CN101517862B - 爪形极转子轴、配备有这种轴的爪形极转子和配备有这种转子的旋转电机 - Google Patents

Abstract

带齿转子的轴(3)包括具有径向较大尺寸的段(32)的前端部，两个被称为扣压区域的滚花区域(150、156)和用于对带齿转子进行中心定位的中心定位区域(54)，所述滚花区域意图通过带齿转子的材料的局部变形而与带齿转子装配，所述扣压区域(150、156)定位在中心定位区域(54)的每一侧上而中心定位区域(54)相对于轴(3)的扣压区域(150、156-250、256)径向地突出，这些扣压区域本身相对于在轴前端部处的具有较大径向尺寸的段径向地突出。带齿转子的特征是其配备有这种轴(3)，而旋转电机的特征是其配备有这种转子。

Description

爪形极转子轴、配备有这种轴的爪形极转子和配备有这种转子的旋转电机

技术领域

本发明涉及爪形极转子轴、配备有这种轴的爪形极转子(claw-pole rotor)和配备有这种转子的旋转电机(rotating electrical machine)。

背景技术

许多旋转电机配备有爪形极转子。

例如，参考图1在后文描述了这样一种机器，其为紧凑的多相交流发电机形式，特别是用于机动车辆。该交流发电机将机械能转换成电能且是可逆的。这种可逆交流发电机被称为交流发电机-起动器(alternator-starter)且在另一运行模式中将电能转换成机械能，特别是用于起动车辆的内燃机。

该机器主要包括壳体1以及在壳体内的被限定为与轴3旋转的爪形极转子2和定子4，该定子以小的气隙围绕转子并包括采取带切口的层叠叠片(astack of lamination)形式的本体，该本体在这里是半封闭类型的，配备有切口绝缘部，用于安装定子的各个相(phase)，每个相包括至少一个绕组，在定子每一侧形成发髻(bun)形状的组件5。

绕组例如用连续的漆包线制造，或者用棒形式的导电构件形成，这些棒诸如是通过焊接连接在一起的发夹状构件。

这些绕组例如为连接成星形或三角形构造的三相绕组，其输出连接到至少一个整流电桥，该整流电桥包括如二极管或MOSFET形晶体管这样的整流部件，特别是例如在文献FR A 2 745 445(US A 6 002 219)中描述的交流发电机-起动器的情况。

相的数量取决于应用并可以多于三个，且可以设置一个或两个整流电桥。

爪形极转子2(图1和2)包括两个极轮(pole wheel)7、8，二者轴向地并置且具有环形形状，每个极轮都带有横向凸缘，横向凸缘在其外周边处设置有轴向地指向另一极轮凸缘的梯形形状的齿9，一个极轮的齿进入另一极轮的两个相邻齿9之间的空间，结果是极轮的齿相互插入。

轮7、8的凸缘具有环形形状且在它们的外周边处具有径向突出部(没有附图标记)，所述突出部通过斜面连接到齿9。这些突出部和齿9形成爪。齿9的数量取决于应用且特别是定子相的数量。在图2中，每个极轮有八个齿。替换地，每个极轮具有六个或七个齿。

圆柱形芯部轴向地插入在轮7、8的凸缘之间。该芯部在此包括两个半芯部(half-core)，每个凸缘对应一个。

该芯部在其外周边处承载激励绕组10。诸如支承绕组10的绕线筒这样的绝缘器径向地插入在芯部和绕组10之间。

转子2的轴3在其前端处承载驱动构件，如带轮12，其为传递系统的一部分，用于将运动传递到交流发电机和机动车辆内燃机之间的至少一个带，且轴3在其具有较小直径的后端13处具有通过连接线连接到转子激励绕组端部的滑环(slip ring)。连接线和滑环在此为文献FR 2 710 197中所述类型的附接集电器的一部分。刷支承件14上的刷设置为在滑环上摩擦。刷支承件连接到调压器。由此，轴3的前端和后端每个包括多个段。

当激励绕组10经由刷而被带电时，具有铁磁材料的转子2被磁化并形成带有由极轮的齿形成的磁极的场转子(field rotor)。

该场转子10在轴3旋转时在定子中感应出交流电流，一个或多个整流电桥将感生的交流电流转换成直流电流，特别是来供应机动车辆的车载网络的负载和耗电单元，并对所述车辆的电池充电。

壳体1在其外周边处在内地承载定子4并在中间承载可旋转轴3。在这里，该壳体是两部分的，即邻近带轮12的前轴承16和承载刷支承件、调压器和至少一个整流桥的后轴承17。这些轴承是中空的且每一个包括各自的中央球轴承19和20，用于可旋转地安装转子2的轴3。轴承19的直径大于轴承20的直径。

图1在定子4本体的外周边处显示了用于过滤振动的弹性系统，其带有在前部的平密封件40和在后部的缓冲件41，在前轴承和定子本体之间的排放热量的柔性导热树脂。替换地，轴承16、17刚性地承载定子4的本体。

在图1中，轴承被打孔，以使得通过空气的流通来冷却交流发电机。为此，转子2在其至少一个或两个轴向端处带有风扇，用于以这种方式使空气流通。在所示例子中，风扇23设置在转子的前腹面上，而另一个、更有力的风扇24设置在转子的后背面上，每个风扇包括多个叶片25、26。

机器的动力可进一步通过使用更高性能的风扇来增加，如使用由通过叠放每一个都具有一系列叶片的两个独立风扇而形成的风扇，如在文献FR A 2741 912中所述的以及可在图1中看到的后风扇24的那种情况。

替换地，交流发电机可以是水冷的，壳体可被构造为包括用于水流通的适当通道。

旋转电机的性能、即动力和效率可通过使用具有如图2所示构造的转子来增加。如通过法国专利2 793 085和2 784 248中的例子所述，该转子例如包括多个永磁体38，这些永磁体相对于转子的轴线对称地设置并在定子内周边处插入在两个相邻齿9之间。

在图2中，对于八对极有四对磁体38。

替换地，磁体的数量等于极对的数量。

轴3和极轮7、8在此用钢制造，极轮用低碳钢制造且轴3用更硬的钢制造。

这种类型的机器因此是令人满意的。

然而，当轴3和极轮7、8通过将更硬的轴3压配合(force-fitting)到轮7、8的内孔中而被紧固在一起时会引起问题，其中轴3为此目的具有滚花部分(在图1中没有附图标记)，这些滚花部分径向突出并具有不相等的长度。

更确切地说，轴3在其两个滚花突出部分之间具有平滑的中间部分。该平滑的中间部分的直径等于轴的安装有轴承19的前端部分的直径。轴3的后端部分具有小一些的直径。在极轮8的内周边和平滑的中间部分的外周边之间具有径向空隙。

该平滑的中间段的轴向长度小于滚花部分的轴向长度。

在该压配合操作之前，轮7、8被压在一起，特别是用于磁通的有效传递。

这样做的结果是降低了极轮的内直径，结果是增加了压配合轴所需的力。

结果是，如果该轴的后端部分具有小一些的直径以用于安装滑环，则存在轴弯曲(buckling)的危险。

进而，滚花部分的键槽(spline)不会以完美的直线方式沿轴线方向取向，而是通常具有螺旋形状，其产生扭转应力，很有可能在极轮上的压力释放时引起极轮的相对旋转。

而且，在将带有这些滚花部分的轴压配合到极轮中时产生的不一致变形会阻碍极轮相对于轴的轴线获得充分准确的同心度，结果是必须对极轮的齿的外周边进行机加工，以确保转子和定子之间的小气隙以及齿的外周边与轴的轴线的准确同心度。

如果交流发电机是无刷类型也会有同样的情况(例如见文献FR 2 744575)。在这种情况下，爪形极转子包括阶段式(staged)主极轮，该主极轮在其外周边处经由非磁性(amagnetic)环承载不具有凸缘的另一极轮的齿，激励绕组被固定芯部承载。

在文献DE 300 84 54中，图1的滚花部分被在底部上带有轴向键槽的沟槽替换，如在该文献的图4中所示。极轮的材料变形，以使得其进入沟槽。请注意，在短轴向沟槽的底部处的轴向键槽难以机加工。

发明内容

本发明的目的是克服这些缺陷。

根据本发明，一种用于上述类型的爪形极转子的轴，该轴包括具有多个段的前端部分、后端部分以及用于支承和固定爪形极转子的中间段，该中间段一方面具有两个被称为扣压(crimping)区域的滚花区域，所述滚花区域适于通过爪形极转子(2)的材料的局部变形而与爪形极转子装配，而该中间段另一方面在扣压区域之间具有中心定位(centring)区域，该中心定位区域适于将爪形极转子进行中心定位，并且该中心定位区域相对于扣压区域径向地突出，其特征是，扣压区域相对于轴的前端部分的具有径向较大尺寸的段径向地突出。

在一个实施例中，旋转电机是无刷类型的，扣压区域与主极轮的轴向端装配。

在另一实施例中，旋转电机包括刷，每个扣压区域与极轮中的一个组装。

由于本发明，中间支承和固定段比轴的前端更厚，结果是轴机械地强固。

进而，扣压区域更易于加工，因为它们相对于轴的前端部分径向地突出。

扣压区域的至少一个可被加长，以固定旋转电机的诸如图1的间隔件159这样的其它部件。

根据本发明，爪形极转子的特点是其配备有安装在其中心孔中的上述类型的轴。

该转子通过材料在轴的扣压区域中的局部变形而与轴装配。

在一个实施例中，爪形极转子的主轮通过该主极轮的材料在轴的扣压区域中的局部变形而与轴装配。

在另一实施例中，爪形极转子的极轮通过极轮的材料在扣压区域中的局部变形而与轴装配。

该变形是塑性变形，主极轮或极轮的材料被促使塑变(flow)。

该塑性变形通过扣压工具产生。

在一个实施例中，主极轮或每个极轮在转子的腹面和背面上具有各自的凹痕，这些凹痕诸如是可能被划分的环形凹痕。

由此，在一个实施例中，使用与凹痕协作的截头圆锥体形工具，极轮的材料被向内且朝向轴的相关扣压区域推动。

替换地，工具本身产生凹痕。

根据本发明，旋转电机的特点是其固定地配备有这样的爪形极转子。

由于本发明，当轴被压配合到主极轮或极轮中时不存在轴弯曲的危险，因为扣压区域具有小于中心定位区域的径向尺寸，且在轴与主极轮和极轮的各自的一个或多个孔之间实现中心定位装配。轴和主极轮或这些极轮之间的机械应力降低，因为主极轮或这些极轮的材料进入扣压区域。

由于本发明，主极轮或极轮的通常构造被保留，且利用了主极轮或极轮具有的硬度低于轴硬度的优势，这确保它们变形，并使得主极轮或极轮的材料塑变到扣压区域中。

而且，极轮内孔的加工被简化，因为不再需要如图1所示的、在极轮半芯部的孔的端部处的截头圆锥体形部分。

此外，因为轴的中心定位区域的存在获得了极轮与轴的准确且同心的组装。

这样的结果是，在组装后不需要执行重复加工极轮齿的外周边的操作。

该外周边提前用工具加工，即在将激励绕组安装在极轮凸缘之间和在芯部上之前，结果是不存在切屑损坏激励绕组的危险，在该阶段还不存在该激励绕组。

此外，工具可以被润滑，如果存在激励绕组，这将是不可能的。

本发明的轴的构造使得在转子的两个相邻齿之间安装永磁体很容易。由此，磁体可以以正确的角度位置安装在一个极轮上并提供到另一极轮上。该构造不会通过插入轴而改变，因为当轮上的压力释放时不会产生易于引起轮相对运动的扭转应力。

在一个实施例中，扣压区域每一个都通过诸如沟槽这样的分隔机构而与中心定位区域分隔开，以保护中心定位区域并为用于加工扣压区域的滚花的工具提供空隙。

在一个实施例中，中心定位区域是平滑的。

替换地，该中心定位区域被分成并包括至少两个平滑部分。

在一个实施例中，中心定位区域和扣压区域具有圆形截面，且轴的中心定位区域的外直径大于扣压区域的外直径。

轴的前端部分的具有径向较大尺寸的段也是圆柱形的并且具有的直径小于扣压区域的直径。

因而，在将极轮扣压到轴的扣压区域之前，极轮中的一个可相对于另一个转动，在该阶段与轴的中心定位区域紧密接触，该中心定位区域具有比扣压区域大的直径，而不会损坏轴的前端部分。

在一个实施例中，中心定位区域具有的长度大于每个扣压区域的长度。

根据第一实施例，轴的扣压区域包括轴向取向的键槽，且每个扣压区域与被称为扣压沟槽的沟槽相关联。

由此，键槽阻碍极轮相对于轴的旋转，且沟槽阻碍极轮相对于轴的平移运动。

在一个实施例中，扣压沟槽比分隔沟槽深。

在一个实施例中，至少一个沟槽被制造在扣压区域中。

在更经济且能提供更好性能的第二实施例中，键槽交叉以使得它们阻碍极轮相对于轴的旋转和平移运动。

当然可以分开地或结合地考虑这些实施例。

由此，扣压区域中的一个可以包括交叉的键槽，而另一个扣压区域包括轴向取向的键槽以及制造在该区域中或邻近该区域的沟槽。

附图说明

参考所附附图在下面的解释性描述过程中可更清楚地理解本发明的其它目的、特点、细节和优点，附图仅通过例子提供且显示了本发明的实施例，在附图中：

图1为已有技术的旋转电机的轴向截面视图；

图2为配备有永磁体以增加机器动力的旋转电机的转子的透视图；

图3为本发明的爪形极转子的轴的第一实施例的前视图；

图4为本发明第二实施例的类似图3的视图；

图5为配备有图3的轴的爪形极转子在将转子扣压到扣压区域的操作之前的轴向截面图；

图6为配备有图4的轴的爪形极转子在将转子扣压到扣压区域的操作之前的没有激励绕组的轴向截面局部视图；

图7为图5的局部视图，显示了在扣压工具进入后极轮的扣压凹痕之前的扣压工具；

图8为显示了在扣压操作之前的后极轮、配备有附接集电器的轴的端部和扣压工具的透视图；

图9、9A、9B为将后极轮组件扣压到与轴的相关扣压区域的操作的各个步骤的局部视图；和

图10为其它实施例的类似图4的局部视图。

具体实施方式

在附图中，相同的元件标有相同的附图标记。

在图3和4中可以看到本发明的要与图1的极轮7、8装配的轴3的两个实施例。

在这里由金属制造的轴具有与图1的轴相同的前端部分31、60、32和后端部分13，以及具有用于支承和固定转子2的极轮的中间段。

轴3用比爪形极转子2的极轮7、8更硬的材料制造，该极轮也是用金属制造的。

这里，极轮7、8用低碳钢制造，而轴3用具有比轮7、8更高碳含量的钢制造。

轴的前端部分包括多个段，其中一个段具有径向的较大尺寸。

更确切地说，轴3的前端部分包括用于安装前球轴承19的内圈的平滑第二段32和将该第二段连接到第一螺纹段31的沟槽60，该第一螺纹段用于旋拧到图1的螺母160上。

这里，段31、32和轴3是圆柱形的。

第二段32具有直径D3，其大于螺纹段31的直径。

螺母160夹住带轮12、轴承19的内圈以及在螺母和前极轮7的前表面之间的间隔件159。

圆柱形轴3的后端部分13显示在图3和4以及图6、9、9A、9B中，而没有示出滑环以及在图5、7和8中标记为100的图1的附接集电器。

在图8中，在103和104处标出了滑环且在102处标出了集电器100的塑性材料分支中的一个，该分支连接到集电器的环101，如可能引用到的文献FR 2710197所述。

在该图8中，每个极轮具有六个齿；替换地，其可具有七个或八个齿。

连接到环103、104的导电部分嵌入到分支102中，且在环101的位置处露出，用于连接到激励绕组的端部。

在图3和4中可见，端部13包括圆柱形后端部段，该圆柱形后端部段具有的直径比轴1的其它段的直径小。

该被称为第四段的端部段是带键槽的，如图3和4所示，用于将集电器压配合到轴上。

该端部13包括直径方向的(diametral)沟槽，附接集电器的分支102穿过该沟槽。这些沟槽中的一个可在图3和4中看到(没有附图标记)。

后端部分13还包括第三圆柱形段132，用于安装后球轴承20的内圈，该轴承具有的直径比轴承19小的直径。

该第三段132的直径大于在端部处的第四段的直径且小于第二段32的直径D3。

端部13的沟槽在第三段132中且在圆柱形第五段232的一部分中，该第五段邻近用于支承和固定极轮的中间段。

该第五段232的直径小于第三段132的直径且大于第四段的直径。该第五段232承载在极轮8和轴承20之间的滑环。

轴的前端部分和后端部分的形状当然取决于应用。

由此，在另一实施例中，第二段32在前部处具有带键槽部分，且金属带轮12的内孔也带键槽，以用于将其压配合到第二段的带键槽部分中。

每件因素都取决于带轮12的组装模式，其可替换地被带齿的轮替换。

同样，后端部分13的形状取决于集电器的形状。

在另一实施例中，该后端部分13不具有滑环和集电器，交流发电机为无刷类型且激励绕组被壳体承载。

轴的前端部分和后端部分的至少一个段可替换地具有非圆形截面。

轴3在其前端部分和后端部分之间具有用于固定和支承轮7、8的中间段。该中间段、特别是其厚度被修改为改善爪形极转子的极轮7、8组装到轴3的准确度和同心度。

利用轴3和极轮7、8之间硬度不同的优势，来引起极轮的材料以后文所述方式塑变并制造被扣压的组件。

根据一个特征，轴3的该中间段一方面具有两个被称为扣压区域的滚花区域，其意图是通过爪形极转子材料的局部变形而组装到爪形极转子，该中心段另一方面具有中心定位区域。扣压区域设置在中心定位区域的每一侧且中心定位区域相对于扣压区域径向地突出。

扣压区域还相对于轴前端部分的具有径向较大尺寸的段32而径向地突出。

更确切地说，中心定位区域应对爪形极转子的极轮进行中心定位，且每个扣压区域应固定爪形极转子的相关极轮。

在图3和4中，在54处显示了中心定位区域且在61和62处分别显示了前沟槽和后沟槽，所述沟槽将中心定位区域54的前轴向端和后轴向端分别连接到前扣压区域和后扣压区域，如后文所述。

每个扣压区域由此通过如沟槽这样的分隔机构而与中心定位区域分隔开，以保护中心定位区域且为用于形成滚花区域的工具提供的空隙。分隔机构的深度取决于扣压区域的滚花部分的深度。

在图3和4中，分隔沟槽61、62具有圆形截面。这当然取决于应用，且沟槽的截面可以是非圆形的。

这些沟槽不会不正当地影响轴的刚度和机械强度。

参见图5和6，可以看到每个扣压区域适于与其中一个极轮局部地协作。

这里，中心定位区域是平滑的。

在这些附图中，中心定位区域是完全平滑的。

替换地，中心定位区域被分为至少两个平滑的中心定位部分，这些中心定位部分通过沟槽彼此分隔。

例如，在一个实施例中，中心定位区域在中央且在其每个轴向端处包括平滑的中心定位部分，该部分通过两个沟槽而轴向地彼此分隔开，每个沟槽位于平滑的中心部分和其中一个平滑端部之间。

该区域54在这些实施例中为具有圆形截面的圆柱形形状。

扣压区域也具有圆形截面。

中心定位区域54的外直径D1大于扣压区域的外直径D2，结果是中心定位区域54相对于扣压区域径向地突出。

该区域54具有轴向长度L1，该长度大于每个扣压区域的长度，这些区域也具有圆柱形形状。

根据一个特征且如上所述，扣压区域相对于轴3前端部分的具有较大径向尺寸的段32径向地突出。

由此在图3和4的实施例中，中心定位区域54的直径D1大于轴3的前端部分32、31的较大直径D3且由此也大于轴3的后端部分13的直径。

根据一个特征，直径D2也大于直径D3。

在这里，第二部分32具有的直径D3大于第一螺纹段31的直径。

由此，图3和4的轴具有径向尺寸比轴3的前端部分大的中间段，结果是其比文献DE 30 08 454中的轴更强。

进而，由于扣压区域的直径D2大于直径D3，其中D3对应于第二段32的直径，所以更易于加工扣压区域。

因为直径D1和D2大于直径D3，所以用于安装轴承19的第二段32不会在轴安装在极轮中时受到影响。

中心定位区域54还保护扣压区域。

在这些附图中，邻近轴3的后端部分13的后扣压区域156、256具有完全相同的轴向长度L4，该长度小于区域54的长度L1。

这里，邻近轴3的前端部分31、32的前扣压区域150、250具有的轴向长度不同于后扣压区域156、256的轴向长度。

在图3的实施例中，具有轴向长度L4的后扣压区域156包括扣压沟槽55，该沟槽一方面被凸缘57且另一方面被具有直径D2的滚花区域56轴向地界定，该凸缘将该沟槽连接到轴3的后端部分13的第五段232，该滚花区域经由分隔沟槽62被连接到中心定位区域54的后轴向端。

滚花区域56的在轴3的外周边处制造的键槽轴向地取向且平行于轴3的轴线X-X。该区域56的轴向长度L3因为沟槽55的存在而小于区域156的轴向长度L4。

沟槽55的底部直径大于第四段232的直径，结果是轴的后端部分的刚度和机械强度没有改变。

前扣压区域150具有的轴向长度L2大于区域156的长度L4且小于区域54的长度L1。该扣压区域150通过分隔沟槽61连接到中心定位区域54的前端部。该前区域150为具有直径D2的滚花区域，该滚花区域的在轴3的外周边处制造的键槽轴向地取向并平行于轴3的轴线X-X。

区域150被分为两个部分50、52，二者通过扣压沟槽51而彼此分隔开。

部分50的轴向长度大于滚花区域56的轴向长度L3，其本身大于部分52的轴向长度。

该滚花部分52被压配合到图1的间隔件159的内孔中。

间隔件159因此被部分地穿入其中的滚花部分52防止旋转，如图1所示。

根据一个特征，扣压沟槽51、55比分隔沟槽61、62更深，结果是沟槽61、62的底部的直径大于扣压沟槽的底部的直径，如图3、4、9、9A、9B、9C所示。

由此，扣压沟槽55、51的深度大于滚花区域156、150的键槽的深度。这些沟槽分别邻近区域156和部分50。

在图4中，可以看到轴3还具有带轴向取向的键槽的滚花部分152，以提供与防止间隔件159旋转相同的功能。

在后文描述且如图9、9A、9B所示的扣压操作之后，极轮7、8的材料径向地塑变到各扣压沟槽51、55中，以填充它们，且分别部分轴向地并部分径向地塑变到滚花部分50和滚花区域56中。

由此，每个极轮通过沟槽51、55而轴向地固定不动且通过区域150的滚花部分50和通过区域156的滚花区域56而不可旋转。

由此，轴通过扣压区域150、156紧固到极轮。

在图4的实施例中，没有扣压沟槽，并且扣压区域包括具有与区域156相同的轴向长度L4的后滚花扣压区域256和具有在此小于L4的轴向长度L5的前滚花扣压区域250。

中心定位区域54和沟槽62、61未改变。

应注意，通过区域250、前述滚花部分152和将区域250连接到部分152的沟槽151形成的组件的轴向长度等于图3中区域150的长度L2。

这里，沟槽151沿轴向方向比图3中的沟槽51短，结果是区域250具有的长度L5大于部分50的长度。

滚花扣压区域256、250具有交叉的键槽。

更确切地说，在轴3的外周边处制造的键槽沿一方向和一相反方向(oneway and the opposite way)倾斜，以使得它们交叉。

滚花区域256、250与图3的区域156、150相比可被更容易地且成本更小地制造。

在扣压操作过程中，极轮7、8的材料穿入到这些交叉键槽中，结果是以没有扣压沟槽的简单方式，极轮7、8轴向地固定不动且在轴3上不可旋转。对于极轮7、8的材料来说，穿入到交叉键槽中是容易的。

应注意，图3的凸缘57已经在图4中去掉了，轴3的后端部分13通过斜面连接到区域256，该斜面具有的形状比将凸缘57连接到后端部分13的倒角更简单。

当然两个实施例可结合，且如果长度L4与L2相等，则一个实施例的一个扣压区域可被另一实施例的扣压区域替换。例如，在图3中，区域156可被图4的区域256替换。替换地，如图10所示，可保留凸缘27和沟槽55。

在所有情况下，极轮局部地且塑性地变形。

应注意，在图3和4中，长度L1大于长度L2+L4的总和。

直径D1和D2之间的差作为应用情况的函数变化。有利地，该差很小，以降低通过使用后文描述的工具而产生的扣压力。

该值例如在0.1和1mm之间。

如在描述中出现的，在轴和轮7、8组装的过程中，轴3的前端部分31、32螺纹旋拧到转子2的后端中，以在扣压操作之前获得图5和6所示的构造。

在这两个实施例中，极轮的内孔被提前加工，以实现极轮和轴之间的良好同心度且获得在机器的转子和定子之间的所需气隙，而无需改善(as is)极轮的外直径、即齿的外周边。这通过中心定位区域54实现，其外周边与通过极轮中心孔界定的极轮内周边紧密接触，这些孔在此是圆柱形的。

这种紧密接触在中心孔的直径和中心定位区域的直径之间产生中心定位装配。

这种加工使用被润滑的工具来执行，没有热切屑抛射到图1的绕组10上的危险，因为在该阶段不存在绕组。

如果需要增加机器的动力，还可以使用铣削工具在图1或2的至少一些齿9的至少一个侧向面中加工轴向沟槽，以便将永磁体安装在齿之间，如专利FR 2 793 085所述。

在该铣削工具的直径方面没有限制，因为在该阶段极轮还没有组装在一起。同样的情况适用于沟槽的深度。

沟槽可以是开放的或关闭的。

这使得可以安装具有不同长度的永磁体。

铣削工具可被润滑。

通常来说，润滑工具增加它们的使用寿命。

绕组10随后安装在图1所示的芯部上，该芯部包括两个半芯部，每个极轮的凸缘对应一个。随后，特别是为了磁通的良好传递，通过使用成形压机(compacting press)，极轮的在此与极轮凸缘组成一个部件的半芯部被压在一起。

轴3随后被装配到极轮的中心内孔中。在压制或挤压操作过程中，特别是通过暂时插入在相关极轮的齿的突出部之间的指状物，一个轮还相对于另一个成角度地定位。

参见图2，磁体安装在一个极轮的其中一个齿中的开放或关闭沟槽中，在此之后提供另一极轮，通过磁吸引而判断(assume)正确位置。

将轴安装在极轮的孔中不会干扰这种定位，因为是中心定位区域54被压配合在该孔中。同样的情况适用于没有磁体时角度位置不改变的情况。

区域54还保护用于安装轴承的段32和132。这些段在轴3的前端部分馈送到极轮的中心孔中时不会被损坏。

图5显示了在该压配合操作之后的轴的最终位置。

由此，在83处可以看到后极轮的横向凸缘，在86处可以看到后极轮8的内圆柱形中心孔，且在84处可以看到该轮8的半芯部，该轮具有面向图1的后轴承17的外表面81和包括半芯部84的自由端的内表面82。

同样，在73处可以看到前极轮的横向凸缘，在76处可以看到前极轮7的内圆柱形中心孔，且在74处可以看到该轮7的半芯部，该轮具有面向图1的后轴承16的外表面71和包括半芯部74的自由端的内表面72。半芯部74、84位于极轮7、8的凸缘73、83的内周边处。

表面71和81分别构成转子2的前腹面和后背面且相对于轴3的轴线X-X横向地取向。表面71、81因此构成转子2的轴向端表面。

表面72和82也相对于轴线X-X横向地取向且要彼此邻靠，如图5所示，以提供上面提到的磁通的传递。

极轮7、8的内孔具有与中心定位区域54的形状互补的形状，所述内孔在这里为圆柱形的。

更确切地说，中心定位区域的外周边与孔82、76的边缘紧密接触，即与极轮的内周边紧密接触，而滚花区域56和滚花部分50、52在该阶段不会干涉这些孔86、76的边缘，因为中心定位区域54的直径D1大于该滚花区域56和这些滚花部分50、52的直径D2。

因此与已有技术的压配合操作相比，在该阶段的机械应力很小。而且，如上所述可以获得精确的同心度，结果是轮的外周边可被提前加工。在图5的底部部分，显示了可选地也提前制造在齿的外周边处的沟槽91，以降低涡流。这些沟槽91在一个实施例中具有螺旋形状。应注意，凸缘57具有的直径略大于滚花区域56的直径，结果是该凸缘与极轮8接触，这限制了轴相对于轮的相对运动并使轮沿轴向方向正确地定位。同样的情况适用于图10的轴。凸缘57因此为简单的定位凸缘而不是载荷承受凸缘，结果是其很薄。其直径接近直径D1，略大于后者，以使得其可以承载在轮8的外表面81上。

该薄凸缘57轴向地定位在集电器100和扣压区域156之间，如图5所示。为此，表面81具有中心凹部(没有附图标记)，还可在图8中看到。

根据一个特征，爪形极转子的局部变形通过扣压机产生。

每个轮7、8具有各自的局部环形凹痕75、85。

在第一实施例中，这些凹痕提前制造在极轮的轴向端表面中，如图5、6、7所示，即在极轮的凸缘的外表面81、71中。

这些凹痕要容纳扣压工具185，该扣压工具轴向地运动同时受到挤压力，以实现扣压操作。

替换地，如图9、9A、9B所示，扣压工具本身产生凹痕。

凹痕75、85因此是扣压凹痕。

该工具具有管状形状。

该工具显示于图7、8、9、9A和9B中，因为其具有特殊的形状。

工具包括凹部190，以便不与集电器100的分支102干涉，更确切地说，不与将分支连接到环101的弯曲部分干涉。

在转子的另一侧上，即在表面71上，扣压工具不需要这样的空隙。在所有情况下，管状工具185具有环形的自由前端187，其成形为前缘而穿入相关的凹痕75、85中或形成该凹痕。

该前端在内部包括具有截头圆锥体(frustoconical)形状的表面186并在外部包括也具有截头圆锥体形状的外表面188，该外表面通过倒圆边缘189连接到内表面186，如图9A中更清楚地示出。

考虑工具的前端部分要与相关的极轮7、8协作，可以看到，在前部，表面186朝向工具的外侧发散，即张开，而表面188沿相反的方向倾斜且在前部朝向工具的中心收敛。

具有与工具185互补的形状的凹痕75、85每个都包括通过具有倒圆形状的部分289连接到外边缘288的内边缘286，如图9B更清楚地示出。

边缘286、288具有与表面186、188的形状互补的形状，所述表面186、188经由工具185的自由端部的倒圆边缘289彼此连接。截头圆锥体形边缘286沿轴线X-X的方向倾斜且在转子2外部朝向该轴线收敛，而边缘288在转子外部发散。

工具185与凹痕85的协作可在图9A中更清楚地看到。

工具185在经历挤压力的同时轴向地运动，并使得这里是后极轮8的材料的材料轴向地并径向地向内塑变，且材料塑性变形，其中给定表面186和表面286的倾斜。

最终结果可在图9B中看到，材料径向地塑变到沟槽55中并径向地且轴向地向内塑变到滚花区域56中，结果是通过滚花区域56实现不可旋转而通过沟槽55实现不可平移。

同样的情况适用于前扣压区域150，由于配合在凹痕85中的扣压工具的轴向运动的作用，极轮7的材料径向地向内塑变到沟槽51中并径向地且轴向地向内塑变到滚花区域50中，结果是经由滚花部分50实现不可旋转且经由沟槽51实现不可平移。

在图6中实现同样的效果，分别配合在凹痕85和凹痕75中的工具的轴向位移使得材料轴向地且径向地向内分别塑变到扣压区域256和扣压区域250中。具有交叉键槽的这些区域使得极轮在轴3上不可平移且不可旋转。

应注意，工具的自由端部187通过改变由横向轴肩184(图9A)界定的直径来制造。该端部187与工具的主要部分183相比更薄，该主要部分具有比凸缘57更大的内直径。该工具的后表面经历压力构件的作用，以经由其自由端部使相关极轮局部地变形。

在图9A中，是工具产生凹痕，由于工具中的用于集电器臂的凹部190，实际上可以获得极轮8的轴向端81的材料的两个环形扇段(sector)的塑变。

如果使用相同的工具，则同样的情况适用于表面71。

替换地，工具185在轴向端表面71中不具有这种凹部，结果是获得材料的连续环形的塑变。

凹痕因此可分成两个环形扇段。

当然，自由端部187可替换地分成多个环形扇段。

在该实施例中，表面186的角度c(图9A)在20°和45°之间，且优选地在30°和38°之间。

截头圆锥体表面188的角度很小。该角度例如在1°和5°之间。

当然这些角度值取决于应用。

应注意，在图8中，图1的后风扇24还没有被安装且该风扇的内直径大于环101的内直径。

通常来说，扣压凹痕75、85位于相关风扇的中心孔内，结果是它们不会被改变。

这些凹痕75、85靠近极轮7、8的内周边。它们径向地位于扣压区域上方并与之邻近。

本发明还保留了极轮的相同构造，仅它们的圆柱形内孔被修改。

集电器100、间隔件159以及轴的前端部分和后端部分也被保留。

当然，如果轴3的前端螺纹旋拧到极轮的孔中，则轴的后端可替换地被改变。

因此，该后端部分具有的径向尺寸大于或等于前端部分的径向尺寸。

在所有情况下，中间部分的径向尺寸大于前端部分的径向尺寸。

本发明当然不限制于所述实施例。

由此，交流发电机可以是无刷类型(例如见文献FR 2744575)。

在这种情况下，后轴承具有深的形状且爪形极转子包括交错的(staggered)主极轮和悬臂极轮，它们通过非磁性材料环彼此固定。该环与两个极轮的相交叉的齿彼此连接。

芯部固定并附接到前轴承的后表面，形成对后轴承的遮盖。

其中一个极轮因此不具有凸缘，而另一主极轮与本发明的轴组装，每个扣压区域位于主极轮的一个轴向端处。

在上述文件的教导下，可以看到电子部件可被前轴承承载且在轴的后端处可安装单个风扇。

替换地，交流发电机构成电磁缓速器(retarder)的激励交流发电机。

在这种情况下，足以逆转结构(见文献WO 2004/017502)。

在这些实施例中，扣压区域的轴向长度小于极轮的凸缘73、83的厚度。这当然取决于应用。

应注意，扣压区域轴向地比文献DE 300 84 54的那些更长。

在一个实施例中，中间芯部可位于两个极轮之间，并与它们分隔开。

例如，在图5中，半芯部74、84可轴向地缩短且分隔中间芯部位于它们之间。

该芯部将被中心定位区域与极轮一起中心定位。

该中心定位区域不必是平滑的。

替换地，例如，其具有突出的点或接触区域，形成在沟槽中用于接触孔的边缘。

通常来说，为了实现紧密的中心定位接触，内孔的径向尺寸对应于中心定位区域的尺寸。

在轴和主极轮或这些极轮之间实现装配。

由此，在图3到6中，半芯部74、84的孔76、86的内直径匹配中心定位区域54的直径D1。

可以实现的是，本发明的轴的机械强度高于文献DE 300 84 54的轴的机械强度，因为在本发明中，扣压区域的直径D2小于中心定位区域的直径D1并大于轴3的前端部分31、32的较大直径D3，而在文献DE 300 84 54中，轴的前端部分的较大直径大于扣压区域的直径D2。

而且，在文献DE 300 84 54中，轴的平滑部分的较大直径恒定，结果是存在轴承安装区域在将极轮装配到轴上时被损坏的危险。

这在本发明中不能发生，因为在极轮的中心孔和轴的前端部分的较大直径D3之间存在径向空隙，应知道，轴的前端被螺纹旋拧到爪形极转子的后端。

在文献DE 300 84 54中，与刷支承件的刷接触的滑环的机械磨损较大，因为轴的平滑部分的较大直径恒定，而由于本发明且以前述方式，轴的后端部分具有较小的直径，以使得滑环的直径和机械磨损被降低。

相对于文献DE 300 84 54，本发明增加了扣压区域的轴向长度，同时将中心定位区域设置为具有大的轴向长度。

由此，可以获得极轮相对于轴的准确同心度和极轮与轴的鲁棒且可靠的组装。

加工扣压区域比加工文献DE 300 84 54的扣压区域更容易且更经济。

扣压力也被降低。

可以实现的是，以带交叉键槽的滚花区域形式的扣压区域具有低的成本，且形成极轮与轴的组件的较大轴向强度，因为实现相关极轮的材料良好地穿入到键槽中。

由于突出的中心定位区域，实现极轮与轴之间的准确同心度。

Claims (23)

1.一种用于爪形极转子(2)的轴(3)，包括：

具有多个段(31、32)的前端部分，所述段的一个具有径向较大尺寸；

后端部分；以及

用于支承和固定爪形极转子的中间段，

该中间段具有两个滚花的扣压区域(150、156-250、256)，所述扣压区域适于通过爪形极转子(2)的材料的局部变形而与爪形极转子(2)装配，该中间段在所述扣压区域(150、156-250、256)之间具有中心定位区域(54)，该中心定位区域适于将爪形极转子进行中心定位，并且该中心定位区域相对于扣压区域径向地突出；

其中，所述扣压区域(150、156-250、256)相对于轴(3)的前端部分的具有径向较大尺寸的段(32)径向地突出；每个扣压区域(150、156-250、256)通过分隔沟槽(61、62)与中心定位区域(54)分隔开。

2.如权利要求1所述的轴，其特征是，扣压区域中的一个(150、250)被分成两个部分(50、52)，这两个部分被扣压沟槽(51)分隔开。

3.如前述权利要求中的任一项所述的轴，其特征是，扣压区域中的一个(156、256)由适于承载在爪形极转子(2)上的凸缘界定。

4.如权利要求1至2中的任一项所述的轴，其特征是，扣压区域中的至少一个(150、156)包括扣压沟槽(55、51)和带有轴向取向的键槽的滚花区域(56、50)。

5.如权利要求1所述的轴，其特征是，扣压区域中的至少一个(150、156)包括扣压沟槽(55、51)和带有轴向取向的键槽的滚花区域(56、50)，一个或多个扣压沟槽(51、55)和分隔沟槽(61、62)具有圆形截面，且分隔沟槽(61、62)的底部的直径大于该一个或多个扣压沟槽(51、55)的底部的直径。

6.如权利要求1到2中的任一项所述的轴，其特征是，扣压区域中的至少一个(250、256)包括带有交叉键槽的滚花区域。

7.如权利要求6所述的轴，其特征是，每个扣压区域(250、256)包括带有交叉键槽的滚花区域。

8.如权利要求6所述的轴，其特征是，扣压区域中的一个(250)经由连接沟槽(151)连接到带有轴向取向的键槽的滚花部分。

9.如权利要求1到2中的任一项所述的轴，其特征是，扣压区域(150、156-250、256)具有不同的轴向长度。

10.如权利要求1到2中的任一项所述的轴，其特征是，中心定位区域(54)具有的轴向长度(L1)大于每个扣压区域(150、156-250、256)的轴向长度。

11.如权利要求10所述的轴，其特征是，中心定位区域(54)的轴向长度(L1)大于两个扣压区域(150、156-250、256)的长度的和(L2+L4)。

12.如权利要求1至2中的任一项所述的轴，其特征是，中心定位区域(54)、扣压区域(150、156-250、256)和轴(3)的前端部分的具有径向较大尺寸的段(32)具有圆形截面，中心定位区域(54)的直径(D1)大于扣压区域(150、156-250、256)的直径(D2)，且扣压区域(150、156-250、256)的直径(D2)大于轴(3)的前端部分的具有径向较大尺寸的段(32)的直径(D3)。

13.如权利要求12所述的轴，其特征是，中心定位区域(54)和扣压区域(150、156-250、256)之间的直径的差(D1-D2)在0.1mm和1mm之间。

14.如权利要求1到2中的任一项所述的轴，其特征是，中心定位区域(54)是平滑的。

15.一种爪形极转子，其特征是，其固定地配备有如前述权利要求中的任一项所述的轴。

16.如权利要求15所述的转子，其特征是，该转子在其每个轴向端(71、81)处包括扣压凹痕(75、85)。

17.如权利要求16所述的转子，其特征是，凹痕(75、85)中的至少一个(85)被分成两个环形扇段。

18.如权利要求16所述的转子，其特征是，凹痕(75、85)中的至少一个具有环形形状。

19.如权利要求16到18中的任一项所述的转子，其特征是，凹痕通过朝向轴(3)的轴线X-X倾斜的内边缘(286)界定。

20.如权利要求19所述的转子，其特征是，所述内边缘的倾斜角度在20°和45°之间。

21.如权利要求15到18中的任一项所述的转子，其特征是，它包括两个极轮(7、8)，每个极轮包括凸缘，所述凸缘在其外周边处带有多个齿(9)且在其内周边处带有半芯部(74、84)，并且所述半芯部(74、84)并置。

22.一种旋转电机，其特征是，该旋转电机配备有如权利要求15到21中的任一项所述的爪形极转子。

23.如权利要求22所述的旋转电机，其特征是，该旋转电机为交流发电机或交流发电机-起动器。

Images