CN110679068A - 包括滚花转子轴的电机和制造这种电机的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种包括转子(10)和定子的电机，转子(10)通过组装转子本体(4)和转子轴(1)而形成。根据本发明，转子轴(1)是滚花的，并且转子轴(1)的外直径比转子本体(4)的内直径大一值，该值范围在0.05mm至0.3mm之间。本发明还涉及一种制造这样的电机的方法。

Description

包括滚花转子轴的电机和制造这种电机的方法
本发明涉及一种电机和制造该电机的方法。
更具体地，它涉及一种磁体辅助式同步磁阻电机。
通常，电机包括彼此同轴布置的固定的部分(定子)和旋转的部分(转子)。
转子由转子本体组成，具有设置在转子轴上的一束层合件。这些层合件包括用于永磁体的壳体，以及用于形成磁通屏障的穿孔，这些穿孔允许磁体的磁通径向地指向定子。
该转子通常被容纳在定子内，定子承载电气绕组，其使得能够产生允许转子旋转的磁场。
为了固定转子轴和构成转子本体的该束层合件，转子轴通常在载荷的作下(例如使用压力机)插入到(装入)转子本体中。因此，转子轴的外直径大于转子本体的内直径。为了能够实现高扭矩传递和高旋转速度，这两个直径之间的差异需要是显著的。然而，这种在载荷的作用下的装配和这种直径差异在构成转子本体的层合件中施加了高机械应力，这可能产生这些层合件显著的变形，特别是在磁桥处，这可能改变电机的特性。实际上，磁桥和磁通屏障可能变形。
为了克服这些缺点，本发明涉及一种包括转子和定子的电机，转子通过组装转子本体和转子轴而形成。根据本发明，转子轴是滚花的，并且转子轴的外直径比转子本体的内直径大一值，该值范围在0.05mm至0.3mm之间。本发明还涉及制造这样的电机的方法。转子轴的滚花提供了转子轴与转子本体之间良好的粘合，这允许减小转子轴和转子本体的直径之间的差异。因此，形成转子本体的层合件内的应力减小。
本发明涉及包括转子和定子的电机，所述转子由具有成束(成堆/成捆)的层合件的转子本体组成，所述转子本体紧固到转子轴。所述转子轴在用于与所述转子本体配合的至少一段长度上滚花，并且所述转子轴的外直径比所述转子本体的内径大一值，该值范围在0.05mm至0.3mm之间。
根据一实施例，所述转子轴通过直滚花来滚花。
有利地，通过对所述转子轴进行滚花而形成的脊部被磨削。
根据一种实施方式，所述层合件是基本上圆形的层合件，包括孔口和/或磁体。
优选地，所述层合件堆叠并且固定在一起以形成所述转子本体。
根据一个特征，所述电机是可变磁阻同步电机。
根据一种实施方式，所述转子本体的内直径是光滑的。
此外，本发明涉及一种制造包括转子和定子的电机的方法。对于该方法，执行以下步骤：
a)堆叠各层合件以形成转子本体，
b)将转子轴在用于与所述转子本体配合的至少一段长度上滚花，所述转子轴的外直径比所述转子本体的内直径大一值，该值范围在0.05mm至0.3mm之间，
c)通过将所述转子轴装配到所述转子本体中来形成所述转子，以及
d)将所述转子定位在所述定子中。
根据本发明的一实施方式，所述转子轴经受直滚花。
有利地，所述转子轴的滚花表面被磨削。
优选地，可以使用压力机将所述转子轴装到所述转子本体中。
此外，所述方法可包括将至少一个磁体插入到至少一个所述层合件上的预备步骤。
通过阅读此后通过非限制性示例给出并且参考附图的方式的描述，本发明的其它特征和优点将会是明了的，在附图中：
-图1示出根据本发明的一实施例的转子轴，
-图2示出根据本发明的一实施例的滚花转子轴的一部分，
-图3示出根据本发明的一实施例的经滚花且经磨削的转子轴的一部分，
-图4示出根据本发明的一实施例的转子本体的一部分，以及
-图5示出根据本发明的一实施例的转子轴和转子本体的组件的一部分。
本发明涉及一种包括转子和定子的电机。转子包括转子本体，转子本体本身由成束的层合件(一堆金属板)构成。转子还包括安装在转子本体上并且与转子本体固定的转子轴，该转子轴插入在转子本体的中心孔中。
根据本发明，转子轴在用于与转子本体配合的至少一段长度上滚花。滚花是一种包括在表面上形成线条的操作。滚花允许改善零件的粘附(附着)。滚花可通过使用与转子轴接触的滚花工具来实现，或可通过在两个滚动体(辊子)或两个齿条之间受限制的滚花滚动来实现。此外，转子轴的外直径比转子本体的内直径大一值，该值范围在0.05mm至0.3mm之间，优选地在0.1mm至0.15mm之间。这种转子设计提供了转子轴与转子本体的最佳紧固，从而可以在高速下传递大的扭矩。由于通过滚花获得的改进的粘附(附着)以及由于减小的直径差，减少了组成转子本体的层合件内的机械应力。
根据本发明的一个实施例，设置在转子轴上的滚花可以是直滚花。直滚花是仅沿轴的轴向方向包括线条的滚花。因此，可以使转子轴与转子本体之间的粘附(附着)和更可以使扭矩传递最优化。但是，可以在转子轴上产生其它线条，例如斜线或交叉线。
根据本发明的一个实施例，滚花深度、即滚花沟槽和脊部之间的高度差范围在0.1至0.2mm之间，并且其可以基本上为0.15mm。该值范围允许优化粘附(附着)，而同时限制了形成转子本体的层合件的变形。
为了控制转子本体和转子轴压力干扰，可以磨削由滚花形成的脊部(顶部)。磨削之后，脊部具有平的顶部。磨削允许满足非常严格的公差，这提供了适于扭矩传递的尺寸。
根据本发明的一种实施方式，在插入转子轴之前，转子本体的内直径可以是光滑的，换句话说，转子本体的内直径没有滚花。实际上，转子轴滚花与转子本体的光孔的配合允许足够的粘附力(附着力)用于传递必需的扭矩。然而，一旦转子轴固定在转子本体中，转子轴滚花和直径差通过形成与转子轴滚花的线条平行的线条而形成转子本体孔的变形。
根据一个实施例，形成转子本体的层合件可以是包括孔口和/或永磁体的基本上圆形的层合件。因此，这些层合件包括用于永磁体的壳体，以及用于形成磁通屏障的穿孔，这些穿孔允许磁体的磁通径向地指向定子。定子通常包括产生磁通的至少一个线圈。这些磁通使转子旋转。
根据本发明的一个实施例，并且如众所周知的，形成转子本体对的层合件可通过用任何已知的手段，例如胶合、压制等来使孔和凹槽匹配而组装在一起。
根据本发明的一个特征，转子轴可由钢制成。
有利地，电机可以是可变磁阻同步型的。
作为非限制性示例，图1示意地示出根据本发明的一个实施例的转子轴1。转子轴1包括滚花部分2，该滚花部分2优选地通过轴的构成材料的变形制成。对于图1所示的示例，滚花2的线条平行于转子轴的轴向方向(直滚花)。通常转子轴在其端部3处包括实现若干功能的装置，这些功能是：扭矩传递、引导元件的设定等。
作为非限制性示例，图2示意地示出包括直滚花2的转子轴1的一部分。图2是转子轴1的剖视图。
作为非限制性示例，图3示意地示出包括已磨削的滚花2’的转子轴1的一部分。图3是转子轴1的剖视图。在该图中示出的转子轴1对应于在滚花磨削操作之后的图2所示的转子轴1：在滚花期间形成的脊部已经被磨削以便具有平的顶部。该图还示出了直径D1，其是转子轴1的外直径，对应于滚花2’的脊部的直径。
作为非限制性示例，图4示意地示出了用于与图2和图3所示的转子轴1配合的转子本体4的一部分。图4是转子本体的剖视图。该图还示出了直径D4，其是转子本体4的内直径。转子本体的孔是光滑的(即，没有滚花)。根据本发明并且为了提供粘附(附着)和扭矩传递，直径D1大于直径D4。此外，直径D1和D4之间的差范围在0.05mm至0.3mm之间。
作为非限制性示例，图5示意地示出了图3所示的转子轴1与图4所示的转子本体4的组装。图5是转子本体和转子轴的剖视图。直径D1大于直径D4，并且由于滚花的存在，在转子本体4中、在其内直径处出现局部变形Def。
作为非限制性示例，图6和图7示意地示出包括定子(未示出)和转子10的旋转电机。图6是沿轴线BB(图7中示出)的剖视图，并且图7是沿轴线AA(图6中示出)的剖视图。
如图6所示，该转子包括优选地为磁性的滚花轴1(未示出滚花)，在其上布置有一束相同的平面铁磁层合件14，其承载多个磁通发生器16。
结合图7，圆形层合件14设有中心孔18，该中心孔具有穿过其延伸的转子轴1和直接穿过层合件14延伸的多个轴向凹槽。
如众所周知的，层合件通过使用任何已知的手段，例如胶合、压制等使孔和凹槽匹配而组装在一起。
这样组装后，层合件形成了承载轴1通过中心孔18的转子10的本体4。
如以下更详细地描述的，该构造更特别地应用于可变磁阻电机。
在这种构造中，本体包括容纳磁通发生器的第一系列轴向凹槽和允许产生磁通屏障的另一系列轴向凹槽。
第一系列轴向凹槽22在此具有(作为非限制性示例)四边形的形状，在当前的情形中为矩形。这些凹槽22接纳磁通发生器16，在此是呈条的形式的永磁体24，也是矩形的并且具有基本等于本体长度的长度。在剩余的描述中，这些凹槽被称为“壳体”。
这些壳体22径向地布置在彼此之上，并且与孔18的中心O彼此相距一距离。
从图7中可以更清楚地看到，这些矩形壳体22沿着基本上正交且穿过中心O的轴线XX’和YY’分布。
在图7所示的示例中，每个半轴线OX、OX’；OY、OY’承载三个轴向壳体22，这些壳体长度更大的侧边直于半轴线，并且其侧边尺寸从层合件束的中心O到周界减小。类似地，这些壳体的高度从中心O到该周界减小。
最靠近孔18的壳体22相对于该孔留有材料桥26，而在各个壳体之间留有材料桥28。
离孔18最远的壳体22设置为处于距本体的外周边缘一距离处。
另一系列的凹槽由具有基本恒定的高度且具有倾斜的径向方向的穿孔30构成，其在这些壳体22处开始并且延伸到层合件14的边缘附近。
这些穿孔在壳体22的横向边缘32处开始，并且它们相对于平行于壳体22的线条成角度地升高，从而到达该附近。
如图6所示，倾斜的穿孔相对于壳体对称地布置。更准确地说，一系列的三个倾斜的穿孔设置在半轴线的一侧上，而另一系列的三个倾斜穿孔设置在该半轴线的另一侧上。
因此，每次形成基本上V形的平底的几何形状图形，其中，平底由壳体22形成而V形的倾斜腿由穿孔30形成。因此，在每个半轴线上获得三个叠置的V形形状，它们距彼此一定距离，并且具有从孔到本体的周界减小的高度和宽度尺寸。
因此，除了材料桥28、26之外，在每个V形的倾斜的穿孔之间留有实心部分34，以及在最靠近一系列三个V形的孔的穿孔28与最靠近相邻系列的三个V形的孔的穿孔之间的实心部分36。
因此产生由穿孔形成的磁通屏障46。来自磁体的磁通然后不能行经材料桥和实心部分。
此外，本发明还涉及制造电机的方法。电机包括转子和定子。根据本发明的方法包括以下步骤：
a)堆叠并且优选地固定各层合件以形成转子本体，
b)将转子轴在用于与转子本体配合的至少一段长度上滚花，转子轴的外直径比转子本体的内直径大一值，该值范围在0.05mm至0.3mm之间，
c)通过将转子轴装配到转子本体中来形成转子，以及
d)将转子定位在定子中。
步骤a)和b)能以该顺序同时执行或以相反的顺序执行。
该制造方法可设计为用于制造根据上述实施例中的任一个的电机。
用于该方法的步骤a)的层合件可以类似于图7中所示的层合件。层合件尤其可以用于接纳永磁体。在该情形中，方法可包括将至少一个永磁体插到至少一个层合件上的预备步骤(在堆叠各层合件之前)。
在步骤b)之后获得的转子轴可类似于图1-图3中所示的转子轴。
步骤c)可以允许实现如图5和图6所示的实施例。
有利地，通过使转子轴的构成材料变形来执行转子轴的滚花。例如，滚花可以使用与转子轴接触的滚花工具来实现，或通过在两个滚动体(辊子)或两个齿条之间进行受限制的滚花滚动来实现。
根据本发明的一个实施例，转子轴可设有直滚花。因此可以优化转子轴与转子本体之间的粘附(附着)并且理由更充分地说是扭矩传递。然而，可以在转子轴上产生其它线条，例如斜线或交叉线。
根据本发明的一个实施例，可以执行磨削转子轴的滚花表面的步骤。因此，可以磨削通过滚花形成的脊部(顶部)。磨削允许满足非常严格的公差，这提供了适于扭矩传递的尺寸。
为了确保转子轴与转子本体的固定，可以使用压力机进行装配。压力机施加的力尤其可以根据转子轴和转子本体的直径来确定。

Claims (12)

1.一种电机，所述电机包括转子(10)和定子，所述转子(10)由具有层合件(14)的堆叠的转子本体(4)组成，所述转子本体(4)固定在转子轴(1)上，其特征在于，所述转子轴(1)在用于与所述转子本体(4)配合的至少一段长度上是滚花的(2、2’)，并且所述转子轴(1)的外直径(D1)比所述转子本体(4)的内直径(D4)大出一值，所述值范围在0.05mm至0.3mm之间。
2.如权利要求1所述的电机，其特征在于，所述转子轴(1)是通过直滚花进行滚花(2、2’)的。
3.如前述权利要求中任一项所述的电机，其特征在于，通过使所述转子轴(1)滚花(2’)而形成的脊部被磨削。
4.如前述权利要求中任一项所述的电机，其特征在于，所述层合件(14)是包括孔口(22；30)和/或磁体(24)的大致圆形的层合件。
5.如前述权利要求中任一项所述的电机，其特征在于，所述层合件(14)堆叠并且固定在一起以形成所述转子本体(4)。
6.如前述权利要求中任一项所述的电机，其特征在于，所述电机是可变磁阻同步电机。
7.如前述权利要求中任一项所述的电机，其特征在于，所述转子本体(4)的所述内直径(D4)是光滑的。
8.一种制造包括转子和定子的电机的方法，其特征在于执行以下步骤：
a)堆叠各层合件(14)以形成转子本体(4)，
b)将转子轴(1)在用于与所述转子本体(4)配合的至少一段长度上滚花(2)，所述转子轴(1)的外直径(D1)比所述转子本体(4)的内直径(D4)大一值，所述值范围在0.05mm至0.3mm之间，
c)通过将所述转子轴(1)装配到所述转子本体(4)中形成所述转子(10)，以及
d)将所述转子(10)定位在所述定子中。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述转子轴(1)经受直滚花(2)。
10.如权利要求8或9所述的方法，其特征在于，所述转子轴(1)的滚花表面(2’)被磨削。
11.如权利要求8至10中任一项所述的方法，其特征在于，使用压力机将所述转子轴(1)装配到所述转子本体(4)中。
12.如权利要求8至11中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法包括将至少一个永磁体(24)插到至少一个所述层合件(14)上的预备步骤。
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