ITTO940333A1

ITTO940333A1 - Rotore del tipo a magnete permanente

Info

Publication number: ITTO940333A1
Application number: IT94TO000333A
Authority: IT
Inventors: Mikio Yamoto
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Priority date: 1993-09-27
Filing date: 1994-04-26
Publication date: 1995-10-26
Also published as: IT1273158B; ITTO940333A0; JPH0799743A

Description

DESCRIZIONE dell’invenzione industriale dal titolo:

"Rotore del tipo a magnete permanente"

Sfondo dell'invenzione

Campo dell’invenzione

La presente invenzione si riferisce ad un rotore del tipo a magnete

permanente destinato ad essere utilizzato per realizzare un motore, ad

esempio un motore a passo, un motore per una pompa di drenaggio ed un

motore per una pompa di circolazione.

Tecnica Anteriore

Come esempio di rotore tradizionale dei tipo a magnete permanente, vi

è un rotore della struttura illustrata nella figura 4, che è stato ampiamente

utilizzato. Nella figura 4, il numero di riferimento 1 indica un organo a

magnete permanente che è realizzato ad esempio in un materiale magnetico

NI MACR PEOTBSET &C CAAACidi ferrite anisotropa in una forma cilindrica cava avente una molteplicità di

poli magnetici disposti sulla sua circonferenza esterna uniformemente

distanziati circonferenzialmente l’uno dall’altro, che si estendono nella

direzione assiale. Un albero 2 si estende attraverso l’organo a magnete

permanente 1 ed è collegato coassialmente con esso per mezzo di un

materiale di riempimento 3 di resina termoplastica.

Allo scopo di fabbricare il rotore del tipo a magnete permanente

precedentemente descritto, si utilizza un mezzo di fabbricazione che prevede ad esempio le fasi di inserimento coassiale dell'organo a magnete permanente 1 e dell’albero 2 in uno stampo per il loro bloccaggio e stampaggio ad iniezione, quindi inserimento di un materiale di resina termoplastica tra l'organo a magnete permanente 1 e l’albero 2 per il riempimento e formattura del materiale di riempimento 3 fissando così l’organo a magnete permanente 1 e l’albero 2 in posizione coassiale.

In questo caso, poiché il materiale di ferrite anisotropa che costituisce l’organo a magnete permanente 1 è fragile e vi è un certo gioco tra la superficie circonferenziale interna dello stampo di iniezione in corrispondenza della sua area di inserimento e la superficie circonferenziale esterna dell’organo a magnete permanente 1 , vi è il problema dovuto al fatto che possono generarsi fessurazioni nell'organo a magnete permanente 1 a causa della pressione interna prodotta dal materiale di resina termoplastica caricato ad alta pressione.

Allo scopo di risolvere il problema, vi è una proposta (far riferimento ad esempio a JP-A-53-146760, JP-A-61 -58454) che suggerisce che si debba anche formare un guscio 4 con resina termoplastica sulla superficie circonferenziale esterna dell'organo a magnete permanente 1 contemporaneamente con lo stampaggio ad iniezione del materiale di riempimento 3. Con il procedimento precedente, la pressione di riempimento è applicata alle superfici esterna ed interna dell’organo a magnete permanente 1 , facendo così in modo che il procedimento sia efficace per impedire la generazione di fessurazioni indipendentemente dal materiale magnetico fragile di ferrite impiegato.

Tuttavia, allo scopo di produrre l'organo a magnete permanente 1 come precedentemente descritto avente il materiale di riempimento 3 ed il guscio 4 formati sulle sue superfici interna ed esterna, rispettivamente, è necessario realizzare un mezzo ingegnoso per posizionare e supportare l’organo a magnete permanente 1 in posizione nello stampo della macchina di stampaggio ad iniezione. Come risultato, la struttura dello stampo diventa complessa provocando un maggiore costo di fabbricazione dello stampo accompagnato da un aumento del costo di fabbricazione del rotore del tipo a magnete permanente.

Inoltre in questo caso, dopo il termine dello stampaggio ad iniezione, diventa necessario rimuovere il guscio 4 sulla superficie circonferenziale esterna dell’organo a magnete permanente 1 , richiedendo così la manodopera addizionale ed il tempo di lavorazione addizionale per la rimozione, provocando un ulteriore aumento del costo di fabbricazione del rotore del tipo a magnete permanente.

Sommario dell’invenzione

Uno scopo della presente invenzione consiste nel realizzare un rotore del tipo a magnete permanente di alta affidabilità che possa ‘risolvere i problemi prodotti dalla tecnica tradizionale precedente senza presentare fessurazioni che possano generarsi nel suo organo a magnete permanente del rotore.

Per raggiungere lo scopo, in accordo con la presente invenzione, si realizza un rotore del tipo a magnete permanente, comprendente un organo a magnete permanente realizzato in un materiale magnetico sinterizzato in una forma cilindrica cava avente una molteplicità di poli magnetici disposti circonferenzialmente su di esso ed estendentisi nella direzione assiale; un albero che si estende coassialmente attraverso l’organo a magnete permanente; un materiale di riempimento di resina termoplastica che riempie lo spazio tra l’organo a magnete permanente e l’albero e che collega rigidamente i due organi, in cui una coppia di organi di rinforzo cilindrici realizzati in materiale non magnetico sono applicati sulla circonferenza esterna delle due estremità dell'organo cilindrico a magnete permanente, rispettivamente. L’organo di rinforzo cilindrico è preferibilmente spesso 0,05-0,5 mm e è anche preferibilmente previsto in una forma a cappuccio che è costituita da una parete cilindrica e da una parete di estremità o parete di fondo avente un'apertura centrale che ricopre almeno una parte della superficie di estremità dell’organo a magnete permanente.

Se lo spessore dell’organo di rinforzo è minore di 0,05 mm, non si può prevedere un aumento della resistenza a pressione dell’organo a magnete permanente. D'altra parte, quando lo spessore dell'organo di rinforzo supera 0,5 mm, ciò non è neppure preferibile poiché le caratteristiche di un motore montato con il rotore avente l'organo di rinforzo sono degradate a causa di un grande traferro magnetico, prodotto dall’organo di rinforzo, esistente tra la superficie circonferenziale esterna dell'organo a magnete permanente e la superficie circonferenziale interna di uno statore.

In accordo con la struttura precedente, è possibile aumentare la resistenza a pressione dell'organo a magnete permanente nel momento in cui il materiale di riempimento è iniettato nello stampo in modo da impedire la generazione di fessurazioni prodotte dalia pressione interna indotta. Breve descrizione dei disegni

La figura 1a rappresenta una vista frontale parzialmente in sezione che illustra un rotore del tipo a magnete permanente secondo una forma di attuazione della presente invenzione.

La figura 1b rappresenta una vista laterale del rotore indicata dalle frecce b-b nella figura 1 a.

La figura 1c rappresenta una vista in sezione lungo la linea indicata dalla frecce c-c della figura 1a.

La figura 2 rappresenta una vista in sezione verticale che illustra un esempio di un mezzo per formare un materiale di riempimento 3 secondo una forma di attuazione della presente invenzione.

La figura 3 rappresenta una vista in sezione verticale che illustra una modifica del rotore del tipo a magnete permanente.

La figura 4 rappresenta una vista in sezione verticale che illustra un esempio di un rotore tradizionale del tipo a magnete permanente.

Descrizione delle forme di attuazione preferite

Le figure 1a-1c rappresentano viste che mostrano una forma di attuazione della presente invenzione, rispettivamente, in cui la figura 1a rappresenta una vista frontale parzialmente in sezione, la figura 1b rappresenta una vista laterale, e la figura 1 c rappresenta una vista in sezione trasversale, ed in cui le parti corrispondenti sono indicate con gli stessi numeri di riferimento della figura 4 precedentemente menzionata. Nelle figure da 1a ad 1c, un organo a magnete permanente 1 è realizzato ad esempio formando un materiale magnetico anisotropo di stronzio-ferrite in un corpo cilindrico cavo avente un diametro esterno di 19 mm, un diametro interno di 6 mm ed una lunghezza assiale di 30 mm, e prevedendo poli magnetici N, S sulla superficie circonferenziale esterna nella posizione simmetrica. Successivamente un albero 2 è realizzato ad esempio da una barra tonda di acciaio dolce trattata ad un diametro esterno di 3 mm, una lunghezza assiale di 70 mm, e è accoppiato coassialmente con l’organo a magnete permanente 1 per mezzo di un materiale di riempimento 3 composto ad esempio da resina poliacetale.

Un numero di riferimento 5 indica un cappuccio dell'organo di rinforzo costituito da una parete circonferenziale cilindrica 5a e una parete di estremità 5b comprendente una parte centrale di apertura 5c. Il cappuccio 5 è realizzato in materiale non magnetico, come lega di alluminio o acciaio inossidabile, ed ha ad esempio uno spessore di 0,1 mm, un diametro esterno di 19,2 mm, una parte di apertura 5c di 11 mm, una lunghezza assiale di 5 mm, ed è applicato sulle due estremità dell’organo a magnete permanente 1. In questo caso è accettabile utilizzare un giunto ad adesivo. Il cappuccio 5 è preferibilmente formato per imbutitura. Alternativamente è possibile utilizzare un semplice organo di rinforzo cilindrico 5a (oppure un anello), che corrisponde alla parete circonferenziale 5a (vedere figura 3).

Il rotore del tipo a magnete permanente come precedentemente descritto può essere formato praticamente applicando i cappucci 5 sulle due estremità dell’organo a magnete permanente 1 , posizionando il gruppo in uno stampo di iniezione insieme con l'albero 2 in una posizione corretta e bloccandolo, e successivamente iniettando una resina termoplastica, come poliacetale, per riempire lo spazio tra l'organo 1 e l'albero 2 in modo da formare il materiale di riempimento 3. Poiché la pressione interna generata durante lo stampaggio ad iniezione è parzialmente supportata dai cappucci fissati sulle due estremità dell’organo a magnete permanente 1 , la resistenza a pressione dell’organo a magnete permanente 1 aumenta complessivamente in modo da impedire efficacemente la fessurazione dell’organo.

La figura 2 rappresenta una vista in sezione verticale che illustra un mezzo per formare il materiale di riempimento 3 secondo una forma di attuazione della presente invenzione. Uno stampo 10 è composto da uno stampo mobile 11 e da uno stampo fisso 12. In particolare lo stampo fisso 12 è fissato su una base di stampo inferiore 14 che è disposta su una piastra di base inferiore 13, e lo stampo mobile 11 è disposto sullo stampo fisso 12.

Lo stampo mobile 11 è costituito da basi di stampo 15, 16, aventi un orifizio di ugello 17 ed un attacco di colata 18 che mette in comunicazione l’orifizio di ugello 17 ed un canale di colata 19 formato nelle basi di stampo 15, 16. Il canale di colata 19 comunica con un bocchello verticale 20 formato nella posizione corrispondente della base di stampo 16, ed il bocchello 20 comunica con una cavità 22.

Lo stampo fisso 12 è costruito come segue. Il corpo dello stampo fisso ha una cavità 22 di sezione trasversale circolare che può contenere l’organo a magnete permanente 1 avente i cappucci 5 applicati sulle due estremità ed avente una cavità attraverso la quale si estende l’albero 2 in modo da formare uno spazio 21 di sezione trasversale circolare, con l’albero 2 trattenuto coassialmente entro il corpo di stampo e l’organo 1. Un punzone inferiore 23 è disposto in modo mobile verticalmente nella base di stampo inferiore 14 dello stampo fisso 12, e coopera con le basi di stampo superiori 15, 16 in modo da supportare l’albero 2 alle sue estremità superiore ed inferiore, rispettivamente. Il punzone inferiore 23 è azionato da un'asta 24 collegata ad esso.

Nell’esecuzione dello stampaggio ad iniezione, l'organo a magnete permanente t è disposto nella cavità 22 dello stampo fisso 12 che ha preferibilmente rientranze sulla sua superficie interna allo scopo di evitare l’interferenza con i due cappucci 5. Dopo che l'albero 2 è stato inserito nell’organo a magnete permanente 1 posizionato, lo stampo mobile 11 è applicato sullo stampo fisso 12. Successivamente una resina termoplastica, ad esempio poliacetale, è iniettata nello spazio 21 dall’ugello 17 attraverso l’attacco di colata 18, il canale di colata 19 ed il bocchello 20 ad una temperatura compresa tra 100°C e 180°C sotto una pressione compresa tra 40 e 70 kg/cm2. Il materiale di riempimento 3 (vedere figure 1a-1c) è così formato in modo da collegare l'organo a magnete permanente 1 e l’albero 2.

Dopo che la resina iniettata nello spazio 21 è raffreddata e solidificata, spostando lo stampo mobile 11 verso l'altro e spingendo l'asta 24 verso l'alto in modo da sollevare il punzone inferiore 23, un prodotto stampato può essere estratto dallo stampo fisso 12. Successivamente, dopo aver riportato il punzone inferiore 23 nella posizione iniziale, l’organo a magnete permanente 1 avente i cappucci 5 e l’albero 2 sono posizionati nello stampo, e successivamente lo stampo mobile 11 è applicato sullo stampo fisso 12 in modo da ripetere un'operazione dì stampaggio successiva.

Il prodotto stampato così ottenuto è quindi sottoposto ad un trattamento di magnetizzazione sulla base di una parte standard o un simbolo di riferimento precedentemente applicato sull’albero 2 e/o sull'organo a magnete permanente 1 in modo da ottenere un prodotto finale costituito dal rotore del tipo a magnete permanente.

E' stala eseguita una prova di pressione con riferimento agli organi a magnete permanente 1 precedenti aventi i cappucci 5 realizzati in lega di alluminio e JIS SUS 304 (acciaio inossidabile austenitico), rispettivamente. La resistenza a pressione degli organi a magnete permanente era 272 kg/cm2 e 310 kg/cm<2 >con riferimento a lega di alluminio e JIS SUS 304, rispettivamente. E’ stato provato che la resistenza alla pressione è migliorata tra 1,8 volte e 2,1 volte rispetto ad un valore di 150 kg/cm2 di un organo tradizionale illustrato nella figura 4.

Nella presente forma di attuazione, si è fatto riferimento ad un esempio avente due poli magnetici N, S disposti sulla circonferenza esterna dell’organo a magnete permanente 1 , ma la stessa funzione può essere eseguita con esempi aventi una molteplicità di poli magnetici, ad esempio quattro o più. Inoltre, quale materiale magnetico sinterizzato per formare l’organo a magnete permanente 1 , è possibile utilizzare un materiale magnetico del gruppo delle terre rare oltre a materiali di ferrite diversi da stronzio-ferrite.

Come è evidente da quanto precede, il rotore secondo l’invenzione presenta i seguenti vantaggi.

a) La fessurazione dell’organo a magnete permanente è impedita in modo da generare così una migliore affidabilità del rotore, poiché migliora la resistenza a pressione dell’organo a magnete permanente.

b) Lo stampo di iniezione può essere fabbricato facilmente con un costo ridotto, a causa della sua struttura semplice.

c) Poiché non è necessario un guscio di rinforzo per ricoprire l’organo a magnete permanente, non sono richieste eventuali operazioni di rimozione del guscio nel trattamento dopo lo stampaggio ad iniezione permettendo così la riduzione del costo di fabbricazione.

d) E' possibile ridurre il peso complessivo del rotore, poiché lo spessore dell'organo a magnete permanente nella sua direzione radiale può essere determinato ad un valore minimo richiesto per assicurare proprietà magnetiche.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Rotore del tipo a magnete permanente, comprendente: un organo a magnete permanente realizzato in un materiale magnetico centrato in una forma cilindrica cava avente una molteplicità di poli magnetici disposti circonferenzialmente su di esso ed estendentisi nella direzione assiale; un albero che si estende coassialmente attraverso l’organo a magnete permanente suddetto; un materiale di riempimento di resina termoplastica che riempie lo spazio tra l'organo a magnete permanente e l’albero e che collega rigidamente i due organi; in cui una coppia di organi di rinforzo cilindrici realizzati in materiale non magnetico sono applicati sulla circonferenza esterna delle due estremità dell'organo cilindrico a magnete permanente, rispettivamente.
2. Rotore del tipo a magnete permanente secondo la rivendicazione 1 , in cui: ogni organo di rinforzo cilindrico suddetto costituisce una parte di un cappuccio che ricopre una estremità dell'organo a magnete permanente, ognuno di una coppia di cappucci suddetti è costituito da una parete cilindrica che funge da organo di rinforzo cilindrico e da una parete di estremità o parete di fondo avente un’apertura centrale, e la parete di estremità suddetta ricopre almeno una parte della superficie di estremità dell’organo a magnete permanente.
3. Rotore del tipo a magnete permanente secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1 e 2, in cui l’organo di rinforzo cilindrico suddetto è realizzato in metallo.
4. Rotore del tipo a magnete permanente secondo la rivendicazione 3, in cui il metallo suddetto è lega di alluminio.
5. Rotore del tipo a magnete permanente secondo la rivendicazione 3, in cui il metallo suddetto è acciaio inossidabile.