CN1969441A - 旋转电机的外转式转子 - Google Patents

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Abstract

本发明的旋转电机的外转式转子，包括：具有磁铁插入孔(12)的转子铁心(8)；插入磁铁插入孔(12)内的永久磁铁(14)，利用树脂的模压材料(18)将永久磁铁(14)与转子铁心(8)一体化并将转子铁心(8)自身一体化，树脂是热可塑性树脂。

Description

旋转电机的外转式转子
技术领域
本发明涉及将永久磁铁插入形成于转子铁心的磁铁插入孔内而成的旋转电机的外转式转子。
背景技术
旋转电机例如外转子式的永久磁铁式电动机(永久磁铁型电动机)如日本国公开专利公报平成8年第182282号所揭示的那样，包括将线圈收纳在狭槽内形成大致圆筒状的定子、和隔着间隙相对地位于该定子周围的转子。在转子的内周面，例如利用粘接方式固定有沿该内周面圆弧状成形的多个磁极用永久磁铁。由此，在转子上形成磁极。对于磁极用永久磁铁，广泛使用成形(形状)的自由度高、且具有高强度的铁素体磁铁。
然而，在以家电领域为代表的各种领域中要求设备高效率化，随此，这些设备所使用的旋转电机也要高效率化。因此，提供有一种将含有稀土类、磁性特性良好的磁铁例如Nd磁铁(钕磁铁)用于磁极用永久磁铁的旋转电机。钕磁铁一般成形(形状)的自由度较低而脆弱，故通常形成为长方体。并且，在转子铁心(层叠铁心)上形成用来插入所述钕磁铁的矩形的磁铁插入孔，通过将钕磁铁插入该磁铁插入孔内而构成转子。
如此构成的转子，尽管磁性铁心高，但因在转子铁心上形成有多个磁铁插入孔，故整体强度变低。因此，为了加强转子铁心及固定转子铁心和钕磁铁，在将钕磁铁插入磁铁插入孔内的状态下用树脂(模压材料)将各构件一体化。
目前，这种树脂，使用一种价格低廉而流动性优异的热硬化性树脂。但是，热硬化性树脂其种类较少，为提高物性而使用的添加剂的种类也较少等，其成形条件的设定范围狭窄。因此，不易改变树脂的物性(例如强度和流动性)。因此，即使例如将热硬化性树脂用于层叠枚数多、强度低的转子铁心，有时也无法进行充分的加强和固定。其结果，有可能给转子和旋转电机的特性带来不良影响。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种即使是强度低的转子铁心也能进行充分的加强以及很好地固定转子铁心与磁铁的旋转电机的外转式转子。
本发明的旋转电机的外转式转子包括：具有磁铁插入孔的转子铁心；插入所述磁铁插入孔内的永久磁铁，利用树脂模压材料将所述永久磁铁与所述转子铁心一体化并将所述转子铁心自身一体化，其特征在于，所述树脂为热塑性树脂。
本发明的旋转电机的外转式转子，由于树脂为热塑性树脂可使其物性宽范围变化，故即使是强度低的转子铁心，也可进行充分的加强以及很好地固定转子铁心和永久磁铁，可使其尺寸特性及电气特性稳定化。
附图说明
图1表示本发明的一实施形态，是将转子的一部分放大表示的剖视立体图。
图2是电动机的剖视立体图。
图3是表示将冲裁板层叠后的状态及磁铁插入方法的立体图。
图4是位于模具内的转子的剖视图。
图5是表示树脂的拉伸强度与在使用具有各拉伸强度的树脂的场合可维持的间隙之间关系的示图。
图6是表示树脂的延伸率和耐热冲击之间关系的示图。
图7是表示树脂的弯曲弹性强度与在使用具有各弯曲弹性强度的树脂的场合可维持的间隙之间关系的示图。
图8是表示树脂的冲击强度与在使用具有各冲击强度的树脂的场合可维持的间隙之间关系的示图。
图9是表示在由钕磁铁施加磁性吸引力的场合的玻璃纤维比例与间隙之间关系的示图。
符号说明
5是转子(外转式转子)，8是转子铁心，12是磁铁插入孔，14是钕磁铁(永久磁铁)，18是模压材料。
具体实施方式
下面，参照附图说明将本发明应用于外转式的永久磁铁式电动机(旋转电机)的一实施形态。
图2是将电动机的一部分剖切表示的立体图。在图2中，定子1包括：放射状具有多个齿2的定子铁心3；覆盖该定子铁心3而设置的定子用树脂X；以及卷绕在各齿2上的定子绕组4。
外转式的转子5具有上面开口的呈圆形容器状的磁性体制成的框架6。在框架6的中心部固定有轴支承体7。在框架6外周部的开口侧设有环状壁6a，沿该环状壁6a的内周配置有转子铁心8。该转子铁心8通过对电磁钢板冲裁形成冲裁板9、通过层叠多枚该冲裁板9而构成。该转子铁心8的制造方法详细如后述。为便于说明，图2未示出后述的树脂。
图1是将转子一部分剖切表示的立体图，图3表示将冲裁板9层叠后的状态及磁铁的插入方法。为便于说明，图1和图3的上下方向相反。冲裁板9具有圆环状的轭铁部10和位于其内周侧的磁极部11，在这些轭铁部10和磁极部11之间形成有矩形的磁铁插入孔12(12a、12b)。在该磁铁插入孔12(12a、12b)还形成有半圆状的树脂导入部10a。通过层叠冲裁板9，形成整体为长方体的磁铁插入孔12。另外，磁极部11隔着间隙Y而与所述定子1的定子铁心3相对。
层叠的冲裁板9中，在最初(图3中为最下层)和最后(图3中为最上层)的冲裁板9a和9b上形成有将轭铁部10和磁极部11连起来的桥部13。最初的冲裁板9a具有磁铁插入孔12a，其宽度比形成于其他冲裁板9上的磁铁插入孔12b狭窄(参照图1及图4)。为便于说明，最初的冲裁板9a在图1中位于最上层，在图4中位于最下层。
如图3所示，在转子铁心8的磁铁插入孔12内，从箭头A方向插入永久磁铁、例如将含有稀土类即Nd(钕)的磁性粉烧结形成为矩形的Nd磁铁14。
图4表示位于注射成型机模具内的转子5的剖视结构。转子铁心8在Nd磁铁14插入于磁铁插入孔12的状态下通过衬垫C被收纳在由上模15和下模16形成的空腔17内。此时，框架6中含有环状壁6a的外周部也被收纳在空腔17内。并且，从上模15的射出口15a射出热塑性树脂的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)的模压材料18。
由此，模压材料18流入磁铁插入孔12与Nd磁铁14之间(特别是树脂导入部)、框架6与转子铁心8之间及框架6端面6b(参照图2或图4)与两模具15、16之间。如此，通过覆盖各构件整体地进行模压，从而分别固定冲裁板9互相之间、转子铁心8与Nd磁铁14、框架6与转子铁心8及框架6与轴支承体7。
这里，模压材料18的基材即聚对苯二甲酸乙二醇酯，用图5～图8各自的虚线和箭头表示的范围内的基材是较佳的，下面详细说明其特性。图5～图8所示的聚对苯二甲酸乙二醇酯中添加有30重量％的玻璃纤维。
图5表示树脂的拉伸强度(Mpa)与使用具有各拉伸强度的树脂时可维持的间隙Y的尺寸(mm)之间的关系。间隙Y的尺寸给永久磁铁式电动机的特性带来影响，一股作成平均为1.0mm左右即可，最低也必须是0.6mm左右。因此，本实施形态中使用的聚对苯二甲酸乙二醇酯的物性即使在向转子5的内周方向施加100MPa左右的拉伸力(假定由磁性吸力产生的内周方向的拉伸力)的场合，能维持0.6mm左右的间隙Y较好。施加100MPa左右的拉伸力、间隙Y的尺寸无法维持0.6mm左右的聚对苯二甲酸乙二醇酯，相对于转子5不能进行充分的加强和固定。若参照图5，在本实施形态使用的聚对苯二甲酸乙二醇酯必须具有至少100Mpa以上、更好是120MPa以上的拉伸强度。
图6表示树脂的延伸率(％)与耐热冲击(循环)之间的关系。由于延伸率影响到树脂的流动性，故一般作成3.0％以上较好。因此，本实施形态的聚对苯二甲酸乙二醇酯的物性，即使例如赋予200循环以上的热冲击，也能维持3.0％左右、最好3.0％以上的延伸率。若延伸率无法维持3.0％左右，则树脂不能遍布到空腔17内的各个角落，不能相对于转子5进行可靠的加强和固定，且因与转子特性8的热收缩的差异而产生开裂等。
图7表示树脂的弯曲弹性强度(GPa)与使用具有各弯曲弹性强度的树脂时可维持的间隙Y的尺寸(mm)之间的关系。在该弯曲弹性中，本实施形态的聚对苯二甲酸乙二醇酯的物性，即使在例如向转子5的内周方向施加6GPa左右的弯曲应力(假定由磁性吸力产生的内周方向的弯曲应力等)的场合，能维持0.6mm左右的间隙Y较好。对间隙Y的尺寸无法维持0.6mm左右的聚对苯二甲酸乙二醇酯，不能相对于转子5进行充分的加强和固定。若参照图7，则本实施形态中使用的聚对苯二甲酸乙二醇酯必须具有至少6GPa以上、最好为7GPa以上的弯曲弹性强度。
图8表示树脂的冲击强度(J/m)与使用具有各冲击强度的树脂时可维持的间隙Y的尺寸(mm)之间的关系。在该冲击强度中，本实施形态的聚对苯二甲酸乙二醇酯即使在例如向转子5的内周方向施加120J/m左右的冲击应力的场合，也能维持0.6mm左右的间隙Y较好。间隙Y的尺寸不能维持0.6mm左右的聚对苯二甲酸乙二醇酯，不能相对于转子5进行充分的加强和固定。若参照图8，则本实施形态使用的聚对苯二甲酸乙二醇酯必须具有至少120J/m以上的冲击强度。
这里，对于本实施形态中使用的模压材料18的基材即聚对苯二甲酸乙二醇酯作为添加剂添加有例如玻璃纤维的填充物。现参照图9说明此时的相对于模压材料18的玻璃纤维的添加量(玻璃纤维比例)。
图9表示在向内周方向由Nd磁铁14对转子5施加磁性吸力时玻璃纤维比例(重量％)与间隙Y(mm)之间的关系。当聚对苯二甲酸乙二醇酯中添加20重量％～40重量％左右的玻璃纤维时，即使作用Nd磁铁14的磁性吸力也可维持0.6mm左右的间隙Y，可获得具有足够强度的模压材料18。玻璃纤维比例若不到20重量％，则物性的改进不太明显。相反，若超过40重量％，则不能得到适当的流动性，由此会在空腔17内产生空洞，有降低转子5整体强度之虞。通过添加有20重量％～40重量％左右的玻璃纤维的模压材料18，转子铁心8和Nd磁铁14在空腔17内被一体化。
如上所述，采用本实施形态，即使是因在层叠的转子铁心8上形成磁铁插入孔12而使转子铁心8的强度下降的场合，由于用模压材料18将Nd磁铁14与转子铁心8一体化并将转子铁心8自身一体化，故可进行加强和各构件的固定，可使转子5的尺寸特性进而永久磁铁式电动机的转矩特性、转速特性、耗电特性及效率等稳定。
将模压材料18的基材即树脂使用热可塑性树脂即聚对苯二甲酸乙二醇酯，通过在该树脂中添加20重量％～40重量％的玻璃纤维，而将该树脂的物性作成拉伸强度为100MPa以上，延伸率为3.0％以上，弯曲弹性强度为6.0GPa以上，冲击强度为120J/m以上。由此，模压材料18自身的强度得到提高，即使作用磁性吸力，也可维持必要最低限度的0.6mm左右的间隙Y。
另外，聚对苯二甲酸乙二醇酯等的热可塑性树脂，可根据其种类、添加剂的种类、量等来适当调整流动性，由此，可减少合模面产生的毛刺。此外，热可塑性树脂与热硬化性树脂相比可缩短硬化时间。
本发明不限定于上述的实施形态，例如可作如下那样的变形。
转子5也可作成无框架6的结构。
作为热可塑性树脂，除了聚对苯二甲酸乙二醇酯外，也可例如是聚丁烯对酞酸盐等具有图5～图8所示范围内的物性的热可塑性树脂，添加剂也不限于玻璃纤维的填充物，只要是适当提高基材强度的即可。
产业上的实用性
如上所述，本发明的旋转电机的外转式转子，对于因在转子铁心上形成磁铁插入孔等使强度下降的旋转电机是有用的。

Claims (8)

1.一种旋转电机的外转式转子，包括：具有磁铁插入孔(12)的转子铁心(8)；插入所述磁铁插入孔(12)内的永久磁铁(14)，利用树脂的模压材料(18)将所述永久磁铁(14)与所述转子铁心(8)一体化并将所述转子铁心(8)自身一体化，其特征在于，
所述树脂为热可塑性树脂。
2.如权利要求1所述的旋转电机的外转式转子，其特征在于，所述永久磁铁(14)是将含有稀土类的磁性粉烧结形成的。
3.如权利要求1所述的旋转电机的外转式转子，其特征在于，所述树脂的物性是拉伸强度为100MPa以上，延伸率为3.0％以上，弯曲弹性强度为6.0GPa以上，冲击强度为120J/m以上，该树脂中添加有20重量％～40重量％的玻璃纤维。
4.如权利要求2所述的旋转电机的外转式转子，其特征在于，所述树脂的特性是拉伸强度为100MPa以上，延伸率为3.0％以上，弯曲弹性强度为6.0GPa以上，冲击强度为120J/m以上，该树脂中添加有20重量％～40重量％的玻璃纤维。
5.如权利要求1所述的旋转电机的外转式转子，其特征在于，所述树脂是聚丁烯对酞酸盐或是聚对苯二甲酸乙二醇酯。
6.如权利要求2所述的旋转电机的外转式转子，其特征在于，所述树脂是聚丁烯对酞酸盐或是聚对苯二甲酸乙二醇酯。
7.如权利要求3所述的旋转电机的外转式转子，其特征在于，所述树脂是聚丁烯对酞酸盐或是聚对苯二甲酸乙二醇酯。
8.如权利要求4所述的旋转电机的外转式转子，其特征在于，所述树脂是聚丁烯对酞酸盐或是聚对苯二甲酸乙二醇酯。
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