专利名称：端板和用于旋转电机的使用该端板的转子的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种端板，并且更具体地涉及一种用在旋转电机的埋入式永磁体型转子中的端板。
背景技术：
已知有诸如电动机、发电机等的旋转电机，每一种旋转电机都包括被可旋转地支撑的埋入磁体型的转子、以及围绕转子布置的空心圆筒形的定子，其中，转子由形成在定子内的旋转磁场旋转地驱动。转子通常包括转子轴和固定到转子轴的圆筒形的转子铁芯。在一些情况下，转子铁芯形成为钢板叠片，在所述钢板叠片中叠压有许多磁性钢板，并且所述转子铁芯通过诸如型锻等方法固定到转子轴。在转子铁芯的外周表面的附近，埋入在转子铁芯中的永磁体沿着转子铁芯的圆周方向等距离地设置在转子铁芯的内部部分中。这些永磁体通过磁体插入孔插入到转子铁芯中，这些磁体插入孔在转子铁芯的位于轴向上的端面中具有开口。在一些情况下，永磁体通过充入到磁体插入孔中或者紧邻磁体插入孔的树脂充入孔中的树脂固定在转子铁芯内。在一些情况下，当埋入有永磁体的转子铁芯如以上所述那样固定到转子轴时，所述转子铁芯被布置在转子铁芯的轴向上的各个侧部上的端板夹持。端板执行从转子铁芯的轴向上的两个侧部挤压并且保持所述转子铁芯的功能，所述转子铁芯是钢板叠片。为了充分地执行这种功能，通常做法是将端板形成为与转子铁芯的轴向上的端部部分的形状相似的形状，例如，圆盘状。根据相关技术，端板常常由诸如铝、铜等的非磁性金属材料形成。这是因为虽然端板需要具有高刚度以便将较大的挤压力施加到转子铁芯，但是必须防止由永磁体的端部部分产生的磁通通过端板短路。然而，由于与诸如铁板、钢板等的磁性材料相比，诸如铝、铜等的非磁性金属材料成本较高并且刚度相对较低，因此，目前考虑利用磁性材料形成端板，以便降低生产成本。例如，日本专利申请公报NO. 2003-134705 (JP-A-2003-134705)描述了端板由磁性材料形成，并且永磁体形成为使得永磁体在其轴向上的端面与端板的外部表面齐平，从而实现了防止由永磁体的末端产生的磁通短路，并且还实现了由低成本的磁性材料形成端板。然而，如果如在日本专利申请公报NO. 2003-1；34705 (JP-A-2003-134705)中那样永磁体形成为延伸到端板的外部表面，则这种构造将导致无助于旋转电机的旋转力矩的磁体部分的量增大。还存在另一个问题。即，由于在形成在端板中的贯通孔的内表面处，由磁性材料制成的端板与永磁体相接触，所以由永磁体的端部部分产生的大量磁通流入到端板中，使得涡流损耗变大
发明内容
本发明提供了一种端板以及用在旋转电机中的使用了该端板的转子，所述端板在降低生产成本的同时能够抑制涡流损耗。本发明的第一方面涉及一种由磁性材料制成的端板，并且所述端板用在旋转电机的转子中，并且所述端板保持埋入有永磁体的转子铁芯的轴向端面。这种端板包括突出部分，所述突出部分构造为在安装在转子中时挤压地接触转子铁芯的轴向端面；和凹陷部分，所述凹陷部分构造成不接触轴向端面。所述突出部分形成为仅接触由永磁体在转子铁芯内形成的d轴磁路区域和q轴磁路区域中的一个区域。所述端板可以通过由磁性材料制成的钢板和铁板中的一种构造而成，并且所述突出部分可以相对于由所述凹陷部分形成的平坦表面部分弯曲。此外，所述突出部分可以从形成在端板中心处的转子轴插入孔的附近径向地延伸。另外，被型锻并且固定到转子轴的型锻部分可以设置成与端板成一体，其中所述转子轴延伸通过转子铁芯并且固定到转子铁芯。本发明的第二方面涉及一种用于旋转电机的转子，所述转子包括上述端板；埋入式永磁体型的转子铁芯，所述转子铁芯被端板从轴向上的两个侧部中的每一个侧部夹持；以及转子轴，所述转子轴延伸通过转子铁芯，并且固定到端板的中心和转子铁芯的中心。根据依照本发明的端板和用于旋转电机的使用该端板的转子，由磁性材料制成的端板的突出部分形成为使得端板在转子铁芯的端面上仅与d轴磁路区域和q轴磁路区域中的一个磁路区域接触，且不与d轴磁路区域和q轴磁路区域中的另一个区域接触。因此，可以抑制由永磁体的端部部分产生的磁通通过端板短路。结果，端板可以由低成本的磁性材料形成，并且可以抑制端板中产生的涡流损耗。
下面将参照附图描述本发明的示例性实施例的特征、优势、以及在技术和工业上的意义，在这些附图中相同的附图标记指示相同的元件，并且其中图1是示出了省略了转子轴的图解的该实施例的端板附接到转子铁芯的状态的透视图；图2是在图1中的线条II-II上获取的剖视图；图3是示出了端板在转子铁芯端面上仅与q轴磁路区域接触的状态的局部侧视图；图4是示出了端板在转子铁芯端面上仅与d轴磁路区域接触的状态的局部侧视图；图5是与图3中的视图相似的局部侧视图，示出了一个磁极由一个永磁体形成的示例；图6是与图3中的视图相似的局部侧视图，示出了一个磁极由两个永磁体形成的示例；并且图7是与图3中的视图相似的局部侧视图，示出了一个磁极由四个永磁体形成的示例。
具体实施例方式在下文中，将参照附图详细地描述本发明的实施例。在以下描述中，具体形状、材料、数值、方向等仅是为了有助于理解本发明而作的说明，并且可以根据用途、目的、具体要求等酌情变化。图1是示出了用于旋转电机的转子10的省略转子轴的图解的透视图，该转子10包括本发明的实施例的端板16。图1仅示出了设置在所述转子10的位于转子10的轴线方向上的侧部中的一个侧部上的端板16。此外，图2是包括转子轴12的图解并沿着转子10的轴线方向获取的所述转子10的剖视图。在以下描述中，沿着转子轴12的旋转中心轴线的方向被称作“轴线方向”，正交于所述轴线方向的方向被称作“径向方向”，而沿着在正交于轴线的平面上围绕中心点所画出的圆的圆周的方向被称作“圆周方向”，其中该中心点为位于旋转中心轴线上的点。如图1和图2中所示，转子10包括转子轴12、转子铁芯14和端板16。转子轴12由例如具有空心圆杆状的钢材料制成。固定到电动机外壳(未示出)的轴承构件可旋转地支撑转子轴12的两个端部部分。转子轴12的端侧部分的外周设置有向外径向地突出的支座部分18。转子轴12的另一个端侧部分的外周表面是沿着圆周延伸的型锻槽(swage groove) 12a。转子铁芯14是具有空心圆筒形的外部形状且通过在轴线方向上堆叠许多环形钢板而获得的钢板叠片，所述环形钢板通过将诸如片材厚度为例如0. 3毫米的硅钢板等的磁性钢板冲压成环形片材件而获得。通过焊接、型锻、粘合、或者它们的任何组合等方法，将叠压的钢板整体地连接在一起。在延伸通过转子铁芯14的中心部分的转子轴12上，转子铁芯14被以下描述的端板16夹持，并且因此所述转子铁芯14被固定在位于轴线方向上的适当的位置处。此外，转子铁芯14通过诸如收缩配合、键配合等方法安装在转子轴12上，并且由此所述转子铁芯14相对于转子轴12固定在圆周位置中。在转子铁芯14中，多个永磁体20在外周表面的附近埋入到转子铁芯14的内部中。永磁体20沿着转子铁芯14的圆周方向等距离地布置。图3示出了组成磁极的永磁体20的布置的示例。如图3中所示，在转子10中，磁极由三个永磁体20a、20b和20c构造而成，这些磁极沿着圆周方向等距离地设置；例如，设置有八个这种磁极。组成磁极的三个永磁体20a、20b和20c中的每一个永磁体都具有大体展平矩形的端面形状(和横截面形状)，并且在轴线方向上具有与转子铁芯14基本相同的长度。这三个永磁体中，定位在中间的永磁体20a布置在邻近转子铁芯14的外周表面15的位置处，使得永磁体20a的较长侧的侧表面基本平行于圆周方向。因而，通过将永磁体20a插入到磁体插入孔2 中而设置所述永磁体20a，其中所述磁体插入孔2 形成为在几何上与永磁体20a的上述端面形状相似并且稍微大于永磁体20a的上述端面形状。在磁体插入孔22a的沿着圆周方向的两个侧部中的每一个侧部上均形成有树脂填充孔对，所述树脂填充孔24将被用于固定磁体的树脂所填充。树脂填充孔M与磁体插入孔2 相连通。在所有永磁体都插入到转子铁芯14中之后，树脂填充孔M被例如热固性树脂所填充，并且允许树脂硬化，以便将永磁体20a固定在磁体插入孔22a内。组成磁极的三个永磁体20a、20b和20c中的其它两个永磁体20b、20c布置在永磁体20a的相应侧部上，其中沿着圆周方向，永磁体20b和永磁体20c中的每一个永磁体与永磁体20a之间都留有预先确定的距离。两个永磁体20b和永磁体20c被设置成朝向外周侧以大体V状开口。永磁体20b和永磁体20c插入到磁体插入孔22b中，所述磁体插入孔22b形成为在几何上与永磁体20b的端面形状和永磁体20c的端面形状相似并且稍微大于永磁体20b的端面形状和永磁体20c的端面形状。在磁体插入孔22b中的每一个的径向方向上的外侧上，形成有将被用于固定磁体的树脂所填充的树脂填充孔26a。每一个树脂填充孔26a都与对应的磁体插入孔22b相连通。在所有永磁体都插入到转子铁芯14中之后，树脂填充孔26a被例如热固性树脂所填充，并且允许树脂硬化，以便将永磁体20b和20c固定在磁体插入孔22b内。另外，因为包含导磁率低于磁性钢板的树脂，所以每个树脂填充孔^a都执行抑制磁通围绕永磁体20b中的对应一个永磁体的外周侧端部部分绕射(即，漏磁通)的功能。每个磁体插入孔22b的径向方向上的内侧都设置有与磁体插入孔22b相连通的磁漏抑制孔26b。由于包含有导磁率低于磁性钢板的气隙，每一个磁漏抑制孔26b都用于抑制磁通围绕永磁体20b中的对应的一个永磁体的径向内侧端部部分绕射。两个磁漏抑制孔26b穿过窄桥部分28相互正对。顺便提及，磁体插入孔、树脂填充孔和磁漏抑制孔可以形成为在轴线方向上贯穿转子铁芯14的整个长度，或者也可以形成为孔形，所述孔形的位于轴线方向上的侧端部中的一个侧端部是闭合的。此外，与树脂填充孔26a —样，磁漏抑制孔26b还可以由树脂填充。永磁体20a、20b和20c在正交于较长侧的侧表面的方向(即，沿着较短侧的侧表面的方向)上磁化。因此，由于由永磁体20a、20b和20c产生磁通，所以在转子铁芯14内形成有形成了用实线箭头30示出的d轴磁路的区域；以及形成了用单点划线箭头32示出的q轴磁路的区域。在下文中，这些区域将酌情被称作d轴磁路区域30和q轴磁路区域32。d轴磁路区域30包括朝向径向外侧的大体三角形的区域，在轴线方向上(即，在图2中的箭头B的方向上)从外部看转子铁芯14的两个端面17中的一个端面，所述三角形的区域被定位在磁极中央的永磁体20a和在所述永磁体20a的各个侧部处的永磁体20b和永磁体20c所包围。另一方面，在轴线方向上(即，在图2中的箭头B的方向上)从外部看定子铁芯14的两个端面17中的一个端面，q轴磁路区域32包括在磁极和沿着圆周方向与该磁极毗邻的磁极之间沿着径向方向延伸的区域；和定位在两个树脂填充孔26b的径向内部的大体圆弧状区域。在转子轴12已经插入铁芯中心孔中的状态下，端板16设置用于通过从轴线方向上的两侧夹持转子铁芯14而固定所述转子铁芯14。在这个实施例中的每块端板16都是由磁性材料形成的板状构件，并且所述端板16可以由例如钢板、铁板等适当地构造而成。对于端板16，可以使用与形成转子铁芯14的磁性钢板相同的钢板，或者也可以使用不同的磁性材料。顺便提及，设置在转子铁芯14的各个侧部上的端板16可以具有相同的尺寸和相同的形状，而仅在安装方向上彼此不同。每块端板16都具有空心圆筒形部分40，所述空心圆筒形部分40设置成覆盖转子轴12的周长；和圆盘部分42，所述圆盘部分42从空心圆筒形部分40连续地向外径向地延伸，所述空心圆筒形部分40和所述圆盘部分42相互成一体。每块端板16的空心圆筒形部分40和圆盘部分42可以通过模压成型环形钢板而整体地形成。形成在空心圆筒形部分40的内部的转子轴插入孔41的最小内径略微大于转子轴12的外部尺寸。端板16中的一块端板的空心圆筒形部分40构造成起到型锻部分的作用，所述型锻部分被用力推入到转子轴12的型锻槽12a中，并且在组装转子10时被型锻。每块端板16的圆盘部分42包括突出部分44，所述突出部分44从由空心圆筒形部分40限定的转子轴插入孔41的附近在径向方向上径向地延伸；和大体扇形凹陷部分46，所述扇形凹陷部分46形成在突出部分44之间。在这个实施例中，突出部分44的数量和凹陷部分46的数量都是8个，并且所述突出部分44和所述凹陷部分46围绕空心圆筒形部分40交替布置。也就是说，突出部分44的数量和凹陷部分46的数量都等于转子10的磁极的数量。应当注意的是，在本文中，术语“突出部分”指的是朝向转子铁芯14的毗邻端面17突出的部分，而术语“凹陷部分”指的是从转子铁芯14的毗邻端面凹陷的部分。这些突出部分44和凹陷部分46也可以在上述模压成型处理期间形成。每块端板16的突出部分44都弯曲成从形成凹陷部分46的平坦表面部分朝向转子铁芯14的毗邻端面延伸的大体U形。当安装端板16以便组装转子10时，每块端板16的突出部分44都放置成与转子铁芯14的毗邻端面17处于挤压接触。如图3中阴影线区域48示出的突出部分44形成为使得沿着在转子铁芯14内的q轴磁路区域32的径向延伸部分与转子铁芯14的毗邻端面形成大体带状接触区。换句话说，每块端板16的突出部分44都形成为不与形成在转子铁芯14内的d轴磁路区域30接触。此外，以此种方式形成的每块端板16的突出部分44都用作端板16的肋结构，使得端板16在达到高刚度的同时还可以减小板的厚度。另一方面，在被安装以便组装转子10时，每块端板16的凹陷部分46都形成为不与转子铁芯14接触，即，形成为定位成离开转子铁芯14的毗邻端面17。在端板16的圆盘部分42中，形成凹陷部分46的部分可以设置有多个大体扇形的贯通孔50，以便减轻重量。接下来，将简要地描述具有上述构造的转子10的组装。在组装转子10时，永磁体20a、20b和20c已经插入到转子铁芯14中，并且已经被充入到树脂填充孔M、26a和26b中的树脂所固定。然而，在转子铁芯14通过收缩配合固定到转子轴12的情况下，永磁体可以在转子铁芯14固定到所述转子铁芯14的转子轴12之后埋入，或者也允许采用这种处理，在所述处理中预先将预磁化铁磁元件埋入，并且在转子铁芯14固定到转子轴12之后，通过磁化设备磁化铁磁元件。首先，将第一端板16(图2中的右侧端板)插到转子轴12上，并且空心圆筒形部分40与支座部分18相接触。然后，将转子铁芯14插到转子轴12上，并且转子铁芯14的侧端面17与第一端板16相接触。接着，将第二端板16(图2中的左侧端板)插到转子轴12上，并且通过预先确定的挤压力将所述第二端板16压靠在转子铁芯14的另一个端面17上。在保持这种状态的同时，将第二端板16的空心圆筒形部分40的一部分按压到型锻槽12a中，并且然后型锻所述空心圆筒形部分40。这将两块端板16固定到转子轴12。结果，在转子铁芯14被两块端板16夹持的同时，所述转子铁芯14固定到转子轴12。在如上述组装的转子10中，每个端板16的突出部分44都仅与在转子铁芯14的端面17中的q轴磁路区域32相接触，而不与d轴磁路区域30相接触。也就是说，转子铁芯14内的d轴磁路和q轴磁路没有通过由磁性材料制成的端板16而相互短路。因此，可以抑制由埋入在转子铁芯14内的永磁体20a、20b和20c所产生的磁通流到端板16，使得可以降低端板16内的涡流损耗。此外，与如在相关技术中那样由诸如铝、铜等的非磁性金属材料形成的端板16的情况相比，通过用诸如钢板、铁板等的磁性材料形成端板16，可以降低生产成本。而且，因为每块端板16的突出部分44都形成为肋结构，所以端板16的壁厚度可以降低，并且可以提供能够提供充分挤压力的高刚度。因此，可以进一步降低端板16的成本，并且可以降低与板厚度成比例的涡流损耗。此外，根据这个实施例的端板16，每块端板16的被型锻并且固定到转子轴12的型锻部分都形成为与端板16成一体的空心圆筒形部分40。这消除了对在相关技术中作为与端板分离的构件使用的型锻构件的需要，使得能够由于减少了部件的数量而进一步降低成本。虽然上文中描述了前述实施例的端板16和应用了这种端板16的转子10，但是应当理解的是，本发明并不局限于上述构造，各种不同的修改方案和改进方案都是可能的。例如，尽管上文描述了每块端板16的突出部分44构造成仅与转子铁芯14的毗邻端面17上的q轴磁路区域32相接触，但是每块端板的突出部分也可以形成为仅与在图4 中用阴影线区域49示出的d轴磁路区域30接触。此外，尽管在上述实施例中，转子10的磁极由埋入在所述转子10中的三个永磁体 20a、20b和20c构造而成，但是这并非是限制性的，S卩，包含在磁极中的永磁体的数量可以根据转子或者旋转电机等的设计而进行适当地变化。例如，如图5中所示，转子的磁极可以仅包含一个永磁体20d，或者如图6中所示，转子的磁极可以包含以大体V状结构布置的两个永磁体20e，或者如图7中所示，转子的磁极可以包含四个永磁体，即，一对永磁体20f和一对永磁体20g，所述一对永磁体20f和一对永磁体20g都以大体V状结构布置，并且所述一对永磁体20f和所述一对永磁体20g的V状结构在径向方向上并置。而且，尽管就实施例的端板而言，磁性材料制成的片材被模压成型并且突出部分通过弯曲形成，但是这并非是限制性的。例如，还可以通过将具有四边形的截面形状的空心或者实心钢构件(突出部分)焊接到圆盘形磁性板的面对转子铁芯的表面来提供每块端板。
权利要求
1.一种端板，所述端板由磁性材料制成，并且应用在旋转电机的转子(10)中，所述端板保持埋入有永磁体00)的转子铁芯(14)的轴向端面，其特征在于，所述端板包括突出部分(44)，所述突出部分构造为在被安装在所述转子(10)中时挤压地接触所述转子铁芯(14)的轴向端面；和凹陷部分(46)，所述凹陷部分构造为不与所述轴向端面接触，其中，所述突出部分G4)形成为仅与由永磁体在所述转子铁芯内形成的d轴磁路区域(30)和q轴磁路区域(3 中的一个磁路区域相接触。
2.根据权利要求1所述的端板，其中所述端板(16)通过由磁性材料制成的钢板和铁板中的一种构造而成；并且所述突出部分G4)相对于由所述凹陷部分G6)形成的平坦表面部分弯曲。
3.根据权利要求1或者2所述的端板，其中所述突出部分G4)从形成在所述端板的中心处的转子轴插入孔的附近径向地延伸。
4.根据权利要求1到3中的任一项所述的端板，其中被型锻并且固定到转子轴的型锻部分被设置成与所述端板成一体，其中所述转子轴延伸通过所述转子铁芯(14)并且固定到所述转子铁芯(14)。
5.一种用于旋转电机的转子，其特征在于，所述转子包括根据权利要求1到4中的任一项所述的端板(16)；被所述端板从轴向上的两侧中的每一侧夹持的埋入式永磁体型的转子铁芯(14)；和转子轴(12)，所述转子轴延伸通过所述转子铁芯，并且固定到所述端板的中心和所述转子铁芯的中心。
全文摘要
端板(16)由磁性材料制成，并且保持埋入有永磁体(20)的转子铁芯(14)的轴向端面。所述端板包括突出部分(44)，所述突出部分构造为在被安装在转子(10)中时挤压地接触所述转子铁芯(14)的所述轴向端面(17)；和凹陷部分(46)，所述凹陷部分构造成不接触所述轴向端面(17)。所述突出部分(44)形成为仅接触由所述转子铁芯(14)内的所述永磁体(20)形成的d轴磁路区域和q轴磁路区域中的一个磁路区域。
文档编号H02K1/27GK102570669SQ20111040068
公开日2012年7月11日 申请日期2011年12月6日 优先权日2010年12月6日
发明者山岸义忠, 鹈饲须彦 申请人:丰田自动车株式会社