CN108702068A - 制造磁体嵌入式芯的方法 - Google Patents

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Abstract

为了避免在使用树脂固定磁体时出现多余的树脂。此磁体嵌入式芯1的制造方法涉及：将固态树脂材料33插入到磁体插入孔3中的树脂插入步骤；使树脂材料33熔融的熔融步骤；以及对磁体插入孔3的内部加压的加压步骤，其中，在熔融步骤中采用这样的配置：通过将预热的磁体4插入到磁体插入孔3中来使树脂材料33的至少一部分熔融。

Description

制造磁体嵌入式芯的方法
技术领域
本发明涉及一种制造嵌入有磁体的磁体嵌入式芯的方法。
背景技术
传统上，已知这样制造磁体嵌入式芯：将磁体插入在转子芯中沿轴向延伸的多个磁体插入孔中的每一个中，将树脂材料充入磁体插入孔中，并使所充入的树脂材料固化以将磁体牢固地固定在转子芯中。通过利用树脂将磁体牢固地固定在各个磁体插入孔中，防止磁体在使用中断裂，并且使转子芯能够稳定地追随由定子产生的旋转磁场。
结合这种制造磁体嵌入式芯的方法，已知例如将转子芯连同中间模一起放置在具有上模和下模的模具组件中，下模设置有筒状罐以及可在罐内垂直移动的柱塞，并且通过使柱塞向上移动来对罐内熔融的树脂进行压力灌注成型，使得成型树脂经由形成在中间模与下模之间的流道和浇口充入到转子芯的磁体插入孔中，然后被热固化。参见专利文献1。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：JP2014-79056A
发明内容
本发明要实现的任务
根据诸如专利文献1中所公开的现有技术，当在树脂成型之后模具组件被打开并且转子芯被取出时，固化的树脂不可避免地留在中间模中的树脂通路中以及其它地方，这种剩余的树脂(不必要的树脂)最终与转子芯分离并被丢弃。因此，考虑到使树脂材料的材料成本最小化或者根据其它观点，理想的是防止产生这种不必要的树脂。
鉴于现有技术的这种问题而作出本发明，本发明的主要目的在于提供一种制造磁体嵌入式芯的方法，其可防止从用于牢固地固定磁体的树脂材料产生这种不必要的树脂。
实现该任务的手段
本发明的第一方面提供了一种制造磁体嵌入式芯(1)的方法，所述磁体嵌入式芯(1)包括磁体(4)，该磁体(4)被嵌入到填充在电机芯(2)中沿轴向延伸的磁体插入孔(3)的树脂中，所述方法包括：将固体形态的树脂材料(33)充入到磁体插入孔中的树脂充入步骤；在磁体插入孔中使树脂材料熔融的熔融步骤；以及对磁体插入孔的内部加压的加压步骤，其中，熔融步骤包括通过将磁体预热并插入到磁体插入孔中来使树脂材料至少部分地熔融。
在根据本发明的第一方面的制造磁体嵌入式芯的方法中，由于固体形态的树脂材料被充入到磁体插入孔中，并且通过将预热的磁体插入到磁体插入孔中来使磁体插入孔中的树脂材料熔融，所以不需要树脂通路以用于将在外部熔融的树脂引入到磁体插入孔中，从而防止从用于牢固地固定磁体的树脂产生不必要的树脂。
根据本发明的第二方面，结合第一方面，树脂材料由热固性树脂组成，并且该方法还包括热固化步骤，该热固化步骤通过对电机芯进行加热来使在加压步骤中加压的树脂材料固化。
在根据本发明的第二方面的制造磁体嵌入式芯的方法中，通过使用热固性树脂作为树脂材料，一旦芯被制造，就可没有任何困难地确保磁体嵌入式芯(特别是，将磁体牢固地固定在磁体插入孔中的树脂)的耐热性。
根据本发明的第三方面，结合第一或第二方面，该方法还包括在树脂充入步骤之前将电机芯预热的芯预热步骤。
在根据本发明的第三方面的制造磁体嵌入式芯的方法中，即使当磁体没有足够地供应使树脂材料熔融所需的热时，磁体插入孔中的树脂材料也可按照可靠的方式熔融。
根据本发明的第四方面，结合第一至第三方面中的任一方面，熔融步骤包括通过在至少树脂充入步骤之后对电机芯进行加热来使树脂材料熔融。
在根据本发明的第四方面的制造磁体嵌入式芯的方法中，即使当磁体没有足够地供应使树脂材料熔融所需的热时，磁体插入孔中的树脂材料也可按照可靠的方式熔融。
根据本发明的第五方面，结合第一至第四方面中的任一方面，通过对颗粒状原料树脂进行成型来形成所述树脂材料。
在根据本发明的第五方面的制造磁体嵌入式芯的方法中，可防止在树脂充入步骤和熔融步骤期间颗粒形态(即，具有相对小的直径)的原料树脂飞散到磁体插入孔之外，并且防止在填充磁体插入孔的树脂中产生空隙。
根据本发明的第六方面，结合第五方面，树脂材料具有接触表面(33a,33b)，该接触表面(33a,33b)能够接触限定磁体插入孔的表面(3a-3d)中的至少一个表面。
在根据本发明的第六方面的制造磁体嵌入式芯的方法中，促进了从电机芯(特别是，限定磁体插入孔的表面)到树脂材料的热传递以使得磁体插入孔中的树脂材料可快速地熔融。
根据本发明的第七方面，结合第一至第四方面中的任一方面，树脂材料为颗粒形态。
在根据本发明的第七方面的制造磁体嵌入式芯的方法中，与磁体插入孔的配置或者树脂材料的所需量无关，树脂材料可被容易地充入到磁体插入孔中。
发明效果
如上所述，根据本发明的制造磁体嵌入式芯的方法能够防止从用于牢固地固定磁体的树脂产生不必要的树脂。
附图说明
图1是通过根据本发明的实施方式的制造方法制造的磁体嵌入式转子的立体图；
图2是图1所示的磁体嵌入式转子的平面图；
图3是用于图1所示的磁体嵌入式转子的制造装置的局部截面图；
图4是示出使用图3所示的制造装置制造磁体嵌入式转子的工艺中的主要步骤的说明图；
图5是示出转子芯的预热步骤的说明图；
图6是示出磁体的预热步骤的说明图；
图7是示出图4所示的磁体插入步骤(III)和(IV)的中间步骤的说明图；以及
图8是示出图4所示的树脂充入步骤(I)的变形例的说明图。
具体实施方式
以下参照附图描述本发明的优选实施方式。
图1和图2分别是通过根据本发明的实施方式的制造方法制造的磁体嵌入式转子1的立体图和平面图。
如图1所示，磁体嵌入式转子(磁体嵌入式芯)1是电机等的部件，并且包括由层压芯形成的转子芯(电机芯)2以及被接纳在形成在转子芯2中的对应磁体插入孔3中的多个磁体4。构成转子芯2的层压铁芯设置有层压结构，其中多个电磁钢板一个接一个地层压并且通过已知结合方法(压接、激光焊接等)彼此结合。转子芯2在平面图中具有大致环形形状，并且在其中心处开口的轴孔5固定地接纳在轴向上延伸的轴(未示出)。
磁体插入孔3形状相同，并且沿着转子芯2的轴向延伸。各个磁体插入孔3在平面图中具有大致矩形形状。尽管在本实施方式中磁体插入孔3在转子芯2的周向上按照规则的间隔布置在四个位置处，本发明不限于此，磁体插入孔3的形状、数量和布置方式可变化。在本实施方式中，磁体插入孔3穿过转子芯2，但是本发明不限于此，通过使用在构成转子芯2(层压的铁芯)的铁芯层压体(例如，作为最下面的铁芯层压体)中没有用于形成磁体插入孔3的开口的铁芯层压体，磁体插入孔3可被配置成带底的孔。
各个磁体4具有大致长方体形状，并且在磁体4被置于磁体插入孔3中的同时由填充到磁体插入孔3中的树脂6固定就位。树脂6由稍后描述的固化状态的树脂材料33(参见图4)组成。各个磁体4可由例如基于铁氧体的烧结磁体或者诸如钕磁体的永久磁体(磁体或没有磁化)组成。各个磁体4的轴向长度略小于磁体插入孔3的轴向长度，并且磁体4的端面(在这种情况下，上表面)被树脂6覆盖。然而，磁体4的轴向长度可改变，并且其也可被布置为使得磁体4的端面的至少一部分从磁体插入孔3的开口暴露。树脂6可由诸如环氧树脂的热固性树脂组成。
磁体4在磁体插入孔3中向内偏移(或者朝着转子芯2的中心偏移)，并且磁体4的内表面4a抵靠磁体插入孔3的内表面3a。在附图中，为了描述方便，限定磁体插入孔3的各个表面(不包括内表面3a)与磁体4的相对应的侧表面(不包括内表面4a)之间的间隙被示为大于实际尺寸。
图3是用于根据实施方式的磁体嵌入式转子1的制造装置20的局部截面图。在图3中，转子芯2被置于制造装置20中，并且图3中的转子芯2作为沿图2的线A-A截取的横截面图示出。
制造装置20由用于将被接纳在转子芯2中设置的对应磁体插入孔3中的磁体4嵌入树脂6中的树脂填充装置组成，并且包括上模21、下模22以及用于根据需要对转子芯2进行加热的加热单元23。
在上模21的下侧，形成在稍后描述的加压步骤中紧靠转子芯2的上表面2a的下表面21a。在上模21的下侧，凸部21b从下表面21a突出并具有要被接纳在对应磁体插入孔3的上部中的形状(大致长方体形状)。在下模22的上侧，形成放置有转子芯2的上表面22a。通过将转子芯2放置在下模22上，磁体插入孔3的下部开口被下模22的上表面22a封闭。
在所示的实施方式中，在下模22固定的同时上模21可移动。特别是，上模21可通过升降单元(未示出)垂直移动，并且能够对夹在上模21与下模22之间的转子芯2加压。然而，上模21和下模22的固定侧与可移动侧之间的关系可在需要时改变。
加热单元23环绕放置在下模22上的转子芯2，并且可由高频电磁感应加热单元组成，该高频电磁感应加热单元设置有用于通过电磁感应来对转子芯2加热的加热线圈，但是这里省略其细节。加热单元23不限于这种类型的加热单元，而是可由可使转子芯2的温度升高至期望的温度的任何其它类型的加热单元组成。
图4是示出使用图3所示的制造装置20的磁体嵌入式转子1的制造工艺(树脂填充)中的主要步骤的说明图。图5是示出转子芯2的预热步骤(芯预热步骤)的说明图。图6是示出磁体4的预热步骤(磁体预热步骤)的说明图。图7是示出图4所示的磁体插入步骤(III)和(IV)的中间步骤的说明图。
在磁体嵌入式转子1的制造工艺中，首先，如图4的(I)和(II)所示，在将转子芯2放置在下模22上之后，执行由将固体形态的树脂材料33插入到各个磁体插入孔3中组成的树脂充入步骤。如本文所用的固体形态的树脂材料33未必需要为字面意义上的固体形态，只要树脂材料在被插入到磁体插入孔3中时能够保持特定形状(或者基本上非流体状态)即可。
在所示的实施方式中，通过作为初步处理步骤处理颗粒状原料树脂(或者通过使用图中未示出的压实机对颗粒状原料树脂成型)来形成树脂材料33。该初步处理步骤在比熔融步骤(将稍后描述)中的树脂材料33的温度低的温度下执行。原料树脂包括具有诸如珠粒、薄片或柱状块的任何形状的粉末、片剂等形式的原料树脂，其尺寸适于倒入磁体插入孔3的开口中。由此，可防止在树脂充入步骤和稍后描述的熔融步骤期间颗粒形态(即，具有相对小的直径)的树脂材料33飞散到磁体插入孔3之外，并且防止在填充磁体插入孔3的树脂材料中形成空隙。
成型的树脂材料33具有适形于磁体插入孔3的形状的大致长方体形状，并且如图4的(II)所示当成型的树脂材料33被完全插入磁体插入孔3中时，成型的树脂材料33的四个侧表面(图4的(II)中仅示出内侧表面33a和外侧表面33b)分别与对应磁体插入孔3的对应内表面3a、外表面3b、左表面3c和右表面3d(也参见图2)紧靠或非常靠近。
当成型的树脂材料33被完全插入磁体插入孔3中时，树脂材料33的四个侧表面中的至少一个与磁体插入孔3的对应表面接触就足够了。然而，如果树脂材料33的四个侧表面全部与磁体插入孔3的对应表面接触，则促进了从转子芯2(特别是，限定磁体插入孔3的表面)到放置在磁体插入孔3中的树脂材料33的热传递，以使得可在熔融步骤和热固化步骤(将稍后描述)中更快速地处理磁体插入孔3中的树脂材料33。
另外，要充入到磁体插入孔3中的树脂材料33的量(体积)应该被选择为使得当在磁体插入步骤(将稍后描述)中将磁体4插入到磁体插入孔3中时，成型的树脂材料33不会从磁体插入孔3的上部开口溢出(或者仅略微溢出)。
在制造磁体嵌入式转子1时，如图5所示，可在树脂充入步骤之前执行由在加热炉41中将转子芯2预热到预定温度组成的芯预热步骤。由此，如稍后将讨论的，即使当磁体4的预热所提供的热不足以使树脂材料33充分地熔融时，磁体插入孔3中的树脂材料33也可按照可靠的方式熔融至足够的程度。芯预热步骤未必需要使用加热炉41，而是也可使用任何其它加热设备来执行，只要其可至少将转子芯2加热至期望的温度即可。如果期望，可在执行树脂充入步骤之前使用加热单元23执行芯预热步骤。
然后，如图4的(III)和(IV)所示，执行由将磁体4插入到已经容纳树脂材料33的各个磁体插入孔3中组成的磁体插入步骤。在这方面，如图6所示，可在磁体插入步骤之前执行由在加热炉51中将磁体4预热至预定温度组成的磁体预热步骤。
在磁体预热步骤期间储存在磁体4中的热有助于与磁体插入孔3中的磁体4接触的树脂材料33(的至少一部分)的熔融。在这方面，磁体插入步骤可被认为构成使树脂材料33熔融的熔融步骤的一部分。在熔融步骤中，有必要控制树脂材料33的加热以使得树脂材料33至少达到树脂材料33可熔融(变为流体)的温度。此外，在此熔融步骤中，也可利用通过上述芯预热步骤预热的转子芯2中所储存的热。优选的是，通过磁体插入步骤预热的磁体4的温度和通过芯预热步骤预热的转子芯2的温度被控制为基本上相同的温度。
此外，如果由预热的磁体4和转子芯2(它们中的至少一个)供应的热量不足以使树脂材料33熔融，则可至少作为图4的(III)和(VI)所示的磁体插入步骤的一部分使用加热单元23执行熔融步骤以用于使树脂材料33熔融。在这种情况下，除了在图4的(III)和(VI)的步骤中使用加热单元23执行的熔融步骤之外或者代替该熔融步骤，可作为图4的(I)和(II)所示的树脂充入步骤的一部分执行相似的熔融步骤。
在磁体插入步骤中，如图7所示，随着磁体4被更深地插入到磁体插入孔3中，磁体插入孔3中熔融的树脂材料33的液面52逐渐上升。液面52最终如图4的(IV)所示到达转子芯2的上表面2a附近(或者换言之，树脂材料33向磁体插入孔3中的填充完成)。
在这种情况下，优选地，在磁体4的内表面4a保持与磁体插入孔3的内表面3a接触(滑动接触)的同时，将磁体4插入到磁体插入孔3中(或者换言之，通过内表面3a来引导磁体4的插入)。
此后，如图4的(V)所示，通过使上模21下降，在加压步骤(压缩成型步骤)中将转子芯2在加压状态下(以预定力)夹持在上模21与下模22之间。此时，上模21的各个凸部21b配合到对应磁体插入孔3中，以使得磁体插入孔3的内部被加压。上模21和下模22中的至少一个可设置有用于将困在磁体插入孔3中的空气引导到外部的排气孔(例如，将磁体插入孔3与外部连通的槽)。
此外，在图4的(V)所示的状态下，为了将在加压步骤中加压的树脂材料33热固化，在热固化步骤中对转子芯2进行加热。此时，由于树脂材料33的加热，进行化学反应(交联反应)。在热固化步骤期间树脂材料33的温度被控制为等于或低于预定温度上限值，并且加热状态被维持预定时间段。
图8是示出图4的(I)所示的树脂充入步骤的变形例的说明图。在上述实施方式中树脂材料33被从颗粒形态的原料树脂进行成型，但是如图8所示，在树脂充入步骤(I)中，也可原样使用颗粒形态的原料树脂作为树脂材料33。
由此，不管磁体插入孔3的形状或者树脂材料33的所需量如何，可容易地将树脂材料33充入到磁体插入孔3中。应该注意的是，树脂材料33的形状不限于颗粒形状，而是也可为其它形状(例如，为片形)。
尽管根据其特定实施方式描述了本发明，这些实施方式仅是示例，本发明不由这些实施方式限制。例如，树脂材料33在上述实施方式中由热固性树脂组成，但是也可由热塑性树脂组成。当使用热塑性树脂时，代替对热固性树脂的热固化步骤，执行通过冷却的凝固步骤。在上述实施方式中，各个磁体4在对应磁体插入孔3中在向内方向上偏移。然而，本发明不限于此，而是磁体插入孔3中的磁体4的位置可适当地改变。例如，在平面图中磁体4可被设置在磁体插入孔3的中心处。上述实施方式中举例说明的制造磁体嵌入式芯的方法的构成元素对于本发明不是全部必要的，而是可在不脱离本发明的范围的情况下被适当地省略或替代。
标号说明
1：磁体嵌入式转子(磁体嵌入式芯)
2：转子芯(电机芯)
2a：顶表面
3：磁体插入孔
3a：内表面
3b：外表面
3c：左表面
3d：右表面
4：磁体
4a：内表面
5：轴孔
6：树脂
20：制造装置
21：上模
21a：下表面
21b：凸部
22：下模
22a：上表面
23：加热单元
33：树脂材料
33a：内表面(接触表面)
33b：外表面(接触表面)
41：加热炉
51：加热炉
52：液面

Claims (7)

1.一种制造磁体嵌入式芯的方法，所述磁体嵌入式芯包括磁体，该磁体被嵌入到填充在电机芯中沿轴向延伸的磁体插入孔的树脂中，所述方法包括以下步骤：
将固体形态的树脂材料充入到所述磁体插入孔中的树脂充入步骤；
在所述磁体插入孔中使所述树脂材料熔融的熔融步骤；以及
对所述磁体插入孔的内部加压的加压步骤，
其中，所述熔融步骤包括通过将所述磁体预热并插入到所述磁体插入孔中来使所述树脂材料至少部分地熔融。
2.根据权利要求1所述的制造磁体嵌入式芯的方法，其中，所述树脂材料由热固性树脂组成，并且所述方法还包括通过对所述电机芯进行加热来使在所述加压步骤中加压的所述树脂材料固化的热固化步骤。
3.根据权利要求1或2所述的制造磁体嵌入式芯的方法，其中，所述方法还包括在所述树脂充入步骤之前将所述电机芯预热的芯预热步骤。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的制造磁体嵌入式芯的方法，其中，所述熔融步骤包括通过在至少所述树脂充入步骤之后对所述电机芯进行加热来使所述树脂材料熔融。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的制造磁体嵌入式芯的方法，其中，通过对颗粒状原料树脂进行成型来形成所述树脂材料。
6.根据权利要求5所述的制造磁体嵌入式芯的方法，其中，所述树脂材料具有接触表面，该接触表面能够接触限定所述磁体插入孔的表面中的至少一个表面。
7.根据权利要求1至4中的任一项所述的制造磁体嵌入式芯的方法，其中，所述树脂材料为颗粒形态。
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