电动机、用于制造转子的方法以及电力转向设备的制作方法

专利名称：电动机、用于制造转子的方法以及电力转向设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种通过设计转子的构造制造得更轻的电动机。
背景技术：
电力转向设备通过位于将方向盘连接到转向机构的转向轴中间的转矩传感器检测转向转矩，并且根据所检测的转向转矩执行用于增加或减小转向辅助电动机的驱动电流的控制，其中所述电力转向设备响应方向盘的转动驱动转向辅助电动机并通过将所述电动机的转矩施加到转向机构上帮助转向。
在这种类型的电力转向设备中，当转向辅助电动机未被驱动时，以及当电动机的旋转方向变化时，问题在于与电动机的旋转部分的质量成比例的惯性力矩经由电动机所驱动的转向机构施加到转向轴上。换句话说，当电动机在手于转动方向盘后从方向盘移走之后未被驱动时，需要时间返回到直行状态，或者当在方向盘已转动之后通过使方向盘转回改变电动机的旋转方向时存在响应延迟，使得问题在于转向感觉变差。为了解决这种问题，需要为转向辅助电动机的旋转部分的转子制造得很轻，而已公开的现有方法通过设计转子的构造将转子制造得更轻。
广泛用作转向辅助电动机的无刷电动机包括安装并紧固在壳体内的定子；以及转子，所述转子由壳体支承，使得所述转子可以自由旋转，并且所述转子具有绕着其外表面固定的磁铁。为了增加磁铁的磁力，这种无刷电动机的转子被构造成使其采用具有极佳的磁性特性(例如，高导磁率和高饱和磁通密度)的含铁材料；然而，这种类型的含铁材料的质量大。因此，在日本专利申请公开案第2003-189516号和日本专利申请公开案第2003-79082号中披露一种转子的构造，其中通过仅将含铁材料用于固定有磁铁且需要极佳磁性特性的外部、并使所述外部与由低密度材料制成且位于所述外部的内部上的内部成一体将转子制造得很轻。

发明内容
然而，在日本专利申请公开案第2003-189516号和日本专利申请公开案第2003-79082号中披露的转子的情况下，外部部分和内部部分中的至少一个部分由烧结材料制成，并且两个部分利用烧结接合一体化在一起，其中所述烧结接合是通过使装配状态下的外部部分和内部部分在800℃或更高的温度下保持设定的时间周期(例如，30分钟)粘合两个部分，使得问题在于过程变复杂。
考虑到前述问题，本发明的一个目的是提供一种轻重量的转子，对于所述转子，使由含铁材料制成且固定有磁铁的外部部分与由与所述含铁材料相比具有较低密度的材料制成的内部部分成一体的过程变得简单。
本发明的另一个目的是提供一种用于制造转子的方法，其中可以很容易执行使所述外部部分与由与所述外部部分相比具有较低密度的材料制成的所述内部部分成一体的过程。
本发明的进一步的目的是提供一种电力转向设备，对于所述电力转向设备，转向辅助电动机的转子被制造得很轻并改善了转向感觉。
根据本发明的第一方面的电动机包括转子，由与外部部分相比具有较低密度的材料制成的所述转子的内部部分装配在所述外部部分内，其中磁铁绕着所述外部部分的外表面固定；其中所述内部部分压缩配合或压力配合在所述外部部分内。
就本发明的第一方面而言，通过压缩配合或压力配合使所述内部部分与所述外部部分成一体构成所述转子，从而可以简化使所述内部部分与所述外部部分成一体的过程，而无需如烧结接合的情况中使所述转子在高温下保持设定的时间周期。另外，所述转子的所述内部部分由与所述外部部分的密度相比具有较低密度的材料制成，使得可以使所述转子减轻掉含铁材料的重量差量。
根据本发明的第二方面的所述电动机的特征在于在所述内部部分中形成凿孔(cut out hole)。
就第二方面而言，凿孔形成于所述转子的所述内部部分中，使得可以进一步使所述转子减轻掉所述凿孔的重量。
本发明的上述及进一步的目的和特征将从以下结合附图的详细说明更充分地显而易见。


图1是显示本发明的电动机的构造的垂直横截面图；图2是从图1的区段II-II看到的转子的水平横截面图；图3是说明用于紧固转子的外部部分和内部部分的构造的图示；图4是说明用于紧固转子的外部部分和内部部分的构造的图示；以及图5是显示设有本发明的电动机的电力转向设备的实例的图示。
具体实施例方式
下面将根据图示说明本发明的优选实施例。图1是显示本发明的电动机的构造的垂直横截面图；图2是从图1的区段II-II看到的转子的水平横截面图。如图1中所示，电动机1包括安装并紧固在壳体2内的定子3；旋转轴6，所述旋转轴通过轴承4、5由壳体2支承以使所述旋转轴可以自由旋转；以及转子7，所述转子绕着旋转轴6的表面安装及紧固，使得所述转子与旋转轴6同中心。
壳体2为在轴向上的两端上具有端壁的圆柱形构件；定子3绕着壳体2的内表面紧固。多个芯体绕着定子3的内表面布置在圆周方向上，使得所述芯体与放入的旋转轴6彼此相面对，并且导电线卷卷绕各芯体以形成磁极。
转子7为绕着旋转轴6压力配合的圆柱形构件。多个永久磁铁8绕着转子7的外表面固定成使磁铁8的极性在圆周方向上交替变化。壳体2两端的端壁中具有开口，轴承4、5安装在端壁中的两个开口中。另外，如图1中所示，位于转子7的两端的轴承4、5支承旋转轴6，并且转子7使得轴向上的两个端部的位置与定子3的位置在一直线上且在径向上通过小空隙面对定子3。
依此方式构造的电动机1使得定子3的成对的两个相对的磁极形成场区，并且通过使在各磁极的线圈中流动的电流接连变化，各对磁极所产生的场区在一个方向上旋转，并且永久磁铁8从旋转场接收到转矩，从而造成转子7旋转。
在依此方式进行操作的本发明的电动机1中，转子7包括外部部分7a，永久磁铁8绕着所述外部的外表面固定；以及装配并固定在外部7a内的内部部分7b。为了增加永久磁铁8的磁力，外部部分7a为使用具有极佳的磁性特性(例如，高导磁率和高饱和磁通密度)的含铁材料制成的薄圆柱体。另一方面，内部部分7b为使用与外部部分7a的密度相比具有较低密度的材料(例如，铝或镁)制成的柱状体，并且所述内部部分如下所述与外部部分7a成一体。
图3是说明用于紧固转子7的外部部分7a和内部部分7b的构造的图示。柱状内部部分(柱状第二构件)7b的外径为D1。另一方面，薄圆柱形外部部分(圆柱形第一构件)7a的内径为D2，并且略小于内部部分7b的外径D1(D2＜D1)，两个点之间具有适当的过盈量。在制备具有这些尺寸的外部部分7a和内部部分7b之后，为了使外部部分7a的内径D2大于内部部分7b的外径D1加热外部部分7a，并且如图3中的箭头所示，内部部分7b装配在已膨胀的外部部分7a内，其后，外部部分7a被冷却而使其缩小，从而进行使外部部分7a和内部部分7b成一体的冷缩配合。
如图4中所示，取代这种类型的冷缩配合，可以将外部部分7a和内部部分7b定位成使所述外部部分和所述内部部分同中心且所述外部部分与所述内部部分之间具有适当的过盈量，并且在轴向上将压力施加到外部部分7a和内部部分7b中的一个或两个上，以在所述外部部分与所述内部部分之间形成压力配合并使外部部分7a和内部部分7b成一体。
通过这种类型的冷缩配合或压力配合而成一体的转子7通过在配合部中产生于外部部分7a与内部部分7b之间的表面压力而连结，使得在圆周方向或轴向上不具有运动。在配合部中产生于外部部分7a与内部部分7b之间的表面压力为配合部的过盈量和配合部的接触面积的乘积，使得根据所需的表面压力选择适当的过盈量和接触面积。另外，在通过使外部部分7a和内部部分7b一体化在一起形成转子7之后，永久磁铁8绕着转子7的外表面均匀地隔开并固定，使得各磁铁8的极性在圆周方向上交替变化。
在本发明的电动机1中，依此方式通过冷缩配合或压力配合将外部部分7a和内部部分7b紧固在一起形成转子7，其中磁铁8绕着所述外部的外表面固定，使得通过简单的加工而无需如烧结接合中使转子在设定的时间周期中保持在高温下就可以制造转子7。另外，由于内部部分7b是使用与外部部分7a相比具有较低密度的材料制成，因此可以使转子7的重量减轻掉与含铁材料质量的差量。
此外，如图2中所示，在为柱状体的内部7b中形成有具有圆形横截面的多个凿孔7c(在图2中所示的实例中为6个孔)，并且可以进一步使转子7的重量减轻掉这些凿孔7c的重量。在图2中，具有圆形横截面的六个凿孔7c形成于转子7的内部部分7b中，然而，这些凿孔7c的形状和数量不受到这个实施例限制，而可以为符合满足内部部分7b的所需强度及保持旋转平衡的条件的任何适当的形状和数量。
例如，如上所述构造的电动机1用作用于电力转向设备的转向辅助电动机。图5是显示包括本发明的电动机1的电力转向设备的一个实例的图示。
电力转向设备包括众所周知的齿条及小齿轮式转向机构，所述齿条及小齿轮式转向机构包括齿条轴20，所述齿条轴被支承在延伸横过车体(图中未示)的水平方向的齿条罩21内，使得齿条轴20可以在轴向上自由移动；以及小齿轮轴30，所述小齿轮轴被支承在与齿条罩21中间交叉的小齿轮壳体31内，使得小齿轮轴30可以自由旋转。从齿条罩21的两端向外突出的齿条轴20的两端经由各自的横拉杆22、22连接到左侧及右侧车轮23、23，并且从小齿轮壳体31的一端向外突出的小齿轮轴30的上端经由转向轴40连接到方向盘41。此外，小齿轮(图中未示)形成于在小齿轮壳体31内延伸的小齿轮轴30的底部上，在与齿条罩21的相交部分中的小齿轮与沿着长度形成于齿条轴20的外表面上的齿条齿相接合。
采用上述的构造，当用于转向的方向盘41转动时，该转动经由转向轴40传送到小齿轮轴30，小齿轮轴30的旋转转换成齿条轴20的轴向上的运动，并且这个运动经由各自的横拉杆22、22推动及拉动左侧及右侧车轮23、23，从而使车轮23、23进行转向。
在支承转向轴40的柱状壳体42的中间具有转矩传感器50，所述转矩传感器检测在方向盘41转动时施加到转向轴40上的转向转矩，并且本发明的电动机1安装在转矩传感器50下方的位置处。
电动机1在柱状壳体42外安装成使其正交于轴心；例如，紧固到在柱状壳体42内延伸的电动机的输出端的蜗杆与绕着转向轴40的外表面紧固的蜗轮相接合，电动机1的旋转在通过蜗杆和蜗轮减速之后传送到转向轴40。就这种构造而言，电动机1的旋转减速并传送到转向轴40，并且将转矩施加到连接到转向轴40的底端的小齿轮轴30上，并且电动机1的旋转辅助如上所述的转向。
电动机1由经由电动机驱动电路(图中未示)从辅助控制单元60给出的控制指令驱动。由转矩传感器50检测的转向转矩的检测值被供给辅助控制单元60，接着辅助控制单元60根据所述检测值向电动机1发出控制指令，并且执行增加或减小用于电动机1的驱动电流的辅助控制。另外，具有位于转向辅助电动机1内的电动机电流传感器11，由电动机电流传感器11检测的用于电动机1的驱动电流的检测值被供给辅助控制单元60，所述辅助控制单元计算电动机电流值与驱动电流值之间的差值，并且执行根据所述差值纠正施加到转向辅助电动机1上的驱动电流的反馈控制。电动机电流传感器1也可以位于辅助控制单元60中。
用于依此方式构造的电力转向设备中的转向辅助电动机1包括转子7，所述转子通过具有外部部分7a和内部部分7b被制造得很轻，其中所述内部部分是使用与外部部分7a相比具有较低密度的材料制成，并且这会使在电动机1未被驱动时或电动机1的旋转方向变化时施加到转向轴40上的转子7的惯性力矩，从而改善了转向感觉。此外，多个凿孔7c形成于内部部分7b中，这会使转子7减轻，并且进一步减小施加到转向轴40上的转子7的惯性力矩，从而进一步改善转向感觉。
权利要求
1.一种电动机，包括转子，由与外部部分相比具有较低密度的材料制成的所述转子的内部部分装配在所述外部部分内，其中磁铁绕着所述外部部分的外表面固定；其特征在于所述内部部分冷缩配合或压力配合在所述外部部分内。
2.根据权利要求1所述的电动机，其中凿孔形成于所述内部部分中。
3.根据权利要求1所述的电动机，其中所述外部部分由含铁材料制成，所述内部部分由铝或镁制成。
4.一种用于制造转子的方法，其中由与外部部分相比具有较低密度的材料制成的所述转子的内部部分装配在所述外部部分内，磁铁绕着所述外部部分的外表面固定，其特征在于包括步骤将圆柱形第一构件制备成所述外部部分，将柱状第二构件制备成所述内部部分，使得所述第一构件的内径小于所述第二构件的外径；加热所述第一构件，使得所述第一构件的内径变得大于所述第二构件的外径；将所述第二构件装配到所述已膨胀的第一构件内；以及冷却所述第一构件以使所述第一构件和所述第二构件通过压缩配合成一体。
5.一种用于制造转子的方法，其中由与外部部分相比具有较低密度的材料制成的所述转子的内部部分装配在所述外部部分内，磁铁绕着所述外部部分的外表面固定，其特征在于包括步骤将圆柱形第一构件制备成所述外部部分，将柱状第二构件制备成所述内部部分，使得所述第一构件的内径小于所述第二构件的外径；将所述已制备的第一和第二构件定位成使所述第一和第二构件同中心；以及在轴向上将压力施加到所述第一构件和所述第二构件中的一个或两个构件上，以将所述第二构件装配到所述第一构件内并使所述第一构件和所述第二构件通过压力配合成一体。
6.根据权利要求4或权利要求5所述的制造方法，其中所述第一构件由含铁材料制成，所述第二构件由铝或镁制成。
7.一种电力转向设备，包括方向盘；连接到所述方向盘的转向机构；以及电动机，所述电动机通过将其转矩施加到所述转向机构上帮助转向；其特征在于所述电动机为权利要求1至3中任一项所述的电动机。
全文摘要
一种电动机，所述电动机设有转子，由与外部部分相比具有较低密度的材料制成的所述转子的内部部分装配在外部部分内，其中磁铁绕着外部的外表面固定；其中内部部分压缩配合或压力配合在外部部分内。通过简单的过程而无需如烧结接合的情况中使转子在高温下保持设定的时间周期就可制造转子。多个凿孔形成于内部部分中以将转子制造得更轻。
文档编号B62D5/04GK101034821SQ200710085740
公开日2007年9月12日 申请日期2007年3月8日 优先权日2006年3月10日
发明者辻泰明 申请人:株式会社捷太格特