本发明涉及包括步进电动机在内的旋转电机的转子,更具体地说,涉及使用由铁磁材料粉和粘结树脂作为主要成份的混合物制成的所谓粘结磁体作为一种构成元件的旋转电机的转子。 使用粘结磁体作为一种构成元件的旋转电机的常规转子通常为图1和图2所示的结构。图1是旋转电机的常规型式的转子的透视图,图2是其纵向剖视图。在图1和图2中,标号1指的是一个由铁氧体粉和粘结树脂的混合物制成的带底空心圆筒形永磁构件。标号2指的是一个轴3同心地固定在其中的中心柱。在永磁构件1地外周表面上设置多个轴向伸展的磁极(未示出)。通过将转子可转动地支承在绕有导线的定子内,便形成一个电动机或发电机。
形成上述结构的转子的一个有效方法是利用注射成型方法将永磁构件1和轴3整体模制出来。即,将轴3放置在金属成型模具中的预定位置上,并将铁氧体粉和粘结树脂的混合物注射入模具内以将轴3与中心柱2整体模制出来。在此方法中,通常的做法是事先在轴3要跟中心柱2模制成一体的外周上制出交义形的或轴向平行的滚花图案,或进行所谓D形切削(将轴的横截面加工成D字形),即在轴3的部分外圆周表面上设置一个平面部分4,以保证成型后牢固的啮合,或防止由于粘结树脂与轴3的热膨胀系数的不同使轴产生转差、轴向位移或松脱。
用上述方法制造转子可防止轴3出现不希望有的转差、轴向位移或松脱,但旋转电机转子的常规结构具有下列的问题:
轴3跟永磁构件1应当最好完全同轴,轴向不对准度,如果有的话,应当降低到最小。轴3和永磁构件1之间的轴向不对准度太大会使转子和定子之间的间隙不均匀,导致旋转电机的性能变坏。然而在实际上,要完全消除上述的轴向不对准度、亦即获得完全的同轴性是极为困难的。
为了用注射成型方法将永磁构件1与轴3整体模制成型成图1和图2所示结构,轴3必须事先放入成型金属模具中。在这样做时,在金属模具内的轴的插入孔和轴3之间需要有一定的间隙,并且这个间隙是不能消除的。
因此,当将轴3放入成型金属模内时,轴3可在轴插入孔的内表面上向任何一个方向偏移,或相对于预定的轴线保持在一个倾斜的状态。即使轴3完全与轴线对准,但当形成永磁构件1的混合物注射或浇注到成型金属模内时,轴3会由于受到混合物的压力而偏离预定的轴线或与预定的轴线成倾斜状态。
如将在成型金属模中的轴的插入孔和轴3之间的间隙做成极小以防止轴3的偏移或倾斜,这就会使轴3在成型金属模内的放置以及从成型金属模中拔出型体都变得很麻烦。这就大大降低了模制成型的效率。
而且,如果轴3的规格改变了,即使永磁构件1的形状和尺寸仍然相同,也必须换新的成型金属模具。这就导致模具制造成本的增加并需要进行额外的模具更换工作。这就降低了转子的模制成型工序在包括工装制造在内的整个模制成型工作的比例,导致成本的增加。为防止轴3发行转差、位移和松脱而需要的上述的诸如滚花之类的机械加工,增加了机加工成本,此外,需晨要使用软材料来使机加工容易进行则不避免地降低了机械强度。
本发明旨在克服上述现有技术所固有的问题。本发明的目的在于为旋转电机提供一种可在永磁构件1和轴3之间实现高度同轴性、具有良好的加工性和纸制造成本的转子。
图1和图2是说明旋转电机的一种常规转子的主要部分的透视图和纵向剖视图。
图3是说明本发明的一个实施例的主要部分的透视图。
图4是说明图3所示的本发明的一个实施例的组成件的分解透视图。
图5至图7是本发明的另一个实施例的纵向剖视图、左端侧视图和右端侧视图。
图3是说明本发明的一个实施例的主要部分的透视图。图4是说明图3所示的本发明的一个实施例的组成件的分解透视图。相似的部分用跟图1和图2所示的相同标号标示。在图3和图4中,标号5指的是同轴地设置在永磁构件1的两端面上的凹座。这些凹座5在与永磁构件1的轴线垂直相交的平面上的投影外形轮廓呈方形。标号6指示是一个与永磁构件1同轴地形成的通孔,其内径比轴3的外径稍大,或跟轴3成压配合。这种永磁构件1例如可用注射成型方法制出。
标号7指的是一个例如由金属薄板制成的金属衬套,这衬套通过冲压成形成外形轮廓呈方形的构形,其尺寸大小与凹座5相应,在其中心同轴地设有孔8。孔8的内径制成比轴3的外径稍小,使轴3在压配合的情况下能够保持例如超过20公斤的抗松脱阻力,这将在下面进行描述。轴3在其整个长度上加工成基本上相等的外径。
采用上述的结构,转子是通过将金属衬套7压装进入在永磁构件1的两端面上的凹座5内、然后将轴3压装进入孔8来进行装配的。由于金属衬套7的外轮廓在形成与凹座5的轮廓相当,因此,永磁构件1和孔8之间的同轴性可通过将轴3压装到金属衬套7内来保持住。由于轴3和孔8通过压配合彼此固定地装配在一起的,因此可以防止轴3发生轴差、转向不对准或松脱。
图5是说明本发明的另一个实施例的主要部分的纵向剖视图,图6是它的左端侧视图,图7是其右端侧视图。相似的部分用跟图1、图2、图3和图4中所示的相同的标号标示。在图5到图7中,永磁构件1成形成一个带底空心圆筒并在其内带有筋9。这实施例的结构,除了凹座5设置在永磁构件1的底端面上和中心柱2的端面上以外,其余与图3和图4所示的实施例相同。因此,装配的方法,保持永磁构件1与轴3之间的同轴性以及防止轴3发生转差、转向不对准或松脱的方式也与图3和图4所示的实施例相同。
在这实施例中,已对采用铁氧体粉作为永久磁体材料最普遍采用的材料作了叙述。不用说,除铁氧体以外的其它公知铁磁材料,例如Sm-Co或Nd-Fe-B和其它具有优良磁性的稀土磁性材料也可用来作铁磁材料粉。此外,诸如尼龙的公知树脂材料可用作粘结树脂。在这实施例中,注射成型作为模制成型所谓粘结磁体的一种方法来进行叙述,但也可以用其它的模制成型方法。本发明可用于在磁场中制造的各向异性粘结磁体。金属衬套和凹座可至少设置在永磁构件的一个端面上,其形状可不限於方形,而是可以是长方形、三角形、多边形、椭圆形和其它只要能防止轴发生转差的非圆形的几何形状。
具有上述结构和作用的本发明可达到如下效果:
(1)由于永磁构件可分开模制成型,因此可提高成型的效率,并且永磁构件相对于轴的同轴性可大大提高。
(2)即使轴的长度不同,也无须变换成型的金属模具。这就大大提高了多品种小批量生产的生产率。
(3)轴可做成具有单一直径,现有技术的对轴进行滚花或D形切削的工序均可免除。这就降低了机加工成本。
(4)由于无须对轴进行额外机加工,轴的材料可自由选择,甚至可采用高强度的材料。
(5)轴可以通过将其压装进入非圆形的金属衬套而牢靠地装配到永久磁体材料内。可防止轴的转差、轴向不对准或松脱。