CN1058863A - 无刷电动机转子及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明有关具有永久磁铁的无刷电动机转子，用 层叠多片硅钢片形成轭铁，使此轭铁外周上包含偶数 至少为4的磁极，在这些磁极中，每隔一磁极从中心 起以大致相等的距离设置为配置磁场有永久磁铁的 槽，使面对回转轴一侧的面具有同一磁性的磁场用永 久磁铁被设置在此槽内而构成本发明无刷电动机转 子，据此能达到小型和高效率化，且能在高速回转时 也不会使永久磁铁破损或飞散。

Description

本发明有关高效、适于高速回转的无刷电动机，更确切地说有关其转子。

对附图的简单说明

图1为本发明采用永久磁铁转子的无刷电动机纵剖面图;

图2为转子的立体图;

图3为硅钢片主视图;

图4为示意表示在无刷电动机内部永久磁铁转子磁力线的图;

图5表示本发明第2实施例，为改变磁极宽度时永久磁铁转子的主视图;

图6为在磁极上具有狭缝的第3实施例转子的主视图;

图7为示意表示磁极上具有狭缝的第3实施例永久磁铁转子的无刷电动机内部磁力线的图;

图8表示本发明第4实施例，具有6磁极永久磁铁转子的主视图;

图9为放大表示本发明第5实施例的永久磁铁转子跨接部的剖面图;

图10为本发明第6实施例的硅钢片的俯视图;

图11为表示根据磁场分析，当有负荷扭矩作用时磁力线流向的图;

图12为本发明第7实施例的永久磁铁转子的立体分解图;

图13为图12所示转子组装后的剖面图;

图14为表示构成磁路时磁力线流向的图;

图15为采用本发明第1实施例永久磁铁转子无刷电动机的轴向剖面图;

图16为表示本发明第8实施例的永久磁铁转子的立体图;

图17为表示采用第8实施例永久磁铁转子的无电刷电动机轴向剖面图;

图18为分解表示本发明第9实施例的永久磁铁转子的立体图;

图19为和第9实施例永久磁铁转子回转轴垂直相交的剖面图;

图20为和放大表示第9实施例轭铁一部分的轭铁回转轴垂直相交的横剖面图;

图21为和将第9实施例的另一例的轭铁的一部分放大表示的回转轴垂直相交的剖面图;

图22为放大表示本发明第10实施例永久磁铁转子的轴向剖面图;

图23为表示本发明第11实施例永久磁铁转子立体图;

图24为表示上述实施例其他例子的永久磁铁转子立体图;

图25为对上述实施例回转轴切断表示的转子主视图;

图26为表示根据本实施例永久磁铁转子立体图;

图27为使扭曲的永久磁铁转子立体图;

图28为无刷电动机传统例的纵剖面图

图29为转子传统例的立体图;

图30为表示具有防护构件转子传统例的立体图。

一般说，无刷电动机是在圆筒形转子的外表面上设置由铁氧体等构成的永久磁铁。

例如，传统的无刷电动机1如图28所示，具有电动机壳体（定子）2，此电动机壳体2具有圆筒状的侧壁3，封闭此侧壁两端的前面板4和后面板5。在侧壁3内侧，将配置成圆筒形的多个激磁线圈6固定在其壁面上。在转子7的中心固定形成同心回转轴8。使回 转轴8从转子7的两端伸出，用安装在电动机体2的后面板5的孔9内的轴承10使其一端回转自由地受到支承，用安装在电动机壳体2的前面板4的孔11内的轴承12使回转轴8的另一端回转自由地受到支承。在电动机体2的侧壁3内侧上设置着圆环形磁极传感器支承构件13，将多个磁极传感器14保持固定在该支承构件13上，以使其位于转子7的表面附近。

图29表示传统的转子7。将此转子7构成使回转轴8插入圆筒状的轭铁70内，使回转轴8和轭铁70形成一体。将构成外侧为N极，内侧为S极的一对圆弧形磁化永久磁铁71和构成外侧为S极、内侧为N极的一对圆弧状磁化永久磁铁72成交叉形贴附在轭铁70的外周表面上。

在此无刷电动机1中，用上述磁极传感器14检测转子7的磁极位置，用未图示的控制回路使电流在对应的激磁线圈6内流过，依靠电流和磁力线的相互作用使转子回转。用磁极传感器14再次检测回转的转子7的磁极位置用上述控制回路向不同的激磁线圈6内供给电流，再次回转驱动转子7。通过反复进行上述动作，使转子7连续回转，该回转力作为动力，通过回转轴8，被取出到电动机外部。

此外，无刷电动机1，由于贴附在转子7上的永久磁铁71、72的离心力变大，故如图30所示，设置由非磁性金属材料构成的复盖圆弧状断面的永久磁铁71、72的防护构件73，并用以防护构件73来防止因伴随高速回转产生的离心力而使永久磁铁71、72飞散。

然而，在使用铁氧体磁铁的无电刷电动机中，由于最大能量积为3.3MGOe、残留磁力线密度小仅为3.8KG，故为了产生驱动电动机所需充分的扭矩，需要提高磁路的磁导率，为此需要使用较多的磁铁，因而存在造成电动机大型化的不适当情况。

此外，在用于高速回转的涡旋型压缩机等场合，当因伴随高速 回转的离心力所引起的应力比永久磁铁的材料强度、或磁铁向转子的固定力还大时，有可能发生永久磁铁的破坏或永久磁铁飞散。

进而，在为了防止永久磁铁飞散而用防护构件复盖转子时，不仅转子的制造工序复杂，而且使转子和定义间的空隙增加相当于实际的防护构件的厚度，其结果磁阻增加，而磁密度变减少，从而使效率降低。

本发明就是鉴于上述在传统无刷电动机中存在的问题，且为了有效解决这些问题。

因此，本发明目的要提供能小型、高效构成、且在高速回转时也不使永久磁铁破损或飞散的无刷电动机的转子。

为达到上述目的本发明的无刷电动机的转子是对具有永久磁铁的无刷电动机转子的改进，用叠层的多层硅钢片形成轭铁，在此轭铁的外周面上形成至少偶数为4的磁极，在这些磁极上，每隔一磁极设置有安排磁场用永久磁铁所需的槽，使该槽距离中心的距离大致相等，且要使面对回转轴一侧的面具有同一磁极。

以下通过参照附图对本发明实施例的说明，从而可对本发明特征、目的和效果有进一步深刻的了解。

实施例

首先，参照图1至图4对第1实施例进行说明。

图1表示根据本发明的具有永久磁铁转子的无刷电动机，用20表示其全体的无刷电动机具有将其周围包围起来的电动机壳体（定子）2，此电动机壳体2是由圆筒形侧壁3，前面板4和后面板5组成，在侧壁3的内侧壁面上固定着排列成圆筒状的多个激磁线圈6。将回转轴8同心固定在转子7的中心。使回转轴8从转子7的两端伸出，其一端回转自由地被支承在安装在电动机壳体2的后面板5上的轴承10内，其另一端回转自由地被支承在安装在电动机体2的前面板4上的轴承12内。在电动机壳体2的侧壁3的内侧设置圆 环形磁极传感器的支承构成13，将多个磁极传感器14安装保持在该支承构件13上，且要使其位于转子7的表面附近。

在此无电刷电动机20中，用上述磁极传感器14检测转子7的磁极位置，用未予图示的控制回路使电流流过对应的激磁线圈6，依靠电流和磁力线的相互作用使转子7回转。再次用磁极传感器14检测已回转的转子7的磁极位置，用上述控制回路向不同的激磁线圈6供给电流，再复回转驱动转子7。通过反复进行上述动作使转子连续回转，将此回转力作为动力通过回转轴8取出到电动机外部。

图2表示本实施例转子7，图3表示构成转子7的硅钢片22。转子7的轭铁21是通过将多个硅钢片22沿回转轴8的轴方向层叠，且相互压入通过模压而成的长方形下陷的敛缝23部而结合成一体。

硅钢片22是由高导磁率材料构成，在其表面上形成厚0.35mm或0.5mm的无机性质的绝缘被覆膜，如图3所示具有4个互成90°角度成辐射状伸出的、其顶端成圆弧状的磁极24a，24b，在这些磁极中的互相面对面的2个磁极24a上，相对回转中心对称设置为插入永久磁铁30和31，的一对槽25。通过在磁极24a上设置上述槽25，用槽两端的桥26使磁极24a的顶端部和基部相连接。此外，在硅钢片22的中心设置为插入回转轴8的回转轴开口27，在此回转轴开口27的周围部上设键槽28。

回转轴8形成中央部向外膨胀，具有能相对上述回转轴开口27进行无间隙嵌合的形状。在将硅钢片22层叠成一体而构成轭铁21后，将上述回转轴8插入回转轴开口27内。在回转轴8的膨胀的中央部分设置键29，使此键和上述键槽28接合，形成转子7不能相对回转轴8个别回转。

在本实施例中，轭铁21是由硅钢片22层叠而成，然而也可以采用冷压钢材（SPCC钢材）代替硅钢片22层叠形成轭铁21。

把上述轭铁21构成，将一对永久磁铁30、31使它们的N极相 互面对面地插入槽25内。因此，形成用高导磁率材料的硅钢片22将各永久磁铁30、31沿半径方向夹持住的构造。而且，通过此永久磁铁30、31的N极的相互对向排斥作用，而使磁板24a带S极极性，24b带N极极性，整个转子7成为带4个极的转子结构。

图4表示使转子7位于无刷电动机20内部时该转子7的磁力线流。从永久磁铁30的N极出来的磁力线，通过上述桥26到达S极，然后由于将桥26的宽设置待十分窄，因而其内的磁力线密度易达到饱和。在相邻的S极24a和N极24b间设置缺口部24'，由于相互为同一极性而面对面的永久磁铁30、31的磁极相斥作用，使磁力线如图4所示那样，从磁极24b的磁极面出来，从激磁线圈6的内部通过，通过磁极24a的磁极面到达S极。将上述敛槽部23形成长方形，为了不对此磁力线产生干扰，使长边相对转子7的磁性方向倾斜45°。

这样，在本实施例中，通过设置多个沿硅钢片呈辐射形伸出的磁极，在每一个磁极上设置槽，在此槽内插入相对回转中心使同一极面对面的永久磁铁，利用磁极间的同极相斥，能得到具有相当于永久磁铁数两倍的磁极数的转子。

此外，由于构成将永久磁铁插入槽内，沿半径方向被高导磁材料夹持着，因而不存在因高速回转而产生的飞散，因此，也不需要包复转子外周、为防止飞散用的构件，使因防止此飞散用构件引起的铁损不再存在的同时，且由于是用层叠的钢板构成轭铁，因而能使铁损维持在最小限度。

此外，由于将本实施例的永久磁铁构成简单形状，不需要高精度表面加工，因而加工简单，使永久磁铁的制作极容易。

接着，参照图5对第2实施例进行说明。

在图5中，由于从永久磁铁30的N极出来的磁力线的一部分，因所谓漏磁，而不通过磁极24b的磁极面反回到S极，因此，在磁 极24a的磁极面的宽W₁和磁极24b的磁极面宽W₂相等的场合，磁极24a的磁极面的总磁通量比磁极24b的总磁通量多。因此，在本实施例中，通过加大磁极24b的磁极面宽W₂，使磁极24a，24b的磁极面的总磁通量相同，据此能使产生的扭矩均匀化。

进而，参照图6和图7对第3实施例进行说明。

在本实施例中，如图6所示，是在磁极24a，24b上沿和各自的磁性方向相同的方向设置槽33。由于一般具有使从N极出来的磁力线通过最短距离到达S极的性质，因此和上述实施例的图4比较时，由于在磁极24a的磁极面的端部的磁通密度比其中央部的还大，对此，通过在磁极上设置槽33，能强制地引导磁力线，使其能沿着槽33从磁极面进出。

图7表示此实施例的磁力线流，使从永久磁铁30的N极出来的磁力线被导向槽33内，通过激磁线圈6，导向磁极24a的槽33内的同时而返回到永久磁铁30的S极。使磁力线固槽33的作用而在同一磁极面上磁力线分布均匀，使发生的扭矩也均匀，使永久磁铁转子的热分布得到改善的同时，能获得增大冷却面积的优点。

接下来，参照图8对第4实施例进行说明。

图8表示具有6个磁极转子7的剖面。在此实施例中，使各磁极24a、24b、24c互相成60°角度，呈辐射状伸出，在这些磁极的每隔一个中分别嵌入使其N极朝内侧配置的永久磁铁34a、34b、34c。在轭铁21的中心设置可插入回转轴的回转轴开口27，在此回转轴开口27内设置防止回转轴相对转子回转的键槽28。

由于此实施例的各永久磁铁34a、34b、34c被设置成使各自的N极面向内侧，使来自一N极的磁力线，如图中所示那样，因其它永久磁铁的N极的相斥作用，通过邻靠的磁极面到达S极。据此，使具有永久磁铁的磁极具有S极、不包含永久磁铁的磁极N极具有磁力。

在本实施例中永久磁铁是采用镨（Pr）合金铸造磁铁，然而，也可采用铸造型（Al  nico磁铁、镨磁铁）烧结型磁铁（铁氧体磁铁、稀土类磁铁）、树脂结合型磁铁（铁氧体磁铁，稀土类磁铁）中任何一种磁铁。

此外，将永久磁铁轧制成断面为矩形的板状，且使和转子轴方向相一致的边长为接近转子回转方向一边的边长的2至5倍。由于形成断面为矩形的板状，和传统的瓦状磁铁相比，加工容易，此外，由于不需要在轭铁的外周贴附，因而能省去精密的表面加工。此外，由于将永久磁铁插入槽25内，且用高导磁材料使其沿半径方向被夹住，因而不会发生因回转力而使磁铁飞散的情形，能用于高速回转电动机。

另外，由于用压力加工成形本发明轭铁21用的硅钢片22，因而生产率高，而且由于能获得精密外径尺寸的转子，故能制成高效率的电动机。

以下，对第5实施例进行说明。

本实施例就是在桥26上设置限制磁通通过的沟。

也就是在将磁极24a的一部分放大的图9中，从磁场用永久磁铁30的N极出来的磁通的一部分，如图中所示，通过桥26达到永久磁铁30的S极。由于通过此桥26的磁通不会通过轭铁21的外部空间，不会和电动机的定子相交，因而不产生回转驱动转子的力。通过减少通过此桥26的磁通，能更有效地利用永久磁铁30的磁力。

通过上述桥26的磁通φ可用下式计算。当将桥26的断面积定为S，硅钢片22的磁通密度定为B、关系式

φ＝B×S

成立。由此式可知，若要减少通过桥26的磁通，只要使桥26的断面积变小就可以。

在本实施例中，是在桥26上设置限制磁通用的沟。形成了此沟26a的桥26的一部分的断面积变小。用此小的断面积能限制通过桥26的磁通。

通过分别在桥26，26上设置上述限制磁通用的沟26a，限制通过桥26，26的磁通，能更有效地利用磁场用永久磁铁的磁力从而获得更有效的好的永久磁铁的转子。

在形成上述限制磁通用沟26a中，最初，用起模加工使各硅钢片22成形，接着，叠置硅钢片22形成轭铁21，用磨削设备等在形成的轭铁21的桥26，26上形成沟26a，26a。形成此沟26a，26a的加工和硅钢片22的起膜加工比较，容易控制高尺寸精度，能在桥26，26上形成断面积极小的部分。据此，本发明的永久磁铁转子和在桥部分上不设沟的永久磁铁的转子相比，制造容易，而且能使其具有断面积非常小的桥部。

接下来，对第6实施例进行说明。

本实施例是仅在槽25的一侧设置上述桥26，而且要使该桥26存在于回转方向一侧。

就是如图10所示那样，槽25为半封闭型，也就是使磁极的一侧部26b和磁极基部连接的桥26为单支承，其形状为相对回转中心为点对称，沿回转方向侧具有桥26，逆回转方向侧不设桥。

将永久磁铁30，31沿轴方向插入叠置硅钢片后形成的轭铁21的槽25内。如图10所示那样，在硅钢片的不设桥的一侧设制止部26c，由于它在插入永久磁铁30、31后起止动器作用，即使回转时也不会发生磁铁飞出现象。

图11根据磁场分析，表示有负荷扭矩作用时的磁力线。桥26的宽为漏磁通通过的宽，而且为永久磁铁30在两端产生漏磁通通过的厚度。

因此，如图11所示的在桥26产生漏磁通，在桥及其附近的磁 极一侧部形成磁通饱和。为此，即使有负荷电流流过的场合，从永久磁铁30，31出来的磁通难于在磁极的一侧部26b产生弯曲。因此，使转子外周上的磁极中心不易因负荷而移动，容易引入无传感器技术。此外，由于在不设桥的一侧不产生漏磁通，使自磁极一侧部的中心偏左侧的磁通量多，因此，即使在桥部有漏磁通，对总磁通来说，不会减少很多。

接着，在第7实施例进行说明。

本实施例就是用非磁性体把面对桥26一侧的永久磁铁30，31的端部30a，31a，以及沿该永久磁铁轴方向的端部30b，31b覆盖起来。

就是如图12所示那样，把用铝或非磁性不锈钢等制成的隔板32成形能把永久磁铁30，31的两端以及沿其轴方向的两端覆盖起来的框。框的大小就是其中能放入永久磁铁的尺寸，为了放入磁铁时不让磁铁露出，应使框的高度比磁铁厚度小一些。

组装时，将永久磁铁30，31沿磁化方向插入隔板32中使成一体后，将其插入轭铁21的槽25内。图13为表示组装后的剖面图。

此外，图14表示装入磁路后的磁通走向。如该图所示，由于在永久磁铁30的两端有非磁性隔板32，使磁通难于在这里流过，因此从磁铁出来的磁通几乎不产生漏泄，因而能使漏磁通减少，可以不漏掉从间隙漏掉的有效磁通。

况且，由于永久磁铁未从隔板露出，在将磁铁和隔板插入之际，磁铁不会和轭铁的槽相互接触，其结果，因能不使磁铁表面受伤，而不用担心生锈。

接下来，对第8实施例进行说明。

本实施例如图16所示，在上述轭铁21内形成直径比上述回转轴8的外径大的回转轴用通孔15，将上述回转轴8大致同心地设置在此回转轴用通孔15内，在回转轴8的外周面和轭铁21的回转轴 用通孔15间形成防止磁通漏泄的构件16，通过此防止磁通漏泄的构件16，使轭铁21和回转轴8固定形成一体。

就是本发明的一种无刷电动机如图15所示，转子7的磁通因磁场用永久磁铁30，31的相同磁极的相斥作用，通过永久磁铁转子7的外部空间，且如图所示而与定子铁芯17交叉。此定子铁芯17的磁极因流过激磁线圈6的电流而产生旋转磁场。永久磁铁转子7因上述定子铁芯17的磁极的旋转磁场而被驱动回转。

此外，上述永久磁铁转子7，是在轭铁21的中心部形成和回转轴8的直径大致相等内径的回转轴用通过孔，在进行永久磁铁转子7的组装时，对轭铁21加热使上述回转轴用通孔受热膨胀后，压入回转轴8。压入后当使轭铁21冷却，就能使轭铁21的回转轴用通孔和转轴8的外周表面密切接合，从而使轭铁21和回转轴8结合成一体。

对在轭铁21的两端面上具有平衡重的永久磁铁转子进行组装时，在用另外工序制造平衡重后，和上述一样将回转轴向平衡重和轭铁的回转轴用通孔压力。

上述由申请人开发的无刷电动机的永久磁铁转子，仍担心有一部分磁通通过回转轴内部漏泄到永久磁铁转子轴方向端面的外侧。如果有一部分磁通漏泄，则由于这部分磁通不和定义铁芯交链，不能使永久磁铁的磁力有效地对电动机回转产生有利作用，有可能使无刷电动机的效率降低。

因此，第8实施例的目的是对于上述申请人开发的无刷电动机的永久磁铁转子，提供能大致防止磁通漏泄转子轴向端面外侧，而容易制造的永久磁铁转子。

也就是如图16所示，使永久磁铁转子7的中心部具有回转轴用通孔15，在轭铁21和回转轴8间具有由铝压铸材组成的防止磁通漏浅构件16，进而，在轭铁21的两端面上具有由铝压铸材组成 的平衡重18。由于铝压铸材具有阻挡磁通性质，因而使磁通不会通过防止磁通漏泄构件16和平衡重18。为此，在磁场用永久磁铁两端，使通过回转轴8内部流到轭铁21两端面外侧的磁通因防止磁通漏泄构件16和平衡重18而被阻挡，而不伸出到轭铁21的两端面外侧。

在将此永久磁铁转子7用于无刷电动机场合，由于如图17所示，那样，磁力线通过与回转轴8相垂直的面内，使所有的磁力线有效地和定子铁芯17相交链。使电流流过无电刷电动机的激磁用线圈6，使定子铁饼17的磁极上发生旋转磁场，用此定子铁芯的回转磁场和永久磁铁转子的磁力线的相互作用回转驱动永久磁铁的转子，如果和定子铁芯交链的磁力线多，能使回转扭转更大。因此，若采用本实施例的永久磁铁转子7，由于磁场用永久磁铁30，31的磁力线不伸出到轭铁21的两端面的外侧，而全部和定子铁芯17交链，因而能有效地利用其磁力线产生回转力。

此外，由于本实施例的永久磁铁转子7通过缓慢地将回转轴8插入回转轴用通孔15内，用铸造铝材将防止磁通漏泄构件16、平衡重18进行一体化成形，用个别的工序制造平衡重，从而能省去除其和轭铁一起向永久磁铁转子上组装的工序。据此，能使永久磁铁转子的制造变得容易。

在上述实施例中，是用具有平衡重的永久磁铁转子来进行说明，然而即使对仅用防止磁通漏泄构件的永久磁铁转子，由于防止磁通漏泄构件把通过回转轴的磁通阻挡住，因而能提高电动机效率。

此外，制作防止磁通漏泄构件，也不限于使用铸造铝材，用导磁率低的材料，例如树脂也能得到同样效果。

接下来，对第9实施例进行说明。

本实施例是在形成上述槽25的轭铁21的内周表面上设置和压 入槽内部的磁场用永久磁铁30，31相接合的突起部。

也就是如图18和图19所示那样，在形成槽25，25的硅钢片22的内侧周围表面上设置多个棱36，使这些棱的三角形的两条边向槽25内部突出。

磁场用永久磁铁30，31，就如图中所示那样，使其表面的一部分在压入时和棱36的尖端相接合，而被保持在槽25内部。利用此棱36使永久磁铁30，31和槽25的内周表面不形成面接触，因此，将永久磁铁30，31向槽25内部压入时，使因永久磁铁30，31和槽25的接触产生的摩擦力小，能够用小的力进行压入。

此外，压入后，如图中所示那样，因永久磁铁的外周表面的棱的尖端相接合，因此使永久磁铁不会脱落。本实施例永久磁铁转子7，由于没有用粘着剂使永久磁铁30，31保持在槽25的内部，因而在制冷剂或加压流体内部使用的场合，不会因粘着剂溶解在制冷剂或加压流体内而使永久磁铁脱落。

如图20所示，在形成槽25的硅钢片22的内侧周缘部分上设置有将硅钢片22叠置成一体所需的敛槽部23。用金属模压机使硅钢片的一部分陷落而形成上述敛槽部。通过将此敛槽设置在硅钢片的周缘部，使硅钢片的周缘部因金属模的压力而变形，如图中所示那样，向槽25内部突出而形成棱36。这样，通过形成棱36，能省去形成棱的工序中一部分，能得到更容易制造的永久磁铁转子7。

图21表示作为本实施例永久磁铁转子其它例子的轭铁的一部分。

在此例中，硅钢片22的棱36是由具有和图中未表示的磁场用永久磁铁接合的三角形形状的接合部37，和在此接合部37的三角形底边两侧上形成的缺口部38组成。将接合37的三角形底边设置在比形成槽25的硅钢片22的内侧周缘部更向轭铁的内侧。使此接合部37通过缺口部38和形成槽25的硅钢片的内侧周缘部连接。

为了使能和磁场用永久磁铁相接合，必需使棱的突起具有规定角度以内的顶角和规定的高度。当使此棱的突起顶角过份大时，需要用大的力压入磁场用永久磁铁。此外，当棱不具有规定高度时时，因压入磁场用永久磁铁而使棱变形，从而使棱未能发挥其应有的作用。但是，所谓在形成槽的硅钢片的周缘上设置具备上述条件的顶角和高度的棱，就等于使能压入槽内的磁场用永久磁铁的断面积小，或者使槽的开口部大，这与无电刷电动机的小形化和高效率化要求相违背。

由于棱36具有上述接合部37和缺口部38，从而能不使槽25的开口部变大，或不使磁场用永久磁铁断面积变小，使永久磁铁容易被压入的同时，且压入后能有效地使之和永久磁铁接合，防止永久磁铁脱落。

此外，以上作为和上述磁场用永久磁铁接合的突出部，是用具有三角形的棱进行了说明，然而作为突出部形状不限于此，例如，也可以是顶端形成直径小的半圆形突出部。

此外，作为轭铁，也不限于层叠的硅钢片，也可以由整体的金属材料构成、其内部具有压入磁场用永久磁铁的槽，进而在槽的内周表面上形成和磁场用永久磁铁接合的突出部。

接着，对第10实施例进行说明。

本实施例是把比轭铁21的轴方向长度短的磁场用永久磁铁30，31插入上述槽25内，在插入磁场用永久磁铁后的上述槽的空腔部内按照被回转驱动物的重心偏移充填油灰等材料，由于固化学后上述油灰等材料形成平衡重。

也就是图22是表示设置了平衡重的永久磁铁转子7，该永久磁铁转子7，由于是将磁场用永久磁铁30，31的长度形成比轭铁21的轴向长度短，因此，在轭铁21的槽25内存在空腔。在此空腔内，如图所示，充填混合了金属微小粒子和树脂的油灰材料，使此油灰材 料固化而形成平衡重39。

这样，由于在永久磁铁转子7的轭铁21的内部，将平衡重39，39分别设置在磁场用永久磁铁30，31的各不相同的一侧，因此轭铁21的重心位置分别在轭铁21的两端部产生偏位，能防止由回转轴和上述偏心转子组成的整个系统振荡的谐振，从而能吸收因回转而引起的偏心转子的振动。

在图22中，为了达到上述目的，平衡重39，39的重量受到调节。也就是为了消除由回转轴和上述偏心转子组成的整个系统的振荡的谐振，调节油灰的相对树脂的金属粒子的比例，然后将其向槽25的空腔部充填。或者调节油灰材料的量，形成不同大小的平衡重39也可以。此外，作为上述油灰材料也可以使用由金属粒子和树脂组成的油灰材料以外的铝铸件。

如上所述，由于是将本实施例永久磁铁转子的平衡重设置在轭铁内部，因而在轭铁外表面上没有平衡重的伸出部分，在回转中不存在平衡重的伸出部分承受流体阻力的问题。进而由于是将平衡重设置在轭铁内部，因而也不发生因永久磁铁回转产生的离心力使平衡重飞散的问题。据此而得到回转驱动效率好，能完全防止平衡重飞散事故的永久磁铁转子。

以下，对第11实施例进行说明。

本实施例是在转子上附加冷却构造。

也就是在图23中，在轭铁21内埋入使和上述永久磁铁30，31接触的热管19，19。在热管19内充满动作液体，用此动作液体进行热交换。具体地说，使从插入轭铁21内部的受热部接受了轭铁内部热量的热管19通过其从轭铁伸出的放热部和外界大气进行热交换，然后使动作液再次返回受热部。这样使热管19不断将永久磁铁或轭铁内部热向外部放出，使永久磁铁冷却。

图24，25是表示将回转轴8作为热管轴。在这样构成场合，能 形成全封闭式，且能向外部放出热量的永久磁铁转子。此外，在此实施例场合，能采用烧结合金、块装铁、或冷轧钢材（SPCC材）制造轭铁。

以下，对有关本发明的转子制造方法进行详细说明。

从以上说明可知，本发明的永久磁铁转子是通过一方面形成具有可插入磁场用永久磁铁的槽的轭铁，一方面形成和和轭铁的槽形状相吻合的磁场用永久磁铁，然后将上述磁场用永久磁铁压入轭铁的槽内进行制造。

也就是，在制造永久磁铁转子7中，分别制造轭铁21和磁场用永久磁铁30，31，将制成的磁场用永久磁铁插入轭铁内部而形成永久磁铁转子7。通过叠层多个硅钢片22形成轭铁21。在各硅钢片22和外周上形成磁极24（24a，24b，24c），在磁极的内侧，通过成形拨模形成使磁场用永久磁铁通过的开口。进而在各硅钢片22上，通过模压形成长方形陷落的敛槽部23。

通过使上述各硅钢片22的敛槽部23互相压入，而使硅钢片22接合成一体，而形成轭铁21。使硅钢片22的开口重合，形成为插入磁场用永久磁铁30，31的槽25。

另一方面，关于磁场用永久磁铁，最初，将粉末状磁性体和环氧树脂粘结剂相互混练后放入模型内，在磁场中形成规定的形状。用热处理使成形的磁场用永久磁铁硬化，进而进行表面切削加工，使和上述轭铁21的槽25的形状相吻合，成为组装用的磁场用永久磁铁30，31。

将上述磁场用永久磁铁压入轭铁21的槽25内，即完成永久磁铁转子7的制造。

接下来，对能制造具有复杂形状的磁场用永久磁铁和永久磁铁转子，在进行永久磁铁转子组装时不会使磁场用永久磁铁破损，且制造容易的无刷电动机的永久磁铁转子的其它制造方法进行说明。

该制方法就是在无刷电动机的永久磁铁转子的轭铁的内部设置安放磁场用永久磁铁的槽，将粉碎的粉末状磁性体和环氧树脂粘结剂混练后充填入此槽内，使其处在相对永久磁铁转子的回转轴成辐射方向施加的磁场中，对上述粉末状磁性体和环氧树脂粘结剂进行压缩，在压缩成形后进行热硬化处理，在轭铁的槽内直接形成磁场用永久磁铁。

图23表示槽25中形成磁场用永久磁铁的工序。将轭铁21如图所示配置在具有线圈41的台座42上面。在轭铁21的顶部面上设置具有和槽25为同一形状的压缩用开口43和压缩用活塞44的夹具40。此夹具40包含线圈45。在轭铁21的槽25内充真使粉末状磁性体和环氧树脂粘结剂混练后的永久磁铁原料46。由于永久磁铁原料46因压缩而体积缩小，予先充填比槽25的容积稍多的原料，使其一部分从上述夹具40的压缩用开口43内挤出。

使电流从线圈41和45流过，如图所示，形成使磁力线通过轭铁中心，从槽25内侧朝向外侧和充填的永久磁铁原料46交链的磁场。接着，用油压等机构使压缩用活塞44强制地沿图中所示方向P移动，压缩永久磁铁原料46，形成磁场用永久磁铁。

在上述压缩成形后，从夹具40和台座42上取下轭铁21，在100°-150℃对其进行热硬化处理，使轭铁21内的磁场用永久磁铁硬化。

这样，如图4等所示那样，在永久磁铁转子7的槽25内部形成磁场用永久磁铁。利用压缩成形时的磁场影响，使磁场用永久磁铁的内侧磁化成S极，外侧成N极。由于使磁场用永久磁铁30，31和具有相同磁性的磁极面形成面对面，如图所示，利用同极相斥作用，使磁力线从轭铁21的磁极24a出来到达磁极24b。使此磁力线和图中未表示的配置在轭铁外周表面附近的电动机的定子相交链，利用和定子的相互作用，驱动永久磁铁转子7回转。

若根据如上所述本实施例永久磁铁转子的制造方法，由于能在轭铁内部直接形成磁场用永久磁铁，使制造容易，并且不会在压入磁场用永久磁铁过程中破损。此外，能在轭铁内部形成形状复杂的磁场用永久磁铁，尤其在使轭铁的每一磁极的位置沿永久磁铁转子轴方向稍稍产生扭转的永久磁铁转子中，此效果更显著。

如图24所示那样，在形成扭转的永久磁铁转子7中，使多片硅钢片22分别相对回转轴8每次形成微小角度的回转而形成层叠。此永久磁铁转子7的槽25在永久磁铁转子内部形成螺旋状弯曲。即使对于这样复杂形状的槽25，采用在图23中说明过的同样方法，能在槽25内部直接形成磁场用永久磁铁30，31。

此外，在上述实施例中，是用使轭铁内部具有一对磁场用永久磁铁，利用此磁场用永久磁铁相同磁极的相斥作用，在其外周表面上形成相互交替N和S极的4个磁极的永久磁铁转子来进行了说明，然而本发明的无刷电动机永久磁铁转子的制造方法不限于上述构造的永久磁铁转子。也就是对于在外周表面上具有任意数磁极的永久磁铁转子，或对于使各磁极具有磁场用永久磁铁的永久磁铁转子，也能同样在轭铁内部直接形成磁场用永久磁铁。

此外，在实施例中是用断面呈矩形的磁场用永久磁铁进行说明，然而磁场用永久磁铁的断面形状也可以是任意形状。

若采用上述制造方法，能得到制造容易且效率高的永久磁铁转子。此外，若采用此制造方法，在制造过程中无需对永久磁铁进行切削。进而，由于在制造过程中不发生永久磁铁的破损，能使永久磁铁得到有效利用。

此外，由于是在轭铁的槽内直接形成磁场用永久磁铁，故即使对于复杂形状的槽也能适应。即除了能容易形成断面形状复杂的磁场用永久磁铁以外，即使对于在轭铁内部形成弯曲槽的永久磁铁转子也能得到容易制造的制造方法。

Claims (21)

1、具有永久磁铁的无刷电动机转子，用层叠多片硅钢片形成轭铁，在此轭铁外周上形成偶数至少为4的磁极，其特征在于在这些磁极上每隔一磁极，以离开中心相等的距离设置为安放磁场用永久磁铁的槽，将磁场用永久磁铁放置在此槽内，使面对回转轴一侧的面上具有相同的磁性。

2、根据权利要求1所述的转子，其特征在于上述永久磁铁可以采用铝铁镍钴永磁合金、镨磁铁、烧结型铁氧体磁铁、烧结型稀土类磁铁、树脂结合型铁氧体磁铁以及树脂结合型稀土类磁铁中的任何一种。

3、根据权利要求1所述的转子，其特征在于将插入永久磁铁的磁极面的宽设定成比不插入永久磁铁的磁极面的宽还小。

4、根据权利要求1所述的转子，其特征在于在各磁极上分别设置为使磁铁面上磁力线分布均匀的细缝。

5、根据权利要求1所述的转子，其特征在于使在上述槽的两端具有连接磁极顶端部和基部的桥，且为了使通过该桥的磁力线密度饱和而使桥的宽度十分小。

6、根据权利要求1所述的转子，其特征在于在位于上述槽两端上的连接磁极顶端部和基部的桥上设置限制磁力线通过的沟。

7、根据权利要求1所述的转子，其特征在于仅在上述槽的一侧设置连接磁极顶端部和基部的桥的同时，使该桥存在于回转方向一侧。

8、根据权利要求7所述的转子，其特征在于将上述桥的宽设置成漏磁通可流通的宽度，且上述永久磁铁的宽度为在两端产生漏磁通的厚度。

9、根据权利要求1所述的转子，其特征在于用非磁性体把面对上述桥一侧的永久磁铁端部，以及该永久磁铁沿轴向的两端部覆盖起来。

10、根据权利要求1所述的转子，其特征在于使上述轭铁具有直径比上述回转轴外径大的回转轴用通孔，将上述回转轴同心地设置在该回转轴用通孔内，在上述回转轴外周表面和上述轭铁的回转轴用通孔间设置阻止漏磁通用的构件，通过该阻止漏磁通用构件将轭铁和回转轴固定形成一体。

11、根据权利要求10所述的转子，其特征在于在上述轭铁的两端上具有平衡重，用铸造铝将该平衡重和上述阻止漏磁通构件形成一体。

12、根据权利要求10所述的转子，其特征在于上述阻止漏磁通构件是由树脂构成。

13、根据权利要求1所述的转子，其特征在于在形成上述槽的轭铁的内周表面上形成和压入槽内的上述永久磁铁相接合的突出部。

14、根据权利要求13所述的转子，其特征在于在层叠的多片硅钢片的各硅片上分别形成一陷落部，使一硅钢片上的陷落部和另一硅钢片的陷落部相嵌合，从而一体地层叠起来的层叠用敛槽部，因靠近上述槽设置的敛槽部而变形，在硅钢片的周缘部形成上述突出部。

15、根据权利要求13所述的转子，其特征在于上述突出部具有和上述永久磁铁相接合的三角形的接合部，将该接合部的三角形底边设置在比形成槽的轭铁内周表面还向内的轭铁的内部，使上述接合部的三角形两侧通过为确保接合部突出高度的缺口部和形成槽的轭铁的内周表面连接。

16、根据权利要求1所述的转子，其特征在于把比轭铁轴向长度短的永久磁铁插入上述槽内，在插入该永久磁铁后的上述槽的空腔内，按照被回转驱动体的重心变位充填油灰材料，用固化后的上述油灰材料形成平衡重。

17、根据权利要求1所述的转子，其特征在于在上述轭铁内埋入使和上述永久磁铁接触的热管。

18、根据权利要求1所述的转子，其特征在于将上述回转轴作为热管轴。

19、无刷电动机转子的制造方法，在具有永久磁铁的无刷电动机转子的轭铁内形成为配置磁场用永久磁铁的槽，其特征在于在该槽内充填使粉碎的粉末状磁性体和环氧树脂粘结剂相混练后的物料，在形成相对永久磁铁回转轴大致呈辐射状的磁场条件下，使上述粉末状磁性体和环氧树脂粘结剂受压缩，并通过压缩成形后的热硬化处理在轭铁的槽内直接形成磁场用永久磁铁。

20、无刷电动机转子的制造方法，通过起模形成在外周具有磁极部，而且在该磁极部内侧具有贯通磁场用永久磁铁用的开口形状的硅钢片，通过沿同一轴和以同一朝向层叠多片起模过的硅钢片而形成永久磁铁轭铁，其特征在于在用硅钢片开口形成的槽内充填使粉碎的粉末状磁性体和环氧树脂粘结剂混练后的物料，且在形成相对永久磁铁回转轴呈辐射形的磁场中压缩上述粉末状磁性体和环氧树脂粘结剂，且通过压缩成形后的热硬化处理在轭铁的槽内直接形成磁场用永久磁铁。

21、无刷电动机转子制造方法，通过起模形成在外周具有磁极，且在该磁极部内侧具有磁界用永久磁铁用的开口形状的硅钢片，通过使各硅钢片相对回转轴每次按规定的微小角度回转的同时层叠形成轭铁，其特征在于在用硅钢片的开口形成的螺旋形槽内充填使粉碎的粉末状磁性体和环氧树脂粘结剂混练后的物料且在形成相对永久磁铁转子回转轴呈辐射状磁场中压缩上述粉末状磁性体和环氧树脂粘结剂，通过压缩成形后的热硬化处理，在轭铁的槽内直接形成磁场用永久磁铁。

Images