CN105720756B - 用于制造旋转电机的芯的方法 - Google Patents

Abstract

用于制造旋转电机的芯的方法，该方法包括将永磁体配置在芯体的收容部中以及将锚固材料注入位于所述收容部的壁面与所述永磁体的外表面之间的间隙中。将液晶聚合物、更具体地将液晶聚酯用作所述锚固材料。在100毫米每秒至300毫米每秒的速度下注射所述液晶聚合物。

Description

用于制造旋转电机的芯的方法

技术领域

本发明涉及用于制造诸如马达等的旋转电机的诸如转子芯等的芯的方法。

背景技术

图8示出了马达用的转子芯的已知结构。在该结构中，转子芯体31包括沿着转子芯体31的周缘部配置的收容部32。各收容部32均收纳有永磁体33。锚固材料34被注入位于各收容部32的壁面与对应的永磁体33的外表面之间的间隙中，以将永磁体33锚固于收容部32。通常，将为热固性树脂的环氧树脂用作锚固材料34。

在该现有技术中，通过图9所示的步骤来制造转子芯。

在第一步骤35中，堆叠由金属板压出的芯板以形成转子芯体31。在第二步骤36中，将永磁体33插入且收纳在转子芯体31的各收容部32中。在第三步骤37中，利用加热炉等将收纳有永磁体33的转子芯体31加热至大约150℃。由于是将为热固性树脂的环氧树脂用作锚固被收纳的永磁体33的锚固材料34，所以在锚固材料34的注射之前，需要对转子芯体31和永磁体33预热。

当已经加热了转子芯体31和永磁体33时，在第四步骤38中，熔融锚固材料34并使用成型工具将锚固材料34注入位于各收容部32的壁面与对应的永磁体33的外表面之间的间隙中。使锚固材料34热固化，以将各永磁体33锚固在对应的收容部32中。在第五步骤39，通过冷却单元等将已经收纳永磁体33并已经将永磁体33锚固在收容部32中的转子芯冷却至室温。

第一至第五步骤制造了转子芯。随后，使转子芯经历诸如转子轴与转子芯的联接等的各种步骤。

日本特开2013-136725号公报和日本特开2013-183527号公报公开了将诸如环氧树脂等的热固性树脂用作将磁体固定在收容部中的锚固材料。

在日本特开2010-141989号公报中，未使用热固性树脂。各收容部均收纳有多个永磁体。树脂发泡片配置在永磁体之间并膨胀，以使永磁体压靠对应的收容部的壁面。这使永磁体锚固于转子芯体。

在日本特开2005-192264号公报中，未使用热固性树脂。作为代替，使由液晶聚合物(LCP(liquid crystal polymer))形成的热塑性树脂成型，以将永磁体锚固于磁体嵌入部。

常规的现有技术以及上述日本特开2013-136725号公报和日本特开2013-183527号公报将热固性树脂用作锚固材料。热固性树脂被注入加热至150摄氏度的转子芯体的收容部。因而，使用了大量的能量来对转子芯体加热，并且用于加热和冷却的时间会使周期延长。此外，热固性树脂的热固化为化学反应。因而需要耗费时间以便完成固化。因此，将热固性树脂用作锚固材料会降低转子芯的制造效率。

永磁体33的特性在于，当温度降低时，各永磁体33均沿着与易磁化方向轴线正交的轴线膨胀，而当温度升高时，各永磁体33均沿着与易磁化方向轴线正交的轴线收缩。因而，当对转子芯体31加热时，转子芯体31会在永磁体33收缩的同时膨胀。这会使位于各收容部32的壁面与对应的永磁体33之间的间隙膨胀。热固性树脂被注入该膨胀的间隙中。当在将热固性树脂注入间隙之后冷却转子芯体31时，转子芯体31收缩，而永磁体33如图8中的箭头所示地膨胀。因而，固化了的热固性树脂使转子芯体31变形。特别地，转子芯体31的薄部311可能会朝向转子芯体31的外周大幅度地变形。这将使转子芯体31与位于转子芯体31外侧的定子之间的空隙与预定尺寸不同，并且将会对旋转电机的性能产生不利影响。

此外，形成锚固材料的环氧树脂具有差的延性(ductility)。因而，当环氧树脂由于转子芯体31的收缩和永磁体33的膨胀而受到挤压、并且当环氧树脂在将转子芯用作旋转电机期间接收热冲击或物理应力时，在环氧树脂或锚固材料中可能会形成破裂。为了防止破裂了的锚固材料飞散，需要在转子芯体旁边配置盖。这会增大转子的尺寸和重量，并且会降低旋转电机的操作效率。

为了缩短用于将热固性树脂注入间隙中的时间，可以增大成型工具的注射喷嘴的直径。然而，这会增大使成型了的产品在热固性树脂固化之后与喷嘴中的热固性树脂分离所需的扭矩。因而，难以在喷嘴处使热固性树脂脱离。另外，在喷嘴处使热固性树脂固化所需的时间随着注射喷嘴的直径的增加而增加。这会延长用于制造转子芯的周期。这还会增加热固性树脂的被处理掉的剔除量，从而增加了材料损失率。

日本特开2010-141989号公报未使用热固性树脂。因而，不会发生由使用热固性树脂引起的问题。然而，在日本特开2010-141989号公报中，使用发泡树脂的膨胀压力来锚固永磁体。因而，永磁体会强烈地压靠收容部的壁面。发泡树脂的受发泡影响的膨胀量大于热固性树脂的膨胀量。因而，转子芯体比将热固性树脂用作锚固材料时更容易变形。这可能会对旋转电机的性能产生不利影响。

日本特开2005-192264号公报公开了如下内容：代替热固性树脂，使用由LCP形成的热塑性树脂来锚固永磁体。然而，并未公开与LCP相关的条件。

发明内容

本发明的目的在于提供用于制造旋转电机的芯的方法，该方法简化了芯的制造过程，并且减轻了芯的变形。

为了实现以上目的，本发明提供一种用于制造旋转电机的芯的方法。所述方法包括将永磁体配置在芯体的收容部中，以及将锚固材料注入位于所述收容部的壁面与所述永磁体的外表面之间的间隙中。将液晶聚合物用作所述锚固材料。在100毫米每秒至300毫米每秒的速度下注射所述液晶聚合物。

在上述制造方法中，在锚固材料的注射之前，无需将芯体和永磁体加热至高温，或者冷却加热了的芯体和永磁体。这简化了芯的制造，并且减少了能量损失。此外，芯体和永磁体中的温度变化小。因而，芯体和永磁体几乎不会发生膨胀和收缩。这减小了芯的变形，从而以高的精度获得芯。

附图说明

图1是示出在制造方法的一个实施方式中制造的转子芯的平面图；

图2是沿着图1中的线2-2截取的截面图；

图3是示出制造方法的锚固材料(anchoring material)注射步骤的截面图；

图4是示出成型工具的一部分的截面图；

图5是示出制造方法的平面图；

图6是示出用于图4的成型工具的致动装置的示意图；

图7是按顺序示出转子芯制造方法的步骤的方块图；

图8是示出通过传统制造方法制造的转子芯的一部分的平面图；

图9是示出传统制造方法的步骤的方块图；以及

图10是示出实施方式的变型例的截面图。

具体实施方式

现在将参照附图说明本发明的一个实施方式。

转子芯10的结构

参照图1和图2，转子芯10包括通过堆叠芯板111而形成的转子芯体(以下称作芯体11)。芯体11的中央部包括接收转子轴(未图示出)的轴孔12。芯体11的周缘部包括在平面图中为长形的收容部13。各收容部13均与相邻的收容部13配成对。各收容部13均收纳有板状的永磁体14。永磁体14沿芯板111的堆叠方向延伸。

锚固材料15被注入位于各收容部13的壁与对应的永磁体14的外表面之间的间隙中。将液晶聚合物(LCP)、更具体地将液晶聚酯用作锚固材料15。液晶聚合物为能够在室温下凝固的热塑性树脂。液晶聚酯可以为例如属于热致液晶的全芳香族聚酯的已知芳香族聚酯。注入位于各收容部13的壁面与对应的永磁体14的外表面之间的间隙中的锚固材料15凝固并将永磁体14锚固在收容部13内。

成型工具20的结构

现在将说明用于将用作锚固材料15的液晶聚合物(液晶聚酯)注入芯体11的收容部13中的成型工具20的结构。

如图3和图4所示，成型工具20包括基部21、环状的外框架22、上框架23和注射装置30。基部21保持芯体11。外框架22包围被基部21保持的芯体11。上框架23与芯体11的上表面接合。如图5所示，外框架22包括多个区段221。为每个区段221均设置致动装置24。致动装置24使对应的区段221沿芯体11的径向移动。

参照图6，各致动装置24均包括液压缸25和止回阀26。

如图3和图4所示，上框架23包括：通道231，其供处于熔融状态的锚固材料15流过；加热器232；以及冷却部233，其位于加热器232的下方。通道231包括分别与收容部13对应的下游端。上框架23包括分别配置于通道231的下游端的喷嘴234。喷嘴234均包括与基部21上的芯体11的收容部13中的对应的一个收容部13对准的喷嘴孔235。各喷嘴孔235均具有被设定为0.5mm至2.0mm、优选地被设定为0.5mm至1.0mm的直径α。

由液晶聚酯形成的锚固材料15从注射装置30向通道231传送。在通道231中由加热器232维持热的锚固材料15从喷嘴孔235注入收容部13。冷却部233阻隔来自加热器232的热，使得大部分热不会传递至芯体11。

用于制造转子芯10的方法

现在将说明用于制造转子芯10的方法。

参照图7，通过执行第一至第三步骤来制造转子芯10。在第一步骤17中，芯板111是由诸如磁钢板等的磁体压出的。堆叠芯板111，以形成芯体11。在第二步骤18中，将永磁体14插入芯体11的各收容部13中。在第三步骤19中，使用成型工具20将由液晶聚合物形成的锚固材料15注入位于各收容部13的壁面与对应的永磁体14的外表面之间的间隙中。锚固材料15在室温下凝固，以将永磁体14锚固在收容部13中。

更具体地，在第三步骤中，将芯体11配置在成型工具20中、在基部21上并且被外框架22包围。将成型工具20的温度维持在40摄氏度至80摄氏度，优选地维持在40摄氏度至50摄氏度。将芯体11和永磁体14维持在与成型工具20相同的温度。

使注射装置30启动，以将处于熔融状态的锚固材料15注入位于各收容部13的壁面与对应的永磁体14的外表面之间的间隙中。这里，加热器232将由液晶聚合物形成的锚固材料15的温度维持在300摄氏度至380摄氏度。这使锚固材料15的粘度保持为低，并且获得了良好的流动性。上框架23的冷却部233防止芯体11过热，并且将芯体11的温度维持在40摄氏度至80摄氏度。

在锚固材料15的注射期间，将由液晶聚酯形成的锚固材料15的1000sec^-1的剪切速度下的熔融粘度调整为1.2帕斯卡·秒(Pa·s)至8.0帕斯卡·秒，优选地调整为1.2Pa·s至3.5Pa·s。优选的是，使锚固材料15的粘度尽可能地低、即尽可能地接近0Pa·s。然而，这样的液晶聚合物在目前还没有。因而，将锚固材料15的优选粘度的下限设定为1.2Pa·s。在100mm/sec至300mm/sec、优选地在150mm/sec至300mm/sec的速度(流速)下，将锚固材料15注入收容部13中。因而，即使当芯体11和永磁体14的温度不高时，也可以维持锚固材料15的低的粘度。这使得锚固材料15被顺利地注入收容部13中。液晶聚合物的粘度随着流速的增大而减小，并且随着流速的减小而增大。

将在锚固材料15从注射装置30射出时施加于锚固材料15的压力设定为使得锚固材料15在5兆帕斯卡(MPa)至30兆帕斯卡的压力下注入收容部13中。这会将锚固材料15适当地注入收容部13中。

用作锚固材料15的液晶聚合物即使在室温下也会凝固。因而，当锚固材料15在收容部13中的流动停止时，锚固材料15会在温度为40摄氏度至80摄氏度的芯体11中凝固。因此，无需在锚固材料15的注入之前将芯体11和永磁体14预热至高温。此外，无需在锚固材料15的注入之后冷却芯体11和永磁体14。这简化了芯体11的制造过程。

芯体11和永磁体14的温度是低的。因而，无需在锚固材料15的注入之后冷却芯体11和永磁体14。然而，即使执行冷却，也能够缩短冷却时间，并且能够简化冷却过程。

以这种方式，永磁体14不会被加热至高温，并且不会经历冷却。因而，永磁体14几乎不会发生由温度变化引起的膨胀和收缩。这与现有技术的不同之处在于，在芯体11中不会有大的应力作用于薄部112(参照图1)，从而限制了在薄部112处芯体11的变形。

以第一模式和第二模式中的一者来控制成型工具20的包括区段221的外框架22。

在第一模式中，液压缸25用于将对应的区段221配置在芯体11的周缘上的预定位置处。当使芯体11的芯板111产生朝向芯体11的径向外侧的移动、从而沿相同的方向对区段221施加力时，止回阀26产生作用，从而使该区段221的反向移动停止。这在锚固材料15被注射和凝固时维持了芯板111的堆叠状态。

在第二模式中，液压缸25强制对应的区段221以预定的压力抵靠芯体11的外壁。这在锚固材料15被注射和凝固时抑制了芯板111的移动并且维持了芯板111的堆叠状态。

本实施方式具有下述优点。

(1)永磁体14收纳在芯体11的收容部13中。将锚固材料15注入位于各收容部13的壁面与对应的永磁体14的外壁之间的间隙中。将能够在室温下凝固的液晶聚合物、更具体地为液晶聚酯用作锚固材料15。

因此，无需在锚固材料15的注入之前将转子芯10和永磁体14加热至高温。此外，无需在锚固材料15的注入之后来冷却转子芯10和永磁体14。因而，能够消除传统方法的加热步骤和冷却步骤，从而能够简化转子芯10的制造过程，并且能够在较短的时间内执行制造过程。因此，能够缩短周期，并且能够减少制造转子芯10时的能量损失。

(2)液晶聚合物的凝固与由化学反应引起的固化不同，并且液晶聚合物能够快速凝固。因而，能够在短的时间内制造转子芯10。

(3)在锚固材料15的注入期间，将芯体11的温度设定为40摄氏度至80摄氏度。由于不必将永磁体14加热至高温或从高温冷却，所以在永磁体14中几乎不会发生由温度变化引起的膨胀和收缩。这减少了在转子芯10中的薄部112处施加大的应力，从而抑制了转子芯10的变形。因此，可以以高的精度获得转子芯10。

当芯体11由外框架22包围时将熔融的液晶聚合物注入芯体11的各收容部13中。这抑制了转子芯10的由液晶聚合物的注射压力引起的变形。可以省略外框架22，只要转子芯10不发生变形即可。

(4)在永磁体14收纳在转子芯10的收容部13中之后，将由液晶聚合物形成的锚固材料15注入位于各收容部13的壁面与对应的永磁体14的外表面之间的间隙中。当用液晶聚合物(锚固材料15)填充该间隙时，将液晶聚合物的熔融粘度调整为1.2Pa·s至8.0Pa·s。这允许将具有适当低的粘度的锚固材料15顺利地注入位于收容部13的壁面与永磁体14的外表面之间的间隙中。因此，可以利用与锚固材料15的足够的粘接强度将永磁体14锚固在收容部13中。

(5)在100mm/sec至300mm/sec、优选地150mm/sec至300mm/sec的速度下，将锚固材料15注入收容部13中。这允许在维持预定的熔融速度的同时以适当的流速将锚固材料15注入收容部13中。因而，将锚固材料15顺利且适当地注入了收容部13中，并且增大了使永磁体14与锚固材料15粘接的强度。在这种情况下，将喷嘴孔235的直径设定为0.5mm至2.0mm。这增大了锚固材料15的流速，并且有助于顺利注射。

(6)将注射压力维持在5MPa至30MPa。这使锚固材料15具有令人满意的注射特性，并且抑制了在锚固材料15的注射期间对芯板111以及收容部13中的永磁体14施加过度的压力。因而，抑制了芯体11的由过高的注射压力引起的变形。此外，能够避免冲击压力(surgepressure)的增大。冲击压力是由在锚固材料15的注入结束时转换成压力的动能(kineticenergy)产生的。这限制了芯板111的移动、芯体11的变形和永磁体14的移动，从而能够以高的精度获得转子芯10。

(7)区段221约束芯体11的外周。这抑制了芯体11的变形和芯板111的移动，从而能够以高的精度获得转子芯10。

(8)锚固材料15的凝固了的液晶聚合物具有高于固化了的环氧树脂的延性。因而，限制了锚固材料15中的由物理应力形成的破裂。此外，不必将芯体11和永磁体14加热至高温或冷却。这限制了位于各收容部13的壁面与对应的永磁体14的外表面之间的间隙在锚固材料15的注射步骤之前和之后膨胀和收缩。另外，限制了施加于间隙中的凝固了的锚固材料15的物理应力。这防止了在凝固的锚固材料15中形成破裂。因此，转子芯10获得了必要的功能。此外，不需要在锚固材料15破裂时防止碎片飞散的盖体。

(9)各喷嘴234的喷嘴孔235均具有小的直径。因而，锚固材料15会以高的速度穿过喷嘴孔235。锚固材料15的粘度在流速增大时下降。这允许将锚固材料15顺利且适当地注入收容部13中。此外，在锚固材料15凝固之后，锚固材料15的从喷嘴234脱离的部分具有小的直径。因而，可以以小的扭矩使转子芯10与上框架23容易地分离。此外，可以减小配置在各喷嘴孔235的开口处的浇口的尺寸。这提高了材料产出率。此外，当锚固材料15从喷嘴孔235泄漏时，能够减少泄漏量。因此，能够减少锚固材料15的材料损失。另外，脱离的部分具有小的直径。因而，锚固材料15在脱离的部分处快速凝固。这缩短了锚固材料15的凝固时间和分离时间，从而缩短了用于制造转子芯10的周期。

可以如下所述地对以上实施方式进行变型。

当注射锚固材料15时，芯体11的温度可以为室温。

参照图10，可以省略成型工具20的上框架23中的加热器232。在这种情况下，与以上实施方式相比，虽然液晶聚合物的温度会略微降低，但是会由于低粘度而具有足够的流动特性。此外，如图10所示，可以省略以上实施方式的喷嘴234，并且可以将通道231的各下游端用作喷嘴。

代替转子芯，可以将以上实施方式的制造方法用于定子芯。更具体地，本发明可以实施成用于将由液晶聚合物形成的锚固材料注入定子芯体的收容部中的方法。该收容部收纳有永磁体，并且将锚固材料注入位于各收容部的壁面与对应的永磁体之间的间隙中。

Claims (4)

1.一种用于制造旋转电机的芯的方法，其中，所述方法包括将永磁体配置在芯体的收容部中，然后使注射装置启动以将锚固材料从所述注射装置向上框架中的通道传送，并且将锚固材料从配置于所述通道的下游端的喷嘴的喷嘴孔注入位于所述收容部的壁面与所述永磁体的外表面之间的间隙中，所述方法的特征在于：

将液晶聚合物用作所述锚固材料，

在100毫米每秒至300毫米每秒的速度下注射所述液晶聚合物，

所述上框架包括加热器和冷却部，并且

所述方法还包括：

通过所述加热器防止所述通道中的所述液晶聚合物的温度降低；和

通过所述冷却部防止来自所述加热器的热被传递至所述芯体。

2.根据权利要求1所述的用于制造旋转电机的芯的方法，其特征在于，在5兆帕斯卡至30兆帕斯卡的压力下将所述锚固材料注入所述收容部。

3.根据权利要求1或2所述的用于制造旋转电机的芯的方法，其特征在于，当所述芯体和所述永磁体均具有40摄氏度至80摄氏度的温度时，将所述液晶聚合物注入所述间隙中。

4.根据权利要求1或2所述的用于制造旋转电机的芯的方法，其特征在于，当所述液晶聚合物具有3.5帕斯卡·秒或更小的熔融粘度时，将所述液晶聚合物注入所述间隙中。