CN107834716B - 烧结磁铁 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种烧结磁铁，其具有用外弧、内弧以及连结外弧的端点和内弧的端点的一对端边所限定的拱形截面，内弧的张角α的范围为145°≤α≤180°。本发明者们新发现根据上述烧结磁铁可以获得大的磁通，并且通过使用这样的烧结磁铁从而可以谋求电动机特性的提高。

Description

烧结磁铁

技术领域

本发明涉及一种烧结磁铁。

背景技术

一直以来，已知有将作为烧结磁铁的一种的铁氧体磁铁用于电动机的技术。例如，在日本特开2002-78252号公报(专利文献1)中公开有具备圆筒状的外壳、被容纳于该外壳内的转子和被安装于外壳的内侧面的截面拱形的多个铁氧体磁铁的电动机。

发明内容

本发明者们为了提高上述的电动机的特性而重复研究，新发现了通过提高铁氧体磁铁的磁通量(flux)从而可以提高电动机特性的技术。

根据本发明，能够提供一种可以谋求电动机特性提高的烧结磁铁。

本发明的一个实施方式所涉及的烧结磁铁具有用外弧、内弧以及连结外弧的端点和内弧的端点的一对端边所限定的拱形截面，内弧的张角α的范围为145°≤α≤180°。

本发明者们新发现根据上述烧结磁铁可以获得大的磁通，并且通过使用这样的烧结磁铁从而可以谋求电动机特性的提高。

对于其它实施方式所涉及的烧结磁铁，在拱形截面内，端边由从外弧的端点起以直线状延伸的第1端边和从内弧的端点起以直线状延伸的第2端边构成，第1端边相对于内弧的张角的二等分线方向平行。在第1端边相对于内弧的张角的二等分线方向平行的情况下，与第1端边相对于内弧的张角的二等分线方向倾斜的情况相比，在烧结时龟裂难以进入到烧结磁铁的端部。

对于其它实施方式所涉及的烧结磁铁，在拱形截面内，在将第1端边的与内弧的张角的二等分线方向相关的长度设定为δ，并且将第2端边的与内弧的张角的二等分线方向垂直的方向相关的长度设定为γ时，0.5≤δ/γ≤5.0。在此情况下，可以维持大的磁通，并且获得在实用上充分高的成型密度，同时能够实现高的合格率。

对于其它实施方式所涉及的烧结磁铁，在拱形截面内，第2端边相对于第1基准线向内弧侧倾斜，该第1基准线通过内弧的端点并且与内弧的张角的二等分线方向垂直的方向平行，在将第2端边与第1基准线所成的角设定为β时，0°＜β＜90°。在此情况下，可以使用U形销容易地将烧结磁铁配置于电动机内。

对于其它实施方式所涉及的烧结磁铁，第2端边由从内弧的端点起以直线状延伸到中继点的内侧端边和从中继点起以直线状延伸到第1端边的外侧端边构成，外侧端边相对于第2基准线向内弧侧倾斜，该第2基准线通过中继点并且与内弧的张角的二等分线方向垂直的方向平行，在将内侧端边与第1基准线所成的角设定为β，并且将外侧端边与第2基准线所成的角设定为ε时，0°＜ε-β≤45°。在此情况下，能够获得良好的成型性，并且可以抑制龟裂的发生。

对于其它实施方式所涉及的烧结磁铁，内弧的张角α的范围为145°≤α≤175°。在此情况下，能够谋求烧结磁铁的磁化率的提高。

本发明的一个实施方式所涉及的烧结磁铁为铁氧体烧结磁铁。

附图说明

图1是实施方式所涉及的电动机的垂直于旋转中心轴的面的概略截面图。

图2是沿着图1所示的电动机的II-II线的截面图。

图3是表示图1的烧结磁铁的图。

图4是表示图3所示的烧结磁铁的端部的主要部分放大图。

图5是表示制作图1的烧结磁铁时的成型工序的情况的图。

图6是表示制作图1的烧结磁铁时的磁化工序的情况的图。

图7是表示不同实施方式的烧结磁铁的端部的主要部分放大图。

具体实施方式

以下，参照附图并就用于实施本发明的实施方式进行详细地说明。另外，对相同或者同等的要素赋予相同的符号，在说明重复的情况下省略该说明。

首先，参照图1、2并就实施方式所涉及的电动机1的结构进行说明。

图1、2是表示作为直流电机的电动机1的概略结构的图。如图1所示，电动机1主要具备外壳2、转子5和一对烧结磁铁10而构成。

如图2所示，外壳2由有底圆筒状部件3、和塞住有底圆筒状部件3的开口的盖部件4构成。外壳2由硅钢或软铁等铁磁体构成。外壳2除了有作为框体的功能之外，还有作为磁轭(yoke)的功能。如图1所示，有底圆筒状部件3的截面形状在本实施方式中为正圆环状。有底圆筒状部件3的截面形状并不一定限定于正圆环状，也可以是稍有点扁平的椭圆环状或一部分具有平坦部分的圆环状等。

一对烧结磁铁10沿着圆周方向被安装于外壳2的内侧面2a。构成一对烧结磁铁10的烧结磁铁10A和烧结磁铁10B如后所述以形成N极以及S极的方式被磁化，并具有相同的截面形状以及截面尺寸。一对烧结磁铁10以夹住转子5并相对并且相对于转子5成为对称的方式配置。一对烧结磁铁10通过图1所示的一对U形销8A、8B而被置于互相分开的方向(图1中的上下方向)并固定位置。

烧结磁铁10为铁氧体烧结磁铁，例如是将六方晶M型铁氧体作为主相的烧结磁铁。烧结磁铁10的组成在将选自Sr、Ba、Ca以及Pb中的至少1种元素设定为A，将选自稀土元素以及Bi中的至少1种元素并且必定含有La的物质设定为R，并且将Co或者Co和Zn设定为M的时候，主成分以式A_1-xR_x(Fe_12-yM_y)_zO₁₉进行表示。

转子5在外壳2内被一对烧结磁铁10夹住。转子5具有旋转轴6和多个(在图1中为5个)T字状的齿7，除此以外还具有卷绕于齿7周围的线圈或整流子(没有图示)。各个齿7具有前端部7a和臂部7b，并且在相对于旋转轴6的旋转中心轴O以径向延伸的臂部7b的前端设置沿着圆周方向延伸的前端部7a而构成。齿7在旋转轴6的旋转中心轴O的周围以等间隔形成。在本实施方式中，相邻的齿7以其中心线所成的角度成为72°(＝360°/5)的方式而形成。

接着，参照图3以及图4并就烧结磁铁10的形状进行说明。另外，因为一对烧结磁铁10的截面都具有相同的尺寸形状，所以只就一个烧结磁铁10(例如烧结磁铁10A)作如下说明，省略对另一个烧结磁铁的说明。

如图3以及图4所示，烧结磁铁10具有拱形的截面形状。更详细地说，具有用外弧11、内弧12、以及连结外弧11的端点P1和内弧12的端点P2的一对端边13所限定的拱形截面。烧结磁铁10的截面形状不一定限定于拱形，也可以是弓形、圆弧状、C字状、U字状等。

在此，参照图5并就在制作烧结磁铁10时所实行的成型工序作如下说明。以下作为一个例子就在干式条件下的成型工序进行说明。

在图5所示的装置中，上部冲头21以及下部冲头22被嵌入到模板20，在将原料粉末充填于空腔23内之后，通过用上部冲头21进行压制从而获得成型体。

在成型工序中，以烧结磁铁10的径向成为易磁化轴的方式进行取向。对于烧结磁铁10，以内弧12侧的表面磁通密度变高的方式均匀地沿径向取向。因为要求内弧12侧的表面磁通密度在圆周方向上为一定，所以上部冲头21由非磁性体构成，下部冲头22由磁性体构成。通过使上部冲头21为非磁性体，从而在施加磁场时空腔23内的磁场方向从下部冲头22扩散。即，不会产生烧结磁铁10的取向汇聚于外周面的情况或部分取向方向发生偏倚的情况，从而能够均匀地沿径向取向。但是，如果使上部冲头21为非磁性体，则因为上部冲头21与下部冲头22之间的磁场强度降低，所以与使上部冲头21为磁性体时相比，更有必要提高。但是，因为必要磁场根据成型体的面积、厚度等而不同，所以施加磁场只要根据成型体每次作适当选择的话即可。

所获得的成型体在规定的烧成温度(例如1240℃)下被烧成，之后实施表面加工，由此成为上述的烧结磁铁10。另外，表面加工后的成型体的表面在其一部分或者全部具有3.5z～10z范围的表面粗糙度[十点平均粗糙度(Rz)]。

接着，参照图6并就在制作烧结磁铁10时实施的磁化工序作如下说明。

如图6所示，烧结磁铁10在被组装于外壳2内的状态下被磁化。磁化时，在外壳2内除了未磁化的烧结磁铁10以外，还容纳有具有与转子5相同程度的外形尺寸的铁芯30。

在图6所示的装置中，极性不同的一对磁化轭(Magnetizing yoke)31、32以互相相对的方式配置，在它们之间配置被组装于外壳2内的未磁化的烧结磁铁10。此时，以一对烧结磁铁10在一对磁化轭31、32的相对方向(即图6中的上下方向)排列的方式，即以各烧结磁铁10位于对应的磁化轭31、32侧的方式配置。在磁化的时候，将没有图示的线圈卷绕于各磁化轭31、32，并使规定方向的电流流过各个线圈使磁通产生。

接着，就烧结磁铁10的图3以及图4所示的截面的形状、尺寸以及角度作如下说明。

以下，为了便于说明，在图3的截面中将内弧12的张角设定为α，将内弧12的张角α的二等分线方向设定为Y方向，将垂直于内弧12的张角α的二等分线方向的方向设定为X方向，将烧结磁铁10的X方向长度(宽度尺寸)设定为A，将烧结磁铁10的Y方向长度(高度尺寸)设定为D，将外弧11与内弧12的距离(烧结磁铁10的厚度尺寸)设定为C来进行说明。另外，将外弧11的直径(外径)设定为OR，将内弧12的直径(内径)设定为IR。

另外，在本实施方式的烧结磁铁10中，外弧11的曲率中心与内弧12的曲率中心相一致，烧结磁铁10的厚度C等于外径OR与内径IR之差。另外，外弧11的曲率中心和内弧12的曲率中心可以在没有实用问题的范围内允许一些偏差。

在烧结磁铁10中，内弧12的张角α的范围为145°≤α≤180°，作为一个例子，内弧12的张角α为160°。

本发明者们准备了将内弧12的张角α设定成多个不同的角度的试样11～16，对于各试样测定了烧结磁铁10的磁通量以及磁化率，结果获得如以下的表1所示的结果。另外，作为磁通量测定总磁通量，作为磁化率求得采用了通常的磁化方法时与完全磁化时的比例。

[表1]

试样号	张角(α)[°]	磁通量[μWb]	磁化率
				11	135	153	100％
12	140	154	100％
				13	145	160	100％
14	160	163	100％
				15	175	163	98％
16	180	163	95％

另外，表1所示的各个试样的各种尺寸如表2所示。

[表2]

另外，对于相关于在测定时所使用的电动机1的尺寸以及条件，外壳2的长度为25mm，外壳2的厚度为2mm，转子5的直径为15mm，转子5的长度为18mm，插槽(slot)数为5，开口宽度为1.5mm，齿7的高度为4.69mm，齿7的宽度为2mm，齿7的厚度为1mm，极数为2，剩余磁通密度(Br)为415mT，内禀矫顽力(HcJ)为263kA/m。另外，齿7的高度为与旋转轴6的旋转中心轴O的径向相关的前端部7a的长度与臂部7b的长度之和，齿7的宽度为与旋转轴6的旋转中心轴O的径向垂直的方向相关的臂部7b的长度，齿7的厚度为与旋转轴6的旋转中心轴O的径向相关的前端部7a的长度。作为外壳2以及转子5，使用以硅钢构成的外壳以及转子。

如上述表1所示，根据上述测定的结果可以明确，内弧12的张角α小于145°的试样11、12不能获得在实用上充分的磁通。对于内弧12的张角α为160°以上的试样14～16来说，可以认为磁通量成为相同的值是由于在烧结磁铁10中磁通发生饱和。另一方面，在内弧12的张角α超过180°的情况下，因为一对烧结磁铁的内弧12的张角α的和超过360°，所以如图1所示不能将一对烧结磁铁10容纳于外壳2内。

如图3所示的烧结磁铁10那样，如果是内弧12的张角α的范围为145°≤α≤180°的试样13～16，则对于被容纳于外壳2内的一对烧结磁铁10来说能够实现在实用上充分高的磁通量。由此，能够使电动机1的特性提高。电动机1在烧结磁铁10的磁通量高的情况下，能够使电机扭矩提高，能够控制电流或者转速。

另外，如表1所示，从烧结磁铁10的磁化率的观点出发，可以将内弧12的张角α的范围控制在145°≤α≤175°。

即，在如试样16那样内弧12的张角α超过175°的情况下，因为特别是烧结磁铁10的端部10a附近的磁化变得困难并且磁化率降低，所以从烧结磁铁10的磁化率出发，可以将内弧12的张角α控制在175°以下。

如图3以及图4所示，烧结磁铁10的端部10a其端边13由第1端边14和第2端边15构成。

第1端边14从外弧11的端点P1起以直线状延伸，并在Y方向(即内弧12的张角的二等分线方向)上平行地延伸。在第1端边14相对于Y方向平行地延伸的情况下，与第1端边14相对于Y方向倾斜的情况相比，能够在上述的成型工序中提高烧结磁铁10的端部10a的密度，并且能够有效地抑制龟裂进入到端部10a。以下以δ来表示第1端边14的Y方向长度。

第2端边15从内弧12的端点P2起以直线状向外弧11侧延伸，并在交点P3与第1端边14相交。另外，第2端边15相对于通过内弧12的端点P2并且平行于X方向的基准线L1(第1基准线)向内弧12侧(图3中的Y方向的上侧)倾斜。另外，第2端边15向内弧12侧倾斜是指第2端边15向存在内弧12的烧结磁铁10的中央部分倾斜。以下以γ表示第2端边15的X方向长度，并且以β表示第2端边15与基准线L1所成的角。

于是，在烧结磁铁10中，第1端边14的Y方向长度δ相对于第2端边15的X方向长度γ的比例(δ/γ)的范围为0.5≤δ/γ≤5.0，作为一个例子，δ/γ为1.8。

本发明者们准备了将第1端边14的Y方向长度δ相对于第2端边15的X方向长度γ的比例(δ/γ)设定成多个不同的值的试样21～26，对于各个试样测定了烧结磁铁10的磁通量、成型体密度以及合格率，结果获得如以下的表3所示的结果。另外，作为磁通量测定总磁通量，作为成型体密度求得对应于烧结磁铁10的端部10a的部分的成型后的密度，作为合格率求得在烧结后不发生龟裂的烧结磁铁的比例。

[表3]

另外，表3所示的各个试样的各种尺寸如表4所示。

[表4]

另外，对于相关于测定时所使用的电动机1的尺寸以及条件，外壳2的长度为25mm，外壳2的厚度为2mm，转子5的直径为15mm，转子5的长度为18mm，插槽数为5，开口宽度为1.5mm，齿7的高度为4.69mm，齿7的宽度为2mm，齿7的厚度为1mm，极数为2，剩余磁通密度(Br)为415mT，内禀矫顽力(HcJ)为263kA/m。作为外壳2以及转子5，使用以硅钢构成的外壳以及转子。

如上述表3所示，根据上述测定结果可以明确，δ/γ的值小于0.5的试样21时不能获得实用上充分的成型体密度以及合格率。如果δ/γ的值极度地接近于0，则对应于烧结磁铁10的端部10a的部分的密度变低，认为这是由于在该部分容易产生龟裂。烧结磁铁10的端部10a例如比通过内弧12的端点P2并且平行于Y方向的基准线L2更能够作为端边13侧的部分确定。

另一方面，明确了δ/γ的值超过5的试样26不能获得实用上充分的磁通。

如图3以及图4所示的烧结磁铁10那样，只要是δ/γ的值为0.5≤δ/γ≤5.0的范围的试样22～25，则在成型时获得高成型体密度由此可以实现高合格率，能够获得具有实用上充分高的磁通量的烧结磁铁10。由此，能够提高电动机1的特性。

另外，在烧结磁铁10中，认为如果第1端边14的Y方向长度δ太短，则对应于烧结磁铁10的端部10a的部分的密度变低，并且在该部分变得容易产生龟裂。另外，如果第1端边14的Y方向长度δ变短，则会产生上述的成型装置的上部冲头21和下部冲头22变得容易发生干涉的不良状况。另一方面，如果第1端边14的Y方向长度δ太长，则难以确保第2端边15的X方向长度γ，并且磁通量减少。另外，在成型时成型体的密度差变大。进一步，向电动机1的装入也变得困难。

另外，在烧结磁铁10中，第2端边15与基准线L1所成的角β的范围为0°＜β＜90°，优选为2°～20°。作为一个例子，β为10°。

在第2端边15与基准线L1所成的角β为90°的情况下，不能将U形销8A、8B(参照图1)夹入到一对烧结磁铁10之间。通过将第2端边15与基准线L1所成的角β控制在小于90°从而能够使用U形销容易地将烧结磁铁10配置于电动机1的外壳2内。

另外，如图7所示，在烧结磁铁10的端部10a中构成端边13的第2端边15也可以用由内侧端边15a和外侧端边15b构成的2条端边而构成。即，第2端边15在存在于第2端边15上的中继点P4被分成内侧端边15a和外侧端边15b。

内侧端边15a从内弧12的端点P2起在外弧11侧以直线状延伸至中继点P4，外侧端边15b从中继点P4起以直线状延伸至第1端边14与第2端边15的交点P3。内侧端边15a相对于通过内弧12的端点P2并且平行于X方向的基准线L1向内弧12侧倾斜，外侧端边15b相对于通过中继点P4并且平行于X方向的基准线L3(第2基准线)向内弧12侧倾斜。

如果将内侧端边15a与基准线L1所成的角设定为β并且将外侧端边15b与基准线L3所成的角设定为ε，则角度ε大于角度β(ε＞β)。在角度ε小于角度β的情况下，因为有端部10a的密度变低的倾向，所以难以获得充分的成型性。因此，通过以角度ε变得大于角度β的方式设计，从而能够获得良好的成型性。角度ε与角度β之差优选为45°以下(ε-β≤45°)，进一步优选为30°以下(ε-β≤30°)。另外，在角度ε与角度β之差较大的情况下，因为端部10a的密度差变大，所以龟裂变得容易产生。因此，通过将角度ε与角度β之差控制在45°以下(优选为30°以下)，从而能够抑制产生龟裂。进一步，角度ε与角度β之差优选为15°以上(ε-β≥15°)。例如，角度ε与角度β之差优选为15°以上且30°以下(15°≤ε-β≤30°)。

Claims (6)

1.一种烧结磁铁，其中，

具有用外弧、内弧以及连结所述外弧的端点和所述内弧的端点的一对端边所限定的拱形截面，

所述内弧的张角α的范围为145°≤α≤180°，

在所述拱形截面内，所述端边由从所述外弧的端点起以直线状延伸的第1端边和从所述内弧的端点起以直线状延伸的第2端边构成，

所述第1端边相对于所述内弧的张角的二等分线方向平行，

在所述拱形截面内，在将所述第1端边的与所述内弧的张角的二等分线方向相关的长度设定为δ，并且将所述第2端边的与所述内弧的张角的二等分线方向垂直的方向相关的长度设定为γ时，0.5≤δ/γ≤5.0。

2.如权利要求1所述的烧结磁铁，其中，

在所述拱形截面内，所述第2端边相对于第1基准线向所述内弧侧倾斜，所述第1基准线通过所述内弧的端点并且与所述内弧的张角的二等分线方向垂直的方向平行，在将所述第2端边与所述第1基准线所成的角设定为β时，0°＜β＜90°。

3.如权利要求2所述的烧结磁铁，其中，

所述第2端边由从所述内弧的端点起以直线状延伸到中继点的内侧端边和从所述中继点起以直线状延伸到所述第1端边的外侧端边构成，

所述外侧端边相对于第2基准线向所述内弧侧倾斜，所述第2基准线通过所述中继点并且与所述内弧的张角的二等分线方向垂直的方向平行，

在将所述内侧端边与所述第1基准线所成的角设定为β，并且将所述外侧端边与所述第2基准线所成的角设定为ε时，0°＜ε-β≤45°。

4.如权利要求1～3中任一项所述的烧结磁铁，其中，

所述内弧的张角α的范围为145°≤α≤175°。

5.如权利要求1～3中任一项所述的烧结磁铁，其中，

所述烧结磁铁为铁氧体烧结磁铁。

6.如权利要求4所述的烧结磁铁，其中，

所述烧结磁铁为铁氧体烧结磁铁。

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