专利名称：一种旋转电机转子的制造方法
技术领域：
本发明提出一种用于制造一种旋转电机转子的方法。
正如文件WO 01/93406所述，旋转电机可以是一个把转子的旋转运动转换成电流的交流发电机。
电机也可以是一个把穿过转子线圈的电流转换成转子的旋转运动的马达。如文件WO 01/69762所述，电机可以是可逆的，因此可以把机械能转换成电能，或者相反。
因此，在这种情况下，交流发电机可以起动一个汽车的马达。
每个电力线圈由至少一覆盖一层电绝缘材料的电导体元件卷绕而成。因此，线圈的横截面由一些电导体元件段的水平和垂直排列组成，各段之间通过一层清漆互相粘合。
一台旋转电机转子的线圈一般在一个电绝缘塑料制成的线圈体中实现，线圈体由一个轴向半截面为U形的环形零件构成。
电导体元件卷绕时，线圈体可以引导电导体元件。但是线圈体的横翼常常互相稍微分离，因此造成卷绕不好。电导体元件可能位于高出瓣片的横翼中。在浸漆前的运输时，还可能发生线圈电导体元件的某些段部分径向下沉，离开线圈体的翼部，并导致线圈加大。因此，当在两个极性轮之间加入形成的线圈时，加大部分被压缩，这有破坏绝缘层的危险，特别是导体轴向部分的绝缘层，因此产生电导体元件之间的接触，这会导致失去电阻。另外，径向加大可能会妨碍线圈安装其上的轴芯与两个极性轮之间的接触，这会产生芯轴相对极性轮的附加间隙，因此会损失旋转电机的功率和效率。
然后把清漆涂在线圈上，然后使其凝固，因此也固定了线圈的缺陷。
清漆的凝固可以通过在一个烘箱中加热线圈得到。因此这个阶段非常长。
另外，一般用塑料制成的线圈体在线圈、芯轴和极性轮之间形成一个热障，当旋转电机工作时，这个热障妨碍电流通过电导体元件产生的热量传导和散发，因而降低了旋转电机的效率。
为了减小这个问题，根据2000年5月29日发表的编号为FR-A-2809 546法国专利申请No.00 06853，另一种方法为使用一种覆盖至少一层电绝缘材料并且涂有一个包括一种粘连材料的粘连层的电导体元件，这种粘连材料可以使涂有这种材料的电导体元件的相邻段互相粘接。
粘连材料还可以粘接线圈和芯轴。
因此可以取消线圈体，以利于转子工作时线圈中产生热量的传导和消散。
因此，在卷绕阶段，有绝缘层和粘连层的电导体元件可以被两个决定线圈宽度的横向侧板横向引导。两个横向侧板可以保持住已涂覆过的电导体元件。
然后，这种线圈的制造方法包括一个改变粘连材料状态的阶段，该阶段为使粘连材料软化或熔化，使其至少部分充填电导体元件的相邻段之间存在的空隙，然后使其重新凝固，并使电导体元件的相邻段互相粘连。
状态改变阶段可以包括一个加热粘连材料的阶段。这个阶段可以在一个烘箱中实现。但是，也可以通过焦耳效应加热电导体元件使粘连材料软化或熔化。为此，需要使一个足够强的电流在电导体元件中流动，使电导体元件受热。
但是，由一个实心零件构成的转子芯轴最好由一种具有吸收焦耳效应在线圈中产生的热的倾向的磁性钢制成。
线圈的热量向转子芯轴的传导和发散在线圈中产生一个温度梯度。
实际上，线圈的内圈，即与芯轴接触或靠近芯轴的部分产生的热的一部分被芯轴吸收，这限制了它们的温度的提高。
因此，加热阶段结束时，涂在电导体元件内圈上的粘连材料达到的温度低于其他圈的粘连材料达到的温度。这两个温度之间的差可能达到摄氏几十度。
由于电导体元件的温度应保持低于一个最高温度，以便不破坏电绝缘层，涂在电导体元件内圈上的粘连材料达到的温度一般低于粘连材料的软化或熔化温度。
结果，粘连材料不能使电导体元件内圈的相邻段互相粘接。
这对旋转电机的性能是有害的。
例如，当旋转电机工作时，线圈的内圈可能发生震动，震动引起噪声。线圈与芯轴脱离也会引起噪声。
互相重叠的内圈的震动加剧了绝缘材料层的磨损，这增加了短路的危险。
另外，这种方法不能使用具有半芯轴的极性轮，即与芯轴的一部分一起制成一个单一零件的极性轮。实际上，凸极(griffes)轴向延伸到极性轮的半轴芯以上，并因此妨碍电导体元件卷绕在芯轴上。
由于本发明，可以使用半芯轴极性轮。这些极性轮很结实，因此能够在极性轮的凸极之间插入磁铁，如文件FR-A-2 793 085所述。
由于存在永磁铁，因此可以提高旋转电机的功率。
另外需要指出的是，定子的导电线圈与极性轮之间得到最好的散热。
另外，当电力线圈被激活以便在极性轮的凸极处得到北极和南极时，芯轴的管形零件参与获得一个良好的磁通量。
管形零件可以减少极性轮的半芯轴的厚度，当然是在极性轮离心力的良好稳定确定的限度内。
通过锻造得到极性轮比较方便，极性轮也更加各向同性。
芯轴的管形零件在车辆的热力马达产生的非周期性中得到良好的稳定性。
由于本发明，极性轮因存在半芯轴而更加结实，因此可以增加极性轮的外径，从而可以提高机器的功率，并降低磁噪声。
另外，由于管形零件的厚度比普通芯轴小，芯轴的管形零件与线圈之间温度梯度小。
根据本发明的其他特征—管形零件与芯轴体的装配通过套装得到；—管形零件与芯轴体的装配通过粘接得到；—芯轴包括一个管形外部零件，线圈在它的凸柱形壁上实现；—管形零件柱形内壁包括至少一个与芯轴体的互补的凸起或凹陷的形状配合的凹陷或凸起的形状，以阻止管形零件相对芯轴体转动；—管形零件由一个卷成管子并焊接的金属片构成；—芯轴体由2个基本为柱形并互相轴向延伸的的部分形成，每个部分从转子的一极性轮的一横向面处开始延伸；—管形零件包括钢；—管形零件包括铝；—管形零件的至少一面经过阳极氧化处理；—一个电绝缘零件轴向插在线圈与芯轴的管形零件的凸柱形外壁之间，并保证线圈和管形零件的机械寿命。
—外粘连层的粘连材料为一种热固型的聚合物。
—外粘连层的粘连材料为一种热塑型聚合物。
定子13包围转子12，转子12与旋转轴A的一个输出轴15连接，两个整流环17固定在旋转轴A的后端。
转子12主要由一个芯轴14构成，电力线圈16就在芯轴14上形成。
例如电力线圈16由一个电导体元件，如一根覆盖至少一层绝缘材料的铜线卷绕成圈而构成。
转子12在这里为一个由柱形电力线圈16构成的凸极转子，线圈16安装在两个平板22和24之间，每个平板分别包括向另一个平板24和22的方向轴向延伸的凸极26和28。凸极26和28在角度上互相分开，使平板22的凸极26插入在平板24的两个相邻的凸极28之间，反过来也是一样。为了更准确，可以参照文件EP-B-0.515.259或文件WO01/93406，这些文件也表示一台旋转电机、特别是一台交流发电机的转子。
平板22、24以及它们各自的凸极26、28在这里叫做极性轮23和25。
图2以放大的横截面表示覆盖一电绝缘材料层30的电导体元件18卷绕的一部分。
覆盖电绝缘材料的电导体元件18还涂有一种粘连材料的粘连层32，粘连材料可以使电导体元件18的相邻段之间互相粘接。
已经知道，根据图2，一个电绝缘薄片34位于电力线圈16与芯轴14之间。它可以减小或消除线圈16与芯轴14之间短路的危险。
电绝缘薄片34的材料也可以是热的导体。这样在旋转电机工作时有利于电流在电导体元件18中流动产生的热向芯轴14排放。
绝缘薄片34也可以延伸在线圈16的横向壁上，以消除旋转电机的线圈16与图中未示的极性轮之间发生短路的危险。
绝缘薄片34可以包括一个电绝缘的结构零件，如绝缘的纸或织物，它的至少一面的至少一部分涂有一种粘连材料。
另外，绝缘薄片的粘连材料与层32的粘连材料化学相容。
制造转子12时，电导体元件18相邻段的连接通过一个粘连层32的材料状态改变阶段得到。
状态改变阶段造成粘连材料的软化或熔化，以便使其至少部分充填电导体元件18的相邻段之间存在的空隙，然后使粘连材料重新凝固，并使电导体元件18的相邻段互相粘接。
状态改变阶段相当于改变粘连材料的结构，即构成粘连材料的某些原子的一种相互运动。
材料的状态改变阶段包括一个把粘连层加热到一个凝固温度的加热阶段，该温度大于或等于粘连材料熔化温度，使粘连材料熔化或软化，并使其流动，以便最好几乎全部充填电导体元件18的相邻段之间存在的空隙。
加热阶段之后是一个冷却阶段，粘连材料在这个阶段重新硬化或凝固。
粘连材料的凝固或固化温度为材料的结构开始改变的温度，使粘连材料可以连接电导体元件，使粘连材料至少与电导体元件部分接触。
粘连材料最好为一种聚合物。
因此，当聚合物为热固型时，在下面的描述和权利要求中把凝固温度叫做它的交联温度。
因此，当聚合物为热塑类型时，在下面的描述和权利要求中把凝固温度叫做它的熔化温度。
当粘连材料是一种聚合物时，加热阶段使聚合物聚合，冷却阶段使聚合物凝固，这就保证了有涂层的电导体元件18的相邻段的刚性粘接。
当绝缘薄片34涂有一种粘连材料如一种聚合物时，加热到大于或等于粘连材料凝固温度的阶段和冷却阶段使绝缘薄片34与转子12的芯轴14粘接，并加固薄片34与有涂层的电导体元件18的相邻段的粘接。
加热阶段为通过焦耳效应加热涂有绝缘层和粘连层的电导体元件18，使粘连材料的温度达到一个大于或等于它的凝固温度的温度。
但是，绝缘薄片34可以把线圈的焦耳效应产生的热传给芯轴14。这种热传导在线圈16内部形成一个温度梯度。线圈16靠近芯轴14的内圈的温度低于线圈16其他圈的温度。
由于大量的热从内圈向芯轴14传递，这些圈的温度不能增加到足以使粘连材料聚合，因此妨碍电导体元件18内圈相邻段之间的连接。
例如，当外圈的温度为240℃左右，即高于200℃左右的凝固温度时，内圈的温度约为130℃，芯轴14的温度增加了几十度。
内圈130℃左右的温度不能改变粘连材料的状态。
图3局部表示转子14的线圈16的一个内部区域，该区域的内圈粘连层32没有改变状态，而外圈的粘连层已经聚合，使这些圈互相连接。
另外，如前所述，转子12的这种制造方法不能使用半芯轴极性轮。这就降低了旋转电机的效率。
同样，如果转子12有分开的两个极性轮23、25和一个芯轴14，它就有两个分别位于芯轴14的横向面两侧的接触面31、33，因此产生了两个对旋转电机的效率有害的附加间隙。
另外，当电机工作时，转子12旋转产生的力有造成极性轮23、25、特别是它们的凸极26、28轴向分离的趋势。为了限制这种现象，需要加固极性轮23、25。
加固可以通过增加极性轮23、25的尺寸得到。这增加了转子12的重量并降低了旋转电机的性能。
加固还可以通过使用带有半芯轴的极性轮得到，以使用过的制造方法来衡量是很难考虑到这一点的。实际上，半芯轴极性轮的凸极妨碍电导体元件18卷绕在芯轴14上。
为了克服这些缺点，本发明提出在一个图4所示的管形零件42的凸出柱形外表面40上实现电导体元件18的卷绕。
根据第一个实施例，芯轴14由管形零件42和一个芯轴体44组成，与管形零件直径相比，管形零件的壁厚较小，芯轴体44的外径与管形零件42的内径基本相等。
管形零件42可以由一个管子的一段构成，也可以由一个卷成管子并焊接的金属片构成。
管形零件42可以是钢制的，也可以是铝制的，并且它的一个表面可以经过阳极氧化处理。
状态改变阶段后，将管形零件42装配在芯轴体44上。
因此，状态改变阶段时，管形零件42没有装配在芯轴体44上。因此，它的壁厚薄减少了它的质量和芯轴14吸收热量的能力。这就减少了热量的传递和散发，因此降低了粘连材料状态改变阶段线圈16中的温度梯度。
因此，符合本发明的方法可以实现线圈的温度变化，以保证电导体元件18的相邻段之间的最佳粘接。
管形零件42与芯轴14的芯体44的装配可以通过粘接实现。将粘胶涂在管形零件42和/或芯轴体44的一个柱形壁46、48上。可以热粘接或冷粘接。
管形零件42和芯轴体44的装配也可以通过套装来实现。在这种情况下，管形零件42的柱形内壁46的直径小于芯轴体44的柱形外壁48的直径。为了实现装配，应改变管形零件42和/或芯轴体44的温度，以产生尺寸变化。
例如，将管形零件42加热到一个叫做套装温度的温度，使该零件膨胀，使它的内径大于芯轴体44的外径，使它们能轴向相嵌。管形零件42的冷却使其回到它的原始尺寸，通过径向锁紧实现与芯轴体44的装配。
套装温度应高于最高工作温度，以限制旋转电机工作时装配脱开的危险。
为了阻止管形零件42与图5-8所示的芯轴体44的相对转动，管形零件42的柱形内壁46包括至少一个与芯轴体44的互补凸起或凹陷形状52配合的凹陷或凸起形状50。
图5表示管形零件42的柱形内壁46上的一个与芯轴体44的互补凹陷形状52配合的凸起形状50。在这里，形状50和52为燕尾型。
图6表示一个与上图相反的实施例，即形状50凹陷在管形零件42的柱形内壁46中，并且与芯轴44的互补凸起形状52配合。
根据图7、8，管形零件42的内壁46和芯轴44的形状50和52分别由一些互相配合的平面构成，以阻止管形零件42与芯轴体44的相对转动。
当管形零件42装配在芯轴44上时，实心芯轴14有利于吸收旋转电机工作时线圈16产生的热量，这样可优化旋转电机的效率。
根据图9、10所示的第二实施例，芯轴体44由两个互相轴向延伸的基本为柱形的部分54、56构成，每个部分从转子12的一个极性轮23、25的一个横向面处开始延伸。因此把极性轮23、25叫做半芯轴极性轮。
与第一实施例类似，管形零件42与芯轴44的两个部分54、56的装配在状态改变阶段后进行。
该实施例可以加固，特别是轴向地加固极性轮23和25，并增加其抵抗因高速产生的外部应力和内部应力的能力，内部应力例如为由于加速和减速而产生的震动应力。
因此，可以提高转子12的转速，而又不会造成极性轮23和25的凸极26和28的轴向分离。
由于同样的原因，对于一个恒定的转速，与根据现有技术制造的转子相比，可以增加转子12的直径，这就提高了旋转电机的性能。
另外，半芯轴极性轮23、25可以减少附加间隙。实际上，根据图7，只有一个接触面58，而不是两个，因此只产生一个间隙。这样可以减少磁噪声，并提高旋转电机的性能。
还可使用一些极间磁铁，它们可以提高旋转电机的性能。
上面的描述不是限制性的。实际上，管形零件42可以有类似的形状，这也不超过本发明的保护范围。
根据
图11，管形零件42可以有两个向转子12外径向延伸的环形翼60。因此，线圈16被环形翼60轴向保持，这有利于线圈16的制造。另外，环形翼60可以在它们的外周边缘上有一些槽，用于接受面对面的极性轮23、25的凸起，以阻止线圈和管形零件42与芯轴44可能发生的相对转动。
当然，可以使结构相反。在极性轮23、25上做出槽，在环形翼60上做出凸起。
极性轮23、25的凸起或槽可以属于平板22、24，和/或属于凸极26和28。
作为变型，环形翼60中的一个，即最靠近整流环的环形翼的外周被两个轴向爪延长，每个爪深入到一个由两个相继的凸极26或28形成的槽中。一些导向部件模制在这些爪上。
导向部件用于固定每条与整流环之一连接的线圈16的端线。
图1中可以看到这些导向部件中的一个。
在所有情况下，阻止转动的装置处于至少一个环形翼60与邻近这个环形翼60的极性轮23、25之间。
根据图12所示的一个变型，管形零件42的轴向截面可以是一个与芯轴体44的两个部分54和56互补的三角形，这两个部分为锥形。管形零件42与两个部分54和56之间的倾斜界面可以减少附加间隙产生的损失。
根据另一个变型，管形零件42的轴向截面可以是T形。例如管形零件42可以通过锻造或加工成批制造，或通过从一个管子开始变形得到，这分别如图13、14所示。
当然，如文件WO 01/69762所述，旋转电机可以是可逆的，可以以交流发电机的方式工作，也可以按起动装置的方式工作。
在这种情况下，由于存在半芯轴极性轮，可以在凸极之间设置一些永磁铁，以增加机器的功率。
在各种情况下，爪对离心力的作用都不太敏感，并且由于存在半芯轴，也不太会在离心力的作用下分离。
权利要求
1.一种旋转电机的转子(12)的制造方法，所述转子(12)包括一芯轴(14)，所述芯轴(14)上有至少一电力线圈(16)，所述线圈(16)包括至少一卷绕的电导体元件(18)，以形成所述线圈(16)，所述电导体元件(18)涂有至少一电绝缘材料层(30)并包覆一包括粘连材料的外粘连层(32)，所述粘连材料可以使所述涂覆过的电导体元件(18)的相邻段之间互相粘连，所述方法在卷绕阶段后是一个特别是通过焦耳效应加热所述电导体元件(18)的状态改变阶段，所述状态改变阶段引起粘连材料的软化或熔化，使粘连材料至少部分充填被卷绕的所述电导体元件(18)的相邻段之间存在的空隙，然后使所述粘连材料重新凝固，使所述卷绕着的电导体元件(18)的所述相邻段之间互相粘接，所述方法的特征在于，所述电导体元件(18)的卷绕是在所述芯轴的一个管形零件(42)的柱形凸外壁(40)上进行；并且在所述状态改变阶段后，将所述管形零件(42)装配在一芯轴体(44)上，以便最大程度地降低状态改变阶段时所述线圈(16)中的温度梯度。
2.如权利要求1所述的旋转电机转子(12)的制造方法，其特征在于，所述管形零件(42)与所述芯轴(44)的装配是通过套装来实现。
3.如权利要求1所述的旋转电机转子(12)的制造方法，其特征在于，所述管形零件(42)与所述芯轴(44)的装配是通过粘接来实现。
4.如权利要求1所述的方法得到的旋转电机的转子，其特征在于，所述芯轴(14)包括一个外部管形零件(42)，所述线圈(16)是在所述管形零件的柱形凸外壁(40)上形成的。
5.如权利要求4所述的旋转电机的转子，其特征在于，所述管形零件(42)的凹柱形内壁(46)包括至少一个凹陷或凸起的形状(50)，所述形状(50)与所述芯轴体(44)的互补的凸起或凹陷的形状(52)配合，以阻止所述管形零件(42)相对所述芯轴体(44)转动。
6.如权利要求4所述的旋转电机的转子，其特征在于，所述管形零件(42)由一个卷成管形并焊接的金属片构成。
7.如权利要求4所述的旋转电机的转子，其特征在于，所述芯轴体(44)由两个基本为柱形并互相轴向延伸的部分(54、56)组成，每个部分从所述转子(12)的一极性轮(23、25)的一横向面处开始延伸。
8.如权利要求4所述的旋转电机的转子，其特征在于，所述管形零件(42)包括钢。
9.如权利要求4所述的旋转电机的转子，其特征在于，所述管形零件(42)包括铝。
10.如权利要求4所述的旋转电机的转子，其特征在于，所述管形零件(42)的至少一面经过阳极氧化处理。
11.如权利要求1所述的旋转电机的转子，其特征在于，一电绝缘零件轴向插在所述线圈(16)与所述芯轴的所述管形零件(42)的所述柱形凸外壁(40)之间，并保证所述线圈(16)和所述管形零件(42)的机械寿命。
12.如权利要求1所述的旋转电机的转子，其特征在于，所述外粘连层(32)的粘连材料为一种热固型聚合物。
13.如权利要求4所述的旋转电机的转子，其特征在于，所述外粘连层(32)的粘连材料为一种热塑型聚合物。
全文摘要
本发明提出一种旋转电机转子(12)的制造方法，所述转子(12)包括一个芯轴(14)，所述芯轴(14)上有至少一个电力线圈(16)，所述线圈(16)包括至少一个卷绕的电导体元件(18)，所述电导体元件(18)涂有一个外粘连层(32)，卷绕阶段后是一个状态改变阶段，该阶段造成粘连材料的软化，然后使所述粘连材料重新凝固，该方法的特征在于，所述电导体元件(18)的卷绕在所述芯轴的一个管形零件(42)的凸出柱形外壁(40)上进行，并且在所述状态改变阶段后，将所述管形零件(42)装配在一个芯轴体(44)上，以最大程度地降低状态改变阶段时所述线圈(16)中的温度梯度。
文档编号H02K15/02GK1463482SQ02801699
公开日2003年12月24日 申请日期2002年5月29日 优先权日2001年5月31日
发明者阿尔诺·拉克森奈尔, 纪尧姆·特罗莫尔 申请人:瓦莱奥电机设备公司