CN1905326A

CN1905326A - 电机

Info

Publication number: CN1905326A
Application number: CNA2006101089874A
Authority: CN
Inventors: 大槻贵成; 山下隆正; 竹本心路
Original assignee: Nidec Corp
Current assignee: Nidec Corp
Priority date: 2005-07-29
Filing date: 2006-07-31
Publication date: 2007-01-31
Also published as: JP2007037365A; US20070024137A1

Abstract

本发明提供了一种电机。在轴承壳体的底部的顶面上设有用于沿轴向支承轴的底端的止推板。在止推板的下方设有用于沿轴向吸引由磁性材料制成的轴的吸引磁体。围绕吸引磁体的周边设有大致杯状的磁体支架。该磁体支架通过吸引磁体的底部和径向周面而保持吸引磁体。磁体支架通过嵌件成型与轴承壳体的底部一体形成。

Description

电机

技术领域

本发明涉及一种轴承机构，其用于通过磁性吸引电机的转子部分而降低噪音并减少电机厚度。

背景技术

目前，电子设备中安装有多个电机。电机用于运转风扇并用于对驱动电机进行驱动。由于越来越多的电子设备用于住宅和办公空间中，因而要求电子设备比以往更加安静地运行。传统上，电机的转子部分(例如，转子单元)上施加有通常称作套筒轴承的轴承机构，并且设计成使该转子部分能够沿轴向朝向和远离电机的定子部分自由运动。已经设计了一些电机结构以防止转子部分沿轴向自由运动。这样的电机结构中的一种是这样的结构，其中转子磁体的磁力中心移动到轴向高于定子芯的磁力中心的位置，使得转子部分被沿轴向向下磁性拉动。通过该结构，转子部分的轴的端部与设在电机的定子部分中的止推板接触，从而防止转子部分沿轴向自由运动。

然而，对于上述结构，可能出现不能产生足够强的磁力来保持转子部分的情况。特别地，当具有上述结构的电机安装在电子设备上时，并且当转子部分处于电机垂直下方的位置时，由于转子部分的自身重量，所述轴的端部可能与止推板分离并沿轴向运动。即，当电机安装在电子设备上时，转子不能在转子部分垂直面向下方的同时安装在电子设备上。另外，当沿轴向向电机施加外部压力时，电机的转子部分可能会被迫沿轴向运动。当向电机施加所述压力时，可能会由于轴的端部和止推板彼此接触和分离而产生撞击噪音。为此，可能出现如下情况，其中电机噪音增加，或者由于轴的端部与止推板之间的接触而损坏轴端部表面和止推板表面。另外，由于定子芯的磁中心(magnetic center)和转子磁体的磁中心的偏移，可能产生磁噪音或磁振动。对于需要安静运行的电子设备，电机的电机噪音、磁噪音和磁振动会是成问题的。如上所述，在转子磁体的磁中心相对于定子芯的磁中心沿轴向向上偏移的结构中，需要在组装电机之前精密地限定转子磁体与定子芯之间的位置关系从而补偿产品中推力强度的变化。这需要高精度地设计和组装转子磁体，从而增加电机生产中所包含的步骤数量。

发明内容

根据本发明的轴承单元包括磁体，该磁体设在该轴承单元的轴的底部下方从而将轴保持在其内。该磁体固定在磁体支架上。利用嵌件成型(insert molding)等形成的磁体支架紧密地固定在用于固定轴套的轴承保持部上。

其中磁体支架固定到轴承保持部上的上述构造允许在其间保持强的连接强度。而且，因为磁体支架的表面和轴承保持部彼此紧密地固定，所以会防止从由磁体支架与轴承保持部之间的边界限定(bordering)的部分漏油。

通过防止漏油的上述构造，能够减少轴承保持部的厚度，以使得磁体支架的底面暴露于轴承保持单元的外部。上述构造有利于减少轴承单元的厚度。

在磁体支架的周面上可以有凸区域或凹区域。设在磁体支架上的凸区域或凹区域有利于进一步加强磁体支架与轴承保持部之间的连接强度。

附图说明

图1是表示本发明电机的实施例的剖视图。

图2(a)是表示本发明磁体支架的实施例的剖面图。

图2(b)是表示本发明磁体支架的实施例的立体图。

图3(a)是表示本发明止推板的实施例的立体图。

图3(b)是表示本发明止推板的变型例的立体图。

图4是表示用于当将轴插入轴套时产生的气流的路径的图，其中箭头表示气流。

图5是用于生成本发明磁体支架的实施例的嵌件成型的流程图。

图6是表示用于注射成型的模具的实施例的图。

图7是表示用于本发明的注射成型的模具的隔离空间(alienatedspace)的图。

图8是表示被压力供入用于本发明的注射成型的模具的树脂的图。

具体实施方式

下面将参照图1至图8描述本发明电机的实施例。注意，这里在本发明优选实施例的说明中，诸如上、下、左、右、向上、向下、顶部和底部的、用于说明各个部件之间的位置关系和方向的词仅仅表示图中的位置关系和方向。这些词不表示安装在实际装置中的部件的位置关系和方向。

<第一优选实施例>

图1是表示本发明电机的实施例的剖视图。下面将描述用于风扇的电机。

风扇1具有这样的结构，其中转子部分3上安装有具有多个叶片的叶轮4，并且一旦向转子部分3施加外部电流，则该转子部分旋转驱动。转子部分3包括轴7。轴7和叶轮4一体设置，以使得轴7的一端固定于叶轮4的中央部分。叶轮4通过树脂注射成型而形成。将轴7的所述一端插入形成叶轮4的模具中，并且这一端将由形成叶轮4的树脂覆盖，从而将轴7固定在叶轮4上。

另外，风扇1中包括轴承单元30。轴承单元30中包括轴7、轴承保持部、轴套8和稍后将描述的吸引磁体。

在框架12的中央部分处设置有大致杯状的轴承壳体12a，其作为轴承保持部。轴承壳体12a和框架12利用注射成型而彼此一体且无缝地形成。

轴套8通过压配入轴承壳体12a而被支承。另外，轴套8中包括通孔8a从而允许轴7在其内旋转。将轴7插入穿过所述通孔。轴套8由多孔烧结金属材料构成并通过粉末冶金方法形成。轴套8被浸有油作为用于使轴7在其内旋转的润滑剂。因此，轴7或其旋转由轴套8通过润滑剂支承。

在轴7的外表面与轴套8的内表面之间形成径向轴承机构32，当转子部分3旋转时，所述轴承机构用于在保持作为工作流体的上述润滑剂的同时支承轴7。径向轴承机构32例如包括滑动轴承、流体动力轴承等。

定子部分13由轴承壳体12a的外部分支承。定子部分13包括定子芯、线圈、用于使定子芯与线圈绝缘的绝缘体17、以及电路板16。定子芯被绝缘体17围绕，该绝缘体由电绝缘材料构成从而使上端、底端和多个齿部电绝缘。线圈卷绕各个齿部连同绝缘体17。在其上安装有驱动电路的电路板16设在定子部分13的底部处。电路板16控制转子部分3的旋转驱动。电路板16包括在其上安装有电子元件的印刷板。将待安装在印刷板上的电路图案(design)印刷在电路板16的表面上，线圈和电子元件与其电连接以形成驱动控制电路。电路板16固定到绝缘体17的底端。当通过包括IC(集成电路)和霍尔元件19的电子元件向线圈施加外部供应电时，定子芯产生磁场。

在叶轮4的内周上设置有多极转子磁体6。而且设置有用于从转子磁体6的周边保持转子磁体6的转子轭5，从而减少可能泄漏至风扇1的磁通量。当将与叶轮4一体形成的轴7插入轴套8中时，转子磁体6和定子芯将定位成使得转子磁体6和定子芯彼此径向面对。由于定子芯产生的磁场与转子磁体6产生的磁场之间的相互作用而在转子部分3中产生的旋转扭矩使转子部分3围绕轴7旋转。在霍尔元件19检测到由旋转的转子磁体6产生的磁通量变化之后，通过切换电压输出的驱动IC来控制转子部分3的旋转稳定性。保持在转子部分3外周上的叶轮4由于转子部分3的旋转驱动而旋转，从而产生气流。

框架12沿轴向面向电路板16定位，并形成为外径基本等于(但不限于)电路板16外径的盘状。在框架12的径向外部设置有空气通路部分2，用于形成用于由叶轮4产生的气流的路径。在框架12的外部上设置有多个沿径向向外伸出的肋15。各个肋15沿径向的端部连接固定至空气通路部分2。将包括叶轮4的转子部分3容纳在空气通路部分2的内部空间中。

在轴承壳体12a的面向上的底端处设置有用于在轴7的底端沿轴向支承轴7的止推板10。因为轴7的底端与止推板10接触，所以接触面彼此抵靠地滑动。因此，止推板10由耐受当止推板10和轴7彼此抵靠地滑动时产生的摩擦的材料构成。

用于磁吸引包括部分磁性材料的轴7的吸引磁体9设在止推板10的底端处。大致杯状的磁体支架11围绕吸引磁体9的周边设置。磁体支架11通过保持吸引磁体9的底端和径向周边而保持吸引磁体9。磁体支架11和吸引磁体9通过吸引磁体9的磁力而彼此固定。应注意，当磁体支架11和吸引磁体9需要比通过吸引磁体9的磁力更加牢固地彼此固定时，可以在它们之间使用粘合剂。因为磁体支架11是磁性物质，所以磁体支架11显著减少了可能漏出吸引磁体9至风扇1的磁通量。另外，由于磁体支架11和吸引磁体9产生的磁路，吸引磁体9的磁通密度将增加，从而增加吸引磁体9吸引轴7的吸力。因此，转子部分3将在轴向上稳定。所以，与其中根据等同于定子部分13的部分的轴向磁中心来修正等同于转子磁体6的部分的轴向磁中心的现有方法相比，会降低磁场产生的噪音。

如图2所示，磁体支架11通过稍后将描述的嵌件成型方法而形成在轴承壳体12a的底面处，从而磁体支架11和轴承壳体12a彼此成一体并且面向同一方向。即，大致杯状的磁体支架11的内部和轴承壳体12a的内部以与将吸引磁体9固定在轴承单元30内部的方式相同的方式一体形成。

在磁体支架11的与轴承壳体12a和框架12接触的表面部分上施加熔融树脂。熔融树脂在所述表面上冷却，从而连接磁体支架11与轴承壳体12a之间的表面，以及磁体支架11与框架12之间的表面。因此，磁体支架11与轴承壳体12a和框架12紧密连接，从而在磁体支架11与轴承壳体12a之间，以及在磁体支架11与框架12之间不会产生间隔，由此防止油从在框架12的连接至磁体支架11的底端附近的区域泄漏至风扇1的外部。

另外，大致杯状的底部11e的外部暴露于框架12的外部。因此，可以减少轴承单元的厚度。应注意，磁体支架11的底部11e可以用树脂覆盖而不暴露于框架12的外部，从而加强磁体支架11与轴承壳体12a之间，以及磁体支架11与框架12之间的连接。

另外，本实施例的磁体支架11由磁性烧结金属构成。即，磁体支架11是通过金属陶瓷工艺形成的多孔烧结金属。当磁体支架11的内径大于φ3mm时，磁体支架能容易地通过挤压磁性金属板而形成。因此，根据磁体支架11的尺寸，磁体支架11能够通过除了金属陶瓷工艺之外的方法形成。因为磁体支架11的底部11e暴露于框架12的外部，所以重要的是防止保持在轴承机构中的油通过磁体支架11的内部和底部11e泄漏至风扇1。为了防止漏油，有一种减小形成在磁体支架11内部中的孔的数量和尺寸的方法。例如，磁体支架11将主要由铁构成，其中其总重量的少于10％由铁—铜类材料构成，以使得磁体支架11的比重为6.45至6.80g/cm³。通过这种材料，可以减小形成在磁体支架11内部中的孔的数量和尺寸，从而防止漏油。然而，使用与上述材料不同的材料来构成磁体支架11会形成尺寸不同的孔。因此，根据新材料需要采用控制比重的新标准。

另外，可对磁体支架11应用蒸汽处理工艺。蒸汽处理工艺是这样的工艺，其中，用温度在500至600℃之间的过热蒸汽将磁体支架11加热大约30至60分钟，从而在磁体支架11的表面上形成氧化膜(例如，Fe₃O₄)，由此改进磁体支架11的表面的耐磨性和耐蚀性。当形成在磁体支架11表面上的氧化膜覆盖所述孔时，就会防止油泄漏至风扇1。

另外，可在磁体支架11的表面上应用遮蔽工艺(masking process)，从而防止油通过磁体支架11的孔泄漏至风扇1。遮蔽工艺是其中在磁体支架11的表面上施加涂层剂的工艺，或者是其中研磨磁体支架的表面直到该表面没有孔的工艺，从而防止油从磁体支架11泄漏至风扇1。更具体地，遮蔽工艺可以通过使用切削工具研磨磁体支架11的表面而应用；可以是喷砂工艺，其中在磁体支架11上喷布金属粉末或颗粒，从而将孔从其表面上除去；或者可以是涂覆工艺，其中在磁体支架11的表面上涂覆树脂，从而覆盖其表面上的孔。

另外，磁体支架11可涂覆有疏油树脂以至少覆盖磁体支架11的表面上的孔，从而覆盖形成在磁体支架11内部的多数孔。通过采用上述工艺中的任何一种或组合，磁体支架11能够通过疏油树脂的作用而排斥泄漏至该处的油。应注意，遮蔽工艺或/和其中磁体支架11被浸有疏油树脂的工艺要在磁体支架11形成于框架12内部之前执行。

另一种防止油渗透形成在磁体支架11内部的孔的手段如下。在磁体支架11形成于框架12内部之前，在磁体支架11与框架12之间的上边界的整个周边、以及磁体支架11上部的整个暴露区域涂覆有疏油树脂。因为磁体支架11与框架12之间的上边界的整个周边、以及磁体支架11上部的整个暴露区域涂覆有疏油树脂，所以磁体支架11表面的疏油作用防止了漏油渗入形成在磁体支架11内部的孔内。

图2(a)是表示磁体支架11的剖面图。图2(b)是表示磁体支架11的立体图。如图2(a)和图2(b)所示，在磁体支架11周边的上部上设置有径向向外突出的复曲面凸部11a。另外，在凸部11a的周边上设有四个凹部11b，其中各个凹部11b彼此等距地周向定位。应注意，在凸部11a的表面上可以设置多于或少于四个的凹部11b。

因为凸部11a和凹部11b设在磁体支架11上，其中框架12和磁体支架11通过嵌件成型而一体形成，所以框架12保持磁体支架11的保持强度、以及框架的旋转强度将得以提高。在注射成型中，注射熔融树脂的注射压力最大超过1000kg/cm²。即，在嵌件成型中，在作为被嵌入材料的磁体支架11上施加超过1000kg/cm²的压力。虽然沿径向向磁体支架11施加所述高压，但由于设在磁体支架11周边上的凸部11a，所以磁体支架11可能产生的径向变形保持为最小。凸部11a和凹部11b的构造不限于图中所示。可对所述构造进行修正，只要它们能够：提高框架12保持磁体支架11的保持强度；并且使得由于注射压力而使磁体支架11产生的变形保持为最小。

图3是表示止推板10的立体图。图4是详细地表示用于当将轴7插入轴套8时产生的气流的路径的图，其中箭头表示气流。如图3所示，止推板10是在其周边上具有至少一个切口部的盘状。

如图4所示，在将轴7插入轴套8的通孔8a中时，通过轴7的顶端、轴套8的内部和止推板10产生几乎封闭的空间(以下称为封闭空间)。当将轴7的顶端插入该封闭空间中时，封闭空间内的空气沿着箭头所示的气流路径，通过止推板的切口部、以及轴套8外部与轴承壳体12a内部之间的间隙，或者通过设于轴套8内的小孔而排向风扇1。

设在止推板10周边上的切口部10a的构造设计成使得当将轴7插入穿过轴套8时，封闭空间内的空气将通过切口部10a排出。如果切口部10a未设在止推板10和轴7的顶端会合的部分处，则切口部10a可以呈图3(a)和图3(b)所示的任何形状。

至于形成框架12的手段，可以利用注射成型等，其中熔融树脂被压力供入精密金属模内，从而使树脂形成预定形状。而且，框架12能够通过模铸成型而形成，其中将熔融金属注入精密模内从而使金属形成预定形状。当使用模铸成型来形成框架12时，可以使用诸如铝、铝基合金等的材料。

下面将参照图5来描述用于嵌件成型的成型方法。框架12、空气通路部分2和肋15一体成型并且其间无缝。首先，制备使框架12在其内成型的模具(步骤S11)。如图7所示，使框架12在其内成型的模具包括固定插入模(insert die)100和可动插入模101。当将固定插入模100和可动插入模101放在一起时，将产生模具内空间102。

在模具内空间102中，框架12、空气通路部分2和肋15一体形成并且其间无缝。在固定插入模100中，设置有对应于轴承壳体12a内部的区域1001(以下称为“轴承壳体内部形成部1001”)。在轴承壳体内部形成部1001的顶端处，设置有与大致杯状的磁体支架11内部配合的区域1002(以下称为“磁体支架保持部1002”)。在可动插入模101和固定插入模100彼此分离时，将磁体支架11的内部配合地置于磁体支架保持部1002上，如图6所示(步骤S12)。

将可动插入模101滑动地置于固定插入模100上。于是在可动插入模101和固定插入模100之间产生模具内空间102(步骤S13)。而且，可动插入模101和固定插入模100是使得磁体支架11的底部与可动插入模101会合的结构。

在可动插入模101中设置有浇口1011，熔融树脂通过该浇口被压力供入模具内空间102中。如图8所示，熔融树脂200通过设在浇口1011中的喷嘴300被压力供入模具内空间102中(步骤S14)。熔融树脂200被压力供入模具内空间102中，从而填充模具内空间102的整个空间。于是，磁体支架11的外部被熔融树脂200包围。虽然当熔融树脂被压力供入模具内空间102时在磁体支架11外部上施加注射压力，但由于设在磁体支架11外部上的凸部11a，所以磁体支架11外部上产生的变形保持为最小。

接着，填充模具内空间102的熔融树脂200冷却，同时保持模具内空间102的形状。即，熔融树脂在模具内空间102内围绕磁体支架11的外部凝固。

当从固定插入模100移去可动插入模101时，就一体形成了框架12、空气通路部分2、肋15和磁体支架11(步骤S15)。

以上仅选择了选定实施例来阐述本发明。然而对于本领域技术人员，从前述公开中显而易见的是，在不脱离所附权利要求限定的本发明范围的情况下，能够对本发明进行各种改变和修改。另外，根据本发明的实施例的前述说明仅用于例示，而不用于限制由所附权利要求及其等同物限定的本发明。

例如，尽管在上述各个实施例中轴旋转，但轴也可以固定，而可使轴套或/和轴承保持部旋转。

Claims

1、一种安装在电机上的轴承单元，该单元包括：

轴套，其具有大致柱形的通孔；

大致柱形的轴，用于相对于所述轴套旋转，其中该轴插入穿过所述通孔；

径向轴承机构，其由所述通孔的内周表面、所述轴的周面、以及用于填充在所述通孔的内周表面与所述轴的周面之间产生的微小间隙的润滑液体形成；

轴承保持部，用于在其内周处保持所述轴套，其中所述轴承保持部利用模铸成型或注射成型而形成；

吸引磁体，用于沿轴向向下方向吸引所述轴的底部，其中所述吸引磁体设在所述轴承保持部的内底部处；以及

磁体支架，由磁性材料制成，用于在其内设置所述吸引磁体并用于通过其底面和径向周面来保持所述吸引磁体，其中：

所述轴承保持部和所述磁体支架利用嵌件成型而彼此一体地形成。

2、根据权利要求1所述的轴承单元，其特征在于，

所述磁体支架的底部暴露于所述轴承保持部的底部之外。

3、根据权利要求1所述的轴承单元，其特征在于，

所述磁体支架由磁性烧结材料制成。

4、根据权利要求1所述的轴承单元，其特征在于，

在所述磁体支架的周面的至少一部分上，形成有沿径向向外突出的凸部或者作为沿径向向内凹进部分的凹部。

5、根据权利要求1所述的轴承单元，其特征在于，

在所述磁体支架的周面的至少一部分上，形成有沿周向向外伸出的凸部或者作为沿周向向内凹进部分的凹部。

6、根据权利要求3所述的轴承单元，其特征在于，

在所述磁体支架的表面上应用遮蔽工艺。

7、根据权利要求3所述的轴承单元，其特征在于，

在通过嵌件成型形成所述磁体支架之前，使所述磁体支架浸有疏油树脂。

8、根据权利要求3所述的轴承单元，其特征在于，

在由所述磁体支架与所述轴承保持单元的内表面之间的边界限定的边界部的整个周边、以及所述轴承保持部的内周边的暴露部分上施加疏油涂层。

9、根据权利要求1所述的轴承单元，其特征在于，

在所述吸引磁体的顶面与所述轴的底面之间设置耐磨的止推板。

10、根据权利要求9所述的轴承单元，其特征在于，

所述止推板为大致盘状，并且其周边的至少一个区域形成切口。

11、一种电动的电机，在其上安装有根据权利要求1所述的轴承单元，该电机包括：

转子部分，在其内具有用于围绕旋转轴线旋转的所述轴和转子磁体；

定子，在其内具有线圈，该线圈设在沿径向或轴向面向所述转子磁体的位置以使所述转子部分旋转驱动，其中所述定子设在所述轴承保持部的周边处；和

框架，通过树脂注射成型或模铸成型而形成，以使得所述框架和所述轴承保持部一体形成。

12、根据权利要求11所述的电机，其特征在于，

所述转子部分上设置有叶轮，该叶轮上安装有多个叶片，从而在所述转子部分旋转时产生气流。

13、根据权利要求12所述的电机，其特征在于，

在所述转子部分的周边上设有叶轮，该叶轮上安装有多个叶片，所述叶片用于在所述转子部分旋转时将空气沿轴向吸入所述电机内并且沿轴向排出，其中所述叶轮被与所述框架一体形成的空气通路围绕。

14、根据权利要求12所述的电机，其特征在于，

在所述转子部分的径向外部上设有叶轮，该叶轮上以环形方式布置有多个叶片；

所述叶轮被插入形成在所述框架外部的外壳体的内周空间中，在所述外壳体中的一部分处设有排出口从而允许气流从其排出；

所述外壳体的顶端由壳体盖覆盖，该壳体盖中具有至少一个用于空气入口的部分；并且

所述电机形成为使得当所述叶轮旋转时，空气通过所述空气入口被吸入并通过所述排出口被排出，从而形成气流。