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

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 3008454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 2793085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 3008454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 3008454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 3008454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 3008454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 3008454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 3008454，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 3008454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。