CN111095735B - 无刷马达及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种无刷马达及其制造方法，提升包括环形磁铁的无刷马达的制造效率。无刷马达包括旋转自如地轴支在定子的内部的转子(17)，转子(17)具有圆筒形状的转子芯(26)，使轴(19)插通；环形磁铁(29)，经由粘接剂(28)而固定在转子芯(26)的外周；以及磁铁罩(53)。磁铁罩(53)覆盖转子芯(26)及环形磁铁(29)的轴方向端面。在磁铁罩(53)设置有和转子芯(26)与环形磁铁(29)之间连通的粘接剂袋(58)。

Description

无刷马达及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种具有包含粘接在芯单元的环形磁铁的转子的无刷马达的技术，具体涉及一种无刷马达及其制造方法。
背景技术
无刷马达具有设置有磁场用磁铁的转子、及设置有电枢绕组的定子。转子的位置由作为磁感应元件的霍尔元件来检测，通过逆变器，根据霍尔元件的检测信号来控制针对各定子线圈的通电时机。转子有将多个磁铁粘附于转子的外周的表面磁体型(SurfacePermanent Magnet，SPM)、及将多个永磁体埋入转子中的埋入磁体型(Interior PermanentMagnet，IPM)。进而，转子有包括环形磁铁的类型，此类型的转子包括在包含磁性材料的圆筒构件，将作为磁极的N极与S极在圆周方向上错开来交替地磁化而成的环形磁铁。
专利文献1、专利文献2分别公开有包括环形磁铁的转子即转动体。
另一方面，专利文献3公开有具有无刷马达的车辆的停车用的刹车装置，所述刹车装置具有以跨越安装在车轴的刹车盘的一部分的方式配置的卡钳。卡钳包括设置有活塞的气缸部、及经由刹车盘而与气缸部相向的爪部，在活塞与爪部设置有被刹车盘按压的垫。若操作刹车踏板，则对活塞供给液压，各个垫被刹车盘按压而对车轴给予制动力。通过无刷马达经由减速机来进行旋转驱动的进给螺杆构件与活塞螺合，若操作停车刹车开关，则通过进给螺杆构件来驱动活塞而对车轴给予制动力。专利文献3是停车用的刹车装置，但若代替活塞而对设置有垫的往返移动构件进行马达驱动，则变成也在车辆行驶时使用的电动刹车。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开平8-182294号公报
专利文献2：日本专利特开2003-174745号公报
专利文献3：日本专利特开2016-125512号公报
发明内容
发明所要解决的问题
包括环形磁铁的转子通过在由磁性材料一体地形成的圆筒形状的构件将磁极磁化来形成，因此可在圆周方向上均等地分配磁极。进而，能够以少的组装工作量制造转子。由此，包括环形磁铁的转子具有能够以低成本制造高精度的无刷马达这一优点。
但是，环形磁铁通过粘接剂而固定在安装在轴的芯单元的外侧，因此在制造转子时，存在粘接剂从芯单元与环形磁铁之间漏出的情况。若粘接剂漏出至转子的外部，则存在粘接剂附着在转子的外表面、或粘接剂附着在转子组装用的夹具的情况。因此，转子的检查或清扫、夹具的清扫等作业步骤增加，马达的制造效率下降。另外，附着在转子的外表面的粘接剂固化后，剥落而变成粘接剂片，朝无刷马达内飞散，由此存在粘接剂片卡入马达中，而引起运行不良的可能性，尤其在如所述刹车装置用马达那样的要求高可靠性的马达中是课题。
本发明的目的在于提升包括环形磁铁的无刷马达的品质及制造效率。
解决问题的技术手段
本发明的无刷马达是包括定子、及旋转自如地轴支在所述定子的内部的转子的无刷马达，所述转子具有：圆筒形状的转子芯，使轴插通；环形磁铁，经由粘接剂而固定在所述转子芯的外周；以及磁铁罩，安装在所述轴，覆盖所述转子芯及所述环形磁铁的轴方向端面，在所述磁铁罩设置有和所述转子芯与所述环形磁铁之间连通的粘接剂袋。
本发明的无刷马达的制造方法是包括定子、及旋转自如地轴支在所述定子的内部的转子的无刷马达的制造方法，其包括：安装步骤，将转子芯、及直径比所述转子芯大且覆盖所述转子芯的其中一个端面的磁铁罩安装在轴；涂布步骤，将粘接剂涂布在所述转子芯的外周面；以及嵌合步骤，使环形磁铁在轴方向上从所述转子芯的另一个端面侧朝所述磁铁罩移动，由此嵌合在所述转子芯的外侧，在所述转子芯与所述环形磁铁之间形成粘接剂层，并使粘接剂漏出至设置在所述磁铁罩的粘接剂袋。
发明的效果
无刷马达的转子具有通过粘接剂而固定在转子芯的外周的环形磁铁，转子芯与环形磁铁的轴方向端面由安装在轴的磁铁罩覆盖，在磁铁罩设置有粘接剂袋，因此当使环形磁铁嵌合在转子芯的外周时，粘接剂进入粘接剂袋内，而防止粘接剂漏出至转子的外部。由此，防止粘接剂附着在转子组装用的夹具，而不需要夹具的清扫等作业，可提升马达的制造效率。通过进入粘接剂袋内的粘接剂来将磁铁罩粘接在转子芯与环形磁铁，因此可提高转子的强度。
附图说明
图1是表示一实施方式的无刷马达的立体图。
图2是图1的纵剖面图。
图3是图2的横剖面图。
图4是表示马达的旋转控制电路的框图。
图5是图1中所示的转子的立体图。
图6是图5的放大纵剖面图。
图7是图6的横剖面图。
图8是表示磁铁罩的变形例的立体图。
图9的(A)～图9的(D)是表示转子的制造方法的一例的步骤图。
图10的(A)～图10的(C)是表示转子的另一制造方法的步骤图。
[符号的说明]
11：马达壳
13：托架
16：定子
17：转子
19：轴
19a：芯安装部
26：转子芯
26a：外周面
28：粘接剂
29：环形磁铁
29a：内周面
34：定子芯
35：齿部
36：绝缘体
37：线圈
38：母线单元
41：传感器盘
42：基部
43：环状部
44：传感器基板
45a～45c：霍尔元件
53：磁铁罩
54：轴套部
55：本体部
56：内侧肋
57：外侧肋
58：粘接剂袋
61：空隙
61a：槽
62：锥面
具体实施方式
以下，根据附图对本发明的实施方式进行详细说明。如图1及图2所示，无刷马达10包括马达壳11。马达壳11通过对金属板实施深冲压等压制加工来形成，如图2所示，具有底壁部11a与圆筒部11b，在圆筒部11b的开口端部12设置有凸缘部11c。包含树脂材料的托架13通过多个螺杆构件14而安装在凸缘部11c。
在托架13安装有多个轴环15，无刷马达10通过贯穿各个轴环15的螺杆构件而安装在未图示的构件。所述无刷马达10可应用于汽车的刹车装置驱动用途，在此情况下，马达壳11通过贯穿轴环15的螺杆构件而安装在减速机。
如图2所示，定子16固定在马达壳11的圆筒部11b，转子17经由气隙即间隙18而旋转自如地轴支在定子16的内部。转子17具有马达的轴19，轴19的基端部通过轴承21而旋转自如地轴支在马达壳11，前端部通过轴承22而旋转自如地轴支在托架13。轴承21安装在设置在马达壳11的底壁部11a的筒部23，轴承22安装在设置在托架13的固定器24。
若将轴19的图2中的下端部设为轴19的基端部，将上端部设为前端部，则在前端部安装小齿轮25。小齿轮25的旋转经由未图示的减速齿轮机构而传达至进给螺杆轴。进给螺杆轴与在轴方向上往返移动自如地安装在刹车装置的卡钳的往返移动构件螺合。在往返移动构件及与其相向的卡钳的爪部，分别设置有被汽车的电动刹车装置的刹车盘按压的垫，通过无刷马达10来对汽车给予制动力。
如图3所示，转子17具有圆筒形状的转子芯26，轴19贯穿转子芯26的插通孔27而插入。环形磁铁29通过粘接剂28而固定在转子芯26的外周。多个凹槽31在轴方向上延长而设置在插通孔27。转子芯26通过将多块金属板(电磁钢板)层叠来形成，所述金属板(电磁钢板)是通过压制加工来冲裁成大致环状。在各个金属板形成有层叠时的定位用的贯穿孔32、及为了转子芯26的轻量化的贯穿孔33。
环形磁铁29通过在包含磁性材料的圆筒形状的构件，将作为磁极的N极与S极在圆周方向上错开来交替地磁化而形成。在图3中所示的环形磁铁29，十个磁极在圆周方向上被磁化，转子17具有十极的极数。在图3中，环形磁铁29的磁极的边界部分由虚线表示。如此，无刷马达10为环形磁铁型，如上所述，与表面磁体型或埋入磁体型的转子不同，可在圆周方向上均等地分配磁极，并且能够以少的组装工作量制造转子17。关于表面磁体型的转子，可想到粘附在圆筒形状的构件的外周面的圆弧形状的磁体会脱落，但可通过环形磁铁29来提升马达的耐久性。
定子16具有大致圆筒形状的定子芯34。如图3所示，定子芯34通过将九个齿部35在圆周方向上组合而形成。各个齿部35通过将多块金属板(电磁钢板)层叠来形成，所述金属板(电磁钢板)是通过压制加工来进行冲裁而成。在各个金属板设置有层叠时的定位用的省略图示的贯穿孔。在各个齿部35安装有包含绝缘性的树脂材料的绝缘体36，在绝缘体36的外侧卷绕有线圈37。在九个齿部35卷绕有线圈37，图3中所示的定子16具有九个线圈37。
各个线圈37在圆周方向上依次构成U相、V相、W相的三相，各个相由三个线圈37形成。如图2所示，在定子16的前端侧的端面配置有母线单元38。通过母线单元38来将各线圈37的端子与外部电源电性连接。为了检测转子17的旋转方向的位置，在轴19安装有传感器盘41。传感器盘41具有包括嵌合在轴19的圆筒部42a与设置在圆筒部42a的一端的盘部42b的基部42、及设置在圆筒部42a的环状部43，在环状部43设置有磁铁。在托架13安装有与传感器盘41相向的传感器基板44，并设置有感应设置在传感器盘41的磁铁的磁力的霍尔元件45。
图4是表示马达的旋转控制电路的框图。旋转控制电路具有与三相的线圈对应的三个霍尔元件45a～45c，如上所述，各个霍尔元件安装在图2中所示的传感器基板44。在图2的传感器基板44显示有一个霍尔元件45，但将三个霍尔元件45a～45c在圆周方向上错开来设置在传感器基板44。各个霍尔元件45a～45c是检测设置在环状部43的磁铁的磁通，由此在转子17的磁极部的极性已从N极变成S极的中性点时输出检测信号的磁场检测元件，根据来自霍尔元件的检测信号检测转子17的位置，进行针对各个线圈37的通电切换运行。作为用于检测旋转位置的传感器，并不仅限于霍尔元件，也可以使用将具有比较器的功能的电子元件与霍尔元件单芯片化而成的霍尔集成电路(Integrated Circuit，IC)。
马达的旋转控制电路具有用于控制针对U相、V相及W相的各线圈37的驱动电流的逆变器电路46。逆变器电路46是三相全桥逆变器电路，具有分别串联连接的两个开关元件T1、T2，两个开关元件T3、T4，以及两个开关元件T5、T6，各开关元件与直流电源47的正极与负极的输出端子连接。U相的线圈37的其中一个连接端子连接在两个开关元件T1、T2之间。V相的线圈37的其中一个连接端子连接在两个开关元件T3、T4之间。W相的线圈37的其中一个连接端子连接在两个开关元件T5、T6之间。U相、V相及W相的各个线圈37的另一个连接端子相互连接，各线圈37变成星形接线(star connection)。另外，作为接线方式，也可以设为三角形接线(delta connection)。通过调整供给至各个开关元件的控制信号的时机，而控制针对各线圈37的换向运行。
马达的旋转控制电路具有控制器48，从控制器48经由控制信号输出电路49而朝逆变器电路46发送控制信号。作为旋转位置检测传感器的霍尔元件45a～霍尔元件45c的检测信号被发送至转动体位置检测电路50。从转动体位置检测电路50朝控制器48发送信号。控制器48具有对控制信号进行运算的微处理器、以及存储控制程序及数据等的存储器。
逆变器电路46、控制器48、转动体位置检测电路50等设置在马达的外部，将各相的线圈的其中一个连接端子与逆变器电路46连接的导线如图1所示，穿过设置在托架13的电缆导管51而被引导至外部。将三个霍尔元件45a～45c与转动体位置检测电路50连接的导线穿过设置在托架13的电缆导管52而被引导至外部。
图5是图1中所示的转子的立体图，图6是图5的放大纵剖面图。在轴19的基端部侧设置有安装转子芯26的芯安装部19a，芯安装部19a的直径比其他部分大。将磁铁罩53靠近芯安装部19a来安装在轴19。磁铁罩53包含树脂材料，具有嵌合在轴19的外周面的轴套部54、及从轴套部54朝径向外侧延伸的圆板形状的本体部55，覆盖转子芯26与环形磁铁29的其中一个轴方向端面。
在磁铁罩53的本体部55，设置有朝转子芯26的径向的内侧部分突出的内侧肋56。内侧肋56与轴19为同心圆。即，与轴19的中心轴为同心，且从轴19的轴方向观察为圆形。在本体部55，设置有朝环形磁铁29突出的外侧肋57。外侧肋57与内侧肋56相比位于径向外侧来设置在本体部55，与内侧肋56为同心圆。通过内侧肋56、外侧肋57、及本体部55中的这些肋之间的部分来形成粘接剂袋58。粘接剂袋58为环状槽形状，粘接剂袋58朝转子芯26与环形磁铁29的轴方向端面开口。粘接剂袋58与转子芯26的外周面和环形磁铁29的内周面之间的间隙，即粘接剂28所在的部分连通。
磁铁罩53通过进入粘接剂袋58内的粘接剂28而粘接在转子芯26与环形磁铁29。若将转子17组装入定子16，则如图2所示，磁铁罩53与传感器盘41相比配置在马达的内侧。因此，即便磁铁罩53从转子芯26与环形磁铁29分离，磁铁罩53的轴方向的偏离移动也由传感器盘41抑制。
可以将转子芯26与磁铁罩53设为不同的构件，也可以将金属制的转子芯26与树脂制的磁铁罩53设为事先经组合的一体型构件。在设为不同的构件的形态中，将转子芯26与磁铁罩53依次安装在轴19。另一方面，在设为一体型构件的情况下，将转子芯26与磁铁罩53的组装体安装在轴19。在制造磁铁罩53成为一体的一体型的转子芯26时，在将用于形成转子芯26的金属板配置在树脂成形模具的状态下，将磁铁罩53嵌入成形。当进行嵌入成形时，只要事先在金属板形成凹凸部或贯穿孔，便可提高树脂与金属板的密接性。将与树脂组合的金属板层叠在其他金属板，由此可制造转子芯26。另外，也可以在将多块金属板层叠来组装转子芯26后，将磁铁罩53嵌入成形在转子芯26。
图9的(A)至图9的(D)是表示转子17的制造方法的组装步骤图。所述转子17的转子芯26与磁铁罩53成为不同的构件。图9的(A)表示将转子芯26安装在轴19的第一安装步骤。在第一安装步骤中，将轴19的基端部设为下侧，在轴方向上，将转子芯26如由箭头所示从轴19的上方端侧即一端部侧安装在轴19。由此，将轴19插入转子芯26的内部，如图9的(B)所示，将转子芯26固定在芯安装部19a的位置。
紧接在转子芯26之后，如图9的(B)所示，将磁铁罩53安装在轴19。在将磁铁罩53安装在轴19的第二安装步骤中，在轴方向上，将磁铁罩53如由箭头所示从轴19的一端部侧安装在轴。由此，内侧肋56抵接在转子芯26的其中一个端面的径向内侧部分。若使内侧肋56轻轻地抵接在转子芯26，则因内侧肋56的端面与转子芯26的端面的至少任一者的表面粗糙度，而在内侧肋56与转子芯26之间，如图9的(D)所示，形成轴方向的宽度尺寸为0.1mm左右的宽度极薄的空隙61。作为所述空隙61的轴方向的宽度尺寸，设定成0.05mm～0.15mm。为了将空隙61的宽度尺寸设定成固定值，也可以在将磁铁罩53安装在轴19时，将厚度计配置在转子芯26的端面与磁铁罩53之间。
在使内侧肋56抵接在转子芯26的径向内侧部分来将磁铁罩53安装在轴19后，如图9的(C)所示，将轴19的上下反转。在此状态下，将粘接剂28涂布在转子芯26的外周面26a。在此涂布步骤中，一边从未图示的喷嘴喷出粘接剂28，一边使转子芯26旋转，并且使喷嘴沿着转子芯26在轴方向上移动，由此将粘接剂28呈螺旋状地涂布在外周面26a。图9的(C)表示将粘接剂28如所述那样涂布在外周面26a的状态。作为粘接剂28的涂布方式，并不限定于此种方式，也可以通过毛刷来将粘接剂28涂布在外周面26a，也可以通过喷雾来涂布。
在图9的(D)中，利用双点划线来表示将环形磁铁29从转子芯26的另一个端面侧嵌合在转子芯26的外侧，并使其在轴方向上朝磁铁罩53移动的状态。若使环形磁铁29移动至抵接在磁铁罩53的位置为止，而将环形磁铁29嵌合在转子芯26，则如图9的(D)中由实线所示，环形磁铁29抵接在磁铁罩53的外侧肋57。在环形磁铁29的端部，如图9的(D)所示，设置有直径朝向端面变大的锥面62，当使环形磁铁29移动至抵接在磁铁罩53的位置为止时，已涂布在外周面26a的粘接剂28确实地进入环形磁铁29的内周面29a的内部。
若环形磁铁29抵接在磁铁罩53，则环形磁铁29的相对于转子芯26的轴方向的位置得到定位，在转子芯26的外周面26a与环形磁铁29的内周面29a之间形成包含粘接剂28的粘接剂层。进而，已涂布在外周面26a的粘接剂28的一部分由环形磁铁29的端面挤向磁铁罩53，粘接剂28进入粘接剂袋58内。
若粘接剂28进入粘接剂袋58内，则粘接剂袋58内的空气被从空隙61朝径向内侧排出。如此，若在内侧肋56与转子芯26之间设置空隙61，则通过被挤入粘接剂袋58的粘接剂28，将空气从粘接剂袋58内朝外部排气，由此可使粘接剂28容易地进入粘接剂袋58内。外侧肋57抵接在环形磁铁29，防止粘接剂28漏出至转子17的外部。如此，若防止粘接剂28漏出至转子17的外部，则防止粘接剂附着在组装转子17的组装夹具，可提升无刷马达10的制造效率。进而，通过已进入粘接剂袋58内的粘接剂28，将转子芯26的端面与磁铁罩53粘接，因此可提高转子芯26与磁铁罩53的对于轴19的固定强度。
朝转子芯26的外周面26a上的粘接剂28的涂布量优选为设为将环形磁铁29嵌合在转子芯26的外侧时，不从粘接剂袋58漏出的量，但只要使粘接剂28从粘接剂袋58穿过内侧肋56与转子芯26之间而朝轴19流出，则粘接剂28进入轴19与磁铁罩53之间的间隙，粘接剂28不会漏出至转子17的外部，可提高轴19与磁铁罩53的粘接强度。因此，使内侧肋56轻轻地抵接在转子芯26的端面，另一方面，使环形磁铁29的端面强力地抵接在外侧肋57。由此，环形磁铁29的端面密接在外侧肋57，可防止粘接剂28从外侧肋57与环形磁铁29之间漏出。当粘接剂28使用热硬化性的粘接剂时，在嵌合步骤后，对转子17进行加热处理来使粘接剂28硬化。
图8是表示磁铁罩53的变形例的立体图。在磁铁罩53的内侧肋56的端面，设置有多个空气去除用的槽61a。如此，若在磁铁罩53设置槽61a，则当粘接剂28进入粘接剂袋58时，可将空气从粘接剂袋58经由空气去除用的槽61a而朝外部排出。另外，槽61a的深度尺寸为0.05mm～0.15mm，在图8中，将槽61a夸张表示。另外，也可以不将空气去除用的槽61a设置在磁铁罩53，而将空气去除用的槽61a设置在转子芯26之中，磁铁罩53的内侧肋56进行抵接的部分。
图10的(A)至图10的(C)是表示转子17的另一制造方法的步骤图。图10的(A)表示如所述那样事先通过嵌入成形来将转子芯26与磁铁罩53组合而成的一体型的转子芯26。在一体型的转子芯26中，也与所述情况同样地，在转子芯26与磁铁罩53的内侧肋56之间设置有空隙61。图10的(B)表示将一体型的转子芯26安装在轴19的状态。图10的(C)表示将转子芯26安装至嵌合在芯安装部19a的位置为止的状态。
在如所述那样将转子芯26与磁铁罩53安装在轴19后，在图9的(C)中所示的涂布步骤中，将粘接剂28涂布在转子芯26的外周面。进而，在图9的(D)中所示的嵌合步骤中，将环形磁铁29嵌合在转子芯26的外侧。
本发明并不限定于所述实施方式，可在不脱离其主旨的范围内进行各种变更。例如，在转子17被磁化的磁极的极数并不限定于图示的十极，也可以设为两极、四极、八极等。进而，卷绕有线圈37的定子16的齿部35的数量并不限定于图示的九个，只要是三个、六个等三的倍数，则可为任何数量。

Claims (10)

1.一种无刷马达，包括：
定子；以及
转子，旋转自如地由轴支承在所述定子的内部；
所述转子具有：
圆筒形状的转子芯，使轴插通；
环形磁铁，经由粘接剂而固定在所述转子芯的外周；以及
磁铁罩，安装在所述轴，覆盖所述转子芯及所述环形磁铁的轴方向的其中一个端面；
在所述磁铁罩设置有和所述转子芯与所述环形磁铁之间连通的粘接剂袋，
所述磁铁罩具有：
本体部，在径向上延伸；
内侧肋，设置在所述本体部，朝所述转子芯突出，与所述轴为同心圆；以及
外侧肋，在所述本体部与所述内侧肋相比设置在径向外侧，朝所述环形磁铁突出，与所述内侧肋为同心圆；
所述粘接剂袋由所述本体部、所述内侧肋及所述外侧肋形成。
2.根据权利要求1所述的无刷马达，其中
所述外侧肋抵接在所述环形磁铁。
3.根据权利要求1或2所述的无刷马达，其中
在所述内侧肋与所述转子芯之间设置有空气去除用的空隙。
4.根据权利要求3所述的无刷马达，其中
所述空隙的轴方向的尺寸为0.05mm～0.15mm。
5.根据权利要求1或2所述的无刷马达，其中
在所述内侧肋与所述转子芯的至少一者设置有空气去除用的槽。
6.根据权利要求1或2所述的无刷马达，其中所述磁铁罩包含树脂材料。
7.根据权利要求1或2所述的无刷马达，其中所述转子芯与所述磁铁罩一体地成形。
8.根据权利要求1或2所述的无刷马达，其中所述无刷马达用于汽车的刹车装置驱动用途。
9.一种无刷马达的制造方法，所述无刷马达包括：
定子；以及
转子，旋转自如地由轴支承在所述定子的内部；所述无刷马达的制造方法具有：
安装步骤，将转子芯、及直径比所述转子芯大且覆盖所述转子芯的其中一个端面的磁铁罩安装在轴；
涂布步骤，将粘接剂涂布在所述转子芯的外周面；以及
嵌合步骤，使环形磁铁在轴方向上从所述转子芯的另一个端面侧朝所述磁铁罩移动，由此嵌合在所述转子芯的外侧，在所述转子芯与所述环形磁铁之间形成粘接剂层，并使粘接剂漏出至设置在所述磁铁罩的粘接剂袋，其中所述磁铁罩具有：
本体部，在径向上延伸；
内侧肋，设置在所述本体部，朝所述转子芯突出，与所述轴为同心圆；以及
外侧肋，在所述本体部与所述内侧肋相比设置在径向外侧，朝所述环形磁铁突出，与所述内侧肋为同心圆。
10.根据权利要求9所述的无刷马达的制造方法，其中所述安装步骤具有：
第一安装步骤，从所述轴的一端部侧安装所述转子芯；以及
第二安装步骤，从所述轴的一端部侧朝所述转子芯的其中一个端面安装所述磁铁罩。
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