CN1988325B - 电动机的转子及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种电动机的转子,具备:转子铁心,其具有多个磁铁保持孔;多个永磁铁,其分别容纳保持在转子铁心的多个磁铁保持孔中;以及树脂填充材料,其填充形成于各个磁铁保持孔和永磁铁之间的空穴,将永磁铁固定在磁铁保持孔中。该转子具备卡定凸起部,该卡定凸起部设在转子铁心上,在未在空穴中配置树脂填充材料的半完成状态下,与容纳于多个磁铁保持孔中的多个永磁铁的各个紧密配合,将永磁铁临时保持在对应的磁铁保持孔的规定位置上。

Description

电动机的转子及其制造方法
技术领域
本发明涉及电动机的转子。本发明还涉及电动机的转子的制造方法。
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***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,还增加制造工序。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,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规模设备的优点。但是,当在模具的空腔部配置转子铁心时,有永磁铁在转子铁心的磁铁保持孔内产生位置偏移,或永磁铁从磁铁保持孔脱落等危险。在永磁铁从转子铁心脱落的场合,需要再次将永磁铁***到对应的磁铁保持孔中的作业,有可能延迟转子制作作业。另外,在永磁铁在磁铁保持孔内产生位置偏移的场合,由于在该状态下注入空穴中的树脂材料固化,在制作的转子的整体的磁性及机械平衡度上产生偏差,进而可能使转子的旋转精度恶化而使电动机的工作可靠性下降。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电动机转子,将多个永磁铁分别保持在转子铁心的多个磁铁保持孔中,可以切实防止在制造过程中永磁铁相对转子铁心的磁铁保持孔的位置偏移或脱落,从而可以确保高度的工作可靠性。
本发明的另一目的在于提供一种电动机的转子的制造方法,用于将多个永磁铁分别保持在转子铁心的多个磁铁保持孔中的电动机的转子的制造,可以切实防止在制造过程中永磁铁相对转子铁心的磁铁保持孔的位置偏移或脱落,从而可以确保高度的工作可靠性。
为了达到上述目的,本发明提供一种电动机的转子,具备:转子铁心,其具有多个磁铁保持孔;多个永磁铁,其分别容纳保持在转子铁心的多个磁铁保持孔中;树脂填充材料,其填充形成于各个磁铁保持孔和永磁铁之间的空穴,将永磁铁固定在磁铁保持孔中;以及卡定凸起部,其设在转子铁心上,在未在空穴中配置树脂填充材料的半完成状态下,与容纳于多个磁铁保持孔中的多个永磁铁的各个紧密配合,将永磁铁临时保持在对应的磁铁保持孔的规定位置上。
在具有上述结构的转子中,卡定凸起部可以与转子铁心的轴线方向上的一端面邻接,向多个磁铁保持孔的各个内部在局部突出。
另外,转子铁心可以由多第磁性薄板的层压体构成,多个磁铁保持孔的各个可以在轴线方向贯通多张磁性薄板而延长,上述卡定凸起部可以形成在规定该转子铁心的上述轴线方向上的一端面的一张该磁性薄板上。
另外,树脂填充材料可以在多个磁铁保持孔的各个内部,沿着与转子铁心的轴线方向上的一端面相反一侧的轴线方向上的另一端面配置,以便覆盖多个永磁铁的各个。
另外,多个永磁铁的各个可以具有:接近转子铁心的轴线方向上的一端面而配置的第一端面;以及接近与轴线方向上的一端面相反一侧的转子铁心的轴线方向上的另一端面而配置的第二端面,并且具有沿与转子铁心的轴线大致正交的面的截面积随着从第一端面向第二端面接近而逐渐减小的形状。
另外,多个永磁铁的各个可以具有在与该永磁铁形成的磁场实质上不交叉的方向上延长的一对侧面,沿永磁铁的一对侧面的各个形成空穴。
本发明还提供一种电动机的转子的制造方法,上述电动机的转子具备:转子铁心,其具有多个磁铁保持孔;多个永磁铁,其分别容纳保持在转子铁心的多个磁铁保持孔中;以及树脂填充材料,其填充形成于各个磁铁保持孔和永磁铁之间的空穴,将永磁铁固定在磁铁保持孔中,上述方法具备:在多个磁铁保持孔中分别容纳多个永磁铁,且未在形成于各个磁铁保持孔和永磁铁之间的空穴中配置树脂填充材料的准备半完成状态的转子铁心的步骤;准备模具的步骤,该模具具有固定收容半完成状态的转子铁心的空腔部和与收容于空腔部的转子铁心的多个永磁铁的露出端面相对开口的多个浇口;在模具的空腔部,通过多个浇口用可将转子铁心的多个永磁铁临时保持在多个磁铁保持孔的规定位置上的压力注入熔融树脂材料,用熔融树脂材料填充形成于转子铁心的各个磁铁保持孔和永磁铁之间的空穴的步骤;以及在空穴中使熔融树脂材料固化,形成树脂填充材料的步骤。
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是本发明的一实施方式的电动机的转子的立体图;
图2A是图1的转子的俯视图;
图2B是图1的转子的主要部分放大图;
图3A是沿图2A的线IIIa-IIIa的转子的主要部分的剖视图;
图3B是沿图2A的线IIIb-IIIb的转子的主要部分的剖视图;
图4A是构成图1的转子的一张磁性薄板的俯视图;
图4B是构成图1的转子的一张磁性薄板的主要部分的放大图;
图5是以在空腔部收容转子铁心的状态表示用于制造图1的转子的模具的剖视图;
图6是以打开的状态表示图5的模具的立体图;
图7A是与图3A对应的图,表示图1的转子的第一变形例的图;以及
图7B是与图3A对应的图,表示图1的转子的第二变形例的图。
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~图4B是表示本发明的一实施方式的电动机的转子10的图,图5及图6是表示用于制造转子10的模具12的图。转子10具备:转子铁心16,其具有多个(在图中为8个)磁铁保持孔14;多个(在图中为8个)永磁铁18,其分别容纳保持在转子铁心16的多个磁铁保持孔14中;以及树脂填充材料22,其填充形成于各个磁铁保持孔14和永磁铁18之间的空穴20,将永磁铁18固定在磁铁保持孔14中。
转子铁心16是由硅钢片等磁性薄板24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26(图1)。多个磁铁保持孔14按以轴线16a为中心的规定的周向等间隔配置,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26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10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,具有:互相平行延长的大致平坦的一对主表面18a;相互连接这些主表面18a的一对侧面18b;以及与两主表面18a及两侧面18b大致正交的一对端面18c。各用磁铁18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。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***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的磁极相对应的磁极(图2A)。这时,各永磁铁18的两侧面18b在与永磁铁18形成的磁场H实质上不交叉的方向上延伸配置。
在各磁铁保持孔14中,以图2A的俯视为在长度方向的两端,形成一对在转子铁心16的轴线方向连续延长的槽28。这些槽28分别与容纳在磁铁保持孔14中的永磁铁18的两侧面18b相对配置,在磁铁保持孔14和永磁铁18之间形成沿磁铁侧面18b的规定形状的空穴20(图2B)。通过例如使用后述的模具12的注塑成型工序,在各空穴20中形成树脂填充材料22。在这种结构中,用于将各个永磁铁18固定在对应的磁铁保持孔14的规定位置上的树脂填充材料22,沿在与各永磁铁18的磁场H实质上不交叉的方向上延长的侧面18b配置,所以能有效地削弱对转子10的磁性特性带来的影响。
作为本发明的特征性结构,转子10还具备卡定凸起部30,该卡定凸起部设在转子铁心16上,在未在空穴20中配置树脂填充材料22的半完成状态下,与容纳于多个磁铁保持孔14中的多个永磁铁18的各个紧密配合,将永磁铁18临时保持在对应的磁铁保持孔14的规定位置上。卡定凸起部30与转子铁心16的轴线方向上的一端面16c邻接,向各磁铁保持孔14的内部局部突出(图3B)。另外,所谓卡定凸起部30的“临时保持”作用,意味着在直到树脂填充材料22配置于转子铁心16的空穴20中的期间,固定保持永磁铁18,未必意指在空穴20中配置树脂填充材料20后失去由卡定凸起部30的磁铁保持作用。
在图示实施方式中,多个磁铁保持孔14的各个在轴线方向贯通构成转子铁心16的多个磁性薄板24的全部而延伸设置(图3A)。于是,卡定凸起部30形成在规定转子铁心16的轴线方向上的一端面16c的一张磁性薄板241(图1)上。若参照图4A及图4B更详细叙述,则在磁性薄板241上用规定的相对配置在板厚方向贯通形成:通过与其他多个磁性薄板24的层压构成磁铁保持孔14(图1)的多个第一孔单元32;以及通过相同层压构成轴孔26(图1)的第二孔单元34,在各个第一孔单元32上设置通过相同层压构成槽28(图1)的一对槽单元36。而且在各第一孔单元32上,在靠近第二孔单元34的径向内侧的面32a的、分别接近两槽单元36的位置上,互相分离地形成向第一孔单元32的内部局部突出的一对卡定凸起部30。
在这里,参照图5及图6,说明用于制造上述转子10的模具12的结构。模具12通过互相组合可在分型线12a分离的一对模具部件38、40构成,以如下方式搭载在例如未图示的注塑成型机的合模机构上,即将一方的模具部件38承担支撑在固定台板(未图示)上,同时将另一方的模具部件40承担支撑在可动台板(未图示)上。在固定侧的模具部件38上形成材料通路(包括直浇道、流道以及浇口)44,该材料通路向规定方向分配从注塑成型机的射出机构(图示喷嘴42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40上设置空腔部46,该空腔部在规定位置固定收容将多个永磁铁18分别容纳于多个磁铁保持孔14中的上述半完成状态的转子铁心16。
模具部件38的材料通路44如下构成:适当分配熔融树脂材料并注入到多个空穴20的各个中,该多个空穴形成于在空腔部46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。模具部件38具有用于除去在材料通路44内固化的树脂材料的众所周知的双层构造(第一单元38a及第二单元38b)。模具部件38的第二单元38b具有构成分型线12a的端面38c,在该端面38c上,材料通路44的多个浇口44a开口。
模具部件40具有用于装入未图示的推顶机构等的众所周知的双层构造(第一单元40a及第二单元40b)。在模具部件40上设置向空腔部46内伸出的定心支撑单元48(在图中固定在第一单元40a上)。定心支撑单元48具有无晃动地嵌入到转子铁心16的轴孔26的形状及尺寸,以其轴线16a为基准,将收容于空腔部46的转子铁心16定位在注入树脂材料时的适当位置上。
模具部件40的空腔部46的底面(轴线方向上的端面)46a与模具部件38的第二单元38b的端面38c协作,牢固固定地夹持收容于空腔部46中的转子铁心16。这时,模具部件40的空腔部底面46a与转子铁心16的轴线方向上的一端面16c(图3A)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20的轴线方向上的一端的开口的成型面46a起作用。在制造转子10时,使用上述模具12,以所需的高射出压力,将熔融树脂材料注入到在形成于转子铁心16上的各个磁铁保持孔14和永磁铁18之间的空穴20中。在所需的射出压力下注入到空穴20中的熔融树脂材料遍及空穴20的各角落,牢固机械地连结转子铁心16和永磁铁18。另外,成型于空穴20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。
这样,具有上述结构的转子10通过准备具备收容转子铁心16的空腔部46的模具12,使用例如注塑成型机等树脂成型机械,可以容易且迅速进行将永磁铁18固定在转子铁心16的各个磁铁保持孔14中的作业,所以有不需要在现有的转子制造方法中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。而且,由于具有如下结构,即在转子铁心16处于未在空穴20中配置树脂填充材料22的半完成状态时,形成于转子铁心16上的卡定凸起部30与容纳在多个磁铁保持孔14中的多个永磁铁18的各个紧密配合,将永磁铁18临时保持在对应的磁铁保持孔14的规定位置上,所以当在模具12的空腔部46收容转子铁心16时,可以切实防止永磁铁18在转子铁心16的磁铁保持孔14内产生位置偏移,或永磁铁18从磁铁保持孔脱落。
其结果,根据转子10可顺利且高精度地进行转子制造工序,确保制作的转子10的整体的磁性及机械平衡度且高标准维持其旋转精度,从而可使电动机具有高度的工作可靠性。另外,在利用机器人等自动机械(未图示)将转子铁心16***到模具12的空腔部46的作业中可顺利进行自动作业的方面,卡定凸起部30的这种特殊的作用效果特别有利。
另外,通过将卡定凸起部30与转子铁心16的轴线方向上的一端面16c邻接而局部突出设置在各磁铁保持孔14中,永磁铁18容易***到磁铁保持孔14中,并且可以有效减少***时可能产生的永磁铁18的损伤。特别是,通过将卡定凸起部30形成在由多第磁性薄板24的层压体构成的转子铁心16的、规定轴线方向上的一端面16c的一张磁性薄板241上,可以容易且高精度地形成卡定凸起部30。
另外,作为本发明的特征性结构要件的卡定凸起部30的适用不限于由层压体构成的转子铁心16,还可适用于由磁性材料的整体构成的转子铁心。另外,卡定凸起部30能以各种个数形成在各磁铁保持孔14内的各种位置上。在将卡定凸起部30形成在一张磁性薄板241上的场合,通过将其各个第一孔单元32做成比其他多个磁性薄板24的第一孔单元32还稍微小的形状,也可以形成向磁铁保持孔14内楔状突出的卡定凸起部30。
在具有上述结构的转子10中,可以任意选择性地采用辅助利用卡定凸起部30对永磁铁18的临时保持作用的各种措施。例如图3A及图3B所示,可以在多个磁铁保持孔14的各个内部,沿与邻接卡定凸起部30的转子铁心16的轴线方向上的一端面16c相反侧的轴线方向上的另一端面16d配置树脂填充材料22,以便覆盖各永磁铁18的一方的端面18c。通过将永磁铁18的相同方向尺寸做得比转子铁心16的轴线方向尺寸若干小,可以实现该结构。根据这种结构,不仅具有利用卡定凸起部30的临时保持作用,而且树脂填充材料22起到在卡定凸起部30的相反侧阻止永磁铁18从磁铁保持孔14向脱离的方向移动的作用,所以增加永磁铁18相对转子铁心16的固定强度。
当制造图3A的转子10时,如下形成图5所示的模具12的材料通路44比较有利,即,使多个浇口44a与收容于空腔部46的半完状态的转子铁心16的多个永磁铁18的露出端面(即位于在与卡定凸起部30相反侧稍微缩入磁铁保持孔14内的位置的端面)18c相对而开口(图3A)。根据这种结构,当通过多个浇口44a在模具12的空腔部46注入熔融树脂材料时,熔融树脂材料首先与多个永磁铁18的露出端面18c碰撞。从而,通过将熔融树脂材料的注入压力设定为可以将各个永磁铁18临时保持在对应的磁铁保持孔14的规定位置上的压力,在不阻碍利用卡定凸起部30的临时保持作用而将永磁铁18稳定保持在规定位置上的状态下,可以用熔融树脂材料准确填充在磁铁保持孔14和永磁铁18之间的空穴20。另外,这种转子制造方法对在转子铁心16不具备卡定凸起部30的转子也能有效实施。
另外,如图7A所示,可以将各个永磁铁18做成具有所谓锥形状的结构,即随着从接近转子铁心16的轴线方向上的一端面16c而配置的第一端面18c朝向接近转子铁心16的轴线方向上的另一端面16d而配置的第二端面18c,沿与转子铁心16的轴线16a(图1)大致正交的虚拟面P的截面积逐渐减小。根据这种结构,不仅具有利用卡定凸起部30的临时保持作用,而且树脂填充材料22相对永磁铁18的两侧面18b发挥楔状作用,以阻止永磁铁18从磁铁保持孔14向脱离的方向移动,所以增加永磁铁18相对转子铁心16的固定强度。
再有,如图7B所示,可以在各个永磁铁18的两侧面18b的各面上,在任意位置局部形成任意形状的凹处50。根据这种结构,填充各空穴20的树脂填充材料22的一部分配置在各凹处50内,所以增加利用树脂填充材料22的永磁铁18相对转子铁心16的固定强度。
以上,结合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。

Claims (6)

1.一种转子,具备:转子铁心(16),其具有多个磁铁保持孔(14);多个永磁铁(18),其分别容纳保持在该转子铁心的该多个磁铁保持孔中;以及树脂填充材料(22),其填充形成于各个该磁铁保持孔和该永磁铁之间的空穴(20),将该永磁铁固定在该磁铁保持孔中,其特征在于,
具备卡定凸起部(30),其设在上述转子铁心上,在未在上述空穴中配置上述树脂填充材料的半完成状态下,与容纳于上述多个磁铁保持孔中的上述多个永磁铁的各个紧密配合,将该永磁铁临时保持在对应的该磁铁保持孔的规定位置上,
上述卡定凸起部与上述转子铁心的轴线方向一端面(16c)邻接且向上述多个磁铁保持孔的各个的内部在局部突出地形成,
上述多个永磁铁的各个具有在上述转子铁心的轴线方向上看比该转子铁心的尺寸还小的尺寸,该轴线方向上的该永磁铁的一个端面(18c)从与上述轴线方向一端面相反一侧的该转子铁心的轴线方向另一端面(16d)向上述磁铁保持孔的内部凹进,
配置上述树脂填充材料,使得在上述多个磁铁保持孔的各个的内部,覆盖上述多个永磁铁的各个的上述端面(18c),并填充上述空穴,
可将用于将上述树脂填充材料配置在上述空穴的注塑成型机的模具构成为多个浇口与上述多个永磁铁的上述端面(18c)相对地开口。
2.根据权利要求1所述的转子,其特征在于,
上述转子铁心由多张磁性薄板(24)的层压体构成,上述多个磁铁保持孔的各个在轴线方向贯通该多张磁性薄板而延长,上述卡定凸起部形成在一张该磁性薄板(241)上,一张该磁性薄板(241)规定该转子铁心的上述轴线方向上的一端面。
3.根据权利要求1或2所述的转子,其特征在于,
上述多个永磁铁的各个具有沿着与该转子铁心的轴线正交的面的截面积随着从上述一个端面向上述轴线方向上的上述永磁铁的另一端面接近而逐渐减小的形状。
4.根据权利要求1或2所述的转子,其特征在于,
上述多个永磁铁的各个具有在与该永磁铁形成的磁场(H)不相交的方向上延长的一对侧面(18b),沿着该永磁铁的该一对侧面的各个形成上述空穴。
5.根据权利要求4所述的转子,其特征在于,
上述多个永磁铁的各个具有在上述一对侧面的各个上局部形成的凹处(50),在该凹处配置填充上述空穴的上述树脂填充材料的一部分。
6.一种电动机转子(10)的制造方法,该转子(10)具备:转子铁心(16),其具有多个磁铁保持孔(14);多个永磁铁(18),其分别容纳保持在该转子铁心的该多个磁铁保持孔中;以及树脂填充材料(22),其填充形成于各个该磁铁保持孔和该永磁铁之间的空穴(20),将该永磁铁固定在该磁铁保持孔中,其特征在于,具备:
准备具备与轴线方向一端面(16c)邻接且向上述多个磁铁保持孔(14)的各个的内部突出地形成的卡定凸起部(30)的转子铁心(16)的步骤;
准备分别具有在转子铁心的上述轴线方向上看比该转子铁心的尺寸还小的尺寸的多个永磁铁(18)的步骤;
在上述多个磁铁保持孔(14)中分别容纳上述多个永磁铁(18),使上述卡定凸起部与上述多个永磁铁的各个紧密配合,上述转子铁心的上述轴线方向的该永磁铁的一个端面(18c)从与上述轴线方向一端面相反一侧的该转子铁心的轴线方向另一端面(16d)向上述磁铁保持孔的内部凹进,以上述方式将该永磁铁保持在对应的该磁铁保持孔的规定位置,并制作半完成状态的转子铁心(16)的步骤;
准备模具(12)的步骤,该模具(12)具有:固定收容上述半完成状态的转子铁心的空腔部(46);以及与收容于该空腔部的该转子铁心的上述多个永磁铁的上述端面(18c)相对而开口的多个浇口(44a);
用注塑成型机,向上述模具的上述空腔部中,通过上述多个浇口,以可将上述转子铁心的上述多个永磁铁临时保持在上述多个磁铁保持孔的规定位置上的压力注入熔融树脂材料,用该熔融树脂材料填充形成于该转子铁心的各个该磁铁保持孔和该永磁铁之间的上述空穴的步骤;以及
在上述空穴中使上述熔融树脂材料固化,以在上述多个磁铁保持孔的各个的内部覆盖上述多个永磁铁的各个的上述端面(18c)的方式形成上述树脂填充材料的步骤。
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