CN103138446B - 马达用转子及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供马达用转子以及其制造方法。该方法对桥接部（22）的至少一部分加热使之熔融而形成小孔（6），并在小孔（6）的周围配置非磁性元素（81）。由此，即便增大桥接部（22）的径向的宽度也能够将桥接部（22）非磁性化，从而能够减少桥接部（22）的漏磁通并实现马达的高输出化。另外，通过增大桥接部（22）的径向的宽度，能够提高桥接部（22）的强度，从而能够防止由转子（2）高速旋转时的离心力导致桥接部（22）断裂。

Description

马达用转子及其制造方法

技术领域

本发明涉及用于马达中的转子及其制造方法。

背景技术

作为小型且能够得到较大输出的马达，存在埋入磁铁型同步马达（InteriorPermanent Magnet Synchronous Motor）（IPM）。该IPM在对强磁性板进行层叠而成的转子铁芯上形成沿轴向延伸的长方体状的插槽，并在该插槽内插入永久磁铁，通过对磁铁转矩加上磁阻转矩而能够得到较大输出。但是，由于永久磁铁的形状为长方体状，所以会在转子铁芯的、转子铁芯的外周部与插槽的端部之间的桥接部产生不利于旋转转矩的漏磁通。作为减少该漏磁通的方法，存在缩窄桥接部的径向的宽度并且在桥接部与永久磁铁之间设置气隙的方法。然而，对于宽度较窄的桥接部而言，在转子高速旋转时可能会因离心力而断裂。因此，作为减少漏磁通的其他方法，存在使桥接部非磁性化的方法。

例如，日本特开2003-304670号公报中记载了如下转子，对于该转子，在对强磁性板进行层叠而成的转子铁芯的桥接部的外周部涂覆含有非磁性物质的非磁性涂料，并对非磁性涂料加热而使之扩散渗透，从而使桥接部非磁性化。另外，日本特开2011-6741号公报中记载了如下转子，在一张强磁性板的桥接部的表面涂覆含有非磁性物质的非磁性墨水，并对非磁性墨水加热使之熔融而合金化，从而使桥接部非磁性化，然后对多张强磁性板进行层叠而形成该转子。另外，日本特开2011-67027号公报中记载了如下转子，在两张强磁性板的桥接部形成凹部，在一个凹部内插入非磁性合金并使两张强磁性板以凹部彼此对置的方式重叠，进而对强磁性板加压通电而在桥接部形成非磁性合金层，然后对多张强磁性板进行层叠而形成该转子。

另外，在向插槽插入永久磁铁时，若永久磁铁的表面与插槽的内侧面摩擦，则可能会在永久磁铁产生划伤、裂痕。因此，日本特开平9-200982号公报中记载了如下方法，预先使插槽的开口部形成为比永久磁铁的插槽插入面更宽，从而向插槽插入永久磁铁的情况。而且，记载了如下转子，对于该转子，朝径向内侧按压比插槽更靠外侧的强磁性板的部分以使插槽的内侧面与永久磁铁压接，从而将永久磁铁固定保持于转子铁芯。

对于日本特开2003-304670号公报中所记载的马达用的转子而言，由于使非磁性涂料从桥接部的外周部开始扩散渗透，所以很难使非磁性涂料沿径向渗透，从而很难增大桥接部的径向的宽度。因此，存在桥接部在转子高速旋转时可能会因离心力而断裂的问题。另外，需要在强磁性板形成当对多张强磁性板进行层叠时用于固定的铆接件等固定部。由于该固定部在形成时会因强磁性板的绝缘覆膜破裂而导通，因此希望使该固定部形成于受导通的影响较小的桥接部。但是，存在无法在径向的宽度较窄的桥接部形成固定部的问题。

另一方面，在日本特开2011-6741号公报中所记载的马达用的转子中，在桥接部的表面使非磁性物质熔融而合金化，另外，在日本特开2011-67027号公报中所记载的马达用的转子中，向形成于桥接部的凹部插入非磁性合金而形成非磁性合金层，因此能够增大桥接部的径向的宽度。但是，需要在对每一张或每两张强磁性板进行非磁性化后再对多张强磁性板进行层叠，因此存在非常繁琐且成本提升这样的问题。

另外，在日本特开平9-200982号公报中所记载的马达用的转子中，向径向内侧按压比插槽更靠外侧的、强磁性板的部分，使桥接部产生塑性变形而使插槽的内侧面与永久磁铁压接。由此，永久磁铁的表面不会与插槽的内侧面摩擦，因此不会在永久磁铁产生划伤、裂痕。但是，若增大桥接部的径向的宽度，则桥接部的拉伸强度增大从而很难使桥接部产生塑性变形，因此存在有时无法将永久磁铁固定保持于转子铁芯的问题。

发明内容

本发明提供马达用转子及其制造方法，能够增大桥接部的径向的宽度、且减少桥接部的漏磁通。另外，还提供马达用转子的制造方法，能够在良好地保持永久磁铁的磁特性的状态下将永久磁铁固定保持于转子铁芯。

根据本发明的一个实施例的一个特征，通过对桥接部的至少一部分照射高密度能量以对其加热来形成小孔，通过在小孔周围的熔池使非磁性化元素进行固溶合金化而进行非磁性化。

附图说明

通过结合参照附图对实施例进行的描述，使得本发明的上述以及其他目的、特征以及优点变得清楚，其中，例如利用数字来表示构成部件。

图1是马达用转子的俯视图。

图2是示出固定部的第一形成状态的局部放大立体图。

图3是示出固定部的第二形成状态的局部放大立体图。

图4是用于对桥接部的非磁性化方法进行说明的示意剖视图。

图5是用于对桥接部的非磁性化方法进行说明的示意立体图。

图6是用于对转子铁芯的制造方法进行说明的流程图。

图7是示出永久磁铁的固定前的状态的俯视图。

图8是示出永久磁铁的固定后的状态的俯视图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施例进行说明。

（1.马达用转子的结构）

作为用于马达中的转子，参照图1对IPM的转子进行说明。此外，在以下的说明中，“径向”及“轴向”是指转子（转子铁芯）的径向及轴向。

如图1所示，转子1构成为具备转子铁芯2和4个永久磁铁3。例如对多张由电磁钢板形成的薄板圆盘状的强磁性板4进行层叠而构成转子铁芯2。4个永久磁铁3例如分别由钕磁铁形成为长方体状，并将该4个永久磁铁3配置于转子铁芯2。即，各永久磁铁3分别收纳于在转子铁芯2的外周部21的附近以90度的间隔沿轴向贯通形成的4个插槽5，通过后述的磁铁固定保持工序而将该各永久磁铁3固定保持于转子铁芯2。

4个插槽5由矩形状开口部51、以及分别从矩形状开口部51的两端朝转子铁芯2的外周部21延伸的梯形状开口部52构成。梯形状开口部52作为针对磁力的气隙而形成。

如图1以及图2所示，在转子铁芯2的外周部21与与梯形状开口部52的径向的外侧面52a之间，形成有整体被实施了非磁性化的桥接部22（图1、图2中用两条虚线22a夹住的范围）。非磁性化是通过对桥接部22加热使之熔融而形成小孔（keyhole），并在所述小孔的周围配置非磁性化元素来进行处理，详细情况后述。在桥接部22形成有用于对多张强磁性板4进行层叠固定的、例如铆接件等固定部23。

如图2所示，固定部23形成于桥接部22的非磁性化区域内，但也可以如图3所示形成于桥接部22的非磁性化区域之外。即，虽然对桥接部22的一部分（图3中用左侧的虚线22a和点划线22b夹住的范围）实施了非磁性化，但并未对桥接部22的其他部分（图3中用右侧的虚线22a与点划线22b夹住的范围）实施非磁性化，可以在该桥接部22的其他部分形成固定部23。

此处，参照图4及图5对桥接部22的非磁性化处理进行说明。非磁性化处理由小孔形成工序以及元素配置工序构成。小孔形成工序是从桥接部22的外周部（转子铁芯2的外周部21）侧对转子铁芯2的桥接部22照射激光L而形成小孔6的工序。小孔6是指通过照射激光L而以从激光L所照射的桥接部22的外周部贯通到内周部（梯形状开口部52的内侧面52a）的方式形成的圆孔。而且，在形成小孔6时产生金属的蒸发，通过金属蒸发压力和母材表面张力而在小孔6的周围形成熔池7。

元素配置工序是在小孔6周围的熔池7配置非磁性化元素（锰或者镍等）81并使其固溶而合金化的工序。将由非磁性化元素81形成的金属丝8配置于桥接部22的外周部的激光L照射位置周边。而且，使针对桥接部22的外周部的激光L照射位置进行相对移动，并使金属丝8也与激光L照射位置对应地进行相对移动。若激光L照射位置进行相对移动，则前照射位置的小孔6被熔融后的桥接部22填充。此外，在熔池7的周围形成受到了热影响的热影响部A。

金属丝8与熔池7抵接而熔融，熔融后的金属丝8（即，非磁性化元素81）混入到熔池7内并进行扩散。由于在熔池7中容易产生对流（参照图4箭头），所以非磁性化元素81朝桥接部22的径向扩散，从而从桥接部22的外周部被供给至内周部。由此，桥接部22沿径向均匀地并且从外周部到内周部以大致相同的宽度进行合金化而变成非磁性体。

（2.马达用转子的制造方法）

参照图6的流程图对转子1的制造方法进行说明。此外，在该方法中使用省略图示的压力装置以及带激光装置的压力装置。压力装置是能够进行后述的用于制作预强磁性板40的冲压工序、以及后述的用于制作预转子铁芯20的加压工序的众所周知的装置。带激光装置的压力装置是能够进行用于对转子铁芯2的桥接部22实施非磁性化处理的非磁性化工序、以及用于将收纳于转子铁芯2的插槽5的永久磁铁3固定于转子铁芯2的磁铁固定保持工序的装置。带激光装置的压力装置的金属模具9形成为内径与转子铁芯2的外径相同的圆筒形状，并构成为沿径向以90度的间隔分割成4部分。各分割金属模具91构成为，通过省略图示的移动装置沿径向移动而能够进行加压（参照图7以及图8）。

将电磁钢板放置于压力装置，并将其冲压成磁铁固定保持工序前的预强磁性板40的形状（参照图7）（步骤S1）。该预强磁性板40形成为比各插槽5更靠外周侧的部分以两侧的桥接部22为支点朝径向外侧鼓出的形状。冲压后的预强磁性板40下落并被收纳于金属模具内。而且，若冲压并在金属模具内层叠了规定张数的预强磁性板40（步骤S2），则沿轴向按压层叠后的多张预强磁性板40并利用固定部23将该多张预强磁性板40固定，从而形成磁铁固定保持工序前的预转子铁芯20（步骤S3）。

接下来，如图7所示，使带激光装置的压力装置的各分割金属模具91朝径向外侧移动，并在其中央放置预转子铁芯20（步骤S4）。而且，向预转子铁芯20的桥接部22照射激光而形成小孔（步骤S5），配置例如由锰形成的金属丝而供给锰（步骤S6，与本发明的“非磁性化工序”相当）。而且，通过使激光照射位置以及金属丝沿轴向移动而对桥接部22进行非磁性化处理。此时的桥接部22的温度达到例如1600°C。

接下来，使带激光装置的压力装置的各分割金属模具91朝径向内侧移动直至与预转子铁芯20抵接为止（步骤S7）。由此，从预转子铁芯20向各分割金属模具91进行热传导，因此使得桥接部22的温度降低。判断桥接部22的温度是否处于例如500°C~700°C的规定温度以下（步骤S8），当处于规定温度以下时，对桥接部22照射激光以对其加热（步骤S9）。在桥接部22的温度达到规定温度以后，分别向预转子铁芯20的各插槽5内插入永久磁铁3（步骤S10）。而且，使带激光装置的压力装置的各分割金属模具91进一步朝径向内侧移动，从而对预转子铁芯20朝径向内侧加压而对桥接部22进行温热成型（步骤S11，与本发明的“磁铁固定保持工序”相当）。

由此，桥接部22发生塑性变形，如图8所示，若各分割金属模具91最终相互抵接而形成圆筒形状，则预转子铁芯20形成为转子铁芯2的形状。此时，各插槽5的内侧面5a与永久磁铁3压接，因此，能够将永久磁铁3固定保持于转子铁芯2。此外，在桥接部22的温度处于例如500°C以下的情况下，再次照射激光以对桥接部22加热（与本发明的“桥加热工序”相当）。该情况下，通过缩短激光照射的时间、降低输出，使得对桥接部22施加的热量少于形成小孔时。另外，通过预先将各分割金属模具91加热至与桥接部22的温度同等程度的例如500°C~700°C，能够预先对桥接部22进行保温，从而能够顺畅地使桥接部22进行热变形。而且，使带激光装置的压力装置的各分割金属模具91朝径向外侧移动，将转子铁芯2从金属模具9取出（步骤S12）。通过以上步骤制成转子铁芯2。

此外，在焊接的技术领域中，小孔是指在激光焊接、电子束焊接、以及电弧焊接等焊接中所产生的较深且较窄的孔。在焊接多个部件时，通过在一个部件形成小孔来对该一个部件与其他部件进行焊接。具体而言，在向一个部件的表面照射激光等热源的情况下，通过在该一个部件形成小孔来对该一个部件的背面侧与其他部件的表面侧进行焊接。另一方面，与用于对多层进行焊接的小孔焊接不同，通过非磁性化处理形成的小孔6是针对一层桥接部22而形成小孔6，从桥接部22的外周部到内周部，磁性均匀地改变而不受桥接部22的厚度所影响。从而，焊接的技术领域与磁性改变的技术领域完全不同。

（3.马达用转子的作用效果）

通过向桥接部22的至少一部分照射高密度能量以对其加热，从而利用金属蒸发压力和母材表面张力形成小孔，通过在小孔周围的熔池使非磁性化元素进行固溶合金化而进行非磁性化。由此，即便增大桥接部22的径向的宽度，也能够使桥接部22非磁性化，从而能够减少桥接部22的漏磁通并实现马达的高输出化。另外，由于能够增大桥接部22的径向的宽度，所以能够提高桥接部22的强度，从而能够防止由转子2高速旋转时的离心力导致的桥接部22的破裂。

另外，在利用固定部23将多张强磁性板4相互固定后，对桥接部22照射高密度能量以对其加热，从而利用金属蒸发压力和母材表面张力形成小孔，通过在小孔周围的熔池使非磁性化元素进行固溶合金化而进行非磁性化，因此能够抑制转子铁芯2的热变形。进而，由于在桥接部22形成有固定部23，所以能够防止桥接部22的热变形。另外，因形成固定部23，故有时会产生强磁性板4的绝缘覆膜的破裂。但是，通过对桥接部22加热使之熔融而使桥接部22的绝缘覆膜熔化，从而使强磁性板在非磁性化区域内无法绝缘，因此，会在强磁性板固定部23以及非磁性化区域内导通。因而，在使固定部23形成于桥接部22的非磁性化区域内的情况下，仅在非磁性化区域内导通，因此，与使固定部23形成于桥接部22的、与非磁性化区域内不同的部位的情况相比，更加能够抑制由转子铁芯2整个绝缘覆膜的破裂、熔化所引起的导通。另外，当使固定部23形成于桥接部22的非磁性化区域之外时，能够排除非磁性化处理中的固定部23的影响。

由于金属材料的拉伸强度随着材料温度的上升而降低，所以在高温时容易进行金属材料的塑性加工。因此，如果桥接部22的温度即便从非磁性化处理时的高温的状态下降但仍处于规定温度以上，则能够容易地使桥接部22发生塑性变形，从而能够可靠地将永久磁铁3固定保持于转子铁芯2。而且，由于能够缩窄永久磁铁3与转子铁芯2之间的气隙，所以能够提高马达输出。另外，由于能够使插槽5的开口部51形成为比永久磁铁3的插槽插入面31更宽，所以在将永久磁铁3插入插槽5内时，能够使永久磁铁3不与插槽5的内侧面5a摩擦，从而能够防止永久磁铁3的划伤、裂痕。

（4.变形例）

在上述的实施方式中，将由非磁性化元素81形成的金属丝8配置于桥接部22的外周面的激光L照射位置周边，向形成于小孔6周围的熔池7供给非磁性化元素81来进行非磁性化处理，但也可以利用以下的方法进行非磁性化处理。即，可以在桥接部22配置非磁性化元素81的颗粒，通过压力加工将非磁性化元素81的颗粒压入桥接部22，向该非磁性化元素81的颗粒照射激光2来进行非磁性化处理。另外，还可以在桥接部22配置非磁性化元素81的粉末、粗粒或者薄膜，向该非磁性化元素81的粉末照射激光2来进行非磁性化处理。另外，作为小孔6的形成单元，可以是能够照射高密度能量的单元，也可以代替激光L而使用例如电子束。

另外，在上述的实施方式中，通过形成小孔6来对桥接部22进行非磁性化处理，但也可以在其他处理中进行非磁性化处理，然后进行以下的处理。即，对放置在带激光装置的压力装置的金属模具9内的预转子铁芯20的桥接部22进行加热（与本发明的“桥加热工序”相当）。而且，在桥接部22的温度达到例如500°C~700°C以后，分别向预转子铁芯20的各插槽5内插入永久磁铁3（与本发明的“磁铁固定保持工序”相当）。而且，使带激光装置的压力装置的各分割金属模具91进一步朝径向内侧移动，对预转子铁芯20朝径向内侧加压（与本发明的“磁铁固定保持工序”相当）。由此，桥接部22发生塑性变形，若各分割金属模具91最终相互抵接而形成圆筒形状，则预转子铁芯20形成为转子铁芯2的形状。

这样，通过对桥接部22加热而能够容易地使桥接部22发生塑性变形，从而能够将永久磁铁3可靠地固定保持于转子铁芯2。而且，由于能够缩窄永久磁铁3与转子铁芯2之间的气隙，所以能够提高马达输出。另外，由于使插槽5的开口部51形成为比永久磁铁3的插槽插入面31更宽，所以当将永久磁铁3插入插槽5内时，能够使永久磁铁3不与插槽5的内侧面5a摩擦，从而能够防止永久磁铁3的划伤、裂痕。

Claims (7)

1.一种马达用转子，具备：

转子铁芯，其由多张层叠后的强磁性板构成；以及

永久磁铁，其收纳于沿轴向形成在该转子铁芯的插槽，

该马达用转子的特征在于，

所述转子铁芯的外周部与所述插槽的端部之间的一层桥接部通过高密度地加热而形成有小孔，并且在所述小孔的周围形成熔池，通过在所述熔池配置非磁性化元素而从所述桥接部的外周部至内周部均匀地进行非磁性化。

2.根据权利要求1所述的马达用转子，其特征在于，

在所述桥接部形成固定部，该固定部用于对所述多张强磁性板进行层叠固定。

3.根据权利要求2所述的马达用转子，其特征在于，

所述固定部形成于所述桥接部的非磁性化区域内。

4.根据权利要求2所述的马达用转子，其特征在于，

所述固定部形成于所述桥接部的非磁性化区域之外。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的马达用转子，其特征在于，

在对所述桥接部进行所述非磁性化之后，朝径向内侧按压所述转子铁芯的外周而使之变形，由此使所述永久磁铁与所述插槽的内侧面压接而将所述永久磁铁固定保持于所述转子铁芯。

6.一种马达用转子的制造方法，其中，该马达用转子具备：

转子铁芯，其由多张层叠后的强磁性板构成；以及

永久磁铁，其收纳于沿轴向形成在该转子铁芯的插槽，

该马达用转子的制造方法的特征在于，

通过对所述转子铁芯的外周部与所述插槽的端部之间的一层桥接部高密度地加热而形成小孔，并且在所述小孔的周围形成熔池，通过在所述熔池配置非磁性化元素而从所述桥接部的外周部至内周部均匀地进行非磁性化。

7.一种马达用转子的制造方法，其中，该马达用转子具备：

转子铁芯，其由多张层叠后的强磁性板构成；以及

永久磁铁，其收纳于沿轴向形成在该转子铁芯的插槽，

该马达用转子的制造方法的特征在于，具备：

非磁性化工序，在该非磁性化工序中，通过对所述转子铁芯的外周部与所述插槽的端部之间的一层桥接部高密度地加热而形成小孔，并且在所述小孔的周围形成熔池，通过在所述熔池配置非磁性化元素而从所述桥接部的外周部至内周部均匀地进行非磁性化；以及

磁铁固定保持工序，在进行所述非磁性化之后，朝径向内侧按压所述转子铁芯的外周而使之变形，由此使所述插槽的内侧面与所述永久磁铁压接而将所述永久磁铁固定保持于所述转子铁芯。