电动机的转子的制作方法

1.本发明涉及构成电动机的转子的转子芯与轴的固定构造。


背景技术：

2.提出了以下方法：作为将构成电动机的转子的转子芯固定于轴的构造，在轴的外周面形成v字状的键槽并且在转子芯的内周面形成键部，将转子芯的键部向轴的键槽压入而固定。专利文献1所记载的构造就是这种构造。
3.现有技术文献
4.【专利文献】
5.专利文献1：日本特开2016-123240号公报


技术实现要素：

6.发明所要解决的课题
7.在专利文献1的构造中，转子芯的键部形成为大致矩形，另外，键部的根部的曲线形状剧烈地变化。因而，在转子的旋转时，可能会在键部的根部周边产生应力集中。
8.本发明以以上的情形为背景而完成，其目的在于提供能够抑制在转子的旋转过程中在转子芯产生应力集中的电动机的转子。
9.用于解决课题的手段
10.第一方案的主旨在于，一种电动机的转子，(a)具备轴和固定于所述轴的外周面的圆筒状的转子芯，其特征在于，(b)在所述轴的外周面形成有至少1个朝向内周侧凹陷的键槽，(c)在所述转子芯的内周面形成有朝向内周侧突出且在组装状态下嵌合于所述键槽的至少1个键部，(d)所述转子芯的内周面至少由形成所述键部的顶部的芯底部、从所述芯底部的端部朝向外周侧倾斜的芯倾斜部、形成为圆弧状的芯内周面部及将所述芯倾斜部与所述芯内周面部之间相连的芯弯曲部形成，(e)所述键部的与所述键槽对向的部位通过所述芯底部、所述芯倾斜部及所述芯弯曲部在所述转子芯的周向上连续地相连而形成，(f)所述轴的外周面至少由形成所述键槽的槽底的轴底部、从所述轴底部的端部朝向外周侧倾斜的轴倾斜部、形成为圆弧状的轴外周面部及将所述轴倾斜部与所述轴外周面部之间相连的轴弯曲部形成，(g)所述键槽的与所述键部对向的部位通过所述轴底部、所述轴倾斜部及所述轴弯曲部在所述轴的周向上连续地相连而形成，(h)所述芯倾斜部与所述轴倾斜部互相接触，(i)在所述芯弯曲部与所述轴弯曲部之间形成有径向的间隙。
11.第二方案的主旨在于，在第一方案中，特征在于，在从所述芯倾斜部的与所述轴倾斜部接触的部位到所述芯内周面部之间，所述转子芯的内周面通过多个曲率半径不同的曲线连续地相连而形成。
12.第三方案的主旨在于，在第一方案或第二方案中，特征在于，所述间隙的尺寸被设定为0.5mm以下。
13.第四方案的主旨在于，在第一方案～第三方案的任一个中，特征在于，在构成所述
键部(34)的一对所述芯倾斜部(36b)中，通过与所述轴倾斜部(38b)接触的部位的一对切线交叉而形成的交叉角被设定为30度以上且小于180度的范围。
14.第五方案的主旨在于，在第一方案～第四方案的任一个中，特征在于，设置有2个所述键槽与所述键部互相嵌合的嵌合部，2个所述嵌合部设置于隔着所述转子的旋转轴线而互相对向的位置。
15.第六方案的主旨在于，在第一方案～第五方案的任一个中，特征在于，所述转子芯的所述芯内周面部与所述轴的所述轴外周面部之间被进行压入。
16.发明效果
17.根据第一方案，键部的与键槽对向的部位以使芯底部、芯倾斜部及芯弯曲部连续地相连的方式形成，且在芯弯曲部与轴弯曲部之间形成径向的间隙，因此能够将从芯倾斜部的与轴倾斜部接触的部位到芯内周面部之间的转子芯的内周面利用顺滑的曲线来形成。因此，即使在芯弯曲部产生了高的应力的情况下，也能够使在该部位产生的应力均匀地分布。其结果，能够抑制在转子芯产生应力集中。
18.根据第二方案，从芯倾斜部的与轴倾斜部接触的部位到芯内周面部之间的转子芯的内周面通过多个曲率半径不同的曲线连续地相连而能够形成为顺滑的曲线形状。因此，在转子的旋转过程中作用于芯弯曲部的应力的分布均匀，能够抑制在转子芯产生应力集中。
19.根据第三方案，间隙的尺寸被设定为0.5mm以下，因此能够将芯弯曲部的内周面形成为顺滑的曲线形状。
20.根据第四方案，在构成键部的一对芯倾斜部中，通过与轴倾斜部接触的部位的一对切线交叉而形成的交叉角被设定为30度以上且小于180度的范围，因此能够将芯倾斜部与芯弯曲部之间利用顺滑的曲线来相连。
21.根据第五方案，嵌合部在隔着转子的旋转轴线而互相对向的位置设置有2个，因此可抑制转子的重心相对于转子的旋转轴线偏移。其结果，转子的旋转过程中的偏心被抑制。
22.根据第六方案，通过转子芯的芯内周面部与轴的芯外周面部之间被进行压入，芯内周面部被向径向外侧扩展，在芯弯曲部产生向芯内周面部侧的拉伸应力。相对于此，通过芯弯曲部的内周面由顺滑的曲线形成，能够使向芯弯曲部施加的应力均匀地分布。
附图说明
23.图1是将应用了本发明的电动机在旋转轴线方向上观察时的图。
24.图2是放大了图1的键嵌合部的放大图。
25.图3是示出在转子的旋转过程中作用于转子芯的键部周边的应力分布的图。
具体实施方式
26.以下，一边参照附图一边详细说明本发明的实施例。需要说明的是，在以下的实施例中，图适当被简化或变形，各部分的尺寸比及形状等未必被准确地描绘。
27.【实施例】
28.图1是将应用了本发明的电动机mg在旋转轴线cl方向上观察时的图。电动机mg例如作为车辆用的驱动力源而使用。电动机mg以旋转轴线cl为中心而配置于未图示的壳体
内。
29.电动机mg具备通过螺栓等而固定于壳体的定子12和配置于定子12的内周侧的转子14。
30.定子12具备形成为圆筒状的定子芯16和将定子芯在旋转轴线cl方向上贯通的定子线圈18。定子芯16通过绝缘的多张电磁钢板在旋转轴线cl方向上层叠而构成。在定子芯16形成有作为从内周面向径向延伸的空间的插槽20。插槽20在定子芯16的周向上等角度间隔地形成有多个。在各插槽20配置有在旋转轴线cl方向上贯通的多条定子线圈18。定子线圈18的截面形成为矩形，定子线圈18在各插槽20内以在径向上排列的方式配置。
31.转子14具备转子轴24和固定于转子轴24的外周面的圆筒状的转子芯22。转子芯22和转子轴24互相一体固定，能够以旋转轴线cl为中心进行旋转。需要说明的是，转子轴24对应于本发明的轴。
32.转子芯22通过绝缘的多张电磁钢板在旋转轴线cl方向上层叠而构成。在转子芯22内置有多个磁铁26。转子轴24由配置于旋转轴线cl方向的两端的未图示的轴承支承为能够旋转。
33.在转子芯22与转子轴24之间设置有2个键嵌合部28。键嵌合部28相当于转子芯22的后述的键部34及转子轴24的后述的键槽32互相嵌合的嵌合部。2个键嵌合部28设置于隔着旋转轴线cl而互相对向的位置。通过设置键嵌合部28，转子芯22与转子轴24之间的相对旋转被阻止。另外，通过键嵌合部28设置于隔着旋转轴线cl而对向的位置，可抑制转子14的重心从旋转轴线cl偏移，转子14的旋转过程中的偏心被抑制。
34.图2是放大了图1的2个键嵌合部28中的一方的放大图。需要说明的是，关于另一方的键嵌合部28，构造也相同，因此省略其说明。另外，键嵌合部28对应于本发明的嵌合部。
35.键嵌合部28由形成于转子轴24的外周面的键槽32和形成于转子芯22的内周面的键部34构成。
36.键部34从转子芯22的内周面朝向径向内侧突出，与旋转轴线cl平行地连续地形成为长条状。另外，若从旋转轴线cl方向观察则形成为梯形状。键槽32从转子轴24的外周面朝向径向内侧凹陷，与旋转轴线cl平行地连续地形成为长条状。另外，若从旋转轴线cl方向观察，则键槽32形成为具有槽底的v字状。在组装状态下，通过键槽32和键部34互相嵌合，转子芯22与转子轴24的相对旋转被阻止。
37.转子芯22的内周面由芯底部36a、芯倾斜部36b、芯弯曲部36c及芯内周面部36d构成。
38.芯底部36a形成了在从旋转轴线cl方向观察时形成为梯形状的键部34的顶部。
39.芯倾斜部36b连结于芯底部36a的端部，从芯底部36a的端部朝向外周侧倾斜。芯倾斜部36b形成了在从旋转轴线cl方向观察时形成为梯形状的键部34的倾斜的部位。芯倾斜部36b相对于1个键部34形成有2处。芯倾斜部36b专门由曲率半径rc1的曲线形成。芯底部36a与芯倾斜部36b的连结部具有彼此的端部连续地顺滑地相连的曲线形状。需要说明的是，芯倾斜部36b也可以由直线形成，还可以不仅是曲率半径rc1而由曲率半径不同的多个曲线形成。
40.芯弯曲部36c形成于将芯倾斜部36b与芯内周面部36d之间相连的位置。芯弯曲部36c形成键部34的根部的部位，形成为朝向径向外侧凹陷的圆弧状。芯弯曲部36c专门由曲
率半径rc3的曲线形成。芯倾斜部36b与芯弯曲部36c的连结部例如由曲率半径rc2的曲线形成，由此，芯倾斜部36b与芯弯曲部36c之间连续地平滑地相连。需要说明的是，芯弯曲部36c也可以不仅是曲率半径rc3而由曲率半径不同的多个曲线形成。
41.芯内周面部36d占据转子芯22的内周面的大部分，在组装时向转子轴24的后述的轴外周面部38d压入。芯内周面部36d形成为圆弧状，在形成转子芯22的内周面的部位中，在组装前，芯内径dc具有最大的尺寸。具体而言，芯内周面部36d具有图2的单点划线所示的芯内径dc。芯弯曲部36c与芯内周面部36d的连结部例如由曲率半径rc4的曲线形成，由此，芯弯曲部36c与芯内周面部36d之间连续地平滑地相连。
42.键部34的与键槽32对向的部位通过芯底部36a、芯倾斜部36b及芯弯曲部36c在转子芯22的周向上连续地相连而形成。需要说明的是，在图2中，仅记载了键部34中的周向的一侧，但键部34相对于图2所示的周向的中心线m即将键部34在周向上二等分的中心线m左右对称地形成，因此在键部34的周向的另一侧也同样地形成。
43.转子轴24的外周面由轴底部38a、轴倾斜部38b、轴弯曲部38c及轴外周面部38d构成。
44.轴底部38a形成了将键槽32从旋转轴线cl观察时的v字形状的槽底。
45.轴倾斜部38b形成了截面为v字状的键槽32的倾斜的部位，从轴底部38a的端部朝向外周侧倾斜。轴倾斜部38b由直线形成。轴底部38a与轴倾斜部38b的连结部具有彼此的端部连续地顺滑地相连的曲线形状。
46.由于键槽32的截面形成为v字状，所以在键槽32的在周向上相反一侧的端部处也形成有轴倾斜部38b。在此，通过将形成一对轴倾斜部38b的一对直线延长而得到的直线l1、l2交叉而形成的第一交叉角θ1适合为30度以上且小于180的范围，在本实施例中，第一交叉角θ1被设定为90度。需要说明的是，第一交叉角θ1对应于本发明的交叉角。
47.轴弯曲部38c形成于将轴倾斜部38b与轴外周面部38d之间相连的位置。轴弯曲部38c形成了键槽32的出口附近的部位，形成为朝向径向外侧鼓出的圆弧状。轴弯曲部38c专门由曲率半径rs2的曲线形成。轴倾斜部38b与轴弯曲部38c的连结部例如由曲率半径rs1的曲线形成，由此，轴倾斜部38b与轴弯曲部38c之间连续地平滑地相连。需要说明的是，轴弯曲部38c也可以不仅是曲率半径rs2而由曲率半径不同的多个曲线形成。
48.轴外周面部38d占据转子轴24的外周面的大部分，在组装时向转子芯22的芯内周面部36d压入。轴外周面部38d形成为圆弧状，在形成转子轴24的外周面的部位中，在组装前，轴外径ds具有最大的尺寸。具体而言，轴外周面部38d具有图2的单点划线所示的轴外径ds。轴弯曲部38c与轴外周面部38d的连结部例如由曲率半径rs3的曲线形成，由此，轴弯曲部38c与轴外周面部38d之间连续地平滑地相连。
49.键槽32的与键部34对向的部位通过轴底部38a、轴倾斜部38b及轴弯曲部38c在转子轴24的周向上连续地相连而形成。
50.通过转子芯22的芯内周面部36d与转子轴24的轴外周面部38d之间互相被进行压入，转子芯22及转子轴24一体固定。另外，组装前的转子轴24的轴外周面部38d的轴外径ds比组装前的转子芯22的芯内周面部36d的芯内径dc大。因此，在芯内周面部36d与轴外周面部38d之间形成过盈量g。在图1中，在由虚线包围的部位，在芯内周面部36d与轴外周面部38d之间形成过盈量g。
51.在键嵌合部28中，在芯底部36a与轴底部38a之间形成有径向的间隙s1。另一方面，在键嵌合部28中，芯倾斜部36b与轴倾斜部38b之间互相接触。在此，芯倾斜部36b专门由曲率半径rc1的曲线形成，另一方面，轴倾斜部38b由直线形成。因此，在微观上，芯倾斜部36b在与轴倾斜部38b的形成为直线的部位的接触点x处点接触。接触点x形成于比具有芯内径dc的芯内周面部36d靠径向内侧处。需要说明的是，芯倾斜部36b与轴倾斜部38b之间可以是间隙配合、过盈配合、过渡配合的任一者，在过盈配合及过渡配合的情况下，通过芯倾斜部36b与轴倾斜部38b的互相的接触部变形而成为至少在包括接触点x的部位处线接触的状态。需要说明的是，接触点x对应于在本发明的芯倾斜部中与轴倾斜部接触的部位。
52.如上所述，在转子芯22中，至少在从芯倾斜部36b的接触点x到芯内周面部36d之间，转子芯22的内周面形成为通过上述的曲率半径rc(rc1～rc4等)不同的多个曲线连续地相连而得到的曲线形状。因此，在从芯倾斜部36b的接触点x到芯内周面部36d之间，形成转子芯22的内周形状的曲线的曲率半径rc逐级地变化。
53.另外，在芯弯曲部36c与轴弯曲部38c之间形成有径向的间隙s2。间隙s2的尺寸被设定为最大值为0.5mm以下的尺寸。以形成上述间隙s2的方式设定了专门形成芯弯曲部36c的内周形状的曲率半径rc3及专门形成轴弯曲部38c的外周形状的曲率半径rs2的尺寸。例如，以形成间隙s2的方式使芯弯曲部36c的曲率半径rc3比轴弯曲部38c的曲率半径rs2小(rs2》rc3)。通过形成间隙s2，芯弯曲部36c的内周面的内周形状的自由度升高，能够使芯弯曲部36c成为顺滑的形状。另外，通过间隙s2的尺寸的最大值被限制为0.5mm以下，芯弯曲部36c由例如不会向外周侧大幅突出的顺滑的曲线形成。
54.另外，以使通过切线l3与切线l4交叉而形成的第二交叉角θ2成为钝角的方式设定芯弯曲部36c，切线l3通过芯弯曲部36c与芯倾斜部36b的连结点y1，切线l4通过芯弯曲部36c与芯内周面部36d的连结点y2。通过第二交叉角θ2为钝角，芯弯曲部36c的内周面由顺滑的曲线形成，即使向芯弯曲部36c施加高的应力，应力的分布也均匀(即大致均一)，可抑制在转子芯22产生应力集中。
55.图3示出了将在转子14的旋转过程中作用于转子芯22的键部34周边的应力的分布(应力分布)通过数值模拟而解析的解析结果。在图3中，位于纸面上方的标有斜线的部位对应于转子芯22，位于纸面下方的部位对应于转子轴24。
56.在图3的转子芯22中，斜线的网眼间隔越细的部位表示应力越高。因此，越去往转子芯22的芯弯曲部36c的内周侧则应力越高，向芯弯曲部36c的内周面施加的应力最大。在转子14中，在转子芯22的芯内周面部36d与转子轴24的轴外周面部38d之间设置有过盈量g，因此对于转子芯22的芯内周面部36d，向被向外周方向扩展的方向施加载荷。此时，在芯弯曲部36c产生被向芯内周面部36d侧拉拽的方向的拉伸应力。另外，若在芯倾斜部36b的接触点x承受旋转方向的载荷，则产生相对于键部34的弯曲载荷。此时，通过相对于键部34的弯曲载荷而在键部34的根部产生弯曲应力。由此，通过向芯内周面部36d侧的拉伸载荷和键部34的根部处的弯曲载荷叠加，在键部34的根部即芯弯曲部36c产生高的应力。
57.相对于此，由于从芯倾斜部36b的接触点x到芯内周面部36d之间的内周面形成为曲率半径rc(rc1～rc4等)不同的多个曲线顺滑地相连的曲线形状，所以芯弯曲部36c的内周面的应力分布均匀。其结果，可抑制在芯弯曲部36c产生应力集中。
58.另外，通过将形成一对轴倾斜部38b的直线延长而得到的一对直线l1、l2交叉而形
成的第一交叉角θ1被设定为30度～180度的范围。与此相关联地，关于通过芯倾斜部36b的与轴倾斜部38b的接触点x的一对切线(即直线l1、l2)交叉而形成的第一交叉角θ1，也成为30度～180度的范围。通过第一交叉角θ1为上述范围，能够使从转子芯22的芯倾斜部36b的接触点x到芯内周面部36d之间的转子芯22的内周面成为顺滑的曲线形状。另一方面，若第一交叉角θ1小于30度，则芯倾斜部36b的倾斜变陡，因此芯弯曲部36c的内周面的曲线形状的变化会变得剧烈。其结果，容易在芯弯曲部36c产生应力集中。
59.如上所述，根据本实施例，键部34的与键槽32对向的部位以使芯底部36a、芯倾斜部36b及芯弯曲部36c连续地相连的方式形成，且在芯弯曲部36c与轴弯曲部38c之间形成径向的间隙s2，因此能够将从芯倾斜部36b的与轴倾斜部38b接触的接触点x到芯内周面部36d之间的转子芯22的内周面利用顺滑的曲线来形成。因此，即使在芯弯曲部36c产生了高的应力的情况下，也能够使在该部位产生的应力均匀地分布。其结果，能够抑制在转子芯22产生应力集中。
60.另外，根据本实施例，从芯倾斜部36b的与轴倾斜部38b接触的接触点x到芯内周面部36d之间的转子芯22的内周面通过多个曲率半径rc不同的曲线连续地相连而能够形成为顺滑的曲线形状。因此，在转子14的旋转过程中作用于芯弯曲部36c的应力分布均匀，能够抑制在转子芯22产生应力集中。另外，由于间隙s2的尺寸被设定为0.5mm以下，所以能够将芯弯曲部36c的内周面形成为顺滑的曲线形状。另外，由于通过构成键部34的一对芯倾斜部36b的与轴倾斜部38b接触的接触点x的一对切线(直线l1、l2)交叉而形成的第一交叉角θ1被设定为30度以上且小于180度的范围，所以能够将芯倾斜部36b与芯弯曲部36c之间利用顺滑的曲线相连。
61.以上，基于附图而详细地说明了本发明的实施例，但本发明在其他的方案中也适用。
62.例如，在前述的实施例中，在转子14，在隔着旋转轴线cl而互相对向的位置设置有2个键嵌合部28，但键嵌合部28的个数未必限定于2个。例如，也可以设置3个、4个或其以上的键嵌合部28。
63.另外，在前述的实施例中，从芯倾斜部36b的接触点x到芯内周面部36d之间的转子芯22的内周面通过曲率半径rc1～曲率半径rc4的曲线连续地相连而形成，但形成转子芯22的内周面的曲率半径rc未必限定于曲率半径rc1～曲率半径rc这4个。例如，转子芯22的内周面也可以通过5个以上的曲率半径rc的曲线连续地相连而形成。总之，通过多个曲率半径rc的曲线连续地相连而转子芯22的内周面顺滑地形成即可。
64.需要说明的是，上述的只不过是一实施方式，本发明能够以基于本领域技术人员的知识而施加各种变更、改良后的方案来实施。
65.附图标记说明
66.14：转子
67.22：转子芯
68.24：转子轴(轴)
69.28：键嵌合部(嵌合部)
70.32：键槽
71.34：键部
72.36a：芯底部
73.36b：芯倾斜部
74.36c：芯弯曲部
75.36d：芯内周面部
76.38a：轴底部
77.38b：轴倾斜部
78.38c：轴弯曲部
79.38d：轴外周面部
80.mg：电动机
81.cl：旋转轴线
82.s2：间隙
83.rc1～rc4：曲率半径
84.θ1：第一交叉角(交叉角)。