CN104956569A - 旋转电机的转子及其制造方法 - Google Patents

Abstract

旋转电机(1)的转子(10)具有中空且圆筒状的转子芯(20)，该中空且圆筒状的转子芯(20)具有层叠的多个电磁钢板(80、81、82)。转子芯(20)的内周面及外周面分别朝向磁间隙。第一旋转支承构件(30)和第二旋转支承构件(40)夹着转子芯(20)。凸缘(72)形成于从第一旋转支承构件(30)的第一孔(31)突出的管状销(70)的第一端。管状销(70)的扩管部(73)通过液压而塑性变形从而紧贴于转子芯(20)的通孔(21)、第一旋转支承构件的第一孔(31)及第二旋转支承构件的第二孔(41)各自的内周面。

Description

旋转电机的转子及其制造方法

技术领域

本公开涉及一种旋转电机的转子，该转子具有圆筒状的中空转子芯。还涉及转子的制造方法。

背景技术

专利文献1示出通过将互不相同的形状的2种电磁钢板层叠多个而构成固定在旋转电机的旋转轴上的转子芯时的电磁钢板彼此的紧固方法的一例。例如通过使用带有凸缘的管状构件而将层叠状态的多个电磁钢板固定。具体而言，将具有预先形成了凸缘的基端的管状构件插入转子芯的紧固用的贯通孔。使直径比紧固用的贯通孔的直径大的球通过管状构件的内侧。由此使管状构件扩管。而且，沿着转子芯的外形对管状构件的前端进行铆紧加工。另一方面，转子芯由内侧构件和外侧构件构成，上述内侧构件与外侧构件必须确保两构件的同轴度，需要实现轴心的精度提高。例如作为构成中空的转子的多个电磁钢板彼此的固定方法，在构成中空转子芯的多个电磁钢板上设置螺栓通孔。并且，已知有通过螺栓和螺母将多个电磁钢板彼此紧固从而利用轴向的拧紧力来确保圆筒度的情况。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2005-102460号公报

发明内容

发明要解决的课题

然而，在将多个电磁钢板层叠而构成中空转子芯的情况下，中空转子芯被固定在第一旋转支承构件与第二旋转支承构件之间。在利用螺栓和螺母将多个电磁钢板彼此紧固的情况下，若电磁钢板的加工精度低，则难以将螺栓插入通孔。即，在电磁钢板彼此的螺栓通孔的位置错开的情况下，利用螺栓和螺母无法良好地应对。

本公开的目的在于，即使将构成中空转子芯的多个电磁钢板彼此进行紧固的通孔在电磁钢板彼此之间错开，也能使紧固构件紧贴于通孔的内周面。

用于解决课题的手段

作为本公开的一方式，提供一种旋转电机的转子，所述转子具备：中空且圆筒状的转子芯，具有层叠的多个电磁钢板，所述转子芯的内周面及外周面构成为分别是朝向磁间隙的面，所述转子芯具有通孔；第一旋转支承构件，具有第一孔；第二旋转支承构件，具有第二孔，所述第一旋转支承构件和所述第二旋转支承构件构成为夹着所述转子芯；及有底的管状销，插入所述通孔、第一孔及第二孔，所述管状销具有第一端、凸缘及扩管部，所述凸缘形成于从所述第一孔突出的所述第一端，所述扩管部通过液压而塑性变形从而紧贴于所述通孔、第一孔及第二孔各自的内周面。

根据上述方式，中空转子芯通过层叠电磁钢板而构成。转子芯呈圆筒状，转子芯的内周面及外周面分别成为朝向磁间隙的面。转子芯具有有底管状销用的通孔。第一旋转支承构件与第二旋转支承构件夹着转子芯。管状销插入中空转子芯的通孔、第一旋转支承构件的第一孔、及第二旋转支承构件的第二孔。管状销的凸缘形成在从第一孔突出的管状销的第一端。管状销的扩管部通过液压而塑性变形从而紧贴于通孔、第一孔及第二孔各自的内周面。由此，即使层叠下电磁钢板的紧固用的通孔彼此错开，作为紧固构件的有底管状销也能够紧贴于多个通孔的内周面。

作为一方式，在所述有底管状销中的从所述第二孔突出的第二端形成有扩径部。因此，扩径部能够容易地防止管状销从转子芯的脱落。

作为一方式，所述通孔和永久磁铁埋入孔在所述转子芯的周向上交替地形成。

作为本公开的另一方式，提供一种旋转电机的转子的制造方法，所述转子具有：圆筒状且中空的转子芯，具有层叠的多个电磁钢板，所述转子芯的内周面及外周面构成为分别是朝向磁间隙的面，所述转子芯具有通孔；第一旋转支承构件，具有第一孔；及第二旋转支承构件，具有第二孔，所述第一旋转支承构件和所述第二旋转支承构件构成为夹着所述转子芯，所述制造方法包括：第一工序，将有底的管状销插入所述第一孔、所述通孔及所述第二孔，所述管状销具有形成有凸缘的第一端；及第二工序，通过液压冲压使所述管状销塑性变形而进行扩管，从而使所述管状销紧贴于所述通孔、第一孔及第二孔各自的内周面。

根据上述方法，在第一工序中，在第一端形成有凸缘的有底管状销插入第一旋转支承构件的第一孔、中空转子芯的通孔及第二旋转支承构件的第二孔内。在第二工序中，通过液压冲压使管状销塑性变形而进行扩管，从而管状销紧贴于通孔、第一孔及第二孔各自的内周面。其结果是，能够制造出方案1所述的旋转电机的转子。

在一方式中，所述制造方法还包括：在所述第一工序中，以所述管状销从所述第二孔突出的方式将所述管状销插入所述第一孔及所述通孔；及在所述第二工序中，对所述管状销中的从所述第二孔突出的部位进行扩径。因此，管状销的扩径的部位作为防止管状销从中空转子芯脱落的防脱部发挥作用。

附图说明

图1是将本公开具体化的一实施方式的磁铁转子的立体图。

图2是图1的磁铁转子的分解立体图。

图3中，图3(a)是具有配置在图1的磁铁转子的外方的绕组定子和配置在图1的磁铁转子的内方的绕组转子的旋转电机的纵剖视图。图3(b)是图3(a)的3B-3B线处的剖视图。

图4是图3(a)的旋转电机的管状销周围的放大剖视图。

图5是图4的通孔周围的放大主视图。

图6中，图6(a)是用于说明图3(a)的旋转电机的制造工序的磁铁转子及绕组转子的纵剖视图。图6(b)是图6(a)的6B-6B线处的剖视图。

图7是接续图6(a)而用于说明制造工序的管状销周围的放大剖视图。

图8是接续图7而用于说明制造工序的安装于夹具的磁铁转子及绕组转子的剖视图。

图9中，图9(a)是接续图8而用于说明制造工序的管状销和层叠的电磁钢板的通孔的主视图。图9(b)是图9(a)的9B-9B线处的剖视图。

图10中，图10(a)是接续图9(a)而用于说明制造工序的管状销和层叠的电磁钢板的通孔的主视图。图10(b)是图10(a)的10B-10B线处的剖视图。

图11中，图11(a)是作为比较例的旋转电机的纵剖视图。图11(b)是图11(a)的11B-11B线处的剖视图。

图12是图11(a)所示的磁铁转子的分解立体图。

具体实施方式

图1～图10示出将本公开具体化的一实施方式的旋转电机的转子。

如图3(a)和图3(b)所示，旋转电机1具备作为转子的磁铁转子10、绕组定子100、绕组转子110。磁铁转子10呈圆筒状，圆筒状的绕组定子100隔着间隙即磁空隙而配置在磁铁转子10的外侧。圆筒状的绕组转子110隔着别的间隙即磁空隙而配置在磁铁转子10的内侧。磁铁转子10、绕组定子100及绕组转子110都配置在同轴心上。磁铁转子10与车辆的输出轴及输入轴中的一方相连，绕组转子110与输入轴及输出轴中的另一方相连。

如图3(b)所示，在绕组定子100的铁心101上沿周向排列形成有多个插槽102。各插槽102在圆筒形的铁心101的内周面开口。线圈103插入插槽102。在绕组转子110的铁心111上沿周向排列形成有多个插槽112，各插槽112在圆筒形的铁心111的外周面开口。线圈113插入插槽112。

如图1及图2所示，磁铁转子10具有作为磁铁转子芯的中空的转子芯20、第一旋转支承构件30、第二旋转支承构件40。磁铁转子10还具备第一端板50、第二端板60、多根(具体而言为8根)有底的管状销70。中空转子芯20将电磁钢板80、81、82(图9中示出构件编号80、81、82)沿轴向层叠而构成，呈圆筒状。中空转子芯20的内周面及外周面成为朝向磁间隙的面、所谓间隙面。中空转子芯20具有管状销用的8个通孔21和8个永久磁铁埋入孔22。通孔21及永久磁铁埋入孔22沿轴向延伸而贯通中空转子芯20。8个通孔21沿周向以等角度形成。管状销用的通孔21和永久磁铁埋入孔22在中空转子芯20上沿周向交替形成。永久磁铁埋入孔22的与中空转子芯20的轴线垂直的方向的截面为长方形形状，在永久磁铁埋入孔22中嵌入有截面长方形形状的永久磁铁25。由此，磁铁转子10构成永久磁铁埋入型的转子。

第一旋转支承构件30呈碗形状，在中心具有轴部30a。对碗形状的第一旋转支承构件30的开口部进行划分的圆周部30b具有管状销用的8个第一孔31。第二旋转支承构件40呈碗形状，中心部具有贯通孔40a。对碗形状的第二旋转支承构件40的开口部进行划分的圆周部40b具有管状销用的8个第二孔41。第一旋转支承构件30与第二旋转支承构件40在轴向夹着中空转子芯20。

第一端板50呈圆板状，具有管状销用的8个通孔51。第一端板50配置在第一旋转支承构件30与中空转子芯20之间。第二端板60呈圆板状，具有管状销用的8个通孔61。第二端板60配置在第二旋转支承构件40与中空转子芯20之间。

管状销70由不锈钢构成(例如SUS304)。如图2及图4所示，作为管状销70的主体的销主体71插入第一旋转支承构件30的第一孔31、第一端板50的通孔51、中空转子芯20的通孔21、第二端板60的通孔61及第二旋转支承构件40的第二孔41。管状销70具有凸缘72、扩管部73及扩径部74。销主体71的基端即第一端开口，形成比销主体71扩径的凸缘72。即凸缘72形成在从第一旋转支承构件30的第一孔31突出的销主体71的第一端。销主体71的前端即第二端被闭塞，因此管状销70有底，即呈袋状。

扩管部73通过液压而塑性变形，从而紧贴于中空转子芯20的通孔21、第一旋转支承构件30的第一孔31及第二旋转支承构件40的第二孔41各自的内周面。使用该状态的管状销70将中空转子芯20、第一旋转支承构件30及第二旋转支承构件40连结。在销主体71的第二端形成比销主体71扩径的扩径部74。即扩径部74形成在从第二旋转支承构件40的第二孔41突出的管状销70的第二端，成为凸缘状。构成中空转子芯20的多个电磁钢板80、81、82彼此通过管状销70沿轴向紧固。

图5示出中空转子芯20的内侧桥接宽度d1和外侧桥接宽度D1。内侧桥接宽度d1表示中空转子芯20中的、管状销70通过的通孔21与中空转子芯20的内周面之间的部位的径向尺寸。外侧桥接宽度D1表示中空转子芯20中的、管状销70通过的通孔21与中空转子芯20的外周面之间的部位的径向尺寸。上述桥接宽度d1、D1小于说明后述的比较例的图11及图12所示的桥接宽度、即具有通过螺栓和螺母将电磁钢板80、81、82彼此紧固的结构的比较例的转子芯的桥接宽度。

以下，说明旋转电机的转子即磁铁转子10的作用。

在旋转电机1的制造工序中，准备绕组转子110及组装前的磁铁转子10的构成部件。如图6及图7所示，使绕组转子110通过磁铁转子10。此时通过夹具(模具)，决定磁铁转子10的第一旋转支承构件30和第二旋转支承构件40的位置。在该状态下，将在第一端上形成有凸缘72的管状销70插入第一旋转支承构件30的第一孔31、第一端板50的通孔51、中空转子芯20的通孔21、第二端板60的通孔61及第二旋转支承构件40的第二孔41。即，使用带有凸缘的管状销70。管状销70的第一端成为凸缘形状，凸缘72与第一旋转支承构件30的第一孔31的开口周围的部位进行面抵接。在图7所示的销插入状态且液压冲压前，在管状销70的销主体71的外周面与各孔31、51、21、61、41各自的内周面之间存在间隙G。管状销70从第二旋转支承构件40的第二孔41沿轴向突出。

然后，如图8所示进行液压冲压。即，从管状销70中的凸缘72存在的第一端即开口端向管状销70的内侧施加水或油等的液压，由此对管状销70进行液压冲压。因此，管状销70从内侧通过塑性变形而扩管。即管状销70的内径和外径都扩大。由此，管状销70的外周面紧贴于第一旋转支承构件30的第一孔31、中空转子芯20的通孔21及第二旋转支承构件40的第二孔41各自的内周面。

更详细而言，在插入了管状销70的状态下，如图8所示，使用模具90、91在轴向的两端夹着磁铁转子10和管状销70的状态下，向管状销70的内部施加液压。由此，管状销70能够扩管。此时，可以将8根管状销70全部同时扩管。

图9及图10说明管状销70的液压冲压。如图9所示，层叠的电磁钢板80、81、82分别具有通孔80a、81a、82a。此时，通孔80a、81a、82a的位置相互错开。这种情况下，在各电磁钢板80、81、82的通孔80a、81a、82a的内周面上存在与管状销70接触的部位和不接触的部位。然而，如图10所示，通过液压冲压而管状销70扩管后，管状销70紧贴于孔80a、81a、82a各自的整个内周面。

因此，即使将电磁钢板80、81、82层叠而构成的中空转子芯20中的各电磁钢板80、81、82的紧固用的通孔80a、81a、82a相互错开，也能够使作为紧固构件的管状销70紧贴于全部的电磁钢板80、81、82的通孔80a、81a、82a。

通过该扩管，使用管状销70将中空转子芯20、第一旋转支承构件30及第二旋转支承构件40连结。因此，能够确保中空转子芯20的轴向的两侧的旋转支承构件30、40与中空转子芯20的内外径的同轴心。即，能够使绕组转子110的轴心与中空转子芯20的轴心相同。也能够使绕组定子100(参照图3)的轴心与中空转子芯20的轴心相同。

与管状销70的扩管同时地成形出从第二旋转支承构件40突出的管状销70的第二端。即，管状销70的前端即第二端变形为凸缘形状，由此形成为具有图4所示的扩径部74。即在管状销70的扩管时，从第二旋转支承构件40的第二孔41突出的管状销70的部位即第二端为冲压模形状。即管状销70的第二端沿轴向触抵于图8所示的模具90的抵接部90a，由此进行沿径向膨胀的处理，从而成形为凸缘形状。这样，模具90压住管状销70的第二端，由此形成管状销70的防脱用的扩径部74。

其结果是，图1所示的磁铁转子10的组装完成。然后，向绕组转子110及磁铁转子10组装绕组定子100。

这样，通过基于液压冲压的管状销70的扩管，能够将中空转子芯20和管状销70形成为过盈配合状态。由此能够较高地确保中空转子芯20的圆筒度即组装精度。磁铁转子10的旋转转矩也能够由全部的管状销70承受。

图11及图12示出比较例的中空转子芯200，示出使用螺栓250、螺母251、252将多个电磁钢板紧固时的结构。在中空转子芯200形成有螺栓通孔201，向螺栓通孔201插入螺栓250，从轴向的两侧使用螺母251、252进行紧固。为了确保该比较例的中空转子芯200的旋转强度，需要较大地维持与图5的d1、D1对应的桥接宽度。

即，在进行转子组装的定位的情况下，若使全部螺栓为密配合螺栓，则在中空转子芯200的加工精度低的情况下，可能无法将螺栓250插入中空转子芯200的螺栓通孔201。由此，采用的是仅使中空转子芯200的8根螺栓250中的对角线上的2根螺栓250为密配合螺栓来进行定位的方法。在该比较例的中空转子芯200的结构中，仅仅是紧固部件，个数也多，因此成为花费组装工时、成本的结构。为了确保螺母251、252的接触面，需要增大中空转子芯200的内外径差即中空转子芯200的径向尺寸(厚度)，或减小螺母251、252的螺纹尺寸。通常，螺栓通孔201与中空转子芯200的内周面或外周面之间的部位即桥接部的各自的宽度即桥接宽度优选为了提高电动机的磁特性而减小。然而，在比较例的中空转子芯200中，根据前述的接触面确保的观点，必须增大桥接宽度。

相对于此，本实施方式的紧固构件使比较例的螺栓250、螺母251、252这3部件结构成为管状销70这样的1部件。由此能够减少成本。本实施方式中的管状销70的凸缘72及扩径部74的直径能够进行必要最小限度的尺寸设定，因此能够小于比较例的螺母251、252的接触面直径。因此，也能够减小中空转子芯20的径向宽度、即图5中的中空转子芯20的内外径差ΔW。由此，能够使中空转子芯20在径向上小型化。通过管状销70的扩管而使电磁钢板80、81、82成为过盈配合，由此能够消除磁铁转子10的松动，因此能够将电磁钢板80、81、82彼此准确地定位。

由于管状销70扩管而残留应力施加于将电磁钢板80、81、82层叠而构成的中空转子芯20。因此，能够增加中空转子芯20的磁阻，结果是能够发挥与减小中空转子芯20的桥接宽度的情况相同的磁性的效果。换言之，为了提高电动机即旋转电机1的磁特性，而使管状销70为扩管结构，由此使电磁钢板80、81、82具有残留应力。由此能够增加中空转子芯20的磁阻，能够确保电动机特性。

例如，与电磁钢板80、81、82没有残留应力且图5所示的桥接宽度d1、D1分别为2mm的情况进行比较。本实施方式通过向电磁钢板80、81、82施加残留应力而能够使实质上的桥接宽度、即短路磁通通过的路径宽度为0.5mm。即活用了与管状销70的扩管相伴的电磁钢板80、81、82的过盈配合产生的残留应力使电磁钢板80、81、82的磁特性劣化的情况。即电磁钢板80、81、82中的作为磁通通过的部分不起作用的区域的残留应力宽度即便在实测的桥接宽度为2mm的情况下也成为1.5mm的残留应力宽度。由此，在作为电动机的性能上能够发挥作用的区域只不过是电磁钢板80、81、82的实测的桥接宽度2mm中的0.5mm。因此，能够实现通过单纯的制造无法作出的桥接宽度的尺寸，由此能够使短路磁通难以通过。

上述实施方式得到以下的效果。

(1)就作为旋转电机的转子的磁铁转子10的结构而言，有底的管状销70插入中空转子芯20的通孔21、第一旋转支承构件30的第一孔31及第二旋转支承构件40的第二孔41。管状销70的凸缘72形成在从第一孔31突出的管状销70的第一端。管状销70的扩管部73通过液压而塑性变形，从而紧贴于通孔21、第一孔31及第二孔41各自的内周面。由此，在将电磁钢板80、81、82层叠而构成的中空转子芯20中，即使多个电磁钢板80、81、82的通孔21彼此错开，也能够使作为紧固构件的管状销70紧贴于多个通孔21的内周面。中空转子芯20的电磁钢板80、81、82是未使用螺栓和螺母的紧固结构，因此能够使中空转子芯20在径向上小型化。

(2)通过管状销70的扩管而向多个电磁钢板80、81、82的层叠体即中空转子芯20施加残留应力。由此能够减小磁路中的实质的桥接宽度。即能够减小短路磁通通过的路径宽度。由此能够将中空转子芯20形成为短路磁通难以通过的结构。

(3)在管状销70中的从第二旋转支承构件40的第二孔41突出的第二端形成有扩径部74。因此，能够容易地防止管状销70从中空转子芯20的脱落。

(4)作为旋转电机的转子即磁铁转子10的制造方法，包括第一工序和第二工序。在第一工序中，将在第一端形成有凸缘72的管状销70插入第一旋转支承构件30的第一孔31、中空转子芯20的通孔21、及第二旋转支承构件40的第二孔41。在第二工序中，管状销70通过基于液压冲压的塑性变形而扩管，由此使管状销70紧贴于通孔21、第一孔31及第二孔41各自的内周面。由此能够制造出上述(1)记载的旋转电机的磁铁转子10。

(5)在第一工序中，管状销70从第二孔41突出。在第二工序中，对管状销70中的从第二孔41突出的部位进行扩径。由此，管状销70中的扩径的部位即扩径部74作为防止管状销70从中空转子芯20脱落的防脱部发挥作用。

实施方式没有限定为上述情况，可以如下那样进行具体化。

·管状销70只要以紧贴于第二旋转支承构件40的第二孔41的至少一部分的方式扩管即可。

·并不局限于在磁铁转子10的内侧设置绕组转子110那样的转子的结构。也可以是在磁铁转子10的内侧设置定子的外转子结构。

·在中空转子芯的电磁钢板80、81、82中，通过管状销70的扩径而施加残留应力的区域是任意的。

标号说明

10…磁铁转子，20…中空转子芯，21…通孔，22…永久磁铁埋入孔，30…第一旋转支承构件，31…第一孔，40…第二旋转支承构件，41…第二孔，70…有底管状销，72…凸缘，73…扩管部，74…扩径部。

Claims (7)

1.一种旋转电机的转子，其中，

所述转子具备：

中空且圆筒状的转子芯，具有层叠的多个电磁钢板，所述转子芯的内周面及外周面构成为分别是朝向磁间隙的面，所述转子芯具有通孔；

第一旋转支承构件，具有第一孔；

第二旋转支承构件，具有第二孔，所述第一旋转支承构件和所述第二旋转支承构件构成为夹着所述转子芯；及

有底的管状销，插入所述通孔、第一孔及第二孔，所述管状销具有第一端、凸缘及扩管部，所述凸缘形成于从所述第一孔突出的所述第一端，所述扩管部通过液压而塑性变形从而紧贴于所述通孔、第一孔及第二孔各自的内周面。

2.根据权利要求1所述的旋转电机的转子，其中，

在所述管状销中的从所述第二孔突出的第二端形成有具有比所述扩管部的外径大的外径的扩径部。

3.根据权利要求1或2所述的旋转电机的转子，其中，

所述通孔和永久磁铁埋入孔在所述转子芯的周向上交替地形成。

4.一种旋转电机的转子的制造方法，其中，

所述转子具有：

圆筒状且中空的转子芯，具有层叠的多个电磁钢板，所述转子芯的内周面及外周面构成为分别是朝向磁间隙的面，所述转子芯具有通孔；

第一旋转支承构件，具有第一孔；及

第二旋转支承构件，具有第二孔，所述第一旋转支承构件和所述第二旋转支承构件构成为夹着所述转子芯，

所述制造方法包括：

第一工序，将有底的管状销插入所述第一孔、所述通孔及所述第二孔，所述管状销具有形成有凸缘的第一端；及

第二工序，通过液压冲压使所述管状销塑性变形而进行扩管，从而使所述管状销紧贴于所述通孔、第一孔及第二孔各自的内周面。

5.根据权利要求4所述的制造方法，其中，

所述制造方法还包括：

在所述第一工序中，以所述管状销从所述第二孔突出的方式将所述管状销插入所述第一孔及所述通孔；及

在所述第二工序中，对所述管状销中的从所述第二孔突出的部位进行扩径。

6.一种旋转电机的转子，其中，

所述转子具备：

转子芯，具有层叠的多个电磁钢板，所述转子芯具有通孔；及

管状销，插入所述通孔，所述管状销紧贴于所述通孔的内周面。

7.一种旋转电机的转子的制造方法，其中，

所述转子具有转子芯，所述转子芯由层叠的多个电磁钢板构成，所述转子芯具有通孔，

所述制造方法包括：

将管状销插入所述通孔；及

通过使所述管状销的外径扩大，而使所述管状销紧贴于所述通孔的内周面。