CN102035284A

CN102035284A - 风扇电动机

Info

Publication number: CN102035284A
Application number: CN2010105035456A
Authority: CN
Inventors: 长谷川贵一; 筑谷精一
Original assignee: MEIWA MOTOR CO Ltd
Current assignee: Minebea Co Ltd
Priority date: 2009-09-30
Filing date: 2010-09-30
Publication date: 2011-04-27
Anticipated expiration: 2030-09-30
Also published as: US20110074230A1; US8492939B2; JP5486890B2; DE102010037812A1; JP2011078224A; CN102035284B

Abstract

本发明提供一种风扇电动机。该风扇电动机包括：壳体，其具有圆筒形轴承座以及用于固定圆筒形轴承座的基座单元；一对轴承，其装配在圆筒形轴承座中；定子，其具有绕线线圈和底部，该底部上固定有包括电动机驱动电路的PC板以及向电动机驱动电路供应电流的引线；轴，其由所述一对轴承支撑；转子，其面向定子并固定在轴上，并且该转子具有磁体；以及叶轮，其固定在转子的外周部上并具有多个叶片。定子、PC板以及引线用如下环氧树脂成型，该环氧树脂具有D85至D95的固化后邵氏硬度及125℃以上的玻璃化转变温度。

Description

风扇电动机

技术领域

本发明涉及风扇电动机，具体地说，涉及如下一种耐油防水型风扇电动机，该风扇电动机用于暴露于水和/或切削流体的诸如工业机械、机床等机器的工厂自动化(FA)设备。

背景技术

在现有技术中，在机床等的控制单元附近安装轴流风扇来冷却控制单元。由于该轴流风扇的电动机可能会暴露于水或切削流体，所以采用了耐油防水型风扇电动机作为轴流风扇的电动机(例如，JP-A-2001-128408及JP-A-2006-246557)。

在JP-A-2001-128408中，将电动机容纳在壳体中，然后用邵氏(Shore)硬度为D30至D90的环氧树脂将电动机成型。在JP-A-2006-246557中，将一卷芯单元和包括电子元件的PC板容纳在模具中，然后用借助于芳香族胺类固化剂固化的环氧树脂将上述各部分成型。

传统上，通过增加环氧树脂的硬度来提供防水及耐切削流体特性，但该高硬度可能在树脂的内部引起高应力。在用于对环氧树脂进行劣化评估的热冲击测试期间，存在如下可能性：由于环氧树脂与风扇电动机的构成部件之间存在热膨胀差异而导致在环氧树脂中产生破裂，并因此损坏构成部件。

于是，选择具有低硬度和低玻璃化转变温度的环氧树脂以利用挠性来降低其应力并且使环氧树脂具有耐热冲击特性。在上述环氧树脂之中，已经采用了具有优良防水及耐切削流体特性的环氧树脂。作此用途的典型环氧树脂的物理特性如下：固化后硬度：邵氏D60；玻璃化转变温度T_g：15℃以下；以及线膨胀系数(10^-5/℃)：4.8(T_g以下)和15.0(T_g以上)。

然而，在降低环氧树脂的硬度和玻璃化转变温度以获得耐热冲击特性的情况下，有可能环氧树脂不具有足够的防水及耐切削流体特性。相反地，如果提高环氧树脂的硬度来保证足够的防水及耐切削流体特性，则有可能环氧树脂不具有足够的耐热冲击特性。因此，难以在防水及耐切削流体特性与耐热冲击特性之间取得平衡而不使上述任一特性劣化。

发明内容

作出本发明来克服上述问题，并且本发明旨在提供一种即使在风扇电动机暴露于切削流体的情况下也能够保证所需的防水耐切削流体特性及耐热冲击特性以供长期使用的风扇发动机。

根据本发明的一个方面，提供一种风扇电动机，包括：壳体，其包括设置在所述壳体的中心处的圆筒形轴承座以及用于固定所述圆筒形轴承座的基座单元；一对轴承，其装配在所述圆筒形轴承座中；定子，其具有绕线线圈和底部，所述底部上固定有包括电动机驱动电路的PC板以及向所述电动机驱动电路供应电流的引线；轴，其由所述一对轴承支撑；转子，其面向所述定子并固定在所述轴上，并且所述转子具有安装有磁体的内周面；以及叶轮，其固定在所述转子的外周部上并包括多个叶片。所述定子、所述PC板和所述引线用如下环氧树脂成型，所述环氧树脂具有D85至D95的固化后邵氏硬度及125℃以上的玻璃化转变温度。

根据该构造，所述定子、所述PC板和所述引线用如下环氧树脂成型为一体，所述环氧树脂具有D85至D95的固化后邵氏硬度及125℃以上的玻璃化转变温度。因此，所述环氧树脂与所述风扇电动机的构成部件之间的热膨胀差异减小，从而可以减少内部应力的产生，因此可以保证防水耐切削流体特性及耐热冲击特性。因此，所述风扇电动机即使在暴露于切削流体的情况下仍能长期使用。

在上述风扇电动机中，所述环氧树脂可以含有质量百分比为40％至60％的无机颗粒作为添加剂。所述添加剂的实例可以是陶瓷颗粒。

根据该构造，由于所述环氧树脂含有质量百分比为40％至60％的无机颗粒作为添加剂，所以可以保证所述环氧树脂具有如下物理特性：即固化后邵氏硬度为D85至D95且玻璃化转变温度为125℃以上。

在上述风扇电动机中，所述环氧树脂在不高于玻璃化转变温度的温度范围内具有3.7×10^-5/℃的线膨胀系数。

根据该构造，与上述传统上所使用的环氧树脂相比，所述环氧树脂在不高于玻璃化转变温度的温度范围内具有更小的线膨胀系数值3.7×10^-5/℃。因此，可以保证所需的耐热冲击特性，从而可以防止环氧树脂内部容纳的各种构成部件被损坏。

在上述风扇电动机中，用所述环氧树脂成型的步骤在模具中执行以形成成型体，然后将所述成型体组装到所述壳体中。

根据该构造，由于所述定子、所述PC板和所述引线在被组装到所述壳体中之前在模具中成型，所以可以形成统一的成型体，因此，可以保证所需的防水耐切削流体特性。

在上述风扇电动机中，所述模具包括：下模，其将所述定子定位；型芯，其插入到所述定子的中心；以及上模，其设置在所述下模上，并与所述型芯的外周一起限定环形开口，所述环氧树脂经由所述环形开口注入。当沿所述型芯的轴向看去时，所述环形开口的平面面积占所述定子的平面面积的70％以上。

与所述定子和所述引线一起组装为一体的PC板布置在所述下模上的预定位置。然后，用所述下模夹所述上模，再将所述型芯插入到所述环形定子的中心开口中。在执行抽真空操作时，从/通过形成于所述上模的上表面上的所述环形开口填充具有上述物理特性的环氧树脂。由于当沿所述型芯的轴向看去时所述环形开口的平面面积占所述定子的平面面积的70％以上，所以即使使用高粘度的所述环氧树脂也可以将环氧树脂内部的空气顺畅且容易地排到外部，从而可以高效地将所述环氧树脂填充到所述模具中。

在上述风扇电动机中，在所述环氧树脂固化之后，可以借助于切削操作将成型体的位于所述环形开口侧的上端面抛光。

根据该构造，在所填充的树脂固化之后，移除所述模具。然后，对所述成型体的上端面执行切削操作和抛光操作。因此，可以在所述成型体与所述转子的下表面之间形成均匀的间隙。

在上述风扇电动机中，所述PC板可以包括用于注入树脂通气孔。

从/通过形成于所述上模的上表面上的所述环形开口填充所述环氧树脂，然后所填充的树脂沿着所述线圈和所述定子向下流动至所述PC板上。然后，经由形成于所述PC板上的所述通气孔将所述模具内的空气和所述树脂内的空气顺畅且容易地排到外部，因此可以将所述环氧树脂填充至所述PC板的底部的每个角落。

附图说明

根据以下结合附图对本发明示例性实施例的描述，本发明的上述及其它方面将更加显而易见而且更容易理解，其中：

图1为根据本发明第一示例性实施例的风扇电动机的剖视图；

图2为用于将图1中的成型体成型的模具的剖视图；

图3为图1中的成型体的剖视图；

图4为图1中的带有引线的PC板的平面图；

图5为根据本发明第二示例性实施例的风扇电动机的平面图；以及

图6为沿图5中的线A-A截取的剖视图。

具体实施方式

下面，将参考图1至图6对根据本发明的多个示例性实施例进行详细说明。

[第一示例性实施例]

如图1所示，根据本发明第一示例性实施例的风扇电动机10为轴流风扇，该轴流风扇的主要部件包括：由合成树脂制成的壳体11、定子20以及转子30。

壳体11包括：基座单元14，其借助于多个肋设置在壳体11的基端部的中央；以及圆筒形轴承座15，其装配在基座单元14的中心区域中并且轴承装配在该轴承座15中。对转子的轴(在下文中说明)提供可旋转支撑的滚珠轴承16、17装配到轴承座15内部的上位置和下位置处。对于轴流风扇的情况，气流沿着转子的轴的轴向(沿箭头方向)流动。

定子20包括：芯21，其设置在轴承座15的外周处并沿径向延伸；绕线管22，其安装在芯上；以及线圈23，其缠绕在绕线管22上。另外，PC板24设置在轴承座15的基部周围并固定在绕线管22的下位置处。在PC板24上设置有用于驱动电动机的驱动电路并且在PC板24上安装有电子元件。此外，将为驱动电路提供电流的引线25连接至PC板24的端部。

转子30包括：轮毂35，其由压铸锌制成，并且设置在轴36的端部以面向定子20的外周面，其中，轴36在由滚珠轴承16、17支撑的同时旋转；有底的圆筒形磁轭34，其设置在轮毂35上以覆盖轴承座15；以及环形磁体33，其固定在磁轭34的内周面上。在磁轭34的外周装配包括多个叶片32的叶轮31。另外，设置如下螺旋弹簧18，其装配在轴36的外侧并布置在轮毂35与滚珠轴承16之间。

在根据本示例性实施例的风扇电动机10中，如图3所示，定子20、PC板24以及引线25的与PC板24连接的一部分在被组装到壳体11中之前用环氧树脂28成型为一体。以下将该成型的一体部称为“成型体19”。

<环氧树脂的组成>

基质材料：20质量％至30质量％(质量百分比)的双酚A；

添加剂：40质量％至60质量％的无机颗粒；

固化剂：20质量％至30质量％的酸酐。

<环氧树脂的物理特性>：

固化后硬度：邵氏D85至D95；

玻璃化转变温度T_g：125℃以上(不低于电路板中半导体元件的结部分的保证温度)；

线膨胀系数：3.7×10^-5/℃(T_g以下)和12.0×10^-5/℃(T_g以上)。

如图2所示，在模具40中将上述成型体19成型，该模具包括：上模41，其形成环形开口45的一部分，环氧树脂通过该环形开口45注入；下模42，其将定子20和PC板24定位；以及型芯43，其插入到定子20的中心区域中并形成环形开口45的一部分。环形开口45由上模41的内周壁和型芯43的外周壁来限定。当沿型芯43的轴向看去时，环形开口45的大平面面积被设定为占环形定子20的平面面积的70％以上。

作为形成成型体19的第一步，将与定子20和引线25一起组装为一体的PC板24布置在下模42上的预定位置。然后用下模42夹上模41，再将型芯43插入到环形定子20的中心开口中。接着在执行抽真空操作时，通过形成于上模41的上表面上的环形开口45填充具有上述物理特性的环氧树脂。此时，由于如上所述环形开口45的平面面积是大的，所以即使使用高粘度的环氧树脂，也可以高效地将环氧树脂填充到模具中。

如图4所示，在PC板24中，在PC板24的中心形成有供轴承座15插入的通孔24A，并且在PC板24的外缘附近形成有与引线25相连的连接单元25A。在通孔24A附近的没有安装电子元件26、27的三个部位形成有用于填充树脂的通气孔24B。这样，从/通过形成于上模的上表面上的环形开口45填充的环氧树脂沿着线圈23和定子20向下流动至PC板24上。然后，模具40内的空气和树脂内的空气通过形成于PC板24上的通气孔24B顺畅且容易地排到外部，因此可以将环氧树脂填充到PC板24的底部的每个角落。

如图3所示，在移除模具40后形成的成型体19中，包括芯21、绕线管22和线圈23在内的整个定子20、以及包括电子元件26、27和与连接引线25相连的连接单元25A在内的整个PC板24已经由环氧树脂完全成型为一体。接着在树脂固化之后，借助于切削操作将成型体19的位于环形开口45处的上端面29抛光。结果，在成型体19与转子30的下表面之间形成了均匀的间隙，从而可以提供可靠性高的风扇电动机10。

[第二示例性实施例]

将参考图5和图6说明本发明的第二示例性实施例。这里，用相同的附图标记表示与第一示例性实施例中的部件和构造相同的部件和构造，并且在下文中将不再详细说明这些部件和构造。

如图5和图6所示，根据本发明第二示例性实施例的风扇电动机50是用作鼓风机的西洛克风扇(sirocco fan)。该风扇电动机50的主要部件包括：由合成树脂制成的壳体51和52、定子60、以及转子70。该风扇电动机50还包括：下壳体51和设置在下壳体51的上端的上壳体52、以及装配在风扇电动机50的中心区域处的叶轮71。叶轮71包括沿着叶轮71的周向布置的多个长方形叶片72。上述轴流风扇沿轴的轴向吹风，然而该西洛克风扇沿着轴的旋转方向(箭头方向)吹风。定子60和转子70的构造与风扇电动机10中的定子和转子的构造相同，不再详细描述。

在根据本示例性实施例的风扇电动机50中，与根据第一示例性实施例的风扇电动机10相同，定子60、PC板24、以及引线25的与PC板24连接的一部分在被组装到下壳体51的基座单元14上之前用具有同样物理特性的环氧树脂61在同一模具中成型为一体。也就是说，包括芯21、绕线管22和线圈23在内的整个定子60、以及包括电子元件26、27和与引线25连接的连接单元在内的整个PC板24已经由环氧树脂61完全成型为一体(参见图3)。然后，在成型体固化之后，以与第一示例性实施例中的方式相同的方式通过切削已固化的成型体的上端面来执行抛光操作。

如上所述，在本发明的第一示例性实施例和第二示例性实施例的风扇电动机10、50中，定子20和60、PC板24以及引线25用固化后邵氏硬度为D85至D95并且玻璃化转变温度为125℃以上的环氧树脂成型为一体。因此，减小了环氧树脂与构成部件之间的热膨胀差异，从而可以降低内部应力，并由此改善防水耐切削流体特性及耐热冲击特性。于是，该风扇电动机即使在暴露于水或切削流体的情况下仍能长期使用。

另外，在本发明的第一示例性实施例和第二示例性实施例的风扇电动机10、50中，环氧树脂含有40质量％至60质量％的无机颗粒作为添加剂，从而可以保证该环氧树脂具有如下物理特性，即固化后邵氏硬度为D85至D95并且玻璃化转变温度为125℃以上。

另外，在本发明的第一示例性实施例和第二示例性实施例的风扇电动机10、50中，环氧树脂在不高于玻璃化转变温度的温度范围内具有相对较小的线膨胀系数3.7×10^-5/℃，因此，可以保证所需的耐热冲击特性，从而可以防止环氧树脂中所容纳的各种构成部件被损坏。

另外，在本发明的第一示例性实施例和第二示例性实施例的风扇电动机10、50中，定子20和60、PC板24以及引线25在被设置到壳体中之前在模具40中成型为一体，可以形成统一的成型体19，因此，可以保证所需的防水及耐切削流体特性。

另外，在本发明的第一示例性实施例和第二示例性第二实施例的风扇电动机10、50中，由于当沿型芯43的轴向看去时环形开口45的平面面积占环形定子20、60的平面面积的70％以上，所以即使使用高粘度的环氧树脂，也可以将环氧树脂内的空气顺畅且容易地排到外部。因此，可以将环氧树脂高效地填充到模具40中。

另外，在本发明的第一示例性实施例和第二示例性实施例的风扇电动机10、50中，在所填充的树脂固化之后，借助于切削操作将成型体19的上端面29抛光，从而可以在成型体19与转子30、70的下表面之间形成均匀的间隙。

另外，在本发明的第一示例性实施例和第二示例性实施例的风扇电动机10、50中，在PC板上形成有通气孔24B。这样，在进行抽真空操作时，模具40内的空气和树脂内的空气经由通气孔24B顺畅且容易地排到外部，从而可以将环氧树脂填充至PC板24的底部的每个角落。

[实例]

下面，对用于根据本发明实施例的风扇电动机的环氧树脂进行评估测试(热冲击测试和浸入切削流体的测试)。表1示出如下两种环氧树脂的物理特性之间的比较：即，根据本实施例的高硬度/高玻璃化转变温度的环氧树脂、以及根据比较例的低硬度/低玻璃化转变温度的传统环氧树脂。

表1

(热冲击测试)

1.测试方法

将根据本实施例的风扇电动机和根据比较例的风扇电动机均交替地保持在温度-55℃的槽和温度为125℃的另一槽中，在每个测试循环中将风扇电动机在各个温度下保持5分钟。然后，每50次循环对各风扇电动机的机能进行检查。在用于FA设备的电动机的热冲击测试中，由于必须证明电动机的热冲击可靠性与所使用的半导体的热冲击可靠性相当，所以所需的测试条件为在测试温度在-55℃与125℃之间交替的情况下执行总共100次循环以上。应该注意到，尽管热冲击测试的温度上限取决于半导体的结温度，但电动机的所要求的测试温度一般为125℃。

2.测试电动机

对40mm正方形、20mm厚的5台轴流风扇(No.1至No.5)进行测试。

表2示出热冲击测试的结果。

表2

如表2所示，在电动机采用表1所示的比较例中的环氧树脂来成型的情况下，各电动机由于温度的改变而具有大的热膨胀差异，在成型件中产生了内部应力，从而影响了各电动机的机能。也就是说，在对根据比较例的电动机No.1至No.4分别进行与50次、100次及150次循环对应的第一次检查至第三次检查时，观察到电动机No.1至No.4的功能受到了不利影响。另一方面，在电动机采用表1所示根据本实施例的环氧树脂来成型的情况下，在进行高达十四次或多于十四次检查(与700次循环以上对应)时，全部电动机No.1至No.5都没有受到影响。看起来是因为在根据本实施例的风扇电动机中环氧树脂的线膨胀系数在热冲击测试的温度范围内保持与容纳在树脂内部的各个构成部件的线膨胀系数相近似，因此即使在施加热冲击时内部应力也不明显，从而避免了在树脂中产生破裂或造成树脂与金属之间的粘结性差。因此，证实了根据本实施例的风扇电动机针对温度的改变具有高可靠性。

(切削流体浸泡测试)

1.测试方法

将根据本实施例的环氧树脂和根据比较例的环氧树脂测试片在5种不同类型的切削流体中浸泡3天，测量浸泡前后的重量。

2.测试树脂片

对由表1所示的根据本实施例的环氧树脂和根据比较例的环氧树脂制成的测试片(50mm×10mm×6mm)进行测试。

表3示出了切削流体浸泡测试的结果。

表3

如表3所示，在油基非水性切削流体和煤油的情况下，本实施例与比较例之间没有出现大的差异，但在水溶液型、乳液型A及乳液型B的情况下，出现了显著的差异。也就是说，当对由表1所示的根据比较例的环氧树脂制成的测试片进行测试时，由切削流体渗入到树脂制成的测试片中而造成的测试片的重量变化率达到了约2.0％至3.0％。另一方面，当对由表1所示的根据本实施例的环氧树脂制成的测试片进行测试时，由切削流体渗入到树脂制成的测试片中而造成的测试片的重量变化率达到0.30％至0.35％。这样，证实了与根据比较例的环氧树脂片的防水及耐切削流体特性相比，根据本实施例的环氧树脂片的防水及耐切削流体特性是更好的，并且是根据比较例的环氧树脂片的上述特性的4倍至7倍。

在表4中总结出上述热冲击测试和切削流体浸泡测试的结果。

表4

如表4所示，在热冲击测试方面，比较例是“不可接受”的，因为其结果低于100次循环，然而本实施例具有“优秀”的热冲击特性，其结果对应于500次循环以上。同时，在切削流体浸泡测试方面，比较例具有与重量变化率为1％至3％的情况对应的“良好”耐切削流体特性；然而本实施例具有与重量变化率小于1％的情况对应的“优秀”耐切削流体特性。因此，可以理解到，与根据比较例的环氧树脂的热冲击特性相比，根据本实施例的环氧树脂的热冲击特性更好。

虽然参考上述实施例对本发明进行了说明，但所做的说明是对本发明进行示例的而不应该认为是对本发明进行限制。本领域技术人员可以在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的真实精神和范围的情况下做出多种修改。

Claims

1.一种风扇电动机，包括：

壳体，其包括设置在所述壳体的中心处的圆筒形轴承座以及用于固定所述圆筒状轴承座的基座单元；

一对轴承，其装配在所述圆筒形轴承座中；

定子，其具有绕线线圈和底部，所述底部上固定有包括电动机驱动电路的PC板以及向所述电动机驱动电路供应电流的引线；

轴，其由所述一对轴承支撑；

转子，其面向所述定子并固定在所述轴上，并且所述转子具有安装有磁体的内周面；以及

叶轮，其固定在所述转子的外周部上并包括多个叶片，

其中，所述定子、所述PC板和所述引线用如下环氧树脂成型，所述环氧树脂具有D85至D95的固化后邵氏硬度及125℃以上的玻璃化转变温度。

2.根据权利要求1所述的风扇电动机，其中，

所述环氧树脂含有质量百分比为40％至60％的无机颗粒作为添加剂。

3.根据权利要求1或2所述的风扇电动机，其中，

所述环氧树脂在不高于玻璃化转变温度的温度范围内具有3.7×10^-5/℃的线膨胀系数。

4.根据权利要求1或2所述的风扇电动机，其中，

用所述环氧树脂成型的步骤在模具中执行以形成成型体，然后将所述成型体组装到所述壳体中。

5.根据权利要求4所述的风扇电动机，其中，

所述模具包括：

下模，其将所述定子定位；

型芯，其插入到所述定子的中心；以及

上模，其设置在所述下模上，并与所述型芯的外周一起限定环形开口，所述环氧树脂经由所述环形开口注入，

当沿所述型芯的轴向看去时，所述环形开口的平面面积占所述定子的平面面积的70％以上。

6.根据权利要求1或2所述的风扇电动机，其中，

在所述环氧树脂固化之后，借助于切削操作将成型体的位于所述环形开口侧的上端面抛光。

7.根据权利要求1或2所述的风扇电动机，其中，

所述PC板包括通气孔。