用于电旋转机器的转子的制作方法
【专利摘要】一种用于电旋转机器的马达，该马达包括：转子芯，转子芯固定于旋转轴并且形成有至少一个磁体容置孔；磁体，磁体容置在磁体容置孔中；树脂部，树脂部填充在容置磁体的磁体容置孔中；第一端板，第一端板在转子芯的一个轴向侧固定于旋转轴；以及第二端板，第二端板在转子芯的另一轴向侧固定于旋转轴。第二端板在旋转轴上的轴向固定力小于第一端板在旋转轴上的轴向固定力。树脂部的至少一部分存在于第一端板与容置在磁体容置孔中的磁体之间的轴向区域中，并且磁体与第二端板直接接触。
【专利说明】用于电旋转机器的转子
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种电旋转机器的转子，该电旋转机器安装在电动车辆或混合动力车辆上以用作马达或交流电机。
【背景技术】
[0002]日本专利申请特开N0.2007-236019描述了安装于车辆的电旋转机器的转子，该转子包括固定于旋转轴并形成有磁体容置孔的转子芯、容置在磁体容置孔中的磁体、由树脂制成并填充在每个磁体容置孔中的填充部、在转子芯的一个轴向端侧固定于旋转轴的第一端板、以及在转子轴的另一轴向端侧固定于旋转轴的第二端板，第二端板在旋转轴上的固定力比第一端板在旋转轴上的固定力弱。
[0003]第一端板与磁体直接接触，而另一方面，填充部分置于第二端板与每个磁体之间。由于第一端板与磁体直接接触，因此在转子旋转时产生的热量能够消散到外部。
[0004]但是，由于由树脂制成的填充部分的线性膨胀系数大于转子芯和磁体的线性膨胀系数，因此在转子旋转并产生热量时，填充部分膨胀并挤压第二端板。因此，第二端板与转子芯分开，从而导致第二端板在旋转轴上的固定力降低。因此，最初就低于第一端板在旋转轴上的固定力的第二端板在旋转轴上的固定力进一步降低。
【发明内容】
[0005]示例性实施方式提供了用于电旋转机器的转子，该转子包括:
[0006]转子芯，转子芯固定于电旋转机器的旋转轴并且形成有至少一个磁体容置孔；
[0007]磁体，磁体容置在磁体容置孔中；
[0008]树脂部，树脂部填充在容置磁体的磁体容置孔中；
[0009]第一端板，第一端板在转子芯的第一轴向侧固定于旋转轴；以及
[0010]第二端板，第二端板在转子芯的与第一轴向侧轴向相反的第二轴向侧固定于旋转轴，第二端板在旋转轴上的轴向固定力小于第一端板在旋转轴上的轴向固定力；
[0011]其中，
[0012]树脂部的至少一部分存在于第一端板与容置在磁体容置孔中的磁体之间的轴向区域中，并且磁体与第二端板直接接触。
[0013]根据该示例性实施方式，提供了如下类型的转子:该转子包括至少一个磁体，所述至少一个磁体嵌入在固定于旋转轴的转子芯中，转子具有有效地从磁体消散热量并防止转子芯的端板在旋转轴上的固定力降低的能力。
[0014]通过包含附图和权利要求的以下描述，本发明的其它优点和特征将变得明显。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]在附图中:
[0016]图1是根据本发明的第一实施方式的转子的轴向截面图；[0017]图2是沿线II-II截取的图I的截面图；
[0018]图3是根据本发明的第一实施方式的改型I的转子的轴向截面图；
[0019]图4是根据本发明的第一实施方式的改型2的转子的轴向截面图；
[0020]图5是根据本发明的第二实施方式的转子的轴向截面图；
[0021]图6是沿线VI-VI截取的图5的截面图；
[0022]图7是根据本发明的第二实施方式的改型3的转子的轴向截面图；
[0023]图8是根据本发明的第三实施方式的转子的轴向截面图；
[0024]图9是沿线IX-IX截取的图8的轴向截面图；
[0025]图10是根据本发明的第四实施方式的转子的轴向截面图；以及
[0026]图11是根据本发明的第四实施方式的改型4的转子的轴向截面图。
【具体实施方式】
[0027]在以下描述的实施方式中，相同的部分或部件由相同的参考数字或字母表示。
[0028]第一实施方式
[0029]参照图I和图2来描述根据本发明的第一实施方式的转子10。转子10例如用于作为车辆驱动马达来使用的电旋转机器。转子10可旋转地设置在容置于电旋转机器的壳体中的电旋转机器的定子（未示出）的内周侧。电旋转机器包括旋转轴20，旋转轴20在其两端由壳体通过轴承可旋转地支撑。转子10装配并固定于旋转轴20的外周表面。
[0030]如图I和2所示，转子10包括：转子芯11，转子芯11装配到旋转轴20的外周并且形成有至少一个或多个（在本实施方式中为四个）磁体容置孔12 ;分别嵌入在磁体容置孔12中的至少一个或多个（在本实施方式中为四个）磁体（永磁体）13 ;分别填充在磁体容置孔12中的树脂部14 ;在转子芯11的轴向右侧（图I中的右侧）固定于旋转轴20的第一端板15 ;以及在转子芯11的轴向左侧（图I中的左侧）固定于旋转轴20的第二端板16。
[0031]通过将各自形成有在其中心处的通孔Ila的多个圆形磁钢板层压而将转子芯11形成为厚壁圆筒形形状。通过穿过通孔Ila插入旋转轴20而将转子芯11固定于旋转轴20的外周。转子芯11的面向定子的内周表面的外周表面形成有在圆周方向上均匀地间隔开的四个磁体容置孔12。每个磁体容置孔12在与转子芯11的中心轴线垂直的截面上具有矩形形状。每个磁体容置孔12形成为使得与其短边平行并等距的线在旋转轴20的径向方向上延伸。
[0032]每个磁体容置孔12容置一个具有矩形截面的磁体13。磁体13嵌入在磁体容置孔12中，使得截面的两个长边分别位于转子芯11的内周侧和外周侧。磁体13在内侧和外侧中的一侧被磁化成N极，而在内侧和外侧中的另一侧被磁化成S极。在该实施方式中，四个磁体13被磁化成使得磁体极性在圆周方向上交替，从而沿着转子10的圆周形成四个磁极(两个N极和两个S极）。磁体13的轴向长度比磁体容置孔12的轴向长度短。磁体13嵌入在磁体容置孔12中，使得磁体13的在图I的轴向左侧（以下称为“第二轴向侧”）的一个轴向端表面与转子芯11的在第二轴向侧的一个轴向端表面齐平，而磁体13的在图I的轴向右侧（以下称为“第一轴向侧”）的另一轴向端表面位于磁体容置孔12的在第一轴向侧的开口的内侧。[0033]树脂部14通过将主要由例如环氧树脂组成的熔融树脂注入到磁体容置孔12内的空间中并且使所注入的熔融树脂固化而形成。在该实施方式中，磁体容置孔12内的全部空间被树脂部14填充。也就是说，容置在磁体容置孔12中的磁体13的第一轴向侧处的空间(以下将该空间称为“第一轴向侧空间”)、以及在磁体13的周面与磁体容置孔12的壁表面之间的空间（以下将该空间称为“周边侧空间”）都被树脂部14填充。树脂部14用作将容置在磁体容置孔12中的磁体13固定于转子芯11的模制树脂。
[0034]设置在转子芯11的第一轴向侧（图I中的右侧）的第一端板15是成形为环形的铝金属板。第一端板15的外径与转子芯11的外径近乎相等。第一端板15与转子轴20的外周表面收缩配合并固定于转子轴20的外周表面。第一端板15与旋转轴20之间的收缩配合的过盈量设定成足够大，使得第一端板15在旋转轴20上的轴向固定力大于第二端板16在旋转轴20上的轴向固定力。第一端板15与转子11的在第一轴向侧的轴向端表面表面接触。因此，容置在磁体容置孔12中的树脂部14的一部分存在于容置在该磁体容置孔12中的磁体13的在第一轴向侧的端表面与第一端板15之间的轴向区域内。也就是说，填充在磁体容置孔12中的树脂部14也存在于磁体13与第一端板15之间的轴向区域中。
[0035]另一方面，设置在转子11的第二轴向侧（图I中的左侧）的第二端板16是成形为环形的钢金属板。第二端板6的外径与转子芯11的外径近乎相等。第二端板16的弯曲刚度高于第一端板15的弯曲刚度。第二端板16与旋转轴20的外周表面收缩配合并固定于旋转轴20的外周表面。第二端板16与旋转轴20之间的收缩配合的过盈量设定成足够小，使得第二端板16在旋转轴20上的轴向固定力小于第一端板15在旋转轴20上的轴向固定力。
[0036]由于第二端板16与磁体13直接接触，因此在转子10旋转时产生的热量能够通过磁体13和第二端板16消散。因此，根据第一实施方式的转子10具有良好的散热能力，并且因此转子10的性能下降较小。
[0037]填充在磁体容置孔12中的树脂部14的至少一部分存在于容置在该磁体容置孔12的磁体13与第一端板15之间的轴向区域内。也就是说，根据第一实施方式的转子10构造成使得树脂部14在磁体容置孔12内存在于在旋转轴20上的固定力较大的第一端板15侧。该结构使得由于转子芯11或磁体13的金属材料与树脂部14的树脂材料之间的线性膨胀系数的差异而产生的效果能够对第二端板16产生较小的影响，从而能够防止第二端板16与旋转轴20之间的固定力降低。
[0038]由于第一端板15的轴向弯曲刚度小于第二端板15的轴向弯曲刚度，因此，由于树脂部14的热膨胀所导致的效果能够更加集中到第一端板15。因此，由于能够降低因树脂部14的热膨胀所导致的效果对第二端板16施加的影响，所以能够可靠地防止第二端板16在旋转轴20的固定力降低。
[0039]改型I
[0040]在上述第一实施方式中,第一端板15和第二端板16由不同的材料制成,使得第一端板15的轴向弯曲刚度比第二端板16的轴向弯曲刚度低。但是，在图3中示出的作为转子10的改型I的转子IOA中，第一端板15A与第二端板16A的板厚被制造成彼此不同，使得尽管它们由相同材料制成，但第一端板15A与第二端板16A的轴向弯曲刚度彼此不同。
[0041]更具体地，在改型I中，第一端板15A的板厚比第二端板16A的板厚小，使得第一端板15A的轴向弯曲刚度比第二端板16A的轴向弯曲刚度小。但是，第一端板15A与旋转轴20之间的固定力比第二端板16A与旋转轴20之间的固定力高。
[0042]改型2
[0043]在第一实施方式中，第一端板15与旋转轴20之间的收缩配合的过盈量和第二端板16与旋转轴20之间的收缩配合的过盈量不同，使得第一端板15与旋转轴20之间的轴向固定力和第二端板16与旋转轴20之间的轴向固定力不同。但是，在图3中示出的作为转子10的改型2的转子IOB中，第一端板15B与旋转轴20 —体地形成，使得第一端板15A与旋转轴20之间的轴向固定力比第二端板16A与旋转轴20之间的轴向固定力高。
[0044]根据改型2，相比于第一实施方式，能够减少部件数量。此外，第一端板15B能够在转子芯11组装到旋转轴20的外周时用作用于转子芯11的挡板或定位构件，从而便于组装工作。
[0045]第二实施方式
[0046]接下来，参照图5和6来描述根据本发明的第二实施方式的转子10C。如图5和6所不，第二实施方式仅在第一端板的结构上与第一方式不同。因此，集中于该不同之处来描述第二实施方式。
[0047]转子IOC的第一端板15C在轴向面向树脂部14-暴露于磁体容置孔12的在第一轴向侧（图5中的右侧）的开口的树脂部14-的部分处形成有穿透第一端板15C的穿孔15a。穿孔15a形成在与转子芯11的四个磁体容置孔12相对应的四个位置。穿孔15a具有比磁体容置孔12和树脂部14的在与旋转轴20的轴线垂直的方向上的矩形截面更大的矩形截面。
[0048]在第二实施方式中，当转子IOC旋转并产生热量、从而导致树脂部14朝向第一轴向侧膨胀时，由于树脂部14挤入穿孔15a中，因此能够防止第一端板15C受树脂部14挤压。因此，由树脂部14的热膨胀导致的挤压力不会传递到通过较大的固定力固定于旋转轴20的第一端板15C。因此，由于能够防止因树脂部14的热膨胀所导致的效果（朝向第二端板16的反作用力）施加于通过较小的固定力固定于旋转轴20的第二端板16上，因此能够防止第二端板16在旋转轴20上的固定力降低。
[0049]根据以上描述的第二实施方式的转子IOC提供了与根据第一实施方式的转子10所提供的效果相同的效果。此外，由于第一端板15C形成有穿孔15a，所以当树脂部14因转子IOC产生的热量而朝向第二轴向端膨胀时，由于膨胀的树脂部14挤入穿孔15a中，树脂部14不挤压第一端板15C。因此，能够防止第一端板15C和第二端板16在旋转轴20的固定力降低。特别地，能够有效地防止第二端板16在旋转轴20上的较小的固定力降低。
[0050]附带地提及，能够在第一端板15C中形成穿孔15a是因为第一端板15C在旋转轴20上的固定力大于第二端板16在旋转轴20上的固定力。也就是说，如果第二端板16形成有穿孔，那么第二端板16的刚度降低，并且因此第二端板16在旋转轴20上的固定力显著降低。
[0051]改型3
[0052]在第二实施方式中，穿孔15a形成为在板的厚度方向上穿透第一端板15C。但是，在作为第二实施方式的改型3的转子IOD中，第一端板MD在轴向面向位于第一轴向侧（图7中的右侧）的树脂部14的部分处形成有凹部15b，以替代形成穿孔。除了第二实施方式所提供的优点外，改型3还提供了以下优点：能够防止树脂部14暴露于第一端板KD侧。
[0053]第三实施方式
[0054]接下来，参照图8和9来描述根据本发明的第三实施方式的转子10E。如图8和9所示，第三实施方式仅在第一端板的结构上与第一实施方式不同。因此，集中于该不同之处来描述第三实施方式。
[0055]转子IOE的第一端板15E构造成使得其径向外端设置成比磁体容置孔12和树脂部14的径向内端更加径向向内。也就是说，在此实施方式中，当旋转轴20的轴线LI与第一端板15E的外周端之间的距离为R1、而旋转轴20的轴线LI与磁体容置孔12和树脂部14的内周端之间的距离为R2时，满足Rl < R2的关系，使得第一端板15E与树脂部14在径向上不相互交叠。因此，在第三实施方式中，与第二实施方式和改型3相似，第一端板15E不轴向面向暴露于磁体容置孔12的在第一轴向侧的开口的树脂部14。
[0056]因此，同样在该实施方式中，当树脂部14朝向第一轴向侧膨胀时，树脂部14不挤压第一端板15E，因此能够防止第一端板15E在旋转轴20上的固定力以及第二端板16在旋转轴20上的固定力降低。
[0057]根据第三实施方式的转子IOE提供了与根据第二实施方式的转子IOC所提供的优点相同的优点。此外，由于能够将第一端板15E制造成比第二实施方式的第一端板15C和改型3的第一端板I?小得多，因此能够显著降低直接的材料成本。
[0058]第四实施方式
[0059]接下来，参照图10来描述根据本发明的第四实施方式的转子10F。如图10所示，转子IOF具有：层叠主体18、第一端板15、以及第二端板16，其中层叠主体18包括在轴向方向上层叠且装配到旋转轴20的外周的四个分割组件17，第一端板15在层叠主体18的第一轴向侧（图10中的右侧）固定于旋转轴20，第二端板16在层叠主体18的第一轴向端侧(图10中的左侧）固定于旋转轴20。第二端板16在旋转轴20上的轴向固定力小于第一端板15在旋转轴上的轴向固定力。
[0060]在第四实施方式中，在第一实施方式中所描述的转子芯11、磁体13以及树脂部14由具有在轴向方向上层叠的四个分割组件17的层叠主体18取代。除此之外，第四实施方式在结构上与第一实施方式相同。因此，集中于该不同之处来描述第四实施方式。
[0061]层叠主体18通过将具有相同结构的四个分割组件17在轴向方向上层叠而形成。每个分割组件17通过组装分割转子芯11F、分割磁体13F以及分割树脂部14F而形成，其中分割转子芯HF、分割磁体13F以及分割树脂部14F通过将第一实施方式中所描述的转子芯
11、磁体13以及树脂部14分别轴向分成四份而获得。
[0062]也就是说，在每个分割组件17中，形成在分割组件17的分割转子芯IlF中的四个分割磁体容置孔12F中的每一个容置轴向长度比分割磁体容置孔12F的轴向长度短的四个分割磁体13F中的一个。与第一实施方式的情况相似，分割磁体13F嵌入在分割磁体容置孔12F中，使得分割磁体13F的在第二轴向侧（图10中的左侧）的一个端表面与分割转子芯IlF的在第二轴向侧的端表面齐平，而分割磁体13F的在第一轴向侧（图10中的右侧）的另一端表面位于分割磁体容置孔12F的在第一轴向侧的开口的内侧。
[0063]因此，第一轴向侧空间形成在容置于分割磁体容置孔12F中的分割磁体13F的第一轴向侧。此外，周边侧空间形成在分割磁体容置孔12F的壁表面与分割磁体13F的周面之间。分割树脂部14F全部填充在第一轴向侧空间和周边侧空间中。也就是说，填充在第一轴向侧空间中的分割树脂部14F存在于分割磁体13的在第一轴向侧的端表面与第一端板15之间的轴向区域中。
[0064]具有相同结构并在相同方向上定向的四个分割组件在轴向方向上层叠，从而形成层叠主体18。因此，在四个分割组件17中，在第二轴向侧（图10中的最左侧）的分割组件17设置成使得分割转子芯IlF的在第二轴向侧的端表面和容置于分割磁体容置孔12F中的分割磁体13的在第二轴向侧的端表面与第二端板16的端表面表面接触。
[0065]在第四实施方式中，四个分割磁体13F分别嵌入在四个分割磁体容置孔12F中，使得磁体极性在圆周方向上交替，从而在圆周方向上形成四个磁极（两个N极和两个S极）。
[0066]根据以上所述的第四实施方式的转子IOF具有与根据第一实施方式的转子10相同的优点。此外，转子IOF具有以下有点：通过改变构成层叠主体18的分割组件17的数量或者改变组装分割组件17的方式，能够容易地设定和改变转子IOF的性能特征。此外，由于转子的主体被分成多个部分，并且使用了多个分割磁体13F，因此能够降低转子的涡流损耗。
[0067]改型4
[0068]在上述第四实施方式中，构成层叠主体18的四个分割组件17在相同方向上定向。但是，在图11中示出的作为第四实施方式的改型4的转子IOG中，在四个分割组件17a至17d中，轴向向内设置的两个分割组件17b和17c在与第四实施方式中的方向相反的方向上定向。分割组件17b和17c中仅仅一个可以在与第四实施方式中的方向相反的方向上定向。
[0069]但是，设置在层叠主体18的轴向端的分割组件17a和17d的定向不可以变化。这是因为为了确保从分割磁体13处充分散热，容置在分割磁体容置孔12F中的分割磁体13必须与第二端板16接触。此外，为了防止第一端板15和第二端板16在旋转轴20上的固定力降低，每个分割树脂部14F的一部分必须存在于容置在分割组件17d的分割磁体容置孔12F中的分割磁体13F的在第一轴向侧的端表面与第二端板16之间。
[0070]其它实施方式
[0071]理所当然的是，对以上所述的实施方式可以进行如下所述的各种改型。
[0072]在第一实施方式中,第一端板15和第二端板16与旋转轴20收缩配合并固定于旋转轴20。但是，第一端板15和第二端板16可以通过压力配合、模锻或焊接固定于旋转轴20。
[0073]在第一实施方式中，树脂部14由环氧树脂制成。但是，树脂部14可以由聚酯树脂和酚醛树脂制成。
[0074]以上实施方式中所描述的转子用于车辆驱动马达。但是，本发明能够应用到安装在车辆上的、用作马达或发电机或是马达-发电机的电旋转机器。
[0075]上述优选实施方式是仅由所附权利要求限定的本申请的发明的示例。应当理解，对本领域技术人员来说，可以进行优选实施方式的修改。
【权利要求】
1.一种用于电旋转机器的马达，所述马达包括: 转子芯，所述转子芯固定于所述电旋转机器的旋转轴并且形成有至少一个磁体容置孔； 磁体，所述磁体容置在所述磁体容置孔中； 树脂部，所述树脂部填充在容置所述磁体的所述磁体容置孔中； 第一端板，所述第一端板在所述转子芯的第一轴向侧固定于所述旋转轴；以及第二端板，所述第二端板在所述转子芯的与所述第一轴向侧轴向相反的第二轴向侧固定于所述旋转轴，所述第二端板在所述旋转轴上的轴向固定力小于所述第一端板在所述旋转轴上的轴向固定力； 其中 所述树脂部的至少一部分存在于所述第一端板与容置在所述磁体容置孔中的所述磁体之间的轴向区域中，并且所述磁体与所述第二端板直接接触。
2.根据权利要求1所述的用于电旋转机器的转子，其中，所述第一端板的轴向弯曲刚度比所述第二端板的轴向弯曲刚度低。
3.根据权利要求1所述的用于电旋转机器的转子，其中，所述第一端板与所述旋转轴一体地形成。
4.根据权利要求1所述的用于电旋转机器的转子，其中，所述第一端板在轴向面向所述树脂部的部分处形成有穿孔。
5.根据权利要求1所述的用于电旋转机器的转子，其中，所述第一端板在轴向面向所述树脂部的部分处形成有凹部。
6.根据权利要求1所述的用于电旋转机器的转子，其中，所述第一端板的径向外端设置成比所述树脂部的径向内端更加径向向内。
7.根据权利要求1所述的用于电旋转机器的转子，其中，所述转子芯、所述磁体以及所述树脂部被轴向分成多个分割组件，每个所述分割组件均包括分割转子芯、分割磁体以及分割树脂部， 所述多个分割组件在所述转子的轴向方向上层叠成层叠主体。
【文档编号】H02K1/27GK103490539SQ201310227580
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2013年6月8日 优先权日:2012年6月13日
【发明者】生田裕之, 石塚敦朗, 中园纯一 申请人:株式会社电装