专利名称：永磁式电动机用转子的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种永磁式电动机用转子，特别涉及一种提高了转子轭与永磁铁之间的接合强度等的转子。
背景技术：
对于在用作汽车等的动力源的永磁式电动机中所使用的转子，以提高耐久性，成本、磁效率，热扩散性、以及转子轭与永磁铁之间的接合强度等为目标，提出了多种技术。
在这种永磁式电动机用转子中，例如提出了如下技术(例如，参照日本特开平6-38415号公报)通过将永磁铁埋入转子轭中，来提高耐久性等。另外，还提出了如下技术(例如，参照日本特开平7-177712号公报)通过在转子轭与永磁铁的接合中使用烧结接合，来提高磁效率和热扩散性。并且，还提出了如下技术(例如，参照日本特开2002-272033号公报)通过在上述接合中使用高分子材料的粘接技术，以降低成本以及提高转子轭与永磁铁之间的接合强度。
但是，上述日本特开平6-38415号公报中所记载的转子具有如下缺点用永磁铁夹住转子轭而在半径方向为两层，导致成本过高，并且由于永磁铁不露出于转子表面，因此基于转子与定子之间的气隙的磁效率低。另外，上述日本特开平7-177712号公报中所记载的转子具有如下缺点由于在粉末冶金装置中所使用的制造设备，而导致成本过高，并且，采用的是不使用粘接媒介物的烧结接合，因此导致包括高温、高速旋转时的接合强度和热冲击在内的耐久性降低，另外，在转子轭为层叠体的情况下，不能使用粉末冶金法进行制造。另外，上述日本特开2002-272033号公报中所记载的转子具有如下缺点在转子使用时的温度下，因为由高分子材料合成的粘接剂软化而导致耐久性劣化，并且，较之金属膜，永磁铁的粘接剂的热传导率低，热量不会扩散到转子一侧，因此从永磁铁向转子轭的热扩散性低。此外，上述日本特开2002-272033号公报中所记载的转子具有如下缺点因为使用由高分子材料合成的粘接剂，所以使基于转子与定子的气隙的磁效率，和基于设置在永磁铁与转子轭之间的填充物间隙的磁效率降低。
因此，近年来，要求开发出能够充分实现如下所有性能的永磁式电动机用转子，所述性能包括耐久性、成本、基于转子与定子的气隙的磁效率、基于永磁铁与转子轭之间的放置物间隙的磁效率，热扩散性、以及转子轭与永磁铁之间的接合强度。
发明内容
本发明是鉴于这种要求而提出的，其目的在于提供一种充分确保上述耐久性等各种性能的永磁式电动机用转子。
本发明的永磁式电动机用转子是通过将永磁铁接合到转子轭表面而构成的，其特征在于，在上述永磁铁与上述转子轭之间设置金属膜，并通过光束焊接来进行接合。
在本发明的永磁式电动机用转子中，通过在永磁铁与转子轭之间设置金属膜，利用真空光束或激光束等把光束照射部分的金属膜熔化，所述金属膜起到焊接钎料的作用，从而永磁铁与转子轭之间的接合变得牢固。因此，可以提高包括在高温、高速旋转时的接合强度和热冲击在内的耐久性。并且，由于普通铁系材料制成的转子轭与金属膜(例如，铜)之间的热膨胀系数的差较小，并且金属膜自身变形，因此金属膜在永磁铁与转子轭之间起到缓冲材料的作用，能够吸收在温度大幅变化时转子轭的膨胀或收缩，从而提高冷热耐久性。
另外，在本发明的永磁式电动机用转子中，不需要像上述日本特开平6-38415号公报中所记载的转子那样，将永磁铁埋入转子中，并且不需要像上述日本特开2002-272033号公报中所记载的转子那样，使用由高分子材料合成的粘接剂，因此可以降低成本。另外，因为不使用由高分子材料合成的粘接剂，所以粘接时不会产生恶臭，而且因为不需要涂敷等工序，所以具有作业简便的优点。
另外，在本发明的永磁式电动机用转子中，因为永磁铁露在转子表面，因此基于转子与定子之间的气隙的磁效率较高，并且与使用高分子粘接剂的情况相比，因为可以通过电镀和热喷镀等使设置于永磁铁与转子轭之间的金属膜的厚度变薄，所以具有基于永磁铁与转子轭之间的填充物间隙的磁效率较高的优点。另外，通过在永磁铁与转子轭的接合中使用光束焊接，在焊接时产生的热量只作用于永磁铁与转子轭的接合界面的极小范围内，因此永磁铁本身不会产生磁特性的劣化。
而且，在本发明的永磁式电动机用转子中，在使用时，即使在永磁铁中产生了涡流，但是因为设置在永磁铁与转子轭之间的金属膜的热传导率大，并且从永磁铁向转子轭的热扩散性高，所以可以确保稳定的使用。另外，由于不采用粉末冶金法，因此在层叠构成转子的情况下，也可以进行制造。
如上所示，根据本发明的永磁式电动机用转子，能够充分确保以下全部性能耐久性、成本、基于转子与定子之间的气隙的磁效率、基于永磁铁与转子轭之间的填充物间隙的磁效率、热扩散性、以及转子轭与永磁铁之间的接合强度。
在这种永磁式电动机用转子中，优选将上述金属膜形成于永磁铁表面。根据本发明，与真空蒸镀法和溅镀法等相比，可以在将永磁铁光束焊接到转子轭之前，预先用金属膜经济而简便地覆盖永磁铁的整个表面，从而有效防止永磁铁受腐蚀或者磁铁表面受损。
另外，在这种永磁式电动机用转子中，优选上述金属膜的厚度为25～90μm。
在这种本发明的永磁式电动机用转子中，由于金属膜的厚度大于等于25μm，因此可以使上述接合非常牢固。而且，在本发明中，金属膜的厚度小于等于90μm，因此避免了过量使用金属膜，从而可以充分地降低成本。
并且，在这种永磁式电动机用转子中，优选上述金属膜是包括镍或铜中的至少一种的膜。根据本发明，金属膜包括耐蚀性优良的镍或热传导性优良的铜，因此可以提高永磁铁的耐蚀性或者从永磁铁向转子轭的热扩散性中的至少一方。另外，当然可以单独使用镍或者铜，也可以将镍和铜作为独立的层而形成双层的金属膜。另外，也可以将由镍和铜组成的合金作为金属膜。
此外，在这种永磁式电动机用转子中，优选转子轭为层叠转子轭。通过采用这样的结构，在进行光束焊接时，金属膜熔化的过程中，通常熔融金属膜部分浸入圆板状芯片层叠而成的转子轭的各芯片间的间隙，因此永磁铁与转子轭的接合更加牢固，可以进一步提高包括高温、高速旋转时的接合强度和热冲击在内的耐久性。
图1是表示本发明第一实施方式的永磁式电动机用转子中所使用的转子轭的制造例的立体图。
图2是表示本发明第一实施方式的永磁式电动机用转子的制造例的立体图。
图3是表示本发明第一实施方式的镀层永磁铁与转子轭的接合状态的俯视图。
图4(A)是表示图3所示的镀层永磁铁与转子轭之间的光束焊接状态的一例的立体图，(B)是表示图3所示的镀层永磁铁与转子轭之间的光束焊接状态的另一例的立体图。
图5是表示本发明第二实施方式的镀层永磁铁与转子轭的接合状态的俯视图。
图6(A)是表示通过激光束焊接来接合转子轭材料与镀层永磁铁的一个状态的立体图，(B)是表示涂敷环氧粘接剂来粘接转子轭材料与永磁铁的一个状态的立体图，(C)是表示对通过(A)或(B)状态粘接的转子轭与(镀层)永磁铁实施拉伸剪切试验时的立体图。
图7是表示实施例1以及比较例2与比较例2的评价结果的曲线图。
图8是表示实施例3～7以及比较例4、5的拉伸剪切试验结果的曲线图。
图9是表示实施例8～13的拉伸剪切试验结果的曲线图。
具体实施例方式
(1)第一实施方式下面，参照附图，对本发明的永磁式电动机用转子的制造例进行说明。
在制造本发明的永磁式电动机用转子时，如图1所示，依次层叠由铁系材料制成的多张圆板状基片(chip)，而形成转子轭1。
接下来，如图2所示，把规定数量(在该图中为4个)的、在永磁铁的整个表面上预先实施了镀铜的铜镀层永磁铁2，接合到转子轭1的周面。
图3是表示图2所示的转子轭1与铜镀层永磁铁2的接合部分的俯视图。如上所述，铜镀层永磁铁2构成为，在由Nd-Fe-B系的稀土族磁铁制成的永磁铁3的整个表面上预先覆盖铜镀膜4，如图3所示，该铜镀层永磁铁2配置在转子轭1的周面上，接下来通过激光束进行焊接。
图4(A)是表示图3所示的转子轭1与铜镀层永磁铁2之间的光束焊接状态的一例的立体图。根据该图所示的例子，激光束的焊接部位为转子轭1与铜镀层永磁铁2的接触面外周的一部分(图中的波浪线部分)。对此，图4(B)是表示图3所示的转子轭1与铜镀层永磁铁2之间的光束焊接状态的另一例的立体图。根据该图所示的例子，激光束的焊接部位为转子轭1与铜镀层永磁铁2的接触面的整个外周(图中的波浪线部分)。
按照图3和图4(A)、(B)所示的接合状态，在进行激光束焊接时，光束照射部分的铜镀膜4熔化，因为铜镀膜4起到焊接钎料的作用，所以在图3中，转子轭1与永磁铁3之间的接合牢固。从而，可以提高包括高温、高速旋转时的接合强度和热冲击在内的耐久性。特别是，如图4(B)所示，当激光束的焊接部位为转子轭1与铜镀层永磁铁2的接触面的整个外周时，上述接合变得更加牢固，并且可以进一步提高耐久性。另外，在图3中，因为由铁系材料制成的转子轭1与铜镀膜4之间的热膨胀系数的差较小，铜镀膜4自身变形并进行缓冲，因此铜镀膜4在转子轭1与永磁铁3之间起到缓冲材料的作用，可以防止在温度大幅变化时转子轭1的弹性变形，并且能够提高冷热耐久性。
另外，图3和图4(A)、(B)所示的磁铁式电动机用转子中，不是将铜镀层永磁铁2埋入转子轭1中的结构，并且不是使用由高分子材料合成的粘接剂的结构，因此可以降低成本。进而，因为铜镀层永磁铁2露在转子轭1的表面，因此基于转子与定子之间的气隙的磁效率较高，而且与使用由高分子材料合成的粘接剂的情况相比，因为设置在转子轭1与永磁铁3之间的铜镀膜4的厚度极薄，因此具有基于转子轭1与永磁铁3之间的填充物间隙的磁效率高的优点。
另外，图3和图4(A)、(B)所示的永磁式电动机用转子中，在使用时，即使在永磁铁3中产生涡流，但是由于设置于转子轭1与永磁铁3之间的铜镀膜4的热传导率大，因此从永磁铁3向转子轭1的热扩散性高，并且可以确保稳定的使用。
(2)第二实施方式参照图5，对本发明第二实施方式的永磁式电动机用转子的制造例进行说明。图5是更详细地表示图2所示转子轭1与镀层永磁铁2的接合部分的俯视图。另外，在第二实施方式中，对于与第一实施方式相同的结构部件赋予相同的标号，并且省略其构成、作用的说明。
在第二实施方式中，镀层永磁铁2构成为，在由Nd-Fe-B系的稀土族磁铁制成的永磁铁3的整个表面上覆盖着厚度为30μm的铜镀膜4，并在其外周再覆盖着厚度为30μm的镍镀膜5。如图5所示，为了充分发挥镍的优良的耐蚀性，优选将镍镀膜5覆盖在铜镀膜的外侧。如图5所示，如此形成的镀层永磁铁2配置在转子轭1的周面上，接下来实施激光束焊接。
按照图4(A)、(B)和图5所示的接合状态，在进行与第一实施方式相同的激光束焊接时，光束照射部分的铜镀膜4和镍镀膜5熔化，因为两镀膜4、5起到焊接钎料的作用，因此在图5中转子轭1与永磁铁3之间的接合变得牢固。特别是在图5所示的转子中，因为铜镀膜4与镍镀膜5的总厚度大于等于25μm，因此可以实现这种牢固的接合。另外，在第二实施方式中，由于镀膜为铜镀膜4和镍镀膜5两层，因此其兼具了铜的优良的热传导性和镍的优良的耐蚀性。
另外，图4(A)、(B)和图5所示的磁铁式电动机用转子中，不是将镀层永磁铁2埋入转子轭1中的结构，并且不是使用由高分子材料合成的粘接剂的结构，因此可以降低成本。并且，在图5所示的转子中，因为铜镀膜4和镍镀膜5的总厚度小于等于90μm，因此，可以避免过量使用金属膜，并且能够充分地降低成本。
并且图4(A)、(B)和图5所示的永磁式电动机用转子中，在使用时，即使在永磁铁3中产生涡流，但是因为设置于转子轭1与永磁铁3之间的铜镀膜4和镍镀膜5的热传导率较大，因此从永磁铁3向转子轭1的热扩散性较高，可以确保稳定的使用。
实施例下面，针对本发明的永磁式电动机用转子，将表示进行各种性能评价的结果。各种性能试验是假定按照图3和图4(A)或者图4(A)和图5所示的接合状态而制造出来的永磁式电动机用转子而实施的。永磁铁使用由Nd-Fe-B系的稀土族磁铁，并且在永磁铁的整个表面上实施镀铜或镀镍中的至少一种，转子轭由铁系材料成形。
另外，如上所述，本申请的发明的目的在于，为了充分实现耐久性、成本、基于转子与定子的气隙的磁效率、基于永磁铁与转子轭之间的填充物间隙的磁效率、热扩散性、以及转子轭与永磁铁之间的接合强度等全部性能，因此优选进行针对这些性能的评价试验。但是，因为本发明的永磁式电动机用转子，不采用将永磁铁埋入转子的方式，而且不使用上述粘接剂，所以可以显著地降低成本。另外，由于不使用上述粘接剂，因此显然，基于转子与定子之间的气隙的磁效率，和基于永磁铁与转子轭之间的填充物间隙的磁效率也十分优良。并且，由于作为转子轭与永磁铁的粘接媒介物，不使用上述粘接剂而使用金属膜，因此可以推测出从永磁铁向转子轭的热扩散性也很优良。由此，在下面的实施例中，将表示关于除上述各性能以外的性能，即，关于转子轭与永磁铁之间的接合强度的各种评价试验结果。另外，关于包括高温、高速旋转时的接合强度和热冲击在内的耐久性，可以从上述转子轭与永磁铁之间的接合强度的结果进行推断。
(A)作为粘接媒介物，使用金属膜的情况和使用环氧树脂的情况下的接合强度的比较。
实施例1准备由铁系材料制成的转子轭材料11，以及在Nd-Fe-B系的稀土族磁铁的整个表面上镀铜厚度为50μm的镀层永磁铁12，在使它们如图6(A)那样接触的状态下，在转子轭11与镀层永磁铁12的接触面的外周边的一部分(该图的波浪线部分)处实施了激光束焊接。接下来，如图6(C)所示，对接合后的转子轭11和镀层永磁铁12实施依据JIS K 6850的拉伸剪切试验。另外，试验装置使用岛津制作所制造的“带高温槽的自动绘图仪AG-5000”，拉伸剪切试验在-20℃、25℃、140℃、200℃的各种温度下进行，拉伸速度为5mm/min。
比较例1准备由铁系材料制成的转子轭材料13，和由Nd-Fe-B系的稀土族磁铁制成的永磁铁14，如图6(B)所示，在它们的整个接触面上涂敷80μm厚的环氧粘接剂(ブレニ一技研制造的“GM8300”)并进行粘接。接下来，与实施例1一样，对接合后的转子轭13和永磁铁14实施依据JIS K 6850的拉伸剪切试验。另外，各试验条件与实施例1相同。
比较例2准备由铁系材料制成的转子轭材料13，和由Nd-Fe-B系的稀土族磁铁制成的永磁铁14，如图6(B)所示，在它们的整个接触面上涂敷80μm厚的环氧粘接剂(コニシ株式会社的“bond E set(ボソドEセツト)”)并进行粘接。接下来，与实施例1一样，对接合后的转子轭13和永磁铁14实施依据JIS K 6850的拉伸剪切试验。另外，各试验条件与实施例1相同。图7表示对以上实施例1和比较例1、2进行的评价试验的结果。
根据图7可以判定，在实施例1中，从-20℃到200℃的范围内，可以获得大致相等的强度。因此，相当于实施例1的转子可以在使用时的整个温度范围内稳定地使用。与此相对，在比较例1中，在低温一侧可以获得足够的接合强度，而在高温一侧接合强度则明显降低，因此相当于比较例1的转子在使用时，在高温范围内，不能够稳定地使用。另外，在比较例2中，在低温侧和高温侧两种情况下，都不能获得足够的接合强度。因此，相当于比较例2的转子在使用时，在整个温度范围内，都不能稳定地使用。另外，针对包括在高温、高速旋转时的接合强度和热冲击在内的耐久性，若考虑上述转子轭与永磁铁之间的接合强度的结果，可以推断为实施例1优良，而各比较例较差。
(B)从永磁铁向转子轭的热扩散性针对从永磁铁向转子轭的热扩散性，所述热扩散性主要由转子整体的热传导率决定，所以测定了该热传导率。
实施例2准备由铁系材料制成的转子轭材料11，以及在Nd-Fe-B系的稀土族磁铁的整个表面镀铜而成的镀层永磁铁12，如图6(A)所示，在它们接触的状态下，在转子轭11与镀层永磁铁12的接触面的外周边的一部分(该图的波浪线部分)处实施了激光束焊接。接下来，利用依据JIS R1611的激光闪光法来测定该图中接合部分的热传导率。
比较例3准备由铁系材料制成的转子轭材料13，和由Nd-Fe-B系的稀土族磁铁制成的永磁铁14，如图6(B)所示，对它们的整个接触面上涂敷环氧粘接剂(ブレニ一技研制的“GM8300”)而进行粘接。接下来，利用依据JIS R 1611的雷射闪光法来测定该图中接合部分的热传导率。
在实施例2中，上述热传导率测定的结果示出了热传导率为50～400W/m·K的较高值。这是因为通过在永磁铁与转子轭之间设置铜镀膜，而存在金属彼此间的接触部分。因此，在实施例2中能够实现优良的热扩散性。另一方面，在比较例3中，示出了热传导率为0.1～0.9W/m·K的明显的低值。这是因为在永磁铁与转子轭之间设置环氧树脂，从而使热量滞留在树脂部分，不能够实现优良的热传导性。因此，在比较例3中无法实现优良的热扩散性。
(C)由铜镀膜构成金属膜，并且在使铜镀膜的膜厚变化的情况下的接合强度实施例3～7在由铁系材料制成的转子轭(外径170mm，厚55mm)上，通过激光束焊接来接合各镀层永磁铁而分别制造出转子，其中，该各镀层永磁铁是在由Nd-Fe-B系的稀土族磁铁制成的永磁铁上镀铜(膜厚30μm(实施例3)、膜厚40μm(实施例4)、膜厚50μm(实施例5)、膜厚60μm(实施例6)、膜厚80μm(实施例7))的磁铁。接下来，在各转子中，对接合后的转子轭和永磁铁实施依据JIS K 6850的拉伸剪切试验。另外，各试验条件与实施例1相同。另外，拉伸剪切试验实施温度为200℃。进而，使各转子以8000rpm的速度旋转30分钟，来测试永磁铁从转子轭上脱离的条件。
比较例4、5在由铁系材料制成的转子轭(外径170mm，厚55mm)上，通过激光束焊接来接合各镀层永磁铁而分别制造转子，其中，该各镀层永磁铁是在由Nd-Fe-B系的稀土族磁铁制成的永磁铁上镀铜(膜厚20μm(比较例4)、膜厚100μm(比较例5))的磁铁。接下来，在各转子中，对接合后的转子轭和永磁铁实施依据JIS K 6850的拉伸剪切试验。另外，各试验条件与实施例1相同。另外，拉伸剪切试验实施温度为200℃。进而，使各转子以8000rpm的速度旋转30分钟，来测试永磁铁从转子轭上的脱离。
图8是表示针对实施例3～7以及比较例4、5的拉伸剪切试验的结果的曲线图。根据该图所示，在实施例3～7中，随着镀铜的膜厚增大，接合强度升高，因此从制造成本的观点来看可以说是最佳的例子。另外，在实施例3～7中，如上所述，即便使转子旋转，永磁铁也不会从转子轭上脱离，因此确认了能够获得具有可靠耐用的接合强度。
与此相对，在比较例4中，如上述那样，在使转子旋转的情况下，因为永磁铁从转子轭上脱离，所以不能获得具有可靠耐用的接合强度，从而所述比较例4是不适用的例子。另外，在比较例5中，如图8所示，与实施例7相比尽管增大了镀铜的膜厚，但接合强度并未提高，因此从制造成本的观点来看比较例5不能说是最佳的例子。如以上所示，从实施例3～7和比较例4、5中的接合强度等的测试结果来看，金属膜厚的最佳范围是如本发明之三所述那样应为25～90μm。
(D)在由铜镀膜和镍镀膜中的至少一种构成金属膜，使整个膜的厚度恒定，同时使各电镀膜的膜厚变化的情况下的接合强度。
实施例8～13在由铁系材料制成的转子轭(外径170mm，厚55mm)上，通过激光束焊接来接合各镀层永磁铁而制造各转子，其中，各该镀层永磁铁是在由Nd-Fe-B系的稀土族磁铁制成的永磁铁上镀铜(膜厚50μm(实施例8)、膜厚40μm(实施例9)、膜厚30μm(实施例10)、膜厚20μm(实施例11)、膜厚10μm(实施例12)、膜厚0μm(实施例13))之后，进一步在铜镀膜上镀镍(膜厚0μm(实施例8)、膜厚10μm(实施例9)、膜厚20μm(实施例10)、膜厚30μm(实施例11)、膜厚40μm(实施例12)、膜厚50μm(实施例13))的磁铁。接下来，在各转子中，对被接合的转子轭和永磁铁实施依据JIS K 6850的拉伸剪切试验。其结果如图9所示。
根据图9，从图8推断可知，在实施例8～13中的任意一例中都能够获得可靠耐用的接合强度，并且，即使改变镀铜和镀镍的膜厚，只要整体的金属膜厚恒定，则对接合强度几乎没有影响。
权利要求
1.一种永磁式电动机用转子，通过将永磁铁接合在转子轭表面上而构成，其特征在于，在上述永磁铁与上述转子轭之间设置金属膜，并且通过光束焊接来进行接合。
2.根据权利要求1所述的永磁式电动机用转子，其特征在于，将上述金属膜形成在永磁铁的表面上。
3.根据权利要求1或2所述的永磁式电动机用转子，其特征在于，上述金属膜的厚度为25～90μm。
4.根据权利要求1～3任意一项所述的永磁式电动机用转子，其特征在于，上述金属膜为包含镍或者铜中的至少一种的膜。
5.根据权利要求4所述的永磁式电动机用转子，其特征在于，上述金属膜由用铜制成的铜膜和用镍制成的镍膜构成。
6.根据权利要求1～5中的任意一项所述的永磁式电动机用转子，其特征在于，上述转子轭为层叠转子轭。
全文摘要
本发明提供一种永磁式电动机用转子。在永磁铁(3)与转子轭(1)之间设置金属膜(4)，通过光束焊接来进行接合。在永磁铁(3)与转子轭(1)之间设置金属膜(4)，并利用真空光束或激光束等，光束照射部分的金属膜(4)熔化，金属膜(4)起到焊接钎料的作用，因此永磁铁(3)与转子轭(1)之间的接合变得很牢固。另外，不需要将永磁铁(3)埋入转子轭(1)中，并且也不需要使用由高分子材料合成的粘接剂，因此可以降低成本。
文档编号H02K15/03GK1745506SQ20048000300
公开日2006年3月8日 申请日期2004年1月21日 优先权日2003年1月28日
发明者清水治彦, 喜多晃义, 东孝之, 室贺茂树 申请人:本田技研工业株式会社