CN103004056A - 旋转电机用转子芯及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种圆筒状的旋转电机用转子芯（10），通过在轴向上层压电磁钢板并连接成一体而构成并且形成了用于将永磁体插入到内部的磁体插入孔（24、26），磁体插入孔（24、26）是在转子芯（10）的外周面（11c）附近的芯内部沿着轴向延伸且在转子芯（10）的轴向的端部形成开口而形成的，并且，包括形成开口的轴向最外侧的电磁钢板在内的多块电磁钢板在磁体插入孔（24、26）的内壁面（42）上进行焊接固定。

Description

旋转电机用转子芯及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种旋转电机用转子芯及其制造方法，特别是涉及通过层压电磁钢板并连接成一体而构成的旋转电机用转子芯及其制造方法。

背景技术

以往，作为将电能源转换成机械动力的电动机或进行其逆转换的发电机，众所周知的是旋转电机（以下适当地称为马达）。一般而言，马达由在向内周部突出设置的多个牙齿部上分别卷绕有线圈的大致圆筒状的定子和能够旋转地设置于定子内的转子构成。

作为上述转子，例如，已知有图7所示的转子。该转子50具备：形成为圆筒状的转子芯52、贯通转子芯52的中心部的转子轴54、在箭头X所示的转子轴54（及转子芯52）的轴向上与转子芯52的两侧相接而配置的端板56、和将转子芯54及端板56固定于转子轴56上的固定部件58。

转子芯52是将硅钢板等冲孔加工成圆环状而分别形成的多块电磁钢板在轴向上层压并通过敛缝连接成一体而构成的。另外，多个永磁体60在圆周方向上以均等的配置埋入设置于转子芯52的外周部附近的内部而构成多个磁极。

转子轴54由圆棒钢材形成，在转子轴54的外周形成有朝直径方向外侧突出的凸缘部55。当装配转子50时，该凸缘部与端板56抵接，并作为决定转子轴54上的转子芯52的轴向位置的接触部来发挥功能。

端板60由与转子芯52的轴向端部大致相同外形的圆板构成。对于端板60，作为金属大多使用比较轻且廉价而又容易加工的铝板。设置于转子芯52的轴向两侧的端板56具有从两侧按压转子芯52的功能、修正转子芯52的不平衡的功能、以及防止永磁体56从转子芯52沿轴向飞出的功能等。

固定部件58包括形成为圆筒状的敛缝部62和从敛缝部62的一方端部朝直径方向外侧突出的按压部64。固定部件58中，以由其按压部64朝向上述凸缘部55对转子芯52及两个端板56进行按压的状态，通过将敛缝部62敛缝于转子轴54来将转子芯52及两个端板56固定于转子轴54上。由此转子芯52与端板56一同被固定于转子轴54。

上述端板60形成为具有与转子芯52的轴向端部、即构成转子芯52的电磁钢板大致相同的外形的圆盘状。通过这样地形成，端板60可以在转子芯52的轴向两端对电磁钢板的整个面作用按压力。

对于此，可考虑将端板的直径设成小于转子芯的直径，以降低成本。该情况下，与位于上述那样的转子芯的轴向两端侧的电磁钢板的外周部分相对的轴向的按压力不作用，因此，存在着如何防止上述电磁钢板的外周部分由于与相邻的电磁钢板之间的排斥磁力而朝轴向外侧翘曲变形并张开的问题。

例如，日本特开2003-304670号公报（专利文献1）中公开了一种回转机械用转子的制造方法，其包括层压电磁钢板而形成转子芯的工序、通过焊接电磁钢板的要求区域的表面来使上述要求区域变形而形成非磁性区域的工序、将磁体埋入设置于上述转子芯的工序。并且，作为形成上述非磁性区域的例子（实施例2），记载并图示有如下内容：在形成转子芯22之后，在相邻的磁体狭槽28的角部（跨接部）之间的区域的表面30上，在转子芯22的轴向全长上利用激光焊接等来进行焊接。

专利文献1：日本特开2003-304670号公报

发明内容

如上述专利文献1所记载的那样，在层压电磁钢板而成的转子芯的外周表面上，若在转子芯的整个轴向上进行焊接，则由于各电磁钢板通过上述焊接而连接，所以即使将配置于转子芯的轴向两侧的端板的直径设置得较小，也不存在上述轴向端部侧的电磁钢板的外周部分朝轴向外侧翘曲变形而张开的问题。

但是，在专利文献1中，通过在转子芯的外周面上的要求区域实施焊接使其变形来形成非磁性区域，因此，在焊接部分从转子外周面朝直径方向外侧膨胀而形成的情况下，还需要除去该鼓起部分的另外的处理工时，从而导致转子芯的制造成本的增加超过将端板的直径设置得较小而产生的成本降低。

本发明的目的在于提供一种旋转电机用转子芯及其制造方法，即使将端板的直径设置得较小等，也能够抑制制造成本的增加，并同时有效地防止位于轴向端部侧的电磁钢板朝外侧翘曲变形而张开。

本发明涉及的旋转电机用转子芯，其为圆筒状，通过在轴向上层压电磁钢板并连接成一体而构成，并且，形成了用于将永磁体插入到内部的磁体插入孔，其特征在于，所述磁体插入孔是在所述转子芯的外周面附近的芯内部沿着所述轴向延伸且在所述转子芯的轴向的端部形成开口而形成的，并且，包括形成所述开口的所述轴向最外侧的电磁钢板在内的多块电磁钢板在所述磁体插入孔的内壁面上进行焊接固定。

另外，本发明涉及的旋转电机用转子芯的制造方法，包括如下的工序：通过在轴向上层压圆环状的电磁钢板并连接成一体而形成圆筒状的转子芯的工序；将包括形成磁体插入孔的开口的所述轴向最外侧的电磁钢板在内的多张电磁钢板，在与所述转子芯的外周面和所述磁体插入孔的内壁面之间的电磁钢板宽度变得最窄的部分或该部分附近对应的所述磁体插入孔的内壁面上进行焊接固定的工序，其中，所述磁体插入孔是在所述转子芯的外周部附近沿着所述轴向延伸且在所述转子芯的轴向的端部形成所述开口而形成的；将永磁体从所述开口插入到所述转子芯的磁体插入孔中的工序；及将树脂材料填充于所述永磁体的侧面和所述磁体插入孔的内壁面之间而将所述永磁体固定于所述磁体插入孔内的工序。

发明效果

根据本发明涉及的旋转电机用转子芯及其制造方法，将在转子芯的轴向上位于最外侧且形成磁体插入孔的开口的电磁钢板和与该电磁钢板相邻的1块或多块电磁钢板在磁体插入孔的内壁面上进行焊接固定，该磁体插入孔在转子芯的外周面附近的芯内部沿着轴向延伸而形成，轴向端部侧的多块电磁钢板的外周部分通过焊接而连接，由此，即使将端板的直径设成小于转子芯的直径，也能够有效地防止电磁钢板的外周部分朝轴向外侧翘曲变形而张开。另外，该情况下，由于不是在转子芯的外周面上进行焊接，而是在形成于转子芯的磁体插入孔的内壁面上进行焊接，所以，不需要像在转子芯外周面上进行焊接时那样的除去鼓起部等的处理，从而能够抑制转子芯的制造成本增加。

附图说明

图1是表示使用本发明的一实施方式即旋转电机用转子芯的转子的沿着轴向的剖视图。

图2是图1所示的转子芯的立体图。

图3是形成于转子芯的一对磁体插入孔的放大俯视图。

图4是表示位于转子芯的轴向最外侧的电磁钢板的外周部分发生翘曲变形而浮起的形态的放大图。

图5A是转子芯的局部俯视图。

图5B是图5A中的C-C线剖视图。

图6是表示本发明的一实施方式即转子芯的制造方法的框图。

图7是表示现有例的转子的图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明涉及的实施方式进行详细的说明。在该说明中，具体的形状、材料、数值、方向等是用于易于理解本发明的示例，可以根据用途、目的、规格等进行适当的变更。

另外，在下述中，对转子芯应用于旋转电机即马达的转子的实施方式进行说明，但转子芯也可以应用于马达以外的旋转电机例如发电机等的转子。

图1表示组装有本发明的一实施方式即转子芯10的转子1。转子1包括：转子轴2；转子芯10，固定于转子轴2的外周；及端板3，在以箭头X表示的转子轴2（及转子芯10）的轴向上分别与转子芯10的两侧端面接触配置。

转子轴2一体地具备：中空的阶梯圆筒状的轴部4、从轴部4的外周向直径方向伸出的支撑部5、及连接于支撑部5的前端的大致圆筒状的安装部6。

在安装部6的轴向一端部，用于经由端板3来定位转子芯10的凸缘部7沿直径方向突出设置。另一方面，在安装部6的轴向另一端部，一体地形成有用于经由端板3来敛缝固定转子芯10的爪状或凸缘状的敛缝部8。

另外，在转子轴2的安装部6的外周表面上，形成有沿着轴向延伸的键槽9，通过后述的转子芯10的键14（参照图2）嵌合于该键槽9来限制转子芯10相对于转子轴2的旋转。

端板3由形成圆环状的铝板形成，具有与转子轴2的安装部6的外径大致对应的内径，并且具有比转子芯10小的外径。在本实施方式中，端板3具有与安装部6的凸缘部7大体一致的外径。这样一来，能够通过将端板3的直径设置成小于转子芯10的直径来降低成本，另外，由于端板没有在直径方向外周部分朝轴向对构成转子芯10的多块电磁钢板进行按压的功能，所以，能够将该端板的厚度设置成比以往的厚度薄，由此也有助于成本降低。

上述的转子1如下进行装配。首先，端板3从箭头A方向外装于转子轴2的安装部6的外周。接着，转子芯10同样地外装于转子轴2的安装部6，并以将端板3夹持于转子芯10与凸缘部7之间的状态来定位。

之后，在另一个端板3被外装于转子轴2的安装部6之后，一边以对转子芯10作用规定的轴向固定力的方式施加箭头A方向的按压力，并同时使敛缝部8朝直径方向外侧弯曲，由此将转子芯10与两个端板3一同敛缝固定于转子轴2。

另外，用于将转子芯10敛缝固定于转子轴2的敛缝部不限定于一体地形成于转子轴2，也可以作为不同于转子轴的部件来构成。

接着，还参照图2及图3，对转子芯10进行详细的说明。图2是转子芯10的立体图，图3是形成于转子芯10的一对磁体插入孔24、26的放大俯视图。另外，图1所示的转子芯10与图2中的B-B线剖视图相当。

如图1及2所示，形成圆筒状的转子芯10由冲孔加工成圆环状的多块电磁钢板16在轴向上层压而构成。各电磁钢板16通过以层压的状态形成被局部地压入而发生变形的敛缝凹部18来相互一体地连接。敛缝凹部18在圆周方向上以均等的间隔形成有多个（本实施方式中为8个）。另外，在转子芯10的内周面上，在直径方向上相对而突出设置的两个键14沿着轴向延伸而形成。

另外，在转子芯10中，虽然图示为所有的电磁钢板16通过敛缝凹部18而统一连接，但不局限于此，例如在电磁钢板16的块数较多的情况下，也可以构成为，将以在轴向上分割成多个的块为单位通过敛缝等而连接成的部分分别通过粘接等而一体地连接。

在转子芯10的外周面部附近的芯内部，多个永磁体20在圆周方向上以均等的配置埋入设置。具体而言，转子芯10具有均等地配置于圆周方向上的8个磁极22，各磁极22由形成为大致V字状而埋入设置的一对永磁体20构成。构成各磁极22的一对永磁体20分别具有扁平矩形状的端面形状及剖面形状，并且，具有与转子芯10大致相同或稍短的长度。另外，一对永磁体20配置成，分别沿圆周方向靠近且相向的各端部位于稍微偏向转子芯10的中心侧的位置，一对永磁体20从该位置朝向转子芯10的外周面扩展成大致V字状。

上述一对永磁体20分别配置于对应于各磁极22而形成的一对磁体插入孔24、26内。通过这些磁体插入孔24、26的配置，可实现上述那样的一对永磁体20的大致V字状的配置。并且，磁体插入孔24、26沿着轴向延伸而形成于转子芯10，并在转子芯10的轴向的两侧端部11a、11b开口，从而能够将永磁体20从该任意一个开口插入到磁体插入孔24、26内。

图3是分别插入有永磁体20的磁体插入孔24、26的放大俯视图。由于磁体插入孔24、26是在沿着该磁体插入孔24、26之间的直径方向的磁极中心线M的两侧以镜面对称的形状及位置而形成的，所以，以下对一方的磁体插入孔24进行说明，另一方的磁体插入孔26的说明因可引用而省略。

磁体插入孔24主要由供形成为扁平矩形状的永磁体20插入并对该永磁体20进行收容的磁体收容部30构成，但是作为该磁体插入孔24的一部分，还包括树脂填充孔32、34，该树脂填充孔32、34在永磁体20的长边方向两侧与该磁体收容部30连通而分别形成。在树脂填充孔32、34内填充有树脂材料36的状态由交叉剖面线来表示。树脂材料36发挥如下的功能：在将永磁体20插入至磁体收容部30之后通过注塑成形等来填充树脂材料36，将永磁体20固定于磁体插入孔24内。

另外，上述树脂材料36可以填充于永磁体20的侧表面与磁体收容部30的内壁面之间的狭窄的间隙，另外，也可以以封闭在转子芯10的轴向端部11a及/或11b形成开口的磁体插入孔24的开口部的方式进行填充。

一方的树脂填充孔32朝转子芯10的外周面11c侧扩展而形成，从而形成为转子芯10的外周面11c与树脂填充孔32的内壁面之间的电磁钢板16的宽度变窄的第一跨接部分38。

另一方的树脂填充孔34朝成对的另一方的磁体插入孔26侧扩展而形成，与上述第一跨接部分38同样地，形成为与另一方的磁体插入孔26之间的电磁钢板16的宽度变窄的第二跨接部40。

像上述那样地，将在磁体插入孔12内固定有永磁体20的转子芯10安装于转子轴2来构成转子1，当该转子1被组装于马达时，如图4所示，由于来自永磁体20的磁通通过而在彼此相邻的电磁钢板16之间产生基于排斥磁力的斥力Fm。该斥力Fm对位于转子芯10的轴向中央侧的电磁钢板16来说没有问题，但对位于转子芯10的轴向端部11a、11b侧的多块电磁钢板16、16a、特别是位于轴向最外侧的电磁钢板16a来说，外周部分因上述斥力Fm而从与该外周部分相邻的电磁钢板16浮起并发生翘曲变形。这是因为由于将端板3的直径设成小于转子芯10的直径而未作用有相对于电磁钢板16的外周部分的按压力。

相对于此，当上述马达的转子1被驱动旋转时，构成转子芯10的各电磁钢板16受离心力Fc作用，上述那样的变形被矫正，包括上述电磁钢板16a在内的所有电磁钢板16形成为相互接触的状态而沿着直径方向延伸。

通过反复承受这样的翘曲变形与拉伸变形，在包括位于转子芯10的11a、11b侧的上述电磁钢板16在内的多块电磁钢板16中，其外周部分产生疲劳而容易破损，特别是，电磁钢板16的宽度变窄而强度降低的第一跨接部分38及第二跨接部分40处容易产生破损。

因此，在本实施方式的转子芯10中，将包括位于转子芯10的轴向端部11a、11b的电磁钢板16a在内的多块电磁钢板16在上述第一跨接部分38的内壁面、即构成磁体插入孔24的一部分的树脂填充孔32的内壁面进行焊接固定。

如图5A及图5B所示，关于层压电磁钢板16而一体地连接的转子芯10，在插入永磁体20之前，通过例如激光焊接对磁体插入孔24、26的树脂填充孔32的内壁面进行焊接，从而形成焊接部分42，通过该焊接部分42来相互连接分别位于轴向端部11a、11b侧的多块电磁钢板的外周部分。由此，包括位于轴向最外侧的电磁钢板16在内的多块电磁钢板即使在外周部分也因连接而使强度及刚性增加，其结果为，即使上述斥力Fm作用也能够防止发生翘曲变形而变成浮起的状态。即，能够可靠地防止第一跨接部分38及第二跨接部分40产生破损。另外，焊接方法不限定于激光焊接，例如也可以使用气体焊接、电焊接等其他焊接方法。

该情况下，焊接部分42的轴向长度w、即第一跨接部分38相互焊接而连接的电磁钢板16的块数能够通过调整激光束L的光斑的大小、或者调节使相对于轴向倾斜地照射的激光束L沿箭头D方向（轴向）移动的距离来适当地设定。

另外，由于不是在转子芯10的外周面11c上进行焊接，而是在形成于转子芯10的磁体插入孔24、26的树脂填充孔32的内壁面上进行焊接，所以，不需要像在转子芯10的外周面11c上进行焊接时进行的除去鼓起部等处理，从而能够抑制转子芯10的制造成本增加。而且，即使焊接部分42成为鼓起部分，由于该焊接部分42是树脂填充孔32的内壁面，所以也不妨碍永磁体20向磁体插入孔24、26的插入。

另外，上述焊接部分42对应于转子芯10的外周面11c与磁体插入孔24、26的内壁面之间的电磁钢板16的宽度变窄的第一跨接部分38或其附近，因此与多块电磁钢板16通过焊接而焊接的情况相比，能够抑制转子芯10的制造成本的增加。

而且，上述焊接部分42是树脂填充孔32的内壁面的部分，填充有用于固定永磁体20的树脂材料36的该孔32中，导磁率降低至与空间相同，从而还作为对永磁体20的长边方向端部（即短边部分附近）的漏磁通进行抑制的漏磁通抑制部起作用。换言之，面向该树脂填充孔32的上述第一跨接部分38是来自永磁体20的磁通不会通过的部分，是不会对构成转子芯10的电磁钢板16、16a的磁特性造成影响的部分。因此，设置于这样的部分的焊接部分42不会使永磁体20的磁特性受到不良影响。

接着，参照图6对上述转子芯10的制造方法进行简单的说明。图6是表示转子芯10的制造方法的框图。

如图6所示，首先通过步骤S10，层压分别通过冲孔加工而形成的电磁钢板16，并利用敛缝等连接成一体而形成圆筒状的转子芯10。

接着，通过步骤S12，对转子芯10的第一跨接部分38的内壁面进行激光焊接而形成焊接部分42，在外周部分将分别位于轴向端部11a、11b侧的多块电磁钢板16连接。

接着，通过步骤S14，将永磁体20插入到转子芯10的磁体插入孔24、26内。

接着，通过步骤S16，将树脂材料36填充到磁体插入孔24、26内，并对永磁体20进行固定。由此，转子芯10的制造结束。

另外，在上述内容中，对将端板的直径设成小于转子芯的直径的情况进行了说明，但是也可以省略双方或单方的端板本身，并使转子芯的轴向两端部与转子轴的凸缘部及敛缝部的至少一方直接接触而敛缝固定。

标号说明

1        转子

2        转子轴

3        端板

4        轴部

5        支撑部

6        安装部

7        凸缘部

8        敛缝部

9        键槽

10       转子芯

11a、11b 轴向端部

11c      外周面

12       磁体插入孔

14        键

16、16a   电磁钢板

18        敛缝凹部

20        永磁体

22        磁极

24、26    一对磁体插入孔

30        磁体收容部

32、36    树脂填充孔

36        树脂材料

38        第一跨接部分

40        第二跨接部

42        焊接部分

Fc        离心力

Fm        斥力

L         激光束

Claims (7)

1.一种旋转电机用转子芯，其为圆筒状，通过在轴向上层压电磁钢板并连接成一体而构成，并且，形成了用于将永磁体插入到内部的磁体插入孔，其特征在于，

所述磁体插入孔是在所述转子芯的外周面附近的芯内部沿着所述轴向延伸且在所述转子芯的轴向的端部形成开口而形成的，并且，包括形成所述开口的所述轴向最外侧的电磁钢板在内的多块电磁钢板在所述磁体插入孔的内壁面上进行焊接固定。

2.根据权利要求1所述的旋转电机用转子芯，其特征在于，

所述磁体插入孔的内壁面的焊接部分与所述转子芯的外周面和所述磁体插入孔的内壁面之间的电磁钢板宽度变窄的部分或该电磁钢板宽度变窄的部分附近对应。

3.根据权利要求1或2所述的旋转电机用转子芯，其特征在于，

所述磁体插入孔的内壁面的焊接部分仅设置于所述转子芯的轴向的两端侧。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的旋转电机用转子芯，其特征在于，

所述磁体插入孔的内壁面的焊接部分是不会对构成所述转子芯的电磁钢板的磁特性造成影响的部分。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的旋转电机用转子芯，其特征在于，

所述磁体插入孔的内壁面的焊接部分是树脂填充孔的内壁面上的部分，其中，所述树脂填充孔是作为所述磁体插入孔的一部分向所述转子芯的外周面侧扩展而形成的，且在所述永磁体插入到所述磁体插入孔中后被填充用于固定磁体的树脂材料。

6.根据权利要求5所述的旋转电机用转子芯，其特征在于，

所述树脂填充孔作为用于抑制在所述永磁体的端部产生的漏磁通的漏磁通抑制部而发挥功能。

7.一种旋转电机用转子芯的制造方法，其特征在于，包括如下的工序：

通过在轴向上层压圆环状的电磁钢板并连接成一体而形成圆筒状的转子芯的工序；

将形成磁体插入孔的开口的所述轴向最外侧的电磁钢板和与该轴向最外侧的电磁钢板相邻的一块或多块电磁钢板，在与所述转子芯的外周面和所述磁体插入孔的内壁面之间的电磁钢板宽度变得最窄的部分或该部分附近对应的所述磁体插入孔的内壁面上进行焊接固定的工序，其中，所述磁体插入孔是在所述转子芯的外周部附近沿着所述轴向延伸且在所述转子芯的轴向的端部形成所述开口而形成的；

将永磁体从所述开口插入到所述转子芯的磁体插入孔中的工序；及

将树脂材料填充于所述永磁体的侧面和所述磁体插入孔的内壁面之间而将所述永磁体固定于所述磁体插入孔内的工序。

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