用于制作电动机转子的模具.pdf

本发明涉及一种模具，在具备具有多个磁铁保持孔的转子铁心和分别容纳保持在转子铁心的多个磁铁保持孔中的多个永磁铁的电动机转子的制作工序中，将树脂材料注入形成于各个磁铁保持孔和永磁铁之间的空穴中。该模具具备：空腔部，其在规定位置上收容在多个磁铁保持孔中分别容纳多个永磁铁的转子铁心；以及可调整支撑机构，其适应转子铁心的轴线方向上的尺寸偏差，固定支撑收容于空腔部中的转子铁心。

1.  一种模具(10)，在具备具有多个磁铁保持孔(14)的转子铁心(16)和分别容纳保持在该转子铁心的该多个磁铁保持孔中的多个永磁铁(18)的电动机的转子(12)的制作工序中，用于将树脂材料注入在各个该磁铁保持孔和该永磁铁之间形成的空穴(24)中，其特征在于，
具备：空腔部(26)，其在规定位置上收容在上述多个磁铁保持孔中分别容纳上述多个永磁铁的上述转子铁心；以及可调整的支撑机构(28)，其适应上述转子铁心的轴线方向上的尺寸偏差，固定支撑收容于上述空腔部中的该转子铁心。

2.  根据权利要求1所述的模具，其特征在于，
上述支撑机构具备：可动支撑部件(40、54)，其可动地设置在上述空腔部中；以及位置调整机构(42、56)，其使该可动支撑部件相对收容于该空腔部中的上述转子铁心在上述轴线方向上位移，在该位置调整机构的作用下，该可动支撑部件将该转子铁心固定支撑在该空腔部的上述规定位置上。

3.  根据权利要求2所述的模具，其特征在于，
上述位置调整机构包括弹簧部件(42)。

4.  根据权利要求2所述的模具，其特征在于，
上述位置调整机构包括：驱动源(62)，其产生使上述可动支撑部件(54)在上述轴线方向上位移的驱动力；以及力传递部件(64)，其将该驱动源的该驱动力传递到该可动支撑部件上。

5.  根据权利要求4所述的模具，其特征在于，
上述驱动源包括气-液装置或电动机。

6.  根据权利要求2～5中任何一项所述的模具，其特征在于，
上述可动支撑部件具有成型面(40a、54a)，其相对收容于上述空腔部中的上述转子铁心，封闭形成于各个上述磁铁保持孔和上述永磁铁之间的上述空穴的轴线方向一端的开口。

7.  根据权利要求1所述的模具，其特征在于，
上述支撑机构具备弹簧部件(42)，其在对收容于上述空腔部中的上述转子铁心施加上述轴线方向上的弹性按压力的同时，将该转子铁心固定支撑在该空腔部的上述规定位置上。

用于制作电动机转子的模具
技术领域
本发明涉及用于制作电动机转子的模具。
背景技术
在永磁磁场的电动机(例如同步电动机)的转子中，已知在由硅钢片等磁性薄板的层压体构成的筒状的转子铁心上，在规定位置埋入设置多个永磁铁的转子。这种转子一般如下制作，即，预先在转子铁心上按以轴为中心的规定的周向分散配置来形成多个磁铁保持孔(通常是轴线方向贯通孔)，该多个磁铁保持孔分别具有实质上与永磁铁的外形对应的轮廓，然后将多个永磁铁分别插入到这些磁铁保持孔中，利用粘结剂或浸渍材料固定各个永磁铁。
就上述现有的转子制作方法而言，在固定磁铁时使用粘结剂的场合有如下倾向，即需要对永磁铁涂敷粘结剂或除去从磁铁保持孔漏出的剩余粘结剂等比较繁杂的手工作业。另外，在固定磁铁时使用浸渍材料的场合有如下倾向，即在转子铁心向浸渍材料的浸渍工序或固化浸渍材料的加热工序等中，需要比较大型的设备，还增加制造工时。另一方面，作为可消除这些不良状况的转子制作方法已知如下方法，即预先制作转子铁心，使得在各个磁铁保持孔和永磁铁之间形成规定的空穴，在这些空穴中局部注入树脂材料并使其固化，从而将永磁铁固定在转子铁心上(例如参照特开平5-83892号公报(JP-A-5-083892))。
JP-A-5-083892所公开的转子制作方法是与转子铁心的各个磁铁保持孔邻接并连通而形成轴线方向延长的槽(即空穴)，利用注塑成型技术在该槽中注入熔融树脂材料并使其固化，从而将永磁铁固定保持在磁铁保持孔中。当进行注塑成型时，准备具备收容转子铁心的空腔部的模具和可搭载该模具的注塑成型机，在将转子铁心牢固固定支撑在模具的空腔部的状态下，使用注塑成型机在压力下将树脂材料注入到转子铁心的多个槽中即可，这时转子铁心在各个磁铁保持孔中容纳永磁铁。
采用上述JP-A-5-083892所记载的注塑成型技术的转子制作方法，只要准备具各收容转子铁心的空腔部的模具和可搭载该模具的注塑成型机，就可以容易且迅速进行将永磁铁固定在转子铁心的各个磁铁保持孔中的作业，所以有不需要使用粘结剂时的繁杂的手工作业或使用浸渍材料时的大型设备的优点。但是，由磁性薄板的层压体构成的转子铁心特别在轴线方向的尺寸上容易产生不均匀(即偏差)，所以有时在将转子铁心收容于模具的空腔部中时，在转子铁心的外面和空腔部的铁心支撑面之间形成间隙。若存在这种间隙，则转子铁心在空腔部内的支撑不稳定，难以将熔融树脂材料准确且充分地注入到转子铁心的空穴。其结果，永磁铁相对转子铁心的固定强度不足，特别在高转矩电动机中，可能在工作可靠性方面产生问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种模具，在永磁磁场的电动机转子的制作工序中，用于将树脂材料注入到在形成于转子铁心上的各个磁铁保持孔和永磁铁之间的空穴中，该模具可以在容许转子铁心的轴线方向上的尺寸偏差的同时，将树脂材料准确且充分地注入到转子铁心的空穴中，确保永磁铁相对转子铁心的充分的固定强度，从而可以制作工作可靠性优良的电动机的转子。
为了达到上述目的，本发明提供一种模具，在具备具有多个磁铁保持孔的转子铁心和分别容纳保持在转子铁心的多个磁铁保持孔中的多个永磁铁的电动机转子的制作工序中，用于将树脂材料注入到形成于各个磁铁保持孔和永磁铁之间的空穴中，该模具具备：空腔部，其在规定位置上收容在多个磁铁保持孔中分别容纳多个永磁铁的转子铁心；以及可调整支撑机构，其适应转子铁心的轴线方向上的尺寸偏差，固定支撑收容于空腔部的转子铁心。
在具有上述结构的模具中，支撑机构可以构成如下，具备：可动支撑部件，其可动地设置在空腔部中；以及位置调整机构，其使可动支撑部件相对收容于空腔部的转子铁心在轴线方向上位移，在位置调整机构的作用下，可动支撑部件将转子铁心固定支撑在空腔部的规定位置上。
在这种场合，位置调整机构可以包括弹簧部件。或者，位置调整机构可以包括：驱动源，其产生使可动支撑部件轴线方向位移的驱动力；以及力传递部件，其将驱动源的驱动力传递到可动支撑部件上。
另外，可动支撑部件可以具有成型面，该成型面相对收容于空腔部中的转子铁心，封闭形成于各个磁铁保持孔和永磁铁之间的空穴的轴线方向一端的开口。
而且或者，在具有上述结构的模具中，支撑机构可以具备弹簧部件，该弹簧部件在对收容于空腔部的转子铁心施加轴线方向上的弹性按压力的同时，将转子铁心固定支撑在空腔部的规定位置上。
附图说明
通过结合附图的以下适当的实施方式的说明，本发明的上述以及其他目的、特征及优点将更加明确。在该附图中：
图1是以将转子铁心收容于空腔部的状态表示本发明的一实施方式的模具的剖视图；
图2是以打开的状态表示图1的模具的立体图；
图3是可以使用图1的模具制作的电动机的转子的立体图；
图4A是图3的转子的俯视图；
图4B是图3的转子的主要部分放大图；以及
图5是以将转子铁心收容于空腔部的状态表示本发明的其他实施方式的模具的剖视图。
具体实施方式
以下，参照附图，详细说明本发明的实施方式。在附图中，在同样或类似的结构单元上标注共同的附图标记。
参照附图，图1及图2是表示本发明的一实施方式的模具10的图，图3、图4A以及图4B是表示可以使用模具10制作的电动机的转子12的图。转子12具备：具有多个(在图中为8个)磁铁保持孔14的转子铁心16；以及分别容纳保持在转子铁心16的多个磁铁保持孔14中的多个(在图中为8个)永磁铁18。
转子铁心16是由硅钢片等磁性薄板的层压体构成的大致圆筒状部件，在中央具有沿轴线16a贯通形成的轴孔20(图3)。按以轴线16a为中心的规定的周向等间隔配置，多个磁铁保持孔14分别作为轴线方向贯通孔形成在转子铁心16的外周面16b的近旁。各磁铁保持孔14具有实质上与保持对象的永磁铁18的平板状外形对应的长孔状轮廓。在将永磁铁18固定保持在各个磁铁保持孔14中的状态下，转子铁心16通过例如热压配合用轴孔20安装在轴(未图示)上。在使转子铁心16的外周面16b通过规定的空隙与定子(未图示)相对的状态下，具有轴的转子12可旋转地支撑在壳体(未图示)上，由此构成电动机。
多个永磁铁18的各个俯视为大致矩形的平板状磁铁，在板厚方向被磁化，使其一对主表面18a分别构成N极及S极(图3)。按使周向相邻的永磁铁18互相不同的磁极朝向转子铁心16的外周面16b侧的交替配置，将这些永磁铁18分别插入到对应的磁铁保持孔14中。在该状态下，在转子铁心16的外周面16b上，周向交替形成与最接近的永磁铁18的磁极对应的磁极(图4A)。
在各磁铁保持孔14中，以图4A的俯视在长度方向的两端，形成一对轴线方向连续延长的槽22。这些槽22与容纳在磁铁保持孔14中的永磁铁18的一对侧边缘相对配置，在磁铁保持孔14和永磁铁18之间形成规定形状的空穴24(图4B)。在各空穴24中，通过使用模具10，例如利用注塑成型机(未图示)注入熔融树脂材料。
模具10具备：空腔部26，其在规定位置收容在多个磁铁保持孔14中分别容纳多个永磁铁18的状态的转子铁心16(图4A)；以及可调整的支撑机构28，其适应转子铁心16的轴线方向上的尺寸偏差，固定支撑收容于空腔部26中的转子铁心16(图1)。在图示实施方式中，模具10互相组合可在分型线10a分离的一对模具部件30、32而构成，并以如下方式搭载在未图示的注塑成型机的合模机构上，即将一方的模具部件30承担支撑在固定台板(未图示)上，同时将另一方的模具部件32承担支撑在可动台板(未图示)上。在固定侧的模具部件30上形成材料通路(包括直浇道、流道以及浇口)36，该材料通路36向规定方向分配从注塑成型机的射出机构(图示喷嘴34的一部分)供给的熔融树脂材料并使其流通。另外，在可动侧的模具部件32上设置上述空腔部26及支撑机构28。
模具部件30的材料通路36如下构成：适宜分配熔融树脂材料并注入到多个空穴24(图4A、图4B)的各个中，该多个空穴24是在空腔部26内配置于注入树脂材料时的适当位置上的转子铁心16的、多个磁铁保持孔14和多个永磁铁18之间形成的。另外，模具部件30具有用于除去在材料通路36内固化的树脂材料的众所周知的双层构造(第一单元30a及第二单元30b)。另外，模具部件32具有用于装入支撑机构28的双层构造(第一单元32a及第二单元32b)。
在模具部件32上设置向空腔部26内伸出的定心支撑单元38(在图中固定在第一单元32a上)。定心支撑单元38具有无晃动地嵌入到转子铁心16的轴孔20(图3)的形状及尺寸，以其轴线16a为基准，将收容于空腔部26的转子铁心16定位在注入树脂材料时的适当位置上。在将转子铁心16安装在定心支撑单元38上的状态下，空腔部26具有相对转子铁心16的外周面16b而形成空隙的形状及尺寸。例如在利用机器人等自动机械(未图示)要将转子铁心16插入到空腔部26时，该空隙作为把持转子铁心16的把持单元(例如手)的退让空间起作用。
支撑机构28具备：可动支撑部件40，其可动地设置在空腔部26中；以及位置调整机构42，其使可动支撑部件40相对收容于空腔部26的转子铁心16在轴线方向位移。可动支撑部件40是轴线方向可滑动地支撑在定心支撑单元38上的环状部件，将沿其外周面而在径向向外突出设置的凸缘部分44与空腔部26邻接而插入到形成于模具部件32的第一单元32a和第二单元32b之间的环状槽46中而配置。在该状态下，凸缘部分44和环状槽46协作，将可动支撑部件40自身的位移动作(箭头α)限制在沿定心支撑单元38的规定范围内。
可动支撑部件40具有朝向模具10的分型线10a侧(即空腔部26的开口侧)的大致平坦的轴线方向端面40a。可动支撑部件40的端面40a与固定侧的模具部件30的端面(在图中为材料通路36的浇口开口的第二单元30b的端面)30c协作，牢固地固定夹持收容于空腔部26中的转子铁心16。这时，可动支撑部件40的端面40a与转子铁心16的轴线方向一端面紧密抵接，作为封闭形成于各个磁铁保持孔14和永磁铁18之间的空穴24(图4A。图4B)的轴线方向一端的开口的成型面40a起作用。
位置调整机构42包括弹性部件42，该弹性部件对可动支撑部件40施加沿定心支撑单元38的方向的弹性按压力。例如图1所示，弹簧部件42可以由介于设在模具部件32的第一单元32a上的凹部48和可动支撑部件40的轴线方向另一端面40b之间的盘簧构成。在将转子铁心16适当收容在空腔部26中的状态下，弹簧部件42在被动产生适应转子铁心16的轴线方向上的尺寸偏差的挠曲的同时，容许可动支撑部件40沿定心支撑单元38的位移。这时，弹簧部件42在可动支撑部件40的端面40a和模具部件30的端面30c之间，产生可抵抗熔融树脂材料的注入压力而牢固夹持转子铁心16的稳定的弹性按压力。总之，在弹簧部件(位置调整机构)42的作用下，可动支撑部件40将转子铁心16固定支撑在空腔部26的规定位置(注入树脂材料时的适当位置)上。另外，最好在将转子铁心16未收容于空腔部26的状态下，弹簧部件42具有初始挠曲，将可动支撑部件40保持在空腔部开口侧的位移限度内。
在具有上述结构的模具10中，通过支撑机构28的适应能力(具体是可动支撑部件40的被动位移)，可以将具有在支撑机构28的可调整的范围内的轴向方向上的尺寸偏差的多个转子铁心16在容许这种偏差的同时牢固固定支撑在空腔部26。从而，可以利用所需的压力将熔融树脂材料准确注入在形成于转子铁心16上的各个磁铁保持孔14和永磁铁18之间的空穴24。在所需压力下注入空穴24的熔融树脂材料遍及空穴24的各角落，牢固机械连结转子铁心16和永磁铁18。其结果，通过使用模具10，可在高度再现性下确保永磁铁18相对具有由于层压构造引起的轴线方向上的尺寸偏差的多个转子铁心16的充分的固定强度，以高成品率地制作工作可靠性优良的电动机的转子12。另外，形成于空穴24内的树脂材料最好从流动性及机械强度优良的工程塑料中选择。
特别是，由可动支撑部件40和位置调整机构42构成的支撑机构28为可靠性优良的简单的结构。而且，通过在位置调整机构42上采用弹簧部件42，可以适应转子铁心16的轴线方向上的尺寸偏差，由于弹簧部件42使可动支撑部件40被动位移，所以更简化支撑机构28的结构。而且，在可动支撑部件40上设置成型面40a，该成型面40a相对收容于空腔部26的转子铁心16，封闭多个空穴24的轴线方向一端的开口，所以不需准备具有这种成型面的另外部件，促进了模具10的结构的简化及小型化。
在上述实施方式中，作为支撑机构28，采用了弹簧部件(位置调整机构)42通过可动支撑部件40支撑转子铁心16的结构，但代替这种结构，也可以构成为弹簧部件42直接支撑转子铁心16。在这种场合下，构成支撑机构28的弹簧部件(例如盘簧)42在直接对收容于空腔部26中的转子铁心16施加轴线方向的弹性按压力的同时，将转子铁心16固定支撑在空腔部26的规定位置(注入树脂材料时的适当位置)上。根据这种结构，可减少模具10的部品件数，进一步促进小型化。
图5以将转子铁心16收容于空腔部26的状态表示本发明的其他实施方式的模具50。除了容许转子铁心16的轴线方向上的尺寸偏差地在空腔部26内固定支撑转子铁心16的可调整的支撑机构的结构以外，模具50具有与上述模具10实质上同样的结构。从而，在对应的结构单元上标注共同的附图标记，省略其说明。
模具50的支撑机构52具备：可动支撑部件54，其可动地设置在空腔部26中；以及位置调整机构26，其使可动支撑部件54相对收容于空腔部26的转子铁心16在轴线方向位移。可动支撑部件54具有与上述模具10的可动支撑部件40实质上同样的结构。即可动支撑部件54具备：凸缘部分58，其与模具部件32的环状槽46协作而限制可动支撑部件54自身的位移动作(箭头α)；以及轴线方向端面(即封闭转子铁心16的多个空穴24在轴线方向一端的开口的成型面)54a，其与模具部件30的端面30c协作，牢固固定地夹持收容于空腔部26中的转子铁心16。不过，在可动支撑部件54上形成与凸缘部分58侧的轴线方向端面54b邻接，并沿凸缘部分58倒角状延长的锥形面60。
位置调整机构56包括：驱动源62，其产生使可动支撑部件54沿定心支撑单元38在轴线方向位移的驱动力；以及力传递部件64，其将驱动源62的驱动力传递到可动支撑部件54上。驱动源62可以由气-液装置或电动机构成。力传递机构64由插入在模具部件32的第一单元32a和第二单元32b之间，并以定心支撑单元38为中心可径向移动地配置的薄板状部件构成。力传递部件64与驱动源62的输出轴连结，通过驱动源62工作，在定心支撑单元38的周围径向移动。
在力传递部件64的定心支撑单元38侧的端部，形成可与可动支撑部件54的锥形面60对接的主动锥形面66。力传递部件64在通过驱动源62驱动力下向径向内方(接近定心支撑单元38的方向)移动期间，使该主动锥形面66滑动地与可动支撑部件54的锥形面60抵接。由此，力传递部件64的径向内方的移动，转换为可动支撑部件54的轴线方向前方(朝向空腔部26的开口的方向)的位移。
在将转子铁心16适当地收容于空腔部26的状态下，具有上述结构的位置调整机构56可以适应转子铁心16的轴线方向上的尺寸偏差，积极调整可动支撑部件54的轴线方向位置。其结果，在位置调整机构56的作用下，可动支撑部件54将转子铁心16固定支撑在空腔部26的规定位置(注入树脂材料时的适当位置)上。这时，利用驱动源62的驱动力或保持力，在可动支撑部件54的端面54a和模具部件30的端面30c之间，可以抵抗熔融树脂材料的注入压力，牢固稳定地夹持转子铁心16。
这样，在具有上述结构的模具50中，，通过支撑机构52的适应能力(具体是可动支撑部件54的积极位移)，也可以将具有在支撑机构52的可调整的范围内的轴线方向上的尺寸偏差的多个转子铁心16在容许这种偏差的同时牢固固定支撑在空腔部26中。从而，与上述模具10同样，通过使用模具50，在高度的再现性下确保永磁铁18相对具有由于层压构造引起的轴线方向上的尺寸偏差的多个转子铁心16的充分的固定强度，可以高成品率地制作工作可靠性优良的电动机的转子12。
特别在模具50中，适应转子铁心16的轴线方向上的尺寸偏差，驱动源62及力传递部件64可以将可动支撑部件54准确定位于空腔部26内的所需位置上，所以提高树脂材料在转子铁心16的多个空穴24内的成型精度。另外，若在驱动源62上采用气-液装置或电动机，则能得到容易控制驱动源62的优点。
本发明的结构不限于上述适当的实施方式，可以进行各种修正。例如，在本实施方式中，说明了用于由硅钢片等磁性薄板的层压体构成的转子铁心的制作工序的结构，但本发明的模具还可适用于在由磁性金属块体构成的转子铁心上埋入永磁铁而制作的转子，在该场合也能得到与上述同样的作用效果。
以上，结合适当的实施方式说明了本发明，但对于本领域技术人员来说应该可以理解，在不脱离本发明的公开范围，可以进行各种修正及变更。