CN103493339A - 压入固定结构 - Google Patents

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Abstract

在压入固定结构中，当将由层叠钢板构成的转子轭部(12)的压入面(12a)压入转子轴(13)的被压入面(13a)时，交替形成有沿着大致压入方向延伸的第一凸部(15)及第一凹部(16)的转子轭部(12)的压入面(12a)的所述第一凸部(15)与交替形成有沿着和压入方向交叉的方向延伸的第二凸部(17)及第二凹部(18)的转子轴(13)的被压入面(13a)的所述第二凸部(17)边接触，边伴随着塑性变形而嵌合。在完成压入的状态下，转子轴(13)的第二凸部(17)的塑性变形量比转子轭部(12)的第一凸部(15)的塑性变形量大，因此能减小转子轭部(12)的残留应力而将磁特性的降低抑制为最小限度，并且通过使两者啮合，除了压入面彼此的摩擦力以外，还施加了塑性啮合产生的剪切力，因此能够进行不能相对移动地牢固地固定。

Description

压入固定结构
技术领域
本发明涉及一种将构成磁路的层叠钢板通过压入而固定于其他构件的压入固定结构。
背景技术
通过下述专利文献1公知有如下结构：沿着由层叠钢板构成的定子铁心的外周部设置多个紧固应力缓冲孔，并将该定子铁心的外周面通过压入或热装而固定于环状的主体壳体的内周面。
另外，通过下述专利文献2公知有如下结构：在由层叠钢板构成的定子的外周面上形成多个凹部，并且在供该定子压入的马达外壳的内周面形成与所述凹部嵌合的突部，并使定子的凹部的底面与马达外壳的突部的顶面接触、或者使定子的凹部以外的部分与马达外壳的突部以外的部分接触而进行压入固定。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2006-115581号公报
专利文献2：日本特开2008-067571号公报
发明的概要
发明要解决的课题
然而，上述专利文献1所记载的结构存在如下这样的问题：由于将定子铁心的外周面的大致整面通过压入或热装而固定于主体壳体的内周面，因此仅通过形成应力缓冲孔难以充分地减轻定子铁心的残留应力。并且，由于定子铁心的外周面及主体壳体的内周面都为圆形截面，因此当未充分确保压入或热装的紧固量时，定子铁心及主体壳体可能发生相对旋转。
另外，上述专利文献2所记载的结构存在如下这样的问题：虽然仅使定子的外周面的一部分压入马达外壳的内周面，但该定子的压入面跨压入方向的全长，因此压入面的面积依然较大，从而难以充分地减轻压入后的定子的残留应力。
发明内容
本发明鉴于上述情况而提出，其目的在于，当将层叠钢板通过压入而固定于其他构件时，将施加于层叠钢板的应力抑制为最小限度来防止磁特性的降低，并且可靠地进行固定。
解决方案
为了实现上述目的，根据本发明，提出有一种压入固定结构，其将构成磁路的层叠钢板通过压入而固定于其他构件，所述压入固定结构的第一特征在于，
在所述层叠钢板的压入面上交替形成沿着大致压入方向延伸的第一凸部及第一凹部，并且在所述其他构件的被压入面上交替形成沿着与所述压入方向交叉的方向延伸的第二凸部及第二凹部，在使所述第一凸部与所述第二凸部接触而完成压入的状态下，所述第二凸部的塑性变形量比所述第一凸部的塑性变形量大。
另外，根据本发明，提出有一种压入固定结构，在所述第一特征的基础上，其第二特征在于，所述层叠钢板的硬度比所述其他构件的硬度高。
另外，根据本发明，提出有一种压入固定结构，在所述第一或第二特征的基础上，其第三特征在于，所述第二凸部的间距比所述层叠钢板的单板的板厚大。
另外，根据本发明，提出有一种压入固定结构，在所述第一～第三特征中任一特征的基础上，其第四特征在于，所述第一凸部的高度比所述层叠钢板的单板的板厚小。
需要说明的是，实施方式的转子轭部12与本发明的层叠钢板对应，实施方式的转子轴13与本发明的其他构件对应。
发明效果
根据本发明的第一特征，当将层叠钢板的压入面压入其他构件的被压入面时，交替形成有沿着大致压入方向延伸的第一凸部及第一凹部的层叠钢板的压入面的所述第一凸部与交替形成有沿着和压入方向交叉的方向延伸的第二凸部及第二凹部的其他构件的被压入面的所述第二凸部边接触，边伴随着塑性变形而嵌合。在完成压入的状态下，层叠钢板的仅第一凸部与其他构件的第二凸部接触的部分承受压入载荷，并且其他构件的第二凸部的塑性变形量比层叠钢板的第一凸部的塑性变形量大，因此能够减小层叠钢板的残留应力而将磁特性的降低抑制为最小限度，并且通过第一凸部放倒第二凸部而使两者啮合，由此除了压入面彼此的摩擦力之外，还施加了塑性啮合产生的剪切力，因此能够进行不能相对移动地牢固地固定。
另外，根据本发明的第二特征，层叠钢板的硬度比其他构件的硬度高，因此能够在压入时使其他构件的第二凸部积极地变形而将层叠钢板的第一凸部的变形抑制为最小限度。
另外，根据本发明的第三特征，第二凸部的间距比层叠钢板的单板的板厚大，因此在层叠钢板的单板中产生不与第二凸部的前端接触的单板和与第二凸部的前端接触的单板，而不与第二凸部的前端接触的单板不直接承受来自其他构件的压入载荷，因此能够将单板的磁特性的降低抑制为最小限度。
另外，根据本发明的第四特征，层叠钢板的第一凸部的高度比层叠钢板的单板的板厚小，因此能够防止因压入载荷而导致第一凸部发生变形的情况。
附图说明
图1是电动马达的转子的分解立体图。(第一实施方式)
图2是图1的2部放大剖视图。(第一实施方式)
图3是图1的3部放大剖视图。(第一实施方式)
图4是压入时的作用说明图。(第一实施方式)
图5是表示第二凸部的间距与转子轭部的单板的板厚的关系的图。(第一实施方式)
图6是表示压入载荷与压入行程的关系的曲线图。(第一实施方式)
图7是表示扭转角与转矩的关系的曲线图。(第一实施方式)
图8是表示压入行程与残留应力的关系的曲线图。(第一实施方式)
图9是定子及定子支架的立体图。(第二实施方式)
符号说明：
12    转子轭部(层叠钢板)
12a   转子轭部(层叠钢板)的压入面
13    转子轴(其他构件)
13a   转子轴(其他构件)的被压入面
15    第一凸部
16    第一凹部
17   第二凸部
18    第二凹部
具体实施方式
以下，基于图1～图8，对本发明的实施方式进行说明。
如图1所示，电动马达的转子11通过将在以轴线L为中心的圆环状的转子轭部12的内周形成的压入面12a压入到在以轴线L为中心的有底圆筒状的转子轴13的外周形成的被压入面13a而构成。转子轭部12由层叠钢板构成，该层叠钢板将由多张相同形状的电磁钢板构成的单板层叠而成，转子轴13由比转子轭部12的硬度低的金属材料构成。因此，转子轭部12的硬度比转子轴13的硬度高。电磁钢板的单板的板厚为例如0.3mm。沿着转子轭部12的外周部而使多个贯通孔12b…在轴线方向上贯通，在上述贯通孔12b…中支承有构成磁极的永久磁铁14…。在转子轴13的一侧面一体形成有限制转子轭部12的压入结束位置的凸缘13b，并且在转子轴13的中心形成有供未图示的马达轴贯通的轴孔13c。
如图2中放大示出的那样，在转子轭部12的内周形成的压入面12a具有与转子11的轴线L大致平行地延伸的多个第一凸部15…及多个第一凹部16…在圆周方向上交替配置的花键状的外观。其中，第一凸部15及第二凹部16的圆周方向的宽度W1为例如5mm，相对于此，从第一凹部16的底部到第一凸部15的顶部的径向的高度H1…例如75μm，所述高度H1相对于所述宽度W1之比极小。所述第一凸部15…及第一凹部16…能够通过冲裁或线切割而进行加工。
如图3中放大示出那样，在转子轴13的外周形成的被压入面13a上，沿着与轴线L交叉的方向、即大致圆周方向延伸的多个第二凸部17…及第二凹部18…在轴线L方向上交替配置。第二凸部17…及第二凹部18…的截面形状为例如正弦波状。第二凸部17…或第二凹部18…的排列间距P为例如0.86mm，高度(深度)H2为例如0.75mm，顶角θ为例如60°。第二凸部17的宽度W2及第二凹部18的宽度W2相同且为所述间距P的一半即0.43mm。所述第二凸部17…或第二凹部18…能够通过滚压成形或切削而进行加工。
图4示出转子轭部12的压入面12a与及转子轴13的被压入面13a的径向的尺寸关系。若转子轴13的第二凹部18…的底部的半径为R1、转子轴13的普通面19(未形成第二凸部17…及第二凹部18…的面)的半径为R2、转子轭部12的第一凸部15…的前端部的半径为R3、转子轴13的第二凸部17…的前端部的半径为R4、转子轭部12的第一凹部16…的底部的半径为R5，则R1<R2<R3<R4<R5的关系成立。因而，当将转子轭部12的压入面12a压入转子轴13的被压入面13a时，半径R3的转子轭部12的第一凸部15…的前端部与半径R4的转子轴13的第二凸部17…的前端部在重叠部分处产生塑性变形而进行压入。
转子轭部12及转子轴13如上述那样构成，因此当将转子轭部12的压入面12a沿着轴线L方向压入转子轴13的被压入面13a时，如图4(A)所示，转子轭部12的压入面12a的第一凸部15…的前端部与转子轴13的被压入面13a的第二凸部17…的前端部卡合。此时，转子轭部12的硬度比转子轴13的硬度高，并且转子轭部12的第一凸部15…与压入方向平行地延伸而抗倾倒刚性高，相对于此，转子轴13的第二凸部17…沿着与压入方向正交的方向延伸而抗倾倒刚性低，因此如图4(B)所示，转子轭部12的第一凸部15…几乎不发生塑性变形，而转子轴13的第二凸部17…发生较大的塑性变形而被放倒，由此完成压入。
其结果是，转子轴13的被压入面13a模仿转子轭部12的花键状的压入面12a的形状而塑性变形成花键状，两者相互啮合而结合成在旋转方向上发挥较大的阻力。另外，被放倒的转子轴13的第二凸部17…作为“复原件”而发挥功能，由此能够防止转子轭部12的压入面12a从转子轴13的被压入面13a的脱落。
当将转子轭部12的压入面12a压入转子轴13的被压入面13a时，由于转子轭部12的第一凸部15的高度H1(75μm)比转子轭部12的单板的板厚(0.3mm)小，因此能够防止因压入载荷而导致第一凸部15发生变形的情况。
另外，如图5(A)所示，由于第二凸部17的间距P(0.86mm)比转子轭部12的单板的板厚T(0.3mm)大，因此在压入的转子轭部12的单板中产生不与第二凸部17的前端接触的单板和与第二凸部17的前端接触的单板。不与第二凸部17的前端接触的单板不直接承受来自转子轴13的压入载荷，因此能够将单板的磁特性的降低抑制为最小限度。如图5(B)所示，若第二凸部17的间距P在转子轭部12的单板的板厚T以下，则压入的转子轭部12的单板的全部与第二凸部17的前端接触而直接承受压入载荷，因此磁特性大幅降低。
需要说明的是，在图5(A)及图5(B)中，与第二凸部17的前端接触的单板以较细的剖面线且深色表示。另外，与第二凸部17的前端接触的单板和不与第二凸部17的前端接触的单板通过相互紧固或粘接等而连结，因此不与第二凸部17的前端接触的单板不会产生位置错动。
图6表示将转子轭部12的压入面12a压入转子轴13的被压入面13a时的压入载荷，细实线是压入面12a及被压入面13a都平坦的比较例，粗实线是实施方式。由图6得知，与比较例相比，实施方式减小约40％的压入载荷，压入作业变得容易。
图7表示使压入的转子轭部12及转子轴13相对旋转时产生的转矩，该转矩越大，两者越牢固地结合。由细实线表示的比较例中，当增加转矩时，两者立刻开始滑动而相对旋转，而由粗实线表示的实施方式中，即使增加转矩，两者发挥较强的阻力而不会立刻相对旋转，在达到最大转矩之后产生相对旋转。因而，根据实施方式，能够增加转子轭部12及转子轴13开始相对旋转的打滑转矩。
图8表示转子轭部12相对于压入行程的残留应力，可知相对于由细实线表示的比较例，由粗实线表示的实施方式的残留应力减小约60％。因而，若采用本实施方式的压入结构，则能够将因残留应力导致的转子轭部12的磁特性的降低(铁损的增加)抑制为最小限度而最大限度地发挥电动马达的性能。
需要说明的是，在图6、图7及图8中，比较例及实施方式的压入紧固量为相同的值。
如上所述，根据本实施方式，当将转子轭部12的压入面12a压入转子轴13的被压入面13a时，仅使转子轭部12的第一凸部15…的前端部及转子轴13的第二凸部17…的前端部接触，由此不仅能够降低压入载荷，还能够减小压入时的接触面积而减小由层叠钢板构成的转子轭部12的残留应力，从而将磁特性的降低抑制为最小限度。并且，硬度低的转子轴13的被压入面13a模仿硬度高的转子轭部12的压入面12a的形状而塑性变形成花键状，因此能够将两者不能相对旋转地牢固地结合。
以上，虽然对本发明的实施方式进行了说明，但本发明能够在不脱离其主旨的范围内进行各种设计变更。
例如，本发明并不局限于电动马达的转子，也可以如图9所示的第二实施方式那样，适用于将电动马达的定子20的外周面20a压入定子支架21的内周面21a的情况。
另外，电动马达并不局限于在定子的内周侧配置转子的内转子型的电动马达，还能够适用于在定子的外周侧配置转子的外转子型的电动马达，且除了电动马达以外，还能够适用于发电机。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.(修改后)一种压入固定结构，其将构成磁路的层叠钢板(12)通过压入而固定于其他构件(13)，所述压入固定结构的特征在于，
在所述层叠钢板(12)的压入面(12a)上交替形成沿着大致压入方向延伸的第一凸部(15)及第一凹部(16)，并且在所述其他构件(13)的被压入面(13a)上交替形成沿着与所述压入方向交叉的方向延伸的第二凸部(17)及第二凹部(18)，在使所述第一凸部(15)与所述第二凸部(17)接触而完成压入的状态下，所述第二凸部(17)的塑性变形量比所述第一凸部(15)的塑性变形量大，且所述第二凸部(17)的间距比所述层叠钢板(12)的单板的板厚大。
2.根据权利要求1所述的压入固定结构，其特征在于，
所述层叠钢板(12)的硬度比所述其他构件(13)的硬度高。
3.(删除)
4.(修改后)根据权利要求1或2所述的压入固定结构，其特征在于，所述第一凸部(15)的高度比所述层叠钢板(12)的单板的板厚小。

Claims (4)

1.一种压入固定结构，其将构成磁路的层叠钢板(12)通过压入而固定于其他构件(13)，所述压入固定结构的特征在于，
在所述层叠钢板(12)的压入面(12a)上交替形成沿着大致压入方向延伸的第一凸部(15)及第一凹部(16)，并且在所述其他构件(13)的被压入面(13a)上交替形成沿着与所述压入方向交叉的方向延伸的第二凸部(17)及第二凹部(18)，在使所述第一凸部(15)与所述第二凸部(17)接触而完成压入的状态下，所述第二凸部(17)的塑性变形量比所述第一凸部(15)的塑性变形量大。
2.根据权利要求1所述的压入固定结构，其特征在于，
所述层叠钢板(12)的硬度比所述其他构件(13)的硬度高。
3.根据权利要求1或2所述的压入固定结构，其特征在于，
所述第二凸部(17)的间距比所述层叠钢板(12)的单板的板厚大。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的压入固定结构，其特征在于，
所述第一凸部(15)的高度比所述层叠钢板(12)的单板的板厚小。
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