包括具阶梯式直径的轴的旋转电机和组装这类电机的方法与流程

本发明涉及一种旋转电机，且更具体地涉及轴和包括两个极性化的半芯部的爪式转子。本发明还涉及一种用于装配这种类型的轴的方法。

本发明在组装于具有锻造磁体的磁轮上的轴中具有特别有利的应用。

背景技术：

许多旋转电机装备有爪式转子。在下文中，这种类型的电机被描述为紧凑的多相交流发电机的形式，特别地用于机动车辆。该交流发电机将机械能转化为电能，并且可以是可逆的。该类型的可逆交流发电机已知为交流发电机-起动器，在另一操作模式中，其将电能转换为机械能，特别地以便起动车辆的热机。

该电机大体包括壳体，且在该壳体内，包括与轴一体地旋转的爪式转子，和围绕转子的定子(同时存在微小空气隙)，且包括本体，该本体为一组设置有槽口的板的形式，所述槽口装备有槽口绝缘件，用于装配定子的相，每个相包括至少一个绕组，该绕组在定子本体的两侧上形成髻状件。

绕组例如自覆盖有磁漆的连续的电线获得，或自形式为棒的导体元件获得，所述导体元件诸如被连接到彼此(例如通过焊接)的销。这些绕组例如是被连接为星形或是三角形的三相绕组，所述绕组的输出端被连接到至少一个整流桥，所述至少一个整流桥包括诸如MOSFET型晶体管或二极管的整流器元件，特别是当涉及如在文档FR A2745445中所描述的交流发电机-起动器的时候。

爪式转子包括具有环形形式的轴向并置的两个磁轮，所述两个此轮中的每个具有设置于其外周边上的横向凸缘，该横向凸缘具有梯形形式的齿，所述齿轴向地朝向另一磁轮的凸缘，一个磁轮的齿进入到存在于另一磁轮的两个相邻齿之间的空间中，从而磁轮的齿是交错嵌置的。

轮的凸缘具有环形形状，并在它们的外周边上具有径向突出部，所述径向突出部被包括齿的倒棱部连接。这些突出部与齿一起形成爪形部。齿的数量取决于应用，且特别是取决于定子的相的数量。

圆柱形芯部轴向地插置在轮的凸缘之间。该芯部在其外周边上支撑激励绕组。绝缘件(诸如绕组支撑线圈)径向地插置在芯部和绕组之间。转子轴在其前端部上支撑驱动单元(诸如带轮)，所述驱动单元属于用于将运动传递到机动车辆的交流发电机和热机之间的至少一个皮带的装置，轴在其具有减少的直径的后端部上支撑集电环，所述集电环通过有线连接件被连接到转子的激励绕组的端部。

电刷属于电刷保持器，且被设置以在集电环上摩擦。电刷保持器连接到电压调节器。当激励绕组被电刷供电时，由铁磁材料制成的转子被磁化并成为感应器转子，同时在磁轮的齿处形成有磁极。

当轴旋转时，该感应器转子引起在被感应的定子内的感应交流电流，整流桥(一个或多个)使得可以将感应交流电流转换为直流电流，特别地以便给机动车辆车载网络的负载和耗电器供电，以及以便为所述车辆的电池再充电。

旋转电机的性能水平(即，旋转电机的功率和输出)可通过使用一定数量的永磁体被进一步提高，例如十二个或十六个磁体，相对于转子的轴线对称地布置且在定子的内周边上插置在两个相邻齿之间。

永磁体可通过压接或锻造插入在磁轮中。压接具有操作时间过长的缺点，这延长轴在转子上的组装。实际上，压接循环时间是长的，且其可构成生产线中的瓶颈。就通过锻造进行插入而言，其使得组装操作加速，但是需要轴的准确定心。

在现有技术中，已知使用轴，该轴包括用于轴向止挡的沟槽和用于旋转止挡的直滚花部，如文献FR2905806中所述。这种类型的轴具有的缺点在于其不确保磁轮相对于轴的定心，该轴与具有锻造磁体的磁轮是可相配合的。

在现有技术中，已知使用包括定心区域的轴，但是其不具有用于磁轮的旋转固位目的的滚花部，且没有支撑件或轴环。这些系统具有不保证磁轮的令人满意的轴向固位的缺点。

没有现有系统可以同时满足所有要求，即允许与增强夹持的应用(允许磁轮的径向固位)组合使用具有锻造槽的磁轮(需要磁轮的准确的定心和轴向固位)。

技术实现要素：

本发明的目的是去除这些缺陷中的一些或全部。

为此目的，根据第一方面，本发明涉及一种旋转电机，该旋转电机包括前磁轮、后磁轮和轴，该轴包括轴线分布的、分别具有直径D1、D2、D3、D4的四个部段，其中：

-第一部段，包括滚花部，该滚花部被构造为确保轴和前磁轮之间的径向固位；

-第二部段，被构造为允许前和后磁轮的指引到位和定心；

-第三部段，包括滚花部，该滚花部被构造为确保轴和后磁轮之间的径向固位；和

-第四部段，包括轴环，该轴环被构造为确保轴和至少一个磁轮之间的轴向固位，

轴的直径遵守以下公式：

D1<D2<D3<D4。

通过这些设置，轴具有专用于定心的区域、专用于径向阻挡的区域、和允许磁轮相对于轴的轴向阻挡的轴环。换句话说，具有直径D1的第一部段使得旋转止挡和在第一磁轮上的夹持的功能可行，具有直径D2的第二部段使得在至少一个磁轮上的定心的功能可行，具有直径D3的第三部段使得在第二磁轮上的夹持的功能可行，具有直径D4的第四部段使得轴向止挡功能可行。

另外，与根据现有技术的系统相比，具有递减直径的相继部段使得可以在装配期间产生较少的约束和变形。

特别地，这些设置允许定心，该定心与在锻造槽中具有磁体的磁轮的使用相兼容。

实际上，这样的转子现今被使用：磁体通过锻造集成在这样的转子中。为了使用这种类型的转子，必要的是直径(磁轮容纳在该直径内)与轴完美同轴。没有定心部分，对齐转子会是复杂的，且这会导致不规则的磁体固位和对扭矩的不良抵抗。

作为本发明主题的轴的使用将使得可以使用具有锻造槽的磁轮，且由此去除压接操作，因此获得更简单、更快且更廉价的组装过程。

由于存在于第四部分上的轴环，这些设置还允许转子的增强夹持。在组装操作期间，特别是后和前磁轮，但还有转子的其他元件，诸如带轮、轴承的内环和环，通过材料的局部变形被压入。轴环使得可以施加更大的夹持力，且由此获得轴中的更大的应力。

根据一些实施例，后磁轮包括：

-与第一部段的至少一部分互补的夹持区域；和

-与第二部段的至少一部分互补的定心区域；

前磁轮包括：

-与第二部段的至少一部分互补的定心区域；和

-与第三部段的至少一部分互补的夹持区域。

通过这些设置，每个部段的至少一个尺寸——特别是长度或直径——在至少一个磁轮的区域内。这些设置有助于轴和磁轮的组装。

根据一些实施例，后磁轮的定心区域和前磁轮的定心区域具有不同的长度。

通过这些设置，轴在磁轮中的组装过程被简化。实际上，当轴被装配时，在通过轴的顺滑部分定心轮之后，这些设置可以使得轴的滚花部分进入磁轮的材料。如果两个滚花部分中的至少一个具有长的长度，则这些设置是特别有利的。

根据一些实施例，后磁轮的长度比前和后磁轮的定心区域的长度的总和更短。

根据一些实施例，第一部段的滚花部的仅一部分被前磁轮覆盖。

通过这些设置，在磁轮与轴组装之后，第一部段的滚花部局部可见。在滚花部的该可见部分上，可以通过压配合固定环。这些设置允许第一部段的滚花部旋转阻挡前磁轮和环。环是插入环，轴承将被支撑在其上。

根据一些实施例，作为本发明主题的旋转电机包括至少一个所谓的点对点滚花部分，其中，形成滚花部的相继凸起部的基部彼此接触。

通过这些设置，用于将轴组装在磁轮中的方法更加易于执行。实际上，该类型的滚花使得在组装期间必须施加较少的力。

根据一些实施例，作为本发明主题的旋转电机包括至少一个所谓的间隔点滚花部分，其中，形成滚花部的两个相继凸起部的基部被大体平坦的表面间隔开。

通过这些设置，两个相继齿之间的平坦表面使得可以在磁轮的装配期间执行磁轮的更加准确的定心。

根据第二方面，本发明涉及作为本发明主题的一种用于组装旋转电机的组装方法，其包括以下步骤：

-将轴装配到前和后磁轮上；

-将前和后磁轮的定心区域指引到位在轴的第二部分上；

-将后磁轮的夹持区域夹持在轴的第一部分上；

-前磁轮的夹持区域夹持在轴的第三部分上；和

-使后磁轮邻接在第四部分的轴环上。

因为作为本发明主题的该方法的目的、优势和特定特征类似于作为本发明主题的旋转电机的那些目的、优势和具体特征，因此在此不再描述它们。

附图说明

结合附图，本发明的其它优势、目的和特定特征将从对作为本发明主题的装置和方法的至少一个特定实施例的以下非限制性说明变得清晰明了，在附图中：

图1以横截面图示意性地示出根据本发明的旋转电机的轴的特定实施例；

图2以立体图和横截面图示意性地示出作为本发明主题的旋转电机的两个磁轮的实施例；

图3以立体图和横截面图示意性地示出作为本发明主题的旋转电机的轴和磁轮的特定实施例；

图4以立体图和横截面图示意性地示出作为本发明主题的旋转电机的轴和磁轮的特定实施例；

图5以横截面图示意性地示出作为本发明主题的旋转电机的轴的至少一个滚花部分的所谓的点对点式实施例；

图6以横截面图示意性地示出作为本发明主题的旋转电机的轴的至少一个滚花部分的所谓的间隔点式实施例；和

图7以逻辑图的形式示出作为本发明主题的用于组装旋转电机的组装方法的特定实施例。

具体实施方式

本说明书通过非限制性例子被提供，一个实施例的每个特征有利地能够与任何其他示例的任何其他特征组合。

在此时应注意，附图不是按比例的。

图1示出作为本发明主题的旋转电机10的轴100的特定实施例。

根据一些实施例，旋转电机10包括前磁轮230、后磁轮205和轴100，该轴100包括轴向分布的分别具有直径D1、D2、D3、D4的四个部段110、115、120、125，其中：

-第一部段110包括滚花部分130，该滚花部分130被构造为确保轴100和前磁轮230之间的径向固位；

-第二部段115被构造为允许前和后磁轮的指引到位和定心；

-第三部段120包括滚花部分135，该滚花部分135被构造为确保轴100和后磁轮115之间的径向固位；和

-第四部段125包括轴环140，该轴环140被构造为确保轴100和至少一个磁轮205、230之间的轴向固位，

轴100的直径D1、D2、D3、D4遵守以下公式：

D1<D2<D3<D4。

轴100是具有圆形横截面的细长部件，其被构造为与转子的其它部件组装，例如诸如前磁轮230和后磁轮205、带轮(未示出)、轴承的内环(未示出)和在图4中由附图标记145指示的环等。轴100构成转子的中央部件，其与前和后磁轮一体地旋转。根据一些实施例，轴100通过压配合而与转子的其它元件组装。

根据优选的实施例，通过轴100与转子的其它部件的压配合而插入的顺序如下：轴承的内环支撑在环145上，环支撑在前磁轮230上，前此轮支撑在后磁轮205上，后磁轮支撑在轴100的轴环140上。

根据优选的实施例，轴100以及前和后磁轮是由钢制成的部件。优选地，轴100是包括比前磁轮230和后磁轮205的钢更硬的钢的部件，以便有助于轴100的装配。优选地，前磁轮230和后磁轮205包括具有低碳含量的低碳钢。

轴100包括第一部段110，该第一部段110包括滚花部分130。根据一些实施例，滚花部分130包括所谓的点对点滚花部或所谓的间隔点滚花部。第一部段110比部段115、120和125具有更小的直径。根据优选的实施例，第一部段110的至少一个尺寸对应于前磁轮230的至少一个尺寸。第一部段110被构造为压入到磁轮中。一旦组装，第一部段使得前磁轮230相对于轴110的旋转固位是可行的。

轴100包括第二部段115，该第二部段115被构造为允许前和后磁轮的指引到位和定心。根据优选的实施例，第二部段115是具有圆形横截面和顺滑表面的部分。根据优选的实施例，第二部段115的至少一个尺寸与磁轮205、230中的至少一个的至少一个尺寸互补。根据一些实施例，第二部段115的长度等于前和后磁轮各自的引导区域215和220的长度的总和。第二部段115比部段120和125具有更小的直径。

根据一些实施例，第二部段115沿其整个长度具有规则的直径D2。

根据没有示出的一些实施例，第二部段115包括具有直径D2的两个长部分，该两个长部分被具有大于D2的直径的短部分间隔开。根据一些实施例，短部分具有比D1大0.01mm(毫米的缩写)的直径。

根据没有示出的一些实施例，第二部段115包括两个不同的部分，即，具有直径D2的第一部分，其与两个磁轮中的一个互补；和具有直径D2’的第二部分，其与另一磁轮互补。根据该实施例，轴100的直径D1、D2、D2’、D3、D4遵守以下公式：

D1<D2<D2’<D3<D4。

轴100包括具有滚花部分135的第三部段120。根据一些实施例，滚花部分135包括所谓的点对点滚花部或所谓的间隔点滚花部。第三部段120比部段125具有更下的直径。根据优选的实施例，第三部段120的至少一个尺寸对应于后磁轮205的至少一个尺寸。第三部段120被构造为压配合到磁轮中。一旦组装，第三部段允许后磁轮205相对于轴110的旋转固位。

轴100包括第四部段125，该第四部段125包括轴环140，该轴环140被构造为确保轴100和至少一个磁轮205、230之间的轴向固位。轴环140是轴100的直径突然增大部，其构成被构造为阻挡压配合在轴100上的至少一个部件的肩部。

图2示出作为本发明主题的旋转电机10的两个磁轮205和230的实施例。电机另外包括在图2中示出的元件，定子围绕装配在轴100上的两个磁轮。例如，旋转电机另外包括环145、轴承和带轮。电机还包括壳体，该壳体支撑所述定子和所述轴承。

根据一些实施例，后磁轮205包括：

-与第一部段110的至少一部分互补的夹持区域210；和

-与第二部段115的至少一部分互补的定心区域215；

所述前磁轮230包括：

-与第二部段115的至少一部分互补的定心区域220；和

-与第三部段120的至少一部分互补的夹持区域225。

旋转电机10包括轴向地并置并具有环形形式的两个磁轮205和230，其每个具有设置在其外周边上的横向凸缘，该横向凸缘具有梯形形式的齿，所述齿轴向地朝向另一磁轮的凸缘，一个磁轮的齿伸入到存在于另一磁轮的两个相邻齿之间的空间中，从而磁轮的齿是交错嵌置的。

在其中心，由两个磁轮组成的组件——其还称为组合体200——包括管状腔室，该管状腔室沿轴线X-X从组合体的一侧向着其另一侧而经过该组合体，并被构造为容纳轴100。

前磁轮230包括夹持区域210，该夹持区域210与第一部段110的至少一部分互补。优选地，夹持区域210和第一部段110具有大体相同的长度和直径。长度L4被定义为夹持区域210沿轴线X-X的长度。

根据一些实施例，长度L4比滚花部130的轴向长度更短。

前磁轮230包括定心区域215，该定心区域215与第二部段115的至少一部分互补。优选地，定心区域215和第二部段115具有大体相等的直径。长度L3被定义为定心区域215沿轴线X-X的长度。根据优选的实施例，长度L3严格大于5mm。

L6被定义为前磁轮230的长度。

根据一些实施例，长度L6等于长度L4和L3的总和。

替换地，长度L6略微长于长度L4和L3的总和。这是由于存在有在图2中可见的收进回退部240。

根据优选的实施例，长度L4为L6的长度的5％至95％。

后磁轮205包括定心区域220，该定心区域220与第二部段115的至少一部分互补。优选地，定心区域220和第二部段115具有大体相等的直径。长度L2被定义为定心区域220沿轴线X-X的长度。根据优选实施例，长度L2严格大于5mm。

优选地，第二部段115的长度等于定心区域215和220的长度L1和L2的总和。

后磁轮205包括夹持区域225，该夹持区域225与第三部段120的至少一部分互补。优选地，夹持区域225和第三部段120具有大体相等的长度和直径。长度L1被定义为夹持区域225沿轴线X-X的长度。

L5被定义为后磁轮205的长度。根据一些实施例，长度L5等于长度L2和L1的总和。

替换地，长度L5可略微长于长度L2和L1的总和。在后磁轮具有收进回退部时特别地是这样的情况。

根据优选的实施例，长度L1为L5的长度的5％至95％。

根据一些实施例，后磁轮205的定心区域215和前磁轮230的定心区域220具有不同的长度。换句话说，前磁轮230和后磁轮205是不对称的。

根据一些实施例，后磁轮205的长度至少比后磁轮205和前磁轮220的定心区域的长度的总和更短。

换句话说，组个体200的尺寸遵守以下公式：

L5<L2+L3

该实施例在前磁轮230和后磁轮205是非对称的情况下特别有利，且其使得可以获得两个磁轮的L5+L6的最小轴向长度。

实际上，轴向长度L6的选择更加严格。调整长度L5更加简单。因为D2首先配合到具有轴向长度L5的部分中时，特别是这样的情况；而长度L6必须使得L3长于L4。否则，在引入到前磁轮期间，滚花部分130开始被接触，而没有已经接触具有长度L3的部分的部分115。

L7被定义为后磁轮205的凸缘的基部的尺寸。

根据一些实施例，尺寸L7等于后磁轮205的长度L5，从而凸缘的基部占据磁轮的整个尺寸。这些实施例特别对应于这样的情况：其中，后磁轮的芯部的长度大体等于零。在该情况下，芯部作为整体而通过前磁轮产生。在这些实施例中，定心区域215的长度L2优选地长于夹持区域225的长度L1。

L8被定义为前磁轮230的凸缘的基部的尺寸。

根据一些实施例，尺寸L8等于前磁轮230的长度L6，从而凸缘的基部占据磁轮的所有尺寸。这些实施例特别对应于这样的情况：其中，前磁轮的芯部的长度大体等于零。在该情况下，芯部作为整体而通过后磁轮产生。在这些实施例中，定心区域215的长度L3优选地长于夹持区域210的长度L4。

根据其他实施例，两个磁轮205和230是对称的。换句话说，长度L6和L5是相等的，夹持区域210和220的长度是相等的，定心区域L2和L3的长度是相等的。

L9定义包括两个磁轮的组合体200的轴向长度。其因此等于长度L5+L6的总和。

图3示出作为本发明主题的旋转电机10的轴100和两个磁轮205和235的特定实施例。

根据一些实施例，第一部分110的滚花部130的仅一部分被前磁轮230覆盖。换句话说，在磁轮205和230已经装配在轴100上之后，滚花部130的一部分仍可被看见。滚花部130的突出的部分被构造为被图4中的由附图标记145指示的环夹持。

根据一些实施例，环145局部地轴向容纳在收进回退部240中。这对应于图4所示出的。

图4示出作为本发明主题的旋转电机的轴和磁轮的特定实施例。

图5和6示出滚花部分130和135的两个实施例。滚花部分130和135包括在滚花所占据的所有表面上规则分布的条痕。

根据一些实施例，至少一个滚花部分是直的。直的滚花部分包括彼此平行并沿轴线X-X取向的条痕。

根据一些实施例，至少一个滚花部分是交叉式的。交叉式滚花部分包括两个系列的条痕。同一系列的条痕垂直于彼此。第一系列的条痕相对于第二系列的条痕具有非零的角度，从而两个系列的条痕形成交叉。根据一些实施例，第一系列的条痕和第二系列的条痕之间的角度为90°。

根据一些实施例，分别在滚花部分130、135上的夹持区域210、225的夹持部被构造为确保对后磁轮205或前磁轮230的扭矩(150牛米)的抵抗。

根据一些实施例，滚花部分130、135伸入到夹持区域225或210的材料中的伸入度为0.1mm至0.6mm。这些伸入度值根据滚花部分的长度调整，从而滚花部被构造为确保对扭矩的预定的抵抗。为了确保对扭矩的等同抵抗，对于较短的滚花部130或135的长度，将需要较少的伸入度。

根据优选的实施例，至少一个滚花部分130、135在夹持区域210、225的材料中的伸入度是0.4mm。

根据一些实施例，分别在滚花部分130、135上的夹持区域210、225的夹持部被构造为确保对后磁轮205的扭矩(150牛米)的抵抗。根据一些实施例，滚花部分130、135的伸入度是0.4mm。根据一些实施例，滚花部分130、135的伸入度是0.29mm。

图5示出所谓的点对点滚花部分，其包括形成条痕的多个凸起部。每个条痕具有三角形形式，每个条痕的基部与最近的两个条痕的基部接触。根据一些实施例，由条痕的突出顶部形成的点具有90°的角度。

根据一些实施例，作为本发明主题的旋转电机10包括至少一个所谓的点对点滚花部分130、135，其中，形成滚花部分的相继凸起部405的基部彼此接触。

图6示出所谓的间隔点滚花部分，其包括形成条痕的多个凸起部。每个条痕具有三角形形式，每个条痕的基部与最近的两个条痕的基部被大体平坦的表面间隔开。根据一些实施例，由条痕的突出顶部形成的点具有90°的角度。

根据一些实施例，作为本发明主题的旋转电机10包括至少一个所谓的间隔点滚花部分110、120，其中，形成滚花部分的两个相继凸起部410的基部通过大体平坦的表面被彼此间隔开。

图7示出作为本发明主题的用于组装旋转电机10的组装方法30，其包括以下步骤：

-将轴100装配到前和后磁轮上305；

-将前和后磁轮的定心区域指引到位在轴的第二部段上310；

-将后磁轮的夹持区域夹持在轴的第一部段上315；

-前磁轮的夹持区域夹持在轴的第三部段上320；

-使后磁轮邻接在第四部段的轴环上335。

轴305例如被压配合。