專利名稱：旋轉(zhuǎn)機(jī)器的轉(zhuǎn)子及其制作方法以及電動(dòng)動(dòng)力轉(zhuǎn)向用電動(dòng)機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種旋轉(zhuǎn)機(jī)器的轉(zhuǎn)子及其制作方法以及電動(dòng)動(dòng)力轉(zhuǎn)向用電動(dòng)機(jī)。
背景技術(shù)：
一般來說，現(xiàn)有的電動(dòng)機(jī)，將用來通過旋轉(zhuǎn)進(jìn)行滾花加工的軸，壓入結(jié)合到轉(zhuǎn)子鐵心中，來確保軸向的脫落強(qiáng)度與旋轉(zhuǎn)方向的強(qiáng)度。但是，由于軸的硬度與鐵心的硬度，在壓入時(shí)會(huì)產(chǎn)生燒結(jié)，存在同軸精度等結(jié)合精度下降，以及連結(jié)強(qiáng)度偏差等問題。
因此，有在軸中進(jìn)行淬火，讓軸比鐵心硬等方法。但是，由于軸通常軸徑較細(xì)且全長(zhǎng)較長(zhǎng)，因此如果進(jìn)行淬火，則無法避免因熱處理變形所引起的彎曲或外徑的變形，結(jié)果產(chǎn)生了結(jié)合精度降低等問題。
另外，還有降低鐵心的硬度的方法，例如特開昭54-1803號(hào)公報(bào)所述，對(duì)鐵心全體進(jìn)行退火使其軟化的方法。
專利文獻(xiàn)1特開昭54-1803公報(bào)。
但是，對(duì)鐵心全體進(jìn)行退火使其軟化的方法中，產(chǎn)生了如下問題。也即，電動(dòng)機(jī)等中使用的鐵心，通常是通過沖床(press)對(duì)薄鋼板進(jìn)行沖壓，將沖壓之后的數(shù)百張或數(shù)張多層層疊起來，所構(gòu)成的鐵心。如果將這樣的層疊鐵心直接放入熱處理爐對(duì)全體進(jìn)行退火，在鋼板制造時(shí)的軋制變形與沖床沖壓時(shí)的加工變形被釋放，即使一張產(chǎn)生了微小變形，通過將百張以上層疊起來，便存在在鐵心中產(chǎn)生了積累變形這一問題。如果將這樣的變形了的鐵心連結(jié)到軸上，則會(huì)出現(xiàn)同軸精度惡化，電動(dòng)機(jī)無法得到旋轉(zhuǎn)平衡，產(chǎn)生噪聲與振動(dòng)等問題。
特別是在電動(dòng)動(dòng)力轉(zhuǎn)向用電動(dòng)機(jī)中，電動(dòng)機(jī)的振動(dòng)傳遞給轉(zhuǎn)向裝置，被駕駛者所感知，因此特別希望低振動(dòng)化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種不會(huì)降低軸的單件精度，不會(huì)給鐵心帶來額外的變形，而能夠保持單件的精度同時(shí)將鐵心與軸連結(jié)起來的高精度的轉(zhuǎn)子及其制造方法以及電動(dòng)動(dòng)力轉(zhuǎn)向用電動(dòng)機(jī)。
本發(fā)明的最具代表性的特征在于，轉(zhuǎn)子鐵心只在其貫通孔的表面附近被實(shí)施了局部退火。
根據(jù)本發(fā)明，能夠讓轉(zhuǎn)子以及電動(dòng)動(dòng)力轉(zhuǎn)向用電動(dòng)機(jī)高精度。


圖1為說明本發(fā)明的一實(shí)施例的電動(dòng)動(dòng)力轉(zhuǎn)向用電動(dòng)機(jī)的構(gòu)成的橫剖視圖。
圖2為圖1的A-A剖視圖。
圖3為說明AC電動(dòng)機(jī)的的極數(shù)P與槽數(shù)S之間的關(guān)系的說明圖。
圖4為說明本發(fā)明的一實(shí)施例的電動(dòng)動(dòng)力轉(zhuǎn)向用電動(dòng)機(jī)中的齒槽轉(zhuǎn)矩的實(shí)測(cè)值的說明圖。
圖5為說明基于本發(fā)明的一實(shí)施例的電動(dòng)動(dòng)力轉(zhuǎn)向用電動(dòng)機(jī)中的定子線圈的連線圖。
圖6為說明本實(shí)施例的電動(dòng)動(dòng)力轉(zhuǎn)向用電動(dòng)機(jī)中所使用的轉(zhuǎn)子的構(gòu)成的橫剖視圖。
圖7為說明本實(shí)施例的電動(dòng)動(dòng)力轉(zhuǎn)向用電動(dòng)機(jī)中所使用的轉(zhuǎn)子的鐵心與軸的結(jié)合部的構(gòu)成的擴(kuò)大縱剖視圖。
圖8為本實(shí)施例的電動(dòng)動(dòng)力轉(zhuǎn)向用電動(dòng)機(jī)中所使用的電動(dòng)機(jī)的局部加熱裝置的說明圖。
圖9為本實(shí)施例的電動(dòng)動(dòng)力轉(zhuǎn)向用電動(dòng)機(jī)中所使用的電動(dòng)機(jī)的局部加熱所使用的感應(yīng)加熱線圈的立體圖。
圖10為本實(shí)施例的電動(dòng)動(dòng)力轉(zhuǎn)向用電動(dòng)機(jī)中使用的電動(dòng)機(jī)的局部加熱時(shí)的溫度剖視圖。
圖11為本實(shí)施例的電動(dòng)動(dòng)力轉(zhuǎn)向用電動(dòng)機(jī)中所使用的轉(zhuǎn)子的結(jié)合時(shí)的說明圖。
圖12為說明基于本發(fā)明的一實(shí)施例的電動(dòng)動(dòng)力轉(zhuǎn)向用電動(dòng)機(jī)的定子的另一構(gòu)成例的橫剖視圖。
圖13為說明使用本實(shí)施例的電動(dòng)動(dòng)力轉(zhuǎn)向用電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)動(dòng)力轉(zhuǎn)向的構(gòu)成的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
圖中100—電動(dòng)動(dòng)力轉(zhuǎn)向用電動(dòng)機(jī)，110—定子，112—定子鐵心，112T—齒極，112B—后鐵心，114—定子線圈，116—連線環(huán)，130—轉(zhuǎn)子，132—轉(zhuǎn)子鐵心，134—磁鐵，136—磁鐵罩，138—軸，138G—壓印痕，150—磁軛，162—電纜，164—索環(huán)，200—控制裝置，210—功率模塊，220—控制模塊，230—導(dǎo)體模塊，BA—電池，MR—樹脂，300—高頻電源，302—感應(yīng)加熱線圈，304—旋轉(zhuǎn)移動(dòng)機(jī)構(gòu)。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的相關(guān)定子的最具代表性的實(shí)施方式如下所述。
也即，是由金屬板多層層疊而成同時(shí)其中心具有貫通孔的轉(zhuǎn)子鐵心，與壓入在該定子鐵心的貫通孔中的軸所構(gòu)成的轉(zhuǎn)子，上述轉(zhuǎn)子鐵心，只在上述貫通孔的表面附近被局部實(shí)施了退火處理。
另外，本發(fā)明的相關(guān)定子的制造方法的最具代表性的實(shí)施方式如下所述。
也即，是一種在通過層疊多張金屬板形成，同時(shí)中心具有貫通孔的轉(zhuǎn)子鐵心的貫通孔中，壓入軸從而形成轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子制造方法，上述金屬板通過沖床沖壓成形為給定的形狀，層疊沖壓之后的金屬板，形成轉(zhuǎn)子鐵心，之后，只將貫通上述轉(zhuǎn)子鐵心的中心的貫通孔的表面附近，局部加熱到上述金屬板的再結(jié)晶溫度以上，實(shí)施退火處理，接下來，在上述轉(zhuǎn)子鐵心的貫通孔中壓入上述軸。
另外，本發(fā)明的相關(guān)電動(dòng)動(dòng)力轉(zhuǎn)向用電動(dòng)機(jī)的最具代表性的實(shí)施方式如下所述。
也即，具有定子，與介有空隙與該定子相面對(duì)配置且被可旋轉(zhuǎn)支持的轉(zhuǎn)子，上述轉(zhuǎn)子，由金屬板多層層疊而成同時(shí)其中心具有貫通孔的轉(zhuǎn)子鐵心，與壓入在該定子鐵心的貫通孔中的軸構(gòu)成，上述轉(zhuǎn)子鐵心，只在上述貫通孔的表面附近被局部實(shí)施了退火處理。
下面對(duì)照?qǐng)D1～圖7，對(duì)本實(shí)施例的電動(dòng)動(dòng)力轉(zhuǎn)向用電動(dòng)機(jī)的構(gòu)成進(jìn)行說明。
首先對(duì)照?qǐng)D1以及圖2，對(duì)本實(shí)施例的電動(dòng)動(dòng)力轉(zhuǎn)向用電動(dòng)機(jī)的構(gòu)成進(jìn)行說明。
圖1為說明本實(shí)施例的電動(dòng)動(dòng)力轉(zhuǎn)向用電動(dòng)機(jī)的構(gòu)成的橫剖視圖。圖2為圖1的A-A處剖視圖。圖2(A)示出了全體剖視圖，圖2(B)示出了要部剖視圖。
電動(dòng)動(dòng)力轉(zhuǎn)向用電動(dòng)機(jī)(以下稱作“EPS電動(dòng)機(jī)”)100，是一種具有定子110與可旋轉(zhuǎn)支持在該定子110的內(nèi)側(cè)的轉(zhuǎn)子130的表面磁鐵型同步電動(dòng)機(jī)。EPS電動(dòng)機(jī)100，由具有電池的車載電源，例如14V類電源(卷繞式鉛蓄電池的輸出電壓為12V)，或24V類電源或42V類電源(電池的輸出電壓為36V)或48V類電源所供給的電進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。
電動(dòng)機(jī)110，具有通過層疊有硅鋼板的磁體所形成的定子鐵心112，以及保持在定子鐵心112的槽內(nèi)的定子線圈114。定子鐵心112，如后面對(duì)照?qǐng)D2所述，由圓環(huán)狀后鐵心，以及與該后鐵心分別制作，之后機(jī)械固定在后鐵心上的多個(gè)齒極構(gòu)成。多個(gè)齒極中分別纏繞有定子線圈114。定子線圈以分布纏繞或集中纏繞方式進(jìn)行纏繞。
如果定子線圈114為分布纏繞，則對(duì)于弱磁場(chǎng)控制非常優(yōu)越，另外，對(duì)磁阻轉(zhuǎn)矩的產(chǎn)生也很優(yōu)越。作為EPS電動(dòng)機(jī)來說，電動(dòng)機(jī)的小型化與線圈阻抗的降低非常重要。通過讓定子線圈114為集中纏繞，能夠縮短定子線圈114的線圈終端部長(zhǎng)度。通過這樣，能夠縮短EPS電動(dòng)機(jī)100的旋轉(zhuǎn)軸方向的長(zhǎng)度。另外，由于能夠縮短定子線圈114的線圈終端部的長(zhǎng)度，因此能夠減小定子線圈114的電阻，抑制電動(dòng)機(jī)的溫度上升。另外，由于能夠降低線圈電阻，因此能夠減小線圈的銅損。所以，能夠讓對(duì)電動(dòng)機(jī)的輸入能量中，銅損所消耗的比率較小，從而能夠提高輸出轉(zhuǎn)矩相對(duì)于輸入能量的效率。
EPS電動(dòng)機(jī)100，如上所述，由載置在車輛中的電源進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。上述電源的輸出電壓較低的情況較多。在電源端子間構(gòu)成逆變器的開關(guān)元件以及上述電動(dòng)機(jī)、其他電流供給電路的連接機(jī)構(gòu)，等價(jià)構(gòu)成串聯(lián)電路，上述電路中，各個(gè)電路構(gòu)成元件的端子電壓的合計(jì)變?yōu)樯鲜鲭娫吹亩俗娱g電壓，因此用來降低對(duì)電動(dòng)機(jī)供電的電動(dòng)機(jī)的端子電壓。在該狀態(tài)下，為了確保流入到電動(dòng)機(jī)中的電流，將電動(dòng)機(jī)的銅損抑制得較低非常重要。從這一點(diǎn)出發(fā)，由于載置在車輛中的電源很多為50v以下的低電壓類，定子線圈114最好采用集中纏繞。特別是在使用12v類電源的情況下極為重要。
另外，在EPS電動(dòng)機(jī)設(shè)置在駕駛桿附近的情況下，以及設(shè)置在齒條終端的附近等情況下，均要求小型化。另外，小型化了的構(gòu)造中需要固定定子線圈，讓線圈作業(yè)較容易也很重要。與分布纏繞相比，集中纏繞的線圈作業(yè)、線圈的固定作業(yè)較容易。
定子線圈114的線圈終端部被鑄模。EPS電動(dòng)機(jī)優(yōu)選將齒槽轉(zhuǎn)矩等轉(zhuǎn)矩變動(dòng)控制得非常小，在定子部組裝完成之后對(duì)定子內(nèi)部再次進(jìn)行切削加工。由于這樣的機(jī)械加工，產(chǎn)生了切削粉末。必須防止該切削粉末進(jìn)入定子線圈的線圈終端部，從而優(yōu)選線圈終端部的鑄模。線圈終端部是指，定子線圈114的多個(gè)部位中，從定子鐵心112的軸向兩端部向軸向突出的部位。另外，本實(shí)施例中，在覆蓋定子線圈114的線圈終端部的鑄模樹脂，與框架150之間設(shè)有空隙，但也可以填充到與框架150、前法蘭152F以及后法蘭152R相接觸的位置。這樣一來，定子線圈114的發(fā)熱，能夠從線圈終端部經(jīng)鑄模樹脂直接傳遞給框架150、前法蘭152F以及后法蘭152R，釋放到外部，因此與經(jīng)空氣進(jìn)行熱傳遞的情況相比，能夠降低定子線圈114的溫度上升。
定子線圈114由U相、V相、W相這3相構(gòu)成，分別由多個(gè)單位線圈構(gòu)成。多個(gè)單位線圈如后面對(duì)照?qǐng)D3所述，3相的各個(gè)相通過設(shè)置在圖示左側(cè)的連線環(huán)116連線。連線環(huán)116與母線117電連接，母線117在電動(dòng)機(jī)外部與電纜162相連接。
EPS電動(dòng)機(jī)需要有較大的轉(zhuǎn)矩。例如在車輛的行駛停止?fàn)顟B(tài)或接近行駛停止的運(yùn)行狀態(tài)下迅速旋轉(zhuǎn)方向盤(方向盤)，為了克服掌舵車輪與地面之間的摩擦阻力，要求上述電動(dòng)機(jī)提供較大的轉(zhuǎn)矩。此時(shí)向定子線圈供給大電流。該電流因條件而不同，但有時(shí)為50A以上。還需要考慮70A或150A的情況。為了能夠安全供給這樣的大電流，另外還降低上述電流引起的發(fā)熱，使用連線環(huán)116與母線117非常重要。通過經(jīng)上述連線環(huán)116與母線117向定子線圈供電，能夠減小連接電阻，還能夠抑制銅損所引起的電壓下降。通過這樣，能夠容易地供給大電流。另外，還具有讓伴隨著逆變器元件的動(dòng)作的電流上升時(shí)間常數(shù)變小的效果。
定子鐵心112與定子線圈114，通過樹脂(具有電絕緣性的)鑄模為一體，一體形成從而構(gòu)成定子子組件。該一體成形的定子子組件，在壓入到鋁等金屬所形成的圓筒狀框架150的內(nèi)側(cè)固定起來的狀態(tài)下，進(jìn)行鑄模成形。另外，一體成形的定子子組件，也可以在定子線圈114組裝在定子鐵心112中的狀態(tài)下進(jìn)行鑄模成形，之后再壓入到框架150內(nèi)。
安裝在機(jī)動(dòng)車中的EPS被作用各種振動(dòng)。另外，還被作用來自車輪的沖擊。另外還在氣溫變化較大的狀態(tài)下使用。需要考慮攝氏負(fù)40度的狀態(tài)，另外，還需要考慮因溫度上升而變成100度以上。另外，電動(dòng)機(jī)中不能進(jìn)水。為了在該條件下將定子固定在磁軛150上，最好在筒狀框架的至少定子鐵心的外周部中不設(shè)置螺絲孔以外的孔，將定子部(子組件)壓入在圓筒金屬中。另外，壓入之后可以進(jìn)一步從框架的外周部進(jìn)行螺絲止動(dòng)。最好是壓入加止動(dòng)。
轉(zhuǎn)子130，具有層疊有硅鋼板的磁體所構(gòu)成的轉(zhuǎn)子鐵心132、通過粘合劑固定在該轉(zhuǎn)子鐵心132的表面的多個(gè)作為永久磁鐵的磁鐵134、以及由設(shè)置在磁鐵134的外周的非磁體所構(gòu)成的磁鐵罩136。磁鐵134是稀土類磁鐵，例如由釹制成。定子鐵心132固定在軸138上。轉(zhuǎn)子鐵心132的表面上通過粘合劑固定有多個(gè)磁鐵134，同時(shí)，其外周側(cè)被磁鐵罩136所覆蓋，通過這樣來防止磁鐵134的飛散。上述磁鐵罩136由不銹鋼(俗稱SUS)構(gòu)成，但也可以纏繞帶子。不銹鋼這種方法的制造較容易。如上所述的EPS電動(dòng)機(jī)，適于保持振動(dòng)以及熱變化非常大，易破損的永久磁鐵。另外如上所述，即使破損也能夠防止飛散。
圓筒狀框架150的一方端部，設(shè)有前法蘭152F?？蚣?50與前法蘭152F之間通過螺栓B1固定起來。另外?？蚣?50的另一方端部，壓入有后法蘭152R。前法蘭152F以及后法蘭152R中，分別安裝有軸承154F、154R。通過這些軸承154F、154R，將軸138以及固定在該軸138上的定子110自由旋轉(zhuǎn)地支持起來。
前法蘭152F中形成有圓環(huán)狀的突出部(或延伸部)。前法蘭152F的突出部向軸向突出，從前法蘭152F的線圈終端部側(cè)的側(cè)面向線圈終端部側(cè)延伸。在將前法蘭152F固定在框架150中時(shí)，前法蘭152F的突出部的前端部，插入在前法蘭152F側(cè)的線圈終端部的鑄模材料與框架150之間所形成的空隙內(nèi)。另外，為了提高線圈終端部的散熱，前法蘭152F的突出部，最好與前法蘭152F側(cè)的線圈終端部的鑄模材料緊密接觸。
后法蘭152R中設(shè)有圓筒狀的凹孔，后法蘭152R的凹孔與軸138的中心軸同心，比框架150的軸向端部深入軸向內(nèi)側(cè)(定子鐵心112側(cè))。后法蘭152R的凹孔的前端部，延伸到后法蘭152R側(cè)的線圈終端部的內(nèi)徑側(cè)，在徑向上與后法蘭152R側(cè)的線圈終端部相面對(duì)。后法蘭152R的凹孔的前端部中保持有軸承154。軸138的后法蘭152R側(cè)的軸向端部，在軸方向比軸承154更向外方(與轉(zhuǎn)子鐵心132相反的一側(cè))延伸，一直達(dá)到后法蘭152R的凹孔的開口部附近或比開口部更加在軸向上向外突出的位置。
后法蘭152R的凹孔的內(nèi)周面與軸138的外周面之間所形成的空間中，設(shè)有旋轉(zhuǎn)變壓器156。旋轉(zhuǎn)變壓器156具有旋轉(zhuǎn)變壓器定子156S與旋轉(zhuǎn)變壓器轉(zhuǎn)子156R，位于比軸承154R靠近軸向外側(cè)(與轉(zhuǎn)子鐵心132相反的一側(cè))處。旋轉(zhuǎn)變壓器轉(zhuǎn)子156R通過螺母N1固定在軸138的一方端部(圖示左側(cè)的端部)上。旋轉(zhuǎn)變壓器定子156S，通過由螺絲SC1將旋轉(zhuǎn)變壓器壓板156B固定在后法蘭152R上，而固定在后法蘭152R的凹孔的內(nèi)周側(cè)，與旋轉(zhuǎn)變壓器轉(zhuǎn)子156R介有空隙相面對(duì)。由旋轉(zhuǎn)變壓器定子156S與旋轉(zhuǎn)變壓器轉(zhuǎn)子156R構(gòu)成旋轉(zhuǎn)變壓器156，旋轉(zhuǎn)變壓器轉(zhuǎn)子156R的旋轉(zhuǎn)由旋轉(zhuǎn)變壓器定子156S檢測(cè)出來，通過這樣，能夠檢測(cè)出多個(gè)磁鐵134的位置。更具體的說，旋轉(zhuǎn)變壓器具有外周表面為凹凸?fàn)?例如橢圓形狀或花瓣形狀)的旋轉(zhuǎn)變壓器轉(zhuǎn)子156R，與纏繞有兩個(gè)輸出用線圈(電氣錯(cuò)開90°)以及勵(lì)磁用線圈的旋轉(zhuǎn)變壓器定子156S。如果給勵(lì)磁用線圈施加交流電，兩個(gè)輸出用線圈中，便產(chǎn)生具有與旋轉(zhuǎn)角度成正比的相位差的、對(duì)應(yīng)于旋轉(zhuǎn)變壓器轉(zhuǎn)子156R與旋轉(zhuǎn)變壓器定子156S之間的空隙的長(zhǎng)度變化的交流電壓。這樣，旋轉(zhuǎn)變壓器便能夠檢測(cè)出具有相位差的兩個(gè)輸出電壓。轉(zhuǎn)子130的磁極位置，可以通過根據(jù)所檢測(cè)出的兩個(gè)輸出電壓的相位差求出相位角來檢測(cè)出來。后法蘭152R的外周安裝有后座158，將旋轉(zhuǎn)變壓器156覆蓋起來。
從外部電池經(jīng)母線117與電纜162以及安裝在電纜162的前端的端子163，向通過連線環(huán)116所連接的U相、V相、W相的各相供電。母線117焊接在連線環(huán)116上，引出到電動(dòng)機(jī)外部。電纜162，安裝在其前端的端子163焊接安裝在母線117上。由旋轉(zhuǎn)變壓器定子156S所檢測(cè)出的磁極位置信號(hào)，由信號(hào)線166取出到外部。后法蘭152R中安裝有后座158，用來保護(hù)旋轉(zhuǎn)變壓器156，密閉電動(dòng)機(jī)100。通過鑄模材料M1將連線環(huán)116與母線117的一部分與線圈終端部一起鑄模起來。
接下來對(duì)照?qǐng)D2，對(duì)定子110以及轉(zhuǎn)子130的構(gòu)成進(jìn)行更加具體的說明。
圖2為圖1的A-A視圖。圖2(B)為圖2(A)的P部的放大剖視圖。另外，與圖1相同的符號(hào)表示同一部分。
首先對(duì)定子110的構(gòu)成進(jìn)行說明。圖1中所示的定子鐵心112，由圓環(huán)狀后鐵心112B，以及與該后鐵心112B分離構(gòu)成的多個(gè)齒極112T構(gòu)成。后鐵心112B，通過沖床成形對(duì)硅鋼板等磁體薄板進(jìn)行沖壓，并層疊起來而構(gòu)成。
本實(shí)施例中，齒極112T由分別獨(dú)立的12個(gè)齒極112T(U1+)、112T(U1-)、112T(U2+)、112T(U2-)、112T(V1+)、112T(V1-)、112T(V2+)、112T(V2-)、112T(W1+)、112T(W1-)、112T(W2+)、112T(W2-)。各個(gè)齒極112T(U1+)，...，112T(W2-)中，通過集中纏繞纏繞了定子線圈114(U1+)、114(U1-)、114(U2+)、114(U2-)、114(V1+)、114(V1-)、114(V2+)、114(V2-)、114(W1+)、114(W1-)、114(W2+)、114(W2-)。
這里，定子線圈114(U1+)與定子線圈114(U1-)，纏繞為讓線圈中所流動(dòng)的電流方向相反。定子線圈114(U2+)與定子線圈114(U2-)，也纏繞為讓線圈中所流動(dòng)的電流方向相反。另外，定子線圈114(U1+)與定子線圈114(U2+)，纏繞為讓線圈中所流動(dòng)的電流方向相同。定子線圈114(U1-)與定子線圈114(U2-)，也纏繞為讓線圈中所流動(dòng)的電流方向相同。定子線圈114(V1+)、114(V1-)、114(V2+)、114(V2-)的電流方向的關(guān)系，以及定子線圈114(W1+)、114(W1-)、114(W2+)、114(W2-)的電流方向的關(guān)系，與U相的情況相同。
12個(gè)齒極112T以及定子線圈114通過同樣的方法進(jìn)行制作，因此這里以齒極112T(U1+)以及定子線圈114(U1+)為例，對(duì)其裝配工序進(jìn)行說明。定子線圈114(U1+)，是預(yù)先成形的成形線圈，成為纏繞在齒極112T(U1+)上的形狀。成為該成形線圈的定子線圈114(U1+)與線軸112BO一體成形。線軸112BO與所成形的定子線圈114(U1+)的一體物，從齒極112T(U1+)的后端側(cè)嵌入。齒極112T(U1+)的前端部，也即與轉(zhuǎn)子130相面對(duì)的側(cè)在圓周方向上擴(kuò)大，因此線軸112BO與定子線圈114(U1+)，在該擴(kuò)大部中成為制動(dòng)器而被卡定。齒極112T(U1+)的后端側(cè)，形成有與形成在后鐵心112B的內(nèi)周側(cè)的凹部112BK相配形狀的凸部112TT。纏繞有所成形的定子線圈114(U1+)的齒極112T(U1+)的凸部112TT，壓入到后鐵心112B的凹部112BK中，將齒極112T(U1+)固定在后鐵心112B中。對(duì)其他的齒極112T(U1-)，...，112T(W2-)，安裝定子線圈114(U1-)，...，114(W2-)的工序，以及將齒極112T(U1-)，...，112T(W2-)固定在后鐵心112B中的工序也一樣。
后鐵心112B中，固定有安裝了定子鐵心114的12個(gè)齒極112T，在將后鐵心112B的外周側(cè)的多處壓入到框架150的內(nèi)周側(cè)的狀態(tài)下，通過熱硬化樹脂MR將定子鐵心112與定子線圈114一體鑄模成形，構(gòu)成定子子組件。另外，本實(shí)施例中，對(duì)在將定子鐵心112中裝配有定子線圈114之后壓入到框架150的狀態(tài)下，將定子鐵心112與定子線圈114一體鑄模成形的情況進(jìn)行了說明，但也可以在將定子線圈114裝配到定子鐵心112中的狀態(tài)下，將定子鐵心112與定子線圈114一體鑄模，之后再將定子鐵心112壓入到框架150中。
在通過鑄模材料進(jìn)行鑄模成形時(shí)，將圖示省略的裝配架，安裝在定子鐵心112與框架150所構(gòu)成的結(jié)構(gòu)體中，使得定子鐵心112以及從定子鐵心112的軸向端部向軸向突出的定子線圈114的線圈終端部，被圖示省略的裝配架與框架150所包圍，在圖示省略的裝配架與框架150的包圍中注入流體狀鑄模材料，在線圈終端部、定子鐵心112與連線環(huán)116之間的空隙、連線環(huán)116與母線117之間的空隙、定子鐵心112的空隙、定子線圈114的空隙、定子鐵心112與定子線圈114之間的空隙、以及定子鐵心112與框架150之間的空隙間，填充鑄模材料，讓鑄模材料固化，一旦鑄模材料固化，便取下圖示省略的裝配架。
在鑄模成形后的定子子組件的內(nèi)周面，也即齒極112T(U1+)，...，112T(W2-)的前端部與轉(zhuǎn)子130在徑向上相面對(duì)的面?zhèn)?，?shí)施切削加工。通過這樣，降低定子110與轉(zhuǎn)子130之間的間隙的偏差，進(jìn)一步提高定子110的內(nèi)徑圓度。另外，通過鑄模成形進(jìn)行一體化，與不進(jìn)行鑄模的情況相比，能夠提高因給定子線圈114通電所產(chǎn)生的熱的散熱性能。另外，通過鑄模成形，還能夠防止定子線圈或齒極的振動(dòng)。
例如，在轉(zhuǎn)子130的轉(zhuǎn)子鐵心的外周，與定子110的齒極的內(nèi)周之間的間隙為3mm(3000μm)時(shí)，由于后鐵心112B的制作誤差、齒極112T的制作誤差、定子鐵心112B與齒極112T壓入組裝時(shí)的組裝誤差等，內(nèi)徑圓度產(chǎn)生為±30μm程度。由于該圓度相當(dāng)于間隙的1％(＝30μm/3000μm)，因此因該內(nèi)徑圓度而產(chǎn)生齒槽轉(zhuǎn)矩。但是，在鑄模成形之后，通過對(duì)內(nèi)徑進(jìn)行切削加工，能夠降低基于內(nèi)徑圓度的齒槽轉(zhuǎn)矩。通過降低齒槽轉(zhuǎn)矩，能夠提高轉(zhuǎn)向的掌舵感。
框架150的內(nèi)側(cè)形成有凸部150T。后鐵心112B的外周部形成有與凸部150T相對(duì)應(yīng)的凹部112BO2。詳細(xì)的狀況如圖2(B)所示。凸部150T與凹部112BO2構(gòu)成具有互不相同的曲率而相卡定的卡定部IP，在軸向上連續(xù)形成，且在周向上隔開間隔設(shè)有8個(gè)?？ǘú考孀鲏喝氩俊Ｒ布?，在框架150中固定定子鐵心112的情況下，將后鐵心112B的凹部112BO2壓入到框架150的凸部150T中，使得框架150的凸部150T的突端面與凹部112BO2的底面壓接起來。這樣，本實(shí)施例中通過部分壓入在框架150中固定定子鐵心112。通過該壓入，框架150與定子鐵心112之間形成細(xì)微的空隙。本實(shí)施例中，在通過鑄模材料MR鑄模定子鐵心112與定子線圈114時(shí)，同時(shí)在框架150與定子鐵心112之間形成的空隙中填充鑄模材料RM。另外，卡定部兼作用來防止定子鐵心112在周向上相對(duì)框架150旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)止動(dòng)部。
這樣，本實(shí)施例中，由于定子鐵心112部分壓入在框架150中，因此能夠加大框架150與定子鐵心112之間的滑動(dòng)并減小剛性。通過這樣，本實(shí)施例中，能夠提高框架150與定子鐵心112之間的噪音衰減效果。另外，本實(shí)施例中，由于在框架150與定子鐵心112之間的空隙中填充鑄模材料，因此能夠進(jìn)一步提高噪音的衰減效果。
另外，也可以讓凸部150T與凹部112BO2不接觸，二者只用作旋轉(zhuǎn)止動(dòng)，將后鐵心112B的外周面壓入到該凸部150T與凹部112BO2部分以外的框架150的內(nèi)周面中。
另外，定子線圈114(U1+)、114(U1-)、114(U2+)、114(U2-)，相對(duì)定子110的中心設(shè)置在對(duì)稱位置上。也即，定子線圈114(U1+)與114(U1-)相鄰設(shè)置，另外，定子線圈114(U2+)與114(U2-)也相鄰設(shè)置。另外，定子線圈114(U1+)、114(U1-)，與定子線圈114(U2+)、114(U2-)相對(duì)定子110的中心線對(duì)稱設(shè)置。也即，定子線圈114(U1+)與定子線圈114(U2+)，相對(duì)通過軸138的中心的虛線C-C線對(duì)稱設(shè)置，另外，定子線圈114(U1-)與定子線圈114(U2-)，也線對(duì)稱設(shè)置。
定子線圈114(V1+)、114(V1-)、114(V2+)、114(V2-)也同樣線對(duì)稱設(shè)置，定子線圈114(W1+)、114(W1-)、114(W2+)、114(W2-)也同樣線對(duì)稱設(shè)置。
另外，同相的相鄰定子線圈114通過1根線連續(xù)纏繞。也即，定子線圈114(U1+)與114(U1-)，通過1根線連續(xù)纏繞構(gòu)成兩個(gè)纏繞線圈，分別插入到齒極中，成為纏繞在齒極上的結(jié)構(gòu)。定子線圈114(U2+)與114(U2-)也通過1根線連續(xù)纏繞。定子線圈114(V1+)與114(V1-)、定子線圈114(V2+)與114(V2-)、定子線圈114(W1+)與114(W1-)、定子線圈114(W2+)與114(W2-)，也分別通過1根線纏繞。
如果采用這樣的線對(duì)稱配置，用1根線纏繞相鄰的兩個(gè)同相線圈，各個(gè)相之間或異相之間在通過連線環(huán)連線時(shí)，能夠簡(jiǎn)化連線環(huán)的構(gòu)成。
接下來對(duì)轉(zhuǎn)子130的構(gòu)成進(jìn)行說明。轉(zhuǎn)子130，具有磁體制成的轉(zhuǎn)子鐵心132、通過粘合劑固定在該轉(zhuǎn)子鐵心132的表面上的10個(gè)磁鐵134(134A、134B、134C、134D、134E、134F、134G、134H、134I、134J)、以及設(shè)置在磁鐵134的外周的磁鐵罩136。轉(zhuǎn)子鐵心132固定在軸138上。
磁鐵134如果使其表面?zhèn)?與定子的齒極112T相面對(duì)側(cè))為N極，便在半徑方向磁化，使其內(nèi)面?zhèn)?與轉(zhuǎn)子鐵心132相接觸側(cè))為S極。另外，磁鐵134如果使其表面?zhèn)?與定子的齒極112T相面對(duì)側(cè))為S極，便在半徑方向磁化，使其內(nèi)面?zhèn)?與轉(zhuǎn)子鐵心132相接觸側(cè))為N極。這樣，相鄰的磁鐵134便被磁化為讓所磁化的極性在圓周向上交互。例如，如果磁鐵134A的表面?zhèn)缺淮呕癁镹極，則相鄰的磁鐵134B、134J的表面?zhèn)缺淮呕癁镾極。也即，在磁鐵134A、134C、134E、134G、134I的表面?zhèn)缺淮呕癁镹極的情況下，磁鐵134B、134D、134F、134G、134J的表面?zhèn)缺淮呕癁镾極。
另外，磁鐵134的剖面形狀分別為半圓錐形狀。半圓錐形狀是指在周向上，左右半徑方向的厚度，比中央半徑方向的厚度薄的構(gòu)造。通過采用這樣的半圓錐形狀，能夠讓磁通量分布為正弦波狀，讓因EPS電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的激勵(lì)電壓波形為正弦波狀，降低脈動(dòng)成分。通過減小脈動(dòng)成分，能夠提高轉(zhuǎn)向的掌舵感。另外，在環(huán)狀的磁體中磁化構(gòu)成磁鐵時(shí)，可以通過控制磁化力，讓磁通量分布接近正弦波狀。
轉(zhuǎn)子鐵心132中，在同心圓上形成有大直徑的10個(gè)貫通孔132H，與出現(xiàn)在其內(nèi)側(cè)的小直徑的5個(gè)凹孔132K。轉(zhuǎn)子鐵心132通過沖壓成形對(duì)SUS等磁體的薄板進(jìn)行沖壓，并將其層疊起來而構(gòu)成。凹孔132K，通過在沖壓成形時(shí)卷曲薄板來形成。在層疊多個(gè)薄板時(shí)，將該凹孔132K互相嵌合進(jìn)行定位。貫通孔132H用來降低慣性，通過該132H孔能夠提高轉(zhuǎn)子的平衡性。磁鐵134的外周側(cè)被磁鐵罩136所覆蓋，防止磁鐵134的飛散。另外，后鐵心112B與轉(zhuǎn)子鐵心132，由同一個(gè)薄板同時(shí)進(jìn)行沖壓加工來成形。
如上所述，本實(shí)施例的轉(zhuǎn)子130，具有10個(gè)磁鐵134，為10極。另外，如前所述，齒極112T為12個(gè)，相鄰的齒極之間所形成的槽數(shù)為12個(gè)。也即，本實(shí)施例的EPS電動(dòng)機(jī)，為10極12槽的表面磁鐵型同步電動(dòng)機(jī)。
這里對(duì)照?qǐng)D3，對(duì)AC電動(dòng)機(jī)中的極數(shù)P與槽數(shù)S之間的關(guān)系進(jìn)行說明。
圖3為AC電動(dòng)機(jī)的極數(shù)P與槽數(shù)S之間的關(guān)系的說明圖。
圖3中，畫了橫線陰影的組合，是3相AC電動(dòng)機(jī)(無刷電動(dòng)機(jī))所取的極數(shù)P與槽數(shù)S的組合。也即，3相AC電動(dòng)機(jī)，成立2極3槽、4極3槽、4極6槽、6極9槽、8極6槽、8極9槽、8極12槽、10極9槽、10極12槽、10極15槽的組合。其中，畫了左斜線與右斜線的組合10極12槽為本實(shí)施例的電動(dòng)機(jī)的極數(shù)與槽數(shù)。另外，關(guān)于畫了左斜線的8極9槽與10極9槽將在后面說明。另外，圖1所示的EPS電動(dòng)機(jī)是外徑為85φ的小型電動(dòng)機(jī)，這樣的小型電動(dòng)機(jī)中，無法實(shí)現(xiàn)極數(shù)N為12以上的電動(dòng)機(jī)，因此圖示省略。
這里，2極3槽、4極3槽、4極6槽、6極9槽、8極6槽、8極12槽、10極15槽的電動(dòng)機(jī)，其特性近似，這里以6極9槽的電動(dòng)機(jī)為代表進(jìn)行說明。
相對(duì)6極9槽的AC電動(dòng)機(jī)，本實(shí)施例的10極12槽的電動(dòng)機(jī)，能夠提高磁鐵磁通量的利用率。也即，6極9槽的AC電動(dòng)機(jī)中的線圈系數(shù)(線圈的利用率)kw為0.87，傾斜系數(shù)ks為0.96，因此磁鐵磁通量的利用率(kw·ks)為‘0.83’。另外，本實(shí)施例的10極12槽的電動(dòng)機(jī)中，線圈系數(shù)kw為0.93，傾斜系數(shù)ks為0.99，因此磁鐵磁通量的利用率(kw·ks)為‘0.92’。所以，本實(shí)施例的10極12槽電動(dòng)機(jī)中，能夠提高磁鐵磁通量的利用率(kw·ks)。
另外，由于齒槽轉(zhuǎn)矩的周期為極數(shù)P與槽數(shù)S的最小公倍數(shù)，因此6極9槽的AC電動(dòng)機(jī)中的齒槽轉(zhuǎn)矩的周期為‘18’，而本實(shí)施例的10極12槽電動(dòng)機(jī)中能夠達(dá)到‘60’，因此能夠降低齒槽轉(zhuǎn)矩。
另外，還能夠降低內(nèi)徑圓度的誤差所引起的齒槽轉(zhuǎn)矩。也即，如果設(shè)6極9槽的AC電動(dòng)機(jī)中的內(nèi)徑圓度的誤差所引起的齒槽轉(zhuǎn)矩為‘3.7’，本實(shí)施例的10極12槽的電動(dòng)機(jī)中便能夠達(dá)到‘2.4’，因此能夠降低內(nèi)徑圓度所引起的齒槽轉(zhuǎn)矩。另外，本實(shí)施例中，對(duì)鑄模成形的定子子組件的內(nèi)徑進(jìn)行切削加工，提高了內(nèi)徑圓度，結(jié)果是能夠進(jìn)一步降低內(nèi)徑圓度的誤差所引起的齒槽轉(zhuǎn)矩。
這里，對(duì)照?qǐng)D4對(duì)本實(shí)施例的電動(dòng)動(dòng)力轉(zhuǎn)向用電動(dòng)機(jī)中的齒槽轉(zhuǎn)矩的實(shí)測(cè)值進(jìn)行說明。
圖4為本實(shí)施例的電動(dòng)動(dòng)力轉(zhuǎn)向用電動(dòng)機(jī)中的齒槽轉(zhuǎn)矩的實(shí)測(cè)值的說明圖。
圖4(A)示出了對(duì)角度(機(jī)械角度)為0～360°的范圍所實(shí)測(cè)的齒槽轉(zhuǎn)矩(mNm)。圖4(B)中示出了將圖4(A)中所示的齒槽轉(zhuǎn)矩的高次諧波成分在各個(gè)時(shí)間次數(shù)中分別分離時(shí)的幅度值(mNm)。時(shí)間次數(shù)‘60’如前所述，是10極12槽的電動(dòng)機(jī)中的齒槽轉(zhuǎn)矩的周期，所產(chǎn)生的齒槽轉(zhuǎn)矩幾乎為0。時(shí)間次數(shù)‘12’是10極的磁鐵的磁場(chǎng)力的偏差所引起的。磁鐵如上所述使用半圓錐形的磁鐵，通過這樣磁場(chǎng)力的偏差所引起的齒槽轉(zhuǎn)矩也能夠降低到1.4。時(shí)間次數(shù)‘10’是12槽的定子的各個(gè)齒極的偏差所引起的。通過鑄模成形后的切削加工提高內(nèi)徑圓度的結(jié)果是，能夠?qū)X極的偏差所引起的齒槽轉(zhuǎn)矩也降低到2.6。
時(shí)間次數(shù)‘0’如前所述，為DC成分，是所謂的損耗轉(zhuǎn)矩(轉(zhuǎn)數(shù)幾乎為0時(shí)所產(chǎn)生的摩擦轉(zhuǎn)矩)。由于損耗轉(zhuǎn)矩也能夠降低到26.3mNm，因此即使在手離開轉(zhuǎn)向裝置的情況下，相對(duì)于讓轉(zhuǎn)向裝置回到直行方向的復(fù)原力，損耗轉(zhuǎn)矩這一方也較小，因此提高了轉(zhuǎn)向裝置的復(fù)原性。
如上所述，各個(gè)齒槽轉(zhuǎn)矩成分的降低結(jié)果如圖4(A)所示，能夠?qū)X槽轉(zhuǎn)矩降低到9mNm。由于EPS電動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩為4.5mNm，因此能夠?qū)X槽轉(zhuǎn)矩降低到0.2％(＝9mNm/4.5Nm)(額定的3/1000以下)。另外，損耗轉(zhuǎn)矩也能夠降低到0.57％(＝26.3mNm/4.5Nm)。
本實(shí)施例的EPS電動(dòng)機(jī)100，是以車載電池(例如輸出電壓12V為電源的電動(dòng)機(jī)。EPS電動(dòng)機(jī)100的安裝位置，設(shè)置在轉(zhuǎn)向裝置的附近或?qū)⑥D(zhuǎn)向裝置的旋轉(zhuǎn)力傳遞給車輪的齒條&小齒輪的小齒輪附近。所以，由于安裝位置的限制，必須小型化。另外，為了對(duì)轉(zhuǎn)向進(jìn)行動(dòng)力輔助，又需要大轉(zhuǎn)矩(例如4.5Nm)。
如果要從以AC100V為電源的AC伺服電動(dòng)機(jī)輸出必需的轉(zhuǎn)矩，則電動(dòng)機(jī)電流為5A就可以了。但是，在像本實(shí)施例這樣將DC14V進(jìn)行DC/AC變換之后的14V交流進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的情況下，為了通過同樣程度的體積，輸出同樣程度的轉(zhuǎn)矩，電動(dòng)機(jī)電流需要70A～100A。為了流通這樣的大電流，定子線圈114的直徑需要為1.6φ的大直徑。此時(shí)，定子線圈114的圈數(shù)為14圈(T)。定子線圈114的圈數(shù)還依賴于定子線圈114的線徑，因此例如為9～21T。在定子線圈的直徑為1.8φ時(shí)，圈數(shù)為9T。這里，相對(duì)1.8φ的線圈，纏繞有1.6φ的線圈一方的占積率例如能夠提高到75％。由于能夠提高占積率，因此能夠相對(duì)減小導(dǎo)體的電流密度。其結(jié)果是，能夠降低銅損，抑制電動(dòng)機(jī)的溫度上升，進(jìn)而能夠提高轉(zhuǎn)數(shù)-轉(zhuǎn)矩特性。另外，最近的車輛中有些是載置42V電池的電動(dòng)車輛，這種情況下，由于能夠降低電動(dòng)機(jī)電流，因此能夠讓電動(dòng)機(jī)線圈114的圈數(shù)為20～30圈。
相鄰的齒極112T中，齒極112T的前端(面對(duì)轉(zhuǎn)子130側(cè))的擴(kuò)大部的間隔W1(例如齒極112T(U1-)與齒極112T(W1-)的前端擴(kuò)大部的間隔W1(周向中最接近的部位的周向間隔))，為1mm。這樣，通過讓齒極的間隔較為狹窄，能夠降低齒槽轉(zhuǎn)矩。并且，即使給電動(dòng)機(jī)作用振動(dòng)，由于定子線圈114的線形比間隔W1粗，因此能夠防止定子線圈114從齒極之間脫落到轉(zhuǎn)子側(cè)。相鄰齒極的間隔W1，最好為定子線圈114的線徑以下的0.5mm～1.5mm。這樣，本實(shí)施例中，相鄰齒極的間隔W1，被設(shè)為定子線圈114的線徑以下。
接下來，對(duì)照?qǐng)D5，對(duì)本實(shí)施例的電動(dòng)動(dòng)力轉(zhuǎn)向用電動(dòng)機(jī)中的定子線圈的連線關(guān)系進(jìn)行說明。
圖5為本實(shí)施例的電動(dòng)動(dòng)力轉(zhuǎn)向用電動(dòng)機(jī)中的定子線圈的連線圖。
圖5中，線圈U1+表示圖2中所示的定子線圈112T(U1+)。線圈U1-、U2+、U2-、V1+、V1-、V2+、V2-、W1+、W1-、W2+、W2-，也分別表示圖2中所示的定子線圈112T(U1-)，...，112T(W2-)。
本實(shí)施例的定子線圈，將U相、V相、W相連線成三角形(△)。另外，各個(gè)相分別構(gòu)成并聯(lián)電路。也即，如果從U相看，線圈U2+與線圈U2-的串聯(lián)電路，并聯(lián)于線圈U1+與線圈U1-的串聯(lián)電路。這里，線圈U1+與線圈U1-如前所述，由1根線連續(xù)纏繞構(gòu)成線圈。另外，V相與W相也相同。
連線方法雖然也可以采用星形連線，但通過采用三角形連線，與星形連線相比，能夠降低端子電壓。例如，在設(shè)U相的串并聯(lián)電路的兩端電壓為E時(shí)，端子電壓為E，而星形連線中為 E。由于能夠降低端子電壓，因此能夠增大線圈的圈數(shù)，使用線徑較細(xì)的線。另外，通過采用并聯(lián)電路，與4線圈串聯(lián)的情況相比，由于能夠減小各個(gè)線圈中流動(dòng)的電流這一點(diǎn)，從而能夠使用線徑較細(xì)的線，因此提高占有體積率，另外彎曲容易，制作性良好。
接下來，對(duì)照?qǐng)D6以及圖7，對(duì)本實(shí)施例的電動(dòng)動(dòng)力轉(zhuǎn)向用電動(dòng)機(jī)中使用的轉(zhuǎn)子的構(gòu)成進(jìn)行說明。
圖6為說明本實(shí)施例的電動(dòng)動(dòng)力轉(zhuǎn)向用電動(dòng)機(jī)中所使用的轉(zhuǎn)子的構(gòu)成的橫剖視圖。圖7為說明本實(shí)施例的電動(dòng)動(dòng)力轉(zhuǎn)向用電動(dòng)機(jī)中所使用的轉(zhuǎn)子的鐵心與軸的結(jié)合部的構(gòu)成的擴(kuò)大縱剖視圖。另外，與圖1、圖2相同的符號(hào)，表示同一部分。
如圖6所示，轉(zhuǎn)子130，由層疊有硅鋼板的磁體所構(gòu)成的轉(zhuǎn)子鐵心132、通過粘合劑固定在該轉(zhuǎn)子鐵心132的表面的多個(gè)作為永久磁鐵的磁鐵134、由設(shè)置在磁鐵134的外周的非磁體所構(gòu)成的磁鐵罩136、以及軸138構(gòu)成。
轉(zhuǎn)子鐵心132，由沖床進(jìn)行了沖壓的薄鋼板所構(gòu)成的鐵心板多片層疊構(gòu)成。各個(gè)定子片中，設(shè)有5處凹孔，使用所層疊的鐵心板的凹孔進(jìn)行定位。且通過鉚接進(jìn)行一體化，形成定子鐵心132。
磁鐵134，由在轉(zhuǎn)子130的軸向上分成兩部分的磁鐵134A與磁鐵134B構(gòu)成。這是由于長(zhǎng)磁鐵很難制造，而在軸向上進(jìn)行分隔。另外，磁鐵134A與磁鐵134B也可以在轉(zhuǎn)子鐵心132的周向上錯(cuò)開設(shè)置，這種情況下，能夠得到與將磁鐵歪斜的情況下相同的效果。
軸138的外周，形成有在軸向上形成的8條壓印痕(突起)138G。另外，轉(zhuǎn)子鐵心132的內(nèi)部設(shè)有貫通孔。貫通孔的表面部分，通過后面對(duì)照?qǐng)D8～圖11所述的方法進(jìn)行局部退火處理。將軸138壓入到該貫通孔中，軸138中所形成的8條壓印痕(突起)138G嵌入結(jié)合在轉(zhuǎn)子鐵心132的貫通孔中，確保了軸138的旋轉(zhuǎn)方向的轉(zhuǎn)矩強(qiáng)度，同時(shí)還確保了軸向的脫落強(qiáng)度。
軸138的材料使用例如SCM435。SCM435比轉(zhuǎn)子鐵心132的材料硅鋼板硬度高，但在二者的硬度差較小的情況下，通過軸138的壓入，在軸138的壓印痕(突起)138G與轉(zhuǎn)子鐵心132之間產(chǎn)生燒結(jié)，同軸精度等結(jié)合精度下降。因此，為了提高軸138的硬度，而給軸進(jìn)行淬火，或?yàn)榱私档娃D(zhuǎn)子鐵心132的硬度，而需要對(duì)轉(zhuǎn)子鐵心132進(jìn)行退火處理。本實(shí)施例中，通過后面對(duì)照?qǐng)D8～圖11所述的方法，只對(duì)轉(zhuǎn)子鐵心132的貫通孔的表面部分進(jìn)行局部退火處理，通過這樣，能夠消除軸的淬火所引起的軸的熱變形問題，以及退火轉(zhuǎn)子鐵心全體的情況下，鋼板制造時(shí)的軋制變形與沖床沖壓時(shí)的加工變形被釋放，從而在轉(zhuǎn)子鐵心中產(chǎn)生變形的問題。另外，通過像這樣解決轉(zhuǎn)子鐵心或軸的問題，能夠提高使用本實(shí)施例的轉(zhuǎn)子的動(dòng)力轉(zhuǎn)向用電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)平衡，降低噪音以及振動(dòng)。
如圖7所示，通過將軸138壓入到轉(zhuǎn)子鐵心132內(nèi)周的貫通孔中，讓軸138中所形成的8條壓印痕(突起)138G嵌入結(jié)合在轉(zhuǎn)子鐵心130的貫通孔中。這里，嵌入兩INT1為0.1～0.15mm。之后，在轉(zhuǎn)子鐵心132的內(nèi)周的貫通孔中，對(duì)軸的壓印痕138所嵌入的區(qū)域進(jìn)行局部退火處理。另外，這里例如轉(zhuǎn)子鐵心132的半徑R1為18mm，貫通孔的內(nèi)徑R3為6.85mm。轉(zhuǎn)子鐵心132層疊有厚0.35mm的硅鋼板180張，轉(zhuǎn)子鐵心132的軸向長(zhǎng)度為63mm。
轉(zhuǎn)子鐵心132的外周中，在周向上形成有10個(gè)凹孔132G。磁鐵134使用粘合劑固定在凹孔132G中。到凹孔132G的底部的半徑R2為17mm。
接下來，對(duì)照?qǐng)D8～圖11，對(duì)本實(shí)施例的電動(dòng)動(dòng)力轉(zhuǎn)向用電動(dòng)機(jī)中所使用的轉(zhuǎn)子的局部退火方法進(jìn)行說明。
圖8為本實(shí)施例的電動(dòng)動(dòng)力轉(zhuǎn)向用電動(dòng)機(jī)中所使用的電動(dòng)機(jī)的局部加熱裝置的說明圖。圖9為本實(shí)施例的電動(dòng)動(dòng)力轉(zhuǎn)向用電動(dòng)機(jī)中所使用的電動(dòng)機(jī)的局部加熱所使用的感應(yīng)加熱線圈的立體圖。圖10為本實(shí)施例的電動(dòng)動(dòng)力轉(zhuǎn)向用電動(dòng)機(jī)中使用的電動(dòng)機(jī)的局部加熱時(shí)的溫度剖視圖。圖11為本實(shí)施例的電動(dòng)動(dòng)力轉(zhuǎn)向用電動(dòng)機(jī)中所使用的轉(zhuǎn)子的結(jié)合時(shí)的說明圖。
如圖8所示，將感應(yīng)加熱線圈302插入到轉(zhuǎn)子線圈132的貫通孔中，由高頻電源300通過高頻加熱只對(duì)轉(zhuǎn)子鐵心132的貫通孔附近進(jìn)行加熱、退火。
轉(zhuǎn)子鐵心132，是將薄鋼板被沖床沖壓了之后的鐵心板多層層疊，并接合起來一體化的結(jié)構(gòu)，因此，鐵心板由于其內(nèi)徑以及外周被沖壓加工時(shí)的加工硬化，硬度上升，具有可塑性變形所引起的變形。另外，薄鋼板由于制造過程的軋制等原因，母材本身也具有變形。
因此，對(duì)該變形且加工硬化了的轉(zhuǎn)子鐵心132，使用感應(yīng)加熱線圈302，只加熱、退火轉(zhuǎn)子鐵心132的貫通孔附近。
如圖9所示，感應(yīng)加熱線圈302為1圈。這是由于轉(zhuǎn)子鐵心132的內(nèi)徑較小(例如直徑13.7φ)，感應(yīng)加熱線圈302是中空的，內(nèi)徑部中需要流通冷卻水，因此很難多重卷繞。
由于感應(yīng)加熱線圈302為1圈，因此如圖8所示，在高頻退火時(shí)，使用旋轉(zhuǎn)移動(dòng)機(jī)構(gòu)304，讓轉(zhuǎn)子鐵心132在貫通孔的軸中心旋轉(zhuǎn)，同時(shí)在軸向上移動(dòng)，使得感應(yīng)加熱線圈302接近轉(zhuǎn)子鐵心132的貫通孔的內(nèi)周全周，進(jìn)行加熱。
接下來對(duì)照?qǐng)D10，對(duì)加熱條件進(jìn)行說明。如果設(shè)定子鐵心132的貫通孔的中心位置為0，則半徑R方向的溫度剖視圖如圖10所示。
這里，如果設(shè)L1＝6.85mm，L3＝18mm，則半徑L2位置中的溫度被加熱到T1以上。這里，由于轉(zhuǎn)子鐵心132的材料為硅鋼板，因此溫度T1為鐵類材料的再結(jié)晶溫度727℃。另外，L2為圖7中所示的軸的壓印痕在轉(zhuǎn)子鐵心的貫通孔中的嵌入量0.1～0.15mm，因此L2為7.0mm以上。
如上所述，由于只將轉(zhuǎn)子鐵心的貫通孔表面附近局部加熱到再結(jié)晶溫度以上，因此高頻電源，使用15kV，3A且高頻的頻率為250kHz的電源。另外，旋轉(zhuǎn)移動(dòng)機(jī)構(gòu)304，以3圈/s進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，同時(shí)轉(zhuǎn)子鐵心的軸向移動(dòng)速度為6mm/s。轉(zhuǎn)子鐵心132的局部加熱所需要的時(shí)間為11秒，因此能夠通過非常短的時(shí)間進(jìn)行局部退火。
另外，由于只要能夠?qū)⑾喈?dāng)于軸的壓印痕的嵌入量0.1～0.15mm的轉(zhuǎn)子鐵心的貫通孔表面附近加熱到再結(jié)晶溫度以上就可以，因此，高頻電源可以使用10～10kV，5～2A且高頻的頻率為100～400kHz的電源。由于和高頻電源的加熱功率有關(guān)，因此由旋轉(zhuǎn)移動(dòng)機(jī)構(gòu)所進(jìn)行的旋轉(zhuǎn)速度可以為1～5轉(zhuǎn)/s，轉(zhuǎn)子鐵心的軸向移動(dòng)速度可以為3～10mm/s。
通過像這樣只對(duì)轉(zhuǎn)子鐵心132的貫通孔表面附近的區(qū)域(L1～L2區(qū)域)進(jìn)行高頻加熱，將其加熱到再結(jié)晶溫度以上進(jìn)行退火，只有在沖壓加工時(shí)具有變形且硬度上升了的貫通孔的表面附近被軟化，而轉(zhuǎn)子鐵心132的外周以及薄鋼板的變形沒有被釋放，因此變形較小，也即能夠讓沖壓抽出結(jié)合后的定子鐵心維持幾乎相同的精度。
接下來，如圖11所示，通過未圖示的油壓機(jī)等，將軸138壓入到通過圖8的方法進(jìn)行了局部退火的轉(zhuǎn)子鐵心132的貫通孔中，將軸138與貫通孔132結(jié)合起來。
接下來，對(duì)照?qǐng)D12對(duì)定子110的另一構(gòu)成例進(jìn)行說明。圖12為圖1的A-A處箭頭方向視圖。另外，與圖2相同的符號(hào)表示同一部分。
圖2所示的定子110中，定子鐵心112由圓環(huán)狀后鐵心112B，以及與該后鐵心112B分離構(gòu)成的多個(gè)齒極112T構(gòu)成。與此相對(duì)，本例中由12個(gè)T形齒極一體型分割后鐵心112(U1+)、112(U1-)、112(U2+)、112(U2-)、112(V1+)、112(V1-)、112(V2+)、112(V2-)、112(W1+)、112(W1-)、112(W2+)、112(W2-)構(gòu)成。也即，圖2中的圓環(huán)狀后鐵心112B為在周向上分成12份的形狀。另外，是成為該分割過的后鐵心的部分中，分別一體形成有齒極的形狀。齒極一體型分割后鐵心112(U1+)，...，112(W2-)，分別通過對(duì)硅鋼板等磁體的薄板由沖壓成形進(jìn)行沖壓，并將其層疊起來構(gòu)成。另外，轉(zhuǎn)子130的構(gòu)成與圖2相同。
齒極一體型分割后鐵心112(U1+)，...，112(W2-)的齒極部中，與圖2一樣，在各個(gè)獨(dú)立的12齒極112T(U1-)，...，112T(W2-)中，通過集中纏繞纏繞有定子線圈114(U1+)、114(U1-)、114(U2+)、114(U2-)、114(V1+)、114(V1-)、114(V2+)、114(V2-)、114(W1+)、114(W1-)、114(W2+)、114(W2-)。定子線圈114(U1-)，...，114(W2-)的纏繞方向等與圖2相同。
在齒極一體型分割后鐵心112(U1+)，...，112(W2-)中，分別纏繞定子線圈114(U1-)，...，114(W2-)。接下來，壓入與形成在齒極一體型分割后鐵心112(U1+)，...，112(W2-)的周向的端面中的凹部嵌合形狀的凸部，完成定子110的組裝。接下來，在將后鐵心112的外周側(cè)的多處壓入到框架150的內(nèi)周側(cè)的狀態(tài)下，通過熱硬化樹脂MR將定子鐵心112與定子線圈114一體鑄模成形，構(gòu)成定子子組件。另外，本實(shí)施例中，對(duì)在將定子鐵心112中裝配有定子線圈114之后壓入到框架150的狀態(tài)下，將定子鐵心112與定子線圈114一體鑄模成形的情況進(jìn)行了說明，但也可以在將定子線圈114裝配到定子鐵心112中的狀態(tài)下，將定子鐵心112與定子線圈114一體鑄模，之后再將定子鐵心112壓入到框架150中。
在通過鑄模材料進(jìn)行鑄模成形時(shí)，將圖示省略的裝配架，安裝在定子鐵心112與框架150所構(gòu)成的結(jié)構(gòu)體中，使得定子鐵心112以及從定子鐵心112的軸向端部向軸向突出的定子線圈114的線圈終端部，被圖示省略的裝配架與框架150所包圍，在圖示省略的裝配架與框架150的包圍中注入流體狀鑄模材料，在線圈終端部、定子鐵心112的空隙、定子線圈114的空隙、定子鐵心112與定子線圈114之間的空隙、以及定子鐵心112與框架150之間的空隙間，填充鑄模材料，讓鑄模材料固化，一旦鑄模材料固化，便取下圖示省略的裝配架。
在鑄模成形的定子子組件的內(nèi)周面，也即齒極一體型分割后鐵心112(U1+)，...，112(W2-)的齒極部的前端部與轉(zhuǎn)子130在徑向上相面對(duì)的面?zhèn)龋瑢?shí)施切削加工。通過這樣，降低定子110與轉(zhuǎn)子130之間的間隙的偏差，進(jìn)一步提高定子110的內(nèi)徑圓度。另外，通過鑄模成形進(jìn)行一體化，與不進(jìn)行鑄模的情況相比，能夠提高因給定子線圈114通電所產(chǎn)生的熱的散熱性能。另外，通過鑄模成形，還能夠防止定子線圈或齒極的振動(dòng)。另外，在鑄模成形后切削內(nèi)徑，通過這樣能夠降低基于內(nèi)徑圓度的齒槽轉(zhuǎn)矩。通過降低齒槽轉(zhuǎn)矩，能夠提高轉(zhuǎn)向裝置的掌舵感。
框架150的內(nèi)側(cè)形成有凸部150T。后鐵心112的外周部形成有與凸部150T相對(duì)應(yīng)的凹部112O2。凸部150T與凹部112O2構(gòu)成具有互不相同的曲率而相卡定的卡定部IP，在軸向上連續(xù)形成，且在周向上隔開間隔設(shè)有8個(gè)?？ǘú考孀鲏喝氩?。也即，在框架150中固定定子鐵心112的情況下，將后鐵心112的凹部112O2壓入到框架150的凸部150T中，使得框架150的凸部150T的突端面與凹部112O2的底面壓接起來。這樣，本實(shí)施例中通過部分壓入在框架中固定定子鐵心112。通過該壓入，框架150與定子鐵心112之間形成細(xì)微的空隙。本實(shí)施例中，在通過鑄模材料MR鑄模定子鐵心112與定子線圈114時(shí)，同時(shí)在框架150與定子鐵心112之間形成的空隙中填充鑄模材料RM。另外，卡定部兼作用來防止定子鐵心112在周向上相對(duì)框架150旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)止動(dòng)部。
這樣，本實(shí)施例中，由于定子鐵心112部分壓入在框架150中，因此能夠加大框架150與定子鐵心112之間的滑動(dòng)并減小剛性。通過這樣，本實(shí)施例中，能夠提高框架150與定子鐵心112之間的噪音的衰減效果。另外，本實(shí)施例中，由于在框架150與定子鐵心112之間的空隙中填充鑄模材料，因此能夠進(jìn)一步提高噪音的衰減效果。
另外，也可以讓凸部150T與凹部112O2不接觸，二者只用作旋轉(zhuǎn)止動(dòng)，將后鐵心112的外周面壓入到該凸部150T與凹部112O2部分以外的框架150的內(nèi)周面中。
接下來對(duì)照?qǐng)D13，對(duì)使用本實(shí)施例的電動(dòng)動(dòng)力轉(zhuǎn)向用電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)動(dòng)力轉(zhuǎn)向的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明。
圖13為說明使用本實(shí)施例的電動(dòng)動(dòng)力轉(zhuǎn)向用電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)動(dòng)力轉(zhuǎn)向的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
如果轉(zhuǎn)向裝置ST旋轉(zhuǎn)，其旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)力，便經(jīng)桿RO被手動(dòng)轉(zhuǎn)向裝置STG所減速，傳遞給左右的拉桿TR1、TR2，并傳遞給左右車輪WH1、WH2，對(duì)左右車輪WH1、WH2進(jìn)行掌舵。
基于本實(shí)施例的EPS電動(dòng)機(jī)100，安裝在手動(dòng)轉(zhuǎn)向裝置STG的附近，經(jīng)傳動(dòng)齒輪GE將其驅(qū)動(dòng)力傳遞給手動(dòng)轉(zhuǎn)向裝置STG。桿RO中安裝有轉(zhuǎn)矩傳感器TS，檢測(cè)出施加給轉(zhuǎn)向裝置ST的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)力(轉(zhuǎn)矩)?？刂蒲b置200根據(jù)轉(zhuǎn)矩傳感器TS的輸出，控制對(duì)電動(dòng)機(jī)100的通電電流，使得EPS電動(dòng)機(jī)100的輸出轉(zhuǎn)矩變?yōu)槟繕?biāo)轉(zhuǎn)矩?？刂蒲b置200以及EPS電動(dòng)機(jī)100的電源，由電池BA供給。
另外，以上的構(gòu)成雖然是EPS電動(dòng)機(jī)設(shè)置在齒條&小齒輪附近的齒條型動(dòng)力轉(zhuǎn)向，但對(duì)于EPS電動(dòng)機(jī)設(shè)置在轉(zhuǎn)向裝置附近的柱型動(dòng)力轉(zhuǎn)向，本實(shí)施例的EPS電動(dòng)機(jī)100也同樣能夠適用。
權(quán)利要求
1.一種轉(zhuǎn)子，是由金屬板多層層疊而成并且其中心具有貫通孔的轉(zhuǎn)子鐵心，與壓入在該定子鐵心的貫通孔中的軸所構(gòu)成的轉(zhuǎn)子，其特征在于上述轉(zhuǎn)子鐵心，只在上述貫通孔的表面附近被局部實(shí)施了退火處理。
2.一種轉(zhuǎn)子，是由金屬板層疊而成同時(shí)其中心具有貫通孔的轉(zhuǎn)子鐵心，與壓入在該定子鐵心的貫通孔中并且其外周的長(zhǎng)邊方向中形成有多個(gè)結(jié)合用壓印痕的軸所構(gòu)成的轉(zhuǎn)子，其特征在于上述轉(zhuǎn)子鐵心，只在上述貫通孔的表面附近，上述軸被壓入上述轉(zhuǎn)子鐵心的貫通孔時(shí)，上述壓印痕嵌入到上述轉(zhuǎn)子鐵心中的區(qū)域，被局部實(shí)施了退火處理。
3.如權(quán)利要求1或2所述的轉(zhuǎn)子，其特征在于上述轉(zhuǎn)子鐵心，將通過沖床沖壓將硅鋼板薄板成形為給定形狀之后，再多張層疊而形成。
4.如權(quán)利要求3所述的轉(zhuǎn)子，其特征在于上述軸由比轉(zhuǎn)子鐵心硬的材料制成。
5.如權(quán)利要求1或2所述的轉(zhuǎn)子，其特征在于上述退火處理，將上述給定區(qū)域升溫到上述轉(zhuǎn)子鐵心的再結(jié)晶溫度以上。
6.一種轉(zhuǎn)子的制造方法，是制造由金屬板多層層疊而成并且其中心具有貫通孔的轉(zhuǎn)子鐵心的貫通孔中壓入軸形成的轉(zhuǎn)子的方法，其特征在于將上述金屬板通過沖床沖壓成形為給定的形狀；層疊沖壓之后的金屬板，形成轉(zhuǎn)子鐵心；之后，只將貫通上述轉(zhuǎn)子鐵心的中心的貫通孔的表面附近，局部加熱到上述金屬板的再結(jié)晶溫度以上，實(shí)施退火處理；接下來，在上述轉(zhuǎn)子鐵心的貫通孔中壓入上述軸。
7.如權(quán)利要求6所述的轉(zhuǎn)子的制造方法，其特征在于上述退火處理，在上述轉(zhuǎn)子鐵心的貫通孔中，插入高頻加熱線圈來進(jìn)行。
8.如權(quán)利要求7所述的轉(zhuǎn)子的制造方法，其特征在于上述高頻線圈由一條線圈構(gòu)成；上述退火處理，一邊將旋轉(zhuǎn)上述轉(zhuǎn)子鐵心，一邊在上述轉(zhuǎn)子鐵心的軸向上移動(dòng)來進(jìn)行。
9.一種電動(dòng)動(dòng)力轉(zhuǎn)向用電動(dòng)機(jī)，其特征在于，具有定子；以及介有空隙與該定子相面對(duì)配置且可旋轉(zhuǎn)地支持的轉(zhuǎn)子，上述轉(zhuǎn)子，由金屬板多層層疊而成并且其中心具有貫通孔的轉(zhuǎn)子鐵心，與壓入在該定子鐵心的貫通孔中的軸構(gòu)成，上述轉(zhuǎn)子鐵心，只在上述貫通孔的表面附近被局部實(shí)施了退火處理。
10.如權(quán)利要求9所述的電動(dòng)動(dòng)力轉(zhuǎn)向用電動(dòng)機(jī)，其特征在于，具有固定在上述轉(zhuǎn)子鐵心的表面的多個(gè)磁鐵；以及為了將該磁鐵的外周覆蓋起來而安裝的罩。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于提供一種不會(huì)降低軸的單件精度，不會(huì)給鐵心帶來額外的變形，而能夠保持單件的精度同時(shí)將鐵心與軸連結(jié)起來的高精度的轉(zhuǎn)子及其制造方法以及電動(dòng)動(dòng)力轉(zhuǎn)向用電動(dòng)機(jī)。轉(zhuǎn)子(130)由硅鋼板多層層疊而成同時(shí)其中心具有貫通孔的轉(zhuǎn)子鐵心(132)，與壓入在定子鐵心(132)的貫通孔中的軸(138)構(gòu)成。轉(zhuǎn)子鐵心(132)，只在貫通孔的表面附近被局部實(shí)施了退火處理。
文檔編號(hào)H02K5/22GK1808841SQ200510134090
公開日2006年7月26日 申請(qǐng)日期2005年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月28日
發(fā)明者原田幸治, 美留町光明 申請(qǐng)人:株式會(huì)社日立制作所