CN106464093B - 旋转机 - Google Patents

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Abstract

马达装置具备外壳、永磁铁、转子和电刷(7)。转子在可旋转地支撑于外壳内部的旋转轴上设置电枢和与电枢的线圈进行电连接的换向器。电刷(7)具备滑动接触部(51)、固定部(60)和导电性接合部件(20)。电刷(7)的滑动接触部(51)具有转子(3)的旋转所涉及的滑动接触面(71)。电刷(7)具有总是与换向器滑动接触而使电流在电枢的线圈流动的作用。电刷(7)和换向器因欧姆损耗和滑动接触而达到高温。导电性接合部件(20)将滑动接触部(51)与固定部(60)接合。导电性接合部件(20)由通过第一金属与第二金属的化学反应而生成的金属间化合物相构成。

Description

旋转机
技术领域
本发明涉及对电能与旋转能进行转换的旋转机。
背景技术
以往以来，作为对电能与旋转能进行转换的旋转机，正在广泛使用马达(motor)、发电机(dynamo)。马达利用包含换向器的转子的旋转将电能转换为旋转能(旋转力)。在马达中，电刷和换向器因欧姆损耗和转子的旋转所涉及的滑动接触(摩擦)而变为高温。
因此，在专利文献1～3中公开的电刷(第一粘附体)与保持电刷的保持部(第二粘附体)的接合、换向器(第一粘附体)与线圈(第二粘附体)的接合等时因熔点高而使用高温软钎料(高熔点软钎料)的软钎焊、钎焊。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开昭61-132286号公报
专利文献2：日本特开平3-114679号公报
专利文献3：日本特开2008-271743号公报
发明内容
然而，对于钎焊、高温软钎料(高熔点软钎料)的软钎焊而言，在接合时需要较高温度。因此，存在对接合部分的周边部件造成热损伤的问题。
例如，由于钎焊时局部变为高温，因此其周边部件会变形或脆化。
另外，高温软钎料的软钎焊温度也较高，为300℃左右，其周边部件会变形或脆化。应予说明，为高温软钎料时，有时在进行软钎焊时多余的熔融软钎料变成球形而掉落于线圈等，成为短路的原因。另外，高温软钎料中的Pb系软钎料较多，担心对环境造成负荷。
因此，本发明的目的在于提供一种能够在第一粘附体与第二粘附体接合时减少对周边部件造成的热损伤的旋转机。
本发明的旋转机，是对电能与旋转能进行转换的旋转机，其特征在于，具备：
第一粘附体，具有旋转所涉及的滑动接触面、
第二粘附体、和
导电性接合部件，所述导电性接合部件包含通过第一金属与第二金属的反应而生成的金属间化合物，所述第一金属为Sn或含Sn的合金，所述第二金属为CuNi合金、CuMn合金、AgPd合金、CuAl合金或CuCr合金，
导电性接合部件将第一粘附体与第二粘附体接合。
该构成中，例如通过第一金属与第二金属的反应而生成含有选自Sn、Cu和Ni中的至少2种的金属间化合物或含有选自Sn、Cu和Mn中的至少2种的金属间化合物。具体而言，金属间化合物例如为Cu6Sn5、Ni3Sn4、Cu2NiSn等。
该构成中，金属间化合物在比高温软钎料的软钎焊温度300℃低的反应温度下生成，具有比高温软钎料的熔点(183℃～240℃)更高的熔点。
因此，通过使第一金属与第二金属在比高温软钎料的软钎焊温度低的反应温度下反应而生成金属间化合物，并得到导电性接合部件，从而能够减少接合部分的周边部件发生变形或脆化的情况。
因此，本发明的旋转机能够减少在第一粘附体与第二粘附体的接合时对周边部件造成的热损伤。
此外，由于金属间化合物的熔点比高温软钎料的熔点(183℃～240℃)高，因此导电性接合部件也能够在暴露于比高温软钎料更高的温度下的部分的接合中应用。
另外，本发明中，优选导电性接合部件为多孔的。
该构成中，导电性接合部件的比表面积变大。即，与因转子的旋转引起的空气流的接触面积变大，可提高导电性接合部件的散热性。
另外，本发明中，优选第一粘附体是构成电刷的一部分、与换向器接触的滑动接触部，
第二粘附体是构成电刷的一部分的固定部。
另外，本发明中，例如第一粘附体为电刷，第二粘附体为保持电刷的保持部。
另外，本发明中，例如第一粘附体为换向器，第二粘附体为与换向器连接的线圈。
根据本发明的旋转机，能够减少在第一粘附体与第二粘附体的接合时对周边部件造成的热损伤。
附图说明
图1是本发明的实施方式的马达装置100的外观立体图。
图2是图1所示的电刷7的外观立体图。
图3是图1所示的电刷7的截面图。
图4是图2所示的滑动接触部51(第一粘附体)和固定部60(第二粘附体)的接合部分的放大截面图。
图5是表示图2所示的滑动接触部51(第一粘附体)与固定部60(第二粘附体)的接合方法的流程图。
图6是示意地表示图5所示的涂布工序的放大截面图。
图7是示意地表示图5所示的接合工序的放大截面图。
图8是示意地表示图5所示的加热处理工序的放大截面图。
具体实施方式
《本发明的实施方式》
对本发明的实施方式的马达装置进行以下说明。
图1是本发明的实施方式的马达装置100的外观立体图。图2是图1所示的电刷7的外观立体图。图3是图1所示的电刷7的截面图。图4是图2所示的滑动接触部51(第一粘附体)和固定部60(第二粘附体)的接合部分的放大截面图。
马达装置100具备外壳9、永磁铁2、转子3和电刷7。马达装置100通过转子3的旋转将电能转换为旋转能(旋转力)。
外壳9收纳永磁铁2、转子3和电刷7。外壳9由壳体部91和盖92构成。盖92相对于壳体部91可自由装卸地安装。永磁铁2固定于壳体部91的内周面。后述的电刷7的固定部60固定于盖92的内周面。
转子3在可旋转地支撑于外壳9内部的旋转轴4上设置电枢5和与电枢5的线圈(未图示)进行电连接的换向器6。电枢5由铁芯和省略图示的线圈构成。各换向器6是3张圆筒片状金属板在圆筒状的绝缘体上一体成型或用粘接剂粘接而成的部件。
如图2、图3所示，电刷7具备滑动接触部51、固定部60和导电性接合部件20。
应予说明，滑动接触部51的材料例如为磷青铜、锌白铜等导电性金属，可以使用具有弹簧特性(バネ性)的材料。从导电性方面考虑，优选滑动接触部51的材料为含铜的金属。固定部60的材料可以使用例如不锈钢等较硬质的材料。
电刷7的滑动接触部51具有转子3的旋转所涉及的滑动接触面71。换向器6也具有转子3的旋转所涉及的滑动接触面。电刷7具有总是与换向器6滑动接触而使电流在电枢5的线圈中流动的作用。电刷7和换向器6由于欧姆损耗和滑动接触(摩擦)而达到高温。因此，外壳9的内部空间也变为高温。
如图3、图4所示，导电性接合部件20将滑动接触部51(第一粘附体)与固定部60(第二粘附体)接合。
导电性接合部件20以通过后述的第一金属11(参照图6)与第二金属21的化学反应而生成的金属间化合物相12为主相。此外，导电性接合部件20在金属间化合物相12中含有空孔26和第二金属21。
第一金属11为由Sn构成的纯金属。第二金属21为CuNi合金。金属间化合物相12包含CuSn系合金、NiSn系合金、CuNiSn系合金。对合金层25和合金层35进行后述。
该导电性接合部件20以将Sn和CuNi合金在反应温度250℃左右得到的金属间化合物相12为主相，并具有300℃～600℃的范围内的熔点。即，金属间化合物相12在比高温软钎料的软钎焊温度300℃低的反应温度下生成，具有比高温软钎料的熔点(183℃～240℃)高的熔点。
由此，导电性接合部件20能够减少接合部分的周边部件变形或脆化的情况。
因此，在滑动接触部51(第一粘附体)与固定部60(第二粘附体)的接合时能够减少该接合部分对周边部件造成的热损伤。尤其能够减少将各换向器6与旋转轴4粘接的粘接剂因热损伤而劣化的情况。
此外，由于金属间化合物相12的熔点比高温软钎料的熔点(183℃～240℃)高，因此导电性接合部件20也能够在暴露于比高温软钎料高的温度下的部分的接合中应用。
此外，由于导电性接合部件20在反应时不经过像高温软钎料那样的熔融状态，因此不会形成成为短路的主要因素的球形。由此，根据本实施方式，能够实现短路的危险性小的马达装置100。另外，导电性接合部件20不像高温软钎料那样含有Pb，因此不用担心对环境的负荷。
另外，如图4所示，优选该导电性接合部件20为含有多个空孔26的多孔体。导电性接合部件20位于电刷7、换向器6的滑动接触面的周边。
电刷7、换向器6在滑动接触面产生因欧姆损耗所致的发热、和因滑动接触所致的摩擦热，但只要导电性接合部件20为多孔体，则导电性接合部件20的比表面积变大。即，与因转子3的旋转引起的气流的接触面积变大，可提高导电性接合部件20的散热性。
应予说明，导电性接合部件20的空孔率低于5％时，难以得到空冷效果，导电性接合部件20的空孔率高于50％时，有时强度不够。因此，优选导电性接合部件20的空孔率为5～50％的范围内。
以下，对滑动接触部51(第一粘附体)与固定部60(第二粘附体)的接合方法进行详述。
图5是表示图2所示的滑动接触部51(第一粘附体)与固定部60(第二粘附体)的接合方法的流程图。图6是示意地表示图5所示的涂布工序的放大截面图。图7是示意地表示图5所示的接合工序的放大截面图。图8是示意地表示图5所示的加热工序的放大截面图。
首先，准备金属糊料10。
然后，如图6所示，将金属糊料10涂布于滑动接触部51(第一粘附体)或固定部60(第二粘附体)中的至少任一方(图5:S1)。在本实施方式中，将金属糊料10先涂布于固定部60，但也可以在实施时先涂布于滑动接触部51。
金属糊料10是在糊料相31中含有作为粉粒体的第一金属11和第二金属21的金属复合材料。第一金属11为由Sn构成的纯金属。第二金属21为CuNi合金。
在金属糊料10中，作为糊料相31优选含有助焊剂成分。该助焊剂成分具有去除Sn粉末、CuNi合金粉末的表面氧化物而使其活化的作用。作为助焊剂成分，例如可以利用松香、有机酸、二元酸等。优选其配合量相对于金属糊料10的总量为0.1～5重量％。
在金属糊料10中，作为糊料相31优选含有粘合剂成分。该粘合剂成分具有保持为糊料状的作用。作为粘合剂成分，例如可以利用松香、纤维素衍生物、丙烯酸树脂、酚醛树脂等。优选其配合量相对于金属糊料10的总量为0.1～5重量％。
Sn粉末与CuNi合金粉末的配合比以重量比计，优选为Sn粉末:CuNi合金粉末＝5:95～50:50的范围内。Sn粉末的配合量过多时，存在接合时产生软钎料球、或者Sn成分残留而在高温下熔融的情况。另一方面，CuNi合金粉末的配合量过多时，有时接合强度不够。
另外，优选Sn粉末的平均粒径(D50)为5～50μm的范围内，优选CuNi合金粉末的平均粒径(D50)为0.1～80μm的范围内。
Sn粉末的平均粒径小于5μm时，有时Sn粉末不进行熔融。另一方面，Sn粉末的平均粒径大于50μm时，存在反应物内的组成偏差变大，会生成软钎料球的情况。
另外，CuNi合金粉末的平均粒径小于0.1μm时，有时CuNi合金粉末与Sn粉末的润湿性变差而分离。另一方面，CuNi合金粉末的平均粒径大于80μm时，有时接合强度不够。
接下来，如图7所示，对滑动接触部51(第一粘附体)与固定部60(第二粘附体)进行接合(图5:S2)。
接下来，如图8所示，利用例如热风枪对滑动接触部51(第一粘附体)与固定部60(第二粘附体)的接合部分于规定的温度(在本实施方式中为250℃左右)进行加热(图5:S3)。
当对图7所示的金属糊料10进行加热时，能够得到图8所示的导电性接合部件20。导电性接合部件20由金属间化合物相12、金属间化合物相12中含有的第二金属21和空孔26、CuSn合金层25和CuSn合金层35构成。
详细而言，对金属糊料10进行加热时，通过第一金属与第二金属的化学反应而生成金属间化合物(例如，Cu6Sn5、Ni3Sn4、Cu2NiSn等)。该反应是例如伴随着液相扩散接合(“TLP接合：Transient Liquid Phase Diffusion Bonding”)的反应。生成的金属间化合物是含有选自Cu、Ni和Sn中的至少2种的合金。金属间化合物的熔点为300℃以上，进一步为400℃。导电性接合部件20成为以金属间化合物相12为主相、在该主相中分散有第二金属颗粒、空孔(pore)而成的结构。
另外，对金属糊料10进行加热时，同时通过第一金属11与滑动接触部51的构成金属的化学反应而生成CuSn合金层25。由此，金属间化合物相12与滑动接触部51之间被稳固地接合。
另外，对金属糊料10进行加热时，同时通过第一金属11与固定部60的构成金属的化学反应而生成CuSn合金层35。由此，金属间化合物相12与固定部60之间也被稳固地接合。
应予说明，在金属间化合物相12中也可以残留CuNi合金颗粒。优选实质上不残留Sn颗粒。CuNi合金粉末可以使用例如Cu-10Ni合金粉末。
另外，图5所示的步骤S3中的加热温度优选为230～350℃左右。尤其为了不对周边部件造成热损伤，S3的加热温度最优选为250℃。加热温度不是热风枪的设定温度，而是对接合部分进行测定的温度。S3的加热时间也优选为1分钟～10分钟左右。
这里，加热温度低于230℃时，存在构成第一金属11的Sn不熔融而无法接合的情况。因此Sn的熔融温度为231.93℃。
另一方面，加热温度高于350℃时，有时周边部件会发生变形。另外，加热时间低于1分钟时，有Sn成分残留而在高温下熔融的情况。另一方面，加热时间高于10分钟时，有时周边部件会发生变形。
《其它的实施方式》
应予说明，在上述实施方式中将本发明适用于将电能转换为旋转能(旋转力)的马达，但不限于此。实施时，例如也可以适用于将旋转能(旋转力)转换为电能的发电机。
另外，在本实施方式中，该导电性接合部件20用于将滑动接触部51与固定部60接合，但不限于此。实施时，例如导电性接合部件20可以用于将电刷7的固定部60与保持电刷7的保持部(例如外壳9的内面)接合。或者，导电性接合部件20也可以用于将换向器6与换向器6用连接电极(例如电枢5的线圈)接合。
另外，在本实施方式中，第一金属是由Sn构成的纯金属，但不限于此。实施时，第一金属也可以是含有Sn的合金。
另外，在本实施方式中，第二金属为CuNi合金，但不限于此。实施时，第二金属也可以为CuMn合金、AgPd合金、CuAl合金或CuCr合金。例如第二金属为CuMn合金时，通过熔融的Sn(第一金属)与CuMn合金(第二金属)的反应而生成含有选自Cu、Mn和Sn中的至少2种的金属间化合物。
另外，在本实施方式中，金属糊料10为糊料状，但不限于此。实施时，也可以为具有与金属糊料10同样的组成的片状(或带状)。
最后，应该认为上述实施方式的说明在所有方面均为例示，不受限制。本发明的范围不是通过上述实施方式而是通过专利申请要求保护的范围示出的。进而，本发明的范围旨在包含与专利申请要求保护的范围等效的含义和范围内的全部变更。
符号说明
2…永磁铁
3…转子
4…旋转轴
5…电枢
6…换向器
7…电刷
9…外壳
10…金属糊料
11…第一金属
12…金属间化合物相
20…导电性接合部件
21…第二金属
25…合金层
26…孔
31…糊料相
35…合金层
51…滑动接触部
60…固定部
71…滑动接触面
100…马达装置

Claims (4)

1.一种旋转机，是对电能与旋转能进行转换的旋转机，具备：
第一粘附体，具有旋转所涉及的滑动接触面、
第二粘附体、和
导电性接合部件，所述导电性接合部件包含通过第一金属与第二金属的反应而生成的金属间化合物，所述第一金属为Sn或含Sn的合金，所述第二金属为CuNi合金、CuMn合金、AgPd合金、CuAl合金或CuCr合金，
所述导电性接合部件将所述第一粘附体与所述第二粘附体接合，
所述导电性接合部件为多孔的。
2.根据权利要求1所述的旋转机，其中，所述第一粘附体是构成电刷的一部分的、与换向器接触的滑动接触部，
所述第二粘附体是构成所述电刷的一部分的固定部。
3.根据权利要求1所述的旋转机，其中，所述第一粘附体是电刷，
所述第二粘附体是保持所述电刷的保持部。
4.根据权利要求1所述的旋转机，其中，所述第一粘附体为换向器，
所述第二粘附体是与所述换向器连接的线圈。
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