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DE602004006665T2 - Herstellungsverfahren eines Rotorkerns - Google Patents

Herstellungsverfahren eines Rotorkerns Download PDF

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DE602004006665T2
DE602004006665T2 DE602004006665T DE602004006665T DE602004006665T2 DE 602004006665 T2 DE602004006665 T2 DE 602004006665T2 DE 602004006665 T DE602004006665 T DE 602004006665T DE 602004006665 T DE602004006665 T DE 602004006665T DE 602004006665 T2 DE602004006665 T2 DE 602004006665T2
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magnetic pole
rotor core
permanent magnet
pole claw
magnet holder
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Kouji Hitachinaka-shi Harada
Masayuki Nishiibaraki-gun Kobayashi
Shinji Hitachinaka-shi Yamazaki
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Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Rotorkern oder Generator, der gemäß einem Herstellungsverfahrens für einen Rotorkern mit einem Generatorrotor oder einem Herstellungsverfahren für einen Generator hergestellt ist, und insbesondere einen Wechselstromgenerator für ein Fahrzeug.
  • Ein Wechselstromgenerator besteht aus einem Rotor mit einem Rotorkern, auf den eine Anregungsspule gewickelt ist, der um eine Drehwelle herum so zu befestigen ist, dass sie sich gegenüberliegen, und einem Stator mit einem ringförmigen Statorkern, auf den eine Statorspule gewickelt ist, die dem Rotor zugewandt in einem Abstand anzubringen ist.
  • Der vorstehende Generator ist entworfen, um dielektrische elektromotorische Kraft in der Statorspule zu erzeugen, wenn aber Strom in der Statorspule erzeugt wird, wird durch die Ankerreaktion ein Magnetfluss erzeugt.
  • Aufgrund der Wechselwirkung zwischen dem durch die Ankerreaktion der Statorspule bewirkten Magnetfluss und demjenigen der An regungsspule des Rotors wird eine magnetische vibromotorische Kraft zwischen dem Stator und dem Rotor erzeugt. Es ist gut bekannt, dass diese Kraft auf den Aufbau, einschließlich Statorkern und Klammer, übertragen wird, und die Vibration des Aufbaus wird dann als magnetisches Rauschen emittiert.
  • Zur Dämpfung des magnetischen Rauschens ist es gut bekannt, wie beispielsweise im Patentdokument 1 ( japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. Hei 06-48897 (1994)) offenbart ist, dass eine schräge Oberfläche am hinteren Ende in der Drehrichtung auf der äußeren Umfangsoberfläche einer Magnetpolklaue des Rotorkerns vorgesehen wird, die in dieselbe koaxiale Richtung reicht.
  • Seit kurzem wird es zum Erreichen einer höheren Ausgangsleistung bevorzugt, einen Dauermagneten zwischen den Magnetpolklauen des Rotorkerns einzubauen, der so um eine Welle angebracht ist, dass sie sich gegenüberliegen. Um den Dauermagneten zu halten, ist es gut bekannt, wie im Patentdokument 2 ( japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. Hei 09-98556 (1997)) offenbart ist, dass ein Dauermagnethalter am inneren Umfangsende der Magnetpolklaue bereitgestellt wird.
  • [Patentdokument 1]
    • Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. Hei 06-48897 (1994)
  • [Patentdokument 2)
    • Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. Hei 09-98556 (1997)
  • US 2002/0 138 968 A1 offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines Rotorkernelements für einen Dauermagnet-Wechselstromgenerator. Das Rotorkernelement ist mit konkaven Eckbereichen zum Befestigen von Dauermagneten auf beiden Seiten der Innenflächen von Polstückfingern versehen. Diese Bereiche werden durch eine Schmiedetechnik bereitgestellt, bei der die Polstückfinger aus einer Zwischenposition zu einem 90°-Winkel gebogen werden, wodurch die Innenoberflächen der Polstückfinger auf die Gesenkfläche eines Untergesenks oder eines Unterkastens zum Ausbilden der Polstückfinger gedrückt werden, was zum Ausbilden der konkaven Eckbereiche an deren beiden Seiten führt.
  • EP 0 580 208 offenbart einen Wechselstrom-Generatorrotor. Der Rotorkern weist Polzähne mit jeweils schrägen Kanten an ihren beiden Seiten auf.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Durch das Verfahren gemäß dem Patentdokument 1 ist es möglich, Rauschen zu dämpfen, während das Absinken der Leistung verhindert wird. Jedoch entsteht das Problem, dass die Bereitstellung der schrägen Oberfläche, wie darin offenbart, einen Fräsvorgang unter Verwendung einer Fräse erfordert, was zu einer längeren Vorgangszeit und auch zu höheren Kosten führt, da Fräsgrate entfernt werden müssen.
  • Das Formen durch Schmieden kann für das Vorstehende eine Lösung sein. Wenn jedoch der Rotorkern durch konventionelles Extrusionsschmieden unter Einsatz einer Presse lediglich in Axialrichtung geformt wird, wird Materialfluss ungleichmäßig, da der Umfangsquerschnitt der Magnetpolklaue asymmetrisch ist und daher eine höhere Last zum Formen mit höherer Präzision gebraucht wird, was zu einer kürzeren Lebensdauer der Aufnahmen bzw. Gesenke führt.
  • Es wird bevorzugt, dass der Halter zum Halten des Dauermagneten, wie im Patentdokument 2 offenbart, auf dem inneren Umfangsende der Magnetpolklaue des Rotorkerns ausgeschnitten oder in einem Stück geformt wird, wenn die Magnetpolklaue geformt wird.
  • Wie vorstehend erläutert, ist der Stand der Technik in beiden Patentdokument nicht nur hinsichtlich der Produktivität von Nachteil, sondern auch bei der Verbesserung der Herstellungsgenauigkeit schwach, da die schräge Oberfläche und der Dauermagnethalter getrennt geformt werden.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens zur Formung der schrägen Oberfläche, die auf dem äußeren Umfangsende der Magnetklaue des Rotorkerns zu formen ist, und des Dauermagnethalters, der zur gleichen Zeit oder im gleichen Vorgang am inneren Umfangsende auszubilden ist.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung werden, während ein Zwischenrohling mit mehreren Magnetpolklauen, die in dieselbe koaxiale Richtung auf einem Umfang reichen, und die innere Umfangsoberfläche der Magnetpolklaue durch eine Ausnahme umfangen werden und ein Formdruck in radialer Richtung ausgeübt wird, die schräge Oberfläche am äußeren Umfangsende der Magnetpolklaue und der Dauermagnethalter am inneren Umfangsende zur gleichen Zeit oder im gleichen Vorgang durch Schmieden geformt.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, dass die schräge Oberfläche und der Halter an einem Ende zur gleichen Zeit am äußeren Umfangsende in derselben Umfangsrichtung ausgebildet werden.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, dass die schrägen Oberflächen und Halter der Magnetpolklauen gemeinsam gebildet werden, während die inneren Umfangsoberflächen aller Magnetpolklauen zur gleichen Zeit von einer Aufnahme bzw. einem Gesenk umfangen werden.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, dass die schräge Oberfläche und der Halter an jeder Magnetpolklaue ausgebildet sind, während die innere Umfangsoberfläche jeder Magnetpolklaue einzeln von einer Aufnahme bzw. einem Gesenk umfangen wird.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist eine Ausführungsform eines Wechselstromgenerators für ein Fahrzeug, der einen Rotorkern verwendet, der gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt ist.
  • 2 ist eine horizontale Querschnittsansicht eines wesentlichen Bereichs der 1.
  • 3 ist eine Schrägansicht des Rotorkerns einer Ausführungsform, die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt ist.
  • 4 ist eine Schrägansicht des Zwischenrohlings des Rotorkerns einer Ausführungsform, die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt ist.
  • 5(a) ist ein Querschnitt eines wesentlichen Bereichs der Magnetpolklaue 20a des Zwischenrohlings in einem Zustand kurz vor ihrer Formung, und 5(b) ist ein vertikaler Querschnitt eines wesentlichen Bereichs der Magnetpolklaue 20a des Zwischenrohlings in einem Zustand kurz vor ihrer Formung.
  • 6(a) ist ein Querschnitt eines wesentlichen Bereichs der Magnetpolklaue 2a des Rotorkerns in einem Zustand kurz nach ihrer Formung, und 6(b) ist ein vertikaler Querschnitt eines wesentlichen Bereichs der Magnetpolklaue 2a des Rotorkerns in einem Zustand kurz nach ihrer Formung.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Es wird nachstehend eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Heranziehung der 1 bis 6(a) und 6(b) beschrieben.
  • 1 ist eine vertikale Querschnitts-Seitenansicht einer Ausführungsform eines Wechselstromgenerators für ein Fahrzeug, der einen Rotorkern 2 verwendet, der gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt ist.
  • Ein Rotor 1 umfasst einen Rotorkern 2, der um einen Drehwelle 6 herum befestigt ist, und der Rotorkern 2 weist eine Anregungsspule 4 auf, die ein elektrisch isolierender Spulenkörper ist, auf dem ein isolierungsbeschichteter Leiter in einer Anzahl von Windungen gewickelt ist, und der Rotor 1 wird zusammen mit der Drehwelle 6 gedreht. Der Anregungsspule 4 wird über einen Schleifring mit einer in einem Bürstenhalter gehaltenen Bürste 8 und einem an der Drehwelle 6 befestigten Bürstenring 9 Gleichstrom zugeführt und es wird Magnetfluss erzeugt. Dann erzeugt der durch die Anregungsspule 4 angeregte Rotor 1 entsprechend der Anzahl der Pole einen N-Pol und einen S-Pol an einer Magnetpolklaue 2a des Rotorkerns 2 in der Umfangsrichtung des Rotors. Um die magnetmotorische Kraft zu erhöhen, wird ein Dauermagnet 3 zwischen den Magnetpolklauen 2a des Rotorkerns 2 platziert und befestigt.
  • Ein Stator 12 umfasst einen Statorkern 10 aus laminierten Stahlplatten in einer annähernden Ringform und eine Statorspule 11, die eine Spule aus einem isolierungsbeschichteten Leiter ist, der eine Anzahl von Windungen gewickelt und in einem Schlitz auf dem Statorkern 10 eingebettet ist.
  • Kurzum, in diesem Generator wird dielektrische elektromotorische Leistung erzeugt, wenn die Magnetpolklaue 2a des Rotorkerns 2, an der N-Pol und S-Pol durch die Drehung des Rotors 1 erzeugt werden, sich mit der Statorspule 11 verbindet, und aus der Statorspule 11 wird Gleichstrom ausgegeben.
  • 2 ist eine horizontale Querschnittsansicht eines wesentlichen Bereichs der Rotors 1 und Stators 12. Der Stator 12 weist isolierungsbeschichtete Statorspulen 11 auf, die in den auf dem Statorkern 10 vorgesehenen Schlitzen 10a eingebettet sind. Während ein Dauermagnet 3 zwischen den Magnetpolklauen 2a, die sich gegenüberliegend angebracht sind, des Rotorkerns des Rotors 1 angebracht ist, ist der Dauermagnet 3 mit einer Schutzabdeckung 5 abgedeckt, um zu verhindern, dass er sich im Fall eines Risses oder eines Bruchs verstreut. Der Dauermagnet 3 und die Schutzabdeckung 5 werden durch einen Dauermagnethalter 2d, der sich von dem inneren Umfangsende 2c der Magnetpolklaue 2a in die Umfangsrichtung erstreckt, daran gehindert, sich nach außen in radialer Richtung aufgrund der Zentrifugalkraft des Rotors 1 zu bewegen. Außerdem ist von der äußeren Umfangsoberfläche 2e der Magnetpolklaue 2a eine schräge Oberfläche 2f nur am äußeren Umfangsende 2i am hinteren Ende in der Drehrichtung 13 so ausgebildet, dass der Abstand zwischen der Innenoberfläche 10b und der äußeren Umfangsoberfläche 2e der Magnetpolklaue 2a geweitet ist, um das Rauschen zu dämpfen. Diese schräge Oberfläche kann eine gebogene Oberfläche sein, die einem Kegel angenähert ist.
  • 3 ist eine Schrägansicht des Rotorkerns 2 der in 1 und 2 erläuterten Ausführungsform. Es sind sowohl der Dauermagnethalter 2d, der sich von dem inneren Umfangsende 2c der Magnetpolklaue 2a in der Umfangsrichtung erstreckt, um die Bewegung nach außen in radialer Richtung zu verhindern, als auch die schräge Oberfläche 2f, die auf dem äußeren Umfangsende 2i an einem Ende der Umfangsoberfläche 2e in der Umfangsrichtung ausgebildet ist, zum Dämpfen des Rauschens vorgesehen. Die Magnetpolklauen 2a sind miteinander durch einen Plattenabschnitt 2b verbunden.
  • Stahlwerkstoff, der aus einer magnetischen Substanz aus Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt hergestellt und für den Rotorkern eines Gleichstromgenerators geeignet ist, wird für den Rotorkern 2 ausgewählt und durch Fräsen – Warmschmieden – Fräsen – Schmierung – Kaltschmieden – Fräsen in dieser Reihenfolge verarbeitet, um einen Zwischenrohling 20 zu formen, der in 4 gezeigt ist. Dann werden der Dauermagnethalter 2d und die schräge Oberfläche 2f örtlich an der Magnetpolklaue 2a kaltgeformt. 2g bezeichnet die innere Umfangsoberfläche der Magnetpolklaue des Rotorkerns.
  • 5(a) zeigt den Querschnitt eines wesentlichen Bereichs der Magnetpolklaue 20a des Zwischenrohlings in einem Zustand kurz vor ihrer Formung. 5(b) zeigt den vertikalen Querschnitt des wesentlichen Bereichs der Magnetpolklaue 20a des Zwischenrohlings in einem Zustand kurz vor ihrer Formung. 6(a) zeigt den Querschnitt des wesentlichen Bereichs der Magnetpolklaue 2a des Rotorkerns in einem Zustand kurz nach ihrer Formung. 6(b) zeigt den vertikalen Querschnitt des wesentlichen Bereichs der Magnetpolklaue 2a des Rotorkerns in einem Zustand kurz nach ihrer Formung.
  • Die Magnetpolklaue 20a des in 4 gezeigten Zwischenrohlings, an der die innere Umfangsoberfläche 20g und das innere Umfangsende 20c der Magnetpolklaue 20a, der Dauermagnetanschlag 20j an dem Ende, an dem kein Kegel auszubilden ist, und der Plattenbereich 20b alle in Endbearbeitungsgrößen geformt sind, wird mit einem befestigten Gesenk 30, das in den 5(a) und 5(b) gezeigt ist, zusammengepasst. Die Form des Gesenks ist annähernd ähnlich derjenigen der inneren Umfangsoberfläche 20g und des inneren Umfangsendes 20c des Zwischenrohlings 20, und seine Größe ist ungefähr dieselbe wie bei einem fertig bearbeiteten. Das Gesenk umfasst einen unteren Bereich 30a, der den Druck der inneren Umfangsoberfläche 20g der Magnetpolklaue 2a trägt, einen Seitenbereich 30b, der die Verformung des inneren Umfangsendes 20c umfängt, und einen Formbereich 30c, der den Druck des Halterformbereichs 20d trägt und den Dauermagnethalter 2d formt.
  • Wenn beim Formen von 5(a) und 5(b) zu 6(a) und 6(b) ein Formdruck 40 ausgeübt wird, wird eine Komponentenkraft 41 zum Bewegen der Magnetpolklaue 2a entlang des unteren Bereichs 30a des Gesenks erzeugt, da der vertikale Querschnitt der Magnetpolklaue 2a eine Keilform aufweist. Dementsprechend ist, wie in 5(b) gezeigt, eine Umfangungskraft 42 zuvor aus der Richtung des Plattenbereichs 20b des Zwischenrohlings ausgeübt worden, um ihn zu befestigen. 2g bezeichnet die innere Umfangsoberfläche der Magnetpolklaue des Rotorkerns.
  • Nachdem das Befestigen abgeschlossen ist, wird ein Formdruck 40 durch einen Formstempel 31 aus der Richtung der äußeren Umfangsoberfläche 20e des Zwischenrohlings 20 ausgeübt, um die Formungsoberfläche 32 des Stempels zu übertragen und einen örtlichen Kunststofffluss zum äußeren Umfangsende 20i der Magnetpolklaue 2a zu bewirken. Somit werden die schräge Oberfläche 2f und der Dauermagnethalter 2d zur gleichen Zeit ausgebildet.
  • In dem vorstehenden Vorgang fließt das Material des Formbereichs auf der schrägen Oberfläche 2f in einen Bereich, der beim Schmiedevorgang des Zwischenrohlings 20 nicht gefüllt wurde, wobei es die Lücke an das Gesenk 30 anpasst, oder in die äußere Umfangsoberfläche 2e um den Formstempel 31 herum, obwohl sein Volumen so klein wie 1,1% bis 1,4% von demjenigen der Magnetpolklaue 2a ist. Für den Dauermagnethalter 2d jedoch wird, da er als Ergebnis davon, dass er sich dünner zusammengedrückt ist, da er sich in die Umfangsrichtung erstreckt, empfohlen, den Halterformbereich 20d in seinem Volumen auf dem Zwischenrohling 20 anzupassen. Andern falls ist es nach Abschluss des Formens zulässig, einen unnötigen Bereich des Dauermagnethalters 2d, der sich in die Umfangsrichtung erstreckt hat, abzuschneiden. Der Lagerdruck des Formstempels 32 beträgt in der vorliegenden Ausführungsform durchschnittlich ungefähr 90 kgf/mm2, was zufrieden stellend innerhalb eines zulässigen Lagerdruckbereichs für Gesenkstahl liegt. Außerdem wird, da der Kunststofffluss des Materials kaum auf der Oberfläche des Gesenks verursacht wird, kaum ein Festfressen oder eine ähnliche Störung erfahren, was dazu führt, dass eine zufrieden stellende Oberfläche auf dem Gesenk aufrechterhalten werden kann.
  • Gemäß dem vorstehend beschriebenen Verfahren ist es möglich, ein Formen mit überlegener Formungsgenauigkeit, weniger Belastung und Reibung auf dem Gesenk und weniger Problemen bei der Lebensdauer des Gesenks im Vergleich zum Extrusionsformen durch Ausüben eines Drucks lediglich in der Axialrichtung durchzuführen. Außerdem ist die Herstellungszeit kürzer und im Vergleich zum Formen durch Fräsen ist kein Entgraten notwendig.
  • Da gemäß der vorliegenden Erfindung die auf dem äußeren Umfangsende der Magnetpolklaue des Rotorkerns zu formende schräge Oberfläche und der an dem inneren Umfangsende zu formende Dauermagnethalter zur gleichen Zeit gebildet werden können, kann die Produktgenauigkeit höher und die Massenproduktivität größer sein.

Claims (9)

  1. Herstellungsverfahren für einen Rotorkern, der um eine Drehwelle herum so zu befestigen ist, dass sie sich gegenüberliegen, durch Umfangen eines Zwischenrohlings (20) mit mehreren Magnetpolklauen (2a, 20a) an seinem Umfang, die in die gleiche koaxiale Richtung reichen, und der inneren Umfangsoberfläche der Magnetpolklaue mit einer Aufnahme (30), und Ausüben eines Formdrucks durch einen Formstempel (31), der sich in radialer Richtung des Rotors bewegt, auf die äußere Umfangsoberfläche (20e) des Zwischenrohlings, wobei im gleichen Vorgang zur gleichen Zeit eine schräge Oberfläche (2f) am äußeren Umfangsende und ein Dauermagnethalter (2d) am inneren Umfangsende einer Magnetpolklaue (2a, 20a) gebildet werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die schräge Oberfläche (2f) am äußeren Umfangsende der Magnetpolklaue (2a, 20a) und der Dauermagnethalter (2d) im gleichen Vorgang durch die ausgeübte Formkraft gebildet werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die schräge Oberfläche (2f) am äußeren Umfangsende der Magnetpolklaue (2a, 20a) und der Dauermagnethalter (2d) zur gleichen Zeit durch die ausgeübte Formkraft gebildet werden.
  4. Herstellungsverfahren eines Rotorkerns nach Anspruch 1, bei dem die Magnetpolklauen (2a, 20a) gemeinsam gebildet werden, während die inneren Umfangsoberflächen aller Magnetpolklau en (2a, 20a) zur gleichen Zeit von einer Aufnahme (30) umfangen werden.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Magnetpolklauen (2a, 20a) gebildet werden, während die innere Umfangsoberfläche jeder Magnetpolklaue (2a, 20a) einzeln von einer Aufnahme (30) umfangen wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem unnötige Bereiche von dem Dauermagnethalter (2d) abgeschnitten werden.
  7. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die schräge Oberfläche und der Dauermagnethalter (2d) in ihrem Volumen so eingerichtet werden, dass sie in jeder vorgegebenen Form gebildet werden.
  8. Verfahren nach Anspruch 1, bei der Zwischenrohling (20) und die Magnetpolklaue (2a, 20a) durch eine Haltekraft aneinander befestigt werden, die von dem Plattenbereich ausgeübt wird, der die Magnetpolklauen des Zwischenrohlings miteinander verbindet.
  9. Herstellungsverfahren eines Generators, mit dem Herstellen eines Rotorkerns durch ein Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche.
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