专利名称：面磁型电动机及其制造方法和具有面磁型电动机的内燃机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种使用转子的磁体的面磁型电动机(surface magnettype motor)，尤其涉及一种防止磁体散射的抗散射管(anti-scatteringtube)。
背景技术：
通常，公知的有一种面磁型电动机，其包括具有设置在旋转轴的外圆周表面的磁体的转子。这种类型的电动机在磁体的圆周装备有无磁性抗散射管，以防止当转子以高速旋转时，由于离心力引起的磁体的破裂和散射。
通常通过将磁体压入抗散射管的内圆柱，来固定电动机的抗散射管。因此，磁体由力稳固地夹持，以防止由离心力引起的磁体的破裂和散射(例如，参考公开号为2001-025193和2001-218403的日本专利)。
为了实现在高离心力和宽范围运行温度下，适应具有这样结构的电动机的较高速旋转，必需增加抗散射管和磁体之间的压装边缘，以用更大的力更稳固地夹持所述磁体。然而，压装边缘的增加可能会导致在压入到抗散射管的过程中，所述磁体破裂。
即使在装配的时候没有发生破裂，在磁体上的此应力可能导致在所述面磁型电动机的运行过程中，由于离心力的影响引起的破裂。尤其在此电动机用于辅助涡轮增压器的涡轮轴的情况下，必需确保和所述涡轮轴的运行极限一样大的力，其中，该涡轮增压器以十几万到二十几万转/分(rpm)旋转。因此，出现了减轻所述磁体上的应力的结构和/或制造方法的需求。
发明内容
鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种具有降低由于压装在磁体上产生的应力的抗散射管的面磁型电动机、制造方法、和包括所述面磁型电动机的内燃机。
鉴于上述问题，构造下述本发明的面磁型电动机。面磁型电动机在转子表面具有磁体，其包括抗散射管，其形成为长度大于安装在所述转子的所述磁体的轴向长度的圆柱构造，并且其内压装有所述磁体，以防止磁体散射；和减压部分，其减轻在压入所述抗散射管的所述磁体的端部产生的应力。
本发明的面磁型电动机包括抗散射管，在端部，其长度大于磁体；减压部分，减轻由磁体压入抗散射管引起的、在磁体端部产生的应力。特别地，能在减轻压装引起的施加到磁体端部上的应力的状态下，设置转子。因此，能在压装的过程中、在压装后转子的装配过程中、或作为电动机使用的过程中，抑制磁体的破裂。
具有上述结构的面磁型电动机的减压部分设置在突起部分，该突起部分是抗散射管的一部分、并且从压装的磁体两端面的每一个端面突出，该减压部分采用抑制沿内径方向上的位移差异的构造，该位移差异是由所述压装在所述突起部分和除了所述突起部分之外的部分之间产生的。
根据所述面磁型电动机，抗散射管的突起部分设置有抑制沿内径方向上的差异的构造。这作为减压部分。特别地，抑制了由磁体的压装引起的在除了所述突起部分之外的部分沿内径方向上产生的位移、和在所述突起部分受到磁体压入此部分的影响沿内径方向上的位移之间的差异。因此，可以抑制由磁体的压装引起的抗散射管部分的显著变形。这样，能降低施加到磁体端部上的应力，其源自抗散射管的变形引起的作用力。
通过使所述突起部分的刚性低于除了突起部分之外的部分的刚性，具有上述结构的面磁型电动机的减压部分采用抑制差异的构造。
根据所述面磁型电动机，抗散射管的突起部分设置具有低刚性的构造，这用作减压部分。因为突起部分具有低刚性，所述部分受磁体压装的影响，容易变形。换句话说，通过磁体存在于内部，很容易获得除了所述突起部分之外的部分的直径增加。因此，可以抑制在磁体压装之后，在突起部分和除了所述突起部分之外的部分之间的沿内径方向的位移的差异，以降低施加到磁体端部上的应力。
在具有上述结构的面磁型电动机上的抑制差异的构造可通过将所述突起部分形成为薄于除了所述突起部分之外的部分，来获得低刚性。
根据所述面磁型电动机，突起部分比除了该突起部分之外的部分薄。对于该薄构造，抗散射管能被形成为例如，阶梯式圆柱构造。因此，低刚性构造能通过相对简单的构造实现，以便于设置减压部分。
具有上述结构的面磁型电动机的抑制差异的构造通过在突起部分的外圆周上形成预定深度的凹口，来获得低刚性。
根据所述面磁型电动机，凹口在抗散射管的突起部分的外圆周上形成。因此，能以相对简单的过程实现低刚性构造。
通过使所述突起部分的内径增加、大于除了该突起部分之外的部分的内径的锥形构造，具有上述结构的面磁型电动机的减压部分可采用抑制所述差异的构造。
根据所述面磁型电动机，所述突起部分的内径以锥形方式增加。特别地，预先形成突起部分端部部分的内径增加的构造。因此，即使除了突起部分之外的部分的内径通过压装磁体而增加，因为所述突起部分的内径预先增加，所以能抑制在压装之后的部分之间的内径方向的位移的差异。这样，能降低施加到磁体端部的应力。
通过将所述突起部分形成为具有圆锥增加的直径的构造，具有上述结构的面磁型电动机的减压部分可采用抑制所述差异的构造。
依照所述面磁型电动机，突起部分形成为采用如下构造内径和外径均朝向端部圆锥地增加。因此，在压装之后的部分之间的内径方向上的位移的差异能依靠具有预先增加直径的突起部分来抑制。此外，无需大大减少突起部分刚性，形成抑制内径方向的位移的差异的构造。
具有上述结构的面磁型电动机进一步包括装配凸缘，其在连接到所述旋转轴的轴承和所述磁体每一端面之间。减压部分设置在接触部分，在此处，突起部分与装配凸缘接触，该突起部分是抗散射管的一部分、并且从压装的磁体的每一个端面突出。可提供抑制沿内径方向上的位移差异的构造，所述位移差异是通过从所述装配凸缘的两外侧沿旋转轴的方向施加外力的压装、在所述突起部分和除了所述突起部分之外的部分之间产生的。
根据面磁型电动机，在通过外力抑制压装之后、抗散射管内径方向的位移的差异的构造中，形成接触部分，其用作减压部分。换句话说，通过将外力从装配凸缘的两个外侧施加到抗散射管，在所述抗散射管，内径方向的位移差异已经由磁体的压装产生，来抑制内径方向位移的差异。因此，能降低施加到磁体端部上的应力。
具有上述结构的面磁型电动机的接触部分采用如下构造，其将来自所述装配凸缘的外力转换成施加到所述抗散射管的外圆周侧、而不是所述抗散射管的内圆周侧的轴向力。
根据所述面磁型电动机，传输到接触部分的外力用作施加到所述抗散射管的外圆周侧上的轴向力。例如，当由磁体的压装引起的突起部分的内径变化小于除了所述突起部分之外的部分的内径变化时，在压装之后的抗散射管采用向内弯曲的突起部分的构造。通过将轴向力施加到抗散射管的外圆周侧，力在改进向内弯曲的方向起作用，以抑制在内径方向上的位移差异。
根据上述结构的面磁型电动机可以具有抗散射管的接触部分，其采用凸角构造，该凸角构造与所述抗散射管的外圆周侧端面的装配凸缘接触。
根据所述面磁型电动机，将外力传输到抗散射管的外圆周侧的凸角部分形成在所述抗散射管的接触部分，其作为减压部分。换句话说，凸角构造只设置在所述抗散射管侧的接触部分。因此，不必要以特殊的构造形成装配凸缘侧。
在具有上述结构的面磁型电动机中，所述装配凸缘的接触部分采用凸角构造，其与所述抗散射管的外圆周侧端面接触。
根据所述面磁型电动机，所述装配凸缘的接触部分以将外力传输到所述抗散射管的外圆周侧的凸角构造形成，其作为减压部分。换句话说，凸角构造只设置在装配凸缘的接触部分。因此，不必要以特殊的构造形成抗散射管。
在具有上述结构的面磁型电动机中，抗散射管的接触部分以比除了所述突起部分之外的部分的外径小的圆柱构造形成，以将所述抗散射管完全设定成阶梯式圆柱构造，并且以与所述阶梯式圆柱构造的肩部接触的构造、形成所述装配凸缘的接触部分。
根据所述面磁型电动机，所述阶梯式圆柱构造的小圆柱部分当作所述抗散射管的接触部分，并且与所述肩部接触的构造当作所述装配凸缘的接触部分。除降低刚性的优点外，能经由肩部将轴向力施加到所述抗散射管的外圆周侧，以减少内径方向的位移的差异。这样，能降低施加在磁体端部上的应力。
具有上述结构的面磁型电动机的接触部分采用如下构造，其将来自所述装配凸缘的外力转换成作用于增加所述突起部分的内径方向的力。
根据所述面磁型电动机，传输到接触部分的外力用作增加所述抗散射管的突起部分的内径的力。例如，当由磁体的压装引起的突起部分的内径变化小于除了所述突起部分之外的部分的内径变化时，受压装的抗散射管具有所述突起部分向内弯曲的构造。通过将外力施加到此抗散射管，能增加所述突起部分的内径，以抑制在内径方向的位移的差异。
在具有上述结构的面磁型电动机中，所述抗散射管的接触部分以锥形构造形成，所述锥形构造使所述突起部分的内径增加、大于除了该突起部分之外的部分的内径，并且形成与所述锥形构造配合的装配凸缘的接触部分。
根据所述面磁型电动机，所述抗散射管的接触部分形成有以锥形方式增加的内径，并且所述装配凸缘的接触部分形成为与其配合的构造，以允许所述装配凸缘的接触部分插入到所述抗散射管。通过在外部施加具有此接触部分的装配凸缘的外力，在端部的所述抗散射管的内径由于锥形构造的作用而增加。因此，抑制由磁体的压装引起的所述抗散射管的内径方向的位移差异。
在具有上述结构的面磁型电动机中，所述装配凸缘的接触部分由外径基本等于所述磁体的外径的圆柱构造形成，能够压入所述抗散射管的突起部分。
根据所述面磁型电动机，所述抗散射管的突起部分压入所述装配凸缘。因此，所述突起部分的内径增加，基本类似于除了所述突起部分之外的部分的内径的增加。可以在所述抗散射管的整个长度，抑制内径方向的位移的差异。
本发明的面磁型电动机的制造方法旨在一种在转子表面具有磁体的面磁型电动机的制造方法，并且其包括步骤(a)以在轴向上长度大于所述磁体的长度的圆柱构造形成抗散射管，覆盖所述转子的磁体表面以防止磁体的散射；和步骤(b)将所述磁体压入所述抗散射管，同时构成减压部分，其减轻在容纳于所述抗散射管的磁体的端部产生的应力。
根据所述制造方法，所述磁体被压入到所述抗散射管，同时构成减轻在磁体端部产生的应力的减压部分。所述减压部分在磁体的压装之前构成，或者采用在磁体的压装之后的方式。因此，提供了一种制造方法，其能减轻在磁体产生的应力，以抑制其破裂。
在基于上述步骤的面磁型电动机的制造方法中，步骤(b)可以包括步骤(b1)将所述磁体压入所述抗散射管，以形成从所述磁体两个端面的每一个突出的突起部分；步骤(b2)将装配凸缘连接到所述突起部分，以通过所述装配凸缘夹紧所述抗散射管；和步骤(b3)在步骤(b2)之后，将所述旋转轴和轴承连接到所述抗散射管，同时通过所述轴承将轴向力沿旋转轴的方向施加到所述抗散射管，以将所述转子安装到面磁型电动机的机架内。
根据所述制造方法，当所述转子安装到机架中时，通过轴承将轴向力在旋转轴的方向施加到所述抗散射管。因此，如果引起所述抗散射管在内径方向的弯曲，其能被减轻。
在基于上述步骤的面磁型电动机的制造方法中，步骤(b)可以包括步骤(b11)将所述磁体压入所述抗散射管，以形成从所述磁体两个端面的每一个突出的突起部分；步骤(b12)将装配凸缘连接到所述突起部分来固定，同时将轴向力沿旋转轴的方向施加到所述抗散射管；和步骤(b13)在步骤(b12)之后，将所述旋转轴和轴承连接到所述轴向力施加到其上的所述抗散射管，以将所述转子安装到所述面磁型电动机的机架内。
根据所述制造方法，当所述装配凸缘连接到磁体被压入其中的抗散射管时，轴向力在旋转轴的方向施加到所述抗散射管。因此，鉴于在内径方向的抗散射管的弯度，预先进行改进。
在基于上述步骤的面磁型电动机的制造方法中，步骤(b)可以包括步骤(b21)由所述装配凸缘从两端夹紧所述磁体；步骤(b22)将所述磁体和装配凸缘一体地压入所述抗散射管；和步骤(b23)在步骤(b22)之后，将所述旋转轴和轴承连接到所述抗散射管，以将转子安装到所述面磁型电动机的机架内。
根据所述制造方法，将磁体和两个装配凸缘一体压入到所述抗散射管。因此，与从受磁体压装的抗散射管的两端、压装所述装配凸缘的情况相比，所述转子能被有效地以较少的步骤装配。
在基于上述步骤的面磁型电动机的制造方法中，步骤(b)可以包括步骤(b31)在所述轴向力沿旋转轴方向施加到所述磁体的状态下，由所述装配凸缘从两端夹紧所述磁体；步骤(b32)在施加有轴向力状态下，将所述磁体和所述装配凸缘一体压入所述抗散射管；和步骤(b33)将所述旋转轴和轴承连接到带有所述磁体和所述装配凸缘的所述抗散射管，以将所述转子安装到所述面磁型电动机的机架内。
根据所述制造方法，在旋转轴的方向上将轴向力施加到所述磁体本身，即，在这种状态下施加压缩力，以将转子安装在所述机架内。除了第三种制造方法的优点，在压装过程中，能够调节磁体的压缩或延伸的变形，即抑制弯曲应力，以减少磁体的破裂。
在基于上述步骤的面磁型电动机的制造方法中，步骤(b31)可以包括通过上紧装配螺母，使装配螺栓穿过所述磁体和所述装配凸缘以施加轴向力。
依照所述制造方法，通过对装配螺栓和装配螺母的拉紧力，可容易地向磁体本身施加轴向力。
本发明的包括面磁型电动机的内燃机旨在一种包括带有涡轮轴的增压器的内燃机。采用表面上具有磁体面磁型电动机，用作辅助涡轮轴的电动机。面磁型电动机包括抗散射管，其形成为长度大于安装在所述转子的所述磁体的轴向长度的圆柱构造，并且其内压装有所述磁体，以防止磁体散射。面磁型电动机设置有减压部分，其减轻在压入所述抗散射管的所述磁体的端部产生的应力。面磁型电动机与所述涡轮轴同轴设置。
根据本发明的内燃机，用于减轻在磁体端部产生的应力的面磁型电动机与涡轮轴同轴设置，以辅助该涡轮轴。因为所述面磁型电动机处于在磁体上的应力被降低的状态下，即使与高速旋转的涡轮轴一起的旋转而施加了巨大的离心力，所述面磁型电动机也足够耐用。可以提供一种带有增压器的内燃机，包括辅助电动机，其能与高速旋转的涡轮轴同轴设置。
图1为本发明的第一面磁型电动机的横截面的示意图。
图2为第一实施例的抗散射管结构的截面图。
图3为表示在传统情况和第一实施例的不同结构之间、压装之后的内径差异的示意图。
图4为抗散射管的例子的截面图。
图5为根据第二实施例的抗散射管结构的截面图。
图6为表示将磁体压入到第二实施例的抗散射管的方法的示意图。
图7为抗散射管的例子的截面图。
图8为本发明的第二面磁型电动机的示意图。
图9为根据电动机制造方法的转子装配步骤的流程图。
图10为第一实施例的接触部分结构的局部截面图。
图11为第二实施例的接触部分结构的局部截面图。
图12为接触部分结构的例子的截面图。
图13为第三实施例的接触部分结构的局部截面图。
图14为转子装配步骤的流程图。
图15为接触部分改型结构的局部截面图。
图16为转子装配步骤的流程图。
图17为转子装配步骤的流程图。
图18为包括作为带有涡轮增压器的引擎的面磁型电动机的系统的示意图。
具体实施例方式
将基于下列次序的实施例描述本发明。
A.第一电动机的结构A-1.抗散射管的第一实施例。
A-2.抗散射管的第二实施例。
B.第二电动机的结构B-1.接触部分结构的第一实施例。
B-2.接触部分结构的第二实施例。
B-3.接触部分结构的第三实施例。
C.改型A.第一电动机的结构。
图1为本发明的第一面磁型电动机的横截面的示意图。如图中所示，第一面磁型电动机10(在下文中将简称为电动机10)主要包括用作电动机10的旋转部分的转子15，用作电动机10的固定部分的定子12，和用于固定在电动机10的机架内的转子15的轴承13、14。此电动机10包括用于转子15的磁体16。定子12包括用于产生电磁力的线圈。旋转转矩由抵抗所述电磁力的磁体16产生。本电动机10与车辆的涡轮轴连接，以辅助所述涡轮轴，在所述车辆上安装有涡轮增压器(参见图18)。转子15的旋转速度变成数十万转/分。
除了磁体16，转子15包括用作输出轴的旋转轴20，防止磁体16的破裂和/或散射的抗散射管17，和在所述抗散射管17和各自轴承13、14之间的装配凸缘18、19。
旋转轴20与磁体16、抗散射管17和装配凸缘18、19一起高速旋转。磁体16由圆柱构造的烧结磁体形成，接收高速旋转的非常大的离心力。抗散射管17具有局部圆柱的构造，设置在磁体16的圆周，以防止由离心力引起的磁体16的破裂。
装配凸缘18、19包括圆柱部分18b、19b，其安装到抗散射管17的内圆周；局部圆柱部分18c、19c，其与抗散射管17的端面相邻，以用作与抗散射管17的连接；以及圆柱部分18d、19d，其与轴承13、14的内环相邻；内圆柱部分18e、19e的内径小于磁体16的内径。旋转轴20由该内圆柱部分夹持。因为抗散射管17设置在磁体16和定子12之间，即，在旋转磁场之内，所以抗散射管17由诸如钛或不锈钢的非磁性材料形成，避免受其影响。
通过将磁体16压入抗散射管17来固定，从抗散射管17的两端连接装配凸缘18、19来固定，并使旋转轴20穿过其中，装配上述结构的转子15。磁体16和抗散射管17的固定受大的压装边缘的压装的影响。因此，由于高转速施加到磁体16上的离心力降低。抗散射管17和装配凸缘18、19的固定受使用夹具焊接带有对准的连接的影响。
装配的转子15的旋转轴20具有所连接的轴承13、14。对于轴承13、14，使用具有低旋转阻力的球轴承，以采用能抵挡高转速的结构。通过将转子15安装在连接到包括定子12的电动机10的机架内的轴承13、14，实现电动机10。电流从电路供应到定子12的线圈(参见图18)。
A-1.抗散射管的第一实施例图2是磁体16压入其中的第一实施例的抗散射管17结构的截面图。如图中所示，由钛制成的抗散射管17形成为长度大于磁体16的阶梯式圆柱构造。磁体16位于大约所述阶梯式圆柱构造的中心的附近。该抗散射管17主要由三个部分构成，即，磁体16存在(设置)的圆柱部分17a，在各自端部的突起部分17b、17c，从磁体16的各自端面突出。突起部分17b、17c的设定使得在破裂时，防止磁体16的任何碎片分散到外面。
圆柱部分17a的内径和突起部分17b、17c的内径相同，并且小于磁体16的外径。通过进行施加预定拉紧边缘(压装边缘)的压装，固定磁体16和抗散射管17，即使在高速旋转的过程中，其间也没有相对滑动。突起部分17b、17c采用薄于圆柱部分17a的圆柱构造，并且具有比圆柱部分17a的刚性低的刚性。换句话说，与圆柱部分17a相比，突起部分17b、17c更容易变形(弹性变形)。在本实施例中，抗散射管17的外径是φ30(30mm)，带有用于压装边缘的拉紧边缘为0.1mm。施加几吨的压装力，以在磁体16和抗散射管17之间固定。
通过将磁体16压入到抗散射管17中，抗散射管17接收磁体16的作用力，以在弹性范围内变形(直径增加)。抗散射管17的圆柱部分17a处于内部存在磁体16、使得直径保持增加的状态下。尽管磁体16没有出现在内部，但是突起部分17b、17c由于刚性低而变形。换句话说，突起部分17b、17c内径也增加，从而在经受压装的圆柱部分17a和突起部分17b、17c之间的内径差异减少。
图3是表示在传统情况和第一实施例的不同结构之间、压装之后的内径差异的示意图。图3(a)对应传统结构，而图3(b)对应第一实施例的结构。图中的虚线代表在磁体16被压装之前的构造。如图3(a)所示，传统结构的抗散射管A的突起部分A2、A3从被压装的磁体的端面突出，采用了类似于压装的磁体16存在的圆柱部分A1的圆柱构造，并且相对坚硬。因此，突起部分A2、A3不容易变形，导致在磁体16被压装之后的内径差异D。通过该内径差异，在磁体16的端部产生弯矩M0。
相比之下，如相应第一实施例的抗散射管17的图3(b)所示，突起部分17b、17c的内径变化大于传统结构的内径变化，导致内径差异d(d＜D)。因此，在磁体16的端部不会由突起部分17b、17c的作用力，产生过多弯曲应力(弯矩M0)，很少导致破裂。换句话说，由压装在磁体16的端部产生的弯曲应力能通过抗散射管17的突起部分17b、17c的变形来减轻。这样，能在压装的过程中、在压装后作为转子15连接的过程中、或作为电动机10使用的过程中，抑制磁体16的破裂。此外，由于采用阶梯式圆柱构造的抗散射管17，能降低突起部分17b、17c的刚性。因此，能通过相对简单的构造实现减轻磁体16应力的构造。
提供此优点的抗散射管的构造并不局限于阶梯式圆柱构造。外部圆柱可引入锥形构造，例如，获得沿横截面的平稳变化。虽然锥形部分的长度不特别局限于锥形构件，但是鉴于要降低刚性的目的，与简单的斜切锥形构造相比，理想的是依照突起部分长度来设定长度。通过从突起部分的圆柱的外表面去除一部分(或者去除圆柱的内表面)以获得低刚性，可以构思各种构造，来抑制磁体16的破裂。
图4示出了包括低刚性的突起部分的抗散射管的例子。如图中所示，抗散射管27具有基本类似于图2的抗散射管17的圆柱形构造，并且区别之处仅在于从压装的磁体16的端面突出的突起部分27b、27c的构造。抗散射管27的突起部分27b、27c具有在整个周长相应于预定宽度和预定深度的凹口的凹槽。通过提供这样的凹口，可以与带有低刚性的突起部分27b、27c达到相似的优点。此外，低刚性的突起部分27b、27c能通过相对简单的工艺形成。
A-2.抗散射管的第二实施例第一实施例旨在通过形成低刚性构造的突起部分17b、17c而降低内径差异。然而，突起部分17b、17c不必要具有低刚性。图5为根据第二实施例的压装磁体16进入其中的抗散射管结构的截面图。如图中所示，该抗散射管37包括三个部分，即，类似于第一实施例的圆柱部分37a，和从压装的磁体16的端面突出的突起部分37b、37c。
突起部分37b、37c形成为锥形构造，内径和外径从圆柱部分37a的一侧朝向抗散射管37的端部逐渐增加。因此，与第一实施例的方式不同，突起部分37b、37c具有相对于圆柱部分37a的较高的刚性。
图6为表示将磁体压入到第二实施例的抗散射管37的方法的示意图。如图中所示，类似于第一实施例，通过将磁体16压入到由虚线表示的具有预定压装边缘的构造的抗散射管37，由于内部存在磁体16，圆柱部分37a显示出显著的内径变化。由于其高刚性，圆柱部分37a的影响较小，所以突起部分37b、37c的内径变化较小。换句话说，通过预先增加突起部分37b、37c的内径，在压装之后圆柱部分37a的内径差异减少。图6表示经受压装的圆柱部分37a的内径变得基本等于经受压装的突起部分37b、37c的内径。
通过在压装之后抗散射管37的内径期望变化，而设定抗散射管37的突起部分37b、37c的内径构造，由整个抗散射管37抑制内径差异。这样，在磁体16的端部不会产生过多弯曲应力，很少导致破裂。此外，没有降低突起部分37b、37c的刚性。
突起部分可以采用图7所示的轮廓构造，例如，相应于内径预先增加的结构。类似于第一实施例，图中所示的抗散射管47形成有三个部分，都采用相同外径的圆柱构造。在这三个部分中的圆柱部分47a具有与第一实施例相同的内径。值得注意的是，从压装的磁体16的端面突出的突起部分47b、47c的内径设定成与锥形构造47d对应，该锥形构造的直径从圆柱部分47a的一侧朝向外侧的逐渐增加。通过将磁体16压入此抗散射管47，可提供类似于第二实施例的优点。突起部分47b、47c具有沿着其整个长度的锥形构造47d，不同于用于在压装模式中定位的锥形构造。
B.第二电动机的结构图8为本发明的第二面磁型电动机的示意图。如图中所示，第二面磁型电动机21(下文中简称为电动机21)具有基本类似于图1所示的第一面磁型电动机10的结构，只是转子25不同。因此，其余的元件具有与图1的元件分配的相同的附图标记，并且将不再重复对其进行描述。
如图8所示，转子25主要包括类似于第一电动机10的旋转轴20、磁体16、抗散射管17和装配凸缘28、29。
类似于第一电动机10的装配凸缘18、19，装配凸缘28、29包括安装在抗散射管17内部的圆柱部分28b、29b，与轴承13、14的内环相邻的圆柱部分28d、29d，以及与抗散射管17接触的特殊构造的接触部分28c、29c。装配凸缘28、29内部设置有内圆柱部分28e、29e，其具有比第一实施例的装配凸缘18、19的内径大的内径。换句话说，装配凸缘28、29在轴向上以滑动的方式与旋转轴20接触。装配凸缘28、29和抗散射管17的对准受圆柱部分28b、29b的影响。用于装配凸缘28、29的特殊构造的突起部分28c、29c将在后面作为装配凸缘28、29的接触部分结构描述。
通过图9所示的过程装配包括上述组成的转子25。图9为根据电动机21的制造方法的转子25装配步骤的流程图。如图中所示，磁体16被压入到抗散射管17(步骤S900)。然后，带有磁体16的抗散射管17在两端被装配凸缘28、29夹紧，并且连接旋转轴20(步骤S910)。
在这种状态下，将轴承13、14安装到旋转轴20。通过轴承13、14，轴向力F沿旋转轴20的方向施加到装配凸缘28、29。带有定子12的电动机21安装在机架内(步骤S920)，以完成转子25的装配。在转子25装配之后，执行预定的步骤以完成电动机21。因为根据这些过程装配的转子25的装配凸缘28、29与轴承13、14的内环接触，所以抗散射管17、装配凸缘28、29以及旋转轴20一体旋转。轴承13、14的内环以及装配凸缘28、29由未示出的旋转制动器固定。
B-1.接触部分结构的第一实施例
特定构造的接触部分28c、29c设置在图8所示的装配凸缘28、29以及抗散射管17上。图10为以放大的方式表示该接触部分的一部分的截面图。如图中所示，装配凸缘28包括具有基本与抗散射管17的外经相同的外径的凸角28a。抗散射管17包括圆柱周长的阶梯部分的肩部17d，其是在阶梯式圆柱构造形成突起部分17b时形成的。所述第一实施例的接触部分构造成使得凸角28a与肩部17d接触，装配凸缘28不直接与突起部分17b的端面接触。虽然未示出，但是在轴承14侧也设置有接触部分，与图10的轴承13侧的部分对称。
对应于上述接触部分结构的装配凸缘28和抗散射管17(包括磁体16)具有在装配阶段的外部施加的轴向力F(压缩力)。所述施加的轴向力F经过装配凸缘28的凸角28a、作为在抗散射管17的外圆周附近的轴向力F传输(参见图10的箭头)。施加在抗散射管17的外圆周附近的轴向力F用作扩展抗散射管17的内圆柱部分的力矩M1。该力矩M1在降低由压装磁体16引起的抗散射管17的突起部分17b、17c产生的弯矩M0的方向上起作用。换句话说，如图3(a)所示，力作用在改进相应于由压装向内弯曲的突起部分A2、A3的抗散射管A的弯曲度的方向上。因此，除了结合附图3(b)在第一实施例中描述的突起部分17b、17c的构造产生的优点外，在抗散射管17的内径位移的差异能被进一步减少，以减轻在磁体16上的弯曲应力。虽然本实施例描述了基于抗散射管17大约一半的厚度(外圆周侧)形成接触的结构，但是只要所述接触位于更靠近外圆周(外周长侧)，而不是靠近抗散射管17的内圆周，就能提供类似的优点。只要施加的轴向力F作用在降低在抗散射管上产生的弯矩M0(参见图3)的方向上，此接触部分可以采用任何结构。此接触部分的其它结构在下文中示出。
B-2.接触部分结构的第二实施例
图11为根据第二实施例的装配凸缘和抗散射管的接触部分结构的局部截面图。虽然在图11中只将轴承13侧表示为接触部分结构，但是类似图10，在轴承14侧设置有对称于轴承13侧的接触部分结构。
如图中所示，抗散射管57的接触部分包括凸角57a，其在圆柱构造两端、外圆周的附近轴向突出。装配凸缘38的接触部分包括平坦表面38a。外部施加轴向力F用作通过轴承13的内环和装配凸缘38的平坦表面38a、在抗散射管57的凸角57a上的轴向力f(参见图11中的箭头)。因此，类似第一实施例，在抗散射管57处产生的弯矩M0降低，通过施加到抗散射管57的外圆周附近的轴向力f，来抑制内径位移差异。因此，能减轻在磁体16上的弯曲应力。
如图12所示，仅在抗散射管57部分上设置的凸角57a也可以只设置在装配凸角48部分上。在这种情况下，如图中所示，凸角48a设置在装配凸缘48处。相对于图10所示的结构，不必要为抗散射管设置特殊构造。
B-3.接触部分结构的第三实施例图13为根据第三实施例的装配凸缘和抗散射管的接触部分结构的局部截面图。虽然在图13中只有轴承13侧表示为接触部分结构，但是类似图10，在轴承14侧设置有对称于轴承13侧的接触部分结构。
如图中所示，抗散射管67的接触部分包括在从磁体16的端面到抗散射管67的端面方向递增的内径的锥形部分67a。装配凸缘58的接触部分包括与锥形部分67a接合并且大于该锥形部分67a的接合部分58a。换句话说，装配凸缘58的接合部分58a采用插入到抗散射管67以形成接触的结构。
根据第三实施例的接触部分结构的外部施加轴向力F，使得装配凸缘58的接合部分58a楔入抗散射管67，即，通过楔效应(wedge effect)，来增加抗散射管67在端面的内径。换句话说，所述结构将轴向力F转换成沿增加直径的方向的力P。根据该结构，抗散射管67内径位移上的差异减少，以减轻在磁体16上的弯曲应力。此外，通过楔效应，便于在装配凸缘58和抗散射管67之间的对准。
在上述第二电动机21中，在安装到机架的阶段的过程中，施加轴向力F，其减少了由压入抗散射管所引起的内径变化的差异，以降低在磁体16上的弯曲应力。因此，即使在安装到机架内之前发生抗散射管的弯曲，也能通过轴向力F改善。施加轴向力F的步骤可以在安装到机架内之前执行，即，首先执行装配，同时将轴向力F施加到抗散射管和装配凸缘。
图14为根据电动机21的制造方法的转子装配步骤的流程图。如图中所示，磁体16被压入抗散射管17(步骤S400)。然后，带有磁体16的抗散射管17在两端被装配凸缘28、29夹紧，并且装配凸缘28、29以及抗散射管17被焊接来固定，同时从两端施加轴向力F(步骤S410)。旋转轴20和轴承13、14在维持内部压缩力的状态下，连接到装配体，并被安装在机架内(步骤S420)，以完成转子25的装配。即使在施加轴向力F的步骤在安装到机架内之前执行的情况下，也能提供降低磁体16上的弯曲应力的优点。此外，抗散射管的弯曲度能被预先改进。
C.改型本发明的第二电动机21的第三实施例(图13)基于如下结构抗散射管67的内径利用锥形构造在端面处增加。可以使用平坦的构造代替倾斜锥形构造。换句话说，楔入抗散射管内的装配凸缘的部分可以采用简单的圆柱构造。将在下文中描述这种结构。
图15为装配凸缘和抗散射管的接触部分改型结构的局部截面图。如图中所示，装配凸缘68的接触部分包括其外径基本等于磁体16的外径的圆柱部分68a。抗散射管77的接触部分不设置特殊的结构，保持用于允许磁体16压装的带有压装边缘的圆柱构造。类似于图11和图13，在该改型中只表示在轴承13部分的结构，没有示出在轴承14部分的结构。
在该接触部分结构中，压装力FA被作为外部施加轴向力F施加到装配凸缘68上。所述压装力FA使得装配凸缘68的圆柱部分68a被推入，以位于抗散射管77的两端。在该接触部分结构中，力P通过装配凸缘68的压装，沿增加在端部的抗散射管77的内径的方向起作用，由此能在整个抗散射管77的长度上抑制内径方向的位移差异。因此，能减轻在磁体16上的弯曲应力。
因为磁体16的外部构造和装配凸缘68在接触部分结构上基本相同，所以可以利用抗散射管77的压装力。
图16为具有图15所示的接触部分的转子装配步骤的流程图。如图中所示，磁体16在两端被装配凸缘68、69夹紧(步骤S600)。优选通过夹具、粘合剂等形成单一件，来实现通过装配凸缘68、69的夹紧。
然后，带有装配凸缘68、69的和磁体16的装配体一起被压入抗散射管77(步骤S610)。通过此压装，磁体16一直设置到抗散射管77的端部。换句话说，在端部的抗散射管77的内径(相对于第一电动机10描述的突起部分17b、17c的部分)沿直径增加，类似于内部设置有的磁体16的部分。
旋转轴20插入到与抗散射管77固定的装配凸缘68、69以及磁体16的内圆柱部分，并且和轴承13、14一起安装在机架内，以完成转子的装配(步骤S620)。由于该制造方法，能通过一个压装步骤装配转子，无需重复地施加压装力。因此，能实现具有减少的步骤数目的转子的有效制造方法。
在步骤S600中，装配凸缘68、69的夹紧可以使用螺栓和螺母的拉紧力来实现。图17为具有图15所示的接触部分结构的转子装配步骤的流程图。如图中所示，装配螺栓90插入经过装配凸缘68、69，通过装配螺母91拉紧，以在通过拉紧力将压缩力施加到磁体16的状态下，夹紧装配凸缘68、69(步骤S700)。
整个装配体压入抗散射管77并被固定(步骤S710)。在此步骤中，在施加有压缩力的状态下的装配凸缘68、69以及磁体16被抗散射管77固定。
然后，从压装固定的磁体16和装配凸缘68、69上去除装配螺栓90和装配螺母91，并且插入旋转轴20，以与轴承13、14一起安装在机架内(步骤S720)。因此，完成转子的装配。
通过使用该制造方法，降低在抗散射管77的内径方向的位移差异，以减轻磁体16上的弯曲应力。此外，通过将压缩力施加到磁体16本身，可以抑制作用于整个磁体16的弯曲应力(通过弯曲的拉应力)。
使用上述面磁型电动机，以辅助在引擎中带有涡轮增压器的涡轮轴的旋转。图18为包括面磁型电动机的系统的示意图，其用于包括作为增压器的涡轮增压器的引擎。
如图中所示，该系统主要构造有引擎100，其包括进气管101和排气管102；涡轮增压器110，其包括在进气管101和排气管102中的叶轮；变极器130；以及ECU140，其对诸如引擎100、涡轮增压器110等整个系统进行控制。这里的面磁型电动机120可以是第一电动机10或第二电动机21。
在该系统中，从引擎100输出的排气的能量引起排气叶轮(turbinewheel)旋转，所述排气叶轮是在排气管102侧的叶轮。通过该能量，进气叶轮(compressor wheel)旋转，其是排气管101侧的叶轮。因此，能将压缩的空气供应到引擎100以改进充电效率。在包括面磁型电动机120的系统中，当排气的能量不够时，连接所述排气叶轮和进气叶轮的涡轮轴被强迫旋转。在ECU140的控制下，通过变极器130给面磁型电动机120供应电力。废气闸阀115设置在旁路入口的附近。在不需要增压的情况下，会影响打开所述废气闸阀115的控制。
作为包括用于辅助需要高速旋转的涡轮轴的电动机的系统，可以假定具有设置在不同于涡轮轴的轴上并用于将动力传输给涡轮轴的电动机的系统，或具有安装有单向离合器(one way clutch)，以防止涡轮轴随后旋转的系统。通过使用这样的系统，会将电动机的可允许转速降低到一个较低的水平。然而，很难构造相应于数十万转/分高旋转速度运行的涡轮轴的电力传输机构或单向离合器。这样的系统不容易被实现。
相比之下，本发明的面磁型电动机能适应高速旋转，并且能和涡轮轴同轴设置，以辅助所述涡轮轴。换句话说，本发明的面磁型电动机能相对容易地适应需要高速旋转的系统。
虽然已经在前面描述了本发明的实施例，但是本发明并不局限于这些实施例，并且可以各种没有背离本发明精神的形式实施。在实施例中，抗散射管的突起部分的结构、轴向力施加到抗散射管、压缩力施加到磁体本身、降低磁体上的应力的结构、制造方法等被分别描述。通过应用此各种结构和制造方法的结合能提供类似的优点。
权利要求
1.一种在转子表面具有磁体的面磁型电动机，包括抗散射管，其形成为长度大于安装在所述转子的所述磁体的轴向长度的圆柱构造，并且其内压装有所述磁体，以防止磁体散射；和减压部分，其减轻在压入所述抗散射管的所述磁体的端部产生的应力。
2.如权利要求1所述的面磁型电动机，其特征在于，所述减压部分设置在突起部分，该突起部分是所述抗散射管的一部分、并且从所述压装的磁体两端面的每一个端面突出，该减压部分采用抑制沿内径方向上的位移差异的构造，所述位移差异是由所述压装在所述突起部分和除了所述突起部分之外的部分之间产生的。
3.如权利要求2所述的面磁型电动机，其特征在于，通过使所述突起部分的刚性低于除了所述突起部分之外的部分的刚性，所述减压部分采用抑制所述差异的构造。
4.如权利要求3所述的面磁型电动机，其特征在于，所述抑制差异的构造通过将所述突起部分形成为薄于除了所述突起部分之外的部分，来获得低刚性。
5.如权利要求3所述的面磁型电动机，其特征在于，所述抑制差异的构造通过在所述突起部分的外圆周上形成预定深度的凹口，来获得低刚性。
6.如权利要求2所述的面磁型电动机，其特征在于，通过使所述突起部分的内径增加、大于除了该突起部分之外的部分的内径的锥形构造，所述减压部分采用抑制所述差异的构造。
7.如权利要求2所述的面磁型电动机，其特征在于，通过将所述突起部分形成为具有圆锥增加的直径的构造，所述减压部分采用抑制所述差异的构造。
8.如权利要求1所述的面磁型电动机，进一步包括装配凸缘，该装配凸缘在连接到所述旋转轴的轴承和所述磁体每一端面之间；其中，所述减压部分设置在接触部分，在此处，突起部分与所述装配凸缘接触，该突起部分是所述抗散射管的一部分、并且从所述压装的磁体的每一个端面突出，并且该减压部分采用抑制沿内径方向上的位移差异的构造，所述位移差异是通过从所述装配凸缘的两外侧沿旋转轴的方向施加外力的压装、在所述突起部分和除了所述突起部分之外的部分之间产生的。
9.如权利要求8所述的面磁型电动机，其特征在于，所述接触部分采用如下构造，其将来自所述装配凸缘的外力转换成施加到所述抗散射管的外圆周侧、而不是所述抗散射管的内圆周侧的轴向力。
10.如权利要求9所述的面磁型电动机，其特征在于，所述抗散射管的接触部分采用凸角构造，其与所述抗散射管的外圆周侧端面的装配凸缘接触。
11.如权利要求9所述的面磁型电动机，其特征在于，所述装配凸缘的接触部分采用凸角构造，其与所述抗散射管的外圆周侧端面接触。
12.如权利要求9所述的面磁型电动机，其特征在于，所述抗散射管的接触部分以比除了所述突起部分之外的部分的外径小的圆柱构造形成，以将所述抗散射管完全设定成阶梯式圆柱构造，并且以与所述阶梯式圆柱构造的肩部接触的构造、形成所述装配凸缘的接触部分。
13.如权利要求8所述的面磁型电动机，其特征在于，所述接触部分采用将来自所述装配凸缘的外力转换成作用在增加所述突起部分的内径方向上的力的构造。
14.如权利要求13所述的面磁型电动机，其特征在于，所述抗散射管的接触部分以锥形构造形成，所述锥形构造使所述突起部分的内径增加、大于除了该突起部分之外的部分的内径，并且形成与所述锥形构造配合的所述装配凸缘的接触部分。
15.如权利要求13所述的面磁型电动机，其特征在于，所述装配凸缘的接触部分由外径基本等于所述磁体的外径的圆柱构造形成，能够压入所述抗散射管的突起部分。
16.一种在转子表面具有磁体的面磁型电动机的制造方法，包括步骤(a)以在轴向上长度大于所述磁体的长度的圆柱构造形成抗散射管，覆盖所述转子的磁体表面以防止磁体的散射；和步骤(b)将所述磁体压入所述抗散射管，同时构成减压部分，其减轻在容纳于所述抗散射管的磁体的端部产生的应力。
17.如权利要求16所述的面磁型电动机的制造方法，其特征在于，所述步骤(b)包括步骤(b1)将所述磁体压入所述抗散射管，以形成从所述磁体两个端面的每一个突出的突起部分；步骤(b2)将装配凸缘连接到所述突起部分，以通过所述装配凸缘夹紧所述抗散射管；和步骤(b3)在步骤(b2)之后，将所述旋转轴和轴承连接到所述抗散射管，同时通过所述轴承将轴向力沿旋转轴的方向施加到所述抗散射管，以将所述转子安装到所述面磁型电动机的机架内。
18.如权利要求16所述的面磁型电动机的制造方法，其特征在于，所述步骤(b)包括步骤(b11)将所述磁体压入所述抗散射管，以形成从所述磁体两个端面的每一个突出的突起部分；步骤(b12)将装配凸缘连接到所述突起部分来固定，同时将轴向力沿旋转轴的方向施加到所述抗散射管；和步骤(b13)在步骤(b12)之后，将所述旋转轴和轴承连接到所述轴向力施加到其上的所述抗散射管，以将所述转子安装到所述面磁型电动机的机架内。
19.如权利要求16所述的面磁型电动机的制造方法，其特征在于，所述步骤(b)包括步骤(b21)由所述装配凸缘从两端夹紧所述磁体；步骤(b22)将所述磁体和装配凸缘一体地压入所述抗散射管；和步骤(b23)在步骤(b22)之后，将所述旋转轴和轴承连接到所述抗散射管，以将转子安装到所述面磁型电动机的机架内。
20.如权利要求16所述的面磁型电动机的制造方法，其特征在于，所述步骤(b)包括步骤(b31)在所述轴向力沿旋转轴方向施加到所述磁体的状态下，由所述装配凸缘从两端夹紧所述磁体；步骤(b32)在施加有轴向力状态下，将所述磁体和所述装配凸缘一体压入所述抗散射管；和步骤(b33)将所述旋转轴和轴承连接到带有所述磁体和所述装配凸缘的所述抗散射管，以将所述转子安装到所述面磁型电动机的机架内。
21.如权利要求20所述的面磁型电动机的制造方法，其特征在于，所述步骤(b31)包括通过上紧装配螺母，使装配螺栓穿过所述磁体和所述装配凸缘以施加轴向力。
22.一种带有包含涡轮轴的增压器的内燃机，其特征在于，包括用作辅助所述涡轮轴的电动机的面磁型电动机，该面磁型电动机在转子表面具有磁体；所述面磁型电动机包括抗散射管，其形成为长度大于安装在所述转子的所述磁体的轴向长度的圆柱构造，并且其内压装有所述磁体，以防止磁体散射；和减压部分，其减轻在压入所述抗散射管的所述磁体的端部产生的应力；所述面磁型电动机与所述涡轮轴同轴设置。
全文摘要
一种在转子(15)表面具有磁体(16)的面磁型电动机(10)，包括抗散射管(17)，其形成为长度大于安装在转子(15)的磁体(16)的轴向长度的圆柱构造，并且其内压装有所述磁体，以防止磁体散射。设置减压部分，以减轻在压入抗散射管(17)的磁体(16)端部产生的应力。
文档编号H02K15/03GK101057382SQ20058003908
公开日2007年10月17日 申请日期2005年11月8日 优先权日2004年11月15日
发明者前田智之 申请人:丰田自动车株式会社