CN103999326A - 具有一体型定子铁芯的马达 - Google Patents

Abstract

本发明涉及具有非晶质铁芯的马达，包括：定子铁芯，被分割成多个，并以环形形态配置，线轴，包围上述定子铁芯的外周面，定子，具有缠绕于上述线轴的外周面的线圈，以及转子，以与上述定子留有间隔的方式配置；上述定子铁芯以一体方式成型，并包括：磁轭，由线圈缠绕，以及第一突缘及第二突缘，形成于上述磁轭的两端；以能够降低上述定子铁芯的高度的方式在上述磁轭的上面及下面形成线圈卷绕槽，上述线圈卷绕槽的高度低于上述第一突缘的上表面和下表面以及第二突缘的上表面和下表面，由此能够实现马达的滑化。

Description

具有一体型定子铁芯的马达

技术领域

本发明涉及对混合非晶质金属粉末和软磁性粉末的混合物、非晶质金属粉末或软磁性粉末进行压缩成型，并以一体方式成型定子铁芯，从而能够简化制造工序，降低马达的高度，由此能够实现滑化的具有一体型定子铁芯的马达。

背景技术

插槽型定子难以缠绕，缠绕线圈需要大量时间，且需要复杂并高价的线圈缠绕设备。并且，形成多个齿轮的结构诱发磁性的不连续性，因而对马达的效率产生影响，根据是否存在插槽，会产生齿槽转矩(cogging torque)。在电钢板之类的材质的情况下，由于厚度厚，铁损大，因而在高速马达中的效率只能低。

在最近技术的高速工作机器、航空马达、促动器及压缩机等各种领域中所使用的多种装置超过15000～20000rpm，在某种情况下还需要能够在高达100000rpm的高速中运行的电动马达。几乎大部分的高速电气装置以低的刺激系数制造，这是为了防止在高频率中运行的电气装置内的磁性体具有过度的铁芯损失。使用于大部分马达的软磁性体由Si-Fe合金组成的事实为其主要的原因。在现有的Si-Fe类材料中，由在约400Hz以上的频率中变化的磁场引起的损失通常使材料加热至借助某种适当的冷却单元也不能冷却为止。

到目前为止，普遍认为以低廉的费用提供能够很好地利用低损失材料的优点，且容易制造的电气装置是件很难的事情。要在现有的装置中适用低损失材料的到目前为止的试图大部分以失败告终，这是因为初期的设计在装置的磁芯中，只依赖于利用非晶质金属等新的软磁性体简单代替Si-Fe等的现有合金。这种电气装置有时呈现具有低损失的被提高的效率，但一般存在功率的下降严重，且与非晶质金属的成型/处理相关的所需的费用高的困难。结果，未形成商业性成功或市场进入。

另一方面，典型地，电动马达包括磁部件，上述磁部件由多个层叠的层压物(lamination)形成，上述层压物由无取向电工钢形成。典型地，各个层压物以如下方式形成，即，以期待在机械方面较软的无取向电工钢的形状进行冲压、冲孔或切割。接着层叠所形成的上述层压物形成具有所希望的形状的转子或定子。

与无取向电工钢相比，非晶质金属虽然提供优秀的磁性能，但由于对特定的物理特性和加工所产生的障碍而长期被认为不适合作为电动马达用定子和转子的块状磁部件。

举例说，非晶质金属比无取向电工钢又薄又硬，因此加工工具(fabrication tool)和冲模磨损的更快。当与冲孔或冲压的现有之类的通常的技术相比时，上述加工和制造费用的增加在加工块状非晶质金属磁部件方面不具有商业上的竞争力。非晶质金属的厚度还会引起所组装的部件的层压数的增加，并且，会使非晶质金属转子或定子磁铁组装体的整体费用上升。

非晶质金属向具有均匀的带宽的又薄又连续的带供给。但是，非晶质金属作为非常硬的材料，很难对此进行切断或成型。若为了确保峰值磁特性而进行退火处理，则非晶质金属带会具有大的脆性。这会引起在组成块状非晶质磁部件方面难以使用常规的方法，且致使费用上升的问题。并且，上述非晶质金属带的脆性在电动马达的适用方面会带来块状磁部件的耐久性的忧虑。

考虑这些问题，韩国公开特许第2002-63604号等提出了具有多面体形状，由多个非晶质条层构成，并用于使用高效率的电动马达的低损失非晶质金属磁部件。上述磁部件可在约50Hz～20000Hz的频率范围内工作，并且，以与在相同的频率范围内工作的硅-钢磁部件相比呈现提高的性能特性的方式具有铁芯损失，因此，具有如下结构，即，为了形成多面体形状部而在以切断非晶质金属条的方式形成具有预定长度的多个切断条之后，使用环氧树脂层叠。

但是，由于上述韩国公开特许第2002-63604号等依旧通过切断等的成型工序制造脆性大的非晶质金属带，因此存在难以实现实用化的问题，并且在50Hz～20000Hz的频率范围内启动，从而难以应用于高速频率用。

另一方面，韩国公开特许第2005-15563号公开了非晶质软磁芯的制造方法，包括：对使用Fe类非晶质合金，利用快速凝固法制造的非晶质金属带进行预热处理的步骤；粉碎上述非晶质金属带，获得非晶质金属粉末的步骤；在对上述非晶质金属粉末进行分级之后，混合成具有最佳的组成均匀性的粉末粒度分布的步骤；在被混合的上述非晶质金属粉末中混合粘结剂之后，成型铁芯的步骤；以及对所成型的上述铁芯进行退火处理之后，用绝缘树脂对铁芯进行涂敷的步骤。

上述铁芯的使用目的在于，使用于开关模式供电装置(SMPS，switched-mode power supply)的平滑扼流铁芯等，用于改善在将电源装置的交流电转换为直流电的过程中产生的微弱的交流电中重叠直流电的波形的磁芯的直流重叠特性。

并且，韩国登录特许第721501号提出了纳米结晶粒软磁性合金粉末铁芯的制造方法，包括：对非晶质合金带进行预热处理的步骤；对以粉碎上述预热处理的非晶质合金带的方式获得的非晶质合金粉末进行粉碎，并对由此获得的粉末进行分级的步骤；将被分级的上述非晶质合金粉末中的具有预定粒度的粉末与聚酰亚胺(polyimide)类树脂的粘结剂相混合的步骤；对所混合的上述粉末进行加压的步骤；以及为了被加压的上述粉末铁芯的纳米结晶化而进行热处理的步骤。

上述粉末铁芯适用于作为高功率用途的变流器、漏电断路器、平滑扼流器等。

另一方面，如电动车用驱动马达，在使用硅钢板体现100KW的高功率和50000rpm的高速马达的情况下，随着涡流(Eddy Current)因高速旋转而增加，热的产生会成为问题，并且，随着制造成大型尺寸，不能适用于轮毂马达结构的驱动方式，且在使汽车的重量增加方面并不优选。

通常，非晶质条的涡流损失(Eddy Current Loss)较低，但是如上述现有技术所指出，以缠绕或成型及层叠非晶质条的方式制造的现有的马达用铁芯因制造工序的困难而难以实现实用化。

如上所述，在以往的情况下，虽然与无取向电工钢相比提供优秀的磁性能，但因用于制造的加工时所发生的障碍而无法实现作为电动马达用定子和转子的块状磁部件的使用。

并且，在上述现有的非晶质软磁芯的制造方法中，未能提出最适合于具有高功率、高速、高扭矩、高频率特性的电动马达领域的磁芯的设计方案。

进而，对于为了高速、高效率的电气机构而呈现所需的优秀的磁性及物理特性的组合的被改善的非晶质金属马达部件的必要性正在兴起。需要开发能够有效使用非晶质金属，且为了各种类型的马达及使用于这些马达的磁部件的批量生产而使用的制造方法。

发明内容

技术问题

本发明的目的在于，提供具有一体型定子铁芯的马达，上述具有一体型定子铁芯的马达由对非晶质金属粉末、软磁性粉末或混合非晶质金属粉末和软磁性粉末的混合物压缩成型，并以一体方式制造定子铁芯，从而能够减少铁芯损失，并减少制造费用，能够减少模具制造费用，并能简化制造工序。

本发明的再一目的在于，提供具有一体型定子铁芯的马达，上述具有一体型定子铁芯的马达以一体方式成型定子铁芯，并在缠绕线圈的铁芯的上面和下面形成线圈卷绕槽，从而能够降低定子铁芯的高度，由此能够实现马达的滑化。

本发明的另一目的在于，提供具有非晶质铁芯的马达，上述具有非晶质铁芯的马达在分别单独制造定子铁芯的磁轭和突缘之后，以将磁轭和突缘相互组装的方式制造定子铁芯，由此能够制造多种形态的定子铁芯。

本发明所要解决的问题不局限于以上提及的技术问题，本发明所属领域普通技术人员可通过以下的记载明确理解未提及的其他技术问题。

解决问题的手段

为了实现上述目的，本发明的具有一体型定子铁芯的马达，其特征在于，包括：定子铁芯，被分割成多个，并以环形形态配置，线轴，包围上述定子铁芯的外周面，定子，具有缠绕于上述线轴的外周面的线圈，以及转子，以与上述定子留有间隔的方式配置；上述定子铁芯以一体方式成型，并包括：磁轭，由线圈缠绕，以及第一突缘及第二突缘，形成于上述磁轭的两端；以能够降低上述定子铁芯的高度的方式在上述磁轭的上面及下面形成线圈卷绕槽，上述线圈卷绕槽的高度低于上述第一突缘的上表面和下表面以及第二突缘的上表面和下表面。

本发明的转子可包括：外转子，以留有间隔的方式配置于上述定子的外周面；内转子，以留有间隔的方式配置于上述定子的内周面；转子支撑体，固定上述外转子和内转子并支撑转轴。

本发明的线圈卷绕槽可包括：第一线圈卷绕槽，形成于磁轭的上面，而且与第一突缘的上表面及第二突缘的上表面相比，以规定深度H1向上述磁轭的内侧凹进；第二线圈卷绕槽，形成于上述磁轭的下面，并与第一突缘及第二突缘的下表面相比，以规定深度H2向上述磁轭的内侧凹进。

本发明的第一突缘及第二突缘中的一个或两个可分别与磁轭单独制造，并相互组装。

本发明的定子铁芯可由非晶质金属粉末压缩成型，或者可由非晶质金属粉末和球形软磁性粉末的混合物压缩成型。

发明的效果

如上所述，本发明的具有一体型定子铁芯的马达，由非晶质金属粉末、软磁性粉末或混合非晶质金属粉末和软磁性粉末的混合物压缩成型，并以一体方式制造定子铁芯，从而能够以减少铁芯损失的方式减少制造费用，能够减少模具制造费用，并能简化制造工序。

并且，本发明的具有一体型定子铁芯的马达在定子铁芯中缠绕线圈的铁芯的上面和下面形成线圈卷绕槽，从而能够降低定子铁芯的高度，由此能够实现马达的滑化。

并且，本发明的具有非晶质铁芯的马达可在分别单独制造定子铁芯的磁轭和突缘之后，以相互组装磁轭和突缘的方式制造定子铁芯，由此能够制造多种形态的定子铁芯。

附图说明

图1为本发明一实施例的马达的剖视图。

图2为本发明一实施例的马达的俯视图。

图3为本发明一实施例的转子的剖视图。

图4为本发明一实施例的定子的剖视图。

图5为本发明一实施例的定子铁芯的立体图。

图6为本发明另一实施例的马达的剖视图。

图7为示出本发明一实施例的定子铁芯的变形例的立体图。

图8为示出本发明一实施例的定子铁芯的另一变形例的立体图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施例进行详细说明。在这过程中，附图中所示的结构要素的大小或形状等会有所放大，以确保说明的明确性和方便性。并且，考虑本发明的结构及作用而特别定义的术语可根据使用人员、运用人员的意图或惯例而不同。这些术语应根据本说明书全文内容而定义。

图1为本发明一实施例的马达的剖视图，图2为本发明一实施例的马达的俯视图。

参照图1及图2，根据一实施例的马达包括：定子10；以及转子20，以留有规定间隔的方式配置于定子10的外周面及内周面，并与转轴40相连接。

如图3所示，转子20包括：转子支撑体30，用于固定转轴22；外转子40，设置于转子支撑体30的外侧，并以留有规定间隔的方式配置于定子10的外周面；以及内转子50，配置于转子支撑体30的内侧，并以留有规定间隔的方式配置于定子10的内周面。

转子支撑体30包括：第一安装部32，安装外转子40；第二安装部34，与第一安装部32相连接，并安装内转子50；以及金属板36，设置于中央，并与转轴22花键结合。

外转子40包括：第一磁铁42，以留有规定间隔的方式配置于定子10的外周面；以及第一背轭44，安装于第一磁铁42的背面。

并且，内转子50包括：第二磁铁52，以留有规定间隔的方式配置于定子10的内周面；第二背轭54，安装于第二磁铁52的背面。

这种转子20以在外转子40、内转子50及金属板36插入于模具的状态下，将转子支撑体30镶嵌成型成一体的方式制造。此时，转子支撑体30可由团状模塑料(BMC，Bulk Molding Compound)成型材料镶嵌成型，可由塑料材质镶嵌成型。

如图4所示，定子10包括：多个定子铁芯12，配置成环形；绝缘性材质的线轴14，包围定子铁芯12的外周面；以及线圈16，缠绕于线轴14的外周面。

作为将多个定子铁芯制造成环形的方法，可将设有线轴及线圈的定子铁芯排列成放射状之后，由团状模塑料(BMC，Bulk MoldingCompound)成型材料镶嵌成型，并形成为一体。

除了这种方法之外，作为用于将多个定子铁芯制造成环形的方法，能够以如下方法制造，即，使定子铁芯以放射状固定于下部固定板，并使上部固定板固定于定子铁芯的上面之后，将下部固定板和上部固定板之间相连接。

如图5所示，定子铁芯12包括：磁轭60，由线圈16缠绕；第一突缘62，形成于磁轭60的一端，以与外转子40相向的方式配置；以及第二突缘64，形成于磁轭60的另一端，以与内转子50相向的方式配置。

这种定子铁芯12由非晶质金属粉末压缩成型，并借助模具形成为一体。即，本实施例的定子铁芯12并非以层叠多个铁片的方式形成的结构，而是以对非晶质金属粉末进行成型或压缩的方式形成为一体型铁芯。

像这样，定子铁芯12可通过成型或压缩成型容易地制造非晶质金属粉末压缩，并能利用线轴14容易地解决组装成环形的问题。

并且，定子铁芯31能够以混合非晶质金属粉末和粘接剂的方式成型，或者以按规定比率混合非晶质金属粉末、软磁特性优秀的结晶质金属粉末及粘接剂来成型。在这种情况下，与使用100％的非晶质金属粉末的情况下相比，按规定比率混合金属粉末的情况能够解决高压烧结的困难，并能提高导磁率。

并且，定子铁芯31也能由软磁性粉末压缩成型。

在磁轭60的外周面缠绕线圈，此时，在磁轭60的上面和下面形成线圈卷绕槽66、68。即，降低磁轭60的高度，并在磁轭60的上面及下表形成线圈卷绕槽66、68，由此，线圈16还能与形成于磁轭60的线圈卷绕槽66、68相对应地缠绕，因而在缠绕相同的线圈的情况下，能够降低磁轭60的高度，并能降低马达整体的高度。

线圈卷绕槽66、68包括：第一线圈卷绕槽66，形成于磁轭60的上面，呈与第一突缘62的上表面相比，以规定高度H1向上述磁轭的内侧凹进；以及第二线圈卷绕槽68，形成于上述磁轭60的下面，并与第二突缘64的下表面相比，以规定高度H2向上述磁轭的内侧凹进。

并且，如图6所示，由于在定子铁芯12形成线圈卷绕槽66、68，能够与线圈卷绕槽66、68相对应地缠绕线圈16，因而能够提高马达的性能。

如图7及图8所示，定子铁芯12能够以分别单独制造突缘62、64和磁轭60之后，焊接突缘62、64和磁轭60之间的方式制造。

作为一例，如图7所示，在以压缩成型非晶质金属粉末或软磁性粉末的方式制造第一突缘62，并以压缩成型非晶质金属粉末或软磁性粉末的方式制造磁轭60和第二突缘64之后，焊接第一突缘62和磁轭60之间，并进行组装。

此时，以在第一突缘62形成插入槽70，并将磁轭60的一侧末端部分插入于插入槽70的方式制造。

并且，如图8所示，在以分别压缩成型非晶质金属粉末或软磁性粉末的方式制造第一突缘62和第二突缘64，并以压缩成型金属粉末或软磁性粉末的方式制造磁轭60之后，在形成于第一突缘62的第一插入槽72插入磁轭60的一侧末端部分，并在形成于第二突缘64的第二插入槽74插入磁轭60的另一侧末端部分之后，焊接突缘62、64和磁轭60之间，并制造成一体。

像这样，通过相互单独制造突缘62、64和磁轭60之间，能够容易借助模具对非晶质金属粉末或软磁性粉末进行压缩成型，并能制造多种形状的定子铁芯。

以下，对上述本发明的定子铁芯的制造方法进行说明。作为定子铁芯的制造方法的一例，对使用非晶质金属粉末的情况进行说明。

本发明的定子铁芯通过以下方法获得，即，将非晶质合金通过基于熔融纺丝法的快速凝固法(RSP)制造30um以下的极薄型非晶质合金带或条之后，对上述非晶质合金带或条进行粉碎后获得非晶质金属粉末。此时，所获得的粉碎后的非晶质金属粉末具有1um～150um的范围内的大小。

在这种情况下，可以在氮气气氛中，在400-600℃温度条件下进行热处理，使得上述非晶质合金带具有能够实现高导磁率的纳米晶粒微细组织。

并且，上述非晶质合金带可在100-400℃的条件下，在大气气氛中进行热处理，以提高粉碎效率。

上述非晶质合金粉末除了可以使用通过非晶质合金带的粉碎方法获得的粉末之外，还可使用通过喷雾法获得的球形粉末。

作为上述非晶质合金可使用例如Fe类、Co类及Ni类中的一种，优选地，低廉的是Fe类非晶质合金。优选地，作为上述Fe类非晶质合金为Fe-Si-B、Fe-Si-Al、Fe-Hf-C、Fe-Cu-Nb-Si-B或者Fe-Si-N中的某一种，并且，优选地，作为上述Co类非晶质合金是Co-Fe-Si-B或Co-Fe-Ni-Si-B中的某一种。

之后，将粉碎的非晶质合金粉末按大小进行分级后，以具有最佳的组合均匀性的粉末粒度分布进行混合。在此情况下，优选地，由于粉碎的上述非晶质合金粉末呈板状，因此，在与粘结剂混合并以部件形状成型时，填充密度无法具有最佳条件。由此，在本发明中，粉末的粒子呈球状的同时按预定量混合磁特性，即，按预定量混合能够提高导磁率的球形状的软磁性粉末，从而提高成型密度。

上述的能够实现提高导磁率与填充密度的球形软磁性粉末能够使用，例如铁镍钼(MPP)粉末、高磁通(HighFlux)粉末、铁硅铝(Sendust)粉末及铁粉中的一种或者它们的混合物。

与已混合的上述非晶质合金粉末进行混合的粘结剂可以使用，例如水玻璃、陶瓷硅酸铝、环氧树脂、酚醛树脂、硅酮树脂或聚酰亚胺等热固化树脂。在这种情况下，优选地，粘结剂的最大混合比例为20wt％。

已混合的上述非晶质合金粉末在添加粘结剂及润滑剂的状态下，利用冲压机和模具以所需的铁芯或背轭形状组成压缩成型。优选地，利用冲压机进行压缩成型时，成型压力设定为15-20ton/cm²。

之后，成型的上述铁芯或背轭在300-600℃的范围内以10-600分钟的范围进行退火热处理，从而实现磁特性。

在热处理温度小于300℃的情况下，热处理时间会增加，从而导致生产率的下降，而在大于600℃的情况下，会产生非晶质磁特性的降解。

并且，除了非晶质金属粉末之外，本发明还能以压缩成型软磁性粉末的方式制造。

如上所述，在本发明中，通过压缩成型非晶质金属粉末或软磁性粉末，能够容易成型复杂形状的定子铁芯，并且，可通过将软磁特性优秀的结晶质金属粉末包含于非晶质合金粉末，谋求磁性导磁率的提高和压缩成型时的成型密度的提高。

并且，当制造定子铁芯时，本发明利用非晶质金属粉末或软磁性粉末成型，或者以在非晶质金属粉末中混合结晶质金属粉末的方式成型，由此能够最小化涡流耗损(铁芯损耗)，从而适合适用于50000rpm以上的高速旋转马达。

在上述实施例中虽然举例说明了在定子两侧配置外转子及内转子的双转子结构，但本发明也能够适用于组合单一定子与单一转子的结构。

并且，也能在单一转子的两侧配置双定子或组合两个双转子，从而扩张为在一对定子之间及外侧设置三个转子的结构。

以上，以特定的优选的实施例为例对本发明进行了图示和说明，但本发明并不局限于如上所述的实施例，只要在不脱离本发明的精神的范围内，能够通过本发明所属领域技术人员进行各种变更和修改。

产业上的可利用性

本发明的马达能够以对非晶质金属粉末、软磁性粉末或混合非晶质金属粉末和软磁性粉末的混合物进行压缩成型的方式将定子铁芯制造成一体，由此能够减少制造费用，因而能够适用于需要驱动力的多种领域。

并且，由于本发明的马达能够降低定子铁芯的高度，使得马达的整体高度降低，因此能够适用于需要滑化的多种领域。

Claims (10)

1.一种具有一体型定子铁芯的马达，其特征在于，

包括：

定子铁芯，被分割成多个，并以环形形态配置，

线轴，包围上述定子铁芯的外周面，

定子，具有缠绕于上述线轴的外周面的线圈，以及

转子，以与上述定子留有间隔的方式配置；

上述定子铁芯以一体方式成型，并包括：

磁轭，由线圈缠绕，以及

第一突缘及第二突缘，形成于上述磁轭的两端；

以能够降低上述定子铁芯的高度的方式在上述磁轭的上面及下面形成线圈卷绕槽，上述线圈卷绕槽的高度低于上述第一突缘的上表面和下表面以及第二突缘的上表面和下表面。

2.根据权利要求1所述的具有一体型定子铁芯的马达，其特征在于，上述转子包括：

外转子，以留有间隔的方式配置于上述定子的外周面；

内转子，以留有间隔的方式配置于上述定子的内周面；

转子支撑体，固定上述外转子和内转子并支撑转轴。

3.根据权利要求2所述的具有一体型定子铁芯的马达，其特征在于，上述转子支撑体由团状模塑料成型材料镶嵌成型，并与外转子及内转子呈一体。

4.根据权利要求1所述的具有一体型定子铁芯的马达，其特征在于，上述线圈卷绕槽包括：

第一线圈卷绕槽，形成于磁轭的上面，而且与第一突缘的上表面及第二突缘的上表面相比，以规定深度(H1)向上述磁轭的内侧凹进；

第二线圈卷绕槽，形成于上述磁轭的下面，并与第一突缘及第二突缘的下表面相比，以规定深度(H2)向上述磁轭的内侧凹进。

5.根据权利要求1所述的具有一体型定子铁芯的马达，其特征在于，磁轭分别与上述第一突缘及第二突缘中的一个或两个单独制造，并相互组装。

6.根据权利要求5所述的具有一体型定子铁芯的马达，其特征在于，在上述第一突缘及第二突缘中的一个或两个形成插入槽，上述磁轭的末端部分插入上述插入槽。

7.根据权利要求1所述的具有一体型定子铁芯的马达，其特征在于，上述定子铁芯由非晶质金属粉末压缩成型。

8.根据权利要求1所述的具有一体型定子铁芯的马达，其特征在于，上述定子铁芯由非晶质金属粉末和球形软磁性粉末的混合物压缩成型。

9.根据权利要求1所述的具有一体型定子铁芯的马达，其特征在于，上述定子铁芯由软磁性粉末压缩成型。

10.根据权利要求1所述的具有一体型定子铁芯的马达，其特征在于，上述定子铁芯排列成放射状之后，由团状模塑料成型材料镶嵌成型，以形成环形。