CN100486077C - 无刷电机用转子以及无刷电机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了在一种无刷电机用转子中可以可靠地防止磁铁的空转和飞散并同时尽可能地抑制生产成本的装置。转子(101)包括：一烧结环形磁铁(12)，其中与磁极相对应地在内周面的轴线方向上形成未研磨的凹部(12a)，并且该凹部(12a)之间的部分被研磨成具有期望的内径的内周面(12b)；一转子磁轭(11)，其中与所述凹部(12a)相对应地在外周面的轴线方向上形成凸部(11b)，该凸部(11b)的直径大于所述烧结环形磁铁(12)的内径(r4)，并且在轴心形成一贯通孔(11a)，通过将所述凹部(12a)和凸部(11b)配合使该转子磁轭同心地附着在该烧结环形磁铁(12)上；以及一插入并配合在所述转子磁轭(11)的贯通孔(11a)内的轴(10)。

Description

无刷电机用转子以及无刷电机

技术领域

本发明涉及一种具有烧结环形磁铁的无刷电机(电动机)用转子的结构。

背景技术

通常使用各种电机例如感应电机、整流式电机等作为电机，但是近年来经常使用具有高性能的无刷电机。在作为其中一种无刷电机的内转子式无刷电机中，磁铁(磁体)布置在形成内侧转子的转子的外周上，并通过粘合剂固定在转子磁轭上。该磁铁包括其中多个磁铁块与该无刷电机的极数相对应地设置在周向方向上的所谓的分段式(磁铁)，以及形成为圆筒形并沿周向以多极磁化的环形磁铁。但是，在分段式磁铁中，温度升高会削弱粘合强度，并且会存在磁铁块由于转子的旋转而在离心方向上飞散/分散的危险，并且如果转子的磁极数量增大，则防止磁铁块飞散的可靠性会降低。

为了防止磁铁块飞散，已发明一种在转子的外周向设置一金属缸体(圆筒体)作为防飞散部件的结构，以及一种所谓的磁铁内置式的结构，其中沿转子磁轭的外周面在外周边缘部设置多个孔，并且在每个孔内插入一磁铁块。但是，为了设置该金属缸体，必须在磁铁块和定子侧之间形成磁隙，而这样会出现电机性能降低的问题。此外，还会出现这样的问题，即在该金属缸体内会产生涡电流并且电机效率降低。在磁铁内置式结构中，由于转子磁轭以同样的方式存在于磁铁块外侧，因此磁隙会变宽，并且由于转子磁轭存在于磁铁块之间，所以磁铁块的所有磁通量不会朝向定子侧前进，并且磁通量会经由转子磁轭泄漏到两侧的其它磁块，从而会出现电机性能降低的问题。

因此，从防止磁铁飞散方面考虑，环形磁铁优于分段式磁铁。但是，即使在使用环形磁铁的情况下如果粘合强度变弱，也会出现相对于转子磁轭空转的问题。相反地，已发明这样一种结构，即在环形磁铁的内周的端部形成凹部，在转子磁轭中设置一由键或销构成的凸起部，并且通过该凹部与凸起部相接合来防止空转(例如，参照日本的未审查的专利文献NO.2001-178042)。此外，还发明这样一种结构，在环形磁铁的内周上形成沿轴向的突出部，在转子磁轭的外周形成轴向方向上的凹部，并且使该突出部和凹部彼此配合，从而可防止空转(例如，参照日本的未审查专利文献No.2003-174745)。

由于无刷电机的紧凑化和高性能化取得进展，在工业用高性能无刷电机的转子中经常使用具有高磁通量密度的钕系烧结环形磁铁。该烧结环形磁铁可构造成在成形型箱(模架)内磁铁颗粒内形成磁场，其中在该框架内在圆筒形套筒的中心布置一芯棒，但是由于烧结导致的热膨胀和收缩以及磁铁颗粒的取向，使得成形后的外周和内周没有形成为完全圆形而是形成为多边形，或产生应变。因此，研磨环形磁铁的外周面和内周面以便在制造之后实现预期的形状和大小。但是，在如上所述的在环形磁铁的内周形成用于与转子磁轭配合的突出部、凹部以等的情况中，必须以期望的尺寸精度对这些突出部等进行精加工，从而存在研磨工序变复杂并且制造成本增加的问题。

此外，已在电梯、汽车的动力转向装置等中使用具有高输出的无刷电机代替传统的液压电机，但是，在上述用于传送乘员等的无刷电机中，从安全方面考虑，必须尽可能地防止产生空转和飞散。

发明内容

考虑到上述问题提出了本发明，本发明的一个目的是在无刷电机用转子中提供这样一种装置，其可以可靠地防止磁铁空转以及飞散，同时尽可能低地抑制生产成本。

根据本发明，提供了一种无刷电机用转子，它包括：一烧结环形磁铁，其中与磁极相对应地在内周面的轴线方向上形成未研磨的凹部，并且该凹部之间的部分被研磨成具有期望的内径的内周面；一转子磁轭，其中与所述凹部相对应地在外周面的轴线方向上形成凸部，该凸部的(直)径大于所述烧结环形磁铁的内径，并且在轴心形成一贯通孔，通过将所述凹部和凸部配合使该转子磁轭同心地附着在该烧结环形磁铁上；以及一插入并配合在所述转子磁轭的贯通孔内的轴。

此外，根据本发明，该烧结环形磁铁被构成以使得形成一磁各向异性的磁场。

此外，根据本发明，该转子还具有一覆盖所述烧结环形磁铁的轴向两个端面的保护板，以及至少覆盖所述烧结环形磁铁的外周面的保护套。

此外，根据本发明，该无刷电机是使用该无刷电机用转子作为转子的内转子式电机。

根据本发明的无刷电机用转子，由于在该烧结环形磁铁的内周面沿轴向形成未研磨的凹部，并且将该凹部之间的部分研磨成具有预期的内径，与该凹部相对应地在该转子磁轭的外周面的轴线方向上形成凸部，该凸部的直径大于烧结环形磁铁的内径，通过将该凹部和凸部装配合使该烧结环形磁铁与该转子磁轭同心地附着在一起，所以，可以可靠地防止该烧结环形磁铁空转和飞散。此外，由于没有研磨在该烧结环形磁铁的内周面上形成的凹部，因此可以容易地执行研磨工序并且可抑制该无刷电机用转子的生产成本。

此外，根据本发明，因为通过在该烧结环形磁铁中磁各向异性地形成磁场，使该内周面由于磁化取向而沿轴向形成与磁极相对应的凹凸形，因此可获得该凹部容易形成的优点。

此外，根据本发明，因为该转子具有覆盖所述烧结环形磁铁的轴向两个端面的保护板，以及至少覆盖所述烧结环形磁铁的外周面的保护套，因此可防止由于该烧结环形磁铁的端面和外周面的破裂而导致的微小磁片的飞散。

此外，根据本发明的无刷电机，由于该无刷电机是使用无刷电机用转子作为转子的内转子式无刷电机，因此可以可靠地防止该烧结环形磁铁空转和飞散，从而可实现安全和高输出的无刷电机。

附图说明

图1是示出根据本发明的一实施例的无刷电机100的结构的剖视图；

图2是示出转子101的结构的透视图；

图3是示出转子101的结构的分解透视图；

图4是示出转子磁轭11的结构的透视图；

图5是示出凹部12a和突出部11b之间的配合结构的正视图；

图6是示出用于在烧结环形磁铁12内形成磁场的成形型箱1的轮廓结构的剖视图；

图7是示出烧结体5的形状的正视图。

具体实施方式

下面将参考附图详细说明根据本发明的实施例。

根据本发明的实施例的无刷电机100是具有内转子和外定子结构的内转子式电机。如图1中所示，该内转子由转子(无刷电机用转子)101构成，该外定子由定子102构成，其中，被分隔成每一个齿的磁铁芯20以一预定数量被环形连接在一起，本例中该数量为12，并且在每个齿上缠绕线圈21。通过在定子102内形成一固定的间隙而可旋转地设置转子101。

如图2和3所示，转子101具有一形成电机的轴的轴10、一同心地设置在该轴10上的转子磁轭11、一设置在转子磁轭11的外周的烧结环形磁铁12、一覆盖该烧结环形磁铁12的轴向两个端面的保护板13，以及一覆盖该烧结环形磁铁12的外周面的保护套14。

如图4中所示，转子磁轭11是将冲压成圆盘形的钢板层叠(层压)并通过铆接等而形成为一体。在转子磁轭11的中心形成一贯通孔11a用以贯通轴10，并且在外周形成与烧结环形磁铁12的内周形状相对应的凸部11b。尽管没有详细地示出，但是在该钢板的预定位置形成用于铆接的凹部和凸部，并且预定数量的钢板以使该凹部和凸部重叠的方式铆接在一起而构成一圆柱形的转子磁轭11。轴10贯通转子磁轭11的贯通孔11a中并通过热装配合等固定，烧结环形磁铁12配合在该转子磁轭11的外周。转子磁轭11和烧结环形磁铁12之间的配合结构将在下面说明。

如图5所示，烧结环形磁铁12由一其中磁铁颗粒烧结成圆筒形的永久磁铁构成，并且在外周面上与定子102的槽数相对应地形成八个磁极。在内周面上与该磁极相对应地沿轴向形成未研磨的凹部12a，并且将凹部12a之间的部分研磨成(具有)预期的内径。在该外周面的磁极之间形成凹部12a。由于该烧结环形磁铁12的磁极的数量是八，因此形成八个凹部12a。根据与转子磁轭11的凸部11b的关系，设定凹部12a的形状和大小以及凹部12a之间的内径，并且通过使凹部12a与凸部11b相对应，将烧结环形磁铁12在外部配合在转子磁轭11的外周上，并且通过粘合剂将它们固定在一起。下面将详细说明转子磁轭11的凸部11b和烧结环形磁铁12的凹部12a之间的配合结构。

如图5所示，在凹部12a处的烧结环形磁铁12的厚度变薄成弧形，其宽度d2等于或小于凸部11b的宽度d1，并且该磁铁的最大径r2比凸部11b的最大径r1大一预定的尺寸。因此，在配合状态下，在凹部12a和凸部11b之间形成具有预定尺寸的间隙g1，在该间隙g1内填充粘合剂。间隙g1不需要高的尺寸精度，只要转子磁轭11和烧结环形磁铁12可配合成每个凸部11b均被接纳在每个凹部12a内，则间隙g1的实际尺寸可稍微增大或减小。因此，在根据烧结方法形成烧结环形磁铁12后，不需要为了确保间隙g1的尺寸精度而研磨凹部12a。

另一方面，在凹部12a之间的烧结环形磁铁12的内周面12b的内径r4，比在凸部11b之间的转子磁轭11的外周面11c的外径r3小一预定的尺寸，从而在装配状态下在内周面12b和外周面11c之间形成具有预定尺寸的间隙g2，在该间隙g2内也填充粘合剂。但是，由于烧结环形磁铁12同心地装配到转子磁轭11上，因此需要间隙g2具有预定的尺寸精度以便获得固定的尺寸。换句话说，如果在烧结该烧结环形磁铁12时由于变形、应变等而形成尺寸误差以及烧结环形磁铁12的凹部12a之间的部分的厚度不固定，则在转子101内会形成偏心。因此，必须使凹部12a之间的部分的厚度固定以便使间隙g2固定以防止偏心。因此，为了在通过烧结方法形成烧结环形磁铁12后确保凹部12a之间的厚度以及间隙g2的尺寸精度，必须研磨凹部12a之间的部分。此外，凹部12a之间的内周面12b的内径r4小于凸部11b的最大径r1。因此，在转子磁轭11和烧结环形磁铁12配合在一起时，凸部11b不会从凹部12a脱落。

如上所述，由于通过使每个凸部11b和每个凹部12a相对应来将烧结环形磁铁12装配到转子磁轭11上，并通过在间隙g1和g2内填充粘合剂将它们固定在一起，所以即使电机的振动和发热、作用于转子和定子之间的磁力等会使得附着力下降，以及烧结环形磁铁12处于容易相对于转子磁轭11空转的状态，在空转方向上该力也不是作为剪切力而是作为压缩力作用到填充到间隙g1中的粘合剂上。因此，由于该反作用力使得难以发生空转。此外，即使在空转方向上施加的力足以压缩填充到间隙g1内的粘合剂，凸部11b也会与凹部12a相接触，从而该凸部不会继续空转。

具有上述形状的烧结环形磁铁12是这样制造的，即研磨其中形成极性各向异性的磁场的烧结体的外周面以及内周面的一部分，以便使其磁化。更详细地，该烧结体构造成，在型箱1内的成形空间C内使具有磁各向异性的钕系磁铁颗粒形成为圆筒形；并且如图6所示，型箱1构造成，在圆筒形套筒2的中心配置圆柱形芯棒3以形成具有环形横截面的成形空间C。在套筒2的外周上布置有用于施加磁场的电磁线圈4。由于根据本实施例的烧结环形磁铁12具有八个磁极，因此在周向等间距地布置八个电磁线圈4。通过向这些电磁线圈4施加脉冲电流以将磁场施加到该成形空间C来进行成形，之后在预定温度下烧结成形体。因此，可得到烧结体5，其中在图7中所示的单点划线所示的方向上形成易于磁化的轴。烧结体5形成为近似圆筒形，外周形成为与磁极相对应的八边形，而内周向形成为16个凹凸形，其中与磁极之间的部分相对应的部分构成轴向上的凹槽5a，与磁极相对应的部分构成轴向上的凸部5b。这是因为通过在具有磁各向异性的磁铁颗粒中形成磁场使磁铁颗粒沿磁场分布/取向，但是，基于该分布磁铁颗粒的密度以及在烧结时的热膨胀率也会出现各向异性。

如上所述，转子101的烧结环形磁铁12与定子102的齿以一固定的间隙相对，该间隙的精度影响无刷电机100的性能。因此，附图中的阴影部分被研磨成使得烧结体5的外周形成为具有预定外径的完整的圆形并且外周面是光滑的。例如，通过使研磨体例如高速旋转的砂轮等与烧结体5的外周面相接触并同时使其沿圆周移动来进行研磨，但是也可使用其它众所周知的和任选的研磨方法。

另一方面，由于在烧结体5的内周上的凹凸形状中，凹槽5a形成烧结环形磁铁12的凹部12a，因此如上所述，该凹部12a不需要具有高精度，烧结时允许有±0.5mm左右的误差，所以将凹槽5a保持烧结状态，但是，如图5中的阴影线所示，研磨凸部5b以便形成具有内径r4的光滑的内周面12b。然后，将该烧结体5磁化成八个磁极以便形成烧结环形磁铁12。由于如上所述，在外部装配了烧结环形磁铁12的转子磁轭11是通过层叠被冲压成圆盘形的钢板而形成的，因此外周面11c的外径r3的精度较高。因此，通过研磨使烧结环形磁铁12的内周面12b精确地形成内径r4，可使转子磁轭11的外周面11c的外径r3和烧结环形磁铁12的内周面12b的内径r4之间的差以预定的尺寸精度保持固定，间隙g2是固定的，并且转子磁轭11和烧结环形磁铁12精确地同心地附着在一起。此外，因为烧结环形磁铁12的凹部12a可不用研磨而使用烧结时的凹凸形，所以可简化研磨工序并且抑制制造成本。

在此情况下，在本实施例中，布置在型箱1的中心的芯棒3形成为圆柱形。但是，例如在这样的情况下，即在其中磁场形成为各向异性的烧结体5的内周的凹凸形较小，并且其凹槽5a不形成具有预期的内径r2的凹部12a时，可在该芯棒3的外周上每个与磁极之间的部分相对应的部分设置突出部，从而烧结体5的内周可更积极地形成为凹凸形。

如上所述，如图2和3所示，圆盘状保护板13布置在附着于转子磁轭11的外周上的烧结环形磁铁12的轴向两个端面上。保护板13由其直径大约等于烧结环形磁铁12的外径的薄板构成，并且在该保护盘的中心形成用于插入轴10的贯通孔。贯通孔的直径大于轴10的直径，并且该直径可在使得保护板13可覆盖转子磁轭11和烧结环形磁铁12之间的间隙g1和g2的范围内任意设定。

此外，设置保护套14以覆盖烧结环形磁铁12的外周面以及保护板13的外周边缘部分。保护套14由通过加热而收缩的树脂制成的圆筒形板体构成，并且优选地由薄结构构成以防止转子101和定子102之间的间隙增大，具体地是厚度为大约0.1～0.2mm的结构。保护套14覆盖在两端设置有保护板13的烧结环形磁铁12，以便被加热而收缩，并且保护板与烧结环形磁铁12的外周面以及保护板13的外周边缘部紧密接触。因为烧结环形磁铁12的端面和外周面被保护板13和保护套14覆盖，因此可防止因为烧结磁铁12的破裂而造成微小磁铁片飞散，并且可实现烧结环形磁铁12的防腐蚀效果。此外，由于保护板13覆盖转子磁轭11和烧结环形磁铁12之间的间隙g1和g2，因此在空转方向上的力作用在烧结环形磁铁12上并且填充到间隙g1中的粘合剂被压缩的情况下，粘合剂不会从烧结环形磁铁12的两个端面流出，从而可更可靠地防止空转。

如上所述，根据转子101，由于在转子磁轭11的外周面上的凸部11b和烧结环形磁铁12的凹部12a配合在一起，并且转子磁轭11和烧结环形磁铁12同心地附着在一起，因此可以可靠地防止烧结环形磁铁12空转以及飞散。此外，通过将转子101形成为内转子可使得无刷电机100安全并且具有高输出。这种无刷电机100优选地可用作需要具有高安全性的工业用电机，例如电梯、汽车的动力转向装置等用的电机。

在此情况下，根据本实施例的无刷电机1的结构作为一示例示出，当然，还可以在本发明的范围内对该无刷电机进行适当地变更，例如电机的磁极数可从八个增加或减小，定子102可由一体形成的磁钢板层压体而不是分开的芯棒20构成，等等。

Claims (4)

1.一种无刷电机用转子，它包括：

一烧结环形磁铁，其中与磁极相对应地在内周面的轴线方向上形成未研磨的凹部，并且该凹部之间的部分被研磨成具有期望的内径的内周面；

一转子磁轭，其中与所述凹部相对应地在外周面的轴线方向上形成凸部，该凸部的直径大于所述烧结环形磁铁的凹部之间的部分的内径，并且在轴心形成一贯通孔，通过将所述凹部和凸部配合使该转子磁轭同心地附着在该烧结环形磁铁上；以及

一插入并配合在所述转子磁轭的贯通孔内的轴。

2.根据权利要求1的无刷电机用转子，其特征在于，该烧结环形磁铁被构成以使得形成一磁各向异性的磁场。

3.根据权利要求1或2的无刷电机用转子，其特征在于，该转子还具有一覆盖所述烧结环形磁铁的轴向两个端面的保护板，以及至少覆盖所述烧结环形磁铁的外周面的保护套。

4.一种无刷电机，其特征在于，该无刷电机是使用权利要求1至3中任一项的无刷电机用转子作为转子的内转子式无刷电机。

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