CN103081302B - 旋转电机的转子铁芯 - Google Patents

Abstract

一种旋转电机的转子铁芯，通过层叠多张芯板而形成，并且该芯板是通过将圆弧形的芯板片连结为环形而形成的。在芯板片设有用于在层叠方向上连结被层叠了的所述芯板片彼此的铆接部（10），该铆接部（10）由从芯板片的一面突出的凸部（11）、和形成于芯板片的另一面并且与凸部（11）配合的凹部（12）构成。凸部（11）形成为在芯板的径向R的宽度（W_r2）比凹部（12）大（W_r2＞W_r1），并且形成为在芯板的圆周方向（C）的宽度（W_c2）比凹部（12）小（W_c1＞W_c2）。因此，铆接部（10）在径向R的配合形成为过盈配合，在圆周方向（C）的配合形成为间隙配合。

Description

旋转电机的转子铁芯

技术领域

本发明涉及层叠多张芯板而形成的旋转电机的转子铁芯，详细而言，涉及其铆接构造。

背景技术

通常，公知有一种旋转电机的转子铁芯，其是为了减少涡电流的产生而通过层叠冲裁电磁钢板而成的芯板形成的。以往，提出有层叠多张这样的芯板（铁芯用冲压板9）而成的转子铁芯（旋转件铁芯8），其中，利用冲头在芯板9形成圆形的铆接部16，并通过暗销铆接将被层叠了的芯板彼此铆接（例如，参照专利文献1）。

然而，如上述专利文献1那样，为了层叠芯板形成转子铁芯而需要多张芯板，但若芯板的形状为圆环形状，则在从母材上冲裁芯板时，不能使用圆环的中心部而导致成品率较低。因此，通过连结多张分割该芯板而成的芯板片而形成芯板，并且以使芯板片的接缝的相位（圆周方向的位置）错开的方式层叠芯板（所谓砌砖操作）而形成转子铁芯（参照专利文献2）。

而且，若这样对芯板片进行砌砖操作形成转子铁芯，并且利用暗销铆接将芯板彼此铆接，则能够形成成品率高、且能够以单体保持其形状的转子铁芯。

专利文献1：日本特开2010-142114号公报

专利文献2：日本特开2002-262496号公报

然而，若连结芯板片形成上述芯板，则在转子铁芯旋转时基于作用于各层的芯板片的每一个的离心力，而朝向芯板的圆周方向在铆接部产生大的应力。

另外，在圆形的铆接部上会由于被铆接而在其整周产生拉伸的残留应力，从而在基于铆接部的离心力产生应力的部分，作用有上述拉伸的残留应力和基于离心力引起的应力两方的应力。

因此，为了将转子铁芯的旋转强度保持为必要的强度，与不分割芯板地形成转子铁芯的情况相比，需要提高上述铆接部的强度。为了提高铆接部的强度，可以考虑增大基于上述离心力引起的应力以及残留应力所作用的面积，并分散承受上述应力，但若增大圆形的铆接部的直径则需要增大转子铁芯在径向的宽度，从而存在转子铁芯变大的担忧，并且存在成品率变差的问题。

另一方面，在增厚转子铁芯，由此增大基于离心力引起的应力以及残留应力所作用的面积的情况下，存在产生的涡电流变大，导致旋转电机的效率降低的问题。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种转子铁芯，其分离承受基于铆接部的离心力引起的应力的部分和产生残留应力的部分，由此解决了上述课题。

本发明提供一种旋转电机的转子铁芯，构成为，所述转子铁芯是通过层叠多张圆环形的芯板（2）而形成的，并且通过连结均等地分割上述芯板（2）而成的圆弧形的芯板片（3）形成上述芯板（2）的一层，并且每隔规定张数的上述芯板使上述芯板片（3）的接缝（D₁、D₂）在圆周方向的位置在上述芯板（2）的层叠方向上不同，上述旋转电机的转子铁芯的特征在于，

上述芯板片（3）具有：凸部（11），其形成于上述芯板片（3）的一面并且圆周方向（C）的端部形成为圆弧形状；和凹部（12），其形成于上述芯板片（3）的另一面，并在上述芯板（2）被层叠时与另一层的芯板片（3）的凸部（11）配合并且圆周方向（C）的形成为圆弧形状，

使上述凸部（11）在上述芯板（2）的径向（R）的宽度（W_r2）比上述凹部（12）在上述芯板（2）的径向（R）的宽度（W_r1）大，并使上述凸部（11）以及凹部（12）在径向（R）的配合形成为过盈配合，并且，

使上述凸部（11）在上述芯板（2）的圆周方向（C）的宽度（W_c2）比上述凹部（12）在上述芯板（2）的圆周方向（C）的宽度（W_c1）小，并使上述凸部（11）以及凹部（12）在圆周方向的配合形成为间隙配合。

此外，上述括号内的标记用于与附图对照，但不会由此而对各权利要求的结构产生任何影响。

根据技术方案1的发明，通过使芯板片的凸部与凹部之间的配合在芯板的径向上形成为过盈配合，能够借助该过盈配合的部分紧固芯板彼此。另外，若转子铁芯旋转，则因离心力引起各芯板片彼此欲向分离的方向移动，对于基于该情况而作用有大的应力的部分，由于使上述凸部与凹部之间的配合形成为间隙配合，通过铆接能够防止产生拉伸的残留应力。此外，在转子铁芯旋转时，间隙配合的间隙消失，形成为圆弧形状的凸部以及凹部在圆周方向的端部抵接，因此基于离心力引起的应力不会发生应力集中，从而能够通过上述凸部以及凹部的未产生残留应力的部分承受应力。由此，能够提高铆接部的强度，并针对分割芯板而成的转子铁芯，能够实现在径向上紧凑的结构且能够实现必要的旋转强度。另外，能够形成厚度较薄的芯板，因此还能够将产生于转子铁芯的涡电流抑制为较小，并能够使用上述转子铁芯高成品率、高效地制造旋转电机。

附图说明

图1是表示本发明的第一实施方式所涉及的转子铁芯的示意图。

图2是表示本发明的第一实施方式所涉及的芯板片的示意图。

图3是对本发明的第一实施方式所涉及的铆接部的形状进行说明的示意图，图3（a）是铆接部的俯视图，图3（b）是铆接部的A-A剖视图，图3（c）是铆接部的B-B剖视图。

图4是对施加于本发明的第一实施方式所涉及的芯板片的铆接部的残留应力进行说明的示意图，图4（a）是表示层叠芯板片前的状态的图，图4（b）是表示层叠芯板片后的状态的图，图4（c）是图4（b）的主要部位放大图。

图5是对基于施加于本发明的第一实施方式所涉及的芯板片的铆接部的离心力引起的应力进行说明的示意图，图5（a）是对产生于不同层的芯板片的离心力进行说明的示意图，图5（b）是图5（a）的主要部位放大图。

图6（a）是对本发明的第二实施方式所涉及的铆接部的形状进行说明的示意图，图6（b）是图6（a）的变形例。

图7（a）是对本发明的第三实施方式所涉及的铆接部的形状进行说明的示意图，图7（b）是图7（a）的变形例。

具体实施方式

以下，结合附图对本发明的实施方式所涉及的旋转电机的转子铁芯进行说明。此外，在以下的说明中，过盈配合是指使配合的凸部的宽度比凹部的宽度稍大的形式的配合，间隙配合是指凸部与凹部之间具有规定的间隙的形式的配合。

（第一实施方式）

如图1以及图2所示，IPM马达（旋转电机）用的转子铁芯1是通过层叠多张圆环形的芯板2而形成的。该芯板2是从电磁钢板的母材上冲裁出的板状的部件，是通过连结为了实现提高成品率而被均等地分割（在本实施方式中5分割）了的圆弧形的芯板片3而形成的。

具体而言，在该芯板片3的一端部形成有突起部5a，并且在另一端部形成有嵌入部5b，其中，上述突起部5a用于将该芯板片3的一端部和与该芯板片3在圆周方向上邻接的芯板片3连结起来，上述嵌入部5b供该上述芯板片3的突起部5a嵌入。在1张芯板2上形成有数目与芯板片3相同的上述芯板片彼此间的接缝D₁、D₂即突起部5a与嵌入部5b之间的接合位置。

通过砌砖操作来层叠上述芯板2，其中，上述砌砖操作是指每一层的芯板2都通过结合形状相同的芯板片3而形成为圆环形，并相对于在层叠方向上邻接的芯板2错开芯板片3的接缝D₁、D₂在圆周方向C的位置（相位）。即，芯板片3的接缝D₁、D₂在圆周方向C的位置构成为，在层叠方向上邻接的上述芯板彼此不同。例如图1中，为了方便，从转子铁芯1的底部开始数，将芯板2分为奇数层和偶数层，偶数层的芯板片3_E以其接缝D₁相对于奇数层的芯板片3_O的接缝D₂在圆周方向C的位置错开规定角度的方式设置。

另外，在上述芯板片3且在其圆周方向上形成有多个供钕磁铁等稀土类永久磁铁嵌插的磁铁嵌插孔6、和多个紧固多张被层叠了的芯板2彼此的铆接部10。铆接部10分别设置于磁铁嵌插孔6的两端部的内周侧，在暂时装配芯板2后将铆接部10铆接，由此各芯板2不会变得零乱，能够保持转子铁芯1的形状。

接下来，对上述铆接部10详细地进行说明。如图2以及图3所示，铆接部10由通过冲压而使芯板片向一面侧突出而成的凸部（暗销）11和由于形成该凸部11而在芯板片3的与凸部11相反的一侧的面（另一面）形成的凹部12构成，通过在该凹部12中嵌合另一芯板片3的凸部11而进行暗销铆接。

然而，对由上述凸部11以及凹部12构成的铆接部10作用有两种应力，即，在铆接时产生的残留应力、和基于在转子铁芯1旋转时施加的离心力引起的应力。

上述残留应力是因过盈配合铆接部10而产生的应力，若取图4所示的相互层叠的A层～C层L_A、L_B、L_C的芯板片3_A、3_B、3_C为例进行说明，则铆接部10在过盈配合的部分10a处以凸部11的宽度W_r2比凹部12的宽度W_r1大出过盈量d₁大小的方式形成（参照图4（a））。

如图4（b）所示，凸部11被压入宽度窄了过盈量d₁大小的凹部12而被过盈配合，由此芯板片3_A、3_B、3_C在该层叠方向上连结，但如图4（c）的芯板片3_B那样，若凸部11被压入另一层（C层L_C）的芯板片3_C的凹部12，则被压入的凸部11从C层L_C的凹部12的壁部12a承受压缩的方向（从C层L_C的凹部朝向B层L_B的凸部11的方向）上的应力Tc。

另一方面，若对凹部12压入另一层（A层L_A）的凸部，则该凹部12从A层L_A的凸部11的壁部11a承受扩大的方向（从A层L_A的凸部11朝向B层L_B的凹部12的方向）上的应力Tt。而且，对连接上述凸部11以及凹部12的B层L_B的连接部I，施加有相互朝向相反方向作用的上述应力Tc、Tt，来自上述凸部侧以及凹部侧的应力Tc、Tt相互平衡，从而产生上述拉伸的残留应力。

另外，基于上述离心力的应力是由于转子铁芯1旋转而在铆接部10产生的应力，若转子铁芯1旋转，则如图5（a）所示，对重合的芯板片3_E、3_O各自都作用有离心力F_E、F_O。

若考虑将作用于重合的上述芯板片3_E、3_O的离心力F_E、F_O分为芯板片3_E、3_O的圆周方向分量F_EX、F_OX和径向分量F_EY、F_OY，则如图5（b）所示，径向分量F_EY、F_OY都沿从芯板2的中心朝向外径侧的方向作用，因此重合的芯板片3_E、3_O间相互不会承受反作用力，所以几乎不会对连结不同层的芯板片3_E、3_O彼此的铆接部10作用力。

另一方面，离心力F_E、F_O的圆周方向分量F_OX、F_EX的作用方向在重合的芯板片3_E、3_O间不同，因此在连结上述芯板片3_E、3_O的铆接部10会相互承受反作用力。即，若着眼于在芯板片3_E的端部形成的铆接部10_P，则重合的芯板欲沿圆周方向向相反的一侧移动，由此在铆接部10_P，在芯板2的圆周方向上会产生基于离心力的应力。此外，使离心力F_E、F_O的径向分量F_EY、F_OY的力在芯板2的全部铆接部分散承受，但尤其是使大的力作用于芯板片3的接缝D₁、D₂附近的铆接部。

上述图3所示的本发明所涉及的铆接部10构成为，基于上述离心力的应力、拉伸的残留应力不产生于相同的部位，分别分为产生上述残留应力的过盈配合的部分10a、和产生因离心力引起的应力的部分10b。

具体而言，铆接部10具有直线部10a和圆弧部10b，该直线部10a是将凸部11以及凹部12在芯板2的圆周方向（芯板片3的切线方向）C的壁部11a、12a呈直线状形成的部分，该圆弧部10b是将上述凸部11以及凹部12在芯板2的径向R的壁部11b、12b形成为具有规定的曲率的圆弧形的部分，该铆接部10呈利用圆弧部10b连结上述直线部10a间而成的椭圆形状，利用该直线部10a形成铆接部10的过盈配合的部分。

即，铆接部10中，将直线形状的壁部11a、11a间的宽度亦即凸部11的芯板2在径向R的宽度W_r2形成得比直线状的壁部12a、12a间的宽度亦即凹部12在芯板2的径向R的宽度W_r1大（W_r2＞W_r1），使上述凸部11以及凹部12在径向R的配合形成为过盈配合。

另外，铆接部10中，沿其圆周方向作用有基于离心力F_E、F_O的应力，因此凸部11以及凹部12在圆周方向的端部亦即上述圆弧部10b形成为在圆弧形状的壁部11b、12b间具有规定的间隙d₂的间隙配合。即，利用该圆弧部10b形成铆接部10的间隙配合的部分，与圆弧形的壁部11b、11b间的宽度相当的凸部11在芯板2的圆周方向C的宽度W_c2形成得比与圆弧形的壁部12b、12b间的宽度相当的凹部12在芯板2的圆周方向的宽度W_c1小（W_c1＞W_c2）。

此外，对于上述圆弧部10b，在铆接铆接部10的时刻，在凸部11的圆弧形的壁部11b与凹部12的圆弧形的壁部12b之间存在间隙d₂，因此上述壁部11b、12b间不能承受离心力F_E、F_O的圆周方向分量F_OX、F_EX的反作用力，但该间隙d₂形成为，在转子铁芯1旋转引起重合的芯板片3_E、3_O以沿圆周方向分离的方式移动时，由于上述芯板片间的微小的错位、以及芯板片3_E、3_O的弹性变形而能够引起凸部11的圆弧形的壁部11b和凹部12的圆弧形的壁部12b抵接。换言之，成为在转子铁芯1旋转时上述凸部11和凹部12能够抵接那样的间隙d₂。

接下来，对本发明的第一实施方式的转子铁芯1的作用进行说明。工作人员针对制造转子铁芯1，如图1所示，在保持器（不图示）将芯板片3排列成环形而形成芯板2，并且层叠多张该芯板。此时，每改变芯板的层数便使保持器旋转规定角度，因此上述芯板2以芯板片3的接缝D₁、D₂在圆周方向C的位置与在层叠方向上邻接的芯板2错开的方式被层叠。另外，在改变该芯板2的层数时通过冲压进行暗销铆接，因此在层叠方向上连结被层叠了的芯板2。然后，层叠规定张数的该芯板2而形成转子铁芯1。

即、若冲压被暂时装配的芯板2，则铆接部10的直线部10a由于过盈配合而嵌合，从而在层叠方向上连结芯板片3，进而通过上述被层叠了的多张芯板2形成1个转子铁芯1。然后，工作人员对该转子铁芯1的磁铁嵌插孔6插入钕磁铁作为转子，并且组装该转子制造旋转电机。

然而，若对旋转电机供电使上述转子旋转，则在转子铁芯1的芯板片3，分别产生与转子的旋转速度对应的离心力。若产生该离心力，则如图5所示，各芯板片3中，重合的芯板片3_O、3_E在芯板2的圆周方向C上欲向分离的方向（例如，在是芯板片3_E的情况下，为图中M方向）移动。这样的话，在连结上述重合的芯板片3_O、3_E的铆接部10，形成为间隙配合的圆弧部10b的壁部11b、12b间的间隙d₂由于芯板片3_O、3_E向圆周方向的错位或弹性变形而消失。而且，施加于铆接部10的离心力在圆周方向分量的力，由于上述圆弧形的壁部11b、12b抵接而被承受。

这样，当形成为圆弧形的壁部11b、12b抵接由此承受施加于铆接部10的离心力时，因为不会产生应力集中所以能够耐大的应力（离心力）。另外，使铆接部10在径向的配合形成为过盈配合，使承受基于该离心力产生的应力的圆弧部10b形成为间隙配合，由此在圆弧部10b不会产生因过盈配合引起的拉伸的残留应力，从而能够耐更大的离心力。

此外，通过沿芯板片3的切线方向直线状地延伸的直线部10a构成上述过盈配合的部分，由此借助该直线部能够均匀地承受因过盈配合引起的残留应力，并且使重合的芯板片3_O、3_E容易向圆周方向错位。而且，通过将铆接部分为承受基于上述离心力的应力的部分、和产生残留应力的部分，铆接部能够耐大的离心力，从而能够提高转子铁芯1的旋转强度。

由此，分割芯板2而成的转子铁芯1能够实现在径向上紧凑的结构且能够实现必要的旋转强度。另外，还能够形成厚度较薄的芯板2，因此能够将转子铁芯1所产生的涡电流抑制为较小，并能够使用上述转子铁芯1高成品率、高效地制造旋转电机。

（第二实施方式）

接下来，对本发明的第二实施方式进行说明。此外，第二实施方式相对于第一实施方式变更了铆接部的形状，对于共同的结构省略说明，并且对于作用效果相同的部件使用与第一实施方式相同的名称。

如图6（a）所示，第二实施方式的铆接部10₂₁构成为，由曲率为r₁、r₂的两个圆弧形成圆弧部10b₂₁，与直线部10a₂₁连接的连接部的圆弧的曲率r₁比主要承受基于离心力的应力的中央部的圆弧的曲率r₂大（r₁＞r₂）。

这样，通过减小主要承受基于离心力的应力的中央部分的圆弧的曲率r₂，能够减小圆弧部10b₂₁处的应力集中。另外，若使连接部的圆弧的曲率r₁比中央部的圆弧的曲率r₂大，则能够使直线部10a₂₁较长地形成，并能够使基于过盈配合的残留应力在该长直线部10a₂₁分散承受。

（第三实施方式）

接下来，对本发明的第三实施方式进行说明。相对于第一实施方式，该第三实施方式的铆接部的形状不同，对于共同的结构省略说明，并且对于作用效果相同的部件使用与第一实施方式相同的名称。

如图7（a）所示，第三实施方式的铆接部10₃₁中，利用曲率小的1个大圆弧形成圆弧部10b₃₁，该圆弧部10b₃₁不沿芯板片3的切线方向延伸并且直线部10a₃₁也形成得较长。

这样，利用曲率小的圆弧承受基于离心力的应力，由此能够减小圆弧部10b₃₁处的应力集中。另外，通过使直线部10a₃₁较长地形成，能够使基于过盈配合的残留应力在该长直线部10a₂₁分散承受。

此外，第一实施方式～第三实施方式中，铆接部10形成为，圆周方向的长度比径向的长度长，但例如，如图6（b）、图7（b）所示，也可以形成为径向的长度比圆周方向的长度长。

此外，在芯板片3，沿其圆周方向形成有多个铆接部10，但不一定需要对全部铆接部都应用本发明的铆接构造，也可以仅对产生最大的应力的部分的铆接部（例如，芯板片3的端部的铆接部10P）应用铆接构造。另外，芯板片3不一定需要形成多个铆接部10，至少形成1个铆接部10即可。即，在本实施方式中，芯板片3的一面具有多个凸部11，并且另一面具有多个凹部12，并形成多个铆接部10，但一面至少具有1个凸部11，另一面至少具有1个凹部12即可。

另外，上述转子铁芯1中，在转子铁芯1整体上能够利用另一层的芯板2加强芯板2在圆周方向C的连结即可，因此构成为每隔规定张数的芯板2使芯板片3的接缝在圆周方向C的位置D₁、D₂在芯板2的层叠方向上不同即可。例如，转子铁芯1可以构成为针对每1张芯板使芯板片3的接缝在圆周方向C的位置D₁、D₂交替不同，并且也可以构成为每隔多张芯板、比如每隔两张或三张芯板使上述位置D₁、D₂不同。

此外，也可以以多张冲压一次的方式构成上述芯板2。另外，当然上述铆接构造可以任意地组合，并且不局限于使用于IPM马达的转子铁芯而可以使用于任意的旋转电机的转子铁芯。

工业上的利用可行性

本发明涉及层叠多张芯板而形成的旋转电机的转子铁芯，例如，能够作为驱动源搭载于乘用汽车、公共汽车、卡车等车辆的旋转电机等搭载于一切产品的旋转电机。

附图标记说明：

1…转子铁芯；2…芯板；3…芯板片；10b…间隙配合的部分（圆弧部）；11…凸部；12…凹部；W_r1…凹部在芯板径向的宽度；W_r2…凸部在芯板径向的宽度；W_c1…凹部在芯板圆周方向的宽度；W_c2…凸部在芯板圆周方向的宽度；d2…间隙；D₁、D₂…接缝；R…径向；C…圆周方向。

Claims (1)

1.一种旋转电机的转子铁芯，构成为，

所述转子铁芯是通过层叠多张圆环形的芯板而形成的，并且通过连结圆弧形的芯板片形成所述芯板的一层，所述芯板片通过均等地分割所述芯板而形成，并且每隔规定张数的所述芯板使所述芯板片的接缝在圆周方向的位置在所述芯板的层叠方向上不同，

所述转子铁芯的特征在于，

所述芯板片具有：凸部，其形成于所述芯板片的一面并且圆周方向的端部形成为圆弧形状；和凹部，其形成于所述芯板片的另一面，并在所述芯板被层叠时与另一层的芯板片的凸部配合并且圆周方向的端部形成为圆弧形状，

使所述凸部在所述芯板的径向的宽度比所述凹部在所述芯板的径向的宽度大，并使所述凸部以及凹部在径向的配合形成为过盈配合，并且，

使所述凸部在所述芯板的圆周方向的宽度比所述凹部在所述芯板的圆周方向的宽度小，并使所述凸部以及凹部在圆周方向的配合形成为间隙配合。