專利名稱：小型電動機(jī)及其轉(zhuǎn)子的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及步進(jìn)電動機(jī)等的小型電動機(jī)，尤其涉及其轉(zhuǎn)子及其制造方法。
小型電動機(jī)廣泛用于小型相機(jī)等精密器材、VTR等的音響、視頻設(shè)備、及汽車用電氣裝置等許多領(lǐng)域。在轉(zhuǎn)子采用永久磁鐵結(jié)構(gòu)的小型電動機(jī)中，有步進(jìn)電動機(jī)、無刷電動機(jī)，例如步進(jìn)電動機(jī)則已廣泛用于打印機(jī)等各種電子設(shè)備的驅(qū)動源。
這種小型電動機(jī)，具備有裝在殼體內(nèi)部的定子及與定子對置的轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)子上設(shè)有永久磁鐵，由定子形成的磁力吸引著轉(zhuǎn)子回轉(zhuǎn)。
上述轉(zhuǎn)子，一般是將安裝在回轉(zhuǎn)軸上的轉(zhuǎn)子主體(轉(zhuǎn)子軛)用磁鐵整體成型，做成一體構(gòu)造，或者，在金屬制的轉(zhuǎn)子主體外周面上用粘合劑將磁鐵層粘合固定從而形成二體構(gòu)造。
可是，近年來對小型電動機(jī)的高轉(zhuǎn)矩要求與省電流要求越來越嚴(yán)格。提高轉(zhuǎn)矩的方法，有增加電流的方法與在轉(zhuǎn)子上采用能產(chǎn)生強磁力的永久磁鐵的方法。
增加電流的一種方法自身有其限度，且有背于省電流化的要求。因此，取代以往一般使用的鐵素體磁鐵，最近更多地在轉(zhuǎn)子上使用的是以小電流也能產(chǎn)生強磁力從而提高轉(zhuǎn)矩的希土類塑料磁鐵。
然而，希土類塑料磁鐵，與鐵素體磁鐵比較價高幾十倍，因此其使用量以少為好。
采用上述一體構(gòu)造的轉(zhuǎn)子時，能較容易地提高回轉(zhuǎn)軸與轉(zhuǎn)子之間的同心度精度，又因為是一體構(gòu)造，有可消減安裝工時的優(yōu)點。
但是，卻存在著需要大量使用高價格的希土類塑料磁鐵的問題。為減少希土類塑料磁鐵的使用量，也可采用在轉(zhuǎn)子主體內(nèi)部形成空間使其厚度變薄的方法?？墒?，希土類塑料磁鐵脆弱，會產(chǎn)生轉(zhuǎn)子主體的強度降低，容易發(fā)生裂痕或破碎等問題。
與此相比較，采用所述二體構(gòu)造的轉(zhuǎn)子時，金屬制的轉(zhuǎn)子主體與希土類塑料磁鐵制成的磁鐵層的熱膨脹系數(shù)的差別大(例如幾十倍至幾百倍)。為此，對于使用于廣泛的溫度領(lǐng)域(例如-40℃至+120℃)且溫度變化激烈的步進(jìn)電動機(jī)等的情況，則有容易發(fā)生磁鐵層的剝離或破損的問題。
因此，用減薄磁鐵層厚度的方法，達(dá)到降低慣性力矩和削減材料費是困難的。又，因為轉(zhuǎn)子主體是金屬制的緣故，轉(zhuǎn)子整體的重量大，也成為慣性力矩大的原因。并且，希土類塑料磁鐵形成的磁鐵層是用粘合劑固接的，粘合劑厚度出現(xiàn)偏差時，將使同心度的精度降低。
另外，有一種方案提出采用塑料制成轉(zhuǎn)子主體并在其外周面上固定鐵素體的塑料磁鐵層的步進(jìn)電動機(jī)。這種電動機(jī)，因轉(zhuǎn)子主體以塑料制成可使轉(zhuǎn)子重量變輕。但是在外周面固定的塑料磁鐵不是希土類塑料磁鐵而是鐵素體塑料磁鐵，而且對其使用量的削減以及對防止剝離及破損等并未考慮對策。
本發(fā)明的目的在于解決這樣的問題即，提供一種小型電動機(jī)及其轉(zhuǎn)子的制造方法，該電動機(jī)轉(zhuǎn)子以少量的希土類塑料磁鐵也能獲得高轉(zhuǎn)矩，又能壁免磁鐵層的剝離或破損等現(xiàn)象發(fā)生。
本發(fā)明的另一個目的在于提高轉(zhuǎn)子的真圓度及同心度。
此外，本發(fā)明的其他目的還在于為降低慣性力矩使轉(zhuǎn)子重量變輕，同時使磁鐵層牢固地固定在轉(zhuǎn)子主體上。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供的小型電動機(jī)，具有安裝在殼體內(nèi)部的定子和與此定子對置的轉(zhuǎn)子。
而且，此轉(zhuǎn)子具有可回轉(zhuǎn)自在地支承于所述殼體的回轉(zhuǎn)軸、插裝有此回轉(zhuǎn)軸的塑料制成的轉(zhuǎn)子主體，以及在此轉(zhuǎn)子主體的外周面上形成的希土類塑料磁鐵構(gòu)成的磁鐵層。在此場合時，最好在轉(zhuǎn)子主體外周面形成凹凸形狀。
又，所述磁鐵層，也可在所述外周面上形成為薄膜狀。此外，在所述外周面上，在相對應(yīng)于所述磁鐵層的各磁極的位置上，最好分別形成凹部。
本發(fā)明所提供的轉(zhuǎn)子的制造方法，即在殼體內(nèi)部設(shè)有定子及與此定子相對向的轉(zhuǎn)子的小型電動機(jī)的所述轉(zhuǎn)子的制造方法，其特征在于，首先，將回轉(zhuǎn)軸插裝入一塑料制成的轉(zhuǎn)子主體。此時，最好在轉(zhuǎn)子主體的外周面上，預(yù)先形成凹凸。其次，將所述轉(zhuǎn)子主體放入金屬模內(nèi)，與此同時，將所述回轉(zhuǎn)軸在所述金屬模內(nèi)定位。其后，將被加熱到比所述轉(zhuǎn)子主體的軟化點更高的溫度而熔化的希土類塑料磁鐵注射到所述金屬模內(nèi)，在所述外周面上形成磁鐵層。
在本發(fā)明中，在轉(zhuǎn)子主體的外周面上注射希土類塑料磁鐵時，高溫熔化的希土類塑料磁鐵與具有凹凸的轉(zhuǎn)子主體的外周面接觸。于是，轉(zhuǎn)子主體外周面的表面層軟化或熔化，與希土類塑料磁鐵混合。其后，若使轉(zhuǎn)子主體與希土類塑料磁鐵恢復(fù)常溫而硬化，則兩者形成一體，大體上成為一體結(jié)構(gòu)。
依照本發(fā)明，以少量的希土類塑料磁鐵也能獲得高的轉(zhuǎn)矩，又能防止磁鐵層的剝離或破損。
圖面的簡單說明

圖1至圖15C表示本發(fā)明的實施例，圖1為步進(jìn)電動機(jī)的正面剖視圖。
圖2為圖1所示的電動機(jī)的外觀圖。
圖3為圖1所示的定子芯部的立體圖。
圖4為轉(zhuǎn)子的正面剖視圖。
圖5為圖4的V部放大截面圖。
圖6為與其他實施例中包括轉(zhuǎn)子主體的主視圖。
圖7為圖6的側(cè)視圖。
圖8為另一個實施例中包含轉(zhuǎn)子主體的主視圖。
圖9為圖8的側(cè)視圖。
圖10為又一個實施例中包含轉(zhuǎn)子主體的主視圖。
圖12為圖11的放大側(cè)面截面圖。
圖13為再一個實施例中包含轉(zhuǎn)子主體的主視圖。
圖14A為示出轉(zhuǎn)子的第1制造工序中的過程(A)的剖視圖。
圖14B為示出轉(zhuǎn)子的第1制造工序中的過程(B)的剖視圖。
圖15A為示出轉(zhuǎn)子的第2制造工序中的過程(A)的剖視圖。
圖15B為示出轉(zhuǎn)子的第2制造工序中的過程(B)的剖視圖。
圖15C為示出轉(zhuǎn)子的第2制造工序中的過程(C)的剖視圖。
以下，就本發(fā)明的一實施例參照附圖予以說明。本發(fā)明適用于轉(zhuǎn)子中含有永久磁鐵類型的例如步進(jìn)電動機(jī)或無刷電動機(jī)等的小型電動機(jī)，在此，以作為打印機(jī)、復(fù)印機(jī)、傳真機(jī)及打字機(jī)等電子設(shè)備的驅(qū)動源使用的步進(jìn)電動機(jī)為例，根據(jù)圖1至圖15予以說明。
圖示的步進(jìn)電動機(jī)1為PM型(永磁型)的電動機(jī)，其構(gòu)造是用定子繞圈形成的磁力吸引含有永久磁鐵的轉(zhuǎn)子，并使其回轉(zhuǎn)。例如，用于打印機(jī)的送紙裝置的電動機(jī)。
如圖1及圖2所示，殼體2的內(nèi)部安裝有定子3，與定子3相對地在其內(nèi)側(cè)配置的轉(zhuǎn)子4被安裝在殼體2的內(nèi)部。在轉(zhuǎn)子4的中心部，沿著回轉(zhuǎn)中心線C方向固定的金屬制的回轉(zhuǎn)軸5，依靠安裝在殼體2上的軸承部件6，7被回轉(zhuǎn)自在地支承著。殼體2具有用強磁性體的金屬材料制成的、有底中空筒狀的外殼8，及用與外殼8同樣的金屬材料形成的蓋子部件10。蓋子部件10用鉚接嵌合或用焊接等方法固定在外殼8的開口部9上。
在蓋子部件10的中心部形成的斷面呈圓形的安裝用凹部11內(nèi)被固定有軸承部件7，在外殼8的側(cè)面12的中心部形成的安裝孔13內(nèi)，被固定有軸承部件6。軸承部件6，7是用具有潤滑性的合成樹脂或用含浸潤滑油的粉末燒結(jié)合金屬或粉末燒結(jié)合金形成的無油型的軸承。
定子3，被固定在外殼8的內(nèi)側(cè)面14上，并且由沿著中心繞C方向并排設(shè)置且互相背靠背地配置的第1、第2塊材15、16組成。
在第1塊材15的環(huán)狀線圈架17上，纏繞有定子線圈，成為環(huán)狀的勵磁線圈18。線圈架17采用絕緣性合成樹脂例如聚丁烯對苯二酸鹽(ポリブチレンテレフタレ-ト)(PBT)等的絕緣材料一體成型。
支承線圈架17的定子芯部19由強磁性體的金屬材料制成。如圖3所示，定子芯部19具有環(huán)狀的圓板部20及從圓板部20的內(nèi)周邊緣21彎折而成的與中心軸平行的朝一個方向突出的梳齒狀的磁極22。梳齒狀的磁極22沿著內(nèi)周邊緣21均一地配設(shè)多個。在圓板部20的外周部上形成有連接端子(未圖示)安裝用的凹部23。
如圖1所示，在外殼側(cè)面12一側(cè)，形成有梳齒狀的磁極24。通過將外殼8的一部分向電動機(jī)內(nèi)側(cè)切開翻起，磁極24與中心線C平行地突出且沿著圓周方向均勻地配置有與前述磁極22相同個數(shù)。
又，在蓋子部件10內(nèi)，配設(shè)有將蓋子部件10的一部分向電動機(jī)的內(nèi)側(cè)切開翻起而形成的梳齒狀磁極25。磁極25同中心線C平行地突出，且沿著圓周方向均勻地配置有與前述磁極22相同個數(shù)。
第1塊材15的定子芯部19與外殼側(cè)面12對向配置，其磁極22同外殼8一側(cè)的磁極24保持規(guī)定的空隙且安裝成相互咬合的狀態(tài)。同樣，第2塊材16的定子芯部19也同蓋子部件10對向配置，其磁極22，同蓋子部件10的磁極25保持規(guī)定的空隙且安裝成相互咬合的狀態(tài)。
具有線圈18的線圈架17固定在定子芯部19、外殼內(nèi)側(cè)面14以及磁極24上，構(gòu)成第1塊材15。鄰接于第1塊材15，背靠背地配設(shè)的第2塊材16，由具有線圈18的線圈架17、定子芯部19、蓋子部件10及磁極25構(gòu)成。
第1、第2塊材15、16的定子芯部19的圓板部20彼此貼緊固定。第1塊材15的線圈架17和兩個子芯部19的圓板部20的外周邊緣20a固接在外殼內(nèi)側(cè)面14上。
線圈18，與裝設(shè)在連接端子上的輸入電線27電氣連接，由未圖示的外部電源通過輸入電線27與連接端子，向線圈18供給電流。
在第1塊材15上，依靠外殼8、定子芯部19的圓板部20和磁極22以及與外殼8為一體的磁極24，可形成由線圈18產(chǎn)生的磁通導(dǎo)通的第1磁性回路。
在第2塊材16上，依靠外殼8、蓋子部件10、與蓋子部件10為一體的磁極25、定子芯部19的磁極22及圓板部20，可形成由線圈18產(chǎn)生的磁通導(dǎo)通的第2磁性回路。
轉(zhuǎn)子4設(shè)置在第1、第2塊材15，16的半徑方向內(nèi)側(cè)，并與之有微小間隙G。轉(zhuǎn)子4具有回轉(zhuǎn)軸5、在其中心位置C上插裝有回轉(zhuǎn)軸5并在其外周面30上形成有凹凸的塑料制成的轉(zhuǎn)子主體31，以及在轉(zhuǎn)子主體31的外周面30上形成的由希土類塑料磁鐵形成的磁鐵層32。形成轉(zhuǎn)子主體31的塑料件，具有比電動機(jī)使用溫度T更高的軟化點t1。
本實施例中的磁鐵層32呈圓筒狀，在其圓周方向上設(shè)有多個在與回轉(zhuǎn)中心線C相平行方向延伸的磁極，并全面覆蓋著轉(zhuǎn)子31的外周面30。此外，磁鐵層32也可僅僅覆蓋外周面的一部分，例如至少覆蓋外周面30中的磁極部分等。
磁鐵層32是在圓筒狀的外表面37上交替配設(shè)N極與S極的、均勻地進(jìn)行了多極磁化的構(gòu)成部分，使用極各向異性或徑向各向異性的希土塑料磁鐵。
在所述電動機(jī)1中，通過輸入電線27向第1、第2塊材15、16的各線圈18供給相位相互錯開的電流時，各線圈18被交替勵磁，在第1、第2的磁性回路上交替產(chǎn)生磁力。而被各線圈18分別勵磁的磁極22、24及25的位置也按規(guī)定大小的步進(jìn)角按次序錯動。
這樣，依靠被順序勵磁的磁極22、24及25的磁力，磁鐵層32的磁極被吸引，轉(zhuǎn)子4按規(guī)定大小的步進(jìn)角作轉(zhuǎn)動運動。由此，通過轉(zhuǎn)動的回轉(zhuǎn)軸5能驅(qū)動打印機(jī)等的電子設(shè)備。
以下，就轉(zhuǎn)子4的結(jié)構(gòu)參照圖4至圖13加以說明。如圖4及圖5所示，轉(zhuǎn)子主體31呈圓筒狀，為輕量化其內(nèi)側(cè)形成有空間部33?；剞D(zhuǎn)軸5，被壓入固定在轉(zhuǎn)子主體31的中心C上形成的通孔34內(nèi)?；剞D(zhuǎn)軸5與轉(zhuǎn)子主體31，采用止轉(zhuǎn)用的軸襯35使其相互牢牢固定。
轉(zhuǎn)子主體31的圓筒狀的外周面30上，形成有凹凸36。磁鐵層32緊密地接合在具有凹凸36的外周面30上而與其形成一體化。磁鐵層32的外表面37具有高精度的真圓度，具有同回轉(zhuǎn)軸5的回轉(zhuǎn)中心線C一致的轉(zhuǎn)動中心，形成高同心度的形狀。
轉(zhuǎn)子主體31，由如下的塑料加工成型，這種塑料是由聚丁烯對苯二酸鹽、聚縮醛，尼龍(PA)組成的群體中取出一種以上的物質(zhì)，再加上玻璃纖維而形成。其中任何一種塑料的炊化點t1均在約170℃至約240℃的范圍內(nèi)。此軟化點t1，比電動機(jī)使用溫度T為高，T的一般范圍為約-40℃至+120℃，因此，在電動機(jī)1轉(zhuǎn)動時，轉(zhuǎn)子主體31不會發(fā)生軟化。
又，電動機(jī)使用溫度T有超過120℃而達(dá)到約180℃的，在使用這種電動機(jī)時，選定具有超過電動機(jī)使用溫度T的軟化點t1的塑料就行。
另一方面，作為磁鐵層32的原料的希土類塑料磁鐵，是在塑料中摻合希土類磁鐵的磁性粉末而成的。作為塑料例如有尼龍(PA)及聚苯硫化物(ポリフェニレン硫化物)等，作為希土類磁鐵例如有釹-鐵-硼(Nd-Fe-B)、釤-鈷(Sm-Co)及阿爾尼庫(一種含有Fe、Al、Ni、Co的永久磁鐵商品名)等，也可將這些物質(zhì)中的一種或二種以上加以組合使用。
此希土類塑料磁鐵的軟化點t2，可以與轉(zhuǎn)子31的軟化點t1大體相同，即為170℃至240℃，但是也可以是其他溫度。
在轉(zhuǎn)子主體31的外周面30上形成磁鐵層32時，用金屬模注塑成型。
具體地說，將希土類塑料磁鐵在比轉(zhuǎn)子主體31的軟化點t1更高的溫度下加熱熔化后注射在主體外周面30上時，外周面30也被加熱至其軟化點t1以上，其表面層也軟化或熔化，并在與希土類塑料磁鐵的接合部38處相互咬合且混合。其后，希土類塑料磁鐵回復(fù)至常溫后固化為磁鐵層32，轉(zhuǎn)子主體31與磁鐵層32形成為一體。
在上述混合現(xiàn)象的過程中，轉(zhuǎn)子主體31內(nèi)的玻璃纖維39的一部分由于從外周面30一側(cè)浸入希土類塑料磁鐵內(nèi)而互相纏繞，因此使轉(zhuǎn)子主體31與磁鐵層32之間無明確的分界面，轉(zhuǎn)子主體31與磁鐵層32的一體化變得更強固。
又，轉(zhuǎn)子主體31的外周面30形成有凹凸36，為此，外周面30的表面積變大，并且在注塑成型時，熔化狀態(tài)下的希土類塑料磁鐵同主體外周面30的塑料的混合也變得容易。
由此制成的轉(zhuǎn)子4，由于兩部件31，32牢固地形成一體，且凹凸36也起著阻力作用，在電動機(jī)回轉(zhuǎn)等時，兩部件31，32不會發(fā)生相互錯位。
由于兩部件31，32牢固地形成一體，也可以在轉(zhuǎn)子主體31的外周面30上，使磁鐵層32形成為薄膜狀。如果這樣做，希土類塑料磁鐵的使用量將比從前大為減少。形成為薄膜狀的磁鐵層32，具有足夠的機(jī)械強度，完全能承受磁化時的沖擊及電動機(jī)轉(zhuǎn)動時的振動等。
又，如本實施例所述，薄膜狀磁鐵層32也可以在外周面30上形成全面覆蓋，但是如果僅僅覆蓋外周面的一部分，例如至少是僅僅覆蓋磁極部分，希土類塑料磁鐵的使用量則可以變得更少。
又，由于轉(zhuǎn)子主體31與磁鐵層32形成一體，比起使用粘合劑的從前的結(jié)構(gòu)，兩部件31，32的同心度可獲得提高。如果在高精度成型的金屬模內(nèi)，將回轉(zhuǎn)軸5正確定位后再形成外表面37，則可更大幅度地提高轉(zhuǎn)子4的真圓度及同心度。
如此，由于外表面37的真圓度及兩部件31，32的同心度成為高精度，在轉(zhuǎn)子4的轉(zhuǎn)動中外表面37的振幅變得極小，從而可減小定子3與轉(zhuǎn)子4之間的間隙G。這樣，磁力的吸引力變大，可以實現(xiàn)高轉(zhuǎn)矩化，以電動機(jī)1為例，間隙G可以減小為0.2至0.1mm左右。其結(jié)果，轉(zhuǎn)矩可比從前提高約10至20%。
又，由于可減小間隙G，磁鐵層32的厚度也可以做得更薄，從而在實現(xiàn)高轉(zhuǎn)矩化的同時，也可以減少希土類塑料磁鐵的使用量。具體地說，為產(chǎn)生規(guī)定的轉(zhuǎn)矩，在采用以往的二體結(jié)構(gòu)的鐵素體磁鐵的磁鐵層時，厚度需要在3mm以上。與此相對比，本發(fā)明在使用希土類塑料磁鐵的磁鐵層32時厚度減小至1mm以下(例如，約0.6mm至0.8mm)，也能產(chǎn)生足夠的轉(zhuǎn)矩。
將轉(zhuǎn)子主體31及磁鐵層32用如上所述的材料成型時，其中任何一種材料的熱膨脹系數(shù)都在約3×10-5至5×10-5mm/℃之間，大體相等或近似。因此，轉(zhuǎn)子主體31與磁鐵層32之間的熱變形量之差是很小的。
例如，在注塑成型后的冷卻時或電動機(jī)回轉(zhuǎn)等時，即使轉(zhuǎn)子4的溫度激烈變化，也不會由于兩部件31，32的接合部38因熱脹冷縮之差別而遭受破壞，導(dǎo)致磁鐵層32的剝離或破損。另外，下述事項已被確認(rèn)，兩部件31，32的上述熱膨脹系數(shù)的差若在10倍左右以內(nèi)時，在實用上將不會發(fā)生問題。
可是，步進(jìn)電動機(jī)1，多數(shù)場合是只按規(guī)定步進(jìn)角迅速進(jìn)行回轉(zhuǎn)運動，并即時迅速地進(jìn)行靜止動作。在這種使用方法的情況下，有必要減輕轉(zhuǎn)子4的重量從而減低慣性力矩。
在這種情況下，依照本發(fā)明，通過在輕而牢固的塑料制的轉(zhuǎn)子主體31中形成大的空間部33，并將由希土類塑料磁鐵形成的磁鐵層32成型為薄膜狀，便可使轉(zhuǎn)子4比以往大幅度地減輕重量。因此，便可減低慣性力矩及削減希土類塑料磁鐵的使用量，且也不會發(fā)生裂痕或破碎等現(xiàn)象。
圖6至圖13示出了形成磁鐵層前的轉(zhuǎn)子主體的若干變形例。
如圖6，圖7所示，壓入固定有回轉(zhuǎn)軸5的轉(zhuǎn)子主體31a的外周面30a上，沿中心軸方向并列設(shè)置有多個截面矩形的環(huán)狀槽36a。依靠此環(huán)狀槽36a的形成，在外周面30a上便形成凹凸，同時表面面積也變大。
由此，將磁鐵層32在外周面30a上全面或一部分覆蓋成型時，熔化的塑料磁鐵也浸入環(huán)狀槽36a的內(nèi)部，與外周面30a形成一體。因此，磁鐵層32牢固地被固定，特別對中心軸方向的強度增加。
圖8至圖10表示其他實施例。
如圖所示，為在轉(zhuǎn)子主體31b的外周面30b上形成凹凸，從軸向中央部40往側(cè)面41或側(cè)面42的方向上分別形成長條狀的多個凹部36b并將它們在圓周方向均等地配置。如圖10所示，各凹部36b分別形成在與在外周面30’b上形成的磁鐵層32的各N、S磁極位置(例如對N極作了圖示)相當(dāng)?shù)奈恢蒙稀?br> 在磁鐵層32上，相對軸向中央部40呈交錯狀地磁化有相互交替的N極與S極，各凹部36b的位置也設(shè)置成交錯狀且到軸向中央部40為止(圖8)，使其與各磁極的位置相一致。
用這種方式，如圖10所示，磁極部分的磁鐵層32的厚度D1將比磁極以外的其他部分的厚度D2厚，磁鐵層32的磁極能發(fā)生強的磁力，并能以希土類塑料磁鐵的最小使用量達(dá)到更高的轉(zhuǎn)矩。
又，因各凹部36b到軸向中央部40處便終止，凹部36b成為阻力，磁鐵層32不會在軸向及圓周方向滑動，從而牢固地被固定在轉(zhuǎn)子主體31b上。
圖11，圖12表示又一個其他實施例。
在本實施例中，在轉(zhuǎn)子主體31C的外周面30C上，按圓周方向形成有呈鋸齒狀截面的環(huán)狀凹凸36c，在鋸齒狀的峰尖部分43上，同圖8至圖10一樣，在與磁鐵層32的各N、S磁極相當(dāng)?shù)奈恢蒙?，交錯狀地分別形成有凹部44。
由此，磁極部分的磁鐵層32的厚度D1比其他部分D2厚，磁極可產(chǎn)生強的磁力。又，凹凸36C與凹部44成為阻力，使磁鐵層32對軸向及圓周方向的固定變得牢固，不易剝離。此外包括轉(zhuǎn)子主體31在內(nèi)的側(cè)面形狀大體與圖9所示的形狀相同。
又，在本發(fā)明中，如圖13所示，即使圓筒狀的轉(zhuǎn)子主體31d的外周面30d上未形成有凹凸，轉(zhuǎn)子主體31d與磁鐵層也會形成一體化。在此場合下，由于沒有外周面30d上的凹凸，轉(zhuǎn)子主體31d的制造變得容易。
以下就轉(zhuǎn)子的制造方法進(jìn)行說明。圖14A及圖14B為分別圖示轉(zhuǎn)子的第1制造工序中的過程(A)，(B)的剖視圖。圖15A，圖15B及圖15C為分別圖示轉(zhuǎn)子的第2制造工序中的過程(A)，(B)，(C)的剖視圖。
本發(fā)明所提出的方法是，在殼體2的內(nèi)部安裝有定子3及與定子3相對向的轉(zhuǎn)子4的作為小型電動機(jī)的步進(jìn)電動機(jī)1的轉(zhuǎn)子4的制造方法，首先將回轉(zhuǎn)軸5插入安裝在塑料制的轉(zhuǎn)子主體31、31a、31b、31c、31d內(nèi)。此時，在將其放入金屬模50內(nèi)之前，最好在轉(zhuǎn)子主體的外周面30、30a、30b、30c上予先形成有凹凸36、36a、36b、36c、44。
其次，將所述轉(zhuǎn)子主體放入高精度制成的金屬模50內(nèi)，同時將回轉(zhuǎn)軸5在金屬模50中定位。其后，將希土類塑料磁鐵51在比所述轉(zhuǎn)子主體的軟化點t1更高的溫度下加熱熔化后注射到金屬模50內(nèi)，通過這一方式，使其能覆蓋轉(zhuǎn)子主體31的上述外周面的至少相當(dāng)于磁極部分的一部分或者覆蓋整個外周面，以形成磁鐵層32，由此完成轉(zhuǎn)子4的制造。
再從所述各實施例的轉(zhuǎn)子主體中，以轉(zhuǎn)子主體31為例，更詳細(xì)地加以說明。在如圖14A所示第1制造工序中的過程(A)中，準(zhǔn)備好轉(zhuǎn)子主體31、回轉(zhuǎn)軸5以及止轉(zhuǎn)用的軸襯35。
然后，在如圖14B所示的第1制造工序中的過程(B)中，將回轉(zhuǎn)軸5壓入轉(zhuǎn)子主體31的貫通孔34內(nèi)，與此同時，將軸襯35壓入轉(zhuǎn)子主體31內(nèi)形成的卡止部52內(nèi)，把轉(zhuǎn)子主體31與回轉(zhuǎn)軸5加以固定。
接著，在如圖15A所示的第1制造工序中的過程(A)中，將回轉(zhuǎn)軸5插入金屬模50的金屬本體50a的支承孔53內(nèi)，將轉(zhuǎn)子主體31放入金屬模50的中空部54內(nèi)。
然后，在如圖15B所示的第2制造工序中的過程(B)中，將中空部54用金屬模50的蓋子55緊密關(guān)閉，同時將回轉(zhuǎn)軸5插入蓋子55的支承孔58內(nèi)，從而將回轉(zhuǎn)軸5可靠地定位。
又，將加熱至比轉(zhuǎn)子主體31的軟化點t1更高溫度、例如約270℃至約320℃的熔化狀態(tài)的希土類塑料磁鐵51，從熔化物供給用的供給孔56向中空部54的內(nèi)周面57與轉(zhuǎn)子主體31的外周面30之間供料。這樣，如上所述，希土類塑料磁鐵51同整個外周面30(或一部分)形成一體，由此制成轉(zhuǎn)子4。
最后，在圖15C所示的工序(C)中，將轉(zhuǎn)子4從金屬模50取出徐徐冷卻至常溫。其后，若再進(jìn)行使N極和S極交替配列在外表面37上的多極磁化，便可完成轉(zhuǎn)子4的制造，此轉(zhuǎn)子的回轉(zhuǎn)軸5與外表面37相對于回轉(zhuǎn)中心線C具有高精度的同心度。
即，如果將金屬模本體50a的支承孔53、內(nèi)周面57及蓋子55的支承孔58等高精度制成，在用支承孔53、58支承回轉(zhuǎn)軸5的狀態(tài)下進(jìn)行注塑成型，轉(zhuǎn)子外表面37則可以極高精度的真圓度成型，可以實現(xiàn)高水平的同心度。
又，上述各實施例是就PM型的步進(jìn)電動機(jī)進(jìn)行說明的，但本發(fā)明也可適用于HB型[混合型(HybridType)]的步進(jìn)電動機(jī)。
又，各圖中的同一符號表示同一或相等部分。
權(quán)利要求
1.一種小型電動機(jī)，這是具有裝在殼體(2)內(nèi)部的定子(3)及與此定子對向設(shè)置的轉(zhuǎn)子(4)的小型電動機(jī)，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子具有轉(zhuǎn)動自在地支承于所述殼體的回轉(zhuǎn)軸(5)，插裝有該回轉(zhuǎn)軸的塑料制成的轉(zhuǎn)子主體(31、31a、31b、31c、31d)，以及在此轉(zhuǎn)子主體的外周面(30、30a、30b、30c、30d)上形成的由希土類塑料磁鐵構(gòu)成的磁鐵層(32)。
2.如權(quán)利要求1所述的電動機(jī)，其特征在于，在所述轉(zhuǎn)子主體的所述外周面上形成有凹凸(36，36a，36b，36c，44)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的電動機(jī)，其特征在于，所述磁鐵層(32)，在所述轉(zhuǎn)子主體的所述外周面上形成為薄膜狀。
4.如權(quán)利要求3所述的電動機(jī)，其特征在于，所述的電動機(jī)為步進(jìn)電動機(jī)，在所述轉(zhuǎn)子主體的內(nèi)側(cè)形成有大的空間部(33)。
5.如權(quán)利要求1或2所述的電動機(jī)，其特征在于，所述磁鐵層(32)成圓筒狀，在其圓周方向上配列有多個與回轉(zhuǎn)中心線(C)平行地延伸的磁極，并均等地進(jìn)行了使N極與S極交替配置在圓筒狀磁鐵層的外表面(37)上的多極磁化。
6.如權(quán)利要求1或2所述的電動機(jī)，其特征在于，所述磁鐵層(32)對所述轉(zhuǎn)子主體外周面中的至少磁極部分等的所述外周面的一部分進(jìn)行覆蓋。
7.如權(quán)利要求1或2所述的電動機(jī)，其特征在于，所述磁鐵層(32)在所述轉(zhuǎn)子主體的所述外周面上形成全面覆蓋。
8.如權(quán)利要求7所述的電動機(jī)，其特征在于，所述磁鐵層(32)在所述轉(zhuǎn)子主體的外周面緊密接合成一體，所述磁鐵層(32)的外表面(37)具有高精度的真圓度，并呈具有與所述回轉(zhuǎn)軸(5)的回轉(zhuǎn)中心線(C)相同的回轉(zhuǎn)中心的高同心度的形狀。
9.如權(quán)利要求8所述的電動機(jī)，其特征在于，所述定子與所述轉(zhuǎn)子之間的間隙(G)約為0.2至0.1mm，所述磁鐵層的厚度為1mm以下。
10.如權(quán)利要求9所述的電動機(jī)，其特征在于，所述磁鐵層的厚度約為0.6至0.8mm。
11.如權(quán)利要求2所述的電動機(jī)，其特征在于，通過在所述轉(zhuǎn)子主體(31a)的所述外周面(30a)上，沿中心軸方向并排設(shè)置多個環(huán)狀槽(36a)來形成所述凹凸。
12.如權(quán)利要求2所述的電動機(jī)，其特征在于，在所述轉(zhuǎn)子主體外周面上，通過在與所述磁鐵層(32)的各磁極相當(dāng)?shù)奈恢蒙戏謩e形成凹部(36b，44)來形成所述凹凸。
13.如權(quán)利要求12所述的電動機(jī)，其特征在于，所述多個凹部(36b)從軸向中央部(40)起往側(cè)面(41，42)的方向分別延伸形成且在圓周方向上均勻地配置，在所述磁鐵層中相對于所述軸方向中央部(40)，呈交錯狀地交替磁化有N極與S極，所述各凹部(36b)也形成交錯狀且在所述軸向中央部終止，以使其與所述各磁極的位置相一致。
14.如權(quán)利要求12所述的電動機(jī)，其特征在于，在所述轉(zhuǎn)子主體(31C)的所述外周面(30C)上，向著圓周方向形成具有鋸齒斷面的環(huán)狀的所述凹凸(36C)，在鋸齒狀的峰尖的部分上，交錯狀地形成所述凹部(44)。
15.如權(quán)利要求1、2、11至14中的任何一項所述的電動機(jī)，其特征在于，所述希土類塑料磁鐵，具有極各向異性及徑向各向異性中的某一種。
16.如權(quán)利要求1、2、11至14中的任一項所述的電動機(jī)，其特征在于，所述希土類塑料磁鐵是在塑料中混合希土類磁鐵的磁性粉末制成的，其軟化點(t2)約為170℃至240℃，大體上與所述轉(zhuǎn)子主體的軟化點(t1)相同，所述的塑料為尼龍(PA)及聚苯硫化物中的一種或兩種，所述希土類磁鐵為，釹-鐵-硼、釤-鈷及鋁鎳鈷合金(ALNICO)組成的群體中的一種以上的物質(zhì)。
17.如權(quán)利要求1、2、11至14的任一項所述的電動機(jī)，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子主體及所述磁鐵層的各材料的熱膨脹率之差是在10倍以內(nèi)。
18.如權(quán)利要求17所述的電動機(jī)，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子主體及所述磁鐵層的各材料的熱膨脹系數(shù)為約3×10-5至約5×10-5mm/℃。
19.如權(quán)利要求1、2、11至14的任一項所述的電動機(jī)，其特征在于，構(gòu)成所述轉(zhuǎn)子主體的塑料件，具有比電動機(jī)使用溫度(T)更高的軟化點(t1)，此軟化點(t1)約在170℃至240℃的范圍內(nèi)。
20.如權(quán)利要求19所述的電動機(jī)，其特征在于，所述塑料是由聚丁烯對苯二酸鹽、聚縮醛及尼龍(PA)組成的群體中的一種以上的物質(zhì)再加以玻璃纖維制成的。
21.如權(quán)利要求1、2、11至14的任一項所述的電動機(jī)，其特征在于，所述回轉(zhuǎn)軸(5)被插裝固定于在所述轉(zhuǎn)子主體的中心(C)上形成的貫通孔(34)內(nèi)，而所述回轉(zhuǎn)軸(5)與所述轉(zhuǎn)子主體，依靠止轉(zhuǎn)用的軸襯(35)被相互牢固地固定。
22.如權(quán)利要求1、2、11至14的任一項所述的電動機(jī)，其特征在于，所述電動機(jī)為步進(jìn)電動機(jī)或無刷電動機(jī)中的一種。
23.一種步進(jìn)電動機(jī)，它是具有安裝于殼體(2)內(nèi)部的包含有勵磁線圈(18)的定子(3)，及與此定子對置、并在其中間留有約0.2至0.1mm的間隙(G)地在其內(nèi)側(cè)設(shè)置的轉(zhuǎn)子(4)，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子具有外周面形成有凹凸并為輕量化而形成有大的空間部(33)的塑料制的轉(zhuǎn)子主體，由軸承部件(6，7)可回轉(zhuǎn)自在地支承于所述殼體并插裝固定在所述轉(zhuǎn)子主體的回轉(zhuǎn)中心位置(C)上形成的貫通孔(34)內(nèi)的回轉(zhuǎn)軸(5)，以及，覆蓋所述外周面的整個面、形成厚度約0.6至0.8mm的薄膜狀，且與所述外周面密接成一體，其外表面(37)具有高精度的真圓度且與所述回轉(zhuǎn)軸的所述回轉(zhuǎn)中心(C)有同一的回轉(zhuǎn)中心的高同心度形狀的希土類塑料磁鐵制成的磁鐵層(32)，所述磁鐵層在圓周方向上配列有在與所述回轉(zhuǎn)中心(C)平行的方向上延伸的多個磁極，且在所述外表面(37)上均勻地進(jìn)行了使N極與S極交替配列其上的多極磁化，在所述轉(zhuǎn)子主體外周面上，在與所述各磁極相當(dāng)?shù)奈恢蒙戏謩e形成有凹部，構(gòu)成所述轉(zhuǎn)子主體的塑料件，是在具有比電動機(jī)使用溫度(T)更高的軟化點(t1)的聚丁烯對苯二酸鹽、聚縮醛、尼龍(PA)等組成的群體中取一種以上的物質(zhì)再加入玻璃纖維制成的，構(gòu)成所述磁鐵層的所述希土類塑料磁鐵，是在由尼龍及聚苯硫化物中的一種或兩種組成的塑料中，混入由釹-鐵-硼、釤-鈷、及鋁鎳鈷合金組成的群體中的一種以上的物質(zhì)構(gòu)成的希土類磁鐵的磁性粉末而成，其軟化點(t2)與所述轉(zhuǎn)子主體的軟化點(t1)大體上相等。
24.一種小型電動機(jī)的轉(zhuǎn)子的制造方法，它是在殼體(2)的內(nèi)部安裝有定子(3)及與此定子(3)對置的轉(zhuǎn)子(4)的小型電動機(jī)的所述轉(zhuǎn)子的制造方法，其特征在于，將回轉(zhuǎn)軸(5)插裝在塑料制的轉(zhuǎn)子主體(31、31a、31b、31c、31d)內(nèi)。其次，將所述轉(zhuǎn)子主體放入金屬模(50)內(nèi)并將所述回轉(zhuǎn)軸在所述金屬模內(nèi)加以定位，然后，將加熱至比所述轉(zhuǎn)子主體的軟化點(t1)更高的溫度而熔化的希土類塑料磁鐵(51)注射到所述金屬模內(nèi)，從而在所述轉(zhuǎn)子主體的外周面上形成磁鐵層(32)。
25.如權(quán)利要求24所述的方法，其特征在于，在放入所述金屬模之前，在所述轉(zhuǎn)子主體的外周面(30、30a、30b、30c)上，予先形成凹凸(36、36a、36b、36c、44)。
26.如權(quán)利要求24或25所述的方法，其特征在于，在所述轉(zhuǎn)子主體外周面上形成所述磁鐵層后，將所述轉(zhuǎn)子從所述金屬模中取出徐冷至常溫，其后，進(jìn)行使N極與S極交替配列在所述磁鐵層(32)的外表面(37)上的多極磁化。
27.如權(quán)利要求24或25所述的方法，其特征在于，構(gòu)成所述轉(zhuǎn)子主體的塑料件，具有比電動機(jī)使用溫度更高的軟化點，而且是由聚丁烯對苯二酸鹽、聚縮醛、尼龍(PA)組成的群體中的一種以上的物質(zhì)加上玻璃纖維而制成，將所述希土類塑料磁鐵注射到所述轉(zhuǎn)子主體的外周面上，使所述外周面的表層軟化甚至熔化，從而在與所述希土類塑料磁鐵的接合部(38)處互相咬合且混合，在此混合現(xiàn)象的過程中，所述玻璃纖維的一部分從所述外周面?zhèn)冉胨鱿Ｍ令愃芰洗盆F內(nèi)且相互纏繞。
全文摘要
小型電動機(jī)具有安裝于殼體(2)內(nèi)部的定子(3)及與此定子(3)相對設(shè)置的轉(zhuǎn)子(4)。此轉(zhuǎn)子具有回轉(zhuǎn)自在地被支承于殼體的回轉(zhuǎn)軸(5)、插裝有此回轉(zhuǎn)軸的塑料制成的轉(zhuǎn)子主體(31)，及在此轉(zhuǎn)子主體外周面上形成的由稀土塑料磁鐵構(gòu)成的磁鐵層(32)。因此，用少量的稀土類塑料磁鐵也能獲得高的轉(zhuǎn)矩，又能防止磁鐵層的剝離或破損。
文檔編號H02K29/00GK1105158SQ9411632
公開日1995年7月12日 申請日期1994年10月8日 優(yōu)先權(quán)日1993年12月30日
發(fā)明者板谷英樹 申請人:馬淵馬達(dá)株式會社