CN1950984B - 旋转电机的转子及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的旋转电机的转子铁心(8)是，层叠多片通过冲压铁心用钢片(Z)而得到的冲片(9、9a)来形成的，所述冲片(9、9a)具备有磁轭部分(10)、位于该磁轭部分对面的磁极部分(11)、以及位于所述磁轭部分(10)与所述磁极部分(11)之间的磁铁插入孔(12)，在所述磁极部分(11)的圆周方向的两侧部分形成伸出的伸出部分(11a)。

Description

旋转电机的转子及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种旋转电机的转子及其制造方法，该转子包括转子铁心和磁铁，这种转子铁心是层叠多片通过冲压铁心用钢片而得到的冲片来形成的。
背景技术
如日本国公开专利公报平成8年第182282号中揭示的那样，旋转电机、例如外转子型的永磁式电动机(永磁型电动机)是由在槽中放置线圈而形成大致为圆筒形的定子、以及通过气隙与该定子周围对置的转子组成。在转子的内圆周面上，例如，通过粘接来固定沿着该内圆周面而形成圆弧形的多个磁极用永磁体。由此在转子上形成了磁极。
因为Nd磁铁(钕磁铁)、SmFe磁铁(钐铁磁铁)等的磁特性非常好，所以用来作为旋转电机的磁极用永磁体。但是，要将该Nd磁铁等形成圆弧形，从制造成本方面来说是非常不利的。因此，一般形成长方体。
在使用永磁体作为转子的磁极时，必须将永磁体固定在转子的圆弧形的磁轭部分上。因为上述Nd磁铁等如上所述形成为长方体，所以其形状与上述磁轭部分圆弧形的形状不一样，则不能采用粘接等方法。因此，利用如图10所示的方法来固定。也就是说，在冲压铁心用钢片来形成冲片100时形成磁铁插入孔101，通过层叠多片该冲片100来构成转子铁心。然后，通过沿着箭头A方向、向转子铁心的磁铁插入孔101中插入且嵌进Nd磁铁102，从而对磁轭部分103固定Nd磁铁102。
长方形的磁铁插入孔101是在沿着圆周方向的磁轭部分103与磁极部分104之间形成的，在磁铁插入孔101的短边一侧上形成连接磁轭部分103与磁极部分104的桥接部分105。在向磁铁插入孔101中插入了Nd磁铁102的情况下，必定从磁极部分104通过气隙的磁通量的一部分，通过桥接部分105向磁轭部分103一侧(不同极性一侧)泄漏，成为旋转电机的转矩减少、效率降低的原因。
为了防止这种特性的降低，可考虑将桥接部分105的宽度尺寸设定为较小，达到能够磁饱和的程度。但是，如果这样设定，则在冲压磁轭部分103与磁极部分104的时候，如果通过冲压刀口(没有图示)对磁极部分104施加向磁轭部分103方向的压力，则桥接部分105将不能承受压力而弯曲。结果是产生了新的问题：即磁轭部分103与磁极部分104的相对距离偏移，得不到具有层叠所需要的精度的冲片100。
本发明的目的是提供了一种旋转电机的转子及其制造方法，它能够尽量降低磁铁的磁通量的泄漏，并且能够正确地将磁轭部分与磁极部分进行定位。
发明内容
本发明的旋转电机的转子，其特征在于，包括转子铁心和磁铁，所述转子铁心是在通过冲压铁心用钢片而形成有磁轭部分、位于该磁轭部分对面的磁极部分、以及位于所述磁轭部分与所述磁极部分之间的磁铁插入孔的冲片中，通过层叠多片具有连接所述磁轭部分与所述磁极部分的桥接部分的至少1片的冲片、以及冲掉所述桥接部分的冲片来形成的，所述磁铁插入在所述磁铁插入孔中，在所述磁极部分的圆周方向的两侧部分形成向圆周方向伸出的伸出部分，在向所述磁铁插入孔中插入磁铁的状态下，包含被层叠的所述冲片中不存在所述桥接部分的空隙部分在内将所述磁极部分的相互之间利用树脂来浇铸成型。
另外，在上述旋转电机的转子的制造方法中，本发明的特点是由以下工序组成：对于铁心用钢片、在相当于上述磁极部分的磁极相当部分形成铆接部分的铆接工序；对于上述铁心用钢片、冲压相当于上述磁轭部分的磁轭相当部分与上述磁极相当部分之间而形成磁铁插入孔的插入孔冲压工序；由上述铁心用钢片来冲压上述磁轭相当部分及上述磁极相当部分及连接上述磁轭相当部分与磁极相当部分的桥接相当部分、从而形成冲片的最后冲压工序；层叠多片上述冲片来形成上述转子铁心的层叠工序；在所述转子铁心的磁铁插入孔中插入磁铁的工序；以及在向所述磁铁插入孔中插入磁铁的状态下、包含被层叠的所述冲片中不存在桥接部分的空隙部分在内将所述转子铁心的磁极部分的相互之间利用树脂来浇铸成型的工序。
如采用本发明，则在磁极部分的伸出部分被冲压刀口从前后左右方向夹住而无法移动的状态下，对冲片进行冲压。因此，在磁轭方向上不能移动磁极部分，能够正确地将磁轭部分与磁极部分进行定位。另外，能够将连接磁轭部分与磁极部分的桥接部分的宽度尺寸设定为较小，达到能够磁饱和的程度，能够尽量降低磁铁的磁通量的泄漏。
附图说明
图1是本发明的第1实施例，表示的是转子铁心的结构及磁极用永磁体的插入方法的图。
图2表示的是剖开电动机的一部分的立体图。
图3表示的是冲片的制造工序图。
图4A表示的是在磁轭部分与磁极部分之间没有桥接部分的冲片的一部分的形状图。
图4B表示的是用桥接部分来连接磁轭部分与磁极部分之间的冲片的一部分的形状图。
图5表示的是在最后冲压工序中、图4A所示的冲片与冲压刀口间的平面位置关系图。
图6表示的是在最后冲压工序中、图4B所示的冲片与冲压刀口间的平面位置关系图。
图7表示的是放大转子的一部分的剖开立体图。
图8表示的是本实施例的电动机L与过去结构的电动机M的电流—转矩特性图。
图9表示的是第2实施例的相当于图6的图。
图10表示的是过去例子的相当于图1的图。
标号说明
8是转子铁心，9、9a、9b是冲片，10是磁轭部分，11是磁极部分，11a是伸出部分，12是磁极插入孔，13是桥接部分，16是铆接部分，17是永磁体，18是树脂。
具体实施方式
以下，参照图1～图8来说明关于在外转子型的永磁式电动机中应用本发明的第1实施例。
图2表示的是剖开电动机的一部分的立体图。在该图2中，定子1包括：具有许多呈放射状的T形铁心2的定子铁心3；覆盖该定子铁心3而成形设置的树脂4；以及卷绕在T形铁心2上的定子绕组5。
转子6具有形成上面开口的圆形容器状的磁性体制成的框架7。在该框架7的外圆周部分的开口侧设置了环状壁7a，沿着该环状壁7a的内圆周设置转子铁心8。通过冲压钢片(电磁钢片)Z(参照图3)来形成冲片9，通过层压多片该冲片9来构成这种转子铁心8。这种转子铁心8的制造方法将在后面详细叙述。
图1表示的是转子铁心8的结构及磁极用永磁体17的插入方法。冲片9具有圆环状的磁轭部分10与位于其内圆周侧的磁极部分11，在磁轭部分10与磁极部分11之间形成长方形的磁铁插入孔12。在层叠的冲片9内，对最初被重叠的最下层的冲片9a与最后被层叠的最上层的冲片9a，形成连接磁轭部分10与磁极部分11的桥接部分13。另外，对被最下层的冲片9a与最上层的冲片9a夹住的其它冲片9，则冲掉上述桥接部分13。因此，在被层叠的冲片9中的最下层的冲片9a与最上层的冲片9a之间，形成了不存在桥接部分13的空隙部分13a。
接着，用图3～图8来说明冲片9及转子铁心8的制造方法。
图3表示的是冲片的制造工序图。在图3的上半部分横向表示的是在冲片9的各个制造步骤中的钢片Z的主视图，在其下半部分中表示的是与上述主视图相对应的上述钢片Z的侧面剖视图。在钢片Z的主视图中，斜线表示的是冲头14及冲压刀口15a～15c的大致形状。
对于没有桥接部分13的冲片9，是在最初的步骤S1的切断铆接工序中，解开卷绕的卷筒状的钢片(电磁钢片)Z，利用冲压刀口15a对钢片Z冲掉桥接相当部分13’(桥接部分13)。与此同时，在磁极相当部分11’(磁极部分11)利用冲头14来形成铆接部分16。桥接相当部分13’是连接磁轭相当部分10’(磁轭部分10)与磁极相当部分11’(磁极部分11)的部分。
然后，在步骤S2的插入孔冲压工序中，对于经过上述切断铆接工序的钢片Z，利用冲压刀口15b，冲压位于磁轭相当部分10’与磁极相当部分11’之间的磁极孔相当部分12’，而形成长方形的磁铁插入孔12。经过切断铆接工序与插入冲压工序的钢片Z具有了磁铁插入孔12与铆接部分16。
之后，在步骤S3的最后冲压工序中，用圆环状的冲压刀口15c，冲压该钢片Z的磁轭相当部分10’(磁轭部分10)与磁极相当部分11’(磁极部分11)。但是，在图3中，为了表示方便起见，只表示了冲压圆环状的磁轭相当部分10’的一部分以及与该部分相对的磁极相当部分11’的冲压刀口。图4A表示的是被冲压的冲片9的形状。形成圆环状的磁轭部分10，同时在该磁轭部分10对面的隔着磁铁插入孔12的位置上形成磁极部分11。磁轭部分10与磁极部分11之间不存在着桥接部分13。
与上述冲片9不同，最下层与最上层的冲片9a，在磁轭部分10与磁极部分11之间有桥接部分13。该冲片9a是通过将步骤S1的切断铆接工序改为铆接工序而形成的。也就是说，在步骤S1中，不切断桥接相当部分13’，而只形成铆接部分16，然后进行上述步骤S2与S3。图4B表示的是被冲压的冲片9a的形状。磁轭部分10与磁极部分11通过桥接部分13来连接。
图5、图6分别表示在最后冲压工序中的冲片9、9a与冲压刀口15c之间的平面位置关系图。对于以斜线表示的冲压刀口15c，在冲压磁极部分11与桥接部分13(在图5中只表示残留部分13b)而形成的部分设置夹持部分15ca。通过这样，与磁极部分11的圆周方向的两侧部分，一体形成向该磁极部分11的圆周方向伸出的伸出部分11a。
如上述那样，制造了冲片9、9a之后，在步骤S4的层叠工序中，如图1所示那样层叠形成的冲片9与9a，从而形成转子铁心8。如上述那样，最初先放置冲片9a，在其上面的中间层层叠冲片9，最后再层叠冲片9a。然后，沿着箭头B的方向向各磁铁插入孔12中插入磁极用永磁体17、例如Nd磁铁，在这种状态下，如图7所示那样，利用树脂18在磁极部分11相互间浇铸成型。通过这样来形成转子6。
像这样，在层叠冲片9、9a而构成的转子铁心8中，最下层与最上层的冲片9a、9a具有连接磁轭部分10与磁极部分11的桥接部分13，中间层的冲片9没有桥接部分13。结果是在多片冲片9被上下两片冲片9a、9a夹住且铆接的状态下，在相当于中间层的桥接部分13的部分产生空隙部分13a(参照图1)。因为该空隙部分13a隔断了从插入磁铁插入孔12的永磁体17形成的磁极部分11到磁轭部分10的磁通，所以能够大幅度减少通过桥接部分13的从磁极部分11到磁轭部分10的漏磁通。通过这样，能够尽量防止由于磁通泄漏而引起的电动机的转矩减少、和效率的降低。
图8表示的是本实施例的电动机L与过去结构的电动机M的电流—转矩特性。知道了无论是在哪一个电流值的情况下，本实施例的电动机L的转矩都高于过去的电动机M，不仅是转矩特性，而且电动机的效率也提高了。
在本实施例中，在制造冲片9的时候，预先在步骤S1的切断铆接工序中切断桥接相当部分13’。因此，若是原来，在步骤S3的最后冲压工序中利用冲压刀口15c来冲压磁极部分11的时候，如果对该磁极部分11施加向磁轭部分10的方向的压力，则认为该磁极部分11能不受任何的约束力，而向磁轭部分10的方向移动。
为了解决这个问题，本实施例中在磁极部分11形成了伸出部分11a。因此，如图5所示，在最后冲压工序中，冲压刀口15c的夹持部分15ca从前后左右方向将钢片Z的磁极部分11的周围包围住。结果是磁极部分11被约束，其在保持不动的状态下被冲压。通过这样，即使是没有桥接部分13的冲片9a，冲压时磁极部分11也不会向磁轭部分10的方向移动，从而使磁极部分11与磁轭部分10的定位正确，得到高精度的冲片9。
而且，磁极部分11的伸出部分11a的长度(伸出长度)最好设定为各磁极部分11的圆周方向的宽度的2～10％。如果不足2％，则在利用冲压刀口15c来包围磁极部分11时的定位精度将略有下降，如果超过10％，则有可能在磁极部分11相互间产生磁通的泄漏。
另外，在本实施例中，对最上层与最下层的冲片9a残留着桥接部分13，利用这些具有高强度的冲片9a、9a来夹住没有桥接部分13的冲片9，再通过铆接来固定。因此，能够防止被层叠的不具有桥接部分13的冲片9散失，同时也能够提高转子铁心8整体的强度。
接着，参照图9来说明关于本发明的第2实施例。
图9表示的是在最后冲压工序中的冲片9b与冲压刀口15c的平面位置关系，对于与图6相同的部分，使用相同的标号。
在本实施例的冲片9b的制造工序中，最初在步骤S1的铆接工序中形成铆接部分16。这时不进行桥接部分13(参照图6)的切断。然后，经过步骤S2的插入孔冲压工序后，进入步骤S3的最后冲压工序，利用冲压刀口15c的伸出部分15cb来形成桥接部分20，同时对冲片9b进行冲压。该桥接部分20与图6所示的桥接部分13不同，形成宽度很小的尺寸，使得能够磁饱和。因此，对于本实施例，在步骤S4的层叠工序中仅仅层叠上述冲片9b来构成转子铁心8。
如采用本实施例，则由于冲压刀口15c的夹持部分15ca从前后左右方向将钢片Z的磁极部分11的周围包围住，所以磁极部分11在保持不动的状态下被冲压。因此能够正确地将冲片9b的磁轭部分10与磁极部分11的相对距离进行定位。另外，利用桥接部分20的磁饱和，能够抑制通过该桥接部分20的磁通的泄漏。通过这样，能够保持一定程度的转子铁心8的强度，同时能够尽量防止电动机转矩的减少、和效率的降低。
另外，本发明不限定于上述的各实施例，也能够用于下面那样的变化。
在层叠工序中，最好至少层叠1片具有连接磁轭部分10与磁极部分11的桥接部分13的冲片9a。在使用1片冲片9a时，只要使层叠方向的大致中间处含有冲片9a，以该冲片9a作为基准来铆接固定其他的冲片9即可。如采用这种结构，则能够得到整体具有强度的转子铁心8。另外，因为桥接部分13的截面积进一步减少，所以能够进一步降低漏磁通。结果是能够更加确实地防止电动机转矩的减少、和效率的降低。再者，即使具有桥接部分13的冲片9a位于层叠方向上的任何地方，也都能够得到同样的效果。
磁极用永磁体17也能够采用SmFe磁铁(钐铁磁铁)等。
工业上的实用性
如上所述，与本发明相关的旋转电机的转子铁心及其制造方法对于外转子型或内转子型的永磁式电动机都可用。

Claims (8)

1.一种旋转电机的转子，其特征在于，包括转子铁心(8)和磁铁(17)，
所述转子铁心(8)是在通过冲压铁心用钢片(Z)而形成有磁轭部分(10)、位于该磁轭部分(10)对面的磁极部分(11)、以及位于所述磁轭部分(10)与所述磁极部分(11)之间的磁铁插入孔(12)的冲片(9、9a、9b)中，通过层叠多片具有连接所述磁轭部分(10)与所述磁极部分(11)的桥接部分(13)的至少1片的冲片(9a)、以及冲掉所述桥接部分(13)的冲片(9)来形成的，
所述磁铁(17)插入在所述磁铁插入孔(12)中，
在所述磁极部分(11)的圆周方向的两侧部分形成向圆周方向伸出的伸出部分(11a)，
在向所述磁铁插入孔(12)中插入磁铁(17)的状态下，包含被层叠的所述冲片中不存在所述桥接部分(13)的空隙部分(13a)在内将所述磁极部分(11)的相互之间利用树脂(18)来浇铸成型。
2.如权利要求1中所述的旋转电机的转子，其特征在于，
在最下层与最上层被层叠的冲片(9a)具有所述桥接部分(13)。
3.如权利要求1中所述的旋转电机的转子，其特征在于，
所述伸出部分(11a)的伸出长度在所述各磁极部分(11)的圆周方向长度的2％～10％的范围内。
4.一种旋转电机的转子的制造方法，所述转子包括转子铁心(8)和磁铁(17)，
所述转子铁心(8)是在冲片(9、9a、9b)中通过层叠多片具有连接所述磁轭部分(10)与所述磁极部分(11)的桥接部分(13)的至少1片的冲片(9a)、以及冲掉所述桥接部分(13)来形成的，所述冲片(9、9a、9b)形成有磁轭部分(10)、位于该磁轭部分(10)对面的磁极部分(11)、以及位于所述磁轭部分(10)与所述磁极部分(11)之间的磁铁插入孔(12)，
所述磁铁(17)插入在所述磁铁插入孔(12)中，
在所述磁极部分(11)的圆周方向的两侧形成向圆周方向伸出的伸出部分(11a)，其特征在于，包括以下工序：
对于铁心用钢片(Z)、在相当于所述磁极部分(11)的磁极相当部分(11’)形成铆接部分(16)的铆接工序；
对于所述铁心用钢片(Z)、冲压相当于所述磁轭部分(10)的磁轭相当部分(10’)与所述磁极相当部分(11’)之间而形成磁铁插入孔(12)的插入孔冲压工序；
由所述铁心用钢片(Z)来冲压所述磁轭相当部分(10’)及所述磁极相当部分(11’)及连接所述磁轭相当部分(10’)与磁极相当部分(11’)的桥接相当部分(13’)、从而形成冲掉所述桥接部分(13)的所述冲片(9)的最后冲压工序；
层叠多片所述冲片(9、9a、9b)来形成所述转子铁心(8)的层叠工序；
在所述转子铁心(8)的磁铁插入孔(12)中插入磁铁(17)的工序；以及
在向所述磁铁插入孔(12)中插入磁铁(17)的状态下、包含被层叠的所述冲片中不存在所述桥接部分(13)的空隙部分(13a)在内将所述转子铁心(8)的磁极部分(11)的相互之间利用树脂来浇铸成型的工序。
5.一种旋转电机的转子的制造方法，所述转子包括转子铁心(8)和磁铁(17)，
所述转子铁心(8)是通过层叠多片冲片(9、9a、9b)来形成的，该冲片(9、9a、9b)形成有磁轭部分(10)、位于该磁轭部分(10)对面的磁极部分(11)、以及位于所述磁轭部分(10)与所述磁极部分(11)之间的磁铁插入孔(12)，
所述磁铁(17)插入在所述磁铁插入孔(12)中，
在所述磁极部分(11)的圆周方向的两侧形成向圆周方向伸出的伸出部分(11a)，其特征在于，包括以下工序：
对于铁心用钢片(Z)、切断连接相当于所述磁轭部分(10)的磁轭相当部分(10’)与相当于所述磁极部分(11)的磁极相当部分(11’)的桥接部分(13’)，同时在所述磁极相当部分(11’)形成铆接部分(16)的切断铆接工序；
对于铁心用钢片(Z)、冲压所述磁轭相当部分(10’)与所述磁极相当部分(11’)之间来形成所述磁铁插入孔(12)的插入孔冲压工序；
由所述铁心用钢片(Z)来冲压所述磁轭部分(10)与所述磁极部分(11)而形成冲片(9)的最后冲压工序；
层叠多片所述冲片(9)来形成所述转子铁心(8)的层叠工序；
在所述转子铁心(8)的磁铁插入孔(12)中插入磁铁(17)的工序；以及
在向所述磁铁插入孔(12)中插入磁铁(17)的状态下、包含被层叠的所述冲片中不存在桥接部分(13)的空隙部分(13a)在内将所述转子铁心(8)的磁极部分(11)的相互之间利用树脂来浇铸成型的工序，
在所述层叠工序中，至少包含1片具有连接所述磁轭部分(10)与所述磁极部分(11)的桥接部分(13)的冲片(9a)。
6.如权利要求5中所述的旋转电机的转子的制造方法，其特征在于，
在所述层叠工序中，在最初与最后层叠的冲片(9a)具有连接所述磁轭部分(10)与所述磁极部分(11)的桥接部分(13)。
7.如权利要求4中所述的旋转电机的转子的制造方法，其特征在于，
所述伸出部分(11a)的伸出长度在所述各磁极部分(11)圆周方向的长度的2％～10％的范围内。
8.如权利要求5中所述的旋转电机的转子的制造方法，其特征在于，
所述伸出部分(11a)的伸出长度在所述各磁极部分(11)的圆周方向长度的2％～10％的范围内。
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