电机的转子

摘要

本发明涉及一种电机(10)的转子(1)，其具有至少一个设计成中空圆筒(5)的永久磁铁(3)，该永久磁铁具有一个轴向接触面(20)，该接触面与至少一个止动元件(4)的对应的轴向夹紧面(22)共同作用，用该止动元件(4)将永久磁铁(3)固定在转子(1)上，其中至少一个夹紧面(22)具有一个设于径向方向上的滚花(46)。

权利要求

1.电机(10)的转子(1)，具有至少一个设计成中空圆筒(5) 的永久磁铁(3)，该永久磁铁具有轴向接触面(20)，该接触面与 至少一个止动元件(4)的与该接触面对应的轴向夹紧面(22)共同 作用，永久磁铁(3)用该止动元件(4)固定在转子(1)上，其中， 所述夹紧面(22)中的至少一个具有一个设于径向方向上的滚花(46)， 其特征在于，所述止动元件(4)具有一个弹簧元件(30，32)，它 将夹紧面(22)以一个压紧力压向接触面(20)，所述滚花(46)具 有径向的沟槽(50)和轴向突起的超高部分(48，52)，它们布置在 径向方向上，所述超高部分(48，52)在轴向夹紧力的作用下咬入永 久磁铁(3)的接触面(20)里或者说其表面涂层里。

2.按权利要求1所述的转子(1)，其特征在于，所述止动元 件(4)具有一个环形元件(34)，在其至少面对接触面(20)的轴 向侧面(28)上成形有夹紧面(22)。

3.按权利要求1所述的转子(1)，其特征在于，所述弹簧元 件(30)轴向和径向支承在止动元件(4)上并弹性支承住永久磁铁 (3)。

4.按权利要求1所述的转子(1)，其特征在于，所述径向超 高部分(48，52)嵌入永久磁铁(3)的接触面(20)里，以便在永 久磁铁(3)和止动元件(4)之间传递转矩和/或使永久磁铁(3)径 向于转子(1)定心。

5.按权利要求1所述的转子(1)，其特征在于，所述永久磁 铁(3)由烧结材料或树脂粘结的材料制成，并且含有铁氧体和/或 NdFeB。

6.按权利要求1所述的转子(1)，其特征在于，所述永久磁 铁(3)至少在其一个接触面(20)上具有一个涂层(14)，它比超 高部分(48，52)的材料(56)更软。

7.按权利要求1所述的转子(1)，其特征在于，所述超高部 分(48，52)由比永久磁铁(3)或涂层(14)更硬的材料(56)制 成，并具有一个匹配于所用永久磁铁(3)的温度膨胀系数。

8.按权利要求1所述的转子，其特征在于，所述转子(1)具有 一个转子轴(2)和/或设计成磁性磁轭(7)的转子体(8)，它们被 一个具有夹紧面(22)的环形元件(34)围住。

9.按权利要求2所述的转子(1)，其特征在于，所述止动元件 (4)的环形元件(34)具有一个径向轴环或者一个径向弹性的元件， 永久磁铁(3)支承在该径向轴环上或者径向弹性的元件上用于径向 预定心。

10.按权利要求1所述的转子(1)，其特征在于，借助于保险 环(40)、弹簧构件、激光焊接、粘结、材料变形或者热压配合使止 动元件(4)牢固固定在转子轴(2)上。

11.按权利要求1所述的转子(1)，其特征在于，所述止动元 件(4)是具有一个轴向凸肩(28)的套筒(26)，接触面(20)支 承在该凸肩上。

12.按权利要求11所述的转子(1)，其特征在于，所述轴向凸 肩(28)是夹紧面(22)。

13.按权利要求1所述的转子(1)，其特征在于，所述永久磁 铁(3)在其内表面(60)上具有伸出部分(62)，用该伸出部分可 以使永久磁铁(3)压在套筒(26)上用于预定心。

14.按权利要求1所述的转子(1)，其特征在于，所述止动元 件(4)是磁性的磁轭(7)。

15.按权利要求1所述的转子(1)，其特征在于，所述弹簧元 件(30)是垫圈(58)，它直接支承在套筒(26)上。

16.按权利要求3所述的转子(1)，其特征在于，所述弹簧元件 (30)是盘形弹簧(32)。

17.按权利要求6所述的转子(1)，其特征在于，所述涂层(14) 由环氧树脂、镍或铝组成。

18.按权利要求7所述的转子(1)，其特征在于，所述超高部 分(48，52)由不变钢制成。

19.按权利要求13所述的转子(1)，其特征在于，所述伸出部 分(62)是径向逐渐变尖的伸出部分(62)。

20.按权利要求15所述的转子(1)，其特征在于，所述垫圈(58) 直接贴靠在其中一个接触面(20)上。

21.具有一个按上述权利要求之一所述转子(1)的电机(10)， 其特征在于，所述永久磁铁(3)与至少一个霍耳传感器(72)或一 个围绕转子(1)循环的电换向的磁场共同作用。

说明书

技术领域

由现有技术中已知电机。例如已知永久励磁的直流电动机，它们 可以电子地或机械地换向。此处可以有两种不同的实施形式，也就是 一种实施形式将永久磁铁布置在定子上，而另一种实施形式则将永久 磁铁设置在转子上。在永久磁铁和布置于其它构件上的线圈之间换向 的磁场引起了转矩作用于转子轴上。

背景技术

例如由EP 0 872 945 A1已知，应用了一种粘结连接用于将永久 环形磁铁固定在转子轴的转子体上。由于磁铁、粘结剂和转子体等不 同材料的温度膨胀不同，以及由于加工允差以及由于在应用一种粘结 剂时所必要的在磁铁和转子轴/转子体之间的距离，在连接面上就出现 各种材料(磁铁、粘结剂、轴)的大的应力。在电机运行时可能出现 附加的大的温度差别，这由于材料不同的膨胀系数会有风险，直至材 料断裂，因而就不能再将转矩从磁铁传递到转子轴上。此外粘结剂的 机械性能随着温度的逐渐升高而变差，其后果是：磁铁不再足够牢固 地固定在转子轴上。

发明内容

具有独立权利要求1特征的按照本发明的电机的转子具有以下优 点：压力敏感的永久磁铁通过其轴向预紧的固定即使在大的温度波动 时也仍然没有破坏地利落地与转子轴同心地支承。由于在止动元件的 夹紧面上成形出径向滚花，永久磁铁的止挡面一方面可以相对于夹紧 面运动用于平衡材料应力，另一方面永久磁铁由于径向沟槽的导向功 能，即使在一种这样的相对运动时也仍精确地与转子同心。因此也可 以应用具有不同的热膨胀系数的接触面和夹紧面的材料对，其中由于 沟纹为径向布置就保证了磁铁的自动定心。
通过在从属权利要求中所述的措施就有利地改进和改善了权利要 求1中所述的特性。如果径向滚花具有在径向方向上分布的超高部分， 该超高部分在轴向方向上成楔状削尖，那么这些超高部分就能够在轴 向夹紧力的作用下容易地咬入磁铁的接触面里或者说其表面涂层里并 因此相对于切向(旋转-)方向形成一种形状配合连接。
若止动元件是多件式底并具有一个单独的环形元件，在该环形元 件的轴向端面上成形有带径向滚花的夹紧面，那么该具有径向分布的 超高部分的环形元件由一种特殊材料制成，这种材料匹配于永久磁铁 的材料。磁铁的支承可以容易地通过环的成形而适应于各种不同的应 用，例如有或者没有转子基体。
为了使永久磁铁轴向弹性地支承，有利的是在止动元件上设有一 个弹簧元件，该弹簧元件在接触面和夹紧面之间产生轴向压紧力。
弹簧元件优选是盘形弹簧，该盘形弹簧径向支承在一个套筒上， 而轴向支承在止动元件的一个凸肩上，而且尤其是分开的环形元件始 终压向磁铁。
由于径向分布的超高部分啮入在磁铁的接触面里，使该磁铁在材 料膨胀时径向导向并因此同时径向定心。通过在夹紧面和接触面之间 的形状配合连接，尽管是轴向弹性的支承，但可以传递相当高的转矩。
为了将永久磁铁用作工作磁铁，该永久磁铁由相对较软和脆的磁 性材料制成，该材料借助于烧结可以简单地成形为中空圆筒。为了用 作传感器磁体，磁铁优选是树脂粘结的(kunststoffgebunden)，在这 两种实施方式中应用的磁性材料如铁或稀土元素，尤其是钕化合物。
特别有利的是：永久磁铁在其表面上涂有涂层，其中尤其应用一 种塑性可成形的材料，如环氧树脂、镍或铝。因此磁铁一方面防止了 腐蚀，并且同时具有一个相对软的轴向止挡面，夹紧面可以啮入该止 挡面里。
为此例如夹紧面，尤其是在环形元件上由一种高硬材料，如钢或 者不变钢合金制成，因而这些超高部分由于轴向压紧力既可以嵌入一 个软的涂层里，也可以直接嵌入烧结材料里，或者树脂粘结的磁铁里。 超高部分的材料可以附带地这样来选择，应使其温度膨胀系数很小， 尤其是大致等于如同永久磁铁的系数。
在本发明的另一种结构方案中，在永久磁铁的中空圆筒和电枢轴 之间设有一个转子体，它例如用作为永久磁铁的磁轭(Rückschluss)， 并因此提高了转子体的磁场强度。具有夹紧面的环形元件可以简单地 匹配于这种几何形状并布置在磁轭体的圆周上。
永久磁铁的定心在转子运行时只是通过具有止挡面的夹紧面的径 向导向来实现。但为了在装配电枢时使永久磁铁预定心，有利的是永 久磁铁贴靠在止动元件的尤其是环形元件或者转子体的径向轴环上。 在另一种实施方式中，通过一个在径向方向上起作用的弹簧元件也可 以建立一种附加的径向弹性的支承，永久磁铁用一个内表面贴靠在该 弹簧元件上。
由于压力敏感的磁铁在接触面上和夹紧面上的弹性轴向支承，因 此可以应用成本经济的和标准化的固定方法，例如材料变形、焊接、 压配合、粘结或夹紧环来使止动元件不可转动和不可移动地固定在电 枢轴上。
特别有利的是：止动元件具有一个套筒状伸出部分，用该伸出部 分止动元件一方面支承在电枢轴上，而另一方面则用于接收永久磁铁 或旋转体。一个成形于止动元件上的轴向凸肩同时用于直接或间接地 轴向支承住永久磁铁的接触面。
为此在止动元件的轴向凸肩上优选具有径向对准的超高部分的夹 紧面一体地成形在止动元件上，因此磁铁的接触面直接贴靠在止动元 件的轴向凸肩上。尤其是永久磁铁用作传感器磁体时，有利的是，在 其径向内表面上成形有径向挤压元件，它们用于在止动元件的套筒上 预定心。
若止动元件，尤其是其套筒形伸出部分由一种导磁材料制成，那 么这同时可以起到永久磁铁的磁性磁轭体的作用。
对于具有相对较小轴向伸长，例如小于10mm的永久磁铁来说， 可以借助于一个唯一的止动元件将永久磁铁固定住。此时借助于一个 弹动的夹紧元件或锁闭元件使永久磁铁置于止动元件的套筒上，这夹 紧或锁闭元件轴向支承在套筒上并在套筒的另一端上将永久磁铁压向 径向滚花的夹紧面。
按照本发明的转子优选用在一种电机里，其中永久磁铁或者用作 转子的工作磁铁，或用作用于旋转位置检测的传感器磁体。由于支承 在径向滚花的夹紧面上就保证了即使在温度波动大时使压力灵敏的永 久磁铁不可转动和不可移动地以及位置准确和同轴度精确地固定住。

附图说明

在附图中表示了一种按照本发明装置的各个不同的实施例并在以 下的说明中对此详细加以叙述。附图示出：
图1是按照本发明的转子的剖视图；
图2是转子的另一个实施例的剖视图；
图3是一个径向滚花的夹紧面的一个部分；
图4是图3中所示传感器磁体的局部放大图；
图5和图6是按图4所示一个止动元件的视图和剖视图；
图7是按照图4的永久磁铁的剖视图。

具体实施方式

以下参见图1对按照本发明的第一实施例的电枢1加以说明。图1 表示了一个转子1，它借助于滑动轴承或球轴承12设置在一个电机的 未详细示出的外壳11里。转子1包括一个转子轴2和一个永久磁铁3， 后者借助于两个止动元件4固定在转子轴2上。永久磁铁3例如由铁 或含钕的烧结材料56制成并近似地设计成中空圆筒5。永久磁铁3具 有一层涂层14，它由塑性可变形的材料制成，例如环氧树脂或一种软 金属，它一方面使永久磁铁3防腐蚀，另一方面形成一个可变形的表 面16。在其两个轴向端部18，19上永久磁铁3分别具有一个大致成环 形的接触面20，它们分别靠在止动元件4的对应的夹紧面22上。止动 元件4在该实施例中是多件式的。它们具有一个基体24，该基体借助 于一个轴向套筒状的部分26支承在转子轴2上。此外止动元件4还有 一个轴向轴环28，在该轴环上作为止动元件4的另外的构件至少轴向 支承一个弹簧元件30。在实施例中弹簧元件30是盘形弹簧32，它们 附带地径向支承在止动元件4的套筒26上。弹簧元件30将止动元件4 的另一个环形元件34压向永久磁铁3的接触面20。环形元件34在该 实施例中具有止动元件4的一个径向轴环36，在该轴环上面通过装配 转子1时的预定心径向支承住永久磁铁3。
为了装配永久磁铁3例如借助于焊缝38或者一个保险环40使基 体24上的一个止动元件4牢固固定在转子轴2上。弹簧元件30和具 有夹紧面22的环形元件34例如作为预装组件轴向装在基体24上。接 着将永久磁铁3和第二止动元件4，以其单个构件以相反的顺序推移到 转子轴2上。在第二止动元件4固定在电枢轴2上之前，使两个止动 元件4在一个预先规定的预紧力作用下克服弹簧元件30的弹簧力压 紧，使永久磁铁3单独通过止挡面20和夹紧面22之间的轴向压紧力 就保持住。止动元件4以及轴承12也可以替代地借助于材料变形而固 定在转子轴2上或固定在止动元件上，正如这例如借助于滚压槽42- 如图3所示-实现了的那样。为使容差最小化可以有利地使多个构件 在一个工序中借助于滚压盘固定滚压成。
图2表示了按照本发明的转子1的另一个实施例，其中这里在永 久磁铁3和转子轴2之间作为转子体8设置了一个磁性磁轭元件7。磁 轭元件7在一种径向磁化的永久磁铁3时使得在转子轴2和永久磁铁3 的中空圆筒5之间磁场强度加强。在按照图1的以另外形式磁化的永 久磁铁3中磁场线分布在中空圆筒5中，因此在那里不设有磁性磁轭 元件7。按照图2的磁轭元件7用一个空隙44贴靠在止动元件4的径 向轴环36上并同时用作转子体8，中空圆筒5在装配时径向靠在该转 子体上用于进行预定心。止动元件4的环形元件34这里同样也布置在 转子体8上并完全围住该转子体以及转子轴2。永久磁铁3这里也通过 其接触面20和与其对置的环形元件34的夹紧面22轴向弹性地支承 住。这里成形于分开的环形元件34上的止动元件4的夹紧面22具有 一个轴向滚花46，正如这在图3中以图2所示的环形元件34的一个局 部放大图所表示的那样。
图3中的滚花46具有超高部分48，它们以筋条50交替设置并布 置在径向方向上延伸。在此，超高部分48具有尖棱边52，它在装配状 态下啮入永久磁铁3的对置的接触面20里。尖棱52具有楔形尖顶54， 因此超高部分48更容易嵌入较软的接触面20里。为此具有超高部分 48的环形元件34由一种高硬度材料，例如钢或者不变钢合金制成。材 料56例如这样来选择，使其热膨胀系数大致等于如永久磁铁3的热膨 胀系数。但即使在夹紧面22和接触面20的温度膨胀不同时也使永久 磁铁3沿着径向超高部分48在相对运动时导向，使得永久磁铁3保持 与转子轴2精确同心。
图2中作为永久磁铁3的另一实施方式示出一个传感器磁体3，它 借助于一个唯一的止动元件4固定在转子轴2上。这个实施例放大表 示于图4中，其中止动元件4具有一个套筒26，它例如借助于材料变 形而固定在转子轴2上。止动元件4还具有一个轴向凸肩28，在该凸 肩上直接与套筒26成一体地成形有带有径向滚花46的夹紧面22。在 此，永久磁铁3轴向直接用其接触面20在一个轴向预紧力作用下贴在 径向滚花46上，该预紧力由一个设计为锁闭元件58的弹簧元件30施 加。锁闭元件或者垫圈(Speed Nut)58轴向直接支承在一个止动元件 4的套筒26上，并用其弹性部位59贴靠在永久磁铁3的第二接触面 20上。永久磁铁3就可以在止动元件4装配到转子轴2上之前全部地 预装在止动元件4上。
为此在该实施方式中设计成树脂粘结的磁铁5的中空圆筒5在其 径向内表面60上具有挤压元件62，借助于该挤压元件可以使永久磁铁 3方便地压到图6所示的止动元件4的套筒26上。为了更方便地装配， 中空圆筒5在其内表面60上具有倒角64。挤压元件62与永久磁铁3 一体式地构成，并具有一个径向的变尖部分，例如一个径向尖顶66。 若这些挤压元件62在预装配或者在加热时不可逆地发生变形，那么通 过在止动元件4的轴向凸肩28上的径向分布的超高部分48保证永久 磁铁3的径向定心。尖棱52直接嵌入相对较软的树脂粘结的磁铁3的 表面16里，因而形成了对中空圆筒5的径向膨胀的反导向 (Gegenführung)。为了使夹紧面22能够紧贴在接触面20上，通过 倒角64在中空圆筒5的内表面60上去掉了材料，从而在套筒26和轴 向凸肩28之间形成一个自由空间70用于弯曲半径68。
转子1电机10、例如是一种用于汽车上运动部件的伺服电动机的 组成部分。在图2所示的转子轴2上作为输出元件74例如成形一个输 出小齿轮74，该输出小齿轮啮入一个调整机构(Verstellmimik)的一 个未详细示出的对应的齿部里。为了产生一个引起转子1旋转的循环 的外磁场，在电机10的定子里设有电磁铁，它们通过电气换向装置来 控制。在传感器磁体3的圆周上设有霍尔传感器72用于执行机构的位 置检测，这些传感器探测到空心圆筒5的磁化的极性变化。
应该说明，关于在附图和说明书中所示的实施例都可以对单个特 征相互进行各种不同的组合。因此例如可以改变止动元件4及其在转 子轴2上的固定的具体设计方案。在一种替代的实施方式中可以使两 个止动元件4集成于一个共同的转子体8里，在该转子体上轴向弹性 地支承住了永久磁铁3。根据应用情况的不同，中空圆筒5的形状，尤 其是其轴向长度可以是不相同的，其中止动元件的实施方式可以相应 地匹配。同样，所应用的永久磁铁3的材料56、涂层14和夹紧面22 或者环形元件34也可以匹配相应的要求。本发明特别适合应用在汽车 的自动变速箱的变速驱动中。