１５の環状溝２５には、Ｏリング２４がすでに挿入されている。

要約すると、動力機械としての本発明による電気機械１及び特に油圧ポンプとしての作業機械２、を有する駆動ユニット３を組み立てるために、まず第一に、動力機械１のロータ１０が、特に前組立ステップで、モータシャフト４に置かれる収縮ディスク６と共に作業機械２の機械シャフト５の対向するシャフト端部９に置かれ、動力機械１の前記ロータ１０が組立ストッパ３９に案内される。その後、収縮ディスク６が緊締され、当該工程において、モータシャフト４が機械シャフト５と共に回転するように機械シャフト５のシャフト端部９に固定接続される。次に、ステータ１１を含む機械ハウジング７がロータ１０の上に押圧され、作業機械２のフランジ１７に締結される。

１ 電気モータ
２ ポンプ
３ ポンプユニット
４ モータシャフト
５ 機械シャフト
６ クランプ／収縮ディスク
７ 機械／モータハウジング
８、９ シャフト端部
１０ ロータ
１１ ステータ
１２ 結合点
１３ シャフト端部／シャンク
１４ 軸受ユニット
１５ 軸受ハブ
１６ 非駆動の端部シールド
１７ ポンプフランジ
１８ フランジねじ
１９ 信号装着ボックス
２０ 動力装着ボックス
２１、２２ 深溝玉軸受
２１ａ 外側リング
２１ｂ 内側リング
２２ａ 外側リング
２２ｂ 内側リング
２３ 軸受スリーブ／ブッシュ
２４ Ｏリング
２５ 環状溝
２６ 補償ワッシャ／オンデュラーワッシャ
２７ 外側固定リング
２８ 外縁
２９ 環状溝
３０ 内側固定リング
３１ 内縁
３２ 環状溝
３３ 調整ワッシャ
３４ 回転体
３５ 支持／軸受肩部
３６ 支持／軸受カラー
３７ 内側カラー
３８ 肩部輪郭部
３９ 軸受テンプレート

Claims (9)

1. 機械ハウジング（７）に、ステータ（１１）と、非駆動側で支持されるモータシャフト（４）に配置されるロータ（１０）とを有する電気機械（１）であって、
   軸方向に変位可能に前記機械ハウジング（７）内に配置される非駆動側の軸受ユニット（１４）に、玉軸受装置（２１、２２）が設けられる電気機械（１）において、
   − 前記軸受ユニット（１４）が、前記玉軸受装置（２１、２２）を囲むスリーブ（２３）と、エラストマ要素（２４）とを有し、前記スリーブ（２３）が軸方向に変位させられることができるように、前記スリーブ（２３）が半径方向に弾性的に前記エラストマ要素（２４）に位置することと、
   − 前記モータシャフト（４）が、軸受なしに前記駆動側の前記機械ハウジング（７）から案内されかつ結合点（１２）に案内され、前記結合点（１２）に、前記モータシャフト（４）を作業機械（２）の機械シャフト（５）に堅固に結合するための収縮ディスク（９）が設けられることと、
   − 前記軸受ユニット（１４）が、前記玉軸受装置（２１、２２）の前記隣接する軸受内側リング（２２ｂ）を軸方向に固定するための内側固定リング（３０）を有し、前記内側固定リング（３０）のリング内縁（３１）が、前記モータシャフト（４）の軸受側のシャフトシャンク（１３）の円周側面に設けられる環状溝（３２）に着座することを特徴とする電気機械（１）。
2. 前記エラストマ要素（２４）、特にＯリングが、前記スリーブ（２３）の外側に又は前記軸受ユニット（１４）を受容する軸受ハブ（１５）に作られる環状溝（２５）によって受容されることを特徴とする、請求項１に記載の電気機械（１）。
3. 前記スリーブ（２３）が回転不能にされるが、少なくとも僅かに軸方向に変位させられることができるように、前記スリーブ（２３）が軸受ハブ（１５）に保持されるように、前記エラストマ要素（２４）が環状溝（２５）によって受容され、外側で、前記スリーブ（２３）に又は軸受ハブ（１５）に導入されることを特徴とする、請求項１又は２に記載の電気機械（１）。
4. 前記玉軸受装置（２１、２２）が、オンデュラーワッシャの形態の補償ワッシャ（２６）によって互いに緊締される２つの深溝玉軸受を備えることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の電気機械（１）。
5. 前記軸受ユニット（１４）が、前記深溝玉軸受（２１、２２）の内側リング（２１ｂ、２２ｂ）の間に配置される調整ワッシャ（３３）を有することを特徴とする、請求項４に記載の電気機械（１）。
6. 前記軸受ユニット（１４）が、前記玉軸受装置（２１、２２）の隣接する軸受外側リング（２２ａ）を軸方向に固定するための外側固定リング（２７）を有することを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の電気機械（１）。
7. 前記外側固定リング（２７）のワッシャ外縁（２８）が、前記スリーブ（２３）の内部に設けられる環状溝（２９）に着座することを特徴とする、請求項６に記載の電気機械（１）。
8. 請求項１〜７のいずれか一項に記載の電気機械（１）用の軸受ユニット（１４）。
9. 動力機械として請求項１〜７のいずれか一項に記載の電気機械（１）を有し、かつ作業機械（２）、特に自己装着手段を有するポンプ、好ましくは油圧ポンプを有する駆動ユニット（３）。

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