專利名稱：旋轉電機的轉子鐵芯的制作方法
技術領域：
本發明涉及層疊多張芯板而形成的旋轉電機的轉子鐵芯，詳細而言，涉及其鉚接構造。
背景技術：
通常，公知有一種旋轉電機的轉子鐵芯，其是為了減少渦電流的產生而通過層疊沖裁電磁鋼板而成的芯板形成的。以往，提出有層疊多張這樣的芯板(鐵芯用沖壓板9)而成的轉子鐵芯(旋轉件鐵芯8)，其中，利用沖頭在芯板9形成圓形的鉚接部16，并通過暗銷鉚接將被層疊了的芯板彼此鉚接(例如，參照專利文獻I)。然而，如上述專利文獻I那樣，為了層疊芯板形成轉子鐵芯而需要多張芯板，但若芯板的形狀為圓環形狀，則在從母材上沖裁芯板時，不能使用圓環的中心部而導致成品率較低。因此，通過連結多張分割該芯板而成的芯板片而形成芯板，并且以使芯板片的接縫的相位(圓周方向的位置)錯開的方式層疊芯板(所謂砌磚操作)而形成轉子鐵芯(參照專利文獻2)。而且，若這樣對芯板片進行砌磚操作形成轉子鐵芯，并且利用暗銷鉚接將芯板彼此鉚接，則能夠形成成品率高、且能夠以單體保持其形狀的轉子鐵芯。專利文獻1:日本特開2010-142114號公報專利文獻2 日本特開2002-262496號公報然而，若連結芯板片形成上述芯板，則在轉子鐵芯旋轉時基于作用于各層的芯板片的每一個的離心力，而朝向芯板的圓周方向在鉚接部產生大的應力。另外，在圓形的鉚接部上會由于被鉚接而在其整周產生拉伸的殘留應力，從而在基于鉚接部的離心力產生應力的部分，作用有上述拉伸的殘留應力和基于離心力引起的應力兩方的應力。因此，為了將轉子鐵芯的旋轉強度保持為必要的強度，與不分割芯板地形成轉子鐵芯的情況相比，需要提高上述鉚接部的強度。為了提高鉚接部的強度，可以考慮增大基于上述離心力引起的應力以及殘留應力所作用的面積，并分散承受上述應力，但若增大圓形的鉚接部的直徑則需要增大轉子鐵芯在徑向的寬度，從而存在轉子鐵芯變大的擔憂，并且存在成品率變差的問題。另一方面，在增厚轉子鐵芯，由此增大基于離心力引起的應力以及殘留應力所作用的面積的情況下，存在產生的渦電流變大，導致旋轉電機的效率降低的問題。
發明內容
因此，本發明的目的在于提供一種轉子鐵芯，其分離承受基于鉚接部的離心力引起的應力的部分和產生殘留應力的部分，由此解決了上述課題。本發明提供一種旋轉電機的轉子鐵芯，構成為，所述轉子鐵芯是通過層疊多張圓環形的芯板(2)而形成的，并且通過連結均等地分割上述芯板(2)而成的圓弧形的芯板片(3)形成上述芯板(2)的一層，并且每隔規定張數的上述芯板使上述芯板片(3)的接縫(DpD2)在圓周方向的位置在上述芯板(2)的層疊方向上不同，上述旋轉電機的轉子鐵芯的特征在于，上述芯板片(3)具有凸部(11)，其形成于上述芯板片(3)的一面并且圓周方向(C)的端部形成為圓弧形狀；和凹部(12)，其形成于上述芯板片(3)的另一面，并在上述芯板(2)被層疊時與另一層的芯板片(3)的凸部(11)配合并且圓周方向(C)的形成為圓弧形狀，使上述凸部(11)在上述芯板(2)的徑向(R)的寬度(Wj比上述凹部(12)在上述芯板(2)的徑向(R)的寬度(Wr1)大，并使上述凸部(11)以及凹部(12)在徑向(R)的配合形成為過盈配合，并且，使上述凸部(11)在上述芯板(2)的圓周方向(C)的寬度(We2)比上述凹部(12)在上述芯板(2)的圓周方向(C)的寬度(Wcl)小，并使上述凸部(11)以及凹部(12)在圓周方向的配合形成為間隙配合。此外，上述括號內的標記用于與附圖對照，但不會由此而對各權利要求的結構產生任何影響。根據技術方案I的發明，通過使芯板片的凸部與凹部之間的配合在芯板的徑向上形成為過盈配合，能夠借助該過盈配合的部分緊固芯板彼此。另外，若轉子鐵芯旋轉，則因離心力引起各芯板片彼此欲向分離的方向移動，對于基于該情況而作用有大的應力的部分，由于使上述凸部與凹部之間的配合形成為間隙配合，通過鉚接能夠防止產生拉伸的殘留應力。此外，在轉子鐵芯旋轉時，間隙配合的間隙消失，形成為圓弧形狀的凸部以及凹部在圓周方向的端部抵接，因此基于離心力引起的應力不會發生應力集中，從而能夠通過上述凸部以及凹部的未產生殘留應力的部分承受應力。由此，能夠提高鉚接部的強度，并針對分割芯板而成的轉子鐵芯，能夠實現在徑向上緊湊的結構且能夠實現必要的旋轉強度。另夕卜，能夠形成厚度較薄的芯板，因此還能夠將產生于轉子鐵芯的渦電流抑制為較小，并能夠使用上述轉子鐵芯高成品率、高效地制造旋轉電機。
圖1是表示本發明的第一實施方式所涉及的轉子鐵芯的示意圖。圖2是表示本發明的第一實施方式所涉及的芯板片的示意圖。圖3是對本發明的第一實施方式所涉及的鉚接部的形狀進行說明的示意圖，圖3(a)是鉚接部的俯視圖，圖3 (b)是鉚接部的A-A剖視圖，圖3 (c)是鉚接部的B-B剖視圖。圖4是對施加于本發明的第一實施方式所涉及的芯板片的鉚接部的殘留應力進行說明的示意圖，圖4 (a)是表示層疊芯板片前的狀態的圖，圖4 (b)是表示層疊芯板片后的狀態的圖，圖4 (c)是圖4 (b)的主要部位放大圖。圖5是對基于施加于本發明的第一實施方式所涉及的芯板片的鉚接部的離心力引起的應力進行說明的示意圖，圖5 Ca)是對產生于不同層的芯板片的離心力進行說明的示意圖，圖5 (b)是圖5 (a)的主要部位放大圖。圖6 Ca)是對本發明的第二實施方式所涉及的鉚接部的形狀進行說明的示意圖，圖6 (b)是圖6 Ca)的變形例。
圖7 (a)是對本發明的第三實施方式所涉及的鉚接部的形狀進行說明的示意圖，圖7 (b)是圖7 Ca)的變形例。
具體實施例方式以下，結合附圖對本發明的實施方式所涉及的旋轉電機的轉子鐵芯進行說明。此夕卜，在以下的說明中，過盈配合是指使配合的凸部的寬度比凹部的寬度稍大的形式的配合，間隙配合是指凸部與凹部之間具有規定的間隙的形式的配合。(第一實施方式)如圖1以及圖2所示，IPM馬達(旋轉電機)用的轉子鐵芯I是通過層疊多張圓環形的芯板2而形成的。該芯板2是從電磁鋼板的母材上沖裁出的板狀的部件，是通過連結為了實現提高成品率而被均等地分割(在本實施方式中5分割)了的圓弧形的芯板片3而形成的。具體而言，在該芯板片3的一端部形成有突起部5a，并且在另一端部形成有嵌入部5b，其中，上述突起部5a用于將該芯板片3的一端部和與該芯板片3在圓周方向上鄰接的芯板片3連結起來，上述嵌入部5b供該上述芯板片3的突起部5a嵌入。在I張芯板2上形成有數目與芯板片3相同的上述芯板片彼此間的接縫Dp D2即突起部5a與嵌入部5b之間的接合位置。通過砌磚操作來層疊上述芯板2，其中，上述砌磚操作是指每一層的芯板2都通過結合形狀相同的芯板片3而形成為圓環形，并相對于在層疊方向上鄰接的芯板2錯開芯板片3的接縫DpD2在圓周方向C的位置(相位)。即，芯板片3的接縫DpD2在圓周方向C的位置構成為，在層疊方向上鄰接的上述芯板彼此不同。例如圖1中，為了方便，從轉子鐵芯I的底部開始數，將芯板2分為奇數層和偶數層，偶數層的芯板片3e以其接縫D1相對于奇數層的芯板片％的接縫D2在圓周方向C的位置錯開規定角度的方式設置。另外，在上述芯板片3且在其圓周方向上形成有多個供釹磁鐵等稀土類永久磁鐵嵌插的磁鐵嵌插孔6、和多個緊固多張被層疊了的芯板2彼此的鉚接部10。鉚接部10分別設置于磁鐵嵌插孔6的兩端部的內周側，在暫時裝配芯板2后將鉚接部10鉚接，由此各芯板2不會變得零亂，能夠保持轉子鐵芯I的形狀。接下來，對上述鉚接部10詳細地進行說明。如圖2以及圖3所示，鉚接部10由通過沖壓而使芯板片向一面側突出而成的凸部(暗銷)11和由于形成該凸部11而在芯板片3的與凸部11相反的一側的面(另一面)形成的凹部12構成，通過在該凹部12中嵌合另一芯板片3的凸部11而進行暗銷鉚接。然而，對由上述凸部11以及凹部12構成的鉚接部10作用有兩種應力，即，在鉚接時產生的殘留應力、和基于在轉子鐵芯I旋轉時施加的離心力引起的應力。上述殘留應力是因過盈配合鉚接部10而產生的應力，若取圖4所示的相互層疊的A層 C層LA、LB、L。的芯板片3A、3B、3。為例進行說明，則鉚接部10在過盈配合的部分IOa處以凸部11的寬度Wrt比凹部12的寬度Wrt大出過盈量Cl1大小的方式形成(參照圖4 (a))。如圖4 (b)所示，凸部11被壓入寬度窄了過盈量Cl1大小的凹部12而被過盈配合，由此芯板片3A、3B、3C在該層疊方向上連結，但如圖4 (c)的芯板片3B那樣，若凸部11被壓入另一層(C層L。)的芯板片3。的凹部12，則被壓入的凸部11從C層L。的凹部12的壁部12a承受壓縮的方向(從C層Lc的凹部朝向B層Lb的凸部11的方向)上的應力Tc。另一方面，若對凹部12壓入另一層(A層La)的凸部,則該凹部12從A層La的凸部11的壁部Ila承受擴大的方向(從A層La的凸部11朝向B層Lb的凹部12的方向)上的應力Tt。而且，對連接上述凸部11以及凹部12的B層Lb的連接部I，施加有相互朝向相反方向作用的上述應力Tc、Tt，來自上述凸部側以及凹部側的應力Tc、Tt相互平衡，從而產生上述拉伸的殘留應力。另外，基于上述離心力的應力是由于轉子鐵芯I旋轉而在鉚接部10產生的應力，若轉子鐵芯I旋轉，則如圖5 Ca)所示，對重合的芯板片SeA各自都作用有離心力Fe、Fq。若考慮將作用于重合的上述芯板片3e、3q的離心力Fe、Fq分為芯板片3e、3q的圓周方向分量Fex、Fox和徑向分量Fey、Foy,則如圖5 (b)所示，徑向分量Fey、Foy都沿從芯板2的中心朝向外徑側的方向作用，因此重合的芯板片4、％間相互不會承受反作用力，所以幾乎不會對連結不同層的芯板片彼此的鉚接部10作用力。另一方面，離心力Fe、Fq的圓周方向分量Fqx、Fex的作用方向在重合的芯板片3e、3q間不同，因此在連結上述芯板片4、％的鉚接部 ο會相互承受反作用力。即，若著眼于在芯板片3e的端部形成的鉚接部10P，則重合的芯板欲沿圓周方向向相反的一側移動，由此在鉚接部10P，在芯板2的圓周方向上會產生基于離心力的應力。此外，使離心力FE、FQ的徑向分量Fey、Fot的力在芯板2的全部鉚接部分散承受，但尤其是使大的力作用于芯板片3的接縫DpD2附近的鉚接部。
上述圖3所示的本發明所涉及的鉚接部10構成為，基于上述離心力的應力、拉伸的殘留應力不產生于相同的部位，分別分為產生上述殘留應力的過盈配合的部分10a、和產生因離心力引起的應力的部分10b。具體而言，鉚接部10具有直線部IOa和圓弧部10b，該直線部IOa是將凸部11以及凹部12在芯板2的圓周方向(芯板片3的切線方向)C的壁部lla、12a呈直線狀形成的部分，該圓弧部IOb是將上述凸部11以及凹部12在芯板2的徑向R的壁部lib、12b形成為具有規定的曲率的圓弧形的部分，該鉚接部10呈利用圓弧部IOb連結上述直線部IOa間而成的橢圓形狀，利用該直線部IOa形成鉚接部10的過盈配合的部分。S卩，鉚接部10中，將直線形狀的壁部IlaUla間的寬度亦即凸部11的芯板2在徑向R的寬度Wrt形成得比直線狀的壁部12a、12a間的寬度亦即凹部12在芯板2的徑向R的寬度Ud > Wrt)，使上述凸部11以及凹部12在徑向R的配合形成為過盈配合。另外，鉚接部10中，沿其圓周方向作用有基于離心力FE、FQ的應力，因此凸部11以及凹部12在圓周方向的端部亦即上述圓弧部IOb形成為在圓弧形狀的壁部lib、12b間具有規定的間隙d2的間隙配合。即，利用該圓弧部IOb形成鉚接部10的間隙配合的部分，與圓弧形的壁部I Ib、I Ib間的寬度相當的凸部11在芯板2的圓周方向C的寬度胃。2形成得比與圓弧形的壁部12b、12b間的寬度相當的凹部12在芯板2的圓周方向的寬度>Wc2) O此外，對于上述圓弧部10b，在鉚接鉚接部10的時刻，在凸部11的圓弧形的壁部Ilb與凹部12的圓弧形的壁部12b之間存在間隙d2，因此上述壁部lib、12b間不能承受離心力Fe、F0的圓周方向分量Fqx、Fex的反作用力，但該間隙d2形成為，在轉子鐵芯I旋轉引起重合的芯板片以沿圓周方向分離的方式移動時，由于上述芯板片間的微小的錯位、以及芯板片3^3。的彈性變形而能夠引起凸部11的圓弧形的壁部Ilb和凹部12的圓弧形的壁部12b抵接。換言之，成為在轉子鐵芯I旋轉時上述凸部11和凹部12能夠抵接那樣的間隙d2。接下來，對本發明的第一實施方式的轉子鐵芯I的作用進行說明。工作人員針對制造轉子鐵芯1，如圖1所示，在保持器(不圖示)將芯板片3排列成環形而形成芯板2，并且層疊多張該芯板。此時，每改變芯板的層數便使保持器旋轉規定角度，因此上述芯板2以芯板片3的接縫隊、D2在圓周方向C的位置與在層疊方向上鄰接的芯板2錯開的方式被層疊。另外，在改變該芯板2的層數時通過沖壓進行暗銷鉚接，因此在層疊方向上連結被層疊了的芯板2。然后，層疊規定張數的該芯板2而形成轉子鐵芯I。S卩、若沖壓被暫時裝配的芯板2，則鉚接部10的直線部IOa由于過盈配合而嵌合，從而在層疊方向上連結芯板片3，進而通過上述被層疊了的多張芯板2形成I個轉子鐵芯
I。然后，工作人員對該轉子鐵芯I的磁鐵嵌插孔6插入釹磁鐵作為轉子，并且組裝該轉子制造旋轉電機。 然而，若對旋轉電機供電使上述轉子旋轉，則在轉子鐵芯I的芯板片3，分別產生與轉子的旋轉速度對應的離心力。若產生該離心力，則如圖5所示，各芯板片3中，重合的芯板片在芯板2的圓周方向C上欲向分離的方向(例如，在是芯板片3e的情況下，為圖中M方向)移動。這樣的話，在連結上述重合的芯板片3^ 的鉚接部10，形成為間隙配合的圓弧部IOb的壁部llb、12b間的間隙d2由于芯板片3e向圓周方向的錯位或彈性變形而消失。而且，施加于鉚接部10的離心力在圓周方向分量的力，由于上述圓弧形的壁部lib、12b抵接而被承受。這樣，當形成為圓弧形的壁部llb、12b抵接由此承受施加于鉚接部10的離心力時，因為不會產生應力集中所以能夠耐大的應力(離心力)。另外，使鉚接部10在徑向的配合形成為過盈配合，使承受基于該離心力產生的應力的圓弧部IOb形成為間隙配合，由此在圓弧部IOb不會產生因過盈配合引起的拉伸的殘留應力，從而能夠耐更大的離心力。此外，通過沿芯板片3的切線方向直線狀地延伸的直線部IOa構成上述過盈配合的部分，由此借助該直線部能夠均勻地承受因過盈配合引起的殘留應力，并且使重合的芯板片％、3e容易向圓周方向錯位。而且，通過將鉚接部分為承受基于上述離心力的應力的部分、和產生殘留應力的部分，鉚接部能夠耐大的離心力，從而能夠提高轉子鐵芯I的旋轉強度。由此，分割芯板2而成的轉子鐵芯I能夠實現在徑向上緊湊的結構且能夠實現必要的旋轉強度。另外，還能夠形成厚度較薄的芯板2，因此能夠將轉子鐵芯I所產生的渦電流抑制為較小，并能夠使用上述轉子鐵芯I高成品率、高效地制造旋轉電機。(第二實施方式)接下來，對本發明的第二實施方式進行說明。此外，第二實施方式相對于第一實施方式變更了鉚接部的形狀，對于共同的結構省略說明，并且對于作用效果相同的部件使用與第一實施方式相同的名稱。如圖6 (a)所示，第二實施方式的鉚接部IO21構成為，由曲率為r1、r2的兩個圓弧形成圓弧部IOb21，與直線部IOa21連接的連接部的圓弧的曲率A比主要承受基于離心力的應力的中央部的圓弧的曲率r2大(1'1 > r2)。
這樣，通過減小主要承受基于離心力的應力的中央部分的圓弧的曲率1*2，能夠減小圓弧部IOb21處的應力集中。另外，若使連接部的圓弧的曲率A比中央部的圓弧的曲率r2大，則能夠使直線部IOa21較長地形成，并能夠使基于過盈配合的殘留應力在該長直線部IOa21分散承受。(第三實施方式)接下來，對本發明的第三實施方式進行說明。相對于第一實施方式，該第三實施方式的鉚接部的形狀不同，對于共同的結構省略說明，并且對于作用效果相同的部件使用與第一實施方式相同的名稱。如圖7 (a)所示，第三實施方式的鉚接部IO31中，利用曲率小的I個大圓弧形成圓弧部IOb31，該圓弧部IOb31不沿芯板片3的切線方向延伸并且直線部IOa31也形成得較長。這樣，利用曲率小的圓弧承受基于離心力的應力，由此能夠減小圓弧部IOb31處的應力集中。另外，通過使直線部IOa31較長地形成，能夠使基于過盈配合的殘留應力在該長直線部IOa21分散承受。此外，第一實施方式 第三實施方式中，鉚接部10形成為，圓周方向的長度比徑向的長度長，但例如，如圖6 (b)、圖7 (b)所示，也可以形成為徑向的長度比圓周方向的長度長。此外，在芯板片3，沿其圓周方向形成有多個鉚接部10，但不一定需要對全部鉚接部都應用本發明的鉚接構造， 也可以僅對產生最大的應力的部分的鉚接部(例如，芯板片3的端部的鉚接部10P)應用鉚接構造。另外，芯板片3不一定需要形成多個鉚接部10，至少形成I個鉚接部10即可。即，在本實施方式中，芯板片3的一面具有多個凸部11，并且另一面具有多個凹部12，并形成多個鉚接部10，但一面至少具有I個凸部11，另一面至少具有I個凹部12即可。另外，上述轉子鐵芯I中，在轉子鐵芯I整體上能夠利用另一層的芯板2加強芯板2在圓周方向C的連結即可，因此構成為每隔規定張數的芯板2使芯板片3的接縫在圓周方向C的位置DpD2在芯板2的層疊方向上不同即可。例如，轉子鐵芯I可以構成為針對每I張芯板使芯板片3的接縫在圓周方向C的位置DpD2交替不同，并且也可以構成為每隔多張芯板、比如每隔兩張或三張芯板使上述位置Dp D2不同。此外，也可以以多張沖壓一次的方式構成上述芯板2。另外，當然上述鉚接構造可以任意地組合，并且不局限于使用于IPM馬達的轉子鐵芯而可以使用于任意的旋轉電機的轉子鐵芯。工業上的利用可行性本發明涉及層疊多張芯板而形成的旋轉電機的轉子鐵芯，例如，能夠作為驅動源搭載于乘用汽車、公共汽車、卡車等車輛的旋轉電機等搭載于一切產品的旋轉電機。附圖標記說明:I…轉子鐵芯；2…芯板；3…芯板片；10b…間隙配合的部分(圓弧部)；11...凸部；12…凹部；Wrt…凹部在芯板徑向的寬度；Wrf…凸部在芯板徑向的寬度凹部在芯板圓周方向的寬度；we2...凸部在芯板圓周方向的寬度；d2...間隙；Dp D2…接縫；R…徑向；C…圓周方向。
權利要求
1.一種旋轉電機的轉子鐵芯，構成為， 所述轉子鐵芯是通過層疊多張圓環形的芯板而形成的，并且通過連結均等地分割所述芯板而成的圓弧形的芯板片形成所述芯板的一層，并且每隔規定張數的所述芯板使所述芯板片的接縫在圓周方向的位置在所述芯板的層疊方向上不同， 所述轉子鐵芯的特征在于， 所述芯板片具有:凸部，其形成于所述芯板片的一面并且圓周方向的端部形成為圓弧形狀；和凹部，其形成于所述芯板片的另一面，并在所述芯板被層疊時與另一層的芯板片的凸部配合并且圓周方向的端部形成為圓弧形狀， 使所述凸部在所述芯板的徑向的寬度比所述凹部在所述芯板的徑向的寬度大，并使所述凸部以及凹部在徑向的配合形成為過盈配合，并且， 使所述凸部在所述芯板的圓周方向的寬度比所述凹部在所述芯板的圓周方向的寬度小，并使所述凸部以及凹部在 圓周方向的配合形成為間隙配合。
全文摘要
一種旋轉電機的轉子鐵芯，通過層疊多張芯板而形成，并且該芯板是通過將圓弧形的芯板片連結為環形而形成的。在芯板片設有用于在層疊方向上連結被層疊了的所述芯板片彼此的鉚接部(10)，該鉚接部(10)由從芯板片的一面突出的凸部(11)、和形成于芯板片的另一面并且與凸部(11)配合的凹部(12)構成。凸部(11)形成為在芯板的徑向R的寬度(Wr2)比凹部(12)大(Wr2＞Wr1)，并且形成為在芯板的圓周方向(C)的寬度(Wc2)比凹部(12)小(Wc1＞Wc2)。因此，鉚接部(10)在徑向R的配合形成為過盈配合，在圓周方向(C)的配合形成為間隙配合。
文檔編號H02K1/28GK103081302SQ20118004294
公開日2013年5月1日 申請日期2011年11月11日 優先權日2010年11月18日
發明者三治廣明, 山口康夫 申請人:愛信艾達株式會社