CN103178624A - 一种叠片铁芯及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于马达，如电动马达的叠片铁芯，该叠片铁芯包括以至少一层叠压成的单元叠片，并且所述单元叠片由柔软磁性复合材料形成，其中，形成所述柔软磁性复合材料的每个粉末颗粒都被绝缘物包覆。本发明的优选实施方式能够通过使用所述柔软磁性复合材料的叠压方法制造所述铁芯，改进所述柔软磁性复合材料的所述铁芯的机械强度，并通过在形成所述柔软磁性复合材料的粉末颗粒上施行绝缘物涂覆使铁芯损耗减少。

Description

一种叠片铁芯及其制造方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2011年12月22日递交的韩国专利申请号为10-2011-0140351、题为“一种叠片铁芯及其制造方法(Laminated Core andManufacturing Method thereof)”的申请的优先权，该申请的内容整体引入本申请中以作参考。
技术领域
本发明涉及一种叠片铁芯及其制造方法。
背景技术
通常，马达，如发电机、电动马达等等，是以在外壳内，将线圈插入转子芯(rotor core)和定子芯(stator core)的结构形成的。
在这种装配中，转子芯和定子芯是通过冲压薄硅钢形成铁芯并且之后叠压制成的铁芯而形成的。在叠压每个铁芯的时候，铁芯被装配成具有以预定距离在相互之间形成的空隙。
然而，当叠压硅钢时，涡流损耗可能增大，效率可能降低，铜的消耗可能增大。
为了解决上述问题，已经提出使用磁性粉末材料的方法用于制造铁芯。日本专利特许公开1994-245456公开了一种方法，该方法通过以柔软磁性金属粉末的模塑颗粒(molded article)形成铁芯，用于提高效率的同时减少在铁芯之间的磁路的磁阻。
然而，当整体地形成像磁性粉末材料的模塑颗粒一样的铁芯时，会产生一系列降低机械强度的问题。另外，当在初始状态使用柔软磁性复合材料时，因为在形成柔软磁性复合材料的粉末颗粒之间的电性能(electricalproperty)，会产生铁芯损耗(core loss)。
发明内容
本发明已致力于提供一种叠片铁芯和用于制造叠片铁芯的方法。所述叠片铁芯能够通过在形成柔软磁性复合材料的粉末颗粒上施行绝缘物涂覆(insulating coating)以减少铁芯损耗，同时通过使用在形成所述柔软磁性复合材料的所述铁芯中叠压柔软磁性复合材料的方法制造所述铁芯，增加铁芯的强度和效率。
根据本发明的优选实施方式，本发明提供了一种用于马达(如电动马达)的叠片铁芯，该叠片铁芯包括：以至少一层叠压成的单元叠片，并且所述单元叠片由柔软磁性复合材料形成，其中，形成所述柔软磁性复合材料的每个粉末颗粒都被绝缘物包覆。
所述单元叠片在叠压方向上的厚度可以不大于0.1毫米。
根据本发明的第一种优选实施方式，本发明提供了一种叠片铁芯的制造方法，该方法包括：通过旋转涂覆方法(spin coating method)，将涂覆溶液涂覆到支撑体上，在所述支撑体上形成单元叠片，所述涂覆溶液含有由绝缘物包覆的粉末颗粒形成的柔软磁性复合材料；以及在厚度方向上叠压多个所述单元叠片。
所述单元叠片在叠压方向上的厚度可以不大于0.1毫米。
根据本发明的第二种优选实施方式，本发明提供一种叠片铁芯的制造方法，该方法包括：通过丝网印刷方法(screen printing method)，将涂覆溶液涂覆到目标基件(targeted substrate)上，在所述目标基件上形成单元叠片，所述涂覆溶液含有由绝缘物包覆的粉末颗粒形成的柔软磁性复合材料；以及在厚度方向上叠压多个所述单元叠片。
所述单元叠片在叠压方向上的厚度可以不大于0.1毫米。
根据本发明的第三种优选实施方式，本发明提供一种叠片铁芯的制造方法，该方法包括：通过狭缝模具涂覆方法(slot die coating method)，将涂覆溶液涂覆到前基件(front substrate)上，在所述前基件上形成单元叠片，所述涂覆溶液含有由绝缘物包覆的粉末颗粒形成的柔软磁性复合材料；以及在厚度方向上叠压多个所述单元叠片。
所述单元叠片在叠压方向上的厚度可以不大于0.1毫米。
根据本发明的第四种优选实施方式，本发明提供一种叠片铁芯的制造方法，该方法包括：通过凹辊印刷方法(gravure roll printing method)，将涂覆溶液涂覆到底座基件(base substrate)上，在所述底座基件上形成单元叠片，所述涂覆溶液含有由绝缘物包覆的粉末颗粒形成的柔软磁性复合材料；以及在厚度方向上叠压多个所述单元叠片。
所述单元叠片在叠压方向上的厚度可以不大于0.1毫米。
附图说明
图1A是显示根据本发明的优选实施方式应用了叠片铁芯的定子芯的简图；
图1B是根据本发明的优选实施方式的单元叠片的局部放大的横截面视图；
图2是根据本发明的第一种优选实施方式用于形成叠片铁芯的方法的示意图；
图3是根据本发明的第二种优选实施方式用于形成叠片铁芯的方法的示意图；
图4是根据本发明的第三种优选实施方式用于形成叠片铁芯的方法的示意图；以及
图5是显示根据本发明的第四种优选实施方式使用凹辊印刷用于形成叠片铁芯的方法的简图。
具体实施方式
从以下参考附图的实施方式的描述将使本发明的各种目的、优点和特征更明显。
在本发明说明书和权利要求中使用的术语和词语不应被理解为仅限于特有的意思或字典上的定义，而应基于特定原则被理解为具有与本发明所述技术范围有关的意思和概念，根据此原则发明者能够恰当地定义所述术语的概念从而为了执行本发明最恰当地描述他或她所知的最佳方法。
从下面结合附图所做的详细描述，将更清楚地理解本发明所述的以上和其他目的、特征与优点。在本说明书中，需注意，给所有所述图示中的组件加注的参考数字中，即使在不同图示中显示的组件，相同的参考数字指定相同的组件。此外，本发明可以以多种不同的方式修改，并且不限于本发明描述中提供的实施方式。此外，术语“第一”、“第二”、“一个表面”、“另一个表面”等等用于区分一个部件和另一个部件，并且所述部件不由上述术语定义。进一步，在描述本发明过程中，涉及已知的功能或者构造的详细描述将被省略以便不会掩盖本发明的主题。
以下，将参考附图详细描述本发明的优选实施方式。
图1A是显示根据本发明的优选实施方式应用了叠片铁芯的定子芯的简图，而图1B是根据本发明的优选实施方式单元叠片的局部放大的横截面视图。
根据本发明的优选实施方式，所述叠片铁芯是用于马达(如电动马达等)的铁芯。所述铁芯包括单元叠片11，所述单元叠片11由柔软磁性复合材料形成并且以至少一层叠压，而且形成柔软磁性复合材料的每个粉末颗粒11a都被绝缘物11b包覆。
根据本发明的优选实施方式，所述叠片铁芯是用于马达(如电动马达等)的铁芯。所述铁芯由磁性粉末材料形成并且有叠压了至少一个单元叠片11的结构。
根据本发明的优选实施方式，用于所述叠片铁芯的所述磁性粉末材料，即，含有粉末颗粒11a的柔软磁性复合材料被用作像用于电子设备的感应器(inductors)、定子、转子、驱动器(actuator)、传感器(sensor)以及变压器的铁芯材料。通常，柔软磁性铁芯(例如所述转子、所述定子等等)，在电子设备中，是由堆叠的钢制叠层(stacked steel laminates)形成的。柔软磁性复合材料(soft magnetic composite，SMC)材料基于柔软磁性颗粒。通常，柔软磁性复合材料是基于每个颗粒都覆盖有电子绝缘物包覆层的铁颗粒。制造柔软磁性复合材料部件是通过使用粉末冶金工艺(powder metal process)将绝缘材料与润滑剂或粘合剂选择性地压缩在一起完成的。柔软磁性复合材料材料可以通过使用粉末冶金技术(powder metal technology)容纳三维磁通量，并且通过压缩工艺(compression process)可以获得三维形状，这样在制造柔软磁性复合材料部件时能够生产出具有更高设计自由(freedom ofdesign)的SMC部件。
进一步，所述柔软磁性粉末(或金属粉末)颗粒11a可以用绝缘材料包覆，并且粉末颗粒11a可以具有多种形状例如三维形状(例如，像长方体等的多面体形状，像球体、圆柱体、圆环体等的椭圆形状)和二维薄膜形状(例如，薄切片(slice chip)形状、小碎片形状等等)。同时聚酰胺基树脂(polyamide-based resin)作为粘合剂充满柔软磁性粉末颗粒11a之间的空间以保持结构强度和形状。
特别是，就非晶态柔软磁性粉末颗粒11a来说，具有任意三维或二维薄膜形状的所述粉末颗粒11a被绝缘物包覆，并且所述聚酰胺基树脂等作为粘合剂充满柔软磁性粉末颗粒11a之间，从而保持结构强度和形状。
如上所述，本发明的优选实施方式在每个形成所述柔软磁性复合材料的柔软磁性粉末颗粒11a上施行所述绝缘物包覆层11b，并且叠压包括多个相同的单元叠片11，从而改进叠片铁芯的刚性而且防止了在粉末颗粒之间发生铁芯损耗。
通过使用所述柔软磁性复合材料形成单元叠片11和在厚度方向上叠压单元叠片11制造所述铁芯。通过形成单元叠片的厚度不大于0.1毫米，叠压多个薄的单元叠片11，从而进一步改进机械强度。
图1A显示了根据本发明的优选实施方式使用柔软磁性复合材料以叠压结构形成的定子芯10的透视图。通过使用柔软磁性复合材料形成的定子芯10，可使涡流损耗的效率问题得到改进，并且通过按叠压结构形成，可以解决机械强度的问题。特别是，在形成具有叠压结构的铁芯10过程中，可以形成的单元叠片11的厚度不大于0.1毫米。铁芯10通过叠压单元叠片11不大于0.1毫米制造，从而进一步改进机械强度并且通过使用柔软磁性复合材料防止涡流损耗，从而改进效率。
如图1B所示，通过在形成柔软磁性复合材料的每个柔软磁性粉末颗粒11a上施行绝缘物包覆层11b，可以防止在粉末颗粒11a之间发生的铁芯损耗(less)。
进一步，当所述磁性材料暴露于波动(fluctuation)的磁场时，由于滞后损耗(hysteresis loss)和涡流损耗会发生能量损耗(energy loss)。所述滞后损耗与交变磁场(alternating magnetic field)频率成正比，同时所述涡流损耗与频率的平方成正比。因此，涡流损耗通常是重要的。相应的，更好的是在降低涡流损耗的同时增加电阻以便保持滞后损耗处于较低水平。为了改进电阻，可以在粉末颗粒11a上覆盖绝缘物包覆层11b或者薄膜。
根据本发明的优选实施方式，所述柔软磁性复合材料的例子可以含有作为镍基合金的钼镍铁磁合金(Moly-permalloy)粉末(MPP)(81％Ni-17％Fe-2％Mo)和作为铁基合金的铁硅铝磁合金(sendust)(85％Fe-9.5％Si-5.5％Al)。本发明的优选实施方式并不限定于此，因此，可以使用可供本领域技术人员选择的各种材料的柔软磁性复合材料材料。
图2至图5显示了根据本发明的优选实施方式用于制造叠片铁芯的方法的各种优选实施方式。具体地说，图2是根据本发明的第一种优选实施方式用于形成叠片铁芯的方法的示意图，图3是根据本发明的第二种优选实施方式用于形成叠片铁芯的方法的示意图，图4是根据本发明的第三种优选实施方式用于形成叠片铁芯的方法的示意图，以及图5是显示根据本发明的第四种优选实施方式使用凹辊印刷用于形成叠片铁芯的方法的简图。
图2是显示使用旋转涂覆方法的简图，作为用于形成所述叠片铁芯的本发明的第一种优选实施方式。
根据本发明的第一种优选实施方式，用于制造叠片铁芯的方法包括：通过所述旋转涂覆方法将涂覆溶液涂覆到支撑体33，在支撑体33上形成单元叠片34和在厚度方向上叠压多个所述单元叠片34，所述涂覆溶液含有由绝缘物包覆的粉末颗粒11a形成的柔软磁性复合材料。特别是，通过旋转涂覆方法可以形成的单元叠片34在叠压方向上的厚度不大于0.1毫米。因此，可以以具有更优良刚性的叠压形状制造由柔软磁性复合材料形成的叠片铁芯。进一步，通过在形成柔软磁性复合材料的粉末颗粒11a上施行绝缘物包覆层11b，可以使铁芯损耗减少。
具体来说，使用旋转涂覆的所述方法是按通过使用旋转涂覆装置将涂覆溶液涂覆到支撑体33和叠压多个单元叠片34来制造单元叠片34的方法施行的，所述涂覆溶液含有由绝缘物包覆的粉末颗粒11a形成的柔软磁性复合材料。
如图2所示，所述旋转涂覆装置包括用于提供涂覆溶液的喷嘴31、固定在杯35上卡持支撑体33的卡盘32、以及使卡盘32与支撑体33一起旋转的马达36，所述涂覆溶液含有由包覆了绝缘物11b的粉末颗粒11a形成的柔软磁性复合材料。特别地，所述旋转涂覆法是使单元叠片34的厚度均匀。旋转涂覆法包括均质化(homogenizing)步骤和干燥步骤。在所述均质化步骤中，为了涂覆含有由包覆了绝缘物11b的粉末颗粒11a形成的柔软磁性复合材料的涂覆溶液，旋转支撑体33，旋转通过选择相应于理想的单元叠片34厚度的预定旋转速度、预定旋转时间、以及预定旋转速度和预定旋转时间的乘积得以进行。在所述干燥步骤中，支撑体33以低于均质化步骤中预定旋转速度的旋转速度旋转，这样单元叠片可以由柔软磁性复合材料形成，所述柔软磁性复合材料由包覆了绝缘物11b的粉末颗粒11a形成。如以上所描述制造的单元叠片34在厚度方向上多层叠压并且切割和机加工成铁芯形状，从而制造叠压结构的铁芯。
图3是显示使用丝网印刷方法的简图，作为用于形成叠片铁芯的本发明第二种优选实施方式。
根据本发明的第二种优选实施方式，用于制造叠片铁芯的方法包括：通过使用丝网印刷方法将涂覆溶液涂覆到目标基件44上，在目标基件44上形成单元叠片和在厚度方向上叠压多个单元叠片，所述涂覆溶液含有由包覆了绝缘物11b的粉末颗粒11a形成的柔软磁性复合材料。特别是，通过丝网印刷方法形成的单元叠片在叠压方向上的厚度不大于0.1毫米。因此，可以以具有更优良刚性的叠压形状制造由柔软磁性复合材料形成的叠片铁芯。另外，通过在形成柔软磁性复合材料的粉末颗粒11a上施行绝缘物包覆层11b，可以使铁芯损耗减少。
具体来说，所述丝网印刷方法通过使用印刷刮板42(squeeze)将涂覆溶液41粘附到网板43(screen)，可以在目标基件44上制造单元叠片，所述涂覆溶液41含有由包覆了绝缘物11b的粉末颗粒11a通过网板43形成的柔软磁性复合材料。在这种情况下，通过控制网板43的模型(pattern)形状可以形成适合于制造铁芯的单元叠片。此外，可以通过网板43以铁芯的形状制造模型。可以通过在厚度方向上叠压多个柔软磁性复合材料的单元叠片制造叠片铁芯，所述柔软磁性复合材料由如上述制造的包覆了绝缘物11b的粉末颗粒11a形成。
图4是显示使用狭缝模具涂覆方法的简图，作为用于形成叠片铁芯的本发明第三种优选实施方式。
根据本发明的第三种优选实施方式，用于制造叠片铁芯的所述方法包括：通过使用狭缝模具涂覆方法将涂覆溶液涂覆到前基件55上，在前基件55上形成单元叠片54和在厚度方向上叠压多个单元叠片54，所述涂覆溶液含有由包覆了绝缘物11b的粉末颗粒11a形成的柔软磁性复合材料。特别是，可以通过狭缝模具涂覆方法形成的单元叠片54以致在叠压方向上厚度不大于0.1毫米。因此，可以以具有更优良刚性的叠压形状制造由柔软磁性复合材料形成的叠片铁芯。另外，通过在形成柔软磁性复合材料的粉末颗粒11a上施行绝缘物包覆层11b，可以使铁芯损耗减少。
具体来说，所述狭缝模具涂覆方法是通过无脉动泵(non-pulsating pump)或活塞泵(piston pump)在所述上下成型板(upper and lower molding plate)之间供应具有流动性(fluidity)的液相流体(浆液、粘合剂、硬化涂层溶液(hard coating solution)、陶瓷等)和在织物、薄膜、玻璃板的宽度方向及薄板(sheet)延伸方向(progress direction)上以恒定与均匀的厚度涂覆由液体供应管供应的流体的方法，其中，通过以流变学称为的狭缝模具制模，设计和机加工上下成型板。如图4中所示，含有由包覆了绝缘物11b的粉末颗粒11a形成的柔软磁性复合材料的涂覆溶液51经过狭缝模具(slot die)52的喷嘴53涂覆到前基件55上，从而在前基件55上形成单元叠片54。通过在厚度方向上叠压多个如上述形成的单元叠片54可以以叠压结构制造铁芯。通过叠压由包覆了绝缘物11b的粉末颗粒11a形成的柔软磁性复合材料的单元叠片54，能够保证叠片铁芯的刚性和能够减少叠片铁芯的铁芯损耗。
图5是显示使用凹辊印刷方法的简图，作为用于形成叠片铁芯的本发明的第四种优选实施方式。
根据本发明的第四种优选实施方式，用于制造叠片铁芯的方法包括：通过使用凹辊印刷方法将涂覆溶液涂覆到底座基件62上，在底座基件62上形成单元叠片和在厚度方向上叠压多个单元叠片，所述涂覆溶液含有由包覆了绝缘物11b的粉末颗粒11a形成的柔软磁性复合材料。特别是，通过凹辊印刷方法形成的单元叠片以致在叠压方向上厚度不大于0.1毫米。因此，可以以具有更优良刚性的叠压形状制造由柔软磁性复合材料形成的叠片铁芯。另外，通过在形成柔软磁性复合材料的粉末颗粒11a上施行绝缘物包覆层11b，可以使铁芯损耗减少。
如图5中所示，通过在铜板辊63(copper plate rolller)的表面上提供模型部件63a(pattern parts)，注射涂覆溶液64(含有由包覆了绝缘物11b的粉末颗粒11a形成的柔软磁性复合材料)借助使用刀片65穿过下辊63在位于上辊61和下辊63之间的底座基件62上叠压单元叠片，以致按理想的模型在二维上提供单元叠片，然后用分离叠压机(separate laminator)叠压所述单元叠片等步骤，可以以三维形状制造由包覆了绝缘物11b的粉末颗粒11a形成的柔软磁性叠片铁芯。
通过使用柔软磁性复合材料形成马达(如电动马达等)的铁芯，本发明的优选实施方式能够防止涡流损耗，从而改进效率。
另外，通过使用柔软磁性复合材料的叠压方法制备铁芯，本发明的优选实施方式能够改进柔软磁性复合材料的铁芯的机械强度。
另外，通过形成柔软磁性复合材料的铁芯，本发明的优选实施方式能够增加所述铁芯设计的自由。
另外，通过使用柔软磁性复合材料的形成铁芯，本发明的优选实施方式能够减少铜的消耗量。
进一步，通过在每个形成柔软磁性复合材料的粉末颗粒上施行绝缘物包覆层，本发明的优选实施方式能够减少在粉末颗粒之间发生的铁芯损耗。
另外，通过在每个形成柔软磁性复合材料的粉末颗粒上施行涂覆工艺(coating processing)，本发明的优选实施方式能够改进应用了由柔软磁性复合材料形成的铁芯的电动马达的效率。
另外，通过在每个形成柔软磁性复合材料的粉末颗粒上施行涂覆工艺，本发明的优选实施方式能够不需要包括在单元叠片之间的分离绝缘层(separate insulating layer)而改进制造的可靠性和生产率。
虽然为了示例说明的目的已公开了本发明的优选实施方式，这些优选实施方式是为了具体地解释本发明，所以根据本发明叠片铁芯及其制备方法并不限定于此，但是本领域技术人员应当理解到，不脱离附带的权利要求中所公开的本发明的所述范围和本意，各种修改、添加和替换都是可能的。
此外，任意的和所有的修改、改变或者等同的安排都应被考虑在本发明的范围内，并且通过所附带的权利要求将公开本发明的详细范围。

Claims (10)

1.一种用于马达的叠片铁芯，该叠片铁芯包括：
以至少一层叠压成的单元叠片，并且所述单元叠片由柔软磁性复合材料形成，
其中，形成所述柔软磁性复合材料的每个粉末颗粒都被绝缘物包覆。
2.根据权利要求1所述的叠片铁芯，其中，所述单元叠片在叠压方向上的厚度不大于0.1毫米。
3.一种叠片铁芯的制造方法，其特征在于，该方法包括：
通过旋转涂覆方法，将涂覆溶液涂覆到支撑体上，在所述支撑体上形成单元叠片，所述涂覆溶液含有由绝缘物包覆的粉末颗粒形成的柔软磁性复合材料；以及
在厚度方向上叠压多个所述单元叠片。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述单元叠片在叠压方向上的厚度不大于0.1毫米。
5.一种叠片铁芯的制造方法，其特征在于，该方法包括：
通过丝网印刷方法，将涂覆溶液涂覆到目标基件上，在所述目标基件上形成单元叠片，所述涂覆溶液含有由绝缘物包覆的粉末颗粒形成的柔软磁性复合材料；以及
在厚度方向上叠压多个所述单元叠片。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述单元叠片在叠压方向上的厚度不大于0.1毫米。
7.一种叠片铁芯的制造方法，其特征在于，该方法包括：
通过狭缝模具涂覆法，将涂覆溶液涂覆到前基件上，在所述前基件上形成单元叠片，所述涂覆溶液含有由绝缘物包覆的粉末颗粒形成的柔软磁性复合材料；以及
在厚度方向上叠压多个所述单元叠片。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述单元叠片在叠压方向上的厚度不大于0.1毫米。
9.一种叠片铁芯的制造方法，其特征在于，该方法包括：
通过凹辊印刷方法，将涂覆溶液涂覆到底座基件上，在所述底座基件上形成单元叠片，所述涂覆溶液含有由绝缘物包覆的粉末颗粒形成的柔软磁性复合材料；以及
在厚度方向上叠压多个所述单元叠片。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述单元叠片在叠压方向上的厚度不大于0.1毫米。
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