CN102292898A

CN102292898A - 转子及其制造方法

Info

Publication number: CN102292898A
Application number: CN2009801554238A
Authority: CN
Inventors: 权赫秀; 渡边元喜
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2009-10-09
Filing date: 2009-10-09
Publication date: 2011-12-21
Anticipated expiration: 2029-10-09
Also published as: WO2011042984A1; KR20110106897A; CN102292898B; KR101224700B1; EP2487777A1; JP5126414B2; US8669686B2; US20120019097A1; EP2487777A4; JPWO2011042984A1

Abstract

本发明的转子(10)具有铁芯(11)，其由层叠钢片形成，并形成有遍及铁芯的整个层叠方向的旋转传递部件安装端面(轴用通孔(26)的壁面)；以及旋转传递部件(轴(12))，其被安装在铁芯(11)的旋转传递部件安装端面上；遍及铁芯的整个层叠方向的熔接用端面形成在铁芯的与旋转传递部件安装端面邻接的位置，扩及至旋转传递部件的熔接痕迹(29)形成在熔接用端面上并遍及铁芯的整个层叠方向。根据本发明，能够容易地减少旋转电机的尺寸和重量，并且能够以少的工序数制造转子。

Description

转子及其制造方法

技术领域

本发明涉及具有由层叠钢片形成的铁芯和旋转传递部件的转子及其制造方法，铁芯所述旋转传递部件将该铁芯的旋转传递至外部或者从外部向铁芯传递旋转。更详细来说，涉及用于将铁芯与旋转传递部件可靠固定的技术。

背景技术

以往，作为用于旋转电机的转子，存在由层叠钢片形成的铁芯被固定在旋转传递部件上的转子，其中层叠钢片通过层叠电磁钢片而制成。在这样的转子中，为了使旋转传递部件的旋转恰当地传递至铁芯，要求铁芯和旋转传递部件可靠地被固定。旋转传递部件例如对于内转子式旋转电机的转子来说是指轴。并且需要使得不引起形成铁芯的各个钢片彼此间的旋转、铁芯与轴之间的绕轴线的旋转、以及铁芯向轴的轴向的滑动中的任一种。例如，为了防止钢片彼此间的旋转，已知有将各钢片稍稍铆接的技术(例如，参考专利文献1、2参照)。

此外，为了防止铁芯与轴的旋转，有在铁芯和轴上分别形成键和键槽并将两者啮合的技术。此外，为了防止铁芯向轴的轴线方向滑动，有将板部件抵接到层叠钢片的层叠方向上的两个端部、并通过将该板部件铆接到轴上来夹持固定层叠钢片的技术。还存在通过在轴的轴向的一端侧设置凸缘来固定的技术(例如，参考专利文献1)。

而且，作为另外的技术，还有将层叠钢片嵌入到圆筒形的铁芯背部的外周侧并经由该铁芯背部固定在轴上的技术(例如，参考专利文献2)。在该技术中，铁芯背部相对于轴被固定，并且通过在铁芯背部上设置多个孔并经由该孔通过激光熔接将铁芯背部和各个钢片彼此固定。因此被构成为在铁芯背部与轴之间直接设置有激光头能插入的程度的空间的结构。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利文献特开2007-124752号公报；

专利文献2：日本专利文献特开2002-136067号公报。

发明内容

发明要解决的问题

但是，上述以往的技术存在以下问题。在所有技术中，都分别通过不同的工序进行了铁芯钢片彼此间的固定、以及铁芯与轴之间的固定。因此，总体工序数较多。对此，存在尽可能减少工序数的需求。

此外，在所有技术中，铁芯的层叠方向上的两个端部均通过板部件、凸缘或铁芯背部等部件夹持并经由这些部件被固定在轴上。因此，需要用于布置这些部件的空间。此外，在所述的专利文献2的技术中，在铁芯背部与轴之间需要用于激光熔接的空间。为了进一步降低旋转电机的尺寸和重量，期望尽可能减少这些部件和空间。

本发明是为了解决上述以往技术中存在的问题而做出的。即其要解决的问题在于，提供一种容易降低旋转电机的尺寸和重量、并能够通过少的工序数制造的转子及其制造方法。

用于解决问题的手段

为解决上述问题而做出的本发明一个方面的转子具有：铁芯，所述铁芯由层叠钢片形成，并形成有遍及所述铁芯的整个层叠方向的旋转传递部件安装端面；以及旋转传递部件，所述旋转传递部件被安装在铁芯的旋转传递部件安装端面上；其中，遍及所述铁芯的整个层叠方向的熔接用端面形成在与旋转传递部件安装端面邻接的位置，扩及至旋转传递部件的熔接痕迹形成在熔接用端面上并遍及铁芯的整个层叠方向。

根据上述一个方面的转子，熔接用端面与安装铁芯和旋转传递部件的旋转传递部件安装端面邻接形成。这里，邻接的位置是指能够通过熔接熔合并固化后构成整体的位置。此外，由于在该熔接用端面上形成了扩及至旋转传递部件的熔接痕迹，因此能够通过熔接来固定铁芯和旋转传递部件。此外，由于该熔接痕迹遍及铁芯的整个层叠方向而形成，因此构成铁芯的所有层叠钢片均被固定在旋转传递部件上。从而，转子能够容易地减少旋转电机的尺寸和重量，并能够以少的工序数制造。

此外，在本发明一个方面中优选如下：旋转传递部件是贯穿转子的旋转中心而布置的轴，在铁芯上形成有供轴贯穿的轴用通孔和设置在轴用通孔的周围的熔接用通孔，该轴用通孔和熔接用通孔均遍及铁芯的整个层叠方向，旋转传递部件安装端面是轴用通孔的壁面，熔接用端面是熔接用通孔中靠轴用通孔侧的壁面。

通过如此构成，能够通过利用熔接用通孔从熔接用端面向轴用通孔进行熔接，来使两者熔化并熔接至轴。

此外，在本发明的一个方面中优选如下：熔接用通孔在铁芯的周向上的大小大于或等于2mm，并且熔接用通孔在铁芯的径向上的大小D在将铁芯的层叠厚度设为L的情况下满足以下关系：

D≥L×tan10°。

通过如此，能够将激光从铁芯的层叠方向上的一个端部照射至另一个端部。

此外，在本发明的一个方面中优选如下：旋转传递部件是贯穿转子的旋转中心而布置的轴，在铁芯上形成有供轴贯穿的轴用通孔，轴用通孔遍及铁芯的整个层叠方向，旋转传递部件安装端面是通孔的壁面的一部分，熔接用端面是通孔的壁面中沿旋转传递部件安装端面的部分。

通过如此构成，能够通过利用通孔向其壁面与轴之间的边界的区域进行熔接，来使两者熔化并熔接至轴。

此外，本发明的另一方面是一种转子的制造方法，其中，该转子具有铁芯，该铁芯由层叠钢片形成，并形成有遍及铁芯的整个层叠方向的旋转传递部件安装端面；以及旋转传递部件，该旋转传递部件被安装在铁芯的旋转传递部件安装端面上；该制造方法的特征在于，具有以下工序：将每片均具有旋转传递部件安装端面和熔接用端面的多片钢片层叠来作为铁芯，并将旋转传递部件安装到旋转传递部件安装端面；通过在遍及铁芯的整个层叠方向上向熔接用端面至旋转传递部件的范围照射射束(电子束或激光束)来熔接该范围。

根据该方面，能够通过层叠钢片来制成形成有旋转传递部件安装端面和熔接用端面的铁芯。并且，如果向该铁芯安装旋转传递部件，并从熔接用端面进行熔接，则能够容易地制造出形成了熔接痕迹的转子。

在上述方面中优选如下：熔接的工序通过沿铁芯的层叠方向移动射束的照射位置来进行。

通过如此构成，容易在整个层叠方向上进行熔接。

发明效果

根据本发明上述方面的转子及其制造方法，能够容易地减少旋转电机的尺寸和重量，并且能够以少的工序数制造转子。

附图说明

图1是示出本方式涉及的转子的截面图；

图2是示出本方式涉及的转子的截面图；

图3是示出转子制造过程中的磁轭的说明图；

图4是示出熔接工序的说明图；

图5是示出通孔大小的说明图；

图6是示出另一例子的转子的构成的截面图；

图7是示出图6所示例的磁轭形状的说明图；

图8是示出另一例子的转子的构成的截面图；

图9是示出图8所示例的磁轭形状的说明图。

符号说明

10、61、71转子

11、63、73铁芯

12轴

25熔接用通孔

26轴用通孔

29熔接痕迹

64、74通孔

具体实施方式

以下，参考附图对本发明的具体优选方式进行详细说明。本方式在将由层叠钢片形成的铁芯相对于轴进行固定的转子中应用了本发明。

如图1和图2所示，在本方式的转子10中，铁芯11被固定在轴12上。图2是图1的A-A截面图。本方式的转子10的铁芯11由层叠钢片形成，并在预定位置埋入有永久磁铁14。该转子10被使用于埋入永磁体式(IPM式)的内转子式电机。

如图1所示，在铁芯11上形成有多种类型的通孔23、24、25、26。永久磁铁14以在层叠方向上贯穿铁芯11的状态埋入在上述通孔中被设置在最外周侧的各个通孔23中。通孔23在几乎所有方向上被均衡地布置。在本方式的铁芯11中，总共在16个位置形成了该通孔23。

此外，如图1所示，在比通孔23更靠铁芯11内周侧的位置布置了多个通孔24。该通孔24用于减少铁芯11的重量，其内部是空的。此外，在图中的上下两个位置形成了形状与通孔24稍许不同的熔接用通孔25。此外，在铁芯11的旋转中心的位置形成了轴用通孔26。轴用通孔26被形成为恰好能使轴穿通的直径，在图1和图2中示出了轴12穿通了的状态。

如图1所示，熔接用通孔25形成至非常接近轴用通孔26的位置。即，熔接用通孔25中靠轴用通孔26侧的壁面25a被形成在与轴用通孔26的壁面邻接的位置。桥接部28设置在铁芯11中的这些壁面25a与轴用通孔26之间。即，熔接用通孔25和轴用通孔26通过桥接部28划分。

此外，在桥接部28上形成了熔接痕迹29。熔接痕迹29贯穿桥接部28从壁面25a扩展至轴12的一部分。如图2所示，该熔接痕迹29遍及铁芯11的整个层叠方向被形成为线条状。即，沿轴12的轴线方向形成在整个铁芯11上。该熔接痕迹29是通过从熔接用通孔25向壁面25a照射电子束而熔接的痕迹。

该熔接痕迹29表明了在铁芯11的全部钢片中桥接部28和轴12的表面部分通过熔接熔合并构成了整体。并且与此同时，构成铁芯11的各钢片之间也在熔接痕迹29的位置相互熔合构成了整体。由此，铁芯11的各钢片彼此间的旋转、铁芯11绕轴12的旋转、以及铁芯11向轴12的轴向的移动均被防止。即，通过该熔接痕迹29，可靠地固定了铁芯11和轴12。

在本方式中，轴12相当于旋转传递部件。并且，铁芯11的轴用通孔26的壁面相当于旋转传递部件安装端面，熔接用通孔25的壁面25a相当于熔接用端面。并且，由于熔接痕迹29贯穿桥接部28，因此隔着桥接部28的轴用通孔26和壁面25a处于相邻位置。根据本方式，不需要为了固定铁芯11和轴12而将板部件抵接在层叠方向端部上，或者在轴上形成键槽。

这里，在两处形成了熔接用通孔25，但只要能够可靠固定铁芯11和轴12，也可以形成一处，或形成三处以上。此外，通孔24的形状和布置不特别限制，只要能够适当地维持铁芯11的强度和平衡，可以是任意的。在本方式中，通孔24和熔接用通孔25加起来总共形成八处。此外在本方式的附图中，作为熔接用通孔25的形状，示出了稍稍改变通孔24的形状而形成为带台阶的孔形的例子。但不限于此，也可以将熔接用通孔25和通孔24形成为完全不同的形状。

接下来，对本方式的转子10的制造方法进行说明。在本方式中，通过依次进行以下四个工序来制造。

(1)冲孔工序

(2)层叠工序

(3)穿轴工序

(4)熔接工序

首先，在(1)冲孔工序中，从原板如图3所示冲孔磁轭41。制造作为铁芯11所需要的片数的大致圆板形且均具有相同形状的磁轭41。此时通过冲孔，在各个磁轭41的与铁芯11的通孔23、24、25、26相当的位置上同时分别形成通孔43、44、45、46。在此阶段，如图所示，在各个磁轭41的通孔45与通孔46之间形成有与铁芯11的桥接部28相当的桥48。

接着，在(2)层叠工序中，将铁芯11所需要的片数的磁轭41层叠起来。此时，对齐各磁轭41的通孔43、44、45、46的位置来层叠。由此，各磁轭41的通孔43重合而成为铁芯11的通孔23。同样地，各磁轭41的通孔44、45、46重合而分别成为铁芯11的通孔24、25、26。既可以在该工序之后立刻向所形成的各通孔23中分别埋入永久磁铁，也可以在稍后的工序中埋入。

接着，在(3)穿轴工序中，向在(2)层叠工序中层叠的各磁轭41的通孔46所重合的位置(轴用通孔26)插入另外制造的轴12。并且，将轴12插入至适当的位置。

接着，在(4)熔接工序中，如图4所示，使用电子枪51进行电子束熔接。在本方式中，首先在初始位置(图中以(A)示出的位置)进行定位，以使电子束52落到位于最接近入射侧的那端(图中为左端)的磁轭41的桥48(A)上。然后照射电子束52(A)。由此，桥48(A)中被电子束52(A)照射的位置熔化。进而其周围熔化，并且熔融区域扩展至轴12。通过该熔融部分变硬，磁轭41和轴12在该位置被固定。

此外，在照射电子束52的状态下，从图4中的左侧向右方向沿着轴12的轴向移动电子枪51。这里，将电子束52的入射方向确定为在熔接用通孔25的位置处由铁芯11的径向与轴12的轴向所成的面内部。由此，能够使得电子束52不落到桥48以外的地方。并且当到达至最终位置(B)时，全部磁轭41的桥48被熔接到轴12的外周面。由此熔接完毕。并且，如果在之前的(2)层叠工序中没有进行永久磁铁的埋入，则此后进行永久磁铁的埋入。由此制成转子10。

通过该(4)熔接工序，各个磁轭41的桥48与轴12被熔接，形成图1所示的熔接痕迹29。由此，铁芯11的各个磁轭41分别相对于轴12而被固定。从而，能够仅通过熔接工序就能够进行防止了各个磁轭41彼此间的旋转、铁芯11与轴12之间的绕轴的旋转、铁芯11向轴12的轴向的滑动等全部的固定。

在该(4)熔接工序中，为了恰当的保持各个磁轭41的层叠状态，优选如图4所示在压住预定位置的情况下进行熔接。例如，可以在铁芯11的图中右端布置夹具61，并且从图中左侧向右方向如图中空心箭头所示那样推压图中最左侧的磁轭41。此外，向该图中，将夹具63抵靠在轴12上，以免发生错位。或者也可以通过在层叠方向上夹持整个铁芯11来保持，以免发生偏移。

此外，在该(4)熔接工序中，为了使电子束52能够落到离电子枪51最远的那侧(图4中为右端)，需要在桥48的图中上方具有预定空间。尤其，为了能够恰当地熔接电子束52所照射的位置，如图5所示，要求相对于熔接面的入射角θ至少大于或等于10°。因此，桥48上方所必要的空间、即通孔45在铁芯11径向上的大小D在使用铁芯11的层叠厚度L的情况下优选在由下式表示的范围内。

D≥L×tan10°

上述的入射角θ更进一步优选可以大于或等于15°。此时，通孔45在铁芯11径向上的大小D在由下式表示的范围内。

D≥L×tan15°

另外，通孔45的宽度W(在铁芯11周向上的大小，参考图3)需要至少大于或等于电子束52的束径。在通孔45中电子束52所通过的范围内，该宽度W例如优选大于或等于2mm。电子束52所通过的范围是指通孔45中从桥48侧的一边到与通过上述任意公式求出的D的最小值相当的距离的范围。

此外，桥48的宽度V(通孔45与通孔46之间的距离，参考图3)是铁芯11中的桥接部28的宽度。即，只要可使通过电子束52熔融的范围扩展到轴12既可。即，熔接的深度较小，例如在1～5mm的范围内较合适。由此，熔接用端面与旋转传递部件安装端面邻接是指在孔分离着的情况下它们之间的距离小于熔接时熔化的深度。

在该(4)熔接工序中，电子枪51的移动方向当然也可以是上述方向的反方向((B)→(A))。此外，代替移动电子枪51，也可以通过摆动电子束52的发射方向来适当地进行熔接。或者，也可以固定电子枪51并移动作为对象的铁芯11等。此外，这里在轴12的轴向上从其一侧对整个范围进行了熔接，但也可以从两侧各自进行到一半。在此情况下，在上述D的公式中，用L/2替换L即可。此外，代替电子束熔接，用激光熔接也能够实施。

接着，图6～图9示出了本方式的其他例。在这些例子中，(4)熔接工序中的熔接方法替换上述的搭焊而采用了角焊。即，废弃熔接用通孔25与轴用通孔26之间的桥48，将供轴12贯穿的通孔设置成其一部分向铁芯径向扩展的通孔。并且，通过从所述扩展的通孔(图6中的通孔64，图8中的通孔74)与轴12之间的间隙空间向通孔的壁面与轴12之间的接触区域照射电子束来熔接了轴12和铁芯。即，将熔接用通孔和轴用通孔形成为连续的一个通孔64、74。

在此情况下，通孔64、74的壁面中与轴12接触的区域相当于旋转传递部件安装端面，并且通孔64、74的壁面中沿与轴12接触的区域的范围内的部分相当于熔接用端面。这些部分是通过电子束照射到其边界而能够熔合在一起的位置。由此，熔接用端面和旋转传递部件安装端面邻接是指在孔连续的情况下处于通过电子束的照射所熔融的范围内。

在这些图中，省略了用于埋入永久磁铁的通孔(相当于图1中的通孔23)。此外，为减轻重量，还可以设置通过通孔(相当于图1中的通孔24)，但也省略了该通孔。

图6所示的转子61具有铁芯63和轴12。铁芯63上形成有正三角形的通孔64，其具有轴12内切的大小。并且在该通孔64中插入轴12并固定所得的为转子61。该铁芯63通过层叠由电磁钢片形成为图7所示形状的磁轭65而形成。当层叠该磁轭65并向该通孔64插入轴12时，如图7中虚线所示那样插入。

即在该方式中，通孔64相当于将图3中的通孔46和通孔45连结了的通孔。没有相当于桥48的区域。并且，在通孔64的壁面中，磁轭65与轴12相接触的三个部分相当于旋转传递部件安装端面。此外，在通孔64的壁面中，从该旋转传递部件安装端面向两侧连续并且在通过熔接能够熔合在一起的范围内稍稍离开轴12的部分相当于熔接用端面。从而，在该方式中，这些端面也处于相邻位置。

在该方式中，如图7所示，通孔64与轴12的外周面在三个位置接触，并且在通孔64的三个顶点的部分，在磁轭65与轴12存在间隙67。因此能够利用该间隙朝向通孔64与轴12的外周面相接触的边界如图中箭头Y所示那样照射电子束。由此，能够在该边界熔接铁芯63和轴12。

并且，通过向轴12的轴向移动电子枪或铁芯63来对铁芯63整个层叠方向进行熔接。其结果，如图6所示形成熔接痕迹68，并在此处铁芯63和轴12被固定。由于通孔64与轴12的外周面之间具有六处边界，因此当对所有边界进行了熔接时，如图所示，转子61将形成六处的熔接痕迹68。只要能够恰当地固定，没有必要必须对六处全部进行熔接。

此外，也可以是图8所示的转子71。该转子71的铁芯73具有通孔74，由图9所示的磁轭75层叠而成。该通孔74除与轴12的外周面一致的外周形状部74a之外还在三处形成了鼓起状的扩展部74b。当向该通孔74中插入轴12时，如图9中虚线所示插入。在该方式中，外周形状部74a相当于旋转传递部件安装端面，扩展部74b中沿外周形状部74a的范围内的部分的壁面相当于熔接用端面。并且，扩展部74b和外周形状部74a被布置成彼此以上述的含义邻接。

因此，能够从扩展部74b向通孔74与轴12的外周面相接触的边界照射电子束。由此，能够在该边界熔接铁芯73和轴12。并且可获得如图8所示形成了熔接痕迹78的转子71。

如以上的详细说明，根据本方式，在铁芯11的一部分上与供轴12贯穿的轴用通孔26邻接形成了熔接用的熔接用通孔25。并且，由于形成从熔接用通孔25扩及至轴12的熔接痕迹29，因此构成铁芯11的全部磁轭41与轴12被可靠固定。此外，通过熔接，每个磁轭41在所有方向上被固定，因此用于固定的工序此外不再需要。并且也不需要以往所使用的用于夹持铁芯11的层叠方向上的两端部的板部件和用于铆接的空间等。从而，该转子能够容易减少旋转电机的尺寸和重量，并且能够以少的工序数制造。

本方式仅仅是例示性的，不用于对本发明进行任何限定。因此，本法当然可在不脱离其要旨的范围内进行各种改进、变形。

例如，轴的外形不限于圆筒形，也可以是多棱柱形、花键形、或锯齿形等。此外，也可以在轴与铁芯之间还具有通过键与键槽的嵌合。此外，也可以在设置于轴上的凸缘部接受铁芯的层叠方向上的一侧。此外，轴不限于整体式的，也可以是分割式的。

此外，例如也可以事先通过铆接、熔接、粘贴、树脂成型等来将各钢片彼此固定。此外，铁芯也可以是在圆周方向上被分割成多个的分割铁芯。此外，不限于内置永磁体式的IPM式电机，也可应用于在转子表面布置了磁铁的SPM式电机。此外，本发明不限于内置转子类型，也可以应用于外置转子类型。

Claims

1.一种转子，具有：铁芯，所述铁芯由层叠钢片形成，并形成有遍及所述铁芯的整个层叠方向的旋转传递部件安装端面；以及旋转传递部件，所述旋转传递部件被安装在所述铁芯的所述旋转传递部件安装端面上，

所述转子的特征在于，

遍及所述铁芯的整个层叠方向的熔接用端面形成在所述铁芯的与所述旋转传递部件安装端面邻接的位置，

扩及至所述旋转传递部件的熔接痕迹形成在所述熔接用端面上并遍及所述铁芯的整个层叠方向。

2.如权利要求1所述的转子，其特征在于，

所述旋转传递部件是贯穿所述转子的旋转中心而布置的轴，

在所述铁芯上形成有供所述轴贯穿的轴用通孔和设置在所述轴用通孔的周围的熔接用通孔，所述轴用通孔和熔接用通孔均遍及所述铁芯的整个层叠方向，

所述旋转传递部件安装端面是所述轴用通孔的壁面，

所述熔接用端面是所述熔接用通孔中靠所述轴用通孔侧的壁面。

3.如权利要求2所述的转子，其特征在于，

所述熔接用通孔在所述铁芯的周向上的大小大于或等于2mm，并且所述熔接用通孔在所述铁芯的径向上的大小D在将所述铁芯的层叠厚度设为L的情况下满足以下关系：

D≥L×tan10°。

4.如权利要求1所述的转子，其特征在于，

所述旋转传递部件是贯穿所述转子的旋转中心而布置的轴，

在所述铁芯上形成有供所述轴贯穿的轴用通孔，所述轴用通孔遍及所述铁芯的整个层叠方向，

所述旋转传递部件安装端面是所述通孔的壁面的一部分，

所述熔接用端面是所述通孔的壁面中沿所述旋转传递部件安装端面的部分。

5.一种转子的制造方法，其中，所述转子具有铁芯，所述铁芯由层叠钢片形成，并形成有遍及所述铁芯的整个层叠方向的旋转传递部件安装端面；以及旋转传递部件，所述旋转传递部件被安装在所述铁芯的所述旋转传递部件安装端面上；

所述制造方法的特征在于，具有以下工序：

将每片均具有所述旋转传递部件安装端面和熔接用端面的多片钢片层叠来作为所述铁芯，并将所述旋转传递部件安装到所述旋转传递部件安装端面；

通过向所述熔接用端面至所述旋转传递部件的范围在遍及所述铁芯的整个层叠方向上照射射束来熔接所述范围。

6.如权利要求6所述的转子的制造方法，其特征在于，

所述熔接的工序通过沿所述铁芯的层叠方向移动射束的照射位置来进行。