CN105576865B - 磁铁埋入型转子及其制造方法与其制造装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供磁铁埋入型转子及其制造方法与其制造装置。磁铁埋入型转子具备：圆筒状的转子芯，其形成有沿轴向延伸的轴向孔；以及树脂磁铁，其通过注塑成形填充于轴向孔且具有一对轴向端面。树脂磁铁包含与转子芯的轴向垂直的剖面呈线状的线状部。线状部具有第一端部和比第一端部靠转子芯的外周侧配置的第二端部。在树脂磁铁的至少一方的轴向端面且在线状部的第二端部配置有浇口痕。
Description
技术领域
本发明涉及磁铁埋入型转子及其制造方法与其制造装置。
背景技术
公知有由在转子的内部埋入有永久磁铁的构造构成的IPM马达(InteriorPermanent Magnet Motor：内置式永磁电机)。作为该IPM马达所使用的磁铁埋入型转子，公知有使用包含众所周知的强磁性体粉末与树脂粘合剂的树脂磁铁的技术。
例如在日本特开2002－44915号公报中，熔融状态的树脂磁铁材料向配置于金属模内的圆筒状的转子的狭缝内注入，并且通过金属模内的永久磁铁而被定向磁化。
上述狭缝的剖面呈圆弧状，具有一对端部与底部。一对端部与转子芯的外周接近。底部配置于比上述一对端部靠转子芯的径向内侧。为了射出树脂磁铁材料而设置于上述金属模的浇口(gate)配置于相对于上述底部在转子芯的轴向对置的位置。
对于注入上述狭缝的树脂磁铁材料，在上述底部的定向率、磁化率比上述一对端部的定向率、磁化率低。因此，从浇口射出而在狭缝内固化了的树脂磁铁包含高磁化部分与低磁化部分。高磁化部分从底部到达一对端部，从而以较高的定向率、较高的磁化率固化。低磁化部分在底部附近停止，从而以较低的定向率、较低的磁化率固化。
因此，作为树脂磁铁整体的磁化率降低，作为转子整体的磁通密度降低。进而导致与马达的定子线圈锁交磁束的有效磁通量减少，成为使转子的输出扭矩降低的重要因素。
发明内容
本发明的目的之一在于提供作为整体的磁通密度较高的磁铁埋入型转子及其制造方法与其制造装置。
本发明提供如下磁铁埋入型转子，本发明的一个方式的磁铁埋入型转子的结构上的特征在于，具备：圆筒状的转子芯，其形成有轴向孔；以及树脂磁铁，其通过注塑成形填充于上述轴向孔且包含一对轴向端面，上述树脂磁铁包含线状部，该线状部是在与上述转子芯的轴向垂直的剖面中呈线状的线状部，并且具有第一端部和比上述第一端部靠上述转子芯的外周侧配置的第二端部，在上述树脂磁铁的至少一方的轴向端面且在线状部的第二端部配置有浇口痕。
本发明提供如下的磁铁埋入型转子的制造方法，其中，包括：在金属模内配置转子芯的工序，其中，所述转子芯是形成有轴向孔的圆筒状的转子芯，在与所述转子芯的轴向垂直的剖面中所述轴向孔包含线状部，在与所述转子芯的轴向垂直的剖面中所述线状部具有第一端部和比所述第一端部靠所述转子芯的外周侧配置的第二端部；以及一边沿所述转子芯的径向外加定向磁化磁场，一边从与所述线状部的第二端部对置的浇口向所述转子芯的轴向孔射出流动状态的树脂磁铁材料的射出工序。
本发明提供如下的磁铁埋入型转子的制造装置，其中，具备包含腔体的金属模，所述腔体用于配置转子芯，所述转子芯是形成有轴向孔的圆筒状的转子芯，在与所述转子芯的轴向垂直的剖面中所述轴向孔包含线状部，在与所述转子芯的轴向垂直的剖面中所述线状部具有第一端部和比所述第一端部靠所述转子芯的外周侧配置的第二端部，所述金属模包括：定向和磁化装置，其沿所述转子芯的径向外加定向磁化磁场；以及具有入口通路以及与所述线状部的所述第二端部对置的出口通路的浇口，该浇口供流动状态的树脂磁铁材料向所述转子芯的轴向孔流动，所述出口通路的中心偏置于比所述入口通路的中心靠所述转子芯的外周侧。
附图说明
通过以下参照附图对本发明的优选实施方式进行的详细描述，本发明的上述以及其它特征及优点会变得更加清楚，其中，相同的附图标记表示相同的要素，其中：
图1(a)是本发明的第一实施方式的磁铁埋入型转子的俯视图，图1(b)是沿图1(a)的IB－IB线被切断后的剖视图。
图2是第一实施方式的浇口痕周边的放大剖视图。
图3(a)是第一实施方式的转子芯的俯视图，图3(b)是第一实施方式的转子芯的仰视图。
图4是表示第一实施方式的转子芯配置于金属模的状态的图。
图5是表示第一实施方式的从浇口射出树脂磁铁材料的射出工序的中途状态的图。
图6是第一实施方式的轴向孔的示意立体图，并且示出从浇口向轴向孔射出的树脂磁铁材料的流动。
图7是第一实施方式的定向和磁化装置以及转子芯的主要部分的示意剖视图，并且是表示来自定向和磁化装置的波及至转子芯的轴向孔的各部分的磁场的强度的说明图。
图8是本发明的第二实施方式的磁铁埋入型转子的制造装置的浇口周边的剖视图。
图9是本发明的第三实施方式的磁铁埋入型转子的制造装置的浇口周边的剖视图。
具体实施方式
参照附图对本发明的实施方式进行说明。基于图1(a)～图7对将本发明的磁铁埋入型转子及其制造方法具体化了的第一实施方式进行说明。图1(a)以及(b)是本发明的第一实施方式的磁铁埋入型转子的俯视图以及剖视图。图2是磁铁埋入型转子的仰视图。参照图1(a)、图1(b)，磁铁埋入型转子1包括圆筒状的转子芯2与多个树脂磁铁3。树脂磁铁3被埋入转子芯2。这里，树脂磁铁是指含有众所周知的强磁性粉末与树脂粘合剂的磁铁。
如图1(b)所示，转子芯2的多个圆环状电磁钢板20以沿轴向X层叠的方式形成。如图1(a)、图1(b)所示，转子芯2包括外周面2a、内周面2b、第一轴向端面21、第二轴向端面22与多个轴向孔4。轴向孔4在周向Z的等间隔配置并且沿轴向X延伸，从而贯通各轴向端面21、22。
各树脂磁铁3通过注塑成形填充于对应的轴向孔4从而形成。各树脂磁铁3包括沿轴向X对置的第一轴向端面5与第二轴向端面6。
如图1(a)所示，各树脂磁铁3具备与转子芯2的轴向X垂直的剖面(未图示)呈线状的一对线状部7。各树脂磁铁3的一对线状部7在转子芯2的周向Z邻接。各线状部7具有第一端部71与第二端部72。第二端部72配置于比第一端部71靠转子芯2的外周侧。
各树脂磁铁3具备将在周向Z邻接的一对线状部7各自的第一端部71相互连接的底部8。由此，各树脂磁铁3在与转子芯2的轴向X垂直的剖面中呈V字状、U字状或者圆弧状。在各树脂磁铁3的第一轴向端面5且在一对线状部7各自的第二端部72形成有浇口痕9。浇口痕9是从注塑成形后的浇口部分的树脂切去后的剪断痕，如图2所示那样呈凸状。在各树脂磁铁3的第二轴向端面6未设置浇口痕。
图3(a)以及图3(b)分别是转子芯2单体的俯视图以及仰视图。如图3(a)、图3(b)所示，轴向孔4具备第一开口部41与第二开口部42。第一开口部41在转子芯2的第一轴向端面21开口。第二开口部42在转子芯2的第二轴向端面22开口。各轴向孔4包含在与转子芯2的轴向垂直的剖面(未图示)中呈线状的一对线状部10。各轴向孔4的一对线状部10在转子芯2的周向Z邻接。各线状部10具有第一端部11与第二端部12。第二端部12配置于比第一端部11靠转子芯2的外周侧。
各轴向孔4具备将在周向Z邻接的一对线状部10各自的第一端部11相互连接的底部13。由此，各轴向孔4在与转子芯2的轴向X垂直的剖面中呈V字状、U字状或者圆弧状。图3(a)、图3(b)所示的转子芯2的轴向孔4的各开口部41、42被图1(a)、图1(b)所示的树脂磁铁3的对应的轴向端面5、6闭塞。
接下来，对第一实施方式的制造磁铁埋入型转子1的方法进行说明。首先，如图4所示，将转子芯2配置于磁铁埋入型转子的制造装置M的金属模50内。金属模50具备上模51、中间模52与下模53。上模51与转子芯2的第一轴向端面21对置。中间模52包围转子芯2的周围。下模53与转子芯2的第二轴向端面22对置。
金属模50包含配置于上模51且对树脂磁铁材料进行射出的浇口G。在上模51设置有立浇道S以及横浇道R。从未图示的注塑成形机，经由立浇道S以及横浇道R向浇口G供给熔融状态的树脂磁铁材料J(参照图5)。如图6所示，浇口G配置于轴向孔4的第一开口部41的与一对线状部10各自的第二端部12(转子芯2的外周侧的端部)对置的位置。
如图4所示，金属模50包含配置于包围转子芯2的外周面2a的中间模52的定向和磁化装置30。如图7所示，定向和磁化装置30相对于各轴向孔4在径向外侧具备一对永久磁铁31、32和铁心33。一对永久磁铁31、32配置为沿周向Z分离隔开。铁心33配置于这些永久磁铁31、32之间。
永久磁铁31、32在周向Z上具有反向的极性。铁心33以相对于转子芯2的对应的轴向孔4在径向Y对置的方式配置。经由铁心33的来自定向和磁化装置30的定向磁场以及磁化磁场外加于转子芯2的径向Y。另外，在图7中，简要示出来自各永久磁铁31、32的磁通在轴向孔4的各部分以何种方式分布。在轴向孔4的底部13以及一对线状部10的第一端部11的磁通密度比在一对线状部10的第二端部12的磁通密度低。
即，一对线状部10的第二端部12处于较强的磁场下。而且，底部13以及一对线状部10的第一端部11处于比在一对线状部10的第二端部12的磁场弱的磁场下。在向金属模50配置转子芯2之后，如图5所示，实施从各浇口G向轴向孔4内射出树脂磁铁材料J的射出工序。即，从转子芯2的第一轴向端面21的各轴向孔4的第一开口部41的、与一对线状部10的第二端部12(参照图6)对置的浇口G，射出流动状态的树脂磁铁材料J并且对其外加图7所示的定向磁场。
如图6所示，从各浇口G向轴向孔4射出的树脂磁铁材料J，在与各浇口G对置的第一开口部41，经由一对线状部10的第二端部12的位置A1、A2，一边沿轴向X移动，一边向底部13侧的位置(位置B1～B4)移动。
位置B1是第一开口部41的与底部13相当的位置，位置B4是第二开口部42的与底部13相当的位置。位置B2、B3在轴向X上位于位置B1与位置B4的中间位置。
关于磁铁的磁化，一般具有维持与在经历中经历的最强磁场中的磁化强度对应的残留磁化的特性。因此，经由磁场较强位置A1、A2向磁场较弱位置B1～B4移动从而固化的树脂磁铁部分维持着在经由磁场较强位置A1、A2时获得的较高的定向与较高的磁化的残留磁化。根据本实施方式的磁铁埋入型转子1，如图1(a)所示，在各树脂磁铁3的第一轴向端面5，且在一对线状部7各自的第二端部72(转子芯2的外周侧的端部)配置有浇口痕9。对于在线状部7的第一端部71固化了的树脂磁铁部分而言，流动状态的树脂磁铁材料J在通过磁场较强区域亦即与第二端部72的位置相当的轴向孔4的位置时被强力地磁化。在保持有由该强力磁化产生的残留磁化的状态下，上述树脂磁铁部分是向与第一端部71相当的轴向孔4的位置(图6的位置B1～B4)移动而固化的部分。
即，在第一端部71固化了的树脂磁铁部分以与在第二端部72固化了的树脂磁铁部分同等的较高的磁化率被磁化。由此，能够提高作为树脂磁铁3整体的磁化率，从而提高作为磁铁埋入型转子1的整体的磁通密度。另外，根据磁铁埋入型转子1，各树脂磁铁3呈具有在周向邻接的一对线状部7和将这一对线状部7各自的第一端部71相互连接的底部8的例如V字状(也可以是U字状、圆弧状)。另外，浇口痕9配置于第一轴向端面5且配置于一对线状部7的第二端部72。
因此，在制造时成形V字状等的树脂磁铁3时，相对于各轴向孔4，从一对浇口G注入树脂磁铁材料J。因此，与相对于各轴向孔仅从单一的浇口注入的情况比较，能够使向轴向孔4注入树脂磁铁材料J时的单位时间的注入量变多，从而减少周期时间。由此，能够降低磁铁埋入型转子1的制造成本。
根据本实施方式的磁铁埋入型转子的制造方法，如图6所示，在轴向孔4的线状部10的第一端部11固化了的树脂磁铁部分是流动状态的树脂磁铁材料J被线状部10的第二端部12(转子芯2的外周侧的端部)的较强磁场强力地磁化之后向第一端部11的位置(图6的位置B1～B4)移动从而固化的部分。因此，在线状部10的第一端部11固化了的树脂磁铁部分以与在线状部10的第二端部12固化了的树脂磁铁部分同等的较高磁化率被磁化。由此，能够提高作为树脂磁铁3整体的磁化率，从而提高作为磁铁埋入型转子1整体的磁通密度。
另外，根据本制造方法，一对浇口G相对于各轴向孔4的第一开口部41的一对线状部10的第二端部12对置。即，相对于各轴向孔4，从一对浇口G射出树脂磁铁材料J。因此，与相对于轴向孔4仅从单一的浇口注入树脂磁铁材料J的情况比较，能够使向轴向孔4注入树脂磁铁材料J时的单位时间的注入量变多，从而减少周期时间。
基于图8对将本发明的磁铁埋入型转子的制造装置具体化了的第二实施方式进行说明。图8是在第二实施方式的磁铁埋入型转子的制造装置M中对浇口GP的形状进行了改进。即，浇口GP例如是销浇口类型，包括入口通路81与出口通路82。出口通路82与线状部10的第二端部12对置。出口通路82的中心C2与入口通路81的中心C1相比靠转子芯2的外周侧偏置地配置。
具体而言，浇口GP以与入口通路81的中心C1相比靠转子芯2的外周侧偏置地配置的方式，剖面形成为锥状。浇口GP在其剖面中，以转子芯2的外周侧的外郭线L1与转子芯2的轴向X平行，并且转子芯2的内周侧的外郭线L2相对于转子芯2的轴向X倾斜的方式，单侧形成为锥形。
从浇口GP的入口通路81流入的流动状态的树脂磁铁材料J从出口通路82，经由转子芯2的轴向孔4的线状部10的第二端部12向轴向孔4供给。在第二实施方式中，出口通路82的中心C2与入口通路81的中心C1相比靠转子芯2的外周侧偏置地配置。因此，流动状态的树脂磁铁材料J在通过浇口GP的出口通路82时，被更强的磁场强力地磁化。另外，通过了浇口GP的出口通路82的流动状态的树脂磁铁材料J在通过轴向孔4时，通过与定向和磁化装置30更接近的部分，即通过磁场更强的部分，从而被更强的磁场强力地磁化。然后，流动状态的树脂磁铁材料J向轴向孔4的线状部10的第一端部11移动而固化。
因此，在线状部10的第一端部11固化了的树脂磁铁部分以与在线状部10的第二端部12固化了的树脂磁铁部分同等的较高的磁化率被磁化。由此，能够提高作为被制造的树脂磁铁3整体的磁化率，从而提高作为磁铁埋入型转子1整体的磁通密度。另外，通过将浇口GP形成为剖面呈锥状之类的简单的形状变更，能够将浇口GP的出口通路82的中心C2，与入口通路81的中心C1相比靠转子芯2的外周侧偏置地配置。通过将浇口GP形成为剖面呈锥状，浇口GP的通路剖面积伴随着朝向浇口GP的出口通路82减少。因此，能够缩小浇口痕。
基于图9对将本发明的磁铁埋入型转子的制造装置具体化了的第三实施方式进行说明。相对于在第二实施方式中将浇口GP形成为剖面呈锥状，在第三实施方式中，浇口GQ形成为剖面呈直线状。具体而言，在浇口GQ的剖面中，转子芯2的外周侧的外郭线L1以及转子芯2的内周侧的外郭线L2相对于转子芯2的轴向X以相等的角度倾斜。因此，浇口GQ的通路剖面积恒定。
本发明并不限定于上述实施方式。例如，浇口痕9配置于第一轴向端面5以及第二轴向端面6的至少一方即可。另外，在树脂磁铁3具有一对线状部7与底部8且呈V字状、U字状或者圆弧状的情况下，在配置浇口痕9的轴向端面5或者6中，在一对线状部7的至少一方的第二端部72配置有浇口痕9即可。
另外，树脂磁铁的形状也可以是W字状、“コ”字形状。另外，虽未图示，但各树脂磁铁也可以由单一的线状部形成。在该情况下，多个树脂磁铁的线状部也可以以沿转子芯的径向延伸的方式配置为放射状。另外，在第二、第三实施方式中，虽然浇口是销浇口，但并不限定于此，浇口也可以是潜水艇式浇口(Submarine gate)、盘式浇口(disk gate)。
另外，在上述实施方式中，虽然转子芯2使用电磁钢板20形成，但例如也可以使用电磁软铁等其他软磁性材料形成转子芯。另外，定向和磁化装置作为定向磁场以及磁化磁场，也可以是使用产生脉冲的结构(例如线圈)的装置。除此之外，本发明能够在要求保护的范围内实施各种变更。
本申请主张于2014年10月30日提出的日本专利申请2014-221815号、与于2015年6月4日提出的日本专利申请2015-114082号的优先权，并在此引用包括其说明书、附图和摘要的全部内容。
Claims (6)
1.一种磁铁埋入型转子，其包括：
圆筒状的转子芯，其形成有轴向孔；以及
树脂磁铁，其通过注塑成形填充于所述轴向孔且包含一对轴向端面，是磁场注塑成型件，
所述树脂磁铁包含线状部，所述线状部是在与所述转子芯的轴向垂直的剖面中呈线状的线状部且具有第一端部和比所述第一端部靠所述转子芯的外周侧配置的第二端部，在磁化时所述第二端部处于比所述第一端部强的磁场下，
在所述树脂磁铁的至少一方的轴向端面且是在上述线状部的第二端部配置有浇口痕。
2.根据权利要求1所述的磁铁埋入型转子，其中，
所述树脂磁铁呈具有在所述转子芯的周向邻接的一对线状部和将这一对的线状部各自的第一端部相互连接的底部的V字状、U字状或者圆弧状，
所述浇口痕配置于所述一对的线状部各自的第二端部。
3.一种磁铁埋入型转子的制造方法，其中，包括：
在金属模内配置转子芯的工序，其中，所述转子芯是形成有轴向孔的圆筒状的转子芯，在与所述转子芯的轴向垂直的剖面中所述轴向孔包含线状部，在与所述转子芯的轴向垂直的剖面中所述线状部具有第一端部和比所述第一端部靠所述转子芯的外周侧配置的第二端部；以及
一边以对所述第二端部施加比所述第一端部强的磁场的方式沿所述转子芯的径向外加定向磁化磁场，一边从与所述线状部的第二端部对置的浇口向所述转子芯的轴向孔射出流动状态的树脂磁铁材料的射出工序。
4.根据权利要求3所述的磁铁埋入型转子的制造方法，其中，
所述轴向孔呈具有在所述转子芯的周向邻接的一对线状部和将这一对的线状部各自的第一端部相互连接的底部的V字状、U字状或者圆弧状，
所述树脂磁铁材料从与所述一对的线状部各自的第二端部分别对置地配置的浇口向轴向孔射出。
5.一种磁铁埋入型转子的制造装置，其中，
具备包含腔体的金属模，所述腔体用于配置转子芯，所述转子芯是形成有轴向孔的圆筒状的转子芯，在与所述转子芯的轴向垂直的剖面中所述轴向孔包含线状部，在与所述转子芯的轴向垂直的剖面中所述线状部具有第一端部和比所述第一端部靠所述转子芯的外周侧配置的第二端部，
所述金属模包括：定向和磁化装置，其以对所述第二端部施加比所述第一端部强的磁场的方式沿所述转子芯的径向外加定向磁化磁场；以及具有入口通路以及与所述线状部的所述第二端部对置的出口通路的浇口，该浇口供流动状态的树脂磁铁材料向所述转子芯的轴向孔流动，
所述出口通路的中心偏置于比所述入口通路的中心靠所述转子芯的外周侧。
6.根据权利要求5所述的磁铁埋入型转子的制造装置，其中，
所述浇口以所述出口通路的中心偏置于比所述入口通路的中心靠所述转子芯的外周侧的方式形成为剖面呈锥状。
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