专利名称：用于旋转电机的转子及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种用于旋转电机的转子及其制造方法，并且更具体地，本发明涉及一种这样的用于旋转电机的转子和一种制造这样的用于旋转电机的转子的方法，所述转子具有多个永磁体，所述多个永磁体沿着圆周方向间隔开埋入在转子铁芯的外周侧上。
背景技术：
例如，日本专利申请公开No. 2005-124333 (JP-A-2005-124333)公开了一种设有转子铁芯的传统的转子，其中沿着圆周方向均匀间隔开地设置有多个磁极，每个所述磁极都具有布置成V状结构的两个永磁体。沿着径向方向向内突出的键设置在轴孔的边缘部分处，所述轴孔形成在圆柱形转子铁芯的中心部分中。当轴穿过轴孔并且被固定时，该键配合键槽，所述键槽以沿着轴向方向延伸的方式形成在轴的表面上。结果，确定转子铁芯相对于 轴的圆周方向的位置。在JP-A-2005-124333的转子中，必须事先在由钢棒制成的轴的表面上切割出键槽。这是一个增加转子制造成本的因素。或者，轴可以不通过键配合而是通过过盈配合(也称为冷缩配合)固定到转子铁芯的轴孔。这是有利的，因为不必在轴中形成键槽，并且可以成比例地降低制造成本。然而，由于现在在转子铁芯的轴孔中没有键，所以在通过堆叠已冲压成圆环状形状的多个磁钢片而组装转子铁芯时，不存在构成圆周方向的基准的部分，并且难以确保堆叠钢片时的精度。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于旋转电机的转子并且提供一种制造用于旋转电机的所述转子的方法，所述转子能够在堆叠钢片时以良好精度进行圆周方向的定位，同时无需用于轴的定位键。根据本发明的第一方面的用于旋转电机的转子包括转子铁芯，所述转子铁芯是钢片堆叠件，所述钢片堆叠件在其中心部分中具有轴孔，所述轴孔构造成使得轴穿过轴孔并且固定到轴孔，并且所述转子铁芯具有多个磁极，所述多个磁极在转子铁芯的外周上沿着圆周方向间隔开设置，所述多个磁极中的每个都包括永磁体和磁通抑制孔，所述磁通抑制孔调节来自永磁体的磁通流，其中，至少一个磁极的磁通抑制孔的形状与另一个磁极的磁通抑制孔的形状不同。在根据本发明的第一方面的用于旋转电机的转子中，确定转子铁芯的沿着圆周方向的位置的定位部分可以突出地设置在所述至少一个磁极的磁通抑制孔的边缘部分处。在根据本发明的第一方面的用于旋转电机的转子中，定位部分可以沿着转子铁芯的径向方向设置在磁通抑制孔的内周侧的边缘部分处，从而沿着径向方向向外突出。此外，在根据本发明的第一方面的用于旋转电机的转子中，磁极中的每个都可以具有两个永磁体，所述两个永磁体布置成使得两个永磁体之间的间距沿着转子铁芯的径向方向朝向外周变宽；并且磁通抑制孔可以在沿着径向方向的内周侧上在两个永磁体的端部部分之间形成在靠近沿着径向方向的内周侧的位置处，并且磁通抑制孔可以具有两个基本三角形的第一孔，所述两个基本三角形的第一孔与用于将永磁体插入到转子铁芯中的磁体插入孔连通；和基本矩形的第二孔，所述基本矩形的第二孔形成在两个第一孔之间，其中桥部分插置在第二孔和第一孔之间。根据本发明的第二方面的制造用于旋转电机的转子的方法是一种制造用于旋转电机的转子的方法，所述转子包括多个磁极，每个所述磁极都具有永磁体和磁通抑制孔，磁极沿着圆周方向等距地设置在转子铁芯的外周上，所述转子铁芯是钢片堆叠件，所述方法包括以下步骤通过使用定位部分作为基准堆叠多个圆环状的磁钢片而组装转子铁芯，所述多个圆环状的磁钢片中的每个中都形成有磁体插入孔和磁通抑制孔，所述定位部分突出地设置在磁通抑制孔的边缘部分处；将铁磁体布置到已组装的转子铁芯的磁体插入孔中；将轴固定到布置有铁磁体的转子铁芯；通过模制树脂将铁磁体固定在固定有轴的转子铁芯中；以及，将固定有轴的转子铁芯放置在磁化装置中，并且磁化铁磁体，以将铁磁体形成为永磁体。 在根据本发明的第二方面的制造用于旋转电机的转子的方法中，在将转子铁芯放置到磁化装置中的过程中，可以使用定位部分来确定转子铁芯的圆周方向的位置。在由钢片堆叠件制成的转子铁芯中，将至少一个磁极的磁通抑制孔的形状形成为不同于其它磁极的磁通抑制孔的形状，使得在堆叠钢片期间，可以将不同形状的所述一个磁通抑制孔用作沿着圆周方向定位的基准点。结果，能够通过以良好的精度堆叠磁钢片来组装转子铁芯，并且同时通过消除轴孔中的键和轴中的键槽来降低转子的制造成本。
以下将参照
本发明的示例性实施例的特征、优点以及技术意义和工业意义，其中相同的附图标记表示相同的元件，并且其中图I是作为本发明的一个实施例的用于旋转电机的转子(以下也简称为转子)的沿着轴向方向得到的纵向剖视图；图2是示出了构成图I的转子的转子铁芯的轴向端面的示意图；图3是以放大方式示出图2中的一个磁极的局部放大图；以及图4是示出了在本发明的一个实施例中制造转子的方法的流程图。
具体实施例方式以下将参照附图详细地说明本发明的实施例。在以下说明中，具体的形式、材料、数值、方向等等仅仅是用于帮助理解本发明的示例，并且可以依据预定的应用、目的、规格等被适当地修改。图I示出了沿着本实施例的用于旋转电机10的转子的轴向方向得到的纵向剖视图。围绕转子10设置有管状定子(未示出)。定子形成用于旋转驱动转子10的磁场。转子10包括转子铁芯12，所述转子铁芯12具有圆筒形形状或具有中心孔的圆 柱形形状；轴14，所述轴14穿过转子铁芯12的中心孔并且被固定；端板16，所述端板16在转子铁芯的沿着轴14(和转子铁芯12)的由箭头X表示的轴向方向的两侧上与转子铁芯12接触地布置；和固定构件18，所述固定构件18将端板16中的一个和转子铁芯12固定到轴14。
转子铁芯12通过沿着轴向方向堆叠多个磁钢片而构造，所述多个磁钢片中的每个都通过将例如O. 3_厚的硅钢片或类似物冲压成圆环状的形状而形成。构成转子铁芯12的磁钢片通过以下方法成一体地彼此连结起来，所述方法包括把所有磁钢片集中地或者通过将转子铁芯12沿着轴向方向分成多个块的方式进行压接(crimping)、粘结、焊接等。多个磁极沿着圆周方向以相等的间距设置在转子铁芯12上。如以下详细地解释的那样，每个磁极都具有多个永磁体和磁通抑制孔。轴14由圆钢棒形成。在轴14的外周上形成有凸缘部分15，以便使凸缘部分15沿着径向方向向外突出。凸缘部分起到止动件的作用，所述凸缘部分在转子10组装期间通过抵靠在端板16上而确定转子铁芯12在轴14上的轴向位置。在本实施例中，转子铁芯12通过过盈配合固定到轴14上，并且因此在轴14的外表面上没有形成键槽。结果，在轴14中不需要切割出键槽。这样能够降低轴14的制造成本，并且由此能够降低转子10的制造成本。端板16由圆盘制成，所述圆盘的外部形状与转子铁芯12的轴向端面的外部形状基本相同。更优选地，端板16由非磁性的金属材料例如铝、铜等制成。本文使用非磁性的金属材料以用于抑制在构成磁极的永磁体的轴向端部部分处发生磁通短路。假如端板16的材料是非磁性的材料，则端板16不局限于金属材料，并且可以由树脂材料形成。设置在转子铁芯12的沿着轴向方向的两个端部上的端板16具有例如从两个端部挤压转子铁芯12的功能、在组装转子10之后通过局部切割加工校正转子10中的不平衡的功能、以及防止构成磁极的永磁体将沿着轴向方向脱离转子铁芯12的功能。在本实施例中，端板16被解释为并且在附图中被示出为具有与转子铁芯12的直径基本相同的直径。然而，端板16的直径可以例如制得更小，或者端板16可以被省略，以在例如构成磁极的永磁体借助树脂等等固定到转子铁芯的内部的情况下节约成本。固定构件18具有压接部分20和挤压部分22，所述压接部分20具有管状形状，所述挤压部分22沿着径向方向从压接部分20的一个端部部分向外突出。在转子铁芯12和两个端板16被挤压部分22压靠在凸缘部分15上的状态中，固定构件18通过将压接部分20压接在轴14上而固定到轴14。结果，转子铁芯12固定到端板16和轴14。接下来将参照图2和3解释转子铁芯12的构造。图2是示出了转子铁芯12的轴向端面的示意图，但是转子铁芯12的垂直于轴向方向的任何横截面的构造都与该图所示的构造相同。图3是图2的一个磁极24的放大图。图2中的符号“N”和“S”指示在永磁体最终磁化之后的磁极的极性，但是这些符号实际上没有显示在转子铁芯12的端面上。穿过具有圆柱形外部形状的转子铁芯12的中心部分形成用于插入和固定轴14的轴孔23。如上所述，轴孔23是圆形的，并且在轴孔23的边缘部分处没有形成键。在转子铁芯12的外周处沿着圆周方向等间距地设置有多个(在本实施例中是八个)磁极24。每个磁极24都具有磁通抑制孔28和两个永磁体26。每个永磁体26都在外周面13附近被埋入在转子铁芯12的内侧。在与N极对应的磁极24的磁通抑制孔28中的一个中设置有定位部分30。依据存在或不存在定位部分30，上述一个磁极24的磁通抑制孔28的形状与另一个磁极24的磁通抑制孔28的形状不同。除了定位部分30以外，N磁极的构造和S磁极的构造是相同的。
参照图3,两个永磁体26设置在一个磁极24中。两个永磁体26具有相同的尺寸和形状。具体地，永磁体26形成为具有与转子铁芯12的轴向长度基本相同的轴向长度，并且具有长矩形的轴向端面(和横截面)，每个所述长矩形的轴向端面都具有两个短边和两个长边。永磁体26沿着短边侧面在厚度方向上磁化。在图3的示例中，两个永磁体26的内部的相对的侧面被磁化成N极，而两个永磁体26的外部的背侧面被磁化成S极。两个永磁体26插入到相应的磁体插入孔32中，以被固定和埋入在磁极24中。结果，两个永磁体26布置成基本V状的形式，或者布置成表示“八”的日本汉字字符的形式，其中两个磁体的间距朝向转子铁芯12的外周面13 变宽。永磁体26从轴向方向插入形成在转子铁芯12中的磁体插入孔32中，并且例如借助热固性树脂固定，所述热固性树脂被注射到形成在永磁体26的长边侧面与磁体插入孔的内壁面之间的窄间隙中。永磁体26布置在使得永磁体的短边侧面基本沿着转子铁芯12的外周面13延伸的位置中。在每个磁体插入孔32的外周侧处形成与磁体插入孔32连通的袋状部分34。袋状部分34形成为沿着永磁体26的短边侧面在轴向方向上延伸。袋状部分34在其内部具有空隙，所述空隙的导磁率低于磁钢片的导磁率。因此，袋状部分34具有抑制在永磁体26的沿着纵向方向的外周端部部分处发生磁通短路的功能。用于固定永磁体26的树脂可以经由袋状部分34注射到永磁体26的长边侧面与磁体插入孔32的内壁面之间。上述磁通抑制孔28中的每个都在磁极24中的两个永磁体26的内周侧端部部分之间形成在靠近内周(图3的底部)的位置处。磁通抑制孔28在其内部具有空隙段，所述空隙段的导磁率低于磁钢片的导磁率。因此，磁通抑制孔28具有抑制或者改变由永磁体26所产生的磁通流(以及从定子进入转子铁芯中的磁通流，未示出)的功能。在本实施例中，每个磁通抑制孔28都由两个第一孔28a和一个第二孔28b构成。第一孔28a形成为与插入有永磁体26的磁体插入孔32的内周侧端部部分连通。第一孔28a形成为具有镜像对称的基本三角形的形状。第一孔28a具有在内周侧上抑制在永磁体26的纵向端部部分处发生磁通短路的功能。用于固定永磁体26的树脂可以经由第一孔28a注射到磁体插入孔32中。基本矩形的第二孔28b借助插置在第二孔28b和第一孔之间28a的桥部分36形成在两个第一孔28a之间。每个第二孔28b都在两个永磁体26沿着圆周方向的中间位置处与外周面13相对。第二孔也在其内部具有空隙段，所述空隙段的导磁率低于磁钢片的导磁率。因此，第二孔具有使在永磁体26的相对的正侧面(即，N极侧)处产生的磁通朝向外周定向的功能。第二孔还可以保持在磁极24的沿着圆周方向的中心位置处的d轴电感Ld较小。结果，能够有效地增加在使用转子10的旋转电机中的总转矩，即，磁力矩和磁阻转矩的总和。定位部分30在第二孔28b的内周侧边缘部分处形成为朝向外周突出的较小的矩形。定位部分30形成在构成转子铁芯12的每个磁钢片处。结果，在通过沿着轴向方向堆叠磁钢片来组装转子铁芯12期间，通过使用定位部分30(代替传统轴孔的键)作为基准，能够沿着圆周方向以良好的精度定位磁钢片，然后堆叠磁钢片。优选地，定位部分30形成在第二孔28b的内周侧边缘部分处。这是因为如果定位部分30形成在第二孔28b的外周侧边缘部分处，则d轴电感Ld增大，这将导致磁阻转矩下降。另一个原因是如果定位部分30形成在桥部分36处，这些桥部分36是第二孔28b的沿着周向的边缘部分，则在由于将模制树脂注射到第一孔中的注射压力而使桥部分36发生扭曲时，将可能会失去随后参照定位部分执行的在圆周方向上定位转子铁芯12的精度。在本实施例中，定位部分30设置在八个磁极24之中的一个磁极24处。预定数量的磁钢板沿着同一方向堆叠，以形成四个分离块式(split-block)的转子铁芯部分，四个分离块式的转子铁芯部分沿着圆周方向彼此90°偏移地堆叠，并且连结在一起以产生组件，其中可以看到定位部分30处于90°的间隔，如图2中所示。以这样的方式执行堆叠允许消除由磁钢片厚度误差所产生的转子铁芯12的外周中的组合的轴向长度误差。因而，可以容易地识别具有可见的定位部分30的磁极24，即使没有标记来表述所述磁极24是N磁极也是这样。已经在定位部分设置在多个磁极之中的仅一个磁极处的实施例中解释了示例。然而，实施例不局限于此，并且定位部分可以设置在两个或更多个磁极处。在本实施例的转子10中，如上所述，具有钢片堆叠件的转子铁芯12中的一个磁极 24的磁通抑制孔28的形状，由于定位部分30的存在而与其它磁极24的磁通抑制孔28的形状不同地形成。因此，能够使用具有不同形状的上述一个磁通抑制孔28作为堆叠钢片时的圆周方向的定位部位。结果，转子铁芯12可以通过在较好的精度下堆叠磁钢片而组装起来，并且同时可以通过除去轴孔23中的键和轴14中的键槽而降低转子10的制造成本。可以通过如上所述由包括两个桥部分36的三个孔28a、28a、28b构造磁通抑制孔28来抑制转子铁芯12的磁极部分中的离心耐受强度(centrifugal resistancestrength)和转矩耐受强度(torque resistance strength)的降低。在由模制树脂固定永磁体26期间，定位部分30可以用于使用夹具来确定转子铁芯12在模制模具中的沿着圆周方向的位置。如果转子铁芯12通过流过第二孔28b的冷却油来冷却，则与冷却油接触的接触面积因为存在定位部分而增大。这允许提闻冷却效率。接下来将参照图4说明制造转子10的方法。首先，在步骤SlO中组装转子铁芯12。具有按照如上所述的方式形成的一个定位部分的磁钢片沿着轴向方向堆叠，同时沿着圆周方向精确地定位，并且继而成一体地彼此连结起来。接下来，在步骤S12中，将铁磁体插入到转子铁芯12中。铁磁体在磁化之前用作磁体中间体。接下来，在步骤S14中，将转子铁芯12固定到轴14。这里，转子铁芯12通过过盈配合或冷缩配合附装到轴14而固定。此时，磁体中间体处于磁化之前的阶段，因此不会出现热去磁的问题。然后，在步骤S16中，固定到轴14的转子铁芯12中的铁磁体通过模制树脂固定。如在上述情况中那样，磁体中间体处于磁化之前的阶段，因此，如果热固性树脂用作模制树月旨，则在树脂热固化时不会出现热去磁的问题。在步骤S18中，固定到轴14的转子铁芯12设置在磁化装置内部，并且上述铁磁体被磁化，以产生永磁体26。在本实施例中，为与N极对应的磁极24设置定位部分30。因此，可以准确地将转子铁芯12设定在磁化装置中，同时通过参照定位部分30而检查圆周方向的位置。因而，永磁体26被磁化，以完成转子10的制造。
可以对具有上述构造的实施例进行多种修改和改进。在上述解释中，例如，在一个磁极24中包含两个永磁体26，但是可替代地，可以通过在外周面13附近的位置处埋入另一个永磁体40而在一个磁极24中包含三个永磁体，所述位置是磁极24沿着圆周方向的中心位置，如由图3中的虚线所指示。或者，在一个磁极中可以包含四个或者更多个永磁体。在上述解释中，在一个磁极24中设置定位部分30，所述定位部分30是一个矩形突起。然而，定位部分的形状和每个磁极的定位部分的数量可以按需修改。同样，构成磁通抑制孔的孔的形状和数量可以按需修改。在上述解释中，定位部分构造为形成在孔边缘部分处的突起，但是定位部分可以构造为形成在孔边缘部分中的凹陷部或凹口。
已经参照仅用于例示目的的示例性实施例说明了本发明。应当理解，上述说明并不是详尽的，并且不限制本发明的形式，而且本发明可以适于用在其它系统和应用中。本发明的范围包含本领域的技术人员可以想到的多种修改和等同布置。
权利要求
1.一种用于旋转电机的转子(10)，其特征在于，所述转子包括 转子铁芯(12)，所述转子铁芯是钢片堆叠件，所述钢片堆叠件在其中心部分具有轴孔(23)，所述轴孔构造成使得轴穿过所述轴孔并且固定到所述轴孔，所述转子铁芯具有多个磁极(24)，所述多个磁极在所述转子铁芯的外周上沿着圆周方向间隔开设置，所述多个磁极(24)中的每个都包括永磁体(26)和磁通抑制孔(28)，所述磁通抑制孔调节来自所述永磁体(26)的磁通流，其中， 至少一个磁极(24)的磁通抑制孔(28)的形状与另一个磁极(24)的磁通抑制孔(28)的形状不同。
2.根据权利要求I所述的用于旋转电机的转子，其中，定位部分(30)突出地设置在所述至少一个磁极(24)的磁通抑制孔(28)的边缘部分处，所述定位部分确定所述转子铁芯(12)的沿着所述圆周方向的位置。
3.根据权利要求2所述的用于旋转电机的转子，其中，所述定位部分(30)沿着所述转子铁芯(12)的径向方向设置在所述磁通抑制孔(28)的内周侧的边缘部分处，以便沿着所述径向方向向外突出。
4.根据权利要求I至3中的任一项所述的用于旋转电机的转子，其中 所述磁极(24)中的每个都包括两个永磁体(26)，所述两个永磁体以使所述两个永磁体之间的间距沿着所述转子铁芯(12)的径向方向朝向外周变宽的方式设置；并且 所述磁通抑制孔(28)形成在靠近沿着所述径向方向的内周侧并且在沿着所述径向方向的所述内周侧上位于所述两个永磁体(26)的端部部分之间的位置处，并且所述磁通抑制孔包括两个基本三角形的第一孔(28a)，所述两个基本三角形的第一孔与用于将所述永磁体(26)插入到所述转子铁芯(12)中的磁体插入孔(32)连通；和基本矩形的第二孔(28b)，所述基本矩形的第二孔形成在两个所述第一孔之间，并且桥部分(36)插置在所述第二孔(28b)和所述第一孔(28a)之间。
5.一种制造用于旋转电机的转子的方法，所述转子包括多个磁极(24)，每个所述磁极都具有永磁体(26)和磁通抑制孔(28)，所述磁极(24)沿着圆周方向等距地设置在转子铁芯(12)的外周上，所述转子铁芯是钢片堆叠件，其特征在于，所述方法包括 通过使用定位部分(30)作为基准堆叠多个圆环状的磁钢片而组装所述转子铁芯(12)，其中，所述多个圆环状的磁钢片中的每个中都具有磁体插入孔(32)和磁通抑制孔(28)，所述定位部分突出地设置在所述磁通抑制孔(28)的边缘部分处； 将铁磁体布置到已组装的所述转子铁芯(12)的所述磁体插入孔(32)中； 将轴固定到布置有所述铁磁体的所述转子铁芯(12)； 通过模制树脂将所述铁磁体固定在固定有所述轴的所述转子铁芯(12)中；以及 将固定有所述轴的所述转子铁芯(12)放置在磁化装置中，并且磁化所述铁磁体，以将所述铁磁体形成为永磁体(26)。
6.根据权利要求5所述的制造用于旋转电机的转子的方法，其中，在将所述转子铁芯(12)放置到所述磁化装置中的过程中，使用所述定位部分(30)确定所述转子铁芯(12)的沿着圆周方向的位置。
全文摘要
用于旋转电机的转子及其制造方法。所述转子包括多个磁极(24)，所述多个磁极在转子铁芯(12)的外周上沿着圆周方向间隔开设置，所述转子铁芯是钢片堆叠件，所述钢片堆叠件在其中心部分中具有轴孔，所述轴孔构造成使得轴穿过轴孔(23)并且固定到该轴孔。磁极(24)中的每个都具有两个永磁体(26)和磁通抑制孔(28)，所述磁通抑制孔调节来自永磁体(26)的磁通流，并且多个磁极形成为使得依据存在或不存在定位部分(30)，至少一个磁极(24)的磁通抑制孔(28)的形状与另一个磁极(24)的磁通抑制孔(28)的形状不同。
文档编号H02K15/03GK102629791SQ20121002745
公开日2012年8月8日 申请日期2012年2月2日 优先权日2011年2月3日
发明者佐野新也, 山岸义忠, 渡边裕太 申请人:丰田自动车株式会社