CN100423140C - 圆筒形烧结磁铁、电机及圆筒形烧结磁铁的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及圆筒形烧结磁铁、电机以及圆筒形烧结磁铁的制造方法，能够在转动过程中防止高扭矩电机的松动，且可大幅度减少铸模时的内模破坏和磨损并降低烧结后的缺陷率。所述各向异性的两极圆筒形烧结磁铁(8)的外围截面形状为正圆形，内围截面形状为椭圆形。另外，其制造方法包括的步骤为：把磁性粉末填入一个在模具内设置中心杆而形成的大致圆筒形的模制空间中，在磁场中使磁性粉末成型而形成一个各向异性的两极圆筒形磁铁模制体；通过烧结圆筒形磁铁模制体形成一个圆筒形烧结磁铁(8)。此外，基于烧结过程中圆筒形烧结磁铁(8)的收缩率，在垂直于中心轴的截面处，模具内围的截面形状为椭圆形，并且，中心杆的截面形状为正圆形。

Description

圆筒形烧结磁铁、电机及圆筒形烧结磁铁的制造方法

技术领域

本发明涉及一种各向异性的两极圆筒形烧结磁铁，以及制造这种圆筒形烧结磁铁的方法。该磁铁更适合用于洗衣机或洗碗机的排水泵电机和其它用到电机的用途。

背景技术

在洗衣机或洗碗机所用排水泵的电机旋转轴上设置有各向异性的两极圆筒形磁铁。在这样的排水泵电机中，由于磁铁侧作为转子，所以采用了轴和磁铁成为一体的结构。

如专利文献1中所披露的，通常，用于这种电机的磁铁被制造成使其烧结的外围和内围是近似正圆形的形状。这是因为如果磁铁不是近似正圆形，当安装入电机时在装配尺寸上会产生偏差从而使电机转动不均匀。也就是说，在这种磁铁的制造技术中，在考虑到收缩率的同时(平行于磁场方向的收缩率与垂直于磁场方向的收缩率的比)，通过在磁场中进行模制获得一个具有外围截面形状的模制体。将生坯烧结以使其外周的截面形状变成正圆形。

例如，当磁场方向的收缩率大于垂直于磁场方向的收缩率时，基于收缩率的各向异性，预先将椭圆形的长轴按磁场方向安置。

在轴和磁铁一体化的电机中，如果轴与磁铁间的固定不足，磁铁的扭矩就不会传到轴。这就会引起转动问题，因此当前在磁铁侧端面形成了一个防止滑动的凹槽。该凹槽在磁铁的端面中沿径向延伸。当在磁铁端面上成型树脂时，树脂在该凹槽上形成突起，从而达到防滑的效果。

(专利文件1)日本专利公开号：59-19303(权利要求，附图1)。

发明内容

在将内围截面形状烧结成近似正圆形的传统生产方法中，由于内模具有椭圆而非正圆形的截面，因此常常遭到磨损和破坏。此外，还会出现模具磨损造成磁铁瑕疵，例如烧结后形成裂缝。也就是，在如此干式各向异性压模过程中，为了把已烧结的内围截面形状变成正圆形，整个模具要设计成与收缩率的各向异性相匹配，其中尤为重要的是固定作为内模的具有非圆形截面的中心杆的位置，使其相对于磁场方向高度准确。因此，如果非圆形截面的中心杆的位置不成一直线，中心杆受损的危险性将很高。另外，对于高扭矩电机，仅在磁铁端面上添加一个防滑槽会使应力集中在防滑端面部分。这样，对于比如其中轴和磁铁以树脂来固定的树脂成型过程而言，磁铁端面部分处会出现如树脂裂缝一类的缺陷。

本发明旨在解决上述问题。这里本发明的目的在于提供一种圆筒形烧结磁铁、使用该磁铁的电机、和一种制造圆筒形烧结磁铁的方法。对即使高扭矩的电机，该方法不但能够在转动过程中防止磁铁和树脂间的滑动，而且通过减少模制时的内模破坏和磨损而能够降低烧结后的缺陷率。

本发明采用下面的结构来解决这些问题。即，本发明提供一种各向异性的两极圆筒形烧结磁铁，其中，磁铁的垂直于中心轴的截面包括一个正圆形的外围截面和一个椭圆形的内围截面。

在这样的圆筒形烧结磁铁中，由于内围截面的形状是不规则的椭圆形，当把它用一种树脂材料固定到电机轴等上时，介于轴和磁铁内围间的树脂材料具有椭圆形截面，由此整个内围具备了防滑效果。尤其，因为内围截面形状是一个由曲率渐渐变化的曲线构成的椭圆形，这比其他多角形或其他不规则形状更能够分散集中的应力。通过在端面部分或其他区域对应力集中的分散，比如在磁铁端面具有凹槽的树脂成型过程中，可以防止树脂裂缝。本发明的圆筒形烧结磁铁在直径方向上的两极定向成各向异性。

根据本发明的用于制造圆筒形烧结磁铁的方法包括以下步骤：把磁性粉末填入一个在模具内设置中心杆而形成的圆筒形模制空间中，在磁场中使磁性粉末成型而形成一个各向异性的两极圆筒形磁铁模制体；通过烧结圆筒形磁铁模制体而形成一个圆筒形烧结磁铁。在垂直于中心轴的截面处，模具的内围截面形状被制成椭圆形，并且，中心杆的截面形状为一个正圆形，由此形成一个模制空间。此外，在烧结步骤中，基于烧结过程中的收缩的各向异性，圆筒形磁铁模制体形成为圆筒形烧结磁铁，在垂直于中心轴的截面处，该圆筒形烧结磁铁的外围截面形状为正圆形，内围截面形状为椭圆形。

根据这种生产圆筒形烧结磁铁的方法，通过把模具内围的截面形状制成椭圆形，把中心杆的截面形状制成正圆形，就很容易地获得圆筒形烧结磁铁，而不必增加内围加工步骤。由于烧结过程中产生的收缩各向异性，该烧结磁铁的外围截面接近正圆形，内围截面为椭圆形。并且，由于用一个截面形状为真正圆形的杆作中心杆，如果定位在一定范围内，中心杆不必固定，从而防止因为未对准位置而导致的杆的破坏和磨损。

优选地，根据本发明的圆筒形烧结磁铁的截面在其圆筒内围处的椭圆率(短径与长径百分比)介于85-95％之间。并且，该圆筒形烧结磁铁最好被制成在该圆筒形烧结磁铁的内围，从中心轴到椭圆点之间的最短和最长距离之比(最短径部分与最长径部分的百分比)设置在85-95％之间。

也就是说，根据这样的圆筒形烧结磁铁及其生产方法，由于将圆筒形烧结磁铁的烧结后的内围形状设置在上述范围内，减少了内模(中心杆)的磨损，借以降低裂缝率至0.65％或更低，从而延长模具寿命并提高产量。

根据本发明的电机包括转子和定子。转子包括圆筒形烧结磁铁和用树脂材料固定在该圆筒形烧结磁铁上且穿过磁铁的一个轴。定子可转动地支撑转子。该圆筒形烧结磁铁是一个各向异性的两极磁铁。该磁铁的与中心轴垂直的截面包括截面为正圆形的外围和截面为椭圆形的内围。

用这样的电机，根据本发明，由于用树脂或类似物质把具有椭圆形内围截面的圆筒形烧结磁铁固定在轴上，即使在圆筒形烧结磁铁和轴之间施加的扭矩很大时，也能够防止圆筒形烧结磁铁的整个内围滑动。从而得到适用于洗衣机或洗碗机的排水泵等上的电机。

根据本发明可以达到以下有利效果。

即，根据本发明的圆筒形烧结磁铁，由于其外围截面形状近似正圆形，内围截面为椭圆形，当固定在轴上或类似物体上时，即使扭矩很高也可以从整个内围获得非常好的防滑效果。因此，通过将本发明圆筒形烧结磁铁固定到电机轴上，能够获得高强度的电机，其更适用于洗衣机或洗碗机的排水泵等。此外，根据本发明的制造圆筒形烧结磁铁的方法，通过把中心杆的截面形状做成正圆形，可以很容易地制成一个内围截面不是正圆形而是不规则形状(比如椭圆形)的圆筒形烧结磁铁。另外，根据该方法，能够防止由于定位不准造成的中心杆破坏或内模磨损。

附图说明

图1是根据本发明一个实施例的用于生产圆筒形烧结磁铁的生产方法中的模制设备的结构的纵剖视图；

图2是根据该实施例的模制设备的结构的横剖视图；

图3是根据该实施例的圆筒形烧结磁铁的横剖视图；

图4是根据该实施例的圆筒形烧结磁铁的纵剖视图；

图5是根据该实施例的电机的透视图；

图6是根据该实施例的电机的正视图；

图7A是固定在轴上的圆筒形烧结磁铁的轴线方向的正视图；图7B是沿着正视图的A-A’箭头方向的横剖视图；图7C是沿着正视图的B-B’箭头方向的横剖视图。

具体实施方式

下面将参照图1-7介绍根据本发明的圆筒形烧结磁铁、使用该磁铁的电机、和制造圆筒形烧结磁铁的方法的一个实施例。

首先，将介绍根据本实施例的圆筒形烧结磁铁的结构，同时描述其生产方法。

根据本实施例的圆筒形烧结磁铁是一个各向异性的两极圆筒形磁铁，其固定在下面描述的电机的轴上。该磁铁由干式各向异性压模和烧结处理制成。

图1和2示出了用于进行干式各向异性压模的压模设备。该设备包括：圆柱形的上冲杆1和下冲杆2，它们彼此相对地同轴布置并能够来回移动；与冲杆共用一个中心轴的模具3(钵或冲模)，该模具3有一个通孔3a，上冲杆1和下冲杆2能够从中穿过而配合；中心杆4置于模具3的通孔3a中并与该模具同轴；一对用来定位的铁磁体5围绕着模具3；磁场应用线圈6缠绕在这对用于定位的铁磁体5上。也就是说，在这个压模设备中，上冲杆1、下冲杆2、模具3和中心杆4形成了一个大体为圆筒形的模制空间(大体圆筒形模制空间)S，其中充满了铁氧体粉末(磁性粉末)F。

虽然上冲杆1和下冲杆2都是非磁体，但其材料并没有特别的限制。例如，不锈钢、铜铍合金、高锰钢、青铜、黄铜以及非磁性硬质合金都可以用作非磁体。在上冲杆1的底端和下冲杆2的顶端形成圆形突起1a和2a，它们在内周边上的外围是圆锥形的凸起表面。由于磁场应用线圈6产生了一个磁场(磁场方向垂直于压模方向)，该磁场在直径方向(图2中箭头方向)横过模制空间S，用于在磁场方向上模制铁氧体粉末F，该线圈6由纯铁、硅钢板等构成。

如图2所示，模具3的内围截面形成椭圆形，这样，基于在烧结过程中圆筒的收缩的各向异性，在与中心轴垂直的横截处，圆筒形烧结磁铁的外围截面形状形成为正圆形。另外，基于烧结过程中圆筒的收缩的各向异性，为使圆筒形烧结磁铁的内围截面形状为椭圆形，将上述的中心杆4的截面形成正圆形。为了强调椭圆形状，图2和下述的图3中所示的椭圆率要比实际小。

也就是说，之所以将模具3的内围截面形状做成椭圆形是因为在烧结过程中，截面在与磁场平行方向和垂直方向具有不同的收缩率。磁场方向上的收缩率比垂直于磁场方向上的收缩率大时，如图2所示，基于收缩率的各向异性，在模制空间S的椭圆形状的长轴被设为沿着磁场的平行方向的状态下进行成型。

这是因为如果模具的截面是正圆形，在烧结过程中，横截面收缩形成椭圆形，由此需要大量的处理过程来做成正圆形。而且，把中心杆4的截面做成正圆形的原因是，根据收缩的各向异性，会将正圆形模制体的内围截面形状修改成不规则的椭圆形。

在根据本实施例来生产圆筒形烧结磁铁时，首先，在上述的压模设备中把铁氧体粉末F装到模制空间S里，然后使上冲杆1和下冲杆2相对于模具3彼此相对移动，由此在磁场中对铁氧体粉末F进行压模，形成模制体7(圆筒形磁铁模制体)。在模制空间S中压模铁氧体粉末F时，通过降低上冲杆1或提升下冲杆2，或通过二者的结合，达到理想压模密度。

在压模过程中，使用用于定位的铁磁体5和磁场应用线圈6，将磁场在上述方向施加到模具7上。如图1及图2所示，在与压模作为磁性粉末的铁氧体粉末F的方向相垂直的方向上施加磁场。

接下来，该模制体7要接受在指定条件(例如，在1,230℃的空气中1小时)下的烧结处理，从而生产出如图3和4所示的圆筒形烧结磁铁8。

以此方法生产的圆筒形烧结磁铁8的外围截面形状为正圆形，中心通孔8a(即内围截面形状)的形状为椭圆形。该圆筒形烧结磁铁8的内围截面形状的椭圆率设置在85-95％之间。

并且，在该圆筒形烧结磁铁8上，借由图1中所示的突起1a和2a，在内围的两边形成如图4所示的内径有斜面的部分8b。

接着将参照图5到7描述使用这种圆筒形烧结磁铁8的电机。

根据本实施例的电机用于洗衣机、洗碗机等的排水泵上。如图5和6所示，该电机包括：作为转子的圆筒形烧结磁铁8；轴11，它通过作为转子的圆筒形烧结磁铁8和树脂14以穿透的方式固定在圆筒形烧结磁铁8上；被缠绕有线圈13的铁心12(定子)，当线圈13通电时，线圈13可以将磁场施加于圆筒形烧结磁铁8；以及支撑元件10，其用来支持铁心12以便轴11和圆筒形烧结磁铁8能够转动。

支撑元件10的两端都用螺钉10a固定在铁心12上。在置于中心部分的圆筒形盖子部分10b处，支撑元件10以可转动的方式支撑圆筒形烧结磁铁8并被其穿过。线圈13缠绕在铁心12的下部，铁心12的上部覆盖在圆筒形烧结磁铁8周围。

如图7A，7B和7C所示，轴11穿过圆筒形烧结磁铁8的中心通孔8a并由树脂14固定住。图7A是轴线方向的正视图，示出了固定在轴11上的圆筒形烧结磁铁8；图7B和7C是沿着正视图的A-A’和B--B’箭头方向的横剖视图。为便于理解，在图7中，只有树脂14部分以阴影线示出。

如图7A中所示，包裹在中心通孔8a中的树脂14具有椭圆形的截面，由此，在转动过程中该树脂具有高度防滑效果。树脂14被形成为可覆盖圆筒形烧结磁铁8的两端面，以起到增加粘着力的作用。此外，在轴11的周边设有凹槽(附图中未示出)用来与树脂14一起防滑。

在特定的时间，把整流好的电流输入到线圈13内，通过从铁心12中产生的旋转磁场与由各向异性的两极圆筒形烧结磁铁8产生的磁场的相互作用而产生扭矩，该扭矩使轴11和圆筒形烧结磁铁8旋转。

因此，在本实施例中，由于圆筒形烧结磁体然8内围的截面形状是不规则的椭圆形，当用树脂14固定于轴11时，中心通孔8a中的树脂14形成一个椭圆形截面，从而为整个内围提供防滑效果。特别地，由于内围截面是一个由曲率渐渐变化的曲线构成的椭圆形，这比其他多角形或其他不规则形状更能够分散集中的应力。因此，能够分散在端面部分等处的应力集中，由此，即使当作用于轴11的扭矩很高时，也可以防止椭圆形烧结磁铁8和树脂14彼此滑动。此外，还可以防止树脂裂缝等问题。

另外，通过将模具3内围的截面形状做成椭圆形，将中心杆4的截面做成正圆形，可以容易地生产出圆筒形烧结磁铁8，由于烧结过程中各向异性的收缩率，其外围截面形状为正圆形，内围截面为椭圆形。而且，通过使用截面为正圆形的中心杆4，如果定位在一定范围内，中心杆4不必固定，从而防止因为未对准位置而导致的对中心杆4的破坏和磨损。

另外，将圆筒形烧结磁铁8的内围截面的椭圆率设定在85-95％之间，如在下例中所述，烧结后的裂缝发生率(在1,000次射出成型过程中)能够降低到0.65％或更低，从而提高模具寿命，获得高产量。

由于在不脱离本发明的主旨或范围的前提下，可以进行各种修改，所以本发明的技术范围并不局限于上述实施例。

例如，在圆筒形烧结磁铁8中，为进一步防滑，可以在边缘表面设置一个在径向延伸并远离中心通孔8a的凹槽。这样的设计明显地会增加防滑效果。

实施例

根据本发明的圆筒形烧结磁铁及其生产方法，对于已经受1000次射出成型的圆筒形烧结磁铁8，检查了它们烧结后的裂缝发生率，其中圆筒形烧结磁铁8的内围截面的椭圆率(短轴与长轴的比)从95％到83％不等。作为对比实例，用同样的方式对内围截面为正圆形的传统实施例(100％椭圆率的情况)也进行了检查。结果如表1所示。

表1

	传统实例	实施例1	实施例2	实施例3
					椭圆率(短轴/长轴)	100％	95％	85％	83％
磨损率	0.40％	0.06％	0.09％	0.30％
					烧结后裂缝率	2.50％	0.45％	0.65％	1.80％

在每一种情况下，本实施例的裂缝率都低于与之比较的实施例。特别地，当椭圆率介于85％到95％之间时，裂缝率是0.65％或更低。因此，可以认为该实施例大大降低了烧结后的缺陷率。

Claims (8)

1. 一种各向异性的两极圆筒形烧结磁铁，其中该磁铁的垂直于中心轴的截面包括一个正圆形的外围截面和一个椭圆形的内围截面，所述内围截面的椭圆率介于85-95％之间。

2. 根据权利要求1所述的圆筒形烧结磁铁，其特征在于，所述磁铁为铁氧体烧结磁铁。

3. 一种电机，包括：

转子，其包括圆筒形烧结磁铁和用粘结材料固定在圆筒形烧结磁铁上且穿过该磁铁的一个轴；

定子，其可转动地支撑转子；其中

该圆筒形烧结磁铁是一个各向异性的两极磁铁，其中该磁铁的与中心轴垂直的截面包括正圆形的外围截面和椭圆形的内围截面，

所述圆筒形烧结磁铁的内围截面的椭圆率介于85-95％之间。

4. 根据权利要求3所述的电机，其特征在于，所述粘结材料为树脂材料。

5. 根据权利要求3所述的电机，其特征在于，所述圆筒形烧结磁铁为铁氧体烧结磁铁。

6. 一种用于制造各向异性的两极圆筒形烧结磁铁的方法，其包括以下步骤：

把磁性粉末填入一个带有模具和位于该模具中的中心杆的模制空间中，形成一个各向异性的两极圆筒形磁铁模制体；该模具的垂直于中心轴的截面包括椭圆形的内围截面；中心杆的截面为正圆形，且然后在磁场中模制这些磁性粉末；以及

烧结圆筒形磁铁模制体而形成圆筒形烧结磁铁；其中

在烧结步骤中，基于烧结过程中发生的收缩各向异性，模制体被烧结成圆筒形烧结磁铁，其中该磁铁的垂直于中心轴的截面包括正圆形的外围截面和椭圆形的内围截面，在圆筒形烧结磁铁的内围处，距中心轴的最短和最长距离的比率设为85％-95％。

7. 根据权利要求6所述的用于制造圆筒形烧结磁铁的方法，其特征在于，在模制过程中，所述磁场位于与磁性粉末被压缩的方向相垂直的方向上。

8. 根据权利要求7所述的用于制造圆筒形烧结磁铁的方法，其特征在于，在模制空间中的椭圆形的长轴位于沿着磁场施加方向的情况下进行所述模制过程。

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